专利名称：具有固定在支座上的标尺的装置的制作方法
技术领域：
为了对两个机械部件的相对位置进行测量，在其中一个机械部件上固定一个标 尺，并且在相互运动的机械部件的另一机械部件上固定一个扫描单元。在位置测量时由这 个扫描单元扫描标尺的测量刻度，并且生成与位置有关的扫描信号。
背景技术：
在EP 0264801B1中将标尺安装在一个支座上，其做法是它支撑在球体上。这些球 体可滚动地支承在一些小的区域中。在标尺和支座之间的保持力是由弹簧提供的。通过球体和弹簧的组合只能在标尺的边缘区域进行固定和支撑，这样，在标尺的 实际的测量区域的内部达不到平的支承。在EP 1783463A1中描述了借助粘接固定标尺的方法。根据EP 1783463A1的接触 表面被划分成许多彼此间有间距的小接触表面。在标尺或者在支座上整体地形成支撑。通 过这种设计虽然也保证了在测量区域中的标尺的可靠的固定和比较均勻的支撑，但是通过 此措施却难于达到一种无应力，并且在整个测量刻度平面上的均勻的压紧力。

发明内容
本发明的任务是提供一种具有一个固定在支座上的标尺的装置，其中，所述标尺 稳定和无漂移地保持在支座上。此外，这种固定应尽可能简单，并且可以成本有利的装置实 现。这个任务通过在权利要求1中所说明的装置得以完成。据此标尺具有测量刻度，并且通过两维分布设置的球体支撑在支座上。测度刻度 在标尺的表面上规定测量区域，并且标尺的与测量刻度对置的表面形成一个支承表面。这 个支承表面和球体接触。通过球体在一侧不可移动地固定在支座上，并且在另一侧固定在 标尺上，在支座和标尺之间施加保持力。这些位置固定的固定分别是通过材料连接的办法 实现的。保持剂，特别是使球体材料连接地固定的胶粘剂，用于球体的不可移动的位置固 定的固定。这种保持剂优选地作为涂层实现，其中在这方面有多种途径。在其中可将球体 位置固定地固定在支座上的这种层涂覆在支座上，和/或将这个层以包皮的形式施加在球 体上。其中可将球体位置固定地固定在标尺上的这种层涂覆在标尺上，和/或以包皮的形 式将该层施加在球体上。在安装状态时球体穿过这些层，这样，球体和标尺及支座的支承表 面存在着一种直接接触，而无层材料的中间连接。特别优选地使用粘合剂，特别是这样的胶粘剂，这种胶粘剂在硬化时收缩，有利地 利用这种收缩效应，方式是通过收缩产生一种保持力，这种保持力可起拉力弹簧的作用，这 样标尺的支承表面就被拉向球体。若将这些球体按小于标尺的厚度的彼此的中心距设置，则是特别有利的。球体和固定剂即保持剂是如此地设置和设计的，即在其间形成自由空间，这些空间形成通往外部的通道。这些在标尺和支座的中间空间中延伸的通道和环境介质相通。为了避免夹紧，若支座和标尺的材料分别具有相同的热膨胀系数是特别有利的。 支座和标尺的膨胀系数优选地小于0. 1 X10-6K-1。球体由这样的材料构成，即它能尽量不变形地能承受出现的压力。合适的材料例 如是玻璃。在从属权利要求中对本发明的其它一些有利方案进行了说明。面的平整性-即使大面积的标尺的表面平整性-在本发明的装置中得到，或者没 有被破坏，因为起破坏作用的介质会沉积在通过在球体之间形成的自由空间之中。通过根 据本发明的这一措施避免了在测量刻度平面中的短周期的长度误差，并且保证了高的测量 程度。在测量工作时将标尺稳定地固定在支座上。这意味着在测量方向以及垂直于测量 刻度平面的刚性。


下面借助附图对本发明的一些实施例进行更加详细的说明。这些附图是图1 放置有标尺时具有球体的支座的第一实施例的横截面图。图2 第一实施例的保持在支座上的标尺的横截面图。图3 图2的装置的顶视图。图4 在放置有标尺时具有球体的支座的第二实施例的横截面图。图5 第二实施例的支承在支座上的标尺的横截面图。图6 在放置有标尺时具有球体的支座的第三实施例的横截面图。图7 保持在支座上的标尺的第三实施例的横截面图。
具体实施例方式借助图1至图3对本发明的第一实施例进行说明。其中示出，标尺1由玻璃或者 玻璃陶瓷(例如微晶玻璃)构成、并具有测量刻度11。这种测量刻度11是一种增量刻度。 在位置测量时在x、y两个测量方向由一个未示出的扫描单元对这个刻度进行光电扫描，以 产生与位置有关的扫描信号。测量刻度11可以是一种反射的振幅栅，或者是一种相衍射光 栅。这种光栅以公开的方式用于高精度的干涉位置测量。标尺1在这个位置测量期间被 保持在一个支座2上。这个支座2优选地由一种具有和标尺1相同膨胀系数的材料构成。 在使用具有所谓零膨胀的玻璃，如微晶玻璃、SITAL和ULE时在温度范围0°至50°中标尺 1和支座2的平均热膨胀系数α优选地小于0. IXlO-6K-1,在使用金属，例如不胀钢时小于 1. 5 X KT6IT1。在标尺1的朝向支座2的表面12上这个标尺由球体3支承。这些球体3两维空 间分布地设置，或者几何均勻地分布在一个规则的网格中，或者按照统计学地分布。这些球 体3以小于标尺1的厚度D的彼此间的中心距A地设置。特别是这些球体3以小于标尺1 的厚度D的1/10的彼此间的中间间距A设置。这个条件在球体3的二维分布的每个位置， 但至少在测量区域M的内部得到满足。测量区域M是通过用于高精度的位置测量的测量刻度11的区域规定的。标尺1的厚度D是测量刻度平面E-测量刻度11位于该平面中-和 支承表面12-它用此支承表面支撑在球体3上-之间的距离。通过这一措施保证，所有通过固定引起的拉应力和压应力如此地在空间上是高频 的，即其通过标尺1的厚度D而下降，并且在测量刻度平面E中不起长度误差的作用。通过 与测量刻度11直接对面的支持，标尺1在测量工作时稳定地固定在支座2上，这意谓着在 χ和y测量方向以及垂直于测量刻度平面E的高的刚性。图3示出标尺1的二维的测量刻度11的顶视图。为了能更好地示出球体3在标 尺1和支座2之间的二维分布的设置，将标尺1的图的左上部分去掉了。球体3的在图3中作为顶视图示出的二维空间分布是按如此方式进行的，即在这 些球体3之间出现自由空间，这些自由空间彼此连接，并且因此形成一些通往外部的通道。 通过这一措施可在标尺1的整个平面上通过这些通道将空气均勻地向外排出到环境中，这 保证了标尺1具有良好的平整性。标尺1的厚度D的典型数值在0. 5毫米到15毫米。球体3由一种能承受出现的压缩力，并且尽可能不变形的材料构成。一种合适的 材料例如是玻璃。有利地球体3由具有和标尺1相同的膨胀系数的材料构成。球体3特别是具有20 μ m和200 μ m之间的直径，典型地为50 μ m。球体在直径和 圆度方面的公差优选地小于5 μ m,也就是说，当额定直径为50 μ m时，球体3具有的最大误 差为士 5 μ m。在所有实施例中标尺1在支座2上的本来的固定都是通过球体一侧不可移动地固 定在支座2上，并且另一侧固定在标尺1上完成的。这些固定是材料连接，也就是说例如粘 接、钎焊或者熔焊。在第一实施例中保持剂以涂覆到支座2上的涂层51的形式用于将球体3无漂移 地保持在标尺1和支座上，球体被嵌入在该涂层中，并且通过此措施位置稳定地粘结在支 座2上。这个涂层51是一种粘合剂，特别是一种固定硬化的胶粘剂，一种光刻胶，或者一种 聚合物，并且具有厚度，这个厚度为球体3的直径的一部分。标尺1相对于现在在支架2上位置固定的球体3的位置固定也是用一种保持剂 53，以一种粘合剂的形式，例如以一种胶粘剂，或者另一种固定硬化的材料的形式完成的。 其包封着球体3，并且起附着作用。球体3在一侧，在标尺1的下侧，也就是在支承表面12上分别以点的形式接触标 尺1，并且在另一侧同样以点的形式接触支座2。通过这一措施保证，使得标尺1的平整度 不会受到其它介质，例如粘合剂的不利影响。保持剂51、53的目的仅在于位置固定地固定 球体3，并且产生和保持支座2和标尺1之间的保持力。通过球体形状和合适地选择涂层51和53的厚度保证，即使两个球体3彼此相撞 也分别在它们之间出现自由空间4。保持剂51、53，也就是涂层材料为硬化，也为后来的老 化有足够的容积，且对支座2和标尺1之间的间距没有影响。在球体3的二维设置中这些自由空间4彼此连接，并且因此形成通往外部的通道。 通过这一措施可在标尺1整个表面上通过这些通道将空气均勻地向外排放到环境中。这保 证了在安装时，还有在测量工作时标尺1具有良好的平整性。这些彼此相连接的自由空间4具有下述优点，即在将标尺1放置到球体3上时在中间空间中的空气可无强制力地放出。此外还存在将这些自由空间4用作用于标尺1的真 空抽吸的通道的可能性。在这种情况中，将标尺1放置到球体3上，并且通过在自由空间3 中形成低压而产生一种保持力，直到涂层材料完全硬化。也可将通往外部的自由空间4用 于用介质冲洗球体3之间的中间空间，为的是例如有针对性地影响涂层材料，或者为了调 节温度。不是设置低压也可以设置过压，或者输入溶解涂层材料的介质，以便能拆卸标尺1。上述对支座2、标尺1和测量刻度11的描述地适用于下述一些实施例，因此在所有 实施例中这些部件使用相同的附图标记。在图4和图5中示出的第二实施例和第一实施例的区别仅在于，为了将球体3位 置固定地固定在标尺1上以涂层52的形式将保持剂涂覆在标尺1的支承表面12上。在此，球体3在一侧分别点形地也在标尺1的支承表面12上接触标尺1，并且在放 置标尺时穿过涂层52。球体3在另一侧也是点形地接触支座2。通过这一措施保证标尺1 的平整度不受其它的介质，特别是涂层材料的不利影响。保持剂51、52的目的只是位置固 定地固定球体3，并且在支座2和标尺1之间生成保持力，并且加以保持。通过球体形状和合适地选择涂层51、52的厚度保证即使两个球体3彼此相碰撞也 分别在它们之间出现自由空间4。保持剂51、52，也就是涂层材料为硬化，并且也为日后的 老化保留有足够的体积，且对支座2和标尺1之间的间距没有影响。在球体3的二维的设置中这些自由空间4彼此连接，并且因此形成通往外部的通 道。通过这一措施在标尺1的整个平面上通过这些通道可将空气均勻地向外排放到环境 中，这保证标尺1在安装时和测量运行期间具有良好的平整性。在图6和7中示出的第三实施例和第一实施例的区别在于，只有作为球体3的包 皮起作用的涂层53用作保持剂用于将球体3位置固定地固定在支座2上以及将球体位置 固定地固定在标尺1上。这种包皮可通过下述办法实现，即将这些球体3在一种保持剂，例 如胶粘剂或者光致抗蚀剂中进行混合，这样，这些球体3就分布在其中，并且将这种混合物 涂覆到支座2上。为了更方便的操作和为了使球体3能更好地分布在支座2上也可将这些球体固定 在一个支座中，例如固定在一种薄膜中，其中，然后将这种预制的薄膜铺到支座2和/或标 尺1上。在所有实施例中球体3和支座2之间，以及球体3和标尺1之间的位置固定的保 持可通过以粘合剂、光刻剂、钎焊材料(例如玻璃焊接)、烧结层形式的胶粘剂，或者通过冷 结合(Cold-Bonding)得以实现。代替或附加于增量的测量刻度11也可以规定一种绝对的编码。
权利要求
1.具有在支座( 上固定的标尺(1)的装置，其中，这个标尺(1)具有测量刻度(11)， 并且通过二维分布设置的球体C3)支撑在支座( 上，这些球体和标尺(1)的规定测量区 域(M)的测量刻度(11)对置地设置，其中，这些球体不可移动地一侧固定在支座(2)上，另 一侧固定在标尺(1)上。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，球体(3)通过保持剂(51、52、53)在它们 的位置上不可移动地保持在支座( 和标尺(1)上，其中，保持剂(51、52、5；3)在球体(3) 和支座( 之间，以及在球体C3)和标尺(1)之间引起材料连接。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，保持剂是设置在支座( 上的第一层 (51)和设置在标尺(1)上的第二层(52)，球体C3)被嵌入在其中。
4.按照权利要求2或3的任一项所述的装置，其特征在于，保持剂是包围球体(3)的层 (53)。
5.按照前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，球体(3)按照小于标尺(1)的 厚度(D)的彼此间的中心距(A)设置。
6.按照前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，球体(3)被设置和固定，从而 这些球体有彼此间的自由空间，这些自由空间形成通往外部的通道。
7.按照前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，支座(2)和标尺(1)的材料具 有相同的热膨胀系数。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，支座⑵和标尺⑴的膨胀系数小于 ι. 5 χ KT6IT1,优选小于 ο. IXio^r10
全文摘要
根据本发明标尺(1)通过球体(3)的二维设置被支承在支座(2)上。通过下述办法保证标尺(1)平整地放置在支座(2)上，即球体(3)一方面直接紧靠在支座(2)上，并且另一方面标尺(1)直接紧靠在球体(3)上。支座(2)和标尺(1)之间的保持力是通过球体(3)位置固定地支承在支座(2)上，以及通过球体(3)位置固定地支承在标尺(1)上予以保证的。球体(3)是如此设置的，即在它们之间保留自由空间(4)。这些自由空间形成通往外部的通道。
文档编号G01D5/32GK102095372SQ201010562650
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者J·魏德曼, P·斯佩克巴歇 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司