位置測量裝置的運行方法
2023-06-02 20:38:11
專利名稱：位置測量裝置的運行方法
技術領域：
本發明涉及位置測量裝置的運行方法。
EP 660 209 B1公開了一種方法，用於從位置測量裝置向後置的分析單元或跟蹤電子裝置串行傳輸位置數據。在這種情況下，在一條數據線上進行的雙向數據傳輸藉助於帶有確定傳輸-脈衝頻率的脈衝信號在一條並行的時鐘脈衝線上同步進行。隨著以這種方式傳輸位置數據以及可能還有傳輸其他數據量不斷增長，在傳輸速度或所要傳輸的數據量方面的要求也在提高。如果現在除了傳輸速度之外，還要額外加大位置測量裝置和分析單元之間的傳輸距離，那麼，最終將引起數據線上傳輸的數據出現顯著的信號延遲時間。為對各種數據進行進一步正確處理，必須考慮這樣引起的延遲時間。此方面的原因在於，在分析單元一側上，數據線上傳輸的數據位必須始終與時鐘脈衝信號的脈衝邊沿明確配合，以確保各種數據進一步的正確處理。因此，若沒有其他措施，顯然就會局限於允許的最大傳輸距離或電纜長度和允許的最大傳輸速度或傳輸-脈衝頻率上。圖3示出了允許的最大傳輸-脈衝頻率fc和電纜長度LK之間的關係。從圖中大致得出，100m的電纜長度允許的最大傳輸-脈衝頻率僅為fc＝500kHz。
因此，本發明的目的在於，提供一種位置測量裝置的運行方法，它可以在很大的傳輸距離上以很高的傳輸速度在位置測量裝置和後置的分析單元之間以串行的方式傳輸數據。
該目的通過具有權利要求1特徵的方法得以實現。
依據本發明所述方法的優選實施方式，由從屬於權利要求1的權利要求中所述的措施實現。
權利要求17的主題為適合於實現本發明所述方法的位置測量裝置。
依據本發明，在進行實際的測量運行前，為了配置位置測量裝置、傳輸距離和分析單元而需要確定特定的信號傳輸時間。這樣確定的信號傳輸時間適用於隨後對定位數據和可能出現的其他數據進行的進一步處理。這樣可確保藉助本發明測定的信號傳輸時間，使在數據線上傳輸的二進位數據字和脈衝線上脈衝信號的脈衝邊沿之間可以實現準確地同步。按照這種方式，可最終保證在更大的傳輸距離上可靠地以較高的傳輸速度在位置測量裝置和分析單元之間傳輸數據。例如，現在可以在100m的電纜上以4MHz和更高的傳輸-脈衝頻率傳輸數據，與現有技術相比，傳輸-脈衝頻率增加了8倍。
最好是對信號傳輸時間進行多次測定，從而保證可靠地確定信號傳輸時間，並且不會由於數據傳輸路徑上出現的暫時幹擾而產生錯誤參數。
特別優選的是，依據本發明的方法，原則上每當由位置測量裝置，數據傳輸路徑和分析單元構成的系統配置發生變化後和/或每當位置測量裝置和/或分析單元的供電中斷後均可重新進行測定。在這種情況下優選自動進行信號傳輸時間的重新測定。
下面將結合附圖的實施例對本發明的其他優點以及細節進行說明。其中
圖1表示由位置測量裝置，傳輸距離和分析單元所構成的系統的示意性方框圖；圖2a-2e分別表示說明本發明方法的信號圖；圖3表示允許的最大傳輸-脈衝頻率fc和電纜長度LK之間的關係。
圖1的示意性方框圖示出了由位置測量裝置10，後置的分析單元20構成的系統的基本配置，它們通過各信號線路30.1，30.2，31.1，31.2沿傳輸距離相互連接。在具體應用時，將位置測量裝置10例如設置在電機外殼40內，以便檢測電機一側以及電機-轉子的相對和/或絕對位置的位置數據。為此例如可以設置測量裝置的光電掃描裝置，所述測量裝置裝在旋轉的分度盤上。在這種情況下，以增量信號的方式產生相移掃描信號，在位置測量裝置10的一側上將掃描信號進一步處理成絕對位置數據，對位置數據進行適當整理以串行的方式將二進位數據字通過線路31.1，31.2傳輸到分析單元20。分析單元20或跟蹤電子裝置例如可以是常用的電機控制裝置或電機調節裝置，這些裝置根據傳輸的數據來調節電機。
作為對這類應用的選擇，可以將位置測量裝置用在工具機上，以確定工具與所要加工的工件的精確位置，並將相應的位置數據傳輸到作為數控工具機裝置構成的分析單元進行進一步處理。作為位置測量裝置例如可以使用長度測量裝置，轉動傳感器或角度測量裝置。
不言而喻，本發明並不局限於以上述方式產生的位置數據。還可以是依據所述根據其他掃描原理運行本發明的位置測量裝置。
位置測量裝置10和後置的分析單元之間數據傳輸的方式基本上相當於EP660 209 B1公開的雙向，同步-串行的數據傳輸；此外，該技術作為所謂的EnDat-接口也已相應公開。
為進行實際的數據傳輸，將數據線31.1，31.2以及脈衝線30.1，30.2與數據傳輸需要的無線電收發兩用機-組件連接，所述組件在圖1中分別採用符號RS 485標註。在所示實施例中，各具有兩條數據-脈衝線31.1，31.2，30.1，30.2，出於安全原因以反相方式傳輸脈衝信號和數據；然而，原則上僅需要一條數據線和脈衝線即可，因此下面僅稱為脈衝-或者數據線路。
當通過數據線31.1，31.2在位置測量裝置和分析單元之間雙向串行傳輸二進位數據字期間，在脈衝線30.1，30.2上，分析單元20的高頻脈衝信號在位置測量裝置10的方向上以確定的傳輸-脈衝頻率fc傳輸，由此最終以公知的方式同步傳輸全部數據。
如前面已經介紹的，因為在傳輸距離或電纜長度較長和同時要求較高的數據傳輸速率的情況下，對在數據線31.1，31.2上交換的數據產生明顯的信號傳輸時間，所以依據本發明，在進行實際的測量前，需針對脈衝-和數據線30.1，30.2，31.1，31.2上傳輸的數據測定確定的信號傳輸時間tD。在下面介紹的實施例中，信號傳輸時間tD相當於信號從分析單元20傳輸到位置測量裝置10並重新返回所需要的時間。該信號傳輸時間tD總是專用於由位置測量裝置10，傳輸距離和分析單元20構成的確定配置。如果精確地知道各配置的參數tD，那麼分析單元20一側在進一步處理由位置測量裝置10接收的數據時會對該參數加以考慮。
下面結合圖2a-2c用一個實例介紹本發明所述測定信號傳輸時間tD的方法。在這種情況下，圖中示出的實際測量運行開始前的時間間隔僅表明依據本發明方法的一部分。
圖2a和2b表示脈衝信號在脈衝線30.1，30.2上隨時間的變化。圖2a表示自時間點t0起從分析單元向位置測量裝置或測量儀器傳輸的脈衝信號隨時間的變化，而圖2b表示自時間點t10起位置測量裝置上脈衝信號隨時間的變化。如從圖2a和2b中可以看出的那樣，由於位置測量裝置和分析單元之間傳輸距離上脈衝信號的最終傳輸時間，其造成在兩個時間點t0和t10之間存在一定的時間偏移。
此外，對於使在位置測量裝置和分析單元之間的數據傳輸同步的脈衝信號而言，應當注意，為實現依據本發明的方法，最好在fc≈100-200kHz的數量級內選擇相應的傳輸-脈衝頻率fc。由此選出的實現本發明所述方法所需要的傳輸-脈衝頻率fc明顯低於實際的測量運行中約為fc＝4MHz的傳輸-脈衝頻率fc。
基本上能證明最好這樣選擇實現本發明所述方法的傳輸-脈衝頻率fc，即使期望的信號傳輸時間tD小於利用傳輸-脈衝頻率fc在脈衝線上傳輸的脈衝信號的脈衝周期ttD＜1/fc＝t(公式1)在下面介紹的實例中，在遵守該條件的情況下可以確保實際正確地實現對信號傳輸時間tD的測定。
圖2c和2d表示在數據線上隨時間產生的信號變化；在此，圖2c表示位置測量裝置的信號變化，而圖2d表示分析單元或跟蹤電子裝置的信號變化。在這裡，再次由於傳輸距離上的信號傳輸時間，造成了位置測量裝置和分析單元的數據信號之間在時間上的偏移。例如在時間點t20上，以6位模式指令的方式從分析單元向位置測量裝置發送二進位數據字，但在那裡因延遲而在時間點t30到達。
通過傳輸的模式指令，可要求由分析單元以相應的二進位數據字方式傳輸例如定位數據等數據。在對串行傳輸的相應數據進行處理後，位置測量裝置從時間點t40開始以二進位數據字的方式傳輸數據。由於因傳輸距離而產生的信號傳輸時間，所以相應的數據字在時間點t50到達分析單元。
作為需要確定的因傳輸距離而造成的信號傳輸時間tDi，現在需確定的是時間點t50和脈衝線上脈衝信號最後上升的脈衝沿之間的時間。在該實例中，在識別起始-位之前的最後一個時間點t35上，在脈衝線上的分析單元一側存在相應上升的脈衝沿。
如圖2e所示，為測定信號傳輸時間tDi，在時間點t31上分析單元一側首次啟動計數器；在圖1的方框圖中，計數器用參考符號21標註。計數器利用預先規定的計數器頻率fZ計數，其中，所選擇的計數器頻率tZ明顯高於進行測量時在脈衝線上所使用的脈衝信號的傳輸-脈衝頻率fc。在這種情況下，最好選擇計數器頻率fZ至少大於進行測量時所使用的傳輸-脈衝頻率fC八倍，即fZ≥8*fC(公式2)例如如果在進行測量時傳輸-脈衝頻率fC＝4MHz，那麼應選擇計數器頻率fZ＝32MHz。
為保證足夠精確和無幹擾地測定信號傳輸時間tD，所選擇的計數器頻率fZ最大隻允許變化+/-10％。因此，在上面fZ＝32MHz的實例中，最大頻率變化可以為+/-3.2MHz。
在時間點t31上隨著脈衝線上脈衝信號的上升轉換沿首次啟動的計數器開始一直增大計數，直至通過脈衝信號的另一個上升轉換沿使其重新啟動，或者通過所傳輸的數據字的到達起始位的上升脈衝沿測定或儲存當前的計數器讀數Z。因此，在所示的實例中，依據圖2e，計數器在時間點t31-t35上，通過脈衝信號的上升轉換沿重新啟動；在時間點t50上，通過由位置測量裝置傳輸的數據字到達起始位的上升脈衝沿測定或儲存當前的計數器讀數Z。
隨後，根據已知的計數器頻率fZ和測定的計數器讀數，在分析單元一側上確定信號傳輸時間tDi，即tD＝Z*1/fZ。
按照這種方式，隨後最好至少再一次確定信號傳輸時間tDi(i＝2)，並由單個的信號傳輸時間tD，1和tD2求出平均信號傳輸時間tD。在依據本發明方法的該實例中，總計三次按照所述方式確定信號傳輸時間tD，i(i＝1，2，3)，隨後由單個的信號傳輸時間tD，i確定作為算術平均值的平均信號傳輸時間tD，即tD＝(tD，1+tD，2+tD，3)/3(公式3)多次測定信號傳輸時間tD，I可以保證能排除在測定時可能出現的誤差，還可以對所測定的單項直tD，i進行一致性檢驗。不言而喻，在本發明的框架內也可以確定三個以上的單項值tD，i，並且從中通過構成算術平均值導出平均信號傳輸時間tD。
已證明最好，在由單個信號傳輸時間tD，i構成平均值後檢查單個信號傳輸時間tD，i與平均信號傳輸時間tD，I的偏差值ΔtD，i。例如可以預先規定，單個測定的信號傳輸時間tD，I與平均值tD的最大允許偏差ΔtD，i最大為進行測量時傳輸-脈衝頻率fC脈衝持續時間T的1/8，即ΔtD，i＜(1/8)*(1/fC) (公式4)在超過允許偏差的情況下，分析單元一側會發出故障信號，這時將重新確定信號傳輸時間tD，i等等。
在確定了信號傳輸時間tD以後，接下去可以在處理由位置測量裝置接收的數據時，在分析單元一側對該參數予以考慮。
最後，將介紹位置測量裝置和後置的分析單元之間串行數據傳輸的其他構成。事實證明，如果事先以依據本發明的方式確定信號傳輸時間tD的話，這一過程尤其適合長距離傳輸以及由此得出信號傳輸時間。
在這種情況下，在進行測量時，當位置測量裝置每次請求數據的時，首先要做到使位置測量裝置不再向分析單元的方向發送數據。按照這種方式，可避免數據線上可能出現的衝突。為此，在脈衝線有數據請求的情況下，首先利用邏輯LOW-電平從分析單元向位置測量裝置傳輸延遲-信號，該信號具有確定的，預先規定的時間間隔tST。只有在該時間間隔tST之後，才能以通常的方式利用相應的傳輸-脈衝頻率fc傳輸實際的脈衝信號並進行數據傳輸。因此，所傳輸脈衝信號的第一周期由利用邏輯LOW-電平和時間tST傳輸的延遲信號以及帶有傳輸-脈衝持續時間t/2的隨後的邏輯HIGH-電平組成。延遲-信號的時間間隔tST例如可選為tST＝1.5μs。
不言而喻，除了所述實例外，還存在依據本發明方法所述的其他實施方案。
權利要求
1.位置測量裝置(10)運行的方法，其中所述測量裝置後面設有處理位置數據的分析單元(20)，其中，在進行測量之前需測定位置測量裝置(10)和分析單元(20)之間的信號傳輸時間(tD)，所述方法包括-由位置測量裝置(10)請求在數據線(31.1，31.2)上向分析單元(20)的方向串行地傳輸數據；-分析單元(20)一側在確定的啟動-時間點(t31-t35)啟動計數器(21)，所述計數器以預先規定的計數器頻率(fZ)計數；-一旦分析單元(20)一側檢測到到達的數據，便檢測在一個時間點(t50)上當前計數器讀數(Z)；-根據檢測到的計數器讀數(Z)測定信號傳輸時間(tD，i)。
2.按權利要求1所述的方法，其中，按照所述方式多次測定信號傳輸時間(tD，i)，並為進行進一步處理而由單個的信號傳輸時間(tD，i)中確定平均時間(tD)。
3.按權利要求1所述的方法，其中，選擇預先規定的計數器頻率(fz)使之明顯高於進行測量時在脈衝線(30.1，30.2)上使用的脈衝信號的傳輸-脈衝頻率(fC)，通過該脈衝信號在數據線(31.1，31.2)上以脈衝方式傳輸數據
4.按權利要求3所述的方法，其中，選擇計數器頻率(fz)使之至少比進行測量時的傳輸-脈衝頻率(fC)大八倍。
5.按權利要求3所述的方法，其中，計數器頻率(fz)具有+/-10％的最大頻率變化。
6.按權利要求1所述的方法，其中，通過脈衝線(30.1，30.2)上脈衝信號的上升轉換沿分別再次重新啟動計數器(21)，通過該脈衝信號在數據線(31.1，31.2)上以脈衝方式傳輸數據。
7.按權利要求2所述的方法，其中，三次測定信號傳輸時間(fD)，隨後由單個信號傳輸時間(tD，i)確定作為算術平均值的平均信號傳輸時間(tD)。
8.按權利要求2所述的方法，其中，-在由單個的信號傳輸時間(tD，i)構成平均值後還要檢查單個信號傳輸時間(tD，i)與平均信號傳輸時間(tD)的偏差值，以及-在超出允許偏差的情況下發出故障信號。
9.按權利要求1所述的方法，其中，作為確定信號傳輸時間(tD，i)的數據，以二進位數據字的形式傳輸位置數據，只要分析單元(20)一側檢測到二進位數據字起始-位的上升沿，就檢測當前的計數器讀數(Z)。
10.按權利要求3所述的方法，其中，選擇測定信號傳輸時間(tD，i)期間脈衝線(30.1，30.2)上的傳輸-脈衝頻率(fC)使之明顯低於進行測量時的脈衝線(30.1，30.2)上的傳輸-脈衝頻率(fC)。
11.按權利要求10所述的方法，其中，選擇測定信號傳輸時間(tD，i)期間脈衝線(30.1，30.2)上的傳輸-脈衝頻率(fC)使之在100和200kHz之間。
12.按權利要求1所述的方法，其中，在測定信號傳輸時間(tD，i)期間依據下列條件選擇脈衝線(30.1，30.2)上的傳輸-脈衝頻率(fC)tD＜1/fc
13.按權利要求1所述的方法，其中，在由位置測量裝置(10)，傳輸距離和分析單元(20)構成的系統配置每次發生變化後測定信號傳輸時間(tD)。
14.按權利要求1所述的方法，其中，在位置測量裝置(10)和/或者分析單元(20)的每次供電中斷後測定信號傳輸時間(tD)。
15.按權利要求13或14所述的方法，其中，每次重新測定信號傳輸時間(tD)的過程自動進行。
16.按前述權利要求至少之一所述的方法，其中，在脈衝線(30.1，30.2)上進行隨後的測量時，在有數據請求的情況下，首先利用邏輯LOW-電平從分析單元(20)向位置測量裝置(10)傳輸具有確定時間間隔(tST)的延遲-信號。
17.位置測量裝置，適用於實施按前述權利要求之一所述的方法。
全文摘要
運行位置測量裝置的方法，所述裝置後面設有再處理位置數據的分析單元。在測量運行之前測定位置測量裝置和分析單元之間的信號傳輸時間，方法是由位置測量裝置請求通過數據線向分析單元傳輸數據。分析單元一側在確定的啟動－時間點上啟動計數器，該計數器以預先規定的計數器頻率計數。只要分析單元一側上檢測到到達的數據，就檢測當前的計數器讀數。根據檢測到的計數器讀數，來測定信號傳輸時間。最好按照這種方式多次測定信號傳輸時間，並為進行進一步處理而從單個信號傳輸時間中確定平均信號傳輸時間。
文檔編號G05B19/414GK1511276SQ02810322
公開日2004年7月7日 申請日期2002年5月7日 優先權日2001年5月23日
發明者H·霍夫鮑爾, H·胡伯, E·施特拉澤爾, S·比爾斯基, H 霍夫鮑爾, 乩 蠖, 夠 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司