DE1226312B

DE1226312B - Maschine oder Geraet zur Positionsmessung und -einstellung

Info

Publication number: DE1226312B
Application number: DEW37660A
Authority: DE
Inventors: Dr Johannes Heidenhain
Original assignee: Firma Wenczler and Heidenhain
Current assignee: Firma Wenczler and Heidenhain
Priority date: 1964-10-02
Filing date: 1964-10-02
Publication date: 1966-10-06

Description

Maschine oder Gerät zur Positionsmessung und -einstellung Die Erfindung betrifft eine Maschine oder ein Gerät zur Positionsmessung und--einstellung, bestehend aus zwei relativ zueinander verschiebbaren Teilen, mit an dem einen Teil angebrachten aneinander anschließenden kurzen Maßstabstücken zur tÇberbrükkung großer Längen und mit einem an dem anderen Teil angebrachten Ablesegerät.
Die angegebenen Teile sind z. B. das feststehende Bett und der hierzu längsverschiebbare Tisch eines Gerätes oder z. B. einer Werkzeugmaschine mit großem Arbeitsbereich.
Bekannte Ausführungen dieser Art bestehen beispielsweise darin, daß die aneinander anschließenden Maßstabstücke in an dem genannten Teil angebrachten Halterungselementen liegen und an den Stoßstellen sowie an anderen Stellen mittels Verbindungselemente, z. B. Spannpratzen, mit den Halterungselementen und über diese mit dem genannten Teil fest verbunden sind.
Diese Ausführungen sind jedoch mit folgenden wesentlichen Nachteilen behaftet: Bei auftretenden Temperaturänderungen erfahren die Maßstabstucke sowie deren Trägerteile auf Grund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder unterschiedlicher Massenverhältnisse relativ zueinander unterschiedliche Längenänderungen, die sich dahingehend auswirken, daß die Maßstabstücke verformt werden, so lange, bis die innere Spannungskraft der Maßstab stücke dile Reibungskraft an den Verbindungselementen überwindet und anschließend eine Verschiebung der Maßstabstücke einsetzt, wobei der Abstand zwischen den Stoßstellen der Maßstabstücke verändert wird. Ähnlich können sich Verbiegungen des Maschinenbettes vor allem bei Verschiebung sehr schwerer Tische über sehr große Arbeitsbereiche auswirken.
Die Abstandsänderungen an der Stoßstelle gehen dabei, da der Abstand zwischen dem letzten Teilstich eines Maßstabstückes und dem ersten Teilstich des anschließenden Maßstabstückes ein Intervall der Maßstabteilung verkörpert, als Fehler in das Meßergebnis ein.
Weiter können die ständig auftretenden inneren Spannungen in den Maßstabstücken auf die Dauer durch allmähliche Formänderung die Genauigkeit der Maßstabteilung beeinträchtigen.
Die Erfindung will diesen Nachteilen begegnen und eine Maßstabbefestigung schaffen, die selbst bei ungünstigsten äußeren Einwirkungen keine Genauigkeitseinbuße infolge auf die Maßstabstücke einwirkender Zwangskräfte erleidet, sowie darüber hinaus Nullpunktwanderungen ausschaltet.
Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung dadurch, daß die aneinander anschließenden Maßstabstücke zwar, wie an sich bekannt, mittels Verbindungselemente zu einem zusammenhängenden Maßstab vereinigt sind, daß dabei aber der Maßstab nur an einer Stelle mit dem genannten Teil über ein Halterungselement unverrückbar verbunden und an mehreren Stellen mittels in geeignetem Abstand angebrachter Führungssysteme dermaßen gelagert ist, daß bei relativen Längenänderungen die Beweglichkeit der übrigen Partien des Maßstabes unabhängig zu der des genannten Teiles gestattet ist.
Damit unterscheidet sich die Erfindung von vornherein grundsätzlich von den bekannten Ausführungen dieser Art, bei denen die Maßstabstücke durch mehrmaliges Befestigen an dem genannten Teil gewollt starr damit verbunden sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel, das an Hand der Zeichnungen beschrieben ist. Es zeigt Fig. 1 einen gemäß der Erfindung an einer Maschine oder einem Gerät befestigten Maßstab in rein schematischer und auch nicht maßstabgerechter Darstellung in Draufsicht, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, F i g. 3 eine Ansicht in Pfeilrichtung x der Fig. 1.
In F 1 g. 1 bedeuten 1 und 2 die beiden relativ zueinander in Pfeilrichtung verschiebbaren Teile, deren gegenseitige Lage festgestellt werden soll. Das schematisch angedeutete Teil 1 ist dabei das Bett einer Maschine, z. B. Werkzeugmaschine, oder das Bett eines Gerätes mit großem Arbeitsbereich, das Teil 2 ein hierzu längsverschiebbarer Schlitten.
Zum Feststellen der gegenseitigen Lage von Teil 1 und 2 ist mit dem Teilen ein insgesamt mit 3 bezeichneter Maßstab verbunden, dem ein mit dem Teil 2 fest verbundenes Ablesegerät 4 beliebiger bekannter Bauart zugeordnet ist. Zur Überbrückung großer Längen setzt sich der Maßstab 3 aus mehreren kurzen Maß stab stücken 5 zusammen, die ihrerseits mittels der insgesamt mit 6 bezeichneten Verbindungselemente zu einer Einheit, eben dem Maßstab 3, verbunden sind.
Die Maßstabstücke- 5 sind dabei so zueinander orientiert, daß der Abstand zwischen dem letzten Teilstrich der darauf aufgebrachten Teilung 9 (s. F 1 g. 3) und dem ersten Teilstrich des anschließenden Maßstabstückes 5 ein Intervall der Teilung 9 verkörpert.
Bei Rastermaßstäben ist ebenfalls ein solcher Abstand zu wählen, daß das Raster des folgenden Maßstabstückes eine genaue Fortsetzung des Rasters des vorhergehenden Maßstabstückes darstellt.
Die die Maßstabstücke 5 verbindenden Elemente 6 bestehen aus U-förmig gestalteten Stücken 10, den Zwischenlagen 11 und 11' und den Schrauben 12, mit denen die Maßstabstücke 5 zwischen den genannten Teilen unverrückbar festgeklemmt werden.
In der gleichen Weise ist das mit dem Nullpunkt der Teilung 9 versehene Maßstabstück 5 in dem Halterungselement7 befestigt. Das Halterungselement 7 besteht gleichfalls aus einem U-förmig gestalteten Stück 13, den Zwischenstücken 16 und 16' und den Schrauben 17, mit denen der Maßstab 3 zwischen den genannten Teilen unverrückbar festgeklemmt ist.
Das Halterungselement7 ist mittels der Schrauben 14 und Stifte 15 an dem Teil 1 befestigt. Der Werkstoff der Halterungselemente 7 sowie der Verbindungselemente 6 ist zweckmäßigerweise hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten annähernd gleich dem der Maßstabstücke 5.
Die übrigen Partien des Maßstabes 3 sind in den insgesamt mit 8 bezeichneten Führungssystemen, die nachfolgend an Hand Fig.2 und 3 näher erläutert werden, gelagert, und zwar dermaßen, daß bei relativen Längenänderungen die Beweglichkeit der genannten Partien des Maßstabes 3 unabhängig zu der des Teiles 1 gestattet ist.
In Fig.2 ist ein einziges Führungssystem8 dargestellt, bei dem mit 18 ein Gabelteil bezeichnet ist, das mit einem anderen Gabelteil 19 über ein Gelenk 20 und 21, einer Spannpratze 22 und Schrauben 23 zu einer Einheit verbunden ist. Zur Führung des Maßstabes 3 sind seitlich an den Gabelteilen 18 und 19 reibungsarme Lagerelemente 24 und 24' angebracht, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Nadelschlitten sind. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die mechanischen Lagerelemente 24 und 24' durch hydrostatische Luftlager zu ersetzen.
An der Unterseite des Gabelteiles 18 ist, wie in F 1 g. 3 ersichtlich, mittels nicht dargestellter Schrauben ein Lagerbock 25 befestigt, an. dem mittels der Achse 26 ein reibungsarmes Lagerelement 27 an- gebracht ist, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein beidseitig abgedecktes Kugellager ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, das mechanische Lagerelement 27 durch ein hydrostatisches Luftlager zu ersetzen.
Die das Lagerelement 27 tragende Achse 26 ist so ausgebildet, daß das das Lagerelement tragende Stück zu dem im Lagerbock 25 geführten Stück exzentrisch versetzt ist, so daß durch Verdrehen der Achse 26 die Auflagefläche des Lagerelementes 27 in ihrer Höhe verändert werden kann, was beim Justieren der Führungssysteme 8 zueinander vorteilhaft ist.
Um den Maßstab 3 selbst bei Erschütterungen mit dem Lagerelement 27 in Kontakt zu halten, ist in einem Schlitz des Lagerbockes 25 mittels der Schrauben 28 ein Blattfederarm 29 befestigt, der an seinem freiliegenden Ende ein Kupplungsteil 30 mit einem darin eingepreßten Bolzen 31 trägt, der in ein Langloch 32 des am Maßstab 3 aufgekitteten Kupplungsteiles 33 eingreift, wodurch der Maßstab 3, bewirkt durch die nach abwärts gerichtete Kraft des Blattfederarmes 29, gegen das Lagerelement 27 gedrückt wird. Die insgesamt mit 8 bezeichneten Führungssysteme sind, wie in Fig.2 ersichtlich, mittels der Schrauben 34, Stifte 35 und Zwischenlage 36 mit dem Teil 1 unverrückbar verbunden.

Claims

Patentansprüche: 1. Maschine oder Gerät zur Positionsmessung und -einstellung, bestehend aus zwei relativ zueinander verschiebbaren Teilen, mit an dem einen Teil angebrachten aneinander anschließenden kurzen Maß stab stücken zur Überbrückung großer Längen und einem an dem anderen Teil angebrachten Ablesegerät, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die aneinander anschließenden Maßstabstücke (5) zwar, wie an sich bekannt, mittels Verbindungselemente (6) zu einem zusammenhängenden Maßstab (3) vereinigt sind, daß dabei aber der Maßstab (3) nur an einer Stelle mit dem genannten Teil (1) über ein Halterungselement (7) unverrückbar verbunden und an mehreren Stellen mittels in geeignetem Abstand angebrachter Führungssysteme (8) dermaßen gelagert ist, daß bei relativen Längenänderungen die Beweglichkeit der übrigen Partien des Maßstabes (3) unabhängig zu der des genannten Teiles (1) gestattet ist.
2. Maschine oder Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Verbindungselementen (6) angebrachten Führungssysteme (8) den Maßstab (3) gabelförmig umschließen und an jeder Seite der Gabelteile (18, 19 und 25) reibungsarme Lagerelemente (24,24' und 27) angebracht sind.
3. Maschine oder Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab (3) in den Gabelteilen (18,19 und 25) der Führungssysteme (8) mittels an sich bekannter Wälzlager gelagert ist.
4. Maschine oder Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab (3) in den Gabelteilen (18,19 und 25) der Führungssysteme (8) mittels an sich bekannter hydrostatischer Luftlager auf Luftpolster gelagert ist.
5. Maschine oder Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (26) der den Maßstab (3) tragenden Lagerelemente (27) mittels eines gegenüber dem das Lagerelement (27) tragenden Teiles exzentrisch versetzten Teil verdeckbar im Lagerbock (25) angeordnet sind.
6. Maschine oder Gerät nach Anspruch 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab (3) mittels federnder Elemente (29) gegen die Auflageflächen der Lagerelemente (27) gedrückt wird.
7. Maschine oder Gerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Verbindungselemente (6) sowie der Halterungselemente (7) hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten annähernd gleich-dem der Maßstabstücke (S) ist.