DE4318017C2 - Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier Objekte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere eine gekapselte Längenmeßeinrichtung.

Aus der DE 26 43 304 A1 ist eine gekapselte Längen­ meßeinrichtung zum Messen der relativen Lage zweier Objekte bekannt, bei der der Teilungsträger für eine Teilung im Inneren eines Hohlprofils auf den Rändern einer Längsauskehlung aufliegt und in sei­ ner Mitte mittels eines Klebemittels sehr geringer Elastizität und an weiteren Stellen mittels eines Klebemittels hoher Elastizität befestigt ist. Das Hohlprofil weist an seinen Enden jeweils ein Be­ festigungselement mit Schwachstellen in Form von Rillen auf, die Spannungen bei der Befestigung des Hohlprofils auf der Anbaufläche des zu messenden Objekts vermeiden sollen. Bei dieser Meßeinrichtung besitzt der Maßstab, der aus der Teilung und dem Teilungsträger besteht, in seiner Mitte einen Fix­ punkt (Nullpunkt) bezüglich des Hohlprofils; bei unterschiedlichen temperaturbedingten Längenän­ derungen des Hohlprofils und des zu messenden Ob­ jekts treten aber wegen der starren Befestigung des Hohlprofils an beiden Enden am zu messenden Objekt Längskräfte (Zwangskräfte) in Meßrichtung auf, die zu einer Verschiebung des Fixpunktes und damit zu Meßungenauigkeiten führen können.

Bei einer weiteren bekannten Konstruktion gemäß DE 27 12 421 C2 wird das Metallband in eine Nut eines Hohlprofiles eingebettet und in dieser Nut durch eine elastisch nachgiebige Klebung oder sonstige Halterung befestigt. Bei dieser Ausführung ist zwar eine Spanneinrichtung vorgesehen, doch kann diese besonders beim längeren Band nur zum Teil und oft nicht über die ganze Bandlänge wirksam werden. Vor allem ergeben sich wegen der Haftung des Bandes an der Bettung über die Länge unterschiedliche Spann­ kräfte und dadurch unterschiedliche Dehnungen. Das Band folgt wegen der Bettung Unlinearitäten des Trägers. Die Abtasteinheit wird bei der beschriebe­ nen Ausführung meist in Form eines Wägelchens aus­ gebildet, das auf dem wie erwähnt abgestützten Band geführt ist. Es können sich bei der Abtastung zwi­ schen dem ablesenden Teil der Abtasteinheit und dem am Band vorgesehenen Maßstab Abstandsänderungen sowohl quer zur Bandhauptebene als auch Verschie­ bungen in der Bandebene, insbesondere zu den Seiten des Bandes hin, ergeben, was zu Signaländerungen und Meßfehlern führen kann. Die erwähnten Verla­ gerungen können überdies bei aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen an der gleichen Maßstabstelle in unterschiedlicher Weise erfolgen, so daß auch allenfalls vorgesehene Korrektureinrichtungen, die die erwähnten Fehler durch gespeicherte Korrektursignale ausgleichen sollen, wenigstens zum Teil unwirksam werden.

Aus der EP 0 264 801 A1 ist ferner eine Halterung für Maß- und Formverkörperungen bekannt geworden, die auf in kleinen Bereichen rollbeweglich gehaltenen Kugeln aufgespannt, die eine Längsführung bilden, und an einer einzigen Stelle gegenüber ihrer Fassung fixiert sind.

In der DE 36 25 795 A1 ist eine Längenmeßeinrichtung beschrieben, bei der die endseitigen Befestigungselemente für den Maßstab jeweils ein Längenausgleichselement aufweisen, von denen eines durch ein Fixierelement unwirksam gemacht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Meßsystemes der genannten Art, bei dem mit einfachen Mitteln eine Auswirkung der vom Maschinenbett unterschiedlichen temperaturabhängigen Lageänderungen des Maßstab- Trägerkörpers auf die Abtastung ebenso vermieden werden, wie nachteilige Auswirkungen eines ungeraden Verlaufes des Trägerkörpers auf die Abtastung.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Positionsmeßeinrichtung ist es von erheblichem Vorteil, daß die Maßstabbefestigungseinrichtungen vom Maßstab-Trägerkörper mechanisch abgekoppelt sind, so daß bei Temperaturveränderungen die Längenänderungen des Maßstab-Trägerkörpers nicht die Maßstablänge beeinflussen, und daß der Maßstab dennoch weitestgehend vor Schwingungserscheinungen geschützt ist.

Besondere Vorteile werden noch dadurch erzielt, daß der Maßstab mittels Korrektureinrichtungen an einem Maschinen-Bauteil befestigt ist.

Für große Meßlängen ist es von entscheidendem Vorteil, daß das Hohlprofil in günstigen Teillängen verwendet werden kann, der Maßstab jedoch in voller Länge eingezogen wird.

Anhand der Zeichnungen soll an einem Beispiel die Erfindung noch näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Meß­ einrichtung in vereinfachter Dar­ stellung und

Fig. 2 eine systematische Darstellung einer Meßeinrichtung, insbesondere für große Längen und

Fig. 3 eine Einzelheit.

Ein starres und stabiles Hohlprofil 1 ist mittels Schrauben und Stiften 2 an einem Maschinen-Bauteil 3 befestigt. Im Inneren des Hohlprofiles 1 ist eine Abtasteinheit 4 in Meßrichtung beweglich gelagert. Diese Abtasteinheit 4 stützt sich über Rollen 4' an Führungsflächen 1' im Hohlprofil 1 ab. Über einen schwertförmig ausgebildeten Mitnehmer 5 ist die Abtasteinheit 4 an ein zweites, nicht dargestelltes Maschinen-Bauteil angekoppelt welches die zu mes­ sende Längsbewegung ausführt. Dichtlippen 6, die dachförmig an dem Mitnehmer 5 anliegen, verhindern das Eindringen von Schmutz und Spritzwasser in das Innere der Meßeinrichtung.

In einer Nut 7 ist ein Maßstab 8 eingebettet. Die­ ser Maßstab 8 besteht aus einem dünnen, flexiblen Stahl­ band, welches eine hochpräzise Teilung trägt, die im Auflichtverfahren von einer nicht dargestellten Auswerteeinheit abgetastet wird. Diese Auswerte­ einheit befindet sich in der Abtasteinheit 4. Die Nut 7 ist mit Auflageflächen 7' für den Maßstab 8 versehen. Oberhalb der Auflageflächen 7' wird der Maßstab 8 von einem hervorstehenden Falz 7'' um­ griffen. Die Auflageflächen 7' und der Falz 7'' sind maßlich so genau auf den Maßstab 8 abgestimmt, daß der Maßstab 8 in Meßrichtung zwar verschiebbar ist, daß er jedoch in den Richtungen quer zur Meß­ richtung nur ein vernachlässigbar kleines Spiel in der Nut 7 aufweist.

In der Fig. 2 wird schematisch gezeigt, wie sich die Erfindung bei Meßeinrichtungen mit großer Meß­ länge einsetzen läßt. Längenmäßig günstige Teil­ stücke 1a, 1b, 1c des Hohlprofils 1 werden auf ei­ nem Maschinen-Bauteil 3 justiert und fixiert. Zwi­ schen den Profilteilstücken 1a, 1b, 1c ist jeweils eine elastische Dichtung 17 angebracht, die zusätz­ lich zu ihrer Dichtungsfunktion auch noch die temperaturbedingten Längenänderungen der Profil­ teilstücke 1a, 1b, 1c ausgleicht. Nach der Montage der Profilteilstücke 1a, 1b, 1c wird das Maßband 8 in die Nut 7 der Profilteilstücke 1a, 1b, 1c ein­ gezogen und an Maßbandhalterungen 9 und 11 befe­ stigt. Die Maßbandhalterungen 9 und 11 werden eben­ falls an dem Maschinen-Bauteil 3 in bekannter Weise fixiert. Mit Hilfe einer nicht dargestellten, aus der DE 27 12 421 C2 bekannten Korrektureinrichtung wird das Maßband 8 auf den Maschinenfehler geeicht.

Der an den Trennstellen der Profilteilstücke 1a, 1b, 1c auftretende Stoß kann mit einem entsprechend ausgestalteten Abtastwagen ohne Beeinflussung des Meßergebnisses überfahren werden. Das Maßband 8 selbst weist hingegen keine Stoßstelle auf.

Das Maßband 8 wird an beiden Enden mittels mobiler Spanneinrichtungen (Korrektureinrichtungen) ge­ streckt und anschließend geklemmt. Um größere ther­ mische Bewegungen innerhalb der Meßstrecke, bedingt durch die Unvollkommenheit des Maßbandes 8 - ins­ besondere durch Säbelfehler - zu vermeiden, wird ein weiteres Befestigungselement 12 in der Mitte installiert.

Dieses wird in einem Gehäuse-Teilstück 12 angeord­ net, das ähnlich wie die Gehäuse-Endstücke 9 und 11 feste Montagebohrungen besitzt, die mittels Schrau­ ben 2 den Bezug zum Maschinenbett 3 gewährleisten.

Das Befestigungselement 12 weist gemäß der Einzel­ heit in Fig. 3 ein Druckstück 13 auf und besteht aus einer Ausfräsung des Gehäuse-Profiles 1 an der Rückseite des Maßbandes 8 und darin angeordnet ei­ nem Klemmelement 16, einer Blattfeder 14, einem Widerlager 15 und einem mittels 0-Ring gedichteten Deckel 17. Die Konstruktion ist so ausgelegt, daß die erforderliche Klemmkraft durch die Dimensonie­ rung der Blattfeder 14 erreicht wird. Die Feder­ kraft wird begrenzt durch Erreichung der plasti­ schen Verformung in der Blattfeder 14.

Claims (6)

1. Positionsmeßeinrichtung zur Messung von Relativ­ verschiebungen zweier Objekte (3) mit einem mehrteiligen, eine Maßverkörperung (8) tragenden Trägerkörper (1, 1a, 1b, 1c) und einer Abtast­ einheit (4) zur Abtastung der Maßverkörperung (8), bei der die Maßverkörperung (8) vom Trägerkörper (1, 1a, 1b, 1c) mechanisch entkoppelt und über vom Trägerkörper (1, 1a, 1b, 1c) mechanisch entkop­ pelte endseitige Befestigungselemente (9, 11) mit einem der Objekte (3) fest verbunden ist, und bei der wenigstens eines der endseitigen Befestigungs­ elemente (9, 11) eine Spanneinrichtung für die Maßverkörperung (8) aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein weiteres vom Trägerkörper (1, 1a, 1b, 1c) mechanisch entkoppeltes Befesti­ gungselement (12) vorgesehen ist, mit dem die Maßverkörperung (8) fest an dem Objekt (3) ver­ bunden ist.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Befestigungsele­ ment (12) ein Druckstück (13) aufweist, mittels dem die Maßverkörperung (8) am Befestigungsele­ ment (12) kraftschlüssig gehalten ist.

3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (13) eine Blattfeder (14), ein Widerlager (15) und ein Klemmelement (16) aufweist.

4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (9, 11, 12) als Teilstücke eines Gehäuses (1) ausge­ bildet sind, das den mehrteiligen Trägerkörper (1, 1a, 1b, 1c) für die Maß­ verkörperung (8) bildet, und daß zur mechani­ schen Entkopplung der Teilstücke voneinander zwischen diesen elastische Dichtungen (17) vor­ handen sind.

5. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung (8) ein Band mit dem thermischen Ausdehnungs-Koeffizien­ ten des Materials ist, aus dem das Objekt (3) besteht, an dem es befestigt ist.

6. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Befestigungsele­ ment (12) etwa in der Mitte der Maßverkörperung (8) am Objekt (3) befestigt ist.