DE3720916A1

DE3720916A1 - Massverkoerperung

Info

Publication number: DE3720916A1
Application number: DE19873720916
Authority: DE
Inventors: Johann Oberhans; Wolfgang Dipl Ing Reimar
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1987-06-25
Publication date: 1989-01-05
Anticipated expiration: 2007-06-26
Also published as: DE3720916C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Maßverkörperung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Maßverkörperung findet insbesondere bei Längen- oder Winkelmeßeinrichtungen Verwendung. Der artige Positionsmeßeinrichtungen werden speziell bei Bearbeitungsmaschinen zur Messung der Relativlage eines Werkzeugs bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstücks sowie bei Koordinatenmeßmaschinen zur Ermittlung von Lage und/oder Abmessungen von Prüf objekten eingesetzt.

Diese Maßverkörperung besteht bei einer Längenmeß einrichtung aus dem mit einer Linearteilung verse henen Maßstab und/oder aus der mit einer entspre chenden Abtastteilung versehenen Abtastplatte und bei einer Winkelmeßeinrichtung aus der mit einer Winkelteilung versehenen Teilscheibe und/oder aus der mit einer entsprechenden Abtastteilung verse henen Abtastplatte. Diese Teilungen können bei spielsweise als Amplitudengitter und als Phasen gitter ausgebildet sein.

Die hochgenaue und hochauflösende Teilung einer derartigen Maßverkörperung ist aber insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen einer Verschmutzungsge fahr ausgesetzt, die zu Meßungenauigkeiten führen kann, die bei den heutigen Anforderungen an die Maßgenauigkeit nicht mehr tragbar sind.

Aus dem DE-GM 84 10 775 ist ein Phasengitter be kannt, dessen Stufengitter auf einem Substrat durch eine ganzflächig aufgebrachte optische Kitt schicht gegen Verschmutzungen geschützt ist. Zum mechanischen Schutz dieser optischen Kittschicht ist auf der freien Oberfläche der optischen Kitt schicht eine Glaslamelle aufgebracht. Dieses ge schützte Phasengitter ist aber relativ aufwendig in der Herstellung.

In dem Prospekt der Fa. Heidenhain "Neue Produkte: LIP 101 Inkrementales Längenmeßsystem hoher Genau igkeit", 11.86, ist eine Maßstabteilung in Form eines Phasengitters beschrieben, die durch eine mittels einer Kittschicht aufgekittete transparen te Abdecklamelle in Form einer Glaslamelle gegen Verschmutzungen geschützt ist. Da die Teilungs ebene mit der Teilung und die Unterseite der Glas lamelle im allgemeinen herstellungsbedingt nicht ganzflächig planparallel sein werden, ergeben sich kein ganzflächiger Kontakt zwischen der Teilungs ebene des Maßstabs und der Unterseite der Glasla melle, sondern partiell unterschiedliche Abstände bis zu einigen µm die Newtonsche Ringe durch Re flexionen an der Unterseite der Glaslamelle und an der Teilungsebene zur Folge haben, die die Meßgenauigkeit nachteilig beeinflussen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei ei ner Maßverkörperung der genannten Gattung eine An ordnung der transparenten Abdecklamelle anzugeben, die Meßungenauigkeiten ausschließt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einfachen Mitteln ein einwandfreier Schutz der Maßverkörperung vor Ver unreinigungen ohne eine Beeinträchtigung der Meß genauigkeit erzielt wird, so daß diese Maßverkör perung für hochgenaue Messungen eingesetzt werden kann.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste geschützte Maßver körperung in einer Draufsicht und

Fig. 2 in einem Querschnitt,

Fig. 3 eine zweite geschützte Maßver körperung in einem Querschnitt;

Fig. 4 eine dritte geschützte Maßver körperung in einem Querschnitt;

Fig. 5 eine vierte geschützte Maßver körperung in einem Querschnitt und

Fig. 6 eine fünfte geschützte Maßver körperung in einem Querschnitt.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte erste geschützte Maßverkörperung in einer Draufsicht und in Fig. 2 in einem Querschnitt gezeigt. Diese erste Maß verkörperung in Form eines Maßstabes M 1 für eine nicht dargestellte bekannte lichtelektrische Län genmeßeinrichtung besteht beispielsweise aus Me tall und besitzt auf einer Oberfläche O 1 eine Tei lungsebene TE 1 mit einer Teilung T 1. Diese Teilung T 1 besteht aus lichtreflektierenden Feldern (helle Felder) und aus lichtabsorbierenden Feldern (dunk le Felder), die in Meßrichtung X abwechselnd auf einander folgen. Zum Schutz dieser Teilung T 1 vor Verunreinigungen ist auf der Teilungsebene TE 1 des Maßstabes M 1 eine transparente Abdecklamelle D 1, beispielsweise aus Glas, mittels einer Kittschicht K 1 aufgekittet, die umlaufend am Außenrand der transparenten Abdecklamelle D 1 vorgesehen ist.

Diese Teilung T 1 wird durch die transparente Ab decklamelle D 1 hindurch im Auflicht von einer nicht gezeigten Abtasteinheit der Längenmeßein richtung in bekannter Weise abgetastet, die eine Lichtquelle, einen Kondensator, eine Abtastplatte mit einer Abtastteilung, die mit der Teilung T 1 des Maßstabes M 1 identisch ist, sowie ein Photo element zur Erzeugung eines Abtastsignals bei der Relativbewegung der Abtasteinheit bezüglich des Maßstabes M 1 in Meßrichtung X aufweist.

Zur Vermeidung von Newtonschen Ringen durch Re flexionen der Lichtstrahlen der Lichtquelle an der Teilungsebene TE 1 mit der Teilung T 1 und an der Unterseite einer planparallelen transparenten Abdecklamelle, die Meßungenauigkeiten zur Folge haben können, wird vorgeschlagen, daß die trans parente Abdecklamelle D 1 und die Teilung T 1 sich mittels eines außerhalb des optisch wirksamen Teilungsbereichs TB 1 vorgesehenen Abstandshalters in einem Abstand d 1 größer als die halbe Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle durchgehend berüh rungsfrei gegenüberstehen. Dieser Abstandshal ter in Form eines umlaufenden Steges im Rand bereich ist durch eine Vertiefung V 1 in der plan parallelen transparenten Abdecklamelle D 1 gebil det; dieser umlaufende Steg liegt auf der Tei lungsebene TE 1 des Maßstabes M 1 außerhalb des op tisch wirksamen Teilungsbereichs TB 1 der Teilung T 1 auf. Somit besteht zumindest im optisch wirk samen Teilungsbereich TB 1 der Teilung T 1 zwischen der Teilungsebene TE 1 mit der Teilung T 1 und der Unterseite U 1 der transparenten Abdecklamelle D 1 dieser Abstand d 1 größer als die halbe Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle, so daß keine Newton schen Ringe mehr auftreten können. Die Vertiefung V 1 in der transparenten Abdecklamelle D 1 kann beispielsweise durch Ätzen erzeugt werden.

In Fig. 3 ist eine zweite geschützte Maßverkör perung in einem Querschnitt gezeigt. Diese zweite Maßverkörperung in Form eines Maßstabes M 2 be steht beispielsweise aus Metall und besitzt auf einer Oberfläche O 2 eine Teilungsebene TE 2 mit einer Teilung T 2. Zum Schutz dieser Teilung T 2 vor Verunreinigungen ist eine planparallele trans parente Abdecklamelle D 2, beispielsweise aus Glas, vorgesehen, deren Unterseite U 2 zur Vermeidung von Newtonschen Ringen zumindest im optisch wirksamen Teilungsbereich TB 2 der Teilung T 2 von der Tei lungsebene TE 2 einen Abstand d 2 aufweist, der grö ßer als die halbe Kohärenzlänge der verwendeten Licht quelle ist. Dieser Abstand d 2 wird durch einen Ab standhalter in Form eines umlaufenden Stegs ST auf der Teilungsebene TE 2 außerhalb des optisch wirksamen Teilungsbereichs TB 2 der Teilung T 2 ge bildet, der durch galvanisches Abscheiden auf der Teilungsebene TE 2 des Maßstabs M 2 aufgebracht ist. Die planparallele transparente Abdecklamelle D 2 ist auf dem umlaufenden Steg ST mittels einer Kitt schicht K 2 aufgekittet.

In Fig. 4 ist eine dritte geschützte Maßverkör perung in einem Querschnitt gezeigt. Diese dritte Maßverkörperung in Form eines Maßstabes M 3 besteht beispielsweise aus Metall und besitzt auf einer Oberfläche O 3 eine Teilungsebene TE 3 mit einer Teilung T 3. Zum Schutz dieser Teilung T 3 vor Ver unreinigungen ist eine planparallele transparente Abdecklamelle D 3, beispielsweise aus Glas, vorge sehen, deren Unterseite U 3 zur Vermeidung von New tonschen Ringen zumindest im optisch wirksamen Teilungsbereich TB 3 der Teilung T 3 von der Tei lungsebene TE 3 einen Abstand d 3 aufweist, der größer als die halbe Köhärenzlänge der verwendeten Lichtquelle ist. Dieser Abstand d 3 wird durch einen Abstandshalter in Form einer umlaufenden Folie F auf der Teilungsebene TE 3 außerhalb des optisch wirksamen Teilungsbereiches TB 3 der Tei lung T 3 gebildet, die mittels einer ersten Kitt schicht K 3 a auf der Teilungsfläche TE 2 des Maß stabs M 3 aufgekittet ist. Die planparallele trans parente Abdecklamelle D 3 ist mittels einer zweiten Kittschicht K 3 b auf der umlaufenden Folie F aufge kittet.

In Fig. 5 ist eine vierte geschützte Maßverkör perung in einem Querschnitt gezeigt. Diese vierte Maßverkörperung in Form eines Maßstabes M 4 besteht beispielsweise aus Metall und besitzt in einer Oberfläche O 4 eine Vertiefung V 4. Die Oberfläche dieser Vertiefung V 4 bildet die Teilungsebene TE 4 mit der Teilung T 4. Zum Schutz dieser Teilung T 4 vor Verunreinigungen ist eine planparallele trans parente Abdecklamelle D 4, beispielsweise aus Glas, vorgesehen, deren Unterseite U 4 zur Vermeidung von Newtonschen Ringen zumindest im optisch wirksamen Bereich TB 4 der Teilung T 4 von der Teilungsebene TE 4 einen Abstand d 4 aufweist, der größer als die hal be Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle ist. Dieser Abstand d 4 wird durch einen Abstandshalter in Form eines umlaufenden Steges im Randbereich außerhalb des optisch wirksamen Teilungsbereichs TB 4 der Teilung T 4 durch die Vertiefung V 4 in der Oberfläche O 4 des Maßstabs M 4 gebildet. Die plan parallele transparente Abdecklamelle D 4 ist auf diesem umlaufenden Steg mittels einer Kittschicht K 4 aufgekittet, die umlaufend am Außenrand der transparenten Abdecklamelle D 4 vorgesehen ist. Die Vertiefung V 4 kann beispielsweise durch Ätzen erzeugt werden.

In Fig. 6 ist eine fünfte geschützte Maßverkör perung in einem Querschnitt gezeigt. Diese fünfte Maßverkörperung in Form eines Maßstabs M 5 besteht beispielsweise aus Metall und besitzt auf einer Oberfläche O 5 eine Teilungsebene TE 5 mit einer Teilung T 5. Zum Schutz dieser Teilung T 5 vor Ver unreinigungen ist eine transparente Abdecklamelle D 5, beispielsweise aus Glas, vorgesehen, deren Un terseite U 5 zur Vermeidung von Newtonschen Ringen zumindest im optisch wirksamen Teilungsbereich TB 5 der Teilung T 5 von der Teilungsebene TE 5 einen Ab stand d 5 aufweist, der größer als die halbe Kohärenz länge der verwendeten Lichtquelle ist. Dieser Abstand d 5 wird durch einen Abstandhalter in Form eines umlaufenden Stegs im Randbereich durch eine Ver tiefung V 5 in der planparallelen transparenten Abdecklamelle D 5 gebildet. Dieser umlaufende Steg der transparenten Abdecklamelle D 5 liegt auf der Teilung T 5 außerhalb des optisch wirksamen Teilungs bereichs TB 5 der Teilung T 5 auf, da die Teilung T 5 senkrecht zur Meßrichtung X über den optisch wirk samen Teilungsbereich TB 5 verbreitert ist. Die transparente Abdecklamelle D 5 ist mittels einer an ihrem Außenrand umlaufenden Kittschicht K 5 auf der Oberfläche O 5 des Maßstabs M 5 aufgekittet. Die Vertiefung V 5 kann beispielsweise durch Ätzen er zeugt werden.

In nicht dargestellter Weise kann der Maßstab auf der Montagefläche eines Maschinenteils einer Be arbeitungsmaschine befestigt sein. Zum Schutz der Teilung des Maßstabs ist an der Montagefläche ei ne transparente Abdecklamelle durch eine Kitt schicht aufgekittet, deren Unterseite von der Teilungsebene des Maßstabs einen Abstand größer als die halbe Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle aufweist. Das Maschinenteil bildet somit den Ab standshalter für die transparente Abdecklamelle. Die offenen Seitenbereiche zwischen der Teilungs ebene des Maßstabs und der Unterseite der trans parenten Abdecklamelle werden durch Abdichtmittel zum hermetischen Schutz der Teilung abgedichtet.

Der Abstand d zwischen der transparenten Abdeck lamelle D und der Teilung T wird so gewählt, daß keine störenden Interferenzerscheinungen mehr auf treten können; das Verhältnis des Abstandes d zur Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle ist deut lich größer als 0,5. Entsprechendes gilt auch für die Dicke der transparenten Abdecklamelle D, die gleichfalls so gewählt werden muß, daß zwischen deren beiden Oberflächen keine störenden Interferenz erscheinungen auftreten können.

Die Erfindung wird vorzugsweise bei Maßverkörperungen eingesetzt, die beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung 8 53 01 077.5 beschrieben sind.

Claims

1. Maßverkörperung mit einer Teilung, insbesondere für lichtelektrische Positionsmeßeinrichtungen zur Messung der Relativlage zweier Objekte, bei der die Teilung in der Teilungsebene der Maß verkörperung von einer Lichtquelle beleuchtet wird und bei der die Teilung durch eine trans parente Abdecklamelle hermetisch geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Abdecklamelle (D) und die Teilung (T) sich mit tels eines außerhalb des optisch wirksamen Tei lungsbereichs (TB) vorgesehenen Abstandshalters zur Vermeidung von Interferenzerscheinungen durchgehend berührungsfrei gegenüberstehen.

2. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstandshalter in Form eines umlaufenden Stegs im Randbereich durch eine Vertiefung (V 1) in der planparallelen transpa renten Abdecklamelle (D 1) gebildet ist und daß der Steg auf der Teilungsebene (TE 1) der Maß verkörperung (M 1) außerhalb des optisch wirk samen Teilungsbereichs (TB 1) aufliegt.

3. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstandhalter durch einen um laufenden Steg (ST) auf der Teilungsebene (TE 2) der Maßverkörperung (M 2) außerhalb des optisch wirksamen Teilungsbereichs (TB 2) gebildet ist.

4. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abstandshalter durch ei ne umlaufende Folie (F) auf der Teilungsebene (TE 3) der Maßverkörperung (M 3) außerhalb des optisch wirksamen Teilungsbereichs (TB 3) ge bildet ist.

5. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstandshalter in Form eines umlaufenden Stegs im Randbereich außerhalb des optisch wirksamen Teilungsbereichs (TB 4) durch eine Vertiefung (V 4) in der Oberfläche (O 4) der Maßverkörperung (M 4) gebildet ist, daß die Oberfläche der Vertiefung (V 4) die Teilungs ebene (TE 4) mit der Teilung (T 4) bildet und daß eine planparallele transparente Abdeckla melle (D 4) auf dem umlaufenden Steg aufliegt.

6. Maßverkörperung nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Abdecklamelle (D 1; D 4) mittels einer am Außen rand der transparenten Abdecklamelle (D 1; D 4) umlaufenden Kittschicht (K 1; K 4) auf der Ober fläche (O 1; O 4) der Maßverkörperung (M 1; M 4) aufgekittet ist.

7. Maßverkörperung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vertiefung (V 1) in der trans parenten Abdecklamelle (D 1) durch Ätzen gebil det ist.

8. Maßverkörperung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der umlaufende Steg (ST) auf der Teilungsebene (TE 2) durch galvanisches Abschei den aufgebracht ist.

9. Maßverkörperung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vertiefung (V 4) in der Ober fläche (O 4) der Maßverkörperung (M 4) durch Ätzen gebildet ist.

10. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen der transparenten Abdeck lamelle (D) und der Teilung (T) ein Abstand d größer als die halbe Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle besteht.