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JP2515853B2 - 位置測定装置 - Google Patents

位置測定装置

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Publication number
JP2515853B2
JP2515853B2 JP63141944A JP14194488A JP2515853B2 JP 2515853 B2 JP2515853 B2 JP 2515853B2 JP 63141944 A JP63141944 A JP 63141944A JP 14194488 A JP14194488 A JP 14194488A JP 2515853 B2 JP2515853 B2 JP 2515853B2
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measuring
length
workpiece
spring
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JP63141944A
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JPS63317711A (ja
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アルフオンス・エルンスト
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
Original Assignee
Dr Johannes Heidenhain GmbH
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Publication date
Application filed by Dr Johannes Heidenhain GmbH filed Critical Dr Johannes Heidenhain GmbH
Publication of JPS63317711A publication Critical patent/JPS63317711A/ja
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Publication of JP2515853B2 publication Critical patent/JP2515853B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0011—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
    • G01B5/0014—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は工作機械又は工作物の測定機の２つの機械部
分の形の対象物の相対位置の測定のための位置測定装置
にして、第１の対象物と結合されたスケールの目盛は第
２の対象物と結合された走査ユニットによって走査され
そしてスケールは測定方向においてスケール支持体に僅
かに移動可能に配設されており、スケール支持体は両端
で固定要素と結合しており、固定要素は第１の対象物に
剛固に固定されている、位置測定装置に関する。
この種の位置測定装置は特に工作機械で加工されるべ
き工作物に対する工具の相対位置の測定のために並びに
座標測定装置で被測定物の位置及び又は寸法を検出する
ために使用される。
（従来の技術） 位置測定装置では誤差、特にスケールの目盛誤差、機
械部分の機械誤差及び又は温度に依存する誤差の補償の
ための装置が既に公知である。
西独国特許明細書2712421から密閉形測長機が公知で
あり、その際スケールはスケール支持体上に縦移動可能
に配設されており、かつ両端には測定されるべき機械部
分固定要素を介して結合されており、固定要素はスケー
ル支持体とは無関係に機械部分に剛固に固定されてい
る。一方目盛誤差及び又は機械語差の修正のためにスケ
ールの一端はばね附勢された伸長装置を介して他の固定
要素と結合している。西独国特許公開公報2911047によ
る測長機は伸長装置の外に追加的な据込み装置を有す
る。
西独国特許明細書2518745は、ハウジングが両端でそ
れぞれ１つのアングルを介して機械部分に枢支されてい
る密閉形測長機を開示する。スケールはハウジング内で
縦移動可能に配設されており、かつ目盛誤差及び又は機
械誤差の修正のために両端にはそれぞればね附勢された
伸長装置又はばね附勢された据込み装置がアングルと結
合している。
西独国特許明細書3106701から工作機械のための測長
機における装置が公知であり、その際機械部分の熱によ
る縦変化の補償のために高い熱膨張率を有する材料から
成る伸長棒が一端で機械部分にかつ他端でスケールに固
定されており、その際伸長棒の熱膨張量は機械部分の熱
膨張量と等しく、その結果機械部分の熱膨張量は測定装
置によって測定される。
西独国特許公開公報2853771には測長機が記載されて
おり、そのハウジングはスケール及び走査ユニットを収
容するために両端に固定要素を介して測定されるべき機
械部分と結合しており、ハウジングの他端と第２の固定
要素との間には温度保証のための縦補償要素が配設され
ておりその結果ハウジングのこの端はハウジングの縦方
向において平面運動の自由度をもって支承されている。
西独国特許公開公報2243966から測長機が把握され、
その際スケールはその中央において固定の測定基準点と
さもなければ温度変化の際に測定方向において僅かに運
動可能にスケール支持体上に配設されている。スケール
支持体は両端でそれぞれ縦補償要素を介して固定要素と
結合しており、固定要素は機械部分に剛固に固定されて
おり、かつ他方その中央において追加的な固定要素を介
して機械部分と剛固に固定されており、その結果スケー
ルは温度変化の際に機械部分に対してその固定の測定基
準点を保持する。
米国特許明細書3816002は測長機を記載しており、そ
のハウジングはスケール及び走査ユニットの収容のため
に一端は固定されかつ他端は熱による長さ変化の補償の
ために機械部分に縦移動可能に結合されている。スケー
ルはハウジングの内方向に一端を固定させかつ他端をク
ランプ装置を介してハウジングに固定されている。この
ばね附勢されたクランプ装置によってスケールはハウジ
ングの熱的長さ変化によって影響を受けない。
温度による誤差の補償は必要である、そのわけはこの
種の位置測定装置が使用される工作機械の分野では一般
に一定の温度は存在しないからである。同様に工作物の
加工の間に個々の工作機械の温度は常に変化する。コス
ト上の理由から測定されるべき機械部分、スケール並び
にスケール支持体は等しい熱膨張率αを有する材料から
成ることは殆どないので、回避できない温度変化の生じ
た場合に機械部分、スケール及びスケール支持体は相異
なる熱的長さ変化を生じ、その結果測定精度は工作物の
加工精度としては今日最早堪えられない測定精度が生じ
得る。大抵機械部分としては鋳物α（０）＝10・10-6・
K-1）が、スケール支持体としてはアルミニウム（α
（Ｇ）＝23・10-6・K-1）が、そしてスケールとしては
ガラス（α（Ｍ）＝８・10-6・K-1）が使用される。
西独国特許公開公報3419527から工作機械の位置測定
装置が公知であり、その際ガラスから成る可撓性のスケ
ールはスケール支持体としてのハウジング内に移動可能
に配設されている。ハウジングは一端で直接第１固定要
素にそして他端で２つの校正ねじを介して第２固定要素
と結合している。スケールは必要な目標目盛長さよりも
大きい目盛長さを有し、かつその端で両固定要素によっ
て附勢される。両校正ねじによってスケールは標準温度
（20℃）では両固定要素による据込みにより必要な目標
長さに調整される。測定されるべき機械部分は一般に位
置測定装置の組立の際にこの標準温度を有するので、両
校正ねじは機械部分の温度にスケールの目盛長さの調整
を可能にする温度スケールを有する。機械部分への両固
定素子の剛固な固定の後、両校正ねじは弛められる。そ
の据込みに基づいてスケール及び機械部分は温度変化の
際に等しい熱的長さ変化を受ける。この位置測定装置は
比較的コスト高でありかつ機械部分及び加工されるべき
工作物が等しい熱膨張率αを備えた材料から成らない場
合に熱的に制約され加工精度不良が除去できない。
（発明の課題） 本発明は機械部分に温度状態を考慮することなく組立
られることができかつスケールと工作物との熱膨張率が
相違する場合熱的に制約された加工精度が加工されるべ
き工作物で排除されるような上記分野の位置測定装置を
創造することを課題とする。
（課題を解決のための手段） 本発明の課題は、測定尺、測定尺支持体及び工作物の
熱的流さ変化が相違する場合、測定尺支持体（Ｇ）は少
なくとも一端（Ga、Gb）で測定方向Ｘにおける平面運動
の自由度をもって固定要素（BEa、BEb）と結合しており
そして測定尺（Ｍ）は少なくとも一端（Ma、Mb）でばね
要素（FE）によって付勢されており、ばね要素は測定尺
支持体（Ｇ）の平面運動的に移動可能な端（Ga、Gb）と
結合されており、かつそのばね定数Ｃは温度変化の際測
定尺（Ｍ）の相対的長さ変化ΔＬ（Ｍ）/L（Ｍ）が工作
物（Ｗ）の相対的長さ変化ΔＬ（Ｗ）/L（Ｗ）と等しく
なるように設定されており、その際Ｌ（Ｍ）は温度変化
前の測定尺（Ｍ）の絶対的長さ、Ｌ（Ｗ）は温度変化前
の工作物（Ｗ）の絶対的長さ、ΔＬ（Ｍ）は温度変化の
際の測定尺（Ｍ）の長さ変化そしてΔＬ（Ｗ）は温度変
化の際の工作物（Ｗ）の長さ変化を表わすことを特徴と
する前記位置測定装置によって解決される。
（発明の効果） 本発明により得られる利点は提案された位置測定装置
が任意の温度で機械部分に固定さることができることに
ある。機械部分の熱膨張率とは無関係に加工されるべき
工作物の温度経過にスケールの温度経過が調整されるこ
とができ、その結果スケール及び加工されるべき工作物
は温度変化の際の相異なる熱膨張率にも係わらず、等し
い相対的な長さ変化を受ける。提案された位置測定装置
は熱的に制約された加工精度を排除し、その結果不良品
は著しく減少されることができる。
（実施例） 第１図には密閉形測長機が縦断面図で表されている。
例えばガラスから成る可撓性のスケールM1は例えばアル
ミニウムから成るハウジングの形のスケール支持体G1の
内方ウエブST1上に、接着層KS1によって測定方向Ｘに僅
かに移動可能に配設されている。スケール支持体G1は第
１端G1aで直接第１の固定要素BE1aとそして第２端G1bで
測定方向Ｘにおける平面運動の自由度をもって長さ補償
要素LE1を介して第２の固定要素BE1bと結合しており、
両固定要素BE1a、固定要素BE1bはねじSR1a、SR1bによっ
て第１の対称物01aに剛固に固定されている。
スケールM1の目盛TM1は公知の方法でハウジングG1の
内方ウエブBT1の走査ユニットAE1によって走査され、走
査ユニットは連結体MN1を介してねじSR1cによって第２
の対称物01bと結合している。連結体MN1は図示しないシ
ールリップによって密閉されたハウジングG1の縦スリッ
トS1を通っている。第１の対象物01aは図示しない工作
機械の例えば鋼から成る往復台から、第２の対象物01b
は図示しない工作機械の例えば鋳物から成るベッドから
それぞれ成り、測長機は両対象物01a、01bの相対位置又
は往復台01a上にクランプされた工作物と工作機械のベ
ッド上の図示しない工具との相対位置の測定のために役
立つ。
第２の固定要素BE1bには測定方向Ｘに対して垂直な２
つの反対方向を向いたスリットを備えたジグザグ状の範
囲によって組み込まれた形の長さ補償要素LE1が形成さ
れており、スリットはねじSR1bとスケールM1及び走査ユ
ニットAE1のためのハウジングの形のスケール支持体G1
の第２端G1bとの間にある。両固定要素BE1a、BE1bは同
時にハウジングG1の両端G1、G1bの端面接続面AF1a、AF1
bを形成し、接続面はこれらのハウジングG1の両端G1a、
G1bと図示しない方法で固定される。
スケールM1のインクリメンタル目盛TM1は公知の方法
で格子定数Ｐ（目盛ピッチ）を有する罫線から成り、目
盛は標準温度T0（20℃）で正確である。例えば鋼から成
る工作物W1の加工が専らこの標準温度T0で行われると、
ガラスから成るスケールM1と鋼から作る工作物W1の相異
なる熱膨張率α（M1）、α（W1）にもかかわらず加工中
測定精度不良、従って工作物W1の熱による加工精度不良
は生じない。
しかし一般に工作物W1の加工時間の間に工作機械での
温度が常に標準温度に対して変化し、その結果標準温度
T0に対する温度上昇ΔＴの際に標準温度T0での長さＬ
（W1）の工作物W1は相対的長さ変化ΔＬ（W1）/L（W
1）、そして標準温度T0での等しい長さＬ（M1）のスケ
ールM1は相対的長さ変化ΔＬ（M1）/L（M1）を生ずる。
ガラスから成るスケールM1の熱膨張率α（M1）＝８・10
-6・K-1）に比して鋼から成る工作物W1の大きな熱膨張
率α（W1）11・10-6・K-1）のための温度上昇ΔＴの際
におけるスケールM1の相対的長さ変化ΔＬ（M1）/L（M
1）よりも工作物W1の相対的長さ変化ΔＬ（W1）/L（W
1）が大きく、その結果測定精度従って熱に起因する加
工精度不良が工作物W1に生じ得、このような精度不良は
今日では耐えられないものである。
従って、標準温度T0でのスケールM1の正確な目標長さ
Ｌ（M1）が製造の際に相対的長さ変化ΔＬ（M1）/L（M
1）だけ大きくされることが提案され、その結果スケー
ルM1は標準温度T0では伸長された長さＬ′（M1）＝Ｌ
（M1）＋V1・Ｌ（M1）を有する。スケールM1のこの相対
的変化V1はインクリメンタル目盛TM1の正確な格子定数
Ｐの相応した増大によって得られ、その結果正確な目標
長さＬ（M1）での元のインクリメンタルスケールM1は正
確な格子定数Ｐを有する特定数のインクリメンタル（目
盛罫線）を、そして伸長された長さＬ′における伸長さ
れたインクリメンタルスケールM1は伸長された格子定数
Ｐ′を有する同数のインクリメンタル（目盛罫線）を有
する。
スケールM1は例えば標準温度T0では相対長さ変化V1＝
30m/mを有する。ガラスから成るスケールM1の熱膨張率
α（M1）＝８・10-6・K-1と、鋼から成る工作物W1の熱
膨張率α（W1）＝11・10-16・K-1とに よって、 従って、温度TG＝T0＋ΔＴ＝20℃＋10℃＝30℃ではガラ
スから成る伸長したスケールM1は鋼から成る伸長されな
いスケール又は鋼から成る工作物W1と同様な長さを有す
る。これに対してこの温度TG＝30℃では熱膨張率α（G
1）＝23・10-6・K-1を有するアルミニウムから成りかつ
標準温度T0で等しい長さＬ（G1）であるスケール支持対
G1はガラスから成るスケールM1の目標値Ｌ（M1）よりも
長い。工作物W1の加工中の温度は下限温度としての20℃
と上限温度としての30℃の間にあるとされる。
スケールM1はその第１端面M1aの第１端面をハウジン
グG1の第１端G1aの第１接続面AF1aに当接し、そしてス
ケールM1の第１端M1aを把持する第１のホルダーH1aによ
って第１の接続面AF1a上側方移動を阻止されている。ス
ケールM1の第２の端M1bの第２端面はスケール支持体G1
の第２端G1bと結合されたコイルばねの形のばね要素FE1
の第１端F1aによって附勢される。このばね要素FE1の第
２端FE1bによって調整ねじES1に支持され、調整ねじは
スケール支持体G1の第２の端1bの第２の接続面AF1bU FA
のねじ孔GB1中に配設されており、その調整ねじES1に固
定された第２のホルダーH1bによって把持されかつ側方
移動を阻止されている。ばね要素FE1の第２端FE1bはス
ケール支持体G1の第２端G1bと結合しており、スケール
支持体G1は測定方向Ｘにおいて平面運動の自由度を有す
る。
このばね要素FE1のばね定数C1はばね要素FE1がスケー
ルM1の第２端M1bの第２の端面上にばね力F1を以て押圧
されるようにされており、このばね力は上限温度T0＝20
℃では長さＬ′の伸長されたスケールM1を相対的長さV1
だけ据込むための値を有し、その結果据込まれたスケー
ルM1は標準温度T0では正確な目標値Ｌ（M1）を有する。
ばね要素FE1のばね定数C1は F1＝〔α（G1）−α（W1）〕・ΔＴ・Ｌ（M1）・C1と の両式によって得られる。
F1＝V1・Ｑ（M1）・Ｅ（M1） ここにσ（M1）はフック領域におけるスケールM1の標
準応力とする。
Ｅ（M1）はスケールM1の弾性率 Ｑ（M1）はスケールM1の横断面積である。
V1・Ｑ（M1）・Ｅ（M1）＝〔α（G1）−α（W1）〕・ ΔＴ・Ｌ（M1）・C1 及びV1＝〔α（W1）−α（M1）〕・ΔＴによって得ら
れる。
であり、上記値の例として α（M1）＝８・10-6・K-1 α（W1）＝11・10-6・K-1 α（G1）＝23・10-6・K-1 Ｑ（M1）＝３・20＝60mm2 Ｅ（M1）＝80・103N/mm2 Ｌ（M1）＝3000mm であり、C1＝400N/mmが得られる。
スケールM1はその第１端M1aでスケール支持体G1の第
１端G1aの第１の接続面AF1aの第１端面の個所に第１の
対象物01aに対する固定の測定基準点を有する。調整ね
じES1は標準温度T0での据込まれたスケールM1の正確な
目標値Ｌ（M1）の基本調整のために役立ちかつ第２固定
要素BE1bにおける孔B1を通って挿入されることができ
る。
第２図には第２の密閉形測長機の縦断面図が示されて
いる。例えばガラスから成る可撓性のスケールM2は例え
ばアルミニウムから成るハウジングの形のスケール支持
体G12の内方ウエブM2上に接着剤によって測定方向Ｘに
移動可能に配設されている。スケール支持体G2はその中
央G2mにおいて直接中央の固定要素BE2mと、その第１端G
2aで測定方向Ｘにおいて直接平面運動可能な自由度をも
って第１の長さ補償要素LE2aを介してその第１固定要素
BE2aと、そして第２端G2bで測定方向Ｘにおいて平面運
動の自由度をもって第２固定要素BE2bと結合合されてお
り、中央の固定要素BE2b、第１の固定要素BE2a及び第２
の固定要素BE2bはねじSR2m、SR2a、SR2bによって第１の
対象物02aと剛固に固定されている。
スケールM2の目盛TM2は公知の方法でハウジングG2中
の走査ユニットAE2によって走査され、走査ユニットは
連結対象物MN2を介してねじSR2cによって第２の対象物0
2bと結合している。連結対象物MN2は図示しないシール
リップによって密閉されたハウジングG2の縦スリットLS
2を通っている。第１の対象物02aは図示しない工作機械
の例えば鋼から成る往復台、第２の対象物02bは工作機
械の例えば鋳物から成るベッドから成ることができる、
測長機は両対象物02a、02bの相対位置の測定のために又
は往復台02a上にクランプされた工作物W2と工作機械の
ベッド02b上の図示しない工具との相対位置の測定のた
めに役立つ。
両固定要素BE2a、BE2bには組み込み形の両長さ補償要
素LE2a、LE2bが測定方向Ｘに対して垂直な２つのスリッ
トを備えたジグザグ状の範囲によって形成されており、
スリットはねじSR2a、SR2b及びスケールM2及び走査ユニ
ットAE2のためのハウジングの形のスケール支持体G2の
両端G2a、G2bとの間に位置する。第１の固定要素BE2b及
び第２の固定要素BE2bは同時にハウジングG2の両端G2
a、G2bの端面接続面AF2a、AF2bを形成し、接続面は図示
しない方法でハウジングG2の両端G2a、G2bと固定されて
いる。
標準温度T0でのスケールM2の正確な目標長さＬ（M2）
は製造の際に相対的長さ変化ΔＬ（M2）/L（M2）だけ伸
長され、その結果スケールM2は標準温度T0では伸長され
た長さＬ′（M2）＝Ｌ（M2）＋V2・Ｌ（M2）を有する。
スケールM2の第１端M2aにおける第１の端面はスケール
支持体G2の第１端G2aと結合したＵ形の板ばねの形の第
１のばね要素FE2′の第１の端FE2a′によって附勢され
る。この第１ばね要素FE2′は第２端FE2b′でスケール
支持体G2の第１の端G2aの第１の接続面AF2aに固定され
ている。スケールM2の第２端M2bの第２の端面はスケー
ル支持体G2の第２端G2bと結合したＵ形の板ばねの形の
第２ばね要素FE2″の第１反FE2a″によって附勢され
る。この第２のばね要素FE2″はその第２端FE2bによっ
てスケール支持体G2の両端G2a、G2bと結合しており、第
２端G2bの第２の接続面AF2bに固定されている。両ばね
要素FE2′、FE2″はスケール支持体G2の両端G2a、G2bと
結合しており、両端はそれぞれ測定方法Ｘにおいて平面
運動の自由度を有する。
同種の両ばね要素FE2′、FE2″のばね定数C2はばね要
素FE2′、FE2″がそれぞれスケールM2の両端M2a、M2bに
おける両端面上にばね力F2をもって押圧され、そのばね
力は上限温度TGで値ゼロを、そして標準温度T0＝20℃で
相対的変化V2だけ長さＬ′（M2）の伸長されたスケール
M2を据込むための値を有し、その結果標準温度T0では据
込まれたスケールM2は再び正確な目標長さＬ（M2）を有
する。
スケールM2は均一の厚さの接着層KS2によってスケー
ル支持体G2と結合しているので、スケールM2は温度上昇
の際に無負荷状態においてその中心に対して対称的に両
側に向かって伸ばされる、そのわけは弾性接着層KS2は
測定方向ＸにおけるスケールM2の僅かな移動を可能にす
るからである。スケールM2は中央においてスケール支持
体G2に対して固定の測定基準点を有しかつその中央にお
けるスケール支持体G2の剛固な固定のために第１の対象
物02aの中央の固定要素BE2mによって第１の対象物02aに
対する同様な固定の測定基準点を有する。
上記の理論によってばね定数C2が得られる。
及び同様な上記の数値によってC2＝800N/mmが得られ
る。
ばね定数C2の等式において、Ｌ（M2）はＬ（M2）/2に
よって置き換えられる、そのわけは各ばね要素FE2′、F
E2″はそれぞれスケールM2の目標長さの半分になってい
るからである。
第２ばね要素FEは調整ねじES2によって附勢され、調
整ねじは第２定要素BE2bのねじ孔GB2内方に付設され、
かつ孔B2を通って挿入される。調整ねじES2は標準温度T
0での据込まれたスケールM2の正確な目標長さＬ（M2）
の基本調整のために役立つ。
第１図によればばね要素FE1のばね定数C1はスケールM
1の目標長さＬ（M1）に依存し、かつ第２図によれば両
ばね要素FE2′、FE2″のばね定数C2はそれぞれスケール
M2の目標長さの半分Ｌ（M2）/2に依存し、C1〜1/L（M
1）、C2〜2/L（M2）である。しかし工作機械使用される
測長機のスケールＭは使用目的に従ってそれぞれ相異な
る目標長さＬ（Ｍ）を有し、その結果多数の相異なるば
ね要素FEを備えたばね定数Ｃが必要である。
従って第３図によれば、第３の測長機の縦断面図が示
されている。例えばガラスから成る可撓性のスケールM3
は例えばアルミニウムから成るハウジングの形のスケー
ル支持体G3の内方ウエブST3上に接着層KG3によって測定
方向に僅かに移動可能に配設されている。スケール支持
体G3はその中央G3mで直接中央の固定要素BE3mとその第
１端G3aで測定方向Ｘに平面運動の自由度をもって第１
の長さ補償要素LE3aを介して第１の固定要素BE2aとそし
てその第２の端G3bによって測定方向Ｘにおける平面運
動の自由度をもって第２長さ補償要素LE3bを介して第２
固定要素BE3bと結合している。中央固定要素BE3m、第１
の固定要素BE3a及び第２の固定要素BE3bはねじSR3m、SR
3a、SR3bによって第１対象物03aと剛固に固定されてい
る。
スケールM3の目盛TM3は公知の方法でハウジングG3内
の走査ユニットAE3によって走査され、走査ユニットは
連結体MN3を介してねじSR3cによって第２対象物03bと結
合している。連結体MN3は図示しないシールリップによ
ってハウジングG3の密閉された縦スリットLS3を通って
いる。第１対象物03aは工作機械の例えば鋼から成る往
復台、第２対象物03bは工作機械の例えば鋳物から成る
ベッドから成る。測長機は両対象物03a、03bの測定のた
めに、又は往復台03上にクランプされた工作物W3及び図
示しない工具の工作機械のベッド03a上にクランプされ
た工作物及び図示しない工作機械のベッド03b上の工具
との相対位置の測定のために役立つ。
両固定要素BE3a、BE3b内には組み込み形の両長さ補償
要素LE3a、LE3bがそれぞれ測定方向Ｘに対して垂直な２
つの対抗するスリットを備えたジグザグ状の範囲によっ
て形成されており、スリットはねじSR3a、SR3b及びスケ
ールM3及び走査ユニットAE3のためのハウジングの形の
スケール支持体G3の両端G3a、G3bとの間にある。第１固
定要素BE3a及び第２固定要素BE3bは同時にハウジングG3
の両端G3a、G3bの接続面AF3a、AF3bを形成し、接続面は
ハウジングG3のこれらの両端G3a、G3bと図示しない方法
で固定されている。
更に標準温度T0でのスケールM3の正確な目標長さＬ
（M3）は製造の際に相対的長さ変化ΔＬ（M3）/L（M3）
だけ伸長されその結果標準温度T0でのスケールM3は伸長
された長さＬ′（M3）＝Ｌ（M3）＋V3・Ｌ（M3）を有す
る。ハウジングＧ内にはその第１端G3aに第１の可撓的
なレバ要素HEaが、そしてその第２端G3bには第１の可撓
的なレバ要素HEbが測定方向Ｘに対して垂直に配設され
ている。第１のレバ要素HEaは一端で第１接続面AF3aか
ら突出する第１のピンZaに回転可能に支承されている。
同様に第２のレバ要素HEbは一端で第２の接続面AF3bか
ら突出する第２のピンZbに回転可能に支承されている。
両レバ要素HEa、HEbの両自動端には両ばね要素FE3の両
端、FEa、FEbがねじSR3dによって固定されており、ねじ
はハウジングG3の両端G3a、G3bの２つの開口0Fa、0Fbを
通って挿入され、開口は２つの閉鎖蓋VDa、VDbによって
閉鎖されている。第１のレバ要素HEa内にはその両端の
間に第１の押圧部材DSaが枢支されており、押圧部材は
端面でスケールM3の第１端M3aに附勢されている。スケ
ールM3の第２端M3bの第２端面は押圧部材DSbによって附
勢されており、押圧部材は調整ねじES3に枢支されてお
り、調整ねじはM3aを附勢している。スケールM3の第２
端M3bの第２端面は第２の押圧部材DSbによって附勢され
ており、押圧部材はその両端の間で第２のレバ要素HEb
のねじ孔GB3内に配設されており、かつ第２固定要素BE3
b内の孔B3を通って挿入可能である。ばね要素FE3の両端
FE3a、FE3bはそれによって両レバ要素HEa、HEbを介して
スケール支持体G3の両端G3a、G3bと結合しており、レバ
要素はそれぞれ測定方向Ｘにおいて平面運動の自由度を
有する。
ばね要素FE3は金属バンド又は金属型材の形の引張ば
ねとして形成されており、ばね要素FE3の長さはスケー
ルM3の目標長さＬ（M3）に略一致し、そしてばね要素FE
3のばね定数C3は同様にスケールM3の目標長さＬ（M3）
に依存する。即ちC3〜1/L（M3）である。ばね要素FE3の
ばね定数C3は、ばね要素FE3が両レバ要素HEa、HEb及び
両押圧部材DSa、DSbを介してばね力F3をもってスケール
M3の両端M3a、M3bの端面に押圧され、ばね力は上限温度
TGではゼロにそして標準温度T0＝20℃では長さＬ′（M
3）の伸長されたスケールM3を増分V3だけ据込むための
値を有し、その結果据込まれたスケールM3は標準温度T0
では再び正確な目標長さＬ（M3）を有する。
スケールM3は均一な厚さの接着層KS3によってスケー
ル支持体G3と結合しているので、スケールM3は無負荷状
態では温度上昇の際その中央に対して両側に向かって伸
長する、そのわけは弾性的接着層KS3は測定方向Ｘにお
いてスケールM3の僅かな移動を可能にするからである。
スケールM3はその中央において第１の対象物03aの中央
の固定要素BE3mによって第１の対象物03aに対して第一
の固定点を有する。直接ねじES3は標準温度T0で据込る
れたスケールM3の正確な目標長さＬ（M3）の基本直接の
ために役立つ。
上記理論によればばね定数C3については次の値が生ず
る。
及び同様な上記数値はC3＝800N/mmである。
スケール支持体G3の両端G3a、G3bの回転点とスケール
M3における作用点との間の両レバ要素HEa、HEbの第１レ
バアームは第１レバアーム長さ１をそしてスケールM3の
作用点とばね要素FE3の作用点との間の両レバ要素HEa、
HEbの第２のレバアームは第２レバアーム長さｉ・１を
有し、その際ｉはレバ比を意味する。
両レバ要素HEa、HEbのレバ比ｉ、ばね要素FE3の弾性
率Ｅ（FE3）、スケールM3の弾性率Ｅ（M3）、スケール
支持体G3の弾性率Ｅ（G3）、ばね要素FE3の横断面積Ｑ
（FE3）、スケールM3の横断面積Ｑ（M3）及びスケール
支持体G3の横断面積Ｑ（G3）はガラスから成るスケール
M3の熱膨張率α（M3）が鋼から成る工作物W3の熱膨張率
α（W3）に関して所定の量Δα（M3）だけ増大されるよ
うに決定される。
α（M3）＋Δα（M3）＝α（W3） スケールM3の熱膨張率α（M3）の増分は次のようにし
て得られる。
スケール支持体G3は一般にスケールM3よりも非常に剛
固に形成されているので、この等式は次のように簡単化
される。
数値の例としては次のようである。
α（FE3）＝11・10-6・K-1 α（M3）＝８・10-6・K-1 α（G3）＝23・-6・K-1 Ｑ（M3）/Q（FE3）＝６ Ｅ（FE3）/E（M3）＝３ ｉ＝1.5が得られる。
Δα（Ｍ）＝3.4・10-6・K-1 α（M3）＋Δα（M3）＝11.4・10-6・K-1 ＝α（W3）＝11・10-6・K-1 第４図には第４の密閉形測長機の縦断面図が示されて
いる。例えばガラスから成る可撓性スケールM4は例えば
アルミニウムから成るハウジングの形のスケール支持体
G4の内ウエブST4上に接着層KS4によって測定方向Ｘに僅
かに移動可能に配設されている。スケール支持体G4は第
１端G4aで直接第１の固定要素BE4aとそして第２端G4bで
測定方向Ｘにおける平面運動の自由度をもって長さ補償
要素LE4を介して第２固定要素BE4bと結合している。両
固定要素BE4a、BE4bはねじSR4a、SR4bによって第１の対
象物04aと剛固に固定されている。
スケールM4の目盛TM4は公知の方法でハウジングG4内
の走査ユニットAE4によって走査され、走査ユニットは
連結体MN4を介してねじSR4cによって第２対象物04bと結
合している。第１の対象物04aは図示しない工作機械の
鋼から成る往復台及び第２の対象物04bは図示しない工
作機械の例えば鋳物から成るベッドから成ることができ
る。測定機は両対象物04a、04bの相互の相対位置又は工
作機械のベッド上の往復台04a上にクランプされた工作
物W4と図示しない工具との間の相対位置の測定のために
役立つ。
第２の固定要素BE4bには組み込み形の長さ補償要素LE
4が測定方向Ｘに対して垂直な対抗する２つのスリット
を備えたジグザグ状の配置によって形成されており、こ
の範囲はねじSR4bとスケールM4及び走査ユニットAE4の
ためのハウジングの形のスケール支持体G4の第２端G4b
との間に位置する。両固定要素BE4a、BE4bは同時にハウ
ジングG4の両端G4a、G4bの接続面AF4a、AF4bを形成し、
接続面はハウジングG4のこれらの両端G4a、G4bと図示し
ない方法で結合している。
スケールM4のインクリメンタル目盛TM4は公知の方法
で格子定数Ｐを備えた罫線から成り、格子定数は標準温
度T0（20℃）で正確である。例えば鋼から成る工具W4の
加工が専ら標準温度T0で行われる場合ガラスから成るス
ケールM4と鋼から成る工作物W4の相異なる熱膨張率α
（M4）、α（W4）にも係わらず加工中に測定精度従って
工作物W4における熱的に制約された加工精度不良は生じ
ない。
しかし一般に工作物W4の加工時間の間に工作機械で温
度は常に標準温度T0に対して変化し、その結果標準温度
T0に対する温度増分ΔＴでは長さＬ（W4）の工作物W4は
相対的長さ変化ΔＬ（W4）/L（W4）そして標準温度T0で
の等しい長さＬ（M4）のスケールM4は標準温度T0での相
対的長さ変化ΔＬ（M4）/L（M4）を受ける。ガラスから
成るスケールM4の熱膨張率α（M4）に対して鋼から成る
工作物W4の熱膨張率α（W4）が大きいために、工作物W4
の相対的長さ変化ΔＬ（W4）/L（W4）も温度上昇ΔＴの
際にスケールM4の相対的長さ変化ΔＬ（M4）/L（M4）よ
りも大きく、その結果測定精度不良従って工作物W4にお
ける熱的に制約された加工精度不良が生じ得、測定精度
不良は今日の精度要求では耐えられないものとなってい
る。
標準温度T0で正確な目標長さＬ（M4）を有するスケー
ルM4はその第１端M4aで第１の締付要素FKaによって第１
の締付要素KEaによってハウジングG4の第１の端G4aの接
続面AF4aに結合されている。スケールM4の第２端M4bは
第２締付要素KEb中に固定され、締付要素はばね要素FE4
を介してスケール支持体G4の第２端G4bと結合してい
る。ばね要素FE4の第1E端FE4aは第２の締付要素KEbの第
１のねじGZa上にそしてばね要素FE4の第2E端FE4bは第２
のねじGZb上にねじ止めされ、ねじは第２固定要素BE4b
の第２の接続面AF4b上に形成されている。ばね要素FE4
の第２端FE4bはスケール支持体G4の第２端G4bと結合し
ており、第２端は測定方向Ｘにおいて平面運動の自由度
をもって配設されている。
このばね要素FE4のばね定数C4はスケールM4が標準温
度T0で正確な目標長さＬ（M4）を有し、そして温度上昇
ΔＴの際にスケールM4の相対的長さ変化ΔＬ（M4）/L
（M4）は工作物W4の相対的長さ変化ΔＬ（W4）/L（W4）
と等しいように設定されている。
本出願は光電的、磁気的、容量的及び誘導的並びにイ
ンクリメンタル並びにアブソリュート位置測定装置に使
用されることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は第１の密閉形測長機、第２図は第２の密閉形測
長機、第３図は第３の密閉形測長機そして第４図は第４
の密閉形測長機を示す。 図中符号 Ｇ……スケール支持体 Ga、Gb……第１端、第２端 BEa、BEb……固定要素の第１端、第２端 Ｍ……スケールＭ Ma、Mb……スケールＭの第１端、第２端 ΔＬ（W1）/L（W1）……工作物の相対的長さ変化 ΔＬ（W1）/L（W1）……スケールの相対的長さ変化

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】工作機械又は工作物の測定機の２つの機械
    部分の形の２つの対象物の相対位置の測定のための位置
    測定装置にして、工作物は対象物の一方にクランプされ
    ており、その際第１対象物と結合された測定尺の目盛は
    第２対象物に結合された走査ユニットによって走査され
    そして測定尺は測定方向に僅かに移動可能に測定尺支持
    体上に配設されており、測定尺支持体は両端で、第１対
    象物と剛固に固定されている固定要素と結合している、
    位置測定装置において、 測定尺、測定尺支持体及び工作物の熱的流さ変化が相違
    する場合、測定尺支持体（Ｇ）は少なくとも一端（Ga、
    Gb）で測定方向Ｘにおける平面運動の自由度をもって固
    定要素（BEa、BEb）と結合しておりそして測定尺（Ｍ）
    は少なくとも一端（Ma、Mb）でばね要素（FE）によって
    付勢されており、ばね要素は測定尺支持体（Ｇ）の平面
    運動的に移動可能な端（Ga、Gb）と結合されており、か
    つそのばね定数Ｃは温度変化の際測定尺（Ｍ）の相対的
    長さ変化ΔＬ（Ｍ）/L（Ｍ）が工作物（Ｗ）の相対的長
    さ変化ΔＬ（Ｗ）/L（Ｗ）と等しくなるように設定され
    ており、その際Ｌ（Ｍ）は温度変化前の測定尺（Ｍ）の
    絶対的長さ、Ｌ（Ｗ）は温度変化前の工作物（Ｗ）の絶
    対的長さ、ΔＬ（Ｍ）は温度変化の際の測定尺（Ｍ）の
    長さ変化そしてΔＬ（Ｗ）は温度変化の際の工作物
    （Ｗ）の長さ変化を表わすことを特徴とする前記位置測
    定装置。
  2. 【請求項２】スケール（M4）が標準温度T0でその正確な
    長さＬ（M4）を有する請求項１記載の位置測定装置。
  3. 【請求項３】スケール（M1、M2、M3）が標準温度T0でそ
    の正確な目標長さＬ（M1）、Ｌ（M2）、Ｌ（M3）越える
    長さを有する請求項１記載の位置測定装置。
  4. 【請求項４】ばね要素がコイルばね（FE1、FE4）又はＵ
    字形板ばね（FE2）から成る、請求項１記載の位置測定
    装置。
  5. 【請求項５】ばね要素（FE3）、が引張ばねから成り、
    これはスケール（M3）の両端（M3a、M3b）をそれぞれレ
    バ要素（HEa、HEb）を介して附勢し、引張ばねはスケー
    ル支持体（G3）の平面運動可能な両端（G3a、G3b）に回
    転可能に支承されている、請求項１記載の位置測定装
    置。
  6. 【請求項６】ばね要素（FE3）が金属板材から成る、請
    求項５記載の位置測定装置。
  7. 【請求項７】ばね要素（FE1、FE2、FE3）が調整ねじ（E
    S1、ES2、ES3）によって附勢される、請求項１記載の位
    置測定装置。
  8. 【請求項８】測定尺支持体（Ｇ）の少なくとも一端（G
    a、Gb）とこの端（Ga、Gb）に面していて第１対象物（0
    1）と固定された固定要素（BE）との間の温度に起因す
    る移動がこれらの間に配設されている長さ補償要素（L
    E）を介して生じないようにされている、請求項１記載
    の測定装置。
  9. 【請求項９】長さ補償要素（LE）が第１対象物（01）に
    剛固に固定された固定要素（BE）中に組み込まれてい
    る、請求項８記載の位置測定装置。
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