[发明专利]用于确定相对位置的系统

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求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。

背景技术

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(encoder element)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(material measure)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。EP 1195880A1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。

DE 3818044 A1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(precision graduation)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DE 3818044 A1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。

发明内容

因此，本发明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。

根据本发明，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。