-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Halten und zum sicheren Befestigen einer linearen Skala an einem
zu messenden Objekt. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Befestigungsvorrichtung
für eine
lineare Skala und ein Befestigungsverfahren für eine lineare Skala, welches
eine einfache Befestigung an einem zu messenden Objekt und eine
Wartung der Skala ermöglicht,
und das thermische Spannungseffekte, die durch unterschiedliche
thermische Expansionskoeffizienten zwischen der linearen Skala und
dem Objekt, das aus einem anderen Material als die Skala gefertigt
ist, entstehen, ausgleichen kann.
-
Eine
Befestigungsvorrichtung, die zur Befestigung einer relativ langen
linearen Skala wie beispielsweise einer Glasskala oder einer dünnen Metallbandskala
an einer zu messenden Maschine verwendet wird, umfasst ganz allgemein
eine Basis, die sowohl die Funktion des Haltens der Skala als auch die
Funktion der Befestigung der Skala an der Maschine aufweist.
-
Eine
derartige Befestigungsvorrichtung muss klein und leicht sein und
sollte eine einfache Befestigung an der gewünschten Maschine ermöglichen
sowie eine Wartung der Skala ermöglichen. Weiterhin
sollte die Vorrichtung einen Aufbau aufweisen, der thermische Spannungseffekte
ausgleicht, die durch die unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten
des Materials für
die Vorrichtung und des Materials der Maschine entstehen. Diese Anforderungen
sind besonders wichtig für
metallische Linearskalen, die üblicherweise
als Bandskalen bezeichnet werden und die manchmal eine Gesamtlänge von
mehr als 10 m aufweisen können.
-
US-A-5630283 offenbart
ein Verfahren zur Befestigung einer linearen Skala am Gehäuse einer Messvorrichtung.
Die Skala wird unter Verwendung einer elastischen Klebstofflage
und einer Feder entlang ihrer Gesamtlänge an ihrem Ort gehalten.
Um den Positionsnullpunkt zu fixieren, kann eine starke Feder in
der Mitte der Skala vorgesehen werden.
-
DE-A-432 07 28 beschreibt
eine Messvorrichtung, bei der eine Skala mittels einer Verspannungsvorrichtung
an einem Werkstück
festgeklemmt wird. Die Skala ist aus einem Material gefertigt, dass im
Wesentlichen den gleichen thermischen Expansionskoeffizienten wie
das Werkstück
aufweist. Die Verspannungsvorrichtung kompensiert die Längenvariationen.
-
US-A-3816002 offenbart
eine Messvorrichtung, bei der eine Skala innerhalb eines an einem Werkstück befestigten
Gehäuse
angeordnet ist. Die Skala ist an einem Ende an dem Gehäuse fixiert
und am anderen Ende nachgiebig befestigt, um Temperaturfluktuationen
zu ermöglichen.
-
Ein
konventionelles Verfahren, das ersonnen wurde, um die obigen Erfordernisse
bei der Befestigung einer Skala an einem zu messenden Objekt zu erfüllen, ist
in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. Sho 59-224501 offenbart. Eine bandartige Skala wird
von einem Ende aus in der Längsrichtung in
eine hohle Basis eingeführt.
Da die Skala manchmal aufgrund von Größenvariationen und Ähnlichem nicht
glatt eingeführt
werden kann, wird während
des Einführens
der Skala mit Hilfe eines Vibrationserzeugers eine hochfrequente
Vibration eingebracht. Die
japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. Sho 59-138915 offenbart ein
Verfahren, bei dem die Skala von einem Ende aus in eine ähnliche
Basis hineingezogen wird, wobei eine Feder verwendet wird.
-
Manche
der derartigen im praktischen Einsatz verwendeten Befestigungsvorrichtungen
sind mit einer Aluminiumbasis versehen. Bei manchen Einsatzfällen kann
die Basis mit Hilfe einer Schraube permanent an einer aus Eisen
bestehenden Maschine befestigt werden, oder mit Hilfe von doppelseitigem
Klebeband an der Maschine festgelegt werden. In diesem Fall ist
der thermische Expansionskoeffizient von Aluminium unterschiedlich
von dem thermischen Expansionskoeffizienten von Eisen.
-
Wenn
die Aluminiumbasis mit Hilfe einer Schraube permanent an der aus
Eisen bestehenden Maschine befestigt wird, kann sich die Messgenauigkeit
aufgrund der thermischen Spannungen verschlechtern, die durch die
unter schiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten von Aluminium
und Eisen verursacht werden. Der Effekt der thermischen Spannung
kann verringert werden, indem die Skala mit Hilfe von doppelseitigem
Klebeband elastisch an der Maschine befestigt wird, aber ein derartiges
Klebeband ist hinsichtlich einer einfachen Befestigungsmöglichkeit
oder einer Wartbarkeit der Skala sowie hinsichtlich der Langzeitstabilität von Nachteil.
-
Obgleich
konventionelle Aluminiumbasen zum Halten und zur Fixierung von Skalen
an einem zu messenden Objekt klein sind und ein geringes Gewicht
aufweisen, verbleibt daher nach wie vor Raum für Verbesserungen bei der sicheren
Befestigung relativ langer Skalen an einer Maschine, wie beispielsweise
hinsichtlich der unterschiedlichen oben beschriebenen Probleme.
-
In
Anbetracht der vorstehend genannten Probleme stellen unterschiedliche
Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung eine Befestigungsvorrichtung zur Verfügung, die
eine Aluminiumbasis verwendet, und die es ermöglicht, die Skala auf einfache
Weise an der Maschine zu befestigen und auf einfache Weise zu warten,
und die den Effekt der thermischen Spannung, der durch unterschiedliche
Materialien der Basis und der Maschine verursacht wird, ausgleichen
(verringern) kann.
-
Um
die obige Aufgabe zu lösen,
stellen unterschiedliche Ausführungsbeispiele
der Erfindung eine Befestigungsvorrichtung für lineare Skalen zur Verfügung, um
eine lineare Skala an einem zu messenden Objekt zu halten und sicher
zu befestigen, wobei die Befestigungsvorrichtung aufweist:
Eine
Basis mit einer Haltenut, in die die lineare Skala eingepasst werden
kann, wobei die Nut einen größeren Öffnungsquerschnitt
aufweist, als es der Breite der Skala entspricht; und
Haltemittel,
die verhindern, dass die in die Haltenut eingepasste lineare Skala
herab fällt,
dadurch
gekennzeichnet, dass die Basis in einer Längsrichtung an einem Ort permanent
an dem Objekt befestigt ist und an einem oder an mehreren anderen
Orten elastisch an dem Objekt befestigt ist, und wobei die Haltemittel
ein Einpassteil aufweisen, dass in eine konkave Ausnehmung, die
benachbart zur Haltenut in der Basis ausgebildet ist, eingepasst werden
kann, und ein Verschlussteil aufweisen, das einteilig mit dem Einpassteil
(continuous with the fitting Part) ausgebildet ist. Beim Verschlussteil
kann es sich um Anpressmittel handeln, die die in die Haltenut eingepasste
lineare Skala in diese hineindrücken.
-
Die
Basis kann mit einer Befestigungsnut versehen sein, die Seitenwände aufweist,
welche in Richtung einer Kontaktoberfläche zwischen der Basis und
dem Objekt konvergieren, und die Basis kann mit Hilfe von Vorspannungsmitteln
(biasing means), die von einer der Seitenwände aus in Richtung zum Objekt
hin vorstehen, elastisch mit dem Objekt verbunden sein.
-
Da
gemäß der vorliegenden
Erfindung die in der Basis ausgebildete Haltenut zum Halten der
linearen Skala eine größere Öffnung aufweist,
als es der Breite der Skala entspricht, kann die lineare Skala einfach
von der Vorderseite aus durch die Öffnung in die Nut eingepasst
werden, nachdem die Basis an dem Objekt befestigt wurde. Außerdem wird
die Skala durch die Haltemittel sicher gehalten. Damit stellt die
Befestigungsvorrichtung eine einfache Befestigung und Wartbarkeit
der Skala sicher. Da darüber hinaus
die Basis in der Längsrichtung
gesehen an einem Ort permanent an dem Objekt befestigt ist, ist die
Basis in der Längsrichtung
präzise
positioniert. Darüber
hinaus kann der Effekt der thermischen Spannungen, der durch die
Unterschiede der thermischen Expansionskoeffizienten zwischen der
Basis und dem Objekt verursacht werden, selbst dann, wenn ein großer Unterschied
der thermischen Expansionskoeffizienten zwischen der Basis und dem Objekt
gegeben ist, absorbiert und ausgeglichen werden, da die Basis an
anderen Orten elastisch mit dem Objekt verbunden ist.
-
Diese
und weitere neue Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden mit Hilfe der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
verdeutlicht.
-
Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei ähnliche
Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit gleichartigen Bezugszeichen
versehen wurden. Es zeigt:
-
1 eine
schematische Draufsicht, die eine Befestigungsvorrichtung für eine lineare
Skala gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 eine
vergrößerte Querschnittsansicht der
Aluminium-Basis der Befestigungsvorrichtung, die entlang der Linie
II-II in 1 verläuft;
-
3 eine
vergrößerte Querschnittsansicht der
Befestigungsvorrichtung im Einsatz, die entlang der Linie III-III
in 1 verläuft;
-
4A und 4B schematische
Querschnittsansichten, die in Vergrößerung Beispiele von Halterungen
zeigen;
-
5 eine
Querschnittsansicht, die ein Beispiel für ein dauerhaftes Befestigungsverfahren zeigt;
-
6 eine
vergrößerte, teilweise
Querschnittsansicht, die die Spalten zwischen der linearen Skala
und der Aluminium-Basis zeigt;
-
7 eine
vergrößerte Querschnittsansicht, die
eine Befestigungsvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
im Einsatz zeigt, wobei die Ansicht ähnlich zu der Ansicht in 3 ist.
-
Unterschiedliche
Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung werden im Folgenden im Detail unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 bis 3 zeigen
eine Befestigungsvorrichtung für
lineare Skalen gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 1 ist eine Draufsicht auf die
gesamte Vorrichtung ohne Linearskala, 2 ist eine
vergrößerte Querschnittsansicht der
Basis und 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die die Vorrichtung im Einsatz zeigt, wobei der Querschnitt entlang
der Linie III-III in 1 verläuft.
-
Die
Befestigungsvorrichtung für
die lineare Skala umfasst eine Basis 10 zum Halten einer
linearen Skala wie beispielsweise einer Bandskala und zur Befestigung
der Skala an einem zu messenden Objekt, und eine Haltevorrichtung,
die später
beschrieben wird. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel handelt
es sich bei der Basis 10 um ein Aluminiumextrusionsprofil
(im Folgenden als "Aluminium-Basis" bezeichnet), um
die Größe und das
Gewicht verringern zu können.
Die Extrusionsprofile werden als separate Stücke mit geeigneter Länge, wie
beispielsweise mit einer Länge
von 1 m, hergestellt.
-
Eine
Haltenut 12 zum Halten der linearen Skala S ist im oberen
Teil (vordere Oberfläche)
der Aluminium-Basis 10 ausgebildet. Im unteren Teil ist eine
Befestigungsnut 14 zur sicheren Befestigung der Basis 10 an
einer Maschine M oder an einem zu messenden Objekt ausgebildet.
-
Die
Haltenut 12 ist ausreichend groß, dass die lineare Skala S
darin aufgenommen werden kann, und ihre Öffnung 12A in der
Oberflächenebene der
Basis 10 ist größer als
es der Breite der Skala S entspricht. Die Befestigungsnut 14 hat
zwei einander gegenüberstehende
Seitenwände
(geneigte Oberflächen) 14A,
die derart nach innen geneigt sind, dass sie zur Rückseite
der Basis hin konvergieren.
-
Die
Basis weist auf beiden Seiten einen Basiskörper 10A und 10B auf,
die jeweils mit einer vergrößerten Nut
(Kavität) 16,
die auf der Innenseite breiter als auf der Außenseite ist, ausgebildet ist. Sämtliche
Nuten 12, 14 und 16 sind in Längsrichtung kontinuierlich
durch das Extrusionsverfahren ausgebildet.
-
Halterungen
aus Plastik (Haltemittel) 18 sind separat von der Aluminium-Basis 10 vorgesehen. Wie
in 4A in Vergrößerung dargestellt, weist die Halterung 18 einen
vergrößerten Teil
(Einpassteil) 18A auf, der eine Querschnittsformgebung
aufweist, die der Querschnittsformgebung der vergrößerten Nut 16 ähnelt, so
dass die Halterung in die Nut 16 eingepasst werden kann.
Weiterhin weist die Halterung 18 ein dünnwandiges plattenförmiges Verschlussteil 18B auf,
der einstückig
mit dem vergrößerten Teil 18A ausgebildet
ist. Der Verschluss 18 kann mehrere cm lang sein, oder
kann sich über
die gesamte Länge der
Aluminium-Basis 10, welche beispielsweise 1 m beträgt, erstrecken.
-
In
der Längsrichtung
der Aluminium-Basis 10 befinden sich mehrere Befestigungspositionen,
wo durch den Boden der Haltenut 12 bis zur Befestigungsnut 14 Befestigungslöcher 12B gebohrt
sind, was in 3 dargestellt ist. Die Aluminium-Basis 10 ist
an diesen Positionen entweder mit Hilfe von Schrauben permanent
befestigt oder, wie im Folgenden beschrieben, elastisch befestigt.
-
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird die Aluminium-Basis 10 zuerst
an der zu messenden Maschine M befestigt, bevor sie die lineare
Skala S hält. Eine
Seitenkante der Basis stößt an einen
Referenzstift 20 an, der zu Positionierungszwecken an der
Maschine M vorgesehen ist, und die Rückseite der Basis (Kontaktoberfläche) wird
mit der Befestigungsoberfläche
der Maschine in Kontakt gebracht. Eine Auslegerblattfeder 22 (cantilever
plate spring) steht mit der geneigten Oberfläche 14A, die auf der
Seite mit dem Referenzstift 20 liegt, in Kontakt, und eine
Schraube 24 wird angezogen, derart, dass die Basis diagonal nach
oben gegen die Maschine gedrückt
wird. D. h., die Auslegerblattfeder 22 drückt die
Aluminium-Basis 10 gegen den Referenzstift 20 sowie
gegen die Maschine M, wodurch sowohl die Positionierung in Aufwärts- und
Abwärtsrichtung,
die in 3 mit Y bezeichnet ist, als auch die elastische
Befestigung der Basis an der Maschine M in X-Richtung (3)
erzielt werden.
-
Die
Aluminium-Basis 10 ist an beiden Enden unter Verwendung
der Auslegerblattfedern 22 elastisch befestigt, ist jedoch
in der Mitte starr befestigt. Im mittleren Befestigungsbereich der
Basis steht anstelle der Auslegerblattfedern 22 eine Platte 25 mit
einer hohen Stei figkeit mit beiden geneigten Oberflächen 14A in
Kontakt, und eine Schraube 24 wird angezogen, so wie dies
in der schematischen Ansicht der 5 gezeigt
ist. Die dauerhafte Befestigung kann ebenfalls unter Verwendung
einer starken Blattfeder oder unter Verwendung einer konventionellen Schraubenbefestigung
(nicht dargestellt) erzielt werden.
-
Anschließend wird
die lineare Skala S in die Haltenut 12 eingepasst und der
vergrößerte, elastische
Teil 18A der Halterung 18 wird unter Kraftanwendung
in die vergrößerte Nut 16 eingepasst,
um die Halterung 18 zu befestigen. Das Verschlussteil 18B verschließt einen
Teil der Öffnung 12A der
Haltenut 12 und verhindert dadurch, dass die Skala S herunterfällt. Die
Skala S wird somit zuverlässig
von der Basis 10 gehalten.
-
Die
Aluminium-Basis 10 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird in Form separater Stücke
mit einer geeigneten Länge
von beispielsweise 1 m hergestellt. Im Betrieb wird, wie in 1 dargestellt,
eine Mehrzahl von Aluminium-Basen 10 Ende
an Ende mit einem geeigneten Abstand G von beispielsweise 0,1 mm
angeordnet, um eine große
Länge zu
erzielen, die der Länge
der langen Skala (beispielsweise 10 m, 20 m, 30 m usw.) entspricht.
Die Aluminium-Basis 10 unterliegt daher beim Transport
keinen Einschränkungen.
-
Da
jede der eine geeignete Länge
aufweisenden Aluminium-Basen 10 in ihrer Mitte mit Hilfe einer
starken Blattfeder oder auf ähnliche
Weise befestigt ist und an ihren Enden unter Verwendung weniger
starker Blattfe dern befestigt ist, kann die Erzeugung von thermischen
Spannungen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten
der Maschine M und der Basis ausgeglichen werden und der Versatz
der Basis kann minimiert werden.
-
Die
Auslegerblattfedern 22 drücken die Aluminium-Basis 10 in
der X-Richtung zur Maschine hin und in der Y-Richtung zum Referenzstift 20 hin,
so dass ein Versatz der Basis 10 sowohl in X-Richtung, als
auch in Y-Richtung
eingeschränkt
ist.
-
Falls
es sich als erforderlich erweisen sollte, die Skala S zu verlängern, ist
es lediglich erforderlich, die Anzahl der Aluminium-Basen 10,
die Ende an Ende aneinander angeordnet sind, zu erhöhen. Auf diese
Weise kann ebenfalls eine Vergrößerung der thermischen
Spannung vermieden werden.
-
Mit
diesem Befestigungsverfahren der Aluminium-Basis 10 kann
die thermische Spannung im Vergleich zu konventionellen dauerhaften
Befestigungsverfahren im Wesentlichen vollständig ausgeglichen werden. Darüber hinaus
verbessert das Verfahren verglichen mit konventionellen Befestigungsverfahren
unter Verwendung eines doppelseitigen Klebebands die Einfachheit
der Befestigung, die Wartbarkeit der Skala und die Langzeitstabilität.
-
Die
lineare Skala 12 wird von der Vorderseite (X-Richtung) der Aluminium-Basis 10 aus
in die Haltenut 12 eingepasst, nachdem die Halterungen 18 an festgelegten Positionen
angebracht wurden, so dass die Skala S sicher in Position gehalten
wird.
-
Wenn
der erlaubte Bereich für
die Anordnungsposition der linearen Skala S relativ groß ist oder
wenn die Skala relativ kurz ist, kann die lineare Skala S mit einem
Spalt von circa 0,1 mm zwischen der Skala S und der Aluminium-Basis 10 an
der Maschine M befestigt werden, so wie dies in 6,
welche eine Vergrößerung des
oberen Teils von 3 darstellt, durch einen Kreis
angedeutet ist. Die Skala S kann mit Hilfe des oben beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiels
einer Befestigungsvorrichtung unter Verwendung von Halterungen 18,
die integral aus einem Plastikmaterial gespritzt wurden, das eine Gummielastizität aufweist,
wie beispielsweise Silikonharz oder einem ähnlichen Material, sicher an
der Maschine befestigt werden.
-
7 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel, welches
geeigneterweise verwendet werden kann, wenn weder in X-Richtung, noch in
Y-Richtung ein Spalt zwischen der Skala und der Basis erlaubt sein sollte.
-
Wenn
der erlaubte Bereich der Skalenbefestigungsposition sehr klein ist,
oder wenn davon ausgegangen wird, dass die Skala Vibrationen oder Ähnlichem
ausgesetzt werden kann, werden Haltemittel verwendet, die die Funktion
eines elastischen Haltens der Skala S in X-Richtung und in Y-Richtung aufweisen.
Insbesondere wird zwischen einer Seite der Skala S und der Haltenut 12 eine
Silikonharzkomponente (Abstandshalter) 26 mit einer gummielastischen
Eigenschaft eingesetzt, um eine elastische Abstützung in Y-Richtung auszuüben. Eine
Halteblattfeder 28 hält
die Skala S in X-Richtung. Die Halteblattfeder 28 besteht
aus einem vergrößerten Plastikteil 28A,
der dem vergrößerten Teil 18A ähnelt, sowie
einer Blattfeder (Andruckmittel) 28B, das integral mit
dem vergrößerten Teil 28A ausgebildet
ist, so wie dies in der vergrößerten Querschnittsansicht
der 4B dargestellt ist. Die lineare
Skala S wird somit fest und ohne Spiel in der Haltenut 12 gehalten.
-
Mit
dem konventionellen Verfahren, wie es in der oben erwähnten
japanischen Patentoffenlegungschrift
Nr. Sho 59-244501 beschrieben ist, oder ähnlichen
Verfahren, kann sich die Befestigung der Skala an der Aluminium-Basis aufgrund von
Größenvariationen
als schwierig erweisen, da es erforderlich ist, die Skala in einer
Längsrichtung
in eine hohle Basis einzuführen.
Im Vergleich dazu erlaubt die Befestigungsvorrichtung gemäß der Erfindung
eine einfachere Befestigung und Wartbarkeit der linearen Skala S,
da die Skala auf einfache und sichere Weise von der Vorderseite
der Aluminium-Basis
10 aus
sicher befestigt werden kann.
-
Um
die Positionierung der linearen Skala S an einem Punkt in der Längsrichtung
zu erzielen, kann die Halteblattfeder 28, die in 4B gezeigt ist, an einer Position verwendet
werden, und die in 4A gezeigte Plastikhalterung 18 kann
zur Halterung der Skala an einer oder mehreren anderen Positionen
verwendet werden.