(57)【要約】      （修正有）【課題】基準尺を走査する走査ユニットと位置測定装置を提供する。【解決手段】位置測定装置の走査ユニット２は、筐体２３を有し、その内部空間には、位置に依存した走査信号を発生する検出器が配置されている。これらの走査信号は、配線を介して筐体２３の外側に取り出される。この電気配線は、測定方向Ｘに延びる回転軸Ｍの周りを回転可能な形で筐体２３に軸支された回転体３内を通る。この回転体３は、二つの部分から構成され、回転体３は、第一の部分を用いて筐体２３に軸支され、第二の部分は、第一の部分に対して９０°曲がって延びる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置に依存する走査信号を発生する検出器（２２）を備えた筐体（２３）と、筐体（２３）を通って測定方向（Ｘ）に延びて外側に引き出される電気配線（２５）とを備えた、測定方向（Ｘ）における位置測定のために基準尺（１）の測定目盛（１１）を走査するように構成された走査ユニットにおいて、
この電気配線（２５）が回転体（３）内を通り、この回転体（３）が、測定方向（Ｘ）に延びる第一の部分（３１）と、測定方向（Ｘ）に対して曲がって進む第二の方向に延びる第二の部分（３２）とを有することと、
この回転体（３）が、測定方向（Ｘ）に延びる回転軸（Ｍ）の周りを回転可能な形で筐体（２３）に軸支されることと、
を特徴とする走査ユニット。
【請求項２】
回転体（３）の第二の部分（３２）が第一の部分（３１）に対して９０°曲がって延びることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項３】
測定方向（Ｘ）に延びる互いに対向する、筐体（２３）の少なくとも二つの外面（２３３，２３４）が設置面として構成されることと、
回転体（３）の第二の部分（３２）は、回転軸（Ｍ）の周りの回転によって、少なくとも二つの回転位置に動かすことができ、その第二の部分が、第一の位置で前記の二つの外面の中の一方の外面（２３３）に対して直角の方向を向き、第二の位置で前記の二つの外面の中の他方の外面（２３４）に対して直角の方向を向くことと、
を特徴とする請求項１又は２に記載の走査ユニット。
【請求項４】
当該の筐体（２３）の外面（２３３，２３４）が、それぞれこれらの外面（２３３，２３４）に対して直角に延びる固定穴（２６）への取り付けにより、測定すべき物体に設置するための設置面として構成されることを特徴とする請求項３に記載の走査ユニット。
【請求項５】
筐体（２３）の外側輪郭が直方体の形であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項６】
筐体（２３）に対する回転体（３）の回転角を制限するために、回転制限部（４）が設けられていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項７】
走査すべき基準尺（１）の表面の垂線（Ｓ）に対して±１００°の旋回範囲内に有る回転位置にのみ回転体（３）の第二の部分（３２）を動かすことができるように、回転制限部（４）が回転体（３）の回転可能性を制限することを特徴とする請求項６に記載の走査ユニット。
【請求項８】
筐体（２３）と回転体（３）の間に、軸方向への引抜防止部（６）が配備されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項９】
軸方向への引抜防止部（６）が、回転体（３）の巡回する溝（６．３）に嵌合する、筐体（２３）内に取り付けられた少なくとも一つのピン（６．１，６．２）を有することを特徴とする請求項８に記載の走査ユニット。
【請求項１０】
回転体（３）が、係止部品（５）を用いて、設定すべき回転位置で筐体（２３）に係止されることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項１１】
筐体（２３）に回転可能な形で軸支された回転体（３）の第一の部分（３１）が、シールリング（７）を用いて筐体（２３）の丸い内側輪郭に対して密閉された丸い外側輪郭を有することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項１２】
シールリング（７）が、筐体（２３）の内部空間から見て係止部品（５）の前に配置されていることを特徴とする請求項１０及び１１に記載の走査ユニット。
【請求項１３】
ケーブル（８）が回転体（３）の第二の部分（３２）と接続されていることと、
回転体（３）内を通る電気配線（２５）が、このケーブル（８）の撚線であることと、
を特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の走査ユニット。
【請求項１４】
回転体（３）が、圧着スリーブ（９）によってケーブル（８）のシールド（８１）と導電形態で接続されていることと、
この圧着スリーブ（９）が、このケーブル（８）の外殻（８２）を取り囲んで、この外殻（８２）の回転体（３）に対する位置を固定していることと、
を特徴とする請求項１３に記載の走査ユニット。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか一つに記載の走査ユニットと、この走査ユニット（２）に対して配備され、測定方向（Ｘ）における位置測定のために構成された、測定方向（Ｘ）に延びる基準尺（１）とを備えた位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に基づく基準尺を走査する走査ユニットとそのように構成された走査ユニットを備えた位置測定装置に関する。
【０００２】
そのような走査ユニットと位置測定装置は、行程、角度及び速度を測定するために、例えば、工作機械で用いられ、半導体産業でも益々用いられている。そのために、走査ユニット又は位置測定装置の省スペース構造が益々必要とされている。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１により、そのような走査ユニット又は位置測定装置が周知である。その位置測定装置は、二つの独立して取扱可能な構造ユニット、即ち、一つの走査ユニットと一つの基準尺から構成される。測定方向Ｘにおける位置測定のために、走査ユニットは、この測定方向Ｘにおいて基準尺に対して相対的に移動可能であり、そのために、基準尺は、測定方向Ｘに延びている。
【０００４】
その走査ユニットは、測定方向Ｘに延びる基準尺を走査した時に位置に依存した電気走査信号を発生する検出器を備えている。それらの走査信号を外部に送り出すために、電気配線が走査ユニットの筐体を通して引き出されている。
【０００５】
特許文献１の図１に図示されている通り、その走査ユニットでは、複数の外面が固定穴を備えることによって、それらの外面が設置面として使用可能な形に構成されている。その時々の設置状況に合わせたケーブルの方向調整は、ケーブルを曲げることによって行なうことが可能である。しかし、ケーブルの許容される曲げ半径は比較的大きく、そのような曲げによって、位置測定装置の測定精度に不利な影響を与える力が走査ユニットに加わる。更に、小さい曲げ半径の選択によって、ケーブル又はその中を延びる撚線が損傷する可能性が有る。
【０００６】
特許文献２は、走査ユニットの互いに直角の方向を向いた複数の外面に、それぞれケーブルを差し込むためのソケットを配備することによって、この問題を解決しようと試みている。そのため、差し替えることによって、その時の設置状況に合わせてケーブルを引き出す方向を可変に調整することができる。
【０００７】
しかし、その場合、複数のソケットを走査ユニットの筐体に配備することによって、確実に密閉するための負担が著しく増大することが欠点である。更に、筐体での確実なコネクタ接続部を製作するためには、それと対を成す比較的大きなプラグが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許公開第２０６８１２５号明細書
【特許文献２】特開平４−１９８７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のことから、本発明の課題は、その時点の設置状況への簡単かつ省スペースな適合を可能とし、如何なる設置状況でも正確な位置測定を保証するように構成された走査ユニット又は位置測定装置を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本課題は、請求項１の特徴を有する走査ユニットと、請求項１５の特徴を有する位置測定装置によって解決される。
【００１１】
有利な実施形態は、従属請求項から明らかとなる。
【００１２】
本発明により構成された走査ユニットは、測定方向における位置測定のために基準尺を走査するように構成される。
【００１３】
この走査ユニットは、測定方向における基準尺の走査時に位置に依存した走査信号を発生する検出器を備えた筐体を有する。この検出器は、筐体の内部空間に収容されて、筐体によって取り囲まれている。
【００１４】
走査ユニットへの電源供給及び／又は位置に依存した走査信号の取り出しのために、走査ユニットは、筐体を通って測定方向に延びて外側に引き出される電気配線を有する。この電気配線は、測定方向に延びる第一の部分と、測定方向に対して曲がって進む第二の方向に延びる第二の部分とを有する回転体内を通る。この回転体は、同じく測定方向に延びる回転軸の周りを回転可能な形で筐体に軸支される。
【００１５】
有利には、この回転体の第二の部分は、第一の部分に対して９０°曲がっており、それにより、特に省スペースな配線の案内が可能となる。
【００１６】
この走査ユニットは、有利には、走査すべき基準尺に対して配備可能な独立した構造ユニットとして構成される。
【００１７】
この場合、基準尺と走査ユニットは、一緒になって位置測定装置を構成し、この位置測定装置は、有利には、直線的に延びる基準尺を備えた長さ測定装置として構成される。
【００１８】
しかし、この場合、走査ユニットは、曲がって延びる基準尺に対して配備することもできる。その基準尺は、支持体の外周又は内周に取り付けられた、例えば、付勢又は接着されたバンドとすることができる。その場合、基準尺と走査ユニットは、角度測定装置を構成する。この位置測定装置での測定方向は、円周方向又は基準尺の走査箇所における接線によって定義される。
【００１９】
この走査ユニットは、有利には、筐体に対する回転体の取り得る回転角を制限する回転制限部を備える。有利には、この回転制限部は、走査すべき基準尺の表面の垂線に対して±１００°の旋回範囲内に有る角度位置にのみ回転体の第二の部分を動かすことができるように、回転体の回転可能性を制限する。
【００２０】
この筐体は、有利には、測定方向に対して平行に延びる少なくとも一つの外面を有し、この外面は、測定すべき物体に設置するために構成されている。この筐体の少なくとも一つの外面の実施形態は、特に、この設置面に対して直角に延びる固定穴を設置面に設けることによって、測定すべき物体に設置するための設置面として構成される。これらの固定穴は、貫通穴又はボルト穴とし、雌ねじを設けることができる。
【００２１】
この筐体を設置するために構成された少なくとも一つの設置面は、有利には、測定方向と基準尺の走査面の垂線とを包含する平坦な面として構成される。
【００２２】
特に、筐体の互いに平行な対向する二つの外面が設置面として構成され、そのため、回転軸の周りの回転によって、回転体の第二の部分を少なくとも二つの回転位置に動かすことができ、この第二の部分は、第一の回転位置で、これら二つの設置面の中の一方に対して直角の方向を向き、第二の回転位置で、これら二つの設置面の中の他方に対して直角の方向を向く。
【００２３】
この走査ユニットの特に有利な実施形態は、筐体の外側輪郭が直方体の形である場合に得られる。それによって、選択的に設置面として使用できる、測定方向に延びる複数の外面が実現される。
【００２４】
筐体における回転体の軸方向の防護のために、筐体と回転体の間に引抜防止部が配備される。この軸方向に関して作用する引抜防止部は、筐体内を回転体の回転軸に対して直角に延びる少なくとも一つのピンの形で構成することができ、このピンは、回転体内の巡回する溝に嵌合する。このピンは、有利には、ダウエルピンである。
【００２５】
係止部品を用いて、この回転体を設定すべき回転位置で筐体に係止可能とするのが有利である。それにより、ユーザが配線の所望の初期方向をその時々の設置位置に最適に適合させて、その回転位置で回転体を筐体に固定することができる。回転位置の固定のために、ねじ、例えば、ロックねじを外側から操作可能な形で筐体にねじ込むことができる。このねじが、走査開口部を備えた外面に対して平行に対向して配置された筐体の外面から操作可能であるのが特に有利である。
【００２６】
この筐体の内部空間は、その周囲を取り囲むシーリングを用いて外部空間に対して密閉される。そのために、筐体に回転可能な形で軸支された回転体の第一の部分は、シールリング、特に、Ｏリングを用いて、筐体の丸い内側輪郭に対して密閉された丸い外側輪郭を有する。
【００２７】
このシールリングを収容するために、筐体及び／又は筐体の第一の部分は、環状の溝を有する。
【００２８】
このシールリングは、例えば、ロックねじとして構成された、外側から操作可能な係止部品に対して、筐体の内側空間側に配置される。
【００２９】
回転体の第二の部分の終端に通じる配線は、そこでコネクタ接続部と繋げることができる。しかし、回転体の第二の部分とケーブルを接続することと、回転体内に通じる配線がそのケーブルの撚線であることとが特に省スペース形態となる。この実施形態では、回転体が、特に、圧着スリーブを介して、ケーブルのシールドと導電形態で接続されて、この圧着スリーブが、このケーブルの外殻を取り囲む。それによって、圧着スリーブがケーブルを筐体に固定する。圧着スリーブを用いたケーブルの周囲を取り囲む締付部による回転体への固定又は拘束は、ケーブルと回転体の間の相互の密閉も保証する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による位置測定装置の斜視図
【図２】回転体の第一の回転位置における図１の位置測定装置の断面Ａ−Ａに沿った断面図
【図３】回転体の第二の回転位置における図１の位置測定装置の断面Ａ−Ａに沿った断面図
【図４】図１の位置測定装置の走査ユニットの別の斜視図
【図５】図２の走査ユニットの断面Ｃ−Ｃに沿った部分図
【図６】図２の走査ユニットの断面Ｂ−Ｂに沿った部分図
【図７】図１の位置測定装置の走査ユニットの断面Ｄ−Ｄに沿った部分図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、図１〜７に長さ測定装置を位置測定装置とする例で図示されており、以下において詳しく説明する。この長さ測定装置は、基準尺１と、独立した構造ユニットとして、この基準尺１に対して配備可能な走査ユニット２とを備えている。この基準尺１は、走査ユニット２によって光電式に走査可能な測定目盛１１を有する。この測定目盛１１は、例えば、反射式増分目盛として構成される。基準尺１は、測定方向Ｘに延びており、走査ユニット２は、この測定方向Ｘにおいて基準尺１に対して相対的にスライドすることが可能である。位置測定のために、走査ユニット２は、光源２１と検出器２２を備えている。位置測定時に、光源２１から放出された光束は、測定目盛１１によって位置に依存して変調される。この位置に依存して変調された光束は、検出器２２により検出され、検出器は、それに基づき位置に依存した電気走査信号を発生する。
【００３２】
走査ユニット２は、光源２１と検出器２２を取り囲む筐体２３を有する。この筐体２３の外側輪郭は、直方体の形をしている。そのように構成された外面２３１は、基準尺１と対向して配置された走査開口部２４を有する。この走査開口部２４は、走査光線を通過させるが、汚染に対して筐体２３を密閉している。この走査開口部２４は、例えば、ガラスから構成される。それに対して直角に延びる別の外面２３２には、筐体２３の内部空間から外部に電気配線２５を引き出すための開口部が設けられている。これらの電気配線２５を介して、検出器２２の電気走査信号を外部に取り出すとともに、走査ユニット２に電源電圧を供給することができる。
【００３３】
電気配線２５は回転体３内を通る。この回転体３は、測定方向Ｘに直線状に延びる管状の第一の部分３１を有する。この第一の部分３１は、更に、筐体２３の開口部に回転可能な形で軸支されており、その回転軸Ｍは、測定方向Ｘに延びる方向を向いている。その延長部として、回転体３は、第一の部分３１に対して曲がった、有利には、９０°曲がった第二の部分３２を有する。
【００３４】
回転体３を走査ユニット２の筐体壁に直に軸支して配備することによって、回転体３の省スペース構成が可能となる。回転体３の第一の部分３１が測定方向Ｘに延びるとの措置の利点は、走査ユニット２のスライドのために使用可能な空間を基準尺１に渡って最適に活用できることである。
【００３５】
第一の部分３１に対する回転体３の第二の部分３２の曲がりは、回転可能性と関連して、曲げ応力を走査ユニット２に加えること無く、第二の部分３２の方向を、そのため、電気配線２５の延び具合を走査ユニット２の設置状況に最適に適合可能であるとの特別な利点を有する。第一の部分３１に対して第二の部分３２を９０°曲げることは、配線の案内に僅かなスペースしか使用せず、電気配線２５を最短の経路で走査ユニット２から外に引き出すことができるので、特に有利である。
【００３６】
走査ユニット２の直方体形の筐体２３は、設置面として構成された、測定方向Ｘに対して平行に延びる第一の外面２３３を有し、その外面によって、走査ユニット２を測定すべき物体、例えば、機械の直線軸に設置することができる。そのために、この外面２３３には、その表面に対して直角に延びる固定穴２６が設けられる。この第一の外面２３３は、走査開口部２４を有する外面２３１に対して直角に延びる。これらの二つの外面２３３と２３４は、それぞれ走査場所における測定方向Ｘと外面２３１又は走査すべき基準尺の表面に対する垂線Ｓとを包含する平坦な面である。
【００３７】
筐体２３には、測定方向Ｘに対して平行に、かつ第一の外面２３３に対して平行に延びる別の外面２３４が第二の設置面として構成される。ユーザは、走査ユニット２を測定すべき物体に設置するために、第一の外面２３３と第二の外面２３４を選択的に使用可能である。そのために、電気配線２５の延び具合をそれぞれ省スペースな形で選択できるように、回転体３の第二の部分３２は、回転軸Ｍの周りに回転することにより少なくとも二つの回転位置に動かすことができる。この場合、第一の回転位置では、回転体３の第二の部分３２は、第一の外面２３３に対して直角の方向を向き、第二の回転位置では、回転体３の第二の部分３２は、第二の外面２３４に対して直角の方向を向く。
【００３８】
回転体３の回転角は、回転制限部４を用いて制限される。この回転制限部４の実施例が、図７に図示されており、符号４．１と４．２を付与されている。筐体２３の壁面に回転可能な形で軸支された第一の部分３１には、筐体２３の環状の溝４．２に嵌合する突起部４．１が設けられている。この溝４．２は、３６０°に渡って巡回する形では形成されず、そのため、突起部４．１に対するストッパを構成する。基準尺１を保護するために、この回転制限部４は、特に、走査すべき基準尺１の表面の垂線Ｓに対して＋１００°〜−１００°の旋回範囲内に有る回転位置にのみ回転体３の第二の部分３２を動かすことができるように、回転体３の回転可能性を制限する。この垂線Ｓは、走査開口部２４を有する筐体２３の外面２３１に対する垂線でもある。
【００３９】
ユーザによって、その時々の設置状況に対して最適に選択される回転体３の回転位置は、係止部品５を用いて、設定すべき回転位置で筐体２３に係止することができる。特に省スペースな係止部品５が図６に図示されている。その部品は、筐体２３の壁面に回転体３の回転軸Ｍに対して直角にねじ込まれた、回転体３を挟持して固定位置で筐体２３に固定するねじから構成される。
【００４０】
図５に図示されている通り、回転軸Ｍに対して直角に延びるピン６．２，６．３と協力して動作する、回転体３の第一の部分３１に設けられた巡回する溝６．１によって、回転体３を筐体２３に回転可能な形で軸支することが行なわれる。これらのピン６．２，６．３は、測定方向Ｘに対して直角に延びる筐体２３の壁面に取り付けられ、有利には、ダウエルピンとして構成される。この溝６．１は、ピン６．２，６．３と関連して、形状一致形態で軸方向に対して回転体３を筐体２３に固定することによる引抜防止機能も有する。
【００４１】
回転体３と筐体２３の間には、シーリングが配備される。図５と図６の断面図に図示されている通り、このシーリングは、半径方向に関して回転体３の第一の部分３１の丸い外側輪郭と筐体２３の丸い内側輪郭の間に配置されたＯリングの形のシールリング７から構成される。このシールリング７は、外側から操作可能な係止部品５に対して、内側空間側に配置される。即ち、このシールリング７は、軸方向に見て、筐体２３の内側空間と係止部品５の間に配置される。この配置構成は、例えば、半径方向にねじ込まれたねじの形に構成された係止部品５と、ピン６．２，６．３とが内部空間から見てシールリング７の後に設置されるので、内側空間の確実な密閉を保証する。
【００４２】
回転体３の第二の部分３２は、終端側に電気配線２５と接続するためのコネクタ接続部又はケーブル８を備えることができる。図５に図示されている通り、ケーブル８を用いて配線２５を延伸する形態が特に省スペース形態である。この場合、回転体３内を通る電気配線２５は、ケーブル８の撚線である。このケーブル８は、回転体の第二の部分３２と導電形態で接続されたシールド８１を備えている。このシールド８１は、有利には、回転体３の管状の第二の部分３２の外周部に渡って設置された編組シールドである。このシールド８１の回転体３への固定は、圧着スリーブ９によって行なわれる。この圧着スリーブ９は、更に、ケーブル８の外被８２を取り囲み、それによって、外被８２を、そのためケーブル８も回転体３に固定する。圧着スリーブ９をケーブル８の外被８２に締め付ける形で作用する、周囲を取り囲む圧着領域は、ケーブル８と回転体３の間のシーリングとしても作用する。回転体３が筐体２３と接触することによって、筐体２３がケーブルのシールド８１と電気的に接続されることも保証している。
【００４３】
前述した実施例では、位置測定は光電式走査方式に基づいている。しかし、本発明は、例えば、磁気式、容量式又は誘導式などのそれ以外の物理的な走査方式にも適用可能である。更に、それに代わって、或いはそれに追加して、測定目盛は、絶対符号部を備えることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１      基準尺
２      走査ユニット
３      回転体
３１    回転体３の第一の部分
３２    回転体３の第二の部分
４      回転制限部
４．１  突起部
４．２  溝
５      係止部品
６      引抜防止部
６．１  溝
６．２  ピン
６．３  ピン
７      シールリング
８      ケーブル
８１    ケーブル８のシールド
８２    ケーブル８の外被
９      圧着スリーブ
１１      測定目盛
２１      光源
２２      検出器
２３      筐体
２３１    筐体２３の外面
２３２    筐体２３の外面
２３３    筐体２３の外面
２３４    筐体２３の外面
２３５    筐体２３の外面
２４      走査開口部
２５      電気配線
２６      固定穴
Ａ−Ａ    断面線
Ｂ−Ｂ    断面線
Ｃ−Ｃ    断面線
Ｄ−Ｄ    断面線
Ｍ        回転軸
Ｓ        垂線
Ｘ        測定方向
【図１】
2015014597.tif 000003
【図２】
2015014597.tif 000004
【図３】
2015014597.tif 000005
【図４】
2015014597.tif 000006
【図５】
2015014597.tif 000007
【図６】
2015014597.tif 000008
【図７】
2015014597.tif 000009