旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)，用于檢測圍繞轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動角位置。
【背景技術(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)已知了多種旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)，其以光學方式追蹤在轉(zhuǎn)動軸上的標記。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是，提供一種改進的旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)。
[0004]從開頭所述類型的旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)出發(fā)，該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)動角傳感器來實現(xiàn)。有利的設(shè)計方案在其它的從屬權(quán)利要求中給出。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)是一種用于檢測沿轉(zhuǎn)動軸線延伸的轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動角位置和/或角速度的旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)，該旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)具有至少兩個在轉(zhuǎn)動軸上的光學標記，具有包括含有像素點的像素矩陣的光學傳感器，具有用于在像素矩陣上沿基本上軸向的方向?qū)⒏鱾€標記成像為標記圖像的成像裝置，以及具有用于讀取和分析處理像素矩陣以用于確定關(guān)于轉(zhuǎn)動角位置和/或角速度的數(shù)據(jù)的分析處理裝置，其中，標記、成像裝置和像素點設(shè)計成，使得像素矩陣上的標記圖像至少具有一像素點的面積，其中，分析處理裝置設(shè)計為用于，確定像素矩陣上的標記圖像的中心或重心(Schwerpunkte)的位置。特別是可以在子矩陣部分中確定像素矩陣上的標記圖像的中心。
[0006]像素點的大小、標記的面積和成像裝置被這樣彼此匹配，使得在像素矩陣上通過標記圖像形成所述的最小面積。
[0007]基本上軸向的成像表示，成像基本上設(shè)計在轉(zhuǎn)動軸的延長線上，且相對于轉(zhuǎn)動軸形成特別是小于45°、特別是小于10°、特別是小于2°、特別為0°的觀測角。
[0008]像素矩陣表示應(yīng)被分析處理的最大像素矩陣區(qū)域。原則上不用于讀取和/或分析處理的行或列不屬于本發(fā)明的像素矩陣。
[0009]面積對于標記圖像來說表示其總面積大小的值。面積對于像素點來說表示由四個緊鄰的像素點的面中心所撐開的矩形的面積大小的值。
[0010]子矩陣部分表示，以比像素區(qū)域更高的分辨率，特別是以多倍的分辨率，也就是例如以雙倍的、四倍的或八倍的分辨率來確定在像素區(qū)域內(nèi)的中心/中心的位置。這可以通過以下方式實現(xiàn):通過由此產(chǎn)生的有限的亮度變化來探測矩陣圖像對像素點的部分覆蓋。特別地，各個標記可以是深色的，特別是黑色的，而標記的背景可以是淺色的，特別是白色的、淺灰色的或銀色的。分析處理裝置可以特別設(shè)計為用于，通過分析處理標記圖像對相鄰的像素點的部分覆蓋，特別是通過確定被至少部分覆蓋的像素點的灰度值，和通過隨后對該像素點進行加權(quán)來確定在像素矩陣上的各個標記圖像的中心或重心的位置。
[0011]在預(yù)設(shè)的角度分辨率的情況下，標記圖像的中心的子矩陣分析處理允許使用有限大的像素矩陣。使用有限大的像素矩陣的優(yōu)點在于，可以降低數(shù)據(jù)傳輸率并更快地讀取像素矩陣且可以因此提供更高的測量-重復(fù)率，其中，角度準確性下降。數(shù)據(jù)傳輸率隨著像素矩陣的行的平方(Quadrat der Zeilen)而上升。已經(jīng)證明的是，對具有相應(yīng)多于128 X 128個像素點的像素矩陣或區(qū)域的足夠快的分析處理可能不再能以合理的方式實現(xiàn)。對讀取速度和角度分辨率的非常好的平衡可利用64X64的像素陣列實現(xiàn)。在16X16的像素陣列的情況下在非常快地讀取時仍還能達到+/-0.5°的角度分辨率。
[0012]分析處理裝置可以特別設(shè)計為用于，在不變的時間間隔中讀取并分析處理像素矩陣。該不變的時間間隔可以形成用于重新反映測量值的旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)的重復(fù)率。時間上不變的讀取的中間結(jié)果可以是時間上不同的像素圖像。
[0013]優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)和分析處理裝置可以設(shè)計為用于，提供大于1000赫茲(測量值每秒)或大于10000赫茲或大于100000赫茲的重復(fù)率/重復(fù)頻率。
[0014]光學檢測標記的優(yōu)點在于，角探測可以無接觸地進行和/或通過玻璃分離件也在空間上分開地進行和/或通過相對較長的、例如至少為標記間隔的10倍、100倍、1000倍、10000倍或100000倍的距離，例如借助于望遠鏡頭/攝遠鏡頭進行。
[0015]使用至少2個標記的優(yōu)點在于，探測相對軸震動和/或未在中心成像是健壯的/魯棒的。
[0016]優(yōu)選地，標記圖像具有最高100倍的、特別是最高64倍的、特別是最高36倍的、特別是最高16倍的、特別是最高4倍的、特別是最高單倍的像素點面積。
[0017]在像素矩陣上的標記圖像的這種大小方面的限制可以實現(xiàn)像素矩陣的縮小和/或可在像素矩陣上讀取的部分區(qū)域的縮小，而不會出現(xiàn)角度分辨率以相同程度降低。由此可以優(yōu)化角度分辨率和重復(fù)率之間的比例。
[0018]優(yōu)選地，標記圖像具有至少I倍的、特別是2倍的、特別是至少4倍的、特別是至少16倍的像素點面積。
[0019]其優(yōu)點在于，可以將更多的像素點用于計算中心，因此分析處理更準確。
[0020]優(yōu)選地，像素矩陣具有最高128X 128個像素點、特別是最高64 X 64個像素點、特別是最高32 X 32個像素點、特別是最高16 X 16個像素點、特別是最高8 X 8個像素點。
[0021]這就足以提供足夠高的角度分辨率且優(yōu)點在于，進一步提高了讀取速度和進而提供了本發(fā)明的測量-重復(fù)率。
[0022]最高NXN個像素點的像素矩陣表示NXN個點的像素矩陣或更大的像素矩陣，在該更大的像素矩陣中僅有一個N X N的區(qū)域被讀取。
[0023]優(yōu)選地，分析處理裝置設(shè)計為用于，讀取和/或分析處理數(shù)量最高相應(yīng)128X128個像素點、特別是最高相應(yīng)64 X 64個、特別是最高相應(yīng)32 X 32個、特別是最高相應(yīng)16 X 16個、特別是最高相應(yīng)8 X 8個、特別是最高相應(yīng)4 X 4個、特別是最高相應(yīng)2 X 2個像素點。
[0024]像素矩陣的其余像素點未被讀取和/或分析處理并且因此不會對重復(fù)率造成不利影響。這就足以提供足夠高的角度分辨率且優(yōu)點在于，進一步提高了讀取速度和進而提高了本發(fā)明的測量-重復(fù)率。
[0025]優(yōu)選地，各個標記在假想的或真實的面上與轉(zhuǎn)動軸線成角度地布置，特別是在面上垂直于轉(zhuǎn)動軸線地布置，特別是布置在轉(zhuǎn)動軸線的端面上。其優(yōu)點在于，成像變得簡單。
[0026]優(yōu)選地，各個標記是一種光學標記，該光學標記具有在可見光譜中和/或在紅外線和/或紫外線光譜中與背景之間的亮度區(qū)別或顏色區(qū)別。特別地，標記可以是深色的，特別是黑色的，而標記的背景可以是淺色的，特別是白色的、淺灰色的或銀色的。優(yōu)選地，像素矩陣和成像裝置相應(yīng)地在同一光學光譜中有效。這可以實現(xiàn)標記的簡單成像和探測。
[0027]優(yōu)選地，各個標記具有被填滿的圓形形狀。這可以使得對通過標記圖像實現(xiàn)的像素點部分覆蓋的分析處理和/或中心插值更容易。
[0028]也可以考慮標記的與轉(zhuǎn)動軸線同心的圓周線形的形狀。
[0029]優(yōu)選地，標記通過顏色互補的相鄰面形成，特別是通過白色的和黑色的半圓形面形成，該半圓形面組合成為與轉(zhuǎn)動軸線基本上同心的圓形面。
[0030]優(yōu)選地，恰好存在2個標記。其優(yōu)點在于，能夠以小的分析處理投入和以高的重復(fù)率追蹤角運動。
[0031]優(yōu)選地，至少兩個標記的面具有不同的大小和/或形狀。其優(yōu)點在于，始終可以明確地確定當前角度。
[0032]優(yōu)選地，存在至少或恰好3個標記。其優(yōu)點在于，始終可以明確地確定當前角度。
[0033]優(yōu)選地，在使用時至少3個標記并不是都彼此隔開相同角距離地圍繞轉(zhuǎn)動軸線布置。其優(yōu)點在于，始終可以明確地確定當前角度。
[0034]優(yōu)選地，各個標記與轉(zhuǎn)動軸線隔開相同距離。其優(yōu)點在于，實現(xiàn)了最大的角度分辨率。
[0035]優(yōu)選地，標記相對于轉(zhuǎn)動軸線徑向?qū)ΨQ地布置。其優(yōu)點在于，實現(xiàn)了最大的角度分辨率。
[0036]優(yōu)選地，分析處理裝置設(shè)計為，通過分析處理標記圖像對像素點的部分覆蓋，特別是通過分析處理構(gòu)成標記圖像的像素點的灰度值，特別是通過對各個構(gòu)成標記圖像的像素點的位置基于該像素點的相應(yīng)的亮度值進行加權(quán)來確定像素矩陣上的標記圖像的中心的位置。
[0037]其優(yōu)點在于，可以在子矩陣部分中確定中心位置，由此對于相同的分辨率來說需要的像素數(shù)量更少。
[0038]中心原則上可以通過所有由標記圖像接觸的像素點的X位置和y位置的簡單平均形成，所述像素點的亮度值超出特定閾值。然而更有利的是，像素圖像被記錄為灰度級圖像或彩色圖像。因此可以給被標記圖像接觸的像素點分派加權(quán)因子，其相應(yīng)于由于標記圖像引起的、其亮度值的變化。在所有這樣加權(quán)的、被標記圖像接觸的像素點上的X位置和y位置的平均可以實現(xiàn)更準確地確定中心。
[0039]優(yōu)選地，分析處理裝置設(shè)計為，由像素矩陣上的標記圖像的中心生成用于轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動角位置和/或轉(zhuǎn)動角變化和/或角速度和/或角加速度的測量值，所述測量值的生成特別是通過三角學和/或特別是通過與一個或多個以前的像素圖像的測量值或中心進行比較來實現(xiàn)。
[0040]優(yōu)選地，分析處理裝置設(shè)計為，由中心的位置和/或關(guān)于一個或多個時間錯開的像素圖像的標記圖像的圖像擴展的數(shù)據(jù)和/或關(guān)于轉(zhuǎn)動角位置和/或角速度的確定的數(shù)據(jù)確定像素矩陣的一個或多個部分區(qū)域，特別是相應(yīng)于標記的數(shù)量進行確定，在該標記內(nèi)部至少部分地預(yù)期了用于后續(xù)的像素圖像的標記圖像，以及對于該后續(xù)的像素圖像僅分析處理像素矩陣的所述一個或多個部分區(qū)域。
[0041]這種也稱為敏感區(qū)域/感興趣區(qū)域(Reg1n of Interest)的方法的優(yōu)點在于，可以進一步降低數(shù)據(jù)傳