DE19907326A1 - Winkelmeßsystem - Google Patents

Abstract

Es wird ein Winkelmeßsystem zur hochpräzisen Bestimmung der Winkelposition eines um eine Drehachse rotierenden Objektes angegeben. Dieses umfaßt einerseits eine rotationssymmetrische Meßteilung, die mit dem rotierenden Objekt verbindbar ist und andererseits mehrere Abtasteinheiten, die zur Abtastung der Meßteilung an mehreren verschiedenen Meßteilungsorten dienen und winkelpositionsabhängige Teil-Ausgangssignale liefern. Die Abtasteinheiten sind in einer definierten räumlichen Orientierung in einer Baueinheit stationär angeordnet. Ferner umfaßt das Winkelmeßsystem Korrekturmittel, um die Teil-Abtastsignale der Abtasteinheiten zu erzeugen, um Ausgangssignale zu liefern, welche um eventuelle Fehler bereinigt sind, die durch eine ggf. vorliegende Nicht-Übereinstimmung der Drehachse des Objektes mit der Symmetrieachse der Meßteilung resultieren (Figur 2a).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Winkelmeßsystem, insbesondere ein Winkelmeßsystem ohne Eigenlagerung.

Hochgenaue Winkelmeßsysteme mit einer meßsystemseitigen Welle und einer entsprechenden Eigenlagerung der Welle sind beispielsweise aus dem Buch "Digitale Längen- und Winkelmeßtechnik", A. Ernst, Verlag Moderne Industrie, 3. Auflage 1998, S. 61-64 bekannt. Um die geforderte Meßge­ nauigkeit zu erreichen sind hochpräzise und dementsprechend teure Präzi­ sionslager auf Seiten des Winkelmeßsystems erforderlich, über die die Welle gelagert wird. Über eine geeignete Kupplung ist die Welle mit einer Teil­ scheibe verbunden, welche die radiale Meßteilung trägt. Die Meßteilung wiederum wird mittels stationärer Abtasteinheiten im Winkelmeßsystem zur Erzeugung winkelabhängiger Ausgangssignale abgetastet. Zur Weiterverar­ beitung werden die winkelabhängigen Ausgangssignale, beispielsweise in Form sinusförmiger Inkrementalsignale, an eine nachgeordnete Auswerte­ einheit übertragen.

Daneben sind aus obigem Buch, S. 64-70, Winkelmeßsysteme ohne Ei­ genlagerung bekannt, bei denen eine rotationssymmetrische Meßteilung bzw. eine entsprechende Teilscheibe unmittelbar auf einer rotierenden Welle angeordnet wird. Stationär in Bezug auf die rotierende Teilscheibe sind ein oder mehrere Abtasteinheiten vorgesehen, über die die Meßteilung z. B. photoelektrisch abgetastet wird. Die Abtasteinheiten sind bei derartigen Sy­ stemen nunmehr nicht fest in Bezug auf die Teilscheibe bzw. Meßteilung angeordnet, sondern müssen bei der Montage hierzu korrekt ausgerichtet werden, was einen entsprechenden Justageaufwand verursacht. Ferner ist bei diesen Winkelmeßsystemen nicht a priori gewährleistet, daß die Dreh­ achse der rotierenden Welle mit der Teilscheibenachse zusammenfällt, d. h. es kann möglicherweise eine Exzentrizität oder eine Taumelbewegung der rotierenden Teilscheibe vorliegen, die wiederum Fehlmessungen zur Folge hat. Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, mit Hilfe mehrerer separater Abtasteinheiten den resultierenden Exzentrizitätsfehler zu beseitigen. In die­ sem Zusammenhang sei etwa auf die EP 0 325 924 B1 der Anmelderin ver­ wiesen. Nach wie vor ist jedoch in diesem Fall die exakte Justage der Ab­ tasteinheiten in Bezug auf die rotierende Meßteilung erforderlich.

Desweiteren sind sog. vormontierte Einbaudrehgeber bekannt, die ebenfalls keine Eigenlagerung aufweisen und bei denen ein oder mehrere Abtastein­ heiten in einem stationären Teil umfassen und zur Abtastung der Teilscheibe dienen, die auf einer rotierenden Welle angeordnet ist. Auch bei diesen Sy­ stemen ist wie bei den vorhergehen erwähnten Winkelmeßsystemen ohne Eigenlagerung eine hochpräzise Justage der Abtasteinheiten in Bezug auf die rotierende Meßteilung erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Winkelmeßsystem an­ zugeben, die möglichst ohne aufwendige Eigenlagerung auskommt und da­ bei trotzdem eine hochpräzise, fehlerfreie Erfassung der Winkelposition ei­ nes rotierenden Objektes erlaubt. Ferner soll das Winkelmeßsystem mög­ lichst einfach und ohne großen Justageaufwand zu montieren sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Winkelmeßsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Winkelmeßsy­ stems ergeben sich aus den Maßnahmen in den abhängigen Patentansprü­ chen.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen nunmehr die Realisierung eines hochpräzisen Winkelmeßsystem ohne aufwendige Eigenlagerung. Es wird vielmehr auch für die rotierende Meßteilung die bereits vorhandene La­ gerung des rotierenden Objektes bzw. der entsprechenden Welle genutzt, dessen Winkelposition erfaßt werden soll. Hierbei kann es sich z. B. um ei­ nen Schwenkrundtisch an einer Werkzeugmaschine handeln.

Desweiteren entfallen Justage- bzw. Montageprobleme in Verbindung mit der korrekten Positionierung der Abtasteinheiten in Bezug auf die rotations­ symmetrische Meßteilung, da die Abtasteinheiten in einer einer Baueinheit bereits herstellerseitig vormontiert werden. Aufgrund der nachfolgend noch detailliert zu erläuternden Maßnahmen ist auf Seiten des Anwenders keine weitere Justage der Abtasteinheiten nach dem Anbau an eine rotierende Welle erforderlich.

Eventuell vorliegende Exzentrizitätsfehler, z. B. verursacht durch den nicht perfekten Rundlauf einer Welle, werden durch den erfindungsgemäßen Ein­ satz von Korrekturmitteln auf Seiten des Winkelmeßsystems korrigiert.

Als Korrekturmittel fungieren hierbei bestimmte Abtastanordnungen mit meh­ reren Abtastfeldern sowie bestimmte Signalverarbeitungselemente auf Sei­ ten des Winkelmeßsystems. Das erfindungsgemäße Winkelmeßsystem lie­ fert demzufolge ein oder mehrere winkelabhängige Ausgangssignale, die keine Exzentrizitäts-Fehler aufweisen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung existieren neben dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel selbstverständlich vielfältigste weitere Ausführungsvarianten.

So ist die Art der Abtastung nicht auf optische bzw. photoelektrische Sy­ steme beschränkt, d. h. es können alternativ auch andere physikalische Ab­ tastprinzipien zur Abtastung der Meßteilung eingesetzt werden, wie z. B. in­ duktive, kapazitive oder magnetische Abtastprinzipien.

Desweiteren kann neben einer Teilscheibenabtastung selbstverständlich auch eine sog. Trommelabtastung auf Grundlage der erfindungsgemäßen Überlegungen realisiert werden. Ebenso kann neben der Ausbildung als Durchlicht-System auch eine Ausgestaltung als Auflicht-System mit reflektie­ render Meßteilung jederzeit erfolgen.

Neben ein oder mehreren Inkremental-Meßteilungen können auch weitere Spuren neben der Meßteilung vorgesehen sein, die beispielsweise codierte Referenzmarkierungen zur Identifikation von Absolutpositionen aufweisen etc.

Ebenso existieren vielfältige Möglichkeiten, in welcher Form die exzentrizi­ tätsfehlerfreien Ausgangssignale an die nachgeordnete Auswerteeinheit übertragen werden. Beispielsweise ist eine Übertragung in analoger, sinus­ förmiger Form oder als digitale Rechtecksignale oder aber in seriell codierter Form möglich. Insbesondere die letztgenannte Form der Datenübertragung ermöglicht die Übertragung weiterer Zusatzinformationen vom erfindungs­ gemäßen Winkelmeßsystem an die Auswerteeinheit.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten des erfindungsgemäßen Winkelmeßsy­ stems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs­ beispielen anhand der beiliegenden Figuren.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematisierte, seitliche Ansicht ei­ ner ersten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Winkelmeßsystems in Verbindung mit einem Schwenkrundtisch;

Fig. 2a eine schematische Darstellung der Si­ gnalverarbeitung im erfindungsgemäßen Winkelmeßsystem, wie sie z. B. in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 reali­ sierbar ist;

Fig. 2b eine weitere Variante der Signalverar­ beitung im erfindungsgemäßen Winkel­ meßsystem, wie sie z. B. ebenfalls in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 reali­ sierbar wäre.

Anhand von Fig. 1 sei nachfolgend der grundsätzliche mechanische Auf­ bau einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Winkelmeß­ systems erläutert. Gezeigt ist hierbei eine seitliche, z. T. schematisierte Schnittansicht eines Winkelmeßsystems, angeordnet an einem Schwenk­ rundtisch einer Werkzeugmaschine.

Vom Schwenkrundtisch ist lediglich ein stationäres Teil 50 erkennbar, das die Form eines Zylindermantels aufweist. Im Zylinderinneren ist eine um die Rotationsachse Achse R rotierende Welle 51 des Schwenkrundtisches an­ gedeutet. Die Welle 51 ist über geeignete Lager im stationären Teil 50 des Schwenkrundtisches gelagert, wobei die Lager aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in Fig. 1 nicht dargestellt sind.

Am unteren Ende des Schwenkrundtisches ist das erfindungsgemäße Win­ kelmeßsystem angeordnet, mit der die Winkelposition der rotierenden Welle 51 hochpräzise bestimmt wird. Das Winkelmeßsystem besitzt keine Eigenla­ gerung; die rotierende Welle 51, deren Winkelposition bestimmt wird, ist vielmehr lediglich in denjenigen Lagern drehbar um die Achse R gelagert, die dem Schwenkrundtisch zugeordnet sind.

Im wesentlichen weist das dargestellte Winkelmeßsystem einen zweiteiligen Aufbau auf, der zum einen eine stationäre Baueinheit umfaßt, die mit dem stationären Teil 50 des Schwenkrundtisches verbunden ist. Die Verbindung der stationären Baueinheit des Winkelmeßsystems mit dem stationären Teil 50 des Schwenkrundtisches erfolgt hierbei über Schraubverbindungen 10a, 10b. Zum anderen umfaßt das Winkelmeßsystem einen rotierenden Teil mit einer Meßteilung 4.

Zur stationären Baueinheit gehört i. w. ein Gehäuse 1 sowie mehrere Ab­ tasteinheiten 2 zur photoelektrischen Durchlicht-Abtastung einer Meßteilung 4. Die Abtastseinheiten 2 dienen zur Abtastung der rotierenden Meßteilung an mehreren verschiedenen Meßteilungsorten und liefern mehrere winkel­ positionsabhängige Teil-Abtastsignale. Die verschiedenen Abtasteinheiten 2 sind hierbei jeweils in einer definierten räumlichen Orientierung in der statio­ nären Baueinheit angeordnet. In der Darstellung der Fig. 1 ist von den vor­ gesehenen vier Abtasteinheiten lediglich eine einzige Abtasteinheit 2 er­ kennbar. Die Abtasteinheiten umfassen in der gezeigten Ausführung als photoelektrisches Durchlicht-System eine Lichtquelle 2.1, ggf. eine der Lichtquelle 2.1 vorgeordnete Kollimatoroptik 2.2, ein oder mehrere Ab­ tastfelder mit Abtastteilungen, die in Fig. 1 nicht erkennbar sind sowie ein oder mehrere optoelektronische Detektorelemente 2.3. Letztere sind auf ei­ ner Trägerplatine 3 angeordnet, die sich ebenfalls im Gehäuse 1 befindet.

Wie bereits oben angedeutet fungiert die gewählte Abtastanordnung als Kor­ rekturmittel, über das möglichst exzentrizitätsfehlerfreie Winkelpositions­ meßwerte erzeugt werden sollen. In Bezug auf die erfindungsgemäß ge­ wählte Abtastanordnung sei an dieser Stelle ausdrücklich auf die EP 0 412 481 B1 der Anmelderin verwiesen. Dort ist in der Fig. 7 ein Beispiel für eine Abtastanordnung offenbart, die im vorliegenden Winkelmeßsystem an meh­ reren Abtaststellen vorzugsweise eingesetzt wird. Die Abtastanordnung umfaßt hierbei zwei Gruppen mit je vier Abtastfeldern, wobei die Abtastfelder derart angeordnet sind, daß der Flächenschwerpunkt aller Abtastfelder der einen Gruppe gleich dem Flächenschwerpunkt der Abtastfelder der anderen Gruppe ist. Die Verschaltung der den Detektorelementen zugeordneten acht Abtastfelder erfolgt hierbei gemäß der Fig. 10 in der EP 0 412 481 B1. Pro Abtasteinheit resultieren bei dieser Abtastanordnung je zwei Teil-Abtastsi­ gnale, die auch im Fall einer eventuellen Exzentrizität sowohl eine stabile Phasenbeziehung zueinander als auch ein stabiles Amplitudenverhältnis zueinander aufweisen.

Grundsätzlich können selbstverständlich auch die anderen, in der EP 0 412 481 B1 offenbarten Varianten von Abtastanordnungen im erfindungsgemä­ ßen Winkelmeßsystem zum Einsatz kommen.

Auf der Trägerplatine 3 sind neben den Detektorelementen 2.3 in der Regel noch zusätzliche Signalverarbeitungselemente als weitere Korrekturmittel angeordnet, die zur Weiterverarbeitung der über die Detektorelemente 2.3 erfaßten Teil-Abtastsignale dienen. In Bezug auf diese Korrekturmittel bzw. die darüber erfolgende Signalverarbeitung sei an dieser Stelle lediglich auf die nachfolgende Beschreibung der Fig. 2a und 2b verwiesen.

Wie in Fig. 1 desweiteren erkennbar ist, sind die sendeseitigen Teile der Abtasteinheit 2 über eine Signalübertragungsleitung 2.4 mit der Trägerpla­ tine 3 und darauf angeordneten detektorseitigen Elektronik-Komponenten verbunden.

Im Gegensatz zu bekannten lagerlosen Winkelmeßsystemen werden beim erfindungsgemäßen Winkelmeßsystem die Abtasteinheiten 2 bereits auf Seiten des Herstellers vormontiert bzw. vorjustiert. Es ist demzufolge keine separate, zeitaufwendige Justage derselben am Einsatzort mehr erforder­ lich. Das erfindungsgemäße Winkelmeßsystem kann somit montagetech­ nisch als autarke Einheit betrachtet werden.

Der zweite Teil des erfindungsgemäßen Winkelmeßsystems umfaßt die im wesentlichen innerhalb der stationären Baueinheit angeordnete Meßteilung 4, die relativ zur stationären Baueinheit und den darin angeordnetenAbtast­ einheiten 2 um die Rotationsachse R beweglich ist. Die kreisringförmige Meßteilung 4 ist hierbei auf einer kreisringförmigen Trägerscheibe 5 aus Glas angeordnet und besteht in der gezeigten Durchlichtvariante etwa aus licht­ undurchlässigen Chrom-Stegen und dazwischen befindlichen, lichtdurchläs­ sigen Lücken, d. h. als Meßteilung 4 dient eine hinlänglich bekannte Inkre­ mental-Meßteilung. Die Trägerscheibe 5 wiederum ist an einem kreisring­ förmigen Trägerring 6 aus Metall angeordnet, über den auch die Verbindung der Meßteilung 4 mit der rotierenden Welle 51 erfolgt. Hierzu wird der Trä­ gerring 6 über Schraubverbindungen 7a, 7b mit der Welle 51 starr bzw. drehsteif verbunden. Die Schraubverbindungen 7a, 7b sind axial in Bezug auf die Rotationsachse R orientiert, was eine besonderes drehsteife An­ kopplung der Meßteilung 3 an die rotierende Welle 51 darstellt.

Zwischen dem Gehäuse 1 des stationären Teiles der Baueinheit und dem Trägerring 6 auf Seiten des beweglichen Teiles sind ferner Dichtungsele­ mente 8a, 8b vorgesehen. Hierbei sind die Dichtungselemente 8a, 8b ober­ halb und unterhalb des rotierenden Trägerringes 6 auf Seiten des Gehäuses 1 angeordnet, die etwa als Lippendichtungen aus Polyurethan ausgebildet sind. Alternativ könnten selbstverständlich auch andere Dichtungselemente wie O-Ringe, V-Seal-Dichtungen etc. an dieser Stelle zum Einsatz kommen, um den Innenraum des stationären Gehäuses 1 des Winkelmeßsystems gegenüber der rotierenden Welle 51 abzudichten.

Da das erfindungsgemäße Winkelmeßsystem keine Eigenlagerung aufweist, sondern die rotierende Welle 51 in den vorhandenen Rundtisch-Lagern drehbar gelagert ist, kann ggf. eine Exzentrizität der rotierenden Meßteilung 4 vorliegen. Dies ist der Fall, wenn die Rotationsachse R nicht mit der Sym­ metrieachse der Meßteilung 4 übereinstimmt. Eine derartige Exzentrizität kann beispielsweise durch vorhandene Lager- und/oder Passungstoleran­ zen verusacht werden. Die Folge eventueller Exzentrizitäten sind Fehler bei der Bestimmung der exakten Winkelpositionen. Wie nachfolgend anhand der beiden Fig. 2a und 2b noch erläutert wird, sind auf Seiten des erfin­ dungsgemäßen Winkelmeßsystems neben den abtastseitigen Korrekturmit­ teln noch weitere Korrekturmittel vorgesehen, um derartige exzentrizätsbe­ dingte Meßfehler zu kompensieren.

Im Hinblick auf die mechanische Auslegung des Winkelmeßsystemes ist in diesem Zusammenhang zu beachten, daß der im stationären Gehäuse 1 rotierende Teil des Winkelmeßsystemes, d. h. der Trägerring 6 mit Träger­ scheibe 5 und Meßteilung 4 bei der Rotation auch im Falle eventueller Ex­ zentrizitäten nicht mit dem Gehäuse 1 kollidiert. Der Innenraum des Gehäu­ ses 1 ist demzufolge derart zu dimensionieren, daß auch eine ggf. vorlie­ gende Exzentrizität des rotierenden Teiles nicht zu einer Kollision mit statio­ nären Teilen führt.

Außerdem sind beim erfindungsgemäßen Winkelmeßsystem auf Seiten der stationären Baueinheit Sollkontaktflächen 9.1, 9.2 zwischen dem rotierenden Trägerring 6 und dem Gehäuse 1 vorgesehen, die die maximal zulässigen, axialen und radialen Bewegungen zwischen dem Trägerring 6 und dem Ge­ häuse 1 begrenzen. Insbesondere wird darüber eine Kollision der Glas-Trä­ gerscheibe 5 mit dem Gehäuse 1 verhindert. Hierbei dient die Sollkontaktflä­ che 9.1 zur Begrenzung der axialen Bewegung des Trägerringes 6; die Soll­ kontaktfläche 9.2 dient zur Begrenzung der radialen Bewegung des Träger­ ringes 6.

Anhand der Fig. 2a und 2b seien nachfolgend zwei Varianten zur Si­ gnalverarbeitung innerhalb des erfindungsgemäßen Winkelmeßsystemes WMS erläutert.

Beide Figuren zeigen hierbei in schematischer Form im oberen Teil jeweils die um die Achse R rotierende inkrementale Meßteilung MT des Winkel­ meßsystems WMS, die in diesem Ausführungsbeispiel von insgesamt vier stationären Abtasteinheiten A1-A4 photoelektrisch abgetastet wird. Dar­ unter sind jeweils die verschiedenen elektronischen Signalverarbeitungs­ elemente auf Seiten des Winkelmeßsystems WMS gezeigt, die als weitere Korrekturmittel zur Eliminierung exzentrizitätsbedingter Fehler fungieren.

Die vier Abtasteinheiten A1-A4 sind im Abstand von 90° zueinander ange­ ordnet und liefern im Fall der oben beschriebenen Abtastanordnung gemäß der EP 0 412 481 B1 prinzipiell zwei sinus- und cosinusförmige Teil-Abtast­ signale pro Abtasteinheit A1-A4, die um 90° phasenversetzt zueinander sind, d. h. insgesamt liegen acht derartige Teil-Abtastsignale vor. Der besse­ ren Übersichtlichkeit halber ist in den Fig. 2a und 2b jedoch stets nur ein einziges Teil-Abtastsignal TAS1-TAS4 pro Abtasteinheit A1-A4 gezeigt, d. h. vier Teil-Abtastsignale. An der grundsätzlichen Art und Weise der erfin­ dungsgemäßen Signalverarbeitung ändert dies jedoch nichts.

Die Teil-Abtastsignale TAS1-TAS4 liegen jeweils in Form analoger, sinus­ förmiger Signale vor. In den beiden dargestellten Varianten der Fig. 2a und 2b werden die Teil-Abtastsignale TAS1-TAS4 ggf. verstärkt und zu­ nächst Komparator-Einheiten K1-K4 zugeführt, über die aus den sinusför­ migen bzw. analogen Teil-Abtastsignalen TAS1-TAS4 jeweils digitale, rechteckförmige Teil-Abtastsignale TRS1-TRS4 erzeugt werden. Die rechteckförmigen Teil-Abtastsignale TRS1-TRS4 werden anschließend jeweils Zähler-Einheiten Z1-Z4 zugeführt, die in bekannter Art und Weise die Rechteckpulse der Teil-Abtastsignale TRS1-TRS4 aufsummieren. Ausgangsseitig liefern die Zähler-Einheiten Z1-Z4 demzufolge in Abhän­ gigkeit der zugeführten Teil-Abtastsignale TRS1-TRS4 definierte, digitale Zählerstände ZS1-ZS4. Ebenfalls in beiden Ausführungsformen werden anschließend die Zählerstände ZS1-ZS4 einer Addier-Einheit ADD zuge­ führt. Am Ausgang der Addier-Einheit ADD liegt dann ein winkelabhängiges Ausgangssignal Z vor, das aufgrund der beschriebenen Verarbeitung auch im Fall eventueller Exzentrizitäten der rotierenden Meßteilung fehlerkorrigiert ist. Beim fehlerkorrigierten Ausgangssignal Z handelt es sich demzufolge nach wie vor um einen winkelpositionsabhängigen Zählerstand. Durch die vorgenommene Addition der Zählerstände ZS1-ZS4 lassen sich in be­ kannter Art und Weise die exzentrizitätsbedingten Meßfehler eliminieren. Im Zusammenhang mit dieser bekannten Maßnahme sei beispielsweise auf die CH 426 285 verwiesen.

Vorteilhaft an dieser Art der Exzentrizitätsfehler-Korrekur ist primär, daß da­ bei grundsätzlich keine vollständige Signalauslöschung resultieren kann. Dies erfolgt beispielsweise im Fall der Exzentrizitäts-Korrektur über die Ad­ dition analoger, sinusförmiger Abtastsignale, wenn bestimmte Phasenbezie­ hungen zwischen den Teil-Abtastsignalen verschiedener Abtaststellen vor­ liegen.

Desweiteren sei ausdrücklich betont, daß wie oben beschrieben die Korrek­ tur der exzentrizitätsbedingten Meßfehler über die Korrekturmittel erfin­ dungsgemäß auf Seiten des Winkelmeßsystems WMS erfolgt. An die dem Winkelmeßsystem WMS nachgeordnete Auswerteeinheit AE werden dem­ zufolge fehlerkorrigierte Positionsmeßwerte übertragen, ohne daß auf Seiten der Auswerteeinheit AE weitere Korrekturschritte erforderlich sind.

Unterschiedlich wird nunmehr in den beiden Ausführungsbeispielen der Fig. 2a und 2b mit dem derart erzeugtenfehlerkorrigierten Ausgangssignal Z verfahren, bevor dieses letztlich an die nachgeordnete Auswerteeinheit AE übertragen wird.

So ist gemäß der Variante in Fig. 2a vorgesehen, das derart erzeugte Si­ gnal Z, das letztlich dem korrigierten Positionsmeßwert entspricht, einer schematisch angedeuteten D/A-Wandlereinheit D/A zuzuführen, über wel­ che eine Umwandlung des digitalen Positionsmeßwertes Z in fehlerkorri­ gierte, analoge Ausgangssignale SIN, COS erfolgt. In Bezug auf die Reali­ sierung der D/A-Wandlereinheit D/A existieren selbstverständlich eine Reihe von Möglichkeiten. Beispielsweise kann die D/A-Wandlung der Positions­ meßwerte Z mit Hilfe abgespeicherter Tabellen erfolgen etc.

Die beiden um 90° phasenversetzten analogen Ausgangssignale SIN, COS werden anschließend zur Weiterverarbeitung an eine nachgeordnete Aus­ werteeinheit AE übertragen, beispielsweise an eine numerische Werkzeug­ maschinensteuerung.

Die in Fig. 2a vorgeschlagene Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Winkelmeßsystem WMS in Verbin­ dung mit Auswerteeinheiten AE eingesetzt werden soll, die als Eingangs­ signale sinus- bzw. cosinusförmige Analogsignale voraussetzen.

Bei der in Fig. 2b dargestellten, zweiten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Winkelmeßsystems WMS wird hingegen das wie oben beschrie­ ben erzeugte, am Ausgang der Addier-Einheiten ADD anliegende, fehlerkor­ rigierte Ausgangssignal Z einer Signalaufbereitungseinheit SE auf Seiten des Winkelmeßsystems WMS zugeführt. Die Signalaufbereitungseinheit SE hat hierbei die primäre Funktion, das fehlerkorrigierte, winkelabhängige Ausgangssignal Z zur seriellen Übertragung an die nachgeordnete Auswer­ teeinheit AE aufzubereiten. An die Auswerteeinheit AE werden demzufolge in dieser Ausführungsform fehlerkorrigierte Positionsmeßwerte POS in seri­ eller Form übertragen.

Vorteilhaft an dieser Variante ist insbesondere die Verringerung des Verka­ belungsaufwandes zwischen dem Winkelmeßsystem WMS und der Aus­ werteeinheit AE, da zur Datenübertragung i. w. lediglich eine Signalübertra­ gungsleitung erforderlich ist. Ferner bietet diese Ausführungsform die Mög­ lichkeit, neben bzw. zusätzlich zu den fehlerkorrigierten Positionsmeßwerten POS im Rahmen des gewählten Übertragungsschemas weitere Daten vom Winkelmeßsystem WMS zur Auswerteeinheit AE zu übertragen. Hierbei kann es sich z. B. um die konkrete Information bezüglich einer eventuell vor­ liegenden Lagerungs-Exzentrizität handeln, d. h. die Angabe des Versatzes zwischen der idealen Rotationsachse und der tatsächlichen Rotationsachse des Schwenkrundtisches in der x-y-Ebene. Dies ist bei der dargestellten Va­ riante in Fig. 2b auch vorgesehen, wozu die Zählerstände ZS1 und ZS3 der gegenüberliegenden Abtasteinheiten A1 und A3 ferner einer ersten Diffe­ renzbildungseinheit DIF1 zugeführt werden und die Zählerstände ZS2 und ZS4 einer zweiten Differenzbildungseinheit. Aus der Differenzbildung der Zählerstände ZS1 und ZS3 resultiert in bekannter Art und Weise ein Ver­ satzwert V1, der einen eventuellen Versatz der Rotationsachse R iny-Rich­ tung angibt; analog hierzu beschreibt der Versatzwert V2 einen eventuellen Versatz der Rotationsachse R in x-Richtung. Die derart gebildeten Versatz­ werte V1, V2 werden ebenfalls der Signalaufbereitungseinheit SE zugeführt, die diese Daten ebenfalls derart aufbereitet, daß eine serielle Übertragung zusammen mit den Positionsmeßwerten POS an die Auswerteeinheit mög­ lich ist. In Bezug auf die Bestimmung der Versatzwerte V1, V2 sei an dieser Stelle ausdrücklich ergänzend auf die bereits oben erwähnte EP 0 325 924 B1 verwiesen.

Neben den erwähnten Versatzinformationen können selbstverständlich noch weitere Informationen wie Überwachungs- und/oder Diagnosedaten zwi­ schen dem Winkelmeßsystem WMS und der Auswerteeinheit AE im Rah­ men der gewählten seriellen Datenübertragung ausgetauscht werden etc.

Die vorliegende Erfindung ist somit keinesfalls auf die beschriebenen Aus­ führungsformen beschränkt; es existieren im Rahmen dererfindungsgemä­ ßen Überlegungen vielmehr eine Reihe zusätzlicher Möglichkeiten, die dem einschlägigen Fachmann geläufig sind.

Claims (15)

1. Winkelmeßsystem zur hochpräzisen Bestimmung der Winkelposition eines um eine Drehachse (R) rotierenden Objektes, bestehend aus ei­ ner stationären Baueinheit und einer rotationssymmetrischen Meßtei­ lung (4), die mit dem rotierenden Objektverbindbar ist, wobei mehrere Abtasteinheiten (A1-A4) in einer definierten räumlichen Orientierung in der stationären Baueinheit angeordnet sind und zur Abtastung der Meßteilung (4) an mehreren verschiedenen Meßteilungsorten dienen und winkelpositionsabhängige Teil-Abtastsignale (TAS1-TAS4) liefern und wobei das Winkelmeßsystem (WMS) Korrekturmittel umfaßt, um aus den Teil-Abtastsignalen (TAS1-TAS4) der Abtasteinheiten (A1-A4) winkelabhängige Ausgangssignale (SIN, COS; POS) des Winkel­ meßsystems (WMS) zu erzeugen, die um eventuelle Fehler bereinigt sind, die durch eine ggf. vorliegende Nicht-Übereinstimmung der Dreh­ achse des Objektes (R) mit der Symmetrieachse der Meßteilung (4) re­ sultieren.

2. Winkelmeßsystem nach Anspruch 1, wobei die Meßteilung (4) kreis­ ringförmig ausgebildet ist und in axialer Richtung mit dem rotierenden Objekt verbunden ist.

3. Winkelmeßsystem nach Anspruch 2, wobei die Meßteilung (4) als Durchlicht-Meßteilung ausgebildet ist.

4. Winkelmeßsystem nach Anspruch 2, wobei die Meßteilung (4) mit einem kreisringförmigen Trägerring (6) verbunden ist, der mittels Schraubver­ bindungen (7a, 7b) mit dem rotierenden Objekt verbunden ist, wobei die Schraubverbindungen (7a, 7b) axial zur Drehachse (R) orientiert sind.

5. Winkelmeßsystem nach Anspruch 4, wobei die Baueinheit zwischen dem stationären Teil und dem rotierenden Trägerring (6) Dichtungsele­ mente (8a, 8b) aufweist.

6. Winkelmeßsystem nach Anspruch 2, wobei die Meßteilung (4) innerhalb der Baueinheit in einem Bereich angeordnet ist, welcher derart ausge­ bildet und dimensioniert ist, daß auch in dem Fall keine Kollision zwi­ schen dem rotierenden Teil dem stationären Teil des Winkelmeßsy­ stems (WMS) resultiert, wenn die Rotationsachse (R) des Objektes und die Symmetrieachse der Meßteilung (4) nicht exakt übereinstimmen.

7. Winkelmeßsystem nach Anspruch 6, wobei zwischen einem Gehäuse (1) der stationären Baueinheit und dem rotierenden Trägerring (6) ein oder mehrere Sollkontaktflächen (9.1, 9.2) vorgesehen sind, durch die die radiale und/oder axiale Bewegung des Trägerringes (6) begrenzbar ist.

8. Winkelmeßsystem nach Anspruch 1, wobei die Korrekturmittel elektroni­ sche Signalverarbeitungselemente auf Seiten des Winkelmeßsystems (WMS) umfassen, welche die Teil-Abtastsignale (TAS1-TAS4) der Abtasteinheiten (A1-A4) derart verarbeiten, daß das Winkelmeßsy­ stem (WMS) ausgangsseitig fehlerkorrigierte Ausgangssignale (SIN, COS,; POS) liefert.

9. Winkelmeßsystem nach Anspruch 8, wobei die elektronischen Signal­ verarbeitungselemente folgende Komponenten umfassen:

• a) mehrere Komparator-Einheiten (K1-K4), der die analogen Teil-Ab­ tastsignale (TAS1-TAS4) zuführbar sind, und über die aus denTeil- Abtastsignalen (TAS1-TAS4) rechteckförmige Teil-Abtastsignale (TRS1-TRS4) erzeugbar sind,
• b) mehrere Zählereinheiten (Z1-Z4), der die rechteckförmigen Teil- Abtastsignale (TRS1-TRS4) zuführbar sind und die in Abhängigkeit der zugeführten Teil-Abtastsignale (TRS1-TRS4) ausgangsseitig defi­ nierte Zählerstände (ZS1-ZS4) liefern,
• c) ein oder mehrere Addiereinheiten (ADD), der die Zählerstände (ZS1-ZS4) der verschiedenen Abtasteinheiten (A1-A4) zuführbar sind, so daß am Ausgang der Addiereinheit(en) (ADD) ein fehlerkorrigiertes, Ausgangssignal (Z) bezüglich der Winkelposition des rotierenden Ob­ jektes zur Verfügung steht.

10. Winkelmeßsystem nach Anspruch 9, wobei die Baueinheit ferner ein oder mehrere D/A-Wandlereinheiten (D/A) umfaßt, denen diefehlerkor­ rigierten Ausgangssignale (Z) zugeführt werden, so daß analoge, win­ kelabhängige Ausgangssignale (SIN, COS) an die nachgeordnete Aus­ werteeinheit (AE) übertragbar sind.

11. Winkelmeßsystem nach Anspruch 8, wobei auf Seiten der Baueinheit ferner eine Signalaufbereitungseinheit (SE) angeordnet ist, der diefeh­ lerkorrigierten Ausgangssignale (Z) zugeführt werden und welche diese zur seriellen Übertragung an eine nachgeordnete Auswerteeinheit (AE) aufbereitet.

12. Winkelmeßsystem nach Anspruch 11, wobei das Winkelmeßsystem (WMS) weitere Komponenten enthält, über die aus den erzeugten Teil- Abtastsignalen (TAS1-TAS4) zusätzliche Versatz-Informationen (V1, V2) bezüglich eines eventuellen Versatzes des rotierenden Objekteser­ zeugbar sind und diese Versatz-Informationen (V1, V2) ebenfalls der Signalaufbereitungseinheit (SE) zugeführt werden, die auch diese zur seriellen Übertragung an eine nachgeordnete Auswerteeinheit (AE) auf­ bereitet.

13. Winkelmeßsystem nach Anspruch 12, wobei als weitere Komponenten zur Erzeugung der Versatz-Informationen (V1, V2) mindestens zwei Differenzbildungs-Einheiten (DIF1, DIF2) vorgesehen sind, denen die Zählerstände (ZS1-ZS4) von rechteckförmigen Teil-Abtastsignalen (TRS1-TRS4) aus jeweils gegenüberliegenden Abtasteinheiten (A1-A4) zugeführt werden.

14. Winkelmeßsystem nach Anspruch 1, wobei die Korrekturmittel in jeder Abtasteinheit (A1-A4) zwei Gruppen mit mehreren Abtastfeldern pro Abtasteinheit (A1-A4) umfassen, die geometrisch derart angeordnet sind, daß der Flächenschwerpunkt aller Abtastfelder der einen Gruppe gleich dem Flächenschwerpunkt der Abtastfelder der anderen Gruppe ist.

15. Winkelmeßsystem nach Anspruch 14, wobei jede der beiden Gruppen vier Abtastfelder umfaßt.