DE8233342U1

DE8233342U1 - Längenmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE8233342U1
Application number: DE19828233342
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1982-11-27
Filing date: 1982-11-27
Publication date: 1988-11-17

Description

- 1 DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH 23«, November 1982

Längenmeß einrichtung

Die Erfindung betrifft eine Längenmeßeinrichtung zum Messen oder Einstellen der Relativlage zweier Objekte, insbesondere eine gekapselte Längenmeßeinrichtung, mit einem an einem Träger angeordneten Maßstab, der aus einer Teilung und aus einem Teilungsträger besteht und der bei thermischen LijLngenänderungen im wesentlichen unabhängig vom Träger geringfügig in Meßrichtung beweglich ist, und bei der der Träger des Maßstabs über Befestigungselemsnte mit einem der zu messenden Objekte verbunden ist« Der Teilungsträger des Maßstabs kann beispielsweise aus einem unflexiblen Glasstab bestehen, der über eine elastische Klebeschicht mit dem Träger i"ür den Maßstab verbunden ist, oder aus einem flexiblen Metallband gebildet sein, das in einer Nut des Trägers für den Maßstab formschlüssig, aber im wesentlichen kräftefrei angeordnet ist·

Aus der DE-AS 26 kj 30*l· ist eine gekapselte Längenmeßeinrichtung zum Messen der relativen Lag· zweier Objekte bekannt, bei der der Teilung·-

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träger für eine Teilung im inneren eines Hohlprofila auf den Rändern einer Längsauskehlung aufliegt und in seiner Mitte mittels eines Klebemittels sehr geringer Elastizität und an weiteren Stellen mittels eines Klebemittels hoher Elastizität befestigt ist. Das Hohlprofil weist an seinen Enden jeweils ein Befestigungselement mit Schwachstellen in Form von Rillen auf, die Spannungen bei der Befestigung des Hohlprofils auf der Anbaufläche des zu messenden Objekts vermeiden sollen. Bei dieser Meßeinrichtung besitzt der Maßstab, der aus der Teilung und dem Teilungsträger besteht, in seiner Mitte einen Fixpunkt (Nullpunkt) bezüglich des Hohlprofils; bei unterschiedlichen temperaturbedingten Längenänderungen des Hohlprofils und des zu messenden Objekts treten aber wegen der starren Befestigung des Hohlprofils an beiden Enden am zu messenden Objekt Längskräfte (Zwangskräfte) in Meßrichtung \ auf, die zu einer Verschiebung des Fixpunktes und damit zu Meßungenauigkeiten führen können«

Aus der DE-OS 28 53 771 ist eine Längenmaßeinrichtung bekannt, deren Gehäuse an beiden Enden über Befestigungselemente mit einem zu messenden. Objekt verbunden ist. Während das eine Ende des Gehäuses direkt mit einem erston Befestigungselement verbunden ist, ist zwischen dem anderen Ende des Gehäuses und einem zweiten Befestigungselement ein Längenausgleichselement derart angeordnet, daß dieses Ende des Gehäuses mit einem translatorischen Freiheitsgrad in Längsrichtung des Gehäuses gelagert ist.

Um bei Temperaturänderungen keine Nullpunktverschiebungen des im Inneren des Gehäuses untergebrachten Maßstabs gegenüber dem Gehäuse zu er- &igr; halten, sollt«» bei dieser Längenmeßeinrichtung der Maßstab art demselben Ende, an dem das Gehäuse direkt mit einem Befestigungselement verbunden ist, fest mit dem Gehäuse verbunden sein«

Wird dagegen der Maßstab über seine ganze Länge beispielsweise mit einer elastischen Klebeschicht im Gehäuse befestigt und nicht einseitig fixiert,

ao daß der Maßstab bei thermischen Längenänderungen ) im wesentlichen unabhängig vom Gehäuse in Meßrich-

tung beweglich ist, ergibt sich ein Fixpunkt

(Nullpunkt) etwa in der Mitte des Maßstabs bezüglich des Gehäuses. Wegen der direkten Befestigung des einen Endes des Gehäuses am ersten Befestigungselement cirfolgt dann aber bei einer thermischen Längenänderung: des Gehäuses eine mehr oder weniger große Verschiebung aller Punkte des Maßstabs

gegenüber dem zu messenden Objekt _t wenn das Ge» hause und das zu messende Objekt unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Längenmeßeinrichtung der oben genannten Gattung ■sine Befestigung für den Träger des Maßstabs anzugeben, bei der die Lage des Maßstabs bezüglich deis zu messenden Objekts bei Temperaturänderungen im wesentlichen erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei einer derartigen Längenmeßeinriehtung der Träger und das zu messende Objekt aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen können, ohne daß bei Temperaturänderungen die Meßgenauigkeit wesentlich beeinträchtigt wird. Der Maßstab kann z.B. auf einfache Weise über eine gleichmäßige elastische Klebeschicht am Träger befestigt werden, ohne daß er an einem Ende mit zusätzlichen Mitteln fest mit dem Gehäuse verbunden werden muß.

In der Druckschrift der Firma Dr. Johannes Heidenhain "Meßtechnische Informationen" 8. Ausgabe, März 1980 sind im Aufsatz "Wegmeßsysteme für große Werkzeugmaschinen" von Alfons Ernst auf Seite 33 Längenmeßeinrichtungen beschrieben, deren Gehäuse gemäß Bild 1-3 an beiden Enden über Befestigungselemente mit dem zu messenden Objekt verbunden sind. Bei großen Meßlängen sind zur Vermeidung des Durchhangs des Gehäuses infolge seines Eigengewichts weitere Befestigungswinkel für das Gehäuse zwischen den Befes-cigungselementen an den Enden des Gehäuses angeordnet.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den UnteransprUchen.

Ausführungsbeiepielo der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert«

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Es zeigen

Figur 1 eine Seitenansicht einer

Längenmeßeinrichtung mit Merk-¹ malen der Erfindung und Figur 2 ein Befestigungselement für das

Gehäuseende der Längenmeßeinrichtung.

Tn Figur 1 ist eine bevorzugt gekapselte Längenmeßeinrichtung dargestellt, deren Träger 1 für einen Maßstab 2 in Form eines biegesteifen langgestreckten Hohlprofils beispielsweise aus Aluminium ausgebildet ist. Im Inneren des Gehäuses 1 ist der Teilungsträger 2a für die Teilung 2b des Maßstabs 2 mittels einer elastischen Klebeschicht auf einer Innenfläche k des Gehäuses 1 befestigt; die Teilung 2b des Maßstabs 2 wird in bekannter Weise von einer nicht gezeigten Abtasteinheit zur Messung der Relativlage zweier Objekte (z.B. Beti und Schlitten einer Bearbeitungsmaschine) abgetastet. Während die Abtasteinheit in nicht dargestellter Weise mit dem einen Objekt verbunden ist, ist das Gehäuse 1 am anderen Objekt 5 beispielsweise aus Grauguß befestigt.

Erfindungsgemäß ist das Gehäuse 1 etwa in seiner Mitte über ein erstes Befestigungselement 6 direkt mit dem zu messenden Objekt 5 mittels Schrauben 13t Ik verbunden. Des weiteren ist das Gehäuse 1 an beiden Enden 7 über Längenausgleichselemente 8 mit weiteren Befestigungselementen 10 verbunden, die ihrerseits mittels Schrauben 11 über jeweils •in Kugelgelenk 12 ata Ojekt 5 befestigt «Ind.

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Das Längenausgleichselement 8 ist integrierender Bestandteil des Befestigungselemente 10 und wird durch in Ebenen etwa senkrecht zur Meßrichtung X' (Längsrichtung des Gehäuses 1) verlaufende mäanderförmige Schlitze 9 gebildet. Die Befestigungselemente 10 mit den Längenausgleichselementen 8 ermöglichen eine Lagerung der Enden 7 des Gehäuses 1 mit einem translatorischen Freiheitsgrad in Meßrichtung X.

Trotz der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Gehäuse 1 und Objekt bleibt durch die direkte starre Befestigung des Gehäuses 1 etwa in seiner Mitte über das erste Befestigungselement 6 am Objekt 5 und durch die bewegliche Lagerung der Enden 7 des Gehäuses 1 in Meßrichtung X am Objekt 5 die Lage des Maßstabs bezüglich des zu messenden Objekts 5 bei Temperaturänderungen im wesentlichen erhalten,, da \ Längenänderungen sowohl des Gehäuses T als auch des Maßstabs 2 symmetrisch zur Mitte nach beiden Seiten hin in Meßriichtung X erfolgen, so daß in der Maßstabsmitte ein fester Meßbezugspunkt (Fixpunkt) erhalten bleibt, wodurch die Meßgenauigkeit verbessert wird. Wegen der beweglichen Lagerung der' Enden 7 des Gehäuses 1 treten auch keine Längskräfte bei temperaturbedingtan Längenänderungen des Gehäuses 1 bezüglich, des Objekts 5 auf, die zu einer Verschiebung d«s Meßbezugspunktes in der Mitte des Maßstabs 2 führen können. Di«* elastische Klebeschicht 3 gleicht unterschiedliche ther^i^ohe Längenänderungen zwischen dem Teilungsträger 2a des Maßstabs 2 beispielsweise aus Glas und dem Gehäuse tuo Aluminium aus, 00 daß alle Toil· des Maßstäbe

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den entsprechenden Teilen des zu messenden Objekts 5 in ihrer Lage im wesentlichen zugeordnet bleiben.

In nicht gezeigter Weise kann der Teilung»träger des Maßstabs auch aus einem flexiblen Metallband bestehen, das in einer Nut des Trägers für den Maßstab formschlüssig, aber im wesentlichen kräftefrei angeordnet ist.

In Figur 2 ist ein Ende 7a eines Gehäuses la mit einem Abschlußdeckel 15 verschlossen, der über ein Längenausgleichselement 8a mit zwei Federgelenken 8a* mit einem an einem zu messenden Objekt 5a angeordneten Befestigungselement 10a verbunden ist. Das Befestigungselement 10a und das Ausgleichselement 8a sind in Form eines Doppel-L-Vinkels ausgebildet und bestehen mitsamt dem Abschlußdeckel 15 aus einem Stück. Die beiden Feder¹-gelenk&thgr; 8a¹ besitzen jeweils eine senkrecht zur Meßrichtung X verlaufende Drehachse.

In nicht gezeigter Weise kann das LängenausgleichseXement auch aus zwei miteinander verbundenen Drehgel enken mit senkrecht zur Meßrichtung X verlaufender Drehaciä."'«» bestehen. Des weiteren kann das LängenausgleichselemenO uurch ein Federelement gemäß dar DE-OS 28 53 771 oder durch ein Längslager (Längsführung) gebildet sein.

DIs Kugelgelenke 12 bei den Befeatigungaelementen 10 dienen zum spannungsfreien Anbau des Gehäuse« an einer unebenen Anbauflache des Objekte 5· Da di· Längenaüegltichselement· 8 ein· gnrlng· Winkel·

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des Gehäuses 1 in einer Ebene parallel zur Meßrichtung X Und senkrecht zur Anbaufläche des Objekts 5 zulassen, können die Kugelgelenke 12 auch entfallen· Sas Befestigungselement 10 dient gleichzeitig ale Abschlußdeckel für das Gehäuse 1·

Claims

Ansprüche

■ Längenmeßeinrichtung zum Messen oder Einstellen der Relativlage zweier Objekte, insbesondere gekapselte Längenmeßeinrichtung, mit einem an einem Träger angeordneten Maßstab, der aus "5 einer Teilung und einem Tellunigiiträger besteht und der bei thermischen Längenänderungen im wesentlichen unabhängig vom Träger in Meßrichtung geringfügig beweglich ist, und bei der der Träger des Maßstabs über Befestigungselemente mit eines der zu messenden Objekte verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (i) des Maßstabs (2) etwa in seiner Mitte über ein erstes Befestigungselement (6) direkt mit dem zu messenden Objekt (5) und an beiden Enden (?) mit weiteren am zu messenden Objekt (5) angeordneten Befeotigungselementen (1O) übes? je ein Längenausgleichselement (8) zur translatöriscnen beweglichen Lagerung der Enden (7) des Trägers (1) in Meßrichtung X verbunden ist.

2# Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (1O) und das Längenausgleichuelement (8) aus einem Stück bestehen.

3· Meßeinrichtung nach Anspruch 2_t dadurch gekennzeichnet, daß das Längenausgleichselement (8) in Form von in Ebenen etwa senkrecht zur Meßrichtung X verlaufenden mäanderförmlgen La (9) im Befestigungselement (1O) gebildet ist.

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k, Meßeinrichtung nach Anspruch 2_V dadurch gekennzeichnet, daß das Längenausgleichseiement (8a) and das Befestigungselement (i0a) gemeinsam > aus einem Doppel-L-Vinkel gebildet sind.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1_:oder k, dadurch gekennzeichnet« daß "das Längenausgleichselement (8a) aus zwei miteinander verbund« .^en Federgelenl;en (8a¹) mit senkrecht zur Meßrichtung X verlaufender Drehachse gebildet ist.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn· zeichnet, daß das Längenausgleichselament aus zwei miteinander verbundenen Drehgelenken mit senkrecht zur Meßrichtung X verlaufender Drehachse gebildet ist.

7· Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenausgleichselement durch, ein Federelement gebildet ist·

Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß des Längenausgleichselement durch ein Längslager (Längsführung) gebildet ist.

9* Meßeinrichtung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (i) als Hohlprofil zur Aufnahme des Maßstabs (?.\ ausgebildet ist,, dessen Teilungsträger (2a) für die Teilung (2b) über eine elastische Klebeschicht (3) im Hohlprofil für den Maßstab (2) befestigt ist, und daß das Hohlprofil etwa In seiner Mitt· über das »rat« Befestigungselement (6) direkt

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mit dera zu messenden Objekt (5) und an beiden Enden (7) jeweils Über das Längenausgleichselement (8) mit weiteren am zu messenden Objekt (5) angeordneten Befestigungselementen ' (1O) verbunden ist.

10. Meßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (1O) gleichzeitig Abschlußdeckel des Hohlprofile (1) ist.

11. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens !.«in Befestigungselement (1O) an den Enden (?) des Gehäuses (1) über ein Kugelgelenk (12) mit d*m zu messenden Objekt (5) verbunden ist·