專利名稱：長度測量裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的長度測量裝置。
背景技術(shù)：
例如在DE28 45 542D1、 DE 32 01 887 Al和EP 0 459 294 Dl中描
述的這類長度測量裝置用來測量長度和行程，特別是在加工機床時在坐
標測量^L的情況下用來測量刀具相對于待加工的工件的相對距離，且其 在半導體工業(yè)中的應用也日益增多
其中，作為整體量具采用一種帶測量分度的比例尺，該比例尺放置 在一個沿測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 絕對編碼的測量分度在位置測量時用掃描車進行掃描。為此，該掃描車 在比例尺的兩個相互垂直延伸的導向面上在測量方向內(nèi)進4亍縱向?qū)?并壓在導向面上。這種導向是行之有效的。因為保證了整個測量長度上 在掃描車、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 證了掃描信號的良好質(zhì)量。掃描車的導軌與被測物體的導軌是拆開的， 因為在被測物體和掃描車之間設置有一個帶連接器鎖扣，該連接器把掃 描車在測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置有一層滑動層。該滑動層 是一層薄的滑動膜并例如由含有PTFE (聚四氟乙烯)的塑料制成。在 實踐中，按現(xiàn)有技術(shù)固定在鎖扣上的連接件設計成鋼銷，該鋼鎖支撐在 鎖扣的孔中。該鋼銷對稱于接觸點。為了使該接觸點盡量靠近比例尺的 中性平面(纖維)，即盡量靠近比例尺本身，銷的直徑選擇得很小，但 這對穩(wěn)定性是不利的。
對長度測量裝置的要求越來越高，不斷地要求位置測量的更高的分 辨率以及更高的精度和可重復性。同時要求它具有緊湊的機械結(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的、高測量精度的、制造 成本低的長度測量裝置。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的是通過權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)的。
高的測量精度要求整個測量長度具有恒定的掃描距離。這是通過在 長度測量裝置上，尤其是在比例尺上的掃描車的導向來實現(xiàn)的。掃描車 通過一個只在測量方向剛性的連接器連接在鎖扣上，以便達到與被測物 的導向不精確性分離的掃描車的精確導向。本發(fā)明的連接器結(jié)構(gòu)在全部 其他方向內(nèi)都可實現(xiàn)鎖扣的運動而對測量方向內(nèi)的掃描車的^青確導向 和運動沒有反作用。在盡可能高穩(wěn)定性和廉價制造的情況下，摩擦性能 以及磨損性能達到了最佳化。特別是可達到長的使用壽命和在這個長的 使用壽命過程中可達到可重復的位置測量。
本發(fā)明的諸多有利改進可從各項從屬權(quán)利要求中得知。


下面借助實施例來詳細i兌明本發(fā)明。 其中
圖1表示在測量方向內(nèi)的長度測量裝置的部分剖面圖； 圖2表示圖1長度測量裝置的連接件的透視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明以一個光學長度測量裝置為例來說明兩個在測量方向X內(nèi) 可移動物體的相對位置的測量。其中特別是用玻璃制成的透明比例尺20 由一個可相對于比例尺20在測量方向X內(nèi)運動的掃描車10進4亍掃描。 比例尺20具有測量分度21,這些測量分度由掃描車IO用透射光掃描。 為此，掃描車10包括一個發(fā)射光束的照明單元，光束通過比例尺20延 伸并最終達到掃描車IO的光敏掃描傳感器上。其中光束隨比例尺20上 的測量分度21的位置而進行調(diào)節(jié)。
比例尺20放置在一個外殼22內(nèi)，該外殼則固定在被測物體例如車 床的床身上。比例尺20以熟知的方式例如通過粘接或夾緊與外殼22連 接。外殼22具有一個沿其縱向即測量方向X延伸的槽，該槽通過屋頂 形傾斜的密封唇封閉，帶有一個箭形中間段的鎖扣13通過該密封唇扣 緊。鎖扣13有一個安裝區(qū)131,用該安裝區(qū)可將鎖扣固定在相對于機床 移動的物體上，例如機床的滑板上。
掃描車10沿著比例尺20在其上進行導向，以便達到精確的平行導 向。為此，掃描車10通過導向件支撐在比例尺20的兩個相互垂直取向 的面201， 202上。這兩個面之一是支撐測量分度21的表面201,而另
一個面則是比例尺20的與之垂直延伸的窄面202。導向件可以是滑動 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輥。
在掃描車10和鎖扣13之間布置一個連接器14，該連接器把掃描車 IO在測量方向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，通過這一措施，使鎖扣13的錯誤取向不會傳遞到掃描車10上。這 種連接器14在掃描車IO上設置有第一連接件141,而在鎖扣13上則設 置有第二連接件142。在運行過程中，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是一個垂直于測量方向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之間形成點狀的接觸P。
一個例如為壓力彈簧16的施力元件確保這兩個連接件141、 142的 形狀連接。這種連接方式在測量方向X內(nèi)形成非常剛性的連接。在掃描 車IO和鎖扣13之間進行相對運動的情況下不影響其余的5個自由度。 由于在機床導向和掃描車10的導向之間的導向誤差而在長度測量裝置 內(nèi)引起的這種相對運動導致第二連接件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。
兩個連4妻件141、 142中的至少一個至少在接觸區(qū)P用陶瓷制成。 在所示實施例中，兩個連接件141、 142即固定在掃描車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機材料。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用一個垂直于測量方向X延伸的支承面F3支撐在 鎖扣13上。這個支承面F3離接觸第一連接面141的連接面Fl的第二 連接面F2 —定距離布置在測量方向X內(nèi)。第二連接件142的球形連接 面F2呈點狀接觸第一連接件141的平整的連接面Fl,且這種點狀接觸 P點的位置離比例尺20有一定的距離A,這個距離A在垂直于測量方 向X的方向延伸。支^c面F3垂直于測量方向X有一定的范圍，該范圍 從通過接觸P預先給定的位置出發(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并由此在測量方向X具有大 的剛度。這種從P點看去不對稱的結(jié)構(gòu)是特別容易加工的。
為便于安裝，第二連接件142通過固定件17固定在鎖扣13上。該 固定件17具有設置在鎖扣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)點在于，連接器14具有很高的強度和形狀穩(wěn)定性 并由此在測量方向X內(nèi)具有特別高的剛度。這個優(yōu)點一方面是基于材料 選擇并通過材料選擇實現(xiàn)的造型而進一步得到提升。
通過材料選擇，使連接件141、 142的接觸P達到良好的摩擦性能， 因而不產(chǎn)生損害測量精度的磨損。同樣地，不產(chǎn)生會污染比例尺20并 對掃描信號的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響和由此降低測量精度的磨損。
用陶瓷材料花很少的費用和特別低廉的成本就能達到要求的形狀 和形狀精確的平整表面，因為連接件141、 142可用燒結(jié)方法制造。
本發(fā)明不限于用光學掃描原理的長度測量裝置。比例尺的掃描也可 用電容、電磁或電感方式進行，對此必須相應地設計測量分度和掃描傳 感器。
權(quán)利要求
1. 測量兩個物體的相對位置的長度測量裝置，包括-一個比例尺(20)；-一個用于掃描比例尺(20)的測量分度(21)的掃描車(10)，其中掃描車(10)在長度測量裝置的導向面(201、202)上在測量方向X內(nèi)進行縱向?qū)颍?一個連接器(14)，掃描車(10)通過它在測量方向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物體之一，其中連接器(14)在掃描車(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，-兩個連接件(141、142)的至少一個至少在接觸區(qū)(P)用陶瓷材料制成。
2. 按權(quán)利要求1的長度測量裝置，其特征為，陶瓷材料為鋯氧化物。
3. 按權(quán)利要求1或2的長度測量裝置，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的長度測量裝置，其特征為，第二連接件(142) 是一個在鎖扣(13)上剛性固定的物體，它用一個垂直于測量方(X) 延伸的支承面(F3)支撐在鎖扣(13)上，其中支承面(F3)在測量方 向(X)離連接面(F2)有一定距離。
5. 按權(quán)利要求4的長度測量裝置，其特征為 -接觸(P)是點狀的；-支承面(F3)垂直于測量方向(X)有一定的范圍，這個范圍在 通過接觸(P)預先給定的位置出發(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任一項的長度測量裝置，其特征為，第一連接 件(141 )的連接面(Fl )是一個垂直于測量方向(X)延伸的平面。
7. 按前述權(quán)利要求任一項的長度測量裝置，其特征為，設置有一個 施力元件(16)來"fc兩個連接件相互擠緊。
8. 按權(quán)利要求7的長度測量裝置，其特征為，該施壓元件是一個彈 簧(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長度測量裝置，由一個放置在外殼(22)內(nèi)的比例尺(20)和一個掃描比例尺(20)用的掃描車(10)組成。掃描車(10)在比例尺(20)的兩個相互垂直取向的面(201、202)上導向。掃描車(10)通過連接器(14)在測量方向(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(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)呈點狀接觸第二連接件(142)的球形連接面(F2)。這兩個連接面(141、142)的至少一個至少在接觸區(qū)(P)用陶瓷材料制成。
文檔編號G01B21/02GK101387509SQ200810215938
公開日2009年3月18日 申請日期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 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司