DE102019110111A1 - Method for self-calibration of a position measuring device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Positionsangabe, insbesondere einer Drehwinkelangabe, eines bewegten Objekts mit einer Positionsmessvorrichtung,- die einen ersten Sensor zur Erzeugung eines ersten Sensorsignals und- einen entlang einer Bewegungsbahn des Objekts gegenüber dem ersten Sensor um einen vorgegebenen Abstand, insbesondere Winkelabstand, versetzt angeordneten zweiten Sensor zur Erzeugung eines zweiten Sensorsignals aufweist, wobei in einem Kalibriervorgang eine Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals zu einer Positionsangabe des Objekts, insbesondere einer Drehwinkelangabe des Objekts, ermittelt wird undwobei in einem dem Kalibriervorgang nachfolgenden Messvorgang anhand der ermittelten Zuordnung sowie des ersten und des zweiten Sensorsignals eine Positionsangabe des Objekts bestimmt wird,wobei zur Ermittlung der Zuordnung in dem Kalibriervorgangdas Objekt gegenüber dem ersten und dem zweiten Sensor bewegt wird und dabei ein erster zeitlicher Verlauf des ersten Sensorsignals und ein zweiter zeitlicher Verlauf des zweiten Sensorsignals bestimmt wird, undmehrere Zeitpunktpaare mit einem ersten Zeitpunkt des ersten Verlaufs und einem zweiten Zeitpunkt des zweiten Verlaufs bestimmt werden, wobei das erste Sensorsignal in dem ersten Zeitpunkt im Wesentlichen dem zweiten Sensorsignal in dem zweiten Zeitpunkt entspricht,wobei die Zuordnung anhand der bestimmten Zeitpunktpaare ermittelt wird.The invention relates to a method for determining a position specification, in particular a rotation angle specification, of a moving object with a position measuring device, - which has a first sensor for generating a first sensor signal and - one along a movement path of the object relative to the first sensor by a predetermined distance, in particular angular distance , has an offset arranged second sensor for generating a second sensor signal, an assignment of a combination of the first sensor signal and the second sensor signal to a position specification of the object, in particular a rotation angle specification of the object, being determined in a calibration process, and in a measurement process following the calibration process based on the Determined assignment and the first and the second sensor signal a position indication of the object is determined, wherein to determine the assignment in the calibration process, the object is moved relative to the first and the second sensor d and a first time profile of the first sensor signal and a second time profile of the second sensor signal are determined, and several time pairs with a first time point of the first profile and a second time point of the second profile are determined, the first sensor signal being essentially at the first time corresponds to the second sensor signal at the second point in time, the assignment being determined on the basis of the specific point in time pairs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Positionsangabe, insbesondere einer Drehwinkelangabe, eines bewegten Objekts mit einer Positionsmessvorrichtung, die einen ersten Sensor zur Erzeugung eines ersten Sensorsignals und einen entlang einer Bewegungsbahn des Objekts gegenüber dem ersten Sensor um einen vorgegebenen Abstand, insbesondere Winkelabstand, versetzt angeordneten zweiten Sensor zur Erzeugung eines zweiten Sensorsignals aufweist, wobei in einem Kalibriervorgang eine Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals zu einer Positionsangabe des Objekts, insbesondere einer Drehwinkelangabe des Objekts, ermittelt wird und wobei in einem dem Kalibriervorgang nachfolgenden Messvorgang anhand der ermittelten Zuordnung sowie des ersten und des zweiten Sensorsignals eine Positionsangabe des Objekts bestimmt wird.The invention relates to a method for determining a position specification, in particular a rotation angle specification, of a moving object with a position measuring device that offsets a first sensor for generating a first sensor signal and one along a movement path of the object relative to the first sensor by a predetermined distance, in particular angular distance arranged second sensor for generating a second sensor signal, wherein in a calibration process an assignment of a combination of the first sensor signal and the second sensor signal to a position specification of the object, in particular a rotation angle specification of the object, is determined and wherein in a measurement process following the calibration process based on the determined Assignment and the first and the second sensor signal a position specification of the object is determined.

Typischerweise wird in dem Kalibriervorgang zum Bestimmen der Zuordnung ein mit erhöhter Genauigkeit arbeitender Referenzsensor herangezogen. Mittels eines solchen Referenzsensors wird in der Regel eine Referenzmessung durchgeführt, anhand der eine Positionsangabe des Objekts ermittelt wird. Diese wird dann den entsprechenden Werten des ersten und zweiten Sensorsignals zugeordnet und in einem Speicher, beispielsweise als Tabelle abgelegt. Diese Zuordnung kann in dem nachfolgenden Messvorgang herangezogen werden, um eine möglichst genaue Positionsangabe des Objekts zu ermitteln. Aufgrund des Referenzsensors bringt das beschriebene Vorgehen einen gewissen apparativen Aufwand mit sich.Typically, a reference sensor operating with increased accuracy is used in the calibration process to determine the assignment. By means of such a reference sensor, a reference measurement is usually carried out, on the basis of which a position specification of the object is determined. This is then assigned to the corresponding values of the first and second sensor signals and stored in a memory, for example as a table. This assignment can be used in the subsequent measuring process in order to determine the position of the object as precisely as possible. Due to the reference sensor, the procedure described involves a certain outlay in terms of equipment.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Kalibrierung einer Positionsmessvorrichtung eingangs genannter Art mit geringem Aufwand zu ermöglichen.Against this background, the task arises of enabling the calibration of a position measuring device of the type mentioned at the beginning with little effort.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Positionsangabe, insbesondere einer Drehwinkelangabe, eines bewegten Objekts mit einer Positionsmessvorrichtung, die einen ersten Sensor zur Erzeugung eines ersten Sensorsignals und einen entlang einer Bewegungsbahn des Objekts gegenüber dem ersten Sensor um einen vorgegebenen Abstand, insbesondere Winkelabstand, versetzt angeordneten zweiten Sensor zur Erzeugung eines zweiten Sensorsignals aufweist,
wobei in einem Kalibriervorgang eine Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals zu einer Positionsangabe des Objekts, insbesondere einer Drehwinkelangabe des Objekts, ermittelt wird und
wobei in einem dem Kalibriervorgang nachfolgenden Messvorgang anhand der ermittelten Zuordnung sowie des ersten und des zweiten Sensorsignals eine Positionsangabe des Objekts bestimmt wird,
wobei zur Ermittlung der Zuordnung in dem Kalibriervorgang
das Objekt gegenüber dem ersten und dem zweiten Sensor bewegt wird und dabei ein erster zeitlicher Verlauf des ersten Sensorsignals und ein zweiter zeitlicher Verlauf des zweiten Sensorsignals bestimmt wird, und
mehrere Zeitpunktpaare mit einem ersten Zeitpunkt des ersten Verlaufs und einem zweiten Zeitpunkt des zweiten Verlaufs bestimmt werden, wobei das erste Sensorsignal in dem ersten Zeitpunkt im Wesentlichen dem zweiten Sensorsignal in dem zweiten Zeitpunkt entspricht, und
wobei die Zuordnung anhand der bestimmten Zeitpunktpaare ermittelt wird.
The object is achieved by a method for determining a position specification, in particular a rotation angle specification, of a moving object with a position measuring device which has a first sensor for generating a first sensor signal and a predetermined distance, in particular angular distance, along a movement path of the object relative to the first sensor , has an offset arranged second sensor for generating a second sensor signal,
wherein an assignment of a combination of the first sensor signal and the second sensor signal to a position specification of the object, in particular a rotation angle specification of the object, is determined in a calibration process, and
wherein in a measuring process following the calibration process, a position specification of the object is determined based on the determined assignment and the first and second sensor signals,
whereby to determine the assignment in the calibration process
the object is moved with respect to the first and the second sensor and a first time profile of the first sensor signal and a second time profile of the second sensor signal are determined, and
a plurality of time pairs with a first time of the first profile and a second time of the second profile are determined, the first sensor signal at the first time essentially corresponding to the second sensor signal at the second time, and
the assignment being determined on the basis of the specific time pairs.

Gemäß der Erfindung kann die Zuordnung in dem Kalibriervorgang ohne eine Referenzmessung allein auf Grundlage der durch den ersten und zweiten Sensor der Positionsmessvorrichtung ermittelten Sensorsignale erfolgen. Insofern kann man von einer Selbstkalibrierung der Positionsmessvorrichtung sprechen. Dabei wird der erste zeitliche Verlauf des ersten Sensorsignals und der zweite zeitliche Verlauf des zweiten Sensorsignals bestimmt und optional gespeichert. In dem ersten und dem zweiten Verlauf werden Zeitpunktpaare bestehend aus jeweils zwei Zeitpunkten bestimmt, die sich dadurch auszeichnen, dass in dem ersten Zeitpunkt das erste Sensorsignal im Wesentlichen denselben Wert aufweist wie das zweite Sensorsignal in dem zweiten Zeitpunkt. Die Zeitpunktpaare geben somit Zeitpunkte an, zu denen sich das Objekt bzw. derselbe Abschnitt des Objekts jeweils im Bereich des jeweiligen Sensors befindet. Der Abstand der Sensoren ist somit abhängig von dem Abstand des ersten und des zweiten Zeitpunkts jedes Zeitpunktpaars. Daher wird es möglich, die Kenntnis von dem konstanten Abstand der beiden Sensoren zur Kalibrierung heranzuziehen. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den Vorteil mit sich, dass eine aufwändige Kalibrierung mit einem Referenzsensor nicht erforderlich ist. Das Kalibrieren der Positionsmessvorrichtung kann im eingebauten Zustand bzw. während des Betriebs erfolgen und ermöglicht die Durchführung der Kalibrierung mit reduziertem apparativem Aufwand.According to the invention, the assignment in the calibration process can take place without a reference measurement solely on the basis of the sensor signals determined by the first and second sensors of the position measuring device. In this respect, one can speak of a self-calibration of the position measuring device. The first time profile of the first sensor signal and the second time profile of the second sensor signal are determined and optionally stored. In the first and the second curve, time pairs each consisting of two times are determined, which are characterized in that in the first time the first sensor signal has essentially the same value as the second sensor signal in the second time. The point in time pairs thus indicate points in time at which the object or the same section of the object is located in the area of the respective sensor. The distance between the sensors is therefore dependent on the distance between the first and the second point in time of each point in time pair. It is therefore possible to use knowledge of the constant distance between the two sensors for calibration. The method according to the invention has the advantage that complex calibration with a reference sensor is not required. The calibration of the position measuring device can take place in the installed state or during operation and enables the calibration to be carried out with reduced expenditure on equipment.

Bevorzugt wird das Objekt in dem Kalibriervorgang translatorisch bewegt oder rotatorisch bewegt, also um eine Drehachse gedreht. Die Bewegung des Objekts im Kalibriervorgang kann einen vollständigen Arbeitsbereich des Objekts umfassen oder leidglich einen Teilbereich des Arbeitsbereichs. Bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Drehwinkelangabe kann die Bewegung des Objekts um eine vollständige Umdrehung oder einen Drehbereich kleiner als eine vollständige Umdrehung oder um einen Drehbereich größer als eine vollständige Umdrehung erfolgen.The object is preferably moved translationally or rotationally moved in the calibration process, that is to say rotated about an axis of rotation. The movement of the object in the calibration process can encompass a complete working area of the object or even a partial area of the working area. In a method for determining an indication of the angle of rotation, the movement of the object by a complete revolution or a range of rotation can be smaller than a complete revolution or by one The range of rotation is greater than one complete revolution.

Besonders bevorzugt wird der Kalibriervorgang ohne einen Referenzsensor durchgeführt, d.h. ohne, dass mittels eines Referenzsensors eine Positionsangabe ermittelt wird. Insbesondere sind der erste Sensor und der zweite Sensor der Positionsmessvorrichtung die einzigen Sensoren, die im Kalibiervorgang von Positionsangaben des Objekts abhängige Sensorsignale ermitteln.The calibration process is particularly preferably carried out without a reference sensor, i. without a position specification being determined by means of a reference sensor. In particular, the first sensor and the second sensor of the position measuring device are the only sensors that determine sensor signals that are dependent on position information of the object in the calibration process.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zuordnung in dem Kalibriervorgang zusätzlich anhand des vorgegebenen Abstands ermittelt wird. Der vorgegebene Anstand kann zur Kalibrierung als bekannt vorausgesetzt werden, so dass dieser bei der Ermittlung nicht als unbekannte Variable, sondern als bekannter Parameter zur Verfügung steht. Bei dem Abstand kann es sich um einen Winkelabstand handeln, also einen Winkelbereich, um den ein Abschnitt des Objekts gedreht wird, und an dessen Beginn der Abschnitt an dem ersten Sensor vorbeistreicht und an dessen Ende der Abschnitt an dem zweiten Sensor vorbeistreicht.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the assignment in the calibration process is additionally determined on the basis of the predetermined distance. The specified decency can be assumed to be known for calibration, so that it is not available as an unknown variable, but as a known parameter during the determination. The distance can be an angular distance, i.e. an angular range by which a section of the object is rotated and at the beginning of which the section passes the first sensor and at the end of which the section passes the second sensor.

Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Verfahrens, wobei in dem Kalibriervorgang jedem der Zeitpunkte eines Zeitpunktpaares eine Positionsangabe zugeordnet wird und die Differenz der Positionsangaben dem vorgegebenen Abstand des ersten und zweiten Sensors voneinander entspricht.An embodiment of the method is preferred in which, in the calibration process, a position specification is assigned to each of the points in time of a point in time pair and the difference in the position specifications corresponds to the predetermined distance between the first and second sensors.

Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung kann die Zuordnung ohne Kenntnis des vorgegebenen Abstands erfolgen. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird der Abstand als weitere unbekannte Variable betrachtet, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls ermittelt werden kann.According to an alternative advantageous embodiment, the assignment can take place without knowledge of the predetermined distance. In such an embodiment, the distance is viewed as a further unknown variable which can also be determined with the aid of the method according to the invention.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem Kalibriervorgang ein Gleichungssystem mit n Gleichungen gebildet wird, welches zu jedem Zeitpunktpaar eine Gleichung der Form γ n ,2 γ n ,1 = A

Figure DE102019110111A1_0001
umfasst, wobei γn,1 eine erste Positionsangabe in dem ersten Zeitpunkt des n-ten Zeitpunktpaars (Anfang des zeitlichen Intervalls) und γn,2 eine zweite Positionsangabe in dem zweiten Zeitpunkt des n-ten Zeitpunktpaars (Ende des zeitlichen Intervalls) bezeichnet und A der vorgegebene Abstand des ersten und zweiten Sensors ist.An advantageous embodiment of the invention provides that an equation system with n equations is formed in the calibration process, which equation of the form at each time pair γ n , 2 - γ n ,1 = A.
Figure DE102019110111A1_0001
includes, where γ n, 1 a first position specification in the first point in time of the n-th point in time pair (start of the time interval) and γ n, 2 a second position specification in the second point in time of the n-th point in time pair (end of the time interval) denotes and A is the predetermined distance between the first and second sensors.

In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Reduktion von Unbekannten in dem Gleichungssystem mehrere, insbesondere höchstens die Hälfte, der ersten Positionsangaben γn,1 durch einen Näherungswert ersetzt wird, der von mindestens zwei weiteren ersten Positionsangaben abhängig ist und mehrere, insbesondere höchstens die Hälfte, der zweiten Positionsangaben γn,2 durch einen Näherungswert ersetzt wird, der von mindestens zwei weiteren zweiten Positionsangaben abhängig ist. Da das zuvor beschriebene Gleichungssystem pro Gleichung jeweils zwei Unbekannte umfasst, insbesondere die erste Positionsangabe γn,1 in dem ersten Zeitpunkt und die zweite Positionsangabe γn,2 in dem zweiten Zeitpunkt, wird es durch die Reduktion der Unbekannten möglich, eine eindeutige Lösung des Gleichungssystems zu erhalten. Insbesondere wird die Hälfte der ersten Positionsangaben γn,1 jeweils durch einen ersten Näherungswert ersetzt, der von mindestens zwei benachbarten ersten Positionsangaben abhängig ist und/oder die Hälfte der zweiten Positionsangaben γn,2 wird jeweils durch einen zweiten Näherungswert ersetzt, der von mindestens zwei benachbarten zweiten Positionsangaben abhängig ist.In this context, it has proven to be advantageous if, in order to reduce unknowns in the equation system, several, in particular at most half, of the first position information γ n, 1 is replaced by an approximate value that is dependent on at least two further first position information and several, in particular at most half, of the second position information γ n, 2 is replaced by an approximate value that is dependent on at least two further second position information. Since the system of equations described above includes two unknowns per equation, in particular the first position specification γ n, 1 in the first time and the second position information γ n, 2 In the second point in time, the reduction of the unknown makes it possible to obtain a unique solution to the system of equations. In particular, half of the first position information γ n, 1 each replaced by a first approximate value that is dependent on at least two adjacent first position information and / or half of the second position information γ n, 2 is replaced by a second approximate value that is dependent on at least two adjacent second position information.

Bevorzugt ist es, wenn der Näherungswert ein linearer Näherungswert ist, wodurch eine besonders einfache Bestimmung des Näherungswerts ermöglicht wird.It is preferred if the approximate value is a linear approximate value, whereby a particularly simple determination of the approximate value is made possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Näherungswert von mindestens drei, bevorzugt mindestens vier weiteren ersten Positionsangaben abhängig ist. Durch eine derartige Formulierung des Näherungswerts in Abhängigkeit von mindestens drei weiteren ersten Positionsangaben kann die Genauigkeit gesteigert werden.According to an advantageous embodiment it is provided that the approximate value is dependent on at least three, preferably at least four further first position details. Such a formulation of the approximate value as a function of at least three further first position details can increase the accuracy.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass zur Reduktion von Unbekannten in dem Gleichungssystem mindestens ein erstes und ein zweites der Zeitpunktpaare derart gewählt werden, dass der zweite Zeitpunkt des ersten Zeitpunktpaares identisch ist mit dem ersten Zeitpunkt des zweiten Zeitpunktpaares. Durch eine derartige Wahl kann eine weitere Reduktion von Unbekannten in dem oben genannten Gleichungssystem erreicht werden. Insofern können die durch die Zeitpunktpaare definierten Intervalle lückenlos aufeinanderfolgend gewählt werden.A preferred embodiment provides that, in order to reduce unknowns in the system of equations, at least a first and a second of the time pairs are selected such that the second time of the first time pair is identical to the first time of the second time pair. Such a choice can achieve a further reduction of unknowns in the above-mentioned system of equations. In this respect, the intervals defined by the time pairs can be selected consecutively without gaps.

Als vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung erwiesen, bei welcher der erste Sensor und der zweite Sensor Magnetfeldsensoren sind. Über die Magnetfeldsensoren kann eine verlustarme und reibungslose Positionserfassung ermöglicht werden.An embodiment has proven to be advantageous in which the first sensor and the second sensor are magnetic field sensors. The magnetic field sensors enable low-loss and smooth position detection.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Gleichungssystem gelöst wird, um Unbekannte des Gleichungssystems, insbesondere erste und zweite Positionsangaben, zu ermitteln. Zum Lösen des Gleichungssystems kann ein als solches bekanntes Verfahren verwendet werden, beispielsweise ein Verfahren zum Lösen des Gleichungssystems gemäß dem Gauß-Algorithmus.An advantageous embodiment of the method provides that the system of equations is solved is to determine unknowns of the equation system, in particular first and second position information. A method known per se can be used to solve the system of equations, for example a method for solving the system of equations in accordance with the Gaussian algorithm.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das erste Sensorsignal ein periodisches, insbesondere sinusförmiges, Sensorsignal ist und das zweite Sensorsignal ein periodisches, insbesondere sinusförmiges, Sensorsignal ist.According to an advantageous embodiment of the method, it is provided that the first sensor signal is a periodic, in particular sinusoidal, sensor signal and the second sensor signal is a periodic, in particular sinusoidal, sensor signal.

Bevorzugt ist das erste Sensorsignal und/oder der zweite Sensorsignal jeweils ein Spannungssignal oder ein Stromsignal. Alternativ kann das erste Sensorsignal und/oder der zweite Sensorsignal jeweils ein n-Tupel, insbesondere ein Paar, mehrerer Spannungssignale oder mehrerer Stromsignale sein. Weiter alternativ ist es möglich, dass das erste Sensorsignal und/oder der zweite Sensorsignal jeweils ein vorverarbeitetes Spannungssignal oder ein Stromsignal ist oder ein digitales Signal, also beispielsweise ein Spannungssignal oder ein Stromsignal oder ein digitales Signal, welches durch eine Kombination mehrerer, insbesondere zweier, Rohsignale oder Messungen erhalten wird.The first sensor signal and / or the second sensor signal is preferably in each case a voltage signal or a current signal. Alternatively, the first sensor signal and / or the second sensor signal can each be an n-tuple, in particular a pair, a plurality of voltage signals or a plurality of current signals. Further alternatively, it is possible that the first sensor signal and / or the second sensor signal is in each case a preprocessed voltage signal or a current signal or a digital signal, for example a voltage signal or a current signal or a digital signal which is generated by a combination of several, in particular two, Raw signals or measurements is obtained.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher den ermittelten ersten und zweiten Positionsangaben anhand des ersten und zweiten Verlaufs erste und zweite Sensorsignale zugeordnet werden.An embodiment is advantageous in which first and second sensor signals are assigned to the determined first and second position information on the basis of the first and second profile.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem Kalibriervorgang mittels eines Interpolationsalgorithmus eine stetige Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals zu einer Positionsangabe des Objekts ermittelt wird. Durch eine derartige Ausgestaltung wird es möglich, auch für solche Kombinationen des ersten und zweiten Sensorsignals eine kalibrierte Positionsangabe zu ermitteln, zu denen in dem Kalibriervorgang keine Zeitpunktpaare gebildet worden sind.According to a preferred embodiment, it is provided that in the calibration process, by means of an interpolation algorithm, a continuous assignment of a combination of the first sensor signal and the second sensor signal to a position specification of the object is determined. Such a configuration makes it possible to also determine a calibrated position specification for combinations of the first and second sensor signals for which no time pairs have been formed in the calibration process.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer Positionsmesseinrichtung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden kann;
  • 2 zwei beispielhafte zeitliche Verläufe eines ersten und zweiten Sensorsignals mit markierten Zeitpunktpaaren mit einem ersten Zeitpunkt des ersten Verlaufs und einem zweiten Zeitpunkt des zweiten Verlaufs, wobei das erste Sensorsignal in dem ersten Zeitpunkt im Wesentlichen dem zweiten Sensorsignal in dem zweiten Zeitpunkt entspricht;
  • 3 eine Darstellung von Zeitpunkten eines Verlaufs zur Veranschaulichung der Bestimmung eines Näherungswerts einer Positionsangabe;
  • 4 zwei beispielhafte zeitliche Verläufe eines ersten und zweiten Sensorsignals mit lückenlos aneinandergereihten Zeitpunktpaaren;
  • 5 eine beispielhafte Zuordnung eines ersten und eines zweiten Sensorwerts zu einer Positionsangabe;
  • 6 eine beispielhafte Tabelle mit Messwerten eines Kalibriervorgangs;
  • 7 eine beispielhafte Tabelle mit ersten und zweiten Zeitpunkten mehrerer Zeitpunktpaare; und
  • 8 eine beispielhafte Tabelle mit einer Zuordnung jeweils einer Kombination des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals zu einer Positionsangabe des Objekts.
Further details and advantages of the invention will be explained below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawings. Herein shows:
  • 1 an embodiment of a position measuring device in which the method according to the invention can be used;
  • 2 two exemplary time curves of a first and second sensor signal with marked time pairs with a first point in time of the first curve and a second point in time of the second curve, the first sensor signal in the first point in time essentially corresponding to the second sensor signal in the second point in time;
  • 3 a representation of points in time of a course to illustrate the determination of an approximate value of a position specification;
  • 4th two exemplary time courses of a first and second sensor signal with pairs of points in time lined up without gaps;
  • 5 an exemplary assignment of a first and a second sensor value to a position specification;
  • 6 an exemplary table with measured values of a calibration process;
  • 7th an exemplary table with first and second times of a plurality of time pairs; and
  • 8th an exemplary table with an assignment of a combination of the first sensor signal and the second sensor signal to a position specification of the object.

In der 1 ist schematisch eine beispielhafte Positionsmessvorrichtung 10 zum Bestimmen einer Positionsangabe eines Objekts 11, hier zum Bestimmen einer Drehstellung eines drehbaren Objekts 11, gezeigt, bei der das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden kann. Die Positionsmessvorrichtung 10 umfasst einen ersten Sensor 1 zur Erzeugung eines ersten Sensorsignals C und einen entlang der Bewegungsbahn des Objekts 11 gegenüber dem ersten Sensor 1 um einen vorgegebenen Abstand, hier Winkelabstand, versetzt angeordneten zweiten Sensor 2 zur Erzeugung eines zweiten Sensorsignals S aufweist. Die Sensoren 1, 2 der Positionsmessvorrichtung 10 sind um einen Winkelabstand von 90° versetzt angeordnet und können beispielsweise als Magnetfeldsensoren ausgebildet sein, die ein Magnetfeld des Objekts 11 detektieren. Beispielsweise können die Magnetfeldsensoren als Hallsensoren oder als GMR-Sensoren ausgebildet sein, die auf dem Effekt des Riesenmagnetowiderstands beruhen. Das Objekt 11 kann genau einen Magnet mit genau einem Nordpol und genau einem Südpol aufweisen. Alternativ ist es möglich, dass das Objekt 11 mehrere Magnete umfasst, so dass eine mehrpolige Anordnung mit abwechselnd angeordneten Nordpolen und Südpolen an dem Objekt 11 vorhanden ist.In the 1 is a schematic of an exemplary position measuring device 10 for determining a position specification of an object 11 , here to determine a rotational position of a rotatable object 11 , in which the method according to the invention can be used. The position measuring device 10 includes a first sensor 1 for generating a first sensor signal C. and one along the object's trajectory 11 compared to the first sensor 1 Second sensor arranged offset by a predetermined distance, here angular distance 2 for generating a second sensor signal S. having. The sensors 1 , 2 the position measuring device 10 are arranged offset by an angular distance of 90 ° and can, for example, be designed as magnetic field sensors that generate a magnetic field of the object 11 detect. For example, the magnetic field sensors can be designed as Hall sensors or GMR sensors that are based on the effect of the giant magnetoresistance. The object 11 can have exactly one magnet with exactly one north pole and exactly one south pole. Alternatively it is possible that the object 11 comprises several magnets, so that a multi-pole arrangement with alternately arranged north poles and south poles on the object 11 is available.

Bei der Positionsmessvorrichtung 10 kann die Positionsangabe in Form des Drehwinkels in Abhängigkeit von der ersten Sensorsignal C und dem zweiten Sensorsignal S angegeben werden. Bei sinusförmigen Sensorsignalen C, S mit einer Amplitude B nach C ( γ ) = B cos ( γ )

Figure DE102019110111A1_0002
S ( γ ) = B sin ( γ )
Figure DE102019110111A1_0003
kann der Drehwinkel γ des Objekts 11 berechnet werden als: γ ( t ) = arctan ( C ( t ) S ( t ) )
Figure DE102019110111A1_0004
With the position measuring device 10 can specify the position in the form of the angle of rotation as a function of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. can be specified. With sinusoidal sensor signals C. , S. with an amplitude B. to C. ( γ ) = B. cos ( γ )
Figure DE102019110111A1_0002
S. ( γ ) = B. sin ( γ )
Figure DE102019110111A1_0003
can be the angle of rotation γ of the object 11 are calculated as: γ ( t ) = arctan ( C. ( t ) S. ( t ) )
Figure DE102019110111A1_0004

Bei Verhältnissen, bei denen ein nichtsinusförmiges Magnetfeld vorliegt oder die Sensoren eine Nichtlinearität aufweisen, ist es allerdings erforderlich, die Positionsmessvorrichtung 10 in einem Kalibriervorgang zu kalibrieren, wobei eine Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S zu einer Drehwinkelangabe y des Objekts 11 ermittelt wird. Gemäß der Erfindung kann dieser Kalibriervorgang durchgeführt, werden, ohne dass ein Referenzsensor zu Erfassung der Drehwinkelangabe γ erforderlich ist. Vielmehr ist es möglich, die Zuordnung allein mithilfe der bei der Bewegung des Objekts 11 ermittelten Sensorsignale zu erhalten.In the case of conditions in which a non-sinusoidal magnetic field is present or the sensors have a non-linearity, it is, however, necessary to use the position measuring device 10 to calibrate in a calibration process, an assignment of a combination of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. to a rotation angle specification y of the object 11 is determined. According to the invention, this calibration process can be carried out without the need for a reference sensor to detect the rotation angle information γ is required. Rather, it is possible to use the assignment alone when moving the object 11 obtained sensor signals.

Bei der Positionsmessvorrichtung nach 1 ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die entweder in einem Kalibriermodus betrieben werden kann, um einen Kalibriervorgang 100 durchzuführen, oder in einem Messmodus, um einen Messvorgang 101 durchzuführen. Dieser Umstand ist in 1 durch zwei Blöcke 100, 101 dargestellt, zwischen denen mittels mehrerer Schalter 102 wahlweise hin- und hergewechselt werden kann. In dem Kalibriervorgang 101 wird also eine Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S zu einer Positionsangabe γ des Objekts 11 ermittelt und in dem Messvorgang 101 wird anhand der im Kalibriervorgang 100 ermittelten Zuordnung sowie des ersten und des zweiten Sensorsignals eine Positionsangabe γ des Objekts 11 bestimmt.For the position measuring device after 1 an evaluation unit is provided which can either be operated in a calibration mode in order to carry out a calibration process 100 perform, or in a measurement mode to perform a measurement 101 perform. This fact is in 1 through two blocks 100 , 101 shown, between which by means of several switches 102 can optionally be switched back and forth. In the calibration process 101 is therefore an assignment of a combination of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. for a position specification γ of the object 11 determined and in the measuring process 101 is based on the calibration process 100 determined assignment and the first and the second sensor signal a position information γ of the object 11 certainly.

Gemäß einer Abwandlung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels kann auf die Schalter 102 verzichtet werden. Bei einer derartigen Abwandlung wird die Auswerteeinheit derart betrieben, dass gleichzeitig ein Kalibriervorgang 100 und ein Messvorgang 101 durchgeführt werden. Hierdurch wird es möglich, die Positionsmessvorrichtung im Betrieb zu kalibrieren und/oder eine Verschlechterung der Messgenauigkeit während des Betriebs zu detektieren.According to a modification of the in 1 embodiment shown can be on the switch 102 be waived. With such a modification, the evaluation unit is operated in such a way that a calibration process is carried out at the same time 100 and a measurement process 101 be performed. This makes it possible to calibrate the position measuring device during operation and / or to detect a deterioration in the measuring accuracy during operation.

Die Darstellung in 2 zeigt einen ersten zeitlichen Verlauf 3 des ersten Sensorsignals C und einen zweiten zeitlichen Verlauf 4 des zweiten Sensorsignals S, wie sie im Rahmen des Kalibriervorgangs 100 erfasst werden können. Dabei wird das Objekt 11 über den gesamten Arbeitsbereich der Positionsmessvorrichtung 10 bewegt. Im vorliegenden Fall einer Positionsmessvorrichtung 10 zum Bestimmen einer Drehstellung des drehbaren Objekts 11, wird das Objekt 11 um eine vollständige Umdrehung, d. h. um 360° gedreht. Dabei werden das erste Sensorsignal des ersten Sensors 1 sowie das zweite Sensorsignal S des zweiten Sensors 2 zusammen mit den jeweiligen Zeitwerten gespeichert. Beispielsweise können diese zeitlichen Verläufe 3,4 jeweils 1000 Zeitpunkte bestehend aus einem Wert eines Sensorsignals C, S und dem zugehörigen Zeitwert aufweisen. Eine beispielhafte Tabelle mit derartigen Messwerten eines Kalibriervorgangs ist in der 6 dargestellt.The representation in 2 shows a first course over time 3 of the first sensor signal C. and a second time course 4th of the second sensor signal S. as they are as part of the calibration process 100 can be captured. Thereby the object 11 over the entire working range of the position measuring device 10 emotional. In the present case a position measuring device 10 for determining a rotational position of the rotatable object 11 , the object becomes 11 by a complete revolution, ie rotated by 360 °. The first sensor signal from the first sensor 1 and the second sensor signal S. of the second sensor 2 saved together with the respective time values. For example, these time courses 3, 4 can each be 1000 points in time consisting of a value of a sensor signal C. , S. and the associated fair value. An exemplary table with such measured values from a calibration process is shown in FIG 6 shown.

Typischerweise sind die Amplituden des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S im Wesentlichen identisch. Sollten die Amplituden des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S voneinander abweichen, kann zunächst ein Abgleich der Amplituden des ersten und zweiten Sensorsignals C, S erfolgen. Bei einem derartigen Abgleich kann eine Verstärkung und/oder ein Offset des ersten und zweiten Sensorsignals C, S so eingestellt werden, dass bei beiden Sensoren 1, 2 die Amplitude, bzw. das Maximum und das Minimum, im Wesentlichen identisch sind. Zusätzlich können beispielsweise durch hochfrequente Störungen verursachte Ausreißer mittels eines Glättungsverfahrens geglättet werden.The amplitudes of the first sensor signal are typical C. and the second sensor signal S. essentially identical. Should the amplitudes of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. differ from each other, a comparison of the amplitudes of the first and second sensor signals can first be carried out C. , S. respectively. With such a comparison, a gain and / or an offset of the first and second sensor signals can be achieved C. , S. set so that both sensors 1 , 2 the amplitude, or the maximum and the minimum, are essentially identical. In addition, outliers caused by high-frequency interference can be smoothed using a smoothing process.

Alternativ zu der in 6 dargestellten Tabelle mit Messwerten können die zeitlichen Verläufe 3,4 als Funktion über der Zeit approximiert werden, um zusätzliche Werte zwischen dem in der Tabelle gemäß 6 dargestellten Zeitpunkten zu erhalten.As an alternative to the in 6 shown table with measured values, the time courses 3, 4 can be approximated as a function over time in order to add additional values between that in the table 6 times shown.

Wie der Darstellung in 2 weiter zu entnehmen ist, sind die zeitlichen Verläufe 3,4 keine idealen sinusförmigen Verläufe, sondern weisen Abweichungen von der idealen Sinusform auf. Die Vollendung einer Drehung des Objekts 11 um 360° kann ermittelt werden, indem ein Vergleich zwischen einem aktuellen Wertepaar des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S mit einem abgespeicherten Wertepaar des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S durchgeführt wird. Das abgespeicherte Wertepaar ist bevorzugt ein zu Beginn des Kalibriervorgangs abgespeichertes Wertepaar.As shown in 2 It can also be seen that the time profiles 3, 4 are not ideal sinusoidal profiles, but rather have deviations from the ideal sinusoidal shape. The completion of a rotation of the object 11 around 360 ° can be determined by making a comparison between a current pair of values of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. with a stored value pair of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. is carried out. The stored value pair is preferably a value pair stored at the beginning of the calibration process.

Ausgehend von dem ersten und zweiten Verlauf 1, 2 der Sensorsignale C, S werden mehrere Zeitpunktpaare jeweils mit einem ersten Zeitpunkt des ersten Verlaufs und einem zweiten Zeitpunkt des zweiten Verlaufs bestimmt. Dabei werden der erste und zweite Zeitpunkt eines Zeitpunktpaares derart gewählt, dass das erste Sensorsignal C in dem ersten Zeitpunkt im Wesentlichen dem zweiten Sensorsignal S in dem zweiten Zeitpunkt entspricht. Somit definieren diese Zeitpunktpaare zeitliche Intervalle, zwischen deren Beginn und Ende sich das Objekt 11 genau um den Winkelabstand zwischen dem ersten und zweiten Sensor 1, 2 gedreht hat. Die Anzahl der Zeitpunktpaare ist frei wählbar. Im vorliegenden Beispiel nach 2 sind insgesamt 29 solche Zeitpunktpaare gebildet, die auch als zeitliches Intervall aufgefasst werden können.Starting from the first and second course 1 , 2 of the sensor signals C. , S. several time pairs are determined, each with a first time of the first profile and a second time of the second profile. The first and second points in time of a point in time pair are selected in such a way that the first sensor signal C. by doing first point in time essentially the second sensor signal S. in the second point in time. Thus, these time pairs define time intervals between the beginning and end of which the object is located 11 exactly by the angular distance between the first and second sensor 1 , 2 turned. The number of time pairs can be freely selected. In the present example after 2 a total of 29 such time pairs are formed, which can also be understood as a time interval.

Die Auswahl der Zeitpunktpaare erfolgt bevorzugt unter folgenden Kriterien. Da der Verlauf der Sensorsignale C, S im Bereich der Maxima und Minima vergleichsweise flach ist, entstehen in diesen Bereichen bei zeitlichen Änderungen nur geringe Änderungen des Sensorsignals. Die Zeitpunktpaare werden daher bevorzugt derart gewählt, dass ihre ersten und zweiten Zeitpunkte nicht in den Bereichen der Maxima und Minima liegen. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn sämtliche Zeitpunktpaare zeitliche Intervalle bilden, die vollständig innerhalb eines Umlaufs des Arbeitsbereichs, hier einer Umdrehung um 360°, liegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das letzte, hier Zeitpunktpaar 329 derart gewählt, dass der zweite Zeitpunkt dieses Zeitpunktpaars ein Wertepaar aus erstem und zweitem Sensorsignal C, S aufweist, der im Wesentlichen identisch ist mit dem Wertepaar aus erstem und zweitem Sensorsignal C, S in dem ersten Zeitpunkt des ersten Zeitpunktpaars.The selection of the time pairs is preferably made based on the following criteria. Since the course of the sensor signals C. , S. is comparatively flat in the area of the maxima and minima, only slight changes in the sensor signal occur in these areas with changes over time. The point in time pairs are therefore preferably selected such that their first and second points in time do not lie in the ranges of the maxima and minima. Furthermore, it is preferred if all time pairs form time intervals which lie completely within one revolution of the working area, here one revolution through 360 °. In the present exemplary embodiment, the last, here time pair, is used 329 chosen such that the second point in time of this point in time pair is a value pair from the first and second sensor signal C. , S. which is essentially identical to the pair of values from the first and second sensor signals C. , S. in the first point in time of the first point in time pair.

Die Darstellung in 7 zeigt eine beispielhafte Tabelle mit Messwerten für insgesamt 72 Zeitpunktpaare bzw. zeitliche Intervalle.The representation in 7th shows an exemplary table with measured values for a total of 72 time pairs or time intervals.

Die Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S zu einer Positionsangabe des Objekts 11 wird nun anhand der bestimmten Zeitpunktpaare und zusätzlich anhand des vorgegebenen Winkelabstands A, hier 90°, des ersten und zweiten Sensors 1, 2, ermittelt. Dabei wird in dem Kalibriervorgang ein Gleichungssystem mit n Gleichungen gebildet, welches zu jedem Zeitpunktpaar eine Gleichung der Form γ n ,2 γ n ,1 = A

Figure DE102019110111A1_0005
umfasst, wobei γn,1 eine erste Positionsangabe in dem ersten Zeitpunkt des n-ten Zeitpunktpaars und γn,2 eine zweite Positionsangabe in dem zweiten Zeitpunkt des n-ten Zeitpunktpaars bezeichnet und A der vorgegebene Abstand des ersten Sensors 1 und zweiten Sensors 2 ist.The assignment of a combination of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. for a position specification of the object 11 is now based on the specific time pairs and additionally based on the specified angular distance A. , here 90 °, of the first and second sensor 1 , 2 , determined. In this case, an equation system with n equations is formed in the calibration process, which has an equation of the form at each point in time γ n , 2 - γ n ,1 = A.
Figure DE102019110111A1_0005
includes, where γ n, 1 a first position specification in the first point in time of the n-th point in time pair and γ n, 2 a second position specification in the second point in time of the nth point in time pair and A denotes the predetermined distance of the first sensor 1 and second sensor 2 is.

Insofern wird zunächst ein Gleichungssystem mit n Gleichungen und 2n Unbekannten erhalten. Um das Lösen dieses Gleichungssystems zu ermöglichen, wird die Anzahl der Unbekannten reduziert. Zur Reduktion von Unbekannten in dem Gleichungssystem wird höchstens die Hälfte der ersten Positionsangaben γn,1 durch einen Näherungswert ersetzt, der von mindestens zwei weiteren ersten Positionsangaben γn-1,1, γn+1,1 abhängig ist und höchstens die Hälfte der zweiten Positionsangaben γn,2 wird durch einen Näherungswert ersetzt, der von mindestens zwei weiteren zweiten Positionsangaben γn-1,2, γn+1,2 abhängig ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jede zweite der ersten Positionsangaben γn,1 durch einen ersten Näherungswert ersetzt und jede zweite der zweiten Positionsangabe wird durch einen zweiten Näherungswert ersetzt.In this respect, an equation system with n equations and 2n unknowns is initially obtained. In order to enable this system of equations to be solved, the number of unknowns is reduced. To reduce unknowns in the equation system, at most half of the first position information is used γ n, 1 replaced by an approximate value which is dependent on at least two further first position information γ n-1,1 , γ n + 1,1 and at most half of the second position information γ n, 2 is replaced by an approximate value that is dependent on at least two further second position details γ n-1,2 , γ n + 1,2 . In the present exemplary embodiment, every second one of the first position information γ n, 1 replaced by a first approximate value and every second of the second position information is replaced by a second approximate value.

Zur Berechnung der Näherung kann ein Modell der Bewegung des Objekts 11 herangezogen werden. Um eine besonders einfach zu erhaltene Näherung zu ermöglichen, kann als Näherungswert ein linearer Näherungswert gewählt werden, insbesondere eine lineare Näherung zwischen den jeweiligen beiden benachbarten ersten Positionsangaben γn-1,1, γn+1,1oder zweiten Positionsangaben γn-1,2, γn+1,2. Ein Beispiel einer Berechnung einer linearen Näherung ist in 3 gezeigt. Hier wird die Positionsangabe γn geschätzt anhand der benachbarten ersten Positionsangaben γn-1, γn+1. Aus der Gleichung γ n γ n 1 γ n + 1 γ n 1 = t n t n 1 t n + 1 t n 1

Figure DE102019110111A1_0006
ergibt sich γ n = e n γ n 1 + f n γ n + 1
Figure DE102019110111A1_0007
mit e n = t n + 1 t n t n + 1 t n 1
Figure DE102019110111A1_0008
und f n = t n t n 1 t n + 1 t n 1 .
Figure DE102019110111A1_0009
A model of the movement of the object can be used to calculate the approximation 11 can be used. To enable an approximation that is particularly easy to obtain, a linear approximation value can be selected as the approximation value, in particular a linear approximation between the respective two adjacent first position information γ n-1,1 , γ n + 1,1 or second position information γ n-1 , 2 , γ n + 1.2 . An example of a linear approximation calculation is in 3 shown. Here, the position information γ n is estimated using the adjacent first position information γ n-1 , γ n + 1 . From the equation γ n - γ n - 1 γ n + 1 - γ n - 1 = t n - t n - 1 t n + 1 - t n - 1
Figure DE102019110111A1_0006
surrendered γ n = e n γ n - 1 + f n γ n + 1
Figure DE102019110111A1_0007
With e n = t n + 1 - t n t n + 1 - t n - 1
Figure DE102019110111A1_0008
and f n = t n - t n - 1 t n + 1 - t n - 1 .
Figure DE102019110111A1_0009

Durch das Ersetzen der Hälfte der ersten und zweiten Positionsangaben γn,1 , γn,2 durch vorstehend beschriebene Näherungswerte wird die Anzahl der Unbekannten in dem Gleichungssystem halbiert. Somit umfasst das Gleichungssystem insgesamt n Gleichungen mit n Unbekannten und kann mittels eines der üblichen Lösungsverfahren gelöst werden, beispielsweise mittels des Gauß-Algorithmus.By replacing half of the first and second position information γ n, 1 , γ n, 2 the number of unknowns in the equation system is halved by the approximate values described above. The equation system thus comprises a total of n equations with n unknowns and can be solved using one of the usual solution methods, for example using the Gaussian algorithm.

Gemäß einer Abweichung der vorstehend erläuterten Verfahrensschritte zum Bestimmen eines Näherungswerts einer ersten Positionsangabe γn,1 kann der Näherungswert abhängig von mindestens drei, bevorzugt von vier weiteren ersten Positionsangaben sein. Entsprechend kann zum Bestimmen eines Näherungswerts einer zweiten Positionsangabe γn,2 kann der Näherungswert abhängig von mindestens drei, bevorzugt von vier weiteren zweiten Positionsangaben sein.According to a deviation from the method steps explained above for determining an approximate value of a first position specification γ n, 1 the approximate value can be dependent on at least three, preferably four, further first position information. Correspondingly, a second position specification can be used to determine an approximate value γ n, 2 the approximate value can be dependent on at least three, preferably four, further second position information.

Optional ist eine Reduktion der Unbekannten in dem Gleichungssystem möglich. Hierzu kann ein erster Zeitpunkt, also ein Anfangszeitpunkt, eines ersten Zeitpunktpaares derart gewählt werden, dass er zeitlich mit einem zweiten Zeitpunkt, also einem Endzeitpunkt, eines zweiten Zeitpunktpaares zusammenfällt. Ein erstes Beispiel einer derartigen Auswahl von Zeitpunktpaaren ist in der Darstellung in 2 gezeigt. Dabei sind die ersten Zeitpunkte der Zeitpunktpaare bzw. Intervalle 219 und 220 identisch mit den zweiten Zeitpunkten der Zeitpunktpaare bzw. Intervalle 214 und 215. Ein weiteres Beispiel eines solchen Auswahl ist in 4 gezeigt. Gemäß 4 sind die Zeitpunkte dreier Zeitpunktpaare 301, 306, 311 lückenlos aneinander anschließend festgelegt. Hierbei ist der zweite Zeitpunkt eines ersten Zeitpunktpaares 301 derart gewählt, dass er mit dem ersten Zeitpunkt eines zweiten Zeitpunktpaares 306 zusammenfällt und der erste Zeitpunkt eines dritten Zeitpunktpaares 311 ist derart gewählt, dass er mit dem zweiten Zeitpunkt des zweiten Zeitpunktpaares 306 zusammenfällt.A reduction of the unknowns in the equation system is optionally possible. For this purpose, a first point in time, that is to say a start point in time, of a first point in time pair can be selected such that it coincides in time with a second point in time, that is to say an end point in time, of a second point in time pair. A first example of such a selection of time pairs is shown in FIG 2 shown. The first points in time are the point in time pairs or intervals 219 and 220 identical to the second points in time of the point in time pairs or intervals 214 and 215 . Another example of such a selection is in 4th shown. According to 4th are the times of three time pairs 301 , 306 , 311 seamlessly attached to each other. This is the second point in time of a first point in time pair 301 chosen such that it corresponds to the first point in time of a second point in time pair 306 coincides and the first point in time of a third point in time pair 311 is chosen such that it begins with the second point in time of the second point in time pair 306 coincides.

Werden die Zeitpunktpaare teilweise lückenlos aneinander angrenzend definiert, wie dies in 4 gezeigt ist, so ist es möglich, weniger als die Hälfte der ersten und zweiten Positionsangaben durch einen entsprechenden Näherungswert zu ersetzen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Viertel der ersten Positionsangaben γn,1 jeweils durch einen ersten Näherungswert ersetzt wird, der von mindestens zwei weiteren ersten Positionsangaben abhängig ist und zumindest ein Viertel der zweiten Positionsangaben γn,2 jeweils durch einen zweiten Näherungswert ersetzt wird, der von mindestens zwei weiteren zweiten Positionsangaben abhängig ist.If the time pairs are partially defined contiguous to one another, as shown in 4th is shown, it is possible to replace less than half of the first and second position information with a corresponding approximate value. In particular, it can be provided that at least a quarter of the first position information γ n, 1 is replaced by a first approximate value which is dependent on at least two further first position information and at least a quarter of the second position information γ n, 2 is replaced by a second approximate value, which is dependent on at least two further second position information.

Schließlich wird das Gleichungssystem mit n Gleichungen gelöst, um die höchstens n Unbekannten zu bestimmen. Bei diesen Unbekannten handelt es sich um die Positionsangaben γn,1 , γn,2 . Diese Positionsangaben γn,1 , γn,2 sind durch den ersten Verlauf 1 und den zweiten Verlauf 2 jeweils einem Zeitpunkt tn zugeordnet und können damit jeweils einer Kombination des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S zugeordnet werden. Eine Tabelle mit einer solchen Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S zu einer Positionsangabe y des Objekts 11 ist in 8 dargestellt.Finally, the system of equations with n equations is solved in order to determine the maximum n unknowns. These unknowns are the position information γ n, 1 , γ n, 2 . This position information γ n, 1 , γ n, 2 are through the first course 1 and the second course 2 each assigned to a point in time t n and can thus each be a combination of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. be assigned. A table with such an assignment of a combination of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. for a position specification y of the object 11 is in 8th shown.

Um eine stetige Zuordnung zu erhalten, wird in dem Kalibriervorgang ein Interpolationsalgorithmus angewendet, der eine stetige Zuordnung der Kombination des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S zu der Positionsangabe y des Objekts 11 ermittelt. Eine grafische Darstellung einer solchen stetigen Zuordnung zwischen der Kombination des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S zu einer Positionsangabe y des Objekts 11 ist in 5 gezeigt.In order to obtain a continuous assignment, an interpolation algorithm is used in the calibration process, which continuously assigns the combination of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. to the position specification y of the object 11 determined. A graphic representation of such a continuous association between the combination of the first sensor signal C. and the second sensor signal S. for a position specification y of the object 11 is in 5 shown.

Im Messvorgang wird dann anhand der in dem Kalibriervorgang ermittelten Zuordnung gemäß 8 bzw. 5 sowie anhand des in dem Messvorgang gemessenen ersten und des zweiten Sensorsignals C, S eine Positionsangabe y des Objekts 11 bestimmt. Hierzu wird der Wert der Positionsangabe y aus der Tabelle nach 8 ausgelesen, welcher der gemessenen Kombination des ersten und zweiten Sensorsignals C, S entspricht bzw. diesem am nächsten kommt. Alternativ wird die stetige Zuordnung gemäß 8 hierzu herangezogen.In the measurement process, based on the assignment determined in the calibration process, 8th or. 5 and on the basis of the first and second sensor signals measured in the measurement process C. , S. a position specification y of the object 11 certainly. For this purpose, the value of the position specification y is taken from the table 8th read out which of the measured combination of the first and second sensor signal C. , S. corresponds to or comes closest to it. Alternatively, the continuous assignment is made according to 8th used for this.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Sensorsensor
22
Sensorsensor
33
zeitlicher Verlauftemporal course
44th
zeitlicher Verlauftemporal course
1010
PositionsmessvorrichtungPosition measuring device
1111
Objekt object
100100
KalibriervorgangCalibration process
101101
Messvorgang Measuring process
201-227201-227
ZeitpunktpaarTime pair
301-315301-315
ZeitpunktpaarTime pair
AA.
Abstanddistance
BB.
Amplitudeamplitude
CC.
SensorsignalSensor signal
SS.
Sensorsignal Sensor signal
γn,1 γ n, 1
PositionsangabePosition information
γn,2 γ n, 2
PositionsangabePosition information
γγ
PositionsangabePosition information

Claims (10)

Verfahren zum Bestimmen einer Positionsangabe (y), insbesondere einer Drehwinkelangabe, eines bewegten Objekts (11) mit einer Positionsmessvorrichtung (10), - die einen ersten Sensor (1) zur Erzeugung eines ersten Sensorsignals (C) und - einen entlang einer Bewegungsbahn des Objekts (11) gegenüber dem ersten Sensor (1) um einen vorgegebenen Abstand (A), insbesondere Winkelabstand, versetzt angeordneten zweiten Sensor (2) zur Erzeugung eines zweiten Sensorsignals (S) aufweist, wobei in einem Kalibriervorgang eine Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals (C) und des zweiten Sensorsignals (S) zu einer Positionsangabe (y) des Objekts (11), insbesondere einer Drehwinkelangabe des Objekts (11), ermittelt wird und wobei in einem dem Kalibriervorgang nachfolgenden Messvorgang anhand der ermittelten Zuordnung sowie des ersten und des zweiten Sensorsignals (C, S) eine Positionsangabe (y) des Objekts (11) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Zuordnung in dem Kalibriervorgang das Objekt (11) gegenüber dem ersten und dem zweiten Sensor (1, 2) bewegt wird und dabei ein erster zeitlicher Verlauf (3) des ersten Sensorsignals (C) und ein zweiter zeitlicher Verlauf (4) des zweiten Sensorsignals (S) bestimmt wird, und mehrere Zeitpunktpaare (201-227, 301-315) mit einem ersten Zeitpunkt des ersten Verlaufs (3) und einem zweiten Zeitpunkt des zweiten Verlaufs (4) bestimmt werden, wobei das erste Sensorsignal (C) in dem ersten Zeitpunkt im Wesentlichen dem zweiten Sensorsignal (S) in dem zweiten Zeitpunkt entspricht, wobei die Zuordnung anhand der bestimmten Zeitpunktpaare (201-227, 301-315) ermittelt wird.Method for determining a position specification (y), in particular a rotation angle specification, of a moving object (11) with a position measuring device (10), a first sensor (1) for generating a first sensor signal (C) and one along a movement path of the object (11) with respect to the first sensor (1) by a predetermined distance (A), in particular Angular distance, offset arranged second sensor (2) for generating a second sensor signal (S), wherein in a calibration process an assignment of a combination of the first sensor signal (C) and the second sensor signal (S) to a position indication (y) of the object (11 ), in particular an indication of the angle of rotation of the object (11), is determined and a position indication (y) of the object (11) is determined in a measuring process following the calibration process based on the determined assignment and the first and second sensor signals (C, S), characterized in that, to determine the assignment in the calibration process, the object (11) is moved relative to the first and second sensors (1, 2) and a first time profile (3) of the first sensor signal (C) and a second time profile (4) of the second sensor signal (S) is determined, and several pairs of times (201-227, 301-315) with a first time of the first curve (3) and a second Point in time of the second curve (4), the first sensor signal (C) in the first point in time essentially corresponding to the second sensor signal (S) in the second point in time, the assignment based on the determined point in time pairs (201-227, 301-315 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung in dem Kalibriervorgang zusätzlich anhand des vorgegebenen Abstands (A), insbesondere vorgegebenen Winkelabstands, ermittelt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the assignment in the calibration process is additionally determined on the basis of the predetermined distance (A), in particular the predetermined angular distance. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kalibriervorgang ein Gleichungssystem mit n Gleichungen gebildet wird, welches zu jedem Zeitpunktpaar (201-227, 301-315) eine Gleichung der Form γ n ,2 γ n ,1 = A
Figure DE102019110111A1_0010
umfasst, wobei γn,1 eine erste Positionsangabe in dem ersten Zeitpunkt des n-ten Zeitpunktpaars und γn,2 eine zweite Positionsangabe in dem zweiten Zeitpunkt des n-ten Zeitpunktpaars bezeichnet und A der vorgegebene Abstand des ersten und zweiten Sensors ist.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that an equation system with n equations is formed in the calibration process, which equation of the form at each time pair (201-227, 301-315) γ n , 2 - γ n ,1 = A.
Figure DE102019110111A1_0010
comprises, where γ n, 1 denotes a first position specification in the first point in time of the n-th point in time pair and γ n, 2 denotes a second position information in the second point in time of the n-th point in time pair and A is the predetermined distance between the first and second sensors.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion von Unbekannten in dem Gleichungssystem mehrere, insbesondere höchstens die Hälfte, der ersten Positionsangaben γn,1 jeweils durch einen ersten Näherungswert ersetzt wird, der von mindestens zwei weiteren ersten Positionsangaben abhängig ist und mehrere, insbesondere höchstens die Hälfte, der zweiten Positionsangaben γn,2 jeweils durch einen zweiten Näherungswert ersetzt wird, der von mindestens zwei weiteren zweiten Positionsangaben abhängig ist.Procedure according to Claim 3 , characterized in that, in order to reduce unknowns in the system of equations, several, in particular at most half, of the first position information γ n, 1 is replaced by a first approximate value that is dependent on at least two further first position information and several, in particular at most half , the second position information γ n, 2 is replaced by a second approximate value which is dependent on at least two further second position information. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungswert ein linearer Näherungswert ist.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the approximate value is a linear approximate value. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungswert von mindestens drei, bevorzugt mindestens vier weiteren ersten Positionsangaben abhängig ist.Method according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that the approximate value is dependent on at least three, preferably at least four further first position information. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion von Unbekannten in dem Gleichungssystem mindestens ein erstes und ein zweites der Zeitpunktpaare (204, 205, 209, 210, 301-315) derart gewählt werden, dass der zweite Zeitpunkt des ersten Zeitpunktpaares identisch ist mit dem ersten Zeitpunkt des zweiten Zeitpunktpaares.Method according to one of the Claims 3 to 6 , characterized in that at least a first and a second of the time pairs (204, 205, 209, 210, 301-315) are selected to reduce unknowns in the equation system such that the second time of the first time pair is identical to the first time of the second time pair. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichungssystem gelöst wird, um Unbekannte des Gleichungssystem, insbesondere erste und zweite Positionsangaben, zu ermitteln.Method according to one of the Claims 3 to 7th , characterized in that the equation system is solved in order to determine unknowns of the equation system, in particular first and second position information. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den ermittelten ersten und zweiten Positionsangaben anhand des ersten und zweiten Verlaufs (3, 4) erste und zweite Sensorsignale (C, S) zugeordnet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that first and second sensor signals (C, S) are assigned to the determined first and second position information on the basis of the first and second course (3, 4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kalibriervorgang mittels eines Interpolationsalgorithmus eine stetige Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals (C) und des zweiten Sensorsignals (S) zu einer Positionsangabe (y) des Objekts (11) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a continuous assignment of a combination of the first sensor signal (C) and the second sensor signal (S) to a position indication (y) of the object (11) is determined in the calibration process by means of an interpolation algorithm.
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