CN111076687B - 位置测量装置和用于运行位置测量装置的方法 - Google Patents

位置测量装置和用于运行位置测量装置的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111076687B
CN111076687B CN201910992849.4A CN201910992849A CN111076687B CN 111076687 B CN111076687 B CN 111076687B CN 201910992849 A CN201910992849 A CN 201910992849A CN 111076687 B CN111076687 B CN 111076687B
Authority
CN
China
Prior art keywords
measurement
scanning
unit
measuring device
scanning unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910992849.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111076687A (zh
Inventor
W.施魏格
G.罗森埃格
A.米特雷尔
L.施密特
E.施特拉泽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Original Assignee
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Johannes Heidenhain GmbH filed Critical Dr Johannes Heidenhain GmbH
Publication of CN111076687A publication Critical patent/CN111076687A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111076687B publication Critical patent/CN111076687B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2053—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable non-ferromagnetic conductive element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/22—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
    • G01D3/0365—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves the undesired influence being measured using a separate sensor, which produces an influence related signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/22—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/24485—Error correction using other sensors

Abstract

本发明涉及位置测量装置和用于运行位置测量装置的方法，具体而言涉及一种位置测量装置，其包括隔间承载件，其能够抗转动地与轴连接，其带有测量隔间，其在隔间承载件的装配状态下径向地围绕轴的转动轴线布置；扫描单元，用于通过扫描测量隔间产生位置信号；位置处理单元，用于将位置信号处理成绝对的、数字的位置值；接口单元，用于与后续电子装置通信，其中该位置测量装置还包括第二扫描单元，用于通过扫描机器部件上的测量目标产生测量信号，测量信号取决于机器部件的位置；评价单元，用于将测量信号处理成测量值且用于将其输出到接口单元处，其说明测量目标关于第二扫描单元的位置和/或位置改变。此外本发明涉及运行这类位置测量装置的方法。

Description

位置测量装置和用于运行位置测量装置的方法
技术领域
本发明涉及一种位置测量装置，以及一种用于运行这类位置测量装置的方法。
背景技术
在自动化技术中经常使用位置测量装置，所述位置测量装置测量轴的角度位置和/或所经过的圈数。这类位置测量装置也被称为转动探测器(Drehgeber，有时称为旋转编码器)或角度测量仪器。待测量的轴能够是电动马达的马达轴或其它转动的机器部件的轴。为了该测量，转动探测器包括带有测量隔间(Messteilung，有时称为测量刻度)的隔间承载件(Teilungsträger，有时称为刻度承载件)以及扫描装置，该扫描装置检测和评价测量隔间的旋转运动。该隔间承载件是盘形或环形的并且抗转动地与待测量的轴连接，从而该隔间承载件与所述轴一起旋转。与此相反，该扫描装置相对于隔间承载件与机器部件(例如壳体)固定连接。该位置测量能够基于不同的物理扫描原理、例如光学、磁、感应式或电容式扫描原理。DE 197 51 853 A1描述例如一种位置测量装置，该位置测量装置根据感应式测量原理工作。
为了实现，由扫描装置测量的扫描信号尽可能仅取决于旋转运动,试图使在扫描装置与测量隔间之间的扫描间距保持恒定，该扫描间距同样作用于扫描信号。
可运动的机械部件经常布置在位置测量装置的装入位置的紧挨着的附近，所述机械部件的位置由附加的传感器监视。在此，能够是指用于测量线性移动的线性位置测量装置或用于确定两个机器部件相对彼此的间距的接近传感器。对此的一个典型示例是马达制动器，所述马达制动器在电动驱动装置中用于使转动运动机械地减速，或机械地防止转动运动。此处，对于制动过程而言，利用力将可运动的机器部件(电枢盘)压抵制动盘，该制动盘同样抗转动地与待制动的轴连接。通过在此出现的摩擦实现制动作用。在摩擦面处布置有制动衬片，该制动衬片随着时间而磨损。现在，由电枢盘的位置的确定能够确定制动器是处于被操纵的状态下还是处于未被操纵的(通风的)状态下，以及能够推断出制动器衬片的厚度。后者是重要的，用以能够提前在机器的维护过程中更换制动器衬片。
DE 10 2016 224 012 A1描述一种用于借助于位置测量装置确定制动器的状态以及制动器衬片的厚度的解决方案。此处，该位置测量装置与电枢盘一同运动，从而在制动过程中，扫描间距、即在扫描装置与隔间承载件之间的间距改变。这导致位置信号的幅度的改变，由该改变又能够推断出制动器的状态。但是经常不期望的是，该位置测量装置可运动地布置，因为(如上面提及的)扫描信号的幅度优选应保持恒定。
发明内容
本发明的任务是，说明一种装置，利用该装置能够以小的附加耗费测量在位置测量装置周围的机器部件的位置。
所述任务通过根据本发明的位置测量装置来解决。
为此，提出一种位置测量装置，该位置测量装置包括
• 隔间承载件，该隔间承载件能够抗转动地与轴连接，该隔间承载件带有测量隔间，该测量隔间在该隔间承载件的装配状态下径向地围绕轴的转动轴线布置，
• 扫描单元(Abtasteinheit，有时称为采样单元)，用于通过扫描该测量隔间产生位置信号，
• 位置处理单元，用于将位置信号处理成绝对的、数字的位置值，
• 接口单元，用于与后续电子装置通信，
其中，该位置测量装置还包括
• 至少一个第二扫描单元，用于通过扫描机器部件上的测量目标产生测量信号，所述测量信号取决于机器部件的位置，
• 评价单元，用于将测量信号处理成至少一个测量值并且用于将所述至少一个测量值输出到接口单元处，所述至少一个测量值说明该测量目标关于该第二扫描单元的位置和/或位置改变。
此外，本发明的任务是，说明一种方法，利用该方法能够以小的附加耗费测量在位置测量装置周围的机器部件的位置。
该任务通过一种根据本发明的方法来解决。
为此，提出一种用于运行位置测量装置的方法，该位置测量装置包括
• 隔间承载件，该隔间承载件抗转动地与轴连接，该隔间承载件带有测量隔间，该测量隔间在隔间承载件的装配状态下径向地围绕轴的转动轴线布置，
• 扫描单元，利用该扫描单元通过扫描测量隔间产生位置信号，
• 位置处理单元，在该位置处理单元中将位置信号处理成绝对的、数字的位置值，
• 接口单元，用于与后续电子装置通信，
其中，该位置测量装置还包括
• 至少一个第二扫描单元，利用所述至少一个第二扫描单元通过扫描机器部件上的测量目标产生测量信号，所述测量信号取决于机器部件的位置，
• 评价单元，利用该评价单元将测量信号处理成至少一个测量值并且用于将所述至少一个测量值输出到接口单元处，所述至少一个测量值说明测量目标关于第二扫描单元的位置和/或位置改变。
本发明的有利的设计方案由根据本发明的实施方案以及由随后的实施例的描述得出。
附图说明
其中：
图1示出根据本发明的位置测量装置的框图，
图2示出根据本发明的位置测量装置的第一实施例，
图3示出根据本发明的位置测量装置的另一个实施例，
图4示出一个有利的实施方式的用于扫描单元的承载元件，
图5示出根据本发明的带有根据图4的承载元件的位置测量装置的框图，
图6示出一个有利的实施方式的备选的用于扫描单元的承载元件，以及
图7示出根据本发明的带有根据图6的承载元件的位置测量装置的框图。
具体实施方式
在随后对有利的实施方式的描述中，部件的在一个图中引入且描述的附图标记在其它图中保留。如有可能，当附图标记多次出现但满足相同的功能时，所述附图标记以一个数字来补充。
图1示出根据本发明的位置测量装置的框图。该位置测量装置为了实施其基本功能、确定轴5的角度位置和/或所经过的圈数包括带有测量隔间13的隔间承载件12、带有传感器元件15的扫描单元14、位置处理单元20以及接口单元30。
隔间承载件12盘形地或环形地实施，并且测量隔间13径向地围绕所述盘的转动点布置。隔间承载件12为了位置测量装置的运行抗转动地与轴5连接，从而测量隔间13与轴5一起旋转。
轴5能够是位置测量装置的组成部分并且在相应的应用中经由适当的机械联结部与机器轴(马达轴)连接。但是，轴5也能够已经是指机器轴(马达轴)，所述机器轴的角度位置和/或圈数应被测量。在这种情况下，所述轴不是位置测量装置的组成部分。
扫描单元14为了扫描测量隔间13与隔间承载件12相对而置地布置。位置测量的基本原理基于通过测量隔间13所产生的物理参数或特性的取决于角度的变化。该检测通过传感器元件15实现，所述传感器元件相应于物理扫描原理来实施。因此，传感器元件15在光学扫描原理的情形下是指光检测器，在感应式扫描原理的情形下是指接收器线圈，在磁扫描原理的情形下是指磁场传感器(霍尔传感器、MR传感器、……)并且在电容式扫描原理的情形下例如是指电容器电极。由利用传感器元件15对测量隔间13的扫描产生位置信号PS，所述位置信号包含关于轴5的角度位置的信息。位置信号PS供应给位置处理单元20并且在该处被处理成绝对的、数字的位置值(角度值)P。
位置值P供应给接口单元30。接口单元30是数字的数据接口，尤其是串联接口，所述数据接口能够实现位置测量装置与后续电子装置100的通信。为此，接口单元30能够与后续电子装置100的相对应的接口连接。有利地，接口单元30实施为双向接口，从而指令和如有可能数据能够从后续电子装置100传递至位置测量装置，并且由位置测量装置测量的数据能够传递至后续电子装置100。
对于位置测量而言能够使用不同的、对于本领域技术人员已知的物理测量原理，例如光学、感应式、磁、或电容式测量原理。
根据本发明，位置测量装置还包括至少一个第二扫描单元60和评价单元80。
第二扫描单元60设计成用于产生测量信号MS，所述测量信号取决于机器部件70的位置。测量信号MS的探测通过利用适当的传感器元件62对机器部件70上的测量目标72的扫描来实现。机器部件70本身、尤其是机器部件70的面向第二扫描单元60的侧的物理特性能够被用作为测量目标72。如之后示出的，当将布置在机器部件70的面向第二扫描单元60的侧上的单独的元件作为测量目标72使用时，得出本发明的有利的实施方案。
为了扫描能够使用任意物理扫描原理，尤其是光学、磁、感应式或电容式扫描原理。所选择的扫描原理确定测量目标72和第二扫描单元60的设计方案。
在下面总是将这样的功能性单元称为“扫描单元”，用于检测由物理扫描原理所确定的参数的取决于位置的改变的传感器元件布置在所述功能性单元上。此外，扫描单元也能够包括如下部件，所述部件用于产生所述参数。
如果使用例如光学扫描原理，那么第二扫描单元60包括光检测器(光电二极管)作为传感器元件62，该光检测器检测由测量目标72反射的光。所述光由光源(LED或激光二极管)沿测量目标72的方向发射出。测量目标72在这种情况下具有反射光的特性。
如果使用磁扫描原理，那么测量目标72具有至少一个磁区域，该磁区域的磁场在第二扫描单元60方面借助于磁场传感器(霍尔元件或MR传感器)作为传感器元件62来确定。
在感应式测量原理的情况下，第二扫描单元60借助于激励线圈产生电磁场，该电磁场在用作为传感器元件62的检测器线圈中感应电压。在这种情况下，测量目标72具有将场弱化的特性，所述将场弱化的特性影响电磁场并且因此影响在检测器线圈中感应的电压的幅度。
电容式测量原理基于如下：由测量目标72和第二扫描单元60的适当的元件形成电容器，该电容器用作为传感器元件62，该传感器元件的电容由测量目标72关于第二扫描单元60的位置来确定。
独立于测量原理能确定，由通过第二扫描单元60对测量目标72的扫描所产生的测量信号MS取决于测量目标72关于第二扫描单元60的位置。这尤其是适用于在测量目标72与第二扫描单元60之间的间距。
测量信号MS供应给评价单元80并且在该处被处理成数字的测量值M。如果如在图1中所示出的那样，带有测量目标72的机器部件70关于第二扫描单元60沿测量方向Z可运动地布置，那么数字的测量值M说明测量目标72关于第二扫描单元60的位置(间距)和/或位置改变(间距改变)。
备选于或附加于沿方向Z的位置测量(该方向在该示例中沿轴5的轴向方向伸延)，也能够沿其它空间方向(例如沿垂直于方向Z布置的横向方向X)测量位置和/或位置改变。因此，沿横向方向X的运动相应于机器部件70关于第二扫描单元60的平行移动。相应地，测量值M说明测量目标72沿横向方向X的移动。沿横向方向X的运动能够是指直线的运动或跟随着圆形轨道的运动。因此，测量值M说明一定长度或一定角度。
为了容纳扫描单元14、第二扫描单元60和电子模块如位置处理单元20、接口单元30和评价单元80设置有壳体40。
图2示出在附装的状态下根据本发明的位置测量装置的第一实施例，也就是说隔间承载件12抗转动地与轴5连接并且位置测量装置的壳体40例如通过螺纹连接固定在静止的机器部件74处。在壳体40中以已知的方式在面向隔间承载件12的侧上布置用于扫描测量隔间13的扫描单元14。此外，设置有两个第二扫描单元60.1,60.2，所述第二扫描单元测定测量值M，所述测量值分别说明与关联于其的机器部件70.1,70.2沿方向Z的间距D1,D2。该测量通过扫描机器部件70.1,70.2上的测量目标72.1,72.2来实现。
此外，在壳体40中布置电子模块如位置处理单元20、接口单元30和评价单元80(未示出)。为此，能够设置有单独的电路板，但是在扫描单元14和/或第二扫描单元60.1,60.2已经包括电路板的情况下，这些模块也能够布置在该处。此外，在壳体40中或在壳体40处能够设置有插接连接件、联接端子等。
装入有位置测量装置的机器能够例如是指带有集成的电磁马达制动器的电动马达。在这种情况下，静止的机器部件74例如是马达壳体或壳体框架的一部分，轴5是指电动马达的马达轴，并且机器部件70.1,70.2是电磁马达制动器的如下部分，所述部分为了制动器的激活或解除激活(通风)的目的沿运动方向Z运动。由间距D1,D2能够推断出马达制动器的功能，例如马达制动器激活还是解除激活(通风)。此外，对间距D1,D2的监视能够实现关于制动器衬片的磨损状态的结论。机器部件70.1,70.2能够是指分开的部件或是指唯一的、环形的部件(例如马达制动器的电枢盘)的区域。
关于轴5的转动角度或所经过的圈数的测量，该布置方案是特别有利的，因为扫描间距A(在扫描单元14的传感器元件15与隔间承载件12上的测量隔间13之间的间距)在很大程度上是恒定的并且由测量隔间13的扫描产生的位置信号PS因此在实践中仅取决于轴5的转动运动。
在该实施例中，扫描单元14和第二扫描单元60.1,60.2独立于彼此，也就是说所述扫描单元能够基于不同的扫描原理。
图3示出在附装的状态下根据本发明的位置测量装置的另一个实施例。已经结合之前各图所描述的部件承载有相同的附图标记。不同于之前的实施例，扫描单元14和第二扫描单元60.1,60.2一起布置在共同的承载元件50上。承载元件50有利地是电路板。
当不仅在扫描单元14的情况下，而且在第二扫描单元60.1,60.2的情况下使用感应的扫描原理时，该实施方式是特别有利的，因为此处传感器元件15,62.1,62.2是线圈(接收器线圈)并且也为了产生电磁交变场也需要线圈(激励线圈)。线圈能够以价格适宜且简单的方式制造在电路板上、尤其是制造在多层电路板上。附加地，在承载元件50上能够布置扫描单元14,60.1,60.2以及如有可能位置处理单元20、接口单元30和评价单元80的电路的其它部件，从而仅需要唯一的电路板。
此外，有利的是，如此设计承载元件50的外轮廓，使得该承载元件能够用作为用于壳体40的遮盖件。
图4示出在感应式测量原理的情况下带有相对应的测量目标72.1,72.2的承载元件50的一个有利的构造方案。
承载元件50包括内部区域52和外部区域54，扫描单元14布置在该内部区域中，该外部区域带有两个第二扫描单元60.1,60.2。
在内部区域52中布置有多个呈接收器线圈形式的传感器元件15以及激励线圈17。借助于激励线圈17(结合未示出的激励器单元)产生电磁交变场，该电磁交变场取决于轴5的角度位置或与轴5连接的带有测量隔间13(未示出)的隔间承载件12的角度位置而被削弱。相应地，在接收器线圈15中感应的电压取决于转动角度地变化，从而能够实现位置确定。就此而言，承载元件50的内部区域52相应于在DE 197 51 853 A1中所描述的承载元件。
在承载元件50的外部区域54中的第二扫描单元60.1,60.2包括传感器元件62.1,62.2，所述传感器元件分别带有用于检测电磁交变场的接收器线圈。接收器线圈此处不一定在圆盘的全360°上延伸，而是仅延伸到如下区域上，为了探测待测量的测量目标72.1,72.2的位置需要该区域。在两个扫描单元60.1,60.2的情况下，所述扫描单元例如分别包括环形部段，该环形部段带有小于180°，尤其是小于90°的角度范围。承载元件50的外轮廓能够与壳体40的机械要求相匹配。如通过虚线表明的，承载元件50例如是圆盘形的。
待由第二扫描单元60.1,60.2检测的电磁交变场能够以至少三种不同的方式来生成：
1. 将在内部区域52中所产生的交变场用作为待检测的交变场，该交变场超过内部区域52的边缘延伸到外部区域54上。
2. 在第二扫描单元60.1,60.2上布置有激励线圈64.1,64.2，所述激励线圈与内部区域52的激励线圈串联。以这种方式将产生场的电路扩展到外部区域54上。
3. 在第二扫描单元60.1,60.2上布置有激励线圈64.1,64.2，所述激励线圈由单独的激励器单元操控以产生电磁交变场。
相应于感应式测量原理，测量目标72.1,72.2具有将场弱化的特性。在该实施例中，测量目标72.1,72.2通过有导引能力的(leitfähig，有时称为传导的)区域76形成，所述有导引能力的区域布置在承载元件78上，该承载元件(类似于承载元件50)能够是指电路板。有导引能力的区域76例如通过铜面形成。测量目标72.1,72.2以适当的方式(例如通过粘接连接或螺纹连接)与机器部件70.1,70.2连接。
通过将测量目标72.1,72.2布置作为单独的承载元件78，实现与机器部件72.1,72.2的材料和性质的在很大程度上的独立性。此外，能够使用不同的测量目标72.1,72.2，所述测量目标允许不同地测量在测量目标72.1,72.2与第二扫描单元60.1,60.2之间的位置和/或位置改变。
根据图1至3的图示，第二扫描单元60.1,60.2和相对应的测量目标72.1,72.2在附装的状态下相对而置地布置。
在该实施例中，测量信号MS是在传感器元件62.1,62.2中感应的电压。
图5示出根据本发明的带有根据图4的承载元件的位置测量装置的框图。为了简化图示，仅示出一个第二扫描单元60.1，但是该电路能够简单地扩展成两个或更多第二扫描单元。
产生场的电路包括在内部区域52中的激励线圈17以及激励器单元66，所述在内部区域中的激励线圈与第二扫描单元60.1的激励线圈64.1串联，该激励器单元与激励线圈17,64.1形成谐振电路。激励器单元66适当地设计，使得该激励器单元周期性地或脉冲地激励谐振电路并且因此生成振荡。为了形成谐振电路，激励器单元66包括电容器，该激励器单元为了激励谐振电路而包括切换元件。
电磁交变场通过(带有未示出的测量隔间13的)隔间承载件12(只要涉及轴5的转动角度的确定)和测量目标72.1(只要涉及机器部件70.1的位置的确定)取决于位置地被削弱，这又调制(modulieren，有时称为调整)在传感器元件15和62.1中感应的电压。
位置处理单元20以已知的方式将在传感器元件15中感应的电压处理成位置值P，所述位置值说明轴5的角度位置。
在传感器元件62.1中感应的电压作为测量信号供应给评价单元80。该评价单元包括第一信号处理单元82，该第一信号处理单元将测量信号处理成测量值M，该测量值说明在测量目标72.1(及因此，机器部件70.1)与第二扫描单元60.1之间的间距D1。
此外，评价单元80能够包括第二信号处理单元84，该第二信号处理单元执行测量信号的进一步评价，例如通过适当的滤波方法或频率分析(傅里叶分析，等)在该频率范围内所进行的评价。由此，能够获得其它测量值M，例如如下测量值M，所述测量值说明针对测量目标72.1关于第二扫描单元60.1的震动(幅度和/或频率)的特征参数。震动在本发明的意义下可视作为位置改变。
作为第一处理步骤，在将测量信号供应给信号处理单元82，84之前，在该评价单元中能够进行反调制(Demodulation)，以便将带有电磁交变场的基本频率(载波频率)的信号份额(Signalanteil，有时称为信号部分)移去。
测量值M供应给接口单元30并且能够由所述接口单元进一步输出到后续电子装置100处。
图6示出在感应式测量原理的情况下带有相对应的测量目标172.1,172.2的承载元件50的另一个有利的构造方案。
内部区域52相应于图4的实施方式的内部区域，在外部区域54中还布置有两个第二扫描单元160.1,160.2。
然而在该实施例中，第二扫描单元160.1,160.2的传感器元件162.1,162.2分别包括两个用于检测电磁交变场的接收器线圈。
测量目标172.1,172.2设计为测量隔间部段，也就是说所述测量目标具有有规律的顺序的有导电能力的区域176，所述区域布置在承载元件178上。
传感器元件162.1,162.2的接收器线圈的导体回线(Leiterschleife)和测量目标172.1,172.2的测量隔间部段的有导引能力的区域176的布置具有相同的隔间周期T并且跟随着横向方向X，该横向方向相应于围绕承载元件50的中点(相应于轴5的转动点)的圆形轨道。此外，这两个接收器线圈沿测量隔间部段的测量方向(周向方向)对各传感器元件162.1,162.2错开四分之一隔间周期T地布置。测量目标172.1,172.2相对于传感器元件162.1,162.2沿测量隔间部段的测量方向(横向方向X)的移动导致在接收器线圈中感应的电压的调制。通过适当设计接收器线圈的导体回线，每个隔间周期T的调制在很大程度上是正弦形的，并且通过这两个接收器线圈的错开布置，所感应的电压具有90°的相位移动。
测量目标172.1,172.2结合第二扫描单元160.1,160.2的这种设计因此是特别有利的，因为待测量的机器部件70.1,70.2沿方向Z的运动同样地影响在接收器线圈中感应的电压的幅度，而在沿横向方向X运动时，所感应的电压的幅度相应地跟随着正弦形的伸延。这意味着，不同的运动方向能够是不同的。
一种应用(在其中能够出现沿方向Z和沿横向方向X的运动)是上面已经提及的马达制动器。除了沿方向Z的运动以激活或脱开制动器之外，在制动过程中通过出现的摩擦产生沿径向方向(周向方向)的力，该力能够导致利用位置测量装置测量的机器部件的位置改变。所述位置改变的测量允许对制动器的机械状态的评估。
图7示出根据本发明的带有根据图6的承载元件的位置测量装置的框图。又仅示出第二扫描单元160.1。
不同于图5，现在设置有两个错开90°布置的传感器元件162.1，在所述传感器元件中感应的电压作为测量信号供应给评价单元180。
评价单元180具有第一信号处理单元182以及第二信号处理单元184，该第一信号处理单元关于沿方向Z的位置评价测量信号，该第二信号处理单元关于沿横向方向X的位置改变评价测量信号。此处也首先进行反调制，从而测量信号作为正弦信号和余弦信号存在。为了进一步评价能够将所述正弦信号和余弦信号视作为一个复杂数字的实数部分和虚数部分。因此，第一信号处理单元182测定所述复杂数字的数额，该数额是针对沿方向Z在测量目标172.1与第二扫描单元160.1之间的间距D1的尺寸来作为测量值M。第二信号处理单元184测定所述复杂数字的相位角度，该相位角度说明测量目标172.1关于扫描单元160.1沿横向方向X的位置以作为测量值M。
此外，在第二信号处理单元184中通过经由适当的滤波方法或频率分析(傅里叶分析，等)在该频率范围内评价测量信号能够测定其它测量值M，所述测量值说明测量目标72.1的震动(幅度和/或频率)、尤其是沿横向方向X的震动。
此处也能够考虑马达制动器的上述示例，因为尤其是在制动过程期间能够产生沿横向方向X的震动。
本发明当然不局限于所描述的实施方式，而是能够由本领域技术人员在各专利权利要求的范围内针对各种各样的测量任务而变型。

Claims (10)

1.一种位置测量装置，所述位置测量装置包括
• 隔间承载件(12)，所述隔间承载件能够抗转动地与轴(5)连接，所述隔间承载件带有测量隔间(13)，所述测量隔间在所述隔间承载件(12)的装配状态下径向地围绕所述轴(5)的转动轴线布置，
• 扫描单元(14)，用于通过扫描所述测量隔间(13)产生位置信号(PS)，
• 位置处理单元(20)，用于将所述位置信号(PS)处理成绝对的、数字的位置值(P)，
• 接口单元(30)，用于与后续电子装置(100)通信，
其中，所述位置测量装置还包括
• 至少一个第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)，用于通过扫描机器部件(70,70.1,70.2)上的测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)产生测量信号(MS)，所述测量信号取决于所述机器部件(70,70.1,70.2)的位置，
• 评价单元(80,180)，用于将所述测量信号(MS)处理成至少一个测量值(M)并且用于将所述至少一个测量值(M)输出到所述接口单元(30)处，所述至少一个测量值说明所述测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)关于所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)的位置和/或位置改变。
2.根据权利要求1所述的位置测量装置，其中，在所述评价单元(80,180)中测定的测量值(M)说明
• 在所述测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)与所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)之间沿方向(Z)的间距(D1,D2)和/或
• 所述测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)平行于所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)沿横向方向(X)的移动和/或
• 针对所述测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)关于所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)的震动的特征参数。
3.根据前述权利要求中任一项所述的位置测量装置，其中，为了容纳所述扫描单元(14)、所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)和电子模块设置有壳体(40)。
4.根据权利要求3所述的位置测量装置，所述电子模块是位置处理单元(20)、接口单元(30)和评价单元(80,180)。
5.根据权利要求1或2所述的位置测量装置，
其中，所述扫描单元(14)和所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)一起布置在共同的承载元件上。
6.根据权利要求5所述的位置测量装置，其中，所述扫描单元(14)和所述至少一个第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)根据感应式测量原理构造并且分别具有呈接收器线圈形式的用于检测电磁交变场的传感器元件(15,62,62.1,62.2,162.1,162.2)，并且相应的测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)具有将场弱化的特性。
7.根据权利要求6所述的位置测量装置，其中，所述测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)包括承载元件(78)，在所述承载元件上布置有至少一个有导引能力的区域(76,176)。
8.根据权利要求6所述的位置测量装置，其中，所述测量目标(172.1,172.2)设计为测量隔间部段并且在所述承载元件(78)上相应于隔间周期(T)沿横向方向(X)布置有多个有导引能力的区域(76,176)，并且其中，所述第二扫描单元(160.1,160.2)的传感器元件(162.1,162.2)分别包括两个接收器线圈，所述接收器线圈的导体回线同样相应于所述隔间周期(T)沿横向方向(X)布置，并且两个接收器线圈沿横向方向(X)彼此错开四分之一隔间周期(T)地布置。
9.一种用于运行位置测量装置的方法，所述位置测量装置包括
• 隔间承载件(12)，所述隔间承载件抗转动地与轴(5)连接，所述隔间承载件带有测量隔间(13)，所述测量隔间在所述隔间承载件(12)的装配状态下径向地围绕所述轴(5)的转动轴线布置，
• 扫描单元(14)，利用所述扫描单元通过扫描所述测量隔间(13)产生位置信号(PS)，
• 位置处理单元(20)，在所述位置处理单元中将所述位置信号(PS)处理成绝对的、数字的位置值(P)，
• 接口单元(30)，用于与后续电子装置(100)通信，
其中，所述位置测量装置还包括
• 至少一个第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)，利用所述至少一个第二扫描单元通过扫描机器部件(70,70.1,70.2)上的测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)产生测量信号(MS)，所述测量信号取决于所述机器部件(70,70.1,70.2)的位置，
• 评价单元(80,180)，利用所述评价单元将所述测量信号(MS)处理成至少一个测量值(M)并且用于将所述至少一个测量值(M)输出到所述接口单元(30)处，所述至少一个测量值说明所述测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)关于所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)的位置和/或位置改变。
10.根据权利要求9所述的用于运行位置测量装置的方法，其中，在所述评价单元(80,180)中将
• 在所述测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)与所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)之间沿方向(Z)的间距(D1,D2)和/或
• 所述测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)平行于所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)沿横向方向(X)的移动和/或
• 针对所述测量目标(72,72.1,72.2,172.1,172.2)关于所述第二扫描单元(60,60.1,60.2,160.1,160.2)的震动的特征参数
作为测量值(M)进行测定。
CN201910992849.4A 2018-10-19 2019-10-18 位置测量装置和用于运行位置测量装置的方法 Active CN111076687B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018217934.4A DE102018217934A1 (de) 2018-10-19 2018-10-19 Positionsmesseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Positionsmesseinrichtung
DE102018217934.4 2018-10-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111076687A CN111076687A (zh) 2020-04-28
CN111076687B true CN111076687B (zh) 2023-03-14

Family

ID=67438646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910992849.4A Active CN111076687B (zh) 2018-10-19 2019-10-18 位置测量装置和用于运行位置测量装置的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11385050B2 (zh)
EP (1) EP3640601B1 (zh)
JP (1) JP7420525B2 (zh)
CN (1) CN111076687B (zh)
DE (1) DE102018217934A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016224012A1 (de) * 2016-12-02 2018-06-07 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmesseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Positionsmesseinrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102102622A (zh) * 2009-12-22 2011-06-22 西门子公司 利用磁致伸缩传感器的叶片偏转测量
CN102789997A (zh) * 2011-05-19 2012-11-21 应用材料以色列公司 基于高电子能量的覆盖误差测量方法和系统
CN104053412A (zh) * 2011-11-15 2014-09-17 菲亚戈股份有限公司 记录方法、位置检测系统和扫描仪器
CN104819682A (zh) * 2014-02-04 2015-08-05 株式会社三丰 感应型位置测量设备

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4294121A (en) * 1978-06-06 1981-10-13 Inoue-Japax Research Incorporated Position measuring system
DE3039483C2 (de) * 1980-10-18 1986-09-11 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Inkrementale Längen- oder Winkelmeßeinrichtung
DE3437515C2 (de) * 1984-10-12 1986-08-14 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Positionsmeßeinrichtung
US5198763A (en) * 1990-02-20 1993-03-30 Nikkiso Co., Ltd. Apparatus for monitoring the axial and radial wear on a bearing of a rotary shaft
JP4001989B2 (ja) 1996-11-29 2007-10-31 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 位置測定装置の走査部材
JPH1151702A (ja) * 1997-08-06 1999-02-26 Nikon Corp 角度検出装置
JP2001201362A (ja) * 2000-01-18 2001-07-27 Ebara Corp 回転検出装置
DE10108732A1 (de) * 2001-02-23 2002-09-05 Philips Corp Intellectual Pty Vorrichtung mit einem magnetischen Positionssensor
GB2383417B (en) * 2001-12-20 2005-10-05 Weston Aerospace Sensing method and apparatus
US7015832B2 (en) * 2004-05-25 2006-03-21 Bei Sensors & Systems Company, Inc. Pulse width modulation based digital incremental encoder
GB0508335D0 (en) * 2005-04-26 2005-06-01 Renishaw Plc Encoder error determination
US8965731B2 (en) * 2011-07-11 2015-02-24 Blackberry Limited Methods and devices to determine a mobile device housing position
US9593967B2 (en) * 2011-07-17 2017-03-14 Bourns, Inc. High-resolution non-contacting multi-turn sensing systems and methods
DE102012216854A1 (de) * 2012-09-20 2014-03-20 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmessgerät und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102013219277A1 (de) * 2013-09-25 2015-03-26 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmesseinrichtung und Verfahren zur Überprüfung eines Arbeitstaktsignals
DE102013222073A1 (de) * 2013-10-30 2015-04-30 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmesseinrichtung
DE102013224375A1 (de) * 2013-11-28 2015-05-28 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Multiturn-Drehgeber
US9347764B2 (en) * 2014-04-23 2016-05-24 American Axle & Manufacturing, Inc. Sensor assembly configured to sense target movement in first direction and insensitive to target movement in second and third directions orthogonal to first direction
US10222234B2 (en) * 2014-06-17 2019-03-05 Infineon Technologies Ag Rotation sensor
WO2016174433A1 (en) * 2015-04-29 2016-11-03 Renishaw Plc Method of determining sub-divisional error
US10969257B2 (en) * 2016-09-23 2021-04-06 Hamlin Electronics (Suzhou) Co. Ltd. Rotary position sensor with dual magnet arrangement
DE102016224012A1 (de) 2016-12-02 2018-06-07 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Positionsmesseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Positionsmesseinrichtung
DE102017111055B3 (de) * 2017-05-22 2018-09-06 Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. Vorrichtung, Anordnung und Verfahren zum Charakterisieren der Torsion, der Rotation und/oder der Positionierung einer Welle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102102622A (zh) * 2009-12-22 2011-06-22 西门子公司 利用磁致伸缩传感器的叶片偏转测量
CN102789997A (zh) * 2011-05-19 2012-11-21 应用材料以色列公司 基于高电子能量的覆盖误差测量方法和系统
CN104053412A (zh) * 2011-11-15 2014-09-17 菲亚戈股份有限公司 记录方法、位置检测系统和扫描仪器
CN104819682A (zh) * 2014-02-04 2015-08-05 株式会社三丰 感应型位置测量设备

Also Published As

Publication number Publication date
EP3640601B1 (de) 2023-09-13
CN111076687A (zh) 2020-04-28
US11385050B2 (en) 2022-07-12
JP7420525B2 (ja) 2024-01-23
US20200124415A1 (en) 2020-04-23
JP2020067454A (ja) 2020-04-30
EP3640601A1 (de) 2020-04-22
DE102018217934A1 (de) 2020-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8461827B2 (en) Roller bearing arrangement with a sensor unit
CN107045071B (zh) 用于确定旋转元件的至少一个旋转特性的传感器装置和方法
US8207729B2 (en) Non-contact sensor system and method for displacement determination
CN111886478B (zh) 用于确定运动部件的位置的装置和用于运行该装置的方法
CN107401975B (zh) 用于对旋转的机械部件进行角度测量的线性感应式位置传感器
CN113825982B (zh) 转子位置传感器和带有转子位置传感器的机动车辆转向系统
US10330496B2 (en) Sensor arrangement for detecting rotational angles on a rotating component in a vehicle
CN104422384A (zh) 一种旋转状态检测装置和方法
US10119838B2 (en) Method for identifying the position of a rotor of an electric motor, target for determining the position of a rotor of the electric motor and electric motor
CN106796117B (zh) 用于确定转动元件的至少一个转动特性的传感器
US20220355863A1 (en) Sensor apparatus for detecting the rotation angle position of a rotatable shaft and steering arrangement of a vehicle
US20200103250A1 (en) Sensor system for determining at least one rotational characteristic of an element rotating about at least one axis of rotation
US10989569B2 (en) Bearingless angular measurement device
US10466076B2 (en) Sensor device having a torque sensor unit and an incremental sensor unit and motor vehicle having such a sensor device
US11063677B2 (en) Methods and apparatuses for speed and/or position sensing
CN111076687B (zh) 位置测量装置和用于运行位置测量装置的方法
CN115210535A (zh) 感应式转子位置传感器装置、驱动装置
US8405386B2 (en) Non-contact sensor system and method for position determination
US8164326B2 (en) Non-contact sensor system and method for velocity determination
US8203331B2 (en) Non-contact sensor system and method for selection determination
US7078915B1 (en) Angular position sensor for rotating components such as steering columns
CN110753835A (zh) 用于确定扭矩的装置
CN112703371A (zh) 旋转角度测量系统
US20230160724A1 (en) Arrangement and method for position detection with error detection with a position encoder
US20230188009A1 (en) Sensor system and method for operating a sensor system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant