绝对式位置测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种绝对式位置测量装置，其包括：第一结构组件(20.1)，其带有实物量具(22)(在其上布置有至少一个编码道(23))和扫描单元(24)(利用其可通过在测量方向(X)上扫描至少一个编码道(23)产生位置信号(S)，由该位置信号可生成绝对的、数字的位置值(P))；以及第二结构组件(20.2)，其带有至少一个外围设备单元(30，31，32，33，34)，该外围设备单元构造用于实施位置测量装置(20)的附加功能或辅助功能。第一结构组件(20.1)和第二结构组件(20.2)借助于多个电的线路(21)彼此连接以便传输电信号。根据本发明，第一结构组件(20.1)仅包括适合于使用在机器的辐射区域(A)中的构件(22，25，26，41)。
【专利说明】绝对式位置测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的绝对式位置测量装置。这种绝对式位置测量装置适合于使用在在其中经受高能的、离子的辐射的设备或机器中。
【背景技术】
[0002]在不同的技术的领域中需要位置测量装置以便在设备和机器中确定可运动的构件的位置(长度和/或角度)。这种位置测量装置基于其功能原理划分成两类:一类为增量式位置测量装置，在其中，位置确定基于增量分度(Inkrementalteilung)的分度周期(Teilingsperiode)的计数；另一类为绝对式位置测量装置，在其中，位置通过扫描和评估绝对分度(Absolutteilung)来获得。
[0003]增量式位置测量装置相对于绝对式位置测量装置具有简单的、耐用的结构，但具有的缺点是就在接通之后不存在位置信息，并且首先必须通过所谓的参考运行(Referenzfahrt)驶过参考标记，以便可推断出绝对位置。因此在此期间在许多技术的领域中优选地使用绝对式位置测量装置，在其中在任何时候(即使就在接通之后)都提供绝对的位置值。例如在文件EP 660 209 Al中说明了一种绝对式位置测量装置。
[0004]对于这种【技术领域】，即在其中使用绝对式位置测量装置甚至到现在还是有问题的，其为经受离子的、高能的辐射的设备或机器，或设备或机器的应用领域需要使用这种辐射。在此尤其提到医疗技术，在其中有目的地使用离子的、高能的辐射以便治疗疾病或滞延疾病加重。在此主要使用伽马辐射、伦琴辐射或粒子辐射(质子、中子、电子等)。
[0005]已经显示出增量式位置测量装置(将其暴露于这种辐射)由于其简单的结构而表现得相当坚固。与此相比，如果绝对式位置测量装置暴露于离子的、高能的辐射，则绝对式位置测量装置(其为了确定绝对的位置值而需要更复杂的结构)倾向于失灵。
[0006]尽管如此，如果将绝对式位置测量装置使用在这种环境中，例如使用在医疗技术的器具中以用于肿瘤组织的放疗，迄今提供有两种解决方法，一种为屏蔽绝对式位置测量装置不受有害的福射，另一种为建造由所谓的有福射硬度(strahlungsharte)的构件(即专门针对该应用领域开发的构件)构成的位置测量装置。
[0007]在实践中这两种方式并非令人满意。为了获得充分的屏蔽效果，需要有厘米级的厚度的铅外罩，其主要由于其重量但还由于其很大的空间需求而不是所希望的。相比于标准构件，有辐射硬度的构件通常过分昂贵并且仅可使用在很大的壳体中。因此，可由有辐射硬度的构件建造的绝对式位置测量装置将导致很大的构型和非常高的价格。此外，不是所有的所需要的或所希望的构件可以有辐射硬度的实施方式得到。
【发明内容】
[0008]因此本发明的目的在于提供一种带有简单的结构的绝对式位置测量装置，其适合于使用在这样的环境中，即，在其中该绝对式位置测量装置暴露于离子辐射。
[0009]该目的通过根据权利要求1的绝对式位置测量装置来实现。这种绝对式位置测量装置的有利的细节从从属于权利要求1的权利要求中得出。
[0010]现在提出了一种绝对式位置测量装置，包括
?第一结构组件，其带有:实物量具(MafiverkSrperung),在其上布置有至少一个编码道(Codespur);以及扫描单元，利用其可通过在测量方向上扫描至少一个编码道产生位置信号，可由该位置信号产生绝对的、数字的位置值，以及
?第二结构组件，其带有至少一个外围设备单元，该外围设备单元构造成用于实施位置测量装置的附加功能或辅助功能，
其中，第一结构组件和第二结构组件借助于很多电的线路彼此连接以用于传输电信号，并且第一结构组件仅包括适合于使用在机器的辐射区域中的构件。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]根据附图从紧接着的说明中得出本发明的其它的优点以及细节。其中:
图1a以俯视图显示了医疗放疗仪器的简化的图示，
图1b以侧视图显示 了医疗放疗仪器的简化的图示，
图2显示了根据本发明的位置测量装置的第一实施方式的框图，以及 图3显示了根据本发明的位置测量装置的第二实施方式的框图。
【具体实施方式】
[0012]图1a和Ib作为设备(在其中使用离子的、高能的辐射，尤其使用伽马辐射、伦琴辐射或电子辐射)的示例显示了医疗放疗仪器I的俯视图(图1a)和侧视图(图1b)的简化的图示。放疗仪器I的辐射源2位于病床3的所标记的床头的上方。在此为了清楚明了而放弃了辐射源的详细的图示，应接受例如使用来对肿瘤进行放疗的离子的、高能的辐射可主要出现在于图1a中绘制的圆10的内部。因此后面将在圆10的内部的面称为辐射区域A。在辐射区域A和因此圆10的外部存在辐射安全区域B。
[0013]不言而喻，该划分已经被强烈地简化并且主要用来说明本发明。在实践中，出现的辐射的能量随着离辐射源的距离的提高而下降，因此不可画出精确的界线。对于随后的实施方式，将标记的辐射区域A理解为设备的这样的区域，即，在其中可出现呈一定剂量的离子的、高能的辐射，其可影响传统的绝对式位置测量装置的功能可靠性。与此相比，将围绕设备的这样的区域称为辐射安全区域B，即，在其中传统的绝对式位置测量装置的功能可靠性未受到出现的辐射影响。
[0014]除了与辐射源保持确定的最小间距之外，还可通过这样的方式提供辐射安全区域B，即，在辐射的扩散方向上引入起屏蔽作用的障碍物。对此特别合适的材料是铅。
[0015]在医疗放射仪器处布置有两个机器人臂5和6，其中，第一机器人臂5承载发射单元7，而第二机器人臂6承载计算机层析X射线摄影仪(CT)的接收单元8。机器人臂5、6借助于伺服马达(未示出)用来精确地定位发射单元7和接收单元8，其位置利用布置在机器人臂5、6的接合部中的位置测量装置20 —尤其旋转编码器或角度测量装置一来确定。
[0016]病床实施成可在标出的箭头的方向上行驶，其位置利用另一位置测量装置20尤其长度测量装置来测量。
[0017]在这种医疗放射仪器中已经部分地使用大于20 MeV的辐射能。因此在这种设备的使用寿命期间可将巨大的辐射剂量引入到位置测量装置20中。所使用的辐射可为伽马辐射、伦琴辐射或粒子辐射(质子、中子、电子等)。
[0018]图2显示了根据本发明的位置测量装置20的方块图，该位置测量装置适合于使用在这样的设备中，即，在其中，位置测量装置20可暴露于离子的、高能的辐射。位置测量装置20包括第一结构组件20.1和第二结构组件20.2。为了在第一结构组件20.1与第二结构组件20.2之间传输电信号，结构组件通过很多电的线路21彼此连接。
[0019]为了产生可处理成绝对位置值P的位置信号S，第一结构组件20.1包括带有至少一个编码道23的实物量具22以及用于扫描该至少一个编码道23的扫描单元24。编码道23可并行编码(例如格雷码(Gray-Code))或如在图2中表明的那样串行编码(伪随机编码；PRC)。但编码还可模拟地实施，例如通过平行布置的多个编码道23，其具有不同的分度周期(差拍原理(Schwebungsprinzip)或游标原理(Noniusprinzip))。实物量具22和扫描单元24布置成可在测量方向X上相对彼此运动。
[0020]如果位置测量装置20为长度测量装置，那么实物量具22例如为在其上应用有编码道23的标尺(Mafl stab)。在旋转编码器或角度测量装置中，实物量具2通常实施为圆形的盘，并且编码道23围绕盘的中心环形地布置。
[0021]在该实施例中，假定位置测量装置20根据光的透射原理来工作，即编码道23的位置信息通过一系列的可透射的和不可透射的区域来编码，并且扫描单元24包括:光源25，其布置在实物量具22的一侧上并且朝编码道23的方向上放射光；以及探测单元26，其由通过编码道23调整的光产生位置信号S。位置信号S不仅可模拟地存在，而且可数字地存在，且适合于由其生成绝对的、数字的位置值P。
[0022]除了光学的扫描原理之外，还可使用其它的扫描原理，尤其可使用磁的、电容的或感应的扫描原理。同样可使用光学的反射光原理，在其中，编码道23包括起反射作用的和不起反射作用的区域，并且因此光源25和探测单元26布置在实物量具22的一侧上。
[0023]根据本发明，位置测量装置20的第一结构组件20.1的所有构件如此实施，即其适合于使用在机器的辐射区域A中。在图2中，辐射区域A位于竖直的虚线左侧。
[0024]第二结构组件20.2包括位置测量装置20的外围设备单元，其实施附加功能和辅助功能。例如，第二结构组件20.2可包括通讯单元30、信号处理单元31、复位单元32、电压供给单元33以及存储单元34。
[0025]通讯单元30在一侧上提供数字的仪器接口 36，通过其实现与控制单元50的通讯。仪器接口 36—方面包括用于通讯的物理前提(信号电平、数据率、插拔连接器……)，且另一方面提供通讯协议，其确定在位置测量装置20与控制单元50之间的通讯规则。有利地，仪器接口 36实施为串行接口，尤其实施为同步串行接口，其中，以已知的方式差分地(differentiell)(例如根据RS-485标准)传输信号。第二结构组件20.2和控制单元50经由合适的数据传输线缆52彼此连接。
[0026]通讯单元30在另一侧上提供内部接口 38，其可用于与第二结构组件20.2的外围设备单元(在所示出的示例中与信号处理单元31和存储单元34)进行通讯，但是，或者可与第一结构组件20.1 (例如扫描单元24或探测单元26)进行通讯。同样，内部接口38提供用于通讯的物理前提并且可包括接口协议。数据传输可并行地或串行地来进行。不言而喻，与通讯单元30的内部接口 38进行通讯的所有构件同样具有内部接口 38。因为如果通讯由通讯单元30控制，那么有利的是将通讯单元30的内部接口 38优选地实施为所谓的主接口(Master-Schnittstelle)，而其它的构件的内部接口 38实施为从接口(Slave-Schnittstelle)。
[0027]信号处理单元31用于由位置信号S(将其从第一结构组件20.1通过电的线路21输送给第二结构组件20.2)生成数字的、绝对的位置值P并且如有可能将其作为对控制单元50的位置请求指令的回复经由内部接口 38传输到通讯单元30处。对此，信号处理单元31的功能可包括模拟一数字转换、识别有错误的位置信号S、从多个冗余的位置信号S中选择有效的信号等。
[0028]复位单元32的功能例如可包括监测位置测量装置20的供给电压和在供给电压波动的情况下输出复位信号，以便阻止未定义的运行状态。此外，复位单元32还负责在接通位置测量装置20之后，如果供给电压已经稳定地超过确定的电平，直到那时才开启正常运行。同样，复位信号不仅可输送给第二结构组件20.2的外围设备单元(在所示出的示例中，输送给通讯单元30和信号处理单元31)，而且可经由电的线路21输送给第一结构组件
20.1。
[0029]电压供给单元33用于稳定供给电压(其例如经由控制单元50的数据传输线缆52输送给位置测量装置20)和/或使电平与位置测量装置的构件更确切地说第一结构组件20.1和第二结构组件20.2的要求相匹配。对此,可为必需的是电压供给单元33提供如有可能带有不同的电压的多个不同的输出并且经由电的线路21传输到第一结构组件20.1处。同样，电压供给单兀33可适合于由可变的输入电压产生恒定的一种或多种输出电压。
[0030]存储单元34在位置测量装置20中经常被使用，以便存储对于位置测量装置20的运行来说重要的数据。尤其可将位置测量装置20的参数存放在存储单元34中。对此，示例有测量系统型号、序号、分辨率、数据格式、测量系统的旋转方向、标定数据等。存储单元34可经由内部接口 38来读取并且如有可能还经由该内部接口写入数据(beschreiben)。此夕卜，存储内容还可经由内部接口 38传输到第一结构组件20.1处。控制单元50对存储单元34的存取可经由仪器接口 36和内部接口 38在通讯单元30的中继下实现。
[0031]位置测量装置20的第二结构组件20.2布置在辐射安全区域B中(在虚线右侧)。因此不需要为第二结构组件20.2的构件配备有耐辐射性的(有辐射硬度的)构件。
[0032]因此本发明的核心思想是这样的构件一即，其功能不直接有助于产生位置信号S或绝对位置值P —还可布置成在空间上与第一结构组件20.1分开。该认知开启了这样的可能性，即仅如此实施第一结构组件20.1的构件使得其可在辐射区域A中运行而不受由于离子的、高能的辐射的影响，而与此相对，以常规的技术来实施第二结构组件20.2的构件。
[0033]由此可获得显著的成本节省，因为相比于耐辐射性的(有辐射硬度的)构件，可便宜了多倍地购买以常规的技术(制造)的构件。此外，常规的构件具有更好的可用性。此夕卜，不是所需要的所有构件还可以耐辐射的实施方式获得。在此，存储模块已经证实为特别成问题的。
[0034]除了在所使用的构件的价格和可用性方面的优点之外，相比于传统的位置测量装置，在根据本发明的位置测量装置20中可能甚至还可降低第一结构组件20.1的空间需求，因为在第一结构组件20.1中仅还包括非常少的构件。
[0035]图3显示了根据本发明的位置测量装置20的另一实施例的框图。已经结合且借助图2进行了说明的构件具有相同的参考标号，并且不再次进行说明。
[0036]与根据图2的实施例不同的是现在将信号处理单元41布置在第一结构组件20.1中。这具有特别的优点，即现在已经在第一结构组件20.1中产生了数字的、绝对的位置值P，其可经由内部接口 38传输至第二结构组件的通讯单元30。因为在数据传输协议的框架内进行数据传输，所以可通过对于专业人员本身来说已知的合适的措施(例如产生和传输校验和等)来保证将数字的、绝对的位置值P可靠地传输至第一结构组件20.1。如果在第一结构组件20.1与第二结构组件20.2之间的空间上的间距由于在辐射区域A与辐射安全区域B之间的间距很大(几米)，那么这特别适合。
[0037]为了在信号处理单元41与通讯单元30之间传输数据时实现尽可能大的抗干扰能力，对于物理的传输还在内部接口 38中优选地使用差分的数据传输，例如根据已知的RS-485标准。虽然因为相应的驱动模块具有上面已经提及的缺点(很高的价格、有问题的可用性、很大的构型)，数据的物理传输还可借助于地参考的(massebezogener)数字信号来实现。在任何情况下电的线路21 (经由其实现数据传输)与所选择的物理传输相匹配。
[0038]除了内部接口 38之外，信号处理单元41还具有单独的存储接口 48，通过其使信号处理单元41与在第二结构组件20.2中的存储单元34的相应的存储接口 48直接相连接。因此信号处理单元41可直接对存储单元34的存储内容进行读取或写入，而没有通过通讯单元30绕行。有利地将这样的接口使用为存储接口，即，其在商用的存储单元34方面已经是可使用的，例如I2C接口。在本实施例中，通过随动电子设备(Folgeelektronik)50对存储单元34的存取可借助于仪器接口 36、内部接口 38以及存储接口 48通过通讯单元30和信号处理单元41来实现。但是备选地，通讯单元30和存储单元34还可通过单独的接口来连接，以便能够实现直接的通讯，而不用通过第一结构组件20.1绕行。同样针对在信号处理单元41与存储单元34之间的数据传输而设置有合适的电的线路21。
[0039]如果仪器接口 36和内部接口 38实施成相同的，那么通讯单元30还可在仪器接口36与内部接口 38之间仅包括机电的连接部(插拔连接器和电的线路)。同样存在这样的可能性，即在第二结构组件20.2中根本不设置通讯单元30，并且控制单元50利用数据传输线缆52与第一结构组件20.1直接连接。
[0040]因此在图3中选择的划分是特别有利的，因为在新式的位置测量装置20中经常将探测单元24和带有相应的接口 38、48的信号处理单元41 一起集成在大规模集成的模块60(ASIC(特定用途集成电路)，或者在光学的扫描的情况下，Opto — ASIC)中。这意味着仅大规模集成的模块60必须被强化以用于使用在这样的设备中，即，在其中位置测量装置20可暴露于离子的、高能的辐射，因为第一结构组件的剩下的构件一光源25和实物量具22 -已经表现出适合于使用在辐射区域A中，而不需要改变。
[0041]如在图3中表明的那样，第二结构组件20.2可在自己的壳体中布置成在空间上与随动电子设备50分开。这具有特别的优点，即随动电子设备50完全不必“获知”位置测量装置20包括两个结构组件。因此，对于在其中已经使用有绝对式位置测量装置(其通过昂贵的屏蔽措施(例如铅外罩)来保护免受出现的辐射)的设备，位置测量装置通过根据本发明的位置测量装置20来替换并且移除屏蔽物的不希望的重量特别简单。仅必须注意仪器接口 36是兼容的。
[0042]但是，与之不同的是一例如通过虚线来标识的块表明的那样一还可将第二结构组件20.2集成到随动电子设备50’中。
[0043]不言而喻，本发明显不局限于所说明的实施例。
【权利要求】
1.一种绝对式位置测量装置(20)，包括: ?第一结构组件(20.1)，其带有:实物量具(22)，在其上布置有至少一个编码道(23)；以及扫描单元(24)，利用其可通过在测量方向(X)上扫描所述至少一个编码道(23)产生位置信号(S)，由该位置信号可生成绝对的、数字的位置值(P))，以及 ?第二结构组件(20.2)，其带有:至少一个外围设备单元(30，31，32，33，34)，其构造成用于实施所述位置测量装置(20)的附加功能和辅助功能， 其中，所述第一结构组件(20.1)和所述第二结构组件(20.2)借助于多个电的线路(21)彼此连接以用于传输电信号，并且所述第一结构组件(20.1)仅包括适合于使用在机器的辐射区域(A)中的构件(22，25，26，41)。
2.根据权利要求1所述的绝对式位置测量装置(20)，其特征在于，所述第二结构组件(20.1)此外还包括信号处理单元(41)，利用其可由所述位置信号(S)生成所述数字的位置值⑵。
3.根据权利要求2所述的绝对式位置测量装置(20)，其特征在于，所述信号处理单元(41)具有内部接口(38)，其适合于将所述数字的位置值(P)传输给在所述第二结构组件(20.2)中的通 讯单元(30)。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的绝对式位置测量装置，其特征在于，所述信号处理单元(41)具有存储接口(48)，利用其可读取和/或可写入布置在第二结构组件(20.2)中的存储单元(34)的存储内容。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的绝对式位置测量装置(20)，其特征在于，所述探测单元(26)和所述信号处理单元(41)实施为大规模集成的模块(60)。
【文档编号】G01D5/26GK103954309SQ201310486441
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2012年10月17日
【发明者】D.奥尔, E.布拉茨德鲁姆 申请人:约翰内斯·海德汉博士有限公司