專利名稱：用于監(jiān)控增量位置測量設(shè)備的位置信號的監(jiān)控單元和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)控增量位置測量設(shè)備的位置信號的監(jiān)控單元以及方法。這樣的監(jiān)控單元或這種方法允許在位置測量設(shè)備中就已經(jīng)識別出位置信號的誤差。
背景技術(shù)：
增量位置測量設(shè)備尤其是在機床的情況下和在自動化技術(shù)中廣泛推廣。增量位置測量設(shè)備用于確定兩個彼此運動的對象的相對位置。在此，原則上對長度測量設(shè)備和角度測量設(shè)備進行區(qū)分。長度測量設(shè)備例如用于確定機床的兩個彼此運動的機器部分的相對位置。為此,例如具有增量分度軌道(Inkrementalteilungsspur)的標尺形式的實物量具 (MaBverkorperung)與兩個對象中的一個連接并且掃描單元與兩個對象中的另一個連接, 從而通過掃描增量分度軌道來獲得與位置有關(guān)的掃描信號，借助于這些掃描信號可以確定兩個對象彼此沿著增量分度軌道運動的程度。角度測量設(shè)備——也以旋轉(zhuǎn)編碼器(Drehgeber)的名稱公知——按照相同的原理構(gòu)造。但是在此，圓形圓盤代替標尺作為實物量具，在該圓形圓盤的周長上施加增量分度軌道。該圓盤抗扭地與要測量的軸連接，而掃描單元對此固定地安裝。位置信號的產(chǎn)生在此可以基于不同的物理掃描原理，例如光學的、磁的、電感的或者電容的。在借助于掃描單元掃描周期性的增量分度軌道時，在輸出側(cè)產(chǎn)生至少兩個彼此相移的、周期性的、模擬位置信號，對這些位置信號進行分析以確定增量分度軌道和掃描單元的相對位置。增量分度軌道和掃描單元優(yōu)選被設(shè)計為使得位置信號在活動速度 (Verfahrgeschwindigkeit)恒定時盡可能地是正弦形的。所述分析一方面通過對增量分度軌道的分度周期計數(shù)來進行，另一方面通過在分度周期內(nèi)對周期性的位置信號進一步細分來進行。特別成問題的是，當一個或多個位置信號的特性例如由于老化效應(yīng)而改變時，位置信號的分析可能失敗。這可能尤其是在位置信號的信號幅度變得較小或者出現(xiàn)偏移時發(fā)生。經(jīng)常對于分析單元是困難的以或者甚至不可能的是確定，位置測量設(shè)備是否是損壞的或者在掃描單元與增量分度軌道之間是否實際上不存在相對運動。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是，說明一種裝置，利用該裝置可以識別增量位置測量設(shè)備中的位置信號的誤差。該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求I的監(jiān)控單元來解決。該監(jiān)控單元的有利細節(jié)由從屬于權(quán)利要求I的權(quán)利要求得出?，F(xiàn)在提出一種用于監(jiān)控增量位置測量設(shè)備的位置信號的監(jiān)控單元，在該監(jiān)控單元處在輸入側(cè)施加至少兩個位置信號，這些位置信號從借助于掃描單元對增量分度軌道的掃描中得到并且彼此有相移。所述監(jiān)控單元包括信號運算單元和分析單元，利用該信號運算單元能從不同的位置信號中生成至少兩個與位置有關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)字，和所述狀態(tài)數(shù)據(jù)字被輸送給所述分析單元，其中通過比較狀態(tài)數(shù)據(jù)字能確定無效的狀態(tài)并且在所確定的無效狀態(tài)的情況下能生成誤差信號。另外，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種方法，利用該方法識別增量位置測量設(shè)備中的位
置信號的誤差。該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法解決。該方法的有利細節(jié)由從屬于權(quán)利要求10的權(quán)利要求中得出。提出一種用于借助于監(jiān)控單元來監(jiān)控增量位置測量設(shè)備的位置信號的方法，在輸入側(cè)向所述監(jiān)控單元輸送至少兩個位置信號，這些位置信號從借助于掃描單元對增量分度軌道的掃描中得到并且彼此有相移，其中所述方法具有下列步驟
在信號運算單元(Signalverkniipfungseinheit)中從不同的位置信號生成至少兩個與位置有關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)字，
在分析單元中通過比較確定所述狀態(tài)數(shù)據(jù)字的無效狀態(tài)，以及 在分析單元中在所確定的無效狀態(tài)的情況下生成誤差信號。


本發(fā)明的其他優(yōu)點以及詳情從根據(jù)附圖的以下描述中得出。在此圖I示出具有本發(fā)明監(jiān)控單元的位置測量設(shè)備的第一實施例的框圖，
圖2示出具有本發(fā)明監(jiān)控單元的位置測量設(shè)備的第二實施例的框圖，和圖3示出具有本發(fā)明監(jiān)控單元的位置測量設(shè)備的第三實施例的框圖。
具體實施例方式圖I示出具有本發(fā)明監(jiān)控單元200的位置測量設(shè)備10的框圖。在分度載體12上存在由掃描單元16掃描的增量分度軌道14。根據(jù)位置測量設(shè)備10是否是用于測量線性或者轉(zhuǎn)動運動的設(shè)備，分度載體12被構(gòu)造為標尺或者被構(gòu)造為圓形圓盤。在第一種情況下， 標尺例如被安置在第一機器部分處并且掃面單元16被安置在第二機器部分處。在第二種情況下，圓形圓盤通?？古さ嘏c軸連接并且掃描單元16對此靜態(tài)地布置。在第一機器部分相對于第二機器部分在增量分度軌道14的方向上相對運動時或軸旋轉(zhuǎn)時，在掃描單元16 中產(chǎn)生位置信號，所述位置信號的分析允許關(guān)于相對位置變化的陳述。通常還設(shè)置用于(例如通過駛過參考標記)確定參考位置的裝置。在確定參考位置以后，可以參照參考位置來確定掃描單元16相對于增量分度軌道14的絕對位置。如果增量分度軌道14與掃描單元16之間的相對運動以恒定速度進行，則位置信號優(yōu)選盡可能地是正弦形的并且具有周期持續(xù)時間，該周期持續(xù)時間對應(yīng)于增量分度軌道 14的分度周期。已知其掃描單元產(chǎn)生兩個彼此相移90°的位置信號的位置測量設(shè)備。同樣存在處理三個相移120°的位置信號的位置測量設(shè)備。但是已經(jīng)證實特別有利的是，在掃描單元中產(chǎn)生四個彼此分別相移90°的位置信號，尤其是因為通過差動處理兩個相移180° 的信號對而實現(xiàn)高的信號幅度和對干擾不敏感的信號。這種系統(tǒng)在圖I中示出。掃描單元 16在該實施例中包括用于掃描增量分度軌道14的探測器單元15。在此，探測器單元15產(chǎn)生四個分別相移90°的掃描信號。這些掃描信號借助于放大器單元17被放大并且接著作為位置信號P0、P90、P180和P270被輸出。位置信號P0、P90、P180和P270與其相位相對應(yīng)地被稱為0°位置信號P0、90°位置信號P90、180°位置信號P180和270°位置信號P270。掃描所基于的物理原理對于本發(fā)明來說不重要。因此例如可以涉及光學的、磁的、 電感的或者電容的掃描。位置信號PO、P90、P180、P270被輸送給信號處理單元18，該信號處理單元從位置信號PO、P90、P180、P270中生成計數(shù)信號，利用這些計數(shù)信號可以對由分度載體或增量分度軌道14相對于掃描單元16的相對運動所引起的位置信號的改變與符號有關(guān)地、即與運動方向有關(guān)地進行計數(shù)。信號處理單元18在該實施例中包括僅僅兩個比較器19，向這兩個比較器分別輸送兩個相移180°的位置信號P0、P180或P90、P270。作為用于主計數(shù)器單元 20的計數(shù)信號，因此在比較器19的輸出端處產(chǎn)生兩個相移90°的矩形信號，所述矩形信號允許對位置信號P0、P90、P180、P270的信號周期的與運動方向有關(guān)的計數(shù)。在此處應(yīng)當指出，信號處理單元18在實際中可以被構(gòu)造為明顯更復(fù)雜的。尤其是，所述信號處理單元可以包括用于修正位置信號P0、P90、P180、P270的偏移、幅度和相誤差的修正單元。計數(shù)信號被轉(zhuǎn)發(fā)給主計數(shù)器單元20。在主計數(shù)器單元20的輸出端處以這種方式產(chǎn)生絕對的位置值，該位置值的基本分辨率通常為增量分度軌道14的分度周期。兩個相移90°的計數(shù)信號在一個分度周期期間經(jīng)歷四個狀態(tài)組合，這四個狀態(tài)組合可以被分配給正弦振蕩的四個象限(0° -90° ；90° -180° ;180° -270° ; 270° -360° )并且因此也被視為是象限計數(shù)值。主計數(shù)器單元20可以將所述象限計數(shù)值作為最低值位(LSB)—起輸出并且因此通過這種方式將分辨率提高到四分之一信號周期。主計數(shù)器單元20的輸出現(xiàn)在被輸送給接口單元22，該接口單元例如借助于串行接口連接與隨動電子系統(tǒng)(Folgeelektronik) 100連接。通過該串行接口，隨動電子系統(tǒng) 100現(xiàn)在可以從位置測量設(shè)備10請求位置值(主計數(shù)器單元20的計數(shù)器讀數(shù))以及必要時其他數(shù)據(jù)。除了形成利用整個信號周期或四分之一信號周期的分辨率示出相對粗糙的位置值的計數(shù)器值以外，還可以在位置測量設(shè)備10中設(shè)置用于通過對位置信號PO、P90、P180、 P270內(nèi)插來提供高分辨率的精細位置值并且同樣輸送給接口單元22的裝置(未示出)。如已經(jīng)提到的那樣，在基于對增量分度軌道的分析的位置測量設(shè)備10中設(shè)置用于提供計數(shù)的參照點的裝置。這可以在簡單情況下通過如下方式進行，即在分度載體12上附加于增量分度軌道14還設(shè)置所謂的參考標記，所述參考標記同樣可以由掃描單元16檢測。在檢測到參考標記以后，主計數(shù)器單元20可以被復(fù)位或被置位到定義的起始值。這種裝置被技術(shù)人員充分公知并且在此不進一步詳述。根據(jù)本發(fā)明，位置測量設(shè)備10中的位置信號進一步被輸送給監(jiān)控單元200，該監(jiān)控單元基于狀態(tài)組合和這些狀態(tài)組合的與位置有關(guān)的順序來監(jiān)控位置信號的正確性。對此有根據(jù)兩個盡可能正弦形的位置信號的簡單示例，這些位置信號彼此相移90°并且與位置有關(guān)地圍繞參照值振蕩，該參照值處于位置信號的峰峰值的50%處。如果給參照值以上的值分配邏輯高電平并且給參照值以下的值分配邏輯低電平，則為兩個位置值得出四個邏輯狀態(tài)組合，這些狀態(tài)組合在掃描單元相對于分度載體相對運動期間必須強制地相繼。而如果狀態(tài)組合之一被跳過，則可以認為掃描的失靈。
位置信號P0、P90、P180、P270在監(jiān)控設(shè)備200中被輸送給信號運算單元210，該信號運算單元從位置信號P0、P90、P180、P270或位置信號組中形成狀態(tài)數(shù)據(jù)字。本發(fā)明基于這樣的認識，即這些狀態(tài)數(shù)據(jù)字在掃描單元16和增量分度軌道14之間的相對運動期間可預(yù)測地改變其狀態(tài)、即其數(shù)字值。如果現(xiàn)在在分析單元220中比較這些狀態(tài)數(shù)據(jù)字時出現(xiàn)實際狀態(tài)與期望狀態(tài)之間的不一致，則可以在為了形成狀態(tài)數(shù)據(jù)字而考慮不同的位置信號 PO、P90、P180、P270或位置信號組時識別出位置信號PO、P90、P180、P270的失靈。因此如果例如從四個位置信號PO、P90、P180、P270中分別形成各個狀態(tài)數(shù)據(jù)字 (通過與處于位置信號的最大值與最小值之間的參照值的信號比較如上面已經(jīng)描述的)，則可以通過對狀態(tài)數(shù)據(jù)字的交叉比較確定有誤的位置信號。同樣可以從位置信號PO、P90、 P180、P270的對中形成狀態(tài)數(shù)據(jù)字，例如通過比較0°位置信號PO和90°位置信號P90形成第一狀態(tài)數(shù)據(jù)字，以及通過比較180°位置信號P180和270°位置信號P270形成第二狀態(tài)數(shù)據(jù)字。在圖I中所示的特別有利的實施方式中，為了形成四個狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z1、Z2、Z3、Z4 分別考慮四個位置信號PO、P90、P180、P270中的三個，這些狀態(tài)數(shù)據(jù)字被輸送給狀態(tài)計數(shù)單元230、240、250、260。由于位置信號P0、P90、P180、P270是周期性的，所以三個選出的位置信號總是具有居中的位置信號、對此滯后90°的位置信號以及超前90°的位置信號。向第一狀態(tài)計數(shù)單元230輸送0°、180。和270。位置信號P0、P180、P270。270。 位置信號P270在該情況下是居中的位置信號，180°位置信號P180是滯后的位置信號，0° 位置信號PO是超前的位置信號。第一比較器231比較0°位置信號PO與270°位置信號 P270，第二比較器232比較180°位置信號P180與270°位置信號P270。因此，與信號處理單元18的比較器19的輸出端可比地，在比較器231、232的輸出端處產(chǎn)生兩個彼此相移 90°的計數(shù)信號，所述計數(shù)信號被輸送給計數(shù)器233以與符號或與運動方向有關(guān)地對所使用的位置信號PO、P180、P270的信號周期進行計數(shù)。與第一狀態(tài)計數(shù)單元230類似地，在第二狀態(tài)計數(shù)單元240中，第一比較器241比較(居中的)0°位置信號PO與(滯后的)270°位置信號P270，第二比較器232比較(居中的)0°位置信號PO與(超前的)90°位置信號P270，并且計數(shù)器243對信號周期計數(shù)。在第三狀態(tài)計數(shù)單元250中，第一比較器251比較(居中的)90°位置信號P90與 (超前的)180°位置信號P180，第二比較器252比較(居中的)90°位置信號P90與(滯后的) 0°位置信號PO，并且計數(shù)器253對信號周期計數(shù)。 最后在第四狀態(tài)計數(shù)單元260中，第一比較器162比較(滯后的)90°位置信號P90 與(居中的)180°位置信號P180，第二比較器252比較(超前的)270°位置信號P270與(居中的)180°位置信號P180，并且計數(shù)器263被設(shè)置用于對信號周期計數(shù)?？傊?，在每個狀態(tài)計數(shù)單元230、240、250、260中恰好有位置信號PO、P90、P180、 P270中的一個保持不被考慮。因此一個位置信號的失效引起，三個計數(shù)器與期望值有偏差 (例如停住(stehenbleiben))，而不考慮這一個位置信號的該計數(shù)器繼續(xù)提供期望的值。計數(shù)器233、243、253、263的引入具有特別的優(yōu)點，即不僅當前的狀態(tài)變化、即分度周期內(nèi)的位置變化被檢測，而且狀態(tài)變化的與位置有關(guān)的過程也被檢測。尤其是在由于掃描單元16相對于增量分度軌道14的高活動速度所引起的非常快的狀態(tài)變化時，現(xiàn)在可以為了確定分析單元220中的無效狀態(tài)而確定公差范圍，在該公差范圍內(nèi)狀態(tài)計數(shù)單元230、240、250、260的計數(shù)器值彼此允許有偏差。圖I中的每個狀態(tài)計數(shù)單元230、240、250、260均包括兩個比較器231、232、241、 242、251、252、261、262。但是因為比較器 231 和 241,232 和 262,242 和 252,251 和 261 分別處理相同的位置信號，因此當剩余比較器的輸出分別被輸送給兩個計數(shù)器時，信號運算單元210中的比較器的數(shù)目可以減半。因此當比較器231的輸出不僅輸送給第一狀態(tài)計數(shù)單元230中的第一計數(shù)器233，而且也還輸送給第二狀態(tài)計數(shù)單元240中的第二計數(shù)器243 時，例如可以省去比較器241。比較器231在該情況下可以既被分配給第一狀態(tài)計數(shù)單元 230，也被分配給第二狀態(tài)計數(shù)單元240。計數(shù)器233、243、253、263的輸出形成狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z1、Z2、Z3、Z4。狀態(tài)數(shù)據(jù)字Zl、 Z2、Z3、Z4的位數(shù)目在此可以對應(yīng)于主計數(shù)器單元20的位數(shù)目并且因此包括位置測量設(shè)備的總的測量范圍。這具有特別的優(yōu)點，即在該情況下，除了主計數(shù)器單元20的計數(shù)器值以外還可以提供冗余的計數(shù)器值并且必要時可以通過接口單元22—起輸出。但是在實際中大多數(shù)情況下足夠的是，只設(shè)置幾個、例如三個位并且將計數(shù)器構(gòu)造為所述的循環(huán)計數(shù)器， 該循環(huán)計數(shù)器在達到最高計數(shù)器讀數(shù)之后重新在零處開始，或在低于最低計數(shù)器讀數(shù)時跳到最大值。盡可能小的狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z1、Z2、Z3、Z4包括僅I位?？梢詾橛嫈?shù)器值補充比較器
231、232的數(shù)字輸出信號，因為這些數(shù)字輸出信號如上面已經(jīng)描述的那樣是象限計數(shù)值。在簡化的實施中可以放棄計數(shù)器233、243、253、263，并且僅僅將象限計數(shù)值作為狀態(tài)數(shù)據(jù)字 Zl、Z2、Z3、Z4轉(zhuǎn)發(fā)給分析單元220。分析單元220比較狀態(tài)數(shù)據(jù)字Zl、Z2、Z3、TA并且在出現(xiàn)無效狀態(tài)時生成誤差信號F。該誤差信號F例如可以被輸送給接口單元22并且從該接口單元22轉(zhuǎn)發(fā)給隨動電子系統(tǒng)100。無效狀態(tài)一方面可以通過相互比較狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z1、Z2、Z3、Z4 (計數(shù)器值超出所允許的公差而向外擴展)來識別，另一方面可以通過在合理性方面檢查狀態(tài)數(shù)據(jù)字Zl、Z2、 Z3、TA的值變化(計數(shù)器值允許分別僅僅改變一個計數(shù)步驟)來識別。當?shù)拇_形成了真正的位置測量值的主計數(shù)器單元20的計數(shù)器值被完全或部分地 (例如一定數(shù)目的較低值位)輸送給分析單元220并且所述計數(shù)器值被同樣與狀態(tài)數(shù)據(jù)字 Z1、Z2、Z3、Z4比較時，本發(fā)明可以得到進一步改進。通過這種方式，不僅監(jiān)控位置信號PO、 P90、P180、P270，而且通過與主計數(shù)器單元20的計數(shù)器值的交叉比較還監(jiān)控位置信號PO、 P90.P180.P270通過信號處理單元18和主計數(shù)器單元20的信號路徑。圖2示出具有本發(fā)明監(jiān)控單元200的位置測量設(shè)備的第二實施例的框圖。與前面的實施例不同，該位置測量設(shè)備不產(chǎn)生作為輸出信號的計數(shù)器值形式的數(shù)字位置值，而是將模擬位置信號P0、P90、P180、P270借助于差動放大器30、31放大地輸出給隨動電子系統(tǒng) 100用于進一步處理。為了仍然實現(xiàn)用于產(chǎn)生狀態(tài)數(shù)據(jù)字Zl、Z2、Z3、TA的信號路徑與差動放大器30、 31的輸出信號之間的交叉比較，監(jiān)控單元200與圖I的實施例中的比較器19和主計數(shù)器單元20類似地附加地包括兩個比較器270和一個輔助計數(shù)器單元271用以產(chǎn)生數(shù)字計數(shù)器值。因為在此沒有必要檢測位置測量設(shè)備的總的測量范圍，可以將輔助計數(shù)器單元271限制到少量的位。在這里也可以將比較器270的輸出信號作為象限計數(shù)值來考慮以與分析單元220中的狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z1、Z2、Z3、Z4比較。差動放大器30、31又僅僅是信號處理的強烈簡化的變型。在實際中，明顯更復(fù)雜CN 102538730 A
的電路可以取代差動放大器30、31，該明顯更復(fù)雜的電路除了純放大功能以外還進行對位置信號PO、P90、P180、P270的進一步處理，例如對偏移和/或相誤差進行修正或者對輸出信號相對于位置信號P0、P90、P180、P270進行合成的頻率倍增。替換地，差動放大器30、31可以取代模擬輸出信號也形成象限計數(shù)值并且直接作為所謂的正交信號(Quadratursignale)輸出給隨動電子系統(tǒng)100用于進一步分析。因為在該實施例中不設(shè)置用于傳輸數(shù)字信息的接口單元，所以可以將誤差信號F 通過單獨的線路輸出給隨動電子系統(tǒng)100。如果不希望有單獨的線路，則也可以間接地通過輸出信號線路來進行誤差的信號通知。因此在圖2的實施例中，差動放大器30、31的輸出信號通過開關(guān)元件32、33來引導(dǎo)。誤差信號F的出現(xiàn)現(xiàn)在導(dǎo)致開關(guān)元件32、33的打開并且因此將該誤差情況用信號通知給隨動電子系統(tǒng)100。替換地，為了用信號通知該誤差情況也可以在差動放大器30、31的輸出信號之間引起短路。在圖3中示出本發(fā)明監(jiān)控單元200的第三實施例的框圖。已經(jīng)與前述實施例相結(jié)合地描述的部件與在圖I和2中一樣有相同的附圖標記。在這里與前述實施例的明顯區(qū)別在于，分析單元220在該示例中被劃分成第一分析單元220. I和第二分析單元220. 2，其中第一分析單元220. I位于位置測量設(shè)備10中并且第二分析單元220. 2位于隨動電子系統(tǒng)100中。因此，監(jiān)控單元200在該實施例中延伸到位置測量設(shè)備10和隨動電子系統(tǒng)100上?，F(xiàn)在向第一分析單元220. I輸送第一狀態(tài)數(shù)據(jù)字Zl和第三狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z3。如上面已經(jīng)示出的那樣，為了產(chǎn)生第一狀態(tài)數(shù)據(jù)字Zl考慮0°位置信號P0、180°位置信號P180 和270°位置信號P270，但是不考慮90°位置信號。而為了產(chǎn)生第三狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z3，270° 位置信號P270保持不被使用，替代之而使用90°位置信號P90。如果兩個狀態(tài)數(shù)據(jù)字Zl 和Z3彼此有偏差，則可以推斷出兩個位置信號P90或者P270之一失效。在這種情況下，第一分析單元220. I向接口單元22輸出第一誤差信號Fl。在第二分析單元220. 2中分析第二狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z2和第四狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z4。所述第二狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z2和第四狀態(tài)數(shù)據(jù)字TA為此被輸送給接口單元22并且可從該接口單元22 傳輸?shù)诫S動電子系統(tǒng)100中的接口單元110，該接口單元110將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)字轉(zhuǎn)發(fā)給第二分析單元220. 2用于分析。由于不使用180°位置信號來產(chǎn)生第二狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z2并且不使用0°位置信號PO來產(chǎn)生第四狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z4，又可以通過兩個狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z2、Z4的偏差推斷出兩個位置信號PO、180的誤差，該誤差通過第二誤差信號F2用信號通知。第一誤差信號Fl與第一實施例中的誤差信號F類似地同樣輸送給接口單元22并且可傳輸?shù)诫S動電子系統(tǒng)100。在那里可以要么單獨地分析該第一誤差信號F1，要么如在圖3中表明的那樣輸送給第二分析單元220. 2，該第二分析單元220. 2將該第一誤差信號 Fl包括在內(nèi)以形成第二誤差信號F2，從而第二誤差信號F2形成總誤差信號，該總誤差信號一般用信號通知位置信號PO、P90、P180、P270之一的失效或誤差。在圖3中示出的將分析單元220劃分成位置測量設(shè)備10中的第一分析單元220. I 和隨動電子系統(tǒng)100中的第二分析單元220. 2尤其是在如下情況下是非常有利的為了產(chǎn)生傳輸?shù)诫S動電子系統(tǒng)100的狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z2、Z4，使用狀態(tài)計數(shù)單元240、260，所述狀態(tài)計數(shù)單元的計數(shù)范圍包括位置測量設(shè)備10的測量范圍，也就是分度載體上的要計數(shù)的分度條紋，必要時擴展以象限計數(shù)值。在這種情況下可以放棄主計數(shù)器單元20，因為狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z2、TA已經(jīng)是完整的位置值。除此之外，通過冗余地傳輸兩個狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z2、TA及在隨動電子系統(tǒng)100中對其分析，可以揭露經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸路段的數(shù)據(jù)傳輸中的誤差，該數(shù)據(jù)傳輸路段通過位置測量設(shè)備10中的接口單元22、隨動電子系統(tǒng)100中的接口單元110以及其間布置的數(shù)據(jù)傳輸線路形成。而為了產(chǎn)生在位置測量設(shè)備10中分析的狀態(tài)數(shù)據(jù)字Zl和Z3設(shè)置具有小計數(shù)范圍——例如8位或更少——的狀態(tài)計數(shù)單元230、250就足夠了。此外，圖3中的位置測量設(shè)備10包括內(nèi)插器300，該內(nèi)插器從位置信號PO、P90、 P180、P270的幅度值中產(chǎn)生精細位置值，該精細位置值說明了分度載體12上的兩個分度條紋之間的位置。這可以如技術(shù)人員所公知的那樣通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換并且然后應(yīng)用數(shù)學算法 (例如C0RDIC)來進行。通過對位置值(狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z2、Z4)補充以精細位置值，可以明顯提高位置測量設(shè)備10的分辨率。為了改進誤差揭露概率，有利的是，在位置測量設(shè)備10中就已經(jīng)對狀態(tài)數(shù)據(jù)字Z2、Z4補充以精細位置值并且將其包括在第二分析單元220. 2的分析中。當然，這些實施例僅僅示出監(jiān)控單元的變型。根據(jù)本發(fā)明的措施也可以在其他位置分析設(shè)備中以適當?shù)亟?jīng)過變換的方式來使用。根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控單元特別良好地適于被集成到高度集成的專用模塊(ASIC)中。有利地，掃描單元、位置分析裝置、接口單元以及本發(fā)明的監(jiān)控單元集成在唯一的ASIC中。如果分析單元220的一部分——如在第三實施例中借助第二分析單元220. 2示出的那樣一布置在隨動電子系統(tǒng)100中，則該部分例如可以實施為ASIC或者FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)。因為隨動電子系統(tǒng)100通常是計算機，而第二分析單元220. 2也可以實現(xiàn)為計算機程序。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控增量位置測量設(shè)備的位置信號(PO、P90、P180、P270)的監(jiān)控單元 (200)，其中在輸入側(cè)施加至少兩個位置信號(P0、P90、P180、P270)，這些位置信號從借助于掃描單元(16)對增量分度軌道(14)的掃描中得到并且彼此有相移，所述監(jiān)控單元具有 信號運算單元(210)，利用該信號運算單元能從不同的位置信號(PO、P90、P180、 P270)中生成至少兩個與位置有關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z1、Z2、Z3、Z4)，和 分析單元(220)，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Zl、Z2、Z3、Z4)被輸送給該分析單元，在該分析單元中通過比較狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z1、Z2、Z3、Z4)能確定無效狀態(tài)并且在所確定的無效狀態(tài)的情況下能生成誤差信號(F、F1、F2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的監(jiān)控單元(200)，其中在所述信號運算單元(210)中設(shè)置至少兩個狀態(tài)計數(shù)單元(230、240、250、260)，利用這些狀態(tài)計數(shù)單元能對位置信號(PO、P90、 P180、P270)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進行計數(shù)并且將計數(shù)器值作為狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Zl、Z2、Z3、Z4)輸送給所述分析單元(220)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的監(jiān)控單元(220)，其中 所述位置信號(PO、P90、P180、P270)包括0°位置信號(P0)、90°位置信號(P90)、 180°位置信號(P180)以及270°位置信號(P270)，這些位置信號彼此分別具有90°的相移并且向每個狀態(tài)計數(shù)單元(230、240、250、260)輸送三個位置信號(PO、P90、P180、P270)， 每個狀態(tài)計數(shù)單元(230、240、250、260)包括兩個比較器(231、232、241、242、251、 252、261、262)，利用這些比較器從三個位置信號(P0、P90、P180、P270)的分別兩個彼此相移 90°的位置信號中同樣能生成彼此相移90°的象限計數(shù)值。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的監(jiān)控單元(200)，其中所述象限計數(shù)值被作為狀態(tài)數(shù)據(jù)字(ZI、Z2、Z3、Z4)輸送給所述分析單元(220)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4之一所述的監(jiān)控單元(200)，其中每個狀態(tài)計數(shù)單元(230、240、 250,260)均包括計數(shù)器(233、243、253、263)，向所述計數(shù)器輸送所述象限計數(shù)值并且所述計數(shù)器適于對所述位置信號(PO、P90、P180、P270)的信號周期進行計數(shù)，并且所述計數(shù)器 (233、243、253、263)的計數(shù)器值被作為狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Zl、Z2、Z3、Z4)輸送給所述分析單元 (220)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的監(jiān)控單元(200)，其中向所述監(jiān)控單元(200)輸送位置測量設(shè)備的輸出信號并且在所述分析單元(220)中在比較時一并考慮這些輸出信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一所述的監(jiān)控單元(200)，其中 在所述信號運算單元(210)中能生成四個狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z1、Z2、Z3、Z4)， 所述分析單元(220)包括第一分析單元(220. I)和第二分析單元(220. 2)，并且所述第一分析單元(220. I)布置在位置測量設(shè)備(10)中，和所述第二分析單元(220. 2)布置在隨動電子系統(tǒng)(100)中， 向所述第一分析單元(220. I)和所述第二分析單元(220. 2)分別輸送所述四個狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z1、Z2、Z3、Z4)中的兩個，和 在所述第一分析單元(220. I)中在所確定的無效狀態(tài)的情況下能生成第一誤差信號 (Fl)并且在所述第二分析單元(220. 2)中在所確定的無效狀態(tài)的情況下能生成第二誤差信號(F2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的監(jiān)控單元(200)，其中在所述第二分析單元(220.2)中比較的兩個狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z2、Z4)能通過位置測量設(shè)備(10)的接口單元(22)和隨動電子系統(tǒng)(100) 的接口單元(110 )輸送給所述第二分析單元(220. 2 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求7至8之一所述的監(jiān)控單元(200)，其中輸送給所述第二分析單元 (220. 2)的狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z2、Z4)是計數(shù)器值，所述計數(shù)器值的計數(shù)范圍包括位置測量設(shè)備(10)的測量范圍。
10.一種用于借助于監(jiān)控單元(200)來監(jiān)控增量位置測量設(shè)備的位置信號(PO、P90、 P180、P270)的方法，在輸入側(cè)向所述監(jiān)控單元輸送至少兩個位置信號(PO、P90、P180、 P270)，這些位置信號從借助于掃描單元(16)對增量分度軌道(14)的掃描中得到并且彼此有相移，所述方法具有下列步驟 在信號運算單元(210)中從不同的位置信號(PO、P90、P180、P270)生成至少兩個與位置有關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Zl、Z2、Z3、Z4)， 在分析單元(220)中通過比較確定所述狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z1、Z2、Z3、Z4)的無效狀態(tài)，和 在分析單元(220)中在所確定的無效狀態(tài)的情況下生成誤差信號(F、F1、F2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述信號運算單元(210)中設(shè)置至少兩個狀態(tài)計數(shù)單元(230、240、250、260)，所述狀態(tài)計數(shù)單元對位置信號(PO、P90、P180、P270)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進行計數(shù)并且將計數(shù)器值作為狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Zl、Z2、Z3、Z4)輸出給所述分析單元 (220)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10至11之一所述的方法，其中 所述位置信號(PO、P90、P180、P270)包括0°位置信號(P0)、90°位置信號(P90)、 180°位置信號(P180)以及270°位置信號(P270)，這些位置信號彼此分別具有90°的相移并且向每個狀態(tài)計數(shù)單元(230、240、250、260)輸送三個位置信號(PO、P90、P180、P270)， 每個狀態(tài)計數(shù)單元(230、240、250、260)包括兩個比較器(231、232、241、242、251、 252、261、262)，這些比較器從三個位置信號(PO、P90、P180、P270)的分別兩個彼此相移 90°的位置信號中同樣生成彼此相移90°的象限計數(shù)值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述比較器(231、232、241、242、251、252、261、 262 )將所述象限計數(shù)值作為狀態(tài)數(shù)據(jù)字(ZI、Z2、Z3、Z4 )輸送給所述分析單元(220 )。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13之一所述的方法，其中每個狀態(tài)計數(shù)單元(230、240、250、 260)均包括計數(shù)器(233、243、253、263)，向所述計數(shù)器輸送所述象限計數(shù)值并且所述計數(shù)器對所述位置信號(PO、P90、P180、P270)的信號周期進行計數(shù)，并且將所述計數(shù)器(233、 243、253、263 )的計數(shù)器值作為狀態(tài)數(shù)據(jù)字(ZI、Z2、Z3、Z4 )輸送給所述分析單元(220 )。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14之一所述的方法，其中向所述監(jiān)控單元(200)輸送位置測量設(shè)備的輸出信號并且在所述分析單元(220)中在比較時一并考慮這些輸出信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至14之一所述的方法，其中 在所述信號運算單元(210)中生成四個狀態(tài)數(shù)據(jù)字(21、22、23、24)， 所述分析單元(220)包括第一分析單元(220. I)和第二分析單元(220. 2)，并且所述第一分析單元(220. I)布置在位置測量設(shè)備(10)中，和所述第二分析單元(220. 2)布置在隨動電子系統(tǒng)(100)中， 向所述第一分析單元(220. I)和所述第二分析單元(220. 2)分別輸送所述四個狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z1、Z2、Z3、Z4)中的兩個，以及 在所述第一分析單元(220. I)中在所確定的無效狀態(tài)的情況下生成第一誤差信號 (Fl)并且在所述第二分析單元(220. 2)中在所確定的無效狀態(tài)的情況下生成第二誤差信號 (F2)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述第二分析單元(220.2)中比較的兩個狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z2、Z4)通過位置測量設(shè)備(10)的接口單元(22)和隨動電子系統(tǒng)(100)的接口單元(110)被輸送給所述第二分析單元(220. 2)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16至17之一所述的方法，其中輸送給所述第二分析單元(220.2)的狀態(tài)數(shù)據(jù)字(Z2、Z4)是計數(shù)器值，所述計數(shù)器值的計數(shù)范圍包括位置測量設(shè)備(10)的測量范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于監(jiān)控增量位置測量設(shè)備的位置信號的監(jiān)控單元，其中在輸入側(cè)施加至少兩個位置信號，這些位置信號從借助掃描單元對增量分度軌道的掃描中得到并且彼此有相移。監(jiān)控單元包括信號運算單元和分析單元，利用該信號運算單元能從不同的位置信號中生成至少兩個與位置有關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)字，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)字被輸送給該分析單元，在該分析單元中通過比較狀態(tài)數(shù)據(jù)字能確定無效狀態(tài)和在所確定的無效狀態(tài)的情況下能生成誤差信號。本發(fā)明還涉及用于監(jiān)控位置信號的方法。
文檔編號G01D5/244GK102538730SQ20111038665
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者I.約阿希姆斯塔勒爾, T.米勒, T.許爾曼 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司