JP2018169391A - 角度測定システム - Google Patents

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Abstract

【課題】第1構成部材と第2構成部材群を含む、回転体が、構成部材群の間に配置されている角度測定システムを提供する。【解決手段】第1構成部材1.1と第2構成部材2.1の間には、軸の延在方向aを伴うスリットSが延在する結果、構成部材1.1、2.1は、スリットSの両側で接触しないで対向して配置されている。第1構成部材1.1には、第2構成部材群に対して接触しないで配置され、第1の環状の本体1.3が、固定されている。第2構成部材2.1は、半径方向のスリットRoを伴って、軸方向に延在する、第1本体1.3の領域1.3Aに、半径方向外側で対向する部分2.1Aを有し、第1本体1.3は、回転体に対して半径方向外側で軸Aを中心にして周設されていて、第1本体1.3によって潤滑剤が、吸収可能になっている。代替的又は補完的には、相応する環状の第2本体2.3が、第2構成部材2.1に固定される。【選択図】図2

Description

本発明は、請求項1に記載の角度測定システムに関する。
このような角度測定システムは、シャフトの一回転又は複数回転にわたるシャフトの回転運動を測定するために使用される。この場合、この回転運動は、インクリメンタル式に又はアブソリュート式に記録される。これに応じて、当該出力される測定-値は、連続する複数の計数インパルス、計数値又はコード語である。角度測定システムは、特に工作機械又は複合工作機械で、回転運動を測定するために使用される。僅かな秒角においても正確に回転角度を測定することは、例えば工作機械の回転盤又はスイベルヘッド、ロータリテーブルのC軸、さらに印刷機の印刷作業においても決定的に重要である。光学的測定原理の使用時には、特段に正確な測定結果が、達成可能であるので、このような角度測定システムは、定期的に、光学的測定システムを備える。この場合、角スケールは、大抵は反射光測定法又は透過光測定法によって走査される。
高い測定精度を保証するには、前記角スケールが、汚れから保護されていることが重要である。特に短所となり得るのは、潤滑剤又は、その成分が、転がり軸受から漏れ出て、当該角スケールの走査器や当該角スケールの本体部分に沈着する場合である。この種の汚れは、多くの場合に滴として形成されていて、レンズのような光学作用を生む。従って、そのような状況下では、光ビームが偏向され、そのことが測定誤差を引き起こし得る。
潤滑剤吸収のための中空空間と結合している溝を伴うシャフトを有する角度測定システムが、本出願人の欧州特許出願公開第2378251号明細書から公知である。
欧州特許出願公開第2378251号明細書
本発明の課題は、高い測定精度が、確実に達成可能である角度測定システムを提供することにある。
本発明によれば、この課題は、請求項1に記載の特徴を有する角度測定システムを提供することによって解決される。
従って、前記角度測定システムは、第1構成部材群と第2構成部材群を有し、複数の回転体が、両構成部材群の間に配置されていて、その結果、前記第1構成部材群は、前記第2構成部材群に対して、1つの軸の周囲を回動可能に軸支されている。前記第1構成部材群は、第1構成部材と角スケールを有し、それに対して、前記第2構成部材群は、第2構成部材と走査器を有している。この走査器によって、前記角スケールの(前記第2構成部材群に対する)位置関係に依存する、つまり角度位置の情報を含む位置信号が、生成可能である。前記第1構成部材と前記第2構成部材の間には、軸の延在方向に1つのスリットが、延在し、その結果、前記スリットの両側にある構成部材は、接触しないで対向して配置されている。前記第1構成部材に、第1の環状の本体、前記第2構成部材群に対して接触しないで配置された本体が、固定され、前記第2構成部材は、半径方向のスリットをともなう部分を有し、前記第1本体の軸方向に延在する領域に対して、半径方向外側で対向している。前記第1本体は、前記軸を中心にして周設されていて、前記回転体に対し半径方向外側で安定配置されている。さらに、前記第1本体は、潤滑剤がこの本体によって吸収されるように形成されている。代替的又は補完的には、前記第1構成部材群に対して接触しないで配置されている第2の環状の本体が、前記第2構成部材に固定されている。この場合、前記第1構成部材は、半径方向のスリットをともなう部分を有し、軸方向に延在する前記第2本体の領域に対して、半径方向外側で対向し、前記第2本体は、回転体に対して半径方向外側で前記軸を中心にして周設されていて、前記第2本体によって潤滑剤が、吸収可能となっている。
前記第1構成部材と前記第2構成部材に関する「構成部材」という概念は下記、特段に各々、環状の前額面、特に円の断面又は、環状の円断面を呈する構成部材と理解される。つまり幾何学的意味においては、前記の該当する構成部材は、主として円柱、特に中空の円柱といった幾何形態を有していることになる。各構成部材の環状の前額面は、特に、前記軸に直交するように方向付けられている。すなわち、前記両前額面は、前記軸に対して直交方向に位置付けられた平行の平面ないし、その法線ベクトルが、前記軸に対して平行に方向付けられる平面において存在することとなる。
特に、前記角スケールは、前記スリットに対して半径方向外方に配置されている。軸方向にずれて配置されている前記構成部材の間で、半径方向に延在する前記スリットは、故に前記角スケールより前記軸の近くにあって、特に半径方向内方にある前記スリットの終わり部分は、相対的な空間的配置のための手掛かりとして使用される。
前記第1及び/又は前記第2本体は、環状に形成され、―前記角度測定システムが、第1本体と且つ第2本体とを有する場合のために―この両本体が、特に同心円上に配置されていて、特徴的製造法によって、前記の環状の両本体の中心点ないし重心が、前記軸上に安定する。
特徴として、前記第1又は前記第2本体は、潤滑剤吸収のための細孔を有する。特に、前記第1及び/又は前記第2本体は、混合して多孔に形成され得、その結果、この本体は、閉じた中空空間と且つ、互いにかつ周囲とつながっている中空空間とを有し得る。前記第1及び/又は前記第2本体は、ポリウレタン合成樹脂を含む材料から製作される。前記第1及び/又は前記第2本体は、特に発泡素材から、ポリウレタンを基質として製作される。特長としては、前記第1及び/又は前記第2本体は、150kg/mと300kg/mの仮比重を有し、望ましくは180kg/m3から280kg/mの範囲の値を示す。
前記走査器及び/又は前記角スケールの汚れを回避するという点で、潤滑剤吸収可能な前記第1又は前記第2本体は、繊維なしに(faserfrei)又は毛羽なし(fusselfrei)に形成されていることが好ましい。
前記スリットを、その軸の延在方向にわたって覆うように、つまり前記スリットの軸の延在方向にわたって覆うように、前記第1構成部材に固定されている前記第1本体は、軸方向に張り出すように配置されていて且つ寸法決めされていることが、望ましい。代替的又は補完的には、第2本体が前記スリットを、その軸の延在方向にわたって覆うように、前記第2構成部材に固定されている前記第2本体は、軸方向に張り出すように配置されていて且つ寸法決めされていることも可能である。特に、前記第1本体、及び/又は前記第2本体は、前記第1及び前記第2構成部材の両前額面の間における前記スリットの領域において前記軸に直交して配置されている、幾何学的平面を突き通っている。
本発明の1つの発展形によれば、前記第1本体は、前記第1構成部材(例えば第1環状キー溝)に固定され、前記第2構成部材中の第2環状キー溝に接触しないで浸っている。代替的又は補完的には、前記第2本体は、前記第2構成部材に固定されることができ、特に第1環状キー溝の中に、及び接触しないで、前記第1構成部材中の第2環状キー溝に浸っていることも可能である。
特徴としては、前記第2環状本体は、前記第1環状本体に対して半径方向外側に配置されていて、前記両環状本体は、特段に同一の中心軸上に配置される。
前記走査器は、特長として、光源1つと光検出器を1つ有していて、前記光源から放たれる光は、前記角スケールによって、前記第1構成部材群及び前記第2構成部材群間の相対的角度関係に依存して、調節可能であり、前記光検出器によって光電流に変換され得る。
前記角度測定システムは、例えば現出する回転状態又は回転速度の確認といった、回転運動の特定に役立つ。
本発明の更なる特徴的発展形は、従属請求項から理解され得る。
本発明の更なる特徴及び利点が、下記の2つの実施例の解説に際して、複数の図によって明示される。
角度測定システムの縦断面図である。 角度測定システムの詳細図である。 第2の実施例に記載の角度測定システム詳細図である。
図1は、1つの角度測定システムの部分的な縦断面図の一例である。このシステムは、前記の提示された実施例において、回転子として機能して、第2構成部材群2に対して、1つの軸A周囲を回動可能である第1構成部材群1を含み、複数の図に記載の前記軸Aは、z方向に延在する。前記第2構成部材群2は、固定子とも呼ばれる。前記第1構成部材群1は、前記第2構成部材群2に対して、前記回転体3を収容する1つの転がり軸受によって回動可能に軸支されている。
前記第1構成部材群1は、第1構成部材1.1を有し、そこに1つの角スケール1.2が、軸Aを中心方向に当接配置されている。前記の提示された実施例において、前記角スケール1.2は、特に反射する金製の表層を用いることで、光学的効果を発揮する特殊構造を有し、前記角スケール1.2は、カバー側において、前記第1構成部材に当接しつつ配置されている。
前記第2構成部材群は、1つの定置式ケース2.4に結合した、1つの第2構成部材2.1を有する。さらに前記第2構成部材群2は、1つの走査器2.2を収容している。走査器2.2は、提示された実施例において例えば、1つの発行ダイオードとして装備される光源2.21を1つ、並びにレンズ2.22を1つ有している。加えて前記走査器2.2は、光学的ライングリッドを1つ伴う走査板2.23を1つ、並びに複数の光検出器2.25が、取り付けられた基板2.24を1つ収容している。前記第1構成部材1.1と前記第2構成部材2.1の間にスリットS(図2参照)1つが、軸の延在方向aを伴って、つまりz方向への前記延在方向aによって、延在している。前記の提示された実施例において前記軸の延在方向aの幅は、およそ1/4mmである。前記構成部材1.1、2.1は、従って前記スリットSの両側で接触しないで対向して配置されている。さらに前記角スケール1.2は、前記スリットSに対して半径方向外方に配置されている、つまりx‐方向にずれて配置されているのであって、前記x‐方向は、前記z‐方向に対して直交に方向付けられている。特に、前記角スケール1.2は、前記スリットSの半径方向外方の終わり部分に配置されている。言い換えるなら、前記角度測定システムは、前記角スケール1.2が、前記スリットSの延在する領域より、大きな隔たりを前記軸Aに対して有するように形作られている。
前記第1構成部材1.1は、環状の第1本体1.3が、1つ-特に貼り付けられて-固定されている、環状のキー溝を1つ有している。前記第2構成部材2.1は、第2環状キー溝2.11を1つ有し、前記第1本体1.3は、接触しないで前記第2キー溝2.11ないし、前記第2構成部材2.1の中に軸方向に浸っている。従って、前記第2構成部材2.1、特に前記第2キー溝2.11は、半径方向のスリットRo(図2参照)を伴って、前記第1本体1.3の軸方向に延在する、1つの領域1.3Aに半径方向外側で対向する部分2.1Aを1つ有している。前記第1環状本体1.3は、前記の提示された実施例において、或る混合多孔性のポリウレタン合成樹脂から製作されている
加えて前記第2構成部材2.1も環状の第2本体2.3が、1つ-ここでも、特に貼り付けられて-固定されている、環状のキー溝を1つ有している。前記第1構成部材1.1は、第1環状のキー溝1.11を1つ有し、前記第2本体2.3は、接触しないで前記第1キー溝1.11ないし、前記第1構成部材1.1の中に軸方向に浸っている。その結果、前記第1構成部材1.1も半径方向のスリットRi(図3参照)を伴って前記第2本体2.3の、軸方向に延在する1つの領域2.3Aに半径方向外側で対向する部分1.1Aを1つ有している。
前記第1構成体1.3は従って、前記第1構成体1.3は、前記スリットSを前記軸の延在方向(a)にわたって覆うように、前記第1構成部材1.1に固定されて、軸方向に張り出すように配置されていて且つ寸法決めされている。同じように、前記第2構成部材2.1に固定されている前記第2本体2.3は、前記第2本体が、前記スリットSを、その軸の延在方向aにわたって覆うように、軸方向に張り出すように配置され且つ寸法決めされている。その結果、このように、迷路のような構造が作り出される。
前記の提示された実施例において、前記第1構成部材1.1中の前記環状キー溝、前記第2構成部材2.1中の環状のキー溝、同じく前記第1キー溝1.11と前記第2キー溝2.11は、異なる直径で複数の円周を描きつつ、前記複数の円周は、同心上に位置し、その各中心は同一軸A上にある。
前記第2環状本体2.3は、前記の提示された実施例において、前記第1環状本体1.3と同様に、ある混合多孔性のポリウレタン合成樹脂から製作されている。
前記の提示された実施例において前記半径方向のスリットRo、Riのスリット寸法rは、それぞれ同じ大きさで、rはこの場合0.5mmあり、いずれにせよ軸方向の前記スリットSの軸の延在方向aよりも大きい。
前記角度測定システムは、機械に任意取り付けることが、定められており、前記第1構成部材群1は、例えば電動機軸といった、測定対象となる1つの構成要素との、回動不能な連結のために形作られる。前記角度測定システムによって、つまりは前記固定子と前記回転子の間で、又は前記第1構成部材群1と前記第2構成部材群2の間の相対的角度関係は、決定される。
前記ケース2.4の内部、特に前記角スケール1.2を外因性の汚れから保護するために、複数のシール材4は、前記第1構成部材群1と前記第2構成部材群2の間に配置されている。
前記角度測定システムの運用において光源2.21から放たれる光は、視準を合わせられ、走査板2.23を通過した後に前記角スケール1.2によって反射され、前記第1構成部材群1と前記第2構成部材群2の間の角度関係に応じて調節される。調節された光は、遂には光検出器2.25に当たり、光検出器によって電気信号に変換される。他にも、前記走査器2.2は、前記光検出器2.25から送られた走査信号の信号形成―例えば強化又はデジタル化など―のための電子的構成要素を含んでいる。前記図には、示されていない接続ケーブルを経て、前記角度測定システムと従属電子機器の間に電気的接続が実行され、その結果、電気信号と電気エネルギーが前記従属電子機器と前記角度測定システムの間で伝達される。
このように、前記走査器2.2によって前記角スケール1.2の位置関係に依存する位置信号が、生成可能である。
前記角度測定システムの運用において前記第1構成部材群1と、つまりは前記第1構成部材1.1も著しい回転数で回転することが可能で、前記角度測定システムの完全な運用のためには、前記軸受の回転体3が、潤滑である必要があり、その目的のために、ここでは潤滑剤又は潤滑油が着眼されている。前述の回転運動によって同時に、潤滑油の潤滑剤成分を、例えば液状油の形で、前記スリットSを通して半径方向外方へと齎す吸収力が発生する。加えて、前記潤滑剤成分は、遠心力に晒されている。続いて前記スリットS内の前記潤滑剤成分は、外方に移動して、前記潤滑剤吸収のための細孔、ないし、その構成部分を有する前記第2本体2.3に至る。前記第2本体2.3の潤滑剤ないし潤滑剤成分の吸収容量は、この本体のみでも予想される全潤滑剤量を吸収できるように、予め算出されている。確実性の更なる向上のために、つまり潤滑剤が、前記角スケール1.2に至ることを確実に避けるために、同じく潤滑剤を吸収できる前記第1本体1.3は、着眼されている。
図3で二つ目の実施例が、解説される。第2実施例に記載の角度測定システムは、前記第1実施例の角度測定システムとは、主に、前記第1構成部材1.1に1つの透明な平板1.4が、回動不能に固定されているという点で異なっている。前記平板1.4は、ガラスで成り、環状に形作られている。この平板は、当然、2つの前額面を有し、角スケール1.2′が1つ、前記両前額面の1つに設置されている。前記角スケール1.2′は例えば、半径方向に方向づけられた目盛線を伴うインクリメンタル式の目盛として形成されるが、アブソリュート式のコードも追加的又は代替的に着眼され得る。前記前額面は、z−方向に対して直交する方向構成部によって方向づけられた面にある。特に、前記前額面は、前記軸Aが直交に交差する面にある。
前記角度測定システムの運用において、前記光源2.21から放たれる光は、前記レンズ2.22によって視準を合わせられる。この光は、前記角スケール1.2′と前記平板1.4及び前記走査板2.23を透過する。この場合、この光は前記第1構成部材群1と前記第2構成部材群2の間の角度関係に従って調節される。この調節された光は最終的には、1つの基板2.24に設置された前記光検出器2.25に当たり、この光検出器によって電気信号に変換される。この実施例においても、この信号は、電子的構成要素によって増強され、改変される。前記光源2.21、前記レンズ2.22、前記走査板2.23と前記光検出器2.25をともなう前記基板2.24は、前記第2構成部材群に配置され、その結果、前記角スケール1.2′は、これらの構成要素に対して回動可能である。
前記角度測定システムの特殊な発展形によって、前記潤滑剤から漏れた滴状の油といった、潤滑剤の残存物を、前記角スケール1.2、1.2′から遠ざけることが、こうして可能となる。この種の潤滑剤の残存物は、頻繁に測定の失敗に繋がる。何故なら、このことが前記光源2.21から放たれる光の光路に影響するからである。この潤滑剤の残存物を遠ざける行為は、著しい回転数を伴う運用中でも、保証される。一方で特殊な構造によって、潤滑剤の残存物を前記角スケール1.2、1.2′から遠ざける前記の対策によって、特に接触しない実施形態で、測定精度の低下が惹き起こされないことが保証される。
1 第1構成部材群
1.1 第1構成部材
1.11 第1環状キー溝
1.1A 部分
1.2 角スケール
1.2′ 角スケール
1.3 第1本体
1.3A 軸方向に延在する領域
1.4 平板
2 第2構成部材群
2.1 第2構成部材
2.11 第2環状キー溝
2.1A 半径方向外部において対峙する部分
2.2 走査器
2.21 光源
2.22 レンズ
2.23 走査板
2.24 基板
2.25 光検出器
2.3 第2本体
2.3A 軸方向に延在する領域
2.4 ケース
3 回転体
4 シール材
A 軸
a 軸の延在方向
Ri 溝穴
Ro 溝穴
r 溝穴寸法
S 溝穴

Claims (10)

  1. 第1構成部材群(1)と第2構成部材群(2)とを有する角度測定システムにおいて、前記第1構成部材群(1)は、前記第2構成部材群(2)に対して軸(A)周囲を回動可能に軸支されているように、回転体(3)が、両構成部材群(1、2)間に配置されていて、
    −前記第1構成部材群(1)は、第1構成部材(1.1)と角スケール(1.2;1.2’)とを有し、
    −前記第2構成部材群(2)は、第2構成部材(2.1)と走査器(2.2)を有し、
    前記角スケール(1.2;1.2’)の位置関係に依存する位置信号が、走査器(2.2)によって生成可能であり、
    軸の延在方向(a)を伴うスリット(S)が、前記第1構成部材(1.1)と前記第2構成部材(2.1)との間に延在する結果、これらの構成部材(1.1、2.1)は、前記スリット(S)の両側で接触しないで対向して配置されていて、
    a)前記第2構成部材群(2)に対して接触しないで配置されている環状の第1構本体(1.3)が、前記第1構成部材(1.1)に固定されていて、前記第2構成部材(2.1)は、半径方向のスリット(Ro)を伴いながら、前記第1本体(1.3)の軸方向に延在する領域(1.3A)に、半径方向外側で対向する部分(2.1A)を有し、前記第1本体(1.3)は、前記回転体(3)に対して半径方向外側で前記軸(A)を中心に周設されていて、潤滑剤が、前記第1本体(1.3)によって潤滑剤が、吸収可能であり、及び/又は
    b)前記第1構成部材群(1)に対して接触しないで配置されている環状の第2本体(2.3)が、前記第2構成部材(2.1)に固定されていて、前記第1構成部材(1.1)は、半径方向のスリット(Ri)を伴いながら、前記第2本体(2.3)の軸方向に延在する領域(2.3A)に、半径方向外側で対向する部分(1.2A)を有し、前記第2本体(2.3)は、前記回転体(3)に対して半径方向外側で前記軸(A)を中心にして周設されていて、潤滑剤が、前記第2本体(2.3)によって潤滑剤が、吸収可能である当該角度測定システム。
  2. 前記第1又は前記第2本体(1.3、2.3)は、前記潤滑剤を吸収するための細孔を有する請求項1に記載の角度測定システム。
  3. 前記第1又は前記第2本体(1.3、2.3)は、混合多孔に形成されている結果、この本体は、閉じた中空空間と、互いに且つ周囲とつながっている中空空間とを有する請求項2に記載の角度測定システム。
  4. 前記第1又は前記第2本体(1.3、2.3)は、ポリウレタン合成樹脂を含む材料から製作される請求項1〜3のいずれか1項に記載の角度測定システム。
  5. a)前記第1本体(1.3)が、前記スリット(S)をその軸の延在方向(a)にわたって覆うように、前記第1本体(1.3)は、前記第1構成部材(1.1)に軸方向に張り出すように配置されていて且つ寸法決めされていて、及び/又は
    b)前記第2本体(2.3)が、前記スリット(S)をその軸の延在方向(a)にわたって覆うように、前記第2本体(2.3)は、前記第2構成部材(2.1)に軸方向に張り出すように配置されていて且つ寸法決めされている請求項1〜4のいずれか1項に記載の角度測定システム。
  6. a)前記第1本体(1.3)は、前記第1構成部材(1.1)に固定されていて、接触しないで前記第2構成部材(2.1)内の第2環状キー溝(2.11)内に非接触式に浸っていて、及び/又は
    b)前記第2本体(2.3)は、前記第2構成部材(2.1)に固定されていて、前記第1構成部材(1.1)内の第2環状のキー溝(1.11)内に非接触式に浸っている請求項1〜5のいずれか1項に記載の角度測定システム。
  7. a)前記第1本体(1.3)は、第1環状キー溝内の前記第1構成部材(1.1)に固定されていて、前記第2構成部材(2.1)内の第2環状キー溝(2.11)内に非接触式に浸っていて、及び/又は
    b)前記第2本体(2.3)は、第1環状キー溝内の前記第2構成部材(2.1)に固定されていて、前記構成部材(1.1)の第2環状キー溝(1.11)内に非接触式に浸っている請求項1〜6のいずれか1項に記載の角度測定システム。
  8. 第1の環状の本体(1.3)が、前記第1構成部材(1.1)に固定されていて、第2の環状の本体(2.3)が、前記第2構成部材(2.1)に固定されており、前記第2環状本体(2.3)は、前記第1環状本体(1.3)に対して同心円上に配置されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の角度測定システム。
  9. 第1の環状の本体(1.3)が、第1構成部材(1.1)に固定されていて、第2の環状の本体(2.3)が、前記第2構成部材(2.1)に固定されており、第2環状本体(2.3)は、前記第1環状本体(1.3)に対して半径方向外側において配置されている請求項1〜8のいずれか1項に記載の角度測定システム。
  10. 前記走査器(2.2)が、光源(2.21)1つと光検出器(2.25)1つを有していて、前記光源(2.21)から放たれる光は、前記角スケール(1.2;1.2’)によって、相対的角度関係に依存して、変調可能であり、前記光検出器(2.25)によって光電流に変換される請求項1〜9のいずれか1項に記載の角度測定システム。
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