JP2003042802A - 回転角度センサ用マーク付き円板、回転部品用角度センサおよび基準値を決定する方法 - Google Patents
回転角度センサ用マーク付き円板、回転部品用角度センサおよび基準値を決定する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 経済的に製作可能であると共に、大きさと
質量を最大限低減可能であり、それによって振動負荷下
の安定性および最高許容回転数が大幅に改善されるよう
に、マーク付円板を改良する。 【解決手段】 本発明は、特に回転軸線に対して半径方
向に向いていて、特に回転軸線に対して同心的に配置さ
れたリムの形に設けられた多数の角度マーク１２と、少
なくとも１つの基準マーク１２ａとを備えた、回転する
部品のための回転角度センサ用のマーク付き円板１１に
関する。基準マークは変調特性の異なる角度マークによ
って形成され、それによって角度マークのリムに統合さ
れている。
質量を最大限低減可能であり、それによって振動負荷下
の安定性および最高許容回転数が大幅に改善されるよう
に、マーク付円板を改良する。 【解決手段】 本発明は、特に回転軸線に対して半径方
向に向いていて、特に回転軸線に対して同心的に配置さ
れたリムの形に設けられた多数の角度マーク１２と、少
なくとも１つの基準マーク１２ａとを備えた、回転する
部品のための回転角度センサ用のマーク付き円板１１に
関する。基準マークは変調特性の異なる角度マークによ
って形成され、それによって角度マークのリムに統合さ
れている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に回転軸線に対
して半径方向に向いていて、特に回転軸線に対して同心
的に配置されたリムの形に設けられた多数の角度マーク
と、少なくとも１つの基準マークとを備えた、回転する
部品、特に回転軸のための回転角度センサ用のマーク付
き円板と、更に特に回転軸線に対して半径方向に向いて
いて、特に回転軸線に対して同心的に配置されたリムの
形に設けられた多数の角度マークと、少なくとも１つの
基準マークと、角度マークのための固定された走査ユニ
ットをと有する、回転する部品に連結可能なマーク付き
円板と、電磁放射線の少なくとも１個のトランスミッタ
と、マーク付き円板によって変調された放射線のための
レシ−バと、評価ユニットに対する接続手段とを備え
た、回転する部品、特に回転軸のための回転角度センサ
と、更にアナログ信号が多数のマーク付き円板と、変調
の質がマーク付き円板と異なる少なくとも１個の反射マ
ークとによる送信信号の変調によって得られ、変調され
た信号がレシ−バによって受信され、評価ユニットに供
給され、必要な場合には更にデジタル化される、アナロ
グ信号から基準信号を決定するための方法に関する。
して半径方向に向いていて、特に回転軸線に対して同心
的に配置されたリムの形に設けられた多数の角度マーク
と、少なくとも１つの基準マークとを備えた、回転する
部品、特に回転軸のための回転角度センサ用のマーク付
き円板と、更に特に回転軸線に対して半径方向に向いて
いて、特に回転軸線に対して同心的に配置されたリムの
形に設けられた多数の角度マークと、少なくとも１つの
基準マークと、角度マークのための固定された走査ユニ
ットをと有する、回転する部品に連結可能なマーク付き
円板と、電磁放射線の少なくとも１個のトランスミッタ
と、マーク付き円板によって変調された放射線のための
レシ−バと、評価ユニットに対する接続手段とを備え
た、回転する部品、特に回転軸のための回転角度センサ
と、更にアナログ信号が多数のマーク付き円板と、変調
の質がマーク付き円板と異なる少なくとも１個の反射マ
ークとによる送信信号の変調によって得られ、変調され
た信号がレシ−バによって受信され、評価ユニットに供
給され、必要な場合には更にデジタル化される、アナロ
グ信号から基準信号を決定するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転する部品の現在の角度位置をリアル
タイムで、すなわち信号の小さな遅延を無視して決定お
よび表示することは、技術の多くの分野で必要である。
例えば内燃機関の研究開発および内燃機関の大量生産用
途において、クランク軸またはカム軸の現在の回転位置
のための角度センサが使用される。この場合、いろいろ
な測定原理が用いられている。
タイムで、すなわち信号の小さな遅延を無視して決定お
よび表示することは、技術の多くの分野で必要である。
例えば内燃機関の研究開発および内燃機関の大量生産用
途において、クランク軸またはカム軸の現在の回転位置
のための角度センサが使用される。この場合、いろいろ
な測定原理が用いられている。
【０００３】特に有利なシステムは回転部品に機械的に
連結可能である角度マーク付き円板と、円板上に設けら
れた角度マークを走査するためのセンサ装置を使用す
る。この角度マークは回転軸線に対して半径方向に、そ
して好ましくはこの回転軸線に対して同心的に配置され
ている。この場合、２つの測定チャンネルが設けられて
いる。この測定チャンネルによって、２列の角度マーク
が２個のセンサシステムによって互いに別々に走査され
る。すなわち、多数の等間隔の角度マーク、例えば１回
転あたり７２０個の角度マークを有するインクリメンタ
ルトラックと、例えば１回転あたり１つの基準マークを
有する基準トラックが別々に走査される。円板、ひいて
は回転部品の回転角度位置は、インクリメンタルトラッ
クの角度マーク信号からおよび基準マークを参照して決
定可能である。この基準マークは例えばピストン機械の
シリンダの上死点の位置を示すことができる。センサ装
置は好ましくは、透過光または反射光によって角度マー
クを走査し、そして場合によってはデジタル化した後で
表示装置およびまたは評価装置に供給する電子光学シス
テムである。その際、角度マークの形状とセンサの感度
特性は互いに調和され、好ましくはトランスミッタの放
射線放出も調和される。この場合、一般的に細長いスリ
ット状の送光ウインドウと受光ウインドウが破線状の角
度マークに向けられ、両方共回転軸線に対して半径方向
におよび互いにほぼ平行に向けられる。センサ信号を調
製するために、時間のずれができるだけ小さなアナログ
電子装置が設けられている。この場合、角度マークセン
サの増幅アナログ信号から、高速コンパレータによっ
て、デジタルトリガ信号が導き出される。このトリガ信
号はそれぞれの回転角度位置に達する時点を示す。デジ
タル信号プロセッサは時間の計算とそれに伴う不可避の
時間のずれに基づいて従来は有効であることが実証され
なかった。一方、特に上記のシステムは、使用者にとっ
て明確な方法で、回転する部品の絶対角度位置測定を、
高い精度および角度分解能でおよび部品の所定の角度位
置と関連する信号の出力との間の無視できるほど小さな
時間のずれでもって保証する。
連結可能である角度マーク付き円板と、円板上に設けら
れた角度マークを走査するためのセンサ装置を使用す
る。この角度マークは回転軸線に対して半径方向に、そ
して好ましくはこの回転軸線に対して同心的に配置され
ている。この場合、２つの測定チャンネルが設けられて
いる。この測定チャンネルによって、２列の角度マーク
が２個のセンサシステムによって互いに別々に走査され
る。すなわち、多数の等間隔の角度マーク、例えば１回
転あたり７２０個の角度マークを有するインクリメンタ
ルトラックと、例えば１回転あたり１つの基準マークを
有する基準トラックが別々に走査される。円板、ひいて
は回転部品の回転角度位置は、インクリメンタルトラッ
クの角度マーク信号からおよび基準マークを参照して決
定可能である。この基準マークは例えばピストン機械の
シリンダの上死点の位置を示すことができる。センサ装
置は好ましくは、透過光または反射光によって角度マー
クを走査し、そして場合によってはデジタル化した後で
表示装置およびまたは評価装置に供給する電子光学シス
テムである。その際、角度マークの形状とセンサの感度
特性は互いに調和され、好ましくはトランスミッタの放
射線放出も調和される。この場合、一般的に細長いスリ
ット状の送光ウインドウと受光ウインドウが破線状の角
度マークに向けられ、両方共回転軸線に対して半径方向
におよび互いにほぼ平行に向けられる。センサ信号を調
製するために、時間のずれができるだけ小さなアナログ
電子装置が設けられている。この場合、角度マークセン
サの増幅アナログ信号から、高速コンパレータによっ
て、デジタルトリガ信号が導き出される。このトリガ信
号はそれぞれの回転角度位置に達する時点を示す。デジ
タル信号プロセッサは時間の計算とそれに伴う不可避の
時間のずれに基づいて従来は有効であることが実証され
なかった。一方、特に上記のシステムは、使用者にとっ
て明確な方法で、回転する部品の絶対角度位置測定を、
高い精度および角度分解能でおよび部品の所定の角度位
置と関連する信号の出力との間の無視できるほど小さな
時間のずれでもって保証する。
【０００４】しかしながら、上記のようなシステムは、
２個の光電子的測定チャンネルあるいは複数のトラック
の場合複数の光電子的測定チャンネルが高価であり、ス
ペースを必要とし、測定装置の重量およびまたは質量に
対して少なからず寄与するという欠点を有する。大きさ
と質量は特に高回転数の小型エンジンの場合に妨害作用
を生じる。この小型エンジンの場合、クランク軸の付加
的な（フライホイール）マスがはっきりと感じられるよ
うになる。大きさと質量は更に、エンジンを車両に既に
組み込んだ場合に、狭くなったスペースまたはエンジン
の実際の運転時に測定装置がさらされる大きな振動加速
度に関連して妨害作用を生じる。
２個の光電子的測定チャンネルあるいは複数のトラック
の場合複数の光電子的測定チャンネルが高価であり、ス
ペースを必要とし、測定装置の重量およびまたは質量に
対して少なからず寄与するという欠点を有する。大きさ
と質量は特に高回転数の小型エンジンの場合に妨害作用
を生じる。この小型エンジンの場合、クランク軸の付加
的な（フライホイール）マスがはっきりと感じられるよ
うになる。大きさと質量は更に、エンジンを車両に既に
組み込んだ場合に、狭くなったスペースまたはエンジン
の実際の運転時に測定装置がさらされる大きな振動加速
度に関連して妨害作用を生じる。
【０００５】従って、簡単で安価な解決策が既に提案さ
れている。この解決策は１つだけの測定チャンネルと、
往々にして１つの誘導式センサを有する。このセンサの
場合、基準位置は、そうでないときの角度マークの等間
隔配置からの偏差によって与えられる。例えば、基準位
置を示すための歯付き円板の場合歯が読み取られる。絶
えず測定される回転角速度によってあるいは後続の回転
角度インターバルの予想される時間から、評価ユニット
は欠けている歯を認識し、基準位置の到達を示す。その
都度先行する回転角度インターバルの時間から推定する
ことにより、欠けている角度マーク信号が模擬的に再現
される。これはしかし、先行する回転角度測定の精度が
大幅に低下するという重要な欠点を有する。というの
は、基準位置のコーディングのために必要な角度マーク
間隙内に、現在の回転角度情報が欠けているために、基
準位置も現在の回転角速度も近似的にしか示すことがで
きないからである。更に、必要な計算は少なからず時間
のずれを生じる。従って、このようなシステムは例えば
内燃機関の研究開発、回転不均一性および回転振動の分
析あるいはクランク角度に同期した精密な測定データ検
出にとって、不正確であり、条件付きでしか使用できな
い。
れている。この解決策は１つだけの測定チャンネルと、
往々にして１つの誘導式センサを有する。このセンサの
場合、基準位置は、そうでないときの角度マークの等間
隔配置からの偏差によって与えられる。例えば、基準位
置を示すための歯付き円板の場合歯が読み取られる。絶
えず測定される回転角速度によってあるいは後続の回転
角度インターバルの予想される時間から、評価ユニット
は欠けている歯を認識し、基準位置の到達を示す。その
都度先行する回転角度インターバルの時間から推定する
ことにより、欠けている角度マーク信号が模擬的に再現
される。これはしかし、先行する回転角度測定の精度が
大幅に低下するという重要な欠点を有する。というの
は、基準位置のコーディングのために必要な角度マーク
間隙内に、現在の回転角度情報が欠けているために、基
準位置も現在の回転角速度も近似的にしか示すことがで
きないからである。更に、必要な計算は少なからず時間
のずれを生じる。従って、このようなシステムは例えば
内燃機関の研究開発、回転不均一性および回転振動の分
析あるいはクランク角度に同期した精密な測定データ検
出にとって、不正確であり、条件付きでしか使用できな
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、経済的に製作可能であると共に、大きさと質量を最
大限低減可能であり、それによって振動負荷下の安定性
および最高許容回転数が大幅に改善されるように、冒頭
に述べたシステムまたはその構成部品を改良することで
ある。その際、角度分解能の精度が回転にわたって高く
かつ不変であるにもかかわらず、少なくとも２つの角度
情報チャンネルから情報を求める際に時間のずれが無視
できるほど小さくなるようにすべきである。
は、経済的に製作可能であると共に、大きさと質量を最
大限低減可能であり、それによって振動負荷下の安定性
および最高許容回転数が大幅に改善されるように、冒頭
に述べたシステムまたはその構成部品を改良することで
ある。その際、角度分解能の精度が回転にわたって高く
かつ不変であるにもかかわらず、少なくとも２つの角度
情報チャンネルから情報を求める際に時間のずれが無視
できるほど小さくなるようにすべきである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明に従
い、角度マークのトラックが１つだけ設けられ、１個の
基準マークまたは各々の基準マークが変調特性の異なる
角度マークによって形成されていることを特徴とするマ
ーク付き円板によって解決される。これは、角度マーク
の構造に多値の論理を付与することを意味する。この角
度マークはセンサによる走査と後続の信号評価に適合
し、２個以上の角度情報チャンネルからの情報を１個だ
けの走査式センサ装置から入手可能にする。それによっ
て更に、使用者とって明確でリアルタイムで可能である
測定原理に関する要求が満たされる。追加情報（例えば
基準位置に関する情報）は、一次情報（例えば先行する
角度位置）に依存せずにかつ一次情報内に間隙を必要と
するかまたは発生することなく、一次情報と同じチャン
ネル内に含まれる。
い、角度マークのトラックが１つだけ設けられ、１個の
基準マークまたは各々の基準マークが変調特性の異なる
角度マークによって形成されていることを特徴とするマ
ーク付き円板によって解決される。これは、角度マーク
の構造に多値の論理を付与することを意味する。この角
度マークはセンサによる走査と後続の信号評価に適合
し、２個以上の角度情報チャンネルからの情報を１個だ
けの走査式センサ装置から入手可能にする。それによっ
て更に、使用者とって明確でリアルタイムで可能である
測定原理に関する要求が満たされる。追加情報（例えば
基準位置に関する情報）は、一次情報（例えば先行する
角度位置）に依存せずにかつ一次情報内に間隙を必要と
するかまたは発生することなく、一次情報と同じチャン
ネル内に含まれる。
【０００８】他方では、複数の測定チャンネルを有する
角度センサ配置構造の場合のために、１つのチャンネル
が本発明に従って多値の論理を有するだけでなく、２つ
以上のチャンネルも多値の論理を有するそれによって、
個々のチャンネルのために最少コストで（多値の論理の
個々の値の間の大きな間隔、ひいてはこの値の容易な区
別）、多数の情報を決定することができる。
角度センサ配置構造の場合のために、１つのチャンネル
が本発明に従って多値の論理を有するだけでなく、２つ
以上のチャンネルも多値の論理を有するそれによって、
個々のチャンネルのために最少コストで（多値の論理の
個々の値の間の大きな間隔、ひいてはこの値の容易な区
別）、多数の情報を決定することができる。
【０００９】基準マークが角度マークと異なる面積を有
すると、反射光の場合にも透過光の場合にも、送信信号
の変調が簡単に達成可能である。その際、異なる面積
と、それによって生じる走査信号の値は、多値の論理の
異なる値を示す。この場合、多数の同じ値は先行する角
度マークを示し、偏差を有する少なくとも１つの他の値
は基準マークとしての働きをする。本発明による原理の
一般的な用途では、３値的な論理に制限されず、４値ま
たはそれ以上の値の論理によって、多くの情報を１つの
チャンネルに収容することができる。この面積コーディ
ングは明度コーディングを生じる（例えば暗い−明るい
−２倍明るい）光学式測定方法だけでなく、例えば容量
性方法の場合にも適用可能である。原理的には多値の角
度マークトラックをすべての種類の走査原理、すなわち
容量性、誘導式、光学式、音響式または他の測定方法の
ために実現することができる。
すると、反射光の場合にも透過光の場合にも、送信信号
の変調が簡単に達成可能である。その際、異なる面積
と、それによって生じる走査信号の値は、多値の論理の
異なる値を示す。この場合、多数の同じ値は先行する角
度マークを示し、偏差を有する少なくとも１つの他の値
は基準マークとしての働きをする。本発明による原理の
一般的な用途では、３値的な論理に制限されず、４値ま
たはそれ以上の値の論理によって、多くの情報を１つの
チャンネルに収容することができる。この面積コーディ
ングは明度コーディングを生じる（例えば暗い−明るい
−２倍明るい）光学式測定方法だけでなく、例えば容量
性方法の場合にも適用可能である。原理的には多値の角
度マークトラックをすべての種類の走査原理、すなわち
容量性、誘導式、光学式、音響式または他の測定方法の
ために実現することができる。
【００１０】基準マークが角度マークよりも大きな面積
を有すると、評価がきわめて簡単である。その際、角度
マークからの基準マークの偏差を認識するための閾値は
きわめて簡単に実現および決定可能である。
を有すると、評価がきわめて簡単である。その際、角度
マークからの基準マークの偏差を認識するための閾値は
きわめて簡単に実現および決定可能である。
【００１１】面積コーディングが角度分解能を低下させ
ない形で行われると有利である。この場合、本発明の他
の特徴に従って、基準マークが角度マークに対して半径
方向およびまたは周方向に延長している。それによっ
て、角度分解能を決定する周方向の破線（マーク）幅は
同じであり、基準信号のトリガリングは従来の角度マー
クの間隔と同じ間隔で正確に行われる。
ない形で行われると有利である。この場合、本発明の他
の特徴に従って、基準マークが角度マークに対して半径
方向およびまたは周方向に延長している。それによっ
て、角度分解能を決定する周方向の破線（マーク）幅は
同じであり、基準信号のトリガリングは従来の角度マー
クの間隔と同じ間隔で正確に行われる。
【００１２】その際、基準マークの半径方向延長部が、
円板の周方向において角度マークよりも短い幅を有する
と有利である。基準マークのこの形状によって、受光ウ
インドウによって走査を開始する際に、他のすべての角
度マークと同じエッジ峻度が得られるので、すべてのマ
ークの信号延長形状は重要なトリガリングの時点で同じ
延長形状を有する。“慣用の”角度マークの場合始端エ
ッジが新しい安定した信号値に達した後で初めて、基準
マークが特別に特徴づけられる場合に、付加的な信号増
大が偏差を有する極値に使用されるべきである。これ
は、上記の段階的な破線長さ変化によって達成される。
円板の周方向において角度マークよりも短い幅を有する
と有利である。基準マークのこの形状によって、受光ウ
インドウによって走査を開始する際に、他のすべての角
度マークと同じエッジ峻度が得られるので、すべてのマ
ークの信号延長形状は重要なトリガリングの時点で同じ
延長形状を有する。“慣用の”角度マークの場合始端エ
ッジが新しい安定した信号値に達した後で初めて、基準
マークが特別に特徴づけられる場合に、付加的な信号増
大が偏差を有する極値に使用されるべきである。これ
は、上記の段階的な破線長さ変化によって達成される。
【００１３】これに類似して、本発明の他の実施形に従
い、各々の角度マークが半径方向に配置されかつ互いに
離隔されたそれぞれ少なくとも２つの角度マーク部分か
らなり、この角度マーク部分が円板の周方向においてほ
ぼ同じ幅を有し、基準マークの半径方向延長部がこの両
角度マーク部分を接続する区間からなっていると、上記
の効果が達成可能である。
い、各々の角度マークが半径方向に配置されかつ互いに
離隔されたそれぞれ少なくとも２つの角度マーク部分か
らなり、この角度マーク部分が円板の周方向においてほ
ぼ同じ幅を有し、基準マークの半径方向延長部がこの両
角度マーク部分を接続する区間からなっていると、上記
の効果が達成可能である。
【００１４】例えば機械的な擾乱因子または調整不足に
基づいて、センサの受光ウインドウが角度マークに正確
に平行に向いていないかあるいは正確に平行に向いてい
る場合には、その結果生じる誤差は、角度マークおよび
または基準マークが半径方向において対称に形成されて
いることにより、最小限に抑えられる。角度マークおよ
びまたは基準マークを回転方向に関して対称に、すなわ
ち破線厚さ中心に関して対称に形成すると、マーク付き
円板は両回転方向において、受光ウインドウの方向づけ
エラーに関して比較的に鈍感な同じ信号を供給する。
基づいて、センサの受光ウインドウが角度マークに正確
に平行に向いていないかあるいは正確に平行に向いてい
る場合には、その結果生じる誤差は、角度マークおよび
または基準マークが半径方向において対称に形成されて
いることにより、最小限に抑えられる。角度マークおよ
びまたは基準マークを回転方向に関して対称に、すなわ
ち破線厚さ中心に関して対称に形成すると、マーク付き
円板は両回転方向において、受光ウインドウの方向づけ
エラーに関して比較的に鈍感な同じ信号を供給する。
【００１５】本発明の他の実施形では、角度マークおよ
びまたは基準マークがマーク付き円板の放射線を通す範
囲によって形成されている。これは、マークが光を透過
しない円板の切欠きによって形成されている透過光シス
テムにとって特に有利である。
びまたは基準マークがマーク付き円板の放射線を通す範
囲によって形成されている。これは、マークが光を透過
しない円板の切欠きによって形成されている透過光シス
テムにとって特に有利である。
【００１６】本発明の他の実施形では、角度マークおよ
び基準マークがマーク付き円板上の反射面によって形成
されている。これは反射光での測定の変形であると考え
られる。
び基準マークがマーク付き円板上の反射面によって形成
されている。これは反射光での測定の変形であると考え
られる。
【００１７】この種の測定方法のために、面積コーティ
ングの代わりに、基準マークが角度マークと異なり反射
コーディング、特に角度マークと異なる反射係数を有す
るようにすることができる。その際、面積コーディング
の形状付与にとって適切な考察は、反射コーディングに
も適用可能である。すなわち、反射マークは反射の強い
角度マークによって、例えば反射の強い領域を一体化し
た角度マークによって形成される。それによって、角度
マークと基準マークとの面積偏差によって発生するすべ
ての誤差を完全に回避することができる。
ングの代わりに、基準マークが角度マークと異なり反射
コーディング、特に角度マークと異なる反射係数を有す
るようにすることができる。その際、面積コーディング
の形状付与にとって適切な考察は、反射コーディングに
も適用可能である。すなわち、反射マークは反射の強い
角度マークによって、例えば反射の強い領域を一体化し
た角度マークによって形成される。それによって、角度
マークと基準マークとの面積偏差によって発生するすべ
ての誤差を完全に回避することができる。
【００１８】冒頭に述べた課題は更に、角度センサによ
っても解決される。この角度センサは本発明に従い、マ
ーク付き円板が１つだけのトラックの角度マークを備
え、１個の基準マークまたは各々の基準マークが変調特
性の異なる角度マークによって形成され、角度マークの
トラックの方に向いたそれぞれ１個だけの送光ウインド
ウまたは受光ウインドウが設けられていることを特徴と
する。これは、角度マークの構造で多値論理を実現する
ことを意味する。この論理はセンサ走査と後続の信号評
価を適当に適合させることによって、２つ以上の角度情
報チャンネルから１つの走査センサ装置によって情報を
入手することを可能にする。それによって、走査チャン
ネルの数を低減し、最も良好な場合には１個の走査セン
サ装置に減らすことができる。他方では、複数の測定チ
ャンネルを有する角度センサ構造体の場合には、１つの
チャンネルが本発明に従って多値論理を有するだけでな
く、２つ以上のチャンネルも多値論理を有することがで
きる。従って、個々のチャンネルの少ないコストで（多
値論理の個々の値の間の大きな間隔、それに伴うこの値
の容易な区別）多数の情報を検出することができる。
っても解決される。この角度センサは本発明に従い、マ
ーク付き円板が１つだけのトラックの角度マークを備
え、１個の基準マークまたは各々の基準マークが変調特
性の異なる角度マークによって形成され、角度マークの
トラックの方に向いたそれぞれ１個だけの送光ウインド
ウまたは受光ウインドウが設けられていることを特徴と
する。これは、角度マークの構造で多値論理を実現する
ことを意味する。この論理はセンサ走査と後続の信号評
価を適当に適合させることによって、２つ以上の角度情
報チャンネルから１つの走査センサ装置によって情報を
入手することを可能にする。それによって、走査チャン
ネルの数を低減し、最も良好な場合には１個の走査セン
サ装置に減らすことができる。他方では、複数の測定チ
ャンネルを有する角度センサ構造体の場合には、１つの
チャンネルが本発明に従って多値論理を有するだけでな
く、２つ以上のチャンネルも多値論理を有することがで
きる。従って、個々のチャンネルの少ないコストで（多
値論理の個々の値の間の大きな間隔、それに伴うこの値
の容易な区別）多数の情報を検出することができる。
【００１９】トリガリングを正確にかつすべてのマーク
にとって均一に可能にするために、送光ウインドウまた
は受光ウインドウはマーク付き円板の周方向において角
度マークよりも狭い幅を有する。
にとって均一に可能にするために、送光ウインドウまた
は受光ウインドウはマーク付き円板の周方向において角
度マークよりも狭い幅を有する。
【００２０】第１の実施形では、各々の受光ウインドウ
がマーク付き円板の、関連する送光ウインドウと反対の
側に設けられている。それによって、透光原理の走査セ
ンサ装置を使用することができる。
がマーク付き円板の、関連する送光ウインドウと反対の
側に設けられている。それによって、透光原理の走査セ
ンサ装置を使用することができる。
【００２１】本発明の他の実施形では、各々の受光ウイ
ンドウが関連する送光ウインドウと同じマーク付き円板
の側に設けられている。これにより、角度センサ装置の
構造が更に簡単になるという利点がある。従って、トラ
ンスミッタとレシ−バに至る導体を、同じ保護シースで
敷設可能であり、導体の分割またはトランスミッタとレ
シ−バのための組み込みスペースの増大が回避されるか
または最小限に抑えられる。
ンドウが関連する送光ウインドウと同じマーク付き円板
の側に設けられている。これにより、角度センサ装置の
構造が更に簡単になるという利点がある。従って、トラ
ンスミッタとレシ−バに至る導体を、同じ保護シースで
敷設可能であり、導体の分割またはトランスミッタとレ
シ−バのための組み込みスペースの増大が回避されるか
または最小限に抑えられる。
【００２２】この利点は、本発明の他の特徴に従って、
送光ウインドウと受光ウインドウが一致し、この共通の
ウインドウが、マーク付き円板の方に向いた放射線のた
めの少なくとも１つの出射個所と、マーク付きスクによ
って反射する放射線のための少なくとも入射個所を備え
ていると、最大限に利用可能である。送光ウインドウと
受光ウインドウのこの組み合わせは例えば、送光面積と
受光面積を、多数の小さな点に、好ましく個々の光ファ
イバの入射点または出射点に分割することによって達成
可能である。
送光ウインドウと受光ウインドウが一致し、この共通の
ウインドウが、マーク付き円板の方に向いた放射線のた
めの少なくとも１つの出射個所と、マーク付きスクによ
って反射する放射線のための少なくとも入射個所を備え
ていると、最大限に利用可能である。送光ウインドウと
受光ウインドウのこの組み合わせは例えば、送光面積と
受光面積を、多数の小さな点に、好ましく個々の光ファ
イバの入射点または出射点に分割することによって達成
可能である。
【００２３】上記の角度センサについて、冒頭に述べた
課題を解決するために、本発明に従い、各々の角度マー
クと基準マークについて、先行する角度マークのアナロ
グ極値から、この極値の傾向を継続する極値が決定さ
れ、所定の値だけ変更されて、変調が異なる基準値を示
す閾値として評価ユニットで用いられることを特徴とす
る方法が適している。普通の角度マークに基づく角度位
置の検出は、冒頭に述べたような実証済みの方法に依存
して、すなわち位相と振幅がアナログ入力信号に追従す
る信号を発生し、高速コンパレータによって信号エッジ
においてデジタル角度情報のトリガー点としての交点を
検出することによって有利に行われる。この方法は基準
マークについても同じように適用される。信号レベルの
一時的な変化またはセンサ信号のゼロ点変化等に依存し
ないで、基準マークを残りの角度マークに対して確実に
区別するために、基準位置に関するトリガ電圧の本発明
による連続的なアナログ電子トラッキングが行われる。
この場合、センサ信号の現在の平均値が決定され、トリ
ガ閾値が設定された一定電圧を加算または減算すること
によってあるいは設定された係数を乗算することによっ
て定められる。同様に、小さな一定の加算または減算電
圧によってあるいは適合した乗算係数によって、センサ
信号の極値から出発することもできる。
課題を解決するために、本発明に従い、各々の角度マー
クと基準マークについて、先行する角度マークのアナロ
グ極値から、この極値の傾向を継続する極値が決定さ
れ、所定の値だけ変更されて、変調が異なる基準値を示
す閾値として評価ユニットで用いられることを特徴とす
る方法が適している。普通の角度マークに基づく角度位
置の検出は、冒頭に述べたような実証済みの方法に依存
して、すなわち位相と振幅がアナログ入力信号に追従す
る信号を発生し、高速コンパレータによって信号エッジ
においてデジタル角度情報のトリガー点としての交点を
検出することによって有利に行われる。この方法は基準
マークについても同じように適用される。信号レベルの
一時的な変化またはセンサ信号のゼロ点変化等に依存し
ないで、基準マークを残りの角度マークに対して確実に
区別するために、基準位置に関するトリガ電圧の本発明
による連続的なアナログ電子トラッキングが行われる。
この場合、センサ信号の現在の平均値が決定され、トリ
ガ閾値が設定された一定電圧を加算または減算すること
によってあるいは設定された係数を乗算することによっ
て定められる。同様に、小さな一定の加算または減算電
圧によってあるいは適合した乗算係数によって、センサ
信号の極値から出発することもできる。
【００２４】各々の角度マークと基準マークについて、
先行する角度マークのアナログ明度極値から、この極値
の傾向に対応する極値が決定され、所定の値だけ変更さ
れて、明度が異なる基準値を示す閾値として評価ユニッ
トで用いられると、前述の方法は有利にかつ回路技術的
にきわめて簡単に使用可能である。
先行する角度マークのアナログ明度極値から、この極値
の傾向に対応する極値が決定され、所定の値だけ変更さ
れて、明度が異なる基準値を示す閾値として評価ユニッ
トで用いられると、前述の方法は有利にかつ回路技術的
にきわめて簡単に使用可能である。
【００２５】トランスミッタの電磁放射線の変調が、角
度マークと反射マークによって、反射放射線または透過
放射線の変化の形で行われる、方法を実施する際に、本
発明に従い、強度のアナログ極値が決定および評価され
る。
度マークと反射マークによって、反射放射線または透過
放射線の変化の形で行われる、方法を実施する際に、本
発明に従い、強度のアナログ極値が決定および評価され
る。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に、本発明によるクランク角度
センサシステムの好ましい実施の形態を示す添付の図を
参照して本発明を詳しく説明する。しかし、本発明はこ
の実施の形態に決して限定されない。
センサシステムの好ましい実施の形態を示す添付の図を
参照して本発明を詳しく説明する。しかし、本発明はこ
の実施の形態に決して限定されない。
【００２７】次に、本発明による角度センサの好ましい
用途として、指示技術の基礎として用いられるようなエ
ンジン用クランク角度センサを詳しく説明する。内燃機
関を指示するために、燃焼室内の圧力が測定される。連
続的な圧力曲線を得るために、圧力値をその都度のクラ
ンク軸位置に正確に割り当てなければならない。クラン
ク軸の角速度は周期的な不規則性に基づいて均一ではな
い。従って、時間に基づく各々のデータ記録は、クラン
ク角度に対する正しい割り当てではない。クランク角度
センサは回転数に依存しないで、現在のクランク角度に
対する正しい割り当てを可能にする。更に、上死点を正
しく示すことが必要である。いろいろなタスクに依存し
て、異なる角度分解能が必要である（例えば１〜0.1
°) 。物理的な限界のため、円板の制限された外周にお
ける３６００個のマーク（0.1 °の分解能) の取付けが
不可能であるので、通常は電子的なパルス乗算器（パル
ス逓倍器）が必要である。0.1 〜0.2 の高い分解能は例
えば噴射時点に関する試験またはエンジンノッキングの
詳細試験のために必要である。単なる燃焼室圧力測定ま
たはIMEP計算のためには、1 °の分解能で充分である。
通常は、エンジンにクランク角センサを取付けるために
２つの位置が論議される。クランク軸の自由端部または
エンジンに直結したドライブトレーンである。カム軸ま
たは他の可撓性軸上の取付け位置は、燃焼圧力測定のた
めには回避すべきである。というのは、このような間接
的な測定の場合、遊び（ねじれ）に基づいて、クランク
軸と測定位置との間に大きな誤差が生じ得るからであ
る。普通の測定精度はクランク角度で±0.1 °である。
用途として、指示技術の基礎として用いられるようなエ
ンジン用クランク角度センサを詳しく説明する。内燃機
関を指示するために、燃焼室内の圧力が測定される。連
続的な圧力曲線を得るために、圧力値をその都度のクラ
ンク軸位置に正確に割り当てなければならない。クラン
ク軸の角速度は周期的な不規則性に基づいて均一ではな
い。従って、時間に基づく各々のデータ記録は、クラン
ク角度に対する正しい割り当てではない。クランク角度
センサは回転数に依存しないで、現在のクランク角度に
対する正しい割り当てを可能にする。更に、上死点を正
しく示すことが必要である。いろいろなタスクに依存し
て、異なる角度分解能が必要である（例えば１〜0.1
°) 。物理的な限界のため、円板の制限された外周にお
ける３６００個のマーク（0.1 °の分解能) の取付けが
不可能であるので、通常は電子的なパルス乗算器（パル
ス逓倍器）が必要である。0.1 〜0.2 の高い分解能は例
えば噴射時点に関する試験またはエンジンノッキングの
詳細試験のために必要である。単なる燃焼室圧力測定ま
たはIMEP計算のためには、1 °の分解能で充分である。
通常は、エンジンにクランク角センサを取付けるために
２つの位置が論議される。クランク軸の自由端部または
エンジンに直結したドライブトレーンである。カム軸ま
たは他の可撓性軸上の取付け位置は、燃焼圧力測定のた
めには回避すべきである。というのは、このような間接
的な測定の場合、遊び（ねじれ）に基づいて、クランク
軸と測定位置との間に大きな誤差が生じ得るからであ
る。普通の測定精度はクランク角度で±0.1 °である。
【００２８】軸の自由端に角度マークを取付け、そして
最も近いシリンダに圧力センサを取付けると、最も良好
な結果が得られので好ましい。この位置ではクランク軸
ねじれが最小となる。従って、図１には、クランク軸の
自由端に固定された本発明によるクランク角度センサシ
ステムが示してある。このセンサシステムはフランジ継
手１と、閉鎖されたケーシング２とケーシング２に固定
された支持アーム３を備えている。このケーシング内で
マーク付き円板が回転し、この円板はその表面に取付け
られた７２０個のクランク角度マークと、その間に設け
られた少なくとも１個の基準マークを備えている。支持
アームはエンジンブロックＭに取付けるためのクランプ
装置４を備えている。その際、支持アーム３とクランプ
装置４は、支持アームがクランク軸線に対して垂直な方
向に運動の自由度を有し、クランク軸に対して軸方向と
半径方向においてクランプ装置によってエンジンブロッ
クＭに支持されるように形成されている。代表的な角度
センサは深溝玉軸受に支承された２個のチタン軸ユニッ
トを含み、ケーシング２は好ましくは高力アルミニウム
合金からなっている。支持アーム３はケーシング２の近
くで、薄くて平らな金属板５、すなわち板ばねの形した
金属板として形成されている。従って、支持アーム３は
金属板５の平面から弾性的に変形可能であるがしかし、
金属板５の平面内では剛性を有する。それによって、ケ
ーシング２は、実際に発生する、クランク軸自由端の擂
粉木運動を可能にする。
最も近いシリンダに圧力センサを取付けると、最も良好
な結果が得られので好ましい。この位置ではクランク軸
ねじれが最小となる。従って、図１には、クランク軸の
自由端に固定された本発明によるクランク角度センサシ
ステムが示してある。このセンサシステムはフランジ継
手１と、閉鎖されたケーシング２とケーシング２に固定
された支持アーム３を備えている。このケーシング内で
マーク付き円板が回転し、この円板はその表面に取付け
られた７２０個のクランク角度マークと、その間に設け
られた少なくとも１個の基準マークを備えている。支持
アームはエンジンブロックＭに取付けるためのクランプ
装置４を備えている。その際、支持アーム３とクランプ
装置４は、支持アームがクランク軸線に対して垂直な方
向に運動の自由度を有し、クランク軸に対して軸方向と
半径方向においてクランプ装置によってエンジンブロッ
クＭに支持されるように形成されている。代表的な角度
センサは深溝玉軸受に支承された２個のチタン軸ユニッ
トを含み、ケーシング２は好ましくは高力アルミニウム
合金からなっている。支持アーム３はケーシング２の近
くで、薄くて平らな金属板５、すなわち板ばねの形した
金属板として形成されている。従って、支持アーム３は
金属板５の平面から弾性的に変形可能であるがしかし、
金属板５の平面内では剛性を有する。それによって、ケ
ーシング２は、実際に発生する、クランク軸自由端の擂
粉木運動を可能にする。
【００２９】ケーシング２から、約２ｍの長さの光ファ
イバーケーブル６がセンサ電子装置７まで案内されてい
る。このケーブルは好ましくは２つの分離されたガラス
繊維束からなり、好ましくは金属チューブによって損傷
しないように保護されている。センサ電子装置７は光信
号をアナログ信号に（光／電圧変換）および更にデジタ
ル信号に変換するためのすべての構成要素を備えてい
る。センサ電子装置７の信号伝送は好ましくは、きわめ
て妨害されにくくケーブルを長くすることができるＬＶ
ＤＳ技術（低電圧差信号化）によって行われる。光ファ
イバ式導体６は好ましくはセンサ電子装置７から切離し
可能であり、プラグコネクタを介して回路基板に案内さ
れる。更に、センサ電子装置７から接続ケーブル８がパ
ルス変成器９に案内されている。この場合、ケーブルは
好ましくは特に約５ｍの長さの差込み形であり、直列接
続可能である。受信信号を同期化し、ＴＴＬ信号に変換
するパルス変成器９は分解能を高めるためのパルス乗算
器を備えることができる。パルス変成器は他の接続ケー
ブル１０を介して指示装置に直接接続可能である。必要
であれば、独立したエネルギー供給ユニットを設けるこ
とができる。電気的な構成要素はエンジンに直接接触し
ておらず、従って機械的な作用（振動）にさらされない
ようにかつ熱応力や電気的な妨害に対して有利に保護さ
れるように取付けられている。
イバーケーブル６がセンサ電子装置７まで案内されてい
る。このケーブルは好ましくは２つの分離されたガラス
繊維束からなり、好ましくは金属チューブによって損傷
しないように保護されている。センサ電子装置７は光信
号をアナログ信号に（光／電圧変換）および更にデジタ
ル信号に変換するためのすべての構成要素を備えてい
る。センサ電子装置７の信号伝送は好ましくは、きわめ
て妨害されにくくケーブルを長くすることができるＬＶ
ＤＳ技術（低電圧差信号化）によって行われる。光ファ
イバ式導体６は好ましくはセンサ電子装置７から切離し
可能であり、プラグコネクタを介して回路基板に案内さ
れる。更に、センサ電子装置７から接続ケーブル８がパ
ルス変成器９に案内されている。この場合、ケーブルは
好ましくは特に約５ｍの長さの差込み形であり、直列接
続可能である。受信信号を同期化し、ＴＴＬ信号に変換
するパルス変成器９は分解能を高めるためのパルス乗算
器を備えることができる。パルス変成器は他の接続ケー
ブル１０を介して指示装置に直接接続可能である。必要
であれば、独立したエネルギー供給ユニットを設けるこ
とができる。電気的な構成要素はエンジンに直接接触し
ておらず、従って機械的な作用（振動）にさらされない
ようにかつ熱応力や電気的な妨害に対して有利に保護さ
れるように取付けられている。
【００３０】図２は、マーク付き円板１１とセンサ１３
が互いに分離して取付けられている状況を示している。
例えば締付け板を介して軸に固定された、クランク軸セ
ンサシステムのマーク付き円板１１には、図示のように
角度マークが付けられている。この角度マーク１２は好
ましくは、回転軸線に対して半径方向に向いていてマー
ク付き円板１１の回転軸線に対して同心的に配置された
リムの形をした多数のマークとして形成されている。こ
の場合勿論、トリガリング（起動）のために、少なくと
も１個の基準マークを設けなければならない。本発明に
従って、マーク付き円板１１は１つのトラックの角度マ
ーク１２を備え、基準マークは後述するように、その変
調特性が異なる角度マークによって形成されている。こ
のトラックの角度マーク１２に向き合わせてセンサヘッ
ド１３が設けられている。このセンサヘッドは好ましく
は薄い金属板５に固定されている。センサヘッド１３は
好ましくは少なくとも１つのウインドウ穴１４を備えて
いる。このウインドウ穴自体はセンサヘッド１３を方向
づけることによって、角度マーク１２に対して平行にな
るように方向づけられる。各々のウインドウ穴内に、少
なくとも各々１個の送光ウインドウおよび受光ウインド
ウを形成する１本または２本のライトガイドが達してい
てもよい。
が互いに分離して取付けられている状況を示している。
例えば締付け板を介して軸に固定された、クランク軸セ
ンサシステムのマーク付き円板１１には、図示のように
角度マークが付けられている。この角度マーク１２は好
ましくは、回転軸線に対して半径方向に向いていてマー
ク付き円板１１の回転軸線に対して同心的に配置された
リムの形をした多数のマークとして形成されている。こ
の場合勿論、トリガリング（起動）のために、少なくと
も１個の基準マークを設けなければならない。本発明に
従って、マーク付き円板１１は１つのトラックの角度マ
ーク１２を備え、基準マークは後述するように、その変
調特性が異なる角度マークによって形成されている。こ
のトラックの角度マーク１２に向き合わせてセンサヘッ
ド１３が設けられている。このセンサヘッドは好ましく
は薄い金属板５に固定されている。センサヘッド１３は
好ましくは少なくとも１つのウインドウ穴１４を備えて
いる。このウインドウ穴自体はセンサヘッド１３を方向
づけることによって、角度マーク１２に対して平行にな
るように方向づけられる。各々のウインドウ穴内に、少
なくとも各々１個の送光ウインドウおよび受光ウインド
ウを形成する１本または２本のライトガイドが達してい
てもよい。
【００３１】角度センサの原理的な機能は、図５のａと
ｂに概略的に示すように、センサ電子装置７内に配置さ
れた光源、特に赤外線源に基づいている。この光源は一
方の光ファイバ１５を経て一定の強さの光をマーク付き
円板１１に供給する。反射した光は他方の光ファイバ１
６を経てフォトセルに案内される。このフォトセルは同
様にセンサ電子装置７内に設けられている。図５のａの
実施の形態の場合、角度マーク１２は反射形であり、円
板の残りは光を吸収するように形成されている。図５の
ｂに示した他の実施の形態の場合、例えば穴あき鋼円板
１１ａが使用される。この穴あき鋼円板１１ａはセンサ
と反射鏡の間に挿入される。光は穴を通過し、円板１１
の残りの部分によって通過を阻止される。マーク付き円
板１１または１１ａが回転すると、図７のｂに示すよう
に、正弦に似た光信号Ｓがセンサ電子装置７内のフォト
セルおよび所属の電子機器によって発生する。次に、こ
のアナログ光信号Ｓは、図７のｃに示すように、センサ
電子装置７によってデジタル電気信号Ｄに変換される。
そのために、受信した信号Ｓの振幅が切換え閾値Ｓ′に
よって切断される。両信号Ｓ，Ｓ′の交点は、デジタル
信号Ｄの遷移点である。このデジタル信号は方形であ
り、パルス変成器９に案内される。
ｂに概略的に示すように、センサ電子装置７内に配置さ
れた光源、特に赤外線源に基づいている。この光源は一
方の光ファイバ１５を経て一定の強さの光をマーク付き
円板１１に供給する。反射した光は他方の光ファイバ１
６を経てフォトセルに案内される。このフォトセルは同
様にセンサ電子装置７内に設けられている。図５のａの
実施の形態の場合、角度マーク１２は反射形であり、円
板の残りは光を吸収するように形成されている。図５の
ｂに示した他の実施の形態の場合、例えば穴あき鋼円板
１１ａが使用される。この穴あき鋼円板１１ａはセンサ
と反射鏡の間に挿入される。光は穴を通過し、円板１１
の残りの部分によって通過を阻止される。マーク付き円
板１１または１１ａが回転すると、図７のｂに示すよう
に、正弦に似た光信号Ｓがセンサ電子装置７内のフォト
セルおよび所属の電子機器によって発生する。次に、こ
のアナログ光信号Ｓは、図７のｃに示すように、センサ
電子装置７によってデジタル電気信号Ｄに変換される。
そのために、受信した信号Ｓの振幅が切換え閾値Ｓ′に
よって切断される。両信号Ｓ，Ｓ′の交点は、デジタル
信号Ｄの遷移点である。このデジタル信号は方形であ
り、パルス変成器９に案内される。
【００３２】典型的なパルス変成器９は７２０個のクラ
ンク角度パルスと１つのトリガパルスを供給する。その
際、クランク角度信号を評価するために、好ましくは信
号の負（立下がり）のエッジが使用される。必要な分解
能に依存しておよび後続配置の指示システムに依存し
て、パルス乗算器（デジタル式ＰＬＬタイプ）がパルス
変成器ケース９内に設けられている。分解能はパルス変
成器９のスイッチによって選定可能である。万一の場合
には、必要な乗算回路をパルス変成器９の回路にも統合
することができる。センサユニット１〜７がパルス変成
器９から容易に分離できると有利である。テストセルで
は、時間節約のために、試験エンジンがまだ回転し、次
に試験すべきエンジンがセルの外側で他のセンサユニッ
トの組立てによって既に準備されていると合目的であ
る。
ンク角度パルスと１つのトリガパルスを供給する。その
際、クランク角度信号を評価するために、好ましくは信
号の負（立下がり）のエッジが使用される。必要な分解
能に依存しておよび後続配置の指示システムに依存し
て、パルス乗算器（デジタル式ＰＬＬタイプ）がパルス
変成器ケース９内に設けられている。分解能はパルス変
成器９のスイッチによって選定可能である。万一の場合
には、必要な乗算回路をパルス変成器９の回路にも統合
することができる。センサユニット１〜７がパルス変成
器９から容易に分離できると有利である。テストセルで
は、時間節約のために、試験エンジンがまだ回転し、次
に試験すべきエンジンがセルの外側で他のセンサユニッ
トの組立てによって既に準備されていると合目的であ
る。
【００３３】例えば図５のａによる反射法のために使用
されるマーク付き円板１１は、光を吸収する層と反射す
る角度マーク１２を有するポリカーボンからなってい
る。図６のａとｂに関連して説明するように、技術水準
（図６のａ）のマーク付きディスクの場合角度マーク１
２から分離されたトラック内に設けられている必要な基
準マーク１２ａは本発明では、角度マーク１２のトラッ
クに統合可能である。基準マーク１２ａは本発明に従
い、変調する特性が異なる角度マーク１２によって形成
されている。そのために、基準マーク１２ａは好ましく
は角度マーク１２と異なる面積、特に大きな面積を有す
る。そのために、基準マーク１２ａは図７のａに示すよ
うに、角度マーク１２と比べて半径方向に延長し、必要
な場合にはあるいはその代わりに、周方向に延長してい
る。半径方向の延長は、基準マーク１２ａのところの周
方向の分解能、すなわち角度分解能が、従来の角度マー
ク１２の分解能と変わらないという利点がある。マーク
付き円板１１の他の実施の形態では、マーク付き円板が
レーザ切断された高力鋼製のマーク付き円板として製作
されている。すべての場合、外径は必要な最高回転数と
発生する振動に依存する。
されるマーク付き円板１１は、光を吸収する層と反射す
る角度マーク１２を有するポリカーボンからなってい
る。図６のａとｂに関連して説明するように、技術水準
（図６のａ）のマーク付きディスクの場合角度マーク１
２から分離されたトラック内に設けられている必要な基
準マーク１２ａは本発明では、角度マーク１２のトラッ
クに統合可能である。基準マーク１２ａは本発明に従
い、変調する特性が異なる角度マーク１２によって形成
されている。そのために、基準マーク１２ａは好ましく
は角度マーク１２と異なる面積、特に大きな面積を有す
る。そのために、基準マーク１２ａは図７のａに示すよ
うに、角度マーク１２と比べて半径方向に延長し、必要
な場合にはあるいはその代わりに、周方向に延長してい
る。半径方向の延長は、基準マーク１２ａのところの周
方向の分解能、すなわち角度分解能が、従来の角度マー
ク１２の分解能と変わらないという利点がある。マーク
付き円板１１の他の実施の形態では、マーク付き円板が
レーザ切断された高力鋼製のマーク付き円板として製作
されている。すべての場合、外径は必要な最高回転数と
発生する振動に依存する。
【００３４】基準マーク１２ａの半径方向延長部は、そ
の他の角度マーク１２、ひいては基準マーク１２ａの中
央区間と比べて、円板１１の周方向の幅が狭くなってい
る。従って、図７のｂに示すように、基準マーク１２ａ
におけるアナログ光信号Ｓのエッジ延長形状の始端と終
端が、他の角度マークと変わらない。すなわち、マーク
付き円板上の各々のマーク１２または１２ａについて、
アナログ光信号Ｓの下側範囲には、同じエッジ峻度が生
じる。これは、すべてのマーク１２，１２ａについてデ
ジタル信号Ｄ（図７のｃ参照）の同じ信号形状、ひいて
はマーク付き円板１１の全周にわたって一定の角度分解
能を保証する。すべての角度マーク１２，１２ａにとっ
て同一の最も下側のエッジ延長形状に従って、基準マー
ク１２ａに関するアナログ光信号Ｓの信号レベルは図７
のｂに示すように増大し、最終的に評価閾値Ｂを超え
る。この場合、信号Ｓと評価閾値Ｂの交点によって、デ
ジタル基準信号Ｒ（図７のｄ）の始端と終端が決定され
る。
の他の角度マーク１２、ひいては基準マーク１２ａの中
央区間と比べて、円板１１の周方向の幅が狭くなってい
る。従って、図７のｂに示すように、基準マーク１２ａ
におけるアナログ光信号Ｓのエッジ延長形状の始端と終
端が、他の角度マークと変わらない。すなわち、マーク
付き円板上の各々のマーク１２または１２ａについて、
アナログ光信号Ｓの下側範囲には、同じエッジ峻度が生
じる。これは、すべてのマーク１２，１２ａについてデ
ジタル信号Ｄ（図７のｃ参照）の同じ信号形状、ひいて
はマーク付き円板１１の全周にわたって一定の角度分解
能を保証する。すべての角度マーク１２，１２ａにとっ
て同一の最も下側のエッジ延長形状に従って、基準マー
ク１２ａに関するアナログ光信号Ｓの信号レベルは図７
のｂに示すように増大し、最終的に評価閾値Ｂを超え
る。この場合、信号Ｓと評価閾値Ｂの交点によって、デ
ジタル基準信号Ｒ（図７のｄ）の始端と終端が決定され
る。
【００３５】図８には、角度マーク１２と基準マーク１
２ａの代替的な実施の形態が例示的に示してある。各々
の角度マーク１２′は半径方向に配置され互いに離隔さ
れた少なくとも２つの角度マーク部分からなり、この角
度マーク部分は円板の周方向においてほぼ同じ幅を有す
る。基準マークの半径方向延長部はこの両マーク部分を
接続する区間からなっている。
２ａの代替的な実施の形態が例示的に示してある。各々
の角度マーク１２′は半径方向に配置され互いに離隔さ
れた少なくとも２つの角度マーク部分からなり、この角
度マーク部分は円板の周方向においてほぼ同じ幅を有す
る。基準マークの半径方向延長部はこの両マーク部分を
接続する区間からなっている。
【００３６】図示していない他の実施の形態に従って、
１個または各々の基準マーク１２ａと角度マーク１２の
間の差は、上述の面積コーディングの代わりに、反射コ
ーディングによって生じることができる。特に、角度マ
ーク１２と異なる、好ましくは角度マーク１２よりも大
きな反射マーク１２ａの反射係数によって生じることが
できる。
１個または各々の基準マーク１２ａと角度マーク１２の
間の差は、上述の面積コーディングの代わりに、反射コ
ーディングによって生じることができる。特に、角度マ
ーク１２と異なる、好ましくは角度マーク１２よりも大
きな反射マーク１２ａの反射係数によって生じることが
できる。
【００３７】図９に関連して、例えば基準信号の評価閾
値Ｂを決定するためのきわめて有利な方法を説明する。
多数の角度マーク１２と、変調の質が角度マーク１２と
異なる少なくとも１個の基準マーク１２ａによって得ら
れるアナログ信号Ｓから、信号ドリフトによるこの決
定、マーク付き円板１１の局部的な汚れ等を低減せず
に、この基準マーク１２ａは確実に決定可能であるべき
である。そのために、各角度マーク１２または基準マー
ク１２ａのためのシステムの計算ユニットでは、先行す
る角度マーク１２または基準マーク１２ａのアナログ極
値から、この極値の傾向を継続する極値が決定され、所
定の値だけ変更されて、変調が異なる基準値を示す閾値
Ｂとして使用される。従って、評価閾値Ｂはアナログ信
号Ｓの振幅の極値の傾向に従う。この場合好ましくは、
評価閾値Ｂと信号Ｓの極値の包絡曲線との間の間隔が、
極値の大きさに比例して、特に正比例して変化可能であ
る。この方法は、信号Ｓの強さのアナログ極値の高い処
理速度のためおよびこの信号によって有利に評価され
る。
値Ｂを決定するためのきわめて有利な方法を説明する。
多数の角度マーク１２と、変調の質が角度マーク１２と
異なる少なくとも１個の基準マーク１２ａによって得ら
れるアナログ信号Ｓから、信号ドリフトによるこの決
定、マーク付き円板１１の局部的な汚れ等を低減せず
に、この基準マーク１２ａは確実に決定可能であるべき
である。そのために、各角度マーク１２または基準マー
ク１２ａのためのシステムの計算ユニットでは、先行す
る角度マーク１２または基準マーク１２ａのアナログ極
値から、この極値の傾向を継続する極値が決定され、所
定の値だけ変更されて、変調が異なる基準値を示す閾値
Ｂとして使用される。従って、評価閾値Ｂはアナログ信
号Ｓの振幅の極値の傾向に従う。この場合好ましくは、
評価閾値Ｂと信号Ｓの極値の包絡曲線との間の間隔が、
極値の大きさに比例して、特に正比例して変化可能であ
る。この方法は、信号Ｓの強さのアナログ極値の高い処
理速度のためおよびこの信号によって有利に評価され
る。
【図１】エンジンに取付けられた角度センサシステムの
一部を概略的に示す図である。
一部を概略的に示す図である。
【図２】マーク付き円板とセンサが互いに分離して取付
けられているシステムの概略的な側面図である。
けられているシステムの概略的な側面図である。
【図３】図１のシステムの平面図と部分側面図である。
【図４】図１のシステムの分解図である。
【図５】ａは角度センサの実施の形態、ｂは角度センサ
の代替的な実施の形態を概略的に示す図である。
の代替的な実施の形態を概略的に示す図である。
【図６】ａは技術水準によるマーク付き円板を、ｂは本
発明によるマーク付き円板を示す図である。
発明によるマーク付き円板を示す図である。
【図７】ａは本発明の実施の形態による１つの基準マー
クと共に若干の角度マークを示す図である。ｂは光信号
に対応するアナログ信号を示す図である。ｃとｄはアナ
ログ信号から導き出されたデジタル化された電気的角度
信号とトリガー信号の形状を示す図である。
クと共に若干の角度マークを示す図である。ｂは光信号
に対応するアナログ信号を示す図である。ｃとｄはアナ
ログ信号から導き出されたデジタル化された電気的角度
信号とトリガー信号の形状を示す図である。
【図８】角度マークと所属の基準マークの代替的な形状
を示す図である。
を示す図である。
【図９】角度マークの信号に依存して基準マークの基準
閾値を導き出す原理を示す図である。
閾値を導き出す原理を示す図である。
１１ マーク付き円板
１２，１２′ 角度マーク
１２ａ，１２′ａ 基準マーク
１４ 受光ウインドウ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 クラウス・ライトマイアー
オーストリア国、グラーツ、ビュルガーガ
ッセ、13
Ｆターム(参考） 2F065 AA39 AA40 BB06 BB16 BB27
CC11 DD02 DD14 FF02 FF18
FF23 HH15 JJ01 JJ09 JJ15
LL02 LL12 LL19 LL29 PP13
QQ25 QQ28
2F077 AA38 NN02 NN23 NN28 NN30
PP19 QQ11 TT32 TT35 VV01
2F103 BA10 BA32 BA37 BA43 CA02
DA01 DA13 EA02 EA12 EB01
EB11 EB32 EC08 EC11 FA15
Claims (18)
- 【請求項１】 特に回転軸線に対して半径方向に向いて
いて、特に回転軸線に対して同心的に配置されたリムの
形に設けられた多数の角度マークと、少なくとも１つの
基準マークとを備えた、回転する部品、特に回転軸のた
めの回転角度センサ用のマーク付き円板において、角度
マーク（１２）のトラックが１つだけ設けられ、１個の
基準マークまたは各々の基準マーク（１２ａ）が変調特
性の異なる角度マーク（１２）によって形成されている
ことを特徴とするマーク付き円板。 - 【請求項２】 基準マーク（１２ａ）が角度マーク（１
２）と異なる面積を有することを特徴とする請求項１記
載のマーク付き円板。 - 【請求項３】 基準マーク（１２ａ）が角度マーク（１
２）よりも大きな面積を有することを特徴とする請求項
２記載のマーク付き円板。 - 【請求項４】 基準マーク（１２ａ）が角度マーク（１
２）に対して半径方向およびまたは周方向に延長してい
ることを特徴とする請求項３記載のマーク付き円板。 - 【請求項５】 基準マーク（１２ａ）の半径方向延長部
が、円板（１１）の周方向において角度マーク（１２）
よりも短い幅を有することを特徴とする請求項４記載の
マーク付き円板。 - 【請求項６】 各々の角度マーク（１２′）が半径方向
に配置されかつ互いに離隔されたそれぞれ少なくとも２
つの角度マーク部分からなり、この角度マーク部分が円
板（１１）の周方向においてほぼ同じ幅を有し、基準マ
ーク（１２′ａ）の半径方向延長部がこの両角度マーク
部分を接続する区間からなっていることを特徴とする請
求項４または５記載のマーク付き円板。 - 【請求項７】 角度マークおよびまたは基準マーク（１
２，１２ａ，１２′，１２′ａ）が半径方向において対
称に形成されていることを特徴とする請求項３〜６のい
ずれか一つに記載のマーク付き円板。 - 【請求項８】 角度マークおよびまたは基準マーク（１
２，１２ａ）がマーク付き円板（１１）の放射線を通す
範囲によって形成されていることを特徴とする請求項１
〜７のいずれか一つに記載のマーク付き円板。 - 【請求項９】 角度マークおよび基準マーク（１２，１
２ａ）がマーク付き円板（１１）上の反射面によって形
成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか
一つに記載のマーク付き円板。 - 【請求項１０】 基準マーク（１２ａ）が角度マーク
（１２）と異なり反射コーディング、特に角度マーク
（１２）と異なる反射係数を有することを特徴とする請
求項９記載のマーク付き円板。 - 【請求項１１】 特に回転軸線に対して半径方向に向い
ていて、特に回転軸線に対して同心的に配置されたリム
の形に設けられた多数の角度マークと、少なくとも１つ
の基準マークと、角度マークのための固定された走査ユ
ニットをと有する、回転する部品に連結可能なマーク付
き円板と、電磁放射線の少なくとも１個のトランスミッ
タと、マーク付き円板によって変調された放射線のため
のレシ−バと、評価ユニットに対する接続手段とを備え
た、回転する部品、特に回転軸のための回転角度センサ
において、マーク付き円板が１つだけのトラックの角度
マーク（１２）を備え、１個の基準マークまたは各々の
基準マーク（１２ａ）が変調特性の異なる角度マーク
（１２）によって形成され、角度マーク（１２）のトラ
ックの方に向いたそれぞれ１個だけの送光ウインドウま
たは受光ウインドウ（１４）が設けられていることを特
徴とする角度センサ。 - 【請求項１２】 送光ウインドウまたは受光ウインドウ
（１４）がマーク付き円板（１１）の周方向において角
度マーク（１２）よりも狭い幅を有することを特徴とす
る請求項１１記載の角度センサ。 - 【請求項１３】 受光ウインドウがマーク付き円板（１
１）の、関連する送光ウインドウと反対の側に設けられ
ていることを特徴とする請求項１１または１２記載の角
度センサ。 - 【請求項１４】 各々の受光ウインドウが関連する送光
ウインドウと同じマーク付き円板（１１）の側に設けら
れていることを特徴とする請求項１１または１２記載の
角度センサ。 - 【請求項１５】 送光ウインドウと受光ウインドウ（１
４）が一致し、この共通のウインドウが、マーク付き円
板（１１）の方に向いた放射線のための少なくとも１つ
の出射個所と、マーク付き円板（１１）によって反射す
る放射線のための少なくとも入射個所を備えていること
を特徴とする請求項１４記載の角度センサ。 - 【請求項１６】 アナログ信号から基準信号を決定する
ための方法であって、このアナログ信号が多数のマーク
付き円板と、変調の質がマーク付き円板と異なる少なく
とも１個の反射マークとによる送信信号の変調によって
得られ、変調された信号がレシ−バによって受信され、
評価ユニットに供給され、必要な場合には更にデジタル
化される、方法において、各々の角度マークと基準マー
クについて、先行する角度マークのアナログ極値から、
この極値の傾向を継続する極値が決定され、所定の値だ
け変更されて、変調が異なる基準値を示す閾値として評
価ユニットで用いられることを特徴とする方法。 - 【請求項１７】 各々の角度マークと基準マークについ
て、先行する角度マークのアナログ明度極値から、この
極値の傾向に対応する極値が決定され、所定の値だけ変
更されて、明度が異なる基準値を示す閾値として評価ユ
ニットで用いられることを特徴とする請求項１６記載の
方法。 - 【請求項１８】 トランスミッタ（４１）の電磁放射線
の変調が、角度マークと反射マークによって、反射放射
線または透過放射線の変化の形で行われる、請求項１６
または１７記載の方法において、強度のアナログ極値が
決定および評価されることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT394/2001 | 2001-05-17 | ||
| AT0039401U AT4976U1 (de) | 2001-05-17 | 2001-05-17 | Markenscheibe für einen drehwinkelaufnehmer, winkelaufnehmer für rotierende bauteile sowie verfahren zur ermittlung eines referenzwertes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003042802A true JP2003042802A (ja) | 2003-02-13 |
| JP4512308B2 JP4512308B2 (ja) | 2010-07-28 |
Family
ID=3489422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002142779A Expired - Fee Related JP4512308B2 (ja) | 2001-05-17 | 2002-05-17 | 回転角度センサ用マーク付き円板及び角度センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6844542B2 (ja) |
| EP (1) | EP1258711B1 (ja) |
| JP (1) | JP4512308B2 (ja) |
| AT (1) | AT4976U1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112683163A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-20 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种适用于视觉测量相机的绝对位姿测量精度评估方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4671360B2 (ja) * | 2003-01-16 | 2011-04-13 | ヤスカワ・ヨーロップ・テクノロジー・リミテッド | 光学エンコーダ |
| FR2876181B1 (fr) * | 2004-10-04 | 2007-05-11 | Optel Thevon Sa | Dispositif de controle de la position angulaire d'une machine tournante |
| WO2006113483A2 (en) * | 2005-04-15 | 2006-10-26 | Schering Corporation | Methods and compositions for treating or preventing cancer |
| AT8256U3 (de) * | 2005-12-29 | 2007-01-15 | Avl List Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum bereitstellen eines hochaufgelösten winkelmarkensignals |
| JP4953653B2 (ja) * | 2006-02-15 | 2012-06-13 | 株式会社ミツトヨ | 光電式エンコーダ |
| FR2930988B1 (fr) * | 2008-05-06 | 2010-06-18 | Snr Roulements Sa | Codeur comprenant un moyen d'indexation d'une singularite par rapport a l'armature |
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