专利名称：用于增量测量的测量设备及装配有该测量设备的工业卡车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在考虑了移动方向的情况下用于对位置、致动位移或致动角进行增量测量的测量设备，包括至少一个第一传感器装置和至少一个第二传感器装置，它们与至少一个能相对于所述传感器装置发生移动的倾伏角轨道(pitch track)相互作用，从而一方面在所述传感器装置之间发生相对移动时、另一方面在所述传感器装置与所述倾伏角轨道之间发生相对移动时，产生彼此相差一个限定相位的脉冲信号，用连续脉冲来表示相对移动，并且用相位来指示出移动方向，所述的倾伏角轨道或至少一个倾伏角轨道被设计为具有代表确定增量测量分辨能力的移动增量的倾伏角(pitch)，并且在相对移动期间产生脉冲。需要考虑的主要是这样的测量设备，即其中传感器装置(各个传感器或传感器轨道)以非接触方式与相关的倾伏角轨道相互作用。已知有多种适合的测量原理。例如，所述测量可以通过电感方式、电容方式、光学方式、光电子方式或磁致伸缩方式来实现。当测量设备为线性位移传感器形式的情况下，倾伏角轨道被设计为线性的或直线型的，例如由传感器标尺元件构成。当测量设备为角位移编码器(传感器)或旋转编码器(传感器)形式的情况下，倾伏角轨道沿圆周方向扩展且通常为闭环形式。这种情况下，倾伏角轨道可由传感器刻度盘元件形成。至于根据光学或光电子测量原理的测量设备，可以规定在光学上以透射或反射方式通过传感器装置来检测倾伏角。
如上所述，测量设备经常被设计具有这样的传感器装置该传感器装置基于脉冲信号的周期性彼此相差90°的相位角(基于对应于360°相位角的脉冲周期)，从而可以检测或确定移动方向。在这种专业技术领域内，这样的测量设备还被称为双通道增量编码器(传感器)。
彼此相差一定相位角的传感器装置(可能是传感器轨道)通常可感测包含在倾伏角轨道中、并沿着倾伏角轨道的整个长度具有严格周期性的固定脉冲波形，这样，沿着倾伏角轨道，彼此相隔对应于360°或其多倍的相位角的致动位移的所有倾伏角轨道位置都不能根据脉冲信号本身彼此区分开，因此当确定位置、致动位移或致动角时，必须正确地分析由传感器装置输出的脉冲信号，从而在考虑移动方向信息的情况下对一定范围的脉冲进行计数，并且在特定范围内保持对瞬时位置的计数。
如果由于故障，例如干扰电子器件中脉冲分析的故障信号，或者例如影响倾伏角轨道的光检测的污染物等等，在这些情况下脉冲可能未被正确计数，故障可能在“计数保持”时随时间累积，这样在实际致动位置和由评估电子器件所确定的致动位置之间可能会出现显著的偏差。这可能导致严重的问题、损害以及可能的危险，这在使用工业卡车的例子中是很明显的，在这种情况下，在装载、卸载和搬运时必须准确地向上移动到通过测量设备所确定的铲车的上升位置或横向移动位置。
通过有规律地向上移动到一个例如由止挡(stop)或定位措施所限定的参考位置、并且通过评估电子器件的计数保持和随后的重新初始化，可以稍微缓解这个问题。但是这可能是对正常操作的干扰，并且在某些状况下没有人工干预就根本不能实现，而且在严重故障的情况下这种措施可能已经太迟了。
本发明基于以下目的，即能够以容错方式确定瞬时致动位置，或者至少能够以简单的自动方式来检测故障。
为了实现该目的，本发明建议了开始时所提到的测量设备，该设备中所述倾伏角轨道或者至少一个倾伏角轨道被设计为具有一个附加倾伏角，这个附加倾伏角代表了比用于确定相对移动期间的增量测量分辨能力的移动增量更大的移动增量。
根据本发明，像在现有的技术中那样，位置(特别是相对位置)、致动位移或致动角可根据确定增量测量分辨能力的倾伏角进行检测，其中利用了这些移动增量，其在原理上可以在脉冲发生的计数保持过程中被检测出来。基于所述的附加倾伏角以及比确定增量测量分辨能力的移动增量更大的移动增量，也可以实现附加的“计数保持”，在其基础上，所发生的较小的移动增量的计数保持可以被检验，并有可能被纠正。例如可以规定，在移动触发脉冲期间，在脉冲波形中分别省略或抑制一个脉冲，这个脉冲发生在一个或两个传感器装置的脉冲信号中，以特定的相位角间隔、基于给定的致动速度、以一定的时间间隔发生，并且基于所述的附加倾伏角是精确的，所述的附加倾伏角可体现在倾伏角轨道的相应设计中，在光学或光电子检测的情况下，例如借助于一个省略的、透光的点或较大的不透明区域，或者借助于一个省略的反射点或较大的非反射区域，或者一般是借助于具有倾伏角轨道的光学元件(可能是光栅)的相应设计。这在根据其它测量原理工作的传感器的情况下同样是可能的，例如在电容传感器的情况下，这个电容传感器测量板极电容的变化，从而检测所述极板沿着位于极板平面上的移动线路或者平行于所述极板的移动。在这种情况下，可以进行这样的设计根据一个较大的倾伏角，检测到的电容值周期性地出现最大值和最小值，并且这一电容值的变化可以叠加到电容值的较小变化或电容值的调制上，这决定了测量设备的分辨能力。
对其它类型测量原理的常规传感器装置或倾伏角轨道的改变对本领域技术人员来说是很容易实现的。可根据本发明来改进的、由现有技术已知的测量设备的例子由GB2273567A公开，它公开了一种已知的光学线性测量设备和一种已知的电容式线性测量设备。
根据本发明，例如可以借助于作为目标的“遗漏脉冲(slippedpulses)”来检测错误的检测结果或者错误计数的或未被计数的脉冲，至少一方面的脉冲记录(bookkeeping)和另一方面的“遗漏脉冲”的出现之间的偏差可被识别出来。例如，如果每二十个脉冲被定义为遗漏脉冲(丢失脉冲)，用于相关的测量通道、最好是用于两个测量通道的评估软件或评估电子设备预计在19个计数脉冲后出现遗漏脉冲。遗漏脉冲出现的位置，即本来应该出现一个正常的脉冲的位置，在该位置处没有所述的附加倾伏角，可以通过相应的另一个测量通道中的脉冲信号中的脉冲沿来限定。为此目的，可规定用一个比所述常规相位角偏移明显大得多的相位角偏移来代替常规的90°相位偏移，最好是采用90°+/-z×180°的相位角偏移，其中z是≥1的正整数，表示两种传感器装置之间的相位偏移。基于这种遗漏脉冲，可对脉冲的计数保持进行重新校准，或者在偏差很大的情况下识别出故障状态，于是可输出相应的故障消息或故障信号。
在均匀相对移动期间，通常建议第一传感器装置和第二传感器装置因倾伏角的缘故产生一个周期性的脉冲信号，该信号的周期代表了倾伏角的周期。如已经提到的例子所表明的，要考虑以下的事实，即在均匀的相对移动期间，出现了与代表倾伏角周期的周期之间的偏差，由于所述的附加倾伏角，在至少一个周期性信号中，所述具有周期性的偏差代表了所述附加倾伏角的周期。
在这种情况下，一种有利的可能性在于，相对于其周期代表了倾伏角周期的其余脉冲，一种不同的脉冲形状、可能地是不同的脉冲高度或脉冲宽度、或者省略的脉冲形成了所述偏差。术语“省略的脉冲”是指已经提到的遗漏脉冲或丢失脉冲的可能性。另一种可能性在于，相对于其周期代表了倾伏角周期的脉冲之间的脉冲间隔时间，一种具有更大的脉冲间隔时间宽度的脉冲间隔时间形成了所述偏差。包括“遗漏脉冲”、“丢失脉冲”或“省略的脉冲”的改进建议在此也可以表述如下形成所述偏差的脉冲间隔时间可以包括一个脉冲位置，该脉冲位置与其余的脉冲一起满足了代表倾伏角周期的周期性。
如已经提到的，特别有利的是可以规定基于其周期代表了倾伏角周期的脉冲的对应于360°相位角的间隔时间，第一传感器装置和第二传感器装置相对于所述倾伏角轨道安置，使得在均匀的相对运动期间，在第一传感器装置的脉冲信号和第二传感器装置的脉冲信号中的所述偏差彼此相差至少180°相位角、最好是彼此相差90°+/-z×180°相位角，其中z是至少为1的整数。因此，来自一个传感器装置的信号可以被用来确定该信号与另一个传感器装置之间的偏差的相对相位。
在上面所提到的改进建议中，其涉及在至少一个周期性脉冲信号中的周期性偏差，可以基于一个倾伏角轨道、或者两个或更多个倾伏角轨道来实现，其中所述倾伏角轨道与第一和第二个传感器装置、或者与至少一个另外提供的传感器装置相关，可以以一定增量测量分辨能力进行增量测量。所述倾伏角轨道或至少一个用于该目的的倾伏角轨道可以根据本发明以有规律的时间间隔发生改变，以使得在至少一个周期性脉冲信号中出现周期性偏差。
相反，作为替代，建议至少一个倾伏角轨道被设计为具有所述倾伏角，而没有所述的附加倾伏角，并且提供至少一个附加的倾伏角轨道，其被设计为具有所述的附加倾伏角。根据这种改进建议，被设计为具有所述附加倾伏角的专用的附加倾伏角轨道被用于测量控制或测量参考的目的。
有利地，可以规定所述的附加倾伏角轨道通过一个或多个在任何情况下都提供的传感器装置进行检测，即，例如由第一传感器装置和/或第二传感器装置进行检测，这样就在相应的传感器脉冲信号中出现了偏差。另一种可能性是为相互作用的至少一个另外的传感器装置提供所述的附加倾伏角轨道，在所述的均匀相对移动期间/一种均匀相对移动期间，基于所述的附加倾伏角产生一个周期性的脉冲信号，其周期代表了所述附加倾伏角的周期。根据这一改进建议，另一个脉冲信号用作参考或控制。
如已经提到的，根据本发明的测量设备可采用线性位移编码器(传感器)或位置编码器(传感器)的形式，这种情况下，所述的倾伏角轨道或多个倾伏角轨道采用在两端之间延伸的一个倾伏角轨道或多个倾伏角轨道的形式。还已经提到，测量设备可采用旋转编码器(传感器)或角位置编码器(传感器)的形式，这种情况下，所述的倾伏角轨道或多个倾伏角轨道采用在圆周方向上延伸的一个倾伏角轨道或多个倾伏角轨道的形式，最好是形成一个闭环。
根据另一方面，本发明还提供了一种具有第一载荷组件和第二载荷组件的工业卡车，这些载荷组件能够为了实现搬运运动而彼此相对移动，为了检测在这两个载荷组件之间的相对移动，提供了根据本发明的测量设备，所述测量设备直接位于这两个载荷组件之间、或者位于和其中的一个载荷组件相关的驱动组件与工业卡车的一个参考组件之间，所述的驱动组件可能是驱动轴或传动组件。
需要考虑的主要在于形成所述倾伏角轨道或多个倾伏角轨道的一个线性传感器标尺被设置在一个载荷组件上(标尺载荷组件)，而被设计用来检测传感器标尺的传感器装置被设置在相应的另一个载荷组件上(传感器载荷组件)。
需要考虑的还在于一个载荷组件是起重桅杆或附加的起重设备的支架，而相应的另一个载荷组件是所述起重桅杆的吊运架、或者所述附加的起重设备的侧梁或铲车。这种情况下，可以规定所述支架是传感器载荷组件，而吊运架或者铲车或侧梁是标尺载荷组件。
下面参照附图中所示的示例性实施例对本发明进行更具体的说明，图中
图1的示意图显示了现有技术中具有两个传感器装置、并且在均匀相对运动期间由这些传感器装置产生信号的测量设备。
图2的示意图显示了根据本发明的具有两个传感器装置、并且在均匀相对运动期间由这些传感器装置产生信号的测量设备的一个例子。
图3的示意图显示了根据本发明的具有三个传感器装置、并且在均匀相对运动期间由这些传感器装置产生信号的测量设备的另一个例子。
图4用子4a)和图4b)显示了被设计为具有根据本发明的线性测量设备的工业卡车的起重桅杆。
如图1所示，一种常规的双通道增量传感器配备有两个传感器装置，例如相对于它们所产生的脉冲信号的相位有90°偏移的传感器轨道，所述传感器装置感测包含在倾伏角轨道中的固定的脉冲波形100。图1中所示的表示倾伏角轨道100的轨迹可以被概括为线性扩展的倾伏角轨道的图示，或者在圆周方向上扩展的倾伏角轨道的波形。传感器装置A和B所产生的信号A和信号B反映了倾伏角轨道以及介于倾伏角轨道和传感器装置之间的相对移动。图1所示的信号出现在均匀相对移动中，即方向不变的、具有恒定速度或角速度的运动。瞬时相对移动方向可从信号A和信号B之间的相对相位被检测出来。
根据图2中示意性说明的示例性实施例，倾伏角轨道的周期被改变，使得任何情况下在多个单个的脉冲输出区域102a和位于所述区域102a之间且不输出脉冲的区域104a之后，出现大于区域104a且不输出脉冲的区域106a。在这个范围内被“省略”的区域102a由虚线表示，并被标识为“丢失脉冲”。
满足较小周期和较大周期的倾伏角轨道由传感器装置A和B进行检测，并产生信号A和信号B，倾伏角式样可以从上述信号中再现出来。如图2所示，相对于沿着倾伏角轨道的不同传感器装置之间的常规相位偏移，提供了90°+180°、即270°的相位偏移，这样，一个信号中的“丢失脉冲”的中心位置的特征通过相应的另一个信号中的各个脉冲108a或110a的上升或下降沿表示出来，这样在“遗漏脉冲”的区域内仍可以检测到移动，并能够基于遗漏脉冲对致动移动的计数保持进行准确的重新校准。
由于以目标方式提供的遗漏脉冲(丢失脉冲)，可以检测到错误的脉冲计数保持。例如，如果丢失脉冲出现在给出正确的脉冲输出和脉冲检测的每19个脉冲之后，则评估软件或评估电子设备可以预计对于每个测量通道在19个计数脉冲之后出现遗漏脉冲。如果实际上这并没有出现，虽然没有检测到移动方向的反转，则表明在脉冲输出或脉冲方向上已经发生了故障。为了对脉冲评估进行重新校准，可以规定，即在仅有很小的偏差时，在一定范围内跟踪所检测到的脉冲的计数保持，从而跟踪致动位移或致动角方向检测，所述跟踪在丢失脉冲的基础上进行。至少在存在较大偏差的情况下，应该输出故障消息或故障信号以产生相应的响应，例如人工干预或使用绝对参考的校准。
根据图3中的示例性实施例，传感器装置A和B及其产生的信号A和B对应于图1所示的现有技术的解决方案。除传感器装置A和B之外还提供了另一个传感器装置C，这个另外的传感器装置与专用倾伏角轨道相互作用，输出信号C。如图3中的例子所示，倾伏角轨道被设计为具有区域114c，该区域在任何情况下都输出一个脉冲，并对应于倾伏角轨道100c的区域102c，但上述区域通过区域116c彼此间隔开来，所述区域116c在任何情况下都产生一个脉冲间隔时间，两个或多个区域102c以及两个或多个区域104c对应于倾伏角轨道104c。
图4a所示的起重桅杆在整体上用附图标记10来表示，并且包括固定在工业卡车的一个机架(未显示)上的合适位置处的支架12，以及被引导以便能在双箭头V方向上移动的吊运架14。
出于固定传感器单元的目的，固定结构16被设置在支架12的一个纵向末端上(图4a中为上面的纵向末端)，所述传感器单元在图4b中整体上用附图标记20来表示。传感器标尺22被设置在支架14上，背对着并面对着固定结构16。通过在双箭头V的方向上挤压以相等间距连续排列的凹陷来形成传感器分度22。在这种情况下，该传感器标尺是增量传感器标尺22。它可以是与支架14分离的传感器标尺，被粘附在支架14上或者与该支架集成在一起。
把凹陷挤压到吊运架14或支杆组件的侧面可以用非常简单的形式来实现，即通过使用在表面上沿着双箭头V的方向旋转的工具来实现。由硬化金属制造的凸块可在该工具的圆周上沿圆周方向分布放置，当所述工具在表面上旋转时，所述凸块挤压到吊运架14或支杆组件的材料中。该工艺对应于表面的卷边过程。
为了实现本发明的建议，所述工具可以被设计为沿着它在该表面上旋转的圆周，以一定角距离或仅仅在某个角位置上，凸块被省略或设计为在圆周方向上具有更大宽度，这样就以角间隔实现了对传感器标尺22的挤压模式的相应修改。例如，这些修改可采用传感器单元的脉冲中的“丢失脉冲”的形式。参照图2和以上所述的相关实施例。
传感器单元20包括两个传感器A和B，它们用来感测由传感器标尺22的凹陷和位于所述凹陷之间的突起所形成的倾伏角轨道，例如通过光学方式等非接触方式或者机械式接触方式来实现。来自传感器的检测信号经由数据线28A和28B传送到控制单元或计算机单元30，所述控制单元或计算机单元30在考虑由相位得到的方向信息的同时对脉冲进行计数，并参照信号中出现的脉冲间隔时间来检验计数结果。
传感器A和B以及传感器单元20可以用合适的方式相对于传感器标尺被引导，以便提供合适的检测精度。这里例如参照DE10314795A1，最好是参照申请人在2004年7月8日提交的德国专利申请No.102004033170.7。可从这些专利文献中得到的解决方案可以通过有利的方式根据本发明的建议加以改进。
权利要求
1.在考虑了移动方向的情况下用于对位置、致动位移(S)或致动角进行增量测量的测量设备，包括至少一个第一传感器装置(A)和至少一个第二传感器置(B)，这些传感器装置与至少一个能相对于所述传感器装置发生移动的倾伏角轨道(100a；100c)相互作用，从而一方面在所述传感器装置(A，B)之间发生相对移动期间、另一方面在所述传感器与所述倾伏角轨道(100a；100c)之间发生相对移动期间，产生彼此相差一个限定相位的脉冲信号，以连续脉冲来表示所述的相对移动，并且以相位来指示出移动方向，所述倾伏角轨道或至少一个倾伏角轨道被设计为具有表示确定增量测量分辨能力的移动增量的倾伏角，并在相对移动期间产生脉冲，其特征在于，所述倾伏角轨道或至少一个倾伏角轨道(100a；112c)被设计为具有一个附加倾伏角，这个附加倾伏角代表了比确定相对移动期间的增量测量分辨能力的移动增量更大的移动增量。
2.根据权利要求1的测量设备，其特征在于，在均匀的相对移动期间，第一传感器装置(A)和第二传感器装置(B)因倾伏角的缘故而产生了周期性的脉冲信号，该信号所具有的周期代表了倾伏角的周期。
3.根据权利要求2的测量设备，其特征在于，在均匀的相对移动期间出现了与代表倾伏角周期的周期之间的周期性偏差，由于所述的附加倾伏角，在至少一个周期性脉冲信号中，所述偏差所具有的周期代表了所述附加倾伏角的周期。
4.根据权利要求3的测量设备，其特征在于，相对于其周期代表了倾伏角周期的其余脉冲，一种不同的脉冲形状，可能是不同的脉冲高度或脉冲宽度，或者省略的脉冲形成了所述偏差。
5.根据权利要求3或4的测量设备，其特征在于，相对于其周期代表了倾伏角周期的脉冲之间的脉冲间隔时间，一个具有更大的脉冲间隔时间宽度的脉冲间隔时间形成了所述偏差。
6.根据权利要求5的测量设备，其特征在于，形成所述偏差的脉冲间隔时间包括脉冲位置，所述脉冲位置与其余脉冲一起满足了代表倾伏角周期的周期。
7.根据权利要求3至6中任一项的测量设备，其特征在于，基于其周期代表了倾伏角周期的脉冲的对应于360°相位角的间隔时间，第一传感器装置(A)和第二传感器装置(B)相对于所述倾伏角轨道(100a)如此设置，使得在均匀的相对运动期间，在第一传感器装置(A)的脉冲信号和第二传感器装置(B)的脉冲信号中的所述偏差彼此相差至少180°相位角，最好是彼此相差90°+/-z×180°相位角，其中z是至少为1的整数。
8.根据权利要求1或2的测量设备，其特征在于，至少一个倾伏角轨道(100c)被设计为具有所述倾伏角，而没有所述附加倾伏角，并且提供至少一个被设计为具有所述附加倾伏角的添加的倾伏角轨道(112c)。
9.根据权利要求8的测量设备，其特征在于，提供了至少一个与所述附加倾伏角轨道(112c)相互作用的附加传感器装置(c)，并且在所述均匀相对移动期间/一种均匀相对移动期间，基于所述附加倾伏角产生一个周期性的脉冲信号，该信号所具有的周期代表了所述附加倾伏角的周期。
10.根据权利要求1至9中任一项的测量设备，采用线性位移编码器的形式，这种情况下，所述的倾伏角轨道或多个倾伏角轨道是在两端之间延伸的倾伏角轨道或多个倾伏角轨道的形式。
11.根据权利要求1至9中任一项的测量设备，采用旋转编码器的形式，这种情况下，所述的倾伏角轨道或多个倾伏角轨道是在圆周方向上延伸的倾伏角轨道或多个倾伏角轨道的形式，最好是形成闭环。
12.具有第一载荷组件(12)和第二载荷组件(14)的工业卡车，所述载荷组件能够为了实现搬运运动而彼此相对移动，为了检测在这两个载荷组件(12，14)之间的相对移动，提供了根据以上权利要求中任一项所述的测量设备，所述测量设备直接位于两个载荷组件之间，或者位于和其中的一个载荷组件相关的驱动组件与工业卡车的参考组件之间，所述的驱动组件可能是驱动轴或传动组件。
13.根据权利要求12的工业卡车，其特征在于，形成所述倾伏角轨道或多个倾伏角轨道的一个线性传感器标尺(22)被设置在一个载荷组件(14)上(标尺载荷组件)，而被设计用来检测所述传感器标尺(22)的传感器装置(24)被设置在相应的另一个载荷组件(12)上(传感器载荷组件)。
14.根据权利要求12或13的测量设备，其特征在于，一个载荷组件(12)是起重桅杆(10)或附加起重设备的支架(12)，而相应的另一个载荷组件(14)是起重桅杆(10)的吊运架(14)或者附加起重设备的侧梁或铲车。
15.根据权利要求14的工业卡车，其特征在于，所述支架(12)是所述传感器载荷组件(12)，而所述吊运架(14)或铲车或侧梁是所述标尺载荷组件(14)。
全文摘要
在考虑了移动方向的情况下用于对位置、致动位移或致动角进行增量测量的测量设备，包括至少一个第一传感器装置(A)和至少一个第二传感器装置(B)，它们与至少一个能相对于所述传感器装置发生移动的倾伏角轨道(100a)相互作用，从而一方面在所述传感器装置之间发生相对移动期间、另一方面在所述传感器与所述倾伏角轨道之间发生相对移动期间，产生彼此相差一个限定相位的脉冲信号，以连续脉冲来表示所述的相对移动，并且以相位来指示出移动方向，所述或至少一个倾伏角轨道被设计为具有表示确定增量测量分辨能力的移动增量的倾伏角，并在相对移动期间产生脉冲，建议所述或至少一个倾伏角轨道(100a)被设计为具有一个附加倾伏角，该附加倾伏角代表了比确定相对移动期间的增量测量分辨能力的移动增量更大的移动增量。
文档编号G01D5/36GK1740750SQ20051009671
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月26日 优先权日2004年8月26日
发明者罗博特·哈默尔 申请人:容海因里希股份公司