Anordnung zur Lαgestαbilisierung eines flexiblen Teilung.. irägers eines Längen- meßsystems an einer Maschine

Technisches Gebiet:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lagestabilisierung eines flexiblen Teilungsträgers eines Längenmeßsysrems an einer Maschine, bei der an einem ersten Maschinenelement ein bandförmiger elastischer Teilungsträger für eine translatorische Teilung unter Vorspannkraft angebracht ist, und bei der an einem zweiten, zum ersten Maschinenelement relativ beweglichen zweiten Maschineneler -t eine Abtasteinrichtung für die Teilung angebracht ist, wobei eine Einricht ng zur zwangsweisen relativen Zuordnung zwischen Teilungsträger und Abtasteinrichtung in Abtastrichtung vorgesehen ist.

Die Erfindung ist anw ^β - bar bei translatorischen Meßsystemen, bei denen die Positionsinformation c η Abtastung einer Teilung auf einem flexiblen, band¬ förmigen Teilungsträger mittels eines Tastkopfes gewonnen wird.

Stand der Technik:

Es sind Längenmeßeinrichtungen bekannt, bei denen als Teilungsträger elastische Metallbänder unter Vorspannkraft eingesetzt werden (US-A-3 816 002, DD-Al-26? 439).

Bei frei tragenden, flexiblen Teilungsträgern können Schwingungen und große Relativverlagerungen zwischen Teilungsträger und Abtasteinheit quer zur Meß- richtung die Meßgenauigkeit beeinträchtigen bzw. zum Meßsystemausfall führen.

Bei der Anordnung aus der DE-Al -2 016 253 werden diese Nachteile beseitigt, indem zwischen dem flexiblen Band und einer Unterlage ein Schaumstoffkörper

hoher Längs- und Querelastizität eingefügt und mit dem Band und der Unter¬ lage verklebt ist. Darüberhinaus ist das flexible Band breiter als der Schaum¬ stoffkörper, so daß am vorspringenden Bandbereich Führungsmittel der Abtast- einrichtung angreifen.

Nachteile dieser Lösung sind, daß an die Homogenität des Materials des elastischen Bandes und des Schaumstoffkörpers zur Sicherung einer guten Ma߬ haltigkeit der Teilung hohe Forderungen zu stellen sind, und daß eine Unter- läge mit einem hohen Grad an Ebenheit für die gesamte Meßlänge erforderlich ist.

In der DD-A 1-245 482 wird eine Lösung beschrieben, bei der zwischen den Abtastelementen und der die Maßverkörperung tragenden Seite des Meßbandes ein abstimmbares, im Abtastkopf befestigtes Distanzelement mit einer ebenen

Anlagefläche für das Meßband angeordnet ist und bei der an der gegen¬ überliegenden Seite des Meßbandes ein bewegliches Gleitelement mittels Feder¬ kraft das Meßband ständig gegen das Distanzelement drückt.

Diese Lösung führt vor allem bei langen Meßbändern und bei Meßbändern mit geringer Läπgssteifigkeit, wie z.B. bei Teilungsträgern aus Polyester oder Poly¬ ester/Stahlbandverbund, zu sehr großen Meßfehlern, vor allem bei Meß- richtungsumkehr, da die Gleitreibung des Distanzelementes und des angefederten Gleitelementes nicht mehr vernachlässigbar ist.

Weiterhin wurde eine Lösung vorgeschlagen, bei der zur Lagebegrenzung des elastischen Teilungsträgers in der Abtasteinrichtung Begrenzungselemente, vorzugsweise als Rollen auf beiden Seiten des Teilungsträgers, so angeordnet sind, daß im Normalfall der Teilungsträger mit der Abtasteinrichtung nicht in Berührung steht. Bei zu großen Relativverlagerungen zwischen dem flexiblen

Teilungsträger und der Abtasteinrichtung wird der flexible Teilungsträger durch die Begrenzungselemente so in der Abtasteinrichtung zwangsgeführt, daß eine sichere Abtastung der Teilung durch die Abtasteinrichtung gewährleistet wird. Diese Anordnung besitzt jedoch vor allem für lange, frei gespannte Teilungsträger den Nachteil, daß die Schwingungsdämpfung für den Teilungs- ' träger schlecht ist und keine kontinuierlichen Anlageverhältnisse zwischen

Begrenzungselementen und _ eilungsträger erreicht werden.

Weiterhin wurde eine Lösung vorgeschlagen, bei der eine zwangsweise Zuordnung des -"spannten elastischen Teilungsträgers in der Abtasteinrichtung durch unter L. rrdruck stehende Düsenpaare erfolgt. Diese Anordnung besitzt den Nachteil, daß speziell aufbereitete Druckluft zur Verfügung stehen und diese der in der Regel beweglichen Abtasteinrichtung zugeführt werden muß.

Beschreibung der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist es einerseits, die Meßfehler bei frei gespannten Band¬ meßsystemen zu verringern, und andererseits, den konstruktiven und fertigungs¬ technischen Aufwand zur Lagefixierung des flexiblen Teilungsträgers zu reduzieren sowie darüberhinaus die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Meßsysteme zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Lagefixierung eines flexiblen Teilungsträgers zu entwickeln, die stets einen fest vorgegebenen Lagebereich zwischen Abtastelement und Maßverkörperung sichert, bei der Relativbewegung zwischen Teiluπgsträger und Abtastelement die Längskräfte auf den Teilungsträger reduziert, Schwingungen des Teilungs¬ trägers so dämpft, daß diese nur geringe Meßunsicherheiten verursachen, und den Verschleiß am Teilungsträger wesentlich herabsetzt.

Das Wesen der Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe besteht darin, einen band¬ förmigen elastischen Teilungsträger, der unter hoher Vorspannkraft an einem Maschinenbett fest eingespannt ist, mit einer fremd geführten Abtast¬ einrichtung abzutasten, die mindestens zwei Führungselemente enthält, wobei sich bezüglich der Abtasteinrichtung mindestens ein Führungselement auf jeder Seite des Teilungsträgers befindet, und daß diese Führungselemente in Abtast¬ richtung einen Abstand voneinander aufweisen, welcher der Dicke des Teilungs¬ trägers entspricht. In Richtung des gespannten Teilungsträgers sollen die Führungselemente jedoch einen Abstand, der ein Mehrfaches der Dicke des Teilungsträgers beträgt, voneinander aufweisen. Die Führungselemente sind vorteilhafterweise als Rollen ausgebildet, um die Reibkräfte auf den Teilungs¬ träger in Meßrichtung klein zu halten, was auch noch dadurch begünstigt wird,

daß in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Führungs¬ elemente an ihren Anlagefläche für den Teilungsträger poliert oder mit einem zusätzlichen Werkstoff beschichtet sind, der vorzugsweise günstige Reibeigen¬ schaften aufweist, etwa Polytetrafluoräthylen (PTFE).

Die Anordnung der Führungselemente in der Abtasteinrichtung läßt sich dabei so wählen, daß die Teilung auf dem Teilungsträger im optimalen Abtastbereich der Abtasteinrichtung geführt wird. ⁵

Bei Relativverlagerungen der Abtasteinrichtung in Abtastrichtung wird der elastische Teilungsträger so ausgelenkt, daß die Teilung im optimalen Abstast¬ bereich bleibt.

Treten am elastischen Teilungsträger Schwingbewegungen auf, so werden sie durch die Führungselemente im Tastkopfbereich unterdrückt und die Schwingungen des Teilungsträgers deutlich gedämpft. Durch den deutlichen Abstand, den die Führungselemente in Richtung des gespannten Teilungs¬ trägers, d.h. in Meßrichtung, aufweisen, werden die Längskraftschwankungen infolge Dickenschwankungen des Teilungsträgers wesentlichen reduziert. .

Kurze Beschreibung der Zeichnung:

In der Zeichnung ist anhand der einzigen Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch im Prinzip noch näher dargestellt. Dabei zeigt die einzige Figur eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels der Erfindung im Idealzustand, d.h. mit idealer Mittellage des gespannten Teilungsträgers.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung:

Ein elastischer Teilungsträger 1 mit einer Dicke D wird unter Vorspannung fest an einem ersten Maschinenelement 2 eingespannt. An einem zweiten

Maschinenelement 3, welches relativ zum Maschinenelement 2 in Meßrichtung 4 beweglich ist, ist eine Abtasteinrichtung 5 starr angekoppelt. Als Rollen ausgebildete Führungselemente 6 und 7 befinden sich bezüglich einer Abtast¬ einrichtung 8 auf beiden Seiten des Teilungsträgers 1.

In Meßrichtung 4 weisen diese Führungselemente 6, 7 einen Abstand A auf, der

im Vergleich zur Teilungsträgerdicke D groß ist. Bezogen auf den idealen gespannten Zustand des Teilungsträgers 1, in dem sich eine Teilung 9 des Teilungsträgers 1 im optimalen Abtastbereich der Abtasteinrichtung 5 befindet, sind die Führungselemente 6 so angestellt, daß sie den Teilungs¬ träger 1 gerade berühren. In dieser Lage entspricht ihr Abstand in Abtast¬ richtung 8 der Teilungsträgerdicke D.

Treten Verlagerungen der Abtasteinrichtung 4 in Abtastrichtung 8 auf, so verhindern die Führungselemente 6, 7 durch die Zwangsführung des elastischen

Teilungsträgers 1, der in Abtastrichtung nachgiebig ist, eine Relativ¬ verlagerung zwischen Teilung 9 und Abtasteiπrichtung 5. Die Führungselemente 6, 7 verhindern auch Verlagerungen des Teilungsträgers 1 im Abtastbereich, so daß Schwingungen des Teilungsträgers 1 stark gedämpft werden.

Die Rollen 6, 7 sind an ihren Umfangs-Außenflächen, welche die Anlagefläche für den Teilungsträger 1 darstellen, zur Minimierung auftretender Reibkräfte bevorzugt poliert oder mit einer zusätzlichen Schicht aus einem Werkstoff mit günstigen Reibeigenschaften, wie etwa Polyetrafluoräthylen (PTFE), versehen.