CN101349534B - 长度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及长度测量装置。长度测量装置由一个布置在外壳(22)内的比例尺(20)和一个对比例尺(20)进行扫描的扫描车(10)组成。扫描车(10)在比例比(20)的两个相互垂直取向的面(201、202)上导向并通过磁力压紧到这两个面(201、202)上。在扫描车(10)中布置有永磁体(161、162)，且钢带(261、262)插入外壳(22)的槽(231、232)中，扫描车(10)压紧到比例尺(20)的面(201、202)上所用的磁力由永磁体(161、162)与钢带(261、262)的共同作用来产生。

Description

长度测量装置
技术领域
本发明涉及一种长度测量装置。
背景技术
这类例如在DE 28 10 341 C2进行了描述的长度测量装置用于测量长度以及间距，特别是在加工机床的情况下用坐标测量仪测量刀具相对于被加工工件的相对运动，而且这类长度测量装置也扩大到用于半导体工业。
作为整体量具使用一种带测量分度的比例尺，这种比例尺为防止环境影响而安置在一个在测量方向延伸的外壳中。为简便和经济起见，该外壳用非磁性材料尤指铝的挤压型材制成。增量或绝对编码的测量分度在位置测量时用扫描车扫描。为此，该扫描车在比例尺的两个相互垂直延伸的导向面上在测量方向纵向导向并压到这两个导向面上。这种导向是适用的，因为保证了在整个测量长度上在扫描车-尤指扫描盘-和比例尺之间保持恒定的扫描间距，从而保证了扫描信号的良好质量。扫描车的导向可从被测物体的导向分开，即在被测物体和扫描车之间设置一个带连接器的锁扣，该连接器在测量方向内刚性连接到扫描车上并垂直于测量方向柔性连接到锁扣上。扫描车的压紧即在比例尺的两个相互垂直的导面面上产生压紧力在现有技术中是通过弹簧臂(DE 23 49 944 A1)或通过多个压紧弹簧来实现的，其中每个导向面都配置一个自己的弹簧(DE 28 10 341 C2)来把其压紧力作用到相应的导向面上。这些相互垂直取向的弹簧通常布置在扫描车和锁扣之间，这就导致了扫描车和锁和之间的距离对压紧力产生影响。所以必须选用特别小的附件公差。
对长度测量装置的要求越来越高：不断要求位置测量的更高的分辨率以及更高的精度和可重复性；同时应具有紧凑的机械结构和低廉的制造成本。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种具有高测量精度和低制造成本的长度测量装置。
根据本发明，为了实现上述目的，本发明提出一种测量两个物体的相对位置用的长度测量装置，包括：一个用非磁性材料制成的在测量方向X内伸展的外壳、一个置于外壳内的比例尺、一个用于比例尺的测量分度扫描的扫描车，其中扫描车在测量方向X及其垂直方向分别刚性和柔性连接到一个锁扣上，该锁扣可固定在两个物体中的一个物体上，扫描车在比例尺的两个相互垂直延伸的导向面上进行纵向导向运动并压紧在这两个导向面上，其特征为，压紧力通过扫描车的至少一个第一元件和一个设置在非磁性外壳上的第二元件之间的磁力来产生。
这些要求需要带保护安置比例尺的全封闭的长度测量装置才能满足。高的分辨率是越来越小的并在整个测量长度上应保持恒定的扫描距离所必须的。这是通过在比例尺上扫描车的导向来实现的。其中，为了扫描车的无干扰的精确的导向，扫描车通过一个只在测量方向刚性连接到扫描车上的连接器连接在锁扣上。该连接器可在全部其他方向内实现锁扣的运动而对测量方向内的扫描车的精确导向和运动没有反作用。为了精确的直线导向，扫描车在比例尺的两个相互垂直延伸的导向面上进行导向运动并压紧在该导向面上，其中压紧力是通过扫描车的至少第一个元件和一个设置在非磁性外壳上的第二元件之间的磁力来产生的。
本发明可实现长度测量装置的紧凑的结构，同时也可达到高的测量精度和可重复的位置测量。
对本发明提出的测量装置来说，用来把扫描车压紧到比例尺上的压紧力是与附件无关的，即扫描车和锁扣之间的距离不影响压紧力。
扫描车在比例尺上的导向保证了与测量分度的精确的平行导向，因为比例尺的表面是对准测量分度的。
附图说明
下面借助一个实施例来详细说明本发明。
附图表示：
图1垂直于测量方向的长度测量装置的部分剖面图；
图2带图1长度测量装置的外壳的一部分的扫描车的透视图。
具体实施方式
本发明以一个光学长度测量装置为例来进行说明，用该装置可测量在测量方向X内的两个相互移动的物体1和2的相对位置。一个特别是用玻璃制成的比例尺20由一个可相对于比例尺20在测量方向X运动的扫描车10进行扫描。比例尺20具有测量分度21，该测量分度由扫描车10以透射光方式进行扫描。为此，扫描车10配有一个照明装置11，该照明装置发射光束，该光束通过比例尺20延伸并最终射到扫描车10的光敏扫描传感器12上，其中，光束根据比例尺20上的测量分度的位置进行调制。
比例尺20布置在一个外壳22内，而该外壳则固定在被测物体2例如加工机床的床身上。比例尺20按熟知的方式例如通过粘接或夹紧与外壳22连接。外壳22具有一个在其纵向内沿测量方向X延伸的缝隙，该缝隙用斜屋顶状的密封唇密封，锁扣13用一个剑形的中段穿过它扣紧。锁扣13有一个安装区131，锁扣借助该安装区可固定在相对于床身2移动的物体1例如加工机床的刀架上。
连接器14布置在扫描车10和锁扣13之间，它把扫描车10在测量方向X和在与其垂直的方向内分别刚性和柔性连接到锁扣13上。通过这一措施，锁扣13的错误取向不传递到扫描车10上。连接器14只示意示出，它以熟知的方式例如按EP 0 7 733 882 B1作为球窝接头构成，在这种连接器中，用铁磁材料制成的球通过磁力夹持和保持在锁扣13的一个垂直于测量方向延伸的表面和扫描车10的一个垂直于测量方向延伸的表面之间。
为了沿着比例尺20的精确的平行导向，扫描车10在该比例尺上进行导向运动。为此，扫描车10通过导向辊151至155支撑在比例尺20的两个相互垂直取向的表面201、202上。这两个表面之一是带有测量分度21的表面201，而另一个则是与之垂直延伸的比例尺20的窄边202。导向件可以是滑动件，但尤以滚珠支承的辊151至155为宜。
扫描车10通过磁性元件161和261以及162和262的共同作用压紧到比例尺20的表面201、202上。这个压紧力通过在扫描车10的至少一个第一元件161、162和至少一个设置在外壳22上的第二元件261、262之间的磁力来产生。磁性材料的概念定义为一种具有铁磁性或永磁性的材料。特别是其中的第一元件161、162为永磁体，而第二元件261、262则为安装在外壳22上的用铁磁材料制成的元件。永磁体161、162尤宜用钕铁硼(NdFeB)制成。
外壳22用非磁性材料尤其是用铝挤压型材制成。其优点是，在型材22上可一体成型各种功能元件，例如被测物体2的附件、比例尺20的支座或夹具以及密封唇的夹具而无须附加费用。本发明利用了这种可能性，在外壳22内一体成型了用于嵌入钢带261、262的槽231、232。钢带261、262用铁素体钢制成。
扫描车10用导向件尤其是用多个滚珠支承和辊151、152、153支撑在表面201上。扫描车10压到这个表面201上的压紧力FZ垂直于该表面201取向并由扫描车10中固定的磁体161与嵌入槽231中的钢带261的共同作用来产生。钢带261在测量方向X内平行于表面201延伸并位于磁体161对面，即相距大约0.8毫米的距离。压紧力FZ大约为2.3牛。
扫描车10用导向件尤其是用多个滚珠支承的辊154和155垂直支撑在表面202上。扫描车压到这个表面202上的压紧力Fy垂直于这个表面202取向并由扫描车10内固定的磁件162和插入槽232中的钢带262的共同作用来产生。钢带262在测量方向X内平行于表面202延伸并位于磁体162对面，即相距大约0.8毫米的距离。压紧力Fy约为1.8牛。
两个辊154和155对称于磁体162布置，而两个辊151和153则对称于磁体161布置，其中，辊152布置在磁体161的X位置，这相当于图1示出的截面位置。辊151至155的空间布置和由磁力产生的压紧力Fy和Fz是这样设计的，即在单辊151和155上产生的力至少接近相等例如大约0.8牛。此外，由磁力产生的压紧力Fy，Fz是这样定位和设计的，即从中产生的合力Fr至少接近通过扫描车10的重心S。
磁体161、162的尺寸和磁强以及离相应钢带261、262的距离是这样选择的，即在距离变化时，磁力尽可能少变化。也就是说，距离应位于磁力-距离特性曲线的尽可能平缓的区域内。
磁体161、162以特别有利的方式固定在扫描车10的盒形凹座17中。如图1截面图中以磁体162为例示出那样，凹座17是这样设计的，磁体162可插入凹座17中并把磁体162锁定。磁体162在插入状态下由簧片18的凸部181夹持着，所以磁体162被锁定在凹座17内。
在详细说明的例子中，扫描车10的第一元件是至少一个永磁体161、162，且永磁体161和永磁体162的压紧力分别为Fy和Fz。而第二元件则是嵌入槽231、232中的两条钢带261、262。另一种可供选择的方案是，钢带261、262也可粘接在外壳22的里边。还有一种方案是，可用磁带即用带形的永磁体代替钢带261、262，并将它们嵌入外壳的槽中或粘接在外壳上，且所需的压紧力用扫描车的永磁体或铁磁元件来产生。
本发明不局限于光学扫描原理。比例尺的扫描也可是电容式的、磁性的或电感式的。对此必须相应地设计测量分度和扫描传感器。

Claims (12)

1.测量两个物体的相对位置用的长度测量装置，包括：
-一个用非磁性材料制成的在测量方向X内纵向伸展的外壳；
-一个置于所述外壳内的比例尺；
-一个用于对于所述比例尺的测量分度进行扫描的扫描车，其中该扫描车在测量方向X上刚性地连接到一个锁扣上，并且在与该测量方向X相垂直的方向上柔性地连接到该锁扣上，该锁扣可固定在所述两个物体中的一个物体上，其中所述扫描车在所述比例尺的相互垂直延伸的第一导向面和第二导向面上沿着测量方向X进行纵向导向运动，并压紧在这两个导向面上，压紧力分别为Fy，Fz，其特征为，
-所述压紧力Fy，Fz分别通过所述扫描车的至少一个第一元件和一个设置在非磁性的所述外壳上的第二元件之间的磁力来产生。
2.按权利要求1的长度测量装置，其特征为，所述第二元件是至少一个用磁性材料制成的带。
3.按权利要求2的长度测量装置，其特征为，在外壳上设有至少一个槽，所述带插入该槽中。
4.按权利要求3的长度测量装置，其特征为，所述外壳是铝制挤压型材，在该型材上一体成型所述至少一个槽。
5.按权利要求2至4任一项的长度测量装置，其特征为，每一条带都平行于所述两个导向面之一地延伸。
6.按权利要求2至4任一项的长度测量装置，其特征为，所述带分别是钢带。
7.按权利要求1-4中任一项的长度测量装置，其特征为，所述扫描车通过多个导向元件在所述比例尺的所述导向面之中的每个导向面上进行导向。
8.按权利要求7的长度测量装置，其特征为，所述磁力是这样选择的，即在所述导向元件中的每个导向元件上作用大约相同的压紧力。
9.按权利要求1的长度测量装置，其特征为，所述至少一个第一元件是一个永磁体。
10.按权利要求9的长度测量装置，其特征为，在所述扫描车中设置有用于所述永磁体的凹座，该永磁体能够插入该凹座中并能够锁定。
11.按权利要求10的长度测量装置，其特征为，所述凹座具有一个带凸部的簧片，用以锁定所述永磁体。
12.按权利要求9的长度测量装置，其特征为：所述第二元件包括第一条钢带和第二条钢带，其中与所述比例尺的所述第一导向面平行的第一条钢带插入所述外壳的一个槽中，且该所述第一条钢带位于所述扫描车的第一永磁体的对面，磁力Fz以所述扫描车的压紧力的形式垂直作用到所述第一导向面上；与所述比例尺的所述第二导向面平行的第二条钢带插入所述外壳的另一个槽中，且该第二条钢带位于所述扫描车的第二永磁体的对面，磁力Fy以所述扫描车的压紧力的形式垂直地作用到第二导向面上。
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