DE102019110111B4 - Method for self-calibration of a position measuring device - Google Patents

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DE102019110111B4 DE102019110111.5A DE102019110111A DE102019110111B4 DE 102019110111 B4 DE102019110111 B4 DE 102019110111B4 DE 102019110111 A DE102019110111 A DE 102019110111A DE 102019110111 B4 DE102019110111 B4 DE 102019110111B4
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    • G01D18/00Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G01D18/008Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00 with calibration coefficients stored in memory

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 US 2011 / 0 193 552 A1 beschreibt ein Messsystem für ein rotierendes Bauteil, auf dessen Oberfläche in Umfangsrichtung ausgerichtete Bänder aus magnetisierbarem Material ausgebildet sind, in deren Nähe jeweils ein Magnetfeldsensor angeordnet ist, der ein auf dem Band aufgezeichnetes Magnetmuster bei Rotation erfasst.The U.S. 2011/0 193 552 A1 describes a measuring system for a rotating component, on the surface of which circumferentially aligned bands of magnetizable material are formed, near each of which a magnetic field sensor is arranged which detects a magnetic pattern recorded on the band during rotation.

Die US 2015 / 0 077 093 A1 beschreibt eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung mit zwei um die Drehachse um 120 Grad zu einander versetzt angeordneten Magnetsensoren, deren Funktionieren/Ausfallen bestimmt wird.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Kalibrierung einer Positionsmessvorrichtung eingangs genannter Art mit geringem Aufwand zu ermöglichen.
The US 2015 / 0 077 093 A1 describes a rotation angle detection device with two magnetic sensors arranged offset from one another by 120 degrees about the rotation axis, the functioning/failure of which is determined.
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 γ n ,2 γ n ,1 = A

Figure DE102019110111B4_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 a system of equations with n equations is formed in the calibration process, which has an equation of the form at each point in time g n ,2 g n ,1 = A
Figure DE102019110111B4_0001
comprises, where γ n,1 denotes a first position indication in the first point in time of the nth point in time pair (beginning of the time interval) and γ n,2 denotes a second position indication in the second point in time of the nth point in time pair (end of the time interval) and A is the predetermined distance of 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 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.
Further details and advantages of the invention will be explained below with reference to the embodiment shown in the drawings. Herein shows:
  • 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 1 ist schematisch eine beispielhafte Positionsmessvorrichtung 10 zum Bestimmen einer Positionsangabe eines bewegten Objekts 11, hier zum Bestimmen einer Drehstellung eines drehbaren bewegten 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 bewegten 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 bewegten Objekts 11 detektieren. Beispielsweise können die Magnetfeldsensoren als Hallsensoren oder als GMR-Sensoren ausgebildet sein, die auf dem Effekt des Riesenmagnetowiderstands beruhen. Das bewegte Objekt 11 kann genau einen Magnet mit genau einem Nordpol und genau einem Südpol aufweisen. Alternativ ist es möglich, dass das bewegte Objekt 11 mehrere Magnete umfasst, so dass eine mehrpolige Anordnung mit abwechselnd angeordneten Nordpolen und Südpolen an dem bewegten Objekt 11 vorhanden ist.In the 1 an exemplary position measuring device 10 for determining a position indication of a moving object 11, here for determining a rotational position of a rotatable moving object 11, is shown schematically, in which the method according to the invention can be used. Position measuring device 10 includes a first sensor 1 for generating a first sensor signal C and a second sensor 2 for generating a second sensor signal S, which is arranged offset along the movement path of moving object 11 relative to first sensor 1 by a predetermined distance, here an angular distance. The sensors 1, 2 of the position measuring device 10 are arranged offset by an angular distance of 90° and can, for example, be in the form of magnetic field sensors that detect a magnetic field of the moving object 11. For example, the magnetic field sensors can be designed as Hall sensors or as GMR sensors, which are based on the effect of giant magnetoresistance. The moving object 11 can have exactly one magnet with exactly one north pole and exactly one south pole. Alternatively, it is possible for the moving object 11 to comprise a plurality of magnets, so that there is a multi-pole arrangement with north poles and south poles arranged alternately on the moving object 11 .

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 C ( γ ) = B cos ( γ )

Figure DE102019110111B4_0002
S ( γ ) = B sin ( γ )
Figure DE102019110111B4_0003
kann der Drehwinkel γ des bewegten Objekts 11 berechnet werden als: γ ( t ) = arctan ( C ( t ) S ( t ) )
Figure DE102019110111B4_0004
In the case of the position measuring device 10, the position information can be given in the form of the angle of rotation as a function of the first sensor signal C and the second sensor signal S. With sinusoidal sensor signals C, S with an amplitude 8 according to C ( g ) = B cos ( g )
Figure DE102019110111B4_0002
S ( g ) = B sin ( g )
Figure DE102019110111B4_0003
the angle of rotation γ of the moving object 11 can be calculated as: g ( t ) = arctan ( C ( t ) S ( t ) )
Figure DE102019110111B4_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 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 position measuring device 10 in a calibration process, with an assignment of a combination of the first sensor signal C and the second sensor signal S to a rotational angle specification γ of the moving Object 11 is determined. According to the invention, this calibration process can be carried out without a reference sensor being required for detecting the indication of the angle of rotation γ. Rather, it is possible to obtain the assignment solely with the aid of the sensor signals determined during the movement of the moving object 11 .

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 100 wird also eine Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals C und des zweiten Sensorsignals S zu einer Positionsangabe γ des bewegten 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 bewegten Objekts 11 bestimmt.With the position measuring device 1 an evaluation unit is provided, which can be operated either in a calibration mode, in order to carry out a calibration process 100, or in a measurement mode, in order to carry out a measurement process 101. This circumstance is in 1 represented by two blocks 100, 101, between which it is possible to switch back and forth by means of a plurality of switches 102. In calibration process 100, an assignment of a combination of first sensor signal C and second sensor signal S to a position specification γ of moving object 11 is determined, and in measuring process 101, a position specification is determined using the assignment determined in calibration process 100 and the first and second sensor signals γ of the moving object 11 is determined.

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 1 In the exemplary embodiment shown, the switches 102 can be omitted. In such a modification, the evaluation unit is operated in such a way that a calibration process 100 and a measurement process 101 are carried out at the same time. 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 bewegte Objekt 11 über den gesamten Arbeitsbereich der Positionsmessvorrichtung 10 bewegt. Im vorliegenden Fall einer Positionsmessvorrichtung 10 zum Bestimmen einer Drehstellung des drehbaren bewegten Objekts 11, wird das bewegte Objekt 11 um eine vollständige Umdrehung, d. h. um 360° gedreht. Dabei werden das erste Sensorsignal C 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 FIG. 12 shows a first time profile 3 of the first sensor signal C and a second time profile 4 of the second sensor signal S, as they can be detected as part of the calibration process 100. In this case, the moving object 11 is moved over the entire working range of the position measuring device 10 . In the present case of a position measuring device 10 for determining a rotational position of the rotatable moving object 11, the moving object 11 is rotated through a complete revolution, ie through 360°. In this case, the first sensor signal C of the first sensor 1 and the second sensor signal S of the second sensor 2 are stored together with the respective time values. For example, these time curves 3, 4 can each have 1000 points in time consisting of a value of a sensor signal C, S and the associated time value. An exemplary table with such measured values of a calibration process is in 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. 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 sensors 1, 2. In addition, outliers caused by high-frequency interference, for example, 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 In the table shown with measured values, the time profiles 3.4 can be approximated as a function over time in order to obtain additional values between those in the table 6 to obtain the 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 bewegten 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 100 abgespeichertes Wertepaar.As shown in 2 It can further be seen that the time curves 3, 4 are not ideal sinusoidal curves, but rather show deviations from the ideal sinusoidal shape. The completion of a rotation of the moving object 11 by 360° can be determined by comparing a current pair of values of the first sensor signal C and the second sensor signal S with a stored pair of values of the first sensor signal C and the second sensor signal S. The stored pair of values is preferably a pair of values stored at the beginning of the calibration process 100 .

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 2 sind insgesamt 29 solche Zeitpunktpaare gebildet, die auch als zeitliches Intervall aufgefasst werden können.Based on the first and second profile 1, 2 of the sensor signals C, S, several time pairs each with a first time of the first profile and a second time of the second course determined. The first and second point in time of a point in time pair are selected in such a way that the first sensor signal C at the first point in time essentially corresponds to the second sensor signal S at the second point in time. Thus, these time pairs define time intervals between the beginning and end of which the moving object 11 has rotated exactly by the angular distance between the first and second sensors 1, 2. The number of time point pairs can be freely selected. In the present example 2 a total of 29 such time point 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 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 7 zeigt eine beispielhafte Tabelle mit Messwerten für insgesamt 72 Zeitpunktpaare bzw. zeitliche Intervalle.The representation in 7 shows an example table with measured values for a total of 72 time point 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 100 ein Gleichungssystem mit n Gleichungen gebildet, welches zu jedem Zeitpunktpaar eine Gleichung der Form γ n ,2 γ n ,1 = A

Figure DE102019110111B4_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 to an indication of the position of the object 11 is now determined based on the specific time pairs and also based on the specified angular distance A, here 90°, of the first and second sensors 1, 2. A system of equations with n equations is formed in the calibration process 100, which has an equation of the form at each point in time g n ,2 g n ,1 = A
Figure DE102019110111B4_0005
where γ n,1 denotes a first position specification at the first point in time of the nth point in time pair and γ n,2 denotes a second position specification at the second point in time of the nth point in time pair and A is the specified distance between the first sensor 1 and the 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 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 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 DE102019110111B4_0006
ergibt sich γ n = e n γ n 1 + ƒ n γ n + 1
Figure DE102019110111B4_0007
mit e n = t n + 1 t n t n + 1 t n 1
Figure DE102019110111B4_0008
und ƒ n = t n t n 1 t n + 1 t n 1 .
Figure DE102019110111B4_0009
A model of the movement of the moving object 11 can be used to calculate the approximation. In order to enable an approximation that is particularly easy to obtain, a linear approximation can be selected as the approximation, in particular a linear approximation between the respective two adjacent first position details γ n−1,1 , γ n+1,1 or second position details γ n−1 .2 , γn +1.2 . An example of a linear approximation calculation is given in 3 shown. Here the position information γ n is estimated using the adjacent first position information γ n−1 , γ n+1 . out of the equation g n g n 1 g n + 1 g n 1 = t n t n 1 t n + 1 t n 1
Figure DE102019110111B4_0006
surrendered g n = e n g n 1 + ƒ n g n + 1
Figure DE102019110111B4_0007
with e n = t n + 1 t n t n + 1 t n 1
Figure DE102019110111B4_0008
and ƒ n = t n t n 1 t n + 1 t n 1 .
Figure DE102019110111B4_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 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 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 system of equations is optionally possible. For this purpose, a first point in time, ie a starting point in time, of a first pair of points in time can be selected in such a way that it coincides with a second point in time, ie an end point in time, of a second point in time pair. A first example of such a selection of time point pairs is shown in Fig 2 shown. The first points in time of the point in time pairs or intervals 219 and 220 are identical to the second points in time in the point in time pairs or intervals 214 and 215. Another example of such a selection is in 4 shown. According to 4 the points in time of three pairs of points in time 301, 306, 311 are fixed without gaps. The second point in time of a first point in time pair 301 is selected in such a way that it coincides with the first point in time in a second point in time pair 306 and the first point in time in a third point in time pair 311 is selected in such a way that it coincides with the second point in time of the second point in time pair 306.

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 pairs of points in time are partially defined as adjacent to one another without gaps, as is the case in 4 is shown, it is possible to replace less than half of the first and second position information with a corresponding approximation. 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 is, which is dependent on at least two other 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 γ des bewegten Objekts 11 ist in 8 dargestellt.Finally, the system of equations is solved with n equations in order to determine the at most n unknowns. These unknowns are the position information γ n,1 , γ n,2 . These position details γ n,1 γ n,2 are each assigned to a point in time t n by the first profile 1 and the second profile 2 and can thus each be assigned to a combination of the first sensor signal C and the second sensor signal S. A table with such an assignment of a combination of the first sensor signal C and the second sensor signal S to a position specification γ of the moving 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 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 5 gezeigt.In order to obtain a constant assignment, an interpolation algorithm is used in the calibration process, which determines a constant assignment of the combination of the first sensor signal C and the second sensor signal S to the position specification γ of the moving object 11 . A graphical representation of such a continuous assignment between the combination of the first sensor signal C and the second sensor signal S to a position specification γ of the object 11 is shown in FIG 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 γ des bewegten Objekts 11 bestimmt. Hierzu wird der Wert der Positionsangabe γ 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, the assignment determined in the calibration process is then determined according to 8th or. 5 and a position specification γ of the moving object 11 is determined on the basis of the first and second sensor signals C, S measured in the measuring process. For this purpose, the value of the position information γ from the table 8th read out, which corresponds to the measured combination of the first and second sensor signals C, S or comes closest to this. Alternatively, the continuous assignment according to 8th used for this.

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)

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 und wobei 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, und mehrere 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 specification (γ), in particular a rotational 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 moving object (11) opposite 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 (100) an assignment of a combination of the first sensor signal (C) and the second sensor signal (S) to a position specification (y) of the moving object (11), in particular an indication of the angle of rotation of the moving object (11), and in a measuring process (101) following the calibration process (100) based on the determined assignment and the first and second sensor signals (C, S), a position indication ( 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 Course (3) of the first sensor signal (C) and a second time course (4) of the second sensor signal (S) is determined, and a plurality of time pairs (201-227, 301-315) with a first time point of the first time course (3) and a second point in time of the second time curve (4), the first sensor signal (C) at the first point in time essentially corresponding to the second sensor signal (S) at the second point in time, the allocation based on the specified distance (A) and is determined on the basis of the determined time point pairs (201-227, 301-315). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kalibriervorgang (100) 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 DE102019110111B4_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 Sensors (1) und zweiten Sensors (2) ist.
procedure after claim 1 , characterized in that in the calibration process (100) an equation system with n equations is formed, which at each point in time pair (201-227, 301-315) an equation of the form g n ,2 g n ,1 = A
Figure DE102019110111B4_0010
includes, where γ n,1 denotes a first position indication at the first point in time of the nth point in time pair and γ n,2 denotes a second position indication in the second point in time of the nth point in time pair and A is the specified distance between the first sensor (1) and the second sensor (2) is.
Verfahren nach Anspruch 2, 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 after claim 2 , characterized in that 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 approximation value, which 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 in each case by a second approximate value which is dependent on at least two further second position information. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungswert ein linearer Näherungswert ist.procedure after claim 3 , characterized in that the approximation is a linear approximation. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungswert von mindestens drei, bevorzugt mindestens vier weiteren ersten Positionsangaben abhängig ist.Procedure according to one of claims 3 or 4 , characterized in that the approximate value is dependent on at least three, preferably at least four, further first position data. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, 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.Procedure according to one of claims 2 until 5 , characterized in that to reduce unknowns in the system of equations, at least a first and a second of the pairs of times (204, 205, 209, 210, 301-315) are selected such that the second point in time of the first pair of points in time is identical to the first point in time of the second time point. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichungssystem gelöst wird, um Unbekannte des Gleichungssystem, insbesondere erste und zweite Positionsangaben, zu ermitteln.Procedure according to one of claims 2 until 6 , characterized in that the system of equations is solved in order to determine unknowns of the system of equations, 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 zeitlichen 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 time profile (3, 4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kalibriervorgang (100) mittels eines Interpolationsalgorithmus eine stetige Zuordnung einer Kombination des ersten Sensorsignals (C) und des zweiten Sensorsignals (S) zu einer Positionsangabe (y) des bewegten Objekts (11) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the calibration process (100) by means of an interpolation algorithm, a continuous assignment of a combination of the first sensor signal (C) and the second sensor signal (S) to a position specification (y) of the moving object (11) is determined.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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