ES2694043T3 - Dispositivo de medición de longitud - Google Patents

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ES2694043T3 ES16163847.3T ES16163847T ES2694043T3 ES 2694043 T3 ES2694043 T3 ES 2694043T3 ES 16163847 T ES16163847 T ES 16163847T ES 2694043 T3 ES2694043 T3 ES 2694043T3
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Abstract

Dispositivo de medición de longitud que comprende: - un soporte (4) alargado en la dirección de medición (X) con una escala (1) dispuesta en él; - un carro de exploración (2) para explorar una división de medición (11) de la escala (1), siendo guiado longitudinalmente el carro de exploración (2) en la dirección de medición (X) en al menos una superficie de guía (12, 13), - un acoplamiento con el que el carro de exploración (2) está acoplado a un arrastrador (3) de manera rígida en la dirección de medición (X) y de manera flexible transversalmente a ésta, comprendiendo el acoplamiento un elemento de unión (5) que discurre en la dirección de medición (X) y que está montado giratoriamente en una primera articulación giratoria (51) del carro de exploración (2) y en una segunda articulación giratoria (52) del arrastrador (3) distanciada de la primera articulación giratoria (51) en la dirección de medición (X), y presionándose el carro de exploración (2) contra la al menos una superficie de guía (12, 13), caracterizado por - un primer medio de resorte (6) entre el elemento de unión (5) y el arrastrador (3) que ejerce en una primera posición una fuerza de presionado sobre el carro de exploración (2) y lo presiona contra la al menos una superficie de guía (12, 13), y - un segundo medio de resorte (7) entre el elemento de unión (5) y el carro de exploración (2) que está dispuesto distanciado del primer medio de resorte (6) en la dirección de medición (X) y que, en una segunda posición distanciada de la primera posición en la dirección de medición (X), ejerce una fuerza de presionado sobre el carro de exploración (2) y lo presiona contra la al menos una superficie de guía (12, 13).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de medicion de longitud CAMPO TECNICO
La presente invencion se refiere a un dispositivo de medicion de longitud segun las caracterlsticas de la reivindicacion 1.
ESTADO DE LA TECNICA
Los dispositivos de medicion de longitud de este tipo sirven para medir longitudes y recorridos y se utilizan particularmente en maquinas de procesamiento para medir el movimiento relativo de una herramienta con respecto a una pieza de trabajo a procesar en maquinas de medicion de coordenadas y se usan cada vez mas en la industria de semiconductores.
El documento DE 33 27 266 A1 divulga un dispositivo de medicion de longitud generico segun el preambulo de la reivindicacion 1. Para acoplar el carro de exploracion al arrastrador, se utiliza un elemento de union rlgido a la flexion. El acoplamiento de este elemento de union rlgido a la flexion al carro de exploracion se realiza en una unica posicion. Para mantener el carro de exploracion en equilibrio, esta posicion esta prevista en el centro del carro de exploracion.
SUMARIO DE LA INVENCION
La presente invencion se basa en el problema de proporcionar un dispositivo de medicion de longitud que este construido de manera compacta y con el que sea posible una medicion de posicion precisa.
Este problema se resuelve segun la invencion por el dispositivo de medicion de longitud con las caracterlsticas de la reivindicacion 1.
Este dispositivo de medicion de longitud comprende:
un soporte alargado en la direccion de medicion con una escala dispuesta en el;
un carro de exploracion para explorar una division de medicion de la escala, siendo longitudinalmente guiado el carro de exploracion en la direccion de medicion en al menos una superficie de gula; un acoplamiento con el que el carro de exploracion esta acoplado a un arrastrador de manera rlgida en la direccion de medicion y de manera flexible transversalmente a ella, comprendiendo el acoplamiento un elemento de union que discurre en la direccion de medicion y que esta montado giratoriamente en una primera articulacion giratoria del carro de exploracion y en una segunda articulacion giratoria del arrastrador distanciada en la direccion de medicion con respecto a la primera articulacion giratoria, y presionando el carro de exploracion contra la al menos una superficie de gula, estando previsto un primer elemento de resorte entre el elemento de union y el arrastrador que ejerce una fuerza de presionado sobre el carro de exploracion y presiona contra la al menos una superficie de gula, y estando previsto un segundo medio de resorte entre el elemento de union y el carro de exploracion que ejerce una fuerza de presionado sobre el carro de exploracion y presiona contra la al menos una superficie de gula, estando dispuesto el primer medio de resorte distanciado del segundo medio de resorte en la direccion de medicion.
El primer medio de resorte ejerce en una primera posicion una fuerza de presionado sobre el carro de exploracion y el segundo medio de resorte ejerce en una posicion distanciada con respecto a la primera posicion en la direccion de medicion una fuerza de presionado sobre el carro de exploracion. La primera posicion y la segunda posicion deben concebirse como posiciones de ataque de las fuerzas introducidas por los medios de resorte sobre el carro de exploracion.
Con el mecanismo de medicion de longitud segun la invencion, es posible una medicion precisa de la posicion, dado que el carro de exploracion se mantiene estable frente a vibraciones. Dado que la introduction de fuerza sobre el carro de exploracion se realiza en varias posiciones distanciadas una de otra en la direccion de medicion, se minimizan las tensiones de flexion en el elemento de union y en el carro de exploracion. Por tanto, el elemento de union puede configurarse mas fragil y, por tanto con mayor ahorro de peso (masa reducida), con lo que aumenta la resistencia a vibraciones y contribuye a mejorar la precision de medicion.
El elemento de union debe configurarse lo mas rlgido posible frente a tensiones de traction y de compresion.
Se garantiza una estructura que ahorra espacio dado que, para los elementos del acoplamiento, puede aprovecharse toda la longitud del carro de exploracion. El elemento de union puede alojarse de modo de ahorre espacio sobre toda la longitud del carro de exploracion y, por tanto, puede estar configurado relativamente largo en la direccion de medicion. Este elemento de union relativamente largo montado articuladamente a ambos lados compensa especialmente bien las tolerancias de montaje y las variaciones de distancia en funcionamiento - provocadas por diferencias de orientation - entre la escala y el arrastrador perpendicularmente a la direccion de medicion. Los errores de medicion que surgen en este caso en la direccion de medicion son tanto mas pequenos cuanto mas largo es el elemento de union.
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Las articulaciones giratorias estan dispuestas distanciadas una de otra en la direction de medicion. La primera articulation giratoria esta dispuesta en la position (considerado en la direccion de medicion) del primer medio de resorte o al menos en su proximidad, y la segunda articulacion giratoria esta dispuesta en la posicion (considerado en la direccion de medicion) del segundo medio de resorte o al menos en su proximidad.
Las articulaciones giratorias estan especialmente configuradas para compensar los siguientes grados de libertad entre el carro de exploration y el arrastrador: distancia, desplazamiento transversal, angulo de guinada, angulo de cabeceo, angulo de balanceo.
El acoplamiento del carro de exploracion flexible transversal a la direccion de medicion puede realizarse en el arrastrador en estos grados de libertad por medio de articulaciones giratorias que estan configuradas como una disposition de articulaciones de cuerpo fijo o como articulaciones de rotula.
Es especialmente ventajoso que las dos articulaciones giratorias esten configuradas respectivamente como articulaciones de rotula. En este caso, los dos medios de resorte tienen la funcion adicional de empujar la respectiva bola hacia un asiento de alojamiento correspondiente a la bola y, por tanto, presionar la bola y el asiento de alojamiento uno contra otro y, en consecuencia, generar una union articulada, pero sin holgura en la direccion de medicion.
Otras realizaciones ventajosas de la invention resultan de las medidas que estan enumeradas en las reivindicaciones subordinadas.
Otros detalles y ventajas de la presente invencion se explican con ayuda de la siguiente description de ejemplos de realization junto con las figuras.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Muestran:
La figura 1, una representation de principio de un dispositivo de medicion de longitud segun la invencion;
La figura 2, una section transversal de una ejecucion concreta de un dispositivo de medicion de longitud segun la invencion;
La figura 3, una seccion transversal A-A del dispositivo de medicion de longitud segun la figura 2;
La figura 4, una seccion transversal B-B del dispositivo de medicion de longitud segun la figura 2;
La figura 5, una seccion transversal C-C del dispositivo de medicion de longitud segun la figura 2; y
La figura 6, una seccion transversal D-D del dispositivo de medicion de longitud segun la figura 2.
DESCRIPCION DE LAS FORMAS DE REALIZACION
La invencion esta representada en el ejemplo de un dispositivo optico de medicion de longitud con el que debe medirse la posicion relativa de dos objetos desplazables uno contra otro en la direccion de medicion X. Para medir la posicion, una escala 1 del dispositivo de medicion de longitud se fija a uno de estos objetos y un carro de exploracion 2 del dispositivo de medicion de longitud se fija al otro de estos objetos. En este caso, la escala 1 se explora por el carro de exploracion 2 movil con relation a la escala 1 en la direccion de medicion X. La escala 1 presenta una division de medicion 11 que se explora por el carro de exploracion 2. Para ello, el carro de exploracion 2 comprende una unidad de iluminacion que emite un haz luminoso que se modula por la division de medicion 11 en funcion de la posicion y que, finalmente, incide en sensores de exploracion fotosensibles del carro de exploracion 2.
La escala 1 esta dispuesta en un soporte 4. En el ejemplo concreto segun las figuras 2 a 6, el soporte 4 es un perfil hueco en el que estan alojados y protegidos la escala 1 y el carro de exploracion 2. La escala 1 esta unida en este caso de forma conocida con el soporte 4, por ejemplo por pegado o apriete. El soporte 4 configurado como perfil hueco presenta en su direccion longitudinal una hendidura que discurre en la direccion de medicion X y que esta cerrada por labios de sellado inclinados en forma de tejado, a traves de los cuales se extiende un arrastrador 3 con una pieza central en forma de espada. El arrastrador 3 presenta una zona de montaje 31 con la que puede fijarse a uno de los objetos a medir, por ejemplo, a un carro de una maquina herramienta.
Para el guiado exactamente paralelo a lo largo de la escala 1, el carro de exploracion 2 es conducido en esta o alternativamente en el soporte 4. En el ejemplo de realizacion mostrado el carro de exploracion 2 se apoya para ello en dos superficies de gula 12, 13 de la escala 1 orientadas perpendicularmente una a otra por medio de elementos de gula 21 a 24. Una de estas superficies de gula 12 es la superficie que lleva la division de medicion 11 y la otra superficie de gula 13 es un lado estrecho de la escala 1 que discurre perpendicularmente a la misma. Los elementos de gula 21 a 24 pueden ser elementos deslizantes, pero especialmente cilindros o rodillos montados sobre bolas.
El carro de exploracion 2 esta acoplado por medio de un acoplamiento al arrastrador 3 de manera rlgida en la direccion de medicion X y de manera flexible transversalmente a ella. El acoplamiento comprende un elemento de union 5 que discurre en la direccion de medicion X y que esta montado giratoriamente en el arrastrador 3 en una primera articulacion giratoria 51 sin holgura en el carro de exploracion 2 y en una articulacion giratoria 52 sin holgura.
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El elemento de union esta configurado rlgidamente y, preferentemente, tambien rlgido a la flexion frente a tensiones de traccion y compresion.
En la representation de principio segun la figura 1 estan mostradas solo esquematicamente las dos articulaciones giratorias 51, 52.
En el ejemplo de realization concreto segun las figuras 2 a 6, la primera articulation giratoria 51 esta configurada como articulacion de rotula que consta de una bola 511 que, por un lado, es giratoria en un asiento de alojamiento 512 del elemento de union 5 y, por otro lado esta montada giratoriamente en un asiento de alojamiento 513 del carro de exploration 2. La bola 511 entre el elemento de union 5 y el carro de exploration 2 amarra el carro de exploration 2 en la direction de medicion X rlgidamente en el elemento de union 5, pero compensa los movimientos giratorios en todas las direcciones.
Asimismo, la segunda articulacion giratoria 52 esta configurada como articulacion de rotula que consta de una bola 521 que esta formada en este caso en el arrastrador 3, as! como un asiento de alojamiento correspondientes 522 en el elemento de union 5. La bola 521 entre el elemento de union 5 y el arrastrador 3 amarra el elemento de union 5 en la direccion de medicion X rlgidamente en el arrastrador 3, pero compensa los movimientos giratorios en todas las direcciones.
Los asientos de alojamiento 512, 513, 522 pueden estar configurados en forma de V, en forma de sarten o como semicoquilla. Por tanto, es esencial que se forme un cojinete giratorio sin holgura e indesplazable en la direccion de medicion X.
El acoplamiento para acoplar el carro de exploracion 2 al arrastrador 3 esta disenado tambien para presionar el carro de exploracion 2 contra al menos una superficie de gula 12, 13. Para ello, esta previsto un primer medio de resorte 6 entre el elemento de union 5 y el arrastrador 3 que ejerce una primera fuerza de presionado FA sobre el carro de exploracion 3 y lo presiona contra la al menos una superficie de gula 12, 13. El primer medio de resorte 6 con la fuerza elastica Ff actua sobre el elemento de union 5 y ejerce en el lugar de la articulacion giratoria 51 la fuerza de presionado Fa sobre el carro de exploracion 2. En la disposition simetrica representada es:
Fa = Ff*L/A
Con
Ff Fuerza elastica de los elementos de resorte 6 o 7 L Distancia mutua de los dos elementos de resorte 6, 7
A Distancia mutua de las dos articulaciones giratorias 51, 52.
Ademas, esta previsto un segundo medio de resorte 7 entre el elemento de union 5 y el carro de exploracion 3 que ejerce una segunda fuerza de presionado Ff sobre el carro de exploracion 3 y lo presiona tambien contra la al menos una superficie de gula 12, 13. El primer medio de resorte 6 esta dispuesto distanciado del segundo medio de resorte 7 en la direccion de medicion X, estando indicada con L esta distancia en la figura 1.
Si la primera articulacion giratoria 51 esta configurada como articulacion de rotula, que consta de la bola 511, el asiento de alojamiento 512 y el asiento de alojamiento 513, entonces el medio de resorte 6 mantiene juntas las partes que forman la articulacion giratoria 51, para lo cual la bola 511 amarra el carro de exploracion 2 en el elemento de union 5 sin holgura en la direccion de medicion X.
Si la segunda articulacion giratoria 52 esta configurada tambien como articulacion de rotula que consta de la bola 521 y del correspondiente asiento de alojamiento 522, entonces el segundo medio de resorte 7 sujeta la bola 521 y, por tanto, amarra el elemento de union 5 al arrastrador 3 sin holgura en la direccion de medicion X.
En el ejemplo de realizacion concreto, el primer medio de resorte 6 y el segundo medio de resorte 7 son cada uno de ellos un resorte de compresion, en particular un resorte helicoidal.
El primer medio de resorte 6 y el segundo medio de resorte 7 estan dispuestos en el ejemplo de realizacion concreto de tal modo que cada uno de los medios de resorte 6, 7 empuja el carro de exploracion 2 con una componente de fuerza en una superficie de gula 12 y con una componente de fuerza adicional en la otra superficie de gula 13. Si los medios de resorte 6, 7 son respectivamente resortes de compresion, estos estan dispuestos inclinados con respecto a las dos superficies de gula 12, 13, como esta representado en las figuras 4 y 6.
Es especialmente ventajoso que el primer medio de resorte 6 y el segundo medio de resorte 7 esten dispuestos y configurados de tal manera que la fuerza de presionado resultante de ellos se aplique sobre el carro de exploracion 2 en el centro de gravedad S del carro de exploracion 2. Gracias a esta medida, el carro de exploracion 2 se mantiene en equilibrio de forma optima.
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Bajo la condition de que los medios de resorte 6 y 7 tengan identicas propiedades elasticas, entonces el primer medio de resorte 6 y el segundo medio de resorte 7, considerado en la direction de medicion X, estan dispuestos respectivamente a distancias iguales L/2 del centro de gravedad (centro de masa) S del carro de exploration 2.
Para una transmision optimizada de fuerza, los medios de resorte 6, 7 estan dispuestos respectivamente en el lugar o al menos en la proximidad de las articulaciones giratorias 51, 52 (considerado en la direccion de medicion). La distancia L puede corresponder a la distancia A. Por motivos de espacio, como en el ejemplo representado, A puede seleccionarse tambien diferente de L. Las fuerzas normales FA en las articulaciones giratorias 51, 52 y, por tanto, los momentos de rozamiento en las articulaciones giratorias 51, 52 se reducen cuando L se selecciona mas pequeno que A.
En la disposition simetrica es valido para la fuerza de apoyo Fa en las articulaciones giratorias 51 y 52, respectivamente
Fa = Ff*L/A
La fuerza de presionado resultante en el carro de exploracion 2 es
Fa+Ff
Es ventajoso que la primera articulation giratoria 51 y la segunda articulation giratoria 52, considerado en la direccion de medicion X, esten dispuestas a iguales distancias A/2 del centro de gravedad (centro de masa) S del carro de exploracion 2.
Si el centro de gravedad S (centro de masa) del carro de exploracion 2 no esta en el centro, con el uso de diferentes medios de resorte y/o diferentes distancias entre los medios de resorte y las articulaciones giratorias, la fuerza de presionado resultante deberla desplazarse desde el centro hacia el centro de gravedad S real.
La division de medicion puede ser una division de medicion incremental o una codification absoluta.
La invention no esta limitada al principio de exploracion. La exploracion de la escala puede realizarse tambien de forma capacitiva, magnetica o inductiva para lo cual la division de medicion y los sensores de exploracion deben configurarse de manera correspondiente.

Claims (8)

  1. 5
    10
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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de medicion de longitud que comprende:
    - un soporte (4) alargado en la direccion de medicion (X) con una escala (1) dispuesta en el;
    - un carro de exploracion (2) para explorar una division de medicion (11) de la escala (1), siendo guiado longitudinalmente el carro de exploracion (2) en la direccion de medicion (X) en al menos una superficie de gula (12, 13),
    - un acoplamiento con el que el carro de exploracion (2) esta acoplado a un arrastrador (3) de manera rlgida en la direccion de medicion (X) y de manera flexible transversalmente a esta, comprendiendo el acoplamiento un elemento de union (5) que discurre en la direccion de medicion (X) y que esta montado giratoriamente en una primera articulacion giratoria (51) del carro de exploracion (2) y en una segunda articulacion giratoria (52) del arrastrador (3) distanciada de la primera articulacion giratoria (51) en la direccion de medicion (X), y presionandose el carro de exploracion (2) contra la al menos una superficie de gula (12, 13),
    caracterizado por
    - un primer medio de resorte (6) entre el elemento de union (5) y el arrastrador (3) que ejerce en una primera posicion una fuerza de presionado sobre el carro de exploracion (2) y lo presiona contra la al menos una superficie de gula (12, 13), y
    - un segundo medio de resorte (7) entre el elemento de union (5) y el carro de exploracion (2) que esta
    dispuesto distanciado del primer medio de resorte (6) en la direccion de medicion (X) y que, en una segunda
    posicion distanciada de la primera posicion en la direccion de medicion (X), ejerce una fuerza de presionado sobre el carro de exploracion (2) y lo presiona contra la al menos una superficie de gula (12, 13).
  2. 2. Dispositivo de medicion de longitud segun la reivindicacion 1, en el que el carro de exploracion (2) es longitudinalmente guiado en la direccion de medicion (X) en dos superficies de gula (12, 13) que discurren perpendicularmente una a otra.
  3. 3. Dispositivo de medicion de longitud segun la reivindicacion 2, en el que el carro de exploracion (2) es
    longitudinalmente guiado en la direccion de medicion (X) en dos superficies de gula (12, 13) de la escala (1) que
    discurren perpendicularmente una a otra.
  4. 4. Dispositivo de medicion de longitud segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera articulacion giratoria (51) y la segunda articulacion giratoria (52) estan configuradas como sendas articulaciones de rotula.
  5. 5. Dispositivo de medicion de longitud segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer medio de resorte (6) y el segundo medio de resorte (7) son cada uno de ellos un resorte de compresion.
  6. 6. Dispositivo de medicion de longitud segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer medio de resorte (6) y el segundo medio de resorte (7) estan dispuestos y configurados de tal manera que la fuerza de presionado resultante de ellos sobre el carro de exploracion (2) esta situada en el centro de gravedad (S) del carro de exploracion (2).
  7. 7. Dispositivo de medicion de longitud segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer medio de resorte (6) y el segundo medio de resorte (7) - considerado en la direccion de medicion (X) - estan dispuestos a distancias iguales (L/2) del centro de gravedad (S) del carro de exploracion (2).
  8. 8. Dispositivo de medicion de longitud segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera articulacion giratoria (51) y la segunda articulacion giratoria (52) - considerado en la direccion de medicion (X) - estan dispuestas a distancias iguales (A/2) del centro de gravedad (S) del carro de exploracion (2).
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