DE102016215635A1

DE102016215635A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Drehzahl eines rotierenden Walzenkörpers

Info

Publication number: DE102016215635A1
Application number: DE102016215635.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Bakucz; Minelik Gebru
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2036-08-20
Also published as: US11567099B2; DE102016215635B4; CN109642914B; CN109642914A; US20210285979A1; WO2018033473A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer Drehzahl (n) eines um eine Rotationsachse (102) rotierenden Walzenkörpers (100), wobei die Vorrichtung (10) eine elektronische Verarbeitungseinheit (20) aufweist und am Walzenkörper (100) befestigbar ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung (10) einen wenigstens einachsigen Beschleunigungssensor (30) aufweist, und dass die Verarbeitungseinheit (20) dazu eingerichtet ist, ein Beschleunigungssignal (32) einer Beschleunigung in einer ersten Richtung innerhalb einer ersten Zeitspanne (T1) mittels des Beschleunigungssensors (30) zu erfassen. Hierbei ist die Vorrichtung (10) derartig am Walzenkörper (100) anbringbar, dass die erste Richtung in einer radialen Richtung zur Rotationsachse (102) des Walzenkörpers (100) verläuft oder dass die erste Richtung senkrecht zur Rotationsachse (102) und der radialen Richtung ausgerichtet ist. Zudem ist die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, das erfasste Beschleunigungssignal (32) tiefpasszufiltern und hochpasszufiltern, insbesondere adaptiv hochpasszufiltern, um ein gefiltertes Beschleunigungssignal (33) zu erhalten. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet, eine Frequenz (f) des gefilterten Beschleunigungssignals (33) zu ermitteln, wobei diese Frequenz (f) der Drehzahl (n) des Walzenkörpers (100) entspricht. Die Erfindung betrifft zudem einen Walzenkörper (100) mit zumindest einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) sowie ein Verfahren zur Bestimmung einer Drehzahl (n) eines um eine Rotationsachse (102) rotierenden Walzenkörpers (100).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehzahl eines um eine Rotationsachse rotierenden Walzenkörpers, wobei die Vorrichtung eine Verarbeitungseinheit aufweist und am Walzenkörper befestigbar ist.
Solch eine Vorrichtung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2007 018 238 A1 offenbart. In dieser Schrift wird ein Magnet an einem rotierenden Objekt befestigt und die Drehzahl des rotierenden Objekts dann derart bestimmt, dass bei jeder Umdrehung des Objekts ein Impuls mittels eines Sensorelements, beispielsweise ein Hall-Sensor, erfasst wird, wobei aus der Zeitspanne zwischen zwei Impulsen auf die Drehzahl des Objekts geschlossen werden kann. Das rotierende Objekt könnte beispielsweise ein Walzenkörper sein.
Die Erfindung betrifft zudem einen Walzenkörper mit zumindest einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Bestimmung einer Drehzahl eines um eine Rotationsachse rotierenden Walzenkörper.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehzahl eines um eine Rotationsachse rotierenden Walzenkörpers, wobei die Vorrichtung eine elektronische Verarbeitungseinheit aufweist und am Walzenkörper befestigbar ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung einen wenigstens einachsigen Beschleunigungssensor aufweist, und dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, ein Beschleunigungssignal einer Beschleunigung in einer ersten Richtung innerhalb einer ersten Zeitspanne mittels des Beschleunigungssensors zu erfassen. Hierbei ist die Vorrichtung derartig am Walzenkörper anbringbar, dass die erste Richtung in einer radialen Richtung zur Rotationsachse des Walzenkörpers verläuft oder dass die erste Richtung senkrecht zur Rotationsachse und der radialen Richtung ausgerichtet ist. Zudem ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, das erfasste Beschleunigungssignal tiefpasszufiltern und hochpasszufiltern, insbesondere adaptiv hochpasszufiltern, um ein gefiltertes Beschleunigungssignal zu erhalten. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, eine Frequenz des gefilterten Beschleunigungssignals zu ermitteln, wobei diese Frequenz der Drehzahl des Walzenkörpers entspricht. Vorteilhaft ist hierbei, dass ein Beschleunigungssensor sehr klein ausgestaltet werden kann und hierdurch eine kompakte Bauweise der Vorrichtung ermöglicht. Zudem kann die Vorrichtung auch die Drehzahl von metallischen Walzenkörpern exakt bestimmen, da das Messergebnis des Beschleunigungssensors im Vergleich zu einem Magnetfeldsensor kaum oder gar nicht vom metallischen Walzenkörper beeinflusst wird. Aufgrund der Filterung kann zudem ein kostengünstiger Beschleunigungssensor genutzt werden, welcher ein gewisses Rauschen aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, eine zweite Zeitspanne zwischen k benachbarten Nulldurchgängen des gefilterten Beschleunigungssignals zu bestimmen und in Abhängigkeit von der zweiten Zeitspanne die Frequenz zu ermitteln, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die zweite Zeitspanne k minus eins halbe Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals darstellt. Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Möglichkeit darstellt, die Drehzahl des Walzenkörpers zu bestimmen, wobei dies insbesondere für einigermaßen konstante Drehzahlen gilt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, eine dritte Zeitspanne zwischen k benachbarten Maxima oder Minima des gefilterten Beschleunigungssignals zu bestimmen und in Abhängigkeit von der dritten Zeitspanne die Frequenz zu ermitteln, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die dritte Zeitspanne k minus eins Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals darstellt. Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Möglichkeit darstellt, die Drehzahl des Walzenkörpers zu bestimmen, wobei dies insbesondere für einigermaßen konstante Drehzahlen gilt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, das gefilterte Beschleunigungssignal mathematisch zeitlich abzuleiten, ein Absolutwertsignal aus dem zeitlich abgeleiteten Beschleunigungssignal zu bestimmen und das Absolutwertsignal gleitend mit einer Zeitkonstante zu mitteln, und wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, eine vierte Zeitspanne zwischen k benachbarten Maxima des gleitend gemittelten Absolutwertsignals zu bestimmen und in Abhängigkeit von der vierten Zeitspanne die Frequenz zu ermitteln, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die vierte Zeitspanne k minus eins halbe Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals darstellt. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Drehzahl auch bei schnellen Drehzahländerungen bestimmt werden kann. Zudem kann durch die Ableitung, Absolutwertbildung und Glättung mittels des gleitenden Mittelwerts das gefilterte Beschleunigungssignal noch besser aufbereitet werden, um hieraus die genaue Drehzahl bestimmen zu können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, ein Trigger-Signal zu erfassen und bei Erfassung eines solchen Trigger-Signals die Drehzahl zu bestimmen. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Drehzahlbestimmung gezielt ausgelöst werden kann, wenn hierfür Bedarf besteht. Hierbei sowohl ein externes als auch ein internes Trigger-Signal möglich.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine, insbesondere drahtlose, Kommunikationseinheit aufweist, wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die bestimmte Drehzahl mittels der Kommunikationseinheit auszusenden.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine externe Einheit die Drehzahl empfangen und weiter auswerten kann.
Die Erfindung betrifft zudem ein Walzenkörper mit zumindest einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Drehzahl des Walzenkörpers einfach bestimmt werden kann. Zudem kann die Vorrichtung auch die Drehzahl eines metallischen Walzenkörpers exakt bestimmen, da das Messergebnis des Beschleunigungssensors im Vergleich zu einem Magnetfeldsensor kaum oder gar nicht vom metallischen Walzenkörper beeinflusst wird.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Bestimmung einer Drehzahl eines rotierenden Walzenkörpers, mit wenigstens folgenden Verfahrensschritten:

a. Erfassen eines Beschleunigungssignals einer Beschleunigung in einer ersten Richtung innerhalb einer ersten Zeitspanne mittels eines am Walzenkörper befestigten, wenigstens einachsigen Beschleunigungssensors, wobei die erste Richtung in einer radialen Richtung zur Rotationsachse des Walzenkörpers verläuft oder wobei die erste Richtung senkrecht zur Rotationsachse und der radialen Richtung ausgerichtet ist,
b. Tiefpassfiltern und Hochpassfiltern, insbesondere adaptives Hochpassfiltern, des erfassten Beschleunigungssignals, um ein gefiltertes Beschleunigungssignal zu erhalten,
c. Ermitteln einer Frequenz des gefilterten Beschleunigungssignals, wobei diese Frequenz der Drehzahl des Walzenkörpers entspricht.

Vorteilhaft ist hierbei, dass ein Beschleunigungssensor sehr klein ausgestaltet werden kann und hierdurch eine kompakte Bauweise der Vorrichtung ermöglicht. Zudem kann die Vorrichtung auch die Drehzahl von metallischen Walzenkörpern exakt bestimmen, da das Messergebnis des Beschleunigungssensors im Vergleich zu einem Magnetfeldsensor kaum oder gar nicht vom metallischen Walzenkörper beeinflusst wird. Aufgrund der Filterung kann zudem ein kostengünstiger Beschleunigungssensor genutzt werden, welcher ein gewisses Rauschen aufweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Verfahrensschritt c eine zweite Zeitspanne zwischen k benachbarten Nulldurchgängen des gefilterten Beschleunigungssignals bestimmt wird und anschließend in Abhängigkeit von der zweiten Zeitspanne die Frequenz ermittelt wird, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die zweite Zeitspanne k minus eins halbe Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals darstellt. Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Möglichkeit darstellt, die Drehzahl des Walzenkörpers zu bestimmen, wobei dies insbesondere für einigermaßen konstante Drehzahlen gilt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Verfahrensschritt c eine dritte Zeitspanne zwischen k benachbarten Maxima oder Minima des gefilterten Beschleunigungssignals bestimmt wird und anschließend in Abhängigkeit von der dritten Zeitspanne die Frequenz ermittelt wird, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die dritte Zeitspanne k minus eins Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals darstellt. Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Möglichkeit darstellt, die Drehzahl des Walzenkörpers zu bestimmen, wobei dies insbesondere für einigermaßen konstante Drehzahlen gilt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Verfahrensschritt c das gefilterte Beschleunigungssignal mathematisch zeitlich abgeleitet wird, daraufhin ein Absolutwertsignal aus dem zeitlich abgeleiteten Beschleunigungssignal bestimmt wird und das Absolutwertsignal gleitend mit einer Zeitkonstante gemittelt wird, und anschließend eine vierte Zeitspanne zwischen k benachbarten Maxima des gleitend gemittelten Absolutwertsignals bestimmt wird und in Abhängigkeit von der vierten Zeitspanne die Frequenz ermittelt wird, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die fünfte Zeitspanne k minus eins halbe Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals darstellt. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Drehzahl auch bei schnellen Drehzahländerungen bestimmt werden kann. Zudem kann durch die Ableitung, Absolutwertbildung und Glättung mittels des gleitenden Mittelwerts das gefilterte Beschleunigungssignal noch besser aufbereitet werden, um hieraus die genaue Drehzahl bestimmen zu können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass vor dem Verfahrensschritt a ein Verfahrensschritt a₀ durchgeführt wird, in welchem geprüft wird, ob ein Trigger-Signal erfasst wurde, und nur in diesem Fall mit dem Verfahrensschritt a fortgefahren wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Drehzahlbestimmung gezielt ausgelöst werden kann, wenn hierfür Bedarf besteht. Hierbei sowohl ein externes als auch ein internes Trigger-Signal möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Verfahrensschritt c ein Verfahrensschritt d durchgeführt wird, in welchem die bestimmte Drehzahl mittels einer, insbesondere drahtlosen, Kommunikationseinheit ausgesendet wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine externe Einheit die Drehzahl empfangen und weiter auswerten kann.
Zeichnungen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehzahl eines um eine Rotationsachse rotierenden Walzenkörpers.
2 zeigt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche an einem Walzenkörper befestigt ist.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Drehzahl eines rotierenden Walzenkörpers.
4 zeigt einen typischen zeitlichen Verlauf eines mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfassten Beschleunigungssignals und eines daraus gefilterten Beschleunigungssignals.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehzahl eines um eine Rotationsachse rotierenden Walzenkörpers. Dargestellt ist eine Vorrichtung 10, welche eine elektronische Verarbeitungseinheit 20 und einen wenigstens einachsigen Beschleunigungssensor 30 aufweist. Die Verarbeitungseinheit 20 kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgestaltet sein. Dabei ist der Beschleunigungssensor 30 derartig mit der Verarbeitungseinheit 20 verbunden, dass die Verarbeitungseinheit 20 wenigstens ein Beschleunigungssignal 32 einer Beschleunigung in einer ersten Richtung erfassen kann. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet, mittels eines Tiefpassfilters und eines Hochpassfilters ein gefiltertes Beschleunigungssignal 33 aus dem erfassten Beschleunigungssignal 32 zu bestimmen, und zudem eine Frequenz f des gefilterten Beschleunigungssignals 33 zu ermitteln, wobei diese Frequenz f einer Drehzahl n eines rotierenden Walzenkörpers 100 entspricht, an welchem die Vorrichtung 10 befestigbar ist. Optional weist die Vorrichtung 10 eine drahtlose Kommunikationseinheit 40 auf. Die Kommunikationseinheit 40 ist beispielsweise eine Bluetooth- oder WLAN-Einheit und insbesondere bidirektional mit der Verarbeitungseinheit 20 verbunden. Hierbei ist die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet, mittels der Kommunikationseinheit 40 die bestimmte Drehzahl n auszusenden sowie ein Trigger-Signal 25 zu empfangen. Das Trigger-Signal 25 stellt einen Befehl zur Bestimmung der Drehzahl n dar. Optional kann das Trigger-Signal 25 auch von einem nicht dargestellten Sensor ausgegeben und entsprechend von der Verarbeitungseinheit 20 erfasst werden, wenn beispielsweise ein Messwert des Sensors einen Schwellenwert überschreitet.
2 zeigt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche an einem Walzenkörper befestigt ist. Dargestellt ist ein Walzenkörper 100, welcher um eine Rotationsachse 102 rotierbar ist. Anstatt eines Walzenkörpers ist auch jedes andere rotierende Objekt, wie beispielsweise ein Reifen, denkbar. Die Vorrichtung 10, beispielsweise ausgestaltet gemäß 1, ist an einer Stirnseite 101 des Walzenkörpers 100 derartig befestigt, dass der wenigstens einachsige Beschleunigungssensor 30 eine Beschleunigung in einer ersten Richtung erfassen kann. Diese erste Richtung verläuft entweder in radialer Richtung zur Rotationsachse 102, wobei dies hier einer z-Richtung entspricht, oder aber sowohl senkrecht zur Rotationsachse 102 als auch zur radialen Richtung, wobei dies hier einer x-Richtung entspricht. Dreht sich der Walzenkörper 100, so dreht sich auch die Vorrichtung 10 mit dem Walzenkörper 100 mit, wodurch das x-z-Koordinatensystem ebenfalls gedreht wird. Alternativ kann die Vorrichtung 10 auch im Walzenkörper 100 angeordnet sein, solange die Beschleunigung in die erste Richtung erfasst werden kann.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Drehzahl eines rotierenden Walzenkörpers. Zuerst wird in einem Verfahrensschritt a ein Beschleunigungssignal 32 einer Beschleunigung in einer ersten Richtung innerhalb einer ersten Zeitspanne T1 mittels eines am Walzenkörper 100 befestigten, wenigstens einachsigen Beschleunigungssensors 30 erfasst, wobei die erste Richtung in einer radialen Richtung zur Rotationsachse 102 des Walzenkörpers 100 verläuft oder wobei die erste Richtung senkrecht zur Rotationsachse 102 und der radialen Richtung ausgerichtet ist. Verglichen mit der 2 wird die Beschleunigung also entweder in x- oder in z-Richtung erfasst. In einem Verfahrensschritt b wird daraufhin das erfasste Beschleunigungssignal 32 tiefpassgefiltert und anschließend hochpassgefiltert, wodurch ein gefiltertes Beschleunigungssignal 33 erhalten wird. Insbesondere wird das erfasste Beschleunigungssignal 32 adaptiv hochpassgefiltert. Dies bedeutet, dass die Filterkonstanten in Abhängigkeit von dem zu filternden Signal angepasst werden. In einem Verfahrensschritt c wird dann eine Frequenz f des gefilterten Beschleunigungssignals 33 ermittelt, wobei diese Frequenz f der Drehzahl n des Walzenkörpers 100 entspricht. Zur Ermittlung der Frequenz f sind mehrere Alternativen denkbar. So kann beispielsweise eine zweite Zeitspanne T2 zwischen k benachbarten Nulldurchgängen des gefilterten Beschleunigungssignals 33 bestimmt werden und in Abhängigkeit von der zweiten Zeitspanne T2 dann die Frequenz bestimmt werden. Hierfür kann angenommen werden, dass die zweite Zeitspanne T2 k minus eins halben Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals 33 entspricht. Wird beispielsweise die zweite Zeitspanne T2 zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen bestimmt, entspricht diese zweite Zeitspanne T2 genau einer halben Periodendauer des gefilterten Beschleunigungssignals 33. Die Frequenz f lässt sich dann einfach bestimmen, indem aus der halben Periodendauer zuerst eine ganze Periodendauer und anschließend der Kehrwert der Periodendauer berechnet werden. Alternativ hierzu kann beispielsweise eine dritte Zeitspanne T3 zwischen k benachbarten Maxima oder aber zwischen k benachbarten Minima des gefilterten Beschleunigungssignals 33 bestimmt werden. Die dritte Zeitspanne T3 entspricht hierbei k minus eins vollen Periodendauern. Entsprechend kann dann die Frequenz f wie zuvor durch bilden des Kehrwerts einer Periodendauer ermittelt werden. In einer weiteren Alternative wird das gefilterte Beschleunigungssignal 33 zeitlich abgeleitet. Anschließend wird das abgeleitete Beschleunigungssignal in ein Absolutwertsignal umgeformt, wobei dies geschieht, indem von den Werten des abgeleiteten Beschleunigungssignals jeweils der Betrag gebildet wird, wodurch das Absolutwertsignal nur noch positive Werte aufweist. Hierdurch wird die maximale Empfindlichkeit des Verfahrens reduziert. Anschließend wird das Absolutwertsignal gleitend mit einer Zeitkonstante gemittelt. Die Bildung des gleitenden Mittelwerts dient hierbei zur Glättung des Signals. Die Zeitkonstante kann dabei derartig gewählt werden, dass schnelle Drehzahländerung berücksichtigt werden können. Eine typische Zeitkonstante liegt beispielsweise bei 150ms. Die Tiefpassfilterung, Hochpassfilterung und anschließende mathematische, zeitliche Ableitung des Signals stellen zusammen eine Art Bandpassfilter dar, welcher beispielsweise ein Signal mit einer Frequenz zwischen 5 und 15Hz durchlässt. Hierdurch wird der Einfluss von Rauschen, Interferenzen oder durch einen Drift des Signals minimiert, um ein möglichst exakte Drehzahlbestimmung durchführen zu können. Die Filter sind hierbei als schnelle Echtzeit-Rekursiv-Filter ausgestaltet und nutzen ganzzahlige Koeffizienten. Optional läuft vor dem Verfahrensschritt a noch ein Verfahrensschritt a₀ ab, in welchem geprüft wird, ob ein Trigger-Signal 25 mittels der Verarbeitungseinheit 20 erfasst wurde. Ist dies der Fall, wird mit dem Verfahrensschritt a fortgefahren. Wurde jedoch kein Trigger-Signal 25 erfasst, kann das Verfahren beendet. Optional läuft nach dem Verfahrensschritt c noch ein Verfahrensschritt d ab, in welchem die ermittelte Frequenz f bzw. die Drehzahl n mittels der Kommunikationseinheit 40 von der Verarbeitungseinheit 20, insbesondere drahtlos, ausgesendet wird.
4 zeigt einen typischen zeitlichen Verlauf eines mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfassten Beschleunigungssignals und eines daraus gefilterten Beschleunigungssignals. Zu sehen ist ein Beschleunigungs-Zeit-Diagramm, in welchem ein innerhalb einer ersten Zeitspanne T1 erfasstes Beschleunigungssignal 32 dargestellt ist. Das Beschleunigungssignal 32 alterniert um einen Mittelwert ā mit einer Frequenz f. Diese Mittelwert ā kommt von der Rotationskraft welche auf die Vorrichtung 10 wirkt, wenn der Walzenkörper 100 rotiert. Dagegen entsteht der alternierende Anteil des erfassten Beschleunigungssignals 32 aufgrund des sich drehenden Koordinatensystems der Vorrichtung 10, weshalb hier die Gravitationskraft das erfasste Beschleunigungssignal derartig beeinflusst. Das erfasste Beschleunigungssignal 32 könnte allerdings auch noch einen nicht dargestellten Drift aufweisen und sich so über die Zeit weiter von der Grundlinie entfernen. Das dargestellte, erfasste Beschleunigungssignal 32 kann beispielsweise eine Beschleunigung gemäß 2 in x-Richtung darstellen, welche vom Beschleunigungssensor 30 gemessen wird. Ein entsprechendes Beschleunigungssignal einer Beschleunigung in z-Richtung würde dagegen um 90° verschoben zu dem dargestellten Beschleunigungssignal 32 verlaufen. Durch die Tiefpassfilterung und Hochpassfilterung erhält man aus dem erfassten Beschleunigungssignal 32 ein gefiltertes Beschleunigungssignal 33. Das gefilterte Beschleunigungssignal 33 weist gegenüber dem erfassten Beschleunigungssignal 32 ein geringeres Rauschen auf. Zudem wurde der konstante Teil des erfassten Beschleunigungssignals 32 entfernt. Es ist eine zweite Zeitspanne T2 zwischen zwei benachbarten Nullstellen des gefilterten Beschleunigungssignals 33 dargestellt. Diese zweite Zeitspanne T2 stellt hierbei eine halbe Periodendauer des gefilterten Beschleunigungssignals 33 dar. Zudem ist eine dritte Zeitspanne T3 zwischen zwei benachbarten Minima dargestellt, welche eine ganze Periodendauer des gefilterten Beschleunigungssignals 33 darstellt. Eine entsprechende dritte Zeitspanne T3 könnte auch zwischen zwei benachbarten Maxima aufgezeigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007018238 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer Drehzahl (n) eines um eine Rotationsachse (102) rotierenden Walzenkörpers (100), wobei die Vorrichtung (10) eine elektronische Verarbeitungseinheit (20) aufweist und am Walzenkörper (100) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) einen wenigstens einachsigen Beschleunigungssensor (30) aufweist, und dass die Verarbeitungseinheit (20) dazu eingerichtet ist, ein Beschleunigungssignal (32) einer Beschleunigung in einer ersten Richtung innerhalb einer ersten Zeitspanne (T1) mittels des Beschleunigungssensors (30) zu erfassen, wobei die Vorrichtung (10) derartig am Walzenkörper (100) anbringbar ist, dass die erste Richtung in einer radialen Richtung zur Rotationsachse (102) des Walzenkörpers (100) verläuft oder dass die erste Richtung senkrecht zur Rotationsachse (102) und der radialen Richtung ausgerichtet ist, und wobei die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, das erfasste Beschleunigungssignal (32) tiefpasszufiltern und hochpasszufiltern, insbesondere adaptiv hochpasszufiltern, um ein gefiltertes Beschleunigungssignal (33) zu erhalten, und wobei die Verarbeitungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, eine Frequenz (f) des gefilterten Beschleunigungssignals (33) zu ermitteln, wobei diese Frequenz (f) der Drehzahl (n) des Walzenkörpers (100) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (20) dazu eingerichtet ist, eine zweite Zeitspanne (T2) zwischen k benachbarten Nulldurchgängen des gefilterten Beschleunigungssignals (33) zu bestimmen und in Abhängigkeit von der zweiten Zeitspanne (T2) die Frequenz (f) zu ermitteln, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die zweite Zeitspanne (T2) k minus eins halbe Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals (33) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (20) dazu eingerichtet ist, eine dritte Zeitspanne (T3) zwischen k benachbarten Maxima oder Minima des gefilterten Beschleunigungssignals (33) zu bestimmen und in Abhängigkeit von der dritten Zeitspanne (T3) die Frequenz (f) zu ermitteln, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die dritte Zeitspanne (T3) k minus eins Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals (33) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (20) dazu eingerichtet ist, das gefilterte Beschleunigungssignal (33) mathematisch zeitlich abzuleiten, ein Absolutwertsignal aus dem zeitlich abgeleiteten Beschleunigungssignal zu bestimmen und das Absolutwertsignal gleitend mit einer Zeitkonstante zu mitteln, und wobei die Verarbeitungseinheit (20) dazu eingerichtet ist, eine vierte Zeitspanne (T4) zwischen k benachbarten Maxima des gleitend gemittelten Absolutwertsignals zu bestimmen und in Abhängigkeit von der vierten Zeitspanne (T4) die Frequenz (f) zu ermitteln, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die vierte Zeitspanne (T4) k minus eins halbe Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals (33) darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (20) dazu eingerichtet ist, ein Trigger-Signal (25) zu erfassen und bei Erfassung eines solchen Trigger-Signals (25) die Drehzahl (n) zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine, insbesondere drahtlose, Kommunikationseinheit (40) aufweist, wobei die Verarbeitungseinheit (20) dazu eingerichtet ist, die bestimmte Drehzahl (n) mittels der Kommunikationseinheit (40) auszusenden.
Walzenkörper mit zumindest einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Bestimmung einer Drehzahl (n) eines um eine Rotationsachse (102) rotierenden Walzenkörpers (100), mit den Verfahrensschritten: a. Erfassen eines Beschleunigungssignals (32) einer Beschleunigung in einer ersten Richtung innerhalb einer ersten Zeitspanne (T1) mittels eines am Walzenkörper (100) befestigten, wenigstens einachsigen Beschleunigungssensors (30), wobei die erste Richtung in einer radialen Richtung zur Rotationsachse (102) des Walzenkörpers (100) verläuft oder wobei die erste Richtung senkrecht zur Rotationsachse (102) und der radialen Richtung ausgerichtet ist, b. Tiefpassfiltern und Hochpassfiltern, insbesondere adaptives Hochpassfiltern, des erfassten Beschleunigungssignals (32), um ein gefiltertes Beschleunigungssignal (33) zu erhalten, c. Ermitteln einer Frequenz (f) des gefilterten Beschleunigungssignals (33), wobei diese Frequenz (f) der Drehzahl (n) des Walzenkörpers (100) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt c eine zweite Zeitspanne (T2) zwischen k benachbarten Nulldurchgängen des gefilterten Beschleunigungssignals (33) bestimmt wird und anschließend in Abhängigkeit von der zweiten Zeitspanne (T2) die Frequenz (f) ermittelt wird, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die zweite Zeitspanne (T2) k minus eins halbe Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals (33) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt c eine dritte Zeitspanne (T3) zwischen k benachbarten Maxima oder Minima des gefilterten Beschleunigungssignals (33) bestimmt wird und anschließend in Abhängigkeit von der dritten Zeitspanne (T3) die Frequenz (f) ermittelt wird, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die dritte Zeitspanne (T3) k minus eins Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals (33) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt c das gefilterte Beschleunigungssignal (33) mathematisch zeitlich abgeleitet wird, daraufhin ein Absolutwertsignal aus dem zeitlich abgeleiteten Beschleunigungssignal bestimmt wird und das Absolutwertsignal gleitend mit einer Zeitkonstante gemittelt wird, und anschließend eine vierte Zeitspanne (T4) zwischen k benachbarten Maxima des gleitend gemittelten Absolutwertsignals bestimmt wird und in Abhängigkeit von der vierten Zeitspanne (T4) die Frequenz (f) ermittelt wird, wobei k eine positive ganze Zahl ist und die fünfte Zeitspanne (T3) k minus eins halbe Periodendauern des gefilterten Beschleunigungssignals (33) darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt a ein Verfahrensschritt a₀ durchgeführt wird, in welchem geprüft wird, ob ein Trigger-Signal (25) erfasst wurde, und in Abhängigkeit des Trigger-Signals (25) mit dem Verfahrensschritt a fortgefahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt c ein Verfahrensschritt d durchgeführt wird, in welchem die bestimmte Drehzahl (n) mittels einer, insbesondere drahtlosen, Kommunikationseinheit (40) ausgesendet wird.