DE19802036A1 - Verfahren und Vorrichtung zur mechanischen Justage von Teilungsträgern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Justage von Teilungsträgern gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Durchführung der Justage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren ist bereits aus der DE 27 27 769 B1 der Anmelderin für eine Stoßstelle zwi­ schen zwei aneinandergereihten Teilungsträgern bekannt. Dort wird ein Maßstab einer Längenmeßeinrichtung aus einzelnen Teilungsträgern zu­ sammengesetzt. Auf den einzelnen Teilungsträgern sind Teilungen ange­ ordnet, die bei einer vorzugsweise optischen Abtastung inkrementale Positi­ onsdaten liefern. Ein derartiger Aufbau des Maßstabes wird insbesondere dann gewählt, wenn der erforderliche Maßstab aufgrund der großen gefor­ derten Meßlänge des Meßsystems nicht mehr in einem Stück herstellbar ist. Eines der Probleme bei einem aus mehreren Teilungsträgern aufgebauten Maßstab besteht jedoch darin, daß im Fall einer nicht optimalen Justage der Spaltbreite an den Stoßstellen benachbarter Teilungsträger bei der Positi­ onsbestimmung Fehler auftreten. In der genannten Patentschrift wird aus diesem Grund vorgeschlagen, für benachbarte Teilungsträger an den Stoß­ stellen eine Justiermöglichkeit vorzusehen. Die entsprechenden Justierele­ mente umfassen Andruckmittel, die eine kraftschlüssige und trotzdem im Stoßstellenbereich justierbare Montage der Teilungsträger gestatten.

Dabei ist von Nachteil, daß die Vorrichtung relativ aufwendig ausgestaltet ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sie nur an Stoßstellen zwischen Teilungsträgern eingesetzt werden kann. Weiterhin besteht für die Justiere­ lemente ein großer Platzbedarf.

Aus der EP 150 354 A2 der Anmelderin ist eine gattungsgleiche Längen- oder Winkelmeßeinrichtung und ein gattungsgleiches Verfahren zur Län­ genjustage bekannt. Dabei kann der Meßteilungsträger gedehnt oder ge­ staucht werden, um dessen Längenjustage durchzuführen. Die Vorrichtung besteht aus einem in Meßrichtung perforierten Teilungsträger. In diese Per­ foration greifen Zahnräder ein, auf die ein Drehmoment ausgeübt wird. Ent­ sprechend dem einwirkenden Drehmoment werden dann die Stellen zwi­ schen zwei Zahnrädern in ihrer Länge gedehnt oder gestaucht, bis die ge­ wünschte Längenjustage erreicht wurde und anschließend werden die Zahn­ räder fixiert.

Dabei ist von Nachteil, daß eine Justage der Spaltbreite an Stoßstellen an­ einandergrenzender Teilungsträger mit dieser Vorrichtung nicht ausreichend genau erfolgen kann. Weiterhin ist der aufwendige Aufbau sowie der da­ durch bedingte relativ große Platzbedarf nachteilig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur mechanischen Justage von Teilungsträgern anzugeben, die sowohl für die Längenjustage im Bereich eines Teilungsträgers als auch zur Justage der Spaltbreite an den Stoßstellen zwischen zwei Teilungsträgern als auch für die Justage scheibenförmiger Teilungsträger eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung soll dabei einen möglichst geringen Platzbedarf auf­ weisen und eine einfache sowie exakte Justage ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch eine Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 5 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen ab­ hängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wirken Justierelemente mit keilförmig ausgestalteten Aus­ sparungen zusammen mit keilförmig ausgestalteten Stegen an den Tei­ lungsträgern. Die keilförmigen Aussparungen der Justierelemente werden mit einem einstellbaren Druck auf die keilförmigen Stege der Teilungsträger gepreßt. Aufgrund der keilförmigen Ausgestaltung der Justierelemente und der Stege wird eine Kraftkomponente erzeugt, die in Richtung der Längser­ streckung der Teilung wirkt. Eine Justage eines Teilungsträgers oder einer Stoßstelle zwischen zwei Teilungsträgern wird somit durch Variation des Drucks, mit dem die Justierelemente auf die Teilungsträger gepreßt werden, ermöglicht.

Auch die Längenjustage aneinandergrenzender Teilungsträger gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf besonders einfache Weise erfolgen. Hierfür werden an den beiden aneinandergrenzenden Enden der Teilungsträger keilförmige Stege vorge­ sehen, die durch ein gemeinsames Justierelement justiert werden können.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren auch dafür geeignet, eine Justage bei runden Teilungsträgern, wie sie in Winkelmeßgeräten verwendet werden, durchzuführen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren können direkt vor Ort eingesetzt werden, das heißt Montage und exakte Ju­ stage der einzelnen Teilungsträger eines Maßstabes erfolgen in einem Ar­ beitsgang. Außerdem benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung nur wenig zusätzlichen Platz, so daß eine kompakte Realisierung möglich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren können dabei selbstverständlich in Verbindung mit Längen- und Winkel­ meßeinrichtungen eingesetzt werden, die nach unterschiedlichen physikali­ schen Prinzipien arbeiten, z. B. in optischen oder magnetischen Meßeinrich­ tungen etc.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung so­ wie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Stoßstelle zweier angren­ zender Teilungsträger mit Justierelementen;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teilungsträgers mit Ju­ stierelementen und Stegen für ein Längenmeßgerät,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Teilungsträgers mit Ju­ stierelementen und Stegen für ein Winkelmeßgerät und

Fig. 4 eine mögliche Ausgestaltung eines Justierelements.

Fig. 5 eine alternative Realisierung der Fixierelemente aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der noch nicht fixierten Baugrup­ pen für die maßgenaue Montage und die Justage der Stoßstelle 1 zweier aneinandergrenzender, separater Teilungsträger 2, 3 zu einem Maßstab dargestellt. Die beiden Teilungsträger 2, 3 bilden einen Teil des Maßstabes einer Längenmeßeinrichtung, der sich aus mehreren derartigen Teilungsträ­ gern 2, 3 zusammensetzt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Maß­ stab vorgesehen, der mit Hilfe einer relativ zum Maßstab in Meßrichtung x beweglichen, nicht dargestellten Auflicht-Abtasteinheit im Meßbetrieb zur Erzeugung inkrementaler Positionsdaten in bekannter Art und Weise abge­ tastet wird. Aufgrund des modularen Aufbaus des Maßstabes, bestehend aus einzelnen Teilungsträgern 2, 3 ist eine einfache Anpassung der erforder­ lichen Maßstablänge an die jeweils erforderliche Meßdistanz möglich.

Die im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 vorgesehene Längen­ meßeinrichtung arbeitet nach dem Auflichtprinzip, das heißt es sind reflektie­ rende Teilungsträger 2, 3 vorgesehen, auf denen die Teilungsstrukturen 4, 5a, 5b angeordnet werden. Diese bestehen in bekannter Art und Weise aus einer in Meßrichtung x periodischen Abfolge reflektierender und nicht-reflek­ tierender Bereiche. Zur Erzeugung der inkrementalen Positionsdaten ist hierbei eine Teilungsspur mit einer Inkrementalteilung 4 auf den Teilungsträ­ gern 2, 3 angeordnet. Seitlich benachbart zur Inkrementalteilung 4 ist eine zweite Teilungsspur vorgesehen, innerhalb der mehrere Referenzmarken 5a-­ 5b angeordnet sind. Die Referenzmarken 5a-5b sind in bekannter Art und Weise ausgebildet und dienen im Meßbetrieb zur Bereitstellung einer abso­ luten Positionsinformation.

Im Bereich der Stoßstelle 1 aneinandergrenzender Teilungsträger 2, 3 ist jeweils eine Möglichkeit zur Relativjustage der beiden Teilungsträger 2, 3 zueinander vorgesehen. Zu diesem Zweck dienen im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel als Einstellschrauben 6a-6f und als Fixierelemente 7a, 7b ausgebildete Justierelemente. Über die Einstellschrauben 6a-6f werden die Fixierelemente 7a und 7b für die Teilungsträger 2, 3 auf einer Unterlage, beispielsweise am Bett einer Werkzeugmaschine, befestigt. Die Fixierele­ mente 7a und 7b weisen für die Einstellschrauben 6a-6f entsprechende Gewindebohrungen auf. Dabei sind für beide Seiten der benachbarten Tei­ lungsträger 2, 3 je ein derartiges Fixierelement 7a, 7b vorgesehen. Jedes der Fixierelemente 7a, 7b kann jeweils über drei Einstellschrauben 6a-6f befestigt werden. Durch ein definiertes Drehmoment für die Einstellschrau­ ben 6a-6f können gleichzeitig die beiden aneinandergrenzenden Enden der Teilungsträger 2, 3 justiert werden. Insbesondere ermöglicht die gezeigte Vorrichtung mit zwei Fixierelementen 7a, 7b die gleichzeitige Justage der beiden aneinandergrenzenden Teilungsträger 2, 3 im Stoßstellenbereich.

Aussparungen und Stege sind an Teilungsträgern 2, 3 und Fixierelementen 7a, 7b derart ausgestaltet, daß die keilförmigen Aussparungen der Fixiere­ lemente 7a, 7b mit den keilförmigen Stegen der Teilungsträger 2, 3 ineinan­ der greifen. Durch die spezielle keilförmige Ausgestaltung der Flächen, mit denen Stege und Aussparungen einander berühren wird eine geringfügige Verschiebung der Teilungsträger zueinander aufgrund unterschiedlichen Anpreßdrucks, der durch die Einstellschrauben 6a-6f ausgeübt wird, er­ möglicht. Werden die Einstellschrauben 6b und 6e mit größerem Drehmo­ ment als die Schrauben 6a, 6c, 6d und 6f angezogen, wird die Spaltbreite zwischen den aneinandergrenzenden Teilungsträgern 2, 3 an der Stoßstelle 1 vergrößert, da die beiden keilförmigen Stege in der Mitte der Fixierele­ mente 7a, 7b die beiden Enden der Teilungsträger auseinander drücken und gleichzeitig aufgrund des geringeren Drehmoments der Einstellschrauben 6a, 6c, 6d, und 6f die Stege an den Enden der Fixierelemente 7a, 7b ge­ ringfügig durch die keilförmigen Stege der Teilungsträger 2, 3 unterwandert werden können. Die Längenlustage erfolgt somit durch entsprechendes Lok­ kern bzw. Anziehen der Einstellschrauben 6a-6f.

Bei der Montage eines Maßstabs, bestehend aus Teilungsträgern 2, 3, an einer Maschine wird nach der Befestigung eines ersten Teilungsträgers 2 durch eine Klebverbindung das an den ersten Teilungsträger in Meßrichtung x angrenzende Ende eines zweiten Teilungsträgers 3 verklebt. Dann wird mittels der Fixierelemente 7a und 7b die Spaltbreite der Stoßstelle 1 durch entsprechendes Lockern bzw. Anziehen der Einstellschrauben 6a-6f derart eingestellt, daß die Spaltbreite ein möglichst ganzzahliges Vielfaches der Teilungsperiode der auf den Teilungsträgern 2, 3 aufgebrachten Teilung 4 aufweist. Die Abweichung der Spaltbreite an der Stoßstelle 1 von einem ganzzahligen Vielfachen der Teilungsperiode sollte dabei geringer als 10% der Breite einer Teilungsperiode sein. Nach Einstellung der Spaltbreite an der Stoßstelle 1 wird das andere Ende des Teilungsträgers 3 mit dem Unter­ grund verklebt und jeweils der nächste Teilungsträger in gleicher Weise be­ festigt und justiert, bis die gewünschte-Meßlänge erreicht wurde.

Alternativ können die Fixierelemente 7a und 7b zur Justage der Spaltbreite am Stoß zweier Teilungsträger auch jeweils zweiteilig als Fixierelemente 7a1, 7a2 und 7b1, 7b2 ausgeführt werden, wie in Fig. 5 dargestellt. Auch hier wird, wie bereits beschrieben, aufgrund der keilförmigen Ausgestaltung der Stege der Teilungsträger 2 und 3 sowie der korrespondierenden Aussparungen an den Fixierelementen 7a1, 7a2, 7b1 und 7b2 eine Fixierung der Teilungsträger 2 und 3 an einem Grundkörper ebenso wie eine Justage der Spaltbreite der Stoßstelle 1 ermöglicht. Die Justage wird wieder durch unterschiedliches Anzugsdrehmoment der Befestigungsschrauben der Fixierelemente 7a1, 7a2, 7b1 und 7b2 erreicht.

Zusätzlich ist gemäß diesem Prinzip auch eine Längenjustage innerhalb des Bereichs eines einzigen Teilungsträgers 10 möglich, wie Fig. 2 zeigt. Über die Länge eines Teilungsträgers 10 können in gleichmäßigen Abständen keilförmig ausgestaltete Stege 11a, 11b an beiden Seiten des Teilungsträ­ gers 10 angeordnet sein, die mit Fixierelementen 12a, 12b zusammenwir­ ken, welche eine keilförmige Aussparung aufweisen. Die Fixierelemente 12a, 12b weisen je zwei Bohrungen für Einstellschrauben 13a, 13b auf, mittels derer die Fixierelemente 12a, 12b am Untergrund, z. B. einem Maschinenbett einer Werkzeugmaschine, befestigt werden. Der Teilungsträger 10 ist ge­ genüber dem Untergrund verschiebbar angeordnet. Da die Aussparungen der Fixierelemente 12a, 12b geringfügig kleiner ausgestaltet sind als die Stege 11a, 11b am Teilungsträger 10, kann durch ein unterschiedliches Drehmoment beim Anziehen der beiden Einstellschrauben 13a, 13b ein Druck oder ein Zug auf den Teilungsträger 10 ausgeübt werden. Wird die Einstellschraube 13a mit größerem Drehmoment angezogen als die Einstell­ schraube 13b, wird ein Druck auf den rechts vom Steg 11a, 11b liegenden Teil des Teilungsträgers 10 ausgeübt und ein Zug auf den links liegenden Teil und umgekehrt. Durch diese Kräfte wird die Längenjustage des Tei­ lungsträgers 10 erreicht.

In Fig. 3 ist die Anwendung des in Fig. 2 bereits beschriebenen Prinzips bei einem Teilungsträger 20 für ein Winkelmeßgerät dargestellt. Auch bei einem runden Teilungsträger 20 besteht die Möglichkeit, in gleichen Abständen Stege 21a, 21b, 21c am Teilungsträger 20 vorzusehen, die keilförmig ausge­ staltet sind. Diese Stege 21a, 21b, 21c können sowohl am Außendurchmes­ ser oder auch weiter innen im Teilungsträger angeordnet sein. Weiterhin sind auch hier Justierelemente 22, 23a, 23b vorgesehen, deren Fixierele­ mente 22 eine keilförmige Aussparung aufweisen. Jedes Fixierelement 22 wird durch Einstellschrauben 23a, 23b am Untergrund des Teilungsträgers 20 befestigt, auf dem dieser verschiebbar angeordnet ist. Durch unterschied­ liche Anzugsdrehmomente bei je einer der beiden Einstellschrauben 23a oder 23b eines Justierelements kann somit eine Zugkraft bzw. Druckkraft in eine gewünschte Richtung ausgeübt werden, wie das bereits aus der Be­ schreibung zu Fig. 2 bekannt ist.

In einer alternativen Ausführungsform können die Fixierelemente 22, 12a, 12b, 7a, 7b auch zweiteilig ausgestaltet werden, wie in Fig. 4 gezeigt. An­ stelle der keilförmigen Aussparung weisen die Fixierelemente 31 dann eine keilförmige Ausformung auf. Bei der Justierung eines Teilungsträgers 10, 20 wird dann jeder Steg 21a, 21b, 21c, 11a, 11b durch zwei keilförmige Fixie­ relemente 31 fixiert. Dafür werden rechts und links vom zu fixierenden Steg 21a, 21b, 21c, 11a, 11b Fixierelemente 31 mittels Einstellschrauben 32 in der gewünschten Lage befestigt. Abhängig davon mit welchem Drehmoment man die einem einzelnen Steg zugeordneten beiden Fixierelemente 31 mit­ tels der Einstellschraube 32 befestigt, kann wiederum eine Kraft in die eine oder die andere Richtung ausgeübt werden und derart eine Justage des Teilungsträgers erfolgen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur mechanischen Justage von Teilungsträgern und Stoß­ stellen (1) zwischen Teilungsträgern, die den Maßstab einer vorzugs­ weise inkrementalen Längen- oder Winkelmeßeinrichtung bilden, durch Verändern der effektiven Länge der Teilungsträger bzw. der Spaltbreite an der Stoßstelle, wobei im Teilungsträger (2, 10, 20) Aussparungen vorgesehen sind, in die Verstelleinrichtungen eingreifen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Teilungsträger (2, 10, 20) keilförmig ausgestaltete Stege (11a, 11b, 21a, 21b, 21c) vorgesehen sind und daß Justierele­ mente (6a-6h, 7a, 7b, 7a1, 7a1, 7b1, 7b2, 12a, 12b, 13a, 13b, 22, 23a, 23b, 31, 32) vorgesehen sind, welche die keilförmig ausgestalteten Stege (11a, 11b, 21a, 21b, 21c) zumindest teilweise formschlüssig umschließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Justie­ relemente (6a-6h, 7a, 7b, 12a, 12b, 13a, 13b, 22, 23a, 23b, 31, 32) Fi­ xierelemente (7a, 7b, 7a1, 7a2, 7b1, 7b2, 12a, 12b, 22, 31), welche eine keilförmige Aussparung oder eine keilförmige Ausformung aufweisen, und Einstellschrauben (6a-6h, 13a, 13b, 23a, 23b, 32) beinhalten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmigen Aussparungen an den Fixierelementen (7a, 7b, 12a, 12b, 22) geringfügig kleiner ausgestaltet sind als die keilförmigen Stege (11a, 11b, 21a, 21b, 21c) des Teilungsträgers (2, 10, 20).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Stoßstelle (1) zweier Teilungsträger (2, 3) an beiden Teilungsträgern (2, 3) keilförmige Stege vorgesehen sind und daß jedes Fixierelement (7a, 7b) zwei keilförmige Aussparungen aufweist, die je­ weils mit Stegen unterschiedlicher Teilungsträger (2, 3) eine formschlüs­ sige Verbindung eingehen.

5. Verfahren zur mechanischen Justage von Teilungsträgern und Stoß­ stellen (1) zwischen Teilungsträgern, die den Maßstab einer vorzugs­ weise inkrementalen Längen- ode-r Winkelmeßeinrichtung bilden, durch Verändern der effektiven Länge der Teilungsträger bzw. der Spaltbreite an der Stoßstelle, wobei im Teilungsträger (2, 10, 20) Aussparungen vorgesehen sind, in die Verstelleinrichtungen eingreifen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei der Justage auf Einstellschrauben (6a-6f, 13a, 13b, 23a, 23b, 32) unterschiedliche Anzugsdrehmomente ausgeübt werden, daß diese mittels der Einstellschrauben (6a-6f, 13a, 13b, 23a, 23b, 32) orthogonal zur Meßrichtung ausgeübte Kraft auf die Fixierele­ mente (7a, 7b, 12a, 12b, 22, 31) durch die keilförmigen Formschlüsse zwischen Fixierelementen (7a, 7b, 12a, 12b, 22, 31) und Stegen (11a, 11b, 21a, 21b, 21c) der Teilungsträger (2, 3, 10, 20) in eine Kraft auf die Teilungsträger (2, 3, 10, 20) umgesetzt wird, die eine zur Meßrichtung (x) parallele und senkrechte Komponente aufweist, wodurch die Teilungsträger (2, 3) senkrecht zur Meßrichtung (x) fixiert und parallel zur Meßrichtung (x) verschoben werden können.