DE102014103514A1

DE102014103514A1 - Encoder, method for detecting the angle of rotation and electronic module

Info

Publication number: DE102014103514A1
Application number: DE102014103514.3A
Authority: DE
Inventors: Robin Gruber; Dipl.-Ing. Eiberger Oliver
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2034-03-15
Also published as: DE102014103514B4

Abstract

Drehgeber zur Drehwinkelerfassung nach dem Noniusprinzip mithilfe einer Sensoreinrichtung, der Drehgeber aufweisend konzentrisch eine erste Codespur mit einer Periodenzahl A, eine zweite Codespur mit einer Periodenzahl B und eine dritte Codespur mit einer Periodenzahl C, bei dem für die Periodenzahlen A, B, C der Codespuren die Bedingungen „A < B < C”, „(B – A) – (C – B) muss 1 oder –1 sein” und „(B – A) oder (C – B) ist Teiler von A, B oder C” gelten, Verfahren zur Drehwinkelerfassung nach dem Noniusprinzip mithilfe eines derartigen Drehgebers und einer Sensoreinrichtung, wobei ein erster Nonius (202), ein zweiter Nonius (204) und ein dritter Nonius (206) gebildet werden, und elektronischer Baustein aufweisend in einem Gehäuse vergossene integrierte Schaltungen und Anschlüsse, wobei mithilfe des Bausteins ein derartiges Verfahren durchführbar ist.Rotary encoder for nonius rotational detection using a sensor device, the encoder concentrically having a first code track with a period number A, a second code track with a period number B and a third code track with a period number C, where for the period numbers A, B, C of the code tracks the conditions "A <B <C", "(B - A) - (C - B) must be 1 or -1" and "(B - A) or (C - B) is divisors of A, B or C The invention relates to a nonius method of rotation angle detection using such a rotary encoder and a sensor device, wherein a first vernier (202), a second vernier (204) and a third vernier (206) are formed, and an electronic component having an integrated encapsulated in a housing Circuits and connections, with the help of the block such a method is feasible.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehgeber zur Drehwinkelerfassung nach dem Noniusprinzip mithilfe einer Sensoreinrichtung, der Drehgeber aufweisend konzentrisch eine erste Codespur mit einer Periodenzahl A, eine zweite Codespur mit einer Periodenzahl B und eine dritte Codespur mit einer Periodenzahl C. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Drehwinkelerfassung mithilfe mehrerer konzentrischer Codespuren und einer Sensoreinrichtung nach dem Noniusprinzip. Außerdem betrifft die Erfindung einen elektronischen Baustein aufweisend in einem Gehäuse vergossene integrierte Schaltungen und Anschlüsse.The invention relates to a rotary encoder for rotational angle detection according to the vernier principle by means of a sensor device, the encoder concentrically having a first code track with a period number A, a second code track with a period number B and a third code track with a period number C. Moreover, the invention relates to a method for detecting the rotation angle using several concentric code tracks and a sensor device according to the vernier principle. Moreover, the invention relates to an electronic component having encapsulated in a housing integrated circuits and connections.

Aus der DE 10 2004 033 084 A1 ist eine Wirbelstromsensoranordnung bekannt, insbesondere zur Weg- oder Winkelmessung, umfassend einen Sensor mit wenigstens einer Spule zur Erzeugung von Wirbelströmen in einem leitfähigen Geber und den Geber, wobei sich der Sensor und der Geber relativ zueinander in einer Bewegungsrichtung bewegen können, bei der der Geber zwei Spuren aufweist, von denen die eine eine erste Anzahl von Segmenten und die andere eine unterschiedliche zweite Anzahl von Segmenten aufweist. Eine der Spuren weist eine um ein Segment unterschiedliche Anzahl von Segmenten auf als die andere der Spuren. Jeder der Sensoren gibt ein Sensorsignal aus und die Sensorsignale werden nach dem Noniusprinzip ausgewertet.From the DE 10 2004 033 084 A1 an eddy current sensor arrangement is known, in particular for path or angle measurement, comprising a sensor with at least one coil for generating eddy currents in a conductive encoder and the encoder, wherein the sensor and the encoder can move relative to each other in a direction of movement, wherein the encoder has two tracks, one of which has a first number of segments and the other has a different second number of segments. One of the tracks has a number of segments different by one segment than the other of the tracks. Each of the sensors outputs a sensor signal and the sensor signals are evaluated according to the vernier principle.

Aus der DE 10 2004 045 811 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Erfassung der Bewegung oder des Drehwinkels an bewegten mechanischen Bauteilen, bei dem Codesignale ausgewertet werden, die durch Abtasten von mehreren senkrecht zur Bewegungsrichtung nebeneinander liegenden Codespuren auf dem bewegten Bauteil mittels jeweils zugeordneter Detektorzeilen eines stationären Sensors erzeugt werden, wobei zusätzliche Detektorzeilen derart angeordnet sind, dass bei maximaler Toleranz des bewegten Bauteils senkrecht zur Bewegungsrichtung jeder Codespur mindestens eine der Detektorzeilen zuordbar ist. Aus einer Nonius-Anordnung mit z. B. fünf örtlich gleichverteilten Detektorzeilen ergibt sich zur Abtastung von vier Codespuren ein angegebenes Layout.From the DE 10 2004 045 811 A1 a method is known for detecting the movement or the angle of rotation of moving mechanical components, in which code signals are generated, which are generated by scanning a plurality of perpendicular to the direction of movement adjacent code tracks on the moving component by respectively associated detector lines of a stationary sensor, with additional detector lines are arranged such that at maximum tolerance of the moving component perpendicular to the direction of each code track at least one of the detector lines can be assigned. From a vernier arrangement with z. B. five locally uniformly distributed detector lines results in the scanning of four code tracks a specified layout.

Aus der DE 10 2005 033 402 A1 ist ein Verfahren bekannt zur eindeutigen Bestimmung einer physikalischen Größe Φ anhand von m Phasenmesswerten α_i mit 1 ≤ i ≤ m, wobei die Phasenmesswerte α_i innerhalb eines Eindeutigkeitsbereichs E der physikalischen Größe Φ voneinander verschiedene, ganzzahlige Periodizitäten n_i aufweisen, wobei zunächst aus den Phasenmesswerten α_i sowie deren Periodizitäten n_i ein Wert T mit T = T(α_j, n_l) und j, l ∊ Z{1, ..., i} berechnet wird, anschließend dem Wert T ein Wert V zugeordnet wird, und letztlich zur Bestimmung der physikalischen Größe Φ der Wert V mit den Phasenmesswerten α_i gewichtet aufaddiert wird, wobei die Periodizitäten n_i eine ganzzahlige Periodenzahl-Differenz Δn =|n_i – n_i-1| mit Δn > 1 aufweisen, wobei innerhalb eines reduzierten Eindeutigkeitsbereichs E_red mit E_red ≈ 1 / Δn·E dem Wert T durch eine Zuordnung gemäß

mit T_Uk für eine jeweilige untere Grenze und T_Ok für eine jeweilige obere Grenze von T der Wert V zugeordnet wird, wobei die Zuordnungsintervalle

ΔT = |T_Ok – T_Uk|

zwischen den oberen (T_Ok) und den unteren Grenzen (T_Uk) für T, sowie die Abstände

ΔV = |V_k+1 – V_k|

mindestens der Periodenzahl-Differenz Δn entsprechen.From the DE 10 2005 033 402 A1 a method is known for the unambiguous determination of a physical quantity Φ based on m phase measured values α _i with 1 ≦ i ≦ m, wherein the phase measured values α _i within a uniqueness range E of the physical quantity Φ have different, integer periodicities n _i from one another Phase measured values α _i and their periodicities n _i a value T with

T = T (α _j , n _l ) and j, l ∈ Z {1, ..., i}

is then added to the value T, a value V, and finally for the determination of the physical quantity Φ the value V is added to the weighted with the phase measurements α _i , wherein the periodicities n _i an integer period number difference

Δn = | n _i - n _i-1 |

with Δn> 1, wherein within a reduced uniqueness range E _red with

E _red ≈ 1 / Δn · E

the value T by an assignment according to

with T _Uk for a respective lower bound, and T _Ok for a respective upper bound of T, the value V is assigned, where the allocation intervals

ΔT = | T _Ok - T _Uk |

between the upper (T _Ok ) and lower limits (T _Uk ) for T, as well as the distances

ΔV = | V _{k + 1} - V _k |

at least equal to the period number difference Δn.

Aus der Veröffentlichung „ Quasdorf, Joachim (2008): Mixed Signal, Interpolation analoger Signale, Auflösung von Winkelmessungen erhöhen. In: ElektronikPraxis, 2008, 18, 22–26 ” wird ein optisches Noniussystem beschrieben, mit dem mehrere Messskalen auswertbar und zu einem Positionswert kombinierbar sind. Ein Schaltkreis definiert die absolute Winkelposition über die Phasenlage dreier Sinussignale, an die jeweils geringere Genauigkeitsanforderungen gestellt werden, als dies bei nur zwei Skalen der Fall wäre. Eine Masterspur α₁ liefert eine Feinauflösung und ist verantwortlich für eine absolute Systemgenauigkeit, während eine Noniusspur α₃ und eine Segmentspur α₂ Informationen zum Bestimmen eines Intervalls liefern. Durch schrittweises Berechnen wird eine zulässige Toleranz für Signalfehler erhöht.From the publication " Quasdorf, Joachim (2008): Mixed Signal, Interpolation of Analog Signals, Increase Resolution of Angular Measurements. In: ElektronikPraxis, 2008, 18, 22-26 "Describes an optical vernier system, with which several measurement scales can be evaluated and combined into one position value. A circuit defines the absolute angular position over the phase position of three sinusoidal signals, to which lower accuracy requirements are placed, than would be the case with only two scales. A master track α ₁ provides a fine resolution and is responsible for an absolute system accuracy, while a nonius track α ₃ and a segment track α _{2 provide} information for determining an interval. Step by step calculation increases a permissible tolerance for signal errors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Drehgeber baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem soll ein eingangs genanntes Verfahren verbessert werden. Außerdem soll ein eingangs genanntes Computerprogramm verbessert werden. Insbesondere soll ein möglicher Anwendungsbereich erweitert sein. Insbesondere soll eine konstruktive Ausführung besser ermöglicht oder vereinfacht werden. Insbesondere soll ein Übersprechen nebeneinander liegender Codespuren verhindert werden. Insbesondere soll eine Verwendung baugleicher Sensoren ermöglicht sein.The invention has for its object to improve a rotary encoder mentioned structurally and / or functionally. In addition, an initially mentioned method is to be improved. In addition, an aforementioned computer program is to be improved. In particular, a possible area of application should be expanded. In particular, a structural design should be better enabled or simplified. In particular, a crosstalk of adjacent code tracks should be prevented. In particular, a use of identical sensors should be possible.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Drehgeber zur Drehwinkelerfassung nach dem Noniusprinzip mithilfe einer Sensoreinrichtung, der Drehgeber aufweisend konzentrisch eine erste Codespur mit einer Periodenzahl A, eine zweite Codespur mit einer Periodenzahl B und eine dritte Codespur mit einer Periodenzahl C, bei dem für die Periodenzahlen A, B, C der Codespuren die Bedingungen

A < B < C
2) (B – A) – (C – B) muss 1 oder –1 sein
3) (B – A) oder (C – B) ist Teiler von A, B oder C

gelten.The object is achieved with a rotary encoder for rotational angle detection according to the vernier principle using a sensor device, the encoder concentrically having a first code track with a period number A, a second code track with a period number B and a third code track with a period number C, in which for the period numbers A , B, C of the code tracks the conditions

A <B <C
2) (B - A) - (C - B) must be 1 or -1
3) (B - A) or (C - B) is a divisor of A, B or C

be valid.

Der Drehgeber kann eine ring- oder scheibenartige Form aufweisen. Der Drehgeber kann zur drehfesten Verbindung mit einer Welle dienen, um deren Drehwinkel zu erfassen. Der Drehgeber kann mit einer Welle konzentrisch verbindbar sein. Die Codespuren können zum Codieren eines Drehwinkelsignals dienen. Die Codespuren können jeweils zur optischen, kapazitiven und/oder magnetischen Signalcodierung dienen. Die Codespuren können jeweils einen sinusförmigen oder sinusartigen Code tragen. Die Codespuren können konzentrisch angeordnet sein. Perioden des Codes können trotz verschiedener Umfänge zumindest annähernd dieselbe mechanische Periodenlänge aufweisen. Periodenzahlen können proportional zu einem Radius, auf dem eine Spur liegt, sein. Wenigstens eine Codespur kann eine Indexmarkierung aufweisen. Die Sensoreinrichtung kann zum inkrementellen oder zum absoluten Messen dienen. Die Sensoreinrichtung kann wenigstens einen Sensor aufweisen. Die Sensoreinrichtung kann für jede Codespur einen Sensor aufweisen. Die Sensoren können in eine Reihe angeordnet sein. Eine Sensorreihe kann zu dem Drehgeber radial oder tangential angeordnet sein. Die Sensoreinrichtung kann zwei Sensorreihen aufweisen. Die Sensorreihen können bezüglich des auf der Sensorspur aufgebrachten sinusförmigen Codes um 90° versetzt angeordnet sein. Die Sensoren der Sensoreinrichtung können auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein. Als Sensoren können Fotodioden, Hallelemente und/oder Magnetfeldsensoren dienen. Die Sensoren können analoge Sensoren sein. Die Sensoreinrichtung kann zum Erfassen der mit den Codespuren codierten Signale mittels physikalischer Eigenschaften dienen. Die Sensoreinrichtung kann zum Umformen der mit den Codespuren codierten Signale in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal dienen. Der Drehgeber kann zur Drehwinkelerfassung im Bereich der Automatisierungstechnik dienen. Der Drehgeber kann zur Drehwinkelerfassung in einem Robotergelenk dienen.The rotary encoder may have a ring-shaped or disk-like shape. The rotary encoder can be used for non-rotatable connection with a shaft to detect its angle of rotation. The encoder can be concentrically connected to a shaft. The code tracks may be used to encode a rotational angle signal. The code tracks can each serve for optical, capacitive and / or magnetic signal coding. The code tracks can each carry a sinusoidal or sinusoidal code. The code tracks can be arranged concentrically. Periods of the code may have at least approximately the same mechanical period length despite different circumferences. Period numbers can be proportional to a radius on which a track is located. At least one code track may have an index mark. The sensor device can be used for incremental or absolute measurement. The sensor device can have at least one sensor. The sensor device can have a sensor for each code track. The sensors can be arranged in a row. A sensor row can be arranged radially or tangentially to the rotary encoder. The sensor device can have two rows of sensors. The rows of sensors may be offset by 90 ° with respect to the sinusoidal code applied to the sensor track. The sensors of the sensor device can be arranged on a common carrier. As sensors photodiodes, Hall elements and / or magnetic field sensors can serve. The sensors can be analog sensors. The sensor device can be used for detecting the signals coded with the code tracks by means of physical properties. The sensor device can be used to transform the coded with the code tracks signals into a further processable electrical signal. The encoder can be used to detect the angle of rotation in the field of automation technology. The rotary encoder can be used to detect the angle of rotation in a robot joint.

Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zur Drehwinkelerfassung nach dem Noniusprinzip mithilfe eines derartigen Drehgebers und einer Sensoreinrichtung, wobei ein erster Nonius, ein zweiter Nonius und ein dritter Nonius gebildet werden.In addition, the object underlying the invention is achieved with a method for rotational angle detection according to the vernier principle using such a rotary encoder and a sensor device, wherein a first vernier, a second vernier and a third vernier are formed.

Das Verfahren kann zur Auswertung von elektrischen Signalen der Sensoreinrichtung dienen. Zur Auswertung kann von Signalen von Sensorreihen, die bezüglich des auf der Sensorspur aufgebrachten sinusförmigen Codes um 90° versetzt angeordnet sind, ein Arkustangens, beispielsweise ein atan2, gebildet werden. Damit kann ein lineares Maß für einen Winkel erhältlich sein. Ein Vorzeichen eine Sinus- oder Kosinuskomponente kann noch berücksichtigt werden. Damit kann eine 360°-Eindeutigkeit erzeugbar sein. Es kann eine Linearisierung erfolgen. Es kann eine Unabhängigkeit von einer Sensoramplitude hergestellt werden.The method can be used to evaluate electrical signals of the sensor device. For the purpose of evaluation, signals of sensor rows which are arranged offset by 90 ° with respect to the sinusoidal code applied to the sensor track can be used to form an arctangent, for example an atan2. This can be a linear measure of an angle available. A sign of a sine or cosine component can still be considered. Thus, a 360 ° uniqueness can be generated. It can be a linearization. It can be made independent of a sensor amplitude.

Nach dem Noniusprinzip können die Signale mehrere Codespuren kombiniert werden, um eine Ablesegenauigkeit zu erhöhen. Das Noniusprinzip kann elektronisch angewendet werden. Ein Nonius kann dadurch gebildet werden, dass die Signale mehrere Codespuren ausgewertet und zu einem Positionswert kombiniert werden. Ein Nonius kann dadurch gebildet werden, dass wenigstens ein Signal wenigstens einer Codespur ausgewertet und mit wenigstens einem Positionswert zu einem verbesserten Positionswert kombiniert wird.According to the vernier principle, the signals can be combined several code tracks to increase a reading accuracy. The vernier principle can be applied electronically. A vernier can be formed by the signals are evaluated several code tracks and combined into a position value. A vernier can be formed in that at least one signal of at least one code track is evaluated and combined with at least one position value to form an improved position value.

Messwerte der Sensoreinrichtung können auf einen Wertebereich zwischen 0 und 1 normiert werden. Dieser Verfahrensschritt kann mit den Anweisungen „Sensorsignal_A = normieren(atan2(Sinussignal_Spur_A, Cosinussignal_Spur_A))”, „Sensorsignal_B = normieren(atan2(Sinussignal_Spur_B, Cosinussignal_Spur_B))”, „Sensorsignal_C = normieren(atan2(Sinussignal_Spur_C, Cosinussignal_Spur_C))” durchgeführt werden. Dieser Verfahrensschritt kann zuerst durchgeführt werden.Measured values of the sensor device can be normalized to a value range between 0 and 1. This process step can be carried out with the instructions "Sensor signal_A = normalize (atan2 (sinusoidal signal trace_A, cosine signal trace_A))", "sensor signal_B = normalize (atan2 (sinusoidal signal trace_B, cosine signal trace_B))", "sensor signal_C = normalize (atan2 (sinusoidal signal trace_C, cosine signal trace_C))". This process step can be performed first.

Der erste Nonius kann zwischen Messwerten der ersten Codespur und Messwerten der zweiten Codespur gebildet werden. Dieser Verfahrensschritt kann mit der Anweisung „Nonius_AB = Sensorsignal_B – Sensorsignal_A” durchgeführt werden. Dieser Verfahrensschritt kann nach einem Normieren durchgeführt werden.The first vernier can be formed between measured values of the first code track and measured values of the second code track. This process step can be carried out with the instruction "Nonius_AB = Sensor signal_B - Sensor signal_A". This process step can be carried out after normalization.

Der zweite Nonius kann zwischen Messwerten der zweiten Codespur und Messwerten der dritten Codespur gebildet werden. Dieser Verfahrensschritt kann mit der Anweisung „Nonius_BC = Sensorsignal_C – Sensorsignal_B” durchgeführt werden. Dieser Verfahrensschritt kann parallel zur Bildung des ersten Nonius durchgeführt werden.The second vernier can be formed between measured values of the second code track and measured values of the third code track. This process step can be carried out with the instruction "Nonius_BC = Sensor_signal_C - Sensor_signal_B". This process step can be carried out parallel to the formation of the first vernier.

Der dritte Nonius kann aus dem ersten Nonius und dem zweiten Nonius gebildet werden. Dieser Verfahrensschritt kann mit der Anweisung „Nonius_BC = Sensorsignal_C – Sensorsignal_B” durchgeführt werden. Dieser Verfahrensschritt kann nachfolgend durchgeführt werden. Der dritte Nonius kann mit der Anweisung „Nonius_ABBC = Nonius_AB – Nonius_BC” als Differenz zwischen dem ersten Nonius und dem zweiten Nonius gebildet werden, wenn eine Periodendifferenz zwischen den Spuren A und B größer als eine Periodendifferenz zwischen den Spuren B und C ist. Der dritte Nonius kann mit der Anweisung „Nonius_ABBC = Nonius_BC – Nonius_AB” als Differenz zwischen dem zweiten Nonius und dem ersten Nonius gebildet werden, wenn eine Periodendifferenz zwischen den Spuren A und B kleiner als eine Periodendifferenz zwischen den Spuren B und C ist. Eine Fallunterscheidung kann mit der Anweisung „Wenn (PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A) > (PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B) Dann Nonius_ABBC = Nonius_AB – Nonius_BC Sonst Nonius_ABBC = Nonius_BC – Nonius_AB” getroffen werden.The third vernier can be formed from the first vernier and the second vernier. This method step can be carried out with the instruction "Nonius_BC = Sensor_signal_C - Sensor_signal_B". This process step can be carried out subsequently. The third vernier can be formed with the instruction "Nonius_ABBC = Nonius_AB - Nonius_BC" as the difference between the first vernier and the second vernier, if a period difference between the tracks A and B is greater than a period difference between the tracks B and C. The third vernier can be formed with the instruction "Nonius_ABBC = Nonius_BC - Nonius_AB" as the difference between the second vernier and the first vernier, when a period difference between the tracks A and B is smaller than a period difference between the tracks B and C. A case distinction can be made with the statement "If (Period number Track_B - Period number Track_A)> (Period number Track_C - Period number Track_B) Then Nonius_ABBC = Nonius_AB - Nonius_BC Otherwise Nonius_ABBC = Nonius_BC - Nonius_AB".

Der dritte Nonius kann mithilfe eines ausgewählten Nonius und einer ausgewählten Codespur verbessert werden. Dieser Verfahrensschritt kann nachfolgend durchgeführt werden. Die Verbesserung kann eine Rauschunterdrückung umfassen. Die Verbesserung kann ein Entfernen von Ausreißern umfassen. Das Verbessern kann auch als Stützen bezeichnet werden. Zum Verbessern des dritten Nonius kann der Nonius ausgewählt werden, dessen Periodenzahldifferenz ein ganzzahliger Teiler einer der Codespuren ist. Zum Verbessern des dritten Nonius kann die Codespur ausgewählt werden, die durch die Periodenzahldifferenz der Codespuren des ausgewählten Nonius ganzzahlig teilbar ist. Außerdem können bei der Auswahl des Nonius und der Codespur weitere Werte festgelegt werden, die für eine spätere Berechnung erforderlich sind. Beispielsweise kann eine Überprüfung „IstTeilerVon” mittels Vergleich eines Divisionsrests mit Null durchgeführt werden. Die Auswahl eines Nonius und einer Codespur kann mit den Anweisungen „Wenn (PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_A Dann Sensorsignal_X = Sensorsignal_A Nonius_X = Nonius_AB P_X = PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A P_NX = PeriodenzahlSpur_A/PeriodenzahlSpur_X”, „Wenn (PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_A Dann Sensorsignal_X = Sensorsignal_A Nonius_X = Nonius_AB P_X = PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B P_NX = PeriodenzahlSpur_A/PeriodenzahlSpur_X”, „Wenn (PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_B Dann Sensorsignal_X = Sensorsignal_B Nonius_X = Nonius_AB P_X = PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A P_NX = PeriodenzahlSpur_B/PeriodenzahlSpur_X”, „Wenn (PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_B Dann Sensorsignal_X = Sensorsignal_B Nonius_X = Nonius_AB P_X = PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur P_NX = PeriodenzahlSpur_B/PeriodenzahlSpur_X”, „Wenn (PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_C Dann Sensorsignal_X = Sensorsignal_C Nonius_X = Nonius_AB P_X = PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A P_NX = PeriodenzahlSpur_C/PeriodenzahlSpur_X” und/oder „Wenn (PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_C Dann Sensorsignal_X = Sensorsignal_C Nonius_X = Nonius_AB P_X = PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B P_NX = PeriodenzahlSpur_C/PeriodenzahlSpur_X” durchgeführt werden. Dieser Verfahrensschritt kann nachfolgend durchgeführt werden.The third vernier can be enhanced using a selected vernier and a selected code track. This process step can be carried out subsequently. The enhancement may include noise reduction. The improvement may include removing outliers. Improvement can also be referred to as props. To improve the third vernier, the vernier can be selected whose period number difference is an integer divisor of one of the code tracks. To improve the third vernier, the code track can be selected, which is integer divisible by the period number difference of the code tracks of the selected vernier. In addition, when you select the vernier and the code track, you can set other values that are required for later calculation. For example, a check "IstTeilerVon" can be performed by comparing a division remainder with zero. The selection of a vernier and a code track can with the instructions "If (PeriodenzahlSpur_B - PeriodenzahlSpur_A) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_A Then Sensorsignal_X = Sensorsignal_A Nonius_X = Nonius_AB P_x = PeriodenzahlSpur_B - PeriodenzahlSpur_A P_NX = PeriodenzahlSpur_A / PeriodenzahlSpur_X" "If (PeriodenzahlSpur_C - PeriodenzahlSpur_B) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_A Then Sensorsignal_X = Sensorsignal_A Nonius_X = Nonius_AB P_x = PeriodenzahlSpur_C - PeriodenzahlSpur_B P_NX = PeriodenzahlSpur_A / PeriodenzahlSpur_X "" If (PeriodenzahlSpur_B - PeriodenzahlSpur_A) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_B Then Sensorsignal_X = Sensorsignal_B Nonius_X = Nonius_AB P_x = PeriodenzahlSpur_B - PeriodenzahlSpur_A P_NX = PeriodenzahlSpur_B / PeriodenzahlSpur_X "" If (PeriodenzahlSpur_C - Period numberSpur_B) IsPartnerFrom period numberSpur_B Then Sensor signal_X = Sensor signal_B Nonius_X = Nonius_AB P_X = Period numberSpur_C - Period numberSpur P_NX = Period numberSpur_B / PeriodenzahlSpur_X "" If (PeriodenzahlSpur_B - PeriodenzahlSpur_A) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_C Then Sensorsignal_X = Sensorsignal_C Nonius_X = Nonius_AB P_x = PeriodenzahlSpur_B - PeriodenzahlSpur_A P_NX = PeriodenzahlSpur_C / PeriodenzahlSpur_X "and / or" If (PeriodenzahlSpur_C - PeriodenzahlSpur_B) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_C Then Sensorsignal_X = Sensorsignal_C Nonius_X = Nonius_AB P_x = Period numberSpur_C - Period numberSpur_B P_NX = Period numberSpur_C / Period numberSpur_X ". This process step can be carried out subsequently.

Zunächst kann der ausgewählte Nonius mithilfe der ausgewählten Codespur verbessert werden. Dabei kann eine Berechnung in mehreren Schritten oder in einem Schritt ohne Verwendung weiterer Variablen durchgeführt werden. Nachfolgend kann eine Rundung erfolgen. Das Runden kann mit den Anweisungen „Nonius_X_t = Nonius_X – Sensorsignal_X/P_NX”, „Nonius_X_r = Runden (Nonius_x_t·P_NX)/P_NX” und „Nonius_X_g = Nonius_X_r + Sensorsignal_X/P_NX” durchgeführt werden. Nachfolgend kann der dritte Nonius mithilfe des verbesserten ausgewählten Nonius verbessert werden. Dieser Verfahrensschritt kann mit den Anweisungen „Nonius_ABBC_t = Nonius_ABBC – Nonius_X_g/P_X”, „Nonius_ABBC_r = Runden (Nonius_ABBC_t·P_X)/P_X” und „Winkel = Nonius_ABBC_r + Nonius_X_g/P_X” durchgeführt werden. Dieser Verfahrensschritt kann nachfolgend durchgeführt werden.First, the selected vernier can be enhanced using the selected code track. In this case, a calculation can be carried out in several steps or in one step without the use of further variables. Subsequently, a rounding can take place. The rounding can be carried out with the instructions "Nonius_X_t = Nonius_X - Sensor signal_X / P_NX", "Nonius_X_r = Rounding (Nonius_x_t · P_NX) / P_NX" and "Nonius_X_g = Nonius_X_r + Sensor_signal_X / P_NX". Subsequently, the third vernier can be improved with the improved selected vernier. This procedural step can be carried out with the instructions "Nonius_ABBC_t = Nonius_ABBC - Nonius_X_g / P_X", "Nonius_ABBC_r = Rounds (Nonius_ABBC_t · P_X) / P_X" and "Angle = Nonius_ABBC_r + Nonius_X_g / P_X". This process step can be carried out subsequently.

Ein Wertebereich kann auf einen Bereich zwischen 0 und 1 zurückgeführt werden. Dieser Verfahrensschritt kann auch als „Wraparound” bezeichnet werden. Dieser Verfahrensschritt kann mit den Anweisungen „Solange Winkel >= 1, Winkel = Winkel – 1” und „Solange Winkel < 0, Winkel = Winkel + 1” durchgeführt werden. Dieser Verfahrensschritt kann nachfolgend durchgeführt werden.A range of values can be traced back to a range between 0 and 1. This process step can also be referred to as "wraparound". This step can be carried out with the instructions "Solange Winkel> = 1, Winkel = Winkel - 1" and "Solange Winkel <0, Winkel = Winkel + 1". This process step can be carried out subsequently.

Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem elektronischen Baustein aufweisend in einem Gehäuse vergossene integrierte Schaltungen und Anschlüsse, wobei mithilfe des Bausteins ein derartiges Verfahren durchführbar ist.In addition, the object underlying the invention is achieved with an electronic component having encapsulated in a housing integrated circuits and connections, with the aid of the module, such a method is feasible.

In dem elektronischen Baustein können die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Funktionen und/oder Verfahrensschritte implementiert sein. Der Baustein kann ein Encoder-Baustein sein. Der Baustein kann einen simultan abtastenden 3-Kanal Sinus-Digital-Wandler aufweisen. Der Sinus-Digital-Wandler kann Sinus/Cosinus-Sensor-Signale über einen hochgenauen SAR-Wandler interpolieren. Dabei kann eine Auflösung von bis zu 13 bit wählbar sein. Der Baustein kann Signaleingänge aufweisen. Jeder Eingang kann über eine separate Sample & Hold-Stufe verfügen, die das Spursignal für die anschließende sequentielle Digitalisierung festhält. Zur Berechnung hochaufgelöster Winkelpositionen können verschiedene 2- und 3-Spur-Nonius-Berechnungen konfigurierbar sein. Es können Winkelauflösungen bis 25 bit ermöglicht sein.In the electronic module, those required to carry out the process Be implemented functions and / or method steps. The block can be an encoder block. The device can have a simultaneous sampling 3-channel sine-to-digital converter. The sine-to-digital converter can interpolate sine / cosine sensor signals via a high accuracy SAR converter. In this case, a resolution of up to 13 bits can be selected. The module can have signal inputs. Each input can have a separate Sample & Hold stage that captures the track signal for subsequent sequential digitization. To calculate high-resolution angular positions, various 2- and 3-track vernier calculations can be configurable. Angle resolutions up to 25 bits can be possible.

Der Baustein kann Signalausgänge aufweisen. Eine Ausgabe einer absoluten Winkelposition kann über eine serielle Schnittstelle erfolgen. Eine Ausgabe kann mit Taktraten von bis zu 4 Mbit/s erfolgen. Der Baustein kann einen integrierten Transceiver aufweisen. Der Transceiver kann einen differentiellen Takteingang sowie einen differentiellen Leitungstreiber zur Datenausgabe aufweisen.The block can have signal outputs. An absolute angular position can be output via a serial interface. Output can be at clock rates of up to 4 Mbps. The device can have an integrated transceiver. The transceiver may include a differential clock input and a differential line driver for data output.

Der Baustein kann einen programmierbaren Instrumentenverstärker aufweisen. Eine Verstärkung, eine Offsetkorrektur und/oder eine Phasenkorrektur können für jeden Kanal separat einstellbar sein. Damit können differentielle oder referenzbezogene Eingangssignale ermöglicht sein. Die Eingänge können hochohmig, beispielsweise für Spannungssignale von magnetischen Widerstandsmessbrücken, oder niederohmig konfigurierbar sein, beispielsweise zur Anpassung an Fotosensoren, die Stromsignale liefern. Dadurch kann ein Direktanschluss verschiedener optischer und magnetischer Sensoren ermöglicht sein.The device may include a programmable instrumentation amplifier. A gain, an offset correction and / or a phase correction can be set separately for each channel. Thus, differential or reference-related input signals can be made possible. The inputs can be high-impedance, for example, for voltage signals from magnetic resistance bridges, or low-impedance configurable, for example, to adapt to photo sensors that provide current signals. This allows direct connection of various optical and magnetic sensors.

Zur Signalstabilisierung kann aus konditionierten Eingangssignalen pro Kanal ein Regelungssignal gewinnbar sein. Das Regelungssignal kann einen Sensor-Versorgungsregler zur Ansteuerung von integrierten Stromquellen verwenden. Der Baustein kann ACOx Quellenausgänge aufweisen, die Sende-LEDs eines optischen Encoders oder magnetoresitiven Messbrücken eines magnetischen Encoders versorgen können. Der Baustein kann einen Versorgungsregler aufweisen. Bei Erreichen von Aussteuerungsgrenzen kann eine Alarmmeldung freigebbar sein.For signal stabilization, a control signal can be obtainable from conditioned input signals per channel. The control signal may use a sensor supply regulator to drive integrated current sources. The device may have ACOx source outputs that can supply transmit LEDs of an optical encoder or magnetoresistive gauges of a magnetic encoder. The block may have a supply regulator. When control limits are reached, an alarm message can be released.

Der Baustein kann eine Überwachung von Signalfehlern ermöglichen. Eine Alarmanzeige kann konfigurierbar sein. Dadurch können typische Sensorfehler wie Signalverlust durch Drahtbruch, Kurzschluss, Verschmutzung oder Alterung für Alarmmeldungen verfügbar sein.The block can enable monitoring of signal errors. An alarm display can be configurable. As a result, typical sensor errors such as wire loss, short circuit, contamination or aging signal loss can be available for alarm messages.

Der Baustein kann über weitere digitale Encoderfunktionen verfügen, beispielsweise zur Korrektur von Phasenfehlern zwischen den Codespuren oder zur Nullung bzw. Vorgabe eines bestimmten Positionsoffsets für eine Datenausgabe. Über einen zusätzlich integrierten SSI-Master können Positionsdaten von Multiturn-Sensoren, die beispielsweise ein zweiter Baustein liefert, eingelesen und aufsynchronisiert werden.The block may have other digital encoder functions, for example for correcting phase errors between the code tracks or for zeroing or specifying a certain position offset for a data output. An additionally integrated SSI master can be used to read in and synchronize position data from multiturn sensors, which, for example, supplies a second component.

Der Baustein kann gegen eine verpolte Versorgungsspannung geschützt sein. Dieser Schutz kann auf das System erweitert sein. Der Baustein kann einen integrierten Spannungsschalter aufweisen. Der Baustein kann über ein externes EEPROM konfigurierbar sein.The block can be protected against a reverse polarity supply voltage. This protection can be extended to the system. The module can have an integrated voltage switch. The block can be configured via an external EEPROM.

Mit der Erfindung ist ein vergrößerter Abstand zwischen nebeneinander liegenden Codespuren ermöglicht. Damit können den Codespuren zugeordnete Sensoren einen vergrößerten Abstand aufweisen. Ein möglicher Anwendungsbereich ist erweitert. Eine konstruktive Ausführung ist besser ermöglicht oder vereinfacht. Ein Übersprechen nebeneinander liegender Codespuren ist verhindert. Eine Verwendung baugleicher Sensoren ist ermöglicht.With the invention, an increased distance between adjacent code tracks is possible. This allows the code tracks associated sensors have an increased distance. A possible scope is expanded. A constructive design is better possible or simplified. Crosstalk of adjacent code tracks is prevented. A use of identical sensors is possible.

Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein Verfahren zur Signalauswertung für Winkelsensoren.In summary and in other words, the invention thus provides, inter alia, a method for signal evaluation for angle sensors.

In einem Auswertungsverfahren kann ein weiterer Noniusberechnungsschritt eingeführt werden. Hiermit kann ermöglicht werden, dass Differenzen von Periodenanzahlen zweier benachbarter Spuren größer als eins sein können und sich nur um eins unterscheiden müssen.In an evaluation method, another vernier calculation step may be introduced. Hereby it can be made possible that differences of period numbers of two adjacent tracks can be greater than one and must differ only by one.

Mit A, B und C können die Periodenzahlen dreier Spuren bezeichnet werden. Folgende Bedingungen für A, B und C sollen erfüllt sein. Dies kann teilweise auch durch Umsortieren der Spuren ermöglicht werden.

1) A < B < C
2) (B – A) – (C – B) muss 1 oder –1 sein
3) (B – A) oder (C – B) ist Teiler von A, B oder C

With A, B and C, the period numbers of three tracks can be designated. The following conditions for A, B and C should be fulfilled. This can be partially made possible by resorting the tracks.

1) A <B <C
2) (B - A) - (C - B) must be 1 or -1
3) (B - A) or (C - B) is a divisor of A, B or C

Für eine Auswertung können auf einen Bereich von 0...1 normierte Messwerte der Spuren sein:

Sensorsignal_A = normieren(atan2(Sinussignal_Spur_A, Cosinussignal_Spur_A))
Sensorsignal_B = normieren(atan2(Sinussignal_Spur_B, Cosinussignal_Spur_B))
Sensorsignal_C = normieren(atan2(Sinussignal_Spur_C, Cosinussignal_Spur_C))For an evaluation, measured values of the tracks can be normalized to a range of 0 ... 1:

Sensor signal_A = normalize (atan2 (sinusoidal signal_spur_A, cosinus signal_spur_A))
Sensor signal_B = normalize (atan2 (sinusoidal_signal_b, cosine_signal_track_B))
Sensor signal_C = normalize (atan2 (sinusoidal_signal_c, cosine_signal_track_C))

Nun kann ein Nonius zwischen Spur A und Spur B gebildet werden:

Nonius_AB = Sensorsignal_B – Sensorsignal_ANow a vernier between lane A and lane B can be formed:

Nonius_AB = Sensor_signal_B - Sensor_signal_A

Ebenso kann ein Nonius zwischen Spur B und Spur C gebildet werden:

Nonius_BC = Sensorsignal_C – Sensorsignal_BLikewise, a vernier between track B and track C can be formed:

Nonius_BC = Sensor_signal_C - Sensor_signal_B

Aus diesen beiden kann ein weiterer Nonius berechnet werden, der bereits einem gesuchten Winkelwert entsprechen kann, allerdings noch erheblich mit Rauschen belastet sein kann. Dabei kann eine Fallunterscheidung erfolgen, abhängig davon, ob eine Periodendifferenz zwischen den Spuren A und B größer oder kleiner als eine Periodendifferenz zwischen den Spuren B und C ist. Diese Fallunterscheidung kann statisch sein und nur von den Periodenzahlen der Spuren abhängen, die sich im Betrieb des Sensors nicht ändern:

Wenn (PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A) > (PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B)
Dann Nonius_ABBC = Nonius_AB – Nonius_BC
Sonst Nonius_ABBC = Nonius_BC – Nonius_ABFrom these two can be calculated a further vernier, which can already correspond to a sought angle value, but may still be heavily loaded with noise. In this case, a case distinction can be made, depending on whether a period difference between the tracks A and B is greater or less than a period difference between the tracks B and C. This case distinction can be static and depend only on the period numbers of the tracks that do not change during operation of the sensor:

If (Period number Track_B - Period number Track_A)> (Period number Track_C - Period number Track_B)
Then Nonius_ABBC = Nonius_AB - Nonius_BC
Otherwise Nonius_ABBC = Nonius_BC - Nonius_AB

Eine weitere (statische, also nur von den Periodenzahlen der Spuren abhängige) Fallunterscheidung kann nun festlegen, welche Spur und welcher Nonius (AB oder BC) zum „Stützen” des Nonius_ABBC verwendet wird. Dabei kann der Nonius ausgewählt werden, dessen Periodenzahlendifferenz ein ganzer Teiler einer der drei Spuren ist und die Spur als Feinspur, welche sich durch die gewählte Periodendifferenz der Spuren des Nonius teilen lässt.Another (static, only dependent on the period numbers of the tracks) case distinction can now determine which track and which vernier (AB or BC) is used to "support" the Nonius_ABBC. In this case, the vernier can be selected whose period number difference is a whole divisor of one of the three tracks and the track as a fine track, which can be divided by the selected period difference of the tracks of the vernier.

Bei der Fallunterscheidung können auch ein paar weitere Werte festgelegt werden, die für eine spätere Berechnung erforderlich sein können. Eine Überprüfung „IstTeilerVon” kann beispielsweise mittels Vergleich eines Divisionsrests mit Null durchgeführt werden.The case distinction may also specify a few more values that may be required for later calculation. A check "IstTeilerVon" can for example be performed by comparing a remainder of the division with zero.

Sind mehrere Varianten möglich, so sollte die verwendet werden, bei der die Differenz der Periodenzahlen der beiden Spuren für die Noniusberechnung und die Periodenzahl der gewählten Feinspur geteilt durch die Periodendifferenz der Noniusspuren möglichst gleich wird.

Wenn
(PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_A
Dann
Sensorsignal_X = Sensorsignal_A
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A
P_NX = PeriodenzahlSpur_A/PeriodenzahlSpur_X

Wenn
(PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_A
Dann
Sensorsignal_X = Sensorsignal_A
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B
P_NX = PeriodenzahlSpur_A/PeriodenzahlSpur_X

Wenn
(PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_B
Dann
Sensorsignal_X = Sensorsignal_B
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A
P_NX = PeriodenzahlSpur_B/PeriodenzahlSpur_X

Wenn
(PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_B
Dann
Sensorsignal_X = Sensorsignal_B
Nonius X = Nonius AB
P_X = PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B
P_NX = PeriodenzahlSpur_B/PeriodenzahlSpur_X

Wenn
(PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_C
Dann
Sensorsignal_X = Sensorsignal_C
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = PeriodenzahlSpur_B – PeriodenzahlSpur_A
P_NX = PeriodenzahlSpur_C/PeriodenzahlSpur_X

Wenn
(PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B) IstTeilerVon PeriodenzahlSpur_C
Dann
Sensorsignal_X = Sensorsignal_C
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = PeriodenzahlSpur_C – PeriodenzahlSpur_B
P_NX = PeriodenzahlSpur_C/PeriodenzahlSpur_XIf several variants are possible, then the one should be used in which the difference between the period numbers of the two tracks for the vernier calculation and the number of periods of the selected fine track divided by the period difference of the vernier tracks becomes as equal as possible.

If
(Period numberSpur_B - Period numberSpur_A) IsPartnerFrom period numberSpur_A
Then
Sensor signal_X = sensor signal_A
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = Period number Track_B - Period number Track_A
P_NX = Period number Track_A / Period number Track_X

If
(Period numberSpur_C - Period numberSpur_B) IsPartnerFrom period numberSpur_A
Then
Sensor signal_X = sensor signal_A
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = Period numberSpur_C - Period numberSpur_B
P_NX = Period number Track_A / Period number Track_X

If
(Period number Track_B - Period number Track_A) IsPart of period number Track_B
Then
Sensor signal_X = sensor signal_B
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = Period number Track_B - Period number Track_A
P_NX = Period number Track_B / Period number Track_X

If
(Period numberSpur_C - Period numberSpur_B) IsPartnerFrom period numberSpur_B
Then
Sensor signal_X = sensor signal_B
Nonius X = Nonius AB
P_X = Period numberSpur_C - Period numberSpur_B
P_NX = Period number Track_B / Period number Track_X

If
(Period number Track_B - Period number Track_A) IsPart of period number Track_C
Then
Sensor signal_X = sensor signal_C
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = Period number Track_B - Period number Track_A
P_NX = Period number Track_C / Period number Track_X

If
(Period numberSpur_C - Period numberSpur_B) IsPartnerFrom period numberSpur_C
Then
Sensor signal_X = sensor signal_C
Nonius_X = Nonius_AB
P_X = Period numberSpur_C - Period numberSpur_B
P_NX = Period number Track_C / Period number Track_X

Nun kann der gewählte Nonius (Nonius_X genannt) mit der gewählten Spur (Sensorsignal_X genannt) „gestützt” werden. Die hier in mehrere Schritte aufgeteilte Berechnung kann auch in einem Schritt ohne Verwendung weiterer Variablen durchgeführt werden. Die angegebene Runden-Funktion kann mathematisch, also bis kleiner 0,5 ab- und ab 0,5 aufrunden.

Nonius_X_t = Nonius_X – Sensorsignal_X/P_NX
Nonius_X_r = Runden (Nonius_x_t·P_NX)/P_NX
Nonius_X_g = Nonius_X_r + Sensorsignal_X/P_NXNow the selected vernier (called Nonius_X) can be "supported" with the selected track (called Sensorsignal_X). The calculation, which is divided into several steps, can also be carried out in one step without the use of further variables. The specified rounding function can mathematically round up to less than 0.5 and from 0.5.

Nonius_X_t = Nonius_X - Sensor_signal_X / P_NX
Nonius_X_r = rounds (Nonius_x_t · P_NX) / P_NX
Nonius_X_g = Nonius_X_r + Sensor_signal_X / P_NX

Abschließend kann noch der Nonius_ABBC mit dem durch die Feinspur X „gestützten” Nonius_X „gestützt” werden.

Nonius_ABBC_t = Nonius_ABBC – Nonius_X_g/P_X
Nonius_ABBC_r = Runden (Nonius_ABBC_t·P_X)/P_X
Winkel = Nonius_ABBC_r + Nonius_X_g/P_XFinally, the Nonius_ABBC can be supported with the Nonius_X "supported" by the fine track X.

Nonius_ABBC_t = Nonius_ABBC - Nonius_X_g / P_X
Nonius_ABBC_r = Rounds (Nonius_ABBC_t · P_X) / P_X
Angle = Nonius_ABBC_r + Nonius_X_g / P_X

Für eine bessere Verwertbarkeit der Ergebnisse kann noch ein Wraparound durchgeführt werden, indem der Wertebereich wieder auf den Bereich zwischen 0 und 1 zurückgeführt wird. Hierfür sind auch andere als die angegebene Methode möglich, beispielsweise eine Division durch 1 mit gebrochenem Rest.

Solange Winkel >= 1, Winkel = Winkel – 1
Solange Winkel < 0, Winkel = Winkel + 1For a better usability of the results, a wraparound can be performed by returning the value range back to the range between 0 and 1. For this purpose, other than the specified method are possible, for example, a division by 1 with a broken residue.

As long as angle> = 1, angle = angle - 1
As long as angle <0, angle = angle + 1

Mit „kann” sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.By "may" in particular optional features of the invention are referred to. Accordingly, there is an embodiment of the invention each having the respective feature or features.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to figures. From this description, further features and advantages. Concrete features of this embodiment may represent general features of the invention. Features associated with other features of this embodiment may also represent individual features of the invention.

Es zeigen schematisch und beispielhaft:They show schematically and by way of example:

1 ein Diagramm mit Signalverläufen dreier Codespuren, 1 a diagram with signal curves of three code tracks,

2 ein Diagramm mit Verläufen dreier Nonien und 2 a diagram with gradients of three nonienes and

3 ein Diagramm mit Verläufen von Einzelkomponenten eines Ergebnisses. 3 a diagram with progressions of individual components of a result.

1 zeigt ein Diagramm 100 mit Signalverläufen 102, 104, 106 dreier Codespuren. Die Codespuren sind auf einem ring- oder scheibenförmigen Drehgeber angeordnet. Die Codespuren sind zueinander konzentrisch angeordnet. Die Codespuren tragen jeweils einen sinusförmigen Code. Eine erste Codespur weist eine Periodenzahl A auf. Ein Signalverlauf der ersten Codespur ist mit 102 bezeichnet. Eine zweite Codespur weist eine Periodenzahl B auf. Ein Signalverlauf der zweiten Codespur ist mit 104 bezeichnet. Eine dritte Codespur weist eine Periodenzahl C auf. Ein Signalverlauf der dritten Codespur ist mit 106 bezeichnet. Für die Periodenzahlen A, B, C der drei Codespuren gelten die Bedingungen „A < B < C”, „(B – A) – (C – B) muss 1 oder –1 sein” und „(B – A) oder (C – B) ist Teiler von A, B oder C”. Eine Signalaufnahme erfolgt mithilfe einer Sensoreinrichtung, die eine erste Sensorreihe mit drei den Codespuren zugeordneten Sensoren und eine zweite Sensorreihe mit drei den Codespuren zugeordneten Sensoren aufweist. Die Signalverläufe 102, 104, 106 dienen zum Erfassen eines Drehwinkels. Auf der x-Achse ist ein Verlauf über einen Winkel von 360° aufgetragen. Auf der y-Achse sind die Amplituden der Signalverläufe 102, 104, 106 aufgetragen. In dem Diagramm sind die x- und y-Skalen der Signalverläufe 102, 104, 106 normiert dargestellt. 1 shows a diagram 100 with signal curves 102 . 104 . 106 three code tracks. The code tracks are arranged on a ring-shaped or disc-shaped rotary encoder. The code tracks are arranged concentrically with each other. The code tracks each carry a sinusoidal code. A first code track has a period number A. A waveform of the first code track is with 102 designated. A second code track has a period number B. A waveform of the second code track is with 104 designated. A third code track has a period number C. A waveform of the third code track is with 106 designated. For the period numbers A, B, C of the three code tracks the conditions "A <B <C", "(B - A) - (C - B) must be 1 or -1" and "(B - A) or ( C - B) is divisor of A, B or C ". A signal recording takes place with the aid of a sensor device which has a first sensor row with three sensors assigned to the code tracks and a second sensor row with three sensors assigned to the code tracks. The waveforms 102 . 104 . 106 serve to detect a rotation angle. On the x-axis, a curve is plotted over an angle of 360 °. On the y-axis are the amplitudes of the waveforms 102 . 104 . 106 applied. In the diagram, the x and y scales of the waveforms are 102 . 104 . 106 normalized.

2 zeigt ein Diagramm 200 mit einem Verlauf 202 eines ersten Nonius, einem Verlauf 204 eines zweiten Nonius und einem Verlauf 206 eines dritten Nonius. Der erste Nonius wird zwischen Messwerten der ersten Codespur und Messwerten der zweiten Codespur gebildet. Der zweite Nonius wird zwischen Messwerten der zweiten Codespur und Messwerten der dritten Codespur gebildet. Der dritte Nonius wird zwischen dem ersten Nonius und dem zweiten Nonius gebildet. Auf der x-Achse ist ein Verlauf über einen Winkel von 360° aufgetragen. Auf der y-Achse sind die Amplituden der Verläufe 202, 204, 206 aufgetragen. In dem Diagramm sind die x- und y-Skalen der Verläufe 202, 204, 206 normiert dargestellt. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen. 2 shows a diagram 200 with a course 202 a first vernier, a course 204 a second vernier and a course 206 a third vernier. The first vernier is formed between measured values of the first code track and measured values of the second code track. The second vernier is formed between measured values of the second code track and measured values of the third code track. The third vernier is formed between the first vernier and the second vernier. On the x-axis, a curve is plotted over an angle of 360 °. On the y-axis are the amplitudes of the gradients 202 . 204 . 206 applied. In the diagram are the x and y scales of the gradients 202 . 204 . 206 normalized. Incidentally, in addition to particular 1 and the related description.

3 zeigt ein Diagramm 300 mit Verläufen 302, 304, 306 von Einzelkomponenten und einem Verlauf 308 eines Ergebnisses. Mit 302 ist der Signalverlauf einer ausgewählten Codespur bezeichnet, die zum Stützen eines ausgewählten Nonius herangezogen wird. Diese Codespur ist eine Feinspur. Mit 304 ist der Verlauf des ausgewählten Nonius abzüglich des Signalverlaufs 302 der ausgewählten Codespur bezeichnet. Mit 306 ist der Verlauf des dritten Nonius abzüglich des mithilfe der ausgewählten Codespur gestützten ausgewählten Nonius bezeichnet. Mit 308 ist der gestützte dritte Nonius bezeichnet. Auf der x-Achse ist ein Verlauf über einen Winkel von 360° aufgetragen. Auf der y-Achse sind die Amplituden der Verläufe 302, 304, 306, 308 aufgetragen. In dem Diagramm sind die x- und y-Skalen der Verläufe 302, 304, 306, 308 normiert dargestellt. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. 3 shows a diagram 300 with progressions 302 . 304 . 306 of individual components and a course 308 a result. With 302 is the waveform of a selected code track, which is used to support a selected vernier. This code track is a fine track. With 304 is the gradient of the selected vernier minus the waveform 302 the selected code track. With 306 indicates the course of the third vernier minus the selected vernier supported by the selected code track. With 308 is called the supported third vernier. On the x-axis, a curve is plotted over an angle of 360 °. On the y-axis are the amplitudes of the gradients 302 . 304 . 306 . 308 applied. In the diagram are the x and y scales of the gradients 302 . 304 . 306 . 308 normalized. Incidentally, in addition to particular 1 and 2 and the associated description.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Diagrammdiagram
102102: Signalverlauf einer ersten CodespurSignal course of a first code track
104104: Signalverlauf einer zweiten CodespurSignal course of a second code track
106106: Signalverlauf einer dritten CodespurSignal course of a third code track
200200: Diagrammdiagram
202202: Verlauf eines ersten NoniusCourse of a first vernier
204204: Verlauf eines zweiten NoniusCourse of a second vernier
206206: Verlauf eines dritten NoniusCourse of a third vernier
300300: Diagrammdiagram
302 302: Signalverlaufwaveform
304304: Verlaufcourse
306306: Verlaufcourse
308308: Verlaufcourse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004033084 A1 [0002]
DE 102004045811 A1 [0003]
DE 102005033402 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Quasdorf, Joachim (2008): Mixed Signal, Interpolation of Analog Signals, Increase Resolution of Angular Measurements. In: ElektronikPraxis, 2008, 18, 22-26 [0005]

Claims

Rotary encoder for rotational angle detection according to the vernier principle by means of a sensor device, the encoder concentrically having a first code track with a period number A, a second code track with a period number B and a third code track with a period number C, characterized in that for the period numbers A, B, C 1) A <B <C 2) (B - A) - (C - B) must be 1 or -1 3) (B - A) or (C - B) is a divisor of A, B or C apply.

Method for detecting the angle of rotation according to the vernier principle using a rotary encoder according to claim 1 and a sensor device, characterized in that a first vernier ( 202 ), a second vernier ( 204 ) and a third vernier ( 206 ) are formed.

A method according to claim 2, characterized in that measured values of the sensor device are normalized to a value range between 0 and 1.

Method according to claim 3, characterized in that the first vernier ( 202 ) is formed between measured values of the first code track and measured values of the second code track.

Method according to at least one of claims 3-4, characterized in that the second vernier ( 204 ) is formed between measured values of the second code track and measured values of the third code track.

Method according to at least one of claims 4-5, characterized in that the third vernier ( 206 ) from the first vernier ( 202 ) and the second vernier ( 204 ) is formed.

Method according to at least one of claims 4-6, characterized in that the third vernier ( 206 ) as the difference between the first vernier ( 202 ) and the second vernier ( 204 ) or between the second vernier ( 204 ) and the first vernier ( 202 ) is formed.

Method according to at least one of claims 6-7, characterized in that the third vernier ( 206 ) using a selected vernier ( 202 . 204 ) and a selected code track is improved.

Method according to at least one of the preceding claims 6-8, characterized in that for improving the third vernier ( 206 ) the vernier ( 202 . 204 ) whose period number difference is an integer divisor of one of the code tracks.

Method according to at least one of claims 6-9, characterized in that for improving the third vernier ( 206 ) the code track is selected, which is integer divisible by the period number difference of the code tracks of the selected vernier.

Method according to at least one of claims 6-10, characterized in that first the selected vernier ( 202 . 204 using the selected code track and then the third vernier ( 206 ) using the improved selected vernier ( 202 . 204 ) is improved.

Method according to at least one of claims 3-11, characterized in that a value range is attributed to a range between 0 and 1.

An electronic component comprising integrated circuits and connections cast in a housing, characterized in that a method according to at least one of claims 2-12 can be carried out with the aid of the module.