DE9209777U1

DE9209777U1 - Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE9209777U1
Application number: DE9209777U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1992-09-17
Anticipated expiration: 2002-07-22

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 08. Juli 1992

Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Meßeinrichtung ist aus der Dissertation von Jörg Willhelm "Dreigitterschrittgeber", TU Hannover, 1978, Seite 65 bekannt. Zwei entgegengesetzt geneigte Keile trennen die phasenverschobenen Lichtbündel und richten sie auf Fotodetektoren. 10

Ebenso ist aus der DE-35 41 199 Cl eine Anordnung bekannt, bei der Prismen oder dezentrierte Linsen vorgesehen sind, um Teilstrahlenbündel gegensinnig auf räumlich getrennte Detektoren zu lenken.

Bei diesen bekannten Meßeinrichtungen müssen die einzelnen Prismen zueinander und gegenüber der Abtastplatte sehr genau positioniert werden. Die

Justierung der Prismen ist sehr aufwendig und toleranzbehaftet. Darüberhinaus ist das Verkitten kleiner Prismen schwierig. Es entstehen somit hohe Herstellkosten.
5

Aus der DE-38 34 676 Al ist eine Vorrichtung bekannt, bei der über dem Meßteilungs-Abtastfeld ein quer zur Meßrichtung ablenkendes Prisma angeordnet ist/ durch das eine optische Trennung der Abtast-Strahlengänge bei der Abtastung der Meßteilüng und der Referenzmarken erreicht wird.

In der DE-AS 12 45 151 und der DE-AS 12 35 605 sind inkrementale Meßeinrichtungen beschrieben, bei denen die phasenverschobenen Abtastsignale aus einer Teilungsperiode des Maßstabes gewonnen werden. Hierzu sind Prismen mit unterschiedlich geneigten Oberflächen vorgesehen, welche Teilstrahlenbündel auf räumlich getrennte Detektoren lenken. Bei der DE-AS 12 45 151 werden die Prismen von einer Abtastoptik gebildet, welche innerhalb einer Teilungsperiode des Maßstabes zueinander geneigte Teilflächen aufweist.

Die in der DE-AS 12 45 151 und der DE-AS 12 35 605 beschriebenen Anordnungen sind nur für inkrementale Meßeinrichtungen mit relativ großer Teilungsperiode des Maßstabes geeignet. Die Prismen ersetzen das üblicherweise verwendete Abtastgitter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trennung von Strahlenbündeln durch ein einfach herzustellendes und einfach zu justierendes Bauteil zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß eine aufwendige Positionierung der Prismenflächen zueinander entfällt. Die Zuordnung der Prismenflächen ist bereits durch den Herstellungsprozeß des Bauteils sehr genau und auf einfache Weise gegeben. Das Verkitten von mehreren Prismen erübrigt sich.

Mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Längenmeßeinrichtung im Auflicht arbeitend;

Figur 2 eine Draufsicht des Maßstabes aus Figur 1 in Richtung II;

Figur 3 -eine Draufsicht der Platine aus Figur 1 in

Richtung III;

Figur 4 eine Draufsicht der Abtastplatte aus Figur

1 in Richtung IV;
30

Figur 5 eine Draufsicht der Prismenplatte aus Figur 1 in Richtung V;

Figur 6 einen Schnitt VI-VI der Prismenplatte in Figur 5;

Figur 7 einen Schnitt VII-VII der Prismenplatte in Figur 5.

In Figur 1 ist schematisch eine im Auflichtverfahren arbeitende inkrementale Langenmeßeinrichtung dargestellt. Eine in Figur 3 in Draufsicht dargestellte Platine 3 enthält eine Lichtquelle 31 und mehrere Fotodetektoren 32, 33, 34, 35, 36. Die Lichtquelle 31 sendet ein Strahlenbündel aus, das von einer Linse 1 kollimiert wird und durch Fenster 41, 42, 43, 44 einer in Figur 4 in Draufsicht dargestellten Abtastplatte 4 auf einen Maßstab 2 fällt. Zwischen der Linse 1 und der Abtastplatte 4 ist eine Prismenplatte 5 zur Strahlteilung angeordnet. Das Teilstrahlenbündel, das auf das Fenster 41 mit Inkrementalteilung trifft, wird an einer Inkrementalteilung 21 des Maßstabes 2 reflektiert, durchläuft dann wiederum die Inkrementalteilung des Fensters 41 sowie die Prismenplatte 5 und gelangt schließlich über die Linse 1 auf die Fotodetektoren 32, 33, 34. Von diesen Fotodetektoren 32, 33, 34 werden Inkrementalsignale abgeleitet.

Der beschriebene Strahlengang zur Gewinnung der Inkrementalsignale benutzt die Prismenplatte 5 in einem Bereich 51, in dem sie planparallel ist.

Ein analoger Strahlengang verläuft über die gechirpte Teilung des Fensters 42 der Abtastplatte 4 zum Maßstabbereich 22 und nach Reflexion wieder durch das Fenster 42 zum Fotodetektor 35. Hieraus wird das Taktsignal der Referenzmarke gewonnen. Dieser

Strahlengang durchsetzt zweimal die Prismenplatte 5 im Bereich 52 und wird dabei so abgelenkt daß er auf den Fotodetektor 35 trifft.

Entsprechend verläuft der Strahlengang für das Gegentaktsignal der Referenzmarke durch das Fenster 43 und das Fenster 44, wird an den Maßstabbereichen 23, 24 reflektiert und gelangt schließlich auf den Fotodetektor 36. Dieser Strahlengang durchläuft zweimal die Prismenplatte 5 im Bereich 53 und wird dabei so abgelenkt, daß er auf den Fotodetektor 36 trifft.

Die in Figur 5 im Detail gezeigte Prismenplatte 5 besitzt zur Strahlteilung und Strahlablenkung mehrere Bereiche 51, 52, 53 mit unterschiedlicher Neigung.

Ein erhöhter Auflagerand 54 der Prismenplatte 5 erzeugt einen Luftabstand zwischen den Bereichen 51 52, 53 und der Abtastplatte 4. Dieser Luftabstand ist gegenüber der Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle 31 groß, um Interferenzeffekte aufgrund von Reflexionen an den Oberflächen der Prismenplatte 5 und der Abtastplatte 4 zu verhindern. Im gezeigten Beispiel dient ein Justierloch 55 in der Prismenplatte 5 zur Ausrichtung der Prismenplatte 5 gegenüber der Abtastplatte 4. Eine geeignet geformte Außenkontur der Prismenplatte 5 könnte die gleiehe Funktion übernehmen.

In nicht gezeigter Weise ist es möglich, die Fenster der Abtastplatte und somit auch die Abtastteilungen auf die Prismenplatte aufzubringen. Dabei können die unterschiedlich geneigten Flächen der

Prismenplatte der Linse zugewandt sein und die Fenster und Abtastteilungen auf der anderen Seite der Prismenplatte angebracht und dem Maßstab zugewandt sein.
5

Weiterhin kann die Linse ebenfalls direkt in die Prismenplatte integriert sein. Dies kann bei der Herstellung der Prismenplatte durch Formen einer vorzugsweise asphärischen Oberfläche erfolgen, die den Prismenflächen gegenüberliegt.

Es sind auch Ausführungen denkbar, bei denen den unterschiedlich geneigten Bereichen der Prismenplatte einzelne Linsen oder Linsensegmente zugeord- net sind. Die Oberflächen der Linsensegmente können auch so ausgebildet sein, daß die einzelnen Linsenoberflächen und die dazugehörigen Prismenoberflächen jeweils durch eine einzige verkippte Linsenoberfläche ersetzt werden, die vorzugsweise asphärisch geformt ist.

Die unterschiedlich geneigten Bereiche 51 52, 53 der Prismenplatte 5 dienen im gezeigten Beispiel zur Trennung der Strahlenbündel für die Abtastung der Referenzmarken 22, 23, 24 und der Inkrementalteilung 21. Die erfindungsgemäß ausgebildete Prismenplatte 5 kann auch zur Trennung von phasenverschobenen Strahlenbündeln der Inkrementalteilung 21 dienen.

Die Erfindung kann bei Längen- und Winkelmeßeinrichtungen eingesetzt werden.

Die Prismenplatte 5 kann durch verschiedene Verfahren billig hergestellt werden, beispielsweise durch Spritzguß, Druckguß, Warmverpressen von Gläsern und Kunststoffen. Ausformschrägen und Verrundungsradien

können der besseren Herstellbarkeit dienen. Alternativ läßt sich die Prismenplatte 5 auch durch Schleifen und Polieren mittels numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen fertigen.

Claims

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 08. Juli 1992 Ansprüche

1. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit einem beleuchteten Maßstab, wenigstens einer Abtastplatte und zumindest einem Bauteil zur Trennung von Strahlenbündeln, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zur Trennung von Strahlenbündeln als Prismenplatte (5) mit mehreren unterschiedlich geneigten Bereichen (51, 52, 53) ausgebildet ist.

2. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenplatte (5) zwischen dem Maßstab (2) und mehreren Fotodetektoren (32, 33, 34, 35, 36) angeordnet ist.

3. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (31) und mehrere Fotodetektoren (32, 33, 34, 35, 36) auf einer Platine (3) angeordnet sind, daß nach dieser Platine (3) in Strahlrichtung eine Linse (1) angeordnet ist, danach die Prismenplatte (5), nachfolgend die Abtastplatte (4) und danach ein reflektierender Maßstab (2).

_t j ^ S-S &ngr;« * - S.

4. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenplatte (5) einen planen Bereich (51) und mehrere unterschiedlich geneigte Flächenbereiche (52, 53) aufweist.

5. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenplatte

(5) einen erhöhten Auflagerand (54) aufweist.

6. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenplatte

(5) ein Justierloch (55) aufweist.

7. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastplatte von der Prismenplatte gebildet wird, indem Fenster mit Abtastteilungen auf der Prismenplatte aufgebracht sind.

8. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlich geneigten Bereiche auf der der Lichtquelle zugewandten Seite der Prismenplatte und die Abtastteilungen auf der anderen, dem Maßstab zugewandten Seite der Prismenplatte angeordnet sind.

9. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Linse in die Prismenplatte integriert ist, indem auf

einer Seite zumindest eine asphärische Oberfläche angeformt ist.

10. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den unterschiedlich geneigten Bereichen der Prismenplatte einzelne Linsen oder Linsensegmente zugeordnet sind.

11. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlich geneigten Bereiche der Prismenplatte als unterschiedlich geneigte Linsensegmente ausgebildet sind.