CN1519788A - 用于将控制命令从一个发射元件传输至一个测量头的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种借助于电磁信号(S)将一个控制命令从一个发射元件(1)无线传输至一个测量头(2)的方法。在这种方法里这控制命令至少包括了一个位串(B，B’)，位串由高位(B1)和至少一个低位(B0)组成。高位(B1)由多个以载波频率(f)反复再现的电磁信号(S)的包络曲线产生。在一个位串(B，B’)之内至少一次发送一个在两个高位(B1)之间的低位(B0)。

Description

用于将控制命令从一个发射元件传输至一个测量头的方法
本发明涉及一种按权利要求1所述的将控制命令从探测***里的一个发射元件传输至一个探测头的方法。
这种探测***例如用来测定夹紧在材料加工机床，例如铣床里的工件的位置。这种探测***往往有一个静止不动的部件，它固定在材料加工机床的一个位置固定的元件上，还有一个相对于此部件可以运动的部件，它往往称为测量头，这测量头装在材料加工机床的一个可活动元件上，例如装在铣床主轴上。测量头包括有一个可以从静止位置偏转开的测量元件，它在从其静止位置偏转出来时产生了一个接通信号。所谓测量元件的静止位置是指测量元件与工件没有接触的一个位置。当测量元件与工件接触时测量元件就从其静止位置偏转出来。
对于所谓无电缆的探测***来说测量头的相应的接通信号作为电磁信号，尤其作为红外信号传输到静止不动的部件上。在此部件里对探测***的输出信号进行分析整理，以便确定接通信号的出现(也就是测量元件的偏转)。
通常这测量头在测量工作时间之外处于一种待机状态。为使测量头从其待机状态置于一种测量工作状态，需要有一个接通过程或者说激活过程。
在专利用EP 1130557A2里已经叙述了一种用于无线激活一个测量头的方法。这里连续不断地使具有一个预先规定频率的红外光脉冲从探测***的一个静止不动的发射元件发送到一个测量头上。因为这种方法抗故障的能力差，必须在一定时间段上由测量头来接收信号，以便可以达到足够的传输可靠性。但是只要在相应频率范围内的故障同样也在这段时间内，那么故障信号也被测量头解释为激活信号。
因而本发明的任务是提出一种用于使控制命令从一个探测***里的发射元件无线转输至一个探测***里的测量头的方法，该方法可以抗干扰而且简单地实施。
该项任务按照本发明通过权利要求1的特征来解决。
按本发明的方法，一个在测量头上发送的控制命令包括至少一个位串，其中高位通过多个以载波频率反复再现的电磁信号的包络曲线而产生。为了提高传输安全性另外在一个位串之内至少一次在两个高位之间发送一个低位，或者多个相继的低位。通过传输一个位串或者一个代码字就明显提高了传输的安全性，尤其是这些位由用一种载波频率调制的信号组成。
通过这种方法就可以使数据实现简单而可靠的传输，其中可以传输许多具有不同意义的命令。
在本发明的一种优选设计方案中使用了一种较低的载波频率，小于50kHz，特别是小于10kHz。在一种优选的实施变种形式中使用的载波频率小于5kHz。
高位有利地由至少八个以载波频率反复再现的电磁信号的包络曲线而产生。按这种方式就保证了高的传输可靠性。
本发明的有利的设计方案可见从属的权利要求。
以下将一个电平较高的位称为高位，而相对其电平较低的为低位。例如高位具有的标准化电平为100％或1，而低位的电平为0％或0。但另一种方案这低位也可以有一个位于100％和0％之间的中间值的标准化电平，当然小于高位的电平。
这高位由多个以一种载波频率反复再现的电磁信号的包络曲线而产生。包络曲线就是那种通过它而使电磁信号的相邻的最大值以最短的路径连接起来的曲线。对于低位来说原则上也可以同样这样考虑。若低位的电平为零，那么包络曲线就是在零电平上的一条线。只要低位的电平为100％和0％之间的一个中间值，那么这个低位也由多个以一个载波频率反复再现的电磁信号的包络曲线而产生。
按本发明的电路装置以及配备有这种电路的键控***的其它细节和优点见以下根据附图对实施例所进行的描述。所示为
图1：一个探测***的示意图；
图2：测量头的电气方框图；
图3 a：用于激活测量头的控制命令的一种变化曲线；
图3b：用于使测量头去除激活的控制命令的一种变化曲线；
图4：用于生成平均值的方法的流程图。
图1表示了一个探测***，它用于测定一个夹紧在一个机床里，例如一个铣床里的工件的位置和轮廓。探测***由一个发送元件1和一个测量头2构成。测量头2可以通过一个锥体2.1***到相应的机床的主轴里，而发送元件1是静止不动地或位置固定地装在机床上。发送元件1具有图1中未示出的发光二极管，它用于发射红外光。在其位于锥体2.1对面的端部这测量头2有一个探测元件，形状为一个探针2.2，它有一个探测球2.3，这个球在所有方向上都可以活动支承在测量头2的外壳里。探针2.2的静止位置通常位于测量头2的对称轴线上，如图1所示那样。后面可以透过红外光并且在分布于测量头2圆周上的窗口2.4处各有一个光电二极管2.5(图2)。
图2表示了测量头2的一个电气方块图。通过这发光二极管2.5可以使射入的红外光可选择地转变为光电流或光电压，而例如阳光则被滤除。这样就可以使电磁信号，在实施例中其形式为红外光脉冲S，转变成电脉冲或者电流。这种电流然后在一个放大器2.6里放大，转变成电压信号，然后将这电压信号输送给一个带通滤波器2.7。然后这经滤波的电压信号到达CPU 2.8(中央处理单元)进行继续加工处理。
测量头2由一个装入在测量头2里的电池供以必要的电压。为了保证测量头2的电池有长的使用寿命，使测量头2在真正的测量过程之外保持在一个省电的待机状态下。
测量开始之前必须激活测量头2。这通过在发送元件1和测量头2之间的一种无线连接来进行。通过这重复的生成，在介绍的实施例中在最佳的传输质量时，通过三次生成一个位串B(在所示例子中10010110)产生了一个控制命令，这个命令在由测量头2正确地接收之后就使测量头2激活。为此目的按图3a所示由发射元件1的一个发光二极管生成电磁信号，此处则是红外光脉冲S的形式。在图3a和3b中分别在纵坐标上标出红外光脉冲S的强度，而在横坐标上则表示出时间t。红外光脉冲S被调制用于传递信息具有一种载波频率，此处达1024Hz，因而红外光脉冲S的周期为1/f，也就是0.9766ms。调制的红外光脉冲S的电平按规定应达到100％或者1。在所示实例中一个高位B1由八个红外光脉冲S的包络曲线构成。一个高位B1的时间长度因而为8×1/f，也即7.8125ms。
一旦测量头2激活了，它就将一个相应的回答返回到发射元件1上。这种回答就使位串B的生成结束。但是只要发射元件没有接收到回答，那么就重复地发送这位串B一直到一个预定的极限时间。对于分析整理这些由光电二极管2.5所产生的电流来说有利的是如实施例中所示，在两个发送的位串B之间没有停顿。但是另外一种方案中也可以在位串之间具有规定长度的停顿，因而对于在测量头2里的分析整理来说可以考虑这停顿长度。
具有1024Hz的较低载波频率f的优点是：在电池驱动的测量头2里可以装入一个放大器2.6，首先是一个CPU2.8，它需要相对较少的电流。当应用一种高的载波频率f时在测量头2里必须选用放大器2.6，它需要较高的电流，因而就缩短了电池的使用寿命。
为了生成一种抗干扰的控制命令，至少一次在位串B之内在两个高位B1之间生成至少一个低位B0。一个低位B0的生成此处可以简单地通过短时间地断开发送元件1的发光二极管而实现，因而就接收不到红外脉冲S，或者换句话说电平为零的红外光脉冲S。但是另外一种方案中为了形成一个低位B0也可以只是降低红外光脉冲S的电平，例如降到50％。在这种情况下这低位B0则由具有减小的电平的红外光脉冲S的包络曲线而产生。如同高位B1那样这低位B0的时间长度分别为7.8125ms。
在规定位串B，B’时，优选的是所选的位串B，B’具有一些由不同时间长度的高位B1组成的块。例如按图3a所示这位串B(10010110)有三个由高位B1组成的块，其中第一和第二个块具有一个位长，即7.8125ms。相反这第三个块具有的时间长为2×7.8125ms＝15.625ms。所谓由高位B1构成的一个块的时间长度就是指那个在这长度之内高位B1的电平并没有被一个低位B0所中断的时间。相邻的高位B1因而形成一个块，其中单个的高位B1也认为是块(具有最小的时间长度)。具有由不同时间长度的高位B1所组成的块的位串B，B’的规定有助于提高传输可靠性，因为按此方式尤其可以有效地减少两个光源的干涉所引起的故障。这种干涉例如出现在由多个氖管组成的照明中。多个氖管的光发射可能引起重迭，它类似于一个差拍，具有波动变化的振幅。但振幅的变化曲线一般是对称的，因此可以容易地与具有由不同时间长度的高位B1组成的块的位串B，B’区分开。
用这种方式按图3 a就产生了一个相应的位串B，它包括四个高位B1和四个低位B0。因而这位串的时间长度T为62.5ms。
如前所述，借助于光电二极管2.5将红外光脉冲S转换成脉动的电流。在放大器2.6里使电流放大之后为了消除故障在带通滤波器2.7里对于相应的电压信号进行过滤。这样就可以基本消除并不位于载波频率f范围内的干扰信号。经滤波的电压信号然后输送给CPU 2.8，此处使它们首先在一个模拟一数字转换器2.81里实现数字化。这数字化针对载波频率f，用一种四倍的超脉幅变换率(Oversamplingrate)来进行，也就是在所示实例中用4096Hz。这样也就由模拟电压信号产生出数字数据，这些数据随后通过软件操作进行进一步处理。
在下一个步骤里应用了一个数字式滤波器2.82，因而使其它尚存的干扰信息大大减小。这种经滤波的数据取平均值。在所示例中为生成平均值MWmn并不进行算术平均，而是一种特别的平均方法，它根据图4加以说明：在这平均方法里通过涉及到载波频率f的四倍的超脉幅变换每个位串B，B’(它由8个位组成，每个位有8个由红外光脉冲S组成的信号)有4×8×8，即256个数值输入到一个滑动记录器2.831里。然而在由滑动记录器2.831接收这些数值之前，就用数0.25乘以这些数值。然后将用0.25乘过的数值与一个来源于滑动记录器的值(通过一个环返回)相加成一个总计值。这个总值则以一个4096Hz的节拍通过滑动记录器2.831而移动，其中以相同的节拍总是在滑动记录器里又接收到新的总值。在一段时间256/(4096Hz)之后，就是在62.5ms之后总值又离开滑动记录器2.831，然后乘以数0.75，以便用来与新的数值相加。同时使滑动记录器2.831的256个总值MWmn转送到解调器2.84上。总值MWmn是在第m次通过环线之后在滑动记录器2.831的n个小室里的值。
通常在生成第一个位串B，B’之后需要四次通过环线，直到各个平均值MWmn对于以下的进一步处理有一个显现信号，它最终引起了一个反应，例如使测量头激活。
由于这种平均值的生成进一步提高了传输的可靠性。与此相适应在一个解调器2.84里由这些所产生的数据算出载波频率，因而在这一步以后对于高位B1和低位B0只还保留一个数，这个数相当于高位B1和低位B0的当前电平。
然后在标准化器件2.85里使高位B1和低位B0的实际电平适配于一个预定额定数值的电平。经标准化的高位B1和低位B0的数据然后就在相关器2.86里按如下进行校验，对于每个高位B1和底位B0来说在实际电平和额定电平之间形成差。同样将所有这样形成的差累计相加。只要这个总和不超过一个预定值，那么这些数据就认为是合适的并最后输送给一个3/4逻辑电路2.87。那里就要检验：在四个相继的位串B，B’中是否有三个是正确的。若这种校验得以成功进行，那就使测量头2激活了。
那么这测量头2就准备好可用于测量了。当探针2.2的探测球2.3与一个夹紧在相应机床里的工件接触时探针2.2就以其静止位置处偏转出来。这种偏转由测量头2的一个探测部件来测量并也使一个相应的红外信号返回到静止不动地装在机床上的并也适合用于接收红外光的发射元件1。
测量过程之后通过发送另外一个控制命令按图3b所示使测量头2又去除激活并退回到待机状态。这控制命令包括有前后一个接一个生成的位串B’(10101100)，其中高位B1又是由用载波频率f调制的红外光脉冲S来产生，而低位B0通过暂时切断发送元件1的发光二极管来生成。
用于使测量头2激活或者去除激活的位串B，B’是这样选择的，使得在测量头2里由于一个受干扰的数据传输而造成混淆那是几乎完全不可能的。由于这个原因，一种优选的组合包括有位串B，B’10010110和10101100。一般通过进行计算机支持的互相关就可以求得适合的、也就是难于混淆的位串B，B’。

Claims (9)

1.借助于电磁信号将一个控制命令从一个发射元件(1)无线传输至一个测量头(2)的方法，其特征在于，控制命令至少包括有一个位串(B，B’)，它由高位(B1)和至少一个低位(B0)组成，其中高位(B1)由多个以一个载波频率(f)反复再现的电磁信号(S)的包络曲线产生，而在一个位串(B，B’)之内至少一次在两个高位(B1)之间发送至少一个低位(B0)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，载波频率(f)小于50kHz，尤其小于10kHz或者小于5kHz。
3.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，包络曲线由至少八个以载波频率(f)反复再现的电磁信号(S)而产生。
4.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，电磁信号(S)是红外光脉冲。
5.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，控制命令由多个前后一个接一个发送的位串(B，B’)组成。
6.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在探测***的一个接收元件里，尤其在测量头(2)里将电磁信号(S)转变成脉冲的电流或电压，它们被数字化。
7.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，控制命令使测量头(2)从待机状态激活或者使测量头(2)去除激活进入待机状态。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，对于测量头(2)的激活和测量头(2)的去除激活应用不同的控制命令。
9.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，位串(B，B’)具有由不同时间长度的高位(B1)组成的块。
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