ES2304927T3 - Dispositivo de medicion angular y uso de este dispositivo de medicion angular. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de medición angular con un soporte de graduación (11), una placa de exploración (12) y un equipo detector (14) en una pieza estacionaria (1) para la medición de la posición de giro del soporte de graduación (11) con respecto a la placa de exploración (12) alrededor de un primer eje de giro (W), caracterizado porque - la placa de exploración (12) con el soporte de graduación (11) puede girar alrededor de un segundo eje de giro (S) con respecto al equipo detector (14) y - los dos ejes de giro (S, W) son paralelos entre sí y están separados radialmente.
Description
Dispositivo de medición angular y uso de este
dispositivo de medición angular.
Dispositivo de medición angular y uso de este
dispositivo de medición angular en un equipo de huso.
La invención se refiere a un dispositivo de
medición angular para la medición de la posición de un primer
objeto con respecto a un segundo objeto de acuerdo con el preámbulo
de la reivindicación 1.
La invención se refiere adicionalmente al uso de
este dispositivo de medición angular en un equipo de huso de
acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 9.
El documento
EP-A-0 413 180 describe un
codificador angular óptico con un soporte de graduación dispuesto
de forma giratoria y una placa de exploración dispuesta de forma
estacionaria y un equipo detector dispuesto de forma estacionaria
para la medición de la posición de giro del soporte de graduación
con respecto a la placa de explora-
ción.
ción.
Para la realización de diferentes métodos de
fabricación se conocen cabezales de herramienta en los que la
herramienta se aloja de forma graduable radialmente por un mecanismo
de graduación. Esta graduación se realiza mediante guías
deslizantes desplazables radialmente, en las que se fija la
herramienta o por un portaherramientas alojado de forma giratoria
en el cabezal de la herramienta de manera excéntrica con respecto al
eje del huso, donde la posición radial de la herramienta fijada en
el portaherramientas se modifica con respecto al eje del huso por
giro del portaherramientas en la perforación excéntrica del cabezal
de la herramienta.
Para el ajuste controlado numéricamente de la
posición radial de la herramienta se requiere en ambos casos una
medición exacta de la posición.
En los cabezales de herramienta con guías
deslizantes integradas, la medición de la posición se realiza
mediante dispositivos de medición de tramo fijando la escala en la
guía deslizante y la unidad de exploración en el cabezal de la
herramienta. Un dispositivo de este tipo se describe en el documento
DE 43 14 295 A1. Esta medición directa de la posición garantiza una
detección precisa de la posición radial de la herramienta. De
acuerdo con el documento DE 43 14 295 A1, los valores de medición
de la posición se transmiten mediante luz infrarroja o de manera
inductiva desde el cabezal de la herramienta en rotación hasta la
parte estacionaria de la máquina o al control NC. Además del propio
sistema de medición, para esto se requieren además unidades de
transferencia separadas que encarecen el dispositivo, aumentan su
tamaño de construcción y hacen que tienda a tener averías. Esta
desventaja se resolvió con el dispositivo de acuerdo con el
documento DE 35 26 712 integrando en el cabezal de la herramienta
para la medición directa de la posición un sistema de medición
incremental fotoeléctrico con una escala y una placa de exploración
y disponiendo la unidad detectora para la detección de las señales
de luz moduladas dependiendo de la posición en la pieza estacionaria
de la máquina.
En los cabezales de herramienta con un
portaherramientas alojado de manera giratoria excéntrico con
respecto al eje del huso de acuerdo con el documento DE 22 43 734 A
y el documento DE 21 26 164 A se conocen exclusivamente métodos de
medición indirectos. El giro del portaherramientas se detecta por
los medios de accionamiento. Esta medición indirecta contiene
errores, ya que en la medición se incluyen errores de multiplicación
y la holgura de los elementos de transmisión (engranajes)
intercalados.
Por lo tanto, es objetivo de la invención
indicar un dispositivo de medición angular con el que se pueda
detectar la posición angular de una primera pieza con respecto a
una segunda pieza, alojándose la primera pieza de forma giratoria
de manera excéntrica en la segunda pieza y alojándose de forma
giratoria la segunda pieza en una pieza estacionaria.
Este objetivo se resuelve mediante un
dispositivo de medición angular con las características de la
reivindicación 1.
Un objetivo adicional de la invención es indicar
un equipo de huso con un dispositivo de medición angular con el que
se prevé una medición angular directa de un portapiezas o
portaherramientas alojado de forma giratoria de manera excéntrica
en un cabezal, alojándose el cabezal en una pieza estacionaria del
huso de manera giratoria.
Este objetivo se resuelve mediante un equipo de
huso con las características de la reivindicación 9.
En las reivindicaciones dependientes se indican
realizaciones ventajosas de la invención.
Las ventajas particulares de la invención son
que el equipo detector se puede disponer de manera estacionaria y,
de este modo, se puede realizar una medición angular directa en
piezas que pueden girar entre sí de manera excéntrica de manera
precisa y sin perturbaciones.
A continuación se explica con más detalle la
invención mediante ejemplos de realización representados en los
dibujos.
Se muestra
En la Figura 1, un corte longitudinal por un
equipo de huso con un primer dispositivo de medición angular,
En la Figura 2, un corte transversal
II-II de acuerdo con la Figura 1,
En la Figura 3, el corte transversal
II-II durante un giro del portaherramientas con
respecto a la representación de acuerdo con la Figura 2,
En la Figura 4, el corte transversal
II-II durante un giro del huso con respecto a la
representación de acuerdo con la Figura 2,
En la Figura 5, una representación aumentada de
la placa de exploración,
En la Figura 6, un recorte del equipo de huso
con un segundo dispositivo de medición angular,
En la Figura 7, un recorte del equipo de huso
con un tercer dispositivo de medición angular en un corte
longitudinal,
En la Figura 8, un corte transversal
VIII-VIII de acuerdo con la Figura 7,
En la Figura 9, el corte transversal
VIII-VIII durante un giro del portaherramientas con
respecto a la representación de acuerdo con la Figura 8,
En la Figura 10, el corte transversal
VIII-VIII durante un giro del huso con respecto a la
representación de acuerdo con la Figura 8,
En la Figura 11, una representación aumentada de
una placa de exploración,
En la Figura 12, un recorte del equipo de huso
con un cuarto dispositivo de medición angular en un corte
longitudinal,
En la Figura 13, un corte longitudinal del
equipo de huso con un quinto dispositivo de medición angular y
En la Figura 14, un corte transversal
XIV-XIV de acuerdo con la Figura 13.
En las Figuras 1 a 5 se representa de forma
básica un primer ejemplo de un equipo de huso con un dispositivo de
medición angular 10 integrado en el mismo. Se compone de una pieza
estacionaria de máquina 1, en la que se aloja un cabezal de
herramienta 3 de forma giratoria de manera céntrica con respecto al
eje del huso S.
De un modo no mostrado, el cabezal de la
herramienta 3 también se puede fijar de manera resistente al giro
en un cuerpo del huso, que a su vez se aloja de manera giratoria en
la pieza de la máquina 1.
El cabezal de la herramienta 3 se compone de un
cuerpo base 4 y un portaherramientas 5 alojado de forma giratoria
en el mismo alrededor del eje W. El eje de giro W tiene un recorrido
paralelo con respecto al eje de huso S, sin embargo, está
desplazado radialmente con respecto al mismo. Para el procesamiento
de una pieza no representada, el portaherramientas 5 lleva una
herramienta de corte 6, cuya separación radial con respecto al eje
del huso S se puede ajustar por giro del portaherramientas 5 en la
perforación excéntrica 7 del cuerpo base 4. Tales equipos de huso
se explican a modo de ejemplo en el documento DE 22 43 734 A y en el
documento DE 21 26 164 A. Sirven para el refrenteado, para el
mandrilado de perforaciones y particularmente para el procesamiento
de piezas con un contorno externo o interno que diverge de la forma
circular, a modo de ejemplo, una superficie poligonal.
En todos los casos es ventajoso detectar la
posición momentánea de la herramienta 6 con respecto al eje del
huso Se, de tal forma que se posibilite un ajuste controlado
numéricamente de la posición de la herramienta. Para esto se
proporciona de acuerdo con la invención un dispositivo de medición
angular 10, que se compone de un soporte de graduación 11, una
placa de exploración 12, una fuente de luz 13 y un equipo detector
14.
Para la graduación controlada numéricamente de
la herramienta 6 se puede transformar la posición de giro detectada
con el dispositivo de medición angular 10 en un valor de radio.
En la realización representada en la Figura 1,
el dispositivo de medición angular 10 es una unidad constructiva
premontada propia con cojinetes propios 15 y 16 para el alojamiento
del soporte de graduación 11 y del equipo detector 14 con respecto
a la cubierta 17. La cubierta 17 está fijada de forma resistente al
giro en el cuerpo base 4, a modo de ejemplo, por un soporte de
momento de torsión 18 que posibilita un equilibrio radial y axial.
En los ejemplos de realización adicionales, el dispositivo de
medición angular 10 no tiene apoyos propios 15, 16.
El soporte de graduación 11 comprende una
graduación radial 11.1 incremental, que se puede explorar de manera
fotoeléctrica. Esta graduación radial 11.1 se compone de rayas de
graduación reflectantes y no reflectantes dispuestas de forma
alterna en el sentido del giro, también denominadas división de
amplitud o solamente de rayas de graduación reflectantes, donde
rayas de graduación dispuestas de forma alterna influyen de forma
diferente en la fase de un rayo de luz incidente (división de fase).
El soporte de graduación 11 se fija de tal manera con resistencia
al giro en el portaherramientas 5, que el centro de la graduación
radial 11.1 coincide con el eje del portaherramientas W. Las rayas
de graduación tienen un recorrido divergente en forma de estrella
partiendo de este eje del portaherramientas W. Este recorrido se
ilustra en la vista en alzado II-II de acuerdo con
la Figura 2.
La placa de exploración 12 está fijada con
resistencia al giro en el cuerpo base 4. Para la generación de
varias señales de exploración con desplazamiento de fase entre sí,
la placa de exploración 12 comprende varios campos de exploración
12.1 y 12.2. Cada campo de exploración 12.1 y 12.2 comprende una
graduación de exploración 12.10 y 12.20 en forma de una graduación
radial, cuyas rayas de graduación están orientadas con respecto al
eje del portaherramientas W como centro (Figura 5).
La exploración del soporte de graduación 11 se
realiza mediante una unidad de exploración, que se compone de la
fuente de luz 13 y el equipo detector 14. La unidad de exploración
13, 14 está fijada con resistencia al giro en la pieza estacionaria
de la máquina 1. Durante un giro del portaherramientas 5 alrededor
del eje del portaherramientas W en el interior del cabezal de la
herramienta 3, la luz de la fuente de luz 13 se modula por el
movimiento relativo entre la graduación radial 11.1 del soporte de
graduación 11 y las graduaciones de exploración 12.10, 12.20 de los
campos de exploración 12.1, 12.2 de forma dependiente de la posición
y se detecta por el equipo detector 14 y se transforma en señales
de exploración eléctricas.
Los campos de exploración 21.1, 12.2 de la placa
de exploración 12 se disponen de tal forma que en cada posición de
giro del cuerpo base 4 con respecto a la pieza estacionaria de la
máquina 1 existe una superposición de los campos de exploración
12.1, 12.2 con la graduación radial 11.1. Cada uno de los campos de
exploración 12.1, 12.2 tiene una zona anular, cuyo centro es el eje
del huso S. Las rayas de la graduación radial 12.10, 12.20 en estas
zonas anulares están orientadas hacia el eje del portaherramientas
W.
De acuerdo con las Figuras 1 a 5, el equipo
detector 14 se dispone en la zona del eje del huso S. Los campos de
exploración 12.1, 12.2 tienen un recorrido anular alrededor del eje
del huso S, donde el anillo más interno se convierte en un círculo
con forma de punto. Las graduaciones de exploración 12.10, 12.20
están desplazadas entre sí de forma conocida (Figura 5). En vez de
dos cabezales de exploración 12.1, 12.2, en la práctica
habitualmente se proporcionan cuatro campos de exploración, cuyas
graduaciones de exploración están desplazadas entre sí
respectivamente 90º o ¼ del pe-
riodo de graduación P. Por motivos de simplicidad solamente se representan dos campos de exploración 12.1, 12.2.
riodo de graduación P. Por motivos de simplicidad solamente se representan dos campos de exploración 12.1, 12.2.
El equipo detector 14 comprende para cada campo
de exploración 12.1, 12.2 al menos una superficie fotosensible.
Para evitar una modulación de la luz de la fuente de luz 13 durante
un giro del cabezal de la herramienta 3 alrededor del eje del huso
S con el portaherramientas 5 arrastrado, es ventajoso si la
superficie fotosensible, que está asignada a un campo de
exploración 12.1 ó 12.2, tiene su centro de gravedad de la
superficie en el eje del huso S. Cada una de las superficies puede
ser un anillo dispuesto de forma concéntrica con respecto al eje
del huso S o puede componerse de varias superficies individuales que
se disponen de manera concéntrica alrededor del eje del huso S. Por
esta medida, los errores de graduación de la graduación radial 11.1
y 12.10, 12.20 se promedian por una gran zona de exploración de los
campos de exploración 12.1, 12.2.
En la Figura 4 se representa una colocación
girada del cabezal de la herramienta 3 alrededor del eje del huso
S. Con respecto a la Figura 2, el cabezal de la herramienta 3 con el
portaherramientas 5 ha girado aproximadamente 48º.
En el ejemplo de acuerdo con las Figuras 1 a 5
se genera la modulación dependiente de la posición de la luz de la
fuente de luz 13 porque la graduación radial 11.1 del soporte de
graduación 11 refleja o absorbe la luz dependiendo de la posición y
las graduaciones de exploración 12.10, 12.20 se componen de rayas de
graduación opacas y transparentes de forma alterna.
Como alternativa a esto, la graduación radial
11.1 se puede componer de rayas de graduación opacas y transparentes
de forma alterna y las graduaciones de exploración 12.10, 12.20, de
zonas reflectantes y absorbentes de manera alterna. Esta
disposición se representa de manera esquemática en la Figura 6.
Las disposiciones de las Figuras 1 a 6 tienen la
ventaja de una placa de exploración 12 compacta y son
particularmente adecuadas para grandes separaciones entre los dos
ejes S y W, ya que el diámetro del soporte de graduación 11 es
aproximadamente 2 veces el de la excentricidad y con grandes
diámetros aumenta la resolución de la medición angular y disminuyen
los errores de la medición.
Con excentricidades relativamente pequeñas, el
equipo detector se dispone alejado del eje del huso Se, como se
explica mediante las Figuras 7 a 11. El equipo de huso se
corresponde a los ejemplos precedentes. El soporte de graduación
11, a su vez, está fijado en el portaherramientas 5 y la placa de
exploración 12, en el cuerpo base 4. Las graduaciones radiales 11.1
del soporte de graduación 11 y del campo de exploración 12.3, a su
vez, tienen un recorrido en forma de estrella con respecto al eje
del portaherramientas W como centro común. El campo de exploración
12.3, a su vez, tiene un recorrido anular concéntrico alrededor del
eje del huso S y el equipo detector 14 está fijado con resistencia
al giro en la pieza estacionaria de la máquina 1. Las rayas de
graduación de la graduación radial 11.1 tienen al menos la misma
longitud que la distancia radial entre ambos árboles S y W. La
longitud es la extensión en el sentido del eje del portaherramientas
W.
La superficie fotosensible del equipo detector
14, que está asignada al campo de exploración 12.3, detecta, como
en las Figuras 1 a 6, una pluralidad de periodos de graduación de la
graduación radial 11.1 y 12.30, de forma que se produce un promedio
de errores de graduación y la señal de exploración solamente se
modula por el giro relativo entre el portaherramientas 5 y el
cuerpo base 4 y queda al menos esencialmente sin influencias del
movimiento relativo entre el cuerpo base 4 y la pieza estacionaria
de la máquina 1.
De manera no mostrada, a su vez es ventajoso si
el centro de gravedad de la superficie fotosensible o de las
superficies fotosensibles de un campo de exploración 12.3 se sitúa
en el eje del huso S. De este modo se consigue un buen promedio de
las anchuras de las rayas de la graduación radial 11.1 y de la
graduación de exploración 12.30.
Un giro del portaherramientas 5 con respecto al
cuerpo base 4 se representa en la Figura 9. Se realiza una
modulación del flujo de luz por el soporte de graduación 11 y la
placa de exploración 12.
Por el contrario, de un giro del cuerpo base 4
alrededor del eje del huso S (Figura 10) no se produce ninguna
modulación o la modulación generada por el giro relativo entre el
portaherramientas 5 y el cuerpo base 4 permanece al menos
esencialmente sin influencias.
En la Figura 11 se representa una placa de
exploración con cuatro campos de exploración 12.3, 12.4, 12.5,
12.6. Las graduaciones de exploración 12.30, 12.40, 12.50, 12.60
están desplazadas entre sí respectivamente ¼ del periodo de
graduación P. Cada periodo de graduación P se compone de una zona
opaca (representada de forma sombrada) y una transparente.
En la Figura 12 se representa una denominada
versión a trasluz del dispositivo de medición angular. La fuente de
luz 13 se sitúa sobre un lado del soporte de graduación 11 y el
equipo detector 14, sobre el otro lado. La luz atraviesa por las
respectivas graduaciones radiales 11.1 y 12.30 que, por tanto, se
componen respectivamente de zonas opacas y transparentes
alternas.
Para el procesamiento de piezas con un contorno
externo o interno que diverge la forma circular, particularmente de
superficies poligonales, en el equipo de huso descrito, el
portaherramientas 5 se gira dependiendo de la posición momentánea
de giro del cuerpo base 4 en la pieza estacionaria de la máquina 1.
El movimiento de giro alrededor del eje W se controla numéricamente
dependiendo de la posición de giro del cuerpo base 4 alrededor del
eje S. Tales equipos de huso también se usan como portapiezas. En
vez de la herramienta 6 se fija en los mismos una pieza y se
mueven, a modo de ejemplo, controlados numéricamente hacia una
herramienta de giro o de fresado. Una disposición de este tipo se
describe en el documento DE 17 52 236 A.
Para configurar el dispositivo de medición
angular también para estos requerimientos, de acuerdo con la Figura
13 se proporciona en la pieza estacionaria de la máquina 1 un equipo
detector adicional 20. En la placa de exploración 12 se proporciona
una segunda graduación radial 21 concéntrica con respecto al eje del
huso S. Las rayas de graduación de la graduación radial 21 están
orientadas hacia el centro S. Para la exploración de la graduación
radial 21 se dispone en la pieza estacionaria de la máquina 1 una
graduación de exploración 22 conocida. Para la iluminación de la
graduación radial 21, la graduación de exploración 22 y del equipo
detector 20 se puede proporcionar la fuente de luz 13 o una fuente
de luz propia 23.
La placa de exploración 12 con las graduaciones
radiales 12.30 y 21 se representa en una vista en alzado en la
Figura 14.
La graduación de exploración 22 puede formar una
unidad común con el equipo detector 20, para ello, las superficies
fotosensibles también se pueden realizar como graduación de
exploración 22. Además de esto, el equipo de exploración 20, 22 no
está limitado al principio fotoeléctrico, la graduación radial 21
también se puede configurar de manera que se pueda explorar de
forma inductiva, capacitiva o magnética.
Las graduaciones radiales 11.1, 12.10, 12.20,
12.30, 12.40, 12.50, 12.60 y 21 se pueden configurar en el periodo
de graduación o en su orientación angular de tal forma que se pueden
utilizar principios de exploración de Vernier o Moiré
conocidos.
La fuente de luz 13 también se puede disponer
alternativamente en el cuerpo base 4 y la alimentación de la fuente
de luz se puede realizar por una batería integrada en el cuerpo base
4 o se puede acoplar por bobinas o transmisores de anillo colector
desde la pieza estacionaria de la máquina 1 al cuerpo base 4. Las
graduaciones radiales 11.1, 21 pueden estar configuradas
codificadas de manera incremental o absoluta, con una pista o
varias pistas. El soporte de graduación 11 también puede comprender
un segmento con una graduación radial 11.1 de menos de 360º.
Claims (9)
1. Un dispositivo de medición angular con un
soporte de graduación (11), una placa de exploración (12) y un
equipo detector (14) en una pieza estacionaria (1) para la medición
de la posición de giro del soporte de graduación (11) con respecto
a la placa de exploración (12) alrededor de un primer eje de giro
(W), caracterizado porque
- -
- la placa de exploración (12) con el soporte de graduación (11) puede girar alrededor de un segundo eje de giro (S) con respecto al equipo detector (14) y
- -
- los dos ejes de giro (S, W) son paralelos entre sí y están separados radialmente.
2. El dispositivo de medición angular de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizado porque la placa de
exploración (12) comprende al menos un campo de exploración (12.1 a
12.6) que tiene un recorrido concéntrico con respecto al segundo
eje de giro (S).
3. El dispositivo de medición angular de acuerdo
con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el soporte
de graduación (11) y la placa de exploración (12) comprenden
respectivamente una graduación radial (11.1, 12.10 a 12.60), cuyas
rayas de graduación están orientadas de forma común con respecto a
un primer eje de giro (W).
4. El dispositivo de medición angular de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el equipo detector (14) se dispone en la zona del segundo eje
de giro (S) y el al menos un campo de exploración (12.1, 12.2) se
dispone de forma circular alrededor del segundo eje de giro (S) y el
diámetro del anillo circular es menor o igual a la longitud de las
rayas de graduación de la graduación radial (11.1) del soporte de
graduación (11).
5. El dispositivo de medición angular de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque
el equipo detector (14) presenta una separación radial del segundo
eje de giro (5) que es mayor que la separación radial de los dos
ejes de giro (S, W) y porque al menos un campo de exploración (12.3,
12.4, 12.5, 12.6) forma un anillo circular que tiene un recorrido
concéntrico con respecto al segundo eje de giro (S), que incluye
ambos ejes de giro (S, W).
6. El dispositivo de medición angular de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el soporte de graduación (11) se puede explorar de forma
fotoeléctrica y porque el equipo detector (20) presenta una
superficie o superficies fotosensibles, que están asignadas al al
menos un campo de exploración (12.1 a 12.6) y porque el centro de
gravedad de esta superficie o superficies está en el segundo eje de
giro (S).
7. El dispositivo de medición angular de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque la placa de exploración (12) comprende una graduación (21),
que se puede explorar por un equipo detector adicional (20) de la
pieza estacionaria (1) para la detección de la posición de giro de
la placa de exploración (12) con respecto a la pieza estacionaria
(1).
8. El dispositivo de medición angular de acuerdo
con la reivindicación 7, caracterizado porque la placa de
exploración (12) comprende una graduación radial (21), cuyas rayas
de graduación están orientadas hacia el segundo eje de giro
(S).
9. Un equipo de huso con una pieza estacionaria
de máquina (1), en la que se aloja de forma giratoria alrededor de
un eje de huso (S) un cuerpo base (4) y en el cuerpo base (4) se
aloja un portaherramientas o portapiezas (5) de forma giratoria
alrededor de un eje de soporte (W), donde ambos ejes de giro (S, W)
tienen un recorrido paralelo entre sí y están separados
radialmente, caracterizado porque en la pieza estacionaria de
la máquina (1) se dispone un equipo detector (14), en el cuerpo
base (4), una placa de exploración (12) y en el portaherramientas o
portapiezas (5), un soporte de graduación (11) de un dispositivo de
medición angular (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones
precedentes.
Applications Claiming Priority (2)
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