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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung von einem absoluten Positionsmesssystem an eine inkrementelle Schnittstelle, ein Computerprogramm, das Schritte dieses Verfahrens ausführt und einen maschinenlesbaren Datenträger, der das Computerprogramm speichert. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein absolutes Positionsmesssystem, das dazu eingerichtet ist, um Daten mittels des Verfahrens zu übertragen. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Rechengerät, das dazu eingerichtet ist, um Daten mittels des Verfahrens über eine inkrementelle Schnittstelle zu empfangen und auszuwerten.
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Stand der Technik
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Absolute Positionsmesssysteme verwenden normalerweise Schnittstellen, mit denen ein absoluter Wert übertragen werden kann. Bei digitalen seriellen Schnittstellen sind dies beispielsweise SSI, BiSS, IO-Link oder Drive-CliQ. Die Daten werden nur auf eine Anfrage einer Steuerung hin seriell übertragen und liegen deshalb stets verzögert vor. Der absolute Messwert eines absoluten Messsystems ist allerdings sofort nach dessen Einschalten verfügbar und somit auf eine Anfrage hin abfragbar. Allerdings benötigen derartige Messsysteme wesentlich aufwendigere Sensoren als inkrementelle Positionsmesssysteme. Auch die Gestaltung der Schnittstelle ist aufwendiger als bei inkrementellen Messsystemen.
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Inkrementelle Positionsmesssysteme nutzen digitale oder analoge elektrisch phasenverschobene A/B-Signale, die jeweils die aktuelle Positionsänderung repräsentieren. Das Messsystem gibt die Signale von selbst aus. Sie müssen nicht von einer Steuerung abgefragt werden. Deshalb steht die aus diesen Signalen bestimmte Position in der Steuerung in Echtzeit zur Verfügung. Inkrementelle Schnittstellen können analog über ein Sinus- und Cosinussignal übertragen werden. Dies ist beispielsweise in der 1Vpp-Schnittstelle umgesetzt. Alternativ kann auch eine digitale Übertragung mittels phasenverschobener Rechtecksignale erfolgen. Dies ist beispielsweise in den Schnittstellen HTL und RS422 realisiert. Wenn eine Steuerung nicht nur eine Information über eine Positionsänderung, sondern auch über eine absolute Position benötigt, so ist hierfür zunächst eine Referenzfahrt zu einem eindeutig definierten Punkt notwendig. Dieser wird üblicherweise als Referenzposition bezeichnet. Ab dem Zeitpunkt, an dem diese Position erreicht wurde, kennt die Steuerung die absolute Position, die gemessen werden soll. Das Erreichen der Referenzposition wird üblicherweise mit einem Referenzsignal übertragen. Um einen Referenzpunkt zu erreichen, ist eine physikalische Bewegung des inkrementellen Messsystems notwendig. Inkrementalgeber sind baulich wesentlich einfacher gestaltet als absolute Positionsmesssysteme. Auch inkrementelle Schnittstellen sind im Vergleich zu Schnittstellen, mit denen ein absoluter Wert übertragen werden kann, einfach und preiswert und sind deshalb sehr verbreitet.
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Um die Vorteile eines absoluten Positionssensors mit denen einer inkrementellen Schnittstelle verbinden zu können, schlägt die
US 6,434,516 B1 vor, mittels eines absoluten Positionsmesssystems eine Position zu messen, diese jedoch nicht auf Anfrage als Absolutwert zu übertragen.
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Stattdessen werden Positionsänderungen noch im absoluten Positionsmesssystem in inkrementelle Signale umgewandelt und an eine inkrementelle Schnittstelle übertragen. Zur Übertragung der Absolutposition wird analog dem Vorgehen bei Verwendung eines inkrementellen Positionsmesssystems eine Referenzfahrt durchgeführt. Da die absolute Position jedoch bereits bekannt ist, ist keine physikalische Referenzfahrt notwendig. Falls beispielsweise auf mehreren Achsen, entlang denen Positionsmesssysteme verfahren werden können, wie dies beispielsweise bei Robotern der Fall ist, eine Absolutposition übertragen werden muss, so braucht hierauf keine Rücksicht genommen zu werden, da keine physikalische Bewegung stattfindet. Es entsteht auch kein Energiebedarf für eine physikalische Referenzfahrt. Dies ist insbesondere bei Positionsmesssystemen von großen Solarfeldern wichtig, da dort wegen des Leistungsbedarfs der Antriebe immer nur ein kleiner Teil der Spiegel bewegt werden kann.
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Anstelle der physikalischen Referenzfahrt wird eine virtuelle Referenzfahrt durchgeführt. Hierbei werden zunächst ein Referenzimpuls und anschließend A/B-Signale, die vom absoluten Positionsmesssystem aufgrund der bekannten Absolutposition erzeugt werden, an die inkrementelle Schnittstelle ausgegeben. Dies erfolgt mit der maximal möglichen Geschwindigkeit, d. h. dem minimal möglichen Flankenabstand der Signale, so dass die virtuelle Referenzfahrt schneller abgeschlossen werden kann als eine physikalische Referenzfahrt. Diese Zeitersparnis hat den Vorteil, dass beispielsweise bei Solarfeldern alle Spiegel gleichzeitig eine virtuelle Referenzfahrt durchführen können. Über Nacht können die Positionsmesssysteme der Spiegel somit ausgeschaltet werden. Trotzdem ist das ganze Feld am Morgen innerhalb von Sekunden referenziert.
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Diese Kombination aus absolutem Positionsmesssystem und inkrementeller Schnittstelle kann eine zuverlässige Positionsübertragung nur dann durchführen, wenn der minimale Flankenabstand der vom absoluten Messsystem erzeugten A/B-Signale zu dem minimalen Flankenabstand passt, welcher von der inkrementellen Schnittstelle ausgewertet werden kann. Während ein Vorteil dieses Verfahrens darin besteht, dass das absolute Positionsmesssystem auch mit inkrementellen Schnittstellen verwendet werden kann, welche ursprünglich nicht für den Datenaustausch mit absoluten Positionsmesssystemen vorgesehen waren, birgt dies auch die Gefahr, dass nicht zueinander passende Systeme miteinander kombiniert werden und dadurch bei der Datenübertragung Inkremente verlorengehen. Dies kann zu Positionsabweichungen führen. Um zusätzliche Informationen über das absolute Positionsmesssystem zu übertragen, mittels derer solche Fehler vorzeitig erkannt werden könnten, würden zusätzliche Schnittstellen benötigt.
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Die
DE 10 2004 045 849 A1 beschreibt eine Messgeber-Vorrichtung zur Ermittlung absoluter Winkel- oder Wegstrecken, bei der der Abstand von der Istzur Referenzposition bei Veranlassung ermittelt und über Inkrementalsignale ausgegeben wird.
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In der
DE 198 25 378 A1 wird eine Vorrichtung zur Übertragung einer Position vorgeschlagen. Mit dem Auftreten eines Startsignals wird ein Inkrementalsignal so lange im Sinne einer Übertragung der Absolutposition verarbeitet, bis ein Fertigsignal das Ende der Übertragung der Absolutposition anzeigt, oder eine vorgegebene Zeitdauer - beginnend mit dem Auftreten des Startsignals - verstrichen ist.
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Aus der
DE 92 12 302 U1 ist eine Schnittstelle für einen Absolutpositionsgeber bekannt. Sie weist Eingänge für ein Messsignal des Absolutpositionsgebers, einen Eingang für ein Initiierungssignal, Mittel zum Vergleichen, Mittel zum Aufsummieren oder Zählen, Mittel zum Erzeugen von Inkrementalsignalen und zwei Ausgänge für Inkrementalsignale auf.
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In der
US 2009/0072130 A1 wird eine Drehgebervorrichtung offenbart, die eine Inkrementalgeber-Skala und einen Inkrementalgeber-Skalenleser umfasst. Die Skala umfasst eine inkrementale Skala und eine oder mehrere Referenzmarken. Das Lesegerät für die Inkrementalgeber-Skala umfasst mindestens zwei Abtastköpfe, die jeweils ein Referenzmarkensignal erzeugen, wenn sie über eine Referenzmarke der Skala geführt werden.
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Die
US 6 434 516 B1 beschreibt die Emulation von Inkrementalsignalen, die ein Signal mit variabler Frequenz verwenden, das auf der Änderungsrate einer Sensormessung basiert. Das variable Frequenzsignal wird in A- und B-Inkrementalsignale umgewandelt, wobei jeder Übergang in einem A- oder B-Signal ein Inkrement darstellt, das zu einem synthetischen Sensormesswert zu addieren oder von diesem zu subtrahieren ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Datenübertragung mittels eines absoluten Positionsmesssystems bereitzustellen, mit dem erkannt werden kann, ob der minimale Flankenabstand von inkrementellen Daten, die von dem absoluten Positionsmesssystem übertragen werden, zu einer inkrementellen Schnittstelle passt, welche die Daten empfängt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit zu schaffen, Informationen über das absolute Positionsmesssystem an ein Rechengerät zu übertragen, ohne hierfür neben der inkrementellen Schnittstelle noch eine weitere Schnittstelle vorzusehen zu müssen. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein absolutes Positionsmesssystem und ein Rechengerät zur Verwendung mit diesem Verfahren bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgaben werden in einem Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zur Datenübertragung von einem absoluten Positionsmesssystem an eine inkrementelle Schnittstelle gelöst, in dem eine absolute Position in einer virtuellen Referenzfahrt eines Positionszählers über mehrere phasenverschobene elektrische Signale übertragen wird. Bei den phasenverschobenen elektrischen Signalen handelt es sich insbesondere um zwei zueinander um 90° phasenverschobene A/B-Signale sowie ein Referenzsignal. Während der virtuellen Referenzfahrt wird zusätzlich zu der absoluten Position mindestens eine weitere Information übertragen. Diese weitere Information kann genutzt werden, um eine gesicherte Datenübertragung zwischen dem absoluten Positionsmesssystem und der inkrementellen Schnittstelle zu gewährleisten und/oder um Informationen über das absolute Positionsmesssysstem mittels der inkrementellen Schnittstelle an ein Rechengerät zu übertragen.
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Dieses Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass für das erfolgreiche Beenden der virtuellen Referenzfahrt nur sichergestellt werden muss, dass der Positionszähler einen vorgegebenen Endwert erreicht. Es ist hingegen nicht notwendig, dass das Aufaddieren der vom absoluten Positionsmesssystem übertragenen Inkremente in dem Positionszähler zu einem Endwert linear erfolgt. Vielmehr kann die Geschwindigkeit der Datenübertragung variiert werden und es ist sogar eine mehrfache Richtungsumkehr des Positionszählers möglich, ohne dass dies die absolute Positionsübertragung mittels der virtuellen Referenzfahrt beeinträchtigen würde. Durch gezielte Variation der virtuellen Referenzfahrt können also neben der absoluten Position weitere Informationen übertragen werden. Sollte ein absolutes Positionsmesssystem versuchen mittels des Verfahrens neben der absoluten Position weitere Informationen über eine inkrementelle Schnittstelle an ein Rechengerät zu übertragen, welches für die Auswertung dieser Informationen nicht eingerichtet ist, so wäre dies unschädlich, da sich der Endstand des Positionszählers in dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber einer herkömmlichen virtuellen Referenzfahrt nicht ändert. Abweichungen in der Geschwindigkeit oder Richtung einer Änderung des Zählerstandes des Positionszählers würden dann bei einer herkömmlichen Auswertung der virtuellen Referenzfahrt einfach ignoriert.
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Um das Ende der virtuellen Referenzfahrt zuverlässig erkennen zu können, ist es bevorzugt, dass eine Veränderung des Positionszählers während der virtuellen Referenzfahrt mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die über einem vorgebbaren Schellenwert liegt, und dass eine Veränderung des Positionszählers, welche eine Veränderung der absoluten Position repräsentiert, d. h. welche nach Beendigung der virtuellen Referenzfahrt erfolgt, mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die maximal dem Schwellenwert entspricht. Unter der Geschwindigkeit wird hierbei die Anzahl der übertragenen Inkremente pro Zeiteinheit verstanden. Je geringer der Flankenabstand der Inkremente ist, desto größer ist also die Geschwindigkeit. Durch geeignete Wahl des Schwellenwerts kann bei einer Überwachung des Positionszählers in einem Rechengerät unterschieden werden, ob von dem absoluten Positionsmesssystem übertragene Inkremente noch Teil einer virtuellen Referenzfahrt sind oder ob die virtuelle Referenzfahrt schon abgeschlossen wurde und die übertragenen Inkremente eine Positionsänderung gegenüber der in der virtuellen Referenzfahrt übertragenen Position repräsentieren.
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Ein Ende der Informationsübertragung kann in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens über einen hierfür eingerichteten Ausgang des Positionsmesssystems an ein Rechengerät gemeldet werden. Dies erfordert zwar das Vorsehen eines weiteren Ausgangs, ermöglicht es aber den Zeitpunkt, zu dem eine Informationsübertragung endet, unabhängig vom Endzeitpunkt der virtuellen Referenzfahrt zu übertragen. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn nicht der gesamte Zeitraum der virtuellen Referenzfahrt für die Übertragung weiterer Informationen verwendet werden soll.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Ende der Informationsübertragung erkannt, wenn eine vorgebbare maximale zeitliche Länge der virtuellen Referenzfahrt erreicht wurde. Diese maximale zeitliche Länge wird hierzu in einem Rechengerät hinterlegt.
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Die Information wird als Zahl übertragen, welche in der virtuellen Referenzfahrt codiert werden kann. Diese Zahl kann beispielsweise in ihrer ursprünglichen Form als hexadezimale oder als binäre Zahl sowie auch als resultierende dezimale Zahl verwendet werden. Soll eine in Buchstaben ausgedrückte Information, wie beispielsweise ein Bestellcode des absoluten Positionsmesssystems übertragen werden, so muss diese hierzu zunächst in eine Zahl umgewandelt werden. Dies kann insbesondere mittels einer Zeichentabelle, wie beispielsweise der ASCII-Zeichentabelle, erfolgen.
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Wenn mehrere Datenwerte mittels des Verfahrens übertragen werden sollen, so ist es bevorzugt, dass die Zahl erhalten wird, indem die zu übertragenden Datenwerte als Binärzahlen ausgedrückt und dann aneinandergefügt werden. Die so erhaltene in der Regel recht große Zahl kann in einem einzigen Datenübertragungsvorgang übermittelt werden. Wenn in einem Rechengerät, das diese Zahl auswertet, das zu erwartende Zahlenformat hinterlegt ist, so kann die Zahl dort erneut als Binärzahl dargestellt und in ihre Bestandteile zerlegt werden, um die Einzelinformationen zurückzugewinnen.
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Alternativ ist es auch möglich jede Information als separate Zahl zu übertragen. Hierzu wird im Folgenden beschrieben werden, wie eine Unterscheidbarkeit mehrerer während der virtuellen Referenzfahrt übertragenen Zahlen gewährleistet werden kann.
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Eine Möglichkeit zur Übertragung einer Zahl während der virtuellen Referenzfahrt besteht darin, dass die Zahl als Wert des Positionszählers zum Zeitpunkt einer Richtungsumkehr des Positionszählers ausgelesen wird. Unter einer Richtungsumkehr wird hierbei verstanden, dass ein bisheriger Anstieg der Summe der Inkremente endet und die Summe sinkt oder dass ein erneuter Anstieg des Positionszählers nach vorherigem Absinken erfolgt. Auch ein vorübergehender Stillstand des Positionszählers wird als Richtungsumkehr verstanden. In einer herkömmlichen virtuellen Referenzfahrt findet von deren Beginn bis zu ihrem Ende ausschließlich ein Anstieg des Positionszählers statt. Erst nach Abschluss der virtuellen Referenzfahrt kann dieser nicht mehr nur weiter ansteigen, sondern auch abfallen, um eine Positionsänderung in beide messbaren Richtungen darzustellen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Richtungsumkehr des Positionszählers während der virtuellen Referenzfahrt erzeugt werden, indem die virtuelle Referenzfahrt so modifiziert wird, dass bereits während der virtuellen Referenzfahrt zeitweilig Inkremente übertragen werden, welche nicht einer Positionsänderung, ausgehend von einer Referenzposition in eine für die Referenzfahrt vorgegebene Richtung, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung entsprechen.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Zahl als Differenz zwischen einem Wert des Positionszählers zum Zeitpunkt einer ersten Richtungsumkehr und einem Wert zum Zeitpunkt einer unmittelbar darauffolgenden zweiten Richtungsumkehr des Positionszählers ausgelesen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn im Anschluss an eine bereits übertragene Zahl eine weitere Zahl übertragen werden soll, die sich schneller über die Differenz als über den neu zu erreichenden Absolutwert des Positionszählers übertragen lässt.
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Eine Möglichkeit, um mittels der Informationsübertragung sicherzustellen, dass der minimale Flankenabstand des absoluten Positionsmesssystems zu jenem der inkrementellen Schnittstelle passt, besteht darin, dass mindestens zwei vorgebbare Werte übertragen werden. Ein mit der inkrementellen Schnittstelle verbundenes Rechengerät überprüft anschließend die übertragenen vorgebbaren Werte daraufhin, ob sie mit der festen Vorgabe übereinstimmen.
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Um mittels der Informationsübertragung sicherzustellen, dass der minimale Flankenabstand des absoluten Positionsmesssystems zu jenem der inkrementellen Schnittstelle passt, kann alternativ eine zyklische Redundanzprüfung (Cyclic Redundancy Check; CRC) verwendet werden. Dabei werden mindestens eine CRC-Bestimmungszahl und ein CRC-Wert jeder CRC-Bestimmungszahl übertragen. Ein mit der inkrementellen Schnittstelle verbundenes Rechengerät überprüft die übertragene CRC-Bestimmungszahl mittels des CRC-Werts. Die CRC-Bestimmungszahl kann nur zum Zweck dieser Überprüfung vorgegeben und übertragen werden. Alternativ kann auch eine Zahl, die sowieso an die inkrementelle Schnittstelle übertragen werden soll und die beispielsweise eine Information über das absolute Positionsmesssystem repräsentiert, als CRC-Bestimmungszahl verwendet werden. Wenn auf diese Weise mehrere Zahlen übertragen werden sollen und zu jeder dieser Zahlen ein CRC-Wert übertragen wird, so ermöglicht dies eine redundante Überprüfung.
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Sollen mehrere Zahlen übertragen werden, beispielsweise um verschiedene Informationen über das absolute Positionsmesssystem an die inkrementelle Schnittstelle weiterzugeben, so kann alternativ auch vorgesehen sein, dass ein CRC-Wert einer Summe der übertragenen Zahlen übertragen wird. Das mit der inkrementellen Schnittstelle verbundene Rechengerät überprüft dann die übertragenen Zahlen mittels des CRC-Werts. Hierdurch kann auf die Übertragung eines individuellen CRC-Werts für jede übertragene Zahl verzichtet werden, so dass eine zeitliche Verlängerung der virtuellen Referenzfahrt durch die Übertragung mehrerer CRC-Werte vermieden wird.
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Wenn die Prüfung mittels des CRC-Werts positiv verläuft, so wird erkannt, dass der minimale Flankenabstand des Positionsmesssystems korrekt ausgewertet wird. Da die virtuelle Referenzfahrt üblicherweise mit der maximal möglichen Geschwindigkeit durchgeführt wird, kann davon ausgegangen werden, dass bei einer korrekten Datenübertragung während der virtuellen Referenzfahrt die minimalen Flankenabstände des absoluten Positionsmesssystems und der inkrementellen Schnittstelle zueinanderpassen und auch im späteren Betrieb des absoluten Positionsmesssystems keine Inkremente bei der Übertragung an die inkrementelle Schnittstelle verlorengehen. Insoweit stellt die virtuelle Referenzfahrt ein worst-case-Szenario für die Datenübertragung zwischen dem absoluten Positionsmesssystem und der inkrementellen Schnittstelle dar.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Übertragung der mindestens einen weiteren Information, wenn das Positionsmesssystem eingeschaltet wird. Das absolute Positionsmesssystem verhält sich also wie ein inkrementelles Positionsmesssystem, das nach seinem Einschalten automatisch eine Referenzfahrt durchführt. Dabei werden grundsätzlich bei jeder Referenzfahrt im absoluten Positionsmesssystem vorgebbare Informationen übertragen.
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In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Übertragung der mindestens einen weiteren Information innerhalb der virtuellen Referenzfahrt nur dann, wenn das Positionsmesssystem eine Anforderung über einen hierfür eingerichteten Eingang erhält. Falls ein solcher Eingang vorhanden ist, ermöglicht es dies, die Informationsübertragung nur auf Wunsch während der virtuellen Referenzfahrt durchzuführen. Dies ist in der Regel nur ein einziges Mal nach der Installation des Systems notwendig oder wenn Bauteile des Systems ausgetauscht wurden. Indem bei späteren Neustarts des absoluten Positionsmesssystems auf eine Anforderung der Informationen verzichtet wird, kann eine unnötige zeitliche Verlängerung der virtuellen Referenzfahrt durch die Informationsübermittlung vermieden werden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die oben genannten Aufgaben durch ein absolutes Positionsmesssystem gelöst, das eingerichtet ist, um Daten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu übertragen. Absolute Positionsmesssysteme, die inkrementelle Daten übertragen können, weisen ein Rechenmodul, beispielsweise in Form eines Mikrochips auf, welches die absolute Positionsinformation in inkrementelle Daten umwandelt. Dieses Rechenmodul ist auch für die Generierung der virtuellen Referenzfahrt zuständig. Im erfindungsgemäßen absoluten Positionsmesssystem führt das Rechenmodul Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, um während der virtuellen Referenzfahrt zusätzlich zu der absoluten Position mindestens eine weitere Information zu übertragen.
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In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung, werden die oben genannten Aufgaben durch ein Rechengerät gelöst, das dazu eingerichtet ist, um Daten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens über eine inkrementelle Schnittstelle zu empfangen und auszuwerten. Herkömmliche Rechengeräte, die mit einer inkrementellen Schnittstelle verbunden sind, summieren die empfangenen Inkremente in einem Positionszähler auf und werten nur den Zählerstand am Ende einer Referenzfahrt als erste verfügbare absolute Position aus. Hierbei ist es unerheblich, ob es sich um eine physikalische Referenzfahrt oder eine virtuelle Referenzfahrt handelt. Das erfindungsgemäße Rechengerät wertet darüber hinaus den Verlauf des Positionszählers während einer virtuellen Referenzfahrt aus, um so vom absoluten Positionsmesssystem zusätzlich zu der absoluten Position übermittelte Informationen auszulesen.
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In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die oben genannten Aufgaben durch ein Computerprogramm gelöst, das Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens auf einem herkömmlichen absoluten Positionsmesssystem oder auf einem herkömmlichen Rechengerät, um das erfindungsgemäße absoluten Positionsmesssystem oder Rechengerät zu erhalten, ohne hieran bauliche Veränderungen vorzunehmen. Hierzu kann das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Datenträger gespeichert sein.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch ein absolutes Positionsmesssystem, ein Rechengerät und eine inkrementelle Schnittstelle, die mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben werden können.
- 2 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf eines Positionszählers bei der virtuellen Referenzfahrt eines absoluten Positionsmesssystems, das im Stillstand eingeschaltet wird.
- 3 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf des Positionszählers eines absoluten Positionsmesssystems, welches in einer Bewegung eingeschaltet wird.
- 4 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf eines Positionszählers bei einer Informationsübermittlung in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 5 zeigt in einer Tabelle, wie mehrere Informationen in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer einzigen Zahl zusammengefasst werden können.
- 6 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf eines Positionszählers, wenn mehrere Informationen in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens nacheinander übertragen werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Ein absolutes Positionsmesssystem 1, welches mittels mehrerer im Folgenden beschriebener Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens Daten übertragen kann, ist schematisch in 1 dargestellt. Es weist zwei Eingänge 11, 12 und zwei Ausgänge 13, 14 auf. Ein Rechenmodul 15 in dem absoluten Positionsmesssystem 1 ist mittels eines Computerprogramms dazu eingerichtet, um absolute Positionssignale in inkrementelle Signale umzuwandeln und um eine virtuelle Referenzfahrt zu generieren.
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Das absolute Positionsmesssystem 1 ist über mehrere Datenpfade mit einem elektronischen Rechengerät 2 verbunden. Dieses weist zwei Ausgänge 21, 22 und zwei Eingänge 23, 24 auf. Der erste Eingang 23 verfügt über eine inkrementelle Schnittstelle 3. In dem Rechengerät 2 ist ein Positionszähler cnt als Computerprogramm implementiert. Der erste Ausgang 21 des Rechengeräts 2 ist dazu eingerichtet, um eine elektrische Spannungsversorgung P an den ersten Eingang 11 des absoluten Positionsmesssystems 1 zu übertragen. Das Signal P der elektrischen Spannungsversorgung kann die Werte Null (ausgeschaltet) und Eins (eingeschaltet) annehmen. Der zweite Ausgang 22 des Rechengeräts 2 ist dazu eingerichtet, um eine Anforderung F von Informationen an den zweiten Eingang 12 des absoluten Positionsmesssystems 1 zu übergeben. Der erste Eingang 23 des Rechengeräts 2 ist dazu eingerichtet, über seine inkrementelle Schnittstelle 3 inkrementelle Signale A, B, Z vom ersten Ausgang 13 des absoluten Positionsmesssystems 1 zu empfangen. Dabei stellen die inkrementellen Signale A, B Rechtecksignale dar, welche zueinander um 90° phasenverschoben sind. Das inkrementelle Signal Z ist ein Referenzimpuls, der den Beginn einer virtuellen Referenzfahrt anzeigt. Der zweite Eingang 24 des Rechengeräts 2 ist dazu eingerichtet, vom zweiten Ausgang 14 des absoluten Positionsmesssystems 1 ein Signal für ein Ende E einer Informationsübertragung zu empfangen.
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Der Ablauf einer herkömmlichen virtuellen Referenzfahrt ist in 2 für den Fall dargestellt, dass sich das absolute Positionsmesssystem 1 nicht in Bewegung befindet. Zu einem Zeitpunkt t1 wird die Spannungsversorgung P vom Rechengerät 2 an das absolute Positionsmesssystem 1 übertragen. Sobald dieses seine absolute Position ermittelt hat, generiert es zu einem Zeitpunkt t2 einen Referenzimpuls Z, welcher dem Rechengerät 2 anzeigt, dass alle im Folgenden über die inkrementelle Schnittstelle 3 empfangenen Inkremente dem Positionszähler cnt ausgehend von einem Wert von Null hinzuaddiert werden sollen. Anschließend erzeugt das absolute Positionsmesssystem 1 so lange Inkremente A, B mit dem minimal möglichen Flankenabstand und damit der maximal möglichen Geschwindigkeit, welche vom absoluten Positionsmesssystem 1 erzeugt und von der inkrementellen Schnittstelle 3 empfangen werden können, bis der Positionszähler cnt die vom absoluten Positionsmesssystem 1 ermittelte absolute Position erreicht hat.
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Erfolgt das Einschalten des absoluten Positionsmesssystems 1, wenn sich dieses bereits in Bewegung befindet, so verändert sich die Datenübertragung in der in 3 dargestellten Weise. Die Bewegung ist in 2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Sobald der Positionszähler cnt diese absolute Position erreicht hat, kann die virtuelle Referenzfahrt beendet werden. Im Gegensatz zu 2 verändert sich die durch eine gestrichelte Linie dargestellte absolute Position im Fall des bewegten absoluten Positionsmesssystems bereits während der virtuellen Referenzfahrt. Die virtuelle Referenzfahrt wird dann abgeschlossen, wenn zu einem Zeitpunkt t3 die vom absoluten Positionsmesssystem 1 aktuell gemessene Position mit der Summe der übertragenen Inkremente A, B und damit mit dem Wert des Positionszählers cnt übereinstimmt. Anschließend folgt die aus den A/B Pulsen bestimmte Position der physikalischen Position. Durch Vorgeben eines geeigneten Schwellenwerts der Datenübertragungsgeschwindigkeit kann das Rechengerät 2 das Ende der virtuellen Referenzfahrt zum Zeitpunkt t3 erkennen. Wenn weitere Informationen gemäß einem der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens während der virtuellen Referenzfahrt zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 übertragen werden, so kann das Rechengerät 2 das Ende der Informationsübertragung daran erkennen, dass die Geschwindigkeit der Datenübertragung unter den Schwellenwert fällt. Alternativ oder zusätzlich wird ein Ende E der Informationsübertragung vom zweiten Ausgang 14 des absoluten Positionsmesssystems an dem zweiten Eingang 24 des Rechengeräts 2 gemeldet. Weiterhin kann alternativ die maximal mögliche Zeit definiert sein, nach der die virtuelle Referenzfahrt spätestens abgeschlossen ist. Diese entspricht der maximalen Messlänge in Inkrementen multipliziert mit dem Flankenabstand.
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4 zeigt Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem eine Zahl berechnet wird, in welcher verschiedene Informationen über das absolute Positionsmesssystem 1 codiert sind. Diese Zahl wird als Wert cnt1 während der virtuellen Referenzfahrt übertragen. Da sie allerdings sehr groß ist, liegt sie über der absoluten Position des absoluten Positionsmesssystems 1, welche als gestrichelte Linie dargestellt ist. Der CRC-Wert dieser Zahl wird als Differenz zwischen dem ersten Wert cnt1 und einem zweiten Wert cnt2, welcher unter der absoluten Position des absoluten Positionsmesssystems 1 liegt, übertragen. Nach dem Zeitpunkt t2, zu dem eine erneute Richtungsumkehr des Positionszählers cnt erfolgt ist, wird bis zu einem Zeitpunkt t3 ein dritter Wert cnt3 als tatsächliche absolute Position des absoluten Positionsmesssystems 1 angefahren und damit die virtuelle Referenzfahrt beendet.
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Die Berechnung des ersten Werts cnt1 ist in 5 dargestellt. Ein Positionswert 41, eine Seriennummer 42 und ein Bestellcode 43 des absoluten Positionsmesssystems 1 sollen in der Zahl codiert werden. Anschließend soll der CRC-Wert 44 übertragen werden. Die zu übertragenen Informationen sind in der Zeile 51 dargestellt. Sie werden zunächst, wie in Zeile 52 gezeigt ist, jeweils in eine hexadezimale Zahl und dann, wie in Zeile 53 dargestellt ist, in eine Binärzahl umgewandelt. Die Binärzahlen werden aneinandergefügt, so dass sich eine große Binärzahl ergibt, die in Zeile 54 gezeigt ist. Diese kann, wie in Zeile 55 dargestellt wird, wieder in eine dezimale Zahl umgewandelt werden, welche dem ersten Wert cnt1 entspricht. Für diese große Zahl wird anschließend die dazugehörige CRC-Zahl berechnet und die Informationen werden während der virtuellen Referenzfahrt über die inkrementelle Schnittstelle 3 an das Rechengerät 2 übertragen. Dieses kann aus der großen übertragenen Zahl und der dazugehörigen CRC-Zahl wiederum überprüfen, ob alle Inkremente richtig übertragen wurden. Außerdem kann es den ersten Wert cnt1 von einem Dezimalwert wieder in einen Binärwert umwandeln und diesen in mehrere Teilwerte trennen. Indem die Rechenschritte der Tabelle gemäß 5 von unten nach oben durchgeführt werden, gewinnt das Rechengerät 2 so die vom absoluten Positionsmesssystem 1 in seinem Rechenmodul 15 codierten Informationen zurück.
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Anstatt die binären Zahlenwerte einzelner zu übertragener Informationen zusammenzufügen, können diese auch nacheinander übertragen werden. Wie in 6 dargestellt ist, kann mit jedem lokalen Maximum des Positionszählers cnt eine Zahl übertragen werden, welche eine Information über das absolute Positionsmesssystem 1 repräsentiert. Beim darauffolgenden Zurückfahren des Positionszählers cnt auf ein lokales Minimum zu den Zeitpunkten t1, t2, t3 und t4 wird jeweils ein CRC-Wert für die Zahl übertragen. Statt einer einzigen großen Zahl können auf diese Weise mehrere kleine Zahlen übertragen werden, was gegebenenfalls die virtuelle Referenzfahrt beschleunigt. Außerdem wird eine Redundanz der CRC-Sicherung der Übertragung erreicht, indem jeder einzelnen Zahl ihr eigener CRC-Wert zugewiesen wird. Zwischen dem Zeitpunkt t4 und t5 wird dabei keine zusätzliche Information mehr übermittelt. Während der Zeitpunkt t4 das Ende der Übermittlung der letzten CRC-Zahl kennzeichnet, dient der weitere Verlauf des Positionszählers cnt nur noch dazu, diesen zum Zeitpunkt t5 auf die gemessene absolute Position des absoluten Positionsmesssystems 1 zu fahren.
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Wenn keine Redundanz der CRC-Überprüfung gewünscht ist, so kann eine Informationsübermittlung in der in 6 dargestellten Weise auch dazu genutzt werden, um in kurzer Zeit noch mehr Informationen zu übertragen. Hierbei repräsentieren auch die Rückwärtsbewegungen des Positionszählers cnt weitere Informationen über das das absolute Positionsmesssystem 1. Erst die letzte Rückwärtsbewegung, die zum Zeitpunkt t4 endet, repräsentiert dann eine CRC-Zahl, welche wahlweise entweder als CRC-Zahl des zuletzt übermittelten Werts oder als CRC-Zahl der Summe aller übermittelten Werte übertragen werden kann. Beide Varianten ermöglichen dem Rechengerät 2 zu überprüfen, ob das absolute Positionsmesssystem 1 fehlerfrei Daten an die inkrementelle Schnittstelle 3 übertragen kann.
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In zwei unterschiedlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann entweder vorgesehen sein, dass die zusätzlich zu der absoluten Position zu übermittelnden weiteren Informationen, jedes Mal nach einschalten der elektrischen Spannungsversorgung übermittelt werden oder dass sie nur dann übermittelt werden, wenn das absolute Positionsmesssystem 1 über seinen zweiten Eingang 12 eine Anforderung F hierfür empfängt. Diese beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können mit allen voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens kombiniert werden.
