DE3809803C2 - Magnetischer Codierer und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Magnetischer Codierer und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten
magnetischen Codierer und ein Verfahren zu dessen Herstellung
und insbesondere bezieht sie sich auf die Herstellung eines
magnetischen Codierers mit einer peripheren Magnetisierung,
der für die Erkennung einer Winkelbewegung, einer linearen
Bewegung und der Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen
Körpers in einem Steuersystem für Roboter und NC-Ausrüstungen
geeignet ist.
Ein magnetischer Codierer mit einer peripheren Magnetisierung
umfaßt im allgemeinen eine Drehspindel, die mit einem Steuer
system verbunden ist. Die Drehspindel ist an einem Gehäuse
durch Lager teilweise nach außen herausragend gelagert. Ein
magnetisches Aufzeichnungsmedium ist koaxial an dem herausra
genden Teil der Drehspindel angebracht und ein magnetisiertes
Muster ist an dem Äußeren des magnetischen Aufzeichnungsmediums
aufgebracht. Ein magnetischer Detektorkopf ist derart angeordnet,
daß er dem magnetisierten Muster auf dem magnetischen Aufzeich
nungsmedium in einem vorgegebenen Abstand zugewandt ist.
Da sich das Aufzeichnungsmedium mit der Drehspindel dreht,
verändert sich ein auf den Detektorkopf einwirkendes magneti
sches Feld in Abhängigkeit von dem magnetisierten Muster auf
dem Aufzeichnungsmedium und in Abhängigkeit einer derartigen
Änderung des magnetischen Felds erzeugt der Detektorkopf eine
Folge von Ausgangssignalen, die dem magnetisierten Muster auf
dem Aufzeichnungsmedium zugeordnet sind, für die Erkennung
einer Drehbewegung, einer linearen Bewegung oder der Bewegungs
geschwindigkeit eines beweglichen Objekts in dem Steuersystem,
das mit der Drehspindel verbunden ist.
Für eine genaue Erkennung der Bewegung oder der Bewegungsge
schwindigkeit muß der Abstand zwischen dem Detektorkopf und
dem magnetisierten Muster auf dem Aufzeichnungsmedium während
der Drehung des Aufzeichnungsmediums so konstant wie möglich
gehalten werden. In der Praxis ändert sich jedoch unausweich
lich der Abstand infolge von Herstellungsungenauigkeiten der
Drehspindel und des Aufzeichnungsmediums, einer Verbindungsun
genauigkeit zwischen der Spindel und dem Aufzeichnungsmedium
und/oder einer Herstellungsungenauigkeit für die Lager, die
zwischen der Drehspindel und dem Gehäuse angeordnet sind. Es
wird vermutet, daß alle diese Schwierigkeiten durch das oben
beschriebene doppelte Verbindungssystem verursacht werden,
bei dem das magnetische Aufzeichnungsmedium mit dem Gehäuse
über die Drehspindel verbunden ist und die Drehspindel mit
dem Gehäuse durch die Lager verbunden ist.
DE 29 08 599 offenbart einen magnetischen Codierer mit einer
Spindel, die mit einem äußeren Steuersystem verbunden ist und die
mit peripheren ringförmigen magnetisierten Mustern versehen ist.
Dieser Codierer umfaßt ein Gehäuse, das die Spindel mit einem
rohrförmigen Abstand umfaßt, um eine freie Drehung der Spindel zu
ermöglichen, einen magnetischen Detektorkopf, der an dem Gehäuse
angebracht ist, während er dem magnetisierten Muster an der
Spindel in einem vorgegebenen Abstand zugewandt ist, eine bedruckte
Platte und einen Verbindungsanschluß für äußere Einrichtungen.
Diese bekannte Anordnung hat ebenfalls den oben genannten
Nachteil, daß sich der Abstand zwischen dem Detektorkopf und dem
magnetisierten Muster nicht konstant ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den
Abstand zwischen dem magnetischen Detektorkopf und dem magne
tisierten Muster in einem eine periphere Magnetisierung ver
wendenden Codierer so konstant wie möglich beizubehalten und
damit die Verbesserung bei der Erkennung durch den Codierer
zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein einfaches Verfahren zum Herstellen eines derartigen, eine
periphere Magnetisierung verwendenden Codierers mit hoher Prä
zision bei der Erkennung herzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem magnetischen Codierer
der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst und bei dem
Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnen
den Teil des Patentanspruchs 6 angegebenen Merkmale gelöst.
Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung um
faßt der magnetische Codierer eine Drehspindel, die ein peri
pheres magnetisiertes Muster trägt und die mit einem vorgege
benen äußeren Steuersystem verbunden ist, ein gegossenes Kunst
stoffgehäuse, das die Spindel für eine axiale Rotation umfaßt
und das einen magnetischen Detektorkopf trägt, der in einem
Abstand dem magnetisierten Muster zugewandt ist und eine be
druckte Platte, die Schaltkreiselemente trägt ist an dem Ge
häuse befestigt.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
wird das oben beschriebene Gehäuse durch eine Einsatzformung
vor dem Hinzufügen der Schaltkreiselemente hergestellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungs
form des magnetischen Codierers gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei für ein leichteres Verständnis Teile
entfernt sind,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils des in Fig. 1
gezeigten magnetischen Codierers, bei dem Teile ent
fernt sind,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Drehspindel, die für eine an
dere Ausführungsform des magnetischen Codierers gemäß
der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungs
form des magnetischen Codierers gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei dem Teile entfernt sind,
Fig. 5 eine Schnittansicht in Querrichtung des in Fig. 4 dar
gestellten magnetischen Codierers und die
Fig. 6 bis 11 Ansichten zum Darstellen der verschiedenen durch
zuführenden Schritte bei dem Herstellungsverfahren gem.
der vorliegenden Erfindung.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform des magnetischen
Codierers gem. der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem
der magnetische Codierer 10 ein Innengehäuse 11 und eine Dreh
spindel 13 umfaßt, die in dem Innengehäuse 11 gehalten wird.
Ein magnetisiertes Muster M ist an der Peripherie der Dreh
spindel 13 angebracht und ein magnetischer Detektorkopf 14
ist an dem Innengehäuse 11 derart angebracht, daß er dem mag
netisierten Muster M auf der Drehspindel 13 in einem vorgege
benen Abstand zugewandt ist. Der Detektorkopf 14 ist in einem
Fenster 15 angeordnet, das in dem Innengehäuse 11 ausgebildet
ist. Das Innengehäuse 11, die Drehspindel 13 und der Detektor
kopf 14 sind in einem Außengehäuse 16 untergebracht, das durch
strichpunktierte Linien dargestellt ist. Das Innengehäuse 11
wird, wie es später im einzelnen beschrieben wird, durch Ein
satzformung hergestellt.
Im einzelnen wird die Drehspindel 13 aus einer Fe-Cr-Co-Legie
rung oder einer Fe-Co-Mn-Legierung hergestellt, die eine gute
Verarbeitbarkeit und gute magnetische Eigenschaften aufweisen.
In der Nähe eines Endes der Drehspindel 13 ist eine ringförmi
ge Vertiefung 13a mit vorzugsweise einem halbkreisförmigen
Querschnittsprofil zum Zusammenwirken mit einem ringförmigen
Vorsprung 18 ausgebildet, der an der Innenwand des Innengehäu
ses 11 vorgesehen ist. Infolge dieses Zusammenwirkens ist die
Drehspindel 13 gegen eine axiale Verschiebung bezüglich des
Innengehäuses 11 gesichert. In der Nähe der ringförmigen Ver
tiefung 13a ist das magnetisierte Muster M an der Peripherie
der Drehspindel 13 angeordnet.
Das Innengehäuse 11 hat im wesentlichen die Form eines recht
eckigen Körpers und ist an seinen beiden Enden in Längsrich
tung mit einem Paar von rechteckigen Flanschen 17 versehen.
Weiterhin ist das Innengehäuse 11 mit einer axialen Durchgangs
öffnung 11a versehen, dessen Innendurchmesser etwa gleich ist
dem Außendurchmesser der Drehspindel 13. Eine transversale
Durchführungsöffnung 11b ist ebenfalls in dem Innengehäuse 11
quer zur axialen Durchgangsöffnung 11a ausgebildet. An einer
Seite der axialen Durchgangsöffnung 11a weist die transversale
Durchgangsöffnung 11b das oben beschriebene Fenster 15 für
den Detektorkopf 14 auf.
Ein rechteckiges Fenster 11c ist in der Außenseite eines der
Flansche 17 in der Nähe des magnetisierten Musters M in Ver
bindung mit der axialen Durchgangsöffnung 11a vorgesehen und
eine Platte 19 ist in das Fenster 11c eingepaßt, um das zuge
ordnete Ende der axialen Durchgangsöffnung 11a zu verschließen.
Drei Seiten des Innengehäuses 11 werden durch eine abgewinkel
te flexible bedruckte Platte oder gedruckte Schaltungsbaugruppe
20 umfaßt, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist.
Im einzelnen wird die bedruckte Platte 20 aus einem Paar von
einander gegenüberliegenden parallelen Teilen und einem Ver
bindungsteil hergestellt, das zwischen den parallelen Teilen
liegt.
Die parallelen Teile schließen die zugeordneten Enden der trans
versalen Durchgangsöffnungen 11b im Innengehäuse 11 ab. Das
parallele Teil auf der Seite des Fensters 15 ist mit dem oben
beschriebenen magnetischen Detektorkopf 14 versehen, der an
diesem über ein Glassubstrat 21 angebracht ist. Die drei Teile
sind mit verschiedenen Schaltkreiselementen 22 versehen. Die
se Schaltkreiselemente 22 sind elektrisch miteinander durch
ein Schaltkreismuster verbunden, das auf der gedruckten Platte
20 aufgebracht ist und weiterhin mit außerhalb angeordneten
(nicht dargestellten) Einrichtungen über einen Anschluß 23
verbunden, der an einer Ecke der bedruckten Platte 20 ausge
bildet ist.
Das Außengehäuse 16 ist, wie es im einzelnen später beschrie
ben wird um das Innengehäuse 11, die Drehspindel 13, die
Platte 19 und die bedruckte Platte 20 durch Spritzgießen aus
gebildet und ist mit einer Öffnung 25 für den Zugang zu dem
Anschluß 23 der bedruckten Platte 20 versehen. Der hervorste
hende Teil der Drehspindel 13 ist mit dem zugeordneten Steuer
system in geeigneter Weise verbunden.
Ein kleiner ringförmiger Abstand ist zwischen dem Innengehäuse
11 und der Drehspindel 13 belassen, um eine freie Drehung der
letzteren zu ermöglichen.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau des magnetischen Codierers
wird eine Änderung in dem Abstand zwischen dem Detektorkopf
14 und dem magnetisierten Muster M auf der Drehspindel 13 nur
durch Herstellungsungenauigkeiten der Drehspindel 13 verur
sacht. Es ist nur eine genaue Steuerung bei der Herstellung
der Drehspindel 13 erforderlich, um den Abstand konstant zu
halten und eine derartige Steuerung bei der Herstellung kann
sehr einfach bei dem technischen Stand der Werkzeugmaschinen
industrie durchgeführt werden. Zusätzlich werden sowohl die
das magnetisierte Muster M tragende Spindel 13 und der Detek
torkopf 14 unmittelbar durch ein gemeinsames Element abgestützt,
d.h. das Innengehäuse 11. Folglich kann der Abstand sehr leicht
und genau eingestellt werden und wenn er einmal eingestellt
ist, gibt es überhaupt keinen Faktor mehr, der eine Änderung
in dem Abstand bewirken kann. Eine direkte Abstützung der
Drehspindel 13 durch das Innengehäuse 11 vereinfacht sehr den
Aufbau mit einer verminderten Anzahl von Teilen.
In Fig. 3 ist eine modifizierte Ausführungsform des magneti
schen Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei
dem eine koaxiale Scheibe 26 in einem Körper an einem Ende der
Drehspindel 13 in der Nähe der ringförmigen Vertiefung 13a
ausgebildet ist und das magnetisierte Muster M ist an der Pe
ripherie der Scheibe 26 angebracht. Da eine derartige Scheibe
26 durch die Anwendung einer maschinellen Bearbeitung an dem
Ende der Drehspindel 13 unter Drehung hergestellt werden kann,
stellt dieser magnetische Codierer ebenfalls einen konstanten
Abstand zwischen dem magnetisierten Muster M und dem Detektor
kopf sicher.
Eine weitere modifizierte Ausführungsform des magnetischen
Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 4
und 5 gezeigt. Das Innengehäuse 11 dieser Ausführungsform ist
mit keiner transversalen Durchgangsöffnung versehen, die das
Fenster 15 für den magnetischen Detektorkopf 14 bildet. Als
Ersatz hierfür ist ein dünner Bereich 27 an einem Teil des
Innengehäuses 11 ausgebildet, der dem magnetisierten Muster M
auf der Drehspindel 13 zugewandt ist und der Detektorkopf 14
ist an der Außenseite des dünnen Teils 27 angeordnet. Die Ab
wesenheit der transversalen Durchgangsöffnung verhindert sehr
gut das Eindringen von Schmutz in der Umgebung, der anderen
falls einen ungünstigen Einfluß auf die magnetische Erkennung
ausübt.
In den Fig. 6 bis 10 ist eine Ausführungsform des Verfahrens
gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, mit dem der in Fig.
1 gezeigte magnetische Codierer hergestellt wird.
Zunächst wird ein stab- oder ringförmiges Material bearbeitet,
um die in Fig. 1 gezeigte Spindel 13 zu erhalten, die die ring
förmige Vertiefung 13a in der Nähe eines Endes aufweist.
Nach einer Reinigung wird das magnetisierte Muster M an dem
Umfang der Spindel 13 aufgebracht. Danach wird die Spindel 13,
wie es in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, in Formen 30 nach der
lokalen Anwendung eines Trennmittels eingesetzt. Im einzelnen
sind ringförmige Hohlräume 30a und 30b in, die Spindel 13 um
gebende Formen 30, vorgesehen und ein Haltestück 31 ist an
einem der ringförmigen Hohlräume 30a in Kontakt mit einem En
de der Spindel 13 in der Nähe des magnetisierten Musters M
angebracht. Weiterhin ist ein Paar von einander gegenüberlie
genden seitlichen Hohlräumen 30c und 30d in den Formen 30 in
Verbindung mit den ringförmigen Hohlräumen 30a und 30b vorge
sehen. Dann wird Kunststoff in die Hohlräume 30a bis 30d in
den Formen 30 eingegossen, um eine Kombination zu erhalten,
wie sie in Fig. 8 gezeigt ist. Diese Kombination umfaßt die
Spindel 13 und das Innengehäuse 11, das die Spindel 13 umfaßt.
Wie bereits angegeben wurde, umfaßt das Innengehäuse die axi
ale Durchgangsöffnung 11a, die die Spindel 13 aufnimmt, die
transversale Durchgangsöffnung 11b, die das Fenster 15 bereit
stellt und Endflansche 17, die jeweils das rechteckige Fenster
11c und den ringförmigen Vorsprung 18 in Wirkverbindung mit
der ringförmigen Vertiefung 13a in dem Umfang der Spindel 13
umfaßt.
Danach wird das Trennmittel auf der Oberfläche der Spindel
termisch oder chemisch entfernt. Durch diese Entfernung des
Trennmittels wird ein kleiner ringförmiger Abstand zwischen
dem Innengehäuse 11 und der Spindel 13 über die ganze Länge
der letzteren hinweg erzeugt, um eine freie Drehung der Spin
del 13 zu ermöglichen. Zusätzlich verhindert die Wirkverbin
dung des ringförmigen Vorsprungs 18 an dem Innengehäuse 11
mit der ringförmigen Ausnehmung 11a in der Drehspindel 13 ei
ne freie axiale Verschiebung der letzteren. Die Platten 19
werden dann in die Fenster 11c in den Flanschen 17 eingepaßt
und die bedruckte Platte 20 wird mit der Kombination verbunden.
Das Fenster 15 in dem Innengehäuse 11 wird durch das Glassub
strat 21 geschlossen, so daß der darunterliegende magnetische
Detektorkopf 14 dem magnetisierten Muster M auf der Drehspin
del 13 mit einem vorgegebenen Abstand zugewandt sein sollte.
Der Anschluß 23 ragt aus dem Innengehäuse 11 heraus.
Danach wird, wie es in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, das an
dere Ende der transversalen Durchgangsöffnung 116 durch eine
Platte 41 geschlossen und die Schaltkreiselemente 22 werden
an der bedruckten Platte 20 befestigt, um einen Gesamtaufbau
zu bilden. Ein rohrförmiger Abstandshalter 42 wird über den
hervorstehenden Bereich der Drehspindel 13 eingeführt und ein
Haltestück 43 wird über den Anschluß 23 geschoben, der aus dem
Innengehäuse 11 herausragt. Danach wird die Gesamtanordnung
in Formen 40 eingesetzt, die einen Hohlraum 40a bilden, der
die Gesamtanordnung umgibt. Schließlich wird Kunststoff in den
Hohlraum 40a eingegossen, um das Außengehäuse 16 zu bilden,
das in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien dargestellt ist.
Durch Entfernen des rohrförmigen Abstandhalters 42 und des
Haltestückes 43 nach dem Entfernen der Form bleibt ein kleiner
Abstand zwischen dem Außengehäuse 16 und der Drehspindel 13
zurück, um eine freie Drehung der letzteren zu ermöglichen
und die Öffnung 25 bleibt in dem Außengehäuse 16 zurück, um
eine elektrische Verbindung der Schaltkreiselemente 22 mit
äußeren Einrichtungen zu ermöglichen.
In Fig. 11 ist eine andere Ausführungsform des Verfahrens ge
mäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, mit dem der in Fig. 4
gezeigte magnetische Codierer hergestellt wird. Im Fall dieser
Ausführungsform wird ein Abstand 32 in den Formen 30 vorgese
hen, um den dünnen Bereich 27 zu bilden, der in Fig. 4 gezeigt
ist.
Verschiedene Modifikationen können von den dargestellten Aus
führungsformen abgeleitet werden. Beispielsweise kann als ei
ne Einrichtung zum Verhindern einer axialen Verschiebung zwi
schen der Spindel 13 und dem Innengehäuse 11 ein ringförmiger
Vorsprung auf der Spindel 13 für ein Zusammenwirken mit einer
entsprechenden ringförmigen Ausnehmung ausgebildet werden, die
in dem Innengehäuse 11 vorgesehen ist. Als ein Ersatz für eine
derartige ringförmige Verbindung kann eine örtliche Wirkver
bindung durch einen punktförmigen Vorsprung und punktförmige
Vertiefung vorgesehen werden.
Claims (6)
1. Magnetischer Codierer mit einer Spindel (13), die mit einem
vorgegebenen äußeren Steuersystem verbunden ist und
die mit einem peripheren ringförmigen magnetisierten Muster
(M) versehen ist, einem gegossenen Kunststoffgehäuse
(11), das die Spindel (13) mit einem kleinen rohrförmigen
Abstand umfaßt, um eine freie Drehung der Spindel (13) zu
ermöglichen, einen magnetischen Detektorkopf (14), der an
dem Gehäuse (11) angebracht ist, während er dem magneti
sierten Muster (M) an der Spindel (13) in einem vorgegebenen
Abstand zugewandt ist, und einer bedruckten Platte
(20), die mit Schaltkreiselementen (22) und wenigstens
einem Verbindungsanschluß (23) für äußere Einrichtungen
versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (20)
derart angeordnet ist, daß sie das Gehäuse (11) und den
magnetischen Detektorkopf (14) umgibt, und daß der Detek
torkopf (14) außerhalb des Gehäuses angebracht ist.
2. Magnetischer Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Gehäuse (11) mit einer Fensteröffnung (15) in
einer axialen Durchgangsöffnung versehen ist, die die Spindel
(13) aufnimmt und daß der magnetische Detektorkopf (14) in
diesem Fenster (15) angeordnet ist.
3. Magnetischer Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Gehäuse (11) mit einem dünnen Wandteil (27) an
einer Position versehen ist, die dem magnetisierten Muster (M)
an der Spindel (13) zugeordnet ist und daß der magnetische De
tektorkopf (14) an der Außenseite dieses dünnen Wandteils (27)
angebracht ist.
4. Magnetischer Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß er weiterhin eine Einrichtung (13a, 18) zu relativen
axialen Verschiebung zwischen der Spindel (13) und dem Gehäuse
(11) enthält.
5. Magnetischer Codierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß diese Sperreinrichtung (13a, 18) wenigstens einen
Vorsprung (18) aufweist, der entweder an der Spindel (13) oder
dem Gehäuse (11) angebracht ist und einer Ausnehmung (13a)
entspricht, die am äußeren der Spindel (13) bzw. dem Gehäuse
(11) angebracht ist.
6. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Codierers, ge
kennzeichnet durch die Schritte:
- - Erzeugen durch Gießen eines Innengehäuses (11) aus Kunststoff um eine Spindel (13), die ein peripheres magnetisiertes Muster (M) aufweist, in der Weise, daß ein dünner rohrförmiger Abstand um die Spindel (13) herum verbleibt, um eine freie axiale Dre hung der letzteren zu ermöglichen,
- - Anbringen einer bedruckten Platte (20) mit einem magnetischen Detektorkopf (14) an dem Innengehäuse (11) in einer Weise, daß der magnetische Detektorkopf (14) dem magnetisierten Muster (M) an der Spindel (13) in einem vorgegebenen Abstand gegenüber steht,
- - Anbringen von Schaltkreiselementen (22) an wenigstens einem Verbindungsanschluß (23) an der Außenseite der bedruckten Plat te (20) um eine Gesamtanordnung zu bilden und
- - Herstellen durch Gießen eines Außengehäuses (16) aus Kunst stoff um die Gesamtanordnung herum.
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