Dispositivo de medición de longitudes.

Dispositivo de medición de longitudes para medir la posición relativa de dos objetos (1,

2), con

- una escala (20) en una carcasa (22);

- una unidad de exploración (10) que puede desplazarse en una dirección de medición X con respecto a la unidad de escala (20) y carcasa (22), donde la unidad de exploración (10) está dispuesta dentro de la carcasa

(22) y presenta al menos un componente eléctrico generador de calor (13);

- un talón de arrastre (14), que está fijado a la unidad de exploración (10) a través de un acoplamiento (15) rígido en dirección de medición X y flexible en perpendicular a la misma, y que discurre hacia una zona de montaje (141) dispuesta fuera de la carcasa (22), caracterizado por

- un elemento conductor del calor (19), que está diseñado para transmitir al talón de arrastre (14) calor generado en el componente eléctrico (13), y que permite movimientos relativos entre el talón de arrastre (14) y la unidad de exploración (10) al menos en transversal a la dirección de medición X.

Dispositivo de medición de longitudes.

La invención se refiere a un dispositivo de medición de longitudes según el preámbulo de la reivindicación 1.

Los dispositivos de medición de longitudes de este tipo, tal como se describen por ejemplo en el documento DE 29 29 989 A1, sirven para la medición de longitudes así como recorridos y se utilizan en particular en máquinas de trabajo para la medición del movimiento relativo de una herramienta con respecto a una pieza de trabajo a procesar, en máquinas de medición de coordenadas y cada vez más, también en la industria de los semiconductores.

A este respecto, como medida materializada se usa una escala que está ubicada en una carcasa con protección frente a influencias ambientales. Las variaciones de temperatura dentro de la carcasa producen una variación de la longitud de la escala en función del material de la escala. Estas variaciones de longitud llevan a errores de medición.

Para mantener tales variaciones de temperatura lo más bajas posible, de acuerdo con el documento DE 101 64 404 A1, se propone templar el interior del dispositivo de medición de longitudes encapsulado, circulando a través del mismo un medio refrigerante controlado.

De esta manera se conseguirá que la escala adopte el nivel de temperatura de la máquina herramienta. A este respecto es desventajoso que en este caso no se tengan en cuenta variaciones de temperatura que se generan en sí por componentes eléctricos del dispositivo de medición de longitudes.

El documento DE 43 40 204 A1 muestra un dispositivo de medición de longitudes, en el que sobre la carcasa está prevista una disposición de irradiación de calor para irradiar calor de un láser de semiconductor montado en esta carcasa.

En el documento DE 31 24 723 A1 se reconoció ya que componentes de la unidad de exploración móvil generan calor que ha de evacuarse. Para la evacuación sirve, en este caso, la escala o el soporte de escala. A este respecto, la escala o el soporte de escala se ve influido por el calor de manera no permitida.

Los requisitos sobre dispositivos de medición de longitudes son cada vez más altos, continuamente se requiere una mayor resolución así como una mayor precisión y capacidad de reproducción de la medición de posición. A este respecto estará presente una estructura mecánica compacta así como una generación de valores de medición y transmisión de valores de medición sencillas y estables frente a perturbaciones.

Estos requisitos requieren un dispositivo de medición de longitudes encapsulado con escala alojada de manera protegida. Una alta resolución supone una distancia de exploración cada vez menor y constante a lo largo de toda la longitud de medición. Esto se consigue por un lado mediante una distancia de exploración relativamente pequeña inferior a 100 !m y por otro lado mediante la guía de la unidad de exploración en la escala y/o en la carcasa, donde para la guía precisa ininterrumpida de la unidad de exploración, el talón de arrastre está acoplado con la unidad de exploración a través de un acoplamiento rígido sólo en dirección de medición. Este acoplamiento permite un movimiento del talón de arrastre en todas las demás direcciones, sin reacción sobre la guía precisa y el movimiento precisos de la unidad de exploración en dirección de medición.

Una estructura compacta y una generación de valores de medición y transmisión de valores de medición estables frente a perturbaciones suponen la integración de cada vez más componentes eléctricos en la propia unidad de exploración. Así, para ello se utilizan cada vez más chips de sensor, en los que en el menor espacio están dispuestos una serie de sensores de exploración, por ejemplo detectores fotosensibles en el caso de escalas explorables de manera fotoeléctrica, así como medios de procesamiento de señales tales como por ejemplo convertidores A/D, amplificadores, microprocesadores e interfaces. De esto resulta una generación de calor aumentada en la unidad de exploración, que calienta enormemente de manera desproporcionada la escala debido a la pequeña distancia de exploración necesaria. Este calentamiento lleva a variaciones de longitud de la escala y a imprecisiones de medición.

La invención se basa en el objetivo de crear un dispositivo de medición de longitudes con alta precisión de medición.

Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante las características de la reivindicación 1.

Con la invención se permite una estructura compacta de un dispositivo de medición de longitudes, pudiendo conseguirse también una alta precisión de medición y una medición de posición reproducible.

Mediante la provisión de un elemento conductor del calor entre el componente eléctrico que genera calor de la unidad de exploración, en particular el chip de sensor y el talón de arrastre, se crea una trayectoria de conducción térmica entre el componente eléctrico y el talón de arrastre, para transmitir al talón de arrastre el calor generado en el componente eléctrico. El talón de arrastre guía fuera de la carcasa hasta una zona de montaje, de modo que el calor se guía adicionalmente hacia fuera a lo largo del talón de arrastre. Los componentes implicados en la trayectoria de conducción térmica presentan una baja resistencia térmica. El elemento conductor del calor está diseñado además de tal manera que permite movimientos relativos entre la unidad de exploración y el talón de arrastre al menos en transversal a la dirección de medición, es decir, en las direcciones que permite el acoplamiento que se encuentra entre unidad de exploración y talón de arrastre. Es decir, con la invención se crea de manera controlada una trayectoria de conducción térmica desde el chip de sensor en dirección fuera de la carcasa.

En las reivindicaciones dependientes se indican configuraciones ventajosas de la invención.

La invención se explica en detalle con ayuda de un ejemplo de realización.

A este respecto muestra

la figura 1 un corte longitudinal de un dispositivo de medición de longitudes;

la figura 2 una sección transversal A-A del dispositivo de medición de longitudes según la figura 1;

la figura 3 una vista detallada en sección transversal y

la figura 4 una vista desde arriba B-B de la figura 3.

La invención se representa en el ejemplo de un dispositivo de medición de longitudes óptico, con el que se medirá la posición relativa de dos objetos 1 y 2 que pueden desplazarse en dirección de medición X uno contra otro. A este respecto, una escala transparente 20 se explora por una unidad de exploración 10 que puede moverse con respecto a la escala 20 en dirección de medición X. La escala 20 presenta una graduación de medición 21, que se explora por la unidad de exploración 10 con la luz transmitida. Para ello, la unidad de exploración 10 comprende una unidad de iluminación 11, que emite un haz luminoso, que discurre colimado a través de la escala 20 y adicionalmente a través de una placa de exploración transparente 12 y por último incide sobre sensores de exploración fotosensibles 133 de un chip de sensor 13. El haz luminoso se modula a este respecto en función de la posición desde la graduación de medición 21 en la escala 20.

La escala 20 está dispuesta dentro de una carcasa 22, que está fijada a su vez al objeto a medir 2, por ejemplo, un banco de una máquina herramienta. La escala 20 está unida a este respecto de manera conocida con la carcasa 22, por ejemplo mediante pegado o apriete. La carcasa 22 presenta una ranura que discurre en su dirección longitudinal en dirección de medición X, que está cerrada por faldas de obturación 23 inclinadas en forma de tejado, a través de las que pasa un talón de arrastre 14 con una pieza central en forma de espada. El talón de arrastre 14 presenta una zona de montaje 141, con la que puede fijarse al objeto 1 que puede desplazarse con respecto al banco 2, por ejemplo un carro de la máquina herramienta.

La unidad de exploración 10 está guiada hacia la guía paralela exacta de la escala 20 en la misma y/o en la carcasa 22. En el ejemplo de realización representado, la unidad de exploración 10 está guiada a través de rodillos sobre dos superficies orientadas en perpendicular entre sí de la escala 20, sirviendo resortes para generar una fuerza de apriete.

Entre la unidad de exploración 10 y el talón de arrastre 14 está dispuesto un acoplamiento 15, que acopla la unidad de exploración 10 con el talón de arrastre 14 de manera rígida en dirección de medición X y de manera flexible en transversal a la misma. Mediante esta medida no se transmiten desalineaciones del talón de arrastre... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de medición de longitudes para medir la posición relativa de dos objetos (1, 2) , con

- una escala (20) en una carcasa (22) ;

- una unidad de exploración (10) que puede desplazarse en una dirección de medición X con respecto a la unidad de escala (20) y carcasa (22) , donde la unidad de exploración (10) está dispuesta dentro de la carcasa

(22) y presenta al menos un componente eléctrico generador de calor (13) ;

- un talón de arrastre (14) , que está fijado a la unidad de exploración (10) a través de un acoplamiento (15) rígido en dirección de medición X y flexible en perpendicular a la misma, y que discurre hacia una zona de montaje (141) dispuesta fuera de la carcasa (22) , caracterizado por

- un elemento conductor del calor (19) , que está diseñado para transmitir al talón de arrastre (14) calor generado en el componente eléctrico (13) , y que permite movimientos relativos entre el talón de arrastre (14) y la unidad de exploración (10) al menos en transversal a la dirección de medición X.

2. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el componente eléctrico es un chip de sensor (13) que presenta sensores de exploración (133) para la exploración de la escala (20) y generación de señales de exploración (SA) así como medios (134) para el procesamiento de estas señales de exploración (SA) para dar un valor de medición de posición (SD) .

3. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que el valor de medición de posición (SD) se proporciona en serie en bits por el chip de sensor (13) como señal de salida en forma de una palabra de código digital de varios dígitos.

4. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento conductor del calor (19) está acoplado por un lado con buena conducción térmica con el componente eléctrico (13) y está acoplado por otro lado con buena conducción térmica con el talón de arrastre (14) .

5. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el talón de arrastre (14) presenta una zona de montaje (141) dispuesta fuera de la carcasa (22) para la fijación del talón de arrastre (14) al objeto a medir (1) , y por que el talón de arrastre (14) se compone de material que conduce bien el calor, para conducir el calor absorbido por el elemento conductor del calor (19) hacia la zona de montaje (141) .

6. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento conductor del calor (19) presenta al menos una sección plegable flexible (191) .

7. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la sección flexible (191) tiene forma de banda.

8. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento conductor del calor (19) presenta el material cobre.

9. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el componente eléctrico (13) está dispuesto sobre una placa de circuitos impresos (30) y el elemento conductor del calor (19) presenta una primera sección (192) , que guía desde el componente eléctrico (13) a través de la placa de circuitos impresos (30) y que presenta una segunda sección posterior (191) , que guía partiendo de la primera sección (192) hacia el talón de arrastre (14) y permite los movimientos relativos entre el talón de arrastre (14) y la unidad de exploración (10) en transversal a la dirección de medición X.

10. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 1 a 8, caracterizado por que el componente eléctrico (13) está dispuesto sobre una placa de circuitos impresos (30) y el elemento conductor del calor es parte componente de un conductor flexible, que está guiado desde la unidad de exploración (10) hacia el talón de arrastre (14) .

11. Dispositivo de medición de longitudes de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que el conductor flexible (18) contiene líneas de conexión eléctricas (17) para la transmisión de valores de medición de posición (SD) desde el chip de sensor (13) hasta una conexión enchufable (16) de la zona de montaje (141) así como una línea diseñada como elemento conductor del calor (19) , que está acoplada por un lado con conducción térmica con el chip de sensor (13) y está acoplada por otro lado con conducción térmica con el talón de arrastre (14) .