DE4210934C1 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Referenzposition.

Vorrichtungen oder Verfahren zur Ermittlung einer Referenzposition, bei denen ein bewegliches Teil, das eine Referenzmarkierung auf­ weist, von einem feststehenden magnetempfindlichen Sensor, beispielsweise einem Hall­ sensor abgetastet wird, der beim Vorbeilauf der Referenzmarkierung ein charakteristisches Ausgangssignal abgibt, sind bereits bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 34 23 664.

Aus der DE-OS 32 18 352 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Referenzposition bekannt, bei der der entsprechende Sensor ein Hallsensor ist, dessen Ausgangssignal zur Festlegung einer Referenzposition verarbeitet wird.

Wie Laborversuche gezeigt haben, treten beim Einsatz von digitalen Hallsensoren Temperaturfehler auf, die zu Ungenauigkeiten bei der präzisen Ermittlung von Referenzpositionen führen. Dabei ändern sich sowohl die Ein- als auch Ausschaltpunkte der Hallsensoren aufgrund von Temperaturänderungen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine sehr genaue Ermittlung einer Referenzposition möglich ist, da die Temperaturab­ hängigkeiten des digitalen Hallsensors bzw. der digitalen Hallsen­ soren ausgeschaltet werden. Dazu wird erfindungsgemäß das bewegliche Teil mit dem die Referenzposition definierenden magnetischen Ele­ ment in zwei Richtungen am einen Hallsensor vorbeibewegt, bis je­ weils die Ein- und Ausschaltschwelle des Sensors erreicht wird. Die Schaltpunkte werden abgespeichert und die Referenzposition wird als Mitte zwischen gleichartigen Schaltpunkten festgelegt.

Besonders vorteilhaft ist das Verfahren zur Ermittlung einer Refe­ renzposition anzuwenden im Zusammenhang mit dem Lernen bzw. Anfahren einer Memoryposition, beispielsweise bei einer Spiegelverstellung. Es wird dann noch ein zweiter magnetfeldempfindlicher Sensor einge­ setzt, der die Umdrehungen einer Spindel registriert, mit deren Hil­ fe das bewegliche Teil, das den Spiegel und das die Referenzposition definierende magnetische Element umfaßt, verschoben wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine schematische Anordnung der erfindungswe­ sentlichen Bauteile, Fig. 2 zeigt die magnetische Flußdichte beim seitlichen Vorbeifahren des Referenzmagneten am digitalen Hallsensor sowie die Schaltschwellen und den zugehörigen Signalverlauf des Hallsensors für eine erste Temperatur, Fig. 3 zeigt denselben Sach­ verhalt für eine zweite Temperatur.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 sind die wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemäßen Anordnung schematisch dargestellt. Dabei ist mit 10 ein bewegliches Teil bezeichnet, das über eine Spindel 11 in die durch den Pfeil an­ gedeuteten Richtungen bewegbar ist.

Angetrieben wird die Spindel 11 bzw. das bewegbare Teil 10 mit Hilfe eines Antriebsmotors 12 und gegebenenfalls einer Welle 13, wobei da­ zwischen noch ein mechanisches Getriebe 19 sein kann.

Der Antriebsmotor 12 ist ein Elektromotor, dessen Drehrichtung sich bei einer Änderung der Richtung der Bestromung ebenfalls ändert.

Ein Spiegel 14, dessen Position verschiebbar sein soll, ist mit dem beweglichen Teil 10 verbunden. Zur Festlegung einer Referenzposition ist ein magnetisches Element 15 auf dem beweglichen Teil 10 ange­ bracht, das von ihm ausgehende Magnetfeld wird von einem ersten digitalen Hallsensor 16 registriert. Ein zweiter digitaler Hall­ sensor 17 ist in der Nähe des Motors 12 bzw. der Welle 13 angeord­ net, so daß er ein Ausgangssignal liefert, mit dessen Hilfe die Zahl der Umdrehungen des Antriebsmotors 12 bestimmt werden kann.

Zur Auswertung der Ausgangssignale der Hallsensoren 16 und 17 ist eine Auswerteeinrichtung 18 vorgesehen, die einen Mikrocomputer aufweisen kann oder auch Bestandteil einen Steuergerätes ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung werden zur Bestimmung der Lage des Spiegels 14 bzw. des beweglichen Elementes 10 zwei digitale Hallsensoren 16 und 17 eingesetzt, anstelle des digitalen Hallsen­ sors 17 kann auch ein anderer Sensor, mit dem die Zahl der Umdrehun­ gen des Antriebsmotors ermittelt werden kann, verwendet werden.

Der Hallsensor 17 soll pro Umdrehung der Welle 13 einen Impuls liefern, dies wird z. B. durch eine magnetische Markierung auf der Welle erreicht. Aus der daraus in der Auswerteeinrichtung ermittelten Zahl der Umdrehungen der Welle bzw. des Antriebsmotors 12 läßt sich der relative Weg s, den das bewegliche Teil 10 zurücklegt, bei bekannter Spindeldimensionierung bestimmen. Dabei ist die Auflösung dieser relativen Wegmessung nur abhängig von der Übersetzung des mechanischen Getriebes 19, über das letztendlich die Spindel angetrieben wird.

Zur absoluten Wegmessung muß die Lage des magnetischen Elements 15, das eine Referenzposition markiert, ermittelt werden. Diese Lage wird mit Hilfe des digitalen Hallsensors 16 bestimmt.

Da sich die Schaltschwelle von digitalen Hallsensoren sowie die magnetische Flußdichte des magnetischen Elementes temperaturabhängig verändert, ist die Ermittlung der Referenzposition von der Tempera­ tur abhängig und damit die gesamte Wegmessung. Zur Kompensation die­ ser Temperaturabhängigkeit wird das nun vorgeschlagene, mit Hilfe der Fig. 2 verdeutlichte erfindungsgemäße Verfahren angewandt.

In Fig. 2 ist mit M die magnetische Flußdichte, die sich beim seit­ lichen Vorbeifahren am magnetischen Element einstellt, aufgetragen. Diese magnetische Flußdichte wird vom Hallsensor 16 registriert. Dieser Hallsensor 16, der als digitaler Hallsensor ausgebildet ist, hat eine erste Schwelle S1 (Einschaltschwelle) und eine zweite Schwelle S2 (Ausschaltschwelle).

Solange die magnetische Flußdichte unterhalb der Schwelle S1 liegt, zeigt das Ausgangssignal des digitalen Hallsensors einen ersten Zu­ stand, gemäß dem gewählten Beispiel weist das Ausgangssignal einen "High"-Zustand auf.

Überschreitet die magnetische Flußdichte den Schwellwert S1, schal­ tet der digitale Hallsensor schlagartig in seinen anderen Zustand um, sein Ausgangssignal weist dann einen "Low"-Zustand auf.

Sinkt die magnetische Flußdichte wiederum ab, schaltet der digitale Hallsensor bei Unterschreiten der zweiten Schwelle S2 wieder schlag­ artig vom "Low"-Zustand in den "High"-Zustand um.

Diese Eigenschaft des digitalen Hallsensors wird ausgenutzt, um die Referenzposition des magnetischen Elementes 15 genau festzulegen. Dazu wird das bewegliche Teil 10 zunächst in eine Position gebracht, in der das magnetische Element 15 so weit vom Hallsensor 16 entfernt ist, daß die magnetische Flußdichte unter beiden Schwellen des Hall­ sensors liegt. Das bewegliche Teil befindet sich dann beispielsweise in Position A.

Das bewegliche Teil 10 wird mit Hilfe des Antriebsmotors 12 derart verschoben, daß das magnetische Element 15 schließlich in die Posi­ tion F gelangt. Während dieser Verschiebung ändert sich die magneti­ sche Flußdichte M, die vom Hallsensor 16 registriert wird in der in Fig. 2 der Kurve a) dargestellten Weise.

Solange sich das magnetische Element 15 zwischen der Position A und C befindet, ist das Ausgangssignal des digitalen Hallsensors 16 "High" nach Überschreiten der Schaltschwelle S1 (Einschaltschwel­ le) springt das Ausgangssignal auf "Low" und bleibt auf "Low", bis in der Position E die magnetische Flußdichte M die Schwelle S2 (Ausschaltschwelle) unterschreitet. An dieser Stelle springt dann das Ausgangssignal des digitalen Hallsensors 16 wieder auf "High" und bleibt in diesem Zustand, solange die magnetische Flußdichte unter der Schwelle S1 bleibt.

Der Signalverlauf am Ausgang des digitalen Hallsensors 16 ist in der Kurve b) der Fig. 2 aufgetragen, wobei die Bewegung des magneti­ schen Elementes in Pfeilrichtung erfolgen soll.

In der Kurve c) der Fig. 2 ist derselbe Sachverhalt dargestellt, für den Fall, daß sich das magnetische Element 15 von der Position F zur Position A bewegt.

Dazu wird der Antriebsmotor umgeschaltet, so daß das bewegliche Teil einschließlich des magnetischen Elements 15 und des zu verstellenden Spiegels 14 sich von rechts nach links bewegt.

Das Ausgangssignal des digitalen Hallsensors 16 ist dabei zunächst "High", es springt beim Erreichen der Position D, wenn die magneti­ sche Flußdichte M die Schwelle S1 überschreitet, auf "Low" und bleibt in diesem Zustand, bis an der Stelle B die magnetische Fluß­ dichte die Schwelle S2 wieder unterschreitet. Dieser Zustand bleibt bis zur Position A erhalten.

Die Lage der Schaltpunkte C und D wird beispielsweise in der Aus­ werteeinrichtung 18 abgespeichert, durch Halbierung des Abstandes zwischen C und D läßt sich die Referenzposition sehr genau festlegen.

Es wäre auch möglich, die Punkte B und E abzuspeichern und durch Halbierung des Abstandes zwischen B und E die Lage der Referenzposi­ tion exakt festzulegen.

In Fig. 3 sind dieselben Kurven aufgetragen wie in Fig. 2, jedoch für eine andere Temperatur. Es hat sich gezeigt, daß sich die Schwellen S1 und S2 eines digitalen Hallsensors in Abhängigkeit von der Temperatur beträchtlich verschieben, so daß bei sonst gleicher Anordnung und gleicher magnetischer Flußdichte M die Schnittpunkte zwischen magnetischer Flußdichte M und den Schwellen S1 und S2 ver­ schieben. Wird die Bestimmung der Referenzposition in der bei der Erläuterung der Fig. 2 beschriebenen Weise vorgenommen, so daß das magnetische Element 15 zunächst in der einen und danach in der an­ deren Richtung am Hallsensor 16 vorbeibewegt wird, und wird die Be­ stimmung der Referenzposition dann wiederum derart vorgenommen, daß der halbe Abstand zwischen den Positionen H und J bzw. G und K diese Referenzposition festlegt, ist die Temperaturabhängigkeit der Schwellen bzw. des digitalen Hallsensors kompensiert, unabhängig von der herrschenden Temperatur.

Eine Auswertung kann solange erfolgen, solange die magnetische Fluß­ dichte M die Schwelle S1 über- und die Schwelle S2 unterschreitet.

Die bisher gemachten Ausführungen gelten nur dann, wenn das beweg­ liche Teil 10 zwischen den Positionen A und F bewegbar ist, ohne daß die Spindel, die letztendlich für die Bewegung sorgt, an einen ihrer Anschläge stößt. Gelangt die Spindel ausgehend von dem zunächst beliebigen Ausgangspunkt A vor Erreichen eines Schaltpunktes des digitalen Hallsensors an einen Anschlag, muß die Motorrichtung umge­ kehrt werden. Die Lage des so ermittelten Schaltpunktes am zweiten Hallsensor 17 wird dann für die spätere Mittelung abgespeichert.

Nachdem sich der Motor vom erkannten Anschlag wegbewegt hat, stellt sich der in Fig. 2 gezeigte Verlauf wieder ein. Die Referensposi­ tion kann in der zuvor beschriebenen Weise ermittelt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Ermittlung einer Referenzposition mit einem beweg­ lichen Teil, das ein die Referenzposition definierendes magnetischen Element aufweist und einem feststehenden magnetfeldempfindlichen digitalen Hall-Sensor, dessen Ein- und Ausschaltschwelle unterschiedlich sind, wobei das bewegliche Teil (10) so lange in einer Richtung verschoben wird, bis der Sensor (16) ein- und wieder ausgeschaltet hat, das bewegliche Teil (10) dann in die umgekehrte Richtung verschoben wird, bis der Sensor (12) wieder ein- und ausgeschaltet hat, wobei die Lage der zwei Einschaltpunkte (C, D bzw. H, J) oder der zwei Ausschaltpunkte (B, E bzw. G, K) in einer Auswerteeinrichtung (18) gespeichert wird und die Referenzposition als Mitte zwischen den beiden Einschaltpunkten (C, D bzw. H, J) oder Ausschaltpunkten (B, E bzw. G, K) festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beweg­ liche Teil (10) mit Hilfe eines Antriebsmotors (12), der eine Spindel (11) antreibt, verschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ände­ rung der Richtung der Verschiebung durch Änderung der Richtung der Bestromung des Antriebsmotors (12) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Bewegung umgedreht wird, wenn die Spindel (11) an einen ihrer Anschläge läuft, wobei die Anschlagposition abgespeichert und bei der Festlegung der Referenzposition berücksichtigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (18) ein Mikrocomputer ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliches Teil eine Halterung für einen verstellbaren Spiegel vorgesehen ist.