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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoreinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine Sensoreinrichtung zum Erfassen mindestens einer physikalischen Größe eines Felds einer Felderzeugungsvorrichtung, mit Felderfassungsmitteln, die zum kontaktlosen Erfassen der mindestens einen physikalischen Größe des Feldes und zur Bereitstellung von Sensorsignalpegeln in Abhängigkeit von der erfassten physikalische Größe ausgebildet sind, und mit einer Verarbeitungseinrichtung, die zur Verarbeitung von erfassten Sensorsignalgruppen, die von den Sensorsignalpegeln der Felderfassungsmittel gebildet sind, ausgebildet ist.
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Derartige Sensoreinrichtungen sind in Antriebssystemen von automatisierten Fertigungsanlagen im Einsatz. Bei diesen Antriebssystemen ist es wünschenswert, wenn Bewegungsabläufe, beispielsweise Arbeitsbewegungen eines Kolbens eines Pneumatikzylinders, zuverlässig messtechnisch erfasst werden. Aus der
DE 20 2008 002 844 U1 ist ein programmierbarer Positionssensor bekannt, der eine Position zwischen einem Gebermagneten und einem Sensorelement durch einen Vergleich von Signalen, die von dem Gebermagneten und mindestens zwei Sensorelementen bereitgestellt werden, ermittelt.
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Die
DE 10 2010 034 994 A1 betrifft 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 ausgebildetes Sensormittel sowie Schaltungsmittel 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, 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, insbesondere mit einer Codierung, die wenigstens 2 Bit umfasst, an die Buskommunikationsmittel ausgebildet sind.
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Die
DE 10 2012 205 903 A1 offenbart einen Weggeber zum berührungslosen Messen einer relativen Position einer ein Magnetfeld erzeugenden Magnetfeldquelle und eines Magnetfeldsensors in Bezug aufeinander, wobei die Magnetfeldquelle und der Magnetfeldsensor relativ zueinander beweglich sind und wobei eine Vielzahl von Magnetfeldsonden eine Vielzahl von Positionssignalen erzeugt, wobei jede Magnetfeldsonde mindestens zwei Raumkomponenten einer magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes erfasst. Eine Steuer- und Berechnungseinheit berechnet ein Ausgangssignal des Weggebers basierend auf der Vielzahl von Positionssignalen und eine Speichereinheit speichert die einzelnen Positionssignale, wobei die Steuer- und Berechnungseinheit einen Betrag der magnetischen Flussdichte berechnet und ihn mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht, um für jede Magnetfeldsonde das aktuelle berechnete Positionssignal auszugeben, falls der Betrag der magnetischen Flussdichte höher ist als der Schwellenwert, und um ein vorhergehendes, gespeichertes Positionssignal auszugeben, falls der Betrag der magnetischen Flussdichte kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist.
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Aus der
DE 10 2010 011 723 A1 ist eine Sensoranordnung bekannt, die einen ersten, zweiten und dritten Magnetfeldsensor umfasst, die entlang einer linienförmigen Hauptrichtung angeordnet sind. Ein erstes Kombinationsmittel ist mit dem ersten und zweiten Magnetfeldsensor verbunden und mittels des ersten Kombinationsmittels ist aus Signalen des ersten und zweiten Magnetfeldsensors ein erstes Kanalsignal ableitbar. Ein zweites Kombinationsmittel ist mit dem ersten, zweiten und dritten Magnetfeldsensor verbunden. Mittels zweiten Kombinationsmittels ist aus Signalen des ersten, zweiten und dritten Magnetfeldsensors ein zweites Kanalsignal ableitbar. Eine Auswerteeinheit, die mit dem ersten und zweiten Kombinationsmittel verbunden ist, ist dazu eingerichtet, eine Endposition einer relativ zur Sensoranordnung bewegbaren Magnetfeldquelle in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Kanalsignal abzuleiten.
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Die
EP 2 166 312 A1 offenbart einen magnetischen oder induktiven Wegsensor mit wenigstens zwei Sensorelementen zur Erfassung von Positionen eines bewegbaren Mittels entlang einer Strecke, wobei das Mittel einen Dauermagneten trägt, sowie eine elektronische Auswerteeinheit zur Auswertung der Sensorelemente, wodurch die Position des Mittels auswertbar ist. Hierbei weist die Auswerteeinheit einen Ausgang für ein die Position repräsentierendes Ausgangssignal auf, wobei ein Speicher vorhanden ist, in dem ein erster Positionswert des Mittels in einer ersten gewünschten Position speicherbar ist und ein zweiter Positionswert des Mittels in einer zweiten gewünschten Position speicherbar ist und wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, das Ausgangssignal auf einen Messbereich zwischen den beiden Positionswerten anzupassen.
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Die
US 2009/0 267 594 A1 beschreibt einen Positionssensor und eine Positionssensoranordnung auf der Basis von Magnetfeld-Sensoren, die eine verbesserte Zuverlässigkeit gegen Defekte und externe Störsignale und eine Redundanz der Sensorsignale, insbesondere für Shift-by-Wire-Systeme in Automobilen, bereitstellen sollte. Hierzu ist vorgesehen, dass Sensoren eingesetzt werden, die entweder nur die Richtung des Magnetfeldes oder zusätzlich den Absolutwert des Magnetfeldes messen können, so dass Diagnosemöglichkeiten, Redundanz- und Kompensationsmöglichkeiten sowie die Kompensation von störenden Magnetfeldern und von Sensorfehlern bzw. nicht plausiblen Ausgangssignalen einzelner Sensoren mittels einer Auswerteeinheit ermöglicht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art bereitzu stellen, die eine Anpassung an ein Antriebssystem ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dem Verfahren liegt zugrunde, dass die Sensoreinrichtung wenigstens ein Felderfassungsmittel aufweist, das zum kontaktlosen Erfassen mindestens einer physikalischen Größe eines Feldes ausgebildet ist, wobei das Feld von einer Felderzeugungsvorrichtung bereitgestellt wird, und umfasst die Schritte: Erfassen der mindestens einen physikalischen Größe des Feldes mit dem Felderfassungsmittel, Bereitstellen eines Sensorsignalpegels, der von der mindestens einen erfassten physikalischen Größe abhängt, vom Felderfassungsmittel an eine Verarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung, Ermitteln wenigstens eines Parameters anhand des ermittelten Sensorsignalpegels, Verwenden des wenigstes einen Parameters zur Verarbeitung nachfolgend ermittelter Sensorsignalpegel in der Verarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung und Bereitstellen wenigstens eines Ausgangssignalpegels als Ergebnis der Verarbeitung des wenigstens einen Parameters mit nachfolgend ermittelten Sensorsignalen von der Verarbeitungseinrichtung an einer Sensorschnittstelle.
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Das Verfahren sieht somit vor, aus dem Sensorsignalpegel einen Parameter zu ermitteln, der anschließend in der Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung zeitlich nachfolgend eintreffender Sensorsignalpegel verwendet wird. Die Verwendung des ermittelten Parameters in der Verarbeitungseinrichtung kann auch als Parametrisierung der Verarbeitungseinrichtung bezeichnet werden. Der Zweck dieser Parametrisierung der Sensoreinrichtung besteht darin, die Sensoreinrichtung möglichst optimal an das Antriebssystem anzupassen, an dem die Sensoreinrichtung eingesetzt werden soll. Da sich die Antriebssysteme beispielsweise durch die Geometrie der Felderzeugungsmittel, insbesondere Ringmagnete, und die Geometrie der Gehäuse, insbesondere Zylindergehäuse, in denen die Felderzeugungsmittel aufgenommen sind, unterscheiden, kann die Sensoreinrichtung ohne eine vorherige Anpassung oder Parametrisierung auf das jeweilige Antriebsystem nicht mit maximaler Genauigkeit und Auflösung arbeiten. Findet hingegen vor der Verwendung der Sensoreinrichtung am Antriebssystem eine Parametrierung statt, so kann die Sensoreinrichtung auf das jeweilige Antriebssystem optimiert werden und unter den jeweiligen Umständen mit ihrer maximalen Auflösung und Genauigkeit arbeiten. Dabei soll für die Durchführung der Parametrisierung eine möglichst einfache Vorgehensweise gewährleistet werden, ohne dass zusätzliche Komponenten an der Sensoreinrichtung erforderlich sind.
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Mit der Parametrisierung der Sensoreinrichtung soll insbesondere eine vorteilhafte Anpassung der Sensoreinrichtung an das Antriebssystem, das im Anschluss an die Parametrisierung von der Sensoreinrichtung abgetastet werden soll, ermöglicht werden. Dadurch wird angestrebt, bei einem von der Sensoreinrichtung durchgeführten Messverfahren ein qualitativ höherwertiges Messergebnis bereitstellen zu können, als dies bei einem von der Sensoreinrichtung durchgeführten Messverfahren ohne vorherige Parametrisierung der Fall wäre.
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Vorzugsweise ist das Verfahren derart ausgebildet, dass keine zusätzlichen Komponenten an der Sensoreinrichtung erforderlich sind und dass eine komfortable Bedienung der Sensoreinrichtung durch einen Benutzer gewährleistet ist.
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Das Verfahren sieht vor, dass für die Parametrisierung zunächst ein von einer ersten Felderzeugungsvorrichtung, insbesondere einer spezifisch an das nachfolgend abzutastende Antriebssystem angepassten Codiervorrichtung, bereitgestelltes Feld von dem wenigstens einen Felderfassungsmittel der Sensoreinrichtung erfasst und in ein elektrisches Sensorsignal gewandelt wird. Vorzugsweise ist das Feld dieser ersten Felderzeugungsvorrichtung deutlich abweichend, insbesondere erheblich stärker, als das Feld einer zweiten Felderzeugungsvorrichtung, die Bestandteil des Antriebssystems ist, für das die Sensoreinrichtung parametrisiert werden soll. Vorzugweise ist die erste Felderzeugungseinrichtung derart auf die Sensoreinrichtung angepasst, dass die erste Felderzeugungseinrichtung und die Sensoreinrichtung in genau einer Konfiguration zueinander ausgerichtet werden können, um die Parametrisierung zu bewirken. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Felderzeugungseinrichtung in einem Schacht aufgenommen ist, der eine Annäherung der Sensoreinrichtung nur in genau einer räumlichen Ausrichtung ermöglicht, so dass eine präzise Erfassung des Feldes der erste Felderzeugungseinrichtung durch die Sensoreinrichtung erfolgt und nur in dieser Ausrichtung auch die Parametrisierung vorgenommen wird, während in anderen Ausrichtungen keine Parametrisierung stattfindet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Parameter anhand einer vorgegebenen Rechenvorschrift aus dem Sensorsignalpegel ermittelt wird. Vorzugsweise ist die Rechenvorschrift derart ausgebildet, dass sie nur dann einen Parameter ergibt, wenn eindeutig erkennbar ist, dass der ausgewertete Sensorsignalpegel von einer ersten Felderzeugungseinrichtung stammt. Hierdurch soll vermieden werden, dass eine Parametrisierung der Sensoreinrichtung im Einsatzfall an dem mit einer zweiten Felderzeugungseinrichtung versehenen Antriebssystem erfolgt, was im Zweifelsfall zu einer Fehlfunktion der Sensoreinrichtung führen könnte.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung mindestens zwei Felderfassungsmittel aufweist, die jeweils zum kontaktlosen Erfassen mindestens einer physikalischen Größe eines Feldes ausgebildet sind, das von einer Felderzeugungsvorrichtung bereitgestellt wird, und umfasst die Schritte: Erfassen der mindestens einen physikalischen Größe des Feldes mit den Felderfassungsmitteln, Bereitstellen von Sensorsignalpegeln, die von der mindestens einen erfassten physikalischen Größe abhängen, von den Felderfassungsmitteln als ermittelte Sensorsignalgruppe an eine Verarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung, Vergleichen der ermittelten Sensorsignalgruppe mit gespeicherten Sensorsignalgruppen und Ermitteln einer jeweiligen Abweichung zwischen der ermittelten Sensorsignalgruppe und der jeweiligen gespeicherten Sensorsignalgruppe in der Verarbeitungseinrichtung, Auslesen eines Parametersatzes aus einer Speichereinrichtung, der derjenigen gespeicherten Sensorsignalgruppe zugeordnet ist, die eine vorgebbare Abweichung gegenüber der ermittelten Sensorsignalgruppe aufweist, Verwenden des ausgelesenen Parametersatzes zur Verarbeitung nachfolgend ermittelter Sensorsignalgruppen in der Verarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung und Bereitstellen wenigstens eines Ausgangssignalpegels als Ergebnis der Verarbeitung der nachfolgend ermittelten Sensorsignalgruppen von der Verarbeitungseinrichtung an einer Sensorschnittstelle.
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Die von den wenigstens zwei Felderfassungsmitteln bereitgestellten Sensorsignalpegel werden als ermittelte Sensorsignalgruppe bezeichnet und an eine Verarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung bereitgestellt. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu ausgebildet, die ermittelte Sensorsignalgruppe mit einer als gespeicherte Sensorsignalgruppe bezeichneten Sensorsignalgruppe zu vergleichen, um eine Abweichung zwischen den beiden Sensorsignalgruppen zu ermitteln. Die gespeicherte Sensorsignalgruppe wird von der Verarbeitungseinrichtung aus einer Speichereinrichtung ausgelesen, die der Sensoreinrichtung zugehörig ist. Wenn eine ermittelte Abweichung zwischen den beiden Sensorsignalgruppen einer nutzerseitig vorgegebenen Abweichung genügt, wird von der Verarbeitungseinrichtung ein der gespeicherten Sensorsignalgruppe zugeordneter Parametersatz aus der Speichereinrichtung ausgelesen und in der Verarbeitungseinrichtung für die Verarbeitung nachfolgend eintreffender ermittelter Sensorsignalgruppen verwendet.
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Zur Vermeidung von fehlerhaften Parametrisierungen kann vorgesehen sein, dass eine Parametrisierung nur dann erfolgt, wenn die wenigstens von zwei Felderfassungsmitteln bereitgestellten Sensorsignalpegel beispielsweise die gleiche Feldstärke und in eindeutiger Weise unterscheidbare Feldrichtungen beinhalten.
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Die nunmehr parametrisierte Sensoreinrichtung kann anschließend an einem Antriebssystem angebracht werden und beispielsweise eine Position eines dem Antriebssystem zugeordneten zweiten Felderzeugungsmittels, ermitteln und als Ausgangssignalpegel ausgeben.
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Jeder einer gespeicherten Sensorsignalgruppe zugeordnete Parametersatz ist an ein spezifisches Antriebssystem angepasst und berücksichtigt insbesondere die Eigenschaften einer beweglich im Antriebssystem aufgenommenen zweiten Felderzeugungsvorrichtung, beispielsweise eines Ringmagneten, der einem Arbeitskolben eines Pneumatikzylinders zugeordnet ist und dessen Position längs eines Bewegungswegs von der Sensoreinrichtung möglichst präzise erfasst werden soll.
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Zur Durchführung des Verfahrens verfügt die Sensoreinrichtung über mindestens zwei Felderfassungsmittel, von denen jedes beispielsweise als Hall-Sensor, AMR-Sensor, GMR-Sensor, TMR-Sensor ausgebildet sein kann und für eine berührungslose Abtastung der zweiten Felderzeugungsvorrichtung des Antriebssystems ausgebildet ist.
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Die erste Felderzeugungsvorrichtung, die auch als Codiervorrichtung bezeichnet werden kann, umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Felderzeugungsmittel, insbesondere Permanentmagnete, zur Bereitstellung wenigstens eines Magnetfelds, wobei sich die Magnetfelder mehrerer Felderzeugungsmittel zu einem Gesamtfeld überlagern, das von den Felderfassungsmittel erfasst wird. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Felderzeugungsmittel in einem vorgebbaren Abstand sowie mit einer vorgebbaren Ausrichtung zueinander angeordnet sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Abstand der Felderzeugungsmittel der ersten Felderzeugungsvorrichtung einem Abstand der Felderfassungsmittel der Sensoreinrichtung entspricht, so dass für die Durchführung des Parametrisierungsvorgangs jedem der Felderfassungsmittel ein gegenüberliegendes Felderzeugungsmittel zugeordnet werden kann.
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Hierbei können die Felderzeugungsmittel unterschiedliche magnetische Felder bereitstellen, die sich beispielsweise in ihrer magnetischen Flussdichte und/oder in ihrer Feldrichtung unterscheiden. Mit den Eigenschaften der magnetischen Felder der Felderzeugungsmittel können Informationen verschlüsselt werden, die in der Verarbeitungseinrichtung anhand der ermittelten Sensorsignalgruppen der Felderfassungsmittel entschlüsselt werden können, um eine korrekte Zuordnung eines gespeicherten Parametersatzes vornehmen zu können. Beispielsweise können somit Informationen über ein Antriebssystem, an dem die Sensoreinrichtung nach der Durchführung des Parametrisierungsvorgangs eingesetzt werden soll, verschlüsselt und bereitgestellt werden, um die Anpassung der Sensoreinrichtung auf das jeweilige Antriebssystem durch eine entsprechende Parameterauswahl zu gewährleisten.
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Die erste Felderzeugungsvorrichtung kann wahlweise fest an dem Antriebssystem angebracht sein oder unabhängig vom Antriebssystem ausgebildet sein.
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Bevorzugt umfasst das Verfahren die zusätzlichen Schritte: Vergleichen von nachfolgend ermittelten Sensorsignalgruppen mit gespeicherten Sensorsignalgruppen in der Verarbeitungseinrichtung, Ermitteln einer Abweichung zwischen der jeweiligen nachfolgend ermittelten Sensorsignalgruppe und der gespeicherten Sensorsignalgruppe, Auslesen eines Parametersatzes aus der Speichereinrichtung, der derjenigen gespeicherten Sensorsignalgruppe zugeordnet ist, die eine vorgebbare Abweichung gegenüber der nachfolgend ermittelten Sensorsignalgruppe aufweist, Verwenden des ausgelesenen Parametersatzes zur Verarbeitung weiterer nachfolgender ermittelter Sensorsignalgruppen in der Verarbeitungseinrichtung, Bereitstellen von Ausgangssignalpegeln als Ergebnis der Verarbeitung der nachfolgend ermittelten Sensorsignalgruppen von der Verarbeitungseinrichtung an der Sensorschnittstelle. Bei dieser Verfahrensweise erfolgt mit jedem neuerlichen Eintreffen einer nachfolgend ermittelten Sensorsignalgruppe in der Verarbeitungseinrichtung ein Vergleich mit den gespeicherten Sensorsignalgruppen, so dass auch zu jedem beliebigen Zeitpunkt ein Vergleichsergebnis auftreten kann, durch das ein anderer, bislang nicht verwendeter Parametersatz für die weitere Verwendung in der Verarbeitungseinrichtung ermittelt werden kann. Diese Verfahrensweise ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Parametrisierung der Sensoreinrichtung mit einem ersten Felderzeugungsmittel vorgenommen wird, dessen Feld oder Felder stark von einem Feld desjenigen zweiten Felderzeugungsmittels abweicht, das dem Antriebssystem zugehörig ist, auf das die Sensoreinrichtung angepasst werden soll. Bei einer Verwendung eines solchen ersten Felderzeugungsmittels/einer solchen Codiervorrichtung, kann beim vorgesehenen Einsatz der Sensoreinrichtung am Antriebssystem, das mit dem zweiten Felderzeugungsmittel ausgestattet ist, eine unbeabsichtigte Neu-Parametrisierung ausgeschlossen werden. Vielmehr ist für eine solche Neu-Parametrisierung der Sensoreinrichtung der Einsatz der Codiervorrichtung erforderlich.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Vergleich der ermittelten oder nachfolgenden Sensorsignalgruppe mit der in der Verarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung gespeicherten Sensorsignalgruppe von einem Triggersignal ausgelöst wird. Das Triggersignal ist beispielsweise ein elektrisches Signal, das an die Sensoreinrichtung bereitgestellt wird, um den Vergleichsvorgang zwischen den ermittelten Sensorsignalgruppen und den gespeicherten Sensorsignalgruppen in der Verarbeitungseinrichtung zu starten. Hiermit kann die Parametrisierung der Sensoreinrichtung beispielsweise durch eine mit der Sensoreinrichtung in Verbindung stehende Steuereinrichtung ausgelöst werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Triggersignal durch eine Betätigung einer Signaleinrichtung hervorgerufen oder an der Sensorschnittstelle von einer übergeordneten Steuereinrichtung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das Parametrisierungsverfahren manuell durch eine Betätigung eines die Signaleinrichtung bildenden Betätigungstasters von einem Benutzer ausgelöst werden.
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Zweckmäßigerweise wird unabhängig von einem Triggersignal ein Vergleich der ermittelten Sensorsignalgruppe mit der gespeicherten Sensorsignalgruppe in der Verarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung durchgeführt, wenn in der Verarbeitungseinrichtung der Sensoreinrichtung kein Parametersatz abgelegt ist. Somit erfolgt beispielsweise bei einer Neuinbetriebnahme der Sensoreinrichtung stets eine Parametrisierung der Sensoreinrichtung. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung keinen Ausgangssignalpegel an der Sensorschnittstelle bereitstellt, solange keine Parametrisierung erfolgt ist. Der Zustand einer fehlenden Parametrisierung kann durch eine Anzeigeeinrichtung an der Sensoreinrichtung und/oder durch ein entsprechendes Signal an der Sensorschnittstelle signalisiert werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung auch dann einen Ausgangssignalpegel an der Sensorschnittstelle bereitstellt, wenn keine Parametrisierung erfolgt ist. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass dieser Ausgangssignalpegel in einer Weise gekennzeichnet ist, dass deutlich wird, dass keine Parametrisierung erfolgt ist.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn von den Felderfassungsmitteln wenigstens eine physikalische Größen aus der Gruppe: Flussdichte, Feldrichtung erfasst wird. Es ist allerdings auch denkbar, dass weitere nicht aufgeführte physikalische Größen erfasst werden, beispielsweise weitere physikalische magnetische Größen.
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Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Sensoreinrichtung gelöst, deren Verarbeitungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie einen Vergleich der erfassten Sensorsignalgruppe mit gespeicherten Sensorsignalgruppen sowie ein Auslesen eines Parametersatzes, der einer gespeicherten Sensorsignalgruppe zugeordnet ist, vornimmt, wenn die erfasste Sensorsignalgruppe eine vorgebbare Abweichung zu einer der gespeicherten Sensorsignalgruppen aufweist, um den Parametersatz zur Verarbeitung weiterer ermittelter Sensorsignalgruppen in der Verarbeitungseinrichtung zu verwenden.
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Zweckmäßigerweise ist die Sensoreinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1: eine parametrisierbare Sensoreinrichtung zur Erfassung wenigstens einer physikalischen Größe wenigstens eines Feldes,
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2: eine seitliche Schnittdarstellung eines Antriebssystems mit zugeordneter Sensoreinrichtung,
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3: eine Ausführungsform einer ersten Felderzeugungsvorrichtung in perspektivischer Darstellung, die zwei Felderzeugungsmittel umfasst,
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4: eine Teilschnittansicht der ersten Felderzeugungsvorrichtung aus der 3, der eine Sensoreinrichtung gegenüberliegt.
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In der 1 ist eine Sensoreinrichtung 10 dargestellt, die zur Erfassung wenigsten einer physikalischen Größe wenigstens eines Feldes ausgebildet ist und die durch Einwirkung wenigstens eines spezifisch angepassten Feldes parametrisiert werden kann. Die Parametrisierung der Sensoreinrichtung 10 erfolgt vor einer Anbringung der Sensoreinrichtung 10 an einem Antriebssystem 60, wie es exemplarisch in der 2 dargestellt ist und dient einer möglichst optimalen Anpassung der Sensoreinrichtung 10 an die Eigenschaften des Antriebssystems 60.
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Die Sensoreinrichtung 10 umfasst zwei Felderfassungsmittel 20, eine Verarbeitungseinrichtung 30, eine mit der Verarbeitungseinrichtung 30 kommunizierend verbundene Speichereinrichtung 40 und eine mit der Verarbeitungseinrichtung 30 kommunizierend verbundene Sensorschnittstelle 50.
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Benachbart zur Sensoreinrichtung 10 ist eine erste Felderzeugungsvorrichtung 70 angeordnet. Die erste Felderzeugungsvorrichtung 70 dient zur Durchführung eines Parametrisierungsvorgangs für die Sensoreinrichtung 10 und weist hierzu zwei Felderzeugungsmittel 69 auf, die jeweils ein angedeutetes Feld 71 bereitstellen, bei dem es sich bevorzugt um ein magnetisches Feld handelt. Bei den Felderzeugungsmitteln 69 handelt es sich beispielsweise um Permanentmagnete, deren Feldstärke und Feldausrichtung definiert vorgegeben sind, um Informationen zu verschlüsseln, die von der Sensoreinrichtung 10 im Rahmen des Parametrisierungsvorgangs ermittelt und für die gewünschte Parametrisierung verwendet werden.
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Ferner ist der Sensoreinrichtung 10 rein exemplarisch eine optionale Eingabeeinrichtung 31 zugeordnet, die über ein Verbindungsmittel 21, beispielsweise eine elektrische Leitung, mit der Verarbeitungseinrichtung 30 in Verbindung steht. Über die Eingabeeinrichtung 31, bei der es sich beispielsweise um einen Bedienknopf, eine Tastatur oder eine berührungsempfindliche Eingabefläche handeln kann, können Eingaben von einem Benutzer gemacht werden, die an der Verarbeitungseinrichtung 30 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann mit der Eingabeeinrichtung 31 ein Triggersignal für eine Durchführung des nachstehend näher beschriebenen Parametrisierungsvorgangs vorgegeben werden.
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Die Felder 71 der Felderzeugungsmittel 69 sind von den Felderfassungsmitteln 20 der Sensoreinrichtung 10 berührungslos erfassbar, wobei die Sensoreinrichtung 10 für die Parametrisierung und die Anpassung an ein in der 1 nicht dargestelltes Antriebssystem zunächst gegenüberliegend zur ersten Felderzeugungsvorrichtung 70 angeordnet wird, um die gewünschte Parametrisierung durchzuführen, und anschließend am jeweiligen Antriebssystem angebracht werden kann.
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Die Felderfassungsmittel 20 der Sensoreinrichtung 10 dienen dazu, wenigstens eine physikalische Größe der Felder 71 der Felderzeugungsmittel 69 zu erfassen und jeweils in einen von der erfassten physikalischen Größe abhängigen Sensorsignalpegel umzuwandeln. Beispielhaft sind beide Felderfassungsmittel 20 als Hall-Sensoren ausgebildet und stellen jeweils einen elektrischen Sensorsignalpegel zur Verfügung, der insbesondere von einer Magnetfeldrichtung der jeweiligen Felderzeugungsmittel 69 abhängt.
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Die von den beiden Felderfassungsmitteln 20 erfassten Sensorsignalpegel werden in einem nächsten Schritt als ermittelte Sensorsignalgruppe über ein Verbindungsmittel 21 an die Verarbeitungseinrichtung 30 bereitgestellt. Das Verbindungsmittel 21 ist eine elektrische Signalleitung, die die Felderfassungsmittel 20 mit der Verarbeitungseinrichtung 30 verbindet. Die Verarbeitungseinrichtung 30 ist exemplarisch als Mikroprozessor ausgebildet.
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Die ermittelte Sensorsignalgruppe wird anschließend in der Verarbeitungseinrichtung 30 mit wenigstens einer gespeicherten Sensorsignalgruppe verglichen, die beispielhaft in einer nicht dargestellten Wertetabelle der Speichereinrichtung 40 abgelegt ist. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die ermittelte Sensorsignalgruppe sequentiell mit einer Vielzahl von gespeicherten Sensorsignalgruppen verglichen wird, um eine jeweilige Abweichung zwischen der ermittelten Sensorsignalgruppe und der jeweiligen gespeicherten Sensorsignalgruppe zu ermitteln. Beispielhaft ist vorgesehen, diejenige gespeicherte Sensorsignalgruppe zu ermitteln, die eine minimale Abweichung gegenüber der ermittelten Sensorsignalgruppe aufweist. Für diese gespeicherte Sensorsignalgruppe wird anschließend ermittelt, ob die Abweichung gegenüber der ermittelten Sensorsignalgruppe eine nutzerseitig vorgebbare Abweichung unterschreitet. Wenn die Abweichung zwischen der ermittelten Sensorsignalgruppe und der gespeicherten Sensorsignalgruppe der vorgebaren Abweichung genügt, insbesondere geringer als die vorgebbare Abweichung ist, wird ein der gespeicherten Sensorsignalgruppegruppe zugeordneter Parametersatz aus der Speichereinrichtung 40 ausgelesen und an die Verarbeitungseinrichtung 30 bereitgestellt, womit der Parametrisierungsvorgang abgeschlossen ist. Eine erfolgreiche Parametrisierung der Sensoreinrichtung 10 kann beispielsweise durch ein entsprechendes Bestätigungssignal, das an der Sensorschnittstelle 50 bereitgestellt wird, angezeigt werden.
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Anschließend kann die nunmehr auf das nicht dargestellte Antriebssystem angepasste Sensoreinrichtung 10 zur Erfassung von Antriebsbewegungen des Antriebssystems eingesetzt werden. Hierbei erfolgt die Verarbeitung nachfolgend ermittelter Sensorsignalgruppen in der Verarbeitungseinrichtung 30 der Sensoreinrichtung 10 unter Verwendung des Parametersatzes, der im Rahmen der Parametrisierung ermittelt wurde.
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In der 2 ist dargestellt, wie die Sensoreinrichtung 10 an einem Antriebssystem 60 angeordnet werden kann.
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Beispielhaft ist das Antriebssystem 60 als einfachwirkender Pneumatikzylinder 80 ausgeführt, der über ein Gehäuse 82 und einen darin angeordneten Kolben 84 mit Kolbenstange 86 verfügt. Der Kolben 84 ist im Gehäuse 82 gleitdicht verschieblich gelagert, wobei er eine von dem Gehäuse 82 begrenzte Ausnehmung in einen ersten Arbeitsraum 88 und einen zweiten Arbeitsraum 90 aufteilt. An einer gleitdicht an einer Innenumfangsseite 92 der Ausnehmung des Gehäuses 82 anliegenden Mantelumfangsfläche des Kolbens 84 ist eine rein exemplarisch als Ringmagnet ausgebildete, zweite Felderzeugungsvorrichtung 94 angeordnet, die ein in der 2 nicht dargestelltes Magnetfeld bereitstellt, das von der Sensoreinrichtung 10 erfasst werden kann, um damit beispielsweise die Geschwindigkeit oder die Position des Kolbens 84 zu ermitteln.
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Das Gehäuse 82 des Zylinders 80 weist einen Beaufschlagungskanal 96 auf, der einerseits mit der zweiten Arbeitskammer 90 des Zylinders 80 in Verbindung steht und andererseits mit einer nicht dargestellten Fluidversorgungseinrichtung kommuniziert, über die der Kolben 84 mit Kolbenstange 86 zu einer Arbeitsbewegung 99 antreibbar ist. In der relativ zu der zweiten Arbeitskammer 90 gegenüberliegend angeordneten ersten Arbeitskammer 88 ist ein Rückstellmittel 98 angeordnet, das eine Rückstellkraft auf den Kolben 84 ausübt, um ihn mit der Kolbenstange 86 in eine Grundstellung 100 zu bewegen, nachdem der Kolben 84 mit der Kolbenstange 86 durch eine Beaufschlagung über den Beaufschlagungskanal 96 in eine von der Grundstellung 100 abweichende Zwischenstellung 102 bewegt wurde.
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Ferner ist an einer Außenoberfläche des Gehäuses 82 des Zylinders 80 exemplarisch eine erste Felderzeugungsvorrichtung 170 angeordnet, die in gleicher Weise wie die in 1 dargestellte Felderzeugungsvorrichtung 70 für eine Parametrisierung der Sensoreinrichtung 10 eingesetzt werden kann.
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Die am Antriebssystem 60 angebrachte erste Felderzeugungsvorrichtung 170 umfasst abweichend von der ersten Felderzeugungseinrichtung 70 lediglich ein Felderzeugungsmittel 169, das rein exemplarisch als scheibenförmiger Stabmagnet ausgebildet ist und stellt ein in der 2 nicht dargestelltes Magnetfeld bereit.
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Für eine Parametrisierung der Sensoreinrichtung 10 wird diese vor einer Anbringung an dem Antriebssystem 60 zunächst gegenüberliegend zur ersten Felderzeugungsvorrichtung 170 angeordnet, so dass die beiden Felderfassungsmittel 20 das Magnetfeld der ersten Felderzeugungseinrichtung 170 erfassen können und Sensorsignalpegel bereitstellen, die als erfasste Sensorsignalgruppe an die Verarbeitungseinrichtung 30 bereitgestellt werden, um den Parametrisierungsvorgang durchzuführen, wie er in Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine Felderzeugungsvorrichtung nicht am Antriebssystem 60 angeordnet ist, sondern als eine von dem Antriebssystem 60 unabhängige Codiervorrichtung zur Verfügung gestellt wird, wie dies beispielhaft in den 3 und 4 gezeigt ist. Auch in diesem Fall wird die Sensoreinrichtung 10 vor der Montage am Antriebssystem 60 zunächst für eine Parametrisierung und eine daraus resultierende optimale Anpassung an das Antriebssystem 60 gegenüberliegend zur Felderzeugungsvorrichtung angeordnet.
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An der Sensorschnittstelle 50 der Sensoreinrichtung 10 kann beispielsweise ein Datenkabel 51 einer nicht dargestellten Steuereinrichtung angeschlossen werden. Die nicht dargestellte Steuereinrichtung, bei der es sich beispielsweise um eine lokale Steuerung für das Antriebssystem 60, insbesondere um eine SPS, handeln kann, nutzt die an der Sensorschnittstelle 50 bereitgestellten Ausgangssignalpegel. Die Ausgangssignalpegel sind jeweils das Ergebnis der Verarbeitung der nachfolgend ermittelten Sensorsignalgruppen mit dem Parametersatz, der im Rahmen der Parametrisierung ermittelt wurde.
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In der 3 ist eine weitere Ausführungsform einer exemplarisch als Codiervorrichtung 120 bezeichneten ersten Felderzeugungsvorrichtung 120 dargestellt, die ein Gehäuse 130 umfasst, in dem zwei scheibenartige Permanentmagnete 140, 141 aufgenommen sind. Die beiden Permanentmagnete 140, 141 können durch ihre magnetische Flussdichte und ihre Feldrichtung charakterisiert werden. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die beiden Permanentmagnete 140 jeweils die gleiche magnetische Flussdichte, jedoch unterschiedliche magnetische Feldrichtungen aufweisen, die durch zwei unterschiedlich ausgerichtete Feldrichtungspfeile 145, 146 dargestellt werden.
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Die jeweilige Feldrichtung 145, 146 der beiden Permanentmagnete 140, 141 kann von der Sensoreinrichtung 10 ermittelt werden und im Zuge des Parametrisierungsverfahrens als Information über das Antriebssystem 60 ausgewertet werden, an dem die Sensoreinrichtung 10 nach der Durchführung der Parametrisierung eingesetzt werden soll und für das die optimale Parametrierung in der Verarbeitungseinrichtung 30 eingesetzt werden soll. Hierbei wird – wie auch für die erste Felderzeugungsvorrichtung 70 gemäß der 1 – unterstellt, dass die Felderzeugungsvorrichtungen 70, 120 individuell für ein einziges Antriebssystem oder für eine Gruppe von gleichartig ausgebildeten Antriebssystemen, beispielsweise von gleichartig ausgebildeten und lediglich in ihrer Länge unterschiedlichen Pneumatikzylindern, eingesetzt wird.
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Gemäß einer nicht dargestellten Variante der Felderzeugungsvorrichtung 120 ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete im Gehäuse 130 der Codiervorrichtung 120 um ihre jeweilige Längsachse 142 rotiert werden können, so dass sich die magnetische Feldrichtung 145, 146 der beiden Permanentmagnete 140, 141 individuell einstellen lässt. Auf diese Weise lassen sich verschiedene Feldausrichtungen einstellen, die von den Felderfassungsmitteln 20 der Sensoreinrichtung 10 erfassbar sind. Beispielhaft ist vorgesehen, dass jeder der Permanentmagnete 140, 141 in mehrere vorgebbare und von der Sensoreinrichtung eindeutig unterscheidbare Rotationsstellungen gebracht werden kann. Somit kann abhängig von der Kombination der Ausrichtungen der Permanentmagnete 140, 141 eine Vielzahl von unterschiedlichen ermittelten Sensorsignalgruppen bereitgestellt werden, die jeweils eine minimale Abweichung zu unterschiedlichen gespeicherten Sensorsignalgruppen aufweisen, wodurch eine Parametrisierung der Sensoreinrichtung 10 auf unterschiedlich beschaffene Antriebssysteme 60 erzielt werden kann.
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In der 4 ist eine Schnittansicht der 3 gemäß der dortigen Schnittebene I-I dargestellt, wobei zusätzlich zwei in der 3 nicht dargestellte Felderfassungsmittel 20 dargestellt sind, die der zweiten Felderzeugungsvorrichtung 120 stirnseitig gegenüber liegen, so dass von den Permanentmagneten 140, 141 bereitgestellte Felder 71 berührungslos von den Felderfassungsmitteln 20 erfasst und an die Verarbeitungseinrichtung 30 bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, auf einer Rückseite 131 der in 4 dargestellten Codiervorrichtung 130 nicht dargestellte Befestigungsmittel anzuordnen, mit denen die Codiervorrichtung 130 an einem günstigen Ort, bevorzugt am Antriebssystem 60, angebracht werden kann, wobei darauf zu achten ist, dass eine Beeinflussung der Wechselwirkung zwischen der zweiten Felderzeugungsvorrichtung 94 und der Codiervorrichtung 130 minimal ist.