专利名称：在测位设备和处理装置间确定信号传播时间的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在位置测量设备和处理装置之间确定信号传播时间的方法和设备。
背景技术：
在多个位置测量设备和排列其后的处理装置之间通过数字接口进行数据传输的范围内，尤其是在传输线路长的情况下将会产生一些问题。因此，在这种情况下，也就产生在各自的数据线路上出现不可忽视的信号传播时间。为正确地在处理装置侧进一步处理不同的数据必须要考虑产生的时延。当配置结构为与排列在其后的共用处理装置相连的多个位置测量设备时，则也许会产生-在进行实际测试工作之前-尽可能精确地确定各自的信号传播时间的任务，以便紧接着适当地考虑所述的这个信号传播时间。
发明内容
因此，本发明的任务是在经数字接口彼此通信的位置测量设备和处理装置之间提供尽可能精确地确定信号传播时间的方法和设备。
这个任务由具有权利要求1所述的特征的方法来解决。
本发明所述的方法优选的实施方案由从属于权利要求1的权利要求所采取的措施中得出。
此外，所述的任务由具有权利要求8所述的特征的设备解决。
本发明所述的设备的优选的实施方案由从属于权利要求8的权利要求所采取的措施得出。
现在，按照本发明为精确地确定信号传播时间，以稍微变换的形式遵循以下原则，象已在德国申请的专利10030357.9号所述的那样和明确地参考在该专利中公开的内容。
类似于上述提到的文献中所采取的措施，现在按照本发明也于位置测量设备和处理装置之间用高的时间精度传输传播时间测量信号。最终会造成精确地确定处理装置和位置测量设备之间的信号传播时间。
随后，在进一步处理所传输的数据时适当地使用或考虑如此测出的信号传播时间。
从下面就附图所述的实施例得出本发明所述的其它优点及其详细内容。
在此，示出图1是由位置测量设备、信号传输线路和处理装置组成的系统方框图；图2是在有限的电缆长度或信号传输线路的情况下，为说明本发明所述的方法或设备所示的各自的时间标度。
具体实施例方式
图1示出了由位置测量设备20(编码器)和经数字接口与此连通的处理装置10(NC)组成的系统的基本结构的方框图。通过数字接口作为二进制数据字DATA3、DATA4用第一数据通道D1的连续数据流方式将经位置测量设备20产生的位置数据-例如增量或纯位置数据-传输到处理装置10上以做进一步处理。正如从图1所看出的，在现有的情况下还可用二进制数据字形式DATA1、DATA2经数字接口以第二数据通道D2的连续数据流方式将数据从处理装置10传输到位置测量设备20。在此例如是指参数数据、指令数据等等。
在具体的应用中，位置测量设备20例如设置在工具机中并且在那里用来确定移动工具机部分、例如一个工具的位置。一个数码的工具机控制器将起处理装置10的作用。
在所述的例子中，位置测量设备20和处理装置10之间以字长10比特的数字数据字的形式交换连续数据流的各自的数据。当然，在本发明的范围内也可设立其它的字长。
给处理装置10分配第一个计数器Z1，给位置测量设备20分配第二个计数器Z2；在其它说明的过程中还可详述其功能。此外，在处理装置10的一侧设置第三计数器Z3，该计数器Z3主要被用来测出传播时间测量信号RQ1、RQ2的发射和接收之间的时延ΔtRQ，并且该计数器Z3用确定的时间间隔ΔtZ3增加计数。对于第三计数器Z3，优选计数频率fZ3与处理装置10的系统时钟频率相同，也即约为fZ3＝50MHz。此外，时间间隔ΔtZ3＝20ns相当于一个计数步长。
对此可选择地在这个例子中对计数频率fZ3也可选择2倍系统时钟频率，也即fZ3＝100MHz。由此在需要确定传播时间时，如果这需要，则可使精确性再增大。
根据图1和图2，现在说明基本上按照本发明所采取的措施或设备以确定位置测量设备20和处理装置10之间的信号传播时间tL。优选在实际的测试工作之前，实施下面按本发明所述的确定传播时间。
本发明所述的传播时间确定是在处理装置20一侧在时间为t0时随一个传播时间测量信号RQ1的到达而开始的。如图1所示，传播时间测量信号RQ1譬如为上升的信号脉冲波前缘。到达的传播时间测量信号RQ1作为启始信号用于如上所述的第三计数器Z3，用该计数器Z3实现实际的传播时间测量。一旦在同步时间tsyc之后所述到达的传播时间测量信号RQ1的信号脉冲前缘在时间t1与第三计数器Z3的计数频率fZ3同步，第三计数器Z3则开始按确定的计数步长增加计数。
正当二进制数据字DATA1从处理装置20传输到位置测量设备期间，传播时间测量信号RQ1则到达处理装置10一侧。在此，基本上事先不确定在传输10比特数据字DATA1的哪个精确时刻，传播时间测量信号RQ1才到达。因此，类似于已在上述提到的德国专利申请10030357.9号所采取的措施，利用第一计数器Z1测出位置信号dTJ1，该信号描述了传播时间测量信号RQ1到正传输的数据字DATA1的时间相对位置。优选作为相应的第一位置信号dTJ1确定在数据字DATA1传输开始和传播时间测量信号RQ1到达之间的时间差ΔtJ1。在本例中这可通过第一计数器Z1实现，方法是，随着数据字DATA1传输的开始，所述的第一计数器Z1从确定的初始计数值开始增加计数，直到传播时间测量信号RQ1出现，从此按已知的方式和方法以已测出的时间差ΔtJ1的形式确定第一位置信号dTJ1。
紧接着，在结束数据字DATA1的传输后，在时刻t2时将相应预处理的传播时间测量信号RQ1以及测出的位置信号dTJ1作为二进制数据字-各自为10比特数据字-传送到位置测量设备20。在时刻t1和t2之间的时间差tcal主要是基于在处理装置10中对上述信号处理和信号预处理所需要的处理时间；因此，下面有关于此应介绍处理时间tcal。对于已确定的配置结构，处理时间tcal通常是已知的，并且在典型的例子中大约为tcal＝1.7μs。
在时刻t3时，结束将两个二进制数据字RQ1、dTJ1传输到位置测量设备20，也即在时刻t2和t3之间的时间间隔最后是表示与传输线路有关的-需测出的-简单的信号传播时间tL。为在处理装置10一侧拥有或测出信号传播时间tL，现在更需要将位置测量设备20的传播时间测量信号RQ1返回传输到处理装置10，然后利用第三计数器Z3确定信号传播时间tL。由于这个原因，在图1中，用简图指出的开关S在位置测量设备20中，从标出的符号上可看到，按照本发明可实现接通到达的第一传播时间测量信号RQ1和将第二传播时间测量信号RQ2反向传输到处理装置10。为达到这个目的，在所需的传播时间测量的情况下，通过处理装置10一侧的相应的指令使处于位置测量设备20中的开关S闭合。
根据在德国专利申请10030357.9号所采取的措施，也即根据特别测出和传输的位置信号dTJ1，在位置测量设备20一侧会按时间确定的形式而出现到达位置测量设备20中的传播时间测量信号RQ1，也即无须考虑在其它情况下引起的时间不可靠性Δt，它源出于10比特数据字DATA1的有限的传输时延。按照本发明，现在于位置测量设备20一侧(类似上述处理装置10一侧所采取的措施)，测出第二位置信号dTJ2，相对于从位置测量设备正向处理装置10的方向传输的数据字DATA3，该信号说明了到达的传播时间测量信号RQ1的时间上的相对位置。在此，类似于在处理装置10一侧的第一种情况，实现测出第二位置信号dTJ2，也即利用第二计数器Z2作为第二位置信号dTJ2重新测定数据字DATA3的传输开始和传播时间测量信号RQ1到达之间的时间差ΔtJ2。结束数据字DATA3传输后，在时刻t4时，将第二位置信号dTJ2以及第二传播时间测量信号RQ2作为二进制10比特数据字传输到处理装置10。
同样，类似于已述的在处理装置10一侧处理信号那样，在时刻t3和t4之间，在位置测量设备20中的信号处理要求象上述那样有一个确定的通常是已知的处理时间tcal，并且所述的例子中具有相同数量等级，如上所提到的，也即tcal＝1.7μs。
然后，在处理装置10的一侧，将第二传播时间测量信号RQ2作为停止信号输送给第三计数器Z3。从启始和停止信号之间所确定的时间差测出第一传播时间测量信号RQ1的发射和第二传播时间测量信号RQ2的接收之间的时延ΔRQ，从该时延ΔRQ重新确定信号传播时间tL。优选通过处理装置10的一侧的微处理机实现这些不同数据的处理。
在所述的例子中，可按下面关系式求出处理装置10和位置测量设备20传输数据的简单的信号传播时间tLtL＝(ΔtRQ-(2*tcal))/2等式(1)其中tcal＝在分析处理单元和位置测量设备中的信号处理时间。
在此，量值tcal对确定的结构是已知的或凭经验有时可测出。所给出的关系式(1)适用于在位置测量设备20和处理装置10中所用的相同的信号处理时间tcal，而在处理装置10和位置测量设备20中存在不同的信号处理时间tcal、t′cal，也是基本上可以考虑的。然后，确定信号传播时间tL的关系式大约变换成tL＝(ΔtRQ-tcal-t′cal)/2等式(1′)在如此确定位置测量设备20和处理装置10之间传输线路上的信号传播时间tL后，也可类似地实现确定其它的位置测量设备和处理装置之间的信号传播时间，其中在测量工作中可使用如此测出的信号传播时间，以便在一定的情况下校正不同的信号传播时间。
除所述的例子外，在本发明的范围内自然还有其它的实施方案变型。
权利要求
1.在通过数字接口彼此相连的位置测量设备(20)和处理装置(10)之间确定信号传播时间的方法，其中通过数字接口在位置测量设备(20)和处理装置(10)之间传输一定长度的数据字，并且实现测出位置测量设备(20)和分析处理单元(10)之间的信号传播时间(tL)，其中-在到达的第一传播时间测量信号(RQ1)情况下，在将数据字(DATA1)从处理装置(10)传输到位置测量设备(20)期间，确定一个关于第一传播时间测量信号(RQ1)到正在传输的数据字(DATA1)的时间相对位置的第一个位置信号(dTJ1)，-在结束了数据字(DATA1)传输之后，将第一传播时间测量信号(RQ1)以及测出的位置信号(dTJ1)分别作为二进制数据字传输到位置测量设备(20)，-在位置测量设备(20)一侧，相对于正在传输的数据字(DATA3)而确定一个关于到达的传播时间测量信号(RQ1)的时间相对位置的第二位置信号(dTJ2)，-在结束数据字(DATA3)传输之后，将第二传播时间测量信号(RQ2)以及测出的第二位置信号(dTJ2)分别作为二进制数据字传输到处理装置(10)，并且-在处理装置(10)的一侧测出第一传播时间测量信号(RQ1)的发射和第二传播时间测量信号(RQ2)的接收之间的时延(ΔtRQ)，并且-从测出的时延(ΔtRQ)中确定信号传播时间(tL)。
2.按照权利要求1所述的方法，其中作为第一和第二位置信号(dTJ1、dTJ2)分别确定在所述正在传输的数据字(DATA1、DATA3)的开始和传播时间测量信号(RQ1、RQ2)的到达之间的时差(ΔtJ1、ΔtJ2)。
3.按照权利要求2所述的方法，其中分别用第一和第二计数器(Z1、Z2)确定时差(ΔtJ1、ΔtJ2)，该计数器分别在传输二进制数据字(DATA1、DATA3)开始时都返回到已确定的起始计数值。
4.按照权利要求1所述的方法，其中在处理装置(10)的一侧用第三计数器确定第一传播时间测量信号(RQ1)的发射和第二传播时间测量信号(RQ2)的接收之间的时延(ΔtRQ)。
5.按照权利要求4所述的方法，其中第三计数器(Z3)具有计数频率(fZ3)，该频率相当于处理装置的系统时钟频率。
6.按照权利要求1所述的方法，其中按下式得出在处理装置(10)和位置测量设备(20)之间传输数据的信号传播时间(tL)tl＝(ΔtRQ-(2*tcal))/2其中tcal＝在分析处理单元和位置测量设备中的信号处理时间。
7.按照权利要求1所述的方法，其中如此确定处理装置(10)和不同的位置测量设备之间的信号传播时间，并且将其在进行测量工作中用来校正不同的信号传播时间。
8.为确定通过数字接口彼此相连的位置测量设备(20)和处理装置(10)之间的信号传播时间而采用的设备，其中通过数字接口实现位置测量设备(20)和处理装置(10)之间的一定长度数据字的传输，并且所述用于测出位置测量设备(20)和分析处理单元(10)之间的信号传播时间(tL)的设备具有以下装置-第一个装置，用于在到达的第一传播时间测量信号(RQ1)情况下，在将数据字(DATA1)从处理装置(10)传输到位置测量设备(20)期间，确定一个关于第一传播时间测量信号(RQ1)到正在传输的数据字(DATA1)的时间相对位置的第一个位置信号(dTJ1)，-第二个装置，用于在结束数据字(DATA1)传输之后，将第一传播时间测量信号(RQ1)以及测出的位置信号(dTJ1)分别作为二进制数据字传输到位置测量设备(20)，-设置在位置测量设备(20)一侧的第三个装置，用于相对于正在传输的数据字(DATA3)而确定一个关于到达的传播时间测量信号(RQ1)的时间相对位置的第二位置信号(dTJ2)，-第四个装置，用于在结束数据字(DATA3)传输之后，将第二传播时间测量信号(RQ2)以及测出的第二位置信号(dTJ2)分别作为二进制数据字传输到处理装置(10)，-第五个装置，用于在处理装置(10)的一侧测出第一传播时间测量信号(RQ1)的发射和第二传播时间测量信号(RQ2)的接收之间的时延(ΔtRQ)，以及-第六个装置，用于从测出的时延(ΔtRQ)中确定信号传播时间(tL)。
9.按照权利要求8所述的设备，其中第一和第三个装置分别被构成为计数器(Z1、Z2)，所述的这些计数器作为位置信号(dTJ1、dTJ2)分别确定位于正在传输的数据字(DATA1、DATA3)的开始和传播时间测量信号(RQ1、RQ2)到达之间的时差(ΔtJ1、ΔtJ2)。
10.按照权利要求8所述的设备，其中第五个装置被构成为设置在处理装置(10)一侧的计数器(Z3)。
11.按照权利要求10所述的设备，其中计数器(Z3)具有计数频率(fZ3)，该频率相当于处理装置所用的系统时钟频率。
全文摘要
在到达的第一传播时间测量信号情况下，在将数据字从处理装置传输到位置测量设备期间首先确定一个关于第一传播时间测量信号到正在传输的数据字的时间相对位置的第一位置信号。结束数据字传输后，将第一传播时间测量信号及测出的位置信号传输到位置测量设备上。在位置测量设备侧相对于正在传输的数据字而确定一个关于到达的传播时间测量信号的时间相对位置的第二位置信号。在结束数据字传输后将第二传播时间测量信号及测出的第二位置信号传输到处理装置，并在处理装置侧确定第一传播时间测量信号的发射和第二传播时间测量信号的接收之间的时延。从测得的时延中确定信号传播时间。
文档编号G01B21/00GK1427380SQ0215784
公开日2003年7月2日 申请日期2002年12月20日 优先权日2001年12月20日
发明者E·布拉茨德鲁姆, R·瓦斯特尔胡伯 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司