DE19607179C1 - Elektrische Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Elektrische Positionsmeßeinrichtung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Positionsmeßeinrichtung ist aus der EP 0 060 021 A2 be­ kannt. Diese Positionsmeßeinrichtung weist eine flexible gedruckte Schal­ tung mit mehreren elektrischen Bauelementen auf. Um diese räumlich ver­ teilt angeordneten Bauelemente elektrisch mit der gedruckten Schaltung zu kontaktieren, weist die flexible gedruckte Schaltung eine Biegung in Form einer Schlaufe auf. Durch diese Schlaufe werden zwei Abschnitte gebildet, wobei innerhalb eines Abschnittes verschiedene Bauelemente kontaktiert sind. Ein Bauelement, bei dem mehrere Seiten mit der gedruckten Schal­ tung kontaktiert sind, ist mit langen Anschlußdrähten mit einem Abschnitt der flexiblen gedruckten Schaltung elektrisch verbunden.
Eine ähnliche Positionsmeßeinrichtung ist in der EP 0 146 312 A2 beschrie­ ben. Anstelle einer Schlaufe weist die flexible gedruckte Schaltung eine rechtwinkelige Biegung zur Bildung von zwei Abschnitten auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Positions­ meßeinrichtung mit geringer Baugröße zu schaffen, die weder elektrisch noch mechanisch störanfällig ist und die dennoch einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Positionsmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungen entnimmt man den Unteransprüchen.
Mit Hilfe der Zeichnungen wird nachfolgend die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine elektrische Positionsmeßeinrichtung in Form eines Drehgebers in Draufsicht;
Fig. 2 einen Abschnitt einer flexiblen gedruckten Schaltung schematisch in Seitenansicht dar­ gestellt;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Abschnitt gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine Abwicklung der flexiblen gedruckten Schaltung gemäß der Fig. 2 und 3;
Fig. 5 eine Variante eines Abschnittes einer flexiblen gedruckten Schaltung;
Fig. 6 eine miniaturisierte Abtastbaueinheit mit inte­ grierter flexibler gedruckter Schaltung in Sei­ tenansicht;
Fig. 7 die Abtastbaueinheit gemäß Fig. 6 in Drauf­ sicht;
Fig. 8 eine weitere Variante eines Abschnittes einer flexiblen gedruckten Schaltung und
Fig. 9 einen stark vereinfachten Schnitt durch eine Miniatur-Führung, mit Bett und Schlitten, deren Relativ-Position gemessen werden soll.
Ein in Fig. 1 gezeigter Drehgeber 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches aus einem Anschlußflansch 3 und einer Abdeckkappe 4 zusammen gesetzt ist. Im Innern dieses Gehäuses 2 befindet sich eine nicht dargestellte Maßver­ körperung in Form einer Teilscheibe, sowie eine Abtasteinrichtung mit elek­ trischen Bauelementen zur Abtastung der Teilscheibe. Diese Abtasteinheit mit ihren Bauelementen ist hier ebenfalls nicht dargestellt, da sie aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist.
Die elektrischen Bauelemente sind mit einer flexiblen gedruckten Schaltung 5 verbunden, die seitlich aus dem Gehäuse 2 herausgeführt ist. An ihrem freien Ende trägt die flexible gedruckte Schaltung 5 ein Anschlußmittel in Form eines Anschlußsteckers 6. Selbstverständlich kann anstelle des An­ schlußsteckers 6 auch eine Anschlußbuchse oder ein beliebiger anderer Anschlußkontakt montiert sein.
In Fig. 2 ist schematisch ein Abschnitt einer flexiblen gedruckten Schaltung dargestellt, wie sie unter dem Bezugszeichen 5 in einem Drehgeber 1 ge­ mäß Fig. 1 verwendet wird. Selbstverständlich kann die flexible gedruckte Schaltung 5 auch Bestandteil einer Abtastbaueinheit sein, welche in einer Linearmeßeinrichtung Verwendung findet. Auf der flexiblen gedruckten Schaltung 5 sind Photoelemente 7 angeordnet, welche durch Kontakte 8 auf ihrer Unterseite mit Leiterbahnen 9 verbunden sind. Die Photoelemente 7 weisen auf ihrer Oberseite ebenfalls Kontakte auf, die mit dem Bezugszei­ chen 10 versehen sind. Ein freies Ende der flexiblen gedruckten Schaltung 5 bildet einen Abschnitt 5B, kann um 180° umgeklappt werden und auf der Oberseite der Photoelemente 7 plaziert sein (siehe Fig. 3). Über weitere Leiterbahnen 11 werden die Kontakte 10 auf der Oberseite der flexiblen ge­ druckten Schaltung 5 kontaktiert und in der Ebene der anderen Leiterbah­ nen 9 von den Photoelementen 7 weggeführt, beispielsweise zu einem An­ schlußkontakt, der später noch gezeigt wird.
Da die Photoelemente 7 für die modulierte Lichtstrahlung der Meßeinrich­ tung 1 zugänglich sein muß, weist die flexible gedruckte Schaltung 5 im Be­ reich der Photoelemente 7 in dem Abschnitt 5B Aussparungen 12 auf, was in Fig. 4 deutlich wird.
In dieser Fig. 4 ist ein abgewickelter Abschnitt 5B der flexiblen gedruckten Schaltung 5 dargestellt, auf dem keine Bauelemente angeordnet sind, aber der Verlauf der Leiterbahnen 9, 11 ersichtlich ist. Der Verlauf der Leiterbah­ nen ist nur beispielhaft schematisiert, deren tatsächlichen Verlauf legt der Fachmann nach den Erfordernissen fest. Wichtig ist jedoch, daß auch die Oberseite der Bauelemente durch die flexible gedruckte Schaltung 5 kon­ taktiert wird, denn dies ist beim Stand der Technik durch sogenannte Bond­ drähte geschehen, die mittels Punktschweißung auf der Oberseite der Bau­ elemente kontaktiert werden und in der Ebene der gedruckten Schaltung auf Leiterbahnen verlötet werden. Diese Drähte sind sehr dünn, daher schlecht zu handhaben und können auch sehr leicht beschädigt werden.
Die umgebogene flexible gedruckte Schaltung 5 (Abschnitt 5B) ist sehr ein­ fach mittels der bekannten Lötverfahren auf beiden Seiten der Bauelemente 7 mit diesen kontaktierbar, der Kontakt ist sehr stabil, weil er verhältnismä­ ßig großflächig ist und die überlappende flexible gedruckte Schaltung 5 stellt darüber hinaus einen zusätzlichen mechanischen Schutz für die Bauele­ mente 7 dar.
In Fig. 5 wird eine vorteilhafte Variante der flexiblen gedruckten Schaltung 55 gezeigt. Neben einem Grundabschnitt 55A ist auch ein Abschnitt 55B vorhanden, der gegenüber dem Abschnitt 55A um 180° umgeklappt ist und weitgehend parallel zu diesem verläuft. Als Besonderheit weist die flexible gedruckte Schaltung 55 im Bereich 55A unterhalb der Photoelemente 75 eine Verstärkung 55C auf. Die Verstärkung 55C ist leicht schüsselförmig geformt und prägt der flexiblen gedruckten Schaltung 55 diese Form auf. Dadurch werden die Photoelemente 75 bei ihrer Kontaktierung auf der fle­ xiblen gedruckten Schaltung 55 leicht nach innen geneigt, so daß sich ihre Normalen in einem fernen Punkt schneiden. Dieser Schnittpunkt kann nähe­ rungsweise das Zentrum einer Lichtquelle bzw. das Zentrum der Teilstrah­ lenbündel sein, von welchem aus sie reflektiert und auf die Photoelemente 75 gerichtet werden. Die leichte Neigung der Photoelemente 75 verbessert deren am Ausgang verfügbare Leistung, da die Teilstrahlenbündel unter einem optimierten Winkel auf die Oberfläche der Photoelemente 75 treffen.
Der Bereich 55B der flexiblen gedruckten Schaltung 55 ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 etwas länger und an seinem freien Ende in Form einer Verbindungslasche 55D mit dem Abschnitt 55A verbunden. Diese Ausführungsform erlaubt eine noch kompaktere Bauform, da elektrische Leiterbahnen in mehreren Richtungen zwischen den Ab­ schnitten 55A und 55B geführt werden können. Vor allem müssen die Kon­ taktierungen von der Oberseite der Photoelemente 75 nicht mehr über Lei­ terbahnen in der unteren Ebene des Abschnittes 55A geführt werden, son­ dern sie können über die Verbindungslasche 55D wieder auf den Abschnitt 55A zurückgeführt werden. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß sich die empfindlichen Photoelemente 75 in einer geschlossenen Schlaufe befin­ den und dadurch auch mechanisch besser geschützt sind.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus den Fig. 6 und 7 wird die flexible gedruckte Schaltung 56 in ein Gehäuse integriert, welches die Abtastbau­ einheit 13 bildet. In der bereits zu den vorangegangenen Ausführungsbei­ spielen beschriebenen Weise wird ein Abschnitt 56B umgeklappt und kon­ taktiert die Photoelemente 76 auf deren Oberseite, während deren Unter­ seite vom Abschnitt 56A der flexiblen gedruckten Schaltung 56 kontaktiert wird. Das Gehäuse der Abtastbaueinheit 13 wird durch einen Rahmen 14 gebildet, welcher ferner eine Bodenplatte 15 und eine Abdeckung in Form einer sogenannten Strichplatte 16 aufweist. Auf der Bodenplatte 15 befindet sich der Abschnitt 56A der flexiblen gedruckten Schaltung 56 und die Strichplatte 16 enthält ein Abtastfenster 17, welches die Abtastfelder 18 aufweist.
Der Rahmen 14 ist so ausgestaltet, daß durch ihn die Photoelemente 76 justiert sind. Ferner kann die Bodenplatte 15 analog zur Abstützung 55C gemäß Fig. 5 schüsselförmig gestaltet sein, um die Neigung der Photo­ elemente 76 zu optimieren. Da die Strichplatte 16 mit dem Abtastfenster 17 und den Abtastfeldern 18 die Abdeckung für den Rahmen 14 bildet, ist das Gehäuse der Abtastbaueinheit 13 allseitig geschlossen.
Diese Bauform einer Abtastbaueinheit 13 ermöglicht eine miniaturisierte Bauweise, so daß die Einsatzmöglichkeiten vervielfältigt werden.
In Fig. 8 wird eine in einer Abtastbaueinheit 138 integrierte flexible ge­ druckte Schaltung 58 dargestellt, bei der der freie Abschnitt 58D - in Fig. 6 mit 56D bezeichnet - verlängert ist und sich über den gesamten Abschnitt 58A erstreckt. Die beiden Abschnitte 58A und 58D können in dem Bereich ihrer Überdeckung miteinander verklebt sein. In idealer Weise können sie auf ihren Außenseiten einen metallischen Film 19 aufweisen, der die flexible gedruckte Schaltung 58 elektrisch abschirmt, so daß Störstrahlung weder von außen eindringen, noch von innen nach außen abstrahlen kann. Der Film 19 ist elektrisch leitend mit dem ebenfalls elektrisch leitenden Gehäuse 138 verbunden. Die Strichplatte 168 ist ebenfalls elektrisch leitfähig mit dem Gehäuse 138 verbunden und an ihrer Unterseite 168A teilweise oder ganz­ flächig leitend. Die weiteren Bauelemente entsprechen den schon beschrie­ benen Ausführungsbeispielen, so daß hierauf nicht näher Bezug genommen werden muß.
In allen Ausführungsbeispielen wird über die Beleuchtung keine nähere Aussage gemacht, da sie beliebiger Art sein kann. Allerdings ist es von Vorteil, wenn sie ebenfalls auf der flexiblen gedruckten Schaltung 5 inte­ griert ist, was durch das Element 20 symbolisiert ist.
Die kompakte Bauform der Abtastbaueinheit ermöglicht es, eine Positions­ meßeinrichtung in die Führung einer Maschine zu integrieren, was schema­ tisch in Fig. 9 dargestellt ist.
Eine Miniatur-Führung sei durch ihr stationäres Bett 21 und einen relativ dazu beweglichen Schlitten 22 beschrieben. Mittels Führungselementen in Form von Kugeln 23 ist der Schlitten 22 auf dem Bett 21 linear geführt. Der Schlitten 22 weist eine Maßverkörperung 24 auf, die von einer Abtastbau­ einheit 25 abgetastet wird, welche Bestandteil des Bettes 21 ist. Sowohl die Abtastbaueinheit 25 als auch die zugehörige Maßverkörperung 24 sind in der Führung der Maschine integriert. Die Abtastbaueinheit 25 ist mittels ei­ ner flexiblen gedruckten Schaltung 59 mit einem Anschlußstecker 26 ver­ bunden. Dabei werden die elektrischen Abtastsignale über die nicht darge­ stellten Leiterbahnen der flexiblen gedruckten Schaltung 59 zum Anschluß­ stecker 26 geleitet. In der bereits beschriebenen Art und Weise kann die flexible gedruckte Schaltung 59 elektrisch abgeschirmt sein.
Der Begriff "Photoelement" umfaßt alle lichtempfindlichen Bausteine wie beispielsweise Photo-Dioden, -Elemente, -Transistoren.

Claims (13)

1. Elektrische Positionsmeßeinrichtung zum Messen der Lage zweier re­ lativ zueinander beweglicher Objekte mit einer Maßverkörperung, einer die Maßverkörperung abtastenden Abtastbaueinheit und mit zumindest einem elektrischen, an mehreren Seiten elektrische Kontakte enthalten­ den Bauelement, das mit Hilfe einer flexiblen gedruckten Schaltung kontaktiert ist, wobei die flexible gedruckte Schaltung eine Biegung zur Bildung mehrerer Abschnitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Bauelement (7, 75, 76, 78) an seiner einen Seite (8) mit dem einen Abschnitt (5A, 55A, 56A, 58A) der flexiblen gedruckten Schaltung (5, 55, 56, 58, 59) und an einer weiteren Seite (10) mit einem relativ zum ersten Abschnitt (5A, 55A, 56A, 58A) umgebogenen ande­ ren Abschnitt (5B, 55B, 56B, 58B) der flexiblen gedruckten Schaltung (5, 55, 56, 58, 59) kontaktiert ist.
2. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elektrische Bauelement (7, 75, 76, 78) an zwei gegenüberliegenden Seiten (8, 10) Kontakte aufweist, und daß die fle­ xible gedruckte Schaltung (5, 55, 56, 58, 59) eine Schlaufe mit zwei sich gegenüberliegenden Abschnitten (5A, 5B; 55A, 55B; 56A, 56B; 58A, 58B) zur beidseitigen Kontaktierung des elektrischen Bauelementes (7, 75, 76, 78) aufweist.
3. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schlaufe geschlossen ist.
4. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die flexible gedruckte Schaltung (58) auf ihrer Ober­ fläche einen elektrisch leitenden Film (19) trägt, der als Abschirmung ausgebildet ist.
5. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die flexible gedruckte Schaltung (55) auf ihrer Unter­ seite eine Verstärkung (55C) aufweist.
6. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung photo­ elektrisch abtastbar ist und die Abtastbaueinheit (13,138) Photoele­ mente (7, 75, 76, 78) enthält.
7. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die flexible gedruckte Schaltung (5, 55, 56, 58, 59) integraler Bestandteil der Abtastbaueinheit ist.
8. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontakte der Photoelemente (7, 75, 76, 78) auf ihrer einen Seite (8) mit dem einen Abschnitt (5A, 55A, 56A, 58A) und auf ihrer anderen Seite (10) mit dem anderen Abschnitt (5B, 55B, 56B, 58B) der flexiblen gedruckten Schaltung (5, 55, 56, 58, 59) kontaktiert sind.
9. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abtastbaueinheit aus einem, die Photoelemente (76, 78) der gedruckten Schaltung (56, 58) umschließenden Gehäuse (13, 138) gebildet ist.
10. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (13, 138) aus einer Grundplatte (15, 158), einen Rahmen (14, 148) und einer Strichplatte (16,168) gebildet ist.
11. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung (55C) bzw. die Grundplatte (15, 158) schüsselförmig ausgebildet ist.
12. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strichplatte (16) ein Abtastfenster (17) mit Ab­ tastfeldern (18) aufweist.
13. Elektrische Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (19) elektrisch leitend mit dem Gehäuse (138) verbunden ist.
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