(57)【要約】  機械軸（４）の回転角度位置の検知のためのロータリエンコーダ（６）を較正（４０）するための方法であって、前記ロータリエンコーダ（６）は、前記機械軸（４）に相対回転不能に結合されていると共に、実回転角度位置（７２）の検知のために少なくとも１つの計測点（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）を定義する少なくとも１つの励起装置（６１）と、前記励起装置（６１）と機能的に協働する固定センサ装置（６２）と、を備え、以下のステップを備えることを特徴とする：前記機械軸（４）を回転運動へ移行（３２）させるステップ、開始計測点（６１ａ）を検知（３３）するステップ、時間値（ｔ）の加算のための時間モジュール（６５）を起動（３４）するステップ、少なくとも１つの中間計測点（６１ｂ，６１ｃ）を検知（３５）するステップであって、検知された前記中間計測点（６１ｂ，６１ｃ）には、検知時刻に加算された時間値（ｔ）が割り当てられるステップ、前記中間計測点（６１ｂ，６１ｃ）の前記回転角度位置（７２）及び割り当てられた前記時間値（ｔ）を記憶（３６）するステップ、終了計測点（６１ｄ）を検知（３７）するステップ、前記時間モジュール（６５）によって加算された時間値（ｔ）を確定（３８）するステップ、少なくとも時間に依存する予定回転角度位置（７１）を算出するステップ（４１）、検知された実回転角度位置（７２）と算出された前記予定回転角度位置（７１）との間の偏差（７３）を算出するステップ（４２）、算出された前記偏差（７３）の分だけ前記ロータリエンコーダ（６）の出力信号を修正するステップ（４３）。【選択図】図１ｂ
2019504999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械軸（４）の回転角度位置の検知のためのロータリエンコーダ（６）、特に外付けされたアブソリュート・エンコーダを較正（４０）するための方法であって、前記ロータリエンコーダ（６）は、前記機械軸（４）に相対回転不能に結合されていると共に、実回転角度位置（７２）の検知のために少なくとも１つの計測点（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）を定義する少なくとも１つの励起装置（６１）と、前記励起装置（６１）と機能的に協働する固定センサ装置（６２）と、を備え、以下のステップを備えることを特徴とする。
- 前記機械軸（４）を、予め与えられた回転速度を有する回転運動へ移行（３２）させるステップ
- 前記センサ装置（６２）によって開始計測点（６１ａ）を検知（３３）するステップ
- 時間値（ｔ）の加算のための時間モジュール（６５）を起動（３４）するステップ
- 前記センサ装置（６２）によって少なくとも１つの中間計測点（６１ｂ，６１ｃ）を検知（３５）するステップであって、検知された前記中間計測点（６１ｂ，６１ｃ）には、検知時刻に加算された時間値（ｔ）が割り当てられるステップ
- 前記中間計測点（６１ｂ，６１ｃ）の前記回転角度位置（７２）及び割り当てられた前記時間値（ｔ）を記憶（３６）するステップ
- 前記センサ装置（６２）によって終了計測点（６１ｄ）を検知（３７）するステップ
- 前記時間モジュール（６５）によって加算され、前記開始計測点（６１ａ）から前記終了計測点（６１ｄ）までの前記回転運動のための所要時間を再現する時間値（ｔ）を確定（３８）するステップ 
- 前記開始計測点（６１ａ）から前記終了計測点（６１ｄ）までの前記機械軸（４）の回転運動の仮定の下で、少なくとも、時間に依存する予定回転角度位置（７１）を算出（４１）するステップ
- 少なくとも１つの時間値（ｔ）について、検知された前記実回転角度位置（７２）と算出された前記予定回転角度位置（７１）の間の偏差（７３）を算出（４２）するステップ - 算出された前記偏差（７３）の分だけ前記ロータリエンコーダ（６）の出力信号を修正（４３）するステップ 
【請求項２】
少なくとも、検知された前記実回転角度位置（７２）、算出された前記予定回転角度位置（７１）及び／又は前記偏差（７３）の記憶（４５）が、記憶装置（６４）において行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
偏差（７３）の算出（４２）の後に、将来における前記機械軸（４）の角度の時間推移の算出（４４）が行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記予定回転角度位置（７１）の算出（４１）、前記偏差（７３）の算出（４２）及び／又は前記角度の時間推移の算出（４４）が反復的に行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記算出（４１，４２，４４）が、前記ロータリエンコーダ（６）内に記憶された修正テーブルを用いて行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記機械軸（４）の１回転あたり少なくとも２つの開始計測点（６１ａ）及び２つの終了計測点（６１ｄ）が検知され、その結果、前記機械軸（４）の１回転あたり少なくとも２回、算出（４１，４２，４４）が行われることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記機械軸（４）を回転運動へ移行（３２）させる前に、前記駆動軸（４）への慣性質量の組み付け（３１）が行われることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
開始計測点（６１ａ）を検知（３３）する前に、前記機械軸（４）を駆動する駆動モータ（３）のスイッチの遮断及び／又は前記機械軸（４）の駆動モータ（３）からの切り離しが行われ、その結果、前記駆動軸（４）は、前記計測点（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）の検知（３３，３５，３７）のために惰性回転へと移行されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記計測点（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）の検知（３３，３５，３７）は、ＡＭＲセンサまたはホールセンサのような磁場センサ（６３）を用いて行われることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記機械軸（４）を回転運動へ移行（３２）させる前、かつ、前記機械軸（４）への前記ロータリエンコーダ（６）の組み付け（３１）の前に、製造者側における前記ロータリエンコーダ（６）の予備較正（２０）が、第１の計測精度レベルにおいて行われることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
機械軸（４）の修正された回転角度位置の決定のためのロータリエンコーダ（６）、特に外付けされたアブソリュート・エンコーダであって、少なくとも以下を備えることを特徴とするロータリエンコーダ（６）。
- 前記機械軸（４）に相対回転不能に結合された励起装置（６１）及び前記起装置（６１）と機能的に協働する固定センサ装置（６２）
- 検知された計測点（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）、特にゼロ点の加算のための計数モジュール（６７）
- 時間値（ｔ）、特に２つの計測点（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）の間の所要時間の加算のための時間モジュール（６５）
- 少なくとも１つの時間値（ｔ）について、少なくとも予定回転角度位置（７１）及び／又は検知された実回転角度位置（７２）と算出された予定回転角度位置（７１）との間の偏差（７３）を算出（４１，４２，４４）するための計算モジュール（６６）
- 少なくとも１つの修正テーブルを記憶するための記憶モジュール（６４）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械軸の回転角度位置を検知するためのロータリエンコーダ、特に外付けされたアブソリュート・エンコーダを較正するための方法に関する。その際、ロータリエンコーダは、機械軸と相対回転不能に結合されていると共に、実回転角度位置の検知のために少なくとも１つの計測点を定義する少なくとも１つの励起装置と、励起装置と機能的に協働する固定センサ装置と、を備えている。さらに、本発明は、修正角度位置の決定のためのロータリエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械軸の現在の位置に関する情報は、機械の正確な運転のために必要不可欠である。そのような位置情報は、例えば設備の自動化において、特に技術的で大抵の場合は高精度な事象の制御のために、重要な役割を演じる。そのため、例えば工作機械、ロボットアームまたは同様のアプリケーションの制御のために、位置検知のためのシステムが常に必要である。さらに、そのようなシステムは、電動モータにおいても、速度制御のために、特にコイル制御のためロータが何れの位置にあるのかを知るために、必要である。
【０００３】
インクリメンタル・ロータリエンコーダは、位置変化の検知のために用いられ、距離、方向または角度変化の計測のために採用され得る。そのようなインクリメンタル・エンコーダは、スケールまたはバーコードの目盛の範囲内での相対位置の検知のみを可能とする。絶対位置の決定のためには、ある数の通過スケール目盛を検知することが必要である。
【０００４】
アブソリュート・ロータリエンコーダは、機械軸の絶対位置を、有利には直接的に決定し得る。これは大抵の場合、コード化され、それぞれ軸の特定の角度位置に一義的に割り当てられたパターン（Abtastung）によって実現される。
【０００５】
とりわけ高い計測精度を可能とするために、計測されるべき計測対象（Masverkorperung）に対してセンサ装置をとりわけ正確に位置決めすることが必要であり、その結果、特に外付けの回転角度計測システムにおいては、ロータリエンコーダの顧客側の機械軸への組み付けの後、付加的な再較正が大抵の場合に必要となる。そのような再較正は、通常、レファレンス・エンコーダを利用して行われるが、当該レファレンス・エンコーダは、ロータリエンコーダの較正のために、少なくとも一時的に同様に機械軸に配置されなければならない。しかしながら、これは比較的労力がかかり、高コストである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、比較的少ない労力で、ロータリエンコーダのとりわけ高い計測精度を低コストで可能とする、ロータリエンコーダを較正するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
当該課題の解決は、本発明に従って、請求項１の特徴を具備する方法、及び、請求項１１の特徴を具備するロータリエンコーダによって実現される。
【０００８】
機械軸の回転角度位置の検知のための外付けされたロータリエンコーダ、特にアブソリュート・エンコーダを較正するための本発明による方法は、以下のステップを備えている。
【０００９】
予め与えられた特に一定の回転速度を有する回転運動へ、例えば1000rpmの領域の回転数へ、機械軸を移行させる。回転速度は、例えばロータリエンコーダ自体によって、特に駆動モータまたは電子制御機器へと、予め与えられ得る。
【００１０】
機械軸に取り付けられた励起装置によって定義された、特に機械軸のゼロ点である開始計測点の検知が、これに続く。検知は、センサ装置によって行われる。開始計測点の検知と共に、ロータリエンコーダ内では、特に所要時間の計測のために、時間値の加算のための時間モジュールが起動される。並行して、センサ装置によって、時間に依存する実位置の検知が開始される。これは、例えば固定された時間または角度間隔に対して行われる。特に、基本的に如何なる任意の実回転角度位置にも配置され得る、特に好ましくはゼロ点である、少なくとも１つの中間計測点の検知が行われる。検知された中間計測点には、検知時刻に加算された時間値が割り当てられ、その結果、センサ装置によって検知された機械軸の実回転角度位置のそれぞれに、特定の時間値を割り当てることができ、それによって、中間計測点までの所要時間が検知可能となる。
【００１１】
続いて、中間計測点の回転角度位置の記憶、及び、割り当てられた時間値の記憶が行われる。実位置値は、特にタイムスタンプと共に記憶装置に保管される。
【００１２】
機械軸のさらなる回転の後、終了計測点の検知が行われる。終了計測点は、特に、またもや機械軸の１回の完全な回転の後におけるゼロ点であり、したがって開始計測点と同じ位置に配置され得る。この終了計測点をもって、実位置の時間に依存する検知は終了する。開始及び終了計測点は、例えば同じ周方向位置に配置され得る。その結果、計測は、特に１回の完全な回転に亘って行われ得る。
【００１３】
続いて、時間モジュールによって計測あるいは加算された時間値が確定される。その際、この時間値は、開始計測点から終了計測点までの機械軸の回転運動の所要時間を再現する。センサ側の時間モジュールは、それによって、特に実位置値の時間に依存する検知のために用いられる。この実際に必要とされる所要時間は、例えば理想的なケースについて定義された予定所要時間と合わせられ得る。理想的なケースの例として、１回転または360°の所要時間は360msであることができ、その際、機械軸の各回転角度に対して予定所要時間として厳密に1msが設定される。一定速度の仮定の下で、この場合、回転している機械軸は、１ミリ秒の間に厳密に１度進んだ。
【００１４】
開始計測点から終了計測点までの機械軸の好ましくは一定の回転運動の仮定の下で、少なくとも時間に依存する予定回転角度位置の算出が、これに続く。少なくとも開始及び終了計測点の間の予定位置値の算出は、検知された中間計測点、または、開始計測点から終了計測点までの回転運動に亘ってそれぞれ割り当てられた実回転角度位置値の線形外挿によって行われる。それによって、機械軸の「理想的な」回転運動が算出され得る。そして、それは、個々の回転位置についての、実際の機械回転運動の「理想的な」回転運動からの偏差の確定のために用いられる。
【００１５】
そのために、さらなる算出ステップにおいて、少なくとも１つの時間値について、検知された実回転角度位置と算出された予定回転角度位置の間の偏差の確定が行われる。偏差は、特に、機械軸の計測された角度の時間推移の、予め算出された機械軸の理想的な角度推移、例えば角度の扇形な時間推移からの偏差と解釈され得る。それによって、特に、１つまたは複数の修正値が算出され得る。当該修正値によって、計測された角度の時間推移の、算出された角度推移からの偏差が、修正され得る。修正計算の実行は、特に、ロータリエンコーダ内に格納された評価または計算モジュールによって実現され、その結果、これに加えて追加的な装置は必要とされない。
【００１６】
少なくとも実回転角度位置の算出された予定回転角度位置からの偏差が存在する場合、当該算出された偏差の分だけ、ロータリエンコーダの出力信号の修正が行われる。それによって、ロータリエンコーダは、修正された信号を直接的に出力し得る。例えば、算出された予定回転角度位置が下回っている場合には、対応する角度が検知された回転角度に加算され、予定角度位置が上回っている場合には、対応する角度が検知された回転角度から差し引かれ得る。信号の検知は、それによって、リアルタイムで実行され得る。偏差が存在しない場合には、絶対位置値がロータリエンコーダから直接的に、すなわち修正計算なしに、出力され得る。
【００１７】
この方法によって、特に、機械軸または機械システムの個々の寸法公差、ロータリエンコーダの位置決めの不正確さ、または、モータの制動トルクのような機械軸において個別に発生する他の擾乱の影響が検知され、特に電子的に同調され得る。その結果、ロータリエンコーダの計測精度は顕著に高められ得る。特に、ロータリエンコーダは、当該ロータリエンコーダが取り付けられる如何なる機械軸についても、「顧客側で」、個々に高い精度レベルで最終較正され得る。それによって、製造者の元では、ロータリエンコーダの比較的不正確な又は大雑把な予備較正が１回だけ、例えばレファレンス・エンコーダに対して行われ、続いて設置場所において、すなわち顧客側の機械軸への組み付けの後に、個々の例えば寸法公差に起因する不正確さに関して、ロータリエンコーダが正確に較正されれば十分である。それによって、例示的に上述した寸法公差は、特に電子的に同調され得る。その際、較正のために追加の装置またはレファレンス装置の配置は必要ない。むしろ、ロータリエンコーダは、そのように、すなわち追加装置なしに、較正することができる。それによって、如何なる個々の機械軸に対しても、とりわけ高い回転角度分解能を有するロータリエンコーダが提供され得る。その際、その較正は、比較的容易かつ低コストである。
【００１８】
好ましくは、検知された実回転角度位置、算出された予定回転角度位置、及び／又は、偏差の記憶が、付設された記憶装置において行われる。さらに、修正テーブル、角度の時間推移、及び／又は、少なくとも修正値の記憶が、行われ得る。修正値は、特に偏差値に対応している。それによって、記憶された値は将来における修正計算のために援用することができ、その結果、作動中のロータリエンコーダは、比較的高い計測精度を備え得る。記憶装置は、有利にはロータリエンコーダ内に一体化され、その結果、部品点数は比較的少なくなり得る。
【００１９】
好ましくは、偏差の算出の後、機械軸の将来における角度の時間推移の算出が行われる。そのために、機械軸の少なくとも１つの将来における角度位置を確定することができ、好ましくは、将来における角度カーブの推移の全体が新たに決定される。特に、偏差及び角度推移の値は外挿され、機械軸の将来における角度位置のために援用される。それによって、例えば将来におけるゼロ点の時刻が確定され、その結果、計測精度が顕著に高められ得る。それによって、軸の角度位置が、１回の完全な回転にわたって時間値当たりどのように変化するかを決定することができ、そこから、例えば軸に作用する制動トルクに関する逆推論が為され得る。それによって、将来における角度位置の正確な決定においては、制動トルクが考慮され得る。これは、特に、正確に位置付けられるべきロボットアームの機械軸への適用において、例えば機械軸の加速及び制動データの算出のために有利であり得る。
【００２０】
好ましくは、予定回転角度位置の算出、回転角偏差の算出、及び／又は、角度の時間推移の算出は、反復的に行われる。そのために、特に近似的な角度距離偏差を確定すべく、方法ステップ（回転への移行まで）が少なくとも２回連続して適用され得る。例えば、計測のために、機械軸の複数回の回転が組み入れられ、及び／又は、１回転あたり複数の第１計測点及び複数の第２計測点が検知され評価され得る。特に好ましくは、ステップは、予め与えられた精度が達成されるまで繰り返される。そのために、限界値または限界範囲が予め与えられ得る。限界範囲に達すると、ロータリエンコーダから較正の完了に関する信号が出力され得る。
【００２１】
好ましくは、予定回転角度位置の算出、回転角度偏差の算出、及び／または、角度の時間推移の算出は、ロータリエンコーダ内に格納された修正テーブルによって行われる。修正テーブルは、計測点または軸のゼロ点の修正のために、時間時及び位置値、特に１つまたは複数の修正ファクタを含み得る。さらに、修正テーブルには、特定の時刻より後の軸の角度位置または角度の時間推移に関する情報を含む時系列（Zeitfolge）が保存され得る。特に、修正テーブルは、機械軸の実際の角度位置、算出された大抵の場合は直線的な角度の時間推移、及び／又は、機械軸の制動トルクに関するその他の情報を備え得る。修正テーブルは、それに加えて、個々の、それぞれの製造者によって予め与えられたパラメータ、例えば具体的な設置場所及びロータリエンコーダまたは機械軸の機能に関するパラメータを含み得る。それによって、ロータリエンコーダは、様々なシステムに対して、対応する修正テーブルを備え得る。さらに、再較正はとりわけ正確に行われることができ、その結果、作動中のロータリエンコーダは比較的高い計測精度を具備し得る。
【００２２】
有利には、機械軸の１回転あたり少なくとも２つの第１計測点及び２つの第２計測点が検知され、その結果、機械軸の１回転あたり少なくとも２回、偏差及び／又は角度の時間推移の算出が行われる。これによって、ロータリエンコーダのとりわけ正確な較正が可能となる。
【００２３】
好ましくは、機械軸を回転運動へと移行させる前に、駆動軸への慣性質量の配置または組み付けが行われる。それによって、特に駆動軸の回転を改善することができ、特に、始動時のがたつき又はガタガタと作用するトルクが防止され得る。その結果、とりわけ正確な計測または較正が可能となる。慣性質量は、例えばフライホイールによって提供され得る。
【００２４】
好ましくは、開始計測点の検知の前に、機械軸を駆動する駆動モータのスイッチの遮断、及び／又は、機械軸の駆動軸からの切り離しが行われ、その結果、駆動軸は、計測点の検知のために惰性回転へと移行される。それによって、時系列的な機械軸の制動挙動（惰性回転における抵抗）がとりわけ正確に検知され、将来における軸の角度位置の算出がより正確になり得る。特に、較正精度に関する具体的な逆推論を得ることができる。さらに、予め与えられた予定値を駆動軸の所要時間特性に関する実際の値と同調させることによって、とりわけ高い計測精度または計測分解能が達成され得る。
【００２５】
好ましくは、計測点の検知は、ＡＭＲセンサまたはホールセンサのような少なくとも１つの磁場センサによって行われる。それによって、ロータリエンコーダによる、とりわけ容易で正確な回転角度計測が行われ得る。
【００２６】
好ましくは、機械軸の回転運動への移行の前、かつ、機械軸へのロータリエンコーダの組み付けの前に、製造者側におけるロータリエンコーダの第１の計測精度レベルでの予備較正が行われる。第１の計測精度レベルにおいては、例えば±１°の角度位置認識のための計測制度が達成され得る。それによって、ロータリエンコーダは、例えば当該ロータリエンコーダ自体の主較正を目的として、駆動モータの第１の大雑把な制御に用いられ得る。その際、この主較正は、好ましくは顧客側の機械軸において行われる。そのようにして、ロータリエンコーダの較正は、顧客側で、追加的な（レファレンスの）ロータリエンコーダなしに行われ得る。顧客側の機械軸における主較正において、ロータリエンコーダは、第２の計測精度レベルで較正され得る。その際、第２の計測精度レベルは、とりわけ正確な較正に相当する。
【００２７】
機械軸の回転角度位置の検知のための本発明によるロータリエンコーダ、特にアブソリュート・エンコーダは、少なくとも、機械軸に相対回転不能に結合された励起装置と、励起装置と機能的に共同する固定センサ装置と、を備える。さらに、ロータリエンコーダは、検知された計測点、特にゼロ点の加算のための計数モジュールと、時間値の加算のための、特に実位置値の時間に依存する検知のための時間モジュールと、少なくとも予定回転角度位置、及び／又は、検知された実回転角度位置と算出された予定回転角度位置の間の偏差の算出のための計算モジュールと、を備えている。計算モジュールは、角度の時間推移、及び／又は、将来におけるゼロ点の時刻を算出するのに好適であり得る。それに加えて、ロータリエンコーダは、少なくとも１つの修正テーブルを記憶するための記憶モジュールを含んでいる。それによって、ロータリエンコーダは、上述した、特に顧客側の機械軸における別のレファレンス・ロータリエンコーダを用いない方法を実行するのに好適であり得る。ロータリエンコーダは、特に、外付けされた、又は、ベアリングレスのロータリエンコーダ・キットとして形成されることができ、その際、機械軸に配置された励起装置と、機械軸と芯合わせされた別個のセンサ装置が設けられ得る。それによって、ロータリエンコーダは、特に既存の設備への後付けに好適である。特に、ロータリエンコーダの顧客側の機械軸への組み付けは、少なくとも、機械軸に相対回転不能に結合されたコードトラック、及び、コードトラックの読み出しに対応した固定読み取り装置が機械軸に配置されるよう、行われる。コードトラックは、光学的な、磁気的な、容量による、または、誘導による検知のために形成され得る。好ましくは、通常は１つの磁気的な励起装置から製作される磁気的コードトラックである。磁気的な励起装置は、例えば、１つまたは複数の双極子磁石によって形成され得る。代替的に又は追加的に、コードトラックは、光学的な読み出しに好適なものであり得る。コードトラックは、スリーブに接して又はスリーブの上に配置されることができ、当該スリーブは、機械軸に嵌め込まれ固定され得る。読み取り装置は、特に、それぞれのコードトラックを読み出し、読み出された情報を電気信号に変換するのに適した、光学的な、磁気的な、容量による、または、誘導によるセンサ装置である。磁気的な励起装置において、読み出し装置は、例えばホールセンサである。それによって、ロータリエンコーダ・キットとして形成されたロータリエンコーダは、比較的容易な方法で、顧客側の機械軸に配置され得る。
【００２８】
以下において、本発明が、好適な実施例及び添付の図面との関連で、詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１ａ】本発明によるロータリエンコーダを備えるモータ駆動の工業用ゲートを、概略的に示している。
【図１ｂ】図１ａのロータリエンコーダを、詳細断面図において概略的に示している。
【図２】本発明による方法の経過を概略的に示している。
【図３】較正の前後における角度の時間推移を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１ａには、本発明によるロータリエンコーダ６の適用の一例が示されている。ここで、ロータリエンコーダ６は、ローリングゲート２の公知のゲート駆動システム１に配置されており、駆動軸４の正確な位置の検知のために用いられる。ローリングゲート２は、通路の開閉のために用いられ、駆動モータ３によってモータ駆動されて開閉移動可能であり、これは参照符号１０によって示されている。ゲート駆動システム１は、駆動モータ３及び機械軸または駆動軸４を含んでいる。駆動モータ３は、詳細には示されていない制御装置５を備えており、当該制御装置５は、予め設定された基準に従って駆動モータ３を制御する。
【００３１】
駆動軸４の軸方向の端部には、ロータリエンコーダ６が、とりわけ外付けのロータリエンコーダとして配置されている。ロータリエンコーダ６は、ロータリエンコーダ・キットとして形成されており、当該ロータリエンコーダ・キットは、駆動軸４の自由端の領域に、とりわけ駆動モータ３の制御のための制御装置５の領域に配置されており、これと接続されている。それによって、ロータリエンコーダ６は、特に駆動軸４の回転角度位置の検知のため、駆動モータ３の制御に用いられ得る。そのような検知は、ここでは公知の方法によって行われ得る。
【００３２】
図１ｂに示されているように、ロータリエンコーダ６は、駆動軸４の自由端に配置されていると共に駆動軸４と相対回転不能に結合された磁気励起装置６１を備えている。磁気励起装置６１は、周囲に亘って配置された複数の永久磁石によって、読み出し可能な磁気コードトラック（Codespur）を形成している。双極子として形成された１つの磁石のみを用いることも可能であり、その際、コードトラックは、特に機械軸の周囲に亘って配置された２つの検知可能な回転角度位置のみを含んでいる。コードトラックの読み出しのために、１つのセンサ装置６２が設けられており、当該センサ装置６２は、少なくとも１つのセンサ６３、特にホールセンサを備えている。そのために、ホールセンサ６３は、駆動軸４に配置された永久磁石と作用的に結合され、それによって、駆動軸４の回転運動を検知することができる。
【００３３】
ロータリエンコーダ６は、駆動軸４において自動的な較正を、特に付加的なレファレンス・エンコーダを用いることなく実行するのに適している。そのために、ロータリエンコーダ６は、特にセンサ装置６２に、実位置値７２の時間推移及び図示されていない修正テーブルのうち少なくとも１つを記憶するための記憶モジュール６４と、検知された計測点６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ、例えばゼロ点の計数のための計数モジュール６７と、時間値ｔの加算のための時間モジュール６５と、少なくとも１つの修正ファクタを算出するための計算モジュール６６と、を備えている。
【００３４】
図２には、ロータリエンコーダ６を較正するための本発明による方法の経過が示されており、それに加えて、実際の較正方法４０の前または後に位置付けられ得る更なる方法ステップも示されている。
【００３５】
第１ステップにおいて、任意に、ロータリエンコーダ６の製造者側における予備較正２０が、第１の計測精度レベルにおいて行われる。予備較正２０は、特に製造者のもとで、レファレンス装置を利用して行われ得る。第１の計測精度レベルは、ロータリエンコーダ６の比較的おおまかな計測精度、特にロータリエンコーダ６の作動中に高分解能の位置決定のためには基本的に用いられないであろう計測精度に相当する。角度位置認識に関する計測精度は、ここでは例えば±１°であり得る。
【００３６】
次の任意のステップにおいて、予備較正されたロータリエンコーダ６の製造者から設置場所への、特に顧客のゲート駆動システム１に取り付けられているもののような、顧客側に配置された機械軸４への輸送３０が行われる。ロータリエンコーダ６は、次に、機械軸４のうちロータリエンコーダ６のために予め与えられた位置に組み付けられ、これは参照符号３１によって示されている。その際、別個の励起装置６１が駆動軸４に固定されると共に、励起装置６１の読み出しのためのセンサ装置６２が対向して配置され得る。ロータリエンコーダ６の較正のための本発明による方法に基づいて、ロータリエンコーダ６の駆動軸４への位置合わせ及び組み付けは、顧客自身によっても行われ得る。
【００３７】
この時点ではまだ比較的不正確に較正されたロータリエンコーダ６は、自己較正を、例えば第１の計測精度レベルよりも本質的に正確な検知を可能とする第２の計測精度レベルにおいて実行するために、駆動モータ３の制御に用いられ得る状態にある。これは、ここでは参照符号４０によって示されている。
【００３８】
まず、予め与えられた、好ましくは一定の、特に1000rpmの領域の回転数への駆動軸４の加速３２が行われる。較正４０の第１の段階において、次に、駆動モータ３のスイッチの遮断が行われ、続いて、駆動軸４の予め与えられた第２の回転数までの惰性回転が行われる。センサ装置６２のセンサ６３を用いた開始計測点６１ａの検知３３が、これに続く。
【００３９】
開始計測点６１ａの検知３３と共に、時間値ｔの加算のための時間モジュール６５が起動される。時間モジュールが時間値ｔを加算し、機械軸の回転が続く間、少なくとも中間計測点６１ｂ，６１ｃの検知３５が行われ、検知された中間計測点６１ｂ，６１ｃには、検知時刻に加算された時間値ｔが割り当てられる。中間計測点６１ｂ，６１ｃに割り当てられた実回転角度位置７２及び割り当てられた時間値ｔは、そのために設けられた記憶装置に書き込まれ、これは参照符号３６で示されている。
【００４０】
例えば完全な１回転の後には、終了計測点６１ｄが検知され、これは参照符号３７で示されている。終了計測点６１ｄは、例えば開始計測点６１ａと同じ周方向位置に配置され得る。時間モジュール６５によって、開始計測点６１ａから終了計測点６１ｄまでの回転運動に必要とされる所要時間が決定され、これは参照符号３８で示されている。
【００４１】
続いて、開始計測点６１ａから終了計測点６１ｄまでの機械軸４の一定の回転運動の仮定の下に、少なくとも時間に依存する予定位置値７１の算出４１が行われる。有利には、全体として１つの時間的な予定角度推移７１を再現し得る複数の予定位置値７１が算出される。この予定角度推移７１は、外部の影響が未考慮のままとされた「理想的な」角度推移に対応し得る。算出された予定角度推移７１を用いて、特定の時間値ｔに対する少なくとも１つの実回転角度位置７２の算出された予定回転角度位置７１からの偏差７３が算出される。有利には、これは複数の時間値ｔに対しても同様に行われる。
【００４２】
実回転角度位置７２の算出された予定角度推移７１からの偏差が存在する限り、算出された角距離偏差７３の分だけ、ロータリエンコーダ６の出力信号の修正４３が行われる。そのような角距離偏差７３は、特に図３に示されている。少なくとも角距離偏差７３は、次に、将来における計算及び評価のために記憶モジュール６４に記憶される。
【００４３】
この措置は、例えば何度かに亘って順に行われ、その結果、比較的高い計測精度が達成され得る。それに加えて、所要時間の計測を１回転当たり何度かに亘って行うことが可能であり、例えば、１回転につき２つの開始計測点６１ａ及び２つの終了計測点６１ｄが検知され、その結果、とりわけ迅速で正確な較正が可能となる。
【００４４】
それに引き続くロータリエンコーダ６の、例えばゲート駆動システム１における通常の作動５０において、ロータリエンコーダ６において検知された実値７２は、常に、記憶装置６４に記憶された角距離偏差７３の修正ファクタの分だけ修正され、その結果、次に角距離偏差７３の分だけ修正された回転角度位置値は、駆動モータ３の制御のために、制御装置５へと伝達され得る。
【００４５】
図３には、例示的に、実角度推移７２の予定角度推移７１からの偏差７３が示されている。ここでは、回転角度φが時間ｔに対して示されており、時刻Ｔ０、Ｔ１及びＴ２のそれぞれにおいて、機械軸４のゼロ点が検知されている。
【００４６】
理想角度推移または予定角度推移７１は、ここでは実質的に直線に対応しており、その結果、制動トルクまたはガタガタと作用するトルク（Ruckelmoment）は一切考慮されていない。実角度推移７２は、予定角度推移カーブ７１に沿った擾乱という意味での偏差として形成されており、機械軸４の計測された角度推移を示している。実カーブ７２の予定カーブ７１からの偏差７３は、機械軸４において支配的な制動トルク及びガタガタと作用するトルク、組み付け公差、並びに、増幅誤差、磁気的誤差及び同様の誤差のような計測システムに内在する誤差によって発生する。したがって、この較正４０により、機械軸４の時間経過に亘る実際の角度位置の正確な指示が可能となる。
【００４７】
それによって、如何なる個別のシステムに対しても、とりわけ高い精度を有し、とりわけ容易に組み付けられるロータリエンコーダが提供され得る。本発明によるロータリエンコーダが、既に示された適用例、すなわち工業用ゲートに限定されることなく、任意の設備、システム、ロボットまたは乗り物における適用に適していることは、明白であろう。
【符号の説明】
【００４８】
１      ゲート駆動システム
２      ローリングゲート
３      駆動モータ
４      駆動軸
５      制御装置
６      ロータリエンコーダ
６１    励起装置、コードトラック
６１ａ  開始計測点
６１ｂ  中間計測点
６１ｃ  中間計測点
６１ｄ  終了計測点
６２    センサ装置
６３    センサ、ホールセンサ
６４    記憶モジュール
６５    時間モジュール
６６    計算モジュール
６７    計数モジュール
１０    ゲートの移動
２０    第１の較正
３０    輸送
３１    組み付け
３２    駆動軸の回転
３３    開始計測点の検知
３４    時間モジュールの起動
３５    中間計測点の検知
３６    記憶
３７    終了計測点の検知
３８    所要時間の確定
４０    較正
４１    実位置値の算出
４２    偏差の算出
４３    出力信号の修正
４４    将来における角度位置の算出
４５    記憶
５０    通常の作動
７１    理想回転角度位置／予定回転角度位置
７２    実回転角度位置
７３    偏差
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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