長度測量裝置的製作方法

2023-05-02 13:59:36

專利名稱：長度測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測量兩個可以相對地相互移動的物體的位置的長度測量裝置。將標尺在測量方向上延伸地布置在所述長度測量裝置的空心型材內部以保護所述標尺。這種長度測量裝置用於測量長度、距離或者說位置，並且特別地在加工工具機上使用以測量刀具關於待加工工件的相對運動，在坐標測量機上使用並且也更多地在半導體工業中使用。
背景技術：
通常要求所述長度測量裝置構造成用於測量特別長的、超過數米的距離。這樣的長度測量裝置例如在文獻DE 43 18 017 Al中進行了描述。所述長度測量裝置在此由多個以在測量方向上串聯地布置的空心型材的形式存在的部件組成。標尺以捲尺的形式在所述空心型材的溝槽中在所有空心型材上延伸，並且通過固定元件在所述測量區域內夾緊在所述空心型材之一上。所述空心型材再藉助螺紋緊固件位置固定地固定在待測量的物體上。此外，所述空心型材在端側上通過彈性的密封件與緊鄰的空心體相連接，這產生一定程度的機械的脫耦。所述捲尺在其端部上藉助張緊裝置在所述捲尺的長度上張緊並且藉助所述在兩端上的張緊裝置位置固定地固定在待測量的物體上。在此不利的是，所述端側的密封件一方面必須相互可靠地密封所述空心型材並且另一方面必須實現機械的脫耦。所述密封件因此引起相對大的反作用力作用到所述固定元件上，這對測量精度產生不利影響。因此，本發明的任務在於，創造一種良好操作的並且穩定的長度測量裝置，所述長度測量裝置具有高測量精度。

發明內容
按本發明的任務通過權利要求I所述的特徵來解決。在所述從屬的權利要求中說明本發明的有利的設計方案。根據本發明，所述用於測量兩個可以相對地相互移動的物體的位置的長度測量裝置具有空心型材，標尺布置到所述空心型材的內腔中。此外，所述長度測量裝置包括固定元件，所述固定元件具有第一部段，所述第一部段為此設計，以便一方面將所述標尺位置固定地固定在所述第一部段上，並且另一方面將所述第一部段位置固定地固定在所述待測量的物體之一上。此外，所述固定元件具有至少一個第二部段，所述固定元件利用所述第二部段固定在所述空心型材上。在所述固定元件的第一部段和第二部段之間設置至少一個長度補償元件，所述長度補償元件為此構造，以便實現所述第一部段相對於所述第二部段在測量方向上的運動。所述至少一個長度補償元件有利地是固體鉸鏈結構。這種固體鉸鏈的每一個允許通過彎曲在所述第一部段和所述第二部段之間相對運動並且以減小的抗彎剛度構造成在所述第一與所述第二部段之間的連接區域。
所述第一部段在所述待測量的物體上的牢固固定的位置形成所述長度測量裝置相對待測量的物體的在測量方向上的基準點。位置固定在此意味著，在測量方向X上的不可移動的固定。通過本發明保證了所述固定元件從所述空心型材中脫耦，從而不會在所述固定元件上產生反作用力。因此實現所述位置測量的高測量精度，特別是可重複性以及所述基準點的良好的熱穩定性。所述空心型材連同所述固定元件一起操作，這簡化了在所述待測量的物體上的裝配。所述空心型材的材料通常由例如鋁的材料組成，所述空心型材的材料具有比所述固定元件的材料更大的熱膨脹係數。鋼或者所謂的零膨脹材料、如INVAR適合作為所述固定元件的材料。所述空心型材由熱決定的膨脹性通過本發明得到保證，而來自所述空心型材的不容許的力不會作用到所述固定元件上進而作用到所述基準點上，通過所述不容許的力可能對所述長度測量裝置的精度產生不利的影響。按本發明的固定元件集成到空心型材中並且可以與所述空心型材一起簡單地操作。下述情況也是特別有利的，即當所述長度測量裝置包括多個在測量方向上串聯布置的空心型材時，所述空心型材在其連接位置上分別藉助彈性的密封件密封，並且所述標尺在多個空心型材上延伸，其中所述空心型材之一具有所述固定元件。所述端側的密封部以及機械的脫耦部的功能被分開並且因此可以分別單個地優化設計所述密封件以及所述具有集成的脫耦部的固定元件。所述標尺優選在其整個長度上在測量方向上僅僅位置固定地固定在所述固定元件上，並且在其它情況下，也就是說在所述固定元件的兩側延伸地、相對於所述多個空心型材以及相對於所述待測量的物體可以縱向移動地布置。所述縱向可移動性可以通過所述標尺在所述空心型材上的簡單的支承來實現，其中在所述標尺與所述空心型材之間的摩擦可以通過附加措施、例如通過彈性的中間層來減小。特別是如此構造所述至少一個長度補償元件，從而所述長度補償元件僅僅在測量方向上允許所述第一部段相對於所述第二部段的運動並且阻止在所有其它方向上、也就是在其餘的五個自由度中的移動，由此保證了所述長度測量裝置的高的抗振性。所述至少一個長度補償元件可以構造成低摩擦的線性導向部。特別有利的是所述至少一個長度補償元件是固體鉸鏈的結構。所述固體鉸鏈各具有一個垂直於所述測量方向延伸的連接片，所述連接片在所述第一部段和所述第二部段之間延伸。所述連接片以一個端部連接在所述固定元件的第一部段上並且在所述第二個端部上與所述固定元件的第二部段相連接，特別是在所述固定元件上一體地成形。所述連接片僅僅在測量方向上可以偏移。正如在接下來描述的實施例中詳細闡述的一樣，當所述標尺藉助第一導向部在所述空心型材中在測量方向上被引導時，這是特別有利的。所述第一導向部優選是引入到所述空心型材中的溝槽，所述標尺在測量方向上低摩擦地可移動地支承在所述溝槽中。所述第一導向部特別地為此設計，以便所述標尺在所述其餘的五個自由度中固定。 第二導向部在測量方向上形成至少一個長度補償元件。所述第二導向部在測量方向上在所述固定元件上引導所述空心型材。所述第二導向部也特別地為此設計，以便所述空心型材在所述其餘的五個自由度中固定。
所述標尺優選可以在所述固定元件上在每個任意的位置上固定並且所述固定部此外優選可以再次徹底地脫開。對此所述固定元件的第一部段特別地為此設計，以便所述標尺通過夾緊部位置固定地固定在所述第一部段上。所述夾緊部具有如下優點，即所述標尺在所述固定元件需要時可以脫開。所述夾緊機構可以從外面進入並且可以激活。所述第一部段優選具有橫向於所述測量方向的相互間隔距離地布置的支承部以利用其下側面支承所述標尺，其中所述標尺自由放置在所述兩個支承部之間。此外，所述第一部段具有兩個橫向於所述測量方向X的相互間隔距離地布置的支座，所述支座在夾緊時與所述標尺的上側面接觸並且將所述標尺夾緊在所述支承部與所述支座之間。以在邊緣上包圍所述標尺的折邊的形式構造所述支座，所述支座釋放了所述標尺的測量分度裝置以進行探測。為了將所述第一部段位置固定地固定在待測量的物體上，所述第一部段例如具有用於容納螺紋緊固件的孔，所述螺紋緊固件在所述第一部段位置固定地固定時與所述待測量的物體通過以下方式相關聯，即所述螺紋緊固件例如在那裡旋入。所述第二部段可以包括兩個在測量方向X上相互間隔距離地布置的部分部段，其中在所述兩個部分部段之一和所述第一部段之間分別設置長度補償元件、特別是以至少一個固體鉸鏈的形式存在的長度補償元件。每個部分部段通過螺紋緊固件固定在所述空心型材上。所述標尺優選是捲尺，所述捲尺、特別是鋼捲尺縱向穩定但是可以彎曲。


根據實施例對本發明進行詳細闡釋。附圖示出
圖I是在已安裝狀態下的長度測量裝置的視 圖2是所述長度測量裝置的空心型材的第一視 圖3是不具有標尺的空心型材的第二視 圖4是具有標尺的空心型材的第_■視 圖5是所述空心型材的固定元件的第一視 圖6是所述空心型材的固定元件的第二視 圖7是所述空心型材的固定元件的第三視圖；並且 圖8是固定元件的另一種設計方案。
具體實施例方式圖I示出了用於測量兩個可以相對地相互移動的物體1，2的位置的長度測量裝置。所述長度測量裝置是一種所謂的封裝的系統，在所述長度測量裝置上在空心型材4內部在測量方向X上延伸地布置標尺3 (此處僅示意地示出)，並且探測所述標尺3的測量分度裝置的探測頭5同樣保護地布置在所述空心型材4內部。所述探測頭5在空心型材4中在測量方向X上通過下述方式被引導，即所述探測頭例如藉助滾輪支撐在所述空心型材4和/或所述標尺3上。所述空心型材4與所述兩個待測量的物體之一的物體I相連接並且所述探測頭5與所述兩個待測量的物體的另一個物體2相連接。所述探測頭5與所述待測量的物體2的連接以已知的方式通過劍形構造的夾子(Mitnehmer)來實現,所述夾子通過在測量方向X上延伸的開槽41向外引導。所述空心型材4的開槽41通過密封唇(所述密封唇出於清晰的原因未示出)密封，以便避免髒物和噴水滲入所述空心型材4的內部。所述標尺3優選是柔韌的薄捲尺，所述捲尺在測量方向上縱向穩定但是可以彎曲，因此鋼捲尺特別適合。所述標尺3在其上側面上承載有可光電探測的測量分度裝置，所述測量分度裝置由探測頭5以所謂的反射光方法進行探測，並且以其下側面平放在以空心型材4的連接片42. 1,42. 2的形式存在的支承面上。所述空心型材4的溝槽43 —方面形成用於所述標尺3支承面(例 如所述連接片42. 1,42. 2)，並且另一方面有利地具有兩側的折邊(Falze)44. 1,44. 2，所述折邊形成對所述標尺3兩側的包圍。所述溝槽43形成間隙，所述標尺3雖然可以在測量方向X上推入所述間隙中，但是其在橫向於此的方向上僅僅具有可以忽略的隙部。在圖2和圖3中示出了未裝入標尺3的溝槽43並且在圖4中示出了已將標尺3推入到其中的溝槽43。所述溝槽43形成所述空心型材的導向部，所述標尺在所述溝槽中在測量方向上可低摩擦地移動地支承。此外如此構造所述導向部，從而使得所述標尺3在剩下的五個自由度中固定。在圖I中示出了，如何構造用於測量較大的測量長度的長度測量裝置。在所述待測量的物體I上在測量方向X上串聯地布置多個空心型材4，40，400。每兩個相鄰的空心型材4，40,400之間的連接位置藉助密封件6相互密封。在各個空心型材4，40,400裝配在所述被測量的物體1上之後，所述標尺3被推入到或者說被拉入到所述空心型材4,40,400的溝槽43中。所述標尺3在此一體地在所有空心型材4，40，400上延伸。所述空心型材4具有固定元件10，所述固定元件一方面構造用於形成所述標尺3相對於所述待測量的物體I的原點或者說基準點，並且另一方面在測量方向X上脫耦地安裝在所述空心型材4上。為此所述固定元件10具有第一部段11，所述第一部段為此設計成，所述標尺3位置固定地固定在所述第一部段上。此外，所述第一部段11為此設計成，位置固定地固定在待測量的物體1上。由此從測量方向X上來看，所述標尺3在該位置上位置固定地固定在所述第一部段11上，在該位置上所述第一部段11也位置固定地固定在待測量的物體1上。所述標尺3在所述第一部段11的兩側上相對所述空心型材4在測量方向X上延伸地布置，從而使得所述固定元件10位於所述測量區域內部。所述標尺3在其整個長度上僅僅通過所述固定元件10可以位置固定地固定在所述待測量的物體上。上述情況意味著所述標尺3在所述固定元件10的兩側上在其整個長度上一方面與所述空心型材4如此脫耦地安裝，從而使得在所述標尺3和所述空心型材4之間的相對長度變化成為可能，並且另一方面所述標尺除了在基準點上也不與所述待測量的物體I位置固定地連接。所述標尺3的這種脫耦的布置可以通過所述標尺3在所述溝槽43的底板上的支承實現，其中在所述溝槽43的底板和所述標尺3之間可以附加地、例如以中間層的形式設置減少摩擦的機構。所述標尺3在所述第一部段11上的位置固定的固定優選通過夾緊裝置實現，其優點是所述固定可以脫開，從而使得所述標尺3在需要時可以從所述空心型材4中簡單地移出。在圖5至7中以不同的視圖示出了有利地設計的固定元件10的第一實施例。所述第一部段11具有夾緊機構110以在第一部段11上的位置固定的夾緊所述標尺3，所述標尺3可以利用所述夾緊機構夾緊在所述第一部段11上。所述夾緊機構110為此具有支承元件以利用其下側面支承所述標尺3。所述支承元件如此具有兩個橫向於所述測量方向X相互間隔距離地布置的支承部111. 1，111. 2，從而使得所述標尺3隻是平放在兩個邊緣上並且在中間不受束縛。此外，所述夾緊機構110具有兩個支座(Widerlager) 112. 1,112. 2,所述支座在夾緊時與所述標尺3的上側面接觸並且將所述標尺3夾緊在所述支承部111. 1，111. 2的表面與所述支座112. 1，112. 2之間。在示出的實施例中所述支座112. 1，112. 2包括兩個折邊，所述折邊在夾緊時在兩個邊緣上與所述標尺3的上側面接觸。所述兩條折邊釋放了所述標尺3的在兩條折邊之間延伸的測量分度裝置，從而使得所述測量分度裝置可以無障礙地由所述探測頭5探測。所述支承元件(在具有兩個連接片形的支承部111. 1，111. 2的實施例中)在所述支座(在所述示例中兩個連接片形的支座112. 1,112.2)的方向上可以垂直於測量方向X移動。這種移動通過螺紋緊固件113實現。為了在安裝時可以儘可能簡單地將所述標尺3插入到所述支承部與所述支座之間，所述支承部可以藉助螺紋緊固件114從所述支座中抽回。
為了夾緊所述標尺3也可以替代地將所述支座112. 1，112. 2構造成可以朝向所述支承111. 1，111. 2移動。為了提高夾緊效果，也就是說提高靜摩擦，優選例如通過噴砂(Sandstrahlen)或者蝕刻(Atzen)使得至少一個夾緊面變得粗糙。所述標尺3在所述第一部段11上的位置固定的固定可以附加地通過形狀配合連接得到改善。如此構成所述夾緊機構110，從而所述夾緊部可以脫開。為了激活所述夾緊部和使所述夾緊部失效，例如以一個或者多個螺紋緊固件113的形式存在的操作元件可以從外面進入並且可以橫向於所述測量方向X進行操作。正如特別是在圖5中清楚地看到的一樣，所述支承部111. I和111. 2和/或所述支座112. I和112. 2在其兩個端部上具有導入斜面以輕鬆地導入所述標尺3。在所述支承部111. 1，111. 2與所述支座112. 1，112. 2之間分別構造的間隙在端側上是最大的並且連續減小直到所述夾緊區域。此外，所述固定元件10的第一部段11為此附加地構造，從而使得所述固定元件位置固定地固定在所述待測量的物體I上。為此所述第一部段11具有用於容納螺紋緊固件116的孔115，所述螺紋緊固件在所述第一部段11位置固定地固定時與所述待測量的物體I相關聯。此外，所述固定元件10具有至少一個第二部段，所述固定元件利用所述固定元件固定在所述空心型材4上。在實施例中所述第二部段通過部分部段12. I和12. 2形成。在所述空心型材4上的固定部如此實現，從而實現在所述第一部段11和所述第二部段12. 1，12. 2之間在測量方向X上的長度補償。為此設置至少一個、特別是構造成固體鉸鏈結構131，132，133，134的長度補償元件，所述長度補償元件實現所述第一部段11相對所述第二部段12. 1,12.2在測量方向X上的移動。優選如此構造所述固體鉸鏈結構131，132，133，134，從而使得所述固體鉸鏈結構僅僅允許所述第一部段11相對所述第二部段12. 1，12. 2在測量方向X上的相對移動並且阻止在所有其它方向上的移動。為此每個固體鉸鏈131，132，133，134構造成連接片形的元件，所述連接片形的元件垂直於測量方向X延伸並且所述連接片形的元件僅僅可以在測量方向X上偏移。所述連接片形的元件阻止所述第一部段11相對所述第二部段12. 1，12. 2在所述連接片形的元件延伸的方向、也就是說在Y方向和Z方向上的移動(在圖7中示出)。所述固體鉸鏈結構131，132，133，134例如在所述第一部段11的兩側是對稱結構。所述第二部段為此包括兩個在測量方向X上相互間隔距離地布置的部分部段12. 1，12. 2，其中在所述兩個部分部段12. 1，12. 2之一與所述第一部段11之間分別布置至少一個固體鉸鏈131，132，133，134。所述構造成連接片形的元件的固體鉸鏈131，132，133，134分別從所述第一部段11出發並且垂直於所述測量方向X地延伸到所述第二部段(在實施例中至少延伸到所述兩個部分部段12. 1，12. 2之一)，並且在測量方向X上可以類似鋼板彈簧地偏移。所述第二部段在此以兩個部分部段12. 1，12. 2的形式通過螺紋緊固件16. 1,16.2固定在所述空心型材4上。為此，所述的兩個部分部段12. 1，12. 2中的每一個分別具有孔15. 1，15. 2。·
具有所述第一部段11和所述至少一個第二部段12. 1，12. 2的固定元件10以插入部件(Einsatzteil)的形式構造，所述固定元件可以從外面安裝到所述空心型材4上。為此所述空心型材4具有可以從外面進入的開口，正如從圖3中清楚地看到的一樣，所述第一部段11的夾緊機構110通過所述開口插入到所述空心型材4的內腔中。所述空心型材4側面的開口通過密封件14、特別是平面密封件密封，所述密封件布置在所述空心型材4的側壁與所述固定元件10之間。所述密封件14特別是在圖5和圖6中示出。在測量方向X上觀察，所述密封件14分別布置在所述第一部段11和所述固體鉸鏈131，132，133，134之間。因為通過上述方式所述密封件14在測量方向X上不要求壓縮，所以可以忽略在測量方向X上通過所述密封件弓I起的力導入。在圖8中示出了固定元件20的另一種設計方案。與前面闡述的固定元件10不同，所述支座以折邊212. 1，212. 2的形式在未夾緊狀態下、不平行於所述標尺3延伸，而是所述支座以其自由端部指向所述標尺3的方向(特別是構造成捲尺)。所述措施用於補償在通過原來的夾緊操作進行力導入時的彎曲。所述標尺3的變形(橫向於所述測量方向X的拱形部(W01bung))通過上述方式避免，從而使得所述長度測量裝置的測量精度通過所述夾緊操作未受到不利的影響。如果期望高精度的位置測量，所述標尺的測量分度裝置設計成可光電地探測的。所述測量分度裝置也可以替代地設計成可以磁性地、電容地或者感應地探測的。
權利要求
1.用於測量在測量方向X上的兩個能夠相對地相互移動的物體(1，2)的位置的長度測量裝置，其具有 空心型材(4)； 標尺(3)，所述標尺布置在所述空心型材(4)的內部； 固定元件(10，20)，所述固定元件具有第一部段(11 )，所述第一部段為此設計，以便一方面將所述標尺(3)在測量方向X上位置固定地固定在所述第一部段上，並且另一方面將所述第一部段(11)在測量方向X上位置固定地固定在所述待測量的物體之一(I)上，其中，所述固定元件(10，20)具有至少一個第二部段(12. 1，12. 2)，所述固定元件利用所述第二部段固定在所述空心型材(4)上，並且其中，在所述固定元件(10，20)的第一部段(11)和第二部段(12. 1，12. 2)之間設置至少一個長度補償元件(131，132，133，134)，所述長度補償元件為此構造，以便實現所述第一部段(11)相對於所述第二部段(12. 1，12. 2)在測量方向(X)上的移動。
2.按權利要求I所述的長度測量裝置，其特徵在於，如此構造所述長度補償元件(131，132，133，134)，從而所述長度補償元件實現了所述第一部段(11)相對於所述第二部段(12. 1，12. 2)僅僅在測量方向X上的移動，並且阻止了在所有其它方向Y，Z上的移動。
3.按權利要求2所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述長度補償元件(131，132，133，134)是固體鉸鏈的結構。
4.按權利要求3所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述固體鉸鏈各具有一個垂直於所述測量方向X延伸的可彎曲的連接片，所述連接片在所述第一部段(11)和所述第二部段(12. 1，12. 2)之間延伸。
5.按前述權利要求中任一項所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述固定元件(10，20)的第一部段(11)為此設計，以便所述標尺(3)通過夾緊部位置固定地固定在所述第一部段(11)上。
6.按權利要求5所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述第一部段(11)具有橫向於所述測量方向X的相互間隔距離地布置的支承部(111. 1,111. 2)以利用其下側面支承所述標尺(3)，並且所述第一部段(11)具有兩個橫向於所述測量方向X的相互間隔距離地布置的支座(112. 1，112. 2)，所述支座在夾緊時與所述標尺(3)的上側面接觸並且將所述標尺(3)夾緊在所述支承部(111. 1,111. 2)與所述支座(112. 1,112. 2)之間。
7.按前述權利要求中任一項所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述第一部段(11)具有用於容納螺紋緊固件(116)的孔(115)，所述螺紋緊固件在所述第一部段(11)位置固定地固定時與所述待測量的物體(1，2)之一相關聯。
8.按前述權利要求中任一項所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述第二部段(12.1，12.2)包括兩個在測量方向X上相互間隔距離地布置的部分部段，其中在所述兩個部分部段之一與所述第一部段(11)之間分別布置至少一個長度補償元件(131，132，133，134)。
9.按權利要求8所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述部分部段的每一個藉助螺紋緊固件(16. 1，16. 2)固定在所述空心型材(4)上。
10.按前述權利要求中任一項所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述標尺(3)是捲尺。
11.按前述權利要求中任一項所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述空心型材(4)具有在測量方向X上延伸的溝槽(43),所述標尺(3)布置在所述溝槽中。
12.按前述權利要求中任一項所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述長度測量裝置包括多個在測量方向X上串聯地布置的空心型材(4，40，400)，所述空心型材在其連接位置上分別藉助彈性的密封件(6)密封，並且所述標尺(3)在所述多個空心型材(4，40，400)上延伸，其中所述空心型材(4，40，400)之一具有所述固定元件(10，20)。
13.按權利要求12所述的長度測量裝置，其特徵在於，所述標尺(3)在其整個長度上在測量方向X上僅僅位置固定地固定在所述固定元件(10，20)上，並且在其它情況下相對於所述多個空心型材(4，40，400)以及所述待測量的物體(1，2)能夠縱向移動地布置。
全文摘要
本發明涉及一種封裝的長度測量裝置，在所述長度測量裝置中在空心型材(4)內部保護地布置標尺(3)。設置固定元件(10)以形成基準點，所述固定元件一方面將所述標尺(3)位置固定地固定在其上並且另一方面所述固定元件可以位置固定地固定在待測量的物體(1)上。此外，所述固定元件(10)具有至少一個長度補償元件，所述固定元件(10)通過所述長度補償元件在測量方向X上可以移動地固定在所述空心型材(4)上。所述至少一個長度補償元件優選以固體鉸鏈結構(131，132，133，134)的形式構造，所述固體鉸鏈結構僅僅允許在測量方向X上的補償運動。
文檔編號G01B21/02GK102889871SQ201210252359
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者J.庫梅茨, D.格耶曼, M.賽希特 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司