DE4234433A1 - Längen- oder Winkelmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Längen- oder Winkelmeß­ einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Meßeinrichtungen werden vor allem zur Messung von Relativbewegungen bei Werkzeug- oder Meßmaschinen verwendet.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Justierein­ richtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.

Aus der DE-83 20 135 U1 ist eine lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung bekannt, bei der eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Abtaststelle in einer Fassung mit radial federnden Haltezungen angeordnet ist. Die Beleuchtungsein­ richtung kann zur Justage in der Fassung um ihre Längsachse gekippt und verschoben werden. Wenn die optimale Justierung erreicht ist, wird die Beleuch­ tungseinrichtung mit der Fassung vergossen und be­ hält diese Position dauerhaft bei.

Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß die Beleuchtungseinrichtung nicht nur die zur Justie­ rung erforderlichen Bewegungsfreiheitsgrade be­ sitzt. Die federnden Haltezungen sind sehr labil, was eine genaue Justierung erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ju­ stiereinrichtung, insbesondere bei einer Längen- oder Winkelmeßeinrichtung anzugeben, bei der mit einfachen Mitteln eine feinfühlige Justierung einer Strahlungsquelle ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ein­ richtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder des Anspruches 13 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht da­ rin, daß die Strahlungsquelle besonders genau ju­ stiert werden kann. Für diese Justierung ist keine separate externe Justiereinrichtung erforderlich. Da die Justiereinrichtung in der Meßeinrichtung integrierbar ist, kann auch zu jeder Zeit eine Nachjustierung erfolgen. Durch die Ausgestaltung der Justiereinrichtung ist es nicht erforderlich, die justierte Strahlungsquelle mittels eines Kle­ bers zu fixieren. Zur Fixierung ist eine einfache Klemmung ausreichend, die jederzeit für einen neuen Justiervorgang oder zum Wechsel der Strahlungs­ quelle gelöst werden kann.

Mit Hilfe der Zeichnungen wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine räumliche Darstellung der wesentlichsten Komponenten einer Längenmeßeinrichtung,

Fig. 2 die Justiereinrichtung aus Fig. 1 im Längsschnitt,

Fig. 3 die Justiereinrichtung aus Fig. 1 im Querschnitt III-III,

Fig. 4 ein zweites Beispiel einer Ju­ stiereinrichtung,

Fig. 5 eine dritte Ausführung einer Ju­ stiereinrichtung und

Fig. 6 eine Ausgestaltung einer Diode.

Die Längenmeßeinrichtung nach Fig. 1 weist einen Träger 1 für eine Maßverkörperung 2 auf. Zur Mes­ sung der relativen Verschiebung zweier Objekte ist der Träger 1 am einen Objekt befestigt und wird von einer, am anderen Objekt befestigten Abtasteinheit 3 abgetastet. Die Abtasteinheit 3 weist eine Diode 4, eine Abtastplatte 5 und mehrere Detektoren 6 auf. Das von der Diode 4 abgestrahlte Licht wird von einer Linse 7 kollimiert und gelangt als pa­ ralleles Lichtbündel durch die Abtastplatte 5 und den Träger 1 auf die Detektoren 6. Die elektrischen Signale der lichtempfindlichen Detektoren 6 werden einer Auswerteeinheit zur Ermittlung der Position zugeführt.

Damit von der Linse 7 ein paralleles Lichtbündel mit symmetrischer Intensitätsverteilung erzeugt werden kann, muß der lichterzeugende Kristall 41 der Diode 4 exakt im Brennpunkt der Linse 7 liegen. Da die Dioden 4 eine große Exemplarstreuung bezüg­ lich der Lage des Kristalls 41 und somit ihrer Leuchteigenschaften haben, muß jede Diode 4 indivi­ duell relativ zur Linse 7 justiert werden.

Hierzu ist eine Justiervorrichtung, bestehend aus einer Fassung 9 und einem darin schwenkbar und ver­ schiebbar gelagerten Kugelkörper 10 vorgesehen. Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Diode 4 in einer Bohrung 11 eines Kugelringes 10 als Kugelkörper befestigt. Die kugelförmig gewölbte Oberfläche 101 des Kugelringes 10 steht mit einer Passungsbohrung 13 der Fassung 9 in Kontakt, so daß die Diode 4 mit dem Kugelring 10 in der Passung 13 spielfrei in alle Richtungen verschwenkt bzw. verdreht sowie längs der Achse der Passungsbohrung 13 verschoben werden kann. Der Radius der Kugelwölbung 101 des Kugelringes 10 entspricht dabei dem Radius der Pas­ sungsbohrung 13.

In Fig. 2 ist die optimal eingestellte Lage der Diode 4 dargestellt. Der Kristall 41 der Diode 4 liegt exakt im Brennpunkt der Linse 7, die bevor­ zugt ebenfalls in der Fassung 9 angeordnet ist. Zur Lagefixierung der eingestellten Diode 4 ist die Fassung 9 längs der Passungsbohrung 13 geschlitzt, wodurch der Kugelring 10 durch Anziehen einer Schraube 8 mit der Fassung 9 umfangsmäßig radial geklemmt wird.

Wenn die Gehäuseoberfläche der Diode 4 selbst ku­ gelförmig gewölbt ist, kann der Kugelring 10 ent­ fallen. Die gewölbte Gehäuseoberfläche der Diode 4 steht dann direkt mit der Passungsbohrung 13 in Kontakt. Eine derartige Ausbildung der Diode 4 ist in Fig. 4 und Fig. 6 gezeigt.

Dieses erste Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß zum Verschwenken und Verschieben nur eine Pas­ sungsbohrung 13 erforderlich ist. Bei den weiteren Ausführungsbeispielen sind zwei Passungen 131, 14 bzw. 132, 15 erforderlich.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Gehäuseoberfläche 42 der Diode 4 kugelförmig gewölbt und in einer Kugelschale 131 als Passung verschwenk- und verdrehbar gelagert. Die Kugel­ schale 131 ist wiederum in einer weiteren Passung, die als Längsbohrung 14 in der Fassung 9 vorgesehen ist, längsverschiebbar gelagert.

In nicht gezeigter Weise kann auch hier eine Diode 4 mit zylindrisch geformter Oberfläche und einem daran befestigten Kugelring 10 Verwendung finden.

Zur Klemmung nach erfolgter Einstellung der Diode 4 müssen die Kugelschale 131 und die Fassung 9 ge­ schlitzt ausgeführt sein.

Im dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Diode 4 mit dem zylindrisch geformten Gehäuse in einer Passungsbohrung 15 eines Kugelringes 102 längsverschiebbar gelagert. Der Kugelring 102 ist wiederum in einer Kugelschale 132 der Fassung 9 verschwenkbar gelagert. Zum Fixieren der Diode 4 sind der Kugelring 102 und die Fassung 9 geschlitzt ausgeführt. Die Klemmung der Diode 4 erfolgt somit radial von der Fassung 9 über den Kugelring 102 auf das zylindrische Gehäuse der Diode 4.

Die Erfindung kann auch bei Meßsystemen eingesetzt werden, bei denen mehrere Strahlungsquellen zur Beleuchtung einer Maßverkörperung vorgesehen sind. Beispielsweise zur Einstellung der Phasenbeziehung von Abtastsignalen mehrerer Abtaststellen eines inkrementalen Meßsystems, wobei jeder Abtaststelle eine eigene Strahlungsquelle zugeordnet ist.

Anstelle von Dioden (LED′s, Laserdioden) können auch andere Strahlungsquellen verwendet werden.

Bei den gezeigten Beispielen ist der Kristall 41 der Diode 4 zentrisch relativ zu den Passungen 13, 131, 132, 14, 15 angeordnet, und der Kristall 41 ist in Richtung der Linse 7 verschiebbar, um seine eigene Achse drehbar und um senkrecht dazu stehende Achsen schwenkbar.

Vorteilhaft kann es sein, wenn der Kristall nicht mit dem Drehpunkt des Kugelkörpers zusammenfällt. Wenn der Drehpunkt und somit der Mittelpunkt des Kugelkörpers in Achsrichtung, das heißt in Strahl­ richtung vom Kristall beabstandet ist, verursacht ein Verschwenken der Diode um den Drehpunkt eine Verlagerung des Kristalls aus der Längsachse.

Wie bereits in Fig. 4 gezeigt ist, ist es beson­ ders vorteilhaft, wenn das Gehäuse der Diode 4 selbst kugelförmig gewölbt ist und diese umfangs­ mäßig gewölbte Gehäuseoberfläche 42 direkt in einer Passung 133 verschwenkbar gelagert ist. Eine derart ausgebildete Diode 4 ist zusätzlich in Fig. 6 im Detail dargestellt. Diese besonders ausgebildete Diode 4 ist für viele optische Geräte verwendbar. Beispielsweise für Sensorsysteme, Lichtschranken, CD-Player, Barcodeleser, Autofocussysteme, Laser­ drucker oder Lichtleitertechnik. Die Diode 4 ist um den Mittelpunkt M der gewölbten Gehäuseoberfläche 42 verschwenk- bzw. verdrehbar. Der Radius R der Wölbung ist vorteilhafterweise senkrecht zur Strahlrichtung bzw. Längsachse der Diode 4 ausge­ richtet. Die Wölbung mit dem Radius R ist am Ge­ häuse der Diode 4 angeformt.

Die nach Fig. 6 ausgebildete Diode 4 kann eine LED, eine Laserdiode oder eine andere strahlungs­ aussendende Halbleiterdiode sein.

Die Diode 4 ist in einer Passungsbohrung 133 ver­ schwenkbar sowie längsverschiebbar gelagert. Diese Diode 4 kann aber auch in einer Passung, die als Kugelschale ausgebildet ist, verschwenkbar gelagert sein. Zur Fixierung der eingestellten Lage ist die Diode 4 radial in der Passung klemmbar.

Auch hier kann es vorteilhaft sein, wenn der Kri­ stall 41 vom Mittelpunkt M der Gehäuseoberfläche 42 in Achsrichtung, das heißt in Strahlrichtung beab­ standet angeordnet ist.

Claims (16)

1. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung zur Messung der relativen Verschiebung zweier Objekte, bei der die Maßverkörperung eines Trägers, der mit dem einen Objekt verbun­ den ist, von einer Abtasteinheit, die mit dem anderen Objekt verbunden ist, abgetastet wird, wobei die Abtasteinheit zumindest eine in einer Fassung schwenkbar angeordnete Strahlungsquelle zur Beleuchtung der Maßverkörperung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kugelkörper (10, 102, 4) vorgesehen ist, dessen kugelförmig ge­ wölbte Oberfläche (101, 42) mit einer Passung (13, 131, 132) der Fassung (9) in Kontakt steht und die Strahlungsquelle (4) mit dem Kugelkörper (10, 102, 4) in der Passung (13, 131, 132) schwenkbar gelagert ist.

2. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Passung eine Bohrung (13) ist, in der der Kugelkörper (10) mit der Strahlungsquelle (4) verschwenkbar und längs der Bohrungsachse verschiebbar gelagert ist.

3. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Kugelwölbung (101) des Kugel­ körpers (10) dem Radius der Bohrung (13) ent­ spricht.

4. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Diode (4) ist, die in einer Bohrung (11) eines Kugelringes (10) befestigt ist.

5. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Passung eine Kugelschale (131) ist.

6. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschale (131) mit der Strahlungs­ quelle (4) in einer weiteren Passung (14) längs­ verschiebbar ist.

7. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strah­ lungsquelle eine Diode (4) ist, deren Gehäuse­ oberfläche (42) kugelförmig gewölbt ist und selbst den Kugelkörper bildet.

8. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Passung eine Kugelschale (132) ist, die eine weitere Passung (15) zur Aufnahme der Strahlungsquelle (4) aufweist, wobei die Strah­ lungsquelle (4) in dieser weiteren Passung (15) längsverschiebbar ist.

9. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkörper (10, 102, 4) nach der Einstellung in der Passung (13, 131, 132, 14, 15) klemmbar ist.

10. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung (9) geschlitzt ist.

11. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (4) in der Passung (13, 131, 132, 14, 15) relativ zu einer im Strahlengang liegenden Abbildungsoptik (7) verschiebbar und/oder schwenkbar gelagert ist, wodurch die Strahlungsquelle (4) in den Brennpunkt der Abbildungsoptik (7) bringbar ist.

12. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (7) in der Fassung (9) angeordnet ist.

13. Justiereinrichtung zur schwenkbaren Justierung einer strahlungsaussendenden Diode, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse der Diode (4) am Umfang kugelförmig gewölbt ausgebildet ist und mit dieser Oberfläche (42) in einer Passung (133) schwenkbar ist.

14. Justiereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (4) in einer Bohrung (133) verschwenkbar und längsverschieb­ bar gelagert ist.

15. Justiereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode in einer Kugel­ schale verschwenkbar gelagert ist.

16. Justiereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode in der Passung radial klemmbar ist.