CN1755319A - 对于具有角标度的物体进行制造和安装的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对于具有角标度的物体进行制造和安装的方法。根据本发明的方法包括下述步骤：在物体上设置三个标记(A，B，C)，其中该标记(A，B，C)彼此间隔距离地设置；相对于一个支架装置对物体如此地进行校准，使该标记(A，B，C)和一个点(M)之间的距离(AM，BM，CM)一样大，该点(M)相对于支架装置是位置固定的；在已校准的物体上设置一个角标度；将物体从支架装置上拆卸下来；将设置有角标度的物体如此地安装到机器部件上，使标记(A，B，C)和一个点(M’)之间的距离(AM’，BM’，CM’)一样大，该点(M’)相对于机器部件是位置固定的。

Description

对于具有角标度的物体进行制造和安装的方法
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1所述的、对于一个具有一个角标度的物体进行制造和安装的方法，例如在角度测量***中所述物体特别可作为整体量具使用。
背景技术
这类角度测量***用于测量机器部件的、例如轴的旋转运动或者转动位置。其中所述旋转运动进行增量式的采集或者绝对式的采集。所输出的测量值例如是计数脉冲的次序、一个计数数值、或者是一个代码字。相应的角度测量***特别是在制造电子元件中的所谓抓起-和装入(Pick-and-Place)机器中使用，或者在机床中用于测量旋转运动。机器部件的旋转角的可重复性可精确到只是几个角度秒，这例如对于“抓起和装入”机器特别重要。在机床中，特别是角度测量***的测量结果的绝对精度是决定性的。角度测量***经常是如此地设计的，即该***不具有支承可相互旋转的部件的自身的轴承。
角度测量的精确度主要受到角标度的质量、角标度与轴承的偏心度、轴承的同轴度偏差的影响。特别在没有自身轴承的角度测量***中由于安装偏差很大所以必须考虑到偏差。
DE 100 19 499 A公开了一种用于一个角度测量***的角标度的制造方法，其中测量在其上待设置角标度的物体的偏心度。然后根据测量结果进行修正，这样，设置一种修正的角标度。
该公开的方法具有下述缺点，即比较费钱，并且事后实际上不可能直接安装到应该确定其角位置的机器部件上。
在国际公开文献WO 2004/008076 A1中公开了一种用于安装具有一个角标度的物体的、具有一个中间环的装置。该装置的缺点是精确地安装具有角标度的物体比较困难，并且费事。
根据EP 0 913 669 A2也公开了一种定中心方法，其中在安装具有角标度的物体时要通过弹性元件使物体自行定中心。在该***中通过弹簧行程的可重复性确定所述定中心的精度。但是弹簧的准确的重复性根据弹簧元件材料、例如温度波动的不利影响。
受到制造的限制，具有角标度的物体必然具有圆度偏差。到目前为止，经常沿物体的外轮廓在许多检测点上对这些圆度偏差进行检测。然后计算最小偏差平方(Abweichungsquadrat)的圆周的中心点。为了设置角标度，对物体进行如此的校准，即这个计算的中心点尽可能准确地位于支承架装置的旋转轴线上。这种类型的校准或者安装比较困难，并且费事。在以后将设置有角标度的物体安装到一个机器部件上时，还必须将所述中心点重新以一种很费事的过程准确地与有关的机器部件的旋转轴线对中心。虽然这种类型的角度测量***例如通过改进的扫描技术和内插电子设备原则上讲可以越来越精确地进行测量，但必须降低安装容许误差，以便充分利用角度测量***的潜力。为了提高定中心的精度，因此如此不断地提高测量最小偏差平方的圆周的中心点的精确度：增加检测点的数量，然而这又提高了制造和安装的费用。
发明内容
本发明的任务是，提供一种对于一个具有一个角标度的物体进行制造和安装的方法，该方法的特征尤其在于，安装极为精确，同时制造和安装费用比较低。
该任务通过根据权利要求1的方法得以完成。按照此方法，首先在最好是旋转对称的物体上设置至少三个标记，这些标记彼此间隔距离地沿物体的圆周方向设置。然后相对一个支架装置(例如一个圆台)对物体进行定向或者校准，使得在这些标记和一个相对于支架装置其位置是固定的、并且位于该装置的旋转轴线上的点之间的距离是一样大的。只要这种校准结束，就可在物体上设置一个角标度。然后就可将该物体从该支架装置上拆卸下来，并且例如为以后的发货作准备。现在设置有角标度的物体就可以安装到一个机器部件上、例如其转动位置应测量的轴上。为此目的重新对该物体如此地进行立体式的校准，即，标记和相对于机器部件其位置是固定的、并且位于该机器部件的旋转轴线上的点之间的距离是一样大的。
正如已提到的，所述校准过程是如此地进行的，使得标记和相应点之间的距离是一样大的。概念“一样”应联系通常在本技术领域采用的精确度一起理解。“一样”当然不意味着必要时在任意精确的测量中所述的距离必须是精确地一样大的。而在此，即使是极小的距离也是允许有偏差的。在从一个第一标记点出发到相应点之间的一个第一距离和从一个第二标记点出发到相应点之间的一个第二距离的标准化的长度差别应在±4.10-4之间。按照这一概念，标准化的长度差别应理解为这两个距离相对于所述距离中之一的差。常常可以合理的费用将相应标准化的长度差别降低到±2·15-5、甚至±0.5·10-5的范围。
若根据本发明的方法结束，则具有角标度的物体就已精确地安装了，这样该安装已满足高质量角度测量的先决条件。
在实践中待设置一个角标度的物体并非是加工成理想的圆。关于圆度偏差的概念定义在此通常符合1987年9月的DIN ISO 4291。在使用根据本发明方法的安装时不需注意物体的圆度偏差。特别是不必求出最小偏差平方的圆周的中心点。令人惊奇的是可以进行对于测量目的来说非常足够精确的安装，即使待测量的机器部件的旋转轴线不和最小偏差平方的圆周的中心点相交，或者不紧靠它的附近。
有利地借助一种烧蚀工艺、特别是借用一种激光烧蚀工艺来设置标记和/或角标度。可替换的是，结合所述方法可采用一种光刻法。
在本发明的一个优选方案中，所述标记和/或角标度在外部设置在一个圆筒的、特别是空心圆筒的或者环形的物体的壳体表面上。
根据本发明的方法既可成功地用在实心的、也可应用在比较细长的环形体上，因为通过这种措施不仅使安装更加容易，而且也可进行更加准确的校准。若物体设计成比较细长的环形体，则使用根据本发明的方法特别有利，因为正好这种类型的环形体由于加工过程受其弯曲软性的限制而具有明显的圆度偏差。特别是外径和内径的比例小于5、特别是小于3、有利地小于2的环形体中使用本发明特别有利。
虽然存在通过本发明的方法可控制的、与理想的几何形状相对较大的允许偏差，但物体不应具有任意大的圆度偏差。在一个有利的实施形式中，在物体的角标度的部位处的圆度偏差ΔZq(根据上述DIN ISO4291)低于100μm，特别是低于50μm。
本发明并不仅限于圆筒的和环形设计的物体。该物体例如也可设计成环形段，例如如果不必通过机器部件的全旋转来测量部件的转动位置。
本发明尤其具有如下优点，即对于用户来说大大地简化了这类角度测量设备的安装，这样，相应的用户例如不必拥有全套的安装设备。
可以从权利要求1的从属权利要求的措施中得到根据本发明的方法的有利的实施形式。
附图说明
从下述借助于附图的对两种可能的实施例的说明中可得到根据本发明方法的其它优点以及细节。
附图示出：
图1：在一个圆台上的一个物体的透视图，在该物体上设置一个角标度之前；
图2：具有夸大示出的圆度偏差的物体的示意俯视图；
图3：具有一个角标度的一个物体的透视简图，在将该物体装到一个机器部件上之前；
图4a：根据一个第二实施例的一个物体连同一个圆台的截面图，在该物体上设置一个角标度之前；
图4b：根据一个第二实施例的一个物体连同一个圆台的截面图，该圆台已设置角标度。
具体实施方式
在新的制造方法中首先制造一个物体，该物体在本实施例中设计为环形体1。根据图1该环形体1具有一个外径D和一个内径d。在本实施例中外径D＝250毫米，内径d＝200毫米。因此，其比例为D/d＝250/220，也就是1.14。借助车削方法或者研磨方法对环形体1进行尽可能精密的制造，这样，外壳表面1.2具有ΔLq＝10μm的圆度偏差(根据1987年9月DIN ISO 4291的限定)。正好是这样一些环形体1，也就是它具有和外径D相比比较大的内孔，亦即一个大的内径(D/d比较小)，它的最小可加工的圆度偏差受到限制，因为由于这样一些环形体1结构细长使得它容易变形。这样，例如通过夹紧这类环形体1在加工机床中就已出现干扰性的变形。另一方面对于角度测量***的某种用途、例如用于抓起-和装入-机器，正好要求环形体1要轻，并因此也要求细长，为的是例如所述抓起-和装入-机器在运行时能达到相应的动力。
图2为环形体1的一个俯视简图，其中环形体1的外形轮廓的形状偏差被夸大地示出，也就是尺寸放大了。由于此原因，所述环形体1的外轮廓或者壳体表面1.2显示为波浪线。这个波浪线在环形体1的整个外圆周上、在两个同心的具有半径R最大以及R最小的圆周线之间延伸。从零点(这两个点线表示的轴线的交叉点)出发，根据上述DIN IS04291对于外轮廓上的各点来说所述圆度偏差可作为被测量轮廓的最大半径和最小半径之间的差值来确定。因此，具有半径R最大以及R最小的两个虚线圆周线包括外轮廓的极值。在这些虚线圆周线之间还有另一条用点表示的圆周线，该圆周线表示外轮廓的最小偏差平方的圆周。两个前面提到的具有R最大以及R最小的虚线圆周线的中心点同时也是最小偏差平方的圆周的中心点。
下一个制造步骤是在环形体1的壳体表面1.2上涂上一层薄的烧蚀层。
在另一方法步骤中，将以所述圆度偏差制造的环形体1安装到一个可旋转的、空气支承的、用作支架装置的圆台2上(图1)。为此，通过环形体1的固定孔1.3将螺栓拧入到圆台2中的螺纹孔中。其中该固定孔1.3具有比螺栓的外径要大一些的内径。在第一步中只比较轻地拧螺栓，这样才能在X-X平面上相对于圆台2对环形体1作径向指向的移动。在这种状态中，借助一种激光工艺在环形体1的壳体表面1.2设置所述第一标记A。然后将空气支承的圆台2转动120°，并且用同样的方法设置所述第二标记B。再转动120°后设置第三、并且是最后的标记C。这样，借助一种激光工艺在环形体1的壳体表面1.2上设置了所述三个标记A、B、C。在这种情况下，所述标记A、B、C是沿环形体1的圆周方向相互间隔距离地设置的。在本实施例中所述激光工艺是作为激光烧蚀工艺进行的。在这种情况下，借助一个激光束从环形体1的壳体表面1、2分别除去由烧蚀层组成的作为标记A、B、C的三条比较粗的线。
在下一步骤中将环形体1相对于圆台2进行校准。为此目的在壳体表面1.2上在标记A的部位处安装一个指针式测量表4，并且在这种状态中将该表例如设置为零(图2)。然后圆台2旋转120°，使得该指针式测量表4贴靠在标记B的部位处，然后确定所述测定值。然后在将圆台2再作另一相应的旋转后，在标记C上确定测量数值。在校准措施过程中，将环形体1在x-y平面中作如此的移动，使得指针式测量表4在所有三个标记A、B、C上显示出相同的数值。这就是说，环形体1相对于圆台2作如此的校准，使得标记A、B、C和一个相对于圆台2来说为位置固定的点M之间的距离AM、BM、CM是一样大的。那么该点M位于圆台2的旋转轴线Z上。其中，M点不必实体地位于圆台2上。在此，点M例如位于由标记A、B、C三点形成的一个平面上。如从图2中可以看出，通常所述点M不是由外轮廓的最小的偏差平方所确定的圆周的中心点。因为这个中心点是在图2中用于半径R量大和R最小的箭头的那个出发点。
在这种校准之后，将环形体1用螺栓固定在圆台2上的已校准的位置上。然后开始将一个角标度1.1直接设置在环形体1的已涂层的壳体表面1.2上。为此又采用已在为标记A、B、C设置划线所采用的相同的激光工艺。也就是进行单个划线烧蚀，其中，在环形体1上每形成一条分度划线后将圆台2继续作最小转动，这样可设置下一个分度划线。借助圆台2上的一个高精度的角度测量***对这一工艺进行监控。
当由单个的分度划线组成的角标度1.1全部设置好后，可将设置有角标度1.1的环形体1从圆台2上取下或者拆卸下来。具有角标度1.1的环形体1-它作为一个整体构件存在-现在可以例如和一个适合用于扫描角标度1.1的装置一起作为模块的角度测量***来提供。
在用户方安装这类模块的角度测量***时必须注意将环形体1精确地安装到一个为它准备的机器部件上，在此为一个应测量其旋转角的轴3(图3)。详细讲，在此阶段首先是将设置有角标度1.1的环形体1安装到轴3上，并且用按螺纹孔3.1车削的螺栓暂时地固定起来，这样花费些气力就可在x-y平面上移动环形体1。然后类似如设置角标度1.1之前那样对环形体1相对于轴3如此来进行校准：安装一个指针式测量表，并且将轴3绕它的轴线旋转。也就是说，在标记A的部位处将一个指针式测量表安装到壳体表面1.2上，并且在这种状态中将该测量表例如设置为零。然后将轴3旋转120°，这样，指针式测量表贴靠在标记B的部位处。然后确定该测量值。然后在将轴3再作相应的旋转之后在标记C处确定测量值。在所述校准措施过程中将环形体1在x-y平面中如此地移动，使得该指针式测量表在所有三个标记A、B、C处显示出相同的数值。这就是说，环形体1相对于轴3作如此的校准，使得在标记A、B、C和一个相对于轴3来说其位置是固定的点M’之间的距离AM’、BM’、CM’是一样大的。那么点M’位于轴3的旋转轴线上。
以这种方式就可对具有角标度1.1的环形体1进行简单和精确的安装，其中，若环形体1是在测量操作中安装在所述轴上的，则在设置角标度1.1时的定中心就和读取环形体1的角标度1.1时的情况很相像。在环形体1安装在轴3上的状态时，所述点M’通常也不是由外轮廓的最小偏差平方所确定的圆周的中心点。最后可通过用更强烈地拧紧螺栓来实现环形体1在轴3上的最终固定。这样，通过本发明可进行非常简单的安装，同时也可达到很高的精密度。
借助图4a和4b对本发明的第二实施例进行说明。在此首先加工出一个物体，该物体在此设计成环形的轮毂10。在第二实施例中该轮毂10的外径D0和内径d0之比D0/d0＝205毫米/155毫米＝1.3。虽然轮毂10的加工比较精密，但它必然具有圆度偏差。所述外径D0在轮毂10的环绕的凸缘上确定，其中该凸缘在径向方向上被一个壳体表面10.2所限定。
在另一制造步骤中，将轮毂10以下述方式夹紧在一个用作支架装置的空气支承的圆台20上，使得轮毂10还可相对于圆台20作相对的、径向指向的移动。为此目的相应地通过圆台20中的孔20.1将螺栓拧入到轮毂10的螺纹孔10.3中。在这种情况下，孔20.1具有比螺栓的外径稍微大一点的内径，这样轮毂10就能进行微小的移动。在轮毂10的外壳表面10.2上设置三个标记A、B、C，它们分别错位120°地进行布置。在图4a和4b中由于是截面图，所以标记C看不见。标记B位于轮毂10的外圆周的外壳表面10.2上，因此在图4a和4b中不能直接看见。因此在那里用虚线表示标记B。
然后使轮毂10相对于圆台20进行校准。这种校准和第一实施例一样。因此，图2的原理示意图也可以看作是在设置有标记A、B、C的凸缘部位处通过轮毂10的截面图。因此，轮毂10相对于圆台20可如此地移动，直到在标记A、B、C和相对于圆台20其位置为固定的点M之间的距离AM、BC、CM是一样大的。那么点M就位于圆台20的旋转轴线Z上。在本实施例中，点M位于所述三个标记A、B、C的点也位于其中的那个平面上。然后可以通过拧紧螺栓将已校准的轮毂10相对于圆台20来说不可移动地固定起来。
下一步骤是将一个角标度10.1设置到相对于圆台20进行了校准的轮毂10上。与第一实施例不同的是，在第二实施例中不是直接将划线分度写在轮毂10上，而是将一个已设置有分度划线10.11的环形盘作为角标度10.1安装到轮毂10上。在这种情况下，这些分度划线10.11是径向地相对于环形盘指向的划线，其中此处该环形盘本身由玻璃构成。在将如此设计的角标度10.1安装到轮毂10上之前，在轮毂10的相应的接触表面上涂覆上一种胶粘剂11。在本实施例中这种胶粘剂11具有一种特性，即用紫外线可使它硬化。然后将角标度10.1相对于点M、也就是圆台20的旋转轴线Z定中心。只要角标度10.1的定中心位置(相对于点M)已建立，就可以用紫外线辐射使胶粘剂11硬化。
然后将设置有角标度10.1的轮毂10从圆台20上拆卸下来。
接下来角度测量***的用户将设置有角标度10.1的轮毂进行安装。该安装和第一实施例相类似。也就是将该轮毂10如此地安装到一个机器部件、多数是一个轴上：使在所述标记A、B、C和机器部件的旋转轴线上的一个点之间的距离是一样大的，该点相对于机器部件或者轴其位置是固定的。在这种情况下，为了进行径向校准，内径d0要比轴的直径稍大，最终应该使该轴的转动位置通过角度测量***决定。可将螺栓拧入轮毂10里的径向螺纹孔10.4中。这些螺栓使得按照标记A、B、C和轴上的一个点之间相同距离的原则进行径向校准变得容易。也就是说按照这种方式可以容易地制造和安装一个具有一个角标度10.1的轮毂10。

Claims (12)

1.对于具有一个角标度(1.1，10.1)的物体(1，10)进行制造和安装的方法，该方法具有下述步骤：
在物体(1，10)上设置至少三个标记(A、B、C)，其中该标记(A、B、C)沿物体(1，10)的圆周方向彼此间隔距离地设置，
相对于一个支架装置(2，20)对物体(1，10)进行下述方式的校准，即，在所述标记(A、B、C)和一个点(M)之间的距离(AM、BM、CM)是一样大的，所述点(M)相对于支架装置(2，20)是位置固定的，并且该点位于它的旋转轴线(Z)上，
在相对于支架装置(2，20)已进行校准的物体(1，10)上设置一个角标度(1.1，10.1)，
将设置有角标度(1.1，10.1)的物体(1，10)从支架装置(2，20)上拆卸下来，
将设置有角标度(1.1，10.1)的物体(1，10)以下述方式安装到一个机器部件(3)上，即，在标记(A、B、C)和一个点(M’)之间的距离(AM’，BM’，CM’)是一样大的，所述该点(M’)相对于机器部件(3)是位置固定的，并且该点位于它的旋转轴线上。
2.按照权利要求1所述的对于具有一个角标度(1，1)的物体(1)进行制造和安装的方法，其中，借助一种烧蚀工艺将角标度(1.1)设置到在支架装置(2)中已进行校准了的物体(1)上。
3.按照权利要求1所述的对于具有一个角标度(1.1，10.1)的物体(1)进行制造和安装的方法，其中借助一种烧蚀工艺设置至少三个标记(A、B、C)。
4.按照权利要求2所述的对于具有一个角标度(1.1，10.1)的物体(1，10)进行制造和安装的方法，其中所述烧蚀工艺是一种激光烧蚀工艺。
5.按照权利要求1所述的对于具有一个角标度(1，1)的物体(1)进行制造和安装的方法，其中，在设置角标度(1.1)之前至少在角标度(1.1)的部位处对物体(1)进行涂层。
6.按照权利要求1所述的对于具有一个角标度(1.1，10.1)的物体(1，10)进行制造和安装的方法，其中，在设置标记(A、B、C)之前至少在标记(A、B、C)的部位处对物体(1，10)进行涂层。
7.按照权利要求5所述的对于具有一个角标度(1.1，10.1)的物体(1，10)进行制造和安装的方法，其中物体(1，10)涂覆有一个烧蚀层。
8.按照权利要求1所述的对于具有一个角标度(1.1，10.1)的物体(1，10)进行制造和安装的方法，其中，沿物体(1，10)的圆周方向彼此错位120°地设置三个标记(A、B、C)。
9.按照权利要求1所述的对于具有一个角标度(1.1，10.1)的物体(1，10)进行制造和安装的方法，其中物体(1，10)为环形构形。
10.按照权利要求9所述的对于具有一个角标度(1.1，10.1)的物体(1，10)进行制造和安装的方法，其中，物体(1，10)具有外径D和内径d，并且其比例D/d小于5。
11.按照权利要求1所述的对于具有一个角标度(1.1)的物体(1)进行制造和安装的方法，其中，角标度(1.1)设置在物体(1)的壳体表面(1，2)上。
12.按照权利要求11所述的对于具有一个角标度(1.1)的物体(1)进行制造和安装的方法，其中，物体(1)是如此制造的，即，在物体(1)的角标度(1.1)部位处圆度偏差ΔZq小于100μm，特别是小于50μm。
CNB2005101133251A 2004-09-29 2005-09-29 对于具有角标度的物体进行制造和安装的方法 Active CN100451534C (zh)

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