CN108431551A - 对象、用于产生对象的方法以及用于确定对象位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有基板(2)和标尺(3)的对象，所述标尺(3)通过使用包含可磁化和/或磁性颗粒的印刷介质被施加到所述基板(2)上，并且所述标尺(3)包含具有所述印刷介质的区域和没有所述印刷介质的区域(5)，并且所述标尺被设计为通过具有所述印刷介质的所述区域和没有所述印刷介质的所述区域(5)来指示位置，其中所述基板(2)的磁学特性使得当向所述对象(1)施加外部磁场时或当读取所述磁性颗粒的磁场时，从所述印刷介质生成的磁场比从所述基板(2)生成的磁场强。

Description

对象、用于产生对象的方法以及用于确定对象位置的方法
技术领域
本发明涉及对象、用于产生所述对象的方法、以及用于确定所述对象的位置的方法。
背景技术
在机床工程中，已知例如使用磁性线性标尺来确定刀架滑台的位置。可利用相对测量或绝对测量来确定所述位置。对于相对位置确定来说，测量交替的等宽度北极和南极的重复的位模式。由于重复的位模式不易区分，因此只能相对地区分位置并且通常通过计数传递的位数来确定位置。对于绝对位置确定来说，通过第二轨道、通过轨道之间的相位比率、或通过使用可区分的位模式来对位模式进行索引。在第一种情况下，第二轨道索引个别位，从而使它们可区分。在第二种情况下，通常在两个轨道中使用相差1的位模式。在第三种情况下，使用例如可区分的位模式，其中个别标度增量具有不同的宽度，例如从绝对起始点开始量值增加。然而，在存在强大磁场的情况下，每隔一位可能被反向磁化。因此，所有的位都具有相同的极性，以便不能再确定位置。
发明内容
因此，本发明的目的是创建一种对象、一种用于产生所述对象的方法、以及一种用于确定所述对象的位置的方法，其中即使在存在强大磁场的情况下也可无误地读取所述对象的位置。
根据本发明的对象具有基板和标尺，所述标尺通过使用含有可磁化和/或磁性颗粒的印刷介质被施加到所述基板上且所述标尺包含具有印刷介质的区域和位于具有所述印刷介质的所述区域之间的没有印刷介质的区域，并且所述标尺被设计为通过具有所述印刷介质的所述区域和没有所述印刷介质的所述区域来指示位置，其中所述基板的磁学特性使得当向所述对象施加外部磁场时或当读取所述磁性颗粒的磁场时，从所述印刷介质生成的磁场比从所述基板生成的磁场强。
根据本发明的用于产生所述对象的方法具有以下步骤：提供基板；使用包含可磁化和/或磁性颗粒的印刷介质将标尺施加到所述基板上，从而完成所述对象；所述标尺包含具有所述印刷介质的区域以及位于具有所述印刷介质的所述区域之间的没有所述印刷介质的区域，并且被设计为通过具有所述印刷介质的所述区域和没有所述印刷介质的所述区域来指示位置，并且所述基板的磁学特性使得当向所述对象施加外部磁场时或当读取所述磁性粒子的磁场时，从所述印刷介质生成的磁场比从所述基板生成的磁场强。
根据本发明的用于确定所述对象的位置的方法具有以下步骤：检测是否存在从所述对象的测量位置发出的磁场，其中所述测量位置位于标尺的区域中；以及基于检测到或未检测到从所述测量位置发出的磁场和/或基于从所述测量位置发出的磁场的形状来推得所述对象的位置。
通过根据本发明的对象、根据本发明的用于产生所述对象的方法、以及根据本发明的用于确定所述对象的位置的方法，有利地实现了即使在存在干扰的强磁场的情况下也可无误地读取所述对象的所述位置。此外，可利用印刷介质产生比利用常规位模式更小的结构。因此，根据本发明的对象的位置可以通过比常规的位模式具有更高的精度的方式来确定。此外，所述对象可比常规位模式更廉价地产生。
优选地，所述基板的磁学特性使得所述基板基本无磁性并且基本不可磁化。因此，在从具有印刷介质的区域过渡到没有印刷介质的区域时，可实现特别大的磁场梯度。通过磁场中的大梯度，具有印刷介质的区域及其位置可以特别以无误的方式且以高精度来确定。因此，对象的位置可以实现高精度确定。
标尺优选地具有多个标尺标记和/或多个字符，字符特别是字母和/或数字。通过使用标尺标记，可以相对地确定对象的位置，因为标尺标记在用于确定位置的方法中被计数。通过使用不同长度和/或宽度的标尺标记，可通过识别长度和/或宽度来实施位置的绝对确定。可通过使用字符来实施对象的位置的绝对确定。位置的绝对确定也可通过使用多个标尺标记的轨迹来实施。
优选地，至少一个标尺标记贴有使用印刷介质施加到基板上的标签。因此可确定至少被贴的标尺标记的绝对位置。
优选地，所述标尺被线性地，二次地或对数地划分，或者所述标尺由识别条纹的图案构成，所述识别条纹图案通过使用所述印刷介质被施加到所述基板上，并且在所述标尺的第一位置和在所述标尺的纵向方向上与所述第一位置间隔开的第二位置之间的各所述识别条纹以预定方式相对于横向方向以各自的倾斜角倾斜，使得所述每一个倾斜角的值不同于其他倾斜角的值。标尺进行规则地划分，以便标尺可指示位置。由于例如条形码或QR码的不规则结构，它们无法用来识别位置。不同的倾斜角有利的使得可通过确定倾斜角来确定对象的绝对位置。
所述标尺标记优选地具有1μm至1mm、特别是10μm至100μm、特别是1μm到10μm的宽度。标尺标记的宽度越小，对象位置确立的精度越高。就此而言，具有指示宽度的标尺标记可通过使用印刷介质而容易地产生。
优选地，所述印刷介质具有特别是包含可磁化和/或磁性颗粒的颜料，和/或所述印刷介质具有染料。这有利地实现了不仅可磁性读取，还可光学读取标尺。出于成本原因，特别有利的是颜料包含可磁化和/或磁性颗粒，因为这样就不必向可染料和/或颜料额外提供可磁化颗粒。
印刷介质优选地具有体积填充度为30％至90％、特别是40％至70％的可磁化和/或磁性颗粒。此外，印刷介质基本上包含粘合剂；除此之外还可提供溶剂。粘合剂确保了印刷介质与对象的粘附。可提供溶剂以便溶解染料。体积百分比为30％至90％的可磁化和/或磁性颗粒有利地实现了图案的高磁化能力，同时具有强的粘附性。就此而言，体积填充度约为50％是特别优选的。
优选地，所述可磁化颗粒具有颜料、陶瓷颗粒、和/或稀土金属，并且所述磁性颗粒具有硬磁颗粒、颜料、微磁体、陶瓷颗粒、和/或稀土金属。硬磁颗粒是有利的，因为它们具有强磁场强度。颜料是有利的，因为它们既用作磁体又用作着色剂。陶瓷金属由于其耐化学性从而是有利的。稀土金属具有高磁场强度。
可磁化和/或磁性颗粒的粒度分布的平均值优选地小于2μm。如果可磁化颗粒是例如球形的，则粒度指示粒径。如果可磁化粒子的形式是非球形的，则粒度是可磁化颗粒中出现的最长尺寸。由于颗粒粒度小，因此在用于确定对象在外部磁场中的位置的方法中，可磁化和/或磁性颗粒特别是在它们是已经处于磁化状态的硬磁颗粒时特别容易被对准，从而允许实现具有印刷介质的区域的特别强的磁化。
优选地，印刷介质以使得印刷介质的中间区域凹陷以便印刷介质在其边缘区域凸起的方式成型。因此，当向对象施加外部磁场时，从印刷介质发出的磁场在从具有印刷介质的区域过渡到没有印刷介质的区域时具有高的梯度。所述高的梯度允许以特别精确的方式来确定位置。
优选地，通过印刷向基板施加印刷介质。对此的可设想选项包括胶版印刷、激光印刷、和/或喷墨印刷。
优选地，用于产生对象的方法包括以下步骤：
对标尺在其施加期间和/或之后进行磁化。就此而言，标尺的磁化优选地发生在印刷介质的粘合剂的固化之前。这特别适合于在印刷介质中已经处于磁化状态的硬磁颗粒。磁化赋予颗粒的定向通过粘合剂的固化而冻结在适当位置。
为防止施加标尺之前可磁化和/或磁性颗粒的附聚，可搅拌印刷介质和/或可在印刷介质流中提供筛网，所述筛网的网孔被设定尺寸，以便个别可磁化和/或磁性颗粒可穿透筛网，但是颗粒附聚物被筛网保留。
优选地，用于产生所述对象的方法包括以下步骤：在将所述印刷介质施加到所述基板期间和/或之后使所述印刷介质成型，使得所述印刷介质的中间区域是凹陷的，以便所述印刷介质的边缘区域凸起，从而当向所述对象施加外部磁场时，从所述印刷介质发出的磁场在从具有所述印刷介质的所述区域到没有所述印刷介质的所述区域的过渡处比其在所述成型之前具有更大的梯度。因此，可在确定所述对象的位置时增加精确度。
优选地，用于确定对象的位置的方法包括以下步骤：向所述测量位置施加外部磁场，使得所述标尺可磁化。
优选地，从测量位置发出的磁场是通过使用感应效应和/或磁阻效应、特别是各向异性磁阻效应、巨磁阻效应、隧道磁阻效应、和/或霍尔效应来检测的。在此情况下，通过使用巨磁阻效应和隧道磁阻效应，可读取具有印刷介质的特别小的区域，这导致特别高精度的位置确定。
附图说明
以下将基于随附示意图更详细地解释根据本发明的对象的三个优选实施方案。在附图中：
图1示出了包含具有相同长度的标尺标记的标尺的对象的第一实施方案，
图2示出了包含具有数字的标尺的对象的第二实施方案，
图3示出了包含具有不同长度的标尺标记的标尺的对象的第三实施方案，以及
图4示出了包含具有识别条纹的标尺的对象的第四实施方案，所述识别条纹具有不同的倾斜角。
附图标记列表
1 对象
2 基板
3 标尺
4 标尺标记
5 没有印刷介质的区域
6 标签
7 数字
8 倾斜角
9 第一位置
10 第二位置
11 横向方向
12 识别条纹
d1 标尺标记的宽度
d2 没有印刷介质的区域的宽度
z 增量
l1 标尺标记的长度
l2 标尺标记的长度
l3 标尺标记的长度
具体实施方式
从图1至图4可见，对象1具有基板2和标尺3。标尺3通过使用具有可磁化和/或磁性颗粒的印刷介质被施加到基板2上。标尺3包含具有印刷介质的区域和没有印刷介质的区域5，并且被设计来通过具有印刷介质的区域和没有印刷介质的区域5来指示多个位置。基板2的磁学特性使得当向对象1施加外部磁场时或当读取来自印刷介质的磁性颗粒的磁场时，生成比基板2的磁场更强的磁场。为此，基板2的磁学特性可使得基板2基本上无磁性并且基本上不可磁化。例如，基板2可由铝制成。
印刷介质可具有特别是包含可磁化和/或磁性颗粒的颜料，和/或印刷介质具有染料。此外，印刷介质可具有体积填充度为30％至90％、特别是体积填充度为40％至70％的可磁化和/或磁性颗粒。可磁化颗粒可具有颜料、陶瓷颗粒、和/或稀土金属，并且磁性颗粒可具有硬磁颗粒、颜料、微磁体、陶瓷颗粒、和/或稀土金属。可磁化和/或磁性颗粒的粒度分布的平均值可小于2μm。如果可磁化颗粒是例如球形的，则粒度指示粒径。如果可磁化粒子的形式是非球形的，则粒度是可磁化颗粒中出现的最长尺寸。
图1至图3中的三个实施方案的标尺是线性划分的标尺。也可设想二次划分的或对数划分的标尺。也可设想游标系统和具有变化的倾斜角的系统。相比而言，由于条形码或QR码的不规则结构，不可使用条形码或QR码来识别位置。根据图1的第一实施方案的标尺3具有多个标尺标记4，所述标尺标记4通过使用印刷介质被施加到基板2上，并且构成具有印刷介质的区域。在此实施方案中，所有的标尺标记4都具有相同的长度l1和相同的宽度d1。两个邻近标尺标记4之间的没有印刷介质的区域5的宽度是d2，并且对于每对邻近的标尺标记4是相同的。根据第一实施方案的标尺3是这样线性划分的。此标尺的增量z是z＝d1+d2。
根据图2的第二实施方案的标尺3具有多个数字7，所述数字7通过使用印刷介质被施加到基板2上，并且构成具有印刷介质的区域。该些数字7以升序来布置。在邻近的数字7之间，存在没有印刷介质的相应区域5。此标尺的增量z对于每对邻近的数字来说是相同的。根据第二实施方案的标尺3是这样线性划分的。增量z可例如是两个邻近数字的形心之间的距离。
根据图3的第三实施方案的标尺3具有多个标尺标记4，所述标尺标记4通过使用印刷介质被施加到基板2上，并且构成具有印刷介质的区域。在此实施方案中，所有的标尺标记4都具有相同宽度d1。两个邻近的标尺标记4之间的没有印刷介质的区域5的宽度是d2，并且对于每对邻近的标尺标记4是相同的。根据第三实施方案的标尺3是这样线性划分的。此标尺的增量z是z＝d1+d2。根据第三实施方案的标尺3包含具有长度为l1的标尺标记、具有长度为l2的标尺标记、以及具有长度为l3的标尺标记，其中l3>l2>l1。标尺3以每第十个标尺标记4具有长度为l3的方式来成型。在纵向方向上，标尺3分别具有长度为l3的一个标尺标记4、长度为l1的四个标尺标记4、长度为l2的一个标尺标记4、以及长度为l1的四个标尺标记4。
第四实施方案的标尺3由图案组成，所述图案由识别条纹12构成，所述识别条纹12通过使用印刷介质被施加到基板2上，并且在标尺3的第一位置9和在标尺3的纵向方向11上与第一位置9间隔开的第二位置10之间的各识别条纹12以预定方式相对于横向方向以各自的倾斜角8倾斜，使得每一个倾斜角8的值不同于其他倾斜角8的值。所述纵向方向和所述横向方向是完全相同的。
如果使用二次划分的标尺或对数划分的标尺，则增量在标尺的纵向方向上改变。
根据第四实施方案的对象1可通过如下来产生：提供基板2；使用包含可磁化和/或磁性颗粒的印刷介质来向基板2施加标尺3，如此对象1就完成了。在此情况下，印刷介质通过印刷、特别是通过胶版印刷、激光印刷、和/或喷墨印刷被施加到所述基板2上。
可设想所述方法具有以下步骤：在将所述印刷介质施加到所述基板2期间和/或之后使所述印刷介质成型，使得所述印刷介质的中间区域是凹陷的，以便所述印刷介质的边缘区域凸起，从而当向所述对象施加磁场时，从所述印刷介质发出的磁场在从具有所述印刷介质的所述区域到没有所述印刷介质的所述区域5过渡处时比其在所述成型之前具有更大的梯度。
根据第四实施方案的对象1的位置可通过如下来读取：向所述对象1的测量位置施加外部磁场，其中所述测量位置设置在标尺3的区域中，从而使得标尺3可磁化；检测是否存在从所述测量位置发出的磁场；基于检测到或未检测到从所述测量位置发出的磁场和/或基于从所述测量位置发出的磁场的形状来推得所述对象1的位置。在此情况下，可使用感应效应和/或磁阻效应、特别是各向异性磁阻效应、巨磁阻效应、隧道磁阻效应、和/或霍尔效应来检测所述磁场。

Claims (17)

1.一种具有基板(2)和标尺(3)的对象，其特征在于，所述标尺(3)通过使用包含可磁化和/或磁性颗粒的印刷介质被施加到所述基板(2)上且所述标尺包含具有所述印刷介质的区域和没有所述印刷介质的区域(5)，并且所述标尺被设计为通过具有所述印刷介质的所述区域和没有所述印刷介质的所述区域(5)来指示位置，其中所述基板(2)的磁学特性使得当向所述对象(1)施加外部磁场时或当读取所述磁性颗粒的磁场时，从所述印刷介质生成的磁场比从所述基板(2)生成的磁场强。
2.根据权利要求1所述的对象，其特征在于，所述基板(2)的所述磁学特性使得所述基板(2)基本无磁性并且基本不可磁化。
3.根据权利要求1或2所述的对象，其特征在于，所述标尺(3)具有多个标尺标记(4)和/或多个字符，所述字符特别是字母和/或数字(7)。
4.根据权利要求3所述的对象，其特征在于，所述标尺标记(4)中的至少一个贴有使用所述印刷介质施加到所述基板(2)上的标签(6)。
5.根据权利要求3或4所述的对象，其特征在于，所述标尺被线性地、二次地、或对数地划分，或所述标尺(3)由识别条纹(12)的图案构成，所述识别条纹(12)通过使用所述印刷介质被施加到所述基板(2)上，并且在所述标尺(3)的第一位置(9)和在所述标尺(3)的纵向方向上与所述第一位置(9)间隔开的第二位置(10)之间的各所述识别条纹(12)以预定方式相对于横向方向以各自的倾斜角(8)倾斜，使得每一个所述倾斜角(8)的值不同于其他倾斜角(8)的值。
6.根据权利要求3至5所述的对象，其特征在于，所述标尺标记具有1μm至1mm、特别是10μm至100μm、特别是1μm到10μm的宽度。
7.如权利要求1至6所述的对象，其特征在于，所述印刷介质具有颜料，所述颜料特别包含所述可磁化和/或磁性颗粒，和/或所述印刷介质具有染料。
8.如权利要求1至7中任一项所述的对象，其特征在于，所述印刷介质具有体积填充度为30％至90％、特别是40％至70％的所述可磁化和/或磁性颗粒。
9.如权利要求1至8中任一项所述的对象，其特征在于，所述可磁化颗粒具有颜料、陶瓷颗粒、和/或稀土金属，并且所述磁性颗粒具有硬磁颗粒、颜料、微磁体、陶瓷颗粒、和/或稀土金属。
10.如权利要求1至9中任一项所述的对象，其特征在于，所述可磁化和/或磁性颗粒的粒度分布的平均值小于2μm。
11.一种用于产生根据权利要求1至10中任一项所述的对象(1)的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基板(2)；
使用印刷介质将标尺(3)施加到所述基板(2)上，所述印刷介质包含可磁化和/或磁性颗粒，从而完成所述对象(1)，其中所述标尺(3)包含具有所述印刷介质的区域和没有所述印刷介质的区域(5)，并且被设计为通过具有所述印刷介质的所述区域和没有所述印刷介质的所述区域(5)来指示位置，并且所述基板(2)的磁学特性使得当向所述对象(1)施加外部磁场时或当读取所述磁性颗粒的磁场时，从所述印刷介质生成的磁场比从所述基板(2)生成的磁场强。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对所述标尺(3)在其施加期间和/或之后进行磁化。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述印刷介质通过印刷，特别是通过胶版印刷、激光印刷、和/或喷墨印刷被施加到所述基板(2)上。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在将所述印刷介质施加到所述基板(2)期间和/或之后使所述印刷介质成型，使得所述印刷介质的中间区域是凹陷的，以便所述印刷介质的边缘区域凸起，从而当向所述对象施加外部磁场时，从所述印刷介质发出的磁场在从具有所述印刷介质的所述区域到没有所述印刷介质的所述区域(5)的过渡处比所述印刷介质在所述成型之前具有更大的梯度。
15.一种用于确定根据权利要求1至10中任一项所述的对象(1)的位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测是否存在从所述对象(1)的测量位置发出的磁场，其中所述测量位置位于所述标尺(3)的区域中；以及
基于检测到或未检测到从所述测量位置发出的磁场和/或基于从所述测量位置发出的磁场的形状来推得所述对象(1)的位置。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
向所述测量位置施加外部磁场，使得所述标尺可磁化。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述磁场是通过使用感应效应和/或磁阻效应、特别是各向异性磁阻效应、巨磁阻效应、隧道磁阻效应、和/或霍尔效应来检测的。
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