JP4351162B2 - 位置測定装置を作動する方法とこのために適した位置測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、位置測定装置を作動する方法並びにこのために適した位置測定装置に関する。

自動化範囲に設置される位置測定装置において、位置測定装置間のデータの後置された次の電子部への伝送はしばしばディジタル連続インタフェースを介して行われる。この場合に、位置測定装置の側では、この位置測定装置が内部インタフェースユニットを介して通信ユニットと接続されている信号発生ユニットを有する構成が企図されている。さらに、通信ユニットを介して次の電子部との通信が行われる。信号発生ユニットによって例えば公知の方法ではアナログの位置依存信号は適した測定目盛の走査から発生して、通信ユニットを介して連続形態で次の電子部に伝送するために、適切に評価される。内部インタフェースユニットはモジュール式システム概念の範囲内で柔軟な種々の通信ユニットと種々の信号発生ユニットと組合せできるように設けられている。

根本的に時間臨界的なものとしてそのような構成において次の電子部から信号発生ユニットへの測定データ要求指令の伝送と信号発生ユニットによるその指令の処理、即ち本来の測定値検出とを判断すべきである。測定データ要求指令を介して、例えば現実の位置データが位置測定装置から調整目的のために呼び出される。高い調整品質を次の電子部の側に保証するために、測定データ、その都度の位置データの出来るだけ遅延のない検出が望ましい。
欧州特許第６６０２０９号明細書（特許文献１）は、処理ユニットからビットにて連続伝送するデータ用語の形態の指令を伝達されて、この指令に依存して位置測定値或いはパラメータが位置測定装置から要求される、或いはパラメータが位置測定装置まで送信される。
さらに米国特許出願公開２００１年第１５４０号明細書（特許文献２）は、既により早い時点で測定され、位置測定値が位置データ要求の時点の現実の位置の値に一致するように数学的に訂正される位置測定値に基礎を置いている、位置測定値が位置データ要求において伝達されている位置測定装置を記載する。位置測定値の精度は訂正するために必要としたパラメータの精度、例えば位置測定値の検出と位置データ要求の到着との間の時間間隔並びに位置測定値の変更速度（例えば位置測定装置により監視された工作機械軸の走行速度）に依存することは、この種の位置測定装置における欠点である。
欧州特許第６６０２０９号明細書 米国特許出願公開２００１年第１５４０号明細書

それ故に、この発明の課題は、上記構成の内部に測定データ要求指令の出来るだけ遅延されない処理が位置測定装置の側に保証され得る位置測定装置を作動する方法並びに適切な位置測定装置を提供することである。

前記課題は、請求項１の特徴事項を備える方法によって解決される。

この発明の方法の好ましい実施態様は、請求項１に依存する特許請求の範囲において実施されている処置から生じる。

第二課題は、請求項８の特徴事項を備える位置測定装置によって解決される。

この発明の位置測定装置の好ましい実施態様は、請求項８に依存する特許請求の範囲において実施されている処置から生じる。

この発明によると、今や、信号発生ユニットへ或いはによって測定データ要求指令の時間臨界的伝送と処理の際に位置測定装置の内部インタフェースユニットを迂回し、適切な指令が出来るだけ難なく時間的遅延を信号発生ユニットへ伝送することが企図されている。インタフェースユニットに生じる追加的信号処理時間は時間臨界的測定データ要求指令のために回避されるので、測定データ要求指令の時間限定された処理が保証されている。

この発明の処置は、増分式或いは絶対的位置測定装置が重要であるか否かと無関係に、或いはそれぞれの走査兼信号発生原理と無関係に種々の位置測定装置と接続して挿入され得る。

この発明の他の利点並びに詳細は任意の図の次の記載から生じる。

図１は次の電子部１００と接続するこの発明の位置測定装置１０の可能な実施態様の概略ヅロック線図を示す。この場合に、全システムの種々の成分はより良い明瞭性の理由から強力に概略的に示されている。

位置測定装置１０は例えば公知の増分式或いは絶対的位置測定システムとして形成されることができる、その位置測定システムはおよそ工作機械に二つの互いに移動する物体の位置を求めるために用いられる。次の電子部としてその用途において工作機械数値制御部が作用する。

データの伝送は位置測定装置１０と次の電子部１００との間で双方向連続（Seriell)形態の一つのデータチャンネル５０を介して行われる。このために、データチャンネル５０は二つの概略的に示された第一信号伝送電線５１、５２を包含し、それら電線を介してデータの伝送は矢印によって示された方向において行われる。しかし根本的にデータチャンネル５０は他にも形成され得る。

位置測定装置１０の側では、次の電子部１００とのデータ交換を進行するために入口側で概略的に示された通信ユニット１２が設けられていて、次の電子部１００へのそれぞれのデータの送信或いは次の電子部からそれぞれのデータの受信を担当する。選定されたインタフェース物理或いは使用されたインタフェースプロトコールに応じて通信ユニット１２は種々に形成され得る。即ち、この発明は種々のインタフェース概念と場合によってはバス概念と接続して設置され得る。

通信ユニット１２は図１において概略的形態で単に唯一のユニットとして示されているけれども、実際には明らかにより複雑に形成され得る。通信ユニットの概念は、根本的に次の電子部と通信するために必要である位置測定装置の側における総ての必要とされた構成要素と成分を包含する。これは、インタフェース特有のプロトコール構成要素、導体駆動部、導体受信機、伝送、制御、周期データ回収構成要素のほかに必要な差込み結合部などまでの多数のハードとソフトウエア要素であり得る。

本来の測定データを発生するために、位置測定装置１０は更に同様に概略的に示された信号発生ユニット１１を包含する。この信号発生ユニットを介して位置測定装置において測定データ、特に位置データの発生が行われる。この場合に相対的にこのために移動可能な走査ユニットにより図示されない測定目盛の走査から位置データの発生が行われ、走査ユニットは適した走査要素を包含する。走査原理として種々の公知の変形態様が考慮の対象になる、つまり、例えば光学的、磁気的に、容量的或いは誘導的走査がそれぞれの位置依存アナログ信号によって発生可能である。発生した位置データでは、さらに種々の種類の位置データ、例えば増分式位置データ、絶対的位置データなどが重要である。それぞれの位置データを発生するための多様の可能性に基づいて信号発生ユニットは図１において単に概略的に示されている。

任意に、それぞれの位置測定装置１０においてさらに信号処理手段１５が配置可能であり、その信号処理手段を介して発生した大抵はアナログの−測定データ或いは位置データが再処理される。発生した位置データの再処理のためにも、位置測定装置の種類とその適用とに応じて、種々の可能性が存在する。例えば、さらにおよそＡ／Ｄ変換と引き続くディジタル信号処理が行われる前に、この場合に信号前処理、信号濾過、信号適用が重要であり得る。ディジタル信号処理の範囲内で同様に多様な方法が企図されて、例えば信号修正、信号補間、信号監視、信号判断などが企図されている。信号処理するこの多様な可能性に基づいて信号処理手段１５は図１において更に単に概略的に示され、それ故に、信号処理手段１５は無論複数の構成要素から成り立つ。

既に冒頭に示されるように、この発明の位置測定装置１０はさらに内部インタフェースユニット１３を包含する。その内部インタフェースユニット１３は物理的ユニットとしてではなく、むしろ論理的ユニットとして理解され、その論理的ユニットは一方で信号発生ユニット１１と任意の信号処理手段１５との間に、他方では通信ユニット１２に配置されている。信号発生する柔軟な種々の態様が種々の信号伝送原理と次の電子部１００の方向に組合せできるから、内部インタフェースユニット１３は特にモジュール式システム構成に関して目的に適っていることが明らかである。他の言葉で表現すると、信号発生ユニット１１と場合によっては信号処理手段１５との種々の変形態様は、使用に依存して柔軟に通信ユニット１２と組合せできる。

内部インタフェースユニット１３はこのために公知の種類と方法で双方向インタフェースとして形成され、さらに種々のインタフェース構成が考慮される。図１においてそれはアドレス指定チャンネル２１とデータ送信チャンネル２２とによって示される。

本発明の範囲内で目下、特に時間臨界的測定データ要求指令ＲＱは、次の電子部１００からデータチャンネル５０の信号伝送電線５１を介して伝送され、内部インタフェースユニット１３の迂回下で信号発生ユニット１１に伝送し、そこで出来るだけ迂回するその信号処理、即ち測定値検出をさせるように企図されている。これは図１に示されるように行われる、と言うのは測定データ要求指令ＲＱは個別のデータチャンネル１４を介して信号発生ユニット１１の方向に伝送される、つまりその他の点では位置測定装置１０において信号伝送するために利用された内部インタフェースユニット１３を介して伝送されないからである。例えば個別のデータチャンネル１４は内部インタフェースユニット１３を迂回する個別の接続導線として形成されている。

両交互の個別のデータチャンネル１４ａ，１４ｂにより図１から明らかであるように、測定データ要求指令ＲＱは、データチャンネル１４ａを介して直接に信号発生ユニットに伝達することが企図されている。交互に測定データ要求指令ＲＱがデータチャンネル１４ｂを介して信号処理ユニット１５に伝達されることが可能である。後者は、測定データの伝送が本来の位置データに由来する次の電子部１００により要求されるときに、およそ企図され得る。この場合に位置データの誘導から生じる例えば測定データ、例えば加速或いは衝撃が重要である。それで、位置データからの適切な信号処理と信号評価は信号処理ユニット１５において行われる。

通信ユニット１２の説明された迂回のために、次の電子部１００から伝送されるデータ流における測定データ要求指令ＲＱを確認して分別することが必要である。この目的のために、位置測定装置１０或いは通信ユニット１２には適切なユニット１６と個別のデータチャンネル１４の形態の迂回手段が付属されていて、この機能と一致する。信号伝送電線５２に到来するデータ流において、測定データ要求指令ＲＱが確認され分別され、データチャンネル１４を介して内部インタフェースユニット１３の迂回下で信号発生ユニット１１の方向に迂回される。このために、分別された測定データ要求指令ＲＱは適切に評価されるので、信号発生ユニット１１への所望の遅延のない伝送が行われる。そこに必要となった信号処理時間に基づくその他の点で内部インタフェースユニット１３に生じる遅延はこの発明の処置に基づいて省略する。位置測定装置１０の側における迂回する測定値検出が保証される。

図２はこの発明の位置測定装置１０の好ましい実施態様を詳細に示す。明瞭性の理由から、通信ユニット１２並びに測定データ要求指令ＲＱ用の迂回手段を準備するユニット１６はデータ伝送ユニット３０に集中される。同様に信号発生ユニット１１と任意の信号処理ユニット１５はデータ検出ユニット３１に集中されている。論理ユニットとしてデータ伝送ユニット３０とデータ検出ユニット３１との間のデータ交換を制御する内部インタフェースユニット１３は単に概略的に示されている。より良い理解のために、総ての図における同じ成分は同じ参照符号を備えている。

データ伝送ユニット３０からデータ検出ユニット３１までのデータの伝送はアドレス指定チャンネル２１によって行われる。逆方向において、つまりデータ検出ユニット３１からデータ伝送ユニット３０までのデータの伝送はデータ送信チャンネル２２によって行われる。

アドレス指定チャンネル２１はデータ要求指令を送信し且つデータ伝送ユニット３０からデータ検出ユニット３１までのパラメータを伝送するのに用いられる。ｎ個のアドレス指定導線ＡＳ０−ＡＳ（ｎ-1) を介してデータは連続データパッケンの形態のアドレス周期導線ＡＤＲ−ＣＬＫへの周期信号と同期して伝送される。アドレス指定導線の数ｎは任意であり、ここではデータ技術にて通常は数２（１，２，４，８，．．．．）の累乗（Potenz) が選択される。他の基準は例えば使用された伝送プロトコールの複雑性、伝送すべきデータの量、並びにデータ伝送構成要素における意のままになる接続部の数である。この好ましい実施態様には、ｎ＝２が選定されている。

データ検出ユニット３１により要求されるデータの種類は、その場合に位置データ或いは測定データに制限されない。それで、例えばミス通知、保守と判断値の送信も準備される。その他にアドレス指定チャンネル２１を介して、データ検出ユニット３１の作動のために必要とされるパラメータ、例えば修正値が伝送され得る。

データ送信チャンネル２２はデータ検出ユニット３１からデータ伝送ユニット３０までの要求されたデータを伝送するのに用いられる。そのためにｍ個のデータ導線Ｄ０−Ｄ（ｍ-1）並びにデータ周期導線ＤＡＴＡ−ＣＬＫが設けられている。データ導線の数ｍも任意であり、アドレス指定導線の数ｎの場合と同じ選択基準を適用する。記載例では、ｍ＝４である。

データ導線Ｄ０−Ｄ（ｍ-1）へのデータの伝送はデータ周期導線ＤＡＴＡ−ＣＬＫへの周期信号と同期して行われる。その際に、データ周期導線ＤＡＴＡ−ＣＬＫへの周期信号としてデータ検出ユニット３１における信号運転時間だけ遅延されたアドレス周期導線ＡＤＲ−ＣＬＫへの周期信号が使用されるときに特に好ましい、と言うのは簡単な方法で同期データ伝送用の周期信号が得られ、それ故にデータ検出ユニット３１において個別の周期信号が発生されないからである。アドレス周期導線ＡＤＲ−ＣＬＫへの周期信号とデータ周期導線ＤＡＴＡ−ＣＬＫへの周期信号とは通常には極めて僅かであり、図３にて時点ｔ1'によって示され、その時点は信号運転時間だけ遅延された時点ｔ1 に一致する。

測定データ要求指令ＲＱは上述のように次の電子部１００から伝送されるデータ流から確認され、分別され、個別のデータチャンネル１４を介してデータ検出ユニット３１まで案内される。この配置によって生じる時間の節約は図３において明確に認識できる。

図３は測定データ要求の時間的経過の信号線図を示す。初めに時点ｔ0 でデータ検出ユニット３１の個別のデータチャンネル１４上の下降面が測定データ要求指令ＲＱに信号化されて、測定データ検出がそれ以上の時間遅延なしに開始される。データ伝送ユニット３０における処理時間に依存するある時間後に初めて、時点ｔ1 でアドレス周期導線ＡＤＲ−ＣＬＫへの周期信号が開始される。引き続いてアドレス周期導線ＡＤＲ−ＣＬＫへの周期信号と同期して時点ｔ2 から導線ＡＳ０とＡＳ1 を介して連続データパッケトはデータ伝送ユニット３０からデータ検出ユニット３１までの要求されたデータの種類に関する情報を備えて伝送される。

この発明の迂回処置なしの位置測定装置における時点ｔ1 は測定データ検出が開始され得る最も早い時点であるから、この発明の位置測定装置の時間の節約はｔ1 とｔ0 の差から算出される。

時点ｔ3 で要求されたデータがデータ検出ユニット３１に準備されるときに、データ伝送ユニット３０への伝送は連続データパッケトの形態のデータ導線Ｄ0 −Ｄ3 を介して開始する。この発明の処置なしに時点ｔ3 はｔ1 とｔ0 の差だけ遅延される、即ちデータの伝送は最初に明らかに遅れて開始し得る。既に記載のように、伝送はデータ周期導線ＤＡＴＡ−ＣＬＫへの周期信号に同期して進行する。時点ｔ4 でデータ伝送が終了されるときに、測定データ要求指令ＲＱが処理される個別のデータチャンネル１４上の上昇面が信号化される。データ伝送の終了にはアドレス周期導線ＡＤＲ−ＣＬＫへとデータ周期導線ＤＡＴＡ−ＣＬＫとへの周期信号も停止される。

連続データパッケトの構成が任意であり得る。本来的に伝送すべきデータのほかに、データは例えばデータパッケト、状態情報或いは検査総和の内容と大きさの指示も包含し得る。

データ検出ユニット３１とデータ伝送ユニット３０との間の通信が二つの別々のデータチャンネルを経過するので、データ伝送の終了前に別のデータを要求をすることが可能である。

説明された実施例のほかに、この発明の範囲内で無論別の実施態様が存在する。

次の電子部と接続するこの発明の位置測定装置の可能な実施態様の概略ブロック線図を示す。 この発明の位置測定装置の好ましい実施態様を示す。 図２に基づく位置測定装置における測定データ要求の時間的経過の信号グラフを示す。

符号の説明

１０．．．．．位置測定装置
１１．．．．．信号発生ユニット
１２．．．．．通信ユニット
１３．．．．．内部インタフェースユニット
１４．．．．．データチャンネル
１５．．．．．信号処理ユニット
１６．．．．．ユニット
２１．．．．．アドレス指定チャンネル
２２．．．．．データ送信チャンネル
３０．．．．．データ伝送ユニット
３１．．．．．データ検出ユニット
５０．．．．．データチャンネル
５１．．．．．信号伝送電線
５２．．．．．信号伝送電線
１００．．．．次の電子部

Claims (15)

1. 位置データを発生する信号発生ユニット（１１）を有し、通信ユニット（１２）を介して次の電子部（１００）と接続されていて、信号発生ユニット（１１）と通信ユニット（１２）との間のデータの伝送が内部インタフェースユニット（１３）を介して行われる、位置測定装置（１０）を作動する方法において、次の電子部（１００）から位置測定装置（１０）に伝送される測定データ要求指令（ＲＱ）を直接に測定データを発生するために内部インタフェースユニット（１３）の迂回下で信号発生ユニットに伝送する工程と、
   測定データ要求指令（ＲＱ）のシリーズとして発生された位置データを信号発生ユニット（１１）から通信ユニット（１２）まで内部インタフェースユニット（１３）を介して伝送する工程とから成ることを特徴とする方法。
2. 測定データ要求指令（ＲＱ）は個別のデータチャンネル（１４）を介して信号発生ユニット（１１）に伝送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 測定データ要求指令（ＲＱ）は個別の接続電線を介して信号発生ユニット（１１）に伝送されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 通信ユニット（１２）において測定データ要求指令（ＲＱ）は次の電子部（１００）から伝送するデータ流にて確認されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 確認された測定データ要求指令（ＲＱ）は通信ユニット（１２）から内部インタフェースユニット（１３）に伝達されるデータ流から分離されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 位置測定装置において、測定データを発生する信号発生ユニット（１１）と、位置測定装置（１０）が次の電子部（１００）と接続されている通信ユニット（１２）と、信号発生ユニット（１１）及び通信ユニット（１２）の間のデータの伝送が行われる内部インタフェースユニット（１３）とを備え、この際に迂回手段が設けられ、その迂回手段によって次の電子部（１００）から位置測定装置（１０）に伝送される測定データ要求指令（ＲＱ）が直接に測定データを発生するために内部インタフェースユニット（１３）の迂回下で信号発生ユニット（１１）に伝送可能であることを特徴とする位置測定装置。
7. 迂回手段は通信ユニット（１２）と信号発生ユニット（１１）との間の個別のデータチャンネル（１４）を包含することを特徴とする請求項６に記載の位置測定装置。
8. データチャンネル（１４）は個別の接続電線として形成されていることを特徴とする請求項７に記載の位置測定装置。
9. 迂回手段はさらに一つのユニット（１６）を包含し、そのユニットを介して次の電子部（１００）から伝送するデータ流における測定データ要求指令（ＲＱ）の確認とこのデータ流から確認された測定データ要求指令（ＲＱ）の分離とが行われることを特徴とする請求項６に記載の位置測定装置。
10. 通信ユニット（１２）は位置測定装置（１０）と次の電子部（１００）との間の双方向連続通信が可能であるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の位置測定装置。
11. 信号発生ユニット（１１）と内部インタフェースユニット（１３）との間に別の信号処理手段（１５）が配置されていて、その信号処理手段を介して発生した位置データの処理が可能であることを特徴とする請求項６に記載の位置測定装置。
12. 内部インタフェースユニット（１３）から信号発生ユニット（１１）へのデータ伝送がアドレス指定チャンネル（２１）を介して且つ信号発生ユニット（１１）から内部インタフェースユニット（１３）へのデータ伝送がデータ送信チャンネル（２２）を介して行われることを特徴とする請求項６に記載の位置測定装置。
13. アドレス指定チャンネル（２１）は一つのアドレス周期電線（ＡＤＲ−ＣＬＫ）とｎ本のアドレス電線（ＡＳ０−ＡＳ（ｎ−１））とから成り立ち、アドレス周期電線（ＡＤＲ−ＣＬＫ）における周期信号と同期するデータ伝送はｎビットの幅広連続データパケットにて行われることを特徴とする請求項１２に記載の位置測定装置。
14. データ送信チャンネル（２２）は一つのデータ周期電線（ＤＡＴＡ−ＣＬＫ）とｍ本のデータ電線（Ｄ０−Ｄ（ｍ−１））とから成り立ち、データ周期電線（ＤＡＴＡ−ＣＬＫ）における周期信号と同期するデータ伝送はｍビットの幅広連続データパケットにて行われることを特徴とする請求項１２に記載の位置測定装置。
15. データ周期電線（ＤＡＴＡ−ＣＬＫ）における周期信号は信号発生ユニット（１１）にて信号発生時間だけ遅延されたアドレス周期電線（ＡＤＲ−ＣＬＫ）における周期信号から成ることを特徴とする請求項１２に記載の位置測定装置。

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