DE3809803C2 - Magnetischer Codierer und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten magnetischen Codierer und ein Verfahren zu dessen Herstellung und insbesondere bezieht sie sich auf die Herstellung eines magnetischen Codierers mit einer peripheren Magnetisierung, der für die Erkennung einer Winkelbewegung, einer linearen Bewegung und der Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Körpers in einem Steuersystem für Roboter und NC-Ausrüstungen geeignet ist.

Ein magnetischer Codierer mit einer peripheren Magnetisierung umfaßt im allgemeinen eine Drehspindel, die mit einem Steuer­ system verbunden ist. Die Drehspindel ist an einem Gehäuse durch Lager teilweise nach außen herausragend gelagert. Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium ist koaxial an dem herausra­ genden Teil der Drehspindel angebracht und ein magnetisiertes Muster ist an dem Äußeren des magnetischen Aufzeichnungsmediums aufgebracht. Ein magnetischer Detektorkopf ist derart angeordnet, daß er dem magnetisierten Muster auf dem magnetischen Aufzeich­ nungsmedium in einem vorgegebenen Abstand zugewandt ist.

Da sich das Aufzeichnungsmedium mit der Drehspindel dreht, verändert sich ein auf den Detektorkopf einwirkendes magneti­ sches Feld in Abhängigkeit von dem magnetisierten Muster auf dem Aufzeichnungsmedium und in Abhängigkeit einer derartigen Änderung des magnetischen Felds erzeugt der Detektorkopf eine Folge von Ausgangssignalen, die dem magnetisierten Muster auf dem Aufzeichnungsmedium zugeordnet sind, für die Erkennung einer Drehbewegung, einer linearen Bewegung oder der Bewegungs­ geschwindigkeit eines beweglichen Objekts in dem Steuersystem, das mit der Drehspindel verbunden ist.

Für eine genaue Erkennung der Bewegung oder der Bewegungsge­ schwindigkeit muß der Abstand zwischen dem Detektorkopf und dem magnetisierten Muster auf dem Aufzeichnungsmedium während der Drehung des Aufzeichnungsmediums so konstant wie möglich gehalten werden. In der Praxis ändert sich jedoch unausweich­ lich der Abstand infolge von Herstellungsungenauigkeiten der Drehspindel und des Aufzeichnungsmediums, einer Verbindungsun­ genauigkeit zwischen der Spindel und dem Aufzeichnungsmedium und/oder einer Herstellungsungenauigkeit für die Lager, die zwischen der Drehspindel und dem Gehäuse angeordnet sind. Es wird vermutet, daß alle diese Schwierigkeiten durch das oben beschriebene doppelte Verbindungssystem verursacht werden, bei dem das magnetische Aufzeichnungsmedium mit dem Gehäuse über die Drehspindel verbunden ist und die Drehspindel mit dem Gehäuse durch die Lager verbunden ist.

DE 29 08 599 offenbart einen magnetischen Codierer mit einer Spindel, die mit einem äußeren Steuersystem verbunden ist und die mit peripheren ringförmigen magnetisierten Mustern versehen ist. Dieser Codierer umfaßt ein Gehäuse, das die Spindel mit einem rohrförmigen Abstand umfaßt, um eine freie Drehung der Spindel zu ermöglichen, einen magnetischen Detektorkopf, der an dem Gehäuse angebracht ist, während er dem magnetisierten Muster an der Spindel in einem vorgegebenen Abstand zugewandt ist, eine bedruckte Platte und einen Verbindungsanschluß für äußere Einrichtungen.

Diese bekannte Anordnung hat ebenfalls den oben genannten Nachteil, daß sich der Abstand zwischen dem Detektorkopf und dem magnetisierten Muster nicht konstant ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abstand zwischen dem magnetischen Detektorkopf und dem magne­ tisierten Muster in einem eine periphere Magnetisierung ver­ wendenden Codierer so konstant wie möglich beizubehalten und damit die Verbesserung bei der Erkennung durch den Codierer zu erhöhen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches Verfahren zum Herstellen eines derartigen, eine periphere Magnetisierung verwendenden Codierers mit hoher Prä­ zision bei der Erkennung herzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem magnetischen Codierer der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst und bei dem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 6 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung um­ faßt der magnetische Codierer eine Drehspindel, die ein peri­ pheres magnetisiertes Muster trägt und die mit einem vorgege­ benen äußeren Steuersystem verbunden ist, ein gegossenes Kunst­ stoffgehäuse, das die Spindel für eine axiale Rotation umfaßt und das einen magnetischen Detektorkopf trägt, der in einem Abstand dem magnetisierten Muster zugewandt ist und eine be­ druckte Platte, die Schaltkreiselemente trägt ist an dem Ge­ häuse befestigt.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das oben beschriebene Gehäuse durch eine Einsatzformung vor dem Hinzufügen der Schaltkreiselemente hergestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungs­ form des magnetischen Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei für ein leichteres Verständnis Teile entfernt sind,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils des in Fig. 1 gezeigten magnetischen Codierers, bei dem Teile ent­ fernt sind,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Drehspindel, die für eine an­ dere Ausführungsform des magnetischen Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungs­ form des magnetischen Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem Teile entfernt sind,

Fig. 5 eine Schnittansicht in Querrichtung des in Fig. 4 dar­ gestellten magnetischen Codierers und die

Fig. 6 bis 11 Ansichten zum Darstellen der verschiedenen durch­ zuführenden Schritte bei dem Herstellungsverfahren gem. der vorliegenden Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform des magnetischen Codierers gem. der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem der magnetische Codierer 10 ein Innengehäuse 11 und eine Dreh­ spindel 13 umfaßt, die in dem Innengehäuse 11 gehalten wird. Ein magnetisiertes Muster M ist an der Peripherie der Dreh­ spindel 13 angebracht und ein magnetischer Detektorkopf 14 ist an dem Innengehäuse 11 derart angebracht, daß er dem mag­ netisierten Muster M auf der Drehspindel 13 in einem vorgege­ benen Abstand zugewandt ist. Der Detektorkopf 14 ist in einem Fenster 15 angeordnet, das in dem Innengehäuse 11 ausgebildet ist. Das Innengehäuse 11, die Drehspindel 13 und der Detektor­ kopf 14 sind in einem Außengehäuse 16 untergebracht, das durch strichpunktierte Linien dargestellt ist. Das Innengehäuse 11 wird, wie es später im einzelnen beschrieben wird, durch Ein­ satzformung hergestellt.

Im einzelnen wird die Drehspindel 13 aus einer Fe-Cr-Co-Legie­ rung oder einer Fe-Co-Mn-Legierung hergestellt, die eine gute Verarbeitbarkeit und gute magnetische Eigenschaften aufweisen. In der Nähe eines Endes der Drehspindel 13 ist eine ringförmi­ ge Vertiefung 13a mit vorzugsweise einem halbkreisförmigen Querschnittsprofil zum Zusammenwirken mit einem ringförmigen Vorsprung 18 ausgebildet, der an der Innenwand des Innengehäu­ ses 11 vorgesehen ist. Infolge dieses Zusammenwirkens ist die Drehspindel 13 gegen eine axiale Verschiebung bezüglich des Innengehäuses 11 gesichert. In der Nähe der ringförmigen Ver­ tiefung 13a ist das magnetisierte Muster M an der Peripherie der Drehspindel 13 angeordnet.

Das Innengehäuse 11 hat im wesentlichen die Form eines recht­ eckigen Körpers und ist an seinen beiden Enden in Längsrich­ tung mit einem Paar von rechteckigen Flanschen 17 versehen. Weiterhin ist das Innengehäuse 11 mit einer axialen Durchgangs­ öffnung 11a versehen, dessen Innendurchmesser etwa gleich ist dem Außendurchmesser der Drehspindel 13. Eine transversale Durchführungsöffnung 11b ist ebenfalls in dem Innengehäuse 11 quer zur axialen Durchgangsöffnung 11a ausgebildet. An einer Seite der axialen Durchgangsöffnung 11a weist die transversale Durchgangsöffnung 11b das oben beschriebene Fenster 15 für den Detektorkopf 14 auf.

Ein rechteckiges Fenster 11c ist in der Außenseite eines der Flansche 17 in der Nähe des magnetisierten Musters M in Ver­ bindung mit der axialen Durchgangsöffnung 11a vorgesehen und eine Platte 19 ist in das Fenster 11c eingepaßt, um das zuge­ ordnete Ende der axialen Durchgangsöffnung 11a zu verschließen.

Drei Seiten des Innengehäuses 11 werden durch eine abgewinkel­ te flexible bedruckte Platte oder gedruckte Schaltungsbaugruppe 20 umfaßt, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist.

Im einzelnen wird die bedruckte Platte 20 aus einem Paar von einander gegenüberliegenden parallelen Teilen und einem Ver­ bindungsteil hergestellt, das zwischen den parallelen Teilen liegt.

Die parallelen Teile schließen die zugeordneten Enden der trans­ versalen Durchgangsöffnungen 11b im Innengehäuse 11 ab. Das parallele Teil auf der Seite des Fensters 15 ist mit dem oben beschriebenen magnetischen Detektorkopf 14 versehen, der an diesem über ein Glassubstrat 21 angebracht ist. Die drei Teile sind mit verschiedenen Schaltkreiselementen 22 versehen. Die­ se Schaltkreiselemente 22 sind elektrisch miteinander durch ein Schaltkreismuster verbunden, das auf der gedruckten Platte 20 aufgebracht ist und weiterhin mit außerhalb angeordneten (nicht dargestellten) Einrichtungen über einen Anschluß 23 verbunden, der an einer Ecke der bedruckten Platte 20 ausge­ bildet ist.

Das Außengehäuse 16 ist, wie es im einzelnen später beschrie­ ben wird um das Innengehäuse 11, die Drehspindel 13, die Platte 19 und die bedruckte Platte 20 durch Spritzgießen aus­ gebildet und ist mit einer Öffnung 25 für den Zugang zu dem Anschluß 23 der bedruckten Platte 20 versehen. Der hervorste­ hende Teil der Drehspindel 13 ist mit dem zugeordneten Steuer­ system in geeigneter Weise verbunden.

Ein kleiner ringförmiger Abstand ist zwischen dem Innengehäuse 11 und der Drehspindel 13 belassen, um eine freie Drehung der letzteren zu ermöglichen.

Mit dem oben beschriebenen Aufbau des magnetischen Codierers wird eine Änderung in dem Abstand zwischen dem Detektorkopf 14 und dem magnetisierten Muster M auf der Drehspindel 13 nur durch Herstellungsungenauigkeiten der Drehspindel 13 verur­ sacht. Es ist nur eine genaue Steuerung bei der Herstellung der Drehspindel 13 erforderlich, um den Abstand konstant zu halten und eine derartige Steuerung bei der Herstellung kann sehr einfach bei dem technischen Stand der Werkzeugmaschinen­ industrie durchgeführt werden. Zusätzlich werden sowohl die das magnetisierte Muster M tragende Spindel 13 und der Detek­ torkopf 14 unmittelbar durch ein gemeinsames Element abgestützt, d.h. das Innengehäuse 11. Folglich kann der Abstand sehr leicht und genau eingestellt werden und wenn er einmal eingestellt ist, gibt es überhaupt keinen Faktor mehr, der eine Änderung in dem Abstand bewirken kann. Eine direkte Abstützung der Drehspindel 13 durch das Innengehäuse 11 vereinfacht sehr den Aufbau mit einer verminderten Anzahl von Teilen.

In Fig. 3 ist eine modifizierte Ausführungsform des magneti­ schen Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem eine koaxiale Scheibe 26 in einem Körper an einem Ende der Drehspindel 13 in der Nähe der ringförmigen Vertiefung 13a ausgebildet ist und das magnetisierte Muster M ist an der Pe­ ripherie der Scheibe 26 angebracht. Da eine derartige Scheibe 26 durch die Anwendung einer maschinellen Bearbeitung an dem Ende der Drehspindel 13 unter Drehung hergestellt werden kann, stellt dieser magnetische Codierer ebenfalls einen konstanten Abstand zwischen dem magnetisierten Muster M und dem Detektor­ kopf sicher.

Eine weitere modifizierte Ausführungsform des magnetischen Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Das Innengehäuse 11 dieser Ausführungsform ist mit keiner transversalen Durchgangsöffnung versehen, die das Fenster 15 für den magnetischen Detektorkopf 14 bildet. Als Ersatz hierfür ist ein dünner Bereich 27 an einem Teil des Innengehäuses 11 ausgebildet, der dem magnetisierten Muster M auf der Drehspindel 13 zugewandt ist und der Detektorkopf 14 ist an der Außenseite des dünnen Teils 27 angeordnet. Die Ab­ wesenheit der transversalen Durchgangsöffnung verhindert sehr gut das Eindringen von Schmutz in der Umgebung, der anderen­ falls einen ungünstigen Einfluß auf die magnetische Erkennung ausübt.

In den Fig. 6 bis 10 ist eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, mit dem der in Fig. 1 gezeigte magnetische Codierer hergestellt wird.

Zunächst wird ein stab- oder ringförmiges Material bearbeitet, um die in Fig. 1 gezeigte Spindel 13 zu erhalten, die die ring­ förmige Vertiefung 13a in der Nähe eines Endes aufweist.

Nach einer Reinigung wird das magnetisierte Muster M an dem Umfang der Spindel 13 aufgebracht. Danach wird die Spindel 13, wie es in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, in Formen 30 nach der lokalen Anwendung eines Trennmittels eingesetzt. Im einzelnen sind ringförmige Hohlräume 30a und 30b in, die Spindel 13 um­ gebende Formen 30, vorgesehen und ein Haltestück 31 ist an einem der ringförmigen Hohlräume 30a in Kontakt mit einem En­ de der Spindel 13 in der Nähe des magnetisierten Musters M angebracht. Weiterhin ist ein Paar von einander gegenüberlie­ genden seitlichen Hohlräumen 30c und 30d in den Formen 30 in Verbindung mit den ringförmigen Hohlräumen 30a und 30b vorge­ sehen. Dann wird Kunststoff in die Hohlräume 30a bis 30d in den Formen 30 eingegossen, um eine Kombination zu erhalten, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist. Diese Kombination umfaßt die Spindel 13 und das Innengehäuse 11, das die Spindel 13 umfaßt. Wie bereits angegeben wurde, umfaßt das Innengehäuse die axi­ ale Durchgangsöffnung 11a, die die Spindel 13 aufnimmt, die transversale Durchgangsöffnung 11b, die das Fenster 15 bereit­ stellt und Endflansche 17, die jeweils das rechteckige Fenster 11c und den ringförmigen Vorsprung 18 in Wirkverbindung mit der ringförmigen Vertiefung 13a in dem Umfang der Spindel 13 umfaßt.

Danach wird das Trennmittel auf der Oberfläche der Spindel termisch oder chemisch entfernt. Durch diese Entfernung des Trennmittels wird ein kleiner ringförmiger Abstand zwischen dem Innengehäuse 11 und der Spindel 13 über die ganze Länge der letzteren hinweg erzeugt, um eine freie Drehung der Spin­ del 13 zu ermöglichen. Zusätzlich verhindert die Wirkverbin­ dung des ringförmigen Vorsprungs 18 an dem Innengehäuse 11 mit der ringförmigen Ausnehmung 11a in der Drehspindel 13 ei­ ne freie axiale Verschiebung der letzteren. Die Platten 19 werden dann in die Fenster 11c in den Flanschen 17 eingepaßt und die bedruckte Platte 20 wird mit der Kombination verbunden.

Das Fenster 15 in dem Innengehäuse 11 wird durch das Glassub­ strat 21 geschlossen, so daß der darunterliegende magnetische Detektorkopf 14 dem magnetisierten Muster M auf der Drehspin­ del 13 mit einem vorgegebenen Abstand zugewandt sein sollte.

Der Anschluß 23 ragt aus dem Innengehäuse 11 heraus.

Danach wird, wie es in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, das an­ dere Ende der transversalen Durchgangsöffnung 116 durch eine Platte 41 geschlossen und die Schaltkreiselemente 22 werden an der bedruckten Platte 20 befestigt, um einen Gesamtaufbau zu bilden. Ein rohrförmiger Abstandshalter 42 wird über den hervorstehenden Bereich der Drehspindel 13 eingeführt und ein Haltestück 43 wird über den Anschluß 23 geschoben, der aus dem Innengehäuse 11 herausragt. Danach wird die Gesamtanordnung in Formen 40 eingesetzt, die einen Hohlraum 40a bilden, der die Gesamtanordnung umgibt. Schließlich wird Kunststoff in den Hohlraum 40a eingegossen, um das Außengehäuse 16 zu bilden, das in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien dargestellt ist.

Durch Entfernen des rohrförmigen Abstandhalters 42 und des Haltestückes 43 nach dem Entfernen der Form bleibt ein kleiner Abstand zwischen dem Außengehäuse 16 und der Drehspindel 13 zurück, um eine freie Drehung der letzteren zu ermöglichen und die Öffnung 25 bleibt in dem Außengehäuse 16 zurück, um eine elektrische Verbindung der Schaltkreiselemente 22 mit äußeren Einrichtungen zu ermöglichen.

In Fig. 11 ist eine andere Ausführungsform des Verfahrens ge­ mäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, mit dem der in Fig. 4 gezeigte magnetische Codierer hergestellt wird. Im Fall dieser Ausführungsform wird ein Abstand 32 in den Formen 30 vorgese­ hen, um den dünnen Bereich 27 zu bilden, der in Fig. 4 gezeigt ist.

Verschiedene Modifikationen können von den dargestellten Aus­ führungsformen abgeleitet werden. Beispielsweise kann als ei­ ne Einrichtung zum Verhindern einer axialen Verschiebung zwi­ schen der Spindel 13 und dem Innengehäuse 11 ein ringförmiger Vorsprung auf der Spindel 13 für ein Zusammenwirken mit einer entsprechenden ringförmigen Ausnehmung ausgebildet werden, die in dem Innengehäuse 11 vorgesehen ist. Als ein Ersatz für eine derartige ringförmige Verbindung kann eine örtliche Wirkver­ bindung durch einen punktförmigen Vorsprung und punktförmige Vertiefung vorgesehen werden.

Claims (6)

1. Magnetischer Codierer mit einer Spindel (13), die mit einem vorgegebenen äußeren Steuersystem verbunden ist und die mit einem peripheren ringförmigen magnetisierten Muster (M) versehen ist, einem gegossenen Kunststoffgehäuse (11), das die Spindel (13) mit einem kleinen rohrförmigen Abstand umfaßt, um eine freie Drehung der Spindel (13) zu ermöglichen, einen magnetischen Detektorkopf (14), der an dem Gehäuse (11) angebracht ist, während er dem magneti­ sierten Muster (M) an der Spindel (13) in einem vorgegebenen Abstand zugewandt ist, und einer bedruckten Platte (20), die mit Schaltkreiselementen (22) und wenigstens einem Verbindungsanschluß (23) für äußere Einrichtungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (20) derart angeordnet ist, daß sie das Gehäuse (11) und den magnetischen Detektorkopf (14) umgibt, und daß der Detek­ torkopf (14) außerhalb des Gehäuses angebracht ist.

2. Magnetischer Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (11) mit einer Fensteröffnung (15) in einer axialen Durchgangsöffnung versehen ist, die die Spindel (13) aufnimmt und daß der magnetische Detektorkopf (14) in diesem Fenster (15) angeordnet ist.

3. Magnetischer Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (11) mit einem dünnen Wandteil (27) an einer Position versehen ist, die dem magnetisierten Muster (M) an der Spindel (13) zugeordnet ist und daß der magnetische De­ tektorkopf (14) an der Außenseite dieses dünnen Wandteils (27) angebracht ist.

4. Magnetischer Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß er weiterhin eine Einrichtung (13a, 18) zu relativen axialen Verschiebung zwischen der Spindel (13) und dem Gehäuse (11) enthält.

5. Magnetischer Codierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß diese Sperreinrichtung (13a, 18) wenigstens einen Vorsprung (18) aufweist, der entweder an der Spindel (13) oder dem Gehäuse (11) angebracht ist und einer Ausnehmung (13a) entspricht, die am äußeren der Spindel (13) bzw. dem Gehäuse (11) angebracht ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Codierers, ge­ kennzeichnet durch die Schritte:

• - Erzeugen durch Gießen eines Innengehäuses (11) aus Kunststoff um eine Spindel (13), die ein peripheres magnetisiertes Muster (M) aufweist, in der Weise, daß ein dünner rohrförmiger Abstand um die Spindel (13) herum verbleibt, um eine freie axiale Dre­ hung der letzteren zu ermöglichen,
• - Anbringen einer bedruckten Platte (20) mit einem magnetischen Detektorkopf (14) an dem Innengehäuse (11) in einer Weise, daß der magnetische Detektorkopf (14) dem magnetisierten Muster (M) an der Spindel (13) in einem vorgegebenen Abstand gegenüber­ steht,
• - Anbringen von Schaltkreiselementen (22) an wenigstens einem Verbindungsanschluß (23) an der Außenseite der bedruckten Plat­ te (20) um eine Gesamtanordnung zu bilden und
• - Herstellen durch Gießen eines Außengehäuses (16) aus Kunst­ stoff um die Gesamtanordnung herum.