[发明专利]传感器组件和用于确定第一部分相对于第二部分的空间位置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定第一部分相对于第二部分的空间位置的传感器组件，其包括至少一个磁体，该磁体布置在第一部分上并产生磁场，该磁场延伸远至第二部分，并且该传感器组件包括第一和第二磁场传感器，其在第二部分上布置为彼此相隔一空间距离，并且每一个磁场传感器都产生依赖于磁场的输出信号，其中至少一个磁体位于由第一和第二磁场传感器之间的所述空间距离限定的间隔中，并且其中第一和第二磁场传感器的输出信号组合，以形成共同的传感器信号，其依赖于第一部分沿着限定的测量轴相对于第二部分的空间位置。

本发明进一步涉及用于确定第一部分相对于第二部分的空间位置的方法，其包括以下步骤：将至少一个磁体布置在第一部分上，使得磁体产生延伸远至第二部分的磁场；将彼此相隔一空间距离的第一和第二磁场传感器布置在第二部分上，其中，至少一个磁体位于由第一和第二磁场传感器之间的空间距离限定的间隔中；接收来自第一磁场传感器的第一输出信号，并且接收来自第二磁场传感器的第二输出信号，其中第一和第二输出信号依赖于各个磁场传感器在磁场中的传感器位置；以及通过组合第一和第二磁场传感器的输出信号，以形成共同的传感器信号，来确定共同的传感器信号，其依赖于第一部分沿着限定的测量轴相对于第二部分的空间位置。

背景技术

US4866854公开了这种传感器组件和这种方法。

已知的传感器组件使用两个霍尔元件(Hall element)作为第一和第二磁场传感器。两个霍尔元件布置在磁体的相反侧上，所以磁体的北极和南极的每一个都指向霍尔元件。每一个霍尔元件都产生表示霍尔元件和磁体与其相反的一侧之间的距离的输出信号。如果磁体移动为更靠近一个霍尔元件，那么与另一个霍尔元件的距离增加。这样，检测两次第一部分沿着测量轴相对于第二部分的位置变化，该测量轴对应于两个霍尔元件之间的连接线(connecting line)。通过产生两个输出信号之间的差值，产生共同的传感器信号，其表示两个霍尔元件之间的磁体的实际位置。在一些示例实施例中，US4866854提出了多个磁体和多个霍尔元件对，因此可沿着多个测量轴确定第一部分相对于第二部分的实际空间位置。为此，每一个霍尔元件对都需要磁体。

已知的传感器组件的霍尔元件本质上响应于磁场强度大小的变化。通过形成每两个相反霍尔元件的输出信号的差值，产生共同的传感器信号，其近似与两个霍尔元件之间的磁体的位置成比例。已知的传感器组件据说具有良好的灵敏度、选择性和分辨率。有利的是，已知的传感器组件需要多个磁体，用于确定多个测量轴上的位置，该磁体应该布置为尽可能彼此远离，以实现传感器对之间的良好去耦(decoupling)。每一个传感器对都需要“它的”磁体。需要的距离使得难以以紧凑的方式针对多个测量轴实现已知的传感器组件。此外，设备中的已知的传感器组件(例如坐标测量仪的探头)的装配和安装，需要许多单独的装配步骤。

在坐标测量仪中上述类型的传感器组件尤其是必不可少的。坐标测量仪通常包括所谓的探头，其与框架相连。借助于框架，探头可相对于测量物体移动。探头包括可移动的传感元件，其一般为触针形式。探头朝着测量物体移动，直到触针的自由端部接触到目标测量点。由于接触，触针相对于探头是偏斜的。然后，由探头相对于测量物体的位置，以及由触针相对于探头的位置，来确定空间坐标，其代表探测的测量点。可通过探测多个测量点以及确定相应的空间坐标，来确定测量物体的几何尺寸和/或形状。

DE10348887A1公开了用于坐标测量仪的探头。此外，霍尔元件的对用于确定触针相对于探头的基体的位置。在US4866854的装置的情况下，针对每一个测量轴都需要霍尔元件对。此外，单独的霍尔元件对和关联的磁体布置在探头的尽可能远地分离的不同点处。

DE102004011728A1公开了用于具有霍尔元件和磁体的坐标测量仪的别的探头。针对每一个测量轴，提供霍尔元件，并且霍尔元件布置在两个相反磁体之间。传感器组件的两个测量轴在支撑板上组合。必须使用霍尔元件和关联的磁体对(必须分离地安装在探头中)来检测第三空间方向。

有可能使用所谓的磁阻传感器作为霍尔元件的替代，以确定一部分相对于磁场的位置。

DE3708105A1公开了这种用于坐标测量仪的探头，其中单个磁体布置在触针的更靠近探头的末端。多个磁阻传感器分布在探测器表面上，布置为与磁体相反。已知的传感器组件非常紧凑。然而，测量准确度受限制，尤其是因为地球磁场能引起未知的干扰。