用于确定相对位置的系统技术方案

用于确定相对位置的系统。用于确定相对位置的系统(100)包括具有编码器元件(3c)的编码器(3)以及具有第一传感器(6a)和至少一个第二传感器(6b、6c)的传感器单元(4)。传感器单元(4)和编码器(3)可相对于彼此移动，并且它们相对于彼此的位置可由系统(100)确定。第一传感器(6a)和第二传感器(6b)具有相对于彼此的传感器距离(d)。传感器(100)还具有组件(5)，组件(5)由尺寸稳定且抗老化的材料组成，所述材料具有绝对值在0至5·10-6K-1的范围内的热膨胀系数。凭借用于传感器(6a-6c)的位置固定的组件(5)或凭借具有能够测量传感器距离(d)的标尺(15)的组件(5)，可由组件(5)高精确度地确定传感器距离(d)。

【技术实现步骤摘要】
用于确定相对位置的系统
本专利技术涉及根据权利要求1的一种包括编码器和具有彼此间隔开的至少两个传感器的传感器单元的、用于确定相对位置的系统，并且涉及根据权利要求16的一种用于高精确度地确定传感器距离的方法，并且涉及一种这样类型的计算机程序产品。
技术介绍
在许多领域中都发现了包括用于借助于编码器的编码器元件(encoderelement)来确定相对位置的电子传感器单元的系统。这些系统例如用于确定两个构件之间的相对位置，通常，这两个构件中的一个构件被固定的设置，而另一个构件可至少沿着一个轴相对于固定设置的构件移动。这样的相对位置可以是例如机器组件在线性轴或旋转轴上的位置。因此，在诸如坐标测量机(CMM)、大地测量装置、机器人臂、关节臂、电机或液压致动器这样的装置中发现了这种系统。在这种情况下，传感器单元被安装到一个构件，并且编码器被安装到另一个构件。为了确定相对位置，传感器单元的传感器检测编码器的至少一个编码器元件。为了能够覆盖整个可能的相对移动范围，要么编码器例如以作为固定定位构件的细长实物量具(materialmeasure)的形式在该移动范围上延伸，而传感器单元可移动并被设计用于检测编码器的严格限定的区域。另选地，传感器单元被固定地设置并在待检测的区域上延伸，并且可移动编码器(例如磁性目标)具有严格限定的膨胀。作为另外的另选方案，传感器单元被固定地设置并被设计用于检测严格限定的区域，而细长的编码器相对于该传感器单元移动。在这种类型的某些系统中，所使用的传感器单元具有至少两个单独的传感器。在这种情况下，传感器按照通过被固定到基板(例如，印刷电路板的基板)的限定方式彼此间隔开，其中，传感器距离的值被存储在系统的控制和评估单元中。这些传感器被配置为使得它们能够各自检测至少一个编码器元件。EP1195880A1公开了包括编码器和传感器单元的这种系统，该系统使用传感器单元的彼此间隔开的两个传感器以便借助于已知的传感器距离来确定可移动编码器的编码器元件的误差值。在这种类型传感器单元的情况下，环境影响和/或老化现象能够导致传感器之间的距离的变化。例如，一种这样的环境影响可能是热作用，这导致基板的膨胀，基板膨胀的程度取决于基板材料的热膨胀系数(简称：CTE)。例如，如果印刷电路板用作基板，则由于在传感器单元被使用时流过的电流而产生热量，因此印刷电路板膨胀。在包括FR-4层压板的传统印刷电路板的情况下，热膨胀系数约为15·10-6K-1，使得在10K的温度变化的情况下例如20mm的传感器距离改变了3μm。由于传感器距离的这种变化，因此高精确度测量的值确定会变得更困难或不可能。DE3818044A1公开了一种用于传感器单元和编码器之间的增量位置确定的测量装置。编码器被设计成具有精度刻度(precisiongraduation)的细长实物量具。传感器单元具有基板，该基板被安装有至少两个光电线传感器，其中，这些传感器在实物量具的长度(extent)方向上间隔开。实物量具和基板由相同的材料组成或者至少由具有相同热膨胀系数的材料组成，其中，这些材料优选地是具有可忽略的热膨胀系数的透明玻璃陶瓷或石英。实物量具具有位置代码，该位置代码具有被设计成透光性增量和不透光增量的顺序的交替的增量段和绝对段。传感器之间的距离按照以下这样的方式适应于绝对段之间的距离：在传感器单元相对于实物量具的每个定位中，这些传感器中的至少一个可检测到至少一个绝对代码段。根据所检测到的增量来确定该位置。所公开的测量装置不利之处在于，为了高精确度的测量，传感器单元和编码器二者都必须被高精确度地具体实现，并且传感器距离和绝对代码段之间的段距离必须相互精确地调节。此外，不利的是，由所有传感器检测到的所有代码元素都必须被用于确定相对位置。在DE3818044A1中既未解决也未公开如下问题：什么绝对值对于基板材料的热膨胀系数是必需的，以便它能够被视为是可忽略的、以及应该如何将传感器固定到基板以确定传感器距离。
技术实现思路
因此，本专利技术所要解决的问题是提供一种改进的系统，该系统包括具有彼此间隔开的至少两个传感器的传感器单元，并且该系统包括编码器，该编码器使得即使在没有高精度编码器的情况下也允许高精确度的测量。根据本专利技术，该问题是通过独立权利要求中的特征得以解决和/或这些解决方案借助于从属权利要求的特征得以开发。本专利技术涉及一种用于确定相对位置的系统，所述系统包括编码器和传感器单元。传感器单元和编码器可相对于彼此在长度方向上移动，并且编码器在该长度方向上具有编码器元件。本专利技术的意义上的相对位置的确定是传感器单元和编码器相对于彼此的位置的确定。传感器单元具有第一传感器和至少一个另外的第二传感器用于检测编码器元件。第一传感器和第二传感器具有在长度方向上相对于彼此的距离(在下文中被特指为传感器距离)，所述距离被按照以下方式测出尺寸，即，在一个步骤中，使用传感器单元，在传感器单元和编码器的不变的相对定位的情况下，第一传感器可检测到至少一个编码器元件，并且第二传感器可检测到至少一个编码器元件。为了高精确度地确定传感器距离，该系统具有由尺寸稳定且抗老化的材料组成的组件，该组件的热膨胀系数的绝对值特别在长度方向上在0到至多5·10-6K-1的范围内。在这种情况下，在某些实施方式中，在确定相对位置之前确定传感器距离。在其它特别优选的实施方式中，也能够与确定相对位置同时地确定传感器距离。例如根据作用的光学、感应、磁性或电容性动作原理来检测编码器元件。在优选的实施方式中，该系统被设计用于相对位置的光电或电容-电子确定。在光电系统的情况下，在某些实施方式中，该系统具有成像光学单元，该成像光学单元被选择性地固定到所述组件本身或集成在所述组件中。在第一传感器和第二传感器处相对于被限定为两个传感器中的每一个的传感器内部位置或传感器内部坐标的检测参考点来检测编码器元件。例如，如果编码器具有连续的编码器元件分布，则恰好为了确定相对位置的目的来检测位于与长度方向有关的检测参考点本身处的编码器元件(即，编码器元件相对于检测参考点在长度方向上没有偏移)。在由编码器元件所导致的物理作用的强度(例如，磁场强度、光强度等)是模拟的、连续的曲线(profile)并且传感器具有点状检测域(field)(其因此与检测参考点一致)的情况下，例如该强度仅在所述点状检测域中被检测。另选地，特别在编码器元件的分布不连续或它们的物理作用的强度分布不连续并且传感器具有延伸的检测域的情况下，与检测参考点有关地通过其距离的确定或通过关于强度峰值(至少)在长度方向上相对于检测参考点的距离的确定来检测编码器元件。在这种情况下，如上所述，检测参考点位于检测域内在传感器内部限定的位置中。例如，通过将通过检测产生的信号的信号强度与参考信号强度进行比较来执行距离确定。在这种情况下，参考信号强度将是在无偏移的检测的情况下可检测的信号强度。这样的参考信号强度能够被存储在系统的控制和评估单元中，或者能够借助于进一步的采样来确定。另选地，例如在传感器具有线性或二维敏感阵列的情况下，借助于位置敏感检测来执行距离确定。如果以光电方式执行检测，则能够例如通过确定位置敏感阵列上的亮度峰值的位置来实现距离，检测器零点优选地表示检测参考点。另选地或另外地，假定存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定相对位置的系统(100)，该系统(100)包括具有编码器元件(3c)的编码器(3)以及电子传感器单元(4)，其中■所述传感器单元(4)和所述编码器(3)能够在长度方向(E)上彼此相对移动，并且■所述传感器单元(4)具有第一传感器(6a)和至少一个另外的第二传感器(6b)，其中，所述第一传感器(6a)和所述第二传感器(6b)在所述长度方向(E)上具有彼此相对的传感器距离(d)，所述传感器距离按照以下方式被标出尺寸，即，在一个步骤中，所述第一传感器(6a)能够检测至少一个编码器元件(3c)，并且所述第二传感器(6b)能够检测至少一个编码器元件(3c)，其特征在于，所述系统(100)具有组件(5)，借助于所述组件(5)，能够高精确度地确定所述传感器距离(d)，其中，所述组件(5)由尺寸稳定且抗老化的材料制成，所述材料具有绝对值在0到至多5·10‑6K‑1的范围内的热膨胀系数。

【技术特征摘要】
2014.02.18 EP 14155582.11.一种用于确定相对位置的系统(100)，该系统(100)包括具有编码器元件(3c)的编码器(3)以及电子传感器单元(4)，其中■所述传感器单元(4)和所述编码器(3)能够在长度方向(E)上彼此相对移动，并且■所述传感器单元(4)具有第一传感器(6a)和至少一个另外的第二传感器(6b)，其中，所述第一传感器(6a)和所述第二传感器(6b)在所述长度方向(E)上具有彼此相对的传感器距离(d)，所述传感器距离按照以下方式被标出尺寸，即，在一个步骤中，所述第一传感器(6a)能够检测至少一个编码器元件(3c)，并且所述第二传感器(6b)能够检测至少一个编码器元件(3c)，其特征在于，所述系统(100)具有组件(5)，借助于所述组件(5)，能够高精确度地确定所述传感器距离(d)，其中，所述组件(5)由尺寸稳定且抗老化的材料制成，所述材料具有绝对值在0到至多5·10-6K-1的范围内的热膨胀系数。2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述组件(5)具有标尺(15)，所述标尺(15)在所述长度方向(E)上延伸并限定高精度的参考长度，其中，所述参考长度具有在至多5·10-6的范围内的相对误差。3.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述参考长度具有在至多1·10-6的范围内的相对误差。4.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述参考长度具有在至多5·10-7的范围内的相对误差。5.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述标尺(15)在所述长度方向(E)上的长度等于所述参考长度，其中，所述标尺(15)按照以下方式布置，即，为了高精度确定所述传感器距离(d)，所述第一传感器(6a)能够检测一个标尺端部(13)，并且所述第二传感器(6b)能够检测第二标尺端部(13)。6.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述标尺(15)在所述长度方向(E)上具有位置代码，所述位置代码具有代码元素(15c)，并且代码元素(15c)之间的距离充当所述参考长度，其中，所述位置代码按照以下方式配置，即，为了高精度确定所述传感器距离，在每种情况下，所述第一传感器(6a)和所述第二传感器(6b)都能够检测至少一个代码元素(15c)。7.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，用于高精度确定所述传感器距离(d)的所述组件(5)充当基板，所述基板依据所述第一传感器(6a)和所述第二传感器(6b)相对于彼此的位置按照所述第一传感器(6a)和所述第二传感器(6b)彼此间隔开的方式来固定所述第一传感器(6a)和所述第二传感器(6b)，在所述传感器单元(4)被并入之前，所述组件(5)的尺寸或所述传感器距离(d)的尺寸被制造商以至多5·10-6的范围内的相对误差高精确度地确定。8.根据权利要求7所述的系统(100)，其特征在于，所述组件(5)的尺寸或所述传感器距离(d)的尺寸被制造商以至多1·10-6的范围内的相对误差高精确度地确定。9.根据权利要求7所述的系统(100)，其特征在于，所述组件(5)的尺寸或所述传感器距离(d)的尺寸被制造商以至多5·10-7的范围内的相对误差高精确度地确定。10.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述组件(5)被布置在所述传感器单元(4)上，并且至少部分地介于所述传感器(6a-6c)与所述编码器(3)之间。11.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述第一传感器(6a)和所述第二传感器(6b)横向支承在所述组件(5)上，并且所述传感器单元(4)具有弹簧和/或夹紧装置(21)，通过所述弹簧和/或所述夹紧装置(21)，所述第一传感器(6a)和所述第二传感器(6b)在所述组件(5)的方向上受到施加到它们的弹力并且它们被保持压靠所述组件，和/或所述传感器(6a、6b)通过它们横向支承在所述组件(5)上的那个侧面被固定到所述组件(5)。12.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述第一传感器(6a)和所述第二传感器(6b)在每种情况下都被划分为第一区域(z1)和第二区域(z2)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·沃金格，海因茨·利普纳，W·阿曼，克努特·西尔克斯，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH