ES2325907T3 - Instalacion optica de medicion de la posicion. - Google Patents
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Abstract
Instalación óptica de medición de la posición con - una escala (1); - una instalación de exploración (2) móvil con relación a la escala (1) en una dirección de medición X, que presenta una placa de exploración (5) con al menos una ventana transparente (9, 11, 13, 10.2), en la que la ventana transparente (9, 11, 13, 10.2) está delimitada por una pantalla opaca (8, 12, 14, 10.1), caracterizada por - una estructura (20, 21) configurada parcialmente al menos en la zona de la ventana (9, 11, 13, 10.2) de un material conductor de electricidad, que está configurado de tal forma que no provoca ninguna modulación considerable en función de la posición de un haz de rayos de luz (7).
Description
Instalación óptica de medición de la
posición.
La invención se refiere a una instalación óptica
de medición de la posición con una escala, que puede ser explorada
ópticamente por una instalación de exploración.
Tales instalaciones de medición de la posición
se emplean especialmente en máquinas de mecanización para la
medición del movimiento relativo de una herramienta con respecto a
una pieza de trabajo a mecanizar así como en máquinas de medición
de coordenadas. En esta aplicación, la instalación de medición de la
posición está expuesta a campos eléctricos, especialmente a campos
eléctricos alternos perturbadores, que actúan sobre la instalación
de exploración y provocan señales eléctricas de interferencia y a
partir de ello resulta una detección errónea de la posición.
Se conocen diferentes máquinas, para blindar los
elementos detectores especialmente propensos a averías de la
instalación de exploración contra campos eléctricos.
De acuerdo con el documento EP 0 328 661 B1 -del
que parte nuestra invención- los elementos detectores se encuentran
en una carcasa puesta a tierra. Delante de las superficies
fotosensibles de los elementos detectores, la carcasa está cerrada
con una placa de exploración transparente. Sobre la placa de
exploración está configurado un patrón de exploración de material
opaco, conductor de electricidad, que está igualmente puesto a
tierra. A través de este patrón de exploración se delimitan
ventanas transparentes, que están dispuestas en una posición
determinada de las fases entre sí para la generación de señales
eléctricas de exploración desfasadas entre sí. Esta medida
solamente conduce a un blindaje suficiente, cuando el patrón de
exploración presenta ventanas suficientemente pequeñas.
Para conseguir un blindaje completo se ha
propuesto en el documento DE 44 02 554 C2 blindar la zona
fotosensible de los elementos detectores con un cuerpo de blindaje
transparente, conductor de electricidad, que está puesto a tierra.
Como cuerpo de blindaje se propone una lámina transparente, que está
provista con una capa transparente conductora de electricidad. Esta
capa puede estar constituida por capas metálicas finas o capas
conductoras de óxido de metal (ITO). También se propone configurar
el patrón de exploración sobre un cuerpo blindado de este tipo o
fijar la placa de exploración encima.
El inconveniente de esta medida es que tales
cuerpos blindados solamente tienen una transmisión de luz muy
reducida (aproximadamente 85%).
La invención tiene el cometido de conseguir una
alta seguridad contra interferencias de la instalación de medición
de la posición contra campos eléctricos y a través de la medida de
blindaje perturbar en la menor medida posible la trayectoria óptica
de los rayos en la instalación de medición de la posición.
Este cometido se soluciona a través de las
características de la reivindicación 1.
En las reivindicaciones dependientes se indican
configuraciones ventajosas de la invención.
Las ventajas de la invención residen en que con
medios sencillos se consiguen un blindaje bueno de los elementos de
detección y se influye en una medida insignificante sobre la
trayectoria óptica de los rayos.
Con la ayuda de ejemplos de realización se
explica en detalle la invención.
En este caso;
La figura 1 muestra una vista en sección de una
instalación de medición de longitudes.
La figura 2 muestra una vista en planta superior
II sobre la placa de exploración de la instalación de medición de
longitudes según la figura 1.
La figura 3 muestra una vista inferior III de la
placa de exploración de la instalación de medición de la longitud
según la figura 1.
La figura 4 muestra un fragmento de un punto de
contacto de una placa de exploración.
La figura 5 muestra una vista en sección V
(figura 6) de una instalación de exploración y
La figura 6 muestra la vista VI de la placa de
exploración según la figura 5.
La figura 1 muestra una instalación óptica de
medición de la longitud incremental en la sección transversalmente
a la dirección de medición X. la instalación de medición de
longitudes está constituida de manera conocida a partir de una
escala 1, que es desplazable con relación a una instalación de
exploración 2 en la dirección de medición X. La escala 1 presenta
una división reflectante 3, que es explorada por la instalación de
exploración 2. La instalación de exploración 2 comprende una fuente
de luz 4, cuya luz colimada incide a través de una placa de
exploración transparente 5 sobre la escala 1, allí es reflejada por
la división 3 e incide a través de la placa de exploración 5 sobre
los elementos detectores 6 de la instalación de exploración.
El haz de luz 7 que parte desde la fuente de luz
4 es delimitado por una pantalla 8 cuando incide sobre la placa de
exploración 5. El haz de luz 7 entra a través de la primera ventana
9 delimitada por la pantalla 9 e incide sobre una rejilla de
exploración 10, que está constituida por zonas opacas 10.1 y zonas
transparentes 10.2 dispuestas adyacentes alternando. La rejilla de
exploración 10 sirve para la formación de varios haces de rayos
parciales 7.1, que interactúan con la división 3 de la escala 1 e
inciden sobre el detector 6 para la generación de señales de
exploración desfasadas entre sí, dependientes de la posición. Las
zonas transparentes 10.2 de la rejilla de exploración 10 son
ventanas en forma de barras con una anchura en la
dirección-X de algunas \mum (1 \mum a 20
\mum) y una longitud en la dirección-Y de algunos
mm. Los haces de rayos parciales 7.1 reflejados en la división 3
atraviesan una segunda ventana 11 de la placa de exploración 5, que
está delimitada por una pantalla opada 23, y una tercera ventana 13
de la placa de exploración 5, que está delimitada igualmente por
una pantalla opaca.
La pantalla opaca 8 de la primera ventana 9 y la
pantalla opaca 14 de la tercera ventana 14 de forma por una capa
opaca 15 de material conductor de electricidad sobre una superficie
de la placa de exploración 5. La vista en planta superior II de
esta capa 15 con las ventanas 9 y 13 se representa en la figura
2.
Las zonas opacas 10.1 de la rejilla de
exploración 10 y la pantalla opaca 12 de la segunda ventana 11
están dispuestas sobre la superficie de la placa de exploración 5,
que está colocada directamente opuesta a la división 3 y están
configuradas como una capa 16 de un material conductor de
electricidad. La vista en planta superior III de esta capa 16 se
representa en la figura 3.
La placa de exploración transparente 5 está
constituida por material no conductor de electricidad, en general,
por vidrio, de manera que los campos alternos eléctricos pueden
llegar como radiación de interferencia eléctrica a través de las
ventanas 9, 11, 13 y 10.2 sobre el detector 6.
Para el blindaje contra campos eléctricos, en la
ventana 9 está configurada parcialmente una estructura 20 de
material conductor de electricidad. Esta estructura parcial 20 está
configurada en forma de líneas o bien de nervaduras finas, que
cruzan las zonas transparentes 10.2 de la rejilla de exploración 10.
La estructura parcial 20 se representa sólo esquemáticamente en la
figura 2. Para la distinción de la pantalla 8 que delimita la
trayectoria de los rayos 7 y la estructura 20, la pantalla 8 está
representada en líneas más gruesas que la estructura 20. En la
práctica, es ventajoso que la estructura 20 esté constituida por el
mismo material que la capa 15, para que se pueda aplicar en un
procedimiento de recubrimiento común.
En la abertura, que está formada por las
ventanas 11 y 13, de la misma manera una estructura 21 está
configurada parcialmente de material conductor de electricidad.
También esta estructura 21 es componente de la capa 15 y está
configurada en forma de nervaduras, que se extienden
transversalmente a las franjas reflectantes 3 y a las zonas opacas
10.2 de la rejilla de exploración.
Las estructuras parciales 20 y 21 son de una
manera más ventajosa nervaduras con una anchura de algunas \mum,
especialmente menor de 10 \mum y a una distancia mutua, que es un
múltiplo de la anchura, especialmente en el intervalo de 100 \mum
a 500 \mum. Si la anchura tiene, por ejemplo, 5 \mum y la
distancia mutua es 160 \mum, la pérdida de transmisión del haz de
luz 7 que pasa una vez es aproximadamente 3%. Por lo tanto, a
través de la medida de acuerdo con la invención se puede alcanzar un
blindaje bueno y las pérdidas de transmisión son mínimas.
Las estructuras parciales 20, 21 en la
trayectoria de los rayos de la luz 7 y 7.1 están configuradas de
tal forma que no provocan ninguna modulación considerable
dependiente de la posición del haz de rayos de luz. Por lo tanto,
es especialmente ventajoso que las estructuras lineales 20, 21 se
extiendan en la dirección de medición X, es decir,
perpendicularmente a la acción de la rejilla de exploración 10 para
la generación de los haces de rayos parciales 7.1.
Pero en lugar de las estructuras lineales 20, 21
pueden estar previstas estructuras parciales formadas de otra
manera de un material conductor de electricidad en forma de líneas
onduladas, en forma de una red con líneas que se cruzan o en forma
de una estructura que forma un patrón de puntos transparente. Si
estas estructuras son especialmente pequeñas o bien estrechas,
entonces solamente perturban en una medida no considerable la
trayectoria de los rayos. Se consigue un blindaje especialmente
bueno cuando las nervaduras, líneas o elementos de patrón
individuales de la estructura parcial están conectados entre sí de
forma conductora de electricidad.
La placa de exploración 5 está fijada en la
carcasa 30, por ejemplo, con un adhesivo 41. La capa 15, que forman
las estructuras parciales 20, 21 y las pantallas 8 y 14 representan,
con la carcasa 30 de material conductor de electricidad, una jaula
de Faraday, en la que está alojado al menos el detector 6 de los
componentes eléctricos de la instalación de exploración 2. A tal
fin, las estructuras parciales 20, 21 así como las pantallas 8, 14
-es decir, la capa 15- están conectadas de forma conductora de
electricidad con la carcasa 30. Esta conexión se puede realizar por
medio de un adhesivo 40 conductor de electricidad o por medio de
soldadura. El blindaje se puede elevar adicionalmente cuando la
carcasa 30 está puesta a tierra.
En las instalaciones ópticas de medición de la
posición, la distancia de exploración, es decir, la distancia entre
la rejilla de exploración 10 y la división 3 es con frecuencia
extraordinariamente reducida. En este espacio es difícil poner en
contacto la capa 16 con la carcasa 30. Por lo tanto, por este
motivo, es ventajoso que para el blindaje no se utilice la
superficie de la placa de exploración 5 directamente opuesta a la
escala 1, sino la superficie con la capa 15 directamente opuesta al
detector 6. En este lugar, en general existe espacio suficiente
para el establecimiento de la conexión conductora de electricidad
entre la carcasa 30 y la capa 15.
La capa 15 conductora de electricidad es, por
ejemplo, cromo. Para evitar la reflexión, la capa 15 está
constituida con frecuencia por un paquete de capas, en el que la
capa más superior es una capa reductora de la reflexión y no
conductora de electricidad, por ejemplo de dióxido de cromo. A tal
fin se representa un ejemplo en la figura 4. La capa provista en la
figura 1 con el signo de referencia 15 es un paquete de capas
constituido por tres capas 15.1, 15.2 y 15.3. De estas capas,
solamente la capa central está constituida de material conductor de
electricidad. Para el contacto eléctrico de la capa 15.2 con la
carcasa 30, esta capa 15.2 es liberada, siendo retirada
parcialmente la capa más superior 15.1, especialmente por medio de
decapado o erosión con láser.
Cuando la carcasa 30 está constituida por
material no conductor de electricidad, es ventajoso crear la jaula
de Faraday a través de recubrimiento de la carcasa 30 con un
material conductor de electricidad. La capa conductora de
electricidad 15 o bien 15.2 es contactada entonces con el
recubrimiento 31 conductor de electricidad de la carcasa 30 a
través del adhesivo, como se representa esquemáticamente en la
figura 4.
En las figuras 5 y 6 se representa
esquemáticamente otro ejemplo. La placa de exploración transparente
5 lleva, como en el ejemplo según las figuras 1 a 3, sobre una de
las superficies, la rejilla de exploración 10 con las zonas opacas
10.1 y las ventanas transparentes 10.2. Las zonas transparentes 10.2
de la rejilla de exploración 10 son ventanas en forma de franjas
con una anchura en dirección-X de algunas \mum (1
\mum a 20 \mum) y una longitud en dirección-Y
de algunos mm. Si las zonas opacas 10.1 de la rejilla de exploración
10 están constituidas por material conductor de electricidad, se
blindan de esta manera relativamente bien los campos eléctricos con
una dirección paralela a la extensión longitudinal (en el ejemplo,
la dirección-Y). Pero las radiaciones eléctricas de
interferencia en otras direcciones, especialmente en paralelo a la
extensión de la anchura (en el ejemplo, la
dirección-X) pueden llegar a través de las zonas
transparentes 10.2 hacia el detector 6.
En las ventanas 10.2 se inserta, por lo tanto,
parcialmente la estructura 20 en forma de nervaduras alineadas
perpendicularmente al desarrollo de las aberturas 10.2 en forma de
franjas, que forma una capa 15 conductora de electricidad y puesta
a tierra para el blindaje. En este ejemplo, la placa de exploración
5 es al mismo tiempo soporte del detector 6, cuya zona superficial
6.1 foto sensible está dirigida hacia la rejilla de exploración 10.
Sobre una superficie de la placa de exploración 5 están aplicadas
bandas de conductores en forma de una capa 50 conductora de
electricidad, con la que el detector 6 es contactado a través de
salientes. Este contacto sobre la placa de exploración 5 se
describe, por ejemplo, en el documento US 5.670.781 Desde el punto
de vista de la técnica de fabricación es especialmente ventajoso que
de una manera no mostrada las bandas de conductores 50, la zona
opaca 10.1 de la rejilla de exploración 10 y las estructuras 20
parciales introducidas en las ventanas transparentes 10.2 de la
rejilla de exploración 10 están configuradas en común sobre una
superficie de la placa de exploración 5 en forma de un recubrimiento
común.
Si en los ejemplos mostrados la capa opaca 15
para la delimitación de las ventanas 9, 12 o bien 10.2 estuviera
constituida por un material no conductor de electricidad, la
estructura parcial 20, 21 conductora de electricidad puede estar
configurada de una manera alternativa también en las zonas opacas de
una superficie de la placa de exploración.
La rejilla de exploración puede ser también una
rejilla de fases transparente, en la que la estructura 20, 21 está
aplicada directamente sobre o debajo de esta rejilla de fases.
En las figuras se representa el detector 6 sólo
esquemáticamente. El detector 6 presenta, en general, varias zonas
fotosensibles. Pero el detector 6 puede estar constituido por varios
elementos detectores directos.
Las medidas según la invención pueden encontrar
aplicación en instalaciones de medición de ángulos y de medición de
longitudes.
Claims (8)
1. Instalación óptica de medición de la posición
con
- una escala (1);
- una instalación de exploración (2) móvil con
relación a la escala (1) en una dirección de medición X, que
presenta una placa de exploración (5) con al menos una ventana
transparente (9, 11, 13, 10.2), en la que la ventana transparente
(9, 11, 13, 10.2) está delimitada por una pantalla opaca (8, 12, 14,
10.1), caracterizada por
- una estructura (20, 21) configurada
parcialmente al menos en la zona de la ventana (9, 11, 13, 10.2) de
un material conductor de electricidad, que está configurado de tal
forma que no provoca ninguna modulación considerable en función de
la posición de un haz de rayos de luz (7).
2. Instalación óptica de medición de la posición
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la
pantalla opaca (8, 14) con la estructura parcial (20, 21) está
configurada sobre una superficie de la placa de exploración (5) en
forma de una capa (15) coherente común de un material conductor de
electricidad.
3. Instalación óptica de medición de la posición
de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque
la estructura parcial (20, 21) está formada por nervaduras paralelas
entre sí, que se extienden en la dirección de medición X.
4. Instalación óptica de medición de la posición
de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque la
distancia mutua de las nervaduras es al menos una décima parte de la
anchura de las nervaduras.
5. Instalación óptica de medición de la posición
de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque el detector (6) está rodeado por una
carcasa (30) conductora de electricidad, cuya abertura está cubierta
por la placa de exploración (5), y porque la estructura parcial
(20, 21) está conectada de forma conductora de electricidad con la
carcasa (30).
6. Instalación óptica de medición de la posición
de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque la estructura parcial (20, 21) está
puerta a tierra.
7. Instalación óptica de medición de la posición
de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque la placa de exploración (5) presenta
una primera superficie, que está directamente opuesta a la escala
(1) y una segunda superficie, que está dirigida hacia el detector
(6), de manera que la estructura parcial (20, 21) está configurada
sobre la segunda superficie.
8. Instalación óptica de medición de la posición
de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque
sobre la primera superficie están configuradas zonas de ventanas
(10.2) en forma de una rejilla de exploración (10) con zonas opacas
(10.1) y zonas transparentes (10.2) dispuestas adyacentes alternando
en la dirección de medición X.
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