KR20050028024A - 로터리 스케일 - Google Patents

Abstract

스케일 판독 장치에 사용되는 로터리 링은 가요성 링(10)으로 이루어지며, 이 가요성 링은 그 외면에 스케일 마킹(14)이 마련되어 있다. 로터리 링은, 머신 부품에 직경 확대 영역을 마련하고, 그 직경 확대 영역 위에서 상기 가요성 로터리 스케일(10)을 신장시키거나 수축시킴으로써 머신 부품(22) 상에 장착된다. 따라서, 로터리 스케일의 제조 공차 또는 예컨대 상이한 열팽창은 상기 로터리 스케일을 적소로 신장시키거나 수축시킴으로써 보상된다. 직경 확대 영역은 환형 돌출부, 또는 예컨대 O-링으로 이루어질 수 있다.

Description

로터리 스케일{A ROTARY SCALE}

본 발명은 측정 스케일(metrological scale) 판독 장치에 사용되는 로터리 스케일에 관한 것이다.

2개의 부재의 상대 변위를 측정하기 위한 공지된 형태의 측정 스케일 판독 장치는 하나의 부재에 소정 패턴을 형성하는 스케일 마크가 있는 스케일을 구비하고, 다른 부재에 판독 헤드를 구비한다. 광전자 스케일 판독 장치에 있어서, 판독 헤드는 스케일을 조사(照射)하기 위한 광원과, 스케일 마크로부터 반사된 광과 상호 반응하는 주기적 회절 수단을 구비하여 판독 헤드에 간섭 무늬를 발생시킨다. 스케일과 판독 헤드의 상대 이동에 의해, 간섭 무늬가 판독 헤드에 대하여 상대 이동하게 된다. 검출 수단은 간섭 무늬의 이동에 반응하여 변위의 측정치를 발생시킨다. 다른 타입의 측정 스케일 판독 장치는 자기 스케일 판독 장치를 포함하며, 이 판독 장치에 있어서 스케일은 자기 격자로 이루어지며, 판독 헤드의 각 유닛 변위에 대한 펄스 신호를 사용하여 측정값을 결정한다.

이러한 장치의 예가 EP-A-0 207 121 및 US-A-4,974,962에 개시되어 있으며, 각각의 특허는 스케일을 조사하기 위한 수단과 판독 헤드에 있는 주기적 회절 수단을 나타내고 있다. US-A-4,926,566은 롤링에 의해 제조된 가요성 테이프의 형태로 스케일을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은, 스케일 마크의 피치가 예컨대 20㎛ 또는 40㎛인 스케일을 제조할 수 있다.

회전 변위를 측정하기 위하여, 샤프트 또는 다른 회전 부품에 사용되어 판독 헤드에 대해 상대 회전하는 스케일이 원통형 표면 둘레에 유지된다. 이 장치는 통상적으로 로터리 인코더로 지칭된다.

본원 출원인 명의의 유럽 특허 출원 1094302는 링을 사용하여 금속 테이프 형태의 소정 길이의 스케일을 외면상에 유지하고 있는 로터리 인코더를 개시하고 있다. 링은 머신의 회전 부품에 장착된다. 링의 내주면과 링이 장착되는 머신의 회전 부품은 모두 테이퍼져 있다. 이로 인하여, 회전 부품과 링의 직경에 대한 공차를 엄격하게 할 필요가 없게 된다. 또한, 링의 중심을 조정하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 링의 사시도이고,

도 2는 본 발명의 링을 제조하는 데 사용된 소정 길이의 가요성 스케일의 평면도이고,

도 3은 소정 길이의 테이퍼진 가요성 스케일의 단면도이고,

도 4는 머신의 회전 부품에 있는 환형 돌출부의 위에 장착된 링의 단면도이고,

도 5 및 도 6은 머신의 회전 부품에 있는 테이퍼진 돌출부 위에 장착된 링의 단면도이고,

도 7은 머신의 회전 부품에 있는 O-링 위에 장착된 링의 단면도이고,

도 8은 머신의 테이퍼진 회전 부품에 장착된 테이퍼진 링의 단면도이고,

도 9는 머신의 테이퍼진 회전 부품에 장착된 링의 단면도이고,

도 10은 가요성 링과 머신 샤프트 사이에 장착된 가터 스프링(garter spring)의 평면도이고,

도 11은 가요성 링과 머신 샤프트 사이에 장착된 파형 스프링(corrugated spring)의 평면도이고,

도 12는 도 11에 도시된 파형 스프링의 일부의 사시도이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 스케일 판독 장치에 사용되는 로터리 링(rotary ring)이 제공되며, 이 로터리 링은 표면에 스케일 마킹(scale marking)이 있는 가요성 링으로 이루어진다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 스케일 판독 장치에 사용되는 로터리 링을 머신의 부품에 장착하기 위한 장착 시스템이 제공되며, 이 장착 시스템은 청구항 1의 로터리 링과 머신 부품상의 협동 수단을 구비하며, 이 협동 수단은 직경 확대 영역을 포함한다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 직경 확대 영역을 갖는 머신의 부품 상에 가요성 로터리 스케일을 장착하는 장착 방법이 제공되며, 이 장착 방법은 가요성 로터리 스케일을 직경 확대 영역 위에서 신장 또는 수축시키는 단계를 포함한다.

따라서, 로터리 스케일의 제조 공차, 또는 예컨대 상이한 열팽창은 그 스케일을 적소에서 신장 또는 수축시킴으로써 보상된다.

직경 확대 영역은 머신 부품, 예컨대 환형 돌출부와 일체로 될 수도 있고, 별도의 부품, 예컨대 O-링과 같은 링형 가요성 부재를 포함할 수도 있다.

직경 확대 영역은 테이퍼진 표면을 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 가요성 로터리 링에는 테이퍼진 표면이 마련될 수 있다. 로터리 링 및/또는 직경 확대 영역의 테이퍼진 표면은 자가 로킹 테이퍼(self locking taper)를 형성한다.

직경 확대 영역은, 가요성 로터리 링이 직경 확대 영역 위에 장착되면, 로터리 링의 중앙 영역이 머신 부품의 축과 실질적으로 평행하도록 형상화될 수 있다.

이제, 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 예시적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 로터리 링을 도시하고 있다. 가요성 링(10)에는 한 표면을 따라 소정 패턴을 이루는 스케일 마크(14)가 마련되어 있다. 스케일 마크는 증분 스케일을 형성하도록 예컨대 주기적 패턴을 이룰 수도 있고, 절대 위치 스케일을 형성하도록 의사랜덤 시퀀스(psuedorandom sequence) 또는 특유의 부호값을 이룰 수도 있다. 스케일 마크는 로터리 링의 표면에 직접 마련될 수도 있고, 로터리 링의 표면에 고정되는 테이프에 마련될 수도 있다. 링(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 소정 길이의 가요성 테이프(12)로부터 형성되는 소정 길이의 선형 스케일로부터 제조될 수 있다. 이러한 선형 스케일은 본원 출원인 명의의 US 4,926,566에 개시되어 있으며, 골 및 산의 순서를 갖는 프로파일을 형성하도록 소정 길이의 테이프에 엠보싱 공정을 실행함으로써 제조될 수 있다. 엠보싱 공정은, 예컨대 스케일을 2개의 롤러 사이를 통과시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 롤러 중 하나는 스케일의 원하는 프로파일에 대응하는 윤곽 표면을 갖는다.

로터리 링(10)은, 선형 스케일(12)을 링 내로 구부리고 2개의 대향 단부(16, 18)를 임의의 적절한 방법, 예컨대 용접에 의해 함께 접합함으로써 형성된다. 특히, 테이프의 단부가 함께 맞대기 용접되거나 레이저 용접될 수 있다.

대안으로, 스케일 마크는 임의의 적절한 기법, 예컨대 에칭에 의해 가요성 링 상에 마련될 수 있다. 가요성 링은, 예컨대 고형체를 기계 가공함으로써 또는 디포지션(deposition)에 의해 형성될 수 있다.

도 1은 외주면 상에 스케일 마킹(14)이 있는 링(10)을 도시하고 있다. 대안으로, 스케일 마킹은 내주면에 마련될 수도 있다. 이러한 경우에, 링을 머신 부품에 장착하는 것은, 링의 외주면이 머신 부품 상에 있도록 역전된다.

도 1에 도시된 링(10)에는 테이퍼진 표면(20)이 마련될 수 있으며, 이는 도 3에 링의 단면도로 도시되어 있다.

가요성 링은 고형체 링보다 작고 가볍다는 이점이 있다.

가요성 링이 구조상의 제한 및 최소의 공간을 갖는 원하는 용례 내에 제공될 수 있다는 추가의 이점이 있다. 가요성 링을 사용하는 것은, 눈금을 프라임 부품상에 직접 마련하는 것과 거의 동일한 효과를 갖지만, 가요성 링은 손상되는 경우에 교체할 수 있다는 장점을 갖는다.

링은 머신의 회전 부품에 장착되어 있고, 판독 헤드가 머신의 고정 부품에 장착되어 있다. 대안으로, 링이 머신의 고정 부품에 장착될 수도 있고, 판독 헤드가 머신의 회전 부품에 장착될 수도 있다. 이전 타입의 로터리 링에 있어서, 링을 회전 부품에 고정하기 위하여 장착 나사가 제공될 수 있다. 이는 얇은 가요성 링에 있어서는 가능하지 않으므로, 링을 회전 부품 상에 고정하는 다른 수단이 사용되어야 한다. 링이 머신의 회전 부품에 장착되는 때에, 링의 제조 공차가 보상되는 유리하다.

이제, 도 4 내지 도 9를 참고로 가요성 링을 머신의 회전 부품에 장착하는 장착 방법을 설명하기로 한다.

도 4 내지 도 7은 머신의 회전 부품(22)에 장착되어 있는 링(10)을 도시하며, 여기서 회전 부품은 링을 적소에 고정하기 위하여 요부(feature)를 구비하고 있다.

도 4는 환형 돌출부(26)를 구비한 회전 부품(22)을 도시하고 있다. 링(10)은 돌출부가 스케일의 중앙에 위치하도록 상기 돌출부 상에 압박되어, 스케일이 돌출부 둘레에서 휘어지게 하고, 스케일을 적소에 고정한다. 스케일은 적소에 있을 때에 휘어져 있지만, 판독 헤드(24)는 무시할 수 있을 정도로 비틀려 있는 스케일의 중앙을 판독하도록 위치되어 있다.

도 5 및 도 6은 머신의 회전 부품 상의 다른 요부를 도시하고 있다. 이 실시예에 따르면, 회전 부품(22)의 상부 섹션에는 테이퍼진 표면(28)이 마련되어 있고, 회전 부품의 하부 섹션에는 리세스부(30)가 마련되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 링(10)은 테이퍼진 표면(28) 상에 압박되고, 이는 링을 신장시켜 제조 공차를 보상한다. 일단 링의 바닥부가 리세스(30)에 도달하면, 링은 도 6에 도시된 바와 같이 적소에 유지되고, 테이퍼진 표면(28) 위에서 휘어지며, 일측은 테이퍼진 표면상에서 휘어지고, 타측은 리세스(30) 내로 휘어지며, 중앙부는 테이퍼의 가장 넓은 부분에서 휘어진다. 스케일의 가장 넓은 부분에서, 테이퍼는 평탄하게 될 수 있으므로, 링의 중앙에 보다 평탄한 영역을 제공하여 판독 헤드에 의해 판독했을 때 스케일의 비틀림을 최소화한다.

회전 부품의 요부는 회전 부품과 반드시 일체로 되는 것은 아니다. 도 7은 회전 부품(22) 둘레에 장착된 O-링(32)에 의해 요부가 제공되는 실시예를 도시하고 있다. 회전 부품의 둘레면에는 O-링(32)을 그 둘레면에서 위치 결정하기 위한 환형 리세스(34)가 마련될 수 있다. 링(10)은 다른 실시예에서와 동일한 방식으로 O-링(32) 위로 압박된다.

"O"-링은 임의의 링형 가요성 구조, 예컨대 도 10에 도시된 바와 같은 가터 스프링(40), 또는 도 11에 도시되고 도 12에 보다 상세하게 도시되어 있는 파형 단면의 스프링(42)을 포함할 수 있다.

도 8 및 도 9는 테이퍼진 표면(36)이 있는 머신의 회전 부품(22)을 도시하고 있다. 도 8에서, 링(10)도 테이퍼진 표면(38)을 갖고, 이 테이퍼진 표면은 테이퍼진 회전 부품의 표면에 대응하는 것이다. 테이퍼진 링은 테이퍼진 회전 부품에 대해 압박되고, 회전 부품은 직경이 하향 확장되게 테이퍼져 있으므로, 링의 제조 공차가 보상된다. 테이퍼진 회전 부품과 링의 테이퍼 각은 테이퍼가 자가 로킹 테이퍼로 되도록 선택된다. 로킹 테이퍼(locking taper)에 있어서, 마찰각은 마찰 계수보다 작고, 부품(즉, 링과 회전 부품) 사이의 마찰력은 이들 부품이 서로에 대해 회전하거나 이동하지 못할 정도로 크다. 따라서, 부품을 함께 접합된 상태로 유지하는 데에 다른 클램핑 힘은 필요하지 않고, 2개의 부품을 분리하는 데에 상당한 힘이 필요하다.

도 9에서는, 테이퍼지지 않은 링(10)이 테이퍼진 회전 부품(22) 위로 압박된다. 링(10)이 회전 부품(22)의 테이퍼진 표면(36) 위로 압박됨에 따라, 링(10)은 신장된다. 테이퍼진 링에서와 마찬가지로, 링은 마찰에 의해 적소에 유지된다.

본 발명의 링은 수축 장착(shrink fitting)에 의해 또는 접착제를 사용함으로써 회전 부품 상에 장착될 수도 있다.

수축 장착은, 예컨대 도 4 내지 도 9를 참고로 설명한 임의의 장착 기법 또는 평행한 측부를 갖춘 머신 샤프트에 적합하다.

전술한 방법은 나사와 같은 장착 고정구를 필요로 하지 않으면서 링을 신속하고 용이하게 회전 부품 상의 적소에 장착할 수 있다는 장점을 갖는다. 가요성 스케일을 적소로 신장시키거나 수축시키는 공정에 의해, 스케일의 제조 공차가 확실하게 보상된다.

필요에 따라, 링은, 예컨대 유럽 특허 출원 번호 EP1094302에 개시된 바와 같이 미세한 반경방향 풀림(run out)을 수정하도록 축방향으로 조정될 수 있다.

본 발명은 광학 스케일(optical scale)에 사용되는 것으로 한정되지 않는다. 본 발명은 자기 스케일에 사용하기에도 적합하다.

Claims (19)

1. 스케일 판독 장치에 사용되는 로터리 링(rotary ring)으로서,

   표면에 스케일 마킹(scale marking)이 마련되어 있는 가요성 링으로 이루어지는 것인 로터리 링.
2. 스케일 판독 장치에 사용되는 로터리 링을 머신의 부품에 장착하기 위한 장착 시스템으로서,

   청구항 1의 로터리 링과 머신 부품상의 협동 수단을 구비하며, 이 협동 수단은 직경 확대 영역을 포함하는 것인 장착 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 상기 머신 부품과 일체로 되어 있는 것인 장착 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 상기 머신 부품과 일체가 아닌 것인 장착 시스템.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 환형 돌출부를 포함하는 것인 장착 시스템.
6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 테이퍼진 표면을 포함하는 것인 장착 시스템.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 로터리 링에는 테이퍼진 표면이 마련되어 있는 것인 장착 시스템.
8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터리 링과 직경 확대 영역 중 적어도 하나에는 테이퍼진 표면이 마련되어, 자가 로킹 테이퍼를 형성하는 것인 장착 시스템.
9. 제4항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 링형의 가요성 부재를 포함하는 것인 장착 시스템.
10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은, 가요성 로터리 링이 직경 확대 영역의 위에 설치되면, 상기 로터리 링의 중앙 영역이 상기 머신 부품의 축과 실질적으로 평행하도록 형상화된 것인 장착 시스템.
11. 직경 확대 영역을 갖는 머신의 부품 상에 가요성 로터리 스케일을 장착하는 장착 방법으로서,

    가요성 로터리 스케일을 상기 직경 확대 영역 위에서 신장 또는 수축시키는 단계를 포함하는 장착 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 상기 머신 부품과 일체로 되어 있는 것인 장착 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 상기 머신의 부품과 일체가 아닌 것인 장착 방법.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 환형 돌출부를 포함하는 것인 장착 방법.
15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 테이퍼진 표면을 포함하는 것인 장착 방법.
16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 로터리 스케일에는 테이퍼진 표면이 마련되어 있는 것인 장착 방법.
17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 로터리 스케일과 직경 확대 영역 중 적어도 하나에는 테이퍼진 표면이 마련되어, 자가 로킹 테이퍼를 형성하는 것인 장착 방법.
18. 제13항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은 링형 부재를 포함하는 것인 장착 방법.
19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직경 확대 영역은, 가요성 로터리 스케일이 직경 확대 영역의 위에 설치되면, 상기 가요성 로터리 스케일의 중앙 영역이 상기 머신 부품의 축과 실질적으로 평행하도록 형상화된 것인 장착 방법.