DE10123292A1 - Sensorsystem - Google Patents

Sensorsystem

Info

Publication number
DE10123292A1
DE10123292A1 DE10123292A DE10123292A DE10123292A1 DE 10123292 A1 DE10123292 A1 DE 10123292A1 DE 10123292 A DE10123292 A DE 10123292A DE 10123292 A DE10123292 A DE 10123292A DE 10123292 A1 DE10123292 A1 DE 10123292A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
absolute value
sensor system
change
sensor
bit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10123292A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10123292B4 (de
Inventor
Anton Rodi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE10123292A priority Critical patent/DE10123292B4/de
Priority to US10/116,541 priority patent/US6667696B2/en
Publication of DE10123292A1 publication Critical patent/DE10123292A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10123292B4 publication Critical patent/DE10123292B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/20Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits
    • H03M1/202Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits by interpolation
    • H03M1/207Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits by interpolation using a digital interpolation circuit
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24419Interpolation not coverd by groups G01D5/24404, G01D5/24409 or G01D5/24414
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/22Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/22Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/30Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental
    • H03M1/303Circuits or methods for processing the quadrature signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Es wird ein Sensorsystem beschrieben, bei dem ein digitaler Absolutwert der jeweiligen Position eines feststehenden Teils (Stators) gegenüber einem relativ dazu bewegbaren Teil (Rotor) gebildet wird, der seriell zu einer Auswerteschaltung übertragen wird, wobei die Übertragung des seriellen Absolutwerts jeweils durch ein externes Signal eingeleitet wird. DOLLAR A Zur Erhöhung der Auflösung des Gebers wird sensorseitig jeweils die Änderung des Absolutwerts erfasst und es wird jeweils ausgehend vom Zeitpunkt der Änderung eine Feinstinterpolation vorgenommen. Schließlich wird aufgrund der Abfrage durch das externe Signal der Absolutwert durch das aufgelaufene Feinstinterpolationsergebnis ergänzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des An­ spruchs 1. Dabei soll die Erfindung zur Messung von Wegen und zur Messung von Winkeln verwendbar sein.
Hierbei soll es offen bleiben, wie der digitale Absolutwert im Geber ermittelt wird. Er kann z. B. so ermittelt werden, wie es in der Schweizer Patentanmeldung 02105/99 beschrieben ist. Dort beinhaltet die Winkel- und/oder Wegmessvorrichtung einen Abtastkopf mit mindestens einem Sensor zur Ermittlung von Absolutwerten von Win­ keln und/oder Wegen und mindestens einem Sensor zur Ermittlung von zwischen zwei aufeinanderfolgenden Absolutwerten liegenden Inkrementalwerten von Winkeln und/oder Wegen. Im Abtastkopf befinden sich Mittel zur Bildung eines Gesamtabso­ lutwerts aus einem von mindestens einem Sensor ermittelten Absolutwert und eines von mindestens einem Sensor ermittelten Inkrementalwert und zur Bereitstellung dieses Gesamtabsolutwerts in Binär/-Digitalform.
Dort wird also der vom Messsystem erfasste Absolutwert mit dem getrennt, zwischen zwei Werten des erfassten Absolutwerts, ermittelten Feinwert unmittelbar in die Ge­ berelektronik zusammengefasst und zusammen als Gesamtabsolutwert in Binär- /Digitalform zur Geberausgabe im gesamten Betriebsbereich bereitgestellt. Damit erfolgt die gesamte Signalverarbeitung im Abtastkopf, so dass die aufwendige Si­ gnalübertragung (Kabel, Abschirmungen, usw.) wesentlich vereinfacht wird und vor allem die aufwendige Peripherie-Elektronik (AD-Wandler, Sample- und Hold- Bausteine, Rechner usw.) entfallen kann.
In der genannten Patentanmeldung sind Zusammenhänge zwischen höchster Mess­ geschwindigkeit und Auflösung beschrieben, die aufzeigen, dass die im Anwen­ dungseinsatz (z. B. Motoren von 0 bis 6000 U/min bzw. Verstellgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/sec) zu realisierenden Geberauflösungen oberhalb 18 Bit an Sy­ stemgrenzen stoßen. Für den Fall höher gewünschter Auflösungen von z. B. 20 Bit und mehr wird empfohlen, zusätzlich die 12Bit-SIN-/COS-Signale (Analogwerte) vom Geber an die Auswertung zu übertragen, um extern die Feinstauflösung von z. B. 10 Bit vorzunehmen. Mit allen damit einhergehenden Zusatzaufwendungen an Schal­ tungsmaßnahmen, Bauteilen, Störempfindlichkeiten und vor allem mit der problema­ tischen Gebergenauigkeit ergibt dies eine Auflösung der Winkel-/Wegabschnitte von annähernd 22 Bit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem anzugeben, das eine Er­ höhung der Gebergenauigkeit erlaubt, ohne die oben genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die hohe Wegauflösung wird dort benötigt, wo präzise Stellbewegungen möglichst schnell in eine Position gefahren und die Lage auch bei Lastschwankungen, bzw. Störkräften steif beibehalten werden soll. Die anspruchsvollen Servosteuerungen arbeiten mit Zykluszeiten (Zeit zwischen zwei Regel-/Stellmaßnahmen am Antrieb) bis hinunter zu ca. 50 µsec. Nimmt man als Beispiel eine Welle von ca. 40 mm und eine Absolutgeberauflösung von 17 Bit, so entspricht ein Auflösungsschritt ca. 1 µm.
Damit wird in der Zyklusszeit von 50 µsec höchstens der 1 µm-Schritt erfasst, was ei­ ner Beschleunigung von
a = 2s/t2 = 2 µm/(502.µm2) = (2.106)/2500
a = (2/2,5).103 = 800 m/sec2 ≈ 80 g
entspricht. Dies will man jedoch in Bereiche von g = 10 m/sec2 herabsetzen, so dass höhere Auflösungen von über 22 Bit gefragt sind. Besonders erschwerend ist bei sol­ chen Auflösungen, dass beim Stand der Technik das bestehende und verrauschte Analogsignal (SIN-/COS-Signal) für den Weg einmal differenziert werden muss, um die benötigte Geschwindigkeit für den Regler zu erhalten. Das Ausmaß der Problem­ stellung wird ersichtlich, wenn man die üblichen 1VSS-SIN-/COS-Signale mit einer 12- Bit-AD-Wandlung (z. B. um von einer 10-Bit-Inkrement-Grundauflösung auf die 22- Bit-Gesamtauflösung zu kommen) heranziehen und in rauhen Industriebedingungen Spannungen von einigen 1/10 mV verarbeiten muss.
Die zugrundeliegende Erfindung vermeidet die analoge Signalverarbeitung über störbehaftete Kabelstrecken und aufwendige, sowie problembehaftete Analogwand­ lungen in der Auswerteschaltung. Vielmehr werden nur digitale Signale herangezo­ gen, die präzise und störungsfrei in den ohnehin auf digitaler Basis arbeitenden Rechnersteuerungen zu verarbeiten sind.
Begünstigt wird dieses Vorgehen durch die z. B. bei Inkrementalgebern bekannte und offensichtliche Tatsache, dass die Teilungsgenauigkeit viel höher ist, als die durch den Teilschritt vorgegebene Auflösung. Auch sind die Wiederholungsgenauig­ keiten der Sensorwerte um ein Vielfaches höher. In der Praxis werden bei Präzisi­ onsgebern 30- bis 100-fach genauere Werte erreicht, als es die Auflösung und erst recht die erzielbaren Absolutgenauigkeiten vorgeben. Dies liegt daran, dass die Maßstabsscheiben - z. B. bei optischen Gebern - durch hochgenaue Lithographie­ prozesse erstellt werden. Diese Geräte dienen zur Maskenherstellung für Halbleiter und reichen in ihrer Präzision bis an einige Nanometer heran. Damit sind die auf in­ krementeller Basis arbeitenden und synchronisierten Sensorsysteme - z. B. gemäß dem Schweizer Patent Nr. 02 105/99 - prädestiniert, viel höhere Auflösungen zu be­ werkstelligen.
Besonders geeignet sind hierzu auch Auswertesysteme, die über mehrere Inkre­ mente hinweg in Mittelwertbildung die Lage der Inkremente erfassen. Damit werden im Sensormesssystem selbst die Nulldurchgänge der SIN/COS-Signale äußert präzi­ se erfasst und können somit für die höheren Auflösungen weiterbildend herangezo­ gen werden. Ein so gestaltetes Sensorsystem kann z. B. über seine höchst genaue Inkrementteilung von z. B. 12 Bit ebenfalls bitweise von 12 bis 15 Bit (Nulldurchgän­ ge und Schnittpunkte von SIN-/COS-Signalen sind besonders genau dabei erfass­ bar) für höchstmögliche Auflösungsschritte für die erfinderische Ausgestaltung be­ sonders vorteilhaft herangezogen werden.
Bei der Erfindung z. B. wird aus einem den Absolutwert bildenden Zählerstand an definierter Binärstelle (z. B. 12 Bit) die Wertänderung als digitale Signalausgabe (z. B. 1 = High-Pegel, 0 = Low-Pegel) vom Winkel- bzw. Wegsensor herausgeführt.
Damit kann der Sensor selbst, bzw. die externe Steuerung - oder auch beide ge­ meinsam - auf eine entsprechend sehr präzise Bitfolge, z. B. 12 Bit, zurückgreifen und über eine Weginterpolation zwischen den sich abwechselnd bildenden Flanken des Signals die sehr hochauflösende Wegerfassung, sowie Geschwindigkeitsermitt­ lung bewerkstelligen.
Ein Geber mit 12 Bit Inkrementauflösung für die zu bildenden Absolutwerte, hat prak­ tikable Teilungsschritte von 20 µm bis 30 µm. Der Signalabstand zweier Flanken ergibt genau den Weg dieser Teilungsstrecke und kann über eine Oszillator-Frequenz von z. B. 30 bis 50 MHz (100 MHz) und einen Zähler feinst aufgelöst in Zeit ermittelt wer­ den.
Die Geschwindigkeit ergibt sich v = s/t.
Bei konstanter Geschwindigkeit v = Konst. = K,
ergibt sich K.t = s und die Teilstrecke Δs = K.Δt = K.(1/fOszill).Δz.
fOszill = Oszillator-Frequenz
z = Zählabstand von einer zur anderen Signalflanke (bei gegebener fOszill.)
Δz = z1 - z2; Δzmin = 1
Geht man z. B. von der 12-Bit-Signalfolge mit einem Abstand von 30 µm aus und ei­ nem Oszillator von 50 MHz, so ergeben sich für tZyklus = 50 µsec Zykluszeiten bei:
  • 1. v = Verstellgeschwindigkeit der Wegstrecke ≦ 10 m/sec
    f12-Bit ≈ 300 kHz (Übertragungsfrequenz der 12-Bit-Signalausgabe)
    t12-bit ≈ 3 µsec
    zmax ≈ 3 µsec/20 nsec = 150 ≅ 7 Bit
    Δs ≈ 200 nm = 0,2 µm
    a ≈ 2Δs /tZyklus = 0,4/(2500.106) = 160 m/sec2 = 16 g
    Relative Gesamtauflösung: 12 Bit + 7 Bit = 19 Bit
  • 2. v = 1 m/sec:
    f12-Bit ≈ 30 kHz
    t12-Bit ≈ 30 µsec
    zmax ≈ 30/20 = 1500 ≧ 10 Bit
    Δs = 20 nm = 0,02 µm
    a ≈ 2Δs /tZyklus = 0,04/(2500.106) = 16 m/sec2 = 1,6 g
    Relative Gesamtauflösung: 12 Bit + 10 Bit = 22 Bit
  • 3. v = 0,1 m/sec:
    f12-Bit ≈ 3 kHz
    t12-Bit ≈ 300 µsec
    Da tZyklus < 300 µsec, so muss bei Beibehaltung der tZyklus = 50 µsec
    f15-Bit = 24 kHz,
    t15-Bit = 40µsec
    gewählt werden.
    zmax ≈ 40 µsec/20.103 nsec = 2000 = 11 Bit
    Δs ≈ 4 µm/(2.103) = 2 nm = 0,002 µm
    a = 2Δs/tZyklus = (0,004/2500).106 = 4/2,5 = 1,6 m/sec2 = 0,16 g
    Relative Gesamtauflösung = 15 Bit + 11 Bit = 26 Bit
Diese hohe Auflösung für die relative Weg- und Geschwindigkeitserfassung braucht jedoch den Bezug zum Absolutwert der Strecke bzw. des Winkels. Da die Absolut­ wertbildung in Sensoren des z. B. Schweizer Patents Nr. 02 105/99 unter Echtzeit­ bedingungen erfolgt, (kleiner 10nsec-Streubreite), lassen sich nach der erfinderi­ schen Ausgestaltung der Absolutsignalerfassung sehr präzise Absolutgenauigkeiten von der oben aufgeführten relativen Gesamtauflösung erreichen. Im Sensor selbst erfolgt die synchrone Einleitung der Feinstwertbildung einfach mittels der Interpolati­ on zwischen den jeweils gewählten und sich ändernden Werten der Absolutwert- Stellwerte (z. B. von 12 bis 17, bzw. 18 Bit). Die externe Feinstwertbildung (Interpola­ tion) geschieht durch die synchrone Einleitung der seriellen Abfrage mittels der Takt­ flanken der seriellen Schnittstelle SSI mit einer der herausgeführten 12-Bit- Signalflanken durch die externe Steuerung. Dieser vom Sensor herausgeführte z. B. 12-Bit-Wert (bis 17; 18-Bit) wird mit einer Genauigkeit erfasst, die sich absolut im Be­ reich bis hinab zu 10 nm bewegt. Bei Präzisionsgebern mit ca. 40- Maßstabsscheiben und 12-Bit-Teilung ergibt das Genauigkeiten, die sicher oberhalb von 22 Bit liegen.
Damit sind mit den so gestalteten Gebern und Abfragen, sowie digitaler Interpolation im Sensor bzw. in der Steuerung auch Absolutgenauigkeiten erreichbar, die über den Nenn-Absolutwert-Ausgaben des Messgebers (z. B. durch SSI-Ausgabe) liegen. So­ lange die z. B. 12-Bit-Signalfolge (bzw. 13-, 14-, 15 bis 17-18 Bit) herangezogen werden kann, sind markant höhere Absolutwerte, bzw. Auflösungen erreichbar, die über den Nenn-Absolutwerten der bisher realisierten Echtzeit-Messwertgebern von z. B. 17/18 Bit liegen. Bei praktikablen Verfahrgeschwindigkeiten werden somit sehr hohe Auflösungen erreicht, die über 22 Bit liegen und sich sehr einfach, kostengün­ stig, sowie störunempfindliche realisieren lassen.
Bei der sensorinternen Interpolation können sehr einfach die zweckmäßigen Abso­ lutwert-Stellen von 12- bis z. B. 17/18 Bit zur Interpolation der Feinstwerte ermittelt werden, in dem die Geschwindigkeiten der permanent erfassten Weg-/Winkel­ strecken herangezogen werden. Dabei sind zweckmäßigerweise die höherwertigen Auflösungsschritte bei entsprechend niederen Geschwindigkeiten - z. B. 17-/18 Bit bei nahezu Stillstand - zu wählen.
Bei externer Feinstinterpolation kann in besonders einfacher und Kabel/Stecker spa­ render Ausführung die Signalausgabe über die Datenleitung der seriellen Schnitt­ stelle ausgegeben werden. Während dem seriellen Datenverkehr ist die Signalaus­ gabe dann gesperrt und wird sofort wieder aktiviert, wenn der Datenübertragungs­ prozess abgeschlossen ist.
Bei Stillstand und der sich innerhalb der z. B. 12- bis 15-Bit-Signalfolge (bzw. 17- /18 Bit) befindlichen Position, kommt nur die tatsächlich vom Sensor verarbeitete Auflösung und Genauigkeit zum Tragen und bestimmt somit den Fangbereich der absolut zu erzielenden Position unter allen Grenzbedingungen. Die Nennauflösung der Sensoren hat diesem Umstand Rechnung zu tragen.
Die bisher in der Praxis angewandten Regelsysteme im Stillstand nutzen auch die bei Bewegung vorteilhafte Geschwindigkeitserfassung. Es kann daher vorteilhaft sein, als Inkrementalsignal z. B. die höchst auflösende Bitstelle herauszuführen, um im Fangbereich der absoluten Position die Geschwindigkeit zu ermitteln und der Re­ geleinrichtung zur Verfügung zu stellen. Bei einem 17-/18 Bit-Absolutgeber und einer Welle von 40 mm sind bei ca. 0,5 µm um die Wegstrecke und die Beschleunigungs­ bewegung durch Last-/Störgrößen mit einigen g sehr gut innerhalb von 50 µsec Re­ gelzyklus und Auflösungsgrenze erfassbar.
Mit der beschriebenen Interpolation und sich ergebenden Geschwindigkeitsänderun­ gen mit ca. v ≦ 0,02 m/sec, sind die Positionen äußert feinfühlig innerhalb der gege­ benen Nenn-Auflösungsgrenzen mit relativen Auflösungen um bis zu drei Größen­ ordnungen höher, d. h. statt 17/18 Bit mit 27 bis 28 Bit zu halten. Bei interner Interpo­ lation im Sensor kann daher der Feinstwert mit dem Gesamtabsolutwert zum höher aufgelösten neuen Absolutwert verarbeitet und über die SSI-Schnittstelle übertragen werden. Es ist aber auch möglich und zweckmäßig, den Gesamtabsolutwert von 17/18 Bit durch den jeweils ermittelten Feinstwert zu ergänzen und separat den Wert beim Datenabruf über SSI zu übertragen.
Bei externer Feinstwertbildung ist es aber nicht immer ausreichend, den Gesamtab­ solutwert von 17/18 Bit mit der vom Absolutwert abgeleiteten Signalausgabe z. B. von 12 bis 15 Bit (17/18 Bit) allein zur Regelung durch die Steuerung zu verknüpfen.
Für solche Fälle der Regelungen bei kleinsten Geschwindigkeiten und z. B. be­ grenzter Möglichkeiten der schnellen Absolutwertübertragung, bzw. Abfrage der Messwerte, ist es zweckmäßig, zusätzlich zum Inkrementalsignal die Bewegungs­ richtung des Sensors (vor/rück, bzw. links/rechts) als Signal herauszuführen und der Steuerung zur Verfügung zu steifen. Auch ist es zweckmäßig, wenn die Auflösung des Inkrementalsignals von z. B. 12 bis 17/18 Bit (bei einem 17/18-Bit-Absolutgeber) programmierbar ist, bzw. frei wählbar geändert und situationsbedingt von der exter­ nen Steuerung abrufbar ist. Damit trägt man auch den unterschiedlichen Stell- Bewegungsgeschwindigkeiten Rechnung, die die hohe Auflösung des Inkrementalsi­ gnals bis 17/18 Bit nur bei sehr langsamen Bewegungen bis zum Stillstand benötigen und somit die Übertragungsfrequenzen unproblematisch niedrig halten.
Da sich in der Regel Absolut-Positionen in der überwiegenden industriellen Anwen­ dung annähernd im µ-Bereich bewegen, sind preisgünstige Nenn-Absolutwertgeber auch nur für diese Auflösungsbereiche zu konzipieren und die gefragten höheren Auflösungen für bewegte Vorgänge mit den nach den Ansprüchen zu realisierenden Vorgaben zu bewerkstelligen. Damit erreicht man im Vergleich zu bestehenden Ausführungen preiswerte Sensoren und einfache Steuerungen für sehr anspruchs­ volle Regelaufgaben.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrie­ ben.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Absolutwertgeber bezeichnet. Der jeweils gerade festgestellte und in digitaler Form vorliegende Positionswert, bzw. die Winkel-, bzw. Wegstrecke wird bei einem über eine Leitung 2 von der Auswerteschaltung 3 übertragenen Takt­ signal über eine Datenleitung 4 seriell übertragen. Diese Übertragung kann in be­ kannter Weise über die sogenannte serielle Schnittstelle SSI erfolgen.
Parallel dazu wird über die Leitungen 5 zum Zeitpunkt jeder Änderung des digitalen Messwerts des Gebers 1 ein Signal (Flanke) und die Richtungsangabe links/rechts übertragen, das die Interpolation in der Auswerteschaltung 3 auslöst, z. B. die Impul­ se eines Generators einem Zähler zuführt, dessen Zählergebnis gegebenenfalls un­ ter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Rotors gegenüber dem Stator, die re­ lative Stellung des Rotors zum Stator zwischen zwei benachbarten digitalen Mess­ werten angibt. Mit diesem Ergebnis kann das digitale, über die Leitung 4 übertragene Messergebnis ergänzt, bzw. verfeinert werden.
Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, dass nur ein Leitungspaar 2', 4' zwi­ schen dem Geber 1 und der Auswerteschaltung 3 vorgesehen ist. Hier erfolgt wie in Fig. 1 die Abfrage über Leitung 2' und die Übertragung des abgefragten Digitalwerts über Leitung 4'. Hier wird das die Änderung des Digitalwerts signalisierende Signal auch über die Leitungen 4' übertragen, wobei diese Übertragung bei einer Abfrage über Taktleitung 2' und der danach erfolgenden seriellen Übertragung ausgesetzt, bzw. gesperrt wird.
In Fig. 3 wird im Geber 10 auch die Interpolation vorgenommen. Der vom Geber er­ mittelte Grob- und Feinwert steht hier in einem Register 11 zur Verfügung. Kommt es zu einer Änderung des Werts, z. B. an der letzten Stelle, so wird dies in einem Block 12 erkannt und damit die Feinstinterpolation in einem Block 13 ausgelöst. Der Block 13 enthält z. B. einen Zähler, der durch das Signal des Blocks 12 ausgelöst die Im­ pulse eines Oszillators 14 zählt.
Zweckmäßig ist es im Sensor die Geschwindigkeit des Messobjektes zu erfassen, die bekanntlich aus der zurückgelegten Wegstrecke pro Zeiteinheit - also Änderung des Absolutwertes pro Zeit - für den Sensor normiert ermittelt werden kann, was hier nicht näher ausgeführt wird. Die so in Block 15 ermittelte Geschwindigkeit wird zur Auswahl des Stellwertes aus dem Gesamtabsolutwert (in 11, Grob- und Feinwert) im Block 12 herangezogen, so dass mit kleiner werdenden Geschwindigkeiten die höhe­ ren Auflösungswerte zum Tragen kommen. Damit erreicht man die höchstmöglichen Feinstauflösugen zwischen zwei Messzeiträumen (Zykluszeiten) und damit einherge­ hend auch die maximale Gesamtauflösung des Sensorsystems.
Im Falle des Abrufs des augenblicklichen Gesamtabsolutwerts werden die Ergebnis­ se des Registers 11 und des Blocks 13 in einem Block 16 entsprechend zusammen­ gesetzt, der entweder dann eine getrennte Übertragung der beiden Ergebnisse zur Auswerteschaltung 20 veranlasst, oder aber einen Gesamtabsolutwert mit einer er­ höhten Bitzahl bildet und diesen zur Auswerteschaltung 20 überträgt. Der Auswahl­ modus kann fest programmiert sein oder parametrierbar ausgeführt sein, so dass situationsbedingt von der Steuerung die gewünschten Messwerte abrufbar sind.

Claims (12)

1. Sensorsystem, bei dem ein digitaler Absolutwert der jeweiligen Position eines feststehenden Teils (Stators) eines Gebers (1) gegenüber einem relativ dazu bewegbaren Teil (Rotor) gebildet wird, der seriell zu einer Auswerteschaltung (3) übertragen wird, wobei die Übertragung des Absolutwerts jeweils durch ein externes Signal eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass sensorseitig je­ weils die Änderung des Absolutwerts erfasst wird, dass jeweils ausgehend vom Zeitpunkt der Änderung eine Feinstinterpolation mit wählbarer Absolutauflösung erfolgt und dass bei Abfrage durch das externe Signal der Absolutwert durch das aufgelaufene Feinstinterpolationsergebnis ergänzt wird.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Feinst­ interpolation die aus der Änderung des Absolutwerts abgeleitete Geschwindig­ keit berücksichtigt wird.
3. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Änderung zur Auswerteschaltung (3) über eine separate Leitung (5) als Signalausgabe weitergegeben wird und dass die Feinstinterpolation in der Auswerteschaltung (3) erfolgt.
4. Sensorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Weitergabe des Zeitpunkts über die Leitung (4') für die serielle Übertragung des Absolut­ werts erfolgt.
5. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstinterpolation sensorseitig erfolgt (Fig. 3).
6. Sensorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolut­ wert durch das Feinstinterpolationsergebnis vor der Übertragung ergänzt wird.
7. Sensorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolut­ wert und das Feinstinterpolationsergebnis nacheinander übertragen und der Absolutwert danach ergänzt wird.
8) Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutwert aus einer abgetasteten Absolutspur des Rotors und einer Interpolation des dazwischen liegenden Wegs/Winkels gebildet ist.
9. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines den Absolutwert wiedergebenden Registers (11) die Änderung einer wählbaren Registerstelle den Zeitpunkt der Änderung be­ stimmt.
10. Sensorsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanke des die Registerstelle ändernden Signals den Zeitpunkt bestimmt.
11. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ab dem Zeitpunkt der Änderung ein Zähler (13) die Impulse eines Genera­ tors (14) zählt.
12. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sensorseitig die Bewegungsrichtung des Rotors des Gebers (1) ermittelt und über eine separate Leitung (L/R) ausgegeben wird.
DE10123292A 2001-05-13 2001-05-13 Sensorsystem Expired - Fee Related DE10123292B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10123292A DE10123292B4 (de) 2001-05-13 2001-05-13 Sensorsystem
US10/116,541 US6667696B2 (en) 2001-05-13 2002-04-04 Sensor system for measuring angles and positions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10123292A DE10123292B4 (de) 2001-05-13 2001-05-13 Sensorsystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10123292A1 true DE10123292A1 (de) 2002-11-14
DE10123292B4 DE10123292B4 (de) 2010-07-22

Family

ID=7684659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10123292A Expired - Fee Related DE10123292B4 (de) 2001-05-13 2001-05-13 Sensorsystem

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6667696B2 (de)
DE (1) DE10123292B4 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10317803A1 (de) * 2003-04-16 2004-11-04 Anton Rodi Messwertverarbeitung von Winkel-/Wegmesssystemen
FR2898640A1 (fr) * 2006-03-20 2007-09-21 Siemens Vdo Automotive Sas Procede de transmission d'information relatif au fonctionnement d'un moteur a combustion interne
DE102009056259A1 (de) * 2009-11-28 2011-06-09 Festo Ag & Co. Kg Messanordnung
DE102004045849B4 (de) * 2004-09-20 2014-06-05 Anton Rodi Messgeber mit Absolut-Signalverarbeitung und Inkremental-Signalausgabe

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4212372B2 (ja) * 2003-01-29 2009-01-21 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ エンコーダ信号処理装置およびサーボドライバ
US7023363B1 (en) * 2005-02-17 2006-04-04 Saiful Bahari Saidan Position encoding using impedance comparison
US20090229134A1 (en) * 2005-07-19 2009-09-17 Takashi Nagase Encoder including abnormality detecting device and control system thereof
US11405261B1 (en) * 2020-09-10 2022-08-02 Juniper Networks, Inc. Optimizing bandwidth utilization when exporting telemetry data from a network device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0635700A1 (de) * 1993-07-22 1995-01-25 Marco Dr. Brandestini Absoluter digitaler Lagekodierer
EP0660209A1 (de) * 1993-12-13 1995-06-28 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Vorrichtung und Verfahren zur seriellen Datenübertragung zwischen einer Positionsmesseinrichtung und einer Verarbeitungseinheit
DE19613884A1 (de) * 1996-04-06 1997-10-09 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Verfahren zur Übertragung von Informationen und hierzu geeignete Vorrichtung
DE19856708A1 (de) * 1998-02-21 1999-08-26 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Verfahren zum Betrieb eines Positionsmeßsystems und geeignetes Positionsmeßsystem hierzu
DE19933491A1 (de) * 1999-07-09 2001-02-01 Walter Mehner Verfahren zur seriellen Übertragung von digitalen Meßdaten
EP1102040A1 (de) * 1999-11-18 2001-05-23 HERA Rotterdam B.V. Positionssensor
EP1102039A1 (de) * 1999-11-18 2001-05-23 HERA Rotterdam B.V. Inkremental-Absolut-Abtastkopf mit gesamter Signalverarbeitung ( Photo-ASIC, ASIC )

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0193185B1 (de) * 1985-02-28 1992-05-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Adaptive Zwischenbild-Vektorquantisier-Kodiereinrichtung
US5539646A (en) * 1993-10-26 1996-07-23 Hk Systems Inc. Method and apparatus for an AGV inertial table having an angular rate sensor and a voltage controlled oscillator
US6312065B1 (en) * 1996-09-30 2001-11-06 Rainer Freitag Control system for brake power proportioning on a road vehicle
US6121912A (en) * 1998-09-30 2000-09-19 National Semiconductor Corporation Subranging analog-to-digital converter and method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0635700A1 (de) * 1993-07-22 1995-01-25 Marco Dr. Brandestini Absoluter digitaler Lagekodierer
EP0660209A1 (de) * 1993-12-13 1995-06-28 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Vorrichtung und Verfahren zur seriellen Datenübertragung zwischen einer Positionsmesseinrichtung und einer Verarbeitungseinheit
DE19613884A1 (de) * 1996-04-06 1997-10-09 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Verfahren zur Übertragung von Informationen und hierzu geeignete Vorrichtung
DE19856708A1 (de) * 1998-02-21 1999-08-26 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Verfahren zum Betrieb eines Positionsmeßsystems und geeignetes Positionsmeßsystem hierzu
DE19933491A1 (de) * 1999-07-09 2001-02-01 Walter Mehner Verfahren zur seriellen Übertragung von digitalen Meßdaten
EP1102040A1 (de) * 1999-11-18 2001-05-23 HERA Rotterdam B.V. Positionssensor
EP1102039A1 (de) * 1999-11-18 2001-05-23 HERA Rotterdam B.V. Inkremental-Absolut-Abtastkopf mit gesamter Signalverarbeitung ( Photo-ASIC, ASIC )

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10317803A1 (de) * 2003-04-16 2004-11-04 Anton Rodi Messwertverarbeitung von Winkel-/Wegmesssystemen
DE10317803B4 (de) * 2003-04-16 2015-01-15 Anton Rodi Messwertverarbeitung von Winkel- und Wegmesssystemen
DE102004045849B4 (de) * 2004-09-20 2014-06-05 Anton Rodi Messgeber mit Absolut-Signalverarbeitung und Inkremental-Signalausgabe
FR2898640A1 (fr) * 2006-03-20 2007-09-21 Siemens Vdo Automotive Sas Procede de transmission d'information relatif au fonctionnement d'un moteur a combustion interne
WO2007107228A1 (fr) * 2006-03-20 2007-09-27 Continental Automotive France Procédé de transmission d'information relatif au fonctionnement d'un moteur à combustion interne
US7930929B2 (en) 2006-03-20 2011-04-26 Continental Automotive France Method of transmitting information relating to the operation of an internal combustion engine
DE102009056259A1 (de) * 2009-11-28 2011-06-09 Festo Ag & Co. Kg Messanordnung
DE102009056259B4 (de) * 2009-11-28 2019-05-16 Festo Ag & Co. Kg Messanordnung

Also Published As

Publication number Publication date
US6667696B2 (en) 2003-12-23
US20020167420A1 (en) 2002-11-14
DE10123292B4 (de) 2010-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0575843B1 (de) Drehwinkelmesssystem
DE19712622A1 (de) Anordnung und Verfahren zur automatischen Korrektur fehlerbehafteter Abtastsignale inkrementaler Positionsmeßeinrichtungen
WO1991007665A1 (de) Verfahren und system zur messdatenerfassung und -auswertung
EP2641066B1 (de) Volumenmessauswerteverfahren und -messeinrichtung
EP1193472A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Absolutposition bei Weg- und Winkelgebern
DE3231990A1 (de) Auswerteeinrichtung fuer einen digitalen inkrementalgeber
DE102017216666A1 (de) Positionsmesseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Positionsmesseinrichtung
DE10123292A1 (de) Sensorsystem
AT392536B (de) Lineares, inkrementales messsystem
DE2237032C3 (de) Winkelmesser
DE19913139C2 (de) Vorrichtung zum Erzeugen eines Ursprungssignales einer optischen Linearskala
DE3417016C1 (de) Verfahren zur Ermittlung der Lage und Geschwindigkeit von Objekten
WO2006069925A1 (de) Messelement und messverfahren mit einer spur zur bestimmung einer lage
DE19632656A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen der Lage oder der Drehstellung eines Gegenstandes
DE3406389C2 (de)
EP0220547A1 (de) Drehzahlmesswertgeberschaltung
EP0094986A1 (de) Einrichtung zum Unterteilen von analogen periodischen Signalen
DE3123002A1 (de) Verfahren und einrichtung zur drehzahlmessung einer mit einem rotierenden impulsgeber gekuppelten welle
EP0585622A2 (de) Verfahren bei Längen- oder Winkelmesseinrichtungen
EP2533021B1 (de) Lineares Wegmesssystem und Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Laufschlittens in Relation zu einer Laufschiene
EP0381784B1 (de) Elektrohydraulisches Antriebssystem
DE3147526A1 (de) Rotationskopfzylinder fuer ein videobandaufzeichnungsgeraet
DD251003A5 (de) Geraet zur messung der geschwindigkeit eines beweglichen koerpers
DE19822843A1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur hochauflösenden Bestimmung der Drehwinkelstellung und/oder Drehzahl einer Welle
DE10161227A1 (de) Vorrichtung zur sicheren Positions- und/oder Geschwindigkeitsmessung eines Synchronmotors

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8110 Request for examination paragraph 44
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee