DE2929488B2

DE2929488B2 - Optischer Linearkodierer mit einer Linearskala

Info

Publication number: DE2929488B2
Application number: DE19792929488
Authority: DE
Inventors: Shingo Kawasaki Kanagawa Nishina
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1978-07-27
Filing date: 1979-07-20
Publication date: 1981-07-02
Also published as: DE2929488A1; DE2929488C3; JPS5836725B2; JPS5518969A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Linearkodierer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei einem solchen, aus der DE-OS 23 49 944 bekannten Linearkodierer wird die die Linear- und die Indexskala aneinanderpressende Kraft mit Hilfe einer Feder erzeugt.

Aus der DE-AS 22 13 373 ist es bekannt, anstelle mechanischer Federn Magnetsysteme anzuwenden, die nicht nur zum Aufhängen einer schwingungsfähigen Masse, sondern auch zum Führen eines Körpers längs einer definierten Geraden dienen.

Bei der Erzeugung einer die Linear- und die Indexskala über Berührungselemente aneinanderpressenden Kraft mit Hilfe einer Feder besteht die Gefahr, daß sich diese Kraft bei der Relativbewegung zwischen der Linear- und Indexskala aufgrund einer ungleichmäßigen Wirkung der Feder ändert, wodurch die angestrebte gleichmäßige Anlage der Linear- an der Indexskala nicht mehr gewährleistet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Linearkodierer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß die Berührungskraft zwischen Linear- und Indexskala unabhängig von deren Relativbewegung zueinander konstant bleibt.

Bei einem Linearkodierer der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Anwendung einer Magnetkraft zum Aneinanderpressen von Linear- und Indexskala über die Berührungselemente ist eine sehr viel gleichmäßigere Erzeugung und Beibehaltung der Anpreßkraft über die gesamte Länge der Index- bzw. Linearskala möglich, so daß eine exakte parallele Ausrichtung der vertikalen Striche der Linearskala und der vertikalen Striche der -, Indexskala beibehalten werden kann.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt
κι Fig. 1 eine quergeschnittene Ansicht von einer Ausführungsform eines optischen Linearkodierers,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der Linearskala und des Gleitstückes nach F i g. 1,

Fig.3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in F i g. 2 gezeigten Gieitstückes,

F i g. 4 eine teilweise geschnittene Vorderansicht von einem Teil des Gleitstückes und des Armes im zusammengebauten Zustand.

Nach F i g. I 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.
2) 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 so Erfsassungsmechanismus 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 4(i der Stelle, wo sich der Arm 5 des Erfassungsmechanismus 3 beendet, 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 Erfassungsme- « chanismus 3 öffnet. Der von der Nut 8 überragte Arm 5 kann daher in das Gehäuse 1 eingesetzt werden.

Eine z. B. aus Glas bestehende Linearskala 10, die an einer Seite eine Einteilung 104 in Form eines vertikalen Strichmusters (vgl. F i g. 2) trägt, ist mit ihrer unteren w Kante in eine Nut 9 eingesetzt, die in Längsrichtung des Gehäuses 1 ausgebildet ist. In dieser Nut wir'd die Skala mittels eines Klebstoffs 11 oder dgl. gehalten.

Der Arm 5 des Erfassungsmechanismus 3 erstreckt

sich in das Gehäuse 1, wobei der Arm oder die

ν-, Verlängerung bei 54 ausgespart ist, indem man einen Ausschnitt von einer Seite und von der Unterfläche aus angebracht hat, so daß eine vordere Wand und hintere Wände verbleiben, die mit Langlöchern 5ß versehen sind. Ein Gleitstück 13 ist an seinem oberen Ende mittels Lagern 12 so gehalten, daß es in den Langlöchern SB ausschwenken und sich vertikal bewegen kann.

Das Gleitstück 13 trägt ein plattenförmiges Ve/bindungselement 134, ein dickes Befestigungselement 13S für einen Lichtgeber, das an einem abgebogenen Ende h5 des Verbindungselementes 134 der einen Fläche der Linearskala 10 ohne Stricheinteilung 10Λ gegenüberliegend angeschraubt ist, und ein dickes Befestigungselement 13C für einen Lichtempfänger, das an seinem

oberen Ende an einer mittleren Stelle des Verbindungselementes 134 angeschraubt ist und der andere mit der Stricheinteilung 1OA versehenen Oberfläche der Linearskala 10 gegenüberliegt. Das Gleitstück 13 ist an den Lagern 12 mittels Stiften 13D gehalten, die .im oberen Ende des Verbindungselementes 134 vorgesehen sind. Zwischen der inneren Endfläche des Innenringes von jedem Lager 12 und den betreffenden Seiten des Verbindungselementes 13/4 sind Tellerfedern \3E angeordnet, so daß zwischen Verbindungselement 134 und der Endfläche des Lagers 12 kein Spalt verbleibt, was eine direkte Übertragung der Bewegung des Armes 5 senkrecht zur Zeichnungsebene in F i g. 1 ermöglicht.

Eine Indexskala 14 mit einer Stricheinteilung 144 in Form eines Musters aus vertikalen Strichen ähnlich wie an der Linearska.a 10 ist an der Fläche des Verbindungselementes 134 des Gleitstückes 13 befestigt, die der Linearskala 10 gegenüberliegt. Lichtabgebende Vorrichtungen 15, wie Lichtquellen, und lichtaufnehmende Vorrichtungen 16, bestehend z. B. ius einem Fototransistor, sind unter Zwischenlage der Indexskala 14 und der Linearskala 10 vorgesehen. Die lichtgebenden Vorrichtungen 15 sind am Befestigungselement 13ß gehalten, das an dem abgebogenen Ende des Verbindungselementes 134 angeschraubt ist, während die lichtaufnehmenden Vorrichtungen 16 an dem Befestigungselement 13C angebracht sind, das an einer mittleren Stelle des Verbindungselementes 134 angeschraubt ist. Die lichtgebenden und lichtaufnehmenden Vorrichtungen 15, 16 sind jeweils paarweise vorgesehen.

Zwei Magnete 17 sind in der Oberfläche des Befestigungselementes 13C das mit der Indexskala 14 versehen ist, eingebettet, 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, leder Stift besteht aus einem gehärteten Stahlmaterial und sein freies Ende steht von der Oberfläche des Befestigungselementes 13Cab.

Das Befestigungselement 13Cist über etwa die untere Hälfte seiner mit der Indexskala 14 versehenen Oberfläche bei 13F abgesetzt und ebenfalls sind die Magnete 17 an der unteren zum Absatz 13F ausgerichteten Hälfte mit einem Absatz 174 versehen. Durch Vorsehen des Absatzes 13F liegt der Stift 18 an seinem unteren Bereich unterhalb des Absatzes teilweise frei. Ein Element in Form einer Führungsleiste 19 ist an der Linearskala 10 der freiliegenden unteren Fläche des Stiftes 18 gegenüberliegend, 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 104 dergestalt befestigt, daß sie mit einem bestimmten Spiel in den Absatz 13Fdes Befestigungselementes XZC einliegen kann. Die schmale Oberseite der Führungsleiste 19, an der der Stift 18 anliegt, hat durch Präzisionsfertigung eine ausreichende Geradlinigkeit.

Ein Joch 20 ist an der Oberfläche des Befesiigungselementes 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 13Causgebildet sind, sind Rollen 21 drehbar gehalten und eine weitere Rolle

befindet sich in der Mi'.te der unteren Oberfläche des Befestigungselementes, so daß insgesamt die Rollen an drei Stellen vorgesehen sind. Diese Rollen 21 können auf der mit der Strichteilung 1OA versehenen Oberfläche der Linearskala 10 abrollen. Dies bewirkt eine Anlage des Stiftes 18 an der oberen Fläche der Führungsleiste 19, wobei jede Roile 21 an der mit der Strichteilung verstehenen 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.

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 Muster aus hellen und dunklen Streifen aufgrund der Wechselwirkung zwischen der Strichteilung 1OA der Linearskala und der Strichteilung 14A der Indexskala 14. Der Betrag der Bewegung des auszumessenden Gegenstandes wird ermittelt, indem durch die lichtempfangenden Vorrichtungen 16 bzw. fotoelektrischen Wandler das Streifenmuster erfaßt wird. Da das Gleitstück 13 mittels der Lager 12 und der Langlöcher 5ßgemäß Fig. 1 schwenkbar und vertikal beweglich angeordnet ist und die aus magnetischem Material bestehende Führungsleiste 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 1OA 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.

Da, wie vorausgehend beschrieben, bei dieser Ausführungsform 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 Anheben oder dgl. gleiten und es wird daher ein fehlerhafter Zählvorgang, bedingt durch eine Schräglage der Stricht^ilung 1OA 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 der Linearskala 10. Da ferner kein Element mit instabiler Konfiguration, wie z. B. eine Feder, für 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 Lineaskala 10 nachfolgen, so daß auch unter diesen Umständen eine hohe Genauigkeit beibehalten wird. Da ferner dsr Magnet 17 über etwa 'eine untere Hälfte den Absatz 174 aufweist, in den die Führungsleiste 19 aus magnetischem Material eingreifen kann, wird der Stift 18 durch die Magnetkraft veranlaßt, stets an der oberen Fläche der Führungsleiste

19 anzuliegen, wodurch die Bewegungssiabilitüi weiter erhöht wird.

Obschon die vorausgehende Anordnung von Rihrungslcistc 19 und Magnet 17 Vorteile hinsichtlich der Kostenverringerung bietet, kann in der Praxis die Rihrungsleiste 19 als Magnet ausgebildet werden.

fi

während das Kleinen! an der Anordnungsstelle des Magneten 17 aus einem Siahlmaterial bestehen kann. Auch könnte z. B. eine Tührungsleiste 19 mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen werden. Wesentlich ist nur. daß die am Gleitstück 13 befestigte Indexskala 14 magnetisch an die Linearskala 10 angezogen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Linearkodierer mit einer Linearskala, die mit einer Einteilung von in bestimmtem Abstand voneinander befindlichen Strichen versehen ist, einer Indexskala, die mit einer Einteilung von in bestimmtem Abstand voneinander befindlichen Strichen versehen ist und longitudinal zur Linearskala, dieser in einem festen Abstand gegenüberliegend, beweglich geführt ist, wobei eine die Linear- und die Indexskala über Berührungselemente aneinanderpressende Kraft zur Wirkung gelangt, sowie mit einer Beleuchtungseinrichtung und fotoelektrischen Wandlern, welche die Relativbewegung zwischen der Linearskala und der Indexskala abtasten, dadurch gekennzeichnet, daß die die Linearskala (10) und die Indexskala (14) über die Berührungseiemente (18,19,21) aneinancierpressende Kraft eine Magnetkraft ist.

2. Linearkodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkraft durch ein längs der Longitudinalrichtung der Linearskala (10) vorgesehenes Element (19) aus magnetischem Material und integral an der Indexskala (14) befestigte Magnete (17) hervorgerufen ist.

3. Linearkodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkraft der Magnete (17) während der Ausrichtung zum Element (19) anliegt, so daß die Magnete durch die ausgerichtete Magnetkraft an eine Seite des Elementes (19) angezogen werden und daß die Indexskala (14) durch eine Seite des magnetischen Elementes geführt ist.