DE102004047204B4 - Scale of a position measuring device and method of manufacturing the scale - Google Patents

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Abstract

Maßstab (1) bestehend aus mehreren Maßstab-Teilstücken (14, 15, 16) in Längsrichtung aneinandergereiht und auf mehreren in Längsrichtung X aneinandergereihten Haltern (11, 12, 13) angeordnet, wobei die Stoßstellen (H1, H2) aneinandergrenzender Halter (11, 12, 13) von Stoßstellen (M1, M2) aneinandergrenzender Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) in Längsrichtung X zueinander versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Maßstab-Teilstücken (14, 15, 16) und den Haltern (11, 12, 13) eine Folie (17) angeordnet ist, welche die Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) mit den Haltern (11, 12, 13) verbindet.Scale (1) consisting of a plurality of scale sections (14, 15, 16) lined up in the longitudinal direction and arranged on a plurality of aligned in the longitudinal direction X holders (11, 12, 13), wherein the joints (H1, H2) adjacent holder (11, 12, 13) of abutment points (M1, M2) of adjoining scale sections (14, 15, 16) are offset from each other in the longitudinal direction X, characterized in that between the scale sections (14, 15, 16) and the holders ( 11, 12, 13) a film (17) is arranged, which connects the scale sections (14, 15, 16) with the holders (11, 12, 13).

Description

Die Erfindung betrifft einen Maßstab sowie ein Verfahren zur Herstellung des Maßstabs.The invention relates to a scale and a method for producing the scale.

Gemäß der DE 79 08 975 U1 besteht ein Maßstab aus einer Abfolge mehrerer Schichten einer Kunststofffolie und dazwischen angeordneten Lagen Glasfaserfäden.According to the DE 79 08 975 U1 a scale consists of a sequence of several layers of a plastic film and interposed layers of glass fiber threads.

Die DE 1 423 830 A offenbart einen Maßstab, bestehend aus einem auf Hochglanz polierten Metallband mit einer aufgeklebten Folie, wobei als Kleber eine Klebefolie dient.The DE 1 423 830 A discloses a scale consisting of a high-gloss polished metal strip with a glued-on foil, wherein an adhesive film serves as adhesive.

Bei der DE 102 29 888 A1 ist die Unterseite eines Maßstabs mit einer Klebefolie versehen und an der Oberseite ist ein Bandprofil zum gerichteten Anbringen des Maßstabs vorgesehen. Das Bandprofil kann als selbstklebendes und abziehbares Band ausgebildet sein.In the DE 102 29 888 A1 For example, the underside of a scale is provided with an adhesive sheet, and at the top there is a band profile for directional attachment of the scale. The band profile may be formed as a self-adhesive and peelable tape.

Für Messmaschinen und Werkzeugmaschinen werden Positionsmesseinrichtungen großer Länge benötigt. Um die Herstellung der Maßstäbe dieser Positionsmesseinrichtungen zu erleichtern, werden mehrere kurze Teilstücke gefertigt und diese Teilstücke zur gesamten Messlänge auf einem Grundkörper zusammengesetzt.For measuring machines and machine tools, position measuring devices of great length are required. In order to facilitate the production of the scales of this position measuring devices, several short sections are made and these sections are assembled to the total measuring length on a base body.

In der DE 197 24 732 A1 ist ein Maßstab und ein Verfahren zur Herstellung eines Maßstabs beschrieben. Dabei werden Maßstab-Teilstücke in Längsrichtung aneinandergereiht und auf mehreren in Längsrichtung aneinandergereihten Haltern angeordnet. Die Stoßstellen aneinandergrenzender Halter sind von Stoßstellen aneinandergrenzender Maßstab-Teilstücke in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Als Material zur Verbindung der Maßstab-Teilstücke mit den Haltern ist ein langsam aushärtender Epoxyd-Harz-Kleber angegeben.In the DE 197 24 732 A1 A scale and method for making a scale is described. In this case, scale sections are lined up in the longitudinal direction and arranged on a plurality of longitudinally juxtaposed holders. The abutments of adjacent holders are offset from each other by joints of adjacent scale sections in the longitudinal direction. As a material for connecting the scale sections with the holders, a slow curing epoxy resin adhesive is given.

Eine über die Gesamtlänge kontinuierliche homogene Kleberschicht zu schaffen ist dabei äußerst schwierig. Der Klebstoff neigt darüber hinaus zu Blasenbildung, so dass eine erwünschte homogene Transparenz nicht gegeben ist.It is extremely difficult to create a homogeneous adhesive layer that is continuous over the entire length. The adhesive also tends to blister, so that a desired homogeneous transparency is not given.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen und homogenen Maßstab insbesondere für große Messlängen zu schaffen.The invention has for its object to provide a cost-effective and homogeneous scale, especially for large gauge lengths.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Maßstabs insbesondere für große Messlängen anzugeben.Furthermore, the invention has for its object to provide a cost-effective method for producing a scale, especially for large gauge lengths.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 5 gelöst.This object is solved by the features of claim 5.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen dann, dass ein mechanisch stabiler Maßstab mit großer Messlänge herstellbar ist, der über die gesamte Messlänge homogene optische Eigenschaften aufweist.The particular advantages of the invention are then that a mechanically stable scale with a large measuring length can be produced, which has homogeneous optical properties over the entire measuring length.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigtIt shows

1 eine Positionsmesseinrichtung mit einem Maßstab aus mehreren Maßstab-Teilstücken im Längsschnitt und 1 a position measuring device with a scale of several scale sections in longitudinal section and

2 das Zersägen eines Maßstabs in mehrere Maßstäbe in Draufsicht. 2 the sawing of a scale in several scales in plan view.

In 1 ist eine Positionsmesseinrichtung bestehend aus einem Maßstab 1 und einer in Messrichtung X relativ zum Maßstab 1 verschiebbaren Abtasteinheit 2 dargestellt. Zur Positionsmessung an einer Messmaschine oder einer Werkzeugmaschine ist der Maßstab 1 an einem Bett und die Abtasteinheit 2 an einem dazu bewegbaren Schlitten befestigt.In 1 is a position measuring device consisting of a scale 1 and one in the measuring direction X relative to the scale 1 movable scanning unit 2 shown. For measuring the position of a measuring machine or a machine tool is the scale 1 on a bed and the scanning unit 2 attached to a movable carriage.

Die Abtasteinheit 2 besteht aus zumindest einer Lichtquelle 21 und zumindest einem Photodetektor 22. Die Lichtquelle 21 ist auf einer Seite des Maßstabs 1 und der Photodetektor 22 auf der gegenüberliegenden Seite des Maßstabs 1 angeordnet, so dass eine auf dem Maßstab 1 angeordnete Messteilung 10 im so genannten Durchlichtverfahren abgetastet wird.The scanning unit 2 consists of at least one light source 21 and at least one photodetector 22 , The light source 21 is on one side of the scale 1 and the photodetector 22 on the opposite side of the scale 1 arranged so that one on the scale 1 arranged measuring graduation 10 is scanned in the so-called transmitted light process.

Wie in 1 im Längsschnitt erkennbar ist, besteht der Maßstab 1 aus einem Verbund von Haltern 11, 12, 13 und Maßstab-Teilstücken 14, 15, 16 die durch eine transparente, zähelastische, hochreißfeste Polyvinyl-Butyral-Folie (PVB) 17 fest zu einer Einheit verbunden sind.As in 1 can be seen in longitudinal section, there is the scale 1 from a composite of holders 11 . 12 . 13 and scale sections 14 . 15 . 16 through a transparent, tough-elastic, highly tear-resistant polyvinyl butyral film (PVB) 17 firmly connected to a unit.

Zur Herstellung des Maßstabs 1 werden die mehreren Halter 11, 12, 13 in Längsrichtung X aneinandergereiht. Auf diese Anordnung von Haltern 11, 12, 13 wird die durchgehende alle Halter 11, 12, 13 überspannende Folie 17 aufgelegt. Auf diese Folie 17 werden wiederum die Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 spielfrei in Messrichtung X aneinandergereiht aufgelegt. Die Stoßstellen M1, M2 aneinandergrenzender Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 sind in Längsrichtung X von Stoßstellen H1, H2 aneinandergrenzender Halter 11, 12, 13 zueinander versetzt angeordnet. Vorzugsweise befindet sich eine Stoßstelle H1, H2 zweier Halter 11, 12, 13 jeweils mittig eines Maßstab-Teilstücks 14, 15, 16. Entsprechend befindet sich dann eine Stoßstelle M1, M2 zweier Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 jeweils mittig eines Halters 11, 12, 13.For the production of the scale 1 become the multiple holders 11 . 12 . 13 lined up in the longitudinal direction X. On this arrangement of holders 11 . 12 . 13 the through end becomes all the holders 11 . 12 . 13 spanning foil 17 hung up. On this slide 17 turn the scale cuts 14 . 15 . 16 without play in the measuring direction X placed in a row. The joints M1, M2 of adjacent scale sections 14 . 15 . 16 are in the longitudinal direction X of joints H1, H2 contiguous holder 11 . 12 . 13 arranged offset from one another. Preferably there is a joint H1, H2 two holders 11 . 12 . 13 each center of a scale section 14 . 15 . 16 , Accordingly, there is then a joint M1, M2 of two scale sections 14 . 15 . 16 each in the middle of a holder 11 . 12 . 13 ,

Die Halter 11, 12, 13 sowie die Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 sind aus transparentem Glas, beispielsweise Floatglas oder Glaskeramik, insbesondere mit einem Ausdehnungskoeffizienten nahe Null (Markenname: ZERODUR).The holders 11 . 12 . 13 as well as the scale cuts 14 . 15 . 16 are made of transparent glass, such as float glass or glass ceramic, in particular with a coefficient of expansion close to zero (brand name: ZERODUR).

Die flächige Verbindung der Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 mit den Haltern 11, 12, 13 erfolgt durch Laminieren. Dabei wird die Folie 17 zwischen die aneinandergereihten Halter 11, 12, 13 und Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 gelegt und in einem Walzverfahren miteinander verbunden. Die Schichtenkombination wird unter Wärme und Druck fest miteinander zu einer Einheit von hoher Festigkeit und klarer, verzerrungsfreier Durchsicht verbunden.The flat connection of the scale sections 14 . 15 . 16 with the holders 11 . 12 . 13 done by lamination. This is the film 17 between the lined up holders 11 . 12 . 13 and scale cuts 14 . 15 . 16 laid and joined together in a rolling process. The layer combination is firmly bonded together under heat and pressure to form a unit of high strength and clear, distortion-free transparency.

Die Verwendung einer vorgefertigten Folie 17 mit thermoplastischen Eigenschaften hat den Vorteil, dass diese auf einfache Weise als homogene Schicht großflächig aufgebracht werden kann. Die Homogenität bleibt beim Laminieren erhalten. Durch diese Homogenität werden über die gesamte Messlänge X, die einige Meter betragen kann, konstante optische Eigenschaften erreicht, was bei der Durchlichtabtastung konstante Abtastsignale garantiert. Anstelle der PVB-Folie 17 können auch andere vorgefertigte Folien oder Folienpakete Verwendung finden, wie sie an sich zur Herstellung von mehrschichtigen Verbundglasscheiben Verwendung finden.The use of a pre-made foil 17 with thermoplastic properties has the advantage that it can be applied over a large area in a simple manner as a homogeneous layer. Homogeneity is preserved during lamination. As a result of this homogeneity, constant optical properties are achieved over the entire measuring length X, which can amount to a few meters, which guarantees constant scanning signals in transmitted light scanning. Instead of the PVB film 17 It is also possible to use other prefabricated films or film packages, such as are used per se for producing multilayer laminated glass panes.

Die Stirnseiten der Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 und der Halter 11, 12, 13 sind feinbearbeitet, insbesondere geschliffen um auch an den Stoßstellen H1, H2 sowie M1, M2 eine homogene Oberfläche zu erreichen. Die Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 sowie die Halter 11, 12, 13 haben jeweils eine Dicke von etwa 3 mm.The front sides of the scale sections 14 . 15 . 16 and the holder 11 . 12 . 13 are finished, in particular ground to achieve a homogeneous surface at the joints H1, H2 and M1, M2. The scale cuts 14 . 15 . 16 as well as the holders 11 . 12 . 13 each have a thickness of about 3 mm.

Die Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 sind auf ihrer Oberfläche mit einer Messteilung 10 versehen. Diese Messteilung 10 ist eine inkrementale Teilung, bestehend aus abwechselnd in Messrichtung X angeordneten transparenten und opaken Linien. Die Messteilung 10 kann auch als Phasenteilung oder als absoluter Code ausgeführt sein.The scale cuts 14 . 15 . 16 are on their surface with a measuring graduation 10 Mistake. This measurement division 10 is an incremental graduation, consisting of transparent and opaque lines arranged alternately in the measuring direction X. The measurement graduation 10 can also be designed as a phase division or as absolute code.

Besonders hochgenaue Messteilungen 10 werden durch bekannte Lithografieverfahren, auch Elektronenstrahllithografie hergestellt. Mit vielen Vorrichtungen können nur Maßstäbe mit begrenzter Länge gefertigt werden, bei der Elektronenstrahllithografie z. B. derzeit unter 1 Meter. In diesen Fällen ist es notwendig, dass die Messteilung 10 auf die einzelnen Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 aufgebracht wird, bevor diese mit den Haltern 11, 12, 13 verbunden werden.Especially high-precision measuring graduations 10 are produced by known lithography methods, also electron beam lithography. With many devices only scales with limited length can be made in the electron beam lithography z. B. currently less than 1 meter. In these cases, it is necessary that the measurement graduation 10 on the individual scale cuts 14 . 15 . 16 is applied before this with the holders 11 . 12 . 13 get connected.

Wenn für den Maßstab 1 ein besonderes thermisches Ausdehnungsverhalten gefordert wird ist die Verwendung eines speziellen Glasmaterials für die Halter 11, 12, 13 und die Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 erforderlich. Einige spezielle Glasmaterialien, wie z. B. ZERODUR gibt es derzeit nur in Längen von maximal 1,8 Metern. Für viele Anwendungen ist aber eine größere Messlänge erforderlich, so dass auch hier die Erfindung vorteilhaft einsetzbar ist. Dabei kann die Messteilung 10 auf die Maßstab-Teilstücke 14, 15, 16 vor oder nach dem Verbinden mit den Haltern 11, 12, 13 aufgebracht werden.If for the scale 1 a special thermal expansion behavior is required is the use of a special glass material for the holder 11 . 12 . 13 and the scale cuts 14 . 15 . 16 required. Some special glass materials, such. B. ZERODUR is currently only available in lengths of 1.8 meters. For many applications, however, a greater measuring length is required, so that here too the invention can be used advantageously. Here, the measurement division 10 on the scale cuts 14 . 15 . 16 before or after connecting to the holders 11 . 12 . 13 be applied.

Mit der Erfindung lassen sich auf einfache Weise großflächige Maßstäbe 1 einfach mit homogen optischen sowie mechanischen Eigenschaften herstellen. Somit ist es fertigungstechnisch vorteilhaft aus einem gemäß der Erfindung hergestellten Maßstab 1 durch Trennprozesse – wie z. B. Sägen – mehrere einzelne Maßstäbe 100, 200 zu erzeugen. Wie in 2 schematisch in der Draufsicht dargestellt ist, wird ein Maßstab 1 mit der geforderten Länge in Messrichtung X gefertigt. Nach dem Herstellen des Verbundes wird dieser Maßstab 1 in Streifen mit der geforderten Breite für den späteren Einsatz im Messbetrieb gesägt. Als Trennwerkzeug ist schematisch ein Sägeblatt 30 dargestellt.With the invention can be easily large scale standards 1 easy to produce with homogeneous optical and mechanical properties. Thus, it is advantageous in terms of manufacturing technology from a scale produced according to the invention 1 through separation processes - such. Sawing - several individual scales 100 . 200 to create. As in 2 is shown schematically in plan view, a scale 1 manufactured with the required length in the measuring direction X. After the composite is made this scale 1 sawn into strips of the required width for later use in measuring mode. As a cutting tool is schematically a saw blade 30 shown.

Claims (9)

Maßstab (1) bestehend aus mehreren Maßstab-Teilstücken (14, 15, 16) in Längsrichtung aneinandergereiht und auf mehreren in Längsrichtung X aneinandergereihten Haltern (11, 12, 13) angeordnet, wobei die Stoßstellen (H1, H2) aneinandergrenzender Halter (11, 12, 13) von Stoßstellen (M1, M2) aneinandergrenzender Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) in Längsrichtung X zueinander versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Maßstab-Teilstücken (14, 15, 16) und den Haltern (11, 12, 13) eine Folie (17) angeordnet ist, welche die Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) mit den Haltern (11, 12, 13) verbindet.Scale ( 1 ) consisting of several scale sections ( 14 . 15 . 16 ) are strung together in the longitudinal direction and on several holders lined up in the longitudinal direction X ( 11 . 12 . 13 ), wherein the joints (H1, H2) adjacent holder ( 11 . 12 . 13 ) of joints (M1, M2) of adjoining scale sections ( 14 . 15 . 16 ) are offset in the longitudinal direction X to each other, characterized in that between the scale sections ( 14 . 15 . 16 ) and the holders ( 11 . 12 . 13 ) a film ( 17 ) is arranged, which the scale sections ( 14 . 15 . 16 ) with the holders ( 11 . 12 . 13 ) connects. Maßstab (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) und die Halter (11, 12, 13) aus Glas bestehen und die Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16), die Halter (11, 12, 13) und die Folie (17) transparent sind.Scale ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the scale sections ( 14 . 15 . 16 ) and the holders ( 11 . 12 . 13 ) consist of glass and the scale sections ( 14 . 15 . 16 ), the holders ( 11 . 12 . 13 ) and the film ( 17 ) are transparent. Maßstab (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (17) eine Polyvinyl-Butyral-Folie ist.Scale ( 1 ) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the film ( 17 ) is a polyvinyl butyral film. Maßstab (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßstellen (M1, M2) der Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) jeweils in der Mitte der Längserstreckung der Halter (11, 12, 13) angeordnet sind.Scale ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the joints (M1, M2) of the scale sections ( 14 . 15 . 16 ) in each case in the middle of the longitudinal extension of the holder ( 11 . 12 . 13 ) are arranged. Verfahren zur Herstellung eines Maßstabs (1) mit folgenden Verfahrensschritten: – Aneinanderreihen mehrerer Halter (11, 12, 13); – Auflegen einer Folie (17) auf die aneinandergereihten Halter (11, 12, 13); – Aneinanderreihen mehrerer Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) auf der Folie (17), so dass die Stoßstellen (H1, H2) aneinandergrenzender Halter (11, 12, 13) von Stoßstellen (M1, M2) aneinandergrenzender Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) in Längsrichtung X zueinander versetzt angeordnet sind; – Verbinden der Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) mit den Haltern (11, 12, 13) mittels Druck- und Wärmeeinwirkung.Method for the production of a scale ( 1 ) comprising the following steps: 11 . 12 . 13 ); - placing a foil ( 17 ) to the juxtaposed holders ( 11 . 12 . 13 ); - juxtaposing several scale sections ( 14 . 15 . 16 ) on the slide ( 17 ), so that the joints (H1, H2) adjoining holder ( 11 . 12 . 13 ) of joints (M1, M2) of adjoining scale sections ( 14 . 15 . 16 ) are arranged offset to one another in the longitudinal direction X; - connecting the scale sections ( 14 . 15 . 16 ) with the holders ( 11 . 12 . 13 ) by means of pressure and heat. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Folie (17) eine Polyvinyl-Butyral-Folie verwendet wird.Method according to claim 5, characterized in that as film ( 17 ) a polyvinyl butyral film is used. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden der Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) mit den Haltern (11, 12, 13) auf die Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) eine Messteilung (10) aufgebracht wird.A method according to claim 5, characterized in that after connecting the scale sections ( 14 . 15 . 16 ) with the holders ( 11 . 12 . 13 ) on the scale sections ( 14 . 15 . 16 ) a measuring graduation ( 10 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verbinden der Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) mit den Haltern (11, 12, 13) auf die Maßstab-Teilstücke (14, 15, 16) eine Messteilung (10) aufgebracht wird.A method according to claim 5, characterized in that prior to joining the scale sections ( 14 . 15 . 16 ) with the holders ( 11 . 12 . 13 ) on the scale sections ( 14 . 15 . 16 ) a measuring graduation ( 10 ) is applied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Maßstab (1) durch einen Trennprozess mehrere Maßstäbe (100, 200) gefertigt werden.Method according to one of the preceding claims 5 to 8, characterized in that from the scale ( 1 ) by a separation process several scales ( 100 . 200 ) are manufactured.
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