CN1675520A - 长度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种封闭的长度测量装置，其外壳(3)构成一个用于支承扫描装置(2)的导向溜板(10)的导向轨道(31)。所述扫描装置(2)在所有方向X，Y，Z上刚性地固定在导向溜板(10)上并使导向溜板也刚性地固定在要被测量的机器部件(8)上。在安装外壳(3)时相对于一个机器导向体(12)的取向误差在测量运行时通过外壳(3)与装配部件(5，6)之间的垂直于测量方向X的挠性耦联部件(51，61)进行修正或者通过使用一个可弯曲松弛的外壳(30)进行修正。

Description

长度测量装置
本发明涉及一种长度测量装置，用于测量第一机器部件相对于第二机器部件的相对位置。所述第一机器部件例如是一个机床的床身而第二机器部件例如是可以相对于床身移动的机器溜板。
为了在机床或坐标测量机上实现精确的位置测量将刻度尺或刻度尺支架费事地平行于测量方向固定，其中测量方向由机床或测量机的导向体给定。例如在DE 199 14 311 A1和DE 197 00 367 A1中描述了一个用于取向的措施。
但是这些措施在刻度尺要受保护地安置在一个外壳里面的长度测量装置的情况下是不能或难以应用的。
因此本发明的目的是，提供一种长度测量装置，其中外壳与设置在其中的刻度尺可以方便地平行于机器导向体取向。
这个目的按照本发明通过一个具有权利要求1特征的长度测量装置得以实现。
有利的改进方案在从属权利要求中给出。
借助于附图详细解释本发明，在此附图中：
图1以纵向截面图示出一个长度测量装置的实施例，
图2示出图1中长度测量装置的II-II截面图，
图3示出具有一个透射光扫描器的长度测量装置的横截面图，
图4示出具有一个变化的直线导向体的长度测量装置的横截面图，
图5示出一个具有一个保护带作为遮盖的长度测量装置，
图6以纵向截面图示出在外壳外部具有一个扫描装置的长度测量装置，
图7示出图6中长度测量装置的VII-VII横截面图，
图8示出具有变化的外壳的图6中长度测量装置的横截面图，
图9示出具有一个可弯曲松弛(biegeschlift)外壳的原理图。
借助于图1至5描述封闭的长度测量装置，其中一个刻度尺1以及一个扫描装置2受保护地安置在一个外壳3的内部空间里面。
按照图1和2的长度测量装置由一个抗弯的、具有一个圆柱形外表面的外壳3组成，该外壳例如由铝、塑料或钢制成。刻度尺1通过一个支架4固定在该外壳3上。
为了进行位置测量所述外壳3通过装配部件5，6固定在一个第一机器部件7上，要测量该机器部件相对于第二机器部件8的位置。所述装配部件5，6的结构在后面详细描述。
为了进行位置测量在第二机器部件8上通过固定机构9、尤其是螺栓固定一个导向溜板10，在该溜板上再固定用于扫描刻度尺1的扫描装置2。所述导向溜板10在第二机器部件8上的固定在测量方向X和垂直于测量方向X的所有方向Y，Z上刚性地实现。
所述导向溜板10在所有侧面包围外壳3并且外壳3的外表面构成一个导向轨道31，在该轨道上所述导向溜板10无缝隙地在测量方向X上导引。所述导向溜板10通过一个球套11在垂直于测量方向X的所有方向Y，Z上无缝隙地耦联在外壳3上。代替球套11的也可以使用其它滚动导向体或滑动导向体。
在所述导向溜板10的两端上设置用于在导向溜板与外壳3之间密封的圆密封件13。通过使用环绕的圆密封件13保证一个良好的密封。
在进行位置测量时第二机器部件8的导向溜板10在测量方向X上移动，其中运动轨道由在图1中简示的机器导向体12给定。在测量方向X和所有与其垂直的方向上刚性耦联在第二机器部件12上的导向溜板10负责保证这个运动无误差地传递到刚性耦联在导向溜板10上的扫描装置2上。此外所述导向溜板10在所有垂直于X的方向上无缝隙地在外壳3上的导向负责使外壳3并由此使刻度尺1相对于机器导向体12占据一个限定的位置。因此所述外壳3不一定非得高度精确地平行于机器导向体12。在有取向误差时所述导向溜板10保证外壳3的同步性并由此保证垂直于测量方向X的正确取向。
为了保证在测量运行中的这个取向，所述抗弯的外壳3通过至少一个装配部件5固定在第一机器部件7上，该装配部件具有机构51用于使外壳3在垂直于测量方向X的方向Y，Z上可移动地耦联。这些机构可以是在可刚性螺栓连接在第一机器部件7上的装配部件5与外壳3之间的挠性部件51，其中这些挠性部件51同时可以构成外壳3与装配部件5之间的一个密封。
所述装配部件6保证外壳3在测量方向X上刚性地耦联在第一机器部件7上，但是允许在所有方向Y，Z上的横向运动。所述装配部件5同样允许外壳3在所有方向Y，Z上的横向运动，但是也允许外壳3相对于装配部件5的长度补偿。所述装配部件6为了使外壳3在测量方向X刚性地且垂直于该方向可偏转地固定具有一个弹性钢绳61或一个杆件，该杆件具有薄弱环节形式的关节。
所述刻度尺1是一个钢带，它粘附地固定在支架4上的一个油层100或其它粘滞的或弹性的中间层上，如同在DE 196 11 983中所描述的那样。但是也可以使用一个玻璃刻度尺。为了形成固定点所述刻度尺1在测量方向X的一个位置上刚性地固定在外壳3和/或装配部件6上。
所述装配部件5，6通过孔19刚性地螺栓连接在第一机器部件7上。在此无需高度精确地相对于机器导向体12取向。
为了进行高度精确的位置测量所述刻度尺1具有一个光电扫描测量结构110，为了形成与位置有关的扫描信号由光源和一个光敏检测单元对该测量结构进行扫描。
代替在图1和2中所示的通过反射的测量结构110进行的光扫描也可以使用一个刻度尺200，它以透射光扫描方法进行扫描，如同在图3中所示的那样。在此所述刻度尺200仍然通过一个支架4或直接固定在外壳3上并且将扫描装置2受保护地安置在外壳3的内部空间里面。所述扫描装置2在刻度尺200一侧具有一个光源21并在刻度尺200另一侧具有一个光敏检测器22。所述外壳3开缝并将这个缝隙23通过一个弹性密封24封闭，一个剑形(schwertfrmig)的同步体25穿过该密封，该同步体使扫描装置2与导向溜板10在所有方向X，Y，Z上刚性连接。
所述弹性密封24可以由一个遮盖带26代替。这个在图5中示出的遮盖带26在缝隙23中导引，其中该遮盖带一方面固定在同步体25上另一方面通过导向轮27，28支承在外壳3上，由此使遮盖带从同步体25开始通过第一导向轮27导引到第二导向轮28并环绕导向返回到同步体25。
在图4中示出一个变化的直线导向体。该导向轨道仍然由外壳3的外表面31本身构成，但是球套在这里通过一个滑动导向体代替，其中所述导向溜板10支承在多个圆周部位上、尤其是支承在外壳3的三个相互错开120°的圆周部位上且无缝隙地在其上导引。
图6和7示出一个长度测量装置的另一实施例。与前面所述的示例不同在此所述扫描装置2位于外壳3外部。
所述外壳2是管形的并具有一个圆柱形外表面31。在外壳3的内部空间中固定可光电扫描刻度尺1，该刻度尺优选地是一个纵向刚性的且必要时适配于内壁32拱起的预弯曲的钢带，它通过一个油膜100粘附地直接固定在外壳3的内壁32上。所述刻度尺1的测量结构110由扫描装置2扫描，该扫描装置通过导向溜板10在所有方向X，Y，Z上刚性地固定在第二机器部件8上。为了穿过外壳3进行扫描，这个外壳至少在扫描器的外表面A处对于扫描光束是透明的。所述外壳3也可以在整个圆周上是透明的，或者如图8所示，只局部地透明，例如将一个透明的扇形段310装进一个钢扇形段320中。
所述导向溜板10与扫描装置2在垂直于测量方向X的方向Y，Z上刚性地在外壳3的外表面31上导向或者在刚性地附属于外壳3的独立导向轨道上导向。
所述导向溜板10在测量方向X和在垂直于测量方向X的所有方向上刚性地固定在第二机器部件8上。
所述外壳3例如由玻璃管、尤其是由弹性的(zhelastiseh)玻璃或塑料管抗弯地构成并通过装配部件5，6固定在第一接触部件7上。两个装配部件5，6垂直于测量方向X可偏转地固定外壳3。为了使刻度尺1确定地固定在第一机器部件7上将这个机器部件在测量方向X上刚性地固定在一个装配部件6上，为此仍然使用一个弹性钢绳61或一个杆件，它具有一个、尤其是多个在测量方向X上相互间隔的薄弱环节形式的关节。
为了补偿在测量运行中在机器导向体12与刻度尺1之间的取向误差按照本发明另一措施也是有利的。在此抗弯的外壳3与装配部件5，6之间的耦联机构51，61由外壳30本身构成，其中这个外壳可弯曲松弛地构成。在图9中示出这个实施例的原理。
所述导向轨道仍然由外壳30本身的外表面31构成。也可以选择一个本身可弯曲松弛的导向轨道刚性地附属于外壳30。所述导向溜板10仍然在垂直于测量方向X的方向Y，Z上无缝隙地耦联在导向轨道31上。有利的是，所述外壳30具有一个圆柱形的外表面31，它在所有侧面被导向溜板10包围并且使外表面作为导向面31。所述导向溜板10在垂直于测量方向X的方向Y，Z上无缝隙地耦联在导向轨道31上。所述扫描装置2刚性地固定在导向溜板10上而这个导向溜板仍然在所有方向X，Y，Z上刚性地固定在第二机器部件8上。通过例如可以由塑料制成的可弯曲松弛的外壳20保证，该外壳在测量运行中至少可以在导向部位并由此在扫描部位垂直于测量方向X地偏转，由此在导向溜板10垂直于测量方向X运动时使外壳30在这个方向上随动。该外壳的一端通过一个装配部件6刚性地固定在第一机器部件7上而另一端通过另一装配部件5纵向可移动地固定在第一机器部件7上。
对于图1至8所述的刻度尺结构、扫描原理和导向体结构也可以用于按照图9的示例。
在所有示例中能够使导向溜板10围绕外壳3，30的纵轴线D可旋转地支承在导向轨道31上。也可以选择通过使外壳3，30围绕这个纵轴线D可旋转地支承在装配部件5，6里面，实现这个旋转自由度。

Claims (12)

1.一种长度测量装置，该装置用于测量一个第一机器部件(7)相对于一个第二机器部件(8)的相对位置，该测量装置具有
-一个外壳(3，30)，它可以固定在第一机器部件(7)上；
-一个位于外壳(3，30)内部的刻度尺(1，200)，其中该刻度尺(1，200)沿着外壳(3，30)在测量方向X上延伸地固定；
-一个用于扫描刻度尺(1，200)的扫描装置(2)；
-一个具有一个导向轨道(31)的直线导向体，该导向轨道刚性地附属于外壳(3，30)并具有一个支承扫描装置(2)的导向溜板(10)，该导向溜板在导向轨道(31)上沿着外壳(3，30)在测量方向X上导引，其中
-所述导向溜板(10)在垂直于测量方向X的所有方向Y，Z上无缝隙地耦联在导向轨道(31)上；
-所述外壳(3，30)这样构成并可以固定在第一机器部件(7)上，使该外壳在测量运行中至少可以在导引部位垂直于测量方向X偏转，由此在导向溜板(10)垂直于测量方向X移动时使所述外壳(3，30)在这个方向上随动；
-所述导向溜板(10)具有固定机构(9)，通过固定机构可以使导向溜板在测量方向X和垂直于测量方向X的所有方向Y，Z上刚性地固定在第二机器部件(8)上。
2.如权利要求1所述的长度测量装置，其特征在于，所述导向轨道由外壳(3，30)的外表面(31)构成。
3.如权利要求2所述的长度测量装置，其特征在于，所述外壳(3，30)是管形的并具有一个圆柱形外表面作为导向轨道的导向面(31)，其中所述导向溜板(10)无缝隙地在导向面(31)上以一个移动自由度在测量方向X上导引并以一个旋转自由度围绕外壳(3，30)的纵轴线D导引。
4.如上述权利要求中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述扫描装置(2)与导向溜板(10)在测量方向X和与其垂直的所有方向Y，Z上刚性地连接。
5.如上述权利要求中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述刻度尺(1，200)具有一个可光电扫描的测量结构(110)并且所述扫描装置(2)具有至少一个光源(21)和一个光敏检测器(22)。
6.如上述权利要求中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述刻度尺(1，200)设置在外壳(3，30)内部并且所述扫描装置(2)在外壳(3，30)外部具有至少一个光源(21)和一个光敏检测器(22)用于通过一个光束穿过外壳(3，30)扫描刻度尺(1)，为此所述外壳(3，30)至少在扫描器的外表面处(A)对于扫描光束是透明的。
7.如上述权利要求中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述刻度尺(1)固定在沿着外壳(3)的一个内壁(32)上。
8.如权利要求7所述的长度测量装置，其特征在于，所述刻度尺是一个纵向刚性的且可弯曲松弛的钢带(1)。
9.如上述权利要求中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述外壳(3)是纵向刚性和抗弯的。
10.如权利要求9所述的长度测量装置，其特征在于，所述外壳(3)具有至少一个装配部件(5，6)，它具有一个耦联部件(51，61)，通过该耦联部件使外壳垂直于测量方向X可偏转地固定在第一机器部件(7)上。
11.如权利要求10所述的长度测量装置，其特征在于，所述耦联部件(51)在外壳(3)的一端上使外壳(3)可纵向移动地与装配部件(5)耦联而所述耦联部件(61)在外壳(3)的另一端上使外壳(3)在测量方向X上刚性地与装配部件(6)耦联。
12.如权利要求1至8中任一项所述的长度测量装置，其特征在于，所述外壳(30)是纵向刚性和可弯曲松弛的。
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