位置測量儀和用于其運行的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種位置測量儀和用于其運行的方法，該位置測量儀帶有編碼載體，該位置測量儀帶有：至少一個第一分度軌道和第二分度軌道，其中，第二分度軌道是增量分度軌道，用于通過在測量方向上探測第一分度軌道和第二分度軌道產(chǎn)生第一位置信號的第一探測器組件，用于通過在測量方向上探測第二分度軌道產(chǎn)生第二位置信號的第二探測器組件，用于將第一位置信號處理成第一絕對位置值的第一位置處理單元以及用于將第二位置信號處理成第二絕對位置值的第二位置處理單元，其中，第二位置處理單元可利用絕對輔助位置值初始化，絕對輔助位置值由第一位置處理單元輸送給第二位置處理單元。
【專利說明】位置測量儀和用于其運行的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的用于確定絕對位置值的位置測量儀(其提供兩個很大程度上彼此獨立地產(chǎn)生的位置值)和一種根據(jù)權(quán)利要求9的用于這樣的位置測量儀的運行的相應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]位置測量儀主要包括旋轉(zhuǎn)發(fā)生器(Drehgeber)或者說角度測量儀以及長度測量儀。旋轉(zhuǎn)發(fā)生器經(jīng)常被用作用于電氣驅(qū)動器的測量儀，尤其用于確定馬達軸或驅(qū)動軸的絕對角位置。長度測量儀用于檢測例如刀具滑板在機床中的線性運動。對于鑒于這樣的位置測量儀的結(jié)構(gòu)的細節(jié)示例地參照Alfons Ernst的專業(yè)書籍Digitale Laengen-undWinkelmesstechnik, Moderne Industrie 出版社(1989)。
[0003]為了產(chǎn)生絕對位置值在編碼載體(Codetraeger)上設(shè)置有分度軌道(Teilungsspur)，其由探測器組件在測量方向上來探測以產(chǎn)生位置信號。該位置信號又被進一步處理成絕對位置值。
[0004]對于分度軌道原則上區(qū)分成增量的和絕對的分度軌道。增量的分度軌道由大量在測量方向上以相同的間距依次布置的分度元件構(gòu)成，由其探測可來檢測相對的位置變化。而在絕對的分度軌道中分度元件布置成使得在任何時刻可來檢測絕對的位置值。已知絕對的分度軌道，其包括多個彼此平行地布置的編碼軌道，絕對位置即并行地編碼。另外已知絕對的分度軌道，在其中絕對位置以鏈碼(Kettencode)的形式串行地編碼。利用增量的分度軌道原則上達到較高的分辨率，而絕對分度軌道具有可在任何時刻、還直接在接通位置測量儀之后確定絕對位置值的優(yōu)點。
[0005]為了形成高分辨率的、絕對的位置測量儀，一方面可平行于絕對分度軌道設(shè)置有增量分度軌道。因此建立與絕對分度軌道的絕對關(guān)系且結(jié)合增量分度軌道實現(xiàn)高分辨率。絕對分度軌道可并行地或串行地來編碼，但是其可設(shè)計成使得在探測時形成模擬的探測信號，利用其可推出絕對位置。由此在文件DE 197 51 853 Al中示例性地說明了一種用于感應(yīng)性的旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)，在其中內(nèi)部的分度軌道的探測每轉(zhuǎn)剛好產(chǎn)生一個正弦振動的周期。內(nèi)部的分度軌道與增量的、外部的分度軌道相聯(lián)系的相位角產(chǎn)生高分辨率的絕對位置值。
[0006]另一方面可形成絕對位置測量儀，在其中彼此平行地設(shè)置有兩個或更多個增量分度軌道，其具有不同的分度周期(Teilungsperiod)且其尺寸設(shè)定成使得在測量范圍內(nèi)(在旋轉(zhuǎn)發(fā)生器中軸的旋轉(zhuǎn))可根據(jù)探測信號的相位角單一地來確定絕對位置。該技術(shù)的基本原理例如可從文件DE 41 25 865 Al得悉。
[0007]尤其在安全技術(shù)的角度下重要的是，由位置測量儀來確定且被轉(zhuǎn)遞到后續(xù)電子裝置(例如數(shù)字控制部)處的位置值或角度值是可靠的，也就是說即使在位置測量儀中有技術(shù)故障的情況下也還盡可能產(chǎn)生可使用的位置值或角度值，或者至少該故障在位置測量儀中已被識別且被報告到數(shù)字控制部處，或者在數(shù)字控制部中可借助由位置測量儀所接收的位置值或角度值識別。
[0008]就此而言已知的在位置測量儀中通過設(shè)置帶有相應(yīng)的探測器和信號處理線路的兩個相同的位置檢測單元產(chǎn)生兩個彼此獨立的測量值。然而，這樣的解決方案非常復(fù)雜且因此應(yīng)被避免。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的在于提供一種可靠的位置測量儀，其簡單地來構(gòu)建。此外，本發(fā)明目的在于提供一種用于運行這樣的可靠的位置測量儀的方法。
[0010]該目的的第一部分根據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1的特征的位置測量儀來實現(xiàn)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，該位置測量儀包括:
編碼載體，其帶有至少一個第一分度軌道和第二分度軌道，其中，第二分度軌道是增量分度軌道，
第一探測器組件，其用于通過在測量方向上探測第一分度軌道和第二分度軌道產(chǎn)生第一位置信號，
第二探測器組件，其用于通過在測量方向上探測第二分度軌道產(chǎn)生第二位置信號， 第一位置處理單元，其用于將第一位置信號處理成第一絕對位置值，以及 第二位置處理單元，其用于將第二位置信號處理成第二絕對位置值，
其中，第二位置處理單元能夠利用絕對的輔助位置值初始化，輔助位置值由第一位置處理單元輸送給第二位置處理單元。
[0012]該目的第二部分根據(jù)本發(fā)明通過根據(jù)權(quán)利要求9的用于運行位置測量儀的方法來實現(xiàn)。
[0013]提出一種用于運行位置測量儀的方法，該位置測量儀包括:
編碼載體，其帶有至少一個第一分度軌道和第二分度軌道，其中，第二分度軌道是增量分度軌道，
第一探測器組件，其用于通過在測量方向上探測第一分度軌道和第二分度軌道產(chǎn)生第一位置信號，
第二探測器組件，其用于通過在測量方向上探測第二分度軌道產(chǎn)生第二位置信號， 第一位置處理單元，其用于將第一位置信號處理成第一絕對位置值，以及 第二位置處理單元，其用于將第二位置信號處理成第二絕對位置值，
在其中在初始化階段中利用絕對的輔助位置值使第二位置處理單元初始化，由第一位置處理單元將輔助位置值輸送給第二位置處理單元。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]根據(jù)本發(fā)明的位置測量儀的、以及用于其運行的方法的另外的細節(jié)和優(yōu)點由接下來的說明根據(jù)附圖得出。
[0015]其中:
圖1顯示了對感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的碼盤的俯視圖，
圖2顯示了對感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的探測電路板(Abtastleiterplatte)的俯視圖，
圖3a顯示了在激勵器繞組(Erregerwindung)中的勵磁電流的信號變化過程， 圖3b顯示了在探測器繞組(Detektorwindung)中的感應(yīng)電壓的信號變化過程，
圖4顯示了旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的剖示圖，
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的位置測量儀的第一實施形式的示意性的電路圖，
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的位置測量儀的第二實施形式的示意性的電路圖以及 圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的位置測量儀的第三實施形式的示意性的電路圖。
【具體實施方式】
[0016]在圖1、2和4中顯示了以根據(jù)感應(yīng)測量原理工作的旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的形式的根據(jù)本發(fā)明的位置測量儀的原理上的結(jié)構(gòu)。這樣的旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的詳細說明例如包含在這里明確地參考的文件DE 197 51 853 Al中。但是就此而言明確地指出，本發(fā)明不限于該測量原理。
[0017]根據(jù)圖4，旋轉(zhuǎn)發(fā)生器具有轉(zhuǎn)子I和定子2。在所介紹的實施例中，轉(zhuǎn)子I包括軸
1.1，其例如可抗扭地被裝配在待測量的馬達軸處。在軸1.1的凸肩處，為了檢測其角位置以碼盤1.2的形式的編碼載體1.2與在圖4中未示出的分度軌道1.21、1.22抗扭地固定。
[0018]定子2包括殼體2.1，在其處作為承載體固定有環(huán)狀的探測電路板2.2。此外，在探測電路板2.2上裝配有插拔連接器2.3，通過其可來傳遞信號和電功率。轉(zhuǎn)子I和定子2或軸1.1和殼體2.1可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R相對于彼此轉(zhuǎn)動。
[0019]在圖1中以俯視圖顯示了碼盤1.2。碼盤1.2包括基底，其在示出的實施例中由環(huán)氧樹脂制成且在其上布置有兩個分度軌道1.21、1.22。分度軌道1.21、1.22環(huán)狀地來構(gòu)造且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線R同心地以不同的直徑布置在基底上。這兩個分度軌道1.21,1.22相應(yīng)由周期性順序的交替布置的能導(dǎo)電的分度區(qū)域1.211,1.221和不能導(dǎo)電的分度區(qū)域1.212、
1.222構(gòu)成。作為用于能導(dǎo)電的分度區(qū)域1.211,1.221的材料，在所示的示例中將銅施加到基底上。而在不能導(dǎo)電的分度區(qū)域1.212,1.222中基底2.3不被覆層。
[0020]在所示出的實施形式中，內(nèi)部的分度軌道1.21包括半環(huán)形的帶有能導(dǎo)電的材料(這里銅)的分度區(qū)域1.211以及半環(huán)形的在其中未布置傳導(dǎo)性的材料的第二分度區(qū)域1.212。
[0021]徑向相鄰于第一分度軌道1.21，第二分度軌道1.22處在基底上，其中，分度軌道
1.22包括大量能導(dǎo)電的分度區(qū)域1.221以及布置在其之間的不能導(dǎo)電的分度區(qū)域1.222。在此，不同的分度區(qū)域1.221、1.222在材料方面如第一分度軌道1.21的分度區(qū)域1.211、
1.212那樣來構(gòu)造。總地來說，第二分度軌道1.22在示出的實施例中包括十六個周期性地布置的、能導(dǎo)電的分度區(qū)域1.221以及相應(yīng)地十六個布置在其之間的不能導(dǎo)電的分度區(qū)域
1.222。
[0022]如根據(jù)圖5和6所示，通過探測第一分度軌道1.21可來確定轉(zhuǎn)子I或軸1.1關(guān)于定子2或探測電路板2.2的絕對位置。出于該原因，第一分度軌道1.21是絕對分度軌道1.21。而在探測第二分度軌道1.22時在轉(zhuǎn)子I或軸1.1的一轉(zhuǎn)期間得出具有多個周期的位置信號。第二分度軌道1.22因此是增量分度軌道1.22。在圖2中所示的、設(shè)置用于探測碼盤1.2的探測電路板2.2用作此外用于第一探測器組件2.22(其由不同的接收器線圈2.22構(gòu)成)的承載體。這些接收器線圈2.22具有在內(nèi)部的接收器軌道中的接收器導(dǎo)體線路(Empfaengerleiterbahn) 2.221和在外部的接收器軌道中的另外的接收器導(dǎo)體線路
2.222。在此，相應(yīng)的接收器軌道的接收器導(dǎo)體線路2.221,2.222的屬于共同的對相對于彼此偏移，使得它們可提供相位偏移90°的信號。
[0023]除了第一探測器組件2.22之外，探測電路板2.2還具有第二探測器組件2.23。其同樣包括在內(nèi)部的接收器軌道中的接收器導(dǎo)體線路2.231和在外部的接收器軌道中的另外的接收器導(dǎo)體線路2.232。相應(yīng)的接收器軌道的接收器導(dǎo)體線路2.231，2.232的屬于共同的對在第二探測器組件2.23中也相對于彼此偏移且同樣提供相位偏移90°的信號。
[0024]為了能夠相疊地布置第一探測器組件2.22的接收器導(dǎo)體線路2.221,2.222和第二探測器組件2.23的接收器導(dǎo)體線路2.231,2.232，探測電路板2.2以已知的技術(shù)多層地來實施。為了簡化圖示，未詳盡地示出帶有屬于此的接收器導(dǎo)體線路2.231,2.232的第二探測器組件2.23，而是僅其附圖標記在第一探測器組件2.22或接收器導(dǎo)體線路2.221、
2.222的對應(yīng)的附圖標記旁邊在方括號中來說明。
[0025]如下面進一步所示，接收器導(dǎo)體線路2.231是可選的且僅在根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的借助圖6和7所說明的實施例中存在。
[0026]除了探測器組件2.22,2.23的導(dǎo)體線路之外，作為激勵器繞組在探測電路板2.2上設(shè)置有激勵器導(dǎo)體線路2.21，其施加在內(nèi)部的、中間的和外部的激勵器軌道上。探測電路板2.2本身具有中心孔且如已提及的那樣實施為具有多個層的電路板。
[0027]在組裝的狀態(tài)中，碼盤1.2和探測電路板2.2相對而置，使得軸線R延伸通過這兩個元件的中點且在碼盤1.2與探測電路板2.2之間的相對旋轉(zhuǎn)時在第一探測器組件2.22的接收器導(dǎo)體線路2.221,2.222中和在探測電路板2.2的第二探測器組件2.23的接收導(dǎo)體軌道2.231,2.232中通過感應(yīng)效應(yīng)可產(chǎn)生取決于相應(yīng)的角位置的位置信號。
[0028]因此，接收器導(dǎo)體線路2.221,2.222,2.231,2.232是位置探測器2.221,2.222、2.231、2.232。如已提及的那樣，本發(fā)明不依賴于物理的探測原理。如果例如代替感應(yīng)的探測原理來實現(xiàn)光學(xué)的探測原理，位置探測器2.221,2.222,2.231,2.232可實施為光電元件，在磁性的探測原理中使用磁性傳感器(例如霍爾元件或MR傳感器)。在通常的思路中，接收器導(dǎo)體線路2.221是第一探測器組件2.22的第一位置探測器2.221而接收器導(dǎo)體線路2.222是第一探測器組件2.22的第二位置探測器2.222。類似于此，接收器導(dǎo)體線路
2.231是第二探測器組件2.23的第一位置探測器2.231而接收器導(dǎo)體線路2.232是第二探測器組件2.23的第二位置探測器2.232。
[0029]對于相應(yīng)的信號形成的前提是，激勵器導(dǎo)體線路2.21在探測軌道的區(qū)域中或在以此探測的分度軌道1.21和1.22的區(qū)域中產(chǎn)生在時間上變換的電磁的勵磁場。在示出的實施例中，激勵器導(dǎo)體線路2.21構(gòu)造為多個平面平行的電流流過的單導(dǎo)體線路。如果導(dǎo)體線路單元的激勵器導(dǎo)體線路2.21全都在相同的方向上被勵磁電流流過，則圍繞相應(yīng)的導(dǎo)體線路單元構(gòu)造有管狀或柱狀定向的電磁場。產(chǎn)生的電磁場的場線圍繞導(dǎo)體線路單元以同心圓的形式延伸，其中，場線的方向以已知的方式取決于在導(dǎo)體線路單元中的電流方向。在此，直接鄰接到共同的探測軌道處的導(dǎo)體線路單元的電流方向或這些導(dǎo)體線路單元的相應(yīng)的接線應(yīng)相反地來選擇，使得在探測軌道的區(qū)域中的場線相應(yīng)相同地定向。
[0030]在旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的運行期間，激勵器導(dǎo)體線路2.21被又產(chǎn)生電磁的交變場的交流電流過。交變場在接收器導(dǎo)體線路2.221,2.222,2.231,2.232中感應(yīng)交變電壓，其幅度取決于碼盤1.2相對于電路板2.2或相對于探測器組件2.22,2.23的相對位置。對此，圖3a顯示了帶有周期時間T的在激勵器導(dǎo)體線路2.21中的勵磁電流I的信號變化過程，而在圖3b中示例地示出了在軸1.1或與此抗扭地連接的碼盤1.2的旋轉(zhuǎn)速度恒定時在接收器導(dǎo)體線路2.221,2.222,2.231,2.232中所感應(yīng)的電壓U的電壓變化過程。如清楚地可見的那樣，感應(yīng)電壓U是幅度調(diào)制的信號，在其中包絡(luò)線的幅度取決于分度軌道1.21、1.22關(guān)于接收器導(dǎo)體線路2.221,2.222,2.231,2.232的位置。在此，對于碼盤1.2的每轉(zhuǎn)該包絡(luò)線的信號周期的數(shù)量取決于所探測的分度軌道1.21,1.22的分度周期。
[0031]在圖5中示出了第一實施例的方框圖，應(yīng)借助其來闡述根據(jù)本發(fā)明的位置測量儀(以感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)發(fā)生器為例)的工作原理。如已說明的那樣，感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的測量原理例如基于此，即在激勵器導(dǎo)體線路2.21中產(chǎn)生電磁交變場。這在該實施例中通過振蕩器單元2.4實現(xiàn),其與激勵器導(dǎo)體線路2.21形成諧振電路(Schwingkreis)。在圖5中僅顯示了碼盤1.2的第一分度軌道1.21和第二分度軌道1.22。
[0032]對于該實施例設(shè)定成，第一分度軌道1.21和接收器導(dǎo)體線路2.221,2.231為了其探測實施成使得由探測產(chǎn)生的位置信號對于旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的軸1.1的每轉(zhuǎn)具有一個周期。
[0033]為了由第一位置信號Zl_l、Z16_l (其由帶有第一探測器單元2.22的接收器導(dǎo)體線路2.221,2.222的分度軌道1.21、1.22的探測產(chǎn)生)形成第一絕對位置值POSl，設(shè)置有第一位置處理單元3.1。其包括粗略位置評估單元3.11、精細位置評估單元3.12和位置值形成單元3.13。
[0034]第一位置探測器2.221的位置信號Zl_l (帶有取決于位置的幅度的感應(yīng)電壓)(其由第一分度軌道1.21的探測產(chǎn)生)被輸送給粗略位置評估單元3.11。在此涉及相位偏移90°的幅度調(diào)制的兩個信號，其包絡(luò)線(其包括位置信號Zl_l的取決于位置的分量)對于軸1.1的每轉(zhuǎn)剛好具有一個周期。因此，由位置信號Zl_l可推斷出軸的絕對位置。第一分度軌道1.21在該實施例中因此是絕對分度軌道1.21。粗略位置評估單元3.11將位置信號Zl_l處理成絕對的粗略位置值GPOS。如通過名稱已表達的那樣，粗略位置值GPOS可具有比較低的分辨率，例如32 (25)步。粗略位置評估單元3.11在實踐中是非常廣泛的電子電路。其為了粗略位置值GPOS的形成例如包括實施如解調(diào)、A/D轉(zhuǎn)換、信號修正和插值的處理步驟的功能塊。
[0035]備選于該示例(在其中粗略位置值GPOS通過模擬的位置信號Zl_l的評估來確定)，第一分度軌道1.21可作為絕對分度軌道1.21并行地(例如格雷碼)或串行地(偽隨機碼，PRC)來數(shù)字編碼(未示出)。
[0036]第一探測器組件2.22的第二位置探測器2.222的位置信號Z16_l (其由第二分度軌道1.22的探測產(chǎn)生)被輸送給精細位置評估單元3.12。在此同樣涉及相位偏移90°的幅度調(diào)制的兩個信號。這些信號的包絡(luò)線(其包括位置信號Z16_l的取決于位置的分量)此處然而對于軸1.1的每轉(zhuǎn)具有多個周期(在上述示例16中)。在各個周期彼此不能區(qū)分之后，利用這些位置信號僅可確定相對位置。精細位置評估單元3.12將位置信號Z16_l處理成精細位置值FP0S。這通過位置信號Z16_l的解調(diào)和所產(chǎn)生的信號的接下來的劃分成位置步驟或角度步驟(插值)而發(fā)生。
[0037]為了完整性起見應(yīng)提及的是，在其它探測原理(例如光學(xué)的或磁性的探測原理)中位置信號Z16_l的解調(diào)不是必需的，因為此處位置信號的幅度直接取決于位置。
[0038]精細位置值FPOS可具有相對粗略位置值GPOS更高的分辨率，例如每個周期16384(214)個位置步驟或角度步驟。換言之，精細位置值FPOS的值域僅包括該角度段，其角度范圍相應(yīng)于第二位置探測器2.222的位置信號的周期，也就是說精細位置值FPOS的值在第二分度軌道1.22的每個分度周期中重復(fù)。
[0039]粗略位置值GPOS和精細位置值FPOS現(xiàn)在被輸送給位置值形成單元3.13，其由這兩個值產(chǎn)生帶有高分辨率的絕對的第一位置值POSl。這由此發(fā)生，即以高解析的精細位置值FPOS來補充低解析的粗略位置值GP0S，由此精細位置值FPOS包含絕對的關(guān)系。該方法在專業(yè)圈中以名稱編碼連接(Codeanschluss)已知。為了能夠確?？煽康木幋a連接,粗略位置值GPOS和精細位置值FPOS的值域重疊至少I位是必需的。在示出的示例中，粗略位置值GPOS須具有4位的值域，以便能夠區(qū)別第二分度軌道1.22的16個分度周期。為了可靠的編碼連接即5位是必需的。在實踐中優(yōu)選地選擇較大的重疊區(qū)域，由此得出8位或更多的用于粗略位置值的有利的值域。
[0040]為了形成冗余的第二位置值P0S2現(xiàn)在設(shè)置有第二位置處理單元3.2。其包括粗略位置確定單元3.21 (其實施為計數(shù)器單元3.21)、精細位置評估單元3.22和位置值形成單元 3.23。
[0041]相同于第一位置處理單元3.1，在第二位置處理單元3.2中精細位置評估單元
3.22將第二探測器組件2.23的第二位置探測器2.232的位置信號Z16_2 (其如第一探測器組件2.22的第二位置探測器2.222的位置信號Z16_l那樣得出)處理成精細位置值FP0S。其被輸送給計數(shù)器單元3.21，它構(gòu)造用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向計量精細位置值FPOS的變化。因此，計數(shù)器單元3.21的計數(shù)器狀態(tài)又表示粗略位置值GP0S，利用其可將精細位置值FPOS的值域擴大到軸1.1的一轉(zhuǎn)上。對此，粗略位置值GPOS和精細位置值FPOS被輸送給位置值形成單元3.23。為了確保在位置值形成單元3.23中可靠的編碼連接，當精細位置值FPOS和粗略位置值GPOS的值域重疊時，此處也是有利的。計數(shù)器單元3.21因此有利地設(shè)計成使得其對于解調(diào)的精細位置信號Z16_2的每個周期實施例如四個計數(shù)步驟。對此，解調(diào)的精細位置信號Z16_2d的信號變化過程被劃分成四個區(qū)域(象限)且從一區(qū)域到下一區(qū)域的過渡作為精細位置值FPOS的變化事件根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向被計數(shù)。在該情況中也提及象限計數(shù)器。
[0042]在不僅精細位置值FPOS而且粗略位置值GPOS由第二分度軌道1.22 (其是增量分度軌道1.22)的探測產(chǎn)生之后，首先這些值不具有絕對的關(guān)系。因此現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明設(shè)置成利用由第一位置處理單元3.1所產(chǎn)生的絕對的輔助位置值HPOS使計數(shù)器單元3.21初始化。在該實施例中，絕對的輔助位置值HPOS是第一位置處理單元3.1的粗略位置值GP0S，其除了位置值形成單元3.13之外現(xiàn)在還被輸送給計數(shù)器單元3.21。為了該目的可設(shè)置有例如以開關(guān)元件3.3的形式的開關(guān)器件，粗略位置值GPOS經(jīng)由其可切換至計數(shù)器單元3.21。該初始化有利地在初始化階段期間直接在旋轉(zhuǎn)發(fā)生器的供電接通之后來進行。
[0043]第二位置處理單元3.2的位置值形成單元3.23現(xiàn)在可由精細位置值FPOS和根據(jù)初始化絕對的粗略位置值GPOS形成第二絕對位置值P0S2。
[0044]因此，通過第二位置處理單元3.2的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造，設(shè)置在第一位置處理單元3.1中且如上面已提及的那樣是非常復(fù)雜的電子電路的粗略位置評估單元3.11可被節(jié)省且被待容易地實現(xiàn)的計數(shù)器單元3.21替代。盡管如此，在位置測量儀中提供兩個絕對的位置值P0S1、P0S2，其在很大程度上彼此獨立地來產(chǎn)生。通過這兩個位置值P0S1、P0S2的比較可以以非常高的概率來識別位置測量儀中的故障。[0045]位置值P0S1、P0S2被輸送給通訊單元3.8且利用其可傳輸至后續(xù)電子裝置(例如數(shù)字控制部)。這兩個位置值POSl、P0S2的比較可已在通訊單元3.8中實現(xiàn)或在后續(xù)電子裝置中才實現(xiàn)。
[0046]圖6顯示了在圖5中示出的位置測量儀的一改進的實施形式的方框圖。在對圖5的實施例的說明中已說明的功能塊在圖6中攜帶相同的附圖標記。
[0047]區(qū)別于根據(jù)圖5所說明的實施例，在圖6中第二探測器組件2.23附加地包括接收器導(dǎo)體線路2.231，其形成第一位置探測器2.231 (其探測碼盤1.2的第一分度軌道1.21)。第二探測器組件2.23的第一位置探測器2.231的位置信號Zl_2代替第一探測器組件2.22的第一位置探測器2.221的位置信號Zl_l可輸送給第一位置處理單元3.1的第一粗略位置評估單元3.11。對此可設(shè)置有另外的開關(guān)器件、例如開關(guān)元件3.4(第二探測器組件2.23的第一位置探測器2.231利用其可在初始化階段中與第一粗略位置評估單元3.11連接)以及開關(guān)元件3.5 (第一探測器組件2.22的第一位置探測器2.221利用其可在初始化階段中與第一粗略位置評估單元3.11分離)。
[0048]該實施形式的特別的優(yōu)點是，在第一位置處理單元3.1中為了形成為了計數(shù)器單元3.21的初始化且因此為了建立用于第二位置值P0S2的絕對的關(guān)系作為絕對的輔助位置值HPOS被輸送給第二位置處理單元3.2的粗略位置值GPOS來使用不同于用于在初始化階段之外的正常運行中在第一位置處理單元3.1中形成粗略位置值GPOS的探測器。由此例如可已直接在旋轉(zhuǎn)發(fā)生器接通之后來揭露位置探測器2.221,2.231的故障。
[0049]該實施形式特別適合于根據(jù)感應(yīng)測量原理工作的位置測量儀，因為這里第二位置探測器2.231僅借助于導(dǎo)體線路來實現(xiàn)。因為探測電路板2.2 (接收器導(dǎo)體線路2.221、
2.222,2.231,2.232布置在其上)已具有足夠數(shù)量的位置，實際上可在沒有附加的成本和材料耗費的情況下來補充第二探測器組件2.23的第二位置探測器2.231。
[0050]圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的位置測量儀的另一實施形式的方框圖。如根據(jù)圖5和6所說明的變體那樣，該實施形式也基于感應(yīng)的探測原理。在先前的實施例中已說明的功能塊在圖7中攜帶相同的附圖標記。也如先前所說明的實施例那樣，該變體也不限于感應(yīng)的探測原理，而是可由專業(yè)人士來運用任意的探測原理(尤其光學(xué)的、磁性的或電容的探測原理)。
[0051]如開頭已提及的那樣，通過設(shè)置多個增量分度軌道(其彼此具有不同的分度周期)，也可獲得絕對的位置值。對此的前提是，分度周期的數(shù)量被選擇成使得由增量分度軌道的探測產(chǎn)生的探測信號的相位角在測量范圍內(nèi)(在旋轉(zhuǎn)發(fā)生器中軸1.1的一轉(zhuǎn)，在長度測量儀中標尺的長度)在任意待區(qū)別的位置處得出始終單一的、不重復(fù)的值組合。專家可由相關(guān)的專業(yè)文獻得悉對于分度周期的選擇的合適的值，對此的基礎(chǔ)例如包含在文件DE41 25 865 Al 中。
[0052]在該示例中，第一分度軌道1.21和相應(yīng)的探測器組件2.22,2.23的設(shè)置用于其探測的第一位置探測器2.221,2.231設(shè)計成使得位置信號Z3_1、Z3_2對于軸1.1的每轉(zhuǎn)得出三個周期。對于第二分度軌道1.21和所屬的第二探測器組件2.222,2.232，每轉(zhuǎn)保持在上述實施例中所使用的16個周期。因為這兩個分度軌道1.21,1.22不具有絕對的關(guān)系且由其探測對于軸1.1的每轉(zhuǎn)得出帶有多個信號周期的位置信號，分度軌道1.21,1.22可被視為增量分度軌道1.21、1.22。[0053]因此由第一探測器單元2.22的第一位置探測器2.221將第一位置信號Z3_l而由第一探測器單元2.22的第二位置探測器2.222將第二位置信號Z16_l輸送給該實施例中的第一位置處理單元4.1，其將它們處理成第一絕對的位置值POSl。對此，第一位置處理單元4.1包括第一評估單元4.11、第二評估單元4.12以及位置值形成單元4.13。
[0054]評估單元4.11,4.12構(gòu)造成由輸送給其的位置信號Z3_1、Z3_16確定相位角Φ1、Φ2。通過分度軌道1.21,1.22的所選擇的尺寸設(shè)定，軸1.1的每轉(zhuǎn)對于第一相位角Φ1得出3*360°的角度范圍而對于第二相位角Φ2得出16*360°的角度范圍。在軸1.1的一轉(zhuǎn)內(nèi)，相位角Φ1、Φ2始終得出單一的值對，使得每個值對可關(guān)聯(lián)有絕對的位置值。該關(guān)聯(lián)例如通過計算或借助于在位置值形成單元4.13(這兩個相位角Φ1、Φ2被輸送給其)中的表格實現(xiàn)。
[0055]第二位置處理單元4.2就此而言相應(yīng)于在上述實施例中所說明的那樣，即為了形成第二位置值P0S2此處也僅來使用由第二分度軌道1.22的探測產(chǎn)生的位置信號Ζ16_2且絕對的關(guān)系通過利用輔助位置值HPOS使粗略位置確定單元4.21初始化來建立。不同于先前的實施例，粗略位置確定單元4.21此處然而不是計數(shù)器單元、而是存儲器單元4.21，絕對的輔助位置值HPOS和第二絕對位置值P0S2被輸送給其。不僅輔助位置值HPOS而且第二絕對位置值P0S2可存儲在存儲器單元4.21中且當前所存儲的值可作為粗略位置值GPOS發(fā)出到位置值形成單元4.23。
[0056]在該實施例中將第一絕對的位置值POSl (其在第一位置處理單元4.1中被產(chǎn)生)作為絕對的輔助位置值HPOS輸送給第二位置處理單元4.2。對此可設(shè)置有以開關(guān)元件3.6的形式的開關(guān)器件。
[0057]為了建立絕對的關(guān)系，在初始化階段中將第一絕對位置值POSl存儲在第二位置處理單元4.2的存儲器單元4.21中且作為粗略位置值GPOS發(fā)出到位置值形成單元4.23處。其從粗略位置值GPOS和由精細位置評估單元3.22所產(chǎn)生的精細位置值FPOS形成第二絕對位置值P0S2。在第二絕對位置值P0S2可供使用之后，其在由工作節(jié)拍信號CLK所規(guī)定的時間間隔中被存儲到存儲器單元4.21中且又作為粗略位置值GPOS被發(fā)出到位置值形成單元4.23處。工作節(jié)拍信號CLK的頻率被選擇成使得即使在精細位置值FPOS的最大的變化速度的情況下也能夠可靠地識別從增量分度軌道的一分度周期至下一個的過渡。
[0058]也在該實施例中，粗略位置值GPOS和精細位置值FPOS的值域必須重疊至少I位，以便能夠形成第二絕對位置值P0S2。在示出的示例中這意味著，粗略位置值GPOS須具有5位或更多的位寬，因為已需要4位以便能夠鑒別增量分度軌道的當前的信號周期。然而在實踐中追求較大的重疊區(qū)域，直至第二絕對位置值P0S2的滿值域。所選擇的重疊范圍還確定存儲器單元4.21的必需的位寬以及較高值的位(其由第一絕對位置值POSl和由第二絕對位置值P0S2被引導(dǎo)至存儲器單元4.21)的數(shù)量。
[0059]為了優(yōu)化位置測量儀的分辨率在第二位置處理單元4.2中為了形成精細位置值FPOS使用由帶有最大數(shù)量的分度周期的增量分度軌道的探測產(chǎn)生的位置信號是有利的。在示出的示例中，其是由第二分度軌道1.22的探測產(chǎn)生的位置信號Ζ2_16。
[0060]第二探測器組件2.23的第一位置探測器2.231在該實施例中也可作為可選的來考慮，以便還進一步提高第二絕對位置值P0S2的產(chǎn)生的可靠性。然而當在使用第一探測器組件2.22的第一位置探測器2.221的位置信號Z3_l的情況下來形成作為輔助位置值HPOS被輸送給存儲器單元4.21的第一絕對位置值POSl時，這里也可已產(chǎn)生非?？煽康牡诙恢弥礟0S2。
[0061]本發(fā)明適合于帶有編碼載體的位置測量儀，在編碼載體上布置有至少兩個分度軌道1.21、1.22，通過其探測可來形成絕對的位置值P0S1、P0S2。有利的組合是:
絕對分度軌道1.21和增量分度軌道1.22，相應(yīng)于根據(jù)圖5和6所說明的實施例。絕對分度軌道1.21可以模擬地、數(shù)字并行地或數(shù)字串行地來編碼。
[0062]兩個增量分度軌道1.21,1.22，其具有不同的分度周期且在其中可由位置信號來確定的相位角在測量范圍內(nèi)在任何位置處得出單一的值對，相應(yīng)于根據(jù)圖7所說明的實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種位置測量儀，其帶有: 編碼載體(1.2)，其帶有至少一個第一分度軌道(1.21)和第二分度軌道(1.22)，其中，所述第二分度軌道(1.22)是增量分度軌道， 第一探測器組件(2.22)，其用于通過在測量方向上探測所述第一分度軌道(1.21)和所述第二分度軌道(1.22)產(chǎn)生第一位置信號(Zl_l，Z3_l, Z16_l)， 第二探測器組件(2.23)，其用于通過在測量方向上探測所述第二分度軌道(1.22)產(chǎn)生第二位置信號(Z16_2)， 第一位置處理單元(3.1,4.1)，其用于將所述第一位置信號(Z1_1，Z3_1，Z16_1)處理成第一絕對位置值(POSl)，以及 第二位置處理單元(3.2,4.2)，其用于將所述第二位置信號(Z16_2)處理成第二絕對位置值(P0S2)， 其中，所述第二位置處理單元(3.2，4.2)能夠利用絕對的輔助位置值(HPOS)初始化，所述輔助位置值由所述第一位置處理單元(3.1,4.1)輸送給所述第二位置處理單元(3.2，4.2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置測量儀，其中，所述第二位置處理單元(3.2，4.2)包括: 精細位置評估單元(3.22)，其用于將所述第二位置信號(Z16_2)處理成精細位置值(FPOS), 計數(shù)器單元(3.21)，所述精細`位置值(FPOS)輸送給其且利用其通過所述精細位置值(FPOS)的變化的計數(shù)能夠產(chǎn)生粗略位置值(GPOS)，以及 位置值形成單元(3.23)，利用其能夠?qū)⑺龃致晕恢弥?GPOS)和所述精細位置值(FPOS)處理成所述第二絕對位置值(P0S2)， 并且所述計數(shù)器單元(3.21)能夠利用絕對的所述輔助位置值(HPOS)初始化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置測量儀，其中，所述第二位置處理單元(3.2，4.2)包括: 精細位置評估單元(3.22)，其用于將所述第二位置信號(Z16_2)處理成精細位置值(FPOS), 存儲器單元(4.21)，所述第二絕對位置值(P0S2)輸送給其且所述第二絕對位置值(P0S2)能夠作為粗略位置值(GPOS)存儲在其中，以及 位置值形成單元(4.23)，利用其能夠?qū)⑺龃致晕恢弥?GPOS)和所述精細位置值(FPOS)處理成所述第二絕對位置值(P0S2)， 并且絕對的所述輔助位置值(HPOS)能夠作為粗略位置值(GPOS)存儲在所述存儲器單元(4.21)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的位置測量儀，其中，所述第一分度軌道(1.21)是絕對分度軌道且所述第一位置處理單元(3.1)包括粗略位置評估單元(3.11)，其從由所述第一分度軌道(1.21)的探測得出的位置信號(Zl_l)產(chǎn)生絕對的粗略位置值(GPOS)，其作為輔助位置值(HPOS)輸送給所述第二位置處理單元(3.2，4.2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的位置測量儀，其中，所述第一分度軌道(1.21)是第一增量分度軌道且所述第二分度軌道(1.22)是第二增量分度軌道，所述分度軌道(1.21，1.22)具有不同數(shù)量的分度周期且所述第一位置處理單元(4.1)從由所述第一分度軌道(1.21)和所述第二分度軌道(1.22)的探測得出的位置信號(Z3_1，Z16_1)產(chǎn)生所述第一絕對位置值(POSl)，其中的至少一定數(shù)目的高值的位作為輔助位置值(HPOS)輸送給所述第二位置處理單元(3.2，4.2)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的位置測量儀，其中，設(shè)置有開關(guān)器件(3.3，3.6)，利用其能夠?qū)⑺鲚o助位置值(HPOS)輸送給所述第二位置處理單元(3.2，4.2)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的位置測量儀，其中，所述第二探測器組件(2.23)包括用于探測所述第一分度軌道(1.21)的第一位置探測器(2.231)和用于探測所述第二分度軌道(1.22)的第二位置探測器(2.232)且設(shè)置有開關(guān)器件(3.4，3.5)，利用其能夠?qū)⒂伤龅谝环侄溶壍?1.21)的探測得出的位置信號(Z1_2，Z3_2)輸送給所述第一位置處理單元(3.1, 4.1)以形成所述輔助位置值(HPOS)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的位置測量儀，其中，所述第一絕對位置值(POSl)和所述第二絕對位置值(P0S2)輸送給通訊單元(3.8)且由它能夠發(fā)出至后續(xù)電子裝置。
9.一種用于運行位置測量儀的方法，所述位置測量儀帶有: 編碼載體(1.2)，其帶有至少一個第一分度軌道(1.21)和第二分度軌道(1.22)，其中，所述第二分度軌道(1.22)是增量分度軌道， 第一探測器組件(2.22)，其用于通過在測量方向上探測所述第一分度軌道(1.21)和所述第二分度軌道(1.22) 產(chǎn)生第一位置信號(Zl_l，Z3_l, Z16_l)， 第二探測器組件(2.23)，其用于通過在測量方向上探測所述第二分度軌道(1.22)產(chǎn)生第二位置信號(Z16_2)， 第一位置處理單元(3.1,4.1)，其用于將所述第一位置信號(Z1_1，Z3_1，Z16_1)處理成第一絕對位置值(POSl)，以及 第二位置處理單元(3.2,4.2)，其用于將所述第二位置信號(Z16_2)處理成第二絕對位置值(P0S2)， 其中，利用絕對的輔助位置值(HPOS)使所述第二位置處理單元(3.2,4.2)初始化，由所述第一位置處理單元(3.1,4.1)將所述輔助位置值輸送給所述第二位置處理單元(3.2，4.2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第二位置處理單元(3.2，4.2)包括: 精細位置評估單元(3.22)，其用于將所述第二位置信號(Z16_2)處理成精細位置值(FPOS), 計數(shù)器單元(3.21)，所述精細位置值(FPOS)輸送給其且利用其通過所述精細位置值(FPOS)的變化的計數(shù)能夠產(chǎn)生粗略位置值(GPOS)，以及 位置值形成單元(3.23)，利用其能夠?qū)⑺龃致晕恢弥?GPOS)和所述精細位置值(FPOS)處理成所述第二絕對位置值(P0S2)， 并且利用絕對的所述輔助位置值(HPOS)使所述計數(shù)器單元(3.21)初始化。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第二位置處理單元(3.2，4.2)包括: 精細位置評估單元(3.22)，其用于將所述第二位置信號(Z16_2)處理成精細位置值(FPOS), 存儲器單元(4.21)，所述第二絕對位置值(P0S2)輸送給其且所述第二絕對位置值(P0S2)能夠作為粗略位置值(GPOS)存儲在其中，以及 位置值形成單元(4.23)，利用其能夠?qū)⑺龃致晕恢弥?GPOS)和所述精細位置值(FPOS)處理成所述第二絕對位置值(P0S2)， 并且在初始化階段中將絕對的所述輔助位 置值(HPOS)作為粗略位置值(GPOS)存儲在所述存儲器單元(4.21)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的方法，其中，所述第一分度軌道(1.21)是絕對分度軌道且所述第一位置處理單元(3.1)包括粗略位置評估單元(3.11)，其從由所述第一分度軌道(1.21)的探測得出的位置信號(Zl_l)產(chǎn)生絕對的粗略位置值(GPOS)，其作為輔助位置值(HPOS)被輸送給所述第二位置處理單元(3.2，4.2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的方法，其中，所述第一分度軌道(1.21)是第一增量分度軌道且所述第二分度軌道(1.22)是第二增量分度軌道，所述分度軌道(1.21，1.22)具有不同數(shù)量的分度周期且所述第一位置處理單元(4.1)從由所述第一分度軌道(1.21)和所述第二分度軌道(1.22)的探測得出的位置信號(Z3_1，Z16_1)產(chǎn)生所述第一絕對位置值(POSl)，其中的至少一定數(shù)目的高值的位作為輔助位置值(HPOS)被輸送給所述第二位置處理單元(3.2，4.2)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項所述的方法，其中，設(shè)置有開關(guān)器件(3.3，3.6)，利用其將所述輔助位置值(HPOS)輸送給所述第二位置處理單元(3.2，4.2)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項所述的方法，其中，所述第二探測器組件(2.23)包括用于探測所述第一分度軌道(1.21)的第一位置探測器(2.231)和用于探測所述第二分度軌道(1.22)的第二位置探測器(2.232)且設(shè)置有開關(guān)器件(3.4，3.5)，利用其將由所述第一分度軌道(1.21)的探測得出的位置信號(Z1_2，Z3_2)輸送給所述第一位置處理單元(3.1, 4.1)以形成所述輔助位置值(HPOS)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9至15中任一項所述的方法，其中，將所述第一絕對位置值(POSl)和所述第二絕對位置值(P0S2)輸送給通訊單元(3.8)且由它能夠發(fā)出至后續(xù)電子裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求9至16中任一項所述的方法，其中，所述第二位置處理單元(3.2，4.2)的初始化直接在所述位置測量儀接通之后實現(xiàn)。
【文檔編號】G01B21/00GK103673943SQ201310433843
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】J.奧伯豪澤, B.施米德, J.J.羅森勒納-埃姆德, W.施瓦格, T.施維策爾, H.邁耶, M.O.蒂曼 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司