KR101742319B1

KR101742319B1 - 위치 측정 장치의 스캐닝 유닛

Info

Publication number: KR101742319B1
Application number: KR1020100088933A
Authority: KR
Inventors: 리프 프리드리히; 쉬리히트너 루드비히
Original assignee: 닥터요하네스하이덴하인게엠베하
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2017-06-15
Also published as: DE102009046773A1; US20110116102A1; EP2325609A3; US8633428B2; ES2550977T3; EP2325609A2; EP2325609B1; KR20110055372A

Abstract

본 발명은, 위치 측정 장치의 스캐닝 유닛(2)에 있어서, 상호 간에 위상 편이된 주기적인 스캐닝 신호들(S1, S2)의 진폭(A)을 제어하기 위한 제어 장치(4)를 포함하는 상기 스캐닝 유닛(2)에 관한 것이다. 제어 장치(4)는 진폭(A)에 따라 녹색으로 점등되는 광원(51)과 빨간색으로 점등되는 광원(52)의 광도를 상호 간에 반대로 변하게 하는 제어 유닛(controlling device, 41)을 포함한다. 제어 장치(4)는, 진폭(A)에 따라 두 광원(51, 52)의 점등을 단속하는 추가 제어 유닛(42)을 포함하되, 이때 연속되는 단속의 횟수는 진폭(A)에 대한 기준이 된다.

Description

위치 측정 장치의 스캐닝 유닛{SCANNING UNIT OF A POSITION MEASURING DEVICE}

본 발명은 위치 측정 장치의 스캐닝 유닛에 관한 것이다. 스캐닝 유닛은 스캐닝 유닛의 적어도 하나의 아날로그 스캐닝 신호의 진폭을 제어하기 위한 제어 장치와, 진폭 높이를 신호화하기 위한 디스플레이 유닛을 포함한다.

스캐닝 신호의 제어는 특히 위치 측정 장치의 장착 시에 필요하다. 신호 품질과, 그에 따른 측정 정밀도는 상당 부분 측정 유닛에 상대적인 스캐닝 유닛의 정확한 조정에 따라 결정된다. 증분식 위치 측정 장치에서 높은 측정 정밀도를 보장하려면, 스캐닝 유닛에 의해 생성되는 스캐닝 신호는 높고 동일한 진폭 및 90°의 상호 간 위상 편이를 보유해야 한다. 진폭은 실질적으로 측정 유닛에 상대적인 스캐닝 유닛의 위치에 의해 결정되되, 다시 말하면 측정 유닛에 상대적으로 측정 방향에 대해 수직을 이루는 스캐닝 유닛의 이격 거리, 회전, 및 측면 변위에 의해 결정된다.

EP 0 514 081 B1에 따르면, 스캐닝 신호들은 제어 장치로 공급되고, 제어 장치는 진폭을 한계값과 비교한다. 진폭이 상기 한계값을 하회하면, 스캐닝 유닛이 측정 유닛에 대향하여 잘못 장착되어 있음을 나타내는 표시(indication)로서 이용되는 디스플레이가 활성화된다. 이런 경우, 디스플레이 유닛은, 녹색 또는 빨간색 광원이 점등되면서 스캐닝 헤드가 적합하게 또는 부적합하게 장착되어 있는지만을 신호화한다는 단점이 있다. 이미 잘 알려진 사실에 따르면, 장착에 대한 상기와 같은 표시만으로는 충분하지 않으며, 사용자에게 있어 진폭의 실질적인 높이와 관련한 표시를 확보하는 점이 바람직할 수도 있다. 이를 위해 DE 101 57 112 A1에서는 사전 설정된 설정값과 스캐닝 신호의 진폭을 비교하여 편차에 따라 디스플레이 유닛인 광원의 광도를 가변하는 점이 제안된다. 이런 경우 진폭 높이에 대한 광도의 할당이 사용자에게는 어렵다는 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 스캐닝 유닛에 있어서, 위치에 따른 적어도 하나의 스캐닝 신호의 진폭 상태에 대해 개선된 진술을 허용하는 표시를 생성할 수 있도록 하는 상기 스캐닝 유닛을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은 청구항 제1항의 특징들을 갖는 스캐닝 유닛에 의해 달성된다.

그에 따라 위치 측정 장치의 스캐닝 유닛은, 스캐닝 유닛의 스캐닝 신호로서 위치에 따르는 아날로그 스캐닝 신호의 진폭을 제어하기 위한 제어 장치와, 그 진폭을 신호화하기 위한 디스플레이 유닛을 포함한다. 제어 장치는, 디스플레이 유닛의 적어도 하나의 광원으로서, 순간적인 진폭 높이에 대한 정보를 포함하는 광원의 광 상태를 전환할 수 있도록 상기 광원을 제어하는 방식으로 설계된다. 특히 바람직하게는, 연속적인 전환의 횟수(number)가 스캐닝 신호의 진폭에 대한 기준이 된다.

여기서 진폭에 대한 기준이란 순간 진폭의 값에 대해 직비례함을 의미하거나, 또는 순간 진폭과 목표하는 설정 진폭 간의 편차를 의미한다.

바람직하게는 제어 장치는, 설정 진폭의 60% 내지 100% 영역에서 광원을 서로 구분될 수 있는 적어도 4가지 상태로 편이시킬 수 있도록 설계되며, 이때 상기 상태들은 광 상태의 전환의 횟수로 구분된다. 이와 같은 조치를 통해 사용자는 진폭의 경향에 대한 진술 가능한 정보를 획득하며, 광 상태의 전환 횟수는 설정 진폭의 60% 내지 100% 영역에 걸쳐서 사용자가 육안으로 확인할 수 있게끔 거의 지속적으로 변한다. 그로 인해 생성되고 육안으로 확인할 수 있는 표시는 진폭의 기준을 나타내는 일종의 디지털 표시이다.

광 상태의 전환은 명멸 주파수(flicker frequency)의 변화이거나, 일종의 모스 코드(Morse code)이거나, 또는 특히 바람직하게는 디스플레이 유닛의 광원의 점등 단속(interrupt)이되, 각각 동일한 시간 간격으로 연속되는 단속의 횟수는 스캐닝 신호의 진폭에 대한 기준이 된다. 특히 바람직한 실시예에 따라, 연속되는 단속들의 시간 간격은, 다시 말해 주파수는 모든 진폭에서 동일하며, 그럼으로써 사용자는 모든 진폭에서 연속되는 단속의 횟수만을 계수하기만 하면 되고, 그 횟수는 분명하게 진폭의 기준으로서 해석될 수 있다. 광원의 점등 단속이란 광원의 꺼짐에 상응한다.

본 발명의 구현예에서, 제어 장치는, 광원의 점등을 진폭에 따라 단속하되, 각각 동일한 시간 간격으로 연속되는 단속의 횟수는 스캐닝 신호의 진폭에 대한 기준이 되는 방식으로, 디스플레이 유닛의 광원을 제어할 수 있도록 설계된 제1 제어 유닛을 포함한다. 추가로 제어 장치는, 디스플레이 유닛의 상기 광원 또는 또 다른 광원의 광도를 스캐닝 신호의 진폭에 비례하여 변하게 할 수 있도록 설계된 제2 제어 유닛을 포함한다. 바람직하게는 두 제어 유닛은 공동의 광원을 제어하되, 일측에서 상기 광원의 광도는 진폭이 상승할 시에 설정 진폭의 방향으로 증가함과 동시에, 점등은 사전 설정된 시간 간격으로 짧게 단속된다. 이와 같은 단속은, 사용자가 계수 할 수 있고 연속되는 단속의 횟수가 스캐닝 신호의 진폭에 대한 기준을 나타내는 방식으로 이루어진다. 연속되는 두 단속 간의 점등 기간은 1회 단속 자체의 기간보다 더욱 길다. 그로 인해 사용자의 경우 진폭의 품질 기준으로서 광도의 정보를 육안으로 확인할 수 있다.

추가의 바람직한 구현예에 따라, 디스플레이 유닛은 2개의 광원을 포함하되, 두 광원은 각각 제1 제어 유닛 및 제2 제어 유닛에 의해 제어되고, 제2 제어 유닛은 두 광원의 광도를 상호 간에 반대로 변하게 한다. 이때 두 광원 중 일측 광원은 녹색으로 점등되고, 두 광원 중 타측 광원은 빨간색으로 점등된다. 녹색으로 점등되는 광원의 광도는 진폭이 상승함에 따라 설정 진폭의 방향으로 증가되고, 그에 반해 빨간색으로 점등되는 광원의 광도는 진폭이 상승함에 따라 설정 진폭의 방향으로 감소된다.

본 발명에 따라 구현된 스캐닝 유닛을 포함하는 위치 측정 장치는 청구항 제8항에 명시되어 있다.

본 발명의 상세 내용 및 장점은 다음에서 도면들에 따라 기술되는 본 발명의 실시예에 대한 설명으로부터 교시된다.

본 발명에 따르면, 스캐닝 유닛에 있어서, 위치에 따른 적어도 하나의 스캐닝 신호의 진폭 상태에 대해 개선된 진술을 허용하는 표시를 생성할 수 있도록 하는 상기 스캐닝 유닛을 제공할 수 있다.

도 1은 스캐닝 유닛 및 디스플레이 유닛을 포함하는 위치 측정 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 스캐닝 유닛의 제어 장치 및 디스플레이 유닛을 도시한 블록선도이다.
도 3은 디스플레이 유닛의 제어 신호로서 진폭에 따르는 그런 제어 신호의 특성 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 진폭에 따른 디스플레이 유닛의 제어 거동을 나타낸 도표이다.
도 5a, 5b 및 5c는 디스플레이 유닛의 시간별 제어 거동을 나타낸 시간 다이어그램이다.

도 1에 도시한 위치 측정 장치는 측정 유닛(1) 및 스캐닝 유닛(2)으로 구성된다. 측정 유닛(1)은 예컨대, 자체 표면에 반사 영역 및 비반사 영역이 교호적으로 구성된 분도(graduation)를 포함하는 측정 테이프(measuring tape)이다. 스캐닝 유닛(2)은 측정 유닛(1)의 분도(3)를 측정 방향(X)으로 주사하면서, 상호 간에 90°만큼 위상 편이되고 직각 위상 신호(quadrature signal)라고도 불리는 다수의 주기적인 아날로그 스캐닝 신호(S1, S2)를 생성하되, S1 = A x sin a는 사인 함수를 따르고 S2 = A x cos a는 코사인 함수를 따른다. 이와 같은 스캐닝 신호들(S1, S2)의 진폭(A)은 측정 유닛(1)에 상대적인 스캐닝 유닛(2)의 위치, 특히 스캐닝 거리(D)에 따라 결정된다. 위치 측정 장치의 측정 작동 시 기능 성능을 위해, 진폭(A)은 소정의 기준을 하회하지 않아야 한다. 그러므로 측정 유닛(1)에 상대적으로 스캐닝 유닛(2)을 조립할 시에, 특히 진폭(A)이 적어도 목표하는 설정 진폭(실시예에서 1V)에 가깝게 충분한 높이를 보유하는 방식으로, 측정 유닛(1)에 상대적인 위치를 설정하는 것이 중요하다.

또한, 공지된 다수의 가능성에 따르면, 상호 간에 90°만큼 위상 편이된 다수의 스캐닝 신호(S1, S2)로부터 진폭(A)을 나타내는 진폭에 비례하는 신호를 생성할 수 있다.

가장 간단한 가능성에 따르면,

을 통해 계산으로 구할 수도 있다.

DE 101 57 112 A1의 도 2는 대체되는 가능성을 도시하고 있다. 일측에서는 각각 상호 간에 90°만큼 위상 편이된 4개의 스캐닝 신호(S1 = A x sin a, S2 = A x cos a, S3 = -A x sin a, S4 = -A x cos a)가 공급되고, 타측에서는 제어 입력단들을 통해 전환 신호들이 공급되는 멀티플렉서(multiplexer)가 이용된다. 전환 신호들은 2개의 비교기를 포함하는 비교기 회로에 의해 스캐닝 신호들(S1 내지 S4)로부터 생성된다. 이때 멀티플렉서는 스캐닝 신호들(S1 내지 S4) 중에서 각각 최대 진폭을 포함하는 스캐닝 신호를 선택하고, 이 선택된 스캐닝 신호들(S1 내지 S4)을 포락 곡선으로 조합한다. 이 포락 곡선은 진폭 신호를 나타낸다. 진폭 신호는 스캐닝 신호들(S1 내지 S4)의 순간 진폭(A)에 대해 직비례한다. 이에 대한 신호들은, 본원에서도 분명하게 참조되는 DE 101 57 112 A1의 도 3에 도시되어 있다.

진폭(A)에 비례하는 진폭 신호는 또한, 예컨대 DE 44 28 673 A1에 따라 공지된 정류기 회로에 의해서도 생성될 수 있다.

스캐닝 유닛(2)은 스캐닝 신호들(S1, S2)의 진폭(A)을 제어하기 위한 제어 장치(4)를 포함한다. 제어 장치(4)는 진폭(A)의 순간 상태를 사용자에게 신호화하는 디스플레이 유닛(5)을 제어한다.

이를 위해 제어 장치(4)는 스캐닝 신호들(S1, S2)의 진폭(A)에 따라 디스플레이 유닛(5)의 두 광원(51, 52)의 광도를 변하게 할 수 있도록 설계된 제어 유닛(41)을 포함한다. 제1 광원(51)은 녹색으로 점등되고, 도 3에 도시된 바와 같이 진폭에 따라 자체 광도를 변하게 한다. 본 실시예에서 설정 진폭은 1V이다. 제1 광원(51), 다시 말하면 녹색으로 점등되는 광원(51)의 광도는 도 4에 진폭(A)에 따라 %로 표시되어 있다.

추가로 제어 유닛(41)은 빨간색으로 점등되고 마찬가지로 스캐닝 신호들(S1, S2)의 진폭(A)에 따라 자체 광도를 변하게 하는 제2 광원(52)을 제어한다. 도 4에는 빨간색으로 점등되는 상기 광원(52)의 광도 의존성이 설명되어 있다. 빨간색 광원(52)의 광도는 녹색 광원(51)의 광도와 정 반대로 변하며, 이는 회로 기술에 따라 인버터(6)에 의해 기호화된다. 스캐닝 신호들(S1, S2)의 진폭(A)이 0.3V를 하회하면, 빨간색 광원(52)만이 최대 광도로, 다시 말해 100% 광도로 점등된다. 진폭(A)이 1V의 설정 진폭 방향으로 변하면, 빨간색 광원(52)의 광도는 계속해서 0%까지 감소된다. 색 광원(51)의 광도는 그와 반대로 변하되, 다시 말하면 지속적으로 1V의 설정 진폭에 도달할 때까지, 즉 100%에 도달할 때까지 계속해서 증가한다. 이와 같이 두 광원(51, 52)의 광도의 상반되는 변화를 통해, 지속적인 색 혼합이 발생하며, 이로부터 사용자는 순간 진폭(A)의 실제 상태에 대해 필요한 표시를 확보하게 된다.

스캐닝 유닛(2)의 장착 시에, 특히 진폭이 적어도 1V의 설정 진폭에 가깝게 위치하는 방식으로 측정 유닛(1)에 대향하여 스캐닝 유닛(2)의 위치가 설정되도록 하는 점이 중요하다. 그에 따라, 특히 약 60% 내지 100%의 영역에서 실제 진폭(A)과 실제 장착 상태에 대한 보다 많은 정보를 사용자에게 제공하기 위해, 본 발명에 따라 추가의 제어 유닛(42)이 제공된다. 이 제어 유닛(42)은, 적어도 설정 진폭의 영역(설정 진폭의 60% 내지 100%)에 위치하는 진폭(A)에서, 진폭(A)에 따라 광원들(51, 52)의 점등을 단속하되, 각각 동일한 시간 간격(t)으로 연속되는 단속의 횟수가 스캐닝 신호들(S1, S2)의 진폭에 대한 기준이 될 수 있는 방식으로, 디스플레이 유닛(5)의 두 광원(51)을 제어할 수 있도록 설계된다.

도 4에서는 진폭에 따른 단속의 횟수가 명멸(flicker)로서 표시되어 있다. 도 5a, 5b 및 5c는 시간 다이어그램으로 두 광원(51, 52)이 제어되는 방법을 도시하고 있다. 동일한 간격(t)으로 연속되는 단속의 횟수는 순간 진폭에 대한 기준이다. 진폭(A)이 0.95 내지 1.05V의 영역에 있으면, 광원들(51, 52)은, 도 5a에 도시되어 있는 바와 같이, 주기(T) 이내에 1회 단속된다. 진폭(A)이 0.85 내지 0.95V의 영역에 있으면, 두 광원(51, 52)은, 도 5b에 도시된 바와 같이 2회 단속된다. 진폭(A)이 0.75 내지 0.85V의 영역에 있으면, 두 광원(51, 52)은, 도 5c에 도시된 바와 같이 3회 단속된다. 단속은 모든 진폭(A) 영역에서 연속되는 동일한 간격(t)으로 이루어지되, 본 실시예에서 t = 255ms이고, 각각의 단속의 시간은 50ms이다. 단속 시간(본 실시예에서 50ms)은 후속하여 다음 번 단속이 이루어질 때까지의 점등 시간(t)(본 실시예에서 255ms)보다 훨씬 짧다. 단속의 주기는 고정된 시간 주기로, 본 실시예에서는 2.6s로 반복된다. 특히 이와 관련하여 주지할 사항은, 단속의 주파수가 진폭(A)에 대한 기준으로서 이용되는 것이 아니라, 단속의 횟수만이 그 기준으로서 이용되되, 주기(T) 이내에 연속되는 단속의 주파수는 모든 진폭(A) 영역에서 동일하다는 점이다. 그에 따라 사용자는 광원들(51, 52)에서 주기 이내에 발생하는 연속되는 단속에 대한 간단한 계수를 통해 진폭(A)의 실제 상태에 대한 개선된 정보를 얻게 된다. 광원들(51, 52)의 단속의 횟수는, 다시 말하면 연속되는 꺼짐 상태의 횟수는 적어도 설정 진폭의 60% 내지 100% 영역에서 지속적으로 변한다.

도시된 실시예에 따라 특히 바람직하게는, 두 광원(51, 52)이 제어 유닛(42)에 의해 제어되면서 동일하게 단속된다. 사용자의 경우 설정 진폭(본원에선 1V) 근처의 진폭(A), 다시 말하면 설정 진폭의 약 60% 내지 100% 영역의 진폭에 특히 관심을 가지므로, 대체되는 실시예에 따라 녹색으로 점등되는 광원(51)만이 제어 유닛(42)에 의해 제어되고 그 점등은 진폭(A)에 따라 단속될 수도 있다. 추가로 대체되는 실시예에 따라서는, 일측 광원은 제어 유닛(41)에 의해서만 제어되고, 추가 광원은 제어 유닛(42)에 의해서만 제어될 수도 있다.

광원들(51, 52)은 바람직하게는 공간을 절감하면서도 사용자가 육안으로 쉽게 확인할 수 있도록 스캐닝 유닛(2)에 장착될 수 있는 발광 다이오드이다. 바람직하게는 두 광원(51, 52)은 공동의 케이스 내에 장착된다. 이와 같은 LED는 이중 LED로 불리기도 한다. 추가로 측정 유닛(1) 상에 배치되는 기준 마커(reference marker)의 위치를 점검해야 하는 경우라면, 상기 케이스 내에 다른 색의 발광 다이오드, 특히 파란색 발광 다이오드를 통합시킬 수도 있다. 이와 같은 삼색 발광 다이오드를 RGB LED라 한다.

본 발명은 길이 및 각도 측정 장치에서도 이용될 수 있다. 이와 관련하여 스캐닝 신호들을 생성하기 위한 스캐닝 부재들은 광전 소자, 자장 민감성 소자, 용량성 소자 및 유도성 소자일 수 있다.

Claims

측정 유닛(1)을 주사하기 위한 위치 측정 장치의 스캐닝 유닛으로서,
상기 스캐닝 유닛(2)의 적어도 하나의 아날로그 스캐닝 신호(S1, S2)의 진폭(A)을 제어하기 위한 제어 장치(4)와, 상기 진폭(A)을 신호화하기 위한 디스플레이 유닛(5)을 포함하며,
상기 제어 장치(4)는, 광원(51, 52)의 광 상태 전환을 야기하되, 연속되는 전환은 상기 스캐닝 신호(S1, S2)의 진폭(A)에 대한 정보를 포함하는 방식으로, 상기 디스플레이 유닛(5)의 적어도 하나의 광원(51, 52)을 제어하도록 설계되고,
상기 연속되는 전환의 횟수는 상기 스캐닝 신호(S1, S2)의 진폭(A)에 대한 기준이고,
상기 제어 장치(4)는, 설정 진폭의 60% 내지 100% 영역에서 상기 광원들(51, 52)을 상호 간에 구분될 수 있는 적어도 4개의 상태로 편이시킬 수 있도록 설계되며, 이때 상기 상태들은 광 상태의 전환의 횟수로 구분되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 유닛.
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제1항에 있어서,
광 상태의 전환은 상기 디스플레이 유닛(5)의 광원들(51, 52)의 점등 단속이며, 각각 동일한 시간 간격(t)으로 연속되는 단속의 횟수는 상기 스캐닝 신호(S1, S2)의 진폭(A)에 대한 기준인 것을 특징으로 하는 스캐닝 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치(4)는, 상기 진폭(A)에 따라 상기 광원들(51, 52)의 점등을 단속하되, 각각 동일한 시간 간격(t)으로 연속되는 단속의 횟수는 상기 스캐닝 신호(S1, S2)의 진폭(A)에 대한 기준이 되는 방식으로 제어되는 제1 제어 유닛(42)을 포함하며, 그리고
상기 제어 장치(4)는, 상기 스캐닝 신호(S1, S2)의 진폭(A)에 따라 상기 디스플레이 유닛(5)의 광원(51, 52) 또는 다른 광원의 광도를 변하게 할 수 있도록 설계되는 제2 제어 유닛(41)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 유닛.
제5항에 있어서,
상기 디스플레이 유닛(5)은 2개의 광원(51, 52)을 포함하며, 두 광원(51, 52) 각각은 제1 제어 유닛(41) 및 제2 제어 유닛(42)에 의해 제어되며, 상기 제2 제어 유닛(42)은 두 광원(51, 52)의 광도를 상호 간에 반대로 변하게 하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 유닛.
제6항에 있어서,
상기 광원들 중 일측 광원(51)은 녹색으로 점등되고, 상기 광원들 중 타측 광원(52)은 빨간색으로 점등되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 유닛.
제1항의 스캐닝 유닛과 측정유닛을 포함하는 위치 측정 장치.