用于检测旋转被测对象的绝对旋转角度的测量设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于检测旋转被测对象的绝对旋转角度的测量设备(9)，其中第一齿轮(Z1)分配给被测对象的轴(8)，其中所述第一齿轮(Z1)直接或间接啮合至少第二齿轮(Z2)和第三齿轮(Z3)，并且各齿轮(Z1、Z2、Z3)的齿数(z1、z2、z3)彼此不同，其中旋转角度传感器(D1、D2、D3)分配给每个齿轮(Z1、Z2、Z3)，用于检测所分配的齿轮(Z1、Z2、Z3)的旋转角度(z1、z2、z3)，其中设置计算单元，所述计算单元至少确定第二齿轮(Z2)与第一齿轮(Z1)的旋转角度差(z1–z2)以及第三齿轮(Z3)与第一齿轮(Z1)的旋转角度差(z1–z2)，并基于所确定的各齿轮(Z1、Z2、Z3)的旋转角度(z1、z2、z3)的差(z1–z2、z1–z3)的总和(SumDiff=(z1–z2)+(z1–z3))，确定所述被测对象的轴的整转数目和剩余旋转角度(z1)。
【专利说明】用于检测旋转被测对象的绝对旋转角度的测量设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于检测旋转被测对象的绝对旋转角度的测量设备。
【背景技术】
[0002]根据DE19821467A1已知一、二或多维差分传动装置，所述一、二或多维差分传动装置用于轴的整转(while numbered revolution)数目的高分辨率测量。在一维差分传动装置的最简单情形，仅使用两个齿轮。它们就齿数而言相差一个齿。其中的一个齿轮直接安装在待测量的轴上并驱动第二个齿轮。基于两个齿轮相对于彼此的角位置，能够确定轴的转数。
[0003]此外，DE19821467A1中还公开了具有三个齿轮的二维差分传动装置，其中第一个齿轮也与待测量的轴相关联，同时其他两个齿轮由第一个齿轮直接和/或间接驱动。经由这种基本组合来确定整转的数目，这种基本组合产生不同的齿轮转数，并且在齿轮的限定齿数的情况中是可能的。为实现关于整转的数目的唯一性，为不同数目的旋转计算基本组合的标准基值，并且将基本组合的标准基值存储在二维阵列中。在这种情况中，所述标准基值作为存储器坐标，能够基于该存储器坐标确定整转的数目。这种已知的解决方案的缺陷是分辨率处于一个整转的附近。利用该已知的解决方案，目前不可能确定被测对象的轴的确切角位置。
[0004]与致动器相关，已知高分辨率多转直齿轮传动装置用于测量绝对旋转角度。在已知的直齿轮传动装置的情况中，应用互相联接的若干传动级(stage)。在多转直齿轮传动装置的优选解决方案的情况中，应用23个齿轮和5个位置传感器。各传动级必须以高精度制造，以使一个接一个布置的传动级中的游隙最小化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种简单且成本划算的用于检测旋转被测对象的绝对旋转角度的测量设备。
[0006]所述目的通过包括与被测对象的轴相关联的第一齿轮的特征实现，其中所述第一齿轮直接或间接啮合至少第二齿轮和第三齿轮，并且其中各齿轮的齿数彼此不同。此外，每个齿轮具有与之关联的旋转角度传感器，所述旋转角度传感器检测相关联的齿轮的旋转角度，其中设置计算单元，所述计算单元至少确定第一齿轮的旋转角度与第二齿轮的旋转角度之间的差以及第一齿轮的旋转角度与第三齿轮的旋转角度之间的差，并基于所确定的所述齿轮的旋转角度的差的总和，确定被测对象的轴的整转的数目和剩余旋转角度。此外，对所确定的旋转角度的差的总和的斜率进行标准化是有益的。
[0007]本发明的测量设备允许与评估轴的整转数目相结合，对被测对象的轴的确切的当前角位置进行测量。
[0008]本发明的差分运动传感器(difference movement sensor)优选包括互相联接的三个齿轮，其中所述齿轮具有不同的齿数。所述齿轮能够被实施为直齿轮和/或内部有齿的齿轮和/或齿带和/或链齿轮和/或摩擦齿轮。在摩擦齿轮的情况中，齿数的差不局限于正整数。在此，一般说来，齿数的差能够对应于大于或等于I的任意正实数。
[0009]本发明的差分运动传感器能够大大消除在传动级中的游隙的问题。由于相对于已知解决方案，本发明的测量设备的情况中的传动级的数量大大减少，所以本发明的测量设备能够以成本划算且紧凑的方式实现。此外，其能够在没有问题的情况下与旋转被测对象的轴连接。关于本发明的测量设备，特别有益的是对于例如在制造过程中的测量设备的调节和功能检查，所有三个齿轮的简单的旋转就足够了。因此，能够在不需要花费大力气的情况下快速进行测量设备的功能测试。
[0010]本发明的测量设备的有益实施例提供了将光、磁和/或机电旋转角度传感器应用于检测各齿轮的旋转角度。而且，优选地使用霍尔传感器。
[0011]如上面已描述的那样，旋转角度传感器在每种情况中以度为单位检测所有齿轮的旋转角度。第二齿轮的旋转角度与第一齿轮的旋转角度之间的差和第三齿轮的旋转角度与第一齿轮的旋转角度之间的差用于确定被测对象的轴的整转数目，第一齿轮固定在所述被测对象的轴上。此外，所述齿轮的齿数优选相差一个齿，实际上使得在各种情况中在第一齿轮与第二齿轮的齿数之间的差以及在第一齿轮与第三齿轮的齿数之间的差等于I。例如，如果第一齿轮与被测对象的轴相关联且具有25的齿数，则第二齿轮的齿数等于26且第三齿轮的齿数等于24。
[0012]由于第一齿轮相对于第二齿轮的齿数差以及第一齿轮相对于第三齿轮的齿数差，上述的差等于dZ并且其中dZ大于或等于1，测量设备的总角分辨率被划分成η个主段(main section)。在这种情况中,η大于或等于I。计算单元基于齿轮的相对位置来确定与主段相关联的相应的绝对角度。
[0013]此外，根据本发明的测量设备，在确定绝对旋转角度的情况下，计算单元通过以下方式使用亚分辨率(subresolutiorOSR确定多转分辨率TurnRes，其中，SR是主段的角分辨率:
[0014]
【权利要求】
1.一种用于检测旋转被测对象的绝对旋转角度(P)的测量设备(9)，其中第一齿轮(Zl)与所述被测对象的轴(8)相关联，其中所述第一齿轮(Zl)直接或间接啮合至少第二齿轮(Z2)和第三齿轮(Z3)，并且其中各齿轮(Zl、Z2、Z3)的齿数(zl、z2、z3)彼此不同，其中每个齿轮(Zl、Z2、Z3)具有与之相关联的旋转角度传感器(Dl、D2、D3)，所述旋转角度传感器(Dl、D2、D3)检测相关联的齿轮(Zl、Z2、Z3)的旋转角度 、其中设置计算单元，所述计算单元至少确定所述第二齿轮(Ζ2)的旋转角度与所述第一齿轮(Zl)的旋转角度之间的差以及所述第三齿轮(Ζ3)的旋转角度与所述第一齿轮(Zl)的旋转角度之间的差Oz1-外3)，并基于所确定的所述齿轮(Ζ1、Ζ2、Ζ3)的旋转角度(.φ/Λ、ψχι 、 Ψζ、)的所述差(Ψζι ~Ψζι 、 Ψζι — Ψζ% )的总和(SwnDiff =( φ/Λ - φ/Λ )+( φ./Λ - φ7Λ))，确定所述被测对象的轴⑶的整转的数目和剩余旋转角度
2.根据权利要求1所述的测量设备，其中光、磁和/或机电旋转角度传感器(Dl、D2、D3)被应用于检测各齿轮(Z1、Z2、Z3)的旋转角度(仏,、φ/Λ、 φ/Λ、。
3.根据权利要求1或2所述的测量设备，其中所述齿轮(Ζ1、Ζ2、Ζ3)的齿数(zl、z2、ζ3)优选地相差一个齿(dZ=l)，从而在每种情况中使齿数(zl - z2或zl - z3)的差(dZ)等于I。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的测量设备，其中，为了确定所述绝对旋转角度，所述计算单元(13)通过以下方式使用亚分辨率(SR)确定多转分辨率(TurnRes):
5.根据权利要求1、2或3所述的测量设备，其中与所述被测对象的轴(8)相关联的齿轮(Zl、Ζ2、Ζ3)的角度传感器(Dl)直接检测所述剩余旋转角度(1?)，或者所述计算单元(13)在计算整转(多转)的情况中基于小数部分确定所述剩余旋转角度(外山其中优选使
用以下公式:
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的测量设备，其中所述计算单元(13)利用所确定的所述第二齿轮(Ζ2)和第三齿轮(Ζ3)的旋转角度0Ζι、 φΖ2、 φΖ3)形成的差把所述测量设备(9)的角分辨率(TurnRes)划分成分段(SS)，其中所述分段(SS)的数目取决于所述第一齿轮(Zl)的齿数(Zl)，各分段(SSi, i=l、…、η)的斜率大于所述主段(MS)的斜率。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的测量设备，其中所述计算单元(13)利用所确定的所述第一齿轮(Zl)的旋转角度分别与所述第二齿轮(Ζ2)的旋转角度、所述第三齿轮(Ζ3)的旋转角度形成的差(?! -Ψζ2、Ψζι - Ψζι )，把所述测星设备⑴的角分辨率(TurnRes)划分成分段(SS)，其中所述分段(SS)的斜率大于所述主段(MS)的斜率。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的测量设备，其中，由于所述第一齿轮(Zl)相对于所述第二齿轮(Z2)的齿数以及所述第一齿轮(Zl)相对于所述第三齿轮(Z3)的齿数的差(dZ)，所述差等于dZ，dZ大于或等于1，所述计算单元(13)把所述测量设备(9)的总角分辨率划分成η个主段(MS)，并且其中所述计算单元(13)基于所述齿轮(Ζ1、Ζ2、Ζ3)的各自位置Oz1、 Ψζι、 fa)来确定相关联的主段(MSn)。
9.根据权利要求1-4中的一项或多项所述的测量设备，其中所述被测对象是用于致动流量控制机构(2)的致动器驱动器(4)的驱动轴(8)和/或输出轴(7)，其中所述驱动轴(8)与致动元件(3 ；6)连接，其中所述流量控制机构(2)与所述输出轴(7)连接，并且其中减速传动装置(5)设置在所 述致动元件(3 ；6)与所述流量控制机构(2)之间。
10.根据权利要求9所述的测量设备， 其中所述致动元件是电动机(3)或调节轮(6)。
11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的测量设备，其中所述齿轮(Z1、Z2、Z3)被实施为直齿轮和/或内部有齿的齿轮和/或齿带和/或链齿轮和/或摩擦齿轮。
【文档编号】G01D5/04GK103459984SQ201280011768
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年3月2日 优先权日:2011年3月4日
【发明者】维尔弗里德·普拉策, 本杰明·霍夫曼 申请人:欧玛瑞斯特有限责任及两合公司