CN108692679A - 角度测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括第一构件组和第二构件组的角度测量系统，其中在这两个构件组之间设置了滚动体。一种具有轴向伸展长度的缝隙在第一构件和第二构件之间延伸，以至于所述构件互相不接触地布置在缝隙的两侧。在第一构件上固定了一种环形的第一物体，该第一物体相对于第二构件组不接触地被布置。在此，第二构件具有一种区段，该区段以径向的缝隙径向地外部地位于第一物体的在轴向方向上的延伸的一种区域的对面，并且第一物体相对于所述滚动体径向地外部地、围绕着轴线地被布置，并且通过所述第一物体能够吸收润滑剂。备选地或者补充地，在第二构件上固定了一种相应地环形的第二物体。

Description

角度测量系统
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的角度测量系统。
背景技术
这种角度测量系统用于测量一种轴在一圈或多圈旋转上的旋转运动。所述旋转运动在此增量地或者绝对地被测得，所给出的测量值取决于此地是一组计数脉冲、一种计数数值或者一种编码字。角度测量系统尤其用在机床或者加工中心，用于测量旋转运动。旋转角精确地到仅仅几个角秒（Winkelsekunde）的确定例如对于机床的回转工作台或者摆动头（Schwenkköpf）、车床的C轴、还有打印机的印刷品有决定的意义。由于在使用光学测量原理时能够达到非常精确的测量结果，所以这种类型的角度测量系统通常配备一种光学的测量系统。在这种情况下，一种角度刻度尺经常通过一种反射光或者透射光方法被扫描。
为了保证高的测量精度，重要的是，保护所述角度刻度尺免受污染。尤其不利的会是，当润滑剂或者其组成成分从滚动轴承溢出并且撞击在所述角度刻度尺的扫描装置上或者所述角度刻度尺本身的区域中时。这种污染物通常形成液滴，并且发挥一种光学作用，类似于一种透镜。相应地，在这种情况下光线被偏转，这可能导致一种错误测量。
由申请人的EP 2378251 A2已知一种角度测量系统，该角度测量系统具有一种带有一种槽的轴，该槽与一种用于吸收润滑剂的空腔连在一起。
发明内容
本发明以该任务为基础：完成一种角度测量系统，通过该角度测量系统能够可靠地获得高的测量精度。
该任务按照本发明通过完成一种具有权利要求1的特征的角度测量系统来解决。
因此，所述角度测量系统包括第一构件组和第二构件组，其中在所述构件组之间设置了滚动体，以至于所述第一构件组相对于第二构件组围绕着一种轴线能够旋转地被支承。所述第一构件组具有第一构件和一种角度刻度尺，于此相对，第二构件组具有第二构件和一种扫描装置。通过该扫描装置可以产生一种取决于所述角度刻度尺的位置（相对于第二构件组）的位置信号，该位置信号因此包含一种关于角度位置的信息。一种具有轴向伸展长度的缝隙在第一构件和第二构件之间延伸，以至于这两个构件被相互不接触地布置在所述缝隙的两边。在第一构件上固定一种环形的第一物体，该第一物体相对于第二构件组不接触地被安置，其中所述第二构件具有一种区段，该区段以径向的间隙径向地外部地位于第一物体的在轴向方向上延伸的一种区域的对面。所述第一物体环绕着所述轴线并且相对于所述滚动体位于径向外部地被布置。第一物体此外如此被构造，以至于通过该第一物体能够吸收润滑剂。备选地或者补充地，在第二构件上固定一种环形的第二物体，该第二物体相对于所述第一构件组不接触地被布置。在此，所述第一构件具有一种区段，该区段以径向的间隙径向地外部地位于第二物体的在轴向方向上延伸的一种区域的对面，其中所述第二物体相对于所述滚动体径向地外部地、环绕着所述轴线地被布置，并且通过第二物体可以吸收润滑剂。
关于与第一构件及第二构件相联系的“构件”这个概念，在以下特别地总是可以被理解为一种构件，该构件具有一种环形的端面，尤其是一种圆截面或者圆环截面。因此，几何上看，有关的构件可以具有本质上柱形的、尤其是空心柱形的几何形状。所述构件中每一个构件的所述环形的端面特别地垂直于所述轴线地定向。因此，这两个端面位于平行的平面内，这些平面垂直于轴线地定向，或者说它们的法向量平行于轴线定向。
特别地，所述角度刻度尺被相对于缝隙径向地外部地布置。所述在径向方向上延伸的、在所述在轴向方向上错开地布置的构件之间的缝隙因此比所述角度刻度尺离所述轴线近，其中特别地所述缝隙的位于径向上内部的端部可以被用作用于相对的空间布置的基准。
所述第一和/或第二物体被环形地构造，其中——在所述角度测量系统不仅具有第一物体也具有第二物体的情况下——这两个物体特别地被同心地布置，并且在有利的构造方式中，这两个环形物体的中点或者说重心位于所述轴线上。
有利地，所述第一或者第二物体具有孔以吸收润滑剂。特别地，第一和/或第二物体可以被混合地多孔地设计，以至于该物体不仅具有封闭的空腔，也具有互相之间并且和外界环境相连接的空腔。所述第一和/或第二物体由一种包含聚氨酯塑料的材料制成。所述第一和/或第二物体可以特别地由一种以聚氨酯为基础的发泡的材料制成。有利的方式是，所述第一和/或第二物体具有在150kg/m3到300kg/m3之间的容积质量，更有利的是在180kg/m3到280kg/m3之间。
考虑到避免污染所述扫描装置和/或所述角度刻度尺，有利的是，能够吸收润滑剂的第一或者第二物体不含纤维或者不含细毛地被设计。
特别地，所述在第一构件上的第一物体在轴向上被如此地突出地布置并且确定尺寸，以使该第一物体越过所述缝隙的轴向伸展长度地盖住所述缝隙，也就是说越过所述缝隙的轴向伸展长度地盖住。备选地或者补充地，第二构件上的所述第二物体可以在轴向上被如此地突出地布置并且确定尺寸，以使第二物体越过所述缝隙的轴向伸展长度地盖住所述缝隙。特别地，所述第一物体和/或第二物体穿过一种几何平面，该几何平面被垂直于轴线地布置在所述缝隙范围内在第一构件和第二构件的两个端面之间。
按照本发明的一种改型方案，第一构件上的第一物体（例如在一种环绕的第一凹槽里）被固定，并且不接触地进入到一种在第二构件中的环绕的第二凹槽中。备选地或者补充地，第二构件上的第二物体可以被固定，特别地在一种环绕的第一凹槽里，并且不接触地进入到一种在第一构件中的环绕的第二凹槽中。
有利地，第二环形的物体相对于第一环形的物体径向地外部地被布置，其中所述两个环形的物体特别地同心地被布置。
所述扫描装置有利地具有一种光源和一种光探测器，其中从光源发射出的光通过角度刻度尺能够取决于在第一构件组和第二构件组之间的相对的角度位置地被调制，并且通过所述光探测器能够转换为光电流。
所述角度测量系统用于测量一种旋转运动，例如确定一种当前的转动位置或者旋转速度。
本发明的其它有利的构造可以由从属权利要求中得出。
本发明的其它特征和优点在下述两个实施例的说明中通过附图清楚地被说明。
附图说明
图1 一种角度测量系统的一种纵剖图；
图2 所述角度测量系统的一种详细视图；
图3 按照一种第二实施例的一种角度测量系统的详细视图。
具体实施例
在图1中示出了一种角度测量系统的部分纵剖面图。该角度测量系统包括第一构件组1，该第一构件组在所示出的实施例中用作转子，并且相对于第二构件组2能够围绕着一条轴线A转动，其中所述轴线A根据图示在z方向上延伸。所述第二构件组2在此也可被称作定子。第一构件组1通过一种包括着滚动体3的滚动轴承能够旋转地支承在第二构件组2的对面。
第一构件组1具有第一构件1.1，在该第一构件上相对于轴线A中心地安装一种角度刻度尺1.2。在所示出的实施例中，所述角度刻度尺1.2具有一种特殊的光地起作用的构造，特别是当使用反射的金层时，其中所述角度刻度尺1.2在外罩侧布置在第一构件1.1上。
第二构件组2具有第二构件2.1，该第二构件与一种位置固定的壳体2.4相连接。此外，第二构件组2包括一种扫描装置2.2。该扫描装置2.2在所示出的实施例中具有一种光源2.21（该光源设计为例如一种LED）以及一种透镜2.22。此外，扫描装置2.2还包括一种带有一种光学的格栅的扫描盘2.23和一种电路板2.24，在该电路板上安装光探测器2.25。具有轴向伸展长度a、因此具有在z方向上的伸展长度a的缝隙S（见图2）在第一构件1.1和第二构件2.1之间延伸。在所示出的实施例中，所述伸展长度a大约为1/4 mm。构件1.1、2.1因而互相不接触地布置在所述缝隙S两侧。此外，所述角度刻度尺1.2相对于所述缝隙S在径向上布置在外部，因此在一种x方向上移位地被布置，其中这种x方向垂直于z方向地定向。特别地，所述角度刻度尺1.2被布置在缝隙S的径向上较外的端部上。换句话说，该角度测量系统如此被布置：使得所述角度刻度尺1.2比所述缝隙S在其中延伸的那个区域相对于轴线A具有更远的距离。
第一构件1.1具有一种环绕的凹槽，在该凹槽中固定——特别是粘上——一种环形的第一物体1.3。第二构件2.1具有一种环绕的第二凹槽2.11，其中第一物体1.3不接触地轴向地沉入到第二凹槽2.11或者说第二构件2.1中。因此，第二构件2.1、尤其是第二凹槽2.11具有一种区段2.1A，该区段以径向的缝隙Ro（见图2）在径向的外部位于第一物体1.3的在轴向方向上延伸的区域1.3A的对面。所述环形的第一物体1.3在所示出的实施例中由一种混合的多孔的聚氨酯塑料制成。
此外，第二构件2.1也具有一种环绕的凹槽，在该凹槽中固定——特别地在此也是粘上——一种环形的第二物体2.3。所述第一构件1.1具有一种环绕的第一凹槽1.11，其中第二物体2.3不接触地轴向地沉入到第一凹槽1.11或者说第一构件1.1中。因此，第一构件1.1也具有一种区段1.1A，该区段以径向的缝隙Ri（见图3）在径向的外部位于第二物体2.3的在轴向方向上延伸的区域2.3A的对面。
所述第一物体1.3因此这样轴向突出地安置在第一构件1.1上且确定尺寸，以使第一物体1.3在所述缝隙S的轴向伸展长度a上越过地盖住该缝隙S。同样地，第二物体2.3这样轴向突出地安置在第二构件2.1上且确定尺寸，以使第二物体2.3在所述缝隙S的轴向伸展长度a上越过地盖住该缝隙S。结果是，通过这种方式产生一种迷宫式的结构。
在所示出的实施例中，在第一构件1.1中的环绕的凹槽、在第二构件2.1中环绕的凹槽、以及第一凹槽1.11和第二凹槽2.11沿着具有不同直径的圆周延伸，其中这些圆周被同心地布置，并且这些圆周在轴线A上总是具有其中心点。
所述环形的第二物体2.3在所示出的实施例中如同所述环形的第一物体1.3那样由一种混合的多孔的聚氨酯塑料制成。
在所示出的实施例中，径向间隙Ro，Ri的缝隙尺寸r都是相同大小的（其中r在此采用数值0.5mm）并且不管怎样都比所述轴向的间隙S的轴向延伸长度a大。
所述角度测量系统规定用于在机器旁边的扩建，其中第一构件组1被构造用于抗扭地连接在一种待测量的元件、例如马达轴上。通过所述角度测量系统，因此能够确定在定子和转子之间、或者说在第一构件组1和第二构件组2之间的相对的角度位置。
为了保护壳体2.4的内部、尤其是角度刻度尺1.2免受来自外部的污染，在第一构件组1和第二构件组2之间安装了密封圈4。
在所述角度测量系统的运行中，从光源2.21发射的光被校准，并且在穿越所述扫描盘2.23之后被角度刻度尺1.2反射，并且根据在第一构件组1和第二构件组2之间的角度位置被调制。已被调制过的光最终打在光探测器2.25上，并且通过该光探测器转换成电信号。此外，所述扫描装置2.2也包括电子元器件，该电子元器件用于对于由所述光探测器2.25所提供的探测信号进行信号整形——例如用于进行加强和数字化。通过在附图中没有展示出的连接线缆来产生在所述角度测量系统和一种后继电子器件之间的电连接，以至于电信号和电能能够在所述后继电子器件和角度测量系统之间传递。通过这种方式，能够由扫描装置2.2产生一种取决于角度刻度尺1.2的位置的位置信号。
在所述角度测量系统运行中，第一构件组1并因此还有第一构件1.1都以很显著的转速旋转，其中对于轴承的滚动体3的润滑对于所述角度测量系统的无故障运行来说是必须的，因此这里设置润滑剂或润滑脂。通过所述旋转运动，似乎产生一种吸力作用，由于该吸力作用使润滑油的润滑剂组成成分——例如以一种油质液体的形式——通过所述缝隙S径向地向外运动。此外，润滑剂组成成分受到离心力的作用。因此，所述润滑剂组成成分在缝隙S中向外运动，并且撞到第二物体2.3上，该第二物体2.3具有孔以吸收润滑剂或者说其组成成分。第二物体2.3对润滑剂或者说其组成成分的吸收能力被如此计量，以至于第二物体2.3独自已经能吸收整个有待预期的润滑剂的量。为了进一步提高安全性、即为了可靠地避免润滑剂能到达角度刻度尺1.2的情况，设置了所述第一物体1.3，该第一物体1.3也能吸收润滑剂。
借助于图3来解释第二个实施例。根据第二个实施例的所述角度测量系统明显地与第一个实施例的角度测量系统的区别是：在第一构件1.1上抗扭地固定一种透明的盘1.4。该盘1.4由玻璃制成且设计成环形。该盘必然地具有两个端面，其中在所述端面之一上敷设一种角度刻度尺1.2‘。该角度刻度尺1.2‘例如能设计成一种带有径向定向的刻度条的、增量的刻度，然而其中也可以附加地或者替换地设置一种绝对的代码。所述端面位于一种以相对于z方向垂直的方向分量进行定向的平面中。特别地，所述端面位于一种被轴线A垂直地相交的平面中。
在所述角度测量系统运作时，由光源2.21发射出的光通过透镜2.22进行校准。所述光然后穿过所述角度刻度尺1.2‘和盘1.4并且穿过扫描盘2.23。在这种情况下所述光按照在第一构件组1和第二构件组2之间的角度位置被调制。被调制的光最终打在所述被安装在电路板2.24上的光探测器2.25上，并通过该光探测器转换成电信号。在该实施例中，所述信号也会通过电子元件加强和改型。光源2.21、透镜2.22、扫描盘2.23以及带有光探测器2.25的电路板2.24配置给所述第二构件组，以至于角度刻度尺1.2‘相对于这些元件是能够旋转的。
通过所述角度测量系统的特殊的设计，现在润滑剂残余物——例如从润滑剂中溢出的油滴——远离所述角度刻度尺1.2，1.2‘是可能的。这种类型的润滑剂残余物经常导致错误的测量，因为由此会影响从光源2.21发射出的光的光路。即使在高转速的运行中也能被保证远离所述润滑剂残余物。另一方面，通过特殊的构造就保证了，由于用来保持润滑剂残余物远离角度刻度尺1.2，1.2‘的措施、特别是通过所述不接触的构造就不会造成测量精度的降低。

Claims (10)

1. 角度测量系统，包括第一构件组（1）和第二构件组（2），其中在所述构件组（1, 2）之间设置了滚动体（3），以至于第一构件组（1）相对第二构件组（2）围绕着轴线（A）能够旋转地支承，其中
-第一构件组（1）具有第一构件（1.1）和角度刻度尺（1.2；1.2'），
-第二构件组（2）具有第二构件（2.1）和扫描装置（2.2），其中
通过所述扫描装置（2.2）能产生一种取决于角度刻度尺（1.2；1.2'）的位置的位置信号，并且一种具有轴向延伸长度（a）的缝隙（S）在所述第一构件（1.1）和第二构件（2.1）之间延伸，以至于所述构件（1.1, 2.1）被互相不接触地布置在该缝隙（S）的两侧，其中
a）在第一构件（1.1）上固定一种环形的第一物体（1.3），该第一物体相对于所述第二构件组（2）不接触地被布置，其中第二构件（2.1）具有一种区段（2.1A），该区段以径向的缝隙（Ro）在径向上在外部位于所述第一物体（1.3）的在轴向方向上延伸的区域（1.3A）的对面，并且所述第一物体（1.3）相对于所述滚动体（3）径向地外部地、环绕着轴线（A）地被布置，并且通过所述第一物体（1.3）能够吸收润滑剂，和/或
b） 在第二构件（2.1）上固定一种环形的第二物体（2.3），该第二物体相对于所述第一构件组（1）不接触地被布置，其中第一构件（1.1）具有一种区段（1.2A），该区段以径向的缝隙（Ri）在径向上在外部位于所述第二物体（2.3）的在轴向方向上延伸的区域（2.3A）的对面，其中所述第二物体（2.3）相对于所述滚动体（3）径向地外部地、环绕着轴线（A）地被布置，并且通过所述第二物体（2.3）能够吸收润滑剂。
2. 根据权利要求1所述的角度测量系统，其中，所述第一或者第二物体（1.3, 2.3）具有孔，以吸收所述润滑剂。
3. 根据权利要求2所述的角度测量系统，其中，所述第一或者第二物体（1.3, 2.3）混合地多孔地被构造，以至于该第一或者第二物体不仅具有封闭的空腔，也具有互相之间并且和外界环境相连的空腔。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的角度测量系统，其中，所述第一或者第二物体（1.3, 2.3）由一种包含聚氨酯塑料的材料制成。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的角度测量系统，其中，
a）在第一构件（1.1）上的所述第一物体（1.3）这样轴向突出地被安置并且确定尺寸，以使第一物体（1.3）越过缝隙（S）的轴向伸展长度（a）地盖住该缝隙（S），和/或
b）在第二构件（2.1）上的所述第二物体（2.3）这样轴向突出地被安置并且确定尺寸，以使第二物体（2.3）越过缝隙（S）的轴向伸展长度（a）地盖住该缝隙（S）。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的角度测量系统，其中，
a）所述第一物体（1.3）固定在所述第一构件（1.1）上，并且不接触地沉入到一种在第二构件（2.1）中的环绕的第二凹槽（2.11）中，和/或
b）所述第二物体（2.3）固定在所述第二构件（2.1）上，并且不接触地沉入到一种在第一构件（1.1）中的环绕的第二凹槽（1.11）中。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的角度测量系统，其中，
a）所述第一构件（1.1）上的所述第一物体（1.3）固定在一种环绕的第一个凹槽内，并且不接触地沉入到一种在第二构件（2.1）中的环绕的第二凹槽（2.11）中，和/或
b）所述第二构件（2.1）上的所述第二物体（2.3）固定在一种环绕的第一凹槽内，并且不接触地沉入到一种在第一构件（1.1）中的环绕的第二凹槽（1.11）中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的角度测量系统，其中，在所述第一构件（1.1）上固定一种环形的第一物体（1.3），并且在所述第二构件（2.1）上固定一种环形的第二物体（2.3），其中第二环形的物体（2.3）相对于第一环形的物体（1.3）同心地被布置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的角度测量系统，其中，在第一构件（1.1）上固定一种环形的第一物体（1.3），并且在第二构件（2.1）上固定一种环形的第二物体（2.3），其中，第二环形的物体（2.3）相对于第一环形的物体（1.3）径向地外部地被布置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的角度测量系统，其中，扫描装置（2.2）具有一种光源（2.21）和一种光探测器（2.25），其中，从光源（2.21）发射出的光通过所述角度刻度尺（1.2；1.2'）能够取决于相对的角度位置地被调制，并且通过光探测器（2.25）能够被转化为光电流。
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