CN1469991A - 位置测量装置和位置测量装置的操作方法 - Google Patents

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Abstract

位置测量装置(100)经过串行接口将多位的代码字(P)提供给用数字表示的控制装置(300)。为了确定位置测量装置(100)的当前功能状态，还要由模拟扫描信号(S6、S7)串行地作为多位的与振幅成比例的代码字(D6、D7)传输瞬时数值。将这些代码字(D6、D7)输给诊断装置(200)，它从中引出显示李沙育图形或独立进行评估和产生警告或报警信号。

Description

位置测量装置和位置测量装置的操作方法
本发明涉及按照权利要求1前序部分的位置测量装置和按照权利要求3前序部分的位置测量装置的操作方法。
位置测量装置被划分为增量测量装置和绝对位置测量装置。对于增量位置测量装置，在输出端有两个之间有相移90°的模拟或矩形扫描信号，由这两个信号才在一个跟踪电子装置中形成位置测量值。对于绝对位置测量装置，在输出端已经有一个可馈送至跟踪电子装置的绝对位置测量值。
对于两类位置测量装置，其可靠性和功能状态取决于扫描信号的质量。对于输出模拟扫描信号的增量位置测量装置，可以直接检验扫描信号的质量，将它们馈送到双线示波器的两个信道，使得在屏幕上产生一个李沙育(Lissajous)图形。李沙育图形的半径是振幅从而也是相位关系的一个尺度。该措施在WO 90/02956 A1和JP 02036313 A中进行了说明。
对于输出两个相互相移90°矩形扫描信号的增量位置测量装置，不可能直接检验。按照JP 08-029197 A，建议在位置测量装置中设置一个转换开关，致使在两个数据传输线上能输出矩形的扫描信号或者能输出相移的模拟扫描信号。在测量操作中传输矩形扫描信号，模拟扫描信号是为了错误诊断。
根据EP 0 962 748 A1和DE 199 11 774 A1，将位置测量装置的状态信息类似重叠地传输给增量矩形扫描信号。此时，对重叠信号的解码是相对困难的。
绝对位置测量装置在DE 44 22 056 A1和DE 43 42 377 A1中有说明。根据DE 44 22 056 A1，一个周期的测量刻度的多个相互相移的扫描信号，被馈送到一个产生绝对位置的计数器。该绝对位置，作为多位的代码字，从位置测量装置在数据传输线上位串行地传输到电子跟踪装置。此外，在位置测量装置中设置有监控电路，它们采集位置测量装置的功能状态，并据此经数据传输线输出一个反常信息。在这种情况，作为监控的可能有温度和电源。
根据DE 43 42 377 A1，也是除了绝对位置外，还有报警信号和警示信号在数据传输线上串行地传输到跟踪电子装置。功能状态的监控在位置测量装置中进行。
本发明的任务是给出一种位置测量装置，其中一方面在输出端有一个位置信息，位置测量装置也还要供信息支配，借助于这些信息用简单的手段可检验位置测量装置的功能状态。
该任务通过具有权利要求1的特征的一种位置测量装置来解决。
这种位置测量装置的优点在于，关于位置和功能状态的信息可在一个公用的数据传输线或数据信道上传输。此外，通过完全数字传输确保有个高的抗干扰性，且接口模块可成本低廉。
本发明的另一个任务是，给出一种操作位置测量装置的方法，用该方法可从位置测量装置向跟踪电子装置传输位置测量数值及数据，借助于它们能作出关于位置测量装置功能状态的说明。
该任务通过权利要求3的特征来解决。
该方法的优点在于，只要求有一个数据信道，在其上可传输绝对位置以及有关功能状态的数据。对说明功能状态的数据评估，可用简单的和普通的装置进行。可以识别位置测量装置要改变的状态，这样就能在功能失灵时及时采取对应的措施。
本发明的有利的布置用附图进行详细说明。计有：
图1一种按照本发明的位置测量装置，
图2位置测量装置的一个诊断装置和
图3一个数据传输协议
绝对位置测量装置100，以公知的方式例如由一个有多个测量刻度2、3、4的刻度尺组成。测量刻度2和3是不同刻度周期的周期性刻度，测量刻度4是一个非周期性的刻度，也称作为赝随机代码(Pseudo-Random Code)。这样一种位置测量装置在DE 41 23 722 A1中有说明。
测量刻度2、3、4被一个共用的扫描头5扫描。扫描头5包括有用于扫描测量刻度2至4的扫描元件6至10。把扫描元件6和7分配给最细的周期性测量刻度2，并在它的输出端各产生一个正弦模拟扫描信号S6、S7，此时扫描信号S6和S7表明有一个相互90°的理论相移。周期性的测量刻度3，也被产生两个相互90°相移的扫描元件S8和S9扫描。测量刻度4被一个二极管扫描行扫描，此时每个扫描行元件输出一个输出信号。在图1中，只是示意性地用一个导线表示出该扫描信号S10。
将扫描信号S6至S10输送给一个组件11，形成一个绝对位置P。组件11可以是逻辑电路或微处理器，在其中扫描信号S6至S10以公知的方式组合成一个绝对位置，致使在输出端出现一个规定位置测量值的多位数字代码字P。将该代码字P在数据信道12上位串行地传输到一个跟踪电子装置，例如一个NC-控制装置300。为此设置一个输出组件14-也称作为接口组件或驱动器。位置测量装置100最好属于一台机床的运动部分-尤其直接是一个电气传动装置，跟踪电子装置是NC-控制装置300。
按照DE 41 25 865 A1，刻度尺1也能有选择地只有多个周期性的测量刻度，其中位置测量值通过所有周期性测量刻度扫描信号的逻辑连接形成。但是，按照DE 44 22 056 A1，刻度尺1也能只有一个唯一的周期性测量刻度，此时绝对位置通过脉冲的受方向影响的计数，由多个相互之间有相移的扫描信号推导出，在位置测量装置中形成。
按照本发明，在可传输绝对位置代码字P的相同的数据信道12上，也可以数字形式作为多位代码字D6和D7传输两个扫描信号S6和S7的振幅数值，尤其是各用一个至少4位的位宽，但优选的是至少8位。为此，各在相同的时间点通过抽样保持元件15和16将模拟扫描信号S6和S7的瞬时振幅接纳。这些被接纳的模拟值各转换成与振幅成比例的数字代码字D6和D7，为此示意性地表示出模拟-数字-转换器17和18。与振幅成比例的代码字D6和D7在输出组件14上等候处理，从而它们也可串行地在数据信道12上传输。
通过这种措施，在数据信道12上就有为了确定位置测量装置100功能状态所需的数据供支配。能够检验相互之间有相移的扫描信号S6＝SA6*sinωt和S7＝SA7*cosωt是否准确地相互相移所要求的信号振幅拥有的理论相位状况Φ＝90°，是否两个扫描信号S6、S7的信号振幅SA6、SA7相同。基于这些参数可以确定：扫描距离(刻度尺1和扫描头5之间的距离)调整的是否正确，刻度尺1是否脏污，或扫描头5对刻度尺是否发生扭转(莫尔角)。
为了评估和表示位置测量装置100的功能状态，将一个诊断装置200连接到数据信道12上。
从扫描信号S6、S7的各一个同时接纳的数值对偶D6、D7中，求出半径R＝(S62+S72)1/2。相继连续的数值对偶得出一个半径值R的序列，这些半径值形成一个李沙育图形201。该作为连续求得的半径-数值R的序列而产生的李沙育图形201，被显示在一个屏幕201上。在图2中只示出了李沙育图形201的两个半径-数值R1、R2。也有可能按照WO 90/02956 A1或EP 0 836 080 A1用一个条型显示代替李沙育图形201。
为了显示接纳的扫描信号S6、S7，能将代码字D6、D7或随后还要详细说明的标准化了的代码字D6｀、D7｀在诊断装置200中进行数字-模拟转换，并以公知的方式作为李沙育图形表示出。这种表示特别具有优点，因为扫描信号S6、S7的质量能按照单独的要求去评估。如果不是以这种例外的情况来要求，诊断装置200只能或者还要自动进行评估，如果扫描信号S6、S7预先规定的标准不再得到满足，要输出相应的警示或报警信号。
为了能特别简单地进行功能状态评估，在位置测量装置100中存储有振幅SA6或SA7的一个理论值N。其优点在于，在位置测量装置100中能进行一个不取决于设备的输出代码字D6、D7标准化，这样扫描信号S6、S7或D6、D7的实际-振幅直接与理论-振幅N相关：
                   S6/N＝S6｀
                   S7/N＝S7｀
然后，在数据信道12上，将标准化了的振幅数值S6｀和S7｀作为与振幅成比例的代码字D6｀、D7｀传输。因此能够按相同类型并且不受设备影响地针对大量不同的位置测量装置100构建诊断装置200。设置并显示公差限T1、T2而与扫描信号S6、S7的设备专用绝对振幅无关。
为此能选择的是，能将在位置测量装置中存储的理论值N也作为数字数值传输到诊断装置200，并在诊断装置200中进行标准化。
预先规定的公差限T1、T2同样能存储在位置测量装置100中，并能作为在数据信道12上的数字数值传输到诊断装置200。
诊断装置200也能是NC-控制装置300的集成的组成部分，此时屏幕202就主要是NC-控制装置的屏幕。
通过数字的数据传输，确保有一个可靠的传输，因为与振幅成比例的代码字D6、D7的传输也能借助于一个CRC(循环冗余码校验)的形成和传输来检验。
在图3大致示出一个信号传输协议。由跟踪电子装置-NC-控制装置300，用指令F请求一个绝对位置测量值P。该请求能在一个分离的信号线路上或在双向执行的数据信道12上进行。为了使位置测量装置100与跟踪电子装置300之间的数据传输同步，最好是实现一个同步串行传输，此时在位置测量装置100与跟踪电子装置300之间，以公知的方式布置一个未示出的节拍脉冲电路，用以传输从跟踪电子装置300到位置测量装置100的传送节拍。
基于该请求指令F，位置测量装置100发送一个数据分组，该数据分组由一个作为代码字P的位置测量值和一个诊断信息DW组成。诊断信息DW最好由一个数据块组成，该数据块由一个地址A和所分配的数据D组成。为了提高传输的可靠性，由位置测量值P和诊断信息DW形成一个检验信息-也称为CRC，并在数据分组中传输。
在示出的例子中，诊断信息DW只由一个地址A和所分配的数据D组成。但数据分组也能包含有多个地址和/或数据。
一个地址A1能确定诊断操作类型，其中跟随其后的数据D1是关于在后继协议中所传输诊断信息的内容和顺序的一个目录。其它地址表明诊断数值，这样地址A6规定，下面要传输扫描信号S6的与振幅成比例的代码字D6。
在另一个请求F和传输一个更新的位置测量值P之后，传输扫描信号S7的与振幅成比例的代码字D7，扫描信号S7由地址A7规定。两个代码字D6、D7由同时(时间点t1)接纳的两个扫描信号S6、S7的振幅数值推导出。
对于后来的请求F，能附加向位置测量值P传输像代码值连接质量D8那样的另外的诊断值，作为评估数(按照EP 0 707 384 B1计算的)或带有所分配地址A8的温度。如果传输所有在时间点t1所分配的并且为了具有有说明能力的诊断而要求的诊断值，则以与振幅成比例的代码字D6、D7的形式的扫描信号S6、S7的另一个数值对偶以相同的形式传输。传输的代码字D6、D7同样由同时(时间点t2)接纳的两个扫描信号S6、S7的振幅数值推导出。
诊断信息DW也能以部分数据块来传输，例如用一个第一个位置测量值P传输只带有一部分代码字D6的地址和用一个第二个位置测量值P传输带有剩余代码字D6的另一个地址。同样有可能用一个位置测量值P只传输地址，用下一个位置测量值P传输所属的数据。
属于一个共用时间点t1或t2的诊断信息DW的数据流，最好通过一个开始信息和一个结束信息给以限制。该开始或结束信息在所出示的例子中是带有数据D1的地址A1。在这些信息DW之间包括有数据D6(t1)、D7(t1)、D8(t1)，它们是在一个共用时间点t1采集的并存储在位置测量装置100中。
在数据信道12上的数据传输能同步-串行或异步进行。
所示出的数据协议的优点在于，就是位置测量装置100的状态控制是在线的，就是说在连接了和处于运行状态的NC-控制装置300的情况也可以进行。诊断装置200接在NC-控制装置300之前，并根据要到达的数据流的定址将数据D6和D7滤出以进行诊断。为此在图2中示出有滤波器203。为了调整NC-控制装置300所要求的数据P达到NC-控制装置300。诊断装置200可以说只是兼听。
对于所示出的操作方式可选择的是，位置测量装置100在一个操作方式只能传输绝对位置测量值P，在另一个操作方式只能传输带有串行在数据信道12上的扫描信号D6、D7数值对偶的诊断数值。这样，位置测量装置100就能在测量操作与诊断操作之间切换。这种切换能由诊断装置200或NC-控制装置300经过有双向功能的数据信道12进行。
尤其有利的是：如果测量刻度2的扫描信号S6、S7的瞬时数值以最小的刻度周期应用于位置测量装置100的诊断。但是也有可能，在数据信道12上串行输出其它的瞬时数值或附加输出另外测量刻度扫描线3的瞬时数值。
要监控的相互相移的扫描信号S6、S7，必须不是强制的从一个唯一的测量刻度推导出。它们也能来自两个分离的测量刻度，这两个刻度垂直于测量方向X以相互保持距离的方式布置。相互之间有相移的扫描信号S6、S7的理论值不局限于90°，这样例如也能利用两个或三个相互之间相移各120°扫描信号的与振幅成比例的代码字。测量刻度能形成为可光电、磁、感应或电容扫描。位置测量装置能够被设计成进行线性或旋转位置测量。

Claims (10)

1.位置测量装置(100)，其带有
-扫描元件(6至10)，它们至少分配给一个相对运动的周期性测量刻度(2、3、4)并扫描这些测量刻度；
-一个为形成一个位置测量值的组件(11)，其中在该组件(11)上有多个扫描元件(6至10)的扫描信号(S6至S10)，在输出
端有一个要规定位置的代码字(P)；
-在一个数据信道(12)上数字地输出代码字(P)的输出组件(14)，
其特征在于：
-一个转换装置(17、18)，用于将至少分配给一个周期性刻度(2)扫描元件(6、7)的多个相互之间有相移的模拟扫描信号(S6、S7)分别转换成一个多位的与振幅成比例的代码字(D6、D6｀、D7、D7｀)，其中这些代码字(D6、D6｀、D7、D7｀)同样地被施加在用以在所述数据信道(12)进行输出的输出组件(14)上，
并可以经过输出组件(14)以数字方式在数据信道(12)上传输。
2.如权利要求1的位置测量装置，
其特征在于：
给输出组件(14)串联存储器(15、16)，在其中存储有一个在一个时间点(t1)采纳的扫描信号之一(S6)的振幅值和一个在相同时间点(t1)采纳的一个为此相移的扫描信号(S7)的振幅值。
3.位置测量装置(100)的操作方法，其中为了产生位置相关的扫描信号(S6、S7)至少要扫描一个周期性的测量刻度(2)并由多个扫描信号(S6至S10)形成一个位置测量值，该测量值要作为代码字(P)在一个数据信道(12)上向跟踪电子装置(200、300)传输，
其特征在于：
多个相互之间有相移的模拟扫描信号(S6、S7)分别被转换成一个多位的与振幅成比例的的代码字(D6、D6｀、D7、D7｀)，并将规定位置的代码字(P)和与振幅成比例的代码字(D6、D6｀、D7、D7｀)在所述数据信道(12)上传输到跟踪电子装置(200、300)。
4.如权利要求3的方法，
其特征在于：
所述与振幅成比例的代码字(D6、D7)是由两个周期性扫描信号
S6＝SA6*sinωt和S7＝SA7*cosωt的时间相同的瞬时数值推导出。
5.如权利要求3或4的方法，
其特征在于：
通过将扫描信号(S6、S7)的瞬时数值与一个在位置测量装置(100)中存储的标准因数发生关系，将与振幅成比例的代码字(S6、S7)标准化。
6.如权利要求3至5之一的方法，
其特征在于：
由跟踪电子装置(300)请求一个规定位置的代码字(P)，接着在数据信道(12)上传输规定位置的代码字(P)以及附加传输至少一个与振幅成比例的代码字(D6、D7)的一部分。
7.如权利要求3至6之一的方法，
其特征在于：
给每个与振幅成比例的代码字(D6、D7)分配一个同样在数据信道(12)上传输的地址。
8.如权利要求3至7之一的方法，
其特征在于：
将与振幅成比例的代码字(D6、D7)馈送给一个诊断装置(200)。
9.如权利要求8的方法，
其特征在于：
诊断装置(200)从与振幅成比例的代码字(D6、D7)形成和显示扫描信号(S6、S7)的振幅高度和/或相位的数值(R)。
10.如权利要求3至9之一的方法，
其特征在于：
将代码字(P、D6、D7)位串行地在一个唯一的数据信道(12)上传输。
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