DE19733885A1 - Measurement device for measuring travel and angle of rotation on moving objects with hard magnetic surface - Google Patents
Measurement device for measuring travel and angle of rotation on moving objects with hard magnetic surfaceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Wegen und Drehwinkeln an bewegten Gegenständen mit einer hartmagnetischen Oberfläche und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for measuring paths and angles of rotation on moving Objects with a hard magnetic surface and a device for carrying them through of the procedure.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus der Patentliteratur bekannt.Such methods and devices are known from the patent literature.
In der Offenlegungsschrift DE 44 24 633 A1 wird ein elektrischer Positionsantrieb, insbesondere für Schiebedächer von Kraftfahrzeugen beschrieben, das ein Schaltrad aufweist, auf dem dauermagnetische Markierungen in verschiedenen Positionen und in verschiedener Ausdehnung aufgebracht sind. Jeder dauermagnetischen Markierung ist ein Hallsensor zugeordnet. Die Hallsensor-Signale ermitteln die Position des Antriebs und werden in einer Elektronik mit den Betätigungssignalen zusammen zu Motorsteuersignalen verarbeitet. Die dauermagnetischen Markierungen können aus Plastoferritstreifen bestehen, die in Nuten eingeklebt sind.The published patent application DE 44 24 633 A1 describes an electric position drive, described in particular for motor vehicle sunroofs, which is a ratchet wheel has permanent magnetic markings in different positions and in different expansion are applied. Each permanent magnetic marker is a Hall sensor assigned. The Hall sensor signals determine the position of the drive and are in electronics with the actuation signals together to form engine control signals processed. The permanent magnetic markings can consist of plastoferrite strips, which are glued into grooves.
In der Offenlegungsschrift DE 43 11 267 wird ein Positionsgeber zur Überwachung der Radialwinkelstellung und/oder der Winkelgeschwindigkeit und/oder der Drehrichtung einer angetriebenen Welle beschrieben, der einen mit der Welle verbundenen, am Umfang mehrpolig lateral magnetisierten Läufer aufweist, der mit Magnetfeldsensoren zusammenwirkt, die auf einer sich senkrecht zur Wellenachse erstreckenden Platine angeordnet sind und deren Ausgangssignale in entsprechenden Auswerteschaltungen ausgewertet werden.In the published patent application DE 43 11 267 a position transmitter for monitoring the Radial angular position and / or the angular velocity and / or the direction of rotation of a described driven shaft, the one connected to the shaft, on the circumference Multi-pole laterally magnetized rotor with magnetic field sensors cooperates, which extends on a board perpendicular to the shaft axis are arranged and their output signals in corresponding evaluation circuits be evaluated.
Aus der Offenlegungsschrift DE 35 10 651 A1 ist ein inkrementaler Weggeber, insbesondere Drehwinkelsensor hoher Auflösung bekannt, bei dem einem Inkrementrad mit gebrochener Umfangsstruktur (Zahnung) eine auf die Strukturänderung mit einer Änderung ihrer Ausgangsspannung reagierende Sensoreinheit im vorgegebenen Abstand berührungsfrei gegenüberliegt. Die Sensoreinheit umfaßt zwei Sensorsysteme, die zueinander um eine viertel Periode der elektrischen Ausgangssignale räumlich versetzt sind oder die bei gleicher Umfangslage entsprechend räumlich versetzte Rotorstrukturbereiche abtasten, wobei die in eine Rechteckwellenform umgewandelten Ausgangssignale der beiden Sensorsysteme durch eine Gatterschaltung (exklusives ODER) so miteinander verknüpft werden, daß sich die doppelte Impulszahl bei sonst beibehaltenen räumlichen Abmessungen ergibt. From publication DE 35 10 651 A1 is an incremental encoder, in particular Rotation angle sensor known high resolution, in which an incremental wheel with broken Circumferential structure (serration) one on the structural change with a change of their Output voltage reacting sensor unit at a specified distance without contact opposite. The sensor unit comprises two sensor systems that are mutually one quarter period of the electrical output signals are spatially offset or the same Scan the circumferential position in accordance with spatially offset rotor structure areas, the in a square waveform converted output signals of the two sensor systems a gate circuit (exclusive OR) are linked together so that the twice the number of impulses with otherwise maintained spatial dimensions.
Aus den Offenlegungsschriften DE 39 40 505 A1 und DE 196 14 165 A1 sind Magnetdetektoren bekannt, bei denen ein Impulszahnrad ein Magnetfeld am Magnetfeldsensor verändert und wobei aus der Veränderung des Sensorsignales die Position des Impulszahnrades ermittelt wird.From the published documents DE 39 40 505 A1 and DE 196 14 165 A1 Magnetic detectors are known in which a pulse gear on a magnetic field Magnetic field sensor changed and the position from the change in the sensor signal of the pulse gear is determined.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Weg- und Winkelmessung von bewegten Gegenständen zu schaffen, das gleichermaßen für Linear- und Rotationsbewegungen von hartmagnetischen Werkstücken geeignet ist und das bei Einzel- und Massenartikeln kostengünstig realisierbar ist.The object of the invention is to provide a method for measuring the displacement and angle of moving To create objects that are equally suitable for linear and rotational movements of hard magnetic workpieces is suitable for single and bulk items is inexpensive to implement.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das nachstehend beschriebene Verfahren und die auf dem Verfahren basierende Vorrichtung gelöst.The object of the invention is achieved by the method described below and by device based on the method solved.
Auf die Oberfläche eines permanentmagnetischen Materials wird eine Magnetspur
aufmagnetisiert, deren Feldstärke in bestimmter Weise moduliert ist. Die Modulationsfunktion
F(x) ist streng periodisch mit der Periodenlänge Lm. Die Beschreibung bezieht sich zunächst
auf eine einzige Magnetspur in linearer Anordnung (Nachfolgend Meßspur genannt).
Zusätzlich können weitere Magnetspuren aufgebracht werden, um eine weitergehende
Positionsauswertung zu ermöglichen. Eine Maßverkörperung für Winkel wird erreicht durch
Abwicklung der Magnetspur(en) auf dem Umfang eines Kreises. Mindestens zwei
Magnetfeldsensoren tasten die Meßspur ab. Sie sind in einem Meßkopf mechanisch so
angeordnet, daß sie die Magnetspur versetzt abtasten. Der räumliche Versatz ist so gewählt,
daß er vorzugsweise 1/4 Lm beträgt, alternativ auch (n + 1/4) Lm. Wird der Meßkopf in
Längsrichtung der Magnetspur bewegt, so liefern die beiden Magnetfeldsensoren zwei
periodische Signale A und B. Ist die Modulationsfunktion eine Sinusfunktion, und sind beide
Sensoren linear mit der Feldstärke, so sind auch die Signale A und B Sinusfunktionen, die
zueinander phasenversetzt sind. Bei einem Versatz der Magnetsensoren um Lm/4 beträgt die
Phasenversiebung gerade 90°. Eine nachfolgende Auswerte-Elektronik gewinnt daraus in
bekannter Weise die Information über die zurückgelegte Wegstrecke. Ein herkömmliches
Zählverfahren arbeitet mit Schwellwert-Diskriminatoren und Vierfach-Auswertung und liefert:
A magnetic track is magnetized onto the surface of a permanent magnetic material, the field strength of which is modulated in a certain way. The modulation function F (x) is strictly periodic with the period length Lm. The description initially relates to a single magnetic track in a linear arrangement (hereinafter referred to as the measuring track). In addition, additional magnetic tracks can be applied to enable further position evaluation. A material measure for angles is achieved by developing the magnetic track (s) on the circumference of a circle. At least two magnetic field sensors scan the measurement track. They are mechanically arranged in a measuring head so that they scan the magnetic track offset. The spatial offset is chosen so that it is preferably 1/4 Lm, alternatively also (n + 1/4) Lm. If the measuring head is moved in the longitudinal direction of the magnetic track, the two magnetic field sensors deliver two periodic signals A and B. If the Modulation function is a sine function, and if both sensors are linear with the field strength, signals A and B are also sine functions that are out of phase with each other. If the magnetic sensors are offset by Lm / 4, the phase shift is just 90 °. Subsequent evaluation electronics obtain the information about the distance traveled in a known manner. A conventional counting method works with threshold discriminators and quadruple evaluation and delivers:
Xrel = (N.Lm/4).Xrel = (N.Lm / 4).
Die Feinposition innerhalb der Lm/4 Stufung erhält man z. B. durch
The fine position within the Lm / 4 gradation is obtained e.g. B. by
Xabs = Lm/360°.arctan(A/B).Xabs = Lm / 360 ° .arctan (A / B).
Hier ist A und B das sinusförmige Signal der beiden Magnetsensoren. Der zurückgelegte Weg setzt sich aus Xrel und Xabs zusammen. Here A and B is the sinusoidal signal from the two magnetic sensors. The path covered is made up of Xrel and Xabs.
Die meisten Anwendungen, z. B. im Maschinenbau, verlangen eine Positions- oder Winkelangabe in Bezug auf einen vorgegebenen Nullpunkt oder Referenzpunkt. Dieser Referenzpunkt wird dadurch gewonnen, daß eine zweite Magnetspur aufgebracht wird, nachfolgend Referenz- oder Hilfsspur genannt. Die Referenzspur braucht im einfachsten Fall nur eine einzige Singularität zu enthalten (z. B. einen Vorzeichenwechsel), deren Position von einem Magnetsensor erkannt wird und den Referenzpunkt darstellt. Die Anforderung an die Genauigkeit dieser Position stellt sich folgendermaßen dar:Most applications, e.g. B. in mechanical engineering, require a position or Angle specification in relation to a specified zero point or reference point. This The reference point is obtained by applying a second magnetic track, hereinafter referred to as the reference or auxiliary track. In the simplest case, the reference track is needed to contain only a single singularity (e.g. a change of sign), the position of a magnetic sensor is recognized and represents the reference point. The requirement for the The accuracy of this position is as follows:
Erfindungsgemäß ist die Funktion F(x) streng periodisch mit der Periodenlänge Lm. Das Meßsystem liefert nach dem Einschalten zunächst keine Information darüber, in welcher Periode sich die Meßköpfe befinden. Daher wird das System zunächst so lange verfahren, bis der Meßkopf die Singularität findet. Die zughörige Periode soll die Null-Periode genannt werden. Innerhalb der Null-Periode wird nun der Quadrant und anschließend Xabs bestimmt. Das System ist somit referenziert.According to the invention, the function F (x) is strictly periodic with the period length Lm After switching on, the measuring system initially does not provide any information about which Period the measuring heads are located. Therefore, the system is initially operated until the measuring head finds the singularity. The associated period should be called the zero period become. The quadrant and then Xabs are then determined within the zero period. The system is thus referenced.
Die Anforderung an die Positionsgenauigkeit der Singularität und an die Justiergenauigkeit des Magnetkopfes braucht nur so weit zu gehen, daß eine sichere Erkennung der Null-Periode erfolgt.The requirement for the position accuracy of the singularity and the adjustment accuracy of the Magnetic head only needs to go so far as to reliably detect the zero period he follows.
Die Erfindung wird anhand der Abbildungen näher beschrieben. Fig. 1 stellt einen Schnitt durch ein Schwerlast-Wälzlager mit einem erfindungsgemäßen Drehwinkelmeßkopf dar. An einer Halterung (22) ist ein Statorring (23) gelagert, an dem durch Wälzkörper (25) ein Wälzlagerring (20) drehbar gelagert ist. Der Wälzlagerring (20) trägt einen Drehkranz (21). An der äußeren Mantelfläche des Wälzlagerringes sind magnetisch codierte Spuren angebracht, denen gegenüber ein Mantelmeßkopf (10) angeordnet ist, der an einer Meßkopfhalterung (18) gehalten ist, welche mit der Halterung (22) starr verbunden ist.The invention is described in more detail with reference to the figures. Fig. 1 shows a section through a heavy duty roller bearings with an inventive Drehwinkelmeßkopf. A stator ring (23) is mounted on a bracket (22) on which is rotatably supported by rolling bodies (25) is a roller bearing ring (20). The roller bearing ring ( 20 ) carries a slewing ring ( 21 ). Magnetically coded tracks are attached to the outer circumferential surface of the roller bearing ring, opposite which is arranged a sheath measuring head ( 10 ) which is held on a measuring head holder ( 18 ) which is rigidly connected to the holder ( 22 ).
Fig. 2 stellt eine schematische Darstellung eines Wälzlagerringes (20) dar. An der Mantelfläche der Wälzlagerringes (20) ist ein Mantelmeßkopf (10) angeordnet, der die Sensoren M1, M2, M11, M12, den Referenzsensor R und den Störfeldsensor S trägt. Die Sensoren M1 und M2 sind der Meßspur 1 (31), die Sensoren M11 und M12 der Meßspur 2 (32) und der Referenzsensor R der Referenzspur (33) zugeordnet. Alle Sensoren bis auf den Störfeldsensor (17) sind im geringen Abstand zu der Meßfläche (34) angeordnet. Die Erfindung sieht ferner vor, daß der Meßkopf an der Stirnseite eines Wälzlagerringes angeordnet ist. In diesem Fall ist der Stirnmeßkopf (11) mit allen Sensoren analog dem Mantelmeßkopf der Spur (30) auf der Stirnfläche des Wälzlagerringes zugeordnet. Fig. 2 shows a schematic representation of a rolling bearing ring ( 20 ). On the outer surface of the rolling bearing ring ( 20 ), a jacket measuring head ( 10 ) is arranged, which carries the sensors M1, M2, M11, M12, the reference sensor R and the interference field sensor S. The sensors M1 and M2 are assigned to the measuring track 1 ( 31 ), the sensors M11 and M12 to the measuring track 2 ( 32 ) and the reference sensor R to the reference track ( 33 ). All sensors except the interference field sensor ( 17 ) are arranged at a short distance from the measuring surface ( 34 ). The invention further provides that the measuring head is arranged on the end face of a rolling bearing ring. In this case, the end measuring head ( 11 ) with all sensors is assigned to the track ( 30 ) on the end face of the rolling bearing ring analogously to the jacket measuring head.
Fig. 3 zeigt die räumliche Anordnung der magnetisch codierten Spuren auf der Meßfläche (34). Bei der Meßfläche kann es sich um die Mantelfläche eines Wälzlagerringes, um die Stirnfläche eines Wälzlagerringes oder um die Oberfläche eines Linearmaßstabes handeln. Dargestellt sind die Bereiche gleicher Magnetisierungsrichtung N und S auf einer Referenzspur R (33) und auf den Meßspuren 1 und 2 (31, 32). wobei die Meßspuren sich durch unterschiedliche Periodenlängen Lm auszeichnen. Fig. 3 shows the spatial arrangement of the magnetically coded tracks on the measuring surface ( 34 ). The measuring surface can be the outer surface of a rolling bearing ring, the end face of a rolling bearing ring or the surface of a linear scale. The areas of the same magnetization direction N and S are shown on a reference track R ( 33 ) and on measurement tracks 1 and 2 ( 31 , 32 ). the measuring tracks are characterized by different period lengths Lm.
In Fig. 4 ist die Schaltungsanordnung des Drehwinkelmeßsystemes im Prinzip dargestellt. Die Signale von den Sensoren (12, 13, 14, 15, 16, 17) werden über Meßverstärker (42, 43, 44, 45, . . .) einer elektronischen Auswerteschaltung zugeführt. In dieser Auswerteschaltung werden von den Signalen der Meßsensoren und von dem Signal des Referenzsensors das Signal des Störfeldsensors subtrahiert und die Amplituden der Modulationssignale normiert. Über eine Schnittstelle werden entweder analoge Spannungen an eine Steuerung (41) weitergeleitet oder mittels eines bekannten Datenprotokolles die Position der Referenzmarke bezüglich eines festen Punktes des Meßkopfes übergeben.In Fig. 4 the circuit arrangement of the rotation angle measuring system is shown in principle. The signals from the sensors ( 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 ) are fed to an electronic evaluation circuit via measuring amplifiers ( 42 , 43 , 44 , 45 ,...). In this evaluation circuit, the signal of the interference field sensor is subtracted from the signals of the measuring sensors and from the signal of the reference sensor and the amplitudes of the modulation signals are normalized. Analog voltages are either forwarded to a controller ( 41 ) via an interface or the position of the reference mark with respect to a fixed point of the measuring head is transferred using a known data protocol.
In Fig. 5 sind die Ausgangssignale der Sensoren M1 und M2 als Funktion des Weges x auf der Meßfläche längs der jeweiligen Spur dargestellt. Die phasenverschobenen Sinuskurven A und B sind von (hier als konstant angenommenen) Störfeld Ss(x) überlagert. Der Betrag des Störfeldes kann in der Praxis die Amplitude der Modulationsfunktionen A und B übersteigen, weshalb in einem Störfeldsensor der nicht von den magnetisch codierten Spuren herrührende Teil des Magnetfeldes gemessen wird. Es ist auch möglich, das Meßsystem durch einen Kalibrierlauf zu kalibrieren und das Störfeld rechnerisch zu eliminieren. Dazu werden die Signale SM1(x) und SM2(x) über mehrere Perioden Lm hinweg gemessen und durch Bestimmung der jeweiligen Maxima und Minima in der Auswerteelektronik (40) die Meßkurven auf die Nullinie symmetrisiert.In FIG. 5, the output signals of the sensors M1 and M2 as a function of distance x on the measurement surface along the respective track shown. The phase-shifted sine curves A and B are overlaid by interference field Ss (x) (assumed here as constant). In practice, the amount of the interference field can exceed the amplitude of the modulation functions A and B, which is why the part of the magnetic field that does not originate from the magnetically coded tracks is measured in an interference field sensor. It is also possible to calibrate the measuring system by means of a calibration run and to mathematically eliminate the interference field. For this purpose, the signals SM1 (x) and SM2 (x) are measured over several periods Lm and the measurement curves are symmetrized to the zero line by determining the respective maxima and minima in the evaluation electronics ( 40 ).
In Fig. 6 sind Ausführungsformen der Leseköpfe dargestellt. Fig. 6a) zeigt einen aufgeschnittenen Ferritkern (53), der einen Luftspalt (52) aufweist, der im Abstand von einigen Mikrometern über die Meßfläche (34) geführt wird. Der Magnetfeldsensor (51) mißt den magnetischen Fluß im Querschnitt des Ferritkernes. Die Breite des Luftspaltes muß dabei klein gegenüber der Periodenlänge Lm gewählt werden. Die Periodenlänge Lm beträgt je nach Genauigkeitsanforderungen 0,01 bis 8 mm; bei einer Periodenlänge von 0,5 mm erhält man eine Genauigkeit der Winkelposition von 0,001 mm, sofern der Abstand des Lesekopfes von der Meßfläche im Bereich 0,03 mm konstant gehalten wird und der Analog-Digital-Wandler eine Auflösung von 8 bit besitzt. In FIG. 6 embodiments are shown of the read heads. Fig. 6a) shows a cut core (53) having an air gap (52) which is guided at a distance of a few micrometers over the measurement surface (34). The magnetic field sensor ( 51 ) measures the magnetic flux in the cross section of the ferrite core. The width of the air gap must be chosen small compared to the period length Lm. Depending on the accuracy requirements, the period length Lm is 0.01 to 8 mm; with a period length of 0.5 mm, the angular position is accurate to 0.001 mm, provided that the distance between the reading head and the measuring surface is kept constant in the range of 0.03 mm and the analog-digital converter has a resolution of 8 bits.
In Fig. 6b) ist eine Lesekopfanordnung gezeigt, bei der der magnetische Fluß in einem Bandkern aus amorphem Metall (54) geführt, wobei der Fluß im Bandkern in dem Magnetfeldsensor (51) gemessen wird.In Fig. 6b), a read head arrangement is shown in which the magnetic flux is effected in a ribbon core of amorphous metal (54), wherein the flux in the tape core in the magnetic field sensor (51) is measured.
In Fig. 7a) ist ein Lesekopf dargestellt der einen Mehrzellen-Magnetschluß (55) aufweist, der mit der gleichen Periodenlänge Lm Ausformungen aufweist, die mit den Bereichen gleicher Magnetisierungsrichtung N zur Deckung bringbar sind. Ein weiterer Mehrzellen-Magnetschluß (56) der mit den Bereichen S zur Deckung bringbar ist, ist in einem Abstand von wenigstens einer Periode Lm längs der Meßfläche angeordnet. An dem Mehrzellen-Magnetschluß (55) ist ein Joch (57) angeordnet, das mit dem Mehrzellen-Magnetschluß (56) einen Spalt bildet, in dem der Magnetfeldsensor angeordnet ist.In Fig. 7a) a reading head is shown, which has a multi-cell magnetic circuit ( 55 ), which with the same period length Lm has formations which can be made to coincide with the areas of the same magnetization direction N. Another multi-cell magnetic circuit ( 56 ) which can be made to coincide with the areas S is arranged at a distance of at least one period Lm along the measuring surface. A yoke ( 57 ) is arranged on the multi-cell magnetic circuit ( 55 ) and forms a gap with the multi-cell magnetic circuit ( 56 ) in which the magnetic field sensor is arranged.
Fig. 7b) zeigt eine einfache Anordnung des Lesekopfes, bei der ein Magnetfeldsensor mit kleinem aktivem Meßvolumen direkt in kleinem Abstand über der Meßfläche (34) verschiebbar angeordnet ist. Fig. 7b) shows a simple arrangement of the reading head, in which a magnetic field sensor with a small active measuring volume is slidably arranged directly at a small distance above the measuring surface ( 34 ).
Fig. 8 stellt eine Anordnung der Drehwinkelmeßkopf-Halterung dar, bei der der Mantelmeßkopf (10) auf einer Sensorträgerplatte (80) die Sensoren M1, M2 und S trägt. Die Sensorträgerplatte ist mittels Abstützrollen (81, 82) an der Meßfläche verschiebbar gelagert. Der Mantelmeßkopf ist mittels Druckfedern (83, 84) an der Meßkopfhalterung (18) derart angebracht, daß bei Abstandsänderungen zwischen einem raumfesten Bezugspunkt und der Wälzlagerring-Mantelfläche der Abstand der Sensoren zur Meßfläche (34) stets konstant bleibt. Anstelle der Rollen können auch Gleitschienen vorgesehen sein. Bei Schwerlastlagern mit Drehkranzdurchmessern von über 0,5 m können in der Praxis die Abstandsänderungen bis zu 0,3 mm betragen; der Abstand der Meßsensoren zur Meßfläche muß jedoch je nach Genauigkeitsanforderungen an das Meßsystem auf 0.01 bis 0,03 mm konstant gehalten werden. Fig. 8 shows an arrangement of the rotation angle measuring head holder, in which the jacket measuring head ( 10 ) carries the sensors M1, M2 and S on a sensor carrier plate ( 80 ). The sensor carrier plate is slidably supported on the measuring surface by means of support rollers ( 81 , 82 ). The mantle measuring head is attached to the measuring head holder ( 18 ) by means of compression springs ( 83 , 84 ) in such a way that the distance between the sensors and the measuring surface ( 34 ) always remains constant when there are changes in distance between a fixed reference point and the rolling bearing surface. Instead of the rollers, slide rails can also be provided. In the case of heavy-duty bearings with slewing ring diameters of over 0.5 m, the distance changes can be up to 0.3 mm in practice; however, the distance between the measuring sensors and the measuring surface must be kept constant between 0.01 and 0.03 mm, depending on the accuracy requirements for the measuring system.
Durch die z. Teil erheblichen Verformungen des Wälzlagerringes bei Belastung, kann es zu Gefügeveränderungen im Bereich der Meßfläche (34) kommen, wodurch die Magnetisierung der magnetisch codierten Spur verändert werden kann. Um den Einfluß der Walkbewegung auf die Magnetisierung zu verkleinern, ist vorgesehen, in den Wälzlagerring (20) eine Nut (26) in der Nähe des Außenumfanges einzustechen und die Sensoren M1 und M2 an der Meßfläche im Bereich der Nut anzuordnen. Bei dem dargestellten Querschnitt des Wälzlagerringes (20) ist die Meßfläche keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt, sofern die Wälzkörper nicht in den Bereich der Nut hineinreichen.By the z. Partly considerable deformations of the rolling bearing ring under load, structural changes in the area of the measuring surface ( 34 ) can occur, as a result of which the magnetization of the magnetically coded track can be changed. In order to reduce the influence of the flexing movement on the magnetization, a groove ( 26 ) is provided in the rolling bearing ring ( 20 ) in the vicinity of the outer circumference and the sensors M1 and M2 are arranged on the measuring surface in the area of the groove. In the cross section of the rolling bearing ring ( 20 ) shown, the measuring surface is not exposed to any mechanical loads, provided the rolling elements do not extend into the area of the groove.
In Fig. 9 ist eine Anordnung zum Aufbringen der magnetischen Codierung mittels eines Mastergoniometers schematisch dargestellt. Auf einem Goniometersockel (70) ist ein Goniometertisch /1) drehbar gelagert, welcher den zu codierenden Wälzlagerring (20) trägt. Der Goniometertisch wird von einem Antriebsmotor angetrieben gedreht, wobei die jeweilige Winkelposition an eine elektronische Codiersteuerung (47) übergeben wird. Wird die Winkelposition in digitaler Form übergeben, so weist die Steuerung (47) einen Digital-Analog- Wandler mit Verstärker auf, der den Schreibstrom durch die Schreibspule im Schreibmagnet (92) synchron zur Drehung des Goniometers steuert. Ebenso wird der Schreibmagnet für die Referenzspur SMr (91) gesteuert. Wird vom Goniometer ein Analogsignal, das mit der Winkelposition korreliert ist, übergeben, so wird dieses in der Steuerung (47) phasenrichtig verstärkt und der Schreibspule zugeführt. Bei einem Winkelmeßsystem wird die Referenzspur derart codiert, daß die Magnetisierungsfunktion R(x) einen Vorzeichenwechsel von Minus nach Plus beim Winkel Null (genauer: zur Null-Periode) aufweist, während ein umgekehrter Vorzeichenwechsel einer anderen Periode, z. B. der bei 180° zugeordnet ist. Die Vorzeichendefinition ist hier insofern willkürlich, als sie ohne Verletzung der Allgemeingültigkeit sowohl dem Nord- als auch dem Südpol zugeordnet sein kann. Der Betrag der Funktion R(x) ist über den gesamten Bereich der Spur konstant und erzeugt im Referenzsensor ein Signal, dessen Betrag zu Diagnosezwecken verwendet werden kann.An arrangement for applying the magnetic coding by means of a mastergoniometer is shown schematically in FIG. 9. A goniometer table / 1) is rotatably mounted on a goniometer base ( 70 ) and carries the roller bearing ring ( 20 ) to be coded. The goniometer table is driven by a drive motor, the respective angular position being transferred to an electronic coding control ( 47 ). If the angular position is transferred in digital form, the control ( 47 ) has a digital-to-analog converter with amplifier which controls the write current through the write coil in the write magnet ( 92 ) synchronously with the rotation of the goniometer. The write magnet for the reference track SMr ( 91 ) is also controlled. If an analog signal that is correlated with the angular position is transmitted by the goniometer, this is amplified in phase in the control ( 47 ) and fed to the writing coil. In an angle measuring system, the reference track is coded in such a way that the magnetization function R (x) has a sign change from minus to plus at the angle zero (more precisely: to the zero period), while a reverse sign change of another period, e.g. B. which is assigned at 180 °. The sign definition is arbitrary in that it can be assigned to both the north and south poles without violating the generality. The amount of the function R (x) is constant over the entire area of the track and generates a signal in the reference sensor, the amount of which can be used for diagnostic purposes.
In Fig. 10 ist ein Schreibkopf (90) schematisch dargestellt, wobei eine Schreibspule (94) über ein Magnetjoch (93) gewickelt ist, das im Bereich der Meßfläche (34) zwei spitz zulaufende und durch einen Luftspalt getrennte Polschuhe aufweist. Der Schreibstrom ist bei dem Schreibkopf derart zu wählen, daß das zu codierende Material an der Meßoberfläche bis zur Sättigung magnetisiert wird. Jeweils vor einem Schreibvorgang wird die Meßfläche wenigstens im Bereich der Spuren mittels eines Magnetischen Wechselfeldes entmagnetisiert.In Fig. 10 a write head ( 90 ) is shown schematically, a write coil ( 94 ) being wound over a magnetic yoke ( 93 ) which has two tapered pole pieces in the area of the measuring surface ( 34 ) and separated by an air gap. The write current of the write head should be selected in such a way that the material to be encoded is magnetized on the measuring surface until saturation. Before each writing process, the measuring surface is demagnetized at least in the area of the tracks by means of an alternating magnetic field.
Das Codieren der Spuren erfolgt in der Regel vor Zusammenbau des Wälzlagers; es ist jedoch auch möglich, die Codierung am eingebauten Wälzlager vorzunehmen, sofern dies die räumlichen Verhältnisse erlauben.The tracks are usually encoded before the rolling bearing is assembled; However, it is also possible to make the coding on the built-in roller bearing, if this is the allow spatial conditions.
Verzeichnis der Abbildungen:List of pictures:
Fig. 1 Schnitt durch ein Schwerlast-Wälzlager mit Drehwinkelmeßkopf Fig. 1 section through a heavy-duty roller bearing with rotation angle measuring head
Fig. 2 Schematische Darstellung eines Wälzlagerringes mit Drehwinkelmeßköpfen Fig. 2 Schematic representation of a rolling bearing ring with rotation angle measuring heads
Fig. 3 Räumliche Anordnung der magnetisch codierten Spuren auf der Meßfläche Fig. 3 spatial arrangement of the magnetically coded tracks on the measuring surface
Fig. 4 Schaltungsanordnung für Drehwinkelmeßsystem Fig. 4 circuit arrangement for rotation angle measuring system
Fig. 5 Signalverläufe an den Magnetfeldsensor-Ausgängen Fig. 5 waveforms at the magnetic field sensor outputs
Fig. 6 Leseköpfe
Fig. 6 reading heads
- a) mit Ferritkern und Hallsensor a) with ferrite core and Hall sensor
- b) mit Band aus amorphem Metall und Hallsensorb) with amorphous metal band and Hall sensor
Fig. 7 Leseköpfe
Fig. 7 read heads
- a) Magnetschluß über mehrere gleichartige Magnetbereichea) Magnetic connection across several similar magnetic areas
- b) ohne Magnetschlußb) without magnetic connection
Fig. 8
Fig. 8
- a) Ansicht der Drehwinkel-Meßkopfhalterunga) View of the rotation angle measuring head holder
- b) Wälzlagerring mit eingestochener Nutb) Rolling ring with a grooved groove
Fig. 9 Anordnung zum Aufbringen der magnetischen Codierung mittels Mastergoniometer Fig. 9 arrangement for applying the magnetic coding by means of a mastergoniometer
Fig. 10 Schematische Darstellung des Schreibkopfes Fig. 10 Schematic representation of the print head
1010th
Mantelmeßkopf
Coat measuring head
1111
Stirnmeßkopf
Forehead measuring head
1212th
Sensor M1
M1 sensor
1313
Sensor M2
M2 sensor
1414
Sensor M11
M11 sensor
1515
Sensor M12
M12 sensor
1616
Referenzsensor R
Reference sensor R
1717th
Störfeldsensor S
Interference field sensor S
1818th
Meßkopfhalterung
Measuring head holder
2020th
Wälzlagerring
Rolling bearing ring
2121
Drehkranz
Slewing ring
2222
Halterung
bracket
2323
Statorring
Stator ring
2424th
Wälzkörper
Rolling elements
2525th
Wälzkörper
Rolling elements
2626
Nut
Groove
3030th
magnetisch codierte Spur
magnetically coded track
3131
Meßspur 1
Measuring track 1
3232
Meßspur 2
Measuring track 2
3333
Referenzspur
Reference track
3434
Meßfläche
Measuring surface
4040
elektronische Auswerteschaltung
electronic evaluation circuit
4141
Steuerung
control
4242
Meßverstärker
Measuring amplifier
4343
Meßverstärker
Measuring amplifier
4545
Meßverstärker
Measuring amplifier
4646
Meßverstärker
Measuring amplifier
4747
elektronische Codiersteuerung
electronic coding control
5050
Lesekopf
Read head
5151
Magnetfeldsensor (Hallsensor)
Magnetic field sensor (Hall sensor)
5252
Luftspalt
Air gap
5353
Ferritkern
Ferrite core
5454
Bandkern aus amorphem Metall
Band core made of amorphous metal
5555
Mehrzellen-Magnetschluß
Multi-cell magnetic circuit
5656
Mehrzellen-Magnetschluß
Multi-cell magnetic circuit
5757
Joch
yoke
6060
Grenze der Magnetisierungsrichtung
Limit of the direction of magnetization
6161
Bereich gleicher Magnetisierungsrichtung (S)
Area of the same magnetization direction (S)
6262
Bereich gleicher Magnetisierungsrichtung (N)
Area of the same magnetization direction (N)
7070
Goniometersockel
Goniometer base
7171
Goniometertisch
Goniometer table
8080
Sensorträgerplatte
Sensor carrier plate
8181
Abstützrolle
Support roller
8282
Abstützrolle
Support roller
8383
Druckfeder
Compression spring
8484
Druckfeder
Compression spring
9090
Schreibkopf
Printhead
9191
Schreibmagnet für Referenzspur
Writing magnet for reference track
9292
Schreibmagnet für Meßspur
Writing magnet for measuring track
9393
Magnetjoch
Magnetic yoke
9494
Schreibspule
Lm Periodenlänge.
Writing coil
Lm period length.
Claims (33)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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