安全的位置測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于掃描整體量具的探針頭和一種具有這樣的探針頭和整體量具的位置測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)器和設(shè)備制造中，安全這個主題贏得越來越大的意義。與此相應(yīng)地，對要遵循的安全標(biāo)準(zhǔn)的要求也提高，所述安全標(biāo)準(zhǔn)用于人員保護(hù)，但是也越來越多地用于有形資產(chǎn)和環(huán)境的保護(hù)。
[0003]功能性安全的目的是最小化或消除不僅在機(jī)器或設(shè)備的未受干擾的運(yùn)行中而且在機(jī)器或設(shè)備的受干擾的運(yùn)行中都可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)。這首先通過冗余系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。因此移動軸在面向安全的應(yīng)用中需要冗余的位置信息，以便可以滿足相應(yīng)的安全功能。為了獲得不相關(guān)的位置值可以實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)配置。每個軸使用兩個測量設(shè)備提供了一種可能性。然而，由于成本原因，在多種情況下致力于具有僅僅一個位置測量設(shè)備的解決方案。這樣的位置測量設(shè)備可以通過由有間距的傳感器掃描具有在測量方向上周期性布置的標(biāo)記的整體量具來產(chǎn)生所謂的正弦/余弦信號。
[0004]由US 6 295 992 BI已知位置測量系統(tǒng)，在該位置測量系統(tǒng)中通過掃描整體量具而產(chǎn)生并且分析正弦和余弦信號?？梢灶A(yù)處理所述正弦和余弦信號，以便改進(jìn)測量結(jié)果。
[0005]所期望的是，說明一種針對位置和/或速度的測量裝置，該測量裝置是功能性安全的并且盡管如此提供盡可能精確的測量值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明提出具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的用于掃描整體量具的探針頭和具有這樣的探針頭和整體量具的位置測量裝置。有利的設(shè)計(jì)方案是從屬權(quán)利要求以及隨后的說明書的主題。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的探針頭被設(shè)立用于輸出兩個不同類型的輸出信號并且從而一方面允許位置和/或速度(每時(shí)間的位置變化)的安全測量而另一方面允許位置和/或速度的精確測量。本發(fā)明的核心是用于提供功能性安全的模擬信號處理和用于提高測量精確度的數(shù)字信號處理的組合。
[0008]為此，探針頭具有至少兩個用于產(chǎn)生傳感器信號的單個傳感器。至少兩個單個傳感器在測量方向上彼此具有間距，其中該間距優(yōu)選地是周期的多倍加上周期的一小部分、特別是四分之一，以便產(chǎn)生已知的正弦和余弦信號。從傳感器信號中產(chǎn)生至少兩個不同類型的輸出信號并且輸出到上一級的分析單元、例如SPS或傳動調(diào)速器。
[0009]一方面，傳感器信號在探針頭中分別被單獨(dú)地處理(放大、解調(diào)制、振幅/偏差調(diào)節(jié))并且作為安全的輸出信號在探針頭的第一輸出端上輸出。從那里輸出信號可以被傳輸?shù)接糜诜治觥⒃诖颂貏e是用于評估功能性安全的上一級的分析單元。然而，所述安全的輸出信號在分辨率方面被設(shè)定為所掃描的整體量具的周期，因?yàn)閿?shù)字制備(Aufbereitung)在此由于面向安全的原因是不允許的。因此適宜地，安全的輸出信號首先或僅僅被用于安全功會K。
[0010]另一方面，傳感器信號在探針頭中數(shù)字地被處理和制備并且作為高精確的輸出信號在探針頭的第二輸出端上輸出。從那里輸出信號可以被傳輸?shù)接糜诜治?、在此特別是用于確定探針頭相對于整體量具的位置和/或速度的上一級的分析單元。所述高精確的輸出信號在分辨率方面沒有被設(shè)定為所掃描的整體量具的周期，因?yàn)閿?shù)字制備是允許的。因此適宜地，高精確的輸出信號首先或僅僅被用于位置或速度功能。
[0011]安全的輸出信號優(yōu)選地是模擬信號(例如正弦和余弦信號)，而高精確的輸出信號可以是模擬信號(正弦、余弦、TTL)或數(shù)字編碼信號。
[0012]有利地，在探針頭中在單個傳感器之后的信號路徑中設(shè)置至少一個信號預(yù)處理單元。因此傳感器信號可以特別是被模擬地制備或處理，而功能性安全不受影響。特別是可以為此使用解調(diào)器和/或放大器。因此可以保證更高的信號質(zhì)量。
[0013]優(yōu)選地涉及根據(jù)變壓器原理的感應(yīng)位置測量裝置。在此被通電的勵磁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生交變磁場，該交變磁場可以被(通常電氣分離的)接收機(jī)結(jié)構(gòu)檢測。如果外部對磁場的分布產(chǎn)生影響(例如通過導(dǎo)磁或?qū)щ姴牧系拇嬖?，那么這根據(jù)感應(yīng)定律對接收機(jī)線圈的可測量電壓發(fā)生作用。利用該原理可以進(jìn)行不接觸的感應(yīng)測量。感應(yīng)測量首先由原理決定地強(qiáng)烈地帶有偏差(offsetbehaftet)。因?yàn)閮H僅以下信號部分可以被稱為有效信號:所接收的信號通過外部影響調(diào)制地圍繞該信號部分波動。典型地，有效信號的部分處于總信號的僅僅大約1%。到最大10 %。其余的信號是偏差并且通常是不期望的。為了消除偏差可以選擇差分的構(gòu)造。例如分別兩個接收機(jī)繞組可以構(gòu)成一個差分對。兩個繞組以相反的繞線方向串聯(lián)，使得作為可測量的信號僅僅獲得兩個線圈信號的差值；偏差被排除。代替差分的接收機(jī)線圈，同樣可設(shè)想的是差分地構(gòu)成發(fā)射機(jī)線圈，以便實(shí)現(xiàn)偏差消除。由此交變磁場已經(jīng)差分地對接收機(jī)線圈作用。因此接收機(jī)線圈的接收信號沒有偏差。
[0014]有利的是，每個單個傳感器具有兩個接收機(jī)線圈以及被分配給接收機(jī)線圈的發(fā)射機(jī)線圈，所述接收機(jī)線圈在測量方向上并排布置并且差分地互連。這能夠?qū)崿F(xiàn)對整體量具上的標(biāo)記的好的識別，該整體量具特別是由鐵磁材料構(gòu)造，因?yàn)槿绱双@得的信號通過差分互連的接收機(jī)線圈得到了偏差補(bǔ)償。
[0015]然而，位置測量裝置可以根據(jù)另外的原理、例如光學(xué)地(傳感裝置特別是包括光電二極管)或磁地(傳感裝置特別是包括霍爾傳感器(Hall)或磁阻傳感器)工作。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的用于運(yùn)行位置測量裝置、特別是根據(jù)本發(fā)明的位置測量裝置的方法中，傳感器的單個傳感器掃描整體量具并且分別產(chǎn)生模擬傳感器信號。從模擬傳感器信號中產(chǎn)生兩個不同類型的輸出信號，從所述輸出信號中可以高精確地確定位置和/或速度并且檢查功能性安全。這能夠在借助高精確的輸出信號進(jìn)行位置確定時(shí)實(shí)現(xiàn)提高的精確度以及同時(shí)借助安全的輸出信號實(shí)現(xiàn)功能性安全的提供。
[0017]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案從說明書和附圖中得到。
[0018]易于理解的是，前面所述的并且隨后還要解釋的特征不僅可以在分別被說明的組合中，而且可以在其它組合中或單獨(dú)地被使用，而不脫離本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0019]借助附圖中的實(shí)施例示意性地示出本發(fā)明并且在下文中參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0020]圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中的位置測量裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在圖1中示意性地示出一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中的位置測量裝置10。該位置測量裝置10在所示出的示例中被構(gòu)造為感應(yīng)測量裝置并且包括探針頭30和在圖1中左側(cè)所示出的整體量具20，在該整體量具上沿著測量方向25構(gòu)造標(biāo)記22。標(biāo)記22具有周期27，其中一個標(biāo)記的長度是λ/2，與兩個標(biāo)記22之間的空白的長度相同。因此周期27正好是λ。整體量具20例如由鐵磁板帶制造。標(biāo)記22例如是板帶中的簡單矩形的孔或缺口。
[0022]探針頭30被構(gòu)造用于掃描整體量具20并且為了掃描整體量具而相對于該整體量具20移動地被安置。探針頭30包括兩個單個傳感器40，其中單個傳感器40中的每個又由兩個接收機(jī)線圈33組成，所述兩個接收機(jī)線圈差分地被聯(lián)接。兩個接收機(jī)線圈33被發(fā)射機(jī)線圈31包圍或該發(fā)射機(jī)線圈被分配給這兩個接收機(jī)線圈。每個單個線圈40的兩個接收機(jī)線圈33在測量方向25上并排布置。兩個單個線圈40相互具有間距37，該間距是周期27的多倍加上周期27的一小部分，該一小部分優(yōu)選地并且示例地是四分之一。當(dāng)前，間距37對應(yīng)于周期27的二又四分之一、即2.25 λ。接收機(jī)線圈33的長度基本上是λ/2，即因此可以正好覆蓋一個標(biāo)記。
[0023]此外示出數(shù)字信號處理裝置11，該數(shù)字信號處理裝置與串聯(lián)的發(fā)射機(jī)線圈31連接。數(shù)字信號處理裝置11通常包括A/D轉(zhuǎn)換器以及FPGA。在運(yùn)行位置測量裝置時(shí)，發(fā)射機(jī)交流電32 (例如1