DE102022128511A1 - Manufacturing, calibration and measurement correction procedures as well as inductive distance sensor - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen werden Verfahren zur vereinfachten Herstellung und Kalibrierung induktiver Distanzsensoren einer Serie von Distanzsensoren, umfassend eine Bestimmung von Fitparametern einer Fitfunkton, welche den Zusammenhang zwischen einer oberen Distanzabweichung in Abhängigkeit von der Distanzabweichung bei einer Maximaldistanz und einer unteren Distanzabweichung in Abhängigkeit von der Distanzabweichung bei der Maximaldistanz beschreibt.Methods are proposed for the simplified manufacture and calibration of inductive distance sensors of a series of distance sensors, comprising a determination of fit parameters of a fit function which describes the relationship between an upper distance deviation as a function of the distance deviation at a maximum distance and a lower distance deviation as a function of the distance deviation at the maximum distance.
Description
Die Erfindung betrifft ein Herstellungs-, ein Kalibrierungs- und ein Messwertkorrekturverfahren für selbstabgleichende induktive Distanzsensoren. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen entsprechend herstell- und kalibrierbaren induktiven Distanzsensor.The invention relates to a manufacturing, calibration and measurement value correction method for self-adjusting inductive distance sensors. Furthermore, the present invention relates to an inductive distance sensor that can be manufactured and calibrated accordingly.
Aus dem Stand der Technik sind induktive Distanzsensoren zum Bestimmen eines Distanzmesswertes in Abhängigkeit eines Abstands zu einem Zielobjekt hinlänglich bekannt. Die ermittelten Distanzmesswerte der bekannten induktiven Distanzsensoren sind jedoch von der Umgebungstemperatur abhängig. Gerade bei dem Ermitteln von Distanzmesswerten für einen großen Abstand führt dies zu einer großen thermischen Abhängigkeit, weshalb die ermittelten Distanzmesswerte einen temperaturbedingten Messfehler aufweisen.Inductive distance sensors for determining a distance measurement value depending on the distance to a target object are well known from the state of the art. However, the distance measurement values determined by the known inductive distance sensors depend on the ambient temperature. This leads to a large thermal dependency, especially when determining distance measurement values for a large distance, which is why the determined distance measurement values have a temperature-related measurement error.
Bisher ist es nicht gelungen durch ein robustes Design der aus dem Stand der Technik bekannten induktiven Distanzsensoren einen weitgehend temperaturunabhängigen Messbetrieb zu ermöglichen. Um dennoch einen zuverlässigen Messbetrieb über einen großen Temperaturbereich zu erzielen, ist es bisher aus dem Stand der Technik bekannt, dass im Rahmen der Fertigung jeder einzelne Distanzsensor an den Grenzen eines zulässigen Temperaturbereichs individuell vermessen wird, um somit individuelle Kompensationsparameter zu ermitteln, die im späteren Messbetrieb das Kompensieren des jeweiligen temperaturbedingten Messfehlers erlauben. Solche individuellen Kompensationsmaßnahmen für alle produzierten Einzel-Distanzsensoren eines bestimmten Distanzsensor-Bautyps bzw. einer Serie von Distanzsensoren sind zeitaufwendig, da bei verschiedenen Umgebungstemperaturen Testmessungen durchgeführt werden müssen, um daraus die Kompensationsparameter zu bestimmen. Dies führt zu hohen Produktionskosten.So far, it has not been possible to achieve a largely temperature-independent measurement operation through a robust design of the inductive distance sensors known from the state of the art. In order to achieve reliable measurement operation over a wide temperature range, it is known from the state of the art that during production each individual distance sensor is individually measured at the limits of a permissible temperature range in order to determine individual compensation parameters that allow the respective temperature-related measurement error to be compensated for in later measurement operation. Such individual compensation measures for all produced individual distance sensors of a certain distance sensor type or a series of distance sensors are time-consuming, since test measurements must be carried out at different ambient temperatures in order to determine the compensation parameters. This leads to high production costs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie einen entsprechend produzierten Distanzsensor anzugeben, um den negativen Einfluss der Temperatur auf die ermittelten Distanzmesswerte zu vereinfachen. The object of the present invention is to overcome the disadvantages known from the prior art. In particular, the object of the present invention is to provide a method and a correspondingly produced distance sensor in order to simplify the negative influence of temperature on the determined distance measurement values.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1, das erfindungsgemäße Kalibrierungsverfahren gemäß Anspruch 8 und das erfindungsgemäße Messwertkorrekturverfahren nach Anspruch 9 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch einen erfindungsgemäßen Distanzsensoren nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by the inventive manufacturing method according to
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.Advantageous developments of the invention are described in the subclaims. The scope of the invention includes all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the claims and/or the figures.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.To avoid repetition, features disclosed according to the device should also be considered as disclosed according to the method and should be claimable. Likewise, features disclosed according to the method should also be considered as disclosed according to the device and should be claimable.
Das erfindungsgemäße Kalibrierungsverfahren für induktive Distanzsensoren von einer Serie von Distanzsensoren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- Zunächst erfolgt das Bereitstellen eines ersten induktiven Distanzsensoren und wenigstens eines zweiten induktiven Distanzsensoren der Serie der Distanzsensoren, wobei jeder der induktiven Distanzsensoren eine Distanzbestimmungseinheit zum Bestimmen eines Distanzmesswerts in Abhängigkeit eines Abstandes zu einem Zielobjekt innerhalb eines definierten Messbereichs mit einer festgelegten Maximaldistanz und eine Temperaturabgleichseinheit zum temperaturbasierten Korrigieren des Distanzmesswerts innerhalb eines definierten Temperaturbereichs, der zwischen einer oberen Temperatur und einer unteren Temperatur festgelegt ist.
- First, a first inductive distance sensor and at least one second inductive distance sensor of the series of distance sensors are provided, wherein each of the inductive distance sensors has a distance determination unit for determining a distance measurement value as a function of a distance to a target object within a defined measuring range with a specified maximum distance and a temperature adjustment unit for temperature-based correction of the distance measurement value within a defined temperature range, which is set between an upper temperature and a lower temperature.
Der Messbereich erstreckt sich bis zu einer Maximaldistanz und ist für die Distanzsensoren festgelegt und/oder im Vorfeld definiert. Die Maximaldistanz kann bevorzugt aus einem entsprechenden Datenblatt entnommen werden. Der induktive Distanzsensor kann mittels der Distanzbestimmungseinheit nur den Abstand des Zielobjekts bestimmen, wenn sich das Zielobjekt innerhalb des Messbereichs befindet. Anders ausgedrückt, das Zielobjekt kann maximal in einem Abstand erfasst werden, der der Maximaldistanz entspricht.The measuring range extends up to a maximum distance and is fixed for the distance sensors and/or defined in advance. The maximum distance can preferably be taken from a corresponding data sheet. The inductive distance sensor can only determine the distance of the target object using the distance determination unit if the target object is within the measuring range. In other words, the target object can be detected at a maximum distance that corresponds to the maximum distance.
Die Temperaturabgleichseinheit ist zum temperaturbasierten Korrigieren des Distanzmesswerts innerhalb eines definierten Temperaturbereichs ausgebildet. Der Temperaturbereich erstreckt sich zwischen einer oberen und einer unteren Temperatur, wobei es bevorzugt ist, wenn die obere Temperatur positiv und/oder größer als 0°C ist und die untere Temperatur negativ und/oder kleiner als 0°C ist. Nur innerhalb des Temperaturbereichs ist die vollständige Funktionalität des Distanzsensoren sichergestellt, d.h. ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung ermittelter Distanzmesswert liegt innerhalb von zugesicherten Toleranzen.The temperature adjustment unit is designed for temperature-based correction of the distance measurement value within a defined temperature range. The temperature range extends between an upper and a lower temperature, wherein it is preferred if the upper temperature is positive and/or greater than 0°C and the lower temperature is negative and/or less than 0°C. The complete functionality of the distance sensor is only ensured within the temperature range, i.e. a distance measurement value determined within the scope of the present invention lies within guaranteed tolerances.
Ferner erfolgt das Bereitstellen von Temperiermitteln zum Beeinflussen der Umgebungstemperatur der Distanzsensoren, derart, dass die Umgebungstemperatur wenigstens der oberen Temperatur und/oder der unteren Temperatur und insbesondere einer mittleren Temperatur entspricht, wobei für die mittlere Temperatur zwischen der unteren und der oberen Temperatur liegt.Furthermore, tempering means are provided for influencing the ambient temperature of the distance sensors in such a way that the ambient temperature corresponds at least to the upper temperature and/or the lower temperature and in particular to an average temperature, wherein the average temperature lies between the lower and the upper temperature.
Bevorzugt sind die Temperiermittel als ein Fön, insbesondere als ein Heizluftfön ausgebildet. Alternativ sind die Temperiermittel bevorzugt auch als eine Temperierkammer und/oder Temperaturprüfschrank ausgebildet.The temperature control means are preferably designed as a hair dryer, in particular as a hot air dryer. Alternatively, the temperature control means are preferably also designed as a temperature control chamber and/or temperature test cabinet.
Die Temperiermittel ermöglichen die Umgebungstemperatur des jeweiligen Distanzsensors zu beeinflussen, um Testmessungen im Rahmen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens und des später noch erläuterten Kalibrierungsverfahrens durchzuführen.The temperature control devices make it possible to influence the ambient temperature of the respective distance sensor in order to carry out test measurements within the framework of the manufacturing process described here and the calibration procedure explained later.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens zwei Distanzsensoren relativ zu dem Zielobjekt an einer ersten Testdistanz und wenigstens einer zweiten Testdistanz positioniert werden, wobei die Testdistanzen innerhalb des Messbereichs liegen und die erste Testdistanz größer als die wenigstens zweite Testdistanz gewählt ist.Furthermore, the invention provides that the at least two distance sensors are positioned relative to the target object at a first test distance and at least a second test distance, wherein the test distances lie within the measuring range and the first test distance is selected to be greater than the at least second test distance.
Anders ausgedrückt, es erfolgt eine Positionierung des Zielobjekts oder des jeweiligen Distanzsensoren an einer ersten Testdistanz und an einer zweiten Testdistanz und eventuell an weiteren Testdistanzen.In other words, the target object or the respective distance sensor is positioned at a first test distance and at a second test distance and possibly at further test distances.
Weiterhin erfolgt erfindungsgemäß das Bestimmen jeweils eines Distanzmesswerts mittels jedem der wenigstens zwei Distanzsensoren an jeder der wenigstens zwei Testdistanzen bei der oberen, der unteren und der mittleren Temperatur.Furthermore, according to the invention, a distance measurement value is determined by means of each of the at least two distance sensors at each of the at least two test distances at the upper, lower and middle temperatures.
Um die Messungen bei den verschiedenen Temperaturen durchzuführen, erfolgt eine entsprechende Temperierung des jeweiligen Distanzsensoren mittels der Temperiermittel.In order to carry out the measurements at different temperatures, the respective distance sensors are tempered accordingly using the tempering agents.
Bevorzugt entspricht die mittlere Temperatur der Raumtemperatur, weshalb dann beim Bestimmen der Distanzmesswerte bei der ersten Testdistanz und der wenigstens zweiten Testdistanz bei der mittleren Temperatur keine Temperierung mittels der Temperiermittel erfolgen muss.Preferably, the mean temperature corresponds to the room temperature, which is why no temperature control by means of the temperature control means needs to be carried out when determining the distance measurement values at the first test distance and at least the second test distance at the mean temperature.
Ein weiterer erfindungsgemäß umfasster Verfahrensschritt sieht das Bestimmen einer oberen Distanzabweichung für die erste Testdistanz und die wenigstens zweite Testdistanz vor. Die obere Distanzabweichung wird durch eine Differenzbildung zwischen dem ermittelten Distanzmesswert bei der oberen Temperatur und dem ermittelten Distanzmesswert bei der mittleren Temperatur ermittelt, wobei die obere Distanzabweichung für jeden der wenigstens zwei Distanzsensoren und für jegliche Testdistanzen bestimmt wird.A further method step included according to the invention provides for determining an upper distance deviation for the first test distance and the at least second test distance. The upper distance deviation is determined by forming a difference between the determined distance measurement value at the upper temperature and the determined distance measurement value at the middle temperature, wherein the upper distance deviation is determined for each of the at least two distance sensors and for any test distances.
Ein weiterer vom vorliegenden erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren umfasster Verfahrensschritt sieht das Bestimmen von jeweils einer oberen Fitfunktion mit wenigstens einem Fitparameter für die obere Distanzabweichung an der wenigstens zweiten Testdistanz, und insbesondere an sämtlichen weiteren Testdistanzen, in Abhängigkeit von der oberen Distanzabweichung an der ersten Testdistanz, insbesondere an der größten Testdistanz, für den jeweiligen Distanzsensoren vor;A further method step included in the present manufacturing method according to the invention provides for the determination of an upper fit function with at least one fit parameter for the upper distance deviation at the at least second test distance, and in particular at all further test distances, as a function of the upper distance deviation at the first test distance, in particular at the largest test distance, for the respective distance sensors;
Anders ausgedrückt erfolgt hier das Bestimmen von jeweils einer oberen Fitfunktion mit wenigstens einem Fitparameter für die obere Distanzabweichung der wenigstens zwei Distanzsensoren für die zweite Testdistanz und eventuell für weitere Testdistanzen, wobei die Abhängigkeit von der zweiten Testdistanz und eventuell von weiteren Testdistanzen jeweils von der oberen Distanzabweichung an der ersten - und somit größten - Testdistanz abgebildet wird;In other words, an upper fit function with at least one fit parameter is determined for the upper distance deviation of the at least two distance sensors for the second test distance and possibly for further test distances, whereby the dependence of the second test distance and possibly of further test distances is each mapped to the upper distance deviation at the first - and thus largest - test distance;
Hierbei wurde erfindungsgemäß erkannt, dass die Distanzabweichung für große Distanzen im Vergleich zu Distanzabweichungen für kleine Distanzen groß ausfällt. Daher erfolgt eine Normierung der ermittelten Distanzabweichungen für die zweite Testdistanz und eventuell für weitere Testdistanzen in Bezug auf die größte Distanzabweichung.According to the invention, it was recognized that the distance deviation for large distances is large compared to distance deviations for small distances. Therefore, the determined distance deviations for the second test distance and possibly for further test distances are standardized in relation to the largest distance deviation.
Nochmals anders ausgedrückt umfasst dieser Verfahrensschritt das Bestimmen einer oberen Fitfunktion, die wenigstens einen Fitparameter aufweist, für die zweite Distanzabweichung sämtlicher Distanzsensoren, derart, dass für jeden der wenigstes zwei Distanzsensoren die zweite Distanzabweichung in Abhängigkeit von der oberen Distanzabweichung an der ersten - und somit größten - Testdistanz abgebildet wird. Weiterhin erfolgt auch das Bestimmen einer oberen Fitfunktion, die wenigstens einen Fitparameter aufweist, für eine dritte oder vierte oder weitere Distanzabweichung sämtlicher Distanzsensoren, derart, dass für jeden der wenigstes zwei Distanzsensoren die dritte oder vierte oder weitere Distanzabweichung in Abhängigkeit von der oberen Distanzabweichung an der ersten - und somit größten - Testdistanz abgebildet wirdIn other words, this method step includes determining an upper fit function, which has at least one fit parameter, for the second distance deviation of all distance sensors, such that for each of the at least two distance sensors, the second distance deviation is mapped as a function of the upper distance deviation at the first - and thus largest - test distance. Furthermore, an upper fit function, which has at least one fit parameter, for a third or fourth or further distance deviation of all distance sensors is determined, such that for each of the at least two distance sensors, the third or fourth or further distance deviation is mapped as a function of the upper distance deviation at the first - and thus largest - test distance.
Weiterhin sieht die Erfindung auch das Bestimmen einer unteren Distanzabweichung für alle Testdistanzen durch Differenzbildung zwischen dem ermittelten Distanzmesswert bei der unteren Temperatur und dem ermittelten Distanzmesswert bei der mittleren Temperatur für jeden Distanzsensoren vor.Furthermore, the invention also provides for the determination of a lower distance deviation for all test distances by forming the difference between the determined distance measurement value at the lower temperature and the determined distance measurement value at the average temperature for each distance sensor.
Erfindungsgemäß folgt dann wiederum das Bestimmen von jeweils einer unteren Fitfunktion mit wenigstens einem Fitparameter für die untere Distanzabweichungen an der wenigstens zweiten Testdistanz für jeden der wenigstens zwei Distanzsensoren in Abhängigkeit von der unteren Distanzabweichung an der ersten Testdistanz für den jeweiligen Distanzsensor. Hier wird entsprechend zur oberen Distanzabweichung vorgegangen, um die untere Fitunktion zu bestimmen.According to the invention, a lower fit function is then determined with at least one fit parameter for the lower distance deviations at the at least second test distance for each of the at least two distance sensors as a function of the lower distance deviation at the first test distance for the respective distance sensor. Here, the procedure is similar to the upper distance deviation in order to determine the lower fit function.
Somit erhält man für die zweite Testdistanz eine oberer und eine untere Fitfunktion für die oberer Temperatur und für die untere Temperatur. Ferner erhält man jeweils eine obere und eine untere Fitfunktion für jede weitere Testdistanz.This gives us an upper and a lower fitting function for the upper temperature and for the lower temperature for the second test distance. We also get an upper and a lower fitting function for each additional test distance.
Anschließend erfolgt erfindungsgemäß das Speichern der Fitparameter und/oder der oberen und unteren Fitfunktion für jede der wenigstens zwei Testdistanzen in Speichermitteln, die von der Temperaturabgleichseinheit umfasst sind, in sämtlichen induktiven Distanzsensoren.Subsequently, according to the invention, the fit parameters and/or the upper and lower fit functions for each of the at least two test distances are stored in storage means, which are included in the temperature adjustment unit, in all inductive distance sensors.
Zusammenfassend wird bei der vorliegenden Erfindung für eine erste Auswahl der Distanzsensoren der Serie von Distanzsensoren ein Distanzmesswert an den wenigstens zwei Testdistanzen bei der oberen, der mittleren und der unteren Temperatur bestimmt. Aus diesen ermittelten Distanzmesswerten lässt sich dann durch Differenzbildung die obere und die untere Distanzabweichung sämtlicher Distanzsensoren an der ersten Testdistanz, an der zweiten Testdistanz und an weiteren Testdistanz bestimmen.In summary, in the present invention, for a first selection of the distance sensors of the series of distance sensors, a distance measurement value is determined at the at least two test distances at the upper, middle and lower temperatures. From these determined distance measurement values, the upper and lower distance deviation of all distance sensors at the first test distance, the second test distance and further test distances can then be determined by forming the difference.
Für die obere Distanzabweichung an der zweiten Testdistanz - und eventuell für jede weitere Testdistanz - lassen sich dann die oberen Fitfunktionen bestimmen. Ferner lässt sich für die untere Distanzabweichung an der zweiten Testdistanz - und eventuell für jede weitere Testdistanz - lässt sich eine untere Fitunktion bestimmen.The upper fit functions can then be determined for the upper distance deviation at the second test distance - and possibly for each additional test distance. Furthermore, a lower fit function can be determined for the lower distance deviation at the second test distance - and possibly for each additional test distance.
Die oberen und unteren Fitfunktionen werden dann in den Speichermitteln, die von der jeweiligen Temperaturabgleichseinheit umfasst sind, gespeichert.The upper and lower fit functions are then stored in the storage means included in the respective temperature adjustment unit.
Bei dieser ersten Auswahl der Distanzsensoren handelt es sich um wenigstens zwei Distanzsensoren. Konkret also um zwei Sensoren oder drei Sensoren oder zehn, zwanzig, dreißig oder mehr Distanzsensoren.This first selection of distance sensors involves at least two distance sensors. In concrete terms, this means two sensors or three sensors or ten, twenty, thirty or more distance sensors.
Sämtliche weiteren Distanzsensoren, die die in den Speichermitteln abgelegten Fitfunktionen umfassen, werden im Folgenden dann lediglich durch ein später noch genauer erläutertes erfindungsgemäßes Kalibrierungsverfahren kalibriert. Hierfür erfolgt die Ermittlung eines Distanzmesswerts mittels des jeweiligen Distanzsensoren an den wenigstens zwei Testdistanzen nur noch bei der mittleren Temperatur. Bei der oberen und der unteren Temperatur muss im Rahmen der vorliegenden Erfindung nun nur noch ein Distanzmesswert für die erste - und somit größte - Testdistanz bestimmt werden. Daraus lassen sich dann der geltende Zusammenhang für die weiteren Testdistanzen bestimmen. Erfindungsgemäß vorteilhaft führt dies zu einem wesentlichen Zeitersparnis.All other distance sensors, which include the fit functions stored in the storage means, are then calibrated only by a calibration method according to the invention, which will be explained in more detail later. For this purpose, a distance measurement value is determined using the respective distance sensor at the at least two test distances only at the middle temperature. For the upper and lower temperatures, within the scope of the present invention, only one distance measurement value needs to be determined for the first - and thus largest - test distance. From this, the applicable relationship for the other test distances can then be determined. According to the invention, this advantageously leads to a significant time saving.
Weiterbildend ist bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren vorgesehen, dass die erste Testdistanz derart gewählt wird, dass diese im Bereich von 20% unter der Maximaldistanz und der Maximaldistanz liegt, wobei vorzugsweise die erste Testdistanz der Maximaldistanz entspricht.In a further development, the manufacturing method according to the invention provides that the first test distance is selected such that it is in the range of 20% below the maximum distance and the maximum distance, wherein preferably the first test distance corresponds to the maximum distance.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist die obere und die untere Fitfunktion einer linearen Approximation entspricht.In the context of further development, the upper and lower fitting functions correspond to a linear approximation.
Es wurde nämlich erkannt, dass wenn mindestens zwei oder mehr Distanzsensoren vermessen und die ermittelten Werte der oberen bzw. unteren Distanzabweichung in Abhängigkeit der jeweiligen größten Distanz abgebildet werden, sich ein linearer Zusammenhang ergibt.It was recognized that if at least two or more distance sensors are measured and the determined values of the upper or lower distance deviation are mapped as a function of the respective greatest distance, a linear relationship results.
Der lineare Zusammenhang der oberen bzw. unteren Distanzabweichung (Dx) lässt sich für die zweite Testdistanz (X=2) wie folgt beschreiben:
Die jeweiligen D2-Werte können somit aus dem zuvor ermittelten Wert für die erste Testdistanz ermittelt werden. Hierbei gilt:
- D2
- obere bzw. untere Distanzabweichung an der zweiten Testdistanz
- a2
- Steigung als Fitparameter
- D1
- obere bzw. untere Distanzabweichung an der ersten Testdistanz
- b2
- y-Achsenabschnitt als Fitparameter,
- D2
- upper or lower distance deviation at the second test distance
- a2
- Slope as a fit parameter
- D1
- upper or lower distance deviation at the first test distance
- b2
- y-intercept as fit parameter,
Über diesen linearen Zusammenhang lassen sich somit die obere bzw. untere Distanzabweichung weiterer Distanzsensoren aus einzelnen Messungen bestimmen. Somit entfällt im Rahmen der Herstellung, dass jeder einzelne Distanzsensor vermessen werden muss.This linear relationship can be used to determine the upper and lower distance deviations of other distance sensors from individual measurements. This means that each individual distance sensor does not have to be measured during production.
Alternativ kann die Fitfunktion auch durch eine quadratische Approximation ausgebildet sein. In Abhängigkeit des Sensortyps und/oder des definierten Temperaturbereichs und/oder des festgelegten Messbereichs kann die Zuordnungsvorschrift, die sich aus den einzelnen oberen bzw. unteren Distanzabweichungen für die zweite Testdistanz und weitere Testdistanzen ermitteln lässt, auch einen quadratischen Zusammenhang aufweisen.Alternatively, the fit function can also be formed by a quadratic approximation. Depending on the sensor type and/or the defined temperature range and/or the specified measuring range, the assignment rule, which can be determined from the individual upper and lower distance deviations for the second test distance and further test distances, can also have a quadratic relationship.
Weiterhin ist es weiterbildend vorgesehen, dass die aktuelle Umgebungstemperatur (Tact) durch einen vom Distanzsensor umfassten Temperatursensoren, insbesondere ein Temperaturfühler, ermittelt wird oder dass die aktuelle Umgebungstemperatur (Tact) über einen externen Temperatursensor mittels einer von dem Distanzsensor (3) umfassten Schnittstelle ausgelesen wird. Vorteilhaft kann somit die aktuelle Temperatur genau bestimmt werden, wobei durch Interpolation eine Mittelung zwischen der oberen und der untern Fitfunktion implementieren lässt. Somit wird es vorteilhaft ermöglicht, dass die negative Auswirkungen der Temperatur auf einen ermittelten Distanzmesswert noch weiter reduziert werden können.Furthermore, it is provided in a further development that the current ambient temperature (Tact) is determined by a temperature sensor included in the distance sensor, in particular a temperature sensor, or that the current ambient temperature (Tact) is read out via an external temperature sensor using an interface included in the distance sensor (3). The current temperature can thus advantageously be determined precisely, with an average between the upper and lower fit function being able to be implemented by interpolation. This advantageously makes it possible to further reduce the negative effects of the temperature on a determined distance measurement value.
Im Rahmen einer Weiterbildung wird die untere Temperatur so gewählt, dass sie im Bereich der tiefsten Temperatur des Temperaturbereichs und höchstens 20% über der tiefsten Temperatur des Temperaturbereichs liegt, wobei vorzugsweise die untere Temperatur der tiefsten Temperatur des Temperaturbereichs entspricht. Ferner ist es in diesem Zusammenhang auch vorgesehen, dass die obere Temperatur so gewählt wird, dass sie im Bereich der höchsten Temperatur des Temperaturbereichs und höchstens 20% des Temperaturbereichs unter der höchsten Temperatur des Temperaturbereichs liegt, wobei vorzugsweise die obere Temperatur der höchsten Temperatur des Temperaturbereichs entspricht.As part of a further development, the lower temperature is selected such that it is in the range of the lowest temperature of the temperature range and at most 20% above the lowest temperature of the temperature range, with the lower temperature preferably corresponding to the lowest temperature of the temperature range. Furthermore, in this context it is also provided that the upper temperature is selected such that it is in the range of the highest temperature of the temperature range and at most 20% of the temperature range below the highest temperature of the temperature range, with the upper temperature preferably corresponding to the highest temperature of the temperature range.
Weiterbildend ist es vorgesehen, dass wenigstens zwei Distanzsensoren, vorzugsweise alle zu vermessenden Distanzsensoren, auf einer Halterung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von induktiven Distanzsensoren montiert werden. Vorteilhaft umfasst die Halterung somit die einzelnen Testdistanzen, für die die Distanzmesswerte ermittelt werden sollen. Weiterhin ist die Halterung bevorzugt so ausgebildet, dass diese auch mit den Temperiermitteln in Wirkverbindung steht, um somit die Umgebungstemperatur zu beeinflussen.In a further development, it is provided that at least two distance sensors, preferably all distance sensors to be measured, are mounted on a holder for carrying out the method for producing inductive distance sensors. The holder thus advantageously includes the individual test distances for which the distance measurement values are to be determined. Furthermore, the holder is preferably designed in such a way that it is also operatively connected to the temperature control means in order to influence the ambient temperature.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Schutz für ein Kalibrierungsverfahren für einen induktiven Distanzsensoren aus der Serie von Distanzsensoren beansprucht, die insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren produziert wurden. Das erfindungsgemäße Kalibrierungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Zunächst erfolgt das Bereitstellen eines induktiven Distanzsensors der Serie von Distanzsensoren, wobei anschließend das Bestimmen des jeweiligen Distanzmesswerts für den jeweiligen Distanzsensoren an den wenigstens zwei Testdistanzen bei der mittleren Temperatur erfolgt.
- First, an inductive distance sensor from the series of distance sensors is provided, followed by determining the respective distance measurement value for the respective distance sensors at the at least two test distances at the average temperature.
Bevorzugt ist hierbei eine Aktivierung der Temperiermittel nicht erforderlich, da es sich bei der mittleren Temperatur um die Raumtemperatur, insbesondere also 25°C handelt.Preferably, activation of the tempering agents is not necessary here, since the average temperature is room temperature, in particular 25°C.
Anschließend erfolgt erfindungsgemäß das Bestimmen des jeweiligen Distanzmesswerts für den jeweiligen Distanzsensor an der ersten - und somit größten - Testdistanz bei der oberen Temperatur und bei der unteren Temperatur.Subsequently, according to the invention, the respective distance measurement value for the respective distance sensor is determined at the first - and thus largest - test distance at the upper temperature and at the lower temperature.
Diese ermittelten Distanzmesswerte werden dann bevorzugt in den Speichermitteln der Temperaturabgleichseinheit abgespeichert.These determined distance measurements are then preferably stored in the storage means of the temperature adjustment unit.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Schutz für ein Messwertkorrekturverfahren für einen induktiven Distanzsensor der Serie der Distanzsensoren beansprucht, wobei der Distanzsensor zuvor mit dem erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahren kalibriert wurde. Das erfindungsgemäße Messwertkorrekturverfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Auswerten eines aktuellen Temperaturmesswerts Tact eines internen Temperatursensors oder eines über eine Schnittstelle verbundenen externen Temperatursensors zum Festlegen eines hinsichtlich der mittleren Temperatur unteren Arbeitsbereichs oder oberen Arbeitsbereichs des Distanzsensors;
- Evaluating a current temperature measurement value Tact of an internal temperature sensor or an external temperature sensor connected via an interface to determine a lower working range or upper working range of the distance sensor with regard to the average temperature;
Auswählen der oberen oder unteren Fitfunktion in Abhängigkeit des oberen oder unteren Arbeitsbereichs.Select the upper or lower fitting function depending on the upper or lower working range.
In diesem Verfahrensschritt soll anders ausgedrückt entweder die obere oder die untere Fitfunktion in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur zur hinterlegten mittleren Temperatur ausgewählt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die mittlere Temperatur beim Erstellen der vollständigen Messkurve im Kalibrierungsverfahren genutzt wurde.In other words, in this step, either the upper or the lower fitting function should be selected depending on the current temperature for the stored mean temperature. It should be noted that the mean temperature was used in the calibration process when creating the complete measurement curve.
Bestimmen von korrigierten Distanzmesswerten durch das Korrigieren der mit der Distanzbestimmungseinheit ermittelten Distanzmesswerte bei der mittleren Temperatur, insbesondere der Testdistanzen bei der mittleren Temperatur, in Abhängigkeit von der Distanzabweichung an der ersten Testdistanz und der jeweiligen oberen oder unteren Fitfunktion; Es wird darauf hingewiesen, dass diese Distanzmesswerte bei der mittleren Temperatur im Rahmen des erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahrens bestimmt wurden. Diese Werte wurden im Kalibrierungsverfahren für jeden einzelnen Distanzsensor bestimmt und in jedem Distanzsensor, insbesondere in vorgesehenen Speichermitteln, abgespeichert, um diese nun hinsichtlich der aktuellen Umgebungstemperatur zu korrigieren.Determining corrected distance measurement values by correcting the distance measurement values determined with the distance determination unit at the average temperature, in particular the test distances at the average temperature, depending on the distance deviation at the first test distance and the respective upper or lower fit function; It is pointed out that these distance measurement values at the average temperature are within the scope of the calibration process according to the invention. These values were determined for each individual distance sensor in the calibration process and stored in each distance sensor, in particular in the storage means provided, in order to correct them with regard to the current ambient temperature.
Dieser Verfahrensschritt wird bevorzugt einmalig Durchgeführt und dann als Konstante in den Speichermitteln hinterlegt. Es ist somit nicht erforderlich, dass die korrigierten Distanzmesswerte beim Messwertkorrekturverfahren mehrfach bestimmt werden müssen, was sich vorteilhaft auf die Rechenzeit auswirkt.This process step is preferably carried out once and then stored as a constant in the storage means. It is therefore not necessary for the corrected distance measurement values to be determined multiple times in the measurement value correction process, which has a positive effect on the computing time.
Anders ausgedrückt, die bei der mittleren Temperatur aufgenommenen Distanzwerte an den jeweiligen Testdistanzen werden in Abhängigkeit der Fitfunktion und der maximalen Testdistanz, insbesondere der ersten Testdistanz X1, bei der oberen oder der unteren Temperatur korrigiert.In other words, the distance values recorded at the mean temperature at the respective test distances are corrected at the upper or lower temperature depending on the fit function and the maximum test distance, in particular the first test distance X1.
Die aus den ermittelten Testdistanzwerten bei der mittleren Temperatur und den korrigierten Distanzmesswerten bei der oberen und der unteren Temperatur werden nun in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur (Tact) die temperaturkompensierten Distanzmesswerte berechnet.The temperature-compensated distance measurements are now calculated from the determined test distance values at the middle temperature and the corrected distance measurements at the upper and lower temperatures depending on the current temperature (Tact).
In Abhängigkeit dieser temperaturkompensierten Distanzmesswerte und der aktuellen Messdistanz wird die aktuell temperaturkompensierte Messdistanz, insbesondere mittels Interpolation, gebildet.Depending on these temperature-compensated distance measurements and the current measuring distance, the current temperature-compensated measuring distance is calculated, in particular by means of interpolation.
Durch die Interpolation können die benötigten Korrekturwerte grundsätzlich für jeden beliebigen Temperaturwert innerhalb des zulässigen Temperaturbereichs und für jeden beliebigen Distanzmesswert innerhalb des zulässigen Messbereichs berechnet angenähert werden. Somit ist anhand der hinterlegten Fitunktionen die Bestimmung des jeweiligen temperaturkompensierten Distanzmesswert möglich;Through interpolation, the required correction values can be calculated approximately for any temperature value within the permissible temperature range and for any distance measurement value within the permissible measurement range. This makes it possible to determine the respective temperature-compensated distance measurement value using the stored fit functions;
Im Rahmen des Messwertkorrekturverfahrens kommt es somit zu verschiedenen Interpolationsschritten. Zunächst kommt es zu einer Interpolation zwischen der aktuellen Umgebungstemperatur und der oberen und mittleren bzw. unteren und mittleren Temperatur, um die Messkurven in Bezug auf die aktuelle Temperatur zu interpolieren. Ferner erfolgt auch ein Interpolation hinsichtlich des aktuellen Messwerts, um diesen in Bezug auf die erfassten Testdistanzen zu interpolieren. Somit kann die aktuelle Messdistanz bestimmt werden.As part of the measurement value correction process, various interpolation steps are carried out. First, an interpolation is carried out between the current ambient temperature and the upper and middle or lower and middle temperature in order to interpolate the measurement curves in relation to the current temperature. An interpolation is also carried out with regard to the current measurement value in order to interpolate it in relation to the recorded test distances. In this way, the current measurement distance can be determined.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Schutz für einen induktiven Distanzsensoren zur Bestimmung eines Abstandes beansprucht, wobei der erfindungsgemäße Distanzsensor insbesondere durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hergestellt wurde und folgendes umfasst:
- Eine Distanzbestimmungseinheit zum Bestimmen eines Distanzmesswerts in Abhängigkeit eines Abstandes zu einem Zielobjekt, wobei das Zielobjekt innerhalb eines Messbereichs positionierbar ist. Der Messbereich erstreckt sich bis zu einer festgelegten Maximaldistanz. Die Maximaldistanz wurde im Vorfeld festgelegt. Bevorzugt kann die Maximaldistanz aus einem Datenblatt ausgelesen werden.
- A distance determination unit for determining a distance measurement value depending on a distance to a target object, whereby the target object can be positioned within a measuring range. The measuring range extends up to a specified maximum distance. The maximum distance was specified in advance. Preferably, the maximum distance can be read from a data sheet.
Die Distanzbestimmungseinheit umfasst ferner bevorzugt wenigstens eine Spule, um den Abstand zu dem Zielobjekt zu bestimmen.The distance determination unit preferably further comprises at least one coil to determine the distance to the target object.
Eine Temperaturabgleichseinheit zum temperaturbasierten Korrigieren des Distanzmesswerts innerhalb eines definierten Temperaturbereichs, der zwischen einer oberen und einer unteren Temperatur festgelegt ist.A temperature adjustment unit for temperature-based correction of the distance measurement value within a defined temperature range set between an upper and a lower temperature.
Zudem Speichermittel, die konkret von der Temperaturabgleichseinheit umfasst sind, zum Speicher der Fitparameter und/oder der oberen und unteren Fitfunktion für jede der wenigstens zwei Testdistanzen.In addition, storage means, which are specifically included in the temperature adjustment unit, for storing the fit parameters and/or the upper and lower fit functions for each of the at least two test distances.
Die Temperaturabgleichseinheit ist erfindungsgemäß so ausgebildet, dass eine Anpassung der erfassten Distanzmesswerte mittels Interpolation durchführbar ist, derart, dass die Fitparameter und/oder die obere und untere Fitfunkton verwendet werden.According to the invention, the temperature adjustment unit is designed such that an adjustment of the recorded distance measurement values can be carried out by means of interpolation, such that the fit parameters and/or the upper and lower fit functions are used.
Ausführungsbeispiele:Examples of implementation:
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Distanzsensors einer Serie von Distanzsensoren nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; -
2 : eine perspektivische Ansicht einer Halterung zum Positionieren von mehreren Distanzsensoren, um Messungen zum Bestimmen eines Distanzmesswerts durchzuführen; -
3a /b: jeweils Darstellungen des Drift-Verhaltens mehrerer Distanzsensoren der Serie von Distanzsensoren bei einer unteren und einer oberen Temperatur jeweils im Vergleich zu einer mittleren Temperatur sowie -
4a -d: grafische Darstellungen der ermittelten Distanzabweichung für eine zweite und eine dritte Testdistanz in Abhängigkeit der Distanzabweichung bei der ersten Testdistanz, um für diese Testdistanzen eine obere und eine untere Distanzabweichung zu bestimmen.
-
1 : a schematic representation of a distance sensor according to the invention of a series of distance sensors according to a preferred embodiment; -
2 : a perspective view of a holder for positioning several distance sensors to perform measurements to determine a distance measurement value; -
3a /b: representations of the drift behavior of several distance sensors of the series of distance sensors at a lower and an upper temperature, each compared to a mean temperature and -
4a -d: graphical representations of the determined distance deviation for a second and a third test distance depending on the distance deviation at the first test distance in order to determine an upper and a lower distance deviation for these test distances.
Die
Ein zu detektierendes Zielobjekt beeinflusst die sich im Schwingkreis 11 ausbildende Schwingung, da sich die Induktivität der Spule 12 in Abhängigkeit von der Distanz des Zielobjekts ändert. Diese Änderung bezüglich der Amplitude und/oder Frequenz der Schwingung ist insbesondere über eine Messspannung bestimmbar, so dass mittelbar ein Sensorsignal S erzeugbar ist, das die Entfernung des Zielobjekts zum Distanzsensoren 3 abbildet.A target object to be detected influences the oscillation that develops in the
Die dargestellte Ausführungsform des Distanzsensors 3 umfasst ferner einen integrierten Temperatursensor 7, um die aktuelle Umgebungstemperatur Tact des Distanzsensors 3 zu erfassen.The illustrated embodiment of the
Ferner verfügt der Distanzsensor 3 über eine Temperaturabgleichseinheit 4, welche das Sensorsignal S der Distanzbestimmungseinheit 2 und die aktuelle Umgebungstemperatur Tact vom Temperatursensor 7 als Eingangsgröße erhält.Furthermore, the
In der Temperaturabgleichseinheit 4 werden die Sensorausgangsdaten O erzeugt, welche den temperaturkorrigierten Distanzmesswert, der von dem Distanzsensor 3 zu bestimmen ist, wiedergeben. Die Sensorausgangsdaten O können dann in einer externen Anwendung weiter verarbeitet werdenIn the
Weiterhin weist die Temperaturabgleichseinheit 4 Speichermittel 10 auf. Gemäß der Erfindung werden die Distanzmesswerte durch die Temperaturabgleichseinheit 4 hinsichtlich der temperaturbedingten Drift abgeglichen. Daher umfassen die Speichermittel 10 eine Zuordnungsvorschrift zur temperaturbasierten Kalibrierung und/oder Herstellung der Distanzmesswerte, die durch Normierung aus dem Sensorsignal S generierbar ist, um hinsichtlich der aktuellen Umgebungstemperatur Tact kompensierte Distanzmesswerte als Sensorausgangsdaten O zu generieren.The
Die in den Speichermitteln 10 hinterlegte Zuordnungsvorschrift umfasst wenigstens eine obere und eine untere Fitfunktion, die jeweils wenigstens einen Fitparameter umfassen und im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erzeugt wurden.The assignment rule stored in the storage means 10 comprises at least one upper and one lower fit function, each of which comprises at least one fit parameter and was generated within the scope of the manufacturing method according to the invention.
Bevorzugt sind die einzelnen Fitparameter in einer Look-Up Table in den Speichermitteln 10 hinterlegt. Anhand der Zuordnungsvorschrift errechnet die Temperaturabgleichseinheit 4 aus der gemessenen Temperatur Tact die Abweichung des ermittelten Distanzmesswerts vom Distanzmesswert bei der mittleren Temperatur und bestimmt somit einen temperaturkompensierten Distanzmesswert als Sensorausgangsgröße O.Preferably, the individual fit parameters are stored in a look-up table in the storage means 10. Using the assignment rule, the
Konkret ist die Temperaturabgleichseinheit 4 hierfür so eingerichtet, dass das erfindungsgemäße Messwertkorrekturverfahren ausgeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Messwertkorrekturverfahren umfasst die folgenden Verarbeitungsschritte:
- Zunächst wird der aktuelle Temperaturmesswert Tact, der mittels des internen Temperatursensors 7 ermittelt wurde, erfasst und mit der hinterlegten mittleren Temperatur verglichen, um somit einen unteren oder einen oberen Arbeitsbereich des
Distanzsensors 3 zu wählen.
- First, the current temperature measurement value Tact, which was determined by means of the
internal temperature sensor 7, is recorded and compared with the stored average temperature in order to select a lower or an upper working range of thedistance sensor 3.
Beim Aktivieren des unteren Arbeitsbereichs wird auf die wenigstens eine untere Fitfunktion zurückgegriffen. Beim Aktivieren des oberen Arbeitsbereichs wird auf die wenigstens eine obere Fitfunktion zurückgegriffen. Sämtliche Fitfunktionen wurden im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine bestimmte Serie der erfindungsgemäßen Distanzsensoren erzeugt und auf den Speichermitteln 10 hinterlegt. When activating the lower working area, the at least one lower fit function is used. When activating the upper working area, the at least one upper fit function is used. All fit functions were generated within the scope of the inventive manufacturing method for a specific series of the inventive distance sensors and stored on the storage means 10.
Anschließend erfolgt das Bestimmen von korrigierten Distanzmesswerten durch das Korrigieren der in den Speichermitteln 10 hinterlegten Testdistanzmesswerte, die im Vorfeld bei der mittleren Temperatur bestimmt wurden, in Abhängigkeit der ersten Distanz und der oberen oder unteren Fitfunktion.Subsequently, corrected distance measurement values are determined by correcting the test distance measurement values stored in the storage means 10, which were determined in advance at the average temperature, depending on the first distance and the upper or lower fit function.
Es folgt dann das Bestimmen des temperaturkompensierten Distanzmesswerts O, der von der aktuellen Temperatur Tact und den zuvor bestimmten korrigierten Distanzmesswerten abhängt.This is followed by determining the temperature-compensated distance measurement value O, which depends on the current temperature Tact and the previously determined corrected distance measurement values.
Durch ein Näherungsverfahren, insbesondere mittels Interpolation, kommt es hierbei zu einer rechnerischen Bestimmung der entsprechenden Werte, um die aktuelle Umgebungstemperatur aus dem oberen Temperaturbereich oder dem unteren Temperaturbereich abzubilden. Ferner kommt es insbesondere auch zu einer weiteren Interpolation, um sämtliche Distanzmesswerte, die zwischen den vermessenen Testdistanzen liegen, näherungsweise zu bestimmen.An approximation method, in particular interpolation, is used to calculate the corresponding values in order to map the current ambient temperature from the upper temperature range or the lower temperature range. In addition, further interpolation is carried out in order to approximately determine all distance measurement values that lie between the measured test distances.
Zusammenfassend wird also eine rechnerische Temperaturkompensation vorgeschlagen, die auf ermittelte Kompensationsdaten sowie ermittelte Fitfunktionen zurückgreift, wobei mittels Interpolation eine Annäherung an Zwischenwerte hinsichtlich der Temperatur und der Position erfolgt.In summary, a computational temperature compensation is proposed, which uses determined compensation data and determined fit functions, whereby an approximation to intermediate values with regard to temperature and position is carried out by means of interpolation.
Der temperaturkompensierte Distanzmesswert O wird dann ausgangsseitig ausgegeben. Dieser wird ferner einer Steuerungs- oder Regelvorrichtung und/oder einer Anzeigevorrichtung zugeführt, die vorliegend als externe Einheit 16 dargestellt ist.The temperature-compensated distance measurement value O is then output on the output side. This is also fed to a control or regulating device and/or a display device, which is shown here as an
Die Fitparameter und/oder die obere und untere Fitfunktion werden bei der Sensorherstellung und/oder Sensorkalibrierung ermittelt und im jeweiligen Distanzsensor 3 gespeichert, so dass die ausgangsseitigen Distanzmesswerte O hinsichtlich der aktuellen Temperatur Tact temperaturkompensierbar sind.The fit parameters and/or the upper and lower fit functions are determined during sensor manufacture and/or sensor calibration and stored in the
Die
Mittels eines Halteaufsatzes 18 wird ein Zielobjekt 6 in einem genau vorbestimmten Abstand relativ zu jeweils einem der Distanzsensoren 3 angebracht, sodass bei einem Messvorgang des Distanzsensors 3 ein Distanzmesswert zu einem definierten Abstand erzeugbar ist.By means of a holding
Die gesamte Halterung 1 mit den Distanzsensoren 3 und den vormontierten Zielobjekten 6 kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in eine Temperierkammer platziert werden, sodass die Sensor-Target-Anordnung bei einer durch die Temperierkammer vorgegebenen Temperatur T arbeitet. Vorteilhaft kann somit die Umgebungstemperatur der Distanzsensoren 3 beeinflusst werden.The
Die Halterung 1 umfasst insgesamt sechzehn Steckplätze 17, wobei grafisch sechs Distanzsensoren auf jeweils einem Steckplatz 17 angeordnet sind. Ferner sind für zwei Distanzsensoren 3 jeweils ein Halteaufsatz 18 dargestellt, die das positionsgenaue Anordnen eines Zielobjekts 6 erlauben.The
Die Temperierkammer bildet somit die Temperiermittel 5 aus, um bis zu sechzehn Distanzsensoren 3 gleichzeitig herzustellen und/oder zu kalibrieren.The temperature control chamber thus forms the temperature control means 5 in order to produce and/or calibrate up to sixteen
Durch das Bestimmen von Distanzmesswerten mittels der Distanzsensoren 3 kann deren Temperaturabhängigkeit erfasst und somit kompensiert werden.By determining distance measurement values using the
Die Halterung 1 ermöglicht es in vorteilhafter Weise, eine thermische Untersuchung für mehrere Distanzsensoren 3 gleichzeitig durchzuführen, weshalb hinsichtlich der Herstellung der induktiven Distanzsensoren 3 ein Zeitersparnis erzielbar ist.The
Die Halterung 1 besitzt nicht nur Steckplätze 17, sondern umfasst auch Leiterbahnen, eine Elektronik zum Auslesen der Distanzmesswerte sowie einen Temperatursensor zum Erfassen der aktuellen Umgebungstemperatur Tact. Über eine Schnittstelle steht der Temperatursensor mit sämtlichen Distanzsensoren 3 in Wirkverbindung, um die aktuelle Umgebungstemperatur Tact, die durch die Temperierkammer beeinflusst und vom Temperatursensor erfasst wird, zu übertragen.The
Die Halterung 1 kann somit im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens und/oder des erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahrens eingesetzt werden, um zeitgleich mehrere Distanzsensoren herzustellen und/oder zu kalibrieren.The
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für induktive Distanzsensoren 3 einer Serie von Distanzsensoren erfolgt das Positionieren von wenigstens zwei Distanzsensoren 3 relativ zu jeweils einem Zielobjekt 6 mittels jeweils einem Halteaufsatz 18. Die wenigstens zwei Distanzsensoren 3 lassen sich hierfür auf den Steckplätzen 17 positionieren, wobei neben einer mechanischen Ausrichtung auch eine energetische und eine kommunikative Ankopplung der einzelnen Distanzsensoren 3 erfolgt.Within the scope of the inventive manufacturing method for
Vorteilhaft lässt sich somit für jeden der Distanzsensoren 3 ein Distanzmesswert bestimmen, wobei durch unterschiedliche Halteaufsätze 18 unterschiedliche Testdistanzen X1, X2, X3 realisierbar sind.Advantageously, a distance measurement value can thus be determined for each of the
Konkret erfolgt das Bestimmen eines Distanzmesswerts bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zumindest an einer ersten Testdistanz X1 und einer zweiten Testdistanz X2. Bevorzugt ist es jedoch, wenn wenigstens drei Testdistanzen im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens vermessen werden.Specifically, the determination of a distance measurement value in the manufacturing method according to the invention takes place at least at a first test distance X1 and a second test distance X2. However, it is preferred if at least three test distances are measured in the context of the manufacturing method according to the invention.
Vorteilhaft können somit Distanzmesswerte an einer oberen Temperatur, einer unteren Temperatur und einer mittleren Temperatur ermittelt werden.Advantageously, distance measurements can be determined at an upper temperature, a lower temperature and an average temperature.
Im nun beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht die obere Temperatur 90°C, die untere Temperatur -35°C und die mittlerer Temperatur entspricht 25°C.In the embodiment now described, the upper temperature corresponds to 90°C, the lower temperature to -35°C and the middle temperature to 25°C.
Somit lassen sich für jeden der wenigstens zwei Distanzsensoren 3 bei den drei Temperaturen eine Messkurve aufnehmen.Thus, a measurement curve can be recorded for each of the at least two
Anschließend wird eine obere und eine untere Distanzabweichung aus den einzelnen Messkurven bestimmt. Zum Ermitteln der oberen Distanzabweichung wird für jede Testdistanz der ermittelte Distanzmesswert bei der oberen Temperatur vom ermittelten Distanzmesswert bei der mittleren Temperatur abgezogen. Zum Ermitteln der unteren Distanzabweichung wird für jede Testdistanz der ermittelte Distanzmesswert bei der unteren Temperatur vom ermittelten Distanzmesswert bei der mittleren Temperatur abgezogen.An upper and a lower distance deviation are then determined from the individual measurement curves. To determine the upper distance deviation, the determined distance measurement value at the upper temperature is subtracted from the determined distance measurement value at the middle temperature for each test distance. To determine the lower distance deviation, the determined distance measurement value at the lower temperature is subtracted from the determined distance measurement value at the middle temperature for each test distance.
In der
Insgesamt wurden 40 Distanzsensoren 3 über den gesamten Messbereich, der sich bis zu einer Maximaldistanz Xmax erstreckt, vermessen. Die Distanzabweichung liegt in diesem Ausführungsbeispiel als 16 Bit-Wert vor. Die Distanzabweichung erstreckt sich somit vorliegend in einem Bereich von 0 bis 65535.A total of 40
Aus dem Vergleich der einzelnen Messkurven in der
Auch aus der
Es lässt sich somit zusammenfassend aus dem Verlauf der unteren und der oberen Distanzabweichung feststellen, dass bei geringen zu messenden Distanzen, die vorliegend etwa im Bereich von neun Millimetern liegen, die temperaturbedingten Abweichungen durch Drift sehr gering, also nahe 0, ausfallen.In summary, it can be determined from the course of the lower and upper distance deviation that for small distances to be measured, which in this case are approximately in the range of nine millimeters, the temperature-related deviations due to drift are very small, i.e. close to 0.
Bei einer zu messenden Distanz von sechzehn Millimetern, was vorliegend der Maximaldistanz Xmax entspricht, sind die Abweichungen durch Drift deutlich höher.For a distance to be measured of sixteen millimeters, which in this case corresponds to the maximum distance X max , the deviations due to drift are significantly higher.
Daher ist es von Vorteil, Kalibriermessungen zur Temperaturkompensation bei großen zu messenden Distanzen durchzuführen.It is therefore advantageous to carry out calibration measurements for temperature compensation when large distances are to be measured.
Nachdem die untere und die obere Distanzabweichung für wenigstens zwei Testdistanzen bestimmt wurden, ist es nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass für jede Testdistanz eine untere Fitunktion ermittelt wird, die die untere Distanzabweichung an der jeweiligen Testdistanz in Abhängigkeit der unteren Distanzabweichung an der ersten Testdistanz abbildet. Ferner erfolgt hierzu entsprechend auch das Bestimmen einer oberen Fitfunktion, die die obere Distanzabweichung an der jeweiligen Testdistanz in Abhängigkeit der oberen Distanzabweichung an der ersten Testdistanz abbildet.After the lower and upper distance deviations have been determined for at least two test distances, the invention now provides that a lower fit function is determined for each test distance, which maps the lower distance deviation at the respective test distance as a function of the lower distance deviation at the first test distance. Furthermore, an upper fit function is also determined accordingly, which maps the upper distance deviation at the respective test distance as a function of the upper distance deviation at the first test distance.
Es werden somit sämtliche Testdistanzen X2, X3 mit Ausnahme der ersten und somit größten Testdistanz herausgegriffen und die ermittelten Werte der oberen Distanzabweichung sämtlicher Distanzsensoren in Abhängigkeit der Distanzabweichung an der ersten Testdistanz abgebildet.Thus, all test distances X2, X3 with the exception of the first and therefore largest test distance are selected and the determined values of the upper distance deviation of all distance sensors are mapped as a function of the distance deviation at the first test distance.
Daraus ergeben sich dann die
Die grafische Darstellung der einzelnen Werte verdeutlicht, dass sämtliche Werte über eine lineare Näherungsfunktion beschreibbar sind.The graphical representation of the individual values shows that all values can be described using a linear approximation function.
Konkret lässt sich somit für die zweite Testdistanz X2, die vorliegend bei 14mm liegt, bei einer unteren Temperatur von -35°C und einer mittleren Temperatur von 25°C nach der
Ferner lässt sich für die zweite Testdistanz X2 bei einer oberen Temperatur von 90°C und einer mittleren Temperatur von 25°C nach
Für die dritte Testdistanz X3, die vorliegend einen Abstand zwischen Zielobjekt 6 und Distanzsensor 3 von 9mm beschreibt, lässt sich für die gewählte obere Temperatur laut der
Man erhält somit die Fitparameter, um eine Kalibrierung vorzunehmen, indem in einem weiteren Verfahrensschritt daraus die Zuordnungsvorschrift für jeden Distanzsensor einer Serie ermittelt und gespeichert wird. Die ermittelten Fitfunktionen bzw. deren Fitparameter werden dann in den Speichermitteln 10 gespeichert.The fit parameters are thus obtained in order to carry out a calibration by determining and storing the assignment rule for each distance sensor in a series in a further process step. The determined fit functions or their fit parameters are then stored in the storage means 10.
Auf diese Parameter kann dann im erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahren zurückgegriffen werden, weshalb bei allen folgenden Distanzsensoren das Bestimmen der Distanzmesswerte an sämtlichen Testdistanzen nur noch bei der mittleren Temperatur erfolgen muss. Bei der oberen und der unteren Temperatur muss dagegen der Distanzmesswert nur an der ersten Testdistanz ermittelt werden.These parameters can then be used in the calibration process according to the invention, which is why for all subsequent distance sensors the distance measurement values only need to be determined at the middle temperature for all test distances. For the upper and lower temperatures, however, the distance measurement value only needs to be determined at the first test distance.
Im Ergebnis ermöglicht die vorliegende Erfindung die Kalibrierung von Distanzsensoren einer Serie von Distanzsensoren deutlich zu vereinfachen, weshalb bei der Herstellung und/oder Kalibrierung der Distanzsensoren ein Zeitvorteil erzielt werden kann. Ferner kann auch die Komplexität der Abgleichvorrichtung wesentlich reduziert werden. Somit wird durch die vorliegende Erfindung ein Kostenvorteil erzielt.As a result, the present invention makes it possible to significantly simplify the calibration of distance sensors in a series of distance sensors, which is why a time advantage can be achieved in the manufacture and/or calibration of the distance sensors. Furthermore, the complexity of the calibration device can also be significantly reduced. A cost advantage is thus achieved by the present invention.
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---|---|
DE (1) | DE102022128511A1 (en) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2550427A1 (en) | 1974-11-11 | 1976-05-13 | Kaman Sciences Corp | DISTANCE MEASURING SYSTEM AND METHOD OF MEASURING DISTANCES |
DE20115280U1 (en) | 2001-09-11 | 2002-01-03 | Balluff Gmbh | Distance sensor and evaluation device-distance sensor combination |
DE10145669A1 (en) | 2001-09-11 | 2003-03-27 | Balluff Gmbh | Proximity measurement sensor, incorporates temperature sensor inside its casing |
US20140032166A1 (en) | 2012-07-24 | 2014-01-30 | International Business Machines Corporation | Calibration free distance sensor |
WO2020033022A1 (en) | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Raytheon Company | Inductive sensor device with local analog-to-digital converter |
EP3511584B1 (en) | 2018-01-15 | 2020-07-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for monitoring a magnetic bearing device |
DE102019128837A1 (en) | 2019-10-25 | 2021-04-29 | Ifm Electronic Gmbh | Inductive proximity sensor with a circuit for determining the inductance |
DE102019217333A1 (en) | 2019-11-11 | 2021-05-12 | Robert Bosch Gmbh | Method for determining at least one temperature compensation parameter to compensate for temperature influences on the measured values of a sensor system |
WO2021196360A1 (en) | 2020-03-31 | 2021-10-07 | 深圳奥比中光科技有限公司 | Temperature measurement method and system |
CN114487966A (en) | 2022-01-18 | 2022-05-13 | 贵州电网有限责任公司 | Current sensor magnetic field sensing chip position calibration method based on gradient descent method |
-
2022
- 2022-10-27 DE DE102022128511.1A patent/DE102022128511A1/en active Granted
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2550427A1 (en) | 1974-11-11 | 1976-05-13 | Kaman Sciences Corp | DISTANCE MEASURING SYSTEM AND METHOD OF MEASURING DISTANCES |
DE20115280U1 (en) | 2001-09-11 | 2002-01-03 | Balluff Gmbh | Distance sensor and evaluation device-distance sensor combination |
DE10145669A1 (en) | 2001-09-11 | 2003-03-27 | Balluff Gmbh | Proximity measurement sensor, incorporates temperature sensor inside its casing |
US20140032166A1 (en) | 2012-07-24 | 2014-01-30 | International Business Machines Corporation | Calibration free distance sensor |
EP3511584B1 (en) | 2018-01-15 | 2020-07-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for monitoring a magnetic bearing device |
WO2020033022A1 (en) | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Raytheon Company | Inductive sensor device with local analog-to-digital converter |
DE102019128837A1 (en) | 2019-10-25 | 2021-04-29 | Ifm Electronic Gmbh | Inductive proximity sensor with a circuit for determining the inductance |
DE102019217333A1 (en) | 2019-11-11 | 2021-05-12 | Robert Bosch Gmbh | Method for determining at least one temperature compensation parameter to compensate for temperature influences on the measured values of a sensor system |
WO2021196360A1 (en) | 2020-03-31 | 2021-10-07 | 深圳奥比中光科技有限公司 | Temperature measurement method and system |
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