ES2572532T3 - Dispositivo de medición de la posición por inducción - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de medición de la posición por inducción, con - una escala (1, 101) con al menos una primera pista de división (11) que se extiende en la dirección de medición (X), que presenta marcas con un primer periodo de división (T1) y con una segunda pista de división (12) que se extiende paralelamente a ella, que presenta marcas con un segundo periodo de división (T2), en el que el primer periodo de división (T1) se desvía en una medida insignificante del segundo periodo de división (T2); - una unidad de exploración (1, 102) con una primera bobina de recepción (21) con un primer periodo (P1) para la exploración de la primera pista de división (11) y para la generación de una primera señal de exploración periódica (A1) que corresponde al primer periodo de división (T1) y con una segunda bobina de recepción (22) con un segundo periodo (P2) para la exploración de la segunda pista de división (22) y para la generación de una segunda señal de exploración periódica (A2) que corresponde al segundo periodo de división (T2) así como el primer periodo (P1) de la primera bobina de recepción (21) es igual al segundo periodo (P2) de la segunda bobina de recepción (22); - una unidad de evaluación (3, 103), que está diseñada para determinar la posición de las fases de la primera señal de exploración (A1) y la posición de las fases de la segunda señal de exploración (A2) y a partir de estas posiciones de las fases formar una posición absoluta (AP) dentro de una zona de medición de varios primeros y segundos periodos de división.
Description
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DESCRIPCION
Dispositivo de medicion de la posicion por induccion Campo de la tecnica
Los dispositivos de medicion de la posicion por induccion sirven para la determinacion de la posicion de dos componentes moviles entre sf Se utilizan, por ejemplo, como codificadores giratorios para la determinacion de la posicion angular de dos partes de maquina giratorias relativamente entre sf o como sistema de medicion de la longitud para la medicion directa de desplazamientos longitudinales a lo largo de un eje.
Tales dispositivos de medicion de la posicion por induccion se emplean como aparatos de medicion para accionamientos electricos, para la determinacion del movimiento relativo o bien de la posicion relativa de partes correspondientes de las maquinas. En este caso, se conducen los valores generados de la posicion a una electronica siguiente para la activacion de los accionamientos a traves de una disposicion de interfaces correspondientes. Se distingue entre disposiciones incrementales de medicion de la posicion y dispositivos absolutos de medicion de la posicion, siendo empleados mucho mas los dispositivos absolutos de medicion de la posicion.
Estado de la tecnica
Se conoce un dispositivo de medicion de la posicion por induccion del tipo indicado al principio a partir del documento US 5.886.519. Un dispositivo de medicion de la posicion por induccion de este tipo presenta una escala y una unidad de exploracion movil. La escala presenta para la medicion de la posicion absoluta varias pistas de division que se extienden paralelas entre sf de periodos de division diferentes en una medida insignificante. Cada una de estas pistas de division posee a intervalos periodicos unas superficies o bien nervaduras y huecos conductores y no conductores de electricidad dispuestos alternos. La unidad de exploracion comprende para la exploracion de las pistas de division unas bobinas de excitacion y bobinas de recepcion en forma de bandas de conductores sobre un soporte comun. Cuando en las bobinas de excitacion se aplica una corriente de excitacion electrica alterna en el tiempo, se generan en las bobinas de recepcion unas senales de exploracion dependientes de la posicion relativa. Estas senales de exploracion son procesadas entonces a continuacion en una unidad de evaluacion para calcular a partir de ello una posicion absoluta. La posicion absoluta se forma a partir de una senal de interferencia, que se deriva a traves de la comparacion de las posiciones de las fases de las senales de exploracion de las dos pistas de division.
En el documento US 5.886.519, respectivamente, el periodo de las bobinas de recepcion corresponde al periodo de division de la pista de division asociada a la exploracion.
Resumen de la invencion
La invencion tiene el cometido de crear un dispositivo de medicion de la posicion por induccion, que se puede fabricar economicamente y se puede emplear de manera flexible y con el que se puede determinar una posicion absoluta precisa.
Este cometido se soluciona de acuerdo con la invencion por medio de las caractensticas de la reivindicacion 1.
El dispositivo de medicion de la posicion por induccion comprende, de acuerdo con ello, una escala con al menos una primera pista de division que se extiende en la direccion de medicion, que presenta marcas con un primer periodo de division y una segunda pista de division que se extiende paralela a ella, que presenta marcas con un segundo periodo de division, de manera que el primer periodo de division se desvfa en una medida insignificante del segundo periodo de division.
El dispositivo de medicion de la posicion por induccion comprende, ademas, una unidad de exploracion con una primera bobina de recepcion con un primer periodo para la exploracion de la primera pista de division y para la generacion de una primera senal de exploracion periodica que corresponde al primer periodo de division y una segunda bobina de recepcion con un segundo periodo para la exploracion de la segunda pista de division y para la generacion de una segunda senal de exploracion periodica que corresponde al segundo periodo de division. De acuerdo con la invencion, el primer periodo de la primera bobina de recepcion es identico con el segundo periodo de la segunda bobina de recepcion.
El dispositivo de medicion de la posicion por induccion comprende, ademas, una unidad de evaluacion, que esta disenada para determinar la posicion de las fases de la primera senal de exploracion y la posicion de las fases de la segunda senal de exploracion y a partir de estas posiciones de las fases formar una posicion absoluta umvoca o bien unica dentro de la zona de medicion de varios primeros y segundos periodos de division. Por lo tanto, en la invencion para la formacion de la posicion absoluta se aprovecha el principio de interferencia o bien el principio- Nonius.
Las posiciones de las fases de las dos senales de exploracion se obtienen de manera conocida por
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interpolacion.
Es ventajoso que dentro de una zona de medicion a detectar absoluta esten dispuestos un numero par de periodos de division de la primera pista de division y un numero impar de periodos de division de la segunda pista de division, en particular dentro de la zona de medicion se distingue el numero de los periodos de division de la primera pista de division del numero de los periodos de division de la segunda pista de division en 1.
Las pistas de division del dispositivo de medicion de la posicion por induccion se pueden explorar por induccion. Cada pista de division esta constituida por una secuencia de marcas distanciadas buenas conductoras de electricidad. A cada una de las pistas de division esta asociada en la unidad de exploracion una bobina de excitacion y una bobina de recepcion, de manera que a cada bobina de recepcion se puede asociar una bobina de excitacion propia o a varias bobinas de recepcion se pueden asociar una bobina de excitacion comun. Estas bobinas estan bobinas en la superficie sobre un soporte. Durante el funcionamiento el dispositivo de medicion de la posicion por induccion, una corriente de excitacion impresa en la bobina de excitacion genera un campo de excitacion electromagnetico alterno, que es influenciado por la disposicion de las marca en funcion de la posicion, con lo que se induce en la bobina de recepcion una senal de exploracion en funcion de la posicion.
El dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la invencion puede estar configurado como dispositivo de medicion de la longitud o como disposicion de medicion del angulo.
De manera ventajosa, la escala presenta mas de dos pistas de division. En particular, la escala de medicion presenta al menos otra pista de division, cuyo periodo de division se desvfa del periodo de division de la primera pista de division asf como del periodo de division de la segunda pista de division en cada caso en una medida insignificante y la unidad de exploracion presenta al menos otra bobina de recepcion con un periodo para la exploracion de la otra pista de division y para la generacion de otra senal de exploracion. En este caso, el periodo de la otra bobina de recepcion corresponde al primer periodo y al segundo periodo.
En la configuracion de acuerdo con la invencion resulta al menos en una de las pistas de division una desviacion (falta de coincidencia) entre el periodo de division de esta pista de division y el periodo de la bobina de recepcion que corresponde a esta pista de division. De manera preferida se aplica en este caso que el numero N de los periodos, que son explorados al mismo tiempo para la generacion, respectivamente, de una senal de exploracion, se selecciona de tal manera que en el caso de una falta de coincidencia minima dada, la perdida de amplitudes de la senal de explotacion en virtud de la falta de coincidencia (en comparacion con el caso de coincidencia) es inferior al 40%.
En particular, se aplica:
- el numero N de los periodos para la generacion de la senal de exploracion es: 1 < N < 50, y
- el periodo de la bobina de recepcion se desvfa del periodo de division de la pista de division asociada a esta bobina de recepcion como maximo 1 %.
La unidad de exploracion esta configurada con preferencia de tal forma que las bobinas de recepcion asociadas a la pluralidad de pistas de division de periodos iguales estan dispuestas simetricamente a una lmea de simetna que se extiende paralela a la direccion de medicion X.
Para el aprovechamiento optimo del espacio disponible en una estructura simetrica de este tipo, la unidad de explicacion puede presentar una bobina de recepcion, que esta dispuesta en la lmea de simetna. El periodo de la bobina de recepcion dispuesta en el plano de simetna se puede desviar de los periodos de la primera bobina de recepcion y de la segunda bobina de recepcion. De esta manera, el periodo de la bobina de recepcion dispuesta en el plano de simetna puede coincidir con el periodo de division de la pista de division asociada al mismo. La pista de division dispuesta en la lmea de simetna puede ser tambien un codigo en serie (llamado tambien PRC) con elementos de codigos dispuestos en la direccion de medicion, de manera que el periodo de la bobina de recepcion corresponde entonces, por ejemplo, a la anchura de uno de estos elementos de codigos.
Para la utilizacion ventajosa de la estructura simetrica esta previsto de manera ventajosa un dispositivo de conmutacion para la conmutacion opcional del procesamiento de las senales de exploracion desde un primer modo de funcionamiento hasta un segundo modo de funcionamiento, estando alineada en el primer modo de funcionamiento la unidad de exploracion en una primera posicion con relacion a la escala, en la que la primera bobina de recepcion esta asociada a la primera pista de division y la segunda bobina de recepcion esta asociada a la segunda pista de division para la exploracion y en el segundo modo de funcionamiento la unidad de exploracion esta pivotada frente a la primera posicion alrededor de 180°, de tal manera que la primera bobina de recepcion esta asociada a la segunda pista de division y la segunda bobina de recepcion esta asociada a la primera pista de division para la exploracion.
El dispositivo de conmutacion puede estar configurado de forma diferente, de manera que la conmutacion se realiza
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a traves de intervencion manual o automaticamente. Para la conmutacion automatica puede estar disenada para detectar la primera y la segunda posicion de la unidad de exploracion a traves de la evaluacion de senales de exploracion de la unidad de exploracion.
Para la conmutacion automatica se pueden asociar al menos a una de las pista de division varias secciones de bobinas de recepcion desplazada entre sf en la direccion de medicion, cada una de las cuales genera una senal parcial de exploracion. En este caso, el dispositivo de conmutacion esta disenado para detectar a partir de estas senales parciales de exploracion la primera y la segunda posicion de la unidad de exploracion.
Otra configuracion ventajosa resulta cuando la escala comprende dos pistas de division distanciadas entre sf perpendicularmente a la direccion de medicion, que presentan los mismos periodos de division y la unidad de exploracion presenta pistas de recepcion para la generacion de dos senales de exploracion de los mismos periodos de la senal. En esta configuracion, la unidad de evaluacion puede estar disenada para determinar a partir de las dos senales de exploracion de los mismos periodos de las senales una medida para la posicion angular de la unidad de exploracion frente a la escala.
La unidad de evaluacion y el dispositivo de conmutacion forman con preferencia con la unidad de exploracion una unidad de construccion comun.
Las configuraciones ventajosas de la invencion se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes.
Breve descripcion de los dibujos
Los detalles y ventajas del dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la invencion se deducen a partir de la siguiente descripcion de ejemplos de realizacion con la ayuda de las figura adjuntas.
La figura 1 muestra un dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 1.
La figura 2 muestra la dependencia de la amplitud AM de una senal de exploracion A2 en funcion del numero N de los periodos de una bobina de recepcion en el caso de que exista una falta de coincidencia del 1 %.
La figura 3 muestra una alineacion posible de la unidad de exploracion frente a la escala del dispositivo de medicion de la posicion por induccion segun la figura 1.
La figura 4 muestra una segunda alineacion posible de la unidad de exploracion frente a la escala del dispositivo de medicion de la posicion por induccion segun la figura 1.
La figura 5 muestra una configuracion del dispositivo de medicion de la posicion por induccion para la conmutacion opcional de la unidad de evaluacion.
La figura 6 muestra un segundo dispositivo de medicion de la posicion por induccion segun la invencion.
La figura 7 muestra una primera alineacion posible de la unidad de exploracion frente a la escala del dispositivo de medicion de la posicion por induccion segun la figura 6.
La figura 8 muestra una segunda alineacion posible de la unidad de exploracion frente a la escala del dispositivo de medicion de la posicion por induccion segun la figura 6, y
La figura 9 muestra un dispositivo para la conmutacion opcional de la unidad de evaluacion del dispositivo de medicion de la posicion por induccion segun la figura 6.
Descripcion de las formas de realizacion
La figura 1 muestra una escala 1 con dos pistas de division 11 y 12 que se extienden en la direccion de medicion X, La primera pista de division 11 presenta marcas con un primer periodo de division T1 y la segunda pista de division 12 presenta marcas con un segundo periodo de division T2. Las marcas dispuestas periodicamente de las dos pistas de division 11, 12 estan configuradas de manera que son legibles por induccion. A tal fin, las pista de division 11, 12 estan constituidas, respectivamente, por una secuencia periodica de marcas conductoras de electricidad distanciadas unas de las otras en la direccion de medicion X. En el ejemplo de realizacion representado, estas marcas son rectangulos planos. El periodo de division T1 de la primera pista de division 11 y el periodo de division T2 de la segunda pista de division 12 solamente se desvfan uno del otro en una medida insignificante, de manera que a partir de ello se puede deducir una posicion absoluta AP sobre varios de estos periodos de division T1, T2.
El dispositivo de medicion de la posicion por induccion comprende, ademas, una unidad de exploracion 2 para la exploracion de las dos pistas de division 11 y 12. La unidad de exploracion 2 presenta para la exploracion de la primera pista de division 11 un primer arrollamiento de excitacion 51 y una primera bobina de recepcion 21 y para la exploracion de la segunda pista de division 12 un segundo arrollamiento de excitacion 52 y una segunda bobina de
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recepcion 22. La primera bobina de excitacion 21 comprende varios primeros periodos P1 que se extienden en la direccion de medicion X para la exploracion simultanea de varios periodos de division T1 dispuestos en la direccion de medicion X y para la formacion de una primera senal de exploracion A1 con el periodo de la senal T1. La segunda bobina de recepcion 22 comprende varios segundos periodos P2 que se extienden en la direccion de medicion X para la exploracion simultanea de varios periodos de division T2 dispuestos en la direccion de medicion X y para la formacion de una segunda senal de exploracion A2 con el periodo de la senal T2. Las senale de exploracion A1, A2 son generadas de manera conocida, generando el campo de excitacion generado por la bobina de excitacion 51, 52 en las marcas conductoras de electricidad de las pistas de division 11, 12 unas corrientes parasitas, que actuan como campo opuesto contra el campo de excitacion. En las bobinas de recepcion 21, 22 se induce, en virtud de campo de excitacion asociado a ellas, una tension que depende de la posicion relativa con respecto a las marcas. La tension inducida en las bobinas de recepcion 21, 22 vana en funcion de la posicion y forma de manera correspondiente la senal de exploracion A1, A2.
Las dos senales de exploracion A1 y A2 de periodos de senales P1 y P2 insignificantemente diferentes se encuentran en una unidad de evaluacion 3, que esta configurada para determina la posicion de las fases de la primera senal de exploracion A1 y la posicion de las fases de la segunda senal de exploracion A2 y para formar a partir de ellas la posicion absoluta AP sobre varios primeros y segundos periodos de division T1, t2. A partir de la comparacion de las posiciones de fases de ambas senales de exploracion A1 y A2 resulta de manera conocida una senal de interferencia, que indica la posicion absoluta umvoca AP. La zona de medicion a codificar absoluta con la dos senales de exploracion A1, A2 depende de manera conocida de la diferencia opcional de los dos periodos de division T1, T2. Sobre toda la zona de medicion a codificar absoluta, el numero de los periodos de division T1 y el numero de los periodos de division T2 se diferencian en 1. Si es por ejemplo T1 = 800 |im y T2 = 800,024 |im, entonces tambien el periodo de la primera senal exploracion es A1 = 800 |im y el periodo de la segunda senal es A2 = 800,024 |im. La zona de medicion a codificar absoluta de esta manera (longitud del recorrido) es 32.768 x T1 = 32.767 x T2 = 26214400 |im.
Las posiciones de las fases actuales de las dos senales de exploracion A1 y A2 se determinan de manera conocida. En todas las figuras, para la exploracion de una pista de division 11, 12 se representa en cada caso solo una bobina de recepcion 21, 22. En realidad, la unidad de exploracion 2 comprende para cada una de las pistas de division 11, 12varias bobina de recepcion desplazadas en cada caso entre sf en una fraccion del periodo de division T1, T2 respectivo, para generar varias senales de exploracion desfasadas entre sf, que se interpolan de manera conocida.
La primera bobina de recepcion 21 presenta un periodo P1, que es igual al periodo P2 de la segunda bobina de recepcion 22. Puesto que la unidad de exploracion 2 presenta bobinas de recepcion 21 22 con periodos iguales P1 = P2, por una parte, es posible una fabricacion estandar de la unidad de exploracion 2 y, por otra parte, tambien una utilizacion flexible de esta unidad de exploracion 2.
Una unidad de exploracion 2 configurada de acuerdo con la invencion puede ser asociada a escalas 1 con pistas de division 11, 12 con diferentes diferencias de los periodos de division T1, T2. Se debe detectar, por ejemplo, de manera umvoca una zona de medicion absoluta de solo 1024 x T1 = 819200 |im, se puede seleccionar el periodo de division T2 = 800,782 |im. Para el numero de los periodos de division T2 dentro de una zona de medicion resulta de esta manera 1023 y para el numero de los periodos de division T1 resulta 1024.
En la invencion se aprovecha el reconocimiento de que en el caso de una falta de coincidencia del periodo de division T2 de la segunda pista de division 12 con relacion al periodo P2 de la bobina de recepcion 22 que explora esta segunda pista de division 12, se reduce la amplitud AM de la senal de exploracion A2 solamente de tal manera que esta es todavfa bien evaluable. La reduccion de la amplitud AM de la senal de exploracion A2 en el caso d de una falta de coincidencia de aproximadamente 1 % se representa de forma esquematica en la figura 2. Se muestra claramente que la reduccion de la amplitud AM de la senal de exploracion A2 no solo depende de la magnitud de la falta de coincidencia, sino tambien del numero N de los periodos P2 utilizados para la formacion de la senal de exploracion A2 de la bobina de recepcion 12. Cuantos mas periodos P2 contribuyan a la formacion de la senal de exploracion A2, tanto mas alta es la amplitud absoluta AM, en la consideracion sin falta de coincidencia. A partir de la figura 2 se deduce que en el caso de una falta de coincidencia de aproximadamente 1 %, hasta aproximadamente 50 periodos P1 de la bobina de recepcion 12 dispuestos unos detras de los otros en la direccion de medicion X pueden contribuir a la formacion de la senal de exploracion A2, para mantener la reduccion de la amplitud de maximo 40 %, es decir, una amplitud AM todavfa aceptable.
Se han revelado como especialmente favorables las siguientes configuraciones:
- el numero N de los periodos para la generacion de la senal de exploracion es: 1 < N < 50, y
- el periodo de la bobina de recepcion se desvfa del periodo de division de LA pista de division asociada a esta bobina de recepcion como maximo 1 %.
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Expresado en general se aplica:
El numero N de los periodos, que son explorados al mismo tiempo para la generacion, respectivamente, de una senal de exploracion, se selecciona de tal manera que en el caso de presencia de una falta de coincidencia, la perdida de la amplitud de la senal de exploracion en virtud de la falta de coincidencia (en comparacion sin falta de coincidencia) es inferior al 40 %.
La invencion permite tambien una utilizacion flexible de la unidad de exploracion 2, como se explica con la ayuda de las figuras 3 a 6.
La posicion absoluta AP obtenida en la unidad de exploracion se transmite normalmente por cable a una electronica siguiente. A tal fin, la unidad de exploracion 2 presenta una salida de cables 4. La invencion posibilita ahora la asociacion de la unidad de exploracion 2 a las pistas de division 11 y 12 de la escala 1 en dos orientaciones o bien alineaciones diferentes.
La figura 3 muestra una primera posibilidad de la alineacion de la unidad de exploracion 2 frente a la escala 1, en la que la primera bobina de recepcion 21 esta asociada a la primera pista de division 11 y la explora para la obtencion de la primera senal de exploracion A1 del periodo de la senal T1, y en la que la segunda bobina de recepcion 22 esta asociada a la segunda pista de direccion 12 y la explora para la obtencion de la segunda senal de exploracion A2 del periodo de la senal t2.
La figura 4 muestra una segunda alineacion posibilitada a traves de la invencion de la unidad de exploracion 2 frente a la escala 1. En este caso, la unidad de exploracion 2 esta dispuesta girada alrededor de 180° frente a la escala 1 (el sentido de giro se indica en la figura 3 a traves de la flecha representada). En esta alineacion, la primera bobina de recepcion 21 esta asociada a la segunda pista de division 12 y la explora para la obtencion de la segunda senal de exploracion A2 con el periodo de division T2. En cambio, la segunda bobina de recepcion 22 esta asociada a la primera pista de division 11 y la explora para la obtencion de la primera senal de exploracion A1 con el periodo de exploracion T1.
La configuracion del mismo tipo de las bobinas de recepcion 21, 22 permite de esta manera dos posiciones de montaje diferentes de la unidad de exploracion 2, con lo que se puede seleccionar la direccion de la salida de los cables 4 de una manera flexible de acuerdo con las relaciones de espacio, como se muestra en las figuras 3 y 4.
Si se predetermina fijamente la posicion de montaje deseada por el cliente ya en el fabricante del dispositivo de medicion de la posicion por induccion, la unidad de evaluacion 3 esta configurada ya adaptada de manera correspondiente por el fabricante. Si la alineacion de la unidad de exploracion 3 debe ser libremente seleccionable por el cliente, es necesario poder configurar tambien la unidad de evaluacion 3 de acuerdo con las alineaciones posibles.
Para la configuracion de la unidad de evaluacion 3 en funcion de la alineacion seleccionada de la unidad de exploracion 2 con relacion a la escala 1 existe una pluralidad de posibilidades. Una posibilidad consiste en que la unidad de evaluacion 3 se programa de acuerdo con la alineacion seleccionada en dos modos de funcionamiento diferentes para el procesamiento de las dos senales de exploracion A1 y A2. La informacion sobre la alineacion actual se puede comunicar a la unidad de evaluacion 3 por el usuario a traves de un conmutador que se puede accionar mecanicamente o se puede calcular por la propia unidad de evaluacion 3. En el caso de la determinacion automatica se reconoce la alineacion actual a traves de la exploracion de una informacion presenta en la escala 1. Esta informacion sobre la escala 1 puede ser un iman, que es detectado por un sensor de la unidad de exploracion 2. La informacion presenta en la escala 1 para el reconocimiento de la alineacion actual de la unidad de exploracion 2 con relacion a la escala 1 puede estar formada, sin embargo, tambien por las pistas de division 11, 12, de manera que la unidad de exploracion 2 o bien la unidad de evaluacion 3 reconocen los diferentes periodos de la division T1, T2 de las pistas de division 11, 12 a traves de exploracion - en particular a traves de evaluacion de la posicion actual de las fases de la senales de exploracion a1, A2 durante el movimiento relativo - y selecciona de manera correspondiente el modo de funcionamiento adecuado de la unidad de evaluacion 3.
En la figura 5 se representa un ejemplo de realizacion a este respecto. Al menos una de las bobinas de recepcion 21, 22 - en el ejemplo de realizacion la bobina de recepcion 22 - esta dividida en varias secciones 22.1 y 22.2 desplazadas en la direccion de medicion X. La senal de exploracion A2.1 de una de las secciones 22.1 y la senal de exploracion A2.2 de la otra seccion 22.2 son alimentadas a un dispositivo de conmutacion 5, que determina la posicion de las fases de las dos senales de exploracion A2.1 y A2.2 y a partir de ello reconoce la alineacion actual de la unidad de exploracion 2 y conmuta la unidad de evaluacion 3 en funcion de ello al modo de funcionamiento correcto. La posicion de las fases o bien el desplazamiento de las fases de las dos senales de exploracion A2.1 y A2.2 es proporcional al periodo de division T2 de la pista de division 12 opuesta al mismo, de manera que a partir de ello se puede deducir de una manera inequvoca si las secciones 22.1 y 22.2 estan asociadas a la pista de division 11 o a la pista de division 12. Las secciones 22.1 y 22.2 forman en comun la bobina de recepcion 22 y la senal de exploracion A2 es la suma de las senales de exploracion A2.1 y A2.2.
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Con la ayuda de las figuras 6 a 9 se explica a continuacion otro ejemplo de realizacion de la invencion. El dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con el primer ejemplo de realizacion ha sido completado para determinar, por una parte, una medida para la posicion angular de la unidad de exploracion 102 frente a la escala 101 y, por otra parte, para poder determinar adicionalmente dentro de la zona de medicion a medir absoluta, por secciones, otras posiciones absolutas, lo que eleva la fiabilidad de la medicion de la posicion absoluta.
Para la determinacion de una medida para el basculamiento de la unidad de exploracion 102 frente a la escala 101 - llamado tambien angulo de Moire - a la primera pista de division 11 esta asociada una primera pista de division adicional 11.1 con el periodo de division T1. Esta pista de division 11.1 esta distanciada, perpendicularmente a la direccion de medicion X, de la primera pista de division 11. La unidad de exploracion 102 presenta una bobina de excitacion 51.1 y una bobina de recepcion 21.1 con el periodo P1 para la exploracion de la pista de division 11.1. Durante la exploracion de la pista de division 11.1, la bobina de recepcion 21.1 genera una senal de exploracion A1.1. El basculamiento (posicion inclinada alrededor de un eje de giro que apunta en el plano del dibujo de la figura 6) de la unidad de exploracion 102 con relacion a la escala 101 se obtiene a traves de comparacion de las dos senales de exploracion A1 y A1.1. Esta medida actual de la posicion angular se puede utilizar en la unidad de evaluacion 103 para la correccion de la senales de exploracion A2, A3 obtenidas con la unidad de exploracion 102 o de la posicion absoluta AP calculada a partir de ello.
La senal de exploracion A1.1 se puede utilizar adicional o alternativamente para corregir tambien la senal de exploracion A1, por ejemplo la senal de exploracion A1 corregida se puede obtener a traves del promedio de las dos senales de exploracion A1 y A1.1.
De manera conocida, la zona de medicion a detectar absoluta se determina a traves de la diferencia de los periodos de las senales de exploracion, cuya posiciones de las fases se comparan entre sf. Cuanto menor es la diferencia de los periodos de las senales, tanto mayor es la zona de medicion a detectar absoluta. En el ejemplo de realizacion mostrado, se determina la zona de medicion absoluta maxima a traves de las dos senales de exploracion A1 y A2 y, por lo tanto, a traves de las dos pistas de division 11 y 12. Con la posicion absoluta obtenida a partir de estas dos senales de exploracion A1 y A2 debe poder determinarse de una manera umvoca un periodo de division T1 de la pista de division 11. En el ejemplo de realizacion, este sena un periodo de division T1 dentro de 32.768 periodos de division T1. Para facilitar esta determinacion unvoca es ventajoso que la zona de medicion maxima se divida, ademas, en varias zonas de medicion absolutas y de esta manera con la posicion absoluta obtenida a partir de las senales de exploracion A1 y A2 debe determinarse de forma inequvoca solamente una de estas zonas de medicion absolutas. En el ejemplo de realizacion representado, a tal fin esta prevista una tercera pista de division 13 con el periodo de division T3. Para la exploracion de esta pista de division 13, la unidad de exploracion 102 comprende una bobina de excitacion 53 y una bobina de recepcion 23. El periodo de division T3 se desvfa de nuevo solo en una medida insignificante del periodo de division T1. El periodo P3 de la tercera bobina de recepcion 23 corresponde al periodo P1 de la primera bobina de recepcion 21, por lo que entre el periodo de division T1 y el periodo P3 existe de nuevo una falta de coincidencia. Pero la falta de coincidencia es de nuevo tal que de esta manera se reduce solo en una medida insignificante (< 40 %) (en comparacion sin falta de coincidencia) la amplitud de la senal de exploracion A3 con el periodo de la senal T3. Los periodos de division T1 y T3 estan seleccionados de tal forma que a traves de la comparacion de las posiciones de las fases de las dos senales de exploracion A 1y A3 dentro de toda la zona de medicion a detectar absoluta se pueden definir varias secciones absolutas. Partiendo del ejemplo numerico mencionado en el primer ejemplo de realizacion, el periodo de division T1 = 800 |im; el periodo de division T2 = 800,024 |im, y el periodo de division T3 = 800,782 |im. A cada una de las pistas de division 11, 12 y 13 esta asociada una bobina de recepcion 21, 22, 23 con el periodo identico P1 = P2 = P3 = 800 |im. A partir de las senales de exploracion A1 y A3 resulta a traves de la comparacion de las fases una zona de medicion absoluta de 819200 |im. Esta zona de medicion absoluta divide la zona de medicion mencionada de 26214400 |im en 32 zonas de la longitud 818200 |im.
El dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la invencion puede presentar todavfa otras pistas de division y pistas de recepcion. Estas pista de division pueden servir para incrementar todavfa mas la zona de medicion absoluta o para dividir las zonas de medicion absolutas definidas a traves de las pistas de division 11, 11.1, 12, 13 existentes todavfa en zonas de medicion absolutas todavfa mas pequenas.
De acuerdo con el ejemplo de realizacion de la figura 6, esta prevista otra pista de division - a saber, una cuarta pista de division 14 -, que se utiliza para dividir cada una de las zonas de medicion absolutas obtenidas a traves de las senales de explotacion A1 y A3 en varias zona de medicion absolutas mas pequenas. Para la exploracion de la cuarta pista de division 14 con el periodo de division T4, la unidad de exploracion 102 presenta una bobina de exploracion 54 y una bobina de recepcion 24, que genera una senal de exploracion A4 del periodo de la senal T4. El periodo P4 de la bobina de recepcion 24 corresponde al periodo de division T4 y, por lo tanto, se desvfa de los periodos P1, P2, P3. Este periodo P4 que se desvfa de las restantes bobinas de recepcion 21, 22, 23 condiciona la disposicion de la bobina de recepcion 24 en la lmea de simetna S, cuando debe utilizarse la ventaja, explicada todavfa mas adelante con la ayuda de las figuras 7 y 8, de la asociacion flexible de la unidad de exploracion 102 a la escala 101.
5
10
15
20
25
30
35
Partiendo de los ejemplos numericos ya mencionados, el periodo de exploracion T4 es, por ejemplo, 825,806 |im. De esta manera, a partir de las senales de exploracion A1 y A2 resulta una zona de medicion absoluta total de 26214400 |im. A partir de las senales de exploracion A1 y A3 resulta una zona de medicion absoluta de 819200 |im. Esta zona de medicion absoluta divide toda la zona de medicion de 26214400 |im en 32 zonas. A partir de las senales de exploracion A1 y A2 resulta una zona de medicion absoluta de 25600 |im, que divide la zona de medicion de 819200 |im de nuevo en 32 zonas. La zona de medicion absoluta de 25600 |im corresponde a 32 x T1. En este ejemplo, toda la zona de medicion absoluta definida con dos pistas de division 11 y 12 se divide, ademas, por lo tanto, por medio de otras pistas de division T3, T4 en etapas de 32, respectivamente. Evidentemente, este factor de division solo es ejemplar y no limita la invencion de ninguna manera.
Tambien en el segundo ejemplo de realizacion de la invencion resultan las ventajas mencionadas al principio. Por una parte, la unidad de exploracion 102 se puede fabricar de manera economica en grandes numeros de piezas, puesto que todas las bobinas de recepcion 21, 21.1, 22, 23 presentan en cada caso los mismos periodos P1 = P2 = P3. Por otra parte, la invencion permite tambien diferentes asociaciones de la unidad de exploracion 102 con relacion a la escala 101. Condicion para ello es solo una disposicion simetrica de las bobinas de recepcion 21, 21.1, 22, 23 configuradas del mismo tipo con relacion a una lmea de simetna S. En las figuras 7 y 8 se representan de forma esquematica las dos asociaciones posibles de la unidad de exploracion 102 y la escala 101. La figura 6 muestra la segunda asociacion, en la que la unidad de exploracion 102 esta girada alrededor de 180° frente a la primera asociacion mostrada en la figura 7. La direccion de la salida de cables 104 se puede seleccionar de esta manera de nuevo flexible en funcion de las relaciones de espacio.
En funcion de la asociacion seleccionada, la unidad de evaluacion 103 puede estar configurada de forma correspondiente. A tal fin, se pueden aplicar las medidas explicadas con la ayuda del primer ejemplo de realizacion. Una posibilidad ventajosa para la adaptacion flexible de la unidad de evaluacion 103 se explica a continuacion con la ayuda de la figura 9. A la unidad de evaluacion 103 esta asociado un dispositivo de conmutacion 105, configurado por ejemplo como conmutador, que en funcion de la asociacion actual de la unidad de exploracion 102 y de la escala 101, procesa las senales de exploracion A1, A2, A3, A4 en un primer modo de funcionamiento o en un segundo modo de funcionamiento. Para la ilustracion de los dos modos de funcionamiento diferentes se representan en la figura 9 de forma esquematica dos bloques 61 y 62, que pueden estar realizados como software o como circuitos. En la posicion representada del conmutador, las senales de exploracion A1, A2, A3, A4 son procesadas de acuerdo con el modo de funcionamiento predeterminado en el bloque 61 y en el segundo modo de funcionamiento representado con trazos se procesan las senales de exploracion a1, A2, A3, A4 de acuerdo con el modo de funcionamiento predeterminado en el bloque 62.
Claims (13)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion, con- una escala (1, 101) con al menos una primera pista de division (11) que se extiende en la direccion de medicion (X), que presenta marcas con un primer periodo de division (T1) y con una segunda pista de division (12) que se extiende paralelamente a ella, que presenta marcas con un segundo periodo de division (T2), en el que el primer periodo de division (T1) se desvfa en una medida insignificante del segundo periodo de division (T2);- una unidad de exploracion (1, 102) con una primera bobina de recepcion (21) con un primer periodo (P1) para la exploracion de la primera pista de division (11) y para la generacion de una primera senal de exploracion periodica (A1) que corresponde al primer periodo de division (T1) y con una segunda bobina de recepcion (22) con un segundo periodo (P2) para la exploracion de la segunda pista de division (22) y para la generacion de una segunda senal de exploracion periodica (A2) que corresponde al segundo periodo de division (T2) asf como el primer periodo (P1) de la primera bobina de recepcion (21) es igual al segundo periodo (P2) de la segunda bobina de recepcion (22);- una unidad de evaluacion (3, 103), que esta disenada para determinar la posicion de las fases de la primera senal de exploracion (A1) y la posicion de las fases de la segunda senal de exploracion (A2) y a partir de estas posiciones de las fases formar una posicion absoluta (AP) dentro de una zona de medicion de varios primeros y segundos periodos de division.
- 2. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque dentro de la zona de medicion estan dispuestos un numero par de periodos de division de la primera pista de division (11) y un numero impar de periodos de division de la segunda pista de division (12).
- 3. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque dentro de la zona de medicion, el numero de los periodos de division de la primera pista de division (11) se diferencia del numero de los periodos de division de la segunda pista de division (12) en 1.
- 4. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la escala (101) presenta al menos otra pista de division (13), cuyo periodo de division (T3) se diferencia en cada caso en una medida insignificante del periodo de division (T1) de la primera pista de division (11) asf como del periodo de division (T2) de la segunda pista de division (T2), y porque la unidad de exploracion (102) presenta al menos otra bobina de recepcion (23) con un periodo (P3) para la exploracion de la otra pista de division (13) y para la generacion de otra senal de exploracion (A3), en el que el periodo (P3) de la otra bobina de recepcion (23) corresponde al primer periodo (P1) y al segundo periodo (P2).
- 5. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el numero N de los periodos, que son explorados al mismo tiempo en cada caso para la generacion de una senal de exploracion (A2, A3) se selecciona de tal manera que en el caso de que exista una falta de coincidencia, la perdida de amplitud de la senal de exploracion (A2, A3) en virtud de la falta de coincidencia en comparacion con el caso de coincidencia es inferior al 40 %.
- 6. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado porque el numero N de los periodos para la generacion, respectivamente, de una de las senales de exploracion (A2, A3) cumple la condicion siguiente: 1 < N < 50, y porque el periodo (P2, P3) de la bobina de recepcion (22, 23) se desvfa como maximo 1 % del periodo de division (T2, T3) de la pista de division (12, 13) asociada a esta bobina de recepcion (22, 23).
- 7. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las bobinas de recepcion (22, 22, 23), asociada a la pistas de division (11, 12, 13) de periodos iguales estan dispuestas simetricamente a una lmea de simetna (S) que se extiende paralela a la direccion de medicion X.
- 8. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado porque la unidad de exploracion (102) presenta una bobina de recepcion (24), que esta dispuesta en la lmea de simetna (S).
- 9. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado porque el periodo (P4) de la bobina de recepcion (24) dispuesta en la lmea de simetna (S) se desvfa de los periodos (P1, P2) de la primera bobina de recepcion (21) y de la segunda bobina de recepcion (22).
- 10. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque esta previsto un dispositivo de conmutacion (5, 105) para la conmutacion opcional del procesamiento de la senal de exploracion (A1 a A4) desde un primer modo de funcionamiento hasta un segundomodo de funcionamiento, en el que en el primer modo de funcionamiento la unidad de exploracion (2, 102) esta alineada en una primera posicion con relacion a la escala (1, 101) y en el segundo modo de funcionamiento la unidad de exploracion (2, 102) esta alineada en una segunda posicion con relacion a la escala (1, 101), en la que la unidad de exploracion (2, 102) esta pivotada alrededor de 180° frente a la primera posicion.5 11.- Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado porqueel dispositivo de conmutacion (5) esta disenado para detectar la primera y la segunda posicion de la unidad de exploracion (2) a traves de la evaluacion de senales de exploracion (A1, A2) de la unidad de exploracion (2).
- 12. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque al menos a una de las pistas de division (12) estan asociada varias secciones de bobinas de recepcion (22.1, 22.2)10 desplazadas entre sf en la direccion de medicion X, cada una de las cuales genera una senal parcial de exploracion (A2.1, A2.2), y porque la instalacion de conmutacion (5) esta disenada para detectar a partir de estas senales parciales de exploracion (A2.1, A2.2) la primera y segunda posicion de la unidad de exploracion (2).
- 13. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dos pistas parciales (11.1, 11.2) de la escala (101) distanciadas una de la otra15 perpendicularmente a la direccion de medicion X presentan el mismo periodo de division (P1) y la unidad de exploracion (102) presenta bobinas de recepcion (51, 51.1) para la generacion de dos senales de exploracion (A1, A1.1) del mismo periodo (T1).
- 14. - Dispositivo de medicion de la posicion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 13, caracterizado porque la unidad de evaluacion (103) esta disenada para determinar a partir de la dos senales de exploracion (A1, A1.1) del20 mismo periodo (T1) una medida para el angulo de Moire de la unidad de exploracion (102) frente a la escala (101).
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