DE9218544U1

DE9218544U1 - Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE9218544U1
Application number: DE9218544U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1992-10-13
Filing date: 1992-10-13
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2002-10-14

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 5. Oktober 1992

Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Längen- oder Winkelmeßeinrichtung 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 Justiereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.
10

Aus der DE-83 20 135 Ul 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 Beleuchtungseinrichtung kann zur Justage in der Fassung um ihre Längsachse gekippt und verschoben werden. Wenn die optimale Justierung erreicht ist, wird die Beleuchtungseinrichtung mit der Fassung vergossen und behält diese Position dauerhaft bei.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Justiereinrichtung, insbesondere bei einer Längenoder Winkelmeßeinrichtung anzugeben, bei der mit einfachen Mitteln eine feinfühlige Justierung einer Strahlungsquelle ermöglicht wird.

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

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß die Strahlungsquelle besonders genau justiert 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 Klebers zu fixieren. Zur Fixierung ist eine einfache Klemmung ausreichend, die jederzeit für einen neuen Justiervorgang oder zum Wechsel der Strahlungsquelle gelöst werden kann.

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

Es zeigt
35

Figur 1 eine räumliche Darstellung der wesentlichsten Komponenten einer Längenmeßeinrichtung,

Figur 2 die Justiereinrichtung aus Figur 1 im Längsschnitt,

Figur 3 die Justiereinrichtung aus Figur 1 im Querschnitt HI-III,

Figur 4 ein zweites Beispiel einer Justiereinrichtung ,

Figur 5 eine dritte Ausführung einer Ju

stiereinrichtung und

Figur 6 eine Ausgestaltung einer Diode.

Die Längenmeßeinrichtung nach Figur 1 weist einen Träger 1 für eine Maßverkörperung 2 auf. Zur Messung 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 paralleles 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 bezüglieh der Lage des Kristalls 41 und somit ihrer Leuchteigenschaften haben, muß jede Diode 4 individuell relativ zur Linse 7 justiert werden.

Hierzu ist eine Justiervorrichtung, bestehend aus einer Fassung 9 und einem darin schwenkbar und verschiebbar 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 Passungsbohrung 13.

In Figur 2 ist die optimal eingestellte Lage der Diode 4 dargestellt. Der Kristall 41 der Diode 4 liegt exakt im Brennpunkt der Linse 7, die bevorzugt 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 kugelförmig gewölbt ist, kann der Kugelring 10 entfallen. Die gewölbte Gehäuseoberfläche der Diode 4 steht dann direkt mit der Passungsbohrung 13 in Kontakt. Eine derartige Ausbildung der Diode 4 ist in Figur 4 und Figur 6 gezeigt.

Dieses erste Ausführungsbeispiel hat den Vorteil,

j i.i. *ii :.i* * · · ·

daß zum Verschwenken und Verschieben nur eine Passungsbohrung 13 erforderlich ist. Bei den weiteren Ausführungsbeispielen sind zwei Passungen 131, 14 bzw. 132, 15 erforderlich.
5

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist die Gehäuseoberfläche 42 der Diode 4 kugelförmig gewölbt und in einer Kugelschale 131 als Passung verschwenk- und verdrehbar gelagert. Die Kugelschale 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 geschlitzt ausgeführt sein.

Im dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 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 Strahlrichtung vom Kristall beabstandet ist, verursacht ein Verschwenken der Diode um den Drehpunkt eine Verlagerung des Kristalls aus der Längsachse.

Wie bereits in Figur 4 gezeigt ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse der Diode 4 selbst kugelförmig gewölbt ist und diese umfangsmäßig gewölbte Gehäuseoberfläche 42 direkt in einer Passung 133 verschwenkbar gelagert ist. Eine derart ausgebildete Diode 4 ist zusätzlich in Figur 6 im Detail dargestellt. Diese besonders ausgebildete Diode 4 ist für viele optische Geräte verwendbar. Beispielsweise für Sensorsysteme, Lichtschranken, CD-Player, Barcodeleser, Autofocussysteme, Laserdrucker 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 ausgerichtet. Die Wölbung mit dem Radius R ist am Gehäuse der Diode 4 angeformt.

Die nach Figur 6 ausgebildete Diode 4 kann eine LED, eine Laserdiode oder eine andere strahlungsaussendende Halbleiterdiode sein.

Die Diode 4 ist in einer Passungsbohrung 133 verschwenkbar 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 Kristall 41 vom Mittelpunkt M der Gehäuseoberfläche 42 in Achsrichtung, das heißt in Strahlrichtung beabstandet angeordnet ist.

Claims

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 5. Oktober 1992 Ansprüche

1. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung zur Messung der relativen Verschiebung zweier Objekte, bei der die Maßverkörperung eines Trägers, der mit dem einen Objekt verbunden 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 gewölbte Oberfläche (101, 42) mit einer Passung (13, 131, 132) der Fassung (9) in Kontakt steht und die Strahlungsquelle (4) mit dem Kugelkörper (&iacgr;&ogr;, 102, 4) in der Passung (13, 131, 132) schwenkbar gelagert ist.

2. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung 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 Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Radius der Kugelwölbung (101) des Kugelkörpers (10) dem Radius der Bohrung (13) entspricht.

4« Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung 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.
10

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

6. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschale (131) mit der Strahlungsquelle (4) in einer weiteren Passung (14) längsverschiebbar ist.

7. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Diode (4) ist, deren Gehäuseoberfläche (42) kugelförmig gewölbt ist und selbst den Kugelkörper bildet.

8. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung 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 Strahlungsquelle (4) in dieser weiteren Passung (15) längsverschiebbar ist.

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

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

13. Justiereinrichtung zur schwenkbaren Justierung einer Strahlungsaussendenden Diode, dadurch gekennzeichnet, 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 längsverschiebbar gelagert ist.

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

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