JP4154082B2

JP4154082B2 - Measuring device

Info

Publication number: JP4154082B2
Application number: JP17332899A
Authority: JP
Inventors: 英一西
Original assignee: ソニーマニュファクチュアリングシステムズ株式会社
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: JP2001004360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対的に直線移動する可動部を有する工作機械や産業機械、精密測定機器等の機械本体に対して取り付けられ、該可動部の相対移動距離や相対移動位置等の測定に使用される測尺装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測尺装置は、工作機械や産業機械、精密測定機器等（以下、単に機械本体と称する。）において相対的に直線移動する相対向する可動部に取り付けられ、例えば該可動部の相対移動位置や相対移動距離等の測定に用いられる。
【０００３】
従来の測尺装置は、上述した可動部における直線移動の際の位置検出用の目盛が設けられた長尺のスケールが可動部の一方に取り付けられ、このスケールに設けられた目盛を読み取る検出ヘッドが配設された検出ユニットが可動部の他方に取り付けられる。検出ユニットは、スケール上に位置して配設され検出ヘッドにて目盛の変位を読み取るスライダと、このスライダと連結され機械本体の他方の可動部とともに移動するキャリアとが連結部を介して連結されてなる。
【０００４】
上述した構成の測尺装置においては、機械本体の可動部の直線移動に伴いキャリアが移動すると、スライダがキャリアとの連結部を介して牽引又は押進されてスケール上をその長手方向に沿って走行する。測尺装置は、上述したようなスライダの走行により、該スライダに配設された検出ヘッドにて目盛の変位を読み取って、相対移動位置や相対移動距離の測定を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の測尺装置においては、上述したように取り付けられる機械本体の可動部の直線移動に伴ってキャリアが移動し、その移動は機械本体の蛇行やうねりに追従する。また、測尺装置においては、スライダがスケールに接して配設され、スケールの平面度、具体的にはその蛇行やうねりに追従して走行する。すなわち、測尺装置においては、異なる運動に拘束されるスライダとキャリアとによって相対移動位置や相対移動距離の測定が行われ、スライダとキャリアとの位置が測定の際の移動に伴ってずれるおそれがある。このスライダとキャリアとの位置ずれは、連結部を介してスライダに伝達される。
【０００６】
従来の測尺装置においては、スライダとキャリアとの連結部における接点とは無関係にスライダ又はキャリアに対して力を加えることにより、両者を連結しているため、上述したような位置ずれによりスライダの走行方向以外の方向、換言するとスライダの直線移動を阻害する方向の力学的ベクトルが生じ、戻り誤差や繰り返し精度の低下に起因する測定誤差が発生するという問題がある。
【０００７】
測尺装置においては、特に高性能、高分解能を達成するほどスライダとキャリアとの連結部分において生じる力学的ベクトルによる接触摩擦力が運動を阻害する力となって繰り返し精度、戻り誤差に影響を与える。
【０００８】
そこで、本発明は、スライダの走行方向以外に向かう力学的ベクトルを発生させないようにスライダとキャリアとを連結し、戻り誤差の防止や繰り返し精度の改善を図り、測定誤差の低減を達成する測尺装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る測尺装置は、位置検出のための目盛が長手方向に沿って設けられた平板かつ長尺の光学スケールと、光学スケール上を走行しかつ目盛を読み取って位置検出信号を得る光学系の検出ヘッドが設けられたスライダと、スライダと連結されかつスライダを光学スケールの長手方向に沿って走行させるキャリアとを備える。そして、光学スケールは、長手方向に沿って配設される筐体内に設けられ、スライダには、筐体の内壁と接する転がり軸受けが設けられ、転がり軸受けは、筐体の内壁のうち該転がり軸受けと対向する位置にガイドバーが設けられ、該ガイドバーを介して該内壁と接し、キャリアには、スライダの走行方向に沿ってスライダ側に突出形成されるとともに、スライダと対向する端部が球面とされる第１の軸受け部材が設けられ、スライダには、第１の軸受け部材と対向しかつ第１の軸受け部材の球面を受ける略円錐状の凹部を有する第２の軸受け部材が配設され、第１の軸受け部材には、球面の中心を通り、スライダと対向する側に開口を有する第１の通し穴が設けられ、第２の軸受け部材には、球面の中心を通るスライダの走行方向と平行をなす直線上に第２の通し穴が設けられ、キャリアとスライダとが、第１及び第２の通し穴に挿通され、球面の中心を通るスライダの走行方向と平行をなす直線上で、一方の端部がキャリアに、他方の端部がスライダに係止され、スライダの走行方向と平行な向きの付勢力をキャリアに対して付与する弾性部材で、第１の軸受け部材の球面が第２の軸受け部材の凹部に対して押圧されて連結される。
【００１０】
上述した構成を有する本発明に係る測尺装置によれば、スライダとキャリアとの連結を球面を有する第１の軸受け部材と、この球面を受ける凹部を有する第２の軸受け部材とを介して連結し、凹部において回転する球面の中心とスライダからキャリアに対して付勢力を付与する点とを、球面の中心を通りスライダの走行方向と平行な直線上に位置させ、スライダの走行方向と平行に引っ張り付勢を付与することで、スケール又は機械本体の蛇行やうねりによるスライダとキャリアとの位置ずれを吸収して、スライダの走行方向以外に向かう力学的ベクトルの発生を防止して、戻り誤差の発生や繰り返し精度の低下を防ぎ、相対移動位置や相対移動距離の測定における測定誤差の低減を可能とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る測尺装置の具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態に係る測尺装置１は、図１に示すように、産業機械、工作機械等（以下、機械本体５０と称して説明する。）の一部として構成されかつ相対的に直線移動する可動部５０ａ、５０ｂの相対移動位置や相対移動距離を測定するものであり、略矩形の筒状を呈する筐体２と、検出ユニット３とを備えて構成される。測尺装置１は、上述した筐体２が機械本体５０の一方の可動部５０ａに、また検出ユニット３の駆動部であり詳細を後述するキャリアが他方の可動部５０ｂに対して取り付けられる。
【００１２】
筐体２は、その内部に平板かつ長尺形状を呈するスケール４が、その長手方向と筐体２の長手方向とが一致するように収納される。筐体２は、その一側面、具体的には配設された検出ユニット３と対向する側面が、その長手方向にわたって切り欠かれてスリット５が形成されている。測尺装置１においては、スリット５から後述するように検出ユニット３の検出部たるスライダと駆動部たるキャリアとを連結する連結部を構成するアームが筐体２の内部に進入する。
【００１３】
スケール４は、筐体２の長手方向の両端部に配設された一対のブラケット６により、その両端が支持されて筐体２内の所定位置に固定される。スケール４は、図２に示すように、その一方主面（以下、スケール面と称する。）４ａ上に、位置検出用の目盛４ｂが設けられている。目盛４ｂは、スケール４の長手方向に沿って所定間隔で連続して記録された位置信号であり、その形態としては例えば所定の間隔でピットやマークが形成されたものやスケール面４ａ上にグレーティングが施されたもの、また外観上目盛としてはあらわれないが所定の記録波長で極性が反転する磁気信号が着磁されたもの等がある。スケール４は、後述するように目盛４ｂを読み取り位置信号を検出する検出ヘッドの種類によりその材料を代えて成形され、例えば検出ヘッドに光学系の検出ヘッドを用いる場合にはガラス等の硝材材料、磁気ヘッドを検出ヘッドとして用いる場合には金属材料により成形される。
【００１４】
検出ユニット３は、図２に示すように、スケール面４ａに設けられた目盛４ｂの変位を読み取って位置信号を検出する検出部となるスライダ７と、このスライダ７に連結されかつスライダ７を牽引又は押進して走行させる駆動部となるキャリア８とを備えて構成される。
【００１５】
スライダ７は、スケール４上に、すなわち筐体２の内部に配設され、スケール４のスケール面４ａ上をその長手方向に沿って走行する。スライダ７には、スケール４上を走行する際に、スケール面４ａ上に設けられた目盛４ｂの変位を読み取って、この目盛４ｂの変位を位置信号として検出する検出ヘッド９が目盛４ｂと対向する位置に配設される。検出ヘッド９は、上述したスケール４の材料や目盛４ｂの形態に応じて、磁気ヘッドや光学系の検出ヘッド等を使用する。
【００１６】
スライダ７は、筐体２内において弾性部材、例えば図３に示す押圧バネ１０によって、スケール４と垂直をなす筐体２の内壁２ａの方向に対して押圧されている。また、スライダ７は、上述した内壁２ａの方向に対する押圧と同様に、詳しい図示は省略するが弾性部材、例えば押圧バネによってスケール４のスケール面４ａの方向に対して押圧される。さらに、スライダ７は、上述した筐体２の内壁２ａ及びスケール４のスケール面４ａと複数の転がり軸受け１１を介して接している。スライダ７は、上述したように筐体２の内壁２ａ及びスケール４のスケール面４ａに対して弾性部材で押圧されかつ押圧されている部位に対して転がり軸受け１１を介して接することにより、スケール面４ａの平面度、具体的にはそのうねりや蛇行に追従して、円滑に走行する構造とされる。なお、測尺装置１においては、詳しい図示を省略するがスライダ７が走行する際の摩耗を低減し、また転がり軸受け１１が接する内壁２ａの平面度を担保するため、転がり軸受け１１が内壁２ａに接する位置にスチール製のガイドバーを埋め込み、このガイドバー上を転がり軸受け１１が移動する構成としてもよい。
【００１７】
キャリア８は、筐体２の外部に配設されるとともに、筐体２及びスケール４の長手方向に沿って上述した機械本体５０の他方の可動部５０ｂに対して取り付けられる。キャリア８には、スライダ７の検出ヘッド９が目盛４ｂを読み取って検出した位置信号を図示を省略する制御装置に対して供給する信号ケーブル１２が接続されている。
【００１８】
キャリア８は、上述したように機械本体５０の他方の可動部５０ｂに対して取り付けられているため、機械本体５０を構成する可動部５０ｂとともに筐体２の長手方向に沿って直線移動する。すなわち、キャリア８は、可動部５０ｂを有する機械本体５０自体の蛇行やうねりに追従して移動する構造とされる。
【００１９】
検出ユニット３においては、上述した構成を有するスライダ７とキャリア８とが連結部１３により連結され、この連結部１３を介して上述したキャリア８がスライダ７を牽引又は押進して、スライダ７を走行させる。連結部１３は、キャリア８に設けられるとともに筐体２のスリット５から筐体２内部に進入するアーム１４と、このアーム１４から突出形成される第１の軸受け部材１５と、スライダ７側に設けられ第１の軸受け部材１５と対向して配設される第２の軸受け部材１６とにより構成される。
【００２０】
第１の軸受け部材１５は、アーム１４からスライダ７の走行方向に沿ってスライダ７側に突出形成され、そのスライダ７側の先端部分が球面１５ａとされた球面軸受けである。第１の軸受け部材１５には、球面１５ａに開口しかつ球面１５ａをその外周面の一部として有する球の中心（以下、単に球面１５ａの中心と称して説明する。）に相当する位置まで達する第１のバネ通し穴１５ｂが形成されている。
【００２１】
第２の軸受け部材１６は、スライダ７側に配設され、上述した第１の軸受け部材１５の球面１５ａを受ける略円錐状の凹部１６ａが設けられてなる自動調芯軸受けである。第２の軸受け部材１６には、略中央にスライダ７側から凹部１６ａの底面に貫通し、詳細を後述するコイルバネが挿通される第２のバネ通し孔１６ｂが形成されている。
【００２２】
検出ユニット３は、キャリア８側に設けられた第１の軸受け部材１５の球面１５ａがスライダ７側に引張り付勢され、スライダ７に配設された第２の軸受け部材１６の凹部１６ａに押圧されて、この第１の軸受け部材１５と第２の軸受け部材１６とが連結部１３とされて連結される。連結部１３は、一端がスライダ７に設けられた係止ピン１７に係止され、他端が第２のバネ通し穴１６ｂ及び第１のバネ通し穴１５ｂに挿通されて球面１５ａの中心に相当する位置に係止されたコイルバネ１８により第１の軸受け部材１５に対してスライダ７側に引張り付勢力が付与されている。連結部１３は、上述したコイルバネ１８が球面１５ａ、具体的にはキャリア８をスライダ７側に引っ張る方向が、スライダ７の走行方向である図３に示す矢印Ａ方向と平行をなすようにスライダ７とキャリア８とを連結する。換言すると、測尺装置１は、スライダ７側でコイルバネ１８を係止する係止ピン１７が、コイルバネ１８の他端側を係止する球面１５ａの中心を通りかつスライダ７の走行方向と平行な直線上に設けられ、この係止ピン１７からキャリア８に対して引張り付勢力が付与されている。
【００２３】
測尺装置１においては、上述した構成を有する連結部１３によりスライダ７とキャリア８とを連結しかつ連結部１３を介してキャリア８によりスライダ７を牽引又は押進して走行させることにより、スケール４又は機械本体５０から異なる拘束を受けて共に移動するスライダ７とキャリア８との位置がずれた場合でも、スライダ７のスケール４の矢印Ａ方向への走行を阻害する方向に向かう力学的ベクトルが発生しない。すなわち、測尺装置１は、例えば図４に示すように機械本体５０側の位置ずれにより、可動部５０ｂに取り付けられたキャリア８の位置がずれた場合でも、凹部１６ａの円錐状を呈する内周面で球面１５ａがその中心を回転中心として回転して凹部１６ａ内を滑り、球面１５ａの中心位置を変位させずにずれを吸収する。このため、測尺装置１は、スライダ７からキャリア８に対して引張り付勢力を付与するコイルバネ１８を係止する位置が変わらず、キャリア８に付与される引張り付勢力の方向をスライダ７の走行方向と平行に維持され、スライダ７の走行方向以外に向かう力学的ベクトルがキャリア８のずれによって発生しない。
【００２４】
上述したように測尺装置１においては、ずれを吸収する第１の軸受け部材１５の球面１５ａの回転中心とキャリア８に対して引張り付勢力を付与するコイルバネ１８のスライダ側の係止点とをスライダ７の走行方向と平行な直線上に位置させ、かつスライダ７とキャリア８とを連結するための引張り付勢力の方向をスライダ７の走行方向と平行に維持することで、スライダ７の走行方向以外の力学的ベクトルが発生せず、重要な性能の一つである戻り誤差の発生が防止され、相対移動位置や相対移動距離の測定における測定誤差の軽減が図られる。
【００２５】
なお、本実施の形態においては、測尺装置１を上述した構成を有するものとして説明したが、これに限定されないことは勿論であり、例えば図５に示す形状の第２の軸受け部材２０を使用してスライダ７とキャリア８とを連結してもよい。第２の軸受け部材２０は、上述した第２の軸受け部材１６と同様に略円錐状の凹部２０ａで第１の軸受け部材１５の球面１５ａを受けてスライダ７とキャリア８とを連結するものであり、スライダ７により近い位置での連結を可能とする。
【００２６】
また、図６に示す測尺装置３０の如く、スライダ７側からキャリア８に対して引張り付勢力を付与する位置を変更し、連結部１３と別の位置にコイルバネ１８を配設してもよい。測尺装置３０においては、スライダ７と、スライダ７に設けられた切欠き部７ａに突き出て設けられたキャリア８の係止棒３１とにコイルバネ１８の両端部がそれぞれ係止されることにより、スライダ７からキャリア８に対して引張り付勢力が付与されている。なお、測尺装置３０においても、スライダ７側でコイルバネ１８を係止してキャリア８を引っ張る点と、第１の軸受け部材１５の球面１５ａの中心とが、スライダ７の走行方向と平行な直線上に位置して配設される。
【００２７】
さらに、図７に示す測尺装置４０の如く、第１の軸受け部材１５とスライダ７とに棒状の係止バー４１ａ、４１ｂがそれぞれ配設され、この係止バー４１ａ、４１ｂ同士を２本のコイルバネ１８で繋ぐことにより、スライダ７からキャリア８に引張り付勢力を付与して連結するものでもよい。このような場合、測尺装置４０においては、キャリア８を引っ張るスライダ７上の２点の中点ｘが、第１の軸受け部材１５の球面１５ａの中心を通るスライダ７の走行方向と平行な直線上に位置するように２本のコイルバネ１８が配設される。
【００２８】
さらにまた、上述した各本実施の形態においては、コイルバネ１８を用いてキャリア８に引張り付勢力を付与しているが、これに限定するものではなく、コイルバネ１８に代えて他の弾性部材、例えばゴム等を用いてキャリア８に対して引張り付勢力を付与してもよい。また、上述した各本実施の形態においては、キャリア８に引張り付勢力を付与してスライダ７とキャリア８とを連結しているが、コイルバネや板バネ、棒バネ、ゴム等の弾性部材の付勢力を利用してキャリア８をスライダ７方向に押圧してスライダ７とキャリア８とを連結する構成としてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明に係る測尺装置によれば、スライダとキャリアとの連結を球面とこの球面を受ける凹部とを介して連結し、凹部において回転する球面の中心とスライダからキャリアに対して付勢力を付与する点とを、スライダの走行方向と平行な直線上に位置させ、スライダの走行方向と平行に引っ張り付勢を付与することで、スケール又は機械本体の蛇行やうねりによるスライダとキャリアとの位置ずれを吸収しつつ、スライダの走行方向以外に向かう力学的ベクトルが発生することを防止して、戻り誤差の発生や繰り返し精度の低下を防ぎ、相対移動位置や相対移動距離の測定誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】機械本体に対して取り付けられた測尺装置の斜視図である。
【図２】検出ユニット及びスケールの斜視図である。
【図３】筐体内の検出ユニットとスケールとの状態を示す要部水平断面図である。
【図４】キャリア側で位置ずれが生じた状態を説明するための要部水平断面図である。
【図５】他の実施の形態に係る測尺装置の要部水平断面図である。
【図６】さらに他の実施の形態に係る測尺装置の要部水平断面図である。
【図７】さらに他の実施の形態に係る測尺装置の要部水平断面図である。
【符号の説明】
１測尺装置，２筐体，３検出ユニット，４スケール，５スリット，７スライダ，８キャリア，９検出ヘッド，１３連結部，１４アーム，１５第１の軸受け部材，１５ａ球面，１５ｂ第１のバネ通し孔，１６第２の軸受け部材，１６ａ凹部，１６ｂ第２のバネ通し孔，１７コイルバネ，１８係止ピン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is attached to a machine body such as a machine tool, an industrial machine, or a precision measuring instrument having a movable part that moves relatively linearly, and is used for measuring a relative movement distance and a relative movement position of the movable part. The present invention relates to a measuring device.
[0002]
[Prior art]
The measuring device is attached to opposing movable parts that relatively linearly move in a machine tool, industrial machine, precision measuring instrument, etc. (hereinafter simply referred to as a machine main body), for example, the relative movement position of the movable part, Used for measurement of relative movement distance and the like.
[0003]
The conventional measuring device has a long scale provided with a scale for detecting the position at the time of linear movement in the movable part described above, attached to one side of the movable part, and a detection head for reading the scale provided on the scale. The detection unit provided with is attached to the other of the movable parts. The detection unit is located on the scale and is connected to a slider that reads the scale displacement by the detection head and a carrier that is connected to the slider and moves together with the other movable part of the machine body via the connection part. It becomes.
[0004]
In the measuring device having the above-described configuration, when the carrier moves along with the linear movement of the movable portion of the machine body, the slider is pulled or pushed through the connecting portion with the carrier, and on the scale along the longitudinal direction. Run. The measuring device reads the displacement of the scale with the detection head disposed on the slider and measures the relative movement position and the relative movement distance as the slider travels as described above.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional measuring device, the carrier moves along with the linear movement of the movable part of the machine body attached as described above, and the movement follows the meandering and undulation of the machine body. In the measuring device, the slider is disposed in contact with the scale and travels following the flatness of the scale, specifically, its meandering and undulation. That is, in the measuring device, the relative movement position and the relative movement distance are measured by the slider and the carrier that are restrained by different movements, and the position of the slider and the carrier may be shifted with the movement during the measurement. is there. The positional deviation between the slider and the carrier is transmitted to the slider via the connecting portion.
[0006]
In the conventional measuring device, since the force is applied to the slider or the carrier regardless of the contact point at the connecting portion between the slider and the carrier, the slider and the carrier are connected to each other. There is a problem that a mechanical vector is generated in a direction other than the traveling direction, in other words, a direction that inhibits the linear movement of the slider, and a return error or a measurement error due to a decrease in repeatability occurs.
[0007]
In the measuring device, the higher the performance and the higher the resolution, the more the contact friction force due to the mechanical vector generated at the connecting part between the slider and the carrier becomes the force that impedes the movement, which affects the repeatability and return error. .
[0008]
In view of this, the present invention provides a measuring instrument that connects a slider and a carrier so as not to generate a mechanical vector that goes in a direction other than the traveling direction of the slider, prevents return error and improves repeatability, and achieves measurement error reduction. The object is to provide an apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The Hakashaku apparatus according to the present invention for achieving the above object, by reading an optical scale of the flat plate and long memory is provided along the longitudinal direction for position detection, the traveling and the scale on the optical scale a slider optics of the detecting head is provided to obtain the position detection signal, Ru and a carrier which is connected to the slider and to travel along the slider in the longitudinal direction of the optical scale. The optical scale is provided in a casing disposed along the longitudinal direction, the slider is provided with a rolling bearing that contacts the inner wall of the casing, and the rolling bearing is the rolling bearing of the inner wall of the casing. A guide bar is provided at a position opposed to the inner wall, and is in contact with the inner wall via the guide bar. The carrier is formed so as to protrude toward the slider along the traveling direction of the slider, and the end facing the slider is a spherical surface. the first bearing member is provided which is, in the slider, a second bearing member having a substantially conical recess for receiving the spherical surface of the first bearing member and the counter vital first bearing member is disposed The first bearing member is provided with a first through hole having an opening on the side facing the slider, passing through the center of the spherical surface, and the second bearing member has a traveling direction of the slider passing through the center of the spherical surface. And parallel A second through hole provided to a straight line, the carrier and the slider, being inserted through the first and second through hole, on a straight line which forms a parallel to the traveling direction of the slider passing through the center of the sphere, of one One end is locked to the carrier and the other end is locked to the slider. The elastic member applies an urging force to the carrier in a direction parallel to the traveling direction of the slider. The spherical surface of the first bearing member is the second. The bearing member is pressed against and connected to the recess.
[0010]
According to the measuring apparatus according to the present invention having the above-described configuration, the slider and the carrier are connected via the first bearing member having a spherical surface and the second bearing member having a concave portion for receiving the spherical surface. The center of the spherical surface that rotates in the recess and the point that applies the biasing force from the slider to the carrier are positioned on a straight line that passes through the center of the spherical surface and is parallel to the slider traveling direction, and parallel to the slider traveling direction. By applying a pulling force, the displacement of the slider and the carrier due to the meandering or waviness of the scale or machine body is absorbed, and the generation of a mechanical vector that goes outside the direction of travel of the slider is prevented. Generation and repetition accuracy are prevented from decreasing, and measurement errors in measurement of relative movement position and relative movement distance can be reduced.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of a measuring apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the measuring device 1 according to the present embodiment is configured as a part of an industrial machine, a machine tool or the like (hereinafter referred to as a machine main body 50) and relatively linearly moves. It measures the relative movement positions and relative movement distances of the movable parts 50a and 50b, and comprises a casing 2 having a substantially rectangular tube shape and a detection unit 3. In the measuring device 1, the casing 2 described above is attached to one movable part 50a of the machine main body 50, and a carrier, which will be described in detail later, is attached to the other movable part 50b.
[0012]
The housing 2 is accommodated so that the scale 4 having a flat plate shape and an elongated shape is aligned with the longitudinal direction of the housing 2. The housing 2 has one side surface, specifically, a side surface facing the arranged detection unit 3, cut out in the longitudinal direction to form a slit 5. In the measuring device 1, an arm constituting a connecting portion that connects a slider serving as a detecting portion of the detecting unit 3 and a carrier serving as a driving portion enters the inside of the housing 2 through the slit 5 as will be described later.
[0013]
Both ends of the scale 4 are supported by a pair of brackets 6 disposed at both ends of the casing 2 in the longitudinal direction, and the scale 4 is fixed at a predetermined position in the casing 2. As shown in FIG. 2, the scale 4 is provided with a position detection scale 4b on one main surface (hereinafter referred to as scale surface) 4a. The scale 4b is a position signal continuously recorded at a predetermined interval along the longitudinal direction of the scale 4, and for example, a form in which pits or marks are formed at a predetermined interval or a grating on the scale surface 4a is used. In addition, there are those that are not scaled in appearance, but are magnetically polarized with a magnetic signal whose polarity is reversed at a predetermined recording wavelength. The scale 4 is formed by changing the material depending on the type of the detection head that reads the scale 4b and detects the position signal as will be described later. For example, when a detection head of an optical system is used for the detection head, a glass material such as glass, When a magnetic head is used as a detection head, it is formed of a metal material.
[0014]
As shown in FIG. 2, the detection unit 3 reads the displacement of the scale 4 b provided on the scale surface 4 a and detects a position signal to detect a position signal, and the slider 7 is connected to the slider 7 and pulls the slider 7. Or it comprises the carrier 8 used as the drive part which pushes and runs.
[0015]
The slider 7 is disposed on the scale 4, that is, inside the housing 2, and travels along the longitudinal direction on the scale surface 4 a of the scale 4. When the slider 7 travels on the scale 4, a detection head 9 that reads the displacement of the scale 4b provided on the scale surface 4a and detects the displacement of the scale 4b as a position signal faces the scale 4b. Arranged in position. The detection head 9 uses a magnetic head, a detection head of an optical system, or the like according to the material of the scale 4 and the form of the scale 4b.
[0016]
The slider 7 is pressed in the direction of the inner wall 2a of the casing 2 perpendicular to the scale 4 by an elastic member, for example, a pressing spring 10 shown in FIG. Further, the slider 7 is pressed against the direction of the scale surface 4a of the scale 4 by an elastic member, for example, a pressing spring, although detailed illustration is omitted, similarly to the above-described pressing toward the inner wall 2a. Further, the slider 7 is in contact with the inner wall 2 a of the housing 2 and the scale surface 4 a of the scale 4 through a plurality of rolling bearings 11. As described above, the slider 7 is pressed against the inner wall 2a of the housing 2 and the scale surface 4a of the scale 4 by the elastic member and contacts the pressed portion via the rolling bearing 11, thereby the scale surface. The flatness of 4a, specifically the swell and meandering, is followed and the structure travels smoothly. In the measuring device 1, although not shown in detail, the rolling bearing 11 is attached to the inner wall 2a in order to reduce wear when the slider 7 travels and to ensure the flatness of the inner wall 2a with which the rolling bearing 11 contacts. A steel guide bar may be embedded at the contact position, and the rolling bearing 11 may be moved on the guide bar.
[0017]
The carrier 8 is disposed outside the housing 2 and is attached to the other movable portion 50 b of the machine body 50 described above along the longitudinal direction of the housing 2 and the scale 4. A signal cable 12 is connected to the carrier 8 for supplying a position signal detected by the detection head 9 of the slider 7 by reading the scale 4b to a control device (not shown).
[0018]
Since the carrier 8 is attached to the other movable part 50b of the machine body 50 as described above, it moves linearly along the longitudinal direction of the housing 2 together with the movable part 50b constituting the machine body 50. That is, the carrier 8 is configured to move following the meandering and undulation of the machine body 50 itself having the movable portion 50b.
[0019]
In the detection unit 3, the slider 7 having the above-described configuration and the carrier 8 are connected by the connecting portion 13, and the carrier 8 described above pulls or pushes the slider 7 through the connecting portion 13, thereby moving the slider 7. Let it run. The connecting portion 13 is provided on the carrier 8 and is provided on the side of the slider 7, the arm 14 that enters the inside of the housing 2 from the slit 5 of the housing 2, the first bearing member 15 that protrudes from the arm 14, and the slider 7 side. The second bearing member 16 is disposed opposite to the first bearing member 15.
[0020]
The first bearing member 15 is a spherical bearing that is formed so as to protrude from the arm 14 toward the slider 7 along the traveling direction of the slider 7, and the tip portion on the slider 7 side is a spherical surface 15 a. The first bearing member 15 reaches a position corresponding to the center of a sphere having an opening in the spherical surface 15a and having the spherical surface 15a as a part of its outer peripheral surface (hereinafter simply referred to as the center of the spherical surface 15a). A first spring through hole 15b is formed.
[0021]
The second bearing member 16 is disposed on the slider 7 side, a self-aligning bearing substantially conical recess 16a is provided for receiving the spherical 15a of the first bearing member 15 described above. The second bearing member 16 is formed with a second spring through hole 16b that penetrates from the slider 7 side to the bottom surface of the recess 16a and through which a coil spring described later in detail is inserted.
[0022]
In the detection unit 3, the spherical surface 15 a of the first bearing member 15 provided on the carrier 8 side is pulled and urged toward the slider 7, and is pressed by the concave portion 16 a of the second bearing member 16 provided on the slider 7. Thus, the first bearing member 15 and the second bearing member 16 are connected as the connecting portion 13. One end of the connecting portion 13 is locked by a locking pin 17 provided on the slider 7, and the other end is inserted through the second spring through hole 16b and the first spring through hole 15b and corresponds to the center of the spherical surface 15a. A tension biasing force is applied to the first bearing member 15 on the slider 7 side by the coil spring 18 that is locked at the position where the first spring member 15 is engaged. The connecting portion 13 includes the slider 7 so that the above-described coil spring 18 pulls the spherical surface 15a, specifically, the direction in which the carrier 8 is pulled toward the slider 7 is parallel to the arrow A direction shown in FIG. And carrier 8 are connected. In other words, in the measuring device 1, the locking pin 17 that locks the coil spring 18 on the slider 7 side passes through the center of the spherical surface 15 a that locks the other end of the coil spring 18 and is parallel to the traveling direction of the slider 7. A tension biasing force is applied to the carrier 8 from the locking pin 17.
[0023]
In the measuring device 1, the slider 7 and the carrier 8 are connected by the connecting portion 13 having the above-described configuration, and the slider 7 is pulled or pushed by the carrier 8 through the connecting portion 13 to travel. 4 or even when the position of the slider 7 and the carrier 8 moving together under different constraints from the machine body 50 is shifted, a mechanical vector directed in a direction that impedes the travel of the slider 7 in the arrow A direction of the scale 4 is generated. Does not occur. That is, the measuring device 1 has a conical shape of the concave portion 16a even when the position of the carrier 8 attached to the movable portion 50b is shifted due to a position shift on the machine body 50 side as shown in FIG. The spherical surface 15a rotates on the surface about the center of rotation and slides in the recess 16a, and the shift is absorbed without displacing the center position of the spherical surface 15a. For this reason, the measuring device 1 does not change the position at which the coil spring 18 that applies the tensile biasing force to the carrier 8 from the slider 7 is locked, and the direction of the tensile biasing force applied to the carrier 8 is changed. The mechanical vector that is maintained in parallel with the direction and goes in the direction other than the traveling direction of the slider 7 is not generated by the deviation of the carrier 8.
[0024]
As described above, in the measuring device 1, the rotation center of the spherical surface 15 a of the first bearing member 15 that absorbs the deviation and the locking point on the slider side of the coil spring 18 that applies a tensile biasing force to the carrier 8 are provided. The traveling direction of the slider 7 is determined by being positioned on a straight line parallel to the traveling direction of the slider 7 and maintaining the direction of the tensile biasing force for connecting the slider 7 and the carrier 8 in parallel with the traveling direction of the slider 7. The occurrence of a return error, which is one of important performances, is prevented, and measurement errors in measurement of the relative movement position and the relative movement distance can be reduced.
[0025]
In the present embodiment, the measuring device 1 has been described as having the above-described configuration. However, the present invention is not limited to this, and for example, the second bearing member 20 having the shape shown in FIG. 5 is used. Then, the slider 7 and the carrier 8 may be connected. Similar to the second bearing member 16 described above, the second bearing member 20 receives the spherical surface 15a of the first bearing member 15 by a substantially conical recess 20a and connects the slider 7 and the carrier 8. The connection at a position closer to the slider 7 is made possible.
[0026]
Further, like the measuring device 30 shown in FIG. 6, the position where the tension biasing force is applied to the carrier 8 from the slider 7 side may be changed, and the coil spring 18 may be disposed at a position different from the connecting portion 13. . In the measuring device 30, both ends of the coil spring 18 are locked to the slider 7 and the locking bar 31 of the carrier 8 provided so as to protrude from the notch 7 a provided on the slider 7. A tensile biasing force is applied from the slider 7 to the carrier 8. In the measuring device 30 as well, a point where the coil spring 18 is locked on the slider 7 side to pull the carrier 8 and the center of the spherical surface 15a of the first bearing member 15 is a straight line parallel to the traveling direction of the slider 7. Located on the top.
[0027]
Further, like the measuring device 40 shown in FIG. 7, rod-shaped locking bars 41a and 41b are respectively disposed on the first bearing member 15 and the slider 7, and the locking bars 41a and 41b are connected to each other by two. by connecting with the coil spring 18 may be one that connects to impart biasing force pulling the slider 7 to the carrier 8. In such a case, in the measuring device 40, the midpoint x of the two points on the slider 7 pulling the carrier 8 passes through the center of the spherical surface 15a of the first bearing member 15 and is a straight line parallel to the traveling direction of the slider 7. Two coil springs 18 are disposed so as to be positioned above.
[0028]
Furthermore, in each of the embodiments described above, the coil spring 18 is used to apply a tensile biasing force to the carrier 8, but the present invention is not limited to this. Instead of the coil spring 18, other elastic members, for example, A tensile biasing force may be applied to the carrier 8 using rubber or the like. In each of the above-described embodiments, the slider 8 and the carrier 8 are connected by applying a tensile biasing force to the carrier 8, but an elastic member such as a coil spring, a leaf spring, a bar spring, or rubber is attached. A configuration may be used in which the carrier 7 is connected to the carrier 8 by pressing the carrier 8 toward the slider 7 using the force.
[0029]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the measuring apparatus of the present invention, the slider and the carrier are connected via the spherical surface and the concave portion that receives the spherical surface, and the center of the spherical surface that rotates in the concave portion and the slider are connected. The point where the urging force is applied to the carrier is positioned on a straight line parallel to the traveling direction of the slider, and a tensile urging force is applied in parallel to the traveling direction of the slider, thereby causing meandering and undulation of the scale or machine body. While absorbing the positional deviation between the slider and the carrier due to, it prevents the occurrence of a mechanical vector that goes outside the slider traveling direction, prevents the occurrence of return error and decrease in repeat accuracy, and the relative movement position and relative movement The distance measurement error can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a measuring device attached to a machine body.
FIG. 2 is a perspective view of a detection unit and a scale.
FIG. 3 is a horizontal sectional view of an essential part showing a state of a detection unit and a scale in a housing.
FIG. 4 is a horizontal cross-sectional view of a main part for explaining a state in which a positional shift has occurred on the carrier side.
FIG. 5 is a horizontal cross-sectional view of a main part of a measuring apparatus according to another embodiment.
FIG. 6 is a horizontal cross-sectional view of a main part of a measuring apparatus according to still another embodiment.
FIG. 7 is a horizontal cross-sectional view of a main part of a measuring apparatus according to still another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measuring device, 2 Housing | casing, 3 detection unit , 4 scale , 5 slit , 7 slider, 8 carrier, 9 detection head, 13 connection part, 14 arm, 15 1st bearing member , 15a spherical surface, 15b 1st Spring through hole, 16 second bearing member , 16a recess, 16b second spring through hole, 17 coil spring, 18 locking pin

Claims

位置検出のための目盛が長手方向に沿って設けられた平板かつ長尺の光学スケールと、
上記光学スケール上を走行しかつ上記目盛を読み取って位置検出信号を得る光学系の検出ヘッドが設けられたスライダと、
上記スライダと連結されかつ上記スライダを上記光学スケールの長手方向に沿って走行させるキャリアとを備え、
上記光学スケールは、上記長手方向に沿って配設される筐体内に設けられ、
上記スライダには、上記筐体の内壁と接する転がり軸受けが設けられ、
上記転がり軸受けは、上記筐体の内壁のうち該転がり軸受けと対向する位置にガイドバーが設けられ、該ガイドバーを介して該内壁と接し、
上記キャリアには、上記スライダの走行方向に沿って該スライダ側に突出形成されるとともに、該スライダと対向する端部が球面とされる第１の軸受け部材が設けられ、
上記スライダには、上記第１の軸受け部材と対向しかつ上記第１の軸受け部材の球面を受ける略円錐状の凹部を有する第２の軸受け部材が配設され、
上記第１の軸受け部材には、上記球面の中心を通り、上記スライダと対向する側に開口を有する第１の通し穴が設けられ、
上記第２の軸受け部材には、上記球面の中心を通る上記スライダの走行方向と平行をなす直線上に第２の通し穴が設けられ、
上記キャリアと上記スライダとが、上記第１及び第２の通し穴に挿通され、上記球面の中心を通る該スライダの走行方向と平行をなす直線上で、一方の端部が上記キャリアに、他方の端部が該スライダに係止され、該スライダの走行方向と平行な向きの付勢力を該キャリアに対して付与する弾性部材で、上記第１の軸受け部材の球面が上記第２の軸受け部材の凹部に対して押圧されて連結される測尺装置。A flat and long optical scale provided with a scale for position detection along the longitudinal direction;
A slider provided with a detection head of an optical system that travels on the optical scale and reads the scale to obtain a position detection signal;
A carrier coupled to the slider and causing the slider to travel along the longitudinal direction of the optical scale ,
The optical scale is provided in a housing disposed along the longitudinal direction,
The slider is provided with a rolling bearing in contact with the inner wall of the housing,
The rolling bearing is provided with a guide bar at a position facing the rolling bearing in the inner wall of the housing, and is in contact with the inner wall via the guide bar.
In the carrier, along with being protruded to the slider-side along the running direction of the slider, first bearing member end opposite the said slider is a spherical surface is provided,
To the slider, the second bearing member having a substantially conical recess for receiving the spherical surface of the first bearing member and the counter vital said first bearing member is disposed,
The first bearing member is provided with a first through hole having an opening on the side facing the slider, passing through the center of the spherical surface.
The second bearing member is provided with a second through hole on a straight line passing through the center of the spherical surface and parallel to the traveling direction of the slider.
And the carrier and the slider, the are inserted into the first and second through hole, on a straight line which forms a parallel to the running direction of the slider passing through the center of the spherical surface, the one end the carrier, the other The end of the first bearing member is an elastic member that is locked to the slider and applies an urging force parallel to the traveling direction of the slider to the carrier, and the spherical surface of the first bearing member is the second bearing. measuring scale device that is connected by being pressed against the concave portion of the member.