CN107869976A - 用于线性位移测量设备的安装工具 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于线性位移测量设备的安装工具，其能够减小标尺壳体箱的热应力，并且是可拆卸的，同时具有简单的结构。安装工具包括柱形衬套，其插入在标尺壳体箱中钻出的通孔中；O形环，置入通孔的内壁和衬套之间；安装螺钉，插入衬套的柱形孔中，并拧入安装面中；以及板簧，布置在安装螺钉的头部和标尺壳体箱的外面之间，并朝向安装面偏置标尺壳体箱。

Description

用于线性位移测量设备的安装工具
技术领域
本发明涉及一种用于线性位移测量设备的安装工具。更确切地，本发明涉及一种用于将线性位移测量设备安装到待测量对象同时的结构避开热应力的结构。
背景技术
已使用称为编码器的位移测量来在各种工业机器中执行精确位置控制。
线性位移测量设备如图9所示。
线性位移测量设备10包括标尺部11和检测头16。
标尺部11包括细长主标尺(未示出)和容纳主标尺的标尺壳体箱12。
在光电设备的示例中，主标尺主要由玻璃基板构成，衍射光栅布置在玻璃基板上。标尺壳体箱12是中空的和长的，并且主要由(轻)金属制成，比如铝。在标尺壳体箱12中钻出用于安装和固定的多个孔13。
检测头16设置成在标尺壳体箱12的纵向方向上相对移动，并检测相对于主标尺的相对位移或相对位置。在检测头16中钻出用于安装和固定的多个孔。
线性位移测量设备10安装到例如移动台90。假设移动台90由基底91和台92构成，台可相对于基底91滑动。在该情况下，标尺壳体箱12被拧入台92的侧端面93，检测头16被拧入(20)基底91。利用该结构，可精确地测量台92相对于基底91的相对位移。
附带地，移动台90也由金属制成，并且主要由例如钢制成以充分刚性地固定或者防止变形。
在此，尽管钢的线性膨胀系数为11×10-6，但是铝的线性膨胀系数为23×10-6。
这意味着当温度变化时，铝的变形量(膨胀/收缩量)大于钢的变形量。
当标尺壳体箱12完全固定到台92的侧端面93时，标尺壳体箱12的膨胀或收缩受限，产生热应力。
热应力导致标尺壳体箱12的弯曲和扭曲。因此，导致标尺壳体箱12内的主标尺的弯曲和扭曲，测量精度恶化。而且，当热应力超过标尺壳体箱12和台92之间的紧固力时，会在联接部处产生偏移和松动。由热应力引起的标尺壳体箱12的变形在标尺具有长的长度(比如2或3m)时导致不可忽视的问题。因此，标尺壳体箱12和台92之间的联接部需要用于避开热应力的机构，而不是被简单地拧入。
如果通过避开热应力可以避免标尺壳体箱12和主标尺的弯曲和扭曲，则其本身的膨胀或收缩不是重大问题，只要保持线性度即可。当膨胀或收缩仅由温度引起时，(原则上)可以执行测量精度的可再现性的改进。
申请人提出了线性位移测量设备的一些结构来减小热应力(例如JP2004-301541A)。JP2004-301541 A中公开的用于长度测量设备的弹性夹具在图10中示出。标尺壳体箱12利用永久固定块40和多个弹性固定块50安装在台92上。记住固定块40是倒L形支架，其具有刚度，并且不会变形。永久固定块40基本上安装(22)在永久壳体箱12的中心处，并拧入台92的侧端面93中。
另一方面，弹性固定块50是类似的倒L形支架，平行板簧54的机构通过刺入其一部分而是矩形的。弹性固定块50的一端(固定部52)拧入台92的侧端面93，另一端(连接部56)拧入(22)标尺壳体箱12。
标尺壳体箱12通过永久固定块40的一点固定地拧入台92，原点被牢固地固定。另一方面，弹性固定块50在其它点处置入标尺壳体箱12和台92之间，平行板簧54的机构忍受横向偏移。因此，可以忍受标尺壳体箱12相对于台92的相对膨胀或收缩。因此，避开了标尺壳体箱12的热应力，可以防止标尺壳体箱12(即主标尺)的弯曲和扭曲。应注意，由于标尺壳体箱12被拧入(20)，所以线性位移测量设备10或移动台90可以更换。
该结构呈现良好的性能，但是具有大量零件的问题。换言之，需要一个永久固定块40、多个弹性固定块50、大量螺钉。如果主标尺具有长的长度，比如2至3m，需要20个或更多个弹性固定块。
而且，弹性固定块50具有特殊形状，平行板簧54被精巧地制作。因此，弹性固定块50的制造成本增加。上述结构在标尺比较短时具有优点。
然而，由于安装工时、时间和成本，难以针对长标尺使用上述结构。
因此，申请人采用下述结构来减少零件数量。图11示出在标尺壳体箱12中钻出的多个安装孔13。在此，基本上在纵向方向的中心处钻出的中心孔(未示出)的直径基本上与阳螺钉直径相同。标尺壳体箱12通过中心孔固定地拧入台92，主标尺的原点是固定的。另一方面，其它孔13的直径具有大于阳螺钉14的直径的尺寸，在螺钉14的轴和孔13之间留出一间隙。该间隙容忍标尺壳体箱12的横向偏移。
然而，由于振动和冲击在各种工业机器上不断地产生，所以需要防止线性位移测量设备10发出卡嗒声。因此，若干O形环15置入阳螺钉14和孔13之间，粘合剂18灌注入间隙内以固定O形环15的位置。图12示出横截面图。O形环15用于通过弹性地支撑标尺壳体箱12来容忍横向偏移，并将阳螺钉14居中在孔13的中心。粘合剂18被灌注，因为O形环15的位置需要不偏移。
该结构是简单的，但是良好地用于稳定安装长的线性位移测量设备10，同时容忍横向偏移。
发明内容
尽管图11和12的结构是良好的，但是发明人发现其具有以下问题。
问题之一是难以将粘合剂18灌注到间隙中。粘合剂18具有粘性，花费时间、精力和技巧来将粘合剂灌注到孔13中。而且，难以将正确量的粘合剂18灌注到孔中。如果粘合剂18的量太小，则O形环15不会被充分固定。然而，如果粘合剂18的量太大，粘合剂18会从孔13溢出，这使外观恶化，并需要时间来完全清理掉粘合剂。
本发明的目的是提供一种用于线性位移测量设备的安装工具，其能够减少标尺壳体箱的热应力。
根据本发明的实施例的安装工具是将线性位移测量设备安装在安装面上的安装工具，安装工具包括：
衬套，插入在标尺壳体箱中钻出的通孔中；
弹性体，设置在通孔和衬套之间；
安装螺钉，插入衬套中，并拧入安装面中；以及
偏置器件，布置在安装螺钉的头部和标尺壳体箱之间，并朝向安装面偏置标尺壳体箱。
在本发明的实施例中，优选地，弹性体是热焊接到衬套的橡胶。
在本发明的实施例中，优选地，衬套具有在垂直于轴的方向上突出的凸缘部，偏置器件热焊接到凸缘部的后面的橡胶。
在本发明的实施例中，优选地，衬套具有在垂直于轴的方向上突出的凸缘部，偏置器件是板簧，并具有将安装螺钉插入作为中心部的直立部的孔以及通过在直立部的端部弯曲而形成的腿部，腿部朝向安装面偏置标尺壳体箱，同时板簧的直立部夹在凸缘部和安装螺钉的头部之间。
在本发明的实施例中，优选地，一间隙存在于凸缘部和标尺壳体箱之间。
在本发明的实施例中，优选地，凸缘部具有在长度测量方向上长且在垂直于长度测量方向上短的形状。
在本发明的实施例中，优选地，包含了止动环，其装配在衬套上，防止衬套从通孔离开。
根据本发明实施例的线性位移测量设备是能够安装在安装面上的线性位移测量设备，线性位移测量设备包括：
标尺壳体箱，具有通孔；
衬套，插入通孔中；
弹性体，位于通孔和衬套中；以及
止动环，装配在衬套上，并防止衬套从通孔离开。
一种安装根据本发明的实施例的线性位移测量设备的方法，包括：
将安装螺钉插入衬套中；以及
将安装螺钉拧入安装面中。
附图说明
图1是示出利用根据本示例性实施例的安装工具安装在移动台上的线性位移测量设备的图；
图2是当从前侧观看时，安装工具的分解透视图；
图3是当从后侧观看时，安装工具的分解透视图；
图4是沿图1的线VI-VI截取的横截面图；
图5是衬套的透视图；
图6是板簧的侧视图；
图7是利用安装工具安装在台上的标尺壳体箱的横截面图；
图8是解释第二示例性实施例的图；
图9是示出作为背景技术的线性位移测量设备的图；
图10是示出作为背景技术的弹性夹具的图；
图11是示出作为背景技术的使用粘合剂的安装模式的图；以及
图12是图11的横截面图。
具体实施方式
参考附在附图中的元件中的附图标记来示出和描述本发明的实施例。
(第一示例性实施例)
在描述安装工具200之前，简要地描述台92，线性位移测量设备100安装到安装面93。
图1是示出利用本示例性实施例的安装工具200安装在移动台90上的线性位移测量设备100的图。
多个螺孔94以特定间隔设置在台92的侧端面93上，以旋拧线性位移测量设备100。(螺孔94在图4的横截面图中示出。)
螺孔94的位置和尺寸根据移动台90的标准大致确定。
下面简要地描述线性位移测量设备100。
线性位移测量设备100的标尺壳体箱110利用安装工具200安装在安装面93上。
标尺壳体箱110具有六边形形状，当从一侧观看时，矩形的一个角向内抽拉以成为钝角。
在此，图3示出标尺壳体箱110的横截面，标尺壳体箱110可以描述为这样的形状，其中，矩形头130位于容纳主标尺101的中空五边形120上。
当矩形头130利用安装工具200安装在台92的侧端面92上时，中空五边形120看上去是悬着的。因此，矩形头130称为悬挂框架部120，中空五边形120称为中空体120。
标尺壳体箱110的后面基本上是平坦面，以与台92的侧端部93紧密接触。
悬挂框架部130具有基本上平行的前侧面和后侧面。
通过从前侧面安装安装工具200，悬挂框架部130以基本上没有间隙的方式被压靠在台92的侧端面93上。
考虑螺钉的长度，悬挂框架部130的宽度W1应当更薄。然而，如稍后描述的，在螺钉和标尺壳体箱110之间需要维持恰当的弹性力，以插入弹性环(O形环230)。为此，需要足够容纳两个或更多个平行的O形环130的宽度W1。悬挂框架部130的高度T1根据台92的高度的标准或台92的螺孔94的位置大致确定。如果希望悬挂框架部130的高度T1稍微更大，则该高度不能基于测量机器制造者(线性位移测量设备的制造者)的判断力而改变。
多个通孔140在纵向方向上以与台92的侧端部93的螺孔94相同的间隔在悬挂框架部130中钻出。在设置通孔140的部分，浅凹槽150设置在悬挂框架部130的后面。上边缘线161和下边缘线162在悬挂框架部130的前侧夹着通孔140平行地突出，以在纵向方向上形成浅沟槽部160。
下面描述安装工具200。
图2和3是安装工具200的分解透视图。图2是当从前侧观看时的分解透视图，图3是当从后侧观看时的分解透视图。图4是沿图1的线VI-VI截取的横截面图。
安装工具200包括安装螺钉210、衬套220、O形环230、板簧240和止动环250。
在此，简要地描述安装过程。
首先，将O形环230和衬套220插入悬挂框架部130的通孔140中。从悬挂框架部130的后面将止动环250装配在衬套220上。然后，将板簧240放置成从前侧覆盖衬套220，旋拧安装螺钉210。在背景技术中，安装工具200对应于弹性固定块50。因此，基本上在标尺壳体箱110中心的孔(未示出)用于牢固地旋拧不具有安装工具200的悬挂框架部130，其它孔(通孔140)用于安装工具200。
下面描述安装工具200的每个部分。
安装螺钉210称为具有头部211和螺钉轴212的阳螺钉。头部211突出到一定程度，并具有平坦的座面213。在此，显然地，头部211的直径大于通孔140的直径，但是螺钉轴212的直径小于通孔140的直径。(通孔140的直径大于螺钉轴212的直径。)即，当安装螺钉210插入通孔140中时，一间隙形成在安装螺钉210和通孔140之间。衬套220和O形环230布置在该间隙中。
当安装螺钉210从悬挂框架部130的前侧插入时，阳螺钉212的轴具有足够使安装螺钉210的顶侧拧入螺孔94中的长度。
如稍后描述的，为了将衬套220的凸缘部225夹在座面213和悬挂框架部130之间，阳螺钉212的轴长度比悬挂框架部130的宽度W1足够长。
衬套220具有带两个端部开口的柱形形状，并布置在螺钉轴212和通孔140之间的间隙中。
除了衬套220，O形环230布置在螺钉轴212和通孔140之间的间隙中。为此，衬套220设计成是薄的。
衬套220的柱形孔的内直径具有使螺钉轴212插入的尺寸，但是优选地，该尺寸设计成使得在柱形孔和螺钉轴212之间保证轻微空隙。
图5是衬套220的透视图。
衬套220具有柱形本部221和从体部221的一端(称为基端)突出的凸缘部225。
在体部221的外面上，多个环形突出线222绕体部221设置。突出线222间隔地设置在体部221的轴向方向上。突出线222类似竹节，并称为节点222，节点222之间的部分称为节间部223。O形环230布置在节间部223处，节点222充当具有O形环230不能跨过的高度的隔件。节点222仅需要充当隔件，不必绕体部221连续地设置。节点222可以间歇地设置，例如是以预定角度(例如120°)间隔突出的突起。
在体部221的顶侧，环形凹线224绕体部221形成。
止动环250装配在凹线224上。
凸缘部225在垂直于轴的方向上从体部221的基端突出。在此，凸缘部225具有不是圆或椭圆的形状，而是圆或椭圆的顶部和底部被切掉且从轴向方向观看时两个半圆通过两条线连接起来的形状。悬挂框架部130的高度T1根据标准大致确定，通孔140的直径设计成大于螺钉轴212的直径。在这种限制下，为了充分地保护凸缘部225的突出宽度，切掉垂直方向上的突起，延长横向方向(长度测量方向)上的突起。凸缘部225的前侧端面是平坦的，板簧240夹在凸缘部225的前侧端面226和安装螺钉210的座面213之间。
衬套220的体部221的长度L1比悬挂框架部130的宽度W1稍微更长。
悬挂框架部130的后面被压靠在台92的侧端面93上，同时衬套220插入通孔140中。
在此，当体部221的顶侧撞击台92的侧端面93时，在凸缘部225的后面和悬挂框架部130(图4)的侧面(沟槽部160)之间轻微留下一间隙G1。
即，衬套220的凸缘部225不会直接将悬挂框架部130(标尺壳体箱110)压靠在台92的侧端面93上。
(板簧240直接将悬挂框架部130(标尺壳体箱110)压靠在台92的侧端面93上。)
O形环230是市场上的O形环。
O形环230插入通孔140中，同时布置在体部221的节间部223处。
O形环230的直径被选择成使得体部221的节间部223与通孔140的内壁之间的间隙由O形环230掩埋。即，使用具有几乎和节间部223的外直径一样大的内直径以及大于突出线22的外直径的外直径的O形环230。然后，将O形环230装配在节间部223上。当衬套220插入通孔140中时，O形环230被通孔240的内壁按压，在衬套220的轴线方向上在节间部223中膨胀。应注意，使用具有1.5mm线直径和7.5mm内直径的O形环。
由于需要吸收或缓冲由各种工业机器产生的振动和冲击，所以优选地准备多个O形环230。
板簧240是用于将标尺壳体箱110压靠在台92的侧端面93上的偏置器件。
图6是板簧240的侧视图。
板簧240具有使金属带状薄板被弯曲成M形状的形状。
当从一侧观看时，板簧240具有直立部241，其中心基本上是平坦的，直立部241像在两侧具有腿242。
当从前方观看时，板簧240具有位于直立部241的中心处的孔247，安装螺钉210的螺钉轴212可以插入孔247中。
腿部242通过弯曲直立部241的端部而形成。腿部242的形状参考图6的方向描述。图6的上部称为上侧，图6的下部称为下侧。腿部242通过在直立部241的端部轻微弯曲薄板而开始。该部分称为腿部242的根部243。腿部242在根部243处弯曲，并以浅角度朝向比直立部241更上的方向引导。然后，腿部242以约90°的角度尖锐弯曲，并向下引导。该尖锐弯曲点244称为膝部244。腿部242从膝部244向下引导，以约90°的角度弯曲来形成踵部245。趾部246(从踵部245的静止部)向与直立部241相对的一侧弯曲，即向外弯曲。
板簧240的宽度正是装配设置在悬挂框架部130(例如见图1)的前面上的沟槽部160的尺寸。尽管没有对板簧240施加力，但是在一定程度上需要从踵部245到直立部241的高度L2。在此，图7是利用安装工具200安装在台92上的标尺壳体箱110的横截面视图。
在衬套220的凸缘部225和玄关框架部130的沟槽部160的底面之间留出间隙G1，同时衬套220的顶侧撞击台92的侧端面93。在此，假设板簧240布置成覆盖衬套220的凸缘部225。此时，踵部245与沟槽部160的底面接触，要求直立部241从衬套220的凸缘部225悬浮(图7的间隙2)。然后，当安装螺钉210被张紧(箭头A1)时，直立部241通过安装螺钉210的座面213被朝向凸缘部225按压(箭头A2)。通过安装螺钉210的座面213按压板簧240的力传播到踵部245。踵部245利用由在根部243处聚集的扭曲引起的力朝向台92的侧端面93偏置标尺壳体箱110。如此，线性位移测量设备100(标尺壳体箱110)与台92的侧端面93紧密接触，并由板簧240按压，防止线性位移测量设备100相应地发出卡嗒声。
止动环250称为C形环(C形锁定环)。止动环250装配在形成于衬套220的顶侧的凹线224上。
止动环250从悬挂框架部130的后侧装配在衬套220上，使得衬套220不再从如图4或7所示的通孔140离开。
应注意，凹槽150设置在悬挂框架部130的后侧处，使得止动环250不会从悬挂框架部130的背面突出。
止动环250是用于衬套220的止动件，并且仅考虑安装线性位移测量设备100(标尺壳体箱110)时可以不提供。然而，止动环250显著地使线性位移测量设备100(标尺壳体箱110)的安装工作有效。即，测量机器制造者在其工厂提前将衬套220附接到标尺壳体箱110。O形环230布置在体部221的节间部223处，衬套220插入通孔140，并由止动环250停止。当线性位移测量设备100安装在客户工厂的工业机器上时，板簧240放置在衬套220上，安装螺钉210被旋拧。
2或3m长的线性位移测量设备100的安装点的数量可以是20至30个。如果在客户工厂处的工作需要这么多数量的衬套220或O形环230，则操纵这些零件是困难的和低效的。考虑到这方面，O形环230和衬套220已在测量机器制造者工厂安装，这对于在客户工厂处的工作是有效的。
具有根据本示例性实施例的这种结构的安装工具200具有以下效果：
(1)在根据本示例性实施例的安装工具中，衬套220插入标尺壳体箱110的通孔140中，O形环230夹在衬套220和通孔140的内壁之间。然后，节间部223设置在衬套220的圆周上，以稳定地布置O形环130。因此，O形环230不需要用粘合剂固定。这极大地有助于安装工作的效率。而且，由于O形环230没有用粘合剂固定，所以其是可拆卸的。
(2)布置有O形环230的衬套220可以在通孔140中通过止动环250停止。相应地，O形环230和衬套220在安装工作中不需要分离地考虑，使用衬套220基本上等同于仅仅旋拧。因此，安装工作变得简单，不需要特殊技术。
(第二示例性实施例)
下面描述本发明的第二示例性实施例。
第二示例性实施例中的基本结构与第一示例性实施例中的相同。然而，在第二示例性实施例中，弹性体层260直接形成在衬套220上，而不是将O形环230装配在衬套220上。
图8示出第二示例性实施例。
如图8所示，由橡胶(树脂)制成的弹性体层260热焊接到衬套220。由于弹性体层260直接形成在衬套220上，所以不需要用于装配O形环的突出线222和节间部223，体部221具有笔直侧面。
弹性体层260形成在体部221的侧面和凸缘部225的背面上。
弹性体层260的厚度在体部211的侧面上是例如约0.5至0.7mm，在凸缘部225的背面上是约0.2mm。
在图8中，在悬挂框架部130的通孔140和弹性体层260之间有一间隙，但是该间隙可以用例如硅酮胶来掩埋。即，在衬套220插入通孔140中之前，硅酮胶可以薄地施加到弹性体层260的外部。
替代地，通孔140和弹性体层260可以设计成不会形成间隙，衬套220可以被强制地插入通孔140中。
在第二示例性实施例中，悬挂框架部130的宽度基本上与衬套220的体部221的长度一样，或者比衬套220的体部221的长度稍微短，即悬挂框架部130的宽度。
然后，当安装螺钉210插入衬套220中并拧入台92的孔94中时，安装螺钉210的座面213经由衬套220的凸缘部225按压悬挂框架部130。此时，形成在凸缘部225的背面上的弹性体层260是利用恰当力按压悬挂框架部130的衬垫和偏置器件。
尽管在图8中未示出，但是止动环250可作为止动件附接到根据第二示例性实施例的衬套220。
应注意，本发明不限于上述实施例，可以在不脱离范围的情况下恰当地改变。
在上述实施例中，板簧240夹在衬套220的凸缘部225和安装螺钉210的头部211之间。
替代地，通过在衬套220的凸缘部225和悬挂框架部130之间的间隙G1处布置弹性构件，可以获得等同功能。
(当弹性构件布置在间隙G1处时，安装螺钉的头部存在于凸缘部的外部，由此，在该情况下，弹性构件的确布置在安装螺钉的头部和标尺壳体箱的外面之间。)
已描述了衬套的凸缘部具有横向(在长度测量方向上)长的形状，但是凸缘部可根据悬挂框架部的形状具有圆形形状。
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2016年9月26日提交的日本专利申请No.2016-187085的优先权的权益，该日本专利申请的全部公开内容作为引用并入本文。

Claims (9)

1.一种用于线性位移测量设备的安装工具，所述安装工具将线性位移测量设备安装在安装面上，所述安装工具包括：
衬套，插入在标尺壳体箱中钻出的通孔中；
弹性体，设置在通孔和衬套之间；
安装螺钉，插入衬套中，并拧入安装面中；以及
偏置器件，布置在安装螺钉的头部与标尺壳本箱之间，并朝向安装面偏置标尺壳体箱。
2.如权利要求1所述的用于线性位移测量设备的安装工具，其中，所述弹性体是热焊接到衬套的橡胶。
3.如权利要求1所述的用于线性位移测量设备的安装工具，其中，
所述衬套具有在垂直于轴的方向上突出的凸缘部，并且
所述偏置器件是热焊接到凸缘部的背面的橡胶。
4.如权利要求1所述的用于线性位移测量设备的安装工具，其中，
所述衬套具有在垂直于轴的方向上突出的凸缘部，
所述偏置器件是板簧，并具有使安装螺钉插入作为中心部的直立部中的孔以及在直立部的端部处通过弯曲形成的腿部，并且
所述腿部朝向安装面偏置标尺壳体箱，同时所述板簧的直立部夹在凸缘部和安装螺钉的头部之间。
5.如权利要求4所述的用于线性位移测量设备的安装工具，其中，一间隙存在于凸缘部和标尺壳体箱之间。
6.如权利要求3所述的用于线性位移测量设备的安装工具，其中，所述凸缘部具有在长度测量方向上长且在垂直于长度测量方向的方向上短的形状。
7.如权利要求1所述的用于线性位移测量设备的安装工具，还包括止动环，其装配在衬套上，并防止衬套从通孔脱离。
8.一种能够安装在安装面上的线性位移测量设备，所述线性位移测量设备包括：
标尺壳体箱，具有通孔；
衬套，插入通孔中；
弹性体，位于通孔和衬套之间；以及
止动环，装配在衬套上，并防止衬套从通孔脱离。
9.一种用于安装根据权利要求8所述的线性位移测量设备的方法，所述方法包括：
将安装螺钉插入衬套中；以及
将安装螺钉旋拧到安装面中。
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