ES2296578T3 - Dispositivo de medicion de la posicion. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de medición de la posición con un soporte de graduación (1), en el que la graduación de medición (6) del soporte de graduación (1) se puede explorar para la generación de señales de exploración dependientes de la posición por una unidad de exploración (7), y el soporte de graduación (1) es una delgada cinta flexible (1) que está fijada de forma adherente por una película viscosa de líquido (2) como película intermedia sobre una superficie (3.1) de una sujeción (3) por fuerzas de adhesión, caracterizado porque - la graduación de medición (6) se dispone de forma opuesta a la superficie (3.1) de la sujeción (3); - la graduación de medición (6) se puede explorar a través de la sujeción (3); - la sujeción (3) es un cuerpo con estabilidad propia, cuya superficie (3.1) sirve como superficie de referencia con respecto a la planicidad de la cinta (1), a la que se adapta la cinta (1); - la sujeción (3) se fija en un sostén (4), introduciendo en la sujeción (3) o en el sostén (4) un surco (5) para el alojamiento de la cinta (1) de forma que el espacio del surco (5) en el que dispone la cinta (1) está cubierto por el sostén (4) y por la sujeción (3).
Description
Dispositivo de medición de la posición.
La invención se refiere a un dispositivo de
medición de la posición con un soporte de graduación que está fijado
en una sujeción.
Tales dispositivos de medición de la posición se
utilizan particularmente en máquinas-herramienta
para la medición de la posición relativa de una herramienta con
respecto a una pieza. El soporte de graduación se adhiere
directamente sobre un objeto que se tiene que medir (parte de la
máquina) o se fija mediante una sujeción, a modo de ejemplo, una
sujeción que forma al mismo tiempo una cubierta, en este objeto. Se
ha demostrado que la exactitud de la medición de un dispositivo de
medición de la posición depende esencialmente de la fijación del
soporte de graduación en el objeto que se tiene que medir.
Para la optimización de esta fijación se
introduce, de acuerdo con el documento DE 196 11 983 C1, una
película viscosa de líquido entre el soporte de graduación y la
sujeción. El acoplamiento entre el soporte de graduación y la
sujeción se genera por el efecto capilar de la capa intermedia
viscosa, por lo que el soporte de graduación está esencialmente
desacoplado de la sujeción con respecto a tensiones mecánicas que se
presentan.
En esta disposición es desventajoso que la
graduación del soporte de graduación esté completamente libre.
Para solucionar este problema se indica en el
documento EP 0 416 931 B1 un dispositivo de medición de la posición
en el que el soporte de graduación se compone de vidrio y está
fijado con su lado que lleva la graduación en la sujeción por una
película viscosa de líquido. La graduación se explora a través del
soporte transparente de vidrio.
La propia graduación se aloja en esta
disposición muy bien protegida de influencias externas. Sin embargo,
también en este caso es desventajoso que el propio soporte de
graduación esté expuesto a todas las influencias externas. Por la
separación relativamente grande de la graduación de la fibra neutra
del soporte de graduación, la superficie que lleva la graduación se
dilata o se comprime fuertemente bajo la influencia de fuerzas
mecánicas externas y una base rugosa. El error de la escala de
medición que se da como resultado a partir de esto es relativamente
grande.
En el documento EP 0 385 418 A2 se indica un
dispositivo de medición de la posición en el que un sustrato que
lleva una graduación de medición está fijado en una cobertura por
adhesión. La exploración de la graduación de medición se realiza a
través de la cobertura. La fijación del sustrato que lleva la
graduación de la medición se realiza por la cobertura, enclavando
la misma en un resalte de un soporte. El sustrato y la cobertura
tienen aproximadamente los mismos grosores de material y también en
ese caso el sustrato está sometido, como soporte de graduación, a
las influencias externas.
La invención tiene el objetivo de indicar un
dispositivo de medición de la posición en el que el soporte de
graduación esté considerablemente desacoplado de su sujeción con
respecto a tensiones mecánicas y el soporte de graduación esté
protegido de forma sencilla incluso contra influencias mecánicas
externas.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la
invención por las características de la reivindicación 1.
Las ventajas conseguidas con la invención
consisten particularmente en que con medios sencillos se consigue
una protección eficaz de la graduación frente a contaminaciones y a
influencias mecánicas externas, de forma que este dispositivo de
medición de la posición se puede usar para mediciones muy
exactas.
Otras ventajas que se deducen a partir de
configuraciones ventajosas de la invención se indican en la
siguiente descripción.
En las reivindicaciones dependientes se indican
configuraciones ventajosas de la invención.
Se explican con más detalle ejemplos de
realización de la invención mediante los dibujos.
Se muestra
En la Figura 1, un corte trasversal
I-I de un primer dispositivo de medición de
longitudes,
En la Figura 2, un corte longitudinal
II-II del dispositivo de medición de longitudes de
acuerdo con la Figura 1,
En la Figura 3, un primer dispositivo de
medición de longitudes integrado en una guía,
En la Figura 4, un corte transversal de un
segundo dispositivo de medición de longitudes,
En la Figura 5, un corte transversal de un
tercer dispositivo de medición de longitudes,
En la Figura 6, un corte transversal de un
cuarto dispositivo de medición de longitudes
En la Figura 7, un corte transversal de un
quinto dispositivo de medición de longitudes y
En la Figura 8, un corte transversal de un
dispositivo de medición de longitudes adicional con una guía de la
unidad de exploración.
En las Figuras 1 y 2 se representa un primer
ejemplo de realización de la invención. Este dispositivo de medición
de la posición en forma un dispositivo de medición de longitudes se
compone de un soporte de graduación 1 que se adhiere por una
película viscosa de líquido 2 a una sujeción 3 por fuerzas de
adhesión. La sujeción 3, a su vez, está fijada a un sostén 4. Para
el alojamiento protegido del soporte de graduación 1 se introduce un
surco 5 en el sostén 4. Este surco 5 se cubre herméticamente por la
sujeción 3.
El soporte de graduación 1 es una delgada franja
flexible (por ejemplo, de 0,2 mm de grosor y 8 mm de anchura) que
se compone de una cinta de acero inoxidable pulido habitual en el
mercado. Sobre la superficie 3.1 del soporte de graduación 1, que
se sitúa directamente opuesto a la sujeción 3, se aplica una
graduación de medición 6 reflectante en forma de una graduación
incremental y/o una codificación absoluta. Esta graduación de
medición 6 se explora de forma conocida de manera fotoeléctrica a
través de la sujeción 3 transparente por una unidad de exploración
7. La unidad de exploración 7 proporciona de este modo con un
movimiento relativo con respecto a la graduación de medición 6 en
la dirección de medición X señales de exploración eléctricas
dependientes de la posición.
La película viscosa de líquido 2 es
preferiblemente un aceite de silicona transparente con una
viscosidad cinemática de aproximadamente 10.000 mm^{2}/s. El
soporte de graduación 1 se sujeta de forma adherente debido a la
viscosidad de la película de líquido 2 en el lado inferior 3.1 de la
sujeción 3. La película de líquido 2 garantiza una fijación
desacoplada de tensión del soporte de graduación 1. Permite una
modificación de longitudes libre del soporte de graduación 1 con
respecto a la sujeción 3 con modificaciones de la temperatura sin
que se presenten tensiones inadmisibles (compresión, dilatación) en
el soporte de graduación 1 o sin transmitirse al mismo desde el
soporte de graduación 1 de forma no admisible. Esta modificación de
longitudes provoca parcialmente un desplazamiento del soporte de
graduación 1 con respecto a la sujeción 3 en la dirección de
medición X, donde solamente se presenta el mínimo rozamiento de
adhesión. Debido al reducido grosor del soporte de graduación 1,
también las influencias de flexión son despreciablemente pequeñas.
La película de líquido 2 se introduce entre el soporte de
graduación 1 y el lado inferior 3.1 de la sujeción 3 sobre toda la
superficie y de forma homogénea en la dirección de medición Por
como capa intermedia delgada. La viscosidad de la película de
líquido 2 provoca que el soporte de graduación 1 delgado y flexible
de peso propio reducido se adapte por las fuerzas de adhesión al
lado inferior 3.1 de la sujeción 3 y esta superficie 3.1 sirva como
superficie de referencia con respecto a la planicidad o la rectitud
del soporte de graduación 1. El soporte de graduación 1, por así
decirlo, flota en la sujeción sin elevarse de la misma. El uso de
vidrio como material para la sujeción 3 tiene la ventaja de que
está disponible de forma económica con grandes longitudes con gran
calidad superficial y rectitud. Las dimensiones y el material de la
sujeción 3 se tienen que seleccionar de forma ventajosa de tal
forma que tengan una elevada estabilidad propia y, por lo tanto,
planicidad y rectitud constantes a lo largo de la graduación de
medición X.
El efecto capilar evita un flujo al exterior del
líquido 2 de la hendidura y presiona el soporte de graduación 1
contra el lado inferior 3.1.
La fabricación de la sujeción 3 en el sostén 4
depende de los coeficientes de dilatación térmicos de la sujeción 3
y del sostén 4. Con los mismos coeficientes de dilatación, la
sujeción 3 se podría fijar por toda su longitud de forma rígida en
el sostén 4. En la práctica, sin embargo, incluso con los mismos
coeficientes de dilatación se presentan diferentes dilataciones
debido a gradientes de temperatura. Por este motivo es ventajoso
configurar la fijación de tal forma que también la sujeción 3 esté
desacoplada del sostén 4, visto desde la dirección de medición X.
Esto se consigue fijando la sujeción 3 por un adhesivo 8 elástico
permanente, particularmente una capa adhesiva de caucho de silicona
en el sostén 4. El adhesivo 8 entre el sostén 4 y la sujeción 3
garantiza una dilatación de longitudes libre del sostén 4 y de la
sujeción 3 sin que se presenten tensiones inadmisibles en la
sujeción 3 o se transmitan a la misma.
Para la realización de un punto fijo 9 del
sistema de medición, el soporte de graduación 1 está acoplado de
forma rígida en un punto, es decir, en un único lugar a lo largo del
soporte de graduación 1 directamente con el sostén 4. Este
acoplamiento se dibuja en las figuras solamente de forma esquemática
como unión adhesiva 9 rígida local, sin embargo, también se puede
realizar por una unión por soldadura o roscada. En el ejemplo
representado, el surco 5 es tan profundo que una unión adhesiva 9
entre el soporte de graduación 1 y el sostén 4 sería relativamente
gruesa, y por lo tanto, inestable. Por ese motivo, para equilibrar
el nivel se une por soldadura en el lado inferior del soporte de
graduación 1 una placa separadora 10 y la unión adhesiva rígida 9
se configura entre la placa separadora 10 y el sostén 4. La unión
adhesiva rígida 9, en vez de en el lado inferior del soporte de
graduación 1, también se puede proporcionar en un canto lateral o en
el lado final en un lado frontal. Alternativamente, el punto fijo 9
también se puede realizar por la sujeción 3, fijando el soporte de
graduación 1 en un sitio (observado en la dirección X) de forma
rígida en la sujeción 3 y fijando adicionalmente la sujeción 3 de
forma rígida en este sitio en el sostén 4. Preferiblemente, el punto
fijo 9 se configura en un extremo del soporte de graduación 1.
Por la disposición que se ha descrito, el
soporte de graduación 1 se dispone protegido por la sujeción 3. La
superficie libre de la sujeción 3 se puede limpiar de forma
particularmente sencilla rascándola mediante un rascador 11
aplicado en la unidad de exploración 7. Las fuerzas aplicadas
eventualmente por el rascador 11 no se transmiten al soporte de
graduación 1 por la fijación desacoplada.
La unidad de exploración 7 se puede conducir en
el sostén 4, sin embargo, la guía también se puede realizar en la
sujeción 3, solamente apoyándose la unidad de exploración 7 en la
sujeción 3 mediante elementos de deslizamiento o de rodamiento 12 o
introduciendo en la sujeción 3 al menos un surco en V 13 que pasa en
la dirección de medición X, que también garantiza una guía en línea
recta de la unidad de exploración 7 transversalmente con respecto a
la dirección de medición X, es decir, en dirección Y. Esta
realización se representa en principio de forma esquemática en la
Figura 8.
Un uso particularmente ventajoso del dispositivo
de medición de longitudes de acuerdo con las Figuras 1 y 2 es la
integración con ahorro de espacio en las unidades de guía 4, 14, que
se pueden fijar como unidad constructiva propia en el lecho de
máquina de una máquina-herramienta. Esta integración
se representa de forma esquemática en la Figura 3. El soporte de
graduación 1 se aloja de forma protegida en un surco 5 de la guía 4
que forma el sostén. La unidad de exploración 7 está fijada en el
carro de guía 14. La unidad de guía 4, 14 puede ser una guía de
bolas circulantes, una guía de rodillos circulantes u otra unidad de
guía 4, 14 disponible habitualmente en el mercado.
De forma no mostrada también es posible una
integración en un accionamiento lineal.
El segundo ejemplo de realización mostrado en la
Figura 4 se diferencia del primer ejemplo de realización porque en
vez del adhesivo 8 elástico permanente se utiliza un líquido viscoso
2 para la fijación de la sujeción 3 en el sostén 4. Para esto,
entre las superficies de sujeción 3 y las superficies del sostén 4
se proporcionan una hendidura delgada con líquido 2, de forma que
la sujeción 3, debido a la viscosidad del líquido 2, se sujeta de
forma elástica en el sostén 4 en la dirección de medición X de forma
elástica. Adicionalmente, todo el espacio del surco 5 se puede
llenar con el líquido 2. Sin embargo, se tiene que tener en cuenta
que la hendidura entre el fondo del surco y el lado inferior del
soporte de graduación 1 es considerablemente mayor que la hendidura
entre el soporte de graduación 1 y la sujeción 3. De hecho, se tiene
que garantizar que las fuerzas de adhesión entre el soporte de
graduación 1 y la sujeción 3 sean considerablemente mayores que
entre el soporte de graduación 1 y el fondo del surco del sostén 4.
En esta realización, el espacio del surco 5 sirve como depósito de
líquido para la configuración de una capa homogénea de líquido 2
entre el soporte de graduación 1 y la sujeción 3, introduciéndose
el líquido necesario 2 en la hendidura debido al efecto capilar. El
líquido 2 también tiene la función de la impermeabilización entre la
sujeción 3 y el sostén 4. Adicionalmente, en esta configuración es
posible una capacidad de sustitución sencilla de la sujeción 3 con
el soporte de graduación 1.
En el tercer ejemplo de realización de acuerdo
con la Figura 5, la sujeción 3 se fija exclusivamente con sus lados
longitudinales 3.2 y 3.3 verticales con respecto a la superficie 3.1
en el sostén 4. Esto tiene la ventaja de que las deformaciones del
sostén 4 en la dirección Z no se transmiten directamente sobre la
sujeción 3. La planicidad y la rectitud de la sujeción 3 con
estabilidad propia están desacopladas por la película de líquido 2
del sostén 4. Entre la sujeción 3 y el sostén 4, en vez de la
película de líquido 2, también se puede usar un adhesivo elástico
permanente.
El ejemplo de realización de acuerdo con la
Figura 5 muestra adicionalmente que no es estrictamente necesario
proporcionar la película de líquido 2 por toda la anchura (dirección
Y) del soporte de graduación 1. De este modo, con requerimientos
particulares, a modo de ejemplo la zona de exploración de la
graduación de medición 6 se puede mantener parcialmente libre de
líquido de forma dirigida. Para esto se pueden proporcionar cantos
de flujo 15 en el soporte de graduación 1 y/o en la sujeción 3 que
evitan el flujo del líquido 2 al espacio que se tiene que mantener
libre 16.
La Figura 6 muestra un cuarto ejemplo de
realización. Es esencial que el sostén 4 se configure como parte de
un dispositivo de medición de longitudes sencillo de montar y de
sustituir. El sostén 4 se configura particularmente como carril que
se puede fijar por el usuario de forma sencilla por medidas
conocidas de forma desmontable en una
máquina-herramienta o una máquina de medición 18.
Esta fijación se puede realizar por la proporción de una capa
adhesiva 17 en forma de una lámina adhesiva por ambas caras. Es
ventajoso que incluso en este caso solamente se proporcione un
único punto fijo 19 (lugar observado en la dirección de medición X)
entre el sostén 4 y la superficie de montaje 18, que se realiza, a
modo de ejemplo, por tornillos 19. En el resto de la zona debe ser
posible la dilatación sin fuerzas y tensiones del sostén 4 con
respecto a la superficie de montaje 18. Desde el punto de vista de
la técnica de medición es ventajoso si el punto fijo 19 y el punto
fijo 9 se proporcionan en la misma posición en la dirección X.
El sostén 4 también puede formar al mismo tiempo
la cubierta para la unidad de exploración 7 de un dispositivo de
medición de longitudes encapsulado. La guía de la unidad de
exploración 7 se puede realizar en la cubierta y/o en la sujeción
3.
El quinto ejemplo de realización de acuerdo con
la Figura 7 muestra que la sujeción 3 no solamente se puede
configurar con forma de placa, sino que al mismo tiempo también se
puede integrar el surco 5 para el alojamiento del soporte de
graduación en la misma. Por esta configuración, el soporte de
graduación 1 también está fijado lateralmente por la capa de
líquido 2 en la sujeción 3 y está protegido contra un desplazamiento
lateral o una torsión.
Para evitar un desplazamiento lateral (en
dirección Y) o un giro del soporte de graduación 1 con respecto a
la sujeción 3, en todos los ejemplos de realización se pueden
proporcionar topes laterales para el soporte de graduación 1 en la
sujeción 3. Este desplazamiento o esta torsión, sin embargo, también
se puede evitar por un travesaño, sobre el que se sujeta el soporte
de graduación 1 por la película de líquido 2 y cuya anchura se
corresponde a la anchura del soporte de graduación 1, como se
muestra en la Figura 6 del documento EP 0 416 391 B1.
El uso de una cinta de acero como soporte de
graduación 1 es particularmente ventajoso, sin embargo, no es
estrictamente necesario para la invención. También se pueden usar
para esto otros materiales, a modo de ejemplo, materiales
transparentes en forma de cintas de vidrio o láminas de Zerodur.
Cuando la graduación de medición 6 se configura
como estructura que se puede explorar ópticamente en forma de una
red de fase reflectante o de zona reflectantes y no reflectantes
dispuestas de forma alterna en la dirección de la medición X, se
puede conseguir una medición de la posición de resolución
particularmente grande. Sin embargo, la graduación de medición
también se puede configurar de forma que se puede explorar
magnéticamente, de forma inductiva o capacitiva.
Claims (17)
1. Un dispositivo de medición de la posición con
un soporte de graduación (1), en el que la graduación de medición
(6) del soporte de graduación (1) se puede explorar para la
generación de señales de exploración dependientes de la posición por
una unidad de exploración (7), y el soporte de graduación (1) es una
delgada cinta flexible (1) que está fijada de forma adherente por
una película viscosa de líquido (2) como película intermedia sobre
una superficie (3.1) de una sujeción (3) por fuerzas de adhesión,
caracterizado porque
- -
- la graduación de medición (6) se dispone de forma opuesta a la superficie (3.1) de la sujeción (3);
- -
- la graduación de medición (6) se puede explorar a través de la sujeción (3);
- -
- la sujeción (3) es un cuerpo con estabilidad propia, cuya superficie (3.1) sirve como superficie de referencia con respecto a la planicidad de la cinta (1), a la que se adapta la cinta (1);
- -
- la sujeción (3) se fija en un sostén (4), introduciendo en la sujeción (3) o en el sostén (4) un surco (5) para el alojamiento de la cinta (1) de forma que el espacio del surco (5) en el que dispone la cinta (1) está cubierto por el sostén (4) y por la sujeción (3).
2. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el
líquido viscoso (2) es un aceite de silicona.
3. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el soporte de graduación (1) es una
delgada cinta de acero flexible.
4. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la graduación de medición (6) es una
estructura reflectante y que se puede explorar de forma
fotoeléctrica.
5. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la sujeción (3) es un cuerpo de vidrio
transparente.
6. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el líquido viscoso (2) se proporciona de
forma homogénea en la zona de la graduación de medición (6) entre el
soporte de graduación (1) y la sujeción (3).
7. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado
porque la película intermedia es un líquido viscoso (2) que se
proporciona solamente de forma parcial entre el soporte de
graduación (1) y la sujeción (3), donde se proporcionan medios (15)
para mantener libre de líquido un espacio (16) entre el soporte de
graduación (1) y la sujeción (3).
8. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la sujeción (3) está fijada en el sostén
(4) por un medio elástico (2, 8) en el sentido de la medición
(X).
9. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el
medio elástico (2, 8) impermeabiliza al menos considerablemente el
espacio entre la sujeción (3) y el sostén.
10. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el
medio elástico es un adhesivo elástico permanente (8) o un líquido
viscoso (2).
11. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el
espacio del surco (5) está lleno de un líquido viscoso (2).
12. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la sujeción (3) está fijada con sus
lados longitudinales (3.2, 3.3) verticales con respecto a la
superficie (3.1) a superficies de tope paralelas a estos lados
longitudinales (3.2, 3.3) del sostén (4).
13. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el soporte de graduación (1) está fijado
en una única posición (9) directamente de forma rígida en el sostén
(4).
14. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado
porque el soporte de graduación (1) se fija en una única posición de
forma rígida en la sujeción (3) y la sujeción (3), a su vez, se fija
en esta posición de forma rígida en el sostén.
15. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el sostén (4) es una guía lineal.
16. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la unidad de sujeción (7) se guía en la
sujeción (3).
17. El dispositivo de medición de la posición de
acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque en la
sujeción (3) se introduce al menos un surco con forma de V (14) que
pasa en la dirección de medición (X), en el que engrana un elemento
de guía (12) de la unidad de exploración (7).
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