JP4059767B2 - 位置測定装置及び位置測定装置を作動させる方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の位置測定装置及び請求項３の上位概念に記載の位置測定装置を作動させる方法に関する。
【０００２】
位置測定装置は、インクリメンタル式の位置測定装置とアブソリュート式の位置測定装置とに区分される。インクリメンタル位置測定装置の場合、90°だけ位相のずれているアナログ式の又は方形状の２つの走査信号が、出力部に存在する。１つの位置測定値が、順次電子機器内で初めてこれらの走査信号から生成される。アブソリュート式の位置測定装置の場合、位置の１つの絶対値が、出力部に既に存在する。この位置測定値は、順次電子機器に入力可能である。
【０００３】
位置測定装置の両区分の場合、信頼性及び機能状況は、走査信号の特性に依存する。アナログ式の走査信号を出力するインクリメンタル式の位置測定装置では、 走査信号の特性が２ビーム・オシロスコープの両チャネルに入力されることによって、これらの走査信号の特性が直接検査され得る。その結果、リサージュ波形が画面上に形成される。このリサージュ波形の半径が、両走査信号の振幅と位相関係に対する目安である。この手段は、国際特許出願公開第 90/02956 号明細書及び特開平 2-36313中に記されている。
【０００４】
互いに 90 °だけ位相のずれている方形上の２つの走査信号が出力されているインクリメンタル式の位置測定装置の場合、検査が直接的に不可能である。特開平 8-29197号公報の場合、スイッチを位置測定装置内に設けることが提唱される。その結果、方形状の走査信号化又は互いに位相のずれているアナログ走査信号が、２本のデータ線に出力され得る。測定動作中、方形状の走査信号が伝送され、そしてアナログ走査信号が故障診断のために伝送される。
【０００５】
ヨーロッパ特許出願公開第 0 962 748号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第 199 11 774 号明細書によれば、位置測定装置の状態情報が、インクリメンタル式の方形状の走査信号にアナログ式に重畳して伝送される。この場合、重畳した信号のデコードが比較的困難である。
【０００６】
アブソリュート式の位置測定装置が、ドイツ連邦共和国特許出願公開第 44 22 056号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第 43 42 377号明細書中に記されている。ドイツ連邦共和国特許出願公開第 44 22 056号明細書によれば、周期的な測定目盛の互いに位相のずれている多数の走査信号が、絶対位置を生成するカウンタに入力される。この絶対位置は、２桁以上のコード語として位置測定装置からビットシリアルにデータ線を通じて順次電子機器経に伝送される。さらに、複数の監視回路が、この位置測定装置内に設けられている。これらの監視回路は、位置測定装置の機能状況を検出し、これに応じてデータ線を通じて異常情報を出力する。この場合、温度や電源が、監視対象として挙げることができる。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第 43 42 377号明細書によれば、同様に絶対位置に加えアラームメッセージ及び警報メッセージがシリアルにデータ線を通じて順次電子機器に伝送される。機能状況が、位置測定装置内で監視される。
【０００８】
本発明の課題は、一方では１つの位置情報が出力部に存在し、さらに位置測定装置が複数の情報を任意に処理し、この位置測定装置の機能状況がこれらの情報に基づいて簡単な手段によって検査可能である位置測定装置を提供することにある。
【０００９】
この課題は、請求項１に記載の位置測定装置によって解決される。
【００１０】
この位置測定装置の利点は、位置に関する情報及び機能状況の情報が、１本の共通のデータ線又はデータチャネルを通じて伝送されている点にある。さらに、デジタル伝送のために、妨害に対して非常に強いことが保証され、インターフェースの構成が安価に実現可能である。
【００１１】
本発明のもう１つの課題は、位置測定値及びデータを位置測定装置から順次電子機器に伝送可能であり、この位置測定装置の機能状況に関する情報がこれらの位置測定値及びデータに基づいて生成され得る、位置測定装置を作動させる方法を提供することにある。
【００１２】
この課題は、請求項３に記載の特徴によって解決される。
【００１３】
この方法の大きな利点は、データチャネルが１本だけで済む点にある。絶対位置及び機能状況に関するデータが、このデータチャネルを通じて伝送可能である。機能状況を示すデータの評価は、簡単でかつ既存の装置によって実現可能である。
位置測定装置の変化する状況を検出することができる。その結果、対抗措置が、機能停止前に早めに実施され得る。
【００１４】
本発明の好適な構成を図面に基づいて詳しく説明する。
【００１５】
アブソリュート式の位置測定装置１００は、公知であるように例えば多数の測定目盛２，３，４を有するスケール１から構成される。測定目盛２，３は、目盛周期が相違する周期的な目盛である。測定目盛４は、周期的でない目盛であり、擬似ランダムコードとも呼ばれている。このような位置測定装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第 41 23 722号明細書中で説明されている。
【００１６】
測定目盛２，３，４は、１本の共通の走査ヘッド５によって走査される。この走査ヘッド５は、走査目盛２〜４を走査する走査素子６〜１０を有する。走査素子６，７は、最も細かい周期的な測定目盛２に割当てられていて、その出力部で正弦状のアナログ走査信号Ｓ６，Ｓ７をその都度生成する。この場合、走査信号Ｓ６，Ｓ７が、互いに 90 °ずれている目標位相を有する。同様に、周期的な測定目盛３は、互いに 90 °だけ位相のずれている２つの走査信号Ｓ８，Ｓ９を生成する走査素子８，９によって走査される。測定目盛４は、ダイオードアレイ１０によって走査される。この場合、各アレイ素子は、１つの出力信号を出力する。図１中には、１本の線だけがこれらの走査信号Ｓ１０に対して概略的に示されている。
【００１７】
走査信号Ｓ６〜Ｓ１０は、絶対位置Ｐを生成するユニット１１に入力される。このユニット１１は、論理回路やマイクロプロセッサでもよい。走査信号Ｓ６〜Ｓ１０は、公知の方法でこの論理回路やマイクロプロセッサ内で絶対位置と結合される。その結果、位置測定値を特定する２桁以上のデジタルコード語Ｐが出力部に存在する。このデータ語Ｐは、１本のデータチャネル１２を通じてシリアルに順次電子機器、例えばＮＣ制御部３００に伝送される。これに対して、−インターフェース又はドライバとも呼ばれる−出力ユニット１４が設けられている。位置測定装置１００は、特に工作機械の可動部分に−特に電気駆動部に直接に−敷設されている。順次電子機器は、ＮＣ制御部３００である。
【００１８】
また、スケール１は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第 41 25 865号明細書のように多数の周期的な測定目盛だけを有してもよい。この場合、位置測定値が、全ての周期的な測定目盛の走査信号を論理的に結合させることによって生成される。しかしながら、スケール１は、ドイツ連邦共和国特許出願第 44 22 056号明細書のように周期的な測定目盛を１つだけ有してもよい。この場合、絶対位置が、互いに位相のずれている多数の走査信号から導かれたパルスを方向に依存して計数することによって生成される。
【００１９】
本発明によれば、デジタル形式の両走査信号Ｓ６，Ｓ７の振幅値も、特にそれぞれ少なくとも４ビットのビット幅、特に少なくとも８ビットの２桁以上のコード語Ｄ６，Ｄ７として同一のデータチャネル１２を通じて伝送可能である。これに対して、アナログ走査信号Ｓ６，Ｓ７のその時の振幅が、同一の時点ごとにサンプル・ホールド部１５，１６によって伝送される。伝送されたこれらのアナログ値はそれぞれ、振幅に比例するデジタルコード語Ｄ６，Ｄ７に変換される。これに対しては、アナログ・デジタル変換器１７，１８が、図１中に概略的に示されている。これらの振幅に比例するコード語Ｄ６，Ｄ７は、出力ユニット１４に存在する。その結果、これらのコード語Ｄ６，Ｄ７は、同様にシリアルにデータチャネル１２を通じて伝送可能である。
【００２０】
位置測定装置１００の機能状況を検出するために必要なデータが、この手段によってデータチャネル１２上で任意に処理可能である。互いに位相のずれている走査信号Ｓ６＝ＳＡ６＊sin ωt とＳ７＝ＳＡ７＊cos ωt とが精確に目標位相位置Φ＝ 90 °だけ互いに移相しているかどうか、要求された信号振幅を有するかどうか及び両走査信号Ｓ６，Ｓ７の信号振幅ＳＡ６，ＳＡ７が等しいかどうかが検査され得る。これらのパラメータに基づいて、走査間隔（スケール１と走査ヘッド５との間の間隔）が正しく設定されているかどうか、スケール１が汚れているかどうか又は走査ヘッド５がスケールに対してねじれているかどうか（モアレ角度）が確認され得る。
【００２１】
位置測定装置１００の機能状況を評価し表示するため、診断装置２００がデータチャネル１２に接続されている。
【００２２】
半径Ｒ＝√（Ｓ６2 ＋Ｓ７2 ）が、その都度同時に伝送される走査信号Ｓ６，Ｓ７の対の値Ｄ６，Ｄ７から算出される。連続する対の値が、一連の半径の値Ｒを生成する。これらの半径の値Ｒは、リサージュ波形２０１を形成する。連続して算出された半径の値Ｒの結果として得られたこのリサージュ波形２０１は、画面２０２上に表示される。図２中には、リサージュ波形２０１の半径の値Ｒ１，Ｒ２が２つだけ示されている。リサージュ波形２０１の代わりに、国際特許出願公開第 90/02956 号明細書やヨーロッパ特許出願公開第 0 836 080号明細書のように棒線で表示することも可能である。伝送される走査信号Ｓ６，Ｓ７を表示するため、コード語Ｄ６，Ｄ７又は以下でさらに詳しく説明する規格化したコード値Ｄ６′，Ｄ７′が、診断装置２００内でデジタル・アナログ変換され、公知の方法でリサージュ波形として表示され得る。走査信号Ｓ６，Ｓ７の特性が個々の要求に応じて評価され得るので、この表示は特に有効である。この表示がこの範囲内で必要ない場合、走査信号Ｓ６，Ｓ７のプリセットされた基準をもはや満たさないときに、診断装置２００が評価だけを又はさらに付加的に自発的に実施し、警告メッセージ又はアラームメッセージを出力する。
【００２３】
機能状況の評価をとりわけ簡単に実施できるようにするため、振幅ＳＡ６又はＳＡ７に対する１つの目標値Ｎが、位置測定装置１００内に記憶されている。このことには、走査信号Ｓ６，Ｓ７又はＤ６，Ｄ７の実際の振幅が、目標の振幅Ｎに直接関係付けられることによって、出力されるコード語Ｄ６，Ｄ７が位置測定装置１００内で機器に関係なく規格化できるという利点がある：
Ｓ６／Ｎ＝Ｓ６′
Ｓ７／Ｎ＝Ｓ７′
このとき、規格化された振幅値Ｓ６′，Ｓ７′が、振幅に比例するコード語Ｄ６′，Ｄ７′として伝送される。そのため、診断装置２００は、多種多様な位置測定装置１００に対して同様にかつ機器に関係なく構成され得る。許容限界Ｔ１，Ｔ２は、走査信号Ｓ６，Ｓ７の機器に固有の絶対振幅に関係なくプリセットされ表示され得る。
【００２４】
これとは別に、位置測定装置内に記憶された目標値Ｎをデジタル値として診断装置２００に伝送して、この診断装置２００内で規格化を実施してもよい。
【００２５】
同様に、プリセットされている許容限界Ｔ１，Ｔ２を位置測定装置１００内に記憶して、デジタル値としてデータチャネル１２を通じて診断装置２００に伝送してもよい。
【００２６】
診断装置２００は、ＮＣ制御部３００に内蔵された構成要素でもよい。この場合、画面２０２は、特にＮＣ制御部の画面である。
【００２７】
振幅に比例するコード語Ｄ６，Ｄ７の伝送も、ＣＲＣ（周期冗長検査）を構成し伝送することによって検査され得るので、確実な伝送が保証されている。
【００２８】
図３中には、信号伝送のプロトコルが概略的に示されている。位置の絶対値Ｐが、命令Ｆによって順次電子機器−ＮＣ制御部３００−から要求される。この要求は、独立した信号線を通じて又は双方向的に構成されたデータチャネル１２を通じて実行される。位置測定装置１００と順次電子機器３００との間のデータ伝送を同期させるため、同期シリアル伝送が有効に実現される。この場合、伝送サイクルを順次電子機器３００から位置測定装置１００に伝送するための図示しなかった１本のサイクル線が、公知の方法で位置測定装置１００と順次電子機器３００との間に配置されている。
【００２９】
位置測定装置１００は、この要求命令Ｆに基づいてコード語Ｐとしての１つの位置測定値と１つの診断情報ＤＷとから構成された１つのデータパケットを送信する。この診断情報ＤＷは、好ましくは１つのアドレスＡとそれに割当てられたデータＤとから成る１つのブロックから構成されている。伝送の信頼性を高めるため、−ＣＲＣとも呼ばれる−１つの検査情報が、位置測定値Ｐと診断情報ＤＷとから生成され、データパケット内に伝送される。
【００３０】
この示された例では、診断情報ＤＷが、１つのアドレスＡ及びそれに割当てられた複数のデータだけから構成される。しかし、このデータパケットは、多数のアドレス及び／又はデータを含んでもよい。
【００３１】
アドレスＡ１が診断動作条件 (Diagnosedetriebsart)を決定できる。この場合、後続するデータＤ１は、内容と後続するプロトコルで伝送される診断情報の順序とに関する符号である。振幅に比例する走査信号Ｓ６のコード語Ｄ６が後で伝送されるように、その他のアドレスを示す診断値がアドレスＡ６を決定する。
【００３２】
さらなる要求Ｆと実際の位置測定値Ｐの伝送後に、走査信号Ｓ７の信号に比例するコード語Ｄ７が伝送される。このコード語Ｄ７は、アドレスＡ７によって特定されている。両コード語Ｄ６，Ｄ７は、両走査信号Ｓ６，Ｓ７の同時（時点 t1 ）に伝送される振幅値から導き出される。
【００３３】
後続する要求Ｆでは、位置測定値Ｐに加えて、（ヨーロッパ特許発明第 0 707 384号明細書にしたがって算出された）評価数(Bewertungszahl)又は温度としてのコード語連結特性(Codewertanschlussqualitaet)Ｄ８のような新たな診断値が、それに割当てられたアドレスＡ８と共にさらに伝送され得る。時点t1に割当てられて記述可能な診断に必要な全ての診断値が伝送されると、走査信号Ｓ６，Ｓ７の新たな値の対が、振幅に比例するコード語Ｄ６，Ｄ７の形態で同様に伝送される。このとき伝送されるコード語Ｄ６，Ｄ７は、同時（第２の時点t2）に伝送される両走査信号Ｓ６，Ｓ７の振幅値から同様に導き出される。
【００３４】
診断情報ＤＷは、複数の部分ブロックで伝送してもよい。例えば、コード語Ｄ６の一部だけを有するアドレスを第１位置測定値Ｐと共に伝送し、そしてそのコード値Ｄ６の残りの部分を有するもう１つのアドレスを第２位置測定値Ｐと共に伝送してもよい。同様に、アドレスだけが位置測定値Ｐと共に伝送され、そしてそれに付随するデータがその次の位置測定値Ｐと共に伝送されることが可能である。
【００３５】
共通の時点t1又はt2に属する診断情報ＤＷのデータの流れは、好ましくは開始情報と終了情報とによって区切られる。この開始情報又は終了情報は、この例ではデータＤ１を有するアドレスＡ１である。データＤ６(t1)，Ｄ７(t1)，Ｄ８(t1)が、これらの情報ＤＷ間に含まれている。これらのデータＤ６(t1)，Ｄ７(t1)，Ｄ８(t1)は、共通の時点t1に検出されて位置測定装置１００内に記憶される。
【００３６】
これらのデータは、データチャネル１２上で同期シリアルに又は非同期に伝送される。
【００３７】
この説明したデータプロトコルには、位置測定装置１００の状況監視がオンラインで、すなわち接続されていて作動中にあるＮＣ制御部３００でも可能であるという利点がある。診断装置２００は、ＮＣ制御部３００の前に接続されていて、到着するデータ流の番地付けに基づいてデータＤ６，Ｄ７を濾波して診断する。これに対して、フィルタ２０３が図２中に概略的に示されている。ＮＣ制御部３００の制御に必要なデータＰが、ＮＣ制御部３００へ到達する。すなわち、診断装置２００が同時に受信する。
【００３８】
説明した動作方式の代わりに、位置測定装置１００を或る動作方式では絶対位置測定値Ｐだけを、別の動作方式では診断値だけを走査信号Ｄ６，Ｄ７の対の値と共にシリアルデータチャネル１２を通じてビットシリアルに伝送してもよい。したがって、位置測定装置１００は、測定動作部と診断動作部との間で切替えられ得る。この切替えは、双方向に可能なデータチャネル１２上で診断装置２００又はＮＣ制御部３００によって実施できる。
【００３９】
最も小さい目盛周期を有するスケール２の走査信号Ｓ６，Ｓ７の瞬時値が位置測定装置１００の診断に使用されると、特に好ましい。しかし、別の測定目盛トラック３の瞬時値又は追加的に新たな測定目盛トラック３の瞬時値をデータチャネル１２を通じてシリアルに出力することも可能である。
【００４０】
監視すべき互いに位相のずれている走査信号Ｓ６，Ｓ７は、必ず測定目盛２だけから導き出す必要はない。これらの走査信号Ｓ６，Ｓ７は、測定方向ｘに対して横方向に互いに間隔をあけて配置されている２つの独立した測定目盛からのものでもよい。互いに位相のずれている走査信号Ｓ６，Ｓ７の目標値は、90°に限定されない。すなわち、例えばそれぞれ 120°だけ互いに位相のずれている走査信号の振幅に比例するコード語を使用してもよい。測定目盛は、光電的に、磁気的に、誘導的に又は容量的に走査可能に構成され得る。位置測定装置は、直線的な又は回転的な位置測定に対して構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の位置測定装置を示す。
【図２】 位置測定装置の診断装置を示す。
【図３】 データ伝送のプロトコルを示す。
【符号の説明】
１ スケール
２ 測定目盛
３ 測定目盛
４ 測定目盛
５ 走査ヘッド
６ 走査素子
７ 走査素子
８ 走査素子
９ 走査素子
１０ 走査素子
１１ ユニット
１２ データチャネル
１４ 出力ユニット
１５ サンプル・ホールド部
１６ サンプル・ホールド部
１７ アナログ・デジタル変換器
１８ アナログ・デジタル変換器
１００ 位置測定装置
２００ 診断装置
２０１ リサージュ波形
２０２ 画面
２０３ フィルタ
３００ ＮＣ制御部
本発明は、請求項１の上位概念に記載の位置測定装置及び請求項３の上位概念に記載の位置測定装置を作動させる方法に関する。
【０００２】
位置測定装置は、インクリメンタル式の位置測定装置とアブソリュート式の位置測定装置とに区分される。インクリメンタル位置測定装置の場合、90°だけ位相のずれているアナログ式の又は方形状の２つの走査信号が、出力部に存在する。１つの位置測定値が、順次電子機器内で初めてこれらの走査信号から生成される。アブソリュート式の位置測定装置の場合、位置の１つの絶対値が、出力部に既に存在する。この位置測定値は、順次電子機器に入力可能である。
【０００３】
位置測定装置の両区分の場合、信頼性及び機能状況は、走査信号の特性に依存する。アナログ式の走査信号を出力するインクリメンタル式の位置測定装置では、 走査信号の特性が２ビーム・オシロスコープの両チャネルに入力されることによって、これらの走査信号の特性が直接検査され得る。その結果、リサージュ波形が画面上に形成される。このリサージュ波形の半径が、両走査信号の振幅と位相関係に対する目安である。この手段は、国際特許出願公開第 90/02956 号明細書及び特開平 2-36313中に記されている。
【０００４】
互いに 90 °だけ位相のずれている方形上の２つの走査信号が出力されているインクリメンタル式の位置測定装置の場合、検査が直接的に不可能である。特開平 8-29197号公報の場合、スイッチを位置測定装置内に設けることが提唱される。その結果、方形状の走査信号化又は互いに位相のずれているアナログ走査信号が、２本のデータ線に出力され得る。測定動作中、方形状の走査信号が伝送され、そしてアナログ走査信号が故障診断のために伝送される。
【０００５】
ヨーロッパ特許出願公開第 0 962 748号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第 199 11 774 号明細書によれば、位置測定装置の状態情報が、インクリメンタル式の方形状の走査信号にアナログ式に重畳して伝送される。この場合、重畳した信号のデコードが比較的困難である。
【０００６】
アブソリュート式の位置測定装置が、ドイツ連邦共和国特許出願公開第 44 22 056号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第 43 42 377号明細書中に記されている。ドイツ連邦共和国特許出願公開第 44 22 056号明細書によれば、周期的な測定目盛の互いに位相のずれている多数の走査信号が、絶対位置を生成するカウンタに入力される。この絶対位置は、２桁以上のコード語として位置測定装置からビットシリアルにデータ線を通じて順次電子機器経に伝送される。さらに、複数の監視回路が、この位置測定装置内に設けられている。これらの監視回路は、位置測定装置の機能状況を検出し、これに応じてデータ線を通じて異常情報を出力する。この場合、温度や電源が、監視対象として挙げることができる。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第 43 42 377号明細書によれば、同様に絶対位置に加えアラームメッセージ及び警報メッセージがシリアルにデータ線を通じて順次電子機器に伝送される。機能状況が、位置測定装置内で監視される。
【０００８】
本発明の課題は、一方では１つの位置情報が出力部に存在し、さらに位置測定装置が複数の情報を任意に処理し、この位置測定装置の機能状況がこれらの情報に基づいて簡単な手段によって検査可能である位置測定装置を提供することにある。
【０００９】
この課題は、請求項１に記載の位置測定装置によって解決される。
【００１０】
この位置測定装置の利点は、位置に関する情報及び機能状況の情報が、１本の共通のデータ線又はデータチャネルを通じて伝送されている点にある。さらに、デジタル伝送のために、妨害に対して非常に強いことが保証され、インターフェースの構成が安価に実現可能である。
【００１１】
本発明のもう１つの課題は、位置測定値及びデータを位置測定装置から順次電子機器に伝送可能であり、この位置測定装置の機能状況に関する情報がこれらの位置測定値及びデータに基づいて生成され得る、位置測定装置を作動させる方法を提供することにある。
【００１２】
この課題は、請求項３に記載の特徴によって解決される。
【００１３】
この方法の大きな利点は、データチャネルが１本だけで済む点にある。絶対位置及び機能状況に関するデータが、このデータチャネルを通じて伝送可能である。機能状況を示すデータの評価は、簡単でかつ既存の装置によって実現可能である。
位置測定装置の変化する状況を検出することができる。その結果、対抗措置が、機能停止前に早めに実施され得る。
【００１４】
本発明の好適な構成を図面に基づいて詳しく説明する。
【００１５】
アブソリュート式の位置測定装置１００は、公知であるように例えば多数の測定目盛２，３，４を有するスケール１から構成される。測定目盛２，３は、目盛周期が相違する周期的な目盛である。測定目盛４は、周期的でない目盛であり、擬似ランダムコードとも呼ばれている。このような位置測定装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第 41 23 722号明細書中で説明されている。
【００１６】
測定目盛２，３，４は、１本の共通の走査ヘッド５によって走査される。この走査ヘッド５は、走査目盛２〜４を走査する走査素子６〜１０を有する。走査素子６，７は、最も細かい周期的な測定目盛２に割当てられていて、その出力部で正弦状のアナログ走査信号Ｓ６，Ｓ７をその都度生成する。この場合、走査信号Ｓ６，Ｓ７が、互いに 90 °ずれている目標位相を有する。同様に、周期的な測定目盛３は、互いに 90 °だけ位相のずれている２つの走査信号Ｓ８，Ｓ９を生成する走査素子８，９によって走査される。測定目盛４は、ダイオードアレイ１０によって走査される。この場合、各アレイ素子は、１つの出力信号を出力する。図１中には、１本の線だけがこれらの走査信号Ｓ１０に対して概略的に示されている。
【００１７】
走査信号Ｓ６〜Ｓ１０は、絶対位置Ｐを生成するユニット１１に入力される。このユニット１１は、論理回路やマイクロプロセッサでもよい。走査信号Ｓ６〜Ｓ１０は、公知の方法でこの論理回路やマイクロプロセッサ内で絶対位置と結合される。その結果、位置測定値を特定する２桁以上のデジタルコード語Ｐが出力部に存在する。このデータ語Ｐは、１本のデータチャネル１２を通じてシリアルに順次電子機器、例えばＮＣ制御部３００に伝送される。これに対して、−インターフェース又はドライバとも呼ばれる−出力ユニット１４が設けられている。位置測定装置１００は、特に工作機械の可動部分に−特に電気駆動部に直接に−敷設されている。順次電子機器は、ＮＣ制御部３００である。
【００１８】
また、スケール１は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第 41 25 865号明細書のように多数の周期的な測定目盛だけを有してもよい。この場合、位置測定値が、全ての周期的な測定目盛の走査信号を論理的に結合させることによって生成される。しかしながら、スケール１は、ドイツ連邦共和国特許出願第 44 22 056号明細書のように周期的な測定目盛を１つだけ有してもよい。この場合、絶対位置が、互いに位相のずれている多数の走査信号から導かれたパルスを方向に依存して計数することによって生成される。
【００１９】
本発明によれば、デジタル形式の両走査信号Ｓ６，Ｓ７の振幅値も、特にそれぞれ少なくとも４ビットのビット幅、特に少なくとも８ビットの２桁以上のコード語Ｄ６，Ｄ７として同一のデータチャネル１２を通じて伝送可能である。これに対して、アナログ走査信号Ｓ６，Ｓ７のその時の振幅が、同一の時点ごとにサンプル・ホールド部１５，１６によって伝送される。伝送されたこれらのアナログ値はそれぞれ、振幅に比例するデジタルコード語Ｄ６，Ｄ７に変換される。これに対しては、アナログ・デジタル変換器１７，１８が、図１中に概略的に示されている。これらの振幅に比例するコード語Ｄ６，Ｄ７は、出力ユニット１４に存在する。その結果、これらのコード語Ｄ６，Ｄ７は、同様にシリアルにデータチャネル１２を通じて伝送可能である。
【００２０】
位置測定装置１００の機能状況を検出するために必要なデータが、この手段によってデータチャネル１２上で任意に処理可能である。互いに位相のずれている走査信号Ｓ６＝ＳＡ６＊sin ωt とＳ７＝ＳＡ７＊cos ωt とが精確に目標位相位置Φ＝ 90 °だけ互いに移相しているかどうか、要求された信号振幅を有するかどうか及び両走査信号Ｓ６，Ｓ７の信号振幅ＳＡ６，ＳＡ７が等しいかどうかが検査され得る。これらのパラメータに基づいて、走査間隔（スケール１と走査ヘッド５との間の間隔）が正しく設定されているかどうか、スケール１が汚れているかどうか又は走査ヘッド５がスケールに対してねじれているかどうか（モアレ角度）が確認され得る。
【００２１】
位置測定装置１００の機能状況を評価し表示するため、診断装置２００がデータチャネル１２に接続されている。
【００２２】
半径Ｒ＝√（Ｓ６2 ＋Ｓ７2 ）が、その都度同時に伝送される走査信号Ｓ６，Ｓ７の対の値Ｄ６，Ｄ７から算出される。連続する対の値が、一連の半径の値Ｒを生成する。これらの半径の値Ｒは、リサージュ波形２０１を形成する。連続して算出された半径の値Ｒの結果として得られたこのリサージュ波形２０１は、画面２０２上に表示される。図２中には、リサージュ波形２０１の半径の値Ｒ１，Ｒ２が２つだけ示されている。リサージュ波形２０１の代わりに、国際特許出願公開第 90/02956 号明細書やヨーロッパ特許出願公開第 0 836 080号明細書のように棒線で表示することも可能である。伝送される走査信号Ｓ６，Ｓ７を表示するため、コード語Ｄ６，Ｄ７又は以下でさらに詳しく説明する規格化したコード値Ｄ６′，Ｄ７′が、診断装置２００内でデジタル・アナログ変換され、公知の方法でリサージュ波形として表示され得る。走査信号Ｓ６，Ｓ７の特性が個々の要求に応じて評価され得るので、この表示は特に有効である。この表示がこの範囲内で必要ない場合、走査信号Ｓ６，Ｓ７のプリセットされた基準をもはや満たさないときに、診断装置２００が評価だけを又はさらに付加的に自発的に実施し、警告メッセージ又はアラームメッセージを出力する。
【００２３】
機能状況の評価をとりわけ簡単に実施できるようにするため、振幅ＳＡ６又はＳＡ７に対する１つの目標値Ｎが、位置測定装置１００内に記憶されている。このことには、走査信号Ｓ６，Ｓ７又はＤ６，Ｄ７の実際の振幅が、目標の振幅Ｎに直接関係付けられることによって、出力されるコード語Ｄ６，Ｄ７が位置測定装置１００内で機器に関係なく規格化できるという利点がある：
Ｓ６／Ｎ＝Ｓ６′
Ｓ７／Ｎ＝Ｓ７′
このとき、規格化された振幅値Ｓ６′，Ｓ７′が、振幅に比例するコード語Ｄ６′，Ｄ７′として伝送される。そのため、診断装置２００は、多種多様な位置測定装置１００に対して同様にかつ機器に関係なく構成され得る。許容限界Ｔ１，Ｔ２は、走査信号Ｓ６，Ｓ７の機器に固有の絶対振幅に関係なくプリセットされ表示され得る。
【００２４】
これとは別に、位置測定装置内に記憶された目標値Ｎをデジタル値として診断装置２００に伝送して、この診断装置２００内で規格化を実施してもよい。
【００２５】
同様に、プリセットされている許容限界Ｔ１，Ｔ２を位置測定装置１００内に記憶して、デジタル値としてデータチャネル１２を通じて診断装置２００に伝送してもよい。
【００２６】
診断装置２００は、ＮＣ制御部３００に内蔵された構成要素でもよい。この場合、画面２０２は、特にＮＣ制御部の画面である。
【００２７】
振幅に比例するコード語Ｄ６，Ｄ７の伝送も、ＣＲＣ（周期冗長検査）を構成し伝送することによって検査され得るので、確実な伝送が保証されている。
【００２８】
図３中には、信号伝送のプロトコルが概略的に示されている。位置の絶対値Ｐが、命令Ｆによって順次電子機器−ＮＣ制御部３００−から要求される。この要求は、独立した信号線を通じて又は双方向的に構成されたデータチャネル１２を通じて実行される。位置測定装置１００と順次電子機器３００との間のデータ伝送を同期させるため、同期シリアル伝送が有効に実現される。この場合、伝送サイクルを順次電子機器３００から位置測定装置１００に伝送するための図示しなかった１本のサイクル線が、公知の方法で位置測定装置１００と順次電子機器３００との間に配置されている。
【００２９】
位置測定装置１００は、この要求命令Ｆに基づいてコード語Ｐとしての１つの位置測定値と１つの診断情報ＤＷとから構成された１つのデータパケットを送信する。この診断情報ＤＷは、好ましくは１つのアドレスＡとそれに割当てられたデータＤとから成る１つのブロックから構成されている。伝送の信頼性を高めるため、−ＣＲＣとも呼ばれる−１つの検査情報が、位置測定値Ｐと診断情報ＤＷとから生成され、データパケット内に伝送される。
【００３０】
この示された例では、診断情報ＤＷが、１つのアドレスＡ及びそれに割当てられた複数のデータだけから構成される。しかし、このデータパケットは、多数のアドレス及び／又はデータを含んでもよい。
【００３１】
アドレスＡ１が診断動作条件 (Diagnosedetriebsart)を決定できる。この場合、後続するデータＤ１は、内容と後続するプロトコルで伝送される診断情報の順序とに関する符号である。振幅に比例する走査信号Ｓ６のコード語Ｄ６が後で伝送されるように、その他のアドレスを示す診断値がアドレスＡ６を決定する。
【００３２】
さらなる要求Ｆと実際の位置測定値Ｐの伝送後に、走査信号Ｓ７の信号に比例するコード語Ｄ７が伝送される。このコード語Ｄ７は、アドレスＡ７によって特定されている。両コード語Ｄ６，Ｄ７は、両走査信号Ｓ６，Ｓ７の同時（時点 t1 ）に伝送される振幅値から導き出される。
【００３３】
後続する要求Ｆでは、位置測定値Ｐに加えて、（ヨーロッパ特許発明第 0 707 384号明細書にしたがって算出された）評価数(Bewertungszahl)又は温度としてのコード語連結特性(Codewertanschlussqualitaet)Ｄ８のような新たな診断値が、それに割当てられたアドレスＡ８と共にさらに伝送され得る。時点t1に割当てられて記述可能な診断に必要な全ての診断値が伝送されると、走査信号Ｓ６，Ｓ７の新たな値の対が、振幅に比例するコード語Ｄ６，Ｄ７の形態で同様に伝送される。このとき伝送されるコード語Ｄ６，Ｄ７は、同時（第２の時点t2）に伝送される両走査信号Ｓ６，Ｓ７の振幅値から同様に導き出される。
【００３４】
診断情報ＤＷは、複数の部分ブロックで伝送してもよい。例えば、コード語Ｄ６の一部だけを有するアドレスを第１位置測定値Ｐと共に伝送し、そしてそのコード値Ｄ６の残りの部分を有するもう１つのアドレスを第２位置測定値Ｐと共に伝送してもよい。同様に、アドレスだけが位置測定値Ｐと共に伝送され、そしてそれに付随するデータがその次の位置測定値Ｐと共に伝送されることが可能である。
【００３５】
共通の時点t1又はt2に属する診断情報ＤＷのデータの流れは、好ましくは開始情報と終了情報とによって区切られる。この開始情報又は終了情報は、この例ではデータＤ１を有するアドレスＡ１である。データＤ６(t1)，Ｄ７(t1)，Ｄ８(t1)が、これらの情報ＤＷ間に含まれている。これらのデータＤ６(t1)，Ｄ７(t1)，Ｄ８(t1)は、共通の時点t1に検出されて位置測定装置１００内に記憶される。
【００３６】
これらのデータは、データチャネル１２上で同期シリアルに又は非同期に伝送される。
【００３７】
この説明したデータプロトコルには、位置測定装置１００の状況監視がオンラインで、すなわち接続されていて作動中にあるＮＣ制御部３００でも可能であるという利点がある。診断装置２００は、ＮＣ制御部３００の前に接続されていて、到着するデータ流の番地付けに基づいてデータＤ６，Ｄ７を濾波して診断する。これに対して、フィルタ２０３が図２中に概略的に示されている。ＮＣ制御部３００の制御に必要なデータＰが、ＮＣ制御部３００へ到達する。すなわち、診断装置２００が同時に受信する。
【００３８】
説明した動作方式の代わりに、位置測定装置１００を或る動作方式では絶対位置測定値Ｐだけを、別の動作方式では診断値だけを走査信号Ｄ６，Ｄ７の対の値と共にシリアルデータチャネル１２を通じてビットシリアルに伝送してもよい。したがって、位置測定装置１００は、測定動作部と診断動作部との間で切替えられ得る。この切替えは、双方向に可能なデータチャネル１２上で診断装置２００又はＮＣ制御部３００によって実施できる。
【００３９】
最も小さい目盛周期を有するスケール２の走査信号Ｓ６，Ｓ７の瞬時値が位置測定装置１００の診断に使用されると、特に好ましい。しかし、別の測定目盛トラック３の瞬時値又は追加的に新たな測定目盛トラック３の瞬時値をデータチャネル１２を通じてシリアルに出力することも可能である。
【００４０】
監視すべき互いに位相のずれている走査信号Ｓ６，Ｓ７は、必ず測定目盛２だけから導き出す必要はない。これらの走査信号Ｓ６，Ｓ７は、測定方向ｘに対して横方向に互いに間隔をあけて配置されている２つの独立した測定目盛からのものでもよい。互いに位相のずれている走査信号Ｓ６，Ｓ７の目標値は、90°に限定されない。すなわち、例えばそれぞれ 120°だけ互いに位相のずれている走査信号の振幅に比例するコード語を使用してもよい。測定目盛は、光電的に、磁気的に、誘導的に又は容量的に走査可能に構成され得る。位置測定装置は、直線的な又は回転的な位置測定に対して構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の位置測定装置を示す。
【図２】 位置測定装置の診断装置を示す。
【図３】 データ伝送のプロトコルを示す。
【符号の説明】
１ スケール
２ 測定目盛
３ 測定目盛
４ 測定目盛
５ 走査ヘッド
６ 走査素子
７ 走査素子
８ 走査素子
９ 走査素子
１０ 走査素子
１１ ユニット
１２ データチャネル
１４ 出力ユニット
１５ サンプル・ホールド部
１６ サンプル・ホールド部
１７ アナログ・デジタル変換器
１８ アナログ・デジタル変換器
１００ 位置測定装置
２００ 診断装置
２０１ リサージュ波形
２０２ 画面
２０３ フィルタ
３００ ＮＣ制御部
Claims (9)
- −走査要素（６〜１０）に対して相対移動する少なくとも１つの周期的な測定目盛（２，３，４）に割当てられていて、この測定目盛（２，３，４）を走査する走査素子（６〜１０）を有し；
−絶対位置測定値を生成するユニット（１１）を有し、この場合、多数の走査素子（６〜１０）の走査信号（Ｓ６〜Ｓ１０）が、このユニット（１１）に存在し、この絶対位置を特定するコード語（Ｐ）が、この出力部に存在し；
−データチャネル（１２）にこのコード語（Ｐ）をデジタルでビットシリアルに出力する出力ユニット（１４）を有する位置測定装置において、
−少なくとも１つの周期的な測定目盛（２）の走査素子（６，７）の互いに位相のずれている多数のアナログ走査信号（Ｓ６，Ｓ７）をそれぞれ、振幅に比例する２桁以上のコード語（Ｄ６，Ｄ６′，Ｄ７，Ｄ７′）に変換する変換装置（１７，１８）を特徴とし、この場合、これらのコード語（Ｄ６，Ｄ６′，Ｄ７，Ｄ７′）は、このデータチャネル（１２）を通じてビットシリアルに出力するための出力ユニット（１４）に同様に存在し、この出力ユニット（１４）を通じてデータチャネル（１２）にデジタル式にビットシリアルに伝送可能であることを特徴とする位置測定装置。 - 記憶器（１５，１６）が、出力ユニット（１４）に前置接続されていて、時点（ｔ１）に受取った走査信号（Ｓ６）のうちの１つの走査信号の１つの振幅値、及び同じ時点（ｔ１）に受取ったこの走査信号に対して位相のずれている走査信号（Ｓ７）の振幅値が、これらの記憶器（１５，１６）内に記憶されていることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
- 位置に依存した走査信号（Ｓ６，Ｓ７）を生成する少なくとも１つの周期的な測定目盛（２）が走査され、１つの絶対位置測定値が、多数の走査信号（Ｓ６〜Ｓ１０）から生成され、この絶対位置測定値は、絶対コード語（Ｐ）として１本のデータチャネル（１２）を通じて順次電子機器（２００，３００）にビットシリアルに伝達される位置測定装置（１００）を作動させる方法において、互いに位相のずれている多数のアナログ走査信号（Ｓ６，Ｓ７）がそれぞれ、振幅に比例する２桁以上のコード語（Ｄ６，Ｄ６′，Ｄ７，Ｄ７′）に変換され、絶対位置を特定するこのコード語（Ｐ）及び振幅に比例するコード語（Ｄ６，Ｄ６′，Ｄ７，Ｄ７′）が、このデータチャネル（１２）を通じて順次電子機器（２００，３００）にビットシリアルに伝送されることを特徴とする方法。
- 振幅に比例するコード語（Ｄ６，Ｄ７）は、２つの周期的な正弦状のアナログ走査信号及び 90 °だけ互いに移相しているアナログ走査信号（Ｓ６＝ＳＡ６＊ sin ω t 及びＳ７＝ＳＡ７＊ cos ω t ）の同時の瞬時値から導き出されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 走査信号（Ｓ６，Ｓ７）の瞬時値が位置測定装置（１００）内に記憶された規格化係数と関係付けられることによって、振幅に比例するコード語（Ｄ６，Ｄ７）が規格化されることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
- 絶対位置を特定する１つのコード語（Ｐ）が、順次電子機器（３００）から要求されること、及び、この絶対位置を特定するこのコード語（Ｐ）及びさらに振幅に比例するコード語（Ｄ６，Ｄ７）の少なくとも一部がビットシリアルに伝送されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。
- １つのアドレス（Ａ６，Ａ７）が、振幅に比例する各コード語（Ｄ６，Ｄ７）に割り当てられていて、このアドレス（Ａ６，Ａ７）は、同様にデータチャネル（１２）を通じて伝送されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の方法。
- 振幅に比例するコード語（Ｄ６，Ｄ７）は、診断装置（２００）に入力されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の方法。
- 診断装置（２００）は、振幅に比例するコード語（Ｄ６，Ｄ７）から走査信号（Ｓ６，Ｓ７）の振幅の高さ及び／又は位相位置に関する値（Ｒ）を生成して表示することを特徴とする請求項８に記載の方法。
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