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Die Erfindung betrifft ein Positions-/Wegmesssystem, umfassend einen magnetisch kodierten Maßkörper mit mindestens einer Kodierungsspur, welche sich in einer Längsrichtung erstreckt und welche als Absolutpositions-Bestimmungsbereich ausgebildet ist, und mit einer zweiten Kodierungsspur, welche parallel zu der ersten Kodierungsspur ist und als Inkrementalpositions-Bestimmungsbereich ausgebildet ist, und einen Sensorkopf, welcher bei einem Messvorgang in einer Höhenrichtung quer zu der Längsrichtung über dem Messkörper positioniert ist und eine erste Magnetfeld-Sensoreinrichtung aufweist, welche der ersten Kodierungsspur zugeordnet ist, und eine zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung aufweist, welche der zweiten Kodierungsspur zugeordnet ist.
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Wegsensoren mit magnetisch kodiertem Maßkörper sind in dem Buch
"Lineare Weg- und Abstandssensoren" von T. Burkhardt, A. Feinäugle, S. Fericean und A. Forkl, Verlag Moderne Industrie, Die Bibliothek der Technik, Band 271, München 2004 beschrieben.
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Die magnetischen Feldlinien, welche vom Maßkörper ausgehen, bilden ein dreidimensionales Vektorfeld. Der Sensorkopf bewegt sich oberhalb des Maßkörpers in diesem Feld. Im Sensorkopf befinden sich magnetfeldsensitive Sensoren, die entweder die Komponente des Magnetfeldvektors in der ersten Richtung oder den Winkel des magnetischen Vektorfelds zur ersten Richtung messen.
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Aus der
EP 2 182 330 A2 ist ein Positions-/Wegmesssystem bekannt, bei dem der Maßkörper sich in einer ersten Richtung und in einer quer zur ersten Richtung liegenden zweiten Richtung erstreckt, einen Absolutpositionsbestimmungsbereich aufweist und einen Inkrementalpositionsbestimmungsbereich mit einer Kodierung in der ersten Richtung aufweist, wobei der Absolutpositionsbestimmungsbereich eine Kodierung in der zweiten Richtung aufweist, der Sensorkopf eine erste Sensoreinrichtung mit einer Sensorauflösung parallel zur ersten Richtung aufweist, welche dem Inkrementalpositionsbereich zugeordnet ist, und eine zweite Sensoreinrichtung mit einer Sensorauflösung in einer zweiten Richtung aufweist, welche dem Absolutpositionsbestimmungsbereich zugeordnet ist.
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Aus der
EP 2 236 990 A2 ist ein Positions-/Wegmesssystem bekannt, umfassend mindestens einen magnetisch kodierten Maßkörper mit mindestens einer Kodierungsspur und eine Sensoreinrichtung mit mindestens einem für die Kodierung sensitiven Sensor, wobei die mindestens eine Kodierungsspur mindestens in einer ersten Richtung periodisch alternierend angeordnete Hauptfelder mindestens eines ersten Typs und eines zweiten Typs aufweist. Die Hauptfelder des ersten Typs und die Hauptfelder des zweiten Typs sind jeweils in Unterfelder von mindestens zwei unterschiedlichen Typen unterteilt.
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Aus der
EP 2 568 261 A2 ist ein Positions-/Wegmesssystem bekannt, umfassend mindestens einen kodierten Maßkörper mit mindestens einer Kodierungsspur, welcher sich in einer Messrichtung erstreckt, und eine Sensoreinrichtung mit mindestens einem für die Kodierung sensitiven Sensorkopf, wobei der mindestens eine Sensorkopf mindestens eine erste Sensoreinheit und eine zweite Sensoreinheit umfasst, welche jeweilige Sensorsignale bereitstellen und welche in der Messrichtung beabstandet zueinander sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Positions-/Wegmesssystem bereitzustellen, welches bei einfacher Ausgestaltung auch beim Einschalten gültige Signale bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Messsystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sensorkopf eine Erstreckung in der Längsrichtung aufweist, die erste Magnetfeld-Sensoreinrichtung eine Mehrzahl von Magnetfelddetektoren aufweist, welche in der Längsrichtung zueinander beabstandet sind und in einer Reihe angeordnet sind, und die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung mindestens einen Magnetfelddetektor aufweist, welcher quer zu der Längsrichtung beabstandet zu der Reihe angeordnet ist, und dass die zweite Kodierungsspur ein Ende aufweist und in einem Endbereich an dem Ende so ausgebildet ist, dass die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung ein Falschsignal bereitstellt, wenn nicht alle Magnetfelddetektoren der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung über der ersten Kodierungsspur liegen und/oder der Sensorkopf eine dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung aufweist, welche mindestens einen Gültigkeits-Magnetfelddetektor umfasst, wobei die Reihe bezogen auf die Längsrichtung zwischen dem mindestens einen Gültigkeits-Magnetfelddetektor und dem mindestens einen Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung positioniert ist und/oder die Reihe zwischen einem ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektor und einem zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor positioniert ist.
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Ein Positions-/Wegmesssystem, welches einen magnetisch kodierten Maßkörper umfasst und die Messung auf Magnetfeldern basiert ist, kann nur dann ein verwertbares Positionssignal beziehungsweise Wegsignal bereitstellen, wenn alle Magnetfelddetektoren über dem Maßkörper positioniert sind. Grundsätzlich ist es möglich, dass beispielsweise beim Einschalten des Systems der Sensorkopf so relativ zu dem Maßkörper positioniert ist, dass nicht alle Magnetfelddetektoren über dem Maßkörper positioniert sind, das heißt, dass eine Projektion eines Magnetfelddetektors in der Höhenrichtung nicht auf dem Maßkörper liegt, sondern außerhalb des Maßkörpers liegt. Eine Messung ist dann nicht verwertbar, da sie kein relevantes Positionsergebnis beziehungsweise Wegergebnis liefert.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung gibt es nur eindeutige Werte (welche "richtig" sind) oder nicht detektierbare Werte. Es gibt keine "falschen" Werte, welche irrtümlich als "richtig" angesehen werden.
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Solche Fälle, bei denen mindestens ein Magnetfelddetektor außerhalb des Maßkörpers liegt, lassen sich leicht erkennen, wenn der mindestens eine Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung außerhalb des Maßkörpers positioniert ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die zweite Kodierungsspur modifiziert und/oder der Sensorkopf weist mindestens einen Gültigkeits-Magnetfelddetektor auf, so dass auch derjenige Fall erkennbar ist, bei dem der mindestens eine Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung über dem Maßkörper liegt, jedoch mindestens ein Magnetfelddetektor der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung außerhalb des Maßkörpers liegt. Es lassen sich dadurch insbesondere auch beim Einschalten des Systems alle Fälle erkennen, bei dem Messergebnisse nicht nutzbar sind, das heißt keine Positionsinformation beziehungsweise Weginformation liefern.
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Die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung und/oder die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung stellt ein Falschsignal bereit. Das Falschsignal kann ein explizites Signal sein, welches anzeigt, dass beispielsweise nichtkonsistente Messergebnisse vorliegen. Das Falschsignal kann aber auch ein Signal sein, welches erst durch eine Auswertungseinrichtung als Falschsignal interpretiert wird, wobei die Auswertungseinrichtung dann entscheidet, ob entsprechende Messergebnisse nutzbar sind oder nicht.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich derjenige Fall abfangen, bei dem der mindestens eine Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung über dem Maßkörper liegt, jedoch ein oder mehrere Magnetfelddetektoren der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung außerhalb der ersten Kodierungsspur liefern. Es wird in diesem Fall kein absolutes Positionsbestimmungsergebnis bereitgestellt. Dies wird durch eine entsprechend Modifikation der zweiten Kodierungsspur im Endbereich erreicht, so dass die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung hier ein Falschsignal bereitstellen kann.
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Bei einer kombinatorischen oder alternativen Ausführungsform weist der Sensorkopf die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung mit mindestens einem Gültigkeits-Magnetfelddetektor auf. Zwei Gültigkeits-Magnetfelddetektoren oder (mindestens) ein Gültigkeits-Magnetfelddetektor in Kombination mit einem Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung liefern Signale, welche sich vergleichen lassen und bei einer entsprechend relevanten Abweichung, die anzeigt, dass ein Gültigkeits-Magnetfelddetektor beziehungsweise der mindestens eine Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung außerhalb des Maßbands liegt, ergeben eine Inkonsistenz, welche wiederum zeigt, dass entsprechende Messergebnisse nicht die Position beziehungsweise den Weg des Sensorkopfs an dem Maßkörper wiederspiegeln. Insbesondere wird dann ein entsprechendes Falschsignal geliefert.
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Günstigerweise haben die erste Kodierungsspur und die zweite Kodierungsspur eine Mehrzahl von magnetischen Polfeldern. Über die magnetischen Polfelder lässt sich sowohl die Absolutposition mit der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung als auch inkrementelle Position mit der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung bestimmen und es ergibt sich eine genaue Bestimmung der Absolutposition. Auch bei einer Bewegung des Sensorkopfs über den Maßkörper lässt sich die Position beziehungsweise der Weg bestimmen.
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Es ist günstig, wenn die Polfelder eine gleiche Grundläge in der Längsrichtung aufweisen. Es ergibt sich dadurch bei einfacher Herstellbarkeit eine einfache Auswertbarkeit.
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Insbesondere beträgt ein Abstand der Magnetfelddetektoren der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung eine Grundlänge der Polfelder. Dadurch lässt sich auf einfache Weise über eine Mehrzahl von Magnetfelddetektoren bei einer entsprechend magnetisch kodierten ersten Kodierungsspur eine absolute Position bestimmen.
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Es ist ferner günstig, wenn die Polfelder in der zweiten Kodierungsspur eine alternierende Magnetisierung aufweisen, wobei insbesondere eine magnetische Periode das Doppelte einer Grundlänge ist. Es lässt sich dadurch eine inkrementelle Position auf einfache Weise bestimmen, wobei diese inkrementelle Position über die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung ermittelt wird. Durch Aufsummierung der über die erste Kodierungsspur ermittelten Absolutposition und der über die zweite Kodierungsspur Inkrementellenposition lässt sich eine Absolutposition mit hoher Genauigkeit und Auflösung erreichen.
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Günstig ist es, wenn der mindestens eine Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung und der Magnetfelddetektor der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung auf einer Linie liegen, welche senkrecht zu der Längsrichtung ist. Dadurch ergibt sich eine einfache Auswertbarkeit.
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Es ist ferner günstig, wenn der Magnetfelddetektor der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung, welcher auf der Linie senkrecht zu der Längsrichtung liegt, ein mittlerer Magnetfelddetektor in der Reihe der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung ist. Dadurch lässt sich ein genaues Positionsbestimmungsergebnis beziehungsweise Wegbestimmungsergebnis erreichen. Der Modifizierungsbereich im Endbereich lässt sich klein halten.
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Die Modifizierung der zweiten Kodierungsspur im Endbereich lässt sich auf verschiedene Arten und Weisen durchführen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Kodierungsspur im Endbereich nicht magnetisiert und insbesondere nicht definiert magnetisiert. Es liegt dann insbesondere im Endbereich der zweiten Kodierungsspur keine ausreichende Feldstärke insbesondere über einen Stellenwert vor. Dies ist durch die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung erkennbar, welche dann ein entsprechendes Falschsignal bereitstellt.
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Bei einer alternativen Ausführungsform sind Polfelder der zweiten Kodierungsspur im Endbereich übermagnetisiert und/oder entmagnetisiert. Es liegt dann eine definierte Feldstärke vor, wobei jedoch keine alternierende Abfolge vorliegt. Dies ist durch den Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung erkennbar. Das entsprechende inkonsistente Ergebnis führt zu einem Falschsignal, welches von der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung direkt geliefert wird oder welches von einer Auswertungseinrichtung als solches erkannt wird.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform sind Polfelder der zweiten Kodierungsspur im Endbereich durch ein Abschirmelement aus magnetisch leitfähigem Material mindestens teilweise bezogen auf die Höhenrichtung abgedeckt. Zwischen dem Sensorkopf und dem Maßkörper liegt dann im Endbereich das Abschirmelement. Das Abschirmelement wiederum führt zu Inkonsistenzen bezüglich Feldstärke und/oder fehlender Alternierung, so dass die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung ein Falschsignal bereitstellt.
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Es ist auch möglich, dass Kodierungsmaterial der zweiten Kodierungsspur im Endbereich mechanisch entfernt ist. Es liegt dann insbesondere keine ausreichende Feldstärke vor beziehungsweise es liegt keine Alternierung vor, welches durch die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung detektierbar ist. Die Entfernung erfolgt beispielsweise durch Stanzen, Fräsen, Schneiden, Abkratzen usw.
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Es ist bei einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass an dem Bereich mit entferntem Kodierungsmaterial ein Abschirmelement aus magnetisch leitfähigem Material positioniert ist. Durch dieses Element lässt sich der Maßkörper mit einheitlicher Höhe ausbilden (obwohl im Endbereich Material entfernt wurde). Ferner lässt sich der Effekt verstärken, dass der Endbereich modifiziert ist und dies entsprechend erkennbar ist.
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Insbesondere ist der Bereich mit entferntem Kodierungsmaterial durch ein Abdeckband bezogen auf die Höhenrichtung abgedeckt, welches insbesondere ein Abschirmelement abdeckt. Dadurch ergibt sich ein einfacher mechanischer Aufbau. Das Abdeckband kann dabei auch alle Polfelder des Maßkörpers abdecken.
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Es kann dabei vorgesehen sein, insbesondere zum Höhenausgleich, dass ein Füllmaterial und insbesondere Kleber zwischen dem Abdeckband und dem Abschirmelement angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein einfacher stabiler mechanischer Aufbau mit einem entsprechend modifizierten Endbereich der zweiten Kodierungsspur.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Länge des Endbereichs in der Längsrichtung in einem Abstand eines ersten äußeren Magnetfelddetektors der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung zu dem mindestens einen Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung in der Längsrichtung entspricht. Dadurch lässt sich auf einfache Weise der Fall berücksichtigen, bei dem der mindestens eine Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung bereits über dem Maßkörper liegt und der erste äußere Magnetfelddetektor der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung noch außerhalb des Maßkörpers liegt. Es lässt sich dadurch auf einfache Weise beim Einschalten des Systems für jegliche Position des Sensorkopfs zu dem Maßkörper erkennen, ob gültige Messergebnisse vorliegen oder ob die Messergebnisse nicht verwendbar sind.
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Insbesondere ist der erste äußere Magnetfelddetektor derjenige Magnetfelddetektor der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung, welche bei einer Bewegung des Sensorkopfs in der Längsrichtung von außerhalb des Endbereichs über den Maßkörper zuletzt über den Maßkörper gelangt. Dadurch lässt sich bei jeder Position des Sensorkopfs zu dem Maßkörper auch beim Einschalten des Systems ein gültiges Messergebnis (bezüglich Positionsbestimmung beziehungsweise Wegbestimmung) erreichen beziehungsweise es wird angezeigt, dass das Messergebnis nicht nutzbar ist beziehungsweise es wird nach außen gar kein Messergebnis abgegeben.
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Insbesondere weist der Endbereich eine Länge auf, welche mindestens einer Grundlänge eines Polfeldes entspricht und insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches der Grundlänge ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein sicher funktionierendes Positions-/Wegmesssystem mit magnetisch kodiertem Maßkörper realisieren.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der erste Gültigkeits-Magnetfelddetektor und der zweite Gültigkeits-Magnetfelddetektor in der Reihe der Magnetfelddetektoren der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung angeordnet sind. Die Magnetfelddetektoren der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung sind dann zwischen dem ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektor und dem zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor positioniert. Der erste Gültigkeits-Magnetfelddetektor und der zweite Gültigkeits-Magnetfelddetektor sind äußere Magnetfelddetektoren. Wenn das Signal des ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektors mit dem zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor verglichen wird insbesondere bezüglich Konsistenz, dann lässt sich erkennen, ob ein Messergebnis zur Positionsbestimmung beziehungsweise Wegbestimmung verwendbar ist oder nicht. Die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung kann ein Falschsignal liefern, welches anzeigt, ob eine Messung bezüglich der Positionsbestimmung beziehungsweise Wegbestimmung gültig ist oder nicht.
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Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass ein dritter Gültigkeits-Magnetfelddetektor und ein vierter Gültigkeits-Magnetfelddetektor in einer Reihe mit dem mindestens einen Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine hohe Messsicherheit.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass der dritte Gültigkeits-Magnetfelddetektor und der erste Gültigkeits-Magnetfelddetektor auf einer Linie liegen, welche senkrecht zu der Längsrichtung orientiert ist, und/oder der zweite Gültigkeits-Magnetfelddetektor und der vierte Gültigkeits-Magnetfelddetektor auf einer Linie liegen, welche senkrecht zu der Längsrichtung ist. Dadurch ergibt sich auf einfache Weise eine hohe Messgenauigkeit.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der erste Gültigkeits-Magnetfelddetektor und der zweite Gültigkeits-Magnetfelddetektor in einer Reihe mit dem mindestens einen Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung positioniert. Der Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung liegt dadurch zwischen dem Gültigkeits-Magnetfelddetektor der dritten Magnetfeld-Sensoreinrichtung des Sensorkopfs. Auch auf diese Weise kann ein Fall erfasst werden, bei dem mindestens ein Magnetfelddetektor der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung außerhalb des Maßkörpers liegt. Es wird die Konsistenz der Signale des ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektors und des zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektors überprüft und die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung liefert direkt ein Falschsignal beziehungsweise das von ihr bereitgestellte Signal ist durch eine Auswertungseinrichtung als Falschsignal erkennbar.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind der mindestens eine Gültigkeits-Magnetfelddetektor und der mindestens eine Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung in einer Reihe angeordnet, wobei ein Abstand zwischen dem mindestens einen Gültigkeits-Magnetfelddetektor und dem mindestens einen Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung größer ist als ein Abstand zwischen einem ersten äußeren Magnetfelddetektor und einem zweiten äußeren Magnetfelddetektor der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung auch ein Magnetfelddetektor der dritten Magnetfeld-Sensoreinrichtung. Durch Überprüfung der Konsistenz der Signale des mindestens einen Gültigkeits-Magnetfelddetektors und des mindestens einen Magnetfelddetektors der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung lässt sich ermitteln, ob alle Magnetfelddetektoren der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung über dem Maßkörper liegen.
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Insbesondere entspricht ein Abstand des mindestens einen ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektors in der Längsrichtung zu dem nächstbenachbarten Magnetfelddetektor der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung einer Grundlänge eines Polfeldes. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine entsprechende Überprüfung der Gültigkeit von Messsignalen realisieren.
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Günstig ist es, wenn ein Magnetfelddetektor insbesondere der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung ein Magnetfeld-Sensor-Paar umfasst, wobei die Magnetfeld-Sensoren des Magnetfeld-Sensor-Paars in einem Abstand in der Längsrichtung von n mal 0,5 einer Grundlänge eines Polfeldes zueinander positioniert sind und n eine ungerade natürliche Zahl ist.
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Auch die Magnetfelddetektoren der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung und der dritten Magnetfeld-Sensoreinrichtung können Magnetfeld-Sensor-Paare sein. Durch die Anordnung wird eine unterschiedliche Phasenlage der Magnetfeld-Sensoren im Paar relativ zueinander erreicht, welche entsprechend auswertbar ist.
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Insbesondere stellen Magnetfelddetektoren der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung ein digitales Signal bereit. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Absolutposition bestimmen.
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Weiterhin ist es günstig, wenn der mindestens eine Magnetfelddetektor der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung ein analoges Signal bereitstellt. Dadurch kann auf einfache Weise eine inkrementelle Position ermittelt werden.
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Ein Weg oder eine Position des Sensorkopfs an dem Maßkörper ist insbesondere ermittelt als Summe einer ermittelten absoluten Position an der ersten Kodierungsspur und einer inkrementellen Position an der zweiten Kodierungsspur. Über die erste Kodierungsspur lässt sich die absolute Position bestimmen im Wesentlichen mit der Auflösung der Länge eines Polfeldes. Durch Hinzuziehen der zweiten Kodierungsspur und der inkrementellen Position wird die Genauigkeit erhöht.
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Günstigerweise ist eine Auswertungseinrichtung vorgesehen, welche ein Falschsignal bereitstellt und/oder kein Positionssignal/Wegsignal bereitstellt, wenn die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung oder die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung ein Falschsignal liefert. Die Auswertungseinrichtung kann dann nach außen ein Falschsignal beispielsweise an eine übergeordnete Steuerung abgeben oder überhaupt kein Positionssignal beziehungsweise Wegsignal abgeben, um anzuzeigen, dass die Messung nicht gültig ist.
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Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn eine Auswertungseinrichtung nur dann ein Positionssignal/Wegsignal bereitstellt, wenn die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung oder die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung kein Falschsignal bereitstellt.
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Insbesondere ist die Auswertungseinrichtung in dem Sensorkopf angeordnet. Dadurch ergibt sich ein kompakter Aufbau.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Auswertungseinrichtung außerhalb des Sensorkopfs beispielsweise in einer übergeordneten Steuerung angeordnet ist.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensorkopfs für einen magnetisch kodierten Maßkörper;
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2 bis 5 in einer Draufsicht verschiedene Positionen des Sensorkopfs zu einem magnetisch kodierten Maßkörper;
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6 ein erstes Ausführungsbeispiel eines in einer zweiten Kodierungsspur modifizierten Maßkörpers in Draufsicht;
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7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines modifizierten Maßkörpers in Draufsicht;
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8 ein drittes Ausführungsbeispiel eines modifizierten Maßkörpers in Draufsicht;
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9 ein viertes Ausführungsbeispiel eines modifizierten Maßkörpers in einer schematischen Seitenansicht;
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10 ein erstes Ausführungsbeispiel eines modifizierten Sensorkopfs in einer schematischen Draufsicht;
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11 ein zweites Ausführungsbeispiel eines modifizierten Sensorkopfs in schematischer Draufsicht;
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12 ein drittes Ausführungsbeispiel eines modifizierten Sensorkopfs in schematischer Draufsicht; und
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13 ein viertes Ausführungsbeispiel eines modifizierten Sensorkopfs in schematischer Draufsicht.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Positions-/Wegmesssystems, welches in den 2 bis 5 mit 10 bezeichnet ist, umfasst einen magnetisch kodierten Maßkörper 12 und einen Sensorkopf 14. Der Sensorkopf 14, von dem ein Ausführungsbeispiel in 1 schematisch gezeigt ist, weist ein Gehäuse 16 auf. In dem Gehäuse 16 ist eine erste Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 angeordnet. Diese erste Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 weist eine Mehrzahl von Magnetfelddetektoren 20 auf. Die Magnetfelddetektoren 20 sind in einer Reihe 22 angeordnet. Insbesondere liegen die Magnetfelddetektoren 20 auf einer Linie 24 fluchtend ausgerichtet. Die Linie 24 ist, wie untenstehend noch näher erläutert wird, parallel zu einer Längsrichtung 26, längs welcher sich der magnetisch kodierte Maßkörper 12 erstreckt (vgl. 2).
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Die Magnetfelddetektoren 20 der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 sind beabstandet zueinander mit einem Abstand D. Dieser Abstand D zwischen benachbarten Magnetfelddetektoren 20 ist für alle Magnetfelddetektoren 20 der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 gleich.
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Der Abstand D entspricht, wie untenstehend noch näher erläutert wird, einer halben magnetischen Periode 2d des Maßkörpers 12 beziehungsweise einer Grundlänge d in der Längsrichtung 26 von Polfeldern des Maßkörpers 12.
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Die jeweiligen Magnetfelddetektoren 20 der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 dienen zur Aufnahme von Positions-/Weginformationen des Sensorkopfs 14, wenn dieser über dem Maßkörper 12 in einer Höhenrichtung (welche in den 2 bis 5 senkrecht zur Zeichenebene liegt) positioniert ist und dabei insbesondere beabstandet zu dem Maßkörper 12 ist. Die Magnetfelddetektoren messen die Komponente eines Magnetfeldvektors in der Richtung ihrer Empfindlichkeit oder den Winkel des magnetischen Vektorfelds zur Längsrichtung 26.
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Die Magnetfelddetektoren 20 stellen insbesondere ein digitales Signal bereit. Die Anzahl dieser Magnetfelddetektoren 20 (A1, A2, ...) bestimmt eine maximale Länge des Maßkörpers 12, die sich eindeutig erfassen lässt.
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In 1 sind sechs Magnetfelddetektoren 20 gezeigt. Die Reihe 22 der Magnetfelddetektoren 20 ist in der Längsrichtung 26 ausgerichtet. In einer Querrichtung 28 zu der Längsrichtung 26 weist der Sensorkopf 14 eine zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 auf. Diese umfasst (mindestens) einen Magnetfelddetektor 32.
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Der Magnetfelddetektor 32 (und auch vorzugsweise die Magnetfelddetektoren 20) ist insbesondere als Magnetfeld-Sensor-Paar mit einem ersten Magnetfeld-Sensor 34a und einem zweiten Magnetfeld-Sensor 34b ausgebildet. Der erste Magnetfeld-Sensor 34a und der zweite Magnetfeld-Sensor 34b sind in der Längsrichtung 26 (in 1 aus darstellerischen Gründen nicht gezeigt) beabstandet. Der Abstand beträgt ein ungeradzahliges Vielfaches eines Viertels der Magnetfeldperiode 2d beziehungsweise ein ungeradzahliges Vielfaches einer halben Grundlänge d der Polfelder.
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Die Magnetfeld-Sensoren 34a und 34b des Magnetfelddetektors 32 werden auch als Sinus-Sensor und Cosinus-Sensor bezeichnet, da bei sinusförmigem Verlauf von den entsprechenden ausgegebenen Signalen der Phasenunterschied zwischen diesen ein ungeradzahliges Vielfaches von 90° beträgt.
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Der Magnetfelddetektor 32 stellt insbesondere analoge Signale bereit.
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Der Sensorkopf 14 umfasst einen Verstärker 36 und einen Analog/Digital-Wandler 38. Signale des Magnetfelddetektors 32 werden dem Verstärker 36 bereitgestellt, wo sie verstärkt werden und dem Analog/Digital-Wandler 38 zugeführt werden. Die analogen Signale werden dort in digitale Signale gewandelt. Die digitalen Signale wiederum werden einem Interpolator 40 zugeführt, welcher eine Interpolation durchführt. Die interpolierten Signale werden einer Auswertungseinrichtung 42 bereitgestellt, welche insbesondere in Form eines Mikrocontrollers realisiert ist.
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Signale der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 werden ebenfalls der Auswertungseinrichtung 42 bereitgestellt.
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Die Auswertungseinrichtung 42 bestimmt eine Position beziehungsweise einen Weg des Sensorkopfs 14 an dem Maßkörper 12 durch Summierung von entsprechenden Positionssignalen beziehungsweise Wegsignalen der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30, welche absolute Positionssignale beziehungsweise Wegsignale sind, und von Inkrementalpositionssignalen beziehungsweise Inkrementalwegsignalen der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auswertungseinrichtung 42 in dem Sensorkopf 14 und dabei in dem Gehäuse 16 angeordnet.
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Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Auswertungseinrichtung 42 außerhalb des Gehäuses 16 angeordnet ist und beispielsweise in einer übergeordneten Steuerung angeordnet ist.
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Entsprechende Positions- beziehungsweise Wegsignale werden von der Auswertungseinrichtung 42 einer Signalanpassungseinrichtung 44 bereitgestellt, welche dann ein nutzbares Positionssignal beziehungsweise Wegsignal an einem Ausgang 46 abgibt.
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Der Sensorkopf 14 umfasst eine Energieversorgungseinrichtung 48, welche entsprechenden Komponenten des Sensorkopfs 14 elektrische Energie bereitstellt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Sensorkopf 14 einen Anschluss 50 zur Einkopplung von elektrischer Energie auf. Beispielsweise ist eine Kabelverbindung für den Anschluss 50 vorgesehen.
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Es ist grundsätzlich auf möglich, dass beispielsweise die Energieversorgungseinrichtung 48 drahtlos mit Energie beispielsweise über eine an dem Sensorkopf 14 angeordnete Batterie versorgt ist.
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Wie oben erwähnt, ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Auswertungseinrichtung 42 in den Sensorkopf 14 integriert.
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Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Signale der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 und die Signale der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 an eine externe Auswertungseinrichtung geliefert werden, an der die Auswertung und insbesondere die Summenbildung erfolgt. Es ist dann ein entsprechender Anschluss 52 vorgesehen, über welchen (digitale) Signale der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 bereitgestellt sind. Über den Anschluss 46 sind dann beispielsweise Signale der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 insbesondere als digitale Signale bereitgestellt.
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Der Maßkörper 12 umfasst eine erste Kodierungsspur 54 und eine zweite Kodierungsspur 56. Die erste Kodierungsspur 54 und die zweite Kodierungsspur 56 erstrecken sich in der Längsrichtung 26 und sind parallel zueinander. Sie stoßen insbesondere quer zur Längsrichtung 26 aneinander.
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Die erste Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 ist der ersten Kodierungsspur 54 zugeordnet. Die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 ist der zweiten Kodierungsspur 56 zugeordnet.
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Die erste Kodierungsspur 54 ist als Absolutpositions-Bestimmungsbereich ausgebildet. Die zweite Kodierungsspur 56 ist als Inkrementalpositions-Bestimmungsbereich ausgebildet. Die erste Kodierungsspur 54 umfasst den Absolutteil des Maßkörpers 12 und die zweite Kodierungsspur 56 den Inkrementalteil des Maßkörpers 12.
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Mit der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 erkennt der Sensorkopf 14 aus der ersten Kodierungsspur 54 die Position einer magnetischen Periode am Maßkörper 12. Die erste Kodierungsspur 54 ist dabei entsprechend kodiert. Mit der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 wird die Position innerhalb dieser Periode ermittelt. Die Position beziehungsweise die absolute Position ist dann die Summe der so ermittelten Einzelpositionen.
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Die erste Kodierungsspur 54 umfasst eine Mehrzahl von in der Längsrichtung 26 hintereinander angeordneten magnetischen Polfeldern 85. Diese weisen die Grundlänge d auf, wobei alle Polfelder 58 die gleiche Grundlänge d haben.
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Die zweite Kodierungsspur 56 weist ebenfalls Polfelder 58 der Grundlänge d auf. In der zweiten Kodierungsspur 56 sind die Polfelder 58 bezüglich ihrer magnetischen Polung alternierend, das heißt die Abfolge von Nordpol und Südpol in der Ausrichtung zu dem Sensorkopf 14 hin wechselt ab.
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(In den 2 bis 5 ist eine schematische Draufsicht von oben gezeigt. Sichtbar ist das jeweilige obere Polfeld, welches nächstliegend zu dem Sensorkopf 14 ist, wenn dieser über den Maßkörper 12 in der Höhenrichtung beabstandet bewegt wird. Unter dem Polfeld 58 (in den 2 bis 5 nicht sichtbar) liegt ein entsprechendes Polfeld mit in Relation zu dem oberen Polfeld entgegengesetzter Magnetisierung.)
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In 2 ist eine Stellung des Sensorkopfs 14 gezeigt, bei welchem dieser beabstandet zu einem Ende 60 des Maßkörpers 12 ist. Der Sensorkopf 14 ist vollständig außerhalb des Maßkörpers 12 positioniert.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Magnetfelddetektor 32 der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 in einem mittleren Bereich zwischen einem ersten äußeren Magnetfelddetektor 62a der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 und einem zweiten äußeren Magnetfelddetektor 62b der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18.
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Der Magnetfelddetektor 32 liegt dabei auf einer Linie 64, welche senkrecht zu der Längsrichtung 26 orientiert ist.
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Der Sensorkopf 14 ist bezüglich der Linie 24 der Reihe 22 parallel zur Längsrichtung 26 ausgerichtet. Er ist dabei so ausgerichtet, dass die Magnetfelddetektoren 20, wenn der Sensorkopf 14 über den Maßkörper 12 gebracht wird, über der ersten Kodierungsspur 54 liegen, und der Magnetfelddetektor 32 der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 über der zweiten Kodierungsspur 56 liegt.
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Wenn bei der in 2 gezeigten Position des Sensorkopfs 14 das System angeschaltet wird, dann liegen die Magnetfelddetektoren 20, 32 der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 und der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 außerhalb der relevanten Feldstärke (Schwellen-Feldstärke) der Polfelder 58 des Maßkörpers 12. Die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 erkennt, dass die Feldstärke zu gering ist und liefert ein Falschsignal, welches entsprechend ausgegeben wird.
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Bei der Position des Sensorkopfs 14 zu dem Maßkörper 12, welche in 3 gezeigt ist, liegen die mit A5 und A6 bezeichneten Magnetfelddetektoren 20 der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 über der ersten Kodierungsspur 54 und erfahren eine grundsätzliche auswertbare Feldstärke. Der Magnetfelddetektor 32 ist beabstandet zu dem Ende 60 und erfährt keine relevante Feldstärke. Die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 erkennt, dass die Feldstärke zu gering ist und es wird ein Falschsignal geliefert.
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Das durch den Sensorkopf 14 bereitgestellte Falschsignal bei den in 2 und 3 erläuterten Situationen bedeutet, dass ein entsprechend generiertes Positionssignal beziehungsweise Wegsignal nicht nutzbar ist beziehungsweise wenn ein Falschsignal bereitgestellt ist, stellt die Auswertungseinrichtung 42 an dem Ausgang 46 kein Signal bereit.
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In 5 ist eine Situation gezeigt, bei welcher der Sensorkopf 14 über dem Maßkörper 12 liegt und die Magnetfelddetektoren 20 der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 und der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 über der ersten Kodierungsspur 54 beziehungsweise über der zweiten Kodierungsspur 56 liegen und es werden entsprechende nutzbare Signale durch die erste Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 und die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 bereitgestellt. Es dürfen alle Signale der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 und der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 ausgewertet werden.
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Bei der in 4 gezeigten Situation liegt der Magnetfelddetektor 32 der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 über der zweiten Kodierungsspur 56 und es wird kein Falschsignal mehr erzeugt. Jedoch liegt der mit A1 bezeichnete Magnetfelddetektor 20 der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 beabstandet zu dem Ende 60, das heißt außerhalb der ersten Kodierungsspur 54. Die erste Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 liefert daher kein sinnvolles absolutes Positionssignal und in dieser Position des Sensorkopfs 14 ist grundsätzlich die Messung nicht nutzbar. Die erfindungsgemäße Lösung geht von dieser Situation aus.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel (6) ist die erste Kodierungsspur 54 in einem Endbereich 64 nicht magnetisiert. Die Länge dieses Endbereichs 64 in der Längsrichtung 26 entspricht einem Abstand E zwischen dem ersten äußeren Magnetfelddetektor 62a und dem Magnetfelddetektor 32 in der Längsrichtung 26.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Länge des Endbereichs 64 in der Längsrichtung 26 zwei Mal die Grundlänge d.
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Wenn der Magnetfelddetektor 32 über dem nicht magnetisierten Endbereich liegt, dann liefert er ein Falschsignal. Die Auswertungseinrichtung 42 erkennt dadurch, dass kein nutzbares Positionssignal beziehungsweise Wegsignal generiert werden kann und liefert an dem Ausgang 46 ein Falschsignal beziehungsweise stellt dort überhaupt kein Signal bereit, da, wie erwähnt, kein nutzbares Positionssignal beziehungsweise Wegsignal vorliegt.
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Durch Modifikation der zweiten Kodierungsspur 56 in dem Endbereich 64 wird ein Falschsignal erzeugt, wenn nicht auch der erste äußere Magnetfelddetektor 62 über der ersten Kodierungsspur 54 liegt.
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Bei einer alternativen Ausführungsform, welche in 7 schematisch dargestellt ist, sind Polfelder im Endbereich 64 übermagnetisiert beziehungsweise endmagnetisiert. Beispielsweise mit einem starken Dauermagneten wird die Struktur im Endbereich 64 gelöscht.
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In dem Endbereich 64 liegt dann keine alternierende Polabfolge mehr vor. Die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 liefert dann keine konsistenten Signale mehr, das heißt insbesondere die Signale des ersten Magnetfelddetektors 34a und des zweiten Magnetfelddetektors 34b sind nicht mehr konsistent bezüglich einer alternierenden Polfolge einer inkrementellen Kodierungsspur. Dies wird durch die Auswertungseinrichtung 42 erkannt beziehungsweise die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 erkennt dies selber. Es wird direkt oder indirekt ein Falschsignal bereitgestellt und an dem Ausgang 46 wird ein Falschsignal bereitgestellt beziehungsweise es wird kein Positions- beziehungsweise Wegsignal bereitgestellt, da kein nutzbares Positionssignal beziehungsweise Wegsignal vorhanden ist.
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Durch das Falschsignal wird erkannt, dass mindestens einer der Magnetfelddetektoren 20 der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 außerhalb der ersten Kodierungsspur 54 liegt, das heißt in der Längsrichtung 26 beabstandet zu dem Ende 60 ist.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (8) ist die zweite Kodierungsspur 56 an dem Endbereich 64 dadurch modifiziert, dass an diesem ein Abschirmelement 66 aus einem magnetisch leitfähigem Material angeordnet ist. Dieses Abschirmelement 66 weist im Wesentlichen eine Breite (quer zur Längsrichtung 26) der zweiten Kodierungsspur 56 auf und ragt insbesondere nicht in die erste Kodierungsspur 54 hinein.
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Das Abschirmelement 66 ist insbesondere als Abschirmblech ausgebildet. Das Abschirmelement 66 deckt entsprechend die Anzahl von Polfeldern 58 einer zweiten Kodierungsspur 56 ab, deren Summenlänge groß E (vgl. 6) beträgt.
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Durch das Abschirmelement 66 erkennt wiederum die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 beziehungsweise die Auswertungseinrichtung 42, dass keine nutzbaren Positionssignale beziehungsweise Wegsignale generierbar sind. Die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 stellt ein Falschsignal bereit, da insbesondere keine konsistenten Signale zwischen dem ersten Magnetfeld-Sensor 34a und dem zweiten Magnetfeld-Sensor 34b vorliegen.
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Der Sensorkopf 14 gibt dadurch wiederum ein Falschsignal ab beziehungsweise stellt überhaupt kein nutzbares Positionssignal beziehungsweise Wegsignal bereit.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (9) ist im Endbereich 64 zumindest ein Teil von magnetischem Kodierungsmaterial mechanisch entfernt. Dies ist in 9 mit dem Bezugszeichen 68 angedeutet.
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In 9 ist eine Schnittansicht durch die zweite Kodierungsspur 56 mit oberen Polfeldern 70 und unteren Polfeldern 72 gezeigt. Der Sensorkopf 14 ist in einer Höhenrichtung 74 beabstandet positioniert.
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In dem Endbereich 64 ist zusätzlich ein Abschirmelement 76 positioniert. Das Abschirmelement 76 ist aus einem magnetisch leitfähigen Material.
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Die gesamte Anordnung ist auf einem Träger 78 positioniert.
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Ein Abdeckband 80 aus einem magnetisch durchlässigen Material deckt diese Anordnung nach oben (zu dem Sensorkopf 14 hin) ab. Das Abdeckband 80 deckt dabei auch das Abschirmelement 76 ab.
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Zwischen dem Abschirmelement 76 und dem Abdeckband 80 kann ein Füllmaterial 82 und insbesondere ein Kleber angeordnet sein.
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Auch bei dieser Ausführungsform wird durch die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 im Endbereich ein Falschsignal generiert. Dieses Falschsignal wiederum zeigt an, dass mindestens der erste äußere Magnetfelddetektor 62a nicht über der ersten Kodierungsspur 54 liegt und damit kein nutzbares Positionssignal beziehungsweise Wegsignal vorliegt.
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Bei den im Zusammenhang mit den 6 bis 9 beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die zweite Kodierungsspur 56 im Endbereich 64 so modifiziert, dass, auch wenn der zweite Magnetfelddetektor 32 über der zweiten Kodierungsspur 56 liegt, ein Falschsignal geliefert wird, wenn nicht alle Magnetfelddetektoren 20 der ersten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 18 über der ersten Kodierungsspur 54 liegen. Die Auswertungseinrichtung 42 erkennt dadurch, dass bei der entsprechenden Position des Sensorkopfs 14 kein nutzbares Positionssignal beziehungsweise Messsignal generiert werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung kann auch bei der in 4 gezeigten Situation erkannt werden, dass eventuell generierte Messergebnisse nicht nutzbar sind.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung kann beim Einschalten des Sensorkopfs 14 in einer beliebigen Position des Sensorkopfs 14 zu dem Maßkörper 12 erkannt werden, ob die generierten Messsignale nutzbar sind oder nicht. Wenn beispielsweise die generierten Messsignale nicht nutzbar sind, dann gibt der Sensorkopf 14 an dem Ausgang 46 ein Falschsignal aus beziehungsweise er gibt überhaupt kein Positionssignal beziehungsweise Messsignal an dem Ausgang 46 aus, wenn erkannt wird, dass die Messergebnisse nicht nutzbar sind.
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Das Erkennen, ob Messergebnisse für die Positionsbestimmung beziehungsweise Wegbestimmung des Sensorkopfs 14 in Relation zu dem Maßkörper 12 nutzbar sind oder nicht, wird wiederum über die Modifizierung der zweiten Kodierungsspur 56 in dem Endbereich 64 erreicht.
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Bei einer alternativen Ausführungsform, welche auch in Kombination mit der beschriebenen Modifizierung der zweiten Kodierungsspur 56 nutzbar ist, umfasst der Sensorkopf eine dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung 84 mit mindestens einem Gültigkeits-Magnetfelddetektor.
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Der mindestens eine Gültigkeits-Magnetfelddetektor setzt sich insbesondere zusammen aus einem Magnetfeld-Sensor-Paar mit entsprechendem Abstand.
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Bei einem Ausführungsbeispiel (10) umfasst die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung 84 einen ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 86 und einen zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 88. Der erste Gültigkeits-Magnetfelddetektor 86 und der zweite Gültigkeits-Magnetfelddetektor 88 sind an der Reihe 22 angeordnet und liegen insbesondere auf der Linie 24. Die Reihe 22 liegt zwischen dem ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 86 und dem zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 88, wobei der erste Gültigkeits-Magnetfelddetektor 86 zu dem ersten äußeren Magnetfelddetektor 62a den Abstand D aufweist, und ein Abstand zwischen dem zweiten äußeren Magnetfelddetektor 62b und dem zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 88 ebenfalls D beträgt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung 84 allein der ersten Kodierungsspur 54 zugeordnet.
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Die Gültigkeits-Magnetfelddetektoren 86 und 88 sind so ausgebildet, dass sie die Gültigkeit der entsprechenden Signale überprüfen können.
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Bei der in 10 gezeigten Situation ist der zweite Gültigkeits-Magnetfelddetektor 88 über der ersten Kodierungsspur 54 angeordnet und der erste Gültigkeits-Magnetfelddetektor 86 ist beabstandet zu dem Ende 60 außerhalb der ersten Kodierungsspur 54 angeordnet.
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Eine Auswertung ergibt, dass das Signal des ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektors unterschiedlich ist von dem Signal des zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektors 88. Die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung 84 liefert ein Falschsignal beziehungsweise die Auswertungseinrichtung 42 erkennt den Unterschied in den Signalen. Dies zeigt, dass, auch wenn die zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 kein Falschsignal liefert, die Messergebnisse nicht nutzbar sind.
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Entsprechend stellt der Sensorkopf 14 ein Falschsignal an dem Ausgang 46 bereit beziehungsweise es wird kein nutzbares Positionssignal beziehungsweise Wegsignal an dem Ausgang 46 bereitgestellt.
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Bei einer alternativen Ausführungsform (11) sind ein erster Gültigkeits-Magnetfelddetektor 90 und ein zweiter Gültigkeits-Magnetfelddetektor 92 vorgesehen. Diese sind jetzt der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 zugeordnet und liegen mit dem Magnetfelddetektor 32 auf einer Linie, welche parallel zur Längsrichtung 26 ist.
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Der erste Gültigkeits-Magnetfelddetektor 90 ist in Längsrichtung 26 zu dem ersten äußeren Magnetfelddetektor 62a im Abstand D positioniert. Entsprechend ist der zweite Gültigkeits-Magnetfelddetektor 92 zu dem zweiten äußeren Magnetfelddetektor 62b in dem Abstand D positioniert.
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Bezogen auf die Längsrichtung 26 liegt die Reihe 22 zwischen dem ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 90 und dem zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 92.
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Durch die so gebildete dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung 84 mit dem ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 90 und dem zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 92 lässt sich für die in 11 gezeigte Situation erkennen, dass der erste äußere Magnetfelddetektor 62a nicht über der ersten Kodierungsspur 54 liegt. Diese lässt sich durch Vergleich der Signale zwischen dem ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 90 und dem zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 92 erkennen, da der zweite Gültigkeits-Magnetfelddetektor 86 über der zweiten Kodierungsspur 56 liegt und damit der erste Gültigkeits-Magnetfelddetektor 90 und der zweite Gültigkeits-Magnetfelddetektor 92 unterschiedliche Signale liefern. Dies kann wiederum als Falschsignal interpretiert werden beziehungsweise die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung 84 liefert der Auswertungseinrichtung 42 direkt ein Falschsignal.
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Auch bei dieser Ausführungsform kann erkannt werden, wenn die ermittelten Messergebnisse nicht nutzbar sind für eine absolute Positionsbestimmung beziehungsweise Wegbestimmung des Sensorkopfs 14 an dem Maßkörper 12.
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Bei einer weiteren Ausführungsform (12) umfasst die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung 84 einen ersten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 94 und einen zweiten Gültigkeits-Magnetfelddetektor 96. Diese sind auf einer Linie mit der Reihe 22 angeordnet und zwischen diesen liegt die Reihe 22. Diese Situation entspricht der im Zusammenhang mit 10 erläuterten Situation.
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Ferner sind in einer Linie mit dem Magnetfelddetektor 32 ein dritter Gültigkeits-Magnetfelddetektor 98 und ein vierter Gültigkeits-Magnetfelddetektor 100 angeordnet. Zwischen diesen liegt in der Längsrichtung 26 ebenfalls die Reihe 22. Diese Situation entspricht der im Zusammenhang mit 11 erläuterten Situation.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 12 sind sowohl der ersten Kodierungsspur 54 als auch der zweiten Kodierungsspur 56 jeweilige Gültigkeits-Magnetfelddetektoren zugeordnet.
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Bei der Situation gemäß 12, bei der sowohl der ersten Kodierungsspur 84 als auch der zweiten Kodierungsspur 56 Gültigkeits-Magnetfelddetektoren 94, 96, 98, 100 zugeordnet sind, ist eine eindeutige Erfassung von Polfeldern garantiert.
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Es lässt sich erkennen, ob die Messergebnisse nutzbar sind beziehungsweise nicht nutzbar sind, weil insbesondere mindestens ein Magnetfelddetektor (wie beispielsweise der erste äußere Magnetfelddetektor 82) nicht über der ersten Kodierungsspur 54 liegt, auch wenn der zweite Magnetfelddetektor 32 über der zweiten Kodierungsspur 56 liegt.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (13) umfasst die dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung 84 einen einzigen Gültigkeits-Magnetfelddetektor 102. Dieser ist auf einer Linie mit einem Magnetfelddetektor 104 der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 angeordnet, wobei der Magnetfelddetektor 104 bezogen auf die Längsrichtung 26 außerhalb der Reihe 22 liegt; die Reihe 22 liegt zwischen dem Magnetfelddetektor 104 und dem Gültigkeits-Magnetfelddetektor 102.
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Der Magnetfelddetektor 104 der zweiten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 30 ist damit auch Teil der dritten Magnetfeld-Sensoreinrichtung 84. Die Signale des Magnetfelddetektors 104 und des Gültigkeits-Magnetfelddetektors 102 werden verglichen und bei einer Abweichung bedeutet dies, dass keine nutzbaren Messergebnisse vorliegen.
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Bei dem in 13 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Gültigkeits-Magnetfelddetektor 102 über der zweiten Kodierungsspur 56. Der Magnetfelddetektor 104 liegt außerhalb der zweiten Kodierungsspur 56. Es wird dadurch ein Falschsignal generiert; die entsprechenden Messergebnisse sind nicht als Positionssignale beziehungsweise Wegsignale nutzbar.
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Der Magnetfelddetektor 104 liegt außerhalb des Bereichs, in welchem eine nutzbare Feldstärke vorliegt. Wenn der Magnetfelddetektor 104 über der zweiten Kodierungsspur 56 liegt, dann liegen auch alle Magnetfelddetektoren 20 über der ersten Kodierungsspur 56.
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Wenn der Sensorkopf 14 an einem anderen Ende des Maßkörpers 12 herausfährt (bei einer Fahrtrichtung des Sensorkopfs 14 in der Längsrichtung 26 nach rechts in 13), dann liegen keine nutzbaren Messergebnisse mehr vor, wenn der Gültigkeits-Magnetfelddetektor 102 aus der zweiten Kodierungsspur 56 herausfährt. Dies ist wiederum durch eine Abweichung der Signale zwischen Magnetfelddetektor 104 und Gültigkeits-Magnetfelddetektor 102 erkennbar.
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Die Abweichung der Signale bei der Ausführungsform gemäß 13 ist dabei eine Abweichung, die von der Phasenverschiebungsabweichung unterscheidbar ist.
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Erfindungsgemäß wird ein Positions-/Wegmesssystem bereitgestellt, bei welchem durch Modifizierung des Maßkörpers 12 und/oder des Sensorkopfs 14 bei jeder Position des Sensorkopfs 14 zu dem Maßkörper 12 erkennbar ist, ob nutzbare Messergebnisse vorliegen oder nicht, das heißt es ist beispielsweise beim Einschalten des Systems bei jeder Position des Sensorkopfs 14 zu dem Maßkörper 12 erkennbar, ob bereitgestellte Positionssignale beziehungsweise Wegsignale genutzt werden können oder nicht, das heißt ob sie die absolute Position des Sensorkopfs 14 an dem Maßkörper 12 wiedergeben beziehungsweise Artefakte sind, weil mindestens einer der Magnetfelddetektoren 20, 32 außerhalb des Maßkörpers 12 liegt.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird mit einfachen Mitteln sichergestellt, dass das Positions-/Wegmesssystem 10 auch beim Einschalten ein gültiges Signal ausgibt. Gegebenenfalls kann dieses gültige Signal ein Falschsignal sein, welches an dem Ausgang 46 abgreifbar ist, wenn keine nutzbaren Messsignale vorhanden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Positions-/Wegmesssystem
- 12
- Maßkörper
- 14
- Sensorkopf
- 16
- Gehäuse
- 18
- Erste Magnetfeld-Sensoreinrichtung
- 20
- Magnetfelddetektoren
- 22
- Reihe
- 24
- Linie
- 26
- Längsrichtung
- 28
- Querrichtung
- 30
- Zweite Magnetfeld-Sensoreinrichtung
- 32
- Magnetfelddetektoren
- 34a
- Erster Magnetfeldsensor
- 34b
- Zweiter Magnetfeldsensor
- 36
- Verstärker
- 38
- A/D-Wandler
- 40
- Interpolator
- 42
- Auswertungseinrichtung
- 44
- Signalanpassungseinrichtung
- 46
- Ausgang
- 48
- Energieversorgungseinrichtung
- 50
- Anschluss
- 52
- Anschluss
- 54
- Erste Kodierungsspur
- 56
- Zweite Kodierungsspur
- 58
- Polfeld
- 60
- Ende
- 62a
- Erster äußerer Magnetfelddetektor
- 62b
- Zweiter äußerer Magnetfelddetektor
- 64
- Endbereich
- 66
- Abschirmelement
- 68
- "Entfernung"
- 70
- Obere Polfelder
- 72
- Untere Polfelder
- 74
- Höhenrichtung
- 76
- Abschirmelement
- 78
- Träger
- 80
- Abdeckband
- 82
- Füllmaterial
- 84
- Dritte Magnetfeld-Sensoreinrichtung
- 86
- Erster Gültigkeits-Magnetfelddetektor
- 88
- Zweiter Gültigkeits-Magnetfelddetektor
- 90
- Erster Gültigkeits-Magnetfelddetektor
- 92
- Zweiter Gültigkeits-Magnetfelddetektor
- 94
- Erster Gültigkeits-Magnetfelddetektor
- 96
- Zweiter Gültigkeits-Magnetfelddetektor
- 98
- Dritter Gültigkeits-Magnetfelddetektor
- 100
- Vierter Gültigkeits-Magnetfelddetektor
- 102
- Gültigkeits-Magnetfelddetektor
- 104
- Magnetfelddetektor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2182330 A2 [0004]
- EP 2236990 A2 [0005]
- EP 2568261 A2 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- "Lineare Weg- und Abstandssensoren" von T. Burkhardt, A. Feinäugle, S. Fericean und A. Forkl, Verlag Moderne Industrie, Die Bibliothek der Technik, Band 271, München 2004 [0002]
