DE19524725C1 - Fotoelektrischer Kodierer zum Abtasten optischer Strukturen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen fotoelektrischen Kodierer zum Abtasten optischer Strukturen und ist beispielsweise für die Anwendung in Winkelmeßeinrichtungen geeignet.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die sowohl nach dem Auflichtverfahren als auch im Durchlichtverfahren eine Auswertung von Längen- und Winkelmessungen gewährleisten.

So ist in der Firmenschrift der Fa. Baumer - electric "Winkel-, Positionier- und Längenmeßsysteme" auf den Seiten 1.8 und 1.9 ein fotoelektrisches Abtastprinzip beschrieben und abgebildet, das eine Anordnung von Beleuchtung, Abtaststruktur als Gitterblende und Photodioden aufweist.

Des weiteren sind spezielle Photo-Diodenarrays bzw. Opto-Asics beschrieben, die auf Trägermaterialien angeordnet sind.

Hierbei befindet sich die Abtaststruktur auf einer separaten Abtastplatte und die Fotoelemente zur fotoelektrischen Auswertung sind auf getrennte Träger angeordnet.

Aus der DE-PS 32 20 560 ist ein fotoelektrischer Kodierer bekannt geworden, bei dem eine Lichtquelle auf der Oberfläche eines lichtdurchlässigen Basiselementes angeordnet und ein die Lichtquelle überspannender Reflektor vorgesehen ist.

Dabei gelangt das von einer Lichtquelle parallele Licht über einen Reflektor durch ein Referenzgitter auf einen Maßstab und wird von diesen auf das Referenzgitter reflektiert. Das Referenzgitter ist relativ kompliziert aufgebaut, da es neben den Gitterflächen gleichzeitig die für die Lichtauswertung erforderlichen Sensoren enthält. Jede Gitterstruktur verlangt damit eine relativ genau angepaßte Struktur für die zur Lichtauswertung erforderlichen Sensoren.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen fotoelektrischen Kodierer zum Abtasten von optischen Strukturen zur Verfügung zu stellen, mit dem in kleiner, kompakter Ausführung eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen fotoelektrischen Kodierer dadurch gelöst, daß auf einem lichtdurchlässigen Träger auch noch elektrische Signalverarbeitungskomponenten für von mindestens einem optischen Sensor abgegebenen Signale angebracht sind, und daß nur die Referenzstruktur auf der der abzutastenden optischen Struktur zugewandten Seite des lichtdurchlässigen Trägers angeordnet sind, während alle anderen von diesen noch getragenen Komponenten auf dessen gegenüberliegenden Seite vorgesehen sind.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen fotoelektrischen Kodierers besteht der Träger aus einer Glasplatte. Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der lichtdurchlässige Träger in einem Schutzgehäuse untergebracht und/oder mit einem Schutzverguß versehen. Es ist vorteilhaft, daß der optische Sensor mittels Leiterbahnen oder Kabel mit dem elektrischen Signalverarbeitungskomponenten verbunden ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der optische Sensor mittels flexibler Leiterplatte mit dem Signalverarbeitungskomponenten verbunden.

Es ist weiterhin von Vorteil, daß auf dem lichtdurchlässigen Träger Steckverbinder angeordnet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird in einem kleinen einfachen und kompakten Aufbau eine kostengünstige Herstellung realisiert. Es werden die Anzahl der Komponenten für den Aufbau von Weg- oder Winkelmeßeinrichtungen verringert und andererseits ist der multifunktionell aufgebaute Sensor kostengünstig herstellbar.

Der erfindungsgemäße fotoelektrische Kodierer soll nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Bei der in der Figur dargestellten Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung geht das Licht einer Lichtquelle 1, von der vorzugsweise Licht einer definierten Wellenlänge ausgeht, wie z. B. eine LED, durch einen lichtdurchlässigen Träger 2, z. B. Floatglas. Das Licht der diffus strahlenden Lichtquelle 1 durchstrahlt damit die Referenzstruktur 3, das z. B. aus einem Gitter mit der Gitterkonstanten g1 besteht. Das Gitter ist nach einem in der Elektrotechnik üblichen Vakuumbedampfungsverfahren hergestellt.

Das durch die Referenzstruktur frei hindurchtretende Licht, das also von dem Gitter nicht beeinflußt wird, fällt auf eine Rasterteilung 4, einem Gitter mit der Gitterkonstanten g2, die auf einen Grundkörper 5 aufgebracht, üblicherweise in der Meßtechnik als Maßstab bezeichnet wird.

Der Grundkörper 5 besteht aus einem Material, das geeignet ist die Rasterteilung 4 aufzunehmen, wie z. B. Floatglas, Stahl etc. Die Rasterteilung 4 ist nach einem in der Elektrotechnik üblichen Verfahren, z. B. Ätzverfahren oder Vakuumbedampfungstechniken, hergestellt.

Die Rasterteilung 4 oder der Grundkörper 5 müssen so aufgebaut bzw. technologisch behandelt sein, daß eine Reflexion des Lichtes erfolgen kann.

Das nicht durch das Gitter der Rasterteilung 4 mit der Gitterkonstanten g2 beeinflußte Licht wird durch den Grundkörper 5 reflektiert, passiert das Gitter 4 noch einmal und fällt auf die beiden dargestellten Fotoempfänger 6. Die Fotoempfänger 6 sind z. B. als Photodiodenarray ausgebildet.

Bei Bewegung der Referenzstruktur 3 und der Rasterteilung 4 zueinander treten Helligkeitsschwankungen an den Fotoempfängern 6 auf, die in elektrische Signale gewandelt werden.

Die elektrischen Signale werden vorzugsweise über nicht dargestellte in der Leiterplattentechnik üblichen Leiterbahnen einer Signalverarbeitungskomponente 7, zugeführt. Die Signalverarbeitungskomponenten bestehen aus allgemein in der Elektrotechnik bekannten Asics, die Elemente zur Verstärkung und Bewertung der Signale enthalten.

Die aufbereiteten Signale werden über einen Flexverbinder 8 einer nicht dargestellten Auswerteeinheit zugeführt.

Die Meßdynamik, die mechanisch-optische Abtasttoleranz oder die notwendige Wegsignalauflösung wird in erster Linie von der Rasterperiode der abzutastenden Rasterteilung 4 bestimmt. Ein Meßsystem für höhere Meßgeschwindigkeiten und gröberen mechanisch-optischen Abtasttoleranzen kann durch eine größere Rasterperiode 4 realisiert werden. Dazu braucht nur die Referenzstruktur 3 im gleichen Verhältnis wie die Rasterteilung 4 verändert werden.

Claims (6)

1. Fotoelektrischer Kodierer zum Abtasten optischer Strukturen, mit einem mit einem optischen Referenzgitter versehenen Referenzstrahler, mindestens einem fotoelektrischen Sensor sowie mit mindestens einer Beleuchtungsquelle, wobei diese Komponenten gemeinsam auf einem lichtdurchlässigen Träger elektrisch leitend miteinander verbunden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auch noch elektrische Signalverarbeitungskomponenten (7) für von den mindestens einem Fotoempfänger (6) abgegebene Signale auf dem lichtdurchlässigen Träger (2) angebracht sind, und daß nur die Referenzstruktur (3) auf der der abzutastenden optischen Struktur zugewandten Seite des lichtdurchlässigen Trägers (2) angeordnet ist, während alle anderen von diesen noch getragenen Komponenten auf dessen gegenüberliegenden Seite vorgesehen sind.

2. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Träger (2) eine Glasplatte ist.

3. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Träger (2) in einem Schutzgehäuse untergebracht und/oder mit einem Schutzverguß versehen ist.

4. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger (6) mittels Leiterbahnen oder Kabel mit den elektrischen Signalverarbeitungskomponenten (7) verbunden ist.

5. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger (6) mittels flexibler Leiterplatte mit den Signalverarbeitungskomponenten (7) verbunden ist.

6. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem lichtdurchlässigen Träger (2) Steckverbinder angeordnet sind.