CN105627875B - 长度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有标尺（1）和装配元件（2）的长度测量装置，利用所述装配元件能够将所述标尺（1）沿纵向方向（X）刚性地紧固在基座（5）处。所述装配元件（2）具有第一紧固区段（21）和第二紧固区段（22），利用所述第一紧固区段将所述装配元件位置固定地布置在所述标尺（1）处，构造所述第二紧固区段用于与所述基座（5）位置固定地紧固。在所述第一紧固区段（21）和所述第二紧固区段（22）之间设置允许所述第一紧固区段（21）相对于所述第二紧固区段（22）垂直于纵向方向（X）的运动的机构。所述机构是固体铰链形式的沿纵向方向（X）定向的撑杆（23、24）。

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
这样的长度测量装置尤其在加工机床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测定被测对象的位置和尺寸以及也在半导体工业中得到使用。在此，将标尺（Maßstab）直接加装在基座处、例如在驱动单元（例如线性马达）处或者将标尺加装在通过所述驱动单元驱动的部件处。将长度测量装置的扫描单元相对于运动的标尺静止地布置在第二对象处，该第二对象相对于所述基座的相对位置应该得到测量。
为了形成所述标尺相对于所述基座的固定点,已知的是，将所述标尺在基座处的一个部位处沿测量方向位置固定地固定。
在大多数情况下，所述标尺和所述基座由具有不同的热膨胀性能的材料制成。该位置固定的固定如下构造，使得在温度变化时没有约束力由基座施加到所述标尺上。
根据EP 0 264 801 A1，所述标尺的位置固定的固定借助于一方面装入在所述标尺的V槽中并且另一方面装入在夹具（Fassung）的V槽中并且由此形成形状配合的球体实现。所述标尺借助于弹簧挤压到所述球体处，从而一方面确保所述球体和所述标尺之间的形状配合以及另一方面确保所述球体和所述夹具之间的形状配合。
根据WO 02/27265 A2，沿测量方向的位置固定的固定借助于具有第一紧固区段和第二紧固区段的装配元件实现，所述装配元件利用第一紧固区段位置固定地在所述标尺处紧固，所述装配元件利用第二紧固区段在基座处紧固。在所述第一紧固区段和所述第二紧固区段之间设置滚子轴承，该滚子轴承允许所述标尺相对于所述基座垂直于测量方向的移动。
发明内容
本发明的任务在于，说明一种长度测量装置，所述长度测量装置紧凑地构造并且利用该长度测量装置实现精确的位置测量。
根据本发明，该任务通过一种长度测量装置得到解决。所述长度测量装置具有：标尺，所述标尺沿纵向方向延伸并且所述标尺具有用于沿纵向方向位置测量的测量刻度；至少一个装配元件，利用所述装配元件能够将所述标尺沿纵向方向刚性地紧固在基座处，其中，所述装配元件具有第一紧固区段和第二紧固区段，利用所述第一紧固区段将所述装配元件位置固定地布置在所述标尺处，构造所述第二紧固区段用于与所述基座位置固定地紧固，其中，在所述第一紧固区段和所述第二紧固区段之间设置允许所述第一紧固区段相对于所述第二紧固区段垂直于纵向方向的运动的机构，其特征在于，所述机构是多个能够弯曲的撑杆的布置，所述布置通过弯曲允许所述第一紧固区段相对于所述第二紧固区段垂直于纵向方向的运动，其中，构造所述撑杆的布置用于如下补偿所述撑杆的通过所述弯曲引起的长度变化，使得由此没有产生在所述第一紧固区段和所述第二紧固区段之间沿纵向方向的运动。
根据本发明构造的长度测量装置包括沿纵向方向延伸的并且具有用于沿纵向方向位置测量的测量刻度的标尺。所述标尺借助于至少一个装配元件能够沿纵向方向刚性地紧固在基座处，所述装配元件具有第一紧固区段和第二紧固区段，所述装配元件利用第一紧固区段位置固定地布置在所述标尺处，构造所述第二紧固区段用于与所述基座位置固定地紧固，其中，在所述第一紧固区段和所述第二紧固区段之间设置允许所述第一紧固区段相对于所述第二紧固区段垂直于纵向方向的运动的机构。根据本发明，所述机构是多个能够弯曲的撑杆的布置（Anordnung），所述布置通过弯曲允许所述第一紧固区段相对于所述第二紧固区段垂直于纵向方向的运动，其中，构造所述撑杆的布置用于如下补偿撑杆的通过弯曲引起的长度变化，使得从中不产生所述第一紧固区段和所述第二紧固区段之间沿纵向方向的运动。
在未加载并且由此未偏移的状态下，所述撑杆以有利的方式平行于纵向方向延伸。由此，确保沿纵向方向特别稳定的并且刚性的固定。
所述撑杆的每一个构造成沿纵向方向刚性的并且垂直于纵向方向能够弯曲的固体铰链。
所述撑杆的长度变化的要求的补偿能够通过所述撑杆的伸长实现。为此，将撑杆从第一紧固区段出发沿相反的方向朝着刚性的桥件延伸地布置，所述桥件将所述撑杆沿纵向方向刚性地相互连接，并且由此，由撑杆的弯曲引起的长度变化通过所述撑杆的伸长得到补偿。所述撑杆在此作为沿纵向方向的拉杆并且作为沿相对于所述纵向方向的横向方向的弯曲梁起作用。
沿相反的方向延伸的撑杆具有相同的弹簧特性，从而其对称地变形。
所述撑杆的长度变化的要求的补偿也能够通过以下方法实现，即从第一紧固区段出发以及从第二紧固区段出发分别有撑杆沿相同的方向朝着将所述两个撑杆相互连接的联接件延伸，并且由所述撑杆的弯曲引起的长度变化通过所述联接件沿纵向方向的移动得到补偿。
所述撑杆的这种布置能够以有利的方式又在两侧对称于固定点地延伸，使得相应两个撑杆沿共同的方向延伸并且所述撑杆分别在其端部处利用联接件相互连接，所述联接件在所述两个撑杆偏移时沿纵向方向（测量方向）移动并且所述联接件补偿所述两个相互连接的撑杆的反向的弯曲。
当在所述标尺的彼此对置的位置处分别布置所述装配元件之一时，是尤其有利的。对置地在此意味着对称于标尺的沿纵向方向（测量方向）延伸的对称轴线。
通过本发明，以简单的和节省空间的机构实现了标尺的位置固定的固定，利用所述机构确保了，即使在温度变化时也没有约束力由基座施加到所述标尺上。
根据本发明的长度测量装置的有利的实施方案由以下说明得出。
附图说明
本发明的另外的细节和优点根据实施例的以下的说明结合附图进行解释。附图示出：
图1示出根据本发明的长度测量装置的示意性的图示；
图2示出根据图1的长度测量装置的剖面II-II；
图3示出了图1的长度测量装置的装配元件的透视的视图；
图4示出了根据本发明的长度测量装置的第二实施方式；
图5示出了根据本发明的长度测量装置的第三实施方式；以及，
图6示出了第四实施方式。
具体实施方式
本发明的第一实施方式接下来根据图1至3进行解释。所述根据本发明构造的长度测量装置包括标尺1，所述标尺沿纵向方向X延伸并且所述标尺具有测量刻度11。所述测量刻度11构造为用于沿纵向方向X高精确地位置测量的能够光电扫描的增量刻度。替代地，所述测量刻度也可以是绝对编码（Absolutcodierung）或者是用于沿纵向方向X以及额外地垂直于其延伸的第二方向Y测量的测量刻度。用于在两个维度X和Y中测量的测量刻度可以构造为十字栅格（Kreuzgitter）或者棋盘栅格（Schachbrett-Gitter）。
所述标尺1优选由具有能够忽略得小的热膨胀系数的材料制成，尤其是具有在0°至50°的温度范围中小于1.5×10-6K-1、然而尤其小于0.1×10-6K-1的热膨胀系数α。这样的材料是玻璃或者说玻璃陶瓷（例如ZERODUR）或者金属如例如殷钢（Invar）。
所述标尺1优选具有带有两个沿纵向方向延伸的彼此对置的侧面12和13的矩形的横截面。所述测量刻度11布置在垂直于所述侧面12和13延伸的测量刻度平面14中。
所述标尺1能够在其整个长度上放置在基座5上、例如机床或者测量机的工作台上并且以最不同的方式保持在其处。所述保持能够借助于夹板实现或者借助于弹性的粘合剂或者通过粘性的或者粘弹性的液体膜借助于附着保持实现或者也能够通过空气支承或者球支承实现。在示出的例子中，所述标尺1的保持借助于膜层4实现，设计所述膜层用于将标尺1附着地保持在所述基座5处。通过在所述标尺1和所述基座5之间设置所述膜层4确保，所述标尺1与所述基座5机械地脱耦。在温度变化时，基座5和标尺1能够彼此独立地膨胀。
为了形成固定点，也称作参考点，所述标尺1必须在位置P1处沿纵向方向X位置固定地固定在所述基座5处。为此设置至少一个装配元件2，所述标尺1利用该装配元件沿纵向方向X能够刚性地紧固在所述基座5处。所述装配元件2具有第一紧固区段21，装配元件利用该第一紧固区段位置固定地布置在所述标尺1处，并且所述装配元件2具有第二紧固区段22，构造所述第二紧固区段用于与所述基座5位置固定地紧固。
在所述第一紧固区段21和所述第二紧固区段22之间设置允许标尺1相对于基座5垂直于纵向方向X、即沿方向Y的由热引起的膨胀的机构。为此，所述第一紧固区段21借助于两个平行于纵向方向X定向的撑杆23和24与所述第二紧固区段22连接，所述撑杆通过弯曲和伸长允许所述第一紧固区段21相对于所述第二紧固区段22垂直于纵向方向X的运动，其中，所述两个撑杆23和24从第一紧固区段21出发分别沿相反的方向延伸。所述撑杆23、24的布置通过弯曲允许所述第一紧固区段21相对于所述第二紧固区段22垂直于纵向方向X的运动，其中，此外构造该布置用于如下补偿所述撑杆23、24的由所述弯曲引起的长度变化，使得在所述第一紧固区段21和所述第二紧固区段22之间没有产生沿纵向方向X的运动。
所述撑杆23、24关于所述位置P1镜像对称地布置并且具有相同的弹簧特性。所述第一紧固区段21关于纵向方向X中心地在所述两个撑杆23、24之间布置。通过设置所述撑杆23、24作为弯曲铰链（Biegegelenke）并且同时作为伸长元件确保，实现所述标尺1和所述基座5之间的横向运动，然而，所述标尺1在此相对于所述基座5沿纵向方向X保持了其位置固定的位置P1。
当所述第二紧固区段22包括将所述两个撑杆23和24在端侧相互连接的刚性的桥件25时，获得了所述装配元件2的特别稳定的结构。
根据本发明，在固定点P1处设置至少一个装配元件2。特别有利的是在对置的点P1和P2处两个同类型地构造的装配元件2相对于标尺1的对称轴线S的对称的布置。由此，获得以下优点，即沿方向Y的热的伸长相对于对称线S对称地实现并且由此所述标尺1关于所述对称线S热稳定地得到紧固。因为所述两个装配元件2同类型地构造，所以这些装配元件设有相同的附图标记并且在图1中仅仅其中一个装配元件设有所有的附图标记。
所述装配元件2的第一紧固区段21相应地布置在所述两个侧面12、13之一处。当所述第一紧固区段21通过材料融合的连接紧固在所述侧面12或者13处时，获得了特别有利的装配。该材料融合的连接尤其通过牢固地硬化的粘结剂3实现。在所述装配元件2处设置配量凹口27用于容纳所述粘结剂3。为了在所述标尺1和所述装配元件2之间形成限定的粘合缝隙，在所述装配元件2处安装间距保持件28，将所述间距保持件与所述标尺1的侧面12或者13置入接触中。沿测量方向X相互间隔的间距保持件28确保在所述装配元件2和所述标尺1的侧面12或者13之间的限定的粘合缝隙。沿测量方向X观察，在所述两个间距保持件28中的每一个的两侧引入粘结剂。
当所述撑杆23、24布置在包含所述标尺的中性轴（neutrale Faser）N的平面中并且所述测量刻度11在平行于标尺1的中性平面的平面中定向时，是特别有利的。
所述装配元件2的第二紧固区段22包括用于容纳未示出的紧固螺栓的至少一个凹处26，所述紧固螺栓用于位置固定地拧紧在所述基座5处。在拧紧时，所述装配元件2的桥件25很大程度地阻碍所述撑杆23和24的形变。
所述撑杆23、24以固体铰链（Festkörpergelenken）的形式构造。当所述装配元件2一件式地构造并且所述撑杆23、24在此分别以在所述第一紧固区段21和所述第二紧固区段22之间的薄弱部位的形式构造时，是特别有利的。
根据图4，接下来解释本发明的第二实施方式。从第一紧固区段21.1出发以及从第二紧固区段22.1出发分别将撑杆23.1、24.1沿相同的方向朝着联接件29延伸地布置。所述联接件29能够自由地运动并且将所述两个撑杆23.1、24.1相互连接。通过所述撑杆23.1、24.1的这种布置，由所述撑杆23.1、24.1的弯曲引起的长度变化通过所述联接件29沿纵向方向X的移动得到补偿。
为了实现沿纵向方向X尤其无力的布置，此处沿纵向方向X对称的布置也是特别有利的。这样的布置在图5中示例性地示出。在该情况下，设置两个另外的撑杆23.2、24.2。从第一紧固区段21.2出发以及从第二紧固区段22.2出发分别将所述另外的撑杆23.2、24.2之一沿共同的方向朝着另外的联接件29.1延伸地布置。所述另外的联接件29.1也能够自由地运动并且将所述两个另外的撑杆23.2、24.2相互连接。
即使在根据图4和5的装配元件2.1和2.2的设计中，同类型地构造的装配元件2.1或者2.2相对于标尺1的对称线S对称的彼此对置的布置也是尤其有利的。
图6示出了本发明的另外的实施例。在所述位置P1（固定点）处，将所述装配元件2安装在所述标尺1.1的一侧12处，如根据图1至3已经解释的那样。在所述标尺1.1的对置的一侧13上，将紧固元件6安装在所述位置P2处，设计所述紧固元件用于将所述标尺1.1在点P2处沿X方向并且沿Y方向位置固定地固定在所述基座处。所述紧固元件6材料融合地紧固在所述标尺1.1的侧面13处，尤其是借助于牢固地硬化的粘结剂。为了位置固定地紧固在所述基座5处，所述紧固元件6具有用于容纳螺栓的凹处，所述紧固元件利用所述螺栓能够位置固定地与所述基座拧紧。
所述标尺1.1在一侧上的这种位置固定的固定尤其适合于除了具有所述测量刻度11外还具有用于沿Y方向位置测量而设计的额外的测量刻度15的标尺1.1。如在图6中示出的那样，额外的测量刻度15沿Y方向在空间上布置在所述测量刻度11旁。在该情况下，所述紧固元件6布置在所述标尺1.1的设置所述额外的测量刻度15的一侧上并且沿Y方向补偿的装配元件2布置在所述标尺1.1的设置所述测量刻度11的一侧上。
在所有的实施例中，所述撑杆23、24、23.1、24.1、23.2、24.2能够一件式地在相应的第一和第二紧固区段21、21.1、21.2、22、22.1、22.2上模制，替代地，所述撑杆也可以是在紧固区段处紧固的弹簧板。
所述装配元件2、2.1、2.2以有利的方式由具有与制成所述标尺1、1.1的材料相同的热膨胀系数的材料制造。额外地，所述粘结剂3也可以具有这种热膨胀系数。
本发明不局限于所述光电的扫描原理。所述测量刻度尤其也可以能够磁性地或者感应地扫描地构造。

Claims (16)

1.长度测量装置，具有
标尺（1、1.1），所述标尺沿纵向方向（X）延伸并且所述标尺具有用于沿纵向方向（X）位置测量的测量刻度（11）；
至少一个装配元件（2、2.1、2.2），利用所述装配元件能够将所述标尺（1）沿纵向方向（X）刚性地紧固在基座（5）处，其中，所述装配元件（2）具有第一紧固区段（21、21.1、21.2）和第二紧固区段（22、22.1、22.2），利用所述第一紧固区段将所述装配元件位置固定地布置在所述标尺（1、1.1）处，构造所述第二紧固区段用于与所述基座（5）位置固定地紧固，其中，在所述第一紧固区段（21、21.1、21.2）和所述第二紧固区段（22、22.1、22.2）之间设置允许所述第一紧固区段（21、21.1、21.2）相对于所述第二紧固区段（22、22.1、22.2）垂直于纵向方向（X）的运动的机构，
其特征在于，
所述机构是多个能够弯曲的撑杆（23、24、23.1、23.2、24.1、24.2）的布置，所述布置通过弯曲允许所述第一紧固区段（21、21.1、21.2）相对于所述第二紧固区段（22、22.1、22.2）垂直于纵向方向（X）的运动，其中，构造所述撑杆（23、24、23.1、23.2、24.1、24.2）的布置用于如下补偿所述撑杆（23、24、23.1、23.2、24.1、24.2）的通过所述弯曲引起的长度变化，使得由此没有产生在所述第一紧固区段（21、21.1、21.2）和所述第二紧固区段（22、22.1、22.2）之间沿纵向方向（X）的运动。
2.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，所述多个撑杆（23、24、23.1、23.2、24.1、24.2）平行于纵向方向（X）定向。
3.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，从所述第一紧固区段（21）出发，撑杆（23、24）沿相反的方向延伸并且由所述撑杆（23、24）的弯曲引起的长度变化通过所述撑杆（23、24）的伸长得到补偿。
4.根据权利要求3所述的长度测量装置，其中，从所述第一紧固区段（21）出发，两个撑杆（23、24）沿相反的方向朝着刚性的桥件（25）延伸，所述桥件将所述两个撑杆（23、24）沿纵向方向（X）刚性地相互连接。
5.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，从所述第一紧固区段（21.1、21.2）出发以及从所述第二紧固区段（22.1、22.2）出发分别有一个撑杆（23.1、24.1；23.2、24.2）沿相同的方向朝着联接件（29、29.1）延伸，所述联接件将两个撑杆（23.1、24.1；23.2、24.2）相互连接，并且由所述撑杆（23.1、24.1；23.2、24.2）的弯曲引起的长度变化通过所述联接件（29、29.1）沿纵向方向（X）的移动得到补偿。
6.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，所述撑杆（23、24、23.1、23.2、24.1、24.2）布置在包含所述标尺（1、1.1）的中性轴的平面（N）中并且测量刻度平面（14）平行于所述平面（N）定向。
7.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，所述标尺（1、1.1）具有带有两个沿纵向方向（X）延伸的彼此对置的侧面（12、13）的矩形的横截面并且所述测量刻度（11）布置在垂直于所述侧面（12、13）延伸的测量刻度平面（14）内。
8.根据权利要求7所述的长度测量装置，其中，所述装配元件（2、2.1、2.2）的第一紧固区段（21、21.1、21.2）通过材料融合的连接紧固在所述两个侧面（12、13）之一处。
9.根据权利要求8所述的长度测量装置，其中，所述材料融合的连接是粘合连接。
10.根据权利要求9所述的长度测量装置，其中，在所述第一紧固区段（21、21.1、21.2）处布置沿纵向方向（X）相互间隔的间距保持件（28），所述间距保持件接触所述标尺（1、1.1）的侧面（12、13）并且在所述第一紧固区段（21、21.1、21.2）和所述标尺（1、1.1）的侧面（12、13）之间规定粘合缝隙，并且沿纵向方向（X）观察，分别在所述间距保持件（28）两侧将粘结剂（3）引入所述粘合缝隙。
11.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，所述标尺（1、1.1）由具有在0°至50°的温度范围中小于1.5×10-6K-1的热膨胀系数α的材料制成。
12.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，所述装配元件（2、2.1、2.2）一件式地构造。
13.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，所述第二紧固区段（22、22.1、22.2）包括用于容纳紧固螺栓的至少一个凹处（26）。
14.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，在所述标尺（1）的彼此对置的位置（P1、P2）处分别布置所述装配元件（2、2.1、2.2）之一。
15.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，在所述标尺（1.1）的位置（P1）处布置装配元件（2、2.1、2.2）并且在对置的位置（P2）处将紧固元件（6）布置在所述标尺（1.1）处，设计所述紧固元件用于将所述标尺（1.1）沿纵向方向（X）位置固定地以及沿相对于所述纵向方向的横向方向（Y）同样位置固定地紧固在所述基座（5）处。
16.根据权利要求1所述的长度测量装置，其中，所述标尺（1、1.1）由具有在0°至50°的温度范围中小于0.1×10-6K-1的热膨胀系数α的材料制成。
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