DE69912341T2

DE69912341T2 - Positionserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69912341T2
Application number: DE69912341T
Authority: DE
Inventors: Tadahiko Shimano; Jun Iijima
Original assignee: Sony Precision Technology Inc
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2019-03-20
Also published as: JPH11281395A; US6145213A; JP4174096B2; DE69912341D1; EP0947806B1; EP0947806A1

Description

HINDERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Positionserfassungsvorrichtung zur Verwendung bei der Positionssteuerung eines beweglichen Abschnitts einer Werkzeugmaschine oder einer industriellen Vorrichtung und insbesondere auf eine Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Position eines beweglichen Abschnitts, der eine geradlinige Bewegung ausführt.
Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlich wird eine Positionserfassungsvorrichtung wie etwa eine Skalenvorrichtung für die Ausführung einer Positionssteuerung eines beweglichen Abschnitts, der eine Linearbewegung ausführt, verwendet.
Die Skalenvorrichtung umfasst im Allgemeinen einen Hauptkörper und einen Kopfgleiter, der in dem Hauptkörper vorgesehen ist, derart, dass sich der Kopfgleiter geradlinig bewegen kann.
In dem Hauptkörper ist ein Aufzeichnungsmedium vorgesehen, das z. B. als ein Rundstab geformt ist und das als "Skala" bezeichnet wird. Auf dieser Skala ist ein Positionssignal längs der longitudinalen Richtung der Skala aufgezeichnet. In dem Positionssignal sind Vertiefungen und Markierungen in einer vorgegebenen Anzahl wiederholt. Das Positionssignal ist z. B. ein magnetisches Signal, in dem die Polarisation mit einer vorgegebenen Aufzeichnungswellenlärige umgekehrt wird. Außerdem besitzt der Kopfgleiter einen Erfassungskopf für die Erfassung des auf der Skala aufgezeichneten Positionssignals. Dieser Erfassungskopf ist z. B. an einer Position vorgesehen, die diesem Positionssignal gegenüberliegt, wobei er sich in der longitudinalen Richtung der Skala zusammen mit der Linearbewegung des Kopfgleiters bewegt.
Eine derartige Skalenvorrichtung, die durch den Hauptkörper und den Kopf gleiter gebildet wird, ist an einem Bezugsblock und an einem beweglichen Block einer Werkzeugmaschine, der eine lineare Relativbewegung ausführt, angebracht. Das heißt, der Hauptkörper oder der Kopfgleiter ist an dem Bezugsblock befestigt, während der andere an dem beweglichen Block befestigt ist. Hier ist der Hauptkörper derart angebracht, dass die longitudinale Richtung der Skala parallel zu der Bewegung des beweglichen Blockes ist. Dementsprechend wird in dieser Skalenvorrichtung, wenn sich der bewegliche Block in einer Linearbewegung bewegt, die Relativposition zwischen diesem Hauptblock und dem Kopfgleiter verändert.
In dieser Skalenvorrichtung mit der obenerwähnten Konfiguration erfasst der Erfassungskopf, der in dem Gleiterkopf vorgesehen ist, die Positionssignaländerung gemäß der Änderung der Relativposition, um die Position (den Verschiebungsbetrag) der beweglichen Position zu überwachen.
Der Hauptkörper der Skalenvorrichtung, der eine lange Skala zum Erfassen einer Linearbewegungsposition einer Werkzeugmaschine oder dergleichen besitzt, ist im Allgemeinen an einer Werkzeugmaschine unter Verwendung von Bolzen angebracht (siehe z. B. die in dem US-Patent 4 663 853 offenbarte Skalenvorrichtung).
1 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptkörpers einer herkömmlichen Skalenvorrichtung, die an einem Bezugsblock einer Werkzeugmaschine angebracht ist. 1A ist eine Querschnittsansicht des Hauptkörpers über einer Linie, die die longitudinale Richtung der in dem Hauptkörper vorgesehenen Skala vertikal schneidet. 1B ist eine Querschnittsansicht des Hauptkörpers über einer Linie parallel zu der longitudinalen Richtung der in dem Hauptkörper vorgesehenen Skala.
Der Hauptkörper 100 der Skalenvorrichtung besitzt einen Rahmen 101 und eine stabförmige Skala 102, die durch einen Halter 103 befestigt ist. Außerdem ist der Rahmen 101 unter Verwendung von Befestigungselementen wie etwa einem Bolzen 104, einer ersten Unterlegscheibe 105 und einer zweiten Unterlegscheibe 106 an einem Bezugsblock 110 einer Werkzeugmaschine befestigt.
Im Rahmen 101 ist die erste Unterlegscheibe 105 derart angebracht, dass die Mitte des Einschublochs für das Einschieben des Bolzenschafts mit der Mitte des Rahmenanbringungslochs 107, das in dem Rahmen 101 vorgesehen ist, übereinstimmt. Außerdem ist die zweite Unterlegscheibe 106 zwischen dem Rahmen 101 und dem Bezugsblock 110 derart angebracht, dass die Mitte des Bolzeneinschublochs mit der Mitte des Rahmenanbringungslochs 107 übereinstimmt. Der Bolzen 104 besitzt einen Bolzenkopf 108, der in dem Rahmen 101 enthalten ist, und einen Bolzenschaft 109, der sich durch das Einschubloch der ersten Unterlegscheibe 105, durch das Rahmenanbringungsloch 107 und durch das Einschubloch der zweiten Unterlegscheibe 106 erstreckt, wobei er aus dem Rahmen 101 herausragt. Auf den Bolzen 104 wird in der Richtung (Z₂ in 1) vom Bolzenkopf 108 zum Bolzenschaft 109 eine Anzugkraft ausgeübt, so dass der Rahmen 101 an dem Bezugsblock 110 befestigt ist.
Der mit derartigen Befestigungselementen befestigte Hauptkörper 100 ist normalerweise in Anbetracht der Verkleinerung der Größe der Befestigungselemente und einer zweckmäßigen Anbringung an beiden Enden der longitudinalen Richtung des Rahmens 101 befestigt.
Die Anschlagfläche zwischen dem Bolzenkopf 108 und der ersten Unterlegscheibe 105, die Anschlagfläche zwischen der ersten Unterlegscheibe 105 und dem Rahmen 101, die Anschlagfläche zwischen dem Rahmen 101 und der zweiten Unterlegscheibe 106 und die Anschlagfläche zwischen der zweiten Unterlegscheibe 106 und dem Bezugsblock 110 sind hier normalerweise keine vollständig ebene Fläche, sondern es bestehen dort kleine Verwerfungen, Krümmungen und Biegungen. Außerdem ist der Bolzenschaft 109 im Allgemeinen nicht völlig vertikal zum Bolzenkopf 108, sondern es besteht eine kleine Neigung. Da es abgesehen davon schwierig ist, den Bolzenschaft 109 völlig vertikal zur longitudinalen Richtung der Skala 102 anzuziehen, ist es dementsprechend schwierig, den Bolzenschaft 109 völlig vertikal zur longitudinalen Richtung der Skala 102 zu befestigen.
In der herkömmlichen Skalenvorrichtung ist es deshalb nicht ungewöhnlich, um die Anzugkraft für das Befestigen des Hauptkörpers 100 am Bezugsblock 110 zu vergrößern, z. B. den Durchmesser der Befestigungselemente, die den Bolzenkopf 108, die erste Unterlegscheibe 105 und die zweite Unterlegscheibe 106 umfassen, zu vergrößern, wobei sich die Anzugkraft vom Bolzenkopf 108 auf den Bolzenschaft 109 vergrößert. Allerdings wird in diesem Fall ein Biegemoment M₃ in der longitudinalen Richtung der Skala 102 auf den Rahmen 101 angewendet, das zu einer Verformung des Rahmens 101 und der Skala 102, z. B. in eine Bogenform, führt.
Somit ist es in der herkömmlichen Skalenvorrichtung schwierig, die longitudinale Richtung der Skala 102 parallel zur Bewegungsrichtung des beweglichen Abschnitts der Werkzeugmaschine anzubringen. Dies verschlechtert oft die Genauigkeit der Positionsbestimmung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Positionserfassungsvorrichtung zu schaffen, die an einer Werkzeugmaschine oder dergleichen befestigt werden kann, ohne den Hauptkörper oder das Aufzeichnungsmedium zu verformen, während das Biegemoment gegen die longitudinale Richtung des Aufzeichnungsmediums verringert wird, wobei es folglich ermöglicht wird, eine hochgenaue Positionserfassung zu erhalten.
Die Positionserfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung dient zur Erfassung einer Relativbewegungsposition eines ersten Elements und eines zweiten Elements, die sich längs einer geraden Linie relativ zueinander bewegen, wobei die Vorrichtung versehen ist mit: einem Hauptkörper, der an dem ersten Element befestigt ist und ein lang gestrecktes Aufzeichnungsmedium hält, in dessen longitudinaler Richtung, die zu der Relativbewegungsrichtung des ersten Elements und des zweiten Elements parallel ist, ein Positionssignal aufgezeichnet ist; einem Kopfgleiter der an dem zweiten Element befestigt ist und einen Erfassungskopf besitzt, der das Positionssignal erfasst, und an dem Hauptkörper so angeordnet ist, dass er in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums beweglich ist; und einem Befestigungselement das den Hauptkörper an dem ersten Element befestigt und eine Anschlagoberfläche für den Anschlag an dem Hauptkörper besitzt, wobei die Anschlagoberfläche nur in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums eine Krümmung besitzt.
In der Positionserfassungsvorrichtung befestigt das Befestigungselement, das eine Anschlagoberfläche für den Hauptkörper besitzt, die nur in einer Richtung parallel zu dem Aufzeichnungsmedium eine Krümmung besitzt, den Hauptkörper an dem ersten Element, so dass er parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums ist, so dass der Erfassungskopf das auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnete Positionssignal erfasst, wobei folglich eine Relativbewegung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element erfasst wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dient die Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Relativbewegungsposition eines ersten Elements und eines zweiten Elements, die sich längs einer geraden Linie relativ zueinander bewegen, wobei die Vorrichtung versehen ist mit: einem lang gestreckten Aufzeichnungsmedium, in dessen longitudinaler Richtung ein Positionssignal aufgezeichnet ist und das an dem ersten Element befestigt ist, derart, dass die longitudinale Richtung zu einer Relativbewegungsrichtung des ersten Elements und des zweiten Elements parallel ist; einem Erfassungskopf, der an dem zweiten Element befestigt ist, um sich in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums relativ zu dem ersten Element zu bewegen, um das Positionssignal zu erfassen; und einem Befestigungselement, das das Aufzeichnungsmedium an dem ersten Element befestigt und eine Anschlagoberfläche für den Anschlag an dem Aufzeichnungsmedium besitzt, wobei die Anschlagoberfläche nur in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums eine Krümmung besitzt.
In der Positionserfassungsvorrichtung befestigt das Befestigungselement, das eine Anschlagoberfläche für den Hauptkörper besitzt, die nur in einer Richtung parallel zu dem Aufzeichnungsmedium eine Krümmung besitzt, das Aufzeichnungsmedium an dem ersten Element, so dass der Erfassungskopf das auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnete Positionssignal erfasst, wobei folglich eine Relativbewegung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element erfasst wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptkörpers einer herkömmlichen Skalenvorrichtung zur Erläuterung der Befestigungselemente für die Befestigung des Hauptkörpers an einem Bezugsblock.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Skalenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine Seitenansicht der Skalenvorrichtung.
4 ist eine Querschnittsansicht der Skalenvorrichtung, die eine Innenkonfiguration der Skalenvorrichtung zeigt.
5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines wesentlichen Abschnitts eines Kopfhalters der Skalenvorrichtung.
6 ist eine Querschnittsansicht des Hauptkörpers der Skalenvorrichtung zur Erläuterung der Befestigungselemente für die Befestigung des Hauptkörpers am Bezugsblock.
7 ist eine Querschnittsansicht des Hauptkörpers der Skalenvorrichtung zur Erläuterung einer Änderung der Befestigungselemente.
8 ist eine Querschnittsansicht des Hauptkörpers der Skalenvorrichtung zur Erläuterung einer weiteren Änderung der Befestigungselemente.
9 ist eine Querschnittsansicht des Hauptkörpers der Skalenvorrichtung zur Erläuterung einer nochmals weiteren Änderung der Befestigungselemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden ist die Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung auf eine Skalenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gerichtet.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Skalenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung. 3 ist eine Seitenansicht dieser Skalenvorrichtung. 4 ist eine Querschnittsansicht dieser Skalenvorrichtung, die die Innenkonfiguration der Skalenvorrichtung zeigt.
Die Skalenvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung enthält:
einen Hauptkörper 2 und einen an diesem Hauptkörper angebrachten Kopfgleiter 3.
Die Skalenvorrichtung 1 wird verwendet, um eine Relativposition zweier Ele mente zu erfassen, die eine Werkzeugmaschine bilden und sich längs einer geraden Linie relativ zueinander bewegen. Die Skalenvorrichtung 1 erfasst z. B. einen an einer vorgegebenen Befestigungsposition vorgesehenen Bezugsblock 4 und eine Position eines beweglichen Blocks 5, der sich in der Richtung von X₁ und X₂ in Bezug auf diesen Bezugsblock 4 bewegt. In dieser Skalenvorrichtung 1 ist entweder der Hauptkörper 2 oder der Kopfgleiter 3 an dem Bezugsblock 4 angebracht, während der andere an dem beweglichen Block 5 angebracht ist. 2 und 3 zeigen ein Beispiel, in dem der Hauptkörper 2 an dem Bezugsblock 4 angebracht ist und in dem der Kopfgleiter 3 an dem beweglichen Block 5 angebracht ist.
Der Hauptkörper 2 ist ein Aufzeichnungsmedium, das einen Rahmen 11 und ein rundstabförmiges Aufzeichnungsmedium enthält, das aus einem Werkstoff mit einer hohen Koerzitivkraft hergestellt ist. Innerhalb des Rahmens 11 ist eine Skala 12 vorgesehen, deren beide Enden durch Halter 13, 14, gehalten werden, so dass die beiden Enden an vorgegebenen Positionen in dem Rahmen 11 befestigt sind. Es wird angemerkt, dass die Halter 13 und 14 zur Vereinfachung der Zeichnung in 2 nicht darstellt sind.
Der Rahmen 11 besitzt z. B. ein Hohlparallelepiped mit einem auf einer Seite ausgebildeten Spalt 15. Außerdem besitzt der Rahmen 11 an den Enden in der longitudinalen Richtung der Seitenflächen 17, 18, die die Seitenflächen mit dem Spalt 15 vertikal schneiden, Anbringungslöcher von etwa kreisförmiger Form 21, 22, 23, 24.
Die Skala 12 wird durch die Halter 13, 14 gehalten und innerhalb des Rahmers 11 befestigt. Die Skala 12 ist parallel zu der longitudinalen Richtung des Rahmens 11 und auf der Mittelachse des Parallelepipeds angebracht. Außerdem ist ein Positionssignal mit Vertiefungen und Markierungen, die sich in einem vorgegebenen Abstand wiederholen, in der longitudinalen Richtung der Skala 12 aufgezeichnet. Zum Beispiel ist ein magnetisches Signal, bei dem die Polarität mit einer vorgegebenen Aufzeichnungswellenlänge umgekehrt wird, als ein Positionssignal in der longitudinalen Richtung auf der Skala aufgezeichnet.
Außerdem enthält der Kopfgleiter 3: einen innerhalb des Hauptkorpers vorgesehenen Kopfhalterblock 31, einen außerhalb des Hauptkörpers 2 vorgesehenen Kopfträger 32 und einen Verbindungsblock 33, der den Kopfhalteblock 31 und den Kopfträger 32 verbindet. Der Kopfgleiter 3 ist derart angebracht, dass sich der Kopfgleiter 3 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 bewegen kann.
5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des wesentlichen Abschnitts dieses Kopfhalters 31.
Der Kopfhalteblock 31 besitzt einen Kopfhalter 34. Dieser Kopfhalter 34 besitzt ein Einschubloch für die Skala 12. Die Skala 12 ist so in dieses Einschubloch eingeschoben, dass der Kopfhalter 34 an der Skala 12 angebracht ist, derart, dass sich der Kopfhalter 34 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 bewegen kann.
Der Kopfhalter 34 wird von einem Kopfhaltergehäuse 36 bedeckt und besitzt einen MR-Kopf 35 innerhalb des Kopfhaltergehäuses 36. Der MR-Kopf 35 erfasst das auf der Skala 12 aufgezeichnete Positionssignal. Der MR-Kopf 35 ist an einer Position, die diesem Positionssignal gegenüberliegt, vorgesehen, um das auf der Skala aufgezeichnete Positionssignal zu erfassen. Dieser MR-Kopf 35 wird durch den Kopfhalter 34 gehalten und zusammen mit dem Kopfhalter 34 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 bewegt.
An den beiden Enden des Kopfhalters 34 ist ein Gleitträgerelementepaar 37, 38 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 vorgesehen. Jedes der Gleitträgerelemente 37, 38 besitzt eine etwa zylindrische Form mit einem Einschubloch für das Einschieben der Skala 12. Wenn die Skala in das Einschubloch geschoben ist, werden die Skalenträgerelemente 37, 38 auf dieser Skala 12 verschiebbar gehalten. Außerdem verhindern die Gleitträgerelemente 37, 38, dass der Kopfhalter 34 in einer Richtung bewegt wird, die die Gleitrichtung vertikal schneidet, wenn der Kopfhalter 34 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 bewegt wird.
Außerdem besitzt der Kopfhalteblock 31 ein Paar erster Distanzstücke 39, 40 und eine Paar zweiter Distanzstücke 41, 42.
Das Paar der ersten Distanzstücke 39, 40 besitzt ein Einschubloch für das Einschieben der Skala 12. Wenn die Skala 12 durch die Löcher geschoben ist, wird das Paar der ersten Distanzstücke 39 und 40 auf der Skala 12 bewegt, derart, dass sie sich in der longitudinalen Richtung der Skala 12 bewegen können. Außerdem befindet sich das Paar erster Distanzstücke 39, 40 im Anschlag an einer Stirnfläche der Gleitträgerelemente 37, 38.
Außerdem besitzt jedes der zweiten Distanzstücke 41, 42 ein Loch für das Einschieben der Skala 12. Wenn die Skala 12 in die Löcher eingeschoben ist, sind die Distanzstücke 41, 42 auf der Skala 12 angebracht, derart, das sich die Distanzstücke 41, 42 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 bewegen können. Die Distanzstücke 41, 42 befinden sich außerdem im Anschlag an einer Stirnfläche der ersten Distanzstücke 39, 40, wobei sie nicht im Anschlag an den Gleitträgerelementen 37, 38 sind.
Außerdem besitzt der Kopfhalteblock 31 ein Kopfhalterklemmelementepaar 43, 44 und eine Feder 45 auf.
Jedes der Kopfhalterklemmelemente 43, 44 besitzt ein Einschubloch für das Einschieben der Skala 12. Wenn die Skala 12 in die Löcher eingeschoben ist, sind die Kopfhalterklemmelemente 43, 44 auf der Skala 12 angebracht, derart, dass sich die Kopfhalterklemmelemente 43, 44 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 bewegen können. Außerdem sind die Kopfhalterklemmelemente 43, 44 an dem Verbindungsblock 33 befestigt. Dieses Klemmelementepaar 43, 44 klemmt den Kopfhalter 34, der die Gleitträgerelemente 37, 38 besitzt, mittels der ersten Distanzstücke 39, 40 und der zweiten Distanzstücke 41, 42 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 ein. Außerdem ist die Feder 45 zwischen dem Kopfhalterklemmelement 43 und dem Distanzstück 41 angebracht. Diese Feder 45 treibt den Kopfhalter 34 in der Richtung vom Kopfhalterklemmelement 43 zum Kopfhalterklemmelement 44.
Außerdem ist ein Drehungshemmstift 46 in dem Kopfhalter 34 vorgesehen. Dieser Drehungshemmstift 46 besitzt ein an dem Kopfhalter 34 befestigtes Ende, während das andere Ende in das in dem Verbindungsblock 33 vorgesehene Dreheinstellloch 47 eingeschoben ist. Dieses stellt die Drehung des Kopfhalters 34 um die Skala 12 ein.
Außerdem sind die ersten Distanzstücke 39, 40 und die zweiten Distanzstücke 41, 42 im Anschlag an einer sphärischen Anschlagoberfläche. Wenn die Kopfhalterklemmelemente 43, 44 in einer Richtung verschoben werden, die die Skala 12 vertikal schneidet, werden die sphärischen Anschlagoberflächen so wirksam, dass das von den Gleitträgerelementen 37, 38 auf die Skala 12 ausgeübte Biegemoment verringert wird.
Wie oben beschrieben worden ist, ist der Kopfhalteblock 31 an der Skala 12 angebracht, derart, dass sich der Kopfhalteblock 31 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 bewegen kann. Gemäß dieser Bewegung erfasst der MR-Kopf 35 ein auf dieser Skala 12 aufgezeichnetes Positionssignal.
Dieser Kopfhalteblock 31 ist mit dem Kopfträger 32 über den Verbindungsblock 33 verbunden. Dieser Verbindungsblock 33 besitzt ein Ende, das an den Kopfhalterklemmelementen 43, 44 befestigt ist, während das andere Ende aus dem Spalt 15 vorsteht, so dass es durch den außerhalb des Hauptkörpers 2 vorgesehenen Kopfträger 32 befestigt ist.
Somit ist der Kopfgleiter 3 aus dem Kopfhalteblock 31, aus dem Kopfträger 32 und aus dem Verbindungsblock 33 gebildet und an dem Hauptkörper 2 angebracht, derart, dass sich der Kopfgleiter 3 in der longitudinalen Richtung der Skala 12 bewegen kann. Das durch den MR-Kopf 35 gemäß der Relativbewegung in Bezug auf den Hauptkörper 2 erfasste Positionssignal wird durch ein in dem Kopfträger 32 vorgesehenes Signalkabel 48 an eine Steuervorrichtung (nicht dargestellt) angelegt.
In der Skalenvorrichtung 1 mit der obenerwähnten Konfiguration ist die Skala 12 parallel zu der Relativbewegung zwischen dem Bezugsblock 4 und dem beweglichen Block 5, wobei der Spalt 15 auf der Seite des beweglichen Blocks 5 geöffnet ist. In der so beschaffenen Skalenvorrichtung 1 wird der Hauptkörper 2 angebracht, indem eine der Seitenflächen, die den Spalt 15 nicht besitzen, als Anbringungsoberfläche verwendet wird. Der Hauptkörper 2 ist an dem Bezugsblock 4 mit Befestigungselementen wie etwa den Hauptkörperbolzen 51, 52 an den Orten der Rahmenanbringungslöcher 21, 22, 23, 24, die an den Enden des Rahmens in der longitudinalen Richtung der Skala 12 vorgesehen sind, befestigt. Außerdem ist der Kopfgleiter 3 der Skalenvorrichtung 1 mit den Gleitbolzen 53, 54 an dem beweglichen Block 5 befestigt.
Zunächst wird eine Erläuterung zu den Befestigungselementen, die den Hauptkörper 2 an dem Bezugsblock 4 befestigen, gegeben.
6 ist eine Querschnittsansicht der Befestigungselemente, die den Hauptkörper 2 an dem Bezugsblock 4 befestigen. 6A ist eine Querschnittsansicht der Skalenvorrichtung 1 in der Richtung, die die longitudinale Richtung der Skala 12 vertikal schneidet. 6B ist eine Querschnittsansicht der Skalenvorrichtung 1 in der Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12. Es wird angemerkt, dass 6 ein Ende des Hauptkörpers 2 mit den Rahmenanbringungslöchern 22 und 24 zeigt. Im Folgenden wird eine Erläuterung zu diesem Abschnitt gegeben. Allerdings besitzt das andere Ende des Hauptkörpers 2 die völlig gleiche Konfiguration wie dieser Abschnitt.
Innerhalb des Rahmens 11 der Skalenvorrichtung ist eine erste Unterlegscheibe 55 angebracht, derart, dass die Mitte eines Bolzeneinschublochs der ersten Unterlegscheibe 55 mit der Mitte des Rahmenanbringungslochs 24 übereinstimmt. Außerdem ist zwischen dem Rahmen 11 und dem Bezugsblock 4 eine zweite Unterlegscheibe 56 angebracht, derart, dass die Mitte eines Bolzeneinschublochs der zweiten Unterlegscheibe 56 mit der Mitte des Rahmenanbringungslochs 24 übereinstimmt. Der Bolzenkopf 61 des Hauptkörperbolzens 52 ist in dem Rahmen 11 des Hauptkörpers 2 enthalten, wobei ein Bolzenschaftabschnitt 62 durch das Einschubloch der ersten Unterlegscheibe 55 und durch das Einschubloch der zweiten Unterlegscheibe 56 geschoben ist, um aus dem Rahmen 11 herauszuragen. Auf den Hauptkörperbolzen 52 wird eine Anzugkraft in der Richtung vom Bolzenkopf 61 zum Bolzenschaftabschnitt 62 (in der Richtung von Z₁ in der Figur) ausgeübt, um den Rahmen 11 des Hauptkörpers 2 an dem Bezugsblock 4 zu befestigen.
Die Anschlagoberfläche der ersten Unterlegscheibe 55, die im Anschlag an dem Rahmen 11 ist, besitzt hier eine Krümmung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12, während sie keine Krümmung in der Richtung besitzt, die die longitudinale Richtung der Skala 12 vertikal schneidet. Das heißt, der Querschnitt der ersten Unterlegscheibe 55 längs einer Fläche parallel zur Iongitudinalen Richtung der Skala 12, die Anschlagfläche an dem Rahmen, besitzt eine Bogenform. Außerdem besitzt der Querschnitt der ersten Unterlegscheibe 55 längs einer Fläche, die die longitudinale Richtung der Skala 12 schneidet, die Form einer geraden Linie.
Dementsprechend ist es in der Skalenvorrichtung 1 möglich, das auf den Rah men 11 und auf die Skala 12 in der longitudinalen Richtung angewendete Biegemoment M₁ zu verringern. Folglich ist es möglich, den Hauptkörper 2 an dem Bezugsblock 4 zu befestigen, der die Skala 12 parallel zu der Relativbewegung zwischen dem Bezugsblock 4 und dem beweglichen Block 5 in der longitudinalen Richtung hält, ohne den Rahmen 11 und die Skala 12 z. B. in eine Bogenform zu verformen.
Außerdem bildet die Anschlagfläche der ersten Unterlegscheibe an dem Rahmen 11 eine gerade Linie ohne Krümmung in der Richtung, die die longitudinale Richtung der Skala 12 vertikal schneidet. Dementsprechend wird das Biegemoment M₂, das auf den Rahmen und die Skala 12 in der Richtung angewendet wird, die die longitudinale Richtung vertikal schneidet, nicht verringert. Allerdings ist in der Skalenvorrichtung 1 die Skala 12 an einer Mitte des Rahmens 11 angebracht, wenn sie im Querschnitt betrachtet wird. Folglich erzeugt das Biegemoment M₂ der Skala in der Richtung, die die longitudinale Richtung vertikal scheidet, nur eine Drehverformung des Rahmens 11 und der Skala 12 um die Mitte der Skala 12. Dies verringert die Positionserfassungsgenauigkeit der Skalenvorrichtung 1 nicht. Abgesehen davon ist es möglich, auf diesen geraden Linienabschnitt eine ausreichende Anzugkraft vom Bolzenkopf 61 auf den Bolzenschaftabschnitt 62 anzuwenden, wobei ermöglicht wird, den Rahmen 11 an dem Bezugsblock 4 mit einer ausreichenden Kraft zu befestigen.
Außerdem kann die erste Unterlegscheibe 55 ferner eine Drehungshemmnut, ein Drehungshemmloch, einen Drehungshemmvorsprung oder dergleichen aufweisen, so dass die Anordnungsposition der ersten Unterlegscheibe 55 von der Drehkraft, die erzeugt wird, wenn der Rahmen 11 an dem Bezugsblock 4 mit dem Hauptkörperbolzen 52 befestigt wird, nicht verändert wird. Außerdem kann die erste Unterlegscheibe 55 eine teilweise ebene Oberfläche besitzen, die die Anschlagoberfläche an dem Rahmen 11 vertikal schneidet, so dass die ebene Oberfläche mit einem sich nicht drehenden Element des Rahmens 11 oder mit einer anderen Komponente in Anschlag gebracht wird. Dies ermöglicht, die Anschlagoberfläche der ersten Unterlegscheibe 55 an dem Rahmen 11 als eine Oberfläche zu erhalten, die in der Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 gekrümmt ist.
Die erste Unterlegscheibe 55 mit der obenerwähnten Konfiguration ist vorzugsweise aus einem harten Werkstoff wie etwa aus einem Eisenwerkstoff herge stellt. Die Krümmung der Anschlagoberfläche differiert gemäß der Größe des Hauptkörperbolzens 52. Wenn z. B. der Hauptkörperbolzen 52 ein M4- bis M8-Bolzen ist, liegt die Krümmung vorzugsweise in der Größenordnung von 20 bis 60 mm. Eine passende Länge der Anschlagoberfläche in der longitudinalen Richtung der Skala 12 differiert je nach der Größe des Hauptkörperbolzens 52 und dem Werkstoff des Rahmens 11. Wenn der Hauptkörperbolzen 52 z. B. ein M5-Bolzen und der Rahmen 11 aus einem Eisenwerkstoff hergestellt ist, beträgt die Länge vorzugsweise 2 bis 10 mm. Außerdem wird, wenn der Hauptkörperbolzen 52 groß ist, ferner die Anzugkraft groß, wobei der Rahmen 11 mit einer großen Anzugskraft an dem Bezugsblock 4 befestigt ist. Dies ermöglicht, die longitudinale Richtung der Skala 12 parallel zu der Relativbewegung zwischen dem Bezugsblock 4 und dem beweglichen Block 5 aufrechtzuerhalten, was wiederum ermöglicht, die Positionsgenauigkeit durch die erste Unterlegscheibe 55, die den Hauptkörper 2 an dem Bezugsblock 4 befestigt, aufrechtzuerhalten.
Wie somit bisher beschrieben worden ist, ist in der Skalenvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung der Rahmen 11 an dem Bezugsblock 4 parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 unter Verwendung der ersten Unterlegscheibe 55 befestigt, die eine Anschlagoberfläche an dem Rahmen 11 besitzt, die nur in der Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 gekrümmt ist. Dementsprechend besteht keine Gefahr der Verformung des Rahmens 11 und der Skala 12 in der longitudinalen Richtung der Skala 12. Folglich ist es in dieser Skalenvorrichtung 1 möglich, eine hohe Erfassungsgenauigkeit beim Erfassen einer Relativposition zwischen dem Bezugsblock 4 und dem beweglichen Block 5 zu erhalten. Außerdem ist es in dieser Skalenvorrichtung 1 möglich, den Hauptkörper 2 ohne Verwendung eines Werkstoffs mit hoher Festigkeit zu bilden und den Rahmen 11 an dem Bezugsblock 4 leicht anzubringen. Dies ermöglicht, sowohl die Vorrichtungsgröße als auch die Produktionskosten zu verringern.
Nachfolgend wird eine Erläuterung an einem abgeänderten Beispiel der Skalenvorrichtung 1 gegeben, in dem ein anderes Befestigungselement für das Befestigen des Hauptkörpers 2 an dem Bezugsblock 4 verwendet wird.
7 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines abgeänderten Beispiels der Skalenvorrichtung 1. 7A ist eine Querschnittsansicht der Ska lenvorrichtung 1 längs einer Fläche, die die longitudinale Richtung der Skala 12 vertikal schneidet. 7B ist eine Querschnittsansicht der Skalenvorrichtung 1 längs einer Fläche, die parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 ist.
Wie in 7 gezeigt ist, kann in der Skalenvorrichtung 1 die zweite Unterlegscheibe 56 durch eine dritte Unterlegscheibe 71 ersetzt werden, die eine ähnliche Konfiguration wie die erste Unterlegscheibe 56 besitzt, d. h., die eine derartige Anschlagoberfläche an dem Rahmen 11 besitzt, dass in der Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 eine Krümmung geschaffen ist, während in der Richtung, die die longitudinale Richtung der Skala 12 vertikal schneidet, keine Krümmung geschaffen ist. Der Querschnitt dieser dritten Unterlegscheibe 71, über eine Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 betrachtet, ist so beschaffen, dass die Anschlagoberfläche an dem Rahmen 11 eine Bogenform besitzt, während der Querschnitt über eine Richtung, die die longitudinale Richtung der Skala 12 vertikal schneidet, so beschaffen ist, dass die Anschlagoberfläche an dem Rahmen 11 eine gerade Linie bildet.
In der Skalenvorrichtung 1, die diese dritte Unterlegscheibe 71 verwendet, ist es möglich, das in der longitudinalen Richtung des Rahmens 11 und der Skala 12 angewendete Biegemoment M₁ weiter zu verringern. Folglich besteht keine Gefahr der Verformung des Rahmens 11 und der Skala 12 z. B. in eine Bogenform. Es ist möglich, den Hauptkörper 2 an dem Bezugsblock 4 zu befestigen, während die longitudinale Richtung der Skala 12 parallel zu der Relativbewegung zwischen dem Bezugsblock 4 und dem beweglichen Block 5 aufrechterhalten wird.
Außerdem kann ferner die dritte Unterlegscheibe 71 ähnlich zu der ersten Unterlegscheibe 55 eine Drehungshemmnut, ein Drehungshemmloch, einen Drehungshemmvorsprung oder dergleichen besitzen, so dass die Anordnungsposition der dritten Unterlegscheibe 71 von der Drehkraft nicht verändert wird, die erzeugt wird, wenn der Rahmen 11 an dem Bezugsblock 4 mit dem Hauptkörperbolzen 52 befestigt wird. Außerdem kann die dritte Unterlegscheibe 71 eine teilweise ebene Oberfläche als eine Oberfläche besitzen, die die Anschlagoberfläche an dem Rahmen 11 vertikal schneidet, so dass die teilweise ebene Oberfläche in Anschlag an ein sich nicht drehendes Element wie etwa den Bezugs block 4 gebracht wird. Dies ermöglicht, dass die dritte Unterlegscheibe 71 eine solche Anschlagoberfläche an dem Rahmen 11 besitzt, dass die Krümmung in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 vorgesehen ist.
8 und 9 sind Querschnittsansichten, die die Änderungen des Befestigungselements der Skalenvorrichtung 1 zeigen. 8A und 9A sind Querschnittsansichten der Skalenvorrichtung 1 in der Richtung, die die longitudinale Richtung der Skala 12 schneidet, während 8B und 9B Querschnittsansichten der Skalenvorrichtung 1 in der Richtung parallel zu der Iongitudinalen Richtung der Skala 12 sind.
Wie in 8 und 9 gezeigt ist, kann in der Skalenvorrichtung 1 die erste Unterlegscheibe 55 durch eine vierte Unterlegscheibe 72 ersetzt werden. Die vierte Unterlegscheibe 72 besitzt die Anschlagoberfläche an dem Rahmen 11, bei der die andere Seite in der Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 eine Krümmung besitzt, während sie in der Richtung, die die longitudinale Richtung der Skala 12 vertikal schneidet, keine Krümmung besitzt.
Die vierte Unterlegscheibe 72 besitzt ein Bolzeneinschubloch und zwei Oberflächen, die das Einschubloch vertikal schneiden, wobei sie als Anbringungsoberflächen 73, 74 dienen. Die Anbringungsoberflächen 73, 74 besitzen eine Krümmung in der Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 und keine Krümmung in der Richtung, die die longitudinale Richtung der Skala 12 vertikal schneidet. Die vierte Unterlegscheibe 72 ist von einer Wand umgeben, um eine Höhlung 75, 76 abzugrenzen, die einen etwa völlig gleichen Durchmesser wie der Außendurchmesser des Bolzenkopfes 61 des Hauptkörperbolzens 52 besitzt.
Somit besitzt die vierte Unterlegscheibe 72 eine solche symmetrische Konfiguration in der Anbringungsrichtung des Hauptknrperbolzens 52, dass der Hauptkörperbolzen 52 von jeder Seite eingeschoben werden kann, um den Rahmen 11 an dem Bezugsblock 4 zu befestigen. Dementsprechend braucht bei dieser vierten Unterlegscheibe 72, wie z. B. in 9 gezeigt ist, die Anbringungsrichtung nicht umgekehrt zu werden, wenn die Seitenoberfläche 17 des Rahmens 11 als der Bezugsblock 4 verwendet wird, d. h., wenn eine Untersei tenanbringung ausgeführt wird. Folglich ermöglicht diese vierte Unterlegscheibe 72 auch dann, wenn eine derartige Unterseitenanbringung ausgeführt wird, die Belastung des Arbeiters zu verringern, ohne dass eine Umkehrung der Anbringungsrichtung erforderlich ist, die eine erhebliche Genauigkeitsverschlechterung bewirken kann.
Wie in den abgeänderten Beispielen erläutert worden ist, kann in der Skalenvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung das Befestigungselement für die Befestigung des Rahmens 11 an dem Bezugsblock 4 irgendein Befestigungselement sein, wenn es die Anschlagoberfläche an dem Rahmen 11 als eine Oberfläche besitzt, die nur in der Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Skala 12 gekrümmt ist.
Während die Erfindung mit Bezug auf die Skalenvorrtchtung 1 beschrieben worden ist, die als ein Aufzeichnungsmedium die rundstabförmige Skala 12 verwendet, wo ein Positionssignal magnetisch aufgezeichnet ist, ist die Erfindung nicht auf einen derartigen Typ beschränkt und kann ferner auf eine magnetische oder optische Skalenvorrtchtung, die ein Aufzeichnungsmedium einer dünnen Platte von lang gestreckter Form mit einer Dicke von z. B. 1 mm oder darunter verwendet, oder auf eine magnetische oder optische Skalenvorrichtung, die ein Aufzeichnungsmedium mit einer lang gestreckten Form mit einem Querschnitt von einer ungefähren Plattenform mit einer Dicke von 3 bis 7 mm verwendet, angewendet werden.
Abgesehen davon ist die Ausführungsform der Erfindung als die Skalenvorrtchtung 1 beschrieben worden, in der die Skala 12, die als das Aufzeichnungsmedium, das ein aufgezeichnetes Positionssignal besitzt, dient, von den Haltern 13, 14 innerhalb des Rahmens 11 gehalten wird. Allerdings ist die Erfindung nicht auf einen derartigen Typ beschränkt und kann ferner auf eine Skalenvorrichtung mit einer Konfiguration, in der z. B. das Aufzeichnungsmedium direkt an dem Bezugsblock 4 ohne Verwendung des Rahmens 11 befestigt ist, angewendet werden.
Genauer ist in einer derartigen Skalenvorrichtung ein lang gestrecktes Aufzeichnungsmedium aus einer dünnen Platte, das ein in der longitudinalen Richtung aufgezeichnetes Positionssignal besitzt, an einem Bezugsblock 4 befestigt, derart, dass die longitudinale Richtung parallel zu der Relativbewegung des Bezugsblocks 4 und des beweglichen Blocks 5 ist. In einer derartigen Skalenvorrichtung ist das Aufzeichnungsmedium unter Verwendung der ersten Unterlegscheibe 55 und der zweiten Unterlegscheibe 56, die eine Anschlagoberfläche an dem Aufzeichnungsmedium mit einer Krümmung nur in der Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums besitzen, an dem Bezugsblock 4 befestigt. Der Erfassungskopf ist an dem beweglichen Block 5 befestigt, so dass er der Oberfläche gegenüberliegt, die in dem Aufzeichnungsmedium das Positionssignal besitzt. Somit kann die Skalenvorrichtung die Relativbewegungsposition des Bezugsblocks 4 und des beweglichen Blocks 5 erfassen.
Das heißt, die Erfindung kann ferner auf eine Skalenvorrichtung angewendet werden, in der das Aufzeichnungsmedium direkt an dem Bezugsblock 4 befestigt ist, ohne eine Verformung des Aufzeichnungsmediums in der longitudinalen Richtung zu bewirken. Dies ermöglicht, die Erfassungsgenauigkeit der Relativposition des Bezugsblocks 4 und des beweglichen Blocks 5 zu vergrößern.
Die Positionserfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet ein Befestigungselement, das eine Anschlagoberfläche an dem Hauptkörper besitzt, wobei die Anschlagoberfläche nur in der Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung eines Aufzeichnungsmediums eine Krümmung besitzt. Dieses Befestigungselement befestigt den Hauptkörper an dem ersten Element, so dass er parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums ist, wobei ermöglicht wird, eine Relativbewegungsposition des ersten Elements und des zweiten Elements zu erfassen.
Somit ist es in der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung möglich, den Hauptkörper an dem ersten Element zu befestigen, ohne eine Verformung des Hauptkörpers oder des Aufzeichnungsmediums in der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums zu bewirken. Dies ermöglicht, die Erfassungsgenauigkeit der Relativposition zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu verbessern. Außerdem ist es in dieser Positionserfassungsvorrichtung möglich, sowohl den Hauptkörper ohne Verwendung eines Werkstoffs mit einer hohen Festigkeit zu bilden als auch den Hauptkörper und das ersten Element leicht anzubringen. Somit ist es möglich, sowohl die Vorrichtungsgröße als auch die Produktionskosten zu verringern.
Außerdem besitzt das Befestigungselement in der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung eine Anschlagoberfläche an dem Aufzeichnungsmedium, die nur in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums eine Krümmung aufweist. Dieses Befestigungselement befestigt das Aufzeichnungsmedium an dem ersten Element, so dass der Erfassungskopf das auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnete Positionssignal erfasst, um eine Relativbewegungsposition zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu erfassen.
Somit ist es in der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung möglich, das Aufzeichnungsmedium an dem ersten Element zu befestigen, ohne eine Verformung des Aufzeichnungsmediums in der longitudinalen Richtung zu bewirken. Dementsprechend kann diese Positionserfassungsvorrichtung eine hohe Erfassungsgenauigkeit bei der Erfassung der Relativposition zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element besitzen. Außerdem kann in dieser Positionserfassungsvorrichtung das Aufzeichnungsmedium ohne die Verwendung eines Werkstoffs mit einer hohen Festigkeit gebildet werden. Außerdem können das Aufzeichnungsmedium und das erste Element leicht angebracht werden. Dies ermöglicht, die Vorrichtungsgröße und die Produktionskosten zu verringern.

Claims

Positionserfassungsvorrichtung (1) für die Erfassung einer Relativbewegungsposition eines ersten Elements (4) und eines zweiten Elements (5), die sich längs einer geraden Linie relativ zueinander bewegen, wobei die Vorrichtung (1) versehen ist mit: einem Hauptkörper (2), der an dem festen Element (4) befestigt ist und ein langgestrecktes Aufzeichnungsmedium (12) hält, in dessen longitudinaler Richtung, die zu der Relativbewegungsrichtung des ersten. Elements (4) und des zweiten Elements (5) parallel ist, ein Positionssignal aufgezeichnet ist; einem Kopfgleiter (3), der an dem zweiten Element (5) befestigt ist und einen Erfassungskopf (35) besitzt, der das Positionssignal erfasst, und an dem Hauptkörper (2) so angeordnet ist, dass er in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums (12) beweglich ist; und einem Befestigungselement (55), das den Hauptkörper (2) an dem ersten Element (4) befestigt und eine Anschlagoberfläche für den Anschlag an dem Hauptkörper (2) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagoberfläche nur in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums (12) eine Krümmung besitzt.
Positionserfassungsvorrichtung (1) für die Erfassung einer Relativbewegungsposition eines ersten Elements (4) und eines zweiten Elements (5), die sich längs einer geraden Linie relativ zueinander bewegen, wobei die Vorrichtung (1) versehen ist mit: einem langgestreckten Aufzeichnungsmedium (12), in dessen longitudinaler Richtung ein Positionssignal aufgezeichnet ist und das an dem ersten Element (4) befestigt ist, derart, dass die longitudinale Richtung zu einer Relativbewegungsrichtung des ersten Elements (4) und des zweiten Elements (5) parallel ist; einem Erfassungskopf (35), der an dem zweiten Element (5) befestigt ist, um sich in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Richtung des Aufzeichnungsmediums (12) relativ zu dem ersten Element (4) zu bewegen, um das Positionssignal zu erfassen; und einem Befestigungselement (55), das das Aufzeichnungsmedium (12) an dem ersten Element (4) befestigt und eine Anschlagoberfläche für den Anschlag an dem Aufzeichnungsmedium (12) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagoberfläche nur in einer Richtung parallel zu der longitudinalen Rich tung des Aufzeichnungsmediunis (12) eine Krümmung besitzt.