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Titel : Präzisi@@smaßstab
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Anwendu@gsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft einen Präzisionsmaßstab
für Längenmeßeinrichtungen mit einer Genauigkeit im µm-Bereich, dessen Teilungsträger
aus mehreren Teilstücken zusammengesetzt ist.
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Sie ist überall dort anwendbar, wo die Teilstücke des Teilunsträgers
auf eine gemeinsame Unterlage auSgebracht werden oder wo Verbindungsstücke unter
den Stoßstellen der stumpf aneinandergefügten Teilstücke des Teilungsträgers vorgesehen
sind, Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Für Meßmaschine oder numerisch
gesteuerte Werkzeugmaschinen werden häufig Maßstäbe relativ großer Länge benötigt.
Die Herstellung solcher Maßstäbe fiir inkrementale Meßsysteme bereitet aber erhebliche
Schwierigkeiten und ist sehr teuer, weil die Wahrscheinlichkeit der Ausschußproduktion
mit der Maßstablänge zunimmt. Es hat sich deshalb durchgesetzt, nur kürzere Teilungsträger
mit vertretbarem Auswand und Preis herzustellen und diese Teilstücke zur Gesamtlänge
zusammenzusetzen.
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Die Teilstücke des Teilungsträgers werden zu diesem Zweck auf einer
Unterlage oder einem Maßstabskörper auf unterschiedliche Weise befestigt. In den
Erf indungsbeschre ibungen DL-WP 58 179, 92 564, 103 320 und D-OS 2 016 253 sowie
DT-AS 1 190 202 sind dazu Ausführungen gemacht.
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Besondere Schwierigkeiten bereitet die Justierung der einzelnen Teilstücke
des Teilungsträgers zueinander. Es war bisher üblich, die Lage der meilstlicke zueinander
genau auszumessen und sie dann durch Klemmen oder Verschrauben auf der Unterlage
oder dem Maßstabskörper zu fixieren. Diese Art der Halterung ist aus mehreren Gründen
nicht sehr dauerhaft. Einmal führt eine Temperaturänderung auf Grund des unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten von Teilungsträger und Unterlage zu Verformungen des
Teilungsträgers und schließlich zu Veränderungen des iBbstandes zwischen den Stoßstellen.
Zum anderen können sich diese lösbaren Verbindungen durch mechanische Schwingungen
über einen längeren Zeitraum lockern. Auch verklebte Maßstäbe können das Problem
nicht dauerhaft lösen, weil der -larmeausdehnungskoeffizient der Klebemittel von
dem der Maßstabsmaterialien zum Teil erheblich abweicht und auftretende Scherkräfte
die Verbindung zerstören können. Über einen inneren Zeitraum ist zudem noch die
Gefahr von Strukturveränderungen im Klebemittel und damit die Gefahr der Änderung
seiner i.igenschaften gegeben. Bei der Verarbeitung von Klebstoffen machen sich
die oftmals langen Aushärtezeiten nachteilig bemerkbar.
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Aus der Erfindungsbeschreibung DD-AS 1 226 312 ist bekannt, die Teilstücke
des Teilungsträgers miteinander fest zu verbinden, den Teilungsträger auf der gesamten
Länge beweglich in einer Führung zu haltern und nur eine einzige feste Verbindung
mit der Unterlage herzustellen. Temperaturänderungen können den Teilungsträger nicht
mer verformen, aber für die Klemmstücke trifft hinsichtlich der Lauerhaftigkeit
der Verbindung das oben gesagte noch voll zu. Die Langenänderungen der Teilstücke
addieren sich über die gesamte Teilungsträgerlänge und in größerer Entfernung von
der Verbindungsstelle mit der Unterlage können erhebliche Meßfehler auftreten.
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In der Erfindungsbeschreibung DU-OS 1 773 460 wird vor-
geschlagen,
zwei mechanisch starr verbundene Abtasteinrichtungen zu verwenden und an der Stoßstelle
zweier Teilstücke des Teilungsträgers jeweils von einer Abtasteinrichtung auf die
andere umzuschalten, um Pehlmessungen an der Stoßstelle zu vermeiden. Bei aller
Vorteilhaftigkeit dieser Lösung ist ihr-Nachteil, nämlich der technische Aufwand,
nicht zu übersehen.
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Ein Maßstab der aus einzelnen Maßstabselementen zusammengesetzt ist,
wird in der britischen Patentanmeldung GB 1 309 909 beschrieben. Jedes dieser Maßstabselemente
ist mit einer Justiervorrichtung versehen und in seiner relativen Lage gegenüber
den anderen Maßstabselementen einzeln justierbar. Von Nachteil sind wiederum der
erforderliche mechanische Aufwand und die Anfälligkeit gegenüber mechanischen Schwingungen.
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Ziel der Erf indung: Mit möglichst geringem technischen Aufwand sollen
lange Maßstäbe hoher Genauigkeit realisiert werden, die hohe Scherkräfte zwischen
verschiedenen Materialfasern aufnehmen, über längeren Zeitraum die Porm und Justierung
der Teilstücke beibehalten und unempfindlich sind gegenüber Temperaturänderungen,
mechanischen Schwingungen und Verbiegungen.
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Wesen der Erfindung: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Art und Weise des Zusammenfügens der Teilstücke eine3 Teilungsträgers so zu verändern,
daß der beabsichtigte technische Fortschritt erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird bei einem Präzisionsmaßstab, bestehend aus einem
Teilungsträger, der aus mehreren Teilstücken zusammengesetzt ist, und einer geschlossenen
oder ebenfalls zusammengesetzten Unterlage die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen
den Teilstücken des Teilungsträgers und der Unterlage eine Schweißverbindung besteht.
Es ist dabei vorteilhaft, sich auf Punktschweißverbindungen zu beschränken, die
in der Nähe der Enden der Teilstücke des Teilungsträgers
angeordnet
sind. lechanische Spannungen im material des Teilungsträgers und der Unterlage werden
durch streng lokalisierte Schweißpunkte und durch die paar-7-7eise Anordnung der
Punktschweißverbindungen auf einer ,*aßstabsnormalen welt -gehend vermieden. Die
mechanische Verbindung wird noch verbessert, indem noch zusätzlich jeweils an den
Stoßstellen der Teilstücke Punktschweißverbindungen angeordnet sind.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Teilstücke des Teilungsträgers und die
Unterlage aus Material etwa gleicher Dicke und Zusammensetzung bestrebt. L:ie Unterlage
kann so ausgebildet sein, daß sie nur als Verbindungsstück zvischen aneinanderliegenden
Enden zweier Teilstücke des Teilungsträgers in Erscheinung tritt.
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Die erfindungsgemäße Lösung sichert eie feste und beständige Verbindung
zwischen den einzelnen Teilstücken des Teilungsträgers und der Unterlage. Die Verbindung
ist unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen und mechanischen Schwingungen.
Beim Schweißvorgang selbst verändern die einzelnen Teilstücke ihre Lage zueinander
nur sehr gering.
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Das ist zurückzuführen auf sicheres Einspannen beim Justier-und Schweißprozeß
und auf eine erprobte Schweißtechnologie.
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Es wird großer ert auf eine möglichst kurze Schweißzeit gelegt, um
die Erwärmung des Maßstabes gering zu halten.
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Die Schweißverbindungen halten mechanischen Belastungen jeder Art
gut stand, sichern eine dauerhaft gute Justierung und erlauben die Herstellung von
Maßstäben beliebiger Länge.
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Ausführungsbeispiel: Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Metallrastermaßstab für inkrementale
Meßsysteme mit Punktschweißverbindungen gemäß der Erfindung.
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In der Zeichnung ist ein Abschnitt eines Metallrastermaßstabes mit
inkrementaler Zählspur dargestellt. Er besteht aus einem Teilungsträgerstück 1,
einem weiteren Teilungs-
trägerstück 2 und einer Unterlage 3. nuf
den Teilstücken 1 und 2 des Teilungsträgers ist eine fortlaufende Rasterteilung
4 aufgebracht, die sich auch ueber eine Stoßstelle 5 hinweg kontinuierlich fortsetzt.
Die Lage der Teilstücke 1 und 2 zueinander wurde so justiert und gehaltert, daß
über die Stoßstelle hinweg keine Verfälschung der Rasterteilung 4 zustande kommt.
rin Tastkopf mit einem fotoelektrischen Abtastsystem darf die Stoßstelle 5 nicht
wahrnehmen. ie Justierung muß so erfolgen, daß die elektrischen Ausgangssignale
des Tastkopfes nicht über das zulässige Maß von der idealen Sinus-Murvenform abweichen.
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Diese einmal vorgenommene Justierung wird mit Hilfe einer Schweißvorrichtung
dauerhaft fi@iert. @ie Zeichnung zeigt vier Düsen 6 dieser Schweißvorrichtung. Zwischen
den Teilsticken 1 bzw. 2 des Teilungsträgers und der Unterlage 3 wurde damit eine
Punktschv;eißverbindung hergestellt. Wuf der Zeichnung sind Schweißpunkte 7 und
8 zu sehen. Ebensolche Schweißpunkte befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite
des Ltaßstabes. Je nach den Erfordernissen, insbesondere den auftretenden mechanischen
Belastungen, sind weitere Schweißverbindungen möglich.
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Bei der Ausführung der Schweißarbeiten ist besonders streng auf kurze
Einwirkungsdauer auf den Maßstab zu achten, um Veränderungen der Justierung zu vermeiden
und um mechanischen Spannungen zwischen den Teilstücken 1 und 2 des Teilungsträgers
und der Unterlage 3 vorzubeugen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, möglichst
vier - mindestens aber zwei - Punktschweißverbindungen zugleich auszuführen.