特許 7517880 角度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】角度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/12 20060101AFI20240709BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

G01D5/12 G

G01D5/12 Q

G01D5/245 110J

G01D5/245 110B

【請求項の数】 11

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020115354

(22)【出願日】2020-07-03

(65)【公開番号】P2021012196

(43)【公開日】2021-02-04

【審査請求日】2023-04-06

(31)【優先権主張番号】10 2019 209 862.2

(32)【優先日】2019-07-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390014281

【氏名又は名称】ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＤＲ． ＪＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【氏名又は名称】中西 基晴

(72)【発明者】

【氏名】ヨハン・ミッテライター

【審査官】菅藤 政明

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－５１７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２０１３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４５３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２７４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３４９１６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／１２－５／２５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

角度測定装置であって、第１の構成要素群（１）と、第２の構成要素群（２）と、軸受（３）とを備え、第１および第２の構成要素群（１、２）が、回転軸線（Ａ）を中心として軸受（３）によって互いに対して回転可能に配置されており、
第１の構成要素群（１）が、第１の区分（１．１１；１．１１′；１．１１″）と第２の区分（１．１２；１．１２′；１．１２″）とを有するスケール要素（１．１；１．１′；１．１″）を備え、
第２の構成要素群（２）が、
エアギャップをもってスケール要素（１．１；１．１′；１．１″）に向かい合って配置された位置センサ（２．１１）を有する第１の構成ユニット（２．１）と、
エアギャップをもってスケール要素（１．１；１．１′；１．１″）に向かい合って配置された第１、第２、第３、第４、第５および第６の位置ピックアップ（２．２１、２．２２、２．２３、２．２４、２．２５、２．２６）を備える第２の構成ユニット（２．２）と、
補正継手（２．３）と
を有し、
位置センサ（２．１１）によって、第１および第２の構成要素群（１、２）間の相対角度位置を決定するために第１の区分（１．１１；１．１１′；１．１１″）が走査可能であり、
第１、第２および第３の位置ピックアップ（２．２１、２．２２、２．２３）によって、第１の区分（１．１１；１．１１′；１．１１″）またはスケール要素（１．１；１．１′；１．１″）に配置されたさらなる区分が、回転軸線（Ａ）に対して垂直に向けられた平面（Ｐ）におけるスケール要素（１．１；１．１′；１．１″）の変位を決定するために走査可能であり、
第４、第５、および第６の位置ピックアップ（２．２４、２．２５、２．２６）によって、第２の区分（１．１２；１．１２′；１．１２″）が、平面（Ｐ）に、もしくは平面（Ｐ）に対して平行に位置する傾斜軸線（Ｂ）を中心としてスケール要素（１．１；１．１′；１．１″）の傾斜を決定するために走査可能であり、
第１の構成ユニット（２．１）が、補正継手（２．３）によって、ねじり剛性を有するが、軸線方向および半径方向に撓むように第２の構造ユニット（２．２）に結合されており、これにより、位置センサ（２．１１）が、位置ピックアップ（２．２１、２．２２、２．２３、２．２４、２．２５、２．２６）に対してねじり剛性を有するが、軸線方向および半径方向に撓むように配置されている角度測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の角度測定装置において、
前記第１の区分（１．１１）が、第１の方向に沿って互いに平行に、互いに隣接して配列された規則的なパターンを備え、第１の方向が周方向（ｕ）の方向成分を有し、
前記第２の区分（１．１２；１．１２′；１．１２″）が、第２の方向に沿って互いに平行に、互いに隣接して配列された規則的なパターンを備え、第２の方向が軸線方向（ｚ）の方向成分を有する角度測定装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の角度測定装置において、
前記第２の構成要素群（２）が、光源（２．２１１）と、前記第１の区分（１．１１；１．１１′；１．１１″）とを有し、前記位置センサ（２．１１）が、前記第１および第２の構成要素群（１，２）間の相対角度位置が光学原理によって決定可能であるように構成されている角度測定装置。

【請求項4】

請求項１から３までのいずれか１項に記載の角度測定装置において、
前記平面（Ｐ）における前記スケール要素（１．１；１．１′；１．１″）の変位が、磁気原理によって決定可能である角度測定装置。

【請求項5】

請求項１から４までのいずれか１項に記載の角度測定装置において、
前記第１の区分（１．１１″）および前記第２の区分（１．１２″）が、少なくとも部分的に重ね合わせて配置されている角度測定装置。

【請求項6】

請求項１から５までのいずれか１項に記載の角度測定装置において、
前記スケール要素（１．１；１．１′；１．１″）の変位を決定するための少なくとも２つの位置ピックアップ（２．２１、２．２２、２．２３）が、回転軸線（Ａ）を中心として中央角度を少なくとも９０°だけずらして配置されている角度測定装置。

【請求項7】

請求項１から６までのいずれか１項に記載の角度測定装置において、
傾斜軸線（Ｂ）を中心とした前記スケール要素（１．１；１．１′；１．１″）の傾斜を決定するための少なくとも２つの位置ピックアップ（２．２４、２．２５、２．２６）が、回転軸線（Ａ）を中心として中央角度を少なくとも９０°だけずらして配置されている角度測定装置。

【請求項8】

請求項１から７までのいずれか１項に記載の角度測定装置において、
少なくとも３つの前記位置ピックアップ（２．２０～２．２６）が、円形線に沿って配置されている角度測定装置。

【請求項9】

請求項１から８までのいずれか１項に記載の角度測定装置において、
前記第２の構成要素群（２）がケーシング（２．４）を備え、前記位置センサ（２．１１）および前記複数の位置ピックアップ（２．２０～２．２６）が前記ケーシング（２．４）内に配置されている角度測定装置。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項に記載の角度測定装置において、
前記スケール要素（１．１；１．１′；１．１″）が円筒形状を有し、前記第１の区分（１．１１）および／または前記第２の区分（１．１２；１．１２′；１．１２″）がスケール要素（１．１；１．１′；１．１″）の周面に取り付けられている角度測定装置。

【請求項11】

請求項１から１０までのいずれか１項に記載の角度測定装置において、
前記位置センサ（２．１１）が、軸線方向（ｚ）に関して前記第４、第５、および第６の位置ピックアップ（２．２４、２．２５、２．２６）に対してずらして配置されている角度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スケール要素を備える角度測定装置であって、請求項１に記載のスケール要素の相対的な角度位置ならびに側方変位および傾斜を測定するため角度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

このような角度測定装置は、例えば、スピンドルまたは回転テーブルに取り付けることができる。関連するスピンドルまたは回転テーブルは、しばしば加工機械または加工センターで使用される。スピンドルまたはモータスピンドルは、工作機械において回転工具、例えばフライスを保持することが多い。回転テーブルにワークピースが取り付けられ、ワークピースは、次いで、例えば、切削加工される。さらに回転テーブルは測定機械で使用され、この用途では、回転テーブルに固定されたワークピースが測定される。角度測定装置は、特に工作機械または測定機械では回転運動を測定するために使用される。このようなスピンドルまたは回転テーブルの性能、特に作動時の精度を向上させることがますます望まれている。

【0003】

日本国特許出願公開第２０１０‐２１７１６７号明細書は、ハブの回転速度の測定を可能にし、ハブに軸線方向に加えられる荷重の推定を可能にする信号を生成するエンコーダを有する測定装置を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】日本国特許出願公開第２０１０‐２１７１６７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、作動時に複数の方向に回転軸線の位置を決定することができる角度測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴によって解決される。

【0007】

したがって、角度測定装置は、第１の構成要素群と、第２の構成要素群と、軸受とを備える。第１および第２の構成要素群は、回転軸線を中心として、軸受によって、もしくは軸受を用いて、互いに対して回転可能に配置されている。第１の構成要素群は、第１の区分と第２の区分と、随意にさらなる区分とを有するスケール要素を備える。第２の構成要素群は第１の構造ユニットを有し、この第１の構造ユニットは、エアギャップをもってスケール要素に向かい合って配置された少なくとも１つの位置センサを有する。さらに、第２の構成要素群は、第１、第２、第３、第４、第５および第６の位置ピックアップを有する第２の構成ユニットを有する。位置ピックアップは、同様にエアギャップをもってスケール要素に向かい合って配置されている。第２の構成要素群はさらに補正継手を有する。少なくとも１つの位置センサによって、第１および第２の構成要素群間の相対的な角度位置を決定するために第１の区分が走査可能である。第１、第２、および第３の位置ピックアップによって、第１の区分、またはスケール要素に配置されたさらなる区分が、特に回転軸線に直交するように配向された平面におけるスケール要素の変位を決定するために走査可能である。さらに、平面に、もしくは平面に平行に位置する傾斜軸線を中心としたスケール要素もしくは回転軸線の傾斜（傾斜角度）を定量的に決定するために、第４、第５、および第６の位置ピックアップによって第２の区分が走査可能である。第１の構成ユニットは、補正継手によって、ねじり剛性を有するが、しかしながら、軸線方向および半径方向に撓むように第２の構成ユニットに結合されており、これにより、位置センサは、位置ピックアップに対してねじり剛性を有するが、しかしながら、軸方向および半径方向に撓むように配置されている。

【0008】

「ねじり剛性を有する」という用語は、以下では、周方向に関して、位置ピックアップに対する位置センサの位置が、補正継手に通常の負荷が加えられた場合であっても変化しないままであることとして理解されるべきである。これに対して、補正継手の軸線方向および半径方向の可撓性によって、補正継手に通常の負荷を加えられた場合に位置ピックアップに対する位置センサの位置を変化させる。特に、位置センサは、スケール要素に対して（軸線方向および半径方向に）不動に配置されている。

【0009】

「位置センサ」および「位置ピックアップ」という用語を使用することによって、主に、これらの要素が異なる構成ユニットに取り付けられることを表すことを意図している。関連する要素（位置センサ、位置ピックアップ）は、異なるように、または同一に構成することができる。

【0010】

位置センサによって、第２の構成要素群に対するスケール要素の角度位置を１回転以内に絶対的に決定することができる。これは、例えば、第１の区分が絶対的なコードトラックを有するか、または、スケール要素に基準マークが取り付けられており、この基準マークが、インクリメンタル区分と共に、１回転内の角度位置の絶対的な決定を可能にすることによって達成することができる。

【0011】

第２の区分は、インクリメンタル区分として、または絶対的な区分として構成することができる。絶対区分として構成することは、角度測定装置がスイッチオンされた後にもスケール要素の軸方向位置を直接に決定することができ、このことが、例えば、スケール要素が温度に起因して軸線方向に変位した場合に役立つことがあるという利点を有する。

【0012】

スケール要素としては、例えば、ハブに固定することができるリング状の本体を考慮することができる。あるいは、第１および／または第２の区分はハブに直接に取り付けることもできる。

【0013】

位置センサは、半径方向または軸線方向に延在するエアギャップをもってスケール要素に向かい合って配置することができる。同様に位置ピックアップもそれぞれ半径方向または軸線方向に延在するエアギャップをもってスケール要素に向かい合って配置することができ、この場合、それぞれのエアギャップの大きさは、加えられる負荷に起因する変位、ずれ、または補正継手の変形に伴う傾斜によって変化することがある。

【0014】

第１の区分および任意のさらなる区分は、有利には、第１の方向に沿って互いに平行に、互いに隣接して配列された規則的なパターンを含む。この場合、第１の方向は周方向の方向成分を有し、第２の区分は、第２の方向に沿って互いに平行に、互いに隣接して配列された規則的なパターンを含む。第２の方向は軸線方向に方向成分を有する。

【0015】

第１の区分の規則的なパターンが互いに隣接して配列される第１の方向は、周方向と同一であってもよい。同様に、第１の方向は、周方向に対して傾斜して、もしくは斜めに配置することができる（しかしながら、周方向に対して垂直ではない）。同様に、第２の区分の規則的なパターンが互いに隣接して配列される第２の方向は、軸線方向と同一に（したがって、回転軸線に平行に）配置することができる。同様に、第２の方向は、軸線方向に対して傾斜して、もしくは斜めに配置することができる（しかしながら、軸線方向に対して垂直ではない）。例えば、第１の区分の規則的なパターンと第２の区分の規則的なパターンとは、互いに対してＶ字状に配向することもできる。

【0016】

本発明のさらなる構成では、第２の構成要素群は光源を有し、第１の区分および位置センサは、構成要素群間の相対角度位置が光学原理によって決定できるように構成されている。

【0017】

平面におけるスケール要素の変位は、有利には、磁気原理によって決定することができる。この場合、スケール要素の区分のパターンは、特に、磁気的なパターンとして、すなわち、局所的に定義された磁気的なＮ極およびＳ極のシーケンスとして構成されている。この構成では、位置センサおよび／または位置ピックアップは磁気センサとして構成されている。位置センサおよび／または位置ピックアップは、例えば、磁気抵抗原理に基づいて作動することができるか、またはホール式位置ピックアップとして構成することができる。あるいは、位置センサは、光学的または誘導的な測定原理に基づいていてもよく、原理を組み合わせることも可能であり、したがって第１の区分は、第２の区分とは異なる原理にしたがって走査することができる。

【0018】

有利には、第１の区分および第２の区分は、少なくとも部分的に重ねて配置されている。例えば、第１の区分および第２の区分は、円筒状のスケール要素の周面に取り付けることができ、第１の区分と第２の区分とを軸線方向に関して重ね合わせるように構成することができる。特に、第１の区分を光学的に走査可能な区分として構成し、第２の区分を磁気的に走査可能な区分として構成してもよい。

【0019】

本発明のさらなる構成では、スケール要素の変位を決定するための少なくとも２つの位置ピックアップは、回転軸線を中心として中央角度を少なくとも９０°だけずらして配置されている。したがって、例えば、第１の位置センサは、第２の位置センサに対して、または第３の位置センサに対して、回転軸線を中心として中央角度を少なくとも９０°だけずらして配置されている。中央角度は中心角度として理解されるべきであり、関連する中心は回転軸線に位置している。

【0020】

有利には、傾斜軸線を中心としたスケール要素の傾斜を決定するための少なくとも２つ位置ピックアップは、回転軸線を中心として中央角度を少なくとも９０°だけずらして配置されている。この場合、したがって、例えば第４の位置ピックアップは、第５の位置ピックアップに対して、または第６の位置ピックアップに対して回転軸線を中心として中央角度を少なくとも９０°だけずらして配置されている。

【0021】

本発明のさらなる構成では、位置ピックアップおよび随意に位置センサも円形線に沿って配置されている。

【0022】

有利には、第２の構成要素群はケーシングを備え、位置センサおよび複数の位置ピックアップはこのケーシング内に配置されている。

【0023】

有利には、位置センサおよび位置ピックアップは電子モジュールに電気的に接続されており、電子モジュールによって、スケール要素の角度位置、回転軸線に垂直な平面におけるスケール要素の変位または位置、およびスケール要素の傾斜が決定可能である。随意に、さらに電子モジュールによって軸線方向の位置を決定することもできる。

【0024】

当然ながら適宜に堅固に構成されているスピンドルまたは回転テーブルの場合、このような傾斜は比較的小さく、理想的な回転軸線に対して１分未満の角度範囲、例えば、１００秒から５０秒までの角度範囲である。したがって、これらの傾斜による位置の変化は最小限であり、位置センサは、傾斜に関して確実に述べることまたは定量値を提供することができるように、極めて高い分解能を有している必要がある。回転軸線は必要に応じて回転することができるので、上記傾斜はスケール要素の揺動をもたらす場合があり、これらの揺動は、角度測定装置によって、特に測定された角度位置を加えることによって定量的に確認することができる。

【0025】

有利には、角度測定装置は、位置センサおよび／または位置ピックアップによって生成された信号に基づいた情報を記憶するためのデータロガーとして使用することができるメモリモジュールを有する。

【0026】

本発明のさらなる構成では、第１の区分を走査することができる位置センサは、第２の区分を走査することができる位置ピックアップに対して軸線方向に関してずらして配置されている。特に、位置センサは、第４、第５、および第６の位置ピックアップに対してずらして配置することができる。

【0027】

少なくとも第２の区分（または両方の区分）は、有利には、円筒状のスケール要素の周面に取り付けられている。

【0028】

したがって、角度測定装置は、角度位置だけでなく、例えば回転テーブルの軸線変位もオンラインで検出することができる。特に、回転軸線に垂直な平面におけるスケール要素の角度位置および位置の測定値に基づいて、機械加工または測定プロセスにおける目標位置の補正を数値制御によって行うことができる。したがって、例えば、機械加工時にワークピースの位置を補正することができる。特に、角度測定装置は、数値制御と共に、絶対角度位置に関連して角度測定装置によって測定された位置データに基づいて補正値が生成されるように構成することができる。

【0029】

位置ピックアップは、有利には、２μｍ未満、特に１μｍ未満、特に７５０ｎｍ未満の分解能を有することができる。分解能のこれらの値は、軸線方向位置および側方位置の両方を決定するために、すなわち回転軸に垂直な平面において達成することができる。

【0030】

したがって、角度測定装置によって、測定された角度位置の関数として、残りの５自由度におけるスケール要素もしくは回転軸線の変位または移動を定量的に検出することができる。

【0031】

スケール要素はさらなる区分を有することができ、スケール要素は、第１の区分を光学原理にしたがって走査することができ、さらなる区分を磁気原理にしたがって走査することができるように構成してもよい。第１の区分およびさらなる区分は、少なくとも部分的に重ね合わせて配置することができる。例えば、第１の区分およびさらなる区分は、円筒状のスケール要素の周面に適用することができ、第１の区分およびさらなる区分は、軸線方向に関して重ね合わせて構成することができる。

【0032】

本発明の有利な構成が、従属請求項に記載されている。

【0033】

本発明による角度測定装置のさらなる詳細および利点が、添付の図面を参照した例示的な実施形態の以下の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】角度測定装置を示す分解図である。

【図2】角度測定装置を示すさらなる分解図である。

【図3】角度測定装置を示す上面図である。

【図4】角度測定装置を示す部分断面図である。

【図5】角度測定装置を示すさらなる部分断面図である。

【図6】第１の実施形態による角度測定装置のスケール要素を示す詳細図である。

【図7】第２の実施形態による角度測定装置のスケール要素を示す詳細図である。

【図8】第３の実施形態による角度測定装置のスケール要素を示す詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１および図２は、それぞれ、例えばフライス盤などの工作機械の回転テーブル軸に取り付けることができる角度測定装置の分解図を示す。角度測定装置は、第１の構成要素群１と第２の構成要素群２とを備える。図３に示すように、第１の構成要素群１は、第２の構成要素群２に対して回転軸線Ａを中心として回転可能であり、この場合、構成要素群１は回転子として機能することができ、第２の構成要素群２は「固定子」と呼ぶこともできる。さらに、図４に示す角度測定装置は、本形態では、ころ軸受として構成された軸受３を備えている。

【0036】

第１の構成要素群１は、ハブ１．２に回転不能に固定されたスケール要素１．１を有する（例えば、図４または図５参照）。ハブ１．２は、例えば回転テーブルのシャフトを収容する役割を果たし、この場合、シャフトはハブ１．２に不動および回転不能に結合されている。

【0037】

第２の構成要素群２は、第１の構成ユニット２．１であって、本形態では２つの部分で構成されており、したがって、本形態では「固定ジョー」と呼ぶことができる第１の部分２．１ａと、例示的な実施形態では「軸受プレート」と呼ぶことができる第２の部分２．１ｂとを備える第１の構成ユニット２．１を有する。第１の部分２．１ａには位置センサ２．１１が固定されており、この位置センサは、半径方向のエアギャップをもってスケール要素１．１に向かい合って配置されている（図４参照）。

【0038】

さらに第２の構成要素群２は、２つの部分で構成された第２の構成ユニット２．２を備える。したがって、第２の構成ユニット２．２はこの場合には「フランジ」と呼ぶこともできる第１の部分２．２ａおよび第２の部分２．２ｂを含む。複数の位置ピックアップ２．２０～２．２６が、保持リングとして構成された第１の部分２．２ａに直接に取り付けられている。図５に示すように、位置ピックアップ２．２０～２．２６は、半径方向のエアギャップをもってスケール要素１．１に向かい合って配置されている。ここで説明する実施形態によれば、角度測定装置は、詳細には、第１の位置ピックアップ２．２１、第２の位置ピックアップ２．２２、第３の位置ピックアップ２．２３、第４の位置ピックアップ２．２４、第５の位置ピックアップ２．２５、第６の位置ピックアップ２．２６および第７の位置ピックアップ２．２０を備える。位置ピックアップ２．２０～２．２６は、それぞれ周方向ｕに互いにずらして配置されている。

【0039】

第２の構成要素群２は補正継手２．３を備えている。この補正継手は、製造および組み立ての不正確さによって引き起こされるずれを補正する役割を果たす。補正継手２．３を用いて、第１の構成ユニット２．１は、第２の構成ユニット２．２に、ねじり剛性を有するが、しかしながら軸線方向および半径方向に撓むように結合されている。例示的な実施形態では、第１の構成ユニット２．１の第１の部分２．１ｂは、一点鎖線により図１に例として示したねじ結合部によって補正継手２．３の３つのタブ２．３１、２．３３、２．３５に結合されている。これに対して、第２の構成ユニット２．２の第２の部分２．２ｂは、補正継手２．３の３つの他のタブ２．３２、２．３４、２．３６に結合されている。このようにして、位置センサ２．１１は、複数の位置ピックアップ２．２０～２．２６に対して、ねじり剛性を有するが、しかしながら、軸線方向および半径方向に撓むように、もしくは柔軟に配置されている。

【0040】

補正継手２．３が上述のように第１の構成ユニット２．１および第２の構成ユニット２．２に結合された後、第１の部分２．２ａは、ねじによって第２の構成ユニット２．２の第２の部分２．２ｂに結合することができる。これにより、位置センサ２．１１および位置ピックアップ２．２０～２．２６は、スケール要素１．１の高さで軸線方向に配置されている。

【0041】

図１に基づいて、特に補正継手２．３の設置状況を明確にし、図２には、第１の部分２．２ａおよび第２の部分２．２ｂを含む第２の構成ユニット２．２に関する状況を示す。組み立ての過程で、第２の構成ユニット２．２は、第１の構成ユニット２．１の第２の部分２．１ｂの上方に軸方向に移動する。

【0042】

さらに第２の構成要素群２はケーシング２．４を備え、このケーシングは、第２の構成ユニット２．２の第２の部分２．２ｂに結合され、通常、測定のために機械部品に堅固に固定される。ケーシング２．４は、角度測定装置の内部を環境の影響から保護する役割を果たす。このことに関連して、ハブ１．２とケーシング２．４との間にシールが設けられていることが多いが、明確にするために図には示されていない。

【0043】

上述のように、角度測定装置が所定のように作動される場合、ハブ１．２は、回転可能なシャフトに堅固かつ回転不能に結合されており、ケーシングもしくは第２の構成ユニット２．２の第２の部分２．２ｂは定置の機械部品に結合されている。機械部品に対するシャフトの偏心、揺動または軸方線向変位は、角度測定装置、特に軸受３に反力を生じさせる。反力の大きさを制限するために補正継手２．３が設けられており、この補正継手は、半径方向および軸線方向に撓むように、もしくは弾性的に変形可能である。しかしながら、補正継手２．３はねじり剛性を有し、したがって、角度位置の測定精度は損なわれない。位置センサ２．１１は、第１の構成ユニット２．１の第２の部分２．１ｂに堅固に結合されている。補正継手２．３の変形は、スケール要素１．１に対する位置センサ２．１１の位置に影響を及ぼさない。これに対して、位置ピックアップ２．２０～２．２６は、補正継手２．３の弾性の範囲内でスケール要素１．１に対して（軸線方向および半径方向に）変位させることができる。

【0044】

例示的な実施形態では、位置センサ２．１１および位置ピックアップ２．２０～２．２６は、ほぼ同一に構成されており、全て円形の線に沿って配置されている。図４は、位置センサ２．１１を（図３のＤ‐Ｄ線を通る）断面図で示し、図５は、位置ピックアップ２．２０～２．２６の位置ピックアップ２．２１を（図３のＦ‐Ｆ線を通る）断面図で示す。関連する位置センサ２．１１および位置ピックアップ２．２１はそれぞれＬＥＤ２．１１１、２．２１１、コンデンサ２．１１２、２．２１２、およびセンサ素子２．１１３、２．２１３を備える。センサ素子２．１１３、２．２１３は、この場合には回路基板にいわゆる「光ＡＳＩＣ」として構成されている。光源としての役割を果たすＬＥＤ２．１１１，２．２１１はコンデンサ２．１１２、２．２１２によってスケール要素１．１に光を送信する。ＬＥＤ２．１１１、２．２１１、コンデンサ２．１１２、２．２１２、およびセンサ素子２．１１３、２．２１３は、角度測定装置２の第２の構成要素グループ、すなわちステータに割り当てられている。例示的な実施形態では、それぞれの位置センサ２．１１および位置ピックアップ２．２０～２．２６はケーシングを有し、ケーシング内には対応するセンサ素子２．１１３、２．２１３が配置されている。代替的には、ケーシングを省略することもできるし、または複数のセンサ素子を１つの同じケーシング内に配置することもできる。例えば、幾つかまたは全ての位置センサ２．１１および位置ピックアップ２．２０～２．２６を１つの同じ回路基板に取り付けることもできる。

【0045】

これとは対照的に、スケール要素１．１は、既に述べたように、回転可能なハブ１．２に固定されている。図６に示すように、スケール要素１．１は、第１の区分１．１１と第２の区分１．１２とを含む。例示的な実施形態では、スケール要素１．１は、円筒状もしくはリング形状の本体として構成されており、本体の周面には第２の区分１．１２および第１の区分１．１１の両方が配置されており、この場合、第２の区分１．１２は第１の区分１．１１に対して軸線方向ｚに関してずらして配置されている。

【0046】

図６は、スケール要素１．１の周面の一部を示す。第２の区分１．１２は、第２の方向に沿って互いに平行に互いに隣接して配列された規則的なパターンもしくは線を備え、第２の方向は軸線方向の方向成分を有する。例示的な実施形態では、第２の方向は軸線方向ｚと同一である。

【0047】

第１の区分１．１１は、第２の方向に沿って互いに平行に、互いに隣接して配列された規則的なパターンもしくは線を備え、第２の方向は軸線方向の方向成分を有する。例示的な実施形態では、第２の方向は、回転軸線Ａに対して平行に、もしくは方向ｚに対して平行に延在している。さらに第１の区分１．１１は基準マーク１．１１１を備える。

【0048】

換言すれば、第１の区分１．１１は規則的なパターンを備え、これらのパターンは、この場合には線として構成されており、第２の方向に配向され、互いに平行に配置されている。例示的な実施形態では、第２の方向は、回転軸線Ａに対して平行に、もしくは方向ｚに対して平行に延在している。第２の区分１．１２は同様に規則的なパターンを備え、これらのパターンは、この場合には周方向に構成されており、これらのパターンの周方向の長手方向側面が第１の方向に配向されており、互いに平行に配置されている。第１の方向は周方向ｕに延在している。

【0049】

例示的な実施形態では、第１の区分１．１１のパターンおよび第２の区分１．１２のパターンは、光に対して反射性および非反射性のストリップとして構成されている。スケール要素１．１は、第１の区分１．１１によってスケール要素１．１もしくはハブ１．２の角度位置にしたがって入射光を変調することができる。入射した光は、第２の分割１．１２によってスケール要素１．１またはハブ１．２の軸方向位置にしたがって変調される。変調された光は、最終的に、図４および図５のセンサ素子２．１１３、２．２１３の光検出器に当たる。

【0050】

位置センサ２．１１によって位置センサ２．１１に対するスケール要素１．１の角度位置が決定可能となるように位置センサ２．１１によって第１の区分１．１１が走査可能である。この場合、角度位置は１回転内で絶対的に決定することができる。この目的のために、図６に示すように、インクリメンタルな第１の区分１．１１を使用することができ、この区分によって、基準マーク１．１１１に関連して、１回転を超えて絶対角度位置を生成することができる。代替的には、第１の区分１．１１は、コード化の意味で、すなわち一義的なコード値の生成によって、絶対的に、例えば擬似ランダムコードまたはグレイコードとして構成することができる。位置センサ２．１１の信号は、第２の構成要素群２の適切な位置に取り付けられた電子モジュールに伝送される。特に角度位置のデジタル値は電子モジュールによって生成される。同様に位置ピックアップ２．２０～２．２６は電子モジュールに電気的に接続されている。位置ピックアップ２．２０～２．２６は、図３に示すように基本的に対で配置されている（第１の対２．２１、２．２４、第２の対２．２２、２．２５、第３の対２．２３、２．２６）。例示的な実施形態では、第１の位置ピックアップ２．２１、第２の位置ピックアップ２．２２、および第３の位置ピックアップ２．２３によって第１の区分１．１１が走査される。

【0051】

第４の位置ピックアップ２．２４、第５の位置ピックアップ２．２５、および第６の位置ピックアップ２．２６によって第２の区分１．１２が走査され、これらの位置ピックアップ２．２４、２．２５、２．２６によってスケール要素１．１の軸方向位置を決定することもできる。前述のいずれか１つの対に属さない位置ピックアップ２．２０は、補正値を決定する方法（ここには詳述しない）を実施するために第１の区分１．１１を走査する役割も果たす。

【0052】

電子モジュールでは、軸線方向位置にもハブ１．２の絶対角度位置が割り当てられる。

【0053】

電子モジュール内で第１の位置ピックアップ２．２１、第２の位置ピックアップ２．２２、および第３の位置ピックアップ２．２３の位置信号を適切に関連付けることによって、回転軸線Ａに対して垂直に向けられた平面Ｐにおけるスケール要素１．１の位置、すなわち、回転軸軸Ａの実際の位置のｘ、ｙ座標を決定することができる。この位置は、「側方位置」と呼ぶこともでき、所与の回転テーブルにおいて機械加工時に加えられる荷重に依存している。さらに、実際の側方位置にはハブ１．２の絶対角度位置も割り当てられる。

【0054】

角度測定装置を用いて、第４の位置ピックアップ２．２４、第５の位置ピックアップ２．２６、および第６の位置ピックアップ２．２６の位置信号を適切に関連付けることによって、平面Ｐに位置する傾斜軸線Ｂを中心としたスケール要素１．１の傾斜の程度ならびに揺動の程度および方向を決定することもできる。平面Ｐは、回転軸線Ａに対して垂直に配向されている。

【0055】

角度測定装置によって、特に回転テーブルの場合、ハブ１．２の絶対的な角度位置を決定し、絶対的な角度位置の関数としてハブ１．２の側方位置および軸線方向位置を測定することが可能である。上述の回転テーブルがいずれにしても極めて堅固に構成されていることにより、この場合、μｍ範囲以下で位置測定が行われる。したがって、特に位置センサ２．１１および位置センサ２．２０～２．２６の高分解能が必要である。同様に、傾斜軸線Ｂを中心としたケーシング２．２に対する回転軸線Ａの傾斜を測定することもできる。

【0056】

さらに処理された位置信号は、最終的にケーブルを介して別の装置、例えば機械の制御装置に出力される。

【0057】

したがって、位置センサ２．１１および位置ピックアップ２．２０～２．２６は、例示的な実施形態では、角度位置または軸線方向位置を検出する位置センサである。

【0058】

第２の実施形態によれば、スケール要素１．１′の周面図も示されている図７にしたがって、スケール要素１．１′は、第１の方向に沿って互いに平行に、互いに隣接して配列された規則的なパターンもしくは線（図中の黒および白の長方形）を有する第１の区分１．１１′を備え、第１方向は周方向ｕの方向成分を有する。例示的な実施形態では、第１の方向は円周方向ｕと同一である。さらに第１の区分１．１１′は基準マーク１．１１１′を備える。

【0059】

第２の区分１．１２′は、第２の方向に沿って互いに平行に、互いに隣接して配列された規則的なパターンもしくは線（図では白黒の矩形）を備え、第２の方向は軸線方向の方向成分を有する。例示的な実施形態では、第２の方向は軸線方向ｚと同一である。

【0060】

第２の例示的な実施形態におけるパターンは、磁気的なＮ極およびＳ極として構成されている。

【0061】

したがって、第２の例示的な実施形態では、位置センサおよび位置ピックアップは、磁気式のピックアップとして構成されている。例示的な実施形態では、位置センサおよび位置ピックアップは磁気抵抗式の検出器を有する。特に、これらはガラス基板の磁気抵抗パターンとして構成することができる。

【0062】

図８に基づいて第３の実施形態を説明する。図８は、軸線方向に比較的小さい寸法を有するスケール要素１．１″の周面図を示す。このスケール要素１．１″は第１の区分１．１１″を備え、この区分は、第１の方向に沿って互いに平行に、互いに隣接して配列された規則的なパターンもしくは線を備え、第１の方向は円周方向ｕに方向成分を有する。第３の例示的な実施形態では、第１の方向は円周方向ｕと同一である。さらに第１の区分１．１１″は、同様にパターンもしくは線からなる基準マーク１．１１１″を含む。第１の区分１．１１″および基準マーク１．１１１″のパターンは、第１の例示的な実施形態と同様に、光に対して反射性および非反射性のストリップとして構成されている。

【0063】

これに対して、第２の区分１．１２″は、第２の方向に沿って互いに平行に、互いに隣接して配列された規則的なパターンもしくは線を備え、第２の方向は軸線方向の方向成分を有する。例示的な実施形態では、第２の方向は軸線方向ｚと同一である。第２の区分１．１２″の周方向パターン（第２の例示的な実施形態の磁気的な第２の区分１．１２′と比較可能）は例示的な実施形態では磁気的なＮ極およびＳ極として構成されている。第１の区分１．１１″および第２の区分１．１２″は少なくとも部分的に重ねて配置されており、これにより、第１の区分１．１１″および第２の区分１．１２″のための軸線方向の所要スペースを低減することができる。この構成は、両方の区分１．１１″、１．１２″がほぼ同じ軸線方向高さで、もしくは同一の周方向範囲で走査されるので、傾斜軸線Ｂを中心とした傾斜が測定にほとんど影響を及ぼさないという利点を有する。

【0064】

次に、位置センサ２．１１は、図４によれば、光学原理にしたがって第１の区分１．１１″を走査することができ、位置ピックアップは磁気原理したがって作動する。したがって、第３の例示的な実施形態では、角度位置が光学的に検出され、平面Ｐにおけるスケール要素１．１″の傾斜もしくはスケール要素１．１″の変位が磁気原理によって検出される。

【符号の説明】

【0065】

１ 第１の構成要素群
１．１、１．１′、１．１″ スケール要素
１．１１、１．１１′、１．１１″ 第１の区分
１．１１１、１．１１１′、１．１１１″ 基準マーク
１．１２、１．１２′ 第２の区分
１．２ ハブ
２ 第２の構成要素群
２．１ 第１の構成ユニット
２．１ａ 第１部分
２．１ｂ 第２部分
２．２ 第２の構成ユニット
２．２ａ 第１の部分
２．２ｂ 第２の部分
２．１１ 位置センサ
２．１１１、２．２１１ ＬＥＤ
２．１１２、２．２１２ コンデンサ
２．１１３、２．２１３ センサ素子
２．２０、２．２１、２．２２、２．２３、２．２４、２．２５、２．２６ 位置ピックアップ
２．３ 補正継手
２．３１、２．３２、２．３３、２．３４、２．３５、２．３６ タブ
２．４ ケーシング
３ 軸受
Ａ 回転軸線
ｚ 軸線方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】