DE9117215U1 - Position measuring device - Google Patents
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Description
DR, JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 25. April 1991DR, JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 25 April 1991
PositionsmeßeinrichtungPosition measuring device
Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a position measuring device according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Positionsmeßeinrichtung wird insbesondere bei einer Bearbeitungsmaschine zur Messung der Relativlage eines Werkzeugs bezüglich eines Werkstücks eingesetzt.Such a position measuring device is used in particular in a processing machine to measure the relative position of a tool with respect to a workpiece.
Bei einer solchen Positionsmeßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier Objekte, beispielsweise zweier Maschinenteile einer Bearbeitungsmaschine, tastet eine mit dem ersten Objekt verbundene Abtasteinheit eine Maßverkörperung ab, die auf einem Trägerkörper angeordnet ist; der Trägerkörper ist seinerseits am zweiten Objekt befestigt.In such a position measuring device for measuring the relative position of two objects, for example two machine parts of a processing machine, a scanning unit connected to the first object scans a measuring embodiment that is arranged on a carrier body; the carrier body is in turn attached to the second object.
Während das zweite Objekt in Form des Maschinenteils im allgemeinen aus Grauguß oder Stahl besteht, verwendet man für den Trägerkörper 20While the second object in the form of the machine part is generally made of grey cast iron or steel, 20
der Maßverkörperung hauptsächlich Aluminium, da sich der Trägerkörper mit seinem - insbesondere bei einer gekapselten Positionsmeßeinrichtung - komplizierten Querschnittsprofil am kostengünstigsten durch Strangpressen herstellen läßt.The measuring body is mainly made of aluminum, since the carrier body with its complicated cross-sectional profile - especially in the case of an encapsulated position measuring device - can be manufactured most cost-effectively by extrusion.
Wird nun der Trägerkörper aus Aluminium beispielsweise mittels Schrauben starr am Maschinenteil aus Grauguß oder Stahl befestigt, so kommt es wegenIf the carrier body made of aluminum is rigidly attached to the machine part made of gray cast iron or steel, for example by means of screws,
,Q ihrer sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei Temperaturänderungen, die beim Bearbeitungsvorgang unvermeidlich sind, zu erheblichen Längskräften im Trägerkörper. Diese Längskräfte können Undefinierte Verschiebungen des Trägerkörpers in den Schraubverbindungen bewirken, die Nullpunktsverschiebungen der Maßverkörperung und nichtreproduzierbare Spannungen in der Maßverkörperung und damit Meßungenauigkeiten zur Folge haben.,Q their very different thermal expansion coefficients in the event of temperature changes, which are unavoidable during the machining process, lead to considerable longitudinal forces in the carrier body. These longitudinal forces can cause undefined displacements of the carrier body in the screw connections, which result in zero point displacements of the measuring scale and non-reproducible stresses in the measuring scale and thus measurement inaccuracies.
In der DE-OS 28 53 771 ist eine Positionsmeßeinrichtung beschrieben, bei der ein Trägerkörper in Form eines Gehäuses für die Maßverkörperung und die Abtasteinheit an beiden Enden über zwei Befestige gungselemente mit einem Maschinenteil verbunden ist. Während das eine Ende des Gehäuses direkt mit dem ersten Befestigungselement verbunden ist, ist zwischen dem anderen Ende des Gehäuses und dem zweiten Befestigungselement ein Längenausgleichs-2Q element zur Temperaturkompensation angeordnet, so daß dieses Ende des Gehäuses mit einem translatorischen Freiheitsgrad in Längsrichtung gelagert ist. Diese relativ aufwendige Befestigungsart desDE-OS 28 53 771 describes a position measuring device in which a carrier body in the form of a housing for the measuring body and the scanning unit is connected to a machine part at both ends via two fastening elements. While one end of the housing is connected directly to the first fastening element, a length compensation element for temperature compensation is arranged between the other end of the housing and the second fastening element, so that this end of the housing is mounted with a translational degree of freedom in the longitudinal direction. This relatively complex type of fastening of the
Trägerkörpers für die Maßverkörperung am Maschinenteil bedingt zudem, daß der Nullpunkt der Maßverkörperung am Befestigungspunkt des Trägerkörpers am ersten Befestigungselement liegen muß.The mounting of the carrier body for the measuring standard on the machine part also requires that the zero point of the measuring standard must be at the attachment point of the carrier body on the first fastening element.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Positionsmeßeinrichtung der genannten Gattung den Trägerkörper für die Maßverkörperung in einfacher Weise an das thermische Ausdehnungsverhalten des zugehörigen Objekts anzupassen.The invention is based on the object of adapting the carrier body for the measuring embodiment to the thermal expansion behavior of the associated object in a position measuring device of the type mentioned in a simple manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die vorgeschlagenen Maßnahmen der Trägerkörper für die Maßverkörperung trotz unterschiedlicher thermischer Ausdehungskoeffizienten die gleichen temperaturbedingten Längenänderungen wie das zugehörige Objekt erfährt. Der Trägerkörper mitsamt dem Zusatzträger besitzt somit einen resultierenden thermischen Ausdehungskoeffizienten, der trotz unterschiedlicher Materialien mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zugehörigen Objekts übereinstimmt, so daß temperaturbedingte Meßungenauigkeiten vermieden werden. Da der Trägerkörper und das zugehörige Objekt das gleiche Temperaturverhalten aufweisen, ist die Befestigung des Trägerkörpers an diesem Objekt auf einfache Weise, beispielsweise mittels Schraubverbindungen, problemlos möglich. Zudem kann darüberhinaus der Nullpunkt der Maßverkörperung nach dem jeweiligen Anwendungszweck beliebig gewählt werden.The advantages achieved with the invention are in particular that, thanks to the proposed measures, the carrier body for the measuring embodiment experiences the same temperature-related length changes as the associated object, despite different thermal expansion coefficients. The carrier body together with the additional carrier therefore has a resulting thermal expansion coefficient that, despite different materials, matches the thermal expansion coefficient of the associated object, so that temperature-related measurement inaccuracies are avoided. Since the carrier body and the associated object have the same temperature behavior, the carrier body can be attached to this object in a simple manner, for example using screw connections. In addition, the zero point of the measuring embodiment can be chosen as desired depending on the respective application.
Aus der DE-PS 39 18 490 ist noch eine Maßverkörperung bekannt, die aus einem Grundkörper und aus einem darauf angebrachten Teilungsträger mit einer Teilung besteht und an einem Maschinenteil befe-From DE-PS 39 18 490 a measuring embodiment is known which consists of a base body and a graduation carrier with a graduation attached to it and which is attached to a machine part.
c stigt wird; der Grundkörper und der Teilungsträger besitzen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten. Der Teilungsträger wird mit dem Grundkörper durch eine galvanisch abgeschiedene Zwischenschicht kraftschlüssig verbunden und diec is increased; the base body and the graduation carrier have different thermal expansion coefficients. The graduation carrier is connected to the base body by a galvanically deposited intermediate layer and the
Querschnitte des Teilungsträgers und des Grundkörpers sind so bemessen, daß der resultierende thermische Ausdehungskoeffizient der Maßverkörperung gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Maschinenteils ist.Cross sections of the graduation carrier and the base body are dimensioned such that the resulting thermal expansion coefficient of the measuring body is equal to the thermal expansion coefficient of the machine part.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand 2Q der Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to 2Q of the drawing.
Es zeigenShow it
Figur 1 eine Positionsmeßeinrichtung mit einem ersten Trägerkörper undFigure 1 shows a position measuring device with a first carrier body and
einem Zusatzträger in einer Längsansicht;an additional support in a longitudinal view;
Figur 2 die Positionsmeßeinrichtung nach 3Q Figur 1 in einem Querschnitt;Figure 2 shows the position measuring device according to 3Q Figure 1 in a cross section;
Figur 3 einen zweiten Trägerkörper mit einem Zusatzträger im Querschnitt undFigure 3 a second carrier body with an additional carrier in cross section and
Figur 4 einen dritten Trägerkörper mit einem Zusatzträger im Querschnitt. Figure 4 shows a third carrier body with an additional carrier in cross section.
c In den Figuren 1 und 2 ist eine gekapselte Positionsmeßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier Objekte 1, 2 in einer Längsansicht und in einem Querschnitt dargestellt. An dem ersten Objekt 1 in Form des Bettes einer nicht dargestellten Be-c Figures 1 and 2 show an encapsulated position measuring device for measuring the relative position of two objects 1, 2 in a longitudinal view and in a cross section. On the first object 1 in the form of the bed of a not shown
,Q arbeitungsmaschine ist ein Montagestück 3 mittels Schrauben 4 befestigt, das über einen doppelschwertförmigen Mitnehmer 5 mit einer Abtasteinheit 6 verbunden ist., Q processing machine, a mounting piece 3 is fastened by means of screws 4, which is connected to a scanning unit 6 via a double-sword-shaped driver 5.
An dem zweiten Objekt 2 in Form eines Schlittens dieser Bearbeitungsmaschine ist ein Trägerkörper 7a in Form eines im Querschnitt U-förmigen Gehäuses an beiden Enden mittels jeweils eines Befestigungselementes 8, 9 durch Schrauben 10, 11 befestigt; dieseA carrier body 7a in the form of a housing with a U-shaped cross section is attached to the second object 2 in the form of a carriage of this processing machine at both ends by means of a fastening element 8, 9 by means of screws 10, 11; these
2Q beiden Befestigungselemente 8, 9 bilden den stirnseitigen Abschluß der beiden Enden des Trägerkörpers 7a und sind mit diesen in beliebiger, nicht gezeigter Weise fest verbunden.2Q The two fastening elements 8, 9 form the front end of the two ends of the support body 7a and are firmly connected to them in any manner not shown.
Im Inneren des Trägerkörpers 7a ist auf einem Innensteg 12 mittels einer Klebeschicht 13 eine Maßverkörperung 14 mit einer Teilung geringfügig in Meßrichtung X verschiebbar angeordnet. Die Teilung der Maßverkörperung 14 wird in bekannter Weise vonInside the carrier body 7a, a measuring body 14 with a graduation is arranged on an inner web 12 by means of an adhesive layer 13 and can be moved slightly in the measuring direction X. The graduation of the measuring body 14 is determined in a known manner by
2Q der Abtasteinheit 6 im Inneren des Trägerkörpers 7a abgetastet; der Mitnehmer 5 für die Abtasteinheit 6 greift durch einen von zwei Dichtlippen 15 verschlossenen Längsschlitz 16 des Trägerkörpers 7a hindurch.2Q of the scanning unit 6 inside the carrier body 7a scanned; the driver 5 for the scanning unit 6 reaches through a longitudinal slot 16 of the carrier body 7a closed by two sealing lips 15.
Üblicherweise besteht das zweite Objekt 2 in FormUsually, the second object 2 is in the form
des Schlittens der Bearbeitungsmaschine aus Stahl mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten ac =11 10 K und der Trägerkörper 7a für die Maß-Verkörperung 14 aus Aluminium mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten a^,=22 10 K . Wegen der unvermeidbaren Temperaturänderungen während eines Bearbeitungsvorganges an der Bearbeitungsmaschine erfahren das zweite Objekt 2 und der Trägerkörper 7a aufgrund ihrer unterschiedlichen Ausdehnungs-of the carriage of the processing machine made of steel with a thermal expansion coefficient a c =11 10 K and the carrier body 7a for the dimensional embodiment 14 made of aluminum with a thermal expansion coefficient a^,=22 10 K . Due to the unavoidable temperature changes during a processing operation on the processing machine, the second object 2 and the carrier body 7a experience due to their different expansion
-Q koeffizienten cts_, ct.-, unterschiedliche thermische Längenänderungen, die zu den eingangs geschilderten Undefinierten Verschiebungen in den Schraubverbindungen 10, 11 der beiden Befestigungselemente 8, 9 und damit zu Meßungenauigkeiten führen können.-Q coefficients ct s _, ct.-, different thermal length changes, which can lead to the undefined displacements in the screw connections 10, 11 of the two fastening elements 8, 9 described above and thus to measurement inaccuracies.
Erfindungsgemäß ist daher der Trägerkörper 7a aus Aluminium an seiner Stirnseite 18 mit einem Zusatzträger 17a aus Invar in Form einer Platte starr verbunden, dessen thermischer Ausdehungskoeffizient 2Q aj =1 10" K~ beträgt und sich vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten &agr;&Aacgr;1 des Trägerkörpers 7a stark unterscheidet. Diese starre integrierte Verbindung kann auf beliebige Weise, beispielsweise durch Hartkleben, Nieten oder Schrauben, erfolgen.According to the invention, the carrier body 7a made of aluminum is therefore rigidly connected at its front side 18 to an additional carrier 17a made of Invar in the form of a plate, the thermal expansion coefficient of which is 2Q aj =1 10" K~ and differs greatly from the thermal expansion coefficient α Δ1 of the carrier body 7a. This rigid, integrated connection can be made in any manner, for example by hard bonding, riveting or screwing.
Nach Maßgabe der beiden thermischen Ausdehnungskoeffizienten &agr;.,, &agr;- und der beiden Elastizitätsmodule
E.,, E-. des Trägerkörpers 7a und des Zusatzträgers 17a werden die Querschnitte FAl>
F-2Q
des Trägerkörpers 7a und des Zusatzträgers 17a so bemessen, daß der resultierende thermische Ausdehnungskoeffizient
&agr; des Trägerkörpers 7a mitsamt dem Zusatzträger 17a gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizient
&agr;_. des zugehörigen zweitenAccording to the two thermal expansion coefficients α.,, α- and the two elastic moduli E.,, E-. of the carrier body 7a and the additional carrier 17a, the cross sections F Al > F-2Q
of the carrier body 7a and the additional carrier 17a are dimensioned such that the resulting thermal expansion coefficient α of the carrier body 7a together with the additional carrier 17a is equal to the thermal expansion coefficient α_. of the associated second
Objekts 2 ist, so daß eine thermische Beeinflussung der Meßgenauigkeiten nicht mehr auftreten kann.Object 2, so that a thermal influence on the measurement accuracy can no longer occur.
Mit dem Elastizitätsmodul E ,=70 10 N/mm des Trägerkörpers 7a und dem Elastizitätsmodul E-. =145With the elastic modulus E ,=70 10 N/mm of the carrier body 7a and the elastic modulus E-. =145
3 23 2
10 N/mm des Zusatzträgers 17a ergibt sich bei einem Querschnittsverhaltnis F,-,/F, =2 des Trägerkörpers 7a und des Zusatzträgers 17a der resultierende thermische Ausdehnungskoeffizient &agr; des Trägerkörpers 7a mitsamt dem Zusatzträger 17a:10 N/mm of the additional support 17a, with a cross-sectional ratio F,-,/F, =2 of the support body 7a and the additional support 17a, the resulting thermal expansion coefficient α of the support body 7a together with the additional support 17a is:
FA1 EA1 aAl+FJn EJn aJn F A1 E A1 a Al +F Jn E Jn a Jn
=11,3=11.3
FA1 EAl+FJn EJn F A1 E Al +F Jn E Jn
der somit mit dem thermischen Ausdehnungskoeffi-which is thus related to the thermal expansion coefficient
-6 -1
zienten a_ =11 10 K des zweiten Objekts 2 recht genau übereinstimmt.-6 -1
cient a_ =11 10 K of the second object 2 quite closely.
2Q In Figur 3 ist ein zweiter Trägerkörper 7b gezeigt, der mit einem zweiteiligen Zusatzträger 17b an seinen beiden Seitenflächen 19 starr verbunden ist.2Q Figure 3 shows a second carrier body 7b, which is rigidly connected to a two-part additional carrier 17b on its two side surfaces 19.
Figur 4 zeigt einen dritten Trägerkörper 7c, der in zwei Längsausnehmungen 20 mit einem zweiteiligen Zusatzträger 17c in Form zweier Stangen starr verbunden ist.Figure 4 shows a third carrier body 7c, which is rigidly connected in two longitudinal recesses 20 to a two-part additional carrier 17c in the form of two rods.
Das zweite Objekt 2, der Trägerkörper 7 und der Zu-2Q satzträger 17 können auch andere Materialpaarungen aufweisen.The second object 2, the carrier body 7 and the additional carrier 17 can also have other material pairings.
Der einfache Querschnitt des Zusatzträgers 17 gegenüber dem komplizierten Querschnitt des Trägerkörpers 7 erlaubt eine einfache Fertigung dieses integrierten Verbandes aus Trägerkörper 7 und Zusatzträger 17.The simple cross-section of the additional support 17 compared to the complicated cross-section of the support body 7 allows for simple production of this integrated assembly consisting of support body 7 and additional support 17.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP91107677A EP0513406B1 (en) | 1991-05-11 | 1991-05-11 | Position measuring device |
| DE4121648A DE4121648A1 (en) | 1991-05-11 | 1991-06-29 | POSITION MEASURING DEVICE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9117215U1 true DE9117215U1 (en) | 1997-04-10 |
Family
ID=25905075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9117215U Expired - Lifetime DE9117215U1 (en) | 1991-05-11 | 1991-06-29 | Position measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9117215U1 (en) |
-
1991
- 1991-06-29 DE DE9117215U patent/DE9117215U1/en not_active Expired - Lifetime
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