DE102015210716B4 - Position sensor and method for operating a position sensor - Google Patents

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Abstract

Positionssensor mit wenigstens einem Sensormittel (26, 28) zur Bereitstellung eines Sensorsignals in Abhängigkeit von einer Position eines Messobjekts (16) längs eines Bewegungswegs (5) und mit einer Verarbeitungseinrichtung (22) zur Verarbeitung von Sensorsignalen, wobei die Verarbeitungseinrichtung (22) zur Ermittlung von Bewegungsprofilen (54) durch Verknüpfung mehrerer Sensorsignale (50, 51, 52, 53) ausgebildet ist und eine Speichereinrichtung (22) zur Speicherung von Sensorsignalen (51, 52, 53) und Bewegungsprofilen (60, 61, 62) umfasst und wobei die Verarbeitungseinrichtung (22) für einen Vergleich von ermittelten Bewegungsprofilen (54) mit gespeicherten Bewegungsprofilen (60, 61, 62) und für eine Ermittlung wenigstens eines Zustandswerts aus dem Vergleich der Bewegungsprofile (54, 60, 61, 62) sowie für eine Anzeige des Zustandswerts und/oder für eine Bereitstellung des Zustandswerts an einer Kommunikationsschnittstelle (24) ausgebildet ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, bei Übereinstimmung des ermittelten Bewegungsprofils (54) mit einem gespeicherten Bewegungsprofil (60, 61, 62) eine Veränderung des Zustandswerts anhand eines dem gespeicherten Bewegungsprofil (60, 61, 62) zugeordneten Belastungswerts (57) vorzunehmen, wobei für unterschiedliche Bewegungsprofile (60, 61, 62) unterschiedliche Belastungswerte angenommen werden.Position sensor with at least one sensor means (26, 28) for providing a sensor signal depending on a position of a measurement object (16) along a movement path (5) and with a processing device (22) for processing sensor signals, the processing device (22) for determining movement profiles (54) by linking a plurality of sensor signals (50, 51, 52, 53) and a storage device (22) for storing sensor signals (51, 52 , 53) and movement profiles (60, 61, 62) and wherein the processing device (22) is designed to compare determined movement profiles (54) with stored movement profiles (60, 61, 62) and to determine at least one state value from the comparison of the movement profiles (54, 60, 61, 62) and to display the state value and/or to provide the state value at a communication interface (24), wherein the processing device (22) is designed to change the state value based on a load value (57) assigned to the stored movement profile (60, 61, 62) if the determined movement profile (54) matches a stored movement profile (60, 61, 62), different load values being assumed for different movement profiles (60, 61, 62).

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionssensor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors.The invention relates to a position sensor and a method for operating a position sensor.

Aus der WO 2009/ 021 531 A1 eine Diagnoseeinrichtung zur Überwachung der Bewegung eines mit einem Permanentmagneten versehenen, entlang einer Bewegungsbahn bewegbaren Aktorglieds bekannt, bei der wenigstens zwei magnetfeldsensitive Sensoren entlang der Bewegungsbahn in einem festen Abstand zueinander angeordnet sind und Zeiterfassungsmittel zur Erfassung der Laufzeit des Aktorglieds von einem Sensor zum anderen vorgesehen sind. Vergleichsmittel vergleichen die jeweils aktuell gemessene Laufzeit mit einer in einer Speichereinrichtung gespeicherten Solllaufzeit und eine Meldeeinrichtung dient zur Meldung des Überschreitens einer vorgegebenen oder vorgebbaren Abweichung der aktuellen Laufzeit von der Solllaufzeit, so dass auf einfache Weise Prozessabläufe hinsichtlich möglicher Veränderungen und Defekte überwacht werden können.WO 2009/021 531 A1 discloses a diagnostic device for monitoring the movement of an actuator element that is provided with a permanent magnet and can be moved along a movement path, in which at least two magnetic field-sensitive sensors are arranged at a fixed distance from one another along the movement path and time recording means for recording the running time of the Actuator member are provided from one sensor to the other. Comparative means compare the current running time measured with a target running time stored in a storage device and a reporting device is used to report that a predetermined or specifiable deviation of the current running time from the target running time has been exceeded, so that process sequences can be monitored in a simple manner with regard to possible changes and defects.

Die EP 1 881 204 A1 offenbart ein Zylinderservicemodul zur Befestigung an der Außenwandung eines fluidischen Zylinders, das ein Display und eine Bedienungseinrichtung aufweist und mit wenigstens zwei magnetfeldempfindlichen Positionssensoren zur sensitiven Erfassung eines mit einem Permanentmagneten versehenen Zylinderkolbens ausgestattet ist. Ein eine Speicheranordnung aufweisender Mikrocontroller umfasst Mittel zur Erfassung der Zeitdauer und/oder der Anzahl von Bewegungszyklen mit Hilfe der Sensorsignale der Positionssensoren und zur Wiedergabe solcher Daten auf dem Display.The EP 1 881 204 A1 discloses a cylinder service module for attachment to the outer wall of a fluidic cylinder, which has a display and an operating device and is equipped with at least two magnetic field-sensitive position sensors for sensitively detecting a cylinder piston provided with a permanent magnet. A microcontroller having a memory arrangement includes means for detecting the length of time and/or the number of movement cycles using the sensor signals from the position sensors and for displaying such data on the display.

Aus der EP 1 199 479 B1 ist eine fluidtechnische Einrichtung mit einer an eine Kolben-Zylinder-Anordnung angeschlossenen Ventilanordnung bekannt, wobei in der Ventilanordnung oder in der Kolben-Zylinder-Anordnung eine elektronische Steuereinrichtung für beide Anordnungen integriert ist, die eine Diagnoseeinrichtung für Komponenten in der Ventil- und Kolben-Zylinder-Anordnung sowie Diagnose-Anzeigemittel aufweist.From the EP 1 199 479 B1 a fluidic device with a valve arrangement connected to a piston-cylinder arrangement is known, with an electronic control device for both arrangements being integrated in the valve arrangement or in the piston-cylinder arrangement, which has a diagnostic device for components in the valve and piston Has cylinder arrangement and diagnostic display means.

Die DE 10 2008 064 359 A1 offenbart ein Verfahren und eine Ventilanordnung zur elektronischen Verschleißzustandsermittlung einer Ventilanordnung zur Steuerung eines Prozessmediumflusses, bei der ein innerhalb eines Ventilgehäuses axial bewegbar angeordnetes Ventilglied über elektrisch ansteuerbare Linearantriebsmittel nach Maßgabe einer Positionsregelung bewegt wird, wobei das Ventilglied mit im Wesentlichen konstanter Antriebskraft beaufschlagt wird. Dabei wird der Positionsgeschwindigkeitsverlauf über den Schalthub ermittelt, indem die Geschwindigkeit in Abhängigkeit der aktuellen Position des Ventilgliedes festgestellt wird, woraus durch Vergleich mit vorangegangenen Positionsgeschwindigkeitsverläufen ein Änderungsprofil als Maß für den positionsabhängigen Verschleißzustand der Ventilmechanik erstellt wird.The DE 10 2008 064 359 A1 discloses a method and a valve arrangement for electronically determining the state of wear of a valve arrangement for controlling a process medium flow, in which a valve member arranged so as to be axially movable within a valve housing is moved via electrically controllable linear drive means in accordance with a position control, the valve member being subjected to a substantially constant drive force. The position speed curve is determined over the switching stroke by determining the speed as a function of the current position of the valve member, from which a change profile is created as a measure of the position-dependent state of wear of the valve mechanism by comparison with previous position speed curves.

Die DE 199 29 455 A1 offenbart einen Türantrieb für eine Schiebetür, wobei die Tür durch einen Hebelarm bewegt wird, der über ein Getriebe durch einen Motor angetrieben wird. Die Endpositionen der Tür sowie die Zwischenpositionen werden durch mechanische Schalter festgestellt, die durch eine Kurvenscheibe betätigt werden. Die mechanischen Schalter bilden ein redundantes Sicherheitssystem und könnten gegebenenfalls entfallen. Unabhängig von den mechanischen Schaltern wird ein berührungsloser Sensor eingesetzt, der die mechanischen Schalter und die Kurvenscheibe zu deren Betätigung für die Zwecke der Positionserfassung vollständig ersetzen kann. Mit Hilfe eines Geberrads und dem Sensor kann sowohl auf die Drehgeschwindigkeit als auch auf die Türposition geschlossen werden. Eine zentrale Datenverarbeitungsanlage ermöglicht die Steuerung und die Regelung des Türantriebs. Weiterhin erlaubt die zentrale Datenverarbeitungsanlage eine Diagnose des Türantriebs hinsichtlich notwendiger Wartungsarbeiten.The DE 199 29 455 A1 discloses a door operator for a sliding door in which the door is moved by a lever arm driven by a motor through a gearbox. The end positions of the door as well as the intermediate positions are determined by mechanical switches operated by a cam. The mechanical switches form a redundant safety system and could possibly be omitted. Independent of the mechanical switches, a non-contact sensor is used, which can completely replace the mechanical switches and the cam to actuate them for position detection purposes. With the help of a transmitter wheel and the sensor, both the rotational speed and the door position can be deduced. A central data processing system enables the control and regulation of the door drive. Furthermore, the central data processing system allows a diagnosis of the door drive with regard to necessary maintenance work.

Die DE 10 2010 034 994 A1 offenbart eine Messeinrichtung mit einem Messgehäuse und einem beweglich im Messgehäuse aufgenommenen Messglied sowie mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Position des Messglieds relativ zum Messgehäuse, wobei die Sensoreinrichtung wenigstens ein zur Bereitstellung eines analogen Sensorsignals in Abhängigkeit von der Position des Messglieds zur Analog-Digital-Wandlung des Sensorsignals und Verarbeitungsmittel zur Verarbeitung des Sensorsignals und Buskommunikationsmittel zur bidirektionalen digitalen Datenübertragung zwischen der Sensoreinrichtung und einer Steuereinrichtung umfasst und wobei die Verarbeitungsmittel für eine programmierbare logische Verknüpfung von wenigstens zwei Beträgen von Sensorsignalen sowie für eine Bereitstellung eines Verknüpfungsergebnisses und des analogen Sensorsignals in digitalisierter Codierung an die Buskommunikationsmittel ausgebildet sind.The DE 10 2010 034 994 A1 discloses a measuring device with a measuring housing and a measuring element movably accommodated in the measuring housing and with a sensor device for detecting a position of the measuring element relative to the measuring housing, the sensor device having at least one sensor device for providing an analog sensor signal depending on the position of the measuring element for analog-to-digital conversion of the sensor signal and processing means for processing the sensor signal and bus communication means for bidirectional digital data transmission between the sensor device and a control device and wherein the processing means for a programmable logical combination of at least two amounts of sensor signals and for providing a combination result and the analog sensor signal in digitized coding the bus communication means are formed.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Positionssensor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors bereitzustellen, bei denen der Positionssensor einen erweiterten Funktionsumfang aufweist.The object of the invention is to provide a position sensor and a method for operating a position sensor, in which the position sensor has an expanded range of functions.

Diese Aufgabe wird für einen Positionssensor der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved for a position sensor of the type mentioned with the features of claim 1.

Vorzugsweise ist der Bewegungsweg entweder als Gerade bei einer Linearbewegung des Messobjekts oder als Kreisbahn bei einer Kreisbewegung oder Schwenkbewegung des Messobjekts oder als Überlagerung einer Linearbewegung mit einer Kreisbewegung, beispielsweise bei einer Schraubbewegung des Messobjekts, ausgebildet.The movement path is preferably designed either as a straight line for a linear movement of the measurement object or as a circular path for a circular movement or pivoting movement of the measurement object or as a superimposition of a linear movement with a circular movement, for example for a screwing movement of the measurement object.

Anhand der Bewegungsprofile, die durch Verknüpfung mehrerer Sensorsignale in der Verarbeitungseinrichtung des Positionssensors ermittelt werden, findet in einem ersten Verarbeitungsschritt eine vorteilhafte Datenreduktion statt, da mehrere Sensorsignale zu einem Bewegungsprofil zusammengefasst werden. Anschließend erfolgt ein Vergleich des ermittelten Bewegungsprofils mit einem oder mehreren Bewegungsprofilen, die in der Speichereinrichtung der Verarbeitungseinrichtung gespeichert sind. Bei diesem Vergleich soll dasjenige gespeicherte Bewegungsprofil ermittelt werden, das dem aktuell ermittelten Bewegungsprofil am ähnlichsten ist. Hierdurch kann die Verarbeitungseinrichtung einen Rückschluss auf einen Bewegungsvorgang des Messobjekts und die mit dem Bewegungsvorgang verbundene Belastung ziehen. Anschließend wird ein aus der Belastung resultierender Verschleiß des Messobjekts ermittelt, wobei es sich bei dem Messobjekt beispielsweise um einen Arbeitskolben eines Pneumatikzylinders oder eines pneumatischen Schwenkantriebs oder eines elektrischen Linearantriebs oder eines elektrischen Schwenkantriebs handeln kann. Der Rückschluss, den die Verarbeitungseinrichtung aus dem Bewegungsvorgang des Messobjekts zieht, wird in einem Zustandswert abgebildet, bei dem es sich um eine dimensionsbehaftete oder dimensionslose Angabe handeln kann und der in einfacher Weise Auskunft darüber gibt, wie stark das Messobjekt in der Vergangenheit belastet wurde. Der Zustandswert kann wahlweise mit Hilfe einer Anzeigeeinrichtung dargestellt werden oder an einer Kommunikationsschnittstelle des Positionssensors bereitgestellt werden. Exemplarisch ist vorgesehen, den Zustandswert nur auf Anfrage einer an der Kommunikationsschnittstelle angeschlossenen, übergeordneten Steuerungseinrichtung, bereitzustellen, um einen Datenverkehr zwischen Positionssensor und Steuerungseinrichtung möglichst nicht oder nur geringfügig zu beinträchtigen.On the basis of the movement profiles, which are determined by linking a number of sensor signals in the processing device of the position sensor, an advantageous data reduction takes place in a first processing step, since a number of sensor signals are combined to form a movement profile. The movement profile determined is then compared with one or more movement profiles which are stored in the storage device of the processing device. In this comparison, the stored movement profile that is most similar to the currently determined movement profile is to be determined. As a result, the processing device can draw conclusions about a movement process of the measurement object and the load associated with the movement process. A wear of the measurement object resulting from the load is then determined, wherein the measurement object can be, for example, a working piston of a pneumatic cylinder or a pneumatic swivel drive or an electric linear drive or an electric swivel drive. The conclusion that the processing device draws from the movement process of the measurement object is mapped in a state value, which can be a dimensioned or dimensionless specification and which provides simple information about how heavily the measurement object was loaded in the past. The state value can optionally be displayed using a display device or be provided at a communication interface of the position sensor. By way of example, provision is made for the state value to be made available only upon request from a higher-level control device connected to the communication interface, in order to impair data traffic between the position sensor and the control device as little or as little as possible.

Vorzugsweise ist die Verarbeitungseinrichtung als Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgebildet und ist mit einem fest oder frei programmierten Programm ausgerüstet, das neben der Berechnung der Bewegungsprofile auch einen Speicherzugriff auf eine integrierte oder externe Speichereinrichtung ermöglicht. Mit diesem Speicherzugriff werden zeitlich vorausgegangene Sensorsignale und/oder gespeicherte Bewegungsprofile und/oder ein Zustandswert aus dem Speicher ausgelesen und/oder neue eintreffende Sensorsignale und/oder neu ermittelte Bewegungsprofile und/oder ein aktualisierter Zustandswert gespeichert. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass nur diejenigen Bewegungen des Messobjekts in gespeicherten Bewegungsprofilen wiedergegeben sind, die einen erheblichen Verschleiß des Messobjekts mit sich bringen. Hierbei finden insbesondere Beschleunigungsvorgänge und Abbremsvorgänge an Endbereichen eines Bewegungswegs eines fluidischen Aktors Berücksichtigung, während Bewegungen des fluidischen Aktors zwischen den beiden Endbereichen möglicherweise keine oder nur eine geringe Rolle für eine Verschleißbetrachtung spielen und daher bei der Ermittlung des Zustandswerts außer Acht gelassen werden können. Dies gilt beispielsweise bei einem Pneumatikzylinder ohne Endlagendämpfung, der möglicherweise zumindest gelegentlich derart betrieben wird, dass ein Arbeitskolben die jeweilige Endlage am Ende des Bewegungswegs zumindest nahezu ungebremst erreicht. Hierbei treten erhebliche Belastungsspitzen auf, die verschleißfördernd sein können. Bei einer anderen Anwendung für einen fluidischen Aktor kann jedoch auch lediglich eine Oszillationsbewegung um eine Mittellage ohne Erreichen der Endlagen vorgesehen sein. In diesem Fall kann beispielsweise jede der Oszillationsbewegungen als Bewegungsprofil erfasst werden und somit als Verschleißbewegung angesehen werden.The processing device is preferably designed as a microcontroller or microprocessor and is equipped with a permanently or freely programmed program which, in addition to calculating the movement profiles, also enables memory access to an integrated or external memory device. With this memory access, previous sensor signals and/or stored movement profiles and/or a status value are read from the memory and/or newly arriving sensor signals and/or newly determined movement profiles and/or an updated status value are stored. By way of example, provision can be made for only those movements of the measurement object to be reproduced in stored movement profiles which entail considerable wear and tear on the measurement object. In particular, acceleration processes and braking processes at end areas of a movement path of a fluidic actuator are taken into account, while movements of the fluidic actuator between the two end areas may play little or no role in the wear analysis and can therefore be ignored when determining the state value. This applies, for example, to a pneumatic cylinder without end position damping, which is possibly at least occasionally operated in such a way that a working piston reaches the respective end position at the end of the movement path at least almost unbraked. Considerable load peaks occur here, which can promote wear. In another application for a fluidic actuator, however, only an oscillating movement around a central position without reaching the end positions can also be provided. In this case, for example, each of the oscillating movements can be recorded as a movement profile and can therefore be viewed as a wear movement.

Erfindungsgemäß ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, bei Übereinstimmung des ermittelten Bewegungsprofils mit einem gespeicherten Bewegungsprofil eine Veränderung des Zustandswerts anhand eines dem gespeicherten Bewegungsprofil zugeordneten Belastungswerts vorzunehmen. Hierbei wird berücksichtigt, dass Bewegungen des Messobjekts in unterschiedlicher Weise erfolgen können, da beispielsweise eine äußere Belastung für das Messobjekt variiert. Dementsprechend sind den gespeicherten Bewegungsprofilen, die zumindest teilweise im Wesentlichen gleichartige, jedoch hinsichtlich der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Messobjekts unterschiedliche Bewegungen beschreiben, unterschiedliche Belastungswerte zugeordnet. Diese Belastungswerte werden bei Vorliegen des jeweiligen Bewegungsprofils dem Zustandswert zugerechnet und ermöglichen somit eine detaillierte Aussage über die tatsächlich vorliegende Belastung des Messobjekts. Rein exemplarisch kann der Fall auftreten, dass das Messobjekt in Abhängigkeit von einer äußeren Belastung in einem ersten Fall mit geringer äußerer Belastung relativ rasch eine Endlage erreicht und dabei eine starke negative Beschleunigung während der Abbremsung in der Endlage auftritt, während in einem zweiten Fall bei höherer Belastung des Messobjekts eine Geschwindigkeit in der Endlage geringer ist und somit auch eine niedrigere negative Beschleunigung auftritt, die gegebenenfalls zu einem geringeren Verschleiß des Messobjekts verglichen mit dem vorstehend beschriebenen ersten Fall führt.According to the invention, the processing device is designed to change the state value based on a load value assigned to the stored movement profile if the determined movement profile matches a stored movement profile. This takes into account that the measurement object can move in different ways, since, for example, an external load on the measurement object varies. Accordingly, different load values are assigned to the stored movement profiles, which describe movements that are at least partially essentially similar but differ in terms of the speed and/or acceleration of the measurement object. If the respective movement profile is available, these load values are added to the status value and thus enable a detailed statement to be made about the actual load on the measurement object. Purely as an example, the case can occur that the measurement object, depending on an external load, reaches an end position relatively quickly in a first case with a low external load and a strong negative acceleration occurs during the deceleration in the end position, while in a second case with higher load of the measurement object, a speed in the end position is lower and therefore a lower negative acceleration occurs, the given if leads to less wear of the measurement object compared to the first case described above.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Sensormittel längs des Bewegungswegs angeordnet sind und jeweils für eine Ermittlung der Position des Messobjekts längs eines Teilabschnitts des Bewegungswegs ausgebildet sind und dass die Verarbeitungseinrichtung für eine individuelle Verarbeitung von Sensorsignalen der unterschiedlichen Sensormittel zu individuellen Bewegungsprofilen sowie zum Vergleich der individuellen Bewegungsprofile mit individuell zugeordneten, gespeicherten Bewegungsprofilen ausgebildet ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass an einem fluidischen Aktor, der zur Bereitstellung einer linearen Bewegung ausgebildet ist, ein Positionssensor angebracht ist, der mehrere längs des Bewegungswegs angeordnete Sensormittel aufweist. Diese Sensormittel sind insbesondere für eine bereichsweise überschneidende Erfassung eines Teilabschnitts des Bewegungswegs vorgesehen. Hierbei ist es für eine zuverlässige Ermittlung des Zustandswerts erforderlich, dass die Verarbeitungseinrichtung in die Lage versetzt wird, anhand der eintreffenden Sensorsignale zu ermitteln, welches oder welche der Sensormittel jeweils aktuell die Position des Messobjekts ermittelt. Anschließend erfolgt auf Basis dieser Information eine Zuordnung des aus den Sensorsignalen ermittelten Bewegungsprofils zu dem oder den für das oder die entsprechenden Sensormittel gespeicherten Bewegungsprofil bzw. Bewegungsprofilen, um dann den jeweils zugeordneten Belastungswert zu ermitteln, mit dem der Zustandswert geändert wird.In an advantageous development of the invention, it is provided that a plurality of sensor means are arranged along the movement path and are each designed to determine the position of the measurement object along a section of the movement path and that the processing device is designed for individual processing of sensor signals from the different sensor means to form individual movement profiles and is designed to compare the individual movement profiles with individually assigned, stored movement profiles. For example, it can be provided that a position sensor, which has a plurality of sensor means arranged along the movement path, is attached to a fluidic actuator which is designed to provide a linear movement. These sensor means are provided in particular for a region-wise overlapping detection of a section of the movement path. In order to reliably determine the state value, it is necessary for the processing device to be able to use the incoming sensor signals to determine which of the sensor means is or are currently determining the position of the measurement object. Based on this information, the movement profile determined from the sensor signals is then assigned to the movement profile(s) stored for the corresponding sensor(s) in order to then determine the respectively assigned load value with which the state value is changed.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Sensormittel als Magnetfeldsensor, insbesondere als Hall-Sensor, ausgebildet ist und/oder dass die Verarbeitungseinrichtung für eine zyklische Abfrage und Verarbeitung des Sensorsignals sowie für eine zyklische oder von einem Abfragesignal an der Kommunikationsschnittstelle abhängigen Bereitstellung des Zustandswerts ausgebildet ist. Bei einer Ausgestaltung des Sensormittels als Magnetfeldsensor kann eine Ermittlung einer Position des Messobjekts in einfacher und kostengünstiger Weise dadurch vorgenommen werden, dass dem Messobjekt ein Permanentmagnet, beispielsweise in Form eines Ringmagnets, zugeordnet wird. Somit kann anhand einer vom Sensormittel ermittelten magnetischen Flussdichte ein Rückschluss auf die relative Positionierung des Messobjekts gegenüber dem Sensormittel gezogen werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Sensormittel als Hall-Sensor, vorzugsweise als 2D-Hall-Sensor oder als 3D-Hall-Sensor ausgebildet ist, wodurch eine kostengünstige und hochpräzise Ermittlung der relativen Lage des Messobjekts gegenüber dem Sensormittel ermöglicht wird. Ergänzend oder alternativ ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung mit einem internen oder von außen aufgeprägten Arbeitstakt betrieben wird und zyklisch wiederkehrend in, vorzugsweise gleichen, Zeitintervallen eine Abfrage und Verarbeitung des wenigstens einen Sensorsignals durchführt. Hierdurch ist eine kostengünstige Ausgestaltung der Verarbeitungseinrichtung als digitale Schaltung, insbesondere in Form eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors mit fest vorgegebener oder frei einstellbarer Programmierung möglich. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, das zur Gewährleistung eines möglichst geringen Datenverkehrs zwischen den Positionssensor und einer an der Kommunikationsschnittstelle des Positionssensors Daten technisch angebundenen, übergeordneten Steuerungseinrichtung nur dann eine Bereitstellung eines Zustandswerts erfolgt, wenn dieser von der übergeordneten Steuerungseinrichtung abgefragt wird.In a further embodiment of the invention, it is provided that at least one sensor means is designed as a magnetic field sensor, in particular as a Hall sensor, and/or that the processing device for cyclical querying and processing of the sensor signal and for cyclical provision or provision that is dependent on a query signal at the communication interface of the state value is formed. In an embodiment of the sensor means as a magnetic field sensor, a position of the measurement object can be determined in a simple and cost-effective manner by assigning a permanent magnet, for example in the form of a ring magnet, to the measurement object. Thus, based on a magnetic flux density determined by the sensor means, a conclusion can be drawn about the relative positioning of the measurement object with respect to the sensor means. Provision is preferably made for the sensor means to be designed as a Hall sensor, preferably as a 2D Hall sensor or as a 3D Hall sensor, which enables cost-effective and highly precise determination of the position of the measurement object relative to the sensor means. In addition or as an alternative, it is provided that the processing device is operated with an internal or externally imposed working cycle and carries out a query and processing of the at least one sensor signal in cyclically recurring, preferably equal, time intervals. As a result, a cost-effective configuration of the processing device as a digital circuit, in particular in the form of a microcontroller or microprocessor with fixed or freely adjustable programming, is possible. It is particularly preferred that, to ensure the least possible data traffic between the position sensor and a higher-level control device technically connected to the communication interface of the position sensor, a status value is only provided when this is queried by the higher-level control device.

Vorteilhaft ist es, wenn die Verarbeitungseinrichtung für eine Ermittlung eines nachfolgenden Bewegungsprofils aus einem aktuell ermittelten Bewegungsprofil ausgebildet ist. Ausgehend von einem aktuell ermittelten Bewegungsprofil kann die Verarbeitungseinrichtung durch geeignete Programmierung in die Lage versetzt werden, Annahmen darüber zu treffen, welches nachfolgende Bewegungsprofil vom Messobjekt zu erwarten ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für den Fall eines Nichteintritts des erwarteten Bewegungsprofils ausgehend von dem aktuellen Bewegungsprofil aktiv eine Fehlermeldung an der Kommunikationsschnittstelle ausgegeben wird oder eine solche Fehlermeldung zumindest an der Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird.It is advantageous if the processing device is designed to determine a subsequent movement profile from a currently determined movement profile. Starting from a currently determined movement profile, the processing device can be put in a position, through suitable programming, to make assumptions about which subsequent movement profile is to be expected from the measurement object. In particular, it can be provided that if the expected movement profile does not occur, based on the current movement profile, an error message is actively output at the communication interface or such an error message is at least made available at the communication interface.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors gelöst, wie es im Anspruch 5 angegeben ist. Dabei umfasst der Positionssensor wenigstens ein Sensormittel zur Bereitstellung eines Sensorsignals in Abhängigkeit von einer Position eines Messobjekts längs eines Bewegungswegs und führt die folgenden Schritte durch: Bereitstellen des Sensorsignals an eine Verarbeitungseinrichtung und Verknüpfung des Sensorsignals mit einem oder mehreren zeitlich vorausgehend ermittelten und zwischengespeicherten Sensorsignalen zur Ermittlung eines Bewegungsprofils des Messobjekts, Vergleichen des ermittelten Bewegungsprofils mit gespeicherten Bewegungsprofilen, Veränderung wenigstens eines Zustandswerts bei Vorliegen einer Übereinstimmung zwischen dem ermittelten Bewegungsprofil und einem der gespeicherten Bewegungsprofile und Anzeigen des Zustandswerts an einer Anzeigeeinrichtung und/oder Bereitstellen des Zustandswerts an einer Kommunikationsschnittstelle, wobei jedem der gespeicherten Bewegungsprofile ein individueller Belastungswert zugeordnet ist.The object of the invention is also achieved by a method for operating a position sensor as specified in claim 5. In this case, the position sensor comprises at least one sensor means for providing a sensor signal as a function of a position of a measurement object along a movement path and carries out the following steps: providing the sensor signal to a processing device and linking the sensor signal with one or more previously determined and buffered sensor signals for determination a movement profile of the measurement object, comparing the determined movement profile with stored movement profiles, changing at least one state value if there is a match between the determined movement profile and one of the stored movement profiles and displaying the state value on a display device and/or providing the state value on a communication interface, with each an individual load value is assigned to the stored movement profiles.

Für die Durchführung des Verfahrens ist die Zwischenspeicherung eines oder mehrerer Sensorsignale von besonderer Bedeutung, da anhand der zwischengespeicherten Sensorsignale und des wenigstens einen aktuell ermittelten Sensorsignals mathematische Operationen mit zeitlichem Bezug, insbesondere Ableitungen 1. oder 2. Ordnung, durchgeführt werden können. Daraus können Rückschlüsse auf das Bewegungsverhalten und Beschleunigungsverhalten des Messobjekts gezogen werden, die für eine Ermittlung des Zustandswerts von großer Bedeutung sind.The intermediate storage of one or more sensor signals is of particular importance for carrying out the method, since mathematical operations with a time reference, in particular derivations of the 1st or 2nd order, can be carried out using the intermediately stored sensor signals and the at least one currently determined sensor signal. From this, conclusions can be drawn about the movement behavior and acceleration behavior of the measurement object, which are of great importance for determining the status value.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung eine Abfrage von Sensorsignalen und eine Ermittlung des Bewegungsprofils in zyklischer Weise vornimmt und dass für die Ermittlung des Bewegungsprofils eine wenigstens einfache zeitliche Ableitung des Sensorsignals in der Verarbeitungseinrichtung vorgenommen wird.In a further embodiment of the method, the processing device carries out a query of sensor signals and a determination of the movement profile in a cyclic manner and that at least a simple time derivation of the sensor signal is carried out in the processing device for the determination of the movement profile.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für den Vergleich des ermittelten Bewegungsprofils mit den gespeicherten Bewegungsprofilen ein Toleranzintervall einbezogen wird, das eine maximale Abweichung zwischen dem ermittelten Bewegungsprofil und einem der gespeicherten Bewegungsprofile bestimmt, wobei eine Übereinstimmung des ermittelten Bewegungsprofils mit dem gespeicherten Bewegungsprofil festgestellt wird, wenn das Toleranzintervall nicht überschritten wird. Durch die Anwendung des Toleranzintervalls können geringfügige Abweichungen zwischen den gespeicherten Bewegungsprofilen und dem aktuell ermittelten Bewegungsprofil innerhalb eines vorgegebenen Rahmens akzeptiert werden. Dementsprechend wird durch Einbeziehung des Toleranzintervalls vermieden, dass nur in Ausnahmefällen eine Übereinstimmung zwischen dem ermittelten Bewegungsprofil und einem der gespeicherten Bewegungsprofile vorliegt, wodurch zumindest die Aussagekraft für den Zustandswert in Frage gestellt wäre.In a further embodiment of the method, it is provided that for the comparison of the determined movement profile with the stored movement profiles, a tolerance interval is included, which determines a maximum deviation between the determined movement profile and one of the stored movement profiles, with a match between the determined movement profile and the stored movement profile being determined if the tolerance interval is not exceeded. By using the tolerance interval, slight deviations between the stored movement profiles and the currently determined movement profile can be accepted within a specified framework. Accordingly, by including the tolerance interval, it is avoided that there is only a match between the determined movement profile and one of the stored movement profiles in exceptional cases, which would at least call into question the informative value for the state value.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für mehrere Sensormittel unterschiedliche Toleranzintervalle berücksichtigt werden. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn die unterschiedlichen Sensormittel auf unterschiedlichen Messverfahren mit unterschiedlicher Messqualität beruhen und/oder in unterschiedlicher Weise dem Messobjekt zugeordnet sind, so dass trotz möglicherweise gleichartiger oder identischer Messverfahren eine unterschiedliche Qualität des Messergebnisses auftritt.In a further refinement of the method, it is provided that different tolerance intervals are taken into account for a number of sensor means. This can be necessary, for example, if the different sensor means are based on different measurement methods with different measurement quality and/or are assigned to the measurement object in different ways, so that the quality of the measurement result varies despite possibly similar or identical measurement methods.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für unterschiedliche Gruppen von gespeicherten Bewegungsprofilen, insbesondere für jedes der gespeicherten Bewegungsprofile, ein unterschiedliches Toleranzintervall berücksichtigt wird. Beispielsweise können sich die Messungenauigkeiten eines Sensormittels bei unterschiedlichen Bewegungsabläufen des Messobjekts und damit verknüpften unterschiedlichen Bewegungsprofilen stark unterscheiden, so dass möglicherweise bei einem hochdynamischen Bewegungsablauf ein größeres Toleranzintervall in Kauf genommen werden muss als bei einem langsameren Bewegungsablauf.In a further refinement of the method, a different tolerance interval is taken into account for different groups of stored movement profiles, in particular for each of the stored movement profiles. For example, the measurement inaccuracies of a sensor means can differ greatly with different movement sequences of the measurement object and associated different movement profiles, so that a larger tolerance interval may have to be accepted with a highly dynamic movement sequence than with a slower movement sequence.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Fluidsystems mit einem pneumatischen Aktor sowie einem ersten und einem zweiten Positionssensor,
  • 2 eine Detaildarstellung des Positionssensors gemäß der 1,
  • 3 ein Weg-Diagramm für eine Bewegung des Fluidsystems gemäß der 1,
  • 4 ein Geschwindigkeits-Diagramm für eine Bewegung des Fluidsystems gemäß der 1, und
  • 5 ein Beschleunigungs-Diagramm für eine Bewegung des Fluidsystems gemäß der 1.
An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. This shows:
  • 1 a schematic representation of a fluid system with a pneumatic actuator and a first and a second position sensor,
  • 2 a detailed representation of the position sensor according to FIG 1 ,
  • 3 a path diagram for a movement of the fluid system according to 1 ,
  • 4 a speed diagram for a movement of the fluid system according to 1 , and
  • 5 an acceleration diagram for a movement of the fluid system according to 1 .

Das in der 1 dargestellten Fluidsystem 1 ist exemplarisch zum Antrieb einer nicht dargestellten Bewegungskomponente, beispielsweise eines Ventilschiebers eines Prozessventils, ausgebildet. Hierzu umfasst das Fluidsystem 1 einen exemplarisch als Pneumatikzylinder ausgebildeten pneumatischen Aktor 2, der für eine Bereitstellung einer Linearbewegung längs eines Bewegungswegs 5 ausgebildet ist, sowie exemplarisch zwei am Aktor 2 angebrachte Positionssensoren 3, 4, die jeweils für eine Erfassung einer Position eines Arbeitskolbens 6 und einer mit dem Arbeitskolben 6 gekoppelten Kolbenstange 7 ausgebildet sind. Für eine Bewegung des Arbeitskolbens 6 aus einer in 1 gestrichelt dargestellten Ruhestellung in eine Funktionsstellung, wie sie in der 1 mit durchgezogenen Linien für den Arbeitskolben 6 und die Kolbenstange 7 dargestellt ist, weist der Aktor 2 einen Fluidanschluss 8 auf. Der Fluidanschluss 8 is an einem Aktorgehäuse 9 angeordnet und mündet in einen Arbeitsraum 10 des Aktorgehäuses 9. Im Arbeitsraum 10 ist der Arbeitskolben 6 schiebebeweglich und abdichtend aufgenommen und bildet mit dem Aktorgehäuse 9 eine größenvariable, fluidisch mit dem Fluidanschluss 8 kommunizierende Fluidkammer, wobei die Größe dieser Fluidkammer von der Position des Arbeitskolbens 6 längs des Bewegungswegs 5 abhängt. Ferner ist im Arbeitsraum 10 abseits der Fluidkammer eine Federeinrichtung 11 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Arbeitskolben 6 in die Ruhestellung zu bewegen, sofern keine ausreichende Druckbeaufschlagung der Fluidkammer vorliegt.That in the 1 The fluid system 1 shown is designed, for example, to drive a movement component (not shown), for example a valve slide of a process valve. For this purpose, the fluid system 1 comprises a pneumatic actuator 2, designed as a pneumatic cylinder, for example, which is designed to provide a linear movement along a movement path 5, as well as two position sensors 3, 4 attached to the actuator 2, which are each used to detect a position of a working piston 6 and a piston rod 7 coupled to the working piston 6 are formed. For a movement of the working piston 6 from an in 1 dashed rest position shown in a functional position, as in the 1 shown with solid lines for the working piston 6 and the piston rod 7 , the actuator 2 has a fluid connection 8 . The fluid connection 8 is arranged on an actuator housing 9 and opens into a working chamber 10 of the actuator housing 9. In the working chamber 10, the working piston 6 is accommodated in a sliding and sealing manner and, together with the actuator housing 9, forms a fluid chamber that is variable in size and communicates fluidly with the fluid connection 8, the size of this fluid chamber from the position of the working piston 6 along the movement path 5 depends. Furthermore, a spring device 11 is arranged in the working space 10 away from the fluid chamber, which is designed to move the working piston 6 into the rest position if the fluid chamber is not pressurized sufficiently.

Eine fluidische Versorgung für den Aktor 2 erfolgt über eine rein schematisch dargestellte Ventilinsel 12, die nicht näher dargestellte fluidische und elektrische Komponenten umfasst und für eine gezielte Freigabe eines druckbeaufschlagten Fluids, insbesondere Druckluft, von einer nicht dargestellten Fluidquelle an den Aktor 2 ausgebildet ist. Ferner steht die Ventilinsel 12 über Busleitungen 15 elektrisch mit den Positionssensoren 3 und 4 in Verbindung und ist für eine Verarbeitung von Sensorsignalen dieser Positionssensoren 3 und 4 ausgebildet. Exemplarisch sind die Positionssensoren 3 und 4 als Busteilnehmer eines internen Bussystems oder eines Feldbussystems ausgebildet und kommunizieren mit der Ventilgehäuse 12 gemäß einem vorgegebenen Busprotokoll.A fluidic supply for the actuator 2 takes place via a valve terminal 12, shown purely schematically, which includes fluidic and electrical components, not shown in detail, and is designed for a targeted release of a pressurized fluid, in particular compressed air, from a fluid source, not shown, to the actuator 2. Furthermore, the valve terminal 12 is electrically connected to the position sensors 3 and 4 via bus lines 15 and is designed to process sensor signals from these position sensors 3 and 4 . By way of example, the position sensors 3 and 4 are designed as bus subscribers of an internal bus system or a field bus system and communicate with the valve housing 12 in accordance with a specified bus protocol.

Um eine Erfassung der Position des Arbeitskolbens 6 längs des Bewegungswegs 5 zu ermöglichen ist der Arbeitskolben 6 mit einem permanentmagnetischen Ringmagnet 16 ausgestattet, der beispielsweise in axialer Richtung magnetisiert ist und der für eine Bereitstellung eines magnetischen Flusses ausgebildet ist. Dieser magnetische Fluss wird von den Positionssensoren 3, 4 zumindest hinsichtlich seines Betrags, vorzugsweise hinsichtlich seines Betrags und seiner Richtung erfasst. Exemplarisch ist der Positionssensor 3 am Aktor 2 ungefähr in der Mitte des Bewegungswegs 5 angeordnet und für eine Erfassung der Position des als Messobjekt dienenden Ringmagneten 16 längs des gesamten Bewegungswegs 5 ausgebildet. Der Positionssensor 4 ist hingegen an demjenigen Endbereich des Aktors 2 angeordnet, der der Federeinrichtung 11 abgewandt ist. An diesem Endbereich des Aktors 2 treten erwartungsgemäß, insbesondere in Abhängigkeit von einer nicht dargestellten Bewegungskopplung der Kolbenstange 7 mit einer ebenfalls nicht dargestellten, zu bewegenden Komponente, die höchsten Belastungen für den Aktor 2 auftreten, insbesondere in dem Fall, dass der Arbeitskolben 6 beim Anfahren der Ruheposition aus voller Fahrt ungebremst an der Stirnwand 17 des Aktorgehäuses 9 anschlägt.In order to enable the position of the working piston 6 to be detected along the movement path 5, the working piston 6 is equipped with a permanent magnetic ring magnet 16 which is magnetized in the axial direction, for example, and which is designed to provide a magnetic flux. This magnetic flux is detected by the position sensors 3, 4 at least with regard to its amount, preferably with regard to its amount and its direction. By way of example, the position sensor 3 on the actuator 2 is arranged approximately in the middle of the movement path 5 and is designed to detect the position of the ring magnet 16 serving as the measurement object along the entire movement path 5 . In contrast, the position sensor 4 is arranged on that end region of the actuator 2 which faces away from the spring device 11 . As expected, the highest loads for the actuator 2 occur in this end region of the actuator 2, in particular as a function of a movement coupling, not shown, of the piston rod 7 with a component to be moved, also not shown, particularly in the event that the working piston 6 is moving when starting the rest position from full speed unbraked against the end wall 17 of the actuator housing 9 strikes.

Rein exemplarisch ist der Aktor 2 als einfachwirkender Aktor ausgebildet, bei dem eine Bewegung des Arbeitskolben des 6 und der damit gekoppelten Kolbenstange 7 aus der Ruhestellung in die Funktionsstellung durch Bereitstellung eines druckbeaufschlagte Fluids in den Arbeitsraum 10 erfolgt, während eine Rückstellung des Arbeitskolbens 6 und der Kolbenstange 7 aus der Funktionsstellung in die Ruhestellung allein durch die Federwirkung der Federeinrichtung 11 erfolgt.Purely as an example, the actuator 2 is designed as a single-acting actuator, in which the working piston of the 6 and the piston rod 7 coupled to it are moved from the rest position to the functional position by providing a pressurized fluid in the working chamber 10, while the working piston 6 and the Piston rod 7 from the functional position to the rest position is carried out solely by the spring action of the spring device 11.

In der 2 ist eine rein schematische Darstellung einer Aufbauweise des Positionssensors 3 gezeigt, die vorzugsweise identisch mit einer nicht dargestellten Aufbauweise des Positionssensors 4 ist. Exemplarisch ist vorgesehen, dass der Positionssensor 3 ein quaderförmiges Sensorgehäuse 20 umfasst, das die nachstehend näher beschriebenen Sensorkomponenten abdichtend umschließt und beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein kann. Im Sensorgehäuse 20 ist eine gedruckte Schaltung 21 angeordnet, auf der ein als Verarbeitungseinrichtung dienender Mikroprozessor 22 aufgebracht ist. Ferner ist auf der gedruckten Schaltung 21 neben weiteren, nicht näher dargestellten elektrischen und elektronischen Komponenten ein Kommunikationsbaustein 23 angeordnet, der für einen Datenaustausch zwischen dem Positionssensor 3 und der Ventilinsel 12 über die Busleitung 15 ausgebildet ist. Für eine vorteilhafte Ankopplung des Positionssensors 3 an die Busleitung 15 ist am Sensorgehäuse 20 eine als Steckverbinder ausgebildete elektromechanische Schnittstelle 24 vorgesehen, in die die Busleitung 15 mit einem nicht dargestellten Stecker eingesteckt werden kann, um die gewünschte elektrische Verbindung zu ermöglichen.In the 2 1 shows a purely schematic representation of a structure of the position sensor 3, which is preferably identical to a structure of the position sensor 4 that is not shown. By way of example, it is provided that the position sensor 3 comprises a cuboid sensor housing 20 which sealingly encloses the sensor components described in more detail below and can be made of a plastic material, for example. In the sensor housing 20 there is a printed circuit 21 on which a microprocessor 22 serving as a processing device is applied. Furthermore, a communication module 23 is arranged on the printed circuit 21 in addition to other electrical and electronic components not shown in detail, which is designed for data exchange between the position sensor 3 and the valve terminal 12 via the bus line 15 . For advantageous coupling of the position sensor 3 to the bus line 15, an electromechanical interface 24 designed as a plug connector is provided on the sensor housing 20, into which the bus line 15 can be plugged with a plug (not shown) in order to enable the desired electrical connection.

Unmittelbar an einer Innenoberfläche 25 des Sensorgehäuses 20 ist ein Magnetfeldsensor 26 angeordnet, der beispielsweise als Hall-Sensor, vorzugsweise als 2D-Hall-Sensor, insbesondere als 3D-Hall-Sensor, ausgebildet sein kann und der für eine Erfassung des vom Ringmagneten 16 bereitgestellten magnetischen Flusses ausgebildet ist. Der Magnetfeldsensor 26 stellt über eine Sensorleitung 27 ein Sensorsignal an den Mikroprozessor 22 bereit, das Informationen über den vom Magnetfeldsensor 26 ermittelten magnetischen Fluss, insbesondere Informationen über die Flussdichte und/oder die Flussrichtung, umfasst. Der Mikroprozessor 22 wird durch ein fest vorgegebenes oder frei programmierbares Programm in die Lage versetzt, aus dem Sensorsignal des Magnetfeldsensors 26 ein Positionssignal zu ermitteln, das vom Mikroprozessor 22 an den Kommunikationsbaustein 23 weitergegeben wird. Der Kommunikationsbaustein 23 ist dazu ausgebildet, das bereitgestellte Positionssignal in regelmäßigen oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen und somit zyklisch oder azyklisch oder gegebenenfalls auch nur auf Anfrage der über die Busleitung 15 angekoppelten Ventilinsel 12 auf die Busleitung einzukoppeln.A magnetic field sensor 26 is arranged directly on an inner surface 25 of sensor housing 20, which can be embodied, for example, as a Hall sensor, preferably as a 2D Hall sensor, in particular as a 3D Hall sensor, and which is used to detect the magnetic field provided by ring magnet 16 magnetic flux is formed. The magnetic field sensor 26 provides a sensor signal to the microprocessor 22 via a sensor line 27, which includes information about the magnetic flux determined by the magnetic field sensor 26, in particular information about the flux density and/or the flux direction. The microprocessor 22 is enabled by a fixed or freely programmable program to determine a position signal from the sensor signal of the magnetic field sensor 26, which is passed on by the microprocessor 22 to the communication module 23. The communication module 23 is designed to couple the position signal provided to the bus line at regular or irregular time intervals and thus cyclically or acyclically or possibly only upon request of the valve terminal 12 coupled via the bus line 15 .

Ferner ist der Mikroprozessor 22 dazu ausgebildet, anhand von eintreffenden Sensorsignalen des Magnetfeldsensors 26 und zwischengespeicherten, zeitlich vorgelagert ermittelten Sensorsignalen ein Bewegungsprofil für die Bewegung des Arbeitskolben des 6 und des damit gekoppelten, als Messobjekt dienenden Ringmagneten 16, zu ermitteln. Vorzugsweise sind die zwischengespeicherten Sensorsignale in einem nicht näher dargestellten Speicherbereich des Mikroprozessors 22 gespeichert. Exemplarisch wird davon ausgegangen, dass der Mikroprozessor 22 mit einem fest vorgegebenen oder gegebenenfalls variablen Arbeitstakt arbeitet und vorzugsweise in regelmäßigen Abständen Sensorsignale des Magnetfeldsensors 26 ermittelt und zu Bewegungsprofilen verarbeitet. In Abhängigkeit von einer Taktrate für den Arbeitstakt des Mikroprozessors 22 und einer Anzahl von zeitlich vorgelagerten, zwischengespeicherten Sensorsignalen, die für die Ermittlung des Bewegungsprofils einbezogen werden, sowie in Abhängigkeit von einer Bewegungsgeschwindigkeit des als Messobjekt dienenden Ringmagneten 16 umfasst ein solches Bewegungsprofil einen kleineren oder größeren Teil einer Bewegung des Messobjekts.Furthermore, the microprocessor 22 is designed to generate a movement profile for the movement of the work on the basis of incoming sensor signals from the magnetic field sensor 26 and temporarily stored sensor signals determined in advance piston of 6 and the ring magnet 16 coupled thereto and serving as the object to be measured. The temporarily stored sensor signals are preferably stored in a memory area of the microprocessor 22 that is not shown in detail. By way of example, it is assumed that the microprocessor 22 works with a fixed or possibly variable working cycle and preferably determines sensor signals of the magnetic field sensor 26 at regular intervals and processes them into movement profiles. Depending on a clock rate for the working cycle of the microprocessor 22 and a number of temporally preceding, buffered sensor signals that are included for determining the movement profile, as well as depending on a movement speed of the ring magnet 16 serving as the measurement object, such a movement profile includes a smaller or larger Part of a movement of the measurement object.

Ferner ist der Mikroprozessor 22 dazu ausgebildet, ein aktuell ermitteltes Bewegungsprofil mit einem oder mehreren in einem nicht näher dargestellten Speicherbereich des Mikroprozessors 22 abgelegten Bewegungsprofilen zu vergleichen und, gegebenenfalls unter Einbeziehung eines für das jeweilige Bewegungsprofil anzusetzenden oder für sämtliche Bewegungsprofile zugrundezulegenden Toleranzintervalls, eine Übereinstimmung mit einem der gespeicherten Bewegungsprofile zu ermitteln. Sofern der Mikroprozessor 22 unter diesen Bedingungen eine Übereinstimmung zwischen dem aktuell ermittelten Bewegungsprofil und einem gespeicherten Bewegungsprofil feststellen kann, verändert der Mikroprozessor 22 einen ebenfalls im nicht näher dargestellten Speicherbereich abgelegten Zustandswert. Dieser Zustandswert gibt Auskunft über eine Belastung des mit dem Positionssensor 3 oder 4 ausgerüsteten Aktors 2 und kann vom Mikroprozessor, insbesondere auf Anfrage der Ventilinsel 12 über die Busleitung 15, mit Hilfe des Kommunikationsbausteins 23 auf die Busleitung 15 eingekoppelt werden. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass jedem der gespeicherten Bewegungsprofile ein individueller Belastungswert zugeordnet ist, der für die jeweilige Veränderung des Zustandswerts vorgesehen ist. Nicht erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Bewegungsprofile derart gewählt sind, dass sie jeweils einen zumindest ähnlichen Verschleiß des Aktors 2 repräsentieren, so dass auf individuelle Belastungswerten verzichtet werden kann und jedes gespeicherte Bewegungsprofil bei Übereinstimmung mit dem aktuell ermittelten Bewegungsprofil zur gleichen Änderung des Zustandswerts führt.In addition, microprocessor 22 is designed to compare a currently determined movement profile with one or more movement profiles stored in a memory area of microprocessor 22 (not shown in detail) and, if necessary including a tolerance interval to be used for the respective movement profile or to be used as a basis for all movement profiles, a match with to determine one of the stored movement profiles. If, under these conditions, the microprocessor 22 can determine a match between the currently determined movement profile and a stored movement profile, the microprocessor 22 changes a status value that is also stored in the memory area, which is not shown in detail. This status value provides information about a load on the actuator 2 equipped with the position sensor 3 or 4 and can be coupled to the bus line 15 by the microprocessor, in particular upon request from the valve terminal 12 via the bus line 15, using the communication module 23. Provision can be made, for example, for each of the stored movement profiles to be assigned an individual load value which is provided for the respective change in the state value. It cannot be provided according to the invention that the movement profiles are selected in such a way that they each represent at least similar wear of the actuator 2, so that individual load values can be dispensed with and each stored movement profile leads to the same change in the state value if it matches the currently determined movement profile .

In den 3 bis 5 sind rein exemplarisch ein Weg-Diagramm mit einem Wegverlauf 30, ein Geschwindigkeits-Diagramm mit einem Geschwindigkeitsverlauf 31 und ein Beschleunigungs-Diagramm mit einem Beschleunigungsverlauf 32 für eine Bewegung des Arbeitskolbens 6, der damit gekoppelten Kolbenstange 7 sowie des als Messobjekt dienenden Ringmagneten 16 gezeigt, wie sie mit Hilfe des Positionssensors 3 erfasst werden können. Der Positionssensor 4, der lediglich für eine Überwachung eines Teilabschnitts des Bewegungswegs 5 ausgebildet ist, kann mit höherer Auflösung und daher besserer Genauigkeit für die Erfassung der kastenförmig umrandeten und mit 40 und 41 bezeichneten Bereiche in den jeweiligen Diagrammen der 3, 4 und 5 vorgesehen sein. Für die nachstehende Beschreibung der Funktionsweise der Positionssensoren 3, 4 wird lediglich auf den Positionssensor 3 eingegangen, die Funktionsweise für den Positionssensor 4 ist in den umrandeten Bereichen 40, 41 identisch.In the 3 until 5 purely by way of example, a path diagram with a path curve 30, a speed diagram with a speed curve 31 and an acceleration diagram with an acceleration curve 32 are shown for a movement of the working piston 6, the piston rod 7 coupled thereto and the ring magnet 16 serving as the measurement object, as they can be detected using the position sensor 3. The position sensor 4, which is only designed for monitoring a section of the movement path 5, can be used with a higher resolution and therefore better accuracy for the detection of the boxed areas labeled 40 and 41 in the respective diagrams 3 , 4 and 5 be provided. For the following description of the mode of operation of the position sensors 3, 4, only the position sensor 3 is discussed; the mode of operation for the position sensor 4 is identical in the bordered areas 40, 41.

Die in den Diagrammen der 3 bis 5 dargestellte Bewegung startet zum Zeitpunkt t0 in der Ruhestellung des Aktors 2 durch Bereitstellung von druckbeaufschlagte Fluid am Fluidanschluss 8. Hierdurch erfolgt eine Krafteinleitung auf den Arbeitskolben 6, der somit entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 11 in Richtung der Federeinrichtung 11 verschoben wird. Zunächst erfolgt die Bewegung des Arbeitskolbens 6 als beschleunigte Bewegung, die jedoch bei Annäherung des Arbeitskolbens an die Federeinrichtung 11 aufgrund der zunehmenden Vorspannung der Federeinrichtung 11 abgebremst wird und zum Zeitpunkt t1 zum Stillstand kommt. Nach einer Haltephase ohne Bewegung des Arbeitskolbens 6 erfolgt dann zum Zeitpunkt t2 eine Rückstellbewegung für den Arbeitskolben 6, die zum Zeitpunkt t3 endet.Those in the diagrams of 3 until 5 The movement shown starts at time t0 in the rest position of the actuator 2 by the provision of pressurized fluid at the fluid connection 8. This results in a force being applied to the working piston 6, which is thus displaced against the spring force of the spring device 11 in the direction of the spring device 11. First, the movement of the working piston 6 takes place as an accelerated movement, which, however, is decelerated when the working piston approaches the spring device 11 due to the increasing preload of the spring device 11 and comes to a standstill at time t1. After a holding phase without movement of the working piston 6, a return movement then takes place for the working piston 6 at time t2, which ends at time t3.

Beispielhaft kann der Positionssensor 3 dazu ausgebildet sein, in zyklischer Weise eine Abfrage des Magnetfeldsensors 26 durch den Mikroprozessor 22 durchzuführen und unmittelbar nach jeder erfolgten Abfrage eine Berechnung eines Bewegungsprofils auf Basis des aktuell abgefragten Sensorsignals 50 und unter Einbeziehung von drei zeitlich zurückliegenden Sensorsignalen 51, 52, 53, die in der Speichereinrichtung des Mikroprozessors 22 zwischengespeichert wurden, durchzuführen, wie dies durch die rein exemplarisch markierten Signalwerte im Diagramm gemäß der 3 dargestellt ist. Aus den aktuell und zeitlich vorausgegangen ermittelten Sensorsignalen 50, 51, 52 und 53 kann für den Weg des Arbeitskolbens 6 ein erstes Bewegungsprofil 54 berechnet werden, das in der idealisierten Darstellung der 3 exakt mit dem Wegverlauf 30 übereinstimmt. Für das Bewegungsprofil 54 ist ein Toleranzintervall vorgesehen, dessen Intervallgrenzen 55, 56 in der 3 eingezeichnet sind. Diese Intervallgrenzen 55, 56 müssen bei einem Vergleich des aktuell ermittelten Bewegungsprofils 54 mit den im Mikroprozessor 22 gespeicherten, rein exemplarischen Bewegungsprofilen 60, 61, 62 eingehalten werden, um zu dem Ergebnis zu gelangen, dass die Bewegung des Arbeitskolbens 6 mit dem Bewegungsprofil 54 einem der gespeicherten Bewegungsprofile entspricht, was beispielhaft für das Bewegungsprofil 61 der Fall ist. In diesem Fall erfolgt nach Feststellung der Übereinstimmung eine Zuordnung eines mit dem Bewegungsprofil 61 verknüpften Belastungswerts 57 zu dem im Mikroprozessor 22 gespeicherten Zustandswert, so dass ein durch dieses Bewegungsprofil am Aktor 2 auftretender Verschleiß entsprechenden Niederschlag im Zustandswert findet.For example, the position sensor 3 can be designed to query the magnetic field sensor 26 in a cyclic manner by the microprocessor 22 and immediately after each query to calculate a movement profile based on the sensor signal 50 currently being queried and including three sensor signals 51, 52 from the past , 53, which were temporarily stored in the memory device of the microprocessor 22, as indicated by the signal values marked purely as an example in the diagram according to FIG 3 is shown. A first movement profile 54 can be calculated for the path of the working piston 6 from the sensor signals 50, 51, 52 and 53 determined at the current time and in the preceding period 3 corresponds exactly to path 30. For the movement profile 54, a tolerance interval is provided, the interval limits 55, 56 in the 3 are drawn. These interval limits 55, 56 must be used purely as an example in a comparison of the currently determined movement profile 54 with those stored in the microprocessor 22 tian movement profiles 60, 61, 62 are complied with in order to arrive at the result that the movement of the working piston 6 with the movement profile 54 corresponds to one of the stored movement profiles, which is the case for the movement profile 61 by way of example. In this case, after ascertaining that they match, a load value 57 associated with the movement profile 61 is assigned to the status value stored in the microprocessor 22, so that wear and tear occurring on the actuator 2 as a result of this movement profile is reflected in the status value.

In gleicher Weise kann der Mikroprozessor 22 für andere Bereiche des Wegverlaufs 30 und durch geeignete Ableitung des Wegverlaufs 30 nach der Zeit auch für den Geschwindigkeitsverlauf 31 und den Beschleunigungsverlauf 32 geeignete Zuordnungen von Belastungswerten zu dem Zustandswert vornehmen und dadurch den Verschleiß des Aktors 2 dokumentieren. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für unterschiedliche Bewegungsprofile 60, 61, 62 auch unterschiedliche Belastungswerte angenommen werden, wie dies der 3 rein exemplarisch zu entnehmen ist. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass bei einer Feststellung von Übereinstimmungen mehrerer ermittelter Bewegungsprofile, beispielsweise bei Vorliegen von Übereinstimmungen sowohl für wegbezogene Bewegungsprofile als auch für beschleunigungsbezogene Bewegungsprofile jeweils der höhere Belastungswert dem Zustandswert zugeordnet wird, der sich aus den übereinstimmenden Bewegungsprofilen ergibt.In the same way, microprocessor 22 can also assign load values to the state value for other areas of path 30 and by appropriately deriving path 30 according to time for speed 31 and acceleration 32, thereby documenting the wear of actuator 2. According to the invention, it is provided that different load values are also assumed for different movement profiles 60, 61, 62, as is the case in FIG 3 can be taken purely as an example. In addition or as an alternative, it can be provided that if a number of movement profiles that have been determined match, for example if there are matches for both path-related movement profiles and acceleration-related movement profiles, the higher load value is assigned to the state value that results from the matching movement profiles.

Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Bewegungsprofile und die zugeordneten Belastungswerte sowie der Zustandswert über die Busleitung 15 als Parameter an den jeweiligen Positionssensor 3 oder 4 bereitgestellt werden.By way of example, it is provided that the movement profiles and the associated load values and the status value are made available via the bus line 15 as parameters to the respective position sensor 3 or 4 .

Ferner kann exemplarisch vorgesehen sein, dass ein ermittelter Zustandswert des Positionssensors 3 oder 4 in regelmäßigen Abständen oder lediglich auf Anfrage der Ventilinsel 12 an der Schnittstelle 24 durch den Kommunikationsbaustein 23 zur Verfügung gestellt wird.Furthermore, it can be provided, for example, that a determined state value of the position sensor 3 or 4 is made available to the valve terminal 12 at the interface 24 by the communication module 23 at regular intervals or only upon request.

Bei einer Variante des in 2 dargestellten Positionssensors 3 ist zusätzlich zum Magnetfeldsensor 26 ein lediglich gestrichelt dargestellter Magnetfeldsensor 28 vorgesehen, der in gleicher Weise wie der Magnetfeldsensor 26 elektrisch mit dem als Verarbeitungseinrichtung dienenden Mikroprozessor 22 verbunden ist. Somit kann der Positionssensor 3 bei dieser Variante den Bewegungsweg 5 für den als Messobjekt dienenden Ringmagneten 16 durch die beiden Magnetfeldsensoren 26, 28 erfassen. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Mikroprozessor 22 dazu ausgebildet ist, aus Sensorsignalen beider Magnetfeldsensoren 26, 28 ein gemeinsames Bewegungsprofil zu errechnen und mit gespeicherten Bewegungsprofilen zu vergleichen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Mikroprozessor 22 für jeden der Magnetfeldsensoren 26, 28 eigene Bewegungsprofile ermittelt und diese mit jeweils zugehörigen, gespeicherten Bewegungsprofilen vergleicht, um hierdurch eine verbesserte Erkennungsqualität für die ermittelten Bewegungsprofile zu gewährleisten.In a variant of the in 2 In addition to the magnetic field sensor 26, the position sensor 3 shown is provided with a magnetic field sensor 28, shown only in dashed lines, which is electrically connected in the same way as the magnetic field sensor 26 to the microprocessor 22 serving as the processing device. Thus, in this variant, the position sensor 3 can detect the movement path 5 for the ring magnet 16 serving as the measurement object using the two magnetic field sensors 26, 28. Provision can also be made for microprocessor 22 to be designed to calculate a common movement profile from sensor signals from both magnetic field sensors 26, 28 and to compare it with stored movement profiles. Alternatively, provision can be made for the microprocessor 22 to determine its own movement profile for each of the magnetic field sensors 26, 28 and to compare this with the respectively associated, stored movement profile in order to thereby ensure improved recognition quality for the movement profile determined.

Claims (9)

Positionssensor mit wenigstens einem Sensormittel (26, 28) zur Bereitstellung eines Sensorsignals in Abhängigkeit von einer Position eines Messobjekts (16) längs eines Bewegungswegs (5) und mit einer Verarbeitungseinrichtung (22) zur Verarbeitung von Sensorsignalen, wobei die Verarbeitungseinrichtung (22) zur Ermittlung von Bewegungsprofilen (54) durch Verknüpfung mehrerer Sensorsignale (50, 51, 52, 53) ausgebildet ist und eine Speichereinrichtung (22) zur Speicherung von Sensorsignalen (51, 52, 53) und Bewegungsprofilen (60, 61, 62) umfasst und wobei die Verarbeitungseinrichtung (22) für einen Vergleich von ermittelten Bewegungsprofilen (54) mit gespeicherten Bewegungsprofilen (60, 61, 62) und für eine Ermittlung wenigstens eines Zustandswerts aus dem Vergleich der Bewegungsprofile (54, 60, 61, 62) sowie für eine Anzeige des Zustandswerts und/oder für eine Bereitstellung des Zustandswerts an einer Kommunikationsschnittstelle (24) ausgebildet ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, bei Übereinstimmung des ermittelten Bewegungsprofils (54) mit einem gespeicherten Bewegungsprofil (60, 61, 62) eine Veränderung des Zustandswerts anhand eines dem gespeicherten Bewegungsprofil (60, 61, 62) zugeordneten Belastungswerts (57) vorzunehmen, wobei für unterschiedliche Bewegungsprofile (60, 61, 62) unterschiedliche Belastungswerte angenommen werden.Position sensor with at least one sensor means (26, 28) for providing a sensor signal depending on a position of a measurement object (16) along a movement path (5) and with a processing device (22) for processing sensor signals, the processing device (22) for determining of movement profiles (54) is formed by linking a plurality of sensor signals (50, 51, 52, 53) and comprises a storage device (22) for storing sensor signals (51, 52, 53) and movement profiles (60, 61, 62) and wherein the Processing device (22) for comparing determined movement profiles (54) with stored movement profiles (60, 61, 62) and for determining at least one status value from the comparison of the movement profiles (54, 60, 61, 62) and for displaying the status value and/or is designed to provide the state value at a communication interface (24), the processing device (22) being designed to change the state value if the determined movement profile (54) matches a stored movement profile (60, 61, 62). based on a load value (57) assigned to the stored movement profile (60, 61, 62), different load values being assumed for different movement profiles (60, 61, 62). Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensormittel (26, 28) längs des Bewegungswegs (5) angeordnet sind und jeweils für eine Ermittlung der Position des Messobjekts (16) längs eines Teilabschnitts des Bewegungswegs (5) ausgebildet sind und dass die Verarbeitungseinrichtung (22) für eine individuelle Verarbeitung von Sensorsignalen der unterschiedlichen Sensormittel (26, 28) zu individuellen Bewegungsprofilen sowie zum Vergleich der individuellen Bewegungsprofile mit individuell zugeordneten, gespeicherten Bewegungsprofilen ausgebildet ist.position sensor claim 1 , characterized in that a plurality of sensor means (26, 28) are arranged along the movement path (5) and are each designed to determine the position of the measurement object (16) along a section of the movement path (5) and that the processing device (22) for individual processing of sensor signals from the different sensor means (26, 28) to form individual movement profiles and to compare the individual movement profiles with individually assigned, stored movement profiles. Positionssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensormittel (26, 28) als Magnetfeldsensor, insbesondere als Hall-Sensor, ausgebildet ist und/oder dass die Verarbeitungseinrichtung (22) für eine zyklische Abfrage und Verarbeitung des Sensorsignals sowie für eine zyklische oder von einem Abfragesignal an der Kommunikationsschnittstelle (24) abhängigen Bereitstellung des Zustandswerts ausgebildet ist.position sensor claim 1 or 2 , characterized in that at least one sensor means (26, 28) is designed as a magnetic field sensor, in particular as a Hall sensor, and/or that the processing device (22) for cyclical querying and processing of the sensor signal and for cyclical provision or provision that is dependent on a query signal at the communication interface (24). of the state value is formed. Positionssensor nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (22) für eine Ermittlung eines nachfolgenden Bewegungsprofils aus einem aktuell ermittelten Bewegungsprofil ausgebildet ist.Position sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (22) is designed to determine a subsequent movement profile from a currently determined movement profile. Verfahren zum Betreiben eines Positionssensors, der wenigstens ein Sensormittel (26, 28) zur Bereitstellung eines Sensorsignals (50) in Abhängigkeit von einer Position eines Messobjekts (16) längs eines Bewegungswegs (5) aufweist, mit den Schritten: Bereitstellen des Sensorsignals an eine Verarbeitungseinrichtung (22) und Verknüpfung des Sensorsignals (50) mit einem oder mehreren zeitlich vorausgehend ermittelten und zwischengespeicherten Sensorsignalen (51, 52, 53) zur Ermittlung eines Bewegungsprofils (54) des Messobjekts (16), Vergleichen des ermittelten Bewegungsprofils (54) mit gespeicherten Bewegungsprofilen (60, 61, 62), Veränderung wenigstens eines Zustandswerts bei Vorliegen einer Übereinstimmung zwischen dem ermittelten Bewegungsprofil (54) und einem der gespeicherten Bewegungsprofile (60, 61, 62) und Anzeigen des Zustandswerts an einer Anzeigeeinrichtung und/oder Bereitstellen des Zustandswerts an einer Kommunikationsschnittstelle (24), wobei jedem der gespeicherten Bewegungsprofile (60, 61, 62) ein individueller Belastungswert zugeordnet ist, der für die jeweilige Veränderung des Zustandswerts vorgesehen ist.Method for operating a position sensor, which has at least one sensor means (26, 28) for providing a sensor signal (50) depending on a position of a measurement object (16) along a movement path (5), with the steps: providing the sensor signal to a processing device (22) and linking the sensor signal (50) with one or more sensor signals (51, 52, 53) determined in advance and temporarily stored in order to determine a movement profile (54) of the measurement object (16), comparing the determined movement profile (54) with stored movement profiles (60, 61, 62), changing at least one status value if there is a match between the determined movement profile (54) and one of the stored movement profiles (60, 61, 62) and displaying the status value on a display device and/or providing the status value on a Communication interface (24), each of the stored movement profiles (60, 61, 62) being assigned an individual load value which is provided for the respective change in the state value. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (22) eine Abfrage von Sensorsignalen (50, 51, 52, 53) und eine Ermittlung des Bewegungsprofils (54) in zyklischer Weise vornimmt und dass für die Ermittlung des Bewegungsprofils (54) eine wenigstens einfache zeitliche Ableitung des Sensorsignals (50, 51, 52, 53) in der Verarbeitungseinrichtung (22) vorgenommen wird.procedure after claim 5 , characterized in that the processing device (22) carries out a query of sensor signals (50, 51, 52, 53) and a determination of the movement profile (54) in a cyclic manner and that for the determination of the movement profile (54) an at least simple time derivation of the sensor signal (50, 51, 52, 53) in the processing device (22). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Vergleich des ermittelten Bewegungsprofils (54) mit den gespeicherten Bewegungsprofilen (60, 61, 62) ein Toleranzintervall (55, 56) einbezogen wird, das eine maximale Abweichung zwischen dem ermittelten Bewegungsprofil (54) und einem der gespeicherten Bewegungsprofile (60, 61, 62) bestimmt, wobei eine Übereinstimmung des ermittelten Bewegungsprofils (54) mit dem gespeicherten Bewegungsprofil (60, 61, 62) festgestellt wird, wenn das Toleranzintervall (55, 56) nicht überschritten wird.procedure after claim 5 or 6 , characterized in that a tolerance interval (55, 56) is included for the comparison of the determined movement profile (54) with the stored movement profiles (60, 61, 62), which has a maximum deviation between the determined movement profile (54) and one of the stored Movement profiles (60, 61, 62) are determined, with a match between the determined movement profile (54) and the stored movement profile (60, 61, 62) being established if the tolerance interval (55, 56) is not exceeded. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Sensormittel unterschiedliche Toleranzintervalle berücksichtigt werden.procedure after claim 7 , characterized in that different tolerance intervals are taken into account for several sensor means. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedliche Gruppen von gespeicherten Bewegungsprofilen, insbesondere für jedes der gespeicherten Bewegungsprofile, ein unterschiedliches Toleranzintervall berücksichtigt wird.procedure after claim 7 or 8th , characterized in that a different tolerance interval is taken into account for different groups of stored movement profiles, in particular for each of the stored movement profiles.
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