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Die
Erfindung betrifft einen Führungskörper einer
Linearbewegungsführung,
die zwei entlang einer Führungsachse
relativ zueinander bewegliche und mittels Wälzkörper aneinander geführte Führungskörper aufweist
und mit einem Messsystem versehen ist, mit dem unter Verwendung
einer an einem der Führungskörper angebrachten
Massverkörperung
Messungen über
die Grösse
der Relativbewegungen bestimmbar sind, wobei die Massverkörperung
durch Wärmeenergie
direkt auf dem Führungskörper erzeugt
ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine solche Massverkörperung.
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Wälzlagerlinearführungen
werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt, in denen ein
Bauteil gegenüber
einem anderen Bauteil geradlinig und möglichst ohne Reibungsverluste
bewegt werden soll. Ein Beispiel hierfür sind Werkzeugmaschinen. Derartige
Führungen
weisen als Führungskörper einen
Wagen oder Schlitten auf, der über
Wälzkörper, wie
Kugeln, Rollen oder Nadeln, an einer Schiene geführt ist. Die Wälzkörper zirkulieren
hierbei in in sich geschlossenen Wälzkörperumläufen des Wagens. Die Führungskörper weisen üblicherweise
einen Tragbereich auf, in welchen die Wälzkörper an einer Tragfläche des
Wagens und an der Schiene anliegen und hierdurch die zu bewegende
Last tragen. Durch die Linearbewegung des Wagens gelangen die Wälzkörper aus
der Tragzone in einen ersten Umlenkkanal, in dem die Wälzkörper von
der Tragzone in den Rücklaufkanal überführt werden.
Nach Durchlaufen des Rücklaufkanals
erreichen die Wälzkörper über einen
zweiten Umlenkkanal wieder die Tragzone. Bei anderen Bauformen von
Linearbewegungsführungen sind
die Wälzkörper nicht
in Umläufen
sondern ausschliesslich in einer oder mehreren Reihen angeordnet,
die parallel zur Längsbewegungsachse
verlaufen. Diese Beschreibung soll allerdings nur zur Erläuterung
dienen. Der Einsatz der im folgenden beschriebenen Erfindung ist
selbstverständlich
nicht nur für
umlaufende Wälzlagerlinearführungen,
sondern für
alle Arten von Linearführungen
und zudem auch für
andere Anwendungen möglich,
ohne die Erfindung ändern
zu müssen.
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Vorstehend
beschriebene wie auch andere Linearbewegungsführungen werden zum hochgenauen
linearen Verfahren von beispielsweise Werkstücken und/oder Werkzeugen, beispielsweise
in Werkzeugmaschinen oder auch in beliebigen Handlingsystemen eingesetzt.
Um eine hochgenaue Positionierung erreichen zu können, werden in der Regel Messsysteme
eingesetzt. Hierzu sind bereits eine Vielzahl von Messverfahren
bekannt geworden. Ein erstes Beispiel hierfür sind magnetische Messverfahren
mit auf einem Träger
alternierend aufgebrachten Nord- und Südpolen. Ein anderes Messsystem
basiert auf dem Durchlicht- oder Reflexionsmessverfahren mit beispielsweise
Glasmassstäben,
die in alternierender Weise Hell-/Dunkel-Markierungen als Massverkörperung
aufweisen. Schliesslich sind auch Messverfahren bekannt geworden,
bei denen die „Markierungen" induktiv abgetastet
werden.
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Insbesondere
bei optischen Messverfahren ist es üblich, die Massverkörperung
als gesondertes Bauteil neben der Schiene der Linearbewegungsführung oder
als Einsatz in der Schiene vorzusehen. Neben einem hohen Fertigungs-
und Montageaufwand hat dies auch den Nachteil einer erhöhten Gefahr
von Messungenauigkeiten. Solche können beispielsweise dann auftreten,
wenn sich die Massverkörperung gegenüber der
Schiene verschiebt oder aufgrund von unterschiedlichen Wärmekoeffizienten
und/oder Temperaturbelastungen unterschiedlich starke Wärmeausdehnungen
stattfinden.
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Es
ist deshalb in der WO 91/16594 auch schon vorgeschlagen worden,
eine Massverkörperung
direkt in den Werkstoff der Schiene einer Linearbewegungsführung einzubringen.
Als Fer tigungsverfahren werden Ätzen
oder Aufprägen
von Magnetzuständen
angegeben. Magnetzustände
sind jedoch für optische
Messverfahren ungeeignet. Um mit Ätzverfahren eine präzise Massverkörperung
erstellen zu können,
muss ein hoher Aufwand betrieben werden, u.a. durch die Erstellung
einer präzisen
Maske, mit der die zu ätzenden
Teilbereiche von jenen Teilbereichen isoliert werden, die nicht
zu ätzen
sind.
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In
der
DE 196 08 937
A1 wird zur Herstellung eines Markierungsträgers für eine Längenmesseinrichtung
ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Laser mit hochenergetischer
Strahlung und Impulsen von etwa 20 ns oder weniger die Oberfläche des
Markierungsträgers
partiell anschmilzt. Nachteilig an diesem Verfahren ist allerdings
das Erfordernis einer vor der Laserbearbeitung zu erzeugenden hochreflektierenden
Oberfläche,
die der Laser anschmilzt und gegenüber der er weniger stark reflektierende
Oberflächenstrukturen
erstellt. Um solche hochreflektierende Oberflächen zu erstellen, ist es erforderlich,
vor der Erstellung der Massverkörperung
die gesamte Oberseite der Schiene mit grossem technischen Aufwand
zu polieren. Hochglanzpolierverfahren, wie sie in der
DE 196 08 937 A1 vorgeschlagen
werden, sind mehrstufig und damit zeitaufwendig und teuer.
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Ein
weiterer Nachteil des in der
DE 196 08 937 A1 angegebenen Verfahrens kann
darin gesehen werden, dass sich bei der Abtragung von metallischen
Werkstoffen mittels den angegebenen Lasern oftmals Schmelze oder
verdampfter Werkstoff unmittelbar neben der Bearbeitungsstelle niederschlagen. Damit
ist zu befürchten,
dass die zuvor hochglanzpolierte Fläche auch in den nicht laserbearbeiteten
Teilbereichen, d.h. auch auf den im hochpolierten Zustand zu belassenden
Teilbereichen beeinträchtigt wird.
Solche auf die Laserbearbeitung zurückzuführenden Verschmutzungen müssen dann
mit einem zusätzlichen
Aufwand, z.B. durch einen zusätzlichen und
in der Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung zu vermeidenden
zweiten Poliervorgang wieder entfernt werden.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem zur
Verfügung
zu stellen, das mit möglichst
wenig Fertigungsaufwand direkt auf einem der Führungskörper erzeugbar ist und trotzdem
die Möglichkeit
für hochgenaue
Messungen bietet. Insbesondere soll die Massverkörperung auf einer Oberfläche, insbesondere
einer noch Fräs- und/oder
Schleifspuren aufweisenden Oberfläche, herstellbar sein, wobei
ein Vorpolieren durchaus denkbar, aber eine Hochpolitur nicht notwendig
ist.
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Die
Aufgabe wird bei einer Linearbewegungsführung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäss
dadurch gelöst,
dass die Massverkörperung
mittels thermischer Energie auf eine nicht-endpolierte Oberfläche des
Führungskörpers aufgebracht
ist. Die Massverkörperung
ist somit auf einer mit Schleif- und/oder
Fräsbearbeitungsrillen versehenen
Oberfläche
des Führungskörpers aufgebracht.
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Im
Rahmen der Erfindung konnte überraschenderweise
festgestellt werden, dass zwischen unterschiedlichen Teilungsfeldern
einer Massverkörperung
auch dann ausreichend Kontrast erzielt werden kann, wenn die Oberfläche des
mit der Massverkörperung
versehenen Führungskörpers nicht
poliert ist. Die zur Einbringung der Massverkörperung vorgesehene Oberfläche des
vorzugsweise gehärteten Führungskörpers kann
für die
Laserbearbeitung vielmehr eine Beschaffenheit haben, wie sie aus
den vorausgegangen formgebenden Arbeitsverfahren resultiert. In
der Regel werden die Schienen durch Fräs- oder eine Schleifbearbeitung
endbearbeitet.
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In
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird dabei ein Kontrast – ganz im Gegensatz
zu der Lehre der
DE
196 08 937 A1 – dadurch
hergestellt, dass auf einer mit Schleif- und/oder Fräsbearbeitungsrillen
versehenen Oberfläche
mit diffus-reflektiven Eigenschaften Teilbereiche so verändert werden,
dass sie dort gerichtet-reflektive Eigenschaften, zumindest aber
weniger diffus-reflektive Eigenschaften aufweisen als die belassenen
Teilbereiche.
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Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung wird eine Bearbeitung mittels thermischer Energie bzw.
Strahlung, wie beispielsweise einer Laserbearbeitung, vorgesehen
sein, die lediglich oberflächig den
Werkstoff von Teilbereichen anschmilzt, ohne im wesentlichen Umfang
eine Werkstoffaustragung vorzunehmen. Hierdurch ist es möglich, auf
thermischem Weg eine Glättung
der Oberfläche
von Teilbereichen der Massverkörperung
vorzunehmen und hierdurch eine einem Spiegel ähnliche Reflektivität dieser
Teilbereiche – also
mit höher
gerichtet-reflektiven Eigenschaften – zu erzielen. Anders als bei
vorbekannten Lösungen
können
somit mit Lasern auch Teilbereiche der Massverkörperung erzeugt werden, die
nach der Laserbearbeitung stärker
gerichtet reflektieren als zuvor. Sie können insbesondere stärker gerichtet
reflektieren, als die nicht-laserbearbeiteten Teilbereiche.
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Durch
eine geeignete Abstimmung der Energiedichte und der Pulsdauer auf
die Schmelztemperatur des jeweiligen Werkstoffs des Führungskörpers wird
hierbei der Werkstoff nur sehr kurzzeitig aufgeschmolzen und höchstens
geringfügig
ausgeworfen oder auf sonstige Weise abgetragen, wie dies beispielsweise
bei der im Stand der Technik gemäss
der
DE 196 08 937
A1 vorgeschlagenen Verwendung von Excimer-Laser der Fall ist.
Eine dünne
Schicht der Fläche
sollte hierbei so lange flüssig
bleiben, bis sich Schleif- oder sonstige Bearbeitungsrillen bzw. -vertiefungen
durch Oberflächenspannungen
des geschmolzenen Werkstoffs ausgleichen können. Der Werkstoff sollte
an der Oberfläche
des Führungskörpers nur
soweit aufgeschmolzen werden, dass ein Ver schmelzen der Rauigkeitsspitzen,
beispielsweise einer geschliffenen Oberfläche, stattfindet In bestimmten
Ausführungsformen
der Erfindung können hierfür Laser
verwendet werden, die eine längere
Impulsdauer als 1 ns, insbesondere Impulsdauern von grösser oder
gleich 10 ns, aufweisen. Eine untere Grenze der Impulsdauer wird
durch die zum Aufschmelzen des Werkstoffs des jeweiligen Teilbereichs
erforderliche Energiemenge gegeben. Beispiele hierfür sind insbesondere
diodengepumpte Nd:YAG Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm, allenfalls
frequenzverdoppelt oder anderweitig frequenzverschoben. Alternativ
können
aber auch diodengepumpte Ti:Saphir Laser mit einer Wellenlänge von
ca. 800 nm, eventuell wiederum frequenzverdoppelt oder anderweitig
frequenzverschoben oder aber andere, gleichwertige Laser verwendet
werden.
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Gemäss einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung kann mit einem Laser aber auch oberflächlich Material
des Führungskörpers abgetragen
werden, um hiermit ebenfalls Teil- bzw. Flächenbereiche der Massverkörperung
des optischen Messsystems zu erzeugen. In diesem Fall dienen diese
Teilbereiche als gering- bzw. nicht-reflektive Teilbereiche einer
inkrementellen Massverkörperung
und erscheinen in der Messung als dunkle Teilbereiche. Sie weisen
damit bei Lichteinstrahlung einen messbaren Kontrast zu nicht laserbehandelten
Flächenbereichen
der Massverkörperung
auf.
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Für diese
Bearbeitung können
beispielsweise ns-Laser verwendet werden, die Laserimpulse in einem
Bereich von ca. 5 ns bis ca. 30 ns erzeugen. Wesentliche Vorteile
dieses Lasertyps sind seine hohe Pulsenergie und seine geringe Komplexität, die in
einer höheren
Einsatzzuverlässigkeit
zum Ausdruck kommt. Zudem ist bei Nanosekundenlasern die Gefahr
einer Plasmabildung des erwärmten
Werkstoffs geringer als bei Lasern mit noch kürzeren Pulsdauern. Eine Plasmabildung könnte die
Materialabtragung beeinträchtigen.
Mit diesem Lasertyp lässt sich
mit einer geringen Anzahl an Laserimpulsen - allenfalls auch mit
einem einzelnen Laserimpuls – jeweils
ein gegenüber
nicht-laserbearbeiteten Flächenabschnitten
vertiefter Teilbereich der Massverkörperung erzeugen.
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In
einer Unterart dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung können zur
Erzeugung von vertieften Teilbereichen auch sogenannte ps- oder fs-Laser
benutzt werden, wobei fs für
Femtosekunden und ps für
Pikosekunden steht. Mit diesen Lasertypen kann ein direktes Verdampfen
des bestrahlten Werkstoffs erreicht werden, da hier die Laserenergie in
sehr kurzer Zeit, nämlich
Piko- oder Femtosekunden, in einer dünnen Schicht auf der Oberfläche des Führungskörpers absorbiert
und dadurch diese dünne
Schicht so stark erhitzt wird, dass ein direktes Verdampfen stattfindet.
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Gegebenenfalls
kann bei der zweiten Ausführungsform
der Erfindung eine Nachbehandlung nur der nicht-laserbearbeiteten
Teilbereiche zur Steigerung ihrer Reflexionseigenschaften und damit
zur Erhöhung
des Kontrasts zu den laserbehandelten Teilbereichen durchgeführt werden.
Diese Nachbehandlung kann ein unvollständiges Polieren oder mechanisches
Ausglätten,
beispielsweise ein Glattwalzen, dieser Teilbereiche oder ein sonstiges
Verfahren zur Verringerung der Oberflächenrauigkeit sein. Dies ist
aber in jedem Fall bedeutend weniger aufwendig als das Hochglanzpolieren
gemäss
dem Stand der Technik nach
DE
196 08 937 A1 .
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Im
Sinne einer Verringerung des Fertigungsaufwandes ist es bei allen
beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die für die Massverkörperung
vorgesehene Fläche
vor der Laserbearbeitung nicht oder höchstens nur so geringfügig poliert
wird, dass die Fräs- und/oder Schleifrillen
in der Oberflächenstruktur
zumindest teilweise erhalten bleiben können. Damit können Verfahrens schritte
zur Steigerung der Reflektivität
auf die in der Massverkörperung
auch tatsächlich
stark reflektiven Teilbereiche beschränkt werden. Zudem können hierdurch
zum einen Verdampfungsniederschlag und/oder Schmelzspritzer und
andererseits Schleifrillen gemeinsam – und nicht wie in der
DE 196 08 937 A1 erforderlich
mit getrennten Verfahrensschritten – abgetragen oder vermindert
werden.
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Schliesslich
ist es in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung auch möglich,
mit einem oder mehreren Lasern sowohl gerichtet-reflektive (spiegelnde)
als auch diffusreflektive Teilbereiche einer inkrementellen Massverkörperung
in dem Führungskörper, insbesondere
direkt in einer Schiene einer Linearbewegungsführung, zu erzeugen. Diese Ausführungsform
ist praktisch als Kombination der ersten mit der zweiten Ausführungsform
anzusehen.
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Wird
hierfür
nur ein Laser verwendet, ist eine möglichst exakte Steuerung einer
variablen Laserintensität
zweckmässig,
wobei sich in besonderem Masse diodengepumpte Festkörperlaser
eignen.
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Zur
Optimierung der Wellenlänge
kann in vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung die Laserstrahlung
frequenzvervielfacht oder anderweitig frequenzkonvertiert sein.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die
vorgenannten sowie die beanspruchten und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen,
erfindungsgemäss
zu verwendenden Elemente unterliegen in ihrer Grösse, Formgestaltung, Materialverwendung
und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen,
so dass die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien
uneingeschränkt
Anwendung finden können.
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Weiterhin
ist das Verfahren nicht auf den Einsatz von Lasern beschränkt. Vielmehr
können
auch andere Strahlungsquellen für
die Wärmebehandlung eingesetzt
werden.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dazugehörigen Zeichnungen,
in denen – beispielhaft – eine Vorrichtung
und ein dazugehöriger
Verfahrensablauf zur vorliegenden Erfindung erläutert wird.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
der Laserbehandlung mit einem parallelen Laserstrahl zum Aufbringen
einer Massverkörperung
gemäss
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine typische Anordnung
einer Laserbehandlungseinrichtung zum Aufbringen einer Massverkörperung
gemäss
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein Intensitätsprofil
für ein
gleichzeitiges Herstellen von Vertiefungen und aufgeschmolzenen,
geglätteten
Teilbereichen gemäss
einer alternativen Ausführung
der Erfindung.
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Linearbewegungsführungen,
auf denen eine Massverkörperung
angebracht wird, werden beispielsweise in Werkzeugmaschinen zur
linearen Bewegung von Maschinenkomponenten vorgesehen und weisen
hierfür
typischerweise eine profilierte Führungsschiene 2 (1) und einen auf der Führungsschiene
entlang einer Führungsachse
längs verfahrbaren
und im Querschnitt etwa U-förmigen Wagen
auf. Die Führungsschiene 2 ist
an ihren beiden Seitenflächen
jeweils mit einer Tragfläche 3 versehen,
an der sich der Wagen über
Wälzkörper abstützt und längsverschiebbar
ist. Im Ausführungsbeispiel
ist der Wagen über
Kugeln längsverschiebbar.
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Auf
einer Oberseite 4 der Schiene, neben einer Reihe von Befestigungsbohrungen 5,
sind als Massverkörperung
eine oder mehrere inkrementelle Messspuren 6 vorgesehen.
Zur Vereinfachung wird nachfolgend nur von einer Messspur ausgegangen, die
parallel zur Führungsachse
verläuft.
Diese weist in alternierender Weise gleichmässig reflektierende erste Teilbereiche
und diffus-reflektierende und somit dunkle Teilbereiche auf. Zum
Lesen der Messspur 6 und damit zur Positionsbestimmung
des Wagens relativ zur Schiene 2 ist dieser mit einem Lesekopf
versehen, der zur gezielten Beleuchtung der Massverkörperung
eine Lichtquelle und zur Detektion des reflektierten Lichts einen
Sensor hat. Derartige optische Messsysteme sind an sich vorbekannt.
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Zur
Erzeugung einer solchen Massverkörperung
kann eine Anlage benutzt werden, wie sie in 1 und 2 gezeigt
ist. Diese ist mit einem Laser 8 versehen, dessen Strahlung über mehrere
Umlenkspiegel 9, 11 und eine Zylinderlinse 12 auf
eine Oberseite einer Führungsschiene 2 gerichtet
wird. Die Brennlinie (Linienfokus) der Linse 12 befindet
sich hierbei auf der Oberseite der Schiene 2.
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Die
Schiene 2 ist auf einem angetriebenen Lineartisch 13 befestigt,
so dass die Schiene 2 entlang ihrer gesamten Länge unter
der Zylinderlinse 12 durchgeführt werden kann. Hiermit ist
es möglich, über vorzugsweise
die gesamte Länge
der Schiene 2 diese mit der inkrementellen Messspur 6 zu
versehen.
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In
einem ersten Ausführungsbeispiel
der Anlage weist diese einen Nd:YAG-Laser auf, dessen Strahlung
Pulsdauern von ca. 20 ns hat. Dieser Laser 8 ist in der
Lage, auf der Oberseite einer gehärteten Stahlschiene direkt,
d.h. nicht-diffus, re flektierende Teilbereiche des Strichgitters
zu erzeugen. Die Oberseite der Schiene 2 kann hierzu bezüglich ihrer
Oberflächenqualität einen
Zustand aufweisen, wie er sich nach Abschluss der letzten Formgebungsarbeitsschritte
darstellt. Das heisst, die Oberseite kann Rillen bzw. Riefen von
einer Schleif- oder (Hart-) Fräsbearbeitung
aufweisen. Diese wirken dann diffus-reflektiv.
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Der
Laser 8 kann dazu benutzt werden, die für die hellen Teilbereiche vorgesehenen
Flächenabschnitte
des Strichgitters oberflächlich
aufzuschmelzen. Hierzu sollte eine Intensität (W/cm2)
der Laserstrahlung so eingestellt sein, dass eine Schwellenintensität für das Schmelzen
des entsprechenden Schienenwerkstoffs gerade überschritten wird.
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Durch
diese Massnahme ist es möglich,
die entsprechenden ersten Flächenbereiche
nur lokal aufzuschmelzen, so dass aufgrund der Oberflächenspannung
der Schmelze bei der Erstarrung des Werkstoffs eine deutlich glattere
Oberfläche
als vor der Lasereinwirkung erhältlich
ist. Diese Flächenbereiche
weisen insbesondere gegenüber
den jeweils an sie angrenzenden zweiten Flächenbereiche eine geringere
Oberflächenrauigkeit
auf. Da die nicht laserbearbeiteten zweiten Flächenbereiche aufgrund der Bearbeitungsrillen
bzw. -riefen bei Lichteinstrahlung deutlich diffuser reflektieren
als die laserbearbeiteten ersten Flächenbereiche, kann mit dem
Sensor ein deutlicher Amplitudenunterschied in Bezug auf die detektierten
Intensitäten
des reflektierten Lichts festgestellt werden.
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In
einem zweiten Ausführungsbeispiel
können
Kurzpulslaser vorgesehen sein. Mit solchen ns-, ps- oder fs-Lasern
können
Energieintensitäten
erzeugt werden, welche deutlich eine Schwellenintensität des jeweiligen
Schienen-Werkstoffs für
eine Materialabtragung überschreiten.
Aufgrund der hohen Intensität
der Strahlung können
durch schnelles Schmelzen des Werkstoffs und einer aufgrund der hohen
Energiemenge stattfindenden Austragung des geschmolzenen Werkstoffs
vertiefte zweite Flächenbereiche
geschaffen werden. Bei noch höheren
Intensitäten
kann der Werkstoff oberflächlich
auch in eine Dampfphase überführt und
auf diese Weise ausgetragen werden. Auch hierdurch entstehen in
den zweiten Flächenbereichen
Vertiefungen, die einfallendes Licht nur diffus reflektieren lassen.
Die laserbearbeiteten zweiten Flächenbereiche
erscheinen im Messsignal des Sensors somit als dunkle Stellen mit stark
reduzierter Signalamplitude.
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Zur
Erhöhung
des Kontrastes kann zusätzlich
eine Nachbearbeitung von Teilbereichen vorgesehen sein. Insbesondere
bei Anwendung von werkstoff-abtragenden Laserbearbeitungsverfahren
kann zur Steigerung der Reflexionseigenschaften durch Anwendung
von einfachen Polierverfahren – im
einfachsten Fall das Abreiben von nur oberflächlich aufliegenden Niederschlägen etc.
oder durch mechanisches Ausglätten,
wie beispielsweise Walzen, die Oberflächenrauigkeit von Teilbereichen
verringert werden. Weniger bevorzugt, jedoch auch denkbar, ist an
Stelle einer Nachbearbeitung eines der Bearbeitungsverfahren vor
der Laserbearbeitung anzuwenden, wobei aber auf den aufwendigen
Vorgang der Herstellung einer hochpolierten Oberfläche verzichtet
wird.
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In
einer besonderen Form des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung
werden – wie
in 3 gezeigt -sowohl
die gerichtet-reflektiven (spiegelnden), als auch die diffusreflektiven
Teilbereiche der Massverkörperung
durch Laserbearbeitungen hergestellt. Im Ausführungsbeispiel können diese
in Richtung der Führungsachse
jeweils eine Länge
von 10 μm
aufweisen. Besonders vorteilhaft geschieht dies durch eine angepasste
Verteilung der Intensität der
Laserstrahlung über
die Oberfläche
von zumindest zwei Teilbereichen 6' und 6". Wie aus 3 hervorgeht, ist die Intensität des gepulsten
Lasers 8 über der
Fläche
eines dunklen Teilbereichs beson ders hoch, nämlich deutlich über der
Schwellenintensität 20 für eine Materialabtragung.
Zur benachbarten Fläche
hin, welcher als stark reflektierender (heller) Teilbereich vorgesehen
ist, fällt
die Intensität
ab. Sie liegt bei diesem Teilbereich bei Werten, die über einer Schwellenintensität 21 für das Aufschmelzen
des Werkstoffs und unterhalb der Schwellenintensität 20 für Materialabtragung
liegen. Es wird somit ein heller Teilbereich erzeugt, der zwischen
einem bereits existierenden dunklen Teilbereich und einem mit diesem Laserbearbeitungsvorgang
erzeugten dunklen Teilbereich liegt.
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Nachdem
der Laser 8 auf diese Weise über eine vorbestimmte Zeit
in einem Bereich, beispielsweise von 1 bis 10 ns, eingewirkt hat,
wird die Schiene entlang der Führungsachse
um eine volle (aus zwei Teilbereichen bestehende) Teilung verschoben. In
der Darstellung von 3 wird
sie nach rechts verschoben. Zur Erzeugung der weiteren Teilbereiche der
Messspur 6 wird dieser Laserbearbeitungszyklus mit einer
der Anzahl der Teilungen entsprechenden Häufigkeit wiederholt.
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Nachfolgend
wird nochmals das bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer Schiene 2 für eine Linearbewegungsführung beschrieben,
die mit einer Massverkörperung
eines Längenmesssystems
versehen ist, wobei die Schiene im Querschnitt profiliert ist, hierbei
die Querschnittsform der Schiene unter Benutzung eines Schleifverfahrens
und/oder Fräsbearbeitungsverfahrens
erzeugt wird, die Schiene auf einer ihrer Oberflächen mit einer inkrementellen
oder absoluten Massverkörperung
versehen und ein Bearbeitungsschritt vorgesehen ist, mit dem durch
Laserbearbeitung auf der Schiene eine Massverkörperung erzeugt wird, das gekennzeichnet
ist durch einen Laserbearbeitungsvorgang, der auf einer mit Schleif- oder
Fräsbearbeitungsrillen
versehenen Oberfläche der
Schiene erfolgt. Dieses Verfahren kann gekennzeichnet sein durch
eine Laserbearbeitung, mit der Teilbereiche der Massverkörperung 6 durch
lokales oberflächiges
Aufschmelzen der Schiene 2 erzeugt werden. Weiterhin kann
eines der vorstehend beschriebenen Verfahren gekennzeichnet sein
durch die Verwendung von ps-, fs- oder ns-Lasern 8 und/oder
durch eine Verteilung der Intensität einer momentanen Laserstrahlung,
die über
eine Länge
eines ersten Flächenbereichs
eine Intensität
aufweist, die oberhalb einer Schwellenintensität 20 des Schienenwerkstoffs
für eine
Materialabtragung liegt und zeitgleich oder zeitnah über eine
sich in Richtung der Führungsachse
nachfolgende Länge
eine Intensität aufweist,
die zwischen der Schwellenintensität 20 für eine Materialabtragung
und einer Schwellenintensität 21 des
Schienenwerkstoffs für
ein Aufschmelzen des Werkstoffs liegt und/oder durch ein oberflächenglättendes
Bearbeitungsverfahren auf den als spiegelnde Teilbereiche vorgesehenen
Flächen
der Schiene 2.
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- 2
- Führungsschiene
- 3
- Tragfläche
- 4
- Oberseite
- 5
- Befestigungsbohrungen
- 6
- Massverkörperung,
Messspuren
- 6'
- Teilbereich
der Messspur
- 6"
- Teilbereich
der Messspur
- 8
- Laser
- 9
- Umlenkspiegel
- 11
- Umlenkspiegel
- 12
- Linse
- 13
- Lineartisch
- 20
- Schwellenintensität für Materialabtragung
- 21
- Schwellenintensität des Schienenwerkstoffs für ein
-
- Aufschmelzen
des Werkstoffs