位置/位移转换器装置及相关系统和方法制造方法及图纸

一种位置/位移转换器装置(2)，能够产生增量或绝对位置信息，其独立于充当作为装置和支架之间的相互运动的结果的物理量变量的源的支架的一个或多个中断的存在。支架的一个或多个中断的存在。支架的一个或多个中断的存在。

【技术实现步骤摘要】
位置/位移转换器装置及相关系统和方法


[0001]本专利技术涉及位置/位移转换器(position/displacement transducer)装置、以及相关的系统和方法。
[0002]特别地，本专利技术涉及角位置和角位移的转换，而且还涉及沿预先设定的轨迹或测量路径的往复运动的位置和位移的转换，所述轨迹或测量路径是开放的或闭合的、直线的或至少在原则上也是曲线测量路径，前提是它具有足够大的曲率半径。

技术介绍

[0003]位置/位移转换器装置在圆形轨迹的情况下也称为位置编码器、旋转编码器，并且用于检测件、设备、机器部件等的运动；典型地，此类装置的输出用于控制相同或其他设备或机器部件。例如，此类编码器可应用于机器或旋转设备的旋转轴，或直接或间接应用于传送带，或通常应用于沿预先设定的开放或闭合轨迹移动的构件，以检查例如其运动规律，或基于被检测的主体的位置、速度或加速度来控制另一个设备，例如与主体同步。
[0004]编码器是一种能够识别由于运动引起的物理量的周期性变化并将该变化转换成具有至少两个不同或双重逻辑状态的信号的装置。周期性物理量可以具有任何不同的性质，并且可以源自光学、磁、电(电阻、电容、电感)原理等的应用。在编码器中，适合于检测物理量的一个或多个传感器将其周期性变化转换为一个或多个周期性电信号，其周期性与物理量的周期性相关。所述周期性电信号或其派生形式典型地是或包括具有逻辑0电平和逻辑1电平的二进制信号。
[0005]编码器(如果它们产生具有逻辑0电平和逻辑1电平的二进制信号)有时称为增量编码器；如果它们产生与识别相互运动的特定位置的信号配对的具有逻辑0电平和逻辑1电平的二进制信号，则有时称为伪绝对增量编码器；如果它们产生n位信号，该n位信号对相互运动的各个位置进行统一编码，则有时称为绝对编码器。
[0006]以下将主要参考增量型的编码器，包括伪绝对增量编码器，纯粹借由非限制性示例。本领域技术人员将理解如何将本专利技术应用于绝对型编码器的情况。
[0007]如果由一个或多个传感器产生的周期性电信号是正弦型的，则可以使用内插器等设备来提高转换器装置的分辨率，从而将物理量的变化重复自身的周期减少到其约数。
[0008]光学类型的编码器基于通过合适的光电传感器检测光(或更一般地，电磁光谱的信号)的不存在/存在或强度变化，在相对于一个或多个光学传感器的相互运动中，光通过具有交替二重特性的连续元件的阵列或周期性有序布置(例如黑色和白色元件、有孔/透明和无孔/光吸收区域、镜子和光吸收元件等)反射/漫射/传输。
[0009]在电气类型编码器的情况下，具有交替二重特性的连续元件例如是电阻、电容、电感元件等，并且它们由合适的电路检测。
[0010]磁性类型的增量编码器基于由一个或配对磁传感器(典型地是霍尔效应或磁阻型)检测到的磁通量的变化，其在相对于一个或多个磁传感器相互运动中，由具有交替磁极的连续元件的周期性阵列产生。由于相互运动，传感器生成信号或正交信号的配对、具有相
同的周期性的变量，典型地从中导出一系列脉冲和/或波前，从而允许检测和量化相对位移；从相对于视为参考的特定位置的整体位移，也可以指示沿轨迹的位置。在磁性正交编码器中，存在至少两个磁传感器，其具有能够产生周期信号的单个磁性元件，并且适当地布置成同时产生相位正交的两个模拟信号(霍尔效应传感器)；或者具有能够产生正交的两个模拟信号的双磁性元件的至少一个磁传感器(磁阻效应传感器)。该系列脉冲和/或波前、或正交的两个系列具有与拥有交替磁极的连续元件的周期性阵列的周期性相关的频率；模拟信号与正交的两个系列脉冲和/或波前之间的相移指示出相互运动的方向(根据哪一个在相位上领先)。
[0011]使用增量编码器作为转换器元件的装置设置有计数器，该计数器在波前和/或脉冲处根据该系列波前和/或脉冲之间的相移并因此根据运动的方向始终增加或分别增加和减少。
[0012]在本说明书和所附权利要求中，除非另有说明，否则表述“周期”和“频率”以及从其导出的表述意指指的是空间域，而不是指时域。此外，即使在实践中的进展由于误差和/或系统公差而偏离周期性现象时，上述表述也参考理论设计或额定量值使用。
[0013]上面描述的磁性类型的增量编码器的实际应用涉及一些问题。在闭合轨迹的情况下，周期性阵列理想情况下应正好包含整数个极对。这实际上只有通过在组装后现场提供磁化才可能实现，而且在这种情况下，可能无法遵守所期分辨率(以及因此周期性布置的空间周期)。当然，现场磁化是极其昂贵和复杂的，在某些应用中甚至是不可能的。在给定范围内，在开放轨迹的情况下也会感觉到这些问题。除其他外，磁化的实现必须非常准确，并且为了使转换器系统具有足够的分辨率，磁极配对的周期应该很小；反之亦然，运动轨迹可能很长。
[0014]为了避免这种情况，通常优选提供合适材料的支架或带，设置有具有所期周期的周期性阵列，其可以以卷或以预设长度的件的形式供应。例如，带可以由嵌入塑料填料中的磁带组成，其优选地继而焊接到具有高抗延伸性的编织织物上。
[0015]为了覆盖轨迹的整个长度，可能需要使用两个(或更多)带，可能从卷或从预设长度的件切割成一定尺寸。在彼此相邻布置的两个相应带端部处，通常形成阵列周期性的不连续性和/或不可读区域。在闭合轨迹的情况下，即使使用单个带，这种不连续性通常也会在其两端处形成，它们还是彼此相邻布置的。此外，即使在从一条带到另一条带或从同一条带的一端到另一端的通过中精确观察到周期性，在使用期间也可能出现不连续性，这例如由带所施加的主体的热膨胀所引起。
[0016]在另一种类型的编码器、例如光学或电编码器的情况下，会遇到类似的问题。
[0017]在两个带长度之间的过渡区域中，增量编码器的操作以立即可理解的方式受到周期性阵列和/或无磁化区域(或者通常没有具有二重特性的连续元件)的周期性中存在这种不连续性的影响。实际上，在运动轨迹的这样的区域中，传感器没有浸入磁场(或其他物理量)中，并且因此它们不发出前沿/脉冲(或者它们没有规律地发出它们)。因此，与编码器相关联的可能计数器在过渡区域之前的最后一个完整极(或通常为周期性布置的元件)与在过渡区域之后的第一个完整极(或通常为周期性布置的元件)之间遭受计数损失，计数损失的大小甚至可能大大大于周期性布置的空间周期。
[0018]为了避免这种情况，对应于EP3271185的Habasit AG的WO 2016/146463A1提供了
沿传送带的轨迹布置的配对增量磁编码器的使用，该传送带具有拥有接合区的磁性标记的嵌入的周期性阵列。编码器在大于接合区长度的相互距离处布置。为了决定应该使用两个编码器中的哪一个来提供输出信号，该文档提供了(非磁性的，优选地光学的)参考标记，当被上游标记检测器检测到时，该参考标记指示接头即将接近，并且当被下游标记检测器检测到时，接头已经通过。默认情况下使用上游编码器的输出，当上游参考标记检测器检测到参考标记时切换到下游编码器，并且当下游参考标记检测器检测到参考标记时返回本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种位置/位移转换器装置(2)，包括：
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沿测量路径(7)布置的编码器(21、22)的配对，其中沿所述测量路径(7)布置了位置/位移编码周期性阵列(3)，其具有拥有交替二重特性的连续元件(4、5)，其中沿着所述测量路径(7)存在所述周期性阵列(3)的周期性不连续和/或不可读的至少一个过渡区域(8)，所述周期性阵列(3)在使用中经受沿着所述测量路径(7)相对于编码器(21、22)的相互运动，所述编码器(21、22)限定了读取窗口(23)的端部，所述读取窗口(23)的长度大于所述过渡区域(8)的估计最大尺寸，使得它们在相互运动期间不同时被所述过渡区域(8)所涉及，
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控制器(40)，其基于来自所述编码器(21、22)的信号发出转换后的位置/位移(12)，并且其从一个编码器的使用切换到另一个编码器的使用，以便管理所述过渡区域(8)的存在，
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其中控制器(40)从在当所述过渡区域(8)在所述装置(2)的读取窗口(23)之外时下游编码器(22)的默认使用，临时切换到在当所述下游编码器(22)处于所述过渡区域(8)时上游编码器(21)的使用。2.根据权利要求1所述的装置(2)，其中所述上游编码器(21)的临时使用在所述下游编码器(22)进入所述过渡区域(8)之前开始和/或在所述下游编码器(22)离开所述过渡区域(8)之后结束。3.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，在所述过渡区域(8)不在所述装置(2)的读取窗口(23)内的步骤期间、以及另外地至少在当所述过渡区域(8)在所述装置(2)的读取窗口(23)内但所述下游编码器(22)不在所述过渡区域(8)处时由下游编码器(22)对第一位移(52)的检测期间，所述控制器(40)使用所述下游编码器(22)，其中所述第一位移(52)使得所述上游编码器(21)遇到并通过所述过渡区域(8)。4.根据权利要求1所述的装置(2)，其中所述控制器(40)至少在利用所述上游编码器(21)检测到的第二位移(54)期间使用所述上游编码器(21)，其中所述第二位移(54)使得所述下游编码器(22)遇到并通过所述过渡区域(8)。5.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，从所述上游编码器(21)进入错误的事实来检测所述过渡区域(8)在所述装置(2)的读取窗口(23)内的入口。6.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，根据对与所述过渡区域(8)在所述装置(2)的读取窗口(23)内的入口位置相距的第三位移的检测，来估计所述过渡区域(8)不再在所述装置(2)的读取窗口(23)内的事实。7.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，当切换到使用所述上游编码器(21)时，所述控制器(40)采用绝对参考位置(53)，可能还发出绝对零信号。8.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，所述编码器(21、22)是内插类型，并且所述控制器(40)等待要由同一编码器(21、22)检测的零脉冲更优选地由所述下游编码器(22)检测的零脉冲，从使用所述下游编码器(22)切换到使用所述上游编码器(21)和/或反之亦然。9.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，所述编码器(21、22)是正交类型的。10.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，所述控制器被配置为：
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初步获得或测量所述测量路径(7)的总长度(L_TOT)，并且，在所述测量路径(7)的每次行程中：
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当所述上游编码器(21)在使用中时，根据所述上游编码器(21)的输出保持转换后的位置/位移(12)，
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当随后所述下游编码器(22)在使用中时，调整所述转换后的位置/位移(12)，使得其除了附加因子外，在以下给出的两个极值之间变化：(i)当所述上游编码器(21)在使用中时测量出的长度(LM)，以及(ii)所述测量路径的总长度(L_TOT)。11.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，所述控制器(40)被配置为，在设置条件下：
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获得所述测量路径(7)的总长度(L_TOT)作为输入或对其进行测量，
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获得由所述下游编码器在所述测量路径(7)的初步行程中测量出的长度(LV_REF)，并且，在所述测量路径(7)的每次后续行程中：
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当所述上游编码器(21)在使用中时，根据所述上游编码器(21)的输出保持转换后的位置/位移(12)，
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计算应由所述下游编码器(22)测量出的预期长度(LV_REQ)作为所述测量路径(7)的总长度(L_TOT)与由所述上游编码器(21)在其已连续使用时测量出的长度(LM)之间的差，并且
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保持所述下游编码器(22)在使用中，直到测量出了位移(LV)等于它在所述测量路径(7)的初步行程期间已测量出的长度(LV_REF)为止，假定转换后的位置/位移(12)与所述下游编码器(22)的输出以及所述预期长度(LV_REQ)和所述下游编码器(22)在所述测量路径(7)的初...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁杰罗，
申请(专利权)人：利卡电子有限公司，
类型：发明
国别省市：