DE9305151U1 - Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung - Google Patents
Lichtelektrische Längen- oder WinkelmeßeinrichtungInfo
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Description
DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 1. April 1993
Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung
Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
Derartige Meßeinrichtungen werden insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen zur Messung der Relativlage
eines Werkzeuges bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstückes sowie bei Koordinatenmeßmaschinen eingesetzt
.
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Aus der EP-O 231 385 Al ist bereits eine lichtelektrische
Winkelmeßeinrichtung bekannt, die an einer Antriebseinheit elektrisch isoliert befestigt ist.
Die Abtasteinrichtung und das Gehäuse der Winkelmeßeinrichtung ist mit dem Massepotential der Auswerteeinheit
verbunden. Auf der Platine der Abtasteinrichtung sind zur weiteren Abschirmung an den
Oberflächen großflächige Erdungsmuster ausgebildet.
Davon beabstandet sind die Photoelemente angeordnet. Die Signalleitungen der Photoelemente verlaufen
in einer Ebene zwischen den Erdungsmustern der Platine, die als Multilayer-Platine ausgeführt
ist.
In der US-PS 5,030,825 ist eine Winkelmeßeinrichtung beschrieben, bei der zur Abtastung der Inkrementalteilung
einer Codescheibe mehrere Photoelemente vorgesehen sind. Zwischen der Codescheibe und
den Photoelementen ist eine Abtastplatte angeordnet. Diese Abtastplatte ist aus einem elektrisch
leitenden Material gefertigt und am Massepotential angeschlossen, sie soll dadurch als Abschirmung der
Photoelemente gegen elektromagnetische Störfelder wirken.
Diese bekannten Maßnahmen können Photodetektoren nicht ausreichend von elektromagnetischen Störfeldern
abschirmen. Aber gerade die lichtempfindliche Oberfläche eines Photodetektors muß gegen Störfelder
gut abgeschirmt sein, da Potentialunterschiede zwischen diesen Oberflächen und elektrisch leitenden
Teilen der Umgebung zu einer Entladung führt, die vom Photodetektor verstärkt (Transistoreffekt)
und über Signalleitungen der Auswerteeinheit zugeführt wird. Bei inkrementalen Meßsystemen führen
diese Spannungs-Entladungen zu Zählimpulsen und somit zu Zählfehlern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung
so auszubilden, daß Störfelder keinen Einfluß auf die Photodetektoren und somit auf die Ausgangssignale
haben, d. h. die Störsicherheit (elektromagnetische Verträglichkeit) soll verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß mit einfachen Mitteln die Photodetektoren einer Längenoder
Winkelmeßeinrichtung vor Störfeldern abgeschirmt werden können. Durch die vorgeschlagene
Maßnahme werden die Ausgangssignale der Photodetektor nicht von äußeren Störfeldern beeinflußt.
Mit Hilfe von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
Figur 1 eine lichtelektrische inkrementale
Langenmeßeinrichtung im Prinzip;
Figur 2 einen Teil der Abtasteinrichtung der Langenmeßeinrichtung nach Figur
1 mit einer Abschirmung;
Figur 3 eine weitere Ausgestaltung der Abschirmung im Schnitt.
Die Figur 1 zeigt eine lichtelektrische inkrementale Langenmeßeinrichtung mit einem Maßstab 1 als
Meßverkörperung, der relativ zu einer Abtasteinrichtung 2 in Meßrichtung X verschiebbar ist. Auf
dem Maßstab 1 ist eine Inkrementalteilung 3 sowie eine Teilung 4 mit Referenzmarken aufgebracht. Zur
lichtelektrischen Abtastung der Teilungen 3 und 4
ist die feststehende Abtasteinrichtung 2 vorgesehen. Diese umfaßt eine Lichtquelle 5, deren Licht
von einem Kollimator 6 gebündelt und auf die Teilungen 3 und 4 gerichtet wird. Das Licht fällt
durch die transparenten Bereiche der Teilungen 3 und 4 sowie durch eine Abtastplatte 7 auf Photoelemente
8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5. Bei der lichtelektrischen Abtastung werden von den Photoelementen
8.1 bis 8.4 periodische analoge elektrische Abtastsignale erzeugt, die in bekannter Weise einer
Auswerteeinheit zur Triggerung und Bildung von zählbaren Rechtecksignalen zugeführt werden. Diese
Rechtecksignale werden in einem Zähler richtungsabhängig gezählt und einer Anzeigeeinheit oder einer
numerischen Steuerung zugeführt. Die Triggerung der analogen Abtastsignale kann auch mit einer Schaltung
erfolgen, die sich in der Abtasteinrichtung auf der Platine 9 der Photoelemente 8.1 bis 8.5
befindet.
Zur Abschirmung der Photoelemente 8 ist ein elektrisch leitender transparenter Körper 10 vorgesehen.
Diese Abschirmung ist in Figur 2 im Detail dargestellt. Der Abschirmkörper 10 ist in Form einer
Schutzhaube über alle Photoelemente 8 gestülpt. Der Abschirmkörper 10 ist ein tiefgezogenes Formteil
aus einem transparenten Kunststoff, der eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist. Diese
leitfähige Beschichtung kann eine dünne transparente Metallschicht z.B. aus Gold, Silber, Titan oder
Kupfer sein, die durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung auf ein Trägermaterial aufgebracht ist.
Als Trägermaterial ist Polyester empfehlenswert, aber es können auch andere glasklare Materialien
Verwendung finden. Bei derart beschichteten Folien liegt die Lichttransmission je nach Beschichtungsmaterial
bei etwa 85%. Derartige Folien werden unter der Bezeichnung EX-Clear von der Firma EMI-tec
Elektronische Materialien GmbH angeboten.
Der transparente Abschirmkörper 10 ist mit dem Massepotential OV verbunden, so daß elektromagnetische
Felder nicht zu einer elektrischen Aufladung des Abschirmkörpers 10 führen, sondern daß die Ladungen
abfließen können und nicht auf die lichtempfindlichen Oberflächen der Photoelemente 8 einwirken.
Besonders vorteilhaft ist dabei die in Figur 2 dargestellte Maßnahme. Die Platine 9 ist als Multilayer-Platine
ausgeführt. Die Leiterbahnen für die Signalleitungen der Photoelemente 8 sind in einer
mittleren Leiterbahnen-Schicht 9.1 eingebettet. Auf beiden Seiten dieser mittleren Leiterbahnen-Schicht
9.1 ist jeweils eine Isolierschicht 9.2 und 9.3 angeordnet. An den nach außen weisenden Flächen
dieser Isolierschichten 9.2 und 9.3 sind großflächige, vorzugsweise ganzflächige Metallschichten
9.4 und 9.5 aufgebracht.
Diese Metallschichten 9.4 und 9.5 sind ebenfalls mit dem Massepotential OV elektrisch verbunden und
dienen daher für die Leiterbahnen-Schicht 9.1 als Abschirmung gegen elektromagnetische Störfelder.
Der Abschirmkörper 10 ist im gezeigten Beispiel nach Figur 2 elektrisch leitend mit der Metallschicht
9.5 verbunden. Hierzu dient ein
elektrisch leitender Klebstoff 11. Es sind aber auch andere elektrisch leitende Verbindungen realisierbar,
beispielsweise eine Lötverbindung. Je großflächiger die Verbindung ist, desto wirksamer
ist auch die Abschirmung.
In Figur 3 ist eine weitere Ausgestaltung der transparenten Abschirmung der Photoelemente 8 gezeigt.
Zum mechanischen Schutz der Photoelemente 8 ist um die Photoelemente 8 ein Rahmen 12 vorgesehen.
Der Rahmen 12 ist vorzugsweise ein Metallkörper, der mit Massepotential OV verbunden ist.
Denkbar ist aber auch hier die Verwendung eines Kunststoffkörpers, der mit einem elektrisch leitenden
Material beschichtet ist. Auf dem Rahmen 12 ist ein transparenter Abschirmkörper 210 angebracht,
der elektrisch leitend ist und mit dem Massepotential OV verbunden ist. Der Abschirmkörper 210 besteht
aus dem gleichen Material, wie es bei Figur 2 beschrieben wurde. Gleichartig ausgebildete Teile
werden in allen Beispielen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die dargestellten transparenten Abschirmungen der Photoelemente 8 haben den weiteren Vorteil, daß die
Photoelemente 8 sicher vor Feuchtigkeit und mechanischer Beschädigung geschützt sind.
Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist wesentlich, daß sich der transparente Abschirmkörper 10, 210 zumindest im Bereich der auf die
lichtempfindlichen Flächen der Photoelemente 8 treffenden Lichtstrahlenbündel befindet.
In nicht dargestellter Weise kann die Abtastplatte auf dem Abschirmkörper ausgebildet sein. Besonders
vorteilhaft ist es dabei, die Abtastplatte auf einer Oberfläche des Abschirmkörpers auszubilden oder
zu befestigen. Ebenso ist es auch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Abtasteinrichtung
möglich, daß um die gesamte Abtasteinrichtung ein weiterer elektrisch leitender Abschirmkörper vorge-
sehen ist, der mit dem Massepotential OV verbunden ist. Dieser weitere Abschirmkörper kann das Gehäuse
der Abtasteinrichtung sein, wie es bei der Winkelmeßeinrichtung
gemäß der EP-O 231 385 Al offenbart ist.
Die in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Abtasteinrichtungen können auch bei lichtelektrischen Winkelmeßeinrichtungen
zur Abtastung einer Teilscheibe eingesetzt werden. Ebenso ist die Erfindung nicht
auf die beschriebene inkrementale Meßeinrichtung beschränkt, sie ist beispielsweise auch bei absoluten
Meßsystemen einsetzbar. In den beschriebenen Beispielen werden Photoelemente als Photodetektoren
eingesetzt. Es können aber auch andere Photodetektoren erfindungsgemäß eingesetzt und abgeschirmt
werden.
Claims (9)
- DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 1. März 1993AnsprücheLichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit zumindest einem Photodetektor, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Photodetektor (8.1 bis 8.5) im Bereich der lichtempfindlichen Fläche durch einen transparenten, elektrisch leitenden Abschirmkörper (10, 210), der mit dem Massepotential OV elektrisch verbunden ist, gegen elektromagnetische Störfeider abgeschirmt ist.
- 2. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit einer Maßverkörperung und einer relativ zur Maßverkörperung verschiebbaren Abtasteinrichtung mit zumindest einem Photodetektor auf einer Platine, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Photodetektor (8.1 bis 8.5) im Bereich der lichtempfindlichen Fläche durch einen transparenten, elektrisch leitenden Abschirmkörper (10, 210) gegen elektromagnetische Störfelder abgeschirmt ist, und der Abschirmkörper (10, 210) mit dem Massepotential OV elektrisch verbunden ist.
- 3. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmkörper (10, 210) aus einem Kunststoff besteht, der eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist.
- 4. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmkörper(10) ein tiefgezogenes Formteil aus einer Kunststoffolie mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung ist, der den zumindest einen Photodetektor (8.1 bis 8.5) in Form einer Schutzhaube umgibt.
- 5. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (9) eine Multilayer-Platine ist, an dessen Oberflächen großflächige Metallschichten (9.4, 9.5) zur Abschirmung aufgebracht sind, die mit dem Massepotential OV elektrisch verbunden sind, und daß eine Leiterbahnen-Schicht (9.1) mit den Signalleitungen der Photodetektoren (8.1 bis 8.5) zwischen diesen Metallschichten (9.4, 9.5) angeordnet ist.
- 6. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmkörper (10) auf einer der Metallschichten (9.5) aufliegt und mit einem elektrisch leitenden Material daran befestigt ist.
- 7. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Platine (9) ein Rahmen (12) vorgesehen ist und auf diesem Rahmen (12) der Abschirmkörper (210) aufliegt.
- 8. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) elektrisch leitend ist und mit Massepotential OV verbunden ist.
- 9. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Maßverkörperung und dem zumindest einem Photodetektor eine Abtastplatte auf dem Abschirmkörper vorgesehen ist.
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