ANGLE-MEASURING DEVICE

Abstract: 1. Angle measuring device for measuring the angular position between a stationary object and an object rotatable relative to this stationary object, in which the graduation of a graduated disc (3) fixed on a rotatable shaft (2) in a housing (10), which disc is connected to the rotatable object, is sensed by at least one sensor unit (4), which is connected to the stationary object, characterized in that the rotatable shaft (2 ; 22) together with the graduated disc (3 ; 23) is rigidly connected to the rotatable object and the housing (10 ; 30) is rigidly connected to the stationary object and in that the sensor unit (4 ; 24) is mounted on the rotatable shaft (2 ; 22) and/or on the graduated disc (3 ; 23) rotatable relative thereto and is connected to the housing (10 ; 30) through a rotation resistant coupling (13 ; 33), which prevents a rotational movement of the sensor unit (4 ; 24) about the axis of the rotatable shaft (2 ; 22).

Description: Winkelmesseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Winkelmesseinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei Winkelmesseinrichtungen ist es bekannt, das Gehäuse an einem zu messenden Maschinenteil anzuschrauben oder anzuklemmen und die Welle mitsamt der Teilscheibe über eine flexible, aber möglichst verdrehsteife Kupplung mit einer Spindel oder einem anderen drehbaren Maschinenteil zu koppeln. Eine derartige Winkelmesseinrichtung weist aber den Nachteil auf, dass die Kupplung ausserhalb des Gehäuses einen zusätzlichen Raum beansprucht und speziell bei einer Hohlwelle Probleme aufwirft, da es schwierig ist, eine Kupplung zu konstruieren, die eine hohe Winkelübertragungsgenauigkeit und eine grosse Drehsteifigkeit aufweist und dabei relativ grosse Winkelfluchtungsfehler ausgleichen kann. Bei grossen Winkelbeschleunigungen des drehbaren Maschinenteils wirken sich die unvermeidlichen Torsionsschwingungen der Kupplung ungünstig auf den Lage regelkreis einer numerischen Steuerung für die Maschine aus. Weiterhin sind Winkelmesseinrichtungen bekannt, bei denen die Welle mit der Teilscheibe starr an einer Spindel der Maschine befestigt ist und das Gehäuse durch einen Mitnehmer oder eine Gelenk schwinge gegen ein Verdrehen gesichert ist. Ein Nachteil einer solchen Winkelmesseinrichtung besteht darin, dass die unvermeidlichen Exzentri zitäten der Welle, der Wellenverbindung mit der Spindel usw. zusammen mit dem Abstand der Gelenk schwinge oder des Mitnehmers von der Wellenachse einen Winkelfehler ergeben, der für Präzisions messungen nicht tragbar ist. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass von aussen auf das Gehäuse einwirkende Kräfte über die Wellenlagerung auf die Welle geleitet werden, und damit die Laufge nauigkeit der Lagerung sowie die Genauigkeit der Winkelmessung beeinflussen. In der DE-PS 29 o6 432 ist eine Koppeleinrichtung für eine Winkelmesseinrichtung beschrieben, bei der die Antriebswelle eines Rundtisches mit der Welle der Messeinrichtung starr verbunden und das Gehäuse der Messeinrichtung mit dem Stator des Rundtisches über eine Parallelführung gekoppelt sind. Bei dieser Koppeleinrichtung besteht ebenfalls der Nachteil, dass von aussen einwirkende Kräfte auf die Wellenlagerung und die Welle geleitet werden; ausserdem können äussere Kräfte die Kupp lungsgestänge und ihre Biegefedern beschädigen. Nachteilig ist ferner der relativ grosse Raumbedarf dieser Koppeleinrichtung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Winkelmesseinrichtung der eingangs erwähnten Gattung anzugeben, bei der die oben genannten Nachteile vermieden und die Messgenauigkeit weiter erhöht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kenn -zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Kupplung keinen zusätzlichen Raum beansprucht und die unvermeidbaren Exzentrizitäten und Winkelfluchtungsfehler ohne Beeinträchtigung der Messgenauigkeit ausgleicht; Winkelbeschleunigungen der Welle bewirken keine Verdrehung der Kupplung. Der Anbau der Winkelmess-# einrichtung an der Maschine erfolgt problemlos und ohne irgendwelche Justierungen. Die Lagerung der Teilscheibe und die Kupplung sind durch das Gehäuse optimal gegen Beschädigungen durch von aussen wirkende Kräfte geschützt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Figur 1 einen Querschnitt A-B einer Winkelmesseinrichtung gemäss Figur 3, Figur 2 einen weiteren Querschnitt C-D der Winkelmesseinrichtung gemäss Figur 3, Figur 3 einen Teilschnitt E-F der Winkel messeinrichtung gemäss Figur 2 mit einer Draufsicht auf eine Kupplung nach der Erfindung, Figur 4 einen Querschnitt G-H einer weiteren Winkelmesseinric htung gemäss Figur 5 und Figur 5 einen Querschnitt K-L der Winkel messeinrichtung gemäss Figur 4. In Figur 1 und 2 ist in zwei Querschnitten A-B und C-D gemäss Figur 3 eine Winkelmesseinrichtung gezeigt, bei der an einer Anlagefläche 1 einer drehbaren Hohlwelle 2 eine Teilscheibe 3 mit einer Winkel teilung beispielsweise durch Kleben befestigt ist. Eine photoelektrische Abtasteinheit 4 ist mittels Kugellager 5 auf der drehbaren Hohlwelle 2 gelagert und tastet mittels einer Lampe 6, einem Kondensor 7, einer Abtastplatte 8 und Photoelementen 9 die Winkel teilung der Teilscheibe 3 ab. In nicht dargestellter Weise sind die drehbare Welle 2 starr mit einer Spindel und ein Gehäuse 10 zum Schutz der Teilscheibe 3 und der Abtasteinheit 4 gegen äussere Einflüsse starr mit einem Bett einer Bearbeitungsmaschine oder Messmaschine verbunden. An den Stirnseiten des Gehäuses 10 sind zwei Deckel 11 mittels Schrauben 12 befestigt, die jeweils eine Öffnung für die drehbare Welle 2 aufweisen. Dichtelemente 20 zwischen den Deckeln 11 und der drehbaren Welle 2 verhindern das Eindringen von Verunreinigungen in das Innere des Gehäuses 10 und sind so ausgebildet, dass die Relativbewegungen zwischen der drehbaren Welle 2 und dem Gehäuse 10 durch die Wellenexzen trizitäten und Winkelfluchtungsfehler elastisch ausgeglichen werden. In Figur 3 ist ein Teilschnitt E-F der Winkelmesseinrichtung gemäss Figur 2 mit lediglich einer Draufsicht auf eine Kupplung 13 zwischen der Abtasteinheit 4 und dem Gehäuse 10 gezeigt. Diese Kupplung 13 besteht aus einem im Gehäuse 10 konzentrisch zur drehbaren Welle 2 angeordnetem Zwischenring 14, an dem mittels Bolzen 15 zwei zueinander und zur Ebene des Zwischenrings 14 parallele Blattfedern 16 befestigt und über Bolzen 17 mit dem Gehäuse 10 verbunden sind; an dem Zwischenring 14 sind weiter mittels Bolzen 15' zwei zueinander und zur Ebene des Zwischenrings 14 parallele Federdrähte 16' befestigt und über Bolzen 18 mit einem Träger 19 der Abtasteinheit 4 verbunden; die Federelemente 16, 16' bilden jeweils eine Parallelogrammführung, die senkrecht zueinander wirken. Eine weitere Winkelmesseinrichtung ist in Figur 4 in einem Querschnitt G-IS gemäss Figur 5 und in Figur 5 in einem Querschnitt K-L gemäss Figur 4 gezeigt, bei der an einer Anlagefläche 21 einer drehbaren Hohlwelle 22 eine Teilscheibe 23 mit einer Winkel teilung beispielsweise durch Kleben befestigt ist. Eine photoelektrische Abtasteinheit 24 ist mittels Kugellager 25 auf der drehbaren Hohlwelle 22 gelagert und tastet mittels einer Lampe 26, einem Kondensor, einer Abtastplatte und Photoelementen die Winkel teilung der Teilscheibe 23 ab. In nicht dargestellter Weise sind die drehbare Welle 22 starr mit einer Spindel und ein Gehäuse 30 zum Schutz der Teilscheibe 23 und der Abtasteinheit 24 gegen äussere Einflijsse starr mit einem Bett einer Bearbeitungsmaschine oder Messmaschine verbunden. An den Stirnseiten des Gehäuses 30 sind zwei Deckel 31 mittels Schrauben 32 befestigt, die jeweils eine Öffnung für die drehbare Welle 22 aufweisen. Dichtelemente 40 zwischen den Deckeln 31 und der drehbaren Welle 22 verhindern das Eindringen von Verunreinigungen in das Innere des Gehäuses 30 und sind so ausgebildet, dass die Relativbewegungen zwischen der drehbaren Welle 22 und dem Gehäuse 30 durch die Wellenexzentrizitäten und Winkelfluchtungsfehler elastisch ausgeglichen werden. Eine Kupplung 33 zwischen der Abtasteinheit 24 und dem Gehäuse 30 besteht aus einem im Gehäuse 30 konzentrisch zur drehbaren Welle 22 angeordneten Zwischenring 34, an dem mittels zweier sich diametral gegenüberliegender Bolzen 35 eine Membranfeder 36 befestigt ist, die über zwei sich diametral gegenüberliegende Bolzen 37 mit einem Träger 38 der Abtasteinheit 24 verbunden ist; an dem Zwischenring 34 ist weiter mittels zweier sich diametral gegenüberliegender Bolzen 39 eine weitere Membranfeder 41 befestigt, die über zwei sich diametral gegenüberliegende Bolzen 42 mit dem Deckel 31 des Gehäuses 30 verbunden ist. Die Bolzen 35 sind gegen über den Bolzen 37 und die Bolzen 39 gegenüber den Bolzen 42 jeweils um 900 versetzt. In nicht gezeigter Weise kann die Kupplung zwischen der Abtasteinheit und dem Gehäuse auch aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Linearführungen in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse oder aus einer Parallelogrammführung in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse und aus einem ebenen Gelenk bestehen, dessen Drehachse parallel zu dieser Ebene liegt. Die vorgenannten Kupplungen erlauben zueinander senkrechte Translationsbewegungen in zur Wellenachse senkrechten Ebenen infolge von Exzentrizitäten und Winkelfluchtungsfehlern ohne Beeinträchtigung der Messgenauigkeit.

Claims: Ansprüche 1.) Winkelmesseinrichtung zur Messung der Winkel lage zweier relativ zueinander drehbarer Ob jekte, bei der in einem Gehäuse die Teilung einer an einer drehbaren Welle befestigten Teilscheibe, die mit dem einen zu messenden Objekt verbunden ist, von wenigstens einer Abtasteinheit abgetastet wird, die mit dem anderen zu messenden Objekt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Welle (2; 22) mitsamt der Teilscheibe (3; 23) starr mit dem drehbaren Objekt und das Gehäuse (10; 30) starr mit dem anderen Objekt verbunden sind, und dass die Abtasteinheit (4; 24) auf der drehbaren Welle (2; 22) und/oder auf der Teilscheibe (3; 23) gelagert und mit dem Ge häuse (10; 30) über eine verdrehsteife Kupp lung (13; 33) verbunden ist. 2.) Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (13) aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Parallelo- grammführungen (16, 16') besteht. 3.) Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (33) aus zwei Membranfedergelenken (36, 41) besteht. 4.) Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Linearführungen besteht. 5.) Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung aus einer Parallelogrammfdhrung und aus einem ebenen Gelenk besteht. 6.) Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (13) aus Federelementen (16), die einmal mit einem Träger (19) der Abtasteinheit (4) und zum an deren mit einem Zwischenring (14) verbunden sind, und aus Federelementen (16') besteht, die einmal mit dem Zwischenring (14) und zum anderen mit dem Gehäuse (10) verbunden sind. 7.) Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (16, 16') einen runden und/oder einen rechteckigen Quer schnitt aufweisen. 8.) Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (33) aus einer Membranfeder (36), die einmal an zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen mit einem Träger (38) der Abtasteinheit (24) und zum an 0 deren an zwei dazu um 90 versetzten Stellen mit einem Zwischenring (34) verbunden ist, und aus einer Membranfeder (41) besteht, die ein mal an zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen mit dem Zwischenring (34) und zum an deren an zwei dazu um 900 versetzten Stellen mit dem Gehäuse (30) verbunden ist. 9.) Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10; 30) gegen die drehbare Welle (2; 22) mittels elastischer Dichtelemente (20; 40) abgedichtet ist.

Inventors: ERNST, ALFONS, DIPL.-ING.
Applicants: DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH
Application year: 1982
Main classification: G01D5
IPC codes: G01B21, G01D5, B23Q1