DE4402554A1 - Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung - Google Patents
Lichtelektrische Längen- oder WinkelmeßeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Län
gen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbe
griff des Anspruches 1.
Derartige Meßeinrichtungen werden insbesondere bei
Bearbeitungsmaschinen zur Messung der Relativlage
eines Werkzeuges bezüglich eines zu bearbeitenden
Werkstückes sowie bei Koordinatenmeßmaschinen ein
gesetzt.
Aus der EP-0 231 385 A1 ist bereits eine lichtelek
trische Winkelmeßeinrichtung bekannt, die an einer
Antriebseinheit elektrisch isoliert befestigt ist.
Die Abtasteinrichtung und das Gehäuse der Winkel
meßeinrichtung ist mit dem Massepotential der Aus
werteeinheit verbunden. Auf der Platine der Abtast
einrichtung sind zur weiteren Abschirmung an den
Oberflächen großflächige Erdungsmuster ausgebildet.
Davon beabstandet sind die Photoelemente angeord
net. Die Signalleitungen der Photoelemente ver
laufen in einer Ebene zwischen den Erdungsmustern
der Platine, die als Multilayer-Platine ausgeführt
ist.
In der US-PS 5,030,825 ist eine Winkelmeßeinrich
tung beschrieben, bei der zur Abtastung der Inkre
mentalteilung einer Codescheibe mehrere Photoele
mente vorgesehen sind. Zwischen der Codescheibe und
den Photoelementen ist eine Abtastplatte angeord
net. Diese Abtastplatte ist aus einem elektrisch
leitenden Material gefertigt und am Massepotential
angeschlossen, sie soll dadurch als Abschirmung der
Photoelemente gegen elektromagnetische Störfelder
wirken.
Diese bekannten Maßnahmen können Photodetektoren
nicht ausreichend von elektromagnetischen Störfel
dern abschirmen. Aber gerade die lichtempfindliche
Oberfläche eines Photodetektors muß gegen Störfel
der gut abgeschirmt sein, da Potentialunterschiede
zwischen diesen Oberflächen und elektrisch leiten
den Teilen der Umgebung zu einer Entladung führt,
die vom Photodetektor verstärkt (Transistoreffekt)
und über Signalleitungen der Auswerteeinheit zuge
führt wird. Bei inkrementalen Meßsystemen führen
diese Spannungs-Entladungen zu Zählimpulsen und
somit zu Zählfehlern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung
so auszubilden, daß Störfelder keinen Einfluß auf
die Photodetektoren und somit auf die Ausgangssi
gnale haben, d. h. die Störsicherheit (elektromag
netische Verträglichkeit) soll verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merk
male des Anspruches 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestal
tungen der Erfindung angegeben.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß mit
einfachen Mitteln die Photodetektoren einer Längen- oder
Winkelmeßeinrichtung vor Störfeldern abge
schirmt werden können. Durch die vorgeschlagene
Maßnahme werden die Ausgangssignale der Photode
tektor nicht von äußeren Störfeldern beeinflußt.
Mit Hilfe von Ausführungsbeispielen wird die Erfin
dung nachstehend anhand der Zeichnungen näher er
läutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine lichtelektrische inkrementale
Längenmeßeinrichtung im Prinzip;
Fig. 2 einen Teil der Abtasteinrichtung
der Längenmeßeinrichtung nach Fig. 1
mit einer Abschirmung;
Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung der
Abschirmung im Schnitt.
Die Fig. 1 zeigt eine lichtelektrische inkrementa
le Längenmeßeinrichtung mit einem Maßstab 1 als
Meßverkörperung, der relativ zu einer Abtastein
richtung 2 in Meßrichtung X verschiebbar ist. Auf
dem Maßstab 1 ist eine Inkrementalteilung 3 sowie
eine Teilung 4 mit Referenzmarken aufgebracht. Zur
lichtelektrischen Abtastung der Teilungen 3 und 4
ist die feststehende Abtasteinrichtung 2 vorgese
hen. Diese umfaßt eine Lichtquelle 5, deren Licht
von einem Kollimator 6 gebündelt und auf die Tei
lungen 3 und 4 gerichtet wird. Das Licht fällt
durch die transparenten Bereiche der Teilungen 3
und 4 sowie durch eine Abtastplatte 7 auf Photo
elemente 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5. Bei der licht
elektrischen Abtastung werden von den Photoelemen
ten 8.1 bis 8.4 periodische analoge elektrische
Abtastsignale erzeugt, die in bekannter Weise einer
Auswerteeinheit zur Triggerung und Bildung von
zählbaren Rechtecksignalen zugeführt werden. Diese
Rechtecksignale werden in einem Zähler richtungsab
hängig gezählt und einer Anzeigeeinheit oder einer
numerischen Steuerung zugeführt. Die Triggerung der
analogen Abtastsignale kann auch mit einer Schal
tung erfolgen, die sich in der Abtasteinrichtung
auf der Platine 9 der Photoelemente 8.1 bis 8.5
befindet.
Zur Abschirmung der Photoelemente 8 ist ein elek
trisch leitender transparenter Körper 10 vorge
sehen. Diese Abschirmung ist in Fig. 2 im Detail
dargestellt. Der Abschirmkörper 10 ist in Form ei
ner Schutzhaube über alle Photoelemente 8 gestülpt.
Der Abschirmkörper 10 ist ein tiefgezogenes Form
teil aus einem transparenten Kunststoff, der eine
elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist. Diese
leitfähige Beschichtung kann eine dünne transparen
te Metallschicht z. B. aus Gold, Silber, Titan oder
Kupfer sein, die durch Aufdampfen oder Kathodenzer
stäubung auf ein Trägermaterial aufgebracht ist.
Als Trägermaterial ist Polyester empfehlenswert,
aber es können auch andere glasklare Materialien
Verwendung finden. Bei derart beschichteten Folien
liegt die Lichttransmission je nach Beschichtungs
material bei etwa 85%. Derartige Folien werden un
ter der Bezeichnung Ex-Clear von der Firma EMI-tec
Elektronische Materialien GmbH angeboten.
Der transparente Abschirmkörper 10 ist mit dem Mas
sepotential OV verbunden, so daß elektromagnetische
Felder nicht zu einer elektrischen Aufladung des
Abschirmkörpers 10 führen, sondern daß die Ladungen
abfließen können und nicht auf die lichtempfindli
chen Oberflächen der Photoelemente 8 einwirken.
Besonders vorteilhaft ist dabei die in Fig. 2 dar
gestellte Maßnahme. Die Platine 9 ist als Multi
layer-Platine ausgeführt. Die Leiterbahnen für die
Signalleitungen der Photoelemente 8 sind in einer
mittleren Leiterbahnen-Schicht 9.1 eingebettet. Auf
beiden Seiten dieser mittleren Leiterbahnen-Schicht
9.1 ist jeweils eine Isolierschicht 9.2 und 9.3
angeordnet. An den nach außen weisenden Flächen
dieser Isolierschichten 9.2 und 9.3 sind groß
flächige, vorzugsweise ganzflächige Metallschichten
9.4 und 9.5 aufgebracht.
Diese Metallschichten 9.4 und 9.5 sind ebenfalls
mit dem Massepotential OV elektrisch verbunden und
dienen daher für die Leiterbahnen-Schicht 9.1 als
Abschirmung gegen elektromagnetische Störfelder.
Der Abschirmkörper 10 ist im gezeigten Beispiel
nach Fig. 2 elektrisch leitend mit der Metall
schicht 9.5 verbunden. Hierzu dient ein
elektrisch leitender Klebstoff 11. Es sind aber
auch andere elektrisch leitende Verbindungen reali
sierbar, beispielsweise eine Lötverbindung. Je
großflächiger die Verbindung ist, desto wirksamer
ist auch die Abschirmung.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausgestaltung der
transparenten Abschirmung der Photoelemente 8 ge
zeigt. Zum mechanischen Schutz der Photoelemente 8
ist um die Photoelemente 8 ein Rahmen 12 vorge
sehen. Der Rahmen 12 ist vorzugsweise ein Metall
körper, der mit Massepotential OV verbunden ist.
Denkbar ist aber auch hier die Verwendung eines
Kunststoffkörpers, der mit einem elektrisch leiten
den Material beschichtet ist. Auf dem Rahmen 12 ist
ein transparenter Abschirmkörper 210 angebracht,
der elektrisch leitend ist und mit dem Massepoten
tial OV verbunden ist. Der Abschirmkörper 210 be
steht aus dem gleichen Material, wie es bei Fig. 2
beschrieben wurde. Gleichartig ausgebildete Teile
werden in allen Beispielen mit den gleichen Bezugs
zeichen versehen.
Die dargestellten transparenten Abschirmungen der
Photoelemente 8 haben den weiteren Vorteil, daß die
Photoelemente 8 sicher vor Feuchtigkeit und mecha
nischer Beschädigung geschützt sind.
Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist wesentlich, daß sich der transparente Abschirm
körper 10, 210 zumindest im Bereich der auf die
lichtempfindlichen Flächen der Photoelemente 8
treffenden Lichtstrahlenbündel befindet.
In nicht dargestellter Weise kann die Abtastplatte
auf dem Abschirmkörper ausgebildet sein. Besonders
vorteilhaft ist es dabei, die Abtastplatte auf ei
ner Oberfläche des Abschirmkörpers auszubilden oder
zu befestigen. Ebenso ist es auch bei der erfin
dungsgemäßen Ausgestaltung der Abtasteinrichtung
möglich, daß um die gesamte Abtasteinrichtung ein
weiterer elektrisch leitender Abschirmkörper vorge
sehen ist, der mit dem Massepotential OV verbunden
ist. Dieser weitere Abschirmkörper kann das Gehäuse
der Abtasteinrichtung sein, wie es bei der Winkel
meßeinrichtung gemäß der EP-0 231 385 A1 offenbart
ist.
Die in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Abtastein
richtungen können auch bei lichtelektrischen Win
kelmeßeinrichtungen zur Abtastung einer Teilscheibe
eingesetzt werden. Ebenso ist die Erfindung nicht
auf die beschriebene inkrementale Meßeinrichtung
beschränkt, sie ist beispielsweise auch bei absolu
ten Meßsystemen einsetzbar. In den beschriebenen
Beispielen werden Photoelemente als Photodetektoren
eingesetzt. Es können aber auch andere Photodetek
toren erfindungsgemäß eingesetzt und abgeschirmt
werden.
Claims (9)
1. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich
tung mit zumindest einem Photodetektor, dadurch
gekennzeichnet, daß der zumindest eine Photode
tektor (8.1 bis 8.5) im Bereich der licht
empfindlichen Fläche durch einen transparenten,
elektrisch leitenden Abschirmkörper (10, 210),
der mit dem Massepotential OV elektrisch ver
bunden ist, gegen elektromagnetische Störfelder
abgeschirmt ist.
2. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich
tung mit einer Maßverkörperung und einer relativ
zur Maßverkörperung verschiebbaren Abtastein
richtung mit zumindest einem Photodetektor auf
einer Platine, dadurch gekennzeichnet, daß der
zumindest eine Photodetektor (8.1 bis 8.5) im
Bereich der lichtempfindlichen Fläche durch
einen transparenten, elektrisch leitenden Ab
schirmkörper (10, 210) gegen elektromagnetische
Störfelder abgeschirmt ist, und der Abschirm
körper (10, 210) mit dem Massepotential OV
elektrisch verbunden ist.
3. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich
tung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abschirmkörper (10, 210)
aus einem Kunststoff besteht, der eine elek
trisch leitfähige Beschichtung aufweist.
4. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich
tung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmkörper (10)
ein tiefgezogenes Formteil aus einer Kunst
stoffolie mit einer elektrisch leitfähigen Be
schichtung ist, der den zumindest einen Photode
tektor (8.1 bis 8.5) in Form einer Schutzhaube
umgibt.
5. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich
tung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Platine (9) eine Multi
layer-Platine ist, an dessen Oberflächen groß
flächige Metallschichten (9.4, 9.5) zur Abschir
mung aufgebracht sind, die mit dem Massepoten
tial OV elektrisch verbunden sind, und daß eine
Leiterbahnen-Schicht (9.1) mit den Signalleitun
gen der Photodetektoren (8.1 bis 8.5) zwischen
diesen Metallschichten (9.4, 9.5) angeordnet
ist.
6. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich
tung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abschirmkörper (10) auf einer der Me
tallschichten (9.5) aufliegt und mit einem
elektrisch leitenden Material daran befestigt
ist.
7. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich
tung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Platine (9) ein Rahmen (12) vorge
sehen ist und auf diesem Rahmen (12) der Ab
schirmkörper (210) aufliegt.
8. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich
tung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rahmen (12) elektrisch leitend ist und
mit Massepotential OV verbunden ist.
9. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich
tung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Maßverkörperung und dem zumin
dest einem Photodetektor eine Abtastplatte auf
dem Abschirmkörper vorgesehen ist.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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