DE102011079384A1

DE102011079384A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung aus mindestens zwei Getrieberädern

Info

Publication number: DE102011079384A1
Application number: DE102011079384A
Authority: DE
Inventors: Mario Fischer
Original assignee: Trimble Jena GmbH
Current assignee: Trimble Jena GmbH
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2031-07-20
Also published as: CN102889985B; US20130019674A1; CN102889985A; US8925380B2; DE102011079384B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung aus mindestens zwei Getrieberädern. Das Verfahren umfasst die Schritte Einstellen einer Abfolge von Zieldrehwinkeln eines ersten Getrieberads; Messen für jeden der Zieldrehwinkel eines Ausgabedrehwinkels eines zweiten Getrieberads; Berechnen einer Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln; Erhalten von Drehwinkelunterschieden zwischen der Vielzahl von Ausgabedrehwinkeln und der Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln; Bilden einer Abfolge von Summenwerten; sowie Bestimmen, basierend auf der Abfolge, eines ersten Amplitudenwerts, eines zweiten Amplitudenwerts oder eines dritten Amplitudenwerts.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung aus mindestens zwei Getrieberädern, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die unter Verwendung von Drehwinkelunterschieden zwischen einer Vielzahl von gemessenen Ausgabedrehwinkeln und theoretischen Ausgabedrehwinkeln eines zweiten Getrieberads, ein Qualitätsmaß der Getriebeanordnung erhalten können.
Hintergrund
Viele Präzisionsinstrumente enthalten Getriebe, und insbesondere Zahnräder, die diese Getriebe bilden, um eine Drehung oder andere Bewegung eines Teils des Instruments, z. B. eines Kopfteils oder Arms, durchzuführen. Beispielsweise enthalten einfache Mikroskope über Zahnräder realisierte Getriebe, die minimale Abstandsänderungen zwischen Objektiv und Objekttisch bei Drehung eines Einstellrads ermöglichen. Um eine gleichmäßige Bewegung zu erzeugen, ist es dabei wichtig, dass die Zahnräder spielfrei abgewälzt werden, wobei ihre einzelnen Zähne in Eingriff miteinander stehen. Ein optimaler Betrieb kann nur dadurch erreicht werden, dass ein optimaler Abstand zwischen den Zahnrädern gefunden wird und die Zahnräder gleichförmig sind.
Auch in der Vermessungstechnik spielen Getriebe in Vermessungsinstrumenten, wie z. B. Tachymeter, Theodoliten oder Totalstationen, eine große Rolle. Solche Instrumente werden verwendet zum Messen von Abständen und/oder Winkeln von Objekten. Herkömmlich umfassen diese Vermessungsinstrumente eine Basiseinheit mit einem Ständer zum stabilen Positionieren des Vermessungsinstruments auf der Erde und eine Kopfeinheit, die mit Bezug auf die Basiseinheit bewegt werden kann. Der Kopf umfasst im Allgemeinen ein optisches Gerät, wie z. B. ein Abstandsmessgerät oder eine Anvisiervorrichtung zum Anvisieren oder Fokussieren auf ein Objekt, beispielsweise eine Linse, ein Teleskop, eine Kamera oder ähnliches. Insbesondere muss die Kopfeinheit, um positioniert zu werden, so dass sie ein Objekt anvisieren kann, im Raum drehbar sein, bevorzugt in vertikaler und horizontaler Richtung, was durch entsprechende Getriebe realisiert werden kann.
Die bewegbare oder drehbare Kopfeinheit kann ein Abstandsmessgerät oder eine Anvisiervorrichtung zum Zielen auf ein entferntes Objekt umfassen, um den Ort des entfernten Objekts zu bestimmen. Unterschiedliche Arten von Getrieben oder Antrieben sind bekannt zum Drehen der Kopfeinheit relativ zu der Basiseinheit in einer horizontalen Ebene, wobei beispielsweise das Abstandsmessgerät des Kopfes auf einem kardanisch aufgehängten Bügel bereitgestellt werden kann, um auch in vertikaler Richtung bewegbar zu sein.
In Vermessungsinstrumenten, wie z. B. geodätischen Messinstrumenten, kann die Drehung der Kopfeinheit durch Verwenden eines Motors bewirkt werden, wie z. B. Gleichstromgetriebemotoren, so dass die Kopfeinheit relativ zu der Basiseinheit angepasst werden kann. Beim Einstellen eines spezifischen Winkels ist es hierbei wichtig, eine hohe Genauigkeit bereitzustellen, wobei die Genauigkeit der Winkelauflösung bevorzug unter 1'' liegt. Eine solch hohe Genauigkeit in der Winkeleinstellung führt zu hohen Qualitätsanforderungen an das Getriebe, welches die Kopfeinheit dreht.
Zur Prüfung von Zahnrädern eines Getriebes ist beispielsweise die Zweiflankenwälzprüfung bekannt. Die Zweiflankenwälzprüfung dient der einfachen Prüfung von Verzahnungen, d. h. der Zähne, Zacken oder Zinken von Zahnrädern oder ähnlichen Getrieberädern. Das Prinzip der Zweiflankenwälzprüfung beruht darauf, dass ein Lehrzahnrad, das nahezu fehlerlos ist, und ein Prüfzahnrad, das das Werkstück darstellt, spielfrei aufeinander abgewälzt werden. Eine entsprechende Prüfvorrichtung ist derart aufgebaut, dass eine Drehachse fest ist und die andere Drehachse des anderen Zahnrads variabel gelagert ist. Bei einer einwandfreien Maß- und Formhaltigkeit der Zahnräder, würde der Achsabstand beim Abwälzen immer gleich bleiben. Abweichungen von der Idealform eines Zahnrads führen somit zu Schwankungen im Achsabstand der beiden Zahnräder.
Obwohl die Zweiflankenwälzprüfung ein etabliertes Prüfungsverfahren darstellt, ist es nur bedingt anwendbar auf Getriebe, wie z. B. Getriebe eines Vermessungsinstruments. Die Überprüfung des Getriebes eines Vermessungsinstruments oder eines anderes Präzisionsinstruments, wie z. B. eines Mikroskops, würde das Testen der einzelnen Zahnräder des Getriebes in einem Zweiflankenwälzprüfgerät verlangen. Somit könnte zwar die Qualität der einzelnen Zahnräder geprüft werden, das Zusammenspiel der Zahnräder des Getriebes, und insbesondere deren Abstand untereinander, kann jedoch nicht überprüft werden. Zudem ist somit auch eine automatische Abstimmung des Abstands zwischen Zahnrädern eines Getriebes nicht durch solch eine Prüfung möglich.
Folglich gibt es ein Bedürfnis, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung aus mindestens zwei Getrieberädern bereitzustellen, die ein einfaches Abstimmen der Zahnräder der Getriebeanordnung und ein Bestimmen des Qualitätsmaßes der Getriebeanordnung ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Verfahren und eine Verrichtung, die mindestens ein oder einige der oben angesprochenen Probleme lösen, sind in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung aus mindestens zwei Getrieberädern ein Einstellen in einem Messintervall einer Abfolge von Zieldrehwinkeln eines ersten Getrieberads und ein Messen für jeden der Zieldrehwinkel eines Ausgabedrehwinkels eines zweiten Getrieberads. Ferner umfasst das Verfahren ein Berechnen einer Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln auf Grundlage der Vielzahl der Zieldrehwinkel unter Verwendung von mindestens einem Übersetzungsverhältnis des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads, ein Erhalten von Drehwinkelunterschieden zwischen der Vielzahl von Ausgabedrehwinkeln und der Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln und ein Bilden einer Abfolge von Summenwerten, die in Zusammenhang stehen mit den Drehwinkelunterschieden, wobei ein Summenwert, der in Zusammenhang steht mit einem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied, eine Summe von Drehwinkelunterschieden umfasst, die dem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied in dem Messintervall vorangehen. Danach umfasst das Verfahren ein Bestimmen, basierend auf Abfolge von Summenwerten, von mindestens einem von einem ersten Amplitudenwert, einem zweiten Amplitudenwert und einem dritten Amplitudenwert, wobei der erste Amplitudenwert einer ersten Frequenzkomponente sich durch ein Drehen des ersten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt, der zweite Amplitudenwert einer zweiten Frequenzkomponente sich durch ein Drehen des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt und der dritte Amplitudenwert einer dritten Frequenzkomponente sich durch eine Anzahl der Getrieberadzahneingriffe zwischen den Getrieberadzähnen des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt, und wobei der mindestens eine Amplitudenwert, der in Zusammenhang mit der ersten, zweiten oder dritten Frequenzkomponente steht, ein Qualitätsmaß der Getriebeanordnung darstellt. Somit wird ein einfaches Verfahren bereitgestellt, das es ermöglicht, ein Qualitätsmaß der Getriebeanordnung von mindestens zwei Getrieberädern zu bestimmen, so dass beispielsweise ein optimaler Abstand zwischen Getrieberädern gewählt werden kann oder ein Getriebe oder einzelnes Getrieberad aussortiert werden kann, wenn es bestimmte Qualitätsanforderungen nicht erfüllt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Durchführen einer Frequenzanalyse zum Bestimmen des mindestens einen Amplitudenwerts der ersten, zweiten oder dritten Frequenzkomponente. Somit kann eine einfache Analyse bereitgestellt werden, die auch einfach in einem automatisierten System implementiert werden kann.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Frequenzanalyse ein Transformieren der Abfolge der Summenwerte in den Frequenzbereich oder graphische Analyse der Abfolge der Summenwerte im Zeitbereich zum Bestimmen mindestens einer der Frequenzkomponenten und deren zugehörigen Amplitudenwert. Demgemäß können je nach Implementierung verschiedene Analysen verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ein Zurücktransformieren der bestimmten ersten Frequenzkomponente in den Zeitbereich zum Erhalten eines ersten akkumulierten Drehwinkelfehlers, der durch das erste Getrieberad erzeugt wird, und/oder ein Zurücktransformieren der bestimmten zweiten Frequenzkomponente in den Zeitbereich zum Erhalten eines zweiten akkumulierten Drehwinkelfehlers, der durch das zweite Getrieberad erzeugt wird. Demnach kann ein Maß für die Qualität eines oder beider Getrieberäder durch den ersten und/oder zweiten akkumulierten Drehwinkelfehler erhalten werden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner die Schritte eines Bildens einer Ableitung für das erste Getrieberad von dem ersten akkumulierten Drehwinkelfehler, und eines Bildens einer Ableitung für das zweite Getrieberad von dem zweiten akkumulierten Drehwinkelfehler. Demnach lassen sich Schrittwinkelfehler bestimmen, die insbesondere den Fehler pro Messschritt angeben.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Erhalten einer ersten Radiusvariation des ersten Getrieberads auf Grundlage eines Minimums der Ableitung für das erste Getrieberad und eines Maximums der Ableitung für das erste Getrieberad, und/oder ein Erhalten einer zweiter Radiusvariation des zweiten Getrieberads auf Grundlage eines Minimums der Ableitung für das zweite Getrieberad und eines Maximums der Ableitung für das zweite Getrieberad. Demnach lassen sich die erste und/oder zweite Radiusvariation des ersten bzw. zweiten Getrieberads durch einfache Berechnung mit dem minimal und maximal Wert der Ableitung erhalten.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen von Oberwellen der dritten Frequenzkomponente, und ein Erhalten von Amplitudenwerten der Oberwellen der zweiten Frequenzkomponente als Qualitätsmaß der Getrieberadanordnung. Demnach können die Oberwellen der dritten Frequenzkomponente, insbesondere deren Amplitudenwerte, als Qualitätsmaß der Getriebeanordnung erhalten werden, was zu einer bessern Schätzung des Einflusses der Zähne auf die Qualität der Getriebeanordnung führt und zum Anpassen des Abstands zwischen den Drehachsen der Getrieberäder verwendet werden kann.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ein Minimieren des Amplitudenwerts von mindestens einem von dem Amplitudenwert der dritten Frequenzkomponente und dem Amplitudenwert der Oberwellen der dritten Frequenzkomponente durch Variieren des Abstands zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse. Demnach lässt sich einfach durch Messung des Amplitudenwerts bzw. der Amplitudenwerte ein optimaler Abstand zwischen den Drehachsen finden, was zu einer Getriebeanordnung mit hohem Qualitätsmaß führt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält das Messintervall mindestens eine Drehung von dem einem Getrieberads der Getrieberäder, dessen Umfang größer ist. Somit kann sichergestellt werden, dass ein ausreichend großes Messintervall mit entsprechenden Messpunkten für eine Analyse des Qualitätsmaßes der Getriebeanordnung bereitgestellt wird.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich zum Bestimmen der Amplitudenwerte, ein Bestimmen einer Phase der Frequenzkomponente im Frequenzbereich, wobei die Phase in Zusammenhang steht mit dem einen Getrieberad der Getrieberäder, dessen Umfang größer ist, sowie ein Einstellen des Messintervalls auf Grundlage der bestimmten Phase. Somit lässt sich feststellen, warm ein Anfang und ein Ende eines Messintervalls erreicht ist, so dass auf Grundlage der Amplitudenwerte ein Rückschluss auf das Qualitätsmaß der Getriebeanordnung durchgeführt werden kann.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Erhalten von Amplitudenwerten der dritten Frequenzkomponente für unterschiedliche Abstandswerte zwischen der ersten Drehachse des ersten Getrieberads und der zweiten Drehachse des zweiten Getrieberads und ein iteratives Ändern der Abstandswerte zum Minimieren der dritten Frequenzkomponente, insbesondere minimieren deren Amplitude. Somit ist es möglich, durch Minimieren der dritten Frequenzkomponente einen optimalen Abstand der zwei Drehachsen der Getrieberäder zu finden, bei denen eine optimale Getriebeanordnung mit hohem Qualitätsmaß vorliegt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Korrigieren eines Winkelfehlers des zweiten Getrieberads unter Verwendung eines Summenwerts der Abfolge von Summenwerten, der in Zusammenhang steht mit einem Zieldrehwinkel des ersten Getrieberads. Demnach kann ein Winkelfehler des zweiten Getrieberads korrigiert werden, so dass die tatsächliche Winkelposition des zweiten Getrieberads, die von einem Ausgabedrehwinkel abweichen kann, bestimmt werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung aus mindestens zwei Getrieberädern bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst Mittel zum Einstellen in einem Messintervall einer Abfolge von Zieldrehwinkeln eines ersten Getrieberads, Mittel zum Messen für jeden der Zieldrehwinkel eines Ausgabedrehwinkels eines zweiten Getrieberads, Mittel zum Berechnen einer Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln auf Grundlage der Vielzahl der Zieldrehwinkel unter Verwendung von mindestens einem Übersetzungsverhältnis des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads, Mittel zum Erhalten von Drehwinkelunterschieden zwischen der Vielzahl von Ausgabedrehwinkeln und der Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln, Mittel zum Bilden einer Abfolge von Summenwerten, die in Zusammenhang stehen mit den Drehwinkelunterschieden, wobei ein Summenwert, der in Zusammenhang steht mit einem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied, eine Summe von Drehwinkelunterschieden umfasst, die dem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied in dem Messintervall vorangehen, sowie Mittel zum Bestimmen, basierend auf der Abfolge von Summenwerten, mindestens eines ersten Amplitudenwerts einer ersten Frequenzkomponente, die sich durch ein Drehen des ersten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt; zweiten Amplitudenwerts einer zweiten Frequenzkomponente, die sich durch ein Drehen des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt; und dritten Amplitudenwerts einer dritten Frequenzkomponente, die sich durch eine Anzahl der Getrieberadzahneingriffe zwischen den Getrieberadzähnen des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt; wobei der mindestens eine Amplitudenwert, der in Zusammenhang steht mit der ersten, zweiten oder dritten Frequenzkomponente, ein Qualitätsmaß der Getrieberadanordnung darstellt. Demnach wird ein Vorrichtung bereitgestellt, die es ermöglicht, ein Qualitätsmaß der Getriebeanordnung von mindestens zwei Getrieberädern zu bestimmen, so dass beispielsweise ein optimaler Abstand zwischen Getrieberädern gewählt werden kann oder ein Getriebe oder einzelnes Getrieberad aussortiert werden kann, wenn es bestimmte Qualitätsanforderungen nicht erfüllt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein System bereitgestellt, das die oben beschriebene Vorrichtung und ein. Vermessungsinstrument, das die Getriebeanordnung umfasst, enthält. Dadurch lassen sich die Getrieberadanordnung, und insbesondere die Achsenabstände zwischen Getrieberädern optimal einstellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Programm für ein Datenverarbeitungsgerät zum Ausführen der oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt werden, sowie ein computerlesbares Medium, in dem das Programm verkörpert ist, wobei das Programm in einem Computer hervorruft, die Schritte mit den obigen Merkmalen auszuführen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das das oben beschriebene Programm enthält.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen offenbart.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein System der mit Elementen, die angeordnet sind zum Testen einer Getriebeanordnung.
2 stellt Schritte eines Verfahrens zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
3 stellt den Übergang von Einzelfehlern zu akkumulierten Fehlern dar.
4 zeigt eine Darstellung einer Kurve der akkumulierten Fehler für mehrere tausend Messpunkte im Zeitbereich.
5 stellt ein Spektrum der transformierten Kurve der in 4 gezeigten akkumulierten Fehler im Frequenzbereich dar.
6 stellt einen vergrößerten Ausschnitt des Spektrums der 5 dar.
7 stellt sieben Messungen sieben verschiedener Kurven von akkumulierten Fehlern im Zeitbereich dar, wobei der Achsabstand für jede Messung variiert wurde.
8 zeigt die verschiedenen Amplitudenwerte der Messungen 1–7 von 7.
9a stellt Elemente einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
9b stellt Elemente einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform dar.
10 stellt eine detaillierte perspektivische Ansicht einer Motorantriebsvorrichtung mit Getriebeanordnung dar.
11 stellt eine Querschnittsansicht entlang einer Ebene parallel zu der Instrumentenachse und der Drehachse der Motorantriebsvorrichtung von 10 dar.
12 stellt eine Querschnittsansicht entlang einer Ebene rechtwinklig zu der Instrumentenachse und der Drehachse der Motorantriebsvorrichtung von 10 dar.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen werden mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es wird bemerkt, dass die folgende Beschreibung nur Beispiele enthält und nicht als die Erfindung begrenzend ausgelegt werden sollte.
Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung mit mindestens zwei Getrieberädern. in einer Ausführungsform wird eine Abfolge von Zieldrehwinkeln eines ersten Getrieberads eingestellt und für jeden dieser Zieldrehwinkel werden Ausgabedrehwinkel eines zweiten Getrieberads gemessen. Danach werden unter Verwendung eines Übersetzungsverhältnisses der Getriebeanordnung die theoretischen Ausgabedrehwinkel berechnet, so dass Drehwinkelunterschiede zwischen den gemessenen und theoretisch berechneten Ausgabedrehwinkeln erhalten werden können. Durch Aufaddieren der Drehwinkelunterschiede kann für jeden Messpunkt ein Summenwert aus den bis zu diesem Messpunkt erhaltenen Drehwinkelunterschieden gebildet werden, wodurch sich basierend auf einer Abfolge von Summenwerten verschiedene Amplitudenwerte von Frequenzkomponenten der Getrieberäder bzw. Getrieberadzahneingriffe ergeben, die ein Qualitätsmaß der Getriebeanordnung darstellen.
1 stellt Elemente eines Systems 100 dar. Das System 100 umfasst einen Antrieb 110, einen Messgeber 120, einen Messgeber 170 und eine Berechnungseinheit 190 sowie eine Getriebeanordnung 180. Die Getriebeanordnung 180 umfasst ein erstes Getrieberad 130 und eine entsprechende Drehachse 140 sowie ein zweites Getrieberad 160 und eine entsprechende Drehachse 150. Der Antrieb 110 und der Messgeber 120 können auch durch einen Schrittmotor ersetzt werden, der beide Funktionen wahrnimmt.
Wenn der Antrieb 110 die Drehachse 140 des ersten Getrieberads 130 dreht, kann ein Messgeber oder Winkelkodierer den Winkel der Drehung messen. Durch Drehen der Drehachse 140 wird auch das an der Drehachse befestigte Getrieberad 130 gedreht, das wiederum mit dem Getrieberad 160 gekoppelt ist. Beispielsweise handelt es sich bei den Getrieberädern um Zahnräder, die in Eingriff miteinander stehen. Natürlich könnten die beiden Getrieberäder auch über eine Kette oder ein Band miteinander verbunden sein, so dass die Getrieberäder nicht auf Zahnräder begrenzt sind. Die Drehung des Getrieberads 160 kann durch den Messgeber 170 gemessen werden, da die Drehachse 150 mit dem Getrieberad 160 verbunden ist. Durch Vergleichen der Drehwinkel des Messgebers 120 mit den Drehwinkeln des Messgebers 170 können Rückschlüsse auf die Qualität der Getriebeanordnung gezogen werden, was im Folgenden mit Bezug auf 2 im Einzelnen beschrieben wird.
2 stellt Schritte eines Verfahrens dar, um eine Qualität einer Getriebeanordnung, wie z. B. der Getriebeanordnung 180 aus den zwei Getrieberädern 130 und 160, zu bestimmen. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird, wie in 1 gezeigt, angenommen, dass die Getriebeanordnung aus zwei Getrieberädern besteht, die Zahnräder darstellen, deren Verzahnungen ineinander greifen.
In einem ersten Schritt 210 wird in einem Messintervall, das beispielsweise einer Umdrehung des ersten Getrieberads entspricht, eine Abfolge von Zieldrehwinkeln eines ersten Getrieberads eingestellt. Dabei dreht beispielsweise der Antrieb 110, z. B. ein Schrittmotor, die Drehachse um einen bestimmten Winkel, der vom Messgeber 120 detektiert werden kann. Bevorzugt wird bei der Verwendung von Zahnrädern in der Getriebeanordnung eine Anzahl an Messpunkten verwendet, so dass pro Zahn mehrere Messwerte erhalten werden. In 3, die im Folgenden detaillierter beschrieben wird, sind beispielsweise 400 Messwerte für eine Drehung von ca. 350 gezeigt, was ca. 18 Zähnen eines großen Zahnrads mit 189 Zähnen entspricht. Für jeden Messpunkt wird demnach ein anderer Zieldrehwinkel von dem Antrieb 110 und dem Messgeber 120 eingestellt.
Im folgenden Schritt 220 wird für jeden der Zieldrehwinkel ein Ausgabedrehwinkel eines zweiten Getrieberads gemessen. Wie mit Bezug auf 1 beschrieben, bewirkt die Drehung des ersten Getrieberads 130 auch eine Drehung des zweiten Getrieberads 160, die in Eingriff miteinander stehen. In einer idealen Anordnung mit Zahnrädern identischer Größe und Zahnanzahl würde der Zieldrehwinkel dem Ausgabedrehwinkel entsprechen. Jedoch ist in einer einfachen Getriebeanordnung ein Zahnrad üblicherweise größer und enthält mehrerer Zähne als das andere Zahnrad. Dies führt zu einem bestimmten Übersetzungsverhältnis der Getriebeanordnung, so dass Zieldrehwinkel und Ausgabedrehwinkel nicht identisch sind.
Unter Verwendung von mindestens dem Übersetzungsverhältnis des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads kann gemäß Schritt 230 der 2 eine Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln auf Grundlage der Vielzahl der Zieldrehwinkel berechnet werden. Für ein ideales Getriebe gilt dabei phi_Btheo = phi_A·N_A/N_B, wobei phi_Btheo der theoretische Ausgabedrehwinkel ist, phi_A der Zieldrehwinkel ist, N_A die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads oder Getrieberads A und N_B die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrads B ist. Da ideale Getriebe jedoch nicht existieren, muss für eine reale Getriebeanordnung ein Fehlerausdruck, hier mit delta bezeichnet, eingeführt werden, was zur folgenden Gleichung führt: phi_B = phi_A·N_A/N_B + delta (1).
Delta ist die Abweichung zwischen dem theoretischen Ausgabedrehwinkel und dem gemessenen Drehwinkel, was durch geometrische Ungleichmäßigkeiten der Getrieberäder hervorgerufen wird. Da das Übersetzungsverhältnis, nämlich die Anzahl der Zähne der Getrieberäder, normalerweise bekannt ist, lässt sich der geometrische Fehler von den mit delta bezeichneten Drehwinkelunterschieden, d. h. dem Unterschied zwischen theoretischen und gemessenen Ausgabedrehwinkeln phi_B, in Schritt 240 erhalten.
In 3 sind beispielsweise 400 Einzelfehler delta(i) gezeigt, die jeweils einem Drehwinkelunterschied zwischen einem theoretisch berechneten Ausgabedrehwinkel und einem gemessenen Ausgabedrehwinkel an 400 unterschiedlichen Messpunkten entsprechen (siehe Punktwolke um die Abszisse in 3). In diesem Beispiel ist das erste Getrieberad ein großes Zahnrad mit N_A = 189 und das zweite Getrieberad ein kleines Zahnrad mit N_B = l8.
Zur besseren Auswertung der Fehler in den Getrieberädern, d. h. deren Abweichung von einem idealen Getrieberad, und einer optimalen Abstandsbestimmung zwischen den Drehachsen der Getrieberäder, werden die Drehwinkelunterschiede aufsummiert.
Im Einzelnen wird, wie in Schritt 250 erklärt, eine Abfolge von Summenwerten deltaAcc gebildet, die in Zusammenhang stehen mit den Drehwinkelunterschieden. Ein Summenwert, der in Zusammenhang steht mit einem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied, umfasst eine Summe von Drehwinkelunterschieden, die dem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied in dem Messintervall vorangehen. Insbesondere werden zur Bildung eines Summenwerts alle Drehwinkelunterschiede aufsummiert, die zuvor in dem Messintervall erhalten wurden, inklusive des gegenwärtig erhaltenen Drehwinkelunterschieds aus der Differenz zwischen dem gegenwärtig gemessenen Ausgabedrehwinkel und dem theoretisch berechneten Ausgabedrehwinkel. Beispielsweise werden für den zehnten Summenwert deltaAcc(10), die Drehwinkelunterschiede von dem ersten bis zum zehnten Messpunkt aufsummiert.
Im Allgemeinen wird ein akkumulierter Fehler als Summenwert für jeden Messpunkt erhalten, der sich aus folgender Gleichung ergibt: deltaAcc(i) = sum(delta(n), n = 0...i) (2)
Ungefähr 400 Summenwerte, d. h. akkumulierte (oder auch kummulierte) Fehler, sind in 3 dargestellt und miteinander zu einer Kurve verbunden, was ungefähr einer Umdrehung des kleinen Zahnrads (zweites Getrieberad) entspricht. Diese Abfolge von Summenwerten ergibt sich unter Verwendung der Drehwinkelunterschiede delta(i), die um die Abszisse dargestellt sind. Das Berechnen der theoretischen Ausgabedrehwinkel, der Drehwinkelunterschiede und der Summenwerte kann beispielsweise von der Berechnungseinheit 190 ausgeführt werden.
Die durch die Abfolge von Summenwerten dargestellte Kurve in 3 zeigt auf der Kurve einzelne Spitzen, was Komponenten einer höheren Frequenz darstellt und von den Zähnen in den im Beispiel verwendeten Zahnrädern hervorgerufen wird. Die Kurve in 3 stellt einen Ausschnitt aus der in 4 gezeigten Kurve dar, die 8400 Messpunkte im Zeitbereich umfasst.
In 4 sind 8400 Summenwerte für die 8400 Messpunkte zeitlich nacheinander aufgetragen. Aus der in 4 gezeigten Kurve aus verschiedenen Summenwerten für die unterschiedlichen Messpunkte lässt sich ein Cosinus mit niedriger Frequenz und ein Cosinus mit hoher Frequenz entnehmen. Die Cosinusschwingung mit niedriger Frequenz wird durch die Exzentrizität des große Getrieberads hervorgerufen und die Cosinusschwingung der hohen Frequenz durch die Exzentrizität des kleinen Getrieberads. Die noch höheren Frequenzen, die auf den oben beschriebenen Cosinusschwingungen aufmoduliert sind, entsprechen den Zähnen der als Getrieberäder verwendeten Zahnräder. Diese höheren Frequenzen lassen sich am besten in der 3 sehen.
Wie in der 4 gezeigt, lassen sich die Amplitudenwerte und Frequenzen der Cosinusschwingung mit niedriger Frequenz (a_A) und der Cosinusschwingung mit hoher Frequenz (a_B) direkt aus 4 entnehmen. Ferner können auch die durch die Zähne hervorgerufenen höheren Frequenzen insbesondere aus 3 mindestens qualitativ entnommen werden. Somit kann durch einfaches Ablesen aus den 3 und 4 eine Einschätzung über die Qualität der Getriebeanordnung und der einzelnen verwendeten Zahnräder durchgeführt werden. Insbesondere sind in 3 und 4 die aus der Exzentrizität der Zahnräder resultierenden überlagerten Cosinusschwingungen sowie die Einflüsse der Zahneingriffe gut erkennbar, wobei die höheren Frequenzen, die einen Einfluss der Zahneingriffe beschreiben, einen Hinweis auf die optimale Position bzw. den optimalen Abstand der Drehachsen der Getrieberäder voneinander geben können.
Die ca. 8400 Messpunkte in 4 wurden in einem Messintervall erhalten, das 800 Gon umfasst, was zwei Umdrehungen des großen Zahnrads, 21 Umdrehungen des kleinen Zahnrads bzw. 378 Zahneingriffen entspricht. Somit ergibt sich eine Messauflösung von ca. 22 Messpunkten pro Zahneingriff.
Demgemäß lassen sich, wie in Schritt 260 der 2 beschrieben, basierend auf der Abfolge von Summenwerten ein erster Amplitudenwert einer ersten Frequenzkomponente, ein zweiter Amplitudenwert einer zweiten Frequenzkomponente und/oder ein dritter Amplitudenwert einer dritte Frequenzkomponente bestimmen. Die erste Frequenzkomponente ergibt sich dabei durch ein Drehen des ersten Getrieberads, z. B. Getrieberad 130, innerhalb des Messintervalls, die zweite Frequenzkomponente ergibt sich durch ein Drehen des zweiten Getrieberads, z. B. Getrieberad 160, innerhalb des Messintervalls und die dritte Frequenzkomponente ergibt sich durch eine Anzahl der Getrieberadzahneingriffe zwischen den Getrieberadzähnen des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls.
Der Fachmann erkennt, dass eine Bestimmung der Amplitudenwerte nicht nur durch einfaches Ablesen durchgeführt werden kann, aber auch in einer Bestimmungseinheit, die in der Berechnungseinheit 190 verkörpert sein kann, durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann die in 4 gezeigte Kurve auch unter Verwendung einer quantitativen Frequenzanalyse näher untersucht werden. Demgemäß kann ein Amplitudenwert, der in Zusammenhang steht mit der ersten, zweiten und/oder dritten Frequenzkomponente bewertet werden, z. B. mit zuvor gespeicherten Amplitudenwerten verglichen werden, um ein Qualitätsmaß der Getriebeanordnung zu erhalten.
Eine ähnliche Analyse um über eine Qualität der Getriebeanordnung eine Aussage zu treffen, lässt sich auch bei Getriebeanordnungen mit mehr als zwei Getrieberädern durchführen.
Wie oben erwähnt, kann die in 4 gezeigte Kurve durch eine qualitative und eine quantitative Frequenzanalyse untersucht werden. Beispielsweise kann eine Frequenzanalyse durchgeführt werden zum Bestimmen von mindestens einem der Amplitudenwerte der ersten, zweiten oder dritten Frequenzkomponente. Falls eine Diskrete Fourier-Transformation auf die Abfolge der Summenwerte deltaAcc(i) der 4 angewandt wird, wird ein in 5 gezeigtes Spektrum im Frequenzbereich erhalten. Die Frequenzen entsprechen hier der Anzahl der Umdrehungen eines Getrieberads. In dem in 5 gezeigten Spektrum lassen sich die verschiedenen Frequenzkomponenten des Getriebes voneinander isolieren und somit auch ihre Amplituden. Dadurch lässt sich eine Frequenzanalyse durch Transformieren der Abfolge der Summenwerte in den Frequenzbereich durchführen anstatt einer zuvor beschriebenen graphischen Analyse der Abfolge der Summenwerte im Zeitbereich.
Insbesondere treten im Spektrum der 5 der transformierten Kurve von 4 die Frequenzen und Amplituden der Frequenzkomponenten der Zahnräder und der Zahneingriffe deutlich hervor. Wie oben erwähnt, umfasst das in 4 gezeigte Messintervall zwei Umdrehungen des großen Zahnrads (f_A = 2) und 21 Umdrehungen des kleinen Zahnrads (f_B = 21). Diese Frequenzen sind deutlich auf der linken Seite der 5 zu sehen. Auch die 378 Zahneingriffe sind bei der Frequenz f_T = 378 sichtbar. Der Gleichanteil der Messreihe (f = 0) ist abhängig vom Startpunkt und beeinflusst die Auswertung nicht. Für die Auswertung der einzelnen Zahnräder kann auch ein Frequenzfenster im gezeigten Spektrum gesetzt werden, um die andere Frequenzen herauszufiltern. Des Weiteren sind Oberwellenanteile der Frequenzen f_A und f_B sichtbar, die allerdings hier nicht weiter ausgewertet werden. Dabei handelt es sich bei der Frequenz f = 4 um die Oberwelle der ersten Ordnung des großen Zahnrads und bei der Frequenz f = 42 um die Oberwelle der ersten Ordnung des kleinen (zweiten) Zahnrads. Weiterhin sind Frequenzanteile sichtbar, die von anderen mechanischen Komponenten stammen, z. B. Lager, etc.
Oberwelleanteile für die Zahneingriffe sind nicht mehr erkennbar, da diese in einem Bereich außerhalb des Darstellungsbereichs der 5 liegen. Bei dem gezeigten Beispiel, lassen sich jedoch Oberwellen von f_T bei f_T1 = 756 und f_T2 = 1134 erhalten.
6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in 5 gezeigten Spektrums, bei dem die Frequenzen und Amplituden der Zahnräder deutlich erkennbar sind.
Im Spektrum der 5 und 6 im Frequenzbereich können die Amplituden isoliert werden, wobei die in 5 und 6 gezeigten Amplituden der Frequenzkomponenten in Zusammenhang stehen mit der Exzentrizität der Zahnräder bzw. dem Einfluss der Zahnradeingriffe.
Nach einer Transformation der Abfolge der Summenwerte deltaAcc in den Frequenzbereich, können die einzelnen Frequenzkomponenten in den Zeitbereich zurück transformiert werden. Insbesondere kann die zuvor bestimmte erste Frequenzkomponente in den Zeitbereich zurück transformiert werden zum Erhalten eines ersten akkumulierten oder integrierten Drehwinkelfehlers des ersten Getrieberads deltaInt_A(i). Dieser akkumulierte Drehwinkelfehler des ersten Getrieberads deltaInt_A(i) ergibt sich durch Drehung des ersten Getrieberads von einer Anfangsposition, beim Messpunkt 1 bis zum gegenwärtigen, d. h. zuletzt erhaltenen, Messpunkt i. Ferner kann die zuvor bestimmte zweite Frequenzkomponente in den Zeitbereich zurück transformiert werden zum Erhalten eines zweiten akkumulierten oder integrierten Drehwinkelfehlers des zweiten Getrieberads deltaInt_B(i), der sich durch Drehung des zweiten Getrieberads ergibt.
Durch Zurücktransformieren lassen sich folgende Gleichungen (3) und (4) für die einzelnen Getrieberäder erhalten: deltaInt_A(i) = a_A·cos((2·Π·f_A)·i/k + p_A) (3), deltaInt_B(i) = a_B·cos((2·Π·f_B)·i/k + p_B) (4).
Hier ist k die Anzahl der Messwerte für eine Umdrehung des Getrieberades A bzw. B. Aus dem Vergleich einer dieser Cosinusfunktionen mit der Kurve in 4 lässt sich auch der Phasenwert p_A bzw. p_B der Cosinusfunktion erhalten. Zum Beispiel kann durch Vergleichen der Cosinusfunktion für das große Getrieberad mit der Kurve in 4 die Phase am ersten Messpunkt erhalten werden. Die Phasenwerte ergeben sich auch bei der Berechnung der Fourier-Transformation. Im vorliegenden Beispiel in 4 ist p_A ungefähr Π/2.
Ferner kann auch die Frequenzkomponente, die sich durch die Anzahl der Getrieberadzahneingriffe zwischen den Getrieberadzähnen des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads ergibt, auf gleiche Art und Weise in den Zeitbereich zurück transformiert werden: deltaInt_T(i) = a_T·cos((2·Π·f_T)·i/k + p_T) (5)
Der Phasenwert p_T ergibt sich auch aus der oben beschriebenen Fourier-Transformation.
Somit kann durch Zurücktransformieren der im Frequenzbereich isolierten Werte in den Zeitbereich jeweils eine Cosinusfunktion für jede Frequenzkomponente erhalten werden, die die einzelnen Zahnräder bzw. Zahnradeingriffe beschreibt.
Wie mit Bezug auf 3 beschrieben, stellen die höheren Frequenzanteile in 3 und 4 Getrieberadzahneingriffe zwischen den Getrieberadzähnen dar, die keine saubere Cosinusfunktion darstellen. Da der Einfluss der Zähne nicht optimal durch eine einzelne Cosinusfunktion beschrieben werden kann, werden bevorzugt Oberwellen höherer Ordnung der Frequenz f_T zu Gleichung (5) hinzugefügt. Eine entsprechende Folge kann wie folgt dargestellt werden: deltaInt_T(i) = a_T·cos((2·Π·f_T)·i/k + p_T) + a_T1·cos((2·Π·f_T)·2·i/k + p_T1) + ... + a_Tn·cos((2·Π·f_T)·n·i/k + p_Tn) (6).
Somit kann für jede Oberwelle ein Amplitudenwert erhalten werden. Die Amplitudenwerte der ersten zwei Oberwellen, können auch leicht durch eine Diskrete Fourier-Transformation erhalten werden, wobei die in Gleichung (6) gezeigte Folge für gute praktische Ergebnisse nach der zweiten Oberwelle abgebrochen werden kann.
Im Folgenden sollen die Gleichungen (3) bis (6) und deren Aussagen näher untersucht werden.
Beispielsweise lässt sich durch Ableiten der Gleichungen (3) und (4) der absolute Schrittwinkelfehler erhalten, der einen Fehler pro Messposition darstellt. Beispielsweise gibt, wenn ein Schrittmotor zum Einstellen der Zieldrehwinkel verwendet wird, der absolute Schrittwinkelfehler den Fehler pro Schritt an einem Zahnrad an. delta_A(i) = a_A·(2·Π·f_A)/k ·(–sin((2·Π·f_A)·i/k – p_A)) (7) delta_B(i) = a_B·(2·Π·f_B)/k ·(–sin((2·Π·f_B)·i/k + p_B)) (8)
Im Einzelnen wird die Gleichung (7) durch Bilden einer Ableitung von dem ersten akkumulierten Drehwinkelfehler deltaInt_A(i) erhalten und die Gleichung (8) durch Bilden einer Ableitung von dem zweiten akkumulierten Drehwinkelfehler deltaInt_B(i) für das zweite Getrieberad erhalten. Aus Gleichungen (7) und (8) können nun die minimalen und maximalen Schrittwinkelfehler für das große Zahnrad A und das kleine Zahnrad B berechnet werden, die beispielsweise dem Getrieberad 130 bzw. dem Getrieberad 160 entsprechen.
Dadurch lassen sich die Radiusvariationen (Exzentrizitäten) der einzelnen Getrieberäder wie folgt errechnen. Für das Getrieberad A ergibt sich: delta_rA = r_NominalB/phi_NominalA·(delta_AErrMax – delta_AErrMin) (9). Für das Getrieberad B ergibt sich: delta_rB = r_NominalA·phi_NominalA ·((1/(phi_NominalB + delta_BErrMax)) – (1/(phi_NominalB + delta_BErrMin)) (10).
In Worten ausgedrückt, bedeutet Gleichung (9), dass eine erste Radiusvariation delta_rA des ersten Getrieberads auf Grundlage eines Minimums der Ableitung für das erste Getrieberad und eines Maximums der Ableitung für das erste Getrieberad erhalten wird, wobei die Minima and Maxima berechnet werden können und r_Nominal und phi_Nominal der nominale Radius (durchschnittliche Radius) bzw. der nominale Drehwinkel sind. Insbesondere ist phi_NominalA der eingestellte Zieldrehwinkel und phi_NominalB der theoretische Ausgabedrehwinkel.
Ähnlich bedeutet Gleichung (10), dass eine zweite Radiusvariation Delta_rB des zweiten Getrieberads auf Grundlage eines Minimums der Ableitung für das zweite Getrieberad und eines Maximums der Ableitung für das zweite Getrieberad erhalten wird. Somit können die Fehler der Getrieberäder nicht nur qualitativ, sondern quantitativ bestimmt werden. Folglich kann die Getriebeanordnung optimiert werden, indem beispielsweise ein stark fehlerhaftes Getrieberad ausgetauscht wird oder der Abstand zwischen Getrieberädern optimiert wird, was im Folgenden im Einzelnen beschrieben wird.
Wie oben beschrieben, lassen sich die Oberwellen der dritten Frequenzkomponente, d. h. der Frequenzkomponente, die sich durch Getrieberadzahneingriffe zwischen Getrieberadzähnen innerhalb eines Messintervalls ergibt, einfach durch eine Frequenzanalyse bestimmen. Insbesondere können die Amplitudenwerte der Oberwellen der dritten Frequenzkomponente erhalten werden, wobei im vorliegenden Beispiel die Frequenzen der ersten und zweiten Oberwelle der Frequenzkomponente f_T1 = 756 und f_T2 = 1134 sind. Diese Oberwellen stellen ein Qualitätsmaß der Getriebeanordnung dar.
Wie im Folgenden mit Bezug auf 7 beschrieben, können, die Amplitudenwerte der Grundwelle und Oberwellen der dritten Frequenzkomponente minimiert werden, um einen optimalen Abstandswert zwischen der ersten Drehachse des ersten Getrieberads und der zweiten Drehachse des zweiten Getrieberads zu erhalten.
In 7 sind sieben verschiedene Abfolgen von Summenwerten deltaAcc für sieben verschiedene Achsabstände gezeigt für ca. 1,2 Umdrehungen eines zweiten kleineren Zahnrads einer Getriebeanordnung (ca. 512 Messpunkte). Solche Messungen können bei der Justierung in der Produktion einer Getriebeanordnung durchgeführt werden, um einen optimalen Abstand der Getrieberäder zu finden. Schon durch einfache Betrachtung der unterschiedlichen Messungen entnimmt der Fachmann, dass höhere Störfrequenzen auf der Kurve (s. Hochfrequenzkomponente auf Cosinusschwingung) zwischen der vierten und sechsten Messung am geringsten sind.
Dieses Ergebnis lässt sich auch quantitativ erhalten. Beispielsweise können Amplitudenwerte der dritten Frequenzkomponente, insbesondere der Grundwelle und der ersten und zweiten Oberwelle, für unterschiedliche Abstandswerte zwischen der ersten Drehachse des ersten Getrieberads und der zweiten Drehachse des zweiten Getrieberads bevorzugt über eine Frequenzanalyse erhalten werden, wobei die Abstandswerte iterativ geändert werden zum Minimieren der dritten Frequenzkomponente. Eine solche quantitative Analyse ist in 8 gezeigt, in der die Amplitude wie auch schon in 5 und 6 in frei gewählten Einheiten dargestellt ist. 8 zeigt die Summe der Amplituden der Grundwelle, der ersten Oberwelle und der zweiten Oberwelle für verschiedene Drehachsenabstandswerte, wobei der Figur entnommen werden kann, dass ein Minimum der Summe der drei Amplituden bei dem Abstandswert 5 vorliegt.
In 8 wurde die Summe der Amplituden der Grundwelle und der ersten zwei Oberwellen minimiert. Jedoch kann auch der Amplitudenwert von mindestens einem von dem Amplitudenwert der dritten Frequenzkomponente (Grundwelle) und dem Amplitudenwert der ersten oder zweiten Oberwelle der dritten Frequenzkomponente minimiert werden durch Variieren des Abstands zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse, um eine Aussage über einen bevorzugten Drehachsenabstand zu erlangen.
Zusätzlich zum Bestimmen der Amplitudenwerte kann auch eine Phase der Frequenzkomponente im Frequenzbereich bestimmt werden, was mit Bezug auf 4 und Gleichungen (6) bis (8) beschrieben wurde. Insbesondere ist es vorteilhaft den Phaseunterschied zwischen einem ersten Messpunkt und einem Messpunkt i zu bestimmen, der in Zusammenhang steht mit einem Getrieberad der Getrieberäder, dessen Umfang größer ist als der Umfang des anderen Getrieberads. Durch Betrachtung der Phase lässt sich das Messintervall optimal einstellen. Beispielsweise kann das Messintervall derart eingestellt werden, dass es wie oben beschrieben zwei Umdrehungen des großen Zahnrads entspricht.
Wie oben gezeigt, lassen sich bei Betrachtung der beschriebenen Drehwinkelunterschiede, Rückschlüsse über die Qualität einer Getriebeanordnung ziehen. Qualitätsparameter für ein Getriebe oder Getrieberad sind beispielsweise Zahnqualität und Form, u. a. beeinflusst durch die Fertigungsart, Staub oder Nahtstellen, sowie Rundheit und Durchmesser, und Achsenabstand.
Jedoch können die erhaltenen Drehwinkelfehler auch sofort zur Korrektur eines Winkelfehlers verwendet werden. Genauer gesagt, gibt der Summenwert der Abfolge von Summenwerten bei einer bestimmten Messposition, z. B. 200, die Abweichungen zu einem idealen Winkel des zweiten Getrieberads an, der mit einer idealen Getriebeanordnung mit der Einstellung eines Zieldrehwinkels eines ersten Getrieberads, der der Messposition 200 entspricht, erhalten werden würde.
Demnach kann ein Winkelfehler des zweiten Getrieberads unter Verwendung eines Summenwerts der Abfolge von Summenwerten, der im Zusammenhang steht mit einem Zieldrehwinkel des ersten Getrieberads, korrigiert werden.
Im Folgenden werden in 9a und 9b Vorrichtungen zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung beschrieben. Diese Vorrichtungen sind beispielsweise ausgebildet, die Schritte des zuvor beschriebenen Verfahrens auszuführen.
9a zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung 900 zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung. Diese Vorrichtung kann beispielsweise mit einer Getriebeanordnung, wie in 1 gezeigt, verbunden werden, um diese Getriebeanordnung zu überprüfen.
Die Vorrichtung 900 umfasst Mittel 910 zum Einstellen, Mittel 920 zum Messen, Mittel 932 zum Berechnen, Mittel 934 zum Erhalten, Mittel 936 zum Bilden und Mittel 938 zum Bestimmen.
Insbesondere werden Mittel 910 zum Einstellen in einem Messintervall einer Abfolge von Zieldrehwinkeln eines ersten Getrieberads bereitgestellt. Dieses Mittel kann beispielsweise als ein erster Messgeber oder Winkelkodierer ausgebildet sein, wobei ein Antrieb eine Drehachse bewegt, deren Drehung durch den ersten Messgeber bzw. Winkelkodierer gemessen wird. Bei Verwendung eines Schrittmotors als Mittel zum Einstellen können die Funktionen eines Antreibens und Messens realisiert werden, da ein Schrittmotor Drehungen in genau bestimmten Schritten durchführen kann. Wie in 1 gezeigt, kann das Mittel 910 direkt mit der Getriebeanordnung über die erste Drehachse 140 des ersten Getrieberads 130 verbunden werden zum Aufbau eines Testsystems.
Das Mittel 920 ist beispielsweise als zweiter Messgeber oder Winkelkodierer ausgebildet zur Messen für jeden der Zieldrehwinkel eines Ausgabedrehwinkels eines zweiten Getrieberads, wie z. B. des Getrieberads 160. Ähnlich zum Mittel 910 ist das Mittel 920 mit der Drehachse 150 des Getrieberads 160 derart verbunden, dass die von der Getriebeanordnung 180 ausgegebenen Drehwinkel gemessen werden.
Das Mittel 932 ist beispielsweise als Berechnungseinheit, wie Berechnungseinheit 190, ausgebildet zum Berechnen einer Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln auf Grundlage der Vielzahl der Zieldrehwinkel unter Verwendung von mindestens einem Übersetzungsverhältnis des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads. Wie in 9a gezeigt, werden die Zieldrehwinkel von dem Mittel 910 an das Mittel 932 zur Unterstützung der Berechnung der theoretischen Ausgabedrehwinkel zugeführt.
Das Mittel 934 dient zum Erhalten von Drehwinkel unterschieden zwischen der Vielzahl von Ausgabedrehwinkeln und der Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln. Das Mittel 934 ist beispielsweise auch als eine Berechnungseinheit ausgebildet und kann in der Berechnungseinheit 190 integriert sein. Insbesondere berechnet das Mittel 934 Drehwinkelunterschiede unter Verwendung der von dem Mittel 920 gemessenen Ausgabedrehwinkel und den von Mittel 932 berechneten theoretischen Ausgabedrehwinkeln.
Das Mittel 936 dient zum Bilden einer Folge von Summenwerten, die in Zusammenhang stehen mit den Drehwinkel unterschieden, wobei ein Summenwert, der in Zusammenhang steht mit einem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied, eine Summe von Drehwinkelunterschieden umfasst, die dem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied in dem Messintervall vorangehen, d. h. bereits in dem Messintervall erhalten wurden. In anderen Worten ausgedrückt, werden Drehwinkelunterschiede für die dem Messpunkt des Summenwerts vorangehende Messpunkte sowie für den entsprechenden Messpunkt selbst bei der Bildung der Folge herangezogen.
Das Bilden der Abfolge von Summenwerten wurde im Einzelnen mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben, so dass an dieser Stelle auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird.
Das Mittel 938 dient zum Bestimmen von mindestens einem Amplitudenwert auf Grundlage der Abfolge von Summenwerten und kann beispielsweise auch als eine Berechnungseinheit realisiert werden und insbesondere in der Berechnungseinheit 190 enthalten sein. Das Mittel 938 kann einen ersten Amplitudenwert einer ersten Frequenzkomponente, einen zweiten Amplitudenwert einer zweiten Frequenzkomponente und/oder einen dritten Amplitudenwert einer dritten Frequenzkomponente bestimmen.
Wie bereits erwähnt, ergibt sich der erste Amplitudenwert der ersten Frequenzkomponente aus einem Drehen des ersten Getrieberads innerhalb des Messintervalls, der zweite Amplitudenwert der zweiten Frequenzkomponente ergibt sich durch ein Drehen des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls und der dritte Amplitudenwert der dritten Frequenzkomponente ergibt sich durch eine Anzahl der Getrieberadzahneingriffe zwischen den Getrieberadzähnen des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls. Durch Verwenden von mindestens einem Amplitudenwert, der in Zusammenhang steht mit der ersten, zweiten oder dritten Frequenzkomponente, kann ein Qualitätsmaß der Getriebeanordnung erhalten werden.
In einer anderen Ausführungsform, die mit Bezug auf 9b beschrieben ist, werden die Funktionen der Mittel 932, 934, 936 und 938 durch einen Controller 930 realisiert, der einen Prozessor 933 und einen Speicher 935 aufweist. Der Speicher 935 ist ausgebildet, ein Programm mit Anweisungen zu speichern, wie z. B. Anweisungen, die mindestens die Schritte 230–260 der 2 enthalten, um zu bewirken, dass der Prozessor 933 die oben beschriebenen Schritte bzw. Funktionen der Mittel 932, 934, 936 und 938, ausführt. Wie auch in der Vorrichtung 900 der 9a werden Mittel 910 und 920 in der Vorrichtung 900' der 9b bereitgestellt, die Zieldrehwinkel und Ausgabedrehwinkel an den Controller 930 zuführen können.
Im Folgenden wird beschrieben, wie eine Vorrichtung wie Vorrichtung 900 oder 900' zur Qualitätsbestimmung einer Getriebeanordnung eines Vermessungsinstruments verwendet werden kann.
Eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Getriebeanordnung eines Vermessungsinstruments ist in 10, 11 und 12 gezeigt.
10 stellt eine detaillierte perspektivische Ansicht der Motorantriebsvorrichtung 1400 dar. Die individuellen Elemente der Motorantriebsvorrichtung, ihre Position zueinander, ihre Funktionen und ihr Zusammenspiel sind im Einzelnen in dem deutschen Patent DE 10 2009 000 350 B3 und in der US-Patentanmeldung 2010 018 0456 A1 beschrieben. Daher wird im Folgenden nur eine kurze Erklärung des Aufbaus der Motorantriebsvorrichtung und der darin enthaltenen Getriebeanordnung gegeben.
Bei der Beschreibung der Motorantriebsvorrichtung der 10 wird zur gleichen Zeit Bezug genommen auf 11 und 12, die Querschnittsansichten der Motorantriebsvorrichtung 1400 von 10 darstellen, so dass die individuellen Elemente für ein besseres Verständnis ihrer Positionen und Funktionen von verschiedenen Richtungen gesehen werden können.
Insbesondere stellt 11 eine Querschnittsansicht entlang einer Ebene parallel zu der Instrumentenachse A3 und der Drehachse A1 dar, und 12 stellt eine Querschnittsansicht entlang einer Ebene rechtwinklig zu der Instrumentenachse A3 und der Drehachse A1 der Motorantriebsvorrichtung von 10 dar.
Die Motorantriebsvorrichtung mit Getriebeanordnung der 10 umfasst einen ersten Motor 1210 mit einer Drehachse A1, einen zweiten Motor 1220, eine Hebelarm 1250 und ein Stirnradgetriebe 270 mit der Instrumentenachse A3, die im Wesentlichen in Zentrum positioniert ist.
Im Wesentlichen bewirkt der zweite Motor 1220, dass der Hebelarm 1250 nach links (oder rechts) in der Figur bewegt wird, wie durch den unteren Pfeil gekennzeichnet. Wenn der untere Teil des Hebelarms 1250 nach außen (innen) gedrückt wird, d. h. nach links in der Figur, dreht sich der Hebelarm 1250 um die Drehachse A1 (im Uhrzeigersinn der Figur). Da der Hebelarm an einem Stator des ersten Motors (s. Bolzen 1415 in 10) angebracht ist, dreht sich auch der Stator des ersten Motors 1210 um die Drehachse A1.
Genauer gesagt, kann der Hebelarm 1250 mit dem Stator des ersten Motors 1210 derart gekoppelt werden, dass eine Bewegung des Hebelarms umgesetzt wird in eine Drehung des Stators. Der Hebelarm kann auch drehbar gelagert sein, so dass er um einen kleinen Winkel mit Bezug auf die Drehachse A1 gedreht werden kann, beispielsweise kann die Drehachse des Hebelarms mit der Drehachse des ersten Motors zusammenfallen, was zu einem hohen Übersetzungsverhältnis für ein feines bzw. genaues Drehen des Stators des ersten Motors durch den Hebelarm führt.
Als Motor 1210 kann ein Schrittmotor verwendet werden, der ein Haltemoment zwischen dem Rotor und dem Stator bereitstellt. Deshalb wandelt sich ein Drehen des Stators des ersten Motors 1210 um in eine Drehung des Stirnradgetriebes 1220, das mit dem Rotor des ersten Motors 1210 direkt gekoppelt ist, oder mittels eines Zwischenstirnrads oder einer anderen Getriebeanordnung zum Drehen der Instrumentenachse durch Drehung des ersten Motors um die Drehachse.
Die Instrumentenachse A3 in 10 ist im Grunde nach als horizontale Achse gezeigt zum nach oben und nach unten Drehen eines daran angebrachten Teils, wie z. B. einer Kopfeinheit 1111 eines Vermessungsinstruments, in vertikaler Richtung. Jedoch erkennt der Fachmann, dass die gezeigte Motorantriebsvorrichtung 1400 einfach um 90° gedreht werden kann, so dass sie auch die dazu rechtwinklige Richtung abdecken kann.
Die gezeigte Motorantriebsvorrichtung kann für eine Grob- und Feineinstellung einer Instrumentenachse A3 eines Vermessungsinstruments verwendet werden. Die individuellen Elemente der Vorrichtung sind an einem Rahmen 1411 der 10 angebracht. Die Instrumentenachse A3, die zu drehen ist, und die Rotorachse, die die Drehachse A1 des ersten Motors 1210 ist, sind parallel, und mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet. Der erste Motor 1210 und der zweite Motor 1220 umfassen einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor fest mit der Drehachse verbunden ist.
Wie beschrieben, dreht sich, sobald der Hebelarm 1250 bewegt wird, der Stator des ersten Motors 1210 im Uhrzeigersinn/ im Gegenuhrzeigersinn. Insbesondere wird die Instrumentenachse A3 durch das Stirnradgetriebe 1270 angetrieben, das mit dem Rotor des ersten Motors 1210 gekoppelt ist. Der erste Motor 1210 ist drehbar angeordnet im Rahmen 1411, so dass er um seine eigene Drehachse A1 drehbar ist. Die Drehachse des ersten Motors 1210, bevorzugt ein Schrittmotor, ist angebracht an einem Getrieberitzel 1510 (s. 11). Das Getrieberitzel 1510 dann die Bewegung des Rotors des ersten Motors 1210 auf das Stirnradgetriebe 1270 übertragen, und über das Stirnradgetriebe 1270 kann die Drehbewegung auf die Instrumentenachse A3 übertragen werden.
Der Hebelarm 1250 ist an dem Stator 1516 des ersten Motors 1210 durch Schrauben oder Bolzen 1415 festgemacht, was in den 10 und 11 gezeigt ist. Das andere Ende des Hebelarms 1250 ist mit dem zweiten Motor 1220 gekoppelt, der auch an dem Rahmen 1411 angebracht ist, und derart angeordnet ist, dass sein Stator 1422 fest ist mit Bezug zu einer Drehung um die Drehachse A2 des zweiten Motors 1220.
Ein Koppeln zwischen dem zweiten Motor und dem Hebelarm wird in dem Beispiel von 10–12 durch einen Spindelantrieb erreicht, der eine Gewindespindel 1430 und einen Spindelmotor 1440 umfasst. Die Gewindespindel 1430 ist an der Rotorachse des zweiten Motors 1220 befestigt, der bevorzug ein Schrittmotor ist, oder kann identisch zu ihr sein, d. h. der Motor in Form einer Spindel dargestellt sein. Mittels der Gewindespindel 1430 und der Spindelmutter 1440 wird die Drehung des zweiten Motors 1220 in eine lineare Bewegung des Endes des Hebelarms übersetzt, nämlich in eine Bewegung nach links oder rechts in 10, abhängig von der Drehrichtung.
Eine Feder 1413, die eine Federkraft gegen den Hebelarm 1250 ausübt, um die Spindelmutter 1440 gegen den Hebelarm zu pressen, wird bereitgestellt, um ein Spiel zu verringern.
In dieser Motorantriebsvorrichtung 1400 kann der erste Motor 1210 für einen Grobtreibmodus verwendet werden, in dem die Instrumentenachse A3 mit hoher Winkelgeschwindigkeit gedreht wird. Andererseits ist die Genauigkeit der Positionierung der Instrumentenachse A3, d. h. ein genaues Drehen der Instrumentenachse A3 um einen gewissen Winkel, begrenzt auf die Größe der Schrittpositionen des ersten Motors 1210, und das Getriebeübersetzungsverhältnis, das durch das Stirnradgetriebe bereitgestellt wird um das Getrieberitzel 1510. Um die Genauigkeit der Einstellungen eines Vermessungsinstruments zu verbessern, umfasst die Motorantriebsvorrichtung 1400 den angebrachten Stator des ersten Motors 1210, der durch den zweiten Motor 1220 gedreht werden kann.
Im Einzelnen kann die Drehbewegung des zweiten Motors 1220 über den Spindelantrieb 1430, 1440, den Hebelarm 1250 und den Stator 1516 auf den Rotor des ersten Motors 1210 übertragen werden aufgrund des Haltemoments zwischen dem Stator und dem Rotor des ersten Motors 1210, und die Instrumentenachse A3 kann daher fein bzw. präzise gedreht werden. Somit kann eine Feineinstellung der Instrumentenachse A3 erreicht werden. Die Feineinstellung ist dem Grunde nach definiert durch den Einstellbereich des Spindelantriebs 1430, 1440, und die Position der Spindelmutter 1440 oder des Hebelarms 1250 wird konstant überwacht durch den Positionsdetektor 1414 und den Indikator 1480.
Wie oben bemerkt, stellt 11 einen Querschnitt der Motorantriebsvorrichtung 400 dar. Der Querschnitt A-A umfasst die Drehachse A1 und die Instrumentenachse A3, was auch in 12 gesehen werden kann. Der erste Motor 1210 ist drehbar angebracht mittels passender Lager 1509, beispielsweise Kugellager oder Gleitlager um die Drehachse A1 auf dem Rahmen 1411. Das Getrieberitzel 1510 greift in das Stirnradgetriebe 1270 ein und ist fest mit der Drehachse A1 des ersten Motors verbunden. Das Stirnradgetriebe 1270 ist fest mit der Instrumentenachse (Drehachse) A3 verbunden.
Ferner kann ein Stirnradgetriebe 1517 mit dem Stirnradgetriebe 1270 gekoppelt werden, so dass mittels der Federkräfte, die Tangentialen an den Stirnräder gegenläufig eingreifen, eine Spielfreiheit des Stirnradgetriebes erhalten werden kann. Eine Drehung der Instrumentenachse A3 bringt den Teleskopkörper (Kopfeinheit) 1111 zum Drehen.
Andererseits ist in 12 eine Querschnittsansicht der Motorantriebsvorrichtung 400 entlang B-B rechtwinklig zu der Drehachse A1 und parallel zu der Drehachse A2 dargestellt. Hier ist der zweite Motor 1220 an dem Rahmen 1411 durch Bolzen angebracht, einschließlich eines Bolzens 1618, so dass der Stator 422 nicht um die Rotorachse A2 mit Bezug auf den Rahmen 1411 gedreht werden kann.
Wie mit Bezug auf 10–12 beschrieben, werden in der Motorantriebsvorrichtung 1400 mehrere Zahnräder als Getriebeelemente zum Drehen verschiedener Teile der Motorantriebsvorrichtung verwendet.
Beispielsweise kann die Vorrichtung 900 oder 900' an der Drehachse A1 und Instrumentenachse A3 angebracht werden, um die Qualität der Getriebeanordnung zu bestimmen, die gebildet wird aus dem Getrieberitzel 1510 und dem Stirnradgetriebe 1270. Im Einzelnen wird dabei das Mittel 910 mit der Drehachse A1 und das Mittel 920 mit der Drehachse A1 verbunden. Durch die mit Bezug auf 2 beschriebenen Schritte kann somit herausgefunden werden, ob eines der Getrieberäder, z. B. Getrieberitzel oder Stirnradgetriebe, eine hohe Exzentrizität aufweisen, oder es kann ein optimaler Abstand zwischen diesen Getrieberädern festgestellt werden durch Betrachtung der Frequenzkomponente, die sich durch eine Anzahl der Getrieberadzahneingriffe zwischen den Getrieberadzähnen der Getrieberäder der Getriebeanordnung ergibt. Demnach werden Zieldrehwinkel an der Drehachse A1 eingestellt und Ausgabedrehwinkel an der Achse A3 gemessen.
Auf ähnliche Art und Weise können auch die Getrieberäder zwischen der Drehachse A2 und der Drehachse A1 überprüft werden, also insbesondere die Getriebeanordnung des Spindelradantriebs aus Gewindespindel 1430 und Spindelmutter 1440.
Zusätzlich lässt sich auch die Qualität des Gesamtgetriebes in 10 bestimmen, indem Mittel 910 mit der Drehachse A2 und Mittel 920 mit der Drehachse A1 verbunden werden sowie Zieldrehwinkel an der Drehachse A2 eingestellt werden und Ausgabedrehwinkel an der Drehachse A1 gemessen. werden.
Beispielsweise können wie in 7 und 8 gezeigte Diagramme erhalten werden, wenn das erste Getrieberad in der 10 dem Getrieberitzel 510 entspricht und das zweite Getrieberad dem Stirnradgetriebe 1270 entspricht.
Die oben beschriebene Motorantriebsvorrichtung mit der Getriebeanordnung kann in einem Vermessungsinstrument integriert werden zum Drehen einer Instrumentenachse des Vermessungsinstruments. Ferner können, falls es gewünscht wird, den Kopf eines Vermessungsinstruments in zwei Richtungen zu drehen, nämlich in eine horizontale und vertikale Richtung, zwei Motorantriebsvorrichtungen in dem Vermessungsinstrument integriert werden, so dass die erste Motorantriebsvorrichtung eine horizontale Instrumentenachse drehen kann und die zweite Motorantriebsvorrichtung eine vertikale Instrumentenachse drehen kann.
Durch Verwenden des Verfahrens und der Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getriebeanordnung kann die Genauigkeit der Winkeleinstellung der Motorantriebsvorrichtung des Vermessungsinstruments erhöht werden. Insbesondere können optimale Abstände für die Getrieberäder gefunden werden oder fehlerhafte Getrieberäder ermittelt werden. Somit können die oben beschriebenen erfinderischen Konzepte bei der Justierung in der Produktion oder Wartung von Vermessungsinstrumenten ein Qualitätsmanagement vereinfachen und verbessern.
Wie oben beschrieben, kann die Berechnungseinheit 190 oder der Controller 930 bei der Steuerung und/oder Berechnung und Bestimmung der Qualität eingesetzt werden.
Als Berechnungseinheit oder Controller wird beispielsweise ein Prozessor, wie Prozessor 933, verwendet, der in einem Messintervall Instruktionen ausgibt, Zieldrehwinkel einzustellen und gemessene Ausgabedrehwinkel empfängt. Des Weiteren kann der Prozessor die den obigen Verfahrensschritten entsprechenden Funktionen ausführen. Insbesondere kann der Controller 930 oder die Berechnungseinheit 190 durch einen PC oder andere Art von Computer realisiert werden. Alternativ kann der Controller oder die Berechnungseinheit durch ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder integrierte Schaltung, wie z. B. eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder Software oder eine passende Kombination der obigen realisiert werden, ist aber nicht darauf begrenzt. Ferner enthält, wie mit Bezug auf 9b erwähnt, der Controller oder die Berechnungseinheit einen Speicher, der in Signalkommunikation mit dem Prozessor arbeiten kann.
Die Funktion des Controllers oder der Berechnungseinheit können als Softwareprogramm verkörpert sein und durch einen Prozessor und einen Speicher, wie z. B. ein RAM, ROM, Festplatte, EEPROM, Flash-Speicher, etc., realisiert werden. Ein Programmcode, der in dem Speicher gespeichert ist, kann ein Programm mit Anweisungen sein, aus^gebildet zum Bewirken, dass der Prozessor in dem Controller die oben beschriebenen Schritte bzw. Funktionen ausführt.
Ein Programmcode, der in dem Speicher gespeichert ist, kann ein Programm mit Anweisungen sein, die ausgebildet sind, zum Bewirken, dass der Prozessor in dem Controller die oben beschriebenen Schritte bzw. Funktionen des Verfahrens/Vorrichtung ausführt.
In anderen Worten ausgedrückt, kann ein Programm mit Anweisungen bereitgestellt werden, die ausgebildet sind zum Bewirken, dass ein Prozessor, wie z. B. der Prozessor des Controllers, Kombinationen der oben beschriebenen Schritte bzw. Funktionen ausführt.
Über dies hinaus kann ein computerlesbares Medium bereitgestellt werden, in dem das Programm verkörpert ist. Das computerlesbare Medium kann gegenständlich sein, wie z. B. eine Diskette oder ein Datenträger oder kann nicht-greifbar sein, dargestellt durch Signale, die passend sind für eine elektronische, optische oder andere Art von Übertragung. Ein Computerprogrammprodukt kann das computerlesbare Medium umfassen, und wenn in einen Programmspeicher eines Computers geladen, den Prozessor dazu bringen, dass der Prozessor oder Mikroprozessor die oben beschriebenen Schritte bzw. Funktionen ausführt.
Wie oben beschrieben, erlauben die obigen Ausführungsformen und Beispiele die Bestimmung einer Qualität einer Getriebeanordnung zur Qualitätssicherung, zum Justieren und Testen in der Endfertigung und in der Wartung sowie eine Fehleranalyse.
Es wird erkannt, dass verschiedene Modifizierungen und Variierungen in den beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang oder Geist der Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wurde in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und Beispiele beschrieben, die als darstellend und nicht einschränkend vorgesehen sind. Der Fachmann erkennt, dass viele verschiedene Kombinationen von Hardware, Software, und Firmware zum Ausführen der Erfindung verwendet werden können.
über dies hinaus werden andere Implementierungen der Erfindung dem Fachmann bei Betrachtung der Beschreibung und Ausführung der Erfindung, die hierin offenbart ist, ersichtlich. Es ist vorgesehen, dass die Beschreibungen der Beispiele nur als beispielhaft betrachtet werden. Daher sollte erkannt werden, dass erfinderische Aspekte auch in weniger als allen Merkmalen der vorhergehenden offenbarten. Implementierung oder Konfigurierung liegen. Somit wird der wahre Umfang und Geist der Erfindung durch die folgenden Ansprüche dargelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009000350 B3 [0103]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Qualität einer Getrieberadanordnung aus mindestens zwei Getrieberädern (130, 160), umfassend: Einstellen in einem Messintervall einer Abfolge von Zieldrehwinkeln (phi_A) eines ersten Getrieberads (130); Messen für jeden der Zieldrehwinkel (phi_A) eines Ausgabedrehwinkels (phi_B) eines zweiten Getrieberads (160); Berechnen einer Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln auf Grundlage der Vielzahl der Zieldrehwinkel unter Verwendung von mindestens einem Übersetzungsverhältnis des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads; Erhalten von. Drehwinkelunterschieden (delta) zwischen der Vielzahl von Ausgabedrehwinkeln (phi_B) und der Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln; Bilden einer Abfolge von Summenwerten (deltaAcc), die in Zusammenhang stehen mit den Drehwinkelunterschieden (delta), wobei ein Summenwert, der in Zusammenhang steht mit einem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied, eine Summe von Drehwinkelunterschieden umfasst, die dem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied in dem Messintervall vorangehen; Bestimmen, basierend auf der Abfolge von Summenwerten, von mindestens einem von einem ersten Amplitudenwert (a_A) einer ersten Frequenzkomponente, die sich durch ein Drehen des ersten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt; einem zweiten Amplitudenwert (a_B) einer zweiten Frequenzkomponente, die sich durch ein Drehen des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt; und einem dritten Amplitudenwert (a_T) einer dritten Frequenzkomponente, die sich durch eine Anzahl der Getrieberadzahneingriffe zwischen den Getrieberadzähnen des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt; wobei der mindestens eine Amplitudenwert, der in Zusammenhang mit der ersten, zweiten oder dritten Frequenzkomponente steht, ein Qualitätsmaß der Getrieberadanordnung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Durchführen einer Frequenzanalyse zum Bestimmen des mindestens einen Amplitudenwerts der ersten, zweiten oder dritten Frequenzkomponente.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Frequenzanalyse ein Transformieren der Abfolge der Summenwerte in den Frequenzbereich oder graphische Analyse der Abfolge der Summenwerte im Zeitbereich umfasst zum Bestimmen mindestens einer der Frequenzkomponenten und deren zugehörigen Amplitudenwert.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend Zurücktransformieren der bestimmten ersten Frequenzkomponente in den Zeitbereich zum Erhalten eines ersten akkumulierten Drehwinkelfehlers (deltaInt_A), der durch das erste Getrieberad erzeugt wird; und/oder Zurücktransformieren der bestimmten zweiten Frequenzkomponente in den Zeitbereich zum Erhalten eines zweiten akkumulierten Drehwinkelfehlers (deltaInt_B), der durch das zweite Getrieberad erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend Bilden einer Ableitung (delta_A) für das erste Getrieberad von dem ersten akkumulierten Drehwinkelfehler; und Bilden einer Ableitung (delta_B) für das zweite Getrieberad von dem zweiten akkumulierten Drehwinkelfehler.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend Erhalten einer ersten Radiusvariation (delta_rA) des ersten Getrieberads auf Grundlage eines Minimums der Ableitung für das erste Getrieberad und eines Maximums der Ableitung für das erste Getrieberad; und/oder Erhalten einer zweiten Radiusvariation (delta_rB) des zweiten Getrieberads auf Grundlage eines Minimums der Ableitung für das zweite Getrieberad und eines Maximums der Ableitung für das zweite Getrieberad.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, ferner umfassend Bestimmen von Oberwellen der dritten Frequenzkomponente, und Erhalten von Amplitudenwerten der Oberwellen der dritten Frequenzkomponente als Qualitätsmaß der Getrieberadanordnung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, ferner umfassend Minimieren des Amplitudenwerts von mindestens einem von dem Amplitudenwert der dritten Frequenzkomponente und den Amplitudenwerten der Oberwellen der dritten Frequenzkomponente durch Variieren des Abstands zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das Messintervall mindestens eine Drehung enthält von dem einen Getrieberad der Getrieberäder, dessen Umfang größer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, umfassend zusätzlich zur Bestimmen der Amplitudenwerte, Bestimmen einer Phase der Frequenzkomponente im Frequenzbereich, wobei die Phase in Zusammenhang steht mit dem einen Getrieberad der Getrieberäder, dessen Umfang größer ist; und Einstellen des Messintervalls auf Grundlage der bestimmten Phase.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Erhalten von Amplitudenwerten der dritten Frequenzkomponente für unterschiedliche Abstandswerte zwischen der ersten Drehachse des ersten Getrieberads und der zweiten Drehachse des zweiten Getrieberads und iterativ Ändern der Abstandswerte zum Minimieren der dritten Frequenzkomponente.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Korrigieren eines Winkelfehlers des zweiten Getrieberads unter Verwendung eines Summenwerts der Abfolge von Summenwerten, der in Zusammenhang steht mit einem Zieldrehwinkel des ersten Getrieberads.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität einer Getrieberadanordnung aus mindestens zwei Getrieberädern, umfassend Mittel (910) zum Einstellen in einem Messintervall einer Abfolge von Zieldrehwinkeln eines ersten Getrieberads; Mittel (920) zum Messen für jeden der Zieldrehwinkel eines Ausgabedrehwinkels eines zweiten Getrieberads; Mittel (932) zum Berechnen einer Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln auf Grundlage der Vielzahl der Zieldrehwinkel unter Verwendung von mindestens einem Übersetzungsverhältnis des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads; Mittel (934) zum Erhalten von Drehwinkelunterschieden zwischen der Vielzahl von Ausgabedrehwinkeln und der Vielzahl von theoretischen Ausgabedrehwinkeln; Mittel (936) zum Bilden einer Abfolge von Summenwerten, die in Zusammenhang stehen mit den Drehwinkelunterschieden, wobei ein Summenwert, der in Zusammenhang steht mit einem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied, eine Summe von Drehwinkelunterschieden umfasst, die dem gegenwärtigen Drehwinkelunterschied in dem Messintervall vorangehen; Mittel (938) zum Bestimmen, basierend auf der Abfolge von Summenwerten, mindestens eines ersten Amplitudenwerts (a_A) einer ersten Frequenzkomponente, die sich durch ein Drehen des ersten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt; zweiten Amplitudenwerts (a_B) einer zweiten Frequenzkomponente, die sich durch ein Drehen des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt; und dritten Amplitudenwerts (a_T) einer dritten Frequenzkomponente, die sich durch eine Anzahl der Getrieberadzahneingriffe zwischen den Getrieberadzähnen des ersten Getrieberads und des zweiten Getrieberads innerhalb des Messintervalls ergibt; wobei der mindestens eine Amplitudenwert, der in Zusammenhang steht mit der ersten, zweiten oder dritten Frequenzkomponente, ein Qualitätsmaß der Getrieberadanordnung darstellt.
System enthaltend die Vorrichtung nach Anspruch 13 und ein Vermessungsinstrument, das die Getrieberadanordnung umfasst.
Programm für ein Datenverarbeitungsgerät zum Ausführen des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1–12.
Computerprogrammprodukt, das das Programm nach Anspruch 15 enthält.