DE3813610A1 - Winkelmesseinrichtung zum direkten anbau an eine antriebseinheit - Google Patents
Winkelmesseinrichtung zum direkten anbau an eine antriebseinheitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Winkelmeßeinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Winkelmeßeinrichtungen werden insbeson
dere bei Bearbeitungsmaschinen zur Messung der Re
lativlage eines Werkzeugs bezüglich eines zu bear
beitenden Werkstücks eingesetzt.
Aus der EP-A1-02 31 385 ist eine Winkelmeßeinrich
tung zum direkten Anbau an eine Antriebseinheit
zur Messung der relativen Winkellage zweier zuein
ander drehbarer Objekte bekannt, bei der in einem
Gehäuse die Winkelteilung einer mittels einer Wel
le drehbar gelagerten Teilscheibe von einer Abtast
einrichtung abgetastet wird, die ein Abtastelement
und eine nachgeschaltete Auswerteeinheit aufweist.
Die Abtasteinrichtung ist mittels eines Isolier
stücks elektrisch isoliert an der Antriebseinheit
angebaut; das Gehäuse ist am Isolierstück befestigt
und gemeinsam mit der Abtasteinrichtung mit dem
Massepotential der Auswerteeinheit verbunden.
Bei einer derartigen Winkelmeßeinrichtung, die
direkt an einer Antriebseinheit angebaut ist, kön
nen durch die Ansteuerung der Antriebseinheit be
dingte hochfrequente Störsignale auf das vom Ab
tastelement erzeugte Abtastsignal einkoppeln, so
daß die aus dem Abtastsignal gebildeten Meßwerte
für die relative Winkellage der beiden Objekte
fehlerbehaftet sein können. Da das Gehäuse mit dem
Massepotential der Auswerteeinheit verbunden ist,
kann es durch die Einkopplung besagter Störsignale
auf das Gehäuse zu Verschiebungen dieses Massepo
tentials kommen, die sich auf die unter Verwendung
dieses Massepotentials in der Auswerteeinheit ge
bildeten Meßwerte nachteilig auswirken können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Winkelmeßeinrichtung der genannten Gattung so aus
zubilden, daß die von der Ansteuerung der Antriebs
einheit ausgehenden Störsignale keine nachteiligen
Auswirkungen auf die von der Abtasteinrichtung gebil
deten Meßwerte haben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn
zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß durch die vorgeschlagenen
Maßnahmen auf einfache Weise ohne zusätzliche Ele
mente bei einer derartigen Winkelmeßeinrichtung die
Störsicherheit wesentlich erhöht wird, so daß ein
wandfreie Meßwerte für die Relativlage der beiden
Objekte ungeachtet der durch die Ansteuerung der
Antriebseinheit auftretenden hochfrequenten Stör
signale gewonnen werden.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt
man den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine inkrementale Winkelmeßein
richtung zum direkten Anbau an
eine Antriebseinheit im Querschnitt,
Fig. 2 eine absolute Winkelmeßeinrichtung
zum direkten Anbau an eine Antriebs
einheit im Querschnitt und
Fig. 3 eine Mehrlagenplatine im Ausschnitt.
In Fig. 1 ist eine inkrementale Winkelmeßeinrich
tung WM 1 zum direkten Anbau an eine Antriebseinheit
AE 1 gezeigt. Ein Gehäuse G 1 der Winkelmeßeinrichtung
WM 1 besteht aus einem Gehäuseunterteil GU 1 und aus
einem Gehäusedeckel GD 1. Das Gehäuseunterteil GU 1
ist mittels Schrauben SR 1 an der Antriebseinheit AE 1
in elektrischem Kontakt angebaut und weist eine zen
trale Bohrung ZB 1 auf, durch die eine Antriebswelle
W 1 der Antriebseinheit AE 1 in das Innere des Gehäu
ses G 1 hineinragt.
Im Inneren des Gehäuses G 1 ist am Ende der Welle W 1
eine kreisförmige Teilscheibe T 1 befestigt, deren
Winkelteilung WT 1 von einem lichtelektrischen Ab
tastelement AZ 1 einer Abtasteinrichtung A 1 abgeta
stet wird. Dieses Abtastelement AZ 1 enthält eine
Lichtquelle L 1, einen Kondensor K 1 sowie eine Ab
tastplatte AP 1 mit einer Abtastteilung, die an ei
nem Trägerteil TT 1 der Abtasteinrichtung A 1 ange
ordnet sind. Mittels Abstandsbolzen AB 1 sind paral
lel zum Trägerteil TT 1 vier Platinen PT 1 a-PT 1 d an
geordnet; während die erste Platine PT 1 a die Strom
versorgungsleitungen für die Lichtquelle L 1 auf
weist, enthält die zweite Platine PT 1 b das Photo
element P 1 des Abtastelements AZ 1 zur Erzeugung
eines periodischen Abtastsignals. Aus diesem perio
dischen Abtastsignal werden in einer Auswerteein
heit AW 1 auf der dritten Platine PT 1 c und der vier
ten Platine PT 1 d die Meßwerte für die relative Win
kellage zweier zueinander drehbarer Objekte gewon
nen; diese beiden nicht gezeigten Objekte können
durch zwei Maschinenteile einer Bearbeitungsmaschi
ne gebildet sein, an der die Antriebseinheit AE 1
und die Winkelmeßeinrichtung WM 1 angeordnet sind.
Mit der vierten Platine PT 1 d ist ein elektrisches
Kabel KB 1 verbunden, das die Stromversorgungslei
tungen für das Abtastelement AZ 1 und die Auswerte
einheit AW 1 der Abtasteinrichtung A 1 enthält. Zur
Gewährleistung der Störsicherheit gegen die Ein
kopplung von Störsignalen in die Abtasteinrichtung
A 1 und insbesondere in die Auswerteeinheit AW 1, die
durch die Ansteuerung der Antriebseinheit AE 1 be
wirkt werden, ist erfindungsgemäß neben der bereits
erwähnten elektrisch leitenden Verbindung des Ge
häuses G 1 der Winkelmeßeinrichtung WM 1 mit der An
triebseinheit AE 1 das elektrisch leitfähige Träger
teil TT 1 der Abtasteinrichtung A 1 mittels einer Iso
lierschicht SS 1 elektrisch isoliert am Gehäuseunter
teil GU 1 der Winkelmeßeinrichtung WM 1 befestigt und
mit dem Massepotential der Auswerteeinheit AW 1 elek
trisch leitend verbunden. Für den Abschirmeffekt
wird das Trägerteil TT 1 als möglichst geschlossene
Fläche ausgebildet. Die Massepotentiale der vier
Platinen PT 1 a-PT 1 d sind über die elektrisch leiten
den Abstandsbolzen AB 1 miteinander so niederohmig
wie möglich verbunden. Der Abstand dieser Massepo
tentiale zum Gehäuse G 1 (Luftstrecken und Kriech
strecken) wird so groß gewählt, daß eine Beein
trächtigung der Störsicherheit durch elektrische
Überschläge vermieden und eine ausreichende Span
nungsfestigkeit erzielt wird.
In Fig. 2 ist eine absolute mehrstufige Winkelmeß
einrichtung WM 2 zum direkten Anbau an eine Antriebs
einheit AE 2 gezeigt. Ein Gehäuse G 2 der Winkelmeß
einrichtung WM 2 besteht aus einem Gehäuseunterteil
GU 2 und aus einem Gehäusedeckel GD 2. Das Gehäuse
unterteil GU 2 ist mittels Schrauben SR 2 an der An
triebseinheit AE 2 in elektrischem Kontakt angebaut.
Eine im Gehäuseunterteil GU 2 mittels erster Lager
LGa drehbare erste Welle W 2 a greift in eine Hohl
welle HW der Antriebseinheit AE 2 ein und wird mit
dieser verbunden.
Im Inneren des Gehäuses G 2 ist am Ende der ersten
Welle W 2 a eine erste kreisförmige Teilscheibe T 2 a
mit einer ersten Winkelteilung WT 2 a in Form mehre
rer Feincodespuren befestigt; diese erste Winkeltei
lung WT 2 a wird von einem ersten lichtelektrischen
Abtastelement AZ 2 a einer Abtasteinrichtung A 2 abge
tastet. Dieses erste Abtastelement AZ 2 a enthält eine
erste Lichtquelle L 2 a, einen ersten Kondensor K 2 a
sowie eine erste Abtastplatte AP 2 a mit einer ersten
Abtastteilung, die an einem Trägerteil TT 2 der Ab
tasteinrichtung A 2 angeordnet sind. Parallel zur
ersten Welle W 2 a ist im Trägerteil TT 2 eine zweite
Welle W 2 b mittels zweiter Lager LGb drehbar gela
gert und weist an ihrem Ende eine zweite kreisför
mige Teilscheibe T 2 b mit einer zweiten Winkeltei
lung WT 2 b in Form mehrerer Grobcodespuren auf; diese
zweite Winkelteilung WT 2 b wird von einem zweiten
lichtelektrischen Abtastelement AZ 2 b in der Abtast
einrichtung A 2 abgetastet. Dieses zweite Abtastele
ment AZ 2 b enthält eine zweite Lichtquelle L 2 b, einen
zweiten Kondensor K 2 b sowie eine zweite Abtastplatte
AP 2 b mit einer zweiten Abtastteilung, die am Träger
teil TT 2 der Abtasteinrichtung A 2 angeordnet sind.
Mittels Abstandsbolzen AB 2 sind parallel zum Träger
teil TT 2 zwei Platinen PT 2 a, PT 2 b angeordnet; während
die erste Platine PT 2 a die Stromversorgungsleitungen
für die erste Lichtquelle L 2 a und die zweite Licht
quelle L 2 b aufweist, enthält die zweite Platine PT 2 b
die ersten Photoelemente P 2 a des ersten Abtastele
ments AZ 2 a und die zweiten Photoelemente P 2 b des
zweiten Abtastelements AZ 2 b zur Erzeugung von binä
ren Abtastsignalen, aus denen in einer Auswerteein
heit AW 2 auf der zweiten Platine PT 2 b die Meßwerte
für die relative Winkellage zweier zueinander dreh
barer Objekte gewonnen werden; diese beiden nicht
gezeigten Objekte können durch zwei Maschinenteile
einer Bearbeitungsmaschine gebildet sein, an der
die Antriebseinheit AE 2 und die Winkelmeßeinrich
tung WT 2 angeordnet sind.
Mit der zweiten Platine PT 2 b ist ein elektrisches
Kabel KB 2 verbunden, das die Stromversorgungslei
tungen für das erste Abtastelement AZ 2 a und für das
zweite Abtastelement AZ 2 b sowie für die Auswerteein
heit AW 2 der Abtasteinrichtung A 2 enthält. Zur Ge
währleistung der Störsicherheit gegen die Einkopp
lung von Störsignalen in die Abtasteinrichtung A 2
und insbesondere in die Auswerteeinheit AW 2, die
durch die Ansteuerung der Antriebseinheit AE 2 be
wirkt werden, ist erfindungsgemäß neben der bereits
erwähnten elektrisch leitenden Verbindung des Gehäu
ses G 2 der Winkelmeßeinrichtung WM 2 mit der Antriebs
einheit AE 2 das elektrisch leitfähige Trägerteil TT 2
der Abtasteinrichtung A 2 mittels einer Isolier
schicht SS 2 und eines Isolierelements SE elektrisch
isoliert am Gehäuseunterteil GU 2 der Winkelmeßein
richtung WM 2 befestigt und mit dem Massepotential
der Auswerteeinheit AW 2 elektrisch leitend verbun
den. Für den Abschirmeffekt wird das Trägerteil TT 2
als möglichst geschlossene Fläche ausgebildet. Die
Massepotentiale der beiden Platinen PT 2 a, PT 2 b
sind über die elektrisch leitenden Abstandsbolzen
AB 2 miteinander so niederohmig wie möglich verbun
den. Der Abstand dieser Massepotentiale zum Gehäuse
G 2 (Luftstrecken und Kriechstrecken) wird so groß
gewählt, daß eine Beeinträchtigung der Störsicher
heit durch elektrische Überschläge vermieden und
eine ausreichende Spannungsfestigkeit erzielt wird.
Zur weiteren Erhöhung der Störsicherheit kann eine
zusätzliche Kappe ZK aus elektrisch leitfähigem
Material oder aus einem innen metallisierten Kunststoff
die beiden Platinen PT 2 a, PT 2 b und das Trägerteil TT 2
umgeben; diese zusätzliche Kappe ZK ist ebenfalls mit dem
Massepotential der Auswerteeinheit AW 2 verbunden. Ebenso
kann das freie Ende der ersten Welle W 2 a der Winkel
meßeinrichtung WM 2 mit einer elektrisch leitenden
Hülse H abgeschirmt werden, die gleichfalls an das
Massepotential der Auswerteeinheit AW 2 angeschlossen
ist. Das Gehäuse G 2 der Winkelmeßeinrichtung WM 2
braucht wegen der erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht
mehr mit dem Schirm des elektrischen Kabels KB 2 ver
bunden zu werden, was bei der Anwendung der Winkel
meßeinrichtung WM 2 auch nicht immer möglich ist.
In Fig. 3 ist im Ausschnitt die zweite Platine
PT 2 b der Fig. 2 als Mehrlagenplatine mit zwei
äu8eren strukturierten Metallschichten S 1, S 2 und
zwei inneren ganzflächigen Metallschichten UP, MP
dargestellt, zwischen denen sich drei Isolierschich
ten ST befinden. Die äußere strukturierte Metall
schicht S 1 enthält beispielsweise als gedruckte
Schaltung die Leiterbahnen für die Signalleitungen
der ersten Photoelemente P 2 a und die äußere struk
turierte Metallschicht S 2 die Leiterbahnen für die
Signalleitungen der zweiten Photoelemente P 2 b. Die
innere ganzflächige Metallschicht UP bildet die Zu
leitung für die Versorgungsspannung und die inne
re ganzflächige Metallschicht MP die Zuleitung für
das Massepotential. Durch die ganzflächige Metall
schicht MP wird eine zusätzliche Abschirmwirkung
erzielt.
Unter Massepotential wird ein Bezugspotential ver
standen, das bevorzugt 0 Volt, jedoch auch andere
Werte, z.B. 5 Volt, betragen kann.
Claims (7)
1. Winkelmeßeinrichtung zum direkten Anbau an eine
Antriebseinheit zur Messung der relativen Winkel
lage zweier zueinander drehbarer Objekte, bei der
in einem Gehäuse die Winkelteilung wenigstens
einer mittels einer Welle drehbar gelagerten Teil
scheibe von einer Abtasteinrichtung abgetastet
wird, die wenigstens ein Abtastelement und eine
nachgeschaltete Auswerteeinheit aufweist, und
bei der eine Abschirmung der Abtasteinrichtung
gegen elektrische Störeinflüsse vorgesehen ist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) das Gehäuse (G) ist in elektrischem Kontakt an der Antriebseinheit (AE) angebaut;
- b) die Abtasteinrichtung (A) ist elektrisch iso liert im Gehäuse (G) befestigt;
- c) die Abtasteinrichtung (A) ist mit dem Masse potential der Auswerteeinheit (AW) verbunden.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abtasteinrichtung (A) ein elek
trisch leitfähiges Trägerteil (TT) für mehrere
Platinen (PT) aufweist und daß das Trägerteil
(TT) mittels einer Isolierschicht (SS) im Gehäu
se (G) befestigt und mit dem Massepotential der
Auswerteeinheit (AW) verbunden ist.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine zusätzliche Kappe (ZK) die
Platinen (PT) und das Trägerteil (TT) umgibt
und daß die zusätzliche Kappe (ZK) mit dem Masse
potential der Auswerteeinheit (AW) verbunden ist.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zusätzliche Kappe (ZK) aus
Metall oder aus einem innen metallisierten Kunst
stoff besteht.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das freie Ende der Welle (W 2 a) für
die Teilscheibe (TT 2) mit einer elektrisch lei
tenden Hülse (H) abgeschirmt ist, die mit dem
Massepotential der Auswerteeinheit (AW 2) verbun
den ist.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Platinen (PT 1 b, PT 2 b) als Mehr
lagenplatinen ausgebildet sind.
7. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Massepotential als Bezugspoten
tial 0 Volt beträgt.
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