WO2008135481A1 - Messanordnung mit einem datenkanal zur datenübertragung eines messsignals und eines kontrollsignals - Google Patents

Messanordnung mit einem datenkanal zur datenübertragung eines messsignals und eines kontrollsignals Download PDF

Info

Publication number
WO2008135481A1
WO2008135481A1 PCT/EP2008/055313 EP2008055313W WO2008135481A1 WO 2008135481 A1 WO2008135481 A1 WO 2008135481A1 EP 2008055313 W EP2008055313 W EP 2008055313W WO 2008135481 A1 WO2008135481 A1 WO 2008135481A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring
unit
digital
data channel
signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/055313
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Finkler
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2008135481A1 publication Critical patent/WO2008135481A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24457—Failure detection
    • G01D5/24461—Failure detection by redundancy or plausibility
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales

Definitions

  • Measuring arrangement with a data channel for data transmission of a measuring signal and a control signal
  • the invention relates to a measuring arrangement with a measuring unit for detecting a physical or chemical quantity and with a digital data channel connected to the measuring unit.
  • the measuring unit has sensor means for detecting at least two analog measuring signals for the physical or chemical quantity to be detected, an evaluation unit connected to the sensor means for evaluating the analog measuring signals and for determining at least one digital measuring signal, a monitoring unit connected to the sensor means for determining at least one digital control signal and a between the evaluation and the monitoring unit on the one hand and the data channel on the other hand interposed communication unit for feeding the digital measurement signal and the digital Kontrollsig- signals in the data channel.
  • Such a measuring arrangement is known, for example, from DE 100 50 392 A1.
  • a position of a movable part of a processing machine is detected as an operating variable.
  • the current position of the executed for example as a linear or rotatable rotor part is required in a control unit for controlling the processing machine.
  • two analog measurement signals are digitized and transmitted as instantaneous amplitude values via the data channel. The latter are used in a diagnostic unit also connected to the data channel to check the functionality of the measuring unit. This is expensive.
  • the object of the invention is therefore to provide a measuring arrangement of the type described, which enables a functional monitoring of the measuring unit with little effort.
  • the monitoring unit is designed to determine the at least one digital control signal as a combination signal from the two analog measuring signals.
  • the measuring unit has a certain evaluation or processing capacity for determining the digital measuring signal, which can therefore also be used in particular for determining the combination signal from the two analog measuring signals.
  • This is particularly efficient and permits a reduction in the processing capacities otherwise to be provided elsewhere, for example in a diagnostic unit connected to the data channel.
  • the transmission of the / the combination signal / e instead of the transmission of the analog measurement signals leads to a reduced amount of data on the data channel.
  • the functional capability of the measuring unit of interest can also be easily determined on the basis of the combination signal (s).
  • a variant is advantageous in which the monitoring unit is designed to detect two digital control signals, the first of which is equal to a sum of the two digitized analog measuring signals and the second equal to a difference of the two digitized analog measuring signals.
  • the sensor means in particular as optical sin / cos encoders are formed with two in pairs exactly 90 ° out of phase in approximately sinusoidal analog output signals, phase offset errors between the two analog output signals by evaluating the sum and the difference of the two analog output signals instead of an evaluation of the analog output signals fix. This sum and difference always have the desired 90 ° phase offset.
  • the monitoring unit is designed to have a first digital control signal as the square root of the sum of the squared digitized analog measurement signals and a second digital control signal as one of the two digitized analog measurement signals or as the sum or difference of the two digitized analog measurement signals to investigate.
  • the square root expression is particularly constant at 90 ° out of phase sinusoidal analog output signals. Based on the two control signals transmitted via the data channel, it is then possible both to check the coincidence of the square root expression with a constant nominal value and, if necessary, to reconstruct the causative analog measurement signals.
  • At least one further unit connected to the digital data channel is provided, which is designed to receive the digital measurement signal and the digital control signal and to check the consistency of the received digital measurement signal and the received digital control signal.
  • a particularly thorough check of the functioning of the measuring unit can be carried out in the relevant unit.
  • the sensor means and the evaluation unit can be monitored.
  • the evaluation unit is designed to determine a second digital measurement signal which is likewise to be transmitted on the data channel.
  • the second digital measurement signal may be a coarse measured value, which is determined in particular more simply and with less effort than the first digital measurement signal.
  • the second digital measurement signal is e.g. the respective state of a Groblageweakeneders.
  • the communication unit is designed to feed the at least one digital measurement signal into the data channel at a higher rate than the at least one digital control signal and in particular to divide a value to be transmitted of the at least one digital control signal into a plurality of partial data packets and one of the partial data packets together with one of a plurality of successively successive values of the at least one digital measuring signal to be transmitted to feed the data channel.
  • a lower transmission capacity is required on the data channel for the transmission of the digital control signal.
  • the single FIGURE shows an exemplary embodiment of a measurement arrangement 1 with a measuring unit 3 connected to a digital data channel 2 and with redundant measurement data transmission via the data channel 2.
  • the measuring arrangement 1 serves to detect a position of a movable part 4 of a machine not shown in detail.
  • the machine may in particular be a machine tool, such as a machine tool. to a machine tool or a largely arbitrarily designed manufacturing robot act. However, it may also be only a part of a superordinate unit, such as to their electric drive, act.
  • a different physical or chemical operating variable of the machine can also be detected.
  • the part 4 is linearly movable as indicated by the double arrow in the figure. Any other type of movement, such as a rotational movement, but is also possible in principle.
  • the measuring arrangement 1 comprises, in addition to the measuring unit 3 and the bidirectional digital data channel 2 as a further component, a control unit 5 and optionally a diagnostic unit 6, which, like the measuring unit 3, are connected to the data channel 2.
  • the measuring unit 3, the control unit 5 and possibly also the diagnostic unit 6 can communicate with each other via the data channel 2.
  • the data channel 2 is designed, for example, as a data bus. It can also be designed wired or wireless.
  • the diagnostic unit 6 can be connected as a separate unit to the data channel 2. Alternatively or additionally, a diagnostic subunit 7 may also be provided as part of the control unit 5. Both variants are entered in the figure in dashed lines.
  • the measuring unit 3 contains as a sensor means a scanning unit 8, which is designed in the embodiment as at least two-channel optical sin / cos encoder. Alternatively, however, magnetic, capacitive or inductive scanning units are possible.
  • the scanning unit 8 comprises two optical scanning heads 9 and 10 which scan a track 11 attached to the movable part 4 of the processing machine.
  • the track 11 is designed in the form of a periodic measurement graduation.
  • further tracks may also be provided, which are likewise designed in the form of periodic measuring graduations, but with different measuring graduations than the track 11. It can also track a non-periodic barcode
  • the outputs of the optical scanning heads 9 and 10 are connected to an evaluation unit 12 and to a monitoring unit 13, which in turn are in each case connected to a communication unit 14 designed as a transmitting / receiving module.
  • the communication unit 14 is the communication interface for connecting the measuring unit 3 to the data channel 2.
  • the two scanning heads 9 and 10 generate optical scanning signals, which are emitted in the direction of the track 11. After a reflection on or transillumination of the track 11, the scanning signals are detected by the scanning heads 9 and 10 and converted into analog measuring signals Al and A2.
  • the scanning unit 8 which is designed as an optical sin / cos encoder, the analogue ones Measuring signals Al and A2 by sinusoidal signals which are 90 ° out of phase with each other.
  • the analog measurement signals A1 and A2 are supplied to the evaluation unit 12, which carries out a digitization and, in addition, determines an accurate digital measurement signal M1 which contains measurement information about the current position of the track 11 and thus of the movable part 4 of the processing machine.
  • the digital measurement signal Ml is fed via the communication unit 14 into the data channel 2 and transmitted there to the control unit 3.
  • the evaluation unit 12 optionally generates a second digital measurement signal M2, which comprises an inaccurate position information with respect to the track 11 in comparison with the first measurement signal M1. It contains an indication of the coarse position of the track 11 and is determined with a lower evaluation effort than the first measurement signal Ml. Also, the optional second measuring signal M2 with the coarse layer information is transmitted via the data channel 2.
  • the analog measurement signals Al and A2 are also fed as test signals in the monitoring unit 13. There, a digitization of the instantaneous values of both analog measurement signals Al and A2 takes place. Possibly. can also refer to the digitization carried out in the evaluation unit 12. be resorted to. However, the subsequent further processing differs from that for determining the digital measurement signals Ml and M2. From the digitized instantaneous values of the analog measurement signals A1 and A2, control signals K1, K2, K3 and / or K4 are generated, which are likewise fed via the communication unit 14 into the data channel 2.
  • both the measurement signals M1 and M2 on the one hand and the control signals K1 to K4 on the other hand are transmitted via the data channel 2 and the respective signals contain at least partially identical information, a redundant data transmission is present within the scope of the identical information.
  • the control signals K1 to K4 are determined essentially on the basis of a combination of the analog measuring signals A1 and A2. So these are combination signals. This check is carried out in particular in a connected to the data channel 2 further unit, such as the diagnostic unit 6, the diagnostic subunit 7 and / or the control unit 5. Represents this performed on the basis of the control signals Kl to K4 Checking out that an error or an irregularity has occurred in the measuring unit 3, at least one error message is generated and, if necessary, initiated for the detected error case respectively follow-up action.
  • control signals K1 to K4 are generated and transmitted via the data channel 2.
  • control signals K1 to K4 are generated and transmitted via the data channel 2.
  • control signals Kl and K2 according to
  • Kl Al + A2 (1)
  • K2 Al - A2 (2)
  • control signals K1 and K2 thus determined always have a phase offset of 90 °, so that error checking of the measuring unit 3 can be performed better.
  • control signals K3 and K4 are fed into the data channel 2, wherein the control signal K4 is equal to one of the two analog measurement signals Al and A2 or one of the two control signals Kl and K2.
  • the control signals K3 and K4 Based on the control signals K3 and K4, besides the constancy check of the expression (Al 2 + If necessary, in the relevant unit 5, 6 or 7, a reconstruction of the analog measurement signals Al and A2 done, making a more detailed evaluation is possible.
  • At least one of the digital measuring signals Ml and M2 can be used in addition to the control signals K1 to K4. This allows you to perform a consistency check. The verification of the measuring unit 3 is thereby improved. In particular, it is also possible to check the correct operation of the evaluation unit 12.
  • a complete set of current values of the relevant control signals K1 to K4 can also be transmitted via the data channel 2. But this is not mandatory.
  • the transmission of the values of the respectively relevant control signals K1 to K4 can also occur less frequently, for example with only every nth transmission of a value of one or both of the digital measurement signals M1 and M2, or on n transmissions of values of one or both of the digital measurement signals Ml and M2 are divided.
  • the parameter n hereby denotes a natural number.
  • the control signals K1 to K4 also need to be determined only rarely. This saves calculation capacity in the measuring unit 3. The same applies to the transmission capacity on the data channel 2.
  • control signals K1 to K4 are particularly efficient, since the unit 5, 6 or 7 responsible for checking the functionality of the measuring unit 3 is relieved of load.
  • the data volume on the data channel 2 can be reduced in this way. Overall, more resources are available for the actual measurement and control tasks with the same level of safety.
  • the measuring arrangement 1 is characterized by a very high reliability. This is achieved in particular by the control signals K1 to K4 transmitted on the data channel 2. Thus, errors occurring in the measuring unit 3 can be detected safely and quickly. Even with particularly safety-relevant applications, it is therefore not necessary to provide a redundant measured value acquisition with two measuring units 3 operated in parallel.

Abstract

Die Messanordnung (1) hat eine Messeinheit (3) zur Erfassung einer physikalischen oder chemischen Größe und einen an die Messeinheit (3) angeschlossenen digitalen Datenkanal (2). Die Messeinheit (3) umfasst Sensormittel (8) zur Erfassung mindestens zweier analoger Messsignale (A1, A2) für die zu erfassende physikalische oder chemische Größe, eine an die Sensormittel (8) angeschlossene Auswerteeinheit (12) zur Auswertung der analogen Messsignale (A1, A2) und zur Ermittlung eines digitalen Messsignals (M1, M2), eine an die Sensormittel (8) angeschlossene Überwachungseinheit (13) zur Ermittlung mindestens eines digitalen Kontrollsignals (K1-K4) sowie eine zwischen die Auswerteeinheit (12) und die Überwachungseinheit (13) einerseits und den Datenkanal (2) andererseits zwischengeschaltete Kommunikationseinheit (14) zur Einspeisung des digitalen Messsignals (M1, M2) und des digitalen Kontrollsignals (K1-K4) in den Datenkanal (2). Die Überwachungseinheit (13) ist dazu ausgelegt, das digitale Kontrollsignal (K1-K4) als Kombinationssignal aus den beiden analogen Messsignalen (A1, A2) zu ermitteln.

Description

Beschreibung
Messanordnung mit einem Datenkanal zur Datenübertragung eines Messsignals und eines Kontrollsignals
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung mit einer Messeinheit zur Erfassung einer physikalischen oder chemischen Größe und mit einem an die Messeinheit angeschlossenen digitalen Datenkanal. Die Messeinheit hat Sensormittel zur Erfassung mindestens zweier analoger Messsignale für die zu erfassende physikalische oder chemische Größe, eine an die Sensormittel angeschlossene Auswerteeinheit zur Auswertung der analogen Messsignale und zur Ermittlung mindestens eines digitalen Messsignals, eine an die Sensormittel angeschlossene Überwa- chungseinheit zur Ermittlung mindestens eines digitalen Kontrollsignals sowie eine zwischen die Auswerteeinheit und die Überwachungseinheit einerseits und den Datenkanal andererseits zwischengeschaltete Kommunikationseinheit zur Einspei- sung des digitalen Messsignals und des digitalen Kontrollsig- nals in den Datenkanal.
Eine derartige Messanordnung ist beispielsweise aus der DE 100 50 392 Al bekannt. Bei dieser Messanordnung wird als Betriebsgröße eine Position eines beweglichen Teils einer Bear- beitungsmaschine erfasst. Die aktuelle Position des beispielsweise als linear- oder drehbeweglicher Läufer ausgeführten Teils wird in einer Steuereinheit zur Steuerung der Bearbeitungsmaschine benötigt. Neben dem ausgewerteten und aufbereiteten digitalen Messsignal, das für die Steuereinheit der Bearbeitungsmaschine bestimmt ist, werden bei der Messanordnung gemäß der DE 100 50 392 Al auch zwei analoge Messsignale digitalisiert und als momentane Amplitudenwerte über den Datenkanal übertragen. Letztere werden in einer ebenfalls an den Datenkanal angeschlossenen Diagnoseeinheit dazu verwen- det, die Funktionsfähigkeit der Messeinheit zu überprüfen. Dies ist aufwändig. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Messanordnung der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die eine Funktionsüberwachung der Messeinheit mit geringem Aufwand ermöglicht .
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bei der erfindungsgemäßen Messanordnung ist die Überwachungseinheit dazu ausgelegt, das mindestens eine digitale Kontrollsignal als Kombinationssignal aus den beiden analogen Messsignalen zu ermitteln.
Bei der erfindungsgemäßen Messanordnung findet also bereits in der Messeinheit eine Vorverarbeitung der insbesondere zur Funktionsüberprüfung verwendeten analogen Messsignale statt. Die Messeinheit verfügt zur Ermittlung des digitalen Messsignals ohnehin über eine gewisse Auswerte- bzw. Verarbeitungskapazität, die somit insbesondere auch für die Ermittlung des Kombinationssignals aus den beiden analogen Messsignalen verwendet werden kann. Dies ist besonders effizient und erlaubt eine Reduzierung der ansonsten an anderer Stelle, beispielsweise in einer an den Datenkanal angeschlossenen Diagnoseeinheit, vorzusehenden Verarbeitungskapazitäten. Außerdem führt die Übertragung des/der Kombinationssignals/e anstelle der Übertragung der analogen Messsignale zu einem reduzierten Da- tenaufkommen auf dem Datenkanal. Die interessierende Funktionsfähigkeit der Messeinheit lässt sich auch anhand des/der Kombinationssignals/e ohne weiteres ermitteln.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Messanord- nung ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
Günstig ist eine Variante, bei der die Überwachungseinheit dazu ausgelegt ist, zwei digitale Kontrollsignale zu ermit- teln, von denen das erste gleich einer Summe der beiden digitalisierten analogen Messsignale und das zweite gleich einer Differenz der beiden digitalisierten analogen Messsignale ist. Wenn die Sensormittel insbesondere als optischer sin/cos-Geber mit zwei paarweise exakt um 90° phasenversetzten in etwa sinusförmigen analogen Ausgangssignalen ausgebildet sind, lassen sich Phasenversatzfehler zwischen den beiden analogen Ausgangssignalen mittels der Auswertung der Summe und der Differenz der beiden analogen Ausgangssignale anstelle einer Auswertung der analogen Ausgangssignale beheben. Diese Summe und diese Differenz haben stets den gewünschten 90 ° -Phasenversatz .
Weiterhin kann die Überwachungseinheit vorzugsweise dazu ausgelegt sein, das digitale Kontrollsignal als Quadratwurzel der Summe der quadrierten digitalisierten analogen Messsignale zu ermitteln. Wenn die Sensormittel wiederum insbesondere zwei um 90° phasenversetzte sinusförmige analoge Ausgangssig- nale liefern, kann die Funktionsfähigkeit anhand des genannten Quadratwurzelausdrucks besonders einfach überprüft werden. Wegen der Beziehung sin2 x + cos2 x = 1, ist der in der Messeinheit ermittelte und als Kontrollsignal über den Datenkanal übertragene Quadratwurzelausdruck lediglich auf Über- einstimmung mit einem konstanten Sollwert zu überprüfen, um eine Aussage über die Funktionstüchtigkeit der Messeinheit machen zu können.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Variante ist die Überwa- chungseinheit dazu ausgelegt, ein erstes digitales Kontrollsignal als Quadratwurzel der Summe der quadrierten digitalisierten analogen Messsignale und ein zweites digitales Kontrollsignal als eines der beiden digitalisierten analogen Messsignale oder als Summe oder Differenz der beiden digita- lisierten analogen Messsignale zu ermitteln. Wie vorstehend beschrieben, ist der Quadratwurzelausdruck bei um 90° phasenversetzten sinusförmigen analogen Ausgangssignalen insbesondere konstant. Anhand der beiden über den Datenkanal übertragenen Kontrollsignale kann dann sowohl die Übereinstimmung des Quadratwurzelausdrucks mit einem konstanten Sollwert überprüft als auch bei Bedarf eine Rekonstruktion der ursächlichen analogen Messsignale vorgenommen werden. Vorzugsweise ist außerdem mindestens eine weitere an den digitalen Datenkanal angeschlossene Einheit vorgesehen, die zu einem Empfang des digitalen Messsignals und des digitalen Kontrollsignals und zu einer Konsistenzüberprüfung des emp- fangenen digitalen Messsignals und des empfangenen digitalen Kontrollsignals ausgelegt ist. Anhand dieses Quervergleichs kann in der betreffenden Einheit eine besonders gründliche Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Messeinheit durchgeführt werden. Neben der Überprüfung der Messwerterfassung lässt sich so auch bestimmen, ob die Auswertung der erfassten analogen Messsignale in der Messeinheit korrekt erfolgt ist. Es können also die Sensormittel und die Auswerteeinheit überwacht werden.
Günstig ist außerdem eine Variante, bei der die Auswerteeinheit zur Ermittlung eines zweiten ebenfalls auf dem Datenkanal zu übertragenden digitalen Messsignals ausgelegt ist. Bei dem zweiten digitalen Messsignal kann es sich beispielsweise um einen groben Messwert handeln, der insbesondere einfacher und mit geringerem Aufwand als das erste digitale Messsignal ermittelt wird. Das zweite digitale Messsignal ist z.B. der jeweilige Stand eines Groblagezählers. Anhand des zweiten digitalen Messsignals kann die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Messeinheit weiter verfeinert werden. Falls signifi- kante Abweichungen zwischen beiden digitalen Messsignalen auftreten sollten, lässt sich daraus beispielsweise schluss- folgern, dass die verfeinerte Auswertung für das erste digitale Messsignal fehlerbehaftet ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist die Kommunikationseinheit dazu ausgelegt, das mindestens eine digitale Messsignal mit einer höheren Rate in den Datenkanal einzuspeisen als das mindestens eine digitale Kontrollsignal und insbesondere einen zu übertragenden Wert des mindestens einen digitalen Kontrollsignals in mehrere Teildatenpakete aufzuteilen und jeweils eines der Teildatenpakete zusammen mit einem von mehreren sukzessive aufeinander folgenden zu übertragenden Werten des mindestens einen digitalen Messsignals in den Datenkanal einzuspeisen. Dadurch wird für die Übertragung des digitalen Kontrollsignals eine geringere Übertragungskapazität auf dem Datenkanal benötigt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messan- Ordnung 1 mit einer an einen digitalen Datenkanal 2 angeschlossenen Messeinheit 3 und mit redundanter Messdatenübertragung über den Datenkanal 2. Die Messanordnung 1 dient zur Erfassung einer Position eines beweglichen Teils 4 einer nicht näher dargestellten Maschine. Bei der Maschine kann es sich insbesondere um eine Bearbeitungsmaschine, wie z.B. um eine Werkzeugmaschine oder um einen weitgehend beliebig ausgestalteten Fertigungsroboter, handeln. Es kann sich aber auch nur um einen Teil einer übergeordneten Einheit, wie z.B. um deren elektrischen Antrieb, handeln. Grundsätzlich kann anstelle der Position des beweglichen Teils 4 auch eine andere physikalische oder chemische Betriebsgröße der Maschine erfasst werden. Das Teil 4 ist wie durch den Doppelpfeil in der Figur angedeutet linear beweglich. Jede andere Bewegungsart, wie z.B. eine Rotationsbewegung, ist aber grundsätzlich ebenfalls möglich.
Die Messanordnung 1 umfasst neben der Messeinheit 3 und dem bidirektionalen digitalen Datenkanal 2 als weitere Komponente eine Steuereinheit 5 und ggf. eine Diagnoseeinheit 6, die ebenso wie die Messeinheit 3 an den Datenkanal 2 angeschlossen sind. Die Messeinheit 3, die Steuereinheit 5 und ggf. auch die Diagnoseeinheit 6 können über den Datenkanal 2 miteinander kommunizieren. Der Datenkanal 2 ist beispielsweise als Datenbus ausgeführt. Er kann außerdem leitungsgebunden oder drahtlos ausgestaltet sein. Die Diagnoseeinheit 6 kann als gesonderte Einheit an den Datenkanal 2 angeschlossen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Diagnoseuntereinheit 7 als Teil der Steuereinheit 5 vorgesehen sein. Beide Varianten sind in der Figur in gestrichelter Linienführung eingetragen.
Die Messeinheit 3 enthält als Sensormittel eine Abtasteinheit 8, die im Ausführungsbeispiel als mindestens zweikanaliger optischer sin/cos-Geber ausgeführt ist. Alternativ sind aber auch magnetische, kapazitive oder induktive Abtasteinheiten möglich. Die Abtasteinheit 8 umfasst zwei optische Abtastköpfe 9 und 10, die eine an dem beweglichen Teil 4 der Bearbei- tungsmaschine angebrachte Spur 11 abtasten. Die Spur 11 ist in Gestalt einer periodischen Messteilung ausgestaltet. Optional können auch weitere Spuren vorgesehen sein, die ebenfalls in Gestalt periodischer Messteilungen, allerdings mit anderen Messteilungen als die Spur 11, ausgestaltet sind. Es kann auch eine Spur mit einem nicht-periodischen Strichcode
(= Pseudo-Random-Strichcode) vorgesehen sein. Auch den weiteren Spuren ist dann jeweils mindestens ein gesonderter Abtastkopf zugeordnet.
Die Ausgänge der optischen Abtastköpfe 9 und 10 sind an eine Auswerteeinheit 12 sowie an eine Überwachungseinheit 13 angeschlossen, die ihrerseits jeweils mit einer als Sende-/Emp- fangsmodul ausgeführten Kommunikationseinheit 14 in Verbindung stehen. Die Kommunikationseinheit 14 ist die Kommunika- tionsschnittstelle zum Anschluss der Messeinheit 3 an den Datenkanal 2.
Im Folgenden werden die Funktionsweise und besondere Vorteile der Messanordnung 1 näher beschrieben.
Die beiden Abtastköpfe 9 und 10 erzeugen optische Abtastsignale, die in Richtung der Spur 11 ausgesendet werden. Nach einer Reflektion an oder Durchleuchtung der Spur 11 werden die Abtastsignale von den Abtastköpfe 9 und 10 detektiert und in analoge Messsignale Al bzw. A2 umgewandelt. Gemäß der üblichen Funktionsweise der als optischer sin/cos-Geber ausgeführten Abtasteinheit 8 handelt es sich bei den analogen Messsignalen Al und A2 um jeweils sinusförmige Signale, die gegeneinander um 90° phasenversetzt sind.
Die analogen Messsignale Al und A2 werden der Auswerteeinheit 12 zugeführt, die eine Digitalisierung vornimmt und außerdem ein genaues digitales Messsignal Ml ermittelt, das eine Messinformation über die aktuelle Position der Spur 11 und damit des beweglichen Teils 4 der Bearbeitungsmaschine enthält. Das digitale Messsignal Ml wird über die Kommunikationseinheit 14 in den Datenkanal 2 eingespeist und dort zu der Steuereinheit 3 übertragen.
Daneben erzeugt die Auswerteeinheit 12 optional ein zweites digitales Messsignal M2, das gegenüber dem ersten Messsignal Ml eine ungenauere Positionsinformation bezüglich der Spur 11 umfasst. Es enthält eine Angabe über die Groblage der Spur 11 und ist mit geringerem Auswerteaufwand ermittelt als das erste Messsignal Ml. Auch das optionale zweite Messsignal M2 mit der Groblageninformation wird über den Datenkanal 2 übertra- gen.
Vorzugsweise gibt das zweite Messsignal M2 in diesem Fall an, um wie viele Perioden ihrer Messteilung sich die Spur 11 relativ zur Abtasteinheit 8 bewegt hat, wobei diese Angabe aus der Auswertung der Nulldurchgänge der beiden um 90° phasenversetzten insbesondere sinusförmigen analogen Messsignale Al und A2 ermittelt wird. Dementsprechend hat das zweite Messsignal M2 eine Auflösung von bis zu einem Viertel der Mess- teilungsperiode (= Groblagenzähler) . Dagegen gibt das erste Messsignal Ml vorzugsweise lediglich die Position innerhalb einer solchen Messteilungsperiode allerdings mit einer deutlich höheren Auflösung an.
Die analogen Messsignale Al und A2 werden außerdem auch als Testsignale in die Überwachungseinheit 13 eingespeist. Dort erfolgt eine Digitalisierung der jeweiligen Momentanwerte beider analogen Messsignale Al und A2. Ggf. kann dabei auch auf die in der Auswerteeinheit 12 durchgeführte Digitalisie- rung zurückgegriffen werden. Die nachfolgende Weiterverarbeitung unterscheidet sich allerdings von der zur Ermittlung der digitalen Messsignale Ml und M2. Aus den digitalisierten Momentanwerten der analogen Messsignale Al und A2 werden Kon- trollsignale Kl, K2, K3 und/oder K4 erzeugt, die ebenfalls über die Kommunikationseinheit 14 in den Datenkanal 2 eingespeist werden.
Da sowohl die Messsignale Ml und M2 einerseits als auch die Kontrollsignale Kl bis K4 andererseits über den Datenkanal 2 übertragen werden und die jeweiligen Signale zumindest teilweise identische Informationen enthalten, liegt im Umfang der identischen Informationen eine redundante Datenübertragung vor .
Die Kontrollsignale Kl bis K4 werden im Wesentlichen anhand einer Kombination der analogen Messsignale Al und A2 ermittelt. Es handelt sich also um Kombinationssignale. Sie dienen zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Messeinheit 3. Diese Überprüfung erfolgt insbesondere in einer an den Datenkanal 2 angeschlossenen weiteren Einheit, wie der Diagnoseeinheit 6, der Diagnoseuntereinheit 7 und/oder der Steuereinheit 5. Stellt sich bei dieser anhand der Kontrollsignale Kl bis K4 durchgeführten Überprüfung heraus, dass ein Fehler oder eine Unregelmäßigkeit in der Messeinheit 3 aufgetreten ist, wird zumindest eine Fehlermeldung generiert und bei Bedarf die für den erkannten Fehlerfall jeweils vorgesehene Folgemaßnahme eingeleitet.
Je nach Ausgestaltung werden nicht alle Kontrollsignale Kl bis K4 erzeugt und über den Datenkanal 2 übertragen. Es gibt verschiedene Varianten.
Bei einer ersten Variante werden die Kontrollsignale Kl und K2 gemäß
Kl = Al + A2 (1) K2 = Al - A2 ( 2 )
ermittelt und in den Datenkanal 2 eingespeist. Die so ermittelten Kontrollsignale Kl und K2 haben stets einen Phasenver- satz von 90°, so dass die Fehlerüberprüfung der Messeinheit 3 besser erfolgen kann.
Bei einer zweiten Variante wird nur das Kontrollsignal K3
K3 = (Al2 + A22)"2 (3)
ermittelt und in den Datenkanal 2 eingespeist. Aufgrund der Beziehung sin2 x + cos2 x = 1 ist das so ermittelte Kontrollsignal K3 im fehlerfreien Fall stets konstant. Zur Überprü- fung der Funktionstüchtigkeit der Messeinheit 3 ist also das übertragene Kontrollsignale K3 in der jeweils maßgeblichen Einheit 5, 6 oder 7 lediglich auf Konstanz zu überprüfen. Dies ist mit sehr geringem Aufwand möglich.
Bei einer dritten Variante werden die Kontrollsignale K3 und K4 in den Datenkanal 2 eingespeist, wobei das Kontrollsignal K4 gleich einem der beiden analogen Messsignale Al und A2 oder einem der beiden Kontrollsignale Kl und K2 ist. Anhand der Kontrollsignale K3 und K4 kann neben der Konstanzprüfung des Ausdrucks (Al2 +
Figure imgf000011_0001
falls erforderlich, in der jeweils maßgeblichen Einheit 5, 6 oder 7 auch eine Rekonstruktion der analogen Messsignale Al und A2 erfolgen, womit eine eingehendere Auswertung möglich ist.
Zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Messeinheit 3 in der jeweils maßgeblichen Einheit 5, 6 oder 7 kann außer den Kontrollsignalen Kl bis K4 auch zumindest eines der digitalen Messsignale Ml und M2 herangezogen werden. So lässt sich eine Konsistenzüberprüfung durchführen. Die Überprüfung der Mess- einheit 3 wird dadurch verbessert. Es lässt sich insbesondere auch die korrekte Arbeitsweise der Auswerteeinheit 12 überprüfen . Bei den beschriebenen drei Varianten kann jeweils mit jeder Übertragung eines Wertes eines oder beider der digitalen Messsignale Ml und M2 auch ein kompletter Satz an aktuellen Werten der jeweils maßgeblichen Kontrollsignale Kl bis K4 mit über den Datenkanal 2 übertragen werden. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Ebenso kann die Übertragung der Werte der jeweils maßgeblichen Kontrollsignale Kl bis K4 aber auch seltener erfolgen, beispielsweise bei nur jeder n-ten Übertragung eines Wertes eines oder beider der digitalen Messsig- nale Ml und M2, oder auf n Übertragungen von Werten eines oder beider der digitalen Messsignale Ml und M2 aufgeteilt werden. Mit dem Parameter n ist hierbei eine natürliche Zahl bezeichnet. Damit brauchen die Kontrollsignale Kl bis K4 auch nur seltener ermittelt zu werden. Dies spart Berechnungskapa- zität in der Messeinheit 3 ein. Gleiches gilt für die Übertragungskapazität auf dem Datenkanal 2.
Die Übermittlung der Kontrollsignale Kl bis K4 ist besonders effizient, da die für die Überprüfung der Funktionstüchtig- keit der Messeinheit 3 jeweils zuständigen Einheit 5, 6 oder 7 entlastet wird. Außerdem lässt sich so das Datenaufkommen auf dem Datenkanal 2 reduzieren. Insgesamt stehen also für die eigentlichen Mess- und Steuerungsaufgaben bei gleicher Sicherheit mehr Ressourcen zur Verfügung.
Die Messanordnung 1 zeichnet sich durch eine sehr hohe Zuverlässigkeit aus. Dies wird insbesondere durch die auf dem Datenkanal 2 übermittelten Kontrollsignale Kl bis K4 erreicht. So können in der Messeinheit 3 auftretende Fehler sicher und schnell erkannt werden. Auch bei besonders sicherheitsrelevanten Anwendungen ist es somit nicht erforderlich, eine redundante Messwerterfassung mit zwei parallel betriebenen Messeinheiten 3 vorzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Messanordnung mit einer Messeinheit (3) zur Erfassung einer physikalischen oder chemischen Größe und mit einem an die Messeinheit (3) angeschlossenen digitalen Datenkanal (2), wobei a) die Messeinheit (3)
Sensormittel (8) zur Erfassung mindestens zweier analoger Messsignale (Al, A2) für die zu erfassende physika- lische oder chemische Größe, eine an die Sensormittel (8) angeschlossene Auswerteeinheit (12) zur Auswertung der analogen Messsignale (Al, A2) und zur Ermittlung mindestens eines digitalen Messsignals (Ml, M2), - eine an die Sensormittel (8) angeschlossene Überwachungseinheit (13) zur Ermittlung mindestens eines digitalen Kontrollsignals (K1-K4) sowie eine zwischen die Auswerteeinheit (12) und die Überwachungseinheit (13) einerseits und den Datenkanal (2) andererseits zwischengeschaltete Kommunikationseinheit (14) zur Einspeisung des digitalen Messsignals (Ml, M2) und des digitalen Kontrollsignals (K1-K4) in den Datenkanal (2) umfasst, und b) die Überwachungseinheit (13) dazu ausgelegt ist, das mindestens eine digitale Kontrollsignal (K1-K4) als Kombinationssignal aus den beiden analogen Messsignalen (Al, A2) zu ermitteln.
2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (13) dazu ausgelegt ist, zwei digitale Kontrollsignale (Kl, K2) zu ermitteln, von denen das erste gleich einer Summe der beiden digitalisierten analogen Messsignale (Al, A2) und das zweite gleich einer Differenz der beiden analogen digitalisierten Messsignale (Al, A2) ist.
3. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (13) dazu ausgelegt ist, das digitale Kontrollsignal (K3) als Quadratwurzel der Summe der quadrierten digitalisierten analogen Messsigna- Ie (Al, A2) zu ermitteln.
4. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (13) dazu ausgelegt ist, ein erstes digitales Kontrollsignal (K3) als Quad- ratwurzel der Summe der quadrierten digitalisierten analogen Messsignale (Al, A2) und ein zweites digitales Kontrollsignal (K4) als eines der beiden digitalisierten analogen Messsignale (Al, A2) oder als Summe oder Differenz der beiden digitalisierten analogen Messsignale (Al, A2) zu ermitteln.
5. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere an den digitalen Datenkanal (2) angeschlossene Einheit (5,6,7) vorgesehen ist, die zu einem Empfang des digitalen Messsignals (Ml, M2) und des digitalen Kontrollsignals (K1-K4) und zu einer Konsistenzüberprüfung des empfangenen digitalen Messsignals (Ml, M2) und des empfangenen digitalen Kontrollsignals (K1-K4) ausgelegt ist.
6. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) zur Ermittlung eines zweiten ebenfalls auf dem Datenkanal (2) zu übertragenden digitalen Messsignals (M2) ausgelegt ist.
7. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (14) dazu ausgelegt ist, das mindestens eine digitale Messsignal (Ml, M2) mit einer höheren Rate in den Datenkanal (2) einzuspeisen als das mindestens eine digitale Kontrollsignal (K1-K4) und ins- besondere einen zu übertragenden Wert des mindestens einen digitalen Kontrollsignals (K1-K4) in mehrere Teildatenpakete aufzuteilen und jeweils eines der Teildatenpakete zusammen mit einem von mehreren sukzessive aufeinander folgenden zu übertragenden Werten des mindestens einen digitalen Messsignals (Ml, M2) in den Datenkanal (2) einzuspeisen.
PCT/EP2008/055313 2007-05-03 2008-04-30 Messanordnung mit einem datenkanal zur datenübertragung eines messsignals und eines kontrollsignals WO2008135481A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007020760.5 2007-05-03
DE200710020760 DE102007020760B4 (de) 2007-05-03 2007-05-03 Messanordnung mit einem Datenkanal zur Datenübertragung eines Messsignals und eines Kontrollsignals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008135481A1 true WO2008135481A1 (de) 2008-11-13

Family

ID=39596413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/055313 WO2008135481A1 (de) 2007-05-03 2008-04-30 Messanordnung mit einem datenkanal zur datenübertragung eines messsignals und eines kontrollsignals

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007020760B4 (de)
WO (1) WO2008135481A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018217532A1 (de) * 2018-10-12 2020-04-16 Continental Automotive Gmbh Sensor und Verfahren zur Überprüfung eines Sensors

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19727352A1 (de) * 1996-07-10 1998-01-15 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Verfahren zur Positionsbestimmung und hierzu geeignetes Meßsystem
DE19907326A1 (de) * 1999-02-20 2000-08-24 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Winkelmeßsystem
DE10050392A1 (de) * 2000-10-12 2002-04-18 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Positionsmesseinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Positionsmesseinrichtung
DE10244583A1 (de) * 2002-09-25 2004-04-08 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Messsystem und Verfahren zu dessen Funktionsüberprüfung
EP1677082A2 (de) * 2004-12-22 2006-07-05 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Verfahren zur Durchführung eines Funktionstests einer Positionsmesseinrichtung und Positionsmesseinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3323281A1 (de) * 1983-06-28 1985-01-10 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Verfahren und anordnungen zur fehlerueberwachung bei einer messeinrichtung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19727352A1 (de) * 1996-07-10 1998-01-15 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Verfahren zur Positionsbestimmung und hierzu geeignetes Meßsystem
DE19907326A1 (de) * 1999-02-20 2000-08-24 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Winkelmeßsystem
DE10050392A1 (de) * 2000-10-12 2002-04-18 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Positionsmesseinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Positionsmesseinrichtung
DE10244583A1 (de) * 2002-09-25 2004-04-08 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Messsystem und Verfahren zu dessen Funktionsüberprüfung
EP1677082A2 (de) * 2004-12-22 2006-07-05 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Verfahren zur Durchführung eines Funktionstests einer Positionsmesseinrichtung und Positionsmesseinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007020760A1 (de) 2008-11-06
DE102007020760B4 (de) 2009-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1923670B1 (de) Positionsmesseinrichtung
EP1821073B1 (de) Positionsmesseinrichtung
EP1241438B1 (de) Anordnung zur Winkelmessung
DE112006003663B4 (de) Drehkodierer
EP1327119B2 (de) Positionsmesseinrichtung und verfahren zum betrieb einer positionsmesseinrichtung
EP0268558B1 (de) Längen- oder Winkelmesseinrichtung
EP2246984A9 (de) Diagnoseschaltung zur Überwachung einer Analog-Digital-Wandlungsschaltung
DE102011083042A1 (de) Überwachungseinheit und Verfahren zur Überwachung von Positionssignalen inkrementaler Positionsmesseinrichtungen
EP2867624B1 (de) Mehrkanaliger drehwinkelgeber
EP1593971B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung der Funktionstüchtigkeit eines Drehimpulsgebers
DE69836507T2 (de) Kodierer
EP1593950A1 (de) Prüfvorrichtung zum Prüfen des Rundlauffehlers von Zahnrädern
EP1299929B1 (de) Selbstdiagnostizierendes übertragungssytem
DE102007020760B4 (de) Messanordnung mit einem Datenkanal zur Datenübertragung eines Messsignals und eines Kontrollsignals
EP3382348B1 (de) Positionsmesseinrichtung und verfahren zum betreiben einer positionsmesseinrichtung
DE102004021635A1 (de) Einrichtung und Verfahren zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten in einer Steuereinheit
DE19604968C2 (de) Verfahren zum Prüfen von inkrementalen Meßsystemen und Prüfgerät zur Durchführung des Verfahrens
DE102004063230A1 (de) Verfahren zur Durchführung eines Funktionstests einer Positionsmesseinrichtung und Positionsmesseinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
DE102011101235B4 (de) Elektronisches und/oder optisches Gerät mit wenigstens einer Eingabeeinrichtung
DE102012213717A1 (de) Inkrementalwegsensor
DD284772A5 (de) Verfahren und anordnung zur ueberwachung eines winkel- oder laengenmesssystems an einer maschine
WO2022253388A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur vermessung eines messobjektes
AT510820B1 (de) Korrekturverfahren für drehgeber
EP3760979A1 (de) Positionsmesseinrichtung und verfahren zum betreiben einer positionsmesseinrichtung
EP2623936B1 (de) Sensorsignalverarbeitungseinheit und ein Verfahren zur Verarbeitung eines Sensorsignals

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08749908

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08749908

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1