AT406306B - Inkrementaler wegsensor - Google Patents

Description

AT 406 306 B

Die Erfindung betrifft einen inkrementalen optischen Wegsensor mit einer Lichtquelle, einem Detektor, welche beide auf einer Seite des Markenträgers angeordnet sind, einem Markenträger mit Hell- und Dunkelfeldem, wobei die Hellfelder als Fenster ausgebildet sind, sowie mit einem Spiegel auf der anderen Seite des Markenträgers, welcher das Licht von der Lichtquelle in den Detektor reflektiert. Für inkrementale optische Wegmessung auf der Basis von Markenträgem mit Hell/Dunkelfeld Marken werden im wesentlichen zwei Prinzipien verwendet.

Erstens findet das Reflexionsprinzip mit Lichtquelle und Detektor auf einer Seite des Markenträgers Verwendung, wobei die Hellfelder das Licht in den Detektor reflektieren, die Dunkelfelder es absorbieren oder zerstreuen; zweitens das Durchlichtprinzip, mit Lichtquelle auf einer Seite des Markenträgers und Detektors auf der anderen. Der Markenträger ist nur an den Hellfeldern für Licht durchlässig.

Beide Prinzipien haben Vor- und Nachteile. Das Reflexionsprinzip hat den Vorteil, daß der Markenträger nur von einer Seite zugänglich sein muß, aber den Nachteil, daß der Markenträger, d. h. jede einzelne Hell/Dunkelmarke, sehr gut definierte, gleichbleibende Reflexionsbedingungen erfüllen muß. Dadurch ergibt sich jedoch eine große Veschmutzungsempfindlichkeit. Das in den Detektor rückgestrahlte Licht (Signalhöhe) ist zudem stark vom Abstand zwischen Sensor und Markenträger abhängig, wenn nicht durch Vorsatzoptiken ein paralleler Meßstrahl erzeugt wird.

Das Durchlichtprinzip kann sehr leicht verschmutzungsunempfindlich ausgerührt werden, indem die Hellfelder einfach als Löcher oder Fenster ausgeführt werden. Sein Nachteil ist in manchen Fällen, daß der Markenträger von beiden Seiten zugänglich sein muß, bzw. daß die Lichtquelle und der Detektor als getrennte Einheiten vorliegen müssen. Für eine gute Lichtausbeute sind in beiden Fällen fokussierende Elemente nötig.

Ein inkrementaler Wegsensor der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der US-A 4 302 109 bekannt geworden. Die Lichtquelle und der Detektor dieses Wegsensors sind auf einer Seite der Spiegel bzw. Reflektor auf der anderen Seite eines Markenträgers angeordnet, welcher Hell- und Dunkelfelder aufweist. Der Reflektor fokussiert ein invertiertes Abbild der optischen Maske in die Ebene der optischen Maske selbst, sodaß durch eine Verschiebung der optischen Maske das Spiegelbild in die Gegenrichtung verschoben wird. Die Hellfelder des Spiegelbildes können somit entweder auf die Hellfelder der Maske fallen wodurch das Licht einen Detektor erreicht, oder sie können auf die Dunkelfelder der Maske treffen, wodurch kein Licht zum Detektor gelangt. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß der Abstand zwischen dem Markenträger und dem Reflektor keine Schwankungen aufweisen darf, da ansonsten das Spiegelbild nicht in die Ebene des Maskenträgers fällt.

Aus der DE-AS 1 153 909 ist ebenfalls eine Vorrichtung geoffenbart, bei welcher ein Markenraster auf sich selbst abgebildet wird, um aus der Verschiebung der Abbildung zum eigentlichen Markenraster Meßimpulse zu gewinnen. Auch hier ist ein relativ großer optischer Aufwand in Form von zwei Sammellinsen und einer weiteren Optik notwendig, wobei ebenfalls die bereits im Zusammenhang mit der US-A 4 302 109 genannten Nachteile auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen inkrementalen optischen Wegsensor vorzuschlagen, welcher unempfindlich gegenüber Verschmutzungen und technisch einfach realisierbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch erreicht, daß der Spiegel durch seine Formgebung und/oder Begrenzung den reflektierten Meßstrahl derart begrenzt, daß das den Detektor erreichende Licht jeweils ein Hellfeld passiert.

Die erfmdungsgemäße Ausführung gehört somit dem Reflexions-Durchlichtprinzip an, d. h. Lichtquelle und Detektor befinden sich auf einer Seite des Markenträgers und der Reflektor bzw. Spiegel auf der anderen Seite. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit nicht notwendig, den Markenraster auf sich selbst abzubilden, sodaß die Entfernung zwischen Spiegel und Markenträger bzw. zwischen Markenträger und der Einheit aus Lichtquelle und Detektor, auch leichten Schwankungen unterworfen sein kann, welche ohne Auswirkungen auf das Meßergebnis bleiben.

Je nachdem ob paralleles Licht angeboten wird oder eine punktförmige Lichtquelle Verwendung findet, wird der Spiegel eben oder fokussierend ausgeführt, sodaß das von ihm erfaßte Licht der Lichtqelle zur Gänze in den Detektor reflektiert wird. Damit wird praktisch dieselbe Verschmutzungsunempfindlichkeit erreicht, wie mit einem "normalen" Durchlichtverfahren und Lichtquelle und Detektor können auf einer Seite des Markenträgers bleiben, sowie zu einer Einheit zusammgefaßt werden. Lediglich ein von der Bauhöhe her kleiner Spiegel muß an der anderen Seite des Markenträgers montiert sein. 2

Claims (4)

1. AT 406 306 B In seiner fokussierenden Ausführung kann der Spiegel das Licht einer punktförmigen Quelle aus einem relativ großen Raumwinkel sammeln und zu Ganze in den Detektor reflektieren, die Lichtausbeute ist also gut. Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur Begrenzung des Maßstrahles die spiegelnde Flache des Spiegels durch Abtrennen oder eine Schwärzung der nicht benötigten Spiegelfläche begrenzt ist. Es kann somit der Meßstrahl einfach geformt werden, da der genutzte Bereich des von der Quelle abgegebenen Lichts von der Form der reflektierenden Spiegelfläche bestimmt wird. Wenn z. B. nur ein streifenförmiger Bereich des Spiegels genutzt wird, kann der Meßstrahl leicht schmäler als die Hellfelder bzw. Fenster des Markenträgers ausgeführt werden. Damit wird unabhängig vom Abstand des Markenträgers zum Sensorkopf oder Spiegel immer dieselbe Signalhöhe erreicht. Schließlich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Spiegel eine kugelgelenkige Lagerung aufweist. Durch die kugelgelenkige Lagerung des Spiegels wird die Justierbarkeit des Meßstrahls von Lichtquelle zu Detektor sehr einfach möglich. Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen inkrementalen Wegsensors und Fig. 2 eine Variante nach Fig. 1. In den Fig. 1 und 2 ist jeweils der Markenträger 1 mit seinen Hell- und Dunkelfeldem 2 und 3, eine auf einer Seite des Markenträgers 1 liegende Einheit 4 mit einer Lichtquelle 5 und einem Detektor 6 sowie ein auf der anderen Seite des Markenträgers angeordneter Spiegel 7 (Fig. 1) bzw. 8 (Fig. 2) dargestellt. Die Hellfelder 2 des Markenträgers 1 sind in beiden Fällen als Fenster ausgebildet. In Fig. 1 wird ein Planspiegel 7 verwendet, welcher - ebenso wie der fokussierende Spiegel 8 in Fig. 2 - zu seiner Justierung eine kugelgelenkige Lagerung 9 aufweisen kann. Zur Begrenzung des Meßstrahles kann die spiegelnde Fläche 7' der Spiegel 7 bzw. 8 eine Schwärzung 10 aufweisen. Weiters ist es möglich, die spiegelnde Fläche durch Abtrennen zu begrenzen. Patentansprüche: 1. Inkrementaler optischer Wegsensor mit einer Lichtquelle, einem Detektor, welche beide auf einer Seite des Markenträgers angeordnet sind, einem Markenträger mit Hell- und Dunkelfeldem, wobei die Hellfelder als Fenster ausgebildet sind, sowie mit einem Spiegel auf der anderen Seite des Markenträgers, welcher das Licht von der Lichtquelle in den Detektor reflektiert dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (7, 8) durch seine Formgebung und/oder Begrenzung den reflektierten Meßstrahl derart begrenzt, daß das den Detektor (6) erreichende Licht jeweils ein Hellfeld (2) passiert.
2. 2. Wegsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (8) fokussierend ausgeführt ist, sodaß das von ihm erfaßte Licht der Lichtquelle (5) auf einfache Weise zur Gänze in den Detektor (6) reflektiert wird.
3. 3. Wegsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Meßstrahles die spiegelnde Fläche (7*) des Spiegels (7; 8) durch Abtrennen oder eine Schwärzung (10) der nicht benötigten Spiegelfläche begrenzt ist.
4. 4. Wegsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (7; 8) eine kugelgelenkige Lagerung (9) aufweist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 3