专利名称：具有位置测量装置的线性引导系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有测量装置的线性引导系统，所述测量装置用于测量移动导轮相 对于导轨所行进的路径，和/或用于确定所述导轮相对于所述导轨的位置。
背景技术：
从DE 197 42 081中已知一种线性引导系统，所述引导系统具有导轮，所述导轮经 由滚动体而支撑在导轨上并可沿着导轨移动；和测量装置，其用于测量导轮所行进的路 径。所述测量装置包括量尺和测量头，所述测量头具有至少一个传感器以扫描量尺，其 中量尺布置在导轨的面向导轮的表面上，且在导轮中配置腔以用于容纳测量头。所述腔 是凹槽，其基本上配置在导轮的中心，且明确地说配置在导轮的支撑区的中心，且另外 代表通过导轮(与导轨成直角)的开口。这种腔导致线性引导系统的载荷能力、硬度和/ 或使用寿命减小，且由于硬度减小(视作用于导轮上的负荷而定)而损害了测量装置的 测量准确性。从WO 91/16594中已知一种线性引导系统，所述线性引导系统具有可沿着导轨移动 的导轮和用于测量导轮所行进的路径的测量装置，所述测量装置包括布置在导轨上的量 尺和用于扫描量尺的测量头，其中所述测量头设置在单独的外壳中，所述单独的外壳安 装在导轮的端面上(指向导轮的移动方向)。此线性引导系统的缺点是，对于线性引导系 统的移动部分(即，对于导轮和测量头结合含有测量头的外壳)，在移动方向上需要较多 空间(与没有相应测量头的线性引导件相比)，且因此线性引导系统在导轮的移动方向上 的有效行程减小。测量头以及外壳两者均必须相对于导轮以精密公差定位以便确保测量 装置的高度测量准确性。因此，测量装置的安装较复杂且因此较昂贵(通过待安装的个 别零件的数目、通过安装期间将要遵守的公差等来调节)。本发明的目的是避免上述缺点并提供一种线性引导系统，其具有可沿着导轨移动的 导轮并具有角于测量导轮相对于导轨所行进的路径的测量装置；使得导轮连同测量装置 一起可以紧凑的构造形式实施，且可以尽可能小的安装复杂性制造，并使得所述线性引 导系统具有尽可能高的载荷能力和/或硬度。 发明内容通过一种具有根据权利要求1所述的特征的线性引导系统来实现此目的。 根据本发明的线性引导系统包括至少一个导轨；至少一个导轮，其经由滚动体而 支撑在导轨上并可沿着导轨移动；以及测量装置，其用于测量导轮相对于导轨所行进的 路径和/或用于确定所述导轮相对于所述导轨的位置。所述测量装置包括量尺和测量头， 所述测量头具有至少一个传感器以扫描量尺，其中量尺在导轨的纵向方向上延伸并沿着 导轨的面向导轮的支撑区的表面或在所述表面上布置，且在导轮中配置腔以用于容纳测假定导轮由确定用于适应作用于导轮上的负荷的基座体和所有滚动体的全体(且如 果必要，直接需要用于引导滚动体的其它组件)组成。在此关系中，"支撑区"将被视为 基座体的直接位于滚动体之间的部分，且因此由滚动体并经由滚动体而由导轨沿着边缘 支撑。在此关系中，附接到基座体且不用于适应负荷的组件将不被视为导轮的元件。导 轮的硬度基本上由其在支撑区的区域中的硬度决定。之所以根据本发明能实现上述目的是因为腔完全或部分配置在支撑区外部，且测 量头完全或部分布置在腔中，并完全或部分布置在支撑区外部。因为测量头布置在导轮中的腔中，所以导轮可紧凑地构造(关于其在导轮移动方向 上的范围及其构造高度)。另外，腔实现测量头的精确定位(不进行复杂调节)以及测量 头直接附接到导轮(即，没有额外的外壳且/或测量头与导轮之间没有额外的中间零件)。 这简化了导轮结合测量装置的安装并简化了测量头相对于量尺的安装，使得实现测量装 置的高度测量准确性。因为腔完全或部分配置在导轮的支撑区外部，所以导轮的硬度不会或相对很少被腔 削弱(与没有腔的导轮相比)。因此，即使测量头安装在腔中，线性引导系统也具有相对 较高的硬度和相对较高的载荷能力。腔还简化了当扫描量尺时测量头的高度测量准确性 的实现，并提供线性引导系统的尤其长的使用寿命和可靠操作的基础。在根据本发明的线性引导系统的一个实施例中，腔相对于导轮的移动方向布置在导 轮的前端或后端。在此情况下，需用于容纳测量头的腔在许多情况下可配置得尤其小(这 使导轮的硬度(即线性引导系统的硬度)减小尤其小的量)。这在测量头的高度小于导轮 的高度且测量头经构造且导轮中的腔经构造以使得测量头可完全内嵌在导'轮中时，尤其 适用。如果在这些情形下，腔布置在导轮的前端或后端，那么(例如)为了容纳提供测 量头与外部端口之间的连接的电缆(例如，用于电力供应，或用于处理传感器信号)，需 要尤其小量的空间，因为导轮的所述区域中的电缆仅必须引导尤其短的距离(测量头与导轮的前端或后端之间)。视测量头与导轮的末端或边缘之间的距离的大小而定，电缆可 经由尤其短的凹槽(用于引导电缆)或在没有这种凹槽的情况下引出导轮。由于此凹槽 在所有情况下均可减小线性引导系统的载荷能力，所以借助测量头的此种布置避免或至 少实质减少了载荷能力的任何减小。在另一实施例中，腔经配置使得其在导轮的面向远离导轨的一侧具有开口。所述开 口的尺寸可经设计使得测量头可安装在开口中或从导轮的面向远离导轨的所述侧穿过开 口。此外，所述开口可用作电缆连接的通道。这些措施实现测量头的简单安装和移除， 且因此简化了测量头的安装和维护。在另一实施例中，预先采取措施将量尺布置在导轨的面向导轮的表面的边缘上和/或 在此表面的中心区域与所述表面的边缘之间的区域中。在此情况下，量尺分别相对于导 轨的中心轴(在纵向方向上)横向移位。相应地，用于容纳测量头的腔和导轮中的测量 头同样相对于导轨的中心轴横向移位。此变体提供关于测量装置的设计的多个优点。通常，多个孔配置在导轨的中心区域中(明确地说，导轨的面向导轮的支撑区的表 面中)，所述孔用于借助适宜的附接构件(例如，螺钉或铆钉)将导轨附接到底座或附接 到另一基座。在此情况下，如果要确保测量装置的高度测量准确性，那么所述表面的中 心区域中的量尺的布置遭到复杂化。由于孔的较大空间需求的缘故，所以(例如)难以 在表面的整个长度上不中断地配置量尺。如果量尺只是在安装导轨之后就将布置在导轨 上且在任一次拆卸导轨之前将被再次移除，那么所述表面将与导轨的安装(附接到基座) 兼容。前述实施例现提供以下优点即使用于附接导轨的孔存在于导轨的中心区域中，也 可在表面的整个长度上不中断地配置量尺。为此， 一表面可用于所述量尺，所述表面在 一侧通过孔而结合且在另一侧通过导轨的侧边缘而结合。在此情况下，量尺可永久地布 置在导轨上(独立于导轨的任何安装或拆卸)。在前述情况下，导轨的附接具有对于测量装置的测量准确性有重要意义的其它效果。 即，导轨的表面可在各个附接构件的附接期间在所述附接构件附近翘曲。相应地，导轨 的高度变化(视距各个附接构件的距离而定)。此处，高度改变至少发生在轨道侧部，以 及两个附接构件之间的中心处。M过将量尺布置在导轨的边缘处或边缘附近，在前迗实 施例的情况下，实现将量尺配置在导轨的在导轨的任一次安装期间变形尤其小的量的区 域中。在此情况下，量尺在安装期间的状态受到尤其小的影响(如果有的话)。由此实现 测量装置的较高测量准确性。通常，量尺包含多个标记，其每一者代表位置信息条目。关于标记，此处应简单地 认为不同的标记将布置在不同位置。具有这种标记的量尺常规上可以各种方式(例如， 通过用机械和/或磁性和/或光学和/或化学构件处理适宜的材料)实施。
因此，假定讨论中的测量头传感器适宜用于对准各个标记以便实现对量尺的扫描和 由各个标记表示的位置信息条目的记录。依据标记的构成，各种类型的传感器相应地适 用于此目的，例如用于用磁性和/或光学和/或机械和/或电气和/或声学构件扫描标记的传 感器。这种传感器可以非接触的方式(如果必要)扫描量尺，或者可与量尺形成接触以 用于扫描目的。
量尺可具有一个或多个标记磁道，其在每一情况下具有不同功能 一个或多个递增 磁道，和/或包括一个或多个参考标记的参考磁道，和/或具有沿着导轨延伸的绝对代码标 记图案的磁道(即，具有清楚地识别讨论中的位置且针对每一位置编码绝对位置信息的 标记磁道)。讨论中的参考标记在每一情况下清楚地识别特定位置，且因此在每一情况下 表示绝对的位置信息条目。递增磁道包括多个沿着所规定的路径布置的标记，所述标记 彼此分离所规定的距离且不需要保存任何绝对的位置信息。因此，递增磁道上的一系列 标记的扫描供应关于扫描期间行进的路径的信息。
如果量尺具有递增磁道和参考磁道，那么测量装置的传感器可经配置以使得递增磁 道以及参考磁道两者均可用传感器进行扫描。这在以下情况下尤其有利参考标记和递 增磁道的标记布置在共同磁道中或与导轮的移动方向成直角而彼此邻近地安置，使得在 适当布置中传感器可对准参考标记以及递增磁道的标记两者。
或者，测量头可具有用于扫描递增磁道的第一传感器和用于扫描参考标记的第二传 感器。
下文借助所附示意图，阐明本发明的更多细节，且明确地说，阐明根据本发明的线 性引导系统的示范性实施例。附图中
图1展示具有导轨、导轮和测量装置的线性引导系统的第一实施例的透视表示，所 述测量装置包括量尺和用于扫描量尺的扫描装置；
图2展示根据图1的导轨的截面，其具^测量装置的(示意表示的)量尺； 图3展示根据图1的导轮，其具有用于容纳用于扫描量尺的测量头的腔； 图4从另一视角展示根据图1的扫描装置；
图5展示根据图1的量尺的示意表示，其具有参考磁道和递增磁道；图6展示导轨的表面通过附接而翘曲的示意表示(其中以夸示方式表示表面的变形 量级)；图7展示根据图1的导轮，其中表示了支撑区；以及 图8展示线性引导系统的第二实施例的示意表示。
具体实施方式
图1展示根据本发明的线性引导系统1，所述线性引导系统1具有导轨2;导轮3, 其布置在导轨2上并可沿着导轨2移动；和测量装置5，其用于测量导轮3相对于导轨2 所行进的路径和/或用于确定所述导轮3相对于所述导轨2的位置。导轮3经由滚动体而支撑在导轨2上，如结合图7所解释，所述滚动体限定导轮3 的支撑区40。测量装置5包括量尺10和扫描装置20，所述扫描装置20具有用于扫描量尺10的 测量头21。如图1和图2所示，量尺IO配置在导轨2的面向导轮3的支撑区40的(上)表面 2.1上，且明确地说配置在导轨2的边缘2'上。在导轮3的中心区域中具有孔15，用于将 导轨2附接到安装元件(此处未表示)。量尺10实质上需要边缘2'与孔15之间的条带形 表面区域中的空间，且因此可配置为线性量尺，其在导轨2的总长度上延伸(无中断)。量尺10在本实施例中经配置以使得光学传感器能够对其进行扫描。或者，不言自明， 在本发明的情境下也有可能实施量尺10以使得其适用于另一扫描方法，例如用于机械扫 描过程、磁性扫描过程或甚至声学扫描过程。图3详细展示导轮3 (没有滚动体和用于滚动体的引导件)。导轮3以常规方式配置。 在其表面上，即在导轮3的上表面上，存在腔25，其用于容纳测量头21。腔25作为凹 槽26而配置在第一 (上)层中。位于下方_一因此可以说是在第二层中，腔可再次被辨 认为孔27，但不是通过导轮3的孔。在本实施例中，腔25的双层设计一方面与测量头 21的预期形状匹配，且另一方面导致导轮3结合测量头21的最佳稳定性。事实上已证 实，在向下方向上敞开的腔中布置测量头21的不利于线性引导系统的稳定性。为了能用测量头21对量尺10进行光学扫描，腔25包含不通过导轮3的其它孔28。 孔28维持得尽可能小以便确保导轮3的高度机械稳定性'。导轮3此外还具有4个螺纹孔 41,以便能够将负荷附接到导轮3，所述负荷将用线性引导系统l进行引导。图4展示扫描装置20的细节。此扫描装置20包括测量头21，其由光学传感器30和传感器附接元件34组成，所述传感器附接元件34的外轮廓与凹槽26的形状匹配；电源36，其经由电缆38 (或者经由印刷电路板)与测量头21连接，且另外可连接 到(未表示的)控制单元， 一方面以便确保将能量供应到测量头21，且另一方面以便实 现测量头21与控制单元之间的控制与测量信号的交换。传感器30包括用于量尺10的照明的(未表示的)光源、用于对准从量尺IO后方散 射的光的光学检测器，和用于处理检测器信号的电子电路，其实现对量尺IO上的标记的 对准。来自测量头21的输出信号最终可由控制单元转换成指示导轮3相对于导轨2所行 进的路径和/或导轮3相对于导轨2的即时位置的数据。如图2和图5所示，量尺IO包括具有大量(等距)标记11'的平行于表面2.1的边缘 2'延伸的递增磁道11，和具有参考标记12的参考磁道。在本案例中，参考标记12布置 在递增磁道11旁。测量头21布置在导轮3上以使得测量头21可扫描参考磁道的标记12 和递增磁道11的标记ll'两者。在本案例中，参考标记12布置在两个孔15之间的导轨2的中心区域中(大致处于 中心)。此布置对于并不显著宽于孔的直径且因此提供很少空间用于布置量尺10的窄导 轨2来说尤其恰当。图6清楚地说明此布置的其它优点。图6针对导轨2通过附接构件16 (例如，螺钉) 附接到基座(未表示)的情况展示导轨2的横截面。由于附接的缘故，导轨2的表面(表 面2.1)可变形，尤其是在孔15和/或附接构件16附近(图6中以夸示方式表示相应变 形)。此处，导轨的高度至少在边缘2.1处，且还在两个孔15之间的中间位置出现相应的 改变。通过将量尺10布置在边缘2.1附近，可实现量尺(明确地说，递增磁道11的标记 ll'的空间位置)受到附接尤其少量的影响。上述情况也适用于布置在两个孔15之间的中 间位置的参考标记12。因此，所述措施导致测量装置5的较高的测量准确性。为了利用此优点，不必将量尺10直接布置在边缘2.1上。通常，如果量尺10距导 轨2的边缘2.1的距离小于导轨2的宽度的25%,则可明显体会到所述优点。图7以平面图表示线性引导系统1,且明确地说展示测量头21的布置以及腔25相 对于导轮3的支5f区40的相应布置(导轮3的形成支撑区40的区^在图7中由虚线矩 形表示)。导轮3常规上经由使滚动体45 (例如，球)循环(围绕闭合磁道)而支撑在 导轨2的边缘2'上，且在导轨2的纵向方向上被引导。导轮3在相对侧具有第一滚动体 循环46和第二滚动体循环47。滚动体循环46和47的用于在导轨2上支撑导轮的那些滚动体45可经受作用于导轮 3上的负荷，且因此支撑导轮(同时其它滚动体不以支撑的方式起作用)。导轮3的直接 位于支撑滚动体之间的区域形成支撑区40。在本案例中，支撑区40形成导轮3的子区 域。如图7所示，腔25完全或部分配置在支撑区40外部，且测量头21布置在腔25中， 完全或部分处于支撑区40外部。如已解释，这有利于线性引导系统1的载荷能力、硬度 和使用寿命。图8展示具有导轨61和经由滚动体65 (例如，球)而支撑在导轨61上的导轮62 的线性引导系统60。为了测量导轮62相对于导轨61所行进的路径，提供根据图l和图 4的测量装置5，其中在图8中，仅表示测量装置5的测量头21和量尺10的截面。与线 性引导系统l相反，线性引导系统62的滚动体65不形成任何滚动体循环。实际上，滚 动体65沿着导轨61的相对边缘布置成两排66和67,并保持在常规(未表示的)的支 撑架中，使得邻近的滚动体65在每一情况下均分开规定的距离。导轮62的直接位于排 66和67的滚动体之间的区域形成导轮62的支撑区70 (在图8中由虚线矩形识别)。与 线性引导系统l相反，在线性引导系统60的情况下，如果导轮62在导轨61的纵向方向 上移动，则支撑区70的位置相对于导轮62改变。根据图8，测量头21布置在导轮62 中的腔(不可见)中，处于导轮61的一端处，使得所述腔(独立于导轮62的位置)完 全或部分配置在支撑区70外部，且测量头21布置在腔中，完全或部分处于支撑区70外 部。由此产生与线性引导系统1的情况相同的优点。在本发明的情境中，导轮3和/或62可通过除滚动体以外的构件，例如经由滑动表 面和/或滑动支撑件，而支撑在各自导轨上。
权利要求
1.一种线性引导系统(1、60)，其具有至少一个导轨(2、61)；至少一个导轮(3、62)，其经由滚动体(45、65)而支撑在所述导轨上并可沿着所述导轨移动；以及测量装置(5)，其用于测量所述导轮相对于所述导轨所行进的路径和/或用于确定所述导轮相对于所述导轨的位置，所述测量装置包括量尺(10)和测量头(21)，所述测量头(21)具有至少一个传感器(30)以用于扫描所述量尺，其中所述量尺在所述导轨的纵向方向上延伸，并沿着所述导轨的面向所述导轮的支撑区(40、70)的表面(2.1)或在所述表面(2.1)上布置，且在所述导轮(3)中配置用于容纳所述测量头(21)的腔(25)，所述线性引导系统(1、60)的特征在于，所述腔(25)完全或部分配置在所述支撑区(40、70)外部，且所述测量头(21)完全或部分布置在所述腔(25)中，并完全或部分布置在所述支撑区(40、70)外部。
2. 根据权利要求l所述的线性引导系统，其中所述腔(25)相对于所述导轮的所述移动方向布置在所述导轮(3、 62)的前端 或后端。
3. 根据权利要求1或2所述的线性引导系统，其中所述腔(25)在所述导轮(3)的面向远离所述导轨(2)的一侧具有开口 (26、 27、 28)。
4. 根据权利要求1到3中任一权利要求所述的线性引导系统，其中所述量尺(10)具有 一个或多个递增磁道(11)，和/或具有一个或多个参考标 记(12)的参考磁道，和/或具有沿着所述导轨延伸以用于对绝对位置信息进行编码 的绝对代码标记图案的磁道。
5. 根据权利要求4所述的线性引导系统，其中所述测量头(21)包括传感器(30)，所述传感器(30)经布置以使得可用所述 传感器(30)来对准所述递增磁道(11)和所述参考磁道两者。
6. 根据权利要求4所述的线性引导系统，其中所述测量头(21)包括用于扫描所述递增磁道(11)的第一传感器和用于扫描所 述参考磁道的第二传感器。
7. 根据权利要求4-6所述的线性引导系统，其中所述量尺布置在所述表面(2.1)的边缘(2')处，和/或布置在所述表面(2.1)的中心区域(15)与所述表面(2.1)的边缘(2')之间。
8. 根据权利要求7所述的线性引导系统，其中所述量尺(10)距所述边缘(2')的距离小于所述导轨(2)的宽度的25%。
9. 根据权利要求7或8中任一权利要求所述的线性引导系统，其中所述导轨孔(15)的中心区域经配置以用于附接所述导轨(2、 61)。
10. 根据权利要求4和9所述的线性引导系统，其中至少一个参考标记(12)布置在两个孔(15)之间。
全文摘要
本发明揭示一种线性引导系统(1)，所述线性引导系统(1)包括至少一个导轨(2)；至少一个导轮(3)，其支撑在所述导轨上并可沿着所述导轨移动；以及装置(5)，其用于测量所述导轮相对于所述导轨所行进的距离和/或确定所述导轮相对于所述导轨的位置。所述测量装置(5)涵盖量尺(10)和测量头(21)，所述测量头(21)具备至少一个传感器以用于扫描所述量尺(10)。所述量尺在所述导轨的纵向方向上延伸，同时沿着所述导轨(2)的面向所述导轮(3)的支撑区(40)的表面(2.1)或在所述表面(2.1)上布置。用于容纳所述测量头的腔(25)包含在所述导轮中。所述腔(25)完全或部分配置在所述支撑区(40)外部，同时所述测量头(21)完全或部分设置在所述腔(25)中，并完全或部分设置在所述支撑区(40)外部。
文档编号B23Q17/22GK101238356SQ200680024682
公开日2008年8月6日 申请日期2006年6月26日 优先权日2005年7月6日
发明者卢茨·拉蒙纳特, 恩斯特·米施勒, 汉斯-马丁·施内贝格尔 申请人:施内贝格尔控股公司