專(zhuān)利名稱(chēng)：軸扭轉(zhuǎn)角和/或者軸扭矩檢測(cè)裝置以及運(yùn)行該裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸扭轉(zhuǎn)角和/或者軸扭矩檢測(cè)裝置以及運(yùn)行該裝置的方法。本發(fā)明也涉及用于運(yùn)行該裝置的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
專(zhuān)利DE19818799C2描述了一種軸旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置，該裝置包括一個(gè)磁柵尺以及一個(gè)對(duì)應(yīng)于磁柵尺的傳感器單元。磁柵尺具有兩個(gè)同軸安裝于旋轉(zhuǎn)軸上的磁性編碼環(huán)。其中一個(gè)環(huán)的半個(gè)圓周上的磁極數(shù)與另一個(gè)環(huán)的半個(gè)圓周上的磁極數(shù)互質(zhì)。其中一個(gè)環(huán)的極數(shù)為奇數(shù)。傳感器裝置包括兩個(gè)磁阻傳感器，這兩個(gè)磁阻傳感器可檢測(cè)兩個(gè)環(huán)的磁場(chǎng)，并且包括另一個(gè)霍爾傳感器形式的傳感器，該傳感器可檢測(cè)極數(shù)為奇數(shù)的環(huán)的磁場(chǎng)。DE1993^65A1公開(kāi)說(shuō)明書(shū)中描述了一種位置測(cè)量裝置，可將其用來(lái)檢測(cè)軸上出現(xiàn)的扭矩。光學(xué)傳感器包括一個(gè)刻度單元，具有布置在軸的圓周方向的第一和第二刻度構(gòu)成的第一雙刻度。這兩個(gè)刻度疊加就會(huì)產(chǎn)生可以檢測(cè)出來(lái)的隨扭矩變化的莫爾條紋。光學(xué)傳感器檢測(cè)莫爾條紋的一部分區(qū)域，在分析單元中將其轉(zhuǎn)變成莫爾條紋的周期圖像，將該圖像對(duì)應(yīng)于軸靜止?fàn)顟B(tài)下的扭矩零點(diǎn)。DE602012^TT2專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)中描述了一種電容式測(cè)量裝置，可將其用來(lái)檢測(cè)分為兩半用扭力桿相連的軸上出現(xiàn)的扭矩。安裝有一個(gè)具有若干輻條并且與第一半軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的介質(zhì)圓盤(pán)，此外還安裝有一個(gè)具有開(kāi)口的第一和第二導(dǎo)體圓盤(pán)構(gòu)成的圓盤(pán)副，該圓盤(pán)副呈轉(zhuǎn)籠狀包圍介質(zhì)圓盤(pán)，并且與第一半軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)籠與所施加的軸扭矩成比例遮蓋介質(zhì)圓盤(pán)的部分輻條。此外還有一對(duì)同心的電容器極板環(huán)，這些包圍第一半軸的極板環(huán)均布置在具有開(kāi)口的第一導(dǎo)體圓盤(pán)之中。此外還有一個(gè)對(duì)置的電容器極板，該極板包圍第二半軸， 并且布置在具有開(kāi)口的導(dǎo)體圓盤(pán)旁邊。還有用來(lái)比較同心環(huán)與對(duì)置電容器極板之間電容的電橋裝置，用以最終確定軸上出現(xiàn)的扭矩。DE69732355T2專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)中描述了一種將扭矩傳感器安裝在電機(jī)或者減速器中的方法，將該傳感器基本上與旋轉(zhuǎn)軸同心安裝。扭矩傳感器由至少一個(gè)固定線(xiàn)圈構(gòu)成，并且具有至少一個(gè)配有導(dǎo)電材料構(gòu)成的平行跡線(xiàn)的區(qū)域。將旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)成具有凹槽的曲軸，將所述區(qū)域布置在測(cè)量面的包絡(luò)面上，所述測(cè)量面固定在凹槽之中，并且被固定線(xiàn)圈包圍。所述裝置的特征在于，測(cè)量軸和凹槽各自有一個(gè)開(kāi)口，并且共同容納一個(gè)穿過(guò)這些開(kāi)口的螺栓或螺釘，用以固定或鎖定凹槽和測(cè)量軸。DE102007023537A1公開(kāi)說(shuō)明書(shū)中描述了一種用于測(cè)量伸長(zhǎng)率、尤其也適合用于測(cè)量扭矩的裝置。用于輸入或輸出扭矩信號(hào)的接線(xiàn)端子均通過(guò)具有測(cè)量值變送器的應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)相互連接。該裝置被設(shè)計(jì)成劃分為若干扇形段的環(huán)形法蘭形式，這些扇形段均通過(guò)應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)相互連接。EP1315954B1公開(kāi)了一種利用相碼道和連接在軸之間的扭力桿檢測(cè)分半軸上的角度差的方法，軸每旋轉(zhuǎn)一圈，即可利用相應(yīng)的光學(xué)傳感器和分析單元獲得多含義的相位信號(hào)。所述方法的特征在于，將至少兩個(gè)相位信號(hào)加權(quán)累加成一個(gè)信號(hào)，從該信號(hào)生成一個(gè)非整數(shù)分量，該分量與角度差成正比，將角度差與扭力桿的彈性系數(shù)相乘，即可確定軸上的扭矩。關(guān)于本專(zhuān)利申請(qǐng)中所使用的感應(yīng)式傳感器的說(shuō)明，可訪(fǎng)問(wèn)申請(qǐng)人指示的網(wǎng)址 http://www. balluff. com。感應(yīng)式傳感器可在特定工作范圍內(nèi)提供與傳送器的距離成比例的模擬信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，闡述一種能夠可靠檢測(cè)軸扭轉(zhuǎn)角和/或者軸上出現(xiàn)的扭矩的裝置以及運(yùn)行該裝置的不同方法，尤其能在嚴(yán)酷環(huán)境條件下，例如減速器中出現(xiàn)的環(huán)境條件下進(jìn)行可靠檢測(cè)。采用相關(guān)獨(dú)立權(quán)利要求中所述的特征，即可解決這一任務(wù)。本發(fā)明所述軸扭矩檢測(cè)裝置的特征在于將軸對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)第一傳送器，該傳送器影響至少一個(gè)線(xiàn)圈參數(shù)；有用至少一個(gè)第一感應(yīng)式傳感器對(duì)第傳送器進(jìn)行掃描；將至少一個(gè)第一傳送器對(duì)應(yīng)于軸的至少一部分圓周；至少一個(gè)第一傳送器具有至少一個(gè)碼道， 軸每旋轉(zhuǎn)一圈至少有一個(gè)周期，并且至少一個(gè)第一感應(yīng)式傳感器提供反映至少在該周期之內(nèi)軸旋轉(zhuǎn)角大小的傳感器信號(hào)；有一個(gè)同樣與軸的至少一部分圓周相對(duì)應(yīng)并且同樣影響至少一個(gè)線(xiàn)圈參數(shù)的第二傳送器與第傳送器相隔設(shè)定的距離；有至少一個(gè)感應(yīng)式傳感器對(duì)至少一個(gè)第二傳送器進(jìn)行掃描；至少一個(gè)第二傳送器同樣具有至少一個(gè)碼道，軸每旋轉(zhuǎn)一圈至少有一個(gè)周期，并且第二感應(yīng)式傳感器同樣也提供至少在該周期之內(nèi)反映軸旋轉(zhuǎn)角大小的傳感器信號(hào)；并且有一個(gè)求差裝置，其得出并且提供軸扭轉(zhuǎn)角作為感應(yīng)式傳感器檢測(cè)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角的角度差。本發(fā)明所述的軸扭轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置可以連續(xù)檢測(cè)扭轉(zhuǎn)角。本發(fā)明所述的裝置即使在特別惡劣的環(huán)境條件下也具有很高的可靠性。傳送器以及傳感器的臟污均不會(huì)影響精度。 本發(fā)明所述的裝置具有緊湊的結(jié)構(gòu)，并且基本上無(wú)需影響軸的結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)。設(shè)置一個(gè)求差裝置，其得出并且提供感應(yīng)式傳感器檢測(cè)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角之差。角度差相當(dāng)于作用于軸上的扭矩所引起的軸扭轉(zhuǎn)角。因此本發(fā)明所述的裝置可以確定扭矩大由于成本比較小，因此本發(fā)明所述的軸扭轉(zhuǎn)角和/或者出現(xiàn)在軸上的扭矩檢測(cè)裝置特別適合于批量生產(chǎn)。相關(guān)從屬權(quán)利要求所述均為本發(fā)明所述裝置的有益改進(jìn)實(shí)施方式和實(shí)施方式。按照一種有益的實(shí)施方式所述，第一和/或者第二傳送器的至少一個(gè)碼道僅包含唯一一個(gè)周期，所述碼道在軸的縱向以設(shè)定的螺距呈螺旋形，例如螺線(xiàn)形，至少部分包繞在軸。這種方式的好處在于，軸旋轉(zhuǎn)角與傳感器信號(hào)之間始終存在唯一性關(guān)系。按照這種實(shí)施方式的一種改進(jìn)實(shí)施方式所述，螺旋，例如螺線(xiàn)的螺距在軸的縱向至少近似于不變。這樣就在軸旋轉(zhuǎn)角與傳感器信號(hào)之間實(shí)現(xiàn)至少近似線(xiàn)性的關(guān)系。按照這種實(shí)施方式的另一種改進(jìn)實(shí)施方式所述，適當(dāng)確定螺距，使得至少一個(gè)螺旋至少一次完整圍繞軸延伸。這樣就能唯一性檢測(cè)0° 360°范圍中的扭轉(zhuǎn)角。按照另一種實(shí)施方式所述，第一和/或者第二傳送器的至少一個(gè)碼道僅包含一個(gè)周期，所述碼道在軸的縱向以設(shè)定的螺距呈橢圓形至少部分包繞軸。至少一個(gè)碼道優(yōu)選將軸完全包圍，從而形成一個(gè)封閉的橢圓形。這樣就能在0° 180°或者180° 360°范圍中唯一性檢測(cè)扭轉(zhuǎn)角。按照一種實(shí)施方式所述，將碼道設(shè)計(jì)成軸中的槽。但優(yōu)選也可以將碼道設(shè)計(jì)成軸上的接片，這樣就能在事后將接片作為單獨(dú)的零件，例如作為條帶安裝到軸上。采用這種實(shí)施方式除了能進(jìn)行改裝的優(yōu)點(diǎn)之外，還有使得軸的結(jié)構(gòu)保持不變的優(yōu)點(diǎn)。按照另一種實(shí)施方式所述，將兩個(gè)碼道傳感器對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)碼道。傳送器的這兩個(gè)碼道傳感器優(yōu)選關(guān)于軸的圓周以至少近似于90°的角度錯(cuò)開(kāi)布置，這樣就能對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行可信度檢查，或者例如求平均值。按照一種改進(jìn)實(shí)施方式所述，第一傳送器的碼道對(duì)應(yīng)于軸的縱向相對(duì)于第二傳送器的碼道鏡像對(duì)稱(chēng)包繞，這樣可以抑制或補(bǔ)償同相干擾(Gleichtaktst0rungen)。按照另一種實(shí)施方式所述，第一和/或者第二傳送器的碼道沒(méi)有螺距且僅僅在軸的圓周方向延伸。傳送器可以將軸完全包繞，或者僅僅對(duì)應(yīng)于軸的一部分圓周。按照這種實(shí)施方式的改進(jìn)實(shí)施方式所述，將第一和/或者第二傳送器的至少一個(gè)碼道的周期設(shè)計(jì)成具有調(diào)制寬度和/或者高度的接片或者槽。此外還可以將第一和/或者第二傳送器的至少一個(gè)碼道的周期設(shè)計(jì)成具有正弦調(diào)制寬度的接片，或者設(shè)計(jì)成具有至少部分正弦調(diào)制寬度的接片，或者設(shè)計(jì)成凸臺(tái)或凹槽。按照這種改進(jìn)實(shí)施方式的一種實(shí)施方式所述，至少一個(gè)傳送器的至少一個(gè)碼道包含許多重復(fù)的周期。采用這種實(shí)施方式可以大大提高對(duì)應(yīng)于軸圓周的傳感器信號(hào)分辨率， 在重復(fù)的周期其中之一之內(nèi)唯一性檢測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)角。按照這種實(shí)施方式的另一種改進(jìn)實(shí)施方式所述，將第一和第二感應(yīng)式碼道傳感器對(duì)應(yīng)于一個(gè)碼道，相對(duì)于該碼道的周期將其適當(dāng)定位，使得其中一個(gè)感應(yīng)式碼道傳感器相對(duì)于另外的感應(yīng)式碼道傳感器提供相位移至少近似于90°的傳感器信號(hào)。采用本發(fā)明所述用來(lái)運(yùn)行這種裝置的方法，可以通過(guò)將兩個(gè)信號(hào)相除，從而消除同相干擾對(duì)兩個(gè)傳感器的信號(hào)高度的影響。然后可以用反正切函數(shù)得出一個(gè)周期之內(nèi)的軸旋轉(zhuǎn)角大小。按照這種實(shí)施方式的一種特別有益的改進(jìn)實(shí)施方式所述，碼道具有多次重復(fù)的周期，至少一個(gè)傳送器包含另一個(gè)直接相鄰的碼道。第一碼道具有設(shè)定數(shù)量大于一的重復(fù)周期。第二碼道同樣也具有設(shè)定數(shù)量的重復(fù)周期，但是其數(shù)量與第一碼道的周期數(shù)相差一或多倍。采用該實(shí)施方式可消除對(duì)應(yīng)于軸圓周的由多個(gè)周期引起的多義性。通過(guò)對(duì)表示每一對(duì)周期特性的兩個(gè)周期之間的角度差進(jìn)行分析，即可在得出軸旋轉(zhuǎn)角時(shí)得到唯一結(jié)果。這樣就能識(shí)別用來(lái)檢測(cè)角度的一碼道的主要周期，并且確立唯一性。即使采用以上所述的這種實(shí)施方式，也優(yōu)選將第一和第二感應(yīng)式碼道傳感器對(duì)應(yīng)于每一個(gè)直接相鄰的碼道，分別對(duì)應(yīng)于其碼道的周期對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)定位，使得其中一個(gè)感應(yīng)式碼道傳感器關(guān)于另外的感應(yīng)式碼道傳感器提供相位移至少近似于90°的碼道傳感器信號(hào)。這里也可優(yōu)選采用本發(fā)明所述用來(lái)運(yùn)行這種裝置的方法，通過(guò)將兩個(gè)信號(hào)相除， 從而消除同相干擾對(duì)兩個(gè)傳感器的信號(hào)高度的影響。然后也可以用反正切函數(shù)得出一個(gè)周期之內(nèi)的軸旋轉(zhuǎn)角大小。本發(fā)明所述用來(lái)運(yùn)行該裝置的主要方法可以確定扭轉(zhuǎn)角度差，該扭轉(zhuǎn)角度差相當(dāng)于與兩個(gè)傳送器的距離有關(guān)的軸扭轉(zhuǎn)角?？赡艹霈F(xiàn)的扭轉(zhuǎn)角相應(yīng)于作用在軸上的扭矩。即使在特別嚴(yán)酷的環(huán)境條件下，采用本發(fā)明所述的裝置也能十分可靠地檢測(cè)軸的扭矩。正因?yàn)槿绱?，?yōu)選將本發(fā)明所述的扭轉(zhuǎn)角或者作用在軸上的軸扭矩的由此得出的大小的檢測(cè)裝置用于例如可能會(huì)遭受氣候和/或者大機(jī)械負(fù)荷影響的大型減速器之中。相對(duì)于磁性傳送器的好處在于，例如金屬屑不會(huì)附著在傳送器上，并且傳送器經(jīng)久耐用，因?yàn)椴挥猛舜拧４送膺€采用一種本發(fā)明所述用于運(yùn)行軸扭轉(zhuǎn)角和/或者作用于軸上的扭矩的檢測(cè)裝置的計(jì)算機(jī)程序。當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在信號(hào)處理裝置的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行時(shí)，即可執(zhí)行算出軸扭轉(zhuǎn)角和/或者軸扭矩所需的所有步驟。本發(fā)明的實(shí)施例如附圖所示，在以下說(shuō)明書(shū)中對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)解釋。


附圖1所示的軸對(duì)應(yīng)于一個(gè)傳送器，由一個(gè)傳感器對(duì)傳送器進(jìn)行掃描，附圖2所示為軸旋轉(zhuǎn)角與傳感器輸出信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系，附圖3所示的軸對(duì)應(yīng)于一個(gè)傳送器，同樣由一個(gè)傳感器對(duì)傳送器進(jìn)行掃描，附圖4所示為軸旋轉(zhuǎn)角與附圖3中所示傳感器的輸出信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系，附圖5所示的軸對(duì)應(yīng)于一個(gè)傳送器，由兩個(gè)傳感器對(duì)傳送器進(jìn)行掃描，附圖6所示為軸旋轉(zhuǎn)角與附圖5中所示傳感器的輸出信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系，附圖7所示的軸上出現(xiàn)的扭矩使得軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)，附圖8所示的軸對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相對(duì)于軸縱向相隔設(shè)定距離錯(cuò)開(kāi)的傳送器，分別由一個(gè)傳感器對(duì)這些傳送器進(jìn)行掃描，附圖9所示的軸同樣也對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相對(duì)于軸縱向相隔設(shè)定距離錯(cuò)開(kāi)的傳送器，分別由一個(gè)傳感器對(duì)這些傳送器進(jìn)行掃描，傳送器的碼道采用了另一種實(shí)施方式，附圖10所示的軸同樣也對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相對(duì)于軸縱向相隔設(shè)定距離錯(cuò)開(kāi)的傳送器， 分別由兩個(gè)傳感器對(duì)這些傳送器進(jìn)行掃描，附圖11所示的軸同樣也對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相對(duì)于軸縱向相隔設(shè)定距離錯(cuò)開(kāi)的傳送器， 分別由兩個(gè)傳感器對(duì)這些傳送器進(jìn)行掃描，傳送器的碼道采用了另一種實(shí)施方式，附圖12所示為信號(hào)處理裝置的電路框圖，附圖13所示的軸對(duì)應(yīng)于一個(gè)傳送器，由兩個(gè)碼道傳感器對(duì)傳送器進(jìn)行掃描，附圖14所示為傳送器碼道的一種實(shí)施例，附圖15所示為傳送器碼道的另一種實(shí)施例，附圖16所示為傳送器碼道的另一種實(shí)施例，附圖17所示為傳送器碼道的替代實(shí)施例，附圖18所示為具有兩個(gè)碼道的傳送器的實(shí)施例，分別由兩個(gè)碼道傳感器對(duì)這些碼道進(jìn)行掃描，以及附圖19所示的軸對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相對(duì)于軸縱向相隔設(shè)定距離錯(cuò)開(kāi)的、各自有兩個(gè)碼道的傳送器，分別由兩個(gè)碼道傳感器對(duì)這些碼道進(jìn)行掃描。
具體實(shí)施例方式
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附圖1所示的軸10或者軸10的至少一部分對(duì)應(yīng)于一個(gè)傳送器G1，由一個(gè)位移傳感器Sl對(duì)傳送器進(jìn)行掃描，以下將該位移傳感器稱(chēng)作位移傳感器Si。傳送器Gl具有一個(gè)碼道18，該碼道在軸10的圓周方向12優(yōu)選呈螺旋形包繞軸10，在附圖所示的實(shí)施例中，傳送器Gl將其完全包繞。包繞部分也可以?xún)H僅在軸10的一部分圓周范圍內(nèi)延伸。因此軸10 每旋轉(zhuǎn)一圈，碼道18具有至少一個(gè)周期，在附圖所示的實(shí)施例中正好示出一個(gè)周期。因此在附圖所示的實(shí)施例中沒(méi)有周期重復(fù)。傳送器Gl以一定的螺距h在軸10的縱向14延伸。傳送器Gl經(jīng)過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)，使其影響至少一個(gè)線(xiàn)圈參數(shù)。這意味著例如當(dāng)用申請(qǐng)人在開(kāi)頭所述的感應(yīng)式傳感器對(duì)傳送器Gl進(jìn)行掃描時(shí)，傳送器Gl影響一種電氣參數(shù)，例如振蕩電路的質(zhì)量。對(duì)傳送器Gl進(jìn)行掃描的位移傳感器Sl相應(yīng)地是一種感應(yīng)式傳感器，其傳感器信號(hào)SWl位置敏感地反映了與位移傳感器Sl靠得最近的傳送器Gl的這部分碼道18。由于傳送器Gl的碼道對(duì)應(yīng)于螺距h之內(nèi)的一位置，因此傳感器信號(hào)SWl反映軸10 的旋轉(zhuǎn)角Wl的大小。旋轉(zhuǎn)角Wl同樣也可表示為軸10相對(duì)于軸10的圓周方向12的位置。 但以下僅討論軸10的旋轉(zhuǎn)角wl?？梢詫魉推鱃l的碼道設(shè)計(jì)成軸10中的槽，但優(yōu)選也可設(shè)計(jì)成接片，這樣就不需要改變軸10的結(jié)構(gòu)，可以事后將接片安裝到軸10上。將傳感器信號(hào)SWl提供給信號(hào)處理裝置16，該信號(hào)處理裝置將通常模擬傳感器信號(hào)SWl轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?hào)AW，該輸出信號(hào)至少表示軸10的旋轉(zhuǎn)角Wl的大小。旋轉(zhuǎn)角Wl (單位度)與傳感器信號(hào)SWl (單位伏特，位移或者偏移量的函數(shù))和傳送器Gl的包角(例如360° )的乘積成正比，與螺距h(螺旋螺距，單位毫米)和傳感器信號(hào)SWl的斜率b(單位V/mm)的乘積成反比。
η SWi 360。 η、
w\ =——- (1)
h*b 2π附圖2所示為軸10的旋轉(zhuǎn)角wl與傳感器信號(hào)SWl之間的函數(shù)關(guān)系。傳送器Gl的附圖1所示的螺旋形碼道18可使得輸出信號(hào)AW與旋轉(zhuǎn)角wl之間的關(guān)系至少近似于線(xiàn)性，因此在該實(shí)施例中，傳感器信號(hào)SWl的確定值唯一對(duì)應(yīng)于軸10的每一個(gè)角度wl。在附圖所示的實(shí)施例中，位移傳感器Sl的傳感器信號(hào)SWl的電壓應(yīng)在OV IOV 之間，可以在螺距h內(nèi)將其唯一對(duì)應(yīng)于傳送器Gl的碼道的某一個(gè)位置，從而也唯一對(duì)應(yīng)于軸10的確定旋轉(zhuǎn)角wl。在旋轉(zhuǎn)角達(dá)到360°之后，傳感器信號(hào)SWl就會(huì)返回到零。傳送器Gl的碼道18的附圖1所示的螺旋形可在軸10的一部分或者最多整個(gè)圓周范圍內(nèi)使得傳送器Gl的輸出信號(hào)AW與軸10的旋轉(zhuǎn)角wl之間存在線(xiàn)性關(guān)系，替代螺旋形也可以代之以采用附圖3所示的橢圓形傳送器Gl碼道18?？扇绱嗽O(shè)想橢圓形的產(chǎn)生，在圓周方向12從圍繞軸10的某一個(gè)圓開(kāi)始，將該圓固定在軸10的某一個(gè)位置上，然后以設(shè)定的螺距h沿著軸10的縱向14移動(dòng)該圓的180°對(duì)面部分，即可產(chǎn)生橢圓形狀。附圖3所示的橢圓形傳送器Gl碼道18可使得傳感器信號(hào)SWl與軸10的旋轉(zhuǎn)角 wl之間產(chǎn)生附圖4所示的正弦或者余弦關(guān)系，每旋轉(zhuǎn)半圈0° 180°或者180° 360°， 傳感器信號(hào)SWl與旋轉(zhuǎn)角wl之間就會(huì)存在唯一性對(duì)應(yīng)關(guān)系。計(jì)算式為
權(quán)利要求
1.用于檢測(cè)軸(10)的扭轉(zhuǎn)角(dw)和/或者軸(10)上出現(xiàn)的扭矩(Md)的裝置，其特征在于將至少一個(gè)第一傳送器(Gl)對(duì)應(yīng)于軸(10)，該傳送器可影響至少一個(gè)線(xiàn)圈參數(shù)， 設(shè)置至少一個(gè)第一感應(yīng)式傳感器(Si，Slsin，Slcos, Slasin, Slacos, Slbsin, Slbcos)用于對(duì)第一傳送器(Gl)進(jìn)行掃描，將所述至少一個(gè)第一傳送器(Gl)對(duì)應(yīng)于軸(10)的至少一部分圓周；所述至少一個(gè)第一傳送器(Gl)具有至少一個(gè)碼道(18，18a, 18b)，軸(10)每旋轉(zhuǎn)一圈， 則該碼道具有至少一個(gè)周期(32，32a, 32b，32_la, 32_lb)，并且所述至少一個(gè)第一感應(yīng)式傳感器(Si, Slsin, Slcos, Slasin, Slacos, Slbsin, Slbcos) 提供傳感器信號(hào)(SWl，Sfflsin, Sfflcos, Sfflasin, Sfflacos, Sfflbsin, SWlbcos)，該傳感器信號(hào)至少反映在周期(32，32a，32b，32_la，32_lb)之內(nèi)的軸(10)的旋轉(zhuǎn)角(wl)的大小；以與第一傳送器(Gl)相隔地設(shè)定的距離(L)設(shè)置同樣也是對(duì)應(yīng)于軸(10)的至少一部分圓周的第二傳送器(G2)，該傳送器同樣也會(huì)影響至少一個(gè)線(xiàn)圈參數(shù)；設(shè)置至少一個(gè)感應(yīng)式傳感器(S2，S2sin，S2cos，S2asin，S2acos，S2bsin，S2bcos)用于對(duì)所述至少一個(gè)第二傳送器(G2)進(jìn)行掃描；所述至少一個(gè)第二傳送器(G2)同樣也具有至少一個(gè)碼道(19，19a，19b)，軸(10)每旋轉(zhuǎn)一圈，則該碼道具有至少一個(gè)周期(32_h，32_2b)；第二感應(yīng)式傳感器(S2，S2sin，S2cos，S2asin，S2acos，S2bsin，S2bcos)同樣也提供傳感器信號(hào)(SW2，SW2sin, SW2cos, SW2asin, SW2acos, SW2bsin, SW2bcos)，該傳感器信號(hào)至少反映在周期(32_2a,32_2b)之內(nèi)的軸(10)的旋轉(zhuǎn)角(w2)的大小，并且設(shè)置求差裝置(22)，該求差裝置計(jì)算并且提供軸(10)的扭轉(zhuǎn)角(dw)作為感應(yīng)式傳感器(Si, Slsin, Slcos, Slasin, Slacos, Slbsin, Slbcos, S2sin, S2cos, S2asin, S2acos, S2bsin, S2bcos)所檢測(cè)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角(wl，w2)的角度差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一和/或者第二傳送器(Gl，G2)的所述至少一個(gè)碼道(18，19)僅包含唯一一個(gè)周期，碼道(18，19)以設(shè)定的螺距(h)在軸(10) 的縱向(14)呈螺旋形至少部分包繞軸(10)，從而在軸(10)的旋轉(zhuǎn)角(wl，w2)與傳感器信號(hào)(SWl，Sfflsin, Sfflcos, Sff2, SW2sin, SW2cos)之間始終給出唯一性關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，螺旋的螺距(h)在軸(10)的縱向(14)上至少近似于不變，從而至少近似地在軸(10)的旋轉(zhuǎn)角(wl，w2)與傳感器信號(hào)(SWl，SWlsin， Sfflcos, Sff2, SW2sin, SW2cos)之間給出線(xiàn)性的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，確定螺距(h)，使得所述至少一個(gè)碼道 (18，19)至少有一次完全圍繞軸(10)延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一和/或者第二傳送器(Gl，G2)的所述至少一個(gè)碼道(18，19)僅包含一個(gè)周期，碼道(18，19)以設(shè)定的螺距(h)在軸(10)的縱向(14)上呈橢圓形至少部分包繞軸(10)，從而在軸(10)的旋轉(zhuǎn)角(wl，w2)與傳感器信號(hào) (Sffl, Sfflsin, Sfflcos, Sff2, SW2sin, SW2cos)之間給出僅部分唯一性關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)碼道(18，19)將軸(10)完全包圍，從而存在封閉的橢圓形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求2 6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，將碼道(18，19)設(shè)計(jì)成軸 (10)中的槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求2 6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，將碼道(18，19)設(shè)計(jì)成軸 (10)上的接片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，將所述接片設(shè)計(jì)成用于事后安置到軸 (10)上的獨(dú)立零件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，兩個(gè)傳感器(Slsin，Slcos,S2sin, S2cos, Slasin, Slacos, Slbsin, Slbcos, S2asin, S2acos, S2bsin, S2bcos)被配屬給至少一個(gè)碼道(18，18a, 18b, 19，19a, 19b)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，傳送器(G1，G2)的兩個(gè)傳感器(Slsin， Slcos ；S2sin，S2cos ；Slasin, Slacos ；Slbsin, Slbcos, S2asin，S2acos ；S2bsin，S2bcos) 相對(duì)于軸( ο)的圓周方向(12)以至少近似于90°的角度錯(cuò)開(kāi)布置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一傳送器(Gl)的碼道(18，18a，18b) 關(guān)于軸(10)的縱向(14)相對(duì)于在第二傳送器(G2)的碼道(19，19a，19b)以鏡像對(duì)稱(chēng)形式包繞。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，第一和/或者第二傳送器(Gl，G2)的碼道(18，18a, 18b ；19,19a, 19b)僅在軸(10)的圓周方向(12)上沒(méi)有螺距(h)地延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，將第一和/或者第二傳送器(G1，G2)的所述至少一個(gè)碼道(18,18a, 18b ；19,19a, 19b)的周期(32，32a，32b，32_la，32_lb，32_2a， 32_2b)設(shè)計(jì)成具有調(diào)制的寬度和/或者高度的接片或者槽。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，將第一和/或者第二傳送器(G1，G2)的所述至少一個(gè)碼道(18,18a, 18b ；19,19a, 19b)的周期(32，32a，32b，32_la，32_lb，32_2a， 32_2b)設(shè)計(jì)成具有正弦形調(diào)制的寬度的接片。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，將第一和/或者第二傳送器(G1，G2)的所述至少一個(gè)碼道(18,18a, 18b ；19,19a, 19b)的周期(32，32a，32b，32_la，32_lb，32_2a， 32_2b)設(shè)計(jì)成具有至少部分正弦形調(diào)制的寬度的接片。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，將第一和/或者第二傳送器(G1，G2)的所述至少一個(gè)碼道(18,18a, 18b ；19,19a, 19b)的周期(32，32a，32b，32_la，32_lb，32_2a， 32_2b)設(shè)計(jì)成凸塊。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，將第一和/或者第二傳送器(G1，G2)的所述至少一個(gè)碼道(18,18a, 18b ；19,19a, 19b)的周期(32，32a，32b，32_la，32_lb，32_2a， 32_2b)設(shè)計(jì)成凹槽。
19.根據(jù)權(quán)利要求13 18中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，第一和/或者第二傳送器(Gl，G2)的所述至少一個(gè)碼道(18，18a，18b ；19,19a, 19b)包含多個(gè)重復(fù)的周期(32， 32a,32b,32_la,32_lb,32_2a,32_2b)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，將第一和第二感應(yīng)式傳感器(Slsin， Slcos, Slasin, Slacos, Slbsin, Slbcos, S2asin, S2acos, S2bsin, S2bcos)對(duì)應(yīng)于石馬道(18，18a，18b ;19，19a，19b)，相對(duì)于碼道(18，18a，18b ； 19，19a，19b)的周期(32,32a, 32b，32_la，32_lb，32_2a，32_2b)定位這些傳感器，使得其中一個(gè)感應(yīng)式傳感器(S Isin, S lasin, S lbsin, S2asin, S2bsin)相對(duì)于另一個(gè)感應(yīng)式傳感器(Slcos, Slacos, Slbcos, S2acos, S2bcos)提供相位移至少近似于90 °的傳感器信號(hào)(SWlsin，Sfflcos, Sfflasin,Sfflacos, Sfflbsin, Sfflbcos, SW2asin, SW2acos, SW2bsin, SW2bcos)。
21.權(quán)利要求20所述裝置的運(yùn)行方法，其特征在于，將第一和第二感應(yīng)式傳感器 (Slsin, Slcos, Slasin, Slacos, Slbsin, Slbcos, S2asin, S2acos, S2bsin, S2bcos)提供的相位移至少近似于90°的傳感器信號(hào)(SWlsin，Sfflcos, Sfflasin, Sfflacos, Sfflbsin, Sfflbcos, SW2asin, SW2acos, SW2bsin, SW2bcos)相除，由反正切函數(shù)得出周期(32，32a， 32b，32_la，32_lb，32_2a，32_2b)之內(nèi)的軸(10)的旋轉(zhuǎn)角大小。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，第一和/或者第二傳送器(G1，G》包括兩個(gè)直接相鄰的碼道(18a, 18b ； 19a，19b)，第一碼道(18a； 19a)具有設(shè)定的數(shù)量(N)大于一的重復(fù)周期(3 ，32_la，32_h)，第二碼道(18b ； 19b)同樣具有設(shè)定數(shù)量(M)的重復(fù)周期(32b，32_lb，32_2b)，但是其數(shù)量(M)與第一碼道(18a ； 19a)的周期(32a, 32_la, 32_2a) 的數(shù)量(N)至少相差一。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，將第一和第二反應(yīng)式傳感器(Slasin， Slacos, Slbsin, Slbcos, S2asin, S2acos, S2bsin, S2bcos)對(duì)應(yīng)于每一個(gè)直接相鄰布置的碼道(18a, 18b ； 19a，19b)，相對(duì)于其碼道(18a，18b ； 19a，19b)的周期(32a, 32b, 32_la, 32_lb，32_2a，32_2b)分別定位這些傳感器，使得所述一個(gè)感應(yīng)式傳感器(Slasin，Slbsin, S2asin, S2bsin)相對(duì)于所述另一個(gè)感應(yīng)式傳感器(Slacos, Slbcos, S2acos, S2bcos)提供相位移至少近似于90°的傳感器信號(hào)(SWlasin，Sfflacos, Sfflbsin, Sfflbcos, SW2asin, SW2acos, SW2bsin, SW2bcos)。
24.權(quán)利要求23所述裝置的運(yùn)行方法，其特征在于，首先根據(jù)對(duì)應(yīng)于傳送器(G1，G2)的第一碼道(18a，19a)的兩個(gè)感應(yīng)式傳感器(Slasin，Slacos，S2asin，Shcos)的傳感器信號(hào) (Sfflasin, Sfflacos, SW2asin, SW2acos)確定唯——個(gè)周期(32a，32_la，32_2a)之內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角，再根據(jù)對(duì)應(yīng)于直接相鄰的第二碼道(18b，19b)的兩個(gè)傳感器(Slbsin，Slbcos，S2bsin， S2bcos)的傳感器信號(hào)(SWlbsin，SWlbcos，SW2bsin，SW2bcos)確定第二碼道(18b, 19b)的唯一一個(gè)周期(32b，32_lb，32_2b)之內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角，然后根據(jù)得出的角度差唯一性識(shí)別一設(shè)定碼道(18a, 18b, 19a, 19b)的多個(gè)重復(fù)周期(32a, 32b, 32_la, 32_lb, 32_2a, 32_2b)的其中一個(gè)相關(guān)周期(32a, 32b, 32_la, 32_lb, 32_2a, 32_2b)。
25.權(quán)利要求1所述裝置的運(yùn)行方法，其特征在于，將扭轉(zhuǎn)角(dw)作為軸(10)上出現(xiàn)的扭矩(Md)的大小進(jìn)行分析。
26.將權(quán)利要求1 23中任一項(xiàng)所述的裝置用于減速器的軸(10)上。
27.用于運(yùn)行軸(10)扭轉(zhuǎn)角(dw)檢測(cè)裝置的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在信號(hào)處理裝置(16，20)的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行時(shí)，可執(zhí)行權(quán)利要求20、23或M中任一項(xiàng)所述方法的所有步驟來(lái)算出軸(10)的旋轉(zhuǎn)角(wl，w2)和/或者軸(10)上出現(xiàn)的扭矩(Md)。
全文摘要
推薦軸扭轉(zhuǎn)角和/或扭矩檢測(cè)裝置以及其運(yùn)行方法。軸對(duì)應(yīng)于第一傳送器，該傳送器可影響線(xiàn)圈參數(shù)；第一感應(yīng)式傳感器對(duì)第一傳送器掃描；第一傳送器對(duì)應(yīng)于軸的部分圓周；第一傳送器有碼道，軸每轉(zhuǎn)一圈至少等于一個(gè)周期，第一感應(yīng)式傳感器提供至少在周期內(nèi)反映軸旋轉(zhuǎn)角的信號(hào)；有與軸的部分圓周相對(duì)應(yīng)并且影響線(xiàn)圈參數(shù)的第二傳送器與第一傳送器相隔設(shè)定的距離；感應(yīng)式傳感器對(duì)第二傳送器進(jìn)行掃描；第二傳送器有碼道，軸每轉(zhuǎn)一圈至少等于一個(gè)周期，第二感應(yīng)式傳感器提供至少在周期之內(nèi)反映軸旋轉(zhuǎn)角的信號(hào)；求差裝置可求算并且提供軸扭轉(zhuǎn)角作為感應(yīng)式傳感器檢測(cè)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角的差。本發(fā)明的方法除了可以算出軸的扭轉(zhuǎn)角之外，還可以算出軸上出現(xiàn)的扭矩。
文檔編號(hào)G01D5/14GK102445146SQ20111029001
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者A·希勒-布羅德, D·克雷特, M·弗里頓, R·德羅克斯勒, S·費(fèi)里塞安 申請(qǐng)人:巴魯夫有限責(zé)任公司