DE8915743U1

DE8915743U1 - Maßverkörperung

Info

Publication number: DE8915743U1
Application number: DE8915743U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1989-06-07
Publication date: 1991-05-23
Anticipated expiration: 1999-06-08

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 30. Mai 1989 Maßverköirperung

Die Erfindung betrifft eine Maßverkörperung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Maßverkörperung, bestehend aus einem Grundkörper und aus einem darauf angebrachten Teilungsträger mit einer Teilung, wird bei einer Positionsmeßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte, beispielsweise zweier Maschinenteile einer Werkzeugmaschine zum Positionieren eines Werkzeugs bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstücks eingesetzt. Zu diesem Zweck ist das eine Objekt mit der Maßverkörperung verbunden, deren Teilung von einer mit dem anderen Objekt verbundenen Abtasteinheit abgetastet wird.
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Als Material für den Teilungsträger wird bevorzugt Glas verwendet, da für die Herstellung und Anwendung einer Teilung eine Glaeoberfläche besonders gut geeignet ist, weil sie relativ preiswert mit

hervorragenden optischen Eigenschaften hergestellt werden kann.

Bei der Verwendung eines solchen Teilungsträgers aus Glas in einer Positionsmeßeinrichtung, die an sinar Werkzeugmaschina sät r~riabler Umgebungstemperatur Anwendung findet, besteht jedoch das Problem der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Maschinenteils aus Stahl und des damit verbundenen Teilungsträgers aus Glas.

Aus der DE-PS 36 37 628 ist eine Maßverkörperung bekannt, die aus einem Grundkörper und aus einem darauf angebrachten Teilungsträger mit einer Teilung besteht. Der Teilungsträger aus Glas mit dem kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird bei Normaltemperatur auf dem Grundkörper aus Stahl mit dem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten schwimmend befestigt, zusammen mit diesem auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und sodann stirnseitig mit Befestigungselementen am Grundkörper starr befestigt. Da der Teilungsträger bei der Abkühlung auf die Normaltemperatur wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Grundkörper gestaucht wird, muß bei d&r Herstellung des Teilungsträgers die Teilungsperiode der Teilung so vergrößert werden, daß die richtige Teilungeperiode der Teilung im gestauchten Zustand des Teilungsträgere bei der Normaltemperatur vorliegt. Die Herstellung dieser Maßverkörperung mit dem gleichen thermischen Ausdehnangsverhalten wie das Maschinenteil, an dem es verwendet wird, ist jedoch aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Haßverkörperung der genannten Gattung in einfacher

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Weise an das thermische Ausdehnungsverhalten des Maschinenteils anzupassen, an der sie angebracht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die kraftschlüssige

IC Verbindung des Tsilungsträgsrs siit dem Grundkörper mittels einer galvanisch abgeschiedenen Zwischenschicht der Teilungstrager trotz unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten die gleichen temperaturbedingten Längenänderungen wie das Maschinenteil erfährt; die Maßverkörperung besitzt somit einen resultierenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der trotz unterschiedlicher Materialien mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Maschinenteils übereinstimmt, so daß temperaturbedingte Meßungenauigkeiten vermieden werden.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine erste Maßverkörperung im Querschnitt

Figur 2 einen Ausschnitt der ersten MaßVerkörperung und

Figur 3 eine zweite Maßverkörperung im Querschnitt.

Zn Figur 1 ist eine erste Maßverkörperung im Querschnitt dargestellt, die aus einem Teilungsträger 1 aus Glas mit einer Teilung 2 auf seiner Oberseite und aus einem U-förmigen Grundkörper 3 mit einem Mittelsteg 4 besteht. Der Teilungsträger 1 wird an seiner der Teilung 2 abgewandten Unterseite mit sinsr elektrisch leitenden Slektrodenschicht 5 ganzflächig versehen, die als atomarer Haftvermittler dient; gut geeignet ist z. B. eine aufgedampfte Gold-, Silber- oder Chromschicht mit einer Dicke von ca. 100 nm. Diese Unterseite des Teilungsträgers 1 kann überdies zum Zwecke eines besseren Formschlusses aufgerauht sein; das dazu beste Verfahren ist ein Mattschliff mit anschließender Feinätzung mit verdünnter Flußsäure.

Sodann wird die mit der Elektrodenschicht 5 versehene Unterseite des Teilungsträgers 1 mittels einer Montagehilfe 6 auf der Oberseite des Mittelste«? 4 4e» Cryndkörpere 3 fixiert: als Montagehilfe 6 sind beispielsweise ein Doppelklebeband, ein Adhäsionskleber sowie ein elastischer oder steifer Kleber geeignet. Auf diese Montagehilfe 6 kann jedoch verzichtet werden, wenn der Teilungsträger Iz. B. mittels einer nie it gezeigten Vakuumsaugplatte plan gehalten wird.

Durchgehend längs der Stoßkanten zwischen den freien Elektrodenschichten 5 und den Seitenflächen des Mittelstegs 4 werden Leitlackbrücken 7 (Lack bzw. Kunststoff-Kleber mit Silberfüllung) aufgebracht, die eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Elektrodenschicht 5 und dem Grundkörper 3 bei

Verwendung der elektrisch nichtleitenden Montagehilfe 6 herstellen. Die Leitlackbrücken 7 können auch als Montagehilfe dienen, indem z. B. ein silbergefüllter Epoxydkleber zur Fixierung verwendet wird.

In den an beiden Enden verschlossenen U-förmigen Grundkörper 3 wird ein Elektrolyt 8 gefüllt, der den Teilungsträger 1 überdeckt und in den eine Slsktrods S singstaucht *ird. Der Grundkorper 3 ist mit dem negativen Pol -U und die Elektrode 9 mit dem positiven Pol +U einer nicht gezeigten Spannungsquelle verbunden. Durch Einschalten der Spannungsquelle wird eine Zwischenschicht 10 galvanisch abgeschieden, die eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Teilungsträger 1 und dem Grundkörper 3 herstellt. Die Abscheidungsdicke dieser Zwischenschicht 10 bemißt sich nach dem Verhältnis der Flächenträgheitsmomente des Teilungsträgers 1 und des Grundkörpers 3 und beträgt etwa 0,2 bis 1 mm. Als Materialen für diese Zwischenschicht 10 kommen vorzugsweise Kupfer und Nickel in Frage.

Mit einer Isolierlackschicht 11 können die freien Innenflächen des U-förmigen Grundkörpers 3 vor einer unnötigen Metallabscheidung bewahrt werden. Mit einem nicht gezeigten Thermostaten kann der Elektrolyt 8 und damit der Teilungsträger 1 und der Grundkörper 3 während der galvanischen Abscheidung die Zwischenschicht 10 auf einer meßtechnisch relevanten Bezugstemperatur (z. B. 20°) gehalten werden. Man erhält somit eine kräftschlüssige Verbindung zwischen dem Teilungsträger 1 aus Glas und dem Grundkörper 3 aus Stahl über die gesamte Länge der MaßVerkörperung, die homogen und bezogen auf die Bezugstemperatur spannungsfrei ist.

Deformationen, hervorgerufen durch temperaturbedingte relative Längenänderungen des Teilungsträgere 1 und des Grundkörpers 3 unterliegen ausschließlich der elastischen Verformung, sind reproduzierbar reversibel und unterliegen keinen Alterungseffekten.

Die Teilung 2 kann auch erst nach der kraftschlüssigen Verbindung des Teilungsträgers 1 mit dem Grundkörper 2 auf der Oberseite des Teilangsträaers 1 aufgebracht werden.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, besitzt der Grundkörper 3 gegenüber dem Teilungsträger 1 ein sehr großes Flächenträgheitsmoment, so daß der resultierende thermische Ausdehnungskoeffizient der Maßverkörperung gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers 3 aus Stahl ist. Wird diese Maßverkörperung mit einem Maschinenteil aus Stahl verbunden, so treten wegen der gleichen thermischen Längenänderungen der Maßverkörperung und des Maschinenteils keine temperaturbedingten Meßungenauigkeiten auf. Anstelle eines Grundkörpers 3 aus Stahl kann auch ein Grundkörper 3 aus Aluminium mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten gewählt werden; in diecem Fall werden die Querschnitte des Teilungsträgers 1 aus Glas und des Grundkörpers 3 aus Aluminium so bemes*<*n, daß der resultierende thermische Ausdehnungskoeffizient der Maßverkörperung wiederum gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Maschinenteils aus Stahl ist.

In Figur 2 ist ein Ausschnitt der ersten Maßverkörperung nach Figur 1 gezeigt. Die Elektrodenschicht 3 auf der Unterseite des Teilungsträgers 1

erstreckt sich über die beiden Seitenflächen bis in zwei schmale Randbereiche 12 auf der Oberseite des Teilungsträgers 1 mit der Teilung 2, so daß sich auch die galvanisch abgeschiedene Zwischenschicht 10 bis in die beiden schmalen Randbereiche 12 erstreckt. Nach einer Feinbearbeitung dieser abgeschiedenen Zwischenschicht 10 in den beiden Randbereichen 12 können die beiden Randbereiche 12 als Laufflächen für die Laufrollen einer nicht gezeigten Abtasteinheit zur Abtastung der Teilung 2 dienen.

In Figur 3 ist eine zweite Ma&bgr;Verkörperung im Querschnitt gezeigt. Auf der Teilungeebene einer Teilungsmatrize 20 aus Glas mit einer Teilung 21 wird eine Elektrodenschicht 22 aufgebracht, die gleichzeitig als Trennschicht dient; diese Elektrodenschicht 22 kann z. B. aus Silber bestehen, das im Hochvakuum in einer Schichtdicke von etwa 50 ~ 100 nm aufgedampft wird.

Auf der Elektrodenschicht 22 der Teilungsmatrize 20 wird ein Teilungeträger 31 mit einer Teilung 32 in Form einer galvanischen Abforroschicht erzeugt; vor-* teilhafte Material«!* dieses Teilungstragers 31 sind Kupfer und Nickel.

Sodann wird der Teilungstr&ger 31 mit der Teilung 32 mittels einer galvanisch abgeschiedenen Zfischenachicht 10 kraftschlütisig mit einem Orundkfirper 3 verbunden, wie bei der ersten Maßverkörperung nach Figur 1 beschrieben; identische Teile in den Figuren 1 und 3 weisen die gltichen Bezugszeichtn auf. Anschließend wird die Teilungematrize 20 mit der Blektrodenschicht 22 als Trennschicht abgezogen

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und kann für die Herstellung weiterer Teilungsträger 31 verwendet werden.

Diese zweite MaßVerkörperung, bestehend aus dem T®!längsträger 31 aas Kupfer odsr Nicksl &ugr;&tgr;&Lgr; aus des Grundkörper 3 au3 Stahl, besitzt wegen des gegenüber dem Teilungstrlger 31 größeren Flächenträgheitsmomentes des Grundkörpers 3 als resultierenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers 3 aus Stahl; bei der Verbindung dieser zweiten Maßverkörperung an einem Maschinenteil aus Stahl treten wegen der gleichen thermischen Längenänderungen der zweiten Maßverkörperung und des Maschinenteils keine temperaturbedingten Meßungenauigkeiten auf.

Claims

&tgr; a.- Ill I · • « &igr; ilia · · • · I J 1 i ill)·· ··« DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 15. April 1991 Neue Ansprüche

1. Maßverkörperung, die aus einem Grundkörper und mis einem dsrauf angebrachten TelJungsträger mit einer Tsilung besreht, wobei der Grundkörper und der T^ilungsträger unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet; daß der Teilungsträger (1, 31) mit dem Grundkörper (3) durch eine galvanisch abgeschiedene Zwischenschicht (10) kraftschlüssig verbunden ist.
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2. Maßverkorperung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungsträger (1) aus Glas besteht.

3. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tellungsträger (31) aus Metall als galvanische Abformschicht von einer Teilungsmatrize (20) gebildet ist.

4. Maßverkörperung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungsträger (31) aus Kupfer oder Nickel besteht.

5. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) aus Stahl be

steht.

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6. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch abgeschiedene Zwischenschicht (10) aus Kupfer oder Nickel besteht.

7. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) einen U-förmigen Querschnitt aufweist.

8. Maßverkörperung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, detß aus den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Teilungsträgers (1, 31) und des Grundkörpers (3) durch Bemessung ihrer Flächenträgheitsmomente ein resultierender thermischer Ausdehnungskoeffizient erzielbar ist.