ES2910796T3

ES2910796T3 - Codificador de posición

Info

Publication number: ES2910796T3
Application number: ES17765982T
Authority: ES
Inventors: Markus Erlich; Yves Villaret
Original assignee: Servosence SMC Ltd
Current assignee: Servosence SMC Ltd
Priority date: 2016-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: JP7023872B2; JP2019512709A; EP3430713A4; DK3430713T3; EP3430713A1; HUE058232T2; PT3430713T; US10845219B2; IL261764B2; IL261764A; CN109075690B; WO2017158595A1; EP3430713B1; CN109075690A; KR20180122377A; US20190056247A1; PL3430713T3; WO2017158595A9; SI3430713T1

Abstract

Un codificador lineal (50) para un dispositivo de medición de posición lineal que tiene una parte estacionaria (53) y una parte móvil (54), estando diseñado el codificador para medir y codificar un desplazamiento relativo entre dicha parte estacionaria (53) y dicha parte móvil (54) a lo largo de una extensión de recorrido lineal entre una primera ubicación final de recorrido y una segunda ubicación final de recorrido; comprendiendo el codificador: una pluralidad de elementos captables (56a, 56b) por máquina, estando dispuestos dichos elementos (56a, 56b) en una primera de dichas partes en un patrón predeterminado de forma conocida, definiendo el patrón predeterminado una pluralidad de longitudes de segmento asignadas consecutivamente que se extienden en la dirección de medición, difiriendo dichas longitudes entre sí, teniendo así cada segmento una longitud respectiva, una propiedad respectiva y una posición de segmento en la que está fijado uno de dichos elementos captables por máquina de la longitud y propiedad respectivas, de manera que la forma genera un código, comprendiendo el código una propiedad que cambia a lo largo de su longitud; y una pluralidad de sensores colocados uniformemente dispuestos a lo largo de una segunda de dichas partes a lo largo de la totalidad de dicha extensión de recorrido lineal entre dicha primera ubicación final de recorrido y dicha segunda ubicación final de recorrido, extendiéndose la longitud del código sobre una pluralidad de dichos sensores colocados uniformemente, para así medir y codificar dicho desplazamiento usando dicho patrón.

Description

DESCRIPCIÓN

Codificador de posición

Campo y antecedentes de la invención

La presente invención, en algunas realizaciones de la misma, se refiere a un codificador de posición y, más particularmente, pero no de manera exclusiva, a un codificador utilizado en asociación con un motor tal como un motor lineal, y con aplicación a un codificador lineal absoluto magnético.

En dispositivos tales como servomotores lineales para máquinas herramienta y robots industriales, se requiere que la precisión de posicionamiento supere a la precisión de mecanizado. Las técnicas de mecanizado para aplicaciones tales como la fabricación de chips semiconductores requieren una precisión de mecanizado cada vez mayor y, en consecuencia, la precisión de posicionamiento requerida también está aumentando. Se necesita un dispositivo de medición de posición preciso para llevar a cabo un posicionamiento de alta precisión, y se proporcionan codificadores lineales para cumplir con el requisito de posicionamiento.

Un codificador lineal es un sensor, transductor o cabezal de lectura emparejado con una escala o patrón que codifica la posición. El sensor lee la escala para convertir la posición codificada en una señal analógica o digital, que a continuación puede decodificarse en una posición mediante un cabezal de lectura digital (DRO), un actuador o un controlador de movimiento. Convencionalmente, la escala se extiende a todo lo largo de una trayectoria a medir, y el sensor se desplaza sobre la escala midiendo la posición. La mayoría de los codificadores lineales disponibles proporcionan un cabezal DRO que se fija con el elemento móvil, proporcionando señales digitales o analógicas que se transmiten al actuador o controlador de movimiento por medio de un cable eléctrico. El mismo cable eléctrico también se utiliza para suministrar la energía eléctrica para la electrónica de procesamiento del DRO. El cable eléctrico queda así fijado al actuador por un extremo, y es móvil con el elemento móvil por su otro extremo. El elemento móvil a menudo ejecuta ciclos de movimiento de alta velocidad y, por lo tanto, el cable móvil es un factor importante en los fallos del sistema.

El codificador puede ser o bien incremental o bien absoluto. Los codificadores incrementales pueden captar movimiento en relación con su posición inicial al encenderse, mientras que los codificadores absolutos pueden medir la posición real. Las tecnologías de los codificadores lineales pueden basarse, por ejemplo, en captación óptica, magnética, inductiva, capacitiva y de corrientes de Foucault. Los elementos que se van a captar están dispuestos como una escala formada por cualquier cosa que pueda ser captada por los elementos sensores, incluida una escala óptica, una escala magnética, una escala inductiva, una escala capacitiva y una escala capaz de inducir corrientes de Foucault en bobinas sensoras. Las patentes de Estados Unidos 6492911 y 7126495 describen codificadores lineales capacitivos. En la primera, la figura 32 muestra una escala fija y la figura 33B proporciona una forma. El codificador capacitivo de la técnica citada proporciona un patrón de señal analógica. Los codificadores lineales se utilizan, por ejemplo, en instrumentos de metrología, sistemas de movimiento y herramientas de mecanizado de alta precisión y equipos de fabricación que van desde pies de rey digitales y máquinas de medición por coordenadas hasta etapas, fresadoras CNC y robots industriales, y mesas de fabricación de tipo pórtico [gantry] hasta fotorrepetidores [steppers] para semiconductores de alta precisión.

Los codificadores magnéticos se pueden construir según el principio incremental, pero normalmente tienen una desventaja con respecto a la resolución y la precisión. Dado que el campo magnético disminuye con la distancia, los sensores magnéticos deben colocarse a una distancia menor o al menos del mismo orden que el período del patrón. La colocación de sensores magnéticos muy cerca de los elementos magnéticos estáticos requiere un diseño mecánico preciso y costoso económicamente. Por lo tanto, la longitud del período y el número de períodos están limitados por la precisión mecánica alcanzable.

Hay disponibles dispositivos de codificación de posicionamiento tanto rotatorios como lineales.

La patente de Estados Unidos n. ° 8,492,704 de Villaret et al, presentada el 28 de mayo de 2008 da a conocer un codificador y un método para indicar con precisión la posición de un primer miembro con respecto a un segundo miembro utilizando un patrón de elementos captables por máquina transportados en una sola pista del primer miembro; estando ubicados los elementos captables por máquina en sucesivas rotaciones incrementales en la pista del primer miembro y representando cada uno de ellos uno de los valores binarios "0" y "1"; y una pluralidad de "n" sensores, en donde "n" es mayor que "3", transportados por el segundo miembro en una pluralidad de ubicaciones espaciadas en el mismo en proximidad a la pista del primer miembro y alineables con los elementos captables por máquina del primer miembro. Por lo tanto, cada sensor capta el valor binario de cada elemento captable por máquina con el que está alineado para producir una salida correspondiente al valor binario del elemento captable por máquina con el que está alineado, por lo que las salidas de todos los sensores constituyen un código binario, preferiblemente un código Gray, de "n" bits que identifican la posición del primer miembro con respecto al segundo miembro. La figura 3 de dicho documento se refiere a un codificador lineal. Los elementos captables por máquina que forman el código Gray son estáticos y los sensores espaciados uniformemente están en la parte móvil. Las partes captables por máquina son, en efecto, los elementos detectables en el rotor que se han enderezado, dando una medición de posición absoluta con la misma precisión que la versión del rotor pero para una distancia que está limitada al círculo de 360 grados formado por la circunferencia del rotor.

La longitud de codificación está limitada por la necesidad de presentar una señal diferenciable a los sensores en toda la distancia medible. Se requiere que la señal sea diferenciable al nivel de resolución exigido por la aplicación particular. Aumentar la longitud para la misma precisión conlleva un aumento considerable de los costes. Puede ser necesaria una segunda pista de patrones detectables o un período de repetición del patrón, o las conexiones pueden implicar una señal de medición con un número mucho mayor de bits.

La técnica conocida requiere un cable móvil para suministrar corriente a los sensores y obtener las señales de los sensores, ya que los sensores están situados en la parte móvil. Se requiere un cable móvil especialmente diseñado el cual es un componente costoso y tiene una tasa de fallos o probabilidad de rotura relativamente alta. El cable también puede ser responsable de vibraciones y otras perturbaciones en la velocidad. Una cadena portacables puede afectar a la suavidad del movimiento, siendo la suavidad particularmente importante para aplicaciones tales como la impresión donde se necesita depositar una capa uniforme de tinta.

Gran parte de la técnica anterior tiene dos pistas para el escalado, una primera pista proporciona una posición absoluta con baja resolución y la segunda pista proporciona una posición de alta resolución dentro de un período de la pista de alta resolución. La patente antes mencionada US8492704, que divulga un sistema rotatorio, tiene una sola pista, pero en el caso rotatorio una longitud limitada de toda la circunferencia permite repetir el posicionamiento a intervalos cíclicos. Sin embargo, cuando no hay un período natural, como en el caso lineal, se necesita también una posición absoluta.

La patente US5907200 de Chitayat da a conocer sensores Hall direccionables distribuidos a lo largo de la trayectoria del movimiento, y un conjunto de imanes equidistantes, fijados al elemento móvil, que se deslizan a lo largo de la trayectoria en proximidad a los sensores Hall. Cada señal de los sensores Hall pasa a continuación de un primer valor a un segundo valor dentro de un intervalo de posiciones del elemento móvil. La posición absoluta se calcula a partir de la dirección del sensor y el valor analógico o digital de los sensores. Para cada par de sensores, hay un intervalo de transición de posición. Un intervalo de transición se define por la distancia entre dos sensores Hall. El cálculo de un valor de posición de alta resolución se define así por la precisión de la medición del sensor Hall. Por lo tanto, si, por ejemplo, la señal del sensor Hall se evalúa con un dispositivo analógico a digital de 10 bits, entonces la resolución máxima puede ser igual a 1/1024 de la distancia entre dos imanes.

La patente de Estados Unidos 5,994,798 de Chitayat, presentada el 29 de abril de 1998, divulga una trayectoria de motor lineal que forma una figura cerrada. El control de potencia y la retroalimentación de posición sin contacto permiten que una etapa de motor lineal atraviese la figura cerrada sin interferencia de cables arrastrados.

La solicitud de patente de Estados Unidos n. ° 2015/0349618 A1 de Kleinikkink et al divulga un método para fabricar una sección de pista curvilínea, cortando agrupaciones de ranuras en ángulos preestablecidos y colocando unidades de motor en las agrupaciones de ranuras.

La patente de Estados Unidos 5,925,943 de Chtayat, presentada el 17 de marzo de 1998 divulga un modo de trayectoria para un motor lineal que incluye sensores de conmutación y sensores codificadores, y un imán codificador tiene una longitud D. Los sensores codificadores más cercanos en módulos adyacentes están separados por D/2 entre sí.

La patente de Estados Unidos 5,907,200 de Chitayat, presentada el 26 de febrero de 1998, divulga un sistema codificador lineal que tiene un codificador magnético con zonas magnéticas alternas.

Sumario de la invención

El objeto de la presente invención es proporcionar un codificador absoluto sin cables capaz de producir información de posición de alta resolución con un número notablemente reducido de elementos de captación, estando los elementos de captación ubicados en el elemento estático.

La presente invención se refiere a un codificador lineal cuyas realizaciones evitan la necesidad de cables móviles proporcionando detectores a lo largo del trayecto lineal completo. El elemento pasivo, es decir, el patrón, se mueve en relación con los detectores a lo largo de toda la longitud del trayecto recorrido por los detectores. Los detectores pueden distinguirse por direccionamiento individual o grupal y pueden decodificar el desplazamiento del patrón y, por lo tanto, de la parte móvil en cualquier punto a lo largo de la trayectoria completa.

Según la invención, el trayecto es lineal. Otros ejemplos - que no pertenecen a la invención - son en general aplicables para cualquier forma de trayecto. Por ejemplo, se podría usar un trayecto circular para codificadores rotatorios, en cuyo caso los ejemplos son particularmente aplicables a casos de gran diámetro como los que se encuentran a menudo en motores de accionamiento directo.

En la disposición de las presentes realizaciones, se proporciona una alineación de sensores a lo largo del trayecto. Para una posición dada del elemento móvil, un primer número de sensores se encuentran en proximidad a los elementos captables por máquina, volviéndose así activos, no estando el resto de sensores en proximidad a los elementos captables por máquina, y estando inactivos. Así, en cualquier posición dada del elemento móvil, algunos sensores están activos y algunos sensores están inactivos. Esto contrasta con el estado de la técnica de la patente de Estados Unidos n.° 8,492,704 de Villaret donde todos los sensores están activos todo el tiempo ya que los elementos captables por máquina están dispuestos a lo largo del trayecto y los sensores están siempre en proximidad a un elemento u otro.

De acuerdo con un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un codificador lineal para un dispositivo de medición de posición lineal que tiene una parte estacionaria y una parte móvil, estando diseñado el codificador para medir y codificar un desplazamiento relativo entre dicha parte estacionaria y dicha parte móvil a lo largo de una extensión de recorrido lineal entre una primera ubicación final de recorrido y una segunda ubicación final de recorrido; comprendiendo el codificador:

una pluralidad de elementos captables por máquina dispuestos en una primera de dichas partes en un patrón, predeterminado, comprendiendo el patrón una propiedad que cambia a lo largo de una longitud del mismo; y una pluralidad de sensores colocados uniformemente dispuestos a lo largo de una segunda de dichas partes a lo largo de la totalidad de dicha extensión de recorrido lineal entre dicha primera ubicación final de recorrido y dicha segunda ubicación final de recorrido, para medir y codificar así dicho desplazamiento.

En una realización, dicha primera parte es dicha parte móvil y dicha segunda parte es dicha parte estacionaria. En una realización, una longitud de dicho patrón predeterminado es más corta que dicha extensión total.

En una realización, dichos sensores colocados uniformemente tienen cada uno una dirección única.

En una realización, dichos sensores colocados uniformemente comprenden un miembro del grupo de sensores que consiste en sensores ópticos, magnéticos, inductivos, capacitivos, fotoeléctricos y de corrientes de Foucault.

En una realización, dichos elementos captables por máquina son un miembro de un grupo que consiste en elementos ópticos, elementos magnéticos, elementos inductivos, elementos capacitivos y elementos de perturbación de campo metálicos.

En una realización, dicho patrón predeterminado define una secuencia de segmentos repetidos, comprendiendo cada segmento un ciclo de cambio de dicha propiedad.

En una realización, dichos segmentos se extienden sobre una longitud equivalente a un número predeterminado de dichos sensores espaciados uniformemente.

En una realización, dichos elementos captables por máquina tienen una segunda propiedad cambiante.

Realizaciones ejemplificativas pueden comprender un elemento captable por máquina adicional colocado fuera de dicho patrón para indicar a dichos sensores un comienzo de dicha longitud.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método de codificación lineal absoluta de un desplazamiento relativo entre dos partes sobre una longitud de desplazamiento lineal total, comprendiendo el método:

proporcionar una pluralidad de sensores espaciados sobre dicha longitud de desplazamiento total; proporcionar un patrón predeterminado de elementos captables por máquina, comprendiendo dicho patrón una propiedad que varía con la distancia a lo largo de dicho patrón;

desplazar dicho patrón linealmente con respecto a dicha pluralidad de sensores sobre dicha longitud de desplazamiento; y

medir dicho desplazamiento utilizando dicha pluralidad de sensores.

En una realización, dichos sensores están distribuidos uniformemente sobre dicha longitud de desplazamiento. El método puede comprender extender dicho patrón a lo largo de una longitud equivalente a un número predeterminado de dichos sensores distribuidos uniformemente.

El método puede comprender proporcionar un elemento captable adicional en un primer extremo de dicho patrón para indicar el comienzo o el final de un patrón a dicha pluralidad de sensores distribuidos uniformemente.

En una realización, dicho patrón está en una parte móvil de un motor lineal y dicha pluralidad de sensores están en una parte estacionaria de dicho motor lineal.

El método puede comprender proporcionar direccionamiento individual a cada uno de dicha pluralidad de sensores.

En una realización, una longitud de dicho patrón es más corta que dicha longitud de desplazamiento.

En una realización, dicho elemento adicional captable por máquina es una repetición de un primer elemento captable por máquina de dicho patrón predeterminado.

La pluralidad de sensores del método puede ser cualquiera de sensores magnéticos, sensores Hall, sensores ópticos, sensores inductivos y sensores capacitivos, y cualquier otro sensor adecuado que pueda estar disponible.

El método puede comprender:

detectar sensores actualmente en proximidad con elementos captables por máquina como sensores activos;

calcular una primera posición absoluta de baja resolución sobre la base de una posición de los sensores activos;

calcular un código de un número N de bits, fijando cada uno de dichos N bits a un valor de salida booleano de N de dichos sensores activos, definiendo así dicho código una posición de resolución media con respecto a uno de los sensores activos;

combinar dicho primer valor de posición absoluta de baja resolución con dicho segundo valor de posición relativa de resolución media para calcular una posición absoluta de resolución media.

Cuando dichos sensores emiten valores analógicos, el método puede comprender además:

fijar cada salida analógica a un primer valor booleano cuando el valor de salida analógico del sensor respectivo está en un intervalo que indica que está en un intervalo de proximidad predefinido de un elemento captable por máquina que tiene dicha primera propiedad, y un segundo valor en caso contrario; y

calcular una posición de alta resolución a partir de la salida analógica de dichos sensores.

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un codificador lineal para un dispositivo de retroalimentación de medición de posición lineal que tiene una parte estacionaria y una parte móvil, estando diseñado el codificador para medir y codificar un desplazamiento relativo entre dicha parte estacionaria y dicha parte móvil a lo largo de una extensión de recorrido lineal entre una primera ubicación final de recorrido y una segunda ubicación final de recorrido; comprendiendo el codificador:

una pluralidad de elementos captables por máquina dispuestos en una primera de dichas partes en un patrón, predeterminado; y

una pluralidad de sensores colocados uniformemente dispuestos a lo largo de una segunda de dichas partes y dispuestos de tal manera que en cualquier momento dado solo un subconjunto de dicha pluralidad de sensores está en proximidad de captación con un elemento captable por máquina.

A menos que se defina de otro modo, todos los términos técnicos y/o científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que entienden comúnmente los expertos en la técnica a la que pertenece la invención. Aunque se pueden usar métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento en la práctica o prueba de realizaciones de la invención, a continuación se describen métodos y/o materiales ejemplificativos. En caso de conflicto, prevalecerá la memoria descriptiva de la patente, incluidas las definiciones. Además, los materiales, métodos y ejemplos son solo ilustrativos y no pretenden ser necesariamente limitativos.

La implementación del método y/o sistema de realizaciones de la invención puede implicar que se realicen o completen de forma manual, automática, o una combinación de las mismas, tareas seleccionadas. Además, de acuerdo con la instrumentación y el equipo reales de las realizaciones del método y/o sistema de la invención, varias tareas seleccionadas podrían implementarse mediante hardware, software o firmware o mediante una combinación de los mismos usando un sistema operativo.

Por ejemplo, el hardware para realizar tareas seleccionadas según realizaciones de la invención podría implementarse como un chip o un circuito. Como software, las tareas seleccionadas de acuerdo con realizaciones de la invención podrían implementarse en forma de una pluralidad de instrucciones de software ejecutadas por un ordenador que use cualquier sistema operativo adecuado. En una realización ejemplificativa de la invención, una o más tareas según realizaciones ejemplificativas de método y/o sistema tal como se describe en el presente documento son realizadas por un procesador de datos, tal como una plataforma informática para ejecutar una pluralidad de instrucciones. Opcionalmente, el procesador de datos incluye una memoria volátil para almacenar instrucciones y/o datos y/o unos medios de almacenamiento no volátiles, por ejemplo, un disco duro magnético y/o medios extraíbles, para almacenar instrucciones y/o datos. Opcionalmente, también se proporciona una conexión de red. También se proporciona opcionalmente una pantalla y/o un dispositivo de entrada de usuario, como un teclado o un ratón.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos

Algunas realizaciones de la invención se describen aquí, sólo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos. Con referencia específica a continuación a los dibujos de manera detallada, cabe resaltar que los detalles mostrados son a modo de ejemplo y con fines de argumentación ilustrativa de realizaciones de la invención. A este respecto, la descripción considerada con los dibujos pone de manifiesto para los expertos en la técnica cómo se pueden poner en práctica realizaciones de la invención.

En los dibujos:

la figura 1 es un diagrama simplificado que ilustra un codificador lineal aplicado a un motor lineal con una carga; la figura 2 es un diagrama simplificado que ilustra un codificador lineal de la técnica anterior;

la figura 3 es un diagrama simplificado que ilustra un codificador lineal según la presente invención;

la figura 4 es un diagrama de flujo simplificado que muestra un proceso de cálculo de la posición utilizando diferentes niveles de resolución según realizaciones de la presente invención;

la figura 5 es un diagrama esquemático simplificado que muestra un método de procesamiento según una realización de la presente invención; y

la figura 6 es un diagrama esquemático simplificado que muestra un codificador lineal basado en detección inductiva según una realización de la presente invención.

Descripción de realizaciones específicas de la invención

La presente invención, en algunas realizaciones de la misma, se refiere a un codificador de posición y a un dispositivo de retroalimentación y, más particularmente, pero no forma exclusiva, a un codificador usado en asociación con un motor tal como un motor lineal, y con aplicación particular a un codificador lineal absoluto magnético. El codificador puede ser para mediciones de posición o conmutación [commutation switching] para un motor lineal, un motor paso a paso, un actuador o cualquier otro uso en el que sea necesario medir la posición lineal y, por lo general, transmitirla a un controlador.

Las presentes realizaciones proporcionan una serie de sensores dispuestos en un elemento estático en toda la extensión del recorrido lineal del elemento móvil, aquí denominado trayecto de movimiento, y un patrón de elementos captables fijados en un elemento móvil en una sola pista, por ejemplo elementos magnéticos, cuya posición puede ser detectada por los sensores para medir la posición relativa entre los elementos móviles y estáticos.

Los elementos captables y los sensores pueden ser de cualquier tipo en los que los elementos captables pueden tener al menos dos propiedades y la salida de los sensores proporciona un valor dependiendo de la propiedad del elemento captable que se encuentre en proximidad.

Por ejemplo, la siguiente es una lista no exhaustiva de posibles elementos captables y sensores:

• Imanes permanentes y aire, captados por un sensor magnético;

• Imanes permanentes de dos polaridades captados por un sensor magnético;

• Diente de metal captado por un sensor inductivo;

• Diente conductor captado por un sensor de corrientes de Foucault;

• Superficies ópticas reflectantes y no reflectantes captadas por dispositivos ópticos;

Aquí, las realizaciones preferidas se describen con referencia a un primer elemento estático y un segundo elemento móvil. Debe entenderse que la invención también es aplicable siempre que el primer elemento esté en movimiento y el segundo elemento esté estático.

En una realización, los elementos captables por máquina pueden ser pasivos y estar fijados al elemento móvil y, por lo tanto, no se necesita ningún cable móvil, lo que da como resultado tanto un ahorro en los costes como mejoras en la fiabilidad. En esta realización, los sensores pueden montarse directamente en una placa de circuito impreso y pueden estar provistos de conexiones estáticas para alimentación y señalización.

Los sensores pueden ser direccionables individualmente o pueden dividirse en varios grupos direccionables. Una unidad de procesamiento electrónico puede leer los valores de salida de varios sensores y también detectar el estado activo o inactivo de varios sensores.

Las presentes realizaciones permiten un motor lineal más simple y más económico ya que el codificador no requiere un cable móvil o una cadena portacables.

Las ventajas conocidas para el caso rotatorio, como en la patente US8492704 mencionada anteriormente, pueden extenderse al caso lineal. El caso rotatorio proporciona una posición absoluta, pero solo en una única revolución, y las presentes realizaciones no solo se desenvuelven del caso rotatorio al lineal, sino que permiten una escala de longitud que es más larga que la rotación de período único del caso rotatorio. Las presentes realizaciones pueden utilizar un sistema magnético con, en líneas generales, los mismos resultados que los sistemas de escala óptica de la técnica anterior, pero a un coste mucho menor. Los sistemas convencionales que utilizan un sistema magnético incluyen una cadena portacables que es en sí misma un componente económicamente costoso y propenso a fallar.

En un cabezal codificador, fijado al elemento móvil, los elementos captables por máquina están dispuestos en forma de una serie de unidades captables por máquina consecutivas a lo largo del trayecto de movimiento. Cada unidad captable por máquina incluye un número de los elementos captables por máquina dispuestos según un patrón predefinido. El patrón puede diseñarse como se ha descrito anteriormente en referencia a la patente de Estados Unidos n.° 8,492,704 de Villaret et al, presentada el 28 de mayo de 2008. Como se describe allí, un diseño de un patrón puede definir un número N de sensores. El número N define una longitud de la unidad captable como N veces la distancia entre dos sensores.

El patrón predefinido define un número dado de longitudes de segmento consecutivas, y cada segmento tiene una longitud y una propiedad. En cada posición de segmento se puede fijar un elemento captable por máquina de la longitud y propiedad asignadas. Por lo general, algunas unidades captables por máquina tienen un elemento captable por máquina fijado a cada segmento, mientras que otras unidades captables por máquina pueden tener un número menor de elementos captables fijados a los segmentos. Por lo general, se pueden definir dos propiedades de segmento, según el tipo de sensor. Los ejemplos son:

• Imanes de polaridad sur o norte

• Imán o no Imán

• Superficie óptica reflectante o absorbente

• Diente o no diente

Las unidades captables por máquina pueden ser objetos virtuales que definen disposiciones del elemento captable por máquina. Siempre que un elemento captable por máquina no esté instalado en un segmento de una unidad captable, no hay necesidad de material de soporte físico en esa posición del segmento.

Se puede configurar un intervalo de sensor para que sea igual a 1/N de la longitud de la unidad captable.

Un cabezal codificador puede incluir un número suficiente de unidades captables para garantizar que siempre habrá al menos N sensores en proximidad a un elemento captable por máquina en todo momento. A cada sensor se le puede asignar una dirección según un orden de colocación en una dirección del recorrido. Otro requisito para el cabezal codificador y la colocación de los elementos captables por máquina es que en cada posición, todas las direcciones módulo N de los sensores activos cubran todo el intervalo de 0 a N-1, es decir, que en cualquier posición y para cualquier número n en el intervalo 0 a N-1 haya un sensor activo con dirección A que cumpla módulo(A,N)=n.

Si todos los segmentos de una unidad captable por máquina están montados con elementos captables por máquina, entonces el número mínimo de unidades captables por máquina es uno.

A medida que el cabezal codificador se mueve a lo largo del trayecto, los sensores en proximidad a elementos captables emiten un valor analógico en relación con la propiedad del elemento captable por máquina que se encuentra en proximidad. Durante el movimiento del elemento móvil, la propiedad del elemento captable por máquina en proximidad a un sensor dado puede así cambiar entre una primera propiedad y una segunda propiedad. La salida de valor analógico del sensor puede entonces pasar de un primer intervalo de valores a un segundo intervalo de valores.

Preferiblemente, los sensores que no están en proximidad a ningún elemento captable, denominados adicionalmente aquí "inactivos", pueden emitir un valor predefinido.

En un primer paso, la unidad de procesamiento electrónico deduce un valor binario para cada sensor, que indica que el valor de salida del sensor está en un primer o segundo intervalo de valores. Los valores binarios de los sensores activos se combinan para proporcionar un código Gray característico de un primer valor de posición aproximado dentro del intervalo de un conjunto de N sensores activos.

Cabe señalar que la patente de Estados Unidos 8,492,704 antes mencionada tiene una realización lineal en la figura 3. Como se da a conocer en ella, los sensores están preferiblemente en los elementos móviles, y el patrón de elementos captables por máquina se replica varias veces para cubrir toda la longitud del trayecto móvil. En otro aspecto, la realización de la patente de Estados Unidos 8,492,704 no proporciona una posición absoluta sino incremental, y la posición obtenida es solo relativa a un período desconocido del patrón.

Las presentes realizaciones, por el contrario, pueden tener sensores que se extienden sobre toda la longitud a medir, y solo aquellos sensores opuestos a los elementos captables por máquina están activos en cualquier momento dado.

La posición absoluta se puede calcular en tres pasos:

1) _ comprobar el estado activo o inactivo de una serie de sensores y calcular así una primera posición de baja resolución. Más adelante se describirá un método para detectar sensores activos. La baja resolución de la posición es aproximadamente la longitud de N intervalos de sensor, y los datos de posición son un valor de alta precisión que representa una posición de un sensor activo;

2) _ determinar una segunda posición de resolución media mediante la lectura del código obtenido a partir de los valores binarios de N sensores activos. La segunda resolución media está definida por una longitud de N intervalos de sensor divididos por un número de posibles códigos para el patrón específico; y

3) _ calcular una posición de alta resolución leyendo los valores analógicos de salida del sensor.

Como se conoce la forma de todo el patrón, las señales de los sensores pueden revelar dónde se encuentra la longitud exacta del carro, y otros sensores fuera del área del carro permanecen inactivos. Se observa que un sensor puede estar activo, lo que significa operativo, o inactivo, lo que significa no operativo.

En una realización, un sensor emite un valor analógico. Sin embargo, también son aplicables sensores que emiten valores digitales, como los sensores Hall digitales. En ese caso, solo se pueden aplicar los pasos 1 y 2 descritos anteriormente, y los datos de posición pueden ser solo de resolución media.

En una realización, los sensores se distribuyen por igual a lo largo del trayecto en una o varias placas de circuito impreso. En una primera opción, tiras conductoras del circuito impreso transmiten las señales del sensor directamente a la unidad de procesamiento electrónico. En una segunda opción, varios sensores están interconectados en grupos. Para cada grupo, una unidad de procesamiento intermedia recopila la salida de los sensores y la despacha por medio de una línea de comunicación. Se puede definir un grupo como si se extendiera sobre una longitud determinada, y los sensores se pueden disponer en todo el trayecto mediante la yuxtaposición de módulos de PCB más pequeños, reuniendo cada módulo una serie de sensores. Un concepto modular de este tipo permite el uso de un solo diseño modular para varias longitudes de trayecto.

Las presentes realizaciones se pueden usar para determinar una ubicación usando tres niveles de precisión diferentes, una precisión de rumbo, una precisión media y una precisión de alta resolución.

El codificador puede medir la posición de un primer elemento que se mueve a lo largo de un trayecto que incluye un elemento estacionario. Los sensores se fijan al elemento estacionario a lo largo del trayecto, normalmente con un espaciamiento equidistante. Un cabezal codificador está fijado al primer elemento móvil y un patrón define segmentos de una unidad captable por máquina. Varios de estos elementos captables por máquina pueden proporcionar segmentos de longitud variable o fija y de una, dos o más propiedades que varían para proporcionar el patrón. Los elementos captables por máquina pueden estar fijados en el cabezal codificador en proximidad al trayecto para ser captables con respecto a los sensores. Las posiciones, longitudes y propiedades de los sensores y de los elementos captables por máquina se definen a lo largo del trayecto.

El método para encontrar la posición implica detectar aquellos sensores que se encuentran actualmente en proximidad con elementos captables por máquina como sensores activos. A continuación se puede calcular una primera posición absoluta de baja resolución basada simplemente en la posición de los sensores activos.

Se pueden proporcionar segmentos repetidos para repetir el patrón, lo que permite estimar por separado un desplazamiento dado a partir de cada uno de los segmentos, siempre que se seleccione una distancia adecuada entre los segmentos.

En el caso de sensores analógicos, cada salida analógica puede fijarse a un primer valor booleano cuando el valor de la salida analógica del sensor respectivo está en un intervalo que indica que está en un intervalo de proximidad predefinido de un elemento captable por máquina que tiene dicha primera propiedad, y un segundo valor en caso contrario.

Entonces es posible calcular un código utilizando un número N de bits, fijando cada uno de los N bits a un valor de salida booleano de N de uno respectivo de los sensores activos. El código define así una posición de resolución media relativa a uno de los sensores activos.

El primer valor de posición absoluta de baja resolución puede combinarse entonces con el segundo valor relativo de posición de resolución media para calcular una posición absoluta de resolución media.

Finalmente, se puede calcular una posición de alta resolución a partir de la salida analógica de los sensores.

Se sabe que las placas de circuito impreso en las que se montan sensores o elementos captables por máquina en las presentes realizaciones pueden estar sujetas a calentamiento y, en consecuencia, debe evitarse o compensarse su dilatación.

En este documento se presentan una serie de soluciones, por ejemplo, para anclar los sensores a un material con menos sensibilidad a la dilatación térmica, o en un segundo ejemplo para fijar o pegar la propia PCB a un soporte insensible a la temperatura o en un tercer ejemplo, para proporcionar pequeñas orificios en la PCB, con al menos algunos en proximidad al área sensible de los sensores, y proporcionar pines de fijación en el material de soporte que atraviesa estos orificios, haciendo que la PCB se dilate en la misma extensión que el material de soporte.

Antes de explicar en detalle al menos una realización de la invención, debe entenderse que la invención no se limita necesariamente en su aplicación a los detalles de construcción y la disposición de los componentes y/o métodos expuestos en la siguiente descripción y/o ilustrados en los dibujos y/o los ejemplos. La invención es susceptible de otras realizaciones o de ser puesta en práctica o llevada a cabo de varias maneras.

Con referencia a continuación a los dibujos, la figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema lineal 10 con un codificador lineal de la técnica anterior que comprende un cabezal 15a de lectura y una escala 15b. El sistema lineal tiene una parte estacionaria 12 y un carro móvil 11. El carro móvil 11 se desliza sobre la parte estacionaria 12 por medio de dos cojinetes lineales 13a y 13b. El cabezal de lectura está fijado al carro móvil 11 por su parte superior, mientras que su parte inferior se desplaza a lo largo de y en proximidad a la escala 15b. La parte inferior del cabezal de lectura incluye los sensores utilizados para que el codificador lineal capte el patrón de la escala. La escala está pegada a la parte estacionaria a lo largo del y en proximidad al trayecto de la parte inferior del cabezal de lectura. Se usa una cadena portacables 16 para proporcionar alimentación eléctrica al cabezal de lectura y transmitir datos o señales de posición al controlador del sistema (no mostrado). La cadena portacables está anclada a la base 14 mediante una abrazadera 16a y su extremo está fijado al cabezal 15a de lectura móvil.

En dicho sistema, la cadena portacables es un factor importante en cuanto a los costes y los fallos. Por lo tanto, es deseable proporcionar un codificador lineal que no requiera una cadena portacables. En particular, existen implementaciones de motores lineales donde los devanados eléctricos están en la parte estática, y no necesitan cadena portacables para el motor, como se muestra por ejemplo en la patente 5,925,943 de Chitayat. Como se da a conocer en ella, un codificador sin cables puede proporcionar una solución totalmente sin cables.

La figura 2 muestra un codificador lineal tomado de la figura 3 de la patente de Estados Unidos n.° 8,492,704 de Villaret et al, presentada el 28 de mayo de 2008. Un codificador lineal 30 utiliza elementos captables 31 por máquina como se muestra, en este caso elementos ópticos, que se transportan en una sola pista lineal en el miembro móvil 32. Los sensores 36.1..36.5, que son sensores ópticos, se fijan en una matriz lineal en el miembro fijo 34.

En la figura 2, los elementos captables 31 por máquina en el miembro móvil 32 también son elementos ópticos tales como elementos transmisores de luz o no transmisores de luz y están dispuestos en línea recta. Se dividen en tres periodos similares, mostrados en 38a, 38b y 38c, respectivamente, comprendiendo cada periodo 20 posiciones incrementales o sectores 41.

El miembro fijo 34 transporta los cinco sensores 36.1 - 36.5 también dispuestos en una sola línea y separados por igual entre sí. En la posición inicial del miembro móvil 32 con respecto al miembro fijo 34, la matriz de cinco sensores 36.1-36.5 se extiende sobre la longitud de un período de los elementos ópticos, es decir, la longitud del patrón de un período como se indica con 38a, 38b ó 38c.

El patrón ilustrado en la figura 2 es lineal y periódico. Cada uno de los periodos 38a-38c puede considerarse como una versión enderezada de un codificador rotatorio.

En el ejemplo de sensores distribuidos por igual, se considera la posición módulo un período. En ese caso, el término "distribuidos por igual" para n sensores significa que las posiciones x(i) captadas por los sensores i verifican las relaciones

[(x(i+l) x(i))modulo L] ±L/n, para todo i de 1 a n

donde L es la longitud de un período del patrón. El patrón puede disponerse para producir un código Gray cuando se lee. Un código Gray es un código binario en el que dos valores sucesivos cambian solo en un único dígito y es útil en codificadores ya que proporciona un elemento de corrección de errores.

La disposición descrita en la figura 2 proporciona una salida de código Gray basada en una sola pista de elementos captables, mientras que otros sistemas suelen utilizar múltiples pistas y varias matrices de sensores. Además, dado que los sensores están distribuidos uniformemente, se pueden proporcionar sensores simples comercialmente disponibles de un tamaño estándar.

En la disposición descrita en la figura 2, la posición medida es relativa a un período de patrón. La información de posición es por lo tanto módulo una longitud de período, y la posición absoluta puede calcularse mediante incrementos desde una posición inicial. Por tanto, esta disposición no proporciona un codificador absoluto.

En otro aspecto, esta disposición no necesita una cadena portacables móvil, pero el elemento móvil es más largo que el trayecto de movimiento, por lo que ocupa un gran espacio y una gran cantidad de elementos captables, lo que da como resultado un alto coste y un gran volumen, en general poco práctico, del sistema.

A continuación se hace referencia a la figura 3, que ilustra un codificador según una primera realización preferida de la presente invención. En la figura 3, un dispositivo lineal 50 nuevamente tiene un elemento estacionario 53 y un elemento móvil 54. El elemento móvil puede deslizarse en un trayecto lineal sobre o en proximidad a la parte estacionaria 53. La parte móvil 54 tiene una serie de elementos captables 56a y 56b por máquina dispuestos en un patrón predeterminado en una sola pista. Los elementos captables 56a tienen una primera propiedad, por ejemplo polaridad magnética norte, y los elementos captables 56b tienen una segunda propiedad, por ejemplo polaridad magnética sur. Los sensores 58 (58.1 - 58.12) colocados equidistantemente están dispuestos en una PCB 52, fijados a la parte estacionaria y se extienden a lo largo de todo el trayecto lineal, de manera que hay sensores que cubren todo el movimiento relativo de las dos partes.

Como se ha explicado anteriormente, la presente realización se describe en relación con elementos estacionarios y móviles y, por lo tanto, proporciona ventajosamente un codificador sin cables. Los cables móviles son económicamente costosos, son fuentes de vibraciones mecánicas y pueden sufrir fallos mecánicos. Sin embargo, también es posible una realización en la que los elementos captables por máquina están en el elemento estacionario y los sensores están en el elemento móvil.

Los sensores 58 simplemente se montan en una placa de circuito impreso con conexiones integradas para señalización y alimentación.

Como se muestra en la figura 3, los sensores están conectados mediante tiras conductoras en la PCB, lo cual se muestra esquemáticamente con la línea 57 de la figura 3, a una unidad 55 de procesamiento electrónico.

Cada uno de los sensores colocados uniformemente puede tener una dirección única, pudiéndose incorporar de manera permanente dicha dirección en las tiras conductoras de la PCB.

Los sensores 58 colocados uniformemente pueden ser sensores magnéticos, en cuyo caso los elementos captables 56 por máquina pueden ser imanes. Los sensores magnéticos colocados uniformemente pueden ser convenientemente sensores Hall. En general, los codificadores lineales magnéticos http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_encoder - cite_note-3 pueden utilizar escalas o bien magnetizadas activamente o bien pasivas - de reluctancia variable -, y la posición puede captarse utilizando bobinas de captación, o cabezales de lectura magnetorresistivos o de efecto Hall.

Hay diferentes niveles de resolución disponibles que van desde relativamente grueso hasta relativamente fino. Si los sensores no son sensores ópticos, entonces los períodos de escala o los intervalos de medición que normalmente oscilan entre unos pocos cientos de micrómetros y varios milímetros, pueden permitir resoluciones del orden de un micrómetro.

Alternativamente, los sensores pueden ser sensores ópticos como en la figura 2 anterior y pueden, por ejemplo, utilizar principios de obturación/muaré, difracción u holográficos. Los períodos de escala o intervalos de medición incrementales típicos pueden variar desde cientos de milímetros hasta de orden submicrométrico, y tras interpolación pueden proporcionar resoluciones tan finas como un nanómetro.

Las presentes realizaciones pueden eliminar cualquier dependencia impuesta sobre la resolución por el tamaño del intervalo de medición.

Como alternativa adicional, la captación puede utilizar sensores inductivos. Se sabe que la tecnología inductiva es robusta ante los contaminantes. Los elementos captables por máquina pueden formarse con orificios en un metal, o con dientes prolongados, y los sensores pueden ser una serie de inductores operados a alta frecuencia.

Los sensores capacitivos son otra alternativa. Los codificadores lineales capacitivos funcionan captando la capacitancia entre un lector y una escala. Las aplicaciones típicas son los pies de rey digitales. Una de las desventajas es la sensibilidad a la suciedad irregular, que puede hacer que cambie localmente la permitividad relativa.

Como alternativa adicional, los sensores pueden ser sensores de corrientes de Foucault, por ejemplo, como se da a conocer en la patente de Estados Unidos n.° 3,820,110.

De nuevo con referencia a la figura 3, el cabezal codificador 51 está fijado al elemento móvil 54. En el ejemplo particular de la figura 3, se definen dos unidades captables 59a y 59b. La unidad captable 59a está completamente montada con ocho elementos captables 56a ó 56b por máquina. La unidad captable 59b está montada con un solo elemento captable 56a por máquina.

Siempre que la longitud del carro sea un múltiplo de la longitud de la unidad captable por máquina, el cabezal codificador puede incluir múltiples unidades captables por máquina. Entonces, el número de sensores activos puede ser mayor que el valor N mínimo definido para el patrón específico, y se pueden obtener varias lecturas de la posición. Las lecturas múltiples se pueden utilizar ventajosamente para cumplir con las normas y estándares de seguridad que requieren que se detecte cualquier inexactitud de la lectura de la posición.

Haciendo referencia a la figura 3, las direcciones 1 a 12 se asignan, por ejemplo, a los sensores 58. La longitud de la unidad captable es N=4 veces la distancia entre dos sensores.

En un primer paso, la unidad de procesamiento detecta los sensores activos. En una realización preferida, los elementos captables por máquina son imanes de polaridad norte y sur. En ese caso, los sensores son sensores Hall y emiten un valor positivo cuando están frente al imán de polaridad norte, un valor negativo cuando están frente al imán de polaridad sur y un valor cercano a cero cuando no están frente a ningún imán, es decir, no activos.

La unidad de procesamiento puede seleccionar N=4 sensores activos. En la figura 4, por ejemplo, se pueden seleccionar los sensores activos 58.2, 58.3, 58.4 y 58.5, de direcciones 2, 3, 4 y 5.

A cada sensor seleccionado se le atribuye un valor booleano V 1 si la salida es positiva y 0 si es negativa. A continuación se calcula un código digital:

Se sabe por la patente de Estados Unidos antes mencionada n.° 8,492,704 de Villaret et al, presentada el 28 de mayo de 2008, que el patrón del codificador puede proporcionar una posición de precisión media con respecto a uno de los sensores activos, según una tabla preprocesada. La posición precisa de cada sensor también se puede precargar en la unidad de procesamiento. Así se puede calcular una posición absoluta media.

Para obtener una posición de alta resolución, se puede utilizar el valor analógico de las salidas de los sensores. Como en el documento US 8,492,704, la sensibilidad del sensor está diseñada para garantizar que haya al menos dos valores analógicos de salida del sensor en valores intermedios entre los dos intervalos de valores cuando se encuentre frente a elementos captables por máquina que tengan propiedades diferentes. El algoritmo de interpolación dado a conocer se puede usar entonces para calcular una posición absoluta de alta resolución.

En una realización, la unidad captable se extiende sobre una longitud equivalente a N=siete de los sensores espaciados uniformemente. Tal configuración proporciona una resolución media de 98 posiciones dentro de una longitud de elemento captable, lo que representa un uso eficiente de códigos posibles de siete bits (127). Se puede utilizar cualquier otro número, y se remite a la solicitud de patente internacional n.° WO2013/098803A1 para una deducción del uso de bits con sensores.

En contraste con el documento US 8,492,704, el conjunto de sensores activos cambia con la posición.

En otro aspecto, si el número de sensores activos es mayor que N, es decir, N+p, entonces se puede disponer de varias combinaciones para seleccionar un conjunto de N sensores activos y, por lo tanto, se puede calcular un mismo número de lecturas de la posición absoluta. Una lectura diversa de la misma posición de tal redundancia puede usarse para hacer que el codificador cumpla con estándares de seguridad.

Debido a las imprecisiones inherentes de la posición de cada sensor en la pista lineal, es posible que se requiera una calibración inicial de la pista. La calibración se puede proporcionar después de la configuración inicial o durante la fabricación o se puede programar en el arranque de cada máquina individual y/o según lo requiera el usuario final.

Dependiendo del tipo de sensores, se pueden usar varias disposiciones y métodos diferentes para detectar los sensores activos.

Para un patrón dado, se puede usar un número fijo N de sensores activos para calcular un código.

Los sensores activos se definen como los que están en proximidad al cabezal codificador a lo largo de su longitud de recorrido. La longitud de recorrido es la longitud del trayecto entre los dos elementos captables por máquina más extremos.

En una disposición, el cabezal codificador está diseñado para extenderse sobre una longitud que es un múltiplo P del intervalo de sensor, siendo P superior o igual a N. El número de sensores activos puede variar de un número P a P+1 en el caso particular donde los extremos del cabezal codificador están alineados exactamente con sensores.

La unidad de procesamiento detecta aquellos sensores que no están en proximidad a un elemento captable por máquina, que tienen un valor de lectura nulo V⁰y que por lo tanto están inactivos. Los sensores activos se encuentran explorando todos los sensores a partir de un lado determinado y encontrando el primer sensor con un valor analógico diferente de V^o. El intervalo se extiende desde el primer sensor hasta el último sensor que tiene un valor desviado de V⁰. Puede ocurrir que en una posición particular el valor analógico del sensor activo izquierdo o derecho tenga el mismo valor de V⁰, no porque esté inactivo sino porque el sensor está en un intervalo de transición.

Sin embargo, tal situación puede detectarse ya que el número de sensores activos detectados puede ser menor que el valor predefinido P. Si P es igual a N, entonces el número de señales activas detectadas es N-1, el resultado es indiferente cuando se considera si la unidad de procesamiento selecciona un sensor Hall adicional a la derecha o a la izquierda, ya que estos dos sensores emiten el mismo valor V0 y están distanciados por la longitud de la unidad captable por máquina, y, por lo tanto, normalmente tienen el mismo valor de salida si ambos están activos. En el caso de que P sea mayor que N, entonces la unidad de procesamiento puede seleccionar N sensores activos.

En una segunda disposición, la longitud de recorrido del cabezal codificador está diseñada para ser un múltiplo P del intervalo de sensor más una parte considerablemente menor de un intervalo de sensor. Además, un extremo de la longitud de recorrido del cabezal codificador puede diseñarse para montarse con el elemento de máquina más largo del patrón, con una longitud mayor que el intervalo de sensor y generando un valor diferente de Vo para los sensores que se encuentran en su proximidad.

En tal caso, el número de sensores activos es una constante P, superior o igual a N. Si P=N, entonces los sensores activos en ambos extremos pueden tener el mismo valor y la situación puede resolverse con la misma consideración anterior para la primera disposición.

Si P > N, la unidad de procesamiento siempre puede seleccionar N sensores activos, contando N sensores des del primer sensor activo.

En una tercera disposición, un elemento adicional captable por máquina de una propiedad A dada se puede colocar fuera de la extensión del cabezal codificador, con una longitud que sea un múltiplo X del intervalo de sensor, siendo X mayor que el número máximo posible de sensores activos en proximidad a un elemento sensor de máquina de propiedad A para el patrón dado. Al detectar los X ó más sensores activos en proximidad al elemento de máquina adicional, se puede encontrar el límite del intervalo de los sensores activos.

Los expertos en la técnica pueden idear otras disposiciones y métodos diversos para localizar y seleccionar los sensores activos.

Como los sensores están en un elemento estacionario, en efecto los sensores pueden montarse directamente en una placa de circuito impreso y pueden estar dotados de conexiones estáticas para alimentación y señalización.

A continuación se hace referencia a la figura 4, que es un diagrama de flujo simplificado que ilustra un proceso de cálculo de posiciones de resolución baja, media y alta basado en la posición.

En una realización preferida, la unidad de procesamiento puede ser un microcontrolador, o una FPGA, capaz de realizar los diversos cálculos del codificador.

El inicio 81 representa los eventos que inician el proceso de cálculo de posición de la unidad de procesamiento. Este evento puede ser, por ejemplo, una solicitud de un ordenador anfitrión o una unidad recibida a través de una línea de comunicación.

En el módulo 82, la unidad de procesamiento ejecuta una búsqueda de los sensores activos, utilizando uno de los métodos descritos anteriormente en la presente.

En el módulo 83, las unidades de procesamiento seleccionan N sensores activos, de modo que sus direcciones módulo N abarquen el intervalo de 0 a N-1.

En el módulo 84, la unidad de procesamiento calcula un código usando la ecuación:

V son valores booleanos de la salida del sensor activo, V=1 cuando un sensor activo está en proximidad a un elemento de máquina de la primera propiedad, V=0 en caso contrario. Las unidades de procesamiento a continuación leen una posición de resolución media relativa a los sensores S0 con una dirección que satisface módulo(dirección, N) = n⁰, donde n⁰es un número entero predefinido más pequeño que N, es decir, 0< n⁰<N. Esta posición relativa viene dada por una tabla predefinida establecida para el patrón seleccionado del codificador.

En el módulo 85, la posición absoluta de resolución media se calcula sumando a la posición relativa de resolución media los datos de posición de baja resolución del sensor S0. Tal posición de baja resolución puede haber sido pregrabada con alta precisión utilizando o bien datos del diseño del codificador específico o bien durante un proceso de calibración.

En el módulo 86, los valores analógicos de las salidas analógicas en transición de sensores activos se procesan mediante un algoritmo similar al descrito en el documento US 8,492,704.

A continuación se hace referencia a la figura 5, que es un diagrama simplificado que ilustra un codificador lineal basado en la detección de corrientes de Foucault. La parte móvil tiene una PCB 90 en la que hay una tira de elementos metálicos 92 y no metálicos 94 alternos dispuestos para formar el patrón 96. En la parte estacionaria hay una PCB 98 en la que están montadas las bobinas 100. A medida que las bobinas se sitúan en proximidad de medición del metal, se generan corrientes de Foucault en la bobina y las mismas pueden detectarse.

A continuación se hace referencia a la figura 6, que es un diagrama simplificado que ilustra un codificador lineal basado en detección inductiva. La parte móvil tiene una PCB 110 en la que hay una tira de metal 112 con orificios 114, donde no hay metal, dispuestos para formar un patrón. En la parte estacionaria hay una PCB 118 en la que están montadas las bobinas 120. A medida que las bobinas se sitúan en proximidad de medición de los orificios, la inductancia reduce la resonancia en la bobina y puede detectarse.

Como se ha explicado anteriormente, los sensores pueden montarse en una PCB. Sin embargo, las PCB’s pueden ser sensibles al calor y cuando el motor lineal se calienta, los sensores pueden cambiar de posición debido a la dilatación de la PCB subyacente. La medición precisa se ve socavada si la posición de los sensores comienza a cambiar. Hay varias formas de resolver el problema. Por ejemplo, los sensores se pueden fijar a una capa de fijación subyacente de un material que no sea sensible al calor. Alternativamente, la PCB se puede montar en una única ubicación elegida para que la dilatación de la PCB coincida con la dilatación del motor lineal en su conjunto. Una variación de esta alternativa proporciona a la PCB secciones recortadas en cada una de las cuales se monta un sensor y el mismo se fija a una placa subyacente de material que es estable a la temperatura. A los expertos en la materia se les ocurrirán varias soluciones adicionales.

Una realización puede proporcionar un codificador lineal absoluto magnético que puede proporcionar un nivel de resolución igual o superior al de un codificador absoluto óptico al tiempo que logrando mejoras relacionadas con la robustez, la durabilidad y los costes.

Se espera que durante la vigencia de una patente que evolucione a partir de esta solicitud, se desarrollarán muchos sensores, accionamientos lineales y motores lineales relevantes y el alcance de los términos correspondientes pretende incluir todas estas tecnologías nuevas a priori.

Los términos "comprende", "comprender", "incluye", "incluir", "tener" y sus derivados significan "incluir aunque sin carácter limitativo".

El término "consistir en" significa "incluir y limitado a".

Como se usa en la presente, la forma del singular "un", "una" y "el/la" incluye referencias al plural a menos que el contexto dictamine claramente lo contrario.

Se aprecia que ciertas características de la invención, que, para mayor claridad, se describen en el contexto de realizaciones independientes, también pueden proporcionarse en combinación en una sola realización, y la descripción anterior debe interpretarse como si esta combinación se hubiese redactado explícitamente. Por el contrario, diversas características de la invención, que, por razones de brevedad, se describen en el contexto de una sola realización, también se pueden proporcionar por separado o en cualquier subcombinación adecuada o según resulte adecuado en cualquier otra realización descrita de la invención, y la descripción anterior debe interpretarse como si estas realizaciones independientes se hubiesen redactado explícitamente. Ciertas características descritas en el contexto de diversas realizaciones no deben considerarse características esenciales de esas realizaciones, a menos que la realización no sea operativa sin esos elementos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un codificador lineal (50) para un dispositivo de medición de posición lineal que tiene una parte estacionaria (53) y una parte móvil (54), estando diseñado el codificador para medir y codificar un desplazamiento relativo entre dicha parte estacionaria (53) y dicha parte móvil (54) a lo largo de una extensión de recorrido lineal entre una primera ubicación final de recorrido y una segunda ubicación final de recorrido; comprendiendo el codificador:

una pluralidad de elementos captables (56a, 56b) por máquina, estando dispuestos dichos elementos (56a, 56b) en una primera de dichas partes en un patrón predeterminado de forma conocida, definiendo el patrón predeterminado una pluralidad de longitudes de segmento asignadas consecutivamente que se extienden en la dirección de medición, difiriendo dichas longitudes entre sí, teniendo así cada segmento una longitud respectiva, una propiedad respectiva y una posición de segmento en la que está fijado uno de dichos elementos captables por máquina de la longitud y propiedad respectivas, de manera que la forma genera un código, comprendiendo el código una propiedad que cambia a lo largo de su longitud; y

una pluralidad de sensores colocados uniformemente dispuestos a lo largo de una segunda de dichas partes a lo largo de la totalidad de dicha extensión de recorrido lineal entre dicha primera ubicación final de recorrido y dicha segunda ubicación final de recorrido, extendiéndose la longitud del código sobre una pluralidad de dichos sensores colocados uniformemente, para así medir y codificar dicho desplazamiento usando dicho patrón.

2. El codificador lineal de la reivindicación 1, en el que dicha primera parte es dicha parte móvil (54) y dicha segunda parte es dicha parte estacionaria (53).

3. El codificador lineal de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que una longitud de dicho patrón predeterminado es más corta que dicha extensión total, o es más corta que una longitud de desplazamiento.

4. El codificador lineal de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dichos sensores colocados uniformemente tienen, cada uno de ellos, una dirección única, y/o en el que dichos sensores colocados uniformemente comprenden un miembro del grupo de sensores que consiste en sensores ópticos, magnéticos, inductivos, capacitivos, fotoeléctricos y de corrientes de Foucault.

5. El codificador lineal de la reivindicación 4, en el que dichos elementos captables (56a, 56b) por máquina son un miembro de un grupo que consiste en elementos ópticos (56a, 56b), elementos magnéticos (56a, 56b), elementos inductivos (56a, 56b), elementos capacitivos (56a, 56b) y elementos (56a, 56b) de perturbación de campo metálicos.

6. El codificador lineal de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho patrón predeterminado define una secuencia de segmentos repetidos, comprendiendo cada segmento un ciclo de cambio de dicha propiedad, y/o en el que dichos elementos captables (56a, 56b) por máquina tienen una segunda propiedad cambiante.

7. El codificador lineal de la reivindicación 6, en el que dichos segmentos se extienden sobre una longitud equivalente a un número predeterminado de dichos sensores espaciados uniformemente, o en el que dichos segmentos se extienden sobre una longitud seleccionada para proporcionar una pluralidad de lecturas de dicho desplazamiento, o en el que un elemento adicional captable por máquina está colocado fuera de dicho patrón para indicar a dichos sensores un comienzo de dicha longitud.

8. El codificador lineal de una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3 a 7, pero no la 2, en el que dicha primera parte es dicha parte estacionaria (53) y dicha segunda parte es dicha parte móvil (54).

9. Un método de codificación lineal absoluta de un desplazamiento relativo entre dos partes sobre una longitud de desplazamiento lineal total que se extiende entre una primera ubicación final de recorrido y una segunda ubicación final de recorrido, comprendiendo el método:

proporcionar una pluralidad de sensores espaciados uniformemente sobre dicha longitud de desplazamiento total completa;

proporcionar un patrón predeterminado de elementos captables (56a, 56b) por máquina, siendo el patrón de forma conocida, definiendo el patrón predeterminado una pluralidad de longitudes de segmento asignadas consecutivamente que se extienden en la dirección de medición, difiriendo dichas longitudes entre sí, teniendo cada segmento por lo tanto una longitud respectiva, una propiedad respectiva y una posición de segmento en la que se fija uno de dichos elementos captables por máquina de la longitud y propiedad respectivas, generando la forma un código, comprendiendo dicho código una propiedad que varía con la distancia a lo largo de dicho patrón;

desplazar dicho patrón linealmente con respecto a dicha pluralidad de sensores sobre dicha longitud de desplazamiento, extendiéndose dicho patrón sobre una pluralidad de dichos sensores; y

medir dicho desplazamiento usando dicha pluralidad de sensores y dicho patrón.

10. El método de la reivindicación 9, en el que dicho patrón se extiende sobre una longitud equivalente a un número predeterminado de dichos sensores espaciados uniformemente.

11. El método de la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que dicho patrón está en una parte móvil (54) de un motor lineal y dicha pluralidad de sensores están en una parte estacionaria (53) de dicho motor lineal.

12. El método de la reivindicación 9, que comprende:

detectar sensores actualmente en proximidad con elementos captables (56a, 56b) por máquina como sensores activos;

calcular una primera posición absoluta de baja resolución sobre la base de una posición de los sensores activos; calcular un código de un número N de bits, fijando cada uno de dichos N bits a un valor de salida booleano de N de dichos sensores activos, definiendo así dicho código una posición de resolución media con respecto a uno de los sensores activos;

combinar el valor de dicha primera posición absoluta de baja resolución con el valor de dicha segunda posición relativa de resolución media para calcular una posición absoluta de resolución media.

13. El método de la reivindicación 11, en el que dichos sensores emiten valores analógicos, comprendiendo el método: fijar cada salida analógica a un primer valor booleano cuando el valor de salida analógica del sensor respectivo está en un intervalo que indica que está en un intervalo de proximidad predefinido de un elemento captable por máquina que tiene dicha primera propiedad, y un segundo valor en caso contrario; y