DE10250094B4

DE10250094B4 - Measuring system with a coupling rod

Info

Publication number: DE10250094B4
Application number: DE2002150094
Authority: DE
Inventors: Holmer Dipl.-Ing. Dangschat
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2002-10-26
Filing date: 2002-10-26
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2022-10-27
Also published as: DE10250094A1

Abstract

Messsystem zur Messung der Verschiebung eines ersten Objektes relativ zu einem zweiten in Messrichtung X, mit
– einem Messschlitten (1) und
– einer Koppelstange (2), an welcher der Messschlitten (1) befestigt ist, wobei die Koppelstange (2)
• einen Grundkörper (2.1), sowie
• mindestens einen Dämpfungskörper (2.2; 2.21) umfasst, und der mindestens eine Dämpfungskörper (2.2, 2.21) während Durchbiegungsbewegungen des Grundkörpers (2.1) reibungsbehaftete Scherbewegungen relativ zu dem Grundkörper (2.1) ausführt, wobei die Durchbiegungsbewegungen des Grundkörpers (2.1) eine Richtungskomponente aufweisen, die orthogonal zur Messrichtung X ist, und die Scherbewegungen eine Richtungskomponente aufweisen, die parallel zur Messrichtung X ist.Measuring system for measuring the displacement of a first object relative to a second in the measuring direction X, with
- a measuring slide (1) and
- A coupling rod (2) to which the measuring carriage (1) is fixed, wherein the coupling rod (2)
• a basic body (2.1), as well
• At least one damping body (2.2, 2.21) comprises, and the at least one damping body (2.2, 2.21) performs frictional shear movements during deflection movements of the base body (2.1) relative to the base body (2.1), wherein the deflection movements of the base body (2.1) have a directional component , which is orthogonal to the measuring direction X, and the shearing movements have a directional component which is parallel to the measuring direction X.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem mit einer Koppelstange, die mindestens einen Dämpfungskörper gemäß dem Anspruch 1 aufweist.The The invention relates to a measuring system with a coupling rod, the at least a damping body according to the claim 1 has.

Derartige Messsysteme dienen beispielsweise zur hochgenauen Bestimmung der relativen Verschiebung zweier Objekte, beispielsweise zweier Maschinenteile einer Bearbeitungsmaschine. Dabei wird häufig ein Messschlitten an einem ersten Maschinenteil, und eine Maßverkörperung, etwa ein Glasmaßstab mit feinen Teilungsstrichen, an einem zweiten Maschinenteil befestigt. An dem Messschlitten ist dann eine Abtastvorrichtung angebracht, die bei einer relativen Verschiebung der beiden Maschinenteile die Teilung abtastet.such Measuring systems are used, for example, for the highly accurate determination of relative displacement of two objects, for example, two machine parts a processing machine. This is often a measuring slide on a first machine part, and a material measure, such as a glass scale with fine dividing lines, attached to a second machine part. A scanning device is then attached to the measuring carriage, at a relative displacement of the two machine parts the Scanning division.

Es sind aber auch entsprechende Messsysteme bekannt, bei denen Laserinterferometer eingesetzt werden. Diese Geräte nutzen den physikalischen Effekt, dass zwei kohärente Wellenfelder miteinander interferieren. Damit werden Längenunterschiede in der Größenordnung der Wellenlänge des verwendeten kohärenten Lichtes aufgelöst. Das Prinzip eines Laserinterferometers ist das eines Maßstabes, der in Vielfachen der halben Wellenlänge zählt. Aus den Interferenzeffekten ergeben sich Streifenmuster, wobei der Abstand zweier benachbarter Streifen im beobachteten Streifenmuster dem nach einer Differenz von genau einer Wellenlänge in den optischen Wegen der zwei sich überlagernden Wellenfelder entspricht. Die beiden Wellenfelder werden meist von einer einzigen Lichtquelle erzeugt und häufig mit Hilfe von Strahlteilern aufgespalten. Auf die Kohärenz der verwendeten Lichtquelle wird im Hinblick auf die Genauigkeit und den Messbereich der Messmethode besonderen Wert gelegt. Sofern in einem Messsystem ein Laserinterferometer verwendet wird, ist am Messschlitten häufig ein Messreflektor befestigt.It but also corresponding measuring systems are known, in which laser interferometer be used. These devices use the physical effect that two coherent wave fields with each other interfere. This will be differences in length in the order of magnitude the wavelength of the coherent used Light dissolved. The principle of a laser interferometer is that of a scale which counts in multiples of half the wavelength. From the interference effects arise stripe pattern, wherein the distance between two adjacent strips in the observed stripe pattern after a difference of exactly a wavelength in the optical paths of the two superimposed wave fields. The two wave fields are mostly from a single light source generated and often split with the help of beam splitters. On the coherence of used light source is in terms of accuracy and placed particular emphasis on the measuring range of the measuring method. If in A measuring system using a laser interferometer is on Measuring carriages frequently a measuring reflector attached.

Häufig wird der Messschlitten durch Linearantriebe bewegt, wobei dann nicht selten eine Koppelstange zur Übertragung der Linearbewegung zwischen dem Messschlitten und dem Linearantrieb vorgesehen ist. Dabei ist es wichtig, dass die Koppelstange in Messrichtung steif ist, so dass durch die Übertragung der Linearbewegungen praktisch keine Längenänderungen der Koppelstange auftreten.Frequently becomes the measuring carriage moved by linear drives, in which case not rarely a coupling rod for transmission the linear movement between the measuring carriage and the linear drive is provided. It is important that the coupling rod in the direction of measurement is stiff, so through the transmission the linear movements virtually no changes in length of the coupling rod occur.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 43 729 A1 der Anmelderin ist ein Messsystem bekannt, bei dem über eine Koppelstange, die aus einem einteiligen Federstahlelement besteht, eine Verschiebebewegung auf einen Messschlitten bzw. eine Abtasteinrichtung eingeleitet wird. Bei dieser Konstruktion besteht die Gefahr, dass die Koppelstange bei der Verschiebebewegung zum Biegeschwingen angeregt wird.From the publication DE 199 43 729 A1 the applicant is a measuring system is known in which a coupling rod, which consists of a one-piece spring steel element, a sliding movement is initiated on a measuring slide or a scanning device. In this construction, there is the danger that the coupling rod is excited during the sliding movement to bending oscillations.

In der Druckschrift DD 120 707 ist eine Längenmesseinrichtung offenbart, welche nach dem Schubstangenprinzip arbeitet und ein Übertragungselement aufweist, das in Längsrichtung spielfrei, aber in Radialrichtung elastisch mit einem Koppelflansch verbunden ist.In the publication DD 120 707 a length measuring device is disclosed, which operates on the push rod principle and has a transmission element which is connected in the longitudinal direction without play, but in the radial direction elastically with a coupling flange.

Aus der US 4 791 289 ist eine gefederte Aufhängung eines Abtastkopfes bekannt, durch die Messfehler, bedingt durch Stöße oder Vibrationen reduziert werden sollen. Diese Messvorrichtung hat den Nachteil, dass sie nicht unempfindlich gegenüber Schwingungsanregungen ist, insbesondere dann, wenn die Anregung die Resonanzfrequenz erreicht.From the U.S. 4,791,289 is a spring-mounted suspension of a scanning head known to be reduced by measuring errors due to shock or vibration. This measuring device has the disadvantage that it is not insensitive to vibration excitations, especially when the excitation reaches the resonance frequency.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem zu schaffen, mit welchem eine effiziente und technisch einfache Reduzierung von Messfehlern, welche durch Biegeschwingen einer Koppelstange verursacht werden, erreicht wird.Of the The invention is therefore based on the object to provide a measuring system, with which an efficient and technically simple reduction of measuring errors, which are caused by bending oscillations of a coupling rod, is reached.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Messsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a Measuring system solved with the features of claim 1.

Danach umfasst das Messsystem einen Messschlitten an dem eine Koppelstange befestigt ist, die einen Grundkörper und mindestens einen Dämpfungskörper aufweist. Durchbiegungsbewegungen, die beim Biegeschwingen des Grundkörpers auftreten, verursachen konstruktionsbedingt dämpfende reibungsbehaftete Scherkräfte zwischen mindestens einem Dämpfungskörper und dem Grundkörper, wobei die Durchbiegungsbewegungen des Grundkörpers eine Richtungskomponente aufweisen, die orthogonal zur Messrichtung X ist, und die Scherbewegungen eine Richtungskomponente aufweisen, die parallel zur Messrichtung X ist.After that the measuring system comprises a measuring carriage on which a coupling rod attached, which is a basic body and at least one damping body. Deflection movements that occur during flexural vibration of the body, cause structurally damaging frictional shear forces between at least one damping body and the basic body, wherein the deflection movements of the main body is a directional component which is orthogonal to the measuring direction X, and the shearing movements have a directional component, which is parallel to the measuring direction X is.

Das erfindungsgemäße Messsystem hat den Vorteil, dass eine erhebliche Dämpfung des Biegeschwingens erreicht wird, und somit auch eine signifikante Reduzierung des Messfehlers.The Measuring system according to the invention has the advantage that a significant damping of bending vibration achieved, and thus a significant reduction of the Measurement error.

Mit Vorteil weisen der Grundkörper und ein oder mehrere Dämpfungskörper jeweils eine längserstreckte Form auf, wobei die jeweilige längserstreckte Form eine Ausrichtung mit einer Richtungskomponente parallel zur Messrichtung aufweist. Unter längserstreckte Form ist eine Form oder Gestalt eines Körpers zu verstehen, die sich dadurch auszeichnet, dass die Länge des Körper größer ist als dessen Breite und Höhe bzw. dessen Durchmesser.With Advantage of the body and one or more damping bodies, respectively a long stretched Form on, with the respective extended Form an alignment with a directional component parallel to the Measuring direction has. Under extended Form is a form or shape of a body that understands itself characterized in that the length of the body is larger as its width and height or its diameter.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Grundkörper eine bezüglich seiner Durchbiegungsbewegung neutrale Faser auf, deren Ausrichtung eine Richtungskomponente parallel zur Messrichtung hat. Dabei befinden sich die Flächen an denen die Scherbewegungen auftreten in einem Abstand von der neutralen Faser. Mit Vorteil ist der oder die Dämpfungskörper parallel zur neutralen Faser des Grundkörpers angeordnet.In a preferred embodiment of the invention, the basic body has a fiber which is neutral with regard to its deflection movement and whose orientation has a directional component parallel to the measuring direction. Here are the surfaces where the shearing movements occur at a distance from the neutral fiber. Advantageously, the damping body or bodies is arranged parallel to the neutral fiber of the base body.

Unter neutraler Faser ist im Folgenden diejenige Faser oder Linie des Grundkörpers gemeint, deren Länge sich auch während Durchbiegungsbewegungen des Grundkörpers nicht ändert. Bekanntlich wird während Durchbiegungsbewegungen eines Körpers ein Bereich des Körpers gestreckt, während ein anderer Bereich gestaucht wird. Zwischen beiden Bereichen befindet sich die neutrale Faser. Die neutrale Faser kann, zum Beispiel bei einem rohrförmigen Körper, außerhalb des Körpermaterials, beispielsweise im zylindrischen Hohlraum des rohrförmigen Körpers liegen.Under In the following, neutral fiber is that fiber or line of the body meant, whose length also during Deflection movements of the body does not change. As is known while Deflection movements of a body an area of the body stretched while another area is compressed. Located between two areas yourself the neutral fiber. The neutral fiber can, for example, at a tubular one Body, outside of the body material, for example, in the cylindrical cavity of the tubular body.

Mit Vorteil ist ein Dämpfungskörper und/oder der Grundkörper der Koppelstange zur Vermeidung von Störungen aus einem nicht-magnetischem Material hergestellt, insbesondere dann, wenn diese Komponenten einem Magnetfeld ausgesetzt sind, wie es etwa in der Nähe von elektrischen Linearmotoren festzustellen ist.With Advantage is a damping body and / or the body the coupling rod to avoid interference from a non-magnetic Material produced, especially if these components are exposed to a magnetic field, such as near electrical Linear motors is to be determined.

Weitere Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Figuren deutlich werden.Further Advantages of the invention will become apparent in the following description two embodiments be clear from the figures.

Es zeigen die:It show the:

1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Messsystems, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a schematic representation of the measuring system according to the invention, according to a first embodiment,

2a eine Ansicht der Längsseite einer Koppelstange gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 2a a view of the longitudinal side of a coupling rod according to the first embodiment,

2b eine Ansicht der Stirnseite der Koppelstange gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 2 B a view of the front side of the coupling rod according to the first embodiment,

3 einen Querschnitt durch einen Rohrkörper einer Koppelstange gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 3 a cross section through a tubular body of a coupling rod according to a second embodiment,

4a einen Längsschnitt durch den Rohrkörper einer Koppelstange gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Ruhezustand, 4a a longitudinal section through the tubular body of a coupling rod according to the second embodiment in the resting state,

4b einen Längsschnitt durch den Rohrkörper einer Koppelstange gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem ausgelenktem Zustand während des Biegeschwingens. 4b a longitudinal section through the tubular body of a coupling rod according to the second embodiment in a deflected state during the bending vibration.

Gemäß der 1 umfasst das Messsystem einen Messschlitten 1, eine Koppelstange 2, einen Linearantrieb, ausgeführt als elektrischer Linearmotor 3 und eine Maßverkörperung 4. Die Maßverkörperung 4 ist im gezeigten Beispiel eine optische Teilung und wird durch geeignete Abtastvorrichtungen am Messschlitten 1 in Messrichtung X abgetastet. Alternativ dazu kann das Messsystem mit einem Interferometer ausgestattet sein, so dass dann der Messschlitten 1 entsprechende Bauteile des Interferrometers aufnimmt. Der Linearmotor 3 besteht aus einem Primärteil 3.1 und einem Sekundärteil 3.2, welches Permanentmagneten aufweist.According to the 1 The measuring system includes a measuring slide 1 , a coupling rod 2 , a linear actuator, designed as a linear electric motor 3 and a material measure 4 , The measuring standard 4 is in the example shown an optical division and is made by suitable scanning devices on the measuring slide 1 sampled in the measuring direction X. Alternatively, the measuring system may be equipped with an interferometer so that then the measuring slide 1 receives corresponding components of the interferometer. The linear motor 3 consists of a primary part 3.1 and a secondary part 3.2 having permanent magnets.

Der Aufbau der Koppelstange 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel kann anhand der 2a, 2b erläutert werden. Die Koppelstange 2 besteht demnach aus einem Grundkörper in Form eines Rohrkörpers 2.1, der im gezeigten Beispiel aus einem Kohlefaser verstärkten Kunststoff ist, er kann aber auch aus Titan oder Stahl hergestellt sein. Alternativ dazu kann anstelle des Ringquerschnittes des Grundkörpers auch beispielsweise ein quadratischer Querschnitt verwendet werden, zur Erhöhung der Steifigkeit der Koppelstange 2 weist der Grundkörper mit Vorteil eine geschlossene Querschnittsgeometrie (z. B. einen Kreis- oder Vieleckquerschnitt) auf.The construction of the coupling rod 2 According to a first embodiment, based on the 2a . 2 B be explained. The coupling rod 2 therefore consists of a basic body in the form of a tubular body 2.1 which is in the example shown of a carbon fiber reinforced plastic, but it can also be made of titanium or steel. Alternatively, instead of the ring cross section of the base body, for example, a square cross section can be used to increase the rigidity of the coupling rod 2 The base body advantageously has a closed cross-sectional geometry (eg a circular or polygonal cross-section).

Der Rohrkörper 2.1 hat im gezeigten Beispiel eine Länge von zwei Metern und einen Außendurchmesser von 20 mm und weist in seiner Mittelachse bezüglich Durchbiegungsbewegungen senkrecht zur Messrichtung X, also in Y- oder Z-Richtung, eine neutrale Faser 2.10 parallel zur Messrichtung X auf. An den beiden Enden des Rohrkörpers 2.1 sind Endkappen 2.8 angebracht, welche den Rohrkörper 2.1 stirnseitig abschließen und in denen jeweils ein Verbindungsbolzen 2.3 befestigt ist. Die Verbindungsbolzen 2.3 weisen Festkörpergelenke 2.31 auf, durch die eine gewisse Biegeweichheit der Verbindungsbolzen 2.3 erreicht wird.The pipe body 2.1 has in the example shown a length of two meters and an outer diameter of 20 mm and has in its central axis with respect to deflection movements perpendicular to the measuring direction X, ie in the Y or Z direction, a neutral fiber 2.10 parallel to the measuring direction X on. At the two ends of the tubular body 2.1 are end caps 2.8 attached, which the pipe body 2.1 terminate the front side and in each of which a connecting bolt 2.3 is attached. The connecting bolts 2.3 have solid joints 2.31 on, by the some bending softness of the connecting bolt 2.3 is reached.

Zu jeder der beiden Endkappen 2.8 sind axial nach außen hin versetzt jeweils zwei Scheiben 2.7 bzw. Platten 2.6 angeordnet. Jede dieser Scheiben 2.7 bzw. Platten 2.6 weist zwei Gewindebohrungen auf, in die Druckschrauben 2.4, 2.5 gedreht werden können. Die inneren Druckschrauben 2.5 stützen die Scheiben 2.7 gegenüber den Endkappen 2.8 ab, wogegen die äußeren Druckschrauben 2.5 die Platten 2.6 gegenüber den Scheiben 2.7 abstützen. Die Druckschrauben 2.4, 2.5 haben eine nahezu punktförmige Auflagefläche. Die Verbindungslinie der Mittelachsen der äußeren Druckschrauben 2.5 und die Verbindungslinie der Mittelachsen der inneren Druckschrauben 2.5 sind orthogonal zueinander ausgerichtet.To each of the two end caps 2.8 are axially outwardly offset in each case two discs 2.7 or plates 2.6 arranged. Each of these slices 2.7 or plates 2.6 has two tapped holes in the pressure screws 2.4 . 2.5 can be turned. The inner pressure screws 2.5 support the discs 2.7 opposite the end caps 2.8 while the outer pressure screws 2.5 the plates 2.6 opposite the discs 2.7 support. The pressure screws 2.4 . 2.5 have a nearly punctiform bearing surface. The connecting line of the center axes of the outer pressure screws 2.5 and the connecting line of the center axes of the inner pressure screws 2.5 are aligned orthogonal to each other.

Die Platten 2.6 weisen überdies jeweils vier Bohrungen zur Aufnahme von vier Dämpfungselementen auf, die im ersten Ausführungsbeispiel als Zugseile 2.2 mit einem Durchmesser von 3 mm ausgestaltet sind. Diese Zugseile 2.2 sind entlang der Mantelfläche des Rohrkörpers 2.1 gespannt und mit Hilfe von Klemmen 2.9 an den Platten 2.6 fixiert. Im gezeigten Beispiel sind die Zugseile 2.2 mit Polyamidfäden umwickelte Polyaramidfasern (bzw. Polyparaphenylenterephthalamidfasern), welche handelsüblich unter der Bezeichnung Kevlar^®-Seile vertrieben werden. Diese Zugseile 2.2 weisen einen überaus hohen E-Modul auf und dehnen sich also kaum unter Zugbelastung. Anstelle von Kevlar^®-Seilen können aber auch beispielsweise Stahldrähte verwendet werden.The plates 2.6 Moreover, each have four holes for receiving four damping elements, which in the first embodiment as traction cables 2.2 are designed with a diameter of 3 mm. These traction cables 2.2 are along the lateral surface of the tubular body 2.1 curious and with Help of terminals 2.9 on the plates 2.6 fixed. In the example shown are the traction cables 2.2 wrapped with polyamide filaments polyaramid (or Polyparaphenylenterephthalamidfasern), which are commercially sold under the name Kevlar ^® ropes. These traction cables 2.2 have a very high modulus of elasticity and thus hardly stretch under tensile load. Instead of Kevlar ^® parts but also steel wires can be used for example.

Die Verwendung von nicht-magnetischen Werkstoffen, sowohl für die Zugseile 2.2 als auch für den Rohrkörper 2.1 hat den Vorteil, dass keine Störungen, in Form von Verformungen oder Vibrationen, aufgrund des Magnetfeldes des benachbarten Linearmotors 3, insbesondere des permanentmagnetischen Sekundärteils 3.2, auftreten können.The use of non-magnetic materials, both for the traction cables 2.2 as well as for the tubular body 2.1 has the advantage that no interference, in the form of deformations or vibrations, due to the magnetic field of the adjacent linear motor 3 , in particular the permanent magnetic secondary part 3.2 , may occur.

Im Messbetrieb wird durch elektrische Anregung das Primärteil 3.1 dieses in Messrichtung X in Bewegung gesetzt. Am Primärteil 3.1 ist ein Verbindungsbolzen 2.3 an der Koppelstange 2 befestigt. Die Bewegung des Primärteils 3.1 wird also über die Koppelstange 2 in den Messschlitten 1 geleitet, wobei der Messschlitten 1 über den anderen Verbindungsbolzen 2.3 mit der Koppelstange 2 verbunden ist. Sowohl das Primärteil 3.1 als auch der Messschlitten 1 sind entlang der Messrichtung X geführt, es wurde allerdings hier der Übersichtlichkeit halber auf die Darstellung der Führungen in der 1 verzichtet. Zum Ausgleich von fertigungsbedingten Maßabweichungen in diesen Führungen sind die Festkörpergelenke 2.31 vorgesehen, welche eine geringfügige Biegebewegung der Verbindungsbolzen 2.3 zulassen.In measuring operation, the primary part becomes electrical stimulation 3.1 this set in the measuring direction X in motion. At the primary section 3.1 is a connecting bolt 2.3 on the coupling rod 2 attached. The movement of the primary part 3.1 So it is over the coupling rod 2 in the measuring carriages 1 passed, with the measuring slide 1 over the other connecting bolt 2.3 with the coupling rod 2 connected is. Both the primary part 3.1 as well as the measuring slide 1 are guided along the measuring direction X, but it was here for clarity on the representation of the guides in the 1 waived. To compensate for production-related deviations in these guides are the solid-state joints 2.31 provided which a slight bending movement of the connecting bolt 2.3 allow.

Die Koppelstange 2 hat, unabhängig vom jeweiligen Ausführungsbeispiel, die Funktion die Bewegungen des Linerantriebes, hier des Linearmotors 3, in Messrichtung X starr und steif auf den Messschlitten 1 zu übertragen. Entsprechend werden für die Koppelstange deshalb hochfeste Werkstoffe eingesetzt. Bedingt durch die dynamischen Bewegungen des Primärteils 3.1 wird die Koppelstange 2 allerdings zu den unerwünschten Durchbiegungsbewegungen infolge Biegeschwingens angeregt. Die Ursache für die Neigung zum Biegeschwingen liegt beispielsweise darin, dass sich der Rohrkörper 2.1 in Z-Richtung durch sein, wenn auch sehr geringes, Eigengewicht durchbiegt. Wegen dieser Durchbiegung werden bei Schubbelastung der Koppelstange 2 Biegeschwing- bzw. Durchbiegungsbewegungen erzeugt. Darüber hinaus verstärken fertigungsbedingte Asymmetrien der Koppelstange 2 deren Neigung zum Biegeschwingen. Bei wechselnder oder schwellender axialer Schubbelastung tritt also das Biegeschwingverhalten auf, welches bei konventionellen Systemen, insbesondere im Resonanzfall, zu übermäßigen Messfehlern des an sich hochgenauen Messsystems führt. Das Biegeschwingen führt dazu, dass der Rohrkörper 2.1 mikroskopischen Verformungen ausgesetzt ist, und zwar derart, dass ein Bereich des Rohrkörpers 2.1 gedehnt wird, während der gegenüberliegende Bereich des Rohrkörpers 2.1 gestaucht wird. Dabei hängt der Grad der Verformung des jeweiligen Bereiches des Rohrkörpers 2.1 vom Abstand zwischen dem entsprechendem Bereich und der neutralen Faser 2.10 in Richtung der Durchbiegungsbewegung (z. B. in Z-Richtung) ab.The coupling rod 2 has, regardless of the particular embodiment, the function of the movements of the liner drive, here the linear motor 3 , in measuring direction X rigid and stiff on the measuring slide 1 transferred to. Accordingly, therefore, high-strength materials are used for the coupling rod. Due to the dynamic movements of the primary part 3.1 becomes the coupling rod 2 However, it stimulated the unwanted deflection movements due to flexion. The cause of the tendency to bending oscillations is, for example, that the tubular body 2.1 in the Z-direction by bending, albeit very low, dead weight. Because of this deflection are at shear load of the coupling rod 2 Biegeschwing- or deflection movements generated. In addition, reinforce production-related asymmetries of the coupling rod 2 their tendency to flexural vibration. In the case of alternating or swelling axial thrust load, the bending vibration behavior thus occurs, which leads to excessive measuring errors of the measuring system of high precision in conventional systems, in particular in the case of resonance. The bending vibration causes the tubular body 2.1 is exposed to microscopic deformations, in such a way that a portion of the tubular body 2.1 is stretched while the opposite region of the tubular body 2.1 is compressed. In this case, the degree of deformation of the respective region of the tubular body depends 2.1 from the distance between the corresponding area and the neutral fiber 2.10 in the direction of the deflection movement (eg in the Z direction).

Zur signifikanten Dämpfung des Biegeschwing-Verhaltens wurden nunmehr die Zugseile 2.2 gemäß den 2a, 2b angeordnet. Die Aufhängung der Zugseile 2.2 arbeitet nach dem kardanischen Prinzip. Dabei sind die Scheiben 2.7 mit den darin eingedrehten inneren Druckschrauben 2.5 so gelagert, dass eine Kippbewegung der Scheiben 2.7 um die Y-Richtung in gewissen Grenzen möglich ist. Orthogonal dazu, nämlich um die Z-Richtung können die Platten 2.6 mit ihren äußeren Druckschrauben 2.5 kippen. Durch die punktförmigen Auflageflächen der Druckschrauben 2.4, 2.5 wird eine ausreichende Leichtgängigkeit der Aufhängung bezüglich Kippbewegungen erreicht. Diese kardanische Aufhängung gewährleistet, dass die Zugseile 2.2 nicht an den Verformungen des Rohrkörpers 2.1 teilnehmen.For significant damping of the bending vibration behavior now the tension cables 2.2 according to the 2a . 2 B arranged. The suspension of the traction cables 2.2 works according to the gimbal principle. Here are the discs 2.7 with the inner pressure screws screwed into it 2.5 so stored that a tilting movement of the discs 2.7 around the Y-direction within certain limits is possible. Orthogonal to this, namely around the Z direction, the plates 2.6 with their external pressure screws 2.5 tilt. Through the punctiform bearing surfaces of the pressure screws 2.4 . 2.5 a sufficient ease of the suspension is achieved with respect to tilting movements. This cardanic suspension ensures that the pull ropes 2.2 not due to the deformations of the pipe body 2.1 take part.

Wenn nun die Koppelstange 2 beispielsweise in Z-Richtung in Biegeschwingbewegungen versetzt wird, verformt sich der Rohrkörper 2.1, so dass dieser bereichsweise gedehnt und bereichsweise gestaucht wird. Nachdem die Zugseile 2.2 nicht an den Verformungen des Rohrkörpers 2.1 teilnehmen und überdies einen hohen E-Modul aufweisen, behalten diese auch in diesem Zustand ihre Länge. Zumindest in dem Bereich wo eine Dehnung des Rohrkörpers 2.1 auftritt berühren sich der Rohrkörper 2.1 und die entsprechenden Zugseile 2.2. Die Linien oder schmalen Flächen F, an denen die Zugseile 2.2 den Rohrkörper 2.1 berühren, weisen einen Abstand D von der neutralen Faser 2.10 des Rohrkörpers 2.1, entsprechend dem halben Außendurchmesser des Rohrkörpers 2.1 auf. Aufgrund der mikroskopischen Relativ- bzw. Scherbewegungen im Bereich der schmalen Flächen F (praktisch parallel zur Messrichtung X gerichtet) zwischen den sich berührenden Rohrkörper 2.1 und Zugseilen 2.2 treten infolge der Reibung Scherkräfte auf, welche eine erhebliche Dämpfung des Biegeschwingens und der damit verbundenen Durchbiegungsbewegungen bewirken. Die reibungsbehafteten Scherbewegungen führen also zur erwünschten dämpfenden Wirkung bezüglich Durchbiegungsbewegungen des Rohrkörpers 2.1.Now if the coupling rod 2 For example, in the Z direction is added in bending oscillations, deforms the tubular body 2.1 , so that this is partially stretched and partially compressed. After the pull ropes 2.2 not due to the deformations of the pipe body 2.1 participate and also have a high modulus of elasticity, they retain their length even in this state. At least in the area where an elongation of the tubular body 2.1 occurs to touch the tubular body 2.1 and the corresponding traction cables 2.2 , The lines or narrow areas F, where the traction cables 2.2 the tubular body 2.1 touch, have a distance D from the neutral fiber 2.10 of the tubular body 2.1 , corresponding to half the outer diameter of the tubular body 2.1 on. Due to the microscopic relative or shear movements in the region of the narrow surfaces F (directed virtually parallel to the measuring direction X) between the contacting tubular body 2.1 and traction cables 2.2 occur due to the friction shear forces, which cause a significant damping of the bending vibration and the associated deflection movements. The frictional shearing movements thus lead to the desired damping effect with respect to deflection movements of the tubular body 2.1 ,

In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden gemäß der 3 als Dämpfungskörper Stäbe 2.21 verwendet. Die Stäbe 2.21 bestehen im gezeigten Beispiel aus nicht-magnetischem Edelstahl und werden mit Hilfe eines dünnen doppelseitigen Klebebandes an die Innenseite des Rohrkörpers 2.1 geklebt. Dabei sind die nach außen gerichteten Flächen F' der Stäbe 2.21 in einem Abstand D' von der neutralen Faser 2.10 des Rohrkörpers 2.1 angeordnet. Damit die Stäbe 2.21 im Dauerbetrieb des Messsystems gegen Lösen gesichert sind, ist in den Rohrkörper 2.1 ein Schaumstoffkern 2.11, hier aus Polyuretanmaterial, eingebracht. Der Schaumstoffkern 2.11 übt eine radial auch außen gerichtete Kraft auf die Stäbe 2.21 aus, so dass eine dauerhafte Verbindung zwischen den Stäben 2.21 und dem Rohrkörper 2.1 gegeben ist. Das Klebeband ist so gewählt, dass dessen Kleber eine, wenn auch geringfügige, Relativbewegung zwischen dem Rohrkörper 2.1 und den Stäben 2.21 zulässt, so dass hier quasi eine schwimmende Lagerung vorliegt. Durch die große Zähigkeit des Klebers treten aber bei Scherbewegung im Bereich der Flächen F' zwischen dem Rohrkörper 2.1 und den Stäben 2.21 vergleichsweise hohe Scherkräfte bzw. Reibkräfte auf.In a second embodiment, according to the 3 as damping body bars 2.21 used. The bars 2.21 consist in the example shown from non-magnetic stainless steel and be with the help of a thin double-sided adhesive tape to the inside of the tubular body 2.1 glued. In this case, the outwardly facing surfaces F 'of the rods 2.21 at a distance D 'from the neutral fiber 2.10 of the tubular body 2.1 arranged. So that the bars 2.21 is secured in the continuous operation of the measuring system against loosening is in the tubular body 2.1 a foam core 2.11 , here from Polyuretanmaterial introduced. The foam core 2.11 exerts a radially outward force on the rods 2.21 out, leaving a permanent connection between the rods 2.21 and the tubular body 2.1 given is. The adhesive tape is chosen so that its adhesive, albeit minor, relative movement between the tubular body 2.1 and the bars 2.21 permits, so that there is virtually a floating storage here. Due to the high toughness of the adhesive but occur in shear movement in the area of the surfaces F 'between the tubular body 2.1 and the bars 2.21 comparatively high shear forces or friction forces.

In der 4a ist ein Längsschnitt durch einen Rohrkörper 2.1 gezeigt, der sich im Ruhezustand befindet, also keiner Durchbiegung ausgesetzt ist. Die Stäbe 2.21a, 2.21b sind etwas kürzer als der Rohrkörper 2.1, so dass die Enden der Stäbe 2.21 gegenüber den Enden des Rohrkörpers 2.1 um die Länge X1 nach innen zurückgesetzt sind.In the 4a is a longitudinal section through a tubular body 2.1 shown, which is in hibernation, so is exposed to no deflection. The bars 2.21a . 2.21b are slightly shorter than the tubular body 2.1 so that the ends of the rods 2.21 opposite the ends of the tubular body 2.1 are reset by the length X1 inwards.

Die 4b zeigt nunmehr eine Darstellung, bei welcher sich der Rohrkörper 2.1 in einem ausgelenktem Zustand während des Biegeschwingens befindet. Zur Veranschaulichung wurde die Amplitude der Durchbiegungsbewegung in der 4b stark übertrieben gezeichnet. Dieser Zustand entspricht also beispielsweise einer maximalen Auslenkung während eines Biegeschwingvorganges. Wie man aus der 4b erkennt, sind in dem Bereich, wo der Rohrkörper 2.1 gestaucht wurde, nunmehr die Enden des entsprechenden Stabes 2.21a bündig mit den Enden des Rohrkörpers 2.1. in dem Bereich, wo der Rohrkörper 2.1 gedehnt wurde, haben sich die Abstände X2 zwischen den Enden des Stabes 2.21b und den Enden des Rohrkörpers 2.1 gegenüber X1 vergrößert. Diese Verschiebung resultiert aus den Dehnungen und Stauchungen des Rohrkörpers, während die überaus steifen Stäbe 2.21 praktisch keine Längenänderung erfahren, so dass eine Scherbewegung im Wesentlichen in Messrichtung X an den Flächen F' zwischen den Stäben 2.21 und dem Rohrkörper 2.1 während des Biegeschwingzustandes stattfindet. Bedingt durch den Kleber treten hier an den Flächen F' signifikante Scherkräfte auf, die eine erhebliche Dämpfung zur Folge haben.The 4b now shows a representation in which the tubular body 2.1 is in a deflected state during bending swinging. By way of illustration, the amplitude of the deflection movement in the 4b heavily drawn. This state thus corresponds for example to a maximum deflection during a bending oscillation process. How to get out of 4b Recognizes are in the area where the tubular body 2.1 was compressed, now the ends of the corresponding rod 2.21a flush with the ends of the tubular body 2.1 , in the area where the tubular body 2.1 The distances X2 between the ends of the rod have stretched 2.21b and the ends of the tubular body 2.1 enlarged compared to X1. This displacement results from the expansions and compressions of the tubular body, while the exceedingly stiff rods 2.21 experience virtually no change in length, so that a shearing movement substantially in the measuring direction X at the surfaces F 'between the rods 2.21 and the tubular body 2.1 takes place during the bending swing state. Due to the adhesive occur here on the surfaces F 'significant shear forces, which have a significant attenuation result.

Alternativ zur Ausführungsform mit dem Kleber können aber auch gute Dämpfungseffekte erzielt werden, wenn zwischen den Stäben 2.21 und dem Rohrkörper 2.1 lediglich Druckkontakt, ohne Verwendung eines Klebstoffes vorherrscht. Hier reichen die aus der Scherbewegung in X-Richtung resultierenden Coulomb'schen Reibungseffekte ebenfalls für eine wirkungsvolle Dämpfung aus.As an alternative to the embodiment with the adhesive but also good damping effects can be achieved when between the rods 2.21 and the tubular body 2.1 only pressure contact prevails without the use of an adhesive. Here, the Coulomb friction effects resulting from the shear movement in the X-direction are also sufficient for effective damping.

Claims

Measuring system for measuring the displacement of a first object relative to a second in the measuring direction X, with - a measuring carriage ( 1 ) and - a coupling rod ( 2 ) on which the measuring carriage ( 1 ), wherein the coupling rod ( 2 ) • a basic body ( 2.1 ), and • at least one damping body ( 2.2 ; 2.21 ), and the at least one damping body ( 2.2 . 2.21 ) during deflection movements of the main body ( 2.1 ) frictional shear movements relative to the body ( 2.1 ), wherein the deflection movements of the basic body ( 2.1 ) have a directional component which is orthogonal to the measuring direction X, and the shearing movements have a directional component which is parallel to the measuring direction X.

Measuring system according to claim 1, wherein the basic body ( 2.1 ) and the at least one damping body ( 2.2 ; 2.21 ) each have an elongated shape, and the respective elongate shape has an alignment with a direction component parallel to the measuring direction X.

Measuring system according to one of the preceding claims, wherein the basic body ( 2.1 ) a fiber which is neutral with regard to its deflection movement ( 2.10 ) whose orientation has a directional component parallel to the measuring direction X, and a surface (F, F ') at which the shearing movements occur at a distance (D, D') from the neutral fiber ( 2.1 ) is arranged.

Measuring system according to claim 3, wherein the neutral fiber ( 2.10 ) and the at least one damping body ( 2.2 ; 2.21 ) are aligned parallel to the measuring direction X.

Measuring system according to one of the preceding claims, wherein a plurality of damping bodies ( 2.2 . 2.21 ) over the circumference of the body ( 2.1 ) are arranged distributed.

Measuring system according to one of the preceding claims, wherein the at least one damping body ( 2.2 . 2.21 ) consists of non-magnetic material.

Measuring system according to one of the preceding claims, wherein the basic body ( 2.1 ) consists of non-magnetic material.