DE102019203211A1 - Sensor device, method and computer program product for the sensor-based position determination of a component for a vehicle - Google Patents

Sensor device, method and computer program product for the sensor-based position determination of a component for a vehicle Download PDF

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DE102019203211A1
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    • G01D5/34792Absolute encoders with analogue or digital scales with only digital scales or both digital and incremental scales

Abstract

Sensoreinrichtung (10) zur Positionsbestimmung eines Bauteils für ein Fahrzeug, umfassend eine Lichtquelle (12) zum Erzeugen eines Lichtsignals (121), ein Geberelement (14), das eine Reflexionsfläche (141) zum Reflektieren des erzeugten Lichtsignals (121) aufweist, wobei auf die Reflexionsfläche (141) eine Kodierungsstruktur (142) mit einer Bitabfolge eingearbeitet ist, einen Lichtsensor (16) zum Erfassen des reflektierten Lichtsignals (161), um eine Bildpunktwerteverteilung (162) zu erzeugen, und eine Auswerteeinheit (18) zum Dekodieren der Kodierungsstruktur (142) basierend auf der Bildpunktwerteverteilung (162), um die Bitabfolge zu ermitteln.Sensor device (10) for determining the position of a component for a vehicle, comprising a light source (12) for generating a light signal (121), a transmitter element (14) which has a reflective surface (141) for reflecting the generated light signal (121), wherein on the reflective surface (141) has a coding structure (142) incorporated with a bit sequence, a light sensor (16) for detecting the reflected light signal (161) in order to generate a pixel value distribution (162), and an evaluation unit (18) for decoding the coding structure ( 142) based on the pixel value distribution (162) in order to determine the bit sequence.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der sensorbasierten Positionsbestimmung eines Bauteils für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Sensoreinrichtung, ein Verfahren und ein Computer-Programm-Produkt für diesen Zweck.The present invention relates to the field of sensor-based position determination of a component for a vehicle. In particular, the present invention relates to a sensor device, a method and a computer program product for this purpose.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

In der modernen Automobilindustrie sind eine Vielzahl von Fahrzeugherstellungsprozesse automatisiert. Hierbei ist essentiell, dass verschiedene Bauteile eines Fahrzeugs (z.B. Schaltstange, Aktuatorwelle) aufeinander abgestimmt zusammenverbaut werden. Um dies zu ermöglichen, werden Sensoreinrichtungen zur präzisen Positionsbestimmung von Bauteilen für Fahrzeuge eingesetzt. Insbesondere ist hier die Bewegung der Fahrzeugteile relativ zueinander für diverse Funktionen von Bedeutung.In the modern automotive industry, a large number of vehicle manufacturing processes are automated. It is essential that the various components of a vehicle (e.g. shift rod, actuator shaft) are assembled together in a coordinated manner. To make this possible, sensor devices are used to precisely determine the position of components for vehicles. In particular, the movement of the vehicle parts relative to one another is important for various functions.

In vielen mechatronischen Systemen besteht die Aufgabe die Position eines Bauteils zu bestimmen. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise induktive und magnetische Verfahren bekannt. Die bekannten magnetischen Verfahren basieren hauptsächlich auf dem Hall-Effekt oder auf einem Magnetowiderstand-Effekt (AMR, GMR, TMR).In many mechatronic systems, the task is to determine the position of a component. For example, inductive and magnetic methods are known from the prior art. The known magnetic methods are mainly based on the Hall effect or on a magnetoresistance effect (AMR, GMR, TMR).

Diese beiden Arten von Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie relativ empfindlich gegenüber Luftspaltänderungen sind und in der Regel eine Linearisierung der Messgröße zwingend erfordern. Die Entwicklung der Elektromobilität hat zur Folge, dass in Fahrzeugen immer größere Ströme vorhanden sind. Dies führt dazu, dass die Anforderungen an Immunität gegenüber Streufeldern immer höher werden. However, these two types of methods have the disadvantage that they are relatively sensitive to changes in the air gap and generally require linearization of the measured variable. The development of electromobility has resulted in ever greater currents in vehicles. This means that the requirements for immunity to stray fields are becoming ever higher.

Bei magnetfeldbasierten Sensoren ist es daher notwendig, entweder Schirmungsmaßnahmen durchzuführen oder eine differentielle Positionsmessung durchzuführen. Jede dieser Lösungen ist dennoch mit gewissen Nachteilen behaftet. Induktive Sensoren sind wirkungsprinzipbedingt unempfindlich gegenüber statischen bzw. niedrigfrequenten Magnetfeldern, können aber durch leitfähige Materialien im Bereich der Sensorumgebung ebenfalls stark beeinträchtigt werden.In the case of sensors based on magnetic fields, it is therefore necessary either to carry out shielding measures or to carry out a differential position measurement. However, each of these solutions has certain disadvantages. Inductive sensors are insensitive to static or low-frequency magnetic fields due to their operating principle, but can also be severely impaired by conductive materials in the area of the sensor environment.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Sensoreinrichtung mit höherer Linearität zu ermöglichen, die zugleich unempfindlich gegenüber niederfrequenten elektromagnetischen Einflüssen ist.The invention is therefore based on the object of enabling a sensor device with higher linearity that is at the same time insensitive to low-frequency electromagnetic influences.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoreinrichtung, ein Verfahren sowie ein Computer-Programm-Produkt gemäß den unabhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a sensor device, a method and a computer program product according to the independent claims.

Die Sensoreinrichtung beruht auf der Reflexions- oder Transmissionsoptik. Die Sensoreinrichtung eignet sich zur Positionsbestimmung von Fahrzeugbauteilen, beispielsweise einer Schaltstange oder einer Aktuatorwelle.The sensor device is based on reflection or transmission optics. The sensor device is suitable for determining the position of vehicle components, for example a shift rod or an actuator shaft.

Die Lichtquelle ist eine beliebige Lichtquelle, die geeignet ist, ein Lichtsignal in Form eines Lichtstrahls zu emittieren. Das Lichtsignal kann im sichtbaren optischen Spektrum liegen. Alternativ kann das Lichtsignal zumindest teilweise im ultravioletten oder infraroten Spektrum liegen. Das Lichtsignal kann ein gepulstes, insbesondere ein impulsmoduliertes Lichtsignal umfassen.The light source is any light source that is suitable for emitting a light signal in the form of a light beam. The light signal can be in the visible optical spectrum. Alternatively, the light signal can be at least partially in the ultraviolet or infrared spectrum. The light signal can comprise a pulsed, in particular a pulse-modulated light signal.

Das Geberelement ist ein beliebiges Element, das dazu geeignet ist, um hierauf eine Reflexions- beziehungsweise Transmissionsfläche aufzubringen und damit die Abbildung eines Bitmusters zu erzeugen. Beispielsweise kann das Geberelement ein vom Fahrzeugbauteil, dessen Position zu bestimmen ist, separates Element sein. Alternativ kann es sich zumindest teilweise um einen Teil des Fahrzeugbauteils handeln. Die Reflexions- beziehungsweise Transmissionsfläche weist vorzugsweise ein zumindest durchschnittlich reflektierendes Material auf. Weiter vorzugsweise kann der Reflexionseffizient der Reflexions-/Transmissionsfläche in Abhängigkeit von der Wellenlänge des erzeugten Lichtsignals selektiert werden.The transmitter element is any element that is suitable for applying a reflection or transmission surface to it and thus generating the image of a bit pattern. For example, the transmitter element can be a separate element from the vehicle component whose position is to be determined. Alternatively, it can be at least partially a part of the vehicle component. The reflection or transmission surface preferably has an at least average reflective material. Furthermore, the reflection efficiency of the reflection / transmission surface can be selected as a function of the wavelength of the light signal generated.

Die Kodierungsstruktur ist eine physische Struktur, die derart auf die Reflexions-/Transmissionsfläche eingearbeitet ist, dass eine Bitabfolge auf der Reflexions-/Transmissionsfläche „abgespeichert“ ist. Es kann sich um ein Streifenmuster mit mehreren Streifen handeln, die sich in ihren Breiten, Längen, Verläufen, Farben, Kontrastwerten, Höhen, Tiefen, Materialzusammensetzungen ... usw. unterscheiden.The coding structure is a physical structure that is incorporated into the reflection / transmission surface in such a way that a bit sequence is “stored” on the reflection / transmission surface. It can be a stripe pattern with several stripes that differ in their widths, lengths, gradients, colors, contrast values, heights, depths, material compositions ... etc.

Der Lichtsensor ist ein beliebiger Sensor, der dazu geeignet ist, das Lichtsignal nach Reflexion an der Reflexions-/Transmissions fläche des Geberelements zu erfassen. Beispielsweise kann es sich um eine Charge-Coupled-Device-Kamera (CCD-Kamera) oder eine Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor-Kamera (CMOS-Kamera) oder einen anderen Bildsensor handeln.The light sensor is any sensor that is suitable for detecting the light signal after reflection on the reflection / transmission surface of the transmitter element. For example, it can be a charge-coupled device camera (CCD camera) or a complementary metal-oxide-semiconductor camera (CMOS camera) or another image sensor.

Der Lichtsensor umfasst vorzugsweise ein Array von Sensorelementen, die jeweils einem Bildpunkt (z.B. Pixel oder Voxel) des entstandenen Sensorbildes entsprechen. Durch das Erfassen des reflektierten Lichtsignals sind zumindest ein Teil der Sensorelemente des Arrays aktiviert. In den die einzelnen Bildpunkte enthaltenen Sensordaten sind Werte eines oder mehrere Bildpunktparameter enthalten. Die Bildpunktparameter können einen oder mehreren von Intensität, Helligkeit, Konstratwert, ... usw. umfassen.The light sensor preferably comprises an array of sensor elements, each of which corresponds to an image point (eg pixel or voxel) of the sensor image produced. By detecting the reflected light signal, at least some of the sensor elements of the array are activated. In the Sensor data contained in individual pixels are values of one or more pixel parameters. The pixel parameters can include one or more of intensity, brightness, contrast value, ... etc.

Die Auswerteeinheit kann eine graphische Prozessiereinheit (Graphic Processing Unit, GPU) aufweisen, die in der Lage ist, aus den Werten des Bildpunktparameters für die jeweiligen Bildpunkte die Bildpunktwerteverteilung (z.B. Pixelwerteverteilung oder Voxelwerteverteilung) zu ermitteln. Dem Auswerteverfahren der Auswerteeinheit kann beispielsweise eine vordefinierte Zuordnung von Bitwerten (etwa „1“ und „0“ im Dualismus) zum Bildpunktparameter (Primärbildpunktparameter) oder zu einem vom Bildpunktparameter abgeleiteten Sekundärparameter der jeweiligen Bildpunkte zugrunde liegen. Diese vordefinierte Zuordnung kann in der Sensoreinrichtung gespeichert oder von einem externen Speichermedium (etwa Server oder Cloud-System) abrufbar sein. Auf diese Weise ergibt sich die Bitabfolge aus der Bildpunktwerteverteilung.The evaluation unit can have a graphic processing unit (GPU) which is able to determine the pixel value distribution (e.g. pixel value distribution or voxel value distribution) from the values of the pixel parameters for the respective pixels. The evaluation method of the evaluation unit can, for example, be based on a predefined assignment of bit values (for example “1” and “0” in dualism) to the pixel parameter (primary pixel parameter) or to a secondary parameter of the respective pixels derived from the pixel parameter. This predefined assignment can be stored in the sensor device or can be called up from an external storage medium (such as a server or cloud system). In this way, the bit sequence results from the distribution of pixel values.

Das erfindungsgemäße optische Messprinzip für die Positionsbestimmung zeichnet sich durch die hohe Linearität aus. Des Weiteren ist das Messverfahren robuster als induktive und magnetische Verfahren gegen Einflüsse wie Streufelder und statische beziehungsweise niederfrequente Magnetfelder. Die Positionsbestimmung ist daher präziser und zuverlässiger.The optical measuring principle according to the invention for determining the position is distinguished by its high linearity. Furthermore, the measuring method is more robust than inductive and magnetic methods against influences such as stray fields and static or low-frequency magnetic fields. The position determination is therefore more precise and more reliable.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments are specified in the subclaims.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Lichtquelle und der Lichtsensor auf einer selben Seite der Reflexionsfläche des Geberelements angeordnet.According to one embodiment, the light source and the light sensor are arranged on the same side of the reflective surface of the transmitter element.

Dies ermöglicht vorteilhafterweise einen kompakten Sensoraufbau, was sich zusätzlich kostenmindernd auf die Herstellung der Sensoreinrichtung wirkt.This advantageously enables a compact sensor structure, which also has a cost-reducing effect on the production of the sensor device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kodierungsstruktur mehrere Streifen, wobei jedem der mehreren Streifen ein Bit zugeordnet ist.According to a further embodiment, the coding structure comprises a plurality of strips, one bit being assigned to each of the plurality of strips.

Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine einfach zu bewerkstelligende und daher auch kostengünstige Kodierung des Geberelements.This advantageously enables a coding of the transmitter element that is easy to implement and therefore also inexpensive.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die mehreren Streifen eine erste Breite und eine zweite Breite auf, wobei die zweite Breite größer als die erste Breite ist.According to a further embodiment, the plurality of strips have a first width and a second width, the second width being greater than the first width.

Die beiden verschiedenen Streifenbreiten sind jeweils einem Bitwert (etwa „1“ beziehungsweise „0“) zuzuordnen. Die Kodierungsstruktur ist daher ohne großen Design- und Herstellungsaufwand realisierbar.The two different stripe widths are each assigned to a bit value (such as “1” or “0”). The coding structure can therefore be implemented without great design and manufacturing effort.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, für jeden der mehreren Streifen jeweils eine steigende Flanke und eine fallende Flanke in der Bildpunktwerteverteilung, vorzugsweise einer Intensitätsverteilung, zu identifizieren, um einen Abstand zwischen der steigenden und der fallenden Flanke zu ermitteln.According to a further embodiment, the evaluation unit is designed to identify a rising edge and a falling edge in the pixel value distribution, preferably an intensity distribution, for each of the multiple stripes in order to determine a distance between the rising and falling edges.

In diesem Fall ist die Intensität der Primärbildpunktparameter und der Abstand zwischen der steigenden Flanke und der fallenden Flanke der Sekundärbildpunktparameter. Der Abstand kann auf die halbe Höhe des Intensitätsmaximums des jeweiligen Streifens bezogen bestimmt werden. Auf diese Weise ist die Positionsbestimmung besonders genau.In this case the intensity is the primary pixel parameter and the distance between the rising edge and the falling edge is the secondary pixel parameter. The distance can be determined based on half the height of the intensity maximum of the respective stripe. In this way, the position determination is particularly accurate.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kodierungsstruktur einen Gray-Code.According to a further embodiment, the coding structure comprises a Gray code.

Auf diese Weise können fehlerhaft ermittelte Bits erkannt und korrigiert werden. Vorzugsweise weist der Gray-Code einen Hamming-Abstand von mindestens 3. Ein Beispiel für den Gray-Code ist (7, 4). Dadurch sind 7 Bits (nämlich 4 Daten-Bits und 3 Paritätbits) notwendig. Dies bedingt ein schmaleres Streifenmuster.In this way, incorrectly determined bits can be recognized and corrected. The Gray code preferably has a Hamming distance of at least 3. An example of the Gray code is (7, 4). This means that 7 bits (namely 4 data bits and 3 parity bits) are required. This requires a narrower stripe pattern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtquelle dazu ausgebildet ist, ein frequenzmoduliertes Lichtsignal zu emittieren.According to a further embodiment, the light source is designed to emit a frequency-modulated light signal.

Der Einfluss von Streulicht bei der Auswertung des Lichtsignals (z. B. mittels eines Lock-in-Verstärkers) wird stark reduziert. Auch ermöglicht dies redundante Messungen, was das Ergebnis der Positionsbestimmung noch genauer und zuverlässiger werden lässt. Alternativ oder zusätzlich ist die Verwendung einer zweiten Lichtquelle denkbar, um die Verfügbarkeit der Sensoreinrichtung durch Ermöglichen von redundanten Messungen zu erhöhen.The influence of stray light when evaluating the light signal (e.g. using a lock-in amplifier) is greatly reduced. This also enables redundant measurements, which makes the result of the position determination even more precise and reliable. As an alternative or in addition, the use of a second light source is conceivable in order to increase the availability of the sensor device by enabling redundant measurements.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, basierend auf einer Umsetzungstabelle Positionsdaten des Geberelements aus der ermittelten Bitabfolgen zu bestimmen.According to a further embodiment, the evaluation unit is designed to determine position data of the encoder element from the determined bit sequences based on a conversion table.

Die Positionsdaten des Geberelements beziehen sich auf ein Koordinatensystem, beispielsweise das Koordinatensystem des Geberelements, des Fahrzeugbauteils, des Fahrzeugs oder ein externes Koordinatensystem außerhalb des Geberelements beziehungsweise außerhalb des Fahrzeugbauteils. Jeder Bitabfolge ist eine Position des Geberelements bzgl. des Koordinatensystems zugeordnet. Auf diese Weise ist die Positionsbestimmung mit überschaubarem Aufwand möglich.The position data of the transmitter element relate to a coordinate system, for example the coordinate system of the transmitter element, the vehicle component, the vehicle or an external coordinate system outside the transmitter element or outside the vehicle component. A position of the encoder element with regard to the coordinate system is assigned to each bit sequence. To this Way, the position determination is possible with manageable effort.

Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs ist ausgeführt, in einen Speicher eines Computers geladen zu werden und umfasst Softwarecodeabschnitte, mit denen die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer läuft.The computer program product according to the invention for detecting the surroundings of a vehicle is designed to be loaded into a memory of a computer and comprises software code sections with which the method steps of the method according to the invention are carried out when the computer program product is running on the computer.

Ein Programm gehört zur Software eines Daten verarbeitenden Systems, zum Beispiel einer Auswerteeinrichtung oder einem Computer. Software ist ein Sammelbegriff für Programme und zugehörigen Daten. Das Komplement zu Software ist Hardware. Hardware bezeichnet die mechanische und elektronische Ausrichtung eines Daten verarbeitenden Systems. Ein Computer ist eine Auswerteeinrichtung.A program belongs to the software of a data processing system, for example an evaluation device or a computer. Software is a collective term for programs and associated data. The complement to software is hardware. Hardware describes the mechanical and electronic alignment of a data processing system. A computer is an evaluation device.

Computerprogrammprodukte umfassen in der Regel eine Folge von Befehlen, durch die die Hardware bei geladenem Programm veranlasst wird, ein bestimmtes Verfahren durchzuführen, das zu einem bestimmten Ergebnis führt. Wenn das betreffende Programm auf einem Computer zum Einsatz kommt, ruft das Computerprogrammprodukt den vorgenannten technischen Effekt hervor.Computer program products generally comprise a sequence of instructions which, when the program is loaded, cause the hardware to carry out a specific method that leads to a specific result. When the program in question is used on a computer, the computer program product produces the aforementioned technical effect.

Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist Plattform unabhängig. Das heißt, es kann auf jeder beliebigen Rechenplattform ausgeführt werden.The computer program product according to the invention is platform independent. That means it can run on any computing platform.

Die Softwarecodeabschnitte sind in einer beliebigen Programmiersprache geschrieben, zum Beispiel in Python.The software code sections are written in any programming language, for example Python.

Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung gemäß einer Ausgestaltung;
  • 2 eine weitere schematische Darstellung der Sensoreinrichtung aus 1;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Kodierungsstruktur eines Geberelements der Sensoreinrichtung aus 1;
  • 4 ein Diagramm einer von der Sensoreinrichtung erfassten Pixelwerteverteilung;
  • 5 ein Diagramm für von der Sensoreinrichtung ermittelten Positionsdaten; und
  • 6 ein weiteres Diagramm für von der Sensoreinrichtung ermittelten Positionsdaten.
Embodiments will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a sensor device according to an embodiment;
  • 2 a further schematic representation of the sensor device 1 ;
  • 3 a schematic representation of a coding structure of a transmitter element of the sensor device 1 ;
  • 4th a diagram of a pixel value distribution detected by the sensor device;
  • 5 a diagram for position data determined by the sensor device; and
  • 6th a further diagram for position data determined by the sensor device.

In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.In the figures, the same reference symbols relate to the same or functionally similar reference parts. The relevant reference parts are identified in the individual figures.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung 10 gemäß einer Ausgestaltung. Die Sensoreinrichtung 10 umfasst eine Lichtquelle 12 zum Erzeugen eines Lichtsignals 121, ein Geberelement 14, das eine Reflexionsfläche 141 (siehe 2) zum Reflektieren des erzeugten Lichtsignals 121 aufweist. Auf die Reflexionsfläche 141 ist eine Kodierungsstruktur 142 mit einer Bitabfolge eingearbeitet. Die Kodierungsstruktur 142 ist als Streifenmuster mit mehreren Streifen, die sich in ihren Breiten und Helligkeiten unterscheiden, ausgebildet. 1 shows a schematic representation of a sensor device 10 according to one embodiment. The sensor device 10 includes a light source 12 for generating a light signal 121 , a donor element 14th that has a reflective surface 141 (please refer 2 ) to reflect the generated light signal 121 having. On the reflection surface 141 is a coding structure 142 incorporated with a bit sequence. The coding structure 142 is designed as a stripe pattern with several stripes that differ in their widths and brightnesses.

Die Sensoreinrichtung 10 umfasst ferner einen Lichtsensor 16 zum Erfassen des reflektierten Lichtsignals 161 (siehe 2), um eine Bildpunktwerteverteilung 162 (siehe 4) zu erzeugen, und eine Auswerteeinheit 18, die hier nicht gezeigt ist und zum Dekodieren der Kodierungsstruktur 142 basierend auf der Bildpunktwerteverteilung 162 dient, um die Bitabfolge zu ermitteln. In 2 ist die Sensoreinrichtung 10 aus 1 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt.The sensor device 10 further comprises a light sensor 16 for detecting the reflected light signal 161 (please refer 2 ) to obtain a pixel value distribution 162 (please refer 4th ) and an evaluation unit 18th which is not shown here and for decoding the coding structure 142 based on the pixel value distribution 162 is used to determine the bit sequence. In 2 is the sensor device 10 out 1 shown in a schematic side view.

Wie in 3 beispielhaft und vergrößert gezeigt, umfasst das Streifenmuster zwei verschiedene Breiten. Die hellen Streifen 143a,b mit der größeren Breite entsprechen dem Bitwert „1“, während die hellen Streifen 143c mit der kleineren Breite dem Bitwert „0“ entsprechen. Somit entsprechen das in 3 beispielhaft gezeigte Streifenmuster der Bitabfolge „1-1-0“.As in 3 Shown by way of example and enlarged, the striped pattern comprises two different widths. The light streaks 143a, b with the larger width correspond to the bit value "1", while the light stripes 143c with the smaller width correspond to the bit value "0". This corresponds to in 3 Example striped pattern of the bit sequence "1-1-0".

4 zeigt ein Diagramm einer von der Sensoreinrichtung 10 erfassten Pixelwerteverteilung 162, die aus den Reflexionsdaten des Streifenmusters 142 aus 3 ergibt. Im Diagramm sind drei Maxima ersichtlich, die jeweils eine steigende Flanke 163a,b,c und eine fallende Flanke 164a,b,c aufweisen. Zwischen jedem Flankenpaar des jeweiligen Maximums kann eine Breite Wa, Wb, Wc (etwa auf halber Höhe des Maximums) bestimmt werden. Die beiden in der Zeichenansicht linken Maxima weisen eine größere Breite als das in der Zeichenansicht rechte Maximum auf. Somit erkennt die Auswerteeinheit 18, dass es sich bei den beiden linken Maxima um den Bitwert „1“ und beim rechten Maximum um den Bitwert „0“ handelt. Hieraus leitet die Auswerteeinheit 18 die Bitabfolge „1-1-0“ ab. Aus der Bitabfolge kann die Auswerteeinheit 18 mit Hilfe einer Umsetzungstabelle (Look-up table, LUT) die Position des Geberelements 14 bestimmen. 4th Figure 11 shows a diagram of one of the sensor means 10 recorded pixel value distribution 162 obtained from the reflection data of the stripe pattern 142 out 3 results. The diagram shows three maxima, each with a rising edge 163a, b, c and a falling edge 164a, b, c exhibit. A width W a , W b , W c (approximately halfway up the maximum) can be determined between each pair of flanks of the respective maximum. The two maxima on the left in the drawing view have a greater width than the maximum on the right in the drawing view. The evaluation unit thus recognizes 18th that the two maxima on the left are the bit value “1” and the right maximum is the bit value “0”. The evaluation unit derives from this 18th the bit sequence "1-1-0". The evaluation unit can use the bit sequence 18th the position of the encoder element using a look-up table (LUT) 14th determine.

5-6 zeigen jeweils ein Diagramm für von der Sensoreinrichtung 10 ermittelten Positionsdaten. Bei der Messung in 6 ist im Vergleich zur Messung in 5 ein Luftspalt von 4 mm in den Messaufbau einbezogen. Das jeweilige Diagramm zeichnet sich durch eine hohe Linearität aus. Insbesondere zeigt ein Vergleich beider Diagramme aus 5 und 6, dass sich trotz der erheblichen Änderung des Messaufbaus aufgrund des Luftspaltes nahezu keine Änderung im Messsignal der Positionsdaten ergeben hat. Im Gegensatz hierzu ist bei einem magnetischen oder induktiven Messverfahren eine Positionsbestimmung über eine solch große Luftspaltvariation nur mit erheblichem Aufwand am End-of-Line-Prüfstand, z. B. hinsichtlich Anlernen bzw. Linearisieren des Systems, möglich. 5-6 each show a diagram for of the sensor device 10 determined position data. When measuring in 6th is compared to the measurement in 5 an air gap of 4 mm is included in the measurement setup. The respective diagram is characterized by a high level of linearity. In particular, a comparison of the two diagrams shows 5 and 6th that despite the considerable change in the measurement setup due to the air gap, there was almost no change in the measurement signal of the position data. In contrast to this, with a magnetic or inductive measuring method, a position determination via such a large air gap variation is only possible with considerable effort on the end-of-line test bench, e.g. B. with regard to teaching or linearizing the system is possible.

Eine Verdrehung der Sensoreinrichtung 10 um die z-Achse (siehe 1) äußert sich in einem konstanten Offset der Positionsdaten über den gesamten Messbereich. Ist diese Verdrehung aufgrund von einmalig auftretenden Einbautoleranzen bedingt, lässt sich der Offset am Betriebsende (End of Life, EOL) des Bauteils einmalig abgleichen und ist somit für die gesamte Lebensdauer korrigiert.A rotation of the sensor device 10 around the z-axis (see 1 ) is expressed in a constant offset of the position data over the entire measuring range. If this rotation is due to one-time installation tolerances, the offset can be adjusted once at the end of life (EOL) of the component and is thus corrected for the entire service life.

Das erfindungsgemäße Geberelement 14 lässt sich beispielsweise relativ einfach mittels Laserdruckverfahren realisieren, wobei ein direktes Aufbringen auf das Fahrzeugbauteil, dessen Position bestimmt werden soll, denkbar ist.The encoder element according to the invention 14th can be implemented relatively easily by means of laser printing processes, for example, with direct application to the vehicle component whose position is to be determined being conceivable.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
SensoreinrichtungSensor device
1212
LichtquelleLight source
121121
erzeugtes Lichtsignalgenerated light signal
1414th
GeberelementEncoder element
141141
ReflexionsflächeReflective surface
142142
KodierungsstrukturCoding structure
143, 143a, 143b143, 143a, 143b
StreifenStripes
1616
LichtsensorLight sensor
161161
reflektiertes Lichtsignalreflected light signal
162162
BildpunktwerteverteilungDistribution of pixel values
163a,b,c163a, b, c
steigende Flankerising edge
164a,b,c164a, b, c
fallende Flankefalling edge
1818th
AuswerteeinheitEvaluation unit

Claims (12)

Sensoreinrichtung (10) zur Positionsbestimmung eines Bauteils für ein Fahrzeug, umfassend: eine Lichtquelle (12) zum Erzeugen eines Lichtsignals (121); ein Geberelement (14), das eine Reflexionsfläche (141) zum Reflektieren des erzeugten Lichtsignals (121) aufweist, wobei auf die Reflexionsfläche (141) eine Kodierungsstruktur (142) mit einer Bitabfolge eingearbeitet ist; einen Lichtsensor (16) zum Erfassen des reflektierten Lichtsignals (161), um eine Bildpunktwerteverteilung (162) zu erzeugen; und eine Auswerteeinheit (18) zum Dekodieren der Kodierungsstruktur (142) basierend auf der Bildpunktwerteverteilung (162), um die Bitabfolge zu ermitteln.Sensor device (10) for determining the position of a component for a vehicle, comprising: a light source (12) for generating a light signal (121); a transmitter element (14) which has a reflective surface (141) for reflecting the generated light signal (121), a coding structure (142) with a bit sequence being incorporated on the reflective surface (141); a light sensor (16) for detecting the reflected light signal (161) in order to generate a pixel value distribution (162); and an evaluation unit (18) for decoding the coding structure (142) based on the pixel value distribution (162) in order to determine the bit sequence. Sensoreinrichtung (10) zur Positionsbestimmung eines Bauteils für ein Fahrzeug, umfassend: eine Lichtquelle (12) zum Erzeugen eines Lichtsignals (121); ein Geberelement (14), das eine Transmissionsfläche zum Transmittieren des erzeugten Lichtsignals (121) aufweist, wobei auf die Transmissionsfläche eine Kodierungsstruktur (142) mit einer Bitabfolge eingearbeitet ist; einen Lichtsensor (16) zum Erfassen des reflektierten Lichtsignals (161), um eine Bildpunktwerteverteilung (162) zu erzeugen; und eine Auswerteeinheit (18) zum Dekodieren der Kodierungsstruktur (142) basierend auf der Bildpunktwerteverteilung (162), um die Bitabfolge zu ermitteln.Sensor device (10) for determining the position of a component for a vehicle, comprising: a light source (12) for generating a light signal (121); a transmitter element (14) which has a transmission surface for transmitting the generated light signal (121), a coding structure (142) with a bit sequence being incorporated on the transmission surface; a light sensor (16) for detecting the reflected light signal (161) in order to generate a pixel value distribution (162); and an evaluation unit (18) for decoding the coding structure (142) based on the pixel value distribution (162) in order to determine the bit sequence. Sensoreinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtquelle (12) und der Lichtsensor (16) auf derselben Seite der Reflexionsfläche (141) des Geberelements (14) angeordnet sind.Sensor device (10) Claim 1 or 2 , wherein the light source (12) and the light sensor (16) are arranged on the same side of the reflective surface (141) of the transmitter element (14). Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kodierungsstruktur (142) mehrere Streifen (143) umfasst, wobei jedem der mehreren Streifen (143) ein Bit zugeordnet ist.Sensor device (10) according to one of the preceding claims, wherein the coding structure (142) comprises a plurality of strips (143), each of the plurality of strips (143) being assigned a bit. Sensoreinrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die mehreren Streifen (143) eine erste Breite und eine zweite Breite aufweisen, wobei die zweite Breite größer als die erste Breite ist.Sensor device (10) Claim 4 wherein the plurality of strips (143) have a first width and a second width, the second width being greater than the first width. Sensoreinrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Auswerteeinheit (18) dazu ausgebildet ist, für jeden der mehreren Streifen (143) jeweils eine steigende Flanke (163a,b,c) und eine fallende Flanke (164a,b,c) in der Bildpunktwerteverteilung (162) zu identifizieren, um einen Abstand zwischen der steigenden und der fallenden Flanke (163a,b,c; 164a,b,c) zu ermitteln.Sensor device (10) Claim 4 or 5 , the evaluation unit (18) being designed to identify a rising edge (163a, b, c) and a falling edge (164a, b, c) in the pixel value distribution (162) for each of the plurality of strips (143), to determine a distance between the rising and falling edges (163a, b, c; 164a, b, c). Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kodierungsstruktur (142) einen Gray-Code umfasst und/oder auf einem einzelnen ladungsgekoppelten Chip bereitgestellt ist.Sensor device (10) according to one of the preceding claims, wherein the coding structure (142) comprises a Gray code and / or is provided on a single charge-coupled chip. Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (12) dazu ausgebildet ist, ein frequenzmoduliertes Lichtsignal zu emittieren. Sensor device (10) according to one of the preceding claims, wherein the light source (12) is designed to emit a frequency-modulated light signal. Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (18) dazu ausgebildet ist, basierend auf einer Umsetzungstabelle Positionsdaten des Geberelements (14) aus der ermittelten Bitabfolgen zu bestimmen.Sensor device (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (18) is designed to determine position data of the encoder element (14) from the determined bit sequences based on a conversion table. Verfahren zur sensorbasierten Positionsbestimmung eines Bauteils für ein Fahrzeug, umfassend: einen ersten Schritt, in dem ein Lichtsignal (121) von einer Lichtquelle (12) erzeugt wird; einen zweiten Schritt, in dem das erzeugte Lichtsignal (121) an einer Reflexionsfläche (141) eines Geberelementes (14) reflektiert wird, wobei auf die Reflexionsfläche (141) eine Kodierungsstruktur (142) mit einer Bitabfolge eingearbeitet ist; einen dritten Schritt, in dem das reflektierte Lichtsignal (161) von einem Lichtsensor (16) erfasst wird, um eine Bildpunktwerteverteilung (162) zu erzeugen; und einen vierten Schritt, in dem die Kodierungsstruktur (142) von einer Auswerteeinheit (18) basierend auf der Bildpunktwerteverteilung (162) dekodiert wird.A method for the sensor-based position determination of a component for a vehicle, comprising: a first step in which a light signal (121) is generated by a light source (12); a second step in which the generated light signal (121) is reflected on a reflective surface (141) of a transmitter element (14), a coding structure (142) having a bit sequence being incorporated on the reflective surface (141); a third step in which the reflected light signal (161) is detected by a light sensor (16) in order to generate a pixel value distribution (162); and a fourth step in which the coding structure (142) is decoded by an evaluation unit (18) based on the pixel value distribution (162). Verfahren zur sensorbasierten Positionsbestimmung eines Bauteils für ein Fahrzeug, umfassend: einen ersten Schritt, in dem ein Lichtsignal (121) von einer Lichtquelle (12) erzeugt wird; einen zweiten Schritt, in dem das erzeugte Lichtsignal (121) durch eine Transmissionsfläche eines Geberelementes (14) transmittiert, wobei auf die Transmissionsflächeeine Kodierungsstruktur (142) mit einer Bitabfolge eingearbeitet ist; einen dritten Schritt, in dem das reflektierte Lichtsignal (161) von einem Lichtsensor (16) erfasst wird, um eine Bildpunktwerteverteilung (162) zu erzeugen; und einen vierten Schritt, in dem die Kodierungsstruktur (142) von einer Auswerteeinheit (18) basierend auf der Bildpunktwerteverteilung (162) dekodiert wird.A method for the sensor-based position determination of a component for a vehicle, comprising: a first step in which a light signal (121) is generated by a light source (12); a second step in which the generated light signal (121) is transmitted through a transmission surface of a transmitter element (14), a coding structure (142) with a bit sequence being incorporated on the transmission surface; a third step in which the reflected light signal (161) is detected by a light sensor (16) in order to generate a pixel value distribution (162); and a fourth step in which the coding structure (142) is decoded by an evaluation unit (18) based on the pixel value distribution (162). Computer-Programm-Produkt, das in einem Datenträger gespeichert und dazu ausgebildet ist, um das Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 durchzuführen, wenn das Computer-Programm-Produkt durch einen Rechner ausgeführt wird.Computer program product that is stored in a data carrier and designed to implement the method according to Claim 10 or 11 performed when the computer program product is executed by a computer.
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