CN102889871B - 长度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封装的长度测量装置，在所述长度测量装置中在空心型材（4）内部保护地布置标尺（3）。设置固定元件（10）以形成基准点，所述固定元件一方面将所述标尺（3）位置固定地固定在其上并且另一方面所述固定元件可以位置固定地固定在待测量的物体（1）上。此外，所述固定元件（10）具有至少一个长度补偿元件，所述固定元件（10）通过所述长度补偿元件在测量方向X上可以移动地固定在所述空心型材（4）上。所述至少一个长度补偿元件优选以固体铰链结构（131，132，133，134）的形式构造，所述固体铰链结构仅仅允许在测量方向X上的补偿运动。

Description

长度测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量两个可以相对地相互移动的物体的位置的长度测量装置。将标尺在测量方向上延伸地布置在所述长度测量装置的空心型材内部以保护所述标尺。这种长度测量装置用于测量长度、距离或者说位置，并且特别地在加工机床上使用以测量刀具关于待加工工件的相对运动，在坐标测量机上使用并且也更多地在半导体工业中使用。

背景技术

通常要求所述长度测量装置构造成用于测量特别长的、超过数米的距离。这样的长度测量装置例如在文献DE 43 18 017 A1中进行了描述。所述长度测量装置在此由多个以在测量方向上串联地布置的空心型材的形式存在的部件组成。标尺以卷尺的形式在所述空心型材的沟槽中在所有空心型材上延伸，并且通过固定元件在所述测量区域内夹紧在所述空心型材之一上。所述空心型材再借助螺纹紧固件位置固定地固定在待测量的物体上。此外，所述空心型材在端侧上通过弹性的密封件与紧邻的空心体相连接，这产生一定程度的机械的脱耦。所述卷尺在其端部上借助张紧装置在所述卷尺的长度上张紧并且借助所述在两端上的张紧装置位置固定地固定在待测量的物体上。

在此不利的是，所述端侧的密封件一方面必须相互可靠地密封所述空心型材并且另一方面必须实现机械的脱耦。所述密封件因此引起相对大的反作用力作用到所述固定元件上，这对测量精度产生不利影响。

发明内容

因此，本发明的任务在于，创造一种良好操作的并且稳定的长度测量装置，所述长度测量装置具有高测量精度。

为此，本发明提出一种用于测量在测量方向X上的两个能够相对地相互移动的物体的位置的长度测量装置，其具有空心型材；标尺，所述标尺布置在所述空心型材的内部；固定元件，所述固定元件具有第一部段，所述第一部段为此设计，以便一方面将所述标尺在测量方向X上位置固定地固定在所述第一部段上，并且另一方面将所述第一部段在测量方向X上位置固定地固定在待测量的物体之一上，其中，所述固定元件具有至少一个第二部段，所述固定元件利用所述第二部段固定在所述空心型材上，并且其中，在所述固定元件的第一部段和第二部段之间设置至少一个长度补偿元件，所述长度补偿元件为此构造，以便实现所述第一部段相对于所述第二部段在测量方向X上的移动。

此外，本发明还包括有利的设计方案。

根据本发明，所述用于测量两个可以相对地相互移动的物体的位置的长度测量装置具有空心型材，标尺布置到所述空心型材的内腔中。此外，所述长度测量装置包括固定元件，所述固定元件具有第一部段，所述第一部段为此设计，以便一方面将所述标尺位置固定地固定在所述第一部段上，并且另一方面将所述第一部段位置固定地固定在所述待测量的物体之一上。此外，所述固定元件具有至少一个第二部段，所述固定元件利用所述第二部段固定在所述空心型材上。在所述固定元件的第一部段和第二部段之间设置至少一个长度补偿元件，所述长度补偿元件为此构造，以便实现所述第一部段相对于所述第二部段在测量方向上的运动。

所述至少一个长度补偿元件有利地是固体铰链结构。这种固体铰链的每一个允许通过弯曲在所述第一部段和所述第二部段之间相对运动并且以减小的抗弯刚度构造成在所述第一与所述第二部段之间的连接区域。

所述第一部段在所述待测量的物体上的牢固固定的位置形成所述长度测量装置相对待测量的物体的在测量方向上的基准点。位置固定在此意味着，在测量方向X上的不可移动的固定。

通过本发明保证了所述固定元件从所述空心型材中脱耦，从而不会在所述固定元件上产生反作用力。因此实现所述位置测量的高测量精度，特别是可重复性以及所述基准点的良好的热稳定性。

所述空心型材连同所述固定元件一起操作，这简化了在所述待测量的物体上的装配。

所述空心型材的材料通常由例如铝的材料组成，所述空心型材的材料具有比所述固定元件的材料更大的热膨胀系数。钢或者所谓的零膨胀材料、如INVAR适合作为所述固定元件的材料。所述空心型材由热决定的膨胀性通过本发明得到保证，而来自所述空心型材的不容许的力不会作用到所述固定元件上进而作用到所述基准点上，通过所述不容许的力可能对所述长度测量装置的精度产生不利的影响。

按本发明的固定元件集成到空心型材中并且可以与所述空心型材一起简单地操作。下述情况也是特别有利的，即当所述长度测量装置包括多个在测量方向上串联布置的空心型材时，所述空心型材在其连接位置上分别借助弹性的密封件密封，并且所述标尺在多个空心型材上延伸，其中所述空心型材之一具有所述固定元件。所述端侧的密封部以及机械的脱耦部的功能被分开并且因此可以分别单个地优化设计所述密封件以及所述具有集成的脱耦部的固定元件。

所述标尺优选在其整个长度上在测量方向上仅仅位置固定地固定在所述固定元件上，并且在其它情况下，也就是说在所述固定元件的两侧延伸地、相对于所述多个空心型材以及相对于所述待测量的物体可以纵向移动地布置。所述纵向可移动性可以通过所述标尺在所述空心型材上的简单的支承来实现，其中在所述标尺与所述空心型材之间的摩擦可以通过附加措施、例如通过弹性的中间层来减小。

特别是如此构造所述至少一个长度补偿元件，从而所述长度补偿元件仅仅在测量方向上允许所述第一部段相对于所述第二部段的运动并且阻止在所有其它方向上、也就是在其余的五个自由度中的移动，由此保证了所述长度测量装置的高的抗振性。所述至少一个长度补偿元件可以构造成低摩擦的线性导向部。特别有利的是所述至少一个长度补偿元件是固体铰链的结构。所述固体铰链各具有一个垂直于所述测量方向延伸的连接片，所述连接片在所述第一部段和所述第二部段之间延伸。所述连接片以一个端部连接在所述固定元件的第一部段上并且在所述第二个端部上与所述固定元件的第二部段相连接，特别是在所述固定元件上一体地成形。所述连接片仅仅在测量方向上可以偏移。

正如在接下来描述的实施例中详细阐述的一样，当所述标尺借助第一导向部在所述空心型材中在测量方向上被引导时，这是特别有利的。所述第一导向部优选是引入到所述空心型材中的沟槽，所述标尺在测量方向上低摩擦地可移动地支承在所述沟槽中。所述第一导向部特别地为此设计，以便所述标尺在所述其余的五个自由度中固定。

第二导向部在测量方向上形成至少一个长度补偿元件。所述第二导向部在测量方向上在所述固定元件上引导所述空心型材。所述第二导向部也特别地为此设计，以便所述空心型材在所述其余的五个自由度中固定。

所述标尺优选可以在所述固定元件上在每个任意的位置上固定并且所述固定部此外优选可以再次彻底地脱开。对此所述固定元件的第一部段特别地为此设计，以便所述标尺通过夹紧部位置固定地固定在所述第一部段上。所述夹紧部具有如下优点，即所述标尺在所述固定元件需要时可以脱开。所述夹紧机构可以从外面进入并且可以激活。

所述第一部段优选具有横向于所述测量方向的相互间隔距离地布置的支承部以利用其下侧面支承所述标尺，其中所述标尺自由放置在所述两个支承部之间。此外，所述第一部段具有两个横向于所述测量方向X的相互间隔距离地布置的支座，所述支座在夹紧时与所述标尺的上侧面接触并且将所述标尺夹紧在所述支承部与所述支座之间。以在边缘上包围所述标尺的折边的形式构造所述支座，所述支座释放了所述标尺的测量分度装置以进行探测。

为了将所述第一部段位置固定地固定在待测量的物体上，所述第一部段例如具有用于容纳螺纹紧固件的孔，所述螺纹紧固件在所述第一部段位置固定地固定时与所述待测量的物体通过以下方式相关联，即所述螺纹紧固件例如在那里旋入。

所述第二部段可以包括两个在测量方向X上相互间隔距离地布置的部分部段，其中在所述两个部分部段之一和所述第一部段之间分别设置长度补偿元件、特别是以至少一个固体铰链的形式存在的长度补偿元件。每个部分部段通过螺纹紧固件固定在所述空心型材上。

所述标尺优选是卷尺，所述卷尺、特别是钢卷尺纵向稳定但是可以弯曲。

附图说明

根据实施例对本发明进行详细阐释。附图示出：

图1是在已安装状态下的长度测量装置的视图；

图2是所述长度测量装置的空心型材的第一视图；

图3是不具有标尺的空心型材的第二视图；

图4是具有标尺的空心型材的第二视图；

图5是所述空心型材的固定元件的第一视图；

图6是所述空心型材的固定元件的第二视图；

图7是所述空心型材的固定元件的第三视图；并且

图8是固定元件的另一种设计方案。

具体实施方式

图1示出了用于测量两个可以相对地相互移动的物体1，2的位置的长度测量装置。所述长度测量装置是一种所谓的封装的系统，在所述长度测量装置上在空心型材4内部在测量方向X上延伸地布置标尺3(此处仅示意地示出)，并且探测所述标尺3的测量分度装置的探测头5同样保护地布置在所述空心型材4内部。所述探测头5在空心型材4中在测量方向X上通过下述方式被引导，即所述探测头例如借助滚轮支撑在所述空心型材4和/或所述标尺3上。所述空心型材4与所述两个待测量的物体之一的物体1相连接并且所述探测头5与所述两个待测量的物体的另一个物体2相连接。所述探测头5与所述待测量的物体2的连接以已知的方式通过剑形构造的夹子(Mitnehmer)来实现，所述夹子通过在测量方向X上延伸的开槽41向外引导。所述空心型材4的开槽41通过密封唇(所述密封唇出于清晰的原因未示出)密封，以便避免脏物和喷水渗入所述空心型材4的内部。

所述标尺3优选是柔韧的薄卷尺，所述卷尺在测量方向上纵向稳定但是可以弯曲，因此钢卷尺特别适合。所述标尺3在其上侧面上承载有可光电探测的测量分度装置，所述测量分度装置由探测头5以所谓的反射光方法进行探测，并且以其下侧面平放在以空心型材4的连接片42.1，42.2的形式存在的支承面上。所述空心型材4的沟槽43一方面形成用于所述标尺3支承面(例如所述连接片42.1，42.2)，并且另一方面有利地具有两侧的折边(Falze)44.1，44.2，所述折边形成对所述标尺3两侧的包围。所述沟槽43形成间隙，所述标尺3虽然可以在测量方向X上推入所述间隙中，但是其在横向于此的方向上仅仅具有可以忽略的隙部。在图2和图3中示出了未装入标尺3的沟槽43并且在图4中示出了已将标尺3推入到其中的沟槽43。

所述沟槽43形成所述空心型材的导向部，所述标尺在所述沟槽中在测量方向上可低摩擦地移动地支承。此外如此构造所述导向部，从而使得所述标尺3在剩下的五个自由度中固定。

在图1中示出了，如何构造用于测量较大的测量长度的长度测量装置。在所述待测量的物体1上在测量方向X上串联地布置多个空心型材4，40，400。每两个相邻的空心型材4，40，400之间的连接位置借助密封件6相互密封。在各个空心型材4，40，400装配在所述被测量的物体1上之后，所述标尺3被推入到或者说被拉入到所述空心型材4，40，400的沟槽43中。所述标尺3在此一体地在所有空心型材4，40，400上延伸。

所述空心型材4具有固定元件10，所述固定元件一方面构造用于形成所述标尺3相对于所述待测量的物体1的原点或者说基准点，并且另一方面在测量方向X上脱耦地安装在所述空心型材4上。为此所述固定元件10具有第一部段11，所述第一部段为此设计成，所述标尺3位置固定地固定在所述第一部段上。此外，所述第一部段11为此设计成，位置固定地固定在待测量的物体1上。由此从测量方向X上来看，所述标尺3在该位置上位置固定地固定在所述第一部段11上，在该位置上所述第一部段11也位置固定地固定在待测量的物体1上。

所述标尺3在所述第一部段11的两侧上相对所述空心型材4在测量方向X上延伸地布置，从而使得所述固定元件10位于所述测量区域内部。所述标尺3在其整个长度上仅仅通过所述固定元件10可以位置固定地固定在所述待测量的物体上。上述情况意味着所述标尺3在所述固定元件10的两侧上在其整个长度上一方面与所述空心型材4如此脱耦地安装，从而使得在所述标尺3和所述空心型材4之间的相对长度变化成为可能，并且另一方面所述标尺除了在基准点上也不与所述待测量的物体1位置固定地连接。所述标尺3的这种脱耦的布置可以通过所述标尺3在所述沟槽43的底板上的支承实现，其中在所述沟槽43的底板和所述标尺3之间可以附加地、例如以中间层的形式设置减少摩擦的机构。

所述标尺3在所述第一部段11上的位置固定的固定优选通过夹紧装置实现，其优点是所述固定可以脱开，从而使得所述标尺3在需要时可以从所述空心型材4中简单地移出。

在图5至7中以不同的视图示出了有利地设计的固定元件10的第一实施例。所述第一部段11具有夹紧机构110以在第一部段11上的位置固定的夹紧所述标尺3，所述标尺3可以利用所述夹紧机构夹紧在所述第一部段11上。所述夹紧机构110为此具有支承元件以利用其下侧面支承所述标尺3。所述支承元件如此具有两个横向于所述测量方向X相互间隔距离地布置的支承部111.1，111.2，从而使得所述标尺3只是平放在两个边缘上并且在中间不受束缚。此外，所述夹紧机构110具有两个支座(Widerlager)112.1，112.2，所述支座在夹紧时与所述标尺3的上侧面接触并且将所述标尺3夹紧在所述支承部111.1，111.2的表面与所述支座112.1，112.2之间。在示出的实施例中所述支座112.1，112.2包括两个折边，所述折边在夹紧时在两个边缘上与所述标尺3的上侧面接触。所述两条折边释放了所述标尺3的在两条折边之间延伸的测量分度装置，从而使得所述测量分度装置可以无障碍地由所述探测头5探测。

所述支承元件(在具有两个连接片形的支承部111.1，111.2的实施例中)在所述支座(在所述示例中两个连接片形的支座112.1，112.2)的方向上可以垂直于测量方向X移动。这种移动通过螺纹紧固件113实现。为了在安装时可以尽可能简单地将所述标尺3插入到所述支承部与所述支座之间，所述支承部可以借助螺纹紧固件114从所述支座中抽回。

为了夹紧所述标尺3也可以替代地将所述支座112.1，112.2构造成可以朝向所述支承111.1，111.2移动。

为了提高夹紧效果，也就是说提高静摩擦，优选例如通过喷砂(Sandstrahlen)或者蚀刻使得至少一个夹紧面变得粗糙。所述标尺3在所述第一部段11上的位置固定的固定可以附加地通过形状配合连接得到改善。

如此构成所述夹紧机构110，从而所述夹紧部可以脱开。为了激活所述夹紧部和使所述夹紧部失效，例如以一个或者多个螺纹紧固件113的形式存在的操作元件可以从外面进入并且可以横向于所述测量方向X进行操作。

正如特别是在图5中清楚地看到的一样，所述支承部111.1和111.2和/或所述支座112.1和112.2在其两个端部上具有导入斜面以轻松地导入所述标尺3。在所述支承部111.1，111.2与所述支座112.1，112.2之间分别构造的间隙在端侧上是最大的并且连续减小直到所述夹紧区域。

此外，所述固定元件10的第一部段11为此附加地构造，从而使得所述固定元件位置固定地固定在所述待测量的物体1上。为此所述第一部段11具有用于容纳螺纹紧固件116的孔115，所述螺纹紧固件在所述第一部段11位置固定地固定时与所述待测量的物体1相关联。

此外，所述固定元件10具有至少一个第二部段，所述固定元件利用所述固定元件固定在所述空心型材4上。在实施例中所述第二部段通过部分部段12.1和12.2形成。在所述空心型材4上的固定部如此实现，从而实现在所述第一部段11和所述第二部段12.1，12.2之间在测量方向X上的长度补偿。为此设置至少一个、特别是构造成固体铰链结构131，132，133，134的长度补偿元件，所述长度补偿元件实现所述第一部段11相对所述第二部段12.1，12.2在测量方向X上的移动。

优选如此构造所述固体铰链结构131，132，133，134，从而使得所述固体铰链结构仅仅允许所述第一部段11相对所述第二部段12.1，12.2在测量方向X上的相对移动并且阻止在所有其它方向上的移动。为此每个固体铰链131，132，133，134构造成连接片形的元件，所述连接片形的元件垂直于测量方向X延伸并且所述连接片形的元件仅仅可以在测量方向X上偏移。所述连接片形的元件阻止所述第一部段11相对所述第二部段12.1，12.2在所述连接片形的元件延伸的方向、也就是说在Y方向和Z方向上的移动(在图7中示出)。

所述固体铰链结构131，132，133，134例如在所述第一部段11的两侧是对称结构。所述第二部段为此包括两个在测量方向X上相互间隔距离地布置的部分部段12.1，12.2，其中在所述两个部分部段12.1，12.2之一与所述第一部段11之间分别布置至少一个固体铰链131，132，133，134。所述构造成连接片形的元件的固体铰链131，132，133，134分别从所述第一部段11出发并且垂直于所述测量方向X地延伸到所述第二部段(在实施例中至少延伸到所述两个部分部段12.1，12.2之一)，并且在测量方向X上可以类似钢板弹簧地偏移。所述第二部段在此以两个部分部段12.1，12.2的形式通过螺纹紧固件16.1，16.2固定在所述空心型材4上。为此，所述的两个部分部段12.1，12.2中的每一个分别具有孔15.1，15.2。

具有所述第一部段11和所述至少一个第二部段12.1，12.2的固定元件10以插入部件(Einsatzteil)的形式构造，所述固定元件可以从外面安装到所述空心型材4上。为此所述空心型材4具有可以从外面进入的开口，正如从图3中清楚地看到的一样，所述第一部段11的夹紧机构110通过所述开口插入到所述空心型材4的内腔中。所述空心型材4侧面的开口通过密封件14、特别是平面密封件密封，所述密封件布置在所述空心型材4的侧壁与所述固定元件10之间。所述密封件14特别是在图5和图6中示出。在测量方向X上观察，所述密封件14分别布置在所述第一部段11和所述固体铰链131，132，133，134之间。因为通过上述方式所述密封件14在测量方向X上不要求压缩，所以可以忽略在测量方向X上通过所述密封件引起的力导入。

在图8中示出了固定元件20的另一种设计方案。与前面阐述的固定元件10不同，所述支座以折边212.1，212.2的形式在未夹紧状态下、不平行于所述标尺3延伸，而是所述支座以其自由端部指向所述标尺3的方向(特别是构造成卷尺)。所述措施用于补偿在通过原来的夹紧操作进行力导入时的弯曲。所述标尺3的变形(横向于所述测量方向X的拱形部)通过上述方式避免，从而使得所述长度测量装置的测量精度通过所述夹紧操作未受到不利的影响。

如果期望高精度的位置测量，所述标尺的测量分度装置设计成可光电地探测的。所述测量分度装置也可以替代地设计成可以磁性地、电容地或者感应地探测的。

Claims (13)

1.用于测量在测量方向X上的两个能够相对地相互移动的物体(1，2)的位置的长度测量装置，其具有

空心型材(4)；

标尺(3)，所述标尺布置在所述空心型材(4)的内部；

固定元件(10，20)，所述固定元件具有第一部段(11)，所述第一部段为此设计，以便一方面将所述标尺(3)在测量方向X上位置固定地固定在所述第一部段上，并且另一方面将所述第一部段(11)在测量方向X上位置固定地固定在待测量的物体之一(1)上，其中，所述固定元件(10，20)具有至少一个第二部段(12.1，12.2)，所述固定元件利用所述第二部段固定在所述空心型材(4)上，并且其中，在所述固定元件(10，20)的第一部段(11)和第二部段(12.1，12.2)之间设置至少一个长度补偿元件(131，132，133，134)，所述长度补偿元件为此构造，以便实现所述第一部段(11)相对于所述第二部段(12.1，12.2)在测量方向X上的移动。

2.按权利要求1所述的长度测量装置，其特征在于，如此构造所述长度补偿元件(131，132，133，134)，从而所述长度补偿元件实现了所述第一部段(11)相对于所述第二部段(12.1，12.2)仅仅在测量方向X上的移动，并且阻止了在所有其它方向Y，Z上的移动。

3.按权利要求2所述的长度测量装置，其特征在于，所述长度补偿元件(131，132，133，134)是固体铰链的结构。

4.按权利要求3所述的长度测量装置，其特征在于，所述固体铰链各具有一个垂直于所述测量方向X延伸的可弯曲的连接片，所述连接片在所述第一部段(11)和所述第二部段(12.1，12.2)之间延伸。

5.按权利要求1－4中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述固定元件(10，20)的第一部段(11)为此设计，以便所述标尺(3)通过夹紧部位置固定地固定在所述第一部段(11)上。

6.按权利要求5所述的长度测量装置，其特征在于，所述第一部段(11)具有横向于所述测量方向X的相互间隔距离地布置的支承部(111.1，111.2)以利用其下侧面支承所述标尺(3)，并且所述第一部段(11)具有两个横向于所述测量方向X的相互间隔距离地布置的支座(112.1，112.2)，所述支座在夹紧时与所述标尺(3)的上侧面接触并且将所述标尺(3)夹紧在所述支承部(111.1，111.2)与所述支座(112.1，112.2)之间。

7.按权利要求1－4中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述第一部段(11)具有用于容纳螺纹紧固件(116)的孔(115)，所述螺纹紧固件在所述第一部段(11)位置固定 地固定时与所述待测量的物体(1，2)之一相关联。

8.按权利要求1－4中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述第二部段(12.1，12.2)包括两个在测量方向X上相互间隔距离地布置的部分部段，其中在两个部分部段之一与所述第一部段(11)之间分别布置至少一个长度补偿元件(131，132，133，134)。

9.按权利要求8所述的长度测量装置，其特征在于，所述部分部段的每一个借助螺纹紧固件(16.1，16.2)固定在所述空心型材(4)上。

10.按权利要求1－4中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述标尺(3)是卷尺。

11.按权利要求1－4中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述空心型材(4)具有在测量方向X上延伸的沟槽(43)，所述标尺(3)布置在所述沟槽中。

12.按权利要求1－4中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述长度测量装置包括多个在测量方向X上串联地布置的空心型材(4，40，400)，所述空心型材在其连接位置上分别借助弹性的密封件(6)密封，并且所述标尺(3)在多个空心型材(4，40，400)上延伸，其中所述空心型材(4，40，400)之一具有所述固定元件(10，20)。

13.按权利要求12所述的长度测量装置，其特征在于，所述标尺(3)在其整个长度上在测量方向X上仅仅位置固定地固定在所述固定元件(10，20)上，并且在其它情况下相对于所述多个空心型材(4，40，400)以及所述待测量的物体(1，2)能够纵向移动地布置。