JP3806328B2 - ユニット型直線変位測定装置、及び、その端部固定具 - Google Patents

ユニット型直線変位測定装置、及び、その端部固定具 Download PDF

Info

Publication number
JP3806328B2
JP3806328B2 JP2001295683A JP2001295683A JP3806328B2 JP 3806328 B2 JP3806328 B2 JP 3806328B2 JP 2001295683 A JP2001295683 A JP 2001295683A JP 2001295683 A JP2001295683 A JP 2001295683A JP 3806328 B2 JP3806328 B2 JP 3806328B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frame
unit
linear displacement
type linear
displacement measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001295683A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003097936A (ja
Inventor
洋明 川田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2001295683A priority Critical patent/JP3806328B2/ja
Priority to DE10244636A priority patent/DE10244636B4/de
Priority to CNB021433542A priority patent/CN1257381C/zh
Priority to US10/255,582 priority patent/US6742274B2/en
Publication of JP2003097936A publication Critical patent/JP2003097936A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3806328B2 publication Critical patent/JP3806328B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/30Supports specially adapted for an instrument; Supports specially adapted for a set of instruments
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メインスケールが収容されている枠体に対して、該メインスケールに沿って移動するインデックススケールの相対移動量から長さ方向の移動量を検出する検出ヘッドが一体的に形成されているユニット型直線変位測定装置、その端部固定具、及び、これを用いた固定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械や産業機械等において、例えば制御に用いるために、相対移動する対象物(移動体)の直線変位を検出する装置として、メインスケールが収容されている長尺状の枠体と、該枠体に対して相対移動可能なインデックススケール等の検出部が収容されている検出ヘッドが一体的に形成されているユニット型リニアスケールが一般に用いられている。
【0003】
このユニット型リニアスケールにおいては、一般的に、メインスケールをアルミニウム製の枠体に内蔵している。この枠体は、工作機械や産業機械等の主にステージ摺動部に、図1に示す如く、ねじ12を用いて直接、多点で固定(多点固定タイプと称する)されたり、あるいは、図2に示す如く、ねじ12により、取付け用の固定ブロック14を介して、主に両端で固定(両端固定タイプと称する)される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、枠体10がアルミニウム製であるのに対し、枠体が固定される相手部材は、主に鉄製であるため、周囲温度の変化により、次のような問題が発生する。
【0005】
即ち、一般論として、相手部材の鉄は、線膨張係数11×10-6であるのに対し、アルミニウムの線膨張係数は、23×10-6である。鉄に対しアルミニウムが固定された状態では、この線膨張係数の違いにより、アルミニウムの伸びが規制され、熱応力が発生する。この熱応力により枠体に曲がりやねじりが発生し、更に、枠体内部のメインスケールがこれに倣うことで、精度が劣化する可能性がある。
【0006】
特に、図2の両端固定タイプにおいては、枠体10の曲がりやねじれが起こり易い構造となっているため、上記の傾向が顕著に発生する。
【0007】
図3に、図2に示した両端固定タイプの固定機構と、周囲温度が上昇した場合の枠の曲がりの挙動の一例を示す。図3では、枠体10と固定ブロック14をねじ16で完全に結合し、その固定ブロック14をねじ12(図2参照)で相手面(鉄)8に固定している。
【0008】
この状態で周囲温度が上昇すると、枠体10は、図の左右方向(Z方向とする)に伸びようとし、その伸び量は相手面8よりも大きい。このとき、枠体10の断面の、図の上方向(+Y方向とする)の位置は、比較的延び易いが、図の下方向(−Y方向とする)は、固定ブロック14により伸びを規制され、熱応力が発生する。更に、この熱応力は、断面のY方向に対し等分布な力では無いため、断面に対する曲げモーメントに変換され、+Y方向に枠体10が曲がる。逆に周囲温度が下降した場合は、同じ理由で−Y方向に枠体10が曲がる。
【0009】
このように枠体10が曲がると、その内部のメインスケールも曲がり、精度劣化に繋がる。更に、熱応力が枠体10と固定ブロック14の締結力を越えると、結合部のずれが発生し、相手面8との相対的な位置変化が変化する。これは原点の不安定要因となって、温度に対する測定値の再現性が劣化する等の問題点を有していた。
【0010】
このような枠体の延びを吸収する機構として、特開平8−14819には、図4に示すような端部固定具18を両端に設けることが記載されている。この端部固定具18において、Z方向の剛性を求める重要な寸法は、tとLである。最近の小型化の要求に伴い、Lの寸法を小さくする必要があり、その状態で熱応力の発生を小さくするためには、tも小さくする必要がある。この場合、振動などの外力に耐える十分な剛性が得られない。
【0011】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、剛性を確保しつつ、周囲温度の変化による枠体の伸びを確実に吸収して、熱応力の発生を低減させることを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、測長方向端部に配した端部固定具により、対象物に固定するようにされたユニット型直線変位測定装置において、前記端部固定具に、前記枠体の熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構を設けると共に、該端部固定具で固定される前記枠体の端部に、該枠体端部の熱膨張と垂直な方向への曲がりを吸収可能な板ばね機構を設けることにより、前記課題を解決したものである。
【0013】
又、メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、測長方向端部で対象物に固定するためのユニット型直線変位測定装置の端部固定具であって、前記枠体の熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構が設けられていることを特徴とする端部固定具を提供するものである。
【0014】
本発明、又、前記端部固定部と剛性の高い固定具により、メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、対象物に固定することを特徴とするユニット型直線変位測定装置の固定方法を提供するものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0016】
本実施形態は、図5に示す如く、枠体10の中央部を、剛性の高い中間固定ブロック20で相手面(図示省略)に固定し、測長方向両端部を端部固定ブロック22で固定する際に、該端部固定ブロック22に、図6に詳細に示す如く、前記枠体10のZ方向への熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構24を設けると共に、該端部固定ブロック22で固定される前記枠体10の端部に、該枠体端部の熱膨張と垂直なY方向への曲がりを吸収可能な板ばね機構11を設けたものである。
【0017】
前記端部固定ブロック22の平行板ばね機構24は、端部固定ブロック22に切欠き22A及び空所22Bを設けて、上下方向に伸びる2枚の板ばね24A、24Bを形成することにより構成されている。
【0018】
又、前記枠体10の板ばね機構11は、枠体10の端部を薄くして、左右方向に伸びる板ばね11Aを形成することにより構成されている。
【0019】
前記中間固定ブロック20としては、端部固定ブロック22の平行板ばね機構24や枠体10の板ばね機構11よりも圧倒的に剛性の高いものが使用される。
【0020】
前記枠体10は、その両端に前記端部固定ブロック22をねじで固定し、中央に前記中間固定ブロック20をねじで固定し、この3個のブロック20、22を、図5に示す如く、相手面(図示省略)に固定することによって固定される。
【0021】
以下、図7を参照して、本実施形態の作用を説明する。
【0022】
例えば周囲温度が上昇した場合、次のような機械的挙動が起こる。即ち、両端に対し中央部の方が圧倒的に剛性が高いため、枠体10は中央に対し左右均等に延びる。従って、枠体10の延びの基点が設定され、温度変化に対する原点の安定性が向上し、挙動の再現性が向上する。これは、左右の板ばね機構11、24のばね定数のばらつき等により、左右両端の相対的な剛性が違った場合でも有効である。
【0023】
又、枠体10の延びを、端部固定ブロック22に配置した平行板ばね機構24の板ばね24A、24Bの撓みで吸収するため、熱応力の発生を低減させることができる。端部固定ブロック22の平行板ばね機構24は、平行板ばねであるため、枠体10の伸びが発生すると、測長方向以外の方向(図7の上方向)にも変位が発生する。しかし、その変位は、枠体10両端の板ばね機構11の板ばね11Aの撓みで吸収されるので、枠体10の中央を基点とした曲がりは発生しない。従って、温度変化による枠の曲がりや歪発生が低減され、温度変化による精度劣化や枠体のずれが低減し、原点の安定性が向上する。
【0024】
又、前記端部固定ブロック22の板ばね24A、24Bは、平行板ばねの構造であるため、測長方向以外の方向に対する剛性低下を最小限に抑えることができる。従って、耐振動特性等、外力に対する特性を維持した上で、更に温度特性を向上させることができる。
【0025】
なお、中間固定ブロック22の配設位置は枠体10の中央に限定されず、任意の位置に設定して、その位置を枠体10の伸びの基点に設定することができる。
【0026】
【実施例】
相手部材の材質が鉄であり、周囲温度が20℃から40℃に変化したとき、全長L0=530mmの枠体10の延びを吸収し、その曲がりを低減させるために、枠体10の端部固定ブロック22の材質はアルミニウムとし、図6の寸法L1=4.5mm、T1=2mm、L2=13mm、T2=1.2mmとした。
【0027】
鉄の相手面8に固定した状態で、周囲温度を20℃→30℃→40℃に変化させたときの、枠体10の曲がりの変化を調査した結果を図8及び図9に示す。従来の固定機構を用いた図8では、周囲温度の上昇により、図3の+の方向の曲がりが80〜90μm発生している。これに対して、本発明の実施形態を用いた図9では、曲がりの変化が10〜20μm程度であり、従来の1/4程度まで向上していることが確認できた。
【0028】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【0029】
例えば、枠体や固定ブロックの材質はアルミニウムに限定されない。又、剛性の高い中間固定ブロックで中間を固定し、本発明に係る端部固定ブロックで両端を固定するのではなく、剛性の高い固定ブロックで一端を固定し、本発明に係る端部固定ブロックで他端を固定しても良い。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、周囲温度の変化による枠体の曲がりや歪の発生を低減すると共に、相手面との相対的な位置関係のずれを低減することができる。従って、周囲温度の変化による精度劣化を低減すると共に、機械的な挙動に関する信頼性を向上することができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】ユニット型リニアスケールの従来の取付け法の一例である多点固定タイプを示す斜視図
【図2】同じく他の例である両端固定タイプを示す斜視図
【図3】従来の問題点を説明するための正面図
【図4】特開平8−14819で提案された端部固定具を示す正面図
【図5】本発明の実施形態における固定方法を示す斜視図
【図6】前記実施形態の要部構成を示す拡大正面図
【図7】同じく作用を示す拡大正面図
【図8】従来の固定機構を用いた場合で周囲温度が変化したときの枠体の曲がり変化の例を示す線図
【図9】本発明の実施形態を用いた場合で周囲温度が変化したときの枠体の曲がり変化の例を示す線図
【符号の説明】
8…相手面
10…枠体
11…板ばね機構
11A、24A、24B…板ばね
12、16…ねじ
20…中間固定ブロック
22…端部固定ブロック
24…平行板ばね機構

Claims (3)

  1. メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、測長方向端部に配した端部固定具により、対象物に固定するようにされたユニット型直線変位測定装置において、
    前記端部固定具に、前記枠体の熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構が設けられ、
    該端部固定具で固定される前記枠体の端部に、該枠体端部の熱膨張と垂直な方向への曲がりを吸収可能な板ばね機構が設けられていることを特徴とするユニット型直線変位測定装置。
  2. メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、測長方向端部で対象物に固定するためのユニット型直線変位測定装置の端部固定具であって、
    前記枠体の熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構が設けられていることを特徴とするユニット型直線変位測定装置の端部固定具。
  3. 請求項2に記載の端部固定具と剛性の高い固定具により、メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、対象物に固定することを特徴とするユニット型直線変位測定装置の固定方法。
JP2001295683A 2001-09-27 2001-09-27 ユニット型直線変位測定装置、及び、その端部固定具 Expired - Fee Related JP3806328B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001295683A JP3806328B2 (ja) 2001-09-27 2001-09-27 ユニット型直線変位測定装置、及び、その端部固定具
DE10244636A DE10244636B4 (de) 2001-09-27 2002-09-25 Lineare Wegmessvorrichtung
CNB021433542A CN1257381C (zh) 2001-09-27 2002-09-26 整体型线性位移测量装置、端部夹具及固定方法
US10/255,582 US6742274B2 (en) 2001-09-27 2002-09-27 Unit-type linear displacement measuring apparatus, end fixture therefor, and fixing method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001295683A JP3806328B2 (ja) 2001-09-27 2001-09-27 ユニット型直線変位測定装置、及び、その端部固定具

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003097936A JP2003097936A (ja) 2003-04-03
JP3806328B2 true JP3806328B2 (ja) 2006-08-09

Family

ID=19117071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001295683A Expired - Fee Related JP3806328B2 (ja) 2001-09-27 2001-09-27 ユニット型直線変位測定装置、及び、その端部固定具

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6742274B2 (ja)
JP (1) JP3806328B2 (ja)
CN (1) CN1257381C (ja)
DE (1) DE10244636B4 (ja)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006030086A (ja) 2004-07-20 2006-02-02 Mitsutoyo Corp 長さ測定装置の弾性固定具及び固定方法
DE102005027025B4 (de) * 2005-06-11 2015-04-30 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Halterung für einen Maßstab
DE102006004898A1 (de) * 2006-02-03 2007-08-09 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Abtastsystem einer Positionsmesseinrichtung
JP2009180525A (ja) * 2008-01-29 2009-08-13 Mitsutoyo Corp 測定装置
DE102008043353A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-06 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Längenmesseinrichtung
DE102009044917A1 (de) * 2009-09-23 2011-04-07 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Längenmesseinrichtung
DE102011079464A1 (de) * 2011-07-20 2013-01-24 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Längenmesseinrichtung
CN104006842A (zh) * 2013-02-27 2014-08-27 苏州工业园区欧霸动力设备有限公司 测量仪器固定座
JP5752221B2 (ja) * 2013-12-19 2015-07-22 ファナック株式会社 弾性構造部を備えた固定スリットを有する光学式エンコーダ
US9021853B1 (en) * 2014-05-27 2015-05-05 Micro Surface Engineering, Inc. Dimensionally stable long, calibration device
ES2702948T3 (es) * 2016-07-27 2019-03-06 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Equipo para medir longitudes
JP6909567B2 (ja) * 2016-09-26 2021-07-28 株式会社ミツトヨ 直線変位測定装置の取付け具
CN106482769B (zh) * 2016-11-23 2018-12-28 广州市精谷智能科技有限公司 一种直线编码器外壳在热胀冷缩条件下保持直线度的结构
JP6895332B2 (ja) * 2017-07-05 2021-06-30 株式会社ミツトヨ リニアスケール
CN107655450A (zh) * 2017-10-23 2018-02-02 沈阳建筑大学 一种高精度光纤光栅位错计
DE102018100516B4 (de) * 2018-01-11 2022-01-20 Turck Holding Gmbh Messgerät, insbesondere linearwegmessgerät
JP7510259B2 (ja) * 2020-02-25 2024-07-03 三井精機工業株式会社 工作機械の送り軸の熱変位対策構造
CN112629579B (zh) * 2020-12-15 2022-08-09 深圳中科飞测科技股份有限公司 校准机构及检测系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2853771C2 (de) * 1978-12-13 1986-08-28 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Längenmeßeinrichtung
DE3219083C2 (de) * 1982-05-21 1986-01-23 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Längenmeßeinrichtung
DE3243966A1 (de) * 1982-11-27 1984-05-30 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Laengenmesseinrichtung
DE3625795A1 (de) * 1986-07-30 1988-02-04 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Laengenmesseinrichtung
DE3709220A1 (de) * 1987-03-20 1988-09-29 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Messeinrichtung
DE3719409A1 (de) * 1987-06-11 1988-12-22 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Positionsmesseinrichtung
DE9309310U1 (de) * 1993-06-23 1993-09-30 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 83301 Traunreut Lagemeßeinrichtung
DE4406798C2 (de) 1994-03-02 1997-11-27 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Positionsmeßeinrichtung
DE4424649C2 (de) * 1994-07-13 1997-11-20 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Positionsmeßeinrichtung
DE19711753A1 (de) * 1996-11-11 1998-05-14 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Längenmeßeinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
CN1409085A (zh) 2003-04-09
US6742274B2 (en) 2004-06-01
CN1257381C (zh) 2006-05-24
DE10244636A1 (de) 2003-05-22
US20030056387A1 (en) 2003-03-27
JP2003097936A (ja) 2003-04-03
DE10244636B4 (de) 2009-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3806328B2 (ja) ユニット型直線変位測定装置、及び、その端部固定具
US4549354A (en) Measuring system
US4554741A (en) Measuring system
US8359764B2 (en) Mount for a scale
JP4144982B2 (ja) セル型力測定装置
US5182867A (en) Position measuring apparatus
CN109828123B (zh) 一种基于长周期光纤光栅弯曲特性的二维加速度传感器及测量方法
US7356940B2 (en) Elastic fixture and attachment method for length measuring apparatus
US8794073B2 (en) Structure for attaching vibration sensor to storage device
EP0881472B1 (en) Support for a magnetic scale
JP4230810B2 (ja) 測長装置
JP7444627B2 (ja) メイン支持部と、当該メイン支持部に配置された中間支持部と、当該中間支持部に配置されたスケールとを有する装置
JP2019100874A (ja) 形状測定装置
JP2004301541A (ja) 長さ測定装置の弾性固定具及び固定方法
JP4024600B2 (ja) 枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置、及び、その固定方法
JPS63228001A (ja) 測定値具現体の製造方法
JP3668111B2 (ja) ユニット型リニアスケール
JP2002081929A (ja) ユニット型リニアスケール
Ryaboy Analysis of thermal stress and deformation in elastically bonded optics
JP6147547B2 (ja) 測長装置
CN116499576B (zh) 一种光纤光栅振动传感器及其测量方法
JP2000131046A (ja) 変位測定装置
JP2011163879A (ja) テンションセンサ
JP2727249B2 (ja) スケール装置
JP3163783B2 (ja) 測定装置の熱変位補償装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040623

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051206

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060509

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060512

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3806328

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120519

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120519

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150519

Year of fee payment: 9

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees