DE3823992C2 - Benchmark for length measuring devices - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Maßstab für Längen meßeinrichtungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (DE 36 20 118 A1).The invention relates to a yardstick for lengths measuring devices according to the preamble of Claim 1 (DE 36 20 118 A1).
Bei dem bekannten Maßstab wird die Temperatur der Maßstäbe über seperate, an den Maßstäben befestigte Temperatur sensoren erfaßt und die tempera turbedingte Längenänderung der Maßstäbe rechnerisch berücksichtigt. Konstruktiv ist die Anbringung der Temperaturfühler so gelöst, daß diskrete Platinwider stände PT 100 in die Maßstabshalterung eingebaut wer den. Dies ist aber aus mehreren Gründen nachteilig. Denn da die Meßfühler nicht direkt am Ort des Interes ses nämlich in der Nähe der Maßstabsteilung selbst an gebracht werden und der Temperaturübergang vom Maßstab auf den Fühler nicht beliebig schnell bzw. aus reichend gut erfolgt, können durch diese Art der An bringung Meßfehler entstehen. Außerdem ist die Tempe raturleitfähigkeit der für Koordinatenmeßgeräte meist verwendeten Glasmaßstäbe relativ schlecht. Es können sich deshalb örtliche Temperaturgradienten im Maß stab ausbilden, die mit nur einem oder zwei Meßfühlern allein nicht erfaßt werden. Hierdurch entstehen insbe sondere bei langen Maßstäben Längenmeßfehler in nicht zu vernachlässigender Größenordnung.At the known scale, the temperature of standards above seperate, by the standards fixed temperature sensors and the tempera arithmetic change in length of the scales considered. The construction of the Temperature sensor so solved that discrete platinum resist stands PT 100 built into the scale bracket the. However, this is disadvantageous for several reasons. Because the sensors are not directly at the point of interest namely near the scale division itself be brought and the temperature transition from Scale on the feeler not as fast or off done well enough, this type of approach bring measurement errors arise. Also the tempe rature conductivity for coordinate measuring machines mostly used glass scales relatively bad. It can therefore local temperature gradients in the measure Train the rod with only one or two sensors alone cannot be grasped. This creates in particular Especially with long scales, length measurement errors in not negligible size.
Die DE 25 07 731 B2 zeigt Meßwiderstände für Widerstands thermometer, bei denen eine dünne metallische Widerstands schicht auf einem isolierenden Trägermaterial abgeschieden wird.DE 25 07 731 B2 shows Measuring resistors for resistance thermometer, where one thin metallic resistor layer on an insulating Base material deposited becomes.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Maßstab für Längenmeßgeräte mit Meßfühlern zur Erfassung der Temperatur des Maßstabs diese so auszugestalten bzw. anzubringen, daß die Maßstabs temperatur möglichst exakt erfaßt wird.It is the object of the present invention in a benchmark for linear encoders with probes to measure the temperature of the scale this way to design or attach that the scale temperature is recorded as precisely as possible.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out by the im Features specified claim 1 solved.
Hierdurch erreicht man, daß die Temperatur des Maßstabes exakt am Ort des Interesses gemessen wird. Außerdem erfolgt der Temperaturübergang vom Trägermaterial des Maßsta bes auf den Fühler direkt ohne jegliche Zwischenschal tung weiterer mehr oder minder schlecht leitender Ma terialien. Die Verbindung zwischen Maßstab und Fühler ist zudem dauerhaft sichergestellt.Achieved by this one that the temperature of the scale exactly at the place of interest is measured. In addition, the Temperature transition from the base material of the measure bes on the sensor directly without any intermediate scarf more or less poorly conducting measures materials. The connection between scale and feeler is also permanently ensured.
Die Sensoren als Metallfilmwider stände können vorzugsweise aufgedampft werden. Als Material kommen beispielsweise Chrom, Alumini um, Nickel oder Platin in Frage. Herkömmliche photo elektrisch ablesbare Maßstäbe bestehen aus Glas und besitzen eine aufgedampfte Teilung aus Chrom. Dieses Material eignet sich auch gut für den Sensor. The sensors resemble a metal film stands can preferably be evaporated. Chromium, aluminum, for example, come as the material um, nickel or platinum in question. Conventional photo Electrically readable scales are made of glass and have a vapor-deposited chrome partition. This Material is also suitable for the sensor.
Es kann zweckmäßig sein, mehrere Teilstriche der Maßstabsteilung elektrisch par allel oder in Reihe zu schalten. Durch diese Maßnahme können gewünschte Widerstandswerte für den Tempe ratursensor realisiert werden und kann insbesondere bei Parallelschaltung nachträglich eine Kalibrierung des Sensors einfach durch Unterbrechung der Zuleitung zu einzelnen Maßstabstrichen vorgenommen werden.It can be useful several graduation marks of the scale division electrically par to connect allel or in series. By this measure can set desired resistance values for the tempe temperature sensor can be realized and can be used in particular Parallel connection a calibration of the Simply by interrupting the supply line individual tick marks can be made.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispie len anhand der Fig. 1-3 der beigefügten Zeichnung. Die Figuren zeigen alle jeweils ein anderes Ausfüh rungsbeispiel eines Maßstabs mit integriertem Tempe ratursensor. Dargestellt sind jeweils Teilbereiche eines Maßstabs in Aufsicht auf die Maßstabsteilung.Further advantages of the invention will become apparent from the following description of Ausführungsbeispie len with reference to FIGS. 1-3 of the accompanying drawings. The figures each show a different exemplary embodiment of a scale with an integrated temperature sensor. Portions of a scale are shown in each case, with a view of the scale division.
Auf dem in Fig. 1 dargestellten Maßstab (11) gemäß einem Ausführungsbeispiel sind einzelne Stri che der Maßstabsteilung (12) selbst als Meßwiderstand verwendet. In der Regel sind die Teilungsstriche eines photoelektrischen Inkrementalmaßstabes, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wenige Mikrometer, z. B. 8 Mikro meter breit und bestehen aus einer Chromschicht von 0,1 Mikrometer Dicke. Bei einer Strichlänge von 12 mm besitzt ein solcher Maßstabsstrich einen Innenwider stand von etwa 2000 Ohm.On the scale ( 11 ) shown in Fig. 1 according to an embodiment, individual stri che of the scale division ( 12 ) itself are used as a measuring resistor. As a rule, the graduation marks of a photoelectric incremental scale, as shown in FIG. 1, are a few micrometers, e.g. B. 8 microns wide and consist of a chrome layer of 0.1 microns thick. With a line length of 12 mm, such a scale stroke has an internal resistance of about 2000 ohms.
Der Maßstabstrich (16) besitzt eine etwas größere Länge als die übrigen Maßstabsstriche und geht an bei den Enden in Kontaktfelder (15a und 15b) über, die jeweils an ein Leiterpaar (13a/14a) und (13b/14b) mit sehr viel höherer Schichtdicke angeschlossen sind. Da hier je Meßstelle zwei Leiterpaare verwendet sind, ist eine Temperaturmessung nach der sogenannten Vierlei termethode möglich. d. h. über die Leiter (13a/13b) wird dem Meßwiderstand (16) ein Konstantstrom zugeführt, während die beiden Leiter (14a/14b) zur Ableitung der am Meßwiderstand (16) abfallenden temperaturabhän gigen Spannung dienen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel mehre re Meßstellen auf der Oberfläche des Maßstabes reali siert. Die übrigen Meßstellen besitzen den gleichartigen Aufbau wie der vorstehend beschriebene Sensor und sind in der Fig. 1 mit (17) und (18) bezeichnet.The scale line ( 16 ) has a slightly longer length than the other scale lines and at the ends in contact fields ( 15 a and 15 b), each of a pair of conductors ( 13 a / 14 a) and ( 13 b / 14 b ) are connected with a much higher layer thickness. Since two pairs of conductors are used for each measuring point, temperature measurement using the so-called four-line method is possible. ie via the conductor ( 13 a / 13 b), the measuring resistor ( 16 ) is supplied with a constant current, while the two conductors ( 14 a / 14 b) are used to derive the temperature-dependent voltage dropping at the measuring resistor ( 16 ). As can be seen from Fig. 1, several re measuring points are realized on the surface of the scale in this embodiment. The other measuring points have the same structure as the sensor described above and are designated in Fig. 1 with ( 17 ) and ( 18 ).
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Maßstab (31) gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dienen auch wie der jeweils Striche der Maßstabsteilung selbst als Meß widerstand. Hier sind jedoch durch die zwei beidseitig der Maßstabsteilung (32) in Längsrichtung angeordne ten Kontaktfelder (35a und 35b) mehrere Maßstabsstri che elektrisch parallel geschaltet.In the scale ( 31 ) shown in Fig. 2 according to a further embodiment also serve as the respective lines of the scale division itself as a measuring resistance. Here, however, several scales are connected electrically in parallel by the two contact fields ( 35 a and 35 b) arranged in the longitudinal direction on both sides of the scale division ( 32 ).
Die Parallelschaltung von 20 Maßstabsstrichen aus Chrom erlaubt es z. B., den für Temperaturmessungen üblichen Widerstandswert von 100 Ohm zu erreichen. Die Abhängigkeit des Widerstandes von der Beschaf fenheit eines einzelnen Maßstabsstriches wird damit au ßerdem reduziert. Die Parallelschaltung ermöglicht es zusätzlich, den Gesamtwiderstand des aus den Maß stabsstrichen (36a-36i) gebildeten Sensors abzuglei chen, indem nachträglich einfach die elektrische Verbin dung einzelner Maßstabsstriche zu den Kontaktfeldern unterbrochen wird. Dies ist beispielsweise für den Maß stabsstrich (36i) an der mit dem Pfeil (37) gekennzeich neten Stelle geschehen. Ein Abgleich des Gesamtwider standes ist unter Umständen dann erforderlich, wenn nicht, nur Temperaturänderungen des Maßstabes, son dern dessen Temperatur absolut gemessen werden soll. Auch im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Kon taktfelder (35a und 35b) wieder an je zwei Leitungspaa re (33a/34a und 33b/34b) angeschlossen, um nach der Vierdrahtmethode messen zu können.The parallel connection of 20 scale marks made of chrome allows z. B. to reach the usual resistance value of 100 ohms for temperature measurements. The dependency of resistance on the nature of a single scale stroke is also reduced. The parallel connection also makes it possible to deduct the total resistance of the sensor formed from the scale lines ( 36 a- 36 i) by simply interrupting the electrical connection of individual scale lines to the contact fields. This is done, for example, for the scale ( 36 i) at the point marked with the arrow ( 37 ). A comparison of the total resistance may be necessary if not, only temperature changes of the scale, but whose temperature is to be measured absolutely. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the contact fields ( 35 a and 35 b) are again connected to two pairs of lines ( 33 a / 34 a and 33 b / 34 b) in order to be able to measure using the four-wire method.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bilden alle zwi schen den beiden mit (27a) und (27b) bezeichneten Stri che der Maßstabsteilung (22) zusammen mit zwei sich beidseitig der Teilung (22) auf dem Maßstab (21) in Längsrichtung erstreckenden Leiterbahnen (26a und 26b) den Meßwiderstand. Die Leiterbahnen (26a und 26b) sind über die Teilungsstriche (27a und 27b) elek trisch miteinander verbunden. Die beiden parallelen Leiterbahnen (26a, b) des Meßwiderstandes sind bei spielsweise über je 1000 Chromstriche der Maßstabstei lung (27) verbunden, die parallel geschaltet einen Ge samtwiderstand von 2 Ohm besitzen. Wenn jede Leiter bahn (26a, b) ebenfalls aus Chrom besteht und eine Brei te von 3,75 mm und eine Länge von 500 mm besitzt, beträgt ihr Widerstand ca. 200 Ohm. Der Gesamtwider stand des Netzwerks beträgt dann 101 Ohm und kann sehr einfach und hochgenau durch eine Unterbrechung einzelner Striche der Maßstabsteilung abgeglichen wer den, wie dies durch den Pfeil (28) angedeutet ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, all between the two with ( 27 a) and ( 27 b) designated stri surface of the scale division (22) together with two sides of the division ( 22 ) on the scale ( 21 ) extending in the longitudinal direction ( 26 a and 26 b) the measuring resistor. The conductor tracks ( 26 a and 26 b) are electrically connected to one another via the graduation marks ( 27 a and 27 b). The two parallel conductor tracks ( 26 a, b) of the measuring resistor are connected, for example, over 1000 chrome lines of scale scale ( 27 ), which have a total resistance of 2 ohms when connected in parallel. If each conductor track ( 26 a, b) is also made of chrome and has a width of 3.75 mm and a length of 500 mm, its resistance is approx. 200 ohms. The total resistance of the network is then 101 ohms and can be compared very easily and with high precision by interrupting individual lines of the scale division, as indicated by the arrow ( 28 ).
Da sich das so gebildete Widerstandsnetzwerk über einen relativ langen Bereich der Teilung (22) erstreckt, wird der Temperaturmeßwert in diesen Abschnitt des Maßstabs (21) integriert. Auch in diesem Ausführungs beispiel sind wieder Kontaktfelder (25a und 25b) vorge sehen, über die der Temperatursensor an die Zulei tungspaare (23a/24a und 23b/24b) angeschlossen ist.Since the resistance network formed in this way extends over a relatively long area of the division ( 22 ), the temperature measurement value is integrated into this section of the scale ( 21 ). Also in this embodiment example contact fields ( 25 a and 25 b) are provided via which the temperature sensor is connected to the supply line pairs ( 23 a / 24 a and 23 b / 24 b).
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- 1988-07-15 DE DE19883823992 patent/DE3823992C2/en not_active Expired - Fee Related
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