DE102009042800A1 - Precise absolute position determining system for drive unit has moving element in form of automatically operated opening mechanism - Google Patents

Precise absolute position determining system for drive unit has moving element in form of automatically operated opening mechanism Download PDF

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Abstract

The system consists of a drive unit (1) driving a moving element (5) along a path (6). The moving element is in the form of an automatically operated opening mechanism. There is a sensor (7) for measuring distance (8) in line of sight with at least part of the moving element, enabling the position of the moving element to be determined unambiguously.

Description

Die Erfindung betrifft ein System aus einer Antriebseinheit und einem Sensor, mit dem die Position eines durch die Antriebseinheit bewegten Elementes bestimmt werden kann.The The invention relates to a system comprising a drive unit and a Sensor with which the position of a moving through the drive unit Elementes can be determined.

Ein derartiges System kommt überall dort zum Einsatz, wo für die Ansteuerung der Antriebseinheit (wobei die Steuerung auch in die Antriebseinheit integriert sein kann), die Position des zu bewegenden Elementes – beispielsweise eine automatisch betätigte Tür – bekannt sein muss.One Such system comes everywhere where used for where the control of the drive unit (whereby the control also in the drive unit can be integrated), the position of the element to be moved - for example an automatically operated Door - known have to be.

Weit verbreiteter Stand der Technik ist der Einsatz von Inkrementalgebern oder Hall-Gebern auf der Motorwelle des Antriebssystems. Hierbei wirkt sich der inkrementelle Ansatz als nachteilhaft aus, da hierbei immer von einer vorher bekannten Position aus „gerechnet” wird. Ferner ist der Encoder üblicherweise ein optischer Encoder, der nach Abschalten der Versorgungsspannung das Sensorsignal verliert. Bei Absolutgebern ist zwar nach neuem „Netz-Ein” eine Absolutposition des Rotorwinkels vorhanden, diese entspricht allerdings meist nicht der Position des bewegbaren Elementes, da zum Beispiel bei einer automatisch betätigten Tür bei einem Durchfahren der gesamten Türdistanz diese Absolutposition mehrfach vorhanden ist. Um dies zu umgehen, gibt es bisher prinzipiell mehrere Lösungen:

  • 1. Versorgung des Sensors und der Auswerteelektronik für den Zeitbereich, in welchem die Stromversorgung unterbrochen ist. Dies kann, wenn ein langer Überbrückungszeitraum gewünscht ist, sehr aufwendig sein.
  • 2. Mechanisch speicherndes System, z. B. über Zahnräder und ggf. mehrere Sensoren an den Achsen wird ein so genannter Multiturn-Encoder ausgebildet, der die gesamte mögliche – z. B. – Türstrecke als absolutes Sensorsignal abbildet.
  • 3. Erfassung anhand eines Drahtseiles mit einem magnetostriktiven Messprinzip. Dieses ist üblicherweise bei der Erfassung der Fahrkorbposition (bei Auf- und Abwärtsfahrt) von Aufzügen eingesetzt.
  • 4. Erfassung linearer Positionen anhand eines Codestreifens (optisch oder magnetisch o. ä.).
Widely used state of the art is the use of incremental encoders or Hall sensors on the motor shaft of the drive system. In this case, the incremental approach has a disadvantageous effect, as it is always "calculated" from a previously known position. Furthermore, the encoder is usually an optical encoder, which loses the sensor signal after switching off the supply voltage. For absolute encoders, although an absolute position of the rotor angle is present according to the new "power-on", this usually does not correspond to the position of the movable element, since, for example, in the case of an automatically actuated door when passing through the entire door distance, this absolute position exists several times. To avoid this, there are basically several solutions:
  • 1. Supply of the sensor and the transmitter for the time range in which the power supply is interrupted. This can be very expensive if a long bridging period is desired.
  • 2. Mechanically storing system, e.g. B. via gears and possibly several sensors on the axes, a so-called multi-turn encoder is formed, the total possible -. B. - Door distance maps as an absolute sensor signal.
  • 3. Detection using a wire rope with a magnetostrictive measuring principle. This is usually used when detecting the car position (when driving up and down) of elevators.
  • 4. Detection of linear positions using a code strip (optical or magnetic or the like).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absolutposition eines durch ein Antriebssystem bewegbaren Elementes in einer einfachen und nichtflüchtigen Art und Weise zu bestimmen.Of the Invention is based on the object, an absolute position of a by a drive system movable element in a simple and non-volatile Way to determine.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System aus einer Antriebseinheit zum Antrieb eines linear entlang einer Wegstrecke bewegbaren Elementes, wobei das bewegbare Element zumindest als Teil zumindest eines automatisch betätigten Öffnungsmechanismus, insbesondere einer Aufzugstür, ausgebildet ist, und einem Sensor zur Entfernungsmessung, wobei der Sensor derart angeordnet ist, dass entlang der Wegstrecke ein Sichtkontakt zwischen dem Sensor und zumindest einem Teil des bewegbaren Elementes herrscht und mittels einer Messung einer Entfernung zwischen dem Sensor und dem bewegbaren Element eine Position des bewegbaren Elementes auf der Wegstrecke eineindeutig bestimmbar ist.These Task is solved by a system of a drive unit for driving a linear along a movable element path, wherein the movable element at least as part of at least one automatically operated opening mechanism, in particular an elevator door, is formed, and a sensor for distance measurement, wherein the sensor is arranged such that along the path a Visual contact between the sensor and at least part of the movable Element prevails and by means of a measurement of a distance between the sensor and the movable element, a position of the movable Elementes on the route is uniquely determinable.

Durch die erfindungsgemäße Positionsbestimmung mittels einer Entfernungsmessung zwischen der bekannten Position des Sensors und dem bewegbaren Element kann auf Drahtseile, Codestreifen oder sonstige mechanische „Positionsspeicher” verzichtet werden, da das bewegbare Element gewissermaßen selbst die Ist-Position speichert. Hierbei können alle Sensorprinzipien zum Einsatz kommen, die einen freien Sichtkontakt erfordern, wie beispielsweise Ultraschallverfahren. Der Sensor muss lediglich so angeordnet sein, dass über die Entfernungsbestimmung auf die Position des bewegbaren Elementes entlang der Wegstrecke geschlossen werden kann, d. h. um eine eindeutige Zuordnung zwischen Entfernung und Position zu gewährleisten, muss der Sensor in einem der beiden Halbräume vor oder hinter der Wegstrecke platziert werden und darf sich nicht im Bereich dazwischen befinden, der durch eine Parallelverschiebung der Wegstrecke aufgespannt wird, da hier zu einer Entfernung zwei Positionen zugeordnet werden können (ohne Kenntnis der Richtung). Gewöhnlich wird der Sensor im Wesentlichen an einer Position in Verlängerung der Wegstrecke, d. h. des vom bewegbaren Element durchfahrbaren Bereiches, angeordnet werden; wieweit hiervon im Einzelfall abgewichen werden kann oder muss, hängt dabei insbesondere von den baulichen Gegebenheiten und der Art des verwendeten Sensors ab (hier insbesondere vom erfassbaren Raumwinkel).By the position determination according to the invention by means of a distance measurement between the known position of the sensor and the movable element can be on wire ropes, codestrips or other mechanical "position memory" omitted are, since the movable element in a sense even the actual position stores. Here you can All sensor principles are used that provide a clear visual contact require, such as ultrasonic methods. The sensor only has to be arranged over that the distance determination to the position of the movable element can be closed along the route, d. H. a unique one Must ensure association between distance and position the sensor in one of the two half-spaces in front of or behind the route be placed and not in the area between them, which is spanned by a parallel displacement of the path, because two positions can be assigned to a distance (without Knowledge of the direction). Usually the sensor is essentially at a position in extension the route, d. H. of the movable element durchfahrbaren by the movable element Range, be arranged; to what extent have deviated from this in individual cases can or must be, hangs In particular, the structural conditions and the nature of used sensor (here in particular the detectable solid angle).

Die Art des verwendeten Sensors bestimmt auch die Auflösung und Genauigkeit der Entfernungsmessung, die somit durch Auswahl eines geeigneten Sensortypen je nach Anforderung einfach skalierbar sind. Sobald das Meßsystem mit Spannung versorgt wird, kann unverzüglich und ohne eine Bewegung des bewegbaren Elementes dessen Position bestimmt werden. Auf diese Weise ist die Absolutposition auch nach erstmaligem Messen direkt nach „Netz-Ein” verfügbar, wodurch der Einsatz der erfindungsgemäßen Positionsbestimmung auch bei Systemen möglich ist, die systembedingt keine Initialisierungsfahrt (des bewegbaren Elementes) zur Positionsbestimmung gestatten.The Type of sensor used also determines the resolution and Accuracy of the distance measurement, thus by selecting a suitable sensor types are easily scalable according to requirements. As soon as the measuring system Being energized can be instantaneous and without a movement the movable element whose position are determined. To this Way the absolute position is available even after first measuring directly after "power-on", thereby the use of the position determination according to the invention also possible with systems is, due to the system no initialization drive (the movable Elementes) allow for position determination.

Das bewegbare Element ist zumindest als Teil zumindest eines automatisch betätigten Öffnungsmechanismus, insbesondere einer Aufzugstür, ausgebildet und kann dabei ein Türmitnehmer/Gurtschloß sein, aber auch die Tür an sich, zu der die Entfernung gemessen wird.The movable element is at least part of at least one automatically operated opening mechanism, in particular an elevator door, formed and may be a door cam / buckle, but also the door in itself, to which the distance is measured.

In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung weist der Sensor zur Entfernungsmessung einen Laser auf. Entfernungsmeßsysteme mittels Laser sind mittlerweile handelsüblich und weisen eine hohe Genauigkeit auf.In an advantageous form of embodiment, the sensor for Distance measurement on a laser. ranging systems By laser are now commercially available and have a high Accuracy on.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Sensor zur Entfernungsmessung eine Kamera auf. Aufgrund des o. g. freien Sichtkontakts eignen sich auch alle bildgebenden Verfahren wie beispielsweise mittels einer Kamera, wobei die Entfernung anhand einfacher mathematischer Verfahren wie über den Strahlensatz bestimmbar ist. Den baulichen Gegebenheiten des Einzelfalls entsprechend kann bei dieser Ausführungsform die Verwendung einer Lichtquelle notwendig sein.In a further advantageous embodiment, the sensor for distance measurement a camera. Due to the o. G. free Visual contact is also suitable for all imaging procedures such as by means of a camera, the distance based on simple mathematical Method as above the set of radiation is determinable. The structural conditions of the In an individual case according to this embodiment, the use of a Be necessary light source.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das bewegbare Element dabei ein optisches Referenzelement auf. Hierbei kann es sich z. B. um ein Schachbrettmuster handeln, wodurch die Entfernungsmessung aufgrund der besseren Erkennbarkeit von Strukturen/Kontrasten des Referenzelementes erleichtert wird. Dabei müssen diese nicht oder nicht nur im sichtbaren Wellenlängenbereich zu erkennen sein, sondern können auch z. B. im Infrarotbereich liegen, wobei die Kamera entsprechend ausgelegt ist und als ggf. vorhandene Lichtquelle beispielsweise ein Infrarotscheinwerfer verwendet wird.In a further advantageous embodiment, the movable Element while an optical reference element. It can do this z. B. act a checkerboard pattern, whereby the distance measurement due to the better recognizability of structures / contrasts of the Reference element is facilitated. They do not have to or not only in the visible wavelength range to be recognized, but can also z. B. in the infrared range, the camera accordingly is designed and as possibly existing light source, for example an infrared headlight is used.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das bewegbare Element mittels eines Zahnriemens bewegbar, der von der Antriebseinheit über einen Antriebsritzel antreibbar und über eine Umlenkrolle führbar ist, und der Sensor zumindest teilweise innerhalb des durch den Zahnriemen aufgespannten Raumbereiches angeordnet. Dieser Raumbereich ist in der Regel ohnehin frei von Hindernissen, da dieser vom bewegbaren Element durchfahren wird. Somit besteht auch der erforderliche freie Sichtkontakt zum sich bewegenden Element, und es wird zudem kein zusätzlicher Bauraum für den Sensor bzw. die Erzielung des freien Sichtkontakts benötigt.In A further advantageous embodiment is the movable Element by means of a toothed belt movable from the drive unit via a Drive pinion drivable and over a deflection roller feasible is at least partially within the through the Timing belt clamped space area arranged. This room area is usually free of obstacles anyway, because of the movable Element is passed through. Thus, there is also the required free Visual contact with the moving element, and it is also no additional Space for the sensor or the achievement of the free visual contact needed.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Sensor in die Antriebseinheit integriert. Hierdurch ist das System nach Installation der Antriebseinheit (inklusive Sensor) bereits einsatzbereit, ohne dass Kosten und Aufwand für Montage und Justage des Sensors anfallen.In In another advantageous embodiment, the sensor is in the drive unit integrated. This is the system after installation the drive unit (including sensor) already ready for use, without that cost and effort for Assembly and adjustment of the sensor incurred.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mittels des Sensors eine Geschwindigkeit des bewegbaren Elementes messbar. Diese kann dabei z. B. aus den zu verschiedenen Zeiten gemessenen Entfernungen berechnet oder bei geeigneter Ausführung des Sensors über den Dopplereffekt direkt gemessen werden. In besonders vorteilhafter Weise ist der Sensor so ausgeführt, dass sich auch Beschleunigungswerte oder weitere physikalischen Größen bestimmen lassen. Mit diesen neben der Position zusätzlichen Werten lassen sich beispielsweise programmierte Fahrkurven für das bewegbare Element besonders einfach kontrollieren.In a further advantageous embodiment is by means of Sensors measurable a speed of the movable element. These can be z. B. from the distances measured at different times calculated or with suitable design of the sensor on the Doppler effect can be measured directly. In a particularly advantageous manner is the sensor designed so that also determine acceleration values or other physical quantities to let. With these addition to the position additional values can be For example, programmed travel curves for the movable element especially Just check.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Sensor bei Nicht-Bewegung des bewegbaren Elementes in einen Standby-Modus versetzbar. Da gewöhnlich der Sensor nicht benötigt wird, wenn die Antriebseinheit (und damit das bewegbare Element) nicht bewegt wird, kann durch das Fahren der Sensorelektronik in den Standby-Modus der Energieverbrauch des Systems gesenkt werden, da keine Leistung mehr umgesetzt wird.In In another advantageous embodiment, the sensor is included Non-movement of the movable element into a standby mode offset. As usual the sensor is not needed is when the drive unit (and thus the movable element) can not be moved, by driving the sensor electronics in the standby mode will lower the system's power consumption, because no more power is converted.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Die Figur zeigt:in the The invention will be described below with reference to the FIG embodiment described in more detail and explained. The figure shows:

eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems.a schematic representation of a system according to the invention.

Die Figur zeigt eine Ausführungsform der Erfindung am Beispiel eines Antriebs für automatisch betätigte Türen. Das erfindungsgemäße System besteht aus einer Antriebseinheit 1, in die neben dem eigentlichen Antrieb beispielsweise auch die zugehörige Steuerung integriert sein kann, und einem Sensor 7, der im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Antriebseinheit 1 integriert ist. Über ein Antriebsritzel 2 wird ein Zahnriemen 4 angetrieben, der über das Antriebsritzel 2 und eine Umlenkrolle 3 geführt ist. An dem Zahnriemen 4 ist ein Türmitnehmer 5 befestigt, der entlang der Wegstrecke 6 linear bewegbar ist. Zur Bestimmung der Position des Türmitnehmers 5 (und damit natürlich der Tür) wird von dem Sensor 7 die Entfernung 8 zwischen diesem und dem Türmitnehmer 5 gemessen. Durch die Anordnung des Sensors 7 innerhalb des durch den Zahnriemen 4 aufgespannten Raumbereiches besteht jederzeit freier Sichtkontakt zum sich bewegenden Element 5, da dieser Bereich vom Türmitnehmer 5 durchfahren wird und somit frei von Hindernissen ist.The figure shows an embodiment of the invention using the example of a drive for automatically operated doors. The system according to the invention consists of a drive unit 1 , in which in addition to the actual drive, for example, the associated control can be integrated, and a sensor 7 , in the illustrated embodiment in the drive unit 1 is integrated. Via a drive pinion 2 becomes a timing belt 4 powered by the drive pinion 2 and a pulley 3 is guided. On the timing belt 4 is a door driver 5 attached, along the way 6 is linearly movable. To determine the position of the door driver 5 (and of course the door) is from the sensor 7 the distance 8th between this and the door driver 5 measured. By the arrangement of the sensor 7 within the through the timing belt 4 Spanned area, there is always free visual contact with the moving element 5 as this area is from the door operator 5 is passed through and thus free of obstacles.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein System aus einer Antriebseinheit und einem Sensor, mit dem die Position eines durch die Antriebseinheit bewegten Elementes bestimmt werden kann. Um eine Absolutposition des bewegbaren Elementes in einer einfachen und nichtflüchtigen Art und Weise zu bestimmen, wird als Sensor ein Entfernungsmesser eingesetzt, der derart angeordnet ist, dass entlang der Wegstrecke, über die das bewegbare Element bewegbar ist, ein Sichtkontakt zwischen diesem und dem Sensor herrscht und mittels einer Messung einer Entfernung zwischen dem Sensor und dem bewegbaren Element eine Position des bewegbaren Elementes auf der Wegstrecke eineindeutig bestimmbar ist.In summary The invention relates to a system comprising a drive unit and a sensor with which the position of a moved by the drive unit Elementes can be determined. To an absolute position of the movable To determine element in a simple and non-volatile way is used as a sensor, a rangefinder arranged in such a way is that along the path over which the movable element is movable is, a visual contact between this and the sensor prevails and by measuring a distance between the sensor and the movable element a position of the movable element on the Distance is uniquely determinable.

Claims (8)

System aus einer Antriebseinheit (1) zum Antrieb eines linear entlang einer Wegstrecke (6) bewegbaren Elementes (5), wobei das bewegbare Element (5) zumindest als Teil zumindest eines automatisch betätigten Öffnungsmechanismus, insbesondere einer Aufzugstür, ausgebildet ist, und einem Sensor (7) zur Entfernungsmessung, wobei der Sensor (7) derart angeordnet ist, dass entlang der Wegstrecke (6) ein Sichtkontakt zwischen dem Sensor (7) und zumindest einem Teil des bewegbaren Elementes (5) herrscht und mittels einer Messung einer Entfernung (8) zwischen dem Sensor (7) und dem bewegbaren Element (5) eine Position des bewegbaren Elementes (5) auf der Wegstrecke (6) eineindeutig bestimmbar ist.System consisting of a drive unit ( 1 ) for driving a linear along a path ( 6 ) movable element ( 5 ), wherein the movable element ( 5 ) is formed at least as part of at least one automatically operated opening mechanism, in particular an elevator door, and a sensor ( 7 ) for distance measurement, wherein the sensor ( 7 ) is arranged such that along the route ( 6 ) a visual contact between the sensor ( 7 ) and at least a part of the movable element ( 5 ) and by means of a measurement of a distance ( 8th ) between the sensor ( 7 ) and the movable element ( 5 ) a position of the movable element ( 5 ) on the way ( 6 ) is uniquely determinable. System nach Anspruch 1, wobei der Sensor (7) zur Entfernungsmessung einen Laser aufweist.The system of claim 1, wherein the sensor ( 7 ) has a laser for distance measurement. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (7) zur Entfernungsmessung eine Kamera aufweist.A system according to claim 1 or 2, wherein the sensor ( 7 ) has a camera for distance measurement. System nach Anspruch 3, wobei das bewegbare Element (5) ein optisches Referenzelement aufweist.System according to claim 3, wherein the movable element ( 5 ) has an optical reference element. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bewegbare Element (5) mittels eines Zahnriemens (4) bewegbar ist, der von der Antriebseinheit (1) über einen Antriebsritzel (2) antreibbar und über eine Umlenkrolle (3) führbar ist, und wobei der Sensor (7) zumindest teilweise innerhalb des durch den Zahnriemen (4) aufgespannten Raumbereiches angeordnet ist.System according to one of the preceding claims, wherein the movable element ( 5 ) by means of a toothed belt ( 4 ) movable by the drive unit ( 1 ) via a drive pinion ( 2 ) and via a deflection roller ( 3 ) is feasible, and wherein the sensor ( 7 ) at least partially within the toothed belt ( 4 ) Spanned space area is arranged. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (7) in die Antriebseinheit (1) integriert ist.System according to one of the preceding claims, wherein the sensor ( 7 ) in the drive unit ( 1 ) is integrated. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des Sensors (7) eine Geschwindigkeit des bewegbaren Elements (5) messbar ist.System according to one of the preceding claims, wherein by means of the sensor ( 7 ) a speed of the movable element ( 5 ) is measurable. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (7) bei Nicht-Bewegung des bewegbaren Elementes (5) in einen Standby-Modus versetzbar ist.System according to one of the preceding claims, wherein the sensor ( 7 ) when the movable element is not moving ( 5 ) is put into a standby mode.
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