专利名称：转动标尺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于度量标尺读数器的转动标尺。
背景技术：
用于测量两物体相对位移的度量标尺读数器的一种已知形式，是一个物体上带有标尺，另一物体带有定义模式的标尺刻度和读数头。在光电标尺读数器中，读数头包括了用于为标尺照明的光源，用于与反射自标尺刻度的光线相互作用以在读数头上产生干涉条纹的周期衍射装置标尺刻度。标尺和读数头的相对移动使干涉条纹相对于读数头移动。检测装置对条纹的移动做出响应，给出位移测量结果。度量标尺读数器的另一种类型包括了磁性标尺读数器，其中标尺包括磁性光栅，并且其中，读数头每个单位位移的脉冲信号用于确定测量值。
这种装置的一个实例公开于EP-A-0207121中和US-A-4974962。它们各示出读数头中用于为标尺照明的装置和周期衍射装置。US-A-4926566中公开了一种制造标尺的方法，所述标尺为卷制的柔性带形式。此方法可以制造出其上的标尺刻度间距为例如20μm或40μm的标尺。
为测量转动位移，标尺绕圆柱面设置，所述圆柱面在使用中与轴或其它与读数头相关的转动部分共同转动。这种装置典型地被称为转动编码器。
在欧洲专利申请1094302中公开了一种转动编码器，其中使用一个环来将一定长度的金属带形式的金属标尺保持在外表面上。该环套在机器的转动部件上。环的内圆周表面和其上设置该环的机器的转动部件都是锥形的。这样就不需要环直径和转动部件之间的闭合公差。此外，还实现了对环心的调节。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种应用于标尺读数器的转动环，所述转动环包括一个柔性环，该柔性环在其表面上设置有标尺刻度。
本发明的第二方面提供了一种把应用于标尺读数器的转动环安装在机器部件上的系统，包括如权利要求1所述的转动环及所述机器部件上的协作装置，所述协作装置包括一个增大直径区域。
本发明的第三方面包括一种将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，所述部件有一个增大直径区域，该方法包括在所述增大直径区域上拉伸或收缩柔性转动标尺。
因此，转动环的制造公差或例如热膨胀的差异就通过将其拉伸或收缩就位而得以抵消。
增大直径区域可以是与机器部件一体的，例如一个环形突起，或者可以包括一个例如环形柔性部件的独立部件，比如O形环。
增大直径区域可包括一个锥形表面。此外，或者可选的是，柔性转动环可以具有锥形表面。转动环锥形表面和/或增大直径区域形成自锁锥度。
增大直径区域的形状可以设计为一旦柔性转动环套在增大直径区域上，所述转动环的中心区域就基本上与所述机器部件的轴线平行。
下面将通过实例并参考附图来说明本发明。其中图1是本发明的环的透视图；图2是用于制作本发明的环的一段长度的标尺的平面图；图3是一段长度的锥形柔性标尺的剖面图；图4是设置于机器转动部件上的环形突起上的环的剖面图；图5和6是设置于机器转动部件上的锥形突起上的环的剖面图；图7是设置于机器转动部件上的O形环上的环的剖面图；图8是设置于机器锥形转动部件上的锥形环的剖面图；图9是设置于机器锥形转动部件上的环剖面图；图10是设置于柔性环和机器轴之间的环状螺旋弹簧的平面图；图11是设置于柔性环与机器轴之间的波纹弹簧的平面图；图12是图11中例示的波纹弹簧的一部分的透视图。
具体实施例方式
图1示出本发明的转动环。柔性环10沿其表面设置有定义模式的标尺刻度14。例如，该标尺刻度可以定义一种周期性模式以形成增量标尺，或定义一组伪随机数列或离散代码字以形成绝对位置标尺。标尺刻度可以直接设置于转动环的表面上，或可以设置于固定在转动环表面的带上。该环10可以由一段长度的线性标尺制成，该标尺由一段长度的柔性带制成，如图2所示。此种线性标尺公开在我们以前的专利US 4,926,566中，并且，可以通过对一段长度的带采用压花处理形成具有凹槽和凸脊的外形而制成这种标尺。压花处理可以使例如让标尺通过辊子具有必要，所述辊子中的一个具有相应于所需标尺外形的成型表面。
转动环10是通过将线性标尺12弯成环状并以例如焊接的任意方法将两相对端16，18连接在一起而成的。特别的是，带的端部可以对头焊接或激光焊接在一起。
可选的是，可以用例如蚀刻的任意适当技术将标尺刻度设置于柔性环上。柔性环可以通过沉积或者，比如，固体加工而成。
图1示出的是在外圆周表面上具有标尺刻度14的环10。可选的是，标尺刻度可以设置于内圆周表面上。在这种情况下，将环安装到机器部件上的方法正好相反，即环的外表面被安装到机器部件上。
图1所示的环10可设置有锥形表面20，如图3中环的剖面图所示。
柔性环与硬质环相比，具有更小、更轻的优点。
柔性环的另一个优点在于，柔性环能在所需应用的范围内，以最小的空间或设计限制进行配合。柔性环的使用效果几乎相当于直接在主部件上设置斜面，却更具有损坏后可更换的优点。
该环安装在机器的转动部件上，读数头安装在机器的固定部件上。可选的是，将该环安装在机器的固定部件上，而读数头安装在机器的转动部件上。在前面的几种转动环中，装配螺钉被用来将环固定到转动部件上。当柔性环很薄时这是不可能的，因此要使用其他方法来将环固定到转动部件上。在环被安装到机器转动部件上时，希望能消除环的制造公差。
下面将参照图4-9描述将柔性环设置到机器转动部件上的方法。
图4-7均示出了装到机器的转动部件22上的环10，其中转动部件上设置有将该环紧固在位的结构。
图4示出了具有环形突起26的转动部件22。环10被推至突起上，以使得该突起位于标尺的中心，使标尺绕突起偏转，将其固定到位。尽管标尺在位时有些偏转，但读数头24定位为在标尺的中间读数，在该处的偏转可忽略不计。
图5和6示出了机器转动部件上的不同结构。在此实施例中，转动部件22在其上半部具有一个锥形表面28，而在其下半部则具有凹陷部分30。如图5所示，环10被推至锥形表面28上，该表面拉伸环，消除了制造公差。一旦环底部触及凹陷部分30，环就已固定就位了，如图6所示，环在锥形表面28上偏转，一边在锥形表面28上偏转，另一边偏转到凹槽30里，而中央部分处于锥形的最宽处。在标尺的最宽处，锥形变得平坦，以便为环心提供较为平坦的区域，从而将读数头读数时标尺的扭曲程度减到最小。
转动部件上的结构并不必与转动部件是一体的。图7示出了一个实施例，其中的该结构由绕装在转动部件22上的O形环32实现。转动部件的圆周表面可以是一个用于将O形环32定位于其中的环形凹槽34。环10被以与其他实施例相同的方式推至O形环32上。
该O形环可包括任意环形柔性设置，例如图10例示的环状螺旋弹簧40，或者如图11和显示其更多细节的图12中所示出的具有波纹剖面的弹簧42。
图8和9示出的是具有锥形表面36的机器转动部件22。图8中的环10也具有锥形表面38，该锥形表面与转动部件的锥形表面相应。锥形表面的环被下推至锥形表面的转动部件上，并由于转动部件直径沿斜面增加，因而抵消了环的制造公差。锥形转动部件及环的锥角选择为使该锥度成为自锁定锥度。在锁定斜度中，摩擦角要小于摩擦系数，而两者(即，环与转动部件)之间的摩擦力如此之大，以至于它们彼此间无法转动或移动。这种情况下，不再需要其它夹持力来把二者紧固在一起，并需要很大的力量将二者分离开。
图9中，非锥形环10被推至锥形转动部件22上。由于环10推至转动部件22的锥形表面36上，因而环22被拉伸。同锥形环一样，该环通过摩擦力固定就位。
本发明的环也可以用冷缩装配或使用粘结剂来设置到转动部件上。
冷缩装配适用于，例如，图4-9描述的任何一种安装技术，或用平行侧安装到机器轴上。
以上方法具有的优点是能既快又方便地将环安装到位而不需要借助诸如螺钉的安装工具。拉伸或收缩柔性标尺到位的过程确保了抵消标尺的制造公差。
如果需要，该环可以沿轴向调整，以实现精确的径向偏移修正，例如欧洲专利申请EP 1094302中所公开的那样。
本发明不仅限于与光学标尺一起使用。它还适用于与例如磁性标尺一起使用。
权利要求
1.一种用于标尺读数器中的转动环，包括柔性环，该柔性环具有设置于其表面上的标尺刻度。
2.一种将用于标尺读数器的转动环安装于一个机器部件上的系统，包括如权利要求1所述的转动环及所述机器部件上的协作装置，所述协作装置包括增大直径区域。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述增大直径区域与机器部件一体形成。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述增大直径区域不与机器部件一体形成。
5.如权利要求2-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述增大直径区域包括环形突起。
6.如权利要求2-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述增大直径区域包括锥形表面。
7.如权利要求2-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述柔性转动环设置有一个锥形表面。
8.如权利要求2-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述增大直径区域和所述转动环中的至少一个设置有锥形表面，并形成自锁定锥度。
9.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述增大直径区域包括环形柔性部件。
10.如权利要求2-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述增大直径区域的形状被设计为一旦柔性转动环被套在所述增大直径区域上，所述转动环的中心区域就与所述机器部件的轴线基本平行。
11.一种将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，所述部件具有一个增大直径的区域，该方法包括在所述增大直径区域上拉伸或收缩柔性转动标尺。
12.如权利要求11所述的将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，其特征在于，所述增大直径区域与该机器部件一体形成。
13.如权利要求11所述的将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，其特征在于，所述的增大直径区域不与该机器部件一体形成。
14.如权利要求11-13中任一项所述的将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，其特征在于，所述增大直径区域包括环形突起。
15.如权利要求11-13中任一项所述的将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，其特征在于，所述增大直径区域包括锥形表面。
16.如权利要求11-15中任一项所述的将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，其特征在于，柔性转动标尺设置有锥形表面。
17.如权利要求11-16中任一项所述的将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，其特征在于，所述增大直径区域和所述柔性转动标尺中的至少一个设置有一个锥形表面，并形成自锁定锥度。
18.如权利要求13所述的将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，其特征在于，所述增大直径区域包括环形部件。
19.如权利要求11-18中任一项所述的将柔性转动标尺安装到机器的一个部件上的方法，其特征在于，所述增大直径区域的形状被设计为一旦柔性转动标尺套在所述增大直径区域上，所述柔性转动标尺的中心区域就与所述部件的轴线基本平行。
全文摘要
一种应用于标尺读数器的转动环，包括一个柔性环(10)，该柔性环在其表面设置有标尺刻度(14)。所述转动环通过为机器部件(22)提供了一个增大直径的区域(26)并在该增大直径区域拉伸和收缩所述柔性环(10)而安装在该机器部件上。因此，该转动环的制造公差或例如热膨胀的差异就通过将其拉伸或收缩就位而得以抵消。例如，所述增大直径区域可包括一个环形突起或一个O形环。
文档编号G01D5/245GK1668894SQ03817065
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月16日 优先权日2002年7月16日
发明者戴维·罗伯茨·姆克莫特瑞, 詹姆斯·雷诺兹·亨肖, 亚历山大·戴维·斯科特·埃林 申请人:瑞尼斯豪公司