[发明专利]用于绝对确定线性位置或通过角度表示的旋转位置的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在自动化技术或精密机械中例如用于在机械制 造中自动确定位置、长度或角度的磁长度或角度测量系统。这种“绝 对”的系统与该系统部件的运动状态无关地、尤其是也在静止状态下 提供相应的参数。

背景技术

这样的绝对磁长度或角度测量系统是已知的。首先在此要提到在 公开文献DE19754524中展示的测量装置。在该文献中采用敷设在磁 材料上的螺纹作为比例尺，其中螺距随不同的绕组而改变，尤其是螺 距沿着测量方向x单调增加。至少两个在垂直于测量方向的方向上有 一定间距的磁场传感器在x值相同的情况下存在于与比例尺相对的测 量头中。借助这些磁场传感器识别相应的螺距，从而可以将这些螺距 与绝对位置相关联。它的缺点是，该比例尺的材料必须是软磁性的。 干扰磁场对技术上可采用的磁原料进行磁化，这可能导致明显的测量 误差。此外在螺距可变时也总是需要这些螺距具有非常小的值。但在 这种情况下，可检测到的磁场变化在传感器和比例尺之间的距离不是 最小的情况下特别小。此外还要针对每个传感器费事地校准辅助磁 铁。

在根据DE19910636的装置(图12)中，这后一个缺点不存在 了，因为在这种装置中使用圆柱形的硬磁比例尺，其中通过充磁产生 具有可变螺距的磁螺纹。通过两个在测量方向上有一定间距的磁阻角 度传感器，可以确定在两个传感器的位置之间的场方向的角度差。利 用各向异性的磁阻传感器，将这些差值与这些位置绝对地对应，只要 这些差值保持在180°以下，对于霍尔传感器或GMR传感器则直到 360°。由此通过在两个传感器之间只能在测量距离末端提供大于始端 的螺距，限制了绝对测量的总长度。通过精确分析两个传感器之一的 角度值来实现高分辨率。为此带来的其它缺点是，制造磁螺纹尺是很 费事的，尤其是在螺距很小的情况下，但是小螺纹又是以高分辨率确 定长度所必需的。必须避免在比例尺的所有部分中扭转比例尺，因为 该扭转直接转换为高分辨率的测量误差。

根据WO2006/035055的装置不再具有该最后一个缺点。在此提 出一种圆柱形比例尺，该比例尺包含在测量方向上的极化交替的磁性 片段，这些磁性片段在测量方向上的长度是不同的，由此比例尺的扭 转对测量结果没有什么作用。根据WO2006/035055的发明不仅涉及 圆柱形比例尺，还涉及所有具有不同长度、极性交替的片段的比例尺 横截面。借助两个在测量方向上有一定间距的传感器，这些传感器获 取磁场方向相对于测量方向的角度，推导出两个位置之间的相位差， 该相位差与两个传感器之一的位置成比例。为了提高位置结论的分辨 率，首先由该相位差确定该比例尺有多少片段位于传感器之一的对 面，并且从场方向的角度的结果中说明传感器相对于起始段被移动了 多远。在此使用的磁场传感器分别由两个位于相对于测量方向的相同 位置上并提供与场角有关的信号的传感器元件组成。为了该分析，假 设每个片段内的角度随着位置线性增加，或者换句话说，传感器提供 涉及相应片段长度的、与场角的正弦和余弦成比例的值。但是，真正 的变化由于两个原因与这种简化的假设有所不同。一是片段的磁场包 含随着离比例尺的距离而减小但在大小上通过片段长度确定的谐波 分量。第二是在磁阻传感器中产生附加的谐波分量，而且作用在传感 器上的场强越小，该附加的谐波分量就越强。但是，传感器距离的场 强随着片段长度而发生剧烈变化，从而沿着测量方向也会引起始终变 化的谐波分量。因此限制了测量精度，使得所获得的信号与特定的片 段的对应关系仅能用于有限数量的片段，而且还会影响片段长度内的 长度分辨率。

在DE10010042提出了用于汽车制造中的线性磁测量系统。该文 献给出了针对比例尺的大量不同的配置。但在所述文献中，绝对测量 的问题未在任何地方提到，不能从所公开的所有事实中看出。为此也 不能从该文献中得到关于如何构建大测量长度和高分辨率的绝对测 量系统的启示。

发明内容

本发明的任务在于提供用于绝对磁长度和角度测量系统的装置 和方法，这些装置和方法在结构简单的同时实现了更高的分辨率、更 小的测量误差和更大的测量长度。

该任务是通过根据本发明给出的装置和根据本发明描述的方法 解决的。