ES2701307T3 - Medida materializada así como dispositivo de medición de posición - Google Patents

Abstract

Medida materializada, para la medición inductiva de la posición a lo largo de una dirección de medición X, que comprende - un perfil de soporte de material eléctricamente conductor con dos paredes laterales (3, 103, 103.1, 4, 104, 104.1) unidas entre sí, que discurren en paralelo a la dirección de medición X, distanciadas la una de la otra, las cuales encierran un espacio intermedio; - una serie de primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) de material eléctricamente conductor dispuestos en el perfil de soporte y enfrentados en el espacio intermedio a una de las dos paredes laterales (3, 103, 103.1) y dispuestos distanciados respecto a las mismas, que discurren en paralelo a la dirección de medición X; - una serie de segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) de material eléctricamente conductor dispuestos en el perfil de soporte y enfrentados en el espacio intermedio a las otras de las dos paredes laterales (4, 104, 104.1) y dispuestos distanciados respecto a las mismas, que discurren en paralelo a la dirección de medición X, en donde la serie de primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) y la serie de segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) forman un intersticio para una unidad de escaneo (10) para el escaneo inductivo de los primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) junto con los segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1).

Description

DESCRIPCIÓN

Medida materializada así como dispositivo de medición de posición

Campo de la técnica

La presente invención se refiere a una medida materializada para la medición inductiva de la posición así como a un dispositivo de medición de posición con esta medida materializada.

Los dispositivos de medición de posición que funcionan según el principio de medición inductiva presentan una medida materializada que tiene una graduación que puede escanearse de manera inductiva. La graduación consiste en una sucesión de elementos de graduación eléctricamente conductivos distanciados unos de otros. La graduación se escaneará durante la operación de medición por una unidad de escaneo, que presenta al menos una espira de excitación y una espira de escaneo. Una corriente de excitación aplicada a la espira de excitación genera un campo de excitación electromagnético que varía con el tiempo, el cual se ve afectado, dependiendo de la posición, por la disposición de los elementos de graduación, con lo cual se induce en la espira de escaneo asociada una señal de escaneo dependiente de la posición.

Sumario de la invención

El objetivo de la presente invención es indicar una medida materializada que puede escanearse de manera inductiva, que sea fácil de fabricar y especialmente estable e insensible frente a influencias ambientales.

Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante una medida materializada con las características de la reivindicación 1.

La medida materializada para la medición inductiva de la posición a lo largo de una dirección de medición comprende:

- un perfil de soporte de material eléctricamente conductor con dos paredes laterales unidas entre sí que discurren en paralelo a la dirección de medición, distanciadas la una de la otra, las cuales encierran un espacio intermedio; - una serie de primeros elementos de graduación de material eléctricamente conductor dispuestos en el perfil de soporte y enfrentados en el espacio intermedio a una de las dos paredes laterales y dispuestos distanciados respecto a la misma, que discurren en paralelo a la dirección de medición;

- una serie de segundos elementos de graduación de material eléctricamente conductor dispuestos en el perfil de soporte y enfrentados en el espacio intermedio a la otra de las dos paredes laterales y dispuestos distanciados respecto a la misma, que discurren en paralelo a la dirección de medición, en donde

- la serie de primeros elementos de graduación y la serie de segundos elementos de graduación forman un intersticio para una unidad de escaneo para el escaneo inductivo de los primeros elementos de graduación junto con los segundos elementos de graduación.

La serie de primeros elementos de graduación y la serie de segundos elementos de graduación están dispuestas, para ello, distanciadas entre sí en perpendicular a la dirección de medición.

Los primeros elementos de graduación y los segundos elementos de graduación son elementos en forma de lengüeta distanciados en cada caso unos de otros en la dirección de medición, que forman superficies enfrentadas a la unidad de escaneo para la formación de corrientes de Foucault.

Una estructura especialmente estable se obtiene cuando cada uno de los primeros y segundos elementos de graduación está unido en cada caso, por su base y por su sección de extremo distanciada respecto a la misma en perpendicular a la dirección de medición, con la pared lateral enfrentada al mismo.

Los primeros elementos de graduación pueden estar unidos, de manera alternativa, por su base, con la base de los segundos elementos de graduación y, adicionalmente, los primeros elementos de graduación y los segundos elementos de graduación pueden estar unidos, en cada caso, por su sección de extremo distanciada respecto a la misma en perpendicular a la dirección de medición, con la pared lateral enfrentada al mismo. Opcionalmente, también puede estar unido en este caso cada uno de los primeros y los segundos elementos de graduación, en cada caso adicionalmente, con su base, con la pared lateral enfrentada al mismo.

Para evitar un cortocircuito de los elementos de graduación a través de una de las dos paredes laterales resulta ventajoso que la unión de los primeros elementos de graduación y los segundos elementos de graduación con la pared lateral enfrentada en cada caso a los mismos al menos presente, en una posición, un estrechamiento, cuya anchura es una fracción de la anchura del elemento de graduación que va a unirse con el mismo. Es suficiente con que el estrechamiento esté previsto en cada caso solo en una de las dos posiciones, base o sección de extremo, de los elementos de graduación.

La unión de los elementos de graduación, por su sección de extremo, con la pared lateral opuesta a una cierta distancia está configurada preferentemente en cada caso como puente, que presenta en la dirección de medición una anchura que es una fracción de la anchura del elemento de graduación que va a unirse.

Las uniones arriba explicadas de los elementos de graduación entre sí así como con las paredes laterales se componen de material eléctricamente conductor y están formadas preferentemente mediante conformación formando una sola pieza con las paredes laterales y / o con los elementos de graduación.

La medida materializada puede producirse de manera ventajosa si esta es un perfil autoportante de material eléctricamente conductor creado mediante conformación.

Es especialmente ventajoso que la medida materializada, que consiste en el perfil de soporte -que comprende las dos paredes laterales y la unión de estas dos paredes laterales-, así como la serie de primeros elementos de graduación, la serie de segundos elementos de graduación así como las uniones de los elementos de graduación con las paredes laterales estén formadas conjuntamente por un perfil de material eléctricamente conductor creado mediante conformación, siendo el preferentemente un perfil de extrusión. Como materiales para ello son adecuados especialmente un material de trabajo aluminio, un material de trabajo cobre o también un plástico eléctricamente conductor.

Alternativamente, la medida materializada también puede fabricarse mediante conformación de chapa.

En particular, la serie de primeros elementos de graduación y la serie de segundos elementos de graduación están configuradas para la medición de posición absoluta a lo largo de un trayecto que comprende varios primeros elementos de graduación.

Preferentemente, para la medición de posición absoluta se utiliza el principio nonius. El principio nonius significa que el número de repeticiones periódicas de los primeros elementos de graduación y el número de repeticiones periódicas de segundos elementos de graduación se encuentran en una relación no de número entero entre sí. En particular, la serie de primeros elementos de graduación es una graduación incremental periódica con un primer periodo de graduación y la serie de segundos elementos de graduación es una graduación incremental periódica con un segundo periodo de graduación, que difiere ligeramente del primer periodo de graduación.

Otro objetivo de la presente invención es indicar un dispositivo de medición inductiva de la posición, que pueda fabricarse de manera sencilla y que sea especialmente insensible frente a influencias ambientales.

Este objetivo se consigue con un dispositivo de medición de posición con las características de la reivindicación 14. Este dispositivo de medición de posición equipado con la medida materializada de acuerdo con la invención presenta una unidad de escaneo dispuesta en el intersticio y que puede desplazarse con respecto a la medida materializada en la dirección de medición, con un primer sensor para escanear los primeros elementos de graduación y con un segundo sensor para escanear los segundos elementos de graduación, presentando el primer sensor una espira de excitación para generar un campo alterno electromagnético y una espira de escaneo para detectar el campo alterno electromagnético modulado dependiendo de la posición en los primeros elementos de graduación, y presentando el segundo sensor una espira de excitación para generar un campo alterno electromagnético y una espira de escaneo para detectar el campo alterno electromagnético modulado dependiendo de la posición en los segundos elementos de graduación.

Las espiras de excitación y las espiras de escaneo están realizadas, a este respecto, preferentemente como espiras planas.

Configuraciones ventajosas de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

Ventajas así como particularidades de la presente invención se desprenden de la descripción que sigue de ejemplos de realización con ayuda de las figuras adjuntas.

Muestran

la figura 1 una vista en perspectiva de una medida materializada que puede escanearse de manera inductiva diseñada de acuerdo con la invención;

la figura 2 una sección transversal A-A de la medida materializada de acuerdo con la figura 1;

la figura 3 una sección transversal de la medida materializada de acuerdo con las figuras 1 y 2 con una unidad de escaneo;

la figura 4 la estructura básica de la unidad de escaneo;

la figura 5 un segundo ejemplo de una medida materializada diseñada de acuerdo con la invención en sección transversal;

la figura 6 los elementos de graduación de la medida materializada de acuerdo con la figura 5, y

la figura 7 un tercer ejemplo de una medida materializada diseñada de acuerdo con la invención en sección transversal.

Descripción de las formas de realización

Con ayuda de las figuras 1 a 4 se explica más detalladamente un primer ejemplo de realización de la invención. La figura 1 muestra una medida materializada 1 con dos graduaciones de medición que discurren en la dirección de medición X, que están dispuestas opuestas la una a la otra y que forman entre ellas un intersticio. La primera graduación de medición la forman unos primeros elementos de graduación 6 con un primer periodo de graduación P1 y la segunda graduación de medición la forman unos segundos elementos de graduación 7 con un segundo periodo de graduación P2. Los elementos de graduación 6 y 7 dispuestos de forma periódica de ambas graduaciones de medición están diseñados de manera que pueden escanearse de manera inductiva, por lo que las sucesiones periódicas de elementos de graduación 6, 7 distanciados unos de otros en la dirección de medición X se componen de material eléctricamente conductivo. En el ejemplo de realización representado, estos elementos de graduación 6, 7 son en cada caso lengüetas planas con contorno exterior rectangular. Los elementos de graduación 6, 7 forman elementos de acoplamiento inductivo, que modulan la intensidad del acoplamiento inductivo entre una espira de excitación 111, 121 y una espira de escaneo 112, 113; 122, 123 dependiendo de la posición, al formarse en cada caso en un elemento de graduación 6, 7 corrientes de Foucault que actúan contra el campo de excitación. Los elementos de graduación 6, 7 también se denominan, por tanto, con frecuencia elementos de acoplamiento o elementos de atenuación.

La medida materializada 1 es autoportante y consiste en un perfil de soporte de material eléctricamente conductor, que está formado por dos paredes laterales 3 y 4 que discurren en paralelo a la dirección de medición X distanciadas la una de la otra, las cuales encierran un espacio intermedio, y en una unión que mantiene juntas las paredes laterales, realizada en el ejemplo como alma de unión 5. En el espacio intermedio que encierran las paredes laterales 3, 4 y enfrentados a la pared lateral 3 y distanciados respecto a la misma y discurriendo en paralelo a la dirección de medición X está dispuesta la serie de primeros elementos de graduación 6 de material eléctricamente conductor. Además, en el espacio intermedio que encierran las paredes laterales 3, 4 y enfrentados a la pared lateral 4 y distanciados respecto a la misma así como discurriendo en paralelo a la dirección de medición X está dispuesta la serie de segundos elementos de graduación 7 de material eléctricamente conductor.

La serie de primeros elementos de graduación 6 forma la primera graduación de medición y la serie de segundos elementos de graduación 7 forma la segunda graduación de medición. La serie de primeros elementos de graduación 6 y la serie de segundos elementos de graduación 7 están dispuestas, a su vez, distanciadas entre sí en perpendicular a la dirección de medición X y forman por tanto un intersticio para una unidad de escaneo 10 para el escaneo inductivo de los primeros elementos de graduación 6 junto con los segundos elementos de graduación 7. Los primeros elementos de graduación 6 y los segundos elementos de graduación 7 son lengüetas dispuestas en cada caso en el perfil de soporte y distanciadas unas de otras en la dirección de medición X. Cada uno de los elementos de graduación 6, 7 está dispuesto con su base en el alma de unión 5 que une las paredes laterales 3, 4 así como unido, con su sección de extremo, con la pared lateral 3 o 4 en cada caso opuesta, a través de una unión de material eléctricamente conductor. En el ejemplo, esta unión está configurada como puente 8, estando unido cada uno de los primeros elementos de graduación 6 y de los segundos elementos de graduación 7 a través de un puente 8 independiente. Los puentes 8 individuales están dispuestos distanciados unos de otros en la dirección de medición X.

El alma de unión 5 y los puentes 8 son uniones que discurren transversalmente -en particular en perpendicular- a las superficies de los elementos de graduación 6, 7, en las que se forman las corrientes de Foucault para la medición de la posición. Dicho de otro modo, el alma de unión 5 y los puentes 8 presentan superficies que discurren inclinadas respecto a las superficies de los elementos de graduación 6, 7, preferentemente en perpendicular a las mismas.

Para que la resistencia a la propagación de corrientes de Foucault desde los elementos de graduación 6, 7 hacia las paredes laterales 3, 4 sea especialmente grande, la unión entre el respectivo elemento de graduación 6, 7 y la pared lateral 3, 4 presenta al menos en un punto un estrechamiento. Este estrechamiento de la unión con la respectiva pared lateral 3, 4 está previsto al menos en una de las dos posiciones, base o sección de extremo, y presenta una anchura B2 que es una fracción de la anchura B1 del elemento de graduación 6, 7 que va a unirse al perfil de soporte. En el ejemplo de realización, el estrechamiento está formado en los puentes 8 y la anchura b2 de los puentes 8 -vista en la dirección de medición X - es en cada caso una fracción de la anchura B1 del elemento de graduación 6, 7 que va a unirse. Los puentes 8 están dispuestos preferentemente en cada caso en el centro de un elemento de graduación 6, 7. Gracias al estrechamiento así formado en al menos una de las dos posiciones, base o sección de extremo, se impide un cortocircuito de las corrientes de Foucault a través de la respectiva pared lateral 3, 4 y se garantiza, pese a ello, un posicionamiento estable, resistente a la vibración, de los elementos de graduación 6, 7.

En el primer ejemplo de realización, la medida materializada 1 es un perfil de material eléctricamente conductor creado mediante conformación a presión. La conformación a presión es preferentemente una extrusión, de modo que la medida materializada es un perfil de extrusión. Como material es adecuado cualquier material eléctricamente conductor que pueda extrudirse, en particular aluminio o aleación de aluminio. Mediante la extrusión puede fabricarse de manera especialmente sencilla el espacio hueco encerrado por la pared lateral 3 exterior, los puentes 8, la serie de primeros elementos de graduación 6 y el alma de unión 5 así como el espacio hueco encerrado por la pared lateral 7 exterior, los puentes 8, la serie de segundos elementos de graduación 7 y el alma de unión 5. Los elementos de graduación 6, 7 están conformados, en cada caso por su base -posición inferior según las figuras 1, 2 y 3-, formando una sola pieza con el alma de unión 5 que une las dos paredes laterales 3, 4 así como conformados, por su sección de extremo -posición superior según las figuras 1, 2 y 3-, formando una sola pieza a través de una unión orientada en perpendicular a la dirección de medición X, en forma de un puente 8. Si la medida materializada 1 es un perfil de extrusión, entonces, por consiguiente, las paredes laterales 3, 4, el alma de unión 5, la serie de primeros elementos de graduación 6, la serie de segundos elementos de graduación 7 así como los puentes 8 están formados conjuntamente mediante extrusión a partir de un material eléctricamente conductivo.

Los huecos entre en cada caso dos primeros elementos de graduación 6 consecutivos en la dirección de medición X así como los huecos entre en cada caso dos segundos elementos de graduación 7 consecutivos en la dirección de medición X están labrados en el perfil de extrusión mediante mecanizado por arranque de virutas -en particular fresado. Igualmente, los huecos entre puentes 8 consecutivos están formados mediante mecanizado por arranque de virutas -en particular fresado-.

De manera ventajosa, la medida materializada 1 comprende un elemento de montaje 9, con el que esta puede incorporarse a un objeto 20 que va a medirse, en particular mediante atornillado. El elemento de montaje 9 está formado preferentemente de una sola pieza, por ejemplo como prolongación de una de las paredes laterales 3, 4 en forma de listón formado de manera continua en la dirección de medición X o solo por secciones.

El periodo de graduación P1 de los elementos de graduación 6 de la primera graduación de medición y el periodo de graduación P2 de los elementos de graduación 7 de la segunda graduación de medición difieren solo ligeramente entre sí, de modo que a partir de ello puede derivarse una posición absoluta AP a lo largo de varios de estos periodos de graduación P1, P2. La medición de posición absoluta se basa por tanto en el principio nonius.

El dispositivo de medición inductiva de la posición con la medida materializada 1 de acuerdo con la invención comprende una unidad de escaneo 10 para escanear las dos graduaciones de medición, que está dispuesta para ello en el intersticio entre la primera graduación de medición y la segunda graduación de medición. Para la medición de posición, la unidad de escaneo 10 puede desplazarse en la dirección de medición X con respecto a la medida materializada 1. Tal como está representado esquemáticamente en la figura 3, la unidad de escaneo 10 incluye un primer sensor 11 para escanear la serie de primeros elementos de graduación 6 y para generar al menos una primera señal de escaneo S1, S11 dependiente de la posición. La unidad de escaneo 10 incluye, además, un segundo sensor 12 para escanear la serie de segundos elementos de graduación 7 y para generar al menos una segunda señal de escaneo S2, S21 dependiente de la posición.

La estructura de los sensores 11 y 12 se explica más detalladamente con ayuda de la figura 4. El primer sensor 11 presenta una primera espira de excitación 111 y varias primeras espiras de escaneo 112, 113 periódicas desplazadas en fase unas respecto a otras. Igualmente, el segundo sensor 12 presenta una segunda espira de excitación 121 y varias segundas espiras de escaneo 122, 123 periódicas desplazadas en fase unas respecto a otras. Las primeras espiras de escaneo 112, 113 comprenden en cada caso varias espiras sinusoidales periódicas que discurren en la dirección de medición X para el escaneo simultáneo de varios elementos de graduación 6 dispuestos en la dirección de medición X de la primera graduación de medición y para formar varias primeras señales de escaneo S1, S11 sinusoidales desplazadas en fase unas respecto a otras con el periodo de señal P1. Las segundas espiras de escaneo 122, 123 comprenden en cada caso varias espiras sinusoidales periódicas que discurren en la dirección de medición X para el escaneo simultáneo de varios elementos de graduación 7 dispuestos en la dirección de medición X de la segunda graduación de medición y para formar varias segundas señales de escaneo S2, S21 sinusoidales desplazadas en fase unas respecto a otras con el periodo de señal P2.

La espira de excitación 111 plana del primer sensor 11 se alimenta con una corriente de excitación de tal manera que se genera un campo de excitación electromagnético que varía en el tiempo en el área de los elementos de graduación 6 de la primera graduación de medición. Esta corriente de excitación presenta una frecuencia de 100 kHz a 10 MHz.

Las espiras de escaneo 112, 113 del primer sensor 11 se encuentra en el interior de la espira de excitación 111. El campo de excitación generado por la espira de excitación 111 genera corrientes de Foucault en los elementos de graduación 6, que actúan como campo contrario contra el campo de excitación. En las espiras de escaneo 112, 113 se induce, debido al campo de excitación asociado a las mismas, una tensión que depende de la posición relativa respecto a los elementos de graduación 6 eléctricamente conductores. La espira de excitación 111 está, por tanto, acoplada de manera inductiva con las espiras de escaneo 112, 113 en función de la posición relativa de los elementos de graduación 6 respecto a la misma en la dirección de medición X. El campo alterno electromagnético se modula mediante los elementos de graduación 6 dependiendo de la posición en la dirección de medición X, de modo que también varía la tensión inducida en las espiras de escaneo 112, 113 dependiendo de la posición. La tensión inducida en cada caso en las espiras de escaneo 112, 113 se suministra a una unidad de evaluación 13 en forma de señales de escaneo S1, S11.

La espira de excitación 121 plana del segundo sensor 12 se alimenta igualmente con una corriente de excitación de tal manera que se genera un campo de excitación electromagnético que varía en el tiempo en el área de los elementos de graduación 7. Esta corriente de excitación presenta una frecuencia de 100 kHz a 10 MHz.

Las espiras de escaneo 122, 123 del segundo sensor 12 se encuentran en el interior de la espira de excitación 121. El campo de excitación generado por la espira de excitación 121 genera corrientes de Foucault en los elementos de graduación 7, que actúan como campo contrario contra el campo de excitación. En las espiras de escaneo 122, 123 se induce, debido al campo de excitación asociado a las mismas, una tensión que depende de la posición relativa respecto a los elementos de graduación 7 eléctricamente conductores. La espira de excitación 121 está, por tanto, acoplada de manera inductiva con las espiras de escaneo 122, 123 en función de la posición relativa de los elementos de graduación 7 respecto a la misma en la dirección de medición X. El campo alterno electromagnético se modula mediante los elementos de graduación 7 dependiendo de la posición en la dirección de medición X, de modo que también varía la tensión inducida en las espiras de escaneo 122, 123 dependiendo de la posición. La tensión inducida en cada caso en las espiras de escaneo 122, 123 se suministra a la unidad de evaluación 13 en forma de señales de escaneo S2, S21.

Las señales de escaneo S1, S11, S2, S21 se aplican a la unidad de evaluación 13 de la unidad de escaneo 10, que está configurada para generar, a partir de las mismas, de manera conocida, la posición absoluta AP unívoca de la unidad de escaneo 10 con respecto a la medida materializada 1 a lo largo de un intervalo de medición que comprende varios primeros elementos de graduación 6.

La unidad de evaluación 13 puede estar configurada para generar, a partir de la comparación de las posiciones de fase de las señales de escaneo S1, S11 con las señales de escaneo S2, S21, una señal de batido, que indica la posición absoluta AP unívoca. Alternativamente, la unidad de evaluación 13 puede estar configurada para generar, a partir de las señales de escaneo S1, S11, mediante interpolación, una primera posición y, a partir de las señales de escaneo S2, S21, mediante interpolación, una segunda posición y para calcular, a partir de ambas posiciones, la posición absoluta AP unívoca.

El intervalo de medición que ha de codificarse de manera absoluta depende, de manera conocida, de la diferencia elegida de ambos periodos de graduación P1, P2. Es especialmente ventajoso que, a lo largo de todo el intervalo de medición que ha de codificarse de manera absoluta, el número de periodos de graduación P1 y el número de periodos de graduación P2 se diferencie en 1. La posición absoluta Ap se facilita preferentemente como palabra digital en la salida de la unidad de escaneo 10, efectuándose la emisión preferentemente en serie.

La estructura de la unidad de escaneo 10 se explica aún más detalladamente con ayuda de la representación en sección de la figura 3. El primer sensor 11, que comprende la espira de excitación 111 y las espiras de escaneo 112, 113, está dispuesto sobre una primera placa de circuitos impresos 14 a una pequeña distancia de escaneo respecto a los primeros elementos de graduación 6. El segundo sensor 12, que comprende la espira de excitación 121 y las espiras de escaneo 122, 123, está dispuesto sobre una segunda placa de circuitos impresos 15 a una pequeña distancia de escaneo respecto a los segundos elementos de graduación 7. Entre el primer sensor 11 y el segundo sensor 12 está dispuesta una capa intermedia 16, que comprende un material magnético blando.

La capa intermedia 16 con el material magnético blando tiene la función de conducir las líneas de campo que salen del primer sensor 11 del campo alterno magnético a la capa intermedia 16 y formar así un circuito magnético cerrado y espacialmente delimitado. La capa intermedia 16 tiene, asimismo, la función de conducir las líneas de campo que salen del segundo sensor 12 del campo alterno magnético a la capa intermedia 16 y formar así un circuito magnético cerrado y espacialmente delimitado. La capa intermedia 16 separa de este modo las líneas de campo que salen del primer sensor 11 de las líneas de campo que salen del segundo sensor 12.

En el ejemplo de realización, la capa intermedia 16 se compone de un núcleo magnético blando 17, provisto a ambos lados en cada caso de una capa 18, 19 eléctricamente no conductora o muy poco conductora, que comprende un material magnético blando. En las capas 18, 19 no pueden aparecer corrientes de Foucault que atenúen el campo de excitación de los respectivos sensores 11, 12. Debido a la permeabilidad relativamente alta (mucho mayor que 1) de las capas 18, 19, el campo de excitación es conducido a las capas 18, 19 y por tanto se intensifica. De este modo se evita que llegue demasiado flujo magnético hasta el núcleo 17, de modo que allí no puedan producirse corrientes de Foucault que puedan atenuar el campo de excitación. El espesor de las capas 18, 19 asciende preferentemente en cada caso a de 100 |im a 1000 |im.

De manera ventajosa, el núcleo 17 se compone de un metal magnético blando eléctricamente conductivo. Como material para el núcleo 17 es especialmente adecuado acero magnético blando. El espesor del núcleo 17 asciende a unos pocos mm.

La permeabilidad del núcleo 17 es preferentemente mayor que la permeabilidad de ambas capas 18, 19. Con ello se consigue que la densidad de flujo en el núcleo 17 sea mayor que en las capas 18, 19. Campos magnéticos externos (campos parásitos) discurren, por tanto, en su mayor parte en el núcleo 17 y las capas 18, 19 no se saturan tan fácilmente.

Para las capas 18, 19 es adecuado, en particular, en cada caso material de matriz eléctricamente no conductivo, en el que están incrustadas partículas magnéticas blandas. Las capas 18, 19 pueden estar formadas, por tanto, por una lámina de material direccional de campo de flujo. Como material de matriz es adecuado plástico, en particular resina epoxídica, a la que se añaden las partículas magnéticas blandas en forma de polvo.

El núcleo 17 dispuesto en el centro, las capas 18, 19 dispuestas a ambos lados del mismo, las placas de circuitos impresos 14, 15 colocadas encima y las espiras de excitación 111, 121 planas y espiras de escaneo 112, 113, 122, 123 colocadas encima forman una pila a modo de sándwich. Se obtiene una estructura compacta y, gracias al núcleo 17 metálico, se consigue también una estructura mecánicamente estable.

En una estructura alternativa, la capa intermedia magnética blanda puede componerse de un mu-metal. En este ejemplo de realización, las capas 18, 19 no se requieren obligatoriamente, de modo que las placas de circuitos impresos 14, 15 con las espiras de excitación 111, 121 planas y las espiras de escaneo 112, 113, 122, 123 dispuestas encima pueden colocarse directamente sobre el mu-metal. La capa intermedia en forma de un mu-metal es eléctricamente conductiva. Debido a la permeabilidad extremadamente alta del material Mu, en caso de campos alternos del orden de magnitud de 2 MHz, la profundidad de penetración de los campos alternos es, sin embargo, muy baja y se propagan solamente unos pocos mm de profundidad, de modo que la resistencia eléctrica efectiva es muy grande y, por tanto, de nuevo no aparecen corrientes de Foucault o solo despreciables, que puedan contrarrestar y atenuar el campo de excitación de la respectiva espira de excitación 111, 121.

De una manera que no está representada, el primer sensor 11 y el segundo sensor 12 de la unidad de escaneo 10 pueden protegerse mediante un recubrimiento con material eléctricamente aislante. Este recubrimiento puede ser una lámina o un recubrimiento por inyección de la unidad de escaneo 10.

Con ayuda de las figuras 5 y 6 se explica un segundo ejemplo de realización de una medida materializada 101 configurada de acuerdo con la invención. La medida materializada 101 se compone, de nuevo, de material eléctricamente conductor y es autoportante. Comprende un perfil de soporte, que está formado por las dos paredes laterales 103, 104 exteriores y un alma de unión 105 que une estas paredes laterales 103 y 104. El perfil de soporte está provisto preferentemente de un elemento de montaje 109, con el que puede incorporarse la medida materializada 101 a un objeto que va a medirse.

En el espacio intermedio que encierran las dos paredes laterales 103, 104 están dispuestas, de nuevo, la serie de primeros elementos de graduación 106 y la serie de segundos elementos de graduación 107. Los primeros elementos de graduación 106 dispuestos distanciados unos de otros en la dirección de medición X y los segundos elementos de graduación 107 distanciados unos de otros en la dirección de medición X están unidos, con su sección de extremo, en cada caso a través de puentes 108, con la respectiva pared lateral 103, 104. El alma de unión 105 une los primeros elementos de graduación 106 con los segundos elementos de graduación en cada caso por su base. En este ejemplo, la medida materializada 101 consiste en dos piezas, concretamente una primera pieza que comprende los puentes 108 y los elementos de graduación 106, 107 y una segunda pieza que comprende las paredes laterales 103, 104 y el alma de unión 105 y, opcionalmente, el elemento de montaje 109. Ambas piezas forman en cada caso un perfil que puede ser un perfil de extrusión o una pieza curvada. En el ejemplo, ambas piezas están formadas en cada caso mediante conformación de una chapa y ambas piezas están unidas firmemente entre sí en el área de los puentes 108, por ejemplo soldadas. La figura 6 muestra la pieza de chapa, en la que están formados los elementos de graduación 106, 107 y los puentes 108, antes de la conformación. Los huecos entre elementos de graduación 106 o 107 consecutivos en la dirección de medición X y entre los puentes 108 pueden crearse mediante mecanizado por arranque de virutas, corte por haz láser, corte por chorro de agua o también mediante troquelado.

En la figura 7 está representado otro ejemplo de realización de una medida materializada 101.1 de acuerdo con la invención. Se corresponde con el ejemplo previo, con la diferencia de que está fabricada de una sola pieza mediante conformación de una chapa. La medida materializada 101.1 comprende, de nuevo, las dos paredes laterales 103.1, 104.1, que están unidas entre sí por medio del alma de unión 105.1. Mediante curvado de 90° están formadas en las paredes laterales 103.1, 104.1 los puentes 108.1 y mediante otro curvado de 90° están formados en los mismos los primeros elementos de graduación 106.1 y los segundos elementos de graduación 107.1. De manera opcional, también está formado un elemento de montaje 109.1 formando una sola pieza con la misma.

En todos los ejemplos resulta especialmente ventajoso que el periodo de graduación P1 de los elementos de graduación 6, 106, 106.1 de la primera graduación de medición y el periodo de graduación P2 de los elementos de graduación 7, 107, 107.1 de la segunda graduación de medición solo difieran ligeramente entre sí, de modo que, a partir de ello, pueda derivarse una posición absoluta AP a lo largo de varios de estos periodos de graduación P1, P2. La medición de posición absoluta se basa entonces, por tanto, en el principio nonius.

Alternativamente, para la medición inductiva de la posición absoluta, de una manera no mostrada, la primera graduación de medición de la medida materializada puede ser un código de encadenamiento. El código de encadenamiento consiste, de manera conocida, en una sucesión de bits, de los cuales se escanean al mismo tiempo varios consecutivos en la dirección de medición y que forman una palabra de código que determina unívocamente la posición absoluta como posición absoluta aproximada. En este caso, la segunda graduación de medición puede ser una graduación incremental periódica, que subdivide adicionalmente mediante interpolación la posición absoluta medida por el código de encadenamiento y que calcula una posición precisa. La unidad de evaluación combina la posición absoluta aproximada del código de encadenamiento y la posición precisa de la graduación incremental para dar lugar a una posición absoluta resultante.

La medida materializada 1, 101, 101.1 también puede tener asociadas, de una manera no mostrada, para la medición de posición, varias unidades de escaneo distanciadas unas de otras en la dirección de medición. Esto puede servir para la medición de posición redundante o también para la ampliación del intervalo de medición. Varias unidades de escaneo distanciadas unas de otras también pueden servir para asegurar la medición de posición ininterrumpida más allá de una juntura, en caso de escaneo por varias medidas materializadas 1, 101, 101.1 dispuestas una junto a otra, pudiendo pasarse, en la juntura, de una unidad de escaneo a otra.

Todos los ejemplos de realización tienen la ventaja de que, gracias a medios sencillos, se crea una medida materializada 1, 101, 101.1 estable y especialmente rígida a la torsión, con la que resulta posible una medición de posición absoluta reproducible. El perfil de soporte, formado por las dos paredes laterales 3, 103, 103.1, 4, 104, 104.1 y el alma de unión 5, 105, 105.1, forma hacia fuera una superficie lisa y una protección mecánica de los elementos de graduación 6, 106, 106.1, 7, 107, 107.1 a modo de peine. El perfil de soporte hace posible una unión mecánica óptima de los elementos de graduación 6, 106, 106.1, 7, 107, 107.1 así como también una unión tal que, en los elementos de graduación 6, 106, 106.1, 7, 107, 107.1, puedan formarse de manera óptima las corrientes de Foucault. Además, el perfil de soporte tiene la función de apantallamiento electromagnético frente a campos externos interferentes.

Los espacios huecos entre la pared lateral 3, 103, 103.1, 4, 104, 104.1 y la serie de elementos de graduación 6, 106, 106.1, 7, 107, 107 en cada caso opuesta pueden estar rellenos, para la protección frente a cuerpos extraños, opcionalmente con material eléctricamente no conductor, por ejemplo por materiales espumosos o por piezas conformadas de plástico.

Gracias a la invención es posible una medición de posición absoluta segura frente a interferencias con una necesidad mínima de espacio. La estructura es especialmente estable mecánicamente y ampliamente segura frente a interferencias, también bajo la influencia de campos electromagnéticos o campos alternos, por ejemplo partiendo de un accionamiento lineal. Por tanto, la medida materializada o el dispositivo de medición de posición de acuerdo con la invención también pueden incorporase directamente en un accionamiento lineal. El dispositivo de medición de posición de acuerdo con la invención es adecuado, por tanto, en particular para sistemas de transporte y en la tecnología de la automatización en conexión con accionamientos lineales.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Medida materializada, para la medición inductiva de la posición a lo largo de una dirección de medición X, que comprende

- un perfil de soporte de material eléctricamente conductor con dos paredes laterales (3, 103, 103.1, 4, 104, 104.1) unidas entre sí, que discurren en paralelo a la dirección de medición X, distanciadas la una de la otra, las cuales encierran un espacio intermedio;

- una serie de primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) de material eléctricamente conductor dispuestos en el perfil de soporte y enfrentados en el espacio intermedio a una de las dos paredes laterales (3, 103, 103.1) y dispuestos distanciados respecto a las mismas, que discurren en paralelo a la dirección de medición X;

- una serie de segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) de material eléctricamente conductor dispuestos en el perfil de soporte y enfrentados en el espacio intermedio a las otras de las dos paredes laterales (4, 104, 104.1) y dispuestos distanciados respecto a las mismas, que discurren en paralelo a la dirección de medición X, en donde

la serie de primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) y la serie de segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) forman un intersticio para una unidad de escaneo (10) para el escaneo inductivo de los primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) junto con los segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1).

2. Medida materializada según la reivindicación 1, en donde los primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) y los segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) son elementos en forma de lengüeta distanciados en cada caso unos de otros en la dirección de medición X.

3. Medida materializada según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los elementos de graduación (6, 7) están unidos, en cada caso por su base y por su sección de extremo distanciada respecto a la misma en perpendicular a la dirección de medición X, con la pared lateral (3, 4) enfrentada a mismo.

4. Medida materializada según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) están unidos por su base con los segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) y los primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) están unidos, en cada caso por su sección de extremo dispuesta distanciada respecto a la base, con la pared lateral (3, 103, 103.1) enfrentada y los segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) están unidos, en cada caso por su sección de extremo dispuesta distanciada respecto a la base, con la pared lateral (4, 104, 104.1) enfrentada.

5. Medida materializada según una de las reivindicaciones 3 o 4, en donde las uniones de los primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) con la pared lateral (3, 103, 103.1) enfrentada y las uniones de los segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) con la pared lateral (4, 104, 104.1) enfrentada presentan en cada caso al menos en una de las dos posiciones, base o sección de extremo, un estrechamiento con una anchura (B2) que es una fracción de la anchura (B1) del elemento de graduación (6, 106, 106.1, 7, 107, 107.1) que va a unirse.

6. Medida materializada según la reivindicación 5, en donde las uniones de los elementos de graduación (6, 106, 106.1, 7, 107, 107.1), por su sección de extremo, con la pared lateral (3, 103, 103.1, 4, 104, 104.1) opuesta a una cierta distancia, se forman en cada caso por un puente (8, 108, 108.1), que presenta en la dirección de medición X una anchura (B2) que es una fracción de la anchura (B1) del elemento de graduación (6, 106, 106.1, 7, 107, 107.1) que va a unirse.

7. Medida materializada según la reivindicación 6, en donde el puente (8, 108, 108.1) está dispuesto en cada caso en el centro del elemento de graduación (6, 106, 106.1, 7, 107, 107.1).

8. Medida materializada según una de las reivindicaciones anteriores, en donde esta es un perfil autoportante de material eléctricamente conductor creado mediante conformación.

9. Medida materializada según la reivindicación 8, en donde esta es un perfil de extrusión.

10. Medida materializada según una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde esta está fabricada mediante conformación de chapa.

11. Medida materializada según una de las reivindicaciones anteriores, en donde esta se compone de un material de aluminio.

12. Medida materializada según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la serie de primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) y la serie de segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) están configuradas para la medición de posición absoluta a lo largo un trayecto que comprende varios primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1).

13. Medida materializada según la reivindicación 12, en donde esta está configurada para la medición de posición absoluta según el principio nonius, siendo la serie de primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) una graduación incremental periódica con un primer periodo de graduación (P1) y siendo la serie de segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1) una graduación incremental periódica con un segundo periodo de graduación (P2) que difiere del primer periodo de graduación (P1).

14. Dispositivo de medición de posición con una medida materializada (1, 101, 101.1) según una de las reivindicaciones anteriores y con una unidad de escaneo (10) dispuesta en el intersticio con un primer sensor (11) para escanear los primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1) y con un segundo sensor (12) para escanear los segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1), presentando el primer sensor (11) una espira de excitación (111) para generar un campo alterno electromagnético y una espira de escaneo (112, 113) para detectar el campo alterno electromagnético modulado dependiendo de la posición en los primeros elementos de graduación (6, 106, 106.1), y presentando el segundo sensor (12) una espira de excitación (121) para generar un campo alterno electromagnético y una espira de escaneo (122, 123) para detectar el campo alterno electromagnético modulado dependiendo de la posición en los segundos elementos de graduación (7, 107, 107.1).

15. Dispositivo de medición de posición según la reivindicación 14, en donde entre la espira de escaneo (112, 113) del primer sensor (11) y la espira de escaneo (122, 123) del segundo sensor (12) está dispuesta al menos una capa intermedia (16) que comprende un material magnético blando.

16. Dispositivo de medición de posición según la reivindicación 15, en donde la capa intermedia (16) comprende un núcleo (17) magnético blando y, dispuestas a ambos lados del mismo, capas (18, 19) magnéticas blandas no eléctricamente conductivas.

17. Dispositivo de medición de posición según la reivindicación 16, en donde el núcleo (17) se compone de un metal magnético blando eléctricamente conductivo y las capas (18, 19) comprenden en cada caso un material de matriz eléctricamente no conductivo, en el que están incrustadas partículas magnéticas blandas.