WO1997003338A1 - Fotoelektrischer kodierer zum abtasten optischer strukturen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a photoelectric encoder for scanning optical structures and is suitable, for example, for use in angle measuring devices.
- the scanning structure is located on a separate scanning plate and the photo elements for photoelectric evaluation are arranged on separate carriers.
- a photoelectric encoder has become known, in which a light source is arranged on the surface of a transparent base element and a reflector spanning the light source is provided.
- the object of the invention is to provide a photoelectric encoder for scanning optical structures, with which a particularly simple and inexpensive manufacture is achieved in a small, compact design.
- This object is achieved according to the invention in a generic photoelectric encoder in that electrical signal processing components for signals emitted by at least one optical sensor are also provided on a translucent carrier, and that only the reference structure is arranged on the side of the translucent carrier facing the optical structure to be scanned is, while all other components still carried by this are provided on the opposite side.
- the carrier consists of a glass plate.
- the translucent carrier is housed in a protective housing and / or provided with a protective casting. It is advantageous that the optical sensor is connected to the electrical signal processing components by means of conductor tracks or cables.
- the optical sensor is connected to the signal processing components by means of a flexible printed circuit board.
- connectors are arranged on the translucent carrier.
- the light comes from a light source 1, from which light of a defined wavelength preferably originates, e.g. an LED, through a translucent support 2, e.g. Float glass.
- the light from the diffusely radiating light source 1 thus shines through the reference structure 3, which e.g. consists of a lattice with the lattice constant gl.
- the grid is manufactured using a vacuum vapor deposition method that is common in electrical engineering.
- the light freely passing through the reference structure which is therefore not influenced by the grating, falls on a grid division 4, a grating with the grating constant g2, which is applied to a base body 5 and is usually referred to in measurement technology as a scale.
- the base body 5 consists of a material that is suitable / to accommodate the grid division 4, such as float glass, steel, etc.
- the grid division 4 is produced by a method that is common in electrical engineering, such as etching processes or vacuum vapor deposition techniques.
- the grid division 4 or the base body 5 must be constructed or treated in such a way that the light can be reflected.
- the light which is not influenced by the grating of the grid division 4 with the grating constant g2 is reflected by the base body 5, passes through the grating 4 again and falls on the two photo receivers 6 shown.
- the photo receivers 6 are e.g. designed as a photodiode array.
- the electrical signals are preferably fed to a signal processing component 7 via conductor tracks, not shown, which are common in printed circuit board technology.
- the signal processing components consist of Asics generally known in electrical engineering, which contain elements for amplifying and evaluating the signals.
- the processed signals are fed via a flex connector 8 to an evaluation unit, not shown.
- the measurement dynamics, the mechanical-optical scanning tolerance or the necessary path signal resolution is primarily determined by the raster period of the raster division 4 to be scanned.
- a measuring system for higher measuring speeds and coarser mechanical-optical scanning tolerances can be realized by a larger raster period 4. To do this, only the reference structure 3 needs to be changed in the same ratio as the grid division 4.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Kodierer zum Abtasten optischer Strukturen. Der fotoelektrische Kodierer ist derart ausgebildet, daß elektrische Signalverarbeitungskomponenten (7) für von dem mindestens einen Fotoempfänger (6) abgegebene Signale auf dem lichtdurchlässigen Träger (2) angebracht sind, und daß nur die Referenzstruktur (3) auf der der abzutastenden optischen Struktur zugewandten Seite des lichtdurchlässigen Trägers (2) angeordnet ist, während alle anderen von diesen noch getragenen Komponenten auf dessen gegenüberliegenden Seite vorgesehen sind.
Description
Fotoelektrischer Kodierer zum Abtasten optischer Strukturen
Die Erfindung bezieht sich auf einen fotoelektrischen Kodierer zum Abtasten optischer Strukturen und ist beispielsweise für die Anwendung in Winkelmeßeinrichtungen geeignet.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die sowohl nach dem Auflichtverfahren als auch im Durchlichtverfahren eine Auswertung von Längen- und Winkelmessungen gewährleisten.
So ist in der Firmenschrift der Fa. Baumer - electric "Winkel-, Positionier- und Längenmeßsysteme" auf den Seiten 1.8 und 1.9 ein fotoelektrisches Abtastprinzip beschrieben und abgebildet, das eine Anordnung von Beleuchtung, Abtaststruktur als Gitterblende und Photodioden aufweist.
Des weiteren sind spezielle Photo-Diodenarrays bzw. Opto- Asics beschrieben, die auf Trägermaterialien angeordnet sind.
Hierbei befindet sich die Abtaststruktur auf einer separaten Abtastplatte und die Fotoelemente zur fotoelektrischen Auswertung sind auf auf getrennten Trägern angeordnet.
Aus der DE-PS 32 20 560 ist ein fotoelektrischer Kodierer bekannt geworden, bei dem eine Lichtquelle auf der Oberfläche eines lichtdurchlässigen Basiselementes angeordnet und ein die Lichtquelle überspannender Reflektor vorgesehen ist.
Dabei gelangt das von einer Lichtquelle parallele Licht über einen Reflektor durch ein Referenzgitter auf einen Maßstab und wird von diesem auf das Referenzgitter reflektiert. Das Referenzgitter ist relativ kompliziert aufgebaut, da es neben den Gitterflächen gleichzeitig die für die Lichtauswertung erforderlichen Sensoren enthält. Jede
Gitterstruktur verlangt damit eine relativ genau angepaßte Struktur für die zur Lichtauswertung erforderlichen Sensoren. Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen fotoelektrischen Kodierer zum Abtasten von optischen Strukturen zur Verfügung zu stellen, mit dem in kleiner, kompakter Ausführung eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen fotoelektrischen Kodierer dadurch gelöst, daß auf einem lichtdurchlässigen Träger auch noch elektrische Signalverarbeitungskomponenten für von mindestens einem optischen Sensor abgegebene' Signale angebracht sind, und daß nur die Referenzstruktur auf der der abzutastenden optischen Struktur zugewandten Seite des lichtdurchlässigen Trägers angeordnet ist , während alle anderen von diesem noch getragenen Komponenten auf dessen gegenüberliegender Seite vorgesehen sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen fotoelektrischen Kodierers besteht der Träger aus einer Glasplatte. Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der lichtdurchlässige Träger in einem Schutzgehäuse untergebracht und/oder mit einem Schutzverguß versehen. Es ist vorteilhaft, daß der optische Sensor mittels Leiterbahnen oder Kabel mit den elektrischen Signalverarbeitungskomponenten verbunden ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der optische Sensor mittels flexibler Leiterplatte mit dem Signalverarbeitungskomponenten verbunden.
Es ist weiterhin von Vorteil, daß auf dem lichtdurchlässigen Träger Steckverbinder angeordnet sind.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird in einem kleinen einfachen und kompakten Aufbau eine kostengünstige Herstellung realisiert. Es werden die Anzahl der Komponenten für den Aufbau von Weg- oder Winkelmeßeinrichtungen verringert und andererseits ist der multifunktionell aufgebaute Sensor kostengünstig herstellbar.
Der erfindungsgemäße fotoelektrische Kodierer soll nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Bei der in der Fig. dargestellten Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung geht das Licht einer Lichtquelle 1, von der vorzugsweise Licht einer definierten Wellenlänge ausgeht, wie z.B. eine LED, durch einen lichtdurchlässigen Träger 2, z.B. Floatglas. Das Licht der diffus strahlenden Lichtquelle 1 durchstrahlt damit die Referenzstruktur 3, die z.B. aus einem Gitter mit der Gitterkonstanten gl besteht. Das Gitter ist nach einem in der Elektrotechnik üblichen Vakuumbedampfungsverfahren hergestellt.
Das durch die Referenzstruktur frei hindurchtretende Licht, das also von dem Gitter nicht beeinflußt wird, fällt auf eine Rasterteilung 4, ein Gitter mit der Gitterkonstanten g2, die auf einen Grundkörper 5 aufgebracht üblicherweise in der Meßtechnik als Maßstab bezeichnet wird.
Der Grundkörper 5 besteht aus einem Material, das geeignet ist/ die Rasterteilung 4 aufzunehmen, wie z.B. Floatglas, Stahl etc.. Die Rasterteilung 4 ist nach einem in der Elektrotechnik üblichen Verfahren, z.B. Atzverfahren oder Vakuumbedampfungstechniken, hergestellt.
Die Rasterteilung 4 oder der Grundkörper 5 müssen so aufgebaut bzw. technologisch behandelt sein, daß eine Reflexion des Lichtes erfolgen kann.
Das nicht durch das Gitter der Rasterteilung 4 mit der Gitterkonstanten g2 beeinflußte Licht wird durch den Grundkörper 5 reflektiert, passiert das Gitter 4 noch einmal und fällt auf die beiden dargestellten Fotoempfänger 6. Die Fotoempfänger 6 sind z.B. als Photodiodenarray ausgebildet.
Bei Bewegung der Referenzstruktur 3 und der Rasterteilung 4 zueinander treten Helligkeitsschwankungen an den Fotoempfängern 6 auf, die in elektrische Signale gewandelt werden.
Die elektrischen Signale werden vorzugsweise über nicht dargestellte, in der Leiterplattentechnik übliche Leiterbahnen einer Signalverarbeitungskomponente 7 zugeführt. Die Signalverarbeitungskomponenten bestehen aus allgemein in der Elektrotechnik bekannten Asics, die Elemente zur Verstärkung und Bewertung der Signale enthalten.
Die aufbereiteten Signale werden über einen Flexverbinder 8 einer nicht dargestellten Auswerteeinheit zugeführt.
Die Meßdynamik, die mechanisch-optische Abtasttoleranz oder die notwendige Wegsignalauflösung wird in erster Linie von der Rasterperiode der abzutastenden Rasterteilung 4 bestimmt. Ein Meßsystem für höhere Meßgeschwindigkeiten und gröbere mechanisch-optische Abtasttoleranzen kann durch eine größere Rasterperiode 4 realisiert werden. Dazu braucht nur die Referenzstruktur 3 im gleichen Verhältnis wie die Rasterteilung 4 verändert werden.
Claims
1. Fotoelektrischer Kodierer zum Abtasten optischer Strukturen, mit einem mit einem optischen
Referenzgitter versehenen Referenzstrahler, mindestens einem fotoelektrischen Sensor sowie mit mindestens einer Beleuchtungsquelle, wobei diese Komponenten gemeinsam auf einem lichtdurchlässigen Träger elektrisch leitend miteinander verbunden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auch noch elektrische Signalverarbeitungskomponenten (7) für von dem mindestens einen Fotoempfänger (6) abgegebene Signale auf dem lichtdurchlässigen Träger (2) angebracht sind, und daß nur die Referenzstruktur (3) auf der der abzutastenden optischen Struktur zugewandten Seite des lichtdurchlässigen Trägers (2) angeordnet ist, während alle anderen von diesem noch getragenen Komponenten auf dessen gegenüberliegender Seite vorgesehen sind.
2. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Träger (2) eine Glasplatte ist.
3. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Träger (2) in einem Schutzgehäuse untergebracht und/oder mit einem Schutzverguß versehen ist.
4. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger (6) mittels Leiterbahnen oder Kabel mit den elektrischen Signalverarbeitungskomponenten (7) verbunden ist.
5. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger (6) mittels flexibler Leiterplatte mit den Signalverarbeitungskomponenten (7) verbunden ist.
6. Fotoelektrischer Kodierer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem lichtdurchlässigen Träger (2) Steckverbinder angeordnet sind.
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