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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Maßstab nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur Messung großer Längen werden Maßstäbe eingesetzt, die aus mehreren Teilstücken zusammengesetzt sind. Der Grund dafür ist, dass Maßstäbe mit der heutzutage geforderten hohen Messgenauigkeit und Langzeitstabilität nur in relativ kurzen Längen kostengünstig herstellbar sind.
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Gemäß der
JP 01-282422 A besteht ein Maßstab aus mehreren in Messrichtung hintereinander auf einem Träger aufgereihten Teilstücken. Die Teilstücke sind am Träger jeweils durch ein Klebemittel befestigt.
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Aus der
JP 2007-003505 A ist ein Maßstab bekannt, der aus mehreren in Messrichtung hintereinander angeordneten Teilstücken besteht. Es sind verschiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung der einander gegenüberliegenden Gegenflächen der Teilstücke angegeben und es ist die Verbindung mittels Klebstoff offenbart.
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Aus der
US 4 261 106 A , von der unsere Erfindung ausgeht, ist ein Maßstab bekannt, der aus mehreren in Messrichtung hintereinander angeordneten Teilstücken besteht, die an ihren Stoßstellen mittels eines Klebemittels miteinander verbunden sind. Die Stoßstelle zweier aneinander grenzender Teilstücke bildet einen in Messrichtung ausgedehnten Spalt, in dem das Klebemittel eingebracht ist. Das Klebemittel ist also zwischen einem Flächenbereich des einen Teilstückes und einem Flächenbereich des anderen Teilstückes eingebracht, wobei die Normalenrichtung dieser einander gegenüberliegenden Flächenbereiche in Messrichtung weist. Handelsübliche Klebemittel haben die Eigenschaft, dass sie ihr Volumen bei der Aushärtung, bei Alterung sowie bei Veränderung der Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit) ändern, sie können schrumpfen bzw. quellen. Eine Volumenänderung des Klebemittels im Spalt bewirkt eine Kraft auf die beiden einander gegenüberliegenden Flächenbereiche der Teilstücke, zwischen denen das Klebemittel eingebracht ist. Diese Kraft ist in Messrichtung gerichtet und kann zu einer Längenänderung und / oder zu einer Verschiebung der Teilstücke führen, was zu Messfehlern bei der Positionsmessung führt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Maßstab für große Messlängen zu schaffen, der eine hohe und langzeitstabile Messgenauigkeit besitzt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Maßstab gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Maßnahmen in den abhängigen Ansprüchen.
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Der erfindungsgemäße Maßstab weist eine Messteilung zur Positionsmessung in einer Messrichtung auf. Zur Vergrößerung des Messbereichs in Messrichtung besteht der Maßstab aus mehreren Teilstücken, die mit einander gegenüberliegenden ersten Gegenflächen an einer Verbindungsstelle einen gegenseitigen Spalt ausbilden, in dem ein die Teilstücke miteinander verbindendes Klebemittel vorgesehen ist. Diese einander gegenüberliegenden ersten Gegenflächen verlaufen in Messrichtung und bilden den dazwischenliegenden senkrecht zur Messrichtung ausgerichteten Spalt aus, in dem das Klebemittel vorgesehen ist.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass das Klebemittel bei einer Volumenänderung durch Quellen bzw. Schrumpfen keine in Messrichtung gerichtete Kraft auf die Teilstücke ausüben kann. Eine Stauchung, Dehnung oder Verschiebung der Teilstücke wird verhindert, so dass eine hohe Genauigkeit der Positionsmessung langzeitstabil gewährleistet ist.
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Die einander gegenüberliegenden ersten Gegenflächen der Teilstücke weisen jeweils eine Normale auf, die keine in Messrichtung weisende Komponente beinhaltet.
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Die beiden Teilstücke bilden an ihrer Verbindungsstelle einander gegenüberliegende zweite Gegenflächen aus. Diese einander gegenüberliegenden zweiten Gegenflächen der beiden Teilstücke weisen jeweils eine Normale auf, die eine in Messrichtung weisende Komponente beinhaltet. Diese einander gegenüberliegenden zweiten Gegenflächen sind frei von dem die Teilstücke verbindenden Klebemittel.
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Vorteilhaft ist, wenn die sich gegenüberliegenden ersten Gegenflächen außerhalb der Messteilung angeordnet sind. Hierzu weist vorzugsweise eines der beiden Teilstücke an der Verbindungsstelle eine Ausnehmung auf, in die ein Vorsprung des anderen Teilstücks eingreift. Diese Ausnehmung sowie der Vorsprung bilden einerseits zumindest zwei einander gegenüberliegende in Messrichtung verlaufende Gegenflächen aus, die einen Spalt bilden, in dem das Klebemittel vorgesehen ist und andererseits zumindest eine senkrecht zur Messrichtung verlaufende Stoßstelle, an der kein Klebemittel vorgesehen ist. Diese Stoßstelle befindet sich im Bereich der Messteilung und verläuft parallel zur Ausrichtung der Teilstriche der Messteilung.
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Ist die Ausnehmung und der Vorsprung zungenförmig ausgebildet, bildet sich ein Paar von parallel zueinander und in Messrichtung verlaufender Gegenflächen und somit zwei derartige Spalte aus, in das Klebemittel eingebracht ist. Dazu weist die Ausnehmung und der Vorsprung jeweils zwei parallel zueinander angeordnete und in Messrichtung verlaufende Gegenflächen auf, welche die genannten ersten einander gegenüberliegenden Gegenflächen bilden. Diese einander gegenüberliegenden ersten Gegenflächen der beiden Teilstücke bilden dann die zwei Spalte, in denen jeweils das Klebemittel vorgesehen ist. Diese zwei Spalte sind symmetrisch zur Mittellinie der Teilstücke angeordnet.
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Insbesondere ist eine Fließsperre für das Klebemittel vorgesehen. Diese Fließsperre ist beispielsweise von voneinander beabstandeten Stegen eines der Teilstücke gebildet, wobei der Raum zwischen den Stegen eine Tasche zur Aufnahme des Klebemittels bildet.
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Zur hochgenauen Positionsmessung ist es vorteilhaft, wenn die Teilstücke aus Glas oder Glaskeramik bestehen und die Messteilung darauf lichtelektrisch abtastbar ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Figuren.
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Es zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf die Verbindungsstelle zweier Teilstücke eines Maßstabs beim Zusammenfügen, und
- 2 die Draufsicht gemäß 1 im zusammengefügten Zustand der Teilstücke.
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Die 1 und 2 zeigen die Verbindungsstelle zweier miteinander zu verbindender Teilstücke 10, 20 eines Maßstabs. Jedes der Teilstücke 10, 20 umfasst eine Messteilung 1, die zur Positionsmessung in Messrichtung X ausgelegt ist. Diese Messteilung 1 ist eine inkrementale Strichteilung mit einer in Messrichtung X aufeinanderfolgenden Reihe von Teilstrichen 3 gleicher Periode P von wenigen µm, insbesondere s 10 µm. Die Messteilung 1 kann alternativ oder zusätzlich auch eine absolute Codierung aufweisen, insbesondere eine in Messrichtung X angeordnete Folge von Teilstrichen unterschiedlicher Breite.
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Die Teilstücke 10, 20 sind zur hochgenauen Positionsmessung vorzugsweise eigenstabil, biegesteif und bestehen vorzugsweise aus einem Material mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten α im Temperaturbereich von 0° bis 50° kleiner als 1,5 × 10-6K-1, bei Verwendung von Gläsern bzw. Glaskeramiken mit sogenannter Nullausdehnung, wie ZERODUR, SITAL und ULE kleiner als 0,1 × 10-6K-1. Die Messteilung 1 ist zur hochgenauen Positionsmessung lichtelektrisch abtastbar ausgebildet, als Amplitudengitter oder als Phasengitter. Hierzu sind die Teilstriche 3 der Messteilung 1 vorzugsweise lichtreflektierend und bestehen insbesondere aus einer Beschichtung der Teilstücke 10, 20 aus hochreflektierendem Material.
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Wie in der 2 dargestellt ist, sind die beiden Teilstücke 10, 20 im gestoßenen, also zusammengefügten Zustand an der Verbindungsstelle durch Kleben miteinander verbunden. Hierzu weisen die beiden Teilstücke 10, 20 an ihren verbindungsseitigen Enden jeweils einander gegenüberliegende, in Messrichtung X und zueinander parallel verlaufende erste Gegenflächen 11, 21 sowie 12 und 22 auf. Die einander gegenüberliegenden ersten Gegenflächen 11 des einen Teilstücks 10 und die ersten Gegenflächen 21 des anderen Teilstücks 20 bilden einen dazwischenliegenden Spalt 31 aus, in den ein Klebemittel 4 eingebracht ist. Die Teilstücke 10 und 20 weisen in diesem Beispiel weitere einander gegenüberliegende, in Messrichtung X und zueinander parallel verlaufende erste Gegenflächen 12 und 22 auf, die einen dazwischenliegenden Spalt 32 ausbilden, in den das Klebemittel 4 eingebracht ist. Die beiden Spalte 31, 32 sind senkrecht zur Messrichtung X, also in Y-Richtung ausgerichtet. Die Spalte 31, 32 sind jeweils etwa 25 µm dick und die Klebung erfolgt vorzugsweise über die gesamte Dicke (Z-Richtung) der Teilstücke 10, 20, wobei die Dicke vorzugsweise größer gleich 2 mm beträgt. Das Klebemittel 4 ist beispielsweise ein Zweikomponenten-Epoxydharzkleber.
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Die ersten Gegenflächen 11 und 12 des einen Teilstücks 10 verlaufen parallel zueinander und in Messrichtung X und weisen somit jeweils eine Normale N11 und N12 auf, die keine in Messrichtung X weisende Komponente beinhaltet. Die diesen Gegenflächen 11 und 12 jeweils gegenüberliegenden Gegenflächen 21 und 22 des anderen Teilstücks 20 verlaufen ebenfalls parallel zueinander und in Messrichtung X und weisen somit jeweils eine Normale N21 und N22 auf, die keine in Messrichtung X weisende Komponente beinhaltet.
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Die beiden Teilstücke 10, 20 weisen darüber hinaus zweite einander gegenüberliegende Gegenflächen 13, 23 sowie 14, 24 und 15, 25 auf, die derart verlaufen, dass sie jeweils eine Normale N13, N23, N14, N24, N15, N25 aufweisen, die eine in Messrichtung X weisende Komponente besitzen. Diese zweiten Gegenflächen 13, 23; 14, 24; 15, 25 sind frei von dem die beiden Teilstücke 10, 20 verbindenden Klebemittel 4. Das heißt, dass in dem die zweiten Gegenflächen 13, 23; 14, 24; 15, 25 jeweils ausbildenden Spalt 33, 34 und 35 kein Klebemittel 4 eingebracht ist. Das Klebemittel 4 ist nur in einem oder in mehrere Spalte 31, 32 eingebracht, der bzw. die von einander gegenüberliegenden Gegenflächen 11, 21 sowie 12, 22 der Teilstücke 10, 20 gebildet ist, die derart verlaufen, dass deren Normalen N11, N21 bzw. N12, N22 keine in Messrichtung X weisende Komponenten aufweisen.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass bei einer Volumenänderung in Form von Schrumpfen oder Ausdehnen des Klebemittels 4 keine Kraftkomponente auf die Teilstücke 10, 20 generiert werden kann, die in Messrichtung X gerichtet ist. Das Klebemittel 4 ist hierzu derart angeordnet, dass es sich nicht an einander gegenüberliegenden Flächen zweier Teilstücke 10, 20 abstützt, die in Messrichtung X verlaufende Normalenkomponenten aufweisen.
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Die beiden Teilstücke 10 und 20 haben den gleichen Querschnitt und verlaufen auf gleicher Höhe (Höhe verläuft in Z-Richtung, also in die Zeichenebene gerichtet). Die Verbindung ist also derart, dass sich die Messteilungen 1 der Teilstücke 10, 20 in der gleichen Ebene befinden.
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Die beispielhaft dargestellte Ausbildung der Verbindungsstelle hat den Vorteil, dass sie innerhalb der Messteilung 1 eine parallel zum Verlauf der Teilstriche 3 verlaufende Stoßstelle aufweist, an der die Gegenflächen 13 und 23 senkrecht zur Messrichtung X, also in Y-Richtung verlaufen. Die ersten Gegenflächen 11, 21; 12, 22 befinden sich dagegen außerhalb der Messteilung 1. Um dies zu erreichen, weist das eine Teilstück 10 an der Verbindungsstelle eine Ausnehmung 5 auf, in die ein Vorsprung 6 des anderen Teilstücks 20 eingreift. Wenn die Ausnehmung 5 und der Vorsprung 6 jeweils zungenförmig ausgebildet sind, bilden diese mehrere parallel zueinander angeordnete und in Messrichtung X verlaufende erste Gegenflächen 11, 21 sowie 12, 22. Diese ersten Gegenflächen 11, 21 sowie 12, 22 bilden zwei parallel zueinander verlaufende Spalte 31, 32, in denen das Klebemittel 4 zum Verbinden der beiden Teilstücke 10, 20 vorgesehen ist. Die beiden Spalte 31, 32 verlaufen spiegelsymmetrisch zur Mittellinie M der Teilstücke 10, 20.
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Der Spalt 33 ist derart eingestellt, dass der letzte Teilstrich des Teilstücks 10 und der darauf folgende Teilstrich des Teilstücks 20 in einem Abstand entsprechend der Periode P angeordnet sind. Der Spalt 33 kann hierzu auch zu Null werden.
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Wenn ein fließfähiges Klebemittel 4 verwendet wird, ist es vorteilhaft, eine Fließsperre 7 vorzusehen, die beim Einbringen des Klebemittels 4 ein Verlaufen des Klebemittels 4 verhindert. Im dargestellten Beispiel ist diese Fließsperre 7 als ein in Y-Richtung in den Spalt 31 und 32 vorspringender Steg des Teilstückes 20 ausgebildet. Vorteilhaft ist es, wenn das Klebemittel 4 jeweils zwischen zwei derartigen Stegen vorgesehen ist, um ein Verlaufen des Klebemittels 4 in beide Richtungen +X und -X zu vermeiden. Zwei in Messrichtung X voneinander beabstandete Stege bilden dann eine dazwischenliegende Tasche zur Aufnahme des Klebemittels 4. Die als Fließsperre 7 fungierenden Stege bilden zusätzlich Abstandhalter zwischen den beiden Teilstücken 10, 20, zur Schaffung eines Spaltes 31 sowie 32 mit definierter Spaltdicke (in Y-Richtung).
