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Photoelektrische Positionsmeßeinrichtung
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Photoelektrische Positionsmeßeinrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf eine photoelektrische Positionsmeßeinrichtung zur Messung der relativen Position
zwischen zwei gegeneinander beweglichen Gegenständen, mit einer Meßskala, die im
Inneren eines Tragprofils eingebaut ist, das an einem der Gegenstände befestigt
ist, und mit einer Leseplatte, die an einem Lesekopf angebracht ist, der am anderen
Gegenstand befestigt ist.
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Bei derartigen Positionsmeßeinrichtungen wird die Meßskala im Inneren
eines Tragprofils angeordnet, um diese Meßskala in geeigneter Form zu schützen.
Das Tragprofil wird dann an einem der Gegenstände befestigt, deren relative Position
gemessen werden soll. Bei den bekannten Positionsmeßeinrichtungen besteht die Schwierigkeit
darin, eine fehlerlose Verbindung zwischen der Meßskala, die durch einen Glasmaßstab
gebildet wird, und dem Tragprofil herzustellen. Hierbei ist es insbesondere wichtig,
daß sich die Leseplatte zur Erzielung genauer Meßdaten immer in der richtigen Lage
befindet, d.h. daß eine konstante Entfernung und Parallelität zur Meßskala aufrechterhalten
werden muß. Diese Forderung hinsichtlich des Abstandes und der Parallelität zwischen
dem Lesekopf und der Meßskala wird dadurch erschwert, daß der Lesekopf als Ganzes
gegenüber seinem Trägerprofil eine gewisse Beweglichkeit aufweisen muß, um ihn in
einer korrekten Position anbauen zu können, d.h. der Lesekopf muß derartig gegen
sein Trägerprofil abgestützt sein, daß der Lesekopf unterhalb der Meßskala zu liegen
kommt. Weiterhin besteht das Tragprofil der Meßskala normalerweise aus Metall, im
allgemeinen aus extrudiertem Aluminium, während die Meßskala aus Glas besteht, so
daß sich unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten
ergeben, was
zur Folge hat, daß kein starrer Verbund zwischen Metall und Glas erreicht werden
kann. Außerdem muß die Meßskala möglichst isoliert eingebaut werden, um ggf. auftretende
Vibrationen sowie thermische und Schwingungseinflüsse auszuschalten. Zu diesem Zweck
wurde bereits versucht, die aus Glas bestehende Meßskala mit Hilfe einer Klebeschicht
im allgemeinen aus Silikongummi an dem Tragprofil zu befestigen. Durch diese Lösung
werden zwar die aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten entstehenden
Probleme sowie Schwingungsprobleme und andere Probleme beseitigt, doch ist die Herstellung
sehr kompliziert, weil es schwierig ist, die Klebeschicht in geeigneter Dicke und
gleichmäßig mit Hilfe geeigneter Werkzeuge aufzutragen und das Trocknen des Klebemittels
eine Zeitspanne von 8 bis 10 Stunden erfordert, so daß diese Art der Befestigung
für die Serienproduktion nur sehr schlecht geeignet ist, weil ausreichend Raum für
den Trockenvorgang zur Verfügung stehen muß. Weiterhin muß die Meßskala während
des Trocknungs- und Aushärtungsvorganges des Klebemittels in geeigneter Weise gehaltert
werden Zusätzlich treten werden des Trocknungsvorganges Verschiebungen und Spannungen
in den Klebemitteln auf, die Abweichungen zwischen der Meßskala und dem Tragprofil
hervorrufen können, wodurch die Zuverlässigkeit der gelieferten Daten in Frage gestellt
wird.
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Weiterhin kann nur durch sehr komplizierte Auftragvorrichtungen für
das Klebemittel eine halbwegs ausreichende Gleichförmigkeit sichergestellt werden,
wobei immer noch die Gefahr besteht, daß an bestimmten Stellen ein Klebemittelüberschuß
und an anderen Stellen ein fehlender Klebemittelauftrag auftritt.
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Der Lesekopf wurde bei bekannten Lösungen über ein Gelenk mit seinem
Trägerprofil befestigt, wobei der Lesekopf über eine Blattfeder gegen die Meßskala
und gegen einen dort befindlichen
lotrechten Streifen gedrückt
wurde. Der Lesekopf wurde über drei Gleitkufen gegen die Meßskala sowie über drei
weitere Gleitkufen gegen den genannten Streifen geführt. Auch diese Art der Halterung
des Lesekopfes ist weder hinsichtlich der Montage des Lesekopfes noch hinsichtlich
der Einflüsse von Drehmomenten korrekt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photoelektrische Positionsmeßeinrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem und leicht herstellbarem
Aufbau eine verbesserte Halterung der Meßskala und eine verbesserte Führung des
Lesekopfes gegenüber der Meßskala aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruchs
1 angegebene Erfindung gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei der erfindungsgemäßen photoelektrischen Positionsmeßeinrichtung
ist der Lesekopf abgesehen von einer Beweglichkeit senkrecht zur Meßskala starr
befestigt, so daß die genaue Einstellung gegenüber der Meßskala sichergestellt ist,
aber trotzdem die notwendige Beweglichkeit bei der Befestigung des Lesekopfes an
dem zugeordneten Gegenstand besteht. Durch die Verwendung eines getrennten Streifenelementes
zwischen dem Tragprofil und der Meßskala wird die Fertigung wesentlich beschleunigt
und vereinfacht, wobei dieses Streifenelement vorzugsweise aus einem Neoprenkern
mit einer beidseitig aufgebrachten Selbstklebeschicht besteht. Auf diese Weise kann
das Streifenelement einfach auf dem Tragprofil der Meßskala befestigt werden, worauf
diese auf dieses Streifenelement aufgelegt wird, so daß sie unmittelbar starr und
in der richtigen Position befestigbar ist.
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Zwischen dem Lesekopf und dem zugeordneten Trägerprofil ist ein Flachmaterialstreifen
angeordnet, der es aufgrund seiner Form ermöglicht, daß der Lesekopf eine Kippbewegung
ausführt um eine korrekte Montage zu ermöglichen, aber gleichzeitig keine anderen
Verschiebungen gegenüber der Meßskala ausführt.
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Bei Kippbewegungen des Lesekopfes verläuft dessen Längsachse immer
in der gleichen Ebene und parallel zur mittleren Ebene des Trägerprofils, so daß
die bisher verwendeten frontalen Abstützungen des Lesekopfes entfallen können. Durch
die Verwendung des Streifenelementes fallen alle Hilfsmittel zur Auftragung und
Dosierung von Klebemittel fort, da die Meßskala durch einfaches Aufdrücken des Streifenelementes
auf das Tragprofil und durch Aufdrücken der Meßskala auf das Streifenelement befestigt
wird. Weiterhin entsteht kein Zeitverlust durch einen Trocknungsvorgang, da das
Streifenelement während seiner Verwendung in unverformbarem Zustand verbleibt, wodurch
alle nachteiligen Faktoren, die durch Verlagerungen und Spannungen des Klebemittels
während der Trockenzeit entstanden, ausgeschaltet sind.
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Der Lesekopf muß lediglich an der Meßskala geführt und abgestützt
werden und ein Federblatt kann zur Vorspannung des Lesekopfes gegen die Meßskala
verwendet werden. Auf diese Weise ergibt sich ein einfacher Aufbau des Lesekopfes
bei vollständig einwandfreier Ausrichtung gegenüber der Meßskala da niemals die
Parallelität zwischen der mittleren Längsebene des Lesekopfes und des Trägerprofils
verloren geht, so daß die von die von dem Lesekopf gelieferten Daten eine hohe Zuverlässigkeit
aufweisen.
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Das Streifenelement kann sich entweder über die Gesamtlänge des Tragprofils
erstrecken oder es kann auch in der mittleren Zone dieses Tragprofils unterbrochen
sein, um in diesem mittleren Bereich eine Zone einer starren Verbindung zu schaffen,
die die geringen, dort möglicherweise auftre- ./.
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tenden Ausdehnungen und Zusammenziehungen der Meßskala gleichmäßig
auf beide Seiten von der Mitte des Tragprofils aus verteilt, so daß die Mittellage
der Skala bezüglich dieses Tragprofils unveränderlich eingehalten wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Teils
einer Ausführungsform der Positionsmeßeinrichtung, aus der das Tragprofil mit der
darin angeordneten Meßskala sowie Teile des Lesekopfes erkennbar sind, Fig. 2 eine
perspektivische Ansicht des unteren Teils des Tragprofils mit der darin befestigten
Meßskala, Fig. 3 eine Vorderansicht einer Ausführungsform des Lesekopfes, Fig. 4
eine Draufsicht auf den Lesekopf nach Fig. 3, Fig. 5 eine Querschnittsansicht des
Lesekopfes nach Fig. 3 bei Betrachtung in Richtung der Pfeile, Fig. 6 eine Ansicht
des Flachmaterialstreifens, der den Lesekopf mit dem zugehörigen Trägerprofil verbindet,
Fig.
7 eine Draufsicht auf den Flachmaterialstreifen nach Fig. 6, Fig. 8 eine Querschnittsansicht
des Flachmaterialstreifens nach Fig. 6 in Richtung der Pfeile.
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Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform der photoelektrischen
Positionsmeßeinrichtung ermöglicht eine Messung der relativen Position von zwei
gegeneinander beweglichen Gegenständen, von denen einer mit dem Tragprofil 1 nach
Fig. 1 verbunden ist, während der andere Gegenstand mit dem insgesamt mit 10 bezeichneten
Lesekopf verbunden ist.
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Das Tragprofil 1 trägt eine Meßskala 3, die üblicherweise aus einem
mit Gradstrichen versehenen Glasstab besteht und das Tragprofil 1 besteht vorzugsweise
aus stranggepreßten Aluminiumteilen, die ein zweiteiliges Gehäuse mit einem unteren
Teil 5 und einem oberen Teil 4 bilden. Der obere und der untere Teil werden zusammengeschraubt,
so daß ein Gehäuse gebildet wird, das die Meßskala 3 aufnimmt und in geeigneter
Weise schützt.
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Um zu vermeiden, daß Staub oder andere Fremdkörper in das Innere des
Tragprofils eindringen können, werden die aufeinanderzu gerichteten Ränder des Trägerprofils,
zwischen denen die Halterungsanordnung für den Lesekopf hindurchläuft, mit Dichtungsstreifen
6 versehen, um eine bessere Abdichtung zu erzielen. Diese Dichtungsstreifen weisen
aufeinanderzu gerichtete Dichtungslippen gemäß Fig. 1 oder ein abgerundetes stark
elastiscnes Profil gemäß Fig. 2 auf, um die Abdichtung zu verbessern.
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Die Neßskala 3 ist an dem Tragprofil 1 über ein Streifenelement 2
befestigt3 das vorzugsweise aus Neopren hergestenlt
ist. Dieses
Streifenelement 2 wird getrennt hergestellt und hält nach seiner Herstellung eine
feste Form auch bei den auftretenden Umgebungs- und Arbeitstemperaturen aufrecht.
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Das Streifenelement 2 weist einen rechtwinkligen Querschnitt auf und
ist über seine gesamte Länge im Querschnitt vollständig gleichförmig und es ist
vorzugsweise auf beiden Seiten mit einer Selbstklebe-Schicht versehen.
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Bei der Befestigung der Meßskala 3 ist es deshalb ausreichend, das
Streifenelement 2 auf die entsprechende ebene Auflagefläche des unteren Teils des
Tragprofils 1 aufzulegen und dann die Meßskala 3 auf ihrer gesamten Länge leicht
auf das Streifenelement 2 aufzudrücken, um einen völlig festen Einbau dieser Meßskala
zu erzielen. Durch diese Ausführungsform ist die Lage der Meßskala unveränderlich
fest und es wird unveränderlich eine absolut horizontale Lage der Meßskala 3 erreicht,
so daß die Zuverlässigkeit der gelieferten Positionsdaten vergrößert wird.
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Der Lesekopf 10 besteht aus einer Leseplatte 14, die auf einem Träger
9 befestigt ist, der außerdem die optoelektronischen Schaltungen 8 aufnimmt.
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Der Lesekopf 10 ist mit seinem zugehörigen Trägerprofil 7 über einen
Flachmaterialstreifen 12 derart verbunden, daß der Lesekopf zwar um eine Achse senkrecht
zur relativen Bewegungsrichtung zwischen Meßskala und Lesekopf kippen kann, jedoch
die geforderte Parallelität zwischen der mittleren Längsebene des Lesekopfes 10
und seinem Trägerprofil 7 aufrechterhalten wird. Gemäß Fig. 4 ist der Flachmaterialstreifen
12 zwischen einem Ausleger oder Arm 13 des Trägerprofils und dem Träger 9 des Lesekopfes
angeordnet, jedoch könnte eine nicht dargestellte Ausführungsform darin bestehen,
daß
der Flachmaterialstreifen unmittelbar zwischen einer Längskante
des Trägerprofils 7 und dem Träger 9 angeordnet iSt Auf diese Weise ist die erforderliche
Beweglichkeit des Lesekopfes 10 gewährleistet, so daß dieser in Ubereirsttrn mit
der Meßskala 3 eingebaut werden kann, doch beeinträchtigt diese Beweglichkeit nicht
die Parallelität zwischen der mittleren Längsebene des Lesekopfes und dem Trägerprofil
7.
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Der Lesekopf 10 benötigt auf diese Weise keine Frontalabstützung gegen
den entsprechenden Träger der Meßskala, wie dies bisher erforderlich war und bei
denen zur Erzielung einer korrekten Abstützung in den Träger der Meßskala eir zusätzlicher
Glasstreifen oder ähnliche Elemente eingebaut werden mußten.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform benötigt der Lesekopf 10 lediglich
einen Abstützpunkt gegenüber der Meßskala. Dsr Lesekopf ist zu diesem Zweck mit
entsprechenden Vorsprüngen, die Gleitkufen 16 bilden, versehen.
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Um die Abstützung des Lesekopfes 10 gegenüber der :.:eßskalr zu verbessern,
wird eine Lamelle oder ein Federblatt 11 vorgesehen, das nur in einer Richtung wirkt,
um die Abstützung in einwandfreier Weise zu erzielen.
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Wie aus den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, wird der Flachmaterialstreifen
12 an seinen beiden Enden mit dem Lesekopf 10 bzw. dem Arm 13 des Trägerprofils
7 verbunden.
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Bei der üblichen Ausführungsform der Positions-Meßeinrichtung wird
das Streifenelement 2 entsprechend der Länge des Tragprofils bzw. der Meßskala 3
zugeschnitten. Andererseits kann dieses Streifenelement 2 in dem mittleren Bereich
der
Meßskala 3 unterbrochen sein, um in dem unterbrochenen Teil
eine starre Verbindung zu erreichen. Auf diese Weise können möglicherweise auftretende
Ausdehnungen, die durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Metall
und Glas entstehen können, gleichmäßig auf die beiderseits anliegenden Mittelzonen
verteilt werden.
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Weiterhin ermöglichen die Verbindungselemente, die den Flachmaterialstreifen
12 mit dem Trägerprofil 7 verbinden, eine Montage der Lamelle oder des Federblattes
11, die mit ihrem freien Ende Kontakt mit einem Zapfen herstellt, der im Schwerpunkt
eines von drei Gleitkufen gebildeten Dreieckes angeordnet ist, die eine vollkommene
Abstützung und einen konstanten Kontaktdruck sicherstellen.
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Der Flachmaterialstreifen 12 ist in der insbesondere aus den Fig.
6 und 8 erkennbaren Weise in seinem Mittelbereich abgebogen, so daß seitliche Flügel
15 gebildet werden, die diesen Flachmaterialstreifen einen U-förmigen Querschnitt
verleihen, so daß der Mittelbereich dieses Flachmaterialstreifens starr ist. Wie
aus den Fig. 3 und 6 zu erkennen ist erstrecken sich die Flügel 15 des Flachmaterialstreifens
12 nur über den Mittelbereich, während die Enden freigelassen werden, so daß in
diesen Endbereichen eine geeignete Biegsamkeit des Flachmaterialstreifens 12 beibehalten
wird.
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