EP1794548A1 - Verfahren und anordnung zur kompensation von fehlern bei weg- oder winkelsensoren - Google Patents

Verfahren und anordnung zur kompensation von fehlern bei weg- oder winkelsensoren

Info

Publication number
EP1794548A1
EP1794548A1 EP05785072A EP05785072A EP1794548A1 EP 1794548 A1 EP1794548 A1 EP 1794548A1 EP 05785072 A EP05785072 A EP 05785072A EP 05785072 A EP05785072 A EP 05785072A EP 1794548 A1 EP1794548 A1 EP 1794548A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
code
detector
tracks
lines
track
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05785072A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Moerbe
Axel Wenzler
Ralf Noltemeyer
Cord Hoersten
Oliver Glitza
Klaus Sekot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bishop Innovation Pty Ltd
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Bishop Innovation Pty Ltd
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bishop Innovation Pty Ltd, Robert Bosch GmbH filed Critical Bishop Innovation Pty Ltd
Publication of EP1794548A1 publication Critical patent/EP1794548A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24428—Error prevention
    • G01D5/24433—Error prevention by mechanical means
    • G01D5/24438—Special design of the sensing element or scale
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for compensating errors in displacement or angle sensors, in particular when detecting a rotation angle on axes or shafts, according to the preamble of the main claim.
  • Incremental angle sensors are applicable which evaluate an angular position on the basis of optical, magnetic or otherwise generated by the rotation and detected by suitable means pulses.
  • phase measured values from which the quantity to be measured, such as, e.g. the angle of rotation, an angular difference or the distance to a target, is to be determined.
  • WO 00/28285 an optical sensor for detecting the position of movable surfaces is described, which detects an optical pattern with high- and low-rigreflektierenden sections.
  • a signal processing method is based on this, which is based on assigning specific detector rows to the optically detectable code or pattern in such a way that for each high and low-reflectance sections of the code track is exactly one detector row is provided.
  • phase or angle measured values in the case of more than two phase signals, for example, a method described in DE 101 42 449 A1 is proposed.
  • signals for determining distances with a displacement sensor or rotational angles with an angle sensor can be obtained from one or more detector rows.
  • the known method has the effect that a unique phase or angle measurement value for position determination of the code-carrying object is generated from N ambiguous phase signals.
  • the measured phase values are computationally converted by means of a linear transformation method and evaluated with a predetermined weighting.
  • a method which generates from N ambiguous, possibly also disturbed phase measured values, a highly accurate, robust and definite phase measured value.
  • the procedure is applicable
  • N pa ⁇ rallele tracks are applied to a cylinder.
  • ni periods of phase information are represented, for example, in the optical case by ni periods of light-dark transitions, the.
  • Other sensor principles, eg magnetic or capacitive, are also possible here.
  • the traces of the sensor can also be applied on a plane instead of on a cylinder, for example in the case of a displacement sensor.
  • the known devices or methods depend on the fact that the code can be detected and evaluated at any time by the sensor via the information-carrying sections of the surface of the object whose position (path or angle) is to be detected. However, this is no longer the case if e.g. Due to mechanical tolerances of the underlying system, a relative deposition of sensor and code occurs. For example, in the case of an optoelectronic angle or torque sensor, this is the case when the cylindrical code disks mounted on a rotary shaft move so far in the axial direction that they do not move with the aid of the lens of the optoelectronic angular or rotational sensor can be imaged more on the associated Detektorzei ⁇ len of the detector.
  • code signals can be evaluated by scanning several perpendicular to Be ⁇ wegungsraum adjacent code tracks on -A-
  • the moving component by means of respectively associated Detek ⁇ torzeilen a stationary sensor are generated.
  • the known method is advantageously developed in such a way that additional detector lines are arranged such that at maximum tolerance of the moving component perpendicular to the direction of movement of each code track at least one detector line of a detector can be switched on.
  • the tracks are normally assigned to each one clearly a detector line on the stationary detector.
  • L is the width of a code track in the image area when L is large compared to the extension of the detector row in the axial direction.
  • An unambiguous assignment of the code track to a detector line here means that a code track of only exactly one detector line in each case is read correctly, i. can be evaluated.
  • a code track can also be evaluated by one or more adjacent detector rows. It is thus advantageously possible with an appropriate interconnection of the detector signals to achieve an ambiguous assignment and a displacement of the code and thus of the measurement object beyond the value L / 2.
  • the code tracks are readable at all times by detector lines, whereby according to the invention it is avoided that mechanical measures can be dispensed with, eg that a displacement of a rotating measuring object in the axial direction Direction is limited by elaborate and therefore expensive mechanical bearings.
  • the solution according to the invention is essentially based on making the detector more tolerant of displacements in the axial direction by virtue of the fact that an electronic solution becomes possible with a suitable arrangement of detector rows and an electronic evaluation concept adapted thereto. This is usually cheaper than a mechanical solution or a code track and / or detector magnification.
  • the detector rows lie next to one another at a distance smaller than the code track width and that the inner detector lines can detect one of two adjacent code tracks, depending on the position within the tolerance, and respectively in the Extreme positions of tolerance an outer detector line is adjacent to a code track.
  • the distance of the detector lines is smaller by a factor than the code track width L, which results from the number of code tracks divided by the number of Detek ⁇ torzeilen is formed.
  • the distance between the detector lines is smaller than the code track width L by the width of the detector line perpendicular to the direction of movement, that is to say in the case of an angle sensor in the axial direction.
  • an auxiliary code track is attached to at least one of the outer code tracks, which in the extreme positions of the tolerance of the measurement object can also be detected by the outer detector line of the detector.
  • the code tracks are arranged on code disks of a rotating shaft in an advantageous manner for detecting the angle of rotation and / or the torque of the rotating shaft.
  • the code tracks are preferably formed by light-dark markings on the code disks and the detector lines consist of optoelectronic sensor elements.
  • FIG. 1 shows a basic arrangement of four code traces and four associated detector rows of an angle sensor according to the prior art
  • FIG. 2 shows the geometric relationships of the arrangement according to FIG. 1 in extreme positions, with a shift between the code tracks and the detector rows within the tolerance
  • FIG. 3 shows an arrangement according to the invention with five detector lines at four code tracks
  • FIG. 4 shows the geometric relationships of the assignment of detector lines and code tracks according to FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment with five detector rows
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment with additional auxiliary code tracks
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment with a doubled doubling of the detector lines in the middle region of the code tracks.
  • FIG. 1 shows, in a schematic view, a developed code disk 1 with four code tracks 2, 3, 4, 5 of the width L.
  • the code tracks 2 to 5 are hereby assigned to detector rows 6, 7, 8, 9 with a spacing P in the usual manner. With this arrangement known per se, it is possible, for example, to determine the angle of rotation from a movement of the code tracks 2 to 5 along the detector lines 6 to 9.
  • both the code tracks 2 to 5 and the detector lines 6 to 9 are displaced relative to one another, possibly also in opposite directions , it must be ensured that the code is currently legible, ie the code tracks 2 to 5 can be scanned, for example, optically from the associated detector line 6 to 9.
  • the sizes P used herein was the Detektorzeilenab-, the code width L and the width of the detector line PD in the y direction are also shows in Figure 2 can be seen, DJ_ e the geometric conditions of the assembly according to the Fi ⁇ gur 1 in two extreme positions, wherein the right position shows a shift between the code tracks 2 to 5 and the detector lines 6 to 9 by an axial tolerance AT.
  • a conventional detector layout is thus exemplified for four code tracks with shifted in the y direction code track images in the "lower" (left) and "upper” (right) extreme positions.
  • the digits on the right edge of the detector lines 6 to 10 indicate which code tracks 2 to 5 of these detector lines can be evaluated.
  • the quantities L and S can now be minimized for a given value of AT.
  • the axial tolerance ⁇ T can be increased if the rows 6 to 10 of the detector are modified such that they now have several, e.g. read two code tracks, i. can evaluate.
  • the detector row 7 in FIG. 4 can evaluate the code tracks 2 + 3
  • the detector row 8 can evaluate the code tracks 3 + 4
  • the detector row 9 can evaluate the code tracks 4 + 5.
  • vernier arrangement according to FIG. 3 with e.g. five locally uniformly distributed detector lines 6 to 10 results to scan four code tracks 2 to 5 then a layout according to the figure 4. When shifting the code tracks it comes with use of this arrangement to equally distributed switching operations. This is quite desirable since this minimizes the influence of the switching on the resulting measured value.
  • FIG. 7 also shows an exemplary embodiment in which the three inner detector rows 7 to 9 according to FIGS. 4 or 6 are shown as dual lines, ie. These detector lines are each divided into two separate, immediately adjacent detector rows.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung der Bewegung oder des Drehwinkels an bewegten mechanischen Bauteilen vorgeschlagen, bei dem Codesignale ausgewertet werden, die durch Abtasten von mehreren senkrecht zur Bewegungsrichtung nebeneinander liegenden Codespuren (2,3,4,5;2',5') auf dem bewegten Bauteil mittels jeweils zugeordneter Detektorzeilen (6,7,8,9,10) eines stationären Sensors erzeugt werden. Es werden zusätzliche Detektorzeilen (10) derart angeordnet, dass bei maximaler Toleranz (AT) des bewegten Bauteils senkrecht zur Bewegungsrichtung jeder Codespur (2, 3, 4, 5; 2' , 5' ) mindestens eine der Detektorzeilen (6,7,8,9,10) zugeordnet werden kann .

Description

Verfahren und Anordnung zur Kompensation von Fehlern bei
Weg- oder Winkelsensoren
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Kompensation von Fehlern bei Weg- oder Winkelsenso¬ ren, insbesondere bei der Erfassung eines Drehwinkels an Achsen oder Wellen, nach dem Oberbegriff des Hauptan¬ spruchs.
Beispielsweise müssen zur Erfassung des auf eine Lenkrad¬ achse eines Kraftfahrzeuges wirkenden Drehmomentes wäh¬ rend der Drehung des Lenkrades sehr kleine Winkeländerun¬ gen in beiden Drehrichtungen des Lenkrades gemessen wer¬ den. Hierbei sind Inkrementalwinkelgeber anwendbar, die eine Winkelstellung aufgrund von optisch, magnetisch oder sonst wie durch die Drehung erzeugten und mit geeigneten Mitteln detektierten Impulsen auswerten. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit und zur Erhöhung des Eindeutigkeitsbe¬ reichs der Winkelmessung werden üblicherweise eine Mehr-
zahl solcher inkrementalen, in der Regel periodisch auf¬ tretenden Messwerte ausgewertet, so dass hier mehrere Phasenmesswerte auftreten, aus denen die zu messende Grö¬ ße, wie z.B. der Drehwinkel, eine Winkeldifferenz oder der Abstand zu einem Ziel, zu bestimmen ist.
Beispielsweise ist in der WO 00/28285 ein optischer Sen¬ sor zur Positionserfassung von beweglichen Oberflächen beschrieben, der ein optisches Muster mit hoch- und nied¬ rigreflektierenden Abschnitten detektiert. In der WO 00/36377 ist dazu ein Signalverarbeitungsverfahren ange¬ geben, welches darauf basiert, dem optisch detektierbaren Code bzw. Muster bestimmte Detektorzeilen in einer Weise zuzuordnen, dass für jede aus hoch- und niedrigreflektie¬ renden Abschnitten bestehende Spur des Codes genau eine Detektorzeile vorgesehen wird.
Zur Auswertung solcher Phasen- oder Winkelmesswerte wird im Fall von mehr als zwei Phasensignalen beispielsweise ein in der DE 101 42 449 Al beschriebenes Verfahren vor¬ geschlagen. Aus einer oder mehreren Detektorzeilen können hierbei Signale zur Bestimmung von Wegstrecken mit einem Wegsensor oder Drehwinkeln mit einem Winkelsensor gewon¬ nen werden. Das bekannte Verfahren bewirkt, dass aus N mehrdeutigen Phasensignalen ein eindeutiger Phasen- oder Winkelmesswert zur Positionsbestimmung des codetragenden Objekts erzeugt wird. Hier werden die gemessenen Phasen¬ werte mittels einem linearen Transformationsverfahren rechnerisch umgeformt und mit einer vorgegebenen Gewich¬ tung ausgewertet.
Es ist in diesem Stand der Technik somit ein Verfahren beschrieben, das aus N mehrdeutigen, ev. auch gestörten Phasenmesswerten, einen hochgenauen, robusten und eindeu¬ tigen Phasenmesswert erzeugt. Das Verfahren findet Anwen- dung z.B. bei einem optischen Winkelsensor, bei dem N pa¬ rallele Spuren auf einem Zylinder aufgebracht sind. Auf jeder der N Spuren (i=l...N) befinden sich ni Perioden einer Phaseninformation, die z.B. im optischen Fall durch ni Perioden von Hell-Dunkelübergängen repräsentiert wer- , den. Andere Sensorprinzipien, z.B. magnetisch oder kapa¬ zitiv, sind hier auch möglich. Auch können die Spuren des Sensors statt auf einem Zylinder auf einer Ebene aufge¬ bracht sein, beispielsweise bei einem Wegsensor.
Die bekannten Vorrichtungen oder Verfahren sind darauf angewiesen, dass der Code über die informationstragenden Abschnitte der Oberfläche des Objekts, dessen Position (Weg oder Winkel) erfasst werden soll, jederzeit vom Sen¬ sor erfasst und ausgewertet werden kann. Die ist jedoch dann nicht mehr gegeben, wenn z.B. aufgrund von mechani¬ schen Toleranzen des zugrundeliegenden Systems eine rela¬ tive Depositionierung von Sensor und Code auftritt. Bei¬ spielsweise' bei einem optoelektronischen Winkel- oder Drehmomentsensor ist dies dann der Fall, wenn sich die auf einer Drehwelle befestigten zylindrischen Codeschei¬ ben in axialer Richtung so weit verschieben, dass sie mit Hilfe der Linse des optoelektronischen Winkel- oder Dreh¬ momentsensors nicht mehr auf den zugehörigen Detektorzei¬ len des Detektors abgebildet werden können.
Vorteile der Erfindung
Mit dem eingangs erwähnten gattungsgemäßen Verfahren zur Erfassung der Bewegung oder des Drehwinkels an bewegten mechanischen Bauteilen können Codesignale ausgewertet werden, die durch Abtasten von mehreren senkrecht zur Be¬ wegungsrichtung nebeneinander liegenden Codespuren auf -A-
dem bewegten Bauteil mittels jeweils zugeordneter Detek¬ torzeilen eines stationären Sensors erzeugt werden. Er¬ findungsgemäß ist das bekannte Verfahren in vorteilhafter Weise derart weitergebildet, dass zusätzliche Detektor¬ zeilen derart angeordnet sind, dass bei maximaler Tole¬ ranz des bewegten Bauteils senkrecht zur Bewegungsrich¬ tung jeder Codespur mindestens eine Detektorzeile eines Detektors zuschaltbar ist.
Besteht der Code beispielsweise aus mehreren Spuren auf dem Umfang einer Codescheibe eines Winkelsensors, z.B. vier Spuren, so sind den Spuren normalerweise jeweils eindeutig eine Detektorzeile auf dem stationären Detektor zugeordnet. Dies erlaubt eine Verschiebung des auf den Detektor abgebildeten Codes von L/2 in axialer Richtung, wobei L die Breite einer Codespur im Bildbereich ist, wenn L groß gegenüber der Ausdehnung der Detektorzeile in axialer Richtung ist. Eine Verschiebung über dieses Maß hinaus führt beim Stand der Technik zu einem Versagen des Sensorprinzips. Eine eindeutige Zuordnung der Codespur zu einer Detektorzeile bedeutet hierbei, dass eine Codespur von nur jeweils genau einer Detektorzeile richtig gele¬ sen, d.h. ausgewertet werden kann.
Gemäß der Erfindung wird nunmehr durch Hinzufügen weite¬ rer Detektorzeilen und einer geeigneten Verschaltung der Detektorzeilen oder durch eine Anpassung der Signalaus¬ wertung der Detektorzeilen erreicht, dass eine Codespur auch von einer oder mehreren benachbarten Detektorzeilen ausgewertet werden kann. Es ist somit in vorteilhafter Weise mit einer geeigneten Verschaltung der Detektorzei¬ len eine mehrdeutige Zuordnung und eine Verschiebung des Codes und damit des Messobjekts über den Wert L/2 hinaus zu erreichen. Für eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, wie zuvor beschrieben, zu gewährleisten, dass die Codespuren jederzeit durch Detektorzeilen lesbar sind, wobei gemäß der Erfindung vermieden wird, dass mechani¬ sche Maßnahmen entfallen können, z.B. dass eine Verschie¬ bung eines rotierenden Messobjekts in axialer Richtung durch aufwändige und damit teure mechanische Lager be¬ grenzt wird. Auch eine weitere aufwändige Lösung, die darin besteht, dass die Codebreite und der daraus resul¬ tierende Abstand der Detektorzeilen erhöht wird, ist mit der Erfindung vermeidbar. Somit ist sowohl eine Vergröße¬ rung des Codebereichs des Messobjekts als auch eine Ver¬ größerung der Detektorfläche verzichtbar, was beides un¬ erwünscht ist bzw. höhere Kosten des Sensors nach sich ziehen würde.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht im wesentlichen dar¬ auf, den Detektor gegenüber Verschiebungen in axialer Richtung dadurch toleranter zu machen, dass mit einer ge¬ eigneten Anordnung von Detektorzeilen und ein daran ange- passtes elektronisches Auswertekonzept eine elektronische Lösung möglich wird. Dies ist in der Regel kostengünsti¬ ger als eine mechanische Lösung oder eine Codespur- und/oder Detektorvergrößerung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorge¬ schlagen, dass die Detektorzeilen in einem kleineren Ab¬ stand als die Codespurbreite nebeneinander liegen und dass die inneren Detektorzeilen abhängig von der Lage in¬ nerhalb der Toleranz jeweils eine von zwei nebeneinander liegende Codespuren detektieren können und jeweils in den Extrempositionen der Toleranz eine äußere Detektorzeile neben einer Codespur liegt.
Bei einer ersten Variante der vorgeschlagenen Ausfüh- rungsform ist der Abstand der Detektorzeilen um einen Faktor kleiner als die Codespurbreite L, der aus der An- zahl der Codespuren geteilt durch die Anzahl der Detek¬ torzeilen gebildet ist. Nach einer zweiten Ausführungs¬ form ist der Abstand der Detektorzeilen um die Breite der Detektorzeile senkrecht zur Bewegungsrichtung, also bei einem Winkelsensor in axialer Richtung, kleiner als die Codespurbreite L.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, dass an mindestens eine der äußeren Codespuren eine Hilfscodespur angefügt ist, die jeweils in den Extrempo¬ sitionen der Toleranz des Messobjekts auch von der äuße¬ ren Detektorzeile des Detektors erfassbar ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Durchfüh¬ rung des zuvor beschriebenen Verfahrens werden in vor¬ teilhafter Weise zur Erfassung des Drehwinkels und/oder des Drehmoments der drehenden Welle die Codespuren auf Codescheiben einer drehenden Welle angeordnet. Hierbei werden vorzugsweise die Codespuren durch Hell-Dunkel- Markierungen auf den Codescheiben gebildet und die Detek¬ torzeilen bestehen aus optoelektronischen Sensorelemen¬ ten.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele einer Sensoranordnung zur Durchfüh¬ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine prinzipielle Anordnung von vier Code¬ spuren und vier zugeordneten Detektorzeilen eines Winkelsensors nach dem Stand der Technik, Figur 2 zeigt die geometrischen Verhältnisse der An¬ ordnung nach der Figur 1 in Extrempositionen, bei einer Verschiebung zwischen den Codespuren und den Detektorzeilen innerhalb der Toleranz,
Figur 3 eine erfindungsgemäße Anordnung mit fünf De¬ tektorzeilen bei vier Codespuren,
Figur 4 die geometrischen Verhältnisse der Zuordnung von Detektorzeilen und Codespuren nach der Figur 3,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit fünf Detektorzeilen,
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel mit zusätzlichen Hilfscodespuren und
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel mit einer angedeute¬ ten Verdopplung der Detektorzeilen im mittleren Be¬ reich der Codespuren.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist in einer schematischen Ansicht eine abge¬ wickelte Codescheibe 1 mit vier Codespuren 2,3,4,5 der Breite L gezeigt. Den Codespuren 2 bis 5 sind hier sche¬ matisch Detektorzeilen 6,7,8,9 mit einem Abstand P in üb¬ licher Weise zugeordnet. Mit dieser an sich bekannten An¬ ordnung ist es möglich, beispielsweise den Drehwinkel aus einer Bewegung der Codespuren 2 bis 5 entlang der De¬ tektorzeilen 6 bis 9 zu ermitteln. Wenn nun aufgrund der mechanischen axialen Toleranz der Anordnung, d.h. einer Verschiebung in y-Richtung senk¬ recht zur Bewegungsrichtung der Codescheibe 1 , sowohl die Codespuren 2 bis 5 als auch die Detektorzeilen 6 bis 9 relativ zueinander, eventuell auch gegensinnig, verscho¬ ben werden, muss sichergestellt sein, dass der Code je¬ derzeit lesbar ist, d.h. die Codespuren 2 bis 5 z.B. op¬ tisch von der dazugehörigen Detektorzeile 6 bis 9 abge¬ tastet werden können.
Die hier verwendeten Größen P für den Detektorzeilenab- stand, die Codebreite L und die Breite der Detektorzeile PD in y-Richtung sind auch aus Figur 2 zu entnehmen, dj_e die geometrischen Verhältnisse der Anordnung nach der Fi¬ gur 1 in zwei Extrempositionen zeigt, wobei die rechte Position eine Verschiebung zwischen den Codespuren 2 bis 5 und den Detektorzeilen 6 bis 9 um eine axiale Toleranz AT zeigt. Hier ist somit ein konventionelles Detektor- Layout beispielhaft für vier Codespuren mit in y-Richtung verschobenen Codespurbildern in der "unteren" (links) und "oberen" (rechts) Extrempositionen dargestellt. Die Zif¬ fern am rechten Rand der Detektorzeilen 6 bis 10 geben an, welche Codespuren 2 bis 5 von diesen Detektorzeilen ausgewertet werden können.
Die Größen L, P und AT sind wie folgt miteinander ver¬ knüpft: P = f(L) und AT = g(P) , wobei f und g Funktionen symbolisieren; die Größen L und P repräsentieren dabei jeweils den Flächenbedarf des Codebereichs auf dem Mess¬ objekt, z.B. hier eine drehende Welle, und S = h(P), mit h als Funktion, den Flächenbedarf des Detektors. Gemäß der Erfindung können nun insbesondere die Größen L und S bei einem gegebenen Wert von AT minimiert werden.
Bei der Anordnung nach der Figur 2 gelten folgende Glei¬ chungen: P = L ,
AT = P -PD ,
S = 3P + PD .
Aus Figur 3 und Figur 4 ist zu erkennen, dass durch Hinzufügen einer weiteren Detektorzeile 10 bei nach wie vor vier Codespuren die axiale Toleranz AT dann vergrößert werden kann, wenn die Zeilen 6 bis 10 des Detektors derart modifiziert werden, dass sie nun mehrere, z.B. zwei Codespuren lesen, d.h. auswerten können. Die Detektorzeile 7 in Figur 4 kann die Codespuren 2+3 auswerten, die Detektorzeile 8 kann die Codespuren 3+4 auswerten und die Detektorzeile 9 kann die Codespuren 4+5 auswerten. Aus einer sog. Nonius-Anordnung gemäß Figur 3 mit z.B. fünf örtlich gleichverteilten Detektorzeilen 6 bis 10 ergibt sich zur Abtastung von vier Codespuren 2 bis 5 dann ein Layout gemäß der Figur 4. Bei einer Verschiebung der Codespuren kommt es bei Verwendung dieser Anordnung zu gleichverteilten Schaltvorgängen. Dies- ist durchaus erwünscht, da hierdurch der Einfluss der Umschaltung auf den resultierenden Messwert klein gehalten wird.
Es gelten hier die Gleichungen:
P = 4/5 L,
AT = 3/2 P -PD, S = 4P + PD.
Bei einer hier nicht dargestellten Anordnung mit sieben Detektorzeilen würden sich folgende Gleichungen ergeben:
P = 4/7 L,
AT = 5/2 P -PD, S = 6P + PD. Anstatt der Nebenbedingung P = 4/5 L gemäß der Figur 4 kann auch P + PD = L gefordert werden, so dass sich dann nach Figur 5 eine maximale Distanz der Detektorzeilen und ein größtmöglicher Raumgewinn ergibt. Das Umschalten der Detektorzeilen 6 bis 10 erfolgt bei Verwendung dieser An¬ ordnung jedoch nicht mehr gleichverteilt, sondern gleich¬ zeitig.
Es gelten hier die Gleichungen:
P = L -PD, AT = 2P -3PD. S = 4P + PD.
Aus der Figur 4 ist zu entnehmen, dass die maximale Ver¬ schiebung der Codespuren immer dann erreicht ist, wenn entweder die Codespur 2 oder 5 aus dem Detektorfeld wan¬ dern und somit nicht mehr ausgewertet werden können. Dies führt zu einem Ausführungsbeispiel nach Figur 6, bei dem der Code dadurch fortgesetzt wird, dass an die Codespur 2 eine Hilfscodespur 2' (linke Darstellung) und an die Co¬ despur 5 eine Hilfscodespur 5' (rechte Darstellung) ange¬ hängt wird. Dann wird die maximale Verschiebung erreicht, wenn die Codespur 2' die Detektorzeile 6 bzw. wenn die Codespur 10 die Detektorzeile 5' berührt, wenn z.B. ge¬ fordert wird, dass sogenannte Dualzeilen eingesetzt wer¬ den, d.h. dass eine Detektorzeile maximal zwei benachbar¬ te Codespuren verarbeiten kann. Die angehängten Codeseg¬ mente als Hilfscodespuren 2' und 5' sind daher kürzer als die Hauptcodespuren 2 bis 5. Ein weiteres Merkmal ist hierbei, dass nun auch Detektorzeilen 6 und 10 als Dual¬ zeilen ausgelegt werden müssen.
Es gelten hier die Gleichungen:
P = 4/5 L, AT = 2P - PD, S = 4P + PD .
Aus Figur 7 ist noch ein Ausführungsbeispiel zu entneh¬ men, bei dem die drei inneren Detektorzeilen 7 bis 9 nach den Figuren 4 oder 6 als Dualzeilen dargestellt sind, d.h. es sind diese Detektorzeilen jeweils in zwei ge¬ trennte unmittelbar benachbarte Detektorzeilen aufge¬ teilt.
Hier gelten dann die Gleichungen:
P = L- PD, AT = 2 PD, S = 4P + 4PD.

Claims

Patentansprüche
1) Verfahren zur Erfassung der Bewegung oder des Drehwin¬ kels an bewegten mechanischen Bauteilen, bei dem
- Codesignale ausgewertet werden, die durch Abtasten von mehreren senkrecht zur Bewegungsrichtung nebenein¬ ander liegenden Codespuren (2, 3, 4, 5;2' , 5' ) auf dem be¬ wegten Bauteil mittels jeweils zugeordneter Detektor¬ zeilen (6,7,8,9,10) eines stationären Sensors erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass
- zusätzliche Detektorzeilen (10) derart angeordnet sind, dass bei maximaler Toleranz (AT) des bewegten Bauteils senkrecht zur Bewegungsrichtung jeder Code¬ spur (2, 3, 4, 5; 2' , 5' ) mindestens eine der Detektorzei- len (6,7,8,9,10) zuordbar ist.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Detektorzeilen (6,7,8,9,10) in einem kleineren Ab¬ stand (P) als die Codespurbreite (L) nebeneinander
liegen und dass die inneren Detektorzeilen (6,7,8,9,10) abhängig von der Lage innerhalb der Tole¬ ranz (AT) jeweils eine von zwei nebeneinander liegende Codespuren (2,3,4,5) detektieren können und jeweils in den Extrempositionen der Toleranz eine äußere Detek¬ torzeile (6,10) neben einer Codespur (2,5) liegt.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Abstand (P) der Detektorzeilen (6,7,8,9,10) um ei¬ nen Faktor kleiner ist als die Codespurbreite (L) , der aus der Anzahl der Codespuren (2,3,4,5) geteilt durch die Anzahl der Detektorzeilen (2,3,4,5) gebildet ist.
4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Abstand (P) der Detektorzeilen (6,7,8,9,10) um die Breite (PD) der Detektorzeile (6,7,8,9,10) senkrecht zur Bewegungsrichtung kleiner ist als die Codespur¬ breite (L) .
5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- an mindestens eine der äußeren Codespuren (2,5) eine Hilfscodespur (2', 5') angefügt ist, die jeweils in den Extrempositionen der Toleranz (AT) auch von der äuße¬ ren Detektorzeile (6,10) erfassbar ist. 6) Sensoranordnung zur Durchführung eins Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich¬ net, dass
- die Codespuren (2, 3, 4, 5;2' , 5' ) auf Codescheiben einer drehenden Welle zur Erfassung des Drehwinkels und/oder des Drehmoments der drehenden Welle angeordnet sind.
7) Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, dass
- die Codespuren (2, 3, 4, 5;2' , 5' ) durch Hell-Dunkel- Markierungen auf den Codescheiben gebildet sind und die Detektorzeilen aus optoelektronischen Sensorele¬ menten bestehen.
EP05785072A 2004-09-22 2005-09-15 Verfahren und anordnung zur kompensation von fehlern bei weg- oder winkelsensoren Withdrawn EP1794548A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200410045811 DE102004045811A1 (de) 2004-09-22 2004-09-22 Verfahren und Anordnung zur Kompensation von Fehlern bei Weg- oder Winkelsensoren
PCT/DE2005/001616 WO2006032241A1 (de) 2004-09-22 2005-09-15 Verfahren und anordnung zur kompensation von fehlern bei weg- oder winkelsensoren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1794548A1 true EP1794548A1 (de) 2007-06-13

Family

ID=35735124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05785072A Withdrawn EP1794548A1 (de) 2004-09-22 2005-09-15 Verfahren und anordnung zur kompensation von fehlern bei weg- oder winkelsensoren

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1794548A1 (de)
AU (1) AU2005287781B2 (de)
DE (1) DE102004045811A1 (de)
WO (1) WO2006032241A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014103514B4 (de) 2014-03-14 2017-05-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Drehwinkelerfassung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3126806A1 (de) * 1981-07-07 1983-01-27 Siemens Ag Digitaler messsensor, seine verwendung und verfahren zu seiner herstellung
GB8921338D0 (en) * 1989-09-21 1989-11-08 Smiths Industries Plc Optical encoders
DE4038515A1 (de) * 1990-12-03 1992-06-04 Vogt Electronic Ag Einrichtung zur statischen und/oder dynamischen laengen -und/oder winkelmessung
AUPP704098A0 (en) * 1998-11-10 1998-12-03 Bishop Innovation Pty Limited Optical sensor
AUPP777898A0 (en) * 1998-12-17 1999-01-21 Bishop Innovation Pty Limited Position sensor
AU2001291620B2 (en) * 2000-08-31 2005-09-29 Robert Bosch Gmbh Method for determining a rotational angle or a distance by evaluating phase measured values

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006032241A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2005287781A1 (en) 2006-03-30
AU2005287781B2 (en) 2010-08-12
WO2006032241A1 (de) 2006-03-30
DE102004045811A1 (de) 2006-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0493385B1 (de) Hochauflösender encoder
EP1202025B1 (de) Winkelmesseinrichtung
EP1407231B1 (de) Positionsmesseinrichtung
DE2523163A1 (de) Kapazitiver differentialmesswandler
EP3455592B1 (de) Sensoranordnung zur berührungslosen wegerfassung und verfahren zum bestimmen einer relativposition
EP1557646B1 (de) Drehwinkelgeber sowie Verfahren zum Abtasten der Codescheibe eines Drehwinkelgebers
EP2063230A2 (de) Optische Positionsmesseinrichtung
EP1195579B1 (de) Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung
EP1995566A2 (de) Maßstab für eine Positionsmesseinrichtung und Positionsmesseinrichtung
EP4085233B1 (de) Wälzlager mit positionsbestimmungseinrichtung
DE102021102053B4 (de) Bestimmung einer Position
EP0660085B1 (de) Absolutes Positionsmesssystem
WO2006032241A1 (de) Verfahren und anordnung zur kompensation von fehlern bei weg- oder winkelsensoren
DE4402401C2 (de) Winkelmeßeinrichtung mit mehreren Abtaststellen
DE102020003055A1 (de) Verfahren zur Ermittlung der Belastung einer Antriebswelle
EP1196701B1 (de) Vorrichtung zur positionserfassung von zwei achsbewegungen
EP1043571A1 (de) Absolutes Positionsmesssystem
EP3789735B1 (de) Positionsmesseinrichtung
EP1744127B1 (de) Verfahren zum Bestimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades eines Kraftfahrzeugs
EP1637842A1 (de) Messeinrichtung zum inkrementalen Messen von Positionen, Stellwegen oder Stellwinkeln und mit einer derartigen Messeinrichtung ausgestattetes Flurförderzeug
DE10056448B4 (de) Absolutes Längenmeßsystem
DE102005042616A1 (de) Drehstellungssensor
EP3812709B1 (de) Positionsmessvorrichtung
EP4492013B1 (de) Gebervorrichtung
DE102020110704B4 (de) Empfängervorrichtung für einen Drehgeber

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20070423

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CH FR LI

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK YU

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): CH FR LI

17Q First examination report despatched

Effective date: 20131122

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140401