DE102023100826A1 - Drehwinkelmesseinrichtung, Getriebeeinheit, Gelenkmodul und Verfahren - Google Patents

Drehwinkelmesseinrichtung, Getriebeeinheit, Gelenkmodul und Verfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102023100826A1
DE102023100826A1 DE102023100826.9A DE102023100826A DE102023100826A1 DE 102023100826 A1 DE102023100826 A1 DE 102023100826A1 DE 102023100826 A DE102023100826 A DE 102023100826A DE 102023100826 A1 DE102023100826 A1 DE 102023100826A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
depressions
rotation
detection device
measuring device
pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102023100826.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Jochen Damerau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to DE102023100826.9A priority Critical patent/DE102023100826A1/de
Publication of DE102023100826A1 publication Critical patent/DE102023100826A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/3473—Circular or rotary encoders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715—Scale reading or illumination devices
    • G01D5/34723—Scale reading or illumination devices involving light-guides

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehwinkelmesseinrichtung miteiner Maßverkörperung, die ein strukturelles und optisch erfassbares Muster aufweist, wobei das Muster auf einem Kreisumfang ausgebildet ist und in einer Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Vertiefungen aufweist,einer entlang und relativ zu dem Muster rotierbar ausgebildeten Erfassungsvorrichtung zum optischen Erfassen der Vertiefungen,einer Auswerteeinheit, die dazu konfiguriert ist, anhand einer Anzahl an erfassten Vertiefungen und einem vorgegebenen Winkelabstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vertiefungen einen relativen Drehwinkel zwischen der Maßverkörperung undder Erfassungsvorrichtung zu ermitteln.Ferner betrifft die Erfindung eine Getriebeeinheit, ein Gelenkmodul und ein Verfahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drehwinkelmesseinrichtung mit einer Maßverkörperung, einer Erfassungsvorrichtung und einer Auswerteeinheit zur Ermittlung eines relativen Drehwinkels zwischen der Maßverkörperung und der Erfassungsvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine Getriebeeinheit mit einer derartigen Drehwinkelmesseinrichtung. Zudem betrifft die Erfindung ein Gelenkmodul mit einer solchen Getriebeeinheit. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen eines Drehwinkels.
  • Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung, beispielsweise im Rahmen der sogenannten Industrie 4.0, steigt die Relevanz und damit einhergehend der Gebrauch mechatronischer Systeme. Die Steuerung und Regelung solcher Systeme, beispielsweise und insbesondere von Robotern, erfordert eine genaue Kenntnis über den jeweiligen Bewegungszustand, d.h. der Kinematik, der in Frage stehenden mechatronischen Bauteile, um letztlich eine hohe Bewegungs-Präzision in der Produktion zu erzielen. Insbesondere die Bewegung von Roboterarmen bzw. des Werkzeugmittelpunkts (Tool Center Point TCP) kann eine hohe Genauigkeit erfordern. Ferner kann infolge von Elastizitäten mechanischer Bauteile die präzise Ermittlung des kinematischen Zustands und mithin auch eine präzise Werkzeugführung erschwert werden.
  • Für eine präzise Bewegungsführung von Roboterarmen ist insbesondere die Ermittlung der Drehstellung bzw. der relativen Winkellage zweier unmittelbar benachbarter Roboterarmsegmente erforderlich. Vorrichtungen oder Sensoren zur Ermittlung der Drehstellung von Roboterarmen sind im Stand der Technik bereits bekannt. Diese können jedoch komplex und aufgrund der hohen Präzisionserfordernisse mit hohen Kosten verbunden sein.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine einfache und kostengünstige Lösung zur präzisen Erfassung der relativen Winkellage zweier benachbarter Roboterarme bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Drehwinkelmesseinrichtung mit
    • einer Maßverkörperung, die ein strukturelles und optisch erfassbares Muster aufweist, wobei das Muster auf einem Kreisumfang ausgebildet ist und in einer Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Vertiefungen aufweist,
    • einer entlang und relativ zu dem Muster rotierbar ausgebildeten Erfassungsvorrichtung zum optischen Erfassen der Vertiefungen und
    • einer Auswerteeinheit, die dazu konfiguriert ist, anhand einer Anzahl an erfassten Vertiefungen und einem vorgegebenen Winkelabstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vertiefungen einen relativen Drehwinkel zwischen der Maßverkörperung und der Erfassungsvorrichtung zu ermitteln.
  • Die Drehwinkelmesseinrichtung gemäß der Erfindung weist eine Maßverkörperung, eine Erfassungsvorrichtung und eine Auswerteeinheit auf. Die Maßverkörperung weist ein auf einem Kreisumfang ausgebildetes strukturelles Muster auf, das optisch erfassbar ist. Ferner weist das Muster gleichmäßig beabstandete Vertiefungen in einer Umfangsrichtung auf. Der technische Vorteil der Ausbildung von gleichmäßig beabstandeten Vertiefungen ist, dass eine Teilung des Musters in die Umfangsrichtung, ähnlich einem Ziffernblatt eines Chronographen, bereitgestellt wird. Die Erfassungsvorrichtung ist entlang und relativ zu dem Muster rotierbar ausgebildet und zum optischen Erfassen der Vertiefungen vorgesehen. Mit anderen Worten kann die Erfassungsvorrichtung entlang des Kreisumfangs bewegt werden. Die Auswerteeinheit ist dazu konfiguriert, anhand einer Anzahl an erfassten Vertiefungen und einem vorgegebenen Winkelabstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vertiefungen einen relativen Drehwinkel zwischen der Maßverkörperung und der Erfassungsvorrichtung zu ermitteln. Insbesondere durch Multiplikation des vorgegebenen Winkelabstands mit der Anzahl an erfassten Vertiefungen kann der relative Winkel zwischen der Maßverkörperung und der Erfassungsvorrichtung ermittelt werden. Der Kreisumfang ist bevorzugt - im Rahmen der anwendungsspezifischen Möglichkeiten - so groß wie möglich ausgebildet, um eine möglichst große Zahl an Vertiefungen in dem Muster mit jeweils geringerem Winkelabstand entlang des Kreisumfangs vorzusehen. Hieraus erwächst der Vorteil, dass die Präzision des ermittelbaren relativen Winkels zwischen der Maßverkörperung und der Erfassungsvorrichtung durch eine feinere Teilung des Musters erhöht werden kann. Mithin kann mit sehr geringem Aufwand auf einfache und kostengünstige Weise der relative Drehwinkel zwischen der Maßverkörperung und der Erfassungsvorrichtung mit einer höheren Genauigkeit erfasst werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Erfassungsvorrichtung einen Laser auf. Der Einsatz eines Lasers geht mit dem Vorteil einher, dass elektromagnetische Strahlung scharf gebündelt auf die Vertiefungen der Maßverkörperungen gerichtet werden kann. Es kann so ein möglichst kleiner Leuchtfleck erhalten werden, der als Abtastbereich zum Abtasten der Maßverkörperung dient.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Erfassungsvorrichtung derart ausgebildet, dass der Laser einen Leuchtfleck auf der Maßverkörperung erzeugt, der in der Umfangsrichtung eine Ausdehnung im Bereich von 100 nm bis 900 nm, bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 600 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 300 nm, beispielsweise 250 nm aufweist. Ausdehnungen des Leuchtflecks in die Umfangsrichtung von 100 nm bis 900 nm sind aus bereits etablierten Technologien wie CD, DVD und Blu-ray bekannt. Erfassungsvorrichtungen, die für diese Technologien bereitstehen, können mithin zur Erfassung der Maßverkörperung gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Erfassungsvorrichtung eine Fotodiode aufweist. Ferner kann die Erfassungsvorrichtung einen zumindest in eine Richtung elektromagnetische Strahlung transmittierenden, d.h. durchlässigen, prismatischen Körper und/oder eine Linse aufweisen. Die Laserstrahlung kann sich durch den prismatischen Körper und/oder die Linse ausbreiten und auf die Vertiefungen gerichtet sein. Mittels der Linse kann die Laserstrahlung präzise gebündelt und gerichtet werden. Zudem kann der prismatische Körper eine zumindest teilweise reflektierende Teil-Oberfläche aufweisen, über die an der Maßverkörperung reflektierte Strahlung auf die Fotodiode gerichtet werden kann. Die Fotodiode kann elektromagnetische Strahlung erfassen, in einen elektrischen Strom umwandeln und derart das Vorhandensein oder Fehlen von Vertiefungen detektieren.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen in der Umfangsrichtung eine Ausdehnung im Bereich von 100 nm bis 900 nm aufweisen, bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 200 nm, beispielsweise 150 nm. Die etablierten Technologien zur Herstellung von CDs, DVDs und Blu-ray Discs können zur Fertigung geeigneter Maßverkörperungen gemäß der Erfindung mit Vertiefungen mit den entsprechenden Maßen im Bereich von 100 nm bis 900 nm angewandt werden.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Radialaktuator zum Bewegen der Erfassungsvorrichtung entlang einer zur Umfangsrichtung senkrechten Radialrichtung vor, um Fluchtungs- oder Ausrichtungsfehler auszugleichen. Der Radialaktuator kann in einer sich in die Radialrichtung erstreckenden Ausnehmung bewegbar ausgebildet und ein- oder zweiseitig führbar sein. Alternativ oder zusätzlich können die Vertiefungen zum Ausgleich von Fluchtungs- oder Ausrichtungsfehlern eine größere Ausdehnung in die Radialrichtung aufweisen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht einen Drehrichtungssensor zum Detektieren der Drehrichtung der Erfassungsvorrichtung gegenüber der Maßverkörperung vor. Insbesondere in Roboterarmen kann es notwendig sein, dass zwei benachbarte Roboterarmsegmente in zwei entgegengesetzte Richtungen gedreht werden müssen. Mittels des Drehrichtungssensors kann die Drehrichtung ermittelt werden. Der Drehrichtungssensor kann einen Laser umfassen, wobei eine Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung des Lasers unter einem Winkel auf die Vertiefungen gerichtet sein, der von einem rechten Winkel abweicht, beispielsweise tangential zum Kreisumfang. In Abhängigkeit der Drehrichtung der Erfassungsvorrichtung gegenüber der Maßverkörperung wird die Reflexionscharakteristik an der Maßverkörperung unterschiedlich sein, sodass auf die Drehrichtung geschlossen werden kann, beispielsweise mittels der Auswerteeinheit. Die Erfassungsvorrichtung kann den Drehrichtungssensor umfassen. Alternativ kann der Drehrichtungssensor separat ausgebildet sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen zylinderförmig, prismatisch, sphärisch oder teilsphärisch ausgebildet sind. Abschnitte der Maßverkörperung, die jeweils zwischen zwei benachbarten Vertiefungen ausgebildet sind, können gerade oder planar ausgebildet sein und sich bevorzugt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlen der Erfassungsvorrichtung erstrecken, sodass auf den Abschnitten auftreffende Laserstrahlen parallel zu den reflektierten Laserstrahlen angeordnet sind. Mit anderen Worten können Laserstrahlen auf den Abschnitten ohne Streuung reflektiert werden. Sodann können die reflektierten Laserstrahlen mittels des prismatischen Körpers zu der Fotodiode abgelenkt werden. Ferner können die Vertiefungen in einem jeweiligen Vertiefungsgrund eine Krümmung aufweisen, beispielsweise mittels einer halbsphärischen Ausgestaltung der Vertiefungen, sodass auf den Vertiefungsgrund auftreffende Laserstrahlen ungerichtet reflektiert und somit gestreut werden.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Getriebeeinheit mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle und einer Drehwinkelmesseinrichtung nach einem der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen, wobei
    die Maßverkörperung drehfest mit der Antriebswelle oder der Abtriebswelle verbunden ist und das Muster konzentrisch um die Antriebswelle bzw. die Abtriebswelle ausgebildet ist. Die Antriebswelle kann insbesondere ein erstes Roboterarmsegment und die Abtriebswelle ein zweites Roboterarmsegment sein, wobei das erste Roboterarmsegment und das zweite Roboterarmsegment unmittelbar benachbart sind.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Erfassungsvorrichtung drehfest mit der jeweiligen anderen von Antriebswelle und Abtriebswelle verbunden ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Gelenkmodul für einen Roboterarm mit einer Getriebeeinheit nach einem der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen eines Drehwinkels mit
    einer Maßverkörperung, die ein strukturelles und optisch erfassbares Muster aufweist, wobei das Muster auf einem Kreisumfang ausgebildet ist und in einer Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Vertiefungen aufweist, wobei die Vertiefungen mit einer entlang und relativ zu dem Muster rotierbar ausgebildeten Erfassungsvorrichtung optisch erfasst werden,
    wobei anhand einer Anzahl an erfassten Vertiefungen und einem vorgegebenen Winkelabstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vertiefungen ein relativer Drehwinkel zwischen der Maßverkörperung und der Erfassungsvorrichtung ermittelt wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit, dem erfindungsgemäßen Gelenkmodul und dem erfindungsgemäßen Verfahren können dieselben Vorteile und Wirkungen erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Drehwinkelmesseinrichtung beschrieben worden sind.
  • Die im Zusammenhang mit der Drehwinkelmesseinrichtung beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale können, allein oder in Kombination, auch bei der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit, dem erfindungsgemäßen Gelenkmodul und dem erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung finden.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
    • 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit, die eine erfindungsgemäße Drehwinkelmesseinrichtung aufweist, in einer Seitenansicht;
    • 2a schematisch in einer Detailansicht die Drehwinkelmesseinrichtung aus der 1 beim Auftreffen eines Laserstrahls in einer Vertiefung;
    • 2b schematisch in einer Detailansicht die Drehwinkelmesseinrichtung aus der 1 beim Auftreffen eines Laserstrahls in einem Abschnitt; und
    • 3 schematisch eine Detailansicht der Maßverkörperung aus der 1 in einer Draufsicht.
  • In der 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit 10, die eine erfindungsgemäße Drehwinkelmesseinrichtung 1 aufweist, in einer Seitenansicht dargestellt. Die Drehwinkelmesseinrichtung 1 umfasst eine Maßverkörperung 3, die ein strukturelles und optisch erfassbares Muster 5 aufweist, wobei das Muster 5 auf einem Kreisumfang ausgebildet ist und in einer Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Vertiefungen 5` aufweist. Ferner weist die Drehwinkelmesseinrichtung 1 eine entlang und relativ zu dem Muster 5 rotierbar ausgebildete Erfassungsvorrichtung 7 zum optischen Erfassen der Vertiefungen 5` auf. Zudem umfasst die Drehwinkelmesseinrichtung 1 eine in der 1 nicht dargestellte Auswerteeinheit, die dazu konfiguriert ist, anhand einer Anzahl an erfassten Vertiefungen 5` und einem vorgegebenen Winkelabstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vertiefungen 5` einen relativen Drehwinkel zwischen der Maßverkörperung 3 und der Erfassungsvorrichtung 7 zu ermitteln.
  • Die Getriebeeinheit 10 umfasst neben der Drehwinkelmesseinrichtung 1 eine Antriebswelle 11 und eine Abtriebswelle 12, wobei die Maßverkörperung 3 drehfest mit der Abtriebswelle 12 verbunden und das Muster 5 konzentrisch um die Abtriebswelle 12 ausgebildet ist. Ferner ist die Erfassungsvorrichtung 7 drehfest mit der Antriebswelle 11 verbunden. Die Antriebswelle 11 und die Abtriebswelle 12 sind konzentrisch zueinander angeordnet und um eine gemeinsame Achse 13 ausgebildet. Zudem weist das auf einem Kreisumfang ausgebildete Muster 5 einen Radius R auf, der identisch ist zu einem Abstand der Erfassungsvorrichtung 7 von der Achse 13. Mithin rotieren die Erfassungsvorrichtung 7 und das Muster 5 relativ zueinander, wobei durch Laserstrahlen 7` die Vertiefungen 5` optisch detektiert werden können.
  • In 2a ist schematisch in einer Detailansicht die Drehwinkelmesseinrichtung aus der 1 beim Auftreffen eines Laserstrahls 7` in einer Vertiefung 5` dargestellt. Eine Laserdiode 15 emittiert den Laserstrahl 7` durch einen prismatischen Körper 16 und eine bikonvexe Linse 17. Der Laserstrahl 7` trifft zum in der 2a dargestellten Zeitpunkt in einer Vertiefung 5` mit einem sphärischen Vertiefungsgrund auf und wird in dieser gestreut. Der Laserstrahl 7` wird insofern nicht oder zumindest nur in zu vernachlässigender Weise reflektiert. Der optische Sensor 18 erfasst somit keinen bzw. nur einen vernachlässigend geringen reflektierten Laserstrahl.
  • In 2b ist schematisch in einer Detailansicht die Drehwinkelmesseinrichtung aus der 1 beim Auftreffen des Laserstrahls 7` in einem Abschnitt 5" dargestellt. Abschnitte 5" sind die in einer Umfangsrichtung ausgebildeten ebenen Bereiche zwischen zwei benachbarten Vertiefungen 5` auf der Maßverkörperung 3 (vgl. auch 3). Trifft der emittierte Laserstrahl 7` auf einen Abschnitt 5", wird er reflektiert. Sodann wird der reflektierte Laserstrahl 7` auf einer Teil-Oberfläche des prismatischen Körpers erneut reflektiert und auf den Sensor 18 gerichtet und von diesem detektiert.
  • In der 3 ist schematisch eine Detailansicht der Maßverkörperung 3 aus der 1 in einer Draufsicht dargestellt. Die Vertiefungen 5' sind sphärisch ausgebildet und gleichmäßig, d.h. um einen vorgegebenen konstanten Winkelabstand φ, beabstandet. Zwischen den Vertiefungen 5` sind die planaren Abschnitte 5" ausgebildet, auf denen Laserstrahlen 7` reflektiert werden können. Durch eine Relativbewegung zwischen der Maßverkörperung 3 und der Erfassungsvorrichtung 7 kann die Anzahl der Vertiefungen 5` mittels des Laserstrahls 7` erfasst werden. Durch Multiplikation der Anzahl mit dem Winkelabstand φ kann ein relativer Drehwinkel zwischen der Maßverkörperung 3 und der Erfassungsvorrichtung 7 ermittelt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Drehwinkelmesseinrichtung
    3
    Maßverkörperung
    5
    Muster
    5`
    Vertiefung
    5"
    Abschnitt
    7
    Erfassungsvorrichtung
    7`
    Laserstrahl
    10
    Getriebeeinheit
    11
    Antriebswelle
    12
    Abtriebswelle
    13
    Achse
    15
    Laserdiode
    16
    Prismatischer Körper
    17
    Linse
    18
    Sensor
    R
    Radius
    φ
    Winkelabstand

Claims (12)

  1. Drehwinkelmesseinrichtung (1) mit einer Maßverkörperung (3), die ein strukturelles und optisch erfassbares Muster (5) aufweist, wobei das Muster (5) auf einem Kreisumfang (K) ausgebildet ist und in einer Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Vertiefungen (5`) aufweist, einer entlang und relativ zu dem Muster (5) rotierbar ausgebildeten Erfassungsvorrichtung (7) zum optischen Erfassen der Vertiefungen (5`) und einer Auswerteeinheit, die dazu konfiguriert ist, anhand einer Anzahl an erfassten Vertiefungen (5`) und einem vorgegebenen Winkelabstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vertiefungen (5`) einen relativen Drehwinkel zwischen der Maßverkörperung (3) und der Erfassungsvorrichtung (7) zu ermitteln.
  2. Drehwinkelmesseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (7) einen Laser aufweist.
  3. Drehwinkelmesseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass der Laser einen Leuchtfleck auf der Maßverkörperung (3) erzeugt, der in der Umfangsrichtung eine Ausdehnung im Bereich von 100 nm bis 900 nm, bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 600 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 300 nm, beispielsweise 250 nm aufweist.
  4. Drehwinkelmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (7) eine Fotodiode aufweist.
  5. Drehwinkelmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5`) in der Umfangsrichtung eine Ausdehnung im Bereich von 100 nm bis 900 nm aufweisen, bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 200 nm, beispielsweise 150 nm.
  6. Drehwinkelmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Radialaktuator (9) zum Bewegen der Erfassungsvorrichtung (7) entlang einer zur Umfangsrichtung senkrechten Radialrichtung, um Fluchtungs- oder Ausrichtungsfehler auszugleichen.
  7. Drehwinkelmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Drehrichtungssensor (D) zum Detektieren der Drehrichtung der Erfassungsvorrichtung (7) gegenüber der Maßverkörperung (3).
  8. Drehwinkelmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5`) zylinderförmig, prismatisch, sphärisch oder teilsphärisch ausgebildet sind.
  9. Getriebeeinheit (10) mit einer Antriebswelle (11), einer Abtriebswelle (12) und einer Drehwinkelmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Maßverkörperung (3) drehfest mit der Antriebswelle (11) oder der Abtriebswelle (12) verbunden ist und das Muster (5) konzentrisch um die Antriebswelle (11) bzw. die Abtriebswelle (12) ausgebildet ist.
  10. Getriebeeinheit (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (7) drehfest mit der jeweiligen anderen von Antriebswelle (11) und Abtriebswelle (12) verbunden ist.
  11. Gelenkmodul (20) für einen Roboterarm (22) mit einer Getriebeeinheit (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10.
  12. Verfahren zum Messen eines Drehwinkels mit einer Maßverkörperung (3), die ein strukturelles und optisch erfassbares Muster (5) aufweist, wobei das Muster (5) auf einem Kreisumfang (K) ausgebildet ist und in einer Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Vertiefungen (5`) aufweist, wobei die Vertiefungen (5`) mit einer entlang und relativ zu dem Muster (5) rotierbar ausgebildeten Erfassungsvorrichtung (7) optisch erfasst werden, wobei anhand einer Anzahl an erfassten Vertiefungen (5`) und einem vorgegebenen Winkelabstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vertiefungen (5`) ein relativer Drehwinkel zwischen der Maßverkörperung (3) und der Erfassungsvorrichtung (7) ermittelt wird.
DE102023100826.9A 2023-01-16 2023-01-16 Drehwinkelmesseinrichtung, Getriebeeinheit, Gelenkmodul und Verfahren Ceased DE102023100826A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023100826.9A DE102023100826A1 (de) 2023-01-16 2023-01-16 Drehwinkelmesseinrichtung, Getriebeeinheit, Gelenkmodul und Verfahren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023100826.9A DE102023100826A1 (de) 2023-01-16 2023-01-16 Drehwinkelmesseinrichtung, Getriebeeinheit, Gelenkmodul und Verfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102023100826A1 true DE102023100826A1 (de) 2024-01-25

Family

ID=89429764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102023100826.9A Ceased DE102023100826A1 (de) 2023-01-16 2023-01-16 Drehwinkelmesseinrichtung, Getriebeeinheit, Gelenkmodul und Verfahren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102023100826A1 (de)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4536650A (en) 1983-01-26 1985-08-20 Ing. C. Olivetti & C., S.P.A. Optical transducer with a transparent shutter disk
DE3921312A1 (de) 1988-06-29 1990-03-01 Teldix Gmbh Hochaufloesender absolutencoder
EP0637730A1 (de) 1993-07-31 1995-02-08 Maz Mikroelectronik Anwendungszentrum Hamburg Gmbh Winkelkodierer bzw. Winkelstellungsgeber bzw. Drehimpulsgeber
EP0638810A1 (de) 1993-08-09 1995-02-15 Agfa-Gevaert N.V. Kodierelement
DE19518714A1 (de) 1994-06-17 1995-12-21 Baumer Electric Ag Geber mit diffraktiven optischen Abbildungselementen
US5602388A (en) 1994-09-09 1997-02-11 Sony Corporation Absolute and directional encoder using optical disk
DE10036769A1 (de) 2000-07-28 2002-02-14 Kostal Leopold Gmbh & Co Kg Geberscheibe für optoelektronische Drehwinkelsensoren
DE10233152A1 (de) 2002-07-22 2004-02-12 Abb Patent Gmbh Drehwinkelsensor
DE10246268B4 (de) 2002-10-02 2004-11-18 Pwb-Ruhlatec Industrieprodukte Gmbh Encoderanordnung
DE102004011146A1 (de) 2004-01-26 2005-08-18 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Drehgeber und Verfahren zum Betreiben eines Drehgebers
DE102004002683A1 (de) 2004-01-19 2005-08-25 Optolab Licensing Gmbh Optische Positions- oder Längenbestimmung

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4536650A (en) 1983-01-26 1985-08-20 Ing. C. Olivetti & C., S.P.A. Optical transducer with a transparent shutter disk
DE3921312A1 (de) 1988-06-29 1990-03-01 Teldix Gmbh Hochaufloesender absolutencoder
EP0637730A1 (de) 1993-07-31 1995-02-08 Maz Mikroelectronik Anwendungszentrum Hamburg Gmbh Winkelkodierer bzw. Winkelstellungsgeber bzw. Drehimpulsgeber
EP0638810A1 (de) 1993-08-09 1995-02-15 Agfa-Gevaert N.V. Kodierelement
DE19518714A1 (de) 1994-06-17 1995-12-21 Baumer Electric Ag Geber mit diffraktiven optischen Abbildungselementen
US5602388A (en) 1994-09-09 1997-02-11 Sony Corporation Absolute and directional encoder using optical disk
DE10036769A1 (de) 2000-07-28 2002-02-14 Kostal Leopold Gmbh & Co Kg Geberscheibe für optoelektronische Drehwinkelsensoren
DE10233152A1 (de) 2002-07-22 2004-02-12 Abb Patent Gmbh Drehwinkelsensor
DE10246268B4 (de) 2002-10-02 2004-11-18 Pwb-Ruhlatec Industrieprodukte Gmbh Encoderanordnung
DE102004002683A1 (de) 2004-01-19 2005-08-25 Optolab Licensing Gmbh Optische Positions- oder Längenbestimmung
DE102004011146A1 (de) 2004-01-26 2005-08-18 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Drehgeber und Verfahren zum Betreiben eines Drehgebers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2475966B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur optischen kompensation der massspurdezentrierung bei drehwinkelsensoren
DE3731861C2 (de)
DE102008049821B4 (de) Abstandssensor und Verfahren zur Ermittlung eines Abstands und/oder von Abstandsschwankungen zwischen einem Bearbeitungslaser und einem Werkstück
EP3463741B1 (de) Vorrichtung zur prozessüberwachung bei der laserbearbeitung mit einer optischen abstandmessvorrichtung und einer prismen-ablenkeinheit ; laserbearbeitungskopf mit einer solchen vorrichtung
DE10081572B4 (de) Interferometrische Schritteinrichtung zum Messen eines Abstands zwischen Kugeln einer Kugelschrittlehre und Verfahren hierfür
DE112006001423B4 (de) Koordinatenmessgerät sowie Verfahren zum Messen eines Objektes mit einem Koordinatenmessgerät
WO2002025206A1 (de) Anordnung und verfahren zum opto-taktilen messen von strukturen
EP0301390B1 (de) Tastkopf für Koordinatenmessgeräte
DE69222382T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Lageabweichungen
WO2005106384A1 (de) Verfahren und hilfsvorrichtung zum einmessen einer robotergeführten optischen messanordnung
US4337580A (en) Method for inspecting gear contact patterns
DE10132844A1 (de) Hochpräzise Verschiebungsmessvorrichtung und hochpräzises Verschiebungsmessverfahren unter Verwendung einer auf der konfokalen Theorie basierenden Verschiebungssensoreinheit
DE102023100826A1 (de) Drehwinkelmesseinrichtung, Getriebeeinheit, Gelenkmodul und Verfahren
DE10303659B4 (de) Optisches Messverfahren zur Ermittlung von Idealformabweichungen technisch polierter Oberflächen und Präzisionsmessmaschine zur Durchführung des Messverfahrens
EP1135709B1 (de) Vorrichtung zum abtasten eines objektes
EP3351895B1 (de) Messvorrichtung und verfahren zum betreiben einer messvorrichtung
DE2835615C2 (de) Elektronischer Koordinatenmeßtaster
EP3374732B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der räumlichen position eines gegenstandes mittels interferometrischer längenmessung
DE10019962B4 (de) Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Flächen, insbesondere zur Messung von sphärischen und von asphärischen Flächen
EP0573950B1 (de) Vorrichtung zur winkelauflösenden optischen Untersuchung einer Probe
EP3236201B1 (de) Rotationslaser zur ermittlung der rechtwinkligkeit zweier maschinenteile
DE102006001329B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur hochgenauen Messung der Oberfläche eines Prüflings
DE102020103500A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Rauheit und der Welligkeit einer Oberfläche eines Werkstücks
DE3407074C2 (de)
DE19755608B4 (de) Verwendung einer Vorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung eines Maßstabs

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R230 Request for early publication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final