CN107250730B - 物体位移的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量技术，可用于确定例如冶金、汽车工业、起重机技术、仓库和生产物流、生产整体自动化等领域中物体的绝对位移。本发明旨在增加物体可移动的距离，并开发用于测量物体位移的方法，其中，可使用不同类型的信号源，包括磁体和/或电磁体以及不同类型的换能器，例如，磁致伸缩换能器。该技术成果在于增加了移动物体的测量精度，提高了对位移换能器接收到信息进行处理的速度，并可输出物体和/或换能器位置的相关数据。使用位移测量方法，从而实现了该技术成果，该位移测量方法包括以下步骤：将位移换能器安装在物体上，沿着物体位移轨道设有信号源，在每个路径段布置特殊的信号源，通过信号源的数量变化和/或任何两个信号源之间的距离变化来确定该布置；信号从位移换能器发送到移动物体；接收来自位移换能器的输出信号，该输出信号表示测量范围内所设信号源的位置；此外，测量距离大于位移换能器有效区域长度的位移。

Description

物体位移的测量方法
本发明涉及测量设备，可用于确定例如冶金、汽车工业、起重机、仓库和生产物流、生产整体自动化等领域中物体的绝对位移。
生产过程中进行经营任务时，提高生产流程的效率非常重要，尤其可通过生产设施中不同时间段上快速准确的物体定位来实现效率的提高。对物体移动进行有效监控可创建生产流程的准确映射(例如夜间)，从而减少相应的员工数。
用于测量物体位移的已知方法基于换能器和信号源相对于彼此的位移。例如，数字系统中，仅当换能器接收到来自源的信号才进行处理以获得物体移动的值。因此，物体位置测量的精度取决于换能器的测量范围值，同时取决且受限于换能器灵敏度面积。
用于测量物体位移的已知方法(JP0850004，202.12.1996)包括以下内容：在物体上安装信号源-磁体；沿着移动的路径设置换能器-霍尔传感器；将励磁电流应用于换能器。物体移动时，通过霍尔传感器读取电压值，再计算物体移动的值。
该方法的不利之处是由于取决且受限于换能器灵敏度面积，测量精度低，测量范围有限。此外，需在每个霍尔传感器上铺设电缆，以确保供电和信号的获取，因而很大程度上使测量系统复杂化。
现有一些用于测量物体位移的已知方法(RU2125235，20.01.1999；RU2117914，20.08.1998)，根据这些方法，将换能器安装在移动物体上，则超声波传播自沿着物体路径的源。一人测量从源到换能器的信号传播时间，则该值可用于估计物体的线性移动的值。
这些方法的不利之处是无法测量换能器灵敏度范围之外的物体位置，无法测量物体向远距离的移动，因此限制了生产中的使用。
现有一种用于测量物体位移的方法(RU2196300，10.01.2003)，根据该方法，将换能器(一种光电接收器)安装在移动物体上；使用光学系统，将光信号从沿着物体的光源传送到换能器，则光电接收器利用输出信号来估计物体移动的值。
该方法的不利之处是精度低，因为物体移动的值仅取决于光电接收器上光点的位置、大小和强度。使用这种方法，无法测量相当远距离处的物体移动。此外，由于光学系统、附加光电接收器导致了发射器的光流不稳定性，该方法的实施需使用附加设备，这导致使用不便，以及物体定位的额外费用。
现有一种确定物体绝对位移的已知方法(RU93003536，10.08.1995)，根据该方法，掩模和测量标尺具有数行相同的槽，从而在布置槽时不会有共同的除数。将掩模置于可移动物体上，沿着物体的路径设置测量标尺；使物体通过，物体的掩模需沿着测量标尺，通过掩模槽和测量标尺的光的强度在预定时间段发生改变，且每行的周期分数值不具有公共的整除数，从而可确定移动物体的绝对值。
由于任何时间段内掩模和测量标尺具有特定周期，因此该方法在理论上可增加物体定位的测量范围。但在掩模和测量标尺上使用除数十分耗时且不方便；因此，实际上无法测量相当长距离处的物体位移。此外，移动测定的准确性取决于通过掩模槽之后产生的光强度，就此而言精度很低。
现有一种用于测量物体位移的已知方法(RU1820209，07.06.1993)，最接近本方法，包括以下组件：安装在可移动物体上的换能器-光敏电荷耦合器。沿着物体移动的路径，可形成信号源-照明线、信号-光线，其间距离小于换能器长度，可使换能器的循环轮询生效。信号源以预定的顺序接通，一个信号源用于换能器的每个轮询周期。接收到输出信号时，停止对接通信号源的详尽搜索，转换输出信号，确定信号源数量，并由此确定物体的移动。
该方法可增加物体移动的测量距离。但这种情况下，出现输出信号前，由于对接通信号源进行详尽搜索，因此确定物体移动值的总时间会增加。在该方法以及类似测量中，测量精度取决于换能器灵敏度的面积。
本发明旨在增加物体可移动的距离，并提供一种利用磁致伸缩换能器测量这种移动的方法。
该技术成果在于增加了移动物体的测量精度，提高了对换能器接收到信息进行处理的速度，并可输出物体和/或换能器位置的相关数据。
使用了位移测量方法，从而实现了该技术效果，该位移测量方法包括以下步骤：将磁致伸缩换能器安装在物体上，沿着物体的路径设有磁体和/或电磁体，在每个路径段布置特殊的磁体和/或电磁体，由此确定磁体和/或电磁体的数量变化和/或任何两个磁体和/或电磁体之间的距离变化；信号通过安装的磁致伸缩换能器发送到移动物体，再接收来自磁致伸缩换能器的输出信号并报告测量范围内磁体和/或电磁体的位置；再确定物体和/或换能器的位置，测量距离大于磁致伸缩换能器有效区域长度的位移。
磁体和/或电磁体的布置可通过改变磁体和/或电磁体的数量和/或任何两个磁体和/或电磁体之间的距离来确定，从而在物体路径的任何段均可提供这些信号源的不重复唯一组合。这样可随时明确识别磁致伸缩换能器的位置，进一步更精确地确定物体移动的位置，增加物体位移的测量精度，并可增加物体可移动的距离。
可通过仅改变所述信号源的数量来确定每个路径段中磁体和/或电磁体的唯一组合。这种情况下，在磁致伸缩位移换能器的灵敏度区域中，可定位来自不同数量信号源的唯一组合，从而可唯一地识别物体和/或换能器的位置并确定其位移。物体移动距离可超磁致伸缩过换能器灵敏度区域的范围。
可通过改变任何两个所述信号源之间的距离来确定每个路径段磁体和/或电磁体的唯一组合。这种情况下，可在任何1D-、2D-、3D-、nD-维度上布置磁体和/或电磁体。磁致伸缩位移换能器在其灵敏度区域的任何位置均具有相同数量磁体和/或电磁体的唯一组合，这些磁体和/或电磁体布置在空间中而不重复，从而可唯一地识别物体的位置并确定其位移。
此外，可通过改变磁体和/或电磁体的数量和任何两个信号源之间的距离来确定物体移动的每个路径处信号源的唯一组合。这种情况下，任何两个信号源之间具有不同距离的1D、2D、3D、nD测量中不同数量信号源的唯一组合可位于磁致伸缩换能器的灵敏度区域中，从而可唯一地识别物体的位置并确定其位移。
接收不重复信号组合的磁体和/或电磁体不仅可确定物体和/或换能器的位置和移动，如需要，还可精确地识别磁体和/或电磁体的数量及其他参数。
包含磁致伸缩换能器的各种构造也可用作换能器。
也可使用含有磁体和/或电磁体的元件、含有磁体/电磁体的结构作为信号源。
可使用适当的设备来处理从磁致伸缩位移换能器接收的输出信号。待处理的信息可通过不同的接口和协议传输，如模拟接口、TCP/IP、IO-Link、ASInterface、Profinet、Profibus、DeviceNet、CANopen、EtherCAT、Ethernet、Varan。
使用该方法可在制造过程中获得关于物体时间和地点的精确信息，从而提高生产管理的效率。
该图展出了用于实施所主张用于测量物体位移方法的装置，包括位于物体2上的磁致伸缩换能器1，沿着物体移动2路径安装的磁体和/或电磁体3，从而可实现唯一信号的布置，通过改变磁体和/或电磁体3的数量和/或任何两个磁体和/或电磁体之间3的距离来确定每个路径点上的源。
例如作为换能器，磁致伸缩线性位移换能器1可设于移动物体上。位移测量范围为a，沿着物体路径放置磁体和/或电磁体3。应考虑每个路径段a使用相同数量的磁体和/或电磁体的情况，但两个磁体和/或电磁体之间的距离正在改变(参见图)。因此，在等于磁致伸缩位移换能器1测量范围a的第一路径段，磁体和/或电磁体3彼此靠近设置以形成第一唯一的组。在长度为a的第二相似路径段处，设有第二组磁体和/或电磁体3，其中例如最右边的磁体和/或电磁体3在距离Δ处偏移。在长度为a的第三相似路径段处设有第三组磁体和/或电磁体3，例如最右边的磁体和/或电磁体3在例如距离2Δ处偏移；此外，在该处物体可移动的距离超过磁致伸缩换能器的敏感区域长度。这样得出结论，在与换能器灵敏度区域相对的任何路径段具有信号源的非重复组合，从而可唯一地识别物体的位置并确定其位移。
此外，等于磁致伸缩位移换能器1测量范围a的每个路径段处的磁体和/或电磁体3可以此方式布置，从而使磁体和/或电磁体3之间的距离保持相同，但数量改变。因此，第一路径段可设有两个磁体和/或电磁体3，第二路径段可设有三个磁体和/或电磁体3等。
在与磁致伸缩换能器1灵敏度区域相对的任何路径段具有信号源的非重复组合，从而可唯一地识别物体的位置并确定其位移。此外，物体移动的距离超过磁致伸缩传感器灵敏度区域的长度。
可使用替代的布置。若磁体和/或电磁体3的数量以及任何两个磁体和/或电磁体3之间的距离改变时，磁体和/或电磁体置于等于磁致伸缩换能器1测量范围a的任何路径段，即第一路径段，例如，两个磁体和/或电磁体3以其间距离Δ设置，在第二路径段处有三个磁体和/或电磁体3，其中第一和第二磁体和/或电磁体3之间的距离为Δ，第二和第三磁体和/或电磁体3等之间的距离为2Δ等；同时物体移动的距离也超过磁致伸缩换能器敏感度区域的长度；这种情况下，可明确地确定位置和物体的位移。
将关于唯一信号源布置的数据预先记录到用于输出信号处理的设备。当物体沿着设有磁体和/或电磁体3的路径移动时，磁致伸缩换能器1可输出与具有磁致伸缩位移换能器的物体相对的每个磁体和/或电磁体3位置的值。将接收的值传送到处理设备，该处理设备将该值与先前接收的磁体和/或电磁体3的位置数据进行比较，并确定物体的位置及其位移。
如需要，通过来自磁致伸缩位移换能器1的输出信号，还可确定影响该位移换能器的信号源数量或信号源的任何其它参数。
物体可能产生位移的增加距离可计算如下：例如，巴鲁夫公司的换能器可用作磁致伸缩线性位移换能器。其非线性值为30μm，测量范围为4500mm；使用该换能器和两个信号源时，应考虑到每个路径段上信号源之间的距离(31μm)会发生变化，磁体和/或电磁体之间的最小要求距离应不小于60mm，可得到：
Figure GDA0001354515680000061
所述信号源的唯一位置。
因此，使用双磁体和/或电磁体的总测量范围如下：
4,500х70,645＝317,902,500mm＝3,179km (2)
精度为30μm。
结果，用于测量物体位移的方法可增加物体位移测量的精度并明显增加物体可移动距离，可增加从磁致伸缩换能器接收到信息的分析速度和物体位置的检测速度及其在生产区域中的位移，从而提高整个生产流程的效率。位移测量仅需一个磁致伸缩换能器，简化了供电以及测量方法。

Claims (3)

1.一种位移测量方法，包括以下步骤：将磁致伸缩换能器安装在物体上，沿着物体的路径设有磁体和/或电磁体，在每个路径段提供了磁体和/或电磁体的特定布置，用于确定磁体和/或电磁体的数量变化和/或任何两个磁体和/或电磁体之间的距离变化，所述磁体和/或电磁体被布置为使得在与所述磁致伸缩换能器灵敏度区域相对的任何路径段，具有磁体和/或电磁体的非重复组合；信号通过安装的所述磁致伸缩换能器在所述物体的移动期间发送到所述物体，再接收来自所述磁致伸缩换能器的输出信号以及关于测量范围内磁体和/或电磁体的位置的报告；再确定物体和/或所述磁致伸缩换能器的位置，测量距离大于所述磁致伸缩换能器有效区域长度的位移。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在1维、2维或3维上布置磁体和/或电磁体。
3.根据权利要求1所述的方法，包括通过来自所述磁致伸缩换能器的输出信号确定磁体和/或电磁体的数量。
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