DE19803360C2 - Verfahren zur Montage einer Positionsmeßeinrichtung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Montage einer Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie der Ansprüche 9 und 10.

Aus der US 3,900,732 und der DE 34 37 515 C2 sind Positionsmeßein­ richtungen zur Messung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Objekte bekannt, bei denen erst bei der Montage an die zu messenden Ob­ jekte die exakte Zuordnung der Abtastteilung zur Meßteilung erfolgt. Hierzu sind sowohl am einen als auch am anderen der zu messenden Objekte Anschlagflächen vorgesehen, die zueinander ausgerichtet werden.

Bei der US 3,900,732 - von der diese Erfindung ausgeht - ist ein lösbares Verbindungsteil zwischen diesen Anschlagflächen vorgesehen. Der Abtast­ abstand wird durch ein Abstandsstück eingestellt, das zwischen einer An­ schlagfläche der Abtasteinheit und einer Fläche der Teilscheibe eingefügt wird. Die Lage der Abtasteinheit in Richtung der Teilstriche (senkrecht zur Meßrichtung) wird durch ein Verbindungselement fixiert. Dieses Verbin­ dungselement weist Stifte auf, die mit Bohrungen der Abtasteinheit zusam­ menwirken. Um auch eine korrekte winkelmäßige Ausrichtung (Moiré-Einstellung) zu erreichen, sind zwei in Meßrichtung voneinander beabstandete Stifte und Bohrungen vorhanden.

Ein Nachteil dieser Positionsmeßeinrichtung ist, daß Bohrungen und Stifte vorgesehen werden müssen, und daß zur Moiré-Einstellung das Verbin­ dungselement axial zugeführt werden muß.

Bei der Längenmeßeinrichtung gemäß der DE 37 13 548 C2 wird die Abtasteinheit mittels eines Magnethalters an einem Objekt montiert. Diese Montage ist eine Befestigung als Ersatz für eine lösbare Schraubverbindung.

Aus der DE 29 29 488 C3 ist eine Positionsmeßeinrichtung bekannt, bei der eine Abtasteinheit beweglich an einem Mitnehmer befestigt ist und Magnete vorgesehen sind, welche die Abtasteinheit während des Betriebes an den Maßstab drängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Montage einer Positionsmeßeinrichtung anzugeben, mit dem eine einfache und exakte La­ gezuordnung zwischen der Abtasteinheit und der Maßverkörperung ermög­ licht wird. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden, die einfach handhabbar ist und eine geringe Baugröße aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 bzw. einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 9 und 10 gelöst.

Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht einer Winkelmeßeinrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht der Winkelmeßeinrichtung ge­ mäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Winkelmeßeinrichtung gemäß Fig. 1 und 2 mit einem Ausrichtele­ ment;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Winkelmeßeinrichtung mit montierter Abtasteinheit;

Fig. 5 eine Draufsicht der Winkelmeßeinrichtung ge­ mäß Fig. 4;

Fig. 6 ein Beispiel eines Maßstabes;

Fig. 7 ein Ausrichtelement in Seitenansicht;

Fig. 8 das Ausrichtelement gemäß Fig. 7 in der An­ sicht VIII,

Fig. 9 die Draufsicht einer Längenmeßeinrichtung;

Fig. 10 einen Schnitt X-X der Längenmeßeinrichtung gemäß Fig. 9;

Fig. 11 die Draufsicht einer weiteren Längenmeßein­ richtung und

Fig. 12 einen Schnitt XII-XII der Längenmeßeinrichtung gemäß Fig. 11.

In allen Figuren sind gleichwirkende Teile und Flächen mit den gleichen Be­ zugszeichen versehen, auch wenn diese Teile in den einzelnen Beispielen konstruktiv unterschiedlich ausgebildet sind. Dies erleichtert das Verständ­ nis.

In den Fig. 1 bis 5 ist ein erstes Beispiel einer Winkelmeßeinrichtung, bestehend aus einer Maßverkörperung 1 und einer Abtasteinheit 2 darge­ stellt. Mit der Winkelmeßeinrichtung soll die Schwenkbewegung des Hebels 3 erfaßt werden. Am Ende des Hebels 3 ist ein nicht dargestelltes Werkzeug befestigt, z. B. zum Bonden. Der Hebel 3 ist im Gestell 4 um die Drehachse 5 schwenkbar gelagert. Die Maßverkörperung 1 ist auf der Oberfläche 6 des Sektors 7 aufgebracht. Die Krümmung der Oberfläche 6 ist durch den Ra­ dius R bestimmt, wobei der Krümmungsmittelpunkt in der Drehachse 5 liegt. Die Maßverkörperung ist im beschriebenen Beispiel eine inkrementale Tei­ lung 1, die aus abwechselnd reflektierenden und nichtreflektierenden Stri­ chen besteht, wie in Fig. 2 dargestellt.

Zur Messung der Schwenkbewegung X des Sektors 7 um die Drehachse 5 muß am Gestell 4 die Abtasteinheit 2 montiert werden. Diese Montage muß so erfolgen, daß die Teilung 1 in einem fest vorgegebenen Winkel - meistens 0° - zu der Abtastteilung 9 der Abtasteinheit 2 ausgerichtet ist. In den Fig. 3 bis 5 ist diese Montage schrittweise dargestellt.

Erfindungsgemäß ist am Sektor 7 eine Anschlagfläche 10 vorgesehen, an der ein Ausrichtelement 11 lösbar befestigt wird. Das Ausrichtelement 11 weist wiederum eine Anschlagfläche 12 auf, die als Bezugsfläche zur Mon­ tage der Abtasteinheit 2 dient, indem eine Anschlagfläche 13 der Abtastein­ heit 2 an die Anschlagfläche 12 des Ausrichtelementes 11 angestoßen wird. Der Kontakt aller Anschlagflächen 10, 12, 13 miteinander wird durch Ma­ gnetkraft gewährleistet. Hierzu ist das Ausrichtelement 11 ein Dauermagnet und die Abtasteinheit 2 sowie der Sektor 7 aus ferromagnetischem Material. Alternativ kann im Ausrichtelement 11 ein Dauermagnet sowie im Sektor 7 und in der auszurichtenden Abtasteinheit 2 ein ferromagnetisches Teil inte­ griert sein.

In Fig. 3 ist der Verfahrensschritt dargestellt, bei dem die Anschlagfläche 12 des Ausrichtelementes 11 mit der Anschlagfläche 10 in Kontakt gebracht ist.

In Fig. 4 und 5 ist nun dargestellt, wie in einem weiteren Verfahrensschritt die Abtasteinheit 2 an die Anschlagfläche 12 gezogen ist und in dieser Stel­ lung mit dem Gestell 4 verschraubt wird. Die Schrauben 17 sind nur sche­ matisch dargestellt. Nach der Fixierung der Abtasteinheit 2 wird das magne­ tische Ausrichtelement 11 entfernt. Im Betrieb der Positionsmeßeinrichtung erfolgt eine berührungslose Abtastung der Teilung 1. Eine zusätzliche Füh­ rung der Abtasteinheit 2 am Sektor 7 entlang der Schwenkbewegung X ist nicht erforderlich.

Die Anschlagflächen 10, 12, 13 verlaufen vorzugsweise parallel zu den Strichen der Teilung 8 und 9 wodurch eine exakte Moiré-Einstellung gewährleistet ist. Wenn es die Platzverhältnisse erlauben, können die Anschlagflächen auch anders ausgerichtet sein, beispielsweise senkrecht zu den Strichen der Teilungen.

In den Fig. 1 bis 5 ist der Sektor 7 mit der Maßverkörperung 1 nur sche­ matisch dargestellt. Für die Praxis ist es besonders vorteilhaft, wenn die Maßverkörperung 1 auf einem separaten Sektorteil 7 mit der Anschlagfläche 10 aufgebracht ist, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Dies hat den Vorteil, daß das Sektorteil 7 mit der Anschlagfläche 10 mit hoher Genauigkeit vom Hersteller als Maßstab der Meßeinrichtung geliefert werden kann und bei der Montage an den Sektor 70 nur grobe Toleranzen einzuhalten sind. Bei der Montage der Abtasteinheit 2 mittels des magnetischen Ausrichtelementes 11 wirkt ausschließlich die genau gefertigte Anschlagfläche 10 des Sektorteils 7 mit der Anschlagfläche 12 zusammen. Die Fläche des Sektors 70 ist zurückge­ setzt.

In den Fig. 7 und 8 ist ein magnetisches Ausrichtelement 11 beispielhaft dargestellt, das noch weitere Funktionen besitzt. So kann es zusätzlich zu­ mindest einen Vorsprung 14 aufweisen, der mit zumindest einer weiteren Anschlagfläche der Abtasteinheit 2 und des Sektors 7 zusammenwirkt, um eine Lagezuordnung auch in Y-Richtung zu erreichen. Diese weitere An­ schlagfläche verläuft senkrecht zu den Anschlagflächen 10, 12 und 13. Das gezeigte Ausrichtelement 11 weist zum Beispiel zwei Vorsprünge 14, 15 auf, die in einen Spalt zwischen Maßverkörperung 1 und Abtasteinheit 2 eingeschoben werden. Die weiteren Anschlagflächen der Vorsprünge 14, 15, welche eine Lagezuordnung in Y-Richtung vorgeben, sind mit den Bezugszeichen 16 bezeichnet. Die Anschlagflächen 16 werden zur Ausrichtung in Y-Richtung mit Anschlagflächen der Abtasteinheit 2 und des Sektors 7 in Kontakt gebracht, welche quer zur Y-Richtung verlaufen.

Die Erfindung ist bei Winkel- und Längenmeßeinrichtungen realisierbar. Sie ist nicht auf Sektor-Geber beschränkt. Das Abtastprinzip kann lichtelektrisch, kapazitiv, induktiv oder magnetisch sein. Bei der lichtelektrischen Abtastung kann das Prinzip des Schattenwurfes oder der Interferenz Anwendung fin­ den.

In den beiden Fig. 9 und 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel darge­ stellt. Die Fig. 9 und 10 zeigen einen vorteilhaften Einsatz eines Aus­ richtelementes 11 mit einem Dauermagneten bei einer Längenmeßeinrich­ tung. Es besteht die Aufgabe, die Abtasteinheit 2 während der Montage an ein zu messendes Objekt 4 gegenüber dem Maßstab 7 korrekt auszurichten. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Ausrichtelement 11 eine Anschlagfläche 12 aufweist, mit der es an eine Anschlagfläche 13 der Abtasteinheit 2 in Kontakt gebracht wird und dort mittels magnetischer Kraft hält. Hierzu ist das Gehäuse der Abtasteinheit 2 selbst aus ferromagnetischem Material oder es ist zumindest ein ferromagnetisches Material enthalten, das mit dem Magnetfeld des Ausrichtelementes 11 wechselwirkt. Wenn die Abtasteinheit 2 beispielsweise aus Kunststoff ist, reicht es aus, wenn an der Fläche 12 ein Blech befestigt, beispielsweise aufgeklebt wird.

Die Abtasteinheit 2 wird ausgerichtet, indem die Anschlagfläche 12 des Aus­ richtelementes 11 mit einer Anschlagfläche 10 des Maßstabes 7 in Kontakt gebracht wird. Der Maßstab 7 kann aus nicht-ferromagnetischen Material, beispielsweise Glas oder Glaskeramik bestehen. Wenn der Maßstab 7 aus ferromagnetischem Material besteht, wird die Abtasteinheit 2 fast selbsttätig ausgerichtet, indem die Baueinheit bestehend aus Abtasteinheit 2 und Aus­ richtelement 11 mittels Magnetkraft auch an die Anschlagfläche 10 gezogen wird. In dieser ausgerichteten Position kann die Abtasteinheit 2 am Objekt 4 fixiert werden und danach das Ausrichtelement 11 entfernt werden. Zur Fi­ xierung sind im Beispiel Schrauben 17 vorgesehen.

Bei den bisher beschriebenen Beispielen wird davon ausgegangen, daß die Anschlagfläche 13 eine Außenfläche des Gehäuses der Abtasteinheit 2 ist und die Abtastteilung 9 korrekt zu dieser Außenfläche ausgerichtet ist.

In den Fig. 11 und 12 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem an der Abtasteinheit 2 eine justierbare Anschlagfläche 13 vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, daß die Abtastteilung 9 nicht exakt gegenüber der Außenflä­ che ausgerichtet werden muß. Zur Erläuterung des Prinzips sind die Ver­ hältnisse übertrieben vergrößert dargestellt. Es wird davon ausgegangen, daß die Abtastteilung 9 nicht korrekt gegenüber einer Gehäuse-Außenseite ausgerichtet ist. Um trotzdem eine Anschlagfläche 13 zur Ausrichtung zur Verfügung zu haben, ist an der Abtasteinheit 2 eine verstellbare Anschlagfläche 13 in Form eines um die Achse C schwenkbaren Körpers 18 befestigt. Der korrekte Schwenkwinkel des Körpers 18 relativ zur Abtasteinheit 2 kann mit Hilfe der Abtastsignale eingestellt werden. Diese Einstellung erfolgt bevorzugt beim Hersteller der Meßeinrichtung. Bei der Montage ist der Körper 18 gegenüber der Abtasteinheit 2 fixiert, beispielsweise über eine Schraube 19.

Der Magnet des Ausrichtelementes 11 kann auch ein schaltbarer Magnet, beispielsweise ein Elektromagnet sein.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Durchführung der Montage einer Positionsmeßeinrich­ tung mit einer Teilung (1) auf einer Oberfläche (6) eines Maßstabs (7) und einer zur Teilung (1) auszurichtenden Abtasteinheit (2), wobei

• - während der Montage ein Ausrichtelement (11) am Maßstab (7) und an der Abtasteinheit (2) anliegt,
• - das Ausrichtelement (11) eine Anschlagfläche (12) aufweist, die während der Montage mit einer Anschlagfläche (10) des Maßstabes (7) in Kontakt steht,
• - das Ausrichtelement (11) eine weitere Anschlagfläche (12) aufweist, die während der Montage mit einer Anschlagfläche (13) der Abtasteinheit (2) in Kontakt steht,
• - die Anschlagflächen (10, 12, 13) quer zur Oberfläche (6) wirksam sind, und
• - das Ausrichtelement (11) nach der Montage entfernbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
• - ein Magnet vorgesehen ist, der das Ausrichtelement (11) während der Montage mittels magnetischer Kraft an der Anschlagfläche (10) des Maßstabes (7) und/oder der Anschlagfläche (13) der Abtasteinheit (2) hält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet im Ausrichtelement (11) enthalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast­ einheit (2) ein ferromagnetisches Material enthält, das zur Erzeugung der magnetischen Kraft mit dem Magnet des Ausrichtelementes (11) wechselwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab (7) ein ferromagnetisches Material enthält, das zur Erzeugung der magnetischen Kraft mit dem Magnet des Ausrichtelementes (11) wechselwirkt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Maßstab ein Sektorteil (7) ist, das um eine Drehachse (5) schwenkbar gelagert ist, und daß die Teilung (1) auf einer gekrümmten Oberfläche (6) des Sektorteils (7) aufgebracht ist, dessen Krümmungs­ mittelpunkt in der Drehachse (5) liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ schlagflächen (10, 12, 13) quer zur Schwenkbewegung (X) und parallel zu den Strichen der Teilung (1) verlaufen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (13) der Abtasteinheit (2) auf einem Körper (18) vorgesehen ist, der zur Abtastteilung (9) der Abtasteinheit (2) justierbar ist, indem er an der Abtasteinheit (2) justierbar befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (18) um eine Achse (C) an der Abtasteinheit (2) schwenkbar gelagert ist.

9. Verfahren zur Montage einer Positionsmeßeinrichtung, mit einer Teilung (1) auf einer Oberfläche (6) eines Maßstabs (7) und einer zur Teilung (1) auszurichtenden und in der ausgerichteten Position an einem Objekt (4) zu fixierenden Abtasteinheit (2), wobei die Zuordnung der Abtasteinheit (2) zur Teilung (1) mittels quer zur Oberfläche (6) wirksamen Anschlagflächen (10, 12, 13) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Ausrichtelement (11) mit einer Anschlagfläche (10) des Maßsta­ bes (7) in Kontakt gebracht wird und das Ausrichtelement (11) am Maßstab (7) mittels magnetischer Kraft gehalten wird,
• - eine Anschlagfläche (13) der Abtasteinheit (2) mit einer Anschlag­ fläche (12) des Ausrichtelementes (11) in Kontakt gebracht wird,
• - in dieser durch die Anschlagflächen (10,12, 13) festgelegten Zu­ ordnung die Abtasteinheit (2) am Objekt (4) fixiert wird und
• - nach der Fixierung das Ausrichtelement (11) von den Anschlagflä­ chen (10, 13) entfernt wird.

10. Verfahren zur Montage einer Positionsmeßeinrichtung, mit einer Teilung (1) auf einer Oberfläche (6) eines Maßstabs (7) und einer zur Teilung (1) auszurichtenden und in der ausgerichteten Position an einem Objekt (4) zu fixierenden Abtasteinheit (2), wobei die Zuordnung der Abtasteinheit (2) zur Teilung (1) mittels quer zur Oberfläche (6) wirksamen Anschlagflächen (10, 12, 13) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Ausrichtelement (11) mit einer Anschlagfläche (13) der Abtast­ einheit (2) in Kontakt gebracht wird und das Ausrichtelement (11) an der Abtasteinheit (2) mittels magnetischer Kraft gehalten wird,
• - eine Anschlagfläche (12) des Ausrichtelementes (11) mit einer An­ schlagfläche (10) des Maßstabes (7) in Kontakt gebracht wird,
• - in dieser durch die Anschlagflächen (10, 12, 13) festgelegten Zu­ ordnung die Abtasteinheit (2) am Objekt (4) fixiert wird und
• - nach der Fixierung das Ausrichtelement (11) von den Anschlagflä­ chen (10, 13) entfernt wird.