DE9422022U1 - Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 28. Februar 1994

Positionsmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und des Anspruches 3.

Derartige Positionsmeßeinrichtungen werden zur Messung der Relativlage zweier Bauteile einer Werkzeugmaschine oder einer Koordinatenmeßmaschine eingesetzt.

Aus der DE 25 05 587 C3 ist eine Längenmeßeinrichtung bekannt, bei der ein Teilungsträger zweckmäßig an den Enden mit gelenkartig ausgebildeten Befestigungselementen an einem der zu messenden Bauteile befestigt ist.

Eine ähnlich ausgebildete Längenmeßeinrichtung ist in der EP 0 110 059 Bl beschrieben. An den Enden des Gehäuses sind elastische Befestigungselemente und in der Mitte ist ein starres

Befestigungselement vorgesehen. Um zusätzlich Meßungenauigkeiten bei unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Maßverkörperung und dem Trägerkörper zu vermeiden, erfolgt die Befestigung der Maßverkörperung mittels einer hochelastischen Klebstoffschicht.

Die Längenmeßeinrichtung gemäß der DE 35 09 390 Al - von der diese Erfindung ausgeht - besitzt elastische Befestigungselemente an den Enden des Gehäuses und weitere dazwischenliegende Befestigungselemente. Bei diesen weiteren Befestigungselementen handelt es sich um Befestigungswinkel, die am Gehäuse durch in eine Nut eingreifende Nutensteine festgeklemmt sind. Elastische Zwischenlagen sollen eine translatorische Bewegung zwischen dem Gehäuse und den Befestigungswinkeln ermöglichen. Nachteilig ist aber, daß durch die Schraubbefestigung keine spannungsfreie Verbindung entsteht. In der Praxis ist es unmöglich die Schrauben mit den Nutensteinen gleichmäßig anzuziehen, so daß auf das Gehäuse an den einzelnen Befestigungsstellen unterschiedliche Kräfte einwirken, was wiederum zu Meßfehlern führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Positionsmeßeinrichtung zu schaffen, bei der ungleiche thermische Eigenschaften des Trägerkörpers und des zu messenden Objektes, an das der Trägerkörper befestigt wird, praktisch keine Verfälschungen des Meßergebnisses hervorrufen und der Trägerkörper relativ spannungsfrei und trotzdem stabil befestigt ist. Weiterhin soll mit der Erfindung eine einfache und raumsparende Befestigung geschaffen werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst.

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Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine nahezu ungehinderte Längenausdehnung zwischen dem Trägerkörper und dem zu messenden Objekt erfolgen kann. Weiterhin ist eine stabile und schwingungsarme Befestigung gewährleistet. Die erfindungsgemäße Positionsmeßeinrichtung zeichnet sich weiterhin durch einen einfachen und raumsparenden Aufbau aus.

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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüche angegeben.

Beispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

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Es zeigt

Figur 1

eine Darstellung einer Langenmeßeinrichtung im Teilschnitt,

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Figur 2

einen Querschnitt der Längenmeßeinrichtung gemäß Figur 1 längs der Linie H-II,

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Figur 3

einen weiteren Querschnitt der Längenmeßeinrichtung gemäß Figur 1 längs der Linie IH-III,

Figur 4 bis 10 Querschnitte weiterer Längenmeßeinrichtungen im Befestigungsbereich und

Figur 11 ein erfindungsgemäß ausgebildetes, separates Befestigungselement.

In den Figuren 1 bis 3 ist eine gekapselte Längenmeßeinrichtung mit einem Gehäuse 1 als Trägerkörper für eine Maßverkörperung 2 gezeigt. Auf der Maßverkörperung 2 ist eine Teilung 3 aufgebracht, die von einer Abtasteinrichtung 4 photoelektrisch abgetastet wird. Das Gehäuse 1 ist ein Hohlkörper aus Aluminium, in dessen Innenraum die Maßverkörperung 2 aus Glas befestigt ist. Um die Relativbewegung zwischen zwei Objekten 5, 6 zu messen, ist das Gehäuse 1 an einem dieser Objekte 5 und die Abtasteinrichtung 4 über einen Mitnehmer 7 am anderen Objekt 6 befestigt. Das eine Objekt ist beispielsweise der Schlitten 5 und das andere Objekt das Bett 6 einer Werkzeugmaschine.

Die Maßverkörperung 2 ist mittels einer elastischen Klebstoffschicht 8 an einer Innenfläche des Gehäuses 1 befestigt, so daß eine translatorische Lagerung der Maßverkörperung symmetrisch von der Mitte M ausgehend ermöglicht wird.

Zur Befestigung des Gehäuses 1 an einer Fläche des Schlittens 5 ist eine Schiene 9 aus Stahl vorgesehen. Es ist zwar bereits aus der DE 23 49 944 C3 und der US 4,586,760 bekannt, das Gehäuse über eine Schiene zu befestigen. Bei diesen bekannten Längenmeßeinrichtungen erfolgt die Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Schiene über Schrauben, wodurch Verspannungen des Gehäuses auftreten und bei Temperaturänderungen keine freie Längenausdehnung zwischen der Schiene und dem Gehäuse möglich ist. Demgegenüber erfolgt die Verbindung

erfindungsgemäß über eine hochelastische Klebstoffschicht 10. Die Schiene 9 ist über die gesamte Länge des Gehäuses 1 in einer Nut 11 des Gehäuses 1 eingeklebt. Um diese Verbindung besonders stabil und schwingungsarm auszubilden, ist zwischen der Klebstoffschicht 10 an den Seitenflächen der Schiene 9 und den Seitenflächen der Nut 11 eine relativ fest aushärtende Vergußmasse 12 eingebracht. Die Klebstoffschicht 10 hat durchgehend eine gleichmäßige Dicke von etwa 0,1mm, was über die gesamte Gehäuselänge gleiche Eigenschaften gewährleistet. Die Schiene 9 wird mit Schrauben 13 und 14 am Schlitten 5 fest angeschraubt. Um in der Mitte M des Gehäuses 1 einen stabilen Meßbezugspunkt zu erhalten, ist an dieser Stelle M eine Schraube 15 angebracht, mit der das Gehäuse 1 starr mit der Schiene 9 und somit starr mit dem Schlitten 5 verbunden ist. Diese Verbindung ist in Figur 3 im Detail gezeigt. Bei kleinen und somit leichten Gehausen 1 kann die Schraube 15 entfallen und durch eine in Figur 2 gezeigte Verbindung ersetzt werden. In diesem Fall ergibt sich zwangsläufig in der Mitte M des Gehäuses 1 ein Meßbezugspunkt, von dem aus sich das Gehäuse 1 bei Temperaturänderungen symmetrisch in Meßrichtung X ausdehnen kann.

Um die Schwingungsfestigkeit noch zu erhöhen, stützt sich das Gehäuse 1 an einer Fläche des Schlittens 5 ab. An diesem Auflagebereich A ist eine weitere Klebstoffschicht 16 vorgesehen, die von einer an der Fläche des Schlittens anliegenden Gleitschicht 17 abgedeckt ist. Durch diese Maßnahme wird auch im Auflagebereich A eine ungehinderte Längenausdehnung zwischen Gehäuse 1 und Schlitten 5 gewährleistet. Es ist auch möglich, im

Auflagebereich A eine andere elastische Schicht aufzubringen.

In den folgenden Beispielen gemäß Figur 4 bis Figur 9 ist die Schiene 9 schwalbenschwanzförmig ausgebildet, wodurch der Formschluß zwischen Gehäuse 1 und Schiene 9 verbessert wird. Es sind auch andere Nutformen mit Hinterschneidungen denkbar. In Figur 4 ist die Schiene 9 am Grund der schwalbenschwanzförmigen Nut 11 des Gehäuses 1 durch die Klebstoffschicht 10 fixiert. An den Seitenflächen der Schiene ist ebenfalls eine Klebstoffschicht 10 aufgebracht, die als Trennschicht zwischen Schiene und Vergußmasse 12 wirkt. Durch die Vergußmasse 12 ist die Schiene 9 eingespannt befestigt, wobei durch die dünne Klebstoffschicht 10 eine translatorische Ausdehnung der Schiene 9 ermöglicht wird, ohne daß Kräfte auf das Gehäuse 1 einwirken, die Meßfehler hervorrufen können. In der Klebstoffschicht 10 werden diese translatorischen Bewegungen kompensiert.

Um die Befestigung noch zwangskräftefreier und in Längsrichtung beweglicher zu gestalten, ist gemäß Figur 5 zwischen der Klebstoffschicht 10 und der Vergußmasse 12 eine Gleitschicht 18 vorgesehen. Diese Gleitschicht 18 kann eine Teflonfolie oder ein ölhaltiges Papier sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Klebefolie verwendet wird, bei der das Schutzpapier als Gleitschicht dient. Die Gleitschicht kann auch ersatzweise oder zusätzlich zwischen der Klebstoffschicht und einer Seitenfläche der Nut oder Seitenfläche der Schiene vorgesehen sein.

Nach Figur 6 ist die Schiene 9 am Grund und an einer Seitenfläche der Nut 11 über eine Klebstoffschicht 10 fixiert. Die weitere Seitenfläche der Schiene 9 ist ebenfalls mit einer Klebstoffschicht 10 und zusätzlich mit einer Gleitschicht 18 versehen. Die Einspannung der Schiene 9 in der Nut 11 erfolgt, indem in den Freiraum zwischen der Gleitschicht 18 und der weiteren Seitenfläche der Nut 11 eine fest aushärtende Vergußmasse 12 eingebracht wird.

Gemäß Figur 7 liegt die Schiene 9 am Grund und an einer Seitenfläche der Nut 11 gleitend an. Die weitere Seitenfläche der Schiene 9 ist mit einer Klebefolie, bestehend aus Klebstoffschicht 10 und Gleitschicht 18 versehen. Zwischen der Gleitschicht 18 und der weiteren Seitenfläche der Nut 11 ist eine Vergußmasse 12 eingebracht.

Die Befestigung der Schiene 9 gemäß Figur 8 ist ähnlich wie in Figur 4. Anstelle der schwalbenschwanz förmigen Nut ist eine rechteckförmige Nut 11 vorgesehen. Die Vergußmasse 12 ist durch Dichtelemente 21 gegen Umwelteinflüsse geschützt.

Bei den bisherigen Beispielen ist die Trennschicht in Form der Klebstoffschicht 10 bzw. der Klebstoffschicht 10 und der Gleitschicht 18 zwischen einer Fläche der Schiene 9 und der Vergußmasse 12 vorgesehen. Am Beispiel von Figur 9 soll gezeigt werden, daß diese Trennschichten 10, 18 auch zwischen der Vergußmasse 12 und einer Fläche der Gehäusenut 11 liegen können. Um die translatorische Beweglichkeit noch zu erhöhen, können Trennschichten auch zwischen der Schiene 9 und der Vergußmasse 12

sowie zusätzlich zwischen Vergußmasse 12 und Gehäusenut 11 vorgesehen sein.

In Figur 10 ist dargestellt, daß die Befestigung zwischen dem Gehäuse 1 und der Schiene 9 auch ausschließlich mittels einer Klebstoffschicht 10 möglich ist. Durch die innere Flexibilität der Klebstoffschicht 10 können Längsausdehnungen zwischen Gehäuse 1 und Schiene 9 und somit auch zwischen Gehäuse 1 und Schlitten 5 kompensiert werden.

Aus den gezeigten Beispielen ist ersichtlich, daß durch die Verwendung einer langen durchgehenden Befestigungsschiene 9 eine einfache und platzsparende Montage ermöglicht wird, indem die Schiene 9 in das Gehäuse 1 integriert ist. In nicht gezeigter Weise können zur Befestigung auch voneinander beabstandete Schienenstücke gemäß der Erfindung ausgebildet sein.

Wie in Figur 11 dargestellt ist, ist es auch möglich, anstelle einer integrierten Schiene 9 eine Schiene 19 zu verwenden, die erfindungsgemäß mit einer weiteren gehäuseseitigen Schiene 20 längsverschieblich verbunden ist. Die Schiene 19 wird starr am Schlitten 5 und die Schiene 20 starr am Gehäuse 1 befestigt, z.B. angeschraubt. Als Beispiel einer in Längsrichtung X elastischen Verbindung zwischen der einen Schiene 19 und der anderen Schiene 20 ist eine elastische Klebstoffschicht 10 gezeigt. Selbstverständlich können auch hier die bereits beschriebenen Schichten und Schichtkombinationen sowie Formen der Nut 11 Anwendung finden.

Die Ausführung nach Figur 11 hat den Vorteil, daß bereits im Einsatz befindliche Längenmeßeinrichtungen besonders einfach nachgerüstet werden können. Anstelle der besonders vorteilhaften Schienen 19, 20 können auch hier Einzelelemente verwendet werden. Da die Schiene 20 starr am Gehäuse 1 befestigt wird, ist sie im montierten Zustand ebenfalls integrierender Bestandteil des Gehäuses 1.

In nicht gezeigter Weise kann die Erfindung auch bei offenen Längenmeßeinrichtungen eingesetzt werden. Anstelle des Gehäuses 1 wird die Maßverkörperung 2 von einem schienenformigen Trägerkörper gehalten.

Die Erfindung ist auch realisierbar, wenn die Nut in der Schiene bzw. in Schienenstücken und ein korrespondierender Vorsprung am Gehäuse vorgesehen bzw. angebracht ist.

Claims (14)

- &iacgr;&ogr; DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 28. Februar 1994 Ansprüche

1. Positionsmeßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier Objekte (5, 6), wobei am einen Objekt (5) ein Trägerkörper (1) mit einer Maßverkörperung (2) befestigt ist, die von einer am anderen Objekt (6) befestigten Abtasteinrichtung

(4) abgetastet wird und die Befestigung einen translatorischen Längenausgleich zwischen dem Trägerkörper (1) und dem einen Objekt (5) zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Trägerkörper (1) und dem einen Objekt (5) eine in Meßrichtung (X) verlaufende elastische Klebstoff schicht (10, 16) vorgesehen ist,

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Befestigungselement (9) vorgesehen ist, das am einen Objekt

(5) starr und an dem Trägerkörper (1) unter Zwischenschaltung der elastischen Klebstoffschicht (10) befestigt ist.

3. Positionsmeßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier Objekte (5, 6), wobei am einen Objekt (5) ein Trägerkörper (1) mit einer Maßverkörperung (2) befestigt ist, die von einer am anderen Objekt (6) befestigten Abtasteinrichtung (4) abgetastet wird und die Befestigung einen translatorischen Längenausgleich zwischen dem

Trägerkörper (1) und dem einen Objekt (5) zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß im Trägerkörper (1) eine Nut (11) vorgesehen ist, in der zumindest ein Befestigungselement (9) mit einem translatorischen Freiheitsgrad befestigt ist, indem zumindest zwischen einer Fläche der Nut (11) und einer Fläche des Befestigungselementes (9) eine elastische Schicht (10) eingebracht ist.
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4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Schicht eine Klebstoffschicht (10) ist.

5. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement eine Schiene (9) ist.

6. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (11) Hinterschneidungen aufweist.

7. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Meßrichtung

(X) verlaufender Spalt zwischen dem Befestigungselement (9) und einer Seitenfläche der Nut (11) mit einer relativ unelastisch aushärtenden Vergußmasse (12) aufgefüllt ist und die elastische Schicht (10) zwischen einer Fläche des Befestigungselementes (9) und der Vergußmasse (12) und/oder zwischen der Vergußmasse (12) und einer Seitenfläche der Nut (11) angebracht ist.

8. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der elastischen

Schicht (10) und der Vergußmasse (12) und/oder zwischen der elastischen Schicht (10) und der Seitenfläche der Nut (11) oder Seitenfläche des Befestigungselementes zusätzlich eine Gleitschicht (18) vorgesehen ist.

9. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt mit der Vergußmasse (12) durch ein Dichtelement (21) abgedeckt ist.

10. Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Trägerkörper (1) an einer Fläche des einen Objektes (5) abstützt, und daß in diesem Auflagebereich (A) eine elastische Schicht (16) zwischen dem Trägerkörper (1) und dem Objekt (5) vorgesehen ist.

11. Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung (2) über elastische Mittel (8) am Trägerkörper (1) befestigt ist.

12. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung (2) unter Zwischenschaltung einer elastischen Klebstoffschicht (8) am Trägerkörper (1) befestigt ist.

13. Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) zusätzlich etwa in seiner Mitte (11) starr mit dem Befestigungselement (9) verbunden ist.

14. Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper ein Gehäuse (1) ist, in dessen Hohlraum die Maßverkorperung (2) befestigt ist.