DE102021118092A1

DE102021118092A1 - Encodersystem sowie Verfahren zur zumindest abschnittsweisen Linearisierung einer Maßverkörperung

Info

Publication number: DE102021118092A1
Application number: DE102021118092.9A
Authority: DE
Inventors: Josef Siraky; David Reger
Original assignee: Neura Robotics GmbH
Current assignee: Neura Robotics GmbH
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-19
Also published as: TW202303181A; WO2023285165A1

Abstract

Encodersystem mit einer Maßverkörperung (12) und einem Lesekopf (20) mit einem ersten Positionssensor (22) und einem zweiten Positionssensor (24), wobei der Sensorabstand (28) als Referenzlänge zur Linearisierung der Maßverkörperung (12) verwendet wird undVerfahren zur zumindest abschnittsweisen Linearisierung einer Maßverkörperung (12) in einem Encodersystem (10), mit folgenden Schritten:a) Erfassen einer ersten Maßverkörperungsposition (k1) mittels des zweiten Positionssensors (24) und Speichern als erste Referenzposition (p1),b) Abfahren der Maßverkörperung (12) mit dem Lesekopf (20) in Richtung des zweiten Maßverkörperungsendes (16) bis der erste Positionssensor (22) eine vorhergehende Referenzposition erfasst,c) Erfassen einer weiteren Maßverkörperungsposition mittels des zweiten Positionssensors (24), wenn der erste Positionssensor (22) die vorhergehende Referenzposition erfasst, und Speichern als darauffolgende Referenzposition, wobei zwischen der vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition ein Referenzabschnitt (30, 30.1, 30.2) gebildet wird,d) Bestimmen einer linearisierten Lesekopfposition anhand der Anordnung einer erfassten Lesekopfposition (p) innerhalb des Referenzabschnitts (30, 30.1, 30.2), der zwischen der der erfassten Lesekopfposition (p) vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition.

Description

Die Erfindung betrifft ein Encodersystem sowie ein Verfahren zur zumindest abschnittsweisen Linearisierung einer Maßverkörperung.
Absolute Positions- oder Drehwinkelmesssysteme, sogenannten Encodersysteme, sind in der Automatisierung seit Jahrzehnten unverzichtbare Komponenten. Sie weisen üblicherweise einen Lesekopf mit einem Positionssensor sowie eine Maßverkörperung auf. Dabei sind der Positionssensor und die Maßverkörperung so an relativ zueinander beweglichen Maschinenelementen angebracht, dass der Positionssensor die Maßverkörperung abtasten und eine Sensorposition erfassen kann. Gegenüber sogenannten inkrementalen Messsystemen, die nach dem Einschalten der Versorgungsspannung zur Positionsbestimmung zunächst auf eine einmalige Referenzmarke fahren müssen, haben absolute Systeme den Vorteil, dass nach dem Einschalten jede Position auf der abzutastenden Maßverkörperung als einmalige absolute Position erfasst werden kann.
Die Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden, auf der Maßverkörperung abtastbaren Positionen sind grundsätzlich konstant, sodass die Maßverkörperung einen linearen Maßstab darstellt. In der Praxis tritt jedoch des Öfteren der Fall auf, dass Maßverkörperungen auf ihrer gesamten Länge oder nur an lokalen Stellen gedehnt oder gestaucht werden. Dadurch kann die Linearität der Maßverkörperung gestört sein und eine Maßverkörperung zumindest abschnittsweise nicht linear ausgebildet sein. Derartige Dehnungen oder Stauchungen der Maßverkörperung können beispielsweise durch die Montage oder Temperaturänderungen verursacht werden. Solche Nichtlinearitäten können dazu führen, dass eine von dem Encodersystem erfasste Lesekopfposition von der tatsächlichen Lesekopfposition abweicht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren bereitzustellen, durch das die tatsächliche Lesekopfposition in einem Encodersystem mit zumindest abschnittsweise nichtlinearer Maßverkörperung einfach und zuverlässig bestimmbar ist und das darüber hinaus einfach und günstig realisierbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Encodersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Encodersystem weist folgende Merkmale auf:

• eine Maßverkörperung (12), die eine absolut codierte Codespur (18) aufweist, und
• einen Lesekopf (20) mit einem ersten Positionssensor (22) und einem zweiten Positionssensor (24), wobei die Positionssensoren (22, 24) in einer Leserichtung (26) mit einem festen Sensorabstand (28) zueinander angeordnet sind,
• wobei der Sensorabstand (28) als Referenzlänge zur Linearisierung der Maßverkörperung (12) verwendet wird.

Der erste Positionssensor und der zweite Positionssensor sind im Lesekopf in Leserichtung beabstandet zueinander angeordnet. Als Leserichtung wird vorzugsweise die Richtung bezeichnet, in der der Lesekopf die Maßverkörperung abfahren kann. Ein Abfahren der Maßverkörperung durch den Lesekopf kann dann stattfinden, wenn eine Relativbewegung zwischen dem Lesekopf und der Maßverkörperung in Leserichtung erfolgt. Vorzugsweise werden bei dem Abfahren der Maßverkörperung permanent die jeweiligen Maßverkörperungspositionen von den Positionssensoren erfasst.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den festen Sensorabstand als Referenzlänge zur Linearisierung der Maßverkörperung zu verwenden. Auf diese Weise kann der Lesekopf eine integrierte Referenzlänge bzw. Maßlehre aufweisen.
Der feste Sensorabstand zwischen dem ersten Positionssensor und dem zweiten Positionssensor kann dadurch erreicht werden, dass die Positionssensoren an dem Lesekopf in einem nicht veränderbaren Abstand angeordnet sind. Bevorzugt sind die Positionssensoren auf einem einstückigen Sensorträger angeordnet, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient betragsmäßig kleiner oder gleich 2 ppm/K ist. Besonders bevorzugt ist der Sensorträger aus Quarzglas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von 1 ppm/K gefertigt. Dadurch kann erreicht werden, dass eine Temperaturänderung auf den festen Sensorabstand einen vernachlässigbaren Einfluss hat.
Vorzugsweise wird der feste Sensorabstand vor der Durchführung des im Folgenden beschriebenen Verfahrens zur zumindest abschnittsweisen Linearisierung einer Maßverkörperung mittels einer hochgenauen linearen Referenzmaßverkörperung ermittelt. Bevorzugt wird der feste Sensorabstand als Referenzlänge im Lesekopf gespeichert. Besonders bevorzugt erfolgt die Ermittlung und Abspeicherung der Referenzlänge einmalig nach dem Zusammenbau des Lesekopfs.
Ein Verfahren zur zumindest abschnittsweisen Linearisierung einer Maßverkörperung in einem Encodersystem, wobei das Encodersystem die Maßverkörperung mit einer absolut codierten Codespur sowie einen Lesekopf mit einem ersten Positionssensor und einem zweiten Positionssensor aufweist, wobei die Positionssensoren in einer Leserichtung mit einem festen Sensorabstand zueinander angeordnet sind, umfasst folgende Schritte:

a) Erfassen einer ersten Maßverkörperungsposition mittels des zweiten Positionssensors und Speichern als erste Referenzposition,
b) Abfahren der Maßverkörperung mit dem Lesekopf in Leserichtung bis der erste Positionssensor eine vorhergehende Referenzposition erfasst,
c) Erfassen einer weiteren Maßverkörperungsposition mittels des zweiten Positionssensors, wenn der erste Positionssensor die vorhergehende Referenzposition erfasst, und Speichern als darauffolgende Referenzposition, wobei zwischen der vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition ein Referenzabschnitt gebildet wird,
d) Bestimmen einer linearisierten Lesekopfposition anhand der Anordnung einer erfassten Lesekopfposition innerhalb des Referenzabschnitts, der zwischen der der erfassten Lesekopfposition vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition gebildet wird.

Das Verfahren beginnt demnach vorzugsweise damit, dass der zweite Positionssensor die erste Maßverkörperungsposition erfasst. Als Maßverkörperungsposition wird dabei vorzugsweise eine Position auf der Maßverkörperung bezeichnet, an der ein bestimmter Wert auf der absolut codierten Codespur angeordnet ist. Die so erfasste erste Maßverkörperungsposition kann als erste Referenzpositionen gespeichert werden. Dafür weist das Encodersystem vorzugsweise entsprechende Speichermittel auf. Dadurch, dass die Maßverkörperung die absolut codierte Codespur aufweist, können die erfassten Maßverkörperungspositionen auf der Maßverkörperung vorzugsweise eindeutig zugeordnet werden.
Nach dem Erfassen und Speichern der ersten Maßverkörperungsposition kann der Lesekopf die Maßverkörperung in Leserichtung abfahren, bis der erste Positionssensor die vorhergehende Referenzposition erreicht und damit erfasst.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der erste Positionssensor die vorhergehende Referenzposition erfasst, kann der zweite Positionssensor eine weitere Maßverkörperungsposition erfassen, die als darauffolgende Referenzposition gespeichert werden kann. Diese Referenzposition kann als zweite Referenzposition bezeichnet werden. Ein Maßverkörperungsabschnitt, der zwischen der vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition liegt, kann als Referenzabschnitt bezeichnet werden. Der Referenzabschnitt zwischen der ersten Referenzposition und der zweiten Referenzposition wird vorzugsweise als erster Referenzabschnitt bezeichnet.
Die Länge eines Referenzabschnitts entspricht damit vorzugsweise dem Sensorabstand. Der Sensorabstand kann damit als Referenzlänge zur Linearisierung der Maßverkörperung verwendet werden.
Anschließend kann anhand der Anordnung der erfassten Lesekopfposition innerhalb des Referenzabschnitts, der zwischen der der erfassten Lesekopfposition vorhergehenden Referenzposition und der der erfassten Lesekopfposition nachfolgenden Referenzposition gebildet wird, die linearisierte Lesekopfposition bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fällt die erste Referenzposition mit einem ersten Maßverkörperungsende zusammen. Die erste Referenzposition kann damit insbesondere die in Leserichtung erste lesbare Position darstellen. Damit kann die Linearisierung beginnend am ersten Maßverkörperungsende erfolgen. Alternativ kann die erste Referenzposition frei gewählt werden.
Vorzugsweise werden die oben genannten Schritte b) und c) mindestens einmal wiederholt. Dadurch kann auf das erste Erfassen einer weiteren Maßverkörperungsposition mittels des zweiten Positionssensors und deren Speichern als darauffolgende Referenzposition, ein weiteres Abfahren der Maßverkörperung mit dem Lesekopf in Leserichtung erfolgen, bis der erste Positionssensor wiederum die vorhergehende Referenzposition erfasst. Bei dieser vorhergehenden Referenzposition handelt es sich vorzugsweise um die zuvor als darauffolgende Referenzposition gespeicherte Referenzposition. Beispielsweise kann auf das Speichern der zweiten Referenzposition ein weiteres Abfahren der Maßverkörperung mit dem Lesekopf in Leserichtung erfolgen, bis der erste Positionssensor die zweite Referenzposition erfasst. Zu diesem Zeitpunkt kann der zweite Positionssensor wiederum eine weitere Maßverkörperungsposition erfassen, die als darauffolgende Referenzposition, vorzugsweise als dritte Referenzposition, gespeichert werden kann. Zwischen der der zweiten Referenzposition und der dritten Referenzposition kann der zweite Referenzabschnitt gebildet werden.
Besonders bevorzugt werden die Schritte b) und c) wiederholt, bis der zweite Positionssensor ein zweites Maßverkörperungsende erreicht hat. Die Referenzposition, die unmittelbar vor dem Erreichen des zweiten Maßverkörperungsendes gespeichert wird, wird vorzugsweise als m-1-te Referenzposition bezeichnet. Die m-te Referenzposition fällt vorzugsweise mit dem zweiten Maßverkörperungsende zusammen. Damit kann die Maßverkörperung zwischen der ersten Referenzposition und der m-ten Referenzposition linearisiert werden. Die Schritte b) und c) werden vorzugsweise m-1 Mal wiederholt bis die m-te Referenzposition gespeichert ist. Insbesondere wenn die als Maßverkörperungslänge bezeichnete Gesamtlänge der Maßverkörperung ein ganzzahliges Vielfaches des Sensorabstands darstellt, kann damit kann die Maßverkörperung über die Maßverkörperungslänge linearisiert werden.
Grundsätzlich kann jede Position innerhalb einer bereits linearisierten Strecke einen Ausgangspunkt zur Erfassung einer weiteren Referenzposition darstellen. Dazu kann die von einem Positionssensor erfasste Sensorposition entsprechend dem Vorgehen zur Bestimmung einer linearisierten Lesekopfposition als linearisierte Sensorposition bestimmt werden und als zusätzliche Referenzposition abgespeichert werden.
Damit können insbesondere Maßverkörperungen, deren Maßverkörperungslänge nicht ein ganzzahliges Vielfaches des Sensorabstands darstellt, über die gesamte Maßverkörperungslänge linearisiert werden. Dabei kann folgendermaßen vorgegangen werden:

Nach dem Speichern der m-1-ten Referenzposition fährt der Lesekopf vorzugsweise weiter, bis der zweite Positionssensor das zweite Maßverkörperungsende erreicht hat. Ist die Maßverkörperungslänge ein ganzzahliges Vielfaches des Sensorabstands, kann der erste Positionssensor in dieser Position die m-1-te Referenzposition erfassen.

Ist die Maßverkörperungslänge nicht ein ganzzahliges Vielfaches des Sensorabstands, erfasst der erste Positionssensor in dieser Position vorzugsweise eine erste Sensorposition, die zwischen der m-1-ten Referenzposition und der m-2-ten Referenzposition angeordnet ist. Die so erfasste erste Sensorposition kann entsprechend dem Vorgehen zur Bestimmung einer linearisierten Lesekopfposition als linearisierte Sensorposition bestimmt werden und als zusätzliche Referenzposition gespeichert werden. Der Abstand zwischen der m-ten Referenzposition und der zusätzlichen Referenzposition entspricht damit vorzugsweise dem Sensorabstand. Damit kann auf Basis jeder zwischen der m-ten Referenzposition und der zusätzlichen Referenzposition erfassten Lesekopfposition eine linearisierte Lesekopfposition bestimmt werden. Damit können Maßverkörperungen beliebiger Länge über die gesamte Maßverkörperungslänge linearisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Schritte a) bis c) in einem Initialisierungslauf durchgeführt. Damit können die Referenzpositionen in einem Initialisierungslauf erfasst und gespeichert werden. Ein Initialisierungslauf kann beispielsweise bei der Einrichtung und/oder vor jeder Inbetriebnahme des Encodersystems stattfinden. Darüber hinaus können zusätzliche Initialisierungsläufe sinnvoll sein.
Insbesondere infolge einer Temperaturänderung können Längenänderungen der Maßverkörperung auftreten. Dadurch dass die Positionssensoren in einem festen, insbesondere durch Temperaturänderungen nur unwesentlich beeinflussbaren Sensorabstand zueinander angeordnet sind, können Längenänderungen der Maßverkörperung erkannt und insbesondere bei der Bestimmung der linearisierten Lesekopfposition kompensiert werden. Darüber hinaus kann der Zusammenhang zwischen der Temperaturänderung und der Längenänderung der Maßverkörperung dazu genutzt werden, eine Temperaturänderung zu detektieren und die entsprechende Temperaturdifferenz zu bestimmen.
Der Schritt d) wird vorzugsweise in einem Regelbetrieb des Encodersystems ständig wiederholt. Als Regelbetrieb kann dabei der Betrieb des Encodersystems bezeichnet werden, der keinen Initialisierungslauf darstellt. Als Regelbetrieb kann damit auch der Betrieb zur Einrichtung des Encodersystems nach Durchführung des Initialisierungslaufs bezeichnet werden. Durch die ständige Wiederholung kann die permanente Bestimmung der linearisierten Lesekopfposition erreicht werden. Im Regelbetrieb des Encodersystems kann damit permanent die linearisierte Lesekopfposition verfügbar sein.
Die linearisierte Lesekopfposition wird vorzugsweise dadurch bestimmt, dass die Summe aus der Anzahl der der erfassten Lesekopfposition vorhergehenden Referenzabschnitte und dem Verhältnis aus dem Abstand der erfassten Lesekopfposition p von der der erfassten Lesekopfposition vorhergehenden Referenzposition und dem Abstand der darauffolgenden Referenzposition von der der erfassten Lesekopfposition vorhergehenden Referenzposition mit dem festen Sensorabstand multipliziert wird. Die Bestimmung der linearisierten Lesekopfposition kann damit mit der folgenden mathematischen Formel beschrieben werden: $p_{l n} = [\frac{(p - p_{n - 1})}{(p_{n} - p_{n - 1})} + (n - 1)] * D; p_{n} > p > p_{n - 1}$
wobei

pln: für die linearisierte Lesekopfposition,
p: für die erfasste Lesekopfposition,
pn: für die darauffolgende Referenzposition,
pn-1: für die vorhergehende Referenzposition,
n-1: für die Anzahl der vorhergehenden Referenzpositionen und
D: für den festen Sensorabstand

Dieser Nomenklatur folgend liegt die erfasste Lesekopfposition vorzugsweise in dem n-ten Referenzabschnitt.
Die erfasste Lesekopfposition kann aus einer von dem ersten Positionssensor erfassten ersten Sensorposition und einer gleichzeitig von dem zweiten Positionssensor erfasste zweite Sensorposition bestimmt werden. Als erste Sensorposition bzw. zweite Sensorposition wird vorzugsweise eine Maßverkörperungsposition bezeichnet, die von dem ersten Positionssensor bzw. dem zweiten Positionssensor erfasst wird. Zur besseren Unterscheidbarkeit werden vorzugsweise die im Regelbetrieb von den Positionssensoren erfassten Maßverkörperungspositionen als Sensorpositionen bezeichnet. Die bestimmte Lesekopfposition kann relativ zu der Anordnung der Positionssensoren am Lesekopf beliebig definiert werden. Vorzugsweise wird die bestimmte Lesekopfposition mittig zwischen dem ersten Positionssensor und dem zweiten Positionssensor definiert.
Bevorzugt werden zur Bestimmung der erfassten Lesekopfposition die erfasste erste Sensorposition und die gleichzeitig erfasste zweite Sensorposition gemittelt.
Die erfassten Sensorpositionen können auf Plausibilität und/oder Aussagekraft geprüft werden. Dadurch, dass die Positionssensoren in einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, kann, auch wenn einer der Positionssensoren eine nicht plausible oder nicht aussagekräftige Sensorposition erfasst, durch die von dem mindestens einen anderen Positionssensor erfasste Sensorposition auf die korrekte Sensorposition des einen Positionssensors und die Lesekopfposition geschlossen werden. Eine nicht plausible oder nicht aussagekräftige Sensorposition kann beispielsweise aufgrund einer Verschmutzung erfasst werden.
Als aussagekräftig wird die erfasste Sensorposition vorzugsweise dann bezeichnet, wenn sie durch einen Wert gebildet wird, der tatsächlich auf der entsprechenden Codespur vorkommt. Als plausibel wird die von einem bestimmten Positionssensor erfasste Sensorposition vorzugsweise dann bezeichnet, wenn, insbesondere aufgrund der bekannten festen Abstände der Positionssensoren und den von dem übrigen Positionssensor erfassten Sensorposition, davon ausgegangen werden kann, dass die von dem einen Positionssensor erfasste Sensorposition mit dessen tatsächlicher Sensorposition, zumindest in hinreichend genauer Näherung, übereinstimmt.
Vorzugsweise werden nicht plausible und/oder nicht aussagekräftige Sensorpositionen nicht zur Bestimmung der erfassten Lesekopfposition verwendet.
Neben der absolut codierten Codespur kann die Maßverkörperung eine inkrementell codierte Codespur auf weisen. Vorzugsweise ist die inkrementell codierte Codespur parallel neben der ersten absolut codierten Codespur angeordnet. Die erste absolut codierte Codespur und die erste inkrementell codierte Codespur können so nebeneinander angeordnet sein, dass die Positionssensoren, die absolut codierte Codespur und die inkrementell codierte Codespur gleichzeitig abtasten können.
Der inkrementell codierte Codespur ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie einen Inkrementalcode aufweist, der sich zyklisch wiederholt und dessen Perioden über die absolut codierte Codespur absolut zugeordnet werden können. Vorzugsweise weist die inkrementell codierte Codespur eine feinere Einteilung und damit eine höhere Auflösung als die absolut codierte Codespur auf. Durch die gleichzeitige Abtastung der absolut codierten Codespur und der inkrementell codierten Codespur können somit hochaufgelöste absolute Sensorpositionen erfasst werden.
Die Maßverkörperung kann mindestens ein Maßverkörperungssegment mit einem ersten Segmentende und einem zweiten Segmentende aufweist. Dadurch kann die Maßverkörperung einfach montierbar und insbesondere in der Montage und im Transport einfach handhabbar sein. Bei der Montage werden vorzugsweise mehrere Maßverkörperungssegmente hintereinander angeordnet, um eine entsprechend große Gesamtlänge der Maßverkörperung zu erreichen. Bei der montierten Maßverkörperung kann zwischen zwei aufeinanderfolgenden Segmentenden ein Versatz in Form einer Lücke angeordnet sein. Dadurch kann die Montage vereinfacht werden.
Insbesondere bei Maßverkörperungen, die Lücken zwischen zwei aufeinanderfolgenden Segmentenden aufweisen, können insbesondere bei dem Initialisierungslauf die Lücken erfasst und abgespeichert werden. Erfasst im späteren Betrieb einer der Positionssensoren eine Lücke kann die von ihm erfasste Sensorposition beispielsweise als plausibel aber nicht aussagekräftig eingeordnet werden.
Die Maßverkörperung kann gerade und/oder bogenförmig und/oder kreisförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Maßverkörperung flexibel ausgebildet sein. Bei einer kreisförmigen Ausbildung der Maßverkörperung kann die Maßverkörperung derart angeordnet sein, dass die Querrichtung und die Längsrichtung der Maßverkörperung senkrecht zum Radius eines gebildeten Kreises angeordnet sind. Die Positionssensoren des Lesekopfs sind damit vorzugsweise zumindest näherungsweise zum Kreismittelpunkt hin ausgerichtet. Auf diese Weise kann die Lesekopfposition auf dem Kreisumfang bestimmt werden. Aus der Lesekopfposition kann damit der entsprechende Drehwinkel bestimmt werden. Das Encodersystem kann damit zur Drehwinkelbestimmung insbesondere bei Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Wellen mit großem Durchmesser vorliegen und gleichzeitig eine hohe Positionsgenauigkeit gefordert ist, so zum Beispiel bei Sternwarten.
Unabhängig von der Gesamtlänge, die am Umfang eines Kreises angebracht ist, kann die Gesamtlänge des Umfangs exakt auf 360° normiert werden, indem nach dem Abfahren einer Umdrehung der Welle, vorzugsweise in einem Initialisierungslauf, das erste Maßverkörperungsende oder die erste Referenzposition erreicht wird und damit die über den Umfang abgefahrene absolute Strecke bekannt sein kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird durch Vergleich mindestens einer Referenzabschnittslänge mit dem festen Sensorabstand eine zumindest abschnittsweise Längenänderung der Maßverkörperung bestimmt. Als Referenzabschnittslänge wird vorzugsweise die Länge eines Referenzabschnitts bezeichnet. Der Vergleich kann erfolgen, indem der Lesekopf derart angeordnet wird, dass der erste Positionssensor eine der Referenzpositionen, beispielsweise die n-te Referenzposition, erfasst. Die erste Sensorposition entspricht dabei vorzugsweise der erfassten Referenzposition. Anschließend kann die gleichzeitig von dem zweiten Positionssensor erfasste, zweite Sensorposition mit der auf die von dem ersten Positionssensor erfasste Referenzposition folgende (n+1)-te Referenzposition verglichen werden. Liegt im Beispiel die zweite Sensorposition vor der (n+1)-ten Referenzposition, kann auf eine entsprechende Längung der Maßverkörperung in diesem Referenzabschnitt geschlossen werden. Liegt im Beispiel die zweite Sensorposition nach der (n+1)-ten Referenzposition, kann auf eine entsprechende Verkürzung der Maßverkörperung in diesem Referenzabschnitt geschlossen werden. Der feste Sensorabstand kann als Lehre verwendet werden. Durch Vergleich sämtlicher Referenzabschnitte mit dem festen Sensorabstand kann die gesamte Längenänderung der Maßverkörperung bestimmt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, nach einer festgestellten Längenänderung einen Initialisierungslauf durchzuführen.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren mittels mehrerer ersten Maßverkörperungspositionen und mehrerer darauffolgender Maßverkörperungspositionen, die mittels mehrerer ersten Positionssensoren und mehrerer zweiten Positionssensoren erfasst werden, durchgeführt. Bevorzugt weist der Lesekopf zwei erste Positionssensoren und zwei zweite Positionssensoren auf, die jeweils in Leserichtung beabstandet zueinander angeordnet sind. Besonders bevorzugt, weist die Maßverkörperung eine erste absolut codierte Codespur und eine zweite absolut codierte Codespur auf, wobei der Lesekopf und die Maßverkörperung so zueinander angeordnet sind, dass die erste absolut codierte Codespur von den ersten Positionssensoren und die zweite absolut codierte Codespur von den zweiten Positionssensoren erfasst wird. Eine derartige Weiterbildung kann eine höhere Auflösung der erfassten Lesekopfposition ermöglichen. Darüber hinaus kann sich bei der Erfassung der Sensorpositionen einen höhere Redundanz ergeben, die insbesondere hinsichtlich der Beurteilung der Plausibilität und der Aussagekraft der erfassten Sensorpositionen vorteilhaft sein kann.
Vorzugsweise sind die erste absolut codierte Codespur und die zweite absolut codierte Codespur gegensinnig zueinander angeordnet. In Längsrichtung der Maßverkörperung kann damit die erste absolut codierte Codespur eine aufsteigende Zählrichtung und die zweite absolut codierte Codespur eine absteigende Zählrichtung aufweisen oder umgekehrt. Ausgehend von der mindestens einen ersten erfassten Sensorposition und der mindestens einen zweiten erfassten Sensorposition kann die Lesekopfposition jeweils nach unterschiedlichen Berechnungsvorschriften bestimmt werden. Dadurch kann eine zusätzliche Sicherheit bei der Bestimmung der Lesekopfposition erreicht werden.
Neben der ersten absolut codierten Codespur kann eine erste inkrementell codierte Codespur angeordnet sein. Neben der zweiten absolut codierten Codespur kann eine zweite inkrementell codierte Codespur angeordnet sein. Vorzugsweise können die ersten Positionssensoren gleichzeitig die erste absolut codierte Codespur und die erste inkrementell codierte Codespur erfassen. Vorzugsweise können die zweiten Positionssensoren gleichzeitig die zweite absolut codierte Codespur und die zweite inkrementell codierte Codespur erfassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Encodersystems,
2 eine schematische Darstellung einer Routine zur Bestimmung der linearisierten Lesekopfposition im Regelbetrieb.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Encodersystems 10, mit einer Maßverkörperung 12 mit einem ersten Maßverkörperungsende 14, einem zweiten Maßverkörperungsende 16 und einer absolut codierten Codespur 18 sowie einen Lesekopf 20 mit einem ersten Positionssensor 22 und einem zweiten Positionssensor 24 aufweist, wobei die Positionssensoren 22, 24 in einer Leserichtung 26 mit einem festen Sensorabstand 28 zueinander angeordnet sind. Die Maßverkörperung 12 kann insbesondere gerade ausgebildet sein. Mit dem Encodersystem 10 kann ein Verfahren zur zumindest abschnittsweisen Linearisierung einer Maßverkörperung 12 mit folgenden Schritten durchgeführt werden:

a) Erfassen einer ersten Maßverkörperungsposition k₁ mittels des zweiten Positionssensors 24 und Speichern als erste Referenzposition p₁,
b) Abfahren der Maßverkörperung 12 mit dem Lesekopf 20 in Leserichtung 26 bis der erste Positionssensor 22 eine vorhergehende Referenzposition erfasst,
c) Erfassen einer weiteren Maßverkörperungsposition mittels des zweiten Positionssensors 24, wenn der erste Positionssensor 22 die vorhergehende Referenzposition erfasst, und Speichern als darauffolgende Referenzposition, wobei zwischen der vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition ein Referenzabschnitt 30 gebildet wird,
d) Bestimmen einer linearisierten Lesekopfposition anhand der Anordnung einer erfassten Lesekopfposition p innerhalb des Referenzabschnitts 30, der zwischen der der erfassten Lesekopfposition p vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition gebildet wird.

Das Verfahren kann beispielsweise folgendermaßen ablaufen: Der zweite Positionssensor 24 erfasst die erste Maßverkörperungsposition k₁. Als Maßverkörperungsposition wird dabei vorzugsweise eine Position auf der Maßverkörperung 12 bezeichnet, an der ein bestimmter Wert auf der absolut codierten Codespur 18 angeordnet ist. Die so erfasste erste Maßverkörperungsposition k₁ kann als erste Referenzpositionen p₁ gespeichert werden. Die erste Referenzposition p₁ fällt vorzugsweise mit einem ersten Maßverkörperungsende 14 zusammen.
Nach dem Erfassen und Speichern der ersten Maßverkörperungsposition k₁ kann der Lesekopf 20 die Maßverkörperung 12 in Leserichtung 26 abfahren, bis der erste Positionssensor 22 die erste Referenzposition p₁ erreicht und damit erfasst.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der erste Positionssensor 22 die erste Referenzposition p₁ erfasst, kann der zweite Positionssensor 24 eine zweite Maßverkörperungsposition k₂ erfassen, die als zweite Referenzposition p₂ gespeichert werden kann. Ein Maßverkörperungsabschnitt, der zwischen der vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition liegt, kann als Referenzabschnitt 30 bezeichnet werden. Der Referenzabschnitt 30 zwischen der ersten Referenzposition p₁ und der zweiten Referenzposition p₂ wird vorzugsweise als erster Referenzabschnitt 30.1 bezeichnet.
Vorzugsweise werden die oben beschriebenen Schritte b) und c) wiederholt, bis der zweite Positionssensor 24 ein zweites Maßverkörperungsende 16 erreicht hat. Dadurch kann auf das Speichern der zweiten Maßverkörperungsposition k₂ als zweite Referenzposition p₂, ein weiteres Abfahren der Maßverkörperung 12 mit dem Lesekopf 20 in Richtung des zweiten Maßverkörperungsendes 16 erfolgen, bis wiederum der erste Positionssensor 22 die zweite Referenzposition p₂ erfasst. Zu diesem Zeitpunkt kann der zweite Positionssensor 24 wiederum eine dritte Maßverkörperungsposition k₃ erfassen, die als dritte Referenzposition p₃, gespeichert werden kann. Zwischen der der zweiten Referenzposition p₂ und der dritten Referenzposition p₃ kann der zweite Referenzabschnitt 30.2 gebildet werden.
Wie durch die beiden eine Unterbrechung kennzeichnenden, schräg angeordneten Linien in 1 veranschaulicht wird, kann das Verfahren bei einem Encodersystem 10, dessen Maßverkörperung 12 eine beliebige Maßverkörperungslänge 32 aufweist, dementsprechend fortgeführt werden.
Die Referenzposition, die unmittelbar vor dem Erreichen des zweiten Maßverkörperungsendes 16 gespeichert wird, wird vorzugsweise als m-1-te Referenzposition p_m-1 bezeichnet. Die m-te Referenzposition fällt vorzugsweise mit dem zweiten Maßverkörperungsende 16 zusammen. Damit kann die Maßverkörperung 12 zwischen der ersten Referenzposition p₁ und der m-ten Referenzposition p_m linearisiert werden. Die Schritte b) und c) werden vorzugsweise m-1 Mal wiederholt bis die m-te Referenzposition p_m gespeichert ist.
Stellt die Maßverkörperungslänge nicht ein ganzzahliges Vielfaches des Sensorabstands 28 dar, kann bei der Linearisierung folgendermaßen vorgegangen werden:
Nach dem Speichern der m-1-ten Referenzposition p_m-1 fährt der Lesekopf 20 vorzugsweise weiter, bis der zweite Positionssensor 24 das zweite Maßverkörperungsende 16 erreicht hat. Ist die Maßverkörperungslänge ein ganzzahliges Vielfaches des Sensorabstands 28, kann der erste Positionssensor 22 in dieser Position die m-1-te Referenzposition p_m-1 erfassen.
Ist die Maßverkörperungslänge nicht ein ganzzahliges Vielfaches des Sensorabstands 28, erfasst der erste Positionssensor 22 in der Position, in der der zweite Positionssensor 24 das zweite Maßverkörperungsende 16 erfasst, vorzugsweise eine erste Sensorposition 34, die zwischen der m-1-ten Referenzposition p_m-1 und einer m-2-ten Referenzposition p_m-2 angeordnet ist. Die so erfasste erste Sensorposition 34 kann entsprechend dem Vorgehen zur Bestimmung einer linearisierten Lesekopfposition als linearisierte Sensorposition bestimmt werden und als zusätzliche Referenzposition gespeichert werden. Der Abstand zwischen der m-ten Referenzposition und der zusätzlichen Referenzposition entspricht damit vorzugsweise dem Sensorabstand 28. Damit kann auf Basis jeder zwischen der m-ten Referenzposition p_m und der zusätzlichen Referenzposition erfassten Lesekopfposition eine linearisierte Lesekopfposition bestimmt werden. Damit können Maßverkörperungen 12 beliebiger Länge über die gesamte Maßverkörperungslänge linearisiert werden.
Der Schritt d) wird vorzugsweise in einem Regelbetrieb des Encodersystems ständig wiederholt. Dafür kann in dem Encodersystem 10 die in 2 dargestellte Routine 40 implementiert sein.
Die Routine kann mit einem ersten Routineschritt 42 gestartet werden. In einem zweiten Routineschritt 44 kann ein Laufindex n auf 0 gesetzt werden. In einem dritten Routineschritt 46 wird vorzugsweise die erfasste Lesekopfposition p bestimmt. In einem vierten Routineschritt 48 kann überprüft werden, ob die erfasste Lesekopfposition p entsprechend dem Laufindex n zwischen einer bestimmten vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition liegt. Sofern das nicht der Fall ist, kann mittels eines fünften Routineschritts 50 der Laufindex n solange erhöht werden, bis die im vierten Routineschritt 48 definierte Bedingung erfüllt ist.
Dann kann in einem sechsten Routineschritt 52 die linearisierte Lesekopfposition entsprechend der folgenden, im sechsten Routineschritt 52 der 2 dargestellten Vorschrift bestimmt werden: $p_{l n} = [\frac{(p - p_{n - 1})}{(p_{n} - p_{n - 1})} + (n - 1)] * D; p_{n} > p > p_{n - 1}$
wobei

pln: für die linearisierte Lesekopfposition,
p: für die erfasste Lesekopfposition p,
pn: für die darauffolgende Referenzposition,
pn-1: für die vorhergehende Referenzposition,
n-1: für die Anzahl der vorhergehenden Referenzpositionen und
D: für den festen Sensorabstand 28

Die linearisierte Lesekopfposition würde sich bei der in 1 gezeigten Anordnung, bei der die erfasste Lesekopfposition zwischen einer vierten Referenzposition p₄ und einer fünften Referenzposition p₅ dementsprechend mit p₅ > p > p₄ folgendermaßen bestimmen lassen: $p_{l n} = [\frac{(p - p_{4})}{(p_{5} - p_{4})} + (4)] * D$
Die erfasste Lesekopfposition p kann aus einer von dem ersten Positionssensor 22 erfassten ersten Sensorposition 34 und einer gleichzeitig von dem zweiten Positionssensor 24 erfasste zweite Sensorposition 36 bestimmt werden. Vorzugsweise wird die bestimmte Lesekopfposition p mittig zwischen dem ersten Positionssensor 22 und dem zweiten Positionssensor 24 definiert.
Durch Vergleich einer Referenzabschnittslängen 38 mit dem festen Sensorabstand 28 kann eine zumindest abschnittsweise Längenänderung der Maßverkörperung 12 bestimmt werden. Der Vergleich kann beispielsweise anhand des ersten Referenzabschnitts 30.1 erfolgen, indem der Lesekopf 20 derart angeordnet wird, dass der erste Positionssensor 22 die erste Referenzposition p₁ erfasst. Die erste Sensorposition 34 entspricht in dieser Anordnung vorzugsweise der ersten Referenzposition p₁. Anschließend kann die gleichzeitig von dem zweiten Positionssensor 24 erfasste, zweite Sensorposition 36 mit der auf die erste Referenzposition p₁ folgende zweite Referenzposition p₂ verglichen werden. Liegt im Beispiel die zweite Sensorposition 36 vor der zweiten Referenzposition p₂, kann auf eine entsprechende Längung der Maßverkörperung 12 im ersten Referenzabschnitt 30.1 geschlossen werden. Liegt im Beispiel die zweite Sensorposition 36 nach der zweiten Referenzposition p₂, kann auf eine entsprechende Verkürzung der Maßverkörperung 12 im ersten Referenzabschnitt 30.1 geschlossen werden. Durch Vergleich sämtlicher Referenzabschnitte 30 mit dem festen Sensorabstand 28 kann die gesamte Längenänderung der Maßverkörperung 12 bestimmt werden.
Bezugszeichenliste

10: Encodersystem
12: Maßverkörperung
14: erstes Maßverkörperungsende
16: zweites Maßverkörperungsende
18: absolut codierte Codespur
20: Lesekopf
22: erster Positionssensor
24: zweiter Positionssensor
26: Leserichtung
28: Sensorabstand
30: Referenzabschnitt
30.1: erster Referenzabschnitt
30.2: zweiter Referenzabschnitt
32: Maßverkörperungslänge
34: erste Sensorposition
36: zweite Sensorposition
38: Referenzabschnittslänge
40: Routine
42: erster Routineschritt
44: zweiter Routineschritt
46: dritter Routineschritt
48: vierter Routineschritt
50: fünfter Routineschritt
52: sechster Routineschritt
k1: erste Maßverkörperungsposition
k2: zweite Maßverkörperungsposition
k3: dritte Maßverkörperungsposition
p: erfasste Lesekopfposition
p1: erste Referenzposition
p2: zweite Referenzposition
p3: dritte Referenzposition
p4: vierte Referenzposition
p5: fünfte Referenzposition
pm-2: m-2-te Referenzposition
pm-1: m-1-te Referenzposition
pm: m-te Referenzposition

Claims

Encodersystem mit folgenden Merkmalen: • einer Maßverkörperung (12), die eine absolut codierte Codespur (18) aufweist, und • einem Lesekopf (20) mit einem ersten Positionssensor (22) und einem zweiten Positionssensor (24), wobei die Positionssensoren (22, 24) in einer Leserichtung (26) mit einem festen Sensorabstand (28) zueinander angeordnet sind, • wobei der Sensorabstand (28) als Referenzlänge zur Linearisierung der Maßverkörperung (12) verwendet wird.
Verfahren zur zumindest abschnittsweisen Linearisierung einer Maßverkörperung (12) in einem Encodersystem (10), wobei das Encodersystem (10) die Maßverkörperung (12) mit einer absolut codierten Codespur (18) sowie einen Lesekopf (20) mit einem ersten Positionssensor (22) und einem zweiten Positionssensor (24) aufweist, wobei die Positionssensoren (22, 24) in einer Leserichtung (26) mit einem festen Sensorabstand (28) zueinander angeordnet sind, mit folgenden Schritten: a) Erfassen einer ersten Maßverkörperungsposition (k₁) mittels des zweiten Positionssensors (24) und Speichern als erste Referenzposition (p₁), b) Abfahren der Maßverkörperung (12) mit dem Lesekopf (20) in Leserichtung (26) bis der erste Positionssensor (22) eine vorhergehende Referenzposition erfasst, c) Erfassen einer weiteren Maßverkörperungsposition mittels des zweiten Positionssensors (24), wenn der erste Positionssensor (22) die vorhergehende Referenzposition erfasst, und Speichern als darauffolgende Referenzposition, wobei zwischen der vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition ein Referenzabschnitt (30, 30.1, 30.2) gebildet wird, d) Bestimmen einer linearisierten Lesekopfposition anhand der Anordnung einer erfassten Lesekopfposition (p) innerhalb des Referenzabschnitts (30, 30.1, 30.2), der zwischen der der erfassten Lesekopfposition (p) vorhergehenden Referenzposition und der darauffolgenden Referenzposition gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die erste Referenzposition (p₁) mit einem ersten Maßverkörperungsende (14) zusammenfällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) und c) mindestens einmal wiederholt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) und c) wiederholt werden, bis der zweite Positionssensor (24) ein zweites Maßverkörperungsende (16) erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) in einem Initialisierungslauf durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) in einem Regelbetrieb des Encodersystems (10) ständig wiederholt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die linearisierte Lesekopfposition dadurch bestimmt wird, dass die Summe aus der Anzahl der der erfassten Lesekopfposition (p) vorhergehenden Referenzabschnitte und dem Verhältnis aus dem Abstand der erfassten Lesekopfposition (p) von der der erfassten Lesekopfposition (p) vorhergehenden Referenzposition und dem Abstand der darauffolgenden Referenzposition von der der erfassten Lesekopfposition (p) vorhergehenden Referenzposition mit dem festen Sensorabstand (28) multipliziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Lesekopfposition (p) aus einer von dem ersten Positionssensor (22) erfassten ersten Sensorposition (34) und einer gleichzeitig von dem zweiten Positionssensor (24) erfasste zweite Sensorposition (36) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der erfassten Lesekopfposition (p) die erfasste erste Sensorposition (34) und die gleichzeitig erfasste zweite Sensorposition (36) gemittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Sensorpositionen (34, 36) auf Plausibilität und/oder Aussagekraft geprüft werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nicht plausible und/oder nicht aussagekräftige Sensorpositionen (34, 36) nicht zur Bestimmung der erfassten Lesekopfposition (p) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vergleich mindestens einer Referenzabschnittslänge (38) mit dem festen Sensorabstand (28) eine zumindest abschnittsweise Längenänderung der Maßverkörperung (12) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels mehrerer ersten Maßverkörperungspositionen (k₁) und mehrerer darauffolgender Maßverkörperungspositionen, die mittels mehrerer ersten Positionssensoren (22) und mehrerer zweiten Positionssensoren (24) erfasst werden, durchgeführt wird.