JP3294737B2 - 位置測定装置 - Google Patents

位置測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、位置測定装置、特に
位置測定装置と処理ユニット、例えばＮＣ制御部との間
でデータをシリアル伝送する装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】欧州特許第 0 171 579号明細書によりこ
の種の装置は周知である。この位置測定装置の位置測定
値は処理ユニットで指定されたタイミングに同期させて
処理ユニットに伝送される。
【０００３】この装置の難点は、特に使用者が処理ユニ
ットを経費をかけて位置測定装置の特別なパラメータに
合わせる必要がある点にある。つまり、例えば位置測定
値を完全に伝送するのに必要なクロックの数が位置測定
装置の分解能に依存する。今まで、処理ユニットで一定
のクロック数（例えば 13 ）を与えている。分解能の低
い（例えば 5ビットの）位置測定装置を使用すると、そ
れでもやはり 13 のクロックを測定値の伝送に使用す
る。その場合、必要でない伝送時間を費やすことが分か
る。
【０００４】ドイツ特許第 39 36 452号明細書により、
数値制御部を位置測定装置の特別なパラメータに合わせ
る方法が知られている。その場合、特別なパラメータを
情報担体に記憶し、試験体の移動中に制御部に送る。
【０００５】ドイツ特許第 41 29 577号明細書では、系
に特有なデータを有するデータ記憶器を組み込んだ位置
測定装置が知られている。データ記憶器の出力と走査ユ
ニットの出力を時々伝送導線に導入される。この場合の
難点は、測定装置と走査ユニットの間の同期を保証でき
ない点にある。更に、絶対値を処理ユニット中で、例え
ばアークタンジェント形成部により発生させる必要があ
る。これは処理ユニットの経費を高める。伝送のために
マルチプレクサを必要とすることも不利である。パラメ
ータの送信は、主に測定装置の電源電圧を入れた時に行
われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、処
理ユニットを位置測定装置の特別なパラメータに最適に
合わせることでき、位置測定装置と処理ユニットの間の
伝送導線に対する経費を最小にし、誤りのない位置測定
を保証することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、請求項１
に記載の位置測定装置によって解決される。
【０００８】更に、この課題は、請求項５に記載の位置
測定装置と処理ユニットの間でデタをシリアルに伝送す
る方法によって解決される。
【０００９】更に、この課題は、請求項８に記載の位置
測定装置と処理ユニットの間でデタをシリアルに伝送す
る装置を備えた位置測定装置によって解決される。
【００１０】更に、この課題は、請求項１１に記載の位
置測定装置と処理ユニットの間でデータをシリアルに伝
送する装置を備えた位置測定装置によって解決される。
【００１１】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１２】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づきこの発明を
より詳しく説明する。
【００１３】図１に示す実施例では測角装置に参照符号
１００が付けてある。この測角装置はその時の角度の絶
対位置を二進データ語（デュアルコード）として処理ユ
ニット４００に送る。符号円板あるいは変換歯車機構で
互いに接続された多数の符号円板（多重回転円板）を周
知のように光電的に走査して、走査ユニット１０１によ
りアナログ走査信号を発生する。これ等の走査信号は回
路部２００に導入される。この回路部２００では走査信
号を増幅し、二進データ語に対するデジタル信号に変換
する。この回路部２００はコード円板のその時のコード
に無関係に出力端に必ず位置の完全な絶対値が出力する
ことを保証する。このコード円板のコードはグレーコー
ドとして、あるいは特定の異なった目盛周期を有する多
数の増分トラック（ドイツ特許第 41 25 865号明細書）
で構成されている。この回路部２００はアナログ信号あ
るいはデジタル信号を修正するためにも使用される。同
様に、多数のコードトラックまたはコードトラックのグ
ループを正しく接続したり正しく組み合わせるのに必要
な回路部２００中で必要な計算を行う。これ等の計算
は、例えばドイツ特許第 27 58 525号明細書、ドイツ特
許第 29 38 318号明細書、あるいはドイツ特許第 37 34
938号明細書に詳しく説明されている。
【００１４】絶対位置測定値は出力回路部である並・直
列変換器３００に導入される。この変換器は、クロック
パルス列で制御され、絶対位置測定値を決めるデータ語
の個々のビットをデータ導線５００を介して処理ユニッ
ト４００に送る。この場合、クロックパルス列が処理ユ
ニット４００で予め指定されていると特に有利である。
処理ユニット４００から測角装置１００にクロックパル
スを伝送するためクロック導線６００が設けてある。位
置測定値の伝送は関連する欧州特許第 0 171 579号明細
書に詳しく説明されているように、再トリガ可能な時間
回路７００で行われる。
【００１５】この発明によれば、データ導線５００を介
して処理ユニット４００から位置測定装置１００に指令
も伝送される。この指令は位置測定装置１００の記憶器
８００に導入される。この記憶器は指令を復号化し、位
置測定装置１００に対応する指令を実行させる。この指
令は、例えば３つの状態ビットＳ2 ，Ｓ1 とＳ0 から成
るデータ語である。状態の指令の伝送を確実にするた
め、各状態ビットは反転させても伝送されるので、一つ
の指令に対して全部で６つの状態ビットＳ2 ，Ｓ1 ，Ｓ
0 ，Ｓ2 ，Ｓ1 ，Ｓ0 （下線は反転値を意味する）が処
理ユニット４００から位置測定装置１００に伝送され
る。位置測定装置１００が誤りを含む状態ビットの伝送
を認識すれば、誤りの通報が行われる。位置測定装置１
００は以下では単に測定系と称することにする。
【００１６】例では８つの状態指令Ａ〜Ｈを提示し、以
下に詳しく説明する。
【００１７】１．状態指令Ａ 処理ユニット４００からデータ語Ａをデータ導線５００
を介して位置測定装置１００に送ると、これは測定装置
１００が絶対位置測定値を処理ユニット４００に送るこ
とを要請していることを意味する。これに対する伝送プ
ロトコルを図３〜６に示し、後で詳しく説明する。
【００１８】２．状態指令Ｂ この指令で記憶領域を選択する。測定装置１００は記憶
器９００を含み、この記憶器９００は測定装置１００の
パラメータを保管する。他の記憶器または記憶領域は正
しい値のために設けてある。同様に、記憶器９００中に
使用者が特有な使用者パラメータ、例えばモータのデー
タを保管する領域を設けることもできる。測定系１００
のパラメータのある領域を測定系のメーカーでしか書き
込めず、他の領域を使用者に自由に利用できる（書込と
読取できる）ように、記憶器９００を分割すると特に有
利である。測定系メーカーのパラメータのある領域を使
用者が読取できる領域と、主に測定系メーカーが読取で
きる領域に分割してもよい。
【００１９】図２で分かるように、パラメータの読取ま
たは書込のため、先ず指令Ｂで記憶器の選択を行う。記
憶器９００の領域を選択するため、指令Ｂにより 16 ビ
ットのデータ語（記憶範囲選択コード；Memory Range S
elect Code) を処理ユニット４００から測定系１００に
送る。測定系がこの指令を受け取る。
【００２０】３．状態指令Ｃ 指令Ｂで一定の記憶領域を選ぶと、この指令Ｃで次に一
定のアドレス下でパラメータが測定系１００に導入され
たことを測定装置１００に通報する。つまり、この状態
指令Ｃにより、先ずパラメータを記憶すべきアドレス情
報が、次いでパラメータ情報が処理ユニット４００から
データ導線５００を介して測定装置１００に導入され
る。
【００２１】４．状態指令Ｄ 指令Ｂで一定の記憶領域を選ぶと、この指令Ｄで処理ユ
ニット４００が測定装置１００の記憶されたパラメータ
の送信を待っていることを測定装置１００に通報する。
処理ユニット１００から、更にこれ等のパラメータを測
定装置１００に記憶するアドレスが与えられる。
【００２２】５．状態指令Ｅ この指令Ｅで記憶器９００の所定の領域が処理ユニット
４００の指示に従い消去される。
【００２３】６．状態指令Ｆ〜Ｈ これ等の指令は、主に測定装置１００を試験するために
用意されている。これにより、例えば測定系１００を組
込の誤り監視部を用いて遠くから検査でき、誤りを診断
できる。例えば、処理ユニット４００の指令Ｆにより、
記憶器９００の記憶領域の所定のアドレスの下でそこに
誤り通報が記憶されているか否を検査できる。次いで、
この誤り通報が測定系１００からデータ導線５００を介
して処理ユニット４００に送られる。
【００２４】図２には、パラメータ伝送の伝送プロトコ
ルが示してある。状態ビット、アドレスおよびパラメー
タを処理ユニット４００から送信する時には、測定系１
００中の受信器１１０が動作し、測定系１００中の送信
器１２０が休止することが分かる。同様に、伝送された
データは指令ＢとＣでこれ等のデータを処理ユニット４
００へ逆送して受理されることも分かる。送ったデータ
が受け取ったデータと異なることを処理ユニット４００
で確認されば、この伝送を繰り返す。測定系１００から
データ以外に８ビットのＣＲＣも伝送される。ＣＲＣは
周期的な冗長性検査（cyclic redundance check ）を意
味する。このデータ語はデータビットを周知のように結
合して得られる。ＣＲＣを伝送すると処理ユニット４０
０はデータ伝送が誤りなく行われたか否を検査できる。
見通しを良くするため、図２には反転された状態ビット
は図示されていない。
【００２５】図１には処理ユニット４００の送信器に参
照符号１３０が、また受信器に参照符号１４０が付けて
ある。同様に、クロック発生器１５０が処理ユニット４
００の中に設けてあることも分かる。処理ユニット４０
０あるいは追従電子回路は好ましくはＮＣ制御部であ
る。より良く理解するため、図１にはデータ導線５００
に二つの通路が記入されている。この発明によれば、デ
ータは両方向に同じ導線５００で、つまり図４にも詳し
く示してあるように、双方向に伝送される。
【００２６】図３〜６には、測定装置１００の位置測定
値を伝送するパルス波形が示してある。休止期間中には
データ導線５００はＬＯＷである。それ故、処理ユニッ
ト４００により、接続されている位置測定装置１００が
この発明の装置であることが分かる。何故なら、欧州特
許第 0 171 579号明細書の装置で休止状態のデータ導線
はＨＩＧＨであるからである。
【００２７】最初のクロックの立下りエッジでは、走査
装置１０１のアナログ値が回路部２００に記憶される。
回路部２００中で必要な計算が終了すると、これは計算
時間ｔc で与えられるが、測定装置１００からスタート
信号がスタートビットの形にして処理ユニット４００へ
クロックの立上りエッジに同期して与えられる。時間ｔ
c は可変でき、計算の規模に依存する。スタートビット
は伝送に対して有効な位置測定値があることを示す。
【００２８】スタートビットの次にアラームビットを送
る。このアラームビットは測定装置１００の誤動作機能
を処理ユニット４００に通報する。記憶器９００中に誤
動作通報を記憶すると、誤動作通報が出力される。警報
の原因が記憶器９００から読み出される。
【００２９】次に続くクロックの立上りエッジで、並・
直列変換器３００に出力する測定値のデータビットが送
信器１２０からデータ導線５００を経由して処理ユニッ
ト４００にシリアルに伝送される。測定値の長さ、即ち
必要なクロック数はパラメータとして伝送する前に、記
憶器９００から処理ユニット４００に通報される。測定
値の伝送を検査するため、更に一つのＣＲＣを伝送す
る。このＣＲＣの形成はデータ処理により周知である。
【００３０】図３の実施例では、最初に測定値のＭＳＢ
を、そして最後に測定値のＬＳＢを伝送する。これに反
して、図４〜６の実施例では最初にＬＳＢを伝送する。
図４と５には反転された状態ビットも示してある。最初
にＬＳＢを伝送する時、原点の偏差があると、伝送中に
大きなコストをかけることなく、減算と加算を早いビッ
トシリアル二進で行うことができる。更に、この伝送に
はドイツ特許第 27 58525号明細書、ドイツ特許第 29 3
8 318号明細書、ドイツ特許第 37 34 938号明細書によ
る符号値の接続計算の場合に利点がある。何故なら、粗
い分解能の符号値が微細な分解能の符号値に依存するか
らである。
【００３１】一定時間ｔm の後に測定値の記憶と伝送が
新たに行われる。その場合、計算時間ｔc 中に状態情報
を処理ユニット４００から測定装置１００に送る。
【００３２】位置測定値の伝送には、間欠サイクルと連
続サイクルの間を区別する。説明のため、これ等の二つ
の動作モードを図５と６に詳しく示す。図５の間欠サイ
クルは、ＣＲＣ伝送後に新しい位置測定値を記憶するま
でサイクルを中断することに特徴がある。位置測定値を
処理ユニット４００に伝送する前に、何時も処理ユニッ
ト４００から状態指令を送信する。間欠サイクルは、例
えば制御ループのような時間的にタイミング駆動する系
のために特に定めてある。できる限り短い時間で再び測
定値を伝送したいのであれば、図６の動作「連続サイク
ル」を選ぶこともできる。その場合、待ち時間ｔm と状
態情報を伝送する時間が節約される。最後に伝送する状
態情報は処理ユニット４中で実際の状態情報として利用
される。
【００３３】図３〜６から分かるように、処理ユニット
４００はクロックの立下りエッジに同期してその都度状
態ビットを送る。測定系１００から状態ビットの受領は
クロックの立上りエッジに同期して行われる。
【００３４】
【００３５】既に説明したように、測定装置１００中の
記憶器９００によりパラメータの保管と読取が顧客にも
測定装置１００のメーカーにも可能となる。記憶器９０
０が多数の領域に分割されていると有利である。つま
り、 I．顧客のパラメータ用の記憶領域 II．測定系メーカーのパラメータ用の記憶領域 III．修正値用の記憶領域 である。
【００３６】測定系メーカーの記憶領域は書込保護され
ている。個々の記憶領域は符号「記憶範囲選択（Memory
Range Select)」で区別されている。
【００３７】記憶器を以下のように割り当てることがで
きる。即ち、 I．記憶器の割当：顧客のパラメータ 1．原点の偏差 この値は測定系１００の原点から引き算される。
【００３８】 II．記憶器の割当：測定系メーカーのパラメータ これ等のパラメーラは予め与えた一定のデータを作製し
て得られるが、更に動作状態や動作パラメータに関する
情報も含む。 1．バージョン 記憶器９００を配分するバージョンを与える。 2．記憶量 記憶器９００の個々の領域の大きさを与える。 3．伝送ホーマット 測定値（データ語）を伝送する間のクロック数を与え
る。 4．測定系のタイプ 間隔符号化された基準マークを有するか、あるいは有し
ていない増分式測長または測角装置を使用するか、それ
とも一回転あるいは多回転のエンコーダーを使用するか
否かを与える。 5．一回転当たりの信号周期 測長系の場合の信号周期の幅あるいは測角系の場合の一
回転当たりの信号周期の数 6．区別できる回転の数 7．間隔符号化された基準マークでの基本間隔または隣
合った二つの基準マークの間隔 これにより、間隔符号化された基準マークを有する測定
系の場合、関連するマークの基本間隔を与える。これに
より、間隔符号化された基準マークを有していない測定
系の場合、隣合った二つの基準マークの間の間隔を与え
る。 8．第一基準マークの位置 最終位置に関する第一基準マークの位置を与える。 9．測定ステップ 測長系ではシリアルデータ伝送で測定系から出力される
測定ステップを与える。測角系では一回転当たりの測定
ステップの数を与える。 10．測定系メーカーの原点の偏差 11．符号測角系の場合の回転方向と符号出力 12．測定系の識別番号 13．測定系の一連番号 14．警報 発生した誤りを記憶する。例えば一ビットが零でないな
ら、図３の測定値を伝送する場合、アラームビットをセ
ットする。アラーム通報は駆動部の非常停止にも使用さ
れる。 15．警告 測定系の故障となる測定系の特定の内部量に対する許容
公差を越えたら、これを警告通報の形にして記憶し、要
請に応じて読取る。バッテリー運転の測定系では、警報
通報は例えば用語「バッテリー交換」である。それ故、
警告は予防的な整備を可能にする。
【００３９】III．記憶器の割当：修正値 1．測定長さに関する修正値の数 2．振幅のような信号の偏差、位相の偏差および零点の
偏差に対する修正値の数 3．高調波に対する修正値の数 4．修正すべき高調波の数 5．1 に対する修正値 6．2 に対する修正値 7．3 に対する修正値
【００４０】当然、記憶器９００中の他のパラメータも
処理ユニット４００に対して使用することもこの発明の
範囲内にある。始動時には、必要なパラメータを測定系
１００からデータ導線５００を介して受け取って、処理
ユニット４００をそれに合わせることが行われる。
【００４１】記憶器９００の範囲はソフトウェヤで分割
できるが、記憶器９００が多数の個別記憶素子で構成さ
れていてもよい。
【００４２】この発明による装置は以下の利点を有する
ことが分かる。即ち −符号測定系や増分測定系に使用 −位置の絶対値に対して最小の伝送時間：それにより閉
じた制御ループ内で使用すると、不感時間が短縮し、制
御特性が改善される −顧客にも測定系メーカーにも測定系のパラメータを記
憶して読取できる可能性のある双方向インターフェース
（測定開始の単純化） −処理ユニットの監視機能や診断機能の支援 −絶対測定系の場合、位置の絶対測定値を求める方式に
無関係に、基本的に二重コードの完全な絶対値を伝送す
ることが行われ、これにより処理ユニット中で異なった
評価を必要としない。 −位置測定値を伝送するフォーマットがその長さを可変
できその時の測定系に依存する。サイクル数の設定や位
置測定値をサイクルに割り当てることが、測定系内の記
憶器の問い合わせすべき内容により行われる
【００４３】上記の説明から分かるように、クロックを
処理ユニット４００で与えると、特に有利である。こう
して、データの同期伝送が保証される。
【００４４】この発明は、サイクルを測定系１００で与
える場合にも使用できる。その場合、クロック導線６０
０を介して処理ユニット４００から要請信号（request)
を処理ユニット４００に送る。これに基づき内部クロッ
クに同期して位置測定値のビットをデータ導線５００を
介して処理ユニット４００へシリヤルに送る。ここでも
処理ユニット４００の処理クロックに同期する伝送を確
実にするため、測定系１００の内部クロック発生器を要
請信号のエッジに同期させてる。データ導線５００を介
してもこの要請信号を測定系１００に送ることができ
る。
【００４５】分解能の高い符号群をより粗い分解能のコ
ード群に確実に接続するため、ドイツ特許第 29 38 318
号明細書によりＲＯＭが設けある。ＲＯＭの入力端には
デジタル化された走査信号が入力する。ＲＯＭの出力端
には、数値制御部の次の処理のため絶対位置を定める符
号語が出力する。
【００４６】ドイツ特許第 37 34 938号明細書により、
シャフトの多数の回転に関する角度位置を多段エンコー
ダで求める測角系は周知である。各符号円板のアナログ
走査信号からデジタル符号値を形成する。これ等の符号
語を同期させるため評価ユニットが設けてあるので、エ
ンコーダーの出力端に数値制御部で直接処理するため絶
対位置をきめる符号語が出力する。
【００４７】更に、欧州特許第 0 369 031号明細書には
絶対位置測定系が開示されている。この測定系では、ア
ナログ走査信号から多数の符号語を形成し、それらから
符号語を同期させて絶対位置を定める符号語が形成され
る。
【００４８】従って、これ等の位置測定系では位置測定
系内でアナログ走査信号の全て評価が行われる。走査信
号の誤りを含む同期は接続している追従電子回路（数値
制御部）で検知できない。
【００４９】この発明の他の構成では、接続されている
外部装置により位置測定装置の誤動作機能を確実に検知
できる。
【００５０】図８の測角装置１００は入力シャフト２が
あり、このシャフト２には三つの符号トラックＡ1,Ａ2,
Ａ3 のある第一符号円板３が装着されている。この符号
円板は一回転内の入力シャフト２の絶対位置を求めるた
め周知のように光電的に走査される。
【００５１】入力シャフト２は図示していない変換歯車
機構を介して第二符号円板５のある他のシャフト４に連
結している。この符号円板５も三つの符号トラックＡ4,
Ａ5,Ａ6 を有し、これ等の符号トラックも光電的に走査
される。符号化は主にグレーコードで行われる。第一符
号円板３の全ての符号トラックＡ1 〜Ａ3 は第一符号群
を形成し、第二符号円板５の全ての符号トラックＡ4 〜
Ａ6 は他の符号群を形成する。その場合、第一符号群は
第二符号群より分解能が高い。
【００５２】符号トラックＡ1 〜Ａ6 を走査するため光
検出器６〜１１が設けてある。これ等の検出器の出力端
にはアナログ走査信号Ｂ1 〜Ｂ6 が出力する。
【００５３】上記の走査信号Ｂ1 〜Ｂ6 をトリガーする
ため、測角装置１中にアナログ・デジタル変換器１２〜
１７が配置されている。この変換器の出力端には図９で
示すデジタル走査信号Ｃ1 〜Ｃ6 が出力する。これ等の
デジタル走査信号Ｃ1 〜Ｃ6を記憶するため、記憶素子
１８〜２３が設けてある。デジルタ走査信号Ｃ1 〜Ｃ6
は追従電子回路４００の要請により時点ｔ1 で記憶さ
れ、並列に接続論理回路２５に導入される。この種の接
続論理回路２５の構成は図１１に開示されていて、後で
より詳しく説明する。
【００５４】６つのデジタル走査信号Ｃ1 〜Ｃ6 から、
接続論理回路２５中での同期により、５ビットの符号語
Ｄが形成される。この符号語Ｄを規定する信号Ｄ1 〜Ｄ
5 は図１０に示してある。この符号語Ｄは多回転に対す
る入力シャフト２の絶対位置をグレーコードで直接決め
るもので、追従電子回路４００へシリアル伝送される。
並・直列変換するためシフトレジスタ３００が設けてあ
る。追従電子回路４００は、例えばＮＣ制御部であり、
このＮＣ制御部は絶対位置を規定する符号語Ｄに応じて
動きを制御する。
【００５５】この発明によれば、測角装置１００は符号
語Ｄの外に記憶されたデジタル走査信号Ｃ1 〜Ｃ6 も追
従電子回路４００に送るように形成されている。デジタ
ル走査信号Ｃ1 〜Ｃ6 は、接続論理回路２５を迂回する
場合、同様にインターフェース回路であるシフトレジス
タ３００に導入されてシリアルに伝送される。図８に破
線で示すように、付加的なシフトレジスタ３００′も伝
送に利用される。その場合、追従電子回路４００への伝
送は符号語Ｄと同じ導線でシリアルに行われるか、ある
いは導線により大きなコストをかけて固有の導線で並列
に行われる（一点鎖線で示す）。
【００５６】図８から分かるように、符号語Ｄは追従電
子回路４００中で変換器２７により直・並列変換されて
記憶回路２８に導入される。同様に、デジタル走査信号
Ｃ1〜Ｃ6 も変換器２７により直・並列変換されて接続
論理回路２９に導入される。この接続論理回路２９は測
角装置１００中に組み込まれている接続論理回路２５と
同じ機能を有する。この接続論理回路２９を追従電子回
路２９中でソフトウェヤにより実現できると特に有利で
ある。接続論理回路２９はデジタル走査信号Ｃ1 〜Ｃ6
を同期させて記憶回路３０に導入される符号語ＤＦを形
成する。符号語Ｄと符号語ＤＦは比較器３１に導入され
る。この比較器３１は両方の符号語Ｄ，ＤＦを同一性に
関して検査する。符号語Ｄ，ＤＦが異なることを確認す
ると、誤り信号Ｆを出力し、追従電子回路４００のこの
誤り信号Ｆは測角装置１００，特に接続論理回路２５の
誤動作機能を信号化する。
【００５７】測角装置１００から追従電子回路４００へ
伝送するため、二つの別々のインターフェース回路３０
０と３００′を使用すれば、追従電子回路４００により
インターフェース回路３００，３００′の誤動作機能も
識別できる。
【００５８】図１１には接続論理回路２５の一例が示し
てある。高分解能の符号群のデジタル走査信号Ｃ1 〜Ｃ
3 はこの接続論理回路２５中でより粗い分解能の符号群
のデジタル走査信号Ｃ4 〜Ｃ6 と論理結合する。図示す
る例では、この結合により１ビットが失われるため、入
力端に６つのビットが生じ、出力端に５つのビットが生
じる。図示する結合はそれ自体周知であるのでただ簡単
に説明する。図９から、高分解能の二つの第一の走査信
号Ｃ1 とＣ2 が一つのグレーコードを形成し、第三の走
査信号Ｃ3 は第二の走査信号に対して 90 °位相がずれ
ているが、走査信号Ｃ2 と同じ信号周期を有することが
分かる。この第三の走査信号Ｃ3 は同期のため、つまり
二つの群の走査信号Ｃ1 〜Ｃ3 とＣ4 〜Ｃ6 を正しく接
続するために使用されている。従って、走査信号Ｃ3 を
形成する符号トラックＡ3 は接続トラックとも称され
る。変換歯車機構の歯車に遊びがある場合、走査信号Ｃ
4 〜Ｃ6 のエッジが図示する目標位置に対してずれてい
る。避けがたい歯車の遊びを許すため、高分解能の符号
群の最も粗い分解能の走査信号Ｃ3 と粗い分解能の符号
群の走査信号Ｃ4 〜Ｃ6 から走査信号Ｄ3,Ｄ4,Ｄ5 を発
生させ、これ等の走査信号Ｄ3,Ｄ4,Ｄ5 が走査信号Ｄ1
とＤ2 と共に正しいグレー符号を形成する。ドイツ特許
第 37 34 938号明細書の図２に説明されているように、
歯車の遊びが最も粗い分解能の走査信号の信号周期の半
分以内にあれば、正しい同期が保証される。
【００５９】例示する接続論理回路２５は反転器３２，
ＡＮＤ回路３３，３４および排他的ＯＲ回路３５〜４０
で構成されている。
【００６０】図示していないが、記憶回路１８〜２３は
アナログ走査信号Ｂ1 〜Ｂ6 を記憶するためアナログ・
デジタル変換器１２〜１７の前にも配置できる。
【００６１】図示する実施例では、各アナログ走査信号
Ｂ1 〜Ｂ6 からただ一つのビットの形のデジタル走査信
号Ｃ1 〜Ｃ6 が導かれている。欧州特許第 0 369 031号
明細書および欧州特許第 0 575 843号明細書に記載され
ているように、符号トラックは一つの符号トラックから
多桁のデータ語を発生させ、多数のデータ語から絶対位
置が定まるように形成されている。データ語の個々のビ
ットは、この発明によれば、デジタル走査信号Ｃ1 〜Ｃ
6 のビットのように取り扱われ、各データ語を符号語と
称することもできる。
【００６２】接続論理回路２５と２９の機能はハードま
たはソフトウェヤで実現でき、図示する例に限定されな
い。
【００６３】この発明により、個々のアナログ走査信号
Ｂ1 〜Ｂ6 にそれぞれ補助電圧を印加して、あるいは付
属する光源４２〜４７を調整して一定のレベルに移動さ
せるか、あるいはアナログ・デジタル変換器１２〜１７
および／またはアナログ・デジタル変換器４１のトリガ
ーレベルを所定通りにずらすことも可能である。この処
置により、使用状態の信号の全ての組み合わせを監視で
き、全ての信号の組み合わせで接続論理回路を上に説明
したように検査することができる。
【００６４】走査信号Ｄ1 〜Ｄ5 およびＣ1 〜Ｃ6 ある
いはＢ1 〜Ｂ6 のシリアル伝送を制御することは、ＮＣ
制御部から出る図示のようなシリアルインターフェース
で行われる。それ故、このインターフェースは双方向イ
ンターフェースとして構成されている。
【００６５】伝送されたデータ語Ｄはグレーコードの絶
対位置を規定するが、伝送前にグレーコード・データ語
Ｄを二進符号に変換することもできる。
【００６６】同期させるべき符号群をただ一つの目盛板
上に装着することもできる。これは、走査信号のエッジ
が周波数に依存する影響だけで他の走査信号に対して相
対的にずるれから、必要となる。このずらしは、例えば
トリガー回路の周波数依存性によりトリガーだけで行わ
れる。
【００６７】ドイツ特許第 33 22 897号明細書により、
変換歯車機構を介し多数の符号円板を互いに接続して回
転に関する位置を絶対的に測定できる位置測定装置は周
知である。一つの符号円板の符号トラックはそれぞれ走
査により符号語を発生させる一つの符号群を形成する。
角度分解能の異なる個々の符号語を組み合わせて絶対位
置が求まる。歯車の遊びの作用を抑制するため、連続す
る二つの符号群の走査信号の間を同期させる処置が知ら
れている。これ等の処置は、ドイツ特許第 3322 897号
明細書、ドイツ特許第 37 34 938号明細書、ドイツ特許
第 29 38 318号明細書およびドイツ特許第 27 58 525号
明細書に詳しく説明されていて、明確に取り扱われてい
る。
【００６８】これ等の処置の全てでは、二つの符号群の
走査信号の間の正しい同期が微細符号群と次に粗い符号
群の間の偏差が微細符号群の最も粗い符号トラックの目
盛周期の半分より小さい場合にのみ保証される。これ
は、変換歯車機構のバックラッシュがより高い分解能の
符号群の１ビットの幅以内でずれるべきで、測定誤差が
生じないことを意味する。より粗い歯車の遊びでは同期
は不可能であるため、正しい位置測定値を出力させるこ
とはできない。
【００６９】以下に説明する位置測定装置は、誤差測定
をどのようにリアルタイムで認識できるかを示す。
【００７０】図１２の測角装置は、４つの符号トラック
Ａ0,Ａ1,Ａ2,Ａ3 のある第一符号円板３を装着した入力
シャフト２で構成されている。この符号円板３は入力シ
ャフト２の絶対位置を１回転内で求めるため、周知のよ
うに光電的に走査される。
【００７７】入力シャフト２は変換歯車機構８０を介し
て第二符号円板５の装着された他のシャフト４に連結し
ている。この符号円板５も光電的に走査される多数の符
号円板Ａ4,Ａ5,Ａ6,Ａ7 を有する。符号化処理は主にグ
レーコードで行われる。第一符号円板３の全ての符号ト
ラックＡ0 〜Ａ3 は第一符号群を形成し、第二符号円板
５の全ての符号トラックＡ4 〜Ａ7 は他の符号群を形成
する。その場合、第一符号群は他の符号群より分解能が
高い。
【００７８】アナログ走査信号はトリガーされ、デジタ
ル走査信号Ｃ0 〜Ｃ3 およびＣ4 〜Ｃ7 として絶対位置
Ｄを形成するため評価ユニット２５に導入される。走査
信号Ｃ0 〜Ｃ3 を走査信号Ｃ4 〜Ｃ7 に同期させて絶対
位置Ｄを形成することは、既に上に述べた刊行物に詳し
く説明されているので、この発明を理解するためただ簡
単に立ち入る。
【００７９】図１３には第一符号群のデジタル化された
走査信号が示してある。最初の三つの高分解能の走査信
号Ｃ1 〜Ｃ3 はグレーコードを形成し、第４番目の走査
信号Ｃ0 は第三番目の走査信号Ｃ1 に比べて 90 °位相
がずれているが、走査信号 C1 と同じ信号周期を有す
る。この走査信号Ｃ0 は同期のために、つまり二つの符
号群の走査信号Ｃ0 〜Ｃ3 とＣ4 〜Ｃ7 とを正しく接続
するために使用される。それ故、走査信号Ｃ0 の形成す
に使用される符号トラックＡ0 は接続トラックとも称さ
れる。
【００８０】変換歯車機構８０に遊びがあると、走査信
号Ｃ4 〜Ｃ7 のエッジは目標位置に対してずれている。
これは走査信号Ｃ7 の例で示してある。避け難い歯車の
遊びを許すため、高分解能の符号群の最も粗い分解能の
走査信号Ｃ0 とより粗い分解能の符号群の走査信号Ｃ4
〜Ｃ7 から走査信号Ｓ14を発生させ、この走査信号Ｓ14
が走査信号Ｃ3,Ｃ2,Ｃ1 と共に正しいグレーコードを形
成する。この同期は論理回路あるいは従来技術のＲＯＭ
を用いて行われる。ドイツ特許第 37 34 938号明細書の
図２に示して説明されているように、歯車の遊びが高分
解能の符号群の最も粗い分解能の走査信号Ｃ0 の信号周
期Ｐの半分以内にある場合にのみ、正しい同期が可能で
ある。図１３の例では、走査信号Ｃ7 の立上りエッジＫ
が走査信号Ｃ0 のＰ/2内でずれている。この偏差がより
大きければ、誤った位置測定値Ｄが出力する。
【００８１】この発明によれば、エッジＫは所定の許容
公差範囲Ｔ内にあるか否かを調べる。許容公差範囲Ｔ1
は、例えば高分解能の符号群の高分解能の走査信号Ｃ2
で形成され、エッジＫが走査信号Ｃ2 の所定の論理レベ
ル（例えば 1）内にあるか否かを調べる。エッジＫが他
のレベル（例えば０）内にあれば、警報信号Ｆが評価ユ
ニット２５から出力される。
【００８２】許容公差範囲Ｔ2 を決める他の可能性は複
数の走査信号Ｃ2 とＣ3 を論理的に結合させることにあ
る。論理ＯＲ結合により検査信号Ｌが生じる。エッジＫ
が検査信号Ｌの論理レベル０内に達すると、警報信号Ｆ
が発生する。この検査はコンピュータあるいは論理回路
網を用いて行われる。動作中でも使用者により正しい動
作の検査が行えると特に有利である。
【００８３】同期させるべき両方の符号群は、ここでも
別々の目盛板３，５に配分されている必要はない。この
発明は、単一の目盛板上で異なる分解能の二つの符号群
を互いに同期させるためにも使用できる。これは、走査
信号Ｃ7 のエッジＫが周波数に依存する影響だけで走査
信号Ｃ0 に対して相対的にずれるから必要である。この
ずれは、例えばトリガー回路の周波数依存性によりトリ
ガーだけで生じる。この偏差は目盛板と走査ユニットの
間の相対運動が早い場合に大きくなるので、この発明に
よれば、許せる速度、例えば回転数の監視も可能であ
る。
【００８４】この発明は測角装置あるいは測長装置に使
用できる。走査原理は光電原理に限定されない。伝達す
べき位置測定値を形成する符号は一つの符号担持体ある
いは多数の符号担持体上の単一トラック（チェーンコー
ド）または多数のトラック内に設けてもよい。
【００８５】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明の特別
な利点は、位置測定装置の特別なパラメータを処理ユニ
ットで自動的に引き受け、これ等のパラメータを伝送す
るため、測定値の伝送と同じ導線が使用されている点に
ある。更に、正しくて誤りのない位置測定が保証され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 測角装置のデータをシリアル伝送する装置の
原理図面、
【図２】 パラメータを伝送する伝送プロトコルを示す
図面、
【図３】 データの同期シリアル伝送の順番を模式的に
示すパルス時間チャート、
【図４】 データ伝送の他の順番を示すチャート、
【図５】 間欠サイクルによるデータ伝送を示すチャー
ト、
【図６】 連続サイクルによるデータ伝送を示すチャー
ト、
【図８】 誤差監視を伴う測角装置のブロック回路図、
【図９】 信号波形のグラフ、
【図１０】 他の信号波形のグラフ、
【図１１】 接続論理回路の回路図、
【図１２】 他の誤差監視部を伴う測角装置の構成図、
【図１３】 図１２の測角装置の走査信号を示す波形図
である。
【符号の説明】
２ 入力シャフト ３ 第一符号円板 ４ 他のシャフト ５ 第二符号円板 ６〜１１ 光検出器 １２〜１７ アナログ・デジタル変換器 １８〜２３ 記憶素子 ２５，２９ 接続論理回路（論理結合回路） ２７ 直・並列変換器 ２８，３０ 記憶回路 ３１ 比較器 ３２ 反転器 ３３，３４ ＡＮＤ回路 ３５〜４０ 排他的ＯＲ回路 ４２〜４７ 光源 ８０ 減速歯車機構 １００ 位置測定装置（測角装置） １０１ 走査装置（走査ユニット） １１０ 位置測定装置の受信器 １２０ 位置測定装置の送信器 １３０ 追従電子回路の送信器 １４０ 追従電子回路の受信器 １５０ クロック発生器 ２００ 走査信号用の回路部 ３００ 出力ユニット（直・並列変換
器、シフトレジスタ） ３００′ 付加的なシフトレジスタ ４００ 追従電子回路（処理ユニット） ５００ データ導線 ６００ クロック導線 ７００ 時間回路 ８００，９００ 記憶器（記憶領域） Ａ0 〜Ａ3 第一符号円板の符号トラック Ａ4 〜Ａ7 第二符号円板の符号トラック Ｂ1 〜Ｂ6 アナログ走査信号 Ｃ0 〜Ｃ3 第一符号円板のデジタル走査信
号 Ｃ4 〜Ｃ7 第二符号円板のデジタル走査信
号 Ｄ1 〜Ｄ6 符号語を形成する信号 Ｄ 絶対位置を決める二進の符号語 ＤＦ データ語 Ｆ 誤り信号 Ｋ 走査信号のエッジ Ｔ1,Ｔ2 許容公差の範囲
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライナー・ハグル ドイツ連邦共和国、83352 アルテンマ ルクト、アム・シユトーロホーフ、６ア ー (72)発明者 シユテフエン・ビールスキー ドイツ連邦共和国、84518 ガルヒング ／ アルツ、フタケルストラーセ、24 (72)発明者 ヘルマン・ホッフバウエル ドイツ連邦共和国、83308 トロストベ ルク、ヨーハン− ナムベルガー− ス トラーセ、46 (72)発明者 ローベルト・ウアストルフーバー ドイツ連邦共和国、84518 ガルヒング ／ アルツ、チユヒラー・ストラーセ、 10 (72)発明者 エーリッヒ・シユトラッセル ドイツ連邦共和国、83308 トロストベ ルク、ゾンネンライテ、17 (56)参考文献 特開 平６−94480（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−272834（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−83118（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−43519（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G08C 13/00 - 25/04

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位置測定装置（１００）と処理ユニット
    （４００）の間でデタをシリアルに伝送する装置を備え
    た位置測定装置（１００）において、 −少なくとも一つの走査装置（１０１）から出力される
    複数の走査信号を組み合わせて絶対位置となる二進の符
    号語を位置測定値として出力するため、接続論理回路
    （２５）を備えた走査信号用の回路部（２００）が位置
    測定装置（１００）にあり、処理ユニット（４００）の
    指令に基づきデータ導線（５００）を介して符号語をビ
    ットシリアルに伝送する出力ユニット（３００）へ前記
    位置測定値を導入でき、 −更に、複数の記憶領域（８００，９００）が位置測定
    装置（１００）にあり、前記データ導線（５００）を介
    して処理ユニット（４００）へシリアルに伝送する位置
    測定装置（１００）の特有なパラメータを一方の記憶領
    域（９００）に保管し、これにより処理ユニット（４０
    ０）内の位置測定値の処理を前記特有なパラメータに合
    わせることができ、処理ユニット（４００）の指令を復
    号化するため他方の記憶領域（８００）を使用し、これ
    等の指令も二進のデータ語として位置測定装置（１０
    ０）の前記データ導線（５００）へシリアルに導入で
    き、−クロック発生器（１５０）を処理ユニット（４００）
    の中に設け、クロック導線（６００）を介してクロック
    発生器（１５０）のクロックパルスを位置測定装置（１
    ００）の出力ユニット（３００）のクロック入力端に導
    入し、 −出力ユニット（３００）の出力端にデータ導線（５０
    ０）が接続し、クロックパルスに同期して前記データ導
    線（５００）で位置測定値とパラメータをビットシリア
    ルに処理ユニット（４００）へ伝送できることを特徴と
    する位置測定装置。
  2. 【請求項２】−位置測定値を決める二進の符号語を伝送
    するのに必要なクロック数に関する情報を位置測定装置
    （１００）に保管することを特徴とする請求項１に記載
    の位置測定装置。
  3. 【請求項３】−位置測定装置（１００）に誤り監視部を
    組み込み、 −誤り情報を記憶するため少なくとも一つの記憶領域
    （９００）を設け、誤り監視部により位置測定装置（１
    ００）の誤りを検知したら、誤り情報を記憶領域（９０
    ０）に保管し、 −処理ユニット（４００）の命令に基づいて、データ導
    線（５００）を介して誤り情報を前記記憶領域（９０
    ０）から読み取り、処理ユニット（４００）に導入する
    ことを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
  4. 【請求項４】−クロックパルス列の各クロックパルスの
    エッジごとに、その時の絶対位置測定値を位置測定装置
    （１）中で生成させて記憶し、 −伝達するのに有効な位置測定値である開始情報（開
    始）が、位置測定装置（１）の１回の計算時間（ｔｃ）
    後に処理ユニット（４）に伝達される ことを特徴とする
    請求項３に記載の位置測定装置。
  5. 【請求項５】 位置測定装置（１００）と処理ユニット
    （４００）の間でデタをシリアルに伝送する方法におい
    て、 −指令を処理ユニット（４００）から位置測定装置（１
    ００）へビットシリアルに伝送し、それにより位置測定
    装置（１００）が、 −指令に基づき位置測定値を二進のデータ語として処理
    ユニット（４００）へ送り、 −他の指令に基づき位置測定装置（１００）の中に保管
    されたパラメータを二進のデータ語として処理ユニット
    （４００）へ送り、このパラメータに応じて処理ユニッ
    ト（２００）の機能を調整し、 −更に他の指令に基づきパラメータを処理ユニット（４
    ００）から受信し、記憶領域（９００）の中に保管し、 −これ等の指令、パラメータおよび位置測定値を共通の
    データ導線（５００）で処理ユニット（４）から位置測
    定装置に伝達されるクロックパルス列に同期さ せて伝送
    することを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】−位置測定値を伝送するのに必要となるク
    ロック数に関する情報を位置測定装置（１００）に保管
    し、 −この情報を処理ユニット（４００）で読み取り、 −処理ユニット（４００）により測定値を伝送する時の
    所要数のクロックが位置測定装置（１００）に利用され
    る、 ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 位置測定装置（１００）には、誤りのあ
    る時あるいは所定の許容公差を越えた時、処理ユニット
    （４００）の要請に関してデータ導線（５００）で読み
    取った誤り情報を保管する記憶領域（９００）が設けて
    あることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  8. 【請求項８】 位置測定装置（１００）と処理ユニット
    （４００）の間でデタをシリアルに伝送する装置を備え
    た位置測定装置（１００）において、 −少なくとも一つの分解能の粗い符号トラック（Ａ4 〜
    Ａ6 ）の走査信号（Ｃ4〜Ｃ6 ）を組み合わせて絶対位
    置となる二進の符号語（Ｄ）を位置測定値として形成
    し、処理ユニット（４００）の指令に基づきデータ導線
    （５００）を介して符号語（Ｄ）をビットシリアルに伝
    送する出力ユニット（３００）へ前記符号語（Ｄ）を導
    入するため、第一接続論理回路（２５）を備えた走査信
    号用の回路部（２００）が位置測定装置（１００）にあ
    り、 −処理ユニット（４００）の中に第一接続論理回路（２
    ５）と同じ機能の第二接続論理回路（２９）を設け、 −デジタルまたはアナログの走査信号（Ｃ1 〜Ｃ6 ）も
    第一接続論理回路（２５）を迂回して処理ユニット（４
    ００）へ導入でき、 −伝送された符号語（Ｄ）を処理ユニット（４００）の
    第二接続論理回路（２９）内で形成されたデータ語（Ｄ
    Ｆ）と比較し、 −符号語（Ｄ）とデータ語（ＤＦ）の間に一致がないな
    ら、誤差信号（Ｆ）を出力する、 ことを特徴とする位置測定装置。
  9. 【請求項９】 デジタル走査信号（Ｃ1 〜Ｃ6 ）を位置
    測定装置（１００）に保管し、処理ユニット（４００）
    の要請信号により保管された走査信号（Ｃ1〜Ｃ6 ）と
    符号語（Ｄ）をデータ導線（５００）で処理ユニット
    （４００）へ順次シリヤルに伝送することを特徴とする
    請求項８に記載の位置測定装置。
  10. 【請求項１０】 位置測定装置（１００）は減速歯車機
    構（８０）を介して互いに接続された複数の符号円板
    （３，５）を備えた測角装置であり、両方の接続論理回
    路（２５，２９）中では分解能の粗い符号トラック（Ａ
    4,Ａ5,Ａ6 ）のデジタル走査信号（Ｃ4,Ｃ5,Ｃ6 ）を少
    なくとも分解能の高い符号トラック（Ａ3 ）の走査信号
    （Ｃ3 ）と組み合わせることを特徴とする請求項９に記
    載の位置測定装置。
  11. 【請求項１１】 位置測定装置（１００）と処理ユニッ
    ト（４００）の間でデータをシリアルに伝送する装置を
    備えた位置測定装置（１００）において、 −少なくとも一つの走査装置（１０１）から出力される
    複数の走査信号を組み合わせて絶対位置となる二進の符
    号語（Ｄ）を位置測定値として形成し、処理ユニット
    （４００）の指令に基づきデータ導線（５００）を介し
    てデータ語をビットシリアルに伝送する出力ユニット
    （３００）へ前記符号語（Ｄ）を導入するため、接続論
    理回路（２５）を備えた走査信号用の回路部（２００）
    が位置測定装置（１００）にあり、 −走査信号（Ｃ0 〜Ｃ3,Ｃ4 〜Ｃ7 ）が分解能の高い符
    号群と分解能の粗い符号群を有する二つの符号群を形成
    し、 −分解能の高い符号群の少なくとも一つの走査信号（Ｃ
    0 〜Ｃ3 ）と分解能の粗い符号群の一つの走査信号（Ｃ
    4 〜Ｃ7 ）の間の目標位置に対する偏差を監視し、 −その時の偏差が所定の許容公差範囲（Ｔ1,Ｔ2 ）を越
    えた時、警報信号（Ｆ）を出力する、 ことを特徴とする位置測定装置。
  12. 【請求項１２】 分解能の粗い符号群の走査信号の一つ
    （Ｃ7 ）のエッジ（Ｋ）が分解能の高い符号群の走査信
    号（Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）の少なくとも一つで定まる許容公差
    範囲（Ｔ1,Ｔ2 ）内にあるか否かを検査して、エッジ
    （Ｋ）のずれを監視することを特徴とする請求項１１に
    記載の位置測定装置。
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