具有光学线性测量系统的线性导向装置的制作方法

本发明涉及一种具有光学线性测量系统的线性导向装置。

背景技术：

1、此类线性导向装置在现有技术中是已知的，且其通常包括第一线性导向体和第二线性导向体，其中，所述第二线性导向体可相对于第一线性导向体沿第一方向线性移动。

2、该类型的线性导向装置可以各种方式实现。在典型的实施方式中，例如，所述第一线性导向体可被设计为在第一方向上线性延伸的导轨的形式，而第二线性导向体可被设计为在该导轨上被导向的导向滑座形式。类似地，所述第二线性导向体也可替代设计为在第一方向上线性延伸的导轨的形式，而第一线性导向体可被设计为在该导轨上被导向的导向滑座形式。为实现彼此间的线性运动，所述导向滑座可通过滚动体（例如滚珠或辊）支撑在所述导轨上。

3、上述类型的线性导向装置常用作定位装置的核心部件，所述定位装置被设计成以受控的方式移动物体，尤其是用于将所述物体输送至预定位置。因此，为实现受控定位，上述类型的线性导向装置通常配备有测量系统，该测量系统适用于检测第二线性导向体相对于第一线性导向体的位置。

4、基于光学测量方法来检测位置的测量系统常被用于高精度位置测量。因此，上述类型的线性导向装置通常配备有光学线性测量系统，以检测第二线性导向体相对于第一线性导向体的位置。

5、光学线性测量系统通常包括：相对于所述第一线性导向体固定布置且具有在一行中彼此前后相邻布置的多个标记的测量标尺；以及，用于对所述测量标尺的标记进行光学扫描的扫描装置，其中，所述扫描装置相对于所述第二线性导向体固定布置。相应的扫描装置通常包括：用于产生光线以照亮测量标尺上至少包含一个标记的至少一个区域的光源，其中，所述测量标尺被设计为反射和/或散射该光源产生的入射光；以及，用于检测在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的光的光传感器。

6、对于在上述类型的线性导向装置中实施光学线性测量系统，通常需要遵守一些限制性的边界条件，尤其是所述扫描装置的光源和光传感器相对于测量标尺的布置。例如，出于空间原因，可能无法将扫描装置的光源和/或光传感器布置在距离测量标尺任意近的位置处。另一方面，出于计量学原因，为实现可能的最佳测量结果，所述扫描装置的光源和/或光传感器和/或测量标尺之间相对于彼此又需要具有特定的最小距离。

7、为使所述扫描装置的光传感器保持在距测量标尺的预定距离处，通常会设置用于承载所述光传感器的支撑体，该支撑体相对于所述第二线性导向体固定布置，且所述光传感器固定在所述支撑体上。此类支撑体通常被设计成：具有一通道，且该通道由沿着所述通道的纵轴延伸的侧表面限定，其中，所述通道在所述光传感器与测量标尺之间延伸，以使得所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的光线能够穿过所述通道到达光传感器，并被光传感器检测到。在此情况下，所述扫描装置的光传感器至少通过所述支撑体的各个区域与测量标尺在空间上分隔开，并且，基于所述光传感器检测已通过所述支撑体的通道的、在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的光线，借助于所述扫描装置来对测量标尺的标记进行光学扫描。

8、由光源产生并入射到测量标尺的标记上的光通常可在测量标尺的标记上沿不同方向反射和/或散射。此外，当所述第一线性导向体相对于所述第二线性导向体运动时，测量标尺标记上反射和/或散射的光的空间分布会相对于支撑体的通道发生变化。在此情况下，在所述测量标尺的标记上反射和/或散射的部分光可沿直接路径通过所述通道到达光传感器，而另一部分光则沿间接路径通过所述通道到达所述光传感器，即，仅在远离测量标尺的表面，如支撑体的局部区域上发生进一步的散射和/或反射后才到达。由此，由光传感器检测到的光是在所述测量标尺的标记上反射和/或散射的、沿直接路径通过所述通道到达光传感器的部分光与在所述测量标尺的标记上反射和/或散射的、沿间接路径通过所述通道到达所述光传感器的部分光在空间上的叠加。

9、在所述测量标尺的标记上反射和/或散射的一部分光分别直接或间接地通过所述通道到达光传感器后的空间叠加，使得难以解析所述光传感器产生的信号并降低扫描装置通过解析所述光传感器的信号来确定所述扫描装置相对于测量标尺各标记的当前位置的测量精度。

10、在此背景下，还必须考虑适于制造所述支撑体的材料的限制。例如，wo 2007/003065 a1公开了一种具有光学线性测量系统的线性导向装置，其中，扫描装置的光传感器集成在所述线性导向装置的导向滑座中，从而使得所述导向滑座本身或所述导向滑座的一个区域内形成具有通道的、用于所述光传感器的“支撑体”。由于所述导向滑座的机械稳定性的要求，用于所述光传感器的“支撑体”优选采用钢等高强度材料制成。在此情况下，必须考虑由钢制成的支撑体的表面对光具有较高的反射率。而通过扩大通道来避免在支撑体上反射或散射的光到达光传感器的方式在该情况下存在局限性，因为扩大通道会不可接受地损害支撑体的机械稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种具有光学线性测量系统的线性导向装置，其中，所述光学线性测量系统包括具有用于光传感器的支撑体的扫描装置，所述支撑体具有通道，并且，所述光传感器能简便、低成本地在所述支撑体上实施并确保所述扫描装作具有更高的测量精度。

2、本发明的上述目的通过具有如权利要求1所述特征的线性导向装置来实现。

3、所述线性导向装置包括第一线性导向体和第二线性导向体，其中，所述第二线性导向体可沿第一方向相对于所述第一线性导向体线性运动；以及，用于检测所述第二线性导向体相对于第一线性导向体的位置的光学线性测量系统。

4、在此情况下，所述光学线性测量系统包括：相对于所述第一线性导向体固定布置且具有彼此前后布置成一行的多个标记的测量标尺；以及，用于对所述测量标尺的标记进行光学扫描的扫描装置，其中，所述扫描装置相对于所述第二线性导向体固定布置。

5、所述扫描装置包括：用于产生光以照射所述测量标尺的包含至少一个标记的至少一个区域的光源，其中，所述测量标尺被设计为反射和/或散射所述光源产生的入射光；用于检测在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的光的光传感器；以及，用于所述光传感器的支撑体，其中，所述支撑体相对于所述第二线性导向体固定布置并具有通道，所述通道由沿通道的纵轴延伸的侧表面所限定，所述通道在所述光传感器和所述测量标尺之间延伸，以使得在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的光能够通过该通道到达光传感器，并被光传感器检测到。

6、根据本发明，所述支撑体上设置有抗反射体，其中，所述抗反射体具有第一部分，所述第一部分由适于吸收光源产生的光的材料构成并能确保所述第一部分对在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的光的反射率低于所述通道的侧壁的反射率。所述抗反射体的所述第一部分沿所述支撑体通道的侧面延伸穿过支撑体通道的第一段，使得所述支撑体通道的第二段与所述抗反射体的第一部分相邻设置，从而使得在所述至少一个区域上反射和/或散射的至少一部分光能直接通过所述支撑体的通道的第二段到达所述光传感器进而被所述光传感器检测到，而不会在所述支撑体的通道的侧壁上发生反射，也不会受到抗反射体的影响；其中，在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的另一部分光朝所述支撑体的通道的侧壁方向反射和/或散射，能被所述抗反射体吸收，从而避免在所述支撑体的通道的侧壁上发生反射，和/或避免在支撑体的通道的侧壁上反射后到达光传感器并被其检测到。

7、所述抗反射体适于与所述光学线性测量系统配合工作，以使得由于将所述抗反射体的第一部分布置在所述支撑体的通道中，从而基于对所述光传感器的信号的解析来确定所述扫描装置相对于测量标尺的标记的位置的精度得到了提高（与没有设置抗反射体的支撑体 的实施方式相比）

8、这具体通过以下方式实现：所述抗反射体的第一部分仅延伸穿过所述支撑体通道的第一段，使得在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的至少一部分光线能够沿 “直接”路径（通过不同于所述通道的“第一段”的所述支撑体的“通道中的第二段”）到达所述光传感器，即，不会在所述支撑体的通道的侧壁上发生反射，也不会受到抗反射体的影响，从而有助于能在光传感器的信号中提供所述扫描装置相对于测量标尺的标记位置的相关信息。

9、由于抗反射体的第一部分由适于吸收光源产生的光且能确保所述第一部分对测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射光的具有比通道的侧壁更低的反射率的材料制成，因此确保了在测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的另一部分光朝所述支撑体的通道的侧壁方向被反射和/或散射，其被抗反射体的第一部分吸收，因而无法被光传感器检测到。由此，由于将抗反射体的第一部分布置在通道中的适当位置，防止了在测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的一部分光沿 “间接”路径（即在支撑体通道的侧壁或抗反射体表面上发生反射后）到达光传感器。因此，抗反射体的恰当实施进而确保光传感器仅检测到达光传感器而未在支撑体上发生反射或散射的光。因此，抗反射体的存在能提高扫描装置的测量精度。

10、抗反射体为独立构件，其可由与支撑体、第一线性导向体或第二线性导向体不同的材料构成，因此能独立于支撑体、第一线性导向体或第二线性导向体实现低成本制造。此外，所述抗反射体可简便、快速地设置在支撑体上，因此能在自动化生产过程中实现其在支撑体上的快速、低成本安装。尤其是，所述抗反射体的安装无需对支撑体进行任何特殊的处理。这使得所述抗反射体与光学线性测量系统的结合具备经济性。

11、所述线性导向装置的一实施方式例如可被实施为：所述第一线性导向体被设计成沿第一方向呈线性延伸的导轨形式，且所述第二线性导向体被设计为在该导轨上被导向的导向滑座的形式。或者，所述第二线性导向体可被设计为沿第一方向呈线性延伸的导轨形式，而所述第一线性导向体被设计为在该导轨上被导向的导向滑座的形式。

12、所述线性导向装置的一实施方式可被设计成所述支撑体是所述第二线性导向体的一体式部件。相应地，所述 “支撑体”可以是例如线性导向装置的导向滑座，如钢制导向滑座的一部分，其中，本发明提出将扫描装置的光传感器固定在所述导向滑座本身上。

13、根据一实施方式，所述线性导向装置被设计成所述抗反射体在抗反射体的第一部分上具有一通道，其中，所述通道沿所述支撑体通道的纵轴延伸穿过支撑体通道的第二段。在此情况下，所述抗反射体的可被设计成在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的一部分光线能够通过形成于抗反射体的第一部分中的通道，沿“直接”路径到达光传感器（不会在支撑体通道的侧壁上发生反射，也不会受到抗反射体本身的影响）。在此情况下，所述抗反射体的第一部分被设计成在所述抗反射体的第一部分中形成的通道由绕所述通道的纵轴环形延伸的壁部分侧向限定。该环形延伸的壁部分沿支撑体通道的侧壁在支撑体通道内延伸，因此适于在所述壁部分的整个圆周范围内，防止在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的光在所述支撑体的通道的侧壁上在光传感器的方向上发生潜在的反射。

14、根据一实施方式，所述线性导向装置被设计为所述支撑体具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，其中，相对于所述第一表面，所述第二表面与测量标尺间具有更小的距离；所述第一表面上形成有相对于所述支撑体的通道的纵轴径向延伸的第一支撑面，且所述第一支撑面用于支撑所述扫描装置或所述抗反射体。在所述支撑体的所述第一表面上形成所述第一支撑面，可实现所述扫描装置和/或抗反射体在所述支撑体上的简便安装，因为所述支撑体的第一表面位于所述支撑体的、远离所述测量标尺的区域，因此便于进行扫描装置和/或抗反射体的安装操作。

15、上述实施方式的一种改进方案被设计为所述支撑体的第一表面上具有第一凹槽，其中，所述第一凹槽相对于所述支撑体通道的纵轴纵向延伸，且所述第一支撑面形成在该第一凹槽内，从而使得所述第一凹槽由所述第一支撑面来界定。所述第一支撑面形成于所述第一凹槽内，可简化扫描装置和/或抗反射体的安装。为提升安装的便捷性，凹槽的形状可特别适配待安装的扫描装置的形状和/或抗反射体的形状。

16、此外，（可选地），所述支撑体在所述第一表面上具有第二凹槽，其中，所述第二凹槽与所述第一支撑面相邻地形成，从而使得所述第二凹槽相对于所述支撑体的所述通道的纵轴纵向延伸并在所述第二凹槽的一个区域内由一第二支撑面所界定，其中，该第二支撑面相对于所述支撑体通道的纵轴径向延伸。所述第一支撑面和第二支撑面为两个相互独立的支撑面，所述扫描装置和抗反射体可彼此独立地安装在这两个支撑面上。

17、此外，（可选地），所述抗反射体具有至少一个相对于所述支撑体通道的纵轴径向延伸的肩部形式的第二部分；其中，所述抗反射体被置于所述支撑体上或被构造成置于所述支撑体上，以使得所述抗反射体的第一部分设置在所述支撑体通道的第一段内，且所述抗反射体的所述至少一个第二部分与支撑体的第二支撑面相接触。

18、将抗反射体的第二部分设计为相对于所述支撑体通道的纵轴径向延伸的肩部形式，并结合所述支撑体的第二支撑面的设计，可实现所述抗反射体的简便安装。安装抗反射体时，仅需将抗反射体的第一部分插入到所述支撑体的通道，并使抗反射体的第二部分（即，肩部）与所述支撑体的第二支撑面相接触即可。以这种方式，所述支撑体的第二支撑面形成用于所述抗反射体在支撑体上的稳定座。

19、关于扫描装置的布置，所述线性导向装置可被设计为：所述扫描装置置于所述支撑体上或被构造成置于所述支撑体上，以使得所述扫描装置与所述支撑体的第一支撑面相接触。

20、根据本发明的一实施方式，所述线性导向装置可被设计成：所述抗反射体固定在扫描装置上；其中，所述扫描装置置于或被构造成置于所述支撑体上，以使得所述扫描装置与所述支撑体的第一支撑面相接触，且所述抗反射体的第一部分布置在所述支撑体通道的第一段内。当所述抗反射体固定在扫描装置上时，所述扫描装置与抗反射体形成一个整体单元，只需将扫描装置与支撑体的第一支撑面相接触，即可将该整体单元整体安装在所述支撑体上。在此情况下，所述支撑体的第一支撑面形成为所述扫描装置以及抗反射体在所述支撑体上的稳定座。

21、根据本发明的一实施方式，所述线性导向装置被设计成：所述抗反射体具有至少一个相对于所述支撑体通道的纵轴径向延伸的肩部形式的第二部分；其中，所述抗反射体置于或被构造成置于所述支撑体上，以使得所述抗反射体的第二部分与所述支撑体的第一支撑面相接触，且所述抗反射体的第一部分布置在所述支撑体通道的第一段内。此外，在所述抗反射体的第二部分远离所述支撑体的第一支撑面的区域中，在所述抗反射体的第二部分上形成有相对于所述支撑体通道的纵轴径向延伸的、用于所述扫描装置的第三支撑面；其中，所述扫描装置置于或被构造成置于所述抗反射体上，以使得所述扫描装置与所述第三支撑面相接触，并通过所述第三支撑面被保持或被设置成保持在相对于所述抗反射体的预定位置处。

22、当所述扫描装置置于在所述抗反射体第二部分上形成的第三支撑面上时，所述抗反射体与扫描装置形成一整体单元，只需将所述抗反射体与所述支撑体的第一支撑面相接触，即可将该单元整体安装在支撑体上。在此情况下，所述支撑体的第一支撑面形成用于所述抗反射体和扫描装置在所述支撑体上的稳定座。

23、所述线性导向装置的上述各实施方式均可被设计成使得所述抗反射体由塑料材料制成。因此，可利用已知的塑料材料，通过传统制造方法（如注塑成型）成本有效地生产所述抗反射体，这至少确保了所述抗反射体能在所述支撑体上实施且具备满足该实施的机械稳定性。

24、可在制造所述抗反射体的塑料材料中分散着色剂，其中，所述着色剂适于吸收所述光源产生的光。分散在塑料材料中的着色剂能增强由抗反射体中的光源产生的光的吸收。适当选择塑料材料，以及，如果适用的话，适当选择分散在塑料中的着色剂，能优选确保在测量标尺上反射和/或散射的光不能穿透抗反射体，且入射到抗反射体上的光在所述抗反射体中被完全吸收。由此，入射到抗反射体上的光无法到达所述支撑体的表面，因此也不会在支撑体表面上发生反射。

25、可选地，所述抗反射体可设计为：所述抗反射体具有一表面，该表面至少在所述测量标尺的至少一个区域上反射和/或散射的光可到达的区域，具有平均粗糙度值ra在0.8μm＜ra＜4.5μm范围内的粗糙度。所述抗反射体表面的该粗糙度设计，适于降低抗反射体表面对在所述测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的光的反射率。

26、上述措施有助于显著降低或最小化甚至消除在测量标尺的所述至少一个区域上反射和/或散射的、可沿“间接”路径（在抗反射体表面发生反射和/或散射后）到达光传感器的光的比例。

27、根据本发明的一实施方式，所述线性导向装置被设计为所述抗反射体的第一部分的形状与所述支撑体通道的形状相适配，以得所述抗反射体的第一部分被构造成插入到所述支撑体的通道中并被夹持在所述支撑体通道的侧面的不同区域之间，从而将所述抗反射体相对于所述支撑体保持在预定位置处。该设计能实现所述抗反射体在所述支撑体上的特别简便、高效的安装。