DE102014111377B4 - Method for operating a length measuring system and length measuring system - Google Patents

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DE102014111377B4 DE102014111377.2A DE102014111377A DE102014111377B4 DE 102014111377 B4 DE102014111377 B4 DE 102014111377B4 DE 102014111377 A DE102014111377 A DE 102014111377A DE 102014111377 B4 DE102014111377 B4 DE 102014111377B4
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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Längen- und/oder Positionsmesssystems, welches einen Maßkörper (100; 325) sowie einen relativ zu dem Maßkörper (100; 325) zu verfahrenden Sensor aufweist, wobei anhand der von dem Sensor gelieferten Signale (102, 105; 300, 305) physikalische Inkremente erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob ein von dem Sensor geliefertes Signal (102, 105; 200, 205; 300, 305) einen vorgegebenen ersten Schwellenwert (310) unterschreitet, und dass bei Unterschreiten des ersten Schwellenwertes (310) von einem ersten Betriebsmodus, in dem die physikalischen Inkremente (220, 225) erzeugt werden (405), in einen zweiten Betriebsmodus übergegangen wird, in dem anstelle von den physikalischen Inkrementen (220, 225) die vorliegenden physikalischen Inkremente (220, 225) im Wesentlichen fortführende synthetische Inkremente (230; 330, 335) erzeugt werden (415).Method for operating a length and/or position measuring system, which has a measuring body (100; 325) and a sensor to be moved relative to the measuring body (100; 325), wherein, based on the signals (102, 105; 300, 305) physical increments are generated, characterized in that it is checked whether a signal supplied by the sensor (102, 105; 200, 205; 300, 305) falls below a predetermined first threshold value (310), and that when falling below the first threshold value (310) a transition is made from a first operating mode, in which the physical increments (220, 225) are generated (405), to a second operating mode in which, instead of the physical increments (220, 225), the present physical increments (220, 225) substantially continuing synthetic increments (230; 330, 335) are generated (415).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Längen- bzw. Positionsmesssystems sowie eines entsprechenden Längen- bzw. Positionsmesssystems nach der Gattung der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a method for operating a length or position measuring system and a corresponding length or position measuring system according to the species of the respective independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Auf dem Gebiet der Messtechnik sind Magnetband-Längenmesssysteme (BML) bekannt geworden, bei denen ein Sensorkopf über einen mit wechselnder Polarität magnetisierten, im Wesentlichen linearen Maßkörper bewegt wird. Durch die Bewegung wird in dem Sensorkopf bzw. Magnetfeldsensor im Idealfall ein sinusförmiges Sensorsignal erzeugt. Je nach magnetischem Messprinzip wiederholt sich der Signalverlauf im Sensorkopf mit jedem Pol des Maßkörpers (z.B. bei GMR- oder AMR-Sensoren, welche das Quadrat der magnetischen Flussdichte B2 messen) oder mit jedem Polpaar des Maßkörpers (z.B. bei Hall-Sensoren, welche eine Ausgangsspannung liefern, die proportional zum Produkt aus magnetischer Feldstärke und Strom ist). Die Positionsbestimmung erfolgt in an sich bekannter Weise z.B. mittels trigonometrischer Funktionen. Der als Inkrementalsensor ausgebildete Sensorkopf bewegt sich dabei relativ zu einer sogenannten Inkrementalspur.In the field of metrology, magnetic tape length measuring systems (BML) have become known, in which a sensor head is moved over an essentially linear measuring body magnetized with alternating polarity. In the ideal case, the movement generates a sinusoidal sensor signal in the sensor head or magnetic field sensor. Depending on the magnetic measuring principle, the signal curve in the sensor head is repeated with each pole of the tape (e.g. with GMR or AMR sensors, which measure the square of the magnetic flux density B 2 ) or with each pair of poles of the tape (e.g. with Hall sensors, which measure a provide an output voltage that is proportional to the product of magnetic field strength and current). The position is determined in a manner known per se, for example by means of trigonometric functions. The sensor head designed as an incremental sensor moves relative to a so-called incremental track.

Bei einem rotatorischen Messsystem, bei dem ein genannter linearer Maßkörper auf dem Umfang einer Welle (z.B. einer Antriebswelle eines Windkraftwerks), einer Achse oder dergleichen angeordnet ist, wird an den beiden Enden des Maßkörpers eine Stoßstelle gebildet. Zur eindeutigen Erfassung der Position bei einem solchen inkrementellen Messsystem sind bekanntermaßen an dem Maßkörper auf einer Referenzspur eine Referenzmarke sowie eine möglichst gut definierte Stoßstelle zwischen den beiden Enden des Maßkörpers vorgesehen. Bei einem genannten BML-Messsystem ist die Referenzmarke durch einen magnetischen Referenzpol im Maßkörper sowie einen im Sensorgehäuse angeordneten Referenzsensor gebildet. Beide sind im Sensorgehäuse seitlich zur genannten Inkrementalspur sowie seitlich zu einem genannten Inkrementalsensor angeordnet.In a rotary measuring system in which a so-called linear measuring body is arranged on the circumference of a shaft (e.g. a drive shaft of a wind power plant), an axle or the like, a joint is formed at the two ends of the measuring body. For unambiguous detection of the position in such an incremental measuring system, a reference mark and a well-defined joint between the two ends of the measuring body are known to be provided on the measuring body on a reference track. In a BML measuring system mentioned, the reference mark is formed by a magnetic reference pole in the measuring body and a reference sensor arranged in the sensor housing. Both are arranged in the sensor housing to the side of the incremental track mentioned and to the side of an incremental sensor.

Ist bei einem solchen Messsystem zudem ein relativ großer Luftspalt gefordert, muss auch die Polbreite des Maßkörpers entsprechend groß sein, Damit bei einem großen Luftspalt der Referenzpol noch sicher erkannt werden kann, muss auch die entsprechende Referenzspur einen entsprechend großen Abstand zur Inkrementalspur aufweisen.If a relatively large air gap is also required for such a measuring system, the pole width of the measuring body must also be correspondingly large. So that the reference pole can still be reliably detected with a large air gap, the corresponding reference track must also have a correspondingly large distance from the incremental track.

Wenn zusätzlich ein relativ großer seitlicher Versatz zwischen Sensorkopf und Maßkörper gefordert ist, muss der Maßkörper und damit auch das Sensorgehäuse entsprechend breiter ausgebildet sein, da sich die beiden Spuren ansonsten in unerwünschter Weise zu stark beeinflussen. Jedoch sind mit einem breiteren Maßkörper sowie einem breiteren Sensorgehäuse auch höhere Herstellungskosten verbunden. Auch werden dadurch die Einbaumöglichkeiten aufgrund des größeren Platzbedarfs beschränkt.If a relatively large lateral offset is also required between the sensor head and the measuring body, the measuring body and thus also the sensor housing must be made correspondingly wider, since the two tracks otherwise influence each other too much in an undesired manner. However, higher manufacturing costs are also associated with a wider measuring body and a wider sensor housing. This also limits the installation options due to the larger space requirement.

Die genannte Stoßstelle muss möglichst gut bzw. besonders definiert ausgebildet sein, damit die magnetischen Felder möglichst gleichmäßig über die Stoßstelle verlaufen. Alternativ können solche Systeme auch ohne jegliche Stoßstelle realisiert werden, z.B. dadurch, dass der Umfang der Welle oder Achse genau ein Vielfaches der Polpaarbreite ist. Ist jedoch eine Stoßstelle vorhanden, führt dies zu einer Linearitätsabweichung, die so groß ist, wie die Pollänge an der Stoßstelle sich von der normalen Pollänge unterscheidet.The aforesaid point of contact must be formed as well as possible or in a particularly defined manner, so that the magnetic fields run as evenly as possible over the point of contact. Alternatively, such systems can also be implemented without any joints, e.g. by the circumference of the shaft or axle being exactly a multiple of the pole pair width. However, the presence of a discontinuity will result in a non-linearity as large as the pole length at the discontinuity differs from the normal pole length.

Eine weitere an sich bekannte Lösung zur Berücksichtigung einer genannten, zwischen zwei Maßkörperenden angeordneten Stoßstelle ist in der DE 10 2011 053 309 A1 beschrieben, bei der in einem genannten Sensorgehäuse zwei Inkrementalsensoren angeordnet sind, mittels derer eine genannte Stoßstelle mit relativ geringer Linearitätsabweichung realisiert werden kann.Another solution known per se to take account of a said joint between two ends of the measuring body is in DE 10 2011 053 309 A1 described, in which two incremental sensors are arranged in a named sensor housing, by means of which a named joint can be realized with a relatively small linearity deviation.

Aus der JP 2003-57072 A geht ein linearer Codierer hervor, der zum genauen Messen der Position eines Zwischenraums zwischen Skalenteilen an einer Maschine mit einer Skala, die aus einer Vielzahl von Skalenteilen besteht, dient. Hierbei werden Signale ausgewertet, die ein Erfassungsteil ausgibt, das an einem Schieber befestigt ist, der in Bezug auf die Skala bewegt wird.From the JP 2003-57072 A discloses a linear encoder for accurately measuring the position of a gap between graduations on a machine having a scale composed of a plurality of graduations. In this case, signals are evaluated which are output by a detection part which is attached to a slider which is moved in relation to the scale.

Die DE 1 773 460 A1 offenbart eine Anordnung zum Bestimmen der Relativlage zweier Teile, von denen eines Träger eines aus mehreren Teilstücken zusammengesetzten Maßstabes ist, während das andere Teil mit einer Abtasteinrichtung eines inkrementalen Maßsystems verbunden ist. Hierbei sind wenigstens zwei mechanisch starr über eine Kupplung miteinander verbundene Abtasteinrichtungen für die Maßstabteilstücke vorgesehen, die mittels Schaltmittel wechselweise in der Weise einschaltbar sind, dass vor Erreichen einer Stoßstelle der Maßstabteilstücke die bis dahin Zählimpulse abgebende Abtasteinrichtung abgeschaltet wird, während gleichzeitig die andere sich bereits auf dem benachbarten Maßstabteilstück befindliche Abtasteinrichtung eingeschaltet wird.the DE 1 773 460 A1 discloses an arrangement for determining the relative position of two parts, one of which is a carrier of a scale composed of several parts, while the other part is connected to a scanning device of an incremental measuring system. In this case, at least two scanning devices are provided for the scale sections, which are mechanically rigidly connected to one another via a coupling and which can be switched on alternately by means of switching means in such a way that before a joint point of the scale sections is reached, the scanning device that has been emitting counting pulses up to that point is switched off, while at the same time the other one is already on the adjacent scale section is turned on.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hier betroffenes Längen- bzw. Positionsmesssystem bzw. ein Verfahren zu seinem Betrieb anzugeben, mit dem die genannten Nachteile des Standes der Technik bei möglichst geringen Herstellungskosten behoben werden.The invention is based on the object of specifying a length or position measuring system concerned here and a method for its operation, with which the disadvantages of the prior art mentioned are eliminated at the lowest possible production costs.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einem hier betroffenen Messsystem, bei dem die Relativgeschwindigkeit zwischen einem genannten Sensorkopf und einem genannten, zumindest lokal im Wesentlichen linearen oder einem gekrümmten Maßkörper im Wesentlichen konstant ist bzw. sich nur relativ langsam ändert, auf einen genannten Referenzpol ganz zu verzichten und die Referenzmarke aus den am Beginn eines Maßkörpers entstehenden Sensorsignalen, sozusagen im Wege eines Referenzimpulses, zu bilden. Zusätzlich soll auf die genannte Forderung einer möglichst gut definierten, an den Enden eines Maßkörpers auftretenden Stoßstelle, bzw. auf die Auswertung einer solchen Stoßstelle, ebenfalls ganz verzichtet werden.The invention is based on the idea, in a measuring system affected here, in which the relative speed between a named sensor head and a named, at least locally essentially linear or curved measuring body is essentially constant or changes only relatively slowly, to a named reference pole completely and to form the reference mark from the sensor signals occurring at the beginning of a measuring body, so to speak by way of a reference pulse. In addition, the stated requirement of a well-defined butt joint occurring at the ends of a measuring body, or the evaluation of such a butt joint, should also be completely dispensed with.

Es ist anzumerken, dass ein hierin beschriebener Sensor bevorzugt einen Sensorkopf umfasst, welcher die genannten physikalischen und synthetischen Inkremente sowie ggf. einen nachfolgend beschriebenen Z-Impuls erzeugt. In einem genannten Sensorkopf sind die eigentlichen Sensoren, d.h. Magnetfeldsensoren, angeordnet. Der Begriff „Sensor“ bezeichnet somit den Sensorkopf mit den Magnetfeldsensoren.It should be noted that a sensor described herein preferably comprises a sensor head which generates the physical and synthetic increments mentioned and, if appropriate, a Z pulse described below. The actual sensors, i.e. magnetic field sensors, are arranged in a so-called sensor head. The term "sensor" thus refers to the sensor head with the magnetic field sensors.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht insbesondere vor, dass geprüft wird, ob ein von dem Sensor geliefertes Signal einen vorgegebenen ersten Schwellenwert unterschreitet. Wird der erste Schwellenwert unterschritten, wird von einem ersten Betriebsmodus, in dem physikalische Inkremente erzeugt werden, in einen zweiten Betriebsmodus übergegangen, in dem anstelle der physikalischen Inkremente die vorliegenden physikalischen Inkremente im Wesentlichen fortführende synthetische Inkremente erzeugt werden. Anhand dieser Vorgehensweise lassen sich somit Messsituationen, in denen die vom Sensor gelieferten Signalamplituden nicht zur Auswertung ausreichen, zumindest vorübergehend überbrücken. Die genannten Inkremente können als Winkelwerte oder, anstelle von umfangsbezogenen Inkrementen, als normierte Inkremente ausgegeben werden.The method according to the invention provides in particular that it is checked whether a signal supplied by the sensor falls below a predetermined first threshold value. If the first threshold value is undershot, a transition is made from a first operating mode in which physical increments are generated to a second operating mode in which synthetic increments that essentially continue the present physical increments are generated instead of the physical increments. Using this procedure, measurement situations in which the signal amplitudes supplied by the sensor are not sufficient for evaluation can be bridged at least temporarily. The increments mentioned can be output as angular values or, instead of perimeter-related increments, as normalized increments.

Es ist hervorzuheben, dass die genannten synthetischen Inkremente insbesondere bei einer im Wesentlichen konstanten Relativgeschwindigkeit bzw. Verfahrgeschwindigkeit zwischen einem genannten Sensorkopf und einem Maßkörper mit hoher Präzision erzeugt werden können.It should be emphasized that the synthetic increments mentioned can be generated with high precision, in particular at an essentially constant relative speed or traversing speed between a mentioned sensor head and a measuring body.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Geschwindigkeit der im zweiten Betriebsmodus erzeugten synthetischen Inkremente im Wesentlichen gleich der Geschwindigkeit der im ersten Betriebsmodus erzeugten physikalischen Inkremente ist. Dies ist möglich, da der Sensorkopf die Position und daher die tatsächliche physikalische Ist-Geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt kennt. Ferner wird dadurch sichergestellt, dass das Messsystem beim Übergang bzw. nach dem Übergang vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus quasi unterbrechungsfrei weiterarbeiten kann.In the method according to the invention, it can be provided that the speed of the synthetic increments generated in the second operating mode is essentially equal to the speed of the physical increments generated in the first operating mode. This is possible because the sensor head knows the position and therefore the actual physical speed at all times. Furthermore, this ensures that the measuring system can continue to work virtually without interruption during the transition or after the transition from the first operating mode to the second operating mode.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem hier betroffenen Messsystem, bei dem der Maßkörper wenigstens eine Stoßstelle bzw. Lücke zwischen wenigstens zwei Maßkörperenden bildet, kann vorgesehen sein, dass das Messsystem in einem Normalmodus und in einem Übergangsmodus betrieben wird. Im Normalmodus werden genannte physikalische Inkremente erzeugt. Wird festgestellt, dass der Sensorkopf eine genannte Stoßstelle überfahren hat bzw. überfährt, wird in den Übergangsmodus übergegangen, in dem genannte synthetische Inkremente erzeugt werden, welche die bereits vorliegenden physikalischen Inkremente ohne Unterbrechung weiterführen, so dass auch bei Fehlen eines ausreichenden Messsignals Inkremente generiert werden. Wird festgestellt, dass das Ende der Stoßstelle bzw. der Anfang des Maßkörpers erreicht ist, wird wieder in den Normalmodus übergegangen, um die üblichen physikalischen Inkremente zu erzeugen.According to a preferred embodiment of the method according to the invention in a measuring system concerned here, in which the measuring body forms at least one joint or gap between at least two ends of the measuring body, it can be provided that the measuring system is operated in a normal mode and in a transition mode. In the normal mode, named physical increments are generated. If it is determined that the sensor head has or is driving over a specified joint, the system switches to the transition mode, in which said synthetic increments are generated, which continue the existing physical increments without interruption, so that increments are generated even if there is no sufficient measurement signal . If it is determined that the end of the joint or the start of the measuring body has been reached, the system switches back to normal mode in order to generate the usual physical increments.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass vor Durchführung der genannten Schritte noch geprüft wird, ob Schwankungen der Verfahrgeschwindigkeit zwischen dem Sensor und dem Maßkörper vorliegen, bzw. ob solche Schwankungen einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert überschreiten. Die genannten Schritte werden in dieser Ausgestaltung nur dann durchgeführt, wenn der zweite Schwellenwert nicht unterschritten wird. Es ist dabei anzumerken, dass eine zu geringe Verfahrgeschwindigkeit kritischer ist als eine zu hohe Verfahrgeschwindigkeit.In addition, it can be provided that before carrying out the steps mentioned, it is checked whether there are fluctuations in the displacement speed between the sensor and the measuring body, or whether such fluctuations exceed a predetermined second threshold value. In this refinement, the steps mentioned are only carried out if the value does not drop below the second threshold value. It should be noted that a traversing speed that is too low is more critical than a traversing speed that is too high.

Trotz des Verzichts auf die präzise Erfassung bzw. genaue Kenntnis einer genannten Stoßstelle der Maßkörperenden (d.h. die Stoßstelle kann beliebig ausgeführt sein) bzw. einer entsprechend erforderlichen Auswertung einer solchen Stoßstelle ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Messung über mehr als einen Vollkreis (d.h. > 360°) möglich, wobei ein genauer Referenzimpuls erzeugt wird. Für ein rotatorisches Messsystem reicht es daher vorteilhaft aus, einen genannten linearen Maßkörper auf einem Umfang anzuordnen. Ein linearer Maßkörper kann auch nachträglich an einem bestehenden rotatorischen System implementiert werden, wobei der Durchmesser einer genannten Welle bzw. Achse beliebig sein kann. Gegenüber dem Stand der Technik muss der Umfang nicht ein exaktes Vielfaches der Polpaarbreite sein, wobei eine kleine Lücke zwischen den Maßkörperenden sogar vorteilhaft ist, um den genannten Übergang zwischen den zwei Betriebsmodi zu ermöglichen.Despite dispensing with the precise detection or exact knowledge of a named joint of the ends of the measuring body (i.e. the joint can be designed arbitrarily) or a correspondingly necessary evaluation of such a joint, the method according to the invention allows a measurement over more than a full circle (ie > 360 °) possible, whereby an accurate reference pulse is generated. For a rotary measuring system, it is therefore advantageously sufficient to arrange a said linear measuring body on a circumference. A linear measuring body can also be attached to an existing one later be implemented rotary system, the diameter of a said shaft or axis can be arbitrary. Compared to the prior art, the circumference does not have to be an exact multiple of the pole pair width, with a small gap between the ends of the measuring body actually being advantageous in order to enable the mentioned transition between the two operating modes.

Es ist anzumerken, dass es für die Erfindung nicht darauf ankommt, ob der Sensorkopf über den Maßkörper bewegt wird oder der Maßkörper sich unter dem Sensorkopf hindurch bewegt.It should be noted that for the invention it is not important whether the sensor head is moved over the measuring body or whether the measuring body moves under the sensor head.

Aufgrund der Erfindung kann als Maßkörper ein linearer Maßkörper auf dem Umfang einer Welle, Achse oder dergleichen angeordnet bzw. befestigt werden, wobei der Maßkörper nicht mehr als Ring ausgebildet sein muss oder genau auf den Umfang passen muss. Dies macht eine Montage eines solchen Messsystems auf einer Welle etc. sehr einfach und damit auch kostengünstig.Due to the invention, a linear measuring body can be arranged or fastened on the circumference of a shaft, axle or the like as the measuring body, with the measuring body no longer having to be designed as a ring or having to fit exactly on the circumference. This makes mounting such a measuring system on a shaft etc. very easy and therefore also inexpensive.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere bei einem Magnetband-Längenmesssystem, mit den hierin beschriebenen Vorteilen. Jedoch kann das Verfahren prinzipiell bei allen rotatorischen und linearen Positionier-, Mess-, Verfahrgeschwindigkeits- oder Drehzahlüberwachungen angewendet werden. Zudem lässt sich das Verfahren nicht nur bei den hierin beschriebenen Magnetband-Längenmesssystemen bzw. magnetische Messsysteme an sich mit den genannten Vorteilen anwenden, sondern auch bei allen Arten von inkrementellen und auch absoluten Messsystemen, z.B. induktive, optische oder kapazitive Messsysteme oder dergleichen. Bei den zuletzt genannten nicht-magnetischen Messsystemen sind die hierin beschriebenen Konzepte und Prinzipien analog anwendbar.The method according to the invention is particularly suitable for a magnetic tape length measuring system, with the advantages described herein. However, the method can in principle be used for all rotary and linear positioning, measurement, travel speed or speed monitoring. In addition, the method can be used not only with the magnetic tape length measuring systems or magnetic measuring systems described here with the advantages mentioned, but also with all types of incremental and also absolute measuring systems, e.g. inductive, optical or capacitive measuring systems or the like. The concepts and principles described herein can be applied analogously to the last-mentioned non-magnetic measuring systems.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt typische Sensorsignale eines Magnetfeldsensors eines rotatorischen Messsystems beim Überfahren einer zwischen den Enden eines Maßkörpers gebildeten Stoßstelle; 1 shows typical sensor signals of a magnetic field sensor of a rotary measuring system when driving over a joint formed between the ends of a measuring body;
  • 2a-d zeigen in einem erfindungsgemäßen rotatorischen Messsystem erzeugte Signale beim Überfahren einer Stoßstelle bzw. entsprechenden Maßkörperlücke; 2a-d show signals generated in a rotary measuring system according to the invention when driving over a joint or a corresponding gap in the measuring body;
  • 3a, b zeigt in einem erfindungsgemäßen rotatorischen Messsystem erzeugte Signale im Falle eines veränderlichen Luftspalts; 3a, b shows signals generated in a rotary measuring system according to the invention in the case of a variable air gap;
  • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms; 4 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention using a flowchart;
  • 5a, b zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen der Maßkörperbeginn anhand von modifizierten Magnetpolen des Maßkörpers erkannt wird. 5a, b show exemplary embodiments of the invention in which the start of the measuring body is detected on the basis of modified magnetic poles of the measuring body.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the exemplary embodiments

In der 1 ist schematisch ein Magnetband-Längenmesssystem (BML) mit einem linearen Maßkörper 100 dargestellt, wobei der Maßkörper 100 auf dem Umfang einer nicht gezeigten Antriebswelle eines Windkraftwerks angeordnet ist. Das BML dient zur Erfassung der Position einer Antriebswelle des Windkraftwerks.In the 1 a magnetic tape length measuring system (BML) is shown schematically with a linear measuring body 100, wherein the measuring body 100 is arranged on the circumference of a drive shaft, not shown, of a wind power plant. The BML is used to record the position of a drive shaft of the wind power plant.

Bei der Hauptachse eines solchen Windkraftwerks ist aufgrund der Massenträgheit des Rotors die Relativgeschwindigkeit zwischen einem Sensorkopf (Magnetfeldsensor) und dem linearen Maßkörper nahezu konstant bzw. ändert sich nur sehr langsam, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorausgesetzt wird. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass während der (hier nicht gezeigten) Bewegung des Sensorkopfes geprüft wird, ob die Verfahrgeschwindigkeit hinreichend konstant und groß genug ist, was durch Vergleiche mit empirisch vorgegebenen Schwellenwerten erfolgen kann. Ist eine der beiden oder sind beide Bedingungen nicht erfüllt, kann anstatt der synthetischen Inkremente ein Fehlersignal ausgegeben werden. Eine solche Situation kann sich bei einem Windkraftwerk beim Anlaufen einer Welle oder dann ergeben, wenn während des Anlaufens des Windkraftwerks ein Wechsel von Windstille zum Aufkommen eines Windes auftritt.In the main axis of such a wind power plant, the relative speed between a sensor head (magnetic field sensor) and the linear scale is almost constant or changes only very slowly due to the mass inertia of the rotor, as is required in the method according to the invention. However, it can be provided that during the movement of the sensor head (not shown here) it is checked whether the displacement speed is sufficiently constant and high enough, which can be done by comparisons with empirically specified threshold values. If one or both of the conditions are not met, an error signal can be output instead of the synthetic increments. Such a situation can arise in a wind power plant when a wave starts up or when there is a change from calm to wind blowing while the wind power plant is starting up.

An der Stoßstelle zwischen den beiden Maßkörperenden 115, 120 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Lücke 125 ausgebildet, welche nicht ein Vielfaches eines Pols bzw. Polpaars, sondern etwas länger als ein Polpaar ausgebildet ist, wie anhand der im unteren Teil fortgeführten Periode 130 des linken Maßkörperendes 115 zu erkennen ist.In the present exemplary embodiment, a gap 125 is formed at the joint between the two ends 115, 120 of the measuring body, which is not a multiple of a pole or pole pair, but is formed somewhat longer than a pole pair, as shown by the period 130 of the left-hand one continued in the lower part Measuring body end 115 can be seen.

Ein solches Messsystem (BML) bildet aus den gezeigten, von einem in einem genannten Sensorkopf angeordneten Magnetfeldsensor erzeugten elektrischen Spannungssignalen Usin 102 und Ucos 105 in an sich bekannter Weise die Position innerhalb eines Pols bzw. Polpaares. Die Kurve 110 stellt die Summe der Beträge dieser Signale 102, 105, d.h. |Usin| + |Ucos|, dar. Aus der Position bzw. deren Änderung werden ebenfalls bekanntermaßen physikalische Inkremente erzeugt, wobei die Inkremente gezählt werden. Im Folgenden wird angenommen, dass sich der (nicht gezeigte) Sensorkopf über den Maßkörper 100 bewegt.Such a measuring system (BML) forms the position within a pole or pole pair in a manner known per se from the shown electrical voltage signals Usin 102 and Ucos 105 generated by a magnetic field sensor arranged in a named sensor head. The curve 110 represents the sum of the magnitudes of these signals 102, 105, i.e. |Usin| + |Ucos|. Physical increments are also known to be generated from the position or its change, with the increments being counted. In the following it is assumed that the sensor head (not shown) moves over the measuring body 100 .

Wenn der Sensorkopf über die Lücke fährt, erkennt er an den kleiner werdenden Sin-/Cos-Spannungssignalen 135, dass er eines der Maßkörperenden 115 erreicht hat. Besitzen die Spannungssignale wieder die ursprüngliche Amplitude, erkennt der Sensor, dass die Lücke 125 überfahren wurde und die genaue Position des Sensorkopfes an einem Pol 120, sowie die daraus abgeleiteten physikalischen Inkremente, wieder bestimmt werden können.When the sensor head moves across the gap, it recognizes from the decreasing sin/cos voltage signals 135 that it is one of the measuring bodies has reached 115. If the voltage signals have the original amplitude again, the sensor recognizes that the gap 125 has been traversed and the exact position of the sensor head on a pole 120, as well as the physical increments derived therefrom, can be determined again.

In den vier Teilbildern a. - d. der 2 sind die sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergebenden relevanten Signale beim Überfahren der in 1 gezeigten Lücke 125, welche einen signaltechnischen Übergangsbereich 215 definiert, dargestellt. Mittels der von den bzw. dem Magnetfeldsensor gelieferten Signalen (2a), d.h. Usin 200 und Ucos 205 sowie dem bereits genannten Summensignal 210, bestimmt das BML in an sich bekannter Weise seine Position bezüglich eines Pols und gibt z.B. bei jedem Quadrantenwechsel ein positives Inkrement 220, 225 (2b) über die in 2c gezeigten A/B-Signale 235, 240 aus. Diese A/B-Signale 235, 240 wertet eine hier nicht gezeigte Steuerung aus und bestimmt daraus bekanntermaßen die A/B-Position 248, 249 (2d).In the four partial images a. - i.e. the 2 are the relevant signals resulting from the method according to the invention when driving over the in 1 shown gap 125, which defines a signal-technical transition area 215, is shown. Using the signals supplied by the magnetic field sensor ( 2a ), ie Usin 200 and Ucos 205 as well as the sum signal 210 already mentioned, the BML determines its position with respect to a pole in a manner known per se and outputs a positive increment 220, 225 ( 2 B ) over the in 2c A/B signals 235, 240 shown. A controller (not shown here) evaluates these A/B signals 235, 240 and uses them, as is known, to determine the A/B position 248, 249 ( 2d ).

Solange die vom Magnetfeldsensor gelieferten Spannungssignale eine genügend hohe Amplitude haben, wird daraus bei jedem Quadrantenwechsel bekanntermaßen ein physikalisches Inkrement ausgegeben (siehe Punkte 220 und 225 in 2b). Wenn die Spannungssignale zu klein werden, werden erfindungsgemäß in konstantem Abstand weiterhin positive Inkremente ausgegeben (siehe Punkte 230 in 2b), die aus der angenommenen konstanten Geschwindigkeit (genannte Relativgeschwindigkeit zwischen Sensorkopf und Maßkörper) und der Zeit sozusagen synthetisch gebildet (d.h. nicht aus dem Spannungssignal des Magnetfeldsensors abgeleitet werden) und ausgegeben werden.As long as the voltage signals supplied by the magnetic field sensor have a sufficiently high amplitude, a physical increment is output with each quadrant change (see points 220 and 225 in 2 B ). If the voltage signals become too small, according to the invention, positive increments continue to be output at a constant interval (see points 230 in 2 B ), which are generated synthetically from the assumed constant speed (so-called relative speed between the sensor head and the measuring body) and the time (ie not derived from the voltage signal of the magnetic field sensor) and output.

Bei einer weiteren Bewegung des Sensorkopfes über die Lücke erreicht der Magnetfeldsensor wieder den Maßkörper 120, wobei die gemessenen Spannungssignale wieder ansteigen. Nachdem die Amplitude der Spannungssignale wieder genügend groß ist, wird auf den nächsten Wechsel vom zweiten zum dritten Quadranten gewartet. Zu diesem Zeitpunkt wird das in 2c gezeigte Referenzsignal 245 (Z-Signal) ausgegeben. Ab diesem Zeitpunkt, d.h. nach einer kurzen Verzögerungszeit 250, werden die Inkremente wieder über das vom Magnetfeldsensor gelieferte Spannungssignal erzeugt 249, d.h. in der vorliegenden Terminologie „physikalische Inkremente“ erzeugt. Anhand des Z-Signals 245 stellt die Steuerung des Messsystems ihren internen Zähler, d.h. die genannte A/B-Position, wieder auf null bzw. auf einen definierten Festwert und beginnt von neuem mit dem Zählen der Impulse auf dem Umfang der Welle.With a further movement of the sensor head across the gap, the magnetic field sensor reaches the measuring body 120 again, with the measured voltage signals increasing again. After the amplitude of the voltage signals is sufficiently large again, the next change from the second to the third quadrant is awaited. At that point, that will be in 2c shown reference signal 245 (Z signal) output. From this point in time, ie after a short delay time 250, the increments are again generated 249 via the voltage signal supplied by the magnetic field sensor, ie "physical increments" in the present terminology. Using the Z signal 245, the controller of the measuring system resets its internal counter, ie the specified A/B position, to zero or to a defined fixed value and starts counting the pulses on the circumference of the shaft again.

Es ist anzumerken, dass die zeitliche Länge des Z-Signals auch von der Temperatur einer genannten Welle bzw. Achse abhängen kann. So ändert eine Stahlwelle von 1 m Durchmesser bei einer Temperaturdifferenz von 1K ihren Durchmesser um 10 µm und damit ihren Umfang um etwa 31 µm. Der Umfang ändert sich mit der Temperatur somit signifikant. Falls der Temperaturkoeffizient der Welle verschieden von dem des Maßkörpers ist, ändern sich demnach bei einer Temperaturänderung der Welle die Messergebnisse und insbesondere die Dauer des Z-Signals. Es kann daher vorgesehen sein, dass alle physikalischen und synthetischen Inkremente, wiederum „synthetisch“, rechnerisch so weit verschoben werden, dass die Dauer des Z-Impulses immer der Länge eines normalen Inkrements entspricht. Auch kann, sozusagen im Umkehrschluss, aus einer solchen Änderung des Z-Signals bzw. einer entsprechend durchgeführten Anpassung der Inkremente auf die Höhe der Temperaturänderung zurückgeschlossen werden.It should be noted that the length of time of the Z signal can also depend on the temperature of a named shaft or axis. A steel shaft with a diameter of 1 m changes its diameter by 10 µm at a temperature difference of 1 K and thus its circumference by about 31 µm. The circumference thus changes significantly with temperature. If the temperature coefficient of the shaft is different from that of the measuring body, the measurement results and in particular the duration of the Z signal change when the temperature of the shaft changes. It can therefore be provided that all physical and synthetic increments, again "synthetic", are mathematically shifted so far that the duration of the Z pulse always corresponds to the length of a normal increment. In reverse, so to speak, such a change in the Z signal or a correspondingly implemented adaptation of the increments can also be used to draw conclusions about the magnitude of the temperature change.

Wie in den 2a - d zudem ersichtlich, ist der zeitliche Abstand 250 zwischen den Inkrementen beim Umschalten bzw. beim Übergang von synthetischen Inkrementen 230 auf physikalische Inkremente 225 meist nicht konstant, da nicht davon ausgegangen werden kann, dass die in 1 gezeigte Lücke 125 genau ein Vielfaches der Inkrementbreite ist. Wie in 2b und 2c zu erkennen, wird daher die Länge des betreffenden Inkrements größer gewählt. Dieser Übergangsbereich kann maximal zwei physikalische Inkremente breit sein.As in the 2a - i.e can also be seen that the time interval 250 between the increments when switching or when changing from synthetic increments 230 to physical increments 225 is usually not constant, since it cannot be assumed that the in 1 gap 125 shown is exactly a multiple of the increment width. As in 2 B and 2c to recognize, the length of the relevant increment is therefore selected to be larger. This transition area can be a maximum of two physical increments wide.

Aufgrund des beschriebenen Ansatzes der synthetischen Inkremente kommt es daher nicht mehr darauf an, die Stoßstelle zwischen den beiden Maßkörperenden möglichst ideal auszubilden. Vielmehr ist es sogar von Vorteil, wenn die Lücke deutlich ausgebildet ist und bevorzugt je nach Polbreite eine Breite von 2 bis 4 Polen bzw. Polpaaren aufweist. Denn dadurch ist gewährleistet, dass der Magnetfeldsensor sicher erkennt, dass er sich nicht mehr über dem Maßkörper befindet und damit die Erzeugung der synthetischen Inkremente getriggert wird. Dies erlaubt zudem die Erzeugung eines genannten Referenzimpulses („Z-Impuls“) beim Einfahren in den Maßkörper.Due to the approach of the synthetic increments described, it is therefore no longer important to form the point of contact between the two ends of the measuring body as ideally as possible. In fact, it is even advantageous if the gap is clearly formed and preferably has a width of 2 to 4 poles or pole pairs, depending on the pole width. Because this ensures that the magnetic field sensor reliably recognizes that it is no longer located over the measuring body and thus the generation of the synthetic increments is triggered. This also allows the generation of a so-called reference pulse (“Z-pulse”) when entering the tape.

Es ist anzumerken, dass genannte synthetische Inkremente auch beim Verfahren des Sensorkopfes über den Maßkörper ausgegeben werden können, wenn z.B. bei einem mit großen Schwankungen in der Signalamplitude behafteten Messsystem bzw. Magnetfeldsensor kurzfristig die gemessenen Signale so klein werden, dass keine hinreichend genaue Bestimmung der Position an einem momentan überfahrenen Pol möglich ist. Sobald die Signalstärke wieder hinreichend ist, wird wieder auf die physikalischen Inkremente gewechselt. Hier wird jedoch kein genannter Z-Impuls erzeugt, da die erforderliche Anzahl der Pole seit dem letzten Z-Impuls noch nicht erreicht wurde. Diese Anzahl kann während der ersten Umdrehungen nach dem Einschalten des Messsystems bestimmt werden. Erst wenn diese Anzahl von Polen erreicht wird, wird der Z-Impuls ausgegeben. Diese Vorgehensweise entspricht einer zusätzlichen Sicherheitsfunktion.It should be noted that the synthetic increments mentioned can also be output when the sensor head is moved over the measuring body if, for example, in a measuring system or magnetic field sensor with large fluctuations in the signal amplitude, the measured signals become so small for a short time that the position cannot be determined with sufficient accuracy is possible at a pole that is currently being driven over. As soon as the signal strength is sufficient again, the physical increments changed. However, no named Z-pulse is generated here, since the required number of poles has not yet been reached since the last Z-pulse. This number can be determined during the first revolutions after switching on the measuring system. The Z pulse is only output when this number of poles is reached. This procedure corresponds to an additional safety function.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich ein hier betroffenes Messsystem mit gegenüber dem Stand der Technik erheblich geringerem technischen Aufwand realisieren. Einzige Voraussetzung ist lediglich, dass der Maßkörper, unabhängig von der konkreten Anwendung, immer an der gleichen Polstelle beginnt, da sich daraus der Z-Impuls ableitet.With the method according to the invention, a measurement system in question can be implemented with considerably less technical effort than in the prior art. The only requirement is that the measuring body always starts at the same pole, regardless of the specific application, since the Z impulse is derived from this.

3a und 3b zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einem rotatorischen Messsystem, wobei während des Verfahrens des (nicht gezeigten) Sensorkopfes über dem Maßkörper 325 kurzzeitige Vergrößerungen des Luftspalts 320 auftreten. Falls zum Zeitpunkt eines erwarteten Z-Pulses die Signalstärke zu gering sein sollte, kann das Z-Signal ebenfalls synthetisch erzeugt werden. Immer dann, wenn die Amplitude der Signale 300, 305, d.h. entweder das bereits genannte Summensignal 315 |Usin| + |Ucos| oder das Summensignal sin2 + cos2 einen empirisch vorgegebenen Schwellenwert (gestrichelte Linie 310) unterschreitet, werden synthetische Signale 330, 335 ausgegeben. Mit dieser Vorgehensweise lassen sich relativ große Schwankungen der Signalamplitude sicher beherrschen. Diese Schwankungen können durch kurzzeitige Luftspaltänderungen und/oder durch seitlichen Versatz zwischen dem Maßkörper und dem Sensorkopf hervorgerufen sein. Gegenüber im Stand der Technik bekannten BMLs, bei denen nur physikalische Inkremente erzeugt werden, können diese Schwankungen sogar deutlich größer sein, ohne dass es zu Ausfällen kommt. 3a and 3b show an exemplary embodiment of the invention in a rotary measuring system, with brief increases in the air gap 320 occurring during the movement of the (not shown) sensor head over the measuring body 325. If the signal strength is too low at the time of an expected Z-pulse, the Z-signal can also be generated synthetically. Whenever the amplitude of the signals 300, 305, ie either the sum signal 315 |Usin| + |Ucos| or the sum signal sin 2 +cos 2 falls below an empirically specified threshold value (dashed line 310), synthetic signals 330, 335 are output. With this procedure, relatively large fluctuations in the signal amplitude can be reliably controlled. These fluctuations can be caused by short-term changes in the air gap and/or by a lateral offset between the measuring body and the sensor head. Compared to BMLs known in the prior art, in which only physical increments are generated, these fluctuations can even be significantly larger without failures occurring.

Das in 4 gezeigte Ablaufdiagramm zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird in einem optionalen Schritt 400 zunächst geprüft, ob die Verfahrgeschwindigkeit des Sensorkopfes über dem Maßkörper konstant genug ist, d.h. die Geschwindigkeitsschwankungen, je nach Anwendung von einigen Inkrementen bis zu mehreren Umläufen, einen empirisch vorgegebenen Schwellenwert nicht unterschreiten. Ist diese Bedingung erfüllt, wird die gezeigte Routine mit Schritt 405 weiter verfahren, in dem wenigstens ein beschriebenes physikalisches Inkrement erzeugt wird. Im nachfolgenden Prüfschritt 410 wird geprüft, ob das Überfahren des Sensorkopfes einer beschriebenen Stoßstelle erfolgt. Ist dies nicht der Fall, wird vor Schritt 405 zurückgesprungen und weiterhin wenigstens ein physikalisches Inkrement generiert, wenn sich der Sensorkopf über dem Maßkörper befindet und eine Relativbewegung detektiert wird.This in 4 The flowchart shown shows an exemplary embodiment of the method according to the invention. In an optional step 400, it is first checked whether the displacement speed of the sensor head over the measuring body is constant enough, ie the speed fluctuations, depending on the application from a few increments to several revolutions, do not fall below an empirically specified threshold value. If this condition is met, the routine shown continues with step 405, in which at least one described physical increment is generated. In the subsequent test step 410, a check is made as to whether the sensor head has passed over a described joint. If this is not the case, the system jumps back to step 405 and continues to generate at least one physical increment if the sensor head is located over the measuring body and a relative movement is detected.

Wurde in Schritt 410 eine Stoßstelle erkannt, d.h. es wurde erkannt, dass der Sensorkopf ein Ende des Maßkörpers überfahren hat, wird mit Schritt 415 weiter verfahren, in dem in der beschriebenen Weise wenigstens ein synthetisches Inkrement erzeugt wird. Im Anschluss daran wird geprüft 420, ob das Ende der Stoßstelle erreicht ist, d.h. der Sensorkopf den Anfang des zweiten Maßkörperendes überfahren hat. Ist dies nicht der Fall, wird wieder vor Schritt 415 zurückgesprungen und erneut wenigstens ein synthetisches Inkrement erzeugt. Andernfalls wird wieder an den Anfang der Routine, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vor Schritt 405 zurückgesprungen, um erneut in den Normalbetriebsmodus überzugehen und physikalische Inkremente zu erzeugen.If an impact point was detected in step 410, i.e. it was detected that the sensor head has run over one end of the measuring body, the procedure continues with step 415, in which at least one synthetic increment is generated in the manner described. It is then checked 420 whether the end of the joint has been reached, i.e. the sensor head has passed the start of the second end of the tape. If this is not the case, the process jumps back to step 415 and at least one synthetic increment is generated again. Otherwise, a jump is made back to the start of the routine, before step 405 in the present exemplary embodiment, in order to go back into the normal operating mode and to generate physical increments.

Über die Gesamtzahl der erfassten Inkremente je Umdrehung (d.h. sowohl physikalische als auch synthetische Inkremente) kann in an sich bekannter Weise der Winkel je Inkrement berechnet werden. Denn nach einer Umdrehung kennt das Messsystem die Anzahl der Inkremente (Pole) je Umdrehung. Ein Inkrement entspricht dann nicht mehr z.B. 10 µm, sondern z.B. einer Winkelsekunde. Die Bestimmung der Inkremente bzw. Pole je Umdrehung kann einmalig, z.B. bei der Einrichtung des Messsystems, erfolgen und der sich ergebende Wert abgespeichert werden, oder aber dynamisch bei jedem Einschalten des Messsystems durchgeführt werden. In diesem Fall wird nicht mehr z.B. alle 10 µm am Umfang ein Inkrement ausgegeben, sondern bei jeder Winkelsekunde. Dies hat den Vorteil, dass der Durchmesser der Welle auf das Messsystem keinen Einfluss hat, d.h. die auswertende Steuerung braucht den Wellendurchmesser nicht zu berücksichtigen. Die genannte Steuerung kann dabei mit entsprechend der jeweiligen Applikation normierten Werten arbeiten. Dies ist insbesondere auch bei linearen Anwendungen möglich, wenn z.B. die Polbreite eine nicht ganze, d.h. rationale oder irrationale Zahl darstellt.The angle per increment can be calculated in a manner known per se via the total number of recorded increments per revolution (i.e. both physical and synthetic increments). Because after one revolution, the measuring system knows the number of increments (poles) per revolution. An increment then no longer corresponds to e.g. 10 µm, but e.g. to one angular second. The increments or poles per revolution can be determined once, e.g. when setting up the measuring system, and the resulting value can be saved, or it can be carried out dynamically each time the measuring system is switched on. In this case, an increment is no longer output every 10 µm around the circumference, for example, but at every arc second. This has the advantage that the diameter of the shaft has no influence on the measuring system, i.e. the evaluating controller does not have to take the shaft diameter into account. Said controller can work with standardized values corresponding to the respective application. This is particularly possible with linear applications if, for example, the pole width is not a whole number, i.e. it is a rational or irrational number.

Nachdem das Messsystem (BML), bzw. ein Steuergerät des Messsystems, den Umfang bestimmt hat, kennt es eindeutig seine Position entlang des Umfangs und kann daher auch als absolutes Messsystem mit einer entsprechenden Schnittstelle genutzt werden.After the measuring system (BML) or a control unit of the measuring system has determined the circumference, it clearly knows its position along the circumference and can therefore also be used as an absolute measuring system with a corresponding interface.

Das beschriebene Verfahren lässt sich auch bei linearen Messanwendungen einsetzen. Dabei können bei kurzzeitig zu geringen Signalstärken bzw. Signalamplituden des vom Magnetfeldsensor gelieferten Signals, oder an der Stoßstelle zwischen zwei linear angeordneten Maßkörperteilstücken, in der beschriebenen Weise synthetische Inkremente erzeugt werden.The method described can also be used for linear measurement applications. If the signal strength or signal amplitude of the signal supplied by the magnetic field sensor is too low for a short period of time, or at the junction between two linearly arranged measuring body sections, in synthetic increments are generated in the manner described.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Messsystem, bei dem der Sensorkopf den Maßkörper zeitweilig verlassen muss, so dass der Magnetfeldsensor keine Messsignale mehr liefert. Nach dem im Wesentlichen kurzzeitigen Verlassen kann die Steuerung des BMLs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bewegung des Sensorkopfes kontrolliert zu Ende führen bzw. überbrücken. Die Steuerung hat dabei lediglich zu wissen, in welche Richtung sie die Bewegung des Sensorkopfes fortsetzt, damit der Sensorkopf nach dieser Übergangsphase wieder in den Messbereich des Magnetfeldsensors kommt.A further application example of the method according to the invention is a measuring system in which the sensor head has to temporarily leave the measuring body so that the magnetic field sensor no longer supplies any measuring signals. After the essentially brief exit, the controller of the BML can complete or bridge the movement of the sensor head in a controlled manner using the method according to the invention. The controller only has to know the direction in which to continue the movement of the sensor head so that the sensor head comes back into the measuring range of the magnetic field sensor after this transitional phase.

Sobald das BML anhand des Unterschreitens der Signalamplitude eines vorgegebenen Schwellenwerts erkennt, dass der Sensorkopf den Bereich des Maßkörpers verlassen hat, wird zunächst ein Fehlersignal ausgegeben und die Richtung, in der der Sensorkopf den Maßkörper verlassen hat, erfasst und gespeichert. Insbesondere werden in der Übergangsphase, in der bereits beschriebenen Weise, synthetische Inkremente generiert und ausgegeben. Sobald der Magnetfeldsensor nach dem Zurückkehren zum Maßkörper wieder ausreichende Signalamplituden liefert, dreht das BML bzw. das Steuergerät die Richtung der in 2 gezeigten A/B-Pulse, gibt einen Z-Impuls aus, und nimmt das genannte Fehlersignal zurück. Danach wird das BML wieder im Normalzustand betrieben, d.h. genannte physikalische Inkremente ausgegeben.As soon as the BML detects that the sensor head has left the area of the measuring body based on the signal amplitude falling below a specified threshold value, an error signal is output and the direction in which the sensor head left the measuring body is recorded and saved. In particular, synthetic increments are generated and output in the transition phase in the manner already described. As soon as the magnetic field sensor supplies sufficient signal amplitudes again after returning to the measuring body, the BML or the control unit reverses the direction of the in 2 A/B pulses shown, emits a Z pulse, and removes said error signal. The BML is then operated again in the normal state, ie the specified physical increments are output.

Das beschriebene Konzept benötigt, wie bereits gesagt, keinen separaten Referenzmagneten oder eine Referenzspur bzw. ein Referenz-Target. Deshalb ist es wichtig, dass der Beginn des Maßkörpers immer richtig vom Magnetfeldsensor erkannt wird, da sich daraus der rechnerisch ermittelte Z-Impuls bestimmt. Der Beginn des Maßkörpers kann daran erkannt werden, dass das vom Magnetfeldsensor gelieferte Signal eine bestimmte, vorab empirisch ermittelte Amplitude bzw. Schwellenwert überschreitet. Jedoch ist die Amplitude dieses Signals auch stark abhängig vom Luftspalt zwischen Sensorkopf und Maßkörper. Der genannte Schwellenwert sollte daher nicht konstant, sondern dynamisch sein. Dabei kann angenommen werden, dass der Luftspalt bzw. die Amplitude ähnlich sind wie vor dem Verlassen des Maßkörpers. Wenn durch infolge von z.B. Vibrationen auftretenden, relativ starken Luftspaltänderungen die Bestimmung des Maßkörperbeginns unmöglich ist, kann der Z-Impuls aufgrund der Bestimmung der Inkremente je Umfang ebenfalls synthetisch ausgegeben werden.As already mentioned, the concept described does not require a separate reference magnet or a reference track or a reference target. It is therefore important that the start of the tape is always correctly recognized by the magnetic field sensor, as this is used to determine the calculated Z pulse. The start of the measuring body can be recognized by the fact that the signal supplied by the magnetic field sensor exceeds a certain amplitude or threshold value which has been determined empirically in advance. However, the amplitude of this signal is also strongly dependent on the air gap between the sensor head and the tape. The threshold value mentioned should therefore not be constant, but dynamic. It can be assumed that the air gap or the amplitude are similar to those before leaving the measuring body. If it is impossible to determine the start of the tape due to, for example, vibrations that occur due to relatively strong changes in the air gap, the Z pulse can also be output synthetically based on the determination of the increments per circumference.

Um auch solchen genannten Situationen gewachsen zu sein, kann, wie in den 5a und 5b gezeigt, vorgesehen sein, dass der Beginn eines Maßkörpers durch bestimmte Veränderungen an den Polen des Maßkörpers sicher erfassbar wird. Dabei wird der Beginn des Maßkörpers durch einen besonders starken Magnetpol gekennzeichnet. Im einfachsten Fall kann dies durch einen (hier nicht gezeigten) zusätzlichen stärkeren Magneten, der am Maßkörperanfang angeordnet wird, erreicht werden.In order to be able to cope with such situations, as in the 5a and 5b shown, it can be provided that the beginning of a measuring body can be reliably detected by certain changes at the poles of the measuring body. The beginning of the tape is characterized by a particularly strong magnetic pole. In the simplest case, this can be achieved by an additional, stronger magnet (not shown here), which is arranged at the beginning of the measuring body.

Alternative und besonders vorteilhafte, da kostengünstigere Lösungen zeigen die 5a und 5b. Gemäß 5a werden zwei zusätzliche Maßkörperstücke 505, 510 rechts und links neben dem eigentlichen Maßkörper 500 angeordnet, welche lokal ein stärkeres Magnetfeld erzeugen. Gemäß 5b wird bei einem Pol 520 des Maßkörpers 515 die Magnetisierung geändert, wodurch ein dreifach so langer Pol 525 gebildet wird. Eine solche Ummagnetisierung kann mit einem starken Magneten vor Ort „programmiert“ werden. Wie im Stand der Technik beeinflusst ein zusätzlicher Referenzmagnet die entlang dem Maßkörper benachbarten Magnetfelder, was im Ergebnis zu einer größeren Linearitätsabweichung führt. Bei dem vorliegenden Ansatz ist diese Abweichung jedoch unproblematisch, da hier die Position des Referenzmagneten bekannt ist und entsprechend der Erfindung in diesem Bereich gegebenenfalls synthetische Inkremente erzeugt werden können, um diesen Effekt auszugleichen.Alternative and particularly advantageous because cheaper solutions show the 5a and 5b . According to 5a two additional measuring body pieces 505, 510 are arranged to the right and left of the actual measuring body 500, which locally produce a stronger magnetic field. According to 5b the magnetization is changed at a pole 520 of the measuring body 515, as a result of which a pole 525 that is three times as long is formed. Such a magnetic reversal can be "programmed" on site with a strong magnet. As in the prior art, an additional reference magnet influences the magnetic fields adjacent along the measuring body, which results in a greater linearity deviation. In the present approach, however, this deviation is unproblematic since the position of the reference magnet is known here and, according to the invention, synthetic increments can optionally be generated in this area in order to compensate for this effect.

In den vorherigen Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, dass die genannte Lücke bzw. Stoßstelle in Bezug auf die Gesamtlänge des Maßkörpers relativ kurz ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist allerdings auch anwendbar, wenn die Lücke relativ groß ausgeführt ist und z.B. ein relativ kurzes Maßkörperstück mit einer Länge von z.B. nur wenigen Zentimetern vorliegt, wobei die Lücke bzw. Stoßstelle wesentlich länger als das Maßkörperstück ist. Auch hier wird beim Einfahren des Sensors in den Maßkörper ein Z-Signal erzeugt. Über den kurzen Maßkörper werden, wie beschrieben, physikalische Inkremente erzeugt und die Geschwindigkeit bei der Erzeugung der physikalischen Inkremente bestimmt bzw. erfasst, d.h. z.B. die Anzahl der pro Zeiteinheit erzeugten physikalischen Inkremente. Mit der so bestimmten Geschwindigkeit werden danach beim Überfahren der Lücke bzw. Stoßstelle, wie beschrieben, synthetische Inkremente erzeugt bzw. ausgegeben.In the previous exemplary embodiments, it was assumed that the mentioned gap or joint is relatively short in relation to the overall length of the measuring body. However, the method according to the invention can also be used if the gap is relatively large and, for example, there is a relatively short piece of the measuring body with a length of, for example, only a few centimeters, with the gap or joint being significantly longer than the piece of the measuring body. Here, too, a Z signal is generated when the sensor moves into the tape. As described, physical increments are generated via the short measuring body and the speed during the generation of the physical increments is determined or recorded, i.e., for example, the number of physical increments generated per unit of time. With the speed determined in this way, synthetic increments are then generated or output as described when the gap or joint is traversed.

Schließlich ist anzumerken, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem Maßkörper, der nicht in Längsrichtung, sondern quer zur Längsrichtung magnetisiert ist, anwendbar ist. Bei einer solchen Anordnung ist insbesondere ein relativ großer axialer Versatz zwischen Sensor und Maßkörper beherrschbar bzw. verwertbar.Finally, it should be noted that the method according to the invention can also be used with a measuring body that is not magnetized in the longitudinal direction, but rather transversely to the longitudinal direction. In such an arrangement, in particular, a relatively large ßer axial offset between the sensor and tape can be controlled or used.

Claims (14)

Verfahren zum Betrieb eines Längen- und/oder Positionsmesssystems, welches einen Maßkörper (100; 325) sowie einen relativ zu dem Maßkörper (100; 325) zu verfahrenden Sensor aufweist, wobei anhand der von dem Sensor gelieferten Signale (102, 105; 300, 305) physikalische Inkremente erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob ein von dem Sensor geliefertes Signal (102, 105; 200, 205; 300, 305) einen vorgegebenen ersten Schwellenwert (310) unterschreitet, und dass bei Unterschreiten des ersten Schwellenwertes (310) von einem ersten Betriebsmodus, in dem die physikalischen Inkremente (220, 225) erzeugt werden (405), in einen zweiten Betriebsmodus übergegangen wird, in dem anstelle von den physikalischen Inkrementen (220, 225) die vorliegenden physikalischen Inkremente (220, 225) im Wesentlichen fortführende synthetische Inkremente (230; 330, 335) erzeugt werden (415).Method for operating a length and/or position measuring system, which has a measuring body (100; 325) and a sensor to be moved relative to the measuring body (100; 325), wherein, based on the signals (102, 105; 300, 305) physical increments are generated, characterized in that it is checked whether a signal supplied by the sensor (102, 105; 200, 205; 300, 305) falls below a predetermined first threshold value (310), and that when falling below the first threshold value (310) a transition is made from a first operating mode, in which the physical increments (220, 225) are generated (405), to a second operating mode in which, instead of the physical increments (220, 225), the present physical increments (220, 225) substantially continuing synthetic increments (230; 330, 335) are generated (415). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der im zweiten Betriebsmodus erzeugten synthetischen Inkremente (230) im Wesentlichen gleich der Geschwindigkeit der im ersten Betriebsmodus erzeugten physikalischen Inkremente (220, 225) ist.procedure after claim 1 , characterized in that the speed of the synthetic increments (230) generated in the second mode of operation is substantially equal to the speed of the physical increments (220, 225) generated in the first mode of operation. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der im ersten Betriebsmodus erzeugten physikalischen Inkremente (220, 225) beim Verfahren des Sensors relativ zu dem Maßkörper (100; 325) während des ersten Betriebsmodus' bestimmt wird.procedure after claim 2 , characterized in that the speed of the physical increments (220, 225) generated in the first operating mode is determined when the sensor is moved relative to the measuring body (100; 325) during the first operating mode. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei einem Längen- und/oder Positionsmesssystems, bei dem der Maßkörper (100; 325) wenigstens eine Stoßstelle zwischen wenigstens zwei Maßkörperenden (115, 120) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass erfasst wird (410), ob die wenigstens eine Stoßstelle vom Sensor überfahren wird bzw. wurde, dass bei erfasstem Überfahren der wenigstens einen Stoßstelle von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus übergegangen wird, in dem anstelle von den vorliegenden physikalischen Inkrementen (220, 225) im Wesentlichen fortführende synthetische Inkremente (230; 330, 335) erzeugt werden (415).Procedure according to one of Claims 1 until 3 in a length and/or position measuring system in which the measuring element (100; 325) forms at least one joint between at least two ends of the measuring element (115, 120), characterized in that it is detected (410) whether the at least one joint is passed over by the sensor it is or was that when the at least one impact point is detected, a transition is made from the first operating mode to the second operating mode, in which essentially continuing synthetic increments (230; 330, 335) are generated instead of the existing physical increments (220, 225). become (415). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrgeschwindigkeit zwischen dem Sensor und dem Maßkörper (100; 325) dahingehend geprüft wird (400), ob Schwankungen der Verfahrgeschwindigkeit einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert überschreiten und dass die genannten Schritte nur durchgeführt werden, wenn der zweite Schwellenwert nicht unterschritten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the speed of travel between the sensor and the measuring body (100; 325) is checked (400) to determine whether fluctuations in the speed of travel exceed a predetermined second threshold value and that the steps mentioned are only carried out if the second threshold value is not fallen below. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines am Beginn eines der wenigstens zwei Maßkörperenden (115, 120) erzeugten Sensorsignals ein Referenzimpuls gebildet wird.procedure after claim 4 , characterized in that a reference pulse is formed on the basis of a sensor signal generated at the beginning of one of the at least two measuring body ends (115, 120). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass erfasst wird (420), ob das Ende der wenigstens einen Stoßstelle erreicht wird oder wurde und dass bei erreichtem Ende der wenigstens einen Stoßstelle von dem zweiten Betriebsmodus wieder in den ersten Betriebsmodus übergegangen wird, in dem die physikalischen Inkremente (220, 225) erzeugt werden (405).procedure after claim 4 , characterized in that it is detected (420) whether the end of the at least one discontinuity is or has been reached and that when the end of the at least one discontinuity is reached, the second operating mode changes back to the first operating mode, in which the physical increments (220 , 225) are generated (405). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn eines der wenigstens zwei Maßkörperenden (115, 120) dadurch erkannt wird, dass ein von dem Sensor geliefertes Signal einen vorgegebenen dritten Schwellenwert überschreitet.procedure after claim 4 , characterized in that the beginning of one of the at least two measuring body ends (115, 120) is detected in that a signal supplied by the sensor exceeds a predetermined third threshold value. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Stoßstelle zwischen den wenigstens zwei Maßkörperenden (115, 120) gebildete Lücke (125) geringfügig länger als ein Pol bzw. Polpaar, bevorzugt entsprechend der Länge von zwei bis vier Polen oder Polpaaren, ausgebildet ist,procedure after claim 4 , characterized in that a gap (125) formed at the joint between the at least two measuring body ends (115, 120) is slightly longer than one pole or pole pair, preferably corresponding to the length of two to four poles or pole pairs, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten physikalischen Inkremente (220, 225) anhand der von dem Sensor gelieferten elektrischen Spannungssignale Usin (102) und Ucos (105) erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the said physical increments (220, 225) are generated using the electrical voltage signals Usin (102) and Ucos (105) supplied by the sensor. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfahren des Sensors in die Lücke (125) dadurch erkannt wird, dass die Amplitude des von dem Sensor gelieferten Signals (102, 105) einen vorgegebenen vierten Schwellenwert unterschreitet.procedure after claim 9 or 10 , characterized in that the movement of the sensor into the gap (125) is detected in that the amplitude of the signal supplied by the sensor (102, 105) falls below a predetermined fourth threshold value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genannte synthetische Inkremente (230) auch während des Verfahrens des Sensors über den Maßkörper (100) ausgegeben werden, wenn die Amplitude der von dem Sensor gelieferten Signale (102, 105) einen vorgegebenen fünften Schwellenwert unterschreitet, so dass keine hinreichend genaue Bestimmung der Position an einem momentan überfahrenen Maßkörperelement möglich ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that said synthetic increments (230) are also output during the movement of the sensor over the measuring body (100) if the amplitude of the signals (102, 105) supplied by the sensor exceeds a predetermined fifth threshold value falls below, so that it is not possible to determine the position of a measuring body element that is currently being traveled over with sufficient accuracy. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn eines der wenigstens zwei Maßkörperenden (115, 120) durch Veränderung wenigstens eines Maßkörperelementes erfassbar ist.procedure after claim 4 , characterized in that the beginning of one of the at least two ends (115, 120) of the measuring body can be detected by changing at least one measuring body element. Längen- und/oder Positionsmesssystem, welches einen zumindest lokal im Wesentlichen linearen Maßkörper (100) sowie einen relativ zu dem Maßkörper (100) zu verfahrenden Sensor aufweist, wobei anhand der von dem Sensor gelieferten Signale physikalische Inkremente (220, 225) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben wird.Length and/or position measuring system, which has an at least locally essentially linear measuring body (100) and a sensor to be moved relative to the measuring body (100), physical increments (220, 225) being generated on the basis of the signals supplied by the sensor, characterized in that it is operated according to one of the methods according to any one of the preceding claims.
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