CN107270799A - 长度测量机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种长度测量机构。长度测量机构包含标尺和对标尺扫描的扫描车。扫描车借助于联结件沿测量方向刚性地、此外可运动地固定在带动件处。联结件包含沿测量方向延伸的连接元件，所述连接元件在第一转动铰接件处能转动地支承在所述扫描车处且在第二转动铰接件处能转动地支承在所述带动件处。根据本发明，在所述连接元件与所述带动件之间设置有第一弹簧器件，所述第一弹簧器件施加压靠力到所述扫描车上且使得所述扫描车压靠到引导面处。此外在所述连接元件与所述扫描车之间设置有第二弹簧器件，所述第二弹簧器件施加压靠力到所述扫描车上且同样使所述扫描车压靠到所述引导面处。所述第一弹簧器件与所述第二弹簧器件沿测量方向间隔开地布置。

Description

长度测量机构
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的特征的长度测量机构。
背景技术
这样的长度测量机构用于测量长度以及距离（Wegen）且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运动，在坐标测量机中且增多地还在半导体工业中使用。
DE 33 27 266 A1公开了形成此类的根据权利要求1的前序部分的长度测量机构。为了使扫描车（Abtastwagen）耦联到带动件处，使用耐弯曲的连接元件。所述耐弯曲的连接元件到所述扫描车处的耦联在唯一的位置处进行。为了使所述扫描车保持平衡，将该位置设置在所述扫描车的中心。
发明内容
本发明任务在于，提供如下长度测量机构，即其紧凑地构建且利用其实现精确的位置测量。
该任务根据本发明通过带有权利要求1的特征的长度测量机构来解决。
所述长度测量机构包括：
沿测量方向纵向延伸的（längserstreckten）载体，带有布置在其处的标尺；
扫描车，用于所述标尺的测量刻度的扫描，其中，所述扫描车在至少一个引导面处沿测量方向纵向引导（längsgeführt）；
联结件，利用其使所述扫描车沿测量方向刚性地且横向于所述测量方向屈服地（nachgiebig）耦联到带动件处，其中，所述联结件包含沿测量方向延伸的连接元件，所述连接元件在第一转动铰接件处能转动地支承在所述扫描车处且在与所述第一转动铰接件沿测量方向间隔开的第二转动铰接件处能转动地支承在所述带动件处，且其中，所述扫描车压靠到所述至少一个引导面处，其中，
在所述连接元件与所述带动件之间设置有第一弹簧器件，所述第一弹簧器件施加压靠力到所述扫描车上且使所述扫描车压靠到所述至少一个引导面处，且
在所述连接元件与所述扫描车之间设置有第二弹簧器件，所述第二弹簧器件施加压靠力到所述扫描车上且使所述扫描车压靠到所述至少一个引导面处，其中，所述第一弹簧器件与所述第二弹簧器件沿测量方向间隔开地布置。
所述第一弹簧器件在第一位置处施加压靠力到所述扫描车上且所述第二弹簧器件在与所述第一位置沿测量方向间隔开的第二位置处施加压靠力到所述扫描车上。所述第一位置和所述第二位置能够理解为通过所述弹簧器件导入的力到所述扫描车上的作用位置。
利用根据本发明的长度测量机构，精确的位置测量是可行的，因为所述扫描车保持振动稳定（schwingungsstabil）。因为到所述扫描车上的力导入在多个沿测量方向与彼此间隔开的位置处进行，故在所述连接元件中的以及在所述扫描车中的弯曲应力最小化。由此所述连接元件能够设计得较脆弱且因此较节省重量（降低的质量），由此耐振性上升且有助于改善测量精确度。
所述连接元件能够构造成相对于拉应力和压应力尽可能刚性的。
确保了节省地方的结构，因为对于所述耦联的元件来说能够充分利用所述扫描车的整个长度。所述连接元件能够节省地方地在所述扫描车的整个长度上安置且因此沿测量方向相对长地构造。这样的相对长的在两侧铰接地支承的连接元件特别好地平衡在运行中在所述标尺与所述带动件之间垂直于所述测量方向的（由取向偏差引起的）间距变化以及装配公差。所述连接元件越长，则沿测量方向在此出现的测量误差就越小。
所述转动铰接件沿测量方向彼此间隔开地布置。所述第一转动铰接件在所述第一弹簧器件的位置处（沿测量方向看）或者至少在所述第一弹簧器件附近布置且所述第二转动铰接件在所述第二弹簧器件的位置处（沿测量方向看）或者至少在所述第二弹簧器件附近布置。
所述转动铰接件尤其构造成，平衡在所述扫描车与所述带动件之间的下列自由度：
间距、横向移位、偏航角、俯仰角、滚转角。
所述扫描车到所述带动件处的横向于所述测量方向屈服的耦联在这些自由度中能够借助于转动铰接件来进行，所述转动铰接件构造为柔性铰接件（Festkörpergelenken，其基础是在至少一个方向上具有弹性的固体）的组件或者构造为球铰接件。
特别有利的是，这两个转动铰接件分别构造为球铰接件。在该情况下这两个弹簧器件具有如下附加的功能，即使得相应的球挤到与该球相对应的容纳座中且因此使球和容纳座挤在一起，且由此建立铰接的、但沿测量方向无间隙的连接。
本发明的其它有利的实施方案从在从属权利要求中说明的措施中得出。
附图说明
本发明的其它细节和优点根据实施例的以下说明结合附图来阐释。
其中：
图1显示了根据本发明的长度测量机构的原理示图；
图2显示了根据本发明的长度测量机构的具体的设计方案的横截面；
图3显示了根据图2的长度测量机构的横截面A-A；
图4显示了根据图2的长度测量机构的横截面B-B；
图5显示了根据图2的长度测量机构的横截面C-C；以及
图6显示了根据图2的长度测量机构的横截面D-D。
具体实施方式
本发明以光学的长度测量机构的示例来示出，利用该长度测量机构应测量两个沿测量方向X互相能移位的物体的相对位置。为了位置测量，将所述长度测量机构的标尺1固定在这些物体中的一个处且将所述长度测量机构的扫描车2固定在这些物体中的另一个处。在此，所述标尺1由相对于所述标尺1沿测量方向X能运动的扫描车2来扫描。所述标尺1具有由所述扫描车2来扫描的测量刻度11。为此所述扫描车2具有照明单元，所述照明单元放出光束，该光束由所述测量刻度11取决于位置地调制且最后碰到所述扫描车2的光敏性的扫描传感器上。
所述标尺1布置在载体4处。在根据图2至6的具体的示例中，所述载体4是空心型材，所述标尺1和所述扫描车2受保护地安置在所述空心型材中。所述标尺1在此以已知的方式与所述载体4连接、例如通过粘结或者卡夹。构造为空心型材的载体4在其纵向方向上沿测量方向X延伸地具有缝口，所述缝口通过屋顶形倾斜的密封唇来封闭，带动件3以剑形的中间件穿过该密封唇作用（hindurchgreift）。所述带动件3具有装配区域31，所述带动件利用该装配区域可固定在待测量的物体中的一个、例如机床的滑座（Schlitten）处。
所述扫描车2为了准确地沿着所述标尺1平行引导而在该标尺处或者备选地在所述载体4处引导。所述扫描车2在所示的实施例中为此经由引导元件21至24支撑在所述标尺1的两个互相垂直地取向的引导面12、13处。所述引导面中的一个引导面12是承载所述测量刻度11的表面且另一个引导面13是所述标尺1的垂直于所述引导面12延伸的窄侧。所述引导元件21至24能够是滑动元件，但尤其是球支承的辊子或滚子。
所述扫描车2借助于联结件沿测量方向X刚性地且横向于所述测量方向屈服地耦联到所述带动件3处。所述联结件包含沿测量方向X延伸的连接元件5，所述连接元件在无间隙的第一转动铰接件51处能转动地支承在所述扫描车2处且在无间隙的第二转动铰接件52处能转动地支承在所述带动件3处。
所述连接元件构造成相对于拉应力和压应力刚性且优选地还耐弯曲。
在根据图1的原理示图中，这两个转动铰接件51、52仅示意性示出。
在根据图2至6的具体的实施例中，所述第一转动铰接件51构造为球铰接件，包含球511，该球一方面在所述连接元件5的容纳座512中能转动且另一方面在所述扫描车2的容纳座513中能转动地支承。在所述连接元件5与所述扫描车2之间的球511使所述扫描车2沿测量方向X刚性地束缚（fesselt）在所述连接元件5处，但平衡沿所有方向的转动运动。
所述第二转动铰接件52同样构造为球铰接件，包含：球521，其在该情况下模制在所述带动件3处；以及在所述连接元件5处的相对应的容纳座522。在所述连接元件5与所述带动件3之间的球521使所述连接元件5沿测量方向X刚性地束缚在所述带动件3处，但平衡沿所有方向的转动运动。
所述容纳座512、513、522能够实施成V形、平底锅形（pfannenförmig）或者实施为半壳。重要的是，以此形成无间隙的且沿测量方向X不能移开的转动支承。
用于将所述扫描车2耦联到所述带动件3处的联结件也设计成，使所述扫描车2压靠到至少一个引导面12、13处。为此在所述连接元件5与所述带动件3之间设置有第一弹簧器件6，该第一弹簧器件施加第一压靠力FA到所述扫描车2上且使该扫描车压靠到所述至少一个引导面12、13处。所述第一弹簧器件6以弹簧力FF作用到所述连接元件5上且在所述转动铰接件51的地点处施加压靠力FA到所述扫描车2上。在所示的对称的布置的情况下，
FA=FF*L/A
其中，FF是弹簧元件6或7的弹簧力
L是这两个弹簧元件6、7的互相的间距
A是这两个转动铰接件51、52的互相的间距。
此外，将第二弹簧器件7设置在所述连接元件5与所述扫描车2之间，该第二弹簧器件施加第二压靠力FF到所述扫描车2上且使该扫描车同样压靠到所述至少一个引导面12、13处。所述第一弹簧器件6与所述第二弹簧器件7沿测量方向X间隔开地布置，在图1中将该间距以L给出。
如果所述第一转动铰接件51构造为球铰接件（包含所述球511、所述容纳座512和所述容纳座513），那么所述弹簧器件6使形成所述转动铰接件51的部件保持在一起，方法是该球511使所述扫描车2沿测量方向X无间隙地束缚在所述连接元件5处。
如果所述第二转动铰接件52同样构造为球铰接件（包含所述球521以及所述相对应的容纳座522），那么所述第二弹簧器件7保持所述球521以及因此使所述连接元件5沿测量方向X无间隙地束缚在所述带动件3处。
在具体的实施例中，所述第一弹簧器件6和所述第二弹簧器件7分别是压缩弹簧、尤其螺旋弹簧。
所述第一弹簧器件6和所述第二弹簧器件7在具体的实施例中布置成使得所述弹簧器件6、7中的每个使所述扫描车2以一力分量挤到一个引导面12处且以另外的力分量挤到另一个引导面13处。如果所述弹簧器件6、7分别是压缩弹簧，那么它们相对于这两个引导面12、13倾斜地布置，如在图4和6中示出的那样。
特别有利的是，所述第一弹簧器件6和所述第二弹簧器件7布置以及构造成使得从中产生的、到所述扫描车2上的压靠力位于所述扫描车2的重心S。通过这样的措施使所述扫描车2理想地保持平衡。
在所述弹簧器件6和7具有相同的弹簧性质的前提下，那么所述第一弹簧器件6和所述第二弹簧器件7沿测量方向X看分别以与所述扫描车2的重心（质量中心）S相同的间距L/2来布置。
为了优化的力传递，将所述弹簧器件6、7相应地在所述转动铰接件51、52的地点处或者至少在所述转动铰接件51、52的附近布置（沿测量方向看）。间距L能够相应于间距A。出于地方原因能够（如在所示的示例中那样）还选择A不等于L。如果选择L小于A，则在所述转动铰接件51、52中的法向力FA且因此在所述转动铰接件51、52中的摩擦力矩降低。
在对称布置的情况下，对于在所述转动铰接件51以及52中的支承力FA相应地适用：
FA=FF*L/A
所产生的、到所述扫描车2上的压靠力为
FA+FF
有利的是，所述第一转动铰接件51和所述第二转动铰接件52沿测量方向X看以与所述扫描车2的重心（质量中心）S相同的间距A/2来布置。
如果所述扫描车2的重心S（质量中心）不处在中间，则应该以使用不同的弹簧器件和/或在所述弹簧器件与所述转动铰接件之间的不同的间距来使所产生的压靠力从中间朝着实际上的重心S移位。
所述测量刻度能够是增量的测量刻度或者绝对编码。
本发明不限于光学的扫描原理。所述标尺的扫描还能够电容地、磁地或者感应地进行，对此可将所述测量刻度和所述扫描传感器进行相应构造。

Claims (11)

1.长度测量机构，带有
- 沿测量方向（X）纵向延伸的载体（4），带有布置在其处的标尺（1）；
- 扫描车（2），用于所述标尺（1）的测量刻度（11）的扫描，其中，所述扫描车（2）在至少一个引导面（12、13）处沿测量方向（X）纵向引导；
- 联结件，利用其使所述扫描车（2）沿测量方向（X）刚性地且横向于所述测量方向屈服地耦联到带动件（3）处，其中，所述联结件包括沿测量方向（X）延伸的连接元件（5），该连接元件在第一转动铰接件（51）处能转动地支承在所述扫描车（2）处且在与所述第一转动铰接件（51）沿测量方向（X）间隔开的第二转动铰接件（52）处能转动地支承在所述带动件（3）处，且其中，所述扫描车（2）压靠到所述至少一个引导面（12、13）处，
其特征在于具有
- 在所述连接元件（5）与所述带动件（3）之间的第一弹簧器件（6），所述第一弹簧器件在第一位置处施加压靠力到所述扫描车（2）上且使所述扫描车压靠到所述至少一个引导面（12、13）处；以及
- 在所述连接元件（5）与所述扫描车（2）之间的第二弹簧器件（7），所述第二弹簧器件与所述第一弹簧器件（6）沿测量方向（X）间隔开地布置，且所述第二弹簧器件在与所述第一位置沿测量方向（X）间隔开的第二位置处施加压靠力到所述扫描车（2）上且使所述扫描车压靠到所述至少一个引导面（12、13）处。
2.根据权利要求1所述的长度测量机构，其中，所述扫描车（2）在两个互相垂直延伸的引导面（12、13）处沿测量方向（X）纵向引导。
3.根据权利要求2所述的长度测量机构，其中，所述扫描车（2）在所述标尺（1）的两个互相垂直延伸的引导面（12、13）处沿测量方向（X）纵向引导。
4.根据权利要求1所述的长度测量机构，其中，所述第一转动铰接件（51）和所述第二转动铰接件（52）分别构造为球铰接件。
5.根据权利要求1所述的长度测量机构，其中，所述第一弹簧器件（6）和所述第二弹簧器件（7）分别是压缩弹簧。
6.根据权利要求1所述的长度测量机构，其中，所述第一弹簧器件（6）和所述第二弹簧器件（7）布置和构造成使得从中产生的、到所述扫描车（2）上的压靠力位于所述扫描车（2）的重心（S）。
7.根据权利要求6所述的长度测量机构，其中，所述第一弹簧器件（6）和所述第二弹簧器件（7）分别是压缩弹簧。
8.根据权利要求1所述的长度测量机构，其中，所述第一弹簧器件（6）和所述第二弹簧器件（7）沿测量方向（X）看以与所述扫描车（2）的重心（S）相同的间距（L/2）布置。
9.根据权利要求8所述的长度测量机构，其中，所述第一弹簧器件（6）和所述第二弹簧器件（7）分别是压缩弹簧。
10.根据权利要求1所述的长度测量机构，其中，所述第一转动铰接件（51）和所述第二转动铰接件（52）沿测量方向（X）看以与所述扫描车（2）的重心（S）相同的间距（A/2）布置。
11.根据权利要求10所述的长度测量机构，其中，所述第一转动铰接件（51）和所述第二转动铰接件（52）分别构造为球铰接件。
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