用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)被測(cè)對(duì)象的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)被測(cè)對(duì)象的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量設(shè)備(9)，其中第一齒輪(Z1)分配給被測(cè)對(duì)象的軸(8)，其中所述第一齒輪(Z1)直接或間接嚙合至少第二齒輪(Z2)和第三齒輪(Z3)，并且各齒輪(Z1、Z2、Z3)的齒數(shù)(z1、z2、z3)彼此不同，其中旋轉(zhuǎn)角度傳感器(D1、D2、D3)分配給每個(gè)齒輪(Z1、Z2、Z3)，用于檢測(cè)所分配的齒輪(Z1、Z2、Z3)的旋轉(zhuǎn)角度(z1、z2、z3)，其中設(shè)置計(jì)算單元，所述計(jì)算單元至少確定第二齒輪(Z2)與第一齒輪(Z1)的旋轉(zhuǎn)角度差(z1–z2)以及第三齒輪(Z3)與第一齒輪(Z1)的旋轉(zhuǎn)角度差(z1–z2)，并基于所確定的各齒輪(Z1、Z2、Z3)的旋轉(zhuǎn)角度(z1、z2、z3)的差(z1–z2、z1–z3)的總和(SumDiff=(z1–z2)+(z1–z3))，確定所述被測(cè)對(duì)象的軸的整轉(zhuǎn)數(shù)目和剩余旋轉(zhuǎn)角度(z1)。
【專利說明】用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)被測(cè)對(duì)象的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)被測(cè)對(duì)象的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)DE19821467A1已知一、二或多維差分傳動(dòng)裝置，所述一、二或多維差分傳動(dòng)裝置用于軸的整轉(zhuǎn)(while numbered revolution)數(shù)目的高分辨率測(cè)量。在一維差分傳動(dòng)裝置的最簡(jiǎn)單情形，僅使用兩個(gè)齒輪。它們就齒數(shù)而言相差一個(gè)齒。其中的一個(gè)齒輪直接安裝在待測(cè)量的軸上并驅(qū)動(dòng)第二個(gè)齒輪?；趦蓚€(gè)齒輪相對(duì)于彼此的角位置，能夠確定軸的轉(zhuǎn)數(shù)。
[0003]此外，DE19821467A1中還公開了具有三個(gè)齒輪的二維差分傳動(dòng)裝置，其中第一個(gè)齒輪也與待測(cè)量的軸相關(guān)聯(lián)，同時(shí)其他兩個(gè)齒輪由第一個(gè)齒輪直接和/或間接驅(qū)動(dòng)。經(jīng)由這種基本組合來確定整轉(zhuǎn)的數(shù)目，這種基本組合產(chǎn)生不同的齒輪轉(zhuǎn)數(shù)，并且在齒輪的限定齒數(shù)的情況中是可能的。為實(shí)現(xiàn)關(guān)于整轉(zhuǎn)的數(shù)目的唯一性，為不同數(shù)目的旋轉(zhuǎn)計(jì)算基本組合的標(biāo)準(zhǔn)基值，并且將基本組合的標(biāo)準(zhǔn)基值存儲(chǔ)在二維陣列中。在這種情況中，所述標(biāo)準(zhǔn)基值作為存儲(chǔ)器坐標(biāo)，能夠基于該存儲(chǔ)器坐標(biāo)確定整轉(zhuǎn)的數(shù)目。這種已知的解決方案的缺陷是分辨率處于一個(gè)整轉(zhuǎn)的附近。利用該已知的解決方案，目前不可能確定被測(cè)對(duì)象的軸的確切角位置。
[0004]與致動(dòng)器相關(guān)，已知高分辨率多轉(zhuǎn)直齒輪傳動(dòng)裝置用于測(cè)量絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度。在已知的直齒輪傳動(dòng)裝置的情況中，應(yīng)用互相聯(lián)接的若干傳動(dòng)級(jí)(stage)。在多轉(zhuǎn)直齒輪傳動(dòng)裝置的優(yōu)選解決方案的情況中，應(yīng)用23個(gè)齒輪和5個(gè)位置傳感器。各傳動(dòng)級(jí)必須以高精度制造，以使一個(gè)接一個(gè)布置的傳動(dòng)級(jí)中的游隙最小化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單且成本劃算的用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)被測(cè)對(duì)象的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量設(shè)備。
[0006]所述目的通過包括與被測(cè)對(duì)象的軸相關(guān)聯(lián)的第一齒輪的特征實(shí)現(xiàn)，其中所述第一齒輪直接或間接嚙合至少第二齒輪和第三齒輪，并且其中各齒輪的齒數(shù)彼此不同。此外，每個(gè)齒輪具有與之關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，所述旋轉(zhuǎn)角度傳感器檢測(cè)相關(guān)聯(lián)的齒輪的旋轉(zhuǎn)角度，其中設(shè)置計(jì)算單元，所述計(jì)算單元至少確定第一齒輪的旋轉(zhuǎn)角度與第二齒輪的旋轉(zhuǎn)角度之間的差以及第一齒輪的旋轉(zhuǎn)角度與第三齒輪的旋轉(zhuǎn)角度之間的差，并基于所確定的所述齒輪的旋轉(zhuǎn)角度的差的總和，確定被測(cè)對(duì)象的軸的整轉(zhuǎn)的數(shù)目和剩余旋轉(zhuǎn)角度。此外，對(duì)所確定的旋轉(zhuǎn)角度的差的總和的斜率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化是有益的。
[0007]本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備允許與評(píng)估軸的整轉(zhuǎn)數(shù)目相結(jié)合，對(duì)被測(cè)對(duì)象的軸的確切的當(dāng)前角位置進(jìn)行測(cè)量。
[0008]本發(fā)明的差分運(yùn)動(dòng)傳感器(difference movement sensor)優(yōu)選包括互相聯(lián)接的三個(gè)齒輪，其中所述齒輪具有不同的齒數(shù)。所述齒輪能夠被實(shí)施為直齒輪和/或內(nèi)部有齒的齒輪和/或齒帶和/或鏈齒輪和/或摩擦齒輪。在摩擦齒輪的情況中，齒數(shù)的差不局限于正整數(shù)。在此，一般說來，齒數(shù)的差能夠?qū)?yīng)于大于或等于I的任意正實(shí)數(shù)。
[0009]本發(fā)明的差分運(yùn)動(dòng)傳感器能夠大大消除在傳動(dòng)級(jí)中的游隙的問題。由于相對(duì)于已知解決方案，本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備的情況中的傳動(dòng)級(jí)的數(shù)量大大減少，所以本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備能夠以成本劃算且緊湊的方式實(shí)現(xiàn)。此外，其能夠在沒有問題的情況下與旋轉(zhuǎn)被測(cè)對(duì)象的軸連接。關(guān)于本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備，特別有益的是對(duì)于例如在制造過程中的測(cè)量設(shè)備的調(diào)節(jié)和功能檢查，所有三個(gè)齒輪的簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)就足夠了。因此，能夠在不需要花費(fèi)大力氣的情況下快速進(jìn)行測(cè)量設(shè)備的功能測(cè)試。
[0010]本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備的有益實(shí)施例提供了將光、磁和/或機(jī)電旋轉(zhuǎn)角度傳感器應(yīng)用于檢測(cè)各齒輪的旋轉(zhuǎn)角度。而且，優(yōu)選地使用霍爾傳感器。
[0011]如上面已描述的那樣，旋轉(zhuǎn)角度傳感器在每種情況中以度為單位檢測(cè)所有齒輪的旋轉(zhuǎn)角度。第二齒輪的旋轉(zhuǎn)角度與第一齒輪的旋轉(zhuǎn)角度之間的差和第三齒輪的旋轉(zhuǎn)角度與第一齒輪的旋轉(zhuǎn)角度之間的差用于確定被測(cè)對(duì)象的軸的整轉(zhuǎn)數(shù)目，第一齒輪固定在所述被測(cè)對(duì)象的軸上。此外，所述齒輪的齒數(shù)優(yōu)選相差一個(gè)齒，實(shí)際上使得在各種情況中在第一齒輪與第二齒輪的齒數(shù)之間的差以及在第一齒輪與第三齒輪的齒數(shù)之間的差等于I。例如，如果第一齒輪與被測(cè)對(duì)象的軸相關(guān)聯(lián)且具有25的齒數(shù)，則第二齒輪的齒數(shù)等于26且第三齒輪的齒數(shù)等于24。
[0012]由于第一齒輪相對(duì)于第二齒輪的齒數(shù)差以及第一齒輪相對(duì)于第三齒輪的齒數(shù)差，上述的差等于dZ并且其中dZ大于或等于1，測(cè)量設(shè)備的總角分辨率被劃分成η個(gè)主段(main section)。在這種情況中,η大于或等于I。計(jì)算單元基于齒輪的相對(duì)位置來確定與主段相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的絕對(duì)角度。
[0013]此外，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備，在確定絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的情況下，計(jì)算單元通過以下方式使用亞分辨率(subresolutiorOSR確定多轉(zhuǎn)分辨率TurnRes，其中，SR是主段的角分辨率:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)被測(cè)對(duì)象的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度(P)的測(cè)量設(shè)備(9)，其中第一齒輪(Zl)與所述被測(cè)對(duì)象的軸(8)相關(guān)聯(lián)，其中所述第一齒輪(Zl)直接或間接嚙合至少第二齒輪(Z2)和第三齒輪(Z3)，并且其中各齒輪(Zl、Z2、Z3)的齒數(shù)(zl、z2、z3)彼此不同，其中每個(gè)齒輪(Zl、Z2、Z3)具有與之相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)角度傳感器(Dl、D2、D3)，所述旋轉(zhuǎn)角度傳感器(Dl、D2、D3)檢測(cè)相關(guān)聯(lián)的齒輪(Zl、Z2、Z3)的旋轉(zhuǎn)角度 、其中設(shè)置計(jì)算單元，所述計(jì)算單元至少確定所述第二齒輪(Ζ2)的旋轉(zhuǎn)角度與所述第一齒輪(Zl)的旋轉(zhuǎn)角度之間的差以及所述第三齒輪(Ζ3)的旋轉(zhuǎn)角度與所述第一齒輪(Zl)的旋轉(zhuǎn)角度之間的差Oz1-外3)，并基于所確定的所述齒輪(Ζ1、Ζ2、Ζ3)的旋轉(zhuǎn)角度(.φ/Λ、ψχι 、 Ψζ、)的所述差(Ψζι ~Ψζι 、 Ψζι — Ψζ% )的總和(SwnDiff =( φ/Λ - φ/Λ )+( φ./Λ - φ7Λ))，確定所述被測(cè)對(duì)象的軸⑶的整轉(zhuǎn)的數(shù)目和剩余旋轉(zhuǎn)角度
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量設(shè)備，其中光、磁和/或機(jī)電旋轉(zhuǎn)角度傳感器(Dl、D2、D3)被應(yīng)用于檢測(cè)各齒輪(Z1、Z2、Z3)的旋轉(zhuǎn)角度(仏,、φ/Λ、 φ/Λ、。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量設(shè)備，其中所述齒輪(Ζ1、Ζ2、Ζ3)的齒數(shù)(zl、z2、ζ3)優(yōu)選地相差一個(gè)齒(dZ=l)，從而在每種情況中使齒數(shù)(zl - z2或zl - z3)的差(dZ)等于I。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備，其中，為了確定所述絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，所述計(jì)算單元(13)通過以下方式使用亞分辨率(SR)確定多轉(zhuǎn)分辨率(TurnRes):
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的測(cè)量設(shè)備，其中與所述被測(cè)對(duì)象的軸(8)相關(guān)聯(lián)的齒輪(Zl、Ζ2、Ζ3)的角度傳感器(Dl)直接檢測(cè)所述剩余旋轉(zhuǎn)角度(1?)，或者所述計(jì)算單元(13)在計(jì)算整轉(zhuǎn)(多轉(zhuǎn))的情況中基于小數(shù)部分確定所述剩余旋轉(zhuǎn)角度(外山其中優(yōu)選使
用以下公式:
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備，其中所述計(jì)算單元(13)利用所確定的所述第二齒輪(Ζ2)和第三齒輪(Ζ3)的旋轉(zhuǎn)角度0Ζι、 φΖ2、 φΖ3)形成的差把所述測(cè)量設(shè)備(9)的角分辨率(TurnRes)劃分成分段(SS)，其中所述分段(SS)的數(shù)目取決于所述第一齒輪(Zl)的齒數(shù)(Zl)，各分段(SSi, i=l、…、η)的斜率大于所述主段(MS)的斜率。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備，其中所述計(jì)算單元(13)利用所確定的所述第一齒輪(Zl)的旋轉(zhuǎn)角度分別與所述第二齒輪(Ζ2)的旋轉(zhuǎn)角度、所述第三齒輪(Ζ3)的旋轉(zhuǎn)角度形成的差(?! -Ψζ2、Ψζι - Ψζι )，把所述測(cè)星設(shè)備⑴的角分辨率(TurnRes)劃分成分段(SS)，其中所述分段(SS)的斜率大于所述主段(MS)的斜率。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備，其中，由于所述第一齒輪(Zl)相對(duì)于所述第二齒輪(Z2)的齒數(shù)以及所述第一齒輪(Zl)相對(duì)于所述第三齒輪(Z3)的齒數(shù)的差(dZ)，所述差等于dZ，dZ大于或等于1，所述計(jì)算單元(13)把所述測(cè)量設(shè)備(9)的總角分辨率劃分成η個(gè)主段(MS)，并且其中所述計(jì)算單元(13)基于所述齒輪(Ζ1、Ζ2、Ζ3)的各自位置Oz1、 Ψζι、 fa)來確定相關(guān)聯(lián)的主段(MSn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備，其中所述被測(cè)對(duì)象是用于致動(dòng)流量控制機(jī)構(gòu)(2)的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器(4)的驅(qū)動(dòng)軸(8)和/或輸出軸(7)，其中所述驅(qū)動(dòng)軸(8)與致動(dòng)元件(3 ；6)連接，其中所述流量控制機(jī)構(gòu)(2)與所述輸出軸(7)連接，并且其中減速傳動(dòng)裝置(5)設(shè)置在所 述致動(dòng)元件(3 ；6)與所述流量控制機(jī)構(gòu)(2)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量設(shè)備， 其中所述致動(dòng)元件是電動(dòng)機(jī)(3)或調(diào)節(jié)輪(6)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備，其中所述齒輪(Z1、Z2、Z3)被實(shí)施為直齒輪和/或內(nèi)部有齒的齒輪和/或齒帶和/或鏈齒輪和/或摩擦齒輪。
【文檔編號(hào)】G01D5/04GK103459984SQ201280011768
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月4日
【發(fā)明者】維爾弗里德·普拉策, 本杰明·霍夫曼 申請(qǐng)人:歐瑪瑞斯特有限責(zé)任及兩合公司