KR20140021679A - 고정밀 동기화 측정값 획득 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트리거링 신호에 의해 측정값 획득을 트리거링하기 위한 시간의 시그널링을 갖고 트리거 신호에 의해 결정된 시간에서 측정 서브-유닛에서 측정값의 각각의 획득 및 중간 저장을 갖는 복수의 측정 서브-유닛들을 가지는 공간 좌표 측정 장치로서 설계된 측정 시스템에서 측정값 획득의 와이어 바운드(wire bound), 고정밀 시간 동기화를 위한 방법에 관한 것이다. 측정값의 각각의 획득은 측정 서브-유닛의 로컬 타이밍 신호에 의해 시간 양자화 방식으로 측정 서브-유닛들에서 행해진다. 이후 측정 서브-유닛들의 로컬 타이밍 신호들의 위상 동기화가 동기화의 위상 지터를 초과하지 않고, 어떠한 경우에도 로컬 타이밍 신호의 기간 지속시간의 90% 이하인 일시적 불확실성을 갖는 측정 서브-유닛들에서 측정값의 획득의 동시성을 보장하기 위해 동기화 신호를 이용하여 행해진다.

Description

고정밀 동기화 측정값 획득{High precision synchronized measured value acquisition}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 복수의 측정 서브유닛들을 포함하는 측정 시스템에서 측정값 획득들의 시간 동기화를 위한 방법, 및 청구항 15의 전제부에 따른 복수의 측정 서브유닛들을 포함하는 트리거 가능 측정 시스템에 관한 것이다.

측정값들이 가능한 한 시간-동기적으로 획득되어야 하는 분산 서브시스템들(distributed subsystems)을 포함하는 측정 시스템들이 알려져 있고 비교적 긴 시간 동안 상업적으로 널리 퍼져 있다. 이들은 특히 예를 들어, 측지 기구들(geodetic instruments), 인공 팔들(articulated arms) 또는 좌표 측정 기계들(coordinate measuring machines)과 같은 좌표 측정 시스템들을 구비한다. 이들은 보통 축선의 위치를 획득하기 위해 측정 서브시스템이 각각 갖추어진 복수의 이동 축선들을 가진다. 이 경우에, 위치는 측정값으로서 길이 위치, 각도 위치, 또는 결합된 공간 위치 형태로 존재할 수 있다. 개개의 서브시스템들의 측정값들은 매우 다양한 실시예들의 위치값 센서들에 의해, 예를 들어 이미지 처리, 절대- 또는 상대- 인코딩된 변위 또는 각도 센서들, 변향을 결정하기 위한 아날로그 프로브 헤드들, 또는 다른 적합한 방법들에 의해 결정될 수 있다. 더욱이, 예를 들어, 속도, 가속도, 온도, 공기압, 공기 습도, 힘, 거리 또는 접촉 등과 같은 보조 변수들 및 이들 측정값들의 어떤 임의의 조합이 또한 측정되고 획득될 수 있다.

이 경우에, 데이터의 일정한 세트를 얻기 위해, 하나의 그리고 동일한 정밀하게 결정된 순간에 측정 서브시스템들의 모든 측정값들을 아는 것이 고정밀 측정들에서 중요하다. 상이한 서브시스템들에서의 측정의 상이한 순간들은 예를 들어 축선들의 이동의 결과로서, 상기 순간들 사이에서 측정될 값들의 가능한 변경이 있는 경우에 일관성이 없는 데이터를 생기게 할 수 있다. 예를 들어 그것으로부터 공간 좌표들을 결정하기 위해 이와 같은 일관성이 없는 데이터가 더 처리되면, 예를 들어 만약 이동하는 물체의 정확한 공간 좌표들이 특정 순간에 결정되도록 의도되면, 이것은 에러가 있거나 부정확한 전체 측정을 가져올 수 있다.

그러므로, 이와 같은 에러들을 방지하기 위해, 측정 중, 동일한 순간에 가능한 한 정확하게 서브시스템들에서 모든 측정값들을 획득하거나 또는 적어도 각각의 측정 순간들을 정확하게 아는 것이 중요하다. 제1 선택사항은 보통 측정 시스템들에서 측정값 획득의 순간을 결정하는 글로벌 트리거 신호에 의해 이와 같은 측정 시스템들에서 실현된다. 제2 선택사항은 각각의 측정 순간들 사이의 가능한 지연들의 대응하는 정밀한 지식을 필요로 하고, 여기서 지연들은 이 경우에 바람직하게는 결정론적이고(deterministic), 즉 각각의 측정에 대해 고정 또는 결정 가능해야 한다.

이것은 매우 다양한 방식들로 일어날 수 있다. 종종, US　5,657,549로부터 알려져 있는 것과 같이, 예를 들어, 트리거 신호의 레벨 변경의 순간에, 모든 서브시스템들에서 전류 측정값이 획득되어 버퍼-저장된다. 버퍼-저장된 측정값들은 이후 예를 들어 버스 시스템들, 무선 신호들 등을 이용하여, 제어 유닛에 의해, 서로에 대해 또한 시간적으로 비동기적으로 판독될 수 있다.

제어 유닛에서, 전체 측정값은 이후 부분 측정값들에 기초하여 결정될 수 있다. US　2005/01　66　413　A1로부터 알려진 측정 시스템에 있어서, 예로서, 워크피스를 갖는 접촉 순간에 트리거 신호를 트리거하는 택타일 프로브 헤드(tactile probe head)의 공간 위치는 서브시스템들의 측정된 위치값들로부터 결정될 수 있다.

이 경우에, 트리거 신호는 미리 규정된 시간 구간들에서 또는 외부 영향들에 의해 트리거될 수 있고, 여기서 트리거 신호는 실제로 또한 측정 시스템에서 측정값 획득의 순간을 결정하도록 기능하는 측정 신호의 특정 형태로서 간주될 수 있다. 트리거링을 위한 이와 같은 외부 영향들은 예컨대 택타일 측정 프로브들의 스위칭, 차광막들을 통한 이동, 서브시스템에서의 측정값의 스위칭 임계값들의 획득, 버튼을 누르는 것에 의한 측정의 수동 트리거링, 상의어(superordinate) 제어 유닛에 의한 측정의 자동 트리거링, 시간 클록 발생기들 등으로 구성할 수 있다. 이들 트리거링 이벤트들은 독립적으로 따라서 또한 측정 시스템 또는 그것의 서브시스템들의 클록 발생기들에 대해 비동기적으로 일어날 수 있다.

오늘날 이용 가능한 다수의 측정 시스템들은 디지털 전자기기들, 예를 들어 마이크로프로세서 등에 의해 국부적으로 부분 측정값들을 획득하는 서브시스템들을 가진다. 이 경우에, 데이터 처리를 위한 클록 신호들은 적어도 수백 킬로헤르츠의 주파수를 가지며; 클록 신호들은 보통 1 메가헤르츠 내지 4 기가헤르츠 범위, 종종 2 또는 3자리 MHz 범위의 주파수들을 가진다. 바로 각각의 측정 위치에서의 이들 서브시스템들의 배열은 공간적으로 분산된 측정 시스템을 생기게 한다. 그러므로, 케이블링 시 그 결과는 생기는 경비를 최소화하기 위해, 가능한 한 적은 라인들을 이용하는 데이터 전송이 많은 경우들에 분투된다. 특히 측정 시스템에서의 이들 접속들은 종종 복잡하고 거짓-민감한 슬라이딩 접촉들(fault-susceptible sliding contacts), 트레일링 케이블들(trailing cables) 및 플러그 접속들(plug connections)을 통해 그리고 종종 상당한 선로 길이들에 걸쳐 라우팅되어야 한다.

DE　3　912　162는 서브시스템의 통신 데이터 및 공급 전압 모두가 하나 및 동일한 라인을 통해 전송되는 버스 시스템을 기술한다. 그것에 의해, 측정 시스템에서 케이블링할 때의 경비는 감소될 수 있다.

EP　237　680은 글로벌 트리거 신호가 각각의 경우에 서브시스템의 로컬 시스템 클록에 의해 동기화되는 방법을 기술한다. 그러나, 버스 상의 분산 측정 서브시스템들 각각은 트리거 신호를 샘플링하기 위해 상이한 로컬 클록 신호에 의해 작동하고, 그 결과 로컬 클록 신호들은 서로에 대해 위상 각도 및 주파수 면에서 벗어날 수 있다.

결과적으로, 각각의 측정 서브시스템에서, 비록 동기화된 로컬 트리거 신호가 발생할지라도, 상기 신호는 실제로 수신된 트리거 신호에 대해 그리고 다른 서브시스템들의 것에 대해 시간적으로 오프셋될 수 있고, 따라서 개개의 측정 서브시스템들에서 측정의 상이한 순간로 이어질 수 있다. 일시적 불확실성(temporal uncertainty)은 이 경우에 로컬 클록 사이클만큼 많을 수 있다.

디지털 신호 처리 시스템들에서, 외부 비동기 신호들의 "동기화(synchronizing in)"는 불안정한 스위치 상태들 또는 과도하게 짧은 신호 펄스들, 소위 "글리치(glitches)" 때문에, 고장을 회피하기 위한 통상의 과정이다. 외부 신호들에서 판복하기 위한 이와 같은 입력 회로들은 종종 소위 "이중 등록 신호들(double registered signals)"에 의해 실현되고 예를 들어 FPGA 또는 ASIC 설계들의 디지털 회로들의 디자인에서 기본 원칙들 중의 일부이다. 이것은 예를 들어 내부 논리 소자들의 스위칭 거동(switching behavior)에서의 허용오차들 또는 칩-내부 전파 시간들 때문에, 원치 않는 효과들, 비결정론적 거동(non-deterministic behavior)을 가져올 수 있는, 클록 주기 중 내부 신호 상태 변경들, 또는 심지어 금지 스위칭 상태들을 방지한다. 이것들을 회피하기 위해, 회로의 면에서 그것과 관련된 신호 지연들이 또한, 특히 이들의 지속시간이, 그것으로부터 생기는 가능한 부정적인 효과들의 가능한 보상의 가능성들을 가능하게 하는, 적어도 클록 사이클 유닛에서 알려져 있으므로 수용된다. 그러나, 심지어 클록 사이클 시간의 범위에서의 불확실성은 항상 남아있는데, 그 이유는 2개의 클록 주기들 사이에서의 신호 변경의 정확한 순간이 알려지지 않은채로 있기 때문이다.

예로서, 각각의 서브시스템들 또는 측정 모듈은 또한 측정을 위한 내부 시간 스탬프(internal time stamp)를 할당하고, 그것을 저장하고 그것을 측정값과 함께 통신할 수 있다. 결과적으로, 예컨대 글리치들에 의해 생기는 지연들이 식별될 수 있고, 적절하다면, 보상될 수 있다. 모든 측정 모듈들에서 타임 스탬프들에 대한 동기화된 클록들의 경우에, 지연은 약간 벗어나는 타임 스탬프에 기초하여 식별될 수 있고, - 예를 들어 다수결(majority decision)에 의해 - 측정 요건들에 대해 가장 가능성 있는 타임 스탬프를 결정하는 것이 가능하다.

설명 목적 상, 예로서, 2개의 동기화되지 않은 로컬 클록 신호들, 제1 및 제2 로컬 클록 신호는, 예를 들어 독립적인, 프리-러닝 수정 클록 발생기들에 의해 발생되는 2개의 클록 신호들 형태로 하나 또는 복수의 디지털 시스템들(경우에 따라 측정 서브시스템들로서)에 존재한다. 외부 신호(경우에 따라 트리거 신호로서)는 각각 대응하는 제1 및 제2 로컬 클록 신호들과 동기화된다. 외부 신호의 2개의 얻어진 동기화된 표현들(synchronized-in representations)은 - 로컬 클록 주파수의 동일 값의 경우에조차 - 지금 1클록 주기까지만큼 서로로부터 시간적으로 벗어날 수 있다. 따라서, 추가 처리를 위해 동기화되는 2개의 얻어진 내부 트리거 신호들은, 이것이 동일한 외부 신호, 및 만약 적절하다면, 또한 동일한 지속시간을 가지는 클록 신호에 의해 발생되었을 때조차 서로에 대해 1클록 주기까지의 일시적 불확실성을 가질 수 있다. 그 결과, 제1 및 제2 측정 서브시스템들에서, 측정의 트리거링 순간은 동일한 트리거 신호에 의한 모호하지 않은 트리거링에도 불구하고 벗어날 수 있다. 몇몇 경우들에 있어서, 특히 대응하여 높게 선택된 클록 속도들에서, 얻어진 에러는 무시할 수 있게 작은 것처럼 보일 수 있고; 그럼에도 불구하고, 상기 에러는 정밀도의 면에서 엄중한 요건들의 경우에 불리한 방식으로 명백하게 될 수 있고 비결정론적 에러 소스를 구성할 수 있다. 게다가, 디지털 시스템들에서의 높은 클록 속도들은 더 높은 전력 손실 및 보통은 또한 더 복잡한 회로 디자인의 불리한 점과 관련이 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 측정 시스템, 특히 측정 서브시스템들로서 복수의 측정값 픽-업들(pick-ups)을 포함하는 측정 시스템을 개선하는 것이다.

하나의 특정 목적은 모든 지점들에서 가능한 한 동시에 측정을 실행하거나 또는 가능한 한 정밀하게 적어도 각각의 측정 순간들을 알기 위해 서브시스템들의 일시적 불확실성을 감소시키는 것이다.

여기서 다른 목적은 케이블링(cabling) 시의 경비가 동일하거나 심지어 감소되는 측정값 획득의 이러한 동기화를 달성하는 것이다.

또 다른 목적은 특히 가능한 한 적은 구성요소들이 구조적 크기를 작게 비용들을 낮게 유지하기 위해 사용되도록 의도되는 서브시스템들의 복잡도의 감소를 달성하는 것이다.

이들 목적들은 독립 청구항들의 특징적인 특징들의 실현에 의해 달성된다. 대안 또는 유리한 방식으로 본 발명을 발전시키는 특징들은 종속 특허 청구항들로부터 수집될 수 있다.

위에 제시된 언급한 목적들은 트리거 신호 외에, 동기화 신호가 또한 부가적으로 전송되고, 여기서 각각의 서브시스템들의 각각의 로컬 클록 신호들이 위상-동기화된다는 사실에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

따라서 1클록 사이클보다 상당히 낮은 시간 에러에 의해 서로 간에 측정 서브시스템들의 위상 동기화를 달성하는 것이 가능하다. 만약 이들 동기화된 클록 신호들을 갖는 트리거 신호가 이후 평가되면, 서브시스템들 간에 측정값을 획득하는 순간의 시간 오프셋은 시스템-지배 방식으로 1클록 사이클보다 상당히 낮다. 오프셋은 클록 신호의 기간 지속시간보다 상당히 작은 정밀도들을 달성하는 클록 신호들의 동기화 정밀도의 크기 정도이고, 보통은 수십 제곱만큼 더 정밀하다. 그 결과, 각각의 측정들은 클록 신호들의 위상 동기화의 위상 지터를 초과하지 않은 일시적 불확실성을 서로에 대해 가진다.

본 발명에 따르면, 이것은 공간 좌표 측정 기계로서 설계되고 서브유닛들을 포함하는 측정 시스템에서 측정값 획득들의 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위해 여기에 기재된 방법에 의해 실현된다. 이 경우에, 이 방법은 트리거 신호에 의해 측정값 획득을 트리거링하기 위한 순간에 시그널링을 행하는 것, 및 트리거 신호에 의해 결정되는 순간에 측정 서브유닛에서 측정값을 각각 획득하고 버퍼-저장하는 것을 포함하고, 측정값은 측정 서브유닛의 로컬 클록 신호에 의해 시간-양자화된 방식으로 각각의 경우에 측정 서브유닛들에서 획득된다.

이 경우에, 본 발명은 동기화의 위상 지터를 초과하지 않는 일시적 불확실성으로 갖는 측정 서브유닛들에서 측정값을 획득하는 동시성을 보장하기 위해 동기화 신호에 의해 측정 서브유닛들의 로컬 클록 신호들의 위상 동기화를 행하는 것을 포함한다. 따라서, 일시적 불확실성은 어떠한 경우에도 로컬 클록 신호의 기간 지속시간의 90%보다 작고, 특히 기간 지속시간의 절반보다 작고, 바람직하게는 기간 지속시간의 1/5보다 작거나, 또는 여전히 훨씬 작다.

이 경우에, 물리적 측정값 획득의 순간, 즉 실제 획득의 트리거링 순간은, 이들 획득들이 수행되는 측정 서브유닛들에서 로컬 클록들일 때, 측정 서브시스템들에 걸쳐 동기화된다. 측정값의 물리적 획득이 전혀 일어나지 않는 순간에서의 허구의(fictitious) 측정값의 후속 수치 결정을 의미하지 않는다. 텍스트의 끝을 향해 기재되고 로컬 클록 신호들의 서브샘플링 시간 해상도가 이러한 태스크에 전용되는 훨씬 빠른 서브샘플링 클록에 의해 얻어지는 실시예에서조차, 측정 서브유닛들에서의 측정값들의 평가 및 획득을 위한 로컬 클록 신호들이 본 발명에 따라 동기화된다.

이 경우에, 물리적 변수들 예컨대 위치, 속도, 가속도, 접촉, 온도, 공기압, 공기 습도, 힘, 압력, 전압 또는 전류, 또는 이들의 임의의 조합이 측정 서브유닛에 의해 획득될 수 있다.

가장 간단한 경우에, 동기화 신호는 여기서 특히 이를 위해 제공되는 신호 라인을 통해 전송될 수 있다.

로컬 클록 신호들의 동기화를 위해 추가의 신호 라인을 제공하지 않기 위해, 본 발명에 따르면 동기화 신호는 또한 이미 존재하는 라인을 통해 전송된다. 특히, 예로서, 전압 공급장치, 트리거 신호 라인 또는 몇몇 다른 신호 또는 클록 또는 이미 존재하는 데이터 라인, 특히 서브유닛들 사이 또는 서브유닛들과 상의어 제어 유닛 사이의 디지털 통신 채널의 라인들이 이러한 목적을 위해 적절하다.

이 경우에, 라인 또는 신호 라인은 반드시 개개의 물리적 와이어를 의미하는 것으로 이해되지 않아야 하고, 오히려 이것은 예를 들어 사실 또한 차동 라인쌍, 광 도파관 등을 포함할 수 있다. 신호 전송은 어떠한 경우에도 라인-기반이고 무선 신호에 의한 자유-공간 전송을 포함하지 않는다.

다른 신호들과 함께 동기화 신호의 동시 전송을 실현하기 위해, 예를 들어 통신 기술로부터 알려진 매우 다양한 벙법들이 채용될 수 있다. 특히, 매우 다양한 실시예들에서의 변조 방식들, 및 라인 코딩 방법들은 여기서 데이터 전송 목적들을 위해 중요하다.

예로서, ASK, PSK, FSK, QAM 변조와 같은 변조 방식 또는 이러한 목적에 적합하고 이 분야에서 이 기술분야에서 숙련된 사람에게 친숙하고 관련 기술 문헌(relevant technical literature)에서 충분히 문서화된 거기에서 참조될 수 있는 다른 변조 방식들을 사용하는 것이 가능하다.

특히 맨체스터 코드와 같은 라인 코딩 방법들 등이 또한 하나 및 동일한 라인을 통한 데이터 및 동기화 정보의 결합된 전송을 위해 사용될 수 있다.

더욱이, 예로서, 통신 라인의 시작, 정지, 데이터 또는 어드레스 비트의 에지들의 사용은 또한 이들이 클록 참조로서 적합한 신호에 기초하고 이와 같은 신호에 의해 동기화된다면 이용될 수 있다. 변조된 신호 전송의 경우에, 예로서, 또한 동기화 목적들을 위한 부수적으로 전송된 파일롯 신호 또는 캐리어 주파수를 사용하는 것이 가능하다.

게다가, 수많은 특정 클록 복구 방법들이 또한 통신 기술 분야로부터 알려져 있고, 마찬가지로 본 발명에 따른 동기화 신호 전송에 적합하다. 그러나, 통신 기술에서와는 달리, 이 경우에 추출된 클록 정보는 마찬가지로 전송되는 데이터 신호와 함께 동시에 복조하기 위해 우선적으로 사용되지 않고, 오히려 로컬 평가 유닛들의 각각의 클록이 그것과 함께 동기화되고, 그 결과 각각의 서브시스템에서의 트리거 신호는 이렇게 하여 동시에 평가되고, 그 결과 측정값 획득의 높은 동시성이 본 발명에 따라 얻어질 수 있다. 이 경우에, 동기 복조가 선택적으로 또한 더 가능하다.

더욱이, 동기화 신호 및 트리거 신호의 결합 전송이 또한 신호들의 논리적 조합의 형태로 생각될 수 있다. 이와 같은 조합은 디지털 변조 또는 코딩 방법의 특정의 단순한 실현을 구성한다.

로컬 동기화된 클록 신호를 발생하기 위해, 예를 들어, PLL(phase locked loop), 변형 코스타스 루프, 또는 그를 위해 적합한 다른 알려진 회로들을 사용하는 것이 가능하다.

클록 신호의 사이클 시간의 배수로 동기화 신호를 전송할 가능성이 또한 적합하다. 이것으로부터, 만약 PLL이 대응하는 안정한 위상 오프셋, 트래킹 지터 및 낮은 위상 노이즈를 가지면, 예를 들어 PLL의 도움을 받아 또한 동기 방식으로 원 주파수를 가지는 클록 신호를 발생하는 것이 가능하다. 글로벌 클록 신호로서 동기화 신호의 마찬가지로 가능한 직접 전송과 대조적으로, 이것은 예를 들어 간섭에 대한 면제(immunity), 간섭 방출 및 사용되는 케이블들 또는 라인들로 만들어지는 얻어지는 감소된 품질 요구들에 관해 이점들을 수반하는 상당히 낮은 전송 주파수의 이점을 제공한다.

본 발명의 하나의 가능한 대안의 실시예에 있어서, 서브시스템들의 로컬 클록 발생기가 완전히 생략될 수 있다. 이 경우에, 로컬 클록 신호는 위에 기재한 방법들 중 하나의 도움을 직접 받아 직접 전송되거나, 또는 PLL에 의해 동기화 신호로부터 발생되고, 그 결과 서브시스템의 비용들 및 구조적 크기가 감소될 수 있다.

만약 로컬 클록 신호가 동기화 신호와 관련하여 자유롭게 선택 가능한 위상 오프셋을 받으면, 부가적으로 선로 길이들 때문에 그리고 구성요소들에서의 회로 지연들 때문에 바람직하지 않은 신호 전파 시간의 보상을 달성하는 것이 가능하여, 측정 시스템의 동기화 정밀도의 추가 개선을 가능하게 한다. 유리하게는, 신호 전파 시간 및 지연은 이 경우에 측정 시스템에 의해 자동으로 결정되고 이후 얻어진 위상 오프셋은 서브시스템들에서 설정된다. 전파 시간들 및/또는 필요한 보정값들의 결정은 또한 예를 들어 셋업 또는 교정 프로세스의 정황에서 수동으로 일어날 수 있다. 데이터 시트들 등으로부터의 선로 길이들, 구성요소 지연들에 기초한 지연들의 이론적 결정이 또한 가능하다. 또한, 논리 소자들의 스위칭 임계치들과 함께, 전송된 신호들의 알려지거나 측정된 에지 가파름들(steepnesses)을 고려하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법이 도면들에 개략적으로 도시된 구체적인 전형적인 실시예들에 기초하여 이하에 예로서만 더 상세히 기재되고, 본 발명의 다른 이점들이 또한 논의된다.

도　1a는 클록-기반 측정값 획득의 경우에 측정값 획득의 순간의 - 종래 기술에 존재하는 - 시간 오프셋을 나타내고;
도　1b는 동기화되지 않은 로컬 클록 신호들의 경우에 2개의 트리거된 측정 서브시스템들에서 측정값 획득의 순간의 - 종래 기술에 존재하는 - 시간 오프셋의 예를 나타내고;
도　2는 서브시스템들에서 결합된 클록-트리거 신호 및 클록의 동기 복원 및 트리거 신호를 갖는 실시예에 기초하여 복수의 측정 서브시스템들에서의 로컬 클록 신호들의 본 발명에 따른 동기화의 타이밍도들에 기초하여 예로서 나타내고;
도　3은 상이한 변조 방식들의 예시적인 선택에 의한 클록-트리거 조합의 본 발명에 따른 실시예들의 몇몇 예들을 나타내고;
도　4는 각도 결정을 위한 본 발명에 따른 2개의 서브시스템들을 포함하는 측지 기구를 예로서 나타내고;
도　5는 본 발명에 따른 위치 및 각도 측정 시스템들을 포함하는 인공팔을 예로서 나타내고;
도　6은 위치 측정을 위한 본 발명에 따른 서브시스템들을 포함하는 갠트리 디자인(gantry design)의 좌표 측정 기계를 예로서 나타내고;
도　7은 트리거 신호를 갖는 종래 기술로부터 알려진 측정 시스템의 개략도를 예로서 나타내고;
도　8은 트리거 신호가 비동기적으로 서브시스템들에 제공되고 각각의 서브시스템들에서 시간-양자화되는 본 발명에 따른 동기화된 클록 신호들을 갖는 측정 시스템의 실시예의 개략도를 예로서 나타내고;
도　9는 트리거 신호가 서브시스템들 중 하나에서 시간-양자화되고 이어서 이미 동기화된 방식으로 추가의 서브시스템들에 제공되는 본 발명에 따른 동기화된 클록 신호들을 갖는 측정 시스템의 실시예의 개략도를 예로서 나타내고;
도　10a는 서브샘플링 내삽을 갖는 도 9에 따른 본 발명에 따라 동기화된 트리거 신호 및 클록을 갖는 측정 시스템의 실시예의 개략도를 예로서 나타내고;
도　10b는 도　10a와 관련된 신호들의 타임 프로파일을 예로서 나타내고;
도　10c는 본 발명에 따라 동기화된 클록 신호 및 서브샘플링 내삽을 갖는 도 8에 따른 동기 트리거 신호를 갖는 측정 시스템의 실시예의 개략도를 예로서 나타내고;
도　10d는 도　10c와 관련된 신호들의 타임 프로파일을 예로서 나타낸다.

도　1a는 로컬 클록 신호(11)와 외부 신호(10)의 필요한 동기화의 결과로서 시간 양자화를 고려하여 외부 신호(10)의 디지털 신호 처리 동안의 일시적 불확실성을 나타낸다. 외부 신호는 측정 서브유닛에서 로컬 처리 클록(11)에 대해 비동기적으로 발생하므로, 결정론적 디지털 처리를 보장하기 위해, 로컬 클록(11)과 동기화를 실행할 필요가 있다. 회로에서 내부적으로 더 처리되는 동기화된 얻어진 내부 신호(12)는 이 경우에 로컬 클록 신호(11)의 기간 지속시간까지의 외부 신호(10)와 관련하여 시간 오프셋(16)을 경험할 수 있다. 여기서 다루는 고정밀 측정 시스템들의 경우에, 특히 측정값 획득의 순간을 결정하는 트리거 신호(10)에 대해, 이와 같은 오프셋(16)은, 특히 만약 획득될 측정 신호의 대역폭이 로컬 클록 주파수(11)를 상당히 초과하면, 바람직하지 않고 클록 신호(11)의 명확하지 않은 위상 각도의 결과로서 또한 비-결정론적인 측정 편차들 및 효과들로 가져올 수 있다.

본 발명에 따른 동기화의 하나의 부분 양상은 또한 서브시스템들에서 더 느린 로컬 클록 신호들을 채용하는 것이 가능하고, 그 결과 이들은 감소된 에너지 소비를 가지지만, 그럼에도 불구하고 동일하거나 심지어 개선된 측정들의 동시성이 동기화-지배 방식으로 얻어질 수 있다는 것이 사실이다.

특히 만약 트리거 신호(10)가 복수의 측정 서브시스템들(17, 18)에서 측정값 획득의 순간을 정확하게 규정하기 위해 사용되면, 이것은 각각의 측정 서브유닛들(17, 18)에서 위상 각도 및/또는 주파수의 면에서 벗어나는 로컬 클록 주파수들(11, 13) 때문에, 측정 서브시스템들(17, 18) 사이에서 측정값 획득의 실제 순간의 교란(disturbing) 편차들(15)(및 또한 실제 트리거 순간(10)과 관련하여 상이한 편차들(15A, 15B))로 이어질 수 있다. 이들 편차들은 프리-러닝 로컬 클록 신호들(11, 13) 때문에 비-결정론적이므로, 이들은 또한 수치 보정 밖에(beyond) 있고 기껏해야 통계적으로만 고려될 수 있다. (도면들에 있어서, 각기 동일한 신호들은 1회만 표현되지만, 복수의 참조 부호들이 제공된다.) 여기서 본 발명에 따른 원리는 임의의 수의 서브시스템들(17, 18)로 확장될 수 있다.

도　1b는 종래 기술에 존재하고 로컬 트리거 신호들(12, 14)이 서로에 대해 또한 트리거링 트리거 신호(10)와 관련하여 가질 수 있는 이와 같은 시간 오프셋(15)을 도시한다. 로컬 측정 순간의 이러한 지터(15, 15A, 15B)는 여기에 도시된 2개의 서브시스템들에서 트리거 신호(10)를 샘플링하기 위해 사용되는 프리-러닝 로컬 클록 신호들(11, 13)에 의해 생긴다. 그 결과, 서브시스템들의 로컬 클록 신호들(11, 13)이 일정한(또는 적어도 알려진) 주파수 또는 서로에 대해 위상 관계를 가지지 않기 때문에, 비록 각각의 로컬 트리거 신호(12 또는 14)가 각각의 로컬 클록 신호(11 또는 13)와 동기화할지라도, 최악의 경우에 로컬 트리거 신호들(12, 14)은 로컬 클록 신호(11 또는 13)의 대략 1클록 사이클까지의 오프셋(15)을 각각 가질 수 있다. 따라서, 측정값들은 - 공통 트리거 신호(10)에도 불구하고 - 1클록 사이클까지의 일시적 불확실성을 갖는 측정 서브시스템들에 의해 기록된다. 클록 주파수 및 원하는 측정 정밀도에 의존하여, 특히 고정밀 측정 시스템들에서, 이것은 현저한 에러들을 생기게 할 수 있고, 그러므로 회피되어야 한다. 모든 센서들이 정확하게 동일한 순간에 오프셋(15)를 측정하는 불확실성에 더하여, 실제 트리거 신호(10)와 관련된 대기 시간들(15A, 15B)이 있다. 대기 시간들(15A, 15B)은 마찬가지로 원하는 측정 순간와 실제 측정 순간 사이의 오프셋에 기여하고 비결정론적이다.

본 발명에 따른 이러한 에러의 감소를 설명하기 위해, 도 2는 측정 서브시스템들 사이에서 동기화 신호(19, 30)에 의해 본 발명에 따라 각각 동기화되는 로컬 클록 신호들(11, 13)을 갖는 서브시스템들(17, 18)을 포함하는 도 1에 도시된 실질적인 사항을 도시한다. 결과적으로, 도 1과 비교해 볼 때, 각각의 서브시스템들에서 획득의 순간의 시간 오프셋(37)(도 1의 오프셋(15)에 대응하는)은 상당히 작거나 또는 실질적으로 더 이상 존재하지 않는 것으로 간주될 수 있는 정도까지 감소된다. 그것은 지금 클록 주기보다 상당히 작은, 클록 신호들(11, 13)의 동기화의 위상 부정확성(지터)의 범위에 있다. 원하는 측정 순간와 실제 측정 순간 사이의 대기 시간(38)은 외부 트리거링 신호의 비동기성 때문에 여전히 존재하지만, 예를 들어 서브시스템(예컨대 상의어 제어 유닛)에서 높은 클록의 도움을 받아 또는 아날로그 회로에 의해 측정될 수 있고, 수학적 내삽 또는 외삽에 의해 추가의 대기 시간들이 함께 보상될 수 있는데 그 이유는 이것이 결정 가능하기 때문이다.

발생하는 외부 트리거 신호(10)의 전송에 대한 대안으로서, 동기화된 클록(21) 또는 동기화 신호(19)와 마찬가지로 트리거 유닛으로서의 서브유닛에서 비동기 트리거 신호(10)를 동기화하고, 나중에 이미 동기화된 트리거 신호를 측정 서브유닛들(17, 18)에 통신하는 것이 또한 가능하다. 이 경우에, 대기 시간(38)은 가능한 보상을 위해, 측정값들을 더 처리하는 측정 서브시스템들(17, 18) 또는 제어 유닛에 이러한 대기 시간 정보를 제공하는 트리거 유닛에서 단지 1회 결정될 수 있다.

가장 단순한 경우에, 동기화 신호(30)는 여기서 직접 제공되고 따라서 그것은 동기화 신호(19)에 대응한다. 하나의 단순한 실시예에 있어서, 동기화 신호들(39, 19) 및 클록 신호들(21, 11, 13)은 여기서 심지어 동일한 신호일 수 있다.

도　2는 클록 신호의 주파수보다 낮은 주파수를 가지는 동기화 신호의 전송을 갖는 실시예를 도시한다. 예를 들어 PPL를 사용하여, 측정 시스템의 높은-주파수 클록 신호(30 또는 35)는 직접 전송되지 않아야 하고, 오히려, 그것은 또한 PLL의 동기화를 위해 클록 신호(30)의 사이클 시간의 배수를 갖는 그것으로부터 유도되는 낮은-주파수 동기화 신호(31)를 사용하는 것이 가능하다. 도　2는 예로서 2배의 사이클 시간을 나타낸다. 도시된 경우에 있어서, 각각의 측정 서브시스템들에서의 (특히 명확성을 위해) 로컬 클록 주파수들은 동일하지만, 이것은 반드시 그럴 필요는 없다.

서브시스템에서 동기화 신호(30)에 의해 클록 신호의 동기화를 위해 PPL 또는 등가 회로가 사용되면, 이때 원 클록 신호(21)와 관련된 시간 오프셋은 단지 동기화 신호의 또는 PLL의 위상 지터의 범위에 있다. 그것은 전형적으로 상업적으로 종래의 PLL 구성요소들에서 피코초(picoseconds)의 범위에서 변한다. 종래 기술에 따라 실시예에 의한 측정값 획득의 동일한 동시성을 달성하기 위해, 비교를 위해, 수 GHz 내지 THz의 주파수를 갖는 트리거 신호를 샘플링하는 것이 필요할 수 있다.

PLL에서는 선택적으로 또한 PLL의 조정 가능한 위상 오프셋에 의해 케이블 접속들 및 구성요소들에 의해 생기는 신호 지연들 및 항상 존재하는 신호 전파 시간들에 대해 보상할 가능성이 있고, 그래서, 서로에 대해 서브시스템들(17, 18)의 시간 동기성을 훨씬 더 증가시킬 가능성이 있다.

PLL에 대한 대안으로서, 클록 신호들의 동기화를 위한 또 다른 회로들이 예를 들어 변형 코스타스 루프, 또는 그것을 위해 적합한 몇몇 다른 알려진 구조를 테스트하는데 적합하다.

구체적으로, 도　2는 동기화 신호 및 트리거 신호 모두가 동일한 선로를 통해 결합된 클록-트리거 신호(20)로서 전송되는 실시예의 예를 결합된 클록-트리거 신호(20)와 함께 나타낸다. 이 경우에, 낮은 주파수의 동기화 신호(19)가 클록 신호(21)로부터 유도된다. 상기 동기화 신호(19)는 예를 들어 트리거 신호(10)(예컨대 XOR 논리 게이트의 도움을 받아)에 의한 동기화 신호(19)의 디지털 위상 변조에 의해 여기에 나타낸 것과 같이, 트리거 신호(10)와 결합되고, 결합된 클록-트리거 신호(20)로서 측정 서브시스템들(17, 18)에 제공된다. 상이한 고려 방식에 있어서, 트리거 신호(10)는 결합된 신호(20)로서의 동기화 신호(19)와 함께 맨체스터 코딩의 실시예의 도움을 받아 전송된다.

서브시스템들(17, 18)에 있어서, 결합된 클록-트리거 신호(20)는 이후 동기화 신호(30)로 다시 분할되고, 이 동기화 신호(30)는 로컬 클록 신호(11, 13)의 동기화를 위해 각각 사용되고 트리거 신호(12, 14)의 동기화를 위해 각각 사용된다. 이것은 서브시스템들(17, 18) 각각에서 동일한 방식으로 발생하므로, 측정 서브시스템들 서로 간의 클록 신호들(11, 13) 및 트리거 신호들(12, 14)은 따라서 서로에 대해 동시에 매우 크다. 그 결과, 모든 서브시스템들(17, 18)에서 측정(37)의 순간은 또한 높은 시간 정밀도와 동일하다. 신호들(20, 30, 11, 13, 12, 14)은 단지 1회 표현되는데 그 이유는 이들이 가능한 매우 낮은, 위상 지터(37)로부터 떨어져 서브시스템들에서 동일하기 때문이다.

도　3은 동기화 신호(19) 및 트리거 신호(10)가 변조 방식에 의해 하나의 선로 및 동일한 선로를 통해 전송되는 몇몇 실시예들을 예로서 나타낸다. 결과적으로, 종래 기술과 비교되는, 추가의 동기화 신호(19)의 발명에 따른 전송이 이러한 목적을 위해 추가의 신호 라인을 필요로 하지 않고 가능하게 된다.

이 경우에, 예를 들어 통신 기술로부터 알려져 있는 매우 다양한 변조 방식을 사용하는 것이 가능하다. 예로서, 진폭(ASK), 위상(PSK), 주파수(FSK), 직교(QAM) 또는 다른 변조 방식들은 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 이러한 응용에서 전송될 신호들의 특정 특성들로 인해, 이들 방법들 중 몇몇은 예를 들어 논리 게이트들의 형태로 매우 용이하게 구현될 수 있다. 그러나, 변조기 및/또는 복조기를 위한 코어 요소들을 이미 포함하는 일부 통합된 구성요소들이 상업적으로 이용 가능한 상당히 더 복잡한 변조기 구조들은 또한 사용될 수 있다.

구체적으로, 도　3은 이들 중 일부를 참조로서 예로서 설명되는 다음과 같은 방법들에 따라 결합될 수 있는 클록 신호(21), 동기화 신호(19) 및 트리거 신호(10)를 나타낸다.

신호(20)는 예를 들어 논리 XOR 조합에 의해 단순한 형태로 디지털 신호들의 경우에 실현될 수 있는 디지털 PSK 변조를 나타낸다. 이 경우에, 트리거 신호(10)의 상태에 의존하여, 동기화 신호(19)의 위상 각도는 180°만큼 회전되고 얻어진 클록-트리거 신호(20)는 서브시스템들에 제공된다.

신호(120)는 전송된 신호(120)의 주파수가 트리거 신호(10)의 상태에 의존하여 변하는 디지털 FSK 변조를 갖는 실시예를 표현한다. 도시된 예는 트리거 신호(10)의 상태에 의존하는 주파수와 그것의 절반 사이의 변경을 포함한다.

신호(220)는 동기화 신호(19)의 진폭이 도시된 경우에 있어서 신호 평균값 주위에서 대칭적으로, 트리거 신호(10)에 의존하여 변조되는, 디지털 ASK 변조를 갖는 실시예를 나타낸다.

신호(320)는 ASK 변조에 의한 비동기 트리거 신호(10)의 전송을 갖는 실시예를 나타낸다. 이러한 방법의 실현은, 다수의 다른 가능성들 외에, 예를 들어 트리거 이니시에이터(trigger initiator)에 의해 동기화 라인에 접속되는 풀-다운 레지스터에 의해 단순한 방식으로 가능할 수 있다.

신호(420)는 PSK 변조를 갖는 실시예를 나타내고, 여기서 트리거 신호(10)는 동기화되지 않고 트리거 유닛에서 전송되고, 오히려 비동기 형식으로 서브유닛들(17, 18)에 통신되고 동기화는 각각의 경우에 서브유닛들(17, 18)에서 발생한다.

신호(520)는 동기화 신호(19)의 위상 및 진폭 모두는 트리거 신호(10)에 의해 변경되는, 결합된 PSK 및 ASK 변조를 갖는 실시예를 나타낸다.

신호(620) 트리거-신호-의존 DC 오프셋을 동기화 신호(19)에 적용하여 실행되는 결합된 신호(620)를 갖는 실시예를 나타낸다.

도 3의 리스트는 철저한 열거(exhaustive enumeration)는 아니고, 오히려 단순히 추가 신호와 연대하여 본 발명에 따른 동기화 신호의 결합 전송(joint transmission)을 실현하기 위한 응용 가능 가능성들의 약간의 예시적인 예들 및 가능한 신호 파형들의 몇몇 예들을 주는 것으로 의도된다. 이 기술분야에서 숙련된 사람은 가능한 특정 적응들 및 그것의 구체적인 실시예들과 친숙할 것이고, 또는 이들은 대응하는 참고 도서들, 데이터 시트들 및 활용 노트들(application notes)에서 참조될 수 있다. 언급한 디지털 변조 및 코딩 방법들 외에, 유사한 방법들이 또한 등가의 방식으로 채용될 수 있다.

데이터 신호들을 전송 채널들의 특정 요건들에 적응시키기 위해 개발된 이러한 유형의 하나의 적합한 코딩 방법은 예를 들어 특정 수의 클록 사이클들 또는 전송된 비트들 후 레벨 변경을 반드시 요구할 수 있다. 이와 같은 변경은 또한 이러한 식으로 코딩된 트리거 신호(10) 또는 데이터로부터의 동기화 신호(19)를 추출하기 위해 여기에 기재한 응용에 사용될 수 있고 로컬 클록 신호(11, 13)는 상기 동기화 신호에 의해 동기화될 수 있다. 게다가, 예로서, 디지털 통신의 시작, 정지 및/또는 임의의 통신 비트의 에지들이 또한 클록 신호들(11, 13)을 동기화하기 위해 채용될 수 있다.

공급 라인(전압 또는 전류 공급)으로 동기화 신호(19)를 변조하고 AC 전압 전원공급 신호 또는 동기화 목적들을 위한 공급 전압의 AC 성분, 특히 이와 같은 AC 신호의 위상 각도를 사용하는 것이 또한 가능하다. 공통 라인을 통해 클록 전원공급 신호로서 추가 신호를 갖는 동기화 신호의 전송의 이와 같은 실시예의 추가 상세들을 위해, 대응하는 참고 도서들이 참조되어야 한다.

언급한 전송 및 변조 방식들에 관한 회로 예들 및 추가 상세들은, 만약 이들이 어떠한 경우에든 친숙하지 않다면, 그것의 추가의 상세한 설명이 제공되어 있는, 존 지. 프로아키스(John　G.　Proakis)에 의한, 예를 들어 "디지털 통신(digital communications)"(Mcgraw-Hill Publ.Comp.)과 같은 관련 전기공학 전문가 문헌에서 발견할 수 있다.

도　4는 측지 기구(40)에서의 동기화 방법의 예시적인 응용을 나타낸다. 이 경우에, 2개의 고정밀 각도 센서들(41, 42)이 설치되고, 이들은 도면에서 이들의 회전 축선들 및 회전 방향에 의해 표시된다. 측정 서브유닛들로서의 각도 센서들의 본 발명에 따른 동기화는 양 축선들에 대한 각도들의 매우 높은 동시 측정을 허용한다. 게다가, 선택적으로 제공되는 광학 거리 측정은 또한 마찬가지로 동일한 원리에 따라 동기화될 수 있고, 그래서 공간 지점이 특정 순간에 정확하게 3개의 좌표들로 측정될 수 있다. 트리거 신호는 여기서 예를 들어 주기적으로 또는 미리 규정된 측정 프로그램에 기초하여 기구(40)의 측정 전자장치에 의해 발생될 수 있고, 또한 조작자에 의해 수동으로 트리거 가능할 수 있다.

도　5는 위치(52) 및/또는 각도(51) 측정의 측정 서브유닛들을 갖는 인공 팔(50) 형태로 측정 시스템의 예시적인 응용을 나타내고, 상기 서브유닛들은 본 발명에 따라 동기화된다. 이 경우에, 팔의 단부에 끼워맞춰져 있는 프로브 헤드(55)는 신체와 접촉 시 트리거 신호를 트리거한다. 상기 트리거 신호에 응답하여, 본 발명에 따라 동기화된 모든 서브시스템들은 이들의 현재 측정된 위치값을 저장한다. 이들 위치들은 이때 예를 들어 직렬 버스 시스템을 통해 제어 유닛(54)에 의해 판독된다. 팔의 기하학 정보 및 이들 개개의 위치들에 기초하여, 워크피스를 갖는 프로브 헤드의 접촉 지점에 대응하는 공간 위치가 결정될 수 있다. 그 결과, 임의의 기하학을 가지는 본체들은 고정밀도로 하나 하나씩 측정될 수 있다.

예를 들어 측정팔이 조작자에 의해 수동으로 안내될 때 예상될 수 있는 것과 같이, 비록 위치값들이 불안정 유도(unsteady guidance), 세이킹(shaking) 및 진동들의 형태로 축선들의 연속 이동들의 결과로서 시간적으로 안정하지 않을지라도, 그럼에도 불구하고 정확한 공간 위치가 개개의 측정들의 고정밀 동시성 때문에 결정될 수 있다. 이 경우에, 모든 측정 서브유닛들에서의 측정값 획득의 순간은 너무 정확하게 동시적이어서 트리거링 중 가능한 이동에 의해 생기는 시간적 위치 변경이 이 측정 서브시스템에 의해 기록되는 측정값들에서 위치 편차로 이어지지 않을 때조차, 모든 값들이 정확하게 동일한 순간에 기록되고 따라서 본질적으로 변함이 없다. 고정밀 동기화 없이 이동하는 측정 시스템의 경우에, 개개의 축선들의 측정값 획득에서의 시간 오프셋은 트리거 순간의 실제 위치에 대응하지 않을 수 있는 위치값들의 일관성이 없는 세트로 이어질 수 있지만, 오히려 - 비록 약간일지라도 - 상이한 순간들에서 축선들의 위치들로 이어질 수 있어, 측정팔(measuring arm)이 실제로 결코 전혀 점유되지 않은 3D 위치에서의 공간 좌표로서의 조합을 생기게 할 수 있다.

이 경우에, 서브 시스템들의 본 발명에 따른 동기화는 측정 프로세스 중 측정 시스템의 이동들 때문에 측정 에러들을 감소시킨다.

도　6은 본 발명에 따라 동기화된 위치 센서들(66X, 66Y, 66Z)에 의해 워크피스(62)를 측정하기 위해 갠트리 디자인의 좌표 측정 기계(60) 형태로 예시적인 응용을 나타낸다. 택타일 프로브 헤드(63), 차광막 또는 아날로그 신호의 미리 결정된 레벨의 엑시던스(excedance)에 의해 트리거 신호를 트리거링하는 원리는 도 5에 대해 위에 기재한 원리에 대응한다. 프로브 헤드(63)에 의해 트리거되는 트리거 신호에 기초하여, 위치 센서들(66X, 66Y, 66Z)은 측정값으로서 각각의 축선 위치를 획득하고, 이 위치는 이후 제어 유닛(61)에 의해 판독되고 추가 처리되어 공간 좌표들을 형성한다. 아날로그 "스캐닝 프로브들(scanning probes)" 경우조차도, - 그것의 프로브 편향은 바로 디지털로 판독되지 않고 아날로그 편향값으로서 판독되며 - 이들의 편향값은 부수적으로 본 발명에 따라 동시에 획득될 수 있다. 그러나, 이 경우에, 축선들(X, Y 및 Z)은 모터로 구동되고 트리거 신호는 축선들의 이동 중 트리거된다. 만약 이러한 트리거링이 모든 축선들에 의해 정확하게 동시에 또는 적어도 가장 작은 가능한 일시적 불확실성으로 식별되지 않는다면, 트리거 순간에 정확하게 위치하기보다는 축선들의 이동 때문에, 각각의 축선에서, 그것으로부터 다소 벗어나는 위치가 획득되거나 또는 트리거 순간에서의 위치가 단지 대응하는 불확실성을 가지고 계산될 수 있다. 이것은 대부분 비결정론적이고 그러므로 수치적으로 보상될 수 없는 공간 위치들에서의 에러들로 이어진다. 축선 위치들 외에, 이 경우에 측정 기계의 측정 프로브 헤드의 편향이 또한 본 발명에 따른 원리에 따라 시간-동기적으로 획득될 수 있다.

도 7a의 도해는 종래 기술로부터 알려진 측정 시스템의 예시적인 블록도를 나타내고, 이를 참조하여 이와 같은 시스템들에서 발생하는 문제들의 일부가 다시 상세히 설명될 것이다. 이 경우에, 서브시스템들(71a, 71b)은 아날로그 또는 디지털 정보로서 이용 가능하거나 또는 하나 이상의 물리적 변수들의 획득에 의해 서브시스템 자신에 의해 제공되는 측정값(76a, 76b)을 각각 획득하기 위한 측정 서브유닛들이다. 이러한 측정값의 획득은 트리거 시스템으로서 또한 불릴 수 있는 서브시스템(78)의 트리거 신호(70)에 의해 트리거된다. 가장 간단한 경우에, 트리거 순간은 예를 들어 흔히 있는 일이지만 스위칭 측정 프로브를 위한 전기 신호의 에지에 의해 결정된다. 트리거 신호(70)는 임의의 순간에 임의의 클록킹과 무관하게 발행할 수 있다.

서브시스템들(71a, 71b)에 있어서, 트리거 신호는 각각의 클록 신호(74a/b)와 동기화되는 트리거 신호(77a/b)를 형성하기 위해 각각의 클록 신호(74a/b)에 의해 블록(72a/b)에서 샘플링되고, 이것에 의해 래치 유닛(73a/b)에서 트리거 신호는 - 마찬가지로 클록 신호, 또한 그것으로부터 유도되는 클록 신호(75a/b)에 의해 동작하는 - 이러한 순간에 측정값이 획득되어 가능하게는 버퍼-저장(=래치)된다.

종래 기술에 따른 시스템들에서, 클록 유닛들(74a/b)의 클록 신호들은 서로 독립적이고 주파수 및 위상의 면에서 서로 임의로 벗어날 수 있으므로, 각각의 로컬 트리거링의 순간은 또는 비결정론적인 시간 이동을 받고, 바람직하지 않은 경우에, 1클록 사이클까지의 크기를 얻을 수 있다.

이 경우에 발생하는 신호들은 예로서 도 7b에 도시된다. 이 경우에, 트리거 신호(70)는 임의의 순간에 발생할 수 있다. 클록 신호들(75a, 75b)은 각각의 로컬 클록 발생기들(74a/b)에 의해 서로에 대해 어떠한 참조도 없이 각각의 서브시스템들에서 발생된다. 트리거 신호(70)가 각각의 경우에 클록 신호(75a, 75b)의 하강 에지에서 평가되어, 로컬 트리거링(77a, 77b)의 순간이 규정되고, 그 순간에서의 순간 측정값(76a, 76b)은 래치 유닛(73a, 73b)에 의해 각각 획득된다. 이것은 또한 여기서 점선들로 도시되는 시간 오프셋(15)을 생기게 한다. 공통 트리거 신호에도 불구하고 존재하는, 이와 같이 존재하는 시간 지터(15)는 클록 신호의 사이클 기간까지의 대역폭을 가질 수 있고 서로에 대한 클록 신호들의 주파수 드리프트 때문에, 시간에 걸쳐 일정하지 않다.

도 8a의 도해는 이전처럼 동일한 시스템을 나타내지만, 본 발명에 따르면 2개의 로컬 클록 발생기들(74a, 74b)은 서로 동기화된다. 이것은 예를 들어 위에서 상세히 기재된 방법들 중 하나에 따라 행해질 수 있다.

도 8b에서의 신호들은 로컬 트리거 순간들(92a, 92b)의 시간 오프셋(또는 작은 크기 정도인 시간 오프셋)이 발생하지 않은 것을 명확하게 나타내는데, 그 이유는 모든 서브시스템들이 동기 클록 신호들(85a, 85b)에 의해 트리거 신호(80)를 각각 샘플링하고 이렇게 하여 측정값들(86a, 86b)이 고도의 동시성으로 각각의 서브시스템(81a, 81b)에서 획득되기 때문이다. 남은 대기 시간(38)은 또한 내삽 또는 외삽의 도움을 받아 시스템에서 추가의 대기 시간들과 함께 보상될 수 있다. 대기 시간은 결정 가능하고 예를 들어 측정 평가 및 추가 처리를 위한 유사한 클록-동기화 제어 유닛과 같은, 예를 들어 서브시스템들 중 적어도 하나에서 높은 클록의 도움을 받아 측정될 수 있다. 특히, 제어 유닛은 동기화의 "마스터(master)"로서 기능할 수 있다. 로컬 클록들(84a/b)의 주파수들 및 위상 각도들은 어떠한 경우에도 제어 유닛에 알려진다.

각각의 동시 신호들(84a, 84b 및 92a, 92b)은 본 발명에 따른 이들의 동시성 때문에 도면들에서 단지 1회 도시되지만, 복수의 참조 부호들로 나타낸다.

동기화 신호(87a/b)에 의한 클록 발생기들(84a/b)의 클록 신호들(85a/b)의 시간 동기화가 이 경우에 위에 기재한 방법들 중 하나에 기초하여 실행될 수 있다.

마찬가지로 동기화된 클록 신호들(84a, 84b)을 가지는 다른 실시예가 도 9a에 도시되고, 이 클록 신호들에 의해 또한 트리거 시스템으로서 나타낸 서브시스템(93)의 클록 발생기(89)가 또한 동기화된다. 도　9b에 도시되어 있는 신호들이 도시되어 있는 이 실시예에 있어서, 클록-트리거 변조기로서 지정되는 유닛(90)에서의 트리거 이니시에이터(88)의 비동기 트리거 신호(91)는 동기 트리거 신호를 형성하기 위해 클록 신호(89)에 의해 시간 양자화된다. 클록-트리거 변조기(90)는 이때 다른 서브시스템들(81a/b)에 결합된 클록-트리거 신호(80)로서 동기 트리거 신호 및 동기화 신호 모두를 제공한다.

서브시스템들(81a/b)에서, 클록-트리거 신호(80)는 클록-트리거 복조기로서 나타낸 기능 블록(82a/b)에서 로컬 동기화 신호(87a/b) 및 로컬 트리거 신호(92a/b)로 분할된다. 로컬 동기화 신호(87a/b)는 이후 로컬 클록 유닛(84a/b) 또는 이것에 의해 발생되는 로컬 클록 신호(85a/b)를 동기화시키기 위해 사용된다. 이렇게 하여 클록 유닛들(89, 84a, 84b)이 각각의 경우에 서로에 대해 매우 작은 지터의 가능한 존재로부터 동시에 멀어지는 것이 보장된다.

따라서, 클록 신호들(84a, 84b, 89)과 이미 동시 존재하는 로컬 트리거 신호(92a/b)는 각각의 래치 유닛들(83a/b)에서 측정값 획득의 트리거링 시 다른 측정 서브시스템들에 대해 단지 매우 작은 시간 지터를 가진다.

추가의 도달하는 실시예에 있어서, 서브샘플링 내삽의 매우 다양한 형태들이 또한 가능하고, 여기서는 획득의 로컬 클록 신호들보다 높은 클록 속도를 갖는 트리거 신호의 고해상도 시간 양자화에 기초하여, 2개의 측정값들의 획득 간에 트리거링의 고해상도 순간을 결정하는 것이 가능하다. 그 결과, 고해상도 순간에 실제로 획득된 측정값들 사이에 있는 보간된 측정값은 내삽 방법에 기초하여 결정될 수 있다.

도　10a는 이와 같은 내삽을 나타낸다. 이 경우에, 클록 및 트리거 신호 외에, 트리거 유닛(93)은 시간 발생기(95)에 의해 훨씬 더 높은 해상도 서브샘플 시간 정보 아이템을 제공하고, 이것에 기초하여 측정값들의 내삽이 행해질 수 있다. 이 경우에, 서브샘플 타이머로서 나타낸 유닛(94)은 비동기 트리거 신호(91)와 고해상도 시간 유닛들에서의 클록-트리거 신호(80)의 동기화된 트리거 정보 간의 시간차를 결정한다. 이것은 높은-주파수 카운터의 도움을 받아 예를 들어 디지털로 또는 예컨대 전압 램프(voltage ramp)에 의해 아날로그 방식으로도 행해질 수 있다. 이 경우에, 단지 이러한 서브샘플 타이머는 높은-주파수 카운터로서 작동해야 하고 회로의 나머지는 복수의 측정 서브유닛들에 걸쳐 본 발명에 따라 동기화된 더 느린 클록 신호로 작동할 수 있다. 그 결과, 측정 서브유닛들에서의 열 및 에너지 소비의 발전(evolution)이 낮게 유지될 수 있고 그럼에도 불구하고 높은 측정 정밀도가 달성될 수 있다. 이렇게 결정된 서브샘플 시간 정보는 이후 이하에 기재되는 것과 같이, 기록된 측정값들의 내삽 또는 외삽을 위해 사용될 수 있다.

도　10b는 이와 같은 내삽의 타이밍도들을 나타낸다. 이 경우에, 클록 신호(89)의 에지와 동기화되는 트리거 신호와 트리거 신호(91) 간의 시간 지속기간은 펄스(94)의 폭으로서 표현된다. 이러한 폭은 이 경우에 예를 들어 동기화된 로컬 신호보다 높은 클록 속도를 가지는 클록 발생기(95)의 4개의 에지들에서 높은-주파수 클록 발생기(95)의 더 빠른 클록 신호에 의해 결정된다. 동기화된 트리거 신호는 이 예에서는 위상 변조를 갖는 클로게-트리거 신호(80)로서 서브시스템들에 제공된다.

실제 측정 신호(86a)는 검은색 점들로 도시된, 측정값들을 형성하기 위해 동기화된 클록 신호(89)의 상승 에지에 의해 샘플링된다. 측정값들은 예를 들어 점선으로 나타낸 선형으로 보간된다. 결과적으로, 및 94의 서브샘플 기간 정보와 함께, 실제로 기록된 측정값(102)은 신호의 실제값(100)에 명백하게 더 가까워지는 선형 내삽의 값(101)으로 향상될 수 있다. 특히 만약 측정 신호의 대역폭이 샘플링 속도의 절반보다 작으면, 측정값은 내삽의 도움을 받아 트리거 순간에 매우 정확하게 결정될 수 있다. 만약 알려진다면, 측정값 및/또는 그것의 미분 시간들(time derivatives)의 물리적 모델을 표현하는 함수에 따른 내삽은 정밀도의 추가의 증가를 가져올 수 있다. 내삽 또는 외삽을 위해, 단순한 선형 함수 외에, 또한 측정된 시스템의 물리적 모델로 지향되는 고차 함수 또는 대응하는 차이 함수(differential function)도 사용하는 것이 가능하다.

트리거 유닛(93)에 의한 서브샘플 시간 정보의 제공에 대한 대안으로서, 도　10c에 도시된 것과 같이, 보간된 측정값은 또한 측정 유닛(81)에서 직접 결정될 수 있고 후자에 의해 제공될 수 있다. 이 경우에, 동기화된 클록 발생기(84)(또는 이를 위해 특히 제공되는 클록 발생기)는 동기화된 클록 신호의 것보다 높은 주파수를 가지는 서브샘플 클록(89)을 발생하고, 이것의 도움을 받아 서브샘플링 유닛(94)은 클록 신호(85)의 - 측정값을 획득하는 - 클록 에지와 비동기 트리거 신호(92) 사이의 시간차가 결정된다. 데이터 처리 유닛(여기에 도시되지 않음)은 선형 내삽에 기초하여 위에서 예로서 기재된 것과 같이, 그것으로부터 신호 내삽을 수행할 수 있다. 이 경우에, 트리거 신호는 로컬 클록 신호들을 위한 동기화 신호에 대해 비동기적으로 제공된다.

신호들의 대응하는 타임 프로파일들은 도　10d에 도시된다.

상기 설명들은 또한 임의의 수의 서브시스템들로 확대될 수 있음은 말할 필요도 없다.

게다가, 이 경우에, 전자 제어기 시스템에 의한 상이한 태스크들, 예컨대 트리거링, 측정값 획득, 내삽, 측정값 평가, 제어, 및 또한 이들의 조합들은 서브시스템들에 할당될 수 있다.

Claims (15)

1. 복수의, 특히 공간적으로 분산된(distributed), 측정 서브유닛들을 포함하는 공간 좌표 측정 기계(40, 50, 60)에서 측정값 획득들의 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법으로서,
   · 트리거 신호(10)에 의해 상기 측정값 획득을 트리거링하기 위한 순간(instant)을 시그널링하는 단계, 및
   · 상기 트리거 신호(10)에 의해 결정되는 상기 순간에 상기 측정 서브유닛에서 측정값을 각각 획득하여 버퍼-저장(buffer-storing)하는 단계를 포함하고,
   상기 측정값은 상기 측정 서브유닛의 로컬 클록 신호(11, 13)에 의해 시간-양자화된 방식으로 각각의 경우에 상기 측정 서브유닛들에서 획득되는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법에 있어서,
   어떠한 경우에도 상기 로컬 클록 신호의 기간 지속시간의 90%보다 작은, 특히 기간 지속시간의 절반보다 작은, 바람직하게는 상기 기간 지속시간의 1/5보다 작은 일시적 불확실성을 갖는 상기 측정값을 상기 측정 서브유닛들에서 획득하는 동시성을 보장하기 위해,
   동기화 신호(19)에 의해 상기 측정 서브유닛들의 상기 로컬 클록 신호들(11, 13)의 위상 동기화를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 시그널링은 측정 프로브(55, 63)에 의해 실행되고,
   상기 획득은 위치값 센서들(41, 42, 51, 52, 66X, 66Y, 66Z)에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   공통 신호 라인을 통해 공통 신호(20, 120, 220, 320, 420, 520, 620)로서 추가 신호 및 상기 동기화 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
4. 제3항에 있어서,
   공통 신호(20, 120, 220, 320, 420, 520, 620)로서 제공하는 것은 상기 대응하는 성분들이 상기 공통 신호로부터 재구성될 수 있는 방식으로 변조 방식을 이용하여 일어나고, 특히 상기 변조 방식은 FSK, PSK, ASK 또는 QAM 형태로 수행되는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 변조 방식은 디지털 변조 방식으로서, 특히 상기 동기화 신호 및 상기 추가 신호의 논리적 조합 형태로 수행되는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
6. 제3항에 있어서,
   공통 신호(20, 120, 220, 320, 420, 520, 620)로서 제공하는 것은 상기 로컬 클록 신호들이 동기화될 수 있는 라인 코딩(line coding), 바람직하게는 맨체스터 코드(Manchester code) 형태의 라인 코딩을 이용하여 일어나는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   추가 신호로서 상기 동기화 신호(19) 및 상기 트리거 신호(10)를 제공하는 것은 결합된 클록-트리거 신호에 의해 일어나고, 상기 결합된 클록-트리거 신호는 상기 공통 신호 라인을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
8. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은 결합된 클록-전원공급 신호로서 전원-전압-전송 라인(supply-voltage-carrying line)에 의해 추가 신호로서 전원공급 신호(supply signal)를 통해 상기 동기화 신호(19)를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
9. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은 결합된 클록-데이터 신호로서 공통 신호 라인을 통해 추가 신호로서 데이터 신호 및 상기 동기화 신호(19)를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 트리거 신호(10)를 동기 트리거 신호로서 상기 측정 서브유닛들에 제공하는 것을 포함하고, 상기 트리거 신호는 트리거 유닛으로서의 서브유닛에서 동기화된 상기 클록 신호에 의해 시간-양자화되고 동기화된 트리거 신호로서 상기 측정 서브유닛들에 제공되는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
11. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 각각의 경우에 상기 측정 서브유닛들에서 상기 동기화된 로컬 클록 신호에 의해 시간-양자화되는 동기 트리거 신호로서 상기 측정 서브유닛들에 상기 트리거 신호(10)를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 로컬 클록 신호(11, 13)의 상기 동기화는 상기 동기화 신호로부터, 피드백 제어 루프(feedback control loop), 바람직하게는 PLL 또는 변형 코스타스 루프(modified Costas loop)를 이용하여 일어나고, 특히 상기 동기화 신호는 그것으로부터 발생된 상기 로컬 클록 신호의 다수의 상기 사이클 시간을 가지는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로컬 클록 신호는 선로 길이들 및 회로 지연들을 고려하여 신호 전파 시간을 보상하기 위해 대기 시간 보상(latency time compensation)으로서 상기 동기화 신호에 대해 일정한, 자유롭게 선택 가능한 위상 오프셋을 가지며, 특히 상기 자유롭게 선택 가능한 위상 오프셋은 상기 신호 전파 시간들 및 상기 측정 시스템에 의해 자동으로 결정될 수 있는 상기 측정 서브시스템들 간의 지연들에 기초하여, 상기 측정 시스템에 의해 자동으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    · 자신의 동기화된 로컬 클록 신호들을 갖는 상기 서브유닛들은 상기 측정값들을 획득하고 상기 측정값들의 시간적으로 제한된 히스토리(temporally limited history)를 저장하고,
    · 트리거링의 상기 순간을 시그널링하는 것은 상기 트리거 순간을 규정하고 상기 동기화된 클록 신호들에 대해 비동기적인(asynchronous) 상기 트리거 신호를 분배하여 일어나고,
    · 상기 측정값들은 상기 비동기 트리거 순간에 대한 상기 동기적으로 획득된 측정값들의 계산적 내삽(computational interpolation) 또는 외삽(extrapolation)에 의해 결정되고,
    특히 상기 내삽 또는 외삽을 위한 상기 서브유닛들 중 적어도 하나는 상기 로컬 클록 신호의 기간 지속시간보다 짧은 시간 해상도(temporal resolution)에 의해 시간 결정을 실행하는 것을 특징으로 하는, 라인-기반 고정밀 시간 동기화를 위한 방법.
15. 복수의, 특히 공간적으로 분산된, 측정 서브유닛들을 포함하는 트리거 가능 좌표 측정 시스템으로서,
    · 측정값으로서 물리적 변수를 획득하기 위한 측정값 입력,
    · 트리거 신호에 의해 결정되는 순간에 상기 측정값 획득을 트리거링하기 위한 라인-기반 트리거 신호 입력,
    · 상기 측정값 획득의 시간-양자화된 측정-서브시스템-내부 신호 처리를 위한 로컬 클록 신호를 포함하는, 트리거 가능 좌표 측정 시스템에 있어서,
    동기화 신호에 기초하여 상기 측정 시스템의 상기 측정 서브유닛들에서 상기 로컬 클록 신호들의 위상 동기화를 위한 동기화 유닛을 포함하고, 특히 상기 동기화 신호는 공통 신호 라인을 통해 추가 신호와 함께 전송되고, 바람직하게는 상기 동기화 신호는 상기 측정 시스템에서 결합된 클록-트리거 신호로서 상기 트리거 신호와 함께 전송되는 것을 특징으로 하는, 트리거 가능 좌표 측정 시스템.

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