JP4785264B2 - 走査ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に磁気による位置測定装置に適した走査ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気による位置測定装置は、通常、交互に設けられた、異なる磁化の部分領域、並びに測定方向でこの部分領域に対し相対的に可動な走査ユニットから成る磁気測定部を有する。走査ユニットの面の上には、例えば、磁場に敏感な適当な検出要素を備える検出ユニットが設けられている。検出要素としては、しばしば、磁気抵抗性の、しかしながら機械的な影響に対して最も敏感である材料から成る薄い層が使用される。従ってこのような走査ユニットを有する磁気による位置測定装置が、機械工具内で使用される場合には、測定機構において冷却手段及び切り屑等に基づいて、検出要素もしくは検出ユニットの損傷が結果として生じる。
このことはまた、結果として位置測定装置の損失を伴う。
【０００３】
損傷を阻止するために、支持要素の凹部内に設けられた検出ユニットを、この上に設けられたカバー要素によって保護することが、このような位置測定装置においては公知である。カバー要素として薄い金属箔が使用されている場合、しかしながらこの金属箔を正確に平坦にこの領域内に設けることは、比較的問題が多い。しかしながら金属箔が正確に平坦に設けられない場合は、測定部とカバー要素との間に予め与えられた走査間隔において、検出要素と測定部との間の間隔が変化する。これより、検出信号がこの間隔に敏感に依存することに基づいて、望ましくない変動する信号の振幅が結果として生じることになる。更に金属箔の正確で平坦でない配置は、結果として金属の切り屑又は他の汚れを、測定部と走査ユニットとの間のこの位置に固定することを伴う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、その検出ユニットが、確実に機械的な影響に対して保護されている、特に磁気による位置測定装置のための走査ユニットを提供することが本発明の課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１の特徴を有する走査ユニットによって解決される。
【０００６】
本発明による走査ユニットの有利な実施形は、従属する請求項において記載されている措置より明らかにする。
【０００７】
本発明による走査ユニットは、従来の解決策と比較して一連の利点を提供する。従って凹部の内部に設けられた充填材に基づいて、完全な走査ユニットの全部で１つの安定でコンパクトな構造が生じる。この他本発明による措置は、機械的な影響の前の検出ユニットを保護するカバー要素としての金属箔の最も平坦な配置を可能にする。これによりまた、汚れの堆積並びに安定したノイズの少ない走査信号に対する所望の鈍感さを生み出す。
【０００８】
更に検出ユニットの接触部の場合は、フレキシブルな帯状導体によって、十分に自動化されて進行することができる比較的簡単な接触部が実現可能であることを挙げることができる。
【０００９】
また接続導線が供給される孔が充填材で埋められる場合は、走査ユニット内の電気接続導線も、確実に機械的な損傷の前に保護されている。
【００１０】
硬化する際に収縮する充填材を本発明による走査ユニットの凹部内で使用することに基づいて、カバー要素として金属箔を使用する場合、結果として、検出要素並びに支持要素において密着が生じる。これにより金属箔の強固な支持が生じ、これにより、箔と支持要素との間の偶発的な接着結合部が機能しないことが阻止される。更に充填材の収縮によって、平坦な接着面においてせん断応力及び圧縮応力しか生じないことを保証し、これによって金属箔の剥離が確実に阻止される。
【００１１】
適当な充填材を使用する別の利点として、例えば金属箔が機械的に損傷を受けるべき場合に、結果としてこのように汚れのクリープ区間の拡大が生じることを挙げることができる。
【００１２】
また基本的に位置測定装置においても、他の物理的な走査原理、例えば光学的な、誘導性の、又は容量的なシステムに基づく走査ユニットを、本発明により形成することができる。その際、磁場に敏感な検出要素の代わりに、相応の選択的な検出ユニットを設けることができる。更に光学的な位置測定装置の場合には、カバー要素を透明に形成することができたりもする。
【００１３】
当然本発明により組み立てられた走査ユニットは、線形の位置測定装置においても、回転子による位置測定装置においても使用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の別の利点並びに詳細を、添付した図を以下に説明することより明らかにする。
【００１５】
図１においては、本発明による走査ユニット１０の実施例の部分的な断面図が概略的に図示されており、部分的に組み立てられた走査ユニットの平面図は、図２において示されている。
走査ユニット１０に隣接して、示された測定方向ｘにおいて、位置に依存した走査信号を発生させるための走査ユニット１０により走査される、磁気測定部２０を認めることができる。大きさの比率は、図１及び２においては縮尺が正確に再現されていない。
【００１６】
工作物と工具の相対位置を高精度で設定するために、磁気によるこのような位置測定装置が、機械工具においてほぼ使用することができる。測定部２０の走査部を介して走査ユニット１０により発生された走査信号は、図１においては図示されてない分析ユニット、例えば数値による機械工具制御装置に供給され、そこで別の加工が行なわれる。
【００１７】
本発明による走査ユニット１０により走査間隔Ｄで走査される磁気測定部２０は、公知の様式及び方法で形成されており、周期的な順番の異なる磁化を有する部分領域２１，２２から成る。基本的に測定部２０の面には、公知の異なる磁化別形が使用可能である。更に測定部２０は、線形の測定部としても、回転子による測定部としても形成でき、後者の場合には、相応のシリンダドラム等に対する測定部２０の配置がほぼ可能である。
【００１８】
本発明による走査ユニット１０は、走査ユニット１０の別の構成部品が設けられている安定した支持体１１を有する。図示された実施例においては、アルミニウムから成る支持体が設けられている。測定部２０の方向に向けられているその側に、支持体１１が凹部１２を備え、この凹部内にはまた、以下に更に説明される機能に関連した種々の要素が設けられている。支持体１１内の凹部１２は、この例においては、図２における平面図より明らかなように長方形に形成されており、長方形の縦軸は、これによれば測定方向ｘに整向されている。凹部１２の深さｈは、ｈ＝９００μｍである。
【００１９】
凹部１２の領域内には、支持体１１内でこの他に、図１において認めることができる通路もしくは孔１３が設けられている。この例においては、孔１３が長方形の横断面を備えており、長方形の縦軸は、測定方向ｘに対して垂直に整向されており、図面に対して垂直に整向されている。孔は、例えば３ｍｍ×１０ｍｍの寸法を備える。
【００２０】
凹部１２の中心領域においては、測定部−走査部のために必要な検出ユニット１４が設けられている。磁気測定部２０の走査部のために検出ユニット１４は、磁場に敏感な検出要素１４．２を有する。この例において検出要素１４．２は、公知の様式及び方法で、ガラスから成る支持基礎部１４．１の上に設けられた薄い磁気抵抗性の線条層として形成されている。検出ユニット１４は、凹部１２内で、特に接着結合部によって固定される。
【００２１】
検出ユニット１４の電気的な接触は、この例ではフレキシブルな帯状導体もしくはフレキシブルな押圧スイッチとして形成されている、１つ又は複数の電気接続導線を介して行なわれる。この場合フレキシブルな帯状導体は、平坦に、検出ユニット１４もしくは検出要素１４．２の上に設けられ、特に接着結合部を介して検出ユニット１４に固定されている。フレキシブルな帯状導体と検出ユニット１４との間には、測定方向ｘに間隔を置いた電気的な接点の２つのグループが設けられており、接触部に関してその他の点については、以下の図３の記載を参照のこと。
【００２２】
接続導線１５もしくはフレキシブルな帯状導体は、後方に設けられた分析ユニットとの検出ユニットの結合のために、走査ユニット１０の支持体１１内の孔１３を経て外へと案内される。
【００２３】
凹部１２内に設けられた走査ユニット１０の要素を保護するために、凹部１２の上に、凹部１２を完全に覆うカバー要素１６が設けられている。この例においてはカバー要素１６が、約２０〜３０μｍの厚みを備える、抵抗力のある薄い金属箔として形成されている。金属箔のための材料としては、非結晶の鉄−ニッケル合金が特に有利であることが実証されている。何故ならこの鉄−ニッケル合金は、一方では機械的に最も負荷能力があるからである。他方ではこの材料が、非磁性であり、従って磁気測定部２０の走査部からの走査信号の検出にも影響を与えないからである。
【００２４】
更に凹部１２の領域においては支持要素１７ａ，１７ｂが設けられており、これらの上には、カバー要素１６もしくは金属箔が載置されている。この場合カバー要素１６は、支持要素１７ａ，１７ｂと、接着結合部を介して結合されており、このため必要な接着剤層が、図１では符号１８ａ，１８ｂで示されている。
選択的にこの位置においては、他の結合技術、例えばはんだ付け、硬質はんだ付け、溶接等も使用可能である。
【００２５】
図１及び２の例においては支持要素１７ａ，１７ｂが、凹部１２の深さｈに対応する高さを備えており、即ち支持要素１７ａ，１７ｂのそれぞれの表面が、支持要素１１の表面と一致する。
しかしながらこのため選択的に、支持要素が凹部の深さより大きい高さを備えることも可能であり、従ってこれらの支持要素は凹部から突出する。この別形においては、その表面が同様に凹部から突出するように、凹部内の検出ユニットが設けられる場合も有利である。同様にこの様式の配置は、この上に設けられた金属箔が密に密着し、剥離しないために寄与する。
【００２６】
カバー要素１６は、図示された例においては、この他にその縁部領域においても支持体１１と結合されている。このため金属箔は、この例においては下に向かって湾曲され、接着剤１８ｃ，１８ｄが、金属箔と、支持体１１の凹部１２の縁部との間に収容される。この様式及び方法で最も密な接着結合部が、カバー要素１６と支持体１１との間で保証されている。
【００２７】
またこの位置においても原則的に選択的な結合技術を、接着のために使用することができる。
【００２８】
カバー要素１６は、この実施例においては、更にまた尚検出ユニット１４の領域内でもフレキシブルな帯状導体と結合されており、その際結合部はまた、平坦な接着結合部として形成されており、符号１８ｅで、図１においては、この位置において必要な接着剤層が指示される。
ここでもまた、基本的に他の結合技術も使用可能である。
【００２９】
前もって説明した、異なる接着結合部のために、特にエポキシ樹脂ベースの接着剤材料が使用される。この場合特に、機械的かつ化学的影響に対するその安定性が、適当な接着剤材料の選択のために重要である。
【００３０】
本質的な別の措置として、本発明による走査ユニット１０においては、凹部１２内に残留する、カバー要素１６の下の自由な領域を充填材１９で埋めることが行なわれている。充填材１９としては、カバー要素１６と支持体１１との間の空間を埋め、埋めた後で硬化するキャスティングコンパウンドが選択される。この場合充填材１９の充填は、支持体１１内の孔１３を介して行なわれ、この孔を経て接続導線１５も案内される。この実施例においては、充填材１９が、孔１３もしくは通路の領域も埋める。この様式及び方法で、走査ユニット１０内の接続導線１５も機械的な負荷の前に保護される。
【００３１】
充填材１９としては、特に、支持体１１及び検出ユニット１４の熱膨張率と少なくとも同じ熱膨張率を有する低粘性のキャスティングコンパウンドが選択される。これにより、偶発的な温度変化によって引き起こされる、走査ユニット１０の内部の熱を条件とする応力を阻止することができる。その他適当なキャスティングコンパウンドの選択においては、硬化する際収縮する材料が選択される場合に有利であることが実証されている。この様式及び方法で、カバー要素１６もしくは金属箔と、検出ユニット１４との間の特に緊密な接触が保証される。加えてこの材料選択は、検出要素１４．２からの金属箔の偶発的な持ち上がりを阻止することができることを保証する。
【００３２】
図３においては、特に検出ユニット１４を有する走査ユニット１０の領域を示す、図１による拡大された部分図が図示されている。この場合支持体１１上には、接着層１８ｆの上に検出ユニット１４の支持基礎部１４．１が設けられており、この支持基礎部の上には、検出要素１４．２が磁気抵抗性の薄い層の形態で存在する。検出要素１４．２は、フレキシブルな帯状導体として形成された接続導線１５と、この実施例においては測定方向ｘに間隔を置いた接点１５．１，１５．２の２つのグループの上で伝導するように結合され、従って認めることができない別の接点が、図面に対して垂直に延在する。更に図示された実施例においては、接続導線１５もしくはフレキシブルな帯状導体と、検出ユニット１４もしくは検出要素１４．２を有する薄い層との間に、フレキシブルな帯状導体を平坦に固定するための別の接着層１８ｇが設けられている。接続導線１５もしくはフレキシブルな帯状導体の上には、最後に別の接着層１８ｈが設けられており、この接着層によって、この上に設けられたカバー要素１６、即ち薄い金属箔との結合が形成される。
【００３３】
図示された例に対しては選択的に、基本的に固定部も、両方の接着層１８ｇ，１８ｈにより省略することができる。
【００３４】
当然本発明による考慮の枠内では、選択的な走査ユニットの実施形も実現可能である。
【００３５】
図４及び５においては、部分的に組み立てられた状態の本発明による走査ユニットの別の実施可能性の平面図が図示されている。
【００３６】
図４において認めることのできる走査ユニット１１０は、同様に長方形の凹部１１２を、安定した支持体１１１内に備え、この凹部内には、例えば検出ユニット１１４が設けられている。検出ユニットに隣接して長方形の孔１１３が認めることができ、この孔を経て、接触された状態で電気接続導線が案内される。上述の例とは違い凹部１１２においては、もはや、測定方向に間隔を置いた、長方形の横断面を有する２つの支持要素しか設けられておらず、これに対して支持要素１１７としては、いまや、検出ユニット１１４を完全に取り囲む、凹部１１２内で取り巻く隆起部が使用される。支持要素１１７のうえにはまた、図４においては認めることができないカバー要素、例えば金属箔が載置されている。
その他別の基本的な構造は、前の実施例の構造と一致する。
【００３７】
また最初の例に似ている本発明による走査ユニットの別形２１０は、図５においては部分的に組み立てられた状態で示されている。支持要素２１１の凹部２１２内には、最初の実施例に類似して、両方の支持要素２１７ａ，２１７ｂが設けられている。支持要素２１７ａ，２１７ｂの間には、検出ユニット２１４が配置され、その際正確な位置取りのため同一の３つの組み立てストッパ２３０ａ，２３０ｂ及び２３０ｃが、凹部２１２内に設けられている。この例においては互いに直角に設けられた組み立てストッパ２３０ａ〜２３０ｃにより、検出ユニットが自動的に正確な位置に位置取りすることができ、引き続き固定並びに接触することができる。検出ユニットが、ほぼ、組み立ての際に右上から左下の方向に移動されることにより、同一の所望の位置に正確に位置取りすることを保証することができる。
【００３８】
詳細には図示されてない別の実施別形においては、ほぼ支持体内で更に多くの孔もしくは通路が設けられており、これらを経て充填材が、走査ユニットの内部空間へと充填される。
【００３９】
その他選択的な接触部別形も、検出ユニットのために可能である。検出ユニットの接触部のためにフレキシブルな帯状導体を使用する代わりに、例えば通常の結合導線も使用することができる。選択的な接触部が図１及び２における例に対して使用される際、検出ユニットの検出要素とカバー要素との間に、この領域における偶発的な電気的な過緊張（Ｕｅｂｅｒｓｐａｎｎｕｎｇｅｎ）に対するのと同様に、機械的な影響に対して敏感な検出要素を保護する、付加的な保護層が設けられる場合は有利であると実証されている。上記の例におけるこのような保護層が、フレキシブルな帯状導体によって形成される一方で、他の接触部の場合は、適当な保護ラッカーもしくは適当な保護箔も使用することができる。
【００４０】
更に同様に、検出ユニットを場合によってはその背面から接続すること、また接続導線を支持体内の相応の孔を経て外へと案内することが可能である。
【００４１】
使用する場合に応じて説明した実施例は、従って本発明による考慮の枠内で適合するように変更することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明により、その検出ユニットが、確実に機械的な影響に対して保護されている、特に磁気による位置測定装置のための走査ユニットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】走査された磁気測定部と結合している本発明による走査ユニットの実施形の概略図を示す。
【図２】部分的に組み立てられた状態の図１による走査ユニットの平面図を示す。
【図３】図１による走査ユニットの拡大部分図を示す。
【図４】部分的に組み立てられた状態の本発明による走査ユニットの１つの選択的な実施形の平面図を示す。
【図５】部分的に組み立てられた状態の本発明による走査ユニットの別の選択的な実施形の平面図を示す。
【符号の説明】
１０ 走査ユニット
１１ 支持体
１２ 凹部
１３ 孔
１４ 検出ユニット
１４．１ 支持基礎部
１４．２ 検出要素
１５ 接続導線
１５．１，１５．２ 接点
１６ カバー要素
１７ａ，１７ｂ 支持要素
１８ａ，１８ｂ 接着剤層
１８ｅ 接着結合部
１８ｆ〜１８ｈ 接着層
１９ 充填材
２０ 磁気測定部
２１，２２ 異なる磁化の部分領域
１１０ 走査ユニット
１１１ 支持体
１１２ 凹部
１１３ 孔
１１４ 検出ユニット
１１７ 支持要素
２１０ 走査ユニット
２１１ 支持要素
２１２ 凹部
２１４ 検出ユニット
２１７ａ，２１７ｂ 支持要素
２３０ａ〜２３０ｃ 組み立てストッパ

Claims (15)

1. 少なくとも１つの凹部（１２；１１２；２１２）並びにこの凹部（１２；１１２；２１２）の領域内の少なくとも１つの孔（１３；１１３）を備える安定した支持体（１１；１１１；２１１）と、
   １つ又は複数の検出要素（１４．２）を有し、凹部（１２；１１２；２１２）の底部に固定され、少なくとも１つの孔（１３；１１３；２１３）を経て案内されている電気接続導線（１５）を介して接触可能である検出ユニット（１４；１１４；２１４）と、
   凹部（１２；１１２；２１２）の上に設けられており、この凹部を完全に覆うカバー要素（１６）と、並びに
   少なくとも、カバー要素（１６）の下の検出ユニット（１４；１１４；２１４）の側面の周囲に残留する凹部（１２；１１２；２１２）の自由な領域を埋める充填材（１９）と
   から成り、
   カバー要素（１６）が、薄く抵抗力のある非磁性の金属箔として形成されており、
   充填材（１９）として、硬化する際に収縮する低粘性のキャスティングコンパウンドが使用されており、これにより、キャスティングコンパウンドが硬化した後、検出要素（１４．２）に密着する平坦な金属箔の配置が得られる、
   磁気による位置測定装置のための走査ユニット。
2. 凹部（１２；１１２；２１２）の領域内に、１つ又は複数の支持要素（１７ａ，１７ｂ；１１７；２１７ａ，２１７ｂ）が設けられており、これらの支持要素の上にカバー要素（１６）が載置されていることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。
3. カバー要素（１６）が、支持要素（１７ａ，１７ｂ；１１７；２１７ａ，２１７ｂ）と結合されていることを特徴とする請求項２に記載の走査ユニット。
4. カバー要素（１６）が、支持要素（１７ａ，１７ｂ）と接着されていることを特徴とする請求項３に記載の走査ユニット。
5. 支持要素が凹部の高さよりも大きな高さを備え、また検出ユニットが、その表面が凹部から突出するように凹部内に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の走査ユニット。
6. カバー要素（１６）が、その縁部領域内で支持体（１１）と接着されていることを特徴とする請求項４に記載の走査ユニット。
7. 電気接続導線（１５）が、フレキシブルな帯状導体として形成されており、フレキシブルな帯状導体が、平坦に、カバー（１６）の方向に向けられている検出ユニット（１４）の面の上に載置されていることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。
8. フレキシブルな帯状導体と検出ユニット（１４）との間に、接点（１５．１，１５．２）の間隔をおいた２つのグループが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の走査ユニット。
9. フレキシブルな帯状導体が、検出ユニット（１４）と平坦に接着されていることを特徴とする請求項７に記載の走査ユニット。
10. カバー要素（１６）が、検出ユニット（１４）の領域内でフレキシブルな帯状導体と接着されていることを特徴とする請求項７に記載の走査ユニット。
11. 検出要素とカバー要素との間に、保護層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。
12. 金属箔のための材料として、非結晶のニッケル−鉄合金が使用されていることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。
13. 充填材（１９）が、支持体（１１；１１１；２１１）内の孔（１３；１１３）も埋めるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。
14. 充填材（１９）が、支持体（１１；１１１；２１１）及び検出ユニット（１４；１１４；２１４）の熱膨張率と少なくとも同じ熱膨張率を備えることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。
15. 支持体（１１；１１１；２１１）の材料としてアルミニウムが使用されていることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。

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