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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen linearen Codierer, der konfiguriert ist, eine Hochgenauigkeitsmessung eines Bewegungsbetrags oder einer Position einer sich geradlinig bewegenden Komponente einer Werkzeugmaschine oder dergleichen durchzuführen. Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Skalenbefestigungsvorrichtung, die konfiguriert ist, eine Bandskala, die in dem linearen Codierer enthalten ist, an einem Zielgegenstand wie etwa einer mechanischen Vorrichtung oder dergleichen zu befestigen.
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Hintergrundgebiet
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Einige der linearen Codierer weisen eine Konfiguration eines getrennten Typs auf, bei der eine Skala von einem Detektionskopf getrennt ist. In einem derartigen linearen Codierer eines getrennten Typs ist die Skala z. B. an einem Zielgegenstand befestigt, der feststehend sein soll, und der Detektionskopf ist an dem Zielgegenstand befestigt, der bewegt werden soll. Insbesondere ist die Skala derart an dem Zielgegenstand befestigt, der feststehend sein soll, dass die Längsrichtung der Skala entlang der Bewegungsrichtung verläuft, während der Detektionskopf derart an dem Zielgegenstand befestigt ist, der bewegt werden soll, dass ein Spalt (lichter Raum) von der Gradationsoberfläche der Skala zum Detektionskopf einen bestimmten Wert aufweist. Wenn sich der Zielgegenstand bewegt, bewegt sich der Detektionskopf in der Gradationsrichtung der Skala, derart, dass er die Gradation an jeder Position lesen kann.
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Für den Detektionskopf ist ein Spalt zur Skala derart eingestellt, dass eine Ausgangsschwankung verringert wird. Weil ein tatsächlicher Spalt zu dem eingestellten Wert variiert, ist außerdem ein annehmbarer Bereich der Spaltschwankung ebenfalls definiert, um die Ausgangsschwankung des Detektionskopfs innerhalb des annehmbaren Bereichs einzuschränken. Der annehmbare Bereich wird im Folgenden ebenso eine Spalttoleranz genannt.
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Bandskaien, die aus einem dünnen Metall hergestellt sind, werden häufig als eine Skala verwendet. Unter Nutzung der Flexibilität der Bandskala kann die Bandskala in einer kompakten Form transportiert und gelagert werden, indem die Skala aufgenommen wird. Die Bandskala ist daher im Vergleich zu einer Skala in einem steifen Körper zur Einbauarbeit in einem engen Raum geeignet.
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Die Eigenschaft einer kleinen Dicke für die Bandskala kann abhängig vom Einbauverfahren ein Rattern in der Dickenrichtung (dieselbe wie die Richtung des Spalts) erzeugen, das bewirken kann, dass der Wert des Spalts außerhalb der Spalttoleranz liegt. Um ein Rattern zu verringern, kann das Einbauverfahren des Befestigens der Rückfläche der Bandskala an der Oberfläche des Zielgegenstands mit einem doppelseitigen Klebeband oder einem Haftmittel verwendet werden. Jedoch unterbindet dieses Verfahren die Leichtigkeit der Befestigung/Ablösung der Bandskala.
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In der Skalenbefestigungsvorrichtung, die in
JP 2016-126000 A offenbart ist, wird ein Ende der Bandskala mit einem Arretierungsblock arretiert, und das andere Ende der Bandskala wird mit einem Spannblock in dem Zustand, in dem immer eine Spannkraft erzeugt wird, arretiert. Das Aufbringen der Spannkraft in der Längsrichtung der Bandskala begrenzt ein Rattern in der Dickenrichtung. Außerdem kann das Abschrauben jedes der Blöcke den Endabschnitt der Bandskala zu jeder Zeit lösen, was die Leichtigkeit der Befestigung/Ablösung der Bandskala erfüllt. Weiterer relevanter Stand der Technik ist in folgenden Dokumenten offenbart:
DE 60 2005 003 887 T2 ,
US 2004/0 173 737 A1 sowie der
DE 10 2005 055 513 A1 -
Entgegenhaltungsliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1
JP 2016-126000 A (siehe
1)
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technische Problemstellung
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Die Skalenbefestigungsvorrichtung, die in
JP 2016-126000 A offenbart ist, weist jedoch einige Probleme auf, die enthalten, dass ein Spannblock mit einer komplizierten Struktur notwendig ist, die Montagefläche der Skala sich um die Länge von jedem der Blöcke von der Länge der Bandskala erstreckt, die Einbauarbeit wie etwa ein Einstellen des Spannfokus schwierig ist und eine große Anzahl von Bauteilen erforderlich ist.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Skalenbefestigungsvorrichtung und einen linearen Codierer zu schaffen, die erstens eine geeignete Verringerung des Ratterns einer Bandskala in der Dickenrichtung; zweitens das Erhalten einer Leichtigkeit der Befestigung/Ablösung der Bandskala; drittens einfache Komponenten und eine kleine Anzahl von Bauteilen; und viertens eine leichte Einbauarbeit erfüllen.
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Lösung der Problemstellung
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Die Erfinder haben die oben beschriebenen Probleme begeistert studiert, um zu bestimmen, dass lediglich ein Abschnitt der Bandskala in der Längsrichtung auf einem Zielgegenstand arretiert wird und der andere Abschnitt derart in die Fuge des Aufnahmeelements eingeführt wird, dass er im Aufnahmeelement aufgenommen ist, ohne arretiert zu sein. Die Erfinder schenkten daraufhin einer Form der Fuge des Aufnahmeelements Aufmerksamkeit und versahen die Fuge mit einer spezifischen Form, um ein Rattern der aufgenommenen Bandskala zumindest in der Dickenrichtung zu begrenzen. Als ein Ergebnis fanden sie heraus, dass eine Skalenbefestigungsvorrichtung, um die Bandskala in einem vorgesehenen Zustand am Zielgegenstand zu befestigen, erzielt und die Erfindung abgeschlossen werden kann. Zur Lösung des vorbeschriebenen Problems, wird eine Skalenbefestigungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Ansprüchen 2-4 definiert.
Zudem wird ein linearer Codierer mit den Merkmalen von Anspruch 5 vorgeschlagen.
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Eine Skalenbefestigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird geschaffen, um eine Bandskala für einen linearen Codierer an einem Zielgegenstand zu befestigen.
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Die Skalenbefestigungsvorrichtung enthält ein Arretierungselement, das konfiguriert ist, einen Abschnitt der Bandskala in der Längsrichtung zu arretieren, indem der Abschnitt der Bandskala auf den Zielgegenstand gedrückt wird, und ein Aufnahmeelement, das eine Fuge enthält, die konfiguriert ist, einen restlichen Abschnitt der Bandskala aufzunehmen.
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Das Aufnahmeelement ist neben dem Arretierungselement angeordnet.
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Die Bandskala wird in der Längsrichtung in die Fuge eingeführt, wobei die Rückfläche der Bandskala der Bodenfläche der Fuge zugewandt ist, und somit in der Fuge aufgenommen.
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Die Breitenabmessung der Öffnung der Fuge ist kleiner als die Breitenabmessung der Bandskala.
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In einem Zustand, in dem die Bandskala in einem Aufnahmeraum im Inneren der Fuge aufgenommen ist, ist der Wert des lichten Raums der Bandskala in der Dickenrichtung kleiner oder gleich einem Wert einer Spaltschwankung, die für einen Detektionskopf für den linearen Codierer annehmbar ist, und der Wert des lichten Raums der Bandskala in der Breitenrichtung ist größer oder gleich 0,1 mm.
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In der Ausführungsform der Erfindung wird ein Abschnitt der Bandskala in der Längsrichtung unter Verwendung des Arretierungselements auf einem Zielgegenstand arretiert. Arretieren bezieht sich hier auf das Unterbinden, dass sich ein Abschnitt der Bandskala in der Dickenrichtung, der Breitenrichtung oder der Längsrichtung zum Zielgegenstand bewegt.
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Gemäß dieser Konfiguration ist ein Abschnitt der Bandskala, der arretiert werden soll, lediglich ein Abschnitt in der Längsrichtung, und der andere Abschnitt wird in der Fuge des Aufnahmeelements aufgenommen, ohne arretiert zu werden. Daher ermöglicht die Konfiguration gemäß der Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Befestigen der gesamten Rückfläche der Bandskala am Zielgegenstand mit dem doppelseitigen Klebeband oder dergleichen ein Arretieren mit leichter Befestigung/Ablösung zu jeder Zeit.
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Außerdem enthält die Skalenbefestigungsvorrichtung einfach das Arretierungselement, das einen Abschnitt der Bandskala in der Längsrichtung arretiert, und das Aufnahmeelement, das einen restlichen Abschnitt der Bandskala aufnimmt. Die Komponenten sind einfach, und die Anzahl der Bauteile ist klein. Die Einbauarbeit enthält eine einfache Prozedur, bei der das Aufnahmeelement neben dem Arretierungselement nebeneinanderliegend angeordnet wird, die Bandskala bis zu einer bestimmten Position in die Fuge des Aufnahmeelements eingeführt wird und lediglich ein Abschnitt der Skala mit dem Arretierungselement arretiert wird.
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Ferner ist auf der Stirnfläche des langen Aufnahmeelements entlang der Bandskala eine Fuge gebildet, um die Bandskala aufzunehmen. Die Fuge ist derart gebildet, dass sie auf der Stirnfläche des Aufnahmeelements geöffnet ist. Die Breite der Öffnung der Fuge ist kleiner als die Breite der Bandskala. Daher kann die Bandskala lediglich aufgenommen werden, indem die Bandskala in der Längsrichtung in den Aufnahmeraum in der Fuge eingeführt wird. Die Rückfläche der aufgenommenen Bandskala ist der Bodenfläche der Fuge zugewandt. Hier ist die Form des Aufnahmeraums wie untenstehend bestimmt. Der lichte Raum der Bandskala in der Dickenrichtung im Aufnahmeraum ist derart bestimmt, dass er kleiner oder gleich einem Wert einer Spaltschwankung (Spalttoleranz) ist, der für den Detektionskopf des linearen Codierers annehmbar ist. Das Bestimmen des Maximalwertes des lichten Raums in der Dickenrichtung wie oben beschrieben verringert ein Rattern der Bandskala in der Dickenrichtung, derart, dass selbst beim Maximum lediglich ein Rattern mit einem Wert kleiner oder gleich einem Wert der Spalttoleranz erzeugt wird. Die Ausgangsschwankung des Detektionskopfs wird derart verringert, dass sie klein ist, wodurch eine Hochgenauigkeitsmessung des linearen Codierers erzielt wird. Im Gegensatz dazu ist für den Minimalwert des lichten Raums in der Dickenrichtung mindestens ein Wert größer oder gleich 0,01 mm sichergestellt, wobei die Leichtigkeit des Einführens der Bandskala in die Fuge sichergestellt ist.
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Außerdem ist der Wert des lichten Raums der Bandskala in der Breitenrichtung im Aufnahmeraum derart bestimmt, dass er größer oder gleich 0,1 mm ist, um den Bewegungsbetrag in der Breitenrichtung im Aufnahmeraum zu verringern.
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Die Begrenzung der Bewegung der Bandskala in der Längsrichtung ist lediglich am Arretierungselement vorgesehen und nicht an der Fuge des Aufnahmeelements vorgesehen. Wenn sich die Temperatur des Einbauzielgegenstands oder der umgebenden Umwelt ändert, nimmt eine Verlagerung, die aus einer thermischen Ausdehnung oder Kontraktion der Bandskala resultiert, mit zunehmendem Abstand zum Arretierungselement zu. Für die Wirkung der thermischen Ausdehnung der Bandskala auf die Ausgangsschwankung kann auf einfache Weise eine allgemeine Korrekturverarbeitung auf einem Ausgangswert des Detektionskopfs auf der Grundlage des Skalenmaterials durchgeführt werden. Die Korrekturverarbeitung wie diese kann in dem Zustand, in dem die Bandskala in der Längsrichtung zum Aufnahmeelement beweglich ist, genau erzielt werden.
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In der Skalenbefestigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung
ist das Arretierungselement konfiguriert, zumindest einen Abschnitt im Mittenabschnitt der Bandskala zu arretieren, und
ist das Aufnahmeelement auf beiden Seiten des Arretierungselements angeordnet, um beide Seitenabschnitte der Bandskala aufzunehmen, und mit einem doppelseitigen Klebeband am Zielgegenstand angeklebt und arretiert.
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Mit dieser Konfiguration ist zumindest ein Abschnitt im Mittenabschnitt der Bandskala in der Längsrichtung am Zielgegenstand arretiert. Für lineare Codierer ist der Ursprung der Skala für absolute Messungen häufig derart bestimmt, dass er um die Mitte liegt. Das Positionieren des Ursprungs an dem oder um den arretierten Abschnitt der Skala minimiert eine Fehlausrichtung des Ursprungs, die aus thermischer Ausdehnung oder dergleichen resultiert, was dazu beiträgt, die Messgenauigkeit zu erhöhen.
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Außerdem verringert das Arretieren des Aufnahmeelements mit dem doppelseitigen Klebeband am Zielgegenstand im Vergleich zum Arretieren mit einer Einstellschraube wesentlich die Dicke des Aufnahmeelements. Weil das doppelseitige Klebeband in seiner Haftschicht Elastizität aufweist, werden einige Unregelmäßigkeiten auf der Montagefläche des Zielgegenstands durch die Haftschicht absorbiert, was dazu beiträgt, das Sicherstellen der Ebenheit und Geradheit des Aufnahmeelements zu ermöglichen.
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In der Skalenbefestigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung sind vorzugsweise auf der Rückfläche des Aufnahmeelements mehrere Rückflächenvertiefungen in der Längsrichtung der Fuge zueinander parallel ausgebildet.
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Mit dieser Konfiguration tragen die Rückflächenvertiefungen, die auf der Rückfläche des Aufnahmeelements gebildet sind, dazu bei, die Luftblasen zu entfernen, die hineingelangen, wenn das doppelseitige Klebeband aufgeklebt wird.
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In der Skalenbefestigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist vorzugsweise auf einer Seitenfläche des Aufnahmeelements eine Seitenflächenvertiefung in der Längsrichtung der Fuge gebildet.
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Gemäß dieser Konfiguration ist dann, wenn ein Kupplungsstück gegen Abziehen verwendet wird, um zu verhindern, dass das Aufnahmeelement abgezogen wird, das Verfahren verfügbar, bei dem eine Komponente des Kupplungsstücks an einer Vertiefung auf der Seitenfläche des Aufnahmeelements verriegelt wird und das Kupplungsstück selbst am Zielgegenstand arretiert ist.
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Eine Skalenbefestigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung enthält
eine Bandskala, die mit der oben beschriebenen Skalenbefestigungsvorrichtung an einem Zielgegenstand befestigt ist, und einen Detektionskopf, der konfiguriert ist, ein optisches Gitter auf der Bandskala zu lesen.
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Der Detektionskopf bildet ein telezentrisches optisches System, wobei der Detektionskopf eine Linse, die dem optischen Gitter zugewandt ist, eine Blendenöffnung, die auf einer Brennposition der Linse angeordnet ist, und eine Anordnung lichtempfangender Elemente, die konfiguriert ist, ein detektiertes Licht zu empfangen, das durch die Linse und die Blendenöffnung hindurchgetreten ist, enthält.
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Gemäß dieser Konfiguration ist das optische System des Detektionskopfs konfiguriert, telezentrisch zu sein, die Spalttoleranz des Detektionskopfs ist daher auf einen relativ großen Wert eingestellt. Daher erzielt eine Kombination des Detektionskopfs mit den oben beschriebenen Eigenschaften und der Skalenbefestigungsvorrichtung, die die Ausgangsschwankung der Detektion verringern kann, eine Konfiguration eines hervorragenden linearen Codierers mit einer Hochgenauigkeitsmessung, die aufrechterhalten wird, und einem großen Wert des Spalts zur Skala.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Mit der Skalenbefestigungsvorrichtung und dem linearen Codierer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Komponente, die an einem Zielgegenstand arretiert werden soll, auf einen Abschnitt einer Bandskala eingeschränkt, was eine leichte Befestigung/Ablösung der Bandskala ermöglicht. Der Bewegungsbetrag eines nicht arretierten Abschnitts der Bandskala in der Dickenrichtung wird durch ein Aufnahmeelement auf einen Wert innerhalb einer Spalttoleranz verringert, wobei eine Hochgenauigkeitsmessung mit einer kleinen Ausgangsschwankung erzielt wird. Die Skalenbefestigungsvorrichtung enthält eine kleine Anzahl von Bauteilen, was eine leichte Einbau- und Ausbauarbeit ermöglicht.
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In herkömmlichen linearen Codierern wird eine Spannung auf die Bandskala aufgebracht, wodurch ein Rattern der Skala auf einen Wert innerhalb der Spalttoleranz verringert wird, was einen relativ großen lichten Raum des Skalenhalters in der Dickenrichtung erfordert. Der lineare Codierer gemäß der Ausführungsform der Erfindung wird durch eine Änderung des Blickwinkels erzielt, derart, dass ein Rattern der Skala unter Verwendung der Form und der Größe der Fuge auf einen Wert innerhalb der Spalttoleranz verringert wird, ohne eine Spannung an die Bandskala anzulegen, wodurch ein kleinerer Wert des lichten Raums des Skalenhalters in der Dickenrichtung auf einen bestimmten Bereich eingestellt wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht der Gesamtkonfiguration eines linearen Codierers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
- 2A ist eine Draufsicht des linearen Codierers, und 2B ist eine Seitenansicht des linearen Codierers.
- 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang III-III in 2 aufgenommen ist.
- 4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang IV-IV in 2 aufgenommen ist.
- 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Aufnahmeraum eines Skalenhalters in einer Skalenbefestigungsvorrichtung des linearen Codierers veranschaulicht.
- 6A bis 6C sind Querschnittsansichten, die Modifikationen einer Form einer Fuge im Skalenhalter veranschaulichen.
- 7 ist ein Querschnitt eines Beispiels, bei dem ein Kupplungsstück gegen Abziehen auf den Skalenhalter angewendet wird.
- 8 ist eine Ansicht, die eine optische Konfiguration eines Detektionskopfs veranschaulicht, der für den linearen Codierer geeignet ist.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Gesamtkonfiguration eines linearen Codierers gemäß einer ersten Ausführungsform. Diese Ansicht veranschaulicht den Zustand, in dem eine Bandskala 200 unter Verwendung einer Skalenbefestigungsvorrichtung 100 an einer mechanischen Vorrichtung befestigt ist, die ein Zielgegenstand ist, und die Positionsbeziehung zwischen der Bandskala 200 und einem Detektionskopf 300. 2A ist eine Draufsicht der Gesamtkonfiguration des linearen Codierers, und 2B ist eine Seitenansicht davon.
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Der lineare Codierer enthält die Skalenbefestigungsvorrichtung 100, die Bandskala 200 und den Detektionskopf 300. Obwohl die Außenansicht der mechanischen Vorrichtung in den Zeichnungen weggelassen ist, ist eine Montagefläche SF der mechanischen Vorrichtung vorläufig maschinell bearbeitet, um einen bestimmten Ebenheitsgrad aufzuweisen, und Schraubenlöcher, die ermöglichen, dass die Skalenbefestigungsvorrichtung 100 an die mechanische Vorrichtung geschraubt wird, sind ausgebildet. Wenn nicht anders angegeben, wird ein kartesisches Koordinatensystem mit der X-Y-Z-Achse, das heißt, einer X-Achse für die Längsrichtung, einer Y-Achse für die Breitenrichtung und einer Z-Achse für die Dickenrichtung der Skala, für die untenstehende Beschreibung verwendet.
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Die Skalenbefestigungsvorrichtung 100 enthält einen Arretierungsblock 10 und zwei Skalenhalter 20, die auf beiden Seiten des Arretierungsblocks 10 angeordnet sind, derart, dass sie insgesamt eine gerade Linie bilden. Der Arretierungsblock 10 enthält eine Arretierungsbasis 12, ein Halteelement 14 und mehrere Schrauben 18, die diese zwei Elemente an einer Montagefläche arretieren.
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Unter Bezugnahme auf eine Querschnittsansicht aus 3 ist die Arretierungsbasis 12 in einer ebenen Form unter Verwendung eines Durchgangslochs, das in der Dickenrichtung gebildet ist, an die Montagefläche SF geschraubt. Auf der Stirnfläche der Arretierungsbasis 12 ist der Mittenabschnitt der Bandskala 200 in der Längsrichtung angeordnet.
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Das Halteelement 14 ist in der Breitenrichtung der Skala 200 mit der Arretierungsbasis 12 nebeneinanderliegend angeordnet und unter Verwendung eines Durchgangslochs, das in der Dickenrichtung gebildet ist, an die Montagefläche SF geschraubt. Im Kantenabschnitt auf der Seite der Arretierungsbasis 12 auf der oberen Oberfläche des Halteelements 14 ist ein Haltestück 16 angeordnet, das parallel zur Montagefläche SF vorsteht. Das Haltestück 16 deckt die Gradationsoberfläche der Skala 200 auf der Arretierungsbasis 12 teilweise ab. Das heißt, das Halteelement 14 ist durch die Schraube 18 an der Montagefläche SF arretiert, und ein Abschnitt der Kante der Skala 200, der auf der Arretierungsbasis 12 angeordnet ist, wird durch das Haltestück 16 von oben gedrückt. Der Abschnitt der Kante der Skala 200 ist somit zwischen dem Haltestück 16 und der Arretierungsbasis 12 eingebettet und gehalten. Diese Konfiguration begrenzt eine Bewegung des Mittenabschnitts der Bandskala 200 in jeder Richtung entlang der X-, Y- oder Z-Achse. Weil die Skala auf der Arretierungsbasis 12 durch das Halteelement 14 arretiert ist, muss die Skala 200 nicht maschinell bearbeitet werden, um ein Loch zum Schrauben zu bilden.
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Unter Bezugnahme auf eine Querschnittsansicht aus 4 wird der Skalenhalter 20, der einen rechtwinkligen Querschnitt aufweist, z. B. durch Aluminiumextrusion hergestellt und zum Verkleinern und zur Gewichtsreduzierung auf eine vorgesehene Länge ausgeschnitten. Auf der Stirnfläche des Skalenhalters 20 ist eine Fuge 22, die die Skala 200 hält, entlang der Längsrichtung im Skalenhalter 20 gebildet. Außerdem ist auf jeder Seitenfläche des Skalenhalters 20 eine Seitenflächenvertiefung 24 gebildet. Auf der Rückfläche des Halters sind mehrere Rückflächenvertiefungen 26 angeordnet. Auf die Rückfläche des Halters wird ein doppelseitiges Klebeband 50 aufgeklebt und anschließend an einer bestimmten Position auf die Montagefläche SF aufgeklebt, wobei der Skalenhalter 20 an der Montagefläche SF arretiert wird.
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Die genaue Form der Fuge 22 wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Auf einer Bodenfläche 30 der Fuge sind zwei Reihen der Vorsprünge 32 angeordnet, die in der Höhenrichtung (Z-Achsen-Richtung) vorstehen. Die obere Oberfläche des Vorsprungs 32 ist derart maschinell bearbeitet, dass sie eben ist, und die Rückfläche der Bandskala 200 wird darauf angeordnet. Auf beiden Enden der Bodenfläche 30 sind in der Breitenrichtung Seitenwände 34 angeordnet. Die Seitenwand 34 bildet eine Innenwandfläche der Fuge 22. Auf jeder der Seitenwände 34 ist von ihrem oberen Ende in der Breitenrichtung nach innen ein Begrenzungsstück 36 gebildet. Mit anderen Worten, der Querschnitt des Halters ist durch die Bodenfläche 30, die Seitenwand 34 und das Begrenzungsstück 36 in der Form eines abgelegten Buchstabens C gebildet. Die Breitenabmessung der Öffnung der Fuge 22 wird durch den Spalt zwischen einem Paar der Begrenzungsstücke 36 dargestellt. Die Form der Fuge 22 ist symmetrisch, wobei sie die zwei Reihen der Vorsprünge 32, die Seitenwände 34 und die Begrenzungsstücke 36 auf beiden Enden in der Querschnittsansicht aus 4 enthält. Die Breite der Öffnung der Fuge 22 ist kleiner als die Breite der Bandskala 200. Daher kann die Bandskala 200 lediglich aufgenommen werden, indem die Bandskala 200 von Ende des Halters allmählich entlang der Längsrichtung des Skalenhalters 20 in die Fuge 22 eingeführt wird.
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Die Bandskala 200 enthält ein Skalengrundmaterial in einer Bandform und ein optisches Gitter, das in einer Gürtelform in der X-Richtung auf der Stirnfläche des Skalengrundmaterials gebildet ist. Das Skalengrundmaterial ist aus einem optisch lichtundurchlässigen Material wie etwa einem Metall hergestellt. Das optische Gitter wird z. B gebildet, indem ein lichtundurchlässiger, dünner Metallfilm, der ein hohes Lichtreflexionsvermögen aufweist wie etwa Chrom, der auf dem Skalengrundmaterial gebildet ist, einer Lithographieverarbeitung unterzogen wird. Die Bandskala 200 weist Flexibilität auf und kann in einer kompakten Form durch Aufnehmen durch eine Rolle und dergleichen gehandhabt werden.
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Die Breite des Detektionskopfs 300 ist größer als die Breite des Skalenhalters 20. Die untere Oberfläche des Detektionskopfs 300 deckt die Bandskala 200, die im Skalenhalter 20 aufgenommen ist, auf eine nicht kontaktierende Weise teilweise ab. Auf der unteren Oberfläche des Detektionskopfs 300 ist ein Licht-Einlass/Auslass bereitgestellt, durch welchen ein Messlicht von einer Lichtquelle im Kopf in Richtung der Oberfläche der Skala emittiert wird. Der Detektionskopf 300 ist derart angeordnet, dass er einen bestimmten Wert des Spalts von der unteren Oberfläche des Detektionskopfs 300 zur Oberfläche der Bandskala aufweist. Der Detektionskopf 300 ist an einem zu bewegenden Zielgegenstand arretiert und bewegt sich entlang der Längsrichtung der Skala 200, wobei der bestimmte Wert des Spalts gehalten wird. Wenn das optische Gitter auf der Bandskala mit dem Licht bestrahlt wird, das vom Detektionskopf 300 emittiert wird, kehrt das Licht, das auf dem optischen Gitter moduliert wird, als ein reflektiertes Licht zum Detektionskopf 300 zurück und wird detektiert. Ein Detektionssignal vom Detektionskopf 300 wird durch ein Kabel 310 an eine Steuereinrichtung oder dergleichen der mechanischen Vorrichtung gesendet.
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Die schraffierte Fläche in 5 ist ein Raum, um die Bandskala 200 aufzunehmen (als ein Aufnahmeraum 40 bezeichnet). Die Höhe H des Aufnahmeraums 40 ist durch einen Raum vom Vorsprung 32 zum Begrenzungsstück 36 dargestellt. Die Breite W des Aufnahmeraums 40 ist durch einen Raum zwischen den Seitenwänden 34 links und rechts dargestellt.
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Für die Skalenbefestigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform können Skalenhalter 20A bis 20C, die Fugen 22A bis 22C in diversen, spezifischen Formen enthalten, eingesetzt werden, wie in 6A bis 6C veranschaulicht ist. Die Breite der Bandskala 200 ist durch Ws dargestellt, und ihre Dicke ist durch Hs dargestellt. Die Fuge 22A, die in 6A veranschaulicht ist, weist eine einzige Reihe des Vorsprungs 32 auf der Bodenfläche 30 auf. Die Fuge 22B, die in 6B veranschaulicht ist, weist zwei Reihen der Vorsprünge 32 auf der Bodenfläche 30 auf. Obwohl eine einzige Reihe des Vorsprungs 32 ausreichen kann, ermöglichen zwei Reihen der Vorsprünge 32 eine leichte Arbeit zum Bearbeiten der oberen Oberfläche des Vorsprungs 32, derart, dass sie einen bestimmten Ebenheitsgrad aufweist. 6C veranschaulicht ein Beispiel, bei dem ein Vorsprung 38, der in der Dickenrichtung nach unten vorsteht, innerhalb von jedem der Begrenzungsstücke 36 auf beiden Seiten in der Öffnung der Fuge 22C gebildet ist. Der Vorsprung 38 ist derart gebildet, dass der Bewegungsbetrag der Bandskala 200 in der Dickenrichtung auf einen bestimmten Wert eingeschränkt wird. Diese diversen Formen der Fuge begrenzen den Bewegungsbetrag der Bandskala 200 in der Dickenrichtung, um zu bewirken, dass der Bewegungsbetrag kleiner oder gleich einem Spalttoleranzwert des Detektionskopfs ist. Das Bereitstellen des Vorsprungs 38 ermöglicht eine leichtere Arbeit zum Bilden eines lichten Raums in der Dickenrichtung mit einer vorgesehenen Größe.
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7 veranschaulicht eine Konfiguration eines Kupplungsstücks 52 gegen Abziehen unter Nutzung der Seitenflächenvertiefung 24 des Skalenhalters. Das Kupplungsstück 52 gegen Abziehen ist auf beiden Seiten des Halters 20D angeordnet und mit dem doppelseitigen Klebeband 50 an der Montagefläche SF arretiert. Das Kupplungsstück 52 gegen Abziehen enthält ein Verriegelungsstück, das in Richtung der Seitenfläche des Halters 20D vorsteht. Das Kupplungsstück 52 gegen Abziehen ist dadurch, dass sich das Verriegelungsstück mit der Seitenflächenvertiefung 24 in Eingriff befindet, arretiert. Diese Konfiguration verstärkt die Funktionalität des Verhinderns des Abziehens des Skalenhalters 20D. 1 und 2A bis 2C veranschaulichen eine Befestigungsvorrichtung für eine Bandskala, die eine relativ kleine Länge aufweist. Gemäß dem Anwendungsumfang der Skalenbefestigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung kann ein Skalenhalter mit einer Länge im Bereich von 0,5 bis 10 m verwendet werden, und vorzugsweise kann ein Skalenhalter mit einer Länge im Bereich von 2 bis 6 m verwendet werden. Außerdem können mehrere Skalenhalter für eine Seite des mittigen Arretierungsblocks verwendet werden, die in einer Reihe angeordnet sind, wobei ein Zwischenraum zwischen den Skalenhaltern bereitgestellt ist.
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8 veranschaulicht ein Beispiel für eine optische Konfiguration des Detektionskopfs 300, die für die Ausführungsform geeignet ist. Das Lichtempfangssystem des Detektionskopfs 300 enthält eine skalenseitige Linse 320, eine Blendenöffnung 330, eine detektionsseitige Linse 340 und eine Anordnung 350 lichtempfangender Elemente, die auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind, welche ein beidseitig telezentrisches optisches System bilden. In dem beidseitig telezentrischen optischen System sind die zwei Linsen 320 und 340 vor und hinter der Blendenöffnung 330 angeordnet, derart, dass das Licht von jeder der zwei Linsen an der Position der Blendenöffnung 330 in einen Fokus gelangt. Wie in 8 veranschaulicht ist, wird das parallele Licht von der Seite der Skala durch die Linse 320 zur Blendenöffnung 330 kondensiert. Das Licht, das durch die Blendenöffnung 330 hindurchgetreten ist, wird durch die Linse 340 erneut kollimiert und anschließend als ein paralleles Licht ausgegeben. Außerdem ist im Detektionskopf 300 ein optisches Bestrahlungssystem, das die Oberfläche der Skala mit dem Licht von der Lichtquelle bestrahlt, bereitgestellt, das im Diagramm nicht veranschaulicht ist. Dieses optische Bestrahlungssystem kann in Kombination mit der Linse 320 verwendet werden, um die Oberfläche der Skala mit dem Licht von der Lichtquelle zu bestrahlen. Wie oben beschrieben ist, ist der Detektionskopf 300 in dem beidseitig telezentrischen optischen System enthalten, in welchem eine große Schärfentiefe erhalten wird. Dies weist einen Vorteil auf, derart, dass eine exakte Ausrichtung der Skala insbesondere in der Dickenrichtung nicht erforderlich ist, wenn die Skala an der Zielmaschine eingebaut wird. Daher ist das Sicherstellen der Geradheit der Skala durch Aufbringen einer Spannung mit einer Spannungsvorrichtung, um die Verlagerung der Skala in der Dickenrichtung zu minimieren, wie im Stand der Technik, nicht länger erforderlich. In der Skalenbefestigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform kann die Skala ohne Spannung gehalten werden, wodurch der Anwendungsumfang des linearen Codierers erweitert wird.
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Hier ist die Einbauprozedur des linearen Codierers beschrieben, der in 2A und 2B veranschaulicht ist. Zuerst die Arretierungsbasis 12 des Arretierungsblocks 10 und zwei Skalenhalter 20 auf der Montagefläche SF in einer Reihe anordnen und jeden von ihnen an der Montagsoberfläche SF arretieren. Ein Ende der Bandskala 200 von einem Ende des Skalenhalters 20 in der Längsrichtung in die Fuge einführen, um die Skala 200 im Aufnahmeraum aufzunehmen. Daraufhin das Halteelement 14 zur Arretierungsbasis 12 nebeneinanderliegend anordnen und anschließend das Halteelement 14 derart arretieren, dass ein Kantenabschnitt um die Mitte der Bandskala 200 in der Längsrichtung auf die Montagefläche SF gedrückt wird. Der Einbau der Bandskala 200 ist mit einer derartigen einfachen Prozedur abgeschlossen.
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Im Folgenden sind vorteilhafte Wirkungen der Ausführungsform beschrieben.
- (1) In 2 ist bezüglich der Bandskala 200 der Mittenabschnitt in der Längsrichtung mit dem Arretierungsblock 10 arretiert, und beide Seitenabschnitte des Mittenabschnitts werden lediglich in den Skalenhalter 20 aufgenommen, jedoch nicht arretiert. Daher ermöglicht das Arretieren lediglich des Mittenabschnitts der Skala unter Verwendung der Skalenbefestigungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Befestigen der gesamten Rückfläche der Bandskala am Zielgegenstand mit dem doppelseitigen Klebeband oder dergleichen später eine leichte Ausbauarbeit der Skala.
- (2) Die Skalenbefestigungsvorrichtung 100 enthält einfach den Arretierungsblock 10, der einen Mittenabschnitt der Bandskala 200 in der Längsrichtung arretiert, und den Skalenhalter 20, der beide Seitenabschnitte davon aufnimmt. Die Komponenten sind einfach, und die Anzahl der Bauteile ist klein.
- (3) Der Einbauarbeiter ordnet den Skalenhalter 20 auf beiden Seiten des Arretierungsblocks 10 an, führt die Bandskala 200 in die Fuge 22 auf einer Seite des Skalenhalters 20 ein, lässt daraufhin die Bandskala 200 über die obere Oberfläche des Arretierungsbasis 12 hindurchtreten und führt die Bandskala 200 in die Fuge 22 auf der anderen Seite des Skalenhalters 20 ein. Drückt anschließend den Mittenabschnitt der Bandskala 200, der auf der Arretierungsbasis 12 angeordnet ist, mit dem Halteelement 14, um die Skala 200 zu arretieren. Um die Bandskala 200 auszubauen, wird die Prozedur in umgekehrter Reihenfolge befolgt. Mit der einfachen Prozedur wie dieser werden die Einbauarbeit und die Ausbauarbeit jeweils in einer kurzen Zeit erzielt.
- (4) Wie in 6A bis 6C veranschaulicht ist, kann der lichte Raum (H-Hs) der Bandskala 200 in der Dickenrichtung im Aufnahmeraum derart bestimmt sein, dass er kleiner oder gleich einem Wert einer Spaltschwankung (Spalttoleranz) ist, die für den Detektionskopf 300 annehmbar ist. Diese Konfiguration verringert aufgrund der Form der Fuge 22 ein Rattern der aufgenommenen Skala in der Dickenrichtung, derart, dass selbst beim Maximum lediglich ein Rattern mit einem Wert kleiner oder gleich einem Wert der Spalttoleranz erzeugt wird. Die Ausgangsschwankung des Detektionskopfs 300 wird derart verringert, dass sie klein ist, wodurch eine Hochgenauigkeitsmessung des linearen Codierers erzielt wird. Für den Minimalwert des lichten Raums (H-Hs) in der Dickenrichtung ist mindestens ein Wert größer oder gleich 0,01 mm sichergestellt, wobei die Leichtigkeit des Einführens der Bandskala 200 in die Fuge 22 sichergestellt ist.
- (5) Im Aufnahmeraum 40 ist die Bewegung der Bandskala 200 in der Längsrichtung nicht begrenzt. Eine Verlagerung, die aus einer thermischen Ausdehnung der Skala 200 resultiert, nimmt mit zunehmendem Abstand vom Arretierungsblock 10 zu. Für die Wirkung der thermischen Ausdehnung der Skala 200 auf die Ausgangsschwankung wird einfach ein Korrekturwert zu einem Ausgangswert des Detektionskopfs 300 für jedes Skalenmaterial bereitgestellt. Die Korrektur für die thermische Ausdehnung auf diese Weise kann in dem Zustand, in dem die Bandskala 200 in der Längsrichtung zum Skalenhalter 20 beweglich ist, genau erzielt werden.
- (6) Wie in 1 veranschaulicht ist, ist der Mittenabschnitt der Bandskala 200 in der Längsrichtung an der Montagefläche SF arretiert. Für absolute lineare Codierer ist der Ursprung der Skala häufig derart bestimmt, dass er sich in der Mitte befindet. Gemäß dieser Konfiguration werden der arretierte Abschnitt der Skala 200 und der Ursprung der Skala auf leichte Weise abgestimmt, was eine Fehlausrichtung des Ursprungs, die aus einer thermischen Ausdehnung oder dergleichen resultiert, minimiert.
- (7) Wie in 4 veranschaulicht ist, verringert das Arretieren des Skalenhalters 20 an der Montagefläche SF mit dem doppelseitigen Klebeband 50 die Dicke des Halters wesentlich. Weil außerdem das doppelseitige Klebeband 50 in seiner Haftschicht Elastizität aufweist, absorbiert die Haftschicht selbst dann, wenn einige Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Montagefläche SF auf der Seite der mechanischen Vorrichtung oder der Rückfläche des Skalenhalters 20 zurückbleiben, die Wirkung der Unregelmäßigkeiten, wobei die Ebenheit und die Geradheit des Skalenhalters 20 sichergestellt sind.
- (8) Wie in 4 veranschaulicht ist, tragen die Rückflächenvertiefungen 26, die auf der Rückfläche des Skalenhalters 20 gebildet sind, dazu bei, Luftblasen zu entfernen, die hineingelangen, wenn das doppelseitige Klebeband 50 aufgeklebt wird.
- (9) Wie in 8 veranschaulicht ist, bewirkt das Konfigurieren des Lichtempfangssystems des Detektionskopfs 300 derart, dass es beidseitig telezentrisch ist, dass die Spalttoleranz des Detektionskopfs 300 ein relativ großer Wert ist, wobei ein Rattern der Bandskala 200 mit dem Skalenhalter 20 auf leichte Weise verringert wird. Einige der Detektionsköpfe im telezentrischen optischen System weisen eine Spalttoleranz von ±0,1 mm für einen Spalt von 2 mm auf. Wenn dies auf die Ausführungsform der Erfindung angewendet wird, wird der lichte Raum des Aufnahmeraums 40 in der Dickenrichtung des Skalenhalters 20 einfach derart bestimmt, dass er ein Wert ist, der kleiner oder gleich 0,2 mm ist. Weil dieser lichte Raum einen relativ großen Wert aufweist, wird eine leichte Einführungsarbeit der Skala in den Skalenhalter 20 erzielt.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die Skalenbefestigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung wird auf einen inkrementellen oder absoluten linearen Codierer auf der Grundlage von diversen Arten von Detektionsprinzipien wie etwa photoelektrischen Technologien und Kapazitätstechnologien angewendet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Arretierungsblock (Arretierungselement)
- 20
- Skalenhalter (Aufnahmeelement)
- 22
- Fuge
- 24
- Seitenflächenvertiefung
- 26
- Rückflächenvertiefung
- 40
- Aufnahmeraum
- 50
- doppelseitiges Klebeband
- 52
- Kupplungsstück gegen Abziehen
- 100
- Skalenbefestigungsvorrichtung
- 200
- Bandskala
- 300
- Detektionskopf
- 320
- skalenseitige Linse
- 330
- Blendenöffnung
- 340
- detektionsseitige Linse
