JP2019078747A - 担持体に固定されたスケールを有する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、担持体に固定されたスケールを有する装置を提供することであり、その際、このスケールが、この担持体において、可能な限りドリフト無しに保持され、従って、このスケールによって、高い精度を有する位置測定が可能とされる。【解決手段】本発明に従い、スケール１は、粘着点４の配設を介して、担持体２に保持されている。それぞれの粘着点４は、粘着剤４２から成り、この粘着剤内において、球形の間隔保持体４１が混入されている。間隔保持体４１が、一方の側で、直接的に担持体２に載置しており、且つ、他方の側で、スケール１が、直接的に、これら間隔保持体４１の上に載置しているというやり方で、担持体２の上でのスケール１の平坦な載置部は保証されている。担持体２におけるスケール１の安定的な保持は、粘着剤４２によって保証されている。【選択図】図１

Description

２つの機械部分の相対的な位置の測定のために、これら機械部分の内の一方の機械部分にスケールが固定され得、および、相対して移動する機械部分の内の他方の機械部分に走査ユニットが固定され得る。位置測定の際に、スケールの測定目盛は、走査ユニットによって走査され、且つ、位置に依存する走査信号が生成される。

特許文献１内において、担持体に離間されて配設されているスケールを有する装置が記載されている。担持体におけるスケールの固定は、その際、平面状に分配され且つ相互に離間された粘着点を用いて行われる。

この構造の欠点として、特許文献１自体内において、粘着剤の収縮によって、スケールの局所的な歪みという事態になり、これら歪みが、測定誤差を、このスケールによる位置測定の際に誘起することが記載されている。

米国特許出願公開第２００７／０２８１１４９ Ａ１号明細書

本発明の課題は、担持体に固定されたスケールを有する装置を提供することであり、その際、このスケールが、この担持体において、可能な限りドリフト無しに保持され、従って、このスケールによって、高い精度を有する位置測定が可能とされる。

この課題は、請求項１に記載された装置によって解決される。

本発明の有利な構成は、従属請求項内において記載されている。

スケールは、測定作業内において、安定的に担持体に固定されており、このことは、測定方向における、並びに、測定目盛面に対して垂直方向における、高い剛性を意味する。

本発明の実施例を、図に基づいて詳しく説明する。

担持体と、この担持体に固定されたスケールとを有する位置測定装置の、概略的な構造の断面図である。 図１に従う、眺望ＩＩ−ＩＩの図である。 担持体の上の、粘着点の二次元的な配設の図である。

図１から３までに基づいて、本発明の実施例を説明する。
図示された位置測定装置は、担持体２に固定された、測定目盛１１を担持するスケール１を有する装置から成っている。測定目盛１１は、例えば、インクリメンタルな目盛であり、この目盛が、位置測定の際に、少なくとも１つの測定方向Ｘにおいて、位置に依存する走査信号の生成のための走査ユニット３によって、光電子的に走査される。
測定目盛１１が、公知の方法で、高精確な、干渉的な位置測定のために利用される、振幅格子、または、位相格子であることは可能である。測定目盛１１は、この測定目盛がＸ方向およびＹ方向に目盛構造を有しているというやり方で、同様に二次元的な位置測定のためにも形成され得る。
スケール１は、位置測定のために、担持体２に間隔Ａを有して保持されている。担持体２は、有利には、スケール１と同じ熱的な膨張係数を有する材料から成っている。
平均的な熱的な膨張係数αは、スケール１および担持体２の、０℃から５０℃の温度範囲内において、有利には、ガラス、セラミック、または、いわゆるゼロ膨張（Ｎｕｌｌａｕｓｄｅｈｎｕｎｇ）を有する、ゼロデュア（ＺＥＲＯＤＵＲ）、シタール（ＳＩＴＡＬ）および、ユーエルイー（ＵＬＥ）のようなガラスセラミックの使用において、０．１×１０^−６Ｋ^−１よりも小さい、および、材料、例えばインバー（ＩＮＶＡＲ）の使用において、１．５×１０^−６Ｋ^−１よりも小さい。

担持体２におけるスケール１の固定は、平面状に分配され且つ相互に離間されて配設された粘着点４を介して行われる。

粘着点４は、それぞれに、粘着剤４２から成り、この粘着剤内において、少なくとも３つの間隔保持体４１が封入されており、且つ、平面状に分配されている。このことは、１つの粘着点４の少なくとも３つの間隔保持体４１が、全体的に、この粘着点４の粘着剤４２の容積内において、封入、もしくは、取り囲まれていることを意味する。

１つの粘着点４のこれら間隔保持体４１の質量割合は、ほぼ１から１０％までの値である。この質量割合が、粘着点４の全質量における、間隔保持体４１の混合物成分の質量の相対的な割合を示し、その際、この全質量は、それぞれの粘着点４の粘着剤４２の質量と、粘着点４の全ての間隔保持体４１の質量をプラスした質量である。

これら間隔保持体４１は、理想的に、正確に、要求される間隔Ａに相応する高さを有している。間隔保持体４１の寸法許容差は、公称寸法（Ｎｅｎｎｍａｓｓ）の１０％よりも小さく、その際、この公称寸法が、所望された間隔Ａである。

間隔保持体４１は、種々の様式が可能であり、担持体２、及び／または、スケール１内において形成された、隆起した立体構造であることは可能であり、または、担持体２またはスケール１の上に載置された立体構造、または、載置された個別部材であることは可能である。

間隔保持体４１が、個別部材であり、従って、これら個別部材が、既に、担持体２または１の上での載置の際に粘着剤４２内において結合されている場合、有利である。担持体２とスケール１との組み合わせの際に、これら個別部材は、担持体２とスケール１との組み合わせられた状態において、
これら個別部材が、一方の側で、担持体２に載置しており、且つ、他方の側で、スケール１が、これら個別部材の上に載置しているように整向されている。

個別部材は、有利には、粘着剤４２内において結合された球体または円筒体であり、および、これら個別部材の材料が、有利には、ガラス、セラミック、または、ガラスセラミックである。

以下で詳細に説明される実施例において、間隔保持体４１は球体である。

粘着点４のそれぞれは、球体の様式の少なくとも３つの間隔保持体４１を備えており、これら間隔保持体が、粘着剤４２内において埋設されており、且つ、この粘着点４内において平面状に分配されている。理想的に、粘着点４のそれぞれは、同じ数の間隔保持体４１を備えている。
スケール１は、球形の間隔保持体４１によって、この間隔保持体が、一方の側で担持体２に載置し、且つ、他方の側でスケール１が、個別部材の上に載置しているというやり方で、下から支持されている。球形の間隔保持体４１は、一方の側で、スケール１に、このスケールの下側面−即ち載置面で−、それぞれに点形状に接触し、且つ、他方の側で、これら球形の間隔保持体が、担持体２に、前記スケール１に向かい合って位置するこの担持体の上側面で、同様に点形状に接触している。このことによって、スケール１の平坦性が、他の媒体によって、不利な影響を及ぼされないことは保証されている。
粘着剤４２は、複数の間隔保持体４１を、それぞれの粘着点４の容積の内で、位置固定式に固定すること、および、担持体２とスケール１との間の保持力を発生させ、且つ、維持することの目的を有している。

間隔保持体４１は、発生する押圧力を可能な限り変形無しに耐える材料から成っている。適当な材料は、例えば、ガラス、セラミック、または、ガラスセラミックである。例えば、ホウケイ酸ガラス（Ｂｏｒｏｓｉｌｉｋａｔｇｌａｓ）が、有用であることが実証された。有利な方法において、間隔保持体４１は、スケール１と同じ、または、少なくともほぼ同じ膨張係数を有する材料から成っている。

これら粘着点４は、相互の中心間隔ｄを有して配設されており、この中心間隔が、スケール１の厚さＢの５倍よりも小さい。更に、粘着点４の直径Ｄが、それぞれに、スケール１の厚さＢよりも小さい場合、有利である。これら条件は、粘着点４の二次元的な分配のそれぞれの位置において、少なくとも、しかしながら、測定領域の内側で満たされている。
この測定領域は、測定目盛１１の領域によって規定されており、この領域が、高精確な位置測定のために利用される。スケール１の厚さＢは、その測定目盛面内において測定目盛１１が位置する測定目盛面Ｅと、スケール１が間隔保持体４１の上で支持される載置面との間の間隔である。

図１の横断面図内において見て取れるように、二次元的に分配されて配設されている粘着点４が、スケール１の、測定領域を規定する測定目盛１１に、直接的に向かい合って位置して配設されている場合、特に有利である。

粘着点４の二次元的な配設は、有利な方法において、これら粘着点の間に、自由空間が生成するように行われ、これら自由空間が、互いに結合状態にあり、且つ、これに伴って外方へと案内する通路を形成する。この目的のために、これら粘着点４は、相互の中心間隔ｄにおいて配設されており、この中心間隔が、粘着点の直径Ｄよりも大きい。
この構成によって、空気は、スケール１の全面にわたって、通路を介して、均一に外方へと、周囲環境内に放出され得、このことは、スケール１の良好な平坦性を、組み付けの際に、および、同様に測定作業の間じゅう保障する。

粘着点４の相互に離間された配設は、更に、担持体２とスケール１との間の間隔Ａに影響を及ぼすこと無しに、粘着剤４２の硬化のためおよび同様に後の劣化のためにも十分な容積が使用されることの利点を有している。

スケール１の厚さＢに関する典型的な値は、０．５ｍｍから１５ｍｍまでである。

球形の間隔保持体４１、または、同様に円筒形の間隔保持体も、担持体２とスケール１との間の間隔Ａに相応する直径を有している。間隔Ａに関する典型的な大きさ、および、これに伴って、間隔保持体４１の直径は、５μｍと２５０μｍとの間である。

粘着点４が、それぞれに円形の外側輪郭を有しており、且つ、同じ直径Ｄによって形成されている場合、特に有利である。粘着点４の直径Ｄは、有利には、スケール１の厚さよりも小さい。

粘着点４の直径Ｄに関する典型的な値は、１ｍｍから３ｍｍまでの範囲内にある。

粘着点４の中心間隔ｄに関する典型的な値は、８ｍｍの範囲内にある。

図２および３内において、粘着点４の特に有利な配設が図示されている。
これら粘着点は、その際、規則的な格子内において配設されており、この格子において、全ての相対して離間された粘着点４の相互の中心間隔ｄが同じである。このことは、二次元的に相並んで配置されたそれぞれに３つの粘着点４の中心間隔ｄが、等辺三角形を画定し、これら三角形の内の１つの三角形が、図２および図３内において描かれていることを意味する。粘着点４のこの二次元的に対称的な分配から、対称的な、且つ、これに伴って特に有利な、機械的な応力の分配も結果として生じる。
粘着点４の外側輪郭は、その際、理想的に、円形である。

この規則的な格子もしくは面パターンは、複数の行における、粘着点４の同じに離間された並列によって達成され、その際、並列する２つの行の、第２の行の粘着点４が、第１の行の粘着点４に対して、行方向に、半分の中心間隔ｄだけ、位置ずれされて配設されている。

この構成によって、測定目盛１１の面Ｅに対して平行に位置する１つの面内において、粘着点４の分配は、１つの粘着点４の周りに配設されている、最も近くに位置する６つの粘着点４が、一方では、同じ中心間隔ｄを、中心に位置する粘着点４に対して有しており、且つ、他方では、これら６つの粘着点４の中心の結合が、全ての６つの辺が長さｄを有している等辺六角形を形成するように与えられる。

粘着点４の形成のための方法は、以下の方法のステップ：即ち、
１．粘着剤４２内へと、間隔保持体４１−例示的に、特に球体の様式の個別部材−を混入すること、その際、これら個別部材が、混合物内において、可能な限り均一に分配されているべきである。
２．担持体２またはスケール１の上へと、粘着剤４２および混入された個別部材を含む、不連続な粘着点滴の規則的なパターンを載置すること。
全ての粘着点４に関して、可能な限り同じ特性を達成するために、混合物の載置されるべき量は、全ての粘着点滴に関して可能な限り一定であることは留意されるべきである。
３．個別部材が、その際に発生する面圧力によって、間隔保持体４１の機能を達成するまで、担持体２とスケール１とを組み付けること。
その際、粘着点４の円形が与えられ、および、粘着剤４２の量および間隔保持体４１の直径に依存して、同様に粘着点４の所望された直径Ｄも与えられる。
４．光硬化（ＵＶ−光）及び／または熱硬化で、粘着剤４２を硬化すること、
の方法のステップを備えている。

図３は、例示的に、ｄ＝８ｍｍ、および、ほぼ１０ｃｍ×１０ｃｍの担持体２の寸法の仮定でもっての、全担持体２の上での、粘着点４の、規則的な、平面状の分配を示している。

インクリメンタルな測定目盛１１に対して代わりにまたは付加的に、同様にアブソリュートのコーディングが、スケール１の上で設けられていることも可能である。

本発明に従う構成により、スケール１の固定によって導入される、全ての引張応力および圧縮応力が、測定目盛面Ｅ内において、長さ誤差として影響を及ぼさないことは保証されている。本発明に従い構成された配設によって、変形の無い測定目盛面Ｅが達成可能であり、この測定目盛面が、正確な位置測定を可能にする。
測定目盛１１に直接的に、向かい合って位置する下からの支持によって、スケール１は、測定作業内において、安定的に担持体２において固定されており、このことは、測定方向Ｘにおける、並びに、測定目盛面Ｅに対して垂直方向における、高い剛性を意味する。

１ スケール
２ 担持体
３ 走査ユニット
４ 粘着点
１１ 測定目盛
４１ 間隔保持体
４２ 粘着剤
ｄ 中心間隔
Ａ 間隔
Ｂ スケール１の厚さ
Ｄ 粘着点４の直径
Ｅ 測定目盛面
Ｘ 方向、測定方向
Ｙ 方向

Claims (14)

1. 担持体（２）に離間されて配設されているスケール（１）を有する装置であって、
   前記スケール（１）が、測定目盛（１１）を有しており、且つ、平面状に分配され且つ相互に離間されて配設されている粘着点（４）を介して、前記担持体（２）に固定されている様式の上記装置において、
   これら粘着点（４）が、それぞれに、粘着剤（４２）内において封入された少なくとも３つの間隔保持体（４１）を備えていることを特徴とする装置。
2. 前記粘着点（４）は、それぞれに３つの相並んで配置された前記粘着点（４）の中心間隔（ｄ）が、等辺三角形を画定するように、同じ相互の前記中心間隔（ｄ）を有して配設されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. １つの前記粘着点（４）の前記間隔保持体（４１）の質量割合は、１から１０％までの値であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記粘着点（４）は、それぞれに、円形に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の装置。
5. 全ての前記粘着点（４）は、同じ直径（Ｄ）を有しており、且つ、前記粘着点（４）の前記直径（Ｄ）が、前記スケール（１）の厚さ（Ｂ）よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記粘着点（４）の前記直径（Ｄ）は、１ｍｍから３ｍｍまでの値であることを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
7. 前記粘着点（４）は、相互の中心間隔（ｄ）において配設されており、この中心間隔が、前記スケール（１）の前記厚さ（Ｂ）の５倍よりも小さいことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の装置。
8. 前記粘着点（４）は、前記スケール（１）の、測定領域を規定する前記測定目盛（１１）に向かい合って位置して配設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の装置。
9. 前記粘着点（４）は、これら粘着点が、外方へと案内する通路を形成する、相互の自由空間を有しているように、相互に離間されて配設されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の装置。
10. 前記担持体（２）と前記スケール（１）との材料は、同じ熱的な膨張係数を有していることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の装置。
11. 前記担持体（２）と前記スケール（１）のと前記膨張係数は、１．５×１０^−６Ｋ^−１よりも小さい、有利には、０．１×１０^−６Ｋ^−１よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記間隔保持体（４１）は、粘着剤（４２）内において結合された個別部材であり、および、これら個別部材が、一方の側で、前記担持体（２）に載置しており、且つ、他方の側で、前記スケール（１）がこれら個別部材の上に載置していることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の装置。
13. 前記個別部材の材料は、ガラス、セラミック、または、ガラスセラミックであることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の装置。
14. 前記個別部材の材料は、球体であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。

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