具有自动地址分配的测量机通信的制作方法
【专利说明】具有自动地址分配的测量机通信
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的序言的在测量系统中针对参与者的参与者特定通信地址的自动地址迭代(iterat1n)的方法、一种根据权利要求12的序言的这种类型的参与者以及一种根据权利要求14的序言的装配有这种类型的参与者的坐标测量装置。
[0002]在多个技术机器和装置的情况下，在能够分配有各式各样的功能的通信网络中互连了多个电子子系统，例如传感器、致动器、交换机、显示器、测量单元、控制系统、监视系统、监测和调试装置等。所述子系统能够例如在生产期间在机器或装置中被永久地安装和连接，但是还能够在服务情况下或在正常操作期间可以模块化方式更换。
[0003]本发明特别地涉及测量系统。能够例如在WO 2005/017448、EP 2 270 425或WO2006/079604中找到被设计为坐标测量装置的这些测量系统的示例。这些测量系统具有多个子系统，尤其形式为用于测量值获取的电子线性和/或旋转编码器，其与用于测量值评估和测量过程的控制的控制器具有通信关系。这些子系统主要被以空间分布式方式布置在机器上，使得参与通信的子系统之间的通信连接的建立引发对应的布线成本。在测量系统中，通信中的参与者因此彼此连线以便建立通信连接和/或电力供应。连同位置传感器一起，还可以存在另外的子系统(例如探针、测量头、传感器)以记录诸如温度等的环境条件，或类似地参与通信的诸如轴驱动器的致动器、机动倾斜头、显示元件等。为了使布线成本最小化，在测量机中做出尝试以对于所涉及的所有子系统使用尽可能少的通信连接，优选地仅一个通信连接。还做出尝试以有利地设计通信连接，即，例如，尽可能避免重复的线路路由，其例如发生在各个子系统直到控制器的星形布线中。
[0004]连同被主要永久地安装在测量系统上的以上所述的子系统一起，还可能在测量中涉及可更换的部件，例如可更换的测量头、测量探针、倾斜头、光学探头等，其适于各式各样的测量任务并且被类似地并入到通信中。因为可以在操作期间或在机器的配置的改变情况下更换它们，所以结果还可以改变在操作中的通信系统。作为通信系统中的参与者的子系统的更换在服务工作和修理情况下也可能是需要的。
[0005]在这种类型的测量系统中，通信常常经由总线结构发生在作为通信系统中的参与者的这些装置或子系统之间。例如，诸如例如RS 232、RS422、RS423、RS485或其它的总线结构能够用于通信。在参与者在测量系统中的局部布置方面常常有利的一个常规拓扑是串行结构。在串行结构中，参与者在每种情况下被一个接一个地布置并且连接至总线，其中在每种情况下在两个子系统之间仅一个连接。参与者常常包括相同类型的多个部件，例如相同类型的多个位置传感器，其经由公共总线与控制单元进行通信，即例如，它们将由它们确定的位置信息转发到控制单元。为了简单的存储和维护，相同类型的子系统在安装在测量系统中之前主要没有任何差异，使得它们可用在机器中的各式各样的位置处和在不同的机器中。
[0006]然而，在应用中重要的是，即使涉及了相同类型的子系统，也能够区分和识别连接至总线的子系统。在坐标测量装置的情况下，例如在测量期间有必要知道测量系统的哪一个运动轴正利用哪一个位置传感器来记录。
[0007]出于这个目的，例如，能够使用在每种情况下在参与者上可设置的通信地址。这个地址常常仅在参与者的安装之前或之后不久例如通过DIP开关、编码插件、电子编辑装置等来分配。然而，这种类型的过程是易出错且费时的。
[0008]能够在其它技术领域的文献中找到用于避免手动地址分配的许多方法。例如:
[0009]US 5，666，557描述了一种使用连接器标识符的数据处理系统中的外围装置的自动寻址；
[0010]WO 98/03921描述了使用辅助信号的脉冲长度的网络通信装置的装置的顺序的自动检测；
[0011]WO 2004/039010描述了一种子装置的地址通过父装置的设定；
[0012]WO 2007/104668和DE 10 2006 025 174描述了一种针对驱动器辅助系统的地址分配。
[0013]DE 10 2006 050 135、DE 10 2009 054 904 或 DE 197 13 240 示出了地址分配，
在所述地址分配中，由控制主控控制，自动地分配了地址并且参与者通过读出参与者特定信息(即类似地使用被排他地分配给参与者中的每一个的参与者特定唯一标识符)来分配。
[0014]所有这些已知方法的共同特征是地址是从外部分配给参与者的。出于这个目的，甚至在上述方法中，这仍然是昂贵的并且在许多情况下需要附加的硬件，诸如编码开关、编码插件、附加的连接器引脚等。类似地，分配这个地址的成本(无论它是在生产、投用中还是在总线初始化期间)是不可忽视的。不正确地址的分配此外是测量系统中的频繁的错误源，尤其是当在服务的情况下更换部件时。不仅故障而且硬件损坏可能是由通信参与者的调换地址而导致的。
[0015]本发明的一个目的因此是改进测量机的参与者的通信。
[0016]一个目的还在于提供一种测量机通信系统，其是简单地且经济上可实现的并且其中针对各个参与者的外部地址分配不再是需要的，即尤其没有从外部到参与者中的每一个的显式唯一地址分配。
[0017]该目的的一部分也是所有参与者或所有类参与者能够在机器通信系统中被设计为在它们的通信接口方面为相同类型的，并且在它们在通信系统中的使用之前不需要参与者特定配置(例如形式为地址编码)。
[0018]因此，一个目的还将为机器中特别地测量机中的子系统提供改进的通信方法。
[0019]一个目的因此还将为测量机通信系统的参与者的通信提供对应的方法，其中免除了参与者中的每一个上的外部地址配置。
[0020]部分目的也是用于方法的实现的对应参与者软件的提供。
[0021]在根据本发明的通信系统或通信方法中，不从外部执行通信系统中唯一的参与者特定地址到通信系统的单独参与者的分配。这简化存储、生产和维护，并且帮助避免地址分配或地地址编码中的疏忽错误。
[0022]在本发明中，作为通信系统中的参与者的相应装置或子系统使用冲突的监测和避免来给予它本身它的通信地址。在参与者中执行参与者特定通信地址的自动地址迭代，其向参与者中的每一个的唯一地址分配收敛。参与者组织本身。控制装置能够完全集中于控制任务并且对于来自外部的显式参与者地址分配来说是不需要的。
[0023]在各个参与者在总线上接收到其它参与者的所有消息的范围内，被使用的总线的拓扑不再与本发明相关。各个装置因此能够跟踪总线上的通信，并且结果，接收针对到它本身的其地址分配的信息。
[0024]诸如光学、电、无线电、磁、电容式、电感式的所有可能的物理传播路径能够被认为是总线。
[0025]冲突避免方法这里根据本发明用于地址分配。然而，在硬件级别下的冲突的情况下，其中类型在CAN总线的情况下或在以太网中经由同轴电缆获知，未检测到同时发送的相同的总线消息的冲突，因为所述消息不以硬件有关方式冲突。这里只有当分配了具有不同内容的消息时，冲突才是可检测的。如果两个参与者同时发送相同的消息，则冲突检测方法不响应。(这在正常操作中通常不导致进一步干扰，因为消息毕竟是正确地发送到所有参与者。)
[0026]到所有参与者具有存在查询“参与者存在吗？ ”并且具有来自所有参与者的相应的相同响应“是”的消息不再借助于冲突检测来帮助根据本发明的地址分配。
[0027]对于根据本发明的冲突检测，具有最高可能冲突概率的消息是有利的，即尤其是具有不同消息内容的消息。然后能够基于总线上通信的专用监测迭代地确定和改变参与者的地址，直到建立了所有参与者的无冲突通信为止。迭代地址确定因此尤其在通信开始时(即，例如跟随装配有根据本发明的通信系统的机器或装置的激活之后)或在一个或更多个附加的总线参与者的提供情况下发生。在迭代地址分配完成并且对总线未做出改变后，实际通信然后能够在操作期间基于由参与者针对本身所确定的地址继续进行，如利用从外部在参与者中永久地预定义的地址的现有技术中的情况一样。
[0028]如果使用了被参与者共享的公共通信介质，诸如例如，在10Base5或10Base2以太网或CAN的情况下，因此能够检测到消息在通信介质上例如在通信线路或无线电信道上的冲突。这在许多情况下由传输期间的显性(dominant)总线状态以及隐性(recessive)总线状态和监测来实现。显性消息占优势，同时试图发送隐性消息的参与者在检测到总线的冲突时撤回并且例如根据预定义调度在稍后时间重试以发送它的消息时。因此创建了通信或参与者的消息相关优先化或层次。对于这种类型的总线系统的电子实现，现有技术提供了能够在本发明背景下以功能上相似的形式使用或仿真的各式各样的电子模块或IP核。
[0029]然而，如所提到的，只有当两个冲突消息不同才能够检测到冲突。在同时发送的确切地相同的消息的情况下，不能够检测到冲突。因此，例如，同时发送对查询的相同响应的具有相同地址的两个参与者将不能检测到冲突。这很可能发生，特别是在对相同查询做出响应的相同类型的参与者的情况下。
[0030]在促使所有参与者响应的意义上利用装置的全局查询的简单方法因此不适合于迭代地址定义。所有参与者将在“参与者〈地址〉存在！ ”的存在消息的意义上利用响应对其应答。因为这些消息将是相同的并且因此将在地址冲突情况下不冲突，所以该方法对于根据本发明的地址迭代不是有利的。具有相同地址的两个参与者因此将由于消息的相同性质而不能在常用通信介质的情况下检测到冲突，并且因此将未被促使改变它们的重复存在的地址。
[0031]为了能够区分消息，更确切地说，区分它们的内容，能够随着消息分配唯一标识符。出于这个目的，例如，能够使用通信参与者的模块的硬件ID，因为许多微控制器、处理器、存储器芯片等具有被分配给它们或在生产期间“烧入”的可读特定标识符。然而，在许多情况下，这些ID常常被仅仅分配给生产批次，使得，尤其在来自相同生产批次的参与者的情况下，存在重复分配的特定概率。
[0032]如果标识符是唯一的，则它们然而在许多情况下不适合于直接用作通信的地址。这些尤其常常太长或者它们具