DE4429892B4

DE4429892B4 - Taktlineal oder Taktscheibe

Info

Publication number: DE4429892B4
Application number: DE4429892A
Authority: DE
Inventors: Paul-Wilhelm Braun
Original assignee: PWB Ruhlatec Industrieprodukte GmbH
Current assignee: Pwb Encoders 99817 Eisenach De GmbH
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2014-08-26
Also published as: DE4429892A1; DE4332808A1

Abstract

Taktlineal oder Taktscheibe für die genaue Positionierung von Arbeitsmaschinen, Handhabungsgeräten oder anderen Stellgliedern, bestehend aus einem transparenten Material, auf dem Kodierungen zur Abtastung über optische Sensoren angeordnet sind und das eine reflektierende Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Material (1) aus einem Film mit einer lichtempfindlichen Schicht auf der dem Sender (6) abgewandten Seite besteht, in die die Kodierungen zur Abtastung belichtet sind und dass auf dieser Schicht die reflektierende Schicht (8) aufgetragen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Taktlineal oder eine Taktscheibe für die genaue Positionierung von Arbeitsmaschinen, Handhabungsgeräten oder anderen Stellgliedern, bestehend aus einem transparenten Material, auf dem Kodierungen zur Abtastung über optische Sensoren angeordnet sind und das eine reflektierende Schicht aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Taktlineals oder einer Taktscheibe der eingangs genannten Art.

Aus der GB 2173295A ist eine Taktscheibe innerhalb eines Drehgebers bekannt, die aus einem transparenten Material besteht, auf dem Kodierungen zur Abtastung über optische Sensoren angeordnet sind. Das transparente Material ist auf der den Sensoren abgewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht versehen. Durch die Art des Aufbaus aus einer starren, mit geätzten Kodierungen versehenen Taktscheibe ist eine Massenproduktion mit der bei Taktscheiben erforderlichen Genauigkeit zu günstigen Kosten nicht möglich.

Weiterhin ist aus der US 3974379 ein Taktscheibengenerator bekannt, bei dem die Taktscheibe aus einem transparenten Material in Form eines Films bestehen kann. Der Film weist eine fotosensitive Schicht auf, die mit Kodierungen belichtet und anschließend entwickelt wird. Es ist jedoch erforderlich, die Sensoren beidseits des Füllmaterials angeordnet sind, da dieses keine reflektierende Beschichtung aufweist.

Auch der aus US 4731638 bekannte Generator zur Erzeugung von Taktimpulsen weist keine reflektierende Beschichtung der Taktscheibe auf. Die Taktscheibe kann zwar aus einem Füllmaterial bestehen, die Kodierungen werden jedoch auf die fertige Taktscheibe aufgebracht, für die bei Taktscheiben erforderliche Genauigkeit ein hoher Aufwand getrieben werden muss. Diese Anordnung ist daher für eine Massenproduktion nicht geeignet.

In der US 4644156 ist eine Taktscheibe aus einem licht-reflektierenden Material beschrieben auf dem eine lichtempfindliche Schicht aufgetragen ist. Nach der Belichtung über eine Maske dienen die belichteten Teile als nicht reflektierend, so dass eine alternierende Abfolge von reflektierenden und nicht reflektierenden Markierungen entsteht. Zur Herstellung der bekannten Taktscheiben ist ein relativ hoher Arbeitsaufwand erforderlich. Ferner können bei der Positionierung der Masken vor der Belichtung Fehler auftreten, insbesondere bei einer Fertigung mit hoher Prozessgeschwindigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und einen neuen Aufbau von Taktling her oder Taktscheiben anzugeben, der eine einfachere und weniger anfällige Bauweise von fotosensorischen Regelkreisen ermöglicht und dabei den Abstand zwischen den von einem Lichtstrahl nach der Reflektion durchquerten Schichten zur Vermeidung von Beugungserscheinungen zu minimieren. Ferner soll die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Taktlineals oder einer Taktscheibe angeben, das eine einfachere und genauere Massenproduktion zu günstigeren Kosten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 und Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 erfindungsgemäße Taktscheibe mit Sender/Empfänger-Baueinheit im Querschnitt und in Draufsicht,
2 Taktscheibe analog zu 1 in herkömmlicher Ausführung.
In 1a ist die Taktscheibe mit 1 bezeichnet. Sie trägt einen Durchmesser D (optischer Durchmesser) und dreht um eine Rotationsachse 2. An ihrem äußeren Umfang sind Schlitze 3 angeordnet, die eine Schlitzlänge 1 und eine Schlitzbreite b aufweisen.
Am unteren Ende der Taktscheibe 1 sitzen jeweils ein Sender 4 und ein Empfänger 5, die auf einer gemeinsamen Baueinheit 6 angeordnet sind. Über die Leitungen 7 sind Sender und Empfänger mit einem Regelkreis (nicht dargestellt) verbunden.
Wie aus 1b ersichtlich, ist die Taktscheibe 1 auf der Rückseite mit einer reflektierenden Schicht 8 versehen. Somit werden die aus dem Sender 4 emittierten Lichtstrahlen in der optischen Achse Z reflektiert und vom Empfänger 5 registriert, der einen Impuls über die Leitungen 7 an den Regelkreis abgibt.
Zwischen der Taktscheibe 1 und der reflektierenden Schicht liegt eine lichtempfindliche Schicht, die mit Kodierungen zur Herstellung von Fenstern für optische Sensoren versehen wird. Hierzu kann die lichtempfindliche Schicht 9, die zwischen dem trans parenten Filmmaterial 1 und der reflektierenden Schicht 8 angeordnet ist, über Masken oder Fotoplotter belichtet und entwickelt werden.
Grundsätzlich kann die lichtempfindliche Schicht auch auf der anderen Seite des transparenten Materials 1 angeordnet sein, die dem Sensor 6 zugewandt ist. Hierbei können jedoch Beugungserscheinungen beim Durchgang des vom Sender 6 emitierten Lichtstrahles durch die Maske auftreten. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen den vom Lichtstrahl nach der Reflektion durchquerten Schichten minimiert ist. Dies ist in der erstgenannten Alternative der Fall.
Analog zur 1 ist in 2 eine Taktscheibe 10 mit einer Drehachse 2 dargestellt, die ebenso einen optischen Durchmesser D, eine Schlitzlänge 1 und eine Schlitzbreite b aufweist. Da hier jedoch eine reflektierende Schicht fehlt, ist Sender und Empfänger 4, 5 bzw. 14, 15 auf jeweils einer Seite der Taktscheibe 10 angeordnet.
Man erkennt, daß der optische Weg in der Z-Achse gemäß 2a länger ist als in der Darstellung gemäß 1b. Ferner ist die erhöhte Anzahl von Leitungen und Bauteilen zu erkennen. Der Platzbedarf für die in 2 dargestellt Taktscheibe nach dem Stand der Technik ist daher im Vergleich zur erfindungsgemäßen Taktscheibe größer.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Taktscheibe wird ein Industriefilm entweder über Masken oder über Fotoplotter mit Codierungen belichtet und entwickelt. Der belichtete und entwickelte Standardfilm ist transparent und die Codierungen sind schwarz und nicht reflektierend.
Zur Erzielung einer Reflektion an der Rückseite der Taktscheibe wird der belichtete und entwickelte Film im Hochvakuum-Verfahren mit einer metallischen Schicht einseitig bedampft. Es können auch andere Dünnschichtverfahren zum Auftragen von metallisch hochreflektierenden Schichten (Reflektionsgrad größer 90 %) verwendet werden, wie beispielsweise die Sputtertechnik. Anhand von Versuchen wurde festgestellt, daß bei einer Lichtquelle, die Lichtwellen mit ca. 700 Nannometern Lichtwellenlänge aussendet, folgende Metallschichten angewendet werden können:
Kupfer, Aluminium, Chrom und Silber.
Weitere metallische Schichten sind je nach Wellenlängenbereich der Lichtquelle und unter Berücksichtigung einer optimalen Haftung auf dem jeweils zum Einsatz kommenden Filmmaterial möglich.
Darüber hinaus kann die metallische Schicht bei ansonsten gleichem Prozeß auch gegen mechanische Beschädigungen mit einer zusätzlichen Schutzschicht versehen werden. Nach dem Beschichten wird der Film vereinzelt, so daß die gewünschten Taktscheiben und Taktlineale aus dem Industriefilm ausgeschnitten werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Massenprodukten mit hoher Auflösung. Es weist ferner den Vorteil einer hohen Prozeßsicherheit auf, sofern bei der Herstellung Filmmaterial mit gleichbleibenden Eigenschaften verwendet wird.
Die als Massenprodukte hergestellten reflektierenden Taktlineale und Taktscheiben werden vorzugsweise in Tintenstrahldruckern eingesetzt, wobei Stückzahlen von mehreren Millionen pro Jahr anfallen.
Speziell beim Farbdruck ist die genaue Positionierung des Druckerkopfes über die in einem Regelkreis integrierte Fotosensorik erforderlich. Mit Hilfe der erfindungsgemäß angeordneten Sensoren auf einer Seite der Taktscheibe bzw. der Taktlineale ist eine einfache und kostengünstige Bauweise möglich.
Vorstehend wurden verschiedene Aufbauten von Taktscheiben erläutert, bei denen die Kodierungen überwiegend als Schlitze darge stellt wurden. Grundsätzlich sind aber auch andere geometrische Formen möglich, insbesondere sind Ein- und Mehrkanäle für Scheiben und auch für Lineale technisch ausführbar. Hierzu wird auf die 3 und 4 verwiesen, in denen Beispiele für eine Mehrkanalanordnung gegeben werden.
So ist in 3 ein dreikanaliger Aufbau mit den Kodierungen in drei rotationssymmetrischen Ringen 11, 12, 13 auf einer Taktscheibe 1 dargestellt.
4 zeigt einen analogen Aufbau für ein Taktlineal 16, bei dem die Kodierung in mehreren Abschnitten hintereinander liegt. Hier ist es möglich, eine gleichförmige Teilung 17 oder auch logarithmische Teilung (nicht dargestellt) auf die lichtempfindliche Schicht 18 aufzubringen. An den Enden des Taktlineals 16 sind Befestigungsöffnungen 20 erkennbar.

Claims

Taktlineal oder Taktscheibe für die genaue Positionierung von Arbeitsmaschinen, Handhabungsgeräten oder anderen Stellgliedern, bestehend aus einem transparenten Material, auf dem Kodierungen zur Abtastung über optische Sensoren angeordnet sind und das eine reflektierende Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Material (1) aus einem Film mit einer lichtempfindlichen Schicht auf der dem Sender (6) abgewandten Seite besteht, in die die Kodierungen zur Abtastung belichtet sind und dass auf dieser Schicht die reflektierende Schicht (8) aufgetragen ist.
Taktlineal oder Taktscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindliche Schicht (9) über Masken oder Fotoplotter mit Kodierungen zur Herstellung von Fenstern optischer Sensoren versehen werden.
Taktlineal oder Taktscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Schicht (8) aus einer Metallschicht besteht.
Taktlineal oder Taktscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht aus einer im Dünnschichtverfahren aufgetragenen Schicht aus Kupfer, Aluminium, Chrom oder Silber besteht.
Taktlineal oder Taktscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Metallschicht eine weitere Schutzschicht gegen mechanische Beschädigung aufgebracht ist.
Verfahren zur Herstellung eines Taktlineals oder einer Taktscheibe für die genaue Positionierung von Arbeitsmaschinen, Handhabungsgeräten oder anderen Stellgliedern, bestehend aus einem transparenten Material, auf dem Kodierungen zur Abtastung über optische Sensoren angeordnet sind und das eine reflektierende Schicht aufweist, dadurch dass das transparente Material, bestehend aus einem Film mit einer lichtempfindlichen Schicht (9), über Masken oder Fotoplotter mit Kodierungen belichtet und anschließend entwickelt wird, dass eine metallische Beschichtung auf der lichtempfindlichen Schicht (9) vorgenommen wird und dass die Taktscheiben und Taktlineale aus dem belichteten und beschichteten Filmmaterial vereinzelt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der belichtete und entwickelte Film im Dünnschichtverfahren mit einer reflektierenden Schicht versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht im Hochvakuumverfahren einseitig auf das Filmmaterial aufgedampft wird.