DE3837134A1 - Beruehrungsloser, digitaler lineargeber - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen berührungslosen, digitalen Lineargeber zur Erzeugung eines Digitalsignals nach Maßgabe des Stellweges eines linearbeweglichen Schiebers, enthaltend

• a) ein lichtmodulierendes Muster längs des Stellweges,
• b) lichtemittierende Mittel zur Erzeugung wenigstens eines Lichtbündels, das an einer von der Stellung des Schiebers abhängigen Stelle auf das Muster geleitet wird, und
• c) Lichtempfangsmittel, die von einem durch das licht­ modulierende Muster hindurchtretenden Teil des Licht­ bündels beaufschlagt sind.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Die DE-C2- 29 52 106 zeigt eine lichtelektrische, inkrementale Längenmeßeinrichtung, bei welcher Licht­ quellen parallelgerichtete Lichtbündel erzeugen, die durch eine stationäre Strichplatte (Abtastplatte) auf photoelektrische Detektoren fallen. Ein Maßstab ist parallel zu der Abtastplatte bewegbar. Bei dieser Anordnung muß ein abzutastender Maßstab an dem beweglichen Teil angebracht werden.

Eine ähnliche Anordnung mit einem an dem beweglichen Teil angebrachten Maßstab zeigt die DE-C2-30 37 810.

Bei der DE-B- 25 10 113 wird eine Abtastvorrichtung mit einer beleuchteten Abtastplatte und Photodioden längs eines abzutastenden Maßstabs bewegt. Dabei müssen die Versorgungsspannungen auf einen beweglichen Abtastkopf übertragen und die erhaltenen Signale von diesem beweglichen Abtastkopf abgeführt werden. Das kann über flexible Kabel geschehen, die jedoch häufig störend sind und die Gefahr eines Kabelbruchs in sich bergen.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen berührungslosen, digitalen Lineargeber der eingangs definierten Art so auszubilden, daß sowohl die elektrischen Teile als auch der Maßstab stationär angeordnet werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

• d) die lichtemittierenden Mittel und die Lichtempfangs­ mittel stationär angeordnet sind,
• e) die lichtemittierenden Mittel das Lichtbündel parallel zu dem Stellweg des Schiebers und dem Muster aussenden,
• f) der Schieber eine erste reflektierende Fläche auf einer ersten Seite des Musters aufweist, deren Flächennormale mit dem Lichtbündel einen Winkel von 45° bildet, derart , daß das Lichtbündel um 90° umgelenkt wird und senkrecht auf das Muster fällt,
• g) der Schieber eine zweite reflektierende Fläche auf der zweiten Seite des Musters aufweist, deren Flächen­ normale mit dem Lichtbündel einen Winkel von 45° bildet, derart, daß das Lichtbündel um 90° umgelenkt wird und antiparallel zu dem von den licht­ emittierenden Mitteln ausgesandten Lichtbündel längs des Stellweges des Schiebers auf die stationären Lichtempfangsmittel fällt.

Auf diese Weise sind sowohl die lichtemittierenden Mittel als auch die Lichtempfangsmittel ebenso wie der Maßstab, das Muster, stationär angeordnet. An dem beweglichen Teil, dem Schlitten sind nur reflektierende Flächen angebracht.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematisch - perspektivische Darstellung und veranschaulicht das Grundprinzip des Linear­ gebers, wobei der Lineargeber als Inkrementalgeber ausgebildet ist.

Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht des Linear­ gebers von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung des Geber­ kopfes bei einer anderen Ausführung des Linear­ gebers.

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen vollständigen Lineargeber mit Schlitten und einem Geberkopf nach Fig. 3, wobei der Lineargeber als Absolutgeber ausgebildet ist.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung

In Fig. 1 sind mit 10 lichtemittierende Mittel in Form einer einzigen Lichtquelle bezeichnet. Die lichtemittierenden Mittel 10 senden ein Lichtbündel 12 aus, das waagerecht in Fig. 1 verläuft. Ein Schlitten 14 ist längs eines ebenfalls waagerecht in Fig. 1 verlaufenden Stellweges durch eine (nicht dargestellte) Schlittenführung beweglich. Das Lichtbündel 12 verläuft also parallel zu dem Stellweg des Schlittens 14. Ebenso waagerecht in Fig. 1 und parallel zu dem Stellweg des Schlittens 14 erstreckt sich ein Muster­ träger 16 mit einem lichtmodulierenden Muster. Das Muster besteht hier aus in gleichen Abständen angeordneten Schlitzen 18 mit dazwischen angeordneten Stegen 20. An dem Schlitten 14 ist eine erste reflektierende Fläche 22 vorgesehen. Die Flächennormale der reflektierenden Fläche 22 bildet mit dem Lichtbündel 12 einen Winkel von 45°. Dadurch wird das Lichtbündel 12 um 90° umgelenkt und fällt senkrecht auf das lichtmodulierende Muster 18, 20. Das durch die Schlitze 18 hindurchtretende Licht wird von einer zweiten reflektierenden Fläche 24 des Schlittens 14 reflektiert. Die Flächennormale der Fläche 24 bildet mit dem umgelenkten Lichtbündel 26 einen Winkel von 45°. Dadurch wird das Lichtbündel nochmals um 90° umgelenkt und läuft als rücklaufendes Lichtbündel 28 antiparallel zu dem vorlaufenden Lichtbündel 12 zurück. Das rücklaufende Lichtbündel 28 fällt auf einen stationären photoel­ ektrischen Detektor 30. Die beiden reflektierenden Flächen 22 und 24 sind zueinander senkrecht und definieren eine Dachkante. Das gewährleistet, daß vorlaufendes Lichtbündel 12 und rücklaufendes Lichtbündel 28 stets antiparallel zueinander laufen, unbeeinflußt von Verdrehungen des Schlittens 14 um die Dachkante. Die Anordnung ist dadurch justagefreundlich. An der beschriebenen Geometrie ändert sich nichts, wenn der Schlitten 14 im Sinne des Doppel­ pfeiles 32 hin- und herbewegt wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind zur Ausschaltung von Störlicht zwischen den reflektierenden Flächen 22 und 24 und dem Muster 18, 20 jeweils Blenden 34 bzw. 36 angeordnet.

Diese Anordnung arbeitet als Inkrementalgeber. Jedes Weginkrement liefert einen Impuls. Diese Impulse werden in üblicher und daher nicht dargestellter Weise mittels eines Zählers aufsummiert. Es können bekannte Maßnahmen zur Erfassung der Richtungsabhängigkeit und zur Nullpunkt­ festlegung vorgesehen werden, wie sie in den oben zum Stand der Technik erwähnten Druckschriften beschrieben sind. Statt der Blenden 34, 36 oder zusätzlich zu diesen kann auch eine Abtastplatte vorgesehen werden, wie sie ebenfalls in diesen Druckschriften beschrieben ist. Das ist der Deutlichkeit halber hier nicht im einzelnen dargestellt und beschrieben.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 sind insgesamt vier Lichtquellen 34, 36, 38 und 40 als lichtemittierende Mittel 42 vorgesehen. Die lichtemittierenden Mittel 42 sitzen an einem Geberkopf 44. An dem Geberkopf 44 sitzen auch vier photoelektrische Detektoren 46, 48, 50 und 52 als Lichtempfangsmittel 54. Die Lichtempfangsmittel S 4 sitzen unterhalb der lichtemittierenden Mittel 42. Der Geberkopf 44 enthält die zu den lichtemittierenden Mitteln 42 und den Lichtempfangsmitteln 54 gehörige Elektronik. An dem Geberkopf 44 sitzt auf der Rückseite ein mehrpoliger Anschlußstecker 56.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist an dem Geberkopf 44 weiterhin zwischen den lichtemittierenden Mitteln 42 und den Lichtempfangsmitteln 54 ein Musterträger 58 angebracht. Der Musterträger 58 enthält vier aus durch­ sichtigen und undurchsichtigen Flächenteilen bestehende Muster 60, 62, 64 und 66, die sich jeweils zwischen einem Paar von Lichtquelle z.B. 34 und Detektor 46 senkrecht zur Vorderfläche des Geberkopfes 44 erstrecken. Zwischen den Mustern 60, 62, 64 und 66 sind oben und unten Abschirm­ leisten 68, 70, 72 und 74, 76, 78. Der Geberkopf 44 und der Musterträger 58 bilden einen zusammenhängenden, stationären Bauteil, der die Muster und die aktiven elektronischen Teile enthält.

Ein Schlitten 80 ist mit einer Ausnehmung 82 im Sinne des Doppelpfeiles 84 auf einer (nicht dargestellten) Führung längs der Muster 60, 62, 66 und 68 geführt. Der Schlitten 80 greift, ähnlich wie in Fig. 1, u-förmig um den Musterträger 58, so daß ein Teil des Schlittens 80 sich in Fig. 4 über dem Musterträger 58 und ein anderer, damit integraler Teil sich unter dem Musterträger 58 befindet. An dem Schlitten 80 sind oberhalb des Musterträgers 58 reflektierende Flächen 86 angebracht, deren Flächennormalen mit den von den Lichtquellen 34, 36, 38 und 40 ausgehenden, vorlaufenden Lichtbündeln 88 jeweils einen Winkel von 45° bilden. Die Lichtbündel werden dadurch um 90° nach unten in Fig. 4 abgelenkt und fallen senkrecht auf die Muster 60, 62, 64 und 66. Zwischen den reflektierenden Flächen 86 weist der Schlitten Ausnehmungen 90, 92 und 94 auf, mit denen er über die Abschirmleisten 68, 70, 72 greift. Die durch die Muster 60, 62, 64 und 66 hindurchtretenden Teile der umgelenkten Lichtbündel 96 fallen auf reflektierende Flächen 98 des unteren Teils des Schlittens 80. Die Flächennormalen der reflektierenden Flächen 98 bilden mit den umgelenkten Lichtbündeln 96 jeweils Winkel von 45°, so daß die Licht­ bündel nochmals um 90° umgelenkt werden und als rücklaufende Lichtbündel 100 antiparallel zu den vorlaufenden Lichtbündeln 88 auf die Detektoren 46, 48, 50 und 52 fallen. Die Ebenen der Flächen 86 und 98 sind wieder zueinander senkrecht und definieren eine Dachkante, die horizontal und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens 80 verläuft.

Die Muster 60, 62, 64 und 66 sind so ausgebildet, daß die von den Detektoren 46, 48, 50 und 52 gelieferten Signale eine digitale Darstellung der absoluten Position des Schlittens liefern. Diese Anordnung ist somit ein Absolutgeber.

Claims (6)

1. Berührungsloser, digitaler Lineargeber zur Erzeugung eines Digitalsignals nach Maßgabe des Stellweges eines linearbeweglichen Schiebers (14, 80), enthaltend

• a) ein lichtmodulierendes Muster (18, 20; 60, 62, 64, 66) längs des Stellweges,
• b) lichtemittierende Mittel (10; 42) zur Erzeugung wenigstens eines Lichtbündels (12, 26; 88, 96), das an einer von der Stellung des Schiebers (14, 80) abhängigen Stelle auf das Muster (18, 20; 60, 62, 64, 66) geleitet wird, und
• c) Lichtempfangsmittel (30; 54), die von einem durch das lichtmodulierende Muster (18, 20; 60, 62, 64, 66) hindurchtretenden Teil des Lichtbündels (28; 100) beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß
• d) die lichtemittierenden Mittel (10; 42) und die Lichtempfangsmittel (30; 54) stationär angeordnet sind,
• e) die lichtemittierenden Mittel (10; 42) das Lichtbündel (12; 88) parallel zu dem Stellweg des Schiebers (14; 80) und dem Muster aussenden,
• f) der Schieber (14; 80) eine erste reflektierende Fläche (22; 86) auf einer ersten Seite des Musters (18, 20; 60, 62, 64, 66) aufweist, deren Flächennormale mit dem Lichtbündel (12; 88) einen Winkel von 45° bildet, derart , daß das Lichtbündel (12; 88) um 90° umgelenkt wird und senkrecht auf das Muster (18, 20; 60, 62, 64, 66) fällt,
• g) der Schieber (14; 80) eine zweite reflektierende Fläche (24; 98) auf der zweiten Seite des Musters (18, 20; 60, 62, 64, 66) aufweist, deren Flächennormale mit dem Lichtbündel (26; 96) einen Winkel von 45° bildet, derart, daß das Lichtbündel (26; 96) um 90° umgelenkt wird und antiparallel zu dem von den lichtemittierenden Mitteln (10; 42) ausgesandten Lichtbündel (12; 86) längs des Stellweges des Schiebers (14; 80) auf die stationären Licht­ empfangsmittel (30; 54) fällt.

2. Berührungsloser, digitaler Lineargeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schieber (14) zwischen den reflektierenden Flächen (22, 24) und dem Muster (18, 20) je eine Blende (34, 36) angeordnet ist.

3. Berührungsloser, digitaler Lineargeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die licht­ emittierenden Mittel (42) und die Lichtempfangsmittel (54) in einem gemeinsamen Geberkopf (44) vereinigt sind.

4. Berührungsloser, digitaler Lineargeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Musterträger (58) für das Muster (60, 62, 64, 66) an dem Geberkopf (44) angebracht ist.

5. Berührungsloser, digitaler Lineargeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er als Inkrementalgeber ausgebildet ist.

6. Berührungsloser, digitaler Lineargeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die lichtemittierenden Mittel (42) eine Mehrzahl von Lichtquellen (34, 36, 38, 40) enthalten, die eine Mehrzahl von parallelen Lichtbündeln (88, 96, 100) erzeugen,
• b) die Lichtempfangsmittel (54) eine Mehrzahl von Detektoren (46, 48, 50, 52) enthalten, die von je einem der Lichtbündel (88, 96, 100) beaufschlagt sind, und
• c) das Muster (60, 62, 64, 66) mehrere Spuren enthält, die von je einem der Lichtbündel abtastbar sind, zur digitalen Darstellung der absoluten Position des Schlittens (80).