DE29521910U1 - Position measuring device - Google Patents
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Description
DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 4. April 1995DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 4 April 1995
PositionsmeßeinrichtungPosition measuring device
Die Erfindung bezieht sich auf eine Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a position measuring device according to the preamble of claim 1.
Es ist bereits bekannt, zur Vermeidung von thermisehen Spannungen eine Maßverkörperung auf ihrem Trägerkörper mit Hilfe einer elastischen Klebeschicht zu befestigen wie dies in der DE-OS 25 05 587 beschrieben ist. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, anstelle der durchgängigen elastischen Klebeschicht mehrere, durch Zwischenräume unterbrochene Gummistücke zu verwenden, auf die die Maßverkörperung aufgespannt wird und die für einen Ausgleich der thermischen Spannung zwischen Maßverkörperung und Trägerkörper sorgen sollen. Auch bei dieser, z.B. in der DE-OS 33 12 534 und der US-PS 4,569,137 beschriebenen Art der Befestigung verbleiben jedoch Restkräfte in einer Größenordnung, die die Maßverkörperung in einem nicht tolerierbaren Ausmaß verformen. Nachteilig ist hierIt is already known to fix a measuring standard to its carrier body using an elastic adhesive layer in order to avoid thermal stresses, as described in DE-OS 25 05 587. It has also been proposed to use several rubber pieces interrupted by gaps instead of the continuous elastic adhesive layer, onto which the measuring standard is clamped and which are intended to compensate for the thermal stress between the measuring standard and the carrier body. However, even with this type of fastening, as described in DE-OS 33 12 534 and US-PS 4,569,137, residual forces remain on a scale that deforms the measuring standard to an intolerable extent. The disadvantage here is
vor allem/ daß die Maßverkörperung auch nach einem Temperaturausgleich nicht wieder reproduzierbar in ihre Ausgangslage zurückkehrt/ sondern auf Grund von Reibungskräften eine Undefinierte neue Lage einnimmmt. Als Folge von länger andauernden Zwangskräften sind auch Verformungen beobachtet worden, die sich als Fließen des Maßverkörperungsmaterials Glas deuten lassen. All dies kann zu Meßfehlern bei der Positionsmessung in Längsrichtung der Maßverkörperung führen.above all, that the measuring body does not return to its original position in a reproducible manner even after temperature equalization, but instead assumes an undefined new position due to frictional forces. As a result of long-term constraining forces, deformations have also been observed, which can be interpreted as the flow of the measuring body material, glass. All of this can lead to measurement errors when measuring the position in the longitudinal direction of the measuring body.
Aus der EP-O 264 801-Al ist es ferner bekannt, Maß-) stäbe oder Lineale auf in kleinen Bereichen rollbeFrom EP-O 264 801-Al it is also known to roll scales or rulers on small areas.
weglich gehaltenen Kugeln aufzuspannen, die eine Längsführung bilden, wobei die Maßstäbe oder Lineale an einer einzigen Stelle gegenüber ihrer Fassung fixiert sind. Der mechanische Aufwand für eine derartige Halterung von Maßverkörperungen ist sehr hoch.to clamp movably held balls that form a longitudinal guide, with the scales or rulers being fixed at a single point opposite their holder. The mechanical effort for holding measuring elements in this way is very high.
2020
Ferner ist es aus der Werkstatt-Meßtechnik bekannt, den Maßstab an nur zwei Stellen so zu unterstützen, daß die Durchbiegung ein Minimum hat. Die genaue Lage dieser Auflagepunkte (bzw. -linien) differiert ■x 25 je nach Anforderung an die Durchbiegung des Maßstabs (z.B. in Abhängigkeit davon, ob sich die Teilung auf der Oberfläche oder in der neutralen Faser des Maßstabs befindet). So kann auf eine kleinste Verkürzung der Gesamtlänge (Besselsche Punkte) oder auf eine kleinste Verbiegung auf die ganze Länge, auf parallele Endflächen (Airysche Punkte) oder eine verschwindende Durchbiegung in der Mitte optimiert werden (siehe: Leinweber, Taschenbuch der Längenmeßtechnik, Springer-Verlag, 1954, Seite 139).Furthermore, it is known from workshop measuring technology to support the scale at only two points so that the deflection is kept to a minimum. The exact position of these support points (or lines) differs depending on the requirements for the deflection of the scale (e.g. depending on whether the graduation is on the surface or in the neutral fiber of the scale). In this way, optimization can be made for a minimal shortening of the total length (Bessel points) or for a minimal deflection over the entire length, for parallel end surfaces (Airy points) or for a vanishing deflection in the middle (see: Leinweber, Taschenbuch der Längenmeßtechnik, Springer-Verlag, 1954, page 139).
·♦·♦
• t » t · ·• t » t · ·
Es 1st die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Maßstab für eine Positionsmeßeinrichtung zu schaffen. In dem die Maßverkörperung so zwangskräftefrei wie möglich gehalten 1st und thermisch bedingte Spannungen zwischen der Maßverkörperung und seinem Trägerkörper vermieden sind. It is the object of the present invention to create a scale for a position measuring device in which the measuring embodiment is kept as free from constraining forces as possible and thermally induced stresses between the measuring embodiment and its carrier body are avoided.
Diese Aufgabe wird bei einer Positionsmeßeinrichtung gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. This task is solved by a position measuring device according to the features of the main claim.
Durch diese Art der Aufspannung sind die Maßverkörperung und ihr Trägerkörper mechanisch weitestgehend voneinander entkopppelt. Die Maßverkörperung kann sich bei Temperaturänderungen weitgehend kräftefrei gegenüber ihrem Trägerkörper bewegen und bleibende Verformungen in Folge thermischer Einwirkung treten deshalb nicht auf.This type of clamping means that the measuring element and its carrier body are largely mechanically decoupled from each other. When temperatures change, the measuring element can move with little or no force relative to its carrier body and permanent deformations as a result of thermal effects therefore do not occur.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung mit Hilfe von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.The invention is explained in more detail with the help of embodiments in the drawings.
Es zeigtIt shows
Figur 1 eine Prinzip-Darstellung einerFigure 1 shows a schematic diagram of a
Längenmej
schnitt;Lengthmej
cut;
Längenmeßeinrichtung im Teil-Length measuring device in the part
Figur 2 eine Draufsicht auf einen Maßstab der LängenmeßeinrichtungFigure 2 is a plan view of a scale of the length measuring device
gemäß Figur 1;according to Figure 1;
Figur 3 einen Trägerkörper in Draufsicht;
35Figure 3 shows a carrier body in plan view;
35
Figur 4 einen Schnitt durch den Trägerkörper gemäß Figur 3 entlang der Linie IV/IV undFigure 4 shows a section through the carrier body according to Figure 3 along the line IV/IV and
Figur 5 einen rahmenartigen TrägerkörperFigure 5 a frame-like carrier body
in Draufsicht.in top view.
In Figur 1 ist in Prinzipdarstellung eine Positionsmeßeinrichtung 1 gezeigt. Sie dient zur Messung der Relativlage zweier Objekte wie Bett und Schlitten einer nicht näher bezeichneten Maschine. Von dieser Maschine sei hier der Schlitten als Objekt mit 2 bezeichnet. Das Bett als Objekt ist mitFigure 1 shows a basic diagram of a position measuring device 1. It is used to measure the relative position of two objects such as the bed and the carriage of an unspecified machine. The carriage of this machine is designated here as the object 2. The bed as the object is designated as
3 bezeichnet und ebenfalls bruchstückhaft gezeigt. Am Bett 3 ist eine Abtasteinrichtung 4 befestigt, die einen Maßstab 5 abtastet. Die Abtasteinrichtung3 and also shown in fragmentary form. A scanning device 4 is attached to the bed 3, which scans a scale 5. The scanning device
4 ist mit einer Auswerteeinheit 4a zur Anzeige der gemessenen Position verbunden. Der Maßstab 5 ist am Schlitten 2 der Maschine befestigt.4 is connected to an evaluation unit 4a for displaying the measured position. The scale 5 is attached to the slide 2 of the machine.
Der Maßstab 5 besteht aus einer Maßverkörperung 6 die eine Teilung 7 trägt (in Figur 2 dargestellt). Die Maßverkörperung 6 ist auf einem Trägerkörper 8 befestigt. Der Trägerkörper 8 weist einen Steg 9 und eine Vertiefung 10 auf. In Richtung der Längserstreckung des Trägerkörpers 8 und der Maßverkörperung 6 weisen der Steg 9 und die Vertiefung 10 einen definierten Abstand a zueinander auf.The scale 5 consists of a measuring embodiment 6 which has a graduation 7 (shown in Figure 2). The measuring embodiment 6 is attached to a carrier body 8. The carrier body 8 has a web 9 and a recess 10. In the direction of the longitudinal extension of the carrier body 8 and the measuring embodiment 6, the web 9 and the recess 10 have a defined distance a from one another.
Mit Hilfe des Steges 9 und der Vertiefung 10 wird die Maßverkörperung 6 am Trägerkörper 8 befestigt. Diese Befestigung erfolgt durch Klebung.The measuring scale 6 is attached to the carrier body 8 using the web 9 and the recess 10. This attachment is done by gluing.
Mittels eines fixierenden Klebers 11 wird die Maß-Verkörperung 6 über den Steg 9 in definierter Position und mit definierter Breite der Klebung amBy means of a fixing adhesive 11, the dimensional embodiment 6 is fixed over the web 9 in a defined position and with a defined width of the adhesive on the
Trägerkörper 8 fixiert. Der fixierende Kleber 11 kann ein Epoxidharz sein.carrier body 8. The fixing adhesive 11 can be an epoxy resin.
Mittels eines elastischen Klebers 12 - der ein Si-1 Ikonkleber sein kann - wird die Maßverkorperung 6 über die Vertiefung 10 mit verhältnismäßig dicker Klebefuge und - gegenüber der vorgenannten Fixierung - großer Elastizität elastisch am Trägerkörper 8 befestigt.By means of an elastic adhesive 12 - which can be a Si-1 icon adhesive - the dimensional embodiment 6 is elastically attached to the carrier body 8 via the recess 10 with a relatively thick adhesive joint and - compared to the aforementioned fixation - great elasticity.
Die beiden genannten Befestigungen bilden Im wesentlichen linienartige Auflager 13 und 14 die die Maßverkörperung 6 an geeigneten Bereichen unterstützen. Der gegenseitige Abstand a der Auflager 13The two fastenings mentioned form essentially linear supports 13 and 14 which support the measuring scale 6 in suitable areas. The mutual distance a of the supports 13 und 14 voneinander wird In Bezug auf die Länge der Maßverkorperung 6 nach den Regeln der Unterstützung von stabförmlgen Körpern optimiert, was aus der Längenmeßtechnik an sich bekannt 1st (siehe Leinweber a.a.O.).and 14 from each other is optimized with respect to the length of the measuring body 6 according to the rules for supporting rod-shaped bodies, which is known from length measurement technology (see Leinweber, op. cit.).
Durch die beschriebene Befestigung der Maßverkorperung 6 am Trägerkörper 8 wird ein definiertes thermisches Verhalten für die Kombination von Maßverkörperung 6 und Trägerkörper 8 erzielt, die zusamThe described fastening of the measuring body 6 to the carrier body 8 achieves a defined thermal behavior for the combination of measuring body 6 and carrier body 8, which together men den Maßstab 5 bilden.men form the scale 5.
Um dieses definierte thermische Verhalten des Maßstabes 5 zu unterstützen, weist der Trägerkörper 8 zur Befestigung am Schlitten 2 Montageflächen-Bereiche 15 und 16 auf, deren Abstand b zueinander in Richtung der Längerstreckung des Trägerkörpers 8 dem Abstand a der Auflager 13, 14 angenähert entspricht .In order to support this defined thermal behavior of the scale 5, the carrier body 8 has mounting surface areas 15 and 16 for fastening to the slide 2, the distance b between which in the direction of the longitudinal extension of the carrier body 8 approximately corresponds to the distance a of the supports 13, 14.
Bezüglich des thermisch bedingten Ausdehnungsverhaltens ist es vorteilhaft, wenn einer der Montage-Regarding the thermal expansion behavior, it is advantageous if one of the assembly
• ··
flächen-Bereiche 15 den neutralen Punkt (bzw. Linie) bildet und dieser Punkt 15 quer zur Längserstreckung des Maßstabes 5 in Verlängerung mit dem fixierenden Auflager 13 eine neutrale Linie in Bezug auf das thermische Verhalten bildet.surface areas 15 forms the neutral point (or line) and this point 15 forms a neutral line with respect to the thermal behavior transversely to the longitudinal extent of the scale 5 in extension with the fixing support 13.
An diesem neutralen Montageflächen-Bereich 15 wird der Maßstab 5 fest mit dem Schlitten 2 der Maschine in nicht gezeigter Weise verschraubt.At this neutral mounting surface area 15, the scale 5 is firmly screwed to the carriage 2 of the machine in a manner not shown.
1010
Zur weiteren Befestigung des Maßstabes 5 dient der Montageflächen-Bereich 16, der als Längen-Aus- ) gleichselement 17 für thermisch bedingte AusdehnunThe mounting surface area 16 serves for further fastening of the scale 5, which serves as a length compensation element 17 for thermally induced expansion.
gen ausgebildet ist. Dieses Ausgleichselement 17 kann durch ein in den Trägerkörper 8 eingearbeitetes Federparallelogramm gebildet werden, wie in den Figuren 2, 3 und 5 dargestellt ist.This compensating element 17 can be formed by a spring parallelogram incorporated in the carrier body 8, as shown in Figures 2, 3 and 5.
In Figur 4 ist der Trägerkörper 8 entlang der Linie IV/IV gemäß Figur 3 geschnitten dargestellt.In Figure 4, the carrier body 8 is shown sectioned along the line IV/IV according to Figure 3.
Das Ausgleichselement kann auch in nicht gezeigterThe compensation element can also be used in a
Weise anders gebildet werden, beispielsweise mitbe formed differently, for example with
Hilfe einer federbelasteten Langloch-Verschraubung,Using a spring-loaded slotted screw connection,
^ 25 die sich quer zur Längserstreckung des Maßstabes 5^ 25 which is perpendicular to the longitudinal extension of the scale 5
in der Nähe der elastischen Klebeverbindung 12 von Trägerkörper 8 und Maßverkörperung 6 befindet.near the elastic adhesive connection 12 between the carrier body 8 and the measuring embodiment 6.
Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß die Montageflächen-Bereiche 15 und 16 gegenüber der Unterseite des Trägerkörpers 8 abgestuft sind.From Figure 1 it can be seen that the mounting surface areas 15 and 16 are stepped compared to the underside of the carrier body 8.
Um die Gefahr einer Verbiegung des Trägerkörpers 8 durch eine unebene Montagefläche zu minimieren, kann man die Rückseite des Trägerkörpers 8 außerhalb der definierten Montageflächen-Bereiche 15, 16 tiefer fräsen.In order to minimize the risk of bending of the carrier body 8 due to an uneven mounting surface, the back of the carrier body 8 can be milled deeper outside the defined mounting surface areas 15, 16.
Der Querschnitt des Trägerkörpers 8 ist nicht auf eine rechteckige Form beschränkt, sondern kann auch ein U-, L-, T-, I-förmiges o.a. Profil aufweisen.The cross-section of the carrier body 8 is not limited to a rectangular shape, but can also have a U-, L-, T-, I-shaped or other profile.
Falls der Trägerkörper 8 als Rahmen 18 ausgelegt wird und unterhalb der Teilung 7 der Maßverkörperung 6 einen Durchbruch 19 aufweist, können auch sogenannte Durchlichtmaßstäbe verwendet werden.If the carrier body 8 is designed as a frame 18 and has an opening 19 below the division 7 of the measuring standard 6, so-called transmitted light scales can also be used.
Die die Maßverkörperung unterstützenden AuflagerThe supports supporting the dimensional scale
müssen in diesem Fall quer zur Längserstreckung desIn this case, they must be perpendicular to the longitudinal extension of the
Trägerkörpers 8 durch den Durchbruch 19 unterbro-carrier body 8 is interrupted by the opening 19
) chen sein. Die in Figur 5 gezeigten Auflager 20, 21) chen. The supports 20, 21 shown in Figure 5
und 22, 23 müssen sich in diesem Fall auf beiden Längsseiten des Druchbruches 19 im wesentlichen in jeweils einer Linie fortsetzen.and 22, 23 must in this case continue essentially in one line on both long sides of the opening 19.
Um einen Maßstab 5 gemäß der Erfindung zu schaffen, verwendet man bevorzugt für den Trägerkörper 8 ein Material mit ähnlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie dem der Maßverkörperung 6. Im Falle einer Maßverkörperung 6 aus ZERODUR™ ist z.B. INVAR™, eine Stahllegierung mit gesonders geringem Audehnungskoeffizienten, für den Trägerkörper 8 zu -•x 25 bevorzugen.In order to create a scale 5 according to the invention, it is preferable to use a material for the carrier body 8 with a similar thermal expansion coefficient to that of the measuring embodiment 6. In the case of a measuring embodiment 6 made of ZERODUR™, for example, INVAR™, a steel alloy with a particularly low expansion coefficient, is preferable for the carrier body 8 to -•x 25.
Claims (12)
35Distance (b) of the mounting surface areas (15, 16) of the carrier body (8) at least approximately corresponds to the mutual distance (a) of the supports (13, 14) of the measuring embodiment (6).
35
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE29521910U DE29521910U1 (en) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | Position measuring device |
Applications Claiming Priority (2)
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| DE19512892A DE19512892C2 (en) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | Position measuring device |
| DE29521910U DE29521910U1 (en) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | Position measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE29521910U1 true DE29521910U1 (en) | 1998-09-03 |
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ID=26014168
Family Applications (1)
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| DE29521910U Expired - Lifetime DE29521910U1 (en) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | Position measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29521910U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3705850A1 (en) * | 2019-03-06 | 2020-09-09 | Etel S. A.. | Assembly with a main beam, an intermediate support arranged on the main beam and a measuring rod on the intermediate support |
-
1995
- 1995-04-06 DE DE29521910U patent/DE29521910U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3705850A1 (en) * | 2019-03-06 | 2020-09-09 | Etel S. A.. | Assembly with a main beam, an intermediate support arranged on the main beam and a measuring rod on the intermediate support |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19981015 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19981123 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20010704 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20031031 |