專利名稱：用于將控制命令從一個(gè)發(fā)射元件傳輸至一個(gè)測(cè)量頭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1所述的將控制命令從探測(cè)系統(tǒng)里的一個(gè)發(fā)射元件傳輸至一個(gè)探測(cè)頭的方法。
這種探測(cè)系統(tǒng)例如用來測(cè)定夾緊在材料加工機(jī)床，例如銑床里的工件的位置。這種探測(cè)系統(tǒng)往往有一個(gè)靜止不動(dòng)的部件，它固定在材料加工機(jī)床的一個(gè)位置固定的元件上，還有一個(gè)相對(duì)于此部件可以運(yùn)動(dòng)的部件，它往往稱為測(cè)量頭，這測(cè)量頭裝在材料加工機(jī)床的一個(gè)可活動(dòng)元件上，例如裝在銑床主軸上。測(cè)量頭包括有一個(gè)可以從靜止位置偏轉(zhuǎn)開的測(cè)量元件，它在從其靜止位置偏轉(zhuǎn)出來時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)接通信號(hào)。所謂測(cè)量元件的靜止位置是指測(cè)量元件與工件沒有接觸的一個(gè)位置。當(dāng)測(cè)量元件與工件接觸時(shí)測(cè)量元件就從其靜止位置偏轉(zhuǎn)出來。
對(duì)于所謂無電纜的探測(cè)系統(tǒng)來說測(cè)量頭的相應(yīng)的接通信號(hào)作為電磁信號(hào)，尤其作為紅外信號(hào)傳輸?shù)届o止不動(dòng)的部件上。在此部件里對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)進(jìn)行分析整理，以便確定接通信號(hào)的出現(xiàn)(也就是測(cè)量元件的偏轉(zhuǎn))。
通常這測(cè)量頭在測(cè)量工作時(shí)間之外處于一種待機(jī)狀態(tài)。為使測(cè)量頭從其待機(jī)狀態(tài)置于一種測(cè)量工作狀態(tài)，需要有一個(gè)接通過程或者說激活過程。
在專利用EP 1130557A2里已經(jīng)敘述了一種用于無線激活一個(gè)測(cè)量頭的方法。這里連續(xù)不斷地使具有一個(gè)預(yù)先規(guī)定頻率的紅外光脈沖從探測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)靜止不動(dòng)的發(fā)射元件發(fā)送到一個(gè)測(cè)量頭上。因?yàn)檫@種方法抗故障的能力差，必須在一定時(shí)間段上由測(cè)量頭來接收信號(hào)，以便可以達(dá)到足夠的傳輸可靠性。但是只要在相應(yīng)頻率范圍內(nèi)的故障同樣也在這段時(shí)間內(nèi)，那么故障信號(hào)也被測(cè)量頭解釋為激活信號(hào)。
因而本發(fā)明的任務(wù)是提出一種用于使控制命令從一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)里的發(fā)射元件無線轉(zhuǎn)輸至一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)里的測(cè)量頭的方法，該方法可以抗干擾而且簡單地實(shí)施。
該項(xiàng)任務(wù)按照本發(fā)明通過權(quán)利要求1的特征來解決。
按本發(fā)明的方法，一個(gè)在測(cè)量頭上發(fā)送的控制命令包括至少一個(gè)位串，其中高位通過多個(gè)以載波頻率反復(fù)再現(xiàn)的電磁信號(hào)的包絡(luò)曲線而產(chǎn)生。為了提高傳輸安全性另外在一個(gè)位串之內(nèi)至少一次在兩個(gè)高位之間發(fā)送一個(gè)低位，或者多個(gè)相繼的低位。通過傳輸一個(gè)位串或者一個(gè)代碼字就明顯提高了傳輸?shù)陌踩?，尤其是這些位由用一種載波頻率調(diào)制的信號(hào)組成。
通過這種方法就可以使數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)簡單而可靠的傳輸，其中可以傳輸許多具有不同意義的命令。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中使用了一種較低的載波頻率，小于50kHz，特別是小于10kHz。在一種優(yōu)選的實(shí)施變種形式中使用的載波頻率小于5kHz。
高位有利地由至少八個(gè)以載波頻率反復(fù)再現(xiàn)的電磁信號(hào)的包絡(luò)曲線而產(chǎn)生。按這種方式就保證了高的傳輸可靠性。
本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案可見從屬的權(quán)利要求。
以下將一個(gè)電平較高的位稱為高位，而相對(duì)其電平較低的為低位。例如高位具有的標(biāo)準(zhǔn)化電平為100％或1，而低位的電平為0％或0。但另一種方案這低位也可以有一個(gè)位于100％和0％之間的中間值的標(biāo)準(zhǔn)化電平，當(dāng)然小于高位的電平。
這高位由多個(gè)以一種載波頻率反復(fù)再現(xiàn)的電磁信號(hào)的包絡(luò)曲線而產(chǎn)生。包絡(luò)曲線就是那種通過它而使電磁信號(hào)的相鄰的最大值以最短的路徑連接起來的曲線。對(duì)于低位來說原則上也可以同樣這樣考慮。若低位的電平為零，那么包絡(luò)曲線就是在零電平上的一條線。只要低位的電平為100％和0％之間的一個(gè)中間值，那么這個(gè)低位也由多個(gè)以一個(gè)載波頻率反復(fù)再現(xiàn)的電磁信號(hào)的包絡(luò)曲線而產(chǎn)生。
按本發(fā)明的電路裝置以及配備有這種電路的鍵控系統(tǒng)的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)見以下根據(jù)附圖對(duì)實(shí)施例所進(jìn)行的描述。所示為

圖1一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)的示意圖；圖2測(cè)量頭的電氣方框圖；圖3 a用于激活測(cè)量頭的控制命令的一種變化曲線；圖3b用于使測(cè)量頭去除激活的控制命令的一種變化曲線；圖4用于生成平均值的方法的流程圖。
圖1表示了一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)，它用于測(cè)定一個(gè)夾緊在一個(gè)機(jī)床里，例如一個(gè)銑床里的工件的位置和輪廓。探測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)送元件1和一個(gè)測(cè)量頭2構(gòu)成。測(cè)量頭2可以通過一個(gè)錐體2.1插入到相應(yīng)的機(jī)床的主軸里，而發(fā)送元件1是靜止不動(dòng)地或位置固定地裝在機(jī)床上。發(fā)送元件1具有圖1中未示出的發(fā)光二極管，它用于發(fā)射紅外光。在其位于錐體2.1對(duì)面的端部這測(cè)量頭2有一個(gè)探測(cè)元件，形狀為一個(gè)探針2.2，它有一個(gè)探測(cè)球2.3，這個(gè)球在所有方向上都可以活動(dòng)支承在測(cè)量頭2的外殼里。探針2.2的靜止位置通常位于測(cè)量頭2的對(duì)稱軸線上，如圖1所示那樣。后面可以透過紅外光并且在分布于測(cè)量頭2圓周上的窗口2.4處各有一個(gè)光電二極管2.5(圖2)。
圖2表示了測(cè)量頭2的一個(gè)電氣方塊圖。通過這發(fā)光二極管2.5可以使射入的紅外光可選擇地轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娏骰蚬怆妷?，而例如陽光則被濾除。這樣就可以使電磁信號(hào)，在實(shí)施例中其形式為紅外光脈沖S，轉(zhuǎn)變成電脈沖或者電流。這種電流然后在一個(gè)放大器2.6里放大，轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，然后將這電壓信號(hào)輸送給一個(gè)帶通濾波器2.7。然后這經(jīng)濾波的電壓信號(hào)到達(dá)CPU 2.8(中央處理單元)進(jìn)行繼續(xù)加工處理。
測(cè)量頭2由一個(gè)裝入在測(cè)量頭2里的電池供以必要的電壓。為了保證測(cè)量頭2的電池有長的使用壽命，使測(cè)量頭2在真正的測(cè)量過程之外保持在一個(gè)省電的待機(jī)狀態(tài)下。
測(cè)量開始之前必須激活測(cè)量頭2。這通過在發(fā)送元件1和測(cè)量頭2之間的一種無線連接來進(jìn)行。通過這重復(fù)的生成，在介紹的實(shí)施例中在最佳的傳輸質(zhì)量時(shí)，通過三次生成一個(gè)位串B(在所示例子中10010110)產(chǎn)生了一個(gè)控制命令，這個(gè)命令在由測(cè)量頭2正確地接收之后就使測(cè)量頭2激活。為此目的按圖3a所示由發(fā)射元件1的一個(gè)發(fā)光二極管生成電磁信號(hào)，此處則是紅外光脈沖S的形式。在圖3a和3b中分別在縱坐標(biāo)上標(biāo)出紅外光脈沖S的強(qiáng)度，而在橫坐標(biāo)上則表示出時(shí)間t。紅外光脈沖S被調(diào)制用于傳遞信息具有一種載波頻率，此處達(dá)1024Hz，因而紅外光脈沖S的周期為1/f，也就是0.9766ms。調(diào)制的紅外光脈沖S的電平按規(guī)定應(yīng)達(dá)到100％或者1。在所示實(shí)例中一個(gè)高位B1由八個(gè)紅外光脈沖S的包絡(luò)曲線構(gòu)成。一個(gè)高位B1的時(shí)間長度因而為8×1/f，也即7.8125ms。
一旦測(cè)量頭2激活了，它就將一個(gè)相應(yīng)的回答返回到發(fā)射元件1上。這種回答就使位串B的生成結(jié)束。但是只要發(fā)射元件沒有接收到回答，那么就重復(fù)地發(fā)送這位串B一直到一個(gè)預(yù)定的極限時(shí)間。對(duì)于分析整理這些由光電二極管2.5所產(chǎn)生的電流來說有利的是如實(shí)施例中所示，在兩個(gè)發(fā)送的位串B之間沒有停頓。但是另外一種方案中也可以在位串之間具有規(guī)定長度的停頓，因而對(duì)于在測(cè)量頭2里的分析整理來說可以考慮這停頓長度。
具有1024Hz的較低載波頻率f的優(yōu)點(diǎn)是在電池驅(qū)動(dòng)的測(cè)量頭2里可以裝入一個(gè)放大器2.6，首先是一個(gè)CPU2.8，它需要相對(duì)較少的電流。當(dāng)應(yīng)用一種高的載波頻率f時(shí)在測(cè)量頭2里必須選用放大器2.6，它需要較高的電流，因而就縮短了電池的使用壽命。
為了生成一種抗干擾的控制命令，至少一次在位串B之內(nèi)在兩個(gè)高位B1之間生成至少一個(gè)低位B0。一個(gè)低位B0的生成此處可以簡單地通過短時(shí)間地?cái)嚅_發(fā)送元件1的發(fā)光二極管而實(shí)現(xiàn)，因而就接收不到紅外脈沖S，或者換句話說電平為零的紅外光脈沖S。但是另外一種方案中為了形成一個(gè)低位B0也可以只是降低紅外光脈沖S的電平，例如降到50％。在這種情況下這低位B0則由具有減小的電平的紅外光脈沖S的包絡(luò)曲線而產(chǎn)生。如同高位B1那樣這低位B0的時(shí)間長度分別為7.8125ms。
在規(guī)定位串B，B’時(shí)，優(yōu)選的是所選的位串B，B’具有一些由不同時(shí)間長度的高位B1組成的塊。例如按圖3a所示這位串B(10010110)有三個(gè)由高位B1組成的塊，其中第一和第二個(gè)塊具有一個(gè)位長，即7.8125ms。相反這第三個(gè)塊具有的時(shí)間長為2×7.8125ms＝15.625ms。所謂由高位B1構(gòu)成的一個(gè)塊的時(shí)間長度就是指那個(gè)在這長度之內(nèi)高位B1的電平并沒有被一個(gè)低位B0所中斷的時(shí)間。相鄰的高位B1因而形成一個(gè)塊，其中單個(gè)的高位B1也認(rèn)為是塊(具有最小的時(shí)間長度)。具有由不同時(shí)間長度的高位B1所組成的塊的位串B，B’的規(guī)定有助于提高傳輸可靠性，因?yàn)榘创朔绞接绕淇梢杂行У販p少兩個(gè)光源的干涉所引起的故障。這種干涉例如出現(xiàn)在由多個(gè)氖管組成的照明中。多個(gè)氖管的光發(fā)射可能引起重迭，它類似于一個(gè)差拍，具有波動(dòng)變化的振幅。但振幅的變化曲線一般是對(duì)稱的，因此可以容易地與具有由不同時(shí)間長度的高位B1組成的塊的位串B，B’區(qū)分開。
用這種方式按圖3 a就產(chǎn)生了一個(gè)相應(yīng)的位串B，它包括四個(gè)高位B1和四個(gè)低位B0。因而這位串的時(shí)間長度T為62.5ms。
如前所述，借助于光電二極管2.5將紅外光脈沖S轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的電流。在放大器2.6里使電流放大之后為了消除故障在帶通濾波器2.7里對(duì)于相應(yīng)的電壓信號(hào)進(jìn)行過濾。這樣就可以基本消除并不位于載波頻率f范圍內(nèi)的干擾信號(hào)。經(jīng)濾波的電壓信號(hào)然后輸送給CPU 2.8，此處使它們首先在一個(gè)模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器2.81里實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。這數(shù)字化針對(duì)載波頻率f，用一種四倍的超脈幅變換率(Oversamplingrate)來進(jìn)行，也就是在所示實(shí)例中用4096Hz。這樣也就由模擬電壓信號(hào)產(chǎn)生出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)隨后通過軟件操作進(jìn)行進(jìn)一步處理。
在下一個(gè)步驟里應(yīng)用了一個(gè)數(shù)字式濾波器2.82，因而使其它尚存的干擾信息大大減小。這種經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)取平均值。在所示例中為生成平均值MWmn并不進(jìn)行算術(shù)平均，而是一種特別的平均方法，它根據(jù)圖4加以說明在這平均方法里通過涉及到載波頻率f的四倍的超脈幅變換每個(gè)位串B，B’(它由8個(gè)位組成，每個(gè)位有8個(gè)由紅外光脈沖S組成的信號(hào))有4×8×8，即256個(gè)數(shù)值輸入到一個(gè)滑動(dòng)記錄器2.831里。然而在由滑動(dòng)記錄器2.831接收這些數(shù)值之前，就用數(shù)0.25乘以這些數(shù)值。然后將用0.25乘過的數(shù)值與一個(gè)來源于滑動(dòng)記錄器的值(通過一個(gè)環(huán)返回)相加成一個(gè)總計(jì)值。這個(gè)總值則以一個(gè)4096Hz的節(jié)拍通過滑動(dòng)記錄器2.831而移動(dòng)，其中以相同的節(jié)拍總是在滑動(dòng)記錄器里又接收到新的總值。在一段時(shí)間256/(4096Hz)之后，就是在62.5ms之后總值又離開滑動(dòng)記錄器2.831，然后乘以數(shù)0.75，以便用來與新的數(shù)值相加。同時(shí)使滑動(dòng)記錄器2.831的256個(gè)總值MWmn轉(zhuǎn)送到解調(diào)器2.84上?？傊礛Wmn是在第m次通過環(huán)線之后在滑動(dòng)記錄器2.831的n個(gè)小室里的值。
通常在生成第一個(gè)位串B，B’之后需要四次通過環(huán)線，直到各個(gè)平均值MWmn對(duì)于以下的進(jìn)一步處理有一個(gè)顯現(xiàn)信號(hào)，它最終引起了一個(gè)反應(yīng)，例如使測(cè)量頭激活。
由于這種平均值的生成進(jìn)一步提高了傳輸?shù)目煽啃?。與此相適應(yīng)在一個(gè)解調(diào)器2.84里由這些所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)算出載波頻率，因而在這一步以后對(duì)于高位B1和低位B0只還保留一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)相當(dāng)于高位B1和低位B0的當(dāng)前電平。
然后在標(biāo)準(zhǔn)化器件2.85里使高位B1和低位B0的實(shí)際電平適配于一個(gè)預(yù)定額定數(shù)值的電平。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的高位B1和低位B0的數(shù)據(jù)然后就在相關(guān)器2.86里按如下進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)于每個(gè)高位B1和底位B0來說在實(shí)際電平和額定電平之間形成差。同樣將所有這樣形成的差累計(jì)相加。只要這個(gè)總和不超過一個(gè)預(yù)定值，那么這些數(shù)據(jù)就認(rèn)為是合適的并最后輸送給一個(gè)3/4邏輯電路2.87。那里就要檢驗(yàn)在四個(gè)相繼的位串B，B’中是否有三個(gè)是正確的。若這種校驗(yàn)得以成功進(jìn)行，那就使測(cè)量頭2激活了。
那么這測(cè)量頭2就準(zhǔn)備好可用于測(cè)量了。當(dāng)探針2.2的探測(cè)球2.3與一個(gè)夾緊在相應(yīng)機(jī)床里的工件接觸時(shí)探針2.2就以其靜止位置處偏轉(zhuǎn)出來。這種偏轉(zhuǎn)由測(cè)量頭2的一個(gè)探測(cè)部件來測(cè)量并也使一個(gè)相應(yīng)的紅外信號(hào)返回到靜止不動(dòng)地裝在機(jī)床上的并也適合用于接收紅外光的發(fā)射元件1。
測(cè)量過程之后通過發(fā)送另外一個(gè)控制命令按圖3b所示使測(cè)量頭2又去除激活并退回到待機(jī)狀態(tài)。這控制命令包括有前后一個(gè)接一個(gè)生成的位串B’(10101100)，其中高位B1又是由用載波頻率f調(diào)制的紅外光脈沖S來產(chǎn)生，而低位B0通過暫時(shí)切斷發(fā)送元件1的發(fā)光二極管來生成。
用于使測(cè)量頭2激活或者去除激活的位串B，B’是這樣選擇的，使得在測(cè)量頭2里由于一個(gè)受干擾的數(shù)據(jù)傳輸而造成混淆那是幾乎完全不可能的。由于這個(gè)原因，一種優(yōu)選的組合包括有位串B，B’10010110和10101100。一般通過進(jìn)行計(jì)算機(jī)支持的互相關(guān)就可以求得適合的、也就是難于混淆的位串B，B’。
權(quán)利要求
1.借助于電磁信號(hào)將一個(gè)控制命令從一個(gè)發(fā)射元件(1)無線傳輸至一個(gè)測(cè)量頭(2)的方法，其特征在于，控制命令至少包括有一個(gè)位串(B，B’)，它由高位(B1)和至少一個(gè)低位(B0)組成，其中高位(B1)由多個(gè)以一個(gè)載波頻率(f)反復(fù)再現(xiàn)的電磁信號(hào)(S)的包絡(luò)曲線產(chǎn)生，而在一個(gè)位串(B，B’)之內(nèi)至少一次在兩個(gè)高位(B1)之間發(fā)送至少一個(gè)低位(B0)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，載波頻率(f)小于50kHz，尤其小于10kHz或者小于5kHz。
3.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，包絡(luò)曲線由至少八個(gè)以載波頻率(f)反復(fù)再現(xiàn)的電磁信號(hào)(S)而產(chǎn)生。
4.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，電磁信號(hào)(S)是紅外光脈沖。
5.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，控制命令由多個(gè)前后一個(gè)接一個(gè)發(fā)送的位串(B，B’)組成。
6.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在探測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)接收元件里，尤其在測(cè)量頭(2)里將電磁信號(hào)(S)轉(zhuǎn)變成脈沖的電流或電壓，它們被數(shù)字化。
7.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，控制命令使測(cè)量頭(2)從待機(jī)狀態(tài)激活或者使測(cè)量頭(2)去除激活進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，對(duì)于測(cè)量頭(2)的激活和測(cè)量頭(2)的去除激活應(yīng)用不同的控制命令。
9.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，位串(B，B’)具有由不同時(shí)間長度的高位(B1)組成的塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借助于電磁信號(hào)(S)將一個(gè)控制命令從一個(gè)發(fā)射元件(1)無線傳輸至一個(gè)測(cè)量頭(2)的方法。在這種方法里這控制命令至少包括了一個(gè)位串(B，B’)，位串由高位(B1)和至少一個(gè)低位(B0)組成。高位(B1)由多個(gè)以載波頻率(f)反復(fù)再現(xiàn)的電磁信號(hào)(S)的包絡(luò)曲線產(chǎn)生。在一個(gè)位串(B，B’)之內(nèi)至少一次發(fā)送一個(gè)在兩個(gè)高位(B1)之間的低位(B0)。
文檔編號(hào)H04B10/114GK1519788SQ20041000355
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2004年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者K·格羅爾, K 格羅爾, C·埃森伯格 申請(qǐng)人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司