ES2252702T3 - Dispositivo de medicion de la longitud. - Google Patents
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- G01D5/34746—Linear encoders
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Abstract
Dispositivo de medición de longitudes para medir la posición relativa de un primer elemento de máquina (7) con respecto a un segundo elemento de máquina (8), con - una carcasa (3, 30) que se pueda fijar al primer elemento de máquina (7); - una escala graduada (1, 200) situada en el interior de la carcasa (3, 30), donde la escala graduada (1, 200) va fijada a lo largo de la carcasa (3, 30) discurriendo en la dirección de medida X; - un dispositivo de palpado (2) para el palpado de la escala graduada (1, 200); y - una guía lineal con un carril de guiado (31) que se corresponde rígidamente con la carcasa (3, 30) y con un carro de guiado (10) que soporta el dispositivo de palpado (2), que va guiado por el carril de guiado (31) a lo largo de la carcasa (3, 30) en la dirección de medida X, donde -el carro de guiado (10) presenta unos medios de fijación (9) mediante los cuales se puede fijar rígidamente en el segundo elemento de máquina (8) en la dirección de medida X y en todas las direcciones Y,Z perpendiculares a la dirección de medida X, y -el carro de guiado (10) va acoplado sin holgura al carril de guiado (31) en todas las direcciones Y, Z perpendiculares a la dirección de medida X; caracterizado porque -la carcasa (3, 30) está realizada de tal manera y se puede fijar al primer elemento de máquina (7) de modo que durante el régimen de medición se pueda desviar en dirección perpendicular a la dirección de medida X, por lo menos en la zona de guiado, de manera que al producirse un movimiento del carro de guiado (10) perpendicular a la dirección de medida X la carcasa (3, 30) sea arrastrada en esta dirección.
Description
Dispositivo de medición de la longitud.
La invención se refiere a un dispositivo de
medición de longitudes, conforme al preámbulo de la reivindicación
independiente 1, para medir la posición relativa de un primer
elemento de máquina con respecto a un segundo elemento de máquina.
El primer elemento de máquina es por ejemplo la bancada de una
máquina herramienta y el segundo elemento de máquina el carro de
máquina desplazable con respecto a la bancada. Un dispositivo de
esta clase se conoce por el documento DE 2 249 936 A.
Para medir exactamente la posición en máquinas
herramientas o en máquinas de medida de coordenadas, las escalas
graduadas o portaescalas se fijan alineándolas trabajosamente
paralelos a la dirección de medida, viniendo determinada la
dirección de medida por la guía de la máquina herramienta o máquina
de medición. Una medida para la alineación se describe por ejemplo
en la patente DE 199 14 311 A1 y en la patente DE 197 00 367 A1.
Ahora bien, estas medidas no son aplicables o
sólo son difícilmente aplicables en los dispositivos de medición de
longitudes en los que la escala graduada está alojada protegida
dentro de una carcasa.
El objetivo de la invención es por lo tanto
describir un dispositivo de medición de longitudes en el que la
carcasa que lleva en su interior la escala graduada se pueda alinear
de forma sencilla paralela a las guías de la máquina.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la
invención mediante un dispositivo de medición de longitudes que
presenta las características de la reivindicación 1.
Unas realizaciones ventajosas se describen en las
reivindicaciones dependientes.
La invención se describe con mayor detalle
sirviéndose de dibujos, en los que las figuras muestran:
Figura 1 un ejemplo de realización de un
dispositivo de medición de longitudes, en sección longitudinal;
Figura 2 una sección II-II
del dispositivo de medición de longitudes según la figura 1;
Figura 3 una sección del dispositivo de
medición de longitudes con exploración por transparencia;
Figura 4 una sección del dispositivo de
medición de longitudes, con una guía lineal modificada;
Figura 5 un dispositivo de medición de
longitudes con una banda de protección como recubrimiento;
Figura 6 un dispositivo de medición de
longitudes en sección longitudinal, con el dispositivo de
exploración fuera de la carcasa;
Figura 7 una sección VII-VII
del dispositivo de medición de longitudes según la figura 6;
Figura 8 una sección de un dispositivo de
medición de longitudes según la figura 6, en una carcasa modificada,
y
Figura 9 una representación de principio con
una carcasa de flexión relajada.
Mediante las figuras 1 a 5 se describen
dispositivos de medición de longitud encapsulados en los que una
escala graduada 1 y un dispositivo de palpado 2 están dispuestos
protegidos dentro del interior de una carcasa 3.
El dispositivo de medición de longitudes según
las figuras 1 y 2 consta de una carcasa 3 rígida a la flexión, que
presenta una superficie periférica cilíndrica redonda, por ejemplo
de aluminio, plástico o acero. En la carcasa 3 va fijada la escala
graduada 1 por medio de un soporte 4.
Para medir la posición, la carcasa 3 va fijada
mediante unos elementos de montaje 5, 6 en un primer elemento de
máquina 7, cuya posición relativa a un segundo elemento de máquina 8
se trata de medir. La configuración de los elementos de montaje 5,
6 se explicará más adelante.
Para medir la posición, en el segundo elemento de
máquina 8 va fijado por medio de unos elementos de fijación 9, en
particular tornillos, un carro de guiado 10, al cual va fijado a su
vez el dispositivo de palpado 2 para la lectura de la escala
graduada 1. La fijación del carro de guiado 10 en el segundo
elemento de máquina 8 tiene lugar rígida en la dirección de
medición X y en todas las mediciones Y, Z perpendiculares a la
dirección de medición.
El carro de guiado 10 abraza la carcasa 3 por
todos los lados y la superficie periférica de la carcasa 10 forma
un carril de guiado 31, a lo largo del cual va conducido el carro de
guiado 10 sin holgura en la dirección de medición X. El carro de
guiado 10 va acoplado a la carcasa 3 por medio de un casquillo de
bolas 11, sin holgura, en todas las direcciones Y, Z
perpendiculares a la dirección de medición X. En lugar del casquillo
de bolas 11 se pueden utilizar también otras guías de rodamiento o
también guías de fricción.
En los dos extremos del carro de guiado 10 van
colocadas unas juntas circulares 13 para el sellado entre el carro
de guiado y la carcasa 3. Mediante el empleo de juntas circulares
periféricas 13 se asegura una buena estanqueidad.
Al efectuar la medición, el carro de guiado 10 es
desplazado por el segundo elemento de máquina 8 en la dirección de
medida X, viniendo predeterminada la trayectoria de movimiento por
la guía de la máquina 12, que en la figura 1 solamente está
representada de forma esquemática. El acoplamiento rígido del carro
de guiado 10 al segundo elemento de máquina 12 en la dirección de
medición y en todas las direcciones perpendiculares a ésta asegura
que quede garantizada la transmisión sin errores de este movimiento
al dispositivo de palpado 2, acoplado rígidamente al carro de
guiado 10. Como además el carro de guiado 10 va guiado en la carcasa
3, sin holgura, en todas las direcciones perpendiculares a la
dirección de medida X, se consigue que la carcasa 3 y, por lo
tanto, la escala graduada 10 adopten una posición definida con
respecto a la guía de la máquina 12. Por lo tanto no es necesario
que la carcasa 3 esté alineada obligatoriamente paralela con alta
precisión respecto a la línea de la máquina 12. En el caso de un
error de alineación, el carro de guiado 10 asegura el arrastre de
la carcasa 3 y por lo tanto una alineación correcta perpendicular a
la dirección de medida X.
Para asegurar esta alineación durante el régimen
de medida, la carcasa 3, rígida a la flexión, va fijada al menos
mediante un elemento de montaje 5 al primer elemento de máquina 7,
que presenta unos medios 51 para el acoplamiento móvil de la
carcasa 3 en las direcciones Y, Z perpendiculares a la dirección de
medida X. Estos medios pueden ser elementos elásticos 51 entre el
elemento de montaje 5, que se puede atornillar rígidamente al
primer elemento de máquina 7, y la carcasa 3, donde estos elementos
elásticos 51 pueden formar al mismo tiempo una junta de sellado
entre la carcasa 3 y el elemento de montaje 5.
El elemento de montaje 6 asegura un acoplamiento
rígido en la dirección de medida X, de la carcasa 3 al primer
elemento de máquina 7, pero permite movimientos transversales en
todas las direcciones Y, Z. El elemento de montaje 5 permite
igualmente movimientos transversales de la carcasa 3 en todas las
direcciones Y, Z, pero también permite una compensación de longitud
de la carcasa 3 con relación al elemento de montaje 5. El elemento
de montaje 6, para la fijación de la carcasa 3, rígida en la
dirección de montaje X y móvil en dirección perpendicular a ésta,
contiene un hilo elástico 6 o una varilla que presenta
articulaciones en forma de puntos débiles.
La escala graduada 1 es un fleje de acero que va
fijado adherido al soporte 4 por medio de una capa de aceite 100 u
otra capa intermedia viscosa o elástica, tal como se describe en la
patente DE 196 11 983. Pero también se puede utilizar una escala
graduada de vidrio. Para obtener un punto fijo, la escala graduada 1
va fijada a la carcasa 3 y/o al elemento de montaje 6, rígidamente
en un punto en la dirección de medida X.
Los elementos de montaje 5, 6 se atornillan
rígidamente al primer elemento de máquina 7 por medio de los
orificios 19. Para ello no es forzosamente necesario que haya una
alineación altamente precisa con respecto a la guía de la máquina
12.
Para medir la posición con alta precisión, la
escala graduada 1 lleva una estructura de medida 110 que se puede
palpar fotoeléctricamente, y que se palpa para formar unas señales
de palpado dependientes de la posición por medio de una fuente de
luz y una unidad detectora fotosensible.
En lugar del palpado por luz reflejada,
representada en las figuras 1 y 2, con una estructura de medida
reflectante 110, cabe también el empleo de una escala graduada 200,
que se pueda palpar mediante un procedimiento de palpado por
transparencia, tal como se representa en la figura 3. En este caso,
la escala graduada 200 vuelve a estar fijada a la carcasa 3 por
medio de un soporte 4 o de forma directa, y el dispositivo de
palpado 2 va alojado protegido en el interior de la carcasa 3. El
dispositivo de palpado 2 presenta por uno de los lados de la escala
graduada 200 una fuente de luz 21, y por el otro lado de la escala
200 un detector fotosensible 22. La carcasa 3 está ranurada, y esta
ranura 23 va sellada por medio de una junta elástica 24, a través de
la cual pasa un arrastrador 25 en forma de cuchilla, que une
rígidamente el dispositivo de palpado 2 con el carro de guiado 10
en todas las direcciones X, Y, Z.
La junta elástica 24 se puede sustituir por una
banda de recubrimiento 26. Esta banda de recubrimiento 26
representada en la figura 5 va guiada en la ranura 23, donde por una
parte va fijada al arrastrador 25 y por otra se aloja en la carcasa
3 a través de unas poleas de reenvío 27, 28, de manera que partiendo
del arrastrador 25 va guiada por encima del primer rodillo de
reenvío 27 al segundo rodillo de reenvío 28 y para volver al
arrastrador 25 recirculando.
En la figura 4 está representada una guía lineal
modificada. El carril guía vuelve a estar formado por la misma
superficie periférica 31 de la carcasa 3, pero en este caso el
casquillo de bolas está sustituido por una guía de fricción,
apoyándose el carro guía 10 en varios puntos de su perímetro, pero
en particular en tres zonas periféricas de la carcasa 3 decaladas
120° entre sí, estando guiado sin holgura.
Las figuras 6 y 7 muestran otro ejemplo de
realización de un dispositivo de medición de longitudes. A
diferencia de los ejemplos descritos hasta ahora, el dispositivo de
palpado 2 se encuentra en este caso fuera de la carcasa 3.
La carcasa 3 tiene forma tubular y presenta una
superficie periférica 31 cilíndrica circular. En el interior de la
carcasa 3 va fijada la escala graduada 1 que se puede explorar por
procedimiento fotoeléctrico, y que es preferentemente un fleje de
acero rígido longitudinalmente y eventualmente precurvado, adaptado
al abombamiento de la pared interior 32, y que va fijado por medio
de una película de aceite 100 adhiriéndose directamente a la pared
interior 32 de la carcasa 3. La estructura de medición 110 de la
escala graduada 1 es palpada por el dispositivo palpador 2, que va
fijado rígidamente en todas las direcciones X, Y, Z al segundo
elemento de máquina 8, a través del carro de guiado 10. Para la
exploración a través de la carcasa 3, ésta es transparente para el
haz de luz de exploración, por lo menos en la zona periférica A del
palpado. La carcasa 3, por lo tanto, puede estar realizada
transparente en todo su perímetro, o tal como está representado en
la figura 8, sólo parcialmente transparente, estando por ejemplo
colocado un segmento transparente 310 dentro de un segmento de
acero 320.
El guiado del carro de guiado 10 con el
dispositivo de palpado 2 tiene lugar por el perímetro exterior 31
de la carcasa 3, o en un carril de guiado independiente que se
corresponda rígidamente con la carcasa 3, rígido en las direcciones
Y, Z perpendiculares a la dirección de medida X.
El carro de guiado 10 se puede fijar rígidamente
en la dirección de medida X y en todas las direcciones
perpendiculares a la dirección de medida X, en el segundo elemento
de máquina 8.
La carcasa 3, por ejemplo un tubo de vidrio, en
particular de un vidrio viscoplástico, o un tubo de plástico, es
rígido a la flexión y va fijado al primer elemento de máquina 7 por
medio de los elementos de montaje 5, 6. Ambos elementos de montaje
5, 6 sujetan la carcasa 3, desplazable en dirección perpendicular a
la dirección de medida X. Para la fijación definida de la escala
graduada 1 en el primer elemento de máquina 7, ésta va fijada
rígidamente en la dirección de medida X en un elemento de montaje 6,
para lo cual vuelve a servir un hilo elástico 61 o una varilla con
una o en particular varias articulaciones separadas entre sí en la
dirección de medida X, en forma de puntos débiles.
Para compensar un error de alineación entre la
guía de la máquina 12 y la escala graduada 1 durante el régimen de
medida, se dispone también ventajosamente de otra medida conforme a
la invención. Los elementos de acoplamiento 51, 61 entre la carcasa
3 rígida a la flexión y los elementos de montaje 5, 6 están formados
en este caso por la misma carcasa 30, al estar ésta realizada con
flexión relajada. Esta versión está representada en principio en la
figura 9.
El carril de guiado vuelve a estar formado por la
misma superficie exterior 31 de la carcasa 30. Alternativamente
puede haber un carril de guiado independiente de flexión relajada,
que se corresponda rígidamente con la carcasa 30. El carro de
guiado 10 vuelve a estar acoplado sin holgura al carril de guiado 31
en las direcciones Y, Z perpendiculares a la dirección de medida X.
La carcasa 30 presenta convenientemente una superficie periférica
cilíndrica circular 31 que rodea por todos los lados al carro de
guiado 10, sirviendo la superficie periférica como superficie de
guiado 31. El carro de guiado 10 va acoplado sin holgura al carril
de guiado 31 en las direcciones Y, Z perpendiculares a la dirección
de medida X. El dispositivo de palpado 2 va fijado rígidamente al
carro de guiado 10, y éste a su vez va fijado rígido en todas las
direcciones X, Y, Z en el segundo elemento de máquina 8. Gracias a
la carcasa 20, de flexión relajada, que puede ser por ejemplo de
plástico, se tiene la seguridad de que durante el régimen de medida
ésta se puede desviar en dirección perpendicular a la dirección de
medida, al menos en la zona de guiado y por lo tanto en la zona de
palpado, de manera que al producirse un movimiento del carro de
guiado 10 perpendicular a la dirección de medida X, la carcasa 30 es
arrastrada en esta dirección. Uno de los extremos de la carcasa
puede estar fijado rígidamente al primer elemento de máquina 7 por
medio de un elemento de montaje 6, y el otro extremo puede ir
montado en el primer elemento de máquina 7 con movilidad
longitudinal por medio de otro elemento de montaje 5.
Las disposiciones de la escala graduada, los
principios de palpado y las configuraciones de las guías explicadas
en base a las figuras 1 a 8 pueden tener también su aplicación en el
ejemplo según la figura 9.
En todos los ejemplos existe la posibilidad de
que el carro de guiado 10 apoye con giro alrededor del eje
longitudinal D de la carcasa 3, 30 por el carril de guiado 31.
Alternativamente se puede crear este grado de libertad rotativo,
apoyando la carcasa 3, 30 en los elementos de montaje 5, 6, con giro
alrededor de este eje longitudinal D.
Claims (12)
1. Dispositivo de medición de longitudes
para medir la posición relativa de un primer elemento de máquina
(7) con respecto a un segundo elemento de máquina (8), con
- -
- una carcasa (3, 30) que se pueda fijar al primer elemento de máquina (7);
- -
- una escala graduada (1, 200) situada en el interior de la carcasa (3, 30), donde la escala graduada (1, 200) va fijada a lo largo de la carcasa (3, 30) discurriendo en la dirección de medida X;
- -
- un dispositivo de palpado (2) para el palpado de la escala graduada (1, 200); y
- -
- una guía lineal con un carril de guiado (31) que se corresponde rígidamente con la carcasa (3, 30) y con un carro de guiado (10) que soporta el dispositivo de palpado (2), que va guiado por el carril de guiado (31) a lo largo de la carcasa (3, 30) en la dirección de medida X, donde
- -
- el carro de guiado (10) presenta unos medios de fijación (9) mediante los cuales se puede fijar rígidamente en el segundo elemento de máquina (8) en la dirección de medida X y en todas las direcciones Y, Z perpendiculares a la dirección de medida X, y
- -
- el carro de guiado (10) va acoplado sin holgura al carril de guiado (31) en todas las direcciones Y, Z perpendiculares a la dirección de medida X;
- caracterizado porque
- -
- la carcasa (3, 30) está realizada de tal manera y se puede fijar al primer elemento de máquina (7) de modo que durante el régimen de medición se pueda desviar en dirección perpendicular a la dirección de medida X, por lo menos en la zona de guiado, de manera que al producirse un movimiento del carro de guiado (10) perpendicular a la dirección de medida X la carcasa (3, 30) sea arrastrada en esta dirección.
2. Dispositivo de medición de longitudes
según la reivindicación 1, caracterizado porque el carril de
guiado está formado por una superficie exterior (31) de la carcasa
(3, 30).
3. Dispositivo de medición de longitudes
según la reivindicación 2, caracterizado porque la carcasa
(3, 30) tiene forma tubular y presenta una superficie periférica
cilíndrica redonda como superficie de guiado (31) del carril de
guiado, estando guiado el carro de guiado (10) por la superficie de
guiado (31) sin holgura con un grado de libertad de movimiento en
la dirección X y con un grado de libertad de movimiento rotativo
alrededor del eje longitudinal D de la carcasa (3, 30).
4. Dispositivo de medición de longitudes
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el dispositivo de palpado (2) está unido rígidamente con el
carro de guiado (10) en la dirección de medida X y en todas las
direcciones Y, Z perpendiculares a ésta.
5. Dispositivo de medición de longitudes
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la escala graduada (1, 200) presenta una estructura de
medición (10) apta para el palpado fotoeléctrico y el dispositivo
de palpado (2) presenta por lo menos una fuente de luz (21) y un
detector fotosensible (22).
6. Dispositivo de medición de longitudes
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la escala graduada (1, 200) está dispuesta en el interior de
la carcasa (3, 30) y el dispositivo de palpado (2) presenta por lo
menos una fuente de luz (21) y un detector fotosensible (22) situado
fuera de la carcasa (3, 30) para el palpado de la escala graduada
(1) mediante un haz de luz a través de la carcasa (3, 30) para lo
cual la carcasa (3, 30) es transparente para el haz de luz de
palpado, por lo menos en la zona del perímetro (A) de palpado.
7. Dispositivo de medición de longitudes
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la escala graduada (1) va fijada a una pared interior (32) a
lo largo de la carcasa (3).
8. Dispositivo de medición de longitudes
según la reivindicación 7, caracterizado porque la escala
graduada es un fleje de acero (1) rígido longitudinalmente y de
flexión relajada.
9. Dispositivo de medición de longitudes
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la carcasa (3) tiene rigidez longitudinal y es rígida a la
flexión.
10. Dispositivo de medición de longitudes
según la reivindicación 9, caracterizado porque la carcasa
(3) presenta por lo menos un elemento de montaje (5, 6) con un
elemento de acoplamiento (51, 61) mediante el cual se puede fijar
al primer elemento de máquina (7), desviable perpendicularmente con
relación a la dirección de medida X.
11. Dispositivo de medición de longitudes
según la reivindicación 10, caracterizado porque el elemento
de acoplamiento (51) se acopla en uno de los extremos de la carcasa
(3) con el elemento de montaje (5), con posibilidad de movimiento
longitudinal, y porque el elemento de acoplamiento (61) en el otro
extremo de la carcasa (3) acopla rígidamente la carcasa (3) con el
elemento de montaje (6), en la dirección de medida X.
12. Dispositivo de medición de longitudes
según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 8,
caracterizado porque la carcasa (10) tiene rigidez
longitudinal y flexión relajada.
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