DE10034733A1 - Ermittlungsverfahren für ein Lagesignal und/oder für Korrekturwerte für Messsignale - Google Patents

Ermittlungsverfahren für ein Lagesignal und/oder für Korrekturwerte für Messsignale

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Abstract

Bei Inkrementalgebern werden deren Messsignale (x, y) zunächst maßteilungsspezifisch in Amplitude (Ax, Ay), Offsets (Ox, Oy) und Phasenversatz (^) korrigiert und ein Rohwinkel (=') ermittlt. Der Restfehler des Rohwinkels (=') wird über rohwinkelspezifische, maßteilungsunabhängige Rohwinkelkorrekturwerte (='' (=')) feinkorrigiert und so ein Lagesignal (1) ermittelt. Die Korrekturwerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ^) für Amplituden (Ax, Ay), Offsets (Ox, Oy) und Phasenversatz (^) werden durch Regression ermittelt, die Rohwinkelkorrekturwerte (=''(=')) durch hochgenaue Referenzwinkelmessungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ermittlungsverfahren für ein Lagesignal,
  • - wobei zwei Signalgeber eine relativ zu den Signalgebern be­ wegbare Maßverkörperung mit einer Vielzahl im wesentlichen äquidistant angeordneter Maßteilungen abtasten und hiermit korrespondierende Messsignale liefern,
  • - wobei die Messsignale bei gleichförmiger Relativbewegung der Maßverkörperung im wesentlichen periodisch sind, im we­ sentlichen sinusförmig sind, im wesentlichen um 90° relativ zueinander phasenversetzt sind und die Maßverkörperung wäh­ rend einer Periode der Messsignale eine Relativbewegung um eine Maßteilung ausführt,
  • - wobei aktualisiert wird, welcher der Maßteilungen die er­ mittelten Messsignale momentan zuzuordnen sind,
  • - wobei anhand von Amplituden und Offsets der Messsignale aus den Messsignalen ein Rohwinkel ermittelt wird,
  • - wobei anhand vorbestimmter rohwinkelspezifischer, maßtei­ lungsunabhängiger Rohwinkelkorrekturwerte aus dem Rohwinkel ein Lagewinkel innerhalb der Maßteilung ermittelt wird, der die ermittelten Messsignale momentan zugeordnet sind, und
  • - wobei aus dem Lagewinkel und der Maßteilung, der die ermit­ telten Messsignale momentan zugeordnet sind, das Lagesignal ermittelt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Ermittlungsver­ fahren für die korrespondierenden Korrekturwerte.
Derartige Ermittlungsverfahren sind zum Beispiel aus "Innova­ tive technique for easy high-resolution position acquisition with sinusoidal incremental encoders" von B. Höscheler und L. Szamel, PCIM 97 Europe, Intelligent Motion, Conference Pro­ ceedings, Vol. 31, bekannt.
Der genannte Aufsatz beschäftigt sich im wesentlichen damit, anhand vorbestimmter rohwinkelspezifischer, maßteilungsunab­ hängiger Rohwinkelkorrekturwerte aus dem Rohwinkel einen La­ gewinkel und daraus dann das Lagesignal zu ermitteln. Die Korrektur von Offset und Amplitude der Messsignale ist nur am Rande erwähnt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Er­ mittlungsverfahren für ein Lagesignal bzw. ein hiermit kor­ respondierendes Ermittlungsverfahren für Korrekturwerte für Messsignale zu schaffen, bei dem die in dem genannten Aufsatz angeregte Vorgehensweise ausführungsfähig ausgestaltet ist.
Die Aufgabe wird für das Ermittlungsverfahren für das Lage­ signal dadurch gelöst, dass bei der Ermittlung des Rohwinkels auch ein (ggf. von 90° verschiedener) Phasenversatz der Mess­ signale relativ zueinander berücksichtigt wird und dass die Amplituden und Offsets der Messsignale sowie der Phasenver­ satz der Messsignale relativ zueinander maßteilungsspezifisch vorbestimmt sind.
Für das Ermittlungsverfahren für Korrekturwerte für Messsig­ nale wird die Aufgabe dadurch gelöst,
  • - dass die Messsignalkorrekturwerte auch einen Grundwert für einen Phasenversatz der dann erfassten Messsignale relativ zueinander umfassen, und
  • - dass die Messsignalkorrekturwerte maßteilungsspezifisch er­ mittelt und abgespeichert werden und
  • - dass die maßteilungsspezifischen Zwischenkorrekturwerte an­ hand der für diese Maßteilung erfassten Messsignale und der für diese Maßteilung ermittelten Messsignalkorrekturwerte ermittelt werden.
Das Ermittlungsverfahren für das Lagesignal arbeitet bereits recht gut, wenn die Amplituden, die Offsets und/oder der Pha­ senversatz innerhalb der Maßteilung, der die ermittelten Messsignale momentan zugeordnet sind, von den Messsignalen unabhängig sind.
Es arbeitet aber noch besser, wenn anhand der Messsignale ein Vorabwinkel bestimmt wird und die Amplituden, die Offsets und/oder der Phasenversatz innerhalb der Maßteilung, der die ermittelten Messsignale momentan zugeordnet sind, von dem Vorabwinkel abhängen.
Hiermit korrespondierend umfassen bei dem Ermittlungsverfah­ ren für die Korrekturwerte die Messsignalkorrekturwerte auch Änderungswerte für die Amplituden, die Offsets und/oder den Phasenversatz der dann erfassten Messsignale, so dass die Amplituden, die Offsets und/oder der Phasenversatz innerhalb der Maßteilung, der die dann erfassten Messsignale zugeordnet sind, von einem Vorabwinkel abhängen, der anhand der dann er­ fassten Messsignale bestimmt wird.
Da sich die Korrekturwerte von Maßteilung zur Maßteilung nur geringfügig ändern, ist es in der Regel ausreichend, wenn die Amplituden, die Offsets und/oder der Phasenversatz linear von dem Vorabwinkel abhängen.
Die Grund- und Änderungswerte definieren so abschnittweise lineare Funktionen. Die Grund- und die Änderungswerte benach­ barter Maßteilungen werden derart bestimmt, dass sich zwi­ schen den benachbarten Maßteilungen ein stetiger Übergang für die Amplituden, die Offsets und/oder den Phasenversatz er­ gibt.
Das Ermittlungsverfahren für die Korrekturwerte arbeitet be­ sonders gut, wenn die Maßverkörperung sich während des Abtas­ tens nur langsam bewegt.
Wenn pro Maßteilung die für diese Maßteilung erfassten Mess­ signale im wesentlichen in der dieser Maßteilung zugeordneten Periode gleichverteilt sind, ergeben sich besonders gute Messsignalkorrekturwerte.
Das Ermittlungsverfahren für die Korrekturwerte kann wahlwei­ se vor dem Ermitteln von Lagesignalen vorab durchgeführt wer­ den oder aber während des Ermittelns der Lagesignale parallel hierzu im Hintergrund aufgeführt werden. Im letzteren Fall aktualisiert sich das Inkrementalgeberauswertungssystem stän­ dig selbst. Für spätere Messungen stehen somit optimierte Korrekturwerte zur Verfügung.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen in Prinzipdarstellung
Fig. 1 ein Inkrementalgebersystem,
Fig. 2 und 3 ein weiteres Inkrementalgebersystem,
Fig. 4 bis 6 Lissajousfiguren und
Fig. 7 einen maßteilungsunabhängigen Korrekturwertver­ lauf.
Gemäß Fig. 1 weist ein Inkrementalgebersystem zwei Signalgeber 1, 2 sowie eine Maßverkörperung 3 auf. Auf der Maßverkörpe­ rung 3 ist eine Vielzahl von Maßteilungen 4 äquidistant ange­ ordnet. Die Maßverkörperung 3 ist relativ zu den Signalgebern 1, 2 bewegbar, im vorliegenden Fall rotierbar. Auch eine re­ lative Verschiebbarkeit wäre aber möglich.
Die Signalgeber 1, 2 tasten die Maßverkörperung 3 ab. Ihre Ausgangssignale werden in A/D-Wandlern 5, 6 mit z. B. 12 bit digitalisiert und als digitalisierte Messsignale x, y einem Inkrementalgeberauswertungssystem 7 zugeführt. Das Inkremen­ talgeberauswertungssystem 7 ist im vorliegenden Fall soft­ waremäßig ausgeführt. Es arbeitet also ein Computerprogramm­ produkt 8 ab, das die Wirkungsweise des Inkrementalgeberaus­ wertungssystems 7 festlegt.
Die Signalgeber 1, 2 tasten, wie bereits erwähnt, beide die gleiche Maßverkörperung 3 ab. Aufgrund der äquidistanten An­ ordnung der Maßteilungen 4 sind bei gleichförmiger Bewegung der Maßverkörperung 3 beide Messsignale x, y im wesentlichen periodisch. Eine Periode der Messsignale x, y entspricht da­ bei einer Relativbewegung der Maßverkörperung 3 um eine Maß­ teilung 4. Die Messsignale x, y sind ferner im wesentlichen sinusförmig und aufgrund der Anordnung und Ausgestaltung der Signalgeber 1, 2 im wesentlichen um 90° relativ zueinander phasenversetzt.
Im Idealfall gilt, dass die Messsignale x, y völlig offset­ frei sind (Offset Ox = Offset Oy = 0), gleiche Amplituden Ax, Ay aufweisen, bei gleichförmiger Bewegung der Maßverkörperung 3 exakt sinusförmig sind und um exakt 90° gegeneinander pha­ senversetzt sind. Die Messsignale x, y werden daher häufig auch als Kosinus- und Sinussignal bezeichnet. In der Praxis hingegen beträgt der Phasenversatz, nachfolgend mit ϕ be­ zeichnet, nur etwa 90°. Ferner sind die Amplituden Ax, Ay der Messsignale x, y variabel und voneinander verschieden. Glei­ ches gilt für die Offsets Ox, Oy der Meßsignale x, y.
Die Abweichungen der Amplituden Ax, Ay, der Offsets Ox, Oy und des Phasenversatzes ϕ führen zu Fehlern bei der Berech­ nung einer Lage 1 anhand der gelieferten Meßsignale x, y.
Zur Korrektur werden die Messsignale x, y daher zunächst ei­ nem Maßteilungsermittler 9 zugeführt, der in bekannter Weise aktualisiert, welcher der Maßteilungen 4 die ermittelten Messsignale x, y momentan zuzuordnen sind. Bei langsamer Be­ wegung der Maßverkörperung 3 kann dies durch einfache Flan­ kenauswertung der Messsignale x, y erfolgen. Bei schnellerer Bewegung der Maßverkörperung 3 wird aus der berechenbaren Ge­ schwindigkeit der Maßverteilung 3 unter Berücksichtigung der zwischen zwei Messungen nur sehr geringen Geschwindigkeitsän­ derung ermittelt, welcher Maßteilung 4 die Messsignale x, y nunmehr zuzuordnen sein müssten. Aufgrund der Messsignale x, y erfolgt gegebenenfalls eine Korrektur der Maßteilung 4 um eins nach oben oder unten. Diese Vorgehensweise ist an sich bekannt.
Der Maßteilungsermittler 9 ermittelt also einen Index n, der charakteristisch für die Maßteilung 4 ist, der die momentan ermittelten Messsignale x, y zuzuordnen sind. Entsprechend dem Index n werden aus einem ersten Korrekturwertspeicher 10 eine Vielzahl von Werten abgerufen. Mindestens werden Grund­ werte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0 für Amplituden Ax, Ay und Offsets Ox, Oy der Messsignale x, y sowie der Phasenversatz ϕ abgeru­ fen. Soweit nur die Grundwerte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, ϕ berück­ sichtigt werden, sind die Amplituden Ax, Ay, die Offsets Ox, Oy und der Phasenversatz ϕ innerhalb der Maßteilung 4, der die ermittelten Messsignale x, y momentan zugeordnet sind, von den Messsignalen x, y unabhängig. Bereits diese Vorge­ hensweise führt zu recht akzeptablen Ergebnissen.
Zur Erhöhung der Genauigkeit werden aber auch Änderungswerte Ax1, Ay1, Ox1, Oy1 für Amplituden Ax, Ay und Offsets Ox, Oy der Messsignale x, y abgerufen. Die Änderungswerte Ax1, Ay1, Ox1, Oy1 werden in einem Koeffizientenermittler 10' mit einem Vorabwinkel α multipliziert, der in einem Winkelermittler 11 anhand der Messsignale x, y errechnet wird. Die Produkte wer­ den dann zu den jeweiligen Grundwerten Ax0, Ay0, Ox0, Oy0 hinzuaddiert. Es werden also lineare - bzw. allgemeiner vom Vorabwinkel α abhängige - Funktionen gebildet, die die ent­ sprechenden Amplituden Ax, Ay und Offsets Ox, Oy ergeben. Der Phasenversatz ϕ hingegen bleibt innerhalb der jeweiligen Maß­ teilung 4 unverändert.
Die Amplituden Ax, Ay, die Offsets Ox, Oy und der Phasenver­ satz ϕ definieren eine Transformationsvorschrift, mittels de­ rer die Messsignale x, y in Zwischensignale x', y' transfor­ miert werden. Diese Transformation folgt in einem Koordina­ tentransformator 12. Die Zwischensignale werden einem Winkel­ ermittler 13 zugeführt, der anhand der Zwischensignale x', y' einen Rohwinkel α' ermittelt.
Der Rohwinkel α' wird einem zweiten Korrekturwertspeicher 14 zugeführt. Dort wird anhand einer Look-up-Table, also anhand vorbestimmter rohwinkelspezifischer Rohwinkelkorrekturwerte α"(α'), aus dem Rohwinkel α' ein Lagewinkel α" innerhalb der Maßteilung 4 ermittelt, der die Messsignale x, y zugeordnet sind. Die Rohwinkelkorrekturwerte α"(α') sind dabei maßtei­ lungsunabhängig.
Der so ermittelte, hochgenaue Lagewinkel α" wird zusammen mit dem Index n einem Lageermittler 15 zugeführt, der daraus in an sich bekannter Weise die Lage 1 ermittelt.
Obenstehend wurde die Kompensation von Signalfehlern bei be­ kannten Korrekturwerten Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, Ax1, Ay1, Ox1, Oy1, ϕ beschrieben. Nachstehend wird nun in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschrieben, wie diese Korrekturwerte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, Ax1, Ay1; Ox1, Oy1, ϕ ermittelbar sind. Glei­ che Elemente sind dabei in den Fig. 2 und 3 mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie zuvor wird die Maßverkörperung 3 relativ zu den Signalge­ bern 1, 2 bewegt und dabei die Messsignale x, y, erfasst. Vorzugsweise bewegt sich die Maßverkörperung 3 dabei jedoch nur langsam. Dies ist in Fig. 2 dadurch angedeutet, dass der Pfeil bei der Maßverkörperung 3 erheblich kürzer ist als der Pfeil in Fig. 1.
Gleichzeitig werden die Messsignale x, y so schnell wie mög­ lich erfasst. Dadurch wird erreicht, dass für jede Maßteilung 4 eine Vielzahl von Messsignalen x, y ermittelt wird und die für eine Maßteilung 4 erfassten Messsignale x, y im wesentli­ chen in der dieser Maßteilung 4 zugeordneten Periode (glei­ cher Index n) gleichverteilt sind. Die Messsignale x, y wer­ den zusammen mit dem Index n in einen Zwischenspeicher 16 eingeschrieben. Der Zwischenspeicher 16 ist derart dimensio­ niert, dass in ihm zumindest alle Messsignale x, y einer Pe­ riode abspeicherbar sind.
In Fig. 4 sind beispielhaft die Messsignale x, y einer Periode dargestellt. Nach rechts ist dabei das eine Messsignal x, nach oben das andere Messsignal y dargestellt. Die Kreuzchen entsprechen den erfassten Messsignalpaaren, die durchgezogene Linie einer linearen Interpolation zwischen je zwei Stütz­ stellen.
Pro Maßteilung 4 werden die für diese Maßteilung 4 erfassten Messsignale x, y einem Regressionsfilter 17 zugeführt. Dieser ermittelt anhand der Messsignale x, y zunächst die Grundwerte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, ϕ für diese Maßteilung 4 und speichert diese im ersten Korrekturwertspeicher 10 ab. Bei einer späte­ ren Erfassung von Messsignalen x, y stehen somit bereits die­ se Grundwerte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, ϕ zur Korrektur der dann erfassten Messsignale x, y und somit zur Berechnung des Roh­ winkels α' zur Verfügung.
Die Ermittlung der Grundwerte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, ϕ geschieht nach folgendem Ansatz:
Zunächst wird angenommen, dass sich die Messsignale x, y wie folgt darstellen lassen:
x = Ox0 + Ax0 cos(α+δ) und
y = Oy0 + Ay0 sin α.
Die Koeffizienten Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, δ definieren eine El­ lipse. δ ist dabei die Abweichung des Phasenversatzes ϕ von 90°. Diese Ellipse kann auch in der allgemeinen Kegelschnitt­ gleichung ax2 + 2bxy + cy2+ 2dx+ 2ey + f = 0 dargestellt wer­ den. Die Parameter a bis f weisen dabei folgende Werte auf:
a = Ay02,
b = Ax0 Ay0 sinδ,
c = Ax02,
d = -Ay0 (Ox0 Ay0 + Ax0 Oy0 sinδ),
e = -Ax0 (Ax0 Oy0 + Ay0 Ox0 sinδ) und
f = (Ox0 Oy0 + Ax0 Ay0 sinδ)2 + (Ox02-Ay02) (Ax02-Oy02).
Nun werden noch die Messsignale x, y in Polarkoordinaten transformiert. Sie werden also geschrieben als x = r cos α und y = r sin α. r ergibt sich dabei aus der Gleichung r2 = x2 + y2 und wird nachfolgend als Zeigerlänge r bezeich­ net.
Wenn man diese Formeln für die Messsignale x, y in die allge­ meine Kegelschnittgleichung einsetzt, erhält man eine quadra­ tische Gleichung für die Zeigerlänge r, die nach der Zeiger­ länge r aufgelöst werden kann. Man erhält somit eine Bedin­ gung für die Zeigerlänge r als Funktion des Vorabwinkels α, in dem die oben genannten Grundwerte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0 als Parameter auftreten. Durch eine nichtlineare Regression sind somit die fünf Grundwerte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, ϕ optimierbar. Diese so ermittelten Werte werden dann im ersten Korrektur­ wertspeicher 10 abgespeichert. Dass die für diese Maßteilung 4 erfassten Messsignale x, y im wesentlichen in der dieser Maßteilung 4 zugeordneten Periode gleich verteilt sind, hat dabei zur Folge, dass höherfrequente Störungen bei der Er­ mittlung der Grundwerte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, ϕ im wesentlichen herausgemittelt werden.
Die obenstehend beschriebene Vorgehensweise zur Ermittlung der Grundwerte wird nun nacheinander für alle Maßteilungen 4 durchgeführt, so dass sie für alle Maßteilungen 4 zur Verfü­ gung stehen.
Prinzipiell kann die Amplitude Ax auch eine höherwertige Funktion des Vorabwinkels α sein. Sie kann z. B. innerhalb der jeweiligen Maßteilung 4 linear vom Vorabwinkel α abhän­ gen, sich also zu Ax = Ax0 + αAx1 ergeben. Gleiches gilt für die andere Amplitude Ay und die Offsets Ox, Oy. Auch in die­ sem Fall wird die korrespondierende allgemeine Kegelschnitt­ gleichung ermittelt, wobei die Grundwerte Ax0, Ay0, Ox0, Oy0 durch die entsprechenden vorabwinkelabhängigen Funktionen er­ setzt werden. Die Messsignalkorrekturwerte Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ können dann wie zuvor auch durch eine nichtlineare Regression ermittelt werden. Gegebenenfalls erfolgt noch eine Nachkorrektur derart, dass die Grund- und die Änderungswerte Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ als Funktion des Vorabwinkels α abschnittweise lineare Funk­ tionen definieren, die zwischen benachbarten Maßteilungen 4 stetig ineinander übergehen. Die Änderungswerte Ax1, Ay1, Ox1, Oy1 werden - wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet - eben­ falls in den ersten Korrekturwertspeicher 10 eingespeichert.
Wenn nun alle Messsignalkorrekturwerte Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ vorliegen, werden - analog zu der Vor­ gehensweise gemäß Fig. 1 - wieder die Zwischensignale x', y' ermittelt. Diese Zwischensignale x', y' sind in Fig. 5 zusam­ men mit den Messsignalen x, y in einem gegenüber Fig. 4 ver­ größerten Maßstab dargestellt. Die kreisähnliche Figur von Fig. 5 stellt dabei den Verlauf der Zwischensignale x', y' dar, der annäherungsweise nierenförmige Verlauf den der Mess­ signale x, y. Ersichtlich ist bereits aufgrund der Anpassung der Amplituden Ax, Ay, der Offsets Ox, Oy und des Phasenver­ satzes ϕ eine erheblich verbesserte Lageauswertung möglich.
Fig. 6 zeigt nun in einer nochmals vergrößerten Darstellung die Zwischensignale x', y'. Erst in dieser Darstellung sind - neben einem unvermeidlichen Messrauschen - typische Oberwel­ len (Minima bei etwa 0°/90°/180°/270°) erkennbar. Diese Rest­ fehler sind zwar nur noch geringfügig, auch sie sind aber noch korrigierbar.
Hierzu wird einerseits - ebenso wie obenstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben - gemäß Fig. 3 der Rohwinkel α' ermit­ telt und einem zweiten Zwischenspeicher 20 zugeführt. Dem zweiten Zwischenspeicher 20 wird ferner der Lagewinkel α" zugeführt. Dieser ist mittels eines Drehzahlgenerators 21 mit nachgeordnetem Extrapolator 22 z. B. anhand mehrerer aufein­ anderfolgender Nulldurchgänge der Messsignale x, y ermittelt worden. Die abgespeicherten Wertepaare von Lagewinkel α" und Rohwinkel α' bilden maßteilungsabhängige Zwischenkorrektur­ werte (α"/α') für den Rohwinkel α'. Die Zwischenkorrektur­ werte (α"/α') sind schematisch in Fig. 7 dargestellt. Sie werden in einem Sortierer 23 nach äquidistanten Werten des Rohwinkels α' sortiert und im zweiten Korrekturwertspeicher 14 abgelegt. Dort erfolgt über alle Maßteilungen 4 eine Mit­ telwertbildung aller in den zweiten Korrekturwertspeicher 14 eingespeicherten Zwischenkorrekturwerte (α"/α'). Die durch Mittelwertbildung errechneten Rohwinkelkorrekturwerte α"(α') sind somit maßteilungsunabhängig.
Das obenstehend beschriebene Ermittlungsverfahren für die Korrekturwerte Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ, α"(α') kann vorab durchgeführt werden. Die Korrekturwerte Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ, α"(α') werden in diesem Fall als feste Werte in den Korrekturwertspeichern 10, 14 hinterlegt. Vorzugsweise aber wird das Ermittlungsverfah­ ren parallel zur Ermittlung des Lagesignals 1 im Hintergrund ausgeführt.
Mittels dem erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahren lässt sich bei einer A/D-Wandlung von 12 Bit und einer damit verbundenen theoretisch erreichbaren Auflösungsgrenze von 1/9100 eine Auflösung von 1/5900 einer Geberperiode erreichen. Diese hohe Auflösung wird dabei insbesondere wegen der Berücksichtigung auch des Phasenversatzes ϕ bei der Korrektur der Messsignal­ fehler erreicht.

Claims (15)

1. Ermittlungsverfahren für ein Lagesignal (1),
  • - wobei zwei Signalgeber (1, 2) eine relativ zu den Signalge­ bern (1, 2) bewegbare Maßverkörperung (3) mit einer Vielzahl im wesentlichen äquidistant angeordneter Maßteilungen (4) abtasten und hiermit korrespondierende Messsignale (x, y) liefern,
  • - wobei die Messsignale (x, y) bei gleichförmiger Relativbewe­ gung der Maßverkörperung (3) im wesentlichen periodisch sind, im wesentlichen sinusförmig sind, im wesentlichen um 90° relativ zueinander phasenversetzt sind und die Maßver­ körperung (3) während einer Periode der Messsignale (x, y) eine Relativbewegung um eine Maßteilung (4) ausführt,
  • - wobei aktualisiert wird, welcher der Maßteilungen (4) die ermittelten Messsignale (x, y) momentan zuzuordnen sind,
  • - wobei anhand vorbestimmter maßteilungsspezifischer Amplitu­ den (Ax, Ay) und Offsets (Ox, Oy) der Messsignale (x, y) und einem Phasenversatz (ϕ) der Messsignale (x, y) relativ zu­ einander aus den Messsignalen (x, y) ein Rohwinkel (α') er­ mittelt wird,
  • - wobei anhand vorbestimmter rohwinkelspezifischer, maßtei­ lungsunabhängiger Rohwinkelkorrekturwerte (α"(α')) aus dem Rohwinkel (α') ein Lagewinkel (α") innerhalb der Maßtei­ lung (4) ermittelt wird, der die ermittelten Messsignale (x, y) momentan zugeordnet sind, und
  • - wobei aus dem Lagewinkel (α") und der Maßteilung (4), der die ermittelten Messsignale (x, y) momentan zugeordnet sind, das Lagesignal (1) ermittelt wird.
2. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden (Ax, Ay), die Offsets (Ox, Oy) und/oder der Phasenversatz (ϕ) innerhalb der Maßteilung (4), der die ermittelten Messsignale (x, y) mo­ mentan zugeordnet sind, von den Messsignalen (x, y) unabhängig sind.
3. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Messsignale (x, y) ein Vorabwinkel (α) bestimmt wird und dass die Ampli­ tuden (Ax, Ay), die Offsets (Ox, Oy) und/oder der Phasenversatz (ϕ) innerhalb der Maßteilung (x, y), der die ermittelten Mess­ signale (x, y) momentan zugeordnet sind, von dem Vorabwinkel (α) abhängen.
4. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden (Ax, Ay), die Offsets (Ox, Oy) und/oder der Phasenversatz (ϕ) linear von dem Vorabwinkel (α') abhängen.
5. Ermittlungsverfahren für Korrekturwerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ, α"(α)) für Messsignale (x, y),
  • - wobei eine Maßverkörperung (3) mit einer Vielzahl im we­ sentlichen äquidistant angeordneter Maßteilungen (4) rela­ tiv zu zwei Signalgebern (1, 2) bewegt wird,
  • - wobei die Signalgeber (1, 2) die Maßverkörperung (3) abtas­ ten und die Messsignale (x, y) hiermit korrespondieren,
  • - wobei die Messsignale (x, y) bei gleichförmiger Relativbewe­ gung der Maßverkörperung (3) im wesentlichen periodisch sind, im wesentlichen sinusförmig sind, im wesentlichen um 90° relativ zueinander phasenversetzt sind und die Maßver­ körperung (3) während einer Periode der Messsignale (x, y) eine Relativbewegung um eine Maßteilung (9) ausführt,
  • - wobei aktualisiert wird, welcher der Maßteilungen (4) die ermittelten Messsignale (x, y) momentan zuzuordnen sind,
  • - wobei für jede Maßteilung (4) eine Vielzahl von Messsigna­ len (x, y) ermittelt wird,
  • - wobei pro Maßteilung (4) anhand der für diese Maßteilung (4) erfassten Messsignale (x, y) Messsignalkorrekturwerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, 0y1, ϕ) ermittelt und abgespei­ chert werden, so dass bei einer späteren Erfassung von Messsignalen (x, y) anhand der Messsignalkorrekturwerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ) und der dann erfassten Messsignale (x, y) ein Rohwinkel (α') ermittelbar ist,
  • - wobei pro Maßteilung (4) anhand der für diese Maßteilung (4) erfassten Messsignale (x, y) und der Messsignalkorrek­ turwerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ) maßteilungs- und rohwinkelspezifische Zwischenkorrekturwerte (α"/α') ermittelt werden, so dass bei einer späteren Erfassung von Messsignalen (x, y) anhand des dann ermittelten Rohwinkels (α') und der Zwischenkorrekturwerte (α"/α') ein Lagewinkel (α") innerhalb der dann abgetasteten Maßteilung (4) ermit­ telbar wäre,
  • - wobei anhand der Zwischenkorrekturwerte (α"/α') der Maß­ teilungen (4) rohwinkelspezifische, aber maßteilungsunab­ hängige Rohwinkelkorrekturwerte (α"(α')) ermittelt werden, so dass bei einer späteren Erfassung von Messsignalen (x, y) anhand der dann ermittelten Messsignale (x, y), der Maßtei­ lung (4), der die dann erfassten Messsignale (x, y) zuzuord­ nen sind, der Messsignalkorrekturwerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ,) und der Rohwinkelkor­ rekturwerte (α" (α')) ein Lagewinkel (α") innerhalb der Maßteilung (4), der die dann erfassten Messsignale (x, y) zugeordnet sind, und aus dem Lagewinkel (α") und der Maß­ teilung (4), der die dann erfassten Messsignale (x, y) zuge­ ordnet sind, ein Lagesignal (1) ermittelbar ist,
  • - wobei die Messsignalkorrekturwerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ) zumindest maßteilungsspezifische Grundwerte (Ax0, Ay0, Ox0, Oy0, ϕ) für Amplituden (Ax, Ay) und Offsets (Ox,Oy) der dann erfassten Messsignale (x, y) und einen Pha­ senversatz (ϕ) der dann erfassten Messsignale (x, y) relativ zueinander umfassen.
6. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperung (3) sich während des Abtastens nur langsam bewegt.
7. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, dass pro Maßtei­ lung (4) die für diese Maßteilung (4) erfassten Messsignale (x, y) im wesentlichen in der dieser Maßteilung (4) zugeordne­ ten Periode gleichverteilt sind.
8. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, dass die Rohwin­ kelkorrekturwerte (α"(α')) aus den Zwischenkorrekturwerten (α"/α') der Maßteilungen (4) durch Mittelwertbildung errech­ net werden.
9. Ermittlungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignalkorrekturwerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ) auch Änderungswerte (Ax1, Ay1, Ox1, Oy1) für die Amp­ lituden (Ax, Ay), die Offsets (Ox, Oy) und/oder den Phasenver­ satz (ϕ) der dann erfassten Messsignale (x, y) umfassen, so dass die Amplituden (Ax, Ay), die Offsets (Ox, Oy) und/oder der Phasenversatz (ϕ) innerhalb der Maßteilung (4), der die dann erfassten Messsignale (x, y) zugeordnet sind, von einem Vorab­ winkel (α) abhängen, der anhand der dann erfassten Messsig­ nale (x, y) bestimmt wird.
10. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grund- und die Ände­ rungswerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ) abschnittwei­ se lineare Funktionen definieren.
11. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, dass die Grund- und die Änderungswerte (Ax0, Ax1, Ay0, Ay1, Ox0, Ox1, Oy0, Oy1, ϕ) benachbarter Maßteilungen (4) derart bestimmt werden, daß sich zwischen den benachbarten Maßteilungen (4) ein stetiger Übergang für die Amplituden (Ax, Ay), die Offsets (Ox, Oy) und/oder den Phasenversatz (ϕ) ergibt.
12. Ermittlungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es pa­ rallel zu einem korrespondierenden Ermittlungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführt wird.
13. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Ermitt­ lungsverfahrens nach einem der obigen Ansprüche.
14. Inkrementalgeberauswertungssystem zur Durchführung eines Ermittlungsverfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 12.
15. Inkrementalgeberauswertungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Computerprogrammprodukt (8) nach Anspruch 13 program­ miert ist.
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