DE4320728A1 - Lagemeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagemeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei derartigen Meßeinrichtungen wird eine Relativ­ bewegung - z. B. zweier Maschinen-Bauteile - gemes­ sen. Die Maschinenbauteile können durch Maschi­ nenbett und Maschinenschlitten gebildet werden. Zum Schutze der im allgemeinen sehr genauen Meßein­ richtung ist der Maßstab in einem Hohlprofil einge­ bettet und die Abtasteinheit ist ebenfalls inner­ halb des Hohlprofiles angeordnet.

Bei Vorrichtungen dieser Genauigkeitsklasse ist die Auswahl der verschiedenen Materialien von großer Bedeutung, da Werkstoffe mit unterschiedlichem Aus­ dehnungskoeffizienten kombiniert werden müssen. Aus den verschiedensten Gründen können nur in den seltensten Fällen Werkstoffe gleicher oder ähnli­ cher Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Am häufigsten kombiniert man Grauguß (Maschinentei­ le), Aluminium (Hohlprofile) und Stahl oder Glas für den Maßstab, wenn Werkstücke aus Stahl bearbei­ tet werden sollen, da deren Ausdehnungskoeffizien­ ten annähernd gleich hoch sind (EP 0 118 607 B1).

Aus dieser Druckschrift und aus der EP 0 202 630 ist auch die gegensätzliche Alternative bekannt, nämlich den Maßstab aus einem Material herzustel­ len, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient mög­ lichst nahe Null ist. Dort sind auch geeignete Ma­ terialien angegeben.

Es ist ferner bekannt, Maßstab und Grundkörper längsverschieblich, z. B. über eine hochelastische Zwischenschicht, zu verbinden, Längenänderungen durch Verbiegung des Grundkörpers bleiben damit oh­ ne Einfluß auf den Maßstab (DE-PS 11 76 382). Des weiteren ist aus der US-PS 3,816,002 eine Meßein­ richtung bekannt, deren Gehäuse an dem Schlitten einer Werkzeugmaschine befestigt ist. Der Maßstab wird innerhalb des Gehäuses an einem Ende fixiert, während das andere Ende des Maßstabes in einer Art Spannvorrichtung innerhalb des Gehäuses gelagert ist. Mit dieser Spannvorrichtung werden über eine Feder die temperaturabhängigen Längenänderungen des Gehäuses kompensiert. Der Maßstab bleibt durch die­ se Anordnung von den temperaturbedingten Längenän­ derungen des Gehäuses unbeeinflußt, es verändert sich jedoch seine Länge dabei entsprechend seinem eigenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Das kann zu Meßfehlern führen. Dieses Verfahren ist daher nur bedingt anwendbar, wenn die durch Tempe­ raturgang bedingten Fehler berücksichtigt werden.

Zur Erfassung dieser Einflußgrößen müssen Fehler­ kompensationsrechnungen durchgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und eine Lagemeßeinrichtung zu schaffen, bei der thermische Störeinflüsse ver­ hindert, und temperaturbedingte Korrekturrechnungen weitestgehend entfallen können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merk­ male des Anspruches 1 gelöst.

Bei der Lagemeßeinrichtung ist es von erheblichem Vorteil, daß der Maßstab seine Länge im thermischen Arbeitsbereich zusammen mit dem bearbeiteten Werk­ stoff in gleicher Weise ändert.

Anhand der Zeichnungen soll an Beispielen die Er­ findung noch näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 eine Längenmeßeinrichtung, teil­ weise geschnitten,

Fig. 2 die Draufsicht auf eine Längen­ meßeinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Variante einer Meßeinrich­ tung und

Fig. 4 einen Ausschnitt einer Meßein­ richtung gemäß Fig. 3.

Die in Fig. 1 gezeigte Meßeinrichtung ist eine so­ genannte offene Längenmeßeinrichtung, deren Tei­ lungsträgerkörper 2 an einem Maschinen-Bauteil 6 befestigt ist. In einer nicht näher bezeichneten Längsnut des Teilungsträgerkörpers 2 ist ein Tei­ lungsträger 1 in Form eines flexiblen Maßbandes eingeschoben. An einem seiner Endpunkte ist der Teilungsträger 1 mit einer Klemmeinrichtung 3 über seinen Teilungsträgerkörper 2 an dem Maschinen-Bau­ teil 6 fixiert. Am anderen Ende des Teilungsträgers 1 greift eine Spanneinrichtung 3a an, mit deren Hilfe der flexible Teilungsträger 1 mit einer genau berechneten Spannkraft gehalten wird. Die Spannein­ richtung 3a ist mit Schrauben am Maschinen-Bauteil 6 angebracht. Eine Abtasteinrichtung 8 ist an einem weiteren Maschinen-Bauteil 6a befestigt, und tastet bei Relativbewegungen zwischen den Bauteilen 6 und 6a den Teilungsträger 1 ab.

Der bandförmige Teilungsträger 1 besteht aus einer speziellen Legierung, die einen thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten etwa zwischen 2,5_*10^-6K^-1 und 3,5_*10^-6K^-1 aufweist. Der thermische Ausdehnungsko­ effizient eines derartigen Teilungsträgers 1 ist so gewählt, daß die temperaturbedingte Ausdehnung ei­ nes solchen Teilungsträgers 1 praktisch genau dem des zubearbeitenden Werkstoffes entspricht. Bei thermisch bedingten Längenänderungen des Werk­ stoffes ändert sich daher die Länge des Teilungs­ trägers 1 in gleicher Weise und die Spanneinrich­ tung 3a fängt die Längenänderung des Maschinen-Bau­ teiles 6 demgegenüber auf. Die Spanneinrichtung 3a ist so dimensioniert, daß die dabei am Teilungsträ­ ger 1 auftretenden Spannkräfte nicht zu einer unzu­ lässigen Dehnung führen. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß für die Messungen während des Betriebes der Maschine, an der die erfindungsgemäße Meßeinrichtung angebaut ist, immer eine ausreichend genaue Meßbasis vorhanden ist.

Fig. 2 zeigt die vorbeschriebene offene Längenmeß­ einrichtung in der Draufsicht, so daß Einzelheiten wie Teilungsträger 1, Teilungsträgerkörper 2, Klemmeinrichtung 3 und die Spanneinrichtung 3a er­ kannt werden können.

Die in Fig. 3 dargestellte Variante einer Lagemeß­ einrichtung zeigt einen Teilungsträger 1 aus Glas, Keramik oder einem anderen Werkstoff, dessen ther­ mischer Ausdehnungskoeffizient ebenfalls in dem vorgenannten Bereich liegt. Im Handel ist ein der­ artiger Werkstoff unter der Bezeichnung Pyrex zu beziehen, welche ein Warenzeichen der Firma Corning incorporated, Corning, NY 14831 ist. Die Befesti­ gung des Teilungsträgers 1 erfolgt hier mittels ei­ nes hochelastischen Klebers 4 im Inneren eines ver­ windungssteifen Gehäuses 2, welches hier den Tei­ lungsträgerkörper darstellt. Bei gleichmäßiger Temperaturänderung über die gesamte Maßstablänge hat diese Befestigungsart die gleichen Eigenschaf­ ten, als wäre der Teilungsträger 1 an einem Punkt in der Mitte fest mit dem Gehäuse 2 verbunden. Das Gehäuse 2 (Teilungsträgerkörper) kann sich gleich­ mäßig von der Mitte aus in Meßrichtung ausdehnen, so daß es im Teilungsträger 1 nur zu vernachlässig­ baren Spannungen kommt, die seine Länge nur unwe­ sentlich verändern.

Die Befestigung des Gehäuses 2 an einem der Maschi­ nen-Bauteile 6, deren Relativbewegung gemessen wer­ den soll, erfolgt über Spannpratzen 5.

In Fig. 4 ist eine weitere Variante einer Meßein­ richtung gezeigt. Hier ist der Teilungsträger 1 an einem seiner Enden mit einer Klemmeinrichtung 3 fest auf das Gehäuse 2 aufgespannt. Von dieser Ein­ spannstelle aus ist der Teilungsträger 1 nur mit Hilfe einer hochelastischen Klebeschicht 4 am Ge­ häuse 2 abgestützt, so daß sich das Gehäuse 2 unge­ hindert bei Temperaturgang ausdehnen oder zusammen­ ziehen kann. Das Gehäuse 2 wird wiederum durch Spannpratzen 5 am zugehörigen Maschinen-Bauteil 6 fest verankert. Durch eine gezielte Wahl der Lage der Befestigungspunkte A und B des Teilungsträgers 1 am Gehäuse 2 und des Gehäuses 2 am Maschinen-Bau­ teil 6 kann unter Berücksichtigung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses 2 und des Ma­ schinen-Bauteiles 6 auch eine gewisse Temperatur­ kompensation bei thermisch bedingten Längenänderun­ gen der Maschinen-Bauteile erzielt werden.

In geeigneter Weise kann der Teilungsträger 1 selbst als Maßstab ausgebildet sein - muß also kein Verbundelement aus Teilungsträger und Teilungsträ­ gerkörper sein. In diesem Fall kann der Maßstab 1 aus demselben Material bestehen, welches bearbeitet werden soll. Hier bietet sich für Maschinen, mit denen einkristallines Silizium bearbeitet wird also ein Maßstab 1 aus einkristallinem Silizium an. Bei Temperaturänderungen ändert sich dann der Maßstab in gleicher Weise wie das Silizium.

Claims (7)

1. Lagemeßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier Maschinen-Bauteile, insbesondere Längen­ meßeinrichtung, mit einem Maßstab, mit einer Ab­ tastbaueinheit zur Abtastung des Maßstabes und einer Auswerte-/Anzeigeeinrichtung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der thermische Ausdehnungsko­ effizient des Maßstabes (1) etwa zwischen 2,5_*10^-6K^-1 und 3,5_*10^-6K^-1 liegt.

2. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Maßstab (1) aus einkri­ stallinem Silizium, Glas oder Glaskeramik be­ steht.

3. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Maßstab (1) aus einer Ein­ heit von Teilungsträger (1) und Teilungsträger körper (2) besteht.

4. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Teilungsträger (1) über eine hochelastische Klebeschicht (4) am Tei­ lungsträgerkörper (2) befestigt ist.

5. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Teilungsträger (1) an ei­ ner Stelle am Teilungsträgerkörper (2) fixiert ist.

6. Lagemeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungsträ­ ger (1) an einem seiner Enden über eine Spann­ einrichtung (3a) am Teilungsträgerkörper (2) ge­ halten wird.

7. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zu messenden Maschinen- Bauteile (6, 6a) Bestandteile einer Waver­ schneidmaschine sind.