传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于检测关于能线性或旋转运动的物体的绝对位置的测量数据的一种传感器装置和一种方法，所述传感器装置包括：光学传感器系统，光学传感器系统为了进行位置测量仅利用零阶反射；以及磁传感器系统，磁传感器系统发出与所述能运动的物体的待确定位置相关的第二传感器输出信号，光学传感器系统和磁传感器系统的标尺集成在共同的标尺体中；计算单元，所述计算单元设定为用于获取第一传感器输出信号和第二传感器输出信号并由第一传感器输出信号和第二传感器输出信号生成共同的传感器输出信号，在任意时刻都能由磁传感器系统的第二传感器输出信号得出光学传感器系统的当前周期，以便基于第一和第二传感器输出信号计算出唯一的绝对位置信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器装置
本专利技术涉及一种根据权利要求1所述的传感器装置，用于检测关于能线性或旋转运动的物体的绝对位置的测量数据。此外，本专利技术涉及一种根据权利要求14所述的借助于这种传感器装置测量线性的或可旋转运动的物体的位置的方法。
技术介绍
在编码器
，可以区分出增量式工作的位置测量系统和绝对式工作的位置测量系统。在增量式系统中，用户无法读取绝对位置信息。因此，在重新启动系统之后，必须首先找到参考位置，以便使增量式测量系统归零或给所述测量系统定基准，由此获得起始位置(所谓的参考行程)。为此，在标尺上需要设置参考标记并且在传感器头中需要设置读取所述参考标记的相应传感器元件。在绝对测量系统中，通过扫描标尺产生的位置信息，所述位置信息在任何时刻都是绝对位置信息，因此即使在重新启动系统之后也可立即获得绝对位置信息并且不需要执行参考行程，这相对于增量式测量系统构成明显的优势。在磁式的绝对编码器
中，已知不同的这种绝对位置信息的方法，例如利用游标原理来生成，其中读取多个轨道并且可以由各轨道彼此之间的相差计算出绝对位置。磁式的绝对测量系统通常具有较为简单的结构，因此能以较少的花费经济地制造。这种系统可以作为简单和紧凑的集成电路在市场上获得。这种系统的一个主要优点是其对污染不敏感。但与此相对，其缺点在于，这种系统的分辨率系统性限制在通常为几百纳米范围的数量级上。相比之下，基于光学原理的绝对测量系统的优点是，这种系统允许实现更高的分辨率，所述分辨率在明显<10nm的范围内。这主要是通过与磁系统较短的标尺周期来实现的。然而，光学式测量的绝对系统制造成本较为复杂并且因此比磁式测量的绝对系统成本高。同样，光学式绝对测量与磁式的绝对传感器的情况相比更为复杂；这例如通过读取相应标尺上的伪随机码来进行。由DE19520299A1已知一种传感器装置，在所述传感器装置中为了测量可运动的物体的位置使用了两个分开的传感器系统，所述传感器系统以不同的物理原理工作。来自这两个传感器系统的信号由处理系统来补充完整，所述处理系统分析处理两个传感器系统的数据并将所述数据组合成共同的位置值。DE19520299A1具体地描述了角度测量装置的使用，所述角度测量装置借助于由两个磁极组成的磁体与霍尔传感器形式的探测元件相结合来探测旋转的绝对信号。这里，磁式的探测元件在360°的旋转角度范围上提供模拟的正弦信号。但所述角度信号仅在120°的使用范围上是唯一的，此外还需要对角度信号进行线性化。磁式的探测元件与增量式的光学传感器系统组合，所述光学传感器系统包括沿测量路径具有一个或多个参考标记的增量标尺。所述或各所述参考标记对于系统的基本功能是必需的。在DE19520299A1中仅简要提及，但没有详细描述，也没有通过实施例证明的是，由不同传感器系统构成的组合的基本结构也可以用于线性测量系统。相反，通过这里记载的传感器装置不能实现在360°的角度范围(所谓的单圈)上唯一的(绝对)测量。此外，利用这里记载的传感器装置通常不能在较长的测量路段是生成可用的绝对位置信号。根据DE19520299A1的传感器装置的另一个缺点是，这种传感器装置需要较大的结构空间或较大的结构高度，并因此不适于，对于传感器装置仅存在小的安装尺寸的应用场合。由JP2009036637A已知一种测量系统，所测量系统包括组合式的标尺，所述标尺既具有磁式的编码也具有光学的编码。在这种系统中，光学编码设计成衍射光栅。根据常规的技术理解，这意味着，衍射光栅的结构具有小于10μm的周期性。因此，在相应的实施形式中，据此提出了4μm的周期性。JP2009036637A还记载了这样的实施形式，其中磁道的代码是绝对代码。此时基于磁结构和光学结构的数据来计算绝对位置。为了使该方法有效，需要一起计算磁道的绝对位置信息和光学轨道的数据，使得磁道的信号总是能唯一与光学衍射光栅的相关周期相配。与此相关地，在JP2009036637A中假设，衍射光栅具有完美的周期性。关于磁道的周期，JP2009036637A规定了1000μm的确切值，从而磁道的周期明显大于光学轨道的周期。但由于磁性标尺制造工艺，磁性标尺根据常规的技术理解仅能以约在±10μm范围内的精度制造，对此JP2009036637A没有给出确切值。然而，正是磁标尺的这种较高的不精确性妨碍了磁标度和光学标度相互可以具有始终保持不变的确定的周期性的相关关系，这对于确定绝对位置值是必不可少的。因此，不再能通过两个标尺的数据的组合形成具有唯一位置信息的绝对传感器系统。在JP2009036637A中，没有说明，可以如何使两个传感器系统的位置信息彼此同步。由GB2230666A已知一种方法，其中使用了具有不同周期的多个轨道的光学标尺。通过各轨道相对于彼此不同的相位信息可以计算出绝对位置信息。为了计算所述绝对位置信息，同时需要来自所有轨道的信息的组合。这种方法的缺点是，位置计算基于所有光电二极管同时进行。因此单个轨道的光电二极管的噪声分量也发生累加。此外，在制造要扫描的轨道期间出现的误差也在总信号中叠加。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种传感器装置，所述传感器装置克服了已知传感器装置的上述问题。本专利技术的目的尤其是提供一种紧凑的传感器装置，这种传感器装置可以在任意时间提供在任意长度的线性测量路径上的或者在测量旋转角度的情况下在360°的整个角度范围上的唯一的、绝对的和高精度的位置信息，并且所述传感器装置是紧凑的且能以小的结构空间实现。所述目的通过根据权利要求1的传感器装置实现。其后的从属权利要求描述了至少适宜的改进方案。因此，以这样一种传感器装置为基础，所述传感器装置能够绝对地测量能线性或旋转运动的物体的位置。为此，所述传感器装置具有光学传感器系统，所述光学传感器系统具有测量单元和与所述测量单元配合作用的标尺，光学传感器系统为了进行位置测量而以反射工作并且仅利用零阶反射，并且所述光学传感器系统产生一传感器输出信号。此外，所述传感器装置包括磁传感器系统，所述磁传感器系统具有测量单元和与测量单元配合作用的标尺，所述磁传感器系统产生与可运动的物体的待确定位置相关的第二传感器输出信号。这里，磁传感器系统的分辨率小于光学传感器系统的分辨率。光学传感器系统的标尺和磁传感器系统的标尺设置在一个共同的标尺体中，光学传感器系统的测量单元和磁传感器系统的测量单元朝向标尺体的设置有光学传感器系统的标尺和/或磁传感器系统的标尺的表面，所述表面定义了共同的测量表面。由于两个标尺的相应的设置形式实现了传感器装置的非常紧凑且节省空间的结构。尤其是由此可以实现非常扁平地构成的传感器系统。上面使用的术语“共同的测量表面”不是一定要理解成，要通过相应的测量单元来检测的数据或信息只存在于共同的测量表面的平面中。该术语也不应理解为，两个标尺必须设置在相同的平面中，即标尺体的相应表面中。相反，所述共同的测量表面在实体看主要由光学传感器系统来定义，因为就此而言可以实现精确的空间上的界定。通常，光学标尺设置在标尺体的表面上或与所述表面重合。对于磁传感器系统的标尺几乎不能进行这种空间上的界定，因为只能以很高的技术成本来限定磁场线。磁传感器系统的标尺通常不是设置在与光学传感器系统的标尺相同的平面中，但这也不是必本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于检测关于能线性或旋转运动的物体的绝对位置的测量数据的传感器装置，包括：‑光学传感器系统，所述光学传感器系统具有测量单元(102)和与测量单元(102)配合作用的标尺(220)，所述光学传感器系统为了进行位置测量仅利用零阶反射，并且光学传感器系统发出与所述能运动的物体的待确定位置相关的第一传感器输出信号，和‑磁传感器系统，所述磁传感器系统具有测量单元(101)和与测量单元配合作用的标尺(203)，所述磁传感器系统发出与所述能运动的物体的待确定位置相关的第二传感器输出信号，光学传感器系统的标尺(220)和磁传感器系统的标尺(203)集成在共同的标尺体(210)中，并且光学传感器系统的测量单元(102)和磁传感器系统的测量单元(101)朝向所述标尺体(210)的表面，光学传感器系统的标尺(220)和/或磁传感器系统的标尺(203)设置在所述表面上，并且所述表面定义了测量表面，并且光学传感器系统具有比磁传感器更高的分辨率，和，‑计算单元(105)，所述计算单元设定为用于获取第一传感器输出信号(401)和第二传感器输出信号(402)并由所述第一传感器输出信号(401)和第二传感器输出信号(402)生成共同的传感器输出信号，在任意时刻都能由磁传感器系统的第二传感器输出信号(402)得出光学传感器系统的当前周期，以便基于第一和第二传感器输出信号计算出唯一的绝对位置信息，其中，磁传感器系统的精度小于光学传感器系统的信号周期。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.01 DE 102016112062.61.用于检测关于能线性或旋转运动的物体的绝对位置的测量数据的传感器装置，包括：-光学传感器系统，所述光学传感器系统具有测量单元(102)和与测量单元(102)配合作用的标尺(220)，所述光学传感器系统为了进行位置测量仅利用零阶反射，并且光学传感器系统发出与所述能运动的物体的待确定位置相关的第一传感器输出信号，和-磁传感器系统，所述磁传感器系统具有测量单元(101)和与测量单元配合作用的标尺(203)，所述磁传感器系统发出与所述能运动的物体的待确定位置相关的第二传感器输出信号，光学传感器系统的标尺(220)和磁传感器系统的标尺(203)集成在共同的标尺体(210)中，并且光学传感器系统的测量单元(102)和磁传感器系统的测量单元(101)朝向所述标尺体(210)的表面，光学传感器系统的标尺(220)和/或磁传感器系统的标尺(203)设置在所述表面上，并且所述表面定义了测量表面，并且光学传感器系统具有比磁传感器更高的分辨率，和，-计算单元(105)，所述计算单元设定为用于获取第一传感器输出信号(401)和第二传感器输出信号(402)并由所述第一传感器输出信号(401)和第二传感器输出信号(402)生成共同的传感器输出信号，在任意时刻都能由磁传感器系统的第二传感器输出信号(402)得出光学传感器系统的当前周期，以便基于第一和第二传感器输出信号计算出唯一的绝对位置信息，其中，磁传感器系统的精度小于光学传感器系统的信号周期。2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，光学传感器系统的标尺(220)设置在标尺体(210)的共同的测量表面(309)的平面中。3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，磁传感器系统的标尺(203)沿背离光学传感器系统的测量单元(102)的方向和沿背离磁传感器系统的测量单元(101)的方向与标尺体(210)的共同的测量表面(309)隔开间距地设置。4.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其特征在于，磁传感器系统的传感器输出信号(402)以与光学传感器系统的传感器输出信号(401)不同的数字式的数据格式存在。5.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其特征在于，光学传...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·格拉博夫斯基，C·瓦伦达，
申请(专利权)人：物理仪器PI两合有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE