DE4435151C2 - Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Positionsmeßeinrichtungen sind aus einer Vielzahl von Druck­ schriften bekannt.

Am weitesten verbreitet ist die Anordnung eines biegesteifen Meßteilungs- Trägerkörpers an einem der zu messenden Objekte, indem man die parallel zur Meßteilungsfläche verlaufende Unterseite des Meßteilungs-Trägerkör­ pers auf dem zu messenden Objekt mittels einer elastischen Klebeschicht befestigt (siehe beispielsweise DE 25 05 587 C3, DE 39 29 629 A1, DE 26 43 304 B2, DE 36 25 795 A1).

Ferner ist es üblich, einen derartigen biegesteifen Meßteilungs-Trägerkörper in der winkligen Aussparung eines Objektes, also durch zwei senkrecht zueinander stehende Flächen zu befestigen (siehe DE-PS 23 49 944). Eine weitere gebräuchliche Bauform ist die Befestigung des Meßteilungs-Träger­ körpers in einem Schlitz des Objektes, wobei üblicherweise der im Schlitz des Objektes befindliche Teil des biegesteifen Meßteilungs-Trägerkörpers von einem elastischen Klebeband an einer Seite und von Justierschrauben an der gegenüberliegenden Seite gehalten wird (US-PS 3,816,003).

Gemäß der DE 31 07 029 A1 und der US 45 69 137 ist der Maßstab auf eine parallel zur Meßteilungsebene verlaufenden Fläche aufgelegt und wird an diese Auflagefläche gedrückt, was keine kräftefreie Befestigung gewährleistet.

Diesen Lösungen ist gemeinsam, daß zumindest eine der Befestigungsflä­ chen des Meßteilungs-Trägerkörpers parallel zur Ebene verläuft, in der die Meßteilung angeordnet ist.

Um schädliche Einwirkungen von Biegekräften, Verunreinigungen der Mon­ tagefläche, Ebenheit und Glasdickenschwankungen des Meßteilungs-Trä­ gerkörpers zu verringern, müssen die Meßteilungs-Trägerköper und die Aufspannflächen sehr aufwendig selektiert und bearbeitet werden.

Dies sind schwierige und teure Arbeitsgänge. Im praktischen Betrieb werden die Meßteilungs-Trägerkörper geklebt oder durch Unterdruck an dem Objekt befestigt und vermessen.

Dabei spielt die Sauberkeit zwischen den Flächen und die Ansaugkraft eine große Rolle bei der Reproduzierbarkeit der Messungen.

Beim Kunden müssen dann gleiche Anbaubedingungen herrschen.

Durch den eigentlichen Befestigungsvorgang können auch noch Fehler auf­ treten, die durch Verbiegungen zustande kommen, wenn der Meßteilungs- Trägerkörper nicht planparallel aufliegen kann.

Bei der Positionsmeßeinrichtung der DE 36 06 754 A1 erfolgt die Befestigung des Maßstabs ausschließlich über eine zur Meßteilung senkrechte Fläche, was keine stabile Befestigung gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Positionsmeßein­ richtungen die Montage zu erleichtern, die Herstellung kostengünstiger zu gestalten sowie die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird von einer Positionsmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung liegen vor allem darin, dass der Meßteilungs- Trägerkörper nicht mehr planparallel zu sein braucht. Eine hinreichend gute Oberfläche auf der Meßteilungsseite genügt. Die Montagefläche an der zu messenden Maschine muss nicht mehr so genau und fein bearbeitet wer­ den; bei entsprechender Dimensionierung genügt bereits eine Auflage an zwei geeigneten Punkten.

Mit Hilfe der schematisierten Zeichnungen soll anhand von Ausführungsbei­ spielen die Erfindung noch näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Längenmeßeinrichtung;

Fig. 2 einen montierten Meßteilungs-Trägerkörper in Vorder- und Seitenansicht;

Fig. 3 eine Anbauvariante;

Fig. 4 eine zweite Anbauvariante;

Fig. 5 eine dritte Anbauvariante;

Fig. 6 eine vierte Anbauvariante;

Fig. 7 eine fünfte Anbauvariante;

Fig. 8 eine sechste Anbauvariante und

Fig. 9 eine Anbauvariante für Fehlerkorrek­ tur.

Eine in Fig. 1 dargestellte Längenmeßeinrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Leichtmetall-Ge­ häuse 2, in dem ein Meßteilungs-Trägerkörper 3 befestigt ist. Die Besonder­ heit liegt dabei darin, daß die Befestigungsfläche des Meßteilungs-Trägerkörpers 3 senkrecht zur Meß­ teilung 3a verläuft. Andere Winkel sind aber eben­ falls zulässig, nur darf die Befestigungsfläche nicht die Unterseite des Meßteilungs-Trägerkörpers 3 sein, also nicht der Meßteilung 3a gegenüber lie­ gen.

Das Gehäuse 2 ist teilweise geschnitten darge­ stellt, so daß eine Abtasteinrichtung 4 sichtbar wird. Die Abtasteinrichtung 4 tastet in bekannter Weise photoelektrisch eine Meßteilung 3a ab, die auf dem Meßteilungs-Trägerkörper 3 aufgebracht ist. Ein Mitnehmer 5, der den Querschnitt eines zweisei­ tigen Schwertes hat, verbindet die Abtasteinrich­ tung 4 mit einem Montagefuß 6. Der Mitnehmer 5 durchragt einen Längsschlitz 2a im Gehäuse 2, der durch dachförmig angeordnete Dichtlippen 7 und 8 abgedichtet ist.

Eine nicht dargestellte Maschine, bei der die Ver­ schiebungen zwischen Maschinenbett und Schlitten gemessen werden sollen, trägt am Maschinenbett über Montagefuß 6 und Mitnehmer 5 die Abtasteinrichtung 4 und am Schlitten das Gehäuse 2 mit dem Meßtei­ lungs-Trägerkörper 3.

In den Fig. 2 bis 9 sind verschiedene Anbauvari­ anten gezeigt, denen das Prinzip gemäß Anspruch 1 gemeinsam ist. Die Bezugszeichen entsprechen denen aus Fig. 1 (soweit überhaupt vorhanden) und sind um die Figurennumerierung als Index ergänzt. Abwei­ chend von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist hier an dem ausschnittsweise gezeigten Gehäuse 2 - das keinesfalls ein Hohlprofil sein muß, sondern eine beliebige Anbaufläche an einer Maschine, bei­ spielsweise das Bett oder Schlitten oder eine Füh­ rung zwischen beiden Maschinen-Bauteilen - meistens ein Zwischenstück vorgesehen, welches zwischen dem Bauteil 2N (N = 2 . . . 9) und dem Meßteilungs-Träger­ körper 3N (N = 2 . . . 9) angeordnet ist.

Es sei nochmals ausdrücklich betont, wenn nach­ stehend der Einfachheit halber von "Gehäuse" ge­ schrieben wird, ist jede beliebige Anbaufläche ge­ meint, nicht etwa ausschließlich ein Hohlprofil 2, wie es zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 gezeigt ist.

Fig. 2 zeigt in zwei Ansichten einen Meßteilungs- Trägerkörper 32, der mit Hilfe eines Haltewinkels 92 am Gehäuse 22 befestigt ist. Auf seiner Ober­ seite trägt der Meßteilungs-Trägerkörper 32 eine Meßteilung 3a2. Senkrecht zu der Ebene, in der die Meßteilung 3a2 angeordnet ist, befindet sich eine Fläche 102 am Meßteilungs-Trägerkörper 32. Mit die­ ser Fläche 102 ist der Meßteilungs-Trägerkörper 32 an einem Schenkel 92a des Haltewinkels 92 be­ festigt. Die Befestigungsart ist beliebig, sie kann mittels Klebstoff erfolgen.

An seinen Enden ist der Haltewinkel 92 an dem Ge­ häuse 22 mit Schrauben befestigt, die nicht näher bezeichnet sind. Um die Einwirkung von schädlichen Kräften auf den Meßteilungs-Trägerkörper 32 zu ver­ meiden oder wenigstens zu verringern, sind im Be­ reich der Schraubbefestigungen an dem Haltewinkel 92 die Schenkelanteile des Haltewinkels 92 ent­ fernt, an dem zwischen den endseitigen Befestigun­ gen der Meßteilungs-Trägerkörper 32 befestigt ist.

Unterhalb des Meßteilungs-Trägerkörpers 32 - also im wesentlichen parallel zur Meßteilungsebene - befindet sich zwischen dem Meßteilungs-Trägerkörper 32 und dem zweiten Schenkel 92b des Haltewinkels 92 ein Freiraum.

Um möglicherweise auftretende Schwingungserschei­ nungen zu unterbinden, kann in diesem Freiraum der Meßteilungs-Trägerkörper durch schwingungsdämpfende Elemente punktuell unterstützt werden. Diese Ele­ mente sind hier nicht dargestellt, da sie vom Prin­ zip her nicht zwangsläufig erforderlich sind. Das eventuelle Erfordernis hängt von der Dimensionie­ rung des Meßteilungs-Trägerkörpers, des Haltewin­ kels und von den auftretenden Vibrationen des Ge­ häuses ab.

Eine Variante ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist die Anbaufläche des Gehäuses 23 um 90° gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 gedreht. Gleichartige Bauteile sind auch hier wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen, die lediglich um die Figurenziffer ergänzt sind. Es ist ersichtlich, daß der Schenkel 93b entfallen könnte, falls er nicht einen mechanischen Schutz gegenüber dem Meß­ teilungs-Trägerkörper 33 bilden soll.

Ein solcher Schutz könnte auch eine weitere Fläche des Meßteilungs-Trägerkörpers 34 umfassen, wie dies aus Fig. 4 mit dem Schenkel 94c ersichtlich ist.

Bei einer Befestigung gemäß Fig. 3 könnte auf ein Zwischenstück auch ganz verzichtet werden, eine derartige Ausführungsform käme dann einer Befesti­ gung nahe, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.

Eine weitere Bauform ist in Fig. 5 gezeigt. Dort ist der Haltewinkel 95 um 180° gegenüber der Aus­ führungsform aus Fig. 2 gedreht. Einflüsse durch Schwingungen lassen sich hier, wie auch bei allen anderen Varianten, wieder durch punktuelle Unter­ stützung mit schwingungsdämpfenden Elementen 115 reduzieren.

Die möglichen Befestigungsvariationen sind keines­ wegs durch die gezeigten Ausführungsbeispiele er­ schöpft. Auch die Anbaulage, zum Beispiel stehend oder liegend ist beliebig.

Die Befestigung an der zur Meßteilungsebene geneig­ ten Fläche 10 bis 109 kann - wie eingangs bereits erwähnt - durch Kleben erfolgen. Hier sind Klebe­ bänder geeignet, oder auch punktförmige Klebung sowie flächige Klebung.

Ebenso kann ein Punkt 12 des Meßteilungs-Trägerkör­ pers 3 fixiert und das gegenüberliegende Ende längsbeweglich gelagert sein.

Allen Lösungen gemeinsam muß eine Befestigung mit­ tels einer Fläche sein, die gegenüber der Ebene, in welcher sich die Meßteilung befindet, geneigt ist. Durch eine derartige Maßnahme werden Auswirkungen auf die Ebenheit und Planheit der Meßteilung ver­ mieden, die durch sogenannte Zwangskräfte auftreten können, wenn in irgendeiner Weise eine zur Meßtei­ lungsebene parallele Fläche zur Befestigung benützt würde.

Die in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellen Monta­ gebeispiele zeigen, daß auch eine Befestigung an zwei Flächen (106, 106a; 107, 107a; 108, 108a) möglich ist, wenn diese gegenüber der Ebene, in der sich die Meßteilung 3a6; 3a7 und 3a8 befindet, unter einem nahezu be­ liebigen Winkel α oder β geneigt sind.

Schließlich zeigt die in Fig. 9 dargestellte Mon­ tagevariante, daß durch gezielt schräge Aufbringung des Meßteilungs-Trägerkörpers 39 gegenüber einer Bezugsfläche des zu messenden Objektes ein Korrek­ tur-Effekt erzielbar ist. Gezielt zu kurz gefertig­ te Meßteilungs-Trägerkörper 39 können bei Schräg­ stellung, das heißt bei einer Montage, die einen kleinen Winkel δ zwischen ihrer Längsachse und der Bezugsfläche einschließt, auf das Sollmaß bei der Abtastung korrigiert werden. Die Befestigungsfläche kann in besonders vorteilhafter Weise Bestandteil einer Maschinenführung sein.

Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ebene, in der die Meßteilung liegt, in der soge­ nannten neutralen Faser liegt, so daß möglichst alle Fehler minimiert werden.

Das physikalische Abtastprinzip ist für die Reali­ sierung der Erfindung ohne Bedeutung. Bevorzugt wird eine lichtelektrische Abtastung im Durchlicht- oder Auflichtverfahren verwendet.

Claims (7)

1. Positionsmeßeinrichtung zur Messung der Relativbewegung zweier Objekte mit einem biegesteifen, eine Meßteilung tragenden Meßtei­ lungs-Trägerkörper, der über ein biegesteifes Zwischenstück an einem der beiden Objekte befestigbar ist, wobei der Meßteilungs-Trägerkörper ausschließlich über eine in Meßrichtung verlaufende Befestigungsfläche am Zwischenstück unter Zwischenschaltung einer Klebstoffschicht be­ festigt ist, die mit der Fläche, auf der die Meßteilung angeordnet ist, ei­ nen Winkel von 90° einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßteilungs-Trägerkörper (3) an einer der Meßteilung (3a) gegenüber­ liegenden Fläche durch mehrere Elemente (115) punktuell unterstützt wird.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück ein Haltewinkel (9) ist, an dessen einem Schenkel (9a) der Meßteilungs-Trägerkörper (3) befestigt ist und über dessen dazu geneigtem Schenkel (9b) die Befestigung des Haltewin­ kels (9) am genannten Objekt (2) erfolgt.

3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel (9a, 9b) um 90° gegeneinander geneigt sind, und die Befestigung jeweils an um 90° gegeneinander geneigten Flä­ chen des Schenkels (9) erfolgt.

4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die unterstützenden Elemente (115) zwischen einem Schenkel (9b) des Haltewinkels (9) und dem Meßteilungs-Trägerkör­ pers (3) angeordnet sind.

5. Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßteilungs-Trägerkörper (3) in Richtung seiner Längserstreckung abseits vom Fixpunkt (12) längsbe­ weglich an dem genannten Objekt (2) befestigt ist.

6. Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene, in der die Meßteilung (3a) an­ geordnet ist, in der neutralen Faser der Positionsmeßeinrichtung (1) liegt.

7. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßteilungs-Trägerkörper (3) an dem Zwischenstück (9) derart befestigt ist, daß die Meßteilung (3a9) durch Schrägstellung ihrer Längsachse bezüglich einer Bezugskante des Zwischenstückes (9) um einen kleinen Winkel (δ) geneigt ist, wodurch die Länge des Meßtei­ lungs-Trägerkörpers (39) bei der Abtastung auf das Sollmaß korrigiert wird.