JP2004530120A - 位置測定装置を作動させる方法及びこの方法に適した位置測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、位置測定装置を作動させる方法及びこの方法に適した位置測定装置に関する。この場合、評価ユニットが、一定の応答クロック時間で隔てられている複数の応答クロックパルスによってデータの伝送を位置測定装置から要求することによって、データが位置測定装置から直列接続された評価ユニットに伝送される。位置測定装置の光源はクロックパルスによって作動される。この場合、一定の光源クロック時間が、時間的に相前後する光源励起パルス間に存在する。光源クロック時間は、応答クロックパルス間の応答クロック時間に応じて選択される。その結果、光源励起パルスと応答クロックパルスとの間の時間的な同期性が保証される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置測定装置を作動させる方法及びこの方法に適した位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の位置測定装置の場合、一般に特定の動作電圧が、接続ケーブルを通じて直列接続された評価ユニット又は制御ユニットに印加される。動作電圧又は供給電圧は、位置測定装置の正しい動作を保持するために予め設定された公差範囲内になくてはならない。通常、所定の電圧降下が接続ケーブルに沿って生じる。電圧降下を可能な限り僅かにするためには、位置測定装置の電力消費つまり損失電力を小さく保持する必要がある。このことを保証するため、システム内で最も大きい電力消費体のうちの１つの消費体としての位置測定装置の光源を、連続的にではなくて周期的に作動させることが公知である。例えばこの関連では、米国特許発明第 4,079,251号明細書を参照のこと；ここでは、バッテリー緩衝されたインクリメント式の位置測定装置内の光源の周期動作が開示されている。光源の周期周波数つまり個々の光パルス間の周期時間は、位置測定装置の生成されたインクリメンタル信号の最大出力周波数の評価に基づいて選択される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、位置測定装置の可能な限り僅かな電力消費を測定動作中に保証する、位置測定装置を作動させる方法を提供することにある。
【０００４】
さらに本発明の課題は、位置測定装置の可能な限り僅かな電力消費を測定動作中に保証する、位置測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
最初の課題は、請求項１に記載の特徴を備えた方法によって解決される。
【０００６】
本発明の方法の好適な実施形は、請求項１に従属する請求項中で説明されている解決手段に記載されている。
【０００７】
上述した２番目の課題は、請求項１１に記載の特徴を備えた位置測定装置によって解決される。
【０００８】
本発明の位置測定装置の好適な実施形は、請求項１１に従属する請求項中で説明されている解決手段に記載されている。
【０００９】
光源の周期的なパルス動作が、それぞれの評価ユニット又は評価ユニットの応答クロック時間に本発明にしたがって適切に合わせられる。位置測定装置の例えば絶対位置データのようなデータが、通常応答クロックパルスを用いた一定時間のクロック周期で評価ユニットによって要求される。光源クロック時間をそれぞれの応答クロック時間に同期させること、つまり光源クロック時間を応答クロック時間に合わせることは、特に実際の測定動作の前の初期化段階で実行される。
【００１０】
光源クロック時間をそれぞれの応答クロック時間に同期させるため、システムに固有の遅延時間がさらに考慮されることが特に好ましいことが分かっている。この遅延時間は、位置測定装置内での光源の光パルスの送信からそれぞれのデータの実際の測定までのシステムに固有のいろいろな影響が原因で発生する。このような遅延時間をさらに考慮するために、絶対位置測定時の精度がさらに向上する。この場合、システムに固有の遅延時間は、同様に説明した初期化段階で測定技術的に測定され得る；しかしながらその代わりに、システムに固有の遅延時間に対する一定の値を不変にプリセットしてもよい。
【００１１】
その結果、クロックパルスによる光源動作が、その都度の評価ユニット又は位置測定装置と評価ユニットから成る構成に対して最適に適合される；光源の省電力動作に加えて、伝送されるデータが絶対位置データである場合は絶対位置の精確な測定も保証される。
【００１２】
絶対位置データを伝送する代わりに、本発明の範囲内でその他のデータを位置測定装置から評価ユニットに伝送してもよい。その他のデータは、例えば速度データ及び／又は加速度データでもよい。これらのデータは、算出された測定値に基づいて位置測定装置内で計算され、伝送のために評価される。
【００１３】
以下に、本発明のその他の利点及び詳細を図面に基づく実施の形態から説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の位置測定装置１０の実施の形態のブロック図が、図１中に後方に配置された評価ユニット３０に接続されている状態で概略的に示されている。同様に、位置測定装置１０と評価ユニット３０との間の接続線２０が、この図では概略的にしか示されていない。位置測定装置１０と評価ユニット３０との間の通信と位置測定装置１０の給電の双方が、接続線２０によって実施される。特に、位置測定装置１０と評価ユニット３０との間のシリアルで双方向のデータ伝送が提供されている。明らかに、接続線２０は、多数の別々の接続線でもよい。基本的に多数の公知の形態が、位置測定装置１０と評価ユニット３０との間の通信線及び／又は供給線を具体的に構成するために考えられる。
【００１５】
位置測定装置１０は、この例では相対移動する２つの物体の絶対位置の測定に適している、例えば数値制御される工作機械の工具の位置の検出に適している；この場合、工作機械の数値制御部が、評価ユニット２０として機能する。
【００１６】
光学的な位置測定装置１０として構成されたこの位置測定装置１０は、スケール１２を有する。このスケール１２は、このスケール１２に対して相対移動する走査ユニットによって走査される。そのため、１つの光源１１及び１つ又は多数の光学検出素子１３Ａ，１３Ｂが、走査ユニットの側面上に配置されている。スケール１２は、目盛構造を有する。この目盛構造は、生成された走査信号に基づいて特定の絶対位置を測定することを可能にする。この走査される目盛構造は、例えば１本又は多数のトラック状の適切なコード構造である；しかしながらこれとは別に、絶対位置測定を可能にするその他の公知の目盛構造も、本発明の範囲内でスケール１２に使用可能である。
【００１７】
位置測定装置１０は、直線移動の検出と回転移動の検出の双方に仕様決定され得る。
【００１８】
検出素子１３Ａ，１３Ｂによって検出された走査信号は、位置測定装置１０側で信号処理ユニット１４に入力される。この信号処理ユニット１４は、走査信号からその都度の絶対位置データＰＯＳを算定する。適切に評価された絶対位置データＰＯＳが、シリアルデータ語として直列接続されたインターフェースユニット１５と接続線２０を通じて評価ユニット３０に伝送されてさらに処理される。実際の測定動作では、評価ユニット３０が複数の応答クロックパルスＡＴＰによって位置測定装置１０からの絶対位置データＰＯＳの伝送を要求するように、絶対位置データＰＯＳが伝送される；リアルタイムの絶対位置が、この応答クロックパルスＡＴＰに応じて位置測定装置１０内で算定され、対応するデータ語を評価ユニット３０に伝送される。
【００１９】
したがってこの実施の形態では、絶対位置データＰＯＳが、位置測定装置１０のデータとして直列接続された評価ユニット３０に伝送される。既に上述したように、しかしながら伝送されるデータは、測定値に基づいて位置測定装置１０内で計算されるその他のデータでもよい。例えば、計算された速度データ及び／又は加速度データ等が可能である。しかしながら以下では、伝送されるデータに関連するこの実施の形態を説明する場合は絶対位置データのことを常に説明する。
【００２０】
絶対位置データＰＯＳが、評価ユニット３０のその都度のタイプに応じて複数の応答クロックパルスＡＴＰによって要求される。これらの応答クロックパルスＡＴＰは、一定の応答クロック時間Δｔ_NCによって隔てられている、すなわち通常一定のクロック周期で隔てられている。工作機械の制御部として構成された評価ユニットの応答クロック時間Δｔ_NCは、約Δｔ_NC≒125 μsec である。
【００２１】
本発明では、位置測定装置１０の電力消費を低減するため、光源１１が連続してではなくて、クロックパルスによって給電される。光源１１は、位置測定装置１０内の概略的に示した光源制御ユニット１６によって適切に制御される。これに対して、光源制御ユニット１６は、光源１１とインターフェースユニット１５と評価ユニット３０とに接続されている。クロックパルスを供給して光源１１を励起するため、複数の光源励起パルスＬＰが、光源制御ユニット１６によって適切なクロック周期でこの光源１１に入力される。時間的に相前後する光源励起パルスＬＰ間の時間間隔を以下では光源クロック時間Δｔ_LQと呼ぶ。
【００２２】
光源クロック時間Δｔ_LQが評価ユニット３０の応答クロック時間Δｔ_NCに応じてどのように算定されるかを以下の図２ａ−２ｃ及び図３に基づいて説明する。光源クロック時間Δｔ_LQを応答クロック時間Δｔ_NCに合わせる目的は、光源励起パルスＬＰと応答クロックパルスＡＴＰとを時間的に同期させることである。この同調は、特に実際の測定動作前の同期段階で位置測定装置１０と評価ユニット３０とから成る特定の構成に対して実行される。
【００２３】
流れ図が図３中に示されている。以下で、この流れ図に基づいて異なる方法ステップの経過を図２ａ−２ｃに関連して１つの例に対して説明する。図２ａは、応答クロックパルスＡＴＰの時間推移を示す。図２ｂは、光源励起パルスＬＰの時間推移を示す。図２ｃは、同期パルス内での応答クロックパルスＡＴＰと光源励起パルスＬＰとに対する位置測定時点の時間的な相対位置、及び引き続く測定動作の開始に対する位置測定時点の時間的な相対位置を示す。
【００２４】
この示した例では、実際の測定動作に先行する同期段階が時点ｔ₀で開始する（ステップＳ１０）。第１方法ステップＳ２０の範囲内では、光源が、時点ｔ₁に第１光源励起パルスＬＰによって短時間の間にパルス状に励起される。様々な信号遅れの影響が原因となり、実際の絶対位置データが、時点ｔ₁に位置測定装置内で同時に測定されるのではなくて、図２ｃで分かるように後の時点ｔ₂になって初めて測定される。すなわち、システムに固有の遅延時間Δｔ_delが、時点ｔ₁とｔ₂との間に存在する。この遅延時間Δｔ_delは、方法ステップＳ２０で初めて測定される。一般にこの遅延時間Δｔ_delは、ミリ秒のオーダーであり、特に様々な電子機器要素の信号所要時間や必要な応答時間によって引き起こされる。
【００２５】
この示された例では、方法ステップＳ２０の過程中に引き続き時点ｔ₃に光源をもう一度パルス状に励起し、時点ｔ₄に実際の絶対位置データを測定することによって、その前に算出された遅延時間Δｔ_delが検査される；しかしながらこのことは、基本的に必ずしも必要でない。
【００２６】
同様にこの点に関しては、遅延時間Δｔ_delを測定技術的に測定することは、本発明の方法の範囲内のステップＳ２０では必ずしも必要でない；何故なら、システムの応答時間が既知であるために、遅延時間Δｔ_delに関する所定の値が、第三者によって一定にプリセットされ得るからである。
【００２７】
引き続く方法ステップＳ３０では、位置測定装置が、時点ｔ₅に直列接続された評価ユニットから第１応答クロックパルスＡＴＰを受け取る。時間間隔Δｔ_NC内では、第２応答クロックパルスＡＴＰが時点ｔ₈に続く。方法ステップＳ３０では、相前後する応答クロックパルス間の時間間隔Δｔ_NCが測定される。すなわち、応答クロックパルスのクロック周期が算出される。通常、対応する評価ユニットは、測定動作中にこの測定動作の間に変化しない時間的なクロック周期で作動する。
【００２８】
この場合、相前後する応答クロックパルスＡＴＰ間の時間間隔Δｔ_NCは、例えば高周波の発振器ユニットとこれに接続されている計数器とによって算出される。
【００２９】
システムに固有の遅延時間Δｔ_delを測定技術的に算出する場合、この遅延時間Δｔ_delは同様に算定され得る。
【００３０】
こうして算出された又は場合によってはプリセットされている値Δｔ_NCとΔｔ_delは、引き続き位置測定装置の記憶器内に記憶される；対応する記憶器が、図１中に符号１７で示されている。
【００３１】
方法ステップＳ４０では、光源クロック時間Δｔ_LQが応答クロック時間Δｔ_NCと遅延時間Δｔ_delの算定後に選択されるか又は決定される。このことは、光源クロック時間が応答クロックパルスＡＴＰ又はこれらの応答クロックパルスＡＴＰのクロック周期に合わせられることを意味する。この例では、システムに固有の遅延時間Δｔ_delが、この同調時にさらに考慮される。このことは、光源クロック時間Δｔ_LQの決定後に、光源励起パルスＬＰが後続する動作で常にこのような時点に生成されること、実際の絶対位置データが予測される応答クロック時間の時点に位置測定装置内で既に測定されることを意味する。
【００３２】
同期段階は、ステップＳ５０で終了し、実際の測定動作が、ステップＳ６０にしたがって続く。
【００３３】
この示された例では、したがって測定動作では、光源励起パルスＬＰが、時点ｔ₉に、すなわち時点ｔ₁₀に予測される応答クロックパルスＡＴＰの少し前に既に生成される。絶対位置が測定できる限り、システムは、予測される応答クロックパルスＡＴＰが続く時点ｔ₁₀まで応答している。このとき、時点ｔ₁₁に位置測定装置内で実行される絶対位置測定は、応答クロックパルスＡＴＰに時間的に同期されている。これと同様に、このことは、後続する測定動作で予測される応答クロックパルスＡＴＰごとに実行される。
【００３４】
いろいろな変更が、本発明の範囲内で可能である。
【００３５】
遅延時間Δｔ_delが位置測定装置に対応する構成内で無視できるほどに小さいならば、基本的にはシステムに固有のこの遅延Δｔ_delを光源クロック時間Δｔ_LQを応答クロック時間Δｔ_NCに同期させるときに考慮しないことが可能である。
【００３６】
特に、同期は、上述したように実際の測定動作の前に実行される；相対移動する物体は、同期段階では静止していなくてはならない。しかしながら相対移動が同期段階で誤って発生した場合は、警告信号を生成して、このことをその都度の使用者に知らせる。例えばアラームビットが、警告信号として位置測定装置からｚ評価ユニットに伝送され得る。しかしながら基本的には、その他の種類の警告信号、例えば音響的な警告信号，視覚的な音響信号等も考えられる。
【００３７】
上述した同期は、応答クロックパルスＡＴＰの時間的なクロック周期が実際の測定動作で変化しないことを想定している。それ故に、応答クロック時間を測定動作でもさらに監視し、場合によっては応答クロック時間Δｔ_NCが変化した場合に同様に使用者用の警告信号を生成することが好ましい。このことも、同様にアラームビットそして実行できる。このアラームビットは評価ユニットに伝送される；その代わりに、視覚的な警告信号や音響的な警告信号を同様に生成してもよい。この場合、測定動作を中断し、上述した同期を新たに実行する必要がある。
【００３８】
警告信号を生成する代わりに、静止状態中に光源励起パルスをすぐに又は即座に生成して、絶対位置データを位置測定装置側で生成し同期を新たに開始してもよい。
【００３９】
さらに、別のデータを説明した絶対位置データとして説明した方法で伝送することも可能性である。
【００４０】
この説明した例のほかに、その他の実施の形態が本発明の範囲内で存在する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】直列接続された評価ユニットを備えた本発明の位置測定装置の実施の形態の概略的なブロック図である。
【図２ａ】本発明の方法を説明するための信号ダイアグラムである。
【図２ｂ】本発明の方法を説明するための信号ダイアグラムである。
【図２ｃ】本発明の方法を説明するための信号ダイアグラムである。
【図３】本発明の方法を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 位置測定装置
１１ 光源
１２ スケール
１３Ａ 検出素子
１３Ｂ 検出素子
１４ 信号処理ユニット
１５ インターフェースユニット
１６ 光源制御ユニット
１７ 記憶器
２０ 接続線
３０ 評価ユニット

Claims (14)

1. 相対移動する２つの物体の位置を測定する光学式位置測定装置を動作させる方法において、
   −評価ユニット（３０）が一定の応答クロック時間（Δｔ_NC）で隔てられている複数の応答クロックパルス（ＡＴＰ）によってデータの伝送を位置測定装置（１０）から要求することによって、データが位置測定装置（１０）から直列接続された評価ユニット（３０）に伝送され、
   −位置測定装置（１０）の光源（１１）がクロックパルスの供給によって作動され、この場合、１つの特定の光源クロック時間（Δｔ_LQ）が、時間的に相前後する光源励起パルス（ＬＰ）間に存在し、
   − 光源励起パルス（ＬＰ）と応答クロックパルス（ＡＴＰ）との間の時間的な同期が保証されるように、光源クロック時間（Δｔ_LQ）が、応答クロックパルス（ＡＴＰ）間の応答クロック時間（Δｔ_NC）に応じて決定される方法。
2. 絶対位置データ（ＰＯＳ）が、データとして位置測定装置（１０）から評価ユニットに伝送される請求項１に記載の方法。
3. 光源クロック時間（Δｔ_LQ）を応答クロック時間（Δｔ_NC）に同期させるため、システムに固有の遅延時間（Δｔ_del）が考慮され、この遅延時間（Δｔ_del）は、光パルス（ＬＰ）と位置測定装置（１０）内のデータの実際の測定との間で発生する請求項２に記載の方法。
4. 同期段階での同期は、相対移動する物体が静止状態にある実際の測定動作の前に実行される請求項１に記載の方法。
5. 両物体が同期段階で相対移動した場合は、警告信号が生成される請求項４に記載の方法。
6. 応答クロック時間（Δｔ_NC）は監視され、応答クロック時間（Δｔ_NC）が変化した場合は、警告信号が生成される請求項１に記載の方法。
7. 警告信号の生成の後に、同期が新たに実行される請求項６に記載の方法。
8. アラームビットが、警告信号として位置測定装置（１０）から評価ユニット（３０）に伝送される請求項６に記載の方法。
9. その都度の評価ユニット（３０）の応答クロック時間（Δｔ_NC）が算定される請求項４に記載の方法。
10. システムに固有の遅延時間（Δｔ_del）が、同期段階で算定される請求項４に記載の方法。
11. 相対移動する２つの物体の位置を測定する位置測定装置において、
    −評価ユニット（３０）が一定の応答クロック時間（Δｔ_NC）で隔てられている複数の応答クロックパルス（ＡＴＰ）によってデータの伝送を位置測定装置（１０）から要求することによって、データを直列接続された評価ユニット（３０）に伝送するために、この位置測定装置（１０）は構成されていて、
    −位置測定装置（１０）の光源（１１）は、クロックパルスによって作動され、この場合、１つの特定の光源クロック時間（Δｔ_LQ）が、時間的に相前後する光源励起パルス（ＬＰ）間に存在し、
    −光源パルス（ＬＰ）と応答クロックパルス（ＡＴＰ）との間の時間的な同期が保証されるように、光源クロック時間（Δｔ_LQ）が、応答クロック時間（Δｔ_NC）に応じて選択される装置。
12. 位置測定装置（１０）は、データとしての絶対位置データ（ＰＯＳ）を評価ユニット（３０）に伝送するために構成されている請求項１１に記載の装置。
13. 光源クロック時間（Δｔ_LQ）を応答クロック時間（Δｔ_NC）に同期させるため、システムに固有の遅延時間（Δｔ_del）が考慮され、この遅延時間（Δｔ_del）は、光パルス（ＬＰ）と位置測定装置（１０）内のデータの実際の測定との間で発生する請求項１２に記載の装置。
14. その都度の評価ユニット（３０）の応答クロック時間（Δｔ_LQ）及びシステムに固有の遅延時間（Δｔ_del）は、位置測定装置（１０）の記憶器（１７）内に記憶されている請求項１３に記載の装置。

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