用于探測比例尺的探測單元和位置測量裝置制造方法
【專利摘要】位置測量裝置的探測單元（2）包括殼體（23），在該殼體的內(nèi)腔中設(shè)置有用來產(chǎn)生位置相關(guān)的探測信號的探測器（22）。這些探測信號經(jīng)由穿過殼體（23）的導線（25）向外引導。該電導線（25）在旋轉(zhuǎn)體（3）內(nèi)延伸，旋轉(zhuǎn)體圍繞沿著測量方向（X）伸展的旋轉(zhuǎn)軸（M）可轉(zhuǎn)動地安置在殼體（23）上。旋轉(zhuǎn)體（23）由兩個區(qū)段（31、32）構(gòu)成，其中，旋轉(zhuǎn)體（23）借助第一區(qū)段（31）安置在殼體（23）上，第二區(qū)段（32）相對于第一區(qū)段（31）彎折90°地伸展。
【專利說明】用于探測比例尺的探測單元和位置測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于探測比例尺的探測單元以及具有一種具有如此設(shè)計的探測單元的位置測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]這種探測單元和位置測量裝置例如應(yīng)用在機床上，也廣泛地在半導體工業(yè)中用來測量行程、角度和速度。為此日益要求探測單元或位置測量裝置的結(jié)構(gòu)節(jié)省空間。
[0003]由EP 2 068 125 A2已知這種探測單元或位置測量裝置。位置測量裝置由兩個可獨立操作的結(jié)構(gòu)單元即探測單元和比例尺構(gòu)成。為了沿測量方向X進行位置測量，可使得探測單元沿著該測量方向X相對于比例尺移動，為此比例尺沿測量方向X伸展。
[0004]探測單元含有探測器，用于在探測沿測量方向X伸展的比例尺時產(chǎn)生位置相關(guān)的電的探測信號。為了向外引導探測信號，把一根電纜穿過探測單元的殼體。
[0005]如EP 2 068 125 A2的圖1所示，這種探測單元的多個外表面被設(shè)計成可能的安裝面，其方式為，這些外表面具有固定孔。使電纜彎曲就能實現(xiàn)根據(jù)當前的安裝狀況來調(diào)整電纜的方向。但電纜的允許彎曲半徑相對較大，且通過彎曲會把對位置測量裝置的測量精度有不利影響的力引入到探測單元上。此外，選擇小的彎曲半徑會令電纜或者令在電纜中伸展的芯線受損。
[0006]JP 04-198714 Al試圖以如下方式來解決該問題:在探測單元的多個相互垂直地朝向的外表面上分別設(shè)有用于插接電纜的插口。這樣就能通過換插來可變地根據(jù)當前的安裝狀況調(diào)整電纜走向。
[0007]但這里不利的是，由于在探測單元的殼體上設(shè)置了眾多的插口，用于可靠密封的成本顯著上升。另外，為了在殼體上產(chǎn)生可靠的插塞連接，需要相對大的對應(yīng)插頭。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的因而是，提出一種探測單元或一種位置測量裝置，其經(jīng)過適當設(shè)計，從而能實現(xiàn)根據(jù)當前的安裝狀況進行簡單的節(jié)省空間的調(diào)整，且在任何安裝狀況下都保證精確的位置測量。
[0009]該目的通過一種具有權(quán)利要求1的特征的探測單元和一種具有權(quán)利要求15的特征的位置測量裝置得以實現(xiàn)。
[0010]有利的設(shè)計在從屬權(quán)利要求中給出。
[0011]根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的探測單元用來探測比例尺，用于沿測量方向進行位置測量。
[0012]探測單元包括帶有探測器的殼體，該探測器用來在沿測量方向探測比例尺時產(chǎn)生位置相關(guān)的探測信號。探測器安裝在殼體的內(nèi)腔中，且被殼體包圍。
[0013]為了給探測單元供電，和/或為了引出位置相關(guān)的探測信號，探測單元具有電導線，電導線穿過殼體沿測量方向向外伸展。該電導線在旋轉(zhuǎn)體內(nèi)延伸，旋轉(zhuǎn)體具有沿著測量方向伸展的第一區(qū)段和沿著相對于測量方向彎折的第二方向伸展的第二區(qū)段。旋轉(zhuǎn)體圍繞也沿著測量方向伸展的旋轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動地安置在殼體上。
[0014]旋轉(zhuǎn)體的第二區(qū)段相對于第一區(qū)段以有利的方式彎折90°，這能實現(xiàn)特別節(jié)省空間地引導導線。
[0015]探測單元優(yōu)選被設(shè)計成獨立的可指配于待探測的比例尺的結(jié)構(gòu)單元。
[0016]比例尺和探測單元在此共同地形成位置測量裝置，該位置測量裝置優(yōu)選被設(shè)計成帶有直線伸展的比例尺的長度測量裝置。
[0017]但在這里，探測單元也可以指配于彎曲地伸展的比例尺。比例尺可以是安置在承載體的外圓周或內(nèi)圓周上的例如被夾住或粘住的條帶。在這種情況下，比例尺和探測單元形成角度測量裝置。就該位置測量裝置而言，測量方向在比例尺的探測地點由圓周方向或切向規(guī)定。
[0018]探測單元優(yōu)選設(shè)有旋轉(zhuǎn)限制件，該旋轉(zhuǎn)限制件限制旋轉(zhuǎn)體相對于殼體的可能的轉(zhuǎn)角。旋轉(zhuǎn)限制件優(yōu)選適當?shù)叵拗菩D(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動性，使得旋轉(zhuǎn)體的第二區(qū)段只能處于相對于待探測的比例尺的表面的垂線介于±100°的波動范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)位置。
[0019]殼體以有利的方式具有至少一個平行于測量方向伸展的外表面，該外表面被設(shè)計用于安裝到待測量的物件上。把殼體的至少一個外表面設(shè)計成用于安裝到待測量的物件上的安裝面，這種設(shè)計的實現(xiàn)方式尤其為，在該安裝面上開設(shè)出垂直于其伸展的固定孔。這些固定孔可以是通孔或盲孔，且設(shè)有內(nèi)螺紋。
[0020]殼體的至少一個被設(shè)計用于安裝的安裝面優(yōu)選是平面，該平面由測量方向和垂直于待探測的比例尺表面的垂線形成。
[0021]特別是把殼體的兩個相互平行的相對的外表面設(shè)計成安裝面，從而通過圍繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)即可使得旋轉(zhuǎn)體的第二區(qū)段處于至少兩個旋轉(zhuǎn)位置，其中，該第二區(qū)段在第一旋轉(zhuǎn)位置以直角離開這兩個安裝面之一，而在第二旋轉(zhuǎn)位置以直角離開兩個安裝面中的另一個安裝面。
[0022]根據(jù)探測單元的一種特別有利的設(shè)計，殼體的外輪廓為方形。由此提供了沿測量方向伸展的多個外表面，這些外表面可以有選擇地用作安裝面。
[0023]為了把旋轉(zhuǎn)體軸向地固定在殼體上，在殼體與旋轉(zhuǎn)體之間設(shè)有防止拔出件。軸向作用的該防止拔出件可以被設(shè)計成至少一個在殼體中垂直于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸伸展的銷的形式，該銷與旋轉(zhuǎn)體中的環(huán)繞的槽對應(yīng)。該銷優(yōu)選是夾緊銷。
[0024]有利的是，旋轉(zhuǎn)體可借助鎖止部件在所調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)位置鎖定在殼體上。使用者由此可以根據(jù)當前的安裝位置優(yōu)化地調(diào)整導線的所希望的走向，并在該旋轉(zhuǎn)位置將旋轉(zhuǎn)體固定在殼體上。為了固定旋轉(zhuǎn)位置，可從外面操縱螺釘例如埋頭螺釘并將其擰入到殼體中。特別有利的是，可從殼體的外表面操縱螺釘，該外表面平行地布置在帶有探測窗口的外表面的對面。
[0025]殼體的內(nèi)腔借助環(huán)繞的密封件相對于外部空間密封。為此，旋轉(zhuǎn)體的可旋轉(zhuǎn)地安置在殼體上的第一區(qū)段具有圓形的外輪廓，該外輪廓借助密封圈特別是O形圈相對于殼體的圓形內(nèi)輪廓密封。
[0026]為了容納密封圈，殼體和/或旋轉(zhuǎn)體的第一區(qū)段具有環(huán)形槽。
[0027]密封圈相對于可從外面操縱的鎖止部件一例如被設(shè)計成埋頭螺釘一設(shè)置在殼體內(nèi)腔側(cè)。
[0028]伸向旋轉(zhuǎn)體的第二區(qū)段端部的導線可以在那里與插塞連接件連接。但特別節(jié)省空間的是，使得電纜與旋轉(zhuǎn)體的第二區(qū)段連接，而在旋轉(zhuǎn)體中伸展的導線就是該電纜的芯線。按照這種設(shè)計，旋轉(zhuǎn)體尤其是通過卷曲桶與電纜的屏蔽物導電地連接，該卷曲桶包圍該電纜的包皮。卷曲桶由此把電纜固定在旋轉(zhuǎn)體上。借助卷曲桶通過電纜的環(huán)繞式夾緊而固定在旋轉(zhuǎn)體上，這也保證了電纜與旋轉(zhuǎn)體之間的相互密封。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為根據(jù)本發(fā)明的位置測量裝置的立體圖；
圖2為在旋轉(zhuǎn)體的第一旋轉(zhuǎn)位置根據(jù)圖1的位置測量裝置的A-A橫剖視圖；
圖3為在旋轉(zhuǎn)體的第二旋轉(zhuǎn)位置根據(jù)圖1的位置測量裝置的A-A橫剖視圖；
圖4為根據(jù)圖1的位置測量裝置的探測單元的另一視圖；
圖5為根據(jù)圖2的探測單元的C-C局部剖視圖；
圖6為根據(jù)圖2的探測單元的B-B局部剖視圖；和圖7為根據(jù)圖1的位置測量裝置的探測單元的D-D局部剖視圖。

【具體實施方式】
[0030]作為位置測量裝置，在圖廣7中以長度測量裝置為例示出了本發(fā)明，下面對其予以詳述。該長度測量裝置包括比例尺I和作為獨立的結(jié)構(gòu)單元可指配于該比例尺I的探測單元2。比例尺I具有測量分度(Messteilung)Il,該測量分度可由探測單元2以光電方式探測。測量分度11在本例中被設(shè)計成反射型增量分度。比例尺I沿測量方向X伸展，探測單元2可沿該測量方向X相對于比例尺I移動。為了進行位置測量，探測單元2包括光源21和探測器22。在進行位置測量時，從光源21發(fā)出的光束根據(jù)位置由測量分度11調(diào)制。根據(jù)位置調(diào)制后的光束被探測器22檢測，探測器然后產(chǎn)生位置相關(guān)的電的探測信號。
[0031]探測單元2包括殼體23，該殼體包圍光源21和探測器22。殼體23的外輪廓為方形。如此形成的外表面231之一具有探測窗口 24，該探測窗口設(shè)置在比例尺I的對面。探測窗口 24能透過探測光路，但殼體23封閉以防污物。探測窗口 24例如由玻璃構(gòu)成。在與其垂直地伸展的另一外表面232上開設(shè)有開口，電導線25經(jīng)由該開口從殼體23的內(nèi)腔向外伸展。經(jīng)由這些電導線25，探測器22的電的探測信號可以向外引導，和/或可以給探測單元2供電。
[0032]電導線25在旋轉(zhuǎn)體3中伸展。該旋轉(zhuǎn)體3中具有沿測量方向X直線伸展的管形第一區(qū)段31。該管形第一區(qū)段31還在殼體23的開口中可轉(zhuǎn)動地安置，其中，旋轉(zhuǎn)軸線M沿測量方向X伸展地朝向。旋轉(zhuǎn)體3在后續(xù)延展中具有第二區(qū)段32，該第二區(qū)段相對于第一區(qū)段31彎折，以有利的方式彎折90°。
[0033]旋轉(zhuǎn)體3直接安置在探測單元2的殼體壁上，通過這種設(shè)置方式可以實現(xiàn)節(jié)省空間地布置旋轉(zhuǎn)體3。旋轉(zhuǎn)體3的第一區(qū)段31沿測量方向X伸展，這種措施的優(yōu)點是，比例尺I上的對于探測單元2的移動可供使用的空間得到優(yōu)化利用。
[0034]旋轉(zhuǎn)體3的第二區(qū)段32相對于第一區(qū)段31彎折，這與旋轉(zhuǎn)性相結(jié)合具有特殊的優(yōu)點:可以根據(jù)探測單元2的安裝情況來優(yōu)化地調(diào)整第二區(qū)段32的方向，進而調(diào)整電導線25的后續(xù)延展，而不會有彎曲力作用到探測單元2上。第二區(qū)段32相對于第一區(qū)段31彎折90°是特別有利的，因為對于導線引導而言需要較小的空間，電導線25可以在最短的路徑上伸展離開探測單元2。
[0035]探測單元2的方形殼體23具有平行于測量方向X伸展的被設(shè)計成安裝面的第一外表面233，通過該安裝面可把探測單元2安裝到待測物件一例如機器的直線軸一上。為此在該外表面233上開設(shè)出垂直于其表面伸展的固定孔26。該第一外表面233垂直于具有探測窗口 24的外表面231伸展。兩個外表面233和234是平面，它們均由測量方向X和垂直于外表面231或者垂直于在探測地點的待探測的比例尺表面的垂線S形成。
[0036]在殼體23上構(gòu)造有平行于測量方向X且平行于第一外表面233伸展的另一外表面234作為第二安裝面。第一外表面233和第二外表面234供使用者有選擇地用來把探測單元2安裝到待測物件上。為了能夠為此總是節(jié)省空間地選擇電導線25的伸展方式，旋轉(zhuǎn)體3的第二區(qū)段32通過圍繞旋轉(zhuǎn)軸線M的旋轉(zhuǎn)可處于至少兩個旋轉(zhuǎn)位置。在這里，在第一旋轉(zhuǎn)位置，旋轉(zhuǎn)體3的第二區(qū)段32以直角離開第一外表面233，而在第二旋轉(zhuǎn)位置，旋轉(zhuǎn)體3的第二區(qū)段32以直角離開第二外表面234。
[0037]旋轉(zhuǎn)體3的轉(zhuǎn)角借助旋轉(zhuǎn)限制件4來限制。旋轉(zhuǎn)限制件4的一種示范性的設(shè)計在圖7中示出，且標有附圖標記4.1和4.2。在可旋轉(zhuǎn)地安置在殼體23的壁中的第一區(qū)段31上，設(shè)置有與殼體23的環(huán)形槽4.2對應(yīng)的凸起4.1。槽4.2環(huán)繞不超過360°，因而形成用于凸起4.1的止擋。為了保護比例尺1，旋轉(zhuǎn)限制件4特別是按如下方式來限制旋轉(zhuǎn)體3的旋轉(zhuǎn)性:可以把旋轉(zhuǎn)體3的第二區(qū)段32僅僅安置在位于相對于待探測的比例尺I的表面的垂線S介于+100°和-100°之間的波動范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)位置。該垂線S也是殼體23的具有探測窗口 24的外表面231的垂線。
[0038]旋轉(zhuǎn)體3的由使用者針對當前的安裝情況優(yōu)化地選擇的旋轉(zhuǎn)位置可以借助鎖止部件5在所調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)位置鎖定在殼體23上。圖6中示出了一種特別節(jié)省空間的鎖止部件5。它由橫向于旋轉(zhuǎn)體3的旋轉(zhuǎn)軸線M擰入到殼體23的壁中的螺釘構(gòu)成，該螺釘把旋轉(zhuǎn)體3夾緊地位置固定地固定在殼體23上。
[0039]如圖5中所示，利用在旋轉(zhuǎn)體3的第一區(qū)段31上開設(shè)的環(huán)繞的槽6.1把旋轉(zhuǎn)體3可旋轉(zhuǎn)地安置在殼體23上，該槽與橫向于旋轉(zhuǎn)軸線M伸展的銷6.2、6.3對應(yīng)。這些銷6.2、6.3插入殼體23的橫向于測量方向X伸展的壁中，并以有利的方式被設(shè)計成夾緊銷。槽6.1與銷6.2、6.3結(jié)合還有防止拔出的功能，其方式為，它們把旋轉(zhuǎn)體3軸向地形狀配合地固定在殼體23上。
[0040]在旋轉(zhuǎn)體3與殼體23之間設(shè)置有密封件。如在剖視圖5和6中所示，該密封件由O形圈形式的密封圈7構(gòu)成，該密封圈徑向地設(shè)置在旋轉(zhuǎn)體3的第一區(qū)段31的圓形外輪廓與殼體23的圓形內(nèi)輪廓之間。密封圈7相對于可由外部操縱的鎖止部件5設(shè)置在內(nèi)腔側(cè)。也就是說，密封圈7在軸向上觀察設(shè)置在殼體23的內(nèi)腔與鎖止部件5之間。這種設(shè)置方式保證了對內(nèi)腔的可靠密封，因為鎖止部件5例如被設(shè)計成徑向擰入的螺釘?shù)男问?，且銷6.2,6.3從內(nèi)腔觀察布置在密封圈7之后。
[0041]旋轉(zhuǎn)體3的第二區(qū)段32可以在端側(cè)設(shè)有用于與電導線25或者與電纜8連接的插塞設(shè)備。導線25借助電纜8續(xù)延，這樣特別節(jié)省空間，如圖5中所示。在這里，在旋轉(zhuǎn)體3中伸展的電導線25是電纜8的芯線。電纜8具有屏蔽物81，該屏蔽物與旋轉(zhuǎn)體的第二區(qū)段32導電地連接。屏蔽物81優(yōu)選是編織層，其鋪設(shè)在旋轉(zhuǎn)體3的管形第二區(qū)段32的外圓周上。利用卷曲桶9把屏蔽物81固定在旋轉(zhuǎn)體3上。該卷曲桶9還包圍電纜8的外包皮82，因而將包皮82進而也將電纜8固定在旋轉(zhuǎn)體3上。卷曲桶9在環(huán)繞的卷曲區(qū)域?qū)﹄娎|8的包皮82夾緊，該卷曲區(qū)域也作為電纜8與旋轉(zhuǎn)體3之間的密封件。旋轉(zhuǎn)體3與殼體23接觸，由此也保證殼體23與電纜的屏蔽物81電連接。
[0042]就上述實施例而言，位置測量基于光電探測的原理。但本發(fā)明也可應(yīng)用于其它物理探測原理，比如磁性的、電容的或電感的。替代地或附加地，測量分度還可以包括絕對編碼。
【權(quán)利要求】
1.一種被設(shè)計用來探測比例尺(I)的測量分度(11)的探測單元，用于沿測量方向(X)進行位置測量，包括: 帶有探測器(22)的殼體(23)，該探測器用來產(chǎn)生位置相關(guān)的探測信號； 穿過殼體(23)沿測量方向(X)向外伸展的電導線(25)； 其特征在于， 電導線(25)在旋轉(zhuǎn)體(3)內(nèi)延伸，其中，旋轉(zhuǎn)體(3)具有沿著測量方向(X)伸展的第一區(qū)段(31)和沿著相對于測量方向(X)彎折的第二方向伸展的第二區(qū)段(32)， 旋轉(zhuǎn)體(3)圍繞沿著測量方向(X)伸展的旋轉(zhuǎn)軸(M)可轉(zhuǎn)動地安置在殼體(23)上。
2.如權(quán)利要求1所述的探測單元，其特征在于，旋轉(zhuǎn)體(3)的第二區(qū)段(32)相對于第一區(qū)段(32)彎折90°地伸展。
3.如前述權(quán)利要求中任一項所述的探測單元，其特征在于，殼體(23)的至少兩個在測量方向(X)上相互平行的相對的外表面(233、234)被設(shè)計成安裝面，通過圍繞旋轉(zhuǎn)軸(M)的旋轉(zhuǎn)即可使得旋轉(zhuǎn)體(3)的第二區(qū)段(32)處于至少兩個旋轉(zhuǎn)位置，其中，該第二區(qū)段在第一旋轉(zhuǎn)位置以直角離開這兩個安裝面之一(233)，而在第二旋轉(zhuǎn)位置以直角離開兩個安裝面中的另一個安裝面(234)。
4.如權(quán)利要求3所述的探測單元，其特征在于，殼體(23)的外表面(233、234)被設(shè)計成用于安裝到待測量的物件上的安裝面，其方式為，分別開設(shè)出垂直于所述外表面(233、234)伸展的固定孔(26)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的探測單元，其特征在于，殼體(23)的外輪廓為方形。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的探測單元，其特征在于，為了限制旋轉(zhuǎn)體(3)相對于殼體(23)的轉(zhuǎn)角，設(shè)有旋轉(zhuǎn)限制件(4)。
7.如權(quán)利要求6所述的探測單元，其特征在于，旋轉(zhuǎn)限制件(4)適當?shù)叵拗菩D(zhuǎn)體(3)的轉(zhuǎn)動性，使得旋轉(zhuǎn)體(3)的第二區(qū)段(32)只能處于相對于待探測的比例尺(I)的表面的垂線(S)介于±100°的波動范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)位置。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的探測單元，其特征在于，在殼體(23)與旋轉(zhuǎn)體(3)之間設(shè)有軸向的防止拔出件(6)。
9.如權(quán)利要求8所述的探測單元，其特征在于，軸向的防止拔出件(6)包括至少一個插在殼體(23)中的與旋轉(zhuǎn)體(3)的環(huán)繞的槽(6.3)對應(yīng)的銷(6.1,6.2)。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的探測單元，其特征在于，旋轉(zhuǎn)體(3)可借助鎖止部件(5)在所調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)位置鎖定在殼體(23)上。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的探測單元，其特征在于，旋轉(zhuǎn)體(3)的可旋轉(zhuǎn)地安置在殼體(23)上的第一區(qū)段(31)具有圓形的外輪廓，該外輪廓借助密封圈(7)相對于殼體(23)的圓形內(nèi)輪廓密封。
12.如權(quán)利要求10和權(quán)利要求11所述的探測單元，其特征在于，密封圈(7)從殼體(23)的內(nèi)腔起設(shè)置在鎖止部件(7)之前。
13.如前述權(quán)利要求中任一項所述的探測單元，其特征在于，有根電纜(8)與旋轉(zhuǎn)體(3)的第二區(qū)段(32)連接，而在旋轉(zhuǎn)體(3)中伸展的電導線(25)就是該電纜(8)的芯線。
14.如權(quán)利要求13所述的探測單元，其特征在于，旋轉(zhuǎn)體(3)通過卷曲桶(9)與電纜(8)的屏蔽物(81)導電地連接，該卷曲桶(9)包圍該電纜(8)的包皮(82)，并使得包皮(82)與旋轉(zhuǎn)體(3)位置固定。
15.一種位置測量裝置，帶有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的探測單元和指配于該探測單元(2)的比例尺(1)，該比例尺被設(shè)計用于沿測量方向(X)進行位置測量，且沿著測量方向(X)延伸。
【文檔編號】G01B21/02GK104279993SQ201410313994
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】B.里澤曼, W.普歇爾, S.屈恩霍澤 申請人:約翰內(nèi)斯·海德漢博士有限公司