专利名称：角度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求I所述的角度测量装置，包括支承元件和固定在其上的分度盘，该分度盘的角度位置可以由具有传感器元件的扫描单元来检测。
背景技术：
这样的角度测量装置用于测量一个轴旋转一圈或者多圈的旋转运动。旋转运动在此被或者是增量地或者是绝对地进行检测，输出的测量值取决于是一列计数脉冲，一个仪表读数或者一个代码字。角度测量装置尤其是在机床或者加工中心里被用于测量旋转的运动。准确地测定只有很小角度秒的转角，例如对于机床的回转工作台或者回转头，车床的C-轴，但也在印刷机的印刷装置中具有决定性意义。因为在应用光学测量原理时，可以达到极准确的测量结果，因此这样的角度测量装置通常装备有光学测量系统。大多使用透明的分度盘，在该分度盘上设有角度分度或者说刻度。分度盘为了保证准确的测量结果，必须精确地固定在所要测量的部件上。由公开文献DE 10215997A1已知一种旋转传感器，具有自动对中心的夹紧装置，其中由传感器轴围绕地容纳轴，作为分度盘的支承元件。
发明内容
本发明的目的在于提出一种开头所述类型的角度测量装置，通过该装置可以满足安全和精度方面的最高要求。该目的根据本发明通过提出一种具有权利要求I所述特征的角度测量装置来实现。角度测量装置相应地具有第一组件和第二组件，其中组件设置成可以彼此相对地围绕轴线旋转，其中通过角度测量装置能测定在组件之间的相对角度位置。第一组件包括支承元件，用于围绕地容纳轴，在该轴上固定有分度盘。第一组件还包括连接元件，以及用于使连接元件相对于支承元件固定的装置。第二组件对应地包括传感器元件，用于扫描分度盘。支承元件以及连接元件这样设计，使得连接元件能与支承元件这样作用连接，从而能在连接元件和支承元件之间围绕轴线形状配合地传递转矩，其中通过用于固定连接元件的装置能使连接元件通过轴向移动进入形状配合位置，并且能径向地抵靠轴预张紧。用于固定连接元件的装置首先将连接元件轴向压向支承元件，其中支承元件在轴上轴向固定�。缤ü桓龅悼椋佣拗屏酥С性喽杂谥岬目梢贫�。通过相应的弹性，则在装置进一步相对很小的轴向移动时，可以在连接元件和轴之间建立起径向的预紧力。分度盘可以理解为例如一种环形本体或者一种环形-或弓形段几何形状的本体，它们设有角度分度或者说角度刻度。支承元件优选设计成空心轴，因此可以在支承元件的空心圆柱形的空间里围绕地容纳该轴。
通过本发明可以在连接元件和支承元件之间建立作用连接，这种连接在支承元件里，在径向方向上不产生大的预紧力，从而在测定角度位置时，由于支承元件的径向变形而没有测量误差。支承元件、连接元件和用于固定连接元件的装置尤其是三种分开的元件或部件，这种部件可以由钢制成。角度测量装置与轴的连接有利地设计成可拆开的连接，其中支承元件、连接元件和用于固定的装置以及轴又能相互分开。轴同样可以由钢制成。连接元件有利地具有比轴和/或支承元件更高的硬度值。用于固定的装置同样也可以具有比轴和/或支承元件更高的硬度值。
为了在连接元件和支承元件之间围绕轴线传递转矩，连接元件和支承元件具有相互接触的随动面，随动面的方向是一个轴向平行的方向，或者说它们各自的法向矢量具有一个相对于轴线的切向方向分量。随动面可以设计成平面或者曲面的，例如作为圆柱体的外周面。在本发明的另一种设计方案中，尤其是在用于固定连接元件的装置和连接元件之间，通过楔键作用能产生径向的预紧力。角度测量装置还可以这样来配置，使得用于固定连接元件的装置或连接元件本身分别具有造型斜度，以用于实现楔键作用。可替换地，无论是用于固定连接元件的装置，还是连接元件本身都可以分别具有造型斜度。造型斜度例如可以设计成倾斜的平面或者锥面的部分弓形。角度测量装置有利地这样配置，使得用于固定连接元件的装置设计成闭合的环。闭合环的概念以下尤其是这样来理解该装置具有一种经过360°环绕闭合的造型，该造型带有内置的开孔。此外，用于固定连接元件的装置可以具有内螺纹。内螺纹尤其是可以这样设计，使得装置可以按照轴螺母的原理拧到轴上。角度测量装置有利地包括弹性部件，该部件布置在用于固定连接元件的装置以及连接元件本身之间。作为弹性部件例如可以应用塑料部件，或者弹性体部件，例如由橡胶制成。可以可替换地或者补充地在该位置上使用波形弹簧部件或者盘形弹簧部件。支承元件当然相对于其轴向延伸长度来说，具有第一和第二端部。角度测量装置相应地可以这样设计，使得连接元件作用于支承元件的一个轴向端部上，并在支承元件的另一轴向端部上形成表面，该表面能摩擦连接地与轴，或者说与轴的一个部段作用连接。角度测量装置有利地这样配置，即用于固定连接元件的装置能从轴向方向上进行操纵。装置尤其是可以这样来设计，即该装置可以由一个可从轴向方向移近的工具来操纵。因此可以放弃从径向方向上接近用于固定连接元件的装置的可能性。在本发明的另外一种设计方案中，在连接元件和支承元件之间的形状配合连接可以在应用一种间隙配合或者过渡配合的情况下建立。这样可以确保通过形状配合连接不会在支承元件里引入不许可的应力。相应地通过形状配合连接决不会引起支承元件的变形，而这种变形可能会导致测量精度的降低。连接元件有利地在其按照规定的应用中朝向轴线的侧面上具有平坦的表面，从而这个平坦的表面可以与轴的另外一个平坦的表面共同作用。连接元件此外在其按照规定的应用中向着轴线的侧面上可以具有突起或者凹槽，它们分别在径向方向上突出或者缩回。在本发明的另外一种设计方案中，可以布置多个分布在支承元件圆周上的连接元件。但尽管如此，在这种结构形式中只能应用一个唯一的用于固定连接元件的装置。连接元件、尤其是为了防止丢失，可以有利地相互连接起来，例如通过一个环绕的本体，例如一个环形本体或者一个弹簧或者一个敞开的弹簧钢丝。本体或者环形本体有利地设计成轴向弹性的，使得该本体在对用于固定连接元件的装置进行操纵时可以弹性地变形。弹性变形可以对应于本体或者说环形本体在轴向方向上的压缩。同时可以将连接元件在圆周方向上压向支承元件的随动面。本发明的附带的有利设计方案可以由从属权利要求中得出。
本发明的其它特征和优点将在以下对于多个实施例的说明里，按照附图加以说明。图中示出图I示出穿过角度测量装置的纵向局部截面图；
图2示出按B-B视图的角度测量装置的局部横截面图；图3示出角度测量装置的连接元件的细部图；图4示出角度测量装置的连接元件的放大细部图；图5示出按照第二个实施例的，角度测量装置的连接元件的放大细部图；图6示出按照第三个实施例的，角度测量装置的连接元件的放大细部图；图7示出按照第四个实施例的，与一个环组合的多个连接元件的俯视图；图8示出按照第四个实施例的，具有环的连接元件的截面图；图9示出按照第四个实施例的，角度测量装置的连接元件的细部图；图10示出按照第五个实施例的，与环组合的多个连接元件的俯视图；图11示出按照第五个实施例的，具有环的连接元件的截面图；图12示出按照第五个实施例的，角度测量装置的连接元件的细部图。
具体实施例方式以下对于相同的部件采用相同的标号。在图I中示出了穿过角度测量装置的局部纵向截面图。角度测量装置包括第一组件，它在提出的实施例中可以称为转子I。转子I可以围绕轴线A相对于第二组件旋转，其中第二组件在这里设计成定子2。角度测量装置的转子I包括支承元件I. la，在这里设计成空心轴，轴的空心圆柱形内腔设计用于抗扭地容纳要测量的轴10a，因此轴IOa被支承元件I. Ia围绕(也见图2)。在转子I或者在支承元件I. Ia上，借助于刚性的粘接连接固定了分度盘I. 11，在分度盘上设置了角度刻度。分度盘I. 11由玻璃材料制成，其中角度刻度成环状围绕地布置在分度盘I. 11的一个端面上。角度刻度可以设计成一种增量的角度分度和/或一种绝对的角度编码。轴线A此外也是分度盘I. 11的旋转几何轴线。在由钢制成的支承元件I. Ia上还固定了滚动轴承3的内圈。该内圈包括用于滚动体的、尤其是球体的滚动面。这里的滚动轴承3的精度、尤其是在其圆周运动方面的精度特别高。支承元件I. Ia此外一共包括四个以90°等分分布在圆周上的缺口 I. 12a，其中一个缺口 I. 12a例如也表示于图3中。在这些缺口 I. 12a里分别伸入连接元件I. 2a的一个突起I. 22a。突起I. 22a的宽度，以及缺口 I. 12a的宽度-分别考虑到圆周方向-这样确定尺寸，从而在突起I. 22a.进入缺口 I. 12a时，产生一种过渡配合或者间隙配合。连接元件I. 2a在侧视图里具有一种Z-形结构，其中连接元件I. 2a的腿具有造型斜度I. 23，这种造型斜度在提出的实施例中在几何图形方面是锥形外周面的部分扇形。在径向内部面对于这种造型斜度I. 23，连接元件I. 2a具有平面I. 24。在连接元件I. 2a上还布置了弹性部件1. 21a，该弹性部件按照实施例设计成橡胶件。在支承元件I. Ia的轴向面对于缺口 I. 12a的那个轴向端部上，按照图I形成环形的平坦端面I. 13。转子I还包括用于相对于支承元件I. Ia固定连接元件I. 2a的装置，该装置根据实施例设计成闭合的、具有内螺纹的环I. 3。此外环I. 3在其内侧面上具有锥形面I. 31(图4)。与此相对，定子2按照图I具有壳体2. 4，该壳体一般为了测量运行而刚性地固定在一个机器部件上，并用于保护角度测量装置的内腔防止受到周围环境的影响。因此此外还在支承元件I. Ia和壳体2. 4之间设有密封2. 5。在壳体2. 4里设有所谓的扫描单元，该扫描单元包括LED2. 2、电容器2. 3和扫描板2. 1，其中具有集成电路的传感器元件2. 11装在扫描板2. I上。具有集成电路的传感器元件2. 11在这里设计成所谓的光电特种集成电路(Opt0-ASIC)。用作为光源的LED2. 2发射出光通过电容器2. 3，并且然后经过分度盘I. 11。LED2. 2、电容器2. 3和传感器元件2. 11配合于定子2，也就是角度测量装置的第二组件。相反，分度盘I. 11，如已经叙述的那样，固定在可旋转的支承元件I. Ia上。布置在光源2. 2和传感器元件2. 11之间的分度盘I. 11可以通过其角度刻度，对应于支承元件I. Ia的角度位置，调整射入的光线。调整的光线最终出现在传感器元件2. 11的光电探测器上。通过这种扫描产生了光电信号，该信号包含有关于支承元件I. Ia或者轴IOa的角度位置的信息。光电产生的信号通过传感器元件2. 11的集成电路被继续处理。继续处理过的位置信号最终通过电缆输出给另外一个仪器，例如输出给机器的控制装置。这种按照光学原理工作的角度测量装置测量在支承元件I. Ia和定子2之间的角度位置，精确到几个角度秒，或者说到几个十分之一角度秒。相应重要的是扫描单元的部件以及分度盘I. 11相互定位非常准确，而且分度盘I. 11设置成可以很精确地相对于扫描单元旋转。一个防旋转补偿离合器2. 6的一部分通过螺钉连接与壳体2. 4固定连接。此外，补偿离合器2. 6的另一部分固定在扫描单元上。滚动轴承3的外环同样也固定在扫描单元上。在实践中，所要测量的轴IOa和在其上刚性地安装有壳体2. 4的机器部件并不是精确地相互对准。在应用补偿离合器2. 6的情况下，所要测量的轴IOa可以刚性地和抗扭地安装在角度测量装置的支承元件I. Ia上，而壳体2. 4可以固定地安装在机器部件上。例如由于偏心或者对中误差而产生的、作用在滚动轴承3上的不许可的大载荷可以通过轴向-和径向弹性的补偿离合器2. 6来避免。在将角度测量装置安装于轴IOa上期间，一开始先将支承元件I. Ia推动到轴IOa上，直至位于轴IOa的一个部段上的支承元件I. Ia的端面I. 13。然后装配连接元件I. 2a，其方法是首先分别将连接元件I. 2a的一个突起I. 22a装入支承元件I. Ia的一个缺口I. 12a里，并且同时使所涉及的连接元件I. 2a的平面I. 24贴靠到轴IOa的轴向平行的削平面10. I上。因此连接元件I. 2a的平面I. 24随后平行于轴线A。然后将环I. 3拧到轴IOa上。在拧紧过程结束时，使弹性部件I. 21a压缩，并在支承元件I. Ia用其端面I. 13压紧在轴IOa的对应部段上之后，使连接元件I. 2a轴向移动。在继续拧紧环I. 3时，环I. 3的位于里面的锥形面I. 31接着分别接触到连接元件I. 2a的造型斜度I. 23。通过环I. 3，也就使连接元件I. 2a通过轴向移动到达最终的形状配合位置，并且通过楔键作用径向向着轴IOa预紧。楔键作用通过造型斜度I. 23与锥形面I. 31共同作用而产生。此外在端面I. 13上建立了一种与轴IOa的部段的摩擦连接，其中需要的摩擦力由摩擦系数和由于环1.3的轴向移动的轴向力而得出。在正常运行时，用于驱动角度测量装置、也就是用于克服制动转矩所需要的转矩通过这种摩擦连接来传递。为了建立充分的安全性以防止滑行，这里附加建立了一种作用连接，从而能在连接元件I. 2a和支承元件I. Ia之间围绕轴线A形状配合地传递转矩。这由此来实现突起I. 22a与缺口 I. 12a接触地在轴向平行的随动面上形状配合性地共同作用。通过新的结构形式，不会使径向力作用到支承分度盘I. 11的支承元件I. Ia里，这有助于提高角度测量装置的精度。在角度测量装置正常运行时，使支承元件I. Ia的旋转运动，如前所述，通过在其端面I. 13上的摩擦连接而保证角度地导入。形状配合的作用连接只是在紧急情况下为了保证安全才是有效的。这种连接相应地一定是在某个界限里有一个间隙，取决于此，如多少角度秒或者角度分那样，从安全技术的观点来说在紧急情况下是可以容许的。另一方面，附加地设置一个形状配合的作用连接，在同时有径向预紧时并不影响到角度测量装置在正常运行时的测量精度。角度测量装置的新式结构的特征也就在于，在轴IOa和连接元件I. 2a之间传入径向预紧力的部位相对于滚动轴承3轴向偏置。因此也就尤其是削平面10. I和平面I. 24布置成相对于滚动轴承轴向偏置。最后，用于形状配合地传递转矩的作用连接的位置也布置成相对于在轴IOa和连接元件I. 2a之间传入径向预紧力的部位有轴向偏置，或者相对于削平面10. I和平面I. 24布置成有偏置。以下对于其它实施例的说明主要局限于相对于其它实施例、尤其是相对于上面所述的第一个实施例来说已经修改过的实际情况。按照第二个实施例(图5)的角度测量装置相比于第一个实施例具有一种修改过的支承元件I. Ib以及改变的连接元件I. 2b。角度测量装置的其余部件可以看作为与第一个实施例结构相同。为了达到更高的弹性，连接元件I. 2b现在尤其是具有一个在切向方向上连贯的间隙I. 25，从而形成一种材料变薄或者一种固体铰链。间隙I. 25有利地与轴线A成45°角。支承元件I. Ib在此可以这样设计，即该元件作为作用连接的区域中连接元件
I.2b的导向件用于形状配合地将转矩传递至径向隔开的面上。通过间隙I. 25可以达到必要的弯曲柔软性，从而可以通过环I. 3的轴向移动使连接元件I. 2b到达形状配合位置上，而此外将连接元件I. 2b径向向着轴IOa预紧。 图6示出了一种按照第三个实施例的装置。在这里，四个连接元件I. 2c这样改动，即这些元件在其径向位于内部的面I. 24上分别具有一个肋片I. 26。该肋片I. 26可以啮入到修改过的轴IOc的凹槽10. 2里。凹槽10. 2和肋片I. 26这样设定尺寸大�。此强梢栽谠仓芊较蛏衔藜湎兜亓悠鹄矗谥嵯蚍较蚝途断蚍较蛏希诎疾�10. 2的壁和肋片I. 26之间，分别设有一个气隙。通过按照这里所述的第三个实施例的结构，一方面可以使装配更容易，这是因为连接元件I. 2c，尤其是在拧紧环I. 3时，避免了倾倒。同时可以通过凹槽10. 2和肋片I. 26提高在轴IOc和连接元件I. 2c之间的可传递的转矩。按照第四个实施例，按图7，8和9所示，连接元件I. 2d通过环形本体I. 4d相互连接。环形本体I. 4d具有径向的缺口 1.41以及接缝I. 42。通过缺口 I. 41和接缝I. 42可以使环形本体I. 4d为了装配而弹性扩展。在以前提出的实施例的变体中，连接元件I. 2d在这里具有锥形的突起I. 22d。如图9所示，在这里通过操纵环I. 3使锥形突起I. 22d经过一个环绕的弹性部件I. 21d分别压入到支承元件I. Id的一个锥形空缺I. 12d里。这样可以在连接元件I. 2d和支承元件I. Id之间建立起一种在圆周方向上无间隙的连接，从而能在连接元件I. 2d和支承元件I. Id之间围绕轴线A形状配合地传递转矩。在该实施例中，连接元件I. 2d和支承元件I. Id也具有相互接触的随动面，尽管在这里随动面布置成相对于轴线为倾斜，它们的各自的法向矢量具有一个相关于轴线的切向方向分量。在图10至12中示出了按照第五个实施例的结构形式。连接元件I. 2e在这里也通过环形本体I. 4e相互连接。环形本体I. 4e在这里然而在位于两个连接元件I. 2e之间的两个部位里具有一种拱起的形状，因此也就是说环形本体I. 4e具有轴向的拱起。此外连接元件I. 2e具有突起I. 22e，该突起在圆周方向上相比于支承元件I. Ie的缺口 I. 12e来说尺寸小。在环形本体I. 4e上，在这里也布置了环绕的弹性部件1.21d，其中由于环形本体I. 4e的轴向弹性，在相应的实施方式中也可以放弃这种部件。如果现在通过环I. 3的旋转使该环在轴向方向上移动，那么强制在一个与轴线A正交的平面里形成两个拱起。因而邻接于拱起的连接元件I. 2e进行切向运动，并且相应地造成突起I. 22e在圆周方向上的移动。支承元件I. Ie和连接元件I. 2e、尤其是突起I. 22e被这样确定尺寸，使得在装配状态下突起I. 22e压向所属缺口 I. 12e的壁或者随动面。按此方式在圆周方向上建立起一种形状配合的连接，从而能在连接元件I. 2e和支承元件I. Ie之间围绕轴线A形状配合地并且对于两个旋转方向无间隙地传递转矩。
当然不同实施例的各个修改过的部件可以组合或者交换。例如按照前三个实施例的连接元件I. 2a，I. 2b，I. 2c同样也可以具有锥形的突起I. 22d，并且与对应匹配的支承元件I. la, I. lb, I. Ic共同作用。
权利要求
1.一种角度测量装置，具有第一组件(I)和第二组件(2)，其中所述组件(1，2)能彼此相对地围绕轴线(A)旋转，并且通过所述角度测量装置能测定在所述组件(1，2)之间的相对角度位置，其中所述第一组件(I)包括 支承元件(I. la-1. Ie)，用于围绕地容纳轴(10a ;10c)，在所述轴上固定有分度盘(I. 11)，连接元件(I. 2a-l. 2e)，以及 用于使所述连接元件(I. 2a-l. 2e)相对于所述支承元件(I. la-1. Ie)固定的装置(I. 3)，和 所述第二组件(2)包括传感器元件(2. 11)，用于扫描所述分度盘(I. 11)，其中 所述支承元件(I. la-1. Ie)以及所述连接元件(I. 2a-l. 2e)这样设计，使得所述连接元件(I. 2a-l. 2e)能与所述支承元件(I. la~l. Ie)这样作用连接,从而能在所述连接元件(I. 2a-l. 2e)和所述支承元件(I. la-1. Ie)之间围绕所述轴线(A)形状配合地传递转矩，其中通过用于固定所述连接元件(1.2a-1.2e)的所述装置(1.3)能使所述连接元件(I. 2a-l. 2e)通过轴向移动进入形状配合位置，并且能径向地抵靠所述轴(10a;10c)预张紧。
2.根据权利要求I所述的角度测量装置，其中通过楔键作用能产生径向的预紧力。
3.根据权利要求2所述的角度测量装置，其中用于固定所述连接元件(1.2a-1.2e)的所述装置(I. 3)或者所述连接元件(I. 2a-l. 2e)本身具有造型斜度(I. 23，I. 31)，以用于实现所述楔键作用。
4.根据权利要求I所述的角度测量装置，其中用于固定所述连接元件(1.2a-1.2e)的所述装置(1.3)设计成闭合的环。
5.根据权利要求4所述的角度测量装置，其中用于固定所述连接元件(1.2a-1.2e)的所述装置(1.3)具有内螺纹。
6.根据权利要求I所述的角度测量装置，其中在用于固定所述连接元件(I.2a-l. 2e)的所述装置(I. 3)以及所述连接元件(I. 2a-l. 2e)本身之间，布置了一个弹性部件(I. 21a ；I.21d)。
7.根据权利要求I所述的角度测量装置，其中所述角度测量装置这样设计，使得所述连接元件Q. 2a-l. 2e)作用于所述支承元件(I. la-1. Ie)的轴向端部上，并在所述支承元件(I. la-1. Ie)的另一轴向端部上形成表面(F)，所述表面能摩擦连接地与所述轴(IOa ；IOc)作用连接。
8.根据权利要求I所述的角度测量装置，其中用于固定所述连接元件(1.2a-1.2e)的所述装置(1.3)能从轴向方向上进行操纵。
9.根据权利要求I所述的角度测量装置，其中所述连接元件(I.2a-l. 2e)在其按照规定的应用中朝向所述轴线(A)的侧面上具有平坦的表面(1.24)。
10.根据权利要求I所述的角度测量装置，其中所述连接元件(1.2c)在其按照规定的应用中朝向所述轴线(A)的侧面上具有突起(1.26)。
11.根据权利要求I所述的角度测量装置，其中所述角度测量装置具有多个连接元件(I. 2d-l. 2e),所述连接元件相互连接在一起。
12.根据权利要求11所述的角度测量装置，其中所述连接元件(I.2d-l. 2e)通过本体(I. 4e)相互连接在一起,所述本体设计成轴向弹性的。
全文摘要
本发明涉及一种角度测量装置，具有第一组件(1)和第二组件(2)，其中组件(1，2)能彼此相对地围绕轴线(A)旋转。第一组件(1)包括支承元件(1.1a-1.1e)，用于围绕地容纳轴(10a；10c)，在该轴上固定有分度盘(1.11)；连接元件(1.2a-1.2e)；以及用于使连接元件(1.2a-1.2e)相对于支承元件(1.1a-1.1e)固定的装置(1.3)。第二组件(2)包括传感器元件(2.11)，用于扫描分度盘(1.11)。支承元件(1.1a-1.1e)以及连接元件(1.2a-1.2e)这样设计，使得连接元件能与支承元件这样作用连接，从而能在连接元件和支承元件之间围绕轴线(A)形状配合地传递转矩，其中通过用于固定连接元件的装置(1.3)，能使连接元件通过轴向移动进入形状配合位置，并且能径向地抵靠轴预张紧。
文档编号G01B21/22GK102620702SQ20121002008
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月21日 优先权日2011年1月25日
发明者约翰·米特尔赖特尔 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司
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