DE8522138U1

DE8522138U1 - Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE8522138U1
Application number: DE19858522138
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1985-08-01
Filing date: 1985-08-01
Publication date: 1987-07-02

Description

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DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 29.7.1985

Kupplungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbinden einer Positionsmeßeinrichtung mit zwei relativ zueinander beweglichen Objekten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik ist es hinlänglich bekannt, die relative Position zweier Objekte - wie Bett und Schlitten einer Werkzeugmaschine - mit Hilfe von Positionsmeßeinrichtungen zu messen. Auch bei Handhabungsautomaten, sogenannten Industrierobotern, werden die Bewegungen mit Positonsmeßeinrichtungen, im allgemeinen Drehgebern, ermittelt, üblicherweise wird zur Messung der Relativbewegungen eine MaßVerkörperung an einem der Objekte befestigt und an dem zweiten Objekt wird eine Abtasteinrichtung installiert, die bei Relativbewegungen zwischen den Objekten die Maßverkörperung abtastet, so daß die jeweilige Position ermittelt und angezeigt werden kann. Zum Schutz gegen schädliche Einflüsse der Umgebung sind die genannten Bauelemente der Positionsmeßeinrichtung mit Gehäusen versehen, die an den genannten Objekten befestigt sind.

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Wenn die Positionsmeßeinrichtungen inkremental arbeiten, müssen sie vor Inbetriebnahme und nach Betriebsunterbrechungen mit Hilfe von Referenzpunkten geeicht werden. Derartige Eichvorgänge sind in einer Anzahl von Patentanmeldungen/ beispielsweise in der DE-OS 33 11 203 beschrieben. Eine besondere Ausführungsform ist in der DE-OS 33 40 866 beschrieben. Bei der dort beschriebenen Meßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier Objekte ist eine Teilscheibe mit einer Inkrementalteilung und wenigstens einer Referenzmarke auf einer Welle in einem Gehäuse gelagert und über eine Mitnehmerkupplung und über eine im Gehäuse gelagerte Welle mit einem der Objekte verbunden; die Mitnehmerkupplung wirkt in nur einer Drehrichtung des drehbaren Objektes. Um die Teilscheibe auch in der anderen Drehrichtung mit dem Objekt zu verbinden, ist die Welle über eine Rutschkupplung mit einem in umgekehrter Drehrichtung wirkenden Motor verbunden, zum Abtasten der Teilscheibe ist eine im Gehäuse befestigte Abtasteinheit vorgesehen. Zum Reproduzieren einer Bezugsposition nach unterbrochener Messung infolge einer Störung wird die Teilscheibe von dem umgepolten Motor bei stillstehender Welle bis zum Überfahren der Referenzmarke verdreht und anschließend in die Momentanposition der stillstehenden Welle beim Auftreten der Störung zurückgestellt; der Drehwinkel von der Referenzmarke bis zur Momentanposition wird zur Wiedergewinnung des bei der Störung verlorengegangenen Meßwertes ermittelt.

Diese und die anderen aus dem Stand der Technik bekannten Positionsmeßeinrichtungen, die zum Eichen der Meßeinrichtung auch bei stillstehenden Meßobjekten geeignet sind, erfordern gegenüber herkömmlichen einfachen Positionsmeßeinrichtungen einen

erhöhten konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand.

Ein Anbieter von Positionsmeßeinrichtungen muß demgemäß die aufwendigen, im vorbeschriebenen Sinne eichfähigen Positionsmeßeinrichtungen neben den normalen serienmäßigen Geräten, z.B. standardisierten inkrementalen Drehgebern, anbieten können. Diese vermehrte Typenvielfalt wirkt sich betriebswirtschaftlich negativ aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe Standard-Positionsmeßeinrichtungen so mit den zu messenden Objekten zu verbinden sind, daß mit ihnen die vorbeschriebenen Eichvorgänge bei stillstehenden Maschinen-Bauteilen durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß bei Verwendung von Standard-Drehgebern mit Referenzimpuls eine Eichung im vorbeschriebenen Sinne auch bei Maschinen-Bauteilen möglich ist, die momentan keine Relativbewegung zueinander ausführen können. Ferner ist bei der Erfindung von Vorteil, daß der Antriebsmotor nicht - wie beim Stand der Technik - dauernd eingeschaltet sein muß, sondern

■30 nur beim Nullungsvorgang an der Mitnehmerkupplung angreift. Beim normalen Meßbetrieb ist er außer Eingriff. Das erhöht die Lebensdauer des Motors, die sonst naturgemäß wesentlich geringer ist als die des .Drehgebers. Ferner wird nicht ständig ein Moment auf das zu messende Objekt übertragen, wie das bei einer Positionsmeßeinrichtung, bei der ein Antriebsmotor mit

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Rutschkupplung integraler Bestandteil der Einrichtung ist, der Fall ist.

Mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert werden.

es zeigt

Fig. 1 einen Drehgeber mit angeflanschter Kupplungsvorrichtung im Teilschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Kupplungsvorrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie II/II;

Fig. 3 eine Variante einer Mitnehmerkupplung.

Ein in Figur 1 abgebildeter Standard-Drehgeber 1 mit einer in seinem Innern befindlichen Teilscheibe (nicht dargestellt) weist wenigstens eine Referenzmarke auf.

Die Teilscheibe mit ihrer Inkrementalteilung und der Referenzmarke wird in herkömmlicher Weise von einer ebenfalls nicht dargestellten Abtasteinrichtung abgetastet. Diese Vorgänge sind aus der Literatur hinreichend bekannt, so daß sich hier jede weitere Erörterung erübrigt, üblicherweise ist ein Drehgeber

an einem Maschinen-Bauteil angeflanscht, und an seiner Drehgeberwelle ist mittels einer drehsteifen Kupplung das andere Maschinen-Bauteil befestigt. Bei Relativbewegungen zwischen den Maschinen-Bauteilen wird die Welle gegenüber dem Gehäuse und der darin befindlichen Abtasteinrichtung verdreht, die Messung der Relativbewegung erfolgt.

Der Drehgeber 1 gemäß Figur 1 weist demgegenüber eine Kupplungsvorrichtung 2 auf, die an dem Befestigungsflansch 3 des Drehgebers 1 angebracht ist. Das Gehäuse 4 der Kupplungsvorrichtung 2 nimmt einen

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Elektromotor 5 auf, der parallel zur Achse der Drehgeberwelle 6 angeflanscht ist. Zwischen der Drehgeberwelle 6, an der die nicht dargestellte Teilscheibe mit der Referenzmarke fest angebracht ist, und dem Maschinen-Bauteil, dessen Relativbewegung gemessen werden soll, sind die Einzelteile der Mitnehmerkupplung 8 angeordnet. Die Mitnehmerkupplung 8 ist an sich bekannt und besteht aus einer Anschlußnabe 9, die auf der Drehgeberwelle befestigt ist, und aus einer zweiten Anschlußnabe 10, die auf einer zweiten Welle 11, die dem Maschinen-Bauteil 7 zugeordnet ist, befestigt ist, sowie aus einer Ringscheibe 12. An der Peripherie der beiden Anschlußnaben 9 und 10 ragen jeweils drei um 120° zueinander versetzte Anschläge 13 bzw. 14 in radialer Richtung heraus. Zwischen den beiden Anschlußnaben 9 und 10 ist die Ringscheibe 12 angeordnet, die an ihrer Peripherie drei um 120° zueinander versetzte Bolzen 15 aufweist, die in axialer Richtung aus Bohrungen beidseitig der Ringscheibe 12 herausragen und mit den Anschlägen 13 bzw. 14 der Anschlußnaben 9 bzw. 10 bei einer Drehung der Wellen 6 und 11 in Kontakt stehen. Die Ringscheibe 12 besitzt keine eigene Lagerung und ist aufgrund der symmetrischen Anordnung der Bolzen 15 bei der Drehung der Wellen 6 und 11 selbstzentrierend und übt auf die nicht dargestellten Lager der Wellen 6 und 11 keine Querkraft aus.

Die Mitnehmerkupplung 8 nimmt bei einer vorgegebenen Drehrichtung des drehbaren Objekts 7 und damit der Welle 11 über die miteinander in Konoakt Stehenden Bolzen 15. der Ringscheibe 12 und Anschläge 13 und 14 der Anschlüßnaben 9 und 10 die Welle 6 der Teilscheibe mit. Bei einer Umkehrung der vorgegebenen Direhrichtung der Welle 11 würde die WeI-

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le 6 nicht mehr mitgenommen, da die Bolzen 15 der Ringscheibe 12 und die Anschläge 14 der Anschlußnabe 10 außer Kontakt geraten würden. Um auch bei dieser umgekehrten Drehrichtung der Welle 11 einen Kontakt zwischen den Bolzen 15 der Ringscheibe 12 und den Anschlägen 13,14 der Anschlußnaben 9,10 zu gewährleisten, ist am freien Ende der Drehgeberwelle 6 eine Spiralfeder 16 eingehängt, deren anderes Ende in der Anschlußnabe 10 verankert ist. Die Spiralfeder 16 ist so vorgespannt, daß die Anschläge 13, 14 der Anschlußnaben 9,10 ständig an dem Bolzen 15 anliegen und so in jedem Fall die Mitnahme der Drehgeberwelle 6 - also unabhängig von der Bewegungsrichtung der Welle 11 - gewährleistet ist. Durch das Moment der Spiralfeder 16 wird sozusagen die Drehgeberwelle 6 der Drehung des Maschinen-Bauteiles 7 auch in der Bewegungsrichtung nachgeführt, in der die Mitnehmerkupplung nicht formschlüssig arbeitet. In beiden Drehrichtungen des zu messenden Objekts 7 sind somit die beiden Wellen 6 und 11 miteinander verbunden, so daß die Relativlage der beiden zu messenden Objekte durch die Winkelmeßeinrichtung 1 exakt ermittelt werden kann.

Um zur Messung der Relativlage der beiden Objekte eine bestimmte Bezugsposition zu gewinnen, wird vor Beginn einer neuen Messung rias zu messende Objekt 7 solange verdreht, bis eine Referenzmarke abgetastet wird. Bei dieser Bezugsposition wird der Zähler auf den Wert "Null" oder auf einen anderen, vorher festgelegten oder durch ein Programm bestimmten Zahlenwert gesetzt.

Wenn nun während eines Bearbeitunsvorganges und damit einer Messung eine Störung, etwa infolge einer Strömunterbrechüng, auftritt, so wird der Arbeits-

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gang und damit auch die Messung des drehbaren Objekts 7 unterbrochen. Bei Stromunterbfechung sind der beim Auftreten der Störung vorhandene Meßwert und damit auch die Bezugsposition verlorengegangen. Da jedoch beim Auftreten des Störungsfalls das zu messende Objekt 7 in Form eines Greifers des Industrieroboters in der Regel gerade im Eingriff ist, kann das Objekt 7 nicht, wie vor Beginn des Arbeitsvorganges und der Messung, solange verdreht werden, bis die Abtasteinheit die ursprüngliche Referenzmarke abtastet.

Zum Reproduzieren der Bezugsposition wird bei stillstehender Welle 11 der Antriebsmotor 5 eingeschaltet.

Wie aus Fi<. ur 2 ersichtlich ist, weist der Antriebsmotor 5 ein Getriebe 17 auf, das eine Schwinge 18 beinhaltet. Durch Reibung zwischen der Motorwelle 19 und der Schwinge 18 wird nach dem Einschalten des Antriebsmotors 5 ein von der Schwinge 18 getragenes Zwischenritzel 20 in ein Zahnrad 21 eingekuppelt, das zwischen der Teilscheibe und der Anschlußnabe 9 fest auf der Drehgeberwelle 6 angeordnet ist. Nach dem Einkuppeln des Zwischenritzels 20 in das Zahnrad 21 wird durch den Antriebsmotor 5 die Teilscheibe über die Drehgeberwelle 6 gegen das Moment der Spiralfeder 16 soweit verdreht, bis die Referenzmarke von der Abtasteinrichtung abgetastet und daraus ein Referenzimpuls abgeleitet wird. Durch diesen Referenzimpuls, der die Bezugsposition repräsentiert, ist die Ausgangslage wieder hergestellt und der Eichvorgang kann beendet werden. Nähere Einzelheiten sollen hier nicht erörtert werden, da sie aus der einschlägigen Literatur hinreichend bekannt sind*

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Nach dem Oberfahren der Referenzmarke wird der Antriebsmotor 5 abgeschaltet und läuft durch das Moment der gespannten Feder 16 in entgegengesetzter Richtung, wodurch sich auch die Drehgeberwelle 6 mit der Teilscheibe in die Ausgangsposition vor

der Eichung zurückbewegt, bis die Anschläge 13,14 der Anschlußnaben 9,10 gegen die Bolzen 15 anstoßen. Der abgeschaltete Antriebsmotor 5 kann dabei zur Dämpfung der Rückdrehbewegungen mitlaufen und die Schwinge kuppelt aufgrund der Trägheit des Motors 5 beim Anstoß der Anschläge 13,14 an die Bolzen 15 das Zwischen-L ritzel 20 und damit den Antriebsmotor 5 aus.

Es versteht sich, daß der Antriebsmotor 5 nach Erzeugen des Referenzimpulses auch umgepolt werden kann, und die Spiralfeder 16 beim Rückdrehen unterstützt. Auch in diesem Fall kann sich die Teilscheibe des Drehgebers 1 mit der Mitnehmerkupplung 8 wieder frei drehen, sobald sich das Zwischenritzel 20 aus der Verzahnung des Zahnrades 21 herausgehoben hat»

Sobald sich die Teilscheibe wieder vom Getriebe 17 gelöst hat, ist die Bezugsposition wieder gewonnen, und der unterbrochene Arbeitsvorgang kann fortgesetzt werden.

In Figur 3 ist eine Einrichtung dargestellt, in der die Mitnehmerkupplung 83 so ausgebildet ist, daß Drehwinkel über 360° hinaus möglich sind,

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Die Mitnehmerkupplung 8 gemäß Figur 1 weist jeweils um 120° zueinander versetzte Bolzen 15 und Anschläge 13/14 auf, somit ist eine Relativdrehüng der¹ Wolle 6 bezüglich der Welle 11 beim Reproduzieren der Bezugsposition nur innerhalb eines Winkels < 240° möglich, Daher sind auf der Teilscheibe zum Repro-

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düzieren einer verlorengegangenen Bezugsposition mindestens zwei Referenziiiarken erförderlich, die zur gegenseitigen Unterscheidung einer Codierung in Form von Codemarken bedürfen, wie sie beispielsweise in der DE-PS 29 52 106 beschrieben sind.

Um zum Reproduzieren einer verlorengegangenen Bezugsposition mit nur einer Referenzmarke auf der Teilscheibe auskommen zu können, die dann keiner Codierung mehr bedarf, wird eine Mitnehmerkupplung 83 gemäß Figur 3 vorgeschlagen, die eine Relativdrehung der Welle 63 bezüglich der Welle 113 über einen Winkel von 360° hinaus ermöglicht.

Eine derartige Ausführung der Mitnehmerkupplung ist in der DE-OS 33 40 866 ausführlich beschrieben und unter konstruktiver Anpassung an die erfindungsgemäße Vorrichtung auch hier vorteilhaft einsetzbar.

Der Kraftschluß innerhalb der Mitnehmerkupplung 8 oder 83 könnte statt durch eine Spiralfeder 16 auch durch Magnete oder federnde Schnappverbindungen erzeugt werden.

Claims

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 29.7.1985 Ansprüche

1. Vorrichtung zum Verbinden einer Positionsmeßeinrichtung mit zwei relativ zueinander beweglichen Objekten, bei der die Maßverkörperung der Positionsmeßeinrichtung mit einem der zu messenden Objekte zum Zwecke der Eichung mittels einer mehrteiligen Mitnehmerkupplung abkoppelbar verbunden ist, wobei die Mitnehmerkupplung in einer Bewegungsrichtung des einen zu messenden Objektes formschlüssig und in der anderen Bewegungsrichtung kraftschlüssig arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftschluß innerhalb der Mitnehmerkupplung (8),vorzugsweise durch eine Spiralfeder (16) erzeugt wird, und daß ein Antrieb (5) vorgesehen ist, der im Falle der Eichung maßverkorperungsseitig an der Mitnehmerkupplung (8) angreift, die Maßverkörperung gegen das den Kraftschluß bewirkende Moment zumindest bis zu einem Referenzpunkt verstellt, und der Maßverkörperung nach überfahren des Referenzpunktes die Rückkehr in die Ausgangslage ermöglicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (5) ein Elektromotor mit Getriebe (17) ist, dessen Z-wischenritzel (20) nach dem Einschalten des Elektromotors (5) selbsttätig in ein Zahnrad (21) an der Mitnehmerkupplung (8) einkuppelt.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein Zwischenrad aufweist, das nach dem Einschalten selbsttätig an ein Reibrad an der Mitnehmerkupplung ankuppelt.