專利名稱：帶有緊固在支架處的量尺的組件和用于將量尺保持在支架處的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
為了測(cè)量?jī)蓚€(gè)機(jī)械零件的相對(duì)位置，可將量尺(Massstab)緊固在機(jī)械零件中的一個(gè)處，并且將探測(cè)單元緊固在可相互運(yùn)動(dòng)的機(jī)械零件中的另一個(gè)處。在位置測(cè)量時(shí)，由探測(cè)單元來(lái)探測(cè)量尺的測(cè)量刻度(Messteilimg)，并且產(chǎn)生取決于位置的探測(cè)信號(hào)。
背景技術(shù)：
將量尺緊固在支架處的一種可能性在文件DD 229 334 Al中進(jìn)行描述。在此，量尺通過(guò)氣動(dòng)的吸附被壓到支架處。為了吸附，在測(cè)量刻度外面設(shè)置有吸附通道，其應(yīng)利用恒定的壓力將量尺在它的整個(gè)長(zhǎng)度上擠壓到支架處。在此問(wèn)題為，在將量尺安放在支架上時(shí)，連接可輕易地通過(guò)在量尺與支架之間的間隙中的污物或空氣氣泡形成被干擾。該干擾導(dǎo)致了量尺的測(cè)量刻度的時(shí)間上和地點(diǎn)上的長(zhǎng)度變化，由此再次造成在位置測(cè)測(cè)量時(shí)的測(cè)量誤差。對(duì)于相對(duì)大面積的量尺，該問(wèn)題加強(qiáng)地出現(xiàn)。在文件EP 1 783 463 Al中闡述了借助于研合(Ansprengen)的量尺緊固。對(duì)于大面積的研合存在該問(wèn)題，即因?yàn)樗砷_(kāi)會(huì)傳播，所以接觸面中的干擾可松開(kāi)整個(gè)研合。為了阻止研合的連接的大面積的松開(kāi)，根據(jù)文件EP 1 783 463 Al接觸面被劃分為許多小的彼此相間隔的接觸面。通過(guò)該構(gòu)造，雖然可確保量尺在支架上的可靠的緊固，但是無(wú)應(yīng)力的并且在整個(gè)測(cè)量刻度平面上均勻的壓力因此僅僅是難以實(shí)現(xiàn)的。在文件EP 1 783 463 Al中指出，通過(guò)量尺的氣動(dòng)的吸附可引入研合到支架處。未說(shuō)明在位置測(cè)量裝置的測(cè)量操作中量尺通過(guò)氣動(dòng)的吸附保持在支架處。同樣未提出用于氣動(dòng)的吸附的結(jié)構(gòu)上的措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是規(guī)定一種帶有緊固在支架處的量尺的組件，其中，量尺關(guān)于長(zhǎng)度變化被穩(wěn)定地保持在支架處。此外，量尺應(yīng)在每個(gè)部位處利用盡可能恒定的壓力以及無(wú)漂移地保持在支架處。本目的通過(guò)在權(quán)利要求1中所說(shuō)明的組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此，量尺通過(guò)二維分布布置的并彼此相間隔的支撐部(Unterstuetzimg)支撐在支架處。支撐部處于直接面對(duì)限定測(cè)量區(qū)域的測(cè)量刻度并且以相互間的中心距來(lái)布置， 中心距小于量尺的厚度。此外，支撐部這樣構(gòu)造，即通過(guò)支撐部與量尺之間和/或支撐部與支架之間的研合的連接至少在量尺的測(cè)量區(qū)域中被阻止。為了產(chǎn)生在量尺與支架之間的空間中的均勻的低壓，該空間通過(guò)密封器件與周圍氣密地密封。通過(guò)研合的連接可通過(guò)多個(gè)措施被阻止。這些措施中的一個(gè)是，支撐部與量尺之間和/或支撐部與支架之間的相接觸的表面區(qū)域具有如此高的粗糙度，使得該粗糙度阻止了這些表面區(qū)域之間通過(guò)研合的連接。尤其地，相接觸的表面中的至少一個(gè)的粗糙度大于lnm。這些表面區(qū)域也可具有阻止研合的覆層、尤其金屬的覆層或疏水作用的覆層。用于阻止研合的另一措施為，量尺的支撐部這樣構(gòu)造，使得它們僅點(diǎn)狀地接觸對(duì)應(yīng)面。本發(fā)明的另一目的為規(guī)定一種用于將量尺固定在支架處的方法，由此量尺關(guān)于在長(zhǎng)度變化被穩(wěn)定地、并在每個(gè)位置處利用盡可能恒定的壓力以及無(wú)漂移地保持在支架處。本目的通過(guò)在權(quán)利要求13中所說(shuō)明的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其它有利的構(gòu)造在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)施加盡可能大的均勻的表面力作為保持力，通過(guò)本發(fā)明氣動(dòng)的吸附的可實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)被充分利用，同時(shí)，通過(guò)設(shè)置多個(gè)彼此分開(kāi)的支撐部，避免了大面積的接觸的缺點(diǎn)。(也大面積的量尺的)表面的平整度保持不變或不受干擾，這是因?yàn)楦蓴_的介質(zhì)可沉積在通過(guò)彼此相間隔的支撐部所形成的空間中。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的措施，避免了在測(cè)量刻度平面中的短期的長(zhǎng)度誤差并確保高的測(cè)量精度。在測(cè)量操作中量尺穩(wěn)定地緊固在支架處，這意味著在測(cè)量方向以及垂直于測(cè)量刻度平面上的高的剛度。通過(guò)本發(fā)明，與研合相比確保了，通過(guò)氣動(dòng)的吸附所產(chǎn)生的保持力在量尺的整個(gè)面上均勻地構(gòu)造。這由此實(shí)現(xiàn)，即避免了在量尺與支架之間的接觸面處的研合。因此現(xiàn)在還給出了該優(yōu)點(diǎn)，即接觸面不必高精度地來(lái)加工，而磨削的表面就足夠。


根據(jù)附圖詳細(xì)地闡述本發(fā)明的實(shí)施例。其中圖1在橫截面中顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的保持在支架處的量尺；圖2顯示了根據(jù)圖1的組件的俯視圖；圖3顯示了根據(jù)圖1中的組件的量尺的底視圖。圖4顯示了帶有第二示例的緊固在支架處的量尺的支架的橫截面，以及圖5顯示了根據(jù)圖4的組件的俯視圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖1至3闡述了本發(fā)明的第一實(shí)施例。在此示出了帶有測(cè)量刻度11的由玻璃或玻璃陶瓷(例如微晶玻璃(ZER0DUR))制成的量尺1。刻度11為遞增的刻度，其在位置測(cè)量時(shí)在測(cè)量方向X上由未示出的用于產(chǎn)生取決于位置的探測(cè)信號(hào)的探測(cè)單元來(lái)探測(cè)?？潭?11可為反射性的振幅光柵或相位光柵，其以已知的方式用于高精度的干涉的位置測(cè)量。量尺1在該位置測(cè)量期間通過(guò)氣動(dòng)的吸附被保持在支架2處。氣動(dòng)的吸附意味著通過(guò)真空的夾緊，也稱為真空夾持。該支架2優(yōu)選地由具有與量尺1相同的膨脹系數(shù)的材料制成。量尺1和支架2在0°至50°的溫度范圍中的平均的熱膨脹系數(shù)α優(yōu)選地在使用帶有所謂的零膨脹的玻璃(如微晶玻璃，SITAL和ULE)時(shí)小于0. IxKr6IT1,而在使用金屬(例如鐵鎳合金)時(shí)小于Ι.δχΙΟ Λ在量尺1的面向支架2的表面上構(gòu)造有突起12。該突起12 二維空間分布地布置，或者幾何上均勻地分布或者統(tǒng)計(jì)分布在規(guī)則的光柵中。突起12以小于量尺1的厚度的相互間的中心距A來(lái)布置。尤其地，突起12以小于量尺1的厚度的1/10的相互間的中心距 A來(lái)布置。必須在突起12的二維的分布的每個(gè)部位處、而至少在測(cè)量區(qū)域M內(nèi)部滿足該條件。測(cè)量區(qū)域M通過(guò)測(cè)量刻度11的區(qū)域來(lái)限定，其被用于高精度的位置測(cè)量。量尺1的厚度為測(cè)量刻度平面E(測(cè)量刻度11處于其中)與支架2的支承面21之間的距離。通過(guò)該措施確保了，所有的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力(其通過(guò)緊固被引入)如此地在空間上為高頻的，即它們?cè)诹砍?的厚度D上減小并且在測(cè)量刻度平面E中不引起長(zhǎng)度誤差。通過(guò)直接面對(duì)測(cè)量刻度11的支撐部，量尺1在測(cè)量操作中穩(wěn)定地緊固在支架2處，這意味著在測(cè)量方向X上以及垂直于測(cè)量刻度平面E的高剛度。突起12的高度H以有利的方式大于20 μ m，有利的值尤其為50 μ m至200 μ m。用于量尺1的厚度D的典型的值為1至15mm。突起12形成二維分布布置的并彼此相間隔的對(duì)量尺1的支撐部。量尺1的突起12的接觸支架2的表面121和/或支架2的接觸突起12的支承面 21具有如此高的精度，使得它阻止了這些表面區(qū)域121、21之間通過(guò)研合的連接。尤其地， 這些接觸的表面121、21中的至少一個(gè)的粗糙度大于lnm。突起12的在圖3中作為量尺的底視圖示出的二維的空間上的分布這樣實(shí)現(xiàn)，即在突起12之間產(chǎn)生開(kāi)口通道，其伸至吸附通道4。通過(guò)該措施，空氣可在量尺1的整個(gè)面上通過(guò)開(kāi)口通道被均勻地抽吸，這保證了量尺1的好的平整性并且通過(guò)氣動(dòng)的吸附所產(chǎn)生的保持力可均勻地作用在整個(gè)面上，使得量尺1在每個(gè)部位處以至少近似相等的力被擠壓到支架2的支承面21處。如在圖3中所示意性地示出的那樣，突起12可具有方的形狀，但它也可具有其它的形狀，例如柱形。顯示了，處于量尺1與支架2之間的空間中的顆粒的大顆粒(其會(huì)干擾量尺1的平整性)具有直至20μπι的尺寸。出于該原因，當(dāng)開(kāi)口通道具有至少20μπι的寬度B、即突起12的支承面121的相互間的邊緣距離至少為20μπι時(shí)，是有利的。為了產(chǎn)生足夠的保持力，突起12的支承面的線性的膨脹應(yīng)明顯地小于中心距Α。在量尺1與支架2之間的空間通過(guò)密封器件3與周圍密封。密封器件3這樣設(shè)計(jì)和布置，即通過(guò)它不產(chǎn)生不穩(wěn)定的干擾力，尤其應(yīng)避免橫向力。在所示出的第一示例中，密封器件3為密封材料(Dichtmasse)?？蓱?yīng)用高粘度的液體、硅酮、塑形粘土(Knetmasse)、環(huán)氧樹(shù)脂、粘合劑或膠帶作為密封材料。在使用液體作為密封器件時(shí)，它應(yīng)具有大于lOONs/m2的粘度。代替密封膠也可應(yīng)用例如由塑料(諸如特氟隆(Teflon)或丁苯橡膠)制成的密封唇。密封器件也可為固定的圍繞的接片，構(gòu)造或安裝在量尺1處和/或在支架2處或者作為以中間元件的形式的單獨(dú)的零件來(lái)安裝。如果密封器件構(gòu)造在支架2處和/或在量尺1處，那么它以有利的方式利用與突起12相同的制造工藝來(lái)生產(chǎn)。密封器件3也可接合到量尺1和/或支架2的槽中。氣動(dòng)的吸附通過(guò)通向吸附通道4的開(kāi)口 22來(lái)實(shí)現(xiàn)。吸附通道4在測(cè)量刻度11外部、圍繞測(cè)量區(qū)域M并尤其環(huán)繞地布置。在測(cè)量區(qū)域M外部意味著在測(cè)量刻度1的用于高精度的位置測(cè)量的區(qū)域外部。此外，吸附通道4布置在借助于密封器件3密封的空間內(nèi)部、在量尺1中和/或在支架2中。在量尺1與支架2之間的空間密封充分并在吸附通道4的橫截面足夠大的情況下，甚至對(duì)于在密封器件3中的小漏口不產(chǎn)生吸附通道4中的干擾的壓力下降。由此確保在量尺1與支架2之間的空間中也構(gòu)造了均勻的低壓。因此一方面有利的是，吸附通道4的橫截面顯著地大于在操作中最大產(chǎn)生的漏口。由此避免了在量尺1 與支架2之間的空間中的壓力下降。另一方面有利的是，吸附通道4與測(cè)量區(qū)域M相間隔地布置，其中，該距離F應(yīng)大于量尺1的厚度D。由此，盡管如此通過(guò)吸附通道4被導(dǎo)入的干擾通過(guò)側(cè)向的距離F被減小并且不到達(dá)測(cè)量平面E。優(yōu)選地，吸附通道4的寬度K相對(duì)于量尺1的厚度D狹窄，以便在任何情況中只產(chǎn)生空間上高頻的應(yīng)力，其再次在量尺1的厚度D 上朝向測(cè)量刻度平面E被很好地抑制。為了實(shí)現(xiàn)吸附通道4的必需的大的橫截面，它必須實(shí)施以相應(yīng)的深度T。當(dāng)在吸附通道4外部也布置有例如以突起12的形式的支撐部時(shí)，是有利的，如在圖3示意性地示出的那樣。由此可避免在量尺1的邊緣處的彎曲應(yīng)力。因此在密封的空間中產(chǎn)生的最終壓力典型地處于100至800mbar的范圍中，其中， 壓力關(guān)于時(shí)間的變化小于2mbar。在上面所示出的例子中，彼此相間隔的突起12以栓釘(Noppe)的形式一體地構(gòu)造在量尺1處。通過(guò)突起12的區(qū)域被覆蓋并且圍繞突起12周圍的材料被蝕掉，它們優(yōu)選地通過(guò)已知的結(jié)構(gòu)化方法來(lái)制造。替代地或附加地，突起也可構(gòu)造在支架2處。構(gòu)造在量尺1處或支架2處的突起12也可通過(guò)其它的蝕刻方法(例如鋸、銑削、 輻射加工或激光加工)來(lái)制造。支撐部也可由獨(dú)立的穩(wěn)定的間隔元件形成，間隔元件被引入在量尺與支架之間。 這些間隔元件可由施加在量尺或支架上的并且結(jié)構(gòu)化的層構(gòu)成。它們也可構(gòu)造成獨(dú)立的可手工操作的零件(尤其以結(jié)構(gòu)化的中間層或中間板的形式)，其可為穿孔的金屬箔。支撐部的使用是特別有利的，其點(diǎn)狀地接觸量尺，以便由此可靠地阻止局部的研
I=I O使用球體12. 2作為用于量尺1. 2的支撐部是有利的，如在根據(jù)圖4和5的第二實(shí)施例中示意性示出的那樣。球體12. 2至少在量尺1. 2在支架2. 2處完成裝配的狀態(tài)中通過(guò)保持器件13不可挪移地固定在支架2. 2處的它的位置中。不可挪移在此一方面意味著， 它的位置相對(duì)于支架2. 2不可改變，并且另一方面它為不可旋轉(zhuǎn)的。氣體12. 2尤其具有在20 μ m與200 μ m之間的直徑H2，并且以有利的方式由具有與量尺1. 2相同的膨脹系數(shù)的材料制成。以層的形式的保持器件13以有利的方式用于將球體12. 2無(wú)漂移地固定在量尺1. 2處或支架2. 2處，球體12. 2局部地穩(wěn)定地結(jié)合在層中。該層例如為光阻O^otoresist)、聚合物或箔并且具有為球體12.2的直徑!12的分?jǐn)?shù) (Bruchteil)的厚度，典型地為0. 2至2 μ m。在圖5中在俯視圖中示出了量尺1. 2的二維的測(cè)量刻度11. 2。為了能更好地示出在量尺1. 2與支架2. 2之間的球體12. 2的二維分布的布置，在視圖的一部分中刪去了量尺 1. 2。為了實(shí)現(xiàn)量尺1. 2與支架2. 2之間的空間的所要求的密封，在該示例中使用了以箔形式的密封唇3. 2。密封唇3. 2 一方面緊固在量尺1. 2處，而另一方面接合到支架2. 2的槽5中。該密封唇3. 2這樣接合到支架2. 2的槽5中，即密封唇3. 2的指向內(nèi)的面貼靠在槽5的內(nèi)部的分界面51處。該分界面51與密封唇3. 2的走向齊平，其中該走向垂直于測(cè)量刻度平面E2取向。在密封的空間內(nèi)部再次布置有吸附通道4. 2，其根據(jù)第一實(shí)施例來(lái)定義尺寸。功能上起相同作用的元件以及尺寸標(biāo)記在第二實(shí)施例的附圖中設(shè)有與在第一實(shí)施例中相同的參考標(biāo)識(shí)，僅補(bǔ)充以腳注“2”。
權(quán)利要求
1.一種帶有保持在支架(2,2. 處的量尺(1,1. 的組件，其中，所述量尺(1，1.2) 具有測(cè)量刻度(11，11. 2)，并且所述量尺(1,1. 通過(guò)氣動(dòng)的吸附保持在所述支架(2，2. 2) 處，其中，所述量尺(1，1. 2)通過(guò)二維分布地布置的并彼此相間隔的支撐部(12，12. 2)支撐在所述支架(2，2. 2)處，所述支撐部(12，12. 2)面對(duì)限定測(cè)量區(qū)域(M，iC)的所述測(cè)量刻度(11， 11.2)地并以相互間的中心距(A，A2)來(lái)布置，所述中心距(A，A2)小于所述量尺(1，1.2) 的厚度(D，D2)；所述支撐部(12，12. 2)這樣構(gòu)造，即通過(guò)所述支撐部(12，12. 2)與所述量尺(1，1.2) 之間和/或所述支撐部(12，12. 2)與所述支架(2，2. 2)之間的研合的連接至少在所述量尺 (1,1.2)的測(cè)量區(qū)域(M，M2)中被阻止；在所述量尺(1,1. 與所述支架(2，2. 2)之間的空間通過(guò)密封器件(3，3. 2)與周圍密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，在所述支撐部(1 與所述量尺(1)之間和/或在所述支撐部(1 與所述支架( 之間相互接觸的表面區(qū)域(121，21)具有如此高的精度，使得它阻止通過(guò)所述表面區(qū)域(121，21)之間的研合的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述支撐部(12. 點(diǎn)狀地接觸所述量尺 (1. 2)和/或所述支架(2. 2)，使得通過(guò)研合的連接被阻止。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，所述支撐部(12,12. 這樣布置和構(gòu)造，即它們形成帶有至少20 μ m的高度(H，H2)和至少20 μ m的相互間的邊緣距離 (B, B2)的相互間的自由空間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，支架(2，2.2)和量尺(1，1.2) 的材料具有相同的熱膨脹系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件，其特征在于，所述支架(2，2.2)和所述量尺(1，1.2)的膨脹系數(shù)小于1. ^clO-6K-1,優(yōu)選地小于0. IxlO-6K-1。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，所述氣動(dòng)的吸附通過(guò)至少一個(gè)吸附通道(4，4. 2)實(shí)現(xiàn)，所述吸附通道(4，4. 2)布置在所述測(cè)量區(qū)域(M，M2)外部。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，在所述量尺(1)處或在所述支架( 處一體地構(gòu)造有在二維的光柵中的突起(12)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，所述支撐部為間隔元件，其構(gòu)造在結(jié)構(gòu)化的中間層中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，所述支撐部為球體 (12. 2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其特征在于，所述球體(12.2)通過(guò)保持器件(13)不可挪移地保持在它的位置中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，所述保持器件為布置在所述支架(2.2) 或所述量尺(1.2)上的層(13)，所述球體(12. 2)嵌入到所述層(13)中，其中，所述層(13) 的厚度尤其為所述球體(12. 2)的直徑(H2)的分?jǐn)?shù)。
13.一種用于在用于位置測(cè)量的量尺(1，1.2)的測(cè)量刻度(11，11. 2)的探測(cè)期間將所述量尺(1，1. 2)保持在支架(2，2. 2)處的方法，其中，在位置測(cè)量期間的所述保持通過(guò)所述量尺(1，1.2)氣動(dòng)地吸附到所述支架(2，2. 2)處來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，所述量尺(1,1. 通過(guò)二維分布地布置的并彼此相間隔的支撐部(12，12. 2)來(lái)支撐， 所述支撐部(12，12. 2)布置成面對(duì)所述測(cè)量刻度(11,11. 并且具有相互間的中心距(A， A2)，其小于所述量尺(1,1.2)的厚度(D，D2)；通過(guò)所述支撐部(12，12. 2)與所述量尺(1，1. 2)之間和/或所述支撐部(12，12. 2)與所述支架(2，2.2)之間的研合的連接至少在所述量尺(1，1.2)的測(cè)量區(qū)域(M，M2)中被阻止；通過(guò)所述氣動(dòng)的吸附產(chǎn)生了作用在所述量尺(1，1. 2)與所述支架(2，2. 2)之間的空間中的保持力，其中，所述空間通過(guò)密封器件(3，3. 2)與周圍密封。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，一種量尺(1)通過(guò)氣動(dòng)的吸附保持在支架(2)處。量尺(1)借助于二維分布地布置的并彼此相間隔的支撐部(12)固定在支架(2)處，其中，支撐部(12)具有小于量尺(1)的厚度(D)的相互間的中心距(A)。
文檔編號(hào)G01D5/347GK102388296SQ201080016908
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者J·魏德曼, P·斯佩克貝歇爾, W·霍爾扎普費(fèi)爾 申請(qǐng)人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司