DE10313643A1

DE10313643A1 - Positionsmesssystem

Info

Publication number: DE10313643A1
Application number: DE2003113643
Authority: DE
Inventors: Ralph Bauer
Original assignee: HIGHRESOLUTION GmbH
Current assignee: HIGHRESOLUTION GmbH
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: DE10313643B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung mit einer solchen Messvorrichtung. DOLLAR A Die Messvorrichtung umfasst einen Gehäusekörper zur Aufnahme von zumindest einem Sensor in dem Gehäusekörper, wobei der Gehäusekörper eine Wand aufweist, wo der zumindest eine Sensor zur Abtastung eines Maßkörpers ortsfest im Gehäusekörper angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Wand zumindest eine erste und eine zweite Platte auf, die miteinander verbunden sind, wobei die erste Platte zumindest eine Öffnung aufweist, die zur Außenseite des Gehäusekörpers hin von der zweiten Platte abgeschlossen ist, um eine Aufnahme für einen Sensor auszubilden. DOLLAR A Die erste und zweite Platte können aus einem Blech gefertigt sein. Aufgrund der geringen Herstellungstoleranzen von Blechen hinsichtlich Dicke und Planarität kann der Sensor sehr präzise unter einem geringen Abstand zur Unterseite des Gehäusekörpers angeordnet werden und von der zweiten Platte zuverlässig geschützt werden. Als bevorzugte Verbindungstechnik wird ein Laserschweißverfahren verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung mit einer solchen Messvorrichtung.
Bei Längen- oder Positionsmessvorrichtungen der. vorgenannten Art wird ein Sensor entlang einem Maßkörper bzw. eine Maßverkörperung bewegt und dabei Information, die auf dem Maßkörper gespeichert ist, beispielsweise in Form einer Unterteilung, abgetastet bzw. erfasst, um aus der erfassten Information eine Länge, einen Verfahrweg, eine Position oder dergleichen zu bestimmen. Derartige Längen- oder Positionsmesssysteme werden in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise bei Messmaschinen, Werkzeugmaschinen, Metallbearbeitungsmaschinen, Laseranlagen, Positionierungsanlagen, Holzbearbeitungsmaschinen, Bestückungsautomaten, Handlingsanlagen, Schweißanlagen, Erodieranlagen, Pressen, Hebebühnen, Aufzügen etc. Die Anwendungen erfordern häufig eine hohe Messgenauigkeit, die bis in den Nanometerbereich gehen kann.
Zur Messung werden im Wesentlichen die drei nachfolgend aufgeführten Messprinzipien verwendet. Ein Maßkörper bzw. eine Maßverkörperung mit einer Unterteilung, die Unterabschnitte unterschiedlichen Reflexionsvermögens aufweist, kann optisch abgetastet werden, wie beispielsweise in der DE 199 37 023 A1 beschrieben. Ein magnetischer Maßkörper bzw. eine Maßverkörperung mit einer einmagnetisierten Struktur, wie beispielsweise in der DE 199 36 536 A1 beschrieben, kann mit Hilfe eines magnetfeldempfindlichen Sensors, beispielsweise Hall-Sensors, AMR-Sensors (magneto-resistiv), GMR-Sensors (giantmagnetoresistive), abgetastet werden. Schließlich wird bei induktiven Messverfahren ein Maßkörper, in den feine Strukturen eingeätzt oder eingelasert sind, mit Hilfe eines induktiven Sensors abgetastet, der die durch die Unterteilung bedingten Strukturen mit abwechselnd hoher und niedriger Permeabilität erfasst.
Insbesondere bei dem magnetischen oder induktiven Messverfahren wird die erzielbare Messgenauigkeit durch den Abstand zwischen dem Sensor und dem Maßkörper begrenzt. Wenn Auflösungen im Bereich von unter 1 μm erzielt werden sollen, ist es erforderlich, den Sensor in einem relativ geringen, aber konstanten Abstand zu dem Maßkörper zu führen. Dieser Abstand kann etwa 0,5 mm oder gar weniger betragen. Dabei ergeben sich Probleme insbesondere in verschmutzten Umgebungen, beispielsweise durch Späne, Sprühnebel von Kühlmitteln, Lösungsmittel, Öle, Fette, Wasser und mechanischen Verschleiß. Solche Umgebungen erfordern eine Messvorrichtung, die einerseits ausreichend robust ausgebildet und andererseits präzise entlang dem Maßkörper verfahren werden kann.

Aus dem Stand der Technik sind Messvorrichtungen für eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung bekannt, bei denen ein Sensor in einem Gehäusekörper aufgenommen und dort ortsfest angeordnet ist. Der Sensor wird beispielsweise in den Gehäusekörper eingeklebt oder eingeschraubt. Nach geeigneter Positionierung des Sensors in dem Gehäusekörper wird der Gehäusekörper mit einem Kunstharz vergossen, so dass an der Unterseite des Gehäusekörpers eine im Wesentlichen plane Fläche bzw. Wand ausgebildet wird, wo der Sensor unter einem relativ geringen Abstand zu der Unterseite des Gehäusekörpers angeordnet ist.

Dabei ist es schwierig, den Sensor unter einem genau vorgebbaren Abstand zur Unterseite des Gehäusekörpers hin anzuordnen. Ferner ist es schwierig, den Sensor parallel und ohne Verkippung relativ zu der Unterseite des Gehäusekörpers anzuordnen. Ferner ist es schwierig, den Abstand des Sensors zur Unterseite des Gehäusekörpers hin flexibel zu gestalten, um unterschiedliche Typen von Messvorrichtungen herzustellen. Somit ist die erzielbare Auflösung insbesondere für induktive oder magnetische Messvorrichtungen begrenzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messvorrichtung der vorgenannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese einfach und kostengünstig hergestellt werden kann, wobei zugleich eine hohe Messgenauigkeit und eine Flexibilität in der Fertigung gewährleistet werden soll. Außerdem soll gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Messvorrichtung sowie eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung mit einer solchen Messvorrichtung geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1, durch eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 14 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 15. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.

Bei einer Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Gehäusekörper eine Wand auf, wo der zumindest eine Sensor zur Abtastung eines Maßkörpers ortsfest im Gehäusekörper angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Wand zumindest eine erste und eine zweite Platte, auf, die miteinander verbunden sind, wobei die erste Platte zumindest eine Öffnung aufweist, die zur Außenseite des Gehäusekörpers hin von der zweiten Platte abgeschlossen ist, um so eine Aufnahme für einen Sensor auszubilden. Bevorzugt ist die zweite Platte relativ dünn.

Vorteilhaft ist, dass durch Vorgabe der Stärke der zweiten Platte der Abstand des zumindest einen Sensors zur Unterseite der Messvorrichtung in einfacher Weise präzise vorgegeben werden kann. Somit kann erfindungsgemäß der Abstand zwischen dem Sensor und dem zu vermessenden Maßkörper in einfacher Weise präzise eingehalten werden. Vorteilhaft ist ferner, dass durch einfache Variation der Stärke der zweiten Platte der Abstand des Sensors zur Unterseite des Gehäusekörpers in einfacher Weise flexibel verändert werden kann. Dies ermöglicht erfindungsgemäß eine flexible Serienfertigung von Messvorrichtungen mit unterschiedlichen Abständen des Sensors zur Unterseite des Gehäusekörpers.

Vorteilhaft ist ferner, dass plattenförmige Körper, beispielsweise Bleche, Folien, Tafeln etc., mit relativ geringen Toleranzen hinsichtlich Planarität und Dicke kostengünstig verfügbar sind. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von Präzisionsmessvorrichtungen.

Bevorzugt liegt der zumindest eine Sensor in der so ausgebildeten Aufnahmeöffnung unmittelbar auf der zweiten Platte auf. Vorteilhaft ist, dass der Sensor erfindungsgemäß unter Einhaltung geringer Toleranzen hinsichtlich Planarität und Verkippung in einfacher Weise angeordnet werden kann.

Erfindungsgemäß sind die Planarität und Verkippung des Sensors relativ zu der Unterseite des Gehäusekörpers im Wesentlichen durch die Planarität der zweiten Platte vorgegeben. Ferner ist erfindungsgemäß eine Verdrehung des Sensors relativ zu einer Gehäuselängsachse im Wesentlichen durch die Kontur der in der ersten Platte ausgebildeten Aufnahmeöffnung vorgegeben.

Im Bereich der Aufnahmeöffnung für den Sensor dient die zweite Platte erfindungsgemäß als mechanischer Schutz für den Sensor. Durch Wahl sehr robuster und/oder verschleißarmer Materialien für die zweite Platte kann somit erfindungsgemäß die Stabilität und Robustheit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in einfacher Weise vorgegeben werden. Als relevanter Parameter zur Auslegung der Messvorrichtung dient dabei insbesondere die Dicke der zweiten Platte, die in einfacher Weise variiert und an die jeweilige Messvorrichtung angepasst werden kann.

Erfindungsgemäß braucht der Sensor in dem Gehäusekörper nicht mehr unbedingt vergossen zu werden, weil er bereits durch die zweite Platte ausreichend mechanisch geschützt wird. Deshalb kann der Sensor erfindungsgemäß von der Rückseite der Wand bzw. der ersten Platte her zugänglich sein und in einfacher Weise gewartet oder ausgetauscht werden. Die erfindungsgemäße Aufbau- und Verbindungstechnik ist deshalb sehr servicefreundlich.

Bevorzugt ist der Gehäusekörper im Wesentlichen geschlossen, so dass Verschmutzungen und mechanische Partikel den Sensor und/oder die Auswerteelektronik nicht beeinträchtigen können. Dies schließt jedoch nicht aus, dass der Gehäusekörper rückseitig auch zumindest abschnittsweise geöffnet ist oder geöffnet werden kann, weil ja der Sensor durch die zweite Platte zuverlässig mechanisch geschützt ist.

Durch Anordnung des Sensors in der in der ersten Platte ausgebildeten Aufnahmeöffnung ist der Sensor automatisch ortsfest in unmittelbarer Nähe zu der Unterseite des Gehäusekörpers hin angeordnet. Die Aufnahmeöffnung kann so ausgebildet sein, dass der Sensor ohne weitere Haltemittel. zuverlässig darin angeordnet ist, beispielsweise durch Einclippen des Sensors in die Aufnahmeöffnung. Selbstverständlich kann der Sensor in der Aufnahmeöffnung mechanisch gehalten werden oder stoffschlüssig, reibschlüssig oder kraftschlüssig mit der Wand verbunden sein. Ganz besonders bevorzugt ist der Sensor in die Aufnahmeöffnung eingeklebt.

Unter dem Begriff "Platte", wie er in dieser Patentbeschreibung verwendet wird, sei bevorzugt ein ebenes, flaches Gebilde von meist geringer Stärke verstanden, insbesondere ein Blech, eine Tafel oder Folie aus einem geeigneten Material. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die erste Platte, in welcher die zumindest eine Aufnahmeöffnung für den Sensor ausgebildet ist, mit der zweiten Platte geeignet verbunden, um eine mechanisch stabile Wand auszubilden. Zur Verbindung der beiden Platten stehen grundsätzlich mechanische, stoffschlüssige, kraftschlüssige und reibungsschlüssige Verbindungstechniken zur Verfügung. Ganz besonders bevorzugt wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Verkleben. Ganz besonders bevorzugt werden die erste und zweite Platte mit Hilfe eines Lasers miteinander veschweißt.

Grundsätzlich kann die Wand einstückig mit dem Gehäusekörper ausgebildet sein, in welchem Fall die zumindest eine Aufnahmeöffnung vor Verbindung der zweiten Platte mit der Wand des Gehäusekörpers in der Wand ausgebildet wird. Gemäß einer bevorzugten alternativen Ausführungsform sind jedoch der Gehäusekörper und die durch Verbindung der ersten und der zweiten Platte ausgebildete Wand zweistöckig zueinander ausgebildet, so dass die Wand einen Boden oder eine Seitenwand des Gehäusekörpers ausbildet. Gemäß dieser Ausführungsform können Gehäusekörper und Wand als gesonderte Bauteile hergestellt werden, was eine noch flexiblere Serienfertigung ermöglicht. Gehäusekörper und Wand können lösbar, beispielsweise durch eine mechanische Schraubverbindung, oder unlösbar miteinander verbunden werden. Grundsätzlich können die Wand und der Gehäusekörper auch kraft- oder reibschlüssig miteinander verbunden werden. Ganz besonders bevorzugt wird eine stoffschlüssige Verbindung von Wand und Gehäusekörper, insbesondere durch Verkleben oder Laserschweißen.

Bevorzugt sind die erste und zweite Platte jeweils aus einem Blech gefertigt. Bleche, die üblicherweise durch Walzen eines Metalls hergestellt werden, sind kostengünstig mit relativ kleinen Herstellungstoleranzen, insbesondere bezüglich Planarität und Dicke des Blechs, erhältlich. Somit kann erfindungsgemäß der Sensor sehr präzise in dem Gehäusekörper angeordnet werden. Bevorzugt ist die zweite Platte dünner ausgebildet als die erste Platte. Die zweite Platte dient somit im Wesentlichen dem mechanischen Schutz des aufzunehmenden Sensors sowie der Einhaltung eines durch die Dicke der zweiten Platte bestimmten vorgebbaren Abstands des in dem Gehäusekörper gehaltenen Sensors relativ zu der Unterseite des Gehäusekörpers. Die erste Platte dient dagegen der präzisen Aufnahme und Halterung des Sensors, insbesondere hinsichtlich der Ausrichtung des Sensors relativ zu einer Längsachse des Gehäusekörpers. Bevorzugt steht der in der ersten Platte aufgenommene Sensor von der Rückseite der ersten Platte zumindest geringfügig vor, so dass er, beispielsweise für Wartungsarbeiten, ohne weiteres gegriffen und herausgenommen werden kann.

Bevorzugt weisen die erste und die zweite Platte im Wesentlichen dieselben Außenabmessungen auf, wobei die Form der auszubildenden Wand präzise auf die in dem Gehäusekörper ausgebildete und zur Aufnahme der Wand vorgesehene Aufnahmeöffnung abgestimmt ist. Während in der ersten Platte eine oder mehrere Öffnungen, beispielsweise durch Laserschweißen, ausgebildet sind, die zur Aufnahme des Sensors und/oder zur Aufnahme von Haltemitteln etc., vorgesehen sind, wird die zweite Platte ganz besonders bevorzugt ohne jegliche Öffnungen oder Aussparungen darin bereitgestellt. Zur Bereitstellung der zweiten Platte ist es somit im Wesentlichen nur erforderlich, die zweite Platte mit einer geeigneten Außenkontur aus einem Blech oder einem anderen Endlosmaterial herauszuschneiden.

Insbesondere für induktive oder magnetische Sensoren ist eine präzise Einhaltung eines relativ geringen Abstands des Sensors zu dem zu vermessenden Maßkörper zur Erzielung hoher Messgenauigkeiten wichtig. Erfindungsgemäß ist die zweite Platte bzw. das Blech bevorzugt weniger als etwa 0,3 mm, bevorzugter weniger als 0,25 mm und noch bevorzugter weniger als etwa 0,2 mm stark. Überraschenderweise haben sich solche dünnen Bleche als ausreichend erwiesen, um einen zuverlässigen mechanischen Schutz des Sensors in den meisten Anwendungen zu gewährleisten. Damit zur Erzielung hoher Messgenauigkeiten der Sensor in einem Abstand von etwa 0, 5 mm zu der Oberfläche des zu vermessenden Maßkörpers angeordnet und geführt werden kann, ist es deshalb erfindungsgemäß nur erforderlich, dass das zur präzisen Anordnung und Führung der Messvorrichtung dienende Führungsmittel einen Abstand von etwa 0,2 mm, bevorzugter von etwa 0,25 mm und noch bevorzugter von etwa 0,3 mm zwischen der Unterseite des Gehäusekörpers und der Oberfläche des zu vermessenden Maßkörpers präzise einhält. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass derartige Führungsmittel kostengünstig erhältlich sind, beispielsweise in Form von Verfahrtischen, Nutführungen, Kugellagerführungen etc.

Zur Gewährleistung eines ausreichenden mechanischen Schutzes für den Sensor, insbesondere in rauen und verschmutzten Arbeitsumgebungen, hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn die zweite Platte zumindest etwa 0,1 mm, bevorzugter zumindest etwa 0,125 mm und noch bevorzugter zumindest etwa 0,15 mm stark ist. Somit braucht das Führungsmittel gar nur einen Abstand von etwa maximal 0,4 mm, bevorzugter maximal von etwa 0,375 mm und noch bevorzugter von maximal etwa 0,35 mm zwischen der Unterseite des Gehäusekörpers und der Oberfläche des zu vermessenden Maßkörpers einzuhalten. Geeignete Führungsmittel mit ausreichender Präzision stehen kostengünstig zur Verfügung.

Der Gehäusekörper kann, beispielsweise an seiner Unterseite, einen Umfangsrand aufweisen, der von einer Auflagefläche in dem Gehäusekörper vorsteht, um eine Aufnahme für die Wand in dem Gehäusekörper auszubilden. In der Aufnahme können geeignete Dichtungsmittel, beispielsweise ein O-Ring, zur Abdichtung des Gehäusekörpers nach außen hin vorgesehen sein. Die Aufnahme kann auch zur Bewerkstelligung einer ausreichenden stoffschlüssigen Verbindung zwischen aufzunehmender Wand und Gehäusekörper dienen, beispielsweise zur Verklebung oder Verschweißung.

Bevorzugt steht die in der Aufnahme aufgenommene Wand geringfügig über den Umfangsrand des Gehäusekörpers vor oder schließt diese bündig mit dem Umfangsrand ab. Bei bekannter Dicke der zweiten Platte kann somit der Abstand zwischen dem Sensor und dem zu vermessenden Maßkörper durch den Abstand zwischen der Unterseite des Gehäusekörpers bzw. der Außenseite der zweiten Platte und der Oberfläche des zu vermessenden Maßkörpers eindeutig vorgegeben werden.

Bevorzugt weist der Gehäusekörper einen Hohlraum auf, der so bemessen ist, dass der von der Rückseite der Wand gegebenenfalls vorstehende Sensor und/oder eine mit diesem verbundene Auswerteelektronik, die bevorzugt auf einer Leiterplatine getragen ist, vollständig und mechanisch geschützt in dem Gehäusekörper aufgenommen werden kann.

Die Auswerteelektronik und/oder die Leiterplatine kann von einem in dem Gehäuse angeordneten Haltemittel, beispielsweise Schraub- oder Clipverbindung, gehalten werden oder kann nach Verbindung der Wand mit dem Gehäusekörper an einer der Wand gegenüber liegende Rückseite des Gehäusekörpers anliegen und so gehalten werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zusätzlich zu der zumindest einen Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Sensors in der ersten Platte eine oder mehrere weitere Öffnungen ausgebildet, die ebenfalls von der zweiten Platte abgeschlossen wird bzw. werden. Die so ausgebildete zumindest eine weitere Aufnahme kann zur Aufnahme eines Fortsatzes der Leiterplatine oder eines Halteelements zum Halten der Leiterplatine, beispielsweise eines Stifts, Zapfens, Clipelements, dienen.

Wenn der in dem Gehäusekörper aufgenommene Sensor ein induktiver oder magnetfeldempfindlicher Sensor ist, ist die zweite Platte zweckmäßig geeignet magnetisch durchlässig. Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn die zweite Platte aus einem dünnen Edelstahlblech gefertigt ist. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist jedoch nicht auf die Verwendung von induktiven oder magnetfeldempfindlichen Sensoren beschränkt. Vielmehr kann der Sensor auch ein optischer Sensor sein, in welchem Fall die zweite Platte zumindest im Bereich der jeweiligen Aufnahme für den optischen Sensor abschnittsweise für die jeweils verwendete Wellenlänge optisch transparent ist. Als geeignete Materialien haben sich insbesondere dünne Kunststofftafeln erwiesen, die ebenfalls kostengünstig mit geringen Toleranzen hinsichtlich Dicke und Planarität im Handel erhältlich sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit auch eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung bereitgestellt, die zur Bestimmung von Längen, Wegstrecken, Positionen oder dergleichen bei den vorgenannten Einsatzzwecken Verwendung finden soll. Die erfindungsgemäße Längen- oder Positionsmessvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Messvorrichtung und umfasst ferner zumindest einen Maßkörper bzw. eine Maßverkörperung und zumindest ein Führungsmittel, das jeweils einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zugeordnet ist, so dass die zugeordnete Messvorrichtung unter einem im Wesentlichen konstanten Abstand zu dem zu vermessenden Maßkörper verfahrbar gehalten ist, so dass der Sensor eine Maßunterteilung des zu vermessenden Maßkörpers abtasten kann. Entsprechende Messvorrichtungen und Maßkörper bzw. Maßverkörperungen sind in den Druckschriften DE 100 64 734 A1 , DE 199 36 536 A1 und DE 199 37 023 A1 beispielhaft beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme in der vorliegenden Anmeldung mit aufgenommen sei.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Messvorrichtung. für eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung bereitgestellt, die einen Gehäusekörper zur Aufnahme von zumindest einem Sensor in dem Gehäusekörper umfasst, wobei der Gehäusekörper eine Wand aufweist, wo der zumindest eine Sensor zur Abtastung eines Maßkörpers ortsfest in dem Gehäusekörper angeordnet ist. Bei dem Verfahren wird eine erste und eine zweite Platte bereitgestellt. In der ersten Platte wird zumindest eine Öffnung ausgebildet, beispielsweise durch Schlitzen, Laserschneiden etc. Bevorzugt weist die zweite Platte keinerlei Öffnungen oder Aussparungen auf, jedenfalls nicht in dem Bereich der in der ersten Platte ausgebildeten Öffnungen. Erfindungsgemäß werden die erste und die zweite Platte dergestalt miteinander verbunden und in dem Gehäusekörper aufgenommen, dass die erste Platte zur Außenseite des Gehäusekörpers hin von der zweiten Platte abgeschlossen wird, um zumindest eine Aufnahme zum Aufnehmen eines Sensors auszubilden.

Bevorzugt wird die zweite Platte im Wesentlichen mit denselben Außenabmessungen wie die erste Platte bereitgestellt. Die erste Platte kann gemäß einer ersten Ausführungsform einstückig mit dem Gehäusekörper ausgebildet werden. Alternativ kann die erste Platte auch als gesondertes Bauteil, zweistückig zu dem Gehäusekörper, ausgebildet werden.

Bevorzugt wird zumindest die zweite Platte, bevorzugt auch die erste Platte, als dünnes Blech, insbesondere als dünnes Edelstahlblech, bereitgestellt, wobei die zweite Platte dünner als die erste Platte ist, bevorzugt mit den vorgenannten Dicken.

Nachdem die Öffnungen in der ersten Platte ausgebildet worden sind, wird die zweite Platte mit der ersten Platte verbunden. Zur Verbindung können grundsätzlich kraftschlüssige, reibungsschlüssige und stoffschlüssige Verbindungstechniken eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt werden die erste und zweite Platte stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere durch Kleben und ganz besonders bevorzugt mittels Laserschweißen.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, worin:
1 in einem Querschnitt eine zweilagige Wand bzw. einen zweilagigen Bodenkörper mit einem darin aufgenommenen Sensor und einer zugehörigen Auswerteelektronik darstellt;
2 in einem schematischen Querschnitt eine Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, die unter einem geringen Abstand zu einem zu vermessenden Maßkörper angeordnet ist;
3 in einer Draufsicht eine zweilagige Wand bzw. einen zweilagigen Bodenkörper gemäß der vorliegenden Erfindung zur Aufnahme von zumindest einem Sensor darin und zur Verbindung mit einem Gehäusekörper darstellt;
4 in einer schematischen Unteransicht einen Gehäusekörper gemäß der vorliegenden Erfindung zur Aufnahme einer zwei- oder mehrlagigen Wand bzw. eines zwei- oder mehrlagigen Bodenkörpers darstellt; und
5 in einem schematischen Teilschnitt den Gehäusekörper gemäß der 4 darstellt.
In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder gleichwirkende Bauelemente oder Funktionsgruppen. Beim Studium der nachfolgenden Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels werden dem Fachmann weitere zu lösende Aufgaben, Merkmale und Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung ersichtlich werden.
Die 1 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine Wand bzw. einen Bodenkörper 7, in welchem ein Sensor 2 aufgenommen ist, der mit einer Leiterplatine 4 und einer darauf getragenen Auswerteelektronik (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Wand 7 ist gemäß der 1 zweilagig ausgebildet und umfasst ein als erste Platte dienendes stabiles Blech 10 und ein als zweite Platte dienendes dünnes Blech 11. Das stabile Blech 10 und das dünne Blech 11 sind fest miteinander verbunden, um so eine mechanisch stabile Wand 7 auszubilden. In dem stabilen Blech 10 ist zumindest eine Öffnung (siehe 3) zur Aufnahme eines jeweiligen Sensors 2 ausgebildet. Nach Verbinden des dünnen Bleches 11 mit dem stabilen Blech 10 wird somit in dem stabilen Blech 10 eine zur Außenseite hin geschlossene Aufnahme zum Aufnehmen des Sensors 2 ausgebildet. Im Bereich der Öffnung ist der darin aufgenommene Sensor 2 durch das dünne Blech 11 mechanisch geschützt. Wie in der 1 dargestellt, steht der Sensor 2 von der Rückseite des stabilen Blechs 10 geringfügig vor, so dass dieser für Wartungs- oder Reparaturarbeiten ergriffen und aus der Öffnung herausgenommen werden kann.
Über den Bodenkörper 7 mit dem darin aufgenommenen Sensor 2 und die Leiterplatine 4 wird, wie in der 2 dargestellt, ein im Wesentlichen geschlossener Gehäusekörper 5 übergestülpt. Anschließend wird der Bodenkörper 7 mit dem Gehäusekörper 5 geeignet verbunden, beispielsweise mechanisch mittels Schraub- oder Klemmverbindung, oder stoffschlüssig, insbesondere mittels Klebeverbindung oder Laserschweißen. Zweckmäßig ist der Gehäusekörper 5 nach Verbindung mit dem Bodenkörper 7 zur Außenseite hermetisch, insbesondere flüssigkeitsdicht, abgedichtet, so dass von der Außenseite her keine Verunreinigungen oder Schmutzpartikel eindringen können. Der Gehäusekörper 5 weist Befestigungsöffnungen 20 zur Befestigung der Messvorrichtung 1 an einer nicht dargestellten Haltevorrichtung auf. Durch eine Anschlussdurchführung (Bezugszeichen 18 in den 4 und 5) ist ein Kabel 6 zur Verbindung mit der Auswerteelektronik 3 geführt.
Wie in der 2 dargestellt, tastet der Sensor 2 der Messvorrichtung 1 einen mit Unterteilungen versehenen Maßkörper 9 ab. Zu diesem Zweck wird die Messvorrichtung 1 mittels eines nicht dargestellten Führungsmittels unter einem geringen Abstand D zwischen der Unterseite 8 des Bodenkörpers 7 und der Oberfläche des Maßkörpers 9 verfahrbar gehalten. Der Sensor 2 tastet den Maßkörper 9 induktiv, magnetisch oder optisch ab. Der Abstand des Sensors 2 relativ zu der Oberfläche des Maßkörpers 9 ist durch den Abstand D und die Dicke des dünnen Blechs 11 des Bodenkörpers 7 vorgegeben. Weil das dünne Blech 11 mit geringer Dicke und kleinen Fertigungstoleranzen, insbesondere hinsichtlich Dicke und Planarität, bereitgestellt werden kann, kann der Sensor sehr präzise relativ zu der Oberfläche des Maßkörpers 9 angeordnet und verfahren werden.
Die 3 zeigt in einer schematischen Draufsicht den Bodenkörper 7 gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser ist zwei- oder mehrlagig ausgebildet. Zur Vereinfachung sei in der 3 angenommen, dass der Bodenkörper 7 nur zweilagig ausgebildet ist. Wie in der 3 dargestellt, sind in das stabile Blech 10 mehrere Öffnungen 12, 13, 14a-14d ausgebildet. Nach Verbinden des stabilen Blechs 10 mit dem dünnen Blech 11 werden so Aufnahmen ausgebildet, deren Boden im Wesentlichen plan ist und deren Kontur durch die Kontur der in dem stabilen Blech 10 ausgebildeten Öffnungen 12, 13, 14a-14d vorgegeben ist. In der 3 dienen die Öffnungen 12, 13 zur Aufnahme von Sensoren (nicht dargestellt) und dienen die Öffnungen 14a-14d zur Aufnahme von nicht dargestellten Fortsätzen der Leiterplatine 4 oder von nicht dargestellten Halte- oder Verbindungsmitteln, um die Leiterplatine 4 und die von dieser getragene Auswerteelektronik 3 geeignet stabil mit dem Bodenkörper 7 zu verbinden.
Die 4 zeigt in einer schematischen Unteransicht den Gehäusekörper 5. Dieser weist einen Hohlraum 17 auf, um darin die Leiterplatine 4 mit der Auswerteelektronik 3 aufzunehmen.
Der Hohlraum 17 wird von einem Rand 16 umgeben, der als Auflagefläche dient, an der der Bodenkörper 7 nach Verbindung mit dem Gehäusekörper 5 anliegt. Die Auflagefläche 16 wird von einem Umfangsrand 15 begrenzt, der geringfügig von der Auflagefläche 16 vorsteht, um so eine Aufnahme zum Aufnehmen des Bodenkörpers 7 in dem Gehäusekörper 5 auszubilden. Die Höhe des Umfangsrands 15 ist zweckmäßig kleiner oder gleich der Gesamtdicke des Bodenkörpers 7, so dass die Unterseite 8 des Bodenkörpers 7 entweder geringfügig von der Unterseite des Gehäusekörpers 5 vorsteht, oder bündig mit dem Umfangsrand 15 abschließt, wenn der Bodenkörper 7 in dem Gehäusekörper 5 aufgenommen ist. In dem Umfangsrand 15 kann ein Dichtungskörper, beispielsweise ein O-Ring (nicht dargestellt), zum Abdichten des Gehäusekörpers 5 vorgesehen sein. Im Falle einer stoffschlüssigen Verbindung von Bodenkörper und Gehäusekörper 5 gewährleistet die Auflagefläche 16 einen großflächigen Kontakt zwischen den zu verbindenden Oberflächen. An der rechten Seite des Gehäusekörpers 5 ist eine Anschlussdurchführung 18, bevorzugt mit einem Schraubgewinde, zum Durchführen des in der 2 dargestellten Anschlusskabels 6 vorgesehen.
Die 5 zeigt in einem schematischen Teilschnitt den Gehäusekörper 5 gemäß der 4. Die Höhe des Umfangsrands 15 ist mit dem Bezugszeichen X vermerkt. An der Unterseite des Gehäusekörpers 5 ist eine Aufnahme 19 zum Aufnehmen des Bodenkörpers 7 ausgebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Messvorrichtung 1 wie folgt hergestellt: Der Gehäusekörper 5 wird mit einer Aufnahme 19 bereitgestellt. Zweckmäßig ist der Gehäusekörper 5 aus Metall geformt, beispielsweise durch Alu-Druckguss oder spanende Bearbeitungsverfahren. In einem relativ stabilen Blech werden eine oder mehrere Öffnungen ausgebildet, um das stabile Blech 10 des in der 3 dargestellten Bodenkörpers 7 auszubilden. Zweckmäßig ist das stabile Blech 10, wie in den Figuren dargestellt, als gesondertes Bauteil, gesondert zu dem Gehäusekörper 5, ausgebildet. Gemäß einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform kann das stabile Blech 10 jedoch auch einstückig mit dem Gehäusekörper 5 ausgebildet werden. Ggf. werden die Kanten der Öffnungen 12-14 in dem stabilen Blech 10 nachbearbeitet, beispielsweise entgratet.
Das stabile Blech 10 weist eine ausreichende Dicke auf, so dass der Sensor 2 darin zuverlässig und präzise aufgenommen werden kann. Das stabile Blech 10 kann beispielsweise ein Edelstahlblech sein, mit einer Dicke von etwa 2 bis 5 mm, bevorzugt etwa 2,5 mm. Die Öffnungen 12-14 werden in das stabile Blech 10 bevorzugt mittels Laserschneiden ausgebildet, so dass die Öffnungen 12-14 kostengünstig und flexibel, aber gleichzeitig sehr präzise ausgebildet werden können. Bevorzugt ist die Kontur der zur Aufnahme des Sensors 2 dienenden Öffnungen 12, 13 eng anliegend an die Außenkontur des aufzunehmenden Sensors 2 angepasst.
Nun wird in einem weiteren Schritt ein relativ dünnes Blech 11, das dünner ist als das stabile Blech 10, bereitgestellt, bevorzugt mit denselben Außenabmessungen wie das stabile Blech 10. Bevorzugt ist das dünne Blech 11 ein dünnes Edelstahlblech. Für einen ausreichenden mechanischen Schutz des aufzunehmenden Sensors 2 ist es zweckmäßig, wenn das dünne Blech 11 eine Mindeststärke von etwa 0,1 mm, bevorzugter von mindestens 0,125 mm und noch bevorzugter von mindestens 0,15 mm aufweist. Überraschenderweise haben sich solch geringe Stärken als ausreichend für einen mechanischen Schutz erwiesen. Dicker braucht das dünne Blech 11 jedoch nicht zu sein.
Damit zur Erzielung einer hohen Messgenauigkeit der Sensor 2 unter einem geringen Abstand zur Oberfläche des abzutastenden Maßkörpers 9 gehalten und geführt werden kann, wird es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das dünne Blech 11 eine maximale Dicke von etwa 0,3 mm, bevorzugter von etwa 0,25 mm und noch bevorzugter von weniger als etwa 0,2 mm aufweist.
Bei den vorgenannten Dicken braucht das Führungsmittel nur einen Abstand D (siehe 2) zwischen der Unterseite 8 des Bodenkörpers 7 und der Oberfläche des Maßkörpers 9 im Bereich zwischen etwa 0,4 mm und etwa 0,2 mm einzuhalten. Führungsmittel mit solchen Eigenschaften sind im Handel kostengünstig erhältlich. Weil dünne Bleche üblicherweise gewalzt werden, weisen diese geringe Fertigungstoleranzen auf, insbesondere hinsichtlich der Dicke und Planarität. Somit kann der Sensor 2 sehr präzise ortsfest in dem Gehäusekörper 5 angeordnet werden.
Die beiden Bleche 10, 11 werden bevorzugt mittels Laserschweißen miteinander verbunden. Anschließend wird ein Sensor 2 oder werden mehrere Sensoren 2 in die zugehörigen Aufnahmeöffnungen eingesetzt und gegebenenfalls darin befestigt, beispielsweise verklebt. Anschließend wird der Bodenkörper 7 in der Aufnahme 19 aufgenommen und mit dem Gehäusekörper 5 verbunden, beispielsweise mechanisch durch Verschrauben oder reibungs- oder kraftschlüssige Verbindungen oder mittels Stoffschluss, beispielsweise mittels Verkleben oder Verschweißen, insbesondere Laserschweißen.
Selbstverständlich kann die zweite Platte 11 auch zumindest im Bereich der Aufnahmeöffnung für einen jeweiligen Sensor optisch transparent sein, so dass die Messvorrichtung 1 den Maßkörper 9 auch optisch abtasten kann.
Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung einen optimalen mechanischen Schutz des Sensors bei hoher mechanischer Integration des Sensors bzw. der Sensoren. Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren ermöglicht die erfindungsgemäße Verbindungstechnik eine billige Serienteilherstellung, weil Standardplatten, insbesondere Bleche, verwendet werden können. Weil keine Spritzgusswerkzeuge verwendet werden müssen, ist die Flexibilität des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens hoch. Somit lassen sich auch Einzelteilfertigungen kostengünstig realisieren.
Während vorstehend beschrieben wurde, dass der Maßkörper und die Messvorrichtung im Wesentlichen linear erstreckt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Vielmehr können der Maßkörper und die entsprechende Wand der Messvorrichtung auch gekrümmt sein. Zu diesem Zweck wird die in dem Gehäusekörper aufzunehmende Wand geeignet umgeformt, beispielsweise durch Biegen an einem Biegedorn. Die vorteilhaft kleinen Toleranzen der für die Wand verwendeten Bleche, insbesondere hinsichtlich Dicke und Planarität, bleiben auch bei einer solchen Umformung erhalten.
Mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung lassen sich im Falle von induktiven oder magnetischen Sensoren Auflösungen bis unter einem Mikrometer, beispielsweise von etwa 0,5 Mikrometer, erzielen.

Claims

Messvorrichtung für eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung, umfassend einen Gehäusekörper (5) zur Aufnahme von zumindest einem Sensor (2) in dem Gehäusekörper, wobei der Gehäusekörper (5) eine Wand (7) aufweist, wo der zumindest eine Sensor (2) zur Abtastung eines Maßkörpers (9) ortsfest im Gehäusekörper angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (7) zumindest eine erste (10) und eine zweite (11) Platte aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei die erste Platte (7) zumindest eine Öffnung (12, 13) aufweist, die zur Außenseite des Gehäusekörpers hin von der zweiten Platte (11) abgeschlossen ist, um eine Aufnahme für einen Sensor (2) auszubilden.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Gehäusekörper (5) und die Wand (7) zweistückig zueinander ausgebildet sind, wobei die Wand einen Boden des Gehäusekörpers ausbildet.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste und zweite Platte jeweils aus einem Blech geformt sind, wobei die zweite Platte (11) dünner ist als die erste Platte (10).
Messvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die erste (11) und zweite (11) Platte im Wesentlichen dieselben Außenabmessungen aufweisen und stoffschlüssig miteinander verbunden sind, insbesondere miteinander laserverschweißt sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweite Platte weniger als etwa 0,3 mm, bevorzugter weniger als etwa 0,25 mm und noch bevorzugter weniger als etwa 0,2 mm stark ist.
Messvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die zweite Platte mindestens etwa 0,1 mm, bevorzugter mindestens etwa 0,125 mm und noch bevorzugter mindestens etwa 0,15 mm stark ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Öffnung (12, 13) jeweils an eine Außenkontur des aufzunehmenden Sensors angepasst ist, so dass der Sensor eng anliegend in der Öffnung aufnehmbar ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Gehäusekörper (5) einen Umfangsrand (15) aufweist, der von einer Auflagefläche (16) in dem Gehäusekörper vorsteht, um eine Aufnahme (19) für die Wand (7) in dem Gehäusekörper (5) auszubilden.
Messvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Höhe der Aufnahme (19) der Gesamtdicke der ersten (10) und zweiten (11) Platte entspricht.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Gehäusekörper (5) einen Hohlraum (17) zur Aufnahme einer Leiterplatine (4) aufweist, die auf sich eine Auswerteelektronik (3) für den Sensor hält.
Messvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die erste Platte (10) zumindest eine weitere Öffnung (14) aufweist, die jeweils von der zweiten Platte (11) abgeschlossen ist, um eine jeweilige Aufnahme für einen Fortsatz der Leiterplatine oder für ein Halteelement für die Leiterplatine auszubilden.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Sensor (2) ein induktiver oder magnetfeldempfindlicher Sensor ist, wobei die zweite Platte (11) magnetisch durchlässig ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der Sensor (2) ein optischer Sensor ist, wobei die zweite Platte (11) zumindest abschnittsweise im Bereich der jeweiligen Aufnahme für den Sensor transparent ist.
Längen- oder Positionsmessvorrichtung, umfassend zumindest eine Messvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zumindest einen Maßkörper (9) und zumindest ein Führungsmittel, das jeweils einer Messvorrichtung zugeordnet ist, so dass die zugeordnete Messvorrichtung unter einem im wesentlichen konstanten Abstand (D) zu dem Maßkörper (9) verfahrbar gehalten ist, wobei der Sensor eine Maßunterteilung des Maßkörpers abtastet, um eine Länge, einen Verfahrweg oder eine Position zu bestimmen.
Verfahren zum Herstellen einer Messvorrichtung (1) für eine Längen- oder Positionsmessvorrichtung, die einen Gehäusekörper (5) zur Aufnahme von zumindest einem Sensor (2) in dem Gehäusekörper umfasst, wobei der Gehäusekörper (5) eine Wand (7) aufweist, wo der zumindest eine Sensor (2) zur Abtastung eines Maßkörpers (9) ortsfest in dem Gehäusekörper angeordnet ist, umfassend die Schritte: es wird eine erste (10) und eine zweite (11) Platte bereitgestellt; es wird zumindest eine Öffnung (12, 13) in der ersten Platte (10) ausgebildet; die erste und die zweite Platte werden miteinander dergestalt verbunden und in den Gehäusekörper aufgenommen, dass die erste Platte (7) zur Außenseite des Gehäusekörpers hin von der zweiten Platte (11) abgeschlossen wird, um zumindest eine Aufnahme für einen Sensor (2) auszubilden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die zweite Platte (11) im Wesentlichen mit denselben Außenabmessungen wie die erste Platte (10) jedoch ohne jegliche Öffnungen bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem zumindest die zweite Platte (11) als dünnes Blech, insbesondere als Edelstahlblech, bereitgestellt wird, wobei die zweite Platte (11) dünner ist als die erste Platte (10).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die zweite Platte (11) mit der ersten Platte (10) stoffschlüssig verbunden wird, insbesondere laserverschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem die zumindest eine Öffnung (12, 13) in der ersten Platte (10) mittels Laserschneiden ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem der Gehäusekörper und die zu einer Wand miteinander verbundene erste und zweite Platte (10, 11) miteinander verklebt werden.