DE4402554C2 - Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff 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 tektoren 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 inkrementale 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 Photo­ detektor (8.1 bis 8.5) zumindest im Bereich der lichtempfindlichen Fläche durch einen transparenten, elektrisch leitenden Abschirmkörper (10, 210), der mit dem Massepotential OV elektrisch verbunden ist, gegen elektromagnetische Störfelder abgeschirmt ist.

2. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrich­ tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Photodetektor (8.1 bis 8.5) auf einer Platine (9) einer relativ zu einer Maßverkörperung (1) verschiebbaren Abtasteinrichtung (2) vorgesehen 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 elektrisch 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 Photo­ detektor (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.