专利名称：多点构架固定单元型线性位移测定设备及其固定方法
技术领域：
本发明涉及一种多点构架固定单元型线性位移测定设备(a multi-pointframe-fixing unit type linear displacement measuring apparatus)，这种设备被制成使得其构架在不少于三个点的多点处固定到目标机器上，其中所述构架包含有一个主标尺并且沿着长度测定方向延伸，本发明还涉及一种用于固定这种设备的方法。
背景技术：
为了对相对移动的目标机器(移动体)的线性位移量进行检测，以便比如在机床和工业用机器中实现反馈控制操作，通常会使用单元型线性标尺，该标尺比如由铝的细长构架10制成一体，如图1中所示，在所述细长构架10中容置有一个比如由玻璃制成的主标尺，并且一个检测头14可以相对于构架10发生相对移动，该检测头14具有一个连接于其上的滑块，并且包括一个用于对主标尺进行扫描(scanning)的分度尺(an index scale)。
所述单元型线性标尺包括一个所谓的多点构架固定单元型线性标尺，其中铝制构架10比如如图1所示通过固定螺钉被直接固定在目标机器上。
在这种多点构架固定单元型线性标尺中，标尺的固定在不少于三个点的多点处进行(比如五个点)，同时构架10与目标机器(图中省略)的表面接触，从而使得这种标尺具有抵抗诸如振动和撞击这样的外力的优点。这种标尺还具有其它优点，当通过在构架10的整个长度上沿着该构架10以恒定间距设置固定螺钉12而使得标尺固定位置的数目增加时，构架10的谐振频率对其长度的依赖性可以降低至一个很低的水平，其中所述恒定间距比如是200至250毫米。
但是，当使用这样一种方法时，即通过固定螺钉12在所有前述位置处将标尺完全固定起来而将标尺固定在一台主要由铁制成的机床上时，由于铁与铝的线性膨胀系数之间存在差异，所以在螺钉固定位置处会因为温度变化而引起出现热应力。这种热应力会导致构架10以及设置于其内部的主标尺发生变形和扭曲，并且标尺的精确度下降。此外，由于热应力也会出现在螺钉固定位置处，所以构架10上的这些位置会相对于目标机器的表面略微发生滑动，并且所述标尺在长度测定方向上的位置原点稳定性下降。
发明内容
本发明为解决相关现有设备以及所述方法中的这些问题而做出，并且其主旨在于减少热应力的产生，同时相对于诸如振动和撞击这样的外力的优越特性得以保持。
本发明利用一种多点构架固定单元型线性位移测定设备解决了前述问题，这种设备通过将设备在长度测定方向上的某些部分完全固定到目标机器上，并且通过利用衬套在同其一方向上将其某些其它部分弹性固定到目标机器上，而形成为使得其中的构架在不少于三个点的多点处固定在目标机器上，其中所述构架中包含有一个主标尺并且在长度测定方向上延伸，并且在所述衬套与构架之间设置有一个弹性层。
设备中的第一所述部分通过利用多个固定元件被完全固定到目标机器上。
所述衬套上的弹性层的厚度可以被设定为，随着与所述完全固定部分相距更远，其厚度越大。
本发明提供了一种用于固定多点构架固定单元型线性位移测定设备的方法，所述多点构架固定单元型线性位移测定设备形成为使得其构架在不少于三个点的多点处固定在目标机器上，其中所述构架中包含有一个主标尺并且在长度测定方向上延伸，在该方法中，所述构架在长度测定方向上的某些部分被完全固定在目标机器上，而其在长度测定方向上的某些其它部分通过利用衬套而被弹性固定在目标机器上，在所述衬套与构架之间设置有一个弹性层。
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行描述，其中图1是一个透视图，示出了一个多点构架固定单元型线性标尺；图2是一个正视图，示出了本发明第一种实施方式的总体构造；
图3是沿着图2中线III-III的横剖视图；图4是第一实施例的侧视图；图5是图3中V部分的放大剖视图；图6是一个平面视图，示出了在本发明第二种实施方式中完全固定部分和弹性固定部分的排布方式；图7是一个平面视图，示出了在本发明第三种实施方式中完全固定部分和弹性固定部分的排布方式；图8是一个正视图，示出了在本发明第四种实施方式中完全固定部分的排布方式；图9是一个正视图，示出了在本发明第五种实施方式中完全固定部分的排布方式；图10是一个纵向剖视图，用于描述多点固定型线性标尺的一个在前述段落中不会涉及的问题；图11是一个放大剖视图，示出了利用本发明解决在图10中所示问题的状况；图12是一个时序图，示出了在一实施例中的温度变化；图13是一个时序图，比较性地示出了在相关现有线性标尺中与在本发明一实施例中原点的位置变化，该位置变化是在图12中所示的温度变化发生时产生的；而图14是一个简图，比较性地示出了在相关现有线性标尺中和在本发明实施例内的线性标尺中，振动频率与由于振动引起的输出波动之间的关系。
具体实施例方式
下面将参照附图详细地对本发明的实施方式进行描述。
如图2(正视图)、图3(沿着图2中线III-III的横剖视图)以及图4(侧视图)中所示，本发明的第一实施例是一个类似于相关现有线性标尺的多点构架固定单元型线性标尺，其中，构架在长度测定方向上的中部形成为一个完全固定部分20，该完全固定部分20即将通过利用固定螺钉12完全固定到目标机器上，并且如图5中详细示出的那样，其在长度测定方向上的两个端部形成为弹性固定部分30，各个弹性固定部分30即将通过固定螺钉并且通过使用衬套32而被固定，在衬套32与构架10之间设置有一个弹性层34。
比如，衬套32由一种诸如不锈钢这样的金属制成，而弹性层34比如由硅粘结剂或者橡胶基树脂制成。
当温度变化时，构架10相对于中部的完全固定部分20左、右对称地发生膨胀和收缩，其中完全固定部分20如同在相关现有线性标尺中那样被固定起来。在此过程中，由于弹性层34发生变化，所以由弹性固定部分30吸收了构架10在长度方向上的膨胀和收缩部分，从而减少热应力的发生。
由于在衬套32中出现一个用于紧固固定螺钉12的力，所以在构架10与目标机器的接触表面上产生的摩擦力减小。因此，由于温度变化导致的构架10延展行为变得恒定，并且可以降低构架精确度的下降。
由于构架的中部由固定螺钉12完全固定起来，所以由于温度变化所导致的构架10相对于目标机器的滑动减小，并且机械原点相对于长度测定方向的稳定性得以提高。所述机械原点可以通过将完全固定部分20设定在除构架10中部之外的任意位置处而任意设定。
通过改变弹性固定部分30中弹性层34的厚度t、长度L、材料以及在其长度方向上的排布数目，可以调整弹性层34相对于外力的温度特性(延展吸收率)和强度。
当比如在图6中所示第二实施例中那样，在多个特性固定部分30、31被设置在与完全固定部分20相距不同距离的位置处时，在沿长度方向的吸收率较高的位置处(即一个较为远离完全固定部分20的位置处)，弹性层34的厚度t可以明显增大。
在比如总长度为1米或者更长的线性标尺中，如在图7中所示的第三实施例中那样，考虑到所述构架在除其长度方向之外的方向上的强度，完全固定部分20、21可以被成形在两个中点处。在这种情况下，两个中点之间的距离P可以被设定为在这样一个范围(当目标机器由铁制成时最大偏差为30毫米)中不会出现问题，即允许基于温度特性的实际影响减小。此外，还可以如图8中所示的第四实施例中那样，在两个垂直点20、21处将构架10完全固定到目标机器上，或者如图9中所示的第五实施例中那样，在两个斜对点20、21处将构架10完全固定到目标机器上。当构架10如第三至第五实施例中那样在两个点处完全固定在目标机器上时，可以防止构架10发生转动。
可以使得弹性层34具有一个外力衰减功能(阻尼作用)。
当构架10上固定部分的数目对应于其长度而增加时，固定部分之间具有一个恒定的间距(从100毫米至250毫米)。
当构架10在多个点处被完全固定在目标机器上时，如果如图10中所示那样其表面8弯曲延伸，那么存在有这样一种可能性，即构架10也沿着目标机器的表面8弯曲延伸。但是，由于弹性层34发生变形，所以由弹性层34吸收掉了目标机器表面8的这种弯曲延伸，并且防止了构架10发生弯曲延伸。
在图13中示出了在图12中所示温度波动现象发生的情况下，线性标尺上总长度为500毫米的铝制构架10的原点(中部)在长度测定方向上的位置变化。所希望的是，由于温度变化所导致的位置变化为零。但是，在其中构架上的所有固定部分均被完全固定起来的相关现有线性标尺中，会发生由图13中虚线A所示的原点值波动现象。另一方面，在本发明的实施例中，其中构架的一个中部被完全固定同时构架上的其它固定部分通过利用厚度t＝0.15且长度L＝14mm的弹性层34和不锈钢衬套32而弹性固定起来，已经确认该完全固定部分(中部)如图13中实线B所示那样成为一个确定的原点，并且由于构架的延展部分被吸收掉，所以通过利用所述弹性层减少了构架与目标机器表面之间摩擦现象的发生，并且可以减小原点的位置变化。
在图14中示出了对振动频率与由于振动所导致的输出波动之间关系的测试结果。在由虚线示出的相关现有线性标尺的测试结果与由实线示出的根据本发明的线性标尺的测试结果中，谐振区域大约存在于1000赫兹至1250赫兹的波段。但是，在实施例的情况下，外力会在弹性层34的阻尼作用下发生衰减，从而使得铝制构架10的振幅分量变小。结果，输出波动幅减小至一个可以被忽略的水平。也可以通过改变弹性固定部分30、31在构架长度方向上的排布间距，来对谐振区域进行调整。
在这种实施方式中，已经对这样一种情况进行了描述，即构架10由铝制成、衬套32由不锈钢制成并且主标尺由玻璃制成，但是，这些部件的材料并非局限于此。弹性层34的材料也不局限于硅粘结剂或者橡胶基树脂。
根据本发明，热应力可以降低，同时线性标尺相对于诸如振动和撞击这样的外力的强度得以保持。
权利要求
1.一种多点构架固定单元型线性位移测定设备，形成为使得其构架在不少于三个点的多点处固定在目标机器上，所述构架中包含有一个主标尺并且在长度测定方向上延伸，其中所述构架在长度测定方向上的一个部分完全固定在目标机器上，而所述构架在长度测定方向上的某些其它部分，通过利用衬套而弹性固定在目标机器上，在所述衬套与构架之间设置有一个弹性层。
2.根据权利要求1所述的多点构架固定单元型线性位移测定设备，其特中，所述构架在长度测定方向上的一个部分通过利用多个固定元件完全固定在目标机器上。
3.根据权利要求1或2中所述的多点构架固定单元型线性位移测定设备，其中，其设定成与所述完全固定部分相距越远，所述弹性层厚度越大。
4.一种用于固定多点构架固定单元型线性位移测定设备的方法，其中，所述多点构架固定单元型线性位移测定设备形成为其构架在不少于三个点的多点处固定在目标机器上，所述构架中包含有一个主标尺并且在长度测定方向上延伸，该方法为将该设备在长度测定方向上的某些部分完全固定到目标机器上，并且通过利用衬套将该设备在长度方向上的某些其它部分弹性固定到目标机器上，在所述衬套与构架之间设置有一个弹性层。
全文摘要
本发明公开了一种多点构架固定单元型线性位移测定设备，适合于减小热应力，同时设备相对于诸如振动和撞击这样的外力的强度得以保持。设备中的构架在长度测定方向上的某些部分被完全固定在目标机器上，而构架在长度测定方向上的某些其它部分通过利用衬套而被弹性固定在目标机器上，在所述衬套与构架之间设置有弹性层。
文档编号G01D5/245GK1479075SQ0314784
公开日2004年3月3日 申请日期2003年6月25日 优先权日2002年6月25日
发明者川田洋明 申请人:三丰株式会社