CN108775886A - 节省能量的位置确定方法 - Google Patents

Abstract

一种节省能量的位置确定方法。本发明涉及一种运行位置测量系统的方法，位置测量系统包括第一和第二本体，其沿着一维的运动轨道能够彼此相对移动，在第一本体上设置绝对和增量的实物量具，其具有沿着运动轨道分布布置的多个第一标记，其编码随机数序列，增量的实物量具具有沿着运动轨道周期性分布布置的多个第二标记，其具有包括多个单独的采样器件的第一传感器，利用它能够同时采样绝对的实物量具的随机数序列的多个位置，第二本体具有第二传感器，借助于它能够采样增量的实物量具。

Description

节省能量的位置确定方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行位置测量系统的方法。

背景技术

根据本发明的方法尤其基于由DE 10 2015 213 784 A1已知的绝对的位置测量系统。由EP 2 502 030 B1进一步已知绝对的和增量的位置测量系统的组合。

发明内容

根据本发明的位置测量系统包括第一和第二本体，所述第一和第二本体沿一维的运动轨道能够彼此相对地移动，其中在第一本体上设置了绝对的和增量的实物量具，其中所述绝对的实物量具具有沿所述运动轨道分布布置的多个第一标记，其中所述第一标记编码随机数序列，其中增量的实物量具具有多个第二标记，所述第二标记沿所述运动轨道周期性地分布布置，其中第二本体包括第一传感器，所述第一传感器包括多个单独的采样器件，利用所述采样器件能够同时采样所述绝对的实物量具的随机数序列的多个位置，其中第二本体具有第二传感器，借助于该第二传感器能够采样所述增量的实物量具的第二标记。

根据本发明的方法的优点在于，当位置测量系统处于静止状态时能够确定绝对的第一位置。同时，在连续运行中能够确定绝对的第三位置。确定绝对的第三位置期间的电功率需求显著低于确定绝对的第一位置期间的电功率需求。在此应该注意的是，位置测量系统通常通过标准化的连接线路附接到上级的控制器上。这种标准的组成部分通常是被向上限制的电供应功率。在此，通常允许在位置测量系统的接通过程期间接收比在连续运行期间更高的电功率。

根据独立权利要求建议了以下方面：即，根据本发明的方法包括以下步骤：

a）在使用第一传感器的第一数量的采样器件的情况下，获取绝对的第一位置；

b）在使用第一位置和第二传感器的情况下，获取绝对的第二位置；

c）在使用第二数量的采样器件的情况下，获取绝对的第三位置，所述第二数量小于所述第一数量，其中所述位置测量系统在获取所述绝对的第三位置期间移动。

位置测量系统在步骤a）期间优选是静止的。步骤a）优选在接通过程期间被执行，其中允许提高的功率消耗。借助于步骤b），在连续运行期间获取非常精确的绝对的第二位置。借助于步骤c），在连续运行期间获取相对不精确的绝对的第三位置，该第三位置首先用于控制第二位置。步骤b）和c）在连续运行期间所需的电供应功率小于根据通常标准的最大允许的电供应功率。

第一数量的采样器件包括优选所有存在的采样器件。第二数量的采样器件优选为一个。步骤a）优选被作为第一方法步骤实施。步骤b）和c）优选被交替地或平行地多次实施。

在从属权利要求中给出了本发明的有利的扩展方案和改进方案。

能够规定，将第二和第三位置相互进行比较，其中如果所述第二和第三位置不一致时，则发出错误信息。尤其当第三位置相对于第二位置偏离了预先给定的阈值时，于是存在功能故障。不言而喻的是，第二位置显著地比第三位置更精确。所提及的阈值优选根据第三位置的精度来选择。

能够规定，采样器件分别包括至少一个第一接收器线圈，其中第一传感器具有第一发射器绕组组件，其中绝对的实物量具能够影响第一发射器绕组组件与至少一个第一接收器线圈之间的感应耦合，其中步骤a）范围内的第一发射器绕组组件的电供应功率大于步骤c）的范围内的第一发射器绕组组件的电供应功率。由此在步骤c）的范围内，电供应功率能够被最小化。下面描述的评估方法仍然允许可靠地读取随机数序列。

能够规定，在步骤c）的范围内，借助于第二传感器获取第一传感器是否已经足够地经过随机数序列的位置以获取第三位置。利用增量的第二传感器能够很容易地获取位置测量系统是否已经经过所需的路段。

能够规定，只要第二传感器沿相同方向已经移动了预先给定的测量长度，就获取第三位置。很容易测试该标准。同时利用该标准实现了频繁获取绝对的第三位置。

能够规定，在步骤c）的范围内，读取随机数序列的比用于确定绝对的第三位置所需的更多位置，其中借助于过量的位置执行错误识别和/或错误校正。由此，位置测量系统的可靠性能够被提高。

能够规定，第一传感器附接到模拟-数字-转换器上，利用该模拟-数字-转换器能够产生采样值，其中存储具有恒定的第一运动间距的相应的采样值，其中绝对的实物量具的分度λ为第一运动间距的整倍数，其中增量的实物量具的分度λ为第一运动间距的整数倍。绝对的实物量具的分度λ和增量的实物量具的分度λ优选地被选择为彼此不同以使得能够满足前面所提及的条件。模拟-数字-转换器通常给出具有预先给定的采样频率的数字采样值或试样。从这些相对较大数量的采样值中，选择和存储那些存在于位置测量系统的限定的位置中的采样值。所提及的限定的位置分别彼此隔开了第一运动间距。结果是，只有相对较少数量的采样值需要被进一步处理。尽管如此，确保了存储用于评估的最佳采样值。

能够规定，将采样值如此分配给多个组，使得组内的采样值具有等于绝对的实物量具的分度λ的第二运动间距。这由此实现了能够仅通过评估一组采样值来获取随机数序列，其中对于随机数序列的每个位置仅需要评估一个唯一的采样值。

能够规定，随机数序列借助于所述采样值的组获取，哪个具有在量值上最大的采样值，以较高的可靠性实现了所获取的随机数序列与在绝对的实物量具上实际存在的随机数序列的一致性。

不言而喻的是，在不脱离本发明的范围的情况下，上面提到的以及下面将要解释的特征不仅能够以相应给出的特定组合来使用，而且也能够以其他组合或单独使用。

附图说明

下面将借助于附图更详细地解释本发明。其中：

图1示出了根据本发明的位置测量系统的大致示意性俯视图；

图2示出了根据图1的位置测量系统的大致示意性横截面；

图3示出了绝对的实物量具的和第一传感器的大致示意性侧视图；

图4示出了增量的实物量具的和第二传感器的大致示意性侧视图；

图5示出了沿着运动轨道移动时的采样器件的信号的走势。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的位置测量系统10的大致示意性俯视图。位置测量系统10是线性滚动轴承的纯示例性组成部分。第一本体20相应地由导轨21形成，该导轨沿着纵向轴线11以恒定的横截面形状延伸。位置测量系统10的运动轨道12与纵向轴线11重合。引导托架51例如借助于多排连续环绕的滚动体沿纵向轴线11的方向可移动地在导轨21上被引导。在引导托架51上紧固有测量头52，所述测量头与引导托架51一起形成第二本体50。在测量头52中容纳了第一和第二传感器60；70和评估装置53。第一和第二传感器60；70附接到评估装置53上、优选附接到评估装置53中的模拟-数字-转换器上。评估装置53优选包括被设置用于执行根据本发明的方法的FPGA和/或微处理器。导轨21包括分别在导轨21的整个长度上延伸的绝对的和增量的实物量具30；40。

图2示出了根据图1的位置测量系统10的大致示意性横截面。导轨21包括由滚动轴承钢制成的主体24，该本体具有用于滚动体的硬化的运行轨道22。其横截面形状在本文中被匹配至圆柱形的滚动体，其中设置了四排滚动体。绝对的和增量的实物量具30；40被固定在主体24的相对而置的侧面上。它们分别被从属的覆盖带23覆盖，该覆盖带同样被固定在主体24上。绝对的和增量的实物量具30；40在本文中分别通过由导磁的材料、例如可磁化的钢制成的板带形成，所述板带根据图3或4设有穿孔。覆盖带23分别被实施成无穿孔的板带，该板带由不能导磁的材料、例如不可磁化的钢构成。

第一和第二传感器60；70分别在内侧如此被固定在测量头52上，使得其以较小的间距与从属的实物量具30；40相对而置。

应该注意的是，除了所介绍的感应测量原理之外，本发明也能够与磁的或光学的测量原理结合使用。

图3示出了绝对的实物量具30和第一传感器60的大致示意性侧视图。在第一发射器绕组组件61、第一接收器线圈63和绝对的实物量具30中，分别绘出了绝对的实物量具30的中心轴线32。为了清楚起见，所提及的部件在图3中横向于中心轴线32并排地示出，其中它们实际上被如此叠加地布置，使得所有三条中心轴线32叠合。在中心轴线32的方向上，所提及的三个部件根据实际的比例相对于彼此定向。中心轴线32平行于纵向轴线（图1中的附图标记11）布置。

绝对的实物量具30的第一标记31分别由所涉及的板带中的矩形穿孔形成。相应的第一矩形侧面34垂直于中心轴线32定向。所述侧面沿中心轴线32的方向的间距能够是绝对的实物量具30的分度λ的整数倍，其中同样能够考虑其位置相对于这个理想位置最小地移动。第二矩形侧面35平行于中心轴线32布置。不同的第一标记31的相互从属的第二矩形侧面35被平齐地布置。

第一标记31编码二进制的随机数序列33。当在分度位置上存在从导磁的材料到自由空间的过渡或者反过来时，于是编码逻辑1。如果在分度位置上不存在相应的过渡，则编码逻辑0。编码的随机数序列33被如此选择，使得每个任意选择的数量n个直接彼此相继的位分别得出在随机数序列中仅发生唯一一次的位置编码。所提及的数量n在此也被称为随机数序列的位宽。

在本文中，第一传感器60根据DE 10 2015 213 784 A1构造而成，其全部内容被引用并成为本申请的内容。然而，也能够考虑实施根据EP 2 502 030 B1的绝对的实物量具和第一传感器。

第一传感器包括沿着中心轴线32以恒定的分度间距δ而分布布置的多个第一接收器线圈63。在图3中，分别仅示出了一个绕组回路（Windungsumlauf），其中第一接收器线圈63实际上具有多个绕组回路。根据DE 10 2015 213 784 A1，每两个相邻的第一接收器线圈63能够差动互连，使得它们一起形成采样器件62。在此，能够选择将哪对第一接收器线圈63进行互连。在图3中，示例性地示出了用于一对第一接收器线圈63的相应的接线。两个第一接收器线圈63的各一个接头被互连，其中两个其他的接头引至差分工作的放大器65。第一发射器绕组组件61的场由此在逻辑1的区域中导致在量值上放大的信号，其中其在逻辑0的区域中导致减弱的信号（参见图5）。

第一发射器绕组组件61由限定多个第一发射器面64的多重交叉的导体轨道形成。在图3中，仅示出了一个绕组回路，其中第一发射器绕组组件61实际上具有多个绕组回路。第一发射器面64沿中心轴线32的方向以分度间距δ被规则地分布布置，其中，在每个第一发射器面64中分别布置有一个唯一的第一接收器线圈63。两个直接相邻的第一发射器面64中的磁场方向相反地定向。第一发射器绕组组件61被加载交变电流，使得其在第一接收器线圈63中感应电压。该电压取决于第一本体和第二本体之间的相对位置。

分度λ和δ优选地被选择为彼此不同。λ能够为例如1.5 mm，其中δ为例如0.8 mm。这由此实现了能够读取用于确定第一位置所需的所有位，而不必将第二本体相对于第一本体进行移动，其中能够在每个相对位置中进行读取。在此，优选先后互连不同对的第一接收器线圈63以相应地形成不同的采样器件62，利用该采样器件能够读取不同的位。

图4示出了增量的实物量具40和第二传感器70的大致示意性侧视图。在第二发射器绕组组件73、第一和第二接收器线圈对71；72和增量的实物量具40中分别绘出了增量的实物量具40的中心轴线42。为了清楚起见，所提及的部件在图4中横向于中心轴线42并排地示出，其中它们被叠加地布置，使得所有三条中心轴线32叠合。在中心轴线42的方向上，所提及的部件根据实际的关系相对于彼此定向。中心轴线42平行于纵向轴线（图1中的附图标记11）布置。

增量的实物量具40的第二标记41分别由所涉及的板带中的矩形穿孔形成。相应的矩形侧面与中心轴线42平行或垂直地定向。所述穿孔被构造为彼此相同，其中它们以的恒定的分度间距λ沿中心轴线42分布布置。分度间距γ为例如1.0 mm。穿孔的宽度优选等于穿孔之间的接片43的宽度。

第二传感器70优选地根据DE 10 2011 106 940 A1来实施，其全部内容被引用并成为本申请的内容。

第二发射器绕组组件73由限定多个第二发射器面74的多重交叉的导体轨道形成。在图4中仅示出了一个绕组回路，其中第二发射器绕组组件73实际上具有多个绕组回路。第二发射器面74沿中心轴线42的方向以7/4γ的分度间距规则地分布布置，其中在每个第一发射器面64中分别布置有第一或第二接收器线圈对71；72。每个接收器线圈对71；72包括两个差分互连的单个线圈，所述线圈在中心轴线42的方向上具有γ/2的间距。在中心轴线42的方向上，第一和第二接收器线圈对71；72被交替地并排布置。所有第一接收器线圈对71；72同相位串联，从而在总和上得到相应放大的正弦信号。所有第二接收器线圈对72同相位串联，从而在总和上得到相应放大的正弦信号。例如，分别存在十个第一和第二接收器线圈对71；72。第二发射器绕组组件73被馈送交变电流，从而使得其在第一和第二接收器线圈对71；72中感应电压。该电压取决于第一和第二本体之间的相对位置。

图5示出了在沿运动轨道运动时采样器件的信号13的走势。在竖直方向上绘出相应信号13的信号电压U。如上所述，利用交变电压激励第一传感器。采样器件（图3中的附图标记62）输出具有相同频率的交变电压，其幅度取决于第一和第二本体之间的相对位置。图5中所绘出的信号电压U与所提及的交变电压的幅值成正比。

在根据本发明的方法的范围内，获取绝对的第三位置。这利用相同的也获取绝对的第一位置的第一传感器来获取。为了最小化电功率需求，在确定绝对的第三位置时比在确定绝对的第一位置时使用更少的采样器件。

在理想情况下，在第二种情况中仅使用一个唯一的采样器件。与之相反，位置测量系统在确定绝对的第三位置期间移动。

图5在此相对在图1中水平地绘出的位置测量系统的运动路径x示出了开头所解释的信号13的曲线。在图5中，不同的采样值81；82；83标有正方形、圆形和十字形。采样值81；82；83被以恒定的运动间距14记录，该运动间距在本文中为0.5 mm。分度λ和γ分别是该运动间距14的整数倍，其中运动间距14优选为分度λ和γ的最大公约数。使用第二传感器来获取运动间距14。只要借助于第二传感器确定第二本体已经相对于第一本体移动了所述运动间距14，则存储第一传感器的采样值。采样值在本文中被分配给三个组81；82；83，其中一组的所有采样值都标记了相同的符号（正方形、圆形或十字形）。组的数量等于绝对的实物量具的分度λ与运动间距14的商。组81；82；83的采样值彼此具有第二运动间距，该第二运动间距等于绝对的实物量具的分度λ。为了确定随机数序列33，选择采样值的组，在该组中出现了量值上最大的采样值。在本文中，因此选择采样值的以正方形标识的第二组81。当信号电压U基本为零时，相应的采样值编码逻辑0。当信号电压U的数值与零显著不同时，则所涉及的采样值编码逻辑1。

还应该注意的是，运动方向在确定绝对的第三位置的范围内优选为恒定的，其中同样能够实现方向逆转。在确定绝对的第三位置期间，运动速度能够是恒定的或可变的。

附图标记列表

λ 绝对的实物量具的分度

δ 第一传感器的分度

γ 增量的实物量具的分度

x 沿着运动轨道的运动路径

U 信号电压

10 位置测量系统

11 纵向轴线

12 运动轨道

13 信号

14 第一运动间距

20 第一本体

21 导轨

22 运行轨道

23 覆盖带

24 主体

30 绝对的实物量具

31 第一标记

32 绝对的实物量具的中心轴线

33 随机数序列

34 第一矩形侧面

35 第二矩形侧面

40 增量的实物量具

41 第二标记

42 第二实物量具的中心轴线

43 接片

50 第二本体

51 引导托架

52 测量头

53 评估装置

60 第一传感器

61 第一发射器绕组组件

62 采样器件

63 第一接收器线圈

64 第一发射器面

65 放大器

70 第二传感器

71 第一接收器线圈对

72 第二接收器线圈对

73 第二发射器绕组组件

74 第二发射器面

81 来自第一组的采样值

82 来自第二组的采样值

83 来自第三组的采样值

Claims (9)

1.一种运行位置测量系统（10）的方法，其中所述位置测量系统包括第一和第二本体（20；50），所述第一和第二本体沿着一维的运动轨道（12）能够彼此相对移动，其中在所述第一本体（20）上设置有绝对和增量的实物量具（30；40），其中所述绝对的实物量具（30）具有沿着所述运动轨道（12）分布布置的多个第一标记（31），其中所述第一标记编码随机数序列（33），其中所述增量的实物量具（40）具有沿着所述运动轨道（12）周期性分布布置的多个第二标记（41），其中所述第二本体（50）具有包括多个单独的采样器件（62）的第一传感器（60），利用所述采样器件能够同时采样所述绝对的实物量具（30）的所述随机数序列（33）的多个位置，其中所述第二本体（50）具有第二传感器（70），借助于所述第二传感器能够采样所述增量的实物量具（40）的所述第二标记（41），其中所述方法包括以下步骤：

a）在使用所述第一传感器的第一数量的采样器件情况下，获取绝对的第一位置；

b）在使用所述第一位置和所述第二传感器的情况下，获取绝对的第二位置；

c）在使用第二数量的采样器件的情况下，获取绝对的第三位置，其中所述第二数量小于所述第一数量，其中所述位置测量系统（10）在获取所述绝对的第三位置期间移动。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中将所述第二和所述第三位置进行相互比较，其中当述第二和所述第三位置不一致时，则发出错误信息。

3.根据前述权利要求之一所述的方法，

其中所述采样器件（62）分别包括至少一个第一接收器线圈（63），其中所述第一传感器（60）具有第一发射器绕组组件（61），其中所述绝对的实物量具（30）能够影响所述第一发射器绕组组件（61）与所述至少一个第一接收器线圈（63）之间的感应耦合，其中所述步骤a）的范围内的所述第一发射器绕组组件（61）的电供应功率大于所述步骤c ）范围内的所述第一发射器绕组组件（61）的电供应功率。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，

其中在所述步骤c）的范围内，借助于所述第二传感器（70）获取所述第一传感器（60）是否已经足够地经过所述随机数序列（33）的位置以获取所述第三位置。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中所述第三位置总是在所述第二传感器（70）沿相同方向移动了预先给定的测量长度时被获取。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，

其中在所述步骤c）的范围内，读取所述随机数序列（33）的比用于确定所述绝对的第三位置所需的更多位置，其中借助于所述过量的位置执行错误识别和/或错误校正。

7.根据前述权利要求之一所述的方法，

其中所述第一传感器（60）附接至模拟-数字-转换器，利用所述模拟-数字-转换器能够产生采样值，其中存储具有恒定的第一运动间距（14）的相应的采样值（81；82；83），其中所述绝对的实物量具（30）的分度λ是所述第一运动间距（14）的整数倍，其中所述增量的实物量具（40）的分度γ是所述第一运动间距（14）的整数倍。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中所述采样值被以这样的方式分配给多个组（81；82；83），使得组（81；82；83）内的所述采样值具有等于所述绝对的实物量具（30）的分度λ的第二运动间距。

9.根据权利要求8所述的方法，

其中所述随机数序列（33）借助于所述采样值的组（81；82；83）获取，哪个具有在量值上最大的采样值。