CN100357700C - 用于位置测量装置的分度机构及位置测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于一种位置测量装置的分度机构，该分度机构具有许多沿着一个测量方向(R)前后布置的细长的分度线(1)，该分度线分别以一个确定的长度(L)与测量方向(R)成角度地延伸，并且该分度线分别具有一个垂直于其延伸方向(E)的确定宽度(B)。根据本发明设置多个标记(10)，该标记分别由一个分度线(1)的宽度(B)在一个局部范围里的改变而构成，其中该标记(10)具有这样一个长度(1)，使得在并且该标记具有一个这样的长度(1)，使得在借助于扫描机构(A)扫描分度机构(M)时由扫描机构(A)产生的扫描信号不会受到所述标记(10)本质性的损害。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于一个位置测量装置的分度机构。
背景技术
这样一种分度机构包括许多沿着一个测量方向前后设置的细长的分度线，该分度线分别以一个确定的长度与分度机构成角度地、尤其是成直角地延伸，并且该分度线分别具有一个垂直于其延伸方向的确定宽度。
这样一种分度机构例如为了形成一个刻度尺而设计或布置在一个所谓的分度机构载体上，并安置在两个相互运动的构件中的一个之上，其位置要通过所述位置测量装置来确定。在这两个相互运动的构件中的另一个构件上安置位置测量***的一个扫描机构，使得借助于扫描机构通过扫描所述分度机构能够获得一个构件相对于另一构件的位置。例如光电测量原理适合于扫描所述分度机构。
所述分度机构例如设计成一个增量分度机构，该机构由许多周期地(等距地)前后设置的分度线组成，因此借助于扫描机构对该分度线的扫描可以获得所述一个构件相对于所述另一构件的位置变化的位置信息。
对于在机床上的使用-其中所述两个构件例如通过一个机床的床身和溜板构成，位置测量装置的高度精密性具有重要意义。这尤其要求分度机构沿着测量方向在其整个长度上必需包含精确的位置信息。因此存在着这种危险：高度精密的分度机构被第三者非授权地作为复制样本用于加工其它分度机构。为了防止这一点，在一个分度机构上可设有标记，该标记作为复制保护机构例如在形成一个标识(一个公司、一个公司口号、一个商业标记、一个商标、一个标记等)的条件下给出一个对于原始分度机构制造者的说明。由此可以识别出所述分度机构的非合法制造的这种复制品。
但是在此存在问题：由于分度机构的改变，在借助于配属的扫描机构扫描分度机构时产生信号振荡，该振荡又有可能导致测量误差。
发明内容
本发明要解决的问题是，实现一种上述类型的分度机构，其中由于以分度线改变的形式的标记形成的复制保护机构在位置测量装置的使用中不导致对扫描信号产生本质性的损害。
为了这个问题，本发明提出一种用于一种位置测量装置的分度机构，该分度机构具有许多沿着一个测量方向前后布置的细长的分度线，该分度线分别以一个确定的长度与测量方向成角度地延伸，并且该分度线分别具有一个垂直于其延伸方向的确定宽度，其特征在于多个标记，该标记分别由一个分度线的宽度在一个局部范围里的改变而构成，并且该标记具有一个这样的长度，使得在借助于扫描机构(A)扫描分度机构时由扫描机构产生的扫描信号不会受到所述标记本质性的损害，在分度机构的一个部分中的标记长度的总和-该部分在测量方向上的延伸相应于分度线的长度-最多为在分度机构的这个部分中的分度线长度的总和的6％。
据此在分度机构上设有许多标记，其中每个标记分别通过一个分度线的形状、即宽度在相应分度线的一个局部范围中的改变而构成，并且其中在其中所述分度线具有一个改变的宽度的局部范围只具有一个这样微小的长度，使得那些标记在其整体上不对扫描信号产生重要的(本质上的)损害。
受到标记影响的扫描信号的强度与未受干扰的扫描信号(该扫描信号在扫描一个在其它方面一致的测量分度机构时-即没有对分度线宽度进行改变-作为一个位置测量装置的组成部分借助于位置测量装置的扫描单元产生)的强度偏差最大为5％，由此该偏差不视为本质性的，并且不对分度机构或相应的位置测量装置的功能产生重要的损害。
分度机构的用来构成复制保护机构的各个标记分别通过分度线的局部范围构成，其中分度线具有一个加粗部位(即比其余范围更宽)或一个收缩部位(即比其余范围更窄)。在此起决定性作用的是，所述的在其中分度线的宽度被改变的局部范围沿着分度线的延伸方向具有一个这样微小的延伸部位，使得所有标记在其整体性上不对于所产生的扫描信号产生本质的干扰。其结果是，作为复制保护机构的标记不被某个人以裸眼识别，而是只有借助于一个放大镜或一个显微镜才能明确地识别。在各种情况下所述标记都能够以任意的形式阅读或者读出，以便能够作为复制保护机构。
本发明不仅可以用于直线刻度尺形式的分度机构而且也可以用于角度测量***的分度盘。在分度盘的情况下测量方向沿着一个圆弧而不是沿着一条直线延伸。此外所述分度线对于角度测量***的分度盘在径向上具有一个略微的宽度变化。因为分度线的宽度受结构的限制，在分度盘的外边缘上的宽度小于在中间的、面对分度盘中心点的边缘上的宽度。但是一个分度线的宽度从分度盘的内边缘到外边缘的连续变化在本发明的意义上不构成标记，而该标记通过各分度线在一个局部范围里的形状改变而构成。因为所述分度线的宽度从一个分度盘的内边缘到外边缘(极其微小的)增加对于相应分度盘的所有分度线是完全相同。因此不涉及本发明意义上的标记，而通过该标记在分度机构上可以产生一个例如一个图形形式的复制保护机构，它指出相应分度机构的制造者。
为了保证对扫描信号(即在扫描分度机构时由扫描机构产生的输出信号)不产生本质性的损害，一个标记的长度、即各局部范围的长度-在该局部范围中一个分度线的宽度小于或大于其余局部范围中的宽度-最多为各分度线长度的6％、最好最多为4％、尤其是在2％至4％之间，其中各分度线最好具有一致的长度。
对于在本发明构思中形成的、构成复制保护机构的标记的长度的另一评价可以由此定义：不考虑各标记的长度，而是考虑标记在分度机构的一个确定部分上的总长度。因为为了形成上述标记，所述分度线宽度的改变是否对扫描信号产生一个本质性的损害的问题首先是所有标记的总长度在分度机构的这样一个部分里具有意义，在通过扫描机构对分度机构进行扫描时作为整体获得该部分。
在许多情况下由扫描机构获得的对分度机构的扫描范围的延伸部位(在测量方向上)基本上相应于各分度线的长度；即扫描范围基本上是正方形的。在这种情况下在分度机构的一个部分中的所有各标记长度的总和最多为在分度机构的所述部分中的所有分度线长度的总和的6％，最好最多为4％，在此分度机构在测量方向上的所述延伸部位相应于分度线的长度。
相邻分度线的标记可以沿着分度机构的测量方向相邻地或也可相互错开地设置，使得通过所述标记构成至少一条、例如一条直线或一条曲线形式的线，该线在分度机构上在大量分度线上延伸并在此垂直或倾斜于各分度线的延伸方向延伸。
所述线或直线可以构成一个或多个信息列(Schriftzug)，该信息列表示分度机构的制造者。
在此在每个扫描范围中的标记总长度最多为在该扫描范围中的所有分度线总长度的6％，最好最多为4％，该扫描范围可以在进行测量时被扫描机构作为相关的范围测量到。在此所述扫描范围定义为具有这样一个沿着分度机构的延伸方向的延伸部位的分度机构的一个部分，它相应于一个尺寸的测量局部范围，该范围可以在扫描分度机构时被扫描机构作为整体而测量到。
附图说明
借助于附图通过对下面一个实施例的描述详细说明本发明的其它特征和优点。附图示出：
图1一个位置测量装置的示意图，该位置测量装置具有一个分度机构和一个用于该扫描分度机构的扫描机构；
图2按照图1的位置测量装置的分度机构的视图，该分度机构具有作为复制保护机构的标记；
图2a图2中分度机构的一个放大图。
具体实施方式
在图1中简示出一个用于确定两个相互运动的机床部件形式的构件的位置的位置测量装置，这些构件例如可以是一个机床的床身和溜板。所述位置测量装置具有一个刻度尺S-该刻度尺通过一个具有设置在其上的分度机构M的分度机构载体T构成，以及一个用于光电地扫描分度机构M的扫描机构A。该扫描机构A以公知的方式包括一个(半导体)光源L以及在由光源产生的光的光程中的一个聚光透镜K和一个扫描板P，它们设置在光源L与分度机构M之间。由光源L产生的光借助于聚焦透镜K实现平行化，并作为准直的光束首先输送到(透明的)扫描板P然后输送到刻度尺S的分度机构T。该光在刻度尺S的配有分度机构M的表面上反射，并利用扫描板P按照更新的交替作用到达扫描机构A的一个由一个光电二极管机构D构成的接收器。在此涉及到一种以入射光-方法对于分度机构M的扫描，其中由分度机构M反射的光被光电二极管机构D的辐射灵敏的表面接收。所述光电二极管机构D产生一个输出信号(扫描信号)，该信号表征在辐射灵敏的表面0上产生的、在分度机构M上反射的光的强度和空间分布。
一方面是刻度尺S另一方面是扫描机构A分别固定在两个上述机床部件中的一个部件上，因此借助于扫描机构A通过扫描刻度尺S的分度机构M可以获得这两个机床部件相互间的每个运动的程度。这种位置测量装置一般是公知的，参考Alfons Ernst所著的“长度和角度数字测量技术(Digitale Laengen-und Winkelmesstechnik)”现代工业出版社(verlag moderne industrie)，Landes berg/Lech(1998)，因此在这里无需继续描述位置测量装置的结构和功能。
在图2和2a中示出一个图1中的刻度尺S的可能的分度机构M，该分度机构由许多沿着一个测量方向R以恒定的距离-通过中间空间2间隔-周期地前后设置的分度线1组成。该分度线1分别以不变的长度L垂直于测量方向R延伸，并在测量方向上具有一个宽度B。
这个分度机构M构成一个所谓的增量分度机构，即一个具有一致宽度B的等距分度线1的周期结构，通过对其扫描可以获得一个机床部件相对于另一机床部件的位置变化。
作为复制保护机构-即为了防止分度机构M作为样本用于制造其它的全等结构的分度机构，所述分度线1和中间空间2配有标记10、20。在此所述分度线1的标记10通过分度线1的长度1的(沿着延伸方向E延伸的)局部范围构成，其中分度线1分别具有一个比在其其余范围更窄的宽度b。通过分度线1的这个设计为收缩部位的标记10构成中间空间2的相应的互补的(以加粗的形式的)标记20，其中该中间空间2在这个标记20的部位处比在中间空间的其余部位具有一个更宽的宽度。
分度线1的构成标记10的收缩部位以及中间空间2的构成互补标记20的加粗部位分别在两侧通过沿着分度线1或中间空间2的延伸方向E延伸的边界线11、12或者21、22来限定。在此一个分度线的标记10的边界线11、12或者一个中间空间2的互补标记20的边界线21、22分别沿着测量方向R相互间隔，并沿着分度线1或中间空间2的延伸方向E相互错置。由此使分度线1的标记10和中间空间2的互补标记20构成线3-在本实施例中为直线，它们不仅相对于分度机构M的测量方向R而且相对于分度线1或中间空间2的延伸方向E都倾斜地延伸。
按照图2这些直线形式的线3构成一个信息列，该信息列包含一个对该分度机构M的制造者的说明。在非授权地制造一个分度机构2的复制品时，这个信息列被同时复制，因此非授权加工的复制品具有一个对原始分度机构制造者的说明。
如同由图2可以看到的那样，在此在一个分度线1和一个中间空间2中可以连续地设有两个甚至多个标记10或20。此外各标记10或20可以在分度线1或中间空间2的延伸方向E上具有一个不同的长度1。在此重要的是，分度线1的所有标记10和中间空间2的所有互补标记20的总长度与所有分度线1或中间空间2的总长度相比足够地小，使得标记10或20的存在不会对在扫描分度机构M时所产生的扫描信号导致本质性的损害。这尤其意味着，分度线1的所有标记10或中间空间2的互补标记20的总长度在分度机构M的一个扫描范围中、即在一个以这样一种延长沿着测量方向R延伸的范围中-该范围可以由配属的扫描机构A(参见图1)在扫描分度机构M时正好作为整体获得-与所有分度线1或中间空间2的总长度相比足够地小，以防止对扫描信号造成本质性损害或干扰，当扫描机构-根据其相对于分度机构M的各个位置-获得分度机构M的相应扫描范围时产生这种干扰。
在图2中还示例性地表示，每个扫描范围在测量方向R上具有一个延伸部位L，该延伸部位相应于分度线1的长度L。因此分度线1的标记10或中间空间2的互补标记20的总长度在分度机构M的一个任意扫描范围里-即在每个由配属的扫描机构在位置测量装置工作时相关地获得的范围里-低于所有分度线1或中间空间2在那个扫描范围中的总长度的6％，最好最多为该总长度的4％。
这个规则与扫描范围的形状无关，该范围由配属于分度机构M的扫描机构获得，即与各扫描范围是否如实施例一样为正方形地构成无关，或者与其在测量方向R上的延伸小于或大于分度线1的长度L无关。起决定作用的仅仅是，在分度机构M的每个被扫描的范围里标记10的总长度或由标记10总体覆盖的面积与所有分度线1的总长度相比或与所有分度线1整体覆盖的面积相比是小的。由此保证，所述标记10不对扫描信号产生本质性的损害。
Claims (22)
1.用于一种位置测量装置的分度机构，该分度机构具有许多沿着一个测量方向(R)前后布置的细长的分度线(1)，该分度线分别以一个确定的长度(L)与测量方向(R)成角度地延伸，并且该分度线分别具有一个垂直于其延伸方向(E)的确定宽度(B)，其特征在于多个标记(10)，该标记分别由一个分度线(1)的宽度(B)在一个局部范围里的改变而构成，并且该标记具有一个这样的长度(1)，使得在借助于扫描机构(A)扫描分度机构(M)时由扫描机构(A)产生的扫描信号不会受到所述标记(10)本质性的损害，在分度机构(M)的一个部分中的标记(10)长度(1)的总和-该部分在测量方向(R)上的延伸相应于分度线(1)的长度(L)-最多为在分度机构(M)的这个部分中的分度线(1)长度(L)的总和的6％。
2.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，每个标记(10)的长度(1)最多为配属的分度线(1)长度(L)的6％。
3.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，每个标记(10)的长度(1)最多为配属的分度线(1)长度(L)的4％。
4.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，每个标记(10)的长度(1)在所配属的分度线(1)长度(L)的2％至4％之间。
5.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，在分度机构(M)的一个部分中的标记(10)长度(1)的总和-该部分在测量方向(R)上的延伸相应于分度线(1)的长度(L)-最多为在分度机构(M)的这个部分中的分度线(1)长度(L)的总和的4％。
6.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，所述分度线(1)垂直于测量方向(R)延伸。
7.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，所述各分度线(1)具有一个一致的长度(L)。
8.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，所述分度线(1)在构成标记(10)的局部范围中具有一个比在该局部范围以外更宽的宽度。
9.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，所述分度线(1)在构成标记(10)的局部范围中具有一个比在该局部范围以外更窄的宽度(b)。
10.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，相邻分度线(1)的标记(10)沿着分度线(1)的延伸方向(E)相互错开。
11.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，通过标记(10)构成至少一条线(3)，该线在分度机构(M)上延伸经过许多分度线(1)。
12.如权利要求11所述的分度机构，其特征在于，至少一条线(3)垂直或倾斜于分度线(1)的延长方向(E)延伸。
13.如权利要求11所述的分度机构，其特征在于，至少一条线(3)通过相邻分度线(1)的标记(10)的序列而构成。
14.如权利要求11所述的分度机构，其特征在于，至少一条线(3)构成一条直线。
15.如权利要求11所述的分度机构，其特征在于，至少一条线(3)构成一个信息列。
16.如权利要求15所述的分度机构，其特征在于，设有多个沿着测量方向(R)前后设置的信息列。
17.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，所述分度机构(M)是一个增量分度机构。
18.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，所述分度机构(M)作为线性分度机构沿着一条直线延伸。
19.如权利要求1所述的分度机构，其特征在于，所述分度机构沿着一个圆弧延伸。
20.用于确定两个相互运动的物体的位置的位置测量装置，该测量装置具有：
-一个分度机构(M)，该分度机构通过许多沿着一个测量方向(R)前后设置的细长的分度线(1)构成，该分度线分别以一个确定的长度(L)与测量方向(R)成角度地延伸，并且它们分别具有一个垂直于其延伸方向(E)的确定宽度(B)，和
-一个用于扫描分度机构(M)的扫描机构(A)，该扫描机构对于给定的时刻分别获得分度机构(M)的一个确定扫描范围(L*L)，
其特征在于一个按照上述权利要求中任一项所述分度机构(M)的结构。
21.如权利要求20所述的位置测量装置，其特征在于，在分度机构(M)的扫描范围(L*L)中的标记(10)的长度(1)的总和最多为在该扫描范围中的分度线(1)的长度(L)的总和的6％。
22.如权利要求21所述的位置测量装置，其特征在于，在分度机构(M)的扫描范围(L*L)中的标记(10)的长度(1)的总和最多为在该扫描范围中的分度线(1)的长度(L)的总和的4％。
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