本发明公开了一种根据本发明的位置测量装置以及一种根据根据本发明的用于运行位置测量装置的方法。其使得增量式位置测量装置能够将状态信息发送到后续电子设备。
背景技术：
增量式位置测量装置应用在自动化技术和特别是在机床中，用于测量可运动的部件的位置改变。因此，增量式旋转传感器测量转动运动，例如旋转的轴的转动运动。与此相反，增量式纵向测量设备测量可彼此运动地布置的机械部件的线性移动。
在已知的增量式位置测量装置中由探测单元扫描由均匀布置的编码元件组成的刻度轨迹。在此，能够采用各种物理扫描原理，例如光学的、磁性的、感应的或电容的。由扫描得出的探测信号在均匀
由探测单元得到的探测信号在信号处理单元中进行处理，并且相应于输出接口的规格进行调整。已知的用于增量式位置测量装置的接口例如对于增量信号来说要求1v的峰峰值。
除了这样的模拟接口之外还有发送数字增量信号的接口。在该情况下，在信号处理单元中从模拟探测信号中生成数字的、即矩形的增量信号。在此也适用的是，对于取决于运动方向的位置测量来说需要两个彼此相位移的数字增量信号。
同样地，根据接口，模拟或数字地发送基准脉冲。
(模拟或数字)增量信号以及基准脉冲至后续电子设备的传输经由高质量的、大部分屏蔽的、多芯的电缆实现。该传输不仅能够大地基准地、而且差分地进行。因为通常要经过后续电子设备和位置测量装置之间的适合长度的路径，所以电缆在规划设备时是不会被低估的成本因素。因为电缆中需要的芯线的数量基本上也确定了价格，所以不断地努力使得电缆中芯线数量最小化。
与该努力相反地，除了位置信息之外在位置测量装置中还会产生对另外的信息、例如状态信息的要求。然而为了能够将该信息传输至后续设备，通常在电缆中需要附加的芯线。
de102006012074a1描述了一种位置测量装置，其中通过改变模拟位置信号的信号幅度来将监视装置的状态以信号表示。然而因为位置信号的幅度直接影响后续电子设备中的位置评估，这能够由后续电子设备解释为位置测量装置的故障，并且因此能够导致设备停机，其中位置测量装置在所述设备中运行。
技术实现要素：
本发明的目的在于，给出一种位置测量装置，利用其以简单的方式可将状态消息发送至后续电子设备。
该目的通过根据本发明的位置测量装置实现。
根据本发明的位置测量装置包括：刻度载体，在其上布置有测量刻度；用于通过扫描测量刻度生成取决于位置的扫描信号的扫描单元；和用于将扫描信号处理为位置信号的信号处理单元。此外，该位置测量装置的特征在于：
设置有监视单元，向其输送至少一个要监视的信号并且由其在监视要监视的信号的基础上发送修正信号到修正单元，
向修正单元输送至少一个位置信号，并且位置信号可由修正单元修正用于传输至少一个状态消息并且作为输出信号发送到后续电子设备，并且
在修正信号的基础上通过添加干扰参量至至少一个位置信号实现修正。
此外，本发明的目的在于，给出一种方法，利用其以简单的方式可将状态消息发送至后续电子设备。
该目的通过根据本发明的用于发送状态消息的方法实现。
提出一种用于利用位置测量装置发送状态消息方法，该位置测量装置包括：刻度载体，在其上布置有测量刻度；用于通过扫描测量刻度生成取决于位置的扫描信号的扫描单元；和用于将扫描信号处理为位置信号的信号处理单元。该方法的特征在于：
设置有监视单元，向其输送至少一个要监视的信号并且由其在监视要监视的信号的基础上将修正信号发送到修正单元，
向修正单元输送至少一个位置信号，并且位置信号为了传输至少一个状态消息可由修正单元修正并且作为输出信号发送到后续电子设备，并且
通过在修正信号的基础上添加干扰参量的方式来修正至少一个位置信号。
另外的优点由上述内容和接下来描述的实施例得出。
附图说明在此示出
图1是根据本发明的位置测量装置的框图，
图2是在无干扰运行中的位置信号或者输出信号的信号图，
图3是第一变体方案的信号图，以便将状态消息传输至后续电子设备，
图4是在矩形输出信号的情况下的第一变体方案的信号图，
图5是第二变体方案的信号图，以便将状态消息传输至后续电子设备，
图6是另一个变体方案的信号图，以便将状态消息传输至后续电子设备，
图7是另一个变体方案的信号图，以便将状态消息传输至后续电子设备，
图8是另一个根据本发明的位置测量装置的框图，
图9是根据图8的位置测量装置的位置信号或者输出信号的信号图，
图10是另一个变体方案的信号图，以便将状态消息传输至后续电子设备，
图11是另一个变体方案的信号图，以便将状态消息传输至后续电子设备，
图12是另一个根据本发明的位置测量装置的框图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的位置测量装置10的框图。其包括扫描单元12，其合适地设计，以便扫描刻度载体14上的测量刻度。在此，刻度载体14和扫描单元12以已知的方式可相对彼此运动地布置，这例如通过其与机床的可运动的部件连接来实现，应当确定其彼此的相对位置。
除了用于检测线性的相对位置的示意性示出的实施例之外，也能够根据本发明实施转动的位置测量装置。在该情况下，刻度载体不实施为直的码尺、而是例如实施为环形的盘，在其中测量刻度径向地绕着其中点(其在运行中形成轴线的旋转点，应当测量其角度位置或者转数)布置。
在所示实例中测量刻度由增量测量刻度16和基准测量刻度17组成。由扫描测量刻度16、17得出的扫描信号s0、s90、r包括来自于增量测量刻度16的扫描的两个相位移90°的增量信号s0、s90以及来自于基准测量刻度17的扫描的基准信号r。增量信号s0、s90在测量刻度相对于扫描单元12均匀运动(恒定的速度或者恒定的转速)时为尽可能正弦的。基准信号r用于提供用于增量式位置测量装置的原理决定的相对位置测量的绝对参考位置。对此作为基准信号在r在限定的位置上(或者在角度测量设备的情况下在限定的角度位置上)生成脉冲。
然而，本发明不局限于用于生成包含位置信息的扫描信号的扫描原理的该实例。更确切地说，其与物理的扫描原理(例如光学、磁性、感应、电容的扫描)和类型和方式、如包含在扫描信号中的位置信息无关。因此，例如幅度调制或数字编码的扫描信号也适用于本发明的实施方案。
将扫描信号s0、s90、r输送给信号处理单元20，其合适地设计为，将扫描信号处理为位置测量装置10的增量式接口的位置信号p0、p90、pr。根据扫描原理和由此得出的在扫描信号中的位置信息的编码，能够进行信号处理单元20中的各种处理步骤：
将电流信号转换为电压信号
解调
滤波
a/d转换
误差校正(例如偏移校正、相位校正、…)
调整每长度或角度单元的信号周期数量
d/a转换。
由处理得出的位置信号在该实例中包括两个增量位置信号p0、p90和一个基准脉冲pr。位置信号p0、p90、pr如在下面的实例中示出的那样可以是模拟信号。然而可替换地，其也能够数字式地存在。
将位置信号p0、p90、pr输送给修正单元40，其又将输出信号发送到连接到位置测量装置10上的后续电子设备80。输出信号类似于位置信号地包括两个增量输出信号a0、a90以及一个输出基准脉冲ar。因此，输出信号a0、a90、ar组成位置测量装置10的信号接口。
为了监视位置测量装置10的功能单元，设置有监视单元30。其合适地设计，以便监视位置测量装置10的至少一个功能参数。要监视的功能参数的实例为：
扫描信号的幅度
增量信号s0、s90的偏移
增量信号s0、s90彼此的相位
基准信号r相对于增量信号s0、s90的位置
扫描单元12的状态信号
信号处理单元20的状态信号
位置信号p0、p90、pr的幅度
位置信号p0、p90、pr的偏移
位置信号p0、p90彼此的相位
基准信号pr相对于位置信号p0、p90的位置
内部传感器60的传感器值(例如温度、振动、电源电压)
位置测量装置10的自测试功能的结果(built-in-self-test，bist)。
相应地将要监视的信号x输送给监视单元30。通过与期望值或边界值比较进行监视，在可能的情况下能够将测试信号t发送给要监视的单元(例如信号处理单元20)，以便启动自测试功能，将其结果以要监视的信号x的形式输送给监视单元30。
为了将由监视得出的状态信息传输到后续电子设备80，监视单元30将相应的修正信号m发送到修正单元40，其启动状态消息到后续电子设备80的传输。信号化由此实现，即在修正单元40中为位置信号p0、p90、pr中的至少一个添加干扰参量，而且有利地在于以下方式，即能继续评估所得出的输出信号a0、a90、ar，也就是说进一步保障了位置测量装置10在后续电子设备80上的运行。特别地，合适的干扰参量是信号彼此的信号偏移和/或位置偏移。
在接收器侧、即在后续电子设备80方面设置监视单元90，向其输送至少一个位置信号p0、p90、pr，其用于传输状态消息。接收器侧的监视单元90合适地设计，以便探测添加的干扰参量，其识别传输的状态消息并且启动适合的措施，例如发送警报消息或控制地关断机器。接收器侧的监视单元90能够如图1所示布置在后续电子设备80之中，然而其也能够涉及单独的单元。
该做法基于的认知在于，信号处理单元中的现代的位置测量装置的输出信号能够非常准确地生成，同时在后续电子设备中也还能够评估偏离信号接口的理想值较远的信号。换句话说，输出信号维持比后续电子设备所要求的小得多的公差。
对此的实例为：
在增量式位置测量装置的已知的接口中，增量位置信号具有1v的峰峰值。信号在运动速度(转速)恒定的情况下尽可能地为正弦的并且关于参考电势(大多为接地电势0v)对称地延伸。增量位置信号之间的相位移为90°。基准脉冲pr是对称的并且其最大值位于在这样一个位置上，在该位置增量位置信号具有正值和相同的瞬时值。
与此相反，后续电子设备能够处理增量位置信号，这些位置信号具有100mv和更多的偏移。即使与理想的相位移偏离直至30°的值，通常也仍然允许评估位置信号。基准脉冲pr参照增量位置信号p0、p90在确定的边界中相关的位置偏差仍然总是允许安全地放置用于位置测量的基准点。
图2示出了位置信息p0、p90、pr(或者输出信号a0、a90、ar)在无干扰的运行中(即，没有状态消息传输至后续电子设备80)在速度恒定时的信号图。位置信号p0、p90、pr是模拟的，即，增量位置信号p0、p90是正弦的，并且基准脉冲pr也示出了具有限定的最大值的模拟的延伸曲线。与此相比如果位置信号p0、p90、pr以数字形式存在，那么增量位置信号p0、p90将会是矩形的，并且基准脉冲pr是具有限定的持续时间和参照增量位置信号p0、p90的位置的数字脉冲。所有下列的实例不仅能应用在模拟的、而且也能应用在数字的位置信号p0、p90、pr上。
图3示出了第一变体方案的信号图，以便传输状态消息至后续电子设备80，例如位置信号p0或者输出信号a0。用于传输状态消息的干扰参量是信号偏移，也就是说将在时间段t的偏移电压a加至位置信号p0，从而对于输出信号a0来说在该时间段中使输出信号a0偏移一个偏移电压a。在后续电子设备80方面可由接收器侧的监视单元探测输出信号a0的阶跃的改变，因此能够处理状态消息。
在该实例中临时在时间段t发送状态消息。各种的状态消息能够通过以下参量区分：
时间段t
偏移电压a的值
偏移电压a的极性。
这些区分参量也能组合。
此外，状态消息能够通过偏移电压a的时间上连续多次的相加编码地传输。这对应于状态消息的串行传输。同样地，为了传输状态消息能够考虑多个输出信号a0、a90、ar。
图4示出了对于位置测量装置10发送数字(矩形)的输出信号的情况来说的图3的变体方案的信号图。
图5示出了第二变体方案的信号图，以便传输状态消息至后续电子设备80，例如位置信号p90或者输出信号a90。在此用于传输状态消息的干扰参量是相位，也就是说增量位置信号中的一个(例如位置信号p90)偏移一个偏差角
不同的状态消息能够通过以下参量区分：
关于偏差角
偏差角
偏差角
在此，这些区分参量也能组合，并且能够串行编码和/或在应用多个输出信号的条件下传输状态消息。
图6示出了用于传输状态消息的另一个变体方案的信号图。在此，基准脉冲pr或者输出基准脉冲ar的信号用于传输状态消息，亦即类似于图3的实例地通过加上偏移电压a来进行。
同样会有可能的是，将用于传输状态消息的基准脉冲pr类似于图5的实例地偏移一个偏差角
图7示出了用于传输状态消息的另一个变体方案的信号图。在此也使用基准脉冲pr或者输出脉冲ar的信号以用于传输状态消息。在根据图z的变体的改进方案中实现了具有多个位元的数字的数据字d形式的状态消息的传输。数据字的位元例如能够通过加上(逻辑“1”)或不加上(逻辑“0”)偏移电压a编码。进行传输在该时间段是有利的，在该时间段不发送基准脉冲pr或者输出基准脉冲ar，并且传输的信号电平保持在后续电子设备80的感知阈值。作为感知阈值来理解一个信号电平，从该信号电平开始，后续电子设备80识别输出脉冲ar、例如0v。对于建立数据字d来说，已知的串行的接口的数据字能够用作为实例。
图8示出了另一个根据本发明的位置测量装置10的框图。已经结合图1描述的构件具有相同的标号。与图1不同，输出信号a0、a90、a180、a270、ar、/ar在该实施例中差分地传输，即，对于每个输出信号存在另一个具有相反的延伸曲线的输出信号。
图9示出了输出信号p0、p90、p180、p270、pr、/pr(和相应一致的位置信号输出信号a0、a90、a180、a270、ar、/ar)在无干扰的运行中(即，没有状态消息传输至后续电子设备)和在速度恒定时的信号图。在此该信号图是将图2的信号图扩展了相反的信号，从而组成差分的输出信号对a0-a180、a90-a270、ar-/ar(由相应一致的位置信号对p0-p180、p90-p270、pr-/pr得出)。
差分的信号传输和首先也在后续电子设备方面的差分的评估在自动化技术中广泛推广，因为其相对于干扰作用是稳固的。这所基于的是，对于信号传输线路的干扰作用尽可能相同地涉及差分的输出信号对的两个信号，并且由此不改变信号的差。该行为通过输出信号对的信号线路的绞合优化，从而保障了窄的并行的线路引导。
图10现在示出了用于传输状态消息的特别有利的变体方案。当存在至少一个差分的输出信号对的时候，即当向至少一个输出信号也传输相反的输出信号的时候，则能够采用该变体方案。在图8的信号图的基础上示出了状态消息根据输出信号对p0-p180的传输。
为了传输状态消息，现在将相同的偏移电压a加至差分的输出信号对p0-p180的两个信号。因为以该方式保持信号的差相同，所以不损害后续电子设备80方面的评估。尽管如此，也能够安全地识别和评估接收器侧的监视单元90中的阶跃的改变，因为其能够通过限定的持续时间和/或幅度与随机的干扰作用良好地区分开。
图11示出了用于传输状态消息的另一个有利的变体方案。如在根据图7描述的变体方案中那样进行数据字形式的状态消息的传输，该数据字具有多个位元，这些位元通过加上(逻辑“1”)或不加上(逻辑“0”)偏移电压a编码。然而在该实施例中，传输经由包括输出基准脉冲信号ar和相反的输出基准脉冲信号/ar的差分的传输信号对实现，从而也利用了根据图10描述的变体方案的优点。
图12示出了根据本发明的位置测量装置10的另一个特别防故障的实施方案的框图，其中，简化地仅示出了扫描信号s0、s90的处理。
该实施例基于这样的认知，即当触发状态消息的传输的事件能够配属于用于生成输出信号p0、p90、pr之一的一个信号路径的时候，有利的是为了传输状态消息而选择一个在其它信号路径中生成的输出信号p0、p90、pr。因此避免由于所属的信号路径损坏而无法传输状态消息。
在该实例中，尽可能分离地实施用于将扫描信号s0处理为输出信号a0的信号路径以及将扫描信号s90处理为输出信号a90的信号路径。因此，用于形成输出信号a0的信号路径从扫描信号s0出发引导经过信号处理单元的第一部件20.1和修正单元的第一部件40.1。与此类似地，用于形成输出信号a90的信号路径从扫描信号s90出发引导经过信号处理单元的第二部件20.2和修正单元的第二部件40.2。
由信号处理单元的第一部件20.1输送要监视的第一信号x0，由信号处理单元的第二部件20.2输送要监视的第二信号x90。例如，如果现在应当由要监视的第一信号x0(进而从用于形成输出信号a0的信号路径)引起发送状态消息，那么由第一修正信号m0控制地经由修正单元的第二部件40.2(即经由用于形成输出信号a90的信号路径)实现状态消息的发送，其中监视单元30将第一修正信号发送到修正单元的第二部件40.2。类似地，由监视要监视的第二信号x90(用于形成输出信号a90的信号路径)引起的状态消息的发送通过将第二修正信号m90发送到修正单元的第一部件40.1实现。
为了进一步改善信号路径的分离，能够如通过点状线标注的那样同样两部件式地构造监视单元30。
可替换地，基于监视用于生成增量输出信号a0、a90的信号路径的状态消息的发送能经由输出基准脉冲ar的信号实现并且反之亦然。即使在该情况下，为了发送状态消息，也使用尽可能分离地引导的信号路径。
本发明显然并不局限于所描述的实施例，而是能够由专业人员在本发明的范畴中可替换地实施。
参考附图中的信号图指出的是，位置信号p0、p90、p180、p270、pr、/pr和相应一致的输出信号a0、a90、a180、a270、ar、/ar的幅度仅为了简明而相同地示出，然而在实际中能够是完全不同的。
同样地能够实现的是，将修正单元40集成到信号处理单元20中，并且用于传输状态消息的修正(干扰参量的添加)已经在处理扫描信号s0、s90、r时进行。在该情况下将会把位置信号p0、p90、p180、p270、pr、/pr考虑为虚拟的信号，其仅用于解释本发明。
根据信号处理单元20或者修正单元40的实施，能够通过模拟或数字的信号处理装置实现将干扰参量添加至一个位置信号。在模拟处理的情况下，例如能够为了将偏移电压加至位置信号而设置加法放大器，向其输送要改变的位置信号和偏移电压。在数字处理的情况下，通过数字的数值表征要改变的位置信号和偏移电压的瞬时值，这些数值通过相应的计算电路相加。随后，所得出的数值能够通过数模转换转换为输出信号。
用于实现位置测量装置10的、特别是信号处理单元20的、监视单元30的和修正单元40的功能的电路能够有利地、至少部分地集成在asic中。同样地，功能块能够实现为在微控制器、dsp或类似物的中的程序。