专利名称：用于一个位置测量装置的随动件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的、用于一个位置测量装置的随动件，以及一种按照权利要求10所述的、具有一个这种类型的随动件的位置测量装置。
背景技术：
这种类型的随动件包括一个用于容纳所述位置测量装置的一个扫描单元的容纳部位、一个用于将随动件固定在一个待测量的物体上的安装部位、以及一个连接段，通过该连接段将随动件的容纳部位和安装部位彼此连接起来，并且该连接段如此构造和设置使得在一个壳体的并排延伸的且分别贴靠在随动件连接段上的弹性密封元件之间被导向，该壳体用于所述位置测量装置的尺寸标准。
这种类型的随动件特别是在一个封闭的位置测量装置中使用，该位置测量装置用于测量两个相对运动的物体的相对位置，该测量装置的可与待测量的物体中的一个相连接的、且容纳一个尺寸标准的壳体具有一个沿相对运动的物体的运动方向(测量方向)延伸的缝隙，所述随动件(通过它的安装部位可与所述两个物体中的另一个连接)穿过该缝隙伸入到壳体的内部，在那里该随动件通过它的容纳部位与一个安装在壳体内部中的、用于位置测量的结构单元(扫描单元)连接。这样，随动件也穿过一个在位置测量装置的壳体中沿测量方向延伸的缝隙，通过该缝隙所述随动件伸入到壳体的内部中，以便将一个设置在那里的、用于扫描一个在壳体上设置的尺寸标准的扫描单元与在壳体外部设置的安装底座连接起来。通过这个安装底座使得该随动件又固定在所述两个相对运动的物体中的一个上。
所述作相对运动的物体是一个机床的床身和滑块，这样，它们的相对运动转换为随动件相对于位置测量装置的支承尺寸标准(特别是测量刻度)的壳体的相对运动，这样，随动件沿缝隙的延伸方向相对于位置测量装置的壳体运行，这种运动通过设置在随动件上的扫描单元与设置在位置测量装置的壳体上的尺寸标准的共同作用而被测量。
这种类型的位置测量装置既可设计成长度测量装置(在位置测量装置的壳体中具有一个直线延伸的缝隙)，也可设计成角度测量装置(具有一个相应弧形地延伸的缝隙)，并且按照不同的已公开的物理原理工作，以通过所述设置在随动件上的扫描单元扫描设置在位置测量装置的壳体上的尺寸标准。
为了保护设置在位置测量装置的壳体中的尺寸标准(测量刻度)必须对位置测量装置壳体中的被随动件的连接段穿过的缝隙进行尽可能良好的密封，为此，在随动件的连接段的两侧使得沿缝隙延伸的弹性密封元件分别贴靠在随动件的连接段的每个侧面上。
在EP 0 646 765 B1中已公开的这种类型的位置测量装置中，在随动件两侧延伸的弹性密封元件由一种能导电的非金属材料以板条形式构成。由此采用该密封元件不仅可以阻止脏物或潮气渗入到壳体的内部中，而且同时能实现法拉第笼那种类型的电屏蔽。
JP-A 02-027209公开了一种直线位置测量装置，其中所述随动件的作为板条设计的连接段、或者所属的贴靠在该连接板条的两个侧面上的密封机构配设有无摩擦的、例如以浸油金属的形式的元件。由此当随动件沿着在位置测量仪的壳体上设置的缝隙运动时，在所述随动件的连接板条和贴靠在其上的密封机构之间的摩擦被减小，并且尽可能地避免了密封机构的磨损。
发明内容
本发明的任务是，在与位置测量装置的所属的密封机构的共同作用方面对前述类型的用于位置测量装置的随动件作进一步的改进。
这个任务根据本发明通过提供一种具有权利要求1的特征的随动件得以完成。
依此，所述随动件至少在它的连接段上设置一个无定形的碳层。所述连接段将随动件的容纳部位与安装部位连接起来，并且在该连接段中该随动件与一个位置测量装置的所属的密封机构相接触。
无定形的碳层由于其特殊的硬度也叫做类似金刚石的碳层，也就是说叫做类金刚石碳(DLC)，或者叫做硬的无定形的碳层(硬质材料层)。把它用作一个这种类型的随动件的涂层可以特别大地降低摩擦和磨损。事实表明，通过将一种无定形的碳层用于对一个在密封机构之间引导的随动件的连接段进行涂层，就可实现将摩擦减少一个数量级以上、特别是直至两个数量级。同时还看不出有明显的磨损。
由于大大地降低的摩擦、并且与此相关地使两个摩擦副、特别是密封机构的磨损最小化，就相应地减小了特别是通过磨损本身所造成的脏物进入到位置测量装置的壳体中。
用DLC名称可以找到大量在此可作参考的关于制造这种类型的碳层的文献。其中例如有Martin Grischke在Jot 1/94中的文章。据此例如借助于一种PECVD工艺(等离子体增强化学蒸汽喷镀-PlasmaEnhanced Chemical Vapour Deposition)将碳层以几微米的厚度涂覆到待涂层的材料上，其中从直流磁控管喷射源(DC-Magnetron-Sputter-Quelle)加入可能的金属添加剂。在这种情况下，关于涂层厚度变化的各单个元素(材料的选择和比例)的组合决定着摩擦学的特性，如硬度和摩擦。
典型的是无定形的a-C:H型碳层。根据本发明的一个优选的实施方式，为了对随动件进行涂层使用了一种含有金属的、无定形的、特别是a-C:H:Me型的碳层。在这种情况下，例如钨、钼、钛或者钽适合作为金属(Me)嵌入到无定形的碳基质中。替代地或者附加于金属以外，也可以将硅(Si)嵌入到无定形的碳基质中，这样就产生了一种无定形的a-C:H:Si型的碳层，必要时还可补充一种金属成分。在这种情况下，金属或者硅在涂层中的材料份额直至大约为15％的数量级。
此外，这种类型的含金属的无定形碳层的特征在于它的导电能力。通过这一措施可以阻止随动件在与壳体侧的密封元件相接触时的静电充电，这种静电充电会损害相邻的电子元件，并且可能使将要由位置测量装置产生的测量信号发生失真。因此可省却必须通过局部地去除铝阳极处理层而对通常由铝制成的、并且设计为铝-压铸件的、且配设有一个绝缘的铝阳极处理层的随动件进行的机械加工。而是在使用一种含金属的、能导电的无定形碳层对随动件进行涂层时，可以直接利用那个涂层的导电能力，以便使随动件和与此相连的待测量的物体、例如机器零件处于相同的电位。为此，通过合适的导电的(由金属制成的)固定机构将随动件连接到那个机器零件上就足够了。代替地或者补充地也可通过在随动件的一个已涂层的表面与所述待测量的物体之间的表面接触而实现随动件与所属的待测量的物体的电连接。
在本发明的一种优选的实施方式中，随动件不仅在其连接段的那些部位处设置一个无定形的碳层，即当根据规定使用一个位置测量装置中的随动件时该部位与所配置的、壳体侧的密封机构相接触；而且此外在其它部位处也设置无定形的碳层。特别优选的是，随动件的基体(例如由铝组成)整体设置这种类型的涂层。在使用一种含金属的非定形的碳层对随动件进行涂层时在利用导电能力方面具有意义的是，随动件至少既在一个部位处(其中随动件在按规定使用时与所配置的密封机构相接触)、同时也在一个部位处(该部位用于将随动件与一个待测量的物体(机器零件)相连接)都设置金属的非定形的碳层，其中该涂层必须如此形成，即在连接段中的涂层和用于固定在一个待测量的物体上的部位之间存在一种导电连接。
一种具有一个根据本发明所设计的随动件的位置测量装置具有权利要求10的特征。
在这样一种位置测量装置中，附加于随动件或者替代该随动件地、也就是不用该随动件地使位置测量装置的壳体侧的密封机构也可设置一个根据本发明设计的无定形的碳层，以使摩擦和磨损最小化。
在下面对一个实施例的说明中借助附图对本发明的其它细节和优点进行更详细的说明。
这些附图是图1具有一个壳体和一个在该壳体处沿着一个测量方向运动地导向的随动件的一个长度测量装置形式的一个位置测量装置的侧面图；图2图1的位置测量装置在随动件部位的横截面图；图3图1和2的位置测量装置的变型方案的横截面图。
具体实施例方式
图1和2表示一个长度测量装置形式的位置测量装置1，该装置具有一个壳体2，该壳体用作一个尺寸标准的支架。为此，在壳体2的内部中设置一个沿着一个测量方向M延伸的测量刻度支承体3，在该支承件上设置一个测量刻度3a。一个扫描单元4用于例如以公开的方式按照光电测量原理对测量刻度3a进行扫描，该扫描单元设置在一个沿测量方向M移动地支承在位置测量装置1的壳体2上的随动件5的容纳部位51上。
随动件5的设置在壳体2内部中的容纳部位51通过一个连接板条形式的连接段50与随动件5的设置在壳体2外部的、一个安装底座6形式的安装部位52连接。通过该安装底座使得随动件5可固定在一个待测量的物体上。为此，在位置测量装置1的壳体2中设置一个沿测量方向M延伸的纵向缝隙20。随动件5的连接段50穿过该纵向缝隙，并且在它的两个纵向侧面上分别设置一种密封唇形状的密封机构7，8，其中每个密封唇分别贴靠在连接板条50的这两个侧面50a，50b中的每个上。通过这一措施，壳体2的内部与壳体2的外围进行如此的密封，使得无论是污物颗粒还是潮气均不能通过该纵向缝隙20进入到壳体2的内部中，而一旦进入内部就会对测量刻度3a造成损害。
这种类型的位置测量装置在结构上已是公开的，因此，关于其它的细节请参阅EP 06 46 765 B1，DE 199 18 654 A1以及DE 101 09 909A1。在这些文献中分别对一种在图1和2中所示类型的位置测量装置的结构均有很详细的说明。
在工作时，一方面位置测量装置1的壳体2、另一方面位置测量装置1的随动件5通过相应的安装孔2a，52a分别与两个沿测量方向M彼此运动的、特别是以机器零件形式的物体O1或O2中的一个进行连接，例如与一个机床的一个滑块和一个床身连接。在这种情况中，例如随动件5通过在它的容纳部位52上形成的安装底座6与机床床身连接，壳体2与机床的滑块连接。滑块相对于床身沿测量方向M的相对运动相应地导致在随动件5的容纳部位51上设置的扫描单元4相对于设置在壳体2的支承体3上的测量刻度3a的一种同样类型的相对运动。通过借助所属的扫描单元4对测量刻度3a的扫描，可以采集到滑块相对于床身所作的相对运动的大小。
在随动件5沿测量方向M相对于位置测量装置1的壳体2作这种运动时，壳体侧的密封唇7，8分别贴靠在随动件5的连接段50的一个侧面50a，50b上。
为了在对于封闭的位置测量装置得到实质上的密封功能时使得随动件5的连接段50能沿着所属的壳体侧的密封唇7、8尽可能无摩擦和无磨损地滑动，随动件5至少在它的两个与密封唇7，8接触的侧面50a，50b上设置一个含有金属的、无定形的a-C:H:Me型的碳层S，其中，“a”为无定形，“Me”为金属、特别是钨，钼，钛或者钽。所选择的金属的材料份额在此约为15％。
所述碳层S例如可借助PECVD工艺以几微米的厚度涂敷到随动件5的为此规定的部位上、特别是涂敷到随动件5的连接段50的所述两个侧面50a，50b上，其中金属添加料从一个直流磁控管喷射源引入。层S的厚度最好在几个微米的范围内，也就是说它是一个薄膜层。
为了利用含金属的碳层S的电特性(导电能力)，这个涂层最好超出随动件5的连接段50，一直延伸到随动件的安装部位52的安装底座6上的通孔52a。通过这些通孔使随动件5可与一个配置的待测量的物体O2、例如一个机床的一个机器零件连接。为了固定随动件5选择一种例如螺栓形式的金属固定机构，该固定机构穿过在随动件5的安装部位52上作为安装孔设置的通孔52a，并且在这种情况下至少局部地贴靠在这些孔的边缘上，并且支承在那里。通过对于随动件5进行涂层，在通孔52a的部位处在随动件5的连接段50和所属的待测量的物体O2(机器零件)之间产生了一个金属桥。通过这一措施使得随动件5、特别是它的连接段50可以与待测量的物体O2的电位相同，并且通过连接段50与所属的壳体侧的密封唇7，8的共同作用阻止随动件5的局部充电。也可如此补充地或者代替地实现随动件5和所属的待测量的物体O2之间的电接触随动件5以涂层的部分部位、特别是以涂层的安装部位52贴靠在所属的待测量的物体O2上。
由于既能大大地减少随动件5和壳体侧的密封唇7，8之间的摩擦，又能大大地减少在随动件相对于密封唇7，8作运动时的可以想像的磨损、特别是磨耗形式的磨损，所以可以完全放弃在随动件5和壳体侧的密封唇7，8之间涂敷润滑剂，只要不是由于其它原因仍然需要使用这样一种润滑剂的话。
图3表示一个位置测量装置的在图1和2中示出的实施例的一种变型方案。根据该变型方案，密封唇7，8至少在它们的面向随动件5的、且贴靠在随动件5连接段50上的表面部位7a，8a上分别设置一个前述类型的碳层S’。由此，在密封唇7，8和随动件5的安装部位52共同作用时可以相应的方式减少摩擦和磨损。可以替代地或者也可补充借助图1和2所说明的随动件5涂层地以一种碳层S实现密封唇7，8的涂层。
权利要求
1.用于一个位置测量装置的随动件，该随动件具有-一个用于容纳所述位置测量装置的一个扫描单元的容纳部位，-一个用于将随动件固定在一个待测量的物体上的安装部位，-一个连接段，通过该连接段将该随动件的容纳部位和安装部位彼此连接起来，并且该连接段如此构成和设置按一个测量方向沿着一个壳体的弹性的、贴靠在该连接段上的密封机构被导向，所述壳体用于一个将要通过扫描单元来扫描的尺寸标准，-一个涂层，所述随动件利用该涂层用于减少在连接段和所属的密封机构之间的摩擦，其特征在于，所述随动件(5)至少在连接段(50)上设置一个无定形的碳层。
2.按照权利要求1所述的随动件，其特征在于，所述无定形碳层是类似金刚石的a-CH型的碳层。
3.按照权利要求1所述的随动件，其特征在于，所述碳层至少含有一种金属(Me)。
4.按照权利要求3所述的随动件，其特征在于，所使用的金属(Me)选自材料钨、钼、钛或者钽。
5.按照权利要求1所述的随动件，其特征在于，所述碳层附加地含有硅(Si)。
6.按照权利要求1所述的随动件，其特征在于，所述无定形的碳层由随动件的连接段(50)至少一直延伸到随动件(5)的安装部位(52)中的固定位置(52a)，通过该固定位置可将随动件固定在一个待测量的物体上。
7.按照权利要求1所述的随动件，其特征在于，整个随动件(5)都设置无定形的碳层。
8.按照权利要求1所述的随动件，其特征在于，随动件(5)的连接段(50)在两个并排延伸的密封元件(7，8)之间被导向，该密封元件分别贴靠在连接段(50)的一个侧面(50a，50b)上。
9.按照权利要求1所述的随动件，其特征在于，随动件(5)由铝制成。
10.用于测量两个相对运动的物体的相对位置的位置测量装置，它具有-一个可以与所述待测量的物体中的一个进行连接的壳体(2)，该壳体具有一个沿测量方向(M)延伸的缝隙(20)，-一个设置在壳体(2)中的、沿测量方向(M)延伸的尺寸标准(3a)，-一个通过缝隙(20)伸入到壳体(2)中的随动件(5)，该随动件在壳体(2)的内部具有一个容纳部位，用于容纳一个扫描所述尺寸标准(3a)的扫描单元(4)；并且该随动件在壳体(2)的外部具有一个安装部位(52)，用于将随动件(5)与待测量的物体中的另一个连接起来，-随动件(5)的一个连接段(50)，通过该连接段将随动件的容纳部位(51)和安装部位(52)连接起来，-沿缝隙(20)设置的密封机构(7，8)，该密封机构密封地贴靠在沿测量方向(M)移动地支承的随动件(5)的连接段(50)上，其特征在于，设置一个按照前述权利要求中任一项的随动件(5)。
11.按照权利要求10所述的位置测量装置，其特征在于，用一种无定形的碳层对密封机构(7，8)进行涂层。
12.按照权利要求11所述的位置测量装置，其特征在于，所述无定形的碳层是一种类似金刚石的a-CH型的碳层。
13.按照权利要求11所述的位置测量装置，其特征在于，所述在密封机构(7，8)上涂敷的无定形的碳层是一种含金属的涂层。
14.按照权利要求13所述的位置测量装置，其特征在于，所述金属选自材料钨，钼、钛或者钽。
15.按照权利要求11所述的位置测量装置，其特征在于，所述碳层附加地含有硅(Si)。
全文摘要
本发明涉及一种用于一个位置测量装置的随动件，该随动件具有一个用于容纳所述位置测量装置的一个扫描单元的容纳部位；一个用于将随动件固定在一个待测量的物体上的安装部位；一个连接段，通过该连接段将该随动件的容纳部位和安装部位彼此连接起来，并且该连接段如此构成和设置沿着一个壳体的弹性的、贴靠在该连接段上的密封机构被导向，所述壳体用于一个将要通过扫描单元来扫描的尺寸标准；一个涂层，所述随动件利用该涂层用于减少在连接段和所属的密封机构之间的摩擦。根据本发明，所述随动件(5)至少在连接段(50)上设置一个无定形的碳层。
文档编号G01B21/00GK1789921SQ20051013172
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月13日 优先权日2004年12月13日
发明者P·施佩克巴赫, M·乌尔里希 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司