DE10254358B4

DE10254358B4 - Trägerkörper für eine Positionsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE10254358B4
Application number: DE10254358A
Authority: DE
Inventors: Claudia Wahl; Andrea Golowin; Rosemarie Bauer
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: DE10254358A1; US6826847B2; US20030159305A1; JP2003232653A; JP4263468B2

Abstract

Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5), wobei
– im Trägerkörper (22, 22.1) eine Nut (32) mit einem beidseitig hinterschnittenen Bereich (36) und mit oberseitigen Seitenrandbereichen (56) eingebracht ist,
– eine Profileinheit (50) vorhanden ist, die im Querschnitt einen elastischen Profilbereich (52, 52.5) und einen darüber angeordneten und daran befestigten Deckflansch (30, 12.5) mit zwei seitlich überstehenden Anlagebereichen (54) und mit dem Maßkörper (12, 12.5) aufweist und
– der Profilbereich (52, 52.5) von einer offenen Seite der Nut (32) her in den hinterschnittenen Bereich (36) lösbar fixierbar einsetzbar ist, wobei er sich fixierend an den beiden gegenüberliegenden hinterschnittenen Bereichen der Nut (32) anlegt und
– die Ausrichtung des darüber angeordneten Maßkörpers (12, 12.5) bei in die Nut (32) eingesetztem Profilbereich (52, 52.5) durch die Auflage der überstehenden Anlagebereiche (54) des Deckflansches (30, 12.5) an die oberseitigen Seitenrandbereiche (56) der Nut (32) erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Trägerkörper für eine Positionsmessvorrichtung mit einem Maßkörper, der mit Hilfe einer an einem Profil oder Führungsprofil vorhandenen Nut anordenbar ist.
Derartige Positionsmessvorrichtungen werden in vielen Bereichen eingesetzt wie beispielsweise bei Messmaschinen, Werkzeugmaschinen, Metallbearbeitungsmaschinen, Laseranlagen, Positionieranlagen, Holzbearbeitungsmaschinen, Bestückungsautomaten, Handlingsanlagen, Schweißanlagen, Erodieranlagen, Pressen, Hebebühnen, Aufzüge und so weiter.
Des Weiteren finden derartige Messvorrichtungen Einsatzbereiche zur Positionsbestimmung an Linearachsen, Linearmotoren und Verfahreinheiten.
Dabei wird in vielen Bereichen eine besonders hohe Messgenauigkeit gefordert, die bis in den Nanometer-Bereich geht.
Probleme bei der Messdatenerfassung können beispielsweise durch Späne, Sprühnebel von Kühlmitteln, Lösungsmittel, Öle, Fette, Wasser und mechanischen Verschleiß verursacht werden.

Es sind Längenmessvorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, die in dem Katalog "Magnetisches Längenmess-System MS01 – Technisches Handbuch" von Noesis dokumentiert sind. Das dabei eingesetzte Mess-System besteht aus einem in eine Nut eingesetzten Maßkörper, einem An schlusskabel und einem Auswertesystem, das sich aus Sensorkopf und Auswertelektronik zusammensetzt. Der Sensorkopf erfasst die Position, während er über den Maßkörper bewegt wird. Der Sensor nimmt dabei Informationen von magnetischen Feldern wahr und gibt diese Signale an die Auswertelektronik weiter. Die Auswertelektronik verarbeitet diese Signale zu schnittstellengerechten Protokollen zur genauen Positionsbestimmung.

Bei den bekannten Längenmessvorrichtungen besteht ein Problem darin, dass sie im Reparaturfall nicht ausgetauscht werden können, wenn sie unlösbar in dem jeweils vorhandenen Bauteil oder der Maschine integriert sind. Um die Maßkörper von Spänen, Sprühnebeln von Kühlmitteln, Lösungsmitteln, Ölen, Fetten, Wasser und mechanischem Verschleiß zu schützen, werden sie in geschlossene Räume integriert, die nicht zerstörungsfrei zur Demontage beziehungsweise Remontage geöffnet werden können, das heißt die den Raum umgebenden Teile, insbesondere entlang der Messachse, sind bei den bekannten Längenmessvorrichtungen nicht wieder vollständig beziehungsweise ohne Nacharbeit einsetzbar.

Aus der DE 199 39 659 A1 ist eine Längenmessvorrichtung bekannt, bei der der Maßkörper als flexible Bandeinheit ausgebildet ist, die von einer flexiblen, den Maßkörper vollständig umgebenden Kapselung umgeben ist.

In der nicht vorveröffentlichten WO 02/052220 A2 mit den Prioritäten DE 100 64 734 und DE 201 10 905 ist eine Längenmessvorrichtung beschrieben, bei der ein nur stirnseitig zugänglicher Kanal vorgesehen ist, in dem ein Maßband einbringbar und fixierbar ist.

Aus der DE 199 41 587 A1 ist eine Positionsmesseinrichtung mit einem Trägerkörper bekannt, bei der der Maßstab bzw. Maßkörper mit Hilfe eines biegbaren Flachbandes gehalten ist, welches unter Auswölbung in eine Längsnut eingedrückt ist. Das Flachband drängt den Maßkörper seitlich an eine geneigte Fläche. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Flachband selbst der Maßkörper.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, einen Trägerkörper für eine Positionsmessvorrichtung anzugeben, der unter Beibehaltung einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit eine wirtschaftliche Fertigung und einen einfachen Austausch gewährleistet, wobei gleichzeitig der Bearbeitungsaufwand zum Herstellen der Nut an dem Führungsprofil deutlich verringert werden kann.

Ein erfindungsgemäß ausgestalteter Trägerkörper mit einem Maßkörper ist im Anspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der erfindungsgemäße Trägerkörper zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass eine Profileinheit vorhanden ist, die im Querschnitt einen Hohlprofilbereich einen Deckflansch mit zwei seitlich überstehenden Anlagebereichen aufweist, wobei der Maßkörper innerhalb des Hohlprofilbereichs lösbar vorhanden ist, der Hohlprofilbereich von der offenen Seite der Nut her in diese lösbar fixierbar einsetzbar ist, die Ausrichtung des Maßkörpers bei in die Nut eingesetzter Profileinheit durch die Anlage der überstehenden Anlagebereiche der Profileinheit an die oberseitigen Seitenrandbereiche der Nut erfolgt.

Dieser Trägerkörper zeichnet sich durch eine besonders wirtschaftliche Herstellung aus. Die Profileinheit kann separat gefertigt werden. Der Maßkörper kann in einfacher Art und Weise in die Profileinheit eingesetzt und im Reparaturfalle daraus wieder abgezogen werden. Ein besonders großer Vorteil besteht darin, dass der Nutgrund im Führungsprofil nicht mit äußerst großer Präzision gefertigt werden muss, da die Ausrichtung des Maßkörpers innerhalb der Nut durch die Anlage der überstehenden Anlagebereiche des Deckflansches oberseitig im seitlichen Randbereich der Nut erfolgt. Diese Randbereiche sind gegenüber dem Nutgrund mit einem wesentlich geringeren Aufwand mit hoher Genauigkeit fertigbar.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Hohlprofilbereich der Profileinheit eine elastische Wandung aufweist, die sich bei in die Nut eingesetzter Profileinheit fixierend an hinterschnittenen Bereichen, insbesondere geneigten Flächen der Nut anlegt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Wandung des Hohlprofilbereiches der Profileinheit so ausgebildet, dass bei Aufbringen von Unterdruck innerhalb des Hohlprofilbereiches die Profileinheit in die Nut einsetzbar ist.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung, die eine einfache und problemlose Entnahme gewährleistet, zeichnet sich dadurch aus, dass die Wandung des Hohlprofilbereiches der Profileinheit so ausgebildet ist, dass bei Aufbringen von Überdruck in den Hohlprofilbereich die Profileinheit problemlos aus der Nut entnehmbar ist.

Um in einfacher Art und Weise eine exakte Positionierung des Maßkörpers innerhalb der Nut beziehungsweise der Profileinheit zu gewährleisten, zeichnet sich eine besonders bevorzugte Ausgestaltung dadurch aus, dass die elastische Wandung des Hohlprofilbereiches bei in die Nut eingesetzter Profileinheit den Maßkörper innerhalb des Hohlprofilbereiches fixiert.

Es ist auch möglich, gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, die Profileinheit lösbar von der offenen Nutseite her in diese einzuklipsen oder einzurasten.

Als Material für die Profileinheit kommen bevorzugt metallische Werkstoffe oder Kunststoffe, insbesondere spritzbare Kunststoffe, in Betracht.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann innerhalb eines magnetischen, induktiven oder optischen Mess-Systems problemlos umgesetzt werden.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden.
Es zeigen:
1 einen stark schematisierten Querschnitt durch ein Führungsprofil mit aufgesetztem, in Längsrichtung bewegbaren Schlitten, dessen Position bestimmt wird unter Einsatz eines Maßkörpers, der innerhalb einer Nut im Führungsprofil vorhanden ist und dessen Information über ein an dem Schlitten befestigten Sensorkopf detektiert wird;
2 eine stark schematisierte Darstellung des Grundprinzips einer Längenmessvorrichtung nach dem Stand der Technik;
3 eine schematische Detailperspektivdarstellung einer Längenmessvorrichtung mit Führungsprofil, Schlitten und seitlich am Schlitten befestigtem Sensorkopf;
4a einen schematischen Detailquerschnitt im Bereich einer Nut eines Führungsprofils mit einer lösbar in die Nut einsetzbaren Profileinheit, innerhalb derer ein Maßkörper angeordnet ist, in eingesetztem Zustand;
4b den Querschnitt gemäß 4a im Entnahmezustand;
4c den Querschnitt gemäß 4a im Einführzustand und
5 einen Querschnitt des Führungsprofils mit einem elastischen Profilbereich und dem Maßkörper als Deckflansch.
In 2 ist schematisch eine Längenmessvorrichtung 10 dargestellt, die den prinzipiellen Aufbau zeigt. An einem nicht näher dargestellten Bauteil ist ein Maßkörper 12 befestigt, der bandförmig ausgebildet ist und im dargestellten Ausführungsbeispiel ein in Polymer gebundenes ferritisches Material aufweist. Durch systematische Magnetisierung mit abwechselnden Süd- und Nordpolen wird ein magnetisches Wechselfeld über dem Maßkörper 12 erzeugt. Gleichzeitig ist zumindest ein Sensor 14 vorhanden, der den Maßkörper 12 in seiner Längsrichtung A fahrbar abtastet. Der Sensor wandelt die am magnetischen Maßkörper 12 aufgrund der sich ändernden magnetischen Feldstärke vorhandenen Feldstärkenunterschiede in Signale um, die er über ein Verbindungskabel 44 an eine elektronische Auswerteinheit 16 weitergibt. Die Auswerteinheit 16 erfasst die von dem Sensor 14 eingehenden Signale und wertet diese aus. Die ausgewerteten Signale werden beispielsweise einer Anzeigeeinheit 18 oder einer Speicher- oder Weiterverarbeitungseinheit 20 zugeführt. Das Mess-System kann auch als induktives oder optisches Mess-System ausgebildet sein.
1 zeigt eine praktische Umsetzung des Einsatzes der erfindungsgemäßen Längenmessvorrichtung im Rahmen eines Führungsprofils 22 als Trägerkörper des Maßkörpers 12, das auf einer Basis 26 angeordnet ist. Über dem rechteckförmigen Führungsprofil 22 ist ein U-förmiger Schlitten 24 über Kugellager 28 längsverschieblich gelagert. Auf der rechten unteren Seitenwand des Führungsprofils 22 ist eine Nut 32 eingefräst, in die eine Profileinheit 50 lösbar einsetzbar ist, an der bzw. innerhalb derer der Maßkörper 12 angeordnet ist.
Die Längenmessvorrichtung kann auch auf einer einfachen Platte als Trägerkörper angeordnet sein, ohne dass ein Führungsprofil mit Schlitten vorhanden ist.
Unmittelbar außenseitig vor der Nut 32 ist ein Sensor 14 an dem Schlitten 24 angeordnet, der längsverschieblich mit dem Schlitten 24 einen innerhalb der Nut 32 befindlichen Maßkörper 12 zur Detektierung der Längsposition abtastet.
3 zeigt schematisch in einer Detailperspektive eine Längenmessvorrichtung 10.1, die prinzipiell ähnlich aufgebaut ist wie die Längenmessvorrichtung 10 gemäß 1, jedoch ein im Querschnitt anders geartetes Führungsprofil 22.1 mit jeweils seitlich U-förmigen Ausnehmungen aufweist. Auf dem Führungsprofil 22.1 ist gleitend ein Schlitten 24.1 angeordnet, der über nicht näher dargestellte Motoren- und Steueraggregate angesteuert wird und so bei entsprechenden Vorgaben in Längsrichtung A positionierbar ist. Seitlich an den Schlitten 24.1 ist ein Sensor 14.1 angeschlossen, der ebenfalls das Führungsprofil 22.1 oberseitig umfasst und mittels dem die Informationssignale von dem Maßkörper 12 erfasst werden. Der Maßkörper 12 ist innerhalb einer Profileinheit 50 vorhanden, die lösbar innerhalb der Nut 32 des Führungsprofils 22.1 angeordnet ist.
In den 4a, 4b und 4c ist ein Ausführungsbeispiel einer Profileinheit 50 mit Maßkörper 12 dargestellt, und zwar im in die Nut 32 eingesetzten Zustand (4a), im Entnahmezustand (4b) und im Einführzustand (4c).
Die im Führungsprofil 22.1 vorhandene Nut 32 weist einen Nutgrund 34 und seitlich nach außen hin den Querschnitt verjüngende Flanken 36 auf. Die schrägen Flänken 36 bilden einen hinterschnittenen Bereich der Nut 32. Die Profileinheit 50 besitzt einen Deckflansch 30 mit seitlich überstehenden Anlagebereichen 54. An den Deckflansch 30 ist unterseitig ein Hohlprofilbereich 52 mit einer elastischen Wandung 58 angeformt. Innerhalb des Hohlprofilbereiches 52 ist der Maßkörper 12 angeordnet.
Im eingesetzten Betriebszustand gemäß 4a ist der Hohlprofilbereich 52 seitlich konvex nach außen gewölbt und presst sich mit der Kraft F1 an die Nutflanken 36 der Nut 32. Gleichzeitig pressen sich die Anlagebereiche 54 über die Kraft F2 an die oberseitigen Seitenrandbereiche 56 der Nut 32. Weiterhin ist im eingesetzten Zustand der untere Bereich der Wandung 58 des Hohlprofilbereiches 52 aufgrund seiner elastischen Eigenschaften konkav nach innen gewölbt, wobei dieser konkave Bereich die Kraft F3 auf den Maßkörper 12 ausübt, wodurch dieser gegen die Unterseite des Deckflansches 30 gepresst und damit in seiner Lage fixiert wird. Ein großer Vorteil der dargestellten Ausbildung der Profileinheit 50 besteht darin, dass das Ausrichten des Maßkörpers 12 im eingesetzten Zustand durch Anlage der Anlagebereiche 54 an die Seitenwandbereiche 56 erfolgt und nicht über die Anlage im Nutgrund 34. Dies ist hinsichtlich der Herstellung der Nut 32 von großem Vorteil, da der Nutgrund nicht mit hoher Genauigkeit hergestellt werden muss. Die genaue Herstellung der Seitenrandbereiche 56 auf der Oberseite ist mit wesentlich weniger Aufwand verbunden. Dadurch kann die Nut 32 mit wesentlich geringerem Fertigungsaufwand hergestellt werden, ohne dass die Genauigkeit der Ausrichtung des Maßkörpers 12 darunter leidet.
Die Seitenrandbereiche 56 können auch gemäß einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Oberseite 60 des Führungsprofils 22.1 oder einer Basis 26 als Trägerkörper in einer Ebene liegen.
Soll die Profileinheit 50 aus der Nut 32 entnommen werden, wird in den abgedichteten Hohlprofilbereich 52 ein Überdruck aufgebracht, so dass sich dieser nach oben wölbt und insgesamt die Profileinheit 50 entnommen werden kann (siehe 4b).
Soll die Profileinheit 50 in die Nut 32 eingeführt werden, wird gemäß 4c in den dichten Innenbereich des Hohlprofils 52 ein Unterdruck aufgebracht, wodurch sich die Wandung 58 des Hohlprofilbereiches 52 derart verformt, dass der Hohlprofilbereich 52 in das Innere der Nut 32 eingeführt werden kann. Nach dem Einführen wird im Inneren des Hohlprofilbereiches 52 wieder Umgebungsdruck hergestellt, so dass sich der Hohlprofilbereich 52 aufgrund der elastischen Eigenschaften seiner Wandung 58 in der in 4a dargestellten Position innerhalb der Nut 32 selbständig fixiert.
5 zeigt eine Abwandlung der bisher dargestellten Ausführungsbeispiele, wobei als Deckflansch der Maßkörper 12.5 selbst fungiert. Der Profilbereich ist ein elastischer Körper 52.5, der in die Nut 32 einrastbar ist, indem er sich an den hinterschnittenen Bereichen 36 der Nut 32 anlegt und eine Haltekraft auf den bandförmigen Maßkörper 12 ausübt, die seine Anlagebereiche 54 an die Seitenrandbereiche 56 der Nut 32 drängt. Der Profilbereich kann auch hier als Hohlprofil ausgebildet sein.

Claims

Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5), wobei – im Trägerkörper (22, 22.1) eine Nut (32) mit einem beidseitig hinterschnittenen Bereich (36) und mit oberseitigen Seitenrandbereichen (56) eingebracht ist, – eine Profileinheit (50) vorhanden ist, die im Querschnitt einen elastischen Profilbereich (52, 52.5) und einen darüber angeordneten und daran befestigten Deckflansch (30, 12.5) mit zwei seitlich überstehenden Anlagebereichen (54) und mit dem Maßkörper (12, 12.5) aufweist und – der Profilbereich (52, 52.5) von einer offenen Seite der Nut (32) her in den hinterschnittenen Bereich (36) lösbar fixierbar einsetzbar ist, wobei er sich fixierend an den beiden gegenüberliegenden hinterschnittenen Bereichen der Nut (32) anlegt und – die Ausrichtung des darüber angeordneten Maßkörpers (12, 12.5) bei in die Nut (32) eingesetztem Profilbereich (52, 52.5) durch die Auflage der überstehenden Anlagebereiche (54) des Deckflansches (30, 12.5) an die oberseitigen Seitenrandbereiche (56) der Nut (32) erfolgt.
Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5) nach Anspruch 1, wobei der Maßkörper (12, 12.5) bandförmig ist.
Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Profilbereich (52, 52.5) in die Nut (32) einklipsbar oder einrastbar ausgebildet ist.
Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Profilbereich ein Hohlprofilbereich (52) mit einer elastischen Wandung ist.
Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5) nach Anspruch 4, wobei die Wandung (58) des Hohlprofilbereiches (52) so ausgebildet ist, dass bei Aufbringen von Unterdruck in den Hohlprofilbereich (52) dieser in die Nut (32) einsetzbar ist.
Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Wandung (58) des Hohlprofilbereiches (52) so ausgebildet ist, dass bei Aufbringen von Überdruck in den Hohlprofilbereich (52) die Profileinheit (50) aus der Nut (32) entnehmbar ist.
Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5) nach Anspruch 6, wobei die elastische Wandung (58) des Hohlprofilbereiches (52) bei in die Nut (32) eingesetzter Profileinheit (50) den Maßkörper (12, 12.1) innerhalb des Hohlprofilbereiches (52) fixiert.
Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5) nach Anspruch 7, wobei die Wandung des Hohlprofilbereiches (52) der Profileinheit (50) so ausgebildet ist, dass bei Aufbringen von Überdruck der Maßkörper (12, 12.1) aus der Profileinheit (50) abgezogen werden kann.
Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Profilbereich (52, 52.5) aus metallischem Werkstoff oder Kunststoff besteht.
Trägerkörper mit einem Maßkörper (12, 12.5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Deckflansch der Maßkörper (12.5) ist.