DE102013226199A1

DE102013226199A1 - Measuring standard for a position measuring device

Info

Publication number: DE102013226199A1
Application number: DE102013226199.3A
Authority: DE
Inventors: Johannes Muehlfeld
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-18
Also published as: WO2015090845A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maßverkörperung (1) für eine Positionsmessvorrichtung mit einem gegenüber der Maßverkörperung (1) beweglichen Abtastkopf (2) mit einem Sensor (a, b, c) zur Abtastung der Maßverkörperung (1), wobei auf der Maßverkörperung (1) in Messrichtung (3) Markierungssegmente nebeneinander ausgebildet sind, wobei quer zur Messrichtung (3) in jedem Markierungssegment wenigstens zwei Markierungsbereiche (9, 10) zum Tragen von Markierungen (8) nebeneinander ausgebildet, wobei jeweils zwei der wenigstens zwei quer zur Messrichtung (3) nebeneinander ausgebildeten Markierungsbereiche (9, 10) je Markierungssegment durch einen markierungsfreien Steg (7) getrennt sind.The invention relates to a material measure (1) for a position measuring device with a relative to the measuring scale (1) movable scanning head (2) with a sensor (a, b, c) for scanning the measuring graduation (1), wherein on the material measure (1) in Measuring direction (3) marking segments are formed side by side, wherein at least two marking areas (9, 10) for supporting markings (8) formed side by side transversely to the measuring direction (3) in each marking segment, each two of the at least two transverse to the measuring direction (3) side by side formed marking areas (9, 10) are separated per marking segment by a mark-free web (7).

Description

Stand der Technik State of the art

Induktive Sensoriken arbeiten häufig nach dem Übertragerprinzip. Dabei erzeugt eine bestromte Erregerstruktur ein magnetisches Wechselfeld, das von einer (i.d.R. galvanisch getrennten) Empfängerstruktur erfasst werden kann. Wird von außen Einfluss auf die Verteilung des magnetischen Feldes genommen – z.B. durch Anwesenheit von magnetisch oder elektrisch leitfähigen Materialien – so wirkt sich dies nach dem Induktionsgesetz auf die messbare Spannung der Empfängerspule aus. Mit diesem Prinzip wird eine berührungslose induktive Messung möglich. Inductive sensor systems often work according to the transformer principle. An energized exciter structure generates an alternating magnetic field that can be detected by a receiver structure that is galvanically isolated. If external influence is exerted on the distribution of the magnetic field - e.g. by the presence of magnetically or electrically conductive materials - this has an effect on the measurable voltage of the receiver coil according to the law of induction. With this principle, a non-contact inductive measurement is possible.

Die induktive Messung ist zunächst prinzipbedingt stark offsetbehaftet. Als Nutzsignal kann nämlich nur der Signalanteil bezeichnet werden, um den das empfangene Signal – durch die äußeren Einflüsse moduliert – schwankt. Typischerweise liegt der Anteil des Nutzsignals bei nur etwa 1 ‰ bis max. 10% des Gesamtsignals. Das restliche Signal ist Offset und i.d.R. unerwünscht. Initially, the inductive measurement is strongly offset-related in principle. Namely, only the signal component by which the received signal is modulated by the external influences fluctuates as the useful signal. Typically, the proportion of the useful signal is only about 1 ‰ to max. 10% of the total signal. The rest of the signal is offset and i.d.R. undesirable.

Zur Offsetbefreiung kann ein differentieller Aufbau gewählt werden. Beispielsweise können jeweils zwei Empfängerwindungen ein differentielles Paar bilden. Die beiden Windungen sind mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Reihe verschaltet, sodass als messbares Signal nur die Differenz der beiden Spulensignale erhalten bleibt, ein Offset wird eliminiert. Anstelle einer differentiellen Empfängerspule ist es ebenso denkbar, die Senderspule differentiell zu gestalten, um eine Offsetfreiheit zu erreichen. Dadurch wirkt bereits das magnetische Wechselfeld differentiell auf die Empfängerspule. Das Empfangssignal einer Empfängerspule ist damit offsetfrei. For offset relief, a differential structure can be selected. For example, two receiver turns each can form a differential pair. The two windings are connected in series with opposite winding sense, so that as a measurable signal only the difference of the two coil signals is maintained, an offset is eliminated. Instead of a differential receiver coil, it is also conceivable to differentiate the transmitter coil in order to achieve offset freedom. As a result, the alternating magnetic field already acts differentially on the receiver coil. The received signal of a receiver coil is thus offset-free.

Aus der US 6 271 661 B1 ist ein induktives absolutes Positionsmesssystem bekannt, das als Maßverkörperung Markierungen in einer zufälligen Reihenfolge aufweist, wobei eine Markierung einen von mehr als zwei Informationszuständen darstellen kann. Quer zur Messrichtung verlaufen dort zwischen den Markierungen Stege. Zur Abtastung der Maßverkörperung werden Einzelsensoren mit differentiell arbeitenden Empfängerspulen benutzt. Dabei gibt es zwei Gruppen von Einzelsensoren, die um einen Bruchteil der Markierungsabstände zueinander versetzt sind. Zudem gibt es eine gesonderte Senderspule je Gruppe von Einzelsensoren. From the US Pat. No. 6,271,661 B1 For example, an inductive absolute position measuring system is known, which has as a material measure markings in a random order, wherein a mark can represent one of more than two information states. Transverse to the measuring direction run there between the markers webs. For scanning the material measure, individual sensors with differential receiver coils are used. There are two groups of individual sensors, which are offset from one another by a fraction of the marking distances. There is also a separate transmitter coil per group of individual sensors.

Die EP 2 502 030 B1 offenbart eine induktive Messeinrichtung, bei der es zwei Informationszustände für Markierungen auf einer Maßverkörperung gibt. Hier sind jedoch keine Stege zwischen zwei benachbarten Markierungen und auch nicht längs der Messrichtung offenbart. Ohne einen Träger für die Maßverkörperung zerfällt die Maßverkörperung somit in zwei Teile. The EP 2 502 030 B1 discloses an inductive measuring device in which there are two information states for markings on a material measure. However, no webs between two adjacent markings and also not along the measuring direction are disclosed here. Without a support for the material measure, the material measure thus breaks down into two parts.

Die Messsysteme aus dem Stand der Technik liefern jedoch ungenaue Ergebnisse, wenn sich der Abtastkopf gegenüber der Maßverkörperung quer zur Messrichtung verschiebt. However, the prior art measurement systems provide inaccurate results when the scanhead shifts across the measurement scale transversely to the measurement direction.

Es ist daher wünschenswert, eine Maßverkörperung für eine Positionsmessvorrichtung anzugeben, die insensitiv gegenüber eventuellen Querverschiebungen des Abtastkopfes ist. It is therefore desirable to provide a material measure for a position measuring device that is insensitive to any transverse displacements of the scanning head.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden eine Maßverkörperung und eine Positionsmessvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a material measure and a position measuring device with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Eine erfindungsgemäße Maßverkörperung ist für eine Positionsmessvorrichtung mit einem gegenüber der Maßverkörperung beweglichen Abtastkopf mit einem Sensor zur Abtastung der Maßverkörperung, geeignet. A material measure according to the invention is suitable for a position measuring device with a scanning head movable relative to the material measure with a sensor for scanning the material measure.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Auf einer erfindungsgemäßen Maßverkörperung, insbesondere einer absoluten Maßverkörperung, sind in Messrichtung Markierungssegmente nebeneinander ausgebildet. Quer zur Messrichtung sind in jedem Markierungssegment wenigstens zwei Markierungsbereiche nebeneinander ausgebildet. Jeder Markierungsbereich kann eine Markierung oder keine Markierung tragen. Ein Markierungssegment stellt somit einen von wenigstens zwei verschiedenen Informationszuständen dar. Bei einer absoluten Maßverkörperung sind die Informationszustände so angeordnet, dass sich ein Muster aus n Informationszuständen nicht wiederholt. xⁿ entspricht dann der Anzahl der detektierbaren Positionen, wobei x der Anzahl der möglichen Informationszustände je Markierungssegment ist. On a material measure according to the invention, in particular an absolute material measure, marking segments are formed next to one another in the measuring direction. At least two marking areas are formed next to one another in each marking segment transversely to the measuring direction. Each marking area may carry a mark or no mark. A marking segment thus represents one of at least two different information states. In the case of an absolute material measure, the information states are arranged so that a pattern of n information states is not repeated. x ⁿ then corresponds to the number of detectable positions, where x is the number of possible information states per marker segment.

Jeweils zwei der wenigstens zwei quer zur Messrichtung nebeneinander ausgebildeten Markierungsbereiche je Markierungssegment sind durch einen markierungsfreien Steg getrennt. Damit wird gewährleistet, dass einem üblicherweise vorhandenen Kreuzungsbereich eines differentiellen Sensors keine Markierungen gegenüberstehen. Stünde dem Kreuzungsbereich nämlich eine Markierung gegenüber, würde diese bei einer Querverschiebung die Offsetkompensation negativ beeinflussen. Zudem verleiht der Steg der Maßverkörperung Stabilität, was vor allem bei der Fertigung vorteilhaft ist. Der markierungsfreie Steg verläuft zur Vereinfachung der Herstellung kontinuierlich entlang der Messrichtung. In each case two of the at least two marking regions formed adjacent to one another in the measuring direction per marking segment are separated by a mark-free web. This ensures that a commonly existing crossing region of a differential sensor is not faced with any markings. If the marking area were opposed by a marking, this would adversely affect the offset compensation in the case of a transverse displacement. In addition, the bridge gives the material measure stability, which is particularly advantageous in manufacturing. Of the Mark-free web runs continuously along the measuring direction to simplify the production.

Bei einer induktiven Messvorrichtung hat eine Markierung eine andere Reluktanz und/oder elektrische Leitfähigkeit als keine Markierung. Dadurch wird ein vorhandenes magnetisches Wechselfeld, welches von dem Abtastkopf bereitgestellt werden kann, beeinflusst. In an inductive measuring device, a marker has a different reluctance and / or electrical conductivity than no marking. This influences an existing alternating magnetic field which can be provided by the scanning head.

Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Maßverkörperung vorgesehen für einen Abtastkopf mit einem Sensor, der wenigstens eine Senderspule und wenigstens eine Empfängerspule aufweist, wobei die wenigstens eine Senderspule oder die wenigstens eine Empfängerspule quer zur Messrichtung je zwei Windungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn umfassen, wobei der Wicklungssinn in einem Kreuzungsbereich wechselt. Der Kreuzungsbereich ist so angeordnet, dass er gegenüber dem markierungsfreien Steg liegt. Die Wirkung der Markierungen auf das magnetische Wechselfeld kann so optimal ausgenutzt werden. Im Kreuzungsbereich, insbesondere zentral, kann ein Kreuzungspunkt definiert werden, an dem der Wicklungssinn wechselt. Advantageously, the measuring standard according to the invention is provided for a scanning head with a sensor comprising at least one transmitter coil and at least one receiver coil, wherein the at least one transmitter coil or the at least one receiver coil transverse to the measuring direction comprise two turns with opposite winding sense, wherein the winding sense in an intersection region replaced. The crossing area is arranged so that it lies opposite the mark-free web. The effect of the markings on the alternating magnetic field can thus be optimally utilized. In the crossing area, in particular centrally, a crossing point can be defined at which the winding sense changes.

Vorzugsweise ist der markierungsfreie Steg so breit ausgebildet, dass jeweils einer der wenigstens zwei quer zur Messrichtung nebeneinander ausgebildeten Markierungsbereiche immer (d.h. auch bei Querverschiebungen) nur einer der zwei Windungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn gegenüber liegt. Damit wird eine optimale Offsetkompensation erreicht und eine unerwünschte Beeinflussung der jeweils anderen Windung vermieden. Eine Querverschiebung kann bspw. durch Spiel in der Lagerung des Abtastkopfes oder durch Materialverformungen oder andere äußere Belastungen auftreten. Preferably, the mark-free web is formed so wide that in each case one of the at least two marking regions formed adjacent to one another in the direction of measurement always (and also in the case of transverse displacements) lies opposite only one of the two windings with opposite winding sense. Thus, an optimal offset compensation is achieved and avoided an undesirable influence of the other winding. A transverse displacement can occur, for example, by play in the storage of the scanning head or by material deformations or other external stresses.

Vorteilhafterweise weist der Steg quer zur Messrichtung eine Breite auf, die wenigstens so groß ist wie der Kreuzungsbereich zusammen mit einer maximalen Verschiebbarkeit des Sensors quer zur Messrichtung. Dies gewährleistet, dass der Kreuzungsbereich bei einer möglichen Verschiebung des Abtastkopfes quer zur Messrichtung immer noch dem Steg gegenüber liegt. Advantageously, the web has, across the measuring direction, a width which is at least as great as the crossing region together with a maximum displaceability of the sensor transversely to the measuring direction. This ensures that the crossing region is still opposite the web with a possible displacement of the scanning head transversely to the measuring direction.

Es ist von Vorteil wenn dabei auch die Markierungsbereiche weiterhin ein und derselben der zwei Windungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn gegenüber liegen. Dies gewährleistet, dass unabhängig von der genauen Position des Abtastkopfes quer zur Messrichtung immer die volle Wirkung einer Markierung auf den Sensor erhalten bleibt. It is advantageous if the marking areas continue to be one and the same of the two turns with opposite winding sense. This ensures that, regardless of the exact position of the scanning head across the measuring direction, the full effect of a mark on the sensor is always maintained.

Es ist weiter von Vorteil, wenn von den wenigstens zwei quer zur Messrichtung nebeneinander ausgebildeten Markierungsbereichen nur diejenigen eine Markierung tragen, die einer Windung mit demselben Wicklungssinn gegenüber liegen. Bei genau zwei Markierungsbereichen je Markierungssegment hat der Abtastkopf zweckmäßigerweise genau zwei Windungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn, so dass von den genau zwei Markierungsbereichen je Markierungssegment immer nur einer eine Markierung trägt. Somit wird nur eine der Windungen durch die Markierung beeinflusst und die damit erzielte Wirkung ist maximal. It is further advantageous if, of the at least two marking regions formed adjacent to one another in the measuring direction, only those bear a marking which lies opposite a turn having the same winding sense. With exactly two marking areas per marking segment, the scanning head expediently has exactly two turns with opposite winding sense, so that only one of the exactly two marking areas per marking segment carries one mark at a time. Thus, only one of the turns is affected by the mark and the effect achieved is maximum.

Vorzugsweise weist die Maßverkörperung auch an den Rändern der Markierungssegmente, welche die Markierungssegmente in eine Richtung quer zur Messrichtung begrenzen, markierungsfreie Bereiche auf, die von den Einzelsensoren noch erfasst bzw. abgedeckt werden. Auch damit wird bei einer möglichen Querverschiebung des Abtastkopfes gewährleistet, dass die Markierung an den Randbereichen vollständig von dem Sensor überdeckt bleiben, womit eine maximale Wirkung der Markierungen auf den Sensor erhalten bleibt. Preferably, the material measure also has mark-free regions at the edges of the marking segments, which delimit the marking segments in a direction transverse to the measuring direction, which regions are still covered or covered by the individual sensors. This also ensures that the marker is completely covered by the sensor in the case of a possible transverse displacement of the scanning head, whereby a maximum effect of the markings on the sensor is maintained.

Es ist weiter auch von Vorteil, wenn ein Markierungssegment einen von mehr als zwei, insbesondere einen von wenigstens vier, verschiedenen Informationszuständen darstellt. Damit erhöht sich die Anzahl an möglichen Kombinationen, die eine Position darstellen. Damit kann entweder ein kürzerer Abtastkopf oder eine längere Messstrecke oder eine Kombination aus beidem realisiert werden. It is also advantageous if a marker segment represents one of more than two, in particular one of at least four, different information states. This increases the number of possible combinations that represent a position. Thus, either a shorter scanning head or a longer measuring path or a combination of both can be realized.

Vorzugsweise sind die Markierungen als Löcher in der Maßverkörperung, die insbesondere als Blechband ausgebildet ist, ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache Fertigung der Maßverkörperung. Preferably, the markings are formed as holes in the material measure, which is designed in particular as a sheet metal strip. This allows a simple production of the material measure.

Auch ist es möglich, die Markierungen als Material mit von der übrigen Maßverkörperung verschiedener Reluktanz und/oder elektrischer Leitfähigkeit auszubilden. Damit können bessere Signale, insbesondere auch bei mehr als zwei möglichen Informationszuständen pro Markierung erreicht werden. It is also possible to form the markings as material with different reluctance and / or electrical conductivity from the rest of the measuring standard. This allows better signals to be achieved, in particular even with more than two possible information states per marking.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibung figure description

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Maßverkörperung und einen Abtastkopf in einer bevorzugten Ausgestaltung. 1 schematically shows a measuring scale according to the invention and a scanning head in a preferred embodiment.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Detailed description of the drawing

In 1 ist links schematisch eine hier als absolute Maßverkörperung 1 ausgebildete Maßverkörperung für eine Positionsmessvorrichtung in einer bevorzugten Ausgestaltung dargestellt. Die absolute Maßverkörperung 1 weist entlang der Messrichtung 3 Markierungssegmente einer Länge λ auf. Jedes Markierungssegment hat zwei Markierungsbereiche 9, 10, die Markierungen 8 tragen können. In 1 is schematically on the left one here as an absolute measuring standard 1 trained dimensional standard for a position measuring device shown in a preferred embodiment. The absolute measuring standard 1 points along the measuring direction 3 Marking segments of a length λ. Each marking segment has two marking areas 9 . 10 , the marks 8th can carry.

Als Material für die Maßverkörperung 1 kommt insbesondere ein photochemisch geätztes Metallband aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise rostfreier ferritischer Stahl, in Frage. Die Markierungen werden vorzugsweise als rechteckige Löcher im Metallband ausgeführt. Anstelle von Löchern kann auch festes, nicht ferromagnetisches, Material vorgesehen sein. As material for the material measure 1 In particular, a photochemically etched metal strip of ferromagnetic material, preferably stainless ferritic steel, in question. The markings are preferably carried out as rectangular holes in the metal strip. Instead of holes, it is also possible to provide solid, non-ferromagnetic material.

Die Markierungssegmente 8 stellen hier jeweils einen von vier verschiedenen Informationszuständen dar. Dafür werden zwei vierschieden große Löcher als Markierung benutzt und diese jeweils in einem der beiden Markierungsbereiche 9 und 10 in die absolute Maßverkörperung 1 eingebracht. Entlang der Messrichtung 3 weist die absolute Maßverkörperung 1 mittig einen markierungsfreien Steg 7 auf, der durchgehend konstante Reluktanz und elektrische Leitfähigkeit aufweist. Dies kann einfach das Blechband der absoluten Maßverkörperung 1 sein, wobei dort keine Löcher eingebracht sind. Damit wird die absolute Maßverkörperung in die beiden Markierungsbereiche 9, 10 aufgeteilt. The marking segments 8th each represent one of four different information states. For this purpose, two holes of four different sizes are used as marking and these in each case in one of the two marking areas 9 and 10 in the absolute measuring standard 1 brought in. Along the measuring direction 3 indicates the absolute standard measure 1 in the middle a mark-free bridge 7 on, which has constant reluctance and electrical conductivity throughout. This can simply be the sheet metal strip of the absolute material measure 1 be, where there are no holes introduced. This is the absolute dimensional standard in the two marking areas 9 . 10 divided up.

Rechts in 1 ist ein Abtastkopf 2 mit einer Sensorgruppe 22 aus drei Einzelsensoren schematisch und beispielhaft abgebildet. Ein Abtastkopf wird üblicherweise mehr als drei Einzelsensoren aufweisen. Je größer die Anzahl der Einzelsensoren ist, desto länger ist die absolut messbare Länge, da mehr Markierungen gleichzeitig erfasst werden können. Allerdings erfordert dies auch einen längeren Abtastkopf. Jeder Einzelsensor besteht aus mehreren Schichten bzw. Lagen einer Mehrschicht- bzw. Mehrlagenanordnung, die der Übersichtlichkeit halber in der Figur nebeneinander dargestellt sind. Die übereinanderliegenden Orte sind mit a, b, c bezeichnet. Right in 1 is a scanning head 2 with a sensor group 22 from three individual sensors shown schematically and by way of example. A scanning head will usually have more than three individual sensors. The larger the number of individual sensors, the longer is the absolutely measurable length, as more markings can be detected simultaneously. However, this also requires a longer readhead. Each individual sensor consists of several layers or layers of a multilayer or multi-layer arrangement, which are shown side by side in the figure for the sake of clarity. The superimposed places are designated by a, b, c.

Jeder Einzelsensor weist eine Empfängerspule 40 auf, die jeweils eine Teilung λ in Messrichtung 3 lang ist. Entgegen der Darstellung weist die Empfängerspule 40 vorzugsweise eine Vielzahl von Windungsumläufen auf. Mit den Bezugszeichen a, b, c sind die Positionen der drei Empfängerspulen 40 innerhalb der Sensorgruppe 22 gekennzeichnet. Die Empfängerspulen können jeweils als eine einfache Windung in einer Schicht der Mehrschichtanordnung ausgebildet sein. Each individual sensor has a receiver coil 40 on, each having a pitch λ in the direction of measurement 3 is long. Contrary to the illustration, the receiver coil 40 preferably a plurality of Windungsumläufen on. With the reference symbols a, b, c are the positions of the three receiver coils 40 within the sensor group 22 characterized. The receiver coils may each be formed as a single turn in a layer of the multi-layer arrangement.

Daneben sind Senderspulen 30 dargestellt. Zwei Mäanderwindungen 31 und 32 bilden zusammen die Senderspulen 30, wobei die beiden Mäanderwindungen in zwei verschiedenen Schichten der Mehrschichtanordnung ausgebildet sind. Entgegen der Darstellung weisen die Mäanderwindung 31; 32 eine Vielzahl vorzugsweise eine Vielzahl von Windungsumläufen auf. Der Übersichtlichkeit halber sind die beiden Mäanderwindungen 31, 32 nebeneinander dargestellt, in praktischer Ausführung liegen diese jedoch übereinander. Die genaue Lage ist mit den Bezugszeichen a, b, c angedeutet. Ebenso liegen die beiden Mäanderwindungen 31, 31 und somit die Senderspulen 30 in praktischer Ausführung über oder unter den Empfängerspulen 40. Die genaue Lage ist wiederum mit den Bezugszeichen a, b, c angedeutet. Jede der Mäanderwindungen 31, 32 hat abwechselnd drei Rechtskurven und drei Linkskurven, die alle jeweils 90°-Kurven bzw. annähernd 90°-Kurven sind. Der Übersichtlichkeit halber ist im Kreuzungsbereich 4 ein von den tatsächlichen Verhältnissen abweichender Kurvenwinkel dargestellt. Zwischen den Kurven liegen gerade Bereiche. In addition, there are transmitter coils 30 shown. Two meander turns 31 and 32 together form the transmitter coils 30 wherein the two meander turns are formed in two different layers of the multilayer assembly. Contrary to the illustration, the meandering turn 31 ; 32 a plurality of preferably a plurality of Windungsumläufen on. For the sake of clarity, the two meander turns 31 . 32 shown side by side, in practical execution, however, these lie one above the other. The exact position is indicated by the reference symbols a, b, c. Likewise, the two meandering turns lie 31 . 31 and thus the transmitter coils 30 in practical execution above or below the receiver coils 40 , The exact position is again indicated by the reference symbols a, b, c. Each of the meander turns 31 . 32 has alternating three right-hander curves and three left-hander curves, all of which are 90 ° and 90 °, respectively. For the sake of clarity, it is in the crossing area 4 a curve angle deviating from the actual conditions is shown. Between the curves lie straight areas.

Mit der Bezugsziffer 33 ist eine Durchkontaktierung gekennzeichnet, mit der die beiden Mäanderwindungen 31 und 32 miteinander verbunden sind. Mit I(t) ist ein Senderstrom bezeichnet, der die Senderspulen 30 bzw. die beiden Mäanderwindungen 31, 32 durchfließt. Anhand der Pfeile zu I(t) lässt sich erkennen, dass die beiden Mäanderwindungen 31, 32 so vom Senderstrom durchflossen werden, dass zwei Windungen, die einer Empfängerspule 40 zugeordnet sind, entgegengesetzt durchflossen werden. Bei den Empfängerspulen 40 unten in der Mitte ist dies beispielhaft mit erstem effektivem Kreisstrom 42 und zweitem effektivem Kreisstrom 43 angedeutet. With the reference number 33 is a through hole marked, with the two meander turns 31 and 32 connected to each other. I (t) denotes a transmitter current which is the transmitter coils 30 or the two meander turns 31 . 32 flows. By the arrows to I (t) it can be seen that the two meander turns 31 . 32 so flows through the transmitter current that two turns, that of a receiver coil 40 are assigned, are flowing through opposite. At the receiver coils 40 down in the middle this is exemplary with the first effective circular current 42 and second effective circulating current 43 indicated.

Ein Einzelsensor wird somit gemäß dem gezeigten Beispiel aus einer Empfängerspule 40 und zwei Windungen einer Senderspule 30 gebildet, die in Schichten übereinander, d.h. bspw. über dem mit a bezeichneten Bereich, angeordnet sind. Weiter ist ein Kreuzungsbereich 4 der Senderspulen 30 dargestellt, welcher ein Bereich ist, in dem der Wicklungssinn der Mäanderwindungen 31 und 32 wechselt. In dem Kreuzungsbereich 4 kann, hier zentral, ein Kreuzungspunkt 37 definiert werden, an dem der Wicklungssinn wechselt. An dem Kreuzungspunkt 37 kreuzen sich die Mäanderwindungen 31 und 32, jedoch in verschiedenen Schichten, d.h. es besteht kein elektrischer Kontakt. An individual sensor thus becomes, according to the example shown, a receiver coil 40 and two turns of a transmitter coil 30 formed, which are arranged in layers one above the other, that is, for example, above the area designated with a. Next is a crossing area 4 the transmitter coils 30 which is an area in which the winding sense of the meander turns 31 and 32 replaced. In the crossing area 4 can, here central, a crossroads 37 be defined, where the winding sense changes. At the crossroads 37 the meandering turns cross each other 31 and 32 but in different layers, ie there is no electrical contact.

In die Senderspulen 30 wird beim Betrieb der Positionsmessvorrichtung jeweils ein Sender-Wechselstrom (z.B. 100 kHz) eingespeist, der eine Vielzahl von effektiven Kreisströmen verursacht, wobei unmittelbar benachbarte Kreisströme eine entgegengesetzte Kreisrichtung aufweisen. Einer Empfängerspule 40 sind dabei jeweils zwei effektive Kreisströme mit entgegen gesetzter Kreisrichtung zugeordnet. Diese induzieren jeweils eine Wechselspannung in die Empfängerspule 40. Wenn eine absolute Maßverkörperung 1 ohne Markierungen (keine Löcher, nur ferromagnetisches Metall) vorhanden wäre, wären diese Wechselspannungen betragsmäßig gleich, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, so dass sie sich exakt aufheben. In the transmitter coils 30 During operation of the position measuring device in each case a transmitter alternating current (eg 100 kHz) is fed, which causes a plurality of effective circular currents, wherein immediately adjacent circular currents have an opposite direction. A receiver coil 40 are each assigned two effective circular currents with opposite direction. These each induce an AC voltage in the receiver coil 40 , If an absolute measuring standard 1 Without markings (no holes, only ferromagnetic metal) would be present, these AC voltages would be equal in magnitude, but with the opposite sign, so that they cancel each other exactly.

Dieser Effekt wird als Kompensation bezeichnet. Würde man hierauf verzichten, würde die Spannung an der Empfängerspule 40 abhängig von einem Informationszustand um einen Signal-Offset schwanken, der möglicherweise betragsmäßig größer als die Schwankungen im Signal ist, die durch die verschiedenen Informationszustände verursacht werden. Dies erschwert die Signalauswertung erheblich. This effect is called compensation. If one waived this, the voltage would be at the receiver coil 40 depending on an informational state, may fluctuate about a signal offset which may be greater in magnitude than the variations in the signal caused by the different information states. This considerably complicates the signal evaluation.

An den Stellen an denen die Markierungen 8 in der Maßverkörperung 1 vorgesehen sind, schwächt sich der Induktionseffekt ab, so dass sich die beiden induzierten Spannungen nicht mehr aufheben. An der Senderspule liegt dann eine induzierte Wechselspannung an, deren Amplitude den Informationszustand repräsentiert. Je nach Größe der Markierung 8, also bspw. des Loches, schwächt sich der Induktionseffekt verschieden stark ab, so dass verschiedene Amplituden der resultierenden Wechselspannung erzeugt werden. Bei zwei verschiedenen Größen der Markierungen 8 unterscheiden sich die resultierenden Signale noch hinreichend stark, um sie unterscheiden zu können. In the places where the marks 8th in the material measure 1 are provided, the induction effect weakens, so that the two induced voltages no longer cancel. At the transmitter coil then there is an induced alternating voltage whose amplitude represents the information state. Depending on the size of the marker 8th , ie, for example, of the hole, the induction effect weakens to different degrees, so that different amplitudes of the resulting AC voltage are generated. For two different sizes of markings 8th The resulting signals are still sufficiently different to distinguish them.

Es ist auch denkbar, dass nur eine Größe für die Markierungen 8 vorgesehen ist, wodurch mit den beiden Markierungsbereichen 9, 10 zwei verschiedene Informationszustände dargestellt werden können. It is also conceivable that only one size for the marks 8th is provided, whereby with the two marking areas 9 . 10 two different information states can be displayed.

Anzumerken ist, dass auch Wirbelströme in die Maßverkörperung 1 induziert werden, die dem obigen Effekt genau entgegen wirken. Da die Maßverkörperung vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl mit geringer elektrischer Leitfähigkeit besteht, sind diese aber gering. It should be noted that also eddy currents in the material measure 1 be induced, which counteract the above effect exactly. Since the material measure is preferably made of stainless steel with low electrical conductivity, but these are low.

Bei einer möglichen Querverschiebung des Abtastkopfes 2 bei der Verwendung der Positionsmessvorrichtung ist durch den Steg 7 in Zusammenhang mit dem Kreuzungsbereich 4 gewährleistet, dass weiterhin die Markierungen 8 vollständig von einem der Bereiche 5, 6 überdeckt werden. Oder mit anderen Worten, die beiden Markierungsbereiche 9, 10 werden weiterhin jeweils nur von ein und derselben der entgegengesetzten Windungen 42, 43 überdeckt bzw. liegen dieser gegenüber. Der markierungsfreie Steg 7 ist so breit, dass der Kreuzungspunkt 37 bei der Verwendung der Positionsmessvorrichtung immer gegenüber dem markierungsfreien Steg 7 liegt. Damit wird eine gute Signalqualität gewährleistet, weil der volle Effekt, der durch die Markierungen 8 auf die Einzelsensoren a, b, c zustande kommt, erhalten bleibt. In case of a possible transverse displacement of the scanning head 2 when using the position measuring device is through the web 7 in connection with the crossing area 4 ensures that the marks continue 8th completely from one of the areas 5 . 6 be covered. Or in other words, the two marking areas 9 . 10 are still each only from one and the same of the opposite turns 42 . 43 covered or lie opposite this. The mark free footbridge 7 is so wide that the crossing point 37 when using the position measuring device always opposite the mark-free web 7 lies. This ensures a good signal quality because of the full effect of the markings 8th on the individual sensors a, b, c is achieved, is retained.

Oben und unten an den Empfängerspulen 40 ist zu erkennen, dass diese, ebenso wie die Senderspulen 30, jeweils um einen Abstand 35 über die maximale Breite (quer zur Messrichtung 3) der Markierungssegmente überstehen. Damit wird ebenso gewährleistet, dass eine mögliche geringe Verschiebung einer Sensorgruppe 22 von Einzelspulen (praktisch immer nur zusammen mit dem gesamten absoluten Sensor) in einer Richtung quer zur Messrichtung 3 keinen Einfluss auf eine Änderung des in einer Empfängerspule 40 induzierten Spannungssignals hat, da die Markierung immer noch von der Empfängerspule 40 überdeckt wird. Mit der Bezugsziffer 41 sind Anschlüsse der Empfängerspulen an eine Auswerteeinheit bezeichnet, mit der Bezugsziffer 34 sind Anschlüsse der Senderwindungen 30 an diese oder eine andere Auswerteeinheit, von welcher sie mit Spannung versorgt werden, bezeichnet. Top and bottom of the receiver coils 40 it can be seen that these, as well as the transmitter coils 30 , each at a distance 35 over the maximum width (across the measuring direction 3 ) survive the marker segments. This also ensures that a possible small shift of a sensor group 22 of individual coils (practically always only together with the entire absolute sensor) in a direction transverse to the measuring direction 3 does not affect a change in the receiver coil 40 induced voltage signal, since the marker is still from the receiver coil 40 is covered. With the reference number 41 are connections of the receiver coils to an evaluation designated, with the reference numeral 34 are connections of the transmitter windings 30 to this or another evaluation unit, from which they are supplied with voltage called.

Zusätzlich können an den beiden Enden des Abtastkopfes 2 in Messrichtung 3 zusätzliche Senderspulen, sogenannte Kompensationsspulen, vorgesehen sein, denen keine Empfängerspulen zugeordnet sind. Diese Kompensationsspulen dienen einer Homogenisierung des durch die Senderspulen erzeugten Feldes. Über der letzten Empfängerspule verhält sich das Feld somit wie über einer Empfängerspule innerhalb des Senders. Ohne die Kompensationsspulen würde sich das Feld am Randbereich ändern und die in den Empfängerspulen erzeugten Spannungssignale wären undeutlicher. In addition, at the two ends of the scanning head 2 in measuring direction 3 additional transmitter coils, so-called compensation coils, be provided, which are assigned no receiver coils. These compensation coils serve to homogenize the field generated by the transmitter coils. Over the last receiver coil, the field thus behaves as over a receiver coil within the transmitter. Without the compensation coils, the field at the edge region would change and the voltage signals generated in the receiver coils would be more indistinct.

Anstelle einer differentiellen Senderspule kann man ebenso die Empfängerspule differentiell gestalten, um eine Offsetfreiheit zu erreichen. In diesem Fall würde nicht die Senderspule 30, sondern jede Empfängerspule 40 jeweils zwei Windungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn aufweisen. Der durch die Markierungen 8 hervorgerufene Effekt auf das letztlich resultierende Signal eines Einzelsenders ist der gleiche. Die beschriebene Maßverkörperung 1 kann also für beide Arten von Abtastköpfen verwendet werden. Instead of a differential transmitter coil, it is also possible to differentiate the receiver coil in order to achieve offset freedom. In this case would not be the transmitter coil 30 but each receiver coil 40 each have two turns with opposite winding sense. The one by the markings 8th caused effect on the final resulting signal of a single transmitter is the same. The described material measure 1 so can be used for both types of scanheads.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US Pat. No. 6,271,661 B1 [0004]
EP 2502030 B1 [0005]

Claims

Measuring standard ( 1 ) for a position measuring device with respect to the material measure ( 1 ) movable scanning head ( 2 ) with a sensor (a, b, c) for scanning the material measure ( 1 ), whereby on the material measure ( 1 ) in the measuring direction ( 3 ) Marking segments are formed side by side, wherein transversely to the measuring direction ( 3 ) in each marking segment at least two marking areas ( 9 . 10 ) for carrying markings ( 8th ) are formed side by side, wherein each two of the at least two transverse to the measuring direction ( 3 ) side by side formed marking areas ( 9 . 10 ) per marking segment through a mark-free web ( 7 ) are separated.

Measuring standard ( 1 ) according to claim 1, wherein each marker segment represents one of at least two different information states.

Measuring standard ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the mark-free web ( 7 ) continuously along the measuring direction ( 3 ) runs.

Measuring standard ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the markings ( 8th ) have a different reluctance from the rest of the scale and / or electrical conductivity.

Measuring standard ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the markings ( 8th ) are formed as holes in the measuring graduation.

Measuring standard ( 1 ) according to one of the preceding claims, which is designed as an absolute measuring standard.

Measuring standard ( 1 ) according to one of the preceding claims, which at the edges of the marking segments, which delimit the marking segments in a direction transverse to the measuring direction, label-free areas ( 35 ) having.

Position measuring device with a material measure ( 1 ) according to one of the preceding claims and one with respect to the material measure ( 1 ) movable scanning head ( 2 ) with a sensor (a, b, c) for scanning the material measure ( 1 ).

Position measuring device according to claim 8, wherein the sensor (a, b, c) comprises at least one transmitter coil ( 30 ) and at least one receiver coil ( 40 ), wherein the at least one transmitter coil ( 30 ) and / or the at least one receiver coil ( 40 ) transverse to the measuring direction two turns ( 42 . 43 ) with opposite winding sense, wherein the sense of winding in an intersection area ( 4 ) changes.

Position measuring device according to claim 9, wherein the crossing region ( 4 ) opposite the mark free web ( 7 ) lies.

Position measuring device according to claim 9 or 10, wherein in the crossing region ( 4 ) a crossing point ( 37 ), at which the winding sense changes.

Position measuring device according to claim 11, wherein the mark-free web ( 7 ) has a width that is at least so great that the crossing point ( 37 ) when using the position measuring device always opposite the mark-free web ( 7 ) lies.

Position measuring device according to one of claims 9 to 12, which is formed so that in each case one of the at least two transverse to the measuring direction adjacent marker regions when using the position measuring device always exactly one of the two windings ( 42 . 43 ) is opposite to the opposite sense of winding.

Position measuring device according to one of claims 8 to 13, wherein the mark-free web ( 7 ) has a width that is at least as large as the crossing area together with a maximum displaceability of the sensor (a, b, c) transversely to the measuring direction ( 3 ).