CN105509591A

CN105509591A - 位置测量机构

Info

Publication number: CN105509591A
Application number: CN201510654750.5A
Authority: CN
Inventors: P.菲舍尔
Original assignee: John Nei Si Heidenhain Doctor Co Ltd
Current assignee: John Nei Si Heidenhain Doctor Co Ltd; Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2035-10-12
Also published as: JP2016080689A; ES2618855T3; JP6100337B2; CN105509591B; EP3009806A1; EP3009806B1; US20160102958A1; US9835430B2

Abstract

本发明涉及一种位置测量机构，带有承载有标尺（40）的型材（10）并且带有相对于其沿着测量方向（X）能够运动的用于扫描所述标尺（40）的第一测量刻度（41）的扫描单元（20）。为了测量第一物体（100）相对于第二物体（200）的位置，扫描单元（20）装配在第二物体（200）处并且标尺（40）装配在第一物体（100）处。根据本发明，构造位置测量机构用于检测所述标尺（40）相对于第一物体（100）的偏移。为此，在型材（10）处设置第二扫描单元（30）并且所述标尺（40）在背侧具有能够由第二扫描单元（30）进行扫描的第二测量刻度（42）。

Description

位置测量机构

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的位置测量机构。

背景技术

这种位置测量机构尤其在加工机器中用于测量工具关于待加工的工件的相对位置、在坐标测量机中用于获得被测物体的位置和尺寸以及也在半导体工业中使用。在此，标尺（Maßstab）直接组装（anbauen）在第一物体处，例如驱动单元（例如线性马达）处或者标尺组装在通过驱动单元进行驱动的部件处。相对于运动的标尺，位置测量机构的扫描单元固定地布置在第二物体处，该第二物体的位置应该进行测量。

在位置测量中，要考虑到由温度引起的标尺相对于第一物体的偏移。为此，根据WO 2012/114168 A1，标尺的偏移在标尺的参考点处借助于测头（Taster）直接进行测量。为了检测参考点外标尺的温度引起的偏移，将温度传感器配属于标尺。在参考点外的位置处，标尺的温度引起的偏移能够由测量的温度和标尺材料的热膨胀系数求得。

发明内容

本发明的任务在于，说明一种位置测量机构，所述位置测量机构紧凑地进行构造并且利用所述位置测量机构能够尽可能精确地求得标尺的温度引起的偏移，即标尺的线膨胀。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1所述的特征的位置测量机构得到解决。

所述位置测量机构包括第一组合件和第二组合件，其中，所述第一组合件具有型材，所述型材承载有带有第一测量刻度的标尺，并且所述第二组合件包括第一扫描单元，并且为了测量第一物体相对于第二物体的位置，所述第一组合件能够安装在待测量的第一物体处并且所述第二组合件能够安装在待测量的第二物体处并且所述第一扫描单元能够沿着沿着测量方向的移动路径移动并且在此扫描标尺的第一测量刻度，所述标尺具有第二测量刻度，并且在所述型材处布置至少一个第二扫描单元，利用该第二扫描单元能够扫描第二测量刻度并且为了测量所述标尺相对于第一物体的偏移，如此布置第二扫描单元，从而实现所述第一扫描单元沿着移动路径与第二扫描单元垂直于测量方向间隔地、无碰撞地移动。

本发明在用于较长的测量长度的位置测量机构中能够尤其有利地使用。在该情况下，在型材处设置多个沿着测量方向相互间隔的第二扫描单元。

有利的是，所述第二扫描单元沿着测量方向弹性挠性地与所述型材进行连接并且所述第二扫描单元如此进行构造，使得所述第二扫描单元在第一物体处通过以下方式能够固定地进行固定，即所述第二扫描单元具有例如用于拧紧在第一物体处的孔。通过该措施，在位置测量机构的测量运行期间，标尺相对于第一物体的偏移能够在不影响型材的情况下进行测量。第二扫描单元与型材之间的弹性的连接能够借助于沿着测量方向能够偏移的固体关节实现。

所述第二扫描单元的特别节省空间的和受到保护的布置通过以下方式得到确保，即所述型材具有凹槽，在所述凹槽中装入所述第二扫描单元。

所述型材优选是空心型材，所述标尺布置在所述空心型材的内腔中并且该内腔形成第一扫描单元的移动路径。在该情况下，特别有利的是，所述第二扫描单元装入型材的凹槽中并且在型材和第二扫描单元之间设置将内腔相对于外部的环境进行密封的密封件。

有利的是，所述标尺仅仅在一个唯一的位置处位置固定地在所述型材处进行固定（固定点）并且在剩余的区域中如此在所述型材处进行布置，使得所述标尺能够相对于型材沿着测量方向膨胀。至少一个第二扫描单元布置在所述标尺能够相对于所述型材沿着测量方向膨胀的位置处。如果所述标尺是尺寸带，那么该尺寸带在一个端部处能够位置固定地在所述型材处进行固定（固定点）并且在另外的端部处进行张紧。

标尺和型材沿着测量方向在固定点外的相对偏移通过以下方式得到实现，即所述标尺平放在所述型材的表面处或者在中间连接例如弹性的粘合剂或者油膜的形式的弹性层的条件下平放在型材处。

此外，有利的是，所述尺寸带布置在型材的纵向槽中。

利用所述根据本发明进行设计的位置测量机构进行测量的标尺相对于第二扫描单元中的一个以及由此相对于第一物体的偏移的值能够应用于修正利用所述第一扫描单元进行测量的位置。

根据本发明的位置测量机构的有利的实施方式由在从属权利要求中举出的措施得出。

本发明的其它细节和优点根据实施例结合附图的以下说明进行解释。

附图说明

附图示出：

图1示出了根据本发明的位置测量机构的示意性的图示；

图2示出了图1的位置测量机构的标尺的第一视图；

图3示出了图1的位置测量机构的标尺的第二视图；

图4示出了位置测量机构的横截面的细节；

图5示出了根据图4的位置测量机构的视图；

图6示出了图5的放大的图示；并且，

图7示出了标尺的替代的设计方案。

具体实施方式

利用所述位置测量机构应该测量第一物体100相对于第二物体200沿着测量方向X的位置。所述位置测量机构包括第一组合件1和第二组合件2。

第一组合件1包括带有具有测量刻度41的标尺40的型材10，所述测量刻度在位置测量中由扫描单元20进行扫描，所述扫描单元沿着沿着测量方向X的移动路径能够移动并且在此扫描标尺40的测量刻度41。所述第一组合件1固定在待测量的第一物体100处用于位置测量。

第二组合件2包括扫描单元20，其固定在第二物体200处用于对第一物体100相对于第二物体200进行位置测量。构造所述扫描单元20用于无接触地扫描标尺40的测量刻度41。在有利的实施例中，构造所述扫描单元20用于光电地进行扫描并且所述扫描单元20包括光源22和探测器23。在扫描测量刻度41时，所述扫描单元20以已知的方式产生依赖于位置的电的扫描信号。

根据本发明，构造所述位置测量机构用于在至少一个测量位置P1、P2处额外地检测标尺40相对于第一物体100的偏移。为此，所述标尺40具有另外的测量刻度42。为了无接触地扫描该另外的测量刻度42，所述第一组合件1包括至少一个扫描单元30。

构造该另外的扫描单元30（也称作第二扫描单元30）用于无接触地尤其是用于光电地进行扫描，并且所述另外的扫描单元30至少包括光源31和探测器32。所述探测器32可以是带有沿着测量方向X进行布置的探测器元件的探测器阵列或者是带有沿着测量方向X以及垂直于所述测量方向X进行布置的探测器元件的探测器阵列。

特别有利的是，构造所述位置测量机构用于在多个沿着测量方向X相互间隔的位置P1和P2处检测标尺40相对于第一物体100的偏移。如在图1中示出的那样，为此，所述位置测量机构在位置P1和P2的每个处分别具有所述另外的扫描单元30中的一个。所述扫描单元30构造成在所述位置P1和P2处分别位置固定地固定在所述第一物体100处。

如此布置所述至少一个另外的扫描单元30，使得在用于测量沿着测量方向X的位置的测量运行中，实现所述第一扫描单元20沿着移动路径与第二扫描单元30垂直于测量方向X间隔地、无碰撞地移动。在此，垂直于测量方向X间隔意味着，所述扫描单元20能够从所述另外的扫描单元30旁边移过。

所述测量刻度41布置在标尺40的一侧上。在图2中示出了俯视图。另外的测量刻度42布置在所述标尺40的背侧上。在图3中示出了所述标尺40的背侧的视图。另外的测量刻度42至少在位置P1、P2处的另外的扫描单元30的区域中设置在所述标尺40处。所述另外的测量刻度42能够在标尺40上通过已知的平版印刷的方法进行制造，替代地，所述第二测量刻度42能够存在于条带（Streifen）上，其中，部分地在所述位置P1、P2处分别将所述条带中的一个固定尤其是粘贴在所述标尺40处。

替代地，另外的测量刻度42.1也能够布置在测量刻度41旁，即沿着垂直于测量方向X的方向观察在测量刻度41旁布置在标尺40.1的共同侧上。在图7中示出了这样进行构造的标尺40.1的俯视图。

本发明实现了，所述标尺40为了位置测量在一个位置处能够由扫描单元20进行扫描并且在相同的位置处或者在至少尽可能邻近于所述位置处能够由另外的扫描单元30进行扫描。由此，所述标尺40的偏移在该位置处或者至少尽可能邻近该位置处能够进行检测，在所述位置处也进行两个物体100和200的相对位置的位置测量。在图1中，所述位置是以P1标明的瞬时位置。

通过以下方式得到位置测量机构的紧凑的并且尤其能够简单地操纵的结构，即所述第一组合件1包括型材10，一方面所述型材用作标尺40的支座并且另一方面在所述型材处固定所述至少一个另外的扫描单元30。在图1中示意性地示出，在所述型材10处固定多个沿着测量方向X相互间隔的另外的扫描单元30。

所述型材10是空心型材，在其内腔中布置标尺40。扫描单元20布置在该空心型材内并且能够沿着测量方向X移动，使得所述内腔形成扫描单元20沿着测量方向X的移动路径。所述扫描单元20借助于装配底座21能够位置固定地装配在待测量的第二物体200处。所述空心型材10保护标尺40以及扫描单元20至少在侧面防止受到有害的环境影响。所述空心型材10在端侧处借助于相应的盖子14进行封闭。

所述型材10具有凹槽12，在所述凹槽中分别装入所述扫描单元30中的一个。在所述型材10和装入到凹槽12中的扫描单元30之间布置密封件13。

所述标尺40构造为尺寸带，优选为金属带，尤其为钢带。所述扫描单元20扫描指向空心型材10的空腔的测量刻度41。

在空心型材10处如此布置所述至少一个另外的扫描单元30，使得所述另外的扫描单元能够扫描在所述标尺40的背侧上安置的测量刻度42。所述扫描单元30如此进行构造并且进行布置，使得其能够位置固定地在待测量的第一物体100处进行固定，尤其借助于螺栓33能够在所述第一物体处进行拧紧。

所述扫描单元30一方面在空心型材10处沿着测量方向X弹性挠性地进行固定并且另一方面如此进行构造，使得该扫描单元能够位置固定地在所述第一物体100处进行固定。由此确保，所述空心型材10没有施加歪曲第一物体100和标尺40之间的偏移的测量的约束力到扫描单元30上。为此，在具体的实施例中，在扫描单元30和空心型材10之间布置沿着测量方向X弹性挠性的元件，尤其以固体关节（Festkörpergelenk）11的形式。所述固体关节11一方面将所述扫描单元30保持在型材10处并且另一方面允许扫描单元30和型材10之间沿着测量方向X的运动。如在图1和5中示出的那样，在所述扫描单元30的两侧分别布置了所述固体关节11中的一个。

所述标尺40能够以不同的方式布置在型材10处。可行方案在于，所述标尺在其整个长度上与所述型材10进行去耦。这能够通过以下方式实现，即所述标尺简单地平放在所述型材10上或者经由去耦层在所述型材处进行固定。所述去耦层可以是弹性的粘合剂或者是液体膜。用于将标尺40安装在型材10处的尤其有利的可行方案在于，所述标尺仅仅在一个唯一的位置P0处位置固定地在型材10处进行固定并且在剩余的区域中如此固定在型材10处，使得所述标尺相对于型材10能够沿着测量方向X膨胀。在所述第二扫描单元30的位置P1、P2处，所述标尺40相对于型材10沿着测量方向X能够纵向运动地得到支承。

当所述位置测量机构应该针对于特别长的测量长度进行设计时，所述标尺40优选是在型材10的纵向槽15中进行布置的尺寸带，其中，所述纵向槽15如此侧向地围卡所述尺寸带40，使得所述尺寸带40能够从所述型材10的端部推入到该纵向槽15中。在图4中示出了这种纵向槽15的例子。在测量长度较长时，所述尺寸带40优选在一个端部P0处位置固定地在型材10处进行固定并且在另一端部处借助于布置在型材10处的张紧装置沿着测量方向X进行张紧。由此作用到尺寸带40上的张紧力在图1中以F进行标明。

所述第一测量刻度41以及所述第二测量刻度42可以实施成增量的测量刻度或者实施成绝对的测量刻度。

Claims

1.位置测量机构，包括第一组合件（1）和第二组合件（2），其中，

所述第一组合件（1）具有型材（10），所述型材承载有带有第一测量刻度（41）的标尺（40），

所述第二组合件（2）包括第一扫描单元（20），

并且为了测量第一物体（100）相对于第二物体（200）的位置，所述第一组合件（1）能够在待测量的所述第一物体（100）处进行安装并且所述第二组合件（2）能够在待测量的所述第二物体（200）处进行安装，并且所述第一扫描单元（20）能够沿着沿着测量方向（X）的移动路径移动并且在此扫描所述标尺（40）的第一测量刻度（41），

其特征在于，

所述标尺（40）具有第二测量刻度（42），并且在所述型材（10）处布置至少一个第二扫描单元（30），利用所述第二扫描单元能够扫描所述第二测量刻度（42）并且为了测量所述标尺（40）相对于所述第一物体（100）的偏移如下布置所述第二扫描单元，从而实现所述第一扫描单元（20）沿着所述移动路径与所述第二扫描单元（30）垂直于所述测量方向（X）间隔地、无碰撞地移动。

2.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，在所述型材（10）处固定多个沿着测量方向（X）相互间隔的第二扫描单元（30）。

3.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，所述第二扫描单元（30）沿着测量方向（X）弹性挠性地与所述型材（10）进行连接。

4.根据权利要求3所述的位置测量机构，其中，所述第二扫描单元（30）借助于沿着测量方向（X）能够偏移的固体关节（11）在所述型材（10）处进行固定。

5.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，所述型材（10）具有凹槽（12），在所述凹槽中装入所述第二扫描单元（30）。

6.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，所述型材（10）是空心型材，所述标尺（40）布置在所述空心型材的内腔中并且所述内腔形成所述第一扫描单元（20）的移动路径。

7.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，所述型材（10）是空心型材，所述标尺（40）布置在所述空心型材的内腔中并且所述内腔形成所述第一扫描单元（20）的移动路径，并且其中，所述空心型材具有凹槽（12），在所述凹槽中装入所述第二扫描单元（30），并且在所述空心型材和所述第二扫描单元（30）之间设置密封件（13）。

8.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，所述标尺（40）仅仅在一个唯一的位置（P0）处位置固定地在所述型材（10）处进行固定并且在剩余的区域中如下在所述型材（10）处进行布置，使得所述标尺相对于所述型材（10）能够沿着测量方向（X）膨胀。

9.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，如下构造所述第二测量刻度（42）和所述第二扫描单元（30），从而实现所述第二测量刻度（42）的光电的扫描。

10.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，所述第一测量刻度（41）布置在所述标尺（40）的一侧并且所述第二测量刻度（42）布置在所述标尺（40）的背侧上。

11.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，所述第一测量刻度（41）布置在所述标尺（40）的一侧并且所述第二测量刻度（42.1）在同一侧上布置在所述第一测量刻度（41）旁。

12.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，所述标尺（40）是尺寸带。

13.根据权利要求12所述的位置测量机构，其中，所述尺寸带是金属带。

14.根据权利要求1所述的位置测量机构，其中，所述标尺（40）是尺寸带并且所述尺寸带布置在所述型材（10）的纵向槽（15）中。

15.根据权利要求1中任一项所述的位置测量机构，其中，所述标尺（40）是尺寸带并且所述尺寸带在一个端部处位置固定地在所述型材（10）处进行固定并且在另一端部处进行张紧。