专利名称：用于工业机械的永磁体倾斜计的制作方法
技术领域：
本发明涉及倾斜计。
背景技术：
通常使用微机电系统(“MEMS”)测量倾斜度。然而，MEMS包括有微小的运动部件，这些运动部件易受冲击和振动的影响，这种冲击和振动会对MEMS精确测量倾斜度的能力造成不利影响。
发明内容
本文所述的本发明提供了一种磁倾斜计，可用来确定例如铲斗柄、悬臂或工业机械的其他组件的倾斜度。所述工业机械组件的倾斜度例如由工业机械相关的防撞系统、有效负载确定系统、位置检测系统使用。所述倾斜计包括安装或否则耦接于所述工业机械组件的磁体(例如:永磁体)的阵列。环形磁传感器阵列(例如霍耳效应传感器或者其他磁检测器阵列)提供在所述磁体附近。所述磁传感器阵列与控制器连接，所述控制器从所述磁传感器阵列接收与一个或多个所述磁体的检测的特征(例如:磁通量)相关的信号。所述控制器处理从所述传感器阵列接收的所述信号。根据所述传感器阵列中的哪些传感器检测所述磁体的所述特征(或所述特征的幅值)，所述控制器确定或计算所述工业机械组件的倾斜度。这种倾斜计能够根据基于所述组件的线性运动、所述组件的旋转运动或所述工业机械组件的线性和旋转运动的组合来确定所述工业机械组件的倾斜度。此外，由于所述永磁体和磁传感器不包括任何运动部件，因此它们不易受到振动和冲击所带来的误差的影响。在一个实施例中，本发明提供了一种确定工业机械组件的倾斜度的方法。所述工业机械组件能够以线性和旋转的方式独立运动。所述方法包括感测与第一磁传感器相关的第一磁通量，感测与第二磁传感器相关的第二磁通量，以及生成关于所述第一磁通量的第一通量信号和关于所述第二磁通量的第二通量信号。所述方法还包括分析所述第一通量信号，以识别第一峰值磁通量；分析第二通量信号，以识别第二峰值磁通量；并且基于所述第一峰值磁通量和所述第二峰值磁通量识别磁传感器路径。然后基于所识别的磁传感器路径确定所述工业机械组件的倾斜度。在另一实施例中，本发明提供了一种工业机械。所述工业机械包括组件、环形磁传感器阵列和控制器。所述组件能够以线性方式或旋转的方式关于所述工业机械运动。所述组件包括第一永磁体和第二永磁体。所述环形磁传感器阵列被配置为感测与所述第一永磁体相关的第一磁通量和与所述第二永磁体相关的第二磁通量。所述环形磁传感器阵列包括被配置为感测与所述第一永磁体相关的所述第一磁通量的第一磁传感器和感测与所述第二永磁体相关的所述第二磁通量的第二磁传感器。所述控制器被配置为接收与所述第一磁通量相关的第一通量信号和与所述第二磁通量相关的第二通量信号，分析所述第一通量信号以识别第一峰值磁通量，以及分析所述第二通量信号以识别第二峰值磁通量。所述控制器还被配置为基于所述第一峰值磁通量和所述第二峰值磁通量确定所述工业机械组件的倾斜度。在另一实施例中，本发明提供了一种确定倾斜度的方法。所述方法包括感测与第一永磁体相关的第一磁通量，感测与第二永磁体相关的第二磁通量，生成关于所述第一磁通量的第一通量信号，和生成关于所述第二磁通量的第二通量信号。所述方法还包括识别与所述第一通量信号相关的第一峰值磁通量，识别与所述第二通量信号相关的第二峰值磁通量，并基于所述第一峰值磁通量和第二峰值磁通量确定倾斜度。通过考虑具体实施方式
和附图，本发明的其他方面将会变得显而易见。
图1为根据本发明实施例的工业机械。图2是根据本发明实施例的控制器。图3是根据本发明实施例的用于工业机械的控制系统。图4是根据本发明实施例的环形磁倾斜计系统。图5A-5F是根据本发明实施例的传感器阵列。图6A-6D是根据本发明实施例的永磁体阵列。图7是根据本发明实施例的用于确定工业机械组件的倾斜度的流程。
具体实施例方式在详细解释本发明任一实施例之前，需要明白的是，本发明在其应用上不限于下面实施方式中提出的或下面附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明能够有其他实施方式，并且能够以不同的方式实施或实现。并且，还需明白的是，本文所用的措辞和术语是为了描述的目的，不应认为是限制。“包括”、“包含”或“具有”及其变形在本文中都意味着包括其后面列出的项目或其等效物，并且还包括其他项目。术语“安装”、“连接”以及“耦接”按其广义上使用，包括直接和间接地安装、连接和耦接。进一步地，“连接”和“耦接”不限于物理或机械连接或耦接，可以包括或者直接或者间接的电连接或耦接。并且，可以利用任何已知方式包括直接连接、无线连接等执行电通信和通知。应该注意的是，除了多个不同结构的组件外，还可以利用多个基于硬件和软件的装置来实现本发明。并且，如后续段落里描述的，附图中示出的特定配置旨在示例本发明的实施方式，其他选择性的配置也是可能的。除非特别声明，术语“处理器”、“中央处理单元”以及“CPU”是可以互换的。这里，术语“处理器”或“中央处理单元”或“CPU”被用来标识一个执行特定功能的单元，应该理解的是，除非特别声明，这些功能可以由包括并行处理器、串行处理器、串列处理器或云处理/云计算配置的单个处理器或以任何方式配置的多个处理器来实现。本文描述的本发明涉及工业机械(例如采矿机械、起重机、端式装载机、滑移式装载机、挖沟机等)的控制，该工业机械被配置为，除其它之外，升起和降低负载。控制所述工业机械，除其它之外，包括确定所述工业机械的定向，所述工业机械组件的位置以及所述工业机械组件关于彼此的相对角。例如，所述工业机械可包括一个或多个倾斜计，所述倾斜计可用来确定例如铲斗柄、悬臂或工业机械的其他组件的倾斜度。所述工业机械组件的倾斜度可以由与用于防撞、有效负载确定、位置检测等目的的工业机械相关的各种控制系统使用。所述倾斜计可以包括安装或否则耦接于所述工业机械组件的磁体(例如:永磁体)的阵列。环形磁传感器阵列(例如:霍耳效应传感器或其他磁检测器阵列)提供在所述磁体附近。所述传感器阵列检测与所述磁体相关的特征(例如:磁通量)，并连接至控制器，所述控制器从所述磁传感器阵列接收与所述特征相关的信号。然后，所述控制器处理从所述传感器阵列接收的信号。基于所述传感器阵列中的哪些传感器检测与所述磁体相关的特征，所述控制器确定或计算所述工业机械组件的倾斜度。这种倾斜计能够基于所述组件的线性运动、所述组件的旋转运动，或者所述工业机械组件的线性和旋转运动的组合来确定所述工业机械组件的倾斜度。虽然本文所述的本发明应用于各种工业机械(例如，电动绳索挖掘机、索斗铲、端式装载机、滑移式装载机、拉铲挖掘机、起重机等)，由各种工业机械执行或者与各种工业机械协同使用，但是本发明实施例在本文中是针对电动绳索挖掘机或动力挖掘机描述的，例如图1所示的动力挖掘机10。挖掘机10包括移动基体15，驱动履带20，转盘25、机械甲板30、悬臂35、下端40、滑轮45、拉索50、后支杆55、支架结构60、铲斗70、提升钢丝绳75、绞车卷筒80、铲斗臂或柄85、鞍形块90、枢轴点95、传动单元100、提环销105以及倾斜计32。移动基体15由驱动履带20支撑。移动基体15支撑转盘25和机械甲板30。转盘25能够相对于移动基体15关于机械甲板30进行360度旋转。悬臂35在下端40处枢轴连接至机械甲板30。悬臂35由拉索50相对于甲板向上、向外拉伸，拉索50锚接于支架结构60的后支杆55。支架结构60刚性安装在机械甲板30上。滑轮45可旋转地安装于悬臂35的上端。铲斗70通过提升钢丝绳75从悬臂35悬起。提升钢丝绳75缠绕在滑轮45上，并于提环销105处附接到铲斗70。提升钢丝绳75锚接于机械甲板30的绞车卷筒80。当绞车卷筒80旋转时，提升钢丝绳75被放出从而降低铲斗70，或者收紧以升起铲斗70。铲斗70还包括与其刚性附接的铲斗柄85。铲斗臂85可滑动地支撑在鞍形块90中，并且鞍形块90在枢轴点95处枢轴地安装于悬臂35。铲斗柄85包括形成在其上的齿条，所述齿条与安装在鞍形块90中的驱动齿轮相啮合。所述驱动齿轮由电机和传动单元100驱动，从而相对于鞍形块90伸展或收回铲斗臂85。电源安装于机械甲板30，向驱动绞车卷筒80的一个或多个提升电机、驱动鞍形块传动单元100的一个或多个推压电机以及旋转转盘25的一个或多个回转电机提供动力。推压、提升以及回转电机中的每一个都由其自己的电机控制器驱动或响应于与操作命令相应的控制电压和电流驱动。图2示出与图1的动力挖掘机10相关的控制器200。控制器200电和/或通信地连接至挖掘机10的多个�？榛蜃榧�。例如，所示的控制器200连接至一个或多个指示器205、用户界面模块210、一个或多个提升电机和提升电机驱动器215、一个或多个推压电机和推压电机驱动器220、一个或多个回转电机和回转电机驱动器225、数据存储器或数据库230、电力供应�？�235、一个或多个传感器240以及网络通信�？�245。控制器200包括硬件和软件的组合，所述硬件和软件的组合，除其他之外还可操作地以控制动力挖掘机10的操作，控制悬臂35、铲斗臂85、铲斗70等的位置，激励一个或多个指示器205 (例如，液晶显示器〔“IXD”〕)，监控挖掘机10的操作等。一个或多个传感器240，除其他之外还包括负载销应变计、一个或多个倾斜计、龙门销、一个或多个电机场�？榈�。负载销应变计例如包括定位于X方向(例如水平地)的一组应变计和定位于Y方向(例如垂直地)的一组应变计，从而可以确定负载销上的合力。在一些实施例中，除了推压电机驱动器外，还可以采用推压驱动器(例如:用于单脚柄、棒、液压缸等的推压驱动器)。在一些实施例中，控制器200包括多个向控制器200和/或挖掘机10内的组件和�？樘峁┒�、操作控制以及保护的电气的以及电子的组件。例如，控制器200，除其他之外，还包括处理单元250 (例如:微处理器、微控制器或其他合适的可编程装置)、存储器255、输入单元260以及输出单元265。处理单元250，除其他之外，还包括控制单元270、算术逻辑单元(“ALU”)275以及多个寄存器280(如图2所示的一组寄存器)，并且采用例如改进的哈佛体系结构、冯.诺伊曼体系结构等的已知计算机体系结构来执行。处理单元250、存储器255、输入单元260和输出单元265，以及连接至控制器200的各种�？槎加梢桓龌蚨喔隹刂坪�/或数据总线(例如公共总线285)连接。为了解释的目的，图2中整体上示出了所述控制和/或数据总线。用于在各个�？楹妥榧谢チ⑼ㄐ诺囊桓龌蚨喔隹刂坪�/或数据总线的使用对于本文所述本发明的本领域普通技术人员而言是已知的。在一些实施例中，控制器200部分地或整体地实施在半导体(例如现场可编程门阵列〔“FPGA”〕半导体)芯片上，例如通过寄存器传输级(“RTL”)设计程序开发的芯片。存储器255例如包括程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域可以包括不同类型的存储器的组合，例如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)(例如动态RAM〔“DRAM”〕，同步DRAM〔“SDRAM”〕等)、电可擦除编程只读存储器(“EEPR0M”)、闪存、硬盘、SD卡或其他适用的磁、光学、物理或电子存储器装置。处理单元250连接至存储器255并执行可以存储于存储器255的RAM(例如在执行过程中)、存储器255的ROM(例如通常以持久为基础的)、或例如其他存储器或盘的其他非瞬时的计算机可读介质中的软件指令。挖掘机10的实施中所包括的软件可以存于控制器200的存储器255中。软件例如包括固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序�？橐约捌渌芍葱兄噶�。控制器200被配置为从存储器中读取并且除了其他之外，执行与控制程序以及本文所述方法相关的指令。在其他结构中，控制器200包括附加的、更少的或不同的组件。网络通信�？�245被配置为连接至网络290，并通过网络290通信。在一些实施例中，所述网络例如是广域网(“WAN”)(例如基于TCP/IP的网络、蜂窝网络，例如全球移动通信系统〔“GSM”〕网络、通用分组无线业务〔“GPRS”〕网络、码分多址〔“CDMA”〕网络、最优发展数据〔“EV-D0”〕网络、增强型数据速率GSM演进技术(“EDGE”〕网络、3GSM网络、4GSM网络、数字增强无绳通信〔“DECT”〕网络、数字AMPS〔“IS-136/TDMA”〕网络或集成数字增强网络〔“iDEN”〕网络等)。在其他实施例中，网络290例如为使用诸如W1-F1、蓝牙、ZigBee等各种通信协议中任一个的局域网(“LAN”)、邻域网(“NAN”)、家庭区域网(“HAN”)或个人区域网(“PAN”)。对由网络通信�？�245或控制器200通过网络290的通信的保护可以利用一个或多个加密技术，诸如IEEE802.1标准中对基于端口的网络安全、预共享密钥、可扩展身份验证协议(“ΕΑΡ”)、有线等效加密(“WEP”)、临时密钥完整性协议(“TKIP”)、W1-Fi安全存取(“WPA”)等提供的那些技术。网络通信�？�245和网络290之间的连接，例如是有线连接、无线连接或者是无线和有线连接的组合。类似地，控制器200和网络290或网络通信�？�245之间的连接是有线连接、无线连接或无线和有线连接的组合。在一些实施例中，控制器200或网络通信�？�245包括用于传送、接收或存储与挖掘机10或挖掘机10的操作相关的数据的一个或多个通信端口(例如:以太网、串行高级技术附件〔“SATA”〕、通用串行总线〔“USB”〕、电子集成驱动器〔“IDE”〕等)。电力供应�？�235向控制器200或挖掘机10的其他组件或�？楣┯Χ疃ˋC或DC电压。电力供应�？�235由例如额定线电压在100V和240V AC之间、频率约为50_60Hz的电源提供动力。电力供应�？�235还被配置为向控制器200或挖掘机10内的操作电路和组件提供较低的电压。在其他构造中，控制器200或挖掘机10内的其他组件和�？橛梢桓龌蚨喔龅绯鼗虻绯刈榛蚱渌懒⒂诘缤牡缭�(例如:发电机、太阳能板等)提供动力。用户界面�？�210用来控制或监控动力挖掘机10。例如，用户界面�？�210可操作地耦接于控制器200，从而控制铲斗70的位置、悬臂35的位置、铲斗柄85的位置、传动单元100等。用户界面�？�210包括数字和模拟输入或输出装置的组合，需要输入或输出装置从而针对挖掘机10获得希望等级的控制和监控。例如，用户界面模块210包括显示器(例如:主显示器、次显示器等)和输入装置，例如触摸屏显示器、多个旋钮、刻度盘、开关、按键等。所述显示器例如是液晶显示器(“IXD”)，发光二级管(“LED”)显示器、有机LED( “0LED”)显示器、电致发光显示器(“ELD”)、表面传导电子发射显示器(“SED”)、场致发射显示器(“FED”)、薄膜晶体管(“TFT”)IXD等。用户界面模块210还可以被配置为实时或基本实时地显示动力挖掘机10的相关状况或数据。例如，用户界面�？�210被配置为显示动力挖掘机10的被测电特征、动力挖掘机10的状态、铲斗70的位置、铲斗柄85的位置等。在一些实施例中，将用户界面模块210与一个或多个指示器205(例如:LED，扬声器等)关联在一起进行控制，从而提供关于动力挖掘机10的状态或状况的视觉或听觉上的指示。图3示出动力挖掘机10更详细的控制系统300。例如，动力挖掘机10包括主控制器305、网络开关310、控制室315、附属控制室320、驾驶室325、第一提升驱动�？�330、第二提升驱动�？�335、推压驱动�？�340、回转驱动�？�345、提升场�？�350、推压场�？�355以及回转场�？�360。控制系统300的各个组件通过例如利用一个或多个针对工业自动化的网络协议的光纤通信系统连接并通信，例如过程现场总线(“PR0FIBUS”)、以太网、控制网(ControlNet)、基础场总线(Foundation Fieldbus)、INTERBUS、控制器区域网(“CAN”)总线等。控制系统300可包括上面关于图2所述的组件和�？�。例如，电机驱动器225可以对应于提升、推压以及回转驱动器330、335、340，用户界面205和指示器210可以包括在驾驶室325内，等等。负载销应变计可以向主控制器305、控制器室315、附属控制室320等提供指示施加给负载销的力的电信号。第一提升驱动�？�330、第二提升驱动�？�335、推压驱动�？�340、回转驱动�？�345被配置为从例如主控制器305接收控制信号，从而控制挖掘机10的提升、推压以及回转操作。这些控制信号与挖掘机10的提升、推压以及回转电机225A、225B、225C的驱动信号相关。当这些驱动信号施加给电机225A、225B、225C时，电机的输出(例如:电气和机械输出)被监控并反馈给主控制器305。电机的输出包括，例如电机速度、电机扭矩、电机动力、电机电流等。基于这些和其他与所述挖掘机相关的信号(例如来自一个或多个倾斜计的信号)，主控制器305被配置为确定或计算所述挖掘机10或其组件的一个或多个操作状态或位置。在一些实施例中，主控制器305确定铲斗的位置、提升缠绕角度、提升电机每分钟的旋转(“rpm”)，推压电机的rpm、铲斗的速度、铲斗的加速度、斗柄角度等等。主控制器305或控制器200连接至如图4所示的环形磁倾斜计系统400。例如，在图示的实施例中，系统400包括控制器200、工业机械组件405、多个磁体(例如永久磁体)410、环形磁传感器阵列415以及多个磁传感器420。磁传感器420例如为配置为检测磁场或磁通量(即测量通过给定表面的磁场或磁通量密度)的多组或多套磁检测器425 (例如霍耳效应传感器、磁力计或其他合适的检测器)。这里对“磁传感器420”的引用是结合本发明实施例给出的，其中每个传感器420包括多个检测器425，虽然其他实施例中也可以使用包括单个检测器425的传感器420。工业机械组件405例如为图1所示的悬臂35、铲斗柄85等。这里描述的系统400的实施例是针对为铲斗柄85的工业机械10的组件405给出的。组件405被配置为执行线性方向(例如关于X轴430或基本水平的方向)和旋转运动(例如关于X轴430和7轴430的运动(即基本垂直的方向))两者中的运动。在一些实施例中，组件405还被配置为同时执行线性方向上的运动和旋转运动。组件405的运动例如依赖于工业机械10操作过程中选择性施加的提升力和推压力。在一些实施例中，多个磁传感器420中的每一个都单独连接至控制器200。在其他实施例中，所述多个磁传感器420中的每一个的输出被复用或者组合，用于传送给控制器200。在图示的实施例中，环形磁传感器阵列415包括20个磁传感器420。当磁传感器420接近永磁体410时，磁传感器420中的每一个都检测与永磁体410相关的磁通量。该检测的结果是传感器阵列415的检测的区域440。由磁传感器420检测的磁通量随着永磁体相对于传感器420的位置而变化。例如，如果永磁体410之一直接位于磁传感器420上方，传感器420将从永磁体410检测到最大或峰值磁通量。然而，随着永磁体410远离这个位置时，传感器420检测到的磁通量也降低。基于每个磁传感器420感测到的磁通量，控制器200可以确定检测的区域440内磁传感器路径的中心(例如，多个磁体445的中心线)。之后，取决于磁传感器路径的中心位于传感器阵列415上的什么位置，控制器200确定组件405的倾斜度(例如:相对于X轴430和y轴435)。例如，控制器200基于磁传感器路径的斜率和传感器阵列415的定向计算或确定所述倾斜度。并且或者可选地，每个磁检测器或磁传感器的位置是已知的，并且取决于哪个检测器或传感器检测到最大的磁通量，控制器200计算或确定组件405的倾斜度。图5A-5F为针对环形磁传感器阵列415的各种不同的传感器配置。在图5A中，环形磁传感器阵列415A包括4个关于传感器阵列415A对称地设置的磁传感器450。在图5B中，环形磁传感器阵列415B包括3个传感器455,在图5C中，环形磁传感器阵列415C包括2个传感器460。环形磁传感器阵列415A、415B、415C中的每一个都包括彼此相邻的传感器。虽然环形磁传感器阵列415A、415B、415C分别仅包括4个、3个、2个磁传感器，但是环形磁传感器阵列415可以包括更多数目的磁传感器。例如，环形磁传感器阵列415可以包括1-20个传感器(如图4所示)。在其他实施例中，环形磁传感器阵列415可以包括比20个更多的磁传感器(基于希望获得的倾斜度确定的精确度水平，例如为20-1000个传感器)。图中的环形磁传感器阵列41 包括环绕阵列41 间隔开(例如，均匀地间隔开)的16个环形磁传感器465。图5E示出的环形磁传感器阵列415E包括环绕阵列415E间隔开(例如，均匀地间隔开)的20个条形磁传感器470。图5F示出的环形磁传感器阵列415F包括围绕传感器阵列在两行中间隔开(例如，基于行均匀地间隔开)的72个磁传感器475。在阵列415中包括的磁传感器的数目越大，系统400能够确定组件405的倾斜角度的精确度就越闻。图6A-6D为针对组件405的各种不同的永磁体配置。图6A为沿着组件405的表面485均匀地间隔开的多个永磁体480。虽然图6A-6D示出的永磁体480为环形，但是其他形状的磁体也是可以采用的(例如:方形磁体、矩形磁体等)。此外,虽然图6A中永磁体480的阵列可以用来确定组件405的倾斜度，但是磁体480还可以用来确定，例如，组件405的运动或者伸展。为了确定组件405的伸展，控制器200(图4)确定哪个磁体正在被传感器阵列415检测。在一些实施例中，当图6A中的磁体480被传感器阵列415检测时，可以由控制器200对其进行计数。当组件405在第一方向上运动时，磁体计数数目增加。当组件405在第二方向上运动时，磁体计数数目减小。并且或可选地，磁场强度或磁偶极矩可变的磁体可用来识别组件405的部分。例如，每第10个永磁体480可以具有增加或减小的磁场强度。这允许控制器200无需跟踪通过传感器阵列的每个磁体即可识别组件405的伸展。图6B示出的组件405的实施例，包括尺寸可变的永磁体。较大的永磁体490可用来识别组件405的特定部分。当控制器200感测由从与较大磁体490相关的磁通量(例如，被较多的检测器425检测的通量)向来自较小磁体495的通量(例如:被较少的检测器425检测的通量)过渡时，或者反之亦然，控制器200能够识别组件405的具体部分。图6C示出的组件405的实施例包括的永磁体500间的距离D是可变的。例如，最初9个永磁体500的各个中心之间的距离沿着组件405的表面485逐渐增加，从距离Dl逐渐增加到D8。在一些实施例中，该距离还可以相应地减小。因为永磁体500之间得到的间距将被传感器阵列415检测为检测的磁通量中的减弱(或缺少磁通量)，因此，控制器200可以比较所检测磁通量的减弱，从而可以知晓永磁体500之间的距离的相对尺寸，以便识别组件405的具体部分。图6D示出的组件405的实施例所包括的永磁体尺寸可以变化,例如，磁体的尺寸范围可以从小磁体505至大磁体510，磁体的尺寸可以沿着组件405的长度逐渐增加。随着磁体变得较大，与磁体相关的磁通量将由传感器420中的更多的检测器425检查到。由于磁体均匀地间隔开，因此对于每个磁体而言检测到磁通量的区域的尺寸可以以相对的方式与对于其相邻磁体而言检测到磁通量的区域的尺寸相比较。根据这个比较，控制器200可以识别组件405的具体部分。关于图6A-6D示出并描述的永磁体阵列除了用来确定位置或倾斜度之外，还可以用来确定，例如，组件405的运动方向、组件405的运动速度、组件405的加速度等。图7示出利用永磁体确定工业机械10的组件的倾斜度的流程600。第一磁传感器420，利用第一套或第一组检测器(例如:与第一磁传感器相关的磁检测器)感测与第一永磁体相关的磁通量(步骤605)。第二磁传感器420，利用第二套或第二组检测器(例如:与第二磁传感器相关的磁检测器)感测与第二永磁体相关的磁通量(步骤610)。第一和第二磁传感器420分别针对每个传感器感测的通量生成第一和第二通量信号。在一些实施例中，所述通量信号对应于给定磁传感器420中每个磁检测器所检测的每个通量。在其他实施例中，所述通量信号对应于给定磁传感器420中磁检测器所检测的通量的平均值。然后，第一和第二通量信号被发送至控制器200，并由控制器200接收(步骤615)。基于第一通量信号，控制器200确定第一磁传感器感测的通量值(例如:针对第一磁传感器中的每个磁检测器)(步骤620)。基于第二通量信号，控制器200确定第二磁传感器感测的通量值(例如:针对第二磁传感器中的每个磁检测器)(步骤625)。然后分析与第一磁传感器相关的通量值，从而识别第一永磁体的位置(步骤630)。例如，基于相对幅值，对通量值进行分析并映射或分组。在一些实施例中，每个磁传感器或每个磁检测器代表磁通量图上的一个点。然后，磁通量图中相邻点的相对值可用来确定组件405的倾斜度。在其他实施例中，建立磁通量值的表格，每个通量值在磁传感器阵列内都具有相应的位置。如果知道每个通量值的位置、每个通量值的幅值以及磁传感器阵列的定向，就可以确定组件405的定向或倾斜度。例如，感测的通量幅值越大，检测器距离永磁体越近。控制器200可以将每个通量值与一个或多个阈值进行比较，从而识别永磁体的位置(例如:一个区域)或永磁体的中心(例如:一个点)。在一些实施例中，控制器200识别传感器相关的峰值或最大通量值，并将该峰值通量值的位置作为永磁体的位置。例如，对于环形永磁体而言，将具有由直接位于永磁体的极之上或例如接近永磁体的极的检测器所测量的磁通量具有的特性峰值。检测器距离永磁体越远，感测到的磁通量越小，并且可用来确定永磁体的边界。然后采用与关于步骤630所述的类似方式，分析第二磁传感器感测的第二通量值，从而识别第二永磁体的位置或与第二永磁体相关的峰值磁通量(步骤635)。控制器200基于与第一和第二永磁体相关的位置或峰值通量，确定磁传感器路径的中心或永磁体的中心线(步骤640)。如上所述，磁传感器路径的中心和环形磁传感器阵列的定向可用来确定组件405的倾斜角度(步骤645)。综上，除其他之外，本发明提供了利用永磁体倾斜计确定工业机械组件的倾斜度的系统、方法和装置。本发明的各种特征和优点阐明在所附的权利要求中。
权利要求
1.一种确定工业机械组件的倾斜度的方法，所述工业机械组件以线性和旋转方式独立运动，所述方法包括: 感测与第一磁传感器相关的第一磁通量； 感测与第二磁传感器相关的第二磁通量； 生成关于所述第一磁通量的第一通量信号和关于所述第二磁通量的第二通量信号； 分析所述第一通量信号以识别第一峰值磁通量； 分析所述第二通量信号以识别第二峰值磁通量； 基于所述第一峰值磁通量和所述第二峰值磁通量识别磁传感器路径；以及 基于识别出的磁传感器路径确定所述工业机械组件的倾斜度。
2.根据权利要求1的方法，其中所述工业机械组件为铲斗柄。
3.根据权利要求1的方法，进一步包括在控制器处接收所述第一通量信号和所述第二通量信号。
4.根据权利要求1的方法，其中所述第一峰值磁通量与第一永磁体的第一位置相关，以及所述第二峰值磁通量与第二永磁体的第二位置相关。
5.根据权利要求1的方法，其中所述第一磁传感器包括第一多个磁检测器，以及所述第二磁传感器包括第二多个磁检测器。
6.根据权利要求5的方法，其中所述第一通量信号对应于所述第一磁传感器中的多个磁检测器的每一个检测的通量，以及所述第二通量信号对应于所述第二磁传感器中的多个磁检测器的每一个检测的通量。
7.根据权利要求6的方法，其中分析所述第一通量信号和所述第二通量信号包括映射所述第一磁传感器中的多个磁检测器的每一个检测的通量以及所述第二磁传感器中的多个磁检测器的每一个检测的通量。
8.一种工业机械，包括: 以线性方式或旋转方式相对于所述工业机械运动的组件，所述组件包括第一永磁体和第二永磁体； 环形磁传感器阵列，被配置为感测与所述第一永磁体相关的第一磁通量和与所述第二永磁体相关的第二磁通量，所述环形磁传感器阵列包括第一磁传感器和第二磁传感器，所述第一磁传感器被配置为感测与所述第一永磁体相关的第一磁通量，所述第二磁传感器被配置为感测与 所述第二永磁体相关的第二磁通量；以及控制器，被配置为: -接收关于所述第一磁通量的第一通量信号和关于所述第二磁通量的第二通量信号， -分析所述第一通量信号以识别第一峰值磁通量， -分析所述第二通量信号以识别第二峰值磁通量，以及 -基于所述第一峰值磁通量和所述第二峰值磁通量，确定所述工业机械的所述组件的倾斜度。
9.根据权利要求8的工业机械，其中所述组件为铲斗柄。
10.根据权利要求8的工业机械，其中所述第一磁传感器包括第一多个磁检测器，以及所述第二磁传感器包括第二多个磁检测器。
11.根据权利要求8的工业机械，其中所述第一磁传感器与所述第二磁传感器相邻。
12.根据权利要求8的工业机械，其中所述第一磁传感器与所述第二磁传感器间隔开。
13.根据权利要求8的工业机械，其中所述第一永磁体的尺寸比所述第二永磁体大。
14.根据权利要求8的工业机械，其中所述第一永磁体对应于所述组件完全收回的位置。
15.一种确定倾斜度的方法，所述方法包括: 感测与第一永磁体相关的第一磁通量； 感测与第二永磁体相关的第二磁通量； 生成关于所述第一磁通量的第一通量信号； 生成关于所述第二磁通量的第二通量信号； 识别与所述第一通量信号相关的第一峰值磁通量； 识别与所述第二通量信号相关的第二峰值磁通量；以及 基于所述第一峰值磁通量和所述第二峰值磁通量确定倾斜度。
16.根据权利要求15的方法，进一步包括在控制器处接收所述第一通量信号和所述第二通量信号。
17.根据权利要求15的方法，其中所述第一峰值磁通量与所述第一永磁体的第一位置相关，以及所述第二峰值磁通量与所述第二永磁体的第二位置相关。
18.根据权利要求15的方法，其中所述第一磁传感器包括第一多个磁检测器，以及所述第二磁传感器包括第二多个磁检测`器。
19.根据权利要求18的方法,其中所述第一通量信号对应于所述第一磁传感器中的多个磁检测器的每一个检测的通量，以及所述第二通量信号对应于所述第二磁传感器中的多个磁检测器的每一个检测的通量。
20.根据权利要求19的方法，其中分析所述第一通量信号和所述第二通量信号包括映射所述第一磁传感器中的多个磁检测器的每一个检测的通量以及所述第二磁传感器中的多个磁检测器的每一个检测的通量。
全文摘要
公开一种用于工业机械的永磁体倾斜计。所述工业机械包括可以相对于所述工业机械运动的组件，所述组件包括第一永磁体和第二永磁体。环形磁传感器阵列感测与第一永磁体相关的第一磁通量以及与第二永磁体相关的第二磁通量。所述环形磁传感器阵列包括感测所述第一磁通量的第一磁传感器和感测所述第二磁通量的第二磁传感器。控制器接收关于所述第一磁通量的第一通量信号和关于第二磁通量的第二通量信号，分析所述第一通量信号以识别第一峰值磁通量，分析所述第二通量信号以识别第二峰值磁通量。之后，控制器基于所述第一峰值磁通量和所述第二峰值磁通量确定所述工业机械组件的倾斜度。
文档编号G01C9/08GK103162665SQ20121059913
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者韦斯利·P·泰勒 申请人:哈尼施费格尔技术公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
