DE3419101C1

DE3419101C1 - Winkelmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE3419101C1
Application number: DE19843419101
Authority: DE
Inventors: Heinz 8225 Traunreut Kraus
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1984-05-23
Filing date: 1984-05-23
Publication date: 1985-07-11

Description

In F i g. ist in einem Längsschnitt eine lichtelektrische Winkelmeßeinrichtung mit einem Gehäuse G als Stator dargestellt, das mit einem zweiten zu messenden Objekt 02 in Form eines Maschinenbetts einer nicht gezeigten Werkzeugmaschine verbunden ist. Eine mit einem ersten zu messenden Objekt O t in Form einer Spindel eines Maschinenschlittens der Werkzeugmaschine verbundene rotationssymmetrische Welle W ist im Gehäuse G mittels Lager L drehbar gelagert und trägt eine Teilscheibe S mit einer Winkelteilung 7; die von einer im Gehäuse G befestigten Abtasteinheit A lichtelektrisch abgetastet wird.
Die Winkelteilung T der Teilscheibe S besteht aus radial verlaufenden, lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Streifen, die abwechselnd aufeinander folgen. Zur Abtastung dieser Streifen der Winkelteilung T weist die Abtasteinheit A eine Beleuchtungseinheit B, einen Kondensator K, eine Abtastplatte AP mit zwei Abtastfeldern AF sowie zwei den beiden Abtastfeldern AF zugeordnete Photoelemente P auf. Die Winkelteilungen der Abtastfelder AF der Abtastplatte AP sind mit der Winkelteilung Tder Teilscheibe S identisch und zur Erkennung der Drehrichtung der Teilscheibe S um ein Viertel der Teilungsperiode der Winkelteilung Tder Teilscheibe Szueinander versetzt.
Der von der Beleuchtungseinheit B ausgehende Lichtstrom wird an den relativ zueinander bewegten Teilungen der Winkelteilung T der Teilscheibe S und der Abtastfelder AF moduliert und fällt auf die beiden Photoelemente P, die zwei um 90° zueinander phasenversetzte, periodische Analogsignale liefern, die einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung zur Bildung von Positionsmeßwerten für die Relativlage der beiden zu messenden Objekte 0 1, 0 2 zugeleitet werden.
Zur Befestigung der Teilscheibe S auf der Welle W besitzt die Welle W an einem Wellenende WE gemäß F i g. 2 einen Flansch F mit einer Anlagefläche AL, mit der die Teilscheibe S bei der Montage mittels einer Klebeschicht KS verbunden wird. Die Teilscheibe S weist zu diesem Zweck eine Wellenbohrung WB auf, durch die das Wellenende WE hindurchgreift; die Wellenbohrung WB und das Wellenende WE brauchen in ihren Durchmessern nicht aufeinander abgestimmt zu sein, da sie nicht zur Zentrierung der Teilscheibe S bezüglich der Welle Wherangezogen werden.
Zur genauen Zentrierung der Winkelteilung T der Teilscheibe Bezüglich der Wellenachse WA der Welle W bei der Montage weist erfindungsgemäß die Teilscheibe S eine zur Winkelteilung T konzentrische Vertiefung V auf, an deren Innenwand Vi als konzentrische Zentrierfläche eine Außenfläche Za eines unter axialer Spannung radial spreizbaren, konzentrischen Zentrierelements Zangreift, dessen Innenfläche Ziam rotationssymmetrischen Umfang U des Wellenendes WE der Welle Wanliegt.
Dieses Zentrierelement Z besteht vorzugsweise aus einer Tellerfeder, deren Außenfläche Za im nicht gespannten Zustand nicht an der Innenwand Vi der konzentrischen Vertiefung V der Teilscheibe S und deren Innenfläche Zinicht am Umfang Udes Wellenendes WE der Welle W anliegen. Zur Spannung der Tellerfeder Z in axialer Richtung wird die Tellerfeder Züber einen auf dem Wellenende WEgleitenden Druckring D von einer Spannschraube SP beaufschlagt, die in eine axiale Gewindebohrung GB im Wellenende WE der Welle W eingreift. Durch Drehen der Spannschraube SP drückt die in die konzentrische Vertiefung V eingreifende Tellerfeder Z die auf der Klebeschicht KS schwimmend gelagerte Teilscheibe S gegen die Anlagefläche AL des Flansches Fder Welle W; gleichzeitig erfährt die Tellerfeder Z in radialer Richtung eine Spreizung infolge dieser Spannung, bis die Außenfläche Za der Tellerfeder Z an der Innenwand Vi der Vertiefung Angreift und die Innenfläche Zi der Tellerfeder Z am konzentrischen Umfang Udes Wellenendes WEder Welle Wanliegt, so daß eine exakte Zentrierung der Teilscheibe S und damit der Winkelteilung Tbezüglich der Wellenachse WA der Welle Werfolgt.
Nach dem Aushärten der Klebeschicht KS können die Tellerfeder Z, der Druckring D und die Spannschraube SP entfernt werden. Bevorzugt verbleiben jedoch die Tellerfeder Z, der Druckring D und die Spannschraube SP auf dem Wellenende WE der Welle W als mechanische Sicherung nach Verminderung der Spannung der Tellerfeder Z durch geringfügiges Lösen der Spannschraube SP.
Nach Fig. 3 kann auf dem Wellenende WEder Welle Wauch eine Hülse Haufgeschrumpft sein, an deren zum rotationssymmetrischen Umfang U der Welle W konzentrischen Umfangsfläche UF die Innenfläche Zi der axial gespannten Tellerfeder Zanliegt.
Die Tellerfeder Zund die Spannelemente in Form des Druckringes D und der Spannschraube SP sind einfache und billige handelsübliche Elemente, die durch einen Schleifvorgang nachgearbeitet werden können. Die zur Winkelteilung Tkonzentrische Zentrierfläche Viauf der Teilscheibe S in Form der Innenwand der konzentrischen Vertiefung Vin der Teilscheibe S kann auf einfacheWeise zusammen mit der Winkelteilung Tauf photolithographischem Weg und mit einem zusätzlichen Ätzvorgang hergestellt werden, wobei die zur Ätzung erforderliche Maskierungsschicht für die Vertiefung V durch die die Winkelteilung T darstellende zeichenbildende Schicht gebildet wird. Die Durchmessertoleranzen der konzentrischen Zentrierfläche Vi sowie der Außenfläche Za und der Innenfläche Zi des konzentrischen Zentrierelements Z sind dabei völlig unkritisch, da das Zentrierelement Z unter der axialen Spannung radial spreizbar ist.
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Claims

Patentansprüche: 1. Winkelmeßeinrichtung zur Messung der Winkellage zweier relativ zueinander drehbarer Objekte, bei der eine mit dem ersten Objekt verbundene, drehbar gelagerte Welle eine Teilscheibe trägt, deren Winkelteilung von einer Abtasteinheit abgetastet wird, die an einem mit dem zweiten Objekt verbundenen Stator angeordnet ist, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß zur genauen Zentrierung der Winkelteilung (T) der Teilscheibe (S) bezüglich der Wellenachse (WA) der Welle (W) die Teilscheibe (S) eine zur Winkelteilung (T) konzentrische Zentrierfläche (Vi) aufweist und daß ein unter axialer Spannung radial spreizbares, konzentrisches Zentrierelement (Z) mit einer Außenfläche (Za) an der konzentrischen Zentrierfläche (Vi9 der Teilscheibe (S) und mit einer Innenfläche (Zí) am rotationssymmetrischen Umfang (U) der Welle (W) oder an einer zum Umfang (U) der Welle (W) konzentrischen Umfangsfläche (UF) anliegt 2. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das konzentrische Zentrierelement (Z) aus einer Tellerfeder besteht, die über einen Druckring (D) von einer Spannschraube (SP) beaufschlagbar ist.

3. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrische Zentrierfläche (Vi) durch eine Innenwand einer konzentrischen Vertiefung (V) in der Teilscheibe (S) gebildet ist.

4. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrische Zentrierfläche (Vi) zusammen mit der Winkelteilung (T) auf photolithographischem Wege in einem Strukturierungsschritt hergestellt ist.

5. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilscheibe (S) an einer radialen Anlagefläche (AL) eines Flansches (F) der Welle (W) mittels einer Klebeschicht (KS) geringfügig verschiebbar angeordnet ist Die Erfindung betrifft eine Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen Winkelmeßeinrichtung zur Messung der Winkellage zweier relativ zueinander drehbarer Objekte, beispielsweise zweier Maschinenteile einer Bearbeitungs- oder Meßmaschine, ist es unerläßlich, daß die Winkelteilung der Teilscheibe konzentrisch zur Wellenachse der die Teilscheibe tragenden Welle angeordnet ist, um Meßungenauigkeiten auszuschließen, die bei einer derartigen hochpräzisen Winkelmeßeinrichtung bei einer exzentrischen Lage der Winkelteilung zur Wellenachse der Welle auftreten können. Bei der Montage der Winkelmeßeinrichtung ist daher grundsätzlich eine genaue Zentrierung der Winkelteilung bzw. der Teilscheibe bezüglich der Wellenachse der Welle erforderlich.

In der Druckschrift der Fa. Dr. Johannes Heidenhain »Inkrementale Drehgeber ROD«, Programm 80/81, ist auf Seite 40 unter »Einbaubeispiel« eine Teilscheibe mit einem auf einer Welle angeordneten Zentrierbund verbunden, der mehrere radial verteilte Zentrierschrauben zur konzentrischen Anordnung der Winkelteilung der Teilscheibe zur Wellenachse der Welle aufweist.

In der US-PS 36 93 024 ist eine Winkelmeßeinrichtung beschrieben, bei der eine Teilscheibe an einer radialen Anlagefläche einer auf einer Welle befestigten Hülse anliegt Zur Befestigung der Teilscheibe an dieser Anlagefläche wird die Teilscheibe nach ihrer konzentrischen Ausrichtung zur Wellenachse der Welle mittels einer Tellerfeder, eines Druckrings und einer Spannschraube an die Anlagefläche angedrückt.

Bei den vorgenannten Winkelmeßeinrichtungen ist die genaue Zentrierung der Winkelteilung der Teilscheibe bezüglich der Wellenachse der Welle aber relativ zeitaufwendig und bedarf einer zusätzlichen Zentrierprüfeinrichtung, beispielsweise auf optischer Grundlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Winkelmeßeinrichtung der genannten Gattung eine wesentlich vereinfachte genaue Zentrierung der Winkelteilung der Teilscheibe zur Wellenachse der Welle anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das Vorsehen eines unter axialer Spannung radial spreizbaren, konzentrischen Zentrierelements, das an einer zur Winkelteilung konzentrischen Zentrierfläche der Teilscheibe und am rotationssymmetrischen Umfang der Welle anliegt, auf einfache und schnelle Weise eine genaue Zentrierung der Winkelteilung der Teilscheibe zur Wellenachse der Welle ohne zusätzliche Zentrierprüfeinrichtung erzielt wird. Das Zentrierelement, vorzugsweise in Form einer Tellerfeder, und die Spannelemente in Form eines Druckringes und einer Spannschraube sind einfache und billige handelsübliche Elemente. Die konzentrische Zentrierfläche auf der Teilscheibe, vorzugsweise als Innenwand einer zur Winkelteilung konzentrischen Vertiefung in der Teilscheibe, kann zusammen mit der Winkelteilung auf photolithographischem Wege und mit einem zusätzlichen Ätzvorgang hergestellt werden. Die Durchmessertoleranzen der konzentrischen Zentrierfläche sowie der Außenfläche und der Innenfläche des konzentrischen Zentrierelements sind dabei völlig unkritisch, da das Zentrierelement unter axialer Spannung radial spreizbar ist. Das aufwendige Herstellen einer zur Winkelteilung konzentrischen Wellenbohrung in der Teilscheibe, deren Passung zum Wellendurchmesser ein enges Toleranzfeld aufweist, ist nicht mehr erforderlich.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt einer lichtelektrischen Winkelmeßeinrichtung, Fig.2 einen Ausschnitt einer Welle mit einer Teilscheibe und F i g. 3 einen Ausschnitt einer weiteren Welle mit einer Teilscheibe.