ES2313500T3 - Unidad de exploracion de un dispositivo de medicion de la posicion y dispositivo optico de medicion de la posicion. - Google Patents

Unidad de exploracion de un dispositivo de medicion de la posicion y dispositivo optico de medicion de la posicion. Download PDF

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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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