DE3128656C2 - Inkrementales Lage-Meßsystem - Google Patents
Inkrementales Lage-MeßsystemInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein inkrementales Lage-Meßsystem zur Erfassung der Relativbewegung zwischen einem langgestreckten Konstruktionselement mit minderen magnetischen Eigenschaften (Maschinenstahl) und einer Abtasteinrichtung für auf dem Konstruktionselement vorgesehene magnetische Markierungen. Die Erfindung besteht darin, daß das Konstruktionselement derart magnetisiert wird, daß sich in Längsrichtung Permanentmagnetabschnitte mit großflächigen Magnetpolen ergeben, denen entsprechend angepaßte Magnetflußjoche gegenüberstehen, in deren Luftspalt ein magnetisch-elektrischer Sensor angeordnet ist.
Description
a) dem Maschinenelement sind aufeinanderfolgende Zonen von Permanentmagneten aufmagnetisiert,
die es senkrecht zur Längsrichtung durchsetzen und aus in einer Ebene liegenden Permanentmagnetabschnitten (a) mit großflächigen
Magnetpolen (n, s) bestehen,
b) dem Maschinenelement (1) stehen mit geringem Abstand mindestens zwei aus weichmagnetischem
Material bestehende, den großflächigen Niagneipoien angepaßte Magnetflußjoche (3,4;
21, 22) gegenüber, denen ein magnetisch-elektrischer Sensor (6; 24) zugeordnet ist.
2. Meßsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) die Permanentmagnetabschnitte (a)der Maschinen
(1) sind derart magnetisiert; daß sich deren großflächige Magnetpole (N, S) je über etwa die
Hälfte des Umfanges des Maschinenelementes (1) erstrecken,
b) die dem Maschinenelement (1) zugewandte Oberfläche der Magnetflußjoche (3,4; 21,22) ist
der Fläche der Magnetpole (N, S) angepaßt.
3. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) das mit Permanentmagnetabschnitten (a)
versehene Maschinenelement (1) ist als stabförmiger Hohl- oder Vollkörper ausgebildet,
versehene Maschinenelement (1) ist als stabförmiger Hohl- oder Vollkörper ausgebildet,
b) am Umfang des Maschinenelementes (1) sind mit Abstand von diesem mindestens zwei sich
gegenüberstehende großflächige Magnetfeldjoche (3, 4) angeordnet, die mit dem Maschinenelement
(1) einen offenen Magnetkreis bilden, in dessen einem durch die Magnetflußjoche (3, 4)
gebildeten Luftspalt (5) der magnetisch-elektrische Sensor (6) angeordnet ist.
4. Meßsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Maschinenelementes
(1) zwei einen gegenseitigen Abstand aufweisende Paare von sich gegenüberstehenden großflächigen
Magnetfeldjochen (3, 4; 9, 10) angeordnet sind, und daß in deren Luftspalt (5,11) je ein magnetisch-elektrischer
Sensor (6,12) angeordnet ist.
5. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) das mit Permanentmagnetabschnitten (a^ versehene
Maschinenelement (1) ist als Zylinderkörper ausgebildet,
b) an der Innenseite (20) des Maschinenelementes (1) sind mit Abstand von diesem zwei sich
gegenüberstehende großflächige Magnetfeldjoche (21, 22) angeordnet, in deren Luftspalt (23)
der magnetisch-elektrische Sensor (24) angeordnet ist.
6. Meßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite (20) des Maschinenelementes
(1) zwei einen gegenseitigen Abstand aufweisende Paare von sich gegenüberstehenden
großflächigen Magnetfeldjochen angeordnet sind, und daß im Luftspalt der Magnetfeldjochpaare je ein
magnetisch-elektrischer Sensor angeordnet ist
Die Erfindung bezieht sich auf ein inkrementales Lage-Meßsystem zur Erfassung der Relativbewegung
zwischen einem langgestreckten Maschinenelement mit minderen magnetischen Eigenschaften und einer Abtasteinrichtung
für auf dem Maschinenelement vorgesehene magnetische Markierungen.
Im Bergbau, Schwermaschinenbau, Anlagenbau
u. dgl. besteht die Tendenz einer immer umfassenderen Automatisierung. Hierfür muß u. a. eine Vielzahl von
Bewegungsvorgängen auf diesen Gebieten bei Stellmechanismen verwendeten Maschinenelementen gemessen
werden, die zur Automatisierung bestimmter Arbeitsabläufe der jeweiligen Maschinen, Anlageteilen
usw. herangezogen werden. Die Bewegungsvorgänge werden in Verbindung mit geeigneten Wandlern in
elektrische Ist-Signale umgesetzt, die zur Weiterverarbeitung einer Rechenanlage zugeführt werden, welche
auf die Bewegungsvorgänge bezogene Informationen und Befehle bildet.
In vielen Fällen und insbesondere bei großen und schweren Maschinenelementen erfolgt deren Bewegung
mittels hydraulischer Stellmechanismen. Beispielsweise im Untertagebergbau sind im Streb befindliche
Schreitausbaugestelle mit Strebförderer und Hobel eingesetzt, wobei hydraulisch betätigte Schreibzylinder
den Strebförderer und Hobel gegen die Kohle pressen. Die Schreitzylinder bestehen aus einem metallischen
Werkstoff hoher mechanischer Festigkeit, welcher ungünstige magnetische Eigenschaften aufweist, da
diese bezüglich des Anwendungszwecks des Schreitzylinders auch unwesentlich sind. Um die Strebfront
gerade zu halten, muß die Lage aller Ausbaugestelle bekannt sein.
Es ist bereits ein Streblage-Meßgerät bekannt, welches am Rückzylinder und Kolben des Schildausbaus
angeordnet ist und welches mittels eines teleskopartigen Systems das Vorrücken des Fördermittels mißt
(Druckschrift »Streb-Lage-Meßgerät SLM 5« der Fa. Rothe, Dortmund-Berghofen). Das teleskopartige Meßsystem
stellt einen erheblichen technischen Aufwand dar. Ferner ist für das Streblage-Meßgerät ein
erheblicher Platzbedarf erforderlich.
Aus der JP-PS 56-27 602 ist ein Lage-Meßsystem mit einem magnetischen Maßstab bekannt, der in Längsrichtung
verteilte magnetische Marken aufweist, die an einen abtastenden Magnetkopf angepaßt sind. Im
Gegensatz zur Erfindung erfüllt der bekannte magneti-
M sehe Maßstab lediglich Meßfunktionen.
Magnetische Maßstäbe werden auch in der DE-PA 0 36 978 beschrieben, die entweder aufgelegte oder
eingelegte Magnete aufweisen. Bei der Erfindung werden aber gerade die Nachteile der eingelegten
Magnete vermieden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein inkrementales Lage-Meßsystem der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei welchem durch Benutzung
bereits vorhandener, langgestreckter Maschinenelemente der technische Aufwand stark vermindert ist
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
a) dem Maschinenelement aufeinander folgende Zonen von Permanentmagneten aufmagnetisiert sind,
die es senkrecht zur Längsrichtung durchsetzen und aus in einer Ebene liegenden Permanentmaenetabschnitten
mit großflächigen Magnetpolen bestehen, und
b) dem Maschinenelement mit geringem Abstand mindestens zwei aus weichmagnetischem Material
bestehende, den großflächigen Magnetpolen angepaßte Magnetflußjoche gegenüberstehen, denen
ein magnetisch-elektrischer Sensor zugeordnet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Erfindung ganz allgemein bei Stellmechanismen mit
bewegten langgestreckten Konstruktionselementen mit ungünstigen magnetischen Eigenschaften anwendbar
ist, deren Lage aus Gründen der Steuerung oder antimagnetischen Halterung 7, 8 am Zylinder 2
befestigt
Das Maschinenelement 1 besteht aus einem üblichen, die geforderten mechanischen Eigenschaften erfüllenden
Werkstoff, wie beispielsweise Stahl bestimmter. Festigkeit, während seine magnetischen Eigenschaften,
wie Koerzitivkraft, Remanenz, ungünstig sind; es kann beispielsweise eine Kolbenstange bekannter Konstruktion
eines Schreitzylinders seir.
ίο Das Maschinenelement 1 ist mittels der weiter unten
beschriebenen Magnetisiereinrichtung nach der Fig.3
zu einem Permanentmagneten ausgebildet, welcher über seiner Länge Permanentmagnetabschnitte a mit
abwechselnden Polen N, Saufweist.
Zur großflächigen Polbildung mittels der Magnetisierung ist das gesamte Volumen des Materials herangezogen.
Der Magnetfluß Φ des jeweiligen Permanentmagnetabschnittes
wird in den großflächigen Magnetflußjochen 3, 4 konzentriert und über den im Luftspalt 5
befindlichen Sensor 6 geführt.
Bei Kolbenstangen von Schreitzylindern können mittels des Magnetisierungsprozesses beispielsweise
Permanentmagnetabschnitte in Längsrichtung der Kolbenstange mit Periodenbreiten (N, S) von etwa 8 cm
Automatisierung erfaßt werden soll; außer als Strebla- 25 erzeugt werden, so daß sich über die Längsrichtung eine
ge-Meßsystem sei auf Werkzeugmaschinen und Arbeitsgeräte verwiesen, deren Werkzeug den Vorschub
mittels einer Vorschubstange erhält (Bohrmaschinen usw.), wobei diese Stangen unmittelbar als Meßmittel
herangezogen sind; außer der Lage wird auch eine information über die Bewegungsrichtung (vorwärts —
rückwärts) und Geschwindigkeit des Konstruktionselements erhalten; bis auf die relativ kleine Abmessungen
aufweisenden zwei Magnetflußjoche mit Sensor entfallen weitere, zur Lagemessung erforderliche, separate
Mittel mit ihren Anbau- und evtl. auch Umbauarbeiten; bei Schreitzylindern können die Magnetflußjoche mit
Sensor in diesen integriert werden.
Die Erfindung kann in vielen Fällen nachträglich an bereits vorhandenen Stellmechanismen realisiert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Ausbildung eines Lage-Meßsystems in einer Schnittansicht,
F i g. 2 das gleiche System in einer Seitenansicht,
Fig.3 eine Ausbildung einer Magnetisiereinrichtung
für das langgestreckte Konstruktionselement,
Fig.4 eine andere Ausbildung eines Lage-Meßsystems
in einer Seitenansicht,
Fig.5 eine weitere Ausbildung eines Lage-Meßsystems
in einer Schnittansicht,
F i g. 6 das gleiche System in Längsansicht,
F i g. 7 eine prinzipielle Ausbildung einer Magnetisiereinrichtung
für das bei diesem Lage-Meßsystem verwendete langgestreckte Konstruktionselement.
Nach den Fig. 1 und 2 umfaßt das inkrementale Lage-Meßsystem ein langgestrecktes Maschinenelevon
magnetischen Perioden einer Relativbewegung zwischen
entsprechende Anzahl
ergibt, die bei
ergibt, die bei
Kolbenstange 1 und Schreitzylinder 2 an der Kombination Magnetflußjoche 3, 4 - Sensor 6 vorbeilaufen,
welcher eine entsprechende Lageinformation (Inkrement
2 cm) über die Kolbenstange 1 ausgibt.
Eine Information über die Richtung der Verschiebung wird erzielt, indem zu den Magnetflußjochen 3, 4 mit
bestimmtem Abstand zwei weitere Magnetflußjoche 9, 10, angeordnet sind, in deren Luftspalt 11 ein Sensor 12
angeordnet ist; die Signale der beiden Sensoren 6, 12 werden einer nicht weiter dargestellten elektronischen,
an sich bekannten Richtungs-Auswerteschaltung zugeführt.
Die abschnittsweise Magnetisierung des Maschinenelementes 1 kann mit der in F i g. 3 dargestellten
Magnetisiereinrichtung erfolgen, die im einfachsten Fall aus einem Magnetsystem mit etwa U-förmigem
Magnetkern 15 besteht, auf dessen Joch 16 eine Erregerwicklung 17 aufgebracht ist; die beiden Pole
dieses Magnetsystems sind in ihrer Form der Oberfläche des Maschinenelementes 1 angepaßt und umfassen
dieses zum größten Teil. Zur Magnetisierung eines Abschnittes des Maschinenelementes 1 wird die
Ί11 Wicklung 17 kurzzeitig mittels eines elektrischen
Stromstoßes J erregt, wodurch der von den Polen des Magnetsystems erfaßte Abschnitt des Maschinenelementes
durchmagnetisiert wird, wie in Fig. 3 angedeutet ist.
« Durch diese Art der Magnetisierung ist bei den verwendeten Werkstoffen für langgestreckte Maschinenelemente
ein maximales Magnetvolumen erzielt; durch die Heranziehung des gesamten Querschnittes
des Elementes für die Ausnutzung als Magnet ergibt sich
ment 1, beispielsweise in Form einer mit einem Zylinder bo im Luftspalt 5 bzw. 11 der Magnetflußjoche 3, 4 bzw. 9,
2 zusammenwirkenden Kolbenstange, zwei am Umfang 10 ein ausreichend starkes Magnetfeld für den Sensor 6
des Maschinenelementes 1 mit Abstand zu diesem
angeordnete großflächige Magnetflußjoche 3, 4 und
einen im einen Luftspalt 5 der Magnetflußjoche 3, 4
angeordnete großflächige Magnetflußjoche 3, 4 und
einen im einen Luftspalt 5 der Magnetflußjoche 3, 4
bzw. Mit der Magnetisiereinrichtung nach Fig. 3 erfolgt nacheinander eine abschnittsweise Magnetisierung des
angeordneten magnetisch-elektrischen Sensor 6, bei- 65 Maschinenelementes 1, wobei jedesmal die Polarität
spielsweise in Form einer Hallsonde; die Magnetflußjo- durch ehe 3, 4 bestehen aus weichmagnetischem Werkstoff, wird,
beispielsweise Mu-Metall, und sind mittels einer Es kann
Umkehr des Erregerstromstoßes gewechselt
iedoch auch eine Maenetisiereinrirhtnnp
gewählt werden, mittels der die Permanentmagnetabschnitte in einem Arbeitsgang erzeugt werden.
Beim Meßsystem nach der F i g. 4 sind durch entsprechende Magnetisierung der Kolbenstange 1 an
dieser nur einseitig liegende, großflächige Magnetpole N, S gebildet, die etwa die Hälfte des Umfangs der
Kolbenstange 1 einnehmen; es sind ferner zwei weichmagnetische Magnetflußjoche 18, 19 mit einem
gegenseitigen, der Periodenbreite N, S entsprechenden Abstand vorgesehen, die in geeigneter Weise am
Zylinder 2 befestigt sind. Die Magnetflußjoche 18, 19 umfassen etwa die Hälfte des Umfangs der Kolbenstange;
in ihrem Luftspalt 20 ist ein magnetfeldempfindlicher Sensor 21 angeordnet.
Bei einer Relativbewegung zwischen Kolbenstange 1 und Zylinder 2 werden die auf der gleichen Umfangshälfte
22 liegenden und sich abwechselnden großflächigen Magnetpole N, S, N, S usw. der Kolbenstange 1 von
den Magnetflußjochen 18, 19 überfahren, weiche die austretenden Luft-Magnetfeldünien konzentrieren.
Beim Lage-Meßsystem nach den F i g. 5 und 6 ist das langgestreckte Maschinenelement 1 ein Zylinder,
welcher ebenfalls in seiner Längsrichtung Permanentmagnetabschnitte a mit an der Innenwand 23 gebildeten
Polen N, S aufweist. In der Praxis kann das Element 1 beispielsweise ein Schreitzylinder sein; die magnetische
Information der Zylinderinnenwand 23 wird wieder mittels einer im Inneren des Zylinders 1 befindlichen
Kombination von an die Innenwand 23 angepaßter Magnetflußjoche 2!4,25 und einem in deren Luftspalt 26
angeordneten Sensor 27 abgetastet. Die Magnetflußjoehe 24,25 und Sensior 27 sind magnetisch entkoppelt mit
dem Zylinderkolben 28 verbunden. Auch bei dieser Meßsystemausbildung wird wieder das Luft-Magnetfeld
der Permanentmagnetabschnitte a mittels der Magnetflußjoche 24, 25 gesammelt und auf den Sensor 27
ίο konzentriert.
Die abschnittsweise Magnetisierung des praktisch gesamten Materials des Schreitzylinders 1 kann mit
einer gemäß Fig. 7 ausgebildeten Magnetisiereinrichtung erfolgen. Es ist ein Magnetsystem mit einem
Eisenkern 30 verwendet, dessen Pole 31, 32 in ihrer Form an die Innenwand 23 des Zylinders 1 angepaßt
sind; auf dem Joch 33 ist eine Erregerwicklung 34 angeordnet. Das Magnetsystem wird in das Innere des
Zylinders 1 eingeführt; wird der Wicklung 33 kurzzeitig Strom zugeführt, so werden die von den Polen 31,32 des
Magnetsystems erfaßten großflächigen Bereiche des Zylinders 1 vollständig magnetisiert und an dessen
Innenwand 23 entstehen entsprechend großflächige Pole N, S. Die Permanentmagnetabschnitte a werden
beispielsweise wieder durch Relativverschiebung von Zylinder 1 und Magnetsystem nacheinander erzeugt.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Inkrementales Lage-Meßsystem zur Erfassung der Relativbewegung zwischen einem langgestreckten
Maschinenelement mit minderen magnetischen Eigenschaften (Maschinenstahl) und einer Abtasteinrichtung
für auf dem Maschinenelement vorgesehene magnetische Markierungen, gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813128656 DE3128656C2 (de) | 1981-07-20 | 1981-07-20 | Inkrementales Lage-Meßsystem |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813128656 DE3128656C2 (de) | 1981-07-20 | 1981-07-20 | Inkrementales Lage-Meßsystem |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3128656A1 DE3128656A1 (de) | 1983-02-03 |
DE3128656C2 true DE3128656C2 (de) | 1983-10-20 |
Family
ID=6137327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19813128656 Expired DE3128656C2 (de) | 1981-07-20 | 1981-07-20 | Inkrementales Lage-Meßsystem |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3128656C2 (de) |
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1981
- 1981-07-20 DE DE19813128656 patent/DE3128656C2/de not_active Expired
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