專(zhuān)利名稱(chēng)：長(zhǎng)度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
例如在DE28 45 542D1、 DE 32 01 887 Al和EP 0 459 294 Dl中描
述的這類(lèi)長(zhǎng)度測(cè)量裝置用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度和行程，特別是在加工機(jī)床時(shí)在坐
標(biāo)測(cè)量^L的情況下用來(lái)測(cè)量刀具相對(duì)于待加工的工件的相對(duì)距離，且其 在半導(dǎo)體工業(yè)中的應(yīng)用也日益增多
其中，作為整體量具采用一種帶測(cè)量分度的比例尺，該比例尺放置 在一個(gè)沿測(cè)量方向縱向延伸的外殼中，以避免受環(huán)境影響。增量編碼或 絕對(duì)編碼的測(cè)量分度在位置測(cè)量時(shí)用掃描車(chē)進(jìn)行掃描。為此，該掃描車(chē) 在比例尺的兩個(gè)相互垂直延伸的導(dǎo)向面上在測(cè)量方向內(nèi)進(jìn)4亍縱向?qū)?并壓在導(dǎo)向面上。這種導(dǎo)向是行之有效的。因?yàn)楸ＷC了整個(gè)測(cè)量長(zhǎng)度上 在掃描車(chē)、特別是在掃描板和比例尺之間保持恒定的掃描距離，從而保 證了掃描信號(hào)的良好質(zhì)量。掃描車(chē)的導(dǎo)軌與被測(cè)物體的導(dǎo)軌是拆開(kāi)的， 因?yàn)樵诒粶y(cè)物體和掃描車(chē)之間設(shè)置有一個(gè)帶連接器鎖扣，該連接器把掃 描車(chē)在測(cè)量方向剛性地和在與之垂直的方向柔性地連接到該鎖扣上。
EP 0 459 294^是出了一種由兩個(gè)相互4妻觸的連接「件組成的連接器。 為了減少磨損，在相互接觸的連接件之間設(shè)置有一層滑動(dòng)層。該滑動(dòng)層 是一層薄的滑動(dòng)膜并例如由含有PTFE (聚四氟乙烯)的塑料制成。在 實(shí)踐中，按現(xiàn)有技術(shù)固定在鎖扣上的連接件設(shè)計(jì)成鋼銷(xiāo)，該鋼鎖支撐在 鎖扣的孔中。該鋼銷(xiāo)對(duì)稱(chēng)于接觸點(diǎn)。為了使該接觸點(diǎn)盡量靠近比例尺的 中性平面(纖維)，即盡量靠近比例尺本身，銷(xiāo)的直徑選擇得很小，但 這對(duì)穩(wěn)定性是不利的。
對(duì)長(zhǎng)度測(cè)量裝置的要求越來(lái)越高，不斷地要求位置測(cè)量的更高的分 辨率以及更高的精度和可重復(fù)性。同時(shí)要求它具有緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)和制 造成本^f氐廉。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的在于提出一種可重復(fù)的、高測(cè)量精度的、制造 成本低的長(zhǎng)度測(cè)量裝置。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的是通過(guò)權(quán)利要求1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
高的測(cè)量精度要求整個(gè)測(cè)量長(zhǎng)度具有恒定的掃描距離。這是通過(guò)在 長(zhǎng)度測(cè)量裝置上，尤其是在比例尺上的掃描車(chē)的導(dǎo)向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。掃描車(chē) 通過(guò)一個(gè)只在測(cè)量方向剛性的連接器連接在鎖扣上，以便達(dá)到與被測(cè)物 的導(dǎo)向不精確性分離的掃描車(chē)的精確導(dǎo)向。本發(fā)明的連接器結(jié)構(gòu)在全部 其他方向內(nèi)都可實(shí)現(xiàn)鎖扣的運(yùn)動(dòng)而對(duì)測(cè)量方向內(nèi)的掃描車(chē)的^青確導(dǎo)向 和運(yùn)動(dòng)沒(méi)有反作用。在盡可能高穩(wěn)定性和廉價(jià)制造的情況下，摩擦性能 以及磨損性能達(dá)到了最佳化。特別是可達(dá)到長(zhǎng)的使用壽命和在這個(gè)長(zhǎng)的 使用壽命過(guò)程中可達(dá)到可重復(fù)的位置測(cè)量。
本發(fā)明的諸多有利改進(jìn)可從各項(xiàng)從屬權(quán)利要求中得知。


下面借助實(shí)施例來(lái)詳細(xì)i兌明本發(fā)明。 其中
圖1表示在測(cè)量方向內(nèi)的長(zhǎng)度測(cè)量裝置的部分剖面圖； 圖2表示圖1長(zhǎng)度測(cè)量裝置的連接件的透視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明以一個(gè)光學(xué)長(zhǎng)度測(cè)量裝置為例來(lái)說(shuō)明兩個(gè)在測(cè)量方向X內(nèi) 可移動(dòng)物體的相對(duì)位置的測(cè)量。其中特別是用玻璃制成的透明比例尺20 由一個(gè)可相對(duì)于比例尺20在測(cè)量方向X內(nèi)運(yùn)動(dòng)的掃描車(chē)10進(jìn)4亍掃描。 比例尺20具有測(cè)量分度21,這些測(cè)量分度由掃描車(chē)IO用透射光掃描。 為此，掃描車(chē)10包括一個(gè)發(fā)射光束的照明單元，光束通過(guò)比例尺20延 伸并最終達(dá)到掃描車(chē)IO的光敏掃描傳感器上。其中光束隨比例尺20上 的測(cè)量分度21的位置而進(jìn)行調(diào)節(jié)。
比例尺20放置在一個(gè)外殼22內(nèi)，該外殼則固定在被測(cè)物體例如車(chē) 床的床身上。比例尺20以熟知的方式例如通過(guò)粘接或夾緊與外殼22連 接。外殼22具有一個(gè)沿其縱向即測(cè)量方向X延伸的槽，該槽通過(guò)屋頂 形傾斜的密封唇封閉，帶有一個(gè)箭形中間段的鎖扣13通過(guò)該密封唇扣 緊。鎖扣13有一個(gè)安裝區(qū)131,用該安裝區(qū)可將鎖扣固定在相對(duì)于機(jī)床 移動(dòng)的物體上，例如機(jī)床的滑板上。
掃描車(chē)10沿著比例尺20在其上進(jìn)行導(dǎo)向，以便達(dá)到精確的平行導(dǎo) 向。為此，掃描車(chē)10通過(guò)導(dǎo)向件支撐在比例尺20的兩個(gè)相互垂直取向 的面201， 202上。這兩個(gè)面之一是支撐測(cè)量分度21的表面201,而另
一個(gè)面則是比例尺20的與之垂直延伸的窄面202。導(dǎo)向件可以是滑動(dòng) 件，但尤其是滾珠支承的輥或輪151,圖1只示出了其中的一個(gè)輥。
在掃描車(chē)10和鎖扣13之間布置一個(gè)連接器14，該連接器把掃描車(chē) IO在測(cè)量方向X內(nèi)剛性地和在與之垂直的方向內(nèi)柔性地連接到鎖扣13 上，通過(guò)這一措施，使鎖扣13的錯(cuò)誤取向不會(huì)傳遞到掃描車(chē)10上。這 種連接器14在掃描車(chē)IO上設(shè)置有第一連接件141,而在鎖扣13上則設(shè) 置有第二連接件142。在運(yùn)行過(guò)程中，第一連接件141的連接面Fl總是 接觸第二連接件142的連接面F2。第一連接件141是一塊板，且其連接 面Fl是一個(gè)垂直于測(cè)量方向X取向的平面。第二連接件142的連接面 F2呈球形，特別是呈滾珠狀，所以在第一連接件141的連接面Fl和第 二連接件142的連接面F2之間形成點(diǎn)狀的接觸P。
一個(gè)例如為壓力彈簧16的施力元件確保這兩個(gè)連接件141、 142的 形狀連接。這種連接方式在測(cè)量方向X內(nèi)形成非常剛性的連接。在掃描 車(chē)IO和鎖扣13之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下不影響其余的5個(gè)自由度。 由于在機(jī)床導(dǎo)向和掃描車(chē)10的導(dǎo)向之間的導(dǎo)向誤差而在長(zhǎng)度測(cè)量裝置 內(nèi)引起的這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致第二連接件142的球形彎曲的連接面F2在 第一連接件141的平整的連接面Fl上的滑動(dòng)。
兩個(gè)連4妻件141、 142中的至少一個(gè)至少在接觸區(qū)P用陶瓷制成。 在所示實(shí)施例中，兩個(gè)連接件141、 142即固定在掃描車(chē)10上的板形第 一連接件141和固定在鎖扣13上的帶球形連接面F2的第二連接件142 都用陶瓷制成。
陶瓷指的是非金屬的無(wú)機(jī)材料。使用氧化物陶瓷、尤指鋯氧化物是 特別有利的。
第二連接件142用一個(gè)垂直于測(cè)量方向X延伸的支承面F3支撐在 鎖扣13上。這個(gè)支承面F3離接觸第一連接面141的連接面Fl的第二 連接面F2 —定距離布置在測(cè)量方向X內(nèi)。第二連接件142的球形連接 面F2呈點(diǎn)狀接觸第一連接件141的平整的連接面Fl,且這種點(diǎn)狀接觸 P點(diǎn)的位置離比例尺20有一定的距離A,這個(gè)距離A在垂直于測(cè)量方 向X的方向延伸。支^c面F3垂直于測(cè)量方向X有一定的范圍，該范圍 從通過(guò)接觸P預(yù)先給定的位置出發(fā)在比例尺20的方向+Z內(nèi)比在比例尺 20的方向-Z內(nèi)小幾倍，從而確保了第二連接件142的接觸點(diǎn)P盡量靠 近比例尺20的中性平面的位置， 一般位于比例尺20的中間，盡管第二
連接件142在鎖扣13上具有大的支承面F3并由此在測(cè)量方向X具有大 的剛度。這種從P點(diǎn)看去不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)是特別容易加工的。
為便于安裝，第二連接件142通過(guò)固定件17固定在鎖扣13上。該 固定件17具有設(shè)置在鎖扣13上的粘合工裝的功能，它把第二連接件142 粘接在鎖扣13上的 一個(gè)規(guī)定位置直至膠粘劑固化牢固固定為止。
本發(fā)明的特大優(yōu)點(diǎn)在于，連接器14具有很高的強(qiáng)度和形狀穩(wěn)定性 并由此在測(cè)量方向X內(nèi)具有特別高的剛度。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)一方面是基于材料 選擇并通過(guò)材料選擇實(shí)現(xiàn)的造型而進(jìn)一步得到提升。
通過(guò)材料選擇，使連接件141、 142的接觸P達(dá)到良好的摩擦性能， 因而不產(chǎn)生損害測(cè)量精度的磨損。同樣地，不產(chǎn)生會(huì)污染比例尺20并 對(duì)掃描信號(hào)的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響和由此降低測(cè)量精度的磨損。
用陶瓷材料花很少的費(fèi)用和特別低廉的成本就能達(dá)到要求的形狀 和形狀精確的平整表面，因?yàn)檫B接件141、 142可用燒結(jié)方法制造。
本發(fā)明不限于用光學(xué)掃描原理的長(zhǎng)度測(cè)量裝置。比例尺的掃描也可 用電容、電磁或電感方式進(jìn)行，對(duì)此必須相應(yīng)地設(shè)計(jì)測(cè)量分度和掃描傳 感器。
權(quán)利要求
1. 測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體的相對(duì)位置的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，包括-一個(gè)比例尺(20)；-一個(gè)用于掃描比例尺(20)的測(cè)量分度(21)的掃描車(chē)(10)，其中掃描車(chē)(10)在長(zhǎng)度測(cè)量裝置的導(dǎo)向面(201、202)上在測(cè)量方向X內(nèi)進(jìn)行縱向?qū)颍?一個(gè)連接器(14)，掃描車(chē)(10)通過(guò)它在測(cè)量方向X內(nèi)剛性地和在與之垂直的方向內(nèi)柔性地連接到鎖扣(13)上，該鎖扣可固定這兩個(gè)物體之一，其中連接器(14)在掃描車(chē)(10)上有第一連接件(141)和在鎖扣(13)上有第二連接件(142)，且第一連接件(141)的連接面(F1)接觸第二連接件(142)的連接面(F2)，-其特征為，-兩個(gè)連接件(141、142)的至少一個(gè)至少在接觸區(qū)(P)用陶瓷材料制成。
2. 按權(quán)利要求1的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征為，陶瓷材料為鋯氧化物。
3. 按權(quán)利要求1或2的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征為，第二連接件(142 ) 用陶瓷材料制成，且連接面(F2)呈球狀。
4. 按權(quán)利要求3的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征為，第二連接件(142) 是一個(gè)在鎖扣(13)上剛性固定的物體，它用一個(gè)垂直于測(cè)量方(X) 延伸的支承面(F3)支撐在鎖扣(13)上，其中支承面(F3)在測(cè)量方 向(X)離連接面(F2)有一定距離。
5. 按權(quán)利要求4的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征為 -接觸(P)是點(diǎn)狀的；-支承面(F3)垂直于測(cè)量方向(X)有一定的范圍，這個(gè)范圍在 通過(guò)接觸(P)預(yù)先給定的位置出發(fā)在比例尺(20)的(+Z)方向內(nèi)比 在比例尺(20)的(-Z)方向內(nèi)小幾倍。
6. 按權(quán)利要求3至5任一項(xiàng)的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征為，第一連接 件(141 )的連接面(Fl )是一個(gè)垂直于測(cè)量方向(X)延伸的平面。
7. 按前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征為，設(shè)置有一個(gè) 施力元件(16)來(lái)"fc兩個(gè)連接件相互擠緊。
8. 按權(quán)利要求7的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征為，該施壓元件是一個(gè)彈 簧(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)度測(cè)量裝置，由一個(gè)放置在外殼(22)內(nèi)的比例尺(20)和一個(gè)掃描比例尺(20)用的掃描車(chē)(10)組成。掃描車(chē)(10)在比例尺(20)的兩個(gè)相互垂直取向的面(201、202)上導(dǎo)向。掃描車(chē)(10)通過(guò)連接器(14)在測(cè)量方向(X)內(nèi)剛性地和在與之垂直的方向內(nèi)柔性地連接在鎖扣(13)上。連接器(14)在掃描車(chē)(10)上有第一連接件(141)和在鎖扣(13)上有第二連接件(142)。第一連接件(141)的平整的連接面(F1)呈點(diǎn)狀接觸第二連接件(142)的球形連接面(F2)。這兩個(gè)連接面(141、142)的至少一個(gè)至少在接觸區(qū)(P)用陶瓷材料制成。
文檔編號(hào)G01B21/02GK101387509SQ200810215938
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月15日
發(fā)明者A·阿法 申請(qǐng)人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司