CN113260867A - 用于确定导电的对象的速度或加速度的设备和方法，以及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定导电的对象(4，4c)沿预设的运动方向(X)的速度或加速度的设备(20)和方法，所述设备具有：至少四个用于分别产生外部磁场(1a)的磁体(1，1b)，其中各两个第一磁体(1)极性相反地沿运动方向(X)间隔开地设置，并且第一传感器(3)以测量轴线(Y)垂直于运动方向设置在两个第一磁体之间，各两个第二磁体(1b)极性相反地沿运动方向间隔开地设置，并且第二传感器(3a)以测量轴线垂直于运动方向设置在两个第二磁体之间，其中第一和第二磁体或第一和第二传感器分别沿着轴线(Z)设置，所述轴线垂直于运动方向(X)和测量轴线(Y)伸展。对象(4，4c)的速度或加速度根据第一和第二测量信号的差形成，所述第一和第二测量信号分别检测通过对象中的涡流引起的内部磁场，由此能够补偿在传感器和测量对象之间的间距的变化和外部磁场的影响。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定导电的对象沿预设的运动方向的速度或加速度的设备和方法。此外，本发明涉及一种具有导电的对象和这种设备的系统。
背景技术
这种设备也称为Ferraris传感器并且典型地包括磁体，借助所述磁体产生外部磁场，所述外部磁场沿垂直于对象的运动方向的场方向伸展。外部磁场在运动的导电的对象中感生涡流，所述涡流产生与外部磁场反向的内部磁场。所述内部磁场的磁通密度与对象的速度成比例。借助于传感器，能够检测磁通密度或其变化并且从中推断出对象的速度或加速度。
用于确定导电的对象的加速度的示例性的设备在EP 1 395 836B1中描述。在所述设备中，多个构成为探测器线圈的传感器和多个磁体交替地沿运动方向并排设置。已知的设备非常适用于检测非磁化的对象的运动。然而证实为不利的是，在导电的对象由可磁化材料形成或者具有必要时可变的磁化的应用情况下，可靠地确定加速度是不可能的。这由于，在运动的对象和传感器之间的间距的变化以及对象的磁化的变化引起探测器线圈的测量信号的变化，这超过通过对象的运动引起的变化的量级。因此影响测量质量。
发明内容
在所述背景下提出如下目的，能够实现以提高的可靠性确定导电的、尤其可磁化的对象的速度或加速度。
所述目的通过用于确定导电的对象沿预设的运动方向的速度或加速度的设备来实现，所述设备具有：
-至少两个第一磁体，用于分别产生垂直于运动方向的外部磁场，和
-至少一个第一传感器，用于检测通过对象中的涡流引起的内部磁场，其中第一传感器的测量轴线垂直于运动方向伸展，并且至少两个第一磁体以及至少一个第一传感器沿运动方向彼此间隔开地设置，其中各一个第一传感器设置在两个第一磁体之间，
-至少两个第二磁体，用于分别产生垂直于运动方向的外部磁场，所述第二磁体分别与至少两个第一磁体中的一个第一磁体设置在共同的磁体轴线上，所述共同的磁体轴线垂直于测量轴线并且垂直于运动方向设置，并且其中在这种共同的磁体轴线上的所述第一磁体和所述第二磁体相反地极化，
-至少一个第二传感器，用于检测通过对象中的涡流引起的内部磁场，所述第二传感器连同第一传感器一起设置在平行于磁体轴线的共同的传感器轴线上，其中第二传感器的测量轴线平行于第一传感器的测量轴线设置，其中各一个第二传感器设置在两个第二磁体之间，和
-评估装置，用于根据通过所述第一传感器和所述第二传感器检测的内部磁场来确定对象的速度或加速度，其方式为：所述评估装置设立用于，接收第一传感器的第一测量信号和第二传感器的第二测量信号，并且形成第一测量信号和第二测量信号的差用于确定速度或加速度。
在根据本发明的设备中，借助于第一和第二磁体产生外部磁场，所述外部磁场能够在运动的对象中感生涡流。因为第一和第二磁体设置在共同的磁体轴线上并且第一和第二传感器设置在共同的传感器轴线上，所以可行的是，在评估装置中补偿外部磁场的影响，即要测量的对象的预磁化。同样地，能够补偿在运动的对象和传感器之间的间距的变化。第一传感器和第二传感器检测相同的外部磁场。因为第一磁体和第二磁体相反地极化，所以磁体在运动的对象中感生相反方向的涡流。从涡流中造成的内部磁场具有相同的量值，但是相反地定向。传感器因此除了外部磁场之外也检测相反极性的内部磁场。因为通过第一和第二传感器测量的外部磁场是相同的，所以借助于评估装置可行的是，补偿外部磁场的影响。同样地，能够补偿在对象和两个传感器之间的间距的变化。因此，能够实现在确定速度或加速度时提高的可靠性。
按照根据本发明的设计方案提出，评估装置设立用于，接收第一传感器的第一测量信号和第二传感器的第二测量信号，并且形成第一测量信号和第二测量信号的差用于确定速度或加速度。通过求差，能够消除外部磁场对测量的影响，即要测量的对象的预磁化或在对象和设备之间的间距变化对测量的影响。从求差中能够得到差值，所述差值对应于测量信号的两倍的量值。所述差值基本上与运动的对象的速度或加速度相关。
优选地，第一磁体和/或第二磁体构成为永磁体，由此能够实现设备的紧凑的设计方案。替选地优选的是，第一磁体和/或第二磁体构成为电磁体，使得可以调节通过相应的磁体产生的外部磁场。设有多个第一磁体和多个第二磁体，其中第一磁体优选相同地构成并且第二磁体优选相同地构成。优选地，多个第一磁体沿着运动方向设置成，使得相邻的第一磁体具有相反的极化。多个第二磁体有利地沿着运动方向设置成，使得相邻的第二磁体具有相反的极化。
根据一个有利的设计方案，至少一个第一传感器和/或至少一个第二传感器是霍尔传感器。通过霍尔传感器能够获得测量信号，尤其霍尔电压，所述测量信号与测量的磁场的磁通密度成比例。磁通密度与运动的对象的速度成比例，使得评估装置根据霍尔传感器的测量信号能够确定速度。一个替选的、有利的设计方案提出，至少一个第一传感器和/或至少一个第二传感器是测量线圈。测量线圈能够产生测量信号，尤其感生电压，所述测量信号与运动的对象的速度的变化，即对象的加速度成比例。如果设有多个第一传感器和/或多个第二传感器，那么第一传感器优选相同地构成和/或第二传感器相同地构成。优选地，多个第一传感器沿着运动方向设置成，使得在两个相邻的第一传感器之间分别设置有第一磁体。对应地优选的是，多个第二传感器沿着运动方向设置成，使得在两个相邻的第二传感器之间存在各一个第二磁体。
根据一个有利的设计方案，多个第一磁体和多个第一传感器沿着运动方向交替地彼此间隔开地设置，并且多个第二磁体和多个第二传感器沿着运动方向交替地彼此间隔开地设置。以所述方式能够形成如下设备，所述设备能够实现确定对象在预设的路径部段上沿运动方向的线性运动。优选地，相邻的第一磁体分别设置成，使得其相反地极化。同样优选的是，相邻的第二磁体分别设置成，使得其相反地极化。
优选地，至少两个第一磁体、至少一个第一传感器、至少两个第二磁体和至少一个第二传感器设置在共同的扫描头上。因此可行的是，设备构成为预制装配件，所述预制装配件能够作为整体装入到系统，例如机床中。
本发明的另一主题是具有导电的对象和用于确定导电的对象沿预设的运动方向的速度或加速度的上述设备的系统。
在系统中能够实现与结合用于确定速度或加速度的设备所描述的相同的优点。
能运动的对象在系统中具有涡流体的功能，在所述涡流体中通过第一磁体和第二磁体的外部磁场感生涡流。对象能够本身是要监控的对象或者能够固定在要监控的对象、例如不导电的对象上。这种对象能够是可转动地设置的轴、可转动地设置的机器轴、支承件的可转动的部分、线性引导装置的可运动的部分。替选地可行的是，对象为导电的原材料或半成品，例如板、管或杆。
根据系统的一个有利的设计方案，对象是磁化的。对象能够构成为永磁体或者通过可运动的磁体夹紧机构、尤其磁体卡盘或磁体夹紧板保持和磁化。用于确定速度或加速度的设备能够实现，补偿通过磁体夹紧机构夹紧所需的外部磁场。
优选地，系统的对象可线性运动地设置。替选地优选的是，对象可转动地设置，即能够置于旋转。在此，设备为了确定速度或加速度能够固定地设置，使得能够确定对象相对于设备的相对运动的速度或加速度。
本发明的另一主题是用于借助根据本发明的设备来确定导电的对象沿预设的运动方向的速度或加速度的方法，其中
-借助于至少两个第一磁体分别产生垂直于运动方向的外部磁场，
-借助于至少一个第一传感器检测通过对象中的涡流引起的内部磁场，
-借助于至少两个第二磁体分别产生垂直于运动方向的外部磁场，和
-借助于至少一个第二传感器沿场方向检测通过对象中的涡流引起的内部磁场，和
借助于评估装置根据通过第一传感器和第二传感器检测的内部磁场来确定对象的速度或加速度，其方式为：按照根据本发明的方法借助于评估装置接收第一传感器的第一测量信号和第二传感器的第二测量信号，并且形成第一测量信号和第二测量信号的差用于确定速度或加速度，其中被确定的速度或加速度与对象的间距和/或预磁化无关。
在所述方法中能够实现与结合用于确定速度或加速度的设备所描述的相同的优点。如已经结合设备的对应的有利的设计方案阐述的那样，通过求差能够消除外部磁场对测量的影响或间距变化对测量的影响。
替选地或附加地，在所述系统和/或所述方法中，结合用于确定导电的对象的速度或加速度的设备所描述的有利的特征和设计方案也能够单独地或组合地使用。
附图说明
在下文中根据在附图中示出的实施例阐述本发明的其他细节和优点。其中示出：
图1示出根据本发明的系统的第一实施例的示意剖面图；
图2示出根据图1的系统的示意俯视图，其中透视地示出对象；
图3示出根据本发明的系统的第二实施例的示意剖面图；
图4示出根据图3的系统的示意俯视图，其中透视地示出对象；
图5示出根据图3和4的系统的变型形式；和
图6示出用于图解说明评估装置的方框图，所述评估装置能够在根据图1-5的系统中使用。
具体实施方式
图1和2中的视图示出根据本发明的系统的第一实施例，所述系统包括导电的对象4和用于确定对象4沿预设的运动方向X的速度或加速度的设备20。对象4例如能够为生产工艺的原材料或半成品，其线性地运动，例如在输送至在图中未示出的机床时线性地运动。替选地，对象4能够设置在可线性运动的物体上。对象4能够由金属、例如铝、铜、铁、钢、尤其铬钢构成。此外对象4能够是磁化的，例如通过可连同对象4运动的磁体夹紧机构，尤其是磁体卡盘或磁体夹紧板磁化，所述磁体夹紧机构保持对象4。
设备20根据Ferraris传感器的类型构成并且包括多个第一磁体1，所述第一磁体沿运动方向X彼此间隔开地设置。第一磁体1构成为永磁体。相邻的第一磁体1分别具有相反的极化，使得多个外部磁场1a与场方向Y平行地和反平行地产生，所述场方向垂直于运动方向X设置。在两个相邻的第一磁场1之间设置有各一个第一传感器3，借助于其检测内部磁场8，所述内部磁场通过在对象4中引起的涡流6产生。通过传感器3测量内部磁场8所沿着的测量轴线5在图1中示出并且平行于场方向Y伸展。
为了能够实现以提高的可靠性确定对象4的速度或加速度，设备20附加地具有第二磁体1b和第二传感器3a。根据该实施例，第二磁体1b构成为永磁体。第二磁体1b连同第一磁体1分别设置在共同的磁体轴线12上，所述磁体轴线沿布置方向Z伸展，所述布置方向垂直于场方向Y并且垂直于运动方向X设置。此外，第一磁体1和分别设置在相同的磁体轴线12上的第二磁体1b相反地极化。第二磁体1b因此同样产生垂直于运动方向X的外部磁场8，其中其分别与相应的在同一磁体轴线12上设置的第一磁体1的外部磁场反平行。第二传感器3a连同第一传感器3分别设置在共同的传感器轴线9上，所述传感器轴线平行于磁体轴线12伸展。第二传感器3a的测量轴线平行于第一传感器3的测量轴线5伸展，使得通过第二传感器3a同样能够检测内部磁场8，所述内部磁场通过对象4中的涡流6引起。磁体轴线12平行于布置方向Z伸展，所述布置方向垂直于运动方向X并且垂直于场方向Y设置。
设备20的另一组成部分是评估装置11，用于根据通过第一传感器3和第二传感器3a检测的内部磁场8来确定对象4的速度或加速度。在图2中示意性示出的评估装置11经由在图2中未示出的信号线路与第一传感器3和第二传感器3a连接。就此而言为评估装置11提供第一和第二传感器3、3a的测量信号用于处理。就此而言传感器3、3a分别检测测量信号，所述测量信号与测量的磁场的磁通密度成比例，即例如在构成为霍尔传感器3、3a的情况下，评估装置11能够求得运动的对象4的速度。只要例如当传感器3、3a构成为测量线圈时，传感器3、3a分别检测与运动的对象的速度的变化成比例的测量信号，则评估装置11能够求得运动的对象4的加速度。
在设备20中，第一和第二磁体1、1a以及第一和第二传感器3、3a设置在共同的扫描头2上。可选地，评估装置11也能够构成为扫描头2的一部分。
在图3和4中的视图示出根据本发明的系统的第二实施例，所述系统具有导电的对象4c和用于确定对象4c沿预设的运动方向X的速度或加速度的设备20。与第一实施例不同地，对象4c可转动地支承。例如在可转动的卡盘、尤其磁体卡盘中。设备20包括扫描头2，所述扫描头与根据图1和2的扫描头不同地具有刚好一个第一传感器3和第二传感器3a，所述第一传感器和第二传感器设置在共同的传感器轴线9上。此外，扫描头2包括刚好两个极性相反的第一磁体1和刚好两个极性相反的第二磁体1b。运动方向X在第一传感器3的测量轴线5的区域中相对于对象4c的转动方向切向地伸展。第一传感器3和第二传感器3a沿运动方向X设置在第一或第二磁体1、1b之间。
此外参照在图1和2中示出的第一实施例的实施方案。
在图5中示出第二实施例的变型方案，其中设备20具有两个扫描条10、10a，所述扫描条组装以形成扫描头。第一扫描条10包括第一磁体1和第一传感器3。第二扫描条10a包括第二磁体1b和第二传感器3a。扫描条10、10a彼此平行地设置并且沿要检测的对象的运动方向X伸展。
图6示出评估装置11的示意图，所述评估装置能够在上述设备20中使用。为评估装置11输送一个或多个第一传感器3的和一个或多个第二传感器3a的测量信号。所述测量信号能够为如下测量信号，所述测量信号与对象4、4c的速度成比例或者与对象4、4c的加速度成比例。评估装置11设立用于，接收第一传感器3的第一测量信号和第二传感器3a的第二测量信号，并且形成第一测量信号和第二测量信号的差。通过求差消除外部磁场对结果的影响并且得到输出信号W，所述输出信号对应于测量信号的两倍的量值并且仅与对象的速度相关。
上述系统分别具有用于确定导电的对象4、4c沿预设的运动方向X的速度或加速度的设备20，所述设备包括用于产生垂直于运动方向X的外部磁场1a的第一磁体1和用于检测通过对象4、4c中的涡流6引起的内部磁场8的至少一个第一传感器3，其中第一传感器3的测量轴线5垂直于运动方向X伸展并且第一磁体1以及第一传感器3沿运动方向X彼此间隔开地设置。设备的其他组成部分是：至少一个用于产生垂直于运动方向X的外部磁场1a的第二磁体1b，所述第二磁体连同第一磁体1设置在共同的磁体轴线12上，所述磁体轴线垂直于测量轴线5并且垂直于运动方向X设置，其中第一磁体1和第二磁体1b相反地极化；和至少一个第二传感器3a，用于检测通过对象4、4c中的涡流6引起的内部磁场8，所述第二传感器连同第一传感器1设置在平行于磁体轴线12的共同的传感器轴线9上，其中第二传感器3a的测量轴线5’平行于第一传感器3的测量轴线5设置。此外，设备20包括评估装置11，所述评估装置用于根据通过第一传感器3和第二传感器3a检测的内部磁场来确定对象4、4c的速度或加速度。
附图标记说明
1 磁体
1a 外部磁场
1b 磁体
2 扫描头
3 传感器
3a 传感器
4 对象
4c 对象
5，5’ 测量轴线
6 涡流
7 布置轴线
8 内部磁场
9 传感器轴线
10 扫描条
10a 扫描条
11 评估单元
12 磁体轴线
W 输出信号
X 运动方向
Y 场方向
Z 布置方向。
Claims (8)
1.一种用于确定导电的对象(4，4c)沿预设的运动方向(X)的速度或加速度的设备(20)，
-具有至少两个第一磁体(1)，用于分别产生垂直于所述运动方向(X)的外部磁场(1a)，和
-具有至少一个第一传感器(3)，用于检测通过在所述对象(4，4c)中的涡流(6)引起的内部磁场(8)，其中所述第一传感器(3)的测量轴线(5)垂直于所述运动方向(X)伸展，并且所述至少两个第一磁体(1)以及所述至少一个第一传感器(3)沿所述运动方向(X)彼此间隔开地设置，其中各一个第一传感器(3)设置在两个第一磁体(1)之间，
-具有至少两个第二磁体(1b)，用于分别产生垂直于所述运动方向(X)的外部磁场(1a)，所述至少两个第二磁体分别与所述至少两个第一磁体(1)中的一个第一磁体设置在共同的磁体轴线(12)上，所述磁体轴线垂直于所述测量轴线(5)并且垂直于所述运动方向(X)设置，并且其中在这种共同的磁体轴线(12)上的所述第一磁体(1)和所述第二磁体(1b)相反地极化，
-具有至少一个第二传感器(3a)，用于检测通过在所述对象(4，4c)中的涡流(6)引起的内部磁场(8)，所述第二传感器连同所述第一传感器(1)一起设置在平行于所述磁体轴线(12)的共同的传感器轴线(9)上，其中所述第二传感器(3a)的测量轴线(5’)平行于所述第一传感器(3)的测量轴线(5)设置，其中各一个第二传感器(3a)设置在两个第二磁体(1b)之间，并且
-具有评估装置(11)，用于根据通过所述第一传感器(3)和所述第二传感器(3a)检测的内部磁场(8)来确定所述对象(4，4c)的速度或加速度，其方式为：所述评估装置(11)设立用于，接收所述第一传感器(3)的第一测量信号和所述第二传感器(3a)的第二测量信号，并且形成所述第一测量信号和所述第二测量信号的差用于确定速度或加速度。
2.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，
所述第一磁体(1)和/或所述第二磁体(1b)构成为永磁体或电磁体。
3.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述至少一个第一传感器(3)和/或所述至少一个第二传感器(3b)是霍尔传感器或测量线圈。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其特征在于，
多个第一磁体(1)和多个第一传感器(3)沿所述运动方向(X)交替地彼此间隔开地设置，并且多个第二磁体(3a)和多个第二传感器(1b)沿所述运动方向(X)交替地彼此间隔开地设置。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其特征在于，
所述至少两个第一磁体(1)、所述至少一个第一传感器(3)、所述至少两个第二磁体(1b)和所述至少一个第二传感器(3a)设置在共同的扫描头(2)上。
6.一种具有导电的对象(4，4c)和根据上述权利要求中任一项所述的用于确定所述导电的对象(4，4c)沿预设的运动方向(X)的速度或加速度的设备的系统。
7.根据权利要求6所述的系统，
其特征在于，
所述对象(4，4c)是磁化的。
8.一种用于借助根据权利要求1至5中任一项所述的设备确定导电的对象(4，4c)沿预设的运动方向(X)的速度或加速度的方法，其中
-借助于至少两个第一磁体(1)分别产生垂直于所述运动方向(X)的外部磁场(1a)，和
-借助于至少一个第一传感器(3)来检测通过在所述对象中的涡流引起的内部磁场(8)，和
-借助于至少两个第二磁体(1b)分别产生垂直于所述运动方向(X)的外部磁场(1a)，和
-借助于至少一个第二传感器(3a)沿场方向(Y)检测通过在所述对象(4，4c)中的涡流引起的内部磁场(8)，和
借助于评估装置根据通过所述第一传感器(3)和所述第二传感器(3a)检测的内部磁场(8)来确定所述对象(4，4c)的速度或加速度，其方式为：借助于所述评估装置接收所述第一传感器(3)的第一测量信号和所述第二传感器(3a)的第二测量信号，并且形成所述第一测量信号和所述第二测量信号的差用于确定所述速度或加速度，其中被确定的速度或加速度与所述对象(4，4c)的间距和/或预磁化无关。
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