专利名称：带有紧固在支架处的量尺的组件和用于将量尺保持在支架处的方法
技术领域：
为了测量两个机械零件的相对位置，可将量尺(Massstab)紧固在机械零件中的一个处，并且将探测单元紧固在可相互运动的机械零件中的另一个处。在位置测量时，由探测单元来探测量尺的测量刻度(Messteilimg)，并且产生取决于位置的探测信号。
背景技术：
将量尺紧固在支架处的一种可能性在文件DD 229 334 Al中进行描述。在此，量尺通过气动的吸附被压到支架处。为了吸附，在测量刻度外面设置有吸附通道，其应利用恒定的压力将量尺在它的整个长度上挤压到支架处。在此问题为，在将量尺安放在支架上时，连接可轻易地通过在量尺与支架之间的间隙中的污物或空气气泡形成被干扰。该干扰导致了量尺的测量刻度的时间上和地点上的长度变化，由此再次造成在位置测测量时的测量误差。对于相对大面积的量尺，该问题加强地出现。在文件EP 1 783 463 Al中阐述了借助于研合(Ansprengen)的量尺紧固。对于大面积的研合存在该问题，即因为松开会传播，所以接触面中的干扰可松开整个研合。为了阻止研合的连接的大面积的松开，根据文件EP 1 783 463 Al接触面被划分为许多小的彼此相间隔的接触面。通过该构造，虽然可确保量尺在支架上的可靠的紧固，但是无应力的并且在整个测量刻度平面上均勻的压力因此仅仅是难以实现的。在文件EP 1 783 463 Al中指出，通过量尺的气动的吸附可引入研合到支架处。未说明在位置测量装置的测量操作中量尺通过气动的吸附保持在支架处。同样未提出用于气动的吸附的结构上的措施。
发明内容
本发明的目的是规定一种带有紧固在支架处的量尺的组件，其中，量尺关于长度变化被稳定地保持在支架处。此外，量尺应在每个部位处利用尽可能恒定的压力以及无漂移地保持在支架处。本目的通过在权利要求1中所说明的组件来实现。在此，量尺通过二维分布布置的并彼此相间隔的支撑部(Unterstuetzimg)支撑在支架处。支撑部处于直接面对限定测量区域的测量刻度并且以相互间的中心距来布置， 中心距小于量尺的厚度。此外，支撑部这样构造，即通过支撑部与量尺之间和/或支撑部与支架之间的研合的连接至少在量尺的测量区域中被阻止。为了产生在量尺与支架之间的空间中的均勻的低压，该空间通过密封器件与周围气密地密封。通过研合的连接可通过多个措施被阻止。这些措施中的一个是，支撑部与量尺之间和/或支撑部与支架之间的相接触的表面区域具有如此高的粗糙度，使得该粗糙度阻止了这些表面区域之间通过研合的连接。尤其地，相接触的表面中的至少一个的粗糙度大于lnm。这些表面区域也可具有阻止研合的覆层、尤其金属的覆层或疏水作用的覆层。用于阻止研合的另一措施为，量尺的支撑部这样构造，使得它们仅点状地接触对应面。本发明的另一目的为规定一种用于将量尺固定在支架处的方法，由此量尺关于在长度变化被稳定地、并在每个位置处利用尽可能恒定的压力以及无漂移地保持在支架处。本目的通过在权利要求13中所说明的方法来实现。本发明的其它有利的构造在从属权利要求中进行说明。通过施加尽可能大的均勻的表面力作为保持力，通过本发明气动的吸附的可实现的优点被充分利用，同时，通过设置多个彼此分开的支撑部，避免了大面积的接触的缺点。(也大面积的量尺的)表面的平整度保持不变或不受干扰，这是因为干扰的介质可沉积在通过彼此相间隔的支撑部所形成的空间中。通过根据本发明的措施，避免了在测量刻度平面中的短期的长度误差并确保高的测量精度。在测量操作中量尺稳定地紧固在支架处，这意味着在测量方向以及垂直于测量刻度平面上的高的刚度。通过本发明，与研合相比确保了，通过气动的吸附所产生的保持力在量尺的整个面上均勻地构造。这由此实现，即避免了在量尺与支架之间的接触面处的研合。因此现在还给出了该优点，即接触面不必高精度地来加工，而磨削的表面就足够。
根据附图详细地阐述本发明的实施例。其中图1在横截面中显示了根据第一实施例的保持在支架处的量尺；图2显示了根据图1的组件的俯视图；图3显示了根据图1中的组件的量尺的底视图。图4显示了带有第二示例的紧固在支架处的量尺的支架的横截面，以及图5显示了根据图4的组件的俯视图。
具体实施例方式根据图1至3阐述了本发明的第一实施例。在此示出了带有测量刻度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为递增的刻度，其在位置测量时在测量方向X上由未示出的用于产生取决于位置的探测信号的探测单元来探测。刻度 11可为反射性的振幅光栅或相位光栅，其以已知的方式用于高精度的干涉的位置测量。量尺1在该位置测量期间通过气动的吸附被保持在支架2处。气动的吸附意味着通过真空的夹紧，也称为真空夹持。该支架2优选地由具有与量尺1相同的膨胀系数的材料制成。量尺1和支架2在0°至50°的温度范围中的平均的热膨胀系数α优选地在使用带有所谓的零膨胀的玻璃(如微晶玻璃，SITAL和ULE)时小于0. IxKr6IT1,而在使用金属(例如铁镍合金)时小于Ι.δχΙΟ Λ在量尺1的面向支架2的表面上构造有突起12。该突起12 二维空间分布地布置，或者几何上均勻地分布或者统计分布在规则的光栅中。突起12以小于量尺1的厚度的相互间的中心距A来布置。尤其地，突起12以小于量尺1的厚度的1/10的相互间的中心距 A来布置。必须在突起12的二维的分布的每个部位处、而至少在测量区域M内部满足该条件。测量区域M通过测量刻度11的区域来限定，其被用于高精度的位置测量。量尺1的厚度为测量刻度平面E(测量刻度11处于其中)与支架2的支承面21之间的距离。通过该措施确保了，所有的拉应力和压应力(其通过紧固被引入)如此地在空间上为高频的，即它们在量尺1的厚度D上减小并且在测量刻度平面E中不引起长度误差。通过直接面对测量刻度11的支撑部，量尺1在测量操作中稳定地紧固在支架2处，这意味着在测量方向X上以及垂直于测量刻度平面E的高刚度。突起12的高度H以有利的方式大于20 μ m，有利的值尤其为50 μ m至200 μ m。用于量尺1的厚度D的典型的值为1至15mm。突起12形成二维分布布置的并彼此相间隔的对量尺1的支撑部。量尺1的突起12的接触支架2的表面121和/或支架2的接触突起12的支承面 21具有如此高的精度，使得它阻止了这些表面区域121、21之间通过研合的连接。尤其地， 这些接触的表面121、21中的至少一个的粗糙度大于lnm。突起12的在图3中作为量尺的底视图示出的二维的空间上的分布这样实现，即在突起12之间产生开口通道，其伸至吸附通道4。通过该措施，空气可在量尺1的整个面上通过开口通道被均勻地抽吸，这保证了量尺1的好的平整性并且通过气动的吸附所产生的保持力可均勻地作用在整个面上，使得量尺1在每个部位处以至少近似相等的力被挤压到支架2的支承面21处。如在图3中所示意性地示出的那样，突起12可具有方的形状，但它也可具有其它的形状，例如柱形。显示了，处于量尺1与支架2之间的空间中的颗粒的大颗粒(其会干扰量尺1的平整性)具有直至20μπι的尺寸。出于该原因，当开口通道具有至少20μπι的宽度B、即突起12的支承面121的相互间的边缘距离至少为20μπι时，是有利的。为了产生足够的保持力，突起12的支承面的线性的膨胀应明显地小于中心距Α。在量尺1与支架2之间的空间通过密封器件3与周围密封。密封器件3这样设计和布置，即通过它不产生不稳定的干扰力，尤其应避免横向力。在所示出的第一示例中，密封器件3为密封材料(Dichtmasse)。可应用高粘度的液体、硅酮、塑形粘土(Knetmasse)、环氧树脂、粘合剂或胶带作为密封材料。在使用液体作为密封器件时，它应具有大于lOONs/m2的粘度。代替密封胶也可应用例如由塑料(诸如特氟隆(Teflon)或丁苯橡胶)制成的密封唇。密封器件也可为固定的围绕的接片，构造或安装在量尺1处和/或在支架2处或者作为以中间元件的形式的单独的零件来安装。如果密封器件构造在支架2处和/或在量尺1处，那么它以有利的方式利用与突起12相同的制造工艺来生产。密封器件3也可接合到量尺1和/或支架2的槽中。气动的吸附通过通向吸附通道4的开口 22来实现。吸附通道4在测量刻度11外部、围绕测量区域M并尤其环绕地布置。在测量区域M外部意味着在测量刻度1的用于高精度的位置测量的区域外部。此外，吸附通道4布置在借助于密封器件3密封的空间内部、在量尺1中和/或在支架2中。在量尺1与支架2之间的空间密封充分并在吸附通道4的横截面足够大的情况下，甚至对于在密封器件3中的小漏口不产生吸附通道4中的干扰的压力下降。由此确保在量尺1与支架2之间的空间中也构造了均勻的低压。因此一方面有利的是，吸附通道4的横截面显著地大于在操作中最大产生的漏口。由此避免了在量尺1 与支架2之间的空间中的压力下降。另一方面有利的是，吸附通道4与测量区域M相间隔地布置，其中，该距离F应大于量尺1的厚度D。由此，尽管如此通过吸附通道4被导入的干扰通过侧向的距离F被减小并且不到达测量平面E。优选地，吸附通道4的宽度K相对于量尺1的厚度D狭窄，以便在任何情况中只产生空间上高频的应力，其再次在量尺1的厚度D 上朝向测量刻度平面E被很好地抑制。为了实现吸附通道4的必需的大的横截面，它必须实施以相应的深度T。当在吸附通道4外部也布置有例如以突起12的形式的支撑部时，是有利的，如在图3示意性地示出的那样。由此可避免在量尺1的边缘处的弯曲应力。因此在密封的空间中产生的最终压力典型地处于100至800mbar的范围中，其中， 压力关于时间的变化小于2mbar。在上面所示出的例子中，彼此相间隔的突起12以栓钉(Noppe)的形式一体地构造在量尺1处。通过突起12的区域被覆盖并且围绕突起12周围的材料被蚀掉，它们优选地通过已知的结构化方法来制造。替代地或附加地，突起也可构造在支架2处。构造在量尺1处或支架2处的突起12也可通过其它的蚀刻方法(例如锯、铣削、 辐射加工或激光加工)来制造。支撑部也可由独立的稳定的间隔元件形成，间隔元件被引入在量尺与支架之间。 这些间隔元件可由施加在量尺或支架上的并且结构化的层构成。它们也可构造成独立的可手工操作的零件(尤其以结构化的中间层或中间板的形式)，其可为穿孔的金属箔。支撑部的使用是特别有利的，其点状地接触量尺，以便由此可靠地阻止局部的研
I=I O使用球体12. 2作为用于量尺1. 2的支撑部是有利的，如在根据图4和5的第二实施例中示意性示出的那样。球体12. 2至少在量尺1. 2在支架2. 2处完成装配的状态中通过保持器件13不可挪移地固定在支架2. 2处的它的位置中。不可挪移在此一方面意味着， 它的位置相对于支架2. 2不可改变，并且另一方面它为不可旋转的。气体12. 2尤其具有在20 μ m与200 μ m之间的直径H2，并且以有利的方式由具有与量尺1. 2相同的膨胀系数的材料制成。以层的形式的保持器件13以有利的方式用于将球体12. 2无漂移地固定在量尺1. 2处或支架2. 2处，球体12. 2局部地稳定地结合在层中。该层例如为光阻O^otoresist)、聚合物或箔并且具有为球体12.2的直径!12的分数 (Bruchteil)的厚度，典型地为0. 2至2 μ m。在图5中在俯视图中示出了量尺1. 2的二维的测量刻度11. 2。为了能更好地示出在量尺1. 2与支架2. 2之间的球体12. 2的二维分布的布置，在视图的一部分中删去了量尺 1. 2。为了实现量尺1. 2与支架2. 2之间的空间的所要求的密封，在该示例中使用了以箔形式的密封唇3. 2。密封唇3. 2 一方面紧固在量尺1. 2处，而另一方面接合到支架2. 2的槽5中。该密封唇3. 2这样接合到支架2. 2的槽5中，即密封唇3. 2的指向内的面贴靠在槽5的内部的分界面51处。该分界面51与密封唇3. 2的走向齐平，其中该走向垂直于测量刻度平面E2取向。在密封的空间内部再次布置有吸附通道4. 2，其根据第一实施例来定义尺寸。功能上起相同作用的元件以及尺寸标记在第二实施例的附图中设有与在第一实施例中相同的参考标识，仅补充以脚注“2”。
权利要求
1.一种带有保持在支架(2,2. 处的量尺(1,1. 的组件，其中，所述量尺(1，1.2) 具有测量刻度(11，11. 2)，并且所述量尺(1,1. 通过气动的吸附保持在所述支架(2，2. 2) 处，其中，所述量尺(1，1. 2)通过二维分布地布置的并彼此相间隔的支撑部(12，12. 2)支撑在所述支架(2，2. 2)处，所述支撑部(12，12. 2)面对限定测量区域(M，iC)的所述测量刻度(11， 11.2)地并以相互间的中心距(A，A2)来布置，所述中心距(A，A2)小于所述量尺(1，1.2) 的厚度(D，D2)；所述支撑部(12，12. 2)这样构造，即通过所述支撑部(12，12. 2)与所述量尺(1，1.2) 之间和/或所述支撑部(12，12. 2)与所述支架(2，2. 2)之间的研合的连接至少在所述量尺 (1,1.2)的测量区域(M，M2)中被阻止；在所述量尺(1,1. 与所述支架(2，2. 2)之间的空间通过密封器件(3，3. 2)与周围密封。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，在所述支撑部(1 与所述量尺(1)之间和/或在所述支撑部(1 与所述支架( 之间相互接触的表面区域(121，21)具有如此高的精度，使得它阻止通过所述表面区域(121，21)之间的研合的连接。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述支撑部(12. 点状地接触所述量尺 (1. 2)和/或所述支架(2. 2)，使得通过研合的连接被阻止。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述支撑部(12,12. 这样布置和构造，即它们形成带有至少20 μ m的高度(H，H2)和至少20 μ m的相互间的边缘距离 (B, B2)的相互间的自由空间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，支架(2，2.2)和量尺(1，1.2) 的材料具有相同的热膨胀系数。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述支架(2，2.2)和所述量尺(1，1.2)的膨胀系数小于1. ^clO-6K-1,优选地小于0. IxlO-6K-1。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述气动的吸附通过至少一个吸附通道(4，4. 2)实现，所述吸附通道(4，4. 2)布置在所述测量区域(M，M2)外部。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，在所述量尺(1)处或在所述支架( 处一体地构造有在二维的光栅中的突起(12)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的组件，其特征在于，所述支撑部为间隔元件，其构造在结构化的中间层中。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的组件，其特征在于，所述支撑部为球体 (12. 2)。
11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，所述球体(12.2)通过保持器件(13)不可挪移地保持在它的位置中。
12.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述保持器件为布置在所述支架(2.2) 或所述量尺(1.2)上的层(13)，所述球体(12. 2)嵌入到所述层(13)中，其中，所述层(13) 的厚度尤其为所述球体(12. 2)的直径(H2)的分数。
13.一种用于在用于位置测量的量尺(1，1.2)的测量刻度(11，11. 2)的探测期间将所述量尺(1，1. 2)保持在支架(2，2. 2)处的方法，其中，在位置测量期间的所述保持通过所述量尺(1，1.2)气动地吸附到所述支架(2，2. 2)处来实现，其中，所述量尺(1,1. 通过二维分布地布置的并彼此相间隔的支撑部(12，12. 2)来支撑， 所述支撑部(12，12. 2)布置成面对所述测量刻度(11,11. 并且具有相互间的中心距(A， A2)，其小于所述量尺(1,1.2)的厚度(D，D2)；通过所述支撑部(12，12. 2)与所述量尺(1，1. 2)之间和/或所述支撑部(12，12. 2)与所述支架(2，2.2)之间的研合的连接至少在所述量尺(1，1.2)的测量区域(M，M2)中被阻止；通过所述气动的吸附产生了作用在所述量尺(1，1. 2)与所述支架(2，2. 2)之间的空间中的保持力，其中，所述空间通过密封器件(3，3. 2)与周围密封。
全文摘要
根据本发明，一种量尺(1)通过气动的吸附保持在支架(2)处。量尺(1)借助于二维分布地布置的并彼此相间隔的支撑部(12)固定在支架(2)处，其中，支撑部(12)具有小于量尺(1)的厚度(D)的相互间的中心距(A)。
文档编号G01D5/347GK102388296SQ201080016908
公开日2012年3月21日 申请日期2010年2月23日 优先权日2009年4月2日
发明者J·魏德曼, P·斯佩克贝歇尔, W·霍尔扎普费尔 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司