CN117848216A - 将测量标尺施加到线性型材轨道导向件的导向架表面的方法、用于线性编码器的测量标尺以及线性编码器 - Google Patents

将测量标尺施加到线性型材轨道导向件的导向架表面的方法、用于线性编码器的测量标尺以及线性编码器 Download PDF

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Abstract

一种将测量标尺施加到线性型材轨道导向件的导向架表面的方法,所述导向架沿型材轨道导向件的导轨的纵性移动并具有沿导轨的纵向延伸的第一侧表面,测量标尺包括沿导轨的纵向线性延伸并包括交替设置的若干反射区域和标记区域的至少一条轨迹。所述方法包括提供脉冲激光器以及在导向架的第一侧表面的与至少一个标记区域相对应的第一区域中引入微结构来提供所述标记区域的至少一个,激光器产生具有若干光脉冲序列的激光束,且其被引导至第一区域并相对于该第一区域二维地移动使得第一区域的不同子区域相继被光脉冲照射,不同照射子区域中的每一个与照射子区域的至少另两个分别在至少一条轨迹的纵向方向或横向于至少一条轨迹的纵向方向上具有重叠部分。

Description

将测量标尺施加到线性型材轨道导向件的导向架表面的方 法、用于线性编码器的测量标尺以及线性编码器
技术领域
本发明主要涉及一种用于线性编码器的测量标尺以及一种将测量标尺施加到线性型材轨道导向件的导向架表面的优化方法。
背景技术
测量标尺原则上从现有技术中是已知的。它们特别用于增量编码器。这些是用于检测位置变化(线性)或角度变化(旋转)的传感器,可以分别检测距离和方向或角度变化以及旋转方向。增量编码器的已知测量标尺具有周期性重复的散射或吸收区域,这些区域由传感器装置计数以检测位置变化。
因此,例如专利文献DE 2 515 574中公开了一种由金属制成的测量标尺,其具有来自多个线元件的散射区域。所述线性元件是平行的和窄的,其中,其宽度和深度的尺寸导致散射区域的线元件在可见光中不能单独区分,而只能通过其衍射图像来检测。
换言之,DE 2 515 574公开的散射区域中的每一个由多个线状凹陷(线元件)组成,这些线状凹陷彼此直接相邻布置,具有1μm(优选0.5至1.5μm)大小的宽度和大约1.5μm的深度,并因此具有光的波长大小,通过其,使用反射光方法例如在光电显微镜下照射已知的测量标尺。
例如,从专利文献DE 10 2007 007 311中可知,光束借助于使用反射方法的准直器被定向到设有反射测量标尺的表面上,使得表面或测量标尺分别被基本上平行的光束照射,其中,光以与表面法线成一定角度(入射角)入射。由此,测量标尺包括结构化区域和非结构化区域,其中,所述结构化区域由采用线光栅形式的衍射相位光栅结构来结构化,而所述非结构化区域则在每种情况都下由平滑(反射)表面形成。
因此,入射在表面上的光的入射角最好被选择成使得光在结构化区域中的衍射相位光栅结构上以衍射光的衍射级垂直地离开测量标尺的方式衍射。在这些情况下,入射到非结构化区域上的光在每种情况下在表面上反射,使得其以与表面法线的反射角等于入射角的角度离开非结构化区域(下文中也称为“反射区域”)。然后,在结构化区域处基本垂直于所述表面衍射的光被成像到传感器装置的光传感器上,其中,所述传感器装置优选被布置成使得在非结构化区域(反射区域)上反射的光不会被传感器装置的光传感器检测到。
因此,可借助于传感装置将结构化区域检测为明场,而非结构化区域(反射区域)被检测为暗场。
如果传感器装置沿增量轨迹移位,则传感器装置因此特别地检测在结构化区域上折射的光(结构化区域的暗场测量)。在每种情况下,结构化区域和非结构化区域(反射区域)一个接一个地布置成行,以便彼此交替并共同形成增量轨迹。因此,所述结构化区域以恒定的距离布置,并通过反射区域彼此间隔。因此,在每种情况下,通过每个结构化区域形成所谓的标记,其中,如果传感器装置相对于所述标记在增量轨迹的纵向方向上移动,则增量轨迹的相应标记可由传感器装置计数,并可以转换成周期性变化的传感器信号。
处理单元可利用所述周期性传感器信号来计算沿所述测量标尺的位移。由于所述传感器信号响应于所述传感器装置在所述增量轨迹的纵向方向上的移动而周期性变化,因此,可以响应于所述传感器装置在所述测量轨迹的纵向方向上的移动来测量所述传感器装置在不同位置处的相应的传感器信号,并因此将所述传感器信号的不同测量值赋值给所述传感器装置的不同位置。在每种情况下被赋值给所述传感器装置相对于所述增量轨迹的不同预设位置处的传感器信号的不同测量值之间的插值最终提供了能以高精度确定所述传感器装置的任意位置(在传感器装置的相应的两个预设位置之间)。
为了增加传感器信号,可以用来自两个彼此相邻布置的不同光源的光同时照射测量标尺,使得光分别从两个不同方向(在每种情况下,与表面法线成一定角度)入射到表面或测量标尺上。
现有技术中已知的测量标尺的缺陷在于,由传感器装置检测到的传感器信号通常只具有非常低的对比度,即:在每种情况下,传感器装置通过扫描散射或吸收区域和反射区域来产生传感器信号,使得通过扫描散射或吸收区域产生的传感器信号和通过扫描反射区域产生的传感器信号差异相对较小,因此具有相对较小的差别(对比度)。
这反过来又可能导致不能充分地检测单独的散射或吸收区域,并且不能充分地检测传感器装置相对于测量标尺的位移。对于现有技术中已知的测量标尺,还认为有问题的是,通过测量标尺上的反射获得的传感器信号具有过低的插值能力。
特别需要规定一种根据明场测量原理工作的距离测量系统,其中,可以借助于布置在“明场中”的检测器以可靠的方式来检测位置的变化。明场测量指的是,当在测距系统的测量区域中不存在测量标尺的散射或吸收区域时,在反射区域上反射的射线直接到达检测器。
这尤其意味着光源平行于传感器的光束路径照射施加在测量标尺的标尺上,这与暗场照射不同,在暗场照射的情况下,标尺以大约45°的角度被照射。根据明场测量原理工作的距离测量系统的所使用的编码器的操作模式因此需要由光源发射的光在测量标尺的反射区域上进行恒定(镜状)反射。如果可能的话,入射在测量标尺的表面上的每一光束将在测量标尺的相应反射区域中以与表面法线相同的角度被反射。
线性型材轨道导向件通常包括(线性)导轨和至少一个可移动导向架,所述可移动导向架在导轨上被导向,使得其可以在导轨的纵向方向上线性移动。对于这种类型的型材轨道导向件,通常需要检测所述导向架的位置,该导向架在导轨上被导向并且可以通过测量在导轨的纵向方向上线性移动。
线性编码器包括在导轨的纵向方向上延伸的测量标尺和传感器装置,该传感器装置可在测量标尺的纵向方向上相对于测量标尺移动以用于扫描测量标尺的相应标记,该线性编码器在这种情况下可起到通过测量来检测导向架的位置的目的。为了通过测量来提供对线性型材轨道导向件的导向架的位置的检测,所述传感器装置可以相对于导向架设置成使得其可以与所述导向架一起在导轨的纵向方向上移动。
为了提供与线性编码器相结合的线性型材轨道导向件的简化装置,所述线性编码器用于通过测量来检测可在线性型材轨道导向件的导轨的纵向方向上移动的导向架的位置,例如,已经建议以单个工件的形式来提供线性型材轨道导向件的导轨以及测量标尺,并且,为此目的,通过对导轨的表面进行处理,例如通过利用激光束对其表面进行处理,以直接在导轨的表面上形成测量标尺的相应标记。
专利文献EP 3060887 B1中公开了一种用于增量编码器的测量标尺和一种通过脉冲激光在金属表面上形成测量标尺的方法,其中,该方法通常适用于在线性型材轨道导向件的导轨表面上实现相应的测量标尺。专利文献EP 3060887 B1公开的方法被设计用于包括测量标尺的增量编码器,该测量标尺具有增量轨迹,所述增量轨迹包括散射区域和反射区域,散射区域和反射区域被布置成在纵向方向上交替,其中,所述增量编码器包括传感器装置,该传感器装置被形成为光学地扫描增量轨迹,并且,为此目的,所述传感器装置具有可相对于测量标尺移动的测量头,该测量头包括用于生成增量轨迹的图像的光学成像装置以及用于检测所述图像的多个光传感器。为了提供增量轨迹的光学扫描,设置了包括两个光源的增量轨迹的照射装置,这两个光源产生以一定角度照射在测量标尺的散射区域和反射区域上的光,其被选择为使得直接在测量标尺的反射区域上反射的光不会照射到光学成像装置上,因此不会被光传感器检测到。相反,所述传感器装置被设计成仅检测在测量标尺的散射区域处散射的光,该散射区域基本上垂直于形成有测量标尺的金属表面(这相当于根据暗场测量原理对测量标尺的散射区域进行光学检测)。为了实现传感器装置能够检测到测量标尺的散射区域,并与反射区域具有尽可能大的对比度,EP 3060887 B1中建议以脉冲激光对表面进行处理,以在金属表面上产生测量标尺的散射区域,使得每个散射区域具有至少两个线状凹陷,所述线状凹陷基本上垂直于所述增量轨迹的纵向方向延伸,并在所述增量轨迹的纵向方向上一个接一个地布置成行,形成为漫反射入射光,其中,所述散射区域的每一个线状凹陷都由多个彼此重叠设置的、基本上呈圆形的凹陷形成。关于散射区域的线状凹陷的尺寸以及散射区域的线状凹陷的相互布置,专利文件EP 3060887 B1中公开了可以适当地选择所述线状凹陷在增量轨迹的纵向方向上的宽度和/或两个相邻的线状凹陷之间的相应距离,以获得相对均匀的单个散射区域的线状凹陷的漫反射光的空间强度分布,以及,测量标尺的散射区域可以由传感器装置响应于在这种情况下根据与反射区域具有相对较大对比度的暗场测量原理实现的测量标尺的散射区域的光学检测来检测,当每一线状凹陷在所述增量轨迹的纵向方向上具有3.5μm至12μm的宽度,优选为6μm至9μm,特别是大约7μm的宽度时,两个相邻的平行线状凹陷之间的距离大于零。在这方面,专利文献EP3060887 B1中特别提出,所述散射区域在每种情况下都具有至少三个平行的线状凹陷,这些线状凹陷垂直于增量轨迹的纵向方向定向并且以6-9μm、优选以大约7.5μm的距离彼此间隔开。
专利文献EP 3060887 B1中所公开的测量标尺在根据明场测量原理对测量标尺进行光学扫描时会出现问题。在这种情况下,照射到测量标尺上的光在反射区域上被反射并在在各个散射区域(其在每种情况下都由若干个线状凹陷形成,且它们彼此间隔开)上被散射,使得根据的明场测量原理,传感器装置能够响应于对测量标尺的散射区域的光学检测以与反射区域相比具有较低的对比度来测量标尺的散射区域,这使得对由传感器装置产生的测量信号的评估更加困难,并显著地影响了响应于传感器装置在测量标尺的纵向方向上的移动来确定由传感器装置在测量标尺的纵向方向上覆盖的距离的准确性。
因此,现有技术中已知的型材轨道导向件,包括专利文献EP 3060887 B1中公开的测量标尺,并不适合于根据明场测量原理对测量标尺进行光学扫描。
在型材轨道导向件的上述实施方式中,通过将所述导轨设置有在所述导轨的纵向方向上延伸的测量标尺,以及,将适于扫描所述测量标尺的传感器装置固定在所述导向架上,以便于通过测量相对于导轨的纵向方向的位置来检测所述导向架的位置,但该实施方式在许多应用中存在缺陷。例如,将传感器装置固定在型材轨道导向件的导向架上,需要为传感器装置留出足够的空间,以便将所述传感器装置以适当的方式固定到导向架上,以使传感器装置适合扫描所述测量标尺。这一要求限制了型材轨道导向件的结构,例如,对导向架的几何尺寸有限制。型材轨道导向件的结构是已知的,例如,在这种情况下,用于扫描测量标尺的传感器装置被设置在导向架的前表面上。在这种情况下,所述导向架和所述传感器装置形成物理单元,与所述导向架相比,该物理单元具有相对较大的空间需求。在这种情况下,通过布置在所述导向架的前表面上的传感器装置来扫描施加到导轨上的测量标尺可能是有问题的,例如,当导轨在导轨的纵向方向上的延伸(由于空间原因)必须相对较短(例如,不能明显长于所述导向架在所述导轨的纵向方式的延伸)。在这种情况下,所述导向架和传感器装置形成一个物理单元,与导向架相比,该物理单元具有相对较大的质量。所述物理单元反过来在动态应用中又是不利的,因为,在动态应用中,所述导向架经常需要以相对较大的加速度在导轨的纵向方向上移动。
发明内容
因此,基于该问题,本发明的目的在于提出一种用于将测量标尺施加到线性型材轨道导向件的表面区域上的优化方法,其中,所述测量标尺适合用作线性编码器的一部分,所述线性编码器基于明场测量原理对测量标尺进行光学扫描,并实现了以可靠的方式提供了所述型材轨道导件的导向架相对于所述型材轨道导向件的导轨的位置变化的检测。
此外,还提供了相应的测量标尺和相应的线性编码器。
关于该方法,本发明的目的通过如独立权利要求1的主题来实现。关于测量标尺,本发明的目的通过如权利要求10的装置来实现,并且,关于线性编码器,其通过如权利要求12的装置来实现。
所述方法的目的是将测量标尺施加到线性型材轨道导向件的导向架的表面上,其中,所述导向架在所述型材轨道导向件的导轨上被导向,以使得所述导向架可在所述导轨的纵向方向上线性移动,其中,所述导向架具有在所述导轨的纵向方向上延伸的第一表面,所述测量标尺包括在所述导轨的纵向方向上延伸的至少一条轨迹,该轨迹包括一个接一个交替布置的若干个反射区域以及标记区域,所述标记区域中的每一个横向于所述至少一个轨迹的纵向方向以线状方式延伸,并且,所述方法具有以下方法步骤:
提供用于产生激光束的脉冲激光器;以及
通过在所述导向架的所述第一侧表面的、与所述至少一个标记区域相对应的第一区域中引入微结构来提供所述标记区域中的至少一个,其中:
所述激光器产生具有若干光脉冲序列的激光束,并且,所述激光束被导向到第一侧表面的第一区域,使得所产生的多个光脉冲序列中的每个单独的光脉冲只照射第一区域的子区域,以使得被相应的单个光脉冲照射的第一区域的该子区域的第一侧表面由于被相应的单个光脉冲照射而发生改变,从而使得在被相应的单独光脉冲照射之后,所述第一侧表面具有所述第一侧表面的空间调制,其在被相应的单独光脉冲照射的第一区域的子区域上延伸,其中,在所述至少一个轨迹的纵向上的空间扩展小于该第一区域在该至少一个轨迹的纵向方向上的空间扩展,并且,通过相应的单个光脉冲照射的子区域在横向于所述至少一个轨迹的纵向方向上的空间扩展小于所述第一区域在横向于所述至少一个轨迹的纵向方向上的空间扩展;
所述激光束相对于所述导向架移动,使得所产生的多个光脉冲序列中的至少几个光脉冲按时间顺序依次地照射第一区域的多个不同的子区域,这些子区域在空间上彼此排列分布。
对于若干个不同的照射子区域中的每一单独照射子区域,因此存在若干个不同的照射子区域中的至少另一个照射子区域,其在所述至少一条轨迹的纵向方向上和/或横向于所述至少一条轨迹的纵向方向上相对于所述若干个不同的照射子区域中的相应的单个照射子区域偏移,使得所述若干个不同的照射子区域中的相应的单个照射子区域和所述若干个不同的照射子区域中的至少另一个照射子区域间具有重叠部分,其中,所述若干个不同的被照射子区域一起形成所述第一侧表面的、与所述第一区域一致的区域。
对于若干个不同的照射子区域中的每一单独照射子区域,因此存在若干个不同的照射子区域中的至少两个其它照射子区域,它们在空间上相对于所述若干个不同的照射子区域中相应的单独照射子区域偏移使得所述至少两个其它照射子区域的其中一个相对于若干个不同照射子区域中相应的单独照射子区域在所述至少一条轨迹的纵向方向上偏移,并且,所述至少两个其它照射子区域的其中一个和所述若干个不同照射子区域中该相应的单独照射子区域(在所述至少一条轨迹的纵向方向上)具有重叠部分,以及,所述至少两个其它照射子区域的另一个照射子区域相对于若干个不同照射子区域中相应的单独照射子区域在横向于所述至少一条轨迹的纵向方向的方向上偏移,且所述至少两个其它照射子区域的另一个照射子区域和所述若干个不同照射子区域的相应单独照射子区域(在横向于所述至少一条轨迹的纵向方向上)具有重叠部分。
根据本发明的方法,激光束在导向架的第一侧表面的、与待施加测量标尺的标记区域相对应的第一区域上二维地移动,使得所述第一侧表面的第一区域的不同子区域一个接一个地被依次照射。通过其中一个光脉冲对子区域进行照射,会对构成导向架的第一侧表面的材料产生局部轻微去除和/或空间再分布,从而在光脉冲照射后,改变被照射子区域的表面形状。
在本文中,术语“被相应的单独光脉冲照射的第一区域的子区域”指的是第一侧表面的子区域,其中,在该照射的子区域中的表面的形状由于被相应的单独光脉冲照射而具有空间调制形式的变化(与被相应的单独光脉冲照射之前的表面相比)。需要重点指出的是,所述第一侧表面的子区域的空间扩展可以随相应光脉冲的强度的变化而变化,其中,所述第一侧表面的子区域中的照射子区域的表面形状由于被相应的单独光脉冲照射而发生变化。
由于激光束在导向架的第一侧表面的第一区域移动,使得不同的照射子区域中的每一个都必须与照射子区域中的至少其它一个照射子区域重叠,因此,所述导向架的第一侧表面的第一区域在通过光脉冲照射之后发生空间调制,使得第一区域中的第一侧表面与其在通过光脉冲照射之前的状态相比具有增加的粗糙度。通过光脉冲对第一区域的照射,提供了第一侧表面的微结构化,使得在照射之前是光滑的表面在照射之后在整个第一区域中具有隆起(“微结构”)的布置,这代表了表面基本上均匀的粗糙度。
表面的这种粗糙度变化改变了被照射的第一区域中的表面的反射率,使得垂直于所述表面入射的光在所述表面的被照射的第一区域中基本上不会垂直于所述表面被反射回来,而是被重复散射并在被照射的第一区域中在各隆起之间被吸收。
被相应的单独光脉冲照射的所述第一区域的子区域在空间上分布成使得被单独光脉冲照射的每个子区域与被相应的单独光脉冲照射的至少两个其它子区域具有重叠部分。各个子区域在空间上彼此偏移,使得每个被光脉冲照射的子区域在每种情况下都与在至少一条轨道的纵向方向上偏移的另一子区域具有重叠部分,并且在每种情况下还与在横向于所述至少一条轨道的纵向方向上偏移的另一子区域具有重叠部分。因此,在每种情况下被单独光脉冲照射的第一区域的子区域在两个维度(即,在所述至少一条轨迹的纵向方向上以及在横向于所述至少一条轨迹的纵向方向的方向)上具有重叠部分。由于在两个维度上的重叠,使得所述表面的反射率在被照射的第一区域中显著下降。
因此,根据本发明的方法制造的测量标尺具有以下优点:测量标尺的各个标记区域基本上吸收垂直于表面入射的光。在这种情况下,用于光学扫描目的的线性编码器的传感器装置基本上能够专门检测已经反射到反射区域的光。
因此,根据与反射区域相比具有相对较大的对比度的明场测量原理,在对标记区域进行光学检测期间,传感器装置可以很好地检测到测量标尺的标记区域。
因此,根据本发明,特别是借助于脉冲激光器在测量标尺的相应标记区域中将微结构引入到导向架的第一侧表面上,从而在不去除材料的情况下形成暗的、高对比度的表面。在导向架的表面上,极短的光脉冲产生具有纳米范围内的多个隆起结构。该微结构表面确保了光散射的减少,并在测量标尺的相应标记区域内形成永久深且视野稳定的表面黑化。
根据本发明,换言之,导向架的高反射金属表面通过高能辐射(激光辐射)被部分地粗糙化,以便在金属表面内提供吸收区域。具体地,金属表面因此被具有高能激光辐射的短激光脉冲熔化。特别地,粗糙化区域通过持续时间小于15纳秒的短激光脉冲熔化,然后在脉冲暂停期间发生表面的立即再固化。
如果用于在标记区域中引入微结构的光脉冲是超短脉冲的(即脉冲持续时间为20皮秒或小于20皮秒),则某些参数区域中的颜色变化还保持耐腐蚀性。其原因在于,由于使用超短脉冲激光,热影响区非常小,使得可以在粗糙化区域中形成自修复氧化物层。
根据本发明,将测量标尺施加到导向架的表面的方法的优点尤其体现在:所引入的微结构具有所谓的视角稳定性。由于在导向架的第一侧表面引入微结构时产生的纳米结构以重复散射的方式反射和吸收光,因此,可以使所有视角的对比度都非常高且均匀。
由于借助于脉冲激光在导向架的第一侧表面引入了微结构,因此,在金属上还引起了显著的颜色变化,直到在标记区域中形成深黑色阴影。
此外,使用超短脉冲激光器还具有这样的结果,即可以在第一侧表面中引入非常小且精细的粗糙化区域。当使用超短脉冲激光器时,脉冲持续时间比其他标记激光器的情况短约10,000倍,从而能量更丰富,并且可以以非常小的光斑尺寸来施加粗糙化区域。因此,本发明的方法特别适合于实现导向架的第一侧表面中的细丝状粗糙化区域,尤其是导向架的第一侧表面的细丝状吸收区域。
由于在使用超短脉冲激光时的曝光时间短,因此保持了表面的化学完整性,从而使得在粗糙化区域中引入耐腐蚀性,并因此使得所述测量标尺的标记区域形成耐腐蚀性。
根据本发明方法的优选实施方式,特别地,所述激光器是通过脉冲持续时间小于15纳秒的光脉冲或通过脉冲持续时间小于20皮秒的光脉冲来产生脉冲激光的短脉冲激光器。选择激光的脉冲参数和/或激光焦点,使得当将微结构引入导向架的第一侧表面中形成纳米范围内的材料粗糙化时,不会产生材料的去除或至少不会沿着表面路径产生明显的材料去除。
超短脉冲激光的使用可使得在没有热和机械影响的情况下对导向架的侧表面进行准处理。光脉冲以及能量输入的持续时间非常短,以至于根本不会向相邻原子传递温度,因此也避免了在参数选择不合适的情况下可能产生的热应力裂纹。因此,通过超短脉冲激光将微结构引入到导向架的第一侧表面中也可以被认为是“冷处理”,在冷处理期间,通过激光在纳米范围内对材料进行结构化处理。
例如,激光束可以是基本圆形的光束,其直径被选择为使得其在导向架的第一侧表面上的直径为3.5μm至12μm,优选6μm至9μm,特别是大约8μm。
为了在导向架的第一侧表面的、对应于标记区域的第一区域中引入微结构,所述激光束可以被导向到所述第一侧表面的所述第一区域,使得所述若干个不同的照射子区域的单个照射子区域与所述若干个不同的照射子区域的至少另一个照射子区域之间在所述至少一个轨迹的纵向方向上的重叠部分具有空间扩展,该空间扩展在所述至少一条轨迹的纵向方向上是被相应的单个光脉冲照射的所述第一区域的子区域的空间扩展的20-50%。因此,激光束可以在所述第一侧表面的第一区域被导向,使得所述若干个不同的照射子区域中的相应的单个照射子区域与所述若干个不同的照射子区域中的至少另一个照射子区域之间在横向于所述至少一条轨迹的纵向方向的方向上的重叠部分具有空间扩展,该空间扩展在横向于所述至少一条轨迹的纵向方向是被相应的单个光脉冲照射的所述第一区域的子区域的空间扩展的20-50%。由于不同的照射子区域之间的上述重叠,确保了在第一侧表面的第一区域中引入的微结构包括多个较小的隆起,这些隆起在空间上基本均匀地分布在第一区域的整个区域上,且其代表了在第一区域的整个区域上的表面的特别精细的结构和均匀的粗糙化。通过这种方式,入射到相应标记区域的光可以在第一区域的整个区域上被基本均匀地吸收。
为了进一步优化可通过测量标尺获得的对比度,在通过脉冲激光束将微结构引入到导向架的第一侧表面中之前,至少对第一侧表面进行表面处理,以便特别是从第一侧表面去除少量的材料。
可替代地或另外,为此目的,在通过激光束将微结构引入导向架的第一侧表面中之后,至少对工件的第一侧表面进行表面清洁。
通过这些措施,可以实现测量标尺的高反射区域。
特别地,在本文中,在通过脉冲激光束将微结构引入到导向架的第一侧表面中之前,通过抛光对所述第一侧表面进行表面处理。在本文中,优选的是,经处理后的第一侧表面的最大平均粗糙度值(Ra)为0.3μm,优选地,所述最大平均粗糙度值(Ra)为0.1μm,更优选的,所述平均粗糙度值(Ra)约为0.007μm至0.1μm。特别地,在本文中,可以设想的是,至少通过抛光盘、通过激光抛光和/或通过电抛光对所述第一侧表面进行表面处理。通过这种方式,所述第一侧表面在抛光之后具有特别高的光反射率。因此,在通过脉冲激光束将测量标尺施加到抛光的第一侧表面上之后,所述测量标尺的反射区域具有特别高的光反射率。
在对导向架的第一侧表面进行抛光之后,可通过光脉冲将所述微结构引入到第一侧表面,使得在所述测量标尺的其中一个标记区域中引入微结构之后,所述测量标尺的其中一个反射区域的第一侧表面的平均粗糙度值(Ra)比所述侧表面的平均粗糙度值大10倍以上。这样,就可以通过传感器装置来检测所述测量标尺的所述标记区域,其中,所述传感器装置用于根据与反射区域相比具有特别大的对比度的明场测量原理来光学地检测标记区域的。
如前所述,在通过脉冲激光束将相应的微结构引入到第一侧表面中之后,优选对第一侧表面进行表面清洁。尤其是激光处理和/或振动清洁或借助于超声波的清洁。这种类型的表面清洁尤其适用于通过短脉冲激光器将微结构施加到相应的标记区域的情况,其中,所述短脉冲激光器通过脉冲持续时间在纳秒范围内的光脉冲产生脉冲激光。在通过脉冲持续时间在纳秒范围内的光脉冲处理第一侧表面期间,其中一个光脉冲在第一侧表面上的照射效果是:由于在被冲击光脉照射的区域内的侧表面的局部热应力,被冲击光脉冲照射的区域内的表面的结构发生改变,使得在被冲击光脉冲照射的区域内,形成第一侧表面的材料的原子形成了多个小颗粒,这些小颗粒没有牢固地结合在第一侧表面上,而只是松散地附着在第一侧表面上。这些仅松散地附着在第一侧表面上的颗粒的形成,局部地影响了被入射光脉冲照射的区域内的第一侧表面的机械和化学稳定性。由于在通过脉冲激光束将相应的微结构引入到第一侧表面之后,对第一侧表面进行表面清洁,因此可以完全去除在被光脉冲照射的区域中产生的、并且松散地附着在第一侧表面上的颗粒。通过这种方式,可以提高在被入射光脉冲照射的区域中的第一侧表面的机械和化学稳定性。
所述测量标尺可以以这样的方式形成:使得在导轨的纵向方向上线性延伸的至少一条轨迹被形成为具有多个等距布置的标记区域的增量轨迹。
或者,所述测量标尺也可以以这样的方式形成,在所述导轨的纵向方向上线性延伸的至少一条轨迹被形成为具有用于编码至少一个参考位置的至少一个标记区域的参考轨迹,或被形成为具有在所述导轨的纵向方向上一个接一个地依次布置、以用于编码若干个不同参考位置的若干个标记区域的参考轨迹。
根据另一实施方式,本发明的测量标尺具有第一轨迹,其在导轨的纵向方向上线性延伸并被形成为具有多个等距布置的标记区域的增量轨迹,并且,所述第一轨迹还具有参考轨迹,其平行地布置在所述第一增量轨迹的旁边并具有用于编码一个或若干个参考位置的一个或若干个标记区域。由此,所述参考轨迹被特别形成为确定测量头沿着测量标尺的绝对位置。为了确定测量头在任何位置处的相应绝对位置,例如,可以测量所述测量头相对于所述参考轨迹的某个参考标记的相对位置(在第一增量轨迹上测量)变化。因此,借助于所述参考轨迹,线性编码器可以不仅检测测量头的位置变化,而且还可以检测测量头分别相对于测量标尺的纵向方向的绝对位置。
如上文所述,本发明的测量标尺被特别形成为与线性编码器结合使用,其中,所述线性编码器提供了所述测量标尺的光学扫描。这种类型的线性编码器具有至少一个如本发明所述的测量标尺以及传感器装置,所述传感器装置被形成为光学地扫描测量标尺的至少一个轨迹。
因此,所述线性编码器的至少一个传感器装置可具测量头,所述测量头相对于所述导轨以固定的方式设置,所述至少一个传感器装置包括用于生成至少一条轨迹的图像的光学成像装置以及用于检测图像的多个光传感器,其中,所述传感器装置可以特别地形成为使得所述光传感器在检测图像时生成输出信号。在导向架的位置相对于导轨的纵向方向发生变化的情况下,由光传感器产生的输出信号随测量标尺的不同标记区域在所述导轨的纵向方向上的相应布置而变化。
附图说明
下面将参考附图更详细地描述本发明的各个方面,其中:
图1A示意性地示出了包括导轨和导向架的型材轨道导向件的透视图,其中,所述型材轨道导向件包括施加到所述导向架的侧表面的测量标尺;
图1B示出了图1A所示的型材轨道导向件与用于测量导向架在所述导轨的纵向方向上覆盖的距离的距离测量系统相结合的透视图;
图1C示出了图1A所示的型材轨道导向件与图1B的距离测量系统在所述导轨的纵向方向上的正视图;
图2示意性地示出了根据图1B和图1C所示的用于测量线性型材轨道导向件的导轨的纵向方向上覆盖的距离(图中以垂直于所述导轨的纵向方向的横截面的方式示出)的距离测量系统的操作模式,其中,所述距离测量系统包括根据明场测量原理工作的线性编码器;
图3示意性地示出了施加到图2的用于线性编码器的型材轨道导向件的导向架表面的测量标尺的标记区域的布置的示例性实施方式;
图4A示出了图3的测量标尺的第一标记区域以及所述导向架的表面区域的布置的示意图,其中,所述表面区域将被脉冲激光束的光脉冲照射,以便在本发明的导向架的表面上提供所述第一标记区域;
图4B与图4A类似,示出了图3的测量标尺的第二标记区域以及所述导向架的表面区域的布置的示意图,其中,所述表面区域将被脉冲激光束的光脉冲照射,以便在本发明的导向架的表面上提供所述第二标记区域;
图5示出了通过显微镜观察到的测量标尺的俯视图,所述测量标尺通过本发明的方法施加到型材轨道导向件的导向架表面上;
图6示意性地示出了在表面清洁之前通过本发明的方法引入到型材轨道导向件的导向架的侧表面上的标记区域的示意图;
图7示意性地示出了图6的标记区域在完成表面清洁之后的示意图;
图8示出了图5的截面图,其放大了标记区域中的导轨表面,以直观地看到所示标记区域中的导轨表面的粗糙化。
具体实施方式
除非另外说明,否则相同的附图标记在每种情况下都用于表示附图中的相同元件。
图1A、图1B以及图1C示出了型材轨道导向件1,其包括导轨3以及可在所述导轨3的纵向方向上移动的导向架2,所述型材轨道导向件1与距离测量系统10相结合以用于测量在所述导轨3的纵向方向上被所述导向架2覆盖的距离。在图1A、图1B和图1C所示的示例中,假设图1A、图1B或图1C中所示的笛卡尔坐标系的X轴分别具有在导轨3的纵向方向上延伸的三个正交轴X、Y或Z(分别为X轴、Y轴或Z轴),因此,所述导向架2可沿X轴的方向线性移动。
如图1A-图1C所示,所述导向架2被形成为使得所述导向架在垂直于所述导轨3的纵向方向的截面中具有U形轮廓,该U形轮廓包括两条支腿:第一支腿U1和第二支腿U2,其中,该U形轮廓围绕导轨3延伸,使得两条支腿U1或U2分别设置在导轨3的相对的侧表面3.1或3.2上。所述导向架2的U形轮廓的第一支腿U1在导轨3的侧表面3.1上沿导轨3的所述纵向方向基本平行于侧表面3.1延伸,以及,导向架2的U形轮廓的第二支腿U2在所述导轨3的侧表面3.2上沿导轨3的纵向方向基本平行于所述侧表面3.2延伸。
所述型材轨道导向件1的导向架2由多个滚动体2A(在本示例中为球形)支撑,所述多个滚动体2A设置在形成于所述导轨3和导向架2之间的中间空间4中,以使得每个滚动体2A与导轨3以及与导向架2接触,并且,所述滚动体2A随着所述导向架2在所述导轨3的纵向方向上的移动而在导轨3的表面区域上以及在导向架2表面的区域上滚动。
如图1C所示,所述滚动体2A在所述间空间4中被布置成使所有滚动体2A的整体的第一子集在每种情况下都一个接一个地布置在在所述导轨3的纵向方向上线性延伸的第一排R1中,而所有滚动体2A的整体的第二子集在每种情况下都一个接一个地布置在在所述导轨3的纵向方向上线性延伸的第二排R2中。
如图1C所示,滚动体2A的第一排R1和滚动体2A的第二排R2在每种情况下都相对于彼此平行地延伸,并且,在每种情况下在导轨3的纵向方向上彼此相距一定距离,以使得所述滚动体2A的第一排R1布置在所述导向架2的U形轮廓的第一支腿U1与所述导轨3的所述第一侧表面3.1之间的中间空间4中,而所述滚动体2A的第二排R2则布置在所述导向架2的U形轮廓的第二支腿U2与所述导轨3的所述第二侧表面3.2之间的中间空间4中。
如图1A-图1C所示,第一排R1的所有滚动体2A和第二排R2的所有滚动体2A在中间空间4中相对于彼此保持在相应的预定位置中,为此,在导向架2和导轨3之间的中间空间4中设置有保持架5,该保持架在导轨3的纵向方向上延伸并在垂直于导轨3的纵向方向的截面中具有U形轮廓。为了将第一排R1的滚动体2A和第二排R2的滚动体2A相对于彼此保持在中间空间4中的相应预定位置中,所述保持架5具有多个孔(图中未示出),这些孔在每种情况下都横向于所述导轨3的纵向方向延伸并被形成为每个孔用于接收其中一个滚动体2A,并且,每个滚动体2A布置在其中一个孔中以使得相应的滚动体与所述导轨3以及与所述导向架2相接触。因此,随着所述导向架2在所述导轨3的纵向方向上的移动,所述保持架5具有以下效果:由于单个滚动体2A布置在保持架5的其中一个孔中,且第一排R1的所有滚动体2A和第二排R2的所有滚动体2A在每种情况下只能与保持架5一起相对于所述导轨3以及相对于所述导向架2在所述导轨3的纵向方向上移动,因此,在每种情况下,第一排R1的所有滚动体2A和第二排R2的所有滚动体2A在所述导轨3的纵向方向上仅能够在导轨3的表面和导向架2的表面上彼此同步地滚动。
所述保持架5被形成为使得所述保持架在所述中间空间4中在所述导轨3的纵向方向上延伸一距离(在下文中称为“保持架5的纵向延伸”),该距离短于导向架2在导轨3的纵向方向上的纵向延伸LF。在这种情况下,通过所述第一排R1的所有滚动体2A以及通过所述第二排R2的所有滚动体2A支撑的所述导向架2只能在所述导轨3的纵向方向上移动一有限的距离(在下文中称为“所述导向架2在导轨3的纵向方向上的最大移动距离”),该有限的距离基本上对应于导向架2在导轨3的纵向方向上的纵向延伸LF与保持架5在导轨3的纵向方向上的纵向延伸LF之间的差。由于导向架2在导轨3的纵向方向上的最大移动距离以这种方式受到限制,因此,对于型材轨道导向件1,可以在每种情况下相对于所述导向架2在所述导轨3的纵向方向上的纵向延伸LF来限制所述导轨3在所述导轨3的纵向方向上的长度:所导轨3在导轨3的纵向方向上的长度可以被选择成使得,例如,与所述导向架2在所述导轨3的纵向方向上的纵向延伸LF相同。
对于图1A-图1C所示的型材轨道导向件1,以示例性的方式假设所述导轨3在导轨3的纵向方向上的长度与所述导向架2的纵向延伸LF相同。对于图1A-图1C所示的型材轨道导向件1,在导轨3的表面上施加合适的测量标尺来测量导向架2在导轨3的纵向方向上的覆盖距离似乎存在问题。在本实施例中,由于所述导轨3在导轨3的纵向方向上的长度与所述导向架2的纵向延伸LF相同,并且导轨3和导向架2之间的中间空间4的至少一大部分还被保持架5和滚动体2A填满,因此,在本示例中,由于空间原因,在导向架2上安装传感器装置将存在问题,其中,一方面,该传感器装置随着导向架2在导轨3纵向上的移动而与导向架一起移动,另一方面,该传感器装置被布置成使得其适于扫描设置在所述导轨3的表面上的测量标尺(对于任何位置,在该位置,导向架2可以在导轨3的纵向方向上移动)。
为了解决上述问题,用于测量由导向架2在导轨3的纵向方向上所覆盖的距离的距离测量系统10的设计方式如图1A-1C所示:在导轨3的纵向方向上延伸的测量标尺15被施加到在导轨3的纵向方向上延伸的导向架2的侧表面2.1上。此外,还设有用于扫描测量标尺15的传感器装置20,在本示例中,所述传感器装置20通过保持装置20A被保持在相对于导轨3静止的位置上,以使得传感器装置20与测量标尺15间具有一定的距离,并且在每种情况下都可以响应于导向架2在导轨3的纵向方向上的移动,随着所述导向架2的位置变化来扫描测量标尺15的不同区域。
需要重点指出的是,在图1所示的示例中,施加有所述测量标尺15的侧表面2.1是导向架2的外表面区域(背离导轨3),其平行于导轨3的纵向方向(即,平行于X轴)和平行于Y轴延伸。就本发明而言,导向架2的另一表面区域一方面平行于导轨3的纵向方向延伸,另一方面平行于横向于X轴线的任何其他方向延伸,例如,平行于X轴和平行于Z轴延伸的表面区域(分别位于其中一条支腿U1或U2区域内的导向架2的顶侧或导向架2的底侧)原则上也适用于施加测量标尺15的“第一侧表面”。随着施加有所述测量标尺15的导向架2的“第一侧表面”的空间位置变化,所述传感器装置20需要被布置成相对于所述导向架可选地偏离图1所示的位置,以便能够适于扫描所述测量标尺15。
下面将参考图2和图3来描述关于测量标尺15、传感器装置20以及距离测量系统10的其他细节。
图2和图3中示意性地示出了用于测量在型材轨道导向件1的导轨3上被导向的可移动导向架2在所述型材轨道导向件1的导轨3的纵向方向上覆盖的距离的距离测量系统10的操作模式。
图2和图3所示的距离测量系统10包括根据明场测量的原理工作并测量在导轨3的纵向方向上被导向架2覆盖的距离的光学线性编码器11。为此,所述线性编码器11包括在导轨3的纵向方向上延伸的测量标尺15和至少一个传感器装置20,其中,所述测量标尺15包括在导轨3的纵向方向上线性延伸的至少一条轨迹,所述轨迹包括一个接着另一个依次交替布置的多个反射区域和标记区域,所述至少一个传感器装置20被形成为光学扫描测量标尺15的至少一条轨迹。
如图1和图2所示,测量标尺15形成在导向架2的第一侧表面2.1上。为了对测量标尺15进行光学扫描,所述传感器装置20包括测量头21,所述测量头21相对于所述导轨3以固定的方式布置,且其被布置成与导向架2的设有测量标尺15的侧表面2.1相对,以使得响应于所述导向架2在导轨3的纵向方向上的移动,所述测量标尺15与所述导向架2一起移动,尤其是相对于测量头21移动。
如图2和图3所示,测量标尺15包括布置在所述第一侧表面2.1上且在导轨3的纵向方向上彼此平行延伸的两条不同的轨迹,所述两条不同的轨迹包括一个接一个地彼此交替布置的若干个反射区域和标记区域,其中:第一轨迹SP1,其形成为具有多个等距布置的标记区域的增量轨迹,第二轨迹SP2,其形成为参考轨迹并具有用于编码至少一个参考位置的至少一个标记区域,或者,所述第二轨迹SP2也可具有在所述导轨3的纵向方向上一个接一个地布置的若干个标记区域,以用于编码若干个不同的参考位置。
如图3所示,测量标尺15的第一轨迹SP1和第二轨迹SP2的标记区域中的每一个在每种情况下都在导向架2的第一侧表面2.1上以线状方式在如图2和图3所示的Y轴方向上延伸,即,分别横向于测量标尺15的纵向方向或横向于导轨3的纵向方向上延伸。
如图3所示,第一轨迹SP1(增量轨迹)包括多个标记区域M,所述标记区域M的几何形状、在X轴方向上的空间扩展以及在Y轴方向上的空间扩展是相同的。在两个在X轴方向上直接一个接一个布置的相邻的标记区域M之间形成有反射区域S,其中,第一轨迹SP1的所有反射区域S在X轴方向上的空间扩展以及在Y轴方向上的空间扩展是相同的。
进一步如图3所示,在本示例中,第二轨迹SP2(参考轨迹)分别包括若干个(在此,例如,总共十四个)标记区域M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13或M14,这些标记区域在导轨3的纵向方向上一个接一个地布置成一行。
对于第二轨迹SP2,在两个在X轴方向上直接一个接一个布置的相邻的标记区域之间也形成有反射区域,使得上述一个接一个地布置成一行的标记区域M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13或M14分别与反射区域S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14或S15交替布置。然而,第二轨迹SP2的标记区域M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13和M14在X轴方向上的空间扩展彼此并不完全相同。反射区域S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14和S15在X轴方向上的空间扩展同样彼此也不完全相同。以这种方式,第二轨迹SP2的不同的标记区域和反射区域提供了对若干个不同的参考位置的编码,这些参考位置在每种情况下都明确地限定了若干个不同的绝对位置。
测量头21具有光源22(例如LED),通过该光源发射光束22.1形式的光,该光束基本上垂直地指向导向架2的侧表面2.1,使得由光源22发射的光的一部分照射在测量标尺15的第一轨迹SP1上,并且,由光源22发射的光束22.1的另一部分照射在测量标尺15的第二轨迹SP2上。线性编码器11的运行模式要求由光源22发射的光束22.1在导向架2的侧表面2.1上规则(镜面状)反射,其中,每个入射光束都尽可能地与以与表面法线相同的角度反射。
如图2所示,由光源22发射的照射在测量标尺15的第一轨迹SP1上的那部分光束22.1在第一轨迹SP1上反射;在测量标尺15的第一轨迹SP1上被反射的光在图2中以“RL1”标识的光束表示。由光源22发射照射在测量标尺15的第二轨迹SP2上的那部分光束22.1相应地在第二轨迹SP2上反射;在测量标尺15的第二轨迹SP2上被反射的光在图2中以“RL2”标识的光束表示。
进一步如图2所示,所述测量头21包括电子光传感器芯片25,其被形成为检测在第一轨迹SP1上反射的光RL1和在第二轨迹SP2上反射的光RL2,并且分析反射光RL1的强度空间分布和反射光RL2的强度空间分布。
为此,光传感器芯片25包括用于检测在测量标尺15的第一轨迹SP1上反射的光RL1的多个光传感器的第一装置25.1和用于检测在测量标尺15的第二轨迹SP2上反射的光RL2的多个光传感器的第二装置25.2,以及,被形成为评估光传感器的第一装置25.1的相应输出信号和/或光传感器的第二装置25.2的输出信号的其它电子元件(图中未示出)。
根据本发明,所述测量标尺15被设计成使得各个标记区域,即,第一轨迹SP1的标记区域M和第二轨迹SP2的标记区域M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13和M14基本上吸收由光源22发射的并且照射在相应标记区域上的光束22.1,并且不会在光传感器的第一装置25.1的方向上和/或在光传感器的第二装置25.2的方向上反射该光。在这种情况下,在测量标尺15的第一轨迹SP1上反射的光RL1基本上由已经在第一轨迹SP1的反射区域S上反射的光组成。因此,在测量标尺15的第二轨迹SP2上反射的光RL2基本上由已经在第二轨迹SP2的反射区域S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14和S15上反射的光组成。
在上述情况下,在测量标尺15的第一轨迹SP1上反射的光RL1的强度空间分布在导轨3的纵向方向上具有空间变化,这与第一轨迹SP1的反射区域S在导轨3的纵向方向上的空间布置相对应。因此,在测量标尺15的第二轨迹SP2上反射的光RL2的强度空间分布在导轨3的纵向方向上具有空间变化,这与第二轨迹SP2的反射区域S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19、S1 S14和S15的空间布置相对应。
所述光传感器的第一装置25.1包括多个光传感器(图2中未示出),它们在导轨3的纵向方向上一个接一个地布置成一排。光传感器的第二装置25.2相应地也包括多个光传感器(图2中未示出),它们在导轨3的纵向方向上一个接一个地布置成一排。
如果导向架2在导轨3的纵向方向上移动,则测量头21的光传感器装置25.1和光传感器装置25.2也相对于所述导向架2分别在测量标尺15的第一轨迹SP1或第二轨迹SP2的纵向方向上移动。在这种情况下,由光传感器的第一装置25.1的各个光传感器检测到的在第一轨迹SP1上反射的光RL1的强度在每种情况下都随导向架2的位置相对于导轨3的纵向方向的变化而变化,以响应于导向架2在导轨3的纵向方向上的移动。
由于第一轨迹SP1被形成为增量轨迹并且第一轨迹SP1的标记区域M在每种情况下都是在导轨3的纵向方向上一个接一个地等距布置,因此,由光传感器的第一装置25.1的各个光传感器检测的在第一轨迹SP1上反射的光RL1的强度在每种情况下都随导向架2的位置相对于导轨3的纵向方向的变化而呈周期性变化,以响应于导向架2在导轨3的纵向方向上的移动。相应地,光传感器的第一装置25.1的各个光传感器在每种情况下都产生输出信号,所述输出信号随着导向架2相对于导轨3的纵向方向的位置变化而周期性地变化,以响应所述导向架2在导轨3的纵向方向上的移动。
光传感器的第一装置25.1的光传感器通常可以这样形成:响应于所述导向架2在所述导轨3的纵向方向上的移动,所述光传感器的第一装置25.1的各个光传感器分别产生输出信号,所述输出信号随所述导向架2相对于导轨3的纵向方向的位置变化而呈现分别对应于数学正弦函数或余弦函数的过程的周期性变化。因此,对光传感器的第一装置25.1的光传感器的输出信号的评估可确定响应于导向架2在导轨3的纵向方向上的移动而覆盖的距离。
如上所述,第二轨迹SP2被形成为参考轨迹,其中,所述第二轨迹SP2的标记区域M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13和M14在X轴方向上的空间扩展彼此不完全相同,并且,第二轨迹SP2的反射区域S1、S2、S3、S4、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14和S15在X轴方向上的空间扩展彼此也不完全相同。
在这种情况下,响应于所述导向架2在所述导轨3的纵向方向上的移动,由光传感器的第二装置25.2的各个光传感器检测的在第二轨迹SP2上反射的光RL2的强度在每种情况下都随导向架2相对于所述导轨3的纵向方向的位置变化而变化,然而,该变化并不会随着导向架2相对于导轨3的纵向方向的位置变化而具有周期性的变化过程。
相应地,响应于导向架2在导轨3的纵向方向上的移动,光传感器的第二装置25.2的各个光传感器在每种情况下都产生输出信号,所述输出信号并不会随导向架2相对于导轨3的纵向方向的位置变化而呈现周期性地变化。因此,对光传感器的第二装置25.2的光传感器的输出信号进行评估,可确定测量头21相对于测量标尺15的第二轨迹SP2的标记区域和反射区域的相应位置的绝对位置。
钢、尤其是不锈钢通常被用作线性型材轨道导向件的导轨和导向架的材料。此类导轨和导向架的表面按照标准进行打磨(即未抛光的),通常具有偏离平整区域的轮廓,使得此类型的表面相当影响光的漫反射。
如果由光源22发射的光束22.1在测量标尺15的相应反射区域上漫反射,则这可能影响距离测量系统10的测量精度。
关于在图2和图3的导向架2的第一侧表面上实现测量标尺15,有利的是,在通过本发明的方法将测量标尺15施加到导向架2的侧表面2.1之前,先对侧表面2.1进行表面处理,以从所述导向架2的第一侧表面2.1少稍微去除材料,以减小所述侧表面2.1的原有粗糙度,并相应地将侧表面2.1形成为尽可能光滑或平整。
对于型材轨道导向件的表面处理,对导向架2的表面优选侧表面2.1区域进行抛光。抛光可以以各种方式进行,特别是通过利用具有非常细的粒度(400或更细)的陶瓷研磨盘进行预抛光,并且随后通过以橡胶或合成树脂相结合为基材的抛光盘进行抛光。替代抛光盘进行抛光的另一种制造类型是激光抛光或电抛光或通过抛光刷进行抛光。
在对侧面2.1进行这种表面处理之后,随后通过脉冲激光器将测量标尺15的各个标记区域施加到所述导向架2的第一侧表面2.1上。下面将例如参考图4A和图4B,来描述利用本发明的方法来施加测量标尺15的各个标记区域的示例。
图4A(侧表面2.1的俯视图)示出了侧表面2.1的第一区域B1,在该第一区域B1中,侧表面2.1将借助于脉冲激光被处理,以在第一区域B1中形成微结构,该微结构表示测量标尺15的第一轨迹SP1或第二轨迹SP2的其中一个标记区域。
由于测量标尺15的第一轨迹SP1或第二轨迹SP2的相应标记区域在每种情况下以横向于测量标尺15的纵向方向(即,图2和图3中所示的X轴方向)的线状方式延伸,因此,假设在图4A的示例中,第一区域B1基本上具有矩形的形状,其具有在测量标尺15的纵向方向上的延伸段DBX和在横向于所述测量标尺15的纵向方向(即,图2和图3中所示的Y轴方向)上的延伸段DBY。
为了在表示测量标尺15的第一轨迹SP1或第二轨迹SP2的标记区域之一的区域B1中引入微结构,设置了用于产生激光束的脉冲激光器,其中,所述脉冲激光器通过若干个光脉冲序列来产生激光束。所述激光束射向所述第一侧表面2.1的第一区域B1,使得只有第一区域B1的子区域被所产生的多个光脉冲序列中的每个单独光脉冲所照射。
在图4A所示的示例中,假设在垂直于激光束的传播方向的平面中,激光束具有直径为DL的基本上为圆形的光束轮廓,从而使得当激光束照射在侧表面2.1上时,激光束的单个光脉冲以激光照射侧表面2.1的具有圆形形状的区域,其中,在所示示例中,被单个光脉冲照射的该区域的直径与激光器的直径DL基本相对应。
在本示例中,假设当激光束的单独光脉冲照射在所述侧表面2.1上时,侧表面2.1以这样的方式照射,即,由于通过单独光脉冲的照射,侧表面2.1在具有直径D的圆形形状的圆形区域中发生变化,使得侧表面2.1在具有直径D的上述圆形区域中具有空间调制形式的变化(与被相应的单独光脉冲照射之前的表面形状相比)。在图4A所示的示例中,“被相应的单独光脉冲照射的第一区域B1的子区域”相应地在每种情况下被示为侧表面2.1的由具有直径为D的圆限定的区域。
特别地,在图4A所示的示例中,还假设激光束照射第一侧表面2.1的第一区域B1,使得被相应的单个光脉冲照射的第一区域B1的子区域在测量标尺15的纵向方向(即,在X轴方向)上的空间扩展D小于第一区域B1在所述测量标尺15的纵向方向上的空间扩展DBX,并且,被相应的单个光脉冲照射的子区域在横向于所述测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴方向)上的空间扩展D小于第一区域B1在横向于所述测量标尺15的纵向方向上的空间扩展DBY。
在图4A所示的示例中,所述激光束相对于导向架2移动,使得所生成的若干个光脉冲序列中的至少若干个光脉冲按时间顺序照射第一区域B1的、相对于彼此在空间上分布布置的若干个不同子区域,其中,对于若干个不同照射子区域中的每个单独的照射子区域,存在若干个不同的照射子区域中的至少另一个照射子区域在测量标尺15的纵向方向上(即,在X轴的方向上)和/或横向于测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴的方向上)相对于若干个不同的照射子区域中的相应的单独一个照射子区域发生偏移,使得若干个不同的照射子区域中的相应的单独一个照射子区域和若干个不同的照射子区域中的至少一个其它照射子区域重叠,其中,若干个不同的照射子区域一起形成了第一侧表面的、与第一区域B1一致的区域。
据此,激光束在所述导向架2的第一侧表面2.1的第一区域B1上进行二维移动(即,在X轴方向和Y轴方向),该第一区域B1对应于待施加测量标尺15的标记区域,从而使得第一区域B1的不同子区域一个接一个地相继被照射。
通过其中一个光脉冲来照射子区域,会对构成所述导向架2的第一侧表面2.1的材料(钢)产生局部的轻微去除和/空间再分布的影响,从而在被光脉冲照射之后,被照射子区域内的表面的形状会发生改变。由于激光束在第一区域B1上移动,使得不同的被照射的子区域中的每一个必须与被照射的子区域中的至少另一个具有重叠部分,因此使得导向架2的第一侧表面2.1在第一区域B1中在被光脉冲照射之后具有空间调制,从而使得第一区域B1中的第一侧表面2.1与光脉冲照射之前的状态相比,其粗糙度增加。通过光脉冲对第一区域的照射提供了第一侧表面的微结构化,使得在照射之前的光滑的表面在整个第一区域的照射之后,在第一区域B1中具有隆起(“微结构”)的布置,这代表表面基本均匀的粗糙化。
在图4A所示的示例中,所述第一区域B1的激光束的直径D或在每种情况下分别被光脉冲照射的子区域的直径D,分别与第一区域B1在测量标尺15的纵向方向上的扩展段DBX以及第一区域B1在横向于测量标尺15的纵向方向上的扩展段DBY相关,且其关系为:
D<DBX<2D;和
D<DBY<nD,
其中n是自然数(其中n≥2)
此外,还假设在每种情况下被光脉冲照射的不同子区域以这样的方式布置在第一区域B1中:即,具有总数为n个子区域的所有被照射子区域的第一组子区域,其中,这些第一组的各个子区域被布置成横向于测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴的方向上)延伸的行并由此相对于彼此布置成在每种情况下使得不同子区域的中心点在横向于测量标尺15的纵向方向相对于彼此偏移预定距离。如图4A所示,上述第一组子区域整体形成第一区域B1的第一线形部分,其在图4A中以附图标记“L1”表示,该第一线性部分在横向于测量标尺15的纵向方向的方向上的扩展与第一区域B1的扩展段DBY相同,并且该第一线性部分在测量标尺15的纵向方向上的扩展与分别通过光脉冲照射的子区域的直径D相同。
需要重点指出的是,图4A中并没有示出上述第一组子区域的布置在的第一线形部分L1的所有子区域,而是(为清楚起见)仅图示了上述第一组子区域中的四个相应子区域,其中,这四个子区域在图4A中以附图标记“TB11”、“TB15”、“TB16”和“TB1n”表示。由此,两个子区域“TB11”和“TB1n”在Y轴的方向上相对于彼此偏移地布置,使得子区域“TB11”相对于Y轴布置在第一线形部分L1的一端,而子区域“TB1n”相对于Y轴布置在第一线形部分L1的另一端上(即,位于子区域“TB11”的对面)。两个子区域“TB15”和“TB16”相对于彼此布置成使得在Y轴的方向上,子区域“TB16”的中心点相对于子区域“TB15”的中心点偏移距离ΔY。在本示例中,距离ΔY被选择为使得所述距离ΔY优选大于或等于在每种情况下通过光脉冲照射的子区域的直径D的一半,并且,所述距离ΔY优选小于在每种情况下被光脉冲照射的子区域的直径D的80%(即,D/2≤ΔY<0.8*D)。因此,两个子区域“TB15”和“TB16”具有重叠部分,如图4A中的附图标记为“UY”的阴影区域所示。在Y轴的方向上,重叠部分UY具有延伸段DUY,所述延伸段DUY优选位于在Y轴方向上被单个光脉冲照射的子区域的空间延伸段D的20-50%的范围内。
延伸段DUY与在每种情况下被光脉冲照射的所述子区域的直径D有关,并且按以下等式与上述距离ΔY相关联:DUY=D-ΔY。
关于上述第一组子区域中的那些未在图4A中示出的子区域,需要指出的是,不同子区域的中心点在每种情况下都可以横向于所述测量标尺15的纵向方向偏移,使得对于被光脉冲照射的不同子区域中的每个单独的子区域,都存在另一子区域,该另一子区域被光脉冲照射,且其中心点横向于所述测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴方向上)相对于被光脉冲照射的所述不同子区域的相应单个子区域的中心点偏移一距离,该距离与图4A中所述的子区域“TB15”和“TB16”的中心点之间的距离ΔY相对应。因此,上述第一组子区域中的每一子区域至少与上述第一组子区域中的另一子区域具有重叠部分,该重叠部分与图4A中所示的子区域“TB15”和“TB16”的重叠部分UY相对应。
从图4A中可看出,设置在第一区域B1中的、在每种情况下都被光脉冲照射的不同子区域被布置成使得除了上述第一组子区域外,还存在全部被照射的子区域的第二组子区域,其数量为总共n个子区域,其中,该第二组的各个子区域布置成横向于测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴的方向上)延伸的行,并因此相对于彼此布置成使得不同子区域的中心点同样在每种情况下都横向于测量标尺15的纵向方向相对于彼此偏移指定距离。如图4A所示,上述第二组子区域整体形成第一区域B1的第二线形部分,其在图4A中以附图标记“L2”标识,该第二线性部分横向于测量标尺15的纵向方向的延伸段与第一区域B1的延伸段DBY相同,并且,该第二线性部分在所述测量标尺15的纵向方向上的延伸段与在各情况下都被光脉冲照射的子区域的直径D相同。
如图4A所示,第二组子区域的被光脉冲照射的各个子区域布置在第一区域B1的横向于测量标尺15的纵向方向的第二线形部分L2中,以便对应于在Y轴方向上的第一线性部分L1中的第一组子区域,以类似于通过光脉冲照射的各个子区域的空间分布的方式在空间分布。
类似地,图4A中也没有示出布置在所述第二线形部分L2中的上述第二组子区域的所有子区域,而是(为了清楚起见)仅图示了上述第二组子区域中的四个相应子区域,其中,这四个子区域在图4A中以附图标记“TB21”、“TB25”、“TB26”和“TB2n”表示。由此,两个子区域“TB21”和“TB2n”在Y轴的方向上相对于彼此偏移地布置,使得子区域“TB21”相对于Y轴布置在第二线形部分L2的一端,而子区域“TB2n”相对于Y轴布置在第二线形部分L2的另一端上(即,位于子区域“TB21”的对面)
此外,所述第二组子区域的不同子区域的中心点在每种情况下都横向于所述测量标尺15的纵向方向相对于彼此偏移地布置在所述第一区域B1的第二线形部分L2中,使得对于被光脉冲照射的不同子区域中的每个单独子区域,都存在另一子区域,该另一子区域被光脉冲照射,且其中心点横向于所述测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴方向上)相对于被光脉冲照射的所述不同子区域的相应单个子区域的中心点偏移一距离,该距离与图4A中所述的子区域“TB15”和“TB16”的中心点之间的距离ΔY相对应。所述第二组子区域的每一子区域与所述第二组子区域的另一子区域具有重叠部分,该重叠部分与图4A中所示的子区域“TB15”和“TB16”的重叠部分UY相对应。
如上所述,在图4A所示的示例中,所述激光束的直径DL或在每种情况下被光脉冲照射的第一区域B1的子区域的直径D分别与第一区域B1在测量标尺15的纵向方向上的延伸段DBX间的关系满足D<DBX<2D。由于第一区域B1的第一线形部分L1以及第一区域B1的第二线形部分L2在测量标尺15的纵向方向上具有与被光脉冲照射的子区域的直径D相同的延伸段,因此,所述第一组子区域的子区域和所述第二组子区域的子区域相对于彼此布置成使得所述第一组子区域的子区域的中心点位于在Y轴方向上延伸的第一直线上,而所述第二组子区域的子区域的中心点位于同样在Y轴方向上延伸的第二直线上,其中,所述第一直线和第二直线彼此平行地布置,且在测量标尺15的纵向方向上具有小于在每种情况下都通过光脉冲照射的子区域的直径D的距离ΔX。
因此,所述第一区域B1的第一线形部分L1和所述第一区域B1的第二线形部分L2具有重叠部分,该重叠部分在Y轴方向上延伸一长度,该长度与第一区域B1在Y轴方向上的延伸段DBY相对应,且其在测量标尺15的纵向方向上扩展一长度DUX(如图4A所示)。所述第一区域B1的第一线形部分L1和第一区域B1的第二线形部分L2的重叠部分在测量标尺15的纵向方向上的延伸段DUX与在每种情况下都被光脉冲照射的子区域的直径D以及上述距离ΔX之间的关系满足以下等式:DUX=D-ΔX。
因此,第一组子区域的子区域和第二组子区域的子区域相对于彼此布置成使得所述第一组子区域的每个子区域通常与第二组子区域的至少一个子区域间具有重叠部分,该重叠部分在所述测量标尺15的纵向方向上具有扩展段,该扩展段与所述第一区域B1的第一线形部分L1和所述第一区域B1的第二线形部分L2之间的重叠部分在测量标尺15的纵向方向上的上述延伸段DUX相同。
因此,在图4A中以示例性的方式示出了子区域TB11和子区域TB21在测量标尺15的纵向方向上偏移布置,使得子区域TB11和子区域TB21具有重叠部分,该重叠部分在图4A中以同样以附图标记“UX”表示的阴影区域示出。在X轴方向上,该重叠部分UX具有与上述延伸段DUX相同的延伸段。
另外,图4A中还以示例性的方式示出了子区域TB1n和子区域TB2n在测量标尺15的纵向方向上偏移布置,使得子区域TB1n和子区域TB2n具有重叠部分,该重叠部分在图4A中以同样以附图标记“UX”表示的阴影区域示出。因此,在X轴方向上,该重叠部分UX具有与上述延伸段DUX相同的延伸段。
此外,图4A中还以示例性的方式示出了子区域TB15和子区域TB25在测量标尺15的纵向方向上偏移布置,使得子区域TB15和子区域TB25具有重叠部分,该重叠部分在图4A中以同样以附图标记“UX”表示的阴影区域示出,因此,在X轴方向上,该重叠部分UX具有与上述延伸段DUX相同的延伸段。
图4A中还示出了子区域TB16和子区域TB26在测量标尺15的纵向方向上偏移布置,使得子区域TB16和子区域TB26具有重叠部分,该重叠部分在图4A中以同样以附图标记“UX”表示的阴影区域示出,因此,在X轴方向上,该重叠部分UX具有与上述延伸段DUX相同的延伸段。
从图4A中还可看到,两个子区域TB25和TB26相对于彼此被布置成所述子区域TB26的中心点相对于子区域TB25的中心点在所述Y轴的方向上偏移距离ΔY,从而使得子区域TB25和TB26在Y轴方向上具有重叠部分,该重叠部分如图4A中以附图标记“UY”表示的阴影区域所示。
从图4A中还可看出,被相应的单独光脉冲照射的所述第一区域B1的子区域TB15,TB16,TB25和TB26因此在两个维度(即,在所述至少一条轨迹的纵向方向以及在横向于所述至少一条轨迹的纵向方向)上具有重叠部分UX和UY。
因此,被单独光脉冲照射的所述第一区域B1的所有子区域在两个维度(即,在所述至少一条轨迹的纵向方向以及在横向于所述至少一条轨迹的纵向方向)上具有重叠部分UX和UY。
距离ΔX优选被选择成使得重叠部分UX在X轴方向上的延伸段DUX在X轴方向上最好位于被单个光脉冲照射的子区域的空间扩展D的20-50%的范围以内。
图4B与图4A类似,(以侧表面2.1的俯视图)示出了侧表面2.1的第一区域B2,在该第一区域2.1中,侧表面2.1将借助于脉冲激光进行处理,以便在第一区域B2中形成代表测量标尺15的第一轨迹SP1或第二轨迹SP2的其中一个标记区域的微结构。
与图4A中的示例类似,图4B中的示例也假设第一区域B2基本具有矩形的形状,其在测量标尺15的纵向方向上具有延伸段DBX,以及在横向于测量标尺15的纵向方向的方向(即,在图2和图3所示的Y轴方向)上具有延伸段DBY。
与图4A中的示例相类似,图4B中的示例也提供了用于生成激光束的脉冲激光器,以用于在区域B2中形成微结构,其中,所述激光器通过若干光脉冲序列来产生激光束,并且,所述激光束照射到第一侧表面2.1的第一区域B2,使得只有第一区域B2的子区域被所产生的若干光脉冲序列中的每个单独的光脉冲照射。
与图4A的示例相类似,在图4B的示例中,假设在垂直于激光束传播方向的平面上,激光束具有直径为DL的基本上圆形的光束轮廓,使得当激光束照射在侧表面2.1上时,激光束的单个光脉冲以激光照射侧表面2.1的具有圆形形状的区域,其中,在所示示例中,被单个光脉冲照射的该区域的直径与激光的直径DL基本相对应。
与图4A的示例相类似,在图4B的示例中,假设当激光束的单独光脉冲照射在所述侧表面2.1上时,所述侧表面2.1以这样的方式被照射,即,由于通过单独光脉冲的照射,侧表面2.1在具有直径D的圆形形状的圆形区域中发生变化,使得侧表面2.1在具有直径D的上述圆形区域中具有空间调制形式的变化(与被相应的单独光脉冲照射之前的表面形状相比)。在图4B所示的示例中,“被相应的单独光脉冲照射的第一区域B2的子区域”相应地在每种情况下被示为侧表面2.1的由具有直径为D的圆限定的区域。
与图4A的示例相类似,在图4B的示例中,还假设激光束被引导至第一侧表面2.1的第一区域B2处,使得被相应的单个光脉冲照射的第一区域B2的子区域在测量标尺15的纵向方向上(即,在X轴方向上)的空间扩展D小于第一区域B2在所述测量标尺15的纵向方向上的空间扩展DBX,并且,被相应的单个光脉冲照射的子区域在横向于所述测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴方向)上的空间扩展D小于所述第一区域B2在横向于所述测量标尺15的纵向方向上的空间扩展DBY。
图4B的示例与图4A的示例的本质区别在于,尽管图4B的第一区域B2在横向于所述测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴方向)上的延伸段DBY与图4A中的第一区域B1在横向于所述测量标尺15的纵向部分上的延伸段相同,但是,所述第一区域B2在所述测量标尺的纵向方向上的空间扩展DBX基本大于图4A中的第一区域B1在测量标尺15的纵向方向上的扩展。后者考虑到了测量标尺15在第二轨迹SP2的区域内具有不同的标记区域的要求,其中,所述标记区域在所述测量标尺15的纵向方向上的扩展在很大程度上是不同的。
因此,在图4A所示的示例中,第一区域B2在测量标尺15的纵向方向上的空间扩展DBX明显大于被相应的单独光脉冲照射的第一区域B2的子区域在所述测量标尺15的纵向方向上的空间扩展D的两倍(即,DBX>2*D)。
在图4B所示的示例中,激光束同样也相对于导向架2移动,使得所产生的若干个光脉冲序列中的至少若干光脉冲按时间顺序照射第一区域B2的相对于彼此在空间上分布布置的若干不同子区域,其中,对于若干个不同被照射子区域中的每个单独的子区域,存在若干不同的照射子区域中的至少另一个照射子区域,该至少另一个照射子区域在测量标尺15的纵向方向上(即,在X轴方向上)和/或横向于测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴方向上)相对于若干不同的照射子区域中的相应的单独一个照射子区域偏移,使得若干个不同的照射子区域中的相应的单独一个子区域与若干不同的照射子区域中的至少另一个其它照射子区域具有重叠部分,其中,若干个不同的照射子区域一起形成第一侧表面的、与第一区域B2一致的区域。
因此,在图4B所示的示例中,激光束也在所述导向架2的第一侧表面2.1的第一区域B2上进行二维移动(即,在X轴方向和Y轴方向),其中,该第一区域B2对应于待施加测量标尺15的标记区域,从而使得第一区域B2的不同子区域一个接一个地相继被照射。
与图4A中的示例不同,假设图4B中的示例由于与被相应的单独光脉冲照射的子区域的空间扩展D相比,所述第一区域B2在所述测量标尺15的纵向方向上的空间扩展DBX相对较大,因此,在每种情况下被光脉冲照射的不同子区域以这样的方式布置在所述第一区域B2中:存在全部被照射的子区域的两组以上的不同子区域的组,其中,所述两组以上的不同子区域组中的每一组在每种情况下都包括若干个子区域(具有图4A所示示例中的子区域数量n),并且,所述两组以上的不同组中的每组的单独子区域被布置成在横向于所述测量标尺15的纵向方向(即,在Y轴方向)上延伸的行中,并由此相对于彼此布置成使得不同子区域的中心点在每种情况下都横向于所述测量标尺15的纵向方向相对于彼此偏移预设距离。因此,两组以上的不同子区域组的不同之处在于,其中一组不同子区域组中的子区域的中心点相对于其它每组不同子区域组中的子区域的中心点在测量标尺15的纵向方向(即,在X轴方向)偏移预设距离。
在图4B所示的示例中,假设存在七组不同的子区域组(或者,也可以存在更多或更少的不同组)。如图4B所示,七组不同的子区域组中的每一组的相应子区域在每种情况下形成第一区域B2的线形部分,该线形部分在横向于所述测量标尺的纵向方向上的延伸段与所述第一区域B2的延伸段DBY相同,且该线形部分在所述测量标尺的纵向方向上的延伸段与在每种情况下都被光脉冲照射的所述子区域的直径D相同。
由于七组不同的子区域组中的其中一组子区域的子区域的中心点相对于所述七组不同的子区域组中的其他每一组子区域的子区域的中心点在测量标尺15的纵向方向上(即,在X轴方向上)偏移预设距离,所述七组不同子区域组中的子区域总共形成第一区域B2的七个线形部分,它们在图4B中分别以附图标记“L1”、“L2”、“L3”、“L4”、“L5”、“L6”或“L7”表示。
图4B中未示出被光脉冲照射且在每种情况下被分别分配给所述第一区域B2的七个线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L6或L7中的其中一个的单个子区域。在这种情况下,假设所述七个线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L6或L7的被光脉冲照射的单个子区域的布置分别类似于图4A中的第一区域B1的线形部分L1或L2中的被光脉冲照射单个子区域的布置。
如图4B所示,所述第一区域B2的七个线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L6或L7中的每一个中的被光脉冲照射的单个子区域的中心点在每种情况下都位于沿Y轴方向延伸的直线上。根据图4B的示例,第一区域B2的七个线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L 6或L7彼此相对地布置,使得被光脉冲照射且被分配给线形部分L1的那些子区域的中心点相对于被光脉冲照射且被分配给线形部分L2的那些子区域的中心点相对于所述测量标尺15的纵向方向(即,所述X轴方向)具有距离ΔX,该距离ΔX小于在每种情况下被光脉冲照射的子区域的直径D。因此,被光脉冲照射且被分配给线形部分L2的那些子区域的中心点相对于被光脉冲照射且被分配给线形部分L3的那些子区域的中心点相对于所述测量标尺15的纵向方向(即,所述X轴方向)也同样具有上述距离ΔX。所述第一区域B2的其余线形部分L4、L5、L 6或L7分别以类似于第一区域B2的线形部分L1、L2和L3的方式布置:七个线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L 6或L7的被光脉冲照射的各个子区域的中心点在每种情况下都位于不同的直线上,这些直线在Y轴的方向上延伸且在每种情况下都在所述测量标尺15的纵向方向上一个接一个地等距布置,其中,这些直线中的两条相应的相邻的直线之间的距离与上述距离ΔX相对应(如图4B所示)。
由于假设距离ΔX小于在每种情况下被光脉冲照射的子区域的直径D,因此,所述第一区域B2的线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L6或L7分别被设置成在所述测量标尺15的纵向方向上偏移,以使得所述线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L6或L7中的每一个在每种情况下都与所述线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L6或L7中的另一个具有重叠部分,该重叠部分在图4B中以附图标记“UX”表示的阴影区域表示。因此,在X轴方向上,线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L6或L7中的两个相应部分之间的重叠部分UX具有延伸段DUX,该延伸段DUX按照以下等式与上述距离ΔX相关联:DUX=D-ΔX。
被光脉冲照射并分别分配给线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L6或L7中的其中一个的子区域中的每个子区域相应地与被光脉冲照射并分配给线形部分L1、L2、L3、L4、L5、L6或L7中的至少另一个其它子区域在图4B所示的其中一个重叠部分UX的区域内重叠。
根据图4B所示的示例,所述距离ΔX优选被选择成使得重叠部分UX在X轴方向上的延伸段DUX最好位于被单个光脉冲照射的子区域在X轴方向上的空间扩展D的20-50%的范围内。
下面将参考图5-图8来描述在图2和图3所示的测量标尺在导向架(由钢制成)的侧表面上的实现方式。
图5-图8示出了图2和图3所示的测量标尺在型材轨道导向件的导向架的侧表面上的实现方式,在此情况下,例如,具有波长为355nm、最大输出功率为300mW以及脉冲持续时间小于15纳秒和孔径开口为16mm的短脉冲激光器被用于在所述导向架的侧表面上引入测量标尺15的相应标记区域中的微结构。为了引入微结构,可以相对于所述导向架以每秒200mm的扫描速度移动激光束,其中,所述激光器产生重复频率(脉冲频率)为60kHz的光脉冲序列,并且,激光功能通常选择最大输出功率的90%。
所述激光束具有圆形轮廓,并以这样的方式被施加到导向架的侧表面:即,激光束的单个光脉冲在导向架的侧表面上照射直径D约为8μm的子区域。
图5示出了通过显微镜观察到的图3中的测量标尺15的俯视图,其中,所述测量标尺15通过本发明的方法借助于上述短脉冲激光器施加到导向架的侧表面上。图5的上半部分示出了所述测量标尺15的第一轨迹SP1(增量轨迹)的俯视图,且图5的下半部分示出了测量标尺15的第二轨迹SP2(参考轨迹)的俯视图。
图5中的亮区对应于所述测量标尺15的相应的反射区域,而图5中的暗区则对应于测量标尺15的相应的标记区域,其通过上述短脉冲激光施加到导向架的侧表面上。
图5所示的侧表面在施加测量标尺15之前先经过抛光,使得所述侧表面的平均粗糙度值(Ra)为Ra=0.007μm(通过激光扫描显微镜测量)。在图5中的上半部分中示出的第一轨迹SP1(增量轨迹)的各个标记区域在所述测量标尺15的纵向方向(即,在图5中指定的坐标系的X轴方向)上具有大约100μm的扩展。
根据图4B的示例,提供了图5中所示的测量标尺15的标记区域,其中,参数D和ΔX选择如下:D=8μm,ΔX=5μm。
对于图5所示的侧表面,通过激光脉冲的照射具有如下效果:相应标记区域中的侧表面发生粗糙化,该粗糙化在相应标记区域的整个范围内是均匀的,因此,标记区域中的平均粗糙度值(Ra)为Ra=0.162μm(通过激光扫描显微镜测量)。
由于该粗糙化,图4中所示的测量标尺的相应标记区域没有显示入射到所述标记区域(例如,垂直于所述侧表面)内的光的直接反射,因此,在图5中可以看到基本上垂直于所述侧表面入射的光中的均匀的暗(黑)表面区域。
图6示出了通过显微镜观察到的图5中的测量标尺15的俯视图,其中,所述测量标尺通过本发明的方法借助于上述短脉冲激光器施加到导向架的侧表面上,但该附图具有更大的放大率,因而可以更清楚地看到测量标尺15的相应标记区域以及相应的反射区域的外轮廓。在图6的上部分区域中可以看到所述测量标尺15的第一轨迹SP1(增量轨迹)的总共五个标记区域,以及在图6的下部分区域中可以看到测量标尺15的第二轨迹SP2(参考轨迹)总共两个标记区域。通过仔细观察应用短脉冲激光的标记区域,可以看出,由于由短脉冲激光产生的光脉冲的影响,形成了材料残留物(以小颗粒的形式附着到表面),其可以突出到标记区域的外边缘上的相应的相邻(抛光)反射区域中。其结果是,在图6所示的视图中,相应的标记区域的边缘似乎并不完全地限定在一条直线上。例如,后者可能与标记区域的边缘有关,在图6所示的视图中,所述标记区域的边缘在每种情况下都横向于测量标尺15的纵向方向延伸(即,在图6中指定的坐标系的Y轴方向),并因此对基于测量标尺15在测量标尺15的纵向方向上进行光学扫描的线性编码器的测量精度产生影响。
可通过使用合适的清洁剂的表面清洁过程来完全去除在利用上述类型的短脉冲激光来施加标记区域的过程中所产生的上述类型的材料残留物。
还需要重点指出的是,通过短脉冲激光器的光脉冲分别照射由材料钢或不锈钢组成的导向架的侧表面,可使相应的照射区域的表面产生铬消耗(即,降低钢中所含铬的浓度降低)的效果。这种类型的铬消耗会降低导轨表面(尤其是在测量标尺的标记区域中)的耐腐蚀性,并因此不利于尽可能长期地保持测量标尺的所期望的耐腐蚀性。为了抵消上述影响,在将测量标尺施加到导向架的侧表面之后,可优选地通过合适的钝化剂来对侧表面进行钝化处理。
例如,由瑞士波洱化工公司(Borer Chemie AG)(地址:Gewerbestrasse 13,4528Zuchwil)生产和销售的名称为“deconex MT 19”的高碱性清洁剂适合于上述目的,作为用于清洁不锈钢表面的清洁剂。
例如,同样由上述公司瑞士波洱化工公司(Borer Chemie AG)生产和销售的名称为“deconex MT 41”的高酸性清洁剂也适用于上述目的,作为钝化不锈钢表面的钝化剂。
具体地,在通过上述类型的短脉冲激光器将测量标尺15施加到导向架的侧表面之后,以下顺序的清洁过程适用于所述导向架的侧表面的清洁和钝化:
1.用“deconex MT 19”进行清洁,其浓度为2%,温度为55℃,频率为25kHz,功率密度为15°w/L;
2.用“deconex MT 41”进行钝化,其浓度为8%,温度为55℃,频率为25kHz,功率密度为15°w/L;
3.在室温用DI水进行冲洗,频率为40kHz,功率密度为15°w/L;以及
4.在100℃下干燥。
图7示出了图6的测量标尺在进行完上述超声波清洁过程之后的示意图。相比于图6,可以清楚地看到,在进行完上述清洁过程之后,所述标记区域基本上被限制在一直线上。在标记区域的外边缘上不再能看到突出到相应的相邻反射区域中的材料残留物。
图8示出了图7中所示的标记区域的截面放大图,其示出了在进行完上述超声波清洁过程之后,各个标记区域的表面的结构细节。特别地,可以看到表面的粗糙度,其在整个标记区域内都是均匀的。
如上文所述,在按照所述方法将测量标尺15施加到侧表面2.1之前,导向架2的侧表面2.1所具有的粗糙度会决定性地影响反射光RL1或RL2的强度,所述反射光RL1或RL2分别在图2所示的线性编码器在按照所述方法被施加到所述侧表面2.1上的所述测量标尺15的所述第一轨迹SP1的相应的反射区域或在第二轨迹SP2的相应反射区域发生反射并通过所述光传感器的第一装置25.1的相应光传感器或通过所述光传感器的第二装置25.2的相应光传感器来检测。在按照所述方法将测量标尺15施加到侧表面2.1上之前,所述导向架2的侧表面2.1所具有的粗糙度也因此对各输出信号的大小产生决定性的影响,所述输出信号分别在所述光传感器的第一装置25.1的各光传感器在检测在测量标尺14的第一轨迹SP1上反射的光RL1期间或者在各光传感器检测在测量标尺15的第二轨迹SP2上反射的光RL2时产生。在按照所述方法将测量标尺15施加到侧表面2.1上之前,所述导向架2的侧表面2.1所具有的粗糙度还会对变化幅度产生决定性的影响,其中,所述第一装置25.1的各光传感器的输出信号或第二装置25.2的各光传感器的输出信号分别响应于所述导向架2在所述导轨3的纵向方向上的移动而随测量头21相对于测量标尺15的纵向方向的相应位置的变化而发生变化。
为了实验评估在根据所述方法将测量标尺15施加到侧表面2.1之前,导向架2的侧表面2.1所具有的粗糙度的上述影响,根据所述方法,将图2中的测量标尺15在各种情况下分别施加到几个不同导向架2的侧表面上,其中,其中一个导向架的侧表面2.1在施加所述测量标尺15之前已经按照标准进行了磨削,但没有进行抛光(在按照标准进行磨削之后),以及,其它导向架2的侧表面2.1先按照标准进行磨削,随后再进行抛光(在按照标准进行磨削之后),尤其是通过具有非常细的粒度尺寸(400或更细)的陶瓷研磨盘进行预抛光,且随后通过基于橡胶或合成树脂的结合为基材的抛光盘进行抛光,或者可替代地通过抛光刷进行抛光。
由此,测量标尺15在每种情况下通过相同的短脉冲激光器施加到相应导向架2的侧表面2.1上,以用于实现图5-图8所示的测量标尺15(当使用短脉冲激光器的相同操作参数时)。
因此,所述激光束具有圆形轮廓并且以使得所述激光束的单个光脉冲照射相应导向架2的侧表面2.1上的直径D约为8μm的子区域的方式施加到相应的导向架2的侧表面2.1上。根据图4B所示的示例,提供了相应的测量标尺15的标记区域,其中,参数D和ΔX的选择如下:D=8μm,ΔX=5μm。因此,各测量标尺15的第一轨迹SP1在每种情况下都以这样的方式实现:即,测量标尺15各标记区域M和各反射区域S在测量标尺15的纵向方向上都具有大约100μm的延伸。
以这种方式设置在不同导向架的侧表面2.1上的测量标尺15中的每一个单独的测量标尺随后与图2所示的传感器装置20结合,以形成如图2所示的距离测量系统10。
为了表征以这种方式设置在不同导向架2的侧表面2.1上的测量标尺15中的每一个单独的测量标尺,通过传感器装置20对这些测量标尺15中的每一个单独的测量标尺进行光学扫描,其中,(如图2所示的)所述传感器装置20在各种情况下相对于相应的测量标尺15在相应的测量标尺15的纵向方向上移动,从而通过光源22发出的光束22.1照射各测量标尺15,并且,通过电子光传感器芯片25的光传感器的第一装置25.1的光传感器来检测在第一轨迹SP1的相应反射区域上反射的光RL1。
所述光传感器的第一装置25.1由此被形成为使得所述光传感器的第一装置25.1的光传感器在每种情况下都产生一输出信号,响应于所述传感器装置20在相应的测量标尺15的纵向方向上移动的周期性变化,该输出信号随着传感器装置20相对于所述测量标尺15的纵向方向上的位置变化而在最大信号Smax和最小信号值Smin之间周期性地变化,这分别对应于数学正弦函数或余弦函数的过程。为了表征光传感器的第一装置25.1的其中一个光传感器的相应输出信号的这种周期性变化,有利的是,确定光传感器的第一装置25.1的其中一个光传感器的相应的输出信号的“信号对比度”K,在此,其可以被定义为所述相应的输出信号随所述传感器装置20相对于所述测量标尺15的纵向方向的位置变化的变化“幅度”(Smax-Smin)/2与相应的输出信号和相应的光传感器的“基础输出信号”S0之间的差值的比值,其中,所述基础输出信号S0即为在关闭电源22并因此不产生用于照射所述测量标尺15的光束的条件下测量的相应光传感器的输出信号,即,所述第一装置25.1的其中一个光传感器的相应输出信号的信号对比度K的计算公式为:
K=(Smax-Smin)/(Smax+Smin-2*S0)。
所述信号对比度K的值通常在0和1之间。
所述导向架2的侧表面2.1在按照所述方法将所述测量标尺15施加到侧表面2.1之前所具有的粗糙度对所述传感器装置20的光传感器的第一装置25.1的其中一个光传感器的相应输出信号的上述“信号对比度”K的大小具有可测量的显著影响。
对于按照所述方法被施加到所述导向架2的侧表面2.1上的测量标尺15,其中,在施加该测量标尺15之前仅根据标准对其进行了磨削但未对其(在根据标准进行磨削之后)进行抛光,在对所述测量标尺15的第一轨迹SP1进行光学扫描时,所述传感器装置20的光传感器的第一装置25.1的光传感器相应的输出信号显示信号对比度K=0.29。
对于按照所述方法被施加到所述导向架2的侧表面2.1上的测量标尺15,其中,在施加该测量标尺15之前先按照标准对其进行磨削,随后又对其(在根据标准进行磨削之后)进行抛光,响应于对相应测量标尺15的第一轨迹SP1的光学扫描,所述传感器装置20的光传感器的第一装置25.1的光传感器相应输出信号在每种情况下显示处信号对比度K=0.5~0.65(与用于相应的导向架2的侧表面2.1的相应抛光方法有关,也与按照所述方法施加有所述相应测量标尺15的相应侧表面2.1在每种情况下通过抛光处理所得到的粗糙度的减小程度有关)。
通过在施加相应的测量标尺15之前对侧表面2.1进行抛光,响应于相应的测量标尺15的第一轨迹SP1的光学扫描,所述传感器装置20的光传感器的第一装置25.1的光传感器的输出信号的信号对比度K相应地明显增加。上述信号对比度K的大小与图2所示的距离测量系统10或图2所示的线性编码器11的测量精度有关:信号对比度K越大,精度越高,通过评估所述传感器装置20的光传感器的第一状25.1的光传感器的输出信号,就可以以更高的精度来确定所述传感器装置20相对于相应测量标尺15的纵向方向的相应位置。
如上所述,在所述测量标尺15的上述实施方式中,在每种情况下都在侧表面2.1上设置了所述测量标尺15的各个标记区域,使得被单独光脉冲照射的相应标记区域M的所有子区域在每种情况下都具有在两个维度(即,在所述至少一条轨迹的纵向方向以及横向于所述至少一条轨道的纵向方向的方向)上的重叠部分UX和UY。与单个反射区域S的反射率相比,不同照射子区域之间的相应重叠部分UX和UY对相应标记区域M的反射率产生影响。特别地,可以通过适当地选择相应的重叠部分UX和UY的尺寸来将相应的标记区域M的反射率将至最低,从而在所述相应的测量标尺15的第一轨迹SP1的光学扫描期间,提高传感器装置20的光传感器的第一装置25.1的光传感器的输出信号的相应信号对比度K。
为了表征标记区域M的不同照射子区域的相应重叠部分的尺寸的影响,以示例性的方式评估了所述重叠部分UX和UY的尺寸对相应的标记区域M的反射率的影响。
为此,按照本发明的方法在侧表面2.1上进行了用于图2所示类型的测量标尺15的第一轨迹SP1的、在每种情况下都彼此相邻的三个实施例(下称“实施例1”、“实施例2”和“实施例3”),其中,在将所述标记区域M设置到所述侧表面的整个区域中之前,对所述侧表面进行均匀地抛光。
在此,所述激光束具有圆形的轮廓,并以激光束的单独光脉冲照射所述侧表面2.1的子区域的方式施加到所述侧表面2.1上。根据图4B所示的示例来设置相应测量标尺15的标记区域,其中,参数D和ΔY选择如下:D=15.2μm,ΔY=5μm。因此,在每种情况下,所述相应测量标尺15的第一轨迹SP1被这样实现:在每种情况下,所述测量标尺15的各标记区域M和各反射区域S在所述测量标尺15的纵向方向上具有约100μm的延伸段。
因此,实施例1、实施例2或实施例3的第一轨迹SP1的上述实施方式在距离ΔY方面是相同的,该距离ΔY决定性地确定了被激光脉冲照射的子区域的重叠部分UY在每种情况下在横向于所述第一轨迹的纵向方向上的延伸段DUY(在当前情况下,DUY=D-ΔY=10.2μm)。
实施例1、实施例2或实施例3的第一轨迹SP1的上述实施方式在距离ΔX方面是不同的,该距离ΔX决定性地确定了被激光脉冲照射的子区域的重叠部分UX所述X轴方向上或在所述第一轨迹的纵向方向上的延伸段DUX,因此,所述ΔX的选择分别如下:实施例1中ΔX=5μm,实施例2中ΔX=8μm,实施例3中ΔX=15.2μm。
实施例1、实施例2或实施例3的第一轨迹SP1的上述实施方式在每种情况下分别被上述传感器装置20扫描,且在光学扫描所述测量标尺15的第一轨迹SP1期间,对于这些实施方式中的每一个,测量所述传感器装置20的光传感器的第一装置25.1的光传感器的相应输出信号。由此,对于所提及的实施例1、实施例2或实施例3的第一轨迹SP1的每一实施方式,可确定每种情况下的传感器装置20的光传感器的第一装置25.1的其中一个光传感器的相应输出信号的信号对比度K。
下表1中示出了实施例1、实施例2和实施例3中的所述第一轨迹SP1的上述实施方式中所确定的信号对比度K、距离ΔX、重叠部分UX在所述X轴方向上或在所述第一轨迹SP1的纵向方向上的延伸段DUX。
表1
D[μm] ΔX[μm] DUX[μm] K(%)
实施例1 15.2 5 10.2 61.4
实施例2 15.2 8 7.2 53.6
实施例3 15.2 15.2 0 51.6
从表1可以看出,在实施例3中,被激光脉冲照射的不同子区域分布在标记区域M中,使得不同的子区域在第一轨迹SP1的纵向方向上不具有重叠部分UX(即,DUX=0)。相反,在实施例1和实施例2中,在每种情况下都存在DUX>0的重叠部分UX。
从表1中可以看出,实施例1和实施例2中的信号对比度K均大于实施例3的信号对比度K值。与实施例3(DUX=0)相比,重叠部分UX在第一轨迹SP1的纵向方向上的延伸段DUX的增大相应地使得信号对比度K增加,并因此降低标记区域M的反射率。
需要重点指出的是,作为上述短脉冲激光器的替代方案,还可以使用脉冲持续时间在皮秒范围内,例如脉冲持续时间小于10皮秒的超短脉冲激光器,以将测量尺度施加到本发明的导轨表面。
使用这种类型的超段脉冲激光器可以在施加测量标尺时减少被激光脉冲照射的表面区域的热应力。由此产生的优点是,在施加测量标尺之后,就可以省去如上所述的清洁和钝化处理。

Claims (12)

1.一种将测量标尺(15)施加到线性型材轨道导向件(1)的导向架(2)的表面的方法,其中,所述导向架(2)在所述型材轨道导向件(1)的导轨(3)上被导向,使得所述导向架(2)能在所述导轨(3)的纵向方向(X)上线性移动,其中,所述导向架(2)具有在所述导轨(3)的所述纵向方向(X)上延伸的第一侧表面(2.1),所述测量标尺(15)包括在所述导轨(3)的纵向方向(X)上线性延伸的至少一条轨迹(SP1,SP2),所述至少一条轨迹(SP1,SP2)包括一个接一个交替设置的若干反射区域(S;S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15)和标记区域(M;M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9,M10,M11,M12,M13,M14),其中,所述标记区域中的每一个以线状的方式在横向于所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的纵向方向(X)延伸,其中,所述方法包括以下步骤:
提供用于产生激光束的脉冲激光器;以及
通过在第一区域(B1)中引入微结构提供至少一个标记区域(M;M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9,M10,M11,M12,M13,M14),其中,所述第一区域与所述导向架(2)的所述第一侧表面(2.1)的所述至少一个标记区域相对应,其特征在于:
所述激光器产生具有若干光脉冲序列的激光束,且所述激光束被引导至所述第一侧表面(2.1)的所述第一区域(B1,B2),使得只有所述第一区域(B1)的子区域(TB11,TB15,TB16,TB1n,TB21,TB25,TB26,TB2n)被所产生的若干光脉冲序列中的每个单独光脉冲所照射,以使得被相应的单独光脉冲照射的第一区域(B1)的子区域(TB11,TB15,TB16,TB1n,TB21,TB25,TB26,TB2n)中的第一侧表面(2.1)由于被相应的单个光脉冲照射而发生改变,从而使得在被相应的单独光脉冲照射之后,所述第一侧表面(2.1)具有所述第一侧表面(2.1)的空间调制,其在被相应的单独光脉冲照射的第一区域(B1)的子区域(TB11,TB15,TB16,TB1n,TB21,TB25,TB26,TB2n)上延伸,其中,被相应的单个光脉冲照射的所述第一区域(B1)的子区域在所述至少一条轨迹的纵向方向(X)上的空间扩展(D)小于所述第一区域(B1)在所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的纵向方向(X)上的空间扩展(DBX),并且,被相应的单个光脉冲照射的子区域在横向于所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的纵向方向(X)上的空间扩展(D)小于所述子区域(B1)在横向于所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的纵向方向(X)上的空间扩展(DBY);
所述激光束相对于所述导向架(2)移动,以使得所产生的若干光脉冲序列中的至少若干个光脉冲按时间顺序照射所述第一区域的在空间上彼此分布的不同子区域(TB11,TB15,TB16,TB1n,TB21,TB25,TB26,TB2n);
其中,对于若干个不同照射子区域中的每个单独照射子区域(TB15),存在所述若干个不同照射子区域中的至少两个其它照射子区域(TB16,TB25),所述至少两个其它照射子区域(TB16,TB25)相对于所述若干个不同照射子区域中的相应的单独子区域(TB15)偏移,以使得所述至少两个其它照射子区域中的其中一个照射子区域(TB25)相对于所述若干个不同照射子区域中的相应的单独照射子区域(TB15)在所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的纵向方向(X)上偏移,以使得所述至少两个其它照射子区域中的其中一个照射子区域(TB25)和若干个不同照射子区域中的相应的单独照射子区域(TB15)间具有重叠部分(UX);以及
所述至少两个其它照射子区域中的另一个照射子区域(TB16)相对于所述若干个不同照射子区域中的相应的单独照射子区域(TB15)在横向于所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的纵向方向上偏移,以使得所述至少两个其它照射子区域中的另一个照射子区域(TB16)和所述若干个不同照射子区域中的相应的单独照射子区域(TB15)间具有重叠部分(UY);
其中,所述若干个不同照射子区域一起形成所述第一侧表面的一区域,且该区域与所述第一区域(B1)相一致。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述方法还包括以下步骤:
在通过所述脉冲激光束将所述微结构引入到所述导向架(2)的第一侧表面(2.1)上之前,至少对所述第一侧表面进行表面处理,以从所述导向架的所述第一侧表面去除少量材料;以及
在通过所述激光束将所述微结构引入到所述导向架(2)的所述第一侧表面(2.1)之后,至少对所述导向架(2)的所述第一侧表面进行表面清洁处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述若干个不同照射子区域中的相应的单独照射子区域(TB11,TB1n)与所述若干个不同照射子区域中的所述至少一个其它照射子区域(TB21,TB2n)间的重叠部分(UX)在所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的纵向方向(X)上具有空间扩展(DUX),其中,该空间扩展(DUX)在所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的所述纵向方向(X)上为被相应的单独光脉冲照射的所述第一区域的子区域的空间扩展(D)的20-50%;和/或
所述若干个不同照射子区域中的相应的单独照射子区域(TB15)与所述若干个不同照射子区域中的所述至少一个其它照射子区域(TB16)间的重叠部分(UY)在横向于所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的纵向方向(X)上具有空间扩展(DUY),其中,该空间扩展(DUY)在横向于所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的所述纵向方向(X)上是被相应的单独光脉冲照射的所述第一区域的子区域的空间扩展(D)的20-50%。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法,其特征在于:
所述激光器被形成为用于通过脉冲持续时间小于15纳秒的光脉冲产生脉冲激光的短脉冲激光器,或者,所述激光器被形成为用于通过脉冲持续时间小于20皮秒的光脉冲产生脉冲激光的超短脉冲激光器;和/或
所述激光器的脉冲参数和/或激光焦点被选择为使得当将所述微结构引入到所述第一侧表面(2.1)上时,形成纳米范围内的材料的粗糙化,而不会产生材料去除或至少不会沿表面路径产生明显的材料去除。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法,其特征在于:
在通过所述脉冲激光束将所述微结构引入到所述导向架(2)的所述第一侧表面(2.1)上之前,至少对所述导轨的所述第一侧表面(2.1)通过抛光进行表面处理;和/或
在通过所述脉冲激光束将所述微结构引入到所述导轨的所述第一侧表面上之前,至少对所述第一侧表面(2.1)进行表面处理以使得所述导向架(2)的所述第一侧表面(2.1)具有最大为0.3μm的平均粗糙度值(Ra),优选具有最大为0.1μm的平均粗糙度值(Ra),更优选具有约0.007μm-0.1μm的平均粗糙度值(Ra)。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法,其特征在于:在通过所述脉冲激光束将所述微结构引入到所述导向架(2)的所述第一侧表面(2.1)上之前,至少通过抛光盘、激光抛光和/或通过电抛光对所述导轨的所述第一侧表面(2.1)进行表面处理。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法,其特征在于:在将所述微结构引入到所述导向架(2)的所述第一侧表面(2.1)上之后,所述第一侧表面(2.1)在所述测量标尺(15)的其中一个标记区域(M;M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9,M10,M11,M12,M13,M14)中的平均粗糙度值(Ra)比所述侧表面(2.1)在所述测量标尺(15)的其中一个反射区域(S;S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15)中的平均粗糙度值大10倍以上。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法,其特征在于:在通过所述脉冲激光束将所述微结构引入到所述导向架(2)的所述第一侧表面(2.1)上之后,对所述第一侧表面(2.1)进行表面清洁,其中,所述表面清洁为激光处理和/或振动清洁或对所述第一侧表面进行超声波处理。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法,其特征在于:所述激光束具有基本为圆形的光束,且其被选择为使得所述光束在所述导向架(2)的所述第一侧表面(2.1)的直径为3.5μm-12μm,优选6μm-9μm;尤其是大约为8μm;和/或
所述激光器以大约60kHz的脉冲频率操作。
10.一种用于线性编码器(11)的测量标尺(15),所述线性编码器(11)包括线性型材轨道导向件(1)的导向架(2),其中,所述导向架(2)在所述型材轨道导向件(1)的导轨(3)上被导向,使得所述导向架(2)能在所述导轨(3)的纵向方向(X)上线性移动,其中,所述导向架(2)具有在所述导轨(3)的所述纵向方向(X)上延伸的第一侧表面(2.1),所述测量标尺(15)包括在所述导轨(3)的纵向方向(X)上线性延伸的至少一条轨迹(SP1,SP2),所述至少一条轨迹(SP1,SP2)包括一个接一个交替设置的若干反射区域(S;S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15)和标记区域(M;M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9,M10,M11,M12,M13,M14),其中,每一标记区域(M;M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9,M10,M11,M12,M13,M14)横向于所述至少一条轨迹(SP1,SP2)的纵向方向(X)线性延伸且被形成为吸收入射光和/或漫反射该入射光,其中,所述反射区域(S;S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15)具有至少基本平滑的表面,该表面被形成为以反射的方式反射入射光;其特征在于:
按照权利要求1-9中任意一项所述的方法将所述测量标尺(15)施加到所述导向架(2)的第一侧表面(2.1)上。
11.根据权利要求10所述的测量标尺(15),其特征在于:所述至少一条轨迹(SP1)被形成为包括多个等距布置的标记区域(M)的增量轨迹;或者
所述至少一条轨迹(SP2)被形成为具有至少一个标记区域(M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9,M10,M11,M12,M13,M14)的参考轨迹,以用于编码至少一个参考位置。
12.一种线性编码器(11),其包括:
如权利要求10或11所述的测量标尺(15);以及
至少一个传感器装置(20),其被形成为光学扫描所述测量标尺(15)的至少一条轨迹(SP1,SP2);
其中,所述至少一个传感器装置(20)具有相对于所述导轨(3)固定设置的测量头(21);
用于将光(22.1)发射到所述测量标尺(15)的反射区域(S;S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15)和标记区域(M;M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9,M10,M11,M12,M13,M14)的光源(22);以及
被形成为检测由所述光源(22)发射并在所述测量标尺(15)的所述反射区域(S;S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15)反射的光(RL1,RL2)的光传感器(25.1,25.2)的至少一个装置。
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