CN1782663A - 具有角刻度的物体 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种整体式的具有一个角刻度(2)的物体(1)，该物体为测量一个机器部分(3)的转动位置可围绕一个轴线(Z)旋转。该物体(1)具有一个为与该机器部分(3)相连接被设计为凸缘形的第一环形区域(1.1)，一个在其上设有该角刻度(2)的第二环形区域(1.2)以及一个接片区域(1.3，1.3’)。该接片区域(1.3，1.3’)设置在该第一环形区域(1.1)和该第二环形区域(1.2)之间。其中，该接片区域(1.3，1.3’)在轴线(Z)方向上具有一个几何厚度(d3，d3’)，该几何厚度至少比该第二环形区域(1.2)在轴线(Z)方向上的最大几何厚度(d2)小三倍。

Description

具有角刻度的物体
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1所述的具有角刻度的物体，该物体尤其可以在角度测量系统中作为一个整体量具的支座使用。
背景技术
这种角度测量系统用来测量一个机器部件，如一个轴的旋转运动或转动位置，一个具有一个角刻度的物体被无相对转动地固定在该轴上。该角刻度譬如可以具有一个光学或磁性的分度，该分度可以被相应地扫描。其中，旋转运动或是增量式地或是绝对式地被测定，测得的测量值譬如是一个计数脉冲串、一个数字值或是一个代码。相应的角度测量系统尤其在制造电子元器件中被使用在所谓的拾取贴片设备中，或被使用在机床中用来测量转动运动。对机器部件旋转角精确到几角秒的测量的可重复性譬如在极具动态的拾取贴片设备中具有重大的作用。在机床中，尤其一个角度测量系统的测量结果的绝对精度是具有决定性作用的。通常，设计角度测量系统，使得该角度测量系统不具有自己的可相对相互转动的组件的支承。
角刻度的品质、带有该角刻度的物体的形状精度以及支承的径向摆动会在很大程度上影响角度测量的精度。与此相关，该物体相对该支承具有尽量小的偏心度也是很重要的。此外，尤其在高度动态性的应用场合中，这种物体必须同相应的机器部件刚性很高地连接在一起，而且此外该物体自身也必须被设计为尽可能抗转动或抗扭的，以便可以得到精确的测量结果。
在Heidenhain公司的2004年2月的产品说明书《角度测量仪器》的第23页上展示了一种装入式角度测量仪器(ERA或ERM型)，该角度测量仪器具有一个分度筒，该分度筒被设计为一个整体式物体。该分度筒的一个内部的环形区域为与一个轴相连被设计为凸缘形。
这些已公开的装置具有如下缺点，即对于安装面，譬如一个轴的端面，和/或该物体的紧固面提出了较高的要求，以便不会出现测量结果或测量信号变差的情况。
发明内容
本发明具有如下任务，即提供一个具有角刻度的物体来测量一个机器部件的转动位置，该物体尤其具有如下特征，即当即使存在较大的该机器部件或该物体紧固面的尺寸公差时，该物体也可以提供很好的测量结果。
该任务通过一种如权利要求1所述的具有角刻度的物体来解决。据此，该具有角刻度的物体是整体式的并且用来测量一个机器部件围绕一个轴线的转动位置或旋转运动。该物体具有一个第一环形区域和一个第二环形区域以及一个接片区域。该第一环形区域为同该机器部件连接被设计为凸缘形。角刻度被设置在第二环形区域上。该接片区域相对于一条径向直线位于第一环形区域和第二环形区域之间。其中，该接片区域在轴线方向上具有一个几何厚度d3，该几何厚度比第二环形区域在轴线方向的最大几何厚度至少小三倍。因此，如下条件成立：d3≤1/3·d2或d2/d3≥3。
使用本发明所述的具有角刻度的物体被证明尤其是当机器部件上存在相对不精确的安装面时可以得到比使用传统的物体明显好的测量结果。在传统的物体中，由于在角刻度区域中的即使很小的轴向变形(轴向窜动)和径向变形被发现会产生测量误差。在本发明的物体中，通过将接片区域相对于第二环形区域进行特殊的几何设计，可以将带有角刻度的第二环形区域的明显变形最小化。尽管进行了上述改变，尤其是减小了横截面，令人惊奇的是该物体的抗扭刚度没有受到影响，没有导致测量精度变差。总之，如上所述，同传统的角度测量系统相比，在公差较为粗略的安装面的情况下，测量精度甚至得到了大幅提高。
对于概念“整体式”要做如下理解，即一个被如此描述的物体是由一个零件组成的，使得该物体如可以通过一个车削过程譬如用一个钢质半成品或铝质半成品以相对较少的费用被制造。
设计第一环形区域，使得该第一环形区域可以凸缘式地与一个机器部件，如与一个轴端连接。凸缘可以使两个机器部件在施加轴向固定力时装配。凸缘在用作该用途时常具有沿着一个圆周线偏置地布置的孔，通过固定件，譬如螺纹件实现啮合，并且可以产生相对于所述的机器部件轴向的保持力或固定力。
角刻度可以通过下述方式譬如直接布置或施加在第二环形区域上，即譬如通过激光烧蚀过程或蚀刻方法将刻度线施加在第二环形区域上，也就是直接刻制在该物体上。一个替代方案是也可以将角刻度压制在该物体的第二环形区域中。对于这两种变型方案提供了一种用于扫描角刻度的光学方法。在本发明的另一结构方案中，在第二环形区域上也可以布置一个磁性分度作为角刻度。
此外，本发明也包括下述的装置，即在该装置中角刻度被作为一个独立的构件，如作为一个带尺被设置在第二环形区域上。
有利的是接片区域在轴线方向上具有一个比第二环形区域轴线方向上的最大几何厚度至少小五倍(d2/d3≥5)，尤其是小十倍(d2/d3≥10)的几何厚度。尤为有利的是，如果接片区域在轴线方向上具有一个比第二环形区域轴线方向上的最大几何厚度至少小十五倍(d2/d3≥15)的几何厚度。
为使该物体具有如对于其制造过程足够的刚性，第一环形区域的几何厚度d1比接片区域的几何厚度d3大是有利的。接片区域因此在轴线方向上具有一个比第一环形区域的几何厚度小的几何厚度d3(d3＜d1)。
在本发明的一个优选结构方案中，角刻度被施加在一个圆柱形的、尤其是一个空心圆柱形或环形的物体的外表面上。
对本发明所述的物体尤为有利的是，该物体被制造为相对较为纤细。因为该种环形物体通过其柔韧性相对于所涉及的机器部件的安装面的不精密度或相对于该物体自身的紧固面的不精密度反应尤为灵敏。尤其是在下述环形物体中，即在该环形物体中外直径与内直径的比例小于5，尤其是小于3，有利的是小于2，本发明所述的方法尤为有利。
如果要求一个机器部件在整个或多个旋转上的转动位置能被测量的话，那么该第一环形区域和第二环形区域以及接片区域应有利地具有一个360°环绕的几何形状。在这种情况下，该环形物体即被制造为一个封闭的环。
但本发明不仅限于被设计为圆柱形或环形的封闭的物体。譬如当不必对一个机器部件的全部旋转的转动位置进行测量的话，该物体也可以被设计为弓形段。
本发明尤其具有以下优点，即应安置有该具有角刻度的物体的机器部件的安装面可具有一个尤其是在该机器部件的平面度方面相对较大的尺寸公差，而不会使得对该机器部件的转动位置的测量结果变差。此外，本发明所述的具有角刻度的物体在高抗扭刚度时具有小惯性矩，因此尤为适合在高角加速度时应用。此外，该相应的物体可以简单并且花费较小地制造出来。
对本发明所述的方法有利的实施方式可从权利要求1的从属权利要求中的措施得出。
附图说明
通过下面借助附图对实施例的描述可以得出本发明所述的具有一个角刻度的物体的其他优点以及细节。
附图表示：
图1一个本发明所述的具有一个角刻度的物体的透视图，
图2a根据一个第一实施例，一个处于已安装状态的该物体的径向的部分横截面，
图2b一个处于已安装状态的具有角刻度的该物体的部分侧面图，
图3一个处于已安装状态的第二实施例所述的该物体的径向的部分横截面，
图4根据一个第三实施例，本发明所述的具有一个角刻度的物体的透视图。
具体实施方式
根据附图1，前述实施例中的相应的物体被设计为环形物体1。该环形物体1具有一个第一环形区域1.1、一个第二环形区域1.2和一个接片区域1.3，其中，该接片区域1.3相对于一条径向直线R被设置在第一环形区域1.1和第二环形区域1.2之间。该第一环形区域1.1被设计为凸缘形并具有孔1.12，这些孔1.12被沿着一条圆周线以分别相同的角度偏移设置。
在该第二环形区域1.2的外圆周面上设有角刻度2。在前述实施例中，该角刻度2通过一个激光烧蚀(Abladier)过程被直接施加在该环形物体上。为了这个目的，使用一种特殊的覆盖层涂覆该第二环形区域1.2的外圆周面，然后进行单独刻度烧蚀。
对此的替代方案是也可以将该一个角刻度2设置在该第二环形区域1.2的一个端面上或内圆周面上。
设计该角刻度2，使得一个围绕该环形物体1的轴线Z的转动位置可以被检测到，即在该环形物体围绕该轴线Z旋转时，该角刻度2的标记具有一个在切线或者说旋转方向上的偏移。在所示的实施例中，设计该角刻度2，使得可以对该角刻度2进行光学扫描。通过使用一个相应的磁性角刻度或分度，也可以运用一种磁性的扫描原理作为替代方案。
该环形物体1具有一个外直径D和一个内直径d。在前述实施例中，外直径D＝250毫米，内直径d＝220毫米。据此，这里比值D/d＝250/220，即1.14。该环形物体1借助于一种车削或磨削方法被尽可能精确地制造，使得圆周面具有一个相对小的圆度误差。恰恰对于那些与外直径D相比具有一个相对大的内开口的，即具有一个大的内直径d(D/d相对小)的环形物体1，可制造的最小圆度误差原则上被限制，因为这样的环形物体1由于其纤细的构造方式容易变形。因此，譬如在一台加工机器中对这种环形物体1张紧时就会产生干扰性的弯曲，该弯曲会导致制成的环形物体1尺寸误差。另一方面，对于角度测量系统的特定用途，如对于拾取贴片设备，恰恰需要重量轻的、因此纤细的环形物体1，以便可以在譬如这种拾取贴片设备工作时可以实现相应的动态性能。
在附图2a中显示了该环形物体1以及一个机器部件的径向的部分横截面，在前述实施例中，该机器部件为一个轴3。为了使在制造该环形物体1时将上述的弯曲减到最小，那么就将该第一环形区域1.1制造得比该接片区域1.3更厚来增强该环形物体1的刚性。该接片区域1.3在轴线Z的方向上也就具有一个比第一环形区域1.1的几何厚度d1小的几何厚度d3。
该接片区域1.3的几何厚度d3在轴线Z的方向上比第二环形区域1.2的几何厚度小，这对于一个相应的角度测量系统的准确的测量结果是尤其重要的。在所示的实施例中，绝对的几何厚度为d1＝0.8毫米，d2＝12毫米，d3＝0.5毫米。这意味着，这里接片区域1.3在轴线Z的方向上具有一个比第二环形区域1.2在轴线Z的方向上的最大几何厚度d2小24倍的几何厚度d3。在这里也就是满足了条件d3≤1/24·d2或d2/d3≥24。在所示的实施例中，该接片区域1.3还是该环形物体1最薄的区域(d3＜d1＜d2)。
此外在第一实施例中，该接片区域1.3相对于第一环形区域1.1在Z方向上被居中设置。在附图2a中显示了该结构，其中径向直线R既从中间穿过第一环形区域1.1又从中间穿过该接片区域1.3或者说该径向直线R是对称轴线。换句话说，设计第一环形区域1.1和接片区域1.3，使得这两者的横截面相对于径向直线R对称。此外，设计该接片区域1.3自身，使得其横截面本身就具有一个相对于径向直线R对称的几何形状。该接片区域1.3的这种特殊的结构方案已经被证明对于优化角度测量仪器中的测量结果是尤为有利的。
该环形物体1的横截面平面具有一个平面重心S。在所示的实施例中，可以根据这些大致为矩形的区域(第一环形区域1.1、第二环形区域1.2、接片区域1.3)的单个的平面重心来得到该平面重心S的位置。由于该第一环形区域1.1具有最大的横截面平面，所以该平面重心S会位于第一环形区域1.1的横截面表面中心附近。
在径向上，由紧固面1.11构成的平面N穿过该平面重心S。因此，该平面N位于该环形物体1的中性轴所在平面中。在理想情况下，设置该角刻度2，使得平面N在中间位置与角刻度2相交(附图2b)。
最后应被测量转动位置的轴3可以围绕轴线Z转动，并具有一个端面3.2，该端面在预设的尺寸公差范围内不可避免地具有不平度。在轴3中设有螺纹孔3.1，这些螺纹孔3.1以与第一环形区域1.1的孔1.12相同的模式被设置。
在装配该环形物体1时，该第一环形区域1.1或其紧固面1.11被放置在轴3的端面3.2上。该紧固面1.11位于一个与轴线Z垂直的几何平面内，其中，该第一环形区域1.1的孔1.12在垂直方向(与轴线Z平行)穿过该紧固面1.11。
在放置该环形物体1后，它以轴3为中心。然后该第一环形区域1.1的紧固面1.11就通过拧紧这里作为紧固件的螺纹件4压紧在轴3的端面3.2上。孔1.12同轴线Z平行定向。据此，设计第一环形区域1.1，使得该环形物体1通过螺纹件4被紧固在轴3上，其中，这样产生的紧固力沿着轴线Z的方向。该环形物体1也就是通过被设计为类似凸缘的第一环形区域1.1与轴3相连。
由于制造原因在轴3的端面3.2和第一环形区域1.1的紧固面1.11上产生的不平度在拧紧螺纹件4时，第一环形区域1.1会几何地匹配于所述的不平度，并相应地变形。但这种变形并不会引起相对为刚性的第二环形区域1.2和安置在该第二环形区域1.2上的角刻度2在径向或轴向的明显的变形。如果紧固面1.11或安装面3.2被安置在中性轴的平面N内，对于进一步减小由于安装原因产生的该环形物体1，尤其是第二环形区域1.2的变形是有利的。即使该接片区域1.3能具有较大的变形，由于相对较薄的接片区域1.3，不允许的过大的径向变形和过大的轴向窜动也不会被传送到角刻度2区域。尽管如此，该环形物体1尤其为抗扭的，因此可以在用于高度动态的机器中的、并满足高度精确性的角度测量仪器中使用。
在附图3中示出了一个本发明所述的环形物体1的一个第二实施例。这里该环形物体1具有一个与第一实施例不同的接片区域1.3’的几何形状。该实施方式的优点尤其在于，可以用相对较低的费用来制造接片区域1.3’。该接片区域1.3’的下环形面与紧固面1.11被安置在同一平面内，在车削过程中这里就可以产生一个连贯的环形面。只是在接片区域1.3’的上侧上需要车削出一个凹槽，这样最终可以使接片区域1.3’在轴线Z方向上的几何厚度d3’比第二环形区域1.2的几何厚度d2小。在第二实施例中，绝对几何厚度的大小被如下确定：d1＝0.8毫米，d2＝12毫米，d3’＝0.5毫米。这意味着，这里接片区域1.3’在轴线Z的方向上具有一个比第二环形区域1.2在轴线Z的方向上的最大几何厚度d2小24倍的几何厚度d3’(d3’≤1/24·d2或d2/d3’≥24)。
本发明的一个第三实施例在附图4中展示。这里第一环形区域1.1具有切口1.13，通过这些切口，该环形物体1在轴线Z的方向上尤其可以适应于轴3上的不平度，而不会导致在角刻度2区域中产生不允许的径向或轴向变形。在如附图4所示的第三实施例中，这些切口1.13的方向是径向设置的，并且开口是朝向该环形物体1的中心的。对此的替代方案也可以在第一区域1.1中设有具有封闭的轮廓的，如长形孔的凹部。同使用敞开的切口1.13的变型方案相比，这种方式可以提高围绕轴线Z的抗扭刚性。
此外，本发明也包括如下物体，即在该物体中，切口1.13或相应的具有敞开或封闭轮廓的凹部不仅穿过第一环形区域1.1，还穿过接片区域1.3。

Claims (14)

1.一种具有角刻度(2)的物体(1)，该物体为测量机器部件(3)的转动位置可围绕轴线(Z)旋转，其中该物体(1)是整体式的，而且该物体具有
●第一环形区域(1.1)，该第一环形区域被设计为凸缘形用以与该机器部件(3)相连接，
●第二环形区域(1.2)，在该第二环形区域上设有该角刻度(2)，以及
●接片区域(1.3，1.3’)，
其特征在于，
该接片区域(1.3，1.3’)被设置在该第一环形区域(1.1)和该第二环形区域(1.2)之间，并且该接片区域(1.3，1.3’)在轴线(Z)方向具有几何厚度(d3，d3’)，该几何厚度至少比该第二环形区域(1.2)在轴线(Z)方向上的最大几何厚度(d2)小三倍。
2.如权利要求1所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该接片区域(1.3，1.3’)在轴线(Z)方向上具有一个几何厚度(d3，d3’)，该几何厚度至少比该第二环形区域(1.2)在轴线(Z)方向上的最大几何厚度(d2)小至少五倍，尤其是小十倍。
3.如权利要求1或2所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该角刻度(2)被设置在该第二环形区域(1.2)的圆周表面上。
4.如权利要求2所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该第一环形区域(1.1)具有一个紧固面(1.11)。
5.如权利要求4所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该紧固面(1.11)位于一个与轴线(Z)垂直设置的几何平面(N)中。
6.如权利要求5所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该紧固面(1.11)的几何平面(N)通过该物体(1)的该截面平面的平面重心(S)。
7.如权利要求1所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该接片区域(1.3，1.3’)在轴线(Z)方向上具有比该第一环形区域(1.1)的几何厚度(d1)小的几何厚度(d3，d3’)。
8.如权利要求1所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该第一环形区域(1.1)、该第二环形区域(1.2)以及该接片区域(1.3，1.3’)具有360°旋转的几何形状。
9.如权利要求1所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，设计该接片区域(1.3)使其横截面具有相对一条径向直线(R)对称的几何形状。
10.如权利要求9所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该第一环形区域(1.1)和该接片区域(1.3)都被设计为使它们的横截面相对于一条径向直线(R)对称。
11.如权利要求1所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，设计该第一环形区域(1.1)使得通过至少一个固定件(4)该物体(1)被固定在该机器部件(3)上，而且固定力沿轴线(Z)的方向。
12.如权利要求1所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该角刻度(2)直接被施加在该第二环形区域(1.2)上。
13.如权利要求12所述的具有角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，通过激光烧蚀过程或蚀刻方法形成刻度(2)。
14.如权利要求1所述的具有一个角刻度(2)的物体(1)，其特征在于，该物体(1)具有外直径D和内直径d，并且D/d的比值比5小。
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