DE102006007234B4

DE102006007234B4 - Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten, Verwendung desselben und Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten sowie Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten

Info

Publication number: DE102006007234B4
Application number: DE102006007234A
Authority: DE
Original assignee: ATTOSENSOR GmbH
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: DE102006007234C5; DE102006007234A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten (phiist) vorgeschlagen, wobei jeder erfasste Positionswert (phiist) in Abhängigkeit eines Sollwertes (phisoll) korrigiert wird. Erfindungsgemäß werden die Positionswerte (phiist) und die Sollwerte (phisoll) an einem Bezugssystem mit zumindest einem vorbestimmten Referenzpunkt ermittelt. Des Weiteren wird eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten, insbesondere bei einem Positionssensor vorgeschlagen. Ferner wird auch eine Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion und eine Sollwertfunktion an einem Bezugssystem vorgeschlagen. Schließlich wird auch eine Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten, insbesondere ein Positionssensor, mit einer Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Positionswerte vorgeschlagen, die eine Messeinrichtung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion phiist(t) und eine Sollwertfunktion phisoll(t) zur Positionswertekorrektur umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten, wobei jeder Positionswert in Abhängigkeit eines Sollwertes korrigiert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung des Verfahrens und eine Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion und eine Sollwertfunktion. an einem Bezugssystem. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten, insbesondere einen Positionssensor, mit einer Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Positionswerte.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zum Erfassen von Positionen bekannt, die auch als Positionssensoren oder Drehwinkelsensoren bezeichnet werden. Die bekannten Vorrichtungen verwenden kapazitive, induktive oder auch optische Erfassungseinrichtungen zum Erfassen von Positionen. Jedoch weisen die üblichen Vorrichtungen eine nur begrenzte Genauigkeit auf, die für bestimmte Anwendungen nicht ausreicht. Die Ursache hierfür sind in der Regel Montage- und Fertigungstoleranzen der verwendeten mechanischen und elektronischen Bauteile der Vorrichtungen.

Um die Genauigkeit der bekannten Vorrichtung für bestimmte Anwendungen zu verbessern, ist es deshalb erforderlich, die einzelnen Bauteile bei der Montage der Vorrichtung entsprechend zu justieren. Dazu sind aufwändige Messungen zum Kalibrieren der Vorrichtung bei der Montage notwendig. Ohne diesen zusätzlichen mechanischen und/oder elektronischen Justageaufwand, welcher kosten- und zeitintensiv ist, können die Positionstoleranzen bei den bekannten Vorrichtungen nicht entscheidend beeinflusst werden. Aus diesem Grund sind die bekannten Positionssensoren mit hoher Genauigkeit nur mit erheblichem Aufwand kostenintensiv zu fertigen.

Eine weitere Möglichkeit die Genauigkeit der bekannten Vorrichtungen zu verbessern, kann dadurch erreicht werden, dass eine mathematische Korrektur während des Betriebes der Vorrichtung durchgeführt wird. Dazu kann ein Verfahren zum Korrigieren der Positionswerte bei den bekannten Vorrichtungen zum Erfassen von Positionen eingesetzt werden, wobei das Verfahren aus der Druckschrift DE 100 41 096 A1 bekannt ist. Bei dem bekannten Verfahren wird jeder Positionswert in Abhängigkeit eines Sollwertes korrigiert. Die Ermittlung der erforderlichen Sollwerte ist bei dem bekannten Verfahren sehr aufwändig und fehlerbelastet. Es hat sich gezeigt, dass das bekannte Verfahren mit einem erheblichen Aufwand betrieben werden muss, um eine gewünschte Genauigkeit bei den Positionswerten der Vorrichtungen zu realisieren. So dient bei dem bekannten Verfahren ein Referenzdrehwinkelsensor als Bezugssystem. In dieser Form kann das Bezugssystem als komplex bezeichnet werden. Resultierend aus dieser Komplexität ergibt sich in nachteiliger Weise ein erheblicher Aufwand dieses Bezugssystem genau auszugestalten.

Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Korrigieren von Positionswerten und eine Verwendung desselben sowie eine Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion und eine Sollwertfunktion vorzuschlagen, um eine gewünschte Genauigkeit der Positionswerte auf einfachste Weise bei möglichst geringem Zeit- und Kostenaufwand zu realisieren.

Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1, hinsichtlich der Verwendung durch die Merkmale des Patentanspruches 16 und bezüglich der Messanordnung durch die Merkmale des Patentanspruches 22 sowie hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruches 25 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung schlägt somit ein Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten in Abhängigkeit von Sollwerten vor, die an einem Bezugssystem mit zumindest einem vorbestimmten Referenzpunkt ermittelt werden. Durch die Verwendung von möglichst wenigen Referenzpunkten, vorzugsweise einem Referenzpunkt, wird eine nahezu fehlerfreie und wartungsfreie Referenz zum Ermitteln der Sollwerte für die Korrektur der erfassten Positionswerte gegeben. Diese Art der Korrektur der Positionswerte zeichnet sich gegenüber bekannten Verfahren durch minimalen Speicherbedarf und geringe Messdauer aus, welches insbesondere durch die geringere Anzahl der erforderlichen Stützwerte zum Ermitteln einer Sollwertefunktion für die erfindungsgemäße Korrektur erreicht wird.

Darüber hinaus ist eine hohe Genauigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch gegeben, da lediglich ein einzelner Referenzpunkt das Bezugssystem darstellt. Signallaufzeiten sind bei der Erfassung des Referenzpunktes unerheblich, da diese bei einmal gegebener Auswerteelektronik einen konstanten Einfluss auf jede Erfassung des Referenzpunktes haben. Mit Hilfe des gewählten Bezugssystems wird die notwendige Fehlerfunktion bestimmt und dauerhaft in einer Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten bzw. in dem Positionssensor abgespeichert. Während des Betriebes kann dann die Korrektur durchgeführt werden, so dass die Genauigkeit der Vorrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren erhöht und die Fertigungs- und Montagedauer aufgrund der entfallenen mechanischen Justage auf ein Minimum reduziert wird. Somit können Vorrichtungen mit erhöhter Genauigkeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kostengünstiger hergestellt werden.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für den Einsatz z. B. bei einem Drehwinkelsensor als Vorrichtung zur Erfassung von Positionswerten vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der für die Korrektur erforderlichen Sollwerte als Bezugssystem eine rotierende Welle mit einem Messwertaufnehmer verwendet wird, wobei an der Welle ein vorbestimmter Umfangspunkt als Referenzpunkt gewählt wird. Beispielsweise kann der Referenzpunkt an dem Umfang der Welle markiert sein. Auf diese Weise kann der Referenzpunkt durch den Messwertaufnehmer eines Messgerätes bei der Drehung der Welle erfasst und so ein Stützwert einer Sollwertfunktion bestimmt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann bei dem Bezugssystem das Erreichen des Referenzpunktes bei sich drehender Welle jeweils als Nullimpuls von dem Messwertaufnehmer erfasst werden. Die auf diese Weise erhaltenen Werte können als Stützwerte bzw. Stützstellen zum Ermitteln einer Sollwertfunktion dienen. Somit kann anhand der Nullimpulse des Messwerteaufnehmers die gewünschte Sollwertfunktion dargestellt werden, deren Funktionsgleichung durch ein geeignetes Näherungsverfahren ermittelt wird. Die Sollfunktion kann beispielsweise in Form eines Polynoms dargestellt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass als Bezugssystem eine vorbestimmte Strecke mit zumindest zwei Referenzpunkten verwendet wird. Diese Art des Bezugssystems kann vorzugsweise zur Korrektur bei Linearsensoren als Vorrichtung zur Erfassung eingesetzt werden. Beispielsweise können als Referenzpunkte zum Ermitteln der Sollwertfunktion der Anfangspunkt und der Endpunkt der Strecke des Bezugssystems verwendet werden. Es sind auch andere beliebige Punkte einsetzbar.

Um eine Fehlerfunktion zum Korrigieren der erfassten Positionswerte eines Positionssensors, wie z. B. einem Linearsensor, einem Drehwinkelsensor oder dergleichen, zu ermitteln, kann die Vorrichtung zum Erfassen von Positionen mit dem Bezugssystem ebenfalls gekoppelt werden. Auf diese Weise kann mit der Vorrichtung eine diskrete Positionswertefunktion bestimmt werden. Während der Ermittlung der Stützwerte der Sollwertfunktion können die Positionswerte bzw. -signale der Vorrichtung aufgenommen werden, so dass der Positionsverlauf als Istwertefunktion bzw. Positionswertefunktion erstellt werden kann.

Je nach Wahl des Bezugssystems werden unterschiedliche Signale zum Ermitteln einer Fehlerfunktion verwendet. Bei einem drehenden Bezugssystem entsprechen die Nullimpulse des Messwerteaufnehmers einem Vielfachen der möglichen Ist-Positionen pro Umdrehung der Welle des Bezugssystems. Voraussetzung zur Ermittlung einer Fehlerfunktion aus der Positionswertefunktion und der Sollwertfunktion ist ein gemeinsamer Nullpunkt. Deshalb muss die zeitliche Differenz zwischen dem Nullimpuls des Messwertaufnehmers und der Nullposition der Ist-Positionen berechnet und von sämtlichen Stützstellen der Sollwertfunktion abgezogen werden. Auf diese Weise werden die Koordinatensysteme der Sollwert- und der Positionswertefunktion derart ineinander gedreht, dass die beiden Nullpunkte dieser Funktionen übereinander liegen.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann aus diesen Funktionen eine Fehlerfunktion ermittelt werden. Die Differenz der Positionswertefunktion bzw. der Istwertefunktion und der Sollwertfunktion für alle Zeitpunkte der Positionswerte, die durch die Vorrichtung erfasst worden sind, bilden eine Fehlerfunktion in Form einer diskreten Funktion. Mit Hilfe dieser Fehlerfunktion kann der Fehleranteil jedes erfassten Positionswertes bestimmt und korrigiert werden.

Gemäß einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann diese Fehlerfunktion mit Hilfe der Fourier-Transformation analysiert werden. Als Ergebnis der Fourier-Transformation werden die Amplituden und Phasenwinkel der Grund- und Oberwellen erhalten. Je nach Messaufnehmersystem der Vorrichtung zum Erfassen von Positionen lassen sich Grundwelle und bestimmte Oberwellen mechanischen Eigenschaften zuordnen, die relativ zu den anderen Oberwellen bei einem vorhandenen Fehler durch eine große Amplitude gekennzeichnet sind. Diese Oberwellen werden im Weiteren als relevante Oberwellen bezeichnet. Während des Betriebes der Vorrichtung werden die Funktionswerte der relevanten Oberwellen in Bezug auf die aktuell erfasste Position mit Hilfe der zugeordneten Amplitude und des Phasenwinkels berechnet. Die Summe dieser Funktionswerte stellt den relevanten Fehleranteil der aktuell erfassten Position dar.

Vorzugsweise können die relevanten Amplituden und Phasenwinkel in einer Verarbeitungseinrichtung einer Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten abgespeichert werden, so dass mit Hilfe dieser Werte die Fehleranteile berechnet und von dem erfassten Positionswert abgezogen werden können. Auf diese Weise kann durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Vorrichtung bzw. bei einem Positionssensor ein Fehler bereinigtes Ausgangssignal als korrigierter Positionswert erhalten werden. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine am Anfang erfasste Sollfunktion zum Bestimmen einer Fehlerfunktion verwendet werden, um im Betrieb der Vorrichtung bzw. des Sensors für jede Position eine Korrektur durchzuführen, so dass die Genauigkeit der erfassten Positionswerte erheblich verbessert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise bei einer beliebigen Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten eingesetzt werden, um dessen erfasste Positionswerte zu korrigieren. Demzufolge wird durch die vorliegende Erfindung auch ein Verwendungsanspruch bezüglich des oben beschriebenen Verfahrens mit seinen möglichen Varianten beansprucht.

Im Rahmen einer Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Drehwinkelsensor oder auch bei einem Linearsensor eingesetzt werden. Je nach Art des Sensors können verschiedene Verarbeitungseinrichtungen zum Verarbeiten eines erfassten Positionswertes verwendet werden

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Verarbeitungseinrichtung als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), FPGA (field programmable gate arrays), CPLD (complex programmable logic device) oder ASIC (application specific integrated circuit) ausgebildet sein. Die zentrale Verarbeitungseinheit kann mit einem Speicher oder dergleichen verbunden sein, in dem die Werte der Amplituden und Phasenwinkel der relevanten Oberwellen abgelegt sind. Mit diesen Werten können dann die korrigierten Positionswerte berechnet werden. Gemäß der Erfindung kann die Verarbeitungseinrichtung jeden erfassten Positionswert in Abhängigkeit einer ermittelten Fehlerfunktion korrigieren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Verarbeitungseinrichtung einen korrigierten Positionswert aus einem erfassten Positionswert mit Hilfe der gespeicherten Amplituden und Phasenwinkel der relevanten Oberwellen einer analysierten Fehlerfunktion ermitteln. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können vorzugsweise mit Hilfe des ebenfalls vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahrens die erfassten Positionswerte derart korrigiert werden, dass ein fehlerbereinigtes Ausgangssignal als korrigierter Positionswert ausgegeben wird. Somit wird die Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich verbessert.

Vorzugsweise kann die Verarbeitungseinrichtung eine Vorverarbeitung umfassen, bei der eine Signalumformung in Form eines Analog/Digital-Umwandlers, Arcustangens oder dergleichen erfolgen kann. Mit diesen vorverarbeiteten Signalen kann dann die Korrektur in der vorbeschriebenen Weise erfolgen, so dass die Verarbeitungseinrichtung korrigierte Ausgangssignale abgeben kann. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Ausgabeeinrichtung ein analoges oder digitales Interface umfassen. Als analoge Ausgangssignale sind Stromquellen, z. B. 0 bis 20 mA oder 4 bis 20 mA, und/oder auch Spannungsquellen, z. B. 0 bis 5 Volt oder 0 bis 10 V, möglich. Als digitale Schnittstellen können z. B. ein ASSI-Interface, ein CAN- und/oder ein Profibus verwendet werden.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass bei der erfindungsgemäßen Verwendung als Erfassungseinrichtung z. B. eine Halleffekt-, eine induktive, eine kapazitive, eine magnetoresistive und/oder optische Messeinrichtung mit entsprechenden Messaufnehmern eingesetzt wird. Es sind auch Kombinationen der unterschiedlichen Messeinrichtungen denkbar. Neben den genannten Messverfahren können auch z. B. magnetische Messverfahren eingesetzt werden. Möglicherweise können auch Potentiometer oder dergleichen verwendet werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird somit das Verfahren zum Korrigieren von Positionswerten, die Verwendung bei einem beliebigen Positionssensors und auch der Positionssensor selbst als Vorrichtung zum Erfassen von Positionen, insbesondere ein Positionssensor, beansprucht, bei dem die Verarbeitungseinrichtung jeden erfassten Positionswert in Abhängigkeit eines vorzugsweise mit dem vorbeschriebenen Verfahren ermittelten relevanten Fehleranteils korrigiert.

Des Weiteren wird auch eine Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion und eine Sollwertfunktion an einem Bezugssystem beansprucht. Erfindungsgemäß kann das Bezugssystem einen Positionssensor, z. B. als Drehwinkelsensor, mit einer Welle und einen Referenzpunkt umfassen, der von einem Messaufnehmer bei jeder Umdrehung der Welle erfasst wird. Vorzugsweise kann die Welle des Positionssensors mit einer Schwungscheibe gekoppelt sein, an deren Umfang der Referenzpunkt vorgesehen ist. Die durch die Messanordnung gewonnene Positionswertefunktion und Sollwertfunktion können in oben beschriebener Weise zur Korrektur der erfassten Positionswerte des Positionssensors verwendet werden.

Es ist möglich, dass die Messanordnung derart verändert wird, dass sie in eine Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten integriert werden kann, um dadurch das Einmessen im Positionssensor durchzuführen und auf diese Weise eine Zeit- und Kostenersparnis beim Einmessen zu realisieren.

Des Weiteren kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten, insbesondere einem Positionssensor, mit einer Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Positionswerte gelöst werden, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion φ_ist(t) und eine Sollwertfunktion φ_soll(t) zur Positionswertekorrektur umfasst. Demnach ist eine modifizierte Messanordnung als Messeinrichtung in den Positionssensor integriert.

Der vorgeschlagene Positionssensor bietet den wesentlichen Vorteil, dass eine Fehlerkorrektur vom Positionssensor selbst durchgeführt werden kann. Dazu kann die vorgesehene Messeinrichtung zunächst durch entsprechendes Einmessen des Positionssensors eine Fehlerfunktion bestimmen, um danach z. B. mittels der Verarbeitungseinrichtung mit Hilfe der ermittelten Fehlerfunktion eine Korrektur jedes erfassten Positionswertes durchzuführen.

Die Ermittlung der Fehlerfunktion kann vorzugsweise so durchgeführt werden, wie es das bereits beschriebene Verfahren vorschlägt. Die Korrektur der Positionswerte kann dann vorzugsweise gemäß der vorbeschriebenen Verwendung erfolgen. Es sind jedoch auch Abweichungen von den beschriebenen Vorgehensweisen möglich.

Für das Einmessen ist eine Anzahl von größer gleich einer Umdrehung der Positionssensorwelle ausreichend, wobei die Fourier-Transformation mit äquidistanten oder auch nicht äquidistanten Stützstellen durchgeführt werden kann. Nach erfolgtem Einmessen kann die Erfassung der Fehlerfunktion abgeschaltet werden, da die für die Korrektur der Positionswerte erforderlichen Daten erfasst sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Positionssensor können auch Fehler beseitigt werden, die aus einer Anwendung resultieren. Dies deshalb, weil die Ermittlung der Fehlerfunktion im Positionssensor im eingebauten Zustand erfolgt. Zudem kann bei dem vorgeschlagenen Positionssensor eine Zeit- und eine damit verbundene Kostenersparnis durch die erhebliche Verkürzung des Einmessens des Positionssensors erreicht werden.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm einer möglichen Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Korrigieren von erfassten Positionswerten;
2 ein Ablaufdiagramm einer Betriebsweise eines Positionssensors, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird;
3 eine schematische Ansicht eines möglichen Aufbaus des Positionssensors;
4 eine schematische Ansicht einer möglichen Messanordnung zum Bestimmen der Stützwerte für eine Sollwertfunktion und Istwertefunktion; und
5 eine schematische Teilansicht einer Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten.
In 1 ist ein möglicher Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren beginnt mit dem Erfassen der Stützwerte von Positionswerten bzw. Istpositionen φ_ist und von Sollwerten φ_soll an einem Referenzpunkt eines Bezugssystems. Aus den Stützwerten wird eine Sollwertfunktion φ_soll(t) berechnet. Die Positionswertefunktion bzw. Istwertefunktion φ_ist (t) ist nach der Erfassung als diskrete Funktion in Form einer Wertetabelle gegeben.
Aus der Sollwertfunktion φ_soll(t) und der Positionswertefunktion φ_ist(t) wird die Fehlerfunktion Δf(φ_ist) = φ_ist – φ_soll(t(φ_ist)) ermittelt. Mit Hilfe der Fourier-Transformation wird die Fehlerfunktion Δf(φ_ist) analysiert. Die Analyse ergibt die relevanten Amplituden A_K und Phasenwinkelφ_K. Diese Werte werden in einer Verarbeitungseinrichtung 9 eines beliebigen Positionssensors abgespeichert. Danach ist das erfindungsgemäße Verfahren beendet. Auf diese Weise kann jeder von dem Positionssensor erfasste Positionswert korrigiert werden, ohne dass eine mechanische Justage erforderlich ist.
In 2 ist eine mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angedeutet. Bei dieser Anwendung wird das Verfahren bei einem so genannten Singleturn- oder Multiturn-Drehwinkelsensor als Positionssensor zum Erfassen von Positionswerten verwendet, um die erfassten Positionswerte zu korrigieren.
Der Positionssensor beginnt mit dem Erfassen einer Istposition als erfassten Positionswert φ_ist. Für diesen Positionswert φ_ist werden die Fehleranteile Δf_K(φ_ist) für die relevanten Oberwellen K berechnet. Die Korrektur bzw. Fehlerbereinigung wird durch die Subtraktion der Fehleranteile Δf_K(φ_ist) von der Istposition φ_ist erreicht. Schließlich kann der Positionssensor den fehlerbereinigten Positionswert φ_out ausgegeben.
In 3 ist schematisch ein möglicher Aufbau des Positionssensors gezeigt. Der Positionssensor weist eine Erfassungseinrichtung bzw. ein Messsystem auf. Als Messverfahren der Erfassungseinrichtung kann zumindest eines der genannten Messverfahren, wie z. B. ein Halleffekt-, ein induktives, ein magnetisches, ein kapazitives und/oder ein optisches Messverfahren, oder auch eine beliebige Kombination der genannten Messverfahren eingesetzt werden. Die Verwendung einer Potentiometer-Messeinrichtung ist auch denkbar. Mit der Erfassungseinrichtung kann ein Positionswert zunächst erfasst werden.
Des Weiteren ist eine Verarbeitungseinrichtung 9 zur Signalverarbeitung bei dem Positionssensor vorgesehen. Die Signalverarbeitung umfasst eine Vorverarbeitung, bei der eine Signalumformung z. B. in Form eines Analog/Digital-Umwandlers durchgeführt wird. Mit diesen vorverarbeiteten Signalen kann dann die Korrektur in der in 2 dargestellten Weise erfolgen, so dass die Verarbeitungseinrichtung 9 korrigierte Ausgangssignale abgeben kann. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Ausgabeeinrichtung ein analoges oder digitales Interface umfassen.
4 zeigt einen möglichen Aufbau einer Messanordnung 1 mit der die Stützwerte für die Sollwertfunktion φ_soll(t) und die Istwertefunktion φ_ist(t) bestimmt werden können. Dabei stellt die obere Darstellung eine Draufsicht auf die Messanordnung dar, wobei die untere Darstellung eine Seitenansicht zeigt. Die Messanordnung 1 umfasst eine Grundplatte 2, an der senkrecht eine Welle 3 eines Positionssensors 4 gehalten ist. Die Welle 3 des Positionssensors 4 ist mit einer Schwungscheibe 5 gekoppelt. An der Schwungscheibe 5 ist am Umfang ein Dorn als Referenzpunkt 6 gekennzeichnet.
Der Referenzpunkt 6 erreicht bei jeder vollen Umdrehung der Schwungscheibe 5 bzw. der Welle 3 einen Messaufnehmer 7, wodurch ein Nullimpuls erzeugt wird. Der Nullimpuls und die entsprechenden Positionswerte des Positionssensors 4 werden einer nicht weiter dargestellten Verarbeitungseinheit zugeführt, die eine Analyse mit Hilfe einer Fourier-Transformation in oben beschriebener Art und Weise durchführt.
Schließlich zeigt 5 eine schematische Teilansicht einer Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. der erfindungsgemäße Positionssensor 4 kann beispielsweise zur Absolutwegbestimmung, zur Geschwindigkeitsermittlung oder auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden. Auf die einzelnen möglichen Sensorarten wird nicht weiter eingegangen, da die erfindungsgemäße Ausführung bei sämtlichen Sensorarten einsetzbar ist.
Bei dem in 5 dargestellten Positionssensor 4 sind der Einfachheit halber nur die für Erfindung wesentlichen Teile gezeigt. Auf die Darstellung weiterer erforderlicher Bauteile des Positionssensors 4 wurde verzichtet.
Der Positionssensor 4 umfasst eine Leiterplatte 8 in beliebiger Form, die einen Messaufnehmer 7 einer Messeinrichtung zum Einmessen des Positionssensors 4 aufnimmt. Ferner ist auf der Leiterplatte 8 eine Verarbeitungeinrichtung 9 zum Durchführen der Positionswertekorrektur in Abhängigkeit der ermittelten Fehlerfunktion vorgesehen. Des Weiteren ist eine Sensor-Welle 3 vorgesehen, an dessen Umfang ein Referenzpunkt 6 angeordnet ist.
Der Messaufnehmer 7 ist der Welle 3 derart zugeordnet, dass der Referenzpunkt 6 von dem Messaufnehmer 7 bei jeder Umdrehung der Welle 3 als Nullimpuls erfasst werden kann. Der Messaufnehmer 7 der Messeinrichtung ist mit der Verarbeitungseinrichtung 9 auf beliebige Art und Weise gekoppelt. Bezüglich der Daten- bzw. Signalübertragung sowie der Signalverarbeitung wird insbesondere auf die obige Beschreibung verwiesen, wobei Abwandlungen möglich sind. Die Verarbeitungeinrichtung 9 ist nur schematisch angedeutet und kann weitere Elemente umfassen. Beispielsweise können eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und/oder ein FPGA und/oder eine CPLD und/oder ein ASIC vorgesehen sein, um z. B. die beim Einmessen ermittelte Fehlerfunktion entsprechend zu analysieren und die Positionswertekorrektur durchzuführen.
Bei dem erfindungsgemäßen Positionssensor 4 kann die Verarbeitungeinrichtung 9 die in 2 beschriebene Fehlerfunktionsermittlung und auch die Positionswertekorrektur gemäß 3 durchführen, welche bereits ausführlich in der Beschreibung erläutert wurden, sodass auf weitere Ausführungen an dieser Stelle verzichtet wird, um Wiederholungen zu vermeiden.

φ_ist: Positionswert bzw. Istwert
φ_ist(t): Positionswertefunktion bzw. Istwertefunktion
φ_soll: Sollwert
φ_soll(t): Sollwertfunktion
Δf(φ_ist): Fehlerfunktion
ΔfK(φ_ist): Fehleranteil
A_K: Amplitude
φ_K: Phasenwinkel
φ_out: fehlerbereinigter Positionswert bzw. Ausgabewert
K: relevante Oberwelle
N: Auflösung des Positionssensors
1: Messanordnung
2: Grundplatte
3: Welle
4: Positionssensor
5: Schwungscheibe
6: Referenzpunkt
7: Messaufnehmer
8: Leiterplatte
9: Verarbeitungseinrichtung

Claims

Verfahren zum Korrigieren von erfassten Positionswerten (φ_ist), wobei jeder erfasste Positionswert (φ_ist) in Abhängigkeit eines Sollwertes (φ_soll) korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionswerte (φ_ist) und die Sollwerte (φ_soll) an einem Bezugssystem mit zumindest einem vorbestimmten Referenzpunkt (6) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bezugssystem eine rotierende Welle (3) mit einem Messwertaufnehmer (7) verwendet wird, wobei an der Welle (3) ein vorbestimmter Umfangspunkt als Referenzpunkt (6) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangspunkt an der sich drehenden Welle (3) durch den Messwertaufnehmer (7) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen des Referenzpunktes (6) bei rotierender Welle (3) jeweils als Nullimpuls von dem Messwertaufnehmer (7) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Nullimpulse als Stützstellen zum Bestimmen einer Sollwertfunktion (φ_soll(t)) verwendet werden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bezugssystem eine vorbestimmte Strecke mit zumindest zwei Referenzpunkten verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzpunkte zum Ermitteln der Sollwertfunktion (φ_soll(t)) der Anfangspunkt und der Endpunkt der Strecke des Bezugssystems verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionswerte an dem Bezugssystem in Form einer diskreten Positionswertefunktion (φ_ist(t)) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus den folgenden Gleichungen eine Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) bestimmt wird: Δf(t) = φist(t) – φsoll(t)für alle: t(φ_ist) Δf(φist) – φist – φsoll(t(φist))
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) durch eine Fourier-Transformation analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fourier-Transformation die Amplituden (A_K) und Phasenwinkel (φ_K) der relevanten Oberwellen (K) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden (A_K) und Phasenwinkel (φ_K) der relevanten Oberwellen (K) in einer Verarbeitungseinrichtung (9) einer Vorrichtung zum Erfassen eines Positionswertes abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verarbeitungseinrichtung (9) aus einem erfassten Positionswert (φ_ist) mit den gespeicherten Amplituden (A_K) und Phasenwinkeln (φ_K) der relevanten Oberwellen (K) Fehleranteile (Δf_k(φ_ist)) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein korrigierter Positionswert (φ_out) durch folgende Gleichung. ermittelt wird:
mit N: Auflösung der Vorrichtung
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nur die relevanten Fehleranteile (Δf_k(φ_ist)) als Teilsumme berücksichtigt werden.
Verwendung eines Verfahrens zum Korrigieren von Positionswerten nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Korrigieren von Positionswerten bei einer Vorrichtung zum Erfassen von Positionen verwendet wird.
Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Verarbeitungseinrichtung (9) zum Verarbeiten eines erfassten Positionswertes verwendet, wobei durch die Verarbeitungseinrichtung (9) jeder erfasste Positionswert (φ_ist) in Abhängigkeit einer ermittelten Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) korrigiert wird.
Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Verarbeitungseinrichtung (9) eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und/oder ein FPGA und/oder eine CPLD und/oder ein ASIC verwendet wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Erfassungseinrichtung bei der Vorrichtung zumindest eine Halleffekt- und/oder eine induktive und/oder magnetische und/oder eine kapazitive und/oder eine optisch und/oder eine Potentiometer-Messeinrichtung verwendet wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung ein Drehwinkelsensor verwendet wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung ein Linearsensor verwendet wird.
Messanordnung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion φ_ist(t) und eine Sollwertfunktion φ_soll(t) an einem Bezugssystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugssystem einen Positionssensor (4) mit einer Welle (3) und einen Referenzpunkt umfasst, der von einem Messaufnehmer bei jeder Umdrehung der Welle erfassbar ist.
Messanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle mit einer Schwungscheibe gekoppelt ist, an deren Umfang der Referenzpunkt (6) vorgesehen ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie in eine Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten integriert ist.
Vorrichtung zum Erfassen von Positionswerten, insbesondere Positionssensor, mit einer Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Positionswerte, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Messeinrichtung zum Bestimmen von Stützwerten für eine Positionswertefunktion φ_ist(t) und eine Sollwertfunktion φ_soll(t) zur Positionswertekorrektur umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Messaufnehmer (7) aufweist, der einer Welle (3) mit zumindest einem Referenzpunkt (6) zugeordnet ist, sodass der Referenzpunkt (6) von dem Messaufnehmer (7) bei jeder Umdrehung der Welle (3) als Nullimpuls erfassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verarbeitungseinrichtung (9) mittels der erfassten Nullimpulse als Stützstellen eine Sollwertfunktion (φ_soll(t)) bestimmbar ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung (9) aus der Sollwertfunktion (φ_soll(t)) und der Positionswertefunktion (φ_ist(t)) eine Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) durch die Verarbeitungseinrichtung (9) mittels einer Fourier-Transformation analysierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass Amplituden (A_K) und Phasenwinkel (φ_K) relevanter Oberwellen (K) der Fourier-Transformation von der Verarbeitungseinrichtung (9) ermittelbar und abspeicherbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verarbeitungseinrichtung (9) bei einem erfassten Positionswert (φ_ist) mit den gespeicherten Amplituden (A_K) und Phasenwinkeln (φ_K) der relevanten Oberwellen (K) Fehleranteile (Δf_k(φ_ist)) ermittelbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Verarbeitungseinrichtung (9) jeder erfasste Positionswert (φ_ist) in Abhängigkeit der ermittelten Fehlerfunktion (Δf(φ_ist)) korrigierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Transformation mit äquidistanten und/oder nicht äquidistanten Stützstellen durchführbar ist.