JP2019056701A - 位置測定装置および位置測定装置の操作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置測定装置の周辺内の機械振動を分析するための改善された解決方法を提供する。【解決手段】位置測定装置は、目盛キャリヤ１２の測定目盛１４を走査して位置依存の測定信号Ｍを発生可能な位置センサ２０、位置依存の測定信号Ｍを位置信号Ｐに処理可能な処理ユニット３０、データ伝送チャネル４４を介して後置電子装置８０に位置信号Ｐを伝送するインタフェースユニット４０を有し、時間的に変化する測定信号Ｍを発生する運動センサ２０を備え、測定信号は周波数範囲内の測定信号を評価可能で信号分析ユニット５０に供給され、評価が依存するパラメータＰＡＲは後置電子装置８０からインタフェースユニット４０に伝送可能で測定信号の評価から得た結果データＥＤはインタフェースユニット４０から後置電子装置８０に伝送可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１に記載の位置測定装置、並びに請求項１１に記載の位置測定装置の操作方法に関する。特に、本発明は、周波数範囲内におけるセンサの時間的に変化する測定信号の評価に関する。

位置測定装置は、自動化技術において、特に工作機械において、可動部品の位置ないしは位置変化を測定するために使用される。すなわち、回転伝送器または角度測定装置は、例えば回転する軸の回転運動を測定する。これに対して、長さ測定装置は、相互に可動に配置された機械部品の線形移動を測定する。

増分的におよび絶対的に測定する位置測定装置は基本的に区別され、この場合、例えば光学的、磁気的、誘導的または容量的な種々の物理的測定原理が使用される。
増分的に測定する位置測定装置は、目盛キャリヤ上に配置された増分目盛トラックの走査により位置信号を発生する。増分目盛トラックは、測定方向に規則的に配置された目盛要素を有し、光学的走査原理においては例えば透光性および不透光性目盛線分の列を有する。このタイプの測定は、個々の目盛周期の走査信号は区別できないので、原理的に相対的である。位置測定は、信号周期ないしは信号周期の分割部分を数えることにより行われる。絶対的な基準点を提供するために、たいていの場合、基準見本を有する他の目盛トラックが設けられ、所定の位置においてそれを走査することにより、位置測定のための基準点を提供するいわゆる基準パルスが発生される。

絶対的に測定する位置測定装置の場合、各時点において目盛トラックを走査することにより絶対位置値が決定可能なように、目盛トラックは絶対コード化を有する。
増分位置信号ないしは絶対位置値は、他の処理のために後置電子装置に供給される。位置測定装置が使用される機械が工作機械である場合、後置電子装置は例えば数値制御である。

位置測定装置が、その中でそれが使用される機械と機械的に連結されていることにより、相互作用が発生する。すなわち、位置測定装置の周辺内の機械の機械振動はこれに影響を与え、かつ測定信号の品質、したがって測定精度を低下させることがある。一方で、位置信号の品質は、位置信号がその中で位置実際値として使用される駆動制御回路の精度に影響を与える。機械を最適化するために、このような相互作用を把握する必要がある。このための手段は、後置電子装置内における位置信号ないしは位置値の周波数分析である。これを支援するために、追加のセンサ、例えば加速度センサがしばしば使用される。しかしながら、特に絶対位置測定装置の場合、この可能性は、位置値およびセンサ値の伝送のために使用されるディジタルインタフェースの制限帯域幅により制限される。

ＥＰ２３７５２２１Ａ２は、位置測定装置内において予め加速度センサの測定値の周波数分析を行いかつそれから位置測定装置の負荷を推測することを提案する。

ＥＰ２３７５２２１Ａ２

本発明の課題は、位置測定装置の周辺内の機械振動を分析するための改善された解決方法を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の位置測定装置により解決される。
ここで、
その上に測定目盛が配置されている目盛キャリヤ、
それを用いて測定目盛を走査することにより位置に依存した測定信号が発生可能な少なくとも１つの位置センサ、
それを用いて位置に依存した測定信号が位置信号に処理可能な処理ユニット、および
少なくとも１つのデータ伝送チャネルを介して後置電子装置に位置信号を伝送するインタフェースユニット、を有する位置測定装置が提案され、
この場合、位置測定装置に少なくとも１つの運動センサが付属され、運動センサは時間的に変化する測定信号を発生し、測定信号は信号分析ユニットに供給され、信号分析ユニットにより周波数範囲内の測定信号が評価可能でありかつこの評価はパラメータに依存し、パラメータは後置電子装置からインタフェースユニットに伝送可能であり、かつ測定信号の評価から得られた結果データはインタフェースユニットから後置電子装置に伝送可能である。

本発明による位置測定装置の有利な構成が、請求項１の従属請求項から得られる。
さらに、本発明の課題は、本発明による位置測定装置の操作方法を提供することである。

この課題は、請求項１１に記載の位置測定装置の操作方法により解決される。
ここで、
パラメータを後置電子装置から位置測定装置に伝送するステップ、
信号分析ユニット内において、パラメータを考慮して、測定信号の評価により結果データを決定するステップ、および
結果データを後置電子装置に伝送するステップ、を有する、請求項１ないしは請求項１の従属請求項に記載の位置測定装置の操作方法が提案される。

本発明による方法の有利な構成は、請求項１１の従属請求項から得られる。
他の利点は、実施例の以下の説明から得られる。

図１は、本発明による位置測定装置のブロック図を示す。 図２は、位置センサの測定信号の、振幅スペクトルとして形成された周波数スペクトルを示す。 図３は、信号分析ユニットの第１実施形態を示す。 図４は、周波数スペクトルを、適合可能パラメータに対する例で示す。 図５は、周波数分スペクトル、適合可能パラメータに対する他の例で示す。 図６は、順序スペクトルを、適合可能パラメータに対する例で示す。 図７は、信号分析ユニットの第２実施形態を示す。 図８は、本発明による位置測定装置の他の実施例を示す。 図９は、本発明による位置測定装置の他の実施例を示す。 図１０は、本発明による位置測定装置の他の実施例を示す。

図１は、本発明による位置測定装置１０のブロック図を示す。位置に依存した信号の測定、処理および出力という基本機能を形成するために、位置測定装置１０は、測定目盛１４を有する目盛キャリヤ１２、少なくとも１つの位置センサ２０、処理ユニット３０、並びにインタフェースユニット４０を含む。

本発明により、位置測定装置１０は少なくとも１つの運動センサを含む。運動センサは、位置測定装置１０または位置測定装置１０の部分の運動を検出しかつ電気信号に変換するセンサである。センサは、位置測定装置１０のハウジングの内部または外部に配置されていてもよい。この第１実施例において、少なくとも１つの運動センサは、相互に可動に配置された位置測定装置１０の部分の、所定の位置ないしは位置変化を決定する位置センサ２０である。後に図８および９により示されるように、運動センサは、位置測定とは無関係のセンサから形成されていてもよい。これは、例えば、加速度センサまたは本体音センサに対して適用される。

この例において、位置センサ２０は、目盛キャリヤ１２上の測定目盛１４を走査するように、適切に形成されている。この場合、目盛キャリヤ１２および位置センサ２０は、既知のように、例えば、それらがその相対位置が相互に決定されるべき工作機械の可動部品と結合されていることにより、測定方向に相対的に相互に可動に配置されている。

位置測定装置が長さ測定装置であるか角度測定装置（回転伝送器）であるかは本発明と直接関係はない。したがって、目盛キャリヤ１２は、目盛方向に配置された測定目盛１４を有する直線尺度であっても、または半径方向にディスク回転点の周りに配置された測定目盛１４を有する円形ディスクであってもよい。

測定目盛１４の走査から、位置に依存する測定信号Ｍが得られ、測定信号は処理ユニット３０に供給される。測定信号Ｍは、アナログまたはディジタルにコーディングされた信号を含んでもよい。処理ユニット３０は測定信号Ｍを位置信号Ｐに処理しかつ位置信号をインタフェースユニット４０に出力する。ここで処理に他の信号が入力されない場合、信号補正、ディジタル化、等のような処理ステップが実行されてもよい。

さらに、測定信号Ｍは信号分析ユニット５０に供給され、信号分析ユニットは、測定信号Ｍにより含まれた、少なくとも１つの周波数帯域内の周波数成分の計算および評価を実行するように、適切に形成されている。特に、測定信号Ｍがディジタルインタフェースを介して位置センサ２０から出力可能な、ディジタルコーディングされた信号であるとき、位置センサ２０に、実際位置値の出力を指示する要求信号ＲＱが供給されてもよい。

計算のために、周波数範囲内の時間的に変化する信号の変換、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）またはそれから導かれた方法を実行するように適した任意の数学的評価方法が使用されてもよい。特定の周波数の周波数成分を計算するために、特にゲルツェルアルゴリズムが適している。他の可能性は、ディジタルフィルタを使用すること、およびフィルタリングされたデータから有効値を算出することである。

信号分析から得られた結果データＥＤは、同様にインタフェースユニット４０に供給可能である。
位置測定装置１０のインタフェースユニット４０は後置電子装置８０と通信するために使用される。それは双方向データ伝送チャネル４４を有し、それを介して、本発明の範囲内において、後置電子装置８０からパラメータＰＡＲが位置測定装置１０に、並びに逆方向に結果データＥＤが後置電子装置８０に、連続データパケットの形で伝送可能である。パラメータＰＡＲは信号分析ユニット５０に供給されている。

さらに、インタフェースユニット４０は、少なくとも１つの位置センサ２０の位置信号Ｐを後置電子装置８０に伝送するように、適切に形成されている。特に、絶対位置値を発生する位置測定装置の場合、これは同様にデータ伝送チャネル４４を介して実行可能である。このために、共通の伝送プロトコルが使用されてもよい。

しかしながら、例えば、位置測定装置１０が、アナログまたはディジタルの、相互に位相がずれた信号の形の位置信号Ｐが出力される増分位置測定装置であるとき、その代わりに、他のデータ伝送チャネルが設けられていてもよい。

同様に、特に、（ディジタルコーディングされた形の）位置信号Ｐの伝送のために、本発明によるデータ伝送チャネル４４のほかに、それを介して、後置電子装置８０、または後置電子装置８０とは異なる他の後置電子装置との独立通信が可能な他のディジタルデータ伝送チャネルが設けられていることが可能である。このように、それの一方が位置測定装置の所定の操作（位置値の測定および伝送）のために、かつそれの他方が本発明による機能（測定信号の信号分析）の形成のために使用可能な２つのディジタルインタフェースが使用可能である。インタフェースは機械的に分離されていることもまた有利でありかつ異なる伝送プロトコルを使用してもよい。

測定目盛１４が増分目盛である場合、位置に依存した測定信号Ｍは周期的であり、すなわち、信号経過はそれぞれの目盛周期ごとに反復される。測定信号Ｍの信号周波数は目盛キャリヤ１２と位置センサ２０の間の相対運動および測定目盛１４の目盛周期により決定される。たいていの場合、相互に例えば９０°の位相ずれを有する、位置に依存した少なくとも２つの測定信号Ｍが発生される。このようにして、運動方向の決定が可能である。複数の増分位置測定装置の場合、測定目盛１４および位置センサ２０は、理想的条件下でかつ目盛キャリヤ１２と走査ユニット１４の間は一定運動速度で測定信号Ｍが正確に正弦形状であるように、相互に同調されている。したがって、測定信号Ｍの周波数スペクトルは正確に１つの周波数において信号ピークを有する。このような位置測定装置は、たいていの場合、光学的および磁気的走査原理に基づいている。

さらに、自動化技術において、位置変化がキャリヤ信号の変調により影響される位置測定装置（界磁変調位置測定装置とも呼ばれる）が普及されている。この場合、測定信号Ｍの周波数スペクトルは、２つの周波数において、キャリヤ信号の信号ピークおよび位置変化により発生される信号ピークを示す。このような位置測定装置は、誘導的または容量的走査原理に基づいている。

位置決定が絶対コード化測定目盛の走査に基づく位置測定装置の場合もまた、例えば、同じ時間間隔で位置値が測定されかつそれぞれ前の測定に対する位置変化が決定されかつ評価されることにより、周波数スペクトルが決定可能である。この場合、理想的条件下でかつ一定運動速度においては、位置変化が一定値を与えることになるので、周波数スペクトル内に信号ピークが発生しないことが適用される。

位置に依存する測定信号Ｍの周波数スペクトルが、予想される信号ピークのほかに、他の周波数においてもまた信号ピークを示した場合、これは、エラー機能または外部の妨害影響の指示であることがある。図２は、例として、一定運動における増分位置測定装置の位置センサ２０の測定信号Ｍの、振幅スペクトルとして形成された周波数スペクトルを示す。これは、周波数ｆ１ないしｆ１０において、振幅値Ａ１ないしＡ１０を有する信号ピークを示す。周波数ｆ６における信号ピークは最高振幅Ａ６を有しかつ例えば位置信号の信号周波数に対応する。妨害のない操作の場合、周波数スペクトル内に、この信号ピークのほかには他の顕著な信号ピークは発生しないはずである。したがって、周波数ｆ１ないはｆ５およびｆ７ないしｆ１０における信号ピークは、妨害変数が原因である。

一般的考察により、周波数スペクトル内に信号ピークとして現われる妨害変数は、内部からのみならず外部の境界条件、走査状態またはエラー状態から発生することがある。内部原因は、例えば、可動に装着された位置測定装置の部品の取付（回転伝送器の伝送器軸または長さ測定装置の走査ヘッドの取付）における公差ないしはエラー機能である。

外部妨害変数は、位置測定装置の使用分野においてそれぞれ、例えば、
駆動装置回転伝送器がその軸に連結されている駆動モータの磁気静止モーメント、
位置測定装置以外のジャーナル軸受の公差およびエラー機能、
多軸工作機械における軸駆動装置の相互作用、
位置測定装置の組立エラー、
機械部品、または工作機械における工具の摩耗、または
特に工作機械内のワークの加工における駆動モータの荷重状況、のような種々の原因を有することがある。

自動化技術において、特に工作機械の場合、位置測定装置は、たいていの場合、駆動装置を制御する制御回路に対して位置情報を決定するために使用されるので、これが原因および作用の相互影響となり、すなわち、妨害変数の原因は位置測定に作用し、これは、一方で、制御回路に影響を与える（共鳴効果）。逆推測において、これは、周波数範囲内の位置に依存する測定信号Ｍの分析により、妨害の原因を推測することが可能であることを意味する。この知見は、一方で、全体システムの最適化に利用可能である。

妨害変数のできるだけ有効な決定および監視を可能にするために、信号分析ユニット５０は、本発明によりパラメータ化可能に構成されている。以下の実施例に示されているように、パラメータ化可能性は、信号分析の実行、並びに信号分析の範囲に関連してもよい。

このために、図３は、信号分析ユニット５０の第１実施形態を示す。信号分析ユニットは、データ検出ユニット５２、入力メモリ５４、出力メモリ５５、パラメータメモリ５６および計算ユニット５８を含む。

パラメータメモリ５６は、パラメータＰＡＲを記憶するために使用される。これから、パラメータは、計算ユニット５８により、および場合によりデータ検出ユニット５２によってもまた呼出し可能である。

データ検出ユニット５２は、一定時間間隔で測定信号Ｍの実際測定値を検出するために使用される。時間間隔はサイクル信号から導き出されてもよく、サイクル信号は信号分析ユニット５０に供給されかつ例えば計算ユニット５８内の経過を制御する。サイクル信号は、水晶制御のサイクル発生器またはＰＬＬから発生されてもよい。測定信号Ｍがアナログ信号である場合、データ検出ユニット５２は、測定信号Ｍの瞬間値をディジタル測定値に変換するためのアナログ／ディジタル変換器を含む。ディジタル測定値は入口メモリ５４内に記憶可能である。これに対して、測定信号Ｍが予めディジタルにコーディングされている場合、データ検出ユニット５２は、実際測定値を読み取りかつそれを入力メモリ５４内に記憶するためのインタフェースを含む。場合により、このために、位置センサ２０に要求信号ＲＱが出力可能である。

測定値の検出および記憶は、パラメータＰＡＲを介して、連続的にまたは命令制御されて実行可能である。連続測定値検出の場合、入力メモリ５４は、古い測定値が周期的に上書きされるリングメモリとして形成されていることが有利である。

計算ユニット５８は、入力メモリ５４内の測定値から、少なくとも１つの周波数帯域内または入力信号の全帯域幅にわたり周波数スペクトル、特に振幅スペクトルを計算し、かつこれから、パラメータメモリ５６内に記憶されているパラメータＰＡＲに基づいて、結果データＥＤを決定するように、適切に形成されている。結果データＥＤは、出力メモリ５５内に記憶可能であり、かつそこから、インタフェースユニット４０を介して、後置電子装置８０に出力可能である。

以下に、図４により、適合可能パラメータに対するいくつかの例が説明される。
周波数帯域の決定により、例えば下限周波数ｆｕおよび上限周波数ｆｏの定義により、周波数スペクトルは、ある範囲内において、目的に合わせて評価可能である。これは、妨害が予想される周波数範囲が監視されるべきとき、有利である。下限周波数ｆｕが与えられない場合、周波数帯域は直流電圧値（ｆｕ＝０Ｈｚ）により制限されている。上限周波数ｆｏが与えられない場合、周波数帯域は、走査定理により決定されている計算可能な最高周波数により制限されている。図示の例においては、結果データＥＤは、対応振幅Ａ２、Ａ３およびＡ４を有する周波数ｆ２、ｆ３およびｆ４を含む。

下限および上限周波数ｆｏ、ｆｕの代わりに、周波数帯域は、中央周波数（上限および下限周波数ｆｏ、ｆｕの間の平均値）および帯域幅（上限および下限周波数ｆｏ、ｆｕの差）を与えることにより定義されてもよい。

例えば最大振幅を有する周波数の数Ｎのみが決定されるべきとき、結果範囲は、他のパラメータＰＡＲにより制限されてもよい。すなわち、Ｎ＝２がセットされた場合、結果データは、振幅Ａ２およびＡ４を有する周波数ｆ２およびｆ４を含む。

その代わりにまたはそれに追加して、その振幅が限界振幅ＡＧを超える周波数のみが決定されるように、他のパラメータＰＡＲを介して限界振幅ＡＧが決定されてもよい。このようにして、確実な判定を可能にするために、その振幅が小さすぎる周波数成分は結果データＥＤから除外されてもよい。さらに、この選択は、（選択された周波数帯域内の）周波数スペクトルの振幅が、本来、限界振幅ＡＧを超えているかどうかを決定するために利用可能である。この場合、１つのビットのみを含む結果データＥＤは十分である。図示の例において、結果データＥＤは、下限周波数ｆｕおよび上限周波数ｆｏの間の周波数帯域内に、図示の限界振幅ＡＧが超えられなければならないという条件のもとで、同様に、振幅Ａ２およびＡ４を有する周波数ｆ２およびｆ４を含む。

限界振幅ＡＧは、この例においては、一定値により簡単に示されている。しかしながら、これは、任意の数学関数により形成されてもよい。複数の周波数帯域が評価されるべき場合、異なる周波数帯域に異なる限界振幅ＡＧを割り当てることもまた可能である。このようにして、周波数スペクトルの評価に対する基準として使用される複雑な包絡線が形成されてもよい。

図５に示すように、下限周波数ｆｕに対して、上限周波数ｆｏに対するよりもより高い周波数が選択されたとき、周波数帯域は評価から除外されてもよい。すなわち、例えば、増分位置測定装置の場合、一定運動速度で、位置信号の信号周波数（例えばｆ６）がその中に位置する周波数帯域は、妨害から発生した信号ピークのみが評価されるように、目的に合わせて評価から除外されてもよい。

評価に対して、特定の周波数におけるただ１つの振幅値ではなく、周波数帯域内の妨害の和に関心がある場合、同様に、パラメータＰＡＲを介して、（選択された周波数帯域内の信号パワーに対応して）周波数帯域内の信号ピークの有効値（二乗平均値、ＲＭＳ）が計算されるように適合されてもよい。この評価に対してもまた、上記のパラメータＰＡＲとの組合せが有利であることがある。

さらに、評価に対して複数の周波数帯域が定義されてもよく、これに対して、場合により、別のパラメータＰＡＲが使用されてもよい。
さらに、パラメータＰＡＲを介して使用される評価方法（使用されるアルゴリズム）を選択し、かつ例えば周波数スペクトルの計算の基礎とされる周波数分析の定義により、パラメータ化する可能性が提供されてもよい。

位置測定装置１０が角度測定装置または回転伝送器である場合、信号分析ユニット５０内において、周波数スペクトルの代わりに順序スペクトルが計算されるとき、それは特に有利である。しかしながら、これが周波数範囲内における信号分析である場合もまた、順序分析において、順序スペクトルの線に、位置測定装置１０の軸、ないしはその角度位置が位置測定装置１０により測定される軸の回転数の順序（倍数）が割り当てられている。したがって、順序分析は回転数に依存している。

軸が例えば毎分３０００回転で回転する場合、それは５０Ｈｚ（１／ｓ）の回転数に対応する。したがって、第１順序の信号ピークは５０Ｈｚにおける測定信号Ｍの信号成分に対応する。次に、第２順序は１００Ｈｚに位置し、第３順序は１５０Ｈｚに位置する、等である。

したがって、測定信号Ｍの妨害はしばしば回転数に依存し、すなわち、回転数の倍数である周波数において発生するので、この評価方法は有利である。これにより、回転数との関係は妨害影響の原因の識別を容易にする。

図６は、順序スペクトルに対する例を示す。第１順序の位置における測定信号Ｍの信号成分Ｓ１は最高信号振幅を有し、第４および第８順序の信号成分Ｓ４およびＳ８は測定信号Ｍの顕著な妨害成分を示す。この例においては、補助信号Ｈとして、信号分析ユニット５０に回転数信号が供給されている。

周波数スペクトルにおける選択可能パラメータに対応して、ここでもまた、下限順序Ｏｕおよび上限順序Ｏｏにより制限された、選択された順序に対する帯域幅（順序範囲）、並びに信号成分Ｓ１ないしＳ１２の信号振幅に対する任意の限界振幅ＡＧが決定されてもよい。

順序スペクトルに基づいて信号分析を実行することは、特に、工作機械によるワークの加工において有利である。例えば、フライス加工において、工具切削によるワーク内への食い込みが振動の原因となることがある。振動の基本周波数は工具刃先の回転数およびフライス加工がその周囲に有する刃先の数に依存する。強い振動は「チャタリング」とも呼ばれ、それはワーク上に加工模様（いわゆるチャタリングマーク）を残すので好ましくない。順序範囲が、（スピンドルの回転数に刃先の数が乗算された）振動が予想される順序に制限された順序スペクトルにより、選択された順序（ないしは複数の順序）の信号振幅を含む結果データＥＤが発生されることがある。それに追加して、またはその代わりに、選択された順序（ないしは複数の順序）に対して限界振幅ＡＧを決定することにより、振動が限界振幅ＡＧを超えたかどうかが調査可能である。

周波数範囲内における信号分析のパラメータ化可能性は、加工の境界条件（回転数、工具、粗加工または精密加工、等）へのフレキシブルな適合を可能にする。
信号分析ユニット５０は、周波数分析のみならず、順序分析もまた実行するように、適切に形成されていてもよい。いずれの評価方法が使用されるかの選択は、同様に、パラメータＰＡＲを介して行われてもよい。

図７は、信号分析ユニット５０の代替実施形態を示す。それは、図３により説明された信号分析ユニット５０とは、計算ユニット５８の構成により異なっている。この例においては、計算ユニット５８は、プログラミング可能フィルタ５９、並びに後置されたＲＭＳ計算ユニット６０を含む。

プログラミング可能フィルタ５９は、高域フィルタ、低域フィルタ、帯域フィルタまたはノッチフィルタとして形成されていてもよい。場合により、フィルタのフィルタ機能はパラメータＰＡＲを介して選択可能であってもよい。前の例と同様に、評価される周波数帯域は、対応する限界周波数ｆｕ、ｆｏ（ないしは中央周波数および帯域幅）の決定により、同様にパラメータＰＡＲを介して適合可能である。

ＲＭＳ計算ユニット６０内において、フィルタリングされたデータの有効値（ＲＭＳ）、すなわち選択された周波数帯域内の測定信号Ｍの全ての妨害の平均値が決定可能である。有効値は、信号分析ユニット５０のこの変更態様の結果データＥＤを形成する。複数の周波数帯域の同時評価に対して、他のプログラミング可能フィルタ５９およびＲＭＳ計算ユニット６０が設けられていてもよい。

代替形態において、プログラミング可能フィルタ５９は追従フィルタとして形成されている。追従フィルタは、その中央周波数が回転数と共に変化する帯域フィルタである。このために、信号分析ユニット５０に、補助信号Ｈとして回転数信号が供給される。プログラミング可能フィルタ５９の中央周波数は、ここでは、回転数信号の周波数に対して相対的に決定され、この場合、中央周波数の回転数信号の周波数からの間隔および帯域幅は、パラメータＰＡＲにより適合可能である。しかしながら、順序スペクトルの上記の決定と比較して、実際にはより簡単に、この変更態様により、回転数に依存した妨害が分析可能である。

図７に示した信号分析ユニット５０の変更態様の評価方法（フィルタリングおよび有効値の計算）は、図３に示した変更態様の評価方法（周波数分析、順序分析）より複雑ではなくかつより少ない計算作業を必要とするにすぎない。したがって、計算作業が節約されるかまたは強度の計算の原因による動力損失およびこれに関連する位置測定装置内の熱の発生が回避されるべきとき、これは有利である。

上記のパラメータＰＡＲは測定信号Ｍの評価に関するものであり、したがって、評価パラメータと呼ばれてもよい。前の例により示されたように、評価パラメータは、結果データＥＤのタイプ、すなわち、結果データＥＤが、個々のビット、個別値、値の対、等であるかもまた直接決定可能である。

評価パラメータのほかに、パラメータＰＡＲは、さらに、測定信号Ｍの評価がいつ行われかついかなる条件で行われるかを決定する実行パラメータを含んでもよい。
すなわち、評価は、後置電子装置８０の無条件または条件付きスタート命令によりスタート可能である。無条件スタート命令の場合、測定信号Ｍの評価のスタートは遅延なく行われる。条件付きスタート命令の場合、スタートは、例えば決定された絶対位置、速度の達成等の少なくとも１つの他の条件に依存する。このために必要な情報は、信号分析ユニット５０に、例えば処理ユニット３０からの補助信号Ｈを介して供給可能である。条件付きスタート命令が、位置測定装置１０の内部で利用可能ではない情報を必要とする場合、この情報は外部信号を介して位置測定装置１０に供給されてもよい。

さらに、測定信号Ｍの１回の評価のみを行わせるスタート命令は、連続評価をスタートさせるスタート命令から区別されてもよい。後者の場合、実際結果データＥＤは常に出力メモリ５５内で利用可能である。

さらに、測定信号Ｍの評価を終了させる停止命令が設けられていてもよい。
図８は、本発明による位置測定装置１０の他の実施例を示す。図１に関連して既に説明された構成部品は、同じ符号を有する。ここで、前の実施例との相違は、運動センサとして位置センサ２０の代わりに別の加速度センサ１２０が使用されることである。位置センサ２０は、この実施例においては、位置測定のみに使用される。このために、位置センサ２０の位置測定信号ＭＰは処理ユニット３０に供給されている。

特に有利な構成において、加速度センサ１２０は位置測定装置１０の構成部品と機械的に結合されている。このように、加速度センサは位置測定装置１０の固定構成要素であり、かつ本発明による分析方法は、機械または装置への、位置測定装置１０の所定の取付により、直ちに利用可能である。例えば、加速度センサ１２０は、位置測定装置１０のハウジングの内部に配置されている。長さ測定装置の場合、加速度センサ１２０は、例えば走査ヘッドのハウジング内に配置されていてもよく、回転伝送器の場合、目盛キャリヤ１２および信号処理のための電子装置部品もまたその中に存在するハウジングの内部の適切な場所に配置されていてもよい。工作機械またはロボットアームのように複数の可動軸を有する機械の場合、位置測定装置１０、ないしは加速度センサ１２０がそれと機械的に結合されている構成部品が位置決め過程において共に移動されるとき、位置測定装置１０に付属された、（その運動が位置測定装置１０により測定される）可動軸以外の他の可動軸の影響は、加速度センサ１２０により分析可能である。

その代わりに、加速度センサ１２０は、位置測定装置１０の外部で、監視される機械部品に配置されていてもよい。このとき、測定信号Ｍの、位置測定装置１０、ないしは信号分析ユニット５０を含む評価電子装置への伝送は、適切なインタフェースを介して行われる。信号伝送は、アナログまたはディジタルで、有線または無線で（光学的にまたは無線信号により）行われてもよい。

一方で、加速度センサ１２０の測定信号Ｍは信号分析ユニット５０に供給されている。この測定信号Ｍもまた、時間的に変化する、運動に依存した信号である。したがって、図２ないし７により得られた全ての知見はこの実施例に転用可能であり、かつ信号分析ユニット５０は図３および７により説明されたように使用可能である。この場合もまた、測定信号Ｍを選択可能な時間内でおよび／または割り当てられた周波数帯域内で目的に合わせて評価するために、信号分析ユニット５０のパラメータ化可能性はきわめて有利である。

特に評価のスタートが位置に依存して行われるべきとき、処理ユニット３０から、対応信号情報を有する補助信号Ｈが、信号分析ユニット５０に出力されてもよい。
この実施形態は、機械の振動が位置測定装置１０の範囲内で評価されるべきときもまた、特に有利である。振動はモータの静止モーメントから、ワークの加工、ウォブル効果および不釣合い効果等から発生することがある。

加速度センサの代わりに、運動に依存した測定信号を発生する、例えば本体音センサまたは機械部品の弾性変形がそれにより測定可能なセンサのような他のセンサが使用されてもよい。

図９は、本発明による位置測定装置１０の他の実施例を示す。前の実施例とは、一方で、３つの運動方向Ｘ、Ｙ、Ｚ内の加速度を検出する加速度センサ２２０が使用されることにおいて異なっている。対応測定信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺは信号分析ユニット５０に供給されている。他方で、第１実施例のように、位置測定信号ＭＰが同様に信号分析ユニット５０に供給されている。したがって、加速度センサ２２０のみならず、位置センサ２０もまた、本発明による運動センサである。

信号分析ユニット５０は、測定信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ、ＭＰの完全または部分平行処理用に設計されていることが有利である。それが図３により説明されたような信号分析ユニット５０である場合、測定信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ、ＭＰの平行処理のために、信号ごとに、データ検出ユニット５２、計算ユニット５８、入力メモリ５４および出力メモリ５５が設けられている。全ての測定信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ、ＭＰが同じパラメータに基づいて評価されるべき場合、共通に利用可能なパラメータメモリ５６で十分である。部分平行処理のために、データ検出を並列に実行しかつ計算のみを相前後して共通の計算ユニット５８内において実行することは有意義である。

これと同様に、図７に示した信号分析ユニット５０が完全または部分平行処理のために使用されてもよく、この場合もまた、測定信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ、ＭＰの測定値を並列に検出しかつ計算のみを相前後して実行することが有利である。

この実施例において、後置電子装置８０との通信は、それぞれディジタルの双方向データインタフェースとして形成されていてもよい、２つの別々のデータ伝送チャネル４４、４６を介して行われる。すなわち、位置測定装置１０の所定の操作（特に位置値Ｐの要求および伝送）に関する通信は、例えばＥｎＤａｔのような特定の測定装置インタフェースを介して行われてもよく、一方、パラメータＰＡＲおよび結果データＥＤの伝送は、例えばフィールドバス（ＰｒｏｆｉＢｕｓ、ＰｒｏｆｉＮｅｔ、・・・）のような他のデータインタフェースを介して行われてもよい。通信のために、別々のインタフェースモジュール４０．１、４０．２が設けられていてもよく、これらは、後置電子装置８０の異なるモジュール８０．１、８０．２と結合され、この場合、モジュール８０．１、８０．２は別々のユニット（装置）であってもよい。

加速度（振動）の原因となる妨害変数が、ここでは３つの空間方向において検出されることにより、このとき、妨害が位置測定装置１０に作用する方向が推測可能である。さらに、位置測定信号ＭＰもまた信号分析ユニット５０内において評価されるので、妨害変数と位置測定における測定エラーの相関を作成することもまた可能である。パラメータＰＡＲの適合により、一方で、目的に合わせて周波数帯域が選択されかつ監視され、他方で、評価に対するスタート時点の決定により、増大された電流消費およびこの結果としての熱の発生によって観察可能な位置測定装置１０の電子装置の不必要な負荷が回避可能である。この場合、特に、評価のパラメータ化可能性により、特に有効な機械特性の分析が可能であることは明らかである。

図１０は、本発明による位置測定装置１０の他の実施例を示す。この位置測定装置１０は、回転伝送器または角度測定装置として形成されている。したがって、目盛キャリヤ１２は、回転点Ｄの周りに回転可能に取り付けられた円形ディスクまたはリングである。測定目盛１４は回転点Ｄの周りに同心に配置され、かつ２つの位置センサ２０．１、２０．２により走査される。その部分測定信号Ｍ１、Ｍ２は処理ユニット３０に供給され、かつ位置信号Ｐに処理される。周囲の（例えば１８０°だけオフセットされた）異なる位置にある測定目盛１４の走査により、目盛キャリヤ１２の偏心運動およびウォブル運動から発生する測定エラーが補正可能である。

それ自身既知の、位置信号Ｐの補正方法のほかに、部分測定信号Ｍ１、Ｍ２は前処理ユニット２５にもまた供給され、前処理ユニットは部分測定信号Ｍ１、Ｍ２を測定信号Ｍに処理する。前処理ユニット２５は、このために、目盛キャリヤ１２の偏心運動および／またはウォブル運動に対する尺度である、部分測定信号Ｍ１、Ｍ２の差信号を形成することが有利である。位置センサ２０．１、２０．２は、このように、前処理ユニット２５と結合されて、本発明による運動センサを形成する。

目盛キャリヤ１２の周囲に等間隔に配置されていることが有利な、２つより多い位置センサが使用されてもよい。特に大きな直径を有する目盛キャリヤの場合、位置センサ２０．１、２０．２は別のハウジング内に配置されていてもよい。

測定信号Ｍの評価のために、図３または７に示した信号分析ユニット５０が使用されてもよい。場合により、この実施例においてもまた、信号分析ユニット５０内において、パラメータＰＡＲを介して選択可能な複数の評価方法が利用可能であってもよい。

この実施例は、目盛キャリヤ１２の偏心運動および／またはウォブル運動の詳細な分析を可能にし、これから、同様に、その回転運動が位置測定装置１０により測定される軸の支持、並びに位置測定装置１０のこの軸への取付を推測することが可能である。図１、７および８に示した実施例の構成特徴を有する組合せが可能である。

本発明は、記載の実施例に制限されず、請求項の範囲内において、当業者により代替態様が形成可能であることは当然である。特に、上記の実施例により示されたパラメータ以外の追加または代替パラメータを必要とする代替評価方法に基づいた信号分析ユニット５０が使用されてもよい。

１０ 位置測定装置
１２ 目盛キャリヤ
１４ 測定目盛
２０ 運動センサ、位置センサ
２０．１、２０．２ 位置センサ
２５ 前処理ユニット
３０ 処理ユニット
４０ インタフェースユニット
４０．１、４０．２ インタフェースモジュール
４４、４６ データ伝送チャネル
５０ 信号分析ユニット
５２ 信号検出ユニット、データ検出ユニット
５４ 入力メモリ
５５ 出力メモリ
５６ パラメータメモリ
５８ 計算ユニット
５９ プログラミング可能フィルタ
６０ ＲＭＳ計算ユニット
８０ 後置電子装置
８０．１、８０．２ モジュール
１２０、２２０ 運動センサ、加速度センサ
Ａ 振幅値、振幅
ＡＧ 限界振幅
Ｄ 回転点
ＥＤ 結果データ
ｆ 周波数
ｆｏ 上限周波数
ｆｕ 下限周波数
Ｈ 補助信号
Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ 測定信号
Ｍ１、Ｍ２ 部分測定信号
Ｏ 順序
Ｏｏ 上限順序
Ｏｕ 下限順序
Ｐ 位置信号、位置値
ＰＡＲ パラメータ
ＲＱ 要求信号
Ｓ 信号成分
Ｘ、Ｙ、Ｚ 運動方向

Claims (15)

1. その上に測定目盛（１４）が配置されている目盛キャリヤ（１２）と、
   少なくとも１つの位置センサ（２０）であって、該位置センサを用いて測定目盛（１４）を走査することにより位置に依存した測定信号（Ｍ、ＭＰ）を発生可能である、前記少なくとも１つの位置センサ（２０）と、
   処理ユニットであって、該処理ユニットを用いて前記位置に依存した測定信号（Ｍ、ＭＰ）を位置信号（Ｐ）に処理可能である、前記処理ユニットと、
   少なくとも１つのデータ伝送チャネル（４４、４６）を介して後置電子装置（８０）に前記位置信号（Ｐ）を伝送するインタフェースユニット（４０）と、を有する位置測定装置において、
   前記位置測定装置（１０）に少なくとも１つの運動センサ（２０、１２０、２２０）が付属され、該運動センサは時間的に変化する測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）を発生し、該測定信号は信号分析ユニット（５０）に供給され、該信号分析ユニットにより周波数範囲内の測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）が評価可能でありかつこの評価はパラメータ（ＰＡＲ）に依存し、パラメータは後置電子装置（８０）からインタフェースユニット（４０）に伝送可能であり、かつ測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）の評価から得られた結果データ（ＥＤ）はインタフェースユニット（４０）から後置電子装置（８０）に伝送可能である、位置測定装置。
2. 少なくとも１つの運動センサ（２０、１２０、２２０）は位置センサ（２０）である、請求項１に記載の位置測定装置。
3. 少なくとも１つの運動センサ（２０、１２０、２２０）は、測定目盛（１４）の走査により部分測定信号（Ｍ１、Ｍ２）を発生する少なくとも２つの位置センサ（２０．１、２０．２）、および部分測定信号（Ｍ１、Ｍ２）を測定信号（Ｍ）に処理する前処理ユニット（２５）から形成されている、請求項１に記載の位置測定装置。
4. 少なくとも１つの運動センサ（２０、１２０、２２０）は加速度センサまたは本体音センサである、請求項１ないし３のいずれかに記載の位置測定装置。
5. 信号分析ユニット（５０）は、パラメータ（ＰＡＲ）を記憶することが可能なパラメータメモリ（５６）を有する、請求項１ないし４のいずれかに記載の位置測定装置。
6. 信号分析ユニット（５０）は、少なくとも１つの運動センサ（２０、１２０、２２０）の測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）の測定値を検出する信号検出ユニット（５２）、並びに結果データ（ＥＤ）を計算する計算ユニット（５８）を有し、この場合、結果データ（ＥＤ）はパラメータ（ＰＡＲ）に依存する、請求項１ないし５のいずれかに記載の位置測定装置。
7. 計算ユニット（５８）内において測定値の周波数分析が実行可能である、請求項６に記載の位置測定装置。
8. 信号分析ユニット（５０）に、回転数信号である補助信号（Ｈ）が供給され、かつ計算ユニット（５８）内において、測定値の順序分析が実行可能である、請求項６に記載の位置測定装置。
9. 計算ユニット（５８）は、測定値をフィルタリングするプログラミング可能フィルタ（５９）、並びにフィルタリングされた測定値から有効値を計算するＲＭＳ計算ユニット（６０）を有する、請求項６に記載の位置測定装置。
10. 少なくとも１つの運動センサ（２０、１２０、２２０）は位置測定装置（１０）の構成部品と機械的に結合されている、請求項１ないし９のいずれかに記載の位置測定装置。
11. パラメータ（ＰＡＲ）を後置電子装置（８０）から位置測定装置（１０）に伝送するステップ、
    信号分析ユニット（５０）内において、パラメータ（ＰＡＲ）を考慮して、測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）の評価により結果データ（ＥＤ）を決定するステップ、および
    結果データ（ＥＤ）を後置電子装置（８０）に伝送するステップ、を有する、請求項１ないし１０のいずれかに記載の位置測定装置の操作方法。
12. パラメータ（ＰＡＲ）は評価パラメータを含む、請求項１１に記載の方法。
13. パラメータ（ＰＡＲ）は、次の評価パラメータ、
    周波数帯域（ｆｕ、ｆｏ）、
    順序範囲（Ｏｕ、Ｏｏ）、
    限界振幅（ＡＧ）、
    結果周波数の数（Ｎ）、
    評価方法、
    プログラミング可能フィルタ（５９）のフィルタ機能、の少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
14. パラメータ（ＰＡＲ）は実行パラメータを含む、請求項１１ないし１３のいずれかに記載の方法。
15. パラメータ（ＰＡＲ）は、次の実行パラメータ、
    測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）の評価のための無条件スタート命令、
    測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）の評価のための条件付きスタート命令、
    測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）の１回の評価のための命令、
    測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）の連続評価のための命令、
    測定信号（Ｍ、ＭＰ、ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）の評価の終了のための停止命令、の少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。

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