DE102009009789B4 - motion sensor - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung einer Drehbewegung, der Umdrehungszahl und/oder der Drehwinkelposition eines drehbaren Objekts (1) umfassend eine optische Strahlungsquelle (3), einen Detektor (6) sowie eine Auswerteeinheit (7) zur Auswertung der vom Detektor (6) gelieferten Messsignale, wobei von der Strahlungsquelle (3) erzeugte Strahlung (9) zumindest teilweise auf das Objekt (1) gerichtet ist und der Detektor (6) die vom Objekt (1) direkt reflektierte Strahlung (4) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) dazu ausgebildet ist, bei vollständigen Umdrehungen des sich drehenden Objekts (1) wiederkehrende Signalmuster in den vom Detektor (6) gelieferten Messsignalen zu erfassen und einem Drehwinkel des Objekts (1) zuzuordnen, um eine Korrelation zwischen den wiederkehrenden Signalmustern in den vom Detektor (6) gelieferten Messsignalen und dem Drehwinkel des Objekts (1) zu erzeugen, und um anhand der Korrelation aus den vom Detektor (6) gelieferten Messsignalen durch Vergleich mit wiederkehrenden Signalmustern den Drehwinkel des Objekts (1) zu ermitteln und/oder durch Vergleich mit wiederkehrenden Signalmustern und/oder durch Vergleich mit gespeicherten Signalmustern die Drehwinkelposition des Objekts (1) zu ermitteln.Device for the contactless detection of a rotational movement, the number of revolutions and / or the rotational angular position of a rotatable object (1) comprising an optical radiation source (3), a detector (6) and an evaluation unit (7) for evaluating the measurement signals supplied by the detector (6), wherein radiation (9) generated by the radiation source (3) is directed at least partially onto the object (1) and the detector (6) detects the radiation (4) directly reflected by the object (1), characterized in that the evaluation unit (7 ) is designed to detect recurrent signal patterns in the measurement signals supplied by the detector (6) during complete revolutions of the rotating object (1) and to associate them with a rotation angle of the object (1) in order to establish a correlation between the recurring signal patterns 6) and the angle of rotation of the object (1) and, based on the correlation of the measurements delivered by the detector (6) Ignore by comparison with recurring signal patterns to determine the rotation angle of the object (1) and / or to determine the rotational angular position of the object (1) by comparison with recurrent signal patterns and / or by comparison with stored signal patterns.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Ermittlung einer Drehbewegung, der Umdrehungszahl und/oder der Drehwinkelposition drehender Objekte. Die Erfindung betrifft insbesondere einen sicherheitsgerichteten, aktiven, optischen Bewegungssensor zur Überwachung einer Drehbewegung eines Objekts gegenüber dem Sensor oder einer Rotationsbewegung sich drehender Objekte, wie z. B. rotierender Wellen.The invention relates to a device and a method for contactless determination of a rotational movement, the number of revolutions and / or the rotational angular position of rotating objects. The invention particularly relates to a safety-related, active, optical motion sensor for monitoring a rotational movement of an object relative to the sensor or a rotational movement of rotating objects, such. B. rotating waves.
Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sensor zur berührungslosen Bestimmung einer Drehbewegung, der Umdrehungszahl und/oder der Drehwinkelposition eines drehbaren Objekts, die eine optische Strahlungsquelle, einen Detektor sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der vom Detektor gelieferten Messsignale umfasst. Derartige optische Sensoren werden beispielsweise in Motoren eingesetzt, um die Drehzahl von Getriebe- oder Antriebswellen auf unmittelbare Weise zu erfassen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für solche optischen Sensoren ist die Überwachung des Stillstands oder der Einhaltung eines bestimmten Bewegungsbereichs drehbarer Objekte innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen.The invention relates to an optical sensor for non-contact determination of a rotational movement, the number of revolutions and / or the rotational angular position of a rotatable object which comprises an optical radiation source, a detector and an evaluation unit for evaluating the measurement signals supplied by the detector. Such optical sensors are used for example in motors to detect the speed of transmission or drive shafts in an immediate manner. Another application for such optical sensors is the monitoring of the standstill or compliance with a certain range of movement rotatable objects within predetermined tolerance limits.
Eine für berührungslose Sensoren häufig verwendete Messmethode ist das Reflex- oder Durchlichtprinzip, bei dem beispielsweise ein an der rotierenden Welle angeordnetes Initiatorrad lichtdurchlässige Abschnitte sowie lichtundurchlässige Abschnitte aufweist, die von der Strahlungsquelle beleuchtet werden, die gegenüber einem relativ dazu statisch angeordneten Abtastsystem liegt. Bei Bewegung der rotierenden Welle bzw. des daran angeordneten Initiatorrads bewegen sich die lichtdurchlässigen Abschnitte und lichtundurchlässigen Abschnitte des Initiatorrads durch den Strahlengang der Strahlungsquelle und erzeugen dadurch auf dem Abtastsystem ein wechselndes Reflexbild des Initiatorrads. Dieses Reflexbild kann im Abtastsystem mit Hilfe von elektrischen Photoempfängern abgetastet werden.A commonly used for non-contact sensors measurement method is the reflection or transmitted light principle in which, for example, an arranged on the rotating shaft initiator has translucent sections and opaque sections that are illuminated by the radiation source, which is opposite to a statically arranged relative thereto scanning system. When the rotating shaft or the initiator wheel arranged thereon moves, the translucent sections and opaque sections of the initiator wheel move through the beam path of the radiation source and thereby generate an alternating reflection pattern of the initiator wheel on the scanning system. This ghost image can be scanned in the scanning system with the aid of electrical photoreceivers.
Aus der
Aus der
Die
Die bekannten Drehzahlsensoren haben den Nachteil, dass sie in der Regel ein separates Initiatorrad benötigen, was sowohl den baulichen Aufwand als auch die Fehleranfälligkeit erhöht.The known speed sensors have the disadvantage that they usually need a separate Initiatorrad, which increases both the structural complexity and the susceptibility to errors.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass er kein Initiatorrad mehr benötigt.The object of the invention is therefore to improve an optical sensor of the type mentioned in that he no longer requires Initiatorrad.
Diese Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 15 definierten Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen 2 bis 14 und 16 bis 20 angegeben.This object is achieved with the present invention by an apparatus and a method having the features defined in the
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung einer Drehbewegung,, der Umdrehungszahl oder der Drehwinkelposition eines drehbaren Objekts umfassend eine optische Strahlungsquelle, einen Detektor sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der vom Detektor gelieferten Messsignale, wobei von der Strahlungsquelle erzeugte Strahlung zumindest teilweise auf das Objekt gerichtet ist und der Detektor die vom Objekt direkt reflektierte Strahlung erfasst.According to one aspect of the present invention, the above-mentioned object is achieved by a device for non-contact detection of a rotational movement ,, the number of revolutions or the rotational angular position of a rotatable object comprising an optical radiation source, a detector and an evaluation unit for evaluating the measurement signals supplied by the detector, wherein The radiation generated by the radiation source is at least partially directed to the object and the detector detects the radiation directly reflected by the object.
Mit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann beispielsweise die Drehbewegung, die Umdrehungszahl oder die Drehwinkelposition eines drehbaren Objekts bestimmt werden. Dabei wird kein Initiatorrad mehr benötigt, das an dem rotierenden Messobjekt angeordnet ist, sondern das rotierende Messobjekt kann auf direkte Weise detektiert und deren Umdrehungszahl unmittelbar erfasst werden. Auf diese Weise stellt das obsolete Initiatorrad auch keine Fehlerquelle mehr dar und der aktive Sensor kann sich selbst und das sich rotierende Objekt diagnostizieren.With the sensor device according to the invention, for example, the rotational movement, the number of revolutions or the rotational angle position of a rotatable object can be determined. In this case, no more initiator wheel is needed, which is arranged on the rotating measurement object, but the rotating measurement object can be detected in a direct manner and their number of revolutions are detected directly. In this way, the obsolete Initiatorrad no longer represents a source of error and the active sensor can diagnose itself and the rotating object.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der der Umdrehungszahl oder der Drehwinkelposition eines drehbaren Objekts werden die von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtstrahlen detektiert, nachdem diese von der Oberfläche des Objekts direkt reflektiert wurden. Auf diese Weise nimmt der Detektor der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung eine Art ”Reflexionsspur” auf, die anschließend in der Auswerteeinheit als Referenz zur Ermittlung der Umdrehungszahl und/oder der Drehwinkelposition des Objekts verwendet werden kann.In the device according to the invention for determining the number of revolutions or the rotational angle position of a rotatable object, the light beams emitted by the light source are detected after they have been directly reflected by the surface of the object. In this way, the detector of the invention takes Sensor device to a kind of "reflection track", which can then be used in the evaluation as a reference for determining the number of revolutions and / or the rotational angular position of the object.
In der Auswerteeinheit der Sensorvorrichtung kann beispielsweise durch Vergleich des Amplitudenverlaufs von zwei aufeinander folgenden Messungen über vollständige Umdrehungen eines drehbaren Objekts dessen Bewegung sowohl hinsichtlich des Drehwinkels, der Drehrichtung, als auch der Strecke der Rotationsbewegung des rotierenden Objekts abgeleitet werden. Mit Hilfe des Radius des rotierenden Objekts lässt sich die Mantelfläche und damit auch die zurückgelegte Strecke während der Rotationsbewegung des Objekts bestimmen. Durch Ermittlung der Zeit für eine Anzahl vollständiger Umdrehungen lässt sich auch die Umdrehungsfrequenz des rotierenden Objekts ermitteln. Damit können sämtliche Umdrehungsparameter der Rotationsbewegung bestimmt werden.In the evaluation unit of the sensor device, for example, by comparing the amplitude profile of two successive measurements over complete revolutions of a rotatable object, its motion can be derived both with respect to the angle of rotation, the direction of rotation, and the distance of the rotational movement of the rotating object. With the aid of the radius of the rotating object, the lateral surface and thus also the distance covered during the rotational movement of the object can be determined. By determining the time for a number of complete revolutions, the rotational frequency of the rotating object can also be determined. Thus, all rotation parameters of the rotational movement can be determined.
Wenn es sich bei dem rotierenden Objekt beispielsweise um eine Welle mit einem bestimmten Radius um dessen Drehachse handelt, können auf der Mantelfläche der Welle auch ortsabhängig unterschiedlich stark reflektierende Strukturen absichtlich aufgebracht sein. Die bei rotierender Welle unterschiedlich stark reflektierte Lichtstrahlung bildet ein entsprechendes Intensitätsmuster auf dem Detektor ab, aus dem Rückschlüsse auf die Drehposition des Objekts gezogen werden können, da sich auf der Mantelfläche der rotierenden Welle unterschiedlich stark reflektierende Strukturen befinden, welche die Lichtstrahlen aus der Strahlungsquelle in Abhängigkeit von der Drehbewegung und des Drehwinkels der Welle beeinflussen.If, for example, the rotating object is a shaft with a specific radius about its axis of rotation, it is also possible to intentionally apply structures which have different reflections on the lateral surface of the shaft, depending on location. The different degrees of reflected light radiation when the shaft rotates forms a corresponding intensity pattern on the detector from which conclusions can be drawn on the rotational position of the object, since there are on the lateral surface of the rotating shaft differently strong reflecting structures which the light rays from the radiation source in Depending on the rotational movement and the angle of rotation of the shaft influence.
Die vorliegende Erfindung kann folglich zur Überwachung oder Messung von Rotationsbewegungenangewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch zur Überwachung des Stillstands eines drehbaren Objekts eingesetzt werden, wobei das Objekt eine Rotationsbewegung nur innerhalb vorgegebener Grenzwerte vollziehen darf. Als Stillstand wird dabei die Einhaltung einer definierten Position verstanden. Dies bedeutet, dass das zu überwachende Objekt diese Position auch innerhalb vorgegebener Toleranzen einhalten muss. Um echte Bewegungen außerhalb vorgegebener Toleranzen von zulässigen Schwankungen innerhalb der vorgegebenen Toleranzen zu unterscheiden, können zulässige elektrische und örtliche Toleranzen der Messsignale vorgegeben werden.The present invention can thus be applied to monitoring or measuring rotational motions. The present invention can also be used for monitoring the stoppage of a rotatable object, wherein the object is allowed to perform a rotational movement only within predetermined limits. Standstill is understood to be compliance with a defined position. This means that the object to be monitored must also comply with this position within specified tolerances. In order to distinguish real movements outside specified tolerances from permissible fluctuations within the specified tolerances, permissible electrical and local tolerances of the measuring signals can be specified.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung besteht darin, dass die Erfassung der Reflexionsspur über die Oberfläche des sich rotierenden Objekts während einer vollständigen Umdrehung eine genauere Erfassung der Drehbewegung, der Umdrehungszahl oder des Drehwinkels und damit eine sensiblere Überwachung des Stillstands eines Objekts zulässt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ergibt sich aus der berührungslosen Messung, die weitgehend ohne mechanische Verschleißerscheinungen funktioniert. Ferner ist die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung verhältnismäßig einfach und kostengünstig herzustellen.An advantage of the sensor device according to the invention is that the detection of the reflection track over the surface of the rotating object during a complete revolution allows a more accurate detection of the rotational movement, the number of revolutions or the angle of rotation and thus a more sensitive monitoring of the stoppage of an object. Another advantage of the sensor device according to the invention results from the non-contact measurement, which works largely without mechanical signs of wear. Furthermore, the sensor device according to the invention is relatively simple and inexpensive to manufacture.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Sensorvorrichtung eine Auswerteeinheit, die dazu ausgebildet ist, wiederkehrende Signalmuster in den vom Detektor gelieferten Messsignalen zu erfassen. Dieses wiederkehrende Signalmuster bzw. die Reflexionsspur über eine vollständige Umdrehung eines rotierenden Objekts kann dann der Drehwinkelposition des drehbaren Objekts zugeordnet werden. Damit kann die Auswerteeinheit vollständige Umdrehungen des rotierenden Objekts erfassen. Die Auswerteeinheit kann damit ferner Informationen über die Umdrehungszahl, die Drehfrequenz, den Drehwinkel oder die Drehstrecke des Objekts ermitteln.According to a preferred embodiment of the present invention, the sensor device comprises an evaluation unit, which is designed to detect recurring signal patterns in the measurement signals supplied by the detector. This recurring signal pattern or the reflection track over a complete revolution of a rotating object can then be assigned to the rotational angular position of the rotatable object. Thus, the evaluation unit can detect complete revolutions of the rotating object. The evaluation unit can thus also determine information about the number of revolutions, the rotational frequency, the angle of rotation or the rotational distance of the object.
Zu diesen Zwecken ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, bei vollständigen Umdrehungen des drehbaren Objekts wiederkehrende Signalmuster in den vom Detektor gelieferten Messsignalen zu erfassen und zu speichern. Die Auswerteeinheit kann vorteilhaft mit den vom Detektor gelieferten Messsignalen den oben beschriebenen Amplitudenvergleich durchführen. Zusätzlich oder alternativ ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, mit den vom Detektor gelieferten Messsignalen Schwellwertvergleiche durchzuführen, indem beispielsweise die Messsignale mit gespeicherten Signalmustern bzw. Reflexionsspuren oder mit Referenzwerten verglichen werden.For these purposes, the evaluation unit is designed to detect and store recurrent signal patterns in the measurement signals supplied by the detector during complete rotations of the rotatable object. The evaluation unit can advantageously carry out the amplitude comparison described above with the measurement signals supplied by the detector. Additionally or alternatively, the evaluation unit is designed to carry out threshold value comparisons with the measurement signals supplied by the detector, for example by comparing the measurement signals with stored signal patterns or reflection tracks or with reference values.
Mit der Auswerteeinheit können bei vollständigen Umdrehungen eines drehbaren Objekts wiederkehrende Muster in den vom Detektor gelieferten Messsignalen bzw. Reflexionsspuren der Rotationsbewegung und dem Drehwinkel des drehbaren Objekts zugeordnet werden. Somit kann eine Korrelation zwischen den wiederkehrenden Mustern in den vom Detektor gelieferten Messsignalen bzw. Reflexionsspuren und der Rotationsbewegung und dem Drehwinkel des drehbaren Objekts erzeugt werden. Aus den vom Detektor gelieferten Messsignalen kann die Auswerteeinheit dann durch Vergleich mit wiederkehrenden Signalmustern in den vom Detektor gelieferten Messsignalen die Rotationsbewegung und den Drehwinkel des drehbaren Objekts ermitteln.With the evaluation unit, during complete revolutions of a rotatable object, recurring patterns in the measurement signals supplied by the detector or reflection tracks of the rotational movement and the rotation angle of the rotatable object can be assigned. Thus, a correlation between the recurrent patterns in the measurement signals or reflection tracks provided by the detector and the rotation movement and the rotation angle of the rotatable object can be generated. From the measurement signals provided by the detector, the evaluation unit can then determine the rotational movement and the angle of rotation of the rotatable object by comparison with recurring signal patterns in the measurement signals supplied by the detector.
Ferner kann die Auswerteeinheit aus den vom Detektor gelieferten Messsignalen durch Zählen wiederkehrender Signalmuster in den vom Detektor gelieferten Messsignalen bzw. durch Zählen vollständiger Reflexionsspuren die Anzahl der Umdrehungen und/oder die Umdrehungsfrequenz des drehbaren Objekts ermitteln. Aus dem Vergleich mit wiederkehrenden Signalmustern bzw. Reflexionsspuren und/oder durch Vergleich mit gespeicherten Signalmustern bzw. Reflexionsspuren kann auch die Drehrichtung des Objekts ermittelt werden. Zusätzlich kann aus den vom Detektor gelieferten Messsignalen durch Vergleich mit wiederkehrenden Signalmustern und/oder durch Vergleich mit gespeicherten Signalmustern die Drehposition des Objekts ermittelt werden.Furthermore, the evaluation unit can use the measurement signals supplied by the detector by counting recurring signal patterns in the measurement signals supplied by the detector or by counting complete reflection tracks the number of revolutions and / or the rotational frequency of the determine the rotatable object. From the comparison with recurrent signal patterns or reflection tracks and / or by comparison with stored signal patterns or reflection tracks, the direction of rotation of the object can also be determined. In addition, the rotational position of the object can be determined from the measurement signals supplied by the detector by comparison with recurrent signal patterns and / or by comparison with stored signal patterns.
Die vorliegende Erfindung beruht somit auf der Annahme, dass die von der Strahlungsquelle beleuchtete Oberfläche des drehbaren Objekts naturgemäß unterschiedlich reflektierende Bereiche aufweist, so dass bei einer Veränderung des Drehwinkels des Objekts sich auch das Intensitätsmuster verändert, das von der beleuchteten Oberfläche des Objekts reflektiert und vom Detektor erfasst wird. Solche Bereiche mit unterschiedlichem Reflexionsgrad können auf der Oberfläche des Objekts auch absichtlich angebracht sein. Ferner können diese unterschiedlich reflektierenden Bereiche definierte Reflexionsgrade und/oder sich mit der Drehposition des rotierenden Objekts kontinuierlich verändernde Reflexionsgrade aufweisen.The present invention is therefore based on the assumption that the surface of the rotatable object illuminated by the radiation source naturally has differently reflecting regions, such that as the angle of rotation of the object changes, the intensity pattern which reflects from the illuminated surface of the object and changes from the Detector is detected. Such areas of different reflectance may also be intentionally mounted on the surface of the object. Furthermore, these differently reflecting regions can have defined reflectivities and / or reflectances that continuously change with the rotational position of the rotating object.
Beispielsweise kann die von der Strahlungsquelle beleuchtete Oberfläche des drehbaren Objekts Bereiche mit in Messrichtung stetig ansteigendem Reflexionsgrad und/oder Bereiche mit in Messrichtung stetig abnehmendem Reflexionsgrad aufweisen, deren Position dem Drehwinkel des Objekts zugeordnet sind und die bei Beleuchtung durch die Strahlung der Strahlungsquelle unterschiedliche Reflexionsbilder auf dem Detektor erzeugen. Zusätzlich oder alternativ können die von der Strahlungsquelle beleuchtete Oberfläche des Objekts Bereiche mit minimalem Reflexionsgrad und/oder Bereiche mit maximalem Reflexionsgrad aufweisen, deren Position dem Drehwinkel des drehbaren Objekts zugeordnet sind und die bei Beleuchtung durch die Strahlung der Strahlungsquelle unterschiedliche Reflexionsbilder auf dem Detektor erzeugen.By way of example, the surface of the rotatable object illuminated by the radiation source can have regions with a steadily increasing degree of reflection in the measuring direction and / or regions with a steadily decreasing reflectance whose position is associated with the rotation angle of the object and the reflection images which are different when illuminated by the radiation of the radiation source generate the detector. In addition or as an alternative, the surface of the object illuminated by the radiation source can have regions with minimal reflectance and / or regions with maximum reflectance whose position is associated with the rotation angle of the rotatable object and which generate different reflection images on the detector when illuminated by the radiation of the radiation source.
Der Detektor der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist vorteilhaft in der Lage, in Abhängigkeit von der detektierten Strahlung optische und/oder elektrische Messsignale zu erzeugen. Dazu bietet sich beispielsweise ein ortsauflösender optoelektronischer Detektor an, der das reflektierte Intensitätsmuster in entsprechende elektrische Signale umsetzt, die zur weiteren Auswertung an eine elektronische Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Dabei erzeugt der Detektor vorzugsweise ein ortsauflösendes Bild von der Strahlung, die von der beleuchteten Oberfläche des Objekts reflektiert wird. Da je nach Drehwinkellage des rotierenden Objekts ein unterschiedliches Reflexionsbild vom Detektor erfasst wird, kann daraus die die Umdrehungszahl, die Drehfrequenz und/oder Drehposition eines rotierenden Objekts ermittelt werden.The detector of the sensor device according to the invention is advantageously capable of producing optical and / or electrical measuring signals as a function of the detected radiation. For this purpose, for example, offers a spatially resolving optoelectronic detector, which converts the reflected intensity pattern into corresponding electrical signals, which are forwarded for further evaluation to an electronic evaluation unit. In this case, the detector preferably generates a spatially resolving image of the radiation which is reflected by the illuminated surface of the object. Since, depending on the angular position of the rotating object, a different reflection image is detected by the detector, the number of revolutions, the rotational frequency and / or rotational position of a rotating object can be determined therefrom.
Um die Strahlung der Oberfläche des drehbaren Objekts möglichst optimal zu gestalten, können im Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor optische Mittel zum Bündeln und/oder Streuen der Strahlung vorgesehen sein, wie z. B. Sammellinsen oder Streulinsen.In order to make the radiation of the surface of the rotatable object as optimal as possible, may be provided in the beam path between the radiation source and the detector optical means for bundling and / or scattering of the radiation, such. B. collecting lenses or scattering lenses.
Eine Signalleitung zur Auswerteeinheit kann sowohl zweikanalig als auch einkanalig mit einer Diagnoseoption ausgelegt werden. Die Signalleitung kann beispielsweise kompatibel zu Sinus/Cosinus-Gebern, im TTL/HTL-Format oder als serieller, sicherheitsüberwachter Datenstrom ausgelegt werden, z. B. T-BUS Safe kompatibel.A signal line to the evaluation unit can be designed with two channels as well as with one channel with a diagnostic option. The signal line can be designed, for example, compatible with sine / cosine encoders, in TTL / HTL format or as a serial, safety-monitored data stream, eg. B. T-BUS safe compatible.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe ferner gelöst durch ein Verfahren zur berührungslosen Erfassung einer Drehbewegung, der Umdrehungszahl und/oder der Drehwinkelposition eines Objekts mindestens umfassend die folgenden Schritte:
- • Beleuchten des Objekts durch eine optische Strahlungsquelle, so dass die Strahlung vom Objekt reflektiert wird;
- • Erfassen der vom Objekt direkt reflektierten Strahlung mittels eines Detektors; und
- • Auswerten der Messsignale durch eine Auswerteeinheit.
- Illuminating the object by an optical radiation source so that the radiation is reflected by the object;
- Detecting the radiation directly reflected by the object by means of a detector; and
- • Evaluation of the measuring signals by an evaluation unit.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die Auswertung der Messsignale das Erfassen wiederkehrender Signalmuster in den vom Detektor gelieferten Messsignalen. Ferner kann zum Auswerten der Messsignale ein Amplitudenvergleich oder ein Schwellwertvergleich zwischen den vom Detektor gelieferten Messsignalen und zuvor erfassten oder gespeicherten Messsignalen oder vorgegebenen Schwellwerten durchgeführt werden. Dabei können die vom Detektor gelieferten Messsignale mit gespeicherten Signalmustern oder mit Referenzwerten verglichen werden.In the method according to the invention, the evaluation of the measuring signals comprises the detection of recurring signal patterns in the measuring signals supplied by the detector. Furthermore, an amplitude comparison or a threshold value comparison between the measurement signals supplied by the detector and previously detected or stored measurement signals or predetermined threshold values can be carried out for evaluating the measurement signals. In this case, the measurement signals supplied by the detector can be compared with stored signal patterns or with reference values.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Auswertung der Messsignale das Erfassen und Speichern wiederkehrender Signalmuster in den vom Detektor gelieferten Messsignalen bzw. Reflexionsspuren bei vollständigen Umdrehungen eines drehbaren Objekts.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the evaluation of the measurement signals comprises detecting and storing recurring signal patterns in the measurement signals or reflection tracks provided by the detector during complete revolutions of a rotatable object.
Zusätzlich oder alternativ können bei vollständigen Umdrehungen des drehbaren Objekts wiederkehrende Muster in den vom Detektor gelieferten Messsignalen auch dem Drehwinkel des Objekts zugeordnet werden, so dass eine Korrelation zwischen den wiederkehrenden Mustern in den vom Detektor gelieferten Messsignalen und dem Drehwinkel des Objekts erzeugt wird. Anhand dieser Korrelation kann aus den vom Detektor gelieferten Messsignalen durch Vergleich mit wiederkehrenden Signalmustern der Drehwinkel des Objekts ermittelt werden.Additionally or alternatively, during complete revolutions of the rotatable object, recurrent patterns in the measurement signals supplied by the detector can also be assigned to the rotation angle of the object, so that a correlation between the recurring patterns in the measurement signals supplied by the detector and the rotation angle of the object is generated. Based on this correlation, the rotation angle of the object can be determined from the measurement signals supplied by the detector by comparison with recurring signal patterns.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Auswertung der Messsignale das Zählen wiederkehrender Signalmuster in den vom Detektor gelieferten Messsignalen, um die Anzahl der Umdrehungen oder die Umdrehungsfrequenz des Objekts zu ermitteln. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass wiederkehrende Signalmuster in den vom Detektor gelieferten Messsignalen auf vollständige Umdrehungen eines drehbaren Objekts zurückzuführen sind.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the evaluation of the measuring signals comprises the counting of recurring signal patterns in the measuring signals supplied by the detector in order to determine the number of revolutions or the rotational frequency of the object. It can be assumed that recurring signal patterns in the measurement signals supplied by the detector are due to complete revolutions of a rotatable object.
Durch Vergleich der Messsignale mit wiederkehrenden Signalmustern und/oder durch Vergleich mit gespeicherten Signalmustern kann die Drehrichtung des Objekts ermittelt werden. Darüber hinaus kann durch Vergleich der Messsignale mit wiederkehrenden Signalmustern oder durch Vergleich mit gespeicherten Signalmustern die Drehposition eines rotierenden Objekts bestimmt werden. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.By comparing the measurement signals with recurrent signal patterns and / or by comparison with stored signal patterns, the direction of rotation of the object can be determined. In addition, the rotational position of a rotating object can be determined by comparing the measurement signals with recurrent signal patterns or by comparison with stored signal patterns. In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.
Bei dem drehbaren Objekt handelt es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Welle
Der Detektor
Bei dem Detektor
Aufgrund der Tatsache, dass die von der Strahlungsquelle
Wenn es sich, wie in dem illustrierten Ausführungsbeispiel, bei dem drehbaren Objekt um eine rotierende Welle
Die bei rotierender Welle
In der Auswerteeinheit können die vom Detektor
Durch Messung der Zeit, die für eine Anzahl vollständiger Umdrehungen des Objekts
In der vorangehenden Figurenbeschreibung wurde die vorliegende Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, das zur Überwachung oder Messung von Rotationsbewegungen geeignet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch zur Überwachung oder Messung von Bewegungsparametern von Relativbewegungen eines überwachten Objekts gegenüber dem Detektor der Sensorvorrichtung angewendet werden.In the preceding description of the figures, the present invention has been explained with reference to the embodiment shown in the drawing, which is suitable for monitoring or measuring rotational movements. Alternatively or additionally, the sensor device according to the present invention can also be used for monitoring or measuring movement parameters of relative movements of a monitored object relative to the detector of the sensor device.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- drehbares Objekt bzw. rotierende Wellerotatable object or rotating shaft
- 22
- Oberfläche des drehbaren Objekts bzw. Mantelfläche der rotierenden WelleSurface of the rotatable object or lateral surface of the rotating shaft
- 33
- Strahlungsquelleradiation source
- 44
- von der Mantelfläche der rotierenden Welle reflektierte Lichtstrahlenreflected light rays from the lateral surface of the rotating shaft
- 55
- Sammellinseconverging lens
- 66
- Detektor bzw. Detektorschirm mit PhotozellenDetector or detector screen with photocells
- 77
- Auswerteeinheitevaluation
- 88th
- Signalleitungensignal lines
- 99
- von der Strahlungsquelle erzeugte Lichtstrahlenlight rays generated by the radiation source
- RR
-
Radius des drehbaren Objekts bzw. der rotierende Welle
1 Radius of the rotatable object or therotating shaft 1
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