CN103994733A - 角度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种角度测量装置，具有一定子（1）和一转子（2），其中，所述转子（2）相对于所述定子（1）围绕一轴线（A）沿着圆周方向（U）可转动地布置。所述转子（2）具有一轴（2.1），在该轴上抗相对转动地紧固一代码盘（2.2）。所述定子（1）具有一本体（1.3；1.3'；1.3''）和一用于扫描所述代码盘（2.2）的扫描装置（1.2）。为了振动阻尼，所述角度测量装置具有一与所述本体（1.3；1.3'；1.3''）连接的摆锤质量体（1.42；1.42'；1.42''），所述摆锤质量体以一平行于所述圆周方向（U）的方向分量相对于所述本体（1.3；1.3'；1.3''）可偏转。

Description

角度测量装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的角度测量装置。
背景技术
角度测量装置，常常也叫做旋转发生器，用于经由一个或多个回转来测量一可转动地支承的体的转动运动。在此，所述转动运动被增量式地或绝对地检测到。与齿条和齿轮相结合，或与螺纹主轴相结合，利用一角度测量装置也可以测量线性的运动。
这种角度测量装置常常与电动马达相结合来使用。为了平衡在所述角度测量装置的被支承的轴和相关的电动马达之间的对准误差或轴向错位，常常使用补偿联接器。其可以布置在所述角度测量装置的轴和电动马达之间，或者构造成所谓的定子联接器。定子联接器将所述角度测量装置的定子弹性地与所述电动马达的定子连接。为了能够准确地检测所述转动运动，重要的是，相应的补偿联接器沿着圆周方向抗扭转地构造，即具有在扭转应力下的较高的刚性。一般来说，在这方面的定子联接器具有比转子联接器更好的性能。
但在许多应用中可能会出现，振动被导入到所述角度测量装置中。这种振动会例如针对相关系统中的驱动装置或者说马达的可调性是不利的。当出现共振时，这种情况特别成问题。最后，通过导入的振动会减少测量准确度，从而例如在利用角度测量装置工作的工具机中，会产生加工后的面的由振动所引起的有缺陷的表面品质。在印刷机中的应用中，在一定的振动激发下从所述角度测量装置的减小的测量准确度会造成劣质的印刷品。此外，通过所出现的转动振动的错误表现，一调节电子装置会输出过高的马达电流，作为马达运动。这又例如导致吹哨噪音且导致过度的马达加热且因此导致马达效率的减小。
从DE 10 2008 060 839中公开了一种具有一减振器的角度测量装置，其是轴向的扭转刚性地安装的。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种文章开头所述类型的角度测量装置，其在具有振动的周围环境下提供了更好的测量行为，尤其是优化的测量信号。
该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的角度测量装置的提出来解决。
因此，所述角度测量装置包括一定子和一转子，其中，所述转子相对于所述定子围绕一轴线沿着圆周方向可转动地布置。所述转子具有一轴，在该轴上抗相对转动地紧固一代码盘。所述定子具有一本体和一用于扫描所述代码盘的扫描装置。所述角度测量装置为了振动阻尼而具有一与所述本体连接的摆锤质量体，其以一平行于所述圆周方向的方向分量可相对于所述本体偏转。所述圆周方向涉及一种方向，一与所述轴线间隔地布置的点沿着该方向在一旋转中使所述轴线运动。
所述摆锤质量体尤其是作为离心力摆锤或减振器摆锤起作用。所述摆锤质量体仅仅是紧固在所述定子上的，其中，与所述定子的连接设计得如此之软，使得所述摆锤质量体以一定的延迟跟随所述定子的运动。因此该行为是衰减地起作用的，其中，所述衰减的作用在一大的频率范围上得以确保。令人惊奇的是，所述测量行为的显著改善即使在通过待测量的轴的振动激发的情况下也可确定，尽管所述摆锤质量体不是紧固在所述转子上的。此外被证实的是，所述角度测量装置在所述振动激励的极其大的频率范围上或者说在所述转子的特别大的转速范围上工作，而不具有测量准确度减小。
所述代码盘可以如此构造，使得所述角度测量装置输出增量的和/或绝对的角度位置。
有利地，本发明可以在一种角度测量装置中应用，其定子或转子具有一补偿联接器，该补偿联接器适合于建立一在所述定子与一机器部件之间的径向的和轴向的弹性的但扭转刚性（drehsteifen）的连接。同样地，所述角度测量装置可以在所述定子或在所述转子上具有一补偿联接器。
根据本发明的一种改进方案，在所述本体上布置多个摆锤质量体。尤其是可以在所述定子的本体上布置两个或四个摆锤质量体。在这一点上有利的可以是，所述摆锤质量体、尤其是它们的重心，关于所述轴线对称地布置。相应地，可以在使用两个摆锤质量体的情况下设置一在所述摆锤质量体的重心之间的180°的角度错位，并且在四个摆锤质量体的情况下设置一在相邻的摆锤质量体的重心之间的90°的角度错位。当所述角度测量装置在运行中遭受振动时，所述摆锤质量体可以沿着圆周方向如此运动，使得它们相互之间的相对间距沿着圆周方向发生改变。
在本发明的另一种设计方案中，所述摆锤质量体经由一弹性元件、尤其是经由一连接件、一弹簧或一弹性体部分与所述本体连接。尤其是所述连接件可以具有一固定体活节（Festkörpergelenk）。作为固定体活节理解为一种活节，其基于弹性力学的原理。活节的功能通过一相对于较高的抗弯刚度的两个邻接的区域所减小的抗弯刚度的区域得以实现。所述减小的抗弯刚度可以通过局部的横截面减小或一削弱部位来产生。
有利地，所述连接件具有两个固定体活节，其中，所述两个固定体活节的连接直线关于所述轴线沿着径向定向。这样，所述连接直线与所述轴线相交。
在一种优选的实施变型中，所述角度测量装置如此配置，使得所述摆锤质量体可借助于一双线的连接相对于所述本体偏转。
有利地，所述摆锤质量体经由两个连接件与所述角度测量装置的本体连接。在此情况下，所述连接件中的每一个都具有两个固定体活节，其中，每个连接件的两个固定体活节的连接直线关于所述轴线沿着径向定向。这样，所述两个连接直线与所述轴线相交。如果使用多个摆锤质量体，则所述角度测量装置可以如此配置，使得一连接件的每对固定体活节的连接直线沿着径向定向。
此外，一个或多个连接件与所述本体连接的这样一种表达方式并不意味这所述连接必须是直接地实施的。而是也可以在所述本体和所述摆锤质量体之间的连接中除了所述连接件之外布置一其它的元件。
因此有利地，所述摆锤质量体经由一连接件以及一紧固法兰（作为其它元件）与所述本体连接。
本发明的其它有利的设计方案在从属权利要求中描述。
附图说明
本发明的其它特征和优点在下面参照附图的两个实施例的描述中详细说明。
其中:
图1 示出了根据第一实施例的角度测量装置的截面图，
图2 示出了一减振器元件的立体视图，
图3 示出了根据第一实施例的具有所述减振器元件的角度测量装置的仰视图（不具有补偿联接器），
图4 示出了根据第二实施例的具有一减振器元件的角度测量装置的仰视图，
图5 示出了根据第二实施例的角度测量装置的截面图，
图6 示出了根据第三实施例的具有一减振器元件的角度测量装置的仰视图（不具有补偿联接器），
图7 示出了根据第三实施例的角度测量装置的截面图。
具体实施方式
在图1中所示的角度测量装置包括一定子1和一转子2。所述转子2具有一轴2.1，用于抗相对转动地（drehfest）联接在一待测量的结构元件上，例如联接在一马达轴上。在所述角度测量装置的轴2.1和所述马达轴之间的连接例如利用一以紧固螺栓为形式的通过所述轴2.1伸出的连接器件实现，其中，为此所述轴2.1的端部是圆锥形地设计的。因此，通过所述角度测量装置可以确定在所述定子1和所述转子2之间的相对角度位置或者说转动运动。这种角度测量装置也常常称作是旋转发生器。
所述轴2.1通过一轴承、这里是两个滚动轴承3，可转动地支承在一本体1.3内部，该本体配属于所述定子1。在所述轴2.1上紧固一布置在所述角度测量装置内部的代码盘2.2。
所述定子1包括一壳体1.1，在该壳体中具有一所谓的扫描装置1.2，该扫描装置包括一光源1.22、一电容器1.23、一传感器元件1.24和一扫描板（Abtastplatine）1.21，其中，所述传感器元件具有一集成电路。所述具有集成电路的传感器元件1.24相应地电地安装在所述扫描板1.21上。在所述具有集成电路的传感器元件1.24、这里一所谓的光电ASIC和所述代码盘2.2之间具有相对较小的气隙。设计成LED的光源1.22通过所述电容器1.23且之后通过所述代码盘2.2发射光线。在此，所述光源1.22、所述电容器1.23和所述具有集成电路的传感器元件1.24配属于所述角度测量装置的定子1。相反，所述代码盘2.2如前所述紧固在所述轴2.1上。布置在所述光源1.22和所述传感器元件1.24之间的代码盘2.2通过其角度刻度能够使所发出的光线根据所述轴2.1的角度位置进行调整。所调整的光线最后遇到所述传感器元件1.24的光电探测器。通过扫描产生光电信号，其包含关于所述轴2.1的角度位置的信息。所述光电地产生的信号通过所述传感器元件1.24的集成电路被继续处理。所述被继续处理的位置信号最后经由一线缆输出到一其它设备上，例如输出到一机器的控制装置上。
所述角度测量装置的定子1经由一补偿联接器1.2紧固在一机器部件上，例如紧固在一固定的马达壳体上。所述补偿联接器1.2用于使所述轴2.1和所述马达轴之间的对准误差不会导致所述滚动轴承3中的不允许的高应力。
此外，所述定子1具有一减振器元件1.4，其根据图2包括一居中的环1.41，该环具有两个紧固吊耳1.411。此外，所述减振器元件1.4具有四个摆锤质量体1.42。所述摆锤质量体1.42或者说它们的重心相互以90°的角度错位进行布置。经由连接件1.43，所述摆锤质量体1.42与所述环1.41连接。所述连接件1.43本身分别具有两个固定体活节1.431。所述减振器元件1.4一体地实施并且优选由金属、尤其是由钢制成。
所述本体1.3具有钻孔，在所述钻孔中定位阻尼元件1.5，它们例如由弹性体材料制成。在此，在（机械的）无应力的状态下所述钻孔的内径略微大于所述阻尼元件1.5的外径。因此，得出了所述阻尼元件1.5沿着圆周方向在所述钻孔内的一定的运动性。此外，所述阻尼元件1.5在所述本体1.3的钻孔中如此布置，即所述阻尼元件接触各钻孔的底部且此外接触一摆锤质量体1.42。由此可以在很大程度上抑制所述摆锤质量体1.42沿着轴向、即平行于轴线A的运动，而能够实现所述摆锤质量体1.42沿着圆周方向U的运动。
在图3中从轴向方向示出了不具有补偿联接器1.2的角度测量装置的视图。在使用穿过所述紧固吊耳1.411所插入的螺栓1.7的情况下，所述环1.41固定地安装在所述角度测量装置的本体1.3上。所述减震元件1.5在与所述摆锤质量体1.42中的每一个摆锤质量体接触中轴向地略微被预紧。
通过所述本体1.3的自由铣削所引起，在所述本体1.3和各摆锤质量体1.42之间具有一较小的轴向气隙，如也在图1中所示。相反，所述环1.41固定地贴靠在所述本体1.3上，从而所述本体1.3的振动可以向所述环1.41传递并且可以沿着相反的方向传递。一连接件1.43的固定体活节1.431的连接直线C与所述轴线A相交。这适用于两个连接件1.43，从而配属于一摆锤质量体1.42的两个连接直线C与所述轴线A相交。这样，相关的摆锤质量体1.42的转动点位于所述轴线A上，用以使所述转子2相对于所述定子1沿着圆周方向U可转动地布置。在一摆锤质量体1.42分别利用两个连接件1.43紧固在一环上之后，这里也可以说成是一双线悬挂，从而所述摆锤质量体1.42实际上仅还能够在一垂直于所述轴线A定向的平面中振动。所述减振器元件1.4如此实施，使得针对所有摆锤质量体1.42，所配属的连接直线C与所述轴线A相交。此外，所有的摆锤质量体1.42关于所述轴线A对称地布置。尤其是所述摆锤质量体1.42或者说它们的重心处于一个并且相同的平面中。
尤其是在具有相对弹性的补偿联接器1.2的角度测量装置中，通过振动、尤其是转动转动会出现测量不准确性。尤其是可以输出如下的测量信号，它们“伪装（vortäuschen）”一轴转动，尽管仅进行在所述定子和转子之间的由振动引起的相对运动。
在所述角度测量装置的具有振动的运行中，所述摆锤质量体1.42以一定的时间延迟跟随所述本体1.3的运动，从而可以产生反相的运动。在此，使所述固定体活节1.431变形，但这在很大程度上在不产生内部的摩擦的情况下进行。针对所述角度测量装置的阻尼作用基本上由如下的效应所产生，即通过所述摆锤质量体1.42沿着圆周方向U的加速或者说运动，所述角度测量装置的振动振幅总体上相对于传统的角度测量装置被显著地减小。
根据按照图4和5的第二实施例，作为摆锤质量体1.42'可以使用球体。所述球体与所述本体1.3'经由弹性元件1.43'机械连接。此外，所述本体1.3'具有凹槽1.31'。所述凹槽1.31'中的每一个都如此设计，使得其两侧地径向引导所配属的摆锤质量体1.42'，其中，但所述摆锤质量体1.42'仅可沿着圆周方向U运动。倘若所述凹槽1.31'的壁沿着同心的圆弧段线延伸，则他们各自的中心点位于所述轴线A上。所述摆锤质量体1.42'沿着圆周方向U的运动性通过所述弹性元件1.43'被限定，所述弹性元件可以例如构造成弹性体部件或橡胶部件或构造成金属弹簧。
作为第三实施例，在图6和7中示出了一种布置方式，其中，一环形的摆锤质量体1.42''经由连接件1.43''与所述本体1.3''连接。这里所述连接件1.43''也是径向地定向的。当根据第三实施例的角度测量装置遭受振动时，所述环形的摆锤质量体1.42''被置于围绕一在所述轴线A上的中心点的略微的转动振动中，这带来了所述角度测量装置的振动振幅相比于传统的角度测量装置的显著减小。

Claims (12)

1. 角度测量装置，包括一定子（1）和一转子（2），其中，所述转子（2）相对于所述定子（1）围绕一轴线（A）沿着圆周方向（U）能转动地布置，并且所述转子（2）具有一轴（2.1），在所述轴上抗相对转动地紧固一代码盘（2.2），所述定子（1）具有一本体（1.3；1.3'；1.3''）和一用于扫描所述代码盘（2.2）的扫描装置（1.2），
其特征在于，所述角度测量装置为了振动阻尼而具有一与所述本体（1.3；1.3'；1.3''）连接的摆锤质量体（1.42；1.42'；1.42''），所述摆锤质量体以一平行于所述圆周方向（U）的方向分量相对于所述本体（1.3；1.3'；1.3''）能偏转。
2. 根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于，所述定子（1）和/或所述转子（2）为了建立所述定子（1）与一机器部件的径向的以及轴向的弹性的但扭转刚性的连接而具有一补偿联接器（1.2）。
3. 根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于，在所述本体（1.3；1.3'）上布置多个摆锤质量体（1.42；1.42'）。
4. 根据权利要求3所述的角度测量装置，其特征在于，所述摆锤质量体（1.42；1.42'）关于所述轴线（A）对称地布置。
5. 根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于，所述摆锤质量体（1.42；1.42'；1.42''）经由一弹性元件（1.43；1.43'；1.43''）与所述本体（1.3；1.3'；1.3''）连接。
6. 根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于，所述摆锤质量体（1.42'）经由一弹性体部件或橡胶部件或经由一金属弹簧（1.43'）与所述本体（1.3'）连接。
7. 根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于，所述摆锤质量体（1.42；1.42''）经由一连接件（1.43；1.43''）与所述本体（1.3；1.3''）连接。
8. 根据权利要求7所述的角度测量装置，其特征在于，所述连接件（1.43）具有一固定体活节（1.431）。
9. 根据权利要求7所述的角度测量装置，其特征在于，所述连接件（1.43）具有两个固定体活节（1.431），其中，所述两个固定体活节（1.431）的连接直线（C）关于所述轴线（A）沿着径向定向。
10. 根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于，所述摆锤质量体（1.42）借助于一双线连接相对于所述本体（1.3）能偏转。
11. 根据权利要求7所述的角度测量装置，其特征在于，所述摆锤质量体（1.42）经由两个连接件（1.43）与所述本体（1.3）连接。
12. 根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于，所述摆锤质量体（1.42）经由一连接件（1.43）和一紧固法兰（1.41）与所述本体（1.3）连接。
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