WO2008071426A1 - Method and device for the self-calibration of circle segments - Google Patents

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WO2008071426A1
WO2008071426A1 PCT/EP2007/010928 EP2007010928W WO2008071426A1 WO 2008071426 A1 WO2008071426 A1 WO 2008071426A1 EP 2007010928 W EP2007010928 W EP 2007010928W WO 2008071426 A1 WO2008071426 A1 WO 2008071426A1
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Reinhard Probst
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND, vertr. d. d. BUNDESMINISTERIUM Für WIRTSCHAFT UND TECHNOLOGIE, dieses vert. d. d. PRÄSIDENTEN DER PHYSIKALISCH-TECHNISCHEN BUNDESANSTALT
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    • G01D5/3473Circular or rotary encoders

Definitions

  • the invention relates to a method for the self-calibration of pitch circles for the angular measurement of an object rotatably mounted about an axis, in which the pitch circle is divided into a number N of substantially uniform pitch intervals.
  • the invention relates to a device for self-calibration of pitch circles for the angular measurement of an object rotatably mounted about an axis.
  • the pitch deviations can be more or less compensated for by mounting several, generally at least 2 diametrically arranged scanning heads on the circumference of the pitch circle. For this purpose, the sum is formed via the discrete measured values of the scanning heads and thus certain components of the pitch deviation are eliminated. It applies the mathematical law that a number of R scanning heads arranged evenly over the scale of division cancel in their measured value sum all Fourier coefficients or harmonics of the pitch deviations, except for those of the order R, 2R, 3R, discrete Fourier spectrum be filtered out.
  • the object of the present invention is therefore to provide a self-calibration method for pitch circles in angle measurement technology and for related applications, which manages with a relatively small number of scanning heads and with which the pitch deviations can be determined quickly and efficiently.
  • a further object of the present invention is to provide a device for the self-calibration of sub-circuits in angle measurement technology and for related applications, which manages with a relatively small number of scanning heads and with which the division deviations can be determined quickly and efficiently.
  • the inventive method for self-calibration of pitch circles for the angle measurement makes it possible to quickly and efficiently determine the pitch deviations in a relatively high pitch with a relatively small number of scanheads (a scanhead is also a sensor) in only a partial cycle.
  • the calibration and recalibration of partial circuits can also be done in the installed state. There is thus no expansion of the pitch circle required, which then in a laboratory by conventional calibration, such. B. rosette method, is calibrated.
  • the self-calibration method according to the invention avoids uncertainties which in conventional comparison measuring devices are avoided by the mechanical coupling to the common axis of rotation are inevitable.
  • the inventive method for industrial use is particularly suitable.
  • the pitch deviation differences are determined from a plurality of successive pitch cycles with only one scanhead located on the pitch circle, where R pitch circles with one another
  • the pitch intervals are read out and latched by the scanhead for each pitch recirculation.
  • tooth flanks of a gear with a probe as a sensor or the surfaces of a mirror polygon can be measured with an autocollimator as a sensor.
  • the mutual angular distance of the partial circulation circuits is achieved by a corresponding change in angle between the pitch circle and the scanning head by means of an adjusting mechanism.
  • the individual pitch cycles must be reproducible only at an angle for reading out the pitch intervals, but may contain unknown systematic angle errors, since these are eliminated in the calculation of the pitch deviation differences.
  • This embodiment has the advantage that it manages with only one scanning head. Thus, the process can be carried out space-saving and with low equipment costs.
  • the pitch deviation differences are determined with R equally spaced around the pitch scanhead and at least one reference scanhead with the reference scanhead located on the pitch circle at a 360 % angular separation from one of the other scanheads.
  • all divisional intervals in a single pitch cycle are read out simultaneously from all the scanheads, and the divisional deviation differences are determined therefrom.
  • the transformations from the spatial domain into the frequency domain are advantageously performed by means of discrete Fourier transformation and the transformations from the frequency domain to the spatial domain by means of inverse discrete Fourier transformation.
  • an FFT variant FFT: Fast Fourier Transform
  • LH Thomas Using a computer to solve problems in physics
  • IJ Good The interaction algorithm and practical Fourier analysis "in J. Roy. Statist. So ⁇ , ser. B, vol. 20. pp.361-372, 1958; Addendum, vol.22, 1960, pp.372-375.
  • This variant is based on the following one-to-one decomposition of an index k into an index pair (k o , k,):
  • the pitch deviation differences d k can be determined against an average of pitch deviations and defined as follows:
  • f k is the pitch deviations and f k is an arithmetic mean over R equally distributed pitch deviations.
  • the pitch deviation differences d k ⁇ > k ⁇ are preferably according to the following
  • the object is further achieved by a device for calibrating a pitch circle for the angular measurement of an object rotatably mounted about an axis, which is configured to carry out the method according to one of claims 1 to 9, comprising at least one scanning head, a data memory and an evaluation unit.
  • a pitch circle in the installed state can be easily self-calibrated. Good results, which are sufficient for most industrial applications, can already be achieved with a very small number of scanning heads.
  • the calculations for the method are simple and not very compute-intensive, so that the device can be realized with a simple and cost-effective data memory and a simple and cost-effective evaluation unit, for example a microcontroller or a processor.
  • FIG. 1 shows a first pitch circle
  • FIG. 2 shows a further partial circle
  • FIG. 4 shows the pitch circle from FIG. 2 in the frequency domain.
  • FIG. 1 shows a partial circle 1.
  • the pitch circle 1 has an angular pitch 2 with six pitch intervals 3.
  • the pitch deviations ⁇ k (0 ⁇ k ⁇ 5) occur in both clockwise and counterclockwise directions, which is indicated by the differently oriented arrows along the circumference of the circle.
  • the differently sized graduation intervals 3 result in an angle measurement to deviations from the actual angle.
  • FIG. 2 schematically shows a device 5 according to the invention for calibrating a pitch circle 6.
  • the pitch circle 6 has twelve pitch intervals 7. On the circumference of the pitch circle 6, three scanning AK 0 , AKi and AK 2 are arranged at the same angular distance from each other. The angles between adjacent scanning heads AKo, AKi and AK 2 are 120 °.
  • the measured values of the scanning heads AK 0 , AKi and AK 2 and the reference scanning head AKs are transmitted via a suitable wired or wireless data connection to a computer unit, not shown.
  • the computer unit comprises a data memory for storing the measured values and further data, such as intermediate results, as well as an evaluation unit which processes the measured values according to the method according to the invention.
  • the computer unit 16 for controlling the rotation of the pitch circle 6 set. This can be done for example via an electric motor, not shown.
  • the three scanning heads AK 0 , AKi and AK 2 are respectively read in difference from the reference scanning head AKs, whereby measured value differences are obtained.
  • the Referenzabtastkopfes AKs serves as a clock. At each clock, the arithmetic mean of the measured value differences is formed. The mean value describes a triangular pitch circle with its position relative to the reference scanning head AKs.
  • the index k is decomposed in the space according to Thomas and Good into an index pair (k o , k ⁇ ).
  • the values of the index k are in FIG. 3 inside the circle circumference 9 in FIG.
  • This function represents a function in the frequency domain with respect to the index i ⁇ and a function in the position space with respect to the index k x .

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Abstract

The invention relates to a self-calibration of a circle segment (1, 6) for measuring the angle of a rotatably mounted object, in which the circle segment (1, 6) is divided into a number N of uniform graduation intervals (7), which self-calibration can be carried out with little effort in the installed state of the object and is characterized by the following steps: a) the circle segment (1, 6) is factorized into a first and a second circle subsegment to form the integer factors R and S which have no common divider, where N = R*S; b) a graduation deviation difference dk is determined for each graduation interval (7); c) the d4 are transformed from the space domain into the frequency domain with respect to the first circle subsegment; d) these are used to calculate transformation coefficients F'nl,kl for graduation deviations fk with respect to the first circle subsegment; e) the F'nl,kl are transformed from the space domain into the frequency domain with respect to the second circle subsegment, thus obtaining transformation coefficients Fn0,nl for the graduation deviations fk with respect to the circle segment (1, 6); f) the Fn0,nl are transformed from the frequency domain into the space domain, thus obtaining the graduation deviations fk.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Selbstkalibrierung von Teilkreisen Method and device for self-calibration of subcircuits
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Selbstkalibrierung von Teilkreisen für die Winkelmessung eines um eine Achse drehbar gelagerten Objektes, bei dem der Teilkreis in eine Anzahl N im Wesentlichen gleichmäßiger Teilungsintervalle geteilt ist.The invention relates to a method for the self-calibration of pitch circles for the angular measurement of an object rotatably mounted about an axis, in which the pitch circle is divided into a number N of substantially uniform pitch intervals.
Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Selbstkalibrierung von Teilkreisen für die Winkelmessung eines um eine Achse drehbar gelagerten Objektes.Furthermore, the invention relates to a device for self-calibration of pitch circles for the angular measurement of an object rotatably mounted about an axis.
Teilkreise sind Winkelmaßverkörperungen, bei denen ein Kreis in eine definierte Anzahl N von Teilungsintervallen gleichmäßig und messbar geteilt ist. Sie bilden die Grundlage der Winkelmesstechnik durch Rückführung auf den Vollwinkel 2π rad=360° und sind überwiegend als radiale Gitterteilscheiben in Winkelencodern und in Messgeräten, wie z. B. Theodoliten, gebräuchlich. Auch durch Flächenkreisteilungen wie Spiegelpolygone oder Zahnräder werden Teilkreise gebildet.Subcircles are angle specimens in which a circle is divided equally and measurably into a defined number N of pitch intervals. They form the basis of the angle measurement technique by returning to the full angle 2π rad = 360 ° and are predominantly used as radial grating washers in angle encoders and in measuring devices such. B. Theodolites, in use. Also by area circle divisions such as mirror polygons or gears partial circles are formed.
Die herstellungs- und montagebedingten Teilungsabweichungen in Folge von Unregelmäßigkeiten der Teilungsintervalle, Exzentrizität der Teilscheibe und Rundheitsabweichungen der Drehachse führen zu einer nur im Wesentlichen gleichmäßigen Teilung des Teilkreises in Teilungsintervalle. Die Teilungsabweichungen lassen sich durch Anbringen von mehreren, im Allgemeinen mindestens 2 diametral angeordneten Abtastköpfen auf dem Umfang des Teilkreises mehr oder weniger kompensieren. Hierzu wird die Summe über die diskreten Messwerte der Abtastköpfe gebildet und somit bestimmte Komponenten der Teilungsabweichung eliminiert. Es gilt die mathematische Gesetzmäßigkeit, dass eine Anzahl von R gleichmäßig über dem Tei- lungsumfang angeordnete Abtastköpfe in ihrer Messwertsumme alle Fourierkoeffi- zienten oder Harmonischen der Teilungsabweichungen auslöschen, bis auf diejenigen der Ordnung R,2R,3R,... , die aus dem diskreten Fourierspektrum herausgefiltert werden. Diese Technik wird bei genauen kommerziellen Winkelmessgeräten bis zu höchstens R = A Abtastköpfen angewandt. Bei Verwendung herkömmlicher Amplitudengitter wird hiermit eine Genauigkeit der Winkelmessung von etwa 0,5" erreicht. Die Anforderungen an die Genauigkeit von Winkelmessungen nehmen auf vielen Gebieten wie der Astronomie, der Optik und der Lasertechnik sowie der Mikro- und Nanotechnik ständig zu. Mit Phasengittertechnik oder holografisch hergestellten Gittern können heute Winkelmessgeräte mit wesentlich höherer Teilungszahl, verbesserter Signalqualität und höherer elektronischer Interpolation hergestellt werden, mit denen im Prinzip eine Verringerung der Messunsicherheit auf weniger als 0,1" erreichbar ist. Allerdings gelingt dies nur mit aufwendigen Kalibrierverfahren und dem Einhalten sehr enger Montagetoleranzen. Zur Selbstkalibrierung dieser Teilkreise werden so genannte Selbstkalibrierverfahren eingesetzt. Bei diesen handelt es sich um Kalibrierverfahren, bei denen sich die Teilkreise durch eine bestimmte Anordnung von Abtastköpfen selbst kalibrieren. Hierzu werden Differenzen und Summen der Messwerte der Abtastköpfe bestimmt und ausgewertet. Diese Verfahren sind jedoch aufwendig und unwirtschaftlich, so dass sie sich für eine industrielle Anwendung nicht eignen.The manufacturing and assembly-related pitch deviations due to irregularities of the pitch intervals, eccentricity of the disc and roundness deviations of the axis of rotation lead to a substantially uniform division of the pitch circle in pitch intervals. The pitch deviations can be more or less compensated for by mounting several, generally at least 2 diametrically arranged scanning heads on the circumference of the pitch circle. For this purpose, the sum is formed via the discrete measured values of the scanning heads and thus certain components of the pitch deviation are eliminated. It applies the mathematical law that a number of R scanning heads arranged evenly over the scale of division cancel in their measured value sum all Fourier coefficients or harmonics of the pitch deviations, except for those of the order R, 2R, 3R, discrete Fourier spectrum be filtered out. This technique is used on accurate commercial angle encoders up to a maximum of R = A scanheads. When using conventional amplitude gratings, an accuracy of the angle measurement of about 0.5 "is achieved. The accuracy requirements of angle measurements are steadily increasing in many fields, such as astronomy, optics and laser technology, as well as micro and nanotechnology. With phase grating technology or holographically produced gratings today angle measuring devices can be produced with significantly higher pitch, improved signal quality and higher electronic interpolation, which in principle a reduction of the measurement uncertainty can be achieved to less than 0.1 "However, this is only possible with elaborate calibration and the Maintaining very tight mounting tolerances Self-calibrating these subcircuits uses so-called self-calibration techniques, which are calibration procedures in which the subcircuits calibrate themselves through a particular array of scanning heads by determining and evaluating the differences and sums of the readhead readings. However, these methods are expensive and uneconomical, so they are not suitable for industrial application.
Ein Verfahren zur Selbstkalibrierung von Teilkreisen, das auf dem vorgenannten Prinzip beruht, ist in dem Artikel „Six Nanoradian in 2π Radian - A Primary Standard for Angle Measurement" von R. Probst und M. Krause, in Proc. of 2nd euspen International Conference - Turin, Italy - May 27th - 31 st, 2001 , beschrieben. Bei dem dort vorgestellten Verfahren sind 16 Abtastköpfe um den Teilkreis angeordnet, von denen 8 Abtastköpfe für die Winkelmessung und weitere 8 Abtastköpfe allein für die Selbstkalibrierung zusammen mit den ersten 8 verwendet werden. 16 Abtastköpfe sind für einen industriellen Einsatz nicht geeignet.A method for self-calibration of subcircuits based on the aforementioned principle is described in the article "Six Nanoradians in 2π Radian - A Primary Standard for Angle Measurement" by R. Probst and M. Krause, in the Proc. Of 2 nd euspen International Conference - Turin, Italy - May 27 th - st 31, 2001. In the process presented therein 16 scanning heads are arranged around the pitch circle, from which 8 scanheads for angle measurement and another 8 scanheads used alone for the self-calibration, together with the first. 8 16 readheads are not suitable for industrial use.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Selbstkalibrierverfahren für Teilkreise in der Winkelmesstechnik und für verwandte Anwendungen bereitzustellen, das mit einer relativ geringen Anzahl von Abtastköpfen auskommt und mit dem sich die Teilungsabweichungen schnell und effizient ermitteln lassen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung für die Selbstkalibrierung von Teilkreisen in der Winkelmesstechnik und für verwandte Anwendungen bereitzustellen, das mit einer relativ geringen Anzahl von Abtastköpfen auskommt und mit dem sich die Teilungsabweichungen schnell und effizient ermitteln lassen. Die Aufgabe wird durch ein eingangs erwähntes Verfahren erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:The object of the present invention is therefore to provide a self-calibration method for pitch circles in angle measurement technology and for related applications, which manages with a relatively small number of scanning heads and with which the pitch deviations can be determined quickly and efficiently. A further object of the present invention is to provide a device for the self-calibration of sub-circuits in angle measurement technology and for related applications, which manages with a relatively small number of scanning heads and with which the division deviations can be determined quickly and efficiently. The object is achieved by a method mentioned above according to the invention by the following steps:
a) Der Teilkreis wird in einen ersten und einen zweiten Unterteilkreis zu den ganzzahligen, teilerfremden Faktoren R bzw. S , mit N = R -S , faktorzerlegt; b) Für jedes Teilungsintervall wird eine Teilungsabweichungs-Differenz dk ermittelt; c) Die Teilungsabweichungs-Differenzen dk werden bezüglich des erstena) The pitch circle is factored into a first and a second subcircuit to the integer, non-divisive factors R and S, respectively, where N = R -S; b) For each division interval a division deviation difference d k is determined; c) The pitch deviation differences d k are relative to the first
Unterteilkreises vom Ortsraum in den Frequenzraum transformiert; d) Aus dem Transformationsergebnis werden Transformations- Koeffizienten Fn k von Teilungsabweichungen fk bezüglich des erstenSubcircuit transformed from the spatial domain into the frequency domain; d) From the transformation result, transformation coefficients F nk of pitch deviations f k with respect to the first
Unterteilkreises berechnet; e) Die Transformations-Koeffizienten Fn k der Teilungsabweichungen fk bezüglich des einen Unterteilkreises werden bezüglich des zweiten Unterteilkreises vom Ortsraum in den Frequenzraum transformiert, wodurch Transformations-Koeffizienten Fn n der Teilungsabweichungen fk bezüglich des Teilkreises erhalten werden; f) Die Transformations-Koeffizienten Fn n der Teilungsabweichungen fk bezüglich des Teilkreises werden vom Frequenzraum in den Ortsraum transformiert, wodurch die Teilungsabweichungen fk erhalten werden.Subcircuit calculated; e) The transform coefficients F nk the pitch deviations f k with respect to one base circle are transformed into the frequency domain with respect to the second sub-part circuit from the spatial domain, thereby transform coefficients F of the pitch circle are obtained nn the pitch deviations f k with respect to; f) The transform coefficients F nn of the pitch deviations f k with respect to the pitch circle are transformed from the frequency space to the space space, whereby the pitch deviations f k are obtained.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Selbstkalibrierung von Teilkreisen für die Winkelmessung ermöglicht es, mit einer relativ geringen Anzahl von Abtastköpfen (unter einem Abtastkopf ist auch ein Sensor zu verstehen) in nur einem Teilkreisumlauf die Teilungsabweichungen in einer relativ hohen Teilungszahl schnell und effizient zu ermitteln. Die Kalibrierung und Rekalibrierung von Teilkreisen kann zudem im Einbauzustand erfolgen. Es ist somit kein Ausbau des Teilkreises erforderlich, der dann in einem Labor durch herkömmliche Kalibrierverfahren, wie z. B. Rosettenverfahren, kalibriert wird. Das erfindungsgemäße Selbstkalibrierverfahren vermeidet Unsicherheiten, die bei herkömmlichen Vergleichsmessgeräten durch die mechanische An- kopplung an die gemeinsame Drehachse unvermeidlich sind. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren für den industriellen Einsatz besonders geeignet.The inventive method for self-calibration of pitch circles for the angle measurement makes it possible to quickly and efficiently determine the pitch deviations in a relatively high pitch with a relatively small number of scanheads (a scanhead is also a sensor) in only a partial cycle. The calibration and recalibration of partial circuits can also be done in the installed state. There is thus no expansion of the pitch circle required, which then in a laboratory by conventional calibration, such. B. rosette method, is calibrated. The self-calibration method according to the invention avoids uncertainties which in conventional comparison measuring devices are avoided by the mechanical coupling to the common axis of rotation are inevitable. Thus, the inventive method for industrial use is particularly suitable.
Bevorzugt sollte R eine möglichst kleine Zahl (z. B. R =2 oder 3) sein, während S deutlich größer sein kann, aber keinen gemeinsamen Teiler >1 mit R aufweisen darf.Preferably, R should be as small a number as possible (eg R = 2 or 3), while S can be significantly larger, but must not have a common divisor> 1 with R.
In einer Ausführungsform werden die Teilungsabweichungs-Differenzen aus mehreren aufeinander folgenden Teilkreisumläufen mit nur einem Abtastkopf ermittelt, der an dem Teilkreis angeordnet ist, wobei R Teilkreisumläufe mit einem gegenseitigenIn one embodiment, the pitch deviation differences are determined from a plurality of successive pitch cycles with only one scanhead located on the pitch circle, where R pitch circles with one another
Winkelabstand des Abtastkopfes von 360% und ein Teilkreisumlauf mit einem Win¬Angular distance of the scanning head of 360 % and a pitch circle circulation with a Win¬
kelabstand des Abtastkopfes von 360% in Bezug auf einen der anderen Teilkreis- umlaufe durchgeführt werden.Scanning distance of the scanning head of 360 % with respect to one of the other circular recirculation.
Bei dieser Ausführungsform werden die Teilungsintervalle von dem Abtastkopf für jeden Teilkreisumlauf ausgelesen und zwischengespeichert. Neben dem Auslesen einer Gitterteilscheibe mit dem Abtastkopf können beispielsweise Zahnflanken eines Zahnrades mit einem Messtaster als Sensor oder die Flächen eines Spiegelpolygons mit einem Autokollimator als Sensor gemessen werden. Der gegenseitige Winkelabstand der Teilkreisumläufe wird durch eine entsprechende Winkeländerung zwischen Teilkreis und Abtastkopf mit Hilfe eines Verstellmechanismus erzielt. Die einzelnen Teilkreisumläufe müssen zum Auslesen der Teilungsintervalle nur im Winkel reproduzierbar sein, können jedoch unbekannte systematische Winkelfehler enthalten, da diese bei der Berechnung der Teilungsabweichungs-Differenzen eliminiert werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie mit nur einem Abtastkopf auskommt. Damit kann das Verfahren Platz sparend und mit geringem Geräteaufwand durchgeführt werden.In this embodiment, the pitch intervals are read out and latched by the scanhead for each pitch recirculation. In addition to the readout of a lattice slice with the scanning, for example, tooth flanks of a gear with a probe as a sensor or the surfaces of a mirror polygon can be measured with an autocollimator as a sensor. The mutual angular distance of the partial circulation circuits is achieved by a corresponding change in angle between the pitch circle and the scanning head by means of an adjusting mechanism. The individual pitch cycles must be reproducible only at an angle for reading out the pitch intervals, but may contain unknown systematic angle errors, since these are eliminated in the calculation of the pitch deviation differences. This embodiment has the advantage that it manages with only one scanning head. Thus, the process can be carried out space-saving and with low equipment costs.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Teilungsabweichungs-Differenzen mit R gleichmäßig um den Teilkreis angeordneten Abtastköpfen und wenigstens einem Referenz-Abtastkopf ermittelt, wobei der Referenz-Abtastkopf an dem Teilkreis in einem Winkelabstand von 360% von einem der anderen Abtastköpfe angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform werden alle Teilungsintervalle in einem einzigen Teilkreisumlauf von allen Abtastköpfen gleichzeitig ausgelesen und daraus die Teilung- sabweichungs-Differenzen ermittelt. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren in sehr kurzer Zeit durchführen.In another embodiment, the pitch deviation differences are determined with R equally spaced around the pitch scanhead and at least one reference scanhead with the reference scanhead located on the pitch circle at a 360 % angular separation from one of the other scanheads. In this embodiment, all divisional intervals in a single pitch cycle are read out simultaneously from all the scanheads, and the divisional deviation differences are determined therefrom. Thus, the method according to the invention can be carried out in a very short time.
Die Auslesungen der Teilungsintervalle liefern diskrete Messwerte. Deshalb werden die Transformationen vom Ortsraum in den Frequenzraum zweckmäßig mittels diskreter Fouriertransformation und die Transformationen vom Frequenzraum in den Ortsraum mittels inverser diskreter Fouriertransformation durchgeführt.The readings of the division intervals provide discrete measured values. Therefore, the transformations from the spatial domain into the frequency domain are advantageously performed by means of discrete Fourier transformation and the transformations from the frequency domain to the spatial domain by means of inverse discrete Fourier transformation.
Vorzugsweise wird für die Fouriertransformation eine FFT-Variante (FFT: Fast Fou- rier Transform) von L. H. Thomas „Using a Computer to solve problems in physics" in Application of Digital Computers, Boston, Mass.: Ginn, 1963, und I. J. Good „The in- teraction algorithm and practical Fourier analysis" in J. Roy. Statist. Soα, ser. B, vol. 20. pp.361 - 372, 1958; Addendum, vol.22, 1960, pp.372 - 375, verwendet. Diese Variante beruht auf folgender eineindeutiger Zerlegung eines Index k in ein Indexpaar (ko,k,) :Preferably, for the Fourier transformation, an FFT variant (FFT: Fast Fourier Transform) by LH Thomas "Using a computer to solve problems in physics" in Application of Digital Computers, Boston, Mass .: Ginn, 1963, and IJ Good " The interaction algorithm and practical Fourier analysis "in J. Roy. Statist. Soα, ser. B, vol. 20. pp.361-372, 1958; Addendum, vol.22, 1960, pp.372-375. This variant is based on the following one-to-one decomposition of an index k into an index pair (k o , k,):
k = (R-Rsk0 + S-SRkι)moάN, 0≤k≤N-l mit k0=kmoάS, O≤ko≤S-l k^kmoάR, O≤^≤R-l und den Bestimmungsgleichungenk = (RR s k 0 + SS R k ι ) moάN, 0≤k≤Nl with k 0 = kmoάS, O≤k o ≤Sl k ^ kmoάR, O≤ ^ ≤Rl and the equations of determination
S SR=lmodR, SR<RSS R = lmodR, S R <R
R Rs=lmoάS, RS<S.RR s = lmoάS, R s <S.
Werden die Teilungsintervalle zunächst durch den Index k indiziert, so führt die vorstehende Zerlegung des Index k in das Indexpaar (Jt0, £,) zu einer für das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaften Faktorzerlegung des Teilkreises N in den ersten Unterteilkreis S zu dem Index k0 und den zweiten Unterteilkreis R zu dem Index A1. Die Teilungsabweichungs-Differenzen dk können gegen einen Mittelwert von Teilungsabweichungen ermittelt und wie folgt definiert werden:If the division intervals are first indexed by the index k, the above decomposition of the index k into the index pair (Jt 0 , £) leads to a factorization of the pitch circle N, which is particularly advantageous for the method according to the invention, into the index k 0 and the second sub-pitch circle R to the index A 1 . The pitch deviation differences d k can be determined against an average of pitch deviations and defined as follows:
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001
wobei fk die Teilungsabweichungen und fk ein arithmetischer Mittelwert über R gleichverteilte Teilungsabweichungen sind.where f k is the pitch deviations and f k is an arithmetic mean over R equally distributed pitch deviations.
Die Faktorzerlegung nach Thomas und Good führt zu der folgenden für die Berechnungen vorteilhaften Indizierung für die Teilungsabweichungs-Differenzen dk :The factor decomposition according to Thomas and Good leads to the following indexing advantageous for the calculations for the pitch deviation differences d k :
i r r ö '^i ^ kQ +R,Kγ -' ftQi r ö ^ kQ + R, Kγ - 'ftQ
R-IR-I
_ 1_ 1
Jk0 R 2-, Jk0^1 Jk 0 R 2-, Jk 0 ^ 1
Ar1 =OAr 1 = O
Die Teilungsabweichungs-Differenzen dkι> kχ werden vorzugsweise nach folgenderThe pitch deviation differences d kι> kχ are preferably according to the following
Vorschrift bezüglich des ersten Unterteilkreises S in den Frequenzraum transformiert:Regulation with respect to the first subcircuit S transformed into the frequency domain:
S-I D' k = Y dk k - W"llCo 0 < U1 ≤ S - 1SI D ' k = Y d kk - W " llCo 0 <U 1 ≤ S - 1
Ar0 =OAr 0 = O
mit Ws = e /s .with W s = e / s .
Hierbei wurde die Faktorzerlegung von Thomas und Good ausgenutzt und die diskrete Fouriertransformation für periodische Funktionen angewandt.The factor decomposition of Thomas and Good was exploited and the discrete Fourier transform was used for periodic functions.
Der Index n im Frequenzraum ist entsprechend dem Index k im Ortsraum nach folgender Vorschrift in ein Indexpaar (no,nλ) zerlegt: n = (S-n0 + R-nι)moάN, O≤n≤N-l no=n mod R, O≤no≤R-l
Figure imgf000009_0001
1
The index n in the frequency domain is decomposed according to the index k in the space according to the following rule into an index pair (n o , n λ ): n = (0 + Sn Rn ι) moάN, O≤n≤Nl n o = n mod R, o O≤n ≤Rl
Figure imgf000009_0001
1
Diese Zuordnung ist ebenfalls eineindeutig, wodurch auch die inverse diskrete Fou- riertransformation vom Frequenzraum in den Ortsraum eindeutig definiert ist.This assignment is likewise unambiguous, as a result of which the inverse discrete Fourier transformation from the frequency domain to the spatial unit is also clearly defined.
Mit dieser Zerlegung lassen sich die Transformations-Koeffizienten der Teilungsabweichungen bezüglich des ersten Unterteilkreises S wie folgt schreiben:With this decomposition, the transformation coefficients of the division deviations with respect to the first sub-division S can be written as follows:
Figure imgf000009_0002
Figure imgf000009_0002
R-IR-I
Ar1=OAr 1 = O
Eine weitere Transformation der so gewonnenen Transformations-Koeffizienten der Teilungsabweichungen bezüglich des ersten Unterteilkreises S in den Frequenzraum bezüglich des zweiten Unterteilkreises R führt in einfacher Weise unmittelbar zu den folgenden Transformations-Koeffizienten der Teilungsabweichungen bezüglich des Teilkreises:Further transformation of the thus obtained transformation coefficients of the division deviations with respect to the first sub-division S into the frequency space with respect to the second sub-division R leads in a simple manner directly to the following transformation coefficients of the pitch deviations with respect to the pitch circle:
■ w/" > , o ≤ «0 < R - 1
Figure imgf000009_0003
■ w / "> , o ≤« 0 <R - 1
Figure imgf000009_0003
Unter Berücksichtigung der KreissymmetriebedingungTaking into account the circle symme- try condition
k% R [R, furno = O und der Definition der diskreten Fouriertransformierten der Teilungsabweichungs- Differenzenk% R [R, furn o = O and the definition of the discrete Fourier transforms of the pitch deviation differences
R-I a — V D' . W"oKRI a - VD '. W "oK
"0 >"l"0>" l
Ar1 =OAr 1 = O
ergibt sich die folgende Fallunterscheidung für die Transformations-Koeffizienten der Teilungsabweichungen bezüglich des Teilkreises, die eine einfache Auswertung ermöglicht:the following case distinction results for the transformation coefficients of the pitch deviations with respect to the pitch circle, which allows a simple evaluation:
Fn^n^ Dn^ - W^ für ^n1 ≠ OF n ^ n ^ D n ^ - W ^ for ^ n 1 ≠ O
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
F0 0 = O für W09 W1 = O .F 0 0 = O for W 09 W 1 = O.
Die letzte Zeile gilt wegen der sog. Kreisschlussbedingung, die besagt, dass sämtliche Teilungsabweichungen eines Teilkreises zusammen den Wert Null ergeben.The last line applies because of the so-called closed circuit condition, which states that all pitch deviations of a pitch circle together give the value zero.
Mit den vorstehenden Gleichungen sind alle Transformations-Koeffizienten Fn n With the above equations, all the transform coefficients F nn
der absoluten Teilungsabweichungen fk k aus den Transformations-Koeffizientenof the absolute pitch deviations f kk from the transform coefficients
Dn n der gemessenen Differenzen dk k eindeutig bestimmt: Der KoeffizientD nn the measured differences d kk uniquely determined: the coefficient
M)9W1 in vorstenender Bestimmungsgleichung ist für alle
Figure imgf000010_0002
M) 9W1 in the first equation is for all
Figure imgf000010_0002
Werte 0 < nγ ≤ S - 1 definiert, da der Nenner (l - W£x J nicht Null werden kann, daValues 0 <nγ ≤ S - 1, since the denominator (l - W £ x J can not become zero, since
R und S teilerfremd sind. Das bekannte Polstellenproblem bei der diskreten Fou- riertransformation von Messdifferenzen kann deshalb hier nicht auftreten. Man erhält hieraus schließlich die gesuchten Teilungsabweichungen fk durch dieR and S are non-prime. The known pole problem in the discrete Fourier transformation of measurement differences can therefore not occur here. From this one finally obtains the sought division deviations f k by the
inverse diskrete Fouriertransformation fk =
Figure imgf000011_0001
und den bekannten Zuordnungen der Fn „ zu den Fn .
inverse discrete Fourier transform f k =
Figure imgf000011_0001
and the known assignments of the F n "to the F n .
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Einrichtung zum Kalibrieren eines Teilkreises für die Winkelmessung eines um eine Achse drehbar gelagerten Objektes, die eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, aufweisend wenigstens einen Abtastkopf, einen Datenspeicher und eine Auswerteeinheit.The object is further achieved by a device for calibrating a pitch circle for the angular measurement of an object rotatably mounted about an axis, which is configured to carry out the method according to one of claims 1 to 9, comprising at least one scanning head, a data memory and an evaluation unit.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung lässt sich ein Teilkreis im Einbauzustand einfach selbstkalibrieren. Gute und für die meisten industriellen Anwendungen ausreichende Ergebnisse lassen sich bereits mit einer sehr geringen Anzahl an Abtastköpfen erzielen. Die Berechnungen für das Verfahren sind einfach und nicht sehr rechenintensiv, so dass die Einrichtung mit einem einfachen und kostengünstigen Datenspeicher und einer einfachen und kostengünstigen Auswerteeinheit, beispielsweise einem MikroController oder einem Prozessor, realisiert werden kann.With the device according to the invention, a pitch circle in the installed state can be easily self-calibrated. Good results, which are sufficient for most industrial applications, can already be achieved with a very small number of scanning heads. The calculations for the method are simple and not very compute-intensive, so that the device can be realized with a simple and cost-effective data memory and a simple and cost-effective evaluation unit, for example a microcontroller or a processor.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:The invention will be described in more detail with reference to the following figures. Show it:
Figur 1 einen ersten Teilkreis;FIG. 1 shows a first pitch circle;
Figur 2 einen weiteren Teilkreis;FIG. 2 shows a further partial circle;
Figur 3 den Teilkreis aus Figur 2 im Ortsraum und3 shows the pitch circle of Figure 2 in the spatial space and
Figur 4 den Teilkreis aus Figur 2 im Frequenzraum.FIG. 4 shows the pitch circle from FIG. 2 in the frequency domain.
In Figur 1 ist ein Teilkreis 1 dargestellt.FIG. 1 shows a partial circle 1.
Der Teilkreis 1 weist eine Winkelteilung 2 mit sechs Teilungsintervallen 3 auf. Die Teilungsintervalle 3 würden im Idealfall jeweils einen Kreisbogen 4 zu einem Mittelpunktswinkel von 2^/ = 60° bilden. Aufgrund von herstellungs- und montagebedingten Toleranzen ist dieser Idealfall jedoch nicht erreichbar. Daher weichen die tatsäch- liehen Teilungsintervalle 3 von den idealen Kreissegmenten 4 ab. Hierdurch entstehen Teilungsabweichungen φk (0 < k < 5), die zu unterschiedlich großen Teilungsintervallen 3 führen. Die Teilungsabweichungen φk (0 < k < 5) treten sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn auf, was durch die unterschiedlich orientierten Pfeile entlang des Kreisumfangs angedeutet ist. Die unterschiedlich großen Teilungsintervalle 3 führen bei einer Winkelmessung zu Messabweichungen vom tatsächlichen Winkel. Um diese Messabweichungen entweder bereits während der Messung berücksichtigen oder die Messergebnisse nachträglich korrigieren zu können, ist es erforderlich, den Teilkreis 1 zu kalibrieren, also die φk (0 < k < 5) zu bestimmen. Die Teilungsabweichungen führen zu Messabweichungen in der Form diskreter Zahlenwerte fk , die proportional zu den Werten φk (0 < k < 5) sind.The pitch circle 1 has an angular pitch 2 with six pitch intervals 3. The division intervals 3 would ideally each form a circular arc 4 to a center angle of 2 ^ / = 60 °. Due to manufacturing and assembly-related tolerances of this ideal case is not achievable. Therefore, the actual divide dividing intervals 3 from the ideal circle segments 4. This results in division deviations φ k (0 <k <5), which lead to divisional intervals 3 of different sizes. The pitch deviations φ k (0 <k <5) occur in both clockwise and counterclockwise directions, which is indicated by the differently oriented arrows along the circumference of the circle. The differently sized graduation intervals 3 result in an angle measurement to deviations from the actual angle. To be able to take these deviations into account either during the measurement or to be able to subsequently correct the measurement results, it is necessary to calibrate the pitch circle 1, that is to say to determine the φ k (0 <k <5). The pitch deviations lead to measurement deviations in the form of discrete numerical values f k , which are proportional to the values φ k (0 <k <5).
Figur 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Einrichtung 5 zum Kalibrieren eines Teilkreises 6. Die Faktorzerlegung N = R -S ist hier mit R = 3 und S =4 realisiert.FIG. 2 schematically shows a device 5 according to the invention for calibrating a pitch circle 6. The factorization N = R -S is realized here with R = 3 and S = 4.
Der Teilkreis 6 weist zwölf Teilungsintervalle 7 auf. Auf dem Umfang des Teilkreises 6 sind drei Abtastköpfe AK0, AKi und AK2 in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet. Die Winkel zwischen benachbarten Abtastköpfen AKo, AKi und AK2 betragen 120°.The pitch circle 6 has twelve pitch intervals 7. On the circumference of the pitch circle 6, three scanning AK 0 , AKi and AK 2 are arranged at the same angular distance from each other. The angles between adjacent scanning heads AKo, AKi and AK 2 are 120 °.
Auf dem Umfang des Teilkreises 6 ist ferner ein Referenzabtastkopf AKs in einemOn the circumference of the pitch circle 6 is also a Referenzabtastkopf AKs in one
Winkelabstand von 360%4 ' - = 90° im Gegenuhrzeigersinn von dem Abtastkopf AK0 angeordnet.Angular distance of 360 % 4 ' - = 90 ° in the counterclockwise direction of the scanning AK 0 arranged.
Die Messwerte der Abtastköpfe AK0, AKi und AK2 und des Referenzabtastkopfes AKs werden über eine geeignete drahtgebundene oder drahtlose Datenverbindung an eine nicht dargestellte Rechnereinheit übermittelt. Die Rechnereinheit umfasst einen Datenspeicher zum Speichern der Messwerte und weiterer Daten, wie zum Beispiel Zwischenergebnisse, sowie eine Auswerteeinheit, die die Messwerte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet. Darüber hinaus ist die Rechnerein- heit 16 zur Ansteuerung der Drehung des Teilkreises 6 eingerichtet. Dies kann beispielsweise über einen nicht dargestellten Elektromotor erfolgen.The measured values of the scanning heads AK 0 , AKi and AK 2 and the reference scanning head AKs are transmitted via a suitable wired or wireless data connection to a computer unit, not shown. The computer unit comprises a data memory for storing the measured values and further data, such as intermediate results, as well as an evaluation unit which processes the measured values according to the method according to the invention. In addition, the computer unit 16 for controlling the rotation of the pitch circle 6 set. This can be done for example via an electric motor, not shown.
Die Selbstkalibrierung des Teilkreises 6 wird im Folgenden näher erläutert.The self-calibration of the pitch circle 6 will be explained in more detail below.
In einem vollständigen Teilkreisumlauf werden die drei Abtastköpfe AK0, AKi und AK2 jeweils in Differenz zu dem Referenzabtastkopf AKs ausgelesen, wodurch Messwertdifferenzen erhalten werden. Der Referenzabtastkopfes AKs dient dabei als Taktgeber. Bei jedem Takt wird der arithmetische Mittelwert der Messwertdifferenzen gebildet. Der Mittelwert beschreibt einen Dreiecksteilkreis mit seiner Lage in Bezug auf den Referenzabtastkopf AKs.In a complete circular recirculation, the three scanning heads AK 0 , AKi and AK 2 are respectively read in difference from the reference scanning head AKs, whereby measured value differences are obtained. The Referenzabtastkopfes AKs serves as a clock. At each clock, the arithmetic mean of the measured value differences is formed. The mean value describes a triangular pitch circle with its position relative to the reference scanning head AKs.
In Figur 3 ist zu erkennen, dass gemäß der Teilkreiszerlegung mit N = 12, R = 3 und S = 4 in einem Teilkreisumlauf eine Anzahl von genau 4 Dreiecken 8a, 8b, 8c, 8d mit ihren Lageabweichungen ausgelesen werden, die zusammen den vollständigen Teilkreis 6 bilden.It can be seen in FIG. 3 that, according to the subdivision with N = 12, R = 3 and S = 4, a number of exactly 4 triangles 8a, 8b, 8c, 8d are read out with their positional deviations, which together form the complete pitch circle 6 form.
Die Auswertung dieser zwölf gemittelten Teilungsabweichungen erfolgt nun nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, das einen zweistufigen Fourieralgorithmus darstellt.The evaluation of these twelve averaged pitch deviations now takes place according to the method of the invention, which represents a two-stage Fourier algorithm.
Zunächst wird der Index k im Ortsraum nach Thomas und Good in ein Indexpaar (ko,kλ) zerlegt. Die Werte des Index k sind in Figur 3 innen am Kreisumfang 9 imFirst, the index k is decomposed in the space according to Thomas and Good into an index pair (k o , k λ ). The values of the index k are in FIG. 3 inside the circle circumference 9 in FIG
Gegenuhrzeigersinn dargestellt und die Werte der zugeordneten Indexpaare (ko,kλ) außen am Kreisumfang 9. Entsprechend sind die Werte des Index n im Frequenzraum und die Werte der zugeordneten Indexpaare («0,«,) in Figur 4 dargestellt an einem Kreisumfang 10 dargestellt. Die Zerlegungen führen zu folgenden Zuordnungstabellen:Counterclockwise shown and the values of the associated index pairs (k o , k λ ) outside the circumference 9. Accordingly, the values of the index n in the frequency domain and the values of the associated index pairs (" 0 ,",) in Figure 4 are shown on a circumference 10th shown. The decompositions lead to the following assignment tables:
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0002
Tabelle 1 Tabelle 2Table 1 Table 2
Der Tabelle 1 ist beispielsweise zu entnehmen, dass dem Index £ = 11 das Indexpaar (£<,,£,) = (3,2) und dem Index n - 4 das Indexpaar (W01W1) = (1,0) zugeordnet sind. Es ist auch zu erkennen, dass die Zuordnungen eineindeutig sind.By way of example, it can be seen from Table 1 that, for the index £ = 11, the index pair (£ < ,, £,) = (3,2) and the index n-4 are the index pair (W 01 W 1 ) = (1,0) assigned. It can also be seen that the assignments are one-to-one.
In der ersten Stufe führt die Fouriertransformation der Teilungsabweichungs- DifferenzenIn the first stage, the Fourier transform results in the pitch deviation differences
Figure imgf000014_0001
über den ersten Unterteilkreis (zu dem Faktor S = 4) zu den Transformations- Koeffizienten
Figure imgf000014_0001
over the first subcircle (to the factor S = 4) to the transformation coefficients
Dnι A = ∑dkoA - WW;P n,kK n°D nι A = Σd koA - WW, P n, k K n °
Ic0=OIc 0 = O
Diese Funktion stellt bezüglich des Index i\ eine Funktion im Frequenzraum und bezüglich des Index kx eine Funktion im Ortsraum dar.This function represents a function in the frequency domain with respect to the index i \ and a function in the position space with respect to the index k x .
Durch Auswerten und Umformen erhält man hieraus die Funktion
Figure imgf000015_0001
By evaluating and reshaping you get the function
Figure imgf000015_0001
In der zweiten Stufe führt die Fouriertransformation dieser Funktion über den zweiten Unterteilkreis (zu dem Faktor R = 3 ) zu Transformations-Koeffizienten der Teilungsabweichungen, die durch folgende Vorschrift dargestellt werden:In the second stage, the Fourier transformation of this function over the second subcircuit (to the factor R = 3) leads to transformation coefficients of the pitch deviations, which are represented by the following rule:
Figure imgf000015_0002
Figure imgf000015_0002
Die Auswertung dieser Funktion führt zu folgender Fallunterscheidung:The evaluation of this function leads to the following case distinction:
Figure imgf000015_0003
Figure imgf000015_0003
F0 0 = O für W05 H1 = O .F 0 0 = O for W 05 H 1 = O.
Man erhält hieraus schließlich die gesuchten Teilungsabweichungen fk durch dieFrom this one finally obtains the sought division deviations f k by the
inverse diskrete Fouriertransformation
Figure imgf000015_0004
und den bekannten Zuordnungen der Fn n zu den Fn .
inverse discrete Fourier transform
Figure imgf000015_0004
and the known assignments of F nn to F n .

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Selbstkalibrierung eines Teilkreises (1 , 6) für die Winkelmessung eines um eine Achse drehbar gelagerten Objektes, bei dem der Teilkreis (1 , 6) in eine Anzahl N im Wesentlichen gleichmäßiger Teilungsintervalle (7) geteilt ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: g) Der Teilkreis (1 , 6) wird in einen ersten und einen zweiten Unterteilkreis zu den ganzzahligen, teilerfremden Faktoren R bzw. S , mit N = R- S , faktorzerlegt; h) Für jedes Teilungsintervall (7) wird eine Teilungsabweichungs-Differenz dk ermittelt; i) Die Teilungsabweichungs-Differenzen dk werden bezüglich des erstenA method of self-calibrating a pitch circle (1,6) for angular measurement of an object rotatably mounted about an axis, wherein the pitch circle (1,6) is divided into a number N of substantially uniform pitch intervals (7) characterized by the following steps : g) The pitch circle (1, 6) is factor-divided into a first and a second sub-pitch circle to the integer, non-divisive factors R and S, respectively, where N = R-S; h) For each division interval (7) a division deviation difference d k is determined; i) The pitch deviation differences d k are relative to the first
Unterteilkreises vom Ortsraum in den Frequenzraum transformiert; j) Aus dem Transformationsergebnis werden Transformations- Koeffizienten Fn k von Teilungsabweichungen fk bezüglich des ersten Unterteilkreises berechnet; k) Die Transformations-Koeffizienten Fn ^ der Teilungsabweichungen fk bezüglich des ersten Unterteilkreises werden bezüglich des zweiten Unterteilkreises vom Ortsraum in den Frequenzraum transformiert, wodurch Transformations-Koeffizienten Fn n der Teilungsabweichungen fk bezüglich des Teilkreises (1 , 6) erhalten werden; I) Die Transformations-Koeffizienten Fn n der Teilungsabweichungen fk bezüglich des Teilkreises werden vom Frequenzraum in den Ortsraum transformiert, wodurch die Teilungsabweichungen fk erhalten werden.Subcircuit transformed from the spatial domain into the frequency domain; j) From the transformation result, transformation coefficients F nk of pitch deviations f k are calculated with respect to the first sub-pitch circle; k) The transform coefficients F n ^ of the pitch deviations f k with respect to the second sub-part circuit from the spatial domain are transformed to the frequency domain with respect to the first base circle, thereby transform coefficients F nn the pitch deviations f k with respect to the partial circuit (1, 6) can be obtained; I) The transformation coefficients F nn of the pitch deviations f k with respect to the pitch circle are transformed from the frequency space into the space space, whereby the pitch deviations f k are obtained.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsab- weichungs-Differenzen mit einem Abtastkopf ermittelt werden, der an dem Teilkreis (1 , 6) angeordnet ist, wobei R Teilkreisumläufe mit einem gegenseitigen Winkelabstand des Abtastkopfes von 36(% und ein Teilkreisumlauf2. Method according to claim 1, characterized in that the pitch deviation differences are determined with a scanning head arranged on the pitch circle (1, 6), where R comprises pitch circles with a mutual scanning head pitch of 36 ( % and 1 pitch round
mit einem Winkelabstand des Abtastkopfes von 360% in Bezug auf einen der anderen Teilkreisumläufe durchgeführt werden. with an angular distance of the scanning head of 360 % with respect to one of the other pitch cycles.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsab- weichungs-Differenzen mit R gleichmäßig um den Teilkreis (6) angeordneten Abtastköpfen (AK0, AKi, AK2) und wenigstens einem Referenz- Abtastkopf (AKs) ermittelt werden, wobei der Referenz-Abtastkopf (AKs) an dem Teilkreis (6) in einem Winkelabstand von 360% von einem der Abtast- köpfe (AK0, AKi, AK2) angeordnet ist.3. The method according to claim 1, characterized in that the pitch deviation differences with R evenly around the pitch circle (6) arranged scanning heads (AK 0 , AKi, AK 2 ) and at least one reference scanning (AKs) are determined, wherein the reference scanning head (AKs) is arranged on the pitch circle (6) at an angular distance of 360 % from one of the scanning heads (AK 0 , AKi, AK 2 ).
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsintervalle (7) vor der Faktorzerlegung durch einen Index k und nach der Faktorzerlegung durch ein Indexpaar {k0, kx) indiziert werden, für die gilt:4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the division intervals (7) before the factorization by an index k and after the factorization by an index pair {k 0 , k x ) are indexed, for which applies:
k = (R-Rsk0 + S-SRkι)moάNt O≤k≤N-l mit k0=kmoάS, O≤ko≤S-\ kλ = kmoάR, 0<kλ<R-\ und den Bestimmungsgleichungenk = (RR s k 0 + SS R k ι ) moάN t O≤k≤Nl where k 0 = kmoάS, O≤k o ≤S- \ k λ = kmoάR, 0 <k λ <R- \ and the equations of determination
S-SR=\moάR, SR<RSS R = \ moάR, S R <R
R-Rs=lmoάS, RS<S.RR s = lmoάS, R s <S.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsabweichungs-Differenzen dk aus den Teilungsabweichungen fk definiert werden durch:5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the pitch deviation differences d k from the pitch deviations f k are defined by:
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsab- weichungs-Differenzen dk nach der Faktorzerlegung wie folgt dargestellt werden: d — f — f6. Method according to claim 5, characterized in that the division deviation differences d k after factoring are represented as follows: d - f - f
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsab- weichungs-Differenzen nach folgender Vorschrift bezüglich des ersten Unterteilkreises in den Frequenzraum transformiert werden:7. The method according to claim 6, characterized in that the division deviation differences are transformed according to the following rule with respect to the first sub-division into the frequency domain:
Figure imgf000018_0002
Figure imgf000018_0002
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformations-Koeffizienten der Teilungsabweichungen fk bezüglich des ersten Unterteilkreises wie folgt definiert werden:8. The method according to claim 7, characterized in that the transformation coefficients of the pitch deviations f k are defined with respect to the first sub-pitch circle as follows:
Figure imgf000018_0003
Figure imgf000018_0003
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationskoeffizienten der Teilungsabweichungen fk bezüglich des ersten Unterteilkreises nach folgender Vorschrift bezüglich des zweiten Unterteilkreises in den Frequenzraum transformiert werden:9. The method according to claim 8, characterized in that the transformation coefficients of the pitch deviations f k are transformed with respect to the first sub-division according to the following rule with respect to the second sub-division into the frequency domain:
Figure imgf000018_0004
Figure imgf000018_0004
10. Einrichtung zur Selbstkalibrierung eines Teilkreises (6) für die Winkelmessung eines um eine Achse drehbar gelagerten Objektes, die eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, aufweisend wenigstens einen Abtastkopf (AK0, AKi, AK2X einen Datenspeicher und eine Auswerteeinheit. 10. A device for self-calibration of a pitch circle (6) for the angle measurement of an object rotatably mounted about an axis, which is adapted to carry out the method according to one of claims 1 to 9, comprising at least one scanning head (AK 0 , AKi, AK 2 X a Data memory and an evaluation unit.
PCT/EP2007/010928 2006-12-14 2007-12-13 Method and device for the self-calibration of circle segments WO2008071426A1 (en)

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