[发明专利]电感式位置检测器

说明书

技术领域

在现代生产机器(例如机床)中，需要有精密的位置检测器来精确地测量和生产大的零件。这种机器通常是巨大和笨重的，并且需要使用长的和精密的位置检测器，而这类位置检测器很难精确制造和安装。这些位置检测器通常被安装到机床的两个部件上，并提供有关这两个部件之间位移的信息。本发明涉及对用于测量两个部件之间相对位移的位置检测器的改进。

背景技术

本领域中已经使用了各种方式，例如通过提供一个随位移而变化的电信号来提供位置信息。GB 1513567中揭示了这种方式，其中一个承载有一行球的第一部件相对于一个承载有电磁感应线圈和拾波线圈的第二部件移动。感应线圈沿着球的触点线感应出电场，由拾波线圈输出的信号取决于球的位置。第一和第二部件之间的相对位移导致球移动过拾波线圈，因此提供一个随位移变化的信号。在这种方式中，为了计算相对位移，必须对信号的周期数进行计数。

尽管GB 1513567中揭示的装置在商业应用上是成功的，但是它的分辨率有限，并且不能自动校准或自诊断。而且，该现有技术位置检测器产生非标准信号，这需要检测器的原始制造商(通称为OEM)设计的设备来对信号解码以提供位置信息。

诸如GB 1513567中的现有技术装置是由熟练的操作员手工校准的。通常，在装置的制造和组装之后并投入使用之前，把该装置的精度与一个标准装置进行比较，并对其进行调整以使偏差最小。该调整是使用该装置内的手动电位计进行的。

一旦投入使用，就不便进行再校准。而且，该装置不能自己进行调整以考虑由于例如环境温度、工作频率、或甚至是该装置的部件的性质随时间发生的变化所造成的信号波动。尽管这些波动可能相对较小，但是它们会影响装置的精度。现有技术装置的另一个缺点是，它们不能在装置需要再校准时提供即时指示，而这一点对于小但重要的偏差是特别重要的。

工作频率决定现有技术装置的分辨率。这些装置通常以相对低的1kHz频率(每秒1000循环)工作。尽管该装置可以在更高频率工作并可以提供更高分辨率，但是它们将需要更昂贵的更高频率时钟。而且，较高的工作频率导致系统的磁性质的变化，在不校正的情况下，这进而导致位置测量中的误差增加。

此外，在现有技术装置中，用于提供位置信息的信令内插在一个循环只能发生一次。这是因为现有技术装置通过比较驱动信号和返回信号之间的相位偏移来操作，这可以通过比较信令中的零幅度来非常方便地进行。由于内插在一个循环中只能发生一次，对于通常使用的球的大小和工作频率，现有技术装置的分辨率被限制为大约2.5μm。但是，生产机器的操作速度的改善意味着，在某些情况下，该分辨率是不够的。需要1μm或更小数量级的精确分辨率。

发明内容

因此，本发明提供一种位置检测器，包括第一部件，第二部件，变换器，至少一个模数信号转换器，和至少一个数字信号处理器，其中：

第一部件承载有一个由磁性材料元件构成的链，这些元件具有一个中心轴，在一行中并排设置，相互接触并限制相对移动，其中该链在垂直于中心轴的方向具有变化的尺寸；

第一和第二部件可以在平行于中心轴的方向相对移动；

第二部件承载该变换器；

变换器包括发送和感测装置，发送装置被设置为产生一个通过元件链的磁场，感测装置包括至少一个设置在元件链附近的拾波线圈，并且拾波线圈被设置为检测在第一和第二部件相对移动期间由于拾波线圈与最接近该拾波线圈的元件链边沿之间距离的变化、而产生的磁场变化，由此每个拾波线圈提供一个模拟信号，该信号的幅度是第一和第二部件的相对位置的特性；

每个模数信号转换器被设置为接收来自一个对应拾波线圈的模拟信号，并将其转换为数字信号；

每个数字信号处理器被设置为接收来自每个模数转换器的数字信号，并且可操作地以预定的抽样间隔对数字信号进行抽样，并使用信号幅度随第一和第二部件相对位置的特性变化，确定第一部件相对于第二部件的位置。

优选地，该链垂直于中心轴的尺寸沿着链以重复方式变化。

数字信号处理器也可以以规则的预定间隔对信号进行抽样。

数字信号处理器可以被设置为把来自第一组拾波线圈的信号幅度随信号位置的变化特征与来自第二组拾波线圈的信号幅度随信号位置的变化特征进行比较，并调整幅度特征以从第一和第二组线圈产生具有基本上相同幅度特征的信号。