DE102019110111B4 - Method for self-calibration of a position measuring device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Bestimmen einer Positionsangabe (γ), 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 bewegten 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 (100) eine Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals (C) und des zweiten Sensorsignals (S) zu einer Positionsangabe (y) des bewegten Objekts (11), insbesondere einer Drehwinkelangabe des bewegten Objekts (11), ermittelt wird undwobei in einem dem Kalibriervorgang (100) nachfolgenden Messvorgang (101) anhand der ermittelten Zuordnung sowie des ersten und des zweiten Sensorsignals (C, S) eine Positionsangabe (y) des bewegten Objekts (11) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Zuordnung in dem Kalibriervorgang (100)das bewegte 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, undmehrere Zeitpunktpaare (201-227, 301-315) mit einem ersten Zeitpunkt des ersten zeitlichen Verlaufs (3) und einem zweiten Zeitpunkt des zweiten zeitlichen 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 des vorgegebenen Abstands (A) und anhand der bestimmten Zeitpunktpaare (201-227, 301-315) ermittelt wird.Method for determining a position information (γ), in particular an angle of rotation information, of a moving object (11) with a position measuring device (10), - which has a first sensor (1) for generating a first sensor signal (C) and - along a movement path of the moving object Object (11) relative to the first sensor (1) by a predetermined distance (A), in particular angular distance, arranged offset second sensor (2) for generating a second sensor signal (S), wherein in a calibration process (100) an assignment of a combination of the first sensor signal (C) and the second sensor signal (S) for a position indication (y) of the moving object (11), in particular an indication of the angle of rotation of the moving object (11), is determined and wherein in a measuring process (101 ) based on the determined assignment and the first and second sensor signals (C, S), a position (y) of the moving object (11) is determined, characterized in that to determine the assignment in the calibration process (100), the moving object (11 ) is moved relative to the first and the second sensor (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) are determined, and a plurality of time point pairs ( 201-227, 301-315) with a first point in time of the first time profile (3) and a second point in time of the second time profile (4), the first sensor signal (C) essentially corresponding to the second sensor signal ( S) at the second point in time, the assignment being determined on the basis of the predetermined distance (A) and on the basis of the pairs of points in time (201-227, 301-315) determined.
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 rotational angle specification, of a moving object with a position measuring device, which 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 an indication of the position of the object, in particular an indication of the angle of rotation of the object, is determined and wherein in a measurement process that follows the calibration process on the basis of the determined Assignment and the first and the second sensor signal a position 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.A reference sensor that works with increased accuracy is typically used in the calibration process to determine the assignment. A reference measurement is generally carried out by means of such a reference sensor, on the basis of which an indication of the position 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 measurement process in order to determine the most accurate position information possible for the object. Due to the reference sensor, the procedure described entails a certain outlay in terms of equipment.
Die
Die
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Kalibrierung einer Positionsmessvorrichtung eingangs genannter Art mit geringem Aufwand zu ermöglichen.The
Against this background, the task is to enable a position measuring device of the type mentioned at the outset to be calibrated 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 rotational angle specification, of a moving object with a position measuring device which has a first sensor for generating a first sensor signal and a distance along a movement path of the object relative to the first sensor by a predetermined distance, in particular angular distance , offset 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 an indication of the position of the object, in particular an indication of the angle of rotation of the object, is determined and
in a measurement process that follows the calibration process, a position specification of the object is determined on the basis of the determined association and the first and second sensor signals,
wherein for determining the assignment in the calibration process
the object is moved relative 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
several time pairs are determined with a first time of the first curve and a second time of the second curve, 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 determined time point 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 profile, pairs of points in time are determined, each consisting of two points in time, which are characterized in that the first sensor signal has essentially the same value at the first point in time as the second sensor signal at the second point in time. The pairs of times thus indicate times at which the object or the same section of the object is in each case in the range 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 position measuring device can be calibrated in the installed state or during operation take place and enables the calibration to be carried out with reduced equipment costs.
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.In the calibration process, the object is preferably moved in a translatory or rotary manner, that is to say rotated about an axis of rotation. The movement of the object in the calibration process can cover a complete working area of the object or just a partial area of the working area. In a method for determining an indication of the angle of rotation, the object can be moved by a complete rotation or a rotation range smaller than a complete rotation or by a rotation range greater than a complete rotation.
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.e. 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 dependent on position information of the object in the calibration process.
Erfindungsgemäß 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 the invention, it is provided that the assignment is additionally determined in the calibration process using the specified distance. The specified distance can be assumed to be known for the 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, ie an angular range by which a section of the object is rotated and at the start of which the section sweeps past the first sensor and at the end of which the section sweeps past 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, wherein in the calibration process each of the points in time of a point in time pair is assigned a position information and the difference in the position information corresponds to the predetermined distance between the first and second sensors.
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
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 system of equations, several, in particular at most half, of the first position information γ n,1 is replaced by an approximate value which 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 which is dependent on at least two further second position information. Since the system of equations described above comprises two unknowns per equation, in particular the first position specification γ n,1 at the first time and the second position specification γ n,2 at the second time, it is possible by reducing the unknowns to find a unique solution to the to get the system of equations. In particular, half of the first position information γ n,1 is replaced by a first approximate value that depends 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 depends on at least two adjacent second position information is dependent.
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, which makes it possible to determine the approximate value in a particularly simple manner.
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. The accuracy can be increased by formulating the approximate value in this way as a function of at least three further first position details.
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, to reduce unknowns in the system of equations, at least a first and a second of the pairs of points in time are selected such that the second point in time of the first point in time pair is identical to the first point in time of the second point in time pair. A further reduction in unknowns in the above-mentioned system of equations can be achieved by such a choice. In this respect, the intervals defined by the pairs of points in time can be selected in succession 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 in which the first sensor and the second sensor are magnetic field sensors has proven to be advantageous. Low-loss and smooth position detection can be enabled via the magnetic field sensors.
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 in order to determine unknowns of the system of equations, 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 according to the Gauss 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 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, multiple voltage signals or multiple current signals. As a further alternative, it is possible for the first sensor signal and/or the second sensor signal to be 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 a continuous assignment of a combination of the first sensor signal and the second sensor signal to a position indication of the object is determined by means of an interpolation algorithm. Such a configuration makes it possible to determine a calibrated position indication even for such combinations of the first and second sensor signals for which no time pairs were 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.
-
1 an exemplary 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 time of the first curve and a second time of the second curve, the first sensor signal at the first time essentially corresponding to the second sensor signal at the second time; -
3 a representation of points in time of a course to illustrate the determination of an approximate value of a position specification; -
4 two exemplary time curves 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 indication; -
6 an exemplary table with measured values of a calibration process; -
7 an exemplary table with first and second times of several pairs of times; and -
8th an exemplary table with an assignment in each case of a combination of the first sensor signal and the second sensor signal to an indication of the position of the object.
In der
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 8 nach
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 γ des bewegten 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 bewegten Objekts 11 ermittelten Sensorsignale zu erhalten.In conditions in which there is a non-sinusoidal magnetic field or the sensors exhibit non-linearity, however, it is necessary to calibrate the
Bei der Positionsmessvorrichtung nach
Gemäß einer Abwandlung des in
Die Darstellung in
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. Typically, the amplitudes of the first sensor signal C and the second sensor signal S are essentially identical. If the amplitudes of the first sensor signal C and the second sensor signal S deviate from one another, the amplitudes of the first and second sensor signals C, S can first be compared. With such an adjustment, an amplification and/or an offset of the first and second sensor signals C, S can be adjusted in such a way that the amplitude, or the maximum and the minimum, are essentially identical for both
Alternativ zu der in
Wie der Darstellung in
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 bewegten 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
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 pairs of points in time are preferably selected using 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 in the event of changes over time. The pairs of points in time are therefore preferably selected in such a way that their first and second points in time are not in the areas of the maxima and minima. Furthermore, it is preferred if all pairs of points in time form time intervals that lie completely within one revolution of the working area, in this case a rotation of 360°. In the present exemplary embodiment, the last point in time 329, here point in time, is selected in such a way that the second point in time of this point in time has a pair of values from the first and second sensor signal C, S, which is essentially identical to the pair of values from the first and second sensor signal C, S in the first Time of the first time point pair.
Die Darstellung in
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 100 ein Gleichungssystem mit n Gleichungen gebildet, welches zu jedem Zeitpunktpaar eine Gleichung der Form
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 yn-1,1, yn+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, a system of equations with n equations and 2n unknowns is initially obtained. In order to solve this system of equations, the number of unknowns is reduced. To reduce unknowns in the system of equations, at most half of the first position information γ n,1 is replaced by an approximate value that depends on at least two other first position information y n-1,1 , y n+1,1 and at most half of the second position information γ n,2 is replaced by an approximate value which is dependent on at least two further second position information γ n-1,2 , γ n+1,2 . In the present exemplary embodiment, every second of the first position information γ n,1 is 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 bewegten 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+1,1 oder zweiten Positionsangaben γn-1,2, γn+1,2. Ein Beispiel einer Berechnung einer linearen Näherung ist in
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 with the approximation values described above, the number of unknowns in the system of equations is halved. The system of equations 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 Gauss 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 information γ n,1 , the approximate value can be dependent on at least three, preferably four, further first position information. Correspondingly, in order to determine an approximate value of a second position information 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
Werden die Zeitpunktpaare teilweise lückenlos aneinander angrenzend definiert, wie dies in
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 γ des bewegten Objekts 11 ist in
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 γ des bewegten 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 γ des Objekts 11 ist in
Im Messvorgang wird dann anhand der in dem Kalibriervorgang ermittelten Zuordnung gemäß
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- erster Sensorfirst sensor
- 22
- zweiter Sensorsecond sensor
- 33
- erster zeitlicher Verlauffirst timeline
- 44
- zweiter zeitlicher Verlaufsecond timeline
- 1010
- Positionsmessvorrichtungposition measuring device
- 1111
- bewegtes Objekt moving object
- 100100
- Kalibriervorgangcalibration process
- 101101
- Messvorgang measurement process
- 201-227201-227
- Zeitpunktpaarpoint in time pair
- 301-315301-315
- Zeitpunktpaarpoint in time pair
- AA
- AbstandDistance
- BB
- Amplitudeamplitude
- CC
- erstes Sensorsignalfirst sensor signal
- SS
- zweites Sensorsignal second sensor signal
- γn,1γn,1
- Positionsangabeposition indication
- γn,2γn,2
- Positionsangabeposition indication
- γg
- Positionsangabeposition indication
Claims (9)
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102019110111.5A DE102019110111B4 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method for self-calibration of a position measuring device |
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DE102019110111A1 DE102019110111A1 (en) | 2020-10-22 |
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ID=72660008
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10061004A1 (en) | 2000-12-08 | 2002-06-13 | Daimler Chrysler Ag | Method for determining speed of a shaft based on interval between sensors passing same transition point N and S poles of shaft mounted magnets |
DE102004039739A1 (en) | 2004-08-17 | 2006-02-23 | Zf Friedrichshafen Ag | Measurement of the rotational speed of a shaft, whereby two adjoining sensors are used to detect impulses from markings on the shaft with the known sensor separation and time between the impulses used to calculate the speed |
US20110193552A1 (en) | 2010-02-11 | 2011-08-11 | Sri International | Displacement Measurement System and Method using Magnetic Encodings |
US20150077093A1 (en) | 2013-09-18 | 2015-03-19 | Jtekt Corporation | Rotation angle detecting device |
-
2019
- 2019-04-17 DE DE102019110111.5A patent/DE102019110111B4/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10061004A1 (en) | 2000-12-08 | 2002-06-13 | Daimler Chrysler Ag | Method for determining speed of a shaft based on interval between sensors passing same transition point N and S poles of shaft mounted magnets |
DE102004039739A1 (en) | 2004-08-17 | 2006-02-23 | Zf Friedrichshafen Ag | Measurement of the rotational speed of a shaft, whereby two adjoining sensors are used to detect impulses from markings on the shaft with the known sensor separation and time between the impulses used to calculate the speed |
US20110193552A1 (en) | 2010-02-11 | 2011-08-11 | Sri International | Displacement Measurement System and Method using Magnetic Encodings |
US20150077093A1 (en) | 2013-09-18 | 2015-03-19 | Jtekt Corporation | Rotation angle detecting device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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R020 | Patent grant now final |