ES2313500T3 - Unidad de exploracion de un dispositivo de medicion de la posicion y dispositivo optico de medicion de la posicion. - Google Patents
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Abstract
Una unidad de exploración de un dispositivo óptico de medición de la posición con una fuente de luz (4) para la iluminación de una escala (1) mediante un haz de luz (L) y con un detector (7) para la detección del haz de luz (L) modulado dependiendo de la posición por la escala (1), donde un espacio interno (IR) de la unidad de exploración (2), por el que pasa el haz de luz (L), está cerrado de forma estanca a polvo con respecto a un espacio externo (AR) y el espacio interno (IR) está cerrado por cuerpos transparentes (5, 6), por los que pasa el haz de luz (L), penetrando por uno de los cuerpos transparentes (5) y saliendo por otro de los cuerpos transparentes (6), caracterizada porque el espacio interno (IR) está unido con el espacio externo (AR) por un filtro (13), que es estanco a polvo, sin embargo, permeable a gas y vapor.
Description
Unidad de exploración de un dispositivo óptico
de medición de la posición y dispositivo óptico de medición de la
posición.
La invención se refiere a una unidad de
exploración de un dispositivo óptico de medición de la posición de
acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 así como a un
dispositivo óptico de medición de la posición de acuerdo con el
preámbulo de la reivindicación 6.
Los dispositivos ópticos para la medición de la
posición sirven para la medición de longitudes y ángulos. Se
utilizan particularmente en máquinas de procesamiento para la
medición del movimiento relativo de una herramienta con respecto a
una pieza de trabajo que se tiene que mecanizar, en robots, máquinas
de medición de coordenadas y también de forma generalizada en la
industria de los semiconductores.
Para evitar errores de medición, la trayectoria
de rayos de luz de la exploración óptica debe estar sin alterar por
medios del entorno. Para esto, la escala y la unidad de exploración
se disponen en dispositivos de medición de la posición conocidos en
una cubierta como se indica, a modo de ejemplo, en el documento GB 2
167 863 A. La cubierta presenta una ranura cerrada por labios de
junta elásticos, por la que pasa un arrastrador para la unidad de
exploración. Una cubierta de este tipo no puede evitar completamente
la penetración de medios del entorno. Por lo demás, la unidad de
exploración se conduce en gran medida sobre elementos de guía en la
escala y/o en la cubierta en el sentido de la medición. Estos
elementos de guía son elementos de rodillo o deslizamiento que se
apoyan en la escala y/o en la cubierta, por rozamiento entre la
escala o la cubierta y los elementos de guía en el interior de la
cubierta se puede producir polvo que altera la trayectoria de rayos
de luz de la exploración.
De acuerdo con el documento GB 2 167 863 A se
proporciona en la cubierta una abertura con un filtro, donde el
filtro deja salir hacia el exterior aceite del espacio interno, pero
no deja penetrar polvo. Por este filtro no se protege la propia
exploración.
Para aumentar el efecto de junta se propone en
el documento DE 93 21 307 U1 un canal de aire comprimido, por el
que se suministra aire comprimido al interior de la cubierta,
estando el canal configurado de tal modo que se produce una
adaptación rápida de temperatura del aire comprimido a la
temperatura de la cubierta.
De este modo no se garantiza una protección de
la exploración.
Para evitar influencias negativas sobre la
exploración, la unidad de exploración está cerrada herméticamente
de acuerdo con el documento EP 0 120 205 B1.
En un cierre hermético es desventajosa la
posibilidad de la formación de líquido condensado sobre superficies
ópticas en el espacio interno cerrado herméticamente durante
modificaciones de temperatura.
El uso de un filtro estanco a polvo, sin
embargo, permeable a gas y vapor para la protección del espacio
interno de un instrumento de indicación se describe en el documento
US 5 528 934 A.
La invención tiene el objetivo de configurar una
unidad de exploración de un dispositivo óptico de medición de la
posición de tal forma que la trayectoria de los rayos de luz de la
exploración permanezca en lo posible sin alterar.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la
invención mediante las porqueterísticas de la reivindicación 1.
Adicionalmente se debe proporcionar un
dispositivo óptico de medición de la posición que trabaje de forma
fiable.
Este objetivo se resuelve mediante las
características de la reivindicación 6.
Las ventajas obtenidas con la invención
consisten en que el dispositivo de invención de la posición se pueda
utilizar incluso en condiciones inapropiadas sin alteración de la
trayectoria del rayo de luz de la exploración, ya que la misma no
se puede alterar con polvo y, a pesar de esto, puede salir la
humedad situada en un caso dado en el espacio interno
encapsulado.
En las reivindicaciones dependientes se indican
configuraciones ventajosas de la invención.
La invención se explicará con más detalle con la
ayuda de un ejemplo de realización.
Se muestra
En la Figura 1, un corte transversal por un
dispositivo óptico de medición de la posición;
En la Figura 2, un corte longitudinal del
dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la Figura
1;
En la Figura 3, una vista detallada de la Figura
2 y
\global\parskip0.900000\baselineskip
En la Figura 4, una representación del corte en
perspectiva de la unidad de exploración del dispositivo de medición
de la posición.
La invención se representa con el ejemplo de un
dispositivo de medición de longitudes, en el que se explora una
escala transparente 1 por una unidad de exploración 2 móvil en el
sentido de la medición X con respecto a la escala 1. La escala 1
presenta una graduación de medición 3 que se explora a trasluz por
la unidad de exploración 2. Para esto, la unidad de exploración 2
comprende una fuente de luz 4 que emite un haz de luz L que se
colima por una lente 5 y que incide después a través de una placa de
exploración transparente 6 sobre la escala 1. El haz de luz L se
modula dependiendo de la posición por la graduación de medición 3 en
la escala 1 e incide sobre un detector 7.
La escala 1 se dispone en el interior de una
cubierta 8, que, a su vez, se fija en un objeto que se tiene que
medir 9, a modo de ejemplo, la bancada de máquina de una máquina
herramienta. La cubierta 8 presenta, con recorrido en su sentido
longitudinal en el sentido de la medición Por, una ranura que está
cerrada por labios de junta 10 inclinados con forma de tejado, por
la que atraviesa un arrastrador 11 con una pieza central con forma
de espada. El arrastrador 11 se fija en un carro 12 de la máquina
herramienta desplazable con respecto a la bancada de la máquina
8.
Para evitar que medios de alteración,
particularmente polvos, alteren el haz de luz L, un espacio interno
IR de la unidad de exploración 2 que atraviesa el haz de luz L está
cerrado con respecto a un espacio externo AR. Este espacio interno
IR está limitado, observado en la dirección del haz de luz L, por un
lado por la lente 5 y adicionalmente está limitado en el sentido
del haz de luz L por la placa de exploración 6. Delante de la lente
5 y la placa de exploración 6 se sitúa respectivamente una
superficie óptica 5.1, 6.1 en el espacio interno IR y una
superficie óptica 6.2 en el exterior. La superficie óptica 5.1
situada en el espacio interno IR de la lente 5 y la superficie
óptica 6.1 de la placa de exploración 6, por lo tanto, están
protegidas contra depósitos de polvo.
Para evitar la formación de condensado en estas
superficies 5.1 y 6.1, el espacio interno IR no está cerrado
impermeable a gas herméticamente con respecto al espacio externo AR,
sino solamente impermeable a polvo, sin embargo, de forma permeable
a gas y de forma permeable a vapor de agua. Para esto, como unión
entre el espacio interno IR y el espacio externo AR se dispone un
filtro 13 que se realiza impermeable a polvo, sin embargo,
permeable a gas y vapor. El filtro 13 es un filtro de poros con
poros que no dejan pasar polvo desde el espacio externo AR al
espacio interno IR, sin embargo, que deja pasar y salir la mayor
cantidad de humedad posible desde el espacio interno IR al espacio
externo AR.
El filtro 13 es, a modo de ejemplo, de un
material sinterizado, como cerámica, acero inoxidable o latón con
un tamaño de poro de algunos \mum o de material de fibra de vidrio
o fibras textiles (GORETEX) con un tamaño de poro hasta inferior a
1 \mum. El tamaño y la disposición de los poros del filtro 13 se
seleccionan preferiblemente de tal forma que dejan pasar vapor de
agua, sin embargo, no agua en forma líquida ni polvo.
El haz de luz que parte de la fuente de luz 4,
al incidir sobre la placa de exploración 6, está limitado por una
capa opaca 20 eléctricamente conductora que forma al menos una
ventana. Esta capa opaca 20 delimita la ventana y forma de este
modo un diafragma, adicionalmente, la capa opaca 20 eléctricamente
conductora forma una red de exploración dentro de la ventana que,
de forma conocida, está compuesta por zonas opacas de la capa 20 y
zonas transparentes dispuestas de forma adyacente de manera alterna.
La red de exploración sirve para la formación de varios haces
parciales de rayos que interaccionan con la graduación de medición 3
de la escala 1 y que inciden sobre el detector 7 para la generación
de señales de exploración dependientes de la posición, con
desplazamiento de fase entre sí.
La placa de exploración 6 tiene dos superficies
6.1 y 6.2 opuestas entre sí y con un recorrido paralelo entre sí.
Una de estas superficies 6.2 está orientada opuesta a la escala 1 y
tiene un recorrido paralelo con respecto a la superficie que se
tiene que explorar, que lleva la graduación de medición 3, de la
escala 1. Esta superficie 6.2 se sitúa en el espacio externo AR y
se denomina a continuación primera superficie 6.2. La segunda
superficie 6.1 se sitúa protegida en el espacio interno IR y se
dispone opuesta a la escala 1.
La capa opaca 20 eléctricamente conductora que
forma la ventana se aplica sobre la primera superficie 6.2. La
placa de exploración 6 es de material transparente eléctricamente
aislante, particularmente vidrio, y la capa 20 una capa metálica,
particularmente cromo.
La placa de exploración 6 presenta una zona de
superficie 21 retirada con respecto a la primera superficie 6.2,
que también está recubierta de forma eléctricamente conductora. Este
recubrimiento 22 eléctricamente conductor está formado
preferiblemente de una pieza por la capa opaca 20, sin embargo,
también puede ser un recubrimiento separado unido de forma
eléctrica con la capa 20, que tiene un recorrido al menos
parcialmente por debajo o sobre la capa 20. La zona de la
superficie 21 denominada retirada de la placa de exploración 6 está
más retirada de la escala 1 que la superficie 10 que tiene un
recorrido paralelo con respecto a la escala 1. La separación entre
la escala 1 y la primera superficie 6.2 de la placa de exploración 6
comprende algunos \mum.
El recubrimiento 22 se contacta en la zona de
superficie 21 retirada por un elemento de contacto 23 en un cuerpo
24 eléctricamente conductor que presenta un potencial de referencia
0V. Un ejemplo de este establecimiento de contacto se representa
con detalle en la Figura 3. El recubrimiento 22, en la zona de
superficie retirada 21, es decir, en el bisel, es una continuación
de la capa 20. El elemento de contacto es un adhesivo eléctricamente
conductor 23, particularmente adhesivo conductor de plata, que está
incluido de tal forma que no sobresale de la capa 20 sobre la
primera superficie 6.2 observada en el sentido hacia la escala 1, de
forma ventajosa, tampoco sobresale de la primera superficie
6.2.
\global\parskip1.000000\baselineskip
El cuerpo eléctricamente conductor es un carro
de exploración 24 que se conduce por rodamientos de bolas 25 en la
escala 1 en el sentido de la medición X. El carro de exploración 24
está compuesto, a modo de ejemplo, por plástico conductor,
particularmente de policarbonato con refuerzo de fibra de carbono y
se conecta por una conexión eléctrica al potencial de referencia 0
V.
La zona de la superficie retirada 21 tiene un
recorrido con respecto a la primera superficie 6.2 de tal forma que
posee un vector normal N11, que presenta un componente de dirección
N1, que se corresponde al vector normal N10 de la primera
superficie 6.2 de la placa de exploración 6. La zona de la
superficie 21 está inclinada con respecto a la primera superficie
6.2, presenta particularmente un ángulo de inclinación de 45º \pm
20º. Esto tiene la ventaja de que la zona de superficie 21 se puede
fabricar con herramientas sencillas por retirada de material y que
la zona de superficie 21 se puede recubrir desde la misma dirección
que la primera superficie 6.2 (aplicación por vapor, bombardeo
iónico).
Para la fijación estable a largo plazo de la
placa de exploración 6 a menudo es necesario proporcionar otras
medidas adicionalmente al elemento de contacto 23. En el ejemplo
representado se fija la placa de exploración 6 en una abertura del
carro de exploración 24 por adhesivo 16. Este adhesivo 16 se incluye
desde el espacio interno IR, es decir, desde la superficie 6.1 de
la placa de exploración 6. Para esto se proporcionan en el carro de
exploración 24 aberturas de montaje 14, 15, por las que se puede
introducir el adhesivo 16 desde el espacio externo AR en el espacio
interno IR del carro de exploración 24. El espacio interno IR es un
espacio hueco del carro de exploración 24 y en las aberturas de
montaje 14 y 24 se incluyen los filtros 13, a modo de ejemplo, se
adhieren.
En el ejemplo de realización descrito, en el que
la escala 1 es atravesada por el haz de luz L, el detector 7 se
sitúa en el exterior del espacio interno cerrado IR (espacio hueco)
de la unidad de exploración 2. Si se utiliza la invención en un
dispositivo de medición de la posición, en el que la escala está
configurada de forma reflectante y el detector 7 se sitúa sobre el
mismo lado que la fuente de luz 4, la lente 5 y la placa de
exploración 6, de forma ventajosa también se dispone el detector 7
en el espacio interno cerrado de la unidad de exploración 2.
Claims (10)
1. Una unidad de exploración de un dispositivo
óptico de medición de la posición con una fuente de luz (4) para la
iluminación de una escala (1) mediante un haz de luz (L) y con un
detector (7) para la detección del haz de luz (L) modulado
dependiendo de la posición por la escala (1), donde un espacio
interno (IR) de la unidad de exploración (2), por el que pasa el
haz de luz (L), está cerrado de forma estanca a polvo con respecto
a un espacio externo (AR) y el espacio interno (IR) está cerrado por
cuerpos transparentes (5, 6), por los que pasa el haz de luz (L),
penetrando por uno de los cuerpos transparentes (5) y saliendo por
otro de los cuerpos transparentes (6), caracterizada porque
el espacio interno (IR) está unido con el espacio externo (AR) por
un filtro (13), que es estanco a polvo, sin embargo, permeable a gas
y vapor.
2. La unidad de exploración de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque el filtro (13) es
impermeable a agua en forma líquida.
3. La unidad de exploración de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el filtro (13)
está compuesto por un material poroso.
4. La unidad de exploración de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizada porque el filtro (13) está
compuesto por material sinterizado.
5. La unidad de exploración de acuerdo con una
de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
espacio interno (IR) es atravesado por el haz de luz (L) y porque
por un lado está limitado por una lente (4) como el cuerpo
transparente y en el otro lado por un placa de exploración (6) como
el otro cuerpo transparente.
6. Un dispositivo de medición de la posición
para la medición de la posición relativa de dos objetos (9, 12) con
una escala (1) y una unidad de exploración (2) móvil en el sentido
de la medición (X) con respecto a la escala (1) con una fuente de
luz (4) para la iluminación de la escala (1) mediante un haz de luz
(L) y con un detector para la detección del haz de luz (L) modulado
dependiendo de la posición por la escala (1), donde un espacio
interno (IR) de la unidad de exploración (2), por el que pasa el haz
de luz (L), está cerrado estanco a polvo con respecto a un espacio
externo (AR) de la unidad de exploración (2) y el espacio interno
(IR) está cerrado por cuerpos transparentes (5, 6), por los que
pasa el haz de luz (L), penetrando por uno de los cuerpos
transparentes (5) y saliendo por el otro de los cuerpos
transparentes (6), caracterizado porque el espacio interno
(IR) está unido con el espacio externo (AR) por un filtro (13), que
es estanco a polvo, sin embargo, permeable a gas y vapor.
7. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el
espacio interno (IR) es atravesado por el haz de luz (L) y porque
el espacio interno (IR) está limitado por una placa de exploración
(6) dispuesta de manera opuesta con separación con respecto a la
escala (1), por la que incide el haz de luz (L) sobre la escala
(1).
8. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque la
unidad de exploración se apoya por elementos de guía (25) en la
escala (1).
9. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la
escala (1) y la unidad de exploración (2) se disponen en el
interior de una cubierta (8), donde el espacio hueco de la cubierta
(8) es el espacio externo (AR) de la unidad de exploración (2).
10. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la
cubierta (8) se puede fijar en uno de los objetos que se tienen que
medir (9) y presenta una abertura cerrada con elementos de junta
elásticos (10), por la que pasa un arrastrador (11) para la unidad
de exploración (2), pudiéndose unir el arrastrador (11) con el otro
de los objetos que se tienen que medir (12).
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