DE602004006877T2

DE602004006877T2 - Linearpositionsgeber mit Temperaturkompensation

Info

Publication number: DE602004006877T2
Application number: DE602004006877T
Authority: DE
Inventors: Ignacio Alejandre; Jose Javier Zunzunegui; Juan Carlos Urra
Original assignee: Fagor Electrodomesticos SCL
Current assignee: Fagor Electrodomesticos SCL
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: EP1659373B1; CN100575886C; EP1659373A1; DE602004006877D1; ATE364168T1; CN1779419A; ES2285390T3

Description

TECHNISCHES SACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Messgeräte mit linearen und winkelmäßigen Verschiebungen, und insbesondere auf optische Messgeräte, die eine Messskala mit mindestens zwei Schienen, einer inkrementalen Schiene und einer absoluten Schiene, und eine Erfassungseinheit mit Einrichtungen zum Messen einer relativen Position und mit Einrichtungen zum Messen einer absoluten Position aufweisen.
STAND DER TECHNIK
Optische Messgeräte, die eine Messskala mit einer inkrementalen Schiene und einer absoluten Schiene, und eine Erfassungseinheit mit Einrichtungen zum Messen einer relativen Position und mit Einrichtungen zum Messen einer absoluten Position aufweisen, sind bereits bekannt.
Die US 5,235,181 A offenbart ein optisches Messgerät mit diesen Charakteristika. Die Erfassungseinheit, die beschrieben ist, weist, zum Messen der relativen Position, einen ersten Lichtemitter, ein Sensorraster und eine Fotodetektorvorrichtung auf und weist auch, zum Messen der absoluten Position, einen zweiten Lichtemitter und einen linearen Sensor vom CCD-Typ aus Fotodetektoren auf. Die Einrichtung zum Messen der relativen Position und die Einrichtung zum Messen der absoluten Position sind räumlich in der Richtung der relativen Verschiebung der Erfassungseinheit in Bezug auf die Messskala getrennt.
Messvorrichtungen, in denen die Messskala an einem Schutzprofil befestigt ist, das wiederum an einem ersten fixierten Objekt, zum Beispiel einem Bett, befestigt ist, und bei der die Erfassungseinheit ein Positioniermodul aufweist, das die Einrichtung zum Messen der relativen und der absoluten Position einsetzt, wobei das Positioniermodul an einem Befestigungsträger befestigt ist, der wiederum an einem zweiten Objekt, zum Beispiel einem Gleitteil, befestigt ist, das in Bezug auf das Bett verschoben wird, sind bereits bekannt. Optische Messgeräte, bei denen das Sensorraster und der lineare Sensor Fotodetektoren sind, die in einem Trageteil angeordnet sind, das durch Klebevorrichtungen an dem Positioniermodul befestigt ist, sind auch bereits bekannt.
Ein Problem, das diese Typen von optischen Messgeräten haben, kann dasjenige sein, dass Fehler in der Messung dann auftreten, wenn sich die Temperatur ändert. Dies kommt daher, dass, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient der Messskala und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trageteils gewöhnlich unterschiedlich sind, keine Korrespondenz zwischen der Ausdehnung, die durch die Messskala erfahren wird, und der Modifikation der Trennung zwischen dem Sensorraster und dem linearen Sensor der Fotodetektoren aufgrund der Ausdehnung des Trageteils vorhanden ist.
Es sind andere Typen von Messsystemen vorhanden, bei denen Versuche vorgenommen worden sind, um das Problem, das sich aus der Ausdehnung ableitet, zu lösen. Folglich offenbart zum Beispiel die DE 199 19 042 A1 ein Messsystem, das eine Skala mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und einem Sensorkopf, der zwei Sensoreinheiten aufweist, die voneinander getrennt sind und an einem Träger mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten angeordnet sind, umfasst. Das Messsystem weist auch eine Bewertungseinheit auf, die die Temperatur von der relativen Bewegung der Skala in Bezug auf die zwei Sensoreinheiten erhält und die Ergebnisse, die gemessen sind, unter Berücksichtigung der Effekte der Wärmeausdehnung bei tiefer Temperatur kompensiert.
Die US 5,182,867 A offenbart ein Messgerät, um die relative Position zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt zu bewerten, die eine Prüfungseinheit aufweist, die an dem ersten Objekt befestigt ist, und eine Skala, die an einem Trageteil, das an dem zweiten Objekt befestigt ist, aufweist. Unregelmäßigkeiten in der Messung, die sich von der Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten Objekts und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trageteils ableiten, werden vermieden, indem ein Hilfstrageteil mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient, der unterschiedlich zu demjenigen des Trageteils ist, hinzugefügt wird. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten, die Elastizitätsmodule und Querschnitte des Trageteils und des Hilfstrageteils werden in einer solchen Art und Weise ausgewählt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient, der sich aus der baulichen Kombination des Trageteils und des Hilfstrageteils ergibt, im Wesentlichen derselbe wie der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Objekts ist.
Die US 4,815,213 A offenbart eine Koordinatenmessmaschine mit einem linearen Positionsdetektor, der in der Temperatur kompensiert ist. Der lineare Positionsdetektor umfasst einen Codierer und eine Messskala. Die Aufgabe der Erfindung der US 4,815,213 A ist diejenige, die relative Verschiebung in der Position des Codierers in Bezug auf die Messskala aufgrund der Wärmeausdehnung zu vermeiden. Um dies zu erreichen, weist die Befestigung des Codierers eine Säule, vorzugsweise aus einer Invar-Legierung gebildet, auf, mit einer Länge, die so berechnet ist, dass die vertikale Verschiebung des Codierers und der Messskala aufgrund der Wärmeausdehnung dieselbe ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Messgerät zu schaffen, das Fehler minimiert, die sich von der Wärmeausdehnung ableiten.
Die optische Messvorrichtung der Erfindung ist von dem Typ, der eine Messskala mit einer inkrementalen Schiene und einer absoluten Schiene, und eine Erfassungseinheit, die Einrichtungen zum Messen einer relativen Position und Einrichtungen zum Messen einer absoluten Position umfasst, aufweist. Die Einrichtungen zum Messen einer relativen Position weisen einen ersten Lichtemitter, ein Sensorraster und eine Fotodetektoreinrichtung auf, und die Einrichtungen zum Messen einer absoluten Position weisen einen zweiten Lichtemitter und einen linearen Sensor aus Fotodetektoren auf.
Die Einrichtungen zum Messen einer relativen Position und die Einrichtungen zum Messen einer absoluten Position sind räumlich in der Richtung der relativen Verschiebung der Erfassungseinheit in Bezug auf die Messskala getrennt und die Erfassungseinheit weist ein Positioniermodul auf, das ein Trageteil umfasst, in dem die Messskala und der lineare Sensor aus Fotodetektoren angeordnet sind. Das Trageteil ist an dem Positioniermodul durch Klebevorrichtungen befestigt.
Das Trageteil ist aus einem unterschiedlichen Material zu demjenigen der Messskala und die physikalischen Charakteristika des Trageteils, der Klebevorrichtungen und des Positi oniermoduls sind so, dass der äquivalente Wärmeausdehnungskoeffizient des Trageteils im Wesentlichen derselbe wie der Wärmeausdehnungskoeffizient der Messskala ist.
Es ist wichtig, dass ein unterschiedliches Material für das Trageteil gegenüber demjenigen verwendet wird, das für die Messskala verwendet wird. Im Prinzip kann es erscheinen, dass die Zwischenlösung, um eine Korrespondenz zwischen der Ausdehnung der Messskala und der Trennung zwischen dem Sensorraster und dem Positioniermodul beizubehalten, die Verwendung desselben Materials für die Messskala und das Trageteil ist, was bedeuten würde, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten dieselben sein würden. Allerdings ist das Elastizitätsmodul des Glases, das für die Messskalen verwendet wird, nicht ausreichend hoch, was bedeutet, dass das Trageteil einfach als Folge der Ausdehnung des Positioniermoduls deformiert werden würde. Es ist möglich, zu versuchen, den Effekt der Ausdehnung des Positioniermoduls zu minieren, allerdings müsste die Dicke des Trageteils wesentlich erhöht werden.
In dem optischen Messgerät der Erfindung wird der Effekt des Positioniermoduls auf das Trageteil nicht dahingehend berücksichtigt, dass er ein negativer Effekt ist, der minimiert werden muss, allerdings wird er als ein anderer Faktor, der berücksichtigt werden soll, integriert, so dass der Sitz, der durch das Positioniermodul, das Trageteil und die Klebevorrichtungen gebildet ist, die Charakteristika besitzt, die den äquivalenten Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trageteils im Wesentlichen so gestalten, dass er derselbe wie der Warmeausdehnungskoeffizient der Messskala ist.
Weiterhin werden, in dem optischen Messgerät der Erfindung, die Effekte der Wärmeausdehnung minimiert, ohne zusätzliche Elemente hinzufügen zu müssen. Diese und andere Verteile und Charakteristika der Erfindung werden im Lichte der Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung davon ersichtlich werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Messgeräts.
2 zeigt eine schematische Ansicht in einer Perspektiven der Messskala und eines Teils der Erfassungseinheit des optischen Messgeräts der 1.
3 zeigt einen Querschnitt der Messskala, des Trageteils und des Sensorrasters und des linearen Sensors aus Fotodetektoren des optischen Messgeräts der 1.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Messskala, des Sensorrasters und des linearen Sensors aus Fotodetektoren des optischen Messgeräts der 1.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des optischen Messgeräts der 1, in der die Klebeeinrichtungen, die das Trageteil an dem Positioniermodul befestigen, gesehen werden können.
6 zeigt eine erste schematische Ansicht einer Perspektive, in der das Positioniermodul, die Klebevorrichtungen und das Trageteil der optischen Messvorrichtung der Erfindung dargestellt sind.
7 zeigt eine zweite schematische Ansicht in einer Perspektive, in der das Positioniermodul, die Klebevorrichtungen und das Trageteil der optischen Messvorrichtung der Erfindung dargestellt sind.
8 zeigt eine schematische Ansicht in einer Perspektive des Positioniermoduls, der Klebevorrichtungen des Trageteils in einer ersten Situation, in der keine Ausdehnung vorhanden ist, und in einer zweiten Situation, in der eine Ausdehnung vorhanden ist.
9 zeigt eine schematische Ansicht in einer Perspektive der Klebevorrichtungen und der Kräfte, die das Positioniermodul und das Trageteil auf die Klebevorrichtungen ausüben.
10 zeigt eine Profilansicht der Klebevorrichtungen in 9.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie die 1 bis 5 zeigen, weist das optische Messgerät 1 der Erfindung dieses Typs eine Glasmessskala 2 mit einer inkrementalen Schiene und einer absoluten Schiene und einer Erfassungseinheit auf. Die Erfassungseinheit weist Einrichtungen auf, um eine relative Position zu messen, die einen ersten Lichtemitter 6, ein Sensorraster 7 und eine Fotodetektoreinrichtung 8 aufweisen, und Einrichtungen zum Messen einer absoluten Position, die einen zweiten Lichtemitter 9 und einen linearen Sensor aus Fotodetektoren 11 vom CCD-Typ aufweisen.
Wie 1 zeigt, misst die Vorrichtung 1 lineare Verschiebungen, und in der Ausführungsform, die dargestellt ist, ist die Messskala 2 an einem Schutzprofil 3 befestigt, das selbst an einem ersten, fixierten Objekt (nicht in den Figuren dargestellt), zum Beispiel einem Bett, befestigt ist. Die Erfassungseinheit weist ein Positioniermodul 10 auf, das die Einrichtungen zum Messen der relativen und der absoluten Position umfasst. Das Positioniermodul 10 ist an einem Befestigungsträger 5 befestigt, der wiederum an einem zweiten Objekt (nicht in den Figuren dargestellt), zum Beispiel einem Gleitteil, das in Bezug auf ein Bett verschoben wird, befestigt ist.
Wie die 2 zeigt, sind die Einrichtungen zum Messen der relativen Position und die Einrichtungen zum Messen der absoluten Position räumlich in der Richtung der relativen Verschiebung der Erfassungseinheit in Bezug auf die Messskala 2 getrennt. Die Erfassungseinheit weist ein Positioniermodul 10 auf, das ein Trageteil 30, in dem das Sensorraster 7 und der Linearsensor der Fotodetektoren 11 angeordnet sind, aufweist. Das Trageteil 30 ist an dem Positioniermodul 10 durch Klebevorrichtungen 20 befestigt.
Das Trageteil 30 ist aus einem unterschiedlichen Material zu demjenigen der Messskala 2, und die physikalischen Charakteristika des Trageteils 30, der Klebevorrichtungen 20 und des Positioniermoduls 10 sind so, dass der äquivalente Wärmeausdehnungskoeffizient α_30e des Trageteils 30 im Wesentlichen derselbe wie der Wärmeausdehnungskoeffizient α₂ der Messskala 2 ist. Logischerweise wird der Wärmeausdehnungskoeffizient α₂, der berücksichtigt werden soll, der Wärmeausdehnungskoeffizient sein, den die Messskala 2 besitzt, wenn sie an dem Schutzprofil 3 befestigt wird, da der Wärmeausdehnungskoeffizient der freien Messskala 2 unterschiedlich gegenüber demjenigen der Messskala 2 sein kann, wenn sie an dem Schutzprofil 3 befestigt ist.
Es wird der Sitz betrachtet, der durch das Positioniermodul 10, die Klebevorrichtungen 20 und das Trageteil 30, dargestellt in dem schematischen Modus der 6 und 7, gebildet ist. Das Positioniermodul 10 besitzt einen Querschnitt A₁₀, eine Länge L₁₀, ein Elastizitätsmodul E₁₀ und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α₁₀. Die Klebevorrichtungen 20 besitzen einen Längsschnitt A₂₀, eine Dicke t, ein Schermodul G₂₀ und einen Wärmeaus dehnungskoeffizienten α₂₀. Schließlich besitzt das Trageteil 30 auch einen Querschnitt A₃₀, eine Länge 130, ein Elastizitätsmodul E₃₀ und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α₃₀. In der Ausführungsform dieses Beispiels sind die Klebevorrichtungen 20 an den Enden des Trageteils 30 angeordnet, obwohl die Klebevorrichtungen 20 in einer anderen Weise angeordnet sein können, zum Beispiel auf der gesamten unteren Fläche des Positioniermoduls 10, oder durch Bilden von seitlichen Streifen um das Positioniermodul 10 herum.
In Referenzzuständen für die Anordnung der Vorrichtung 1 der Erfindung sind, bei einer Referenztemperatur T₀ (gewöhnlich 20 °C), wenn das Positioniermodul 10 an dem Trageteil 30 befestigt ist, die Klebevorrichtungen 20 frei von Spannungen.
Es wird angenommen, dass eine Erhöhung in der Temperatur auftritt und die Temperatur T₀ auf eine andere Temperatur T₀ + ΔT ansteigt. Sowohl das Positioniermodul 10 als auch das Trageteil 30 vergrößern sich, wie 8 darstellt, in der Länge. Allerdings ist die Erhöhung in der Länge nicht frei, sondern wird durch Elemente beeinflusst, an denen sie befestigt sind, was bedeutet, dass jedes Material nicht durch seinen entsprechenden Ausdehnungskoeffizienten geführt wird, sondern durch einen "konditionierten" Ausdehnungskoeffizienten.
Aufgrund der Variation in der Temperatur werden die Klebevorrichtungen 20 deformiert, wie dies in 9 dargestellt ist. Für eine Situation eines Gleichgewichts, wo F₁₀ die Kraft ist, die das Positioniermodul 10 auf die Klebevorrichtungen 20 ausübt, und wo F₃₀ die Kraft ist, die das Trageteil 30 auf die Klebevorrichtungen 20 ausübt, gilt: F10 = –F30 (1)
Beim Analysieren des Zustands des Positioniermoduls 10 kann die folgende Gleichung aufgestellt werden:
Die Gleichung kombiniert die Effekte der Änderung der Länge, verursacht durch die Erhöhung in der Temperatur, und der Änderung in der Länge, der es aufgrund der Kraft unterworfen wird, die darauf einwirkt (Hook'sches Gesetz).
Ähnlich kann für das Trageteil 30 angegeben werden:
Unter Berücksichtigung des Zustands einer Deformation, die durch die Scherwirkung verursacht wird, die in den Klebevorrichtungen 20 auftritt und die in 10 dargestellt ist, unter Verwendung des Hook'schen Gesetzes, das sich auf die Scherspannungen bezieht, kann angegeben werden:
Der Ausdruck, der in dem Zähler auf der rechten Seite der Gleichung erscheint, entspricht dem Wert m, der in 10 angegeben ist.
Es wird vorausgesetzt, dass die nachfolgenden Werte bekannt sind:

A₁₀: Querschnitt des Positioniermoduls 10
L₁₀: Länge des Positioniermoduls 10
E₁₀: Elastizitätsmodul des Positioniermoduls 10
α₁₀: Ausdehnungskoeffizient des Positioniermoduls 10
A₂₀: Längsschnitt der Klebevorrichtungen 20
t: Dicke der Klebevorrichtungen 20
G₂₀: Schermodul der Klebevorrichtungen 20
α₂₀: Ausdehnungskoeffizient der Klebevorrichtungen 20
A₃₀: Querschnitt des Trageteils 30
L₃₀: Länge des Trageteils 30
E₃₀: Elastizitätsmodul des Trageteils 30
α₃₀: Ausdehnungskoeffizient des Trageteils 30
ΔT: Variation der Temperatur

Die folgenden Variablen bleiben unbekannt:

ΔL₁₀: Variation der Länge des Positioniermoduls 10
ΔL₃₀: Variation der Länge des Trageteils 30
F₁₀: Kraft, die auf das Positioniermodul 10 ausgeübt wird
F₃₀: Kraft, die auf das Trageteil 30 ausgeübt wird.

Unter der Vorgabe, dass vier Gleichungen und vier unbekannte Variablen gegeben sind, ist das System bestimmt, wobei als Ergebnis davon die Werte der unbekannten Variablen erhalten werden können.
Äquivalente Ausdehnungskoeffizienten können aus den folgenden Ausdrücken erhalten werden: ΔL10 = L10·α10e·ΔT (5) ΔL30 = L30·α30e·ΔT (6)
Demzufolge kann, beim Auswählen geeigneter Werte für die Variablen, die betrachtet werden, der äquivalente Wärmeausdehnungskoeffizient α_30e des Trageteils 30 gleich zu dem Wärmeausdehnungskoeffizient α₂ der Messskala 2 gemacht werden. Es ist anzumerken, dass dann, wenn die Werte für die unterschiedlichen Variablen ausgewählt werden, eine große Anzahl von unterschiedlichen Möglichkeiten vorhanden ist, und die Materialien und die Dimensionen, die als am besten geeignet in jedem Fall betrachtet sind, können ausgewählt werden (zum Beispiel unterschiedliches Material für das Trageteil 30, Modifikationen der Dimensionen des Trageteils 30, der Dicke der Klebevorrichtungen, usw.). Dies bedeutet, dass verschiedene Modifikationsstrategien, die vorgenommen werden könnten, zu einer breiten Vielfalt von Optionen führen.

Es kann deshalb gesehen werden, dass dann, wenn die Lösung umgesetzt wird, der Effekt der Traktionen und Kompressionen, die durch das Positioniermodul 10 und das Trageteil 30 ausgeübt werden, dahingehend angesehen werden, dass sie eine Komponente zusätzlich zu der Expansion oder der Kontraktion sind, die durch die Temperaturänderung hervorgerufen werden. Kurz gesagt sind die Variablen, die die Ausdehnung des Trageteils 30 beeinflussen, identifiziert worden, und eine Lösung, bei der die Variablen berücksichtigt werden können, ist vorgeschlagen worden. Eine spezifische Lösung für diese Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend angegeben. In der spezifischen Lösung werden die folgenden Werte für die physikalischen Charakteristika des Positioniermoduls 10, der Klebevorrichtungen 20 und des Trageteils 30 ausgewählt:

Positioniermodul 10, verstärktes ABS		Klebevorrichtungen 20, Silizium-Typ		Trageteil 30, Aluminiumoxid (Al₂O₃)
A₁₀	50·10^–6 [m²]	A₂₀	13·10^–6 [m²]	A30	5·10^–6 [m²]
L₁₀	46·10^–3 [m]	t	0,6·10^–3 [m]	L₃₀	46·10^–3 [m]
E₁₀	14,5·10⁹ (Pa]	G₂₀	300·10⁶ (Pa]	E₃₀	303·10⁹ [Pa]
α₁₀	30·10^–6 [m/(mK)]	A₂₀	67·10^–6 [m/(mK)]	α₃₀	6,3·10^–6 [m/(mK)]

Unter Berücksichtigung einer Differenz in der Temperatur von 10 °C sind die Gleichungen wie folgt:
Beim Lösen des Systems der Gleichungen wird das Folgende erhalten:
ΔL₁₀ = 12,1·10^–6 [m] ΔL₃₀ = 3,7·10^–6 [m]
F₁₀ = –27,2 [N] F₃₀ = 27,2 [N]
Und basierend auf diesen Werten können die äquivalenten Ausdehnungskoeffizienten α_10e und α_30e unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet werden: 12,1·10–6 = 46·10–3·α10e·10 (11) 3,7·10–6 = 46·10–3·a30e·10 (12)
Hieraus wird das Folgende erhalten:
α_10e = 26,2·10^–6 [m/(mK)] α_30e = 8,1·10^–6 [m/(mk)]
Der Wert des äquivalenten Ausdehnungskoeffizienten α_30e des Trageteils 30 ist praktisch derselbe wie derjenige des Glases der Messskala 2 so, wie dies vorgesehen ist. Dies ist durch geeignetes Auswählen von Materialien und deren Dimensionen erreicht worden.
In der Ausführungsform, die schematisch in 6 dargestellt ist, sind die Klebevorrichtungen 20 an den Enden des Trageteils 30 angeordnet, und die Tragevorrichtungen 20 haben, an den zwei Enden, den Längsschnitt A₂₀, die Dicke t, das Schermodul G₂₀, und den Wärmeausdehnungskoeffizienten α₂₀. Allerdings werden, in einer zweiten Ausführungsform, unterschiedliche Klebevorrichtungen an jedem Ende verwendet. Genauer gesagt wird eine feste Klebevorrichtung an einem Ende verwendet, d. h. eine Klebevorrichtung mit einem hohen Schermodul G, und eine flexible Klebevorrichtung wird an dem anderen Ende verwendet, d. h. eine Klebevorrichtung mit einem niedrigen Schermodul G. Die Verbindung zwischen den Variablen, die in dieser zweiten Ausführungsform betroffen sind, können über Berechnungen ähnlich zu solchen, die für die erste Ausführungsform vorgenommen sind, erhalten werden.
In dieser zweiten Ausführungsform sind die Klebevorrichtungen 20 an dem Ende des Trageteils 30, das sich am nächsten zu dem Punkt 40 befindet, an dem die Bewegung, erzeugt durch die relative Verschiebung, auf das Positioniermodul 10 übertragen wird, feste Klebevorrichtungen, und die Klebevorrichtungen 20 an dem anderen Ende sind flexible Klebevorrichtungen. Der Punkt 40, der in 5 dargestellt ist, ist eine Kugel, durch die das zweite Objekt (gewöhnlich ein Gleitteil, das an einem Bett befestigt ist) die Translationsbewegung auf das Positioniermodul 10 überträgt. Als eine Folge ist das Trageteil 30 an dem Positioniermodul 10 durch einen festen Punkt (der der festen Klebevorrichtung ent spricht) und einen flexiblen Punkt (der der flexiblen Klebevorrichtung entspricht) verbunden. Durch Positionieren des festen Punkts nahe zu dem Punkt 40, der ein festgelegter Referenzpunkt ist, werden die Effekte, die sich aus der Ausdehnung des Positioniermoduls 10 ableiten, minimiert, da, je weiter der feste Punkt von dem Punkt 40 entfernt ist, desto weiter der feste Punkt in Bezug auf den Punkt 40 für dieselbe Temperaturerhöhung verschoben werden wird, was durch den Vorgang der Ausdehnung des Positioniermoduls 10 verursacht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Trageteil 30 ein hohes Elastizitätsmodul ^E30 und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α₃₀ kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient α₂ der Messskala 2. Dies stellt sicher, dass, in dem Fall einer Temperaturerhöhung, die Traktionsspannungen des Materials des Positioniermoduls 10, das einen viel höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten α₁₀ haben wird, verursacht, dass sich das Trageteil 30 in einer solchen Art und Weise dehnt, dass die äquivalente Ausdehnung des Trageteils 30 dieselbe wie die Ausdehnung der Messskala 2 ist. Um dies sicherzustellen, ist der Querschnitt A₃₀ des Trageteils 30 nicht wahlweise, sondern muss so ausgewählt werden, dass der Effekt des Sitzes so ist, wie dies erforderlich ist.
Genauer gesagt ist, in einer bevorzugten Ausführungsform, das Trageteil 30 aus Aluminiumoxid bzw. Tonerde gebildet, ein Material, das effektiv ein hohes Elastizitätsmodul E₃₀ und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α₃₀ kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient α₂ der Messskala 20 besitzt.
Wie anhand der 2 bis 5 gesehen werden kann, weist, in der Ausführungsform, die dargestellt ist, das Trageteil 30 einen ersten Hohlraum, in dem der lineare Sensor vom CCD-Typ aus Fotodetektoren 11 untergebracht ist, und einen zweiten Hohlraum, in dem das Sensorraster 7 untergebracht ist, auf. Der lineare Sensor der Fotodetektoren 11 und das Sensorraster 7 sind fest an dem Trageteil 30 befestigt.
Es ist auch möglich, dass das Sensorraster 7 anstelle davon, dass es in einem Hohlraum aufgenommen ist, der in dem Trageteil 30 gebildet ist, an dem Trageteile 30 selbst eingeätzt ist.
Obwohl sich die Erfindung insbesondere auf optische Messvorrichtungen mit einer Messskala, einer inkrementalen Schiene und einer absoluten Schiene, und mit einer Erfassungseinheit mit Einrichtungen zum Messen einer relativen Position und einer absoluten Position bezieht, umfasst deren Schutzumfang auch irgendeinen Typ einer Messvorrichtung, bei der es notwendig ist, eine Übereinstimmung zwischen der Variation der Trennung zwischen zwei Sensorelementen aufgrund der Wirkung der Ausdehnung, und der Ausdehnung einer Messskala, beizubehalten.

Claims

Optisches Messgerät, umfassend eine Messskala (2) mit einer inkrementellen Schiene und einer absoluten Schiene, sowie eine Erkennungseinheit, umfassend eine Vorrichtung zum Messen der relativen Position eines ersten Lichtemitters (6), ein Sensorraster (7) und eine Fotodetektorvorrichtung (8), sowie eine Vorrichtung zum Messen einer absoluten Position, die einen zweiten Lichtemitter (9) und einen linearen Sensor der Fotodetektoren (11) umfasst, wobei die Vorrichtungen zum Messen einer relativen Position und die Vorrichtungen zum Messen einer absoluten Position in Richtung der relativen Verschiebung der Erkennungseinheit in Bezug auf die Messskala (2) räumlich getrennt sind und die Erkennungseinheit ein Positioniermodul (10) umfasst, welches ein Trägerteil (30) umfasst, im dem der Sensorraster (7) und der lineare Sensor der Fotodetektoren (11) angeordnet sind, wobei das Trägerteil (30) am Positioniermodul (10) mit Klebevorrichtungen (20) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (30) aus einem anderen Material besteht als das der Messskala (2) und die physikalischen Merkmale des Trägerteils (30), der Klebevorrichtungen (20) und des Positioniermoduls (10) so sind, dass der äquivalente Wärmeausdehnungskoeffizient (α_30e) des Trägerteils (30) im Wesentlichen der Gleiche ist, wie der Wärmeausdehnungskoeffizient (α₂) der Messskala (2); wobei die physikalischen Merkmale sind wie folgt: das Querprofil (A₁₀) , die Länge (L₁₀), das Elastizitätsmaß (E₁₀) und der Wärmeausdehnungskoeffizient (α₁₀) des Positioniermoduls (10), das Längsprofil (A₂₀), die Stärke (t), das Schermaß (G₂₀) und der Wärmeausdehnungskoeffizient (α₂₀) der Klebevorrichtungen (20), sowie das Querprofil (A₃₀), die Länge (L₃₀), das Elastizitätsmaß (E₃₀) und der Wärmeausdehnungskoeffizient (α₃₀) des Trägerteils (30).
Optisches Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Klebevorrichtungen (20) an den Enden des Trägerteils (30) angeordnet sind.
Optisches Messgerät nach Anspruch 2, wobei die Klebevorrichtungen (20) am Ende des Trägerteils (30), das am nächsten am Punkt (40) liegt, an dem die von den relativen Verschiebungen erzeugte Bewegung auf das Positionierungsmodul (10) übertragen wird, starre Klebevorrichtungen sind.
Optisches Messgerät nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Trägerteil (30) ein hohes Elastizitätsmaß (E₃₀) und einen Wärmeausdehnungskoeffizient (α₃₀) besitzt, der geringer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient (α₂) der Messskala (2).
Optisches Messgerät nach Anspruch 4, wobei das Trägerteil (30) aus Tonerde gefertigt ist.
Optisches Messgerät nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Trägerteil (30) einen ersten Hohlraum umfasst, in dem der lineare Sensor der Fotodetektoren (11) untergebracht ist, und einen zweiten Hohlraum, in dem das Sensorraster (7) untergebracht ist.
Optisches Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Trägerteil (30) einen Hohlraum umfasst, in dem der lineare Sensor der Fotodetektoren (11) untergebracht ist, und das Sensorraster (7) auf dem Trägerteil (30) selber eingeätzt ist.