JP2001227987A

JP2001227987A - 位置測定装置及び位置測定装置を作動させる方法

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Publication number: JP2001227987A
Application number: JP2000397745A
Authority: JP
Inventors: Erich Strasser; エリッヒ・ストラッサー
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP4889855B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】位置測定装置の精確な調整を可能にして、最
適な作動状態を得ることができ、しかも汎用的に使用可
能な方法及び位置測定装置を提供する。【解決手段】出力信号を一定の信号振幅に制御するた
めに必要な調節量値が、絶え間なく算出されて、デジタ
ル伝送に適したデジタル信号に変換される。調節量値に
関するこのデジタル信号は、位置測定装置に後続配置さ
れた順次電子機器に伝送されて、そこで表示される。こ
の場合、この伝送された調節量値は、実際の走査距離の
目安として使用されて、プリセットされた最適な走査距
離の調節に利用され得るか、さもなければ位置測定装置
の機能状態の目安として評価される。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、位置測定装置及び位置測定装置を作動させる
方法に関する。

【０００１】公知の位置測定装置は、一般に測定部面内
にある測定部、及びこの測定部に対して相対運動する走
査ユニットを有する。この走査ユニット側では、走査部
材が走査面内に配置されている。位置に依存した複数の
出力信号が、これらの走査要素によって−物理的な走査
原理にしたがって−生成される。測定部面と走査面との
間の距離は、以下で走査距離として示す。説明したこれ
らの測定部面つまりこの測定部とこの測定ユニットとの
間の相対運動は、ここでは直線的でも回転的でもよい。

【０００２】数値制御式の工作機械で使用されるよう
な、例えば、公知の光電式の又は誘導的で増分式の位置
測定装置が、このような位置測定装置の事例として開示
されている。光電式の位置測定システムでは、一般に相
違する複数の光電式の構成要素が走査面内に配置されて
いる。これらの構成要素は、相違する複数の変調した出
力信号を生成するために使用される；そのため、光源
も、適切な光検出器と同様に使用される。誘導的な位置
測定装置の場合では、例えば扁平な複数の送信コイル及
び受信コイル又は送信コイル若しくは受信コイルが、走
査面内に配置されている。誘導的な位置測定装置に関し
ては、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第 197 51
853 号明細書に開示されている。

【０００３】取付け時に可能な限り精確に調節される必
要のあるその都度の走査距離が、このような位置測定装
置で重要な値を表す。このことは、測定動作中に生成さ
れる出力信号の十分に大きい信号の振幅を保証するため
に必要である。取付け時の走査距離の可能な限り精確な
調節は、特にシステムが製造者側で既に完全に取付けら
れるのではなくて、購入者側で初めてそのシステムによ
って取付けられるシステムで必要である。一般に、これ
らの位置測定装置は、直線的なシステムの場合は開いた
測定装置(offene Messsysteme)と呼ばれ、回転的なシス
テムの場合は組込み式の回転エンコーダ(Einbau-Drehge
bern) と呼ばれる。

【０００４】既に、多数の機械的な調節補助部材が、可
能な限り最適な走査距離に調節するために提唱されてい
る。これらの各種の調節補助部材の欠点は、これらの補
助部材がそれぞれ位置測定装置の特定の構造に対してし
か適さず、それ故に汎用的に使用できない点にある。

【０００５】適切な走査距離のほかに、最適な作動状態
に関するその他の値が、位置測定装置の動作中に重要で
ある；これらの値も、作動開始時に可能な限り最適にす
る必要がある。

【０００６】本発明の課題は、位置測定装置の最適な作
動状態を精確に調節可能な、この位置測定装置を作動さ
せる可能な限り汎用的に使用可能な方法及び適切な位置
測定装置を提供することにある。

【０００７】この課題は、請求項1 の特徴に記載の方法
及び請求項１２の特徴に記載の位置測定装置によって解
決される。

【０００８】本発明の方法と本発明の位置測定装置の好
適な実施形は、それぞれの従属請求項中に記載されてい
る解決手段から実現される。

【０００９】本発明の方法及び本発明の位置測定装置
は、従来の解決手段と比較して多くの有利な効果を奏す
る。

【００１０】すなわち、本発明の方法は、その都度の位
置測定装置の特別な機械構造に関連するのではなくて、
これらの位置測定装置のいろいろな種類で汎用的に使用
可能である。

【００１１】例えば調節された走査距離の再検査が視覚
的に不可能な取付け状態(Anbauverhaeltnissen) の場合
に、実際に調節された走査距離に関する信頼性の高い情
報が、本発明の方法によって使用者に提供される。この
とき、その使用者は、製造者が予め設定した走査距離を
複数の適切な調節要素によって限定的に調節するだけで
済む。

【００１２】出力信号を一定の信号振幅に制御する制御
装置がそれぞれの位置測定装置内に既に設けられている
場合、本発明の方法は特に有益であることが分かる。こ
のとき、取付け時のその都度の実際の走査距離を表示す
るためには、この制御装置によって絶え間なく決定され
る調節量値が、再処理されるだけで済む。

【００１３】さらに、本発明の方法は、直線的な位置測
定装置と回転的な位置測定装置の双方に使用可能であ
る。同様に、この本発明の方法は、位置測定装置とむす
びついて実現され得る。これらの位置測定装置は、いろ
いろな物理的な走査原理に基づく。同様に、いろいろな
位置測定装置を本発明にしたがって構成することが明ら
かに可能である。

【００１４】さらに、その他の点では、走査距離のほか
に、位置測定装置の全ての機能状態を本発明にしたがっ
て最適にすることができる。

【００１５】以下に、本発明の実施の形態のその他の有
利な効果及び詳細を添付した図に基づいて説明する。こ
の図は、本発明にしたがって構成された位置測定装置の
概略的なブロック図である。

【００１６】位置測定装置は、図中には符号１０で示さ
れている。複数の要素だけがこの図によって概略的に示
されている。これらの要素の機能が、本発明を説明する
ために重要である。誘導的で回転的な位置測定装置１０
を図示された実施の形態に基づいて説明する；しかし、
明らかに、本発明は、直線的な位置測定装置と関連させ
てその他の物理的な走査原理に基づく位置測定装置にお
いて同様に使用することもできる。

【００１７】記された実施の形態の位置測定装置１０
は、向き合った２つの回転部材の相対位置を測定するた
めに、例えば−図示しなかった−モータの１本の回転軸
６０の位置を測定するために使用される。

【００１８】位置測定装置１０は、測定部１２を有す
る。この測定部１２は、部材担持体１１上に配置されて
いる。また、この部材担持体１１は、回転軸６０に連結
されていて、かつ軸線５０の周りを回転可能である。測
定部面が、空間内のこの回転する測定部１２の位置によ
って特定される。走査ユニット１７が、この測定部１２
又はこの測定部面に対する走査距離Ｄで固定して配置さ
れている。この走査ユニット１７は、１つの又は多数の
励磁要素１８及び走査要素１４等を有する。これらの励
磁要素１８及び走査要素１４等は、回転する測定部１２
の走査時に位置に依存する出力信号Ａ，Ｂを生成する。
この場合、90°だけ位相のずれた一対の増分信号が、出
力信号Ａ，Ｂとして生成される。これらの出力信号Ａ，
Ｂは、順次電子機器によって再処理される。この順次電
子機器２０とは、例えば、工作機械の数値制御部であ
る。

【００１９】図１中には、位置測定装置１０によって生
成された信号Ａ，Ｂを順次電子機器２０に伝送すること
に関連して、同期式のシリアル伝送の可能性が、１つの
適切なインターフェース、並びに１本のデータバス３
０．２と１本のクロックバス３０．１の形態の２本の信
号伝送線によって示されている。しかし、その一方で、
基本的には、位置測定装置１０の生成されたアナログ式
の出力信号Ａ，Ｂを順次電子機器２０に伝送すること
は、パラレルにも実現できる。同様に、明らかに、非同
期式のデータ伝送等も、この位置測定装置１０とこの順
次電子機器２０との間に使用され得る。

【００２０】本発明の位置測定装置１０のこの実施形で
は、使用される測定部１２は、異なる導電率の複数の部
分領域から成る周期的な連続体から構成される。図中に
同様に概略的にだけ示された励磁要素１８は、扁平な励
磁コイルとして形成されている。走査要素１４は、扁平
なセンサコイルとして形成されている。

【００２１】ここで、このような誘導的な位置測定装置
１０の測定部１２と走査ユニット１７の具体的な構成に
関しては、本出願人のドイツ連邦共和国特許出願公開第
19751 853 号明細書を補充的に参照されたい。しかし
ながら、本発明は、基本的に既に示したように、そこで
開示した誘導的な位置測定装置の実施形にもこの物理的
な走査原理にも限定されていない。すなわち、例えば光
学的な又は光電的な位置測定装置も、本発明の範囲内で
使用され得る。このとき、測定部１２は、例えば異なる
反射性の複数の部分領域を有する通常の照明測定部とし
て形成され、光源が励磁要素の機能を果たし、公知のオ
プトエレクトロニクス式の検出要素が走査要素として設
ける必要がある。

【００２２】さらに、本発明の位置測定装置１０は、走
査距離Ｄを調節する１つの又は多数の調節要素を有す
る。図中には、これらの調節要素のうちの１つが符号１
３で概略的に示されている。対応する調節要素１３は、
多様な形態で構成され得る；これに関しては、例えば本
出願人のドイツ連邦共和国特許出願第 198 36 003 号明
細書を参照されたい。この出願は、１つの適切な調節変
形つまり調節に適した１つの位置決め手段を開示する。

【００２３】さらに、１つの制御装置１４が、本発明の
位置測定装置１０の側面に配置されている。走査要素１
４の出力信号Ａ，Ｂが、この制御装置１４に入力され
る。さらに、この位置測定装置は、変換装置１５と伝送
装置１６を有する。この伝送装置１６は、既に述べたよ
うに同期式のシリアルインターフェイスとして構成され
ている。位置測定装置１０と順次電子機器２０との間の
データ転送は、伝送装置１６とデータバス３０．２とク
ロックバス３０．１を経由して実行される。これらの個
々の要素を機能させるには、以下の説明を参照された
い。

【００２４】ここで、適切な伝送装置つまり適切なシリ
アルインターフェースに関しては、例えば出願人によっ
て商標ＥｎＤＡＴで販売されたインターフェースを解析
するか、さもなくばヨーロッパ特許第 0 660 209号明細
書を参照されたい。

【００２５】以下に、本発明の方法を図中の概略的な表
示に基づいて詳しく説明する。符号１４で示された制御
装置は、出力信号Ａ，Ｂの信号振幅を一定の信号振幅に
制御する。アナログ式のサイン状の又はコサイン状の出
力信号Ａ，Ｂの一定な信号振幅は、特に誤った測定を阻
止する再処理時に必要である；これらの出力信号Ａ，Ｂ
の信号振幅が一定でない場合は、例えば出力信号Ａ，Ｂ
のさらなる信号の分割又は信号の補間時に、起こりうる
誤差が位置測定中に発生する。しかしながら、様々な要
因が、このような位置測定装置において測定動作中に振
動振幅を変動させる。すなわち、例えば磁気的な又は誘
導的な位置測定装置においては、走査距離Ｄが場合によ
っては変化したときに、信号振幅に望まない変動をもた
らす；一方、光学的な位置測定装置では、測定部材の汚
れが望まない信号振幅の減衰をもたらす。

【００２６】出力信号Ａ，Ｂを一定な信号振幅に制御す
る制御装置１４は、基本的には各種の位置測定装置に対
して公知である。一般に、その都度の信号振幅が、対応
する制御装置１４内で実際値として算出され、１つのプ
リセットされた信号の目標値と比較される。そして、１
つの調節量値が、その比較に基づいて決定される。この
調節量値は、信号振幅の実際値を振幅の目標値に反復的
に合わせるために必要である。これに関連した制御装置
は公知である。これらの制御装置では、値Ｒ²＝Ａ²＋
Ｂ²が、適切な回路によって位置測定装置１０の位相の
ずれた２つの信号Ａ＝Ａ₀* sin xt，Ｂ＝Ｂ₀* cos xt
から生成される。この値Ｒ²は、信号振幅の実際の目安
として、ひいては制御用の実際値として使用される。

【００２７】位置測定装置１０の走査原理にしたがっ
て、相違する調節量が、制御装置１４によって出力され
て、信号振幅を制御する。誘導的な位置測定装置１０の
場合では、送信コイルの通電量が、この制御装置１４か
らの調節量Ｓとして適切に変化し得る。このことは、制
御装置１４と励磁要素１８つまり送信コイルとの間の関
係を通じて図中に具体的に説明されている。その代わり
に、走査ユニットによって生成されるアナログ式の出力
信号Ａ，Ｂを増幅する増幅要素の増幅量を調節量として
変化させることも可能である。これと同様に、光学的な
位置測定装置では、光度が、調節量Ｓとして光源、すな
わち光源電流に対応して変えられる。

【００２８】本発明では、出力信号Ａ，Ｂを一定の信号
振幅に制御するために必要になる調節量Ｓが、さらに走
査距離Ｄを調節するためにも利用される。この場合、こ
の目的に対する調節量Ｓの付加的な利用は、調節量値の
その都度の値が実際の走査距離Ｄに対する直接的な目安
を示すという認識に基づいている。この走査距離Ｄと調
節量値とは、所定の範囲内では互いに比例する。すなわ
ち、走査距離Ｄが大きく、かつ、信号振幅が比較的小さ
い場合は、調節量Ｓのより大きい値が発生する。この値
は、制御部側で一定な信号振幅に再制御するために必要
である。それとは反対に走査距離Ｄがより小さい場合
は、信号振幅を制御するために必要なそれに応じたより
小さい調節量値が発生する。

【００２９】さらに、調節量値Ｓは、位置測定装置の実
際の機能状態に対する一般的な目安としても利用され得
る。

【００３０】それ故に、制御に対して必要な調節量値
は、本発明により、絶え間なく検出されて、シリアル伝
送に適したデジタル信号に変えられるつまり変換され
る。この目的のために、本発明の位置測定装置１０の調
節量Ｓが、制御装置１４によって概略的に示された変換
装置１５にも入力される。

【００３１】さらに、既に上述した伝送装置１６は、変
換装置１５に付設されている。この伝送装置１６は、例
えば公知の同期式のシリアルインターフェースとして構
成されている。このとき、適切に評価された調節量値
が、この伝送装置１６とデータバス３０．２を経由して
後続配置された順次電子機器２０等に最終的に伝送され
る。ここでは、その調節量値は、規定された伝送プロト
コル内で伝送される。この場合、その都度の調節量値
が、予め設定されたビット幅で順次電子機器２０に入力
される。双方向に動作可能なデータバス３０．２に加え
て、この実施の形態では、伝送装置１６と順次電子機器
２０との間のデータ転送を同期させる１本のクロックバ
ス３０．１がさらに配置されている。

【００３２】この場合、説明した様式の調節量値を順次
電子機器２０に伝送することは、本発明では重要でな
い。すなわち、別の伝送変形例も、本発明の範囲内で非
常に良好に実現可能である。例えば、非同期式のシリア
ルデータ伝送等の範囲内で実現可能である。

【００３３】さらに、算出された調節量値を位置測定装
置１０の側面上で例えば実際の走査距離Ｄに相当する１
つの値にすぐに変換すること、次いでこの値をデジタル
信号として伝送することが考えられる。

【００３４】例えば通常のディスプレイとして構成され
ている表示装置２１等が、順次電子機器２０、例えば工
作機械の数値制御部の側面上に設けられている。この場
合、伝送されたばかりの調節量値も、いろいろなその他
の情報のほかにこの表示装置２１上に表示される。本発
明の位置測定装置を取付けるため、適切な利用面が、例
えば表示装置２１によって使用者に提供され得る。調節
量値や走査距離Ｄに関する情報等も、この利用面上で視
覚表示される。

【００３５】次いで、その都度の使用者は、表示された
調節量値に基づいて調節要素１３を使用することによっ
て位置測定装置１０の取付け時に走査距離Ｄを特定して
調節する。好ましくは、理想的な走査距離Ｄに関する所
定の基準が、位置測定装置のその都度の製造者によって
その使用者に予め知らされる。特に、この場合、例え
ば、所定の取付け許容範囲が、走査距離Ｄの値に対して
プリセットすることができる。取付けは、この許容範囲
内でする必要がある。システム全体が、実際の測定動作
中にこの許容誤差を越えた時に突然停止することが絶対
にないように、プリセットされた取付け許容誤差の限界
値が、その都度作動可能範囲の限界から明らかに外れて
選択されることが好ましいと確認されている。すなわ
ち、例えば、作動可能範囲がＤ＝[0.2mm;0.8mm] の場
合、Ｄ＝[0.45mm;0.55mm] の取付け許容範囲をプリセッ
トすることが考えられる。

【００３６】使用者を支援する伝送された調節量値が、
いろいろな方式で表示装置２１上に表示されるか若しく
は視覚表示されるか又はそれ以外の様式で知らされる。
すなわち、調節量値を文字数字併用方式の値として直接
的に表示することが可能である。さらに、調節量値を実
際の走査距離に直接対応する値に変換することもでき
る。最終的には、調節量値をグラフ形式で、例えば適切
な棒グラフ表示等で表示することも可能である。このと
き、取付け許容範囲が、その調節量値の表示に応じてそ
の位置測定装置の製造者によってプリセットされる必要
が必ずある。

【００３７】さらに、既に述べたように、表示された調
節量値が、位置測定装置の機能状態に対する一般的な目
安として評価され得る。

【００３８】以上により、一連の実施の可能性が、本発
明の範囲内で存在する。これらの実施の可能性は、要求
に応じて実現され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にしたがって構成された位置測定装置
の概略的なブロック図である。

【符号の説明】

１０位置測定装置１１部材担持体１２測定部１３調節要素１４走査要素１５変換装置１６伝送装置１７走査ユニット１８励磁要素２０順次電子機器２１表示装置３０．１クロックバス３０．２データバスＡ出力信号Ｂ出力信号Ｓ調節量（値）Ｄ走査距離５０軸線６０回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エリッヒ・ストラッサードイツ連邦共和国、83308トロストベルク、ゾンネンライテ、17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項０１】１つの走査ユニット及び１つの測定部
を有し、この走査ユニットとこの測定部とは測定動作中
に互いに相対運動し、位置に依存した複数の出力信号
（Ａ，Ｂ）が走査時に生成される、位置測定装置を作動
させる方法において、この方法が以下のステップから成
る：ａ）１つの調節量（Ｓ）を処理することによってこれら
の出力信号（Ａ，Ｂ）を複数の一定の信号振幅に制御
し、ｂ）その制御に必要なこの調節量値を受取り、ｃ）この調節量値をシリアル伝送に適したデジタル信号
に変換し、ｄ）この調節量値に関するデジタル信号を位置測定装置
（１０）に後続配置された順次電子機器（２０）に伝送
し、ｅ）この伝送された調節量値を表示する。
【請求項０２】走査面と測定部材面との間の走査距離
（Ｄ）が、表示された調節量値を使用することによって
調節され、この調節量値は、実際の走査距離（Ｄ）の目
安として１つのプリセットされた最適な走査距離（Ｄ）
に調節するために使用される請求項１に記載の方法。
【請求項０３】少なくとも１つの送信コイルの通電量
が、調節量（Ｓ）として変化されて、出力信号（Ａ，
Ｂ）を一定の信号振幅に制御する請求項１に記載の方
法。
【請求項０４】１つの増幅要素の増幅量が、調節量
（Ｓ）として変化されて、出力信号（Ａ，Ｂ）を一定の
信号振幅に制御する請求項１に記載の方法。
【請求項０５】１つの光源の光度が、調節量（Ｓ）と
して変化されて、出力信号（Ａ，Ｂ）を一定の信号振幅
に制御する請求項１に記載の方法。
【請求項０６】その都度の調節量値が、予め設定され
たビット幅のシリアル式のプロコトルで順次電子機器
（２０）に伝送される請求項１に記載の方法。
【請求項０７】伝送された調節量値は、実際の走査距
離（Ｄ）に直接的に相当する１つの値に変換される請求
項２に記載の方法。
【請求項０８】伝送された調節量値は、文字数字併用
方式の値として表示される請求項１に記載の方法。
【請求項０９】伝送された調節量値は、グラフ形式で
表示される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】調節要素（１３）が、走査距離（Ｄ）
を調節するために使用される請求項２に記載の方法。
【請求項１１】値Ｒ²＝Ａ²＋Ｂ²が、出力信号
（Ａ，Ｂ）を一定の信号振幅に制御する実際値として２
つの周期的な出力信号Ａ＝Ａ₀* sin xt，Ｂ＝Ｂ ₀* co
s xtから生成される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】走査面を規定する複数の走査要素（１
４）とこれらの走査要素( １４) に対して相対運動する
測定部面を規定する１つの測定部（１２）とによって位
置に依存する出力信号（Ａ，Ｂ）を生成する位置測定装
置において、この位置測定装置が、以下の要素を有す
る：ａ）１つの制御装置（１４）が調節量（Ｓ）を処理し、
さらにこの目的のために必要なこの調節量値が、この制
御装置によって絶え間なく算出されることによって、出
力信号（Ａ，Ｂ）を一定の信号振幅に制御するこの制御
装置、ｂ）調節量値をシリアル伝送に適したデジタル信号に変
換する１つの変換装置（１５）。
【請求項１３】位置測定装置は、走査面と測定部面と
の間の距離を規定する走査距離を調節する調節要素（１
３）をさらに有する請求項１２に記載の位置測定装置。
【請求項１４】１つの伝送装置( １６) が、調節量値
に関するデジタル信号を１つの順次電子機器（２０）に
伝送する変換装置（１５）に後続配置されている請求項
１２に記載の位置測定装置。
【請求項１５】伝送装置（１６）は、同期式のシリア
ルインターフェースとして構成されている請求項１４に
記載の位置測定装置。
【請求項１６】１つの表示装置（２１) が、順次電子
機器（２０) の側面上に配置されていて、この表示装置
（２１) は、伝送された調節量値を表示するために使用
される請求項１４に記載の位置測定装置。
【請求項１７】位置測定装置（１０) は、誘導的な位
置測定装置として構成されていて、この位置測定装置
（１０) は、走査面内に多数の送信コイルと受信コイル
（１４，１８）を有する請求項１２に記載の位置測定装
置。
【請求項１８】出力信号（Ａ，Ｂ）を一定の信号振幅
に制御する制御装置（１４) が、この送信コイル（１
８）の通電量を調節量として変化させる請求項１７に記
載の位置測定装置。
【請求項１９】出力信号（Ａ，Ｂ）を一定の信号振幅
に制御する制御装置（１４) は、増幅要素の増幅量を調
節量（Ｓ）として変化させる請求項１２に記載の位置測
定装置。
【請求項２０】位置測定装置は、１つの光源と多数の
検出要素を有する光電的な位置測定装置として構成され
ている請求項１１に記載の位置測定装置。
【請求項２１】出力信号を一定の信号振幅に制御する
制御装置が光源の光度を変化させるため、その光源電流
が調節量として可変である請求項２０に記載の位置測定
装置。