KR20210006838A - 위치 측정 장치 - Google Patents

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토마스 벡커
요세프 미터레이트너
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덕터 요한네스 하이덴하인 게엠베하
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Abstract

본 발명은 피드 방향 및 다른 자유도에서 2개의 물체의 상호 위치를 측정하기 위한 위치 측정 장치에 관한 것이다. 이를 위해 지지체(1)는 피드 방향으로 연장되는 적어도 3개의 표면(O1, O2, O3)을 포함하고, 이러한 표면 각각은 제1 측정 눈금(T11-T13) 및 제2 측정 눈금(T21-T23)을 지지한다. 제1 측정 눈금(T11-T13) 및 제2 측정 눈금(T21-T23)은 각각 일련의 눈금선을 포함하고, 제1 측정 눈금(T11-T13)의 눈금선들은 제2 측정 눈금(T21-T23)의 눈금선들에 대해 경사진다. 측정 눈금들(T11-T13, T21-T23)을 스캐닝하기 위해, 복수의 스캐닝 유닛(A11-A13, A21-A23)이 구비되고, 스캐닝 유닛은 공통적인 열적 중성점(P)이 생성되도록 측정 눈금들(T11-T13, T21-T26)에 대해 상대적으로 배치된다.

Description

위치 측정 장치{POSITION MEASURING APPARATUS}
본 발명은 제1항의 전제부의 특징들에 따르는 위치 측정 장치에 관한 것이다.
WO 2017/080612 A1은 피드 방향 및 다른 자유도에서 상호 이동 가능한 2개의 물체의 상대 위치를 측정하기 위한 위치 측정 장치를 개시한다. 이 위치 측정 장치는 피드 방향으로 길게 연장되는 프리즘형 지지체를 포함하고, 지지체는 각각 측정 눈금을 지지하는 복수의 표면 및 이에 대해 이동 가능하며 측정 눈금들을 스캐닝하기 위한 복수의 스캐닝 유닛을 갖는 스캐닝 조립체를 포함한다.
WO 2017/080612 A1에 기재된 바와 같이, 이와 같은 위치 측정 장치는 좌표 측정기에서 오류를 측정하기 위해 사용된다. 이를 이용하여 감지된 측정값들은 좌표 측정기에서 오류를 수정하고 좌표 측정기를 교정하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 기초를 이루는 과제는 종방향에서 측정 눈금들 중 하나를 지지하는 지지체의 정확한 위치 측정이 구현될 뿐만 아니라 다른 자유도에서도 구현되는 위치 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 과제는 제1항의 특징들을 포함하는 위치 측정 장치에 의하여 해결된다.
위치 측정 장치는 피드 방향 및 다른 자유도에서 상호 이동 가능한 2개의 물체의 상대 위치를 측정하기 위해 형성된다. 위치 측정 장치는 피드 방향에서 길게 연장되는 지지체를 포함하고, 지지체는 측정 눈금들 및 이에 대해 상대적으로 이동 가능하며 측정 눈금들을 스캐닝하기 위한 복수의 스캐닝 유닛을 갖는 스캐닝 조립체를 포함한다.
지지체는 피드 방향으로 연장되는 복수의 표면을 포함한다. 이러한 표면은 다양한 평면들에 위치한다. 바람직하게는, 측정 눈금들을 지지하는 지지체의 표면들은 지지체에 대해 상대적인 스캐닝 조립체의 위치가 모든 6개의 자유도에서 결정될 수 있도록 배치된다. 이를 위해 표면들을 형성하는 지지체의 평면들은 바람직하게는 공간적으로, 이러한 평면들 사이에 피드방향으로 연장되는 복수의 교차선이 생성되도록 배치된다.
이러한 표면들 중 적어도 3개의 표면은 제1 측정 눈금 및 제2 측정 눈금을 각각 포함하고, 제1 측정 눈금 및 제2 측정 눈금은 일련의 눈금선을 각각 포함하며 제1 측정 눈금의 눈금선들은 제2 측정 눈금의 눈금선들에 대해 경사진다. 경사진다는 것은, 제1 측정 눈금의 눈금선들이 제2 측정 눈금의 눈금선들과 상이하게 정렬되거나 배향된다는 것을 의미한다. 이로써, 표면들 중 하나의 표면의 제1 측정 눈금 및 제2 측정 눈금은 면내(in-plane) 자유도를 산출하기에 적합하고, 이때 기준평면은 지지체의 각 표면이다.
각각의 제1 측정 눈금 및 각각의 제2 측정 눈금에는 스캐닝 위치에서 각각의 측정 눈금을 스캐닝하기 위한 적어도 하나의 스캐닝 유닛이 배정되고, 이러한 2개의 스캐닝 유닛의 배치 및 2개의 측정 눈금의 눈금선들의 상호 경사짐은, 측정 눈금들의 각각의 눈금선들의 방향에서 표면들 중 각각 하나의 표면에 배정되는 2개의 스캐닝 유닛의 스캐닝 위치를 통과하는 수직 평면이 공통의 교차축을 포함하고 이와 같이 생성되는 3개의 교차축은 공통의 점을 통과하여 연장되는 방식으로 이루어진다.
이러한 공통의 점은 모든 스캐닝 유닛을 위한 열적 중성점이다.
눈금선들은 그 연장 방향을 따라 동일한 폭을 가질 수 있고, 중단없이 형성될 수 있다. 그러나 눈금선들은 그 연장 방향을 따라 불연속될 수 있거나 폭이 변조될 수 있고, 예컨대 고조파 필터링을 위해 공지된 방식으로 그러할 수 있다.
각각의 표면에 대해 수직인 평면은 한편으로 각각의 측정 눈금에 배정되는 스캐닝 유닛의 스캐닝 위치를 통과하여 연장되고, 다른 한편으로 이러한 측정 눈금의 눈금선들의 방향으로 정렬된다. 눈금선들의 방향으로 연장되는 평면의 방향은 해당 측정 눈금의 감도 벡터의 진행 방향에 대해 수직인 방향으로 간주할 수 있다. 이때 측정 눈금의 감도 벡터는, 이로부터 파생되는 측정 신호가 이동된 길이 단위마다 가장 신속하게 변경되는 이동 방향을 제공한다. 이에 상응하여 평면은, 이로부터 파생되는 측정 신호가 이동된 길이 단위마다 가장 적게 변경되는, 즉 위치 종속적 변조가 가장 낮은 방향으로 연장된다.
본 발명을 이용하여 위치 측정 장치의 측정 정확도가 향상되고 위치 측정에 오류를 야기할 수 있는 온도 조건적 영향이 방지되거나 적어도 감소된다.
본 발명의 유리한 실시 방식들은 종속항들에 상술되는 조치들로 인하여 수득된다.
측정 눈금들을 지지하는 지지체의 표면들, 측정 눈금들 및 스캐닝 유닛들은 바람직하게는, 지지체에 대해 상대적인 스캐닝 조립체의 위치가 모든 6개의 자유도에서 결정될 수 있도록 배치 및 형성된다.
지지체는 특히 프리즘형 몸체이고, 프리즘형 몸체를 정의하는 밑면은 사각형이고, 적어도 3개의 표면은 프리즘형 몸체의 측표면이다.
대안적으로, 지지체는 U형 프로파일일 수 있는데, 이때 측정 눈금들을 지지하는 표면들은 U형 프로파일의 내부면 및/또는 외부면일 수 있다.
특정한 적용 경우에, 측정 눈금들 및 스캐닝 유닛들이, 공통적인 열적 중성점이 지지체의 횡단면 중심에 위치하도록 형성 및 배치되는 것이 유리할 수 있다.
유리한 방식으로, 표면의 제1 측정 눈금 및 제2 측정 눈금은 피드 방향에 대해 수직인 방향을 따라 서로 인접하여 각각 배치된다.
대안적으로, 제1 측정 눈금 및 제2 측정 눈금은 서로 중첩되어 배치될 수 있고, 이와 같이 교차하는 측정 눈금들은 교차 격자로도 지칭된다.
유리하게는, 제1 측정 눈금의 눈금선들이 피드 방향에 대해 상대적으로 0°와 상이하게 경사지고, 제2 측정 눈금의 눈금선들이 피드 방향에 대해 상대적으로 마찬가지로 0°와 상이하게 경사진다. 이때 제1 측정 눈금의 눈금선들 및 제2 측정 눈금의 눈금선들은 수치상 동일한 각도만큼 피드 방향에 대해 상대적으로 경사질 수 있다.
측정 눈금들이 광학적으로 스캐닝 가능하게 형성되면 매우 높은 분해능을 갖는 위치 측정 장치가 수득된다.
측정 눈금들은 증분 눈금일 수 있고, 절대 기준을 형성하기 위해 증분 눈금에는 각각 하나의 참조 마크 구조가 통합될 수 있다. 대안적으로, 측정 눈금들은 절대 눈금일 수 있고, 특히 유사 랜덤 코드(pseudo random code)로 형성될 수 있다.
열 입력의 최적화를 고려하여, 피드 방향으로 연장되는 지지체의 각 표면에는 동일한 수의 스캐닝 유닛이 배정되는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 다른 세부사항 및 이점은 도면과 연관하여 본 발명의 가능한 형성 방식에 관한 이하의 설명을 참조한다.
도면은 다음과 같다:
도 1은 지지체 및 스캐닝 조립체를 포함하며 본 발명에 따라 형성되는 위치 측정 장치의 사시도;
도 2는 스캐닝 조립체의 영역에서 도 1에 따른 위치 측정 장치의 횡단면도;
도 3은 지지체의 표면의 측정 눈금들에 스캐닝 조립체의 2개의 스캐닝 유닛이 배정되는 것을 도시한 도면;
도 4는 지지체의 표면들의 측정 눈금들에 스캐닝 조립체의 모든 스캐닝 유닛이 배정되는 것을 도시한 도면;
도 5는 측정 눈금들 및 이에 배정되는 스캐닝 유닛들의 대안적 형성방식을 도시한 도면;
도 6은 절대 눈금 형태의 측정 눈금들 및 이에 배정되는 스캐닝 유닛들의 형성 방식을 도시한 도면;
도 7은 본 발명에 따른 위치 측정 장치의 제2 실시예를 도시한 도면;
도 8은 도 7에 따른 지지체 및 이에 배정되는 조립체의 가능한 형성방식을 도시한 횡단면도;
도 9는 본 발명에 따른 위치 측정 장치의 제3 실시예를 도시한 도면.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따라 형성되는 위치 측정 장치의 제1 실시예를 도시한다. 이러한 위치 측정 장치는 피드 방향(X) 및 다른 자유도(Y, Z, RX, RY, RZ)에서 상호 이동 가능한 2개의 물체의 상대 위치를 측정하기 위해 역할한다. 3개의 자유도(X, Y, Z)는 선형 자유도이고, 자유도(RX, RY, RZ)는 각각의 선형 축(X, Y, Z) 둘레에서 회전 자유도이다. 피드 방향(X)은 주 측정 방향이고, 다른 자유도(Y, Z, RX, RY, RZ)는 각각의 위치(X)에서 위치 측정 장치를 이용하여 측정 가능한 편차이다.
위치 측정 장치는 피드 방향(X)으로 길게 연장되는 지지체(1)를 포함하고, 지지체는 측정할 물체들 중 하나에 고정될 수 있다. 이를 위해 지지체(1)와 측정할 물체 사이에 고정 요소들이 배치되고, 고정 요소들은 도 1에서 개략적으로만 도시되어 있다. 매우 유리하게는, 고정 요소들은 지지체(1)를 피드 방향(X)으로 단일 위치에서 측정할 물체에 고정적으로 고착시키고, 피드 방향(X)으로 어떤 위치 또는 다른 위치들에서 측정할 물체에 대해 종방향 이동 가능하게 지탱하도록 형성된다. 이를 통해, 지지체(1)에 허용되지 않는 속박력을 가하지 않고도, 측정할 물체와 지지체(1) 사이에서 온도 조건적 길이 변동이 보상된다. 종방향으로 이동 가능하게 지탱하는 것은 공지된 방식으로 예컨대 유연 조인트를 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 지지체(1)는 피드 방향(X)으로 연장되는 적어도 3개의 표면(O1, O2, O3)을 포함한다. 바람직하게는, 지지체(1)는 프리즘형 몸체로 형성되고, 프리즘형 몸체의 밑면은 닫힌 다각형 형상을 형성하고, 프리즘형 몸체의 측표면은 적어도 3개의 편평한 표면(O1, O2, O3)을 형성한다. 닫힌 다각형 형상은 가장 단순한 경우 삼각형이다.
도시된 실시예에서, 다각형 형상은 등변 사각형을 형성하므로, 지지체(1)는 도 2에 도시된 횡단면을 갖는 4개의 평편한 표면(O1, O2, O3, O4)을 포함하여 직육면체형으로 형성된다.
본 발명에 따르면, 지지체(1)의 표면들(O1, O2, O3, O4) 중 적어도 3개의 표면은 제1 측정 눈금(T11, T12, T13) 및 제2 측정 눈금(T21, T22, T23)을 각각 지지한다. 제1 측정 눈금(T11, T12, T13) 및 제2 측정 눈금(T11, T12, T13)은 일련의 눈금선을 각각 포함하고, 제1 측정 눈금(T11, T12, T13)의 눈금선들 및 제2 측정 눈금(T21, T22, T23)의 눈금선들은 각각 서로 경사지고, 즉 0°와 상이한 각도를 이룬다.
측정 눈금들(T11 내지 T13 및 T21 내지 T23)은 광학적, 자기적, 유도적 또는 용략적으로 스캐닝 가능하게 형성될 수 있다. 측정 눈금들(T11 내지 T13 및 T21 내지 T23)의 눈금선들은 직접적으로 표면들(O1 내지 O3) 내에 도입될 수 있거나 표면들(O1 내지 O3) 상에 제공될 수 있으며, 예컨대 자기적으로 스캐닝 가능한 측정 눈금에서는 자성화를 이용하거나 또는 광학적으로 스캐닝 가능한 측정 눈금(T11 내지 T13 및 T21 내지 T23)에서는 레이저 융제를 이용한다. 대안적으로, 표면들(O1 내지 O3) 중 2개의 표면에 배정되는 측정 눈금들이 별도 지지부 상에 제공될 수 있고, 이러한 지지부가 지지체(1)의 표면(O1, O2, O3) 상에 고정되며, 예컨대 접착 또는 광학 접촉 본딩을 이용하여 고정된다. 광학 접촉 본딩의 경우, 지지체(1) 및 측정 눈금들의 지지부들이 열적 길이 팽창 계수가 동일한 재료로 구성되는 것이 유리하다.
매우 높은 정확도를 갖는 위치 측정이 필요한 경우, 측정 눈금들(T11 내지 T13 및 T21 내지 T23)은 광학적으로 스캐닝 가능하게 형성된다. 일련의 눈금선들은 바람직하게는 반사성 및 비반사성 영역들로 잇달아 구성된다.
또한, 위치 측정 장치는 측정 눈금들(T11 내지 T13 및 T21내지 T23)을 스캐닝하기 위해 지지체(1)에 대해 상대적으로 이동 가능한 스캐닝 조립체(2)를 포함한다. 스캐닝 조립체(2)는 복수의 스캐닝 유닛(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23) 및 공통의 홀더(3)를 포함하고, 공통의 홀더에 스캐닝 유닛들(A11 내지 13 및 A21 내지 A23)이 고정된다.
매우 유리하게는, 각각의 제1 측정 눈금(T11, T12, A13)의 눈금선들은 피드 방향(X)에 대해 경사지게 배치되고, 즉 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 0°와 상이하게 경사지고 각각의 제2 측정 눈금(T21, T22, T23)의 눈금선들도 마찬가지로 피드 방향(X)에 대해 경사지게 배치되고, 즉 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 마찬가지로 0°와 상이하게 경사진다. 이는, 피드 방향(X)으로 이동 시 각각의 스캐닝 유닛(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)이 각각의 감도 벡터의 방향 성분에서 이동되고, 따라서 변조된 위치 종속적 스캐닝 신호가 생성된다는 이점이 있다. 이로써 모든 스캐닝 신호들의 실시간 보상이 가능해진다. 도 3 및 도 4에서 스캐닝 유닛들(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)의 감도 벡터는 각각의 스캐닝 유닛(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)에서 작은 화살표로 표시되어 있다.
유리한 방식으로, 스캐닝 유닛들(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)은 이러한 스캐닝 유닛에 배정되는 측정 눈금(T11 내지 T13 및 T21 내지 T23)의 스캐닝 시 이러한 스캐닝 유닛이 사인형의 상호 위상 이동된 복수의 주기적 스캐닝 신호들을 각각 생성하도록 형성되고, 특히 90°만큼 상호 위상 이동된 스캐닝 신호들을 생성하도록 형성된다.
본 발명에 따르는 측정 눈금들(T11 내지 T13 및 T21 내지 T23) 및 측정 눈금들에 배정되는 스캐닝 유닛들(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)의 가능한 배치 및 형성 방식은 도 3 및 도 4를 참조로 더 상세하게 설명된다.
이러한 형성방식에서, 표면(O1)은 제1 측정 눈금(T11) 및 제2 측정 눈금(T21)을 지지한다. 제1 측정 눈금(T11)의 눈금선들은 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 경사지며, 예컨대 +45°만큼 경사진다. 제2 측정 눈금(T21)의 눈금선들은 제1 측정 눈금(T11)의 눈금선들에 대해 상대적으로, 그리고 유리한 방식으로 피드 방향(X)에 대해서도 상대적으로 경사지며, 예컨대 -45°만큼 경사진다. 제1 측정 눈금(T11)의 눈금선들 및 제2 측정 눈금(T21)의 눈금선들이 피드 방향(X)에 대해 수치상 동일한 각도만큼 경사지면, 스캐닝 시 생성되는 스캐닝 신호들을 위해 동일한 위치 변동이 발생한다는 특별한 이점이 얻어진다.
표면(O2)은 제1 측정 눈금(T12) 및 제2 측정 눈금(T22)을 지지한다. 제1 측정 눈금(T12)의 눈금선들은 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 경사지며, 예컨대 +45°만큼 경사진다. 제2 측정 눈금(T22)의 눈금선들은 제1 측정 눈금(T12)의 눈금선들에 대해 상대적으로, 그리고 유리한 방식으로 피드 방향(X)에 대해서도 상대적으로 경사지며 예컨대 -45°만큼 경사진다.
표면(O3)은 제1 측정 눈금(T13) 및 제2 측정 눈금(T23)을 지지한다. 제1 측정 눈금(T13)의 눈금선들은 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 경사지고, 예컨대 +45°만큼 경사진다. 제2 측정 눈금(T23)의 눈금선들은 제1 측정 눈금(T13)의 눈금선들에 대해 상대적으로, 그리고 유리한 방식으로 피드 방향(X)에 대해 서도 상대적으로 경사지며 예컨대 -45°만큼 경사진다.
각각의 제1 측정 눈금(T11, T12, T13) 및 각각의 제2 측정 눈금(T21, T22, T23)에는 스캐닝 위치에서 스캐닝하기 위한 적어도 하나의 스캐닝 유닛(A11, A12, A13 및 A21, A22, A23) 이 배정된다. 스캐닝 위치는 각각의 스캐닝 유닛(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)의 위치 측정의 기준점이다. 도 3 및 도 4에는 검은색으로 표시된 각각의 스캐닝 유닛(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)의 내부에서 스캐닝 위치가 밝은 점으로 기호적으로 도시되어 있다.
이하에서는 도 3을 참조로 하여 2개의 스캐닝 유닛(A11, A21)을 예시로 들어, 각각의 2개의 측정 눈금(T11, T21 및 T12, T22 및 T13, T23)에 각각 2개의 스캐닝 유닛(A11, A21 및 A12, A22 및 A13, A23)이 배정되는 것을 상세하게 설명한다.
제1 평면(E11)이 제1 측정 눈금(T11)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A11)의 스캐닝 위치를 통과하며 표면(O1)에 대해 수직이고, 제2 평면(E21)이 제2 측정 눈금(T21)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A21)의 스캐닝 위치를 통과하며 표면(O1)에 대해 수직이면, 이러한 2개의 평면(E11, E21) 사이에 공통의 교차축(S1)이 생성된다. 이러한 교차축(S1)은 이 표면(O1)에 배정된 스캐닝 유닛(A11, A21)을 위한 열적 중성축을 형성한다. 이러한 열적 중성축(S1)으로부터 시작하여 홀더(3) 및 이로 인하여 스캐닝 조립체(2)의 균일한 팽창 시 스캐닝 유닛들(A11, A21)은 오로지 눈금선들의 방향으로만 이동하고, 즉 각각의 스캐닝 유닛(A11, A21)의 감도 벡터에 대해 수직으로, 그리고 표면(O1)에 대해서도 수직으로 이동한다. 따라서 온도로 인하여 지지체(1) 및 홀더(3)가 팽창하더라도 측정 오류를 야기하지 않는다.
도 4에는 측정 눈금들(T11 내지 T13 및 T21 내지 T23)에 모든 스캐닝 유닛들(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)이 배정되는 것이 도시되어 있다. 도 3을 참조로 설명되는 측정 눈금들(T11, T21)에 대한 스캐닝 유닛들(A11, A21)의 배정에 상응하여, 스캐닝 유닛들(A12, A22)은 표면(O2)의 측정 눈금들(T12, T22)에 배정됨으로써, 2개의 평면(E12, E22)으로부터 교차축(S2)이 생성된다. 이에 상응하여, 스캐닝 유닛들(A13, A23)도 표면(O3)의 측정 눈금들(T13, T23)에 배정됨으로써, 2개의 평면(E13, E23)으로부터 교차축(S3)이 생성된다.
이러한 제1 실시예에서, 본 발명에 따르면 적어도 6개의 스캐닝 유닛(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)의 배치 및 6개의 측정 눈금(T11 내지 T13 및 T12 내지 T23)의 눈금선들의 정렬은, 생성되는 3개의 교차축(S1, S2, S3)이 공통의 점(P)을 통과하도록 이루어진다. 이 점(P)은 이러한 전체의 위치 측정 배치를 위한 열적 중성점(열 중심)이다. 이러한 열적 중성점(P)으로부터 시작하여 홀더(3) 및 이로 인하여 스캐닝 조립체(2)의 균일한 팽창 시, 스캐닝 유닛들(A11 내지 A13 및 A21 내지 A23)은 오로지 각각의 눈금선들의 방향으로만 이동하고, 즉 각각의 측정 눈금(T11 내지 T13 및 T12 내지 T23)의 감도 벡터에 대해 수직으로 그리고 각각의 표면(O1, O2, O3)에 대해 수직으로 이동한다. 즉, 온도 조건적 팽창은 오로지, 눈금선을 포함하며 각각의 표면(O1, O2, O2)에 대해 수직으로 연장되는 평면 내에서만 변위를 야기한다. 따라서 온도로 인한 지지체(1) 및 홀더(3)의 팽창은 측정 오류를 야기하지 않는다. 위치 측정 장치는 균일한 온도 변동에 대해 불변하므로, 주변 온도의 변화로 인한 측정 오류는 최소화된다.
본 발명에 따르면, 표면들(O1, O2, O3) 중 각각 하나의 표면 상에 배치되는 2개의 측정 눈금(T11 내지 T13 및 T21 내지 T23)의 눈금선들은 상호 경사지고, 즉 0°와 상이한 각도를 이룬다. 전술한 실시예에서, 이 눈금선들은 예컨대 각각 상호 90°의 각도를 이룬다.
도 5는 대안적 형성방식을 도시한다. 제1 측정 눈금(T15)의 눈금선들은 제2 측정 눈금(T25)의 눈금선들에 대하여 0°와 상이한 각도만큼 경사지고, 예컨대 상호 90°만큼 경사지나, 측정 눈금(T15)의 눈금선들은 피드 방향(X)에 대해 90°만큼 경사지고, 측정 눈금(T25)의 눈금선들은 피드 방향(X)에 대해 평행하게 연장된다. 이러한 예시에서, 표면(O1)에 대해 수직으로 연장되는 2개의 평면(E15, E25)이 생성되고, 이러한 평면들은 교차축(S5)에서 교차한다.
측정 눈금들(T11, T12, T13, T15, T21, T22, T23, T25)의 눈금선들은 주기적으로 배치될 수 있어서, 이러한 눈금선들은 전술한 예시들에 도시된 바와 같이 증분 눈금을 형성한다.
도시되지 않았으나, 증분 눈금은 절대 위치를 형성하기 위한 참조 마크를 포함하여 보완될 수 있고, 특히 참조 마크 또는 참조 마킹은 증분 눈금에 통합될 수 있다.
대안적으로, 측정 눈금들(T16, T26)도 사용될 수 있고, 이러한 측정 눈금들의 눈금선들은 비주기적으로 배치되어 절대적 측정 눈금(T16, T26)을 형성한다. 일 예시는 도 6에 도시되어 있다. 측정 눈금(T16)에 스캐닝 유닛(A16)이 배정되고, 측정 눈금(T26)에 스캐닝 유닛(A26)이 배정된다. 스캐닝 유닛들(A16, A26)은 라인 센서일 수 있다. 이 경우에도, 절대 측정 눈금(T16)의 눈금선들은 절대 측정 눈금(T26)의 눈금선들에 대해 경사진다. 측정 눈금(T16)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A16)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O1)에 대한 제1 수직 평면(E16)은 측정 눈금(T26)의 눈금선의 방향으로 스캐닝 유닛(A26)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O1)에 대한 제2 수직 평면(E26)과 교차하고 따라서 교차축(S6)을 형성한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따르는 위치 측정 장치의 다른 가능한 형성 방식이 설명된다. 기본 구성은 이미 도 1 내지 도 4를 참조로 설명된 예시에 상응하므로, 본원에서는 오로지 보완적인 사항만 상세하게 설명되며 일치되는 부분에 대하여 도 1 내지 도 4의 명칭 및 참조번호가 사용된다.
제1 실시예에 비하여 이러한 위치 측정 장치가 확장된 사항은, 지지체(1)의 표면(O4)에 스캐닝 유닛들(A14, A24)이 배정된다는 것이다. 이러한 유리한 형성 방식에서, 피드 방향(X)으로 연장되는 지지체(1)의 각 표면(O1, O2, O3, O4)에는 동일한 수의 스캐닝 유닛(A11 내지 A14, A21 내지 A24)이 배정된다. 스캐닝 유닛들(A11 내지 A14, A21 내지 A24)은 전기적 소자를 포함하므로, 이들은 열원을 나타낸다. 각각의 표면(O1, O2, O3, O4)에 각각 동일한 수의 스캐닝 유닛(A11 내지 A14, A21 내지 A24)이 배정됨으로써, 지지체(1) 상에서뿐만 아니라 홀더(3) 상에서도 대칭적 열 입력이 보장된다.
부가적 스캐닝 유닛들(A14, A24)은 6개의 자유도를 감지하기 위한 중복 정보를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이를 위해 지지체(1)는 표면(O4) 상에서도 하나 이상의 측정 눈금을 지지할 수 있고, 예컨대 제1 측정 눈금(T14) 및 이에 대해 경사지는 제2 측정 눈금(T24)을 지지할 수 있다.
이 경우에도 측정 눈금들(T14, T24)의 눈금선들의 상호 경사짐 및 관련 스캐닝 유닛들(A14, A24)의 배치는, 다음의 조건들이 적용되도록 이루어지는 것이 매우 유리하다:
제1 평면(E14)이 제1 측정 눈금(T14)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A14)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O4)에 대해 수직이고, 제2 평면(E24)이 제2 측정 눈금(T24)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A24)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O4)에 대해 수직이면, 이러한 2개의 평면(E14, E24) 사이에 공통의 교차축(S4)이 생성되고, 이러한 교차축(S4)은 마찬가지로 점(P)을 통과한다.
전술한 실시예들에서, 측정 눈금들(T11 내지 T14, T21 내지 T24)의 눈금선들의 상호 경사짐 및 스캐닝 유닛들(A11 내지 A14, A21 내지 A24)의 배치는, 공통적인 열적 중성점(P)이 지지체(1)의 횡단면 중심 내에 위치하도록 선택되었다.
눈금선들의 경사도 또는 감도 벡터의 선택이라는 매개변수 및 스캐닝 유닛들(A11 내지 A14, A21 내지 A24)의 배치라는 매개변수를 이용하여 공통적인 열적 중성점(P)의 위치가 필요에 따라 선택될 수 있다. 도 9를 참조하여 이에 대한 예시가 설명된다.
지지체(1) 및 이에 배치되는 측정 눈금들(T11 내지 T14, T21 내지 T24)은 도 7의 실시예에 상응하고 이를 참조한다.
지지체(1)의 외부에 공통적 열적 중성점(P)을 형성하기 위해, 측정 눈금들(T11 내지 T14, T21 내지 T24) 및 측정 눈금들(T11 내지 T14, T21 내지 T24)에 배정되는 스캐닝 유닛들(A11 내지 A14, A21 내지 A24)은 이하의 기준에 따라 형성되거나 배치된다:
제1 평면(E11)이 제1 측정 눈금(T11)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A11)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O1)에 대해 수직이고, 제2 평면(E21)이 제2 측정 눈금(T21)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A21)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O1)에 대해 수직이면, 이러한 2개의 평면(E11, E21) 사이에 공통의 교차축(S1)이 생성된다. 이러한 교차축(S1)은 표면(O1)에 배정되는 스캐닝 유닛들(A11, A12)을 위해 열적 중성축을 형성한다.
제1 평면(E12)이 제1 측정 눈금(T12)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A12)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O2)에 대해 수직이고, 제2 평면(E22)이 제2 측정 눈금(T22)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A22)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O2)에 대해 수직이면, 이러한 2개의 평면(E12, E22) 사이에 공통의 교차축(S2)이 생성된다. 이러한 교차축(S2)은 표면(O2)에 배정되는 스캐닝 유닛들(A12, A22)을 위해 열적 중성축을 형성한다.
제1 평면(E13)이 제1 측정 눈금(T13)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A13)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O3)에 대해 수직이고, 제2 평면(E23)이 제2 측정 눈금(T23)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A23)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O3)에 대해 수직이면, 이러한 2개의 평면(E13, E23) 사이에 공통의 교차축(S3)이 생성된다. 이러한 교차축(S3)은 표면(O3)에 배정되는 스캐닝 유닛들(A13, A23)을 위해 열적 중성축을 형성한다.
본 발명에 따르면, 이제 배치는 3개의 교차축(S1, S2, S3)이 공통의 점(P) 내에서 교차하도록 선택된다.
최적화된 열 입력을 위해, 이러한 예시에서 위치 측정 장치는 이하의 규칙에 따라 배치되는 다른 스캐닝 유닛들(A14, A24)을 포함하여 보완된다:
제1 평면(E14)이 제1 측정 눈금(T14)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A14)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O4)에 대해 수직이고, 제2 평면(E24)이 제2 측정 눈금(T24)의 눈금선들의 방향으로 스캐닝 유닛(A24)의 스캐닝 위치를 통과하여 표면(O4)에 대해 수직이면, 이러한 2개의 평면(E14, E24) 사이에 공통의 교차축(S4)이 생성된다. 이제, 이러한 교차축(S4)이 마찬가지로 점(P)을 통과하는 것이 매우 유리하다.
앞의 예시들에서 알 수 있는 바와 같이, 점(P)의 공간적 위치는 자유롭게 선택될 수 있다. 이 점(P)은 측정할 자유도에 관련된 열적 중성점이며, 열 중심이거나 열적 고착점으로 지칭된다. 점(P)은 예컨대 홀더(3)가 측정할 물체와 연결된 위치에서 선택될 수 있거나, 점은 좌표 측정기 또는 공작기계의 공구 중심점(Tool Center Point) 내에 놓인다.
본 발명에 따라 형성되는 위치 측정 장치는 좌표 측정기 또는 공작 기계의 가이드 오류를 감지하기 위해 사용될 수 있다. 이때, 위치 측정 장치는 좌표 측정기 또는 공작 기계의 가이드에 배정될 수 있다. 본 발명에 따라 형성되는 위치 측정 장치는 그 자체로 기계 가이드로 기능할 수도 있어서, 지지체는 예컨대 좌표 측정기의 퀼(quill)로 실시될 수 있다. 측정 눈금들을 지지하는 지지체가 가이드 요소로 역할하면, 측정 눈금들이 지지체의 표면 내에 통합되고, 특히 레이저 복사를 이용하여 표면이 부분적 가공됨으로써 형성된다는 이점이 있다. 이때 측정 눈금들의 영역은 가이드면으로 기능할 수 있고, 특히 가이드가 공기베어링으로 형성될 때 그러하다.
특히 본 발명에 따라 형성되는 위치 측정 장치를 공작 기계에 사용 시, 지지체(1) 및 스캐닝 조립체(2)를 하우징 내에 부속시키는 것이 유리할 수 있다. 이때 - 소위 봉지된 위치 측정 시스템에서 공지된 바와 같이 - 하우징은 피드 방향(X)으로 연장되는 실링에 의해 덮일 수 있고, 이러한 실링에는 스캐닝 조립체(2)를 위한 드라이버(driver)가 관통하며 물린다.

Claims (15)

  1. 피드 방향(X) 및 다른 자유도(Y, Z, RX, RY, RZ)에서 상호 이동 가능한 2개의 물체의 상대 위치를 측정하기 위해,
    상기 피드 방향(X)으로 길게 연장되며 측정 눈금들(T11-T26)을 갖는 지지체(1); 및
    이에 대해 상대적으로 이동 가능하며 상기 측정 눈금들(T11-T26)을 스캐닝하기 위한 복수의 스캐닝 유닛(A11-A26)을 갖는 스캐닝 조립체(2)를 포함하는 위치 측정 장치에 있어서,
    상기 지지체(1)의 적어도 3개의 표면(O1-O4)은 제1 측정 눈금(T11-T16) 및 제2 측정 눈금(T21-T26)을 각각 지지하고, 상기 제1 측정 눈금(T11-T16) 및 상기 제2 측정 눈금(T21-T26)은 일련의 눈금선을 각각 포함하고 상기 제1 측정 눈금(T11-T16)의 눈금선들은 상기 제2 측정 눈금(T21-T26)의 눈금선들에 대해 경사지고;
    각각의 상기 제1 측정 눈금(T11-T16) 및 각각의 상기 제2 측정 눈금(T21-T26)에는 스캐닝 위치에서 각각의 측정 눈금(T11-T26)을 스캐닝하기 위한 적어도 하나의 스캐닝 유닛(A11-26)이 배정되고, 이러한 2개의 스캐닝 유닛(A11-A26)의 배치 및 상기 2개의 측정 눈금(T11-T26)의 눈금선들의 상호 경사짐은, 상기 측정 눈금들(T11-T26)의 각각의 눈금선들의 방향으로 상기 표면들(O1-O4) 중 각각 하나의 표면에 배정되는 2개의 스캐닝 유닛(A11-A26)의 스캐닝 위치들을 통과하는 수직 평면이 공통의 교차축(S1-S6)을 포함하고, 이로써 생성되는 3개의 교차축(S1-S6)이 공통의 점(P)을 통과하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    위치 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지체(1)의 상기 적어도 3개의 표면(O1-O4) 및 상기 측정 눈금들(T21-T26) 및 상기 스캐닝 유닛들(A11-A26)은 상기 지지체(1)에 대해 상대적인 상기 스캐닝 조립체(2)의 위치가 6개의 자유도(X, Y, Z, RX, RY, RZ)에서 결정될 수 있도록 배치 및 형성되는 것인,
    위치 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지체(1)는 프리즘형 몸체이고, 상기 적어도 3개의 표면(O1-O4)은 상기 프리즘형 몸체의 측표면인 것인,
    위치 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지체(1)는 직육면체형 몸체인 것인,
    위치 측정 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공통의 점(P)은 상기 지지체(1)의 횡단면 중심 내에 위치하는 것인,
    위치 측정 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면(O1-O4)의 상기 제1 측정 눈금(T11-T16) 및 상기 제2 측정 눈금(T21-T26)은 상기 피드 방향(X)에 대해 수직인 방향을 따라 상호 인접하여 각각 배치되는 것인,
    위치 측정 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 측정 눈금(T11-T14, T16)의 상기 눈금선들은 상기 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 0°와 상이한 각도로 경사지고, 상기 제2 측정 눈금(T21-T24, T26)의 상기 눈금선들도 마찬가지로 상기 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 0°와 상이한 각도로 경사지는 것인,
    위치 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 측정 눈금(T11-T14, T16)의 상기 눈금선들 및 상기 제2 측정 눈금(T21-T24, T26)의 상기 눈금선들은 수치상 동일한 각도만큼 상기 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 경사지는 것인,
    위치 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 측정 눈금(T11-T14, T16)의 상기 눈금선들은 상기 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 +45°만큼 경사지고, 상기 제2 측정 눈금(T21-T24, T26)의 상기 눈금선들은 상기 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 -45°만큼 경사지는 것인,
    위치 측정 장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 측정 눈금(T15)의 상기 눈금선들은 상기 피드 방향(X)에 대해 상대적으로 90°만큼 경사지는 것인,
    위치 측정 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 눈금들(T11-T26)은 광학적으로 스캐닝 가능하게 형성되는 것인,
    위치 측정 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 눈금들(T11-T15, T22-T25)은 증분 눈금인 것인,
    위치 측정 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 측정 눈금들(T11-T15, T22-T25)은 증분 눈금이고 이러한 증분 눈금 내에 각각 하나의 참조 마크 구조가 통합되는 것인,
    위치 측정 장치.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 눈금들(T16, T26)은 절대 눈금인 것인,
    위치 측정 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드 방향(X)으로 연장되는 상기 지지체(1)의 표면들(O1-O4) 각각에는 동일한 수의 스캐닝 유닛(A11-A26)이 배정되는 것인,
    위치 측정 장치.
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