[发明专利]用于测量两个绕旋转轴彼此相对转动的物体的旋转角度的装置

说明书

描述

依据权利要求1的概念，本发明涉及用于测量两个绕旋转轴彼此相对转动的物体的旋转角度的装置。

测量转动物体的旋转角度对于许多应用具有重要的意义。通常，使用具有刻度的物体来测量转动物体相对于固定物的旋转角度。例如，其可能为绕发动机的旋转轴转动的转动物体，其相对于固定的机械零件转动。其中刻度既可以是递增的又可以是绝对的。其中理想的是，对于相对的转动可实现对公差尽可能不敏感但是还具有高的准确性的测量。在理想的情况下，实现非接触性的测量，以避免机械的磨损。

EP2187178A1公开了利用光的光学偏振的测试原理。为测量两个彼此相对旋转的物体的旋转角度，发射器发出线性偏振的光。光透射过根据旋转角度与发射器相对转动的偏光过滤器。透射过偏光过滤器的光的强度将被接收器测量并作为与旋转角度有关的信号被分析。

通过使用偏振的方法来测量两个彼此相对转动的物体的旋转角度的缺点是，由于线性偏光器的对称性，在机械上绝对可测量的旋转角度不是360°，而是仅仅为180°。

由美国专利7,777,879B2所公开的，在偏振器上附加代码印迹（Codespuren），其可由附加的光发射器以及光接收器读出，以确定偏光器绕180°的转动并因此实现超过360°的绝对的角度的确定。然而使用额外的发射器和接收器的类型的设置还是浪费的以及成本过高的。

因此，本发明的任务是，提供用于测量两个绕旋转轴彼此相对转动的物体的旋转角度的改进的装置，其能够特别以简单和低成本的方法来测量360°的绝对旋转角度。

本发明的任务通过具有专利权利1的特征的装置来解决。

从属权利要求中提供了本发明的有利的实施方案和改进方案。

依据本发明的用于测量两个绕旋转轴彼此相对转动的物体的旋转角度的装置，其具有仅一个被分配给物体的、发送光（其或者是偏振光或者是通过偏光滤波器偏振的光）的发射器，并具有偏光器，其中发射器和偏光器根据旋转角度彼此相对的转动，其特点为，偏光器包括偏振区域和非偏振区域，其中非偏振区域关于旋转轴被偏心地设置，以及该装置至少包括至少一个第一接收器和第二接收器，其测量至少一部分透射过偏光器的光强度或被偏光器反射的光强度，以产生与旋转角度有关的信号，其中第一接收器具有第一吸收区域，并且第二接收器测量具有与第一吸收区域不同的第二吸收区域。

其中，相应接收器可从其检测到光的子空间被称为吸收区域。例如，这些子空间通过旋转轴所在的平面来彼此分隔。然而，对于来自相邻子空间的散射光的探测通常不能全部被排除掉。因此，两个接收器被设置为不探测全部透射过偏光器的或从偏光器反射的光，而是仅探测来自被设置在偏光器之前的子空间的光。通过偏光器的偏振的区域使得光发射器的线性偏振光根据旋转角度受到了强度调制。通过将偏光器分割为偏振区域和关于旋转轴被偏心地设置的非偏振区域，使得光受到了额外的干涉调制。通过具有不同的吸收区域的两个接收器使得两个分别在接收器被探测出的信号的最大值具有不同的最大幅度。两个探测器的合信号产生了具有两个最大值相同的幅度的信号。为了探测明确的360°的角度位置关系，可形成两个接收器的信号的差信号。

优选的是，将非偏振区域构成为圆弧部分（Kreissegment）或圆形扇区（Kreissektor）或通过两条相交的割线所限定的区域，以便使得能够简单地和低成本地产生偏振区域和非偏振区域的限界。

依据优选的实施方案，将非偏振区域构成为可特别简单地和低成本地制造的吸收区域。

依据本发明另外的优选的实施方案，将非偏振区域构成为反射区域，其被设置为相对于偏振区域的表面有180°的角度差，以避免接收器的反射光被探测到。

优选的是，偏光器被构成为反射偏光器，以实现简单和紧凑的结构。

依据本发明特别优选的实施方案，在偏光器和接收器之间设置光阑（Blende），其具有用于每个接收器的开口并特别具有用于发射器的中心开口。此类型的光阑可实现接收器侧面位置的粗略的容差（Toleranzierung）。

依据本发明优选的实施方案，关于发射器对称地、以180°的角度距离设置有第一和第二接收器，其特别简化了对于被探测信号的分析。优选的是，设有第三和第四接收器，其中四个接收器被设置为相互的角度距离为90°。具有此种形式的设置可实现以简单的方法和方式来确定物体的超过360°的绝对旋转角度。

特别优选的是，设有总共8个接收器，其被设置为彼此具有相同的角度距离，以改善被确定的角度的精度。