專利名稱：運行位置測量裝置的方法和適用的位置測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運行位置測量裝置的方法以及適用的位置測量裝置。
公知的位置測量裝置一般地由后置的分析單元及控制單元通過連接線用一定的工作電壓供電。為維持位置測量裝置的正確運行，工作電壓或者說供電電壓必須在預定的容限范圍內(nèi)。沿著連接線一般地要產(chǎn)生一定的電壓降。為了使電壓降盡可能地小，必須保持位置測量裝置的耗電或者說損耗不大。為了保證做到這樣公知地不是連續(xù)地，而是間歇地運行作為系統(tǒng)中最大耗電器的位置測量裝置的光源。與此相關(guān)的例子為US4,079,251；該文公開了電池緩沖增量的位置測量裝置中的脈沖光源運行。光源的間歇頻率及各個光脈沖之間的間歇持續(xù)時間在所提出的系統(tǒng)中根據(jù)產(chǎn)生的位置測量裝置的增量信號的最高輸出頻率的估算選擇。
本發(fā)明的任務是，一種確保在測量工作中位置測量裝置以盡可能低耗電方式運行位置測量裝置的方法。
此外本發(fā)明的任務還是指出一種適合的位置測量裝置，其中確保在測量工作中可能低耗電地運行。
第一分任務通過具有權(quán)利要求1特征的方法解決。
根據(jù)本發(fā)明的方法的有利的實施形式由權(quán)利要求1從屬權(quán)利要求采取的措施給出。
上述的第二分任務通過具有權(quán)利要求11特征的位置測量裝置解決。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的有利的實施形式由權(quán)利要求11的從屬權(quán)利要求采取的描施給出。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在針對相應的分析單元及其掃描-間歇時間調(diào)整光源的間歇脈沖運行。一般地通過分析單元在時間上固定的間歇幀中由位置測量單元用詢問間歇脈沖請求例如絕對位置之類的數(shù)據(jù)。光源間歇時間與相應的詢問間歇時間的同步或者說把光源間歇時間調(diào)準到掃描時間上優(yōu)選地在真正的測量工作前的初始化階段中進行。
對光源間歇時間與相應的詢問間歇時間的同步還考慮到系統(tǒng)專有的延遲時間是特別地有利的。這種延遲時間由于不同的系統(tǒng)專有的影響產(chǎn)生于光源發(fā)射光脈沖到在位置測量裝置中實際地確定相應的數(shù)據(jù)之間。由于附加地考慮到這種延遲時間所以進一步提高在絕對位置測量時的精確性。在這種情況下，系統(tǒng)專有的延遲時間同樣地可以在所述的初始化階段用測量技術(shù)確定；另外還可以固定地預先給出系統(tǒng)專有的延遲時間的確定的值。
從而得到間歇的光源運行對相應的分析單元或者對位置測量單元和分析單元相應配置的優(yōu)化匹配；如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)涉及到絕對位置數(shù)據(jù)，除了省電地運行光源之外，由此還保證了精確地測定絕對位置。
除了傳輸絕對位置數(shù)據(jù)，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以進行從位置測量單元向分析單元傳輸其它的數(shù)據(jù)。其中可以涉及基于測量的值在位置測量裝置中計算出并且整理以進行傳輸?shù)乃俣葦?shù)據(jù)和/或加速度數(shù)據(jù)。
從下面參照附圖對實施例的說明可以得出本發(fā)明的其它優(yōu)點和細節(jié)。在附圖中

圖1根據(jù)本發(fā)明的位置測量裝置的實施例的示意性方框圖，該位置測量裝置包括后置的分析單元；圖2a-2c說明本發(fā)明所述方法的相應信號圖；圖3用于說明本發(fā)明所述方法的流程圖。
根據(jù)本發(fā)明的位置測量裝置10的實施例的方框圖與后置的分析單元30相關(guān)聯(lián)地示意性示于圖1中。同樣僅以示意的形式在該圖中表示出位置測量裝置10與分析單元30之間的連接線路20。通過連接線路20既進行位置測量裝置10與分析單元30之間的通信也進行位置測量裝置10的供電。優(yōu)選地在位置測量裝置10與分析單元30之間設置串行的、雙向的數(shù)據(jù)傳輸。當然連接線路20也可以包含多個各別連接線路。原則上可考慮一系列公知的變例用于在位置測量裝置10與分析單元30之間的通信和供電連接的具體實施。
在該例中位置測量裝置10適于測定兩個彼此相互運動的物體的絕對位置，例如用于求出數(shù)控機床的刀具位置；在此情況下數(shù)控機床控制器起分析單元20的作用。
構(gòu)成為光學位置測量裝置10的位置測量裝置10包含借助于對之相對運動的掃描單元被掃描的測量標尺12。此外在掃描單元方安排光源11以及一或者多個光電檢測元件13A、13B。測量標尺12具有能夠基于產(chǎn)生的掃描信號測定所定義的絕對位置的刻度結(jié)構(gòu)。被掃描的刻度結(jié)構(gòu)可以涉及一或者多個軌跡中的適用的代碼結(jié)構(gòu)；然而在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以在標尺12上使用其它可以進行絕對位置測定的公知的刻度結(jié)構(gòu)。
位置測量裝置10既可以設計用于測定直線運動也可以設計用于測定旋轉(zhuǎn)運動。
由檢測元件13A、13B記錄的掃描信號被輸送到從掃描信號測定相應的絕對位置POS的信號處理單元的測量裝置10方。通過后置的接口單元15和連接線路20向分析單元30發(fā)送適當整理成串行的數(shù)據(jù)字的絕對位置數(shù)據(jù)POS以進行進一步的處理。其中，在真正的測量工作中按照以下方式傳輸絕對位置數(shù)據(jù)POS使得分析單元30通過詢問間歇脈沖ATP請求從位置測量裝置10傳輸絕對位置數(shù)據(jù)POS；然后根據(jù)詢問間歇脈沖ATP，然后在位置測量裝置中測定當前的絕對位置并且向分析單元30傳輸相應的數(shù)據(jù)字。
在該實施例中因此把絕對位置數(shù)據(jù)POS作為數(shù)據(jù)從位置測量裝置10向后置的分析單元30傳輸。如前所述，傳輸數(shù)據(jù)也可以涉及在位置測量單元10中根據(jù)測量值計算的其它數(shù)據(jù)，可以是傳輸計算的速度數(shù)據(jù)和/加速度數(shù)據(jù)等等。然而在下面與傳輸數(shù)據(jù)相關(guān)的實施例的說明卻總是就絕對位置而言。
取決于相應的分析單元30的類型，由一定的詢問間歇時間ΔtNC分開的ATP詢問間歇脈沖，也就是說用通常的固定間歇幀，進行絕對位置POS請求。構(gòu)成為機床控制器的分析單元的詢問間歇時間ΔtNC為ΔtNC＝～125微秒。
根據(jù)本發(fā)明為了減少位置測量裝置10的耗電，不連續(xù)運行光源11而是間歇地運行光源11。光源11的相應控制通過示意畫出的位置測量裝置10中的光源控制單元16進行。為此光源控制單元16既與光源11也與接口單元15連接，并且從而也與分析單元30連接。為了間歇地激勵光源11，光源控制單元16以適當?shù)拈g歇幀向光源11供給光源激勵脈沖LP。在時間上相互接續(xù)的光源激勵脈沖LP之間的時間間隔在下文中稱為光源間歇時間ΔtLQ。
借助于下面的圖2a-2c和3說明，根據(jù)本發(fā)明依據(jù)分析單元30的詢問間歇時間ΔtNC確定光源間歇時間ΔtLQ。用詢問間歇時間ΔtNC確定光源間歇時間ΔtLQ的目的是產(chǎn)生光源激勵脈沖LP與詢問間歇脈沖ATP之間的時間同步。對于出自位置測量裝置10和分析單元30的一定的配置這種確定最好在的真正的測量工作前進行。
圖3示出一個流程圖，下面由此用一個舉例說明與圖2a-2c相關(guān)的不同方法步驟流程。圖2a示出詢問間歇脈沖ATP的時間流程，圖2b示出光源激勵沖LP的時間流程，而圖2c示出在同步階段和到后續(xù)的運行開始時，位置測量時間脈沖對詢問間歇脈沖ATP以及光源激勵脈沖LP的時間上的相對位置。
所示例子中在時刻t0開始真正的測量工作前的同步階段(步驟S10)。在第一方法步驟S20的范圍內(nèi)，在時刻t1通過第一光源激勵脈沖LP短時間地脈沖地激勵光源。因為不同信號延遲的影響，不同時在時刻t1在位置測量裝置中確定當前的絕對位置數(shù)據(jù)，而是在較遲的時刻t2才確定當前的絕對位置數(shù)據(jù)，如圖2c中所示。在時刻t1與t2之間有一個在方法步驟S20中首先確定的系統(tǒng)專有的延遲時間Δtdel。典型地延遲時間Δtdel在幾個毫秒的數(shù)量級并且是由信號傳遞時間和各種電子元件的過渡時間造成的。
在所示的舉例中，在方法步驟S20進行過程中緊接著通過再一次以脈沖形式在時刻t3激勵光源并且在時刻t4確定檢驗前面測量的延遲時間Δtdel的當前的絕對位置數(shù)據(jù)，然而這不是必須的。
同樣地在此處要指出，在步驟S20中在根據(jù)本發(fā)明的方法范圍內(nèi)不是非要用測量法確定延遲時間Δtdel；而更是可以依據(jù)公知的系統(tǒng)過渡時間從外部固定地預定延遲時間Δtdel的一個確定值。
在后續(xù)的方法步驟S30中，在時刻t5位置測量裝置得到后置的分析單元發(fā)出的第一詢問間歇脈沖ATP。在時間間隔ΔtNC中在時刻t8進行第二詢問間歇脈沖ATP。在方法步驟S30中現(xiàn)在確定相繼的詢問間歇脈沖ATP之間的時間間隔ΔtNC，就是說測定詢問間歇脈沖的間歇幀。測量工作中，一般地相應的分析單元以在測量工作時不變的時間上的間歇幀工作。
在此測量相繼的詢問間歇脈沖ATP之間的時間間隔ΔtNC借助于高頻振蕩器組件和與之耦連的計數(shù)器進行測量。
同樣可以在采用測量法測量系統(tǒng)專有的延遲時間ΔtNC的情況下測定所述間隔。
接著把這樣測定的或者預定的量ΔtNC和Δtdel儲存在位置測量裝置的存儲器中；相應的存儲器在圖1中用標號17示出。
下面的方法步驟S40中，再確定了詢問間歇時間ΔtLQ和延遲時間Δtdel之后選擇或者確定光源間歇時間ΔtLQ。這意味著使光源間歇時間相對于詢問間歇脈沖ATP或者間歇幀進行調(diào)整。在本例中，在此調(diào)整中還考慮系統(tǒng)專有的延遲時間Δtdel。這意味著，在確定光源間歇時間ΔtLQ后，于后續(xù)的運行中，總是在對所期待的詢問間歇脈沖在測量裝置已經(jīng)進行了當前絕對位置數(shù)據(jù)的測定后的時刻產(chǎn)生光源激勵脈沖LP。
同步階段在步驟S50結(jié)束并且可以在步驟S60接著真正的測量工作。
所示的舉例中，在時刻tg之后的測量工作中，即剛好在預期詢問間歇脈沖ATP的時刻之間，已經(jīng)產(chǎn)生了光源激勵脈沖LP。直到時刻t10進行預期的詢問間歇脈沖，系統(tǒng)過渡到可以進行絕對位置測定。時刻t11在位置測量裝置中進行的絕對位置測定與詢問間歇脈沖ATP在時間上同步。與此類似地在后續(xù)的測量工作中進行每個預期的詢問間歇脈沖等等。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以有各種修改。
原則上還可以在把光源間歇時間ΔtLQ與詢問間歇時間ΔtNC同步時不考慮系統(tǒng)專有的延遲時間，例如，如果在位置測量裝置的相應配置中該值小到可以忽略時。
優(yōu)選地如上所述同步在真正的測量工作中進行；在同步階段中，彼此相互運動的物體應當處于靜止靜止狀態(tài)。然而，如果在同步階段意外地產(chǎn)生相對運動，就產(chǎn)生報警信號，以提醒使用者。報警信號可以是從位置測量裝置向分析單元傳輸?shù)木瘓笪?。原則上還可以考慮其它的報警信號方式，例如聽覺的、視覺的等等。
上述的同步是這樣地安排的，在真正的測量工作中不改變詢問間歇脈沖ATP的時間脈沖幀。繼續(xù)在測量工作中監(jiān)測詢問間歇時間并且在詢問間歇時間ΔtNC發(fā)生變化的情況下同樣地產(chǎn)生報警信號是有利的。這也可以是向分析單元傳輸?shù)木瘓笪?；還可以產(chǎn)生視覺或者聲響的報警信號。在這種情況下這樣就中止測量工作然后重新地進行上述的同步工作。
另外為產(chǎn)生報警信號還可以在靜止情況下立即地產(chǎn)生光源激勵脈沖，以在位置測量裝置方產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)并且重新開始同步階段。
最后再次說明還可以以所述的方式方法傳輸不同于所述絕對位置數(shù)據(jù)的其它的數(shù)據(jù)。
從而在本發(fā)明的范圍內(nèi)還有一系列其它的實施變例。
權(quán)利要求
1.方法，以運行用于測定兩個彼此相互運動的物體的位置的光學位置的測量裝置，其中-從位置測裝置(10)向后置的分析單元(30)傳輸出數(shù)據(jù)，其中分析單元(30)借助于被一定的詢問間歇時間(ΔtNC)間隔開的詢問間歇脈沖(ATP)，請求從位置測量裝置(10)傳輸數(shù)據(jù)，-間歇地運行位置測量裝置(10)的光源(11)，其中在時間上相繼的光源激勵脈沖(LP)之間有定義的光源間歇時間(ΔtLQ)并且-依據(jù)詢問間歇脈沖(ATP)之間的詢問間歇時間(ΔtNC)按以下方式調(diào)整光源間歇時間(tLQ)使得保證光源激勵脈沖(LP)與詢問間歇脈沖(ATP)之間的時間同步。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，由位置測量裝置(10)向分析單元傳送絕對位置數(shù)據(jù)(POS)作為數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，為了把光源間歇時間(ΔtLQ)與詢問間歇時間(ΔtNC)同步，還考慮在光脈沖(LP)與在位置測量裝置(10)中實際測定數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生的系統(tǒng)專有的延遲時間(Δtdel)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，同步在真正的測量工作前的同步階段中進行，在該同步階段中彼此相互運動的物體處于靜止狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，如果在同步階段中兩個物體有相對運動，就產(chǎn)生報警信號。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，監(jiān)測詢問間歇時間(ΔtNC)并且在詢問間歇時間(ΔtNC)發(fā)生變化時產(chǎn)生報警信號。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，產(chǎn)生報警信號后重新進行同步。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，從位置測量裝置(10)向分析單元(30)傳輸報警位作為報警信號。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，在同步階段測定相應的分析單元(30)的詢問間歇時間(ΔtNC)。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，在同步階段測定系統(tǒng)專有的延遲時間(Δtdl)。
11.位置測量裝置，用于測定兩個彼此相互運動的物體的位置，其中-將用于向后置的分析單元(30)傳輸數(shù)據(jù)的位置測量裝置(10)設計成，其中分析單元(30)借助于被一定的詢問間歇時間(ΔtNC)間隔開的詢問間歇脈沖(ATP)，請求從位置測量裝置(10)傳輸數(shù)據(jù)，并且-間歇地運行位置測量裝置(10)的光源(11)，其中時間上相繼的光源激勵脈沖(LP)之間有定義的光源間歇時間(ΔtLQ)并且-依據(jù)詢問間歇時間(ΔtNC)選擇光源間歇時間(ΔtLQ)使得保證光源激勵脈沖(LP)與詢問間歇脈沖(ATP)之間的時間同步。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，將位置測量裝置(10)設計成用于向分析單元作為數(shù)據(jù)輸送絕對位置數(shù)據(jù)(POS)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，為了把光源間歇時間(ΔtLQ)與詢問間歇時間(ΔtNC)同步，還考慮在光源激勵脈沖(LP)與實際測定數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生的系統(tǒng)專有的延遲時間(Δtdel)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，把相應的分析單元(30)的詢問間歇時間(ΔtLQ)和系統(tǒng)專有的延遲時間(Δtdel)儲存在位置測量裝置(10)的存儲器(17)中。
全文摘要
指出了運行位置測量裝置的方法以及適用于此的位置測量裝置。在此從位置測量裝置向后置的分析單元傳輸出數(shù)據(jù)。其中分析單元借助于被一定的詢問間歇時間間隔開的詢問間歇脈沖請求從位置測量裝置傳輸數(shù)據(jù)。間歇地運行位置測量裝置的光源，其中時間上相繼的光源激勵脈沖之間有定義的光源間歇時間。并且依據(jù)詢問間歇脈沖之間的詢問間歇時間這樣地確定光源間歇時間使之保證光源激勵脈沖與詢問間歇脈沖之間的時間同步。
文檔編號G01D5/36GK1496476SQ02806240
公開日2004年5月12日 申請日期2002年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月9日
發(fā)明者E·施特拉澤, E 施特拉澤 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司