JP2021167804A - 位置測定用の装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単かつ安価な構成を有し、正確な位置測定を可能にする位置測定用の装置を提供する。【解決手段】装置は、１つのキャリア（１０）と、キャリア（１０）上に配置された１つのスケール（１２）と、キャリア（１０）にスケール（１２）を固定するための複数の固定要素（１６）を有する。スケール（１２）は、縦方向（Ｘ）に延在する。スケール（１２）は、少なくとも縦方向（Ｘ）の位置測定をするための測定目盛（１４）を備える。キャリア（１０）は、複数の個々の部分（１０．１〜１０．７）を備える。固定要素（１６）は、キャリア（１０）の個々の部分（１０．１〜１０．７）上に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の装置に関する。
国際公開第２００６／１３３７５３号パンフレットは、１つの支持体と、スケールに沿ってスケールの両側に配置された複数の固定要素を備えた位置測定用の装置を開示する。支持体と固定要素の間に、それぞれ１つの固体ジョイントが配置され、この固体ジョイントが、固定要素を、従ってスケールを、測定方向Ｘに変位可能に支持体に連結する。
公知の測定装置の欠点は、支持体が一部材で構成されていることである。これは、一方で、支持体もしくは測定装置の製造に比較的コストがかかるとの結果をもたらす。他方で、支持体（もしくは測定装置）と基体（例えば機械ベッド）の間の熱的切離の実現が、比較的複雑である。何故なら、このためには典型的に構造的措置、例えば付加的な固体ジョイントの使用が必要となるからである。熱的切離は、更にまた位置測定の高い精度のための前提条件である。
国際公開第２００６／１３３７５３号パンフレット
本発明の根底にある課題は、簡単かつ安価な構成を有し、正確な位置測定を可能にする位置測定用の装置を提供することである。
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を備えた装置によって解決される。
本発明により形成された装置は、１つのキャリアと、キャリア上に配置された１つのスケールと、キャリアにスケールを固定するための複数の固定要素を有する。スケールは、縦方向に延在する。スケールは、少なくとも縦方向の位置測定をするための測定目盛を備える。キャリアは、複数の個々の部分を備える。固定要素は、キャリアの個々の部分上に配置されている。
好ましくは、キャリアの個々の部分が、それぞれ、１つの固定要素に、又は、複数の固定要素のうちの縦方向に対して垂直に延在する横方向に互いに対向するように配置された対の固定要素に、付設されている。
キャリアの個々の部分が、縦方向に互いに別々に配置されている場合が、有利である。
更に、キャリアの個々の部分が、縦方向に分配されて、例えば等間隔に配置されている場合が、有利である。
選択的に、キャリアの個々の部分は、非等間隔に配置することができる。例えば、固定点（即ちスケールの位置不動の固定の個所）の近傍でのキャリアの個々の部分の間の間隔は、スケールの両自由端でのキャリアの個々の部分の間の間隔よりも大きい。
固定要素は、好ましくは、キャリアとスケールの間の（局所的な）熱的切離をするための複数の固体ジョイントを備える。
キャリアに対するスケールの位置不動の固定をするために、接着剤ビードの形態の固定要素を設けることができる。
キャリアの個々の部分は、不連続のプレートと呼ぶこともできる。
測定目盛は、好ましくは縦方向（即ち自由度Ｘ）と横方向（即ち自由度Ｙ）の位置測定をするために使用される。選択的に、測定目盛は、（相応の走査ユニットと関連して）６つの自由度（即ち自由度Ｘ，Ｙ，Ｚ，ＲＸ，ＲＹ，ＲＺ）での位置測定が可能にされるように形成することができる。
測定目盛は、例えばインクリメンタル目盛である。選択的に、測定目盛は、例えば疑似ランダムコードとして形成された絶対目盛とすることができる。
本発明により、スケールの真直度の高い再現性が達成される。これは、スケールが、縦方向と横方向の位置測定をするための測定目盛を備える場合に、特に有利である。このため、測定目盛は、第１の測定方向（主測定方向もしくはＸ方向）に沿って周期的に配置された複数の目盛構造と、第２の測定方向（Ｙ方向）に沿って周期的に配置された複数の目盛構造を有する。第１の測定方向と第２の測定方向は、互いに垂直に延在する。目盛構造は、特にそれぞれ目盛線を有する。
本発明の有利な形成は、従属請求項に記載されている。
本発明による装置の細部及び利点は、添付図による実施例の以下の説明からわかる。
１つのキャリアと、キャリア上に配置された１つのスケールと、複数の固定要素を備えた本発明により形成された装置の斜視図 図１による装置に対する平面図 第１の固定要素と第２の固定要素を備えたキャリアの個々の部分の斜視図 図３ａによるキャリアの個々の部分に対する平面図 第３の固定要素と第４の固定要素を備えたキャリアの別の個々の部分の斜視図 図４ａによるキャリアの別の個々の部分に対する平面図
同じ要素又は機能的に同じ要素は、各図で同じ符号を備えている。
本発明の１つの実施形態を、以下で図１及び２によって説明する。本発明により形成された装置は、１つのキャリア１０と、キャリア１０上に配置されたスケール１２と、複数の固定要素１６を有する。スケール１２は、縦方向（主測定方向）Ｘに延在し、測定目盛平面（即ちＸ／Ｙ平面）内に配置された測定目盛１４を備える。測定目盛１４は、縦方向Ｘと付加的に縦方向に対して垂直に延在する第２の横方向Ｙの高精度の位置測定をするための光電走査可能なインクリメンタル目盛として形成されている。スケール１２は、好ましくは無視可能なほど小さい熱膨張係数、特に０°〜５０°Ｃの温度範囲内で１．５×１０−６Ｋ−１未満の、しかしながら特に０．１×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数αを備えた材料から成る。このような材料は、ガラスもしくはガラスセラミック（例えばＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標））又はＩｎｖａｒ（登録商標）のような金属である。
キャリア１０は、好ましくは約１０．５×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数を備えた鋼から成る。
キャリア１０は、複数の個々のプレート状の部分１０．１〜１０．７を備える。スケール１２は、それぞれ縦方向Ｘに延在する２つの互いに対向する側面１８．１，１８．２を備えた長方形の横断面を備える（図２参照）。
固定要素１６は、キャリア１０にスケール１２を固定するために使用される。固定要素１６は、固定要素１６．１１〜１６．７１の第１のグループと１６．１２〜１６．７２の第２のグループを有する。固定要素１６．１１〜１６．７１と１６．１２〜１６．７２は、スケール１２の互いに対向する両側面１８．１，１８．２に配置されている（図２参照）。図１に示したように、固定要素１６は、キャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７上に配置されている。
図１に示した装置は、基体１（例えば機械ベッド）上に配置されている。基体１に装置を固定するために、ネジ２が設けられている。ネジ２は、個々の部分１０．１〜１０．７を経て基体１内にまで延在する。基体１は、例えば花崗岩から成る。
本発明による装置により、多部材で構成された支持体（即ちキャリア１０）が実現される。他部材構成は、従来技術による一部材構成に比して、支持体の、従って装置の製造が比較的安価であるという意味で有利である。更に、多部材構成は、キャリア１０と基体１の間の熱的切離を簡単に行なうことができるとの利点を有する。この場合、特に付加的な構造的措置、例えば別の固体ジョイントの使用を省略することができる。
キャリア１０の個々の部分（不連続のプレート）１０．１〜１０．７が比較的小さく、いわば各箇所で（即ちそれぞれのＸ位置で局所的に）簡単に基体１と共に移動できることが、有利である。これにより、従来技術とは違って、いましがた言及した熱的切離が、付加的な構造的措置を使用することなく達成される。
キャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７の間に、キャリア１０の別の部分１１．１〜１１．６（いわゆる中間部分）が配置されている。中間部分１１．１〜１１．６は、ネジ４によって基体１に固定され、高さ方向（即ちＺ方向）にスケール１２を支持するために使用される。このため、中間部分１１．１〜１１．６は、スケール１２をそれぞれ固着手段を介して中間位置、即ちキャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７の間の位置に高さ方向Ｚに不動にキャリア１０に支持し、従って基体１と不動に結合するために形成されている。中間部分１１．１〜１１．６は、省略することもできる。
図１を参照して、キャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７は、それぞれ、複数の固定要素１６のうちの横方向Ｙに互いに対向するように配置された対の固定要素１６．１１，１６．１２〜１６．７１，１６．７２に付設されている。特に、対で配置された固定要素１６．１１，１６．１２〜１６．７１，１６．７２は、これら固定要素にそれぞれ付設された、キャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７上に配置されている。
選択的に、キャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７は、複数の固定要素１６の一方の固定要素（例えば１６．１１〜１６．７１又は１６．１２〜１６．７２）だけに付設することができる。
図１に示したように、キャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７は、縦方向Ｘに互いに別々に配置されている。更に、キャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７は、縦方向Ｘに分配されて、特に等間隔に配置されている。この場合、キャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７の間の間隔は、例えばそれぞれ１００ｍｍである。
図１に示した固定要素１６は、スケール１２の第２の側面１８．１に配置された第１の固定要素１６．１１と、スケール１２の第２の側面１８．２に配置された第２の固定要素１６．１２を備える。第１の固定要素１６．１１と第２の固定要素１６．１２は、横方向Ｙに互いに対向するように配置されている。以下の説明は、対で配置された固定要素１６．２１，１６．２２〜１６．７１，１６．７２（１６．４１，１６．４２を除く）に対しても同様に当て嵌まる。
第１の固定要素１６．１１は、スケール１２を位置Ｐ１（図３ｂ参照）で縦方向Ｘにキャリア１０に対して自由に可動に支持するために形成されている。更に、第１の固定要素１６．１１は、スケール１２を横方向Ｙに不動にキャリア１０に支持するために形成されている。このため、第１の固定要素１６．１１は、特に固体ジョイントとして形成されている。
図３を参照して、第１の固定要素１６．１１は、物質的な結合によってスケール１２の第１の側面１８．１に固定された第１の部分２０．１を有する。更に、第１の固定要素１６．１１は、物質的な結合によってキャリア１０の個々の部分１０．１〜１０．７の第１の固定要素１６．１１に付設された部分１０．１の上面２２に固定された第２の部分２０．２（図３ａ及び３ｂ参照）を有する。物質的な結合は、特に接着結合である。
第２の固定要素１６．１２は、スケール１２を第１の位置Ｐ１で縦方向Ｘにキャリア１０に対して自由に可動に支持するために形成されている。更に、第２の固定要素１６．１２は、スケール１２を横方向Ｙに不動にキャリア１０に支持するために形成されている。このため、第２の固定要素１６．１２は、特に固体ジョイントとして形成されている。
第２の固定要素は、第１の固定要素１６．１１と同様にスケール１２及びキャリア１０の部分１０．１と結合されている。
図３ａを参照して、装置は、キャリア１０にスケール１２を固定するための第１の固着手段２４．１を備える。第１の固着手段２４．１は、一方ではキャリア１０の部分１０．１の上面２２に配置され、他方で第１の固定要素１６．１１と第２の固定要素１６．２２の間に配置されている。第１の固着手段２４．１は、ストリップ状に形成され、実質的に横方向Ｙに延在する。例えば、第１の固着手段２４．１は、両面粘着テープ、特に転写粘着テープを備える。
第１の固着手段２４．１は、相応にキャリア１０の部分１０．１〜１０．７（１０．４を除く）のそれぞれに配置されている。
加えて、図１に示した固定要素１６は、スケール１２の第１の側面１８．１に配置された第３の固定要素１６．４１と、スケール１２の第２の側面１８．２に配置された第４の固定要素１６．４２を備える。第３の固定要素１６．４１と第４の固定要素１６．４２は、横方向Ｙに互いに対向するように配置されている。対で配置された固定要素１６．４１，１６．４２は、キャリア１０の部分１．４に付設もしくは配置されている。
第３の固定要素１６．４１は、スケール１２を第１の位置Ｐ１とは異なる第２の位置Ｐ２で（図４ｂ参照）縦方向Ｘと横方向Ｙに不動にキャリア１０に支持するために形成されている。第４の固定要素１６．４２は、スケール１２を第２の位置Ｐ２で縦方向Ｘと横方向Ｙに不動にキャリア１０に支持するために形成されている。例えば、第３の固定要素１６．４１と第４の固定要素１６．４２は、それぞれ１つの接着剤ビード、特にフィレット溶接を、キャリア１０の部分１０．４とスケール１２を結合するために備える。
加えて、図４ａを参照して、装置は、キャリア１０にスケール１２を固定するための第２の固着手段２４．３と第３の固着手段２４．３を備える。第２の固着手段２４．２と第３の固着手段２４．３は、一方ではキャリア１０の部分１０．４の上面に配置され、他方で第３の固定要素１６．４１と第４の固定要素１６．４２の間に配置されている。第２の固着手段２４．２と第３の固着手段２４．３は、それぞれストリップ状に形成され、実質的の縦方向Ｘに延在する。例えば、第２の固着手段２４．２と第３の固着手段２４．３は、それぞれ両面粘着テープ、特に転写粘着テープのストリップを備える。
第１から第３の固着手段２４．１〜２４．３は、第１から第４の固定要素１６．１１，１６．１２，１６．４１，１６．４２によるスケール１２の固定を支援するために使用される。これにより、装置の特に安定した確実な構成が達成される。
更に、第１から第３の固着手段２４．１〜２４．３は、摩擦の影響を防止するため（もしくは限定的な剪断力を発生させるため）、キャリア１０からスケール１２を切離するために使用される。
例えば、第１から第３の固着手段２４．１〜２４．３は、それぞれ、１０ｍｍの幅を備えた両面粘着テープのストリップを備える。
前記の転写粘着テープの代わりに、ボールを混ぜ込んだ非常に柔らかい接着剤又は液体転写接着剤を使用することもできる。
第３と第４の固定要素１６．４１，１６．４２は、選択的に、これら固定要素がスケール１２を第２の位置Ｐ２で縦方向Ｘには不動に、しかしながら横方向Ｙには柔軟に（柔らかく）キャリア１０に支持するもしくはキャリアと連結するように形成することもできる。このような連結は、特に欧州特許出願公開第３０２６３８９号明細書に開示されている。
本発明の利点は、スケール１２が固定要素１６によってＹ方向の横力（例えば横加速度）の作用時でもそれほどの横運動及びスケール撓みを生じさせることなく基体１と結合される点にある。これは、特に縦方向（自由度Ｘ）と横方向（自由度Ｙ）の位置測定をするための寸法目盛１４の場合に有利である。
気体１は、このましくはキャリア１０の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を備えた材料から成る。
本発明は、光電走査原理に限定されていない。測定目盛１４は、奥に磁気的又は誘導的に操作可能に形成することもできる。

Claims (15)

  1. １つのキャリア（１０）と、キャリア（１０）上に配置された１つのスケール（１２）と、キャリア（１０）にスケール（１２）を固定するための複数の固定要素（１６）を備える装置であって、スケール（１２）が、縦方向（Ｘ）に延在し、スケール（１２）が、少なくとも縦方向（Ｘ）の位置測定をするための測定メモリ（１４）を備えるものにおいて、
    キャリア（１０）が、複数の個々の部分（１０．１〜１０．７）を備えること、及び、固定要素（１６）が、キャリア（１０）の個々の部分（１０．１〜１０．７）上に配置されていること、を特徴とする装置。
  2. キャリア（１０）の個々の部分（１０．１〜１０．７）が、それぞれ、１つの固定要素に、又は、複数の固定要素（１６）のうちの縦方向（Ｘ）に対して垂直に延在する横方向（Ｙ）に互いに対向するように配置された対の固定要素（１６．１１，１６．１２−１６．７１，１６．７２）に、付設されていること、を特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. キャリア（１０）の個々の部分（１０．１〜１０．７）が、縦方向（Ｘ）に互いに別々に配置されていること、を特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  4. キャリア（１０）の個々の部分（１０．１〜１０．７）が、縦方向（Ｘ）に分配されて、特に等間隔に配置されていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 固定要素（１６）が、スケール（１２）の縦方向（Ｘ）に延在する第１の側面（１８．１）に配置された少なくとも１つの第１の固定要素（１６．１１）を備えること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
  6. 第１の固定要素（１６．１１）が、スケール（１２）を第１の位置（Ｐ１）で縦方向（Ｘ）にキャリア（１０）に対して自由に可動に支持するために形成されていること、を特徴とする請求項５に記載の装置。
  7. 第１の固定要素（１６．１１）が、スケール（１２）を縦方向（Ｘ）に対して垂直に延在する横方向（Ｙ）に不動にキャリア（１０）に支持するために形成されていること、を特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
  8. 第１の固定要素（１６．１１）が、物質的な結合によってスケール（１２）の第１の側面（１８．１）に固定された第１の部分（２０．１）を有すること、を特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置。
  9. 第１の固定要素（１６．１１）が、第２の部分（２０．２）を有し、第２の部分（２０．２）が、物質的な結合によってキャリア（１０）の個々の部分（１０．１〜１０．７）の１つの部分（１０．１）の上面（２２）に固定されていること、を特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の装置。
  10. 物質的な結合が、接着結合であること、を特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
  11. 固定要素（１６）が、スケール（１２）の縦方向（Ｘ）に延在する第２の側面（１８．２）に配置された第２の固定要素（１６．１２）を備え、第１の固定要素（１６．１１）と第２の固定要素（１６．１２）が、縦方向（Ｘ）に対して垂直に延在する横方向（Ｙ）に互いに対向するように配置されていること、を特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の装置。
  12. 第１の固定要素（１６．１１）と第２の固定要素（１６．１２）が、それぞれ１つの固体ジョイントを備えること、を特徴とする請求項１１に記載の装置。
  13. 装置が、キャリア（１０）にスケール（１２）を固定するための第１の固着手段（２４．１）を備え、第１の固着手段（２４．１）が、キャリア（１０）の個々の部分（１０．１〜１０．７）の第１の固定要素（１６．１１）と第２の固定要素（１６．１２）に付設された部分（１０．１）の上面（２２）で、第１の固定要素（１６．１１）と第２の固定要素（１６．１２）の間に配置されていること、を特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
  14. 第１の固着手段（２４．１）が、ストリップ状に形成され、実質的に縦方向（Ｘ）に対して垂直に延在する横方向（Ｙ）に延在すること、を特徴とする請求項１３に記載の装置。
  15. 固定要素（１６）が、スケール（１２）の第１の側面（１８．１）に配置された少なくとも１つの第３の固定要素（１６．４１）を備え、第３の固定要素（１６．４１）が、スケール（１２）を第１の位置（Ｐ１）とは異なる第２の位置（Ｐ２）で縦方向（Ｘ）と、縦方向（Ｘ）に対して垂直に延在する横方向（Ｙ）に不動にキャリア（１０）に支持するために形成されていること、を特徴とする請求項６〜１４のいずれか１項に記載の装置。
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