CN109374022B - 位置编码器采样时序系统 - Google Patents

Abstract

位置编码器系统(例如，包括线性编码器)被配置为响应于在可预测时间(例如，根据预设频率等)从主机运动控制系统接收到的位置触发信号而快速提供编码器位置数据。确定预触发前置时间，该时间是定义的编码器位置采样时段的持续时间的一部分。然后在位置触发信号的下一个可预测时间之前的预触发前置时间启动编码器位置采样时段的当前实例。然后从主机运动控制系统接收当前位置触发信号(例如，接近编码器位置采样时段的当前实例的中间)。编码器位置采样时段的当前实例的平均有效采样时间与当前位置触发信号的实际时序在允许容限窗口内重合。

Description

位置编码器采样时序系统

技术领域

本公开一般涉及位置编码器，并且更具体地，涉及用于确定位置编码器中的位置采样的时序的系统和方法。

背景技术

目前可以使用用于感测线性运动、旋转运动或角运动的各种位置编码器。这些编码器通常基于电感式传感器、电容式传感器、光学系统或磁尺。通常，编码器可包括具有读取头和标尺的传感器。读取头可包括传感器元件和一些传感器电子器件。传感器输出作为读取头沿着测量轴相对于标尺的位置的函数而变化的信号。传感器电子器件将信号输出到信号处理器，或者在输出指示读取头相对于标尺的位置的修改信号之前在内部处理信号。编码器系统通常也包括与读取头分离的接口电子器件，并且在将指示读取头相对于标尺的位置的修改信号输出到外部主机之前，插值或以其他方式处理接口电子器件中的传感器信号。

一些位置编码器系统使用请求和响应处理来与外部主机进行通信。该处理可包括三个步骤：外部主机发送对位置测量的请求(例如，位置触发信号)；编码器采样位置传感器的输出；以及编码器通过传输位置信息进行响应。涉及这种请求和响应系统中的时序(timing)问题(即，涉及说明和/或校准采样延迟)的两个专利是美国专利号5,721,546和6,639,529，其全部内容通过引用结合于此。虽然这些现有技术在校准和/或说明采样延迟方面是有效的，但是它们不解决关于请求和响应处理的某些其他时序问题(例如，请求和响应之间的总的时序对于特定应用等太长)。能够针对这些问题提供改进的位置编码器系统将是期望的。

发明内容

提供本概述是为了以简化的形式介绍一些概念，其将在以下的具体实施方式中被进一步描述。本概述不旨在识别所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用作帮助确定所要求保护的主题的范围。

提供了一种位置编码器系统，包括位置编码器和编码器位置时序子系统，所述位置编码器被配置为用于输出对应于编码器位置的编码器位置数据。位置编码器系统从主机运动控制系统接收位置触发信号。用于操作位置编码器系统的方法首先确定预期要从主机运动控制系统接收到位置触发信号的可预测时间。确定预触发前置时间，所述预触发前置时间是定义的编码器位置采样时段的持续时间的一部分，在所述定义的编码器位置采样时段期间，所述位置编码器执行操作以获取与当前编码器位置相关联的编码器位置数据(例如，通过采样位置编码器的位置传感器)。

操作所述编码器位置时序子系统以在所述位置触发信号的下一个可预测时间之前的所述预触发前置时间处启动所述编码器位置采样时段的当前实例。将所述编码器位置数据的相关联的当前实例确定为对应于所述编码器位置采样时段的当前实例。从所述主机运动控制系统接收当前位置触发信号，其中，所述编码器位置采样时段的当前实例的平均有效采样时间与所述当前位置触发信号的实际时序在允许容限窗口内重合。操作所述位置编码器以在与所述当前位置触发信号相关联的时间处输出所述编码器位置数据的当前实例，使得所述主机运动控制系统将所述编码器位置数据的当前实例与所述当前位置触发信号相关联。将理解的是，这种技术减少了从主机运动控制系统接收到位置触发信号和位置编码器用位置数据进行响应之间的总时序。

附图说明

图1是耦合到主机运动控制系统的位置编码器系统的框图；

图2是耦合到主机运动控制系统的多个位置编码器系统的框图；

图3是位置编码器的读取头和接口电子器件的框图；

图4是示出根据第一示例性实施方式的位置编码器系统中的信号的时序图；

图5是示出根据第二示例性实施方式的位置编码器系统中的信号的时序图；以及

图6是示出用于操作位置编码器系统的例程的一个示例性实施方式的流程图。

具体实施方式

图1是定位系统100的框图，该定位系统100包括耦合到主机运动控制系统130的位置编码器系统105。位置编码器系统105包括位置编码器110和接口电子器件118，该位置编码器110可以是任何类型的编码器，诸如线性位置编码器，其旨在由诸如取放机器、流体分配机等的应用中的伺服控制器使用。在所示实施例中，位置编码器110包括标尺112、读取头114和线缆117。在各种实施方式中，编码器位置时序子系统119可被包括在接口电子器件118中。在某些替代实施方式中，编码器位置时序子系统119可以是包括在位置编码器系统105的内部或外部的独立部件，如将在以下参照图2更详细描述的。主机运动控制系统130(例如，以伺服控制器等的形式)通过线缆120与位置编码器系统105通信以发送位置请求(例如，位置触发信号)并接收位置信息。

在操作中，主机运动控制系统130通过线缆120向接口电子器件118发送命令(例如，位置触发信号)。接口电子器件118可以经由线缆117与读取头114通信。接口电子器件118触发读取头114中的位置获取操作。如下面将更详细地描述的那样，根据这里公开的原理，编码器位置时序子系统可提供预触发信号，该预触发信号在从主机运动控制系统接收到位置触发信号之前触发位置获取。响应于预触发信号，读取头114收集和/或提供取决于标尺112相对于读取头传感器(transducer)元件115的位置的信号，使用传感器电子器件116对该信号进行数字化，并且经由线缆117将信号发送给接口电子器件118。在一个实施方式中，接口电子器件118可以根据该信号计算位置，并且可以经由线缆120将位置信息发送给主机运动控制系统。在某些替代实施方式中，全部或部分接口电子器件118可以被配置为插入式卡和/或嵌入式软件例程等，并且被包括在主机运动控制系统130中，并且在这种情况下，线缆120可以被取消。

将理解，在各种实施方式中，可以利用传感器电子器件116和接口电子器件118之间的其他类型的连接。例如，读取头114可以从单独的连接(未示出)接收电力，并且传感器电子器件116和接口电子器件118可以通过任何现在已知或以后开发的无线通信方法连接。而且，在各种实施方式中，接口电子器件118可以被包括在读取头114中或位于读取头114的附近，并且线缆117可以被取消或者被任何其他适当类型的连接所替换。

在各种实施方式中，在读取头114中利用的传感器(transducer)可以是电感式传感器。电感式传感器的一些示例性实施例的各种示例在美国专利号6,011,389和6,005,387中描述，这些专利被共同转让并且特此通过引用整体并入本文。在各种实施方式中，对于可能存在“发射器设置”时间(在此期间，某些部件花费时间充电以作为采样处理的初始部分等)的这种传感器，可以存在各种类型的因素(例如，包括发射器和/或接收器线圈等的传感器元件的电感和/或阻抗)。在各种实施方式中，还可以利用用于标尺112的不同类型的配置(例如线性、旋转等)。例如，在各种实施方式中，标尺112可以是线性绝对位置标尺，其包括精细轨道以及一个或多个较粗略轨道。在美国专利号7,608,813和8,309,906中描述了绝对位置编码器的一些示例，该绝对位置编码器具有利用精细轨道并结合两个较粗略轨道的标尺，这些专利被共同转让并且特此通过引用整体并入本文。

如上所述，在各种实施方式中，位置编码器系统105和主机运动控制系统130可以以请求和响应的形式操作。在之前的系统中，此处理已经包括三个步骤。首先，主机运动控制系统130会发送对位置的请求(例如，位置触发信号)。在各种实施方式中，可以以固定时间间隔(例如，根据已知频率)发布对位置的请求。一旦接收到位置请求，位置编码器系统105会操作以对传感器电子器件116的输出进行采样。最后，位置编码器系统105会通过将位置信息传输给主机运动控制系统130来进行响应。

在各种实施方式中，对位置信息的请求和响应之间的时序(timing)可能是重要的因素。例如，某些较新的接口可能具有规范，这些规范要求位置编码器在相对较短的时间帧内响应来自主机运动控制系统的位置请求。作为一个具体例子，位置编码器可以被要求在当从主机运动控制系统接收到位置请求时的10微秒内响应位置数据。虽然这种响应时间在某些情况下可以用高速数据转换器实现，但是这样的部件可能相对昂贵和/或难以设计到集成电路中。

根据这里公开的技术，可以通过利用预触发信号处理来改善响应时间。更具体地，在各种实施方式中，确定预触发前置时间(lead time)是定义的编码器位置采样时段的持续时间的一部分。编码器位置采样时段的当前实例(instance)随后由在位置触发信号(例如，以规则间隔发生)的下一个可预测时间之前的预触发前置时间处提供的预触发信号启动。随后从主机运动控制系统接收当前位置触发信号(例如，接近编码器位置采样时段的当前实例的中间)。编码器位置采样时段的当前实例的平均有效采样时间与当前位置触发信号的实际时序在允许容限(tolerance)窗口内重合(coincide)。

将理解，通过利用这种技术在从主机运动控制系统接收到下一个位置请求(例如，位置触发信号)之前开始采样处理，相对于当接收到位置请求时可以更快速地产生位置输出。在各种实施方式中，这些技术的附加益处是位置采样的中心(centroid)可能更接近地与位置请求的实际时序重合。在一个具体的实施方式中，根据采样计算的数值位置在恒定速度操作期间可以近似匹配采样中心时间处的实际编码器位置。结果，根据请求返回的数值位置可以至少近似地与位置请求的时序重合。

图2是强调包括耦合到主机运动控制系统230的三个位置编码器系统205A-205C的定位系统200的某些方面的框图。图2中的2XX和图1中的1XX的相似参考标号可以指代相似元件，除非上下文或描述中另有指示。每个位置编码器系统205A-205C包括各自的位置编码器210A-210C、各自的编码器位置时序子系统219A-219C和各自的接口电路281A-281C(例如，可以被包括在位置编码器系统205A-205C的接口电子器件中，以上参照图1所描述)。如图所示，各自的编码器位置时序子系统219A-219C中的每一个耦合在各自的位置编码器210A-210C与主机运动控制系统230之间。在各种替代实施方式中，编码器位置时序子系统219A-219C中的每一个可以被包括在各自的位置编码器210A-210C中(例如，在位置编码器的读取头电子器件内，如先前在与图1有关的描述中所概述的)。

在操作中，编码器位置时序子系统219A-219C中的每一个从主机运动控制系统230接收位置触发信号。如下面将更详细描述的，编码器位置时序子系统219A-219C可以确定并利用针对位置编码器210A-210C的每一个的预触发前置时间。更具体地，对于位置编码器210A-210C中的每一个，各自的编码器位置时序子系统219A-219C可以操作以提供预触发信号，以在来自主机运动控制系统230的位置触发信号的下一个可预测时间之前的预触发前置时间处启动各自的编码器位置采样时段的当前实例。在各种实施方式中，位置编码器210A-210C的每一个均可以具有相同或不同的编码器位置采样时段，对于编码器位置采样时段，由编码器位置时序子系统219A-219C确定的预触发前置时间也可以不同。例如，如果位置编码器210A具有比位置编码器210B的定义的编码器位置采样时段更长的定义的编码器位置采样时段，则由编码器位置时序子系统219A确定并利用的相关联的预触发前置时间可以比由编码器位置时序子系统219B确定并利用的预触发前置时间更长。

在操作中，主机运动控制系统230在信号线211上输出位置触发信号PTS，信号线211作为输入耦合到各自的编码器位置时序子系统219A-219C中的每一个。如上所述，编码器位置时序子系统219A-219C中的每一个在确定的预触发前置时间处在各自的信号线212A-212C上将各自的预触发信号PRT-A到PRT-C输出到各自的位置编码器210A-210C。如上所述，位置编码器时序子系统219A-219C被操作以输出预触发信号PRT-A到PRT-C，并且因此在来自主机运动控制系统230的位置触发信号PTS的下一个可预测时间之前的各自的预触发前置时间处启动编码器位置采样时段的当前实例。如下面将参照图4更详细地描述的，在各自的位置编码器210A-210C完成位置采样(例如，对于精细标尺轨道的位置采样)之后，各自的编码器位置数据EPD-A到EPD-C被输出到接口电路281A-281C(例如，串行接口电路)，其提供在耦合到主机运动控制系统230的各自的信号线213A-213C上格式化的对应的位置数据。

在各种实施方式中，可以利用位置编码器210A-210C中的每一个来确定沿定位系统200的不同移动轴(例如，沿着x、y和z移动轴)的位置。在一个具体的示例实施方式中，位置编码器210A可以被用于确定沿着x轴的位置，而位置编码器210B可以被用于确定沿着y轴的位置，并且位置编码器210C可以被用于确定沿着z轴的位置。在其他的实施方式中，还可以利用一个或多个位置编码器来确定其他类型的位置数据(例如，定位系统200的不同物理位置中的部件的旋转、移动等)。

图3是示出位置编码器系统305的某些方面的框图300。具体地，示出了位置编码器310的读取头314和接口电子器件318的一个实施例的某些细节。图3中的3XX、图2中的2XX和图1中的1XX的相似参考标号可以指代相似的元件或功能，并且可以通过类比来理解，除非上下文或描述另有指示。在一些实施方式中，接口电子器件318可以被包括在读取头314中(例如，在单个印刷电路板上)。读取头314包括传感器元件315和传感器电子器件316。如上所述，在各种实施方式中，传感器可以是电感式传感器，其在图3中示意性地示出。传感器元件315包括接收器线圈部分350和发射器线圈部分355。接收器线圈部分350包括接收器线圈351A、351B和351C，并且发射器线圈部分355包括发射器线圈356A、356B和356C。在操作中，根据已知方法，通过标尺312对发射器线圈和接收器线圈之间的耦合进行“位置调制”，其被配置以使得耦合调制取决于标尺312和传感器元件315之间的相对位置。传感器电子器件316输入由接收器线圈部分350感测的位置调制信号。

在所示的实施例中，传感器电子器件316包括多路复用器361、放大器363A-363C、模数转换器364A-364C、位置信号处理器367和发射器驱动器/控制器370。接收器线圈351A-351C的输出通过多路复用器361分别耦合到放大器363A-363C。放大器363A-363C的输出分别耦合到模数转换器364A-364C。模数转换器364A-364C的输出耦合到位置信号处理器367。概述的部件可根据已知原理(例如，如在合并的参考文献中公开的)和/或如下参照图4和5进一步的公开进行操作，以根据来自接收器线圈351A-351C的信号确定位置编码器的绝对位置。

在所示的实施方式中，接口电子器件318可以包括串行接口电路381(例如，包括RS-485接口)、命令解析器382、编码器位置时序子系统319和时钟发生器384。根据已知原理，接口电子器件318可以根据需要或必要进一步包括未示出的各种其他部件(例如，电源部件、调节器等)。串行接口电路381可以接收来自位置信号处理器367的输出并且提供格式化用于在(多条)信号线313上输出到主机运动控制系统330的编码器位置数据。电力和/或其他信号可以在线311上被提供于主机运动控制系统330和位置编码器系统305之间。时钟发生器384可以向传感器电子器件316提供时钟信号。在各种实施方式中，如果需要，则接口电子器件318的各种部件和/或功能可以被提供在现场可编程门阵列中。

图4是示出根据第一示例性实施方式的位置编码器系统中的各种信号的时间线410-470的时序图400。如图4所示，位置请求时间线410示出了位置触发信号412和414(例如，如从主机运动控制系统接收到的)以及对应的预触发信号411和413(例如，如由编码器位置时序子系统产生的)，如下面将更详细描述的。采样标尺A时间线420示出了编码器位置采样时段421和425，而采样标尺B时间线450示出了编码器位置采样时段451，并且采样标尺C时间线460示出了编码器位置采样时段461。如将在下文中更详细地描述的，编码器位置采样时段421、425、451和461中的每一个对应于(例如，图1的标尺112的)各自的标尺轨道A、B或C的采样，其中，标尺轨道A对应于精细标尺轨道，标尺轨道B和C对应于较粗略标尺轨道。

计算精细位置时间线430示出精细位置计算时段431，并且更新粗略位置时间线470示出粗略位置更新时段471和472。如将在下面更详细地描述的，在各自编码器位置采样时段421、451、425和461的每一个结束之后执行各自位置的计算和更新。串行响应时间线440示出数据传输时段442和445。如将在下面更详细地描述的，数据传输时段442和445的每一个对应于位置编码器在与对应的当前位置触发信号412或414相关联的时序处将编码器位置数据(例如，如所计算和更新等的)的当前实例输出给主机运动控制系统，对应的当前位置触发信号412或414在之前作为位置请求的部分从主机运动控制系统被接收。下面将更详细地描述关于在每个时间线410-470期间位置编码器系统的操作的更具体的细节。

如位置请求时间线410所示，在时间T1，预触发信号411被生成(例如，如由编码器位置时序子系统所提供的)，并且在时间T3，当前位置触发信号412被接收(例如，从主机运动控制系统)。如采样标尺A时间线420所示，预触发信号411启动编码器位置采样时段421的当前实例，编码器位置采样时段421在时间T1开始并在时间T5结束。在图4的示例中，编码器位置采样时段421对应于标尺轨道A(例如，图1的标尺112的精细标尺轨道)的采样。编码器位置采样时段421的当前实例包括从时间T1到时间T2的发射器设置时段422(例如，用于对图3的传感器元件315的发射器线圈356A-356C充电)以及从时间T2到时间T5的有效采样时段423。有效采样时段423具有对应于时间T3的平均有效采样时间424，时间T3与当前位置触发信号412的实际时序在允许容限窗口ATW内重合。在图4的具体示例中，平均有效采样时间424和当前位置触发信号412的实际时序都近似发生在时间T3。更具体地，预触发前置时间PTLT可被定时以用于启动编码器位置采样时段421的当前实例，使得编码器位置采样时段421的当前实例的平均有效采样时间424与当前位置触发信号412的实际时序在时间T3处近似相同。

如图所示，预触发信号411在时间T1产生，时间T1在发生于时间T3处的当前位置触发信号412的实际时序之前的预触发前置时间PTLT发生。如上所述，预触发前置时间PTLT被确定(例如，通过编码器位置时序子系统)，并且是定义的编码器位置采样时段421的持续时间的一部分，在编码器位置采样时段421的持续时间期间，位置编码器执行操作以获取与当前编码器位置(例如，传感器元件115相对于图1的标尺112的位置)相关联的编码器位置数据。在一个实施方式中，预触发前置时间PTLT近似等于有效采样时段423的一半加上编码器位置采样时段421的发射器设置时段422。

如在计算精细位置时间线430中所示，在编码器位置采样时段421结束之后，精细位置计算时段431开始于时间T5并结束于时间T6。在各种实施方式中，精细位置计算时段431对应于精细位置的计算(例如，根据传感器元件115相对于图1的标尺112的精细标尺轨道的位置)。如串行响应时间线440所示，在精细位置计算时段431结束之后，数据传输时段442开始于时间T6并结束于时间T8。在数据传输时段442期间，位置编码器被操作以在与当前位置触发信号412相关联的时间处输出编码器位置数据的当前实例，使得主机运动控制系统将编码器位置数据的当前实例与当前位置触发信号412相关联。如下面将更详细描述的，在位置数据被传输的同时，位置编码器可以被进一步操作以对标尺112的较粗略标尺轨道中的一个(例如标尺轨道B或C)进行采样，其中来自较粗略标尺轨道的位置数据被用于在下一个采样时段中更新绝对位置的较粗略部分。标尺轨道B或C的采样可以在随后的采样时段中交替，如下面将更详细描述的。

如采样标尺B时间线450所示，编码器位置采样时段451开始于时间T5并且结束于时间T9。与编码器采样时段421类似，编码器位置采样时段451包括从时间T5到时间T7的发射器设置时段452和从时间T7到时间T9的有效采样时段453。编码器位置采样时段451对应于(例如，图1的标尺112的)较粗略标尺轨道B的采样。如在更新粗略位置时间线470中所示，在编码器位置采样时段451结束之后，粗略位置更新时段471开始于时间T9并且结束于时间T10。在各种实施方式中，根据在先前编码器位置采样时段451中的标尺轨道B的采样，粗略位置更新时段471对应于粗略位置的计算和更新。如下面将更详细描述的，更新的粗略位置数据随后与来自随后的精细位置计算时段432的精细位置数据结合以确定(例如，传感器元件115相对于图1的标尺112的)绝对位置。

如在采样标尺A时间线420中所示，编码器位置采样时段425开始于时间T9并结束于时间T12。类似于编码器位置采样时段421，编码器位置采样时段425包括从时间T9到时间T10的发射器设置时段426和从时间T10到时间T12的有效采样时段427。有效采样时段427具有对应于时间T11的平均有效采样时间428，该时间T11与当前位置触发信号414的实际时序在允许容限窗口ATW内重合。

如在计算精细位置时间线430中所示，精细位置计算时段432开始于时间T12并结束于时间T13，这类似于精细位置计算时段431，对应于精细位置的计算(例如，根据传感器元件115相对于图1的标尺112的精细标尺轨道的位置)。如上所述，来自粗略位置更新时段471的更新的粗略位置数据与来自精细位置计算时段432的计算的精细位置数据结合，以更新(例如，传感器元件115相对于图1的标尺112的)总的绝对位置。

如在串行响应时间线440中所示，数据传输时段445开始于时间T13并结束于时间T15。类似于数据传输时段442，数据传输时段445对应于操作位置编码器以在与当前位置触发信号414相关联的时间处输出编码器位置数据的当前实例(例如，如在位置计算时段432期间所计算的)，使得主机运动控制系统将编码器位置数据的当前实例与当前位置触发信号414相关联。如在采样标尺C时间线460中所示，编码器位置采样时段461开始于时间T12并结束于时间T16。类似于编码器位置采样时段421，编码器位置采样时段461包括从时间T12到时间T14的发射器设置时段462和从时间T14到时间T16的有效采样时段463。编码器位置采样时段461对应于(例如，图1的标尺112的)较粗略标尺轨道C的采样。

将理解的是，图4中的序列示出了(例如，图1的标尺112的绝对编码器实施例的)较粗略标尺轨道B和C如何以交替的方式被采样，如在数据传输时段442和445期间被执行，同时位置数据被传输到主机运动控制系统。如在更新粗略位置时间线470中所示，粗略位置更新时段472开始于时间T16并结束于时间T17(例如，对应于根据在编码器位置采样时段461期间标尺轨道C的采样来计算粗略位置)。类似于粗略位置更新时段471，利用在粗略位置更新时段472期间确定的粗略位置数据来更新下一个位置计算时段中的绝对位置的较粗略部分。

将理解的是，以上关于图4描述的处理示出了如何利用预触发信号来减少从主机运动控制系统传输位置触发信号时和作为响应开始将位置数据传输回主机运动控制系统时之间发生的总的响应时间。最一般地，在各种实施例中，所公开的预触发原理可被用于位置编码器的任何一个标尺或所有标尺的采样和位置数据确定。作为一些具体的时序示例，如果系统具有响应时间(例如，对于开始传输数据)在所需的响应时间内(例如，在接收到位置触发信号的10微秒内)的需求，并且如果总的编码器位置采样时段(例如，16微秒)加上位置计算时段(例如，1微秒)花费比所需的响应时间更长的时间，则将理解，如果直到位置触发信号被接收到之后才开始采样，则系统将无法在所需的响应时间内开始传输位置数据。相反，通过利用本文所公开的技术，包括在从主机运动控制系统接收到位置触发信号之前利用预触发信号来开始编码器位置采样时段，所得到的用于开始位置数据的传输的总的响应时间(例如，8微秒)可以小于所需的响应时间(例如，10微秒)。

图5是示出根据第二示例性实施方式的位置编码器系统中的时间线510-530和信号540-580的时序图500。如图5所示，NC请求时间线510示出了位置请求时段511和512(例如，包括从主机运动控制系统接收的位置触发信号)。NC响应时间线520示出数据传输时段521和522。如将在下面更详细描述的，数据传输时段521和522中的每一个对应于位置编码器在与对应的当前位置触发信号相关联的时间处输出编码器位置数据(例如，如所计算、更新等的)的当前实例，对应的当前位置触发信号在之前从主机运动控制系统被接收。标尺采样时间线530示出了对应于(例如，标尺轨道A、B或C的)各自的标尺采样的采样标尺标记531-534。

使能驱动器信号540包括信号部分541-544(例如，用于驱动图3的传感器元件315的发射器线圈356A-356C)。使能模数转换器(ADC)信号550包括信号部分551-554(例如，用于使能图3的传感器电子器件316的ADC364A-364C)。驱动波形信号560包括信号部分561-564(例如，对应于用于驱动图3的电感式传感器元件315的发射器线圈356A-356C的示意性示出的振荡驱动波形)。采样和保持滤波信号570包括信号部分571-574(例如，对应于图3的传感器元件315的接收器线圈351A-351C的采样值和保持值)。ADC滤波输出信号580包括示意性表示的ADC信号转换部分581-584(例如，对应于从各自的标尺轨道A、B或C采样的编码器位置数据的ADC值)。下面将更详细地描述关于图5中所示的各种信号的时序的更具体的细节。

如图5所示，在时间T1(例如，对应于“预测开始标尺A”时序)，生成预触发信号(例如，如由编码器位置时序子系统提供的)，其启动精细标尺轨道A的采样(例如，类似于用于对精细标尺轨道A进行采样的图4的编码器位置采样时段421)。相应地，使能驱动器信号540和使能ADC信号550都在时间T1处从低转变为高。作为响应，驱动波形信号560开始振荡并且采样和保持滤波信号570开始转变到近似对应于驱动波形信号560的峰值的较高状态，并且ADC滤波输出信号580开始阶跃转变的时段。

在时间T2(例如，对应于“驱动器启动”时序)，振荡驱动波形信号560的峰值被示出为近似达到最大状态。在时间T3(例如，对应于“开始请求”时序)，位置请求时段511开始，如NC请求时间线510中所示，这可对应于从主机运动控制系统接收到位置触发信号。在时间T4(例如，对应于“采样标尺A”时序)，采样标尺标记531如标尺采样时间线530中所示被指示。在时间T4，使能驱动信号540从高转变为低，并且驱动波形信号560对应地停止振荡并返回到零电平。注意到使能驱动信号540的信号部分541(从时间T1到时间T4)和驱动波形信号560的对应的信号部分561(从时间T1到时间T4)对应于精细标尺轨道A的采样。

在时间T5(例如，对应于“结束请求”时序)，位置请求时段511结束，如在NC请求时间线510中所示。在时间T6(例如，对应于“开始响应”时序)，数据传输时段521开始，如在NC响应时间线520中所示。在时间T7(例如，对应于“ADC就绪”时序)，ADC被指示为就绪(例如，用于包括发送位置数据的后续处理)。在时间T8(例如，对应于“发送位置数据”时序)，用于发送/传输位置数据的处理开始，使能ADC信号550从高转变为低，并且采样和保持滤波信号570对应地开始向下朝向零电平的转变。在时间T9(例如，对应于“ADC关闭/重置”时序)，ADC滤波输出信号580开始向下朝向零电平的转变。应注意到，使能ADC信号550的信号部分551(从时间T1到时间T8)、采样和保持滤波信号570的信号部分571(从时间T1到时间T8)以及ADC滤波输出信号580的信号转换部分581(从时间T1到时间T9)对应于精细标尺轨道A的采样。

从时间T10开始(例如，对应于“开始标尺B”时序)，对于较粗略标尺轨道B的采样(例如，类似于用于采样标尺轨道B的图4中的编码器位置采样时段451)，采样处理重复进行。应注意的是，与图4的处理类似，在位置数据被传输到主机运动控制系统时(即，在数据传输时段521期间)，至少部分地执行较粗略标尺轨道B的采样。在时间T10，使能驱动器信号540和使能ADC信号550都从低转变为高，并且驱动波形信号560对应地开始振荡，采样和保持滤波信号570开始转变到更高的状态(即，近似跟随驱动波形信号560的峰值)，并且ADC滤波输出信号580开始阶跃转变的时段，所有这些都对应于较粗略标尺轨道B的采样。在时间T11(例如，对应于“采样标尺B”时序)，使能驱动器信号540从高转变位低，并且驱动波形信号560相应地停止振荡并返回到零电平。应该注意，使能驱动器信号540的信号部分542(从时间T10到时间T11)和驱动波形信号560的信号部分562(从时间T10到时间T11)对应于较粗略标尺轨道B的采样。

在时间T12(例如，对应于“传输完成”时序)，数据传输时段521结束，如在NC响应时间线520中所示。在时间T13(例如，对应于“A+B/C标尺结束”时序)，使能ADC信号550从高转变为低，并且采样和保持滤波信号570对应地开始向下朝向零电平转变，随后ADC滤波输出信号580向下朝向零电平转变。应该注意，使能ADC信号550的信号部分552(从时间T10到时间T13)、采样和保持滤波信号570的信号部分572(从时间T10到时间T13)以及ADC滤波输出信号580的信号部分582(从时间T10到时间T13)对应于较粗略标尺轨道B的采样。在时间T14(例如，对应于“重置完成”时序)，采样和保持滤波信号570和ADC滤波输出信号580已完成到零电平的转变，重置处理完成。

在时间T14之后，该处理重复进行精细标尺轨道A的另一采样和较粗略标尺轨道C的采样(即，类似于图4的后半部分中的处理)。更具体地，在时间T15(例如，对应于类似于时间T1的“预测开始标尺A”时序)生成第二预触发信号(例如，由编码器位置时序子系统)，其开始用于对精细标尺轨道A采样的处理。类似于上述在时间T1和T10之间描述的信号，对应于精细标尺轨道A的采样的信号部分包括使能驱动器信号540的信号部分543、驱动波形信号560的对应的信号部分563、使能ADC信号550的信号部分553以及采样和保持滤波信号570的对应的信号部分573和ADC滤波输出信号580的对应的信号部分583。在精细标尺轨道A的采样期间，位置请求时段512出现(例如，包括从主机运动控制系统接收的位置触发信号)，并且在标尺采样时间线530中出现对应的采样标尺标记533。在精细标尺轨道A的采样结束时，如在NC响应时间线520中所示的出现数据传输时段522(例如，用于向主机运动控制系统传输对应于精细标尺轨道A的采样的位置数据以及根据在时间T10-T14期间较粗略标尺轨道B的先前采样确定的更新的粗略位置数据)。

在数据传输时段522正在处理的同时，在时间T16(例如，对应于“开始时间标尺C”时序，类似于时间T10处的处理，除了针对标尺轨道C而非标尺轨道B)开始较粗略标尺轨道C的采样。类似于上述在时间T10和T14之间用于较粗略标尺轨道B的采样的信号，对应于较粗略标尺轨道C的采样的信号部分包括使能驱动器信号540的信号部分544、驱动波形信号560的对应的信号部分564、标尺采样时间线530中的对应的采样标尺标记534、使能ADC信号550的信号部分554以及采样和保持滤波信号570的相应信号部分574和ADC滤波输出信号580的对应的信号部分584。在时间T17(例如，对应于“重置完成”时序，类似于时间T14处的处理)，采样和保持滤波信号570以及ADC滤波输出信号580已经完成到零电平的转变，重置处理完成。类似于较粗略标尺轨道B的采样，在时间T16和T17之间的较粗略标尺轨道C的采样期间确定的位置数据被用于在采样处理的随后的序列中更新绝对位置的较粗略位置部分(例如，类似于利用来自粗略位置更新时段471的粗略位置数据结合来自随后的位置计算时段432的精细位置数据，以确定作为图4的数据传输时段445的部分传输的当前总的绝对位置数据)。

图6是示出用于操作包括位置编码器和编码器位置时序子系统的位置编码器系统的例程600的一个示例性实施方式的流程图，该位置编码器被配置为用于输出对应于编码器位置的编码器位置数据。如图6所示，在方框610中，确定预期要从主机运动控制系统接收到位置触发信号的可预测时间。在各种实施方式中，来自主机运动控制系统的位置触发信号可以以预定时间间隔(例如，根据已知的频率)发生。如果已知这样的预定时间间隔，则一旦接收到第一位置触发信号，就可以对应地确定随后的位置触发信号的时序(即，其中，第一位置触发信号的时序被用作根据位置触发信号之间的已知预定间间隔估计随后的位置触发信号的时序的基础)。

或者，在这种配置中，如果预定时间间隔不是初始已知的，则可以对其进行测量。例如，确定预期何时从主机运动控制系统接收到位置触发信号的可预测时间可以包括：将至少两个连续的位置触发信号输入到编码器位置时序子系统，并且确定如由至少两个连续的位置触发信号之间的时间差所指示的位置触发信号的对应时序。作为另一例子，如果以定义的触发频率从主机运动控制系统接收到重复的位置触发信号，则确定可预测时间可以包括：以触发频率将重复的位置触发信号输入到编码器位置时序子系统，并且确定重复的位置触发信号的时序。在这样的配置中，操作编码器位置时序子系统以在位置触发信号的下一个可预测时间之前的预触发前置时间处启动编码器位置采样时段的当前实例可以包括：在与位置触发信号的下一个可预测时间之前的预触发前置时间对应的时间处启动编码器位置采样时段的当前实例。在各种实施方式中，用于确定可预测时间的处理在稍后的时间可以被重复(例如，测量位置触发信号之间的时间差可以是正在进行的处理)，使得可以检测到时序中的任何变化并且使得可以在持续进行的基础上校正和/或以其他方式调整采样时序。

在方框620中，确定预触发前置时间，其是定义的编码器位置采样时段的持续时间的一部分，在编码器位置采样时段期间，位置编码器执行操作以获取与当前编码器位置相关联的编码器位置数据。在方框630中，编码器位置时序子系统被操作以在位置触发信号的下一个可预测时间之前的预触发前置时间处启动编码器位置采样时段的当前实例。如先前关于图4和图5所描述的，在各种实施方式中，编码器位置采样时段可以对应于至少一个精细轨道的采样，其中，在编码器采样时段的当前实例期间对至少一个精细轨道进行采样之后，在稍候的时间可以启动第二编码器采样时段，用于在从主机运动控制系统接收到下一个位置触发信号之前采样至少一个粗略轨道。

在方框640中，编码器位置数据的相关联的当前实例被确定为对应于编码器位置采样时段的当前实例。在方框650中，从主机运动控制系统接收到当前位置触发信号，其中，编码器位置采样时段的当前实例的平均有效采样时间与当前位置触发信号的实际时序在允许容限窗口内重合。在方框660中，位置编码器被操作以在与当前位置触发信号相关联的时间处输出编码器位置数据的当前实例，使得主机运动控制系统将编码器位置数据的当前实例与当前位置数据触发信号相关联。

在各种实施方式中，如果确定编码器位置采样时段的当前实例的平均有效采样时间与当前位置触发信号的实际时序在允许容限窗口内不重合，则可以采取各种校正动作。例如，如果位置触发信号的频率没有改变(例如，如通过测量位置触发信号之间的时序所确定的)，则预期将接收到未来位置触发信号的时序可以根据利用最近接收的位置触发信号的时序作为根据已知频率估计何时将接收到未来位置触发信号的基础而移动。如果确定位置触发信号的频率已经改变，则新确定的频率可以被用于估计何时将接收未来位置触发信号。在一些情况下，针对在预期时间没有位置触发信号被接收，可以向用户提供警告或其他通知(例如，使得可以采取校正措施等)。

针对在编码器位置采样时段完成时没有接收到位置触发信号的情况，可以采取各种附加的校正措施。例如，针对跟随编码器位置采样时段的位置计算时段和位置数据传输时段，基于未在预期时间帧内接收到的位置触发信号，这些处理可以被取消和/或以其他方式修改。更具体地，如果在编码器位置采样时段完成时没有接收到位置触发信号，则用于传输位置数据的处理(例如，如将响应于接收到位置触发信号而完成)可被取消、延迟或以其他方式修改。

虽然已经说明和描述了本公开的优选实施方式，但是基于本公开，对于本领域技术人员而言，所示出和描述的特征的布置和操作的顺序的许多变化是明显的。可使用各种替代形式来实现这里所公开的原理。另外，上述各种实施方式可被组合以提供进一步的实施方式。本说明书中提及的所有美国专利和美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。如果必要的话，可以修改实施方式的各个方面以使用各种专利和申请的概念来提供进一步的实施方式。

根据以上详细描述，可以对这些实施方式进行这些和其他改变。通常，在下面的权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制在说明书和权利要求中公开的具体实施方式中，而是应该被解释为包括所有可能的实施方式以及这种权利要求所授权的等同物的全部范围。

Claims (11)

1.一种用于操作位置编码器系统的方法，所述位置编码器系统包括位置编码器和编码器位置时序子系统，所述位置编码器被配置为用于输出对应于编码器位置的编码器位置数据，其中，所述位置编码器系统从主机运动控制系统接收位置触发信号，所述方法包括：

确定预期要从所述主机运动控制系统接收到位置触发信号的可预测时间；

确定预触发前置时间，所述预触发前置时间是定义的编码器位置采样时段的持续时间的一部分，在所述定义的编码器位置采样时段期间，所述位置编码器执行操作以获取与当前编码器位置相关联的编码器位置数据；

操作所述编码器位置时序子系统以在所述位置触发信号的下一个可预测时间之前的所述预触发前置时间处启动所述编码器位置采样时段的当前实例；

将所述编码器位置数据的相关联的当前实例确定为对应于所述编码器位置采样时段的当前实例；

从所述主机运动控制系统接收当前位置触发信号，其中，所述编码器位置采样时段的当前实例的平均有效采样时间与所述当前位置触发信号的实际时序在允许容限窗口内重合；以及

操作所述位置编码器以在与所述当前位置触发信号相关联的时间处输出所述编码器位置数据的当前实例，使得所述主机运动控制系统将所述编码器位置数据的当前实例与所述当前位置触发信号相关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，操作所述编码器位置时序子系统以确定所述预触发前置时间包括：确定预触发前置时间，所述预触发前置时间近似为有效采样时段的一半加上所述编码器位置采样时段的发射器设置时段。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定预期要从所述主机运动控制系统接收到位置触发信号的可预测时间包括：将至少两个连续的位置触发信号输入到所述编码器位置时序子系统，并且，确定如由所述至少两个连续的位置触发信号之间的时间差所指示的位置触发信号的对应的时序。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，以触发频率从所述主机运动控制系统接收到重复的位置触发信号，并且其中，确定预期要从所述主机运动控制系统接收到位置触发信号的可预测时间包括：以所述触发频率向所述编码器位置时序子系统输入所述重复的位置触发信号，并且确定所述重复的位置触发信号的时序。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，操作所述编码器位置时序子系统以在所述位置触发信号的下一个可预测时间之前的所述预触发前置时间处启动所述编码器位置采样时段的当前实例包括：在对应于所述位置触发信号的下一个可预测时间之前的预触发前置时间的先前位置触发信号之后的时间处启动所述编码器位置采样时段的当前实例。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述编码器位置时序子系统被包括在所述位置编码器中或者耦合在所述位置编码器和所述主机运动控制系统之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预触发前置时间被定时以用于启动所述编码器位置采样时段的当前实例，使得所述编码器位置采样时段的当前实例的平均有效采样时间与所述当前位置触发信号的实际时序近似相同。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述位置编码器包括读取头和标尺，所述标尺是包括至少一个精细轨道和至少一个粗略轨道的绝对位置标尺，并且，所述编码器位置采样时段对应于所述至少一个精细轨道的采样。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述编码器位置采样时段的当前实例期间采样所述至少一个精细轨道之后，启动第二编码器采样时段，以用于在从所述主机运动控制系统接收到下一个位置触发信号之前对所述至少一个粗略轨道进行采样。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述当前位置触发信号是在所述下一个可预测时间处从所述主机运动控制系统接收到的。

11.一种位置编码器，包括：

标尺；

读取头，被配置为提供与当前编码器位置相关联的编码器位置数据作为对应于所述读取头相对于所述标尺的位置；

一个或多个处理器；以及

存储器，耦合到所述一个或多个处理器并存储程序指令，所述程序指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器至少：

确定预期要从主机运动控制系统接收到位置触发信号的可预测时间；

确定预触发前置时间，所述预触发前置时间是定义的编码器位置采样时段的持续时间的一部分，在所述定义的编码器位置采样时段期间，所述位置编码器执行操作以获取与当前编码器位置相关联的编码器位置数据，作为对应于所述读取头相对于所述标尺的位置；

在所述位置触发信号的下一个可预测时间之前的所述预触发前置时间处启动所述编码器位置采样时段的当前实例；

将所述编码器位置数据的相关联的当前实例确定为对应于所述编码器位置采样时段的当前实例；

从所述主机运动控制系统接收当前位置触发信号，其中，所述编码器位置采样时段的当前实例的平均有效采样时间与所述当前位置触发信号的实际时序在允许容限窗口内重合；以及

在与所述当前位置触发信号相关联的时间处输出所述编码器位置数据的当前实例。

Images