專利名稱：位置測量裝置和位置測量裝置的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照權(quán)利要求1前序部分的位置測量裝置和按照權(quán)利要求3前序部分的位置測量裝置的操作方法。
位置測量裝置被劃分為增量測量裝置和絕對位置測量裝置。對于增量位置測量裝置，在輸出端有兩個之間有相移90°的模擬或矩形掃描信號，由這兩個信號才在一個跟蹤電子裝置中形成位置測量值。對于絕對位置測量裝置，在輸出端已經(jīng)有一個可饋送至跟蹤電子裝置的絕對位置測量值。
對于兩類位置測量裝置，其可靠性和功能狀態(tài)取決于掃描信號的質(zhì)量。對于輸出模擬掃描信號的增量位置測量裝置，可以直接檢驗掃描信號的質(zhì)量，將它們饋送到雙線示波器的兩個信道，使得在屏幕上產(chǎn)生一個李沙育(Lissajous)圖形。李沙育圖形的半徑是振幅從而也是相位關(guān)系的一個尺度。該措施在WO 90/02956 A1和JP 02036313 A中進行了說明。
對于輸出兩個相互相移90°矩形掃描信號的增量位置測量裝置，不可能直接檢驗。按照JP 08-029197 A，建議在位置測量裝置中設(shè)置一個轉(zhuǎn)換開關(guān)，致使在兩個數(shù)據(jù)傳輸線上能輸出矩形的掃描信號或者能輸出相移的模擬掃描信號。在測量操作中傳輸矩形掃描信號，模擬掃描信號是為了錯誤診斷。
根據(jù)EP 0 962 748 A1和DE 199 11 774 A1，將位置測量裝置的狀態(tài)信息類似重疊地傳輸給增量矩形掃描信號。此時，對重疊信號的解碼是相對困難的。
絕對位置測量裝置在DE 44 22 056 A1和DE 43 42 377 A1中有說明。根據(jù)DE 44 22 056 A1，一個周期的測量刻度的多個相互相移的掃描信號，被饋送到一個產(chǎn)生絕對位置的計數(shù)器。該絕對位置，作為多位的代碼字，從位置測量裝置在數(shù)據(jù)傳輸線上位串行地傳輸?shù)诫娮痈櫻b置。此外，在位置測量裝置中設(shè)置有監(jiān)控電路，它們采集位置測量裝置的功能狀態(tài)，并據(jù)此經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線輸出一個反常信息。在這種情況，作為監(jiān)控的可能有溫度和電源。
根據(jù)DE 43 42 377 A1，也是除了絕對位置外，還有報警信號和警示信號在數(shù)據(jù)傳輸線上串行地傳輸?shù)礁欕娮友b置。功能狀態(tài)的監(jiān)控在位置測量裝置中進行。
本發(fā)明的任務(wù)是給出一種位置測量裝置，其中一方面在輸出端有一個位置信息，位置測量裝置也還要供信息支配，借助于這些信息用簡單的手段可檢驗位置測量裝置的功能狀態(tài)。
該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的一種位置測量裝置來解決。
這種位置測量裝置的優(yōu)點在于，關(guān)于位置和功能狀態(tài)的信息可在一個公用的數(shù)據(jù)傳輸線或數(shù)據(jù)信道上傳輸。此外，通過完全數(shù)字傳輸確保有個高的抗干擾性，且接口模塊可成本低廉。
本發(fā)明的另一個任務(wù)是，給出一種操作位置測量裝置的方法，用該方法可從位置測量裝置向跟蹤電子裝置傳輸位置測量數(shù)值及數(shù)據(jù)，借助于它們能作出關(guān)于位置測量裝置功能狀態(tài)的說明。
該任務(wù)通過權(quán)利要求3的特征來解決。
該方法的優(yōu)點在于，只要求有一個數(shù)據(jù)信道，在其上可傳輸絕對位置以及有關(guān)功能狀態(tài)的數(shù)據(jù)。對說明功能狀態(tài)的數(shù)據(jù)評估，可用簡單的和普通的裝置進行。可以識別位置測量裝置要改變的狀態(tài)，這樣就能在功能失靈時及時采取對應(yīng)的措施。
本發(fā)明的有利的布置用附圖進行詳細說明。計有

圖1一種按照本發(fā)明的位置測量裝置，圖2位置測量裝置的一個診斷裝置和圖3一個數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議絕對位置測量裝置100，以公知的方式例如由一個有多個測量刻度2、3、4的刻度尺組成。測量刻度2和3是不同刻度周期的周期性刻度，測量刻度4是一個非周期性的刻度，也稱作為贗隨機代碼(Pseudo-Random Code)。這樣一種位置測量裝置在DE 41 23 722 A1中有說明。
測量刻度2、3、4被一個共用的掃描頭5掃描。掃描頭5包括有用于掃描測量刻度2至4的掃描元件6至10。把掃描元件6和7分配給最細的周期性測量刻度2，并在它的輸出端各產(chǎn)生一個正弦模擬掃描信號S6、S7，此時掃描信號S6和S7表明有一個相互90°的理論相移。周期性的測量刻度3，也被產(chǎn)生兩個相互90°相移的掃描元件S8和S9掃描。測量刻度4被一個二極管掃描行掃描，此時每個掃描行元件輸出一個輸出信號。在圖1中，只是示意性地用一個導(dǎo)線表示出該掃描信號S10。
將掃描信號S6至S10輸送給一個組件11，形成一個絕對位置P。組件11可以是邏輯電路或微處理器，在其中掃描信號S6至S10以公知的方式組合成一個絕對位置，致使在輸出端出現(xiàn)一個規(guī)定位置測量值的多位數(shù)字代碼字P。將該代碼字P在數(shù)據(jù)信道12上位串行地傳輸?shù)揭粋€跟蹤電子裝置，例如一個NC-控制裝置300。為此設(shè)置一個輸出組件14-也稱作為接口組件或驅(qū)動器。位置測量裝置100最好屬于一臺機床的運動部分-尤其直接是一個電氣傳動裝置，跟蹤電子裝置是NC-控制裝置300。
按照DE 41 25 865 A1，刻度尺1也能有選擇地只有多個周期性的測量刻度，其中位置測量值通過所有周期性測量刻度掃描信號的邏輯連接形成。但是，按照DE 44 22 056 A1，刻度尺1也能只有一個唯一的周期性測量刻度，此時絕對位置通過脈沖的受方向影響的計數(shù)，由多個相互之間有相移的掃描信號推導(dǎo)出，在位置測量裝置中形成。
按照本發(fā)明，在可傳輸絕對位置代碼字P的相同的數(shù)據(jù)信道12上，也可以數(shù)字形式作為多位代碼字D6和D7傳輸兩個掃描信號S6和S7的振幅數(shù)值，尤其是各用一個至少4位的位寬，但優(yōu)選的是至少8位。為此，各在相同的時間點通過抽樣保持元件15和16將模擬掃描信號S6和S7的瞬時振幅接納。這些被接納的模擬值各轉(zhuǎn)換成與振幅成比例的數(shù)字代碼字D6和D7，為此示意性地表示出模擬-數(shù)字-轉(zhuǎn)換器17和18。與振幅成比例的代碼字D6和D7在輸出組件14上等候處理，從而它們也可串行地在數(shù)據(jù)信道12上傳輸。
通過這種措施，在數(shù)據(jù)信道12上就有為了確定位置測量裝置100功能狀態(tài)所需的數(shù)據(jù)供支配。能夠檢驗相互之間有相移的掃描信號S6＝SA6*sinωt和S7＝SA7*cosωt是否準(zhǔn)確地相互相移所要求的信號振幅擁有的理論相位狀況Φ＝90°，是否兩個掃描信號S6、S7的信號振幅SA6、SA7相同?；谶@些參數(shù)可以確定掃描距離(刻度尺1和掃描頭5之間的距離)調(diào)整的是否正確，刻度尺1是否臟污，或掃描頭5對刻度尺是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)(莫爾角)。
為了評估和表示位置測量裝置100的功能狀態(tài)，將一個診斷裝置200連接到數(shù)據(jù)信道12上。
從掃描信號S6、S7的各一個同時接納的數(shù)值對偶D6、D7中，求出半徑R＝(S62+S72)1/2。相繼連續(xù)的數(shù)值對偶得出一個半徑值R的序列，這些半徑值形成一個李沙育圖形201。該作為連續(xù)求得的半徑-數(shù)值R的序列而產(chǎn)生的李沙育圖形201，被顯示在一個屏幕201上。在圖2中只示出了李沙育圖形201的兩個半徑-數(shù)值R1、R2。也有可能按照WO 90/02956 A1或EP 0 836 080 A1用一個條型顯示代替李沙育圖形201。
為了顯示接納的掃描信號S6、S7，能將代碼字D6、D7或隨后還要詳細說明的標(biāo)準(zhǔn)化了的代碼字D6｀、D7｀在診斷裝置200中進行數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換，并以公知的方式作為李沙育圖形表示出。這種表示特別具有優(yōu)點，因為掃描信號S6、S7的質(zhì)量能按照單獨的要求去評估。如果不是以這種例外的情況來要求，診斷裝置200只能或者還要自動進行評估，如果掃描信號S6、S7預(yù)先規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)不再得到滿足，要輸出相應(yīng)的警示或報警信號。
為了能特別簡單地進行功能狀態(tài)評估，在位置測量裝置100中存儲有振幅SA6或SA7的一個理論值N。其優(yōu)點在于，在位置測量裝置100中能進行一個不取決于設(shè)備的輸出代碼字D6、D7標(biāo)準(zhǔn)化，這樣掃描信號S6、S7或D6、D7的實際-振幅直接與理論-振幅N相關(guān)S6/N＝S6｀S7/N＝S7｀然后，在數(shù)據(jù)信道12上，將標(biāo)準(zhǔn)化了的振幅數(shù)值S6｀和S7｀作為與振幅成比例的代碼字D6｀、D7｀傳輸。因此能夠按相同類型并且不受設(shè)備影響地針對大量不同的位置測量裝置100構(gòu)建診斷裝置200。設(shè)置并顯示公差限T1、T2而與掃描信號S6、S7的設(shè)備專用絕對振幅無關(guān)。
為此能選擇的是，能將在位置測量裝置中存儲的理論值N也作為數(shù)字數(shù)值傳輸?shù)皆\斷裝置200，并在診斷裝置200中進行標(biāo)準(zhǔn)化。
預(yù)先規(guī)定的公差限T1、T2同樣能存儲在位置測量裝置100中，并能作為在數(shù)據(jù)信道12上的數(shù)字數(shù)值傳輸?shù)皆\斷裝置200。
診斷裝置200也能是NC-控制裝置300的集成的組成部分，此時屏幕202就主要是NC-控制裝置的屏幕。
通過數(shù)字的數(shù)據(jù)傳輸，確保有一個可靠的傳輸，因為與振幅成比例的代碼字D6、D7的傳輸也能借助于一個CRC(循環(huán)冗余碼校驗)的形成和傳輸來檢驗。
在圖3大致示出一個信號傳輸協(xié)議。由跟蹤電子裝置-NC-控制裝置300，用指令F請求一個絕對位置測量值P。該請求能在一個分離的信號線路上或在雙向執(zhí)行的數(shù)據(jù)信道12上進行。為了使位置測量裝置100與跟蹤電子裝置300之間的數(shù)據(jù)傳輸同步，最好是實現(xiàn)一個同步串行傳輸，此時在位置測量裝置100與跟蹤電子裝置300之間，以公知的方式布置一個未示出的節(jié)拍脈沖電路，用以傳輸從跟蹤電子裝置300到位置測量裝置100的傳送節(jié)拍。
基于該請求指令F，位置測量裝置100發(fā)送一個數(shù)據(jù)分組，該數(shù)據(jù)分組由一個作為代碼字P的位置測量值和一個診斷信息DW組成。診斷信息DW最好由一個數(shù)據(jù)塊組成，該數(shù)據(jù)塊由一個地址A和所分配的數(shù)據(jù)D組成。為了提高傳輸?shù)目煽啃?，由位置測量值P和診斷信息DW形成一個檢驗信息-也稱為CRC，并在數(shù)據(jù)分組中傳輸。
在示出的例子中，診斷信息DW只由一個地址A和所分配的數(shù)據(jù)D組成。但數(shù)據(jù)分組也能包含有多個地址和/或數(shù)據(jù)。
一個地址A1能確定診斷操作類型，其中跟隨其后的數(shù)據(jù)D1是關(guān)于在后繼協(xié)議中所傳輸診斷信息的內(nèi)容和順序的一個目錄。其它地址表明診斷數(shù)值，這樣地址A6規(guī)定，下面要傳輸掃描信號S6的與振幅成比例的代碼字D6。
在另一個請求F和傳輸一個更新的位置測量值P之后，傳輸掃描信號S7的與振幅成比例的代碼字D7，掃描信號S7由地址A7規(guī)定。兩個代碼字D6、D7由同時(時間點t1)接納的兩個掃描信號S6、S7的振幅數(shù)值推導(dǎo)出。
對于后來的請求F，能附加向位置測量值P傳輸像代碼值連接質(zhì)量D8那樣的另外的診斷值，作為評估數(shù)(按照EP 0 707 384 B1計算的)或帶有所分配地址A8的溫度。如果傳輸所有在時間點t1所分配的并且為了具有有說明能力的診斷而要求的診斷值，則以與振幅成比例的代碼字D6、D7的形式的掃描信號S6、S7的另一個數(shù)值對偶以相同的形式傳輸。傳輸?shù)拇a字D6、D7同樣由同時(時間點t2)接納的兩個掃描信號S6、S7的振幅數(shù)值推導(dǎo)出。
診斷信息DW也能以部分數(shù)據(jù)塊來傳輸，例如用一個第一個位置測量值P傳輸只帶有一部分代碼字D6的地址和用一個第二個位置測量值P傳輸帶有剩余代碼字D6的另一個地址。同樣有可能用一個位置測量值P只傳輸?shù)刂?，用下一個位置測量值P傳輸所屬的數(shù)據(jù)。
屬于一個共用時間點t1或t2的診斷信息DW的數(shù)據(jù)流，最好通過一個開始信息和一個結(jié)束信息給以限制。該開始或結(jié)束信息在所出示的例子中是帶有數(shù)據(jù)D1的地址A1。在這些信息DW之間包括有數(shù)據(jù)D6(t1)、D7(t1)、D8(t1)，它們是在一個共用時間點t1采集的并存儲在位置測量裝置100中。
在數(shù)據(jù)信道12上的數(shù)據(jù)傳輸能同步-串行或異步進行。
所示出的數(shù)據(jù)協(xié)議的優(yōu)點在于，就是位置測量裝置100的狀態(tài)控制是在線的，就是說在連接了和處于運行狀態(tài)的NC-控制裝置300的情況也可以進行。診斷裝置200接在NC-控制裝置300之前，并根據(jù)要到達的數(shù)據(jù)流的定址將數(shù)據(jù)D6和D7濾出以進行診斷。為此在圖2中示出有濾波器203。為了調(diào)整NC-控制裝置300所要求的數(shù)據(jù)P達到NC-控制裝置300。診斷裝置200可以說只是兼聽。
對于所示出的操作方式可選擇的是，位置測量裝置100在一個操作方式只能傳輸絕對位置測量值P，在另一個操作方式只能傳輸帶有串行在數(shù)據(jù)信道12上的掃描信號D6、D7數(shù)值對偶的診斷數(shù)值。這樣，位置測量裝置100就能在測量操作與診斷操作之間切換。這種切換能由診斷裝置200或NC-控制裝置300經(jīng)過有雙向功能的數(shù)據(jù)信道12進行。
尤其有利的是如果測量刻度2的掃描信號S6、S7的瞬時數(shù)值以最小的刻度周期應(yīng)用于位置測量裝置100的診斷。但是也有可能，在數(shù)據(jù)信道12上串行輸出其它的瞬時數(shù)值或附加輸出另外測量刻度掃描線3的瞬時數(shù)值。
要監(jiān)控的相互相移的掃描信號S6、S7，必須不是強制的從一個唯一的測量刻度推導(dǎo)出。它們也能來自兩個分離的測量刻度，這兩個刻度垂直于測量方向X以相互保持距離的方式布置。相互之間有相移的掃描信號S6、S7的理論值不局限于90°，這樣例如也能利用兩個或三個相互之間相移各120°掃描信號的與振幅成比例的代碼字。測量刻度能形成為可光電、磁、感應(yīng)或電容掃描。位置測量裝置能夠被設(shè)計成進行線性或旋轉(zhuǎn)位置測量。
權(quán)利要求
1.位置測量裝置(100)，其帶有-掃描元件(6至10)，它們至少分配給一個相對運動的周期性測量刻度(2、3、4)并掃描這些測量刻度；-一個為形成一個位置測量值的組件(11)，其中在該組件(11)上有多個掃描元件(6至10)的掃描信號(S6至S10)，在輸出端有一個要規(guī)定位置的代碼字(P)；-在一個數(shù)據(jù)信道(12)上數(shù)字地輸出代碼字(P)的輸出組件(14)，其特征在于-一個轉(zhuǎn)換裝置(17、18)，用于將至少分配給一個周期性刻度(2)掃描元件(6、7)的多個相互之間有相移的模擬掃描信號(S6、S7)分別轉(zhuǎn)換成一個多位的與振幅成比例的代碼字(D6、D6｀、D7、D7｀)，其中這些代碼字(D6、D6｀、D7、D7｀)同樣地被施加在用以在所述數(shù)據(jù)信道(12)進行輸出的輸出組件(14)上，并可以經(jīng)過輸出組件(14)以數(shù)字方式在數(shù)據(jù)信道(12)上傳輸。
2.如權(quán)利要求1的位置測量裝置，其特征在于給輸出組件(14)串聯(lián)存儲器(15、16)，在其中存儲有一個在一個時間點(t1)采納的掃描信號之一(S6)的振幅值和一個在相同時間點(t1)采納的一個為此相移的掃描信號(S7)的振幅值。
3.位置測量裝置(100)的操作方法，其中為了產(chǎn)生位置相關(guān)的掃描信號(S6、S7)至少要掃描一個周期性的測量刻度(2)并由多個掃描信號(S6至S10)形成一個位置測量值，該測量值要作為代碼字(P)在一個數(shù)據(jù)信道(12)上向跟蹤電子裝置(200、300)傳輸，其特征在于多個相互之間有相移的模擬掃描信號(S6、S7)分別被轉(zhuǎn)換成一個多位的與振幅成比例的的代碼字(D6、D6｀、D7、D7｀)，并將規(guī)定位置的代碼字(P)和與振幅成比例的代碼字(D6、D6｀、D7、D7｀)在所述數(shù)據(jù)信道(12)上傳輸?shù)礁欕娮友b置(200、300)。
4.如權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述與振幅成比例的代碼字(D6、D7)是由兩個周期性掃描信號S6＝SA6*sinωt和S7＝SA7*cosωt的時間相同的瞬時數(shù)值推導(dǎo)出。
5.如權(quán)利要求3或4的方法，其特征在于通過將掃描信號(S6、S7)的瞬時數(shù)值與一個在位置測量裝置(100)中存儲的標(biāo)準(zhǔn)因數(shù)發(fā)生關(guān)系，將與振幅成比例的代碼字(S6、S7)標(biāo)準(zhǔn)化。
6.如權(quán)利要求3至5之一的方法，其特征在于由跟蹤電子裝置(300)請求一個規(guī)定位置的代碼字(P)，接著在數(shù)據(jù)信道(12)上傳輸規(guī)定位置的代碼字(P)以及附加傳輸至少一個與振幅成比例的代碼字(D6、D7)的一部分。
7.如權(quán)利要求3至6之一的方法，其特征在于給每個與振幅成比例的代碼字(D6、D7)分配一個同樣在數(shù)據(jù)信道(12)上傳輸?shù)牡刂贰?br> 8.如權(quán)利要求3至7之一的方法，其特征在于將與振幅成比例的代碼字(D6、D7)饋送給一個診斷裝置(200)。
9.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于診斷裝置(200)從與振幅成比例的代碼字(D6、D7)形成和顯示掃描信號(S6、S7)的振幅高度和/或相位的數(shù)值(R)。
10.如權(quán)利要求3至9之一的方法，其特征在于將代碼字(P、D6、D7)位串行地在一個唯一的數(shù)據(jù)信道(12)上傳輸。
全文摘要
位置測量裝置(100)經(jīng)過串行接口將多位的代碼字(P)提供給用數(shù)字表示的控制裝置(300)。為了確定位置測量裝置(100)的當(dāng)前功能狀態(tài)，還要由模擬掃描信號(S6、S7)串行地作為多位的與振幅成比例的代碼字(D6、D7)傳輸瞬時數(shù)值。將這些代碼字(D6、D7)輸給診斷裝置(200)，它從中引出顯示李沙育圖形或獨立進行評估和產(chǎn)生警告或報警信號。
文檔編號G08C15/06GK1469991SQ01817221
公開日2004年1月21日 申請日期2001年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月12日
發(fā)明者J·布拉爾施, H·霍夫鮑爾, R·米特曼, E·斯特拉澤爾, S·湯多夫, J 布拉爾施, 乩 蠖, 嚳, 羋, 蟣 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司