DE9218628U1 - Position measuring device - Google Patents

Position measuring device

Info

Publication number
DE9218628U1
DE9218628U1 DE9218628U DE9218628U DE9218628U1 DE 9218628 U1 DE9218628 U1 DE 9218628U1 DE 9218628 U DE9218628 U DE 9218628U DE 9218628 U DE9218628 U DE 9218628U DE 9218628 U1 DE9218628 U1 DE 9218628U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring
magnetoresistive elements
bridge
group
graduation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE9218628U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Original Assignee
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Johannes Heidenhain GmbH filed Critical Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority to DE9218628U priority Critical patent/DE9218628U1/en
Priority claimed from DE4203073A external-priority patent/DE4203073C2/en
Publication of DE9218628U1 publication Critical patent/DE9218628U1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 30. Januar 1992DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 30 January 1992

PositionsmeßeinrichtungPosition measuring device

Die Erfindung betrifft eine magnetische Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a magnetic position measuring device according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Positionsmeßeinrichtung wird insbesondere bei einer Bearbeitungsmaschine zur Messung der Relativlage eines Werkzeugs bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstückes eingesetzt.Such a position measuring device is used in particular in a processing machine to measure the relative position of a tool with respect to a workpiece to be machined.

In der EP-Bl-O 151 002 ist eine magnetische Positionsmeßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte beschrieben, bei der eine Meßteilung in Meßrichtung alternierend magnetisch leitende und magnetisch nichtleitende Bereiche besitzt, die von einer einen Permamentmagneten aufweisenden Abtasteinheit gemäß Figur 19 mittels zweier Gruppen aus je vier magnetoresistiven Elementen zur Erzeugung von positionsabhängigenEP-Bl-O 151 002 describes a magnetic position measuring device for measuring the relative position of two objects moving relative to one another, in which a measuring graduation in the measuring direction has alternating magnetically conductive and magnetically non-conductive areas, which are scanned by a scanning unit having a permanent magnet according to Figure 19 by means of two groups of four magnetoresistive elements each to generate position-dependent

• · ■· ■

Ausgangssignalen abgetastet werden. Die vier magnetoresistiven Elemente jeder Gruppe sind jeweils in Form einer Reihenschaltung zu einer Halbbrückenschaltung verschaltet. Diese Meßeinrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß lediglich zwei Teilungsperioden der Meßteilung von den beiden Gruppen aus jeweils vier magnetoresistiven Elementen abgetastet werden, so daß die gewonnenen positionsabhängigen Ausgangssignale infolge von Teilungsungenauigkeiten der Meßteilung im allgemeinen keine optimalen Signalparameter (Amplituden, gegenseitige Phasenlage) aufweisen werden. Da die magnetoresistiven Elemente in Form einer Reihenschaltung zu zwei Halbbrückenschaltungen verschaltet sind, ist eine Erhöhung der Anzahl der magnetoresistiven Elemente jeder Gruppe zur Abtastung zusätzlicher Teilungsperioden der Meßteilung nicht ohne weiteres möglich, weil sonst der Brückenwiderstand der beiden Halbbrückenschaltungen zu groß '20 würde; in diesem Falle müßte zur Einspeisung einer bestimmten Stromstärke eine hohe Spannung an die Halbbrückenschaltungen angelegt werden.output signals are sampled. The four magnetoresistive elements of each group are each connected in series to form a half-bridge circuit. However, this measuring device has the disadvantage that only two division periods of the measuring graduation are sampled by the two groups of four magnetoresistive elements each, so that the position-dependent output signals obtained will generally not have optimal signal parameters (amplitudes, mutual phase position) due to division inaccuracies of the measuring graduation. Since the magnetoresistive elements are connected in series to form two half-bridge circuits, it is not easy to increase the number of magnetoresistive elements in each group to sample additional division periods of the measuring graduation, because otherwise the bridge resistance of the two half-bridge circuits would be too high; in this case, a high voltage would have to be applied to the half-bridge circuits to feed in a certain current.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer magnetischen Meßeinrichtung der genannten Gattung eine Anordnung und Verschaltung von magnetoresistiven Elementen anzugeben, die auf einfache Weise "eine Gewinnung von positionsabhängigen Ausgangssignalen mit optimalen Signalparametern erlauben. 30The invention is based on the object of specifying an arrangement and connection of magnetoresistive elements in a magnetic measuring device of the type mentioned, which allow position-dependent output signals to be obtained with optimal signal parameters in a simple manner. 30

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die durch dieThe advantages achieved by the invention are in particular that the

vorgeschlagene Anordnung und Verschaltung der magnetoresistiven Elemente gewonnenen positionsabhängigen Ausgangssignale wegen ihrer optimalen Signalparameter einer nachfolgenden Interpolation mit hohem Unterteilungsgrad unterzogen werden können, so daß sich die Meßgenauigkeit und die Meßauflösung weiter erhöhen; zudem kann wegen des relativ niedrigen Brückenwiderstandes der Halbbrückenschaltungen oder der Vollbrückenschaltungen mit einer Reihen-Parallel-Schaltung der magnetoresistiven Elemente die zur Einspeisung einer bestimmten Stromstärke erforderliche Spannung in einem niedrigeren Bereich liegen.The position-dependent output signals obtained from the proposed arrangement and connection of the magnetoresistive elements can be subjected to subsequent interpolation with a high degree of subdivision due to their optimal signal parameters, so that the measurement accuracy and the measurement resolution are further increased; in addition, due to the relatively low bridge resistance of the half-bridge circuits or the full-bridge circuits with a series-parallel connection of the magnetoresistive elements, the voltage required to feed a certain current can be in a lower range.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung entnimmt man dem Unteranspruch.An advantageous embodiment of the invention can be found in the dependent claim.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.
20Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing.
20

Es zeigenShow it

Figur 1 eine Längsansicht einer erstenFigure 1 is a longitudinal view of a first

Positionsmeßeinrichtung, 25Position measuring device, 25

Figur 2a-c eine erste Anordnung und Verschaltung von magnetoresistiven Elementen zu zwei Halbbrückenschaltungen , 30Figure 2a-c a first arrangement and connection of magnetoresistive elements to two half-bridge circuits, 30

Figur 3a-c eine zweite Anordnung und Verschaltung von magnetoresistiven Elementen zu zwei Vollbrückenschaltungen , 35Figure 3a-c a second arrangement and connection of magnetoresistive elements to two full-bridge circuits, 35

Figur 4a-c eine dritte Anordnung und Verschaltung von magnetoresistiven Elementen zu zwei Vollbrückenschal tungen, 5Figure 4a-c a third arrangement and connection of magnetoresistive elements to two full-bridge circuits, 5

Figur 5 eine Längsansicht einer zweiten Positionsmeßeinrichtung undFigure 5 is a longitudinal view of a second position measuring device and

Figur 6 eine Längsansicht einer dritFigure 6 is a longitudinal view of a third

ten Positionsmeßeinrichtung.position measuring device.

In Figur 1 ist schematisch in einer Längsansicht eine erste Positionsmeßeinrichtung gezeigt, bei der eine Maßverkörperung 1 aus einem magnetisierbaren Material in beliebiger Weise an einem ersten ObjektFigure 1 shows a schematic longitudinal view of a first position measuring device in which a measuring embodiment 1 made of a magnetizable material can be attached in any desired manner to a first object

2 befestigt ist. Die Maßverkörperung 1 weist auf einer Oberfläche eine periodische Meßteilung 3 mit in Meßrichtung X alternierend gegenpolig magnetisierten Bereichen NS auf, an deren Bereichsgrenzen zwei Nordpole NN bzw. zwei Südpole SS aneinandergrenzen. Die Meßteilung 3 besitzt eine Teilungsperiode t, die durch den Polabstand jedes Bereichs NS definiert ist. Mit einem zweiten Objekt 4 ist eine Abtasteinheit 5 verbunden, die die Meßteilung2 is attached. The measuring embodiment 1 has a periodic measuring graduation 3 on one surface with areas NS that are magnetized with opposite poles in the measuring direction X, at the area boundaries of which two north poles NN and two south poles SS adjoin one another. The measuring graduation 3 has a graduation period t that is defined by the pole spacing of each area NS. A scanning unit 5 is connected to a second object 4, which scans the measuring graduation

3 der Maßverkörperung 1 zur Gewinnung von Positionsmeßwerten für die Relativlage der beiden Objekte 2, 4 abtastet. Diese beiden Objekte 2, 4 können durch zwei Maschinenteile einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine gebildet sein. Die Abtasteinheit 5 ist mit einer Abtastplatte 6 versehen, auf deren freien Oberfläche vier Gruppen A, B, C, D aus je vier magnetoresistiven Elementen An, Bn, Cn, Dn (n=l,2,3,4) angeordnet sind.3 of the measuring embodiment 1 to obtain position measurement values for the relative position of the two objects 2, 4. These two objects 2, 4 can be formed by two machine parts of a processing machine (not shown). The scanning unit 5 is provided with a scanning plate 6, on the free surface of which four groups A, B, C, D each consisting of four magnetoresistive elements An, Bn, Cn, Dn (n=1,2,3,4) are arranged.

Nach Figur 2a erstrecken sich diese streifenförmigen magnetoresistiven Elemente An - Dn senkrecht zur Meßrichtung X und sind in Meßrichtung X parallel zueinander mit einem jeweiligen gegenseitigen Abstand t/4 angeordnet; jede Gruppe A-D aus vier magnetoresistiven Elementen An - Dn erstreckt sich in Meßrichtung X somit über eine Teilungsperiode t der Meßteilung 3.According to Figure 2a, these strip-shaped magnetoresistive elements An - Dn extend perpendicularly to the measuring direction X and are arranged parallel to one another in the measuring direction X with a respective mutual distance t/4; each group A-D of four magnetoresistive elements An - Dn thus extends in the measuring direction X over a graduation period t of the measuring graduation 3.

Gemäß den Figuren 2b und 2c werden die magnetoresistiven Elemente An - Dn in Form einer Reihen-Parallel-Schaltung zu zwei Halbbrückenschaltungen Hl, H2 verschaltet, die jeweils mit einem Pol an einer Spannung U und mit dem anderen Pol an Masse M anliegen. Bei der Meßbewegung der Abtasteinheit 5 bezüglich der Meßteilung 3 stehen am Mittelabgriff der ersten Halbbrückenschaltung Hl ein erstes periodisches Ausgangssignal Sl mit der Phasenlage 0° und am Mittelabgriff der zweiten Halbbrückenschaltung H2 ein zweites periodisches Ausgangssignal S2 mit der Phasenlage 90° an, deren Signalperioden der Teilungsperiode t der Meßteilung 3 entsprechen; die Phasendifferenz von 90° zwischen den beiden periodischen Ausgangssignalen Sl, S2 ermöglicht die Diskriminierung der Meßrichtung X. Die beiden periodischen Ausgangssignale Sl, S2 werden einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung mit einer Interpolationseinheit zur Gewinnung von Positionsmeßwerten zugeführt. Da die beiden Ausgangssignale Sl, S2 wegen der sogenannten Einfeldabtastung über vier Teilungsperioden t der Meßteilung 3 optimale Signalparameter (hohe Nullpunktsstabilität, gleiche Amplituden und eine konstante gegenseitige Phasendifferenz) besitzen, können sie in der Interpolationseinheit mit einem hohen Unterteilungsgrad unterteilt werden, so daß eine höhere Meßgenauigkeit und Meßauflösung auch bei Teilungsungenauigkeiten der Meßteilung 3 erzielt werden.According to Figures 2b and 2c, the magnetoresistive elements An - Dn are connected in the form of a series-parallel circuit to form two half-bridge circuits Hl, H2, each of which has one pole connected to a voltage U and the other pole connected to ground M. During the measuring movement of the scanning unit 5 with respect to the measuring graduation 3, a first periodic output signal Sl with a phase position of 0° is present at the center tap of the first half-bridge circuit Hl and a second periodic output signal S2 with a phase position of 90° is present at the center tap of the second half-bridge circuit H2, the signal periods of which correspond to the graduation period t of the measuring graduation 3; the phase difference of 90° between the two periodic output signals Sl, S2 enables the discrimination of the measuring direction X. The two periodic output signals Sl, S2 are fed to an evaluation device (not shown) with an interpolation unit to obtain position measurement values. Since the two output signals Sl, S2 have optimal signal parameters (high zero point stability, equal amplitudes and a constant mutual phase difference) due to the so-called single-field scanning over four graduation periods t of the measuring graduation 3, they can be divided in the interpolation unit with a high degree of subdivision, so that a higher measurement accuracy and resolution can be achieved even with graduation inaccuracies of the measuring graduation 3.

Die magnetoresistiven Elemente A1, B1, Cl, O1 jeder Gruppe A-D des oberen Brückenzweiges der ersten Halbbrückenschaltung Hl sind gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen A3, B3, C3, D3 ihrer Gruppe A-D des unteren Brückenzweiges um den Betrag t/2 versetzt; desgleichen sind die magnetoresistiven Elemente A2, B2, C4, D4 jeder Gruppe A-D des oberen B^ückenzweiges der zweiten Halbbrückenschaltung H2 gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen A4, B4, C2, D2 ihrer Gruppe A-D des unteren Brückenzweiges um den Betrag t/2 versetzt.The magnetoresistive elements A 1 , B 1 , C 1 , O 1 of each group AD of the upper bridge branch of the first half-bridge circuit H 1 are offset by the amount t/2 with respect to the corresponding magnetoresistive elements A 3 , B 3 , C 3 , D 3 of their group AD of the lower bridge branch; likewise, the magnetoresistive elements A 2 , B 2 , C 4 , D 4 of each group AD of the upper bridge branch of the second half-bridge circuit H 2 are offset by the amount t/2 with respect to the corresponding magnetoresistive elements A 4 , B 4 , C 2 , D 2 of their group AD of the lower bridge branch.

Gemäß Figur 3a sind auf der Abtastplatte 6 der Abtasteinheit 5 acht Gruppen A-H aus jeweils vier magnetoresistiven Elementen An-Hn (n=l, 2, 3, 4) angeordnet, die in Form einer Reihen-Parallelschaltung zu zwei Vollbrückenschaltungen Vl, V2 (Figuren 3b und 3c) verschaltet sind, die jeweils mit einem Pol an einer Spannung U und mit dem anderen Pol an Masse M anliegen. Bei der Meßbewegung der Abtasteinheit 5 bezüglich der Meßteilung 3 stehen an den beiden Mittelabgriffen der ersten VoIlbrückenschaltung Vl ein erstes periodisches Ausgangssignal Sl mit der Phasenlage 0° und an den beiden Mittelabgriffen der zweiten Vollbrückenschaltung V2 ein zweites periodisches Ausgangssignal S2 mit der Phasenlage 90° an, deren Signalperioden der Teilungsperiode t der Meßteilung 3 entsprechen; die Phasendifferenz von 90° zwischen den beiden periodischen Ausgangssignalen Sl, S2 erlaubt die Diskriminierung der Meßrichtung X. Diese beiden periodischen Ausgangssignale Sl, S2 werden ebenfalls der Auswerteeinrichtung mit der Interpolationseinheit zur Gewinnung von Positionsmeßwerten zugeführt. Da die beiden Ausgangssignale Sl, S2 wegen der sogenannten Einfeldabtastung über achtAccording to Figure 3a, eight groups A-H, each consisting of four magnetoresistive elements An-Hn (n=1, 2, 3, 4), are arranged on the scanning plate 6 of the scanning unit 5, which are connected in the form of a series-parallel connection to two full-bridge circuits Vl, V2 (Figures 3b and 3c), each of which is connected with one pole to a voltage U and with the other pole to ground M. During the measuring movement of the scanning unit 5 with respect to the measuring graduation 3, a first periodic output signal Sl with the phase position 0° is present at the two center taps of the first full-bridge circuit Vl and a second periodic output signal S2 with the phase position 90° is present at the two center taps of the second full-bridge circuit V2, the signal periods of which correspond to the graduation period t of the measuring graduation 3; the phase difference of 90° between the two periodic output signals Sl, S2 allows discrimination of the measuring direction X. These two periodic output signals Sl, S2 are also fed to the evaluation device with the interpolation unit to obtain position measurement values. Since the two output signals Sl, S2 due to the so-called single-field scanning over eight

Teilungsperioden t der Meßteilung 3 optimale Signalparameter (hohe Nullpunktsstabilität, gleiche Amplituden und eine konstante gegenseitige Phasendifferenz) besitzen, können sie in der Interpolationseinheit mit einem hohen Unterteilungsgrad unterteilt werden, so daß eine höhere Meßgenauigkeit und Meßauflösung auch bei Teilungsungenauigkeiten der Meßteilung 3 erzielt werden.Since the division periods t of the measuring division 3 have optimal signal parameters (high zero point stability, equal amplitudes and a constant mutual phase difference), they can be divided in the interpolation unit with a high degree of subdivision, so that a higher measurement accuracy and resolution can be achieved even with division inaccuracies of the measuring division 3.

Die magnetoresistiven Elemente Ax, B1, C37 D3/ E1, F1, G3/ H3 jeder Gruppe A-H des linken Brückenzweiges der ersten Vollbruckenschaltung Vl sind gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen A3, B3, C1, D3., E3, F3, G1, H1 ihrer Gruppe A-H des rechten Brückenzweiges um den Betrag t/2 versetzt; desgleichen sind die magnetoresistiven Elemente A2, B2, C4, D4, E2, F2, G4, H4 jeder Gruppe A-H des linken Brückenzweiges der zweiten Vollbruckenschaltung V2 gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen A4, B4, C2, D2, E4, F4, G2, H2 ihrer Gruppe A-H des rechten Brückenzweiges um den Betrag t/2 versetzt.The magnetoresistive elements A x , B 1 , C 37 D 3/ E 1 , F 1 , G 3/ H 3 of each group AH of the left bridge branch of the first full-bridge circuit Vl are offset from the corresponding magnetoresistive elements A 3 , B 3 , C 1 , D 3 ., E 3 , F 3 , G 1 , H 1 of their group AH of the right bridge branch by the amount t/2; Likewise, the magnetoresistive elements A 2 , B 2 , C 4 , D 4 , E 2 , F 2 , G 4 , H 4 of each group AH of the left bridge branch of the second full-bridge circuit V2 are offset by the amount t/2 with respect to the corresponding magnetoresistive elements A 4 , B 4 , C 2 , D 2 , E 4 , F 4 , G 2 , H 2 of their group AH of the right bridge branch.

Gemäß Figur 4a sind auf der Abtastplatte 6 der Abtasteinheit 5 ebenfalls acht Gruppen A-H aus jeweils vier magnetoresistiven Elementen An-Hn (n=l, 2,3,4) angeordnet, die in Form einer Reihen-Parallelschaltung zu zwei Vollbruckenschaltungen Vl, V2 (Figuren 4b und 4c) verschaltet sind, die jeweils mit einem Pol an einer Spannung U und mit dem anderen Pol an Masse M anliegen. Bei der Meßbewegung der Abtasteinheit 5 bezüglich der Meßteilung 3 stehen an den beiden Mittelabgriffen der ersten Vollbruckenschaltung Vl ein erstes periodisches Ausgangssignal Sl mit der Phasenlage 0° und an den beiden Mittelabgriffen der zweiten Vollbruckenschaltung V2 ein zweites periodisches Ausgangssi-According to Figure 4a, eight groups A-H, each consisting of four magnetoresistive elements An-Hn (n=1, 2,3,4) are arranged on the scanning plate 6 of the scanning unit 5, which are connected in the form of a series-parallel connection to two full-bridge circuits Vl, V2 (Figures 4b and 4c), each of which has one pole connected to a voltage U and the other pole to ground M. During the measuring movement of the scanning unit 5 with respect to the measuring graduation 3, a first periodic output signal Sl with a phase position of 0° is available at the two center taps of the first full-bridge circuit Vl and a second periodic output signal Sl is available at the two center taps of the second full-bridge circuit V2.

gnal S2 mit der Phasenlage 90° an, deren Signalperioden der Teilungsperiode t der Meßteilung 3 entsprechen; die Phasendifferenz von 90° zwischen den beiden periodischen Ausgangssignalen Sl, S2 erlaubt die Diskriminierung der Meßrichtung X. Diese beiden periodischen Ausgangssignale Sl, S2 werden ebenfalls der Auswerteeinrichtung mit der Interpolationseinheit zur Gewinnung von Positionsmeßwerten zugeführt. Da die beiden Ausgangssignale Sl, S2 wegen der sogenannten Einfeldabtastung über acht Teilungsperioden t der Meßteilung 3 optimale Signalparameter (hohe Nullpunktsstabilität, gleiche Amplituden und eine konstante gegenseitige Phasendifferenz) besitzen, können sie in der Interpolationseinheit mit einem hohen Unterteilungsgrad unterteilt werden, so daß eine höhere Meßgenauigkeit und Meßauflösung auch bei Teilungsungenauigkeiten der Meßteilung 3 erzielt werden.signal S2 with a phase position of 90°, the signal periods of which correspond to the division period t of the measuring graduation 3; the phase difference of 90° between the two periodic output signals Sl, S2 allows the discrimination of the measuring direction X. These two periodic output signals Sl, S2 are also fed to the evaluation device with the interpolation unit to obtain position measurement values. Since the two output signals Sl, S2 have optimal signal parameters (high zero point stability, equal amplitudes and a constant mutual phase difference) due to the so-called single-field scanning over eight division periods t of the measuring graduation 3, they can be divided in the interpolation unit with a high degree of subdivision, so that a higher measurement accuracy and resolution can be achieved even with division inaccuracies of the measuring graduation 3.

Die magnetoresistiven Elemente A1, B1, C3, D3, E1, F1, G3, H3 jeder Gruppe A-H des oberen Brückenzweiges der ersten Vollbrückenschaltung Vl sind gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen A3, B3, C1, D1, E3, F3, G1, H1 ihrer Gruppe A-H des unteren Brückenzweiges um den Betrag t/2 versetzt; desgleichen sind die magnetoresistiven Elemente A2, B2, C4, D4, E2, F2, G4, H4 jeder Gruppe A-H des oberen Brückenzweiges der zweiten Vollbrückenschaltung V2 gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen A4, B4, C2, D2, E4, F4, G2, H2 ihrer Gruppe A-H des unteren Brückenzweiges um den Betrag t/2 versetzt.The magnetoresistive elements A 1 , B 1 , C 3 , D 3 , E 1 , F 1 , G 3 , H 3 of each group AH of the upper bridge branch of the first full-bridge circuit Vl are offset from the corresponding magnetoresistive elements A 3 , B 3 , C 1 , D 1 , E 3 , F 3 , G 1 , H 1 of their group AH of the lower bridge branch by the amount t/2; Likewise, the magnetoresistive elements A 2 , B 2 , C 4 , D 4 , E 2 , F 2 , G 4 , H 4 of each group AH of the upper bridge branch of the second full-bridge circuit V2 are offset by the amount t/2 with respect to the corresponding magnetoresistive elements A 4 , B 4 , C 2 , D 2 , E 4 , F 4 , G 2 , H 2 of their group AH of the lower bridge branch.

Die Einfeldabtastung über wenigstens vier Teilungsperioden t der Meßteilung 3 bewirkt, daß Teilungsungenauigkeiten, die kleiner als die gesamte Ab-The single-field scanning over at least four graduation periods t of the measuring graduation 3 means that graduation inaccuracies that are smaller than the entire graduation

• ··

tastlänge sind, ganz oder zumindest teilweise herausgefiltert werden. Eine Abtastlänge von m 2t (111=2,3,...) ermöglicht zudem das vollständige Ausfiltern von Fehlern mit einer Periodenlänge von 2t, die auftreten, wenn z.B. dem wechselnden Magnetfeld der Meßteilung 3 ein Gleichfeld überlagert ist, so daß es sich zur einen Magnetflußrichtung addiert und zur anderen Magnetflußrichtung subtrahiert, oder wenn die magnetoresistiven Elemente An-Hn auf eine Magnetflußrichtung empfindlicher reagieren.scanning length can be filtered out completely or at least partially. A scanning length of m 2t (111=2,3,...) also enables the complete filtering out of errors with a period length of 2t, which occur when, for example, a constant field is superimposed on the changing magnetic field of the measuring graduation 3, so that it is added to one magnetic flux direction and subtracted from the other magnetic flux direction, or when the magnetoresistive elements An-Hn react more sensitively to one magnetic flux direction.

In Figur 5 ist schematisch in einer Längsansicht eine zweite Positionsmeßeinrichtung gezeigt, bei der eine Maßverkörperung la aus magnetisch leitendem Material in beliebiger Weise an einem ersten Objekt 2a befestigt ist. Die Maßverkörperung la weist auf einer Oberfläche eine periodische Meßteilung 3a mit in Meßrichtung X alternierend aufeinander folgenden Stegen S und Vertiefungen V mit gleichen Breiten auf; die Meßteilung 3a besitzt eine Teilungsperiode t, die durch einen Steg S und eine benachbarte Vertiefung V definiert ist. Mit einem zweiten Objekt 4a ist eine Abtasteinheit 5a verbunden, die die Meßteilung 3a der Maßverkörperung la zur Gewinnung von Positionsmeßwerten für die Relativlage der beiden Objekte 2a, 4a abtastet. Die Abtasteinheit 5a ist mit einem Permanentmagneten PM sowie mit einer Abtastplatte 6a versehen, auf deren freien Oberfläche die Gruppen A-D bzw. A-H aus magnetoresistiven Elementen An-Dn bzw. An-Hn angeordnet sind.Figure 5 shows a schematic longitudinal view of a second position measuring device in which a measuring embodiment la made of magnetically conductive material is attached in any desired manner to a first object 2a. The measuring embodiment la has a periodic measuring graduation 3a on one surface with webs S and depressions V of equal widths that alternate in the measuring direction X; the measuring graduation 3a has a graduation period t that is defined by a web S and an adjacent depression V. A scanning unit 5a is connected to a second object 4a, which scans the measuring graduation 3a of the measuring embodiment la to obtain position measurement values for the relative position of the two objects 2a, 4a. The scanning unit 5a is provided with a permanent magnet PM and with a scanning plate 6a, on the free surface of which the groups A-D and A-H of magnetoresistive elements An-Dn and An-Hn are arranged.

In Figur &dgr; ist schematisch in einer Längsansicht eine dritte Positionsmeßeinrichtung gezeigt, bei der eine Maßverkörperung Ib aus einem isolierenden Material in beliebiger Weise an einem ersten ObjektIn Figure δ, a third position measuring device is shown schematically in a longitudinal view, in which a measuring embodiment Ib made of an insulating material is attached in any desired manner to a first object

WW V TPVVV WWWW V TPVVV WWWW

2b befestigt ist. Die Maßverköperung Ib weist auf einer Oberfläche eine periodische Meßteilung 3b mit einer mäanderförmigen Leiterbahn auf, deren in Meßrichtung X benachbarten äquidistanten Leiter L entgegengesetzt von einem Strom durchflossen sind; die Meßteilung 3b besitzt eine Teilungsperiode t, die durch den Abstand zweier benachbarter Leiter L definiert ist. Mit einem zweiten Objekt 4b ist eine Abtasteinheit 5b verbunden, die die Meßteilung 3b der Maßverkörperung Ib zur Gewinnung von Positionsmeßwerten für die Relativlage der beiden Objekte 2b, 4b abtastet. Die Abtasteinheit 5b ist mit einer Abtastplatte 6b versehen, auf deren freien Oberfläche die Gruppen A-D bzw. A-H aus magnetoresistiven Elementen An-Dn bzw. An-Hn angeordnet sind.2b. The measuring embodiment Ib has on one surface a periodic measuring graduation 3b with a meandering conductor track, through whose equidistant conductors L adjacent in the measuring direction X are oppositely flowed by a current; the measuring graduation 3b has a graduation period t, which is defined by the distance between two adjacent conductors L. A scanning unit 5b is connected to a second object 4b, which scans the measuring graduation 3b of the measuring embodiment Ib to obtain position measurement values for the relative position of the two objects 2b, 4b. The scanning unit 5b is provided with a scanning plate 6b, on the free surface of which the groups A-D and A-H of magnetoresistive elements An-Dn and An-Hn are arranged.

Die wenigstens vier magnetoresistiven Elemente An-Hn einer Viertelbrücke der Halbbrückenschaltung (Hl, H2) oder der Vollbruckenschaltung (Vl, V2) können untereinander beliebig verschaltet werden; insbesondere sind auch Zwischenverbindungen innerhalb einer Viertelbrücke möglich.The at least four magnetoresistive elements An-Hn of a quarter bridge of the half-bridge circuit (Hl, H2) or the full-bridge circuit (Vl, V2) can be interconnected as desired; in particular, intermediate connections within a quarter bridge are also possible.

Jede Gruppe A-H kann auch mehr als vier magnetoresistive Elemente An-Hn (n=l,2,3,4,...) aufweisen, um Oberwellen höherer Ordnungszahl als 2 herauszufiltern. Each group A-H can also have more than four magnetoresistive elements An-Hn (n=1,2,3,4,...) in order to filter out harmonics with an order number higher than 2.

Claims (8)

• · ···■*■■* * · DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 30. Januar 1992 Ansprüche• · ···■*■■* * · DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 30 January 1992 Claims 1. Positionsmeßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte, bei der eine periodische Meßteilung in Meßrichtung von einer Abtasteinheit mittels magnetoresistiver Elemente zur Erzeugung von positionsabhängigen Ausgangssignalen abgetastet wird, aus denen in einer Auswerteeinrichtung Positionsmeßwerte gebildet werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale zur Gewinnung positionsabhängiger Ausgangssignale mit optimalen Signalparametern:1. Position measuring device for measuring the relative position of two objects moving relative to one another, in which a periodic measuring graduation is scanned in the measuring direction by a scanning unit using magnetoresistive elements to generate position-dependent output signals, from which position measurement values are formed in an evaluation device, characterized by the following features for obtaining position-dependent output signals with optimal signal parameters: a) Die Abtasteinheit (5) weist wenigstens vier Gruppen (A - H) aus je wenigstens vier magnetoresistiven Elementen (An - Hn) (n=l,2, 3,4...) auf,a) The scanning unit (5) has at least four groups (A - H) each of at least four magnetoresistive elements (An - Hn) (n=1,2, 3,4...), b) jede Gruppe (A - H) aus wenigstens vier magnetoresistiven Elementen (An - Hn) erstreckt sich über eine Teilungsperiode t der Meßteilung (3),b) each group (A - H) of at least four magnetoresistive elements (An - Hn) extends over a graduation period t of the measuring graduation (3), c) die magnetoresistiven Elemente (An - Hn) werden in Form einer Reihen-Parallelschaltung zu Halbbrückenschaltungen {Hl, H2) oder zu Vollbrückenschaltungen (Vl, V2) verschaltet,c) the magnetoresistive elements (An - Hn) are connected in the form of a series-parallel circuit to form half-bridge circuits (Hl, H2) or full-bridge circuits (Vl, V2), d) bei der Vollbrückenschaltung (Vl, V2) sind die magnetoresistiven Elemente (An-Hn) jeder Gruppe (A-H) der oberen Brückenzweige gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen (An-Hn) ihrer Gruppe (A-H) der unteren Brückenzweige oder die magnetoresistiven Elemente (An-Hn) jeder Gruppe (A-H) der linken Brückenzweige gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen (An-Hn) ihrer Gruppe (A-H) der rechten Brückenzweige um den Betrag t/2 versetzt. d) in the full bridge circuit (Vl, V2), the magnetoresistive elements (An-Hn) of each group (A-H) of the upper bridge branches are offset by the amount t/2 from the corresponding magnetoresistive elements (An-Hn) of their group (A-H) of the lower bridge branches or the magnetoresistive elements (An-Hn) of each group (A-H) of the left bridge branches are offset by the amount t/2 from the corresponding magnetoresistive elements (An-Hn) of their group (A-H) of the right bridge branches. e) bei der Halbbrückenschaltung (Hl, H2) sind die magnetoresistiven Elemente (An-Dn) jeder Gruppe (A-D) des oberen Brückenzweiges gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen (An-Dn) ihrer Gruppe (A-D) des unteren Brückenzweiges um den Betrag t/2 versetzt.e) in the half-bridge circuit (Hl, H2), the magnetoresistive elements (An-Dn) of each group (A-D) of the upper bridge branch are offset by the amount t/2 from the corresponding magnetoresistive elements (An-Dn) of their group (A-D) of the lower bridge branch. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei vier magnetoresistiven Elementen (An-Dn) jeder Gruppe (A-D) ihr jeweiliger gegenseitiger Abstand t/4 beträgt.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that for four magnetoresistive elements (An-Dn) of each group (A-D) their respective mutual distance is t/4. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens vier magnetoresistiven Elemente (An-Hn) einer Viertelbrücke der Halbbrückenschaltung (Hl7 H2) oder der Vollbrückenschaltung (Vl, V2) untereinander beliebig verschaltet sind.3. Measuring device according to claim 1, characterized in that the at least four magnetoresistive elements (An-Hn) of a quarter bridge of the half-bridge circuit (Hl 7 H2) or the full-bridge circuit (Vl, V2) are interconnected as desired. 4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Meßteilung (3) in Meßrichtung (X) alternierend gegenpolig magnetisierte Bereiche (NS) aufweist.4. Measuring device according to claim 1, characterized in that the periodic measuring graduation (3) has areas (NS) magnetized with opposite poles in the measuring direction (X). 5. Meßeinrichtung nach Anspruch I7 dadurch gekennzeichnet , daß die periodische Meßteilung (3a) in Meßrichtung (X) alternierend magnetisch gut leitende Bereiche und magnetisch schlecht leitende Bereiche besitzt und daß die Abtasteinheit (5a) einen Permanentmagneten (PM) aufweist.5. Measuring device according to claim 17 , characterized in that the periodic measuring graduation (3a) in the measuring direction (X) has alternating magnetically highly conductive regions and magnetically poorly conductive regions and that the scanning unit (5a) has a permanent magnet (PM). 6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Meßteilung (3a) aus magnetisch leitendem Material in Meßrichtung (X) alternierend aufeinander folgende Stege (S) und Vertiefungen (V) besitzt.6. Measuring device according to claim 1, characterized in that the periodic measuring graduation (3a) made of magnetically conductive material has alternating webs (S) and depressions (V) in the measuring direction (X). 7. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Meßteilung (3b) in7. Measuring device according to claim 1, characterized in that the periodic measuring graduation (3b) in Meßrichtung (X) alternierend entgegengesetzt stromdurchflossene Leiter (L) aufweist, die senkrecht zur Meßrichtung (X) und parallel zueinander verlaufen.
25Measuring direction (X) has alternating opposite current-carrying conductors (L) which run perpendicular to the measuring direction (X) and parallel to each other.
25 8. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung eine Interpolationseinheit aufweist.8. Measuring device according to claim 1, characterized in that the evaluation device has an interpolation unit.
DE9218628U 1992-02-04 1992-02-04 Position measuring device Expired - Lifetime DE9218628U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE9218628U DE9218628U1 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Position measuring device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4203073A DE4203073C2 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Position measuring device
DE9218628U DE9218628U1 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Position measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE9218628U1 true DE9218628U1 (en) 1994-11-03

Family

ID=25911492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE9218628U Expired - Lifetime DE9218628U1 (en) 1992-02-04 1992-02-04 Position measuring device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE9218628U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0554518B1 (en) Position measuring device
DE3632624C1 (en) Proximity switch insensitive to interference fields
DE69815743T2 (en) Magnetic coding device with reference pulse
EP0766066B1 (en) Magnetic position measuring device as well as method for operating the same
EP0121652B1 (en) Digital electrical length or angle measuring system
DE2915461C2 (en) Direction of rotation measuring device
EP0624778B1 (en) Position measuring device
EP0900998B1 (en) Inductive angle sensor
DE69822954T2 (en) Tilt-compensated inductive position transmitter
EP0620416B1 (en) Magnetic measuring system
EP0628789A1 (en) Position sensor
WO1986000877A1 (en) Magnetoresistive sensor for producing electric signals
DE10113871A1 (en) Arrangement for position, angle or speed determination
DE4233331C2 (en) Arrangement for determining positions
EP1527324B1 (en) Magnetoresistive sensor
DE10011176A1 (en) Chip for two-dimensional position sensor using two rectangularly orthogonally oriented magnetic resistances has second magnetic sensitive sensor that records pulse generated along second axis by movement of magnetic material
DE10123539B4 (en) Magnetic length measuring device
DE4237540C2 (en) Process for high-resolution measurement of linear and rotary positions
DE9218628U1 (en) Position measuring device
EP0784199B1 (en) Magnetic sensor arrangement
EP0676620B1 (en) Magnetic measuring system
DE19601021B4 (en) Magnetic position measuring device and method for its operation
EP4279874B1 (en) Inductive position measurement device
DE9321026U1 (en) Position measuring device
EP0517690B1 (en) Incremental measuring system