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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen optischen Linearkodierer gemäss Cberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Herkömmliche Messinstrumente dieser Bauart haben eine Linearskala
aus einem Glasmaterial oder dgl., die longitudinal in einem durch Kaltziehen hergestellten
länglichen hohlen Gehäuse angeordnet ist. Gegenüber der Linearskala befindet sich
eine Indexskala, die durch ein Gleitstück an dem Arm eines Erfas sungsmechanismusr
der das bewegliche Element darstellt, befestigt ist. I)er Arm wird durch eine in
Längsrichtung des Gehäuses ausgebildete Offnung eingesetzt. An dem Gleitstück sind
lichtgebende Vorrichtungen und lichtempfangende Vorrichtungen befestigt, wobei die
Messing der Relativbewegung zwischen dem Erfassungsmechanismus und dem Gehäuse mittels
der lichtempfangenen Vorrichtungen erfolgt, die die Helligkeitsänderungen zwischen
beiden Skalen aufnehmen. Das Gleitstück ist mittels einer linearen Feder am Arm
des Erfassungsmechanismus beweglich gehalten und wird durch die lineare Feder in
eine Richtung vorgespannt, bei der ein am Gleitstück befestigtes Berührungselement
an der mit der Teilung versehenen Fläche und an einer senkrecht zu dieser stehenden
Seitenfläche der Linearskala anliegt.
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Das Gleitstück wird daher längs der mit der Xbilung versehenen Fläche
und der Seitenfläche bei seiner Bewegung geführt, so dass der Skalenbereich der
Linearskala und der Indexskala einander gegenüberliegend bewegt werden können.
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Da jedoch die Berührungskraft zwischen Linearskala und dem mit der
Index skala versehenen Gleitstück nur durch die einzelne lineare Feder bei dem herkömmlichen
Messinstrument aufgebracht wird, kann sie sich während der Bewegung des
Gleitstückes
bei Dimensionsänderungen der Feder verändern, so dass das Gleitstück an einer Seite
von der Linearskala abhebt. Wenn eine derartige nicht gleichmässige Anlage des Gleitstückes
an der Linearskala auftritt, wird die parallele Lage zwischen dem vertikalen Strichmuster
der Linear skala und dem vertikalen Strichmuster der Indexskala aufgehoben, was
zu einem fehlerhaften Zählergebnis führt.
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Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung von einem optischen
Linearkodierer, bei dem die Berührungskraft zwischen Gleitstück und Linearskala
konstant bleibt und Messfehler aufgrund einer fehlerhaften Abzählung verringert
werden.
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Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches 1 erzielt.
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Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Magnetkraft
für die enge Berührung zwischen Linearskala und Indexskala durch ein magnetisches
E3ementes, das longitudinal an der Linearskala befestigt ist, und durch integral
an der Indexskala befestigte Magnete erzeugt.
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Gemäss einer anderen bevorzugten Weiterbildung wirkt die Magnetkraft
der Magnete während einer geeigneten Ausrichtung zum Magnetelement, so dass die
Magnete durch die ausgerichtete Magnetkraft relativ zu einer' Seite des Magnetelementes
angezogen werden und ist die Indexskala unter Führung an einer Seite des Magnetelementes
longitudinal zur Linearskala beweglich.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine quergeschnittene
Ansicht von einer Ausführungsform eines erfindungsgemäss aufgebauten optischen Linearkodierers,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Linearskala und des Gleitstückes nach Fig.
1, Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten
Gleitstückes, Fig. 4 eine teilweise geschnittene Vorderansicht von einem Teil des
Gleitstückes und des Armes im zusammengebauten Zustand.
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Nach Fig. 1 hat ein kaltgezogenes Gehäuse 1;einen im wesentlichen
rechteckförmigen Hohlquerschnitt mit einer Längserstreckung senkrecht zur Ebene
der Fig. 1. Längs einer der longitudinalen Seiten des Gehäuses ist eine Öffnung
2 vorgesehen, die sich im wesentlichen über die gesamte Gehäuselänge erstreckt.
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Ein Erfassungsmechanismus 3 als bewegliches Element liegt über einem
Paar Gleitelemente 4, 4 auf der seitlich der Öffnung befindlichen Aussenfläche des
Gehäuses 1 auf und kann sich in Längsrichtung des Gehäuses 1 bewegen. Ein an der
Unterseite des Erfassungsmechanismus 3 angeformter Arm 5 erstreckt sich durch die
Öffnung 2 in das Gehäuse 1. An der Aussenseite des Gehäuses 1 nahe der Öffnung 2
ist ein Paar Magnete 6, 6 angeordnet, die sich in Längsrichtung des Gehäuses 1 erstrecken.
Des weiteren wird ein aus einer dünnen Stahlplatte bestehendes Schliesselement 7
von den Magneten 6, 6 angezogen, so dass es die öffnung 2 abdeckt, um das Eindringen
von Staub oder dgl. ins Innere des Gehäuses 1- durch die Öffnung 2 zu verhindern.
Das Schliesselement 7 ist an der Stelle, wo sich der Arm 5 des Erfassungsmechanismus
3 befindet, in einer Nut 8 mit einem flachen dachartigen longitudinalen Querschnitt
eingesetzt,
die im Erfassungsmechanismus 3 ausgebildet ist und sich an ihren beiden Enden zur
Unterseite des Erfassungsmechanismus 3 öffnet. Der von der Nut 8 überragte Arm 5
kann daher in das Gehäuse 1 eingesetzt werden.
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Eine z.B. aus Glas bestehende Linearskala 10, die an einer Seite eine
Einteilung 10A in Form eines vertikalen Strichmusters (vgl. Fi. 2) trägt, ist mit
ihrer unteren Kante in eine Nut 9 eingesetzt, die in Längsrichtung des Gehäuses
1 ausgebildet ist. In dieser Nut wird die Skala mittels eines Klebstoffs 11 oder
dgl gehalten.
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Der Arm 5 des Erfassungsmechanismus 3 erstreckt sich in das Gehäuse
1, wobei der Arm oder die Verlängerung bei 5A ausgespart ist, indem man einen Ausschnitt
von einer Seite und von der Unterfläche aus angebracht hat, so dasseine vordere
Wand und hintere Wände verbleiben, die mit Langlöchern 5B versehen sind. Ein Gleitstück
13 ist an seinem oberen Ende mittels Lagern 12 so gehalten, dass es in den Langlöchern
5B ausschwenken und sich vertikal bewegen kann.
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Das Gleitstück 13 trägt ein plattenförmiges Verbindungselement 13A,
ein dickes Befestigungselement 13B für einen Lichtgeber, das an einem abgebogenen
Ende des Verbindungselementes 13A der einen Fläche der ' Linearskala 10 ohne Stricheinteilung
10A gegenüberliegend angeschraubt ist, und ein dickes Befestigungselement 1 3C für
einen Lichtempfänger,das an seinem oberen Ende an einer mittleren Stelle des Verbindungselementes
13A angeschraubt ist und der andere mit der Stricheinteilung 10A versehenen Oberfläche
der Linearskala 10 gegenüberliegt. Das Gleitstück 13 ist an den Lagern 12 mittels
Stiften 13D gehalten, die am oberen Ende des Verbindungselementes
13A
vorgesehen sind. Zwischen der inneren Endfläche des Innenringes von jedem Lager
12 und den betreffenden Seiten des Verbindungselementes 13A sind Tellerfedern 13E
angeordnet, so dass zwischen Verbindungselement 13A und der Endfläche des Lagers
12 kein Spalt verbleibt, was eine direkte Übertragung der Bewegung des Armes 5 senkrecht
zur Zeichnungsebene in Fig. 1 ermöglicht.
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Eine Indexskala 14 mit einer Stricheinteilung 14A in Form eines Musters
aus vertikalen Strichen ähnlich wie an der Linearskala 10 ist an der Fläche des
Verbindungselementes 13A des Gleitstückes 13 befestigt, die der Linearskala 10 gegenüberli3gt.
Lichtabgebende Vorrichtungen 15, wie Lichtquellen,und lichtaufnehmende Vorrichtungen
t6, bestehend z,B. aus einem Fototransistor, sind unter Zwischenlage der Indexskala
14 und der Linearskala 10 vorgesehen. Die lichtgebenden Vorrichtungen 15 sind am
Befestigungselement 13B gehalten, das an dem abgebogenen Ende des Verbindungselementes
13A angeschraubt ist, während die lichtaufnehmenden Vorrichtungen 16 an dem Befestigungselement
13C angebracht sind, das an einer mittleren Stelle des Verbindungselementes 13A
angeschraubt ist. Die lichtgebenden und lichtaufnehmenden Vorrichtungen 15, 16 sind
jeweils paarweise vorgesehen.
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Zwei Magnete 17 sind in der Oberfläche des Befestigungselementes 13C,
das mit der Indexskala 14 versehen ist, eing.-bettet, so dass die Indexskala zwischen
den Magneten zu liegen kommt, und Stifte 18 sind an jeder Aussenseite der beiden
Magnete an einer Stelle eingesetzt, die etwas unterhalb der halben Höhe des betreffenden
Magneten liegt. Jeder Stift besteht aus einem gehärteten Stahlmaterial und sein
freies Ende steht von der Oberfläche des Befestigungselementes
13C
ab.
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Das Befestigungselement 13C ist über etwa die untere Hälfte seiner
mit der Indexskala 14 versehenen Oberfläche bei t3F abgesetztund ebenfalls sind
die Magnete 17 an der unteren zum Absatz 13F ausgerichteten Hälfte mit einem Absatz
17A versehen. Durch Vorsehen des Absatzes 13F liegt der Stift t8 an seinem unteren
Bereich unterhalb des Absatzes teilweise frei. Eine Führungsleiste 19 ist an der
Linearskala 10 der freiliegenden unteren Fläche des Stiftes 18 gegenUberliegend
vorgesehen. Die Führungsleiste 19 besteht aus einem magnetischen Material, z.B.
einem Stahlstreifen, und ist in Längsrichtung an der Linearskala 10 parallel zu
der Strichteilung 10A dergestalt befestigt, dass sie mit einem bestimmten Spiel
in den Absatz 13F des Befestigungselementes 13C einliegen kann. Die schmale Oberseite
der Führungsleiste 19, an der der Stift 18 anliegt, hat durch Präzisionsfertigung
eine ausreichende Geradlinigkeit.
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Ein Joch 20 ist an der Oberfläche des Beestigungselementes 13C, die
der mit der Indexskala 14 versehenen Fläche abgewandt ist, angeordnet und schliesst
den magnetischen Weg der beiden Magnete 17. Die in das Befestigungselement 13C eingebetteten
Abschnitte des Joches 20 berühren die Rückseite der beiden Magnete 17. In Aussparungen,
die an beiden Enden der oberen Fläche des Befestigungselementes 13C ausgebildet
sind, sind Rollen 21 drehbar gehalten und eine weitere Rolle befindet sich in der
Mitte der unteren Oberfläche des Befestigungselementes, so dass insgesamt die Rollen
an drei Stellen vorgesehen sind.
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Diese Rollen 21 können auf der mit der Strichteilung 10A versehenen
Oberfläche der Linearskala 10 abrollen. Dies bewirkt eine Anlage des Stiftes 18
an der oberen Fläche der Führungsleiste 19, wobei jede Rolle 21 an der mit der Strichteilung
versehenen Fläche der Linearskala 10 durch die Wechselwirkung
zwischen
den Magneten 17 und der Führungsleiste 19 anliegt, wenn das Befestigungselement
13C magnetisch an die Linearskala 10 angezogen wird.
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Bei Bewegung eines auszumessenden Gegenstandes, indem entweder das
Gehäuse 1 oder der Erfassungsmechanismus 3 als bewegliches Element am Gegenstand
angesetzt und das verbleibende andere Element fixiert wird, ergibt der Linearkodierer
mit einem derartigen Aufbau ein optisches Streifenmuster mit hellen und dunklen
Elementen zwischen der Strichteilung 10A der Linearskala und der Strichteilung 14A
der Indexskala 14. Der Betrag der Bewegung des auszumessenden Gegenstandes wird
ermittelt, indem durch die lichtgebenden Vorrichtungen 15 und die lichtempfangenden
Vorrichtungen 16 das Streifenmuster erfasst wird. Da das Gleitstück 13 mittels der
Lager 12 und der Langlöcher 5B gemäss Fig. 1 schwenkbar und vertikal beweglich angeordnet
ist und die aus magnetischem Material bestehende Fthrungsleiste 19 sich unterhalb
des Absatzes 17A der Magnete 17 befindet, so dass eine magnetische Kraft in einer
Richtung vorliegt, bei der beide Elemente fest aufeinander gezogen werden, wird
der Stift 18 in enge Berührung mit der oberen Fläche der Führungsleiste 19 und jede
Rolle 21 in enge Berührung mit der Fläche der Linearskala 10 gedrückt. Daher bewegt
sich das Befestigungselement 13C in stabiler Weise längs der Linearskala 10. Die
Strichteilung 10A der Linearskala 10 und die Strichteilung 14A der Indexskala 14
bewegen sich daher ebenfalls exakt parallel zueinander, so dass an den lichtempfangenden
Vorrichtungen 16 kein fehlerhafter Zählvorgang erzeugt wird.
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Da, wie vorausgehend beschrieben, bei dieser AusfGhrungsform die enge
Berührung zwischen Indexskala 14 und Linearskala
10 durch eine
magnetische Anziehungskraft bewirkt wird, können die Rollen 21 am Gleitstück 13
und die Linearskala 10 in enger stabiler Berührung gegeneinander ohne Abheben oder
dgl. gleiten und wird daher ein fehlerhafter Zählvorgang bedingt durch eine Schräglage
der Strichteilung 10A der Linearskala 10 zur Strichteilung 14A der Indexskala 14
verhindert. Da ferner das Gleitstück 13 bei seiner Bewegung durch die Stifte 18
und die obere Fläche der Führungsleiste 19 geführt ist, ergibt sich eine preisgünstigere
und genauere Führungsanordnung im Vergleich zu einer Führung auf der oberen Fläche
dei Linearskala 10 bei bekannten Bauweisen. Da ferner kein Element mit instabiler
Konfiguration, wie z.B. eine Feder,fUr die Anordnung des Gleitstückes 13 am Arm
5 vorgesehen ist, wird die Streuung in der Ablesegenauigkeit verringert, und da
das Gleitstück 13 sich nur längs der mit der Skala versehenen Fläche der Linearskala
10 bewegt, kann es exakt Unebenheiten oder einer Verformung der Linearskala 10 nachfolgen,
so dass auch unter diesen Umständen eine hohe Genauigkeit beibehalten wird. Da ferner
der Magnet 17 über etwa seine untere Hälfte den Absatz 17A stu£weist, in den die
Führungsleiste 19 aus magnet:ischem Material eingreifen kann, wird der Stift 18
durch die Magnetkraft veranlasst, stets an der oberen Fläche der Führungsleiste
19 anzuliegen, wodurch die Beweguiigsstabiiität weiter erhöht wird.
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Obschon die vorausgehende Anordnung von Fuhrungsleiste-19 und Magnet
17 Vorteile hinsichtlich der Kostenverringerung bietet, kann in der Praxis die Führungsleiste
19 als Magnetausgebildet werden, während das Elemen- an der Anordnungsstelle
des
Magneten 17 aus einem Stahlmaterial bestehen kann. Ferner ist die Konfiguration
von Magnet 17 und Führungsleiste 19 nicht notwendigerweise auf die vorbeschriebene
Ausführungsform beschränkt. Vielmehr kann irgendeine gewünschte Konfiguration, z.B.
eine Führungsleiste 19 mit kreisförmigem Querschnitt, vorgesehen werden.
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Wesentlich ist nur, dass die am Gleitstück 13 befestigte Indexskala
14 magnetisch an die Linearskala 10 angezogen wird. Obgleich ferner das Vorsehen
der Lager 12 zur Abstützung des oberen Endes des Gleitstückes 13 Vorteile hinsichtlich
eines stetigen ruckfreien Betriebes bietet, können diese LagEr, wenn erwünscht,
auch weggelassen werden. Die an der Linearskala 10 anliegenden Rollen 21 können
durch einen kleinen Block aus einem geeigneten Harzmaterial mit niedrigem Reibungskoeffizienten
ersetzt werden.