多维位置传感器的制作方法

专利名称：多维位置传感器的制作方法
技术领域：
本实施例涉及位置传感器，更具体而言，涉及用于检测多维中物体位置的位置传 感器。2.相关进展的简要说明确定运动物体位置的现有方法有多种。例如，交通工具导航系统，其采用可与公路 上的条纹(stripe)发生相互作用的雷达信号来确定车辆的位置。其他位置系统使用无线 电通信。然而，这些系统都需要在运动物体上可供使用的电源。无线电波也易受介入结构 和电信号的影响而衰减。也可通过如线性可变差动变压器(LVDT)确定位置，它是一种位移传感器，其使用 缠绕在圆柱形线轴上的单个初级绕组和两个次级绕组。可运动的镍铁芯或电枢定位在绕组 内部，测量芯的运动可获得运动物体的位置。可采用霍尔效应传感器以类似的方式测量位 移。一般来讲，LVDT和霍尔效应传感器可用于测量有限位移，如线性致动器和活塞的位移。对于高精度定位系统(例如步进电机、悬架(suspension)和/或扫描级 (scanning stage)等)而言，位置测量的常规方法使用电容式、电感式、光学和激光传感 器。这些传感器通常可提供耦合有低定位噪声的高分辨率。然而，总成本、行程限制及所需 自由度的数目使其应用领域变窄。通过示例，在使用由传感器产生的周期信号(如正弦和余弦信号)的常规反馈设 备中，信号被路由到(例如)电机控制器的模拟数字转换器(ADC)，在这里在数字域中处理 信号，以确定物体的位置。然而，正弦/余弦周期和ADC分辨率可能不足以产生要求高度位 置分辨率的特定应用所需的位置分辨率。对二维位置和间隙宽度测量来说，采用相同的传感器和磁体确定二维位置和间隙 宽度测量将是有利的。提供高性价比、高分辨率的绝对编码器也将是有利的。更进一步的， 从电机控制器和/或编码器的基础分辨率提高位置反馈设备的分辨率也是有利的。


所公开实施例的上述各方面及其他特征在下文中将结合附图进行详细描述，其 中图1示出根据示例性实施例的位置测量系统一部分的示意图；图2A示出根据示例性实施例的位置测量系统一部分的另一示意图；图2B和2C示出根据示例性实施例的来自图2A中的位置测量系统的传感器部件 的输出信号；
图3A示出根据示例性实施例的位置测量系统的另一示意图；图3B示出根据示例性实施例的来自图3A中的位置测量系统的传感器部件的输出
信号；图4示出根据示例性实施例的示例性磁性压板(platen)和传感器结构；图5示出根据示例性实施例的另一个示例性磁性压板和传感器结构；图6A和6B示出由图5中的传感器感测的磁性压板生成的磁场强度的图表；图7示出根据示例性实施例的另一个示例性磁性压板和传感器结构；图8A和8B示出由图7中的传感器感测的磁性压板生成的磁场强度的图表；图9A和9B示出根据示例性实施例的表示传感器输出的图表；图10A-11B示出根据另一个示例性实施例的表示传感器输出的图表；图12A和12B示出根据示例性实施例的不同数量传感器在一个磁距内产生的传感 器周期；图12C示出根据示例性实施例的流程图；图13和14示出根据示例性实施例的表示不同位置测量结果的图表；图15A-15C示出根据示例性实施例的磁性压板结构；图16A和16B示出根据其他示例性实施例的磁性压板结构；图17表示由磁性压板生成的磁场的图表；图18表示由另一磁性压板生成的场的图表；图19A-19C表示根据示例性实施例的另一个磁性压板的磁场几何形貌图表；图20A-20C表示根据示例性实施例的另一磁性压板的磁场几何形貌图表；图21-25表示根据示例性实施例的与不同磁性压板有关的图表和图表；图26为根据示例性实施例的位置测量系统一部分的示意图；图27-31示出根据示例性实施例的传感器输出的图表；图32和33示出根据示例性实施例的所增加传感器输出的图表；图34示出根据另一示例性实施例的传感器输出的图表；图35示出根据示例性实施例的示例性信号处理；图36示出根据示例性实施例的信号处理的框图；图37-39示出根据示例性实施例处理的信号；图40示出根据示例性实施例的频率信号；图41-44示出根据示例性实施例的考虑信号误差的输入和输出信号；图45和46分别示出根据示例性实施例的传感器和间隙分辨率函数；图47示出根据示例性实施例的示例性处理器；图47A示出根据示例性实施例的图47中的框图的示例性电路图；图48-54示出结合示例性实施例的特征的处理设备图表；图55示出根据示例性实施例的方法的流程具体实施例方式图1为根据示例性实施例沿多条轴进行同时测量的传感器100的示例性结构的示 意图。尽管示例性实施例将参照附图予以说明，但应了解的是，这些示例性实施例可具体体
4现为多种替代形式。此外，可采用任意合适尺寸、形状或类型的元件或材料。示例性实施例提供了传感器或传感器系统100，例如，该传感器或传感器系统可用 于闭环控制系统，可被配置为提供至少沿第一轴(例如设置在水平面上)(例如)无限制 的长度位置测量，以及沿至少另一条轴(例如，相对第一轴基本成直角或成一定角度的轴) 的测量，例如下述间隙宽度。传感器系统的传感器可为简单价廉的单轴传感器，具有对应于 传感器单一测量轴的仅仅一个输出。每一单轴传感器的输出对应于感测到的例如沿仅仅一 条轴的磁场(或能被传感器所感测到的任意其它场或现象)的变化。出于示例性目的，这 些从单轴测量提供单个输出的传感器在此被称为线性或单轴传感器。传感器系统100可包 括一个或多个沿物体行进路径布置的单轴传感器单元，其中每一传感器单元响应物体运动 而输出单一信号，这将在下文将进行更为详细的叙述。每个单轴传感器单元的仅仅一个输 出通过以下方式(将在下文详细描述)进行处理，例如，为邻近相应传感器单元或在其附近 的物体，产生沿一条或多条轴(根据沿仅仅一条轴的测量)的位置测量。如下文所述，各个 单轴传感器可以任意合适的方式布置，以沿任意合适的轴同时进行位置测量。作为非限制 性示例，传感器100可用于具有磁悬浮运送工具或压板的运送系统，例如美国专利申请第 2004/0151562号所公开的运送系统，该申请全文以引用的方式并入本文。替代实施例中，传 感器100可用于任意合适的运送系统。此处所述位置测量系统可测量沿具有任意合适距离 的行进方向(如X轴)的运送工具的位置，沿具有任意合适距离的第二行进方向(如Z轴) 的运送工具的位置，和/或(例如)磁性压板170与固定表面180之间的间隙宽度G(如Y 轴)。应注意的是，相对于X、Y和Z轴所作参照仅出于示例性目的，且此处所述位置测量可 同样适用于其他合适的轴，包括但不限于旋转轴。应当认识到，采用此处公开的单轴位置传 感器的示例性传感器，可用于感测任意合适的可运动物体的位置，包括但不限于可一维或 多维运动的物体，其包括但不限于运送工具、致动器和任意合适的驱动系统部件。位置测量 传感器生成的信号可用于电机换向，以便将(例如)运送工具或任意其他合适的可运动物 体从第一位置驱动至第二位置。应当认识到，此处所述的示例性实施例并不限于电机应用， 而可以用于任意需要单维或多维位置信息的合适设备。如图1所示，在一个示例性实施例中，传感器100可配置成用于感测磁性压板170 的特征，并可包括一个或多个传感器组130a-130n。如下文所述，传感器组可包括一个或多 个单轴传感器。磁性压板170可包括一个或多个以(例如)线或栅格布置的磁体140、150， 其中磁体的极以交替结构布置(如，北-南-北-南等)，如图1所示。当磁体经过传感器 130时，磁体140、150交替的极会产生具有波型160的信号，例如正弦或余弦型式(例如正 弦信号)或任意其他合适的型式，下文将予以详细描述。磁体140、150可为任意具有合适 场强的磁体。在一个示例性实施例中，磁体可为永久磁体，以使磁性压板170不需任意电力 就可转换成进行位置测量的压板170。替代实施例中，磁体可为电磁体。其他替代实施例 中，压板170可包括可被传感器130a-130n感测的任意合适的场生成装置。压板170可包 括任意合适数量的具有任意合适结构的磁体。例如，压板170可为任意所需类型的线性电 机的压板，且如上所述，设置在压板上的磁体可为电机的永久磁体，并可布置成直线，或可 为多行和/或多列磁体，或磁体可以成交错结构等。可将压板170附加在需要进行位置测 量的物体120上。替代实施例中，压板170和物体120可为同一个。物体120可为任意合 适的物体，包括但不限于运送推车(cart)、活塞/活塞杆、致动器、机器人(robot)的末端执
5行器、驱动轴、电机转子或其他任意需要进行位置测量的物体。传感器130a-130n可为任意合适的单轴传感器，包括但不限于霍尔效应传感器、 电感性传感器和/或电容式传感器。在一个示例性实施例中，传感器130a-130n通常可彼 此类似。每一传感器(例如)能够感测沿由压板的磁体阵列生成的场(例如磁场)中的单 一轴的变化。传感器的输出可反映传感器感测到的沿单一轴的变化，因此，在所述示例性实 施例中，(一个或多个)传感器涉及线性或单轴传感器。传感器130a-130n可(例如)沿 物体行进方向T的某个部件放置。应当注意的是，行进方向可包括任意合适的维数，例如 笛卡尔坐标系中的X、Y、Z方向(或它们的任意组合)，或者极坐标系中的R、θ (或它们的 任意组合)。替代实施例中，(一个或多个)行进方向可对应于任意合适的坐标系。可沿 (一个或多个)行进方向放置任意合适数量的传感器，以适应任意合适的行进范围。传感器 130a-130n可沿(一个或多个)行进方向以预定距离放置，以确定物体120的位置，这将在 下文详细描述。传感器130a-130n可连接到控制器190上，控制器190可被配置为用于接 收至少传感器输出并基于传感器130a-130n的单轴输出和预定位置计算(例如)物体120 沿行进方向的二维位置。替代实施例中，控制器可计算多于或少于二维的物体位置。控制器 还可基于(例如)磁性压板170产生的磁场强度(如磁通密度)和/或传感器输出的信号 幅值计算间隙宽度G。控制器190可包括结合了此处所述的处理步骤和指令的软件和计算 机程序，并可采用具有执行(例如)此处所述计算的计算机可读程序代码的存储设备(例 如任意合适的计算机可读介质)。如将在以下更详细描述的，此处所示示例性实施例可允许(例如)制造设施中 FABS(如加工设施)之间或运送推车与处理平台的加载口之间的短或长距离内的物体精确 定位。其他示例性实施例中，此处所述位置测量系统可为用于例如设施的任意合适部分，在 该设施中例如用任意合适自动材料搬运系统来运送物体。还参见图2A，图中所示为根据示例性实施例的传感器100’的示例性结构。该示例 性实施例中，成对的单轴传感器沿物体120的行进方向T放置。该示例性实施例中，传感器 200A-200n可基本沿行进方向或与之共线放置。例如，磁性传感器200A、200B形成第一对传 感器或传感器成对体，传感器200C、200D形成第二对等。替代实施例中，传感器200A-200n 可沿行进方向交错布置，其中一些传感器位于其他传感器的上方和/或下方。其他替代实 施例中，传感器200A-200n可具有任意合适的结构。传感器200A-200n可为任意合适的传感 器，包括但不限于(例如)上述单轴霍尔效应传感器、电感性传感器和/或电容式传感器。该示例性实施例中，每对传感器或传感器成对体中的传感器间隔预定距离或间距 P。每一成对体的间隔距离为间距P的约四倍或4P。替代实施例中，传感器200A-200n可 具有任意合适的间距。传感器对200A-200n与磁极件(piece)或磁体210A-210D对置， 220A-220D附加于运动物体120或以其它方式为其一部分。应当认识到，可使用任意合适 的磁场生成器，且磁体不必即包括北极又包括南极。该示例中，与传感器200A-200n相对的 磁体210A-210D、220A-220D的极以交替结构布置。例如，磁体210A-210D的北极面对传感 器200Α-200Π，磁体220A-220D的南极面对传感器200A-200n。示例性实施例中，可定向单 轴传感器以记录压板与参考系(参见图1)之间由磁体生成的场的法向分量Bz(例如气隙 方向)上的变化，或可定向以记录场平行分量Bx上的变化。当磁体210A-210D、220A-220D 由传感器200Α-200Π移动时，磁极件210A-210D、220A-220D的交替磁极可产生正弦类型
6传感器输出型式。替代实施例中，磁体可以任意合适的结构布置。该示例性实施例中，磁 体210A-210D、220A-220D彼此间以间距P的约两倍或2P间隔。替代实施例中，磁极件 210A-210D、220A-220D可具有任意合适间距。上述传感器200A-200n与磁体210A-210D、220A_220D的间距可产生组成每一传 感器成对体的两个传感器输出信号之间的正弦/余弦关系，如图2B和2C所示。作为非限 制性示例，传感器200A可产生图2B所示正弦波，而传感器200B产生图2C所示的余弦波， 反之亦然。例如，可通过在控制器190中编程，采用传感器输出信号内插(interpolate)物 体120相对于传感器200A-200n的位置。例如，当获得由(例如)传感器200A、200B的两 个信号(例如，来自传感器成对体中每一传感器的一个输出信号)的比率的正切值确定的 角度时，可确定与传感器对之间距离4P的几分之一成比例的物体120的内插位置。因为每 一传感器成对体都以预定距离设置，可将内插位置从预定距离中减去或将其加到预定距离 上，以获得物体120的位置。例如，若传感器成对体200A、200B以距离C定位，并且传感器 成对体200A、200B与200C、200D之间的内插位置确定为间距的两倍或2P，物体120的位置 将为(例如)距离C加上位置2P (即C+2P)。示例性实施例中，可为控制器190编程，以采用来自单轴传感器200Α-200Π的信号 确定压板与参考系之间的法向距离Z(例如间隙宽度，参见图1)。可通过(例如)计算每 一传感器成对体输出的两个传感器信号的平方和的平方根以获得间隙中的磁通密度，来确 定传感器200Α-200Π与磁极件210A-210D、220A-220D(以及安装磁体的物体120)之间的间 隙宽度G。替代实施例中，可用任意合适的计算方法计算间隙。可用磁通密度确定传感器 200A-200n与磁极件210A-210D、220A-220D之间的间距G。因此，应当认识到，示例性实施例 中，来自单轴传感器200A-200n中(例如，定向以感测沿单一公共轴的场变化的)至少一个 成对体的信号，代表沿单轴(例如参见图2B-2C)的场变化信号，由处理器190进行处理，以 确定压板的多轴位置(例如，沿两个或更多轴的位置变化，如(X，Z))。替代实施例中，间隙 宽度G可通过任意合适的方法确定。例如，磁隙G的范围或宽度可通过几种方法获得，包括 但不限于使用包含测得的通量/距离的查找表，以及知晓传感器对通量的灵敏度连同沿退 磁曲线上的磁体工作点的知识。示例性实施例中，来自成对体或相邻传感器的信号仅用于 示例目的，在替代实施例中，可使用来自任意所需传感器成对体的信号。可配置处理器190 用于计算间隙G，这将在下文详细描述。根据传感器200Α-200Π的数量，对于N位传感器，传感器100’的分辨率可计算如 下
分辨率= J^r[1]
IOw其中N为位数。此处所述的位置测量系统分辨率可能受到(例如)由环境模拟 噪声和系统输出位数(模拟/数字位)造成的测量不确定度的影响。应当认识到，传感器 200A-200n之间的间隔或间距(即成对体中每一传感器之间的距离P，以及成对体之间约为 4P的距离)以及磁体210A-210D、220A-220D之间的间隔(即，约2P距离)可按比例增大或 减小，以提高或降低传感器100’的分辨率。操作中，可由控制器190按顺序扫描传感器200Α-200Π的行以用于输出，其中扫描第一个传感器(例如传感器200A)，以确定沿扫描的传感器行的基本距离。传感器 200A-200n的扫描可允许以高或最大的分辨度对物体120进行绝对位置测量。现参见图1和3，根据示例性实施例示出传感器100”的另一示意图。该示例性实 施例中，单轴传感器300A-300n沿物体120的行进方向T放置。该示例性实施例中，传感器 300A-300n可放置成直线或与行进方向共线。替代实施例中，传感器300A-300n可沿行进方 向交错布置，其中一些传感器位于其他传感器之上。其他替代实施例中，传感器300A-300n 可具有任意合适结构。传感器300A-300n可为任意合适的传感器，包括但不限于上述霍尔 效应传感器、电感式传感器和电容式传感器。如图3所示，传感器300Α-300Π沿行进方向以预定距离或间距P间隔。替代实施例 中，传感器可具有任意合适的间隔。传感器300A、300B、300E可为具有(例如)低灵敏度的 第一类单轴传感器。低灵敏度单轴传感器可具有足以产生开/关信号的灵敏度，因此通常 成本较低。在需在较长间距内跟踪物体位置的情况中，取决于传感器100”作为其一部分的 系统的几何特征，一个或多个传感器成对体300C、300D (即传感器成对体)可定位于传感器 行中较低灵敏度传感器之一的位置，如图3所示，所述一个或多个传感器成对体300C、300D 是具有(例如)(一个或多个)单轴传感器、但相比第一类传感器300A、300B、300E具有更 高灵敏度的第二类传感器。替代实施例中，可采用类似于传感器300C、300D的多于或少于 一个的较高灵敏度传感器成对体。其他替代实施例中，所有传感器，包括传感器成对体中的 传感器，可为低灵敏度或较高灵敏度传感器。其他替代实施例中，可用任意合适的方式将低灵敏度和较高灵敏度传感器组 合。将低灵敏度传感器与一个或多个传感器成对体结合使用，可提供具有可使用单数 (singular)传感器或传感器单体(singlet)跟踪的粗略位置(例如，具有低于用传感器成 对体获得的位置测量精度的位置)的位置测量系统，在更关注位置的区域，成对体可用于 更精确地确定物体位置。因为仅用单数传感器跟踪物体可能在位置测量中引入一些偏移或 变化，所以也可用传感器成对体“校准”物体的位置。更高灵敏度传感器300C、300D可间隔 预定距离，即，例如，间距P的约四分之一或P/4，以使传感器300C、300D的输出信号以基本 类似于上文关于图2B和2C所述的方式，产生具有正弦/余弦关系的信号。如上所述，传感器300Α-300Π与附加于运动物体120或为其一部分的磁极件或磁 体320A-320n相对。应当认识到，可采用任意合适的磁场生成器，以使磁体不必既包括北极 又包括南极。与传感器300A-300n相对的磁极以交替结构布置，其中磁体320A、320C、320E、 320G的北极面对传感器300A-300n，磁体320B、320D、320F的南极面对传感器300A_300n。 当传感器300Α-300Π移动磁体320Α-320Π时，磁极件320A_320n交替的极可形成正弦类型 型式，如图3B所示。替代实施例中，磁体可以任意合适的结构布置。该示例中，当磁体经过 单数传感器300A、300B、300E时，生成正弦传感器输出SW。当磁体经过传感器成对体300C、 300D时，传感器300C可生成正弦输出SW，而传感器300D生成与传感器300C的输出或距离 P有关的余弦输出CW(即正弦/余弦关系)。该示例性实施例中，磁体320A-320n彼此间隔， 其距离为间距P的约两倍或2P。替代实施例中，磁体320A-320n可具有大于或小于2P的间 隔。处理器190可被配置成用于对来自传感器300Α-300Π的输出信号进行数学变换， 以确定物体120在一个基本间距内(该示例中为P)的位置。因为如上所述每一传感器300A-300n的位置已知，所以在基本间距P内确定的位置可加到相应传感器300A-300n的已 知位置之一上或从其中减去，以获得物体120相对于传感器300A-300n的位置。可用处理 器190通过基本类似于上文所述的方式确定间隙G，该方式将在下文结合图7进行详细描 述，且平行场接近于位置测量。替代实施例中，间隙G可通过任意合适的方式确定，包括但 不限于此处所述方式。来自传感器300A-300n的输出信号可用以确定传感器之间物体距离 的内插量度。操作中，由控制器190按顺序扫描传感器300Α-300Π行用于输出，其中扫描第一个 传感器(例如传感器300A)，以便确定沿扫描的传感器行的基本距离。传感器300A-300n的 这一扫描可允许以高或最大的分辨度对物体120进行绝对位置测量。在一个示例性实施例中，图3A所示示例性传感器结构可允许在长距离内对物体 进行精确定位，例如在制造单元或FABS之间，这将在下文进行详细描述。在另一个示例性 实施例中，图3A所示传感器结构可用于(例如)任意合适的设施的任意合适部分中，在所 述设施处物体被运送。设施的示例包括但不限于半导体加工厂、汽车生产厂或任意其他合 适的采用(例如)机械化材料搬运的设施。现参见图4，所示为磁性压板400和单轴传感器S1-S4的示意图。该示例性实施 例中，仅出于示例性目的，磁性压板400包括在Z方向和X方向二维布置的磁极件。应当认 识到，图4所示磁极件的阵列只是压板400上包含的磁体中的一部分。替代实施例中，压板 400可具有任意合适数量的磁极件行和/或列。该示例中，磁极件行具有交替磁极，并以约 P/2的距离交错或间隔开，如图4所示。同样，列也布置为具有交替磁极，并以约ΡΛ的距离 交错或间隔开。任何特定的行或列中每一磁体之间的间距为P，如图4所示。替代实施例 中，磁极件可具有任意合适的布置和任意合适的间隔。该示例性实施例中，四个单轴传感器S1-S4定位在(例如)磁性压板400生成的 基本对称的磁场中，以使得传感器S1-S4被定向以感测同一轴的场。替代实施例中，可采用 多于或少于四个的传感器。传感器S1-S4可基本类似于上文关于图2A和3A所述的传感 器。如图4所示，传感器Sl和S2形成第一传感器对，两者在X方向基本共线，且彼此间隔 约P/2或二分之一间距的预定距离。传感器S3和S4形成第二传感器对，两者在X方向基 本共线，并也彼此间隔约P/2的距离。传感器对S3、S4在X方向偏移传感器对Si、S2约间 距P的四分之一或P/4的距离。传感器对S3、S4在Z方向偏移传感器对S1、S2约间距P的 四分之一或P/4的距离。替代实施例中，传感器对中的传感器可具有任意合适的间隔关系。 其他替代实施例中，传感器对可具有任意合适的间隔关系。该示例性实施例中，传感器S1-S4可感测垂直于磁极件平面的磁场分量(即位置 测量的“法向场法”)。传感器对S1、S2和S3、S4提供具有基本类似于上文关于图2B和2C 所述的正弦/余弦关系的相应输出信号。例如，该示例性实施例中，若通过(例如)处理器 190将来自传感器S2的信号从来自传感器Sl的信号中减去，产生与沿X轴的距离的正弦 成比例的信号。与沿X轴的距离的正弦成比例的信号，以等于磁距P的空间周期重复。若 通过(例如)处理器190将来自传感器S4的信号从来自传感器S3的信号中减去，产生与 沿X轴的距离的余弦成比例的信号。与沿X轴的距离的余弦成比例的信号，也以等于磁距 P的空间周期重复。除了沿X轴的位置测量，该示例性实施例中的传感器S1-S4和压板400结构也可
9提供沿Z轴的位置测量。例如，若通过(例如)处理器190将来自传感器S2的输出信号加 到来自传感器Sl的输出信号中，产生与沿Z轴的距离的正弦成比例的信号。与沿Z轴的距 离的正弦成比例的信号，以等于磁距P的空间周期重复。若通过(例如)处理器190将来 自传感器S4的输出信号加到来自传感器S3的输出信号中，产生与沿Z轴的距离的余弦成 比例的信号。与沿Z轴的距离的余弦成比例的信号，也以等于磁距P的空间周期重复。处理器190可用正弦和余弦信号在等于磁距的距离内生成从0至360度变化的角 度值，从而允许精确确定传感器阵列相对于磁体阵列的位置，反之亦然。现参见图5，下面将对图4中位置测量系统进行更详细的描述。应当认识到，传感 器对S1、S2和S3、S4相对于彼此的位置可变化。例如图5中，传感器对S3、S4位于传感器 对S1、S2之下，而图4中，传感器对S3、S4示出为位于传感器对S1、S2之上。替代实施例中， 传感器对可具有任意合适的结构和/或间距，以使传感器对间存在正弦/余弦关系。如图5 所示，包括基本类似于上文关于图4所述的传感器的单轴传感器S1-S4的传感器组530，位 于包括磁极元件510、520的磁性压板540附近和邻近。磁极元件可如图5所示成交替结构 布置，其中磁极元件510的北极面对传感器组530，磁极元件520的南极面对传感器组530。 磁极元件的间隔可基本类似于上文关于图4所述的间隔。在替代实施例中，磁极元件510、 520可具有任意合适的间隔。该示例性实施例中，四个单轴传感器S1-S4产生具有(例如)正弦/余弦关系的 (例如)两组信号(即来自传感器S1、S2的输出信号具有正弦/余弦关系，来自传感器S3、 S4的输出信号具有正弦/余弦关系)。如上所述，图5中的传感器S1-S4的结构允许每一传 感器感测垂直于磁性压板540的磁场，如示例性坐标系500所示。图6A和9A示出磁性压 板540所生成磁场的三维图，其中对照沿X轴和Z轴的位置绘出了 Y方向的磁场强度。图 6B和9B分别示出了根据图6A和9A所示的磁场的传感器输出的二维图。在图4和5所示，位置测量的法向场法中，处理器190采用各个传感器对S1、S2和 S3、S4之间的正弦/余弦关系，计算附加有磁性压板540的物体120的位置。例如，处理器 190可用以下示例性方程式计算沿X轴的传感器信号的正弦sin y = 1^1 S2[2]
2其中Sl和S2表示其相应的传感器S1、S2的输出。处理器190可用以下示例性方 程式计算沿X轴的传感器信号的余弦
Γ π S3-S4⑴COSx =--L-Sj其中S3和S4表示其相应的传感器S1、S2的输出。处理器190可采用以下sinx和 COSx计算物体120在间距P内的位置Ar = Orctan-^1-[4]
COSx其中X与沿磁距P的距离的几分之一成比例。因为每一传感器组530都以预定距 离定位，可将对应于X的内插位置Dx从预定距离中减去或加到其上，以获得物体120的位 置。例如，若传感器组530沿X轴以距离C定位，而且内插位置Dx等于P/3，则物体120在 x方向的位置为(例如)距离C加上位置Dx(即C+P/3)。
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同样，由处理器190如下通过计算Z方向传感器信号的正弦和余弦以确定沿Z轴 的位置
权利要求
1.一种装置，包括控制器；与控制器相连的工件运送工具，该运送工具具有可运动部分和运送路径；以及多维位置测量设备，其包括至少一个附接到可运动部分的场生成压板和沿运送路径定 位并与控制器相连的至少一个传感器组，其中场生成压板被配置为用于位置测量和推动可 运动部分二者；其中该至少一个传感器组中的每一传感器被配置成提供仅一个与在所感测的场中沿 单轴的变化相对应的输出信号，其中场由至少一个场生成压板生成，控制器被配置成基于 该至少一个传感器组中的至少一个传感器的仅一个输出信号，计算邻近相应的该至少一个 传感器组之一的可运动部分的多维位置，其中多维位置包括至少平面位置和工件运送工具 与该至少一个传感器组之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个场生成压板包括成形的磁体，该磁体被 配置成提供基本无失真的正弦磁场。
3.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个传感器组中的至少一个被配置成感测由 场生成压板生成的场的法向分量，其中法向分量垂直于场生成压板的表面。
4.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个传感器组中的至少一个被配置成感测由 场生成压板生成的场的平行分量，其中平行分量平行于场生成压板的表面。
5.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个传感器组中的至少一个包括单数传感 器，至少一个传感器组中的至少另一个包括传感器成对体，其中所述传感器成对体中的传 感器提供的输出信号具有正弦/余弦关系。
6.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个传感器组中的至少一个包括传感器成对 体，其中传感器成对体中的传感器提供的输出信号具有正弦/余弦关系。
7.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个传感器组中的至少一个包括第一传感器 对和第二传感器对，其中第一传感器对位于第二传感器对上方，两者成交错关系。
8.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个传感器组中的至少一个包括第一传感器 对和第二传感器对，其中第一传感器对位于第二传感器对之间，两者成正交关系。
9.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个传感器组紧邻至少一个场生成压板定 位，使得至少一个传感器组中的传感器达到饱和极限。
10.根据权利要求1所述的装置，其中控制器被配置成调整从至少一个传感器组接收 到的输出的正弦周期，使得从调整的信号获得的位置测量比从具有未调整的正弦周期的输 出获得的位置测量更精确。
全文摘要
一种装置，所述装置包括控制器、与控制器相连并具有可运动部分或运送路径的工件运送工具以及包括至少一个附接到可运动部分的场生成压板和至少一个沿运送路径定位并与控制器相连的传感器组的多维位置测量设备，场生成压板被配置成用于位置测量和推动可运动部分，至少一个传感器组中的每一传感器被配置为提供仅一个沿单个轴的对应于所感测的由至少一个场生成压板生成的场的输出信号，控制器被配置成基于至少一个传感器组中的至少一个传感器的仅一个输出信号计算可运动部分的多维位置，多维位置包括平面位置和间隙测量。
文档编号G01B7/30GK102007366SQ200880104668
公开日2011年4月6日 申请日期2008年6月27日 优先权日2007年6月27日
发明者A·克鲁皮谢夫, C·霍夫梅斯特, J·F·策特勒, K·A·马查克, M·霍泽克, S·瑟索夫 申请人:布鲁克斯自动化公司