SE465844B

SE465844B - Accessory for a displacement sensor

Info

Publication number: SE465844B
Application number: SE9001065A
Authority: SE
Inventors: R Wiklund
Original assignee: Geotronics Ab
Priority date: 1990-03-23
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1991-11-04
Also published as: SE9001065D0; SE9001065L

Abstract

The invention relates to an accessory for a displacement sensor with a movable sensing part, in which the sensor senses when a sensing element connected to a movable sensing part of the sensor strikes an obstacle, and the movable sensing part is in this connection deflected, and the sensor then emits an analogue signal depending on the size of the deviation. The accessory is a force transmitter which comprises a force transmitter unit 12, 13 rigidly connected to the movable sensing part of the sensor. The force transmitter is provided with an electrically controllable, force-transmitting arrangement L1-L4, M1-M4 which, when electrical signals are supplied, transmits force with a magnitude and direction defined by the nature of the signals. <IMAGE>

Description

465 844 10 15 20 25 30 35 De exemplifieríngar på sensorer, som ges i den följande be- skrivningen, och med vilka kraftgivaren samverkar hänför sig till en sensor av kapacitanstyp, men det är uppenbart att kraftgivaren enligt uppfinningen är lika väl användbar för andra typer av förskjutningssensorer. 465 844 10 15 20 25 30 35 The examples of sensors given in the following description, with which the power sensor cooperates, relate to a capacitor type sensor, but it is obvious that the power sensor according to the invention is equally useful for other types of displacement sensors.

Den till sensorn anslutna kraftgivaren gör mätspetsen snabbt rörlig. Kraftgivarens drivsystem skall då verka på mätstavens kula i x-, yoch z-riktningen. Genom att sammanföra den kapaci- tiva avkännaren med en induktiv kraftgivare kan en enda kombi- nationsenhet enkelt produceras. En viss minskning av förskjut- ningssensorns mätnoggrannhet erhålles emellertid med ett dy- likt arrangemang. eftersom kraftgivning och mätning sker kopp- lat, men fördelen med snabb rörlighet överväger i de flesta fall. Möjlighet att stänga av kraftgivningsdelen med en ström- brytare kan anordnas.The power sensor connected to the sensor makes the measuring tip movable quickly. The drive system's drive system must then act on the ball of the measuring rod in the x, y and z directions. By combining the capacitive sensor with an inductive power sensor, a single combination unit can be easily produced. However, a certain reduction in the displacement sensor's measurement accuracy is obtained with such an arrangement. since power supply and measurement are coupled, but the advantage of fast mobility outweighs in most cases. Possibility to switch off the power supply part with a switch can be arranged.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritningarna, där Fig. 1A och 1B visar ett snitt genom respektive schematiskt lindningsplaceringar och magnetfältsutbredningar för en första utföringsform av en kraftgivare för en sen- sor i enlighet med uppfinningen, Fig. 2 visar en_ andra utföringsform av en komponent i en kraftgivare för sensorn.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which Figs. 1A and 1B show a section through respective schematic winding locations and magnetic field propagations for a first embodiment of a power sensor for a sensor in accordance with the invention, Fig. 2 shows a second embodiment of a component in a sensor for the sensor.

Fig. 3A. 3B och 3C visar ett snitt genom en annan utföringsform av en kraftgivare, en krets för att mata lindningar i kraftgivaren och en vy uppifrån av kraftgivaren i fig. 3A, Fig. 4A, 43 och 4C visar ytterligare en utföringsform av kraft- givaren enligt uppfinningen.Fig. 3A. 3B and 3C show a section through another embodiment of a power sensor, a circuit for supplying windings in the power sensor and a top view of the power sensor in Fig. 3A, Figs. 4A, 43 and 4C show a further embodiment of the power sensor according to the invention. .

Fig. SA och 5B visar schematiskt en utföringsform för en fri- frisvävande sensor och en schematisk indikering av 10 15 20 25 30 r 1 9 uno 35 465 844 lindningsarrangemangen för kraftgívaren och magnetfäl- tens utbredning i förhållande till lindningarna. och visar ett blockschema av' ett styrarrangemang för en utföríngsform av kraftgivararrangemanget enligt upp- Fig. 6 finningen.Figs. SA and 5B schematically show an embodiment of a free-floating sensor and a schematic indication of the winding arrangements for the force transmitter and the propagation of the magnetic fields in relation to the windings. and shows a block diagram of a control arrangement for an embodiment of the power sensor arrangement according to the invention.

En induktiv kraftgivare' kopplad till en kapacitiv' förskjut- ningssensor visas i fig. 1A. Det är emellertid uppenbart att annan typ av sensor kan insättas i stället. Kollektorplattor 1 och 2 hos sensorn är styvt, elektriskt förbundet hopmonterade med en fjäder 3. Fjädern 3 är med isolerande ringar 4 och 5 elektriskt isolerat infäst mellan två ringforiga hållarelement 6 och 7. Mönsterplattor 8 och 9 hos sensorn är insatta i spår i var sitt av hållarelementen 6 resp. 7.An inductive power sensor 'coupled to a capacitive' displacement sensor is shown in Fig. 1A. However, it is obvious that another type of sensor can be used instead. Collector plates 1 and 2 of the sensor are rigid, electrically connected together with a spring 3. The spring 3 is with insulating rings 4 and 5 electrically insulated fastened between two annular holding elements 6 and 7. Pattern plates 8 and 9 of the sensor are inserted in grooves in each of the holding elements 6 resp. 7.

Den med kondensatorplattorna 1 och 2 styvt förbundna staven 10 med mätkulan (icke visad) sträcker sig genom enheten 1-3 med en extra del 11. som är fäst vid en kraftgivare enligt upp- finningen.The rod 10 with the measuring ball (not shown) rigidly connected to the capacitor plates 1 and 2 extends through the unit 1-3 with an additional part 11. which is attached to a power sensor according to the invention.

Utföringsformen av kraftgivaren enligt fig. 1A innefattar en bägarformig av isolerande material utförd del 12 med öppningen vänd från sensorn och försedd med en ringformig krökt, utskju- tande, skivformig krage 13. Kragens 13 krökningscentrum ligger ungefär på sensorns rörelsecentrum CM'. Både sidorna på den bägarformiga delen 12 är försedd med en högtalarlindning 14 och kragen 13 är försedd med lindningar L1-L4. Hela enheten 12. 13 är rörlig och fasta magnetfält korsar lindningarna. Den bägarformiga delen 12 med sin lindning.14 verkar såsom en hög- talarspole.The embodiment of the force sensor according to Fig. 1A comprises a cup-shaped part of insulating material made 12 with the opening facing away from the sensor and provided with an annular curved, projecting, disc-shaped collar 13. The center of curvature of the collar 13 lies approximately on the sensor's center of movement CM '. Both sides of the cup-shaped part 12 are provided with a loudspeaker winding 14 and the collar 13 is provided with windings L1-L4. The entire unit 12. 13 is movable and fixed magnetic fields cross the windings. The cup-shaped part 12 with its winding.14 acts as a loudspeaker coil.

De fyra lindningarna L1, L2, L3, La är anbragta i fyrkant (se fig. 1B) på den ringformiga laminatskivan 13, så att fyra ut- präglade poler bildas, vilka är är utplacerade, två L1, L3 ut- med x-axeln och två L2f L4 utmed y-axeln. Lindningarna 1 eller på laminatet är åstadkomna exempelvis i multilagerteknik eller genom att "fyrkant"-spolarna (lindade) sammanpressats och in- 465 844 10 15 20 25 30 35 gjutits i laminatform. Magnetfältsutbredningen M1. M2. M3, M4 i sidled hos de vertikala magnetfälten genom skivan 13 visas i fig. 1B och ligger snett i förhållande till spolarna L1 - L4, varigenom en strömförande spole tenderar att dras längre in i fältet om mangetiseringsriktningen är motsatt mot fältets och repelleras annars.The four windings L1, L2, L3, La are arranged in a square (see Fig. 1B) on the annular laminate board 13, so that four pronounced poles are formed, which are placed, two L1, L3 along the x-axis and two L2f L4 along the y-axis. The windings 1 or on the laminate are made, for example, in multilayer technology or by the "square" coils (wound) being compressed and molded in laminate form. Magnetic field propagation M1. M2. M3, M4 laterally of the vertical magnetic fields through the disk 13 are shown in Fig. 1B and are inclined relative to the coils L1 - L4, whereby a live coil tends to be drawn further into the field if the direction of mangetization is opposite to the field and otherwise repelled.

De i fig. 1A visade ungefär vertikala och horisontella magnet- fälten åstadkommes av ett arrangemang av permanentmagneter och mjukjärnselement. En stavformig permanentmagnet 16 är placerad i öppningen till den bägarformiga delen 13 ovanför lindningen 14. Mjukmagnetiska, stavformiga delar 17 och 18 är fastsatta på var sida om magneten 16. En ringformig enhet 19 försedd med fyra permanentmagneter med magnetiseringen tvärs mot stavens 10 axel. när den befinner sig i sitt normalläge, är placerad omkring den mjukmagnetiska staven 18. En ringformig polsko 20 med åtminstone mjukmagnetiska delar i anslutning till perma- nentmagneterna är' placerad omkring ringen 19. Ytterligare en ring 21 med mjukmagnetiska delar är placerad mittemot ringen 20 på andra sidan om kragen 13. De mot kragen vettande ytorna på ringarna 20 och 21 har väsentligen samma krökta form som denna. Kragen 13 är i sitt normalläge parallell med dessa ytor. Magnetlinjerna är utritade i den vänstra delen av fig. 1A. Sensordelen är isolerad från kraftgivardelen, genom att kraftgivardelens stationära mjukjärnsring 21 är placerad i ett inre urtag i en_ringformig isolerande höljesdel 22 limmad mot hållarelementet 6.The approximately vertical and horizontal magnetic fields shown in Fig. 1A are provided by an arrangement of permanent magnets and soft iron elements. A rod-shaped permanent magnet 16 is placed in the opening of the cup-shaped part 13 above the winding 14. Soft-magnetic, rod-shaped parts 17 and 18 are fixed on each side of the magnet 16. An annular unit 19 provided with four permanent magnets with the magnetization across the axis 10 of the rod. when in its normal position, is placed around the soft magnetic rod 18. An annular pole shoe 20 with at least soft magnetic parts adjacent to the permanent magnets is placed around the ring 19. Another ring 21 with soft magnetic parts is placed opposite the ring 20 on the other side of the collar 13. The surfaces facing the collar of the rings 20 and 21 have substantially the same curved shape as this. The collar 13 is in its normal position parallel to these surfaces. The magnetic lines are drawn in the left part of Fig. 1A. The sensor part is insulated from the power sensor part, in that the stationary soft iron ring 21 of the power sensor part is placed in an inner recess in an annular insulating housing part 22 glued to the holding element 6.

Genom att mata spolarna L1-L4 och 14 med lämpliga signaler kan mätstavens rörelse kontrolleras i 2-. yoch z-riktning allt- efter önskemål.By feeding the coils L1-L4 and 14 with suitable signals, the movement of the measuring rod can be controlled in 2-. yoch z-direction as desired.

Genom att dra ström i x-spolarna L1, L3 eller y-spolarna H2, L4 erhålles en kraft i motsvarande riktning. 2-spolen 14 utgör en variant på högtalarspole för generering av kraft i z-rikt- ningen. 10 15 20 25 30 35 4465 844 Strömmatning av varje enskild spole kan t.ex. ske så snart en signal erhålles från sensorn, som anger avvikelse åt något håll. Kraftgivaren utnyttjas emellertid företrädesvis för att ge förinställning för mätkulan vid ett mätförlopp, vilket kommer att beskrivas närmare nedan. å Många varianter på spolar och laminat kan tänkas för att ge motsvarande funktion som kraftgivaren i fig. 1A. I fig. 2 visas ett exempel på ett på en spolstomme 40 lindat burlind- ningsarrangemang, som ger x-, y-, z-kraft direkt för spol- stommen, så att inte laminatkragen 13 med spolar behövs. Mag- netarrangemanget kan då exempelvis bestå av en inre med perma- nentmagneter försedd cylinder och en yttre med permanentmagne- ter försedd ring med sammanbindande mjukmagnetisk polsko ovan- för spolstommen 40 (icke visat), så arrangerade att relativt snäva magnetfält 43, 44, 45 sträcker sig genom stommen 40.By drawing current in the x-coils L1, L3 or the y-coils H2, L4, a force is obtained in the corresponding direction. The 2-coil 14 is a variant of the speaker coil for generating power in the z-direction. 10 15 20 25 30 35 4465 844 Power supply of each individual coil can e.g. occur as soon as a signal is received from the sensor, which indicates a deviation in any direction. However, the force sensor is preferably used to provide a preset for the measuring ball during a measuring process, which will be described in more detail below. Many variants of coils and laminates are conceivable to give the same function as the power sensor in Fig. 1A. Fig. 2 shows an example of a cage winding arrangement wound on a spool body 40, which provides x-, y-, z-force directly in front of the spool body, so that the laminate collar 13 with spools is not needed. The magnetic arrangement can then for instance consist of an inner cylinder provided with permanent magnets and an outer ring provided with permanent magnets with connecting soft magnetic pole shoe above the coil body 40 (not shown), so arranged to have relatively narrow magnetic fields 43, 44, 45. extends through the body 40.

Burlindningsarrangemanget omfattar i den visade utföringsfor- men fyra spirallindningar 41 och 42 (enbart två syns i figu- ren) för kraftgivning i xoch y-riktningen jämnt fördelade om- kring spolstommens omkrets och på samma nivå. De är så place- rade att magnetfältlinjerna genom spolstommen, vilka har den relativt lilla utbredningen i sidled. som anges av ytorna 43. 44, 45, blir jämnt fördelade mellan vardera.två av spirallind- ningarna 41. 42.In the embodiment shown, the cage winding arrangement comprises four spiral windings 41 and 42 (only two can be seen in the figure) for power supply in the x and y directions evenly distributed around the circumference of the coil body and at the same level. They are so placed that the magnetic field lines through the coil body, which have the relatively small lateral spread. indicated by the surfaces 43. 44, 45, are evenly distributed between each.two of the spiral windings 41. 42.

När extra kraft skall ges i y-riktningen t.ex. åt höger i figuren matas lindningarna 41 och 42 med ström i sådana rikt- ningar att den ena spolen ger attraktion till att införas längre i nmgnetfältet 43 och den andra ger repellering från magnetfältet. Samma typ av matning görs i lindningarna på and- ra sidan om spolstommen 40, så att ingen rörelse sker i mag- netfältets riktning. När kraftgivning skall ske i x-riktningen dvs i riktningen tvärs mot papperets plan matas lindningen 42 och den bredvid denna på andra sidan spolstommen placerade lindningen (icke visad) med ström av sådana riktningar, att den ena tenderar att dras in i magnetfältet 45 och den andra repelleras. Samma typ av strömmatning görs för lindningen 41 465 844 10 15 20 25 30 5 35 och dess på andra sidan om spolstommen bredvidliggande lind- ning och då naturligtvis så att kraftgivningen sker åt samma håll utmed x-axeln.When extra force is to be given in the y-direction e.g. to the right in the figure, the windings 41 and 42 are supplied with current in such directions that one coil gives attraction to be inserted further into the magnetic field 43 and the other provides repelling from the magnetic field. The same type of feed is made in the windings on the other side of the coil body 40, so that no movement takes place in the direction of the magnetic field. When force is to be applied in the x-direction, i.e. in the direction transverse to the plane of the paper, the winding 42 and the winding (not shown) placed next to it on the other side of the coil body are fed with current of such directions that one tends to be drawn into the magnetic field 45 others are repelled. The same type of current supply is made for the winding 41 465 844 10 15 20 25 30 5 35 and its on the other side of the coil body adjacent winding and then of course so that the power supply takes place in the same direction along the x-axis.

Dessutom finns spirallindningar 46 på en nivå ovanför lind- ningarna 41, 42, så att deras nedre del träffas av magnetfäl- ten 43, för att ge kraftgivning i z-riktningen. Lindningarna 46 behöver enbart vara två, som i figuren, en på vardera sidan av spolstommen 40, t.ex. fyra symmetriskt placerade runt spolstommen. Det väsentliga här är att lindningarna 46 ligger något förskjutet i förhållande till magnetfältspassagen 43, 'varför de också alternativt eller kompletterande kan vara placerade på en nivå nedanför lind- ningarnas 41, 42. vid extra kraftgivning uppåt matas lindning- arna 46 med en ström med en strömriktning, som ger repellering i magnetfältet 43, och i det mot detta motstående magnetfältet på andra sidan om spolstommen 40 och vid extra kraftgivning nedåt med en ström med en strömriktning, som ger attrahering. men de kan även vara flera, Fig. 3A, 313 och 3c visar ytterligare en utföringsform av en kraftgivare för sensorn, där en med lindningar försedd bägar- formig del 50 har sin cylindriska del 51 försedd med fyra lindningar Ll', L2', L3', L4'. Delen 51 har sin botten uppåt och sin öppning nedåt i figuren. Den med sensordelen (icke visad) förenade staven 52 sträcker sig således centralt genom delen 51 och är fäst i bottnen 50 med ett skruvförband 53. En dubbel magnetförsedd cylinder har en inre cylinderdel 54 och en yttre cylinderdel 55. vilka delar är belägna på var sida om den bägarformade delens 50 cylindriska del V51. Den inre cylin- dern 54 innefattar en cylindrisk permanentmagnet 56, vilken i axiell riktning är omgiven av två ringformiga polskor 57, 58 av mjukjärn. Den yttre cylindern 55 innefattar en cylindrisk permanentmagnet 59, vilken i axiell riktning är omgiven av två ringformiga polskor 60, 61 av mjukjärn. De i axiell riktning polariserade magneterna 56 och 59 är polvända åt motsatt håll, så att magnetlinjer mellan deras respektive nordoch sydpoler med hjälp' av polskorna kommer att sträcka sig väsentligen luftgapet genom diametralt mittemot varandra tvärs över 10 15 20 25 30 35 465 844 ' liggande lindningsdelar av lindningarna Ll' - L4'. De magnet- försedda cylindrarna 54 och 55 hålls av en hållare 62, som är fastskruvad i höljet för sensordelen och som ger isolation mellan sensordel och drivsystem. Hållaren är försedd med ett centralt hål med samma diameter som innerdiametern hos magnet- cylindern 54. Denna diameter är väsentligt större än stavens 52 diameter. så att denna kan röra sig fritt under inverkan av drivsystemet och av förskjutningar hos mätkulan. Liksom i alla de visade utföringsformerna av uppfinningen är staven av elektriskt isolerande material. t.ex. av keramik.In addition, spiral windings 46 are located at a level above the windings 41, 42, so that their lower part is hit by the magnetic fields 43, to provide power in the z-direction. The windings 46 need only be two, as in the figure, one on each side of the spool body 40, e.g. four symmetrically placed around the spool body. The essential thing here is that the windings 46 are slightly offset in relation to the magnetic field passage 43, which is why they can also alternatively or additionally be located at a level below the windings 41, 42. In the case of extra upward force, the windings 46 are fed with a current of a current direction, which provides repelling in the magnetic field 43, and in the opposite magnetic field on the other side of the coil body 40 and in the case of additional power supply downwards with a current with a current direction, which gives attraction. but they can also be several, Figs. 3A, 313 and 3c show a further embodiment of a power sensor for the sensor, where a cup-shaped part 50 provided with windings has its cylindrical part 51 provided with four windings L1 ', L2', L3 ', L4'. The part 51 has its bottom upwards and its opening downwards in the figure. The rod 52 connected to the sensor part (not shown) thus extends centrally through the part 51 and is fixed in the bottom 50 with a screw connection 53. A double magnetized cylinder has an inner cylinder part 54 and an outer cylinder part 55. which parts are located on each side about the cylindrical part V51 of the cup-shaped part 50. The inner cylinder 54 comprises a cylindrical permanent magnet 56, which in the axial direction is surrounded by two annular pole shoes 57, 58 of soft iron. The outer cylinder 55 comprises a cylindrical permanent magnet 59, which in the axial direction is surrounded by two annular pole shoes 60, 61 of soft iron. The axially polarized magnets 56 and 59 are pole-facing in opposite directions, so that magnetic lines between their respective north and south poles by means of the pole shoes will extend substantially the air gap through diametrically opposite each other across 10 15 20 25 30 35 465 844 '. winding parts of the windings L1 '- L4'. The magnetized cylinders 54 and 55 are held by a holder 62, which is screwed into the housing of the sensor part and which provides insulation between the sensor part and the drive system. The holder is provided with a central hole with the same diameter as the inner diameter of the magnetic cylinder 54. This diameter is substantially larger than the diameter of the rod 52. so that it can move freely under the influence of the drive system and of displacements of the measuring ball. As in all the embodiments of the invention shown, the rod is of electrically insulating material. for example of ceramics.

Fig. BB visar ett kopplingsschema för att driva drívenheten i fíg. 3A. signaler för önskad förställning i x-, yoch z-rikt- ning är kopplade till var sin förstärkare Fl. F2 resp. F3.Fig. BB shows a wiring diagram for driving the drive unit in fig. 3A. signals for the desired tuning in the x, y and z directions are each connected to an amplifier F1. F2 resp. F3.

Utsignalen från förstärkaren Fl, till vilken x-signalen till- förs. matas dels via en första adderare Al till ytterligare en förstärkare F4 och dels via en inverterare Il och en andra adderare A2 till en förstärkare F5 matchad med förstärkaren F4. Signalen för förställning i x-riktningen matas från för- stärkaren F4 till lindningen Ll' och från förstärkaren F5 till lindningen L2', varigenom dessa lindníngar drivs i motsatta riktningar så att deras rörelser i magnetfälten från magnetcy- lindrarna i x-riktningen samverkar med varandra.The output signal from the amplifier F1, to which the x-signal is applied. is fed partly via a first adder A1 to an additional amplifier F4 and partly via an inverter 11 and a second adder A2 to an amplifier F5 matched with the amplifier F4. The signal for tuning in the x-direction is fed from the amplifier F4 to the winding L1 'and from the amplifier F5 to the winding L2', whereby these windings are driven in opposite directions so that their movements in the magnetic fields from the magnetic cylinders in the x-direction interact with each other. .

Utsignalen från förstärkaren F2, till vilken y-signalen till- förs, matas dels via en adderare A3 till ytterligare en för- stärkare F6 och dels via en inverterare I2 och en annan adde- rare A4 till en förstärkare F7 matchad med förstärkaren F6.The output signal from the amplifier F2, to which the y-signal is applied, is supplied partly via an adder A3 to another amplifier F6 and partly via an inverter I2 and another adder A4 to an amplifier F7 matched with the amplifier F6.

Signalen för förställning i y-riktningen matas från förstärka- ren F6 till lindningen L3' och från förstärkaren F7 till lind- ningen L4'. varigenom dessa lindningar drivs i motsatta rikt- ningar så att deras rörelser i y-riktningen i. magnetfälten från magnetcylindrarna samverkar med varandra.The signal for tuning in the y-direction is supplied from the amplifier F6 to the winding L3 'and from the amplifier F7 to the winding L4'. whereby these windings are driven in opposite directions so that their movements in the y-direction in the magnetic fields from the magnetic cylinders interact with each other.

Utsignalen från förstärkaren F3, till vilken 2-signalen till- förs, matas till de fyra adderarna A1, A2, A3 och A4. De fyra lindningarna Ll'. L2'. L3' och L4' matas därvid med z-signa- 465 844 10 15 20 25 30 35 40 ler, som driver lindningarna åt samma håll i z-riktningen, så att de inte av dessa signaler vickar i. xeller y-riktningen utan i stället strävar efter att dra sig mera in i eller ut ut magnetfälten mellan magnetcylindrarna och således förskjuts uppåt eller nedåt i fig. 3A. Lindningarna matas med signalerna från kretsen i fig. 3A i anslutningarna Pl, P2. P3 och P4 till de respektive lindningarna L1', L2', L3' och L4'.The output signal from amplifier F3, to which the 2-signal is applied, is fed to the four adders A1, A2, A3 and A4. The four windings Ll '. L2 '. L3 'and L4' are then supplied with z-signals, which drive the windings in the same direction in the z-direction, so that they do not wobble in these directions in the x-direction but in the y-direction. instead, it tends to retract more into or out of the magnetic fields between the magnetic cylinders and thus shift up or down in Fig. 3A. The windings are supplied with the signals from the circuit of Fig. 3A in the terminals P1, P2. P3 and P4 to the respective windings L1 ', L2', L3 'and L4'.

Fig. 4A, 43, 4C visar en utföringsform av en sensor med kraft- givare, där elementen för både sensorn och kraftgivaren är ge- mensamt placerade på samma skivor. dvs sensorn och kraftgiva- ren är inte två mekaniskt styvt hopkopplade separata enheter.Figs. 4A, 43, 4C show an embodiment of a sensor with power sensor, where the elements for both the sensor and the power sensor are jointly placed on the same discs. ie the sensor and the power sensor are not two mechanically rigidly connected separate units.

Sensordelens ledningsmönster är då placerade på de stationära plattorna 71 och 72 och på de rörliga men med mätstaven 75 fast förbundna skivorna 73 och 74, placerade på var sida om fjädern 79. Ledningsmönstren för sensordelen finns här på ett mittpartí av skivorna. så att periferien lämnas fri.The lead patterns of the sensor part are then placed on the stationary plates 71 and 72 and on the movable but with the measuring rod 75 fixedly connected discs 73 and 74, placed on each side of the spring 79. The lead patterns for the sensor part are here on a central portion of the discs. so that the periphery is left free.

Kraftdelens verksamma del är placerad på skivornas periferi och utgörs av en på en 73 av de rörliga skivorna placerad laterlalt magnetiserad, åttapolig magneten- ringformig, tunn. het 78. såsom framgår av fig. 4B och 4C.The active part of the power part is located on the periphery of the discs and consists of a laterally magnetized, eight-pole magnet-annular, thin one placed on a 73 of the movable discs. hot 78. as shown in Figs. 4B and 4C.

På de stationära skivorna 71 och 72. lämpligen på motsatt sida mot sensorns drivningsmönster. är lindningar med väsentligen den utformning, som visas i fig. 43. placerade. I figuren visas för åskådlighets skull enbart ett lindningsvarv för var- je lindningsdel, men det är uppenbart, att varje lindningsdel kan ha flera varv. Kraftlinjerna för magnet och lindnings- arrangemanget visas i fig. 4C. Beroende på styrningen av lind- ningarna på var sida om magnetenheten 78 kan rörelse enhållas i de tre kartesiska koordinatriktningarna. Det är uppenbart att ringmagneten i stället kan vara placerad på de stationära skivorna 71 och 72 och lindningarna i så fall är placerade på skivorna 73 och 74.On the stationary discs 71 and 72. preferably on the opposite side to the drive pattern of the sensor. windings of substantially the design shown in Fig. 43 are placed. The figure shows, for the sake of clarity, only one winding turn for each winding part, but it is obvious that each winding part can have several turns. The force lines of the magnet and the winding arrangement are shown in Fig. 4C. Depending on the control of the windings on each side of the magnet unit 78, movement can be restrained in the three Cartesian coordinate directions. It is obvious that the ring magnet can instead be placed on the stationary discs 71 and 72 and the windings in that case are placed on the discs 73 and 74.

Avkänningskretsarna för sensordelen och styrkretsarna för kraftdelen är lämpligen placerade på ett stationärt styrled- ningsplan 80. 10 15 20 25 30 'sensorn enligt fíg.The sensing circuits for the sensor part and the control circuits for the power part are suitably located on a stationary control line plane 80. The sensor according to fig.

-CM' i skivans 90 mitt. Kraftgivararrangemanget har spolar 91, I fig. 5A visas en utföringsform med både sensor och kraftgi- vare men med enbart en rörlig laminatplatta 90. Detta ger ett frisvävande mätsystem med sensor och kraftgivare i en-laminat.-CM 'in the middle 90 of the disc. The power sensor arrangement has coils 91. Fig. 5A shows an embodiment with both sensor and power sensor but with only a movable laminate plate 90. This provides a free-floating measuring system with sensor and power sensor in single laminate.

Laminatplattan är således inte fäst i ett fjädersystem utan den hålls svävande med hjälp av kraftsystemet. Förskjutnings- SA är symmetrisk omkring en centralpunkt 92 på vardera utsidan av plattan 90 utformade på det sätt som _ visas i fig. SB. På vardera sidan om skivan 90 är två statio- nära magnetskivor 93, 94 av t.ex. BaFe placerade. magnetisera- de utmed sin omkrets med omväxlande sydoch nord-poler, två av varje, och samverkande med spelarna. såsom visas i fig. SB.The laminate plate is thus not attached to a spring system but is kept floating by means of the force system. Displacement SA is symmetrical about a central point 92 on each outside of the plate 90 formed in the manner shown in Fig. 5B. On each side of the disc 90 are two stationary magnetic discs 93, 94 of e.g. BaFe placed. magnetized along its perimeter with alternating south and north poles, two of each, and interacting with the players. as shown in Fig. SB.

När varje av två spolar bestående spolarrangemang LA1-LA4 matas med ström. som ger inbördes olika riktade magnetfält. åstadkommes kraftgivning i xeller y-riktning, och när de matas med ström. som för spolar placerade bredvid varandra i magnet- fältet från magnetparen ger samma riktning på deras magnetfält åstadkommas kraftgivning i 2-riktningen och så att de ger att- raktion eller repellering åt näraliggande magneter beroende på åt vilket håll kraftgivningen skall göras.When each of two coils consisting of coil arrangements LA1-LA4 is supplied with current. which provide mutually different directional magnetic fields. power is provided in the x or y direction, and when supplied with current. which for coils placed next to each other in the magnetic field from the magnetic pairs give the same direction on their magnetic field, power is provided in the 2-direction and so that they give attraction or repelling to nearby magnets depending on the direction in which the power is to be given.

Genom att tillverka laminatet eller skivan med gjutna spolar relativt tjockt och utnyttja det horisontella magnetfältet mellan _polerna genom laminatet kan. således två kraftgenere- ringar erhållas. Man kan då t.ex; ge kraftgivning i x/y-rikt- ~ning vid skivans 90 övre del och i z-riktningen vid dess undre del. Tre spolsystem ger tre frihetsgrader enligt fig. SA och SB (två areor på skivans ovansida ger kraft i y resp. x och fyra areor på dess undersida i 2). staven 95 med sin mätspets_är fastsatt i laminatskivan 90, som *tju är frisvävande rörligt placerad mellan de stationära mag- 'netskivorna'93L 94. ' 35-_ W -På var sida om skivan 90. mellan skivan 90 och vardera av mag- netskivorna 99, 94, är en stationär skiva 96.resp; 97 place- rad. Avkännarkondensatorerna har. i denna utföringsform sina 465 844 10 15 20 25 30 35 10 olika elektroder placerade dels på skivorna 96 och 97 och dels i olika nivåer 98. 99, 100 inuti skivan 90. De olika elektro- derna är företrädesvis så placerade att de inte i någon väsentlig grad påverkas av kraftgivararrangemangets elektriska och magnetiska fält. I den visade utföringsformen är kraft- arrangemanget placerat centralt och sensorarrangemanget radi- ellt utanför detta.By making the laminate or board with cast coils relatively thick and utilizing the horizontal magnetic field between the poles through the laminate can. thus two power generations are obtained. One can then e.g. provide power in the x / y direction at the upper part of the disc 90 and in the z-direction at its lower part. Three coil systems provide three degrees of freedom according to Figs. SA and SB (two areas on the top of the disc provide power in y and x, respectively, and four areas on its underside in 2). the rod 95 with its measuring tip is fixed in the laminate disk 90, which is twenty free-floatingly arranged between the stationary magnetic disks '93L 94.' 35-_ W -On each side of the disk 90. between the disk 90 and each of the magnetic disks 99, 94, is a stationary disk 96.resp; 97 place- rad. The sensor capacitors have. in this embodiment their 465 844 10 15 20 25 30 35 10 different electrodes are placed partly on the discs 96 and 97 and partly at different levels 98. 99, 100 inside the disc 90. The different electrodes are preferably placed so that they are not in any significantly affected by the electric and magnetic fields of the power supply arrangement. In the embodiment shown, the power arrangement is located centrally and the sensor arrangement radially outside it.

I en mätmaskin med rörlig mätsond är ett av problemen att er- hålla hög mäthastighet och. ändå ha en. hög noggrannhet. Det gäller ju att stoppa mätbalksrörelsen i ett så centralt läge som möjligt i förhållande till mätsondens centralavkännande område.In a measuring machine with a moving measuring probe, one of the problems is to obtain a high measuring speed and. still have one. high accuracy. It is important to stop the measuring beam movement in as central a position as possible in relation to the measuring probe's central sensing area.

Detta kan ske antingen genom låg hastighet hos mätbalken eller att tillåta högre hastighet och ha återgång (översving), dvs tillbakakörning av mätbalken, efter att den har passerat ut utanför aktuellt mätområde för att få hög mätnoggrannhet. De dynamiska krafterna gör att kort bromssträcka är störande på mätnoggrannheten.This can be done either by low speed of the measuring beam or to allow higher speed and have return (overshoot), ie driving back of the measuring beam, after it has passed out of the current measuring range to get high measuring accuracy. The dynamic forces mean that short braking distances interfere with the measurement accuracy.

Oftast kan dock inte hastigheten väljas högre än en viss topp- hastighet med tanke på säkerheten.In most cases, however, the speed cannot be selected higher than a certain top speed for safety reasons.

Genom att i en sond med egen kraftgivare utnyttja denna kraft- givare till att ge ställfunktion, där positionen kan bestämmas till riktning och storlek, förskjuts sondens mätspets (maxi- malt) i framåtriktningen i rörelseriktningen kan man tillåta en högre mäthastighet än tidigare samtidigt som man undviker tillbakakörning av mätbalken och säkerhetsaspekterna är upp- fyllda.By using this power sensor in a probe with its own power sensor to provide a setting function, where the position can be determined to the direction and size, the probe's measuring tip (maximum) is displaced in the forward direction in the direction of movement, a higher measuring speed can be allowed. avoids reversing the measuring beam and the safety aspects are met.

Processorn 110 i fig. 6 kan :i ett sådant fall ha en ingång kopplad till en enhet ll5, som ger en digital utsignal beträffande mätbalkens rörelseriktning. Processorn 110 kan antingen matas med ett program via den yttre styrenheten 111 eller, om denna möjlighet skall vara permanent inbyggd i son- den. från början vara försedd med en programvara. som beräknar p 10 15 20 25 30 ' 35 465 844 i ll den ström AX, A , AZ, som skall matas till kraftgivarens respektive lindningar för att ställa ut sondens spets med framförhållning i rörelseriktningen så förskjuten att broms- sträckan i princip fördubblas för "nödstopp". Maximihastighe- ten kan härvid fördubblas vid konstant bromskraft, dvs man får ungefär dubbla bromssträckan.The processor 110 in Fig. 6 may: in such a case have an input connected to a unit 115, which provides a digital output signal as to the direction of movement of the measuring beam. The processor 110 can either be fed with a program via the external control unit 111 or, if this possibility is to be permanently built into the probe. be equipped with software from the beginning. which calculates p 10 15 20 25 30 '35 465 844 in ll the current AX, A, AZ, which is to be fed to the respective windings of the sensor to expose the tip of the probe with advance in the direction of movement so offset that the braking distance is in principle doubled for " Emergency Stop". The maximum speed can be doubled at constant braking force, ie you get approximately double the braking distance.

För mätändamål gäller. att eftersom anslagspunkten i princip är känd, kan hastigheten väljas maximal-anpassad för broms- sträcka till "O"-läge eller så anpassad, att mätningen sker vid viss konstant hastighet. då "0"-läget passeras och därvid minsta felen i den- analoga mätsondens utsignal föreligger.For measurement purposes applies. that since the point of impact is in principle known, the speed can be selected maximum-adapted for braking distance to "0" position or so adapted that the measurement takes place at a certain constant speed. when the "0" position is passed and the smallest error in the output signal of the analog measuring probe is present.

Allt detta beräknas av processorn 110 med hjälp av härför ägnad programvara. Processorn styr då naturligtvis förutom strömmatningen AX, AY, A2 till kraftgivarens lindningar även en styrenhet 116 för mätbalken. Styrenheten kan förses som ger mätbalken varierad hastighet i de olika riktningarna alltefter omständigheterna. så snart mätsonden stöter emot ett hinder i rörelseriktningen, indikeras detta genom en ändring av en eller flera av insignalerna x.y,z till mikroprocessorn 110, vilken beräknar ägnad utsignal till en- heten 116 och ägnade utsignaler AX, AY. A2 för att mät- balken skall komma till stillestånd i närheten av det avkända hindret och sonden när den har nått dit skall vara ställd i med signaler, sitt normalläge.All this is calculated by the processor 110 using software suitable for this purpose. The processor then naturally controls, in addition to the current supply AX, AY, A2 to the windings of the power sensor, also a control unit 116 for the measuring beam. The control unit can be provided which gives the measuring beam varied speed in the different directions according to the circumstances. as soon as the measuring probe encounters an obstacle in the direction of movement, this is indicated by a change of one or more of the input signals x.y, z to the microprocessor 110, which calculates the appropriate output signal to the unit 116 and the appropriate output signals AX, AY. A2 for the measuring beam to come to a standstill in the vicinity of the sensed obstacle and the probe when it has reached it must be set in with signals, its normal position.

Om mätobjektets position och utseende är känt 1 princip kan mätbalken styras att förflytta sig med hög hastighet till ett läge i närheten av objektet och därifrån styras att förflytta sig med en hastighet. som är så avpassad att mätbalken kan styras till stillastående från det ögonblick sonden stöter på mätobjektet på en sträcka som motsvara sondens utböjning i rörelseriktningen. Kraftgivaren styrs då också till att intaga neutralläge för sonden.If the position and appearance of the measuring object is known in principle, the measuring beam can be controlled to move at a high speed to a position near the object and from there is controlled to move at a speed. which is so adapted that the measuring beam can be guided to a standstill from the moment the probe strikes the measuring object at a distance corresponding to the deflection of the probe in the direction of movement. The power sensor is then also controlled to assume a neutral position for the probe.

I och med att man har möjlighet att kunna ställa ut mätsonden i vilken riktning som helst kan detta utnyttjas för speciella typer av mätningar. Processorn 110 ger möjlighet till olika 465 844 10 15 20 25 30 35 1.2 typer av beräkningar för att styra sondens kraftgivare och detta kan naturligtvis utnyttjas genom att mata in olika typer av programvara i processorn från enheten lll.Since it is possible to exhibit the measuring probe in any direction, this can be used for special types of measurements. The processor 110 allows for 465 844 10 15 20 25 30 35 1.2 types of calculations to control the probe's power sensor and this can of course be utilized by inputting different types of software into the processor from the unit lll.

Man kan t.ex. sänka ner sonden i ett hål och mäta upp hålets form genom att styra utställning av den i en roterande rörelse och avkänna med sondens avkänningsdel vid vilka utställnings- vinklar i olika horisontallägen sondens spets gör kontakt med hålets väggar.One can e.g. lower the probe into a hole and measure the shape of the hole by controlling the exposition of it in a rotating motion and sensing with the sensing part of the probe at which exposing angles in different horizontal positions the tip of the probe makes contact with the walls of the hole.

Man kan förse en givare med återkoppling via kraftgivaren med sådana egenskaper. att den får stort motstånd i en riktning. t.ex. x-riktningen. men. är mjuk i. en annan riktning, t.ex. y-riktningen. Detta åstadkommas genom att återföra x-mätsigna- len från förskjutningssonden med negativt tecken på x-kraft- givaren under det att sondens y-mätsignal återföra med posi- tivt tecken eller inte alls. Denna egenskap är värdefull i det fall man har behov av att skanna en sond över en yta efter givna linjer. Det är naturligtvis också möjligt att ha varie- rande motkraft (elasticitetselípsoid) genom att ha inbördes olika återkopplingsgrad i. x-, yoch z-riktningarna. återkopp- língsgraden kan också göras varierande alltefter graden av avvikelse från normalläget, så att kännedom om läget används som förstärkningskorrigering i strömförstärkare till kraft- givaren.A sensor can be provided with feedback via the power sensor with such properties. that it receives great resistance in one direction. for example the x-direction. but. is soft in. another direction, e.g. the y-direction. This is achieved by returning the x-measurement signal from the offset probe with a negative sign on the x-force sensor while returning the x-measurement signal from the probe with a positive sign or not at all. This feature is valuable in case you need to scan a probe over a surface along given lines. Of course, it is also possible to have varying counterforce (elastic ellipsoid) by having mutually different degrees of feedback in the x-, y- and z-directions. the degree of feedback can also be made varying according to the degree of deviation from the normal position, so that knowledge of the position is used as a gain correction in the current amplifier to the power sensor.

Kraftgivaren kan även genom beräkning i processorn kompenseras för olinjäritet hos den återförande fjädern 30 (se fig. 3A) eller fjäderarrangemanget. De olika dataprogrammen och algo- ritmerna för att åstadkomma de ovan angivna styrningarna är banala att åstadkomma för en programmerare på basis av de giv- na uppgifterna och beskrivs därför icke närmare. Kompensering- ar kan t.ex. åstadkommas genom att utföra jämförande mätningar mot en referenssond och lagra därvid erhållna kompenserings- värden i ett fast minne.The power sensor can also be compensated by calculation in the processor for nonlinearity of the return spring 30 (see Fig. 3A) or the spring arrangement. The various computer programs and algorithms for achieving the above-mentioned controls are banal to achieve for a programmer on the basis of the given tasks and are therefore not described in more detail. Compensation can e.g. is achieved by performing comparative measurements against a reference probe and storing the compensation values obtained thereby in a fixed memory.

Många nmdifieringar är möjliga inom ramen för uppfinningen.Many modifications are possible within the scope of the invention.

För kraftgivaren är det möjligt att använda drivsystemet som en dynamisk dämpningsanordning för mätstaven genom att 'ha 465 844 13 'kortslutna spolar. För detta användníngsändamål kan man ha en ledande cylinder mekaniskt förbunden med den rörliga staven och placerad i ett magnetfält.For the power sensor, it is possible to use the drive system as a dynamic damping device for the measuring rod by 'having 465 844 13' short-circuited coils. For this purpose, a conductive cylinder may be mechanically connected to the movable rod and placed in a magnetic field.

Claims

465,844 10 15 20 25 30 14 Patent claims

Accessory for an displacement sensor with a movable sensing part, which sensor senses when a sensor element connected to a moving sensing part of the sensor strikes an obstacle and is thereby deflected. and the sensor then emits a signal depending on the magnitude of the deviation, knowing that it is a power transmitter. comprising a force sensor unit (12, 13) rigidly connected to the movable sensing part of the sensor, the force sensor being provided with an electrically controllable force-giving arrangement (L1-L4, M1-M4). as in the case of supply of electric gear with a magnitude and direction determined by the nature of the signals. signals

Accessories according to claim 1, characterized in that the power sensor is supplied with signals. which are related to deviation output signals from the sensor in such a way that it provides extra force in the direction or directions. which the moving part tends to move in.

An accessory according to claim 1 or 2, characterized in that either the power sensor unit rigidly connected to the movable sensing part of the sensor or a stationary power sensor unit near the rigidly connected power sensor unit is provided with a winding arrangement (L1-L4; 61,62,66). ; 72-75) for each direction of movement. and that the second unit of said units is provided with an arrangement of magnets constantly magnetized at the time of measurement (52,53.54,55: 76.77), preferably permanent magnets, placed stationary for co-operation with the winding arrangement, and that the arrangement of winding arrangements and constantly magnetized magnets is such . that for each activation of the winding arrangement for this direction, the winding arrangement together with constant magnetic fields from the magnets gives a force to the movable force sensor unit in the intended direction. 10 15 20 25 30 35 465 844 15

An accessory according to any one of the preceding claims, characterized in that the force transmitter cooperates with an displacement sensor, which has its movable part spring-suspended, so that it is movable about a substantially stationary central point (CM).

Accessories according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the force sensor forms a holder arrangement for the sensor so that it is free-floating. ie without mechanical anchoring in the stationary arrangement (Fig. SA).

Accessories according to claim 3, 4 or 5, characterized in that each winding is so placed. that its magnetic field. when activated, runs in essentially the same direction. as a magnetic field given between a pair of magnets in the imagnet arrangement. which magnets are so designed and positioned that they provide a laterally defined magnetic field. which runs only partially through the winding at one side of it, wherein when current is supplied through the winding in a direction which gives a magnetic field opposite to the magnetic field through the winding, the winding tends to be pulled towards the magnetic field so that it becomes more central in the winding, and when current is supplied in the opposite direction, repels from the magnetic field (Figs. 1B and 2).

Accessories according to any one of claims 1-3. 6, characterized in that a signal processing unit (110, Fig. 6) is a cup which transmits the signal processing unit to the power sensor and the sensor. unit is arranged to control the power sensor for movements according to pre-given conditions.

Accessory according to claim 7, characterized in that the signal processing unit is also connected to a measuring beam, to which the probe is attached, and receives signals (115) regarding and that the signal processing unit is capable of transmitting the movements of the measuring beam, arranged to supply the power transmitter with signals (116). out the moving part of the probe in the direction of movement of the measuring beam and which, when the probe indicates a change in the position of the moving part of the sensor, controls the measuring beam to a standstill and the energizing arrangements to reduced power in the direction of movement. 465 844 10 15 16

Accessory according to claim 7 or 8, characterized in that the signal processing unit is a processor fed with a program, which provides control of the energizing arrangements and any peripherals for the probe in accordance with preselected conditions. and that the processor is fed with a control program for measuring an object whose position data are known in principle and for each measuring point controls the measuring beam with maximum speed up to a position shortly before the place where the measuring point should in principle be located, then lowers the speed to a speed which, after the probe's indication of change, gives a braking distance down to a standstill. which coincides with the change of the force-giving arrangements from the exhibited probe to a probe in a neutral position without additional force-giving and with the bearing of the probe against the object.

Accessories according to one of the preceding claims. know that the energizing arrangements are arranged to be supplied with signals. which give each other different power in different directions.