DE10233155A1 - Systematic error correction method for rotation angle measurement instrument in which one-off automated calibration is carried out against reference sensor with resultant correction values stored in analysis unit - Google Patents

Systematic error correction method for rotation angle measurement instrument in which one-off automated calibration is carried out against reference sensor with resultant correction values stored in analysis unit Download PDF

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Abstract

Method for correction of systematic geometrical errors in an angle of rotation measurement instrument, whereby after assembly of a sensor (1) the absolute angle determined by the sensor is measured and at the same time the same angle measured with a reference sensor (14) that is rigidly coupled to the sensor rotation axle. The systematic errors so determined are stored in the analysis unit (2) of the sensor and used in subsequently to correct actual measurements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur systematischer Geometriefehler in einem Drehwinkelmessgerät. Derartige Drehwinkelmessgeräte werden regelmäßig in der Fabrikautomation, Instrumentierung oder Prozesskontrolle für die Steuerungen von Stellantrieben, die automatische Ablesung mechanischer Anzeigegeräte, zur Bestimmung der Wellenposition von Maschinen sowie für Regelungen im Robotik-Bereich eingesetzt.The invention relates to a method for the correction of systematic geometry errors in a rotation angle measuring device. such Rotary angle encoders are regularly in the Factory automation, instrumentation or process control for the controls of actuators, the automatic reading of mechanical display devices, for Determination of the shaft position of machines and for controls in the robotics area used.

Derartige Drehwinkelmessgeräte sind in unterschiedlichen Ausführungen, Messbereichen, Auflösungen und Genauigkeiten, sowohl als Absolut- als auch als Inkrementalgeber bekannt.Such rotation angle measuring devices are in different versions, Measuring ranges, resolutions and accuracy, both as an absolute and an incremental encoder known.

In Abhängigkeit vom Anwendungsbereich werden unterschiedliche Prinzipien der Drehwinkelmessung eingesetzt. Ein bekanntes analoges Verfahren ist beispielsweise die Resolver-Methode, bei der das von einem magnetischen Dipol oder einem mehrpoligen, wechselstromerregten Rotor erzeugte Magnetfeld von zwei orthogonal angeordneten Magnetfeldsensoren oder Statorwicklungen nach der Sinus-Kosinus-Methode ausgewertet wird. Andere analoge Verfahren verwenden kapazitive oder potentiometrische Prinzipien.Depending on the area of application different principles of angle measurement are used. On a known analogous method is, for example, the resolver method, where that is from a magnetic dipole or a multipole, AC excited rotor generated magnetic field of two orthogonal arranged magnetic field sensors or stator windings evaluated according to the sine-cosine method becomes. Other analog methods use capacitive or potentiometric Principles.

Nach analogen Verfahren arbeitende Drehwinkelmessgeräte sind regelmäßig von einfachem Aufbau und robust und damit unempfindlich gegenüber industriellen Umgebungseinflüssen wie Verschmutzungen oder Temperaturänderung. Nachteilig ist jedoch deren begrenzte Messgenauigkeit. Soweit überhaupt eine ausreichend hohe Genauigkeit erreichbar ist, erfordert diese einen aufwendigen Abgleich und/oder manuelle Justage. Darüber hinaus ist der Messbereich regelmäßig auf weniger als den Vollkreis eingeschränkt.Working according to analog procedures Rotary angle encoders are regularly from simple construction and robust and therefore insensitive to industrial environmental influences such as contamination or temperature change. However, it is disadvantageous their limited measurement accuracy. So far a sufficiently high one Accuracy is achievable, this requires a complex adjustment and / or manual adjustment. About that In addition, the measuring range is regularly less than the full circle limited.

Bekannte digitale Drehwinkelmessgeräte weisen üblicherweise eine auf einer Achse befestigte, drehbare Kodescheibe auf, auf der die Winkelinformation längs des Umfangs in radial angeordneten Bitmustern, die typischerweise dem Gray-Kode folgen, oder im Fall der Inkrementalgeber als radiales Streifenmuster kodiert ist. Die Winkelinformation wird stellungsabhängig von einem feststehenden, optischen Lesekopf, der aus einer Anordnung von mehreren Sensoren bestehen kann, gelesen, und von einer Elektronik in ein winkelproportionales, digitales oder analoges Ausgangssignal umgewandelt. Zur Erzielung einer hohen mechanischen Genauigkeit werden die Winkelscheiben aus Glas oder einem formbeständigen, transparenten Kunststoff hergestellt. Als Informationsträger wird eine auf die Oberfläche aufgebrachte, intransparente Schicht verwendet, die entweder lithographisch, durch Belichten und Entwickeln einer Photolackschicht und anschließendes chemisches Ätzen, strukturiert oder aufgedruckt wird. Die Information wird unter Verwendung gebündelten, sichtbaren oder infraroten Lichtes in Transmission gelesen.Known digital rotation angle measuring devices usually have a rotatable code disk attached to an axis, on which the angle information along of the circumference in radially arranged bit patterns, which are typically follow the Gray code, or in the case of incremental encoders as a radial stripe pattern is encoded. The angle information is dependent on the position of a fixed, optical reading head that consists of an arrangement can consist of several sensors, read, and electronics into an angle-proportional, digital or analog output signal converted. To achieve high mechanical accuracy the angle plates are made of glass or a dimensionally stable, made of transparent plastic. As an information carrier one applied to the surface, opaque layer used, either lithographically, by Exposure and development of a photoresist layer and subsequent chemical etching, structured or printed on. The information is bundled, visible or read infrared light in transmission.

Mit digitalen Sensoren sind hohe Messgenauigkeiten erreichbar. Nachteiligerweise ist jedoch die Herstellung der Kode- und Tellerscheiben sehr aufwendig und für eine Massenfertigung wenig geeignet. Glasscheiben haben darüber hinaus den Nachteil, dass sie empfindlich gegenüber starken Erschütterungen, und aufgrund ihrer großen Wärmekapazität auch gegen Betauung sind.With digital sensors are high Measuring accuracy achievable. However, the production is disadvantageous the code and plate washers very complex and for mass production not very suitable. Glass panes also have the disadvantage that they are sensitive to strong shocks, and because of their great Heat capacity also against Are condensation.

Derartige Drehwinkelmessgeräte sind mit systematischen Ungenauigkeiten in Form von Schichtinhomogenitäten bei potentiometrischen Sensoren, mechanischen Abweichungen in der Elektrodengeometrie bei kapazitiven Sensoren, Azentrizität der Winkelscheibe oder fehlerhafte Ausrichtung des Lesekopfes behaftet, die die Messgenauigkeit nachteilig beeinflussen.Such rotation angle measuring devices are with systematic inaccuracies in the form of layer inhomogeneities potentiometric sensors, mechanical deviations in the electrode geometry with capacitive sensors, acentricity of the angle disc or faulty Alignment of the read head afflicted, which adversely affects the measurement accuracy influence.

Je nach Art des Sensors, der spezifischen Einflüsse oder aufgrund von Exemplarstreuung führen diese Ungenauigkeiten zu unterschiedlichen Abhängigkeiten Δϕ(ϕ) des Winkelfehlers im Ausgangssignal. Während die Funktion Δ?(?) in einigen Fällen einen zufälligen Verlauf zeigt, ist in anderen die Form der hauptsächlich beitragenden Fehleranteile vorhersagbar.Depending on the type of sensor, the specific influences or lead due to specimen scatter these inaccuracies to different dependencies Δϕ (ϕ) of the angular error in the output signal. While the function Δ? (?) in some cases random History shows, in others, the form of the main contributor Error proportions predictable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Korrektur systematischer Geometriefehler in einem Drehwinkelmessgerät anzugeben.The invention is therefore the object based on a method for correcting systematic geometry errors in a rotation angle measuring device specify.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Schritten des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention this task with the Steps of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the Invention are referenced in the claims specified.

Die Erfindung geht aus von einem Drehwinkelmessgerät bestehend aus einem auf einer Achse befestigten, drehbaren Datenträger mit einer Informationsspur und einem Sensor zur Abtastung der Informationsspur, der an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist.The invention is based on one Angular Torque Gauge consisting of a rotatable data carrier attached to an axis with an information track and a sensor for scanning the information track, which is connected to an evaluation unit.

Der Kern der Erfindung besteht nunmehr darin, dass die systematischen Winkelfehler nach der Montage des Sensors als Funktion des vom Sensor bestimmten Absolutwinkels einmalig automatisch aufgenommen, in der Auswerteeinheit des Sensors gespeichert und während der eigentlichen Messung zur Korrektur des Ausgangssignals verwendet werden.The essence of the invention now exists in that the systematic angular errors after mounting the Sensor as a function of the absolute angle determined by the sensor automatically recorded, stored in the evaluation unit of the sensor and during the actual measurement is used to correct the output signal become.

Dazu werden die tatsächlichen Winkelwerte parallel zur Messung des Ausgangssignals des eigentlichen Sensors mit einem hochgenauen, starr über die Drehachse gekoppelten Referenzsensor ermittelt und synchron über eine zusätzliche digitale Schnittstelle erfasst. Vorzugsweise wird der Drehwinkelsensor zur Aufnahme der tatsächlichen Winkelwerte von einem Motor angetrieben und der Prozess der Aufnahme durch einen Computer vollautomatisch gesteuert.For this purpose, the actual angle values are determined parallel to the measurement of the output signal of the actual sensor using a highly precise reference sensor that is rigidly coupled via the axis of rotation and recorded synchronously via an additional digital interface. The rotation angle sensor for recording the actual angle values is preferably driven by a motor and the process the recording is controlled fully automatically by a computer.

Bei bekanntem und mathematisch beschreibbarem Funktionsverlauf des Fehlersignals ist eine geringe Anzahl n von über den Messbereich verteilten Referenzmessungen ausreichend. Dadurch wird der zur Ablage der zur Korrektur notwendigen Referenzmesswerte zusätzlich erforderliche Datenspeicher gering gehalten. Dabei werden n Wertepaare bestehend aus jeweils einem Messwert des Drehwinkelsensors und des Referenzsensors ermittelt und in der Auswerteeinheit des Drehwinkelsensors gespeichert. Aus diesen Wertepaaren werden anschließend die variablen Parameter der im Sensor gespeicherten Funktion bestimmt. Die Bestimmung der Funktionsparameter kann entweder durch das exakte Lösen einer der Anzahl der ermittelten Wertepaare entsprechenden Zahl von Gleichungen erfolgen, oder – in einem mathematisch überbestimmten System – mittels eines Verfahrens zur Minimierung der Fehlerquadrate. Dadurch kann der Einfluss eventuell im Messsignal vorhandener Rauschanteile reduziert werden. Bei der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung wird der gemessene Drehwinkel entsprechend dem mathematisch beschriebenen Funktionsverlauf des Fehlersignals basierend auf den hinterlegten Funktionsparametern korrigiert.With known and mathematically describable Functional course of the error signal is a small number n of over Measuring range distributed reference measurements sufficient. This will the additionally required for storing the reference measurement values required for correction Data storage kept low. There are n pairs of values from a measured value of the angle of rotation sensor and the reference sensor determined and stored in the evaluation unit of the rotation angle sensor. These variable pairs then become the variable parameters the function stored in the sensor. The determination of Functional parameters can either be solved by exact number of equations corresponding to the number of pairs of values determined take place, or - in a mathematically overdetermined system - by means of of a method for minimizing the squares of errors. This can the influence of any noise components present in the measurement signal is reduced become. With the intended rotation angle measurement is the measured angle of rotation according to the mathematically described Functional course of the error signal based on the stored Functional parameters corrected.

Bei unbekanntem Funktionsverlauf des Fehlersignals wird entsprechend der geforderten Messgenauigkeit für jeden Messwert der zugehörige Referenzmesswert ermittelt und ein Parametersatz bestehend aus jeweils dem Messwert des Drehwinkelsensors und des Referenzsensors in einer Tabelle gespeichert. Bei der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung wird für jeden Messwert des Drehwinkelsensors der zugehörige Referenzmesswert aus der Tabelle ermittelt und ausgegeben.If the function history is unknown of the error signal is according to the required measurement accuracy for each Measured value the associated Determined reference measured value and a parameter set consisting of each the measured value of the angle of rotation sensor and the reference sensor in one Saved table. With the intended rotation angle measurement for each Measured value of the angle of rotation sensor and the associated reference measured value from the table determined and output.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird bei einem unbekanntem Funktionsverlauf des Fehlersignals eine vorgebbare Anzahl n von Wertepaaren ermittelt, deren Auflösung geringer ist als die Winkelauflösung des Datenträgers. Bei der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung wird der gemessene Drehwinkel durch lokale Interpolation basierend auf den hinterlegten n Wertepaaren korrigiert. Dazu werden aus den gespeicherten Wertepaaren die Parameter eines Interpolationsmodells nach für sich bekannten Verfahren ermittelt. Aus dem gemessenen Drehwinkel wird mittels dieser Interpolation der korrigierte Drehwinkel ermittelt.According to a further feature of the invention if the function of the error signal is unknown, a predeterminable one Number n of pairs of values determined whose resolution is less than the angular resolution of the Data carrier. With the intended rotation angle measurement the measured angle of rotation is based on local interpolation corrected on the stored n value pairs. To do this, the stored parameters the parameters of an interpolation model for themselves known method determined. The measured angle of rotation becomes the corrected angle of rotation is determined by means of this interpolation.

Vorteilhafterweise ist die Messgenauigkeit entsprechend den jeweiligen Anforderungen aus der Anwendung skalierbar. Die Messgenauigkeit ist durch die Anzahl der gespeicherten Wertepaare vorgebbar. Die erforderliche Rechenleistung während der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung ist gering.The measurement accuracy is advantageously corresponding scalable to the respective requirements from the application. The measurement accuracy can be specified by the number of stored value pairs. The required computing power during the Intended rotation angle measurement is low.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:The invention is illustrated below of embodiments explained in more detail. The necessary drawings show:

1 eine Prinzipdarstellung eines Drehwinkelmessgeräts 1 a schematic diagram of a rotation angle measuring device

2 eine grafische Darstellung der Fehlerfunktion eines systematischen Geometriefehlers 2 a graphic representation of the error function of a systematic geometry error

3 eine Prinzipdarstellung zur Korrekturwertermittlung 3 a schematic diagram for the determination of correction values

4 eine grafische Darstellung der Fehlerfunktion eines systematischen Geometriefehlers mit Abtastpunkten 4 a graphic representation of the error function of a systematic geometry error with sampling points

5 eine Prinzipdarstellung einer Auswerteeinheit 5 a schematic diagram of an evaluation unit

In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Drehwinkelmessgeräts in zwei Ansichten dargestellt. Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel zeigt 1a eine Ansicht auf den Wellenstumpf einer drehbaren Welle 13 und 1b eine Schnittdarstellung durch das Drehwinkelmessgerät entlang der Schnittlinie A-A' in 1a.In 1 the basic structure of a rotation angle measuring device is shown in two views. Using the same reference numerals for the same means 1a a view of the stub shaft of a rotatable shaft 13 and 1b a sectional view through the rotation angle measuring device along the section line AA 'in 1a ,

Das Drehwinkelmessgerät besteht aus einem auf der Welle 13 befestigten, drehbaren Datenträger 16 mit einer Informationsspur 17 und einem Sensor 1 zur Abtastung der Informationsspur 17. Der Sensor 1 ist an eine Auswerteeinheit 2 angeschlossen.The rotation angle measuring device consists of a on the shaft 13 attached, rotatable disk 16 with an information trail 17 and a sensor 1 for scanning the information track 17 , The sensor 1 is to an evaluation unit 2 connected.

Idealerweise ist die Informationsspur 17 auf dem Datenträger 16 konzentrisch zur Drehachse der Welle 13 angeordnet. Infolge von Fertigungstoleranzen ist der Drehwinkelmesswert bei exzentrischer Lage der Informationsspur 17 systematisch fehlerbehaftet. In 2 ist die Fehlerfunktion Δ?(?) eines systematischen Geometriefehlers bei exzentrischer Lage der Informationsspur 17 über den Drehwinkel grafisch dargestellt. Dabei ist der fehlerfreie Drehwinkelmesswert Δϕ(0)=0 willkürlich auf den Anfangswert des Drehwinkels ? gesetzt. Infolge der exzentrischen Lage der Informationsspur 17 über den Drehwinkel ist die Fehlerfunktion Δϕ(ϕ) sinusförmig.Ideally, the information track 17 on the disk 16 concentric to the axis of rotation of the shaft 13 arranged. As a result of manufacturing tolerances, the rotation angle measured value is the information track when the position is eccentric 17 systematically buggy. In 2 is the error function Δ? (?) of a systematic geometry error when the information track is eccentric 17 represented graphically over the angle of rotation. Is the error-free measured angle of rotation Δϕ (0) = 0 arbitrarily based on the initial value of the angle of rotation? set. Due to the eccentric location of the information track 17 The error function Δϕ (ϕ) is sinusoidal over the angle of rotation.

Das mit einem Geometriefehler behaftete Drehwinkelmessgerät wird in einem einmaligen Vorgang kalibriert. In 3 ist eine prinzipielle Vorrichtung zur Korrekturwertermittlung dargestellt. Der Datenträger des Sensors 1 ist über eine Welle 13 starr mit dem Datenträger eines Referenzsensors 14 gekoppelt. Der Referenzsensor 14 ist an die Auswerteeinheit 2 des Sensors 1 angeschlossen. Durch Drehung der Welle 13 überstreichen der Sensor 1 und der Referenzsensor 14 gleichzeitig die Informationsspuren 17 der jeweiligen Datenträger über den gesamten Messbereich.The rotation angle measuring device, which is subject to a geometry error, is calibrated in a single operation. In 3 a basic device for determining the correction value is shown. The sensor data carrier 1 is about a wave 13 rigid with the data carrier of a reference sensor 14 coupled. The reference sensor 14 is to the evaluation unit 2 of the sensor 1 connected. By rotating the shaft 13 sweep the sensor 1 and the reference sensor 14 the information traces at the same time 17 the respective data carrier over the entire measuring range.

Dabei werden die tatsächlichen Winkelwerte an vorgegebenen Abtastorten parallel zur Messung des Ausgangssignals des eigentlichen Sensors 1 mit dem hochgenauen, starr über die Drehachse 13 gekoppelten Referenzsensor 14 ermittelt und synchron in der Auswerteeinheit 2 erfasst und in Form von Wertepaaren abgespeichert. Der Abtastort ist durch den Drehwinkel definiert.The actual angle values at predetermined scanning locations are parallel to the measurement of the output signal of the actual sensor 1 with the highly precise, rigid over the axis of rotation 13 coupled reference sensor 14 determined and synchronized in the evaluation unit 2 recorded and in the form of Value pairs saved. The scanning location is defined by the angle of rotation.

Vorzugsweise werden die Drehwinkelsensoren 1 und 14 von einem Motor 15 angetrieben und der Prozess der Aufnahme durch einen Computer vollautomatisch gesteuert.The rotation angle sensors are preferred 1 and 14 from an engine 15 driven and the process of recording is controlled fully automatically by a computer.

Für einen bekannten und mathematisch beschreibbaren Funktionsverlauf des Fehlersignals ist eine geringe Anzahl n von gleichmäßig über den Messbereich verteilten Referenzmessungen ausreichend. In 4 sind für eine sinusförmige Fehlerfunktion Δ?(?) eines systematischen Geometriefehlers bei exzentrischer Lage der Informationsspur 17 über den Drehwinkel drei Abtastwerte gleichmäßig über den Umfang der Informationsspur 17 verteilt aufgetragen.A small number n of reference measurements uniformly distributed over the measuring range is sufficient for a known and mathematically describable function course of the error signal. In 4 are for a sinusoidal error function Δ? (?) of a systematic geometric error with an eccentric position of the information track 17 over the rotation angle three samples evenly over the circumference of the information track 17 applied spread.

Dadurch wird der zur Ablage der zur Korrektur notwendigen Referenzmesswerte zusätzlich erforderliche Datenspeicher gering gehalten. Dabei werden drei Wertepaare bestehend aus jeweils einem Messwert des Drehwinkelsensors und des Referenzsensors ermittelt und die daraus abgeleiteten Parameter der Korrekturfunktion in der Auswerteeinheit des Drehwinkelsensors gespeichert. Aus diesen Wertepaaren werden anschließend die variablen Parameter der im Sensor gespeicherten Funktion bestimmt. Dabei kann vorgesehen sein, dass diese Bestimmung außerhalb des Sensors im die Referenzmessung steuernden Computer erfolgt. In diesem Fall ist eine Speicherung der Wertepaare im Sensor nicht erforderlich. Es werden nur die Werte der Funktionsparameter übertragen und im Sensor gespeichert. Bei der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung wird der gemessene Drehwinkel unter Anwendung der gespeicherten Korrekturfunktion korrigiert.As a result, the for storage of Correction of necessary reference measurement values and additional data storage kept low. Three pairs of values are made up of each a measured value of the angle of rotation sensor and the reference sensor and the derived parameters of the correction function in the Evaluation unit of the angle of rotation sensor saved. From these pairs of values are then determines the variable parameters of the function stored in the sensor. It can be provided that this determination is outside of the sensor takes place in the computer controlling the reference measurement. In this case, the pairs of values are not stored in the sensor required. Only the values of the function parameters are transferred and stored in the sensor. With the intended rotation angle measurement is the measured angle of rotation using the stored Correction function corrected.

In alternativer Ausgestaltung der Erfindung wird bei unbekanntem Funktionsverlauf des Fehlersignals entsprechend der geforderten Messgenauigkeit für jeden Messwert jeweils der zugehörige Referenzmesswert ermittelt und das Wertepaar in einer Tabelle gespeichert. Bei der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung wird der gemessenen Drehwinkel wird für jeden Messwert des Drehwinkelsensors der zugehörige Referenzmesswert aus der Tabelle ermittelt und ausgegeben. Alternativ kann bei einer geringeren Zahl gespeicherter Wertepaare der korrigierte Wert auch durch Interpolation bestimmt werden.In an alternative embodiment of the Invention is made when the function curve of the error signal is unknown according to the required measuring accuracy for each measured value associated The reference measured value is determined and the pair of values is stored in a table. With the intended rotation angle measurement is the measured angle of rotation for each measured value of the angle of rotation sensor associated Reference measured value determined from the table and output. alternative With a smaller number of stored value pairs, the corrected Value can also be determined by interpolation.

Vorteilhafterweise ist die Messgenauigkeit entsprechend den jeweiligen Anforderungen aus der Anwendung skalierbar. Die Messgenauigkeit ist durch die Anzahl der gespeicherten Wertepaare vorgebbar. Die erforderliche Rechenleistung während der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung ist gering.The measurement accuracy is advantageously corresponding scalable to the respective requirements from the application. The measurement accuracy can be specified by the number of stored value pairs. The required computing power during the Intended rotation angle measurement is low.

In 5 ist die Auswerteeinheit 2 des Drehwinkelmessgeräts prinzipiell dargestellt. Das Kernstück der Auswerteeinheit 2 ist ein Rechenwerk 4, das vorzugsweise als Mikroprozessor, Mikrokontrollen, PIC oder Gate-Array ausgeführt ist und mit dem die Sensordaten eingelesen und aufbereitet werden. Im Fall eines analogen Sensorsignals wird zusätzlich ein nicht dargestellter Analog/Digital-Wandler vorgeschaltet. Die Auswerteeinheit 2 weist eine Schnittstelle 5 zur Erfassung des Signals des Referenzsensors 14 während der Kalibrierung, und zur späteren Anbindung an einen digitalen Kontrollbus 6 zur Fernbedienung und zur Auslesung der Daten auf.In 5 is the evaluation unit 2 of the rotation angle measuring device shown in principle. The heart of the evaluation unit 2 is an arithmetic unit 4 , which is preferably designed as a microprocessor, microcontrollers, PIC or gate array and with which the sensor data are read in and processed. In the case of an analog sensor signal, an analog / digital converter (not shown) is also connected upstream. The evaluation unit 2 has an interface 5 for recording the signal of the reference sensor 14 during calibration, and for later connection to a digital control bus 6 for remote control and reading out the data.

An das Rechenwerk 4 ist ein nicht-flüchtiger Speicher 7 zur Ablage der Parametersätze oder der Wertepaare für die Korrektur der Messwerte angeschlossen. Zur Ausgabe eines analogen Ausgangssignals am Signalausgang 11 ist dem Rechenwerk 4 ein Digital/Analog-Wandler 10 nachgeschaltet. Darüber hinaus ist eine Spannungsversorgung 12 vorgesehen.To the calculator 4 is a non-volatile memory 7 for storing the parameter sets or the value pairs for the correction of the measured values. For outputting an analog output signal at the signal output 11 is the calculator 4 a digital / analog converter 10 downstream. In addition, there is a power supply 12 intended.

Die Auswerteeinheit 2 ist für die Integration erweiterter Funktionen vorbereitet. So ist eine Rückstelltaste 8 vorgesehen, mit der nach dem Einbau des Drehwinkelmessgeräts am Bestimmungsort der aktuelle Winkelwert als Nullpunkt gesetzt werden kann. Damit ist der Offset variabel korrigierbar. Darüber hinaus ist über einen Stufenschalter 9 eine flexible Messbereichswahl vorgesehen. Dies ist bei hochauflösenden digitalen Sensoren von Vorteil, bei denen eine einzige Kodescheibe eine Vielzahl bisheriger analoger Sensoren mit verschiedenen Messbereichen ersetzt. Vorteilhafterweise wird dadurch die Variantenzahl verringert und der Aufwand für die Lagerhaltung reduziert. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, alle beschriebenen Funktionen in gleicher Weise zusätzlich auch über den Kontrollbus 6 zu steuern.The evaluation unit 2 is prepared for the integration of advanced functions. So is a reset button 8th provided with which the current angle value can be set as the zero point after installation of the angle of rotation measuring device at the destination. The offset can thus be variably corrected. It also has a tap changer 9 flexible measuring range selection provided. This is an advantage for high-resolution digital sensors, in which a single code disk replaces a large number of previous analog sensors with different measuring ranges. This advantageously reduces the number of variants and reduces the effort for warehousing. In an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that all of the described functions are additionally carried out in the same way via the control bus 6 to control.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der Verzicht auf manuelle Justage im Ergebnis der beschriebenen automatischen Kalibrierung der Messeinrichtung.Another advantage of the invention is the waiver of manual adjustment as a result of the described automatic calibration of the measuring device.

Vorteilhafterweise wird mit der Erfindung eine erhöhte Messgenauigkeit bei reduziertem Fertigungs- und Justageaufwand erreicht.Advantageously, with the invention increased Measurement accuracy achieved with reduced manufacturing and adjustment effort.

Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung die Verwendung preiswerterer Verfahren und Materialien bei der Herstellung von Winkel-Kodescheiben.In addition, the Invention using cheaper methods and materials the production of angle code disks.

11
Sensorsensor
22
Auswerteeinheitevaluation
33
Signaleingangsignal input
44
Rechenwerkcalculator
55
Schnittstelleinterface
66
Steuerbuscontrol bus
77
SpeicherStorage
88th
RückstelltasteReset button
99
Stufenschalterstep switch
1010
D/A-WandlerD / A converter
1111
Signalausgangsignal output
1212
Stromversorgungpower supply
1313
Drehachse/WelleRotation axis / shaft
1414
Referenzsensorreference sensor
1515
Motorengine
1616
Datenträgerdisk
1717
Informationsspurinformation track

Claims (6)

Verfahren zur Korrektur systematischer Geometriefehler in einem Drehwinkelmessgerät bestehend aus einem auf einer Welle befestigten, drehbaren Datenträger mit einer Informationsspur und einer optischen Abtasteinrichtung zur Abtastung der Informationsspur, die an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist dadurch gekennzeichnet, dass die systematischen Winkelfehler nach der Montage des Sensors (1) als Funktion des vom Sensor (1) bestimmten Absolutwinkels einmalig aufgenommen, in der Auswerteeinheit (2) des Sensors (1) gespeichert und während der eigentlichen Messung zur Korrektur des Ausgangssignals verwendet werden.Method for correcting systematic geometry errors in a rotation angle measuring device consisting of a rotatable data carrier attached to a shaft with an information track and an optical scanning device for scanning the information track, which is connected to an evaluation unit, characterized in that the systematic angle errors after mounting the sensor ( 1 ) as a function of the sensor ( 1 ) determined absolute angle recorded once, in the evaluation unit ( 2 ) of the sensor ( 1 ) saved and used during the actual measurement to correct the output signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächlichen Winkelwerte parallel zur Messung des Ausgangssignals des eigentlichen Sensors (1) mit einem hochgenauen, starr über die Drehachse (13) gekoppelten Referenzsensor (14) ermittelt und synchron über eine zusätzliche digitale Schnittstelle (5) der Auswerteeinheit (2) erfasst werden.A method according to claim 1, characterized in that the actual angle values parallel to the measurement of the output signal of the actual sensor ( 1 ) with a highly precise, rigid over the axis of rotation ( 13 ) coupled reference sensor ( 14 ) determined and synchronized via an additional digital interface ( 5 ) of the evaluation unit ( 2 ) are recorded. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (1) zur Aufnahme der tatsächlichen Winkelwerte von einem Motor (15) angetrieben und der Prozess der Aufnahme durch einen Computer vollautomatisch gesteuert wird.A method according to claim 2, characterized in that the rotation angle sensor ( 1 ) to record the actual angle values of a motor ( 15 ) driven and the process of recording is controlled fully automatically by a computer. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass bei bekanntem und mathematisch beschreibbarem Funktionsverlauf des Fehlersignals mindestens drei über den Messbereich verteilte Wertepaare bestehend aus jeweils einem Messwert des Drehwinkelsensors (1) und des Referenzsensors (14) ermittelt und aus diesen die Parameter der Korrekturfunktion berechnet und in der Auswerteeinheit (2) des Drehwinkelsensors (1) gespeichert werden und – dass bei der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung der gemessene Drehwinkel durch Berechnung entsprechend dem mathematisch definierten Funktionsverlauf des Fehlersignals basierend auf dem hinterlegten Parametersatz korrigiert wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that - in the case of a known and mathematically describable function curve of the error signal, at least three pairs of values distributed over the measuring range, each consisting of a measured value of the rotation angle sensor ( 1 ) and the reference sensor ( 14 ) is determined and from these the parameters of the correction function are calculated and in the evaluation unit ( 2 ) of the rotation angle sensor ( 1 ) are stored and - that during the intended rotation angle measurement the measured rotation angle is corrected by calculation according to the mathematically defined function course of the error signal based on the stored parameter set. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass bei unbekanntem Funktionsverlauf des Fehlersignals entsprechend der geforderten Messgenauigkeit für jeden Messwert einmalig der zugehörige Referenzmesswert ermittelt und jeweils ein Wertepaar bestehend aus dem Messwert des Drehwinkelsensors (1) und des Referenzsensors (14) in einer Tabelle gespeichert und – dass bei der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung für jeden Messwert des Drehwinkelsensors (1) der zugehörige Referenzmesswert aus der Tabelle ermittelt und ausgegeben wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that - if the function curve of the error signal is unknown, the associated reference measured value is determined once for each measured value in accordance with the required measurement accuracy and a pair of values consisting of the measured value of the angle of rotation sensor ( 1 ) and the reference sensor ( 14 ) stored in a table and - that in the intended rotation angle measurement for each measured value of the rotation angle sensor ( 1 ) the associated reference measured value is determined from the table and output. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass bei einem unbekanntem Funktionsverlauf des Fehlersignals eine vorgebbare Anzahl n von Wertepaaren ermittelt wird, deren Auflösung geringer ist als die Winkelauflösung des Datenträgers (16), – dass bei der bestimmungsgemäßen Drehwinkelmessung aus den gespeicherten Wertepaaren der korrigierte Drehwinkel durch Interpolation ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that - if the function of the error signal is unknown, a predeterminable number n of value pairs is determined, the resolution of which is less than the angular resolution of the data carrier ( 16 ), - that the corrected angle of rotation is determined by interpolation from the stored value pairs during the intended rotation angle measurement.
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