专利名称：在一个处理单元和多个位置测量装置之间传输数据的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和一种装置，用于在处理单元和在线形总线拓扑中多个相互连接的位置测量装置之间的数据传输。
背景技术：
本申人的DE 100 30 358公开了在一个处理单元和一个位置测量单元之间传输串行数据的方法和装置。在这种情况下，通过数字接口在处理单和位置测量装置之间的两个数据信道上交换连续数据流中的二进制数据字。与这种数字接口相联系，DE 100 30 357 A1还提出若干措施，它们特别是在尽可能以时间确定方式测定位置数据或将位置数据存储在位置测量装置方面具有重要意义。
这些文献中公开的数字串行接口的概念原则上并未局限于某种接口-物理，而是可以在与公知的接口技术的不同变型和实施形式相联系下实现。
这些文献中明确提出，在唯一的位置测量装置和一个中央处理单元-例如机床数控装置-之间只进行所谓的点到点的连接。然而，所介绍的措施原则上也可以在一个处理单元与多个位置测量装置相连的所谓总线拓扑中使用。作为总线拓扑，在要求较高的数据传输速率情况下，特别是可以设置一种线形总线拓扑，其中各总线用户通过各点到点的联系相互连接。在此方面，在处理单元的方向上在不同的总线用户之间按照斗链原则交换数据。在这方面，斗链原则理解为一个总线用户向各自相邻的总线用户传输数据。
在实践中，这种总线拓扑中实现了不同位置测量装置和处理单元之间显著不同的信号渡越时间。信号渡越时间在此方面归结为连接线路中需要的运行时间以及各位置测量装置中必需的处理时间，传输过程中的数据根据上述传输原则通过位置测量装置馈送。
特别是没有其他附加措施就不能通过所有位置测量装置进行时间确定的-或者更确切地说同时的-测量值测定。然而，为了精确地进一步处理位置数据，确定的或尽可能同时测定测量值或处理位置数据-要求信号是基本的前提条件。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种方法以及一种装置，用于在一个处理单元和多个位置测量装置之间传输数据，这些位置测量装置在线形总线拓扑中相互连接并由此确保始终在确定的时间点测定位置测量装置中的位置数据。
这一目的通过具有权利要求1所述特征的方法得以实现。
依据本发明方法具有优点的实施方式产生于在权利要求1从属的权利要求中实施的措施。
此外，上述目的通过具有权利要求10所述特征的装置得以实现。
依据本发明装置具有优点的实施方式产生于在权利要求10从属的权利要求中实施的措施。
依据本发明的措施即使在总线拓扑中，在所要求的位置数据测定情况下，始终在确定的时间点在位置测量装置中测定或者存储位置数据或位置测量值。因此确保可靠地进一步处理传输到处理单元上的位置数据。
本发明的其他优点以及细节通过附图进行下列说明。其中图1示出依据本发明装置第一实施方式的原理方框图；图2示出依据本发明装置第二实施方式的原理方框图；图3a-3d分别示出对依据本发明的方法举例说明的信号图。
具体实施例方式
图1以图示方式示出依据本发明装置第一实施方式的方框图。所示的方案除了处理单元10外还包括总计三个其他的位置测量装置20，30，40，它们在公知的线形总线拓扑中相互连接。在某种可能的应用中，处理单元10(NC)例如涉及机床数控装置，而位置测量装置20，30，40(编码器1，编码器2，编码器3)以公知的方式构成为增量式或者绝对位置测量系统，它们例如测定不同机器轴上的位置数据传输到处理单元10以进行进一步处理。
关于处理单元10和位置测量装置20，30，40之间数据传输的基本方式这里不进行详细探讨，请参阅上面已经提及的文献DE 100 30 358 A1和DE 100 30357 A1。
在所示的例子中，采用线形总线拓扑形式的总线拓扑按以下方式构成，直接与处理单元10连接的仅是与两个所提到的文献中的配置类似的总计三个位置测量装置的第一个，并通过数据信道51，52交换数据。在此方面，通过第一数据信道51将处理单元10的数据在第一位置测量装置20的方向上传输，通过第二数据信道52将第一位置测量装置20的数据在处理单元10的方向上传输。
与第一位置测量装置20串联或线形连接的是提供的第二位置测量装置30，与其再次串联的是第三位置测量装置40；不言而喻，可以为这种配置补充其他位置测量装置，它们然后同样可以串联的形式与第三位置装置40连接等等。因此，在邻接的总线用户之间分别提供点到点的连接；单独的数据信道51，52可用于每一传输方向。
从线形总线拓扑中又产生处理单元10和位置测量装置20，30之间一定方式的数据传输，即特别是利用第二、第三等位置测量装置20，30。这样，例如从第二位置测量装置30向处理装置10所要传输的数据分别通过第一位置测量装置20馈送。它以公知的方式将数据缓存在第一位置测量装置20的缓存器21内。与此类似，从远离处理单元10的第三位置测量装置40，需要时还有其他位置测量装置向处理单元10进行数据传输。在处理单元10所要传输数据的方向上，各自只向位于处理单元10附近直接相邻的位置测量装置传输。为了能够在处理单元10的方向上进行这种方式的数据传输，每个位置测量装置20，30，40具有相应的缓存器21，31，41。下面，在选择的线形总线拓扑中将这种方式的数据传输称为斗链原则。
为了能够向确定的位置测量装置20，30，40进行确定的数据传输，并确保对由不同的位置测量装置20，30，40接收的数据进行准确的进一步处理，以公知的方式提供不同的位置测量装置20，30，40在线形总线拓扑中的可编址性。这一点通过各自的地址“地址1”，“地址2”，“地址3”表示，它们分配给图1中的不同位置测量装置20，30，40。
因此，通过第一数据信道51以所述的方式从处理单元10在所使用的位置测量装置20，30，40的方向上传输数据；与此类似，通过第二数据信道52，将作为二进制数据字采用连续形式的数据在连续数据流中从各位置测量装置20，30，40在处理单元10的方向上传输。
作为具体的接口物理，在本例子中为数据传输使用所谓的LVDS-接口(低压差分信令)；正如从下面还要介绍的图2中的第二个例子中所看到的那样，各自的接口物理对本发明来说并不重要。在这里也可以使用另外的接口物理或接口硬件。
专门用于所选择的LVDS-接口形式下的接口物理，本例子中是在处理单元侧和位置测量装置侧设置的线路激励器12.1，12.2，22.1-22.4，32.1-32.4，42.1-42.4以及脉冲-/数据-检索-组件13，23.1，33.1，33.2，43.1，43.2，将它们以公知的方式用于LVDS-接口上的数据传输。
此外，无论是在处理单元10侧还是在位置测量装置20，30，40侧，还提供协议组件14，24，34，44，它们根据传输协议处理传输的或所要传输的数据。
在位置测量装置20，30，40内每个还设置-例如构成为EEPROM-存储器25，35，45，其功能随着进一步说明还要详细介绍。同样分配给位置测量装置20，30，40的开关元件27，37，47的功能下面也要详细介绍。
仅作为图示的功能块26，36，46，在位置测量装置20，30，40侧各自表示用于测量值测定所需要的工具，下面称为测量值-测定工具；在此方面，例如涉及各位置测量装置20，30，40产生位置数据所需要的元件，像测量分配器(Messteilung)和扫描单元等等。测量值-测定工具26，36，46在此方面再次可以任意构成，并对本发明并非是重要的；例如在此方面可以产生增量信号或者绝对信号，不言而喻，在这里同样可以使用不同的物理原理以产生测量值。
图2原理示出依据本发明装置的第二方案，其中，处理单元110(NC)再次与线形总线拓扑中的三个位置测量装置120，130，140(编码器1，编码器2，编码器3)连接。与所介绍的第一方案不同之处在于，在该例子中仅构成所使用的接口-硬件或者说接口-物理，即现在使用所谓的以太网-物理进行数据传输。在图2的图例中，专门用于以太网-物理的只是所谓以太网-PHYs形式的通信组件119，129.1，129.2，139.1，139.2，149.1，149.2，它们分别设置在处理单元110侧和位置测量装置120，130，140侧，而确保以公知的方式在两个数据信道510，520上传输数据。
此外设置在处理单元110和位置测量装置120，130，140侧的元件和部件与第一实施例介绍的相应，这里不再详述。功能相同的元件因此在图2中具有与图1相同的参考符号。
下面借助图3a-3d对依据本发明的方法通过实施例进行详细说明，其中，在介绍过程中涉及到相应的装置可参照图1的方案。然而，依据本发明的方法原则上同样依据图2的接口-物理运行。
图3a示出在第一数据道51从处理单元10在不同位置测量装置20，30，40的方向上传输数据的过程。在图3b-3d中，示出由处理单元10传输的数据流到达包括随后运行过程在内的三个位置测量装置20，30，40。
在时间点t0处理单元10开始向其他总线用户或位置测量装置20，30，40传输第一数字数据字DATA1。在本例子中，不同的总线用户之间进行字长10比特的数字数据字DATA1-DATA4交换；不言而喻，原则上也可以具有其他字长。作为传输这种数据字DATA1-DATA4的持续时间dDATA例如假没dDATA＝010。持续时间dDATA还有其他持续时间在进一步介绍的过程中并不表示具体的时间-单位，而是仅用于举例说明。
如从图3b可以看出的那样，第一数据字DATA1在时间点t1上到达位置测量装置20，该装置在依据图1的线形总线-拓扑中具有与处理单元10最短的距离。时间点t0和t1之间要求的持续时间dTK1＝002以数据字DATA1到数据信道51的信号线路上的最终信号渡越时间为依据。该持续时间在下文称为信号渡越时间dTK1。
与此相似，从图3c和3d可以看出，相应的数据字DATA1各自再次延迟信号渡越时间dTK2＝004或dTK3＝6至时间点t2或t3而到达两个距离更远的位置测量装置30，40。在信号渡越时间dTK2，dTK3的情况下，此时不仅可以看出数据信道51相应的连接线路上纯粹的-不可再忽略的-渡越时间，对此还有信号处理时间，它在传输的数据经过线形总线-拓扑中上述各自的位置测量装置10或10，20时产生。
在传输第一数据字DATA1后，在时间点t4开始向位置测量装置20，30，40传输另一数据字DATA2。在从处理单元10向位置测量装置20，30，40传输第二数据字DATA2的过程中，在时间点tRQ位置数据-要求信号RQ出现在处理单元10侧，通过该信号要求对不同位置测量装置20，30，40的实际位置数据尽可能立即进行上级调节。
在时间点tRQ还未结束的数据字DATA2的传输因此正式结束，只有在时间点t5上才开始从处理单元10向位置测量装置20，30，40进行数字10-比特数据字POS_RQ形式的位置数据-要求指令的传输。
在时间点t6上含有位置数据-要求指令的数据字POS_RQ传输结束后，接着进行另一数字数据字dTJ的传输。该数据字含有与在传输第一数据字DATA1期间位置数据-要求信号RQ的相对时间位置相关的时间位置信息或时差。在本例子中，dTJ＝004。关于该传输的信息，这里参阅上面已经提及的DE 100 30 357 A1。
在位置测量装置20，30，40内，不同传输的数据字DATA1，DATA2，POS RQ，dTJ相应于以延迟信号渡越时间dTK1，dTK2，dTK3的方式到达，如从图3b-3d的简图中可看到的那样。
为了此时特别是保证在时间点ts上所有位置测量装置20，30，40内的位置数据-要求信号RQ或相应准备的数据字POS_RQ同时得到处理，可以为或在每个位置测量装置20，30，40内考虑特定延迟-校正值dD1，dD2，dD3。各自的延迟-校正值dD1，dD2，dD3从向不同的位置测量装置或在位置测量装置内的上述信号渡越时间dTK1，dTK2，dTK3和可能出现的信号处理时间中产生，并以与距离最远的位置测量装置40最长的信号渡越时间dTK3为依据。如从图3d中可看出的那样，对该测量位置装置40来说，相应的延迟校正值dD3＝000，即在该位置测量装置40内，可以直接在传输的数据字dTJ后和时差dTJ＝004的时间点ts上测定或存储实际的位置数据。
因此，对于具有相应较短信号渡越时间的另外两个位置测量装置20，30来说，除了时差dTJ外，必须从传输数据字dTJ起各自考虑确定的延迟校正值dD1＝004或dD2＝002。只有这样才能确保在各自相同的时间点ts上同时测定测量值或处理位置数据-要求信号RQ或相应的数据字P0S_RQ。
从图3a-3d中不能看出，在同时测定位置测量装置20，30，40内测量值的时间点ts后，直接开始在处理单元10方向上通过所有位置测量装置传输测定的位置数据。如上面已经介绍的那样，基于斗链原则在处理单元10方向上传输位置数据期间，在不同的位置测量装置20，30，40的缓存器21，31，41内进行缓存。
因此，通过以所介绍的方式考虑取决于渡越时间的延迟-校正值dD1，dD2，dD3，在所有位置测量装置20，30，40中，在处理单元10侧出现位置数据-要求信号RQ和在位置测量装置内处理位置数据-要求信号RQ之间，产生相同的或不变的延迟时间TL＝035。上述在同时测定所有位置测量装置中的位置数据方面的要求因此在线形总线-拓扑中得到满足。
为了能够以所介绍的方式考虑不同的信号渡越时间dTK1，dTK2，dTK3或特定延迟-校正值dD1，dD2，dD3，要求在起始阶段整个系统的本身测量运行之前，求出特定延迟-校正值dD1，dD2，dD3。为此目的，通过对信号渡越时间dTK1，dTK2，dTK3的渡越时间测量得出包括对每个位置测量装置可能产生的信号处理时间在内的要求的渡越时间。在此方面，渡越时间以所谓的反射测量方式进行，即确定一个信号从处理单元10到一个位置测量装置传输和再次返回所需要的渡越时间。有关适用的渡越时间测量的细节，这里请参阅尚未公开的专利申请DE101 62 735.1。
为了能够对每个位置测量装置进行确定的渡越时间测量，在依据本发明的装置内部，提供的每个位置测量装置在第二数据信道52的信号线路上具有对应的开关元件27，37，47。借助该开关元件27，37，47，在各自的渡越时间测量期间，可以在避免各自位置测量装置中的缓存的情况下接通确定的信号线路。
因此，在对第一位置测量装置20进行渡越时间测量情况下，将第一位置测量装置20的从属开关元件27闭合，而其他开关元件27，47保持断开，以便为渡越时间测量或确定信号渡越时间dTK1接通信号线路。如果要为第二位置测量装置30确定信号渡越时间dTK2，那么闭合开关元件27和37，而开关元件47保持断开，以便可以反射测量方式接通渡越时间测量的信号线路等等。
根据按以下方式确定相关位置测量装置20，30，40的信号渡越时间dTK1，dTK2，dTK3来确定相应的延迟-校正值dD1，dD2，dD3，使得对所有位置测量装置20，30，40可以同时处理位置数据-要求信号RQ。在这种情况下，如上所述，根据处理单元10和一个总线用户或位置测量装置20，30，40之间测定的最长的信号渡越时间，来确定相应的延迟-校正值dD1，dD2，dD3。下面举例具体说明确定各自的延迟校正值dD1＝dTK3-dTK1＝004dD2＝dTK3-dTK2＝002dD3＝dTK3-dTK3＝000一般形式下为第n个位置测量装置的延迟校正制值dDn因此得出dDn＝dTKmax-dDTn，式中dDn＝第n个位置测量装置的特定延迟校正值dTKmax＝到总线拓扑中一个位置测量装置的最大信号渡越时间dTKn＝第n个位置测量装置的信号渡越时间在时间点tRQ上出现位置-要求信号RQ和处理该指令的时间点ts之间这样产生的延迟时间TL由传输确定的最小数量数字数据字，即数据字DATA2，POS_Q，dRJ所需要的持续时间与延迟校正值dD1，dD2，dD3相加构成。
得出的特定延迟校正值dD1，dD2，dD3在对所有位置测量装置20，30，40进行渡越时间测量后存储在各自位置测量装置20，30，40的存储器25，35，45内，并在那里以所述方式可供本身的测量运行使用。在一种可能的实施方式中，这种存储器25，35，45构成为EEPROM。
为了能够以所述方式这样考虑特定延迟校正值dD1，dD2，dD3，依据本发明的装置或相应的位置测量装置因此包括各自适当的校正工具。校正工具通常包括各自的存储器25，35，45，里面存储延迟校正值dD1，dD2，dD3。
在本发明的框架内，除了所述的实施例外，不言而喻还有可选择的方案。
权利要求
1.一种方法，用于在一个处理单元(10，110)与线形总线拓扑中相互连接的多个位置测量装置(20，30，40；120，130，140)之间传输数据，其中，为同时处理位置测量装置(20，30，40；120，130，140)内的位置数据-要求信号(RQ)，分别为每个位置测量装置(20，30，40；120，130，140)考虑一个特定延迟校正值(dD1，dD2，dD3)，使得从位置数据-要求信号(RQ)在处理单元(10；110)侧出现起，直到同时处理所有位置测量装置(20，30，40；120，130，140)内的位置数据-要求信号(RQ)产生各自相同的延迟时间(TL)。
2.按权利要求1所述的方法，其中，根据处理单元(10；110)和相关的位置测量装置(20，30，40；120，130，140)之间信号渡越时间(dTK1，dTK2，dTK3)为相关的位置测量装置(20，30，40；120，130，140)选择特定延迟校正值(dD1，dD2，dD3)。
3.按权利要求2所述的方法，其中，在起始阶段内的测量运行前求出每个位置测量装置(20，30，40；120，130，140)的特定延迟校正值(dD1，dD2，dD3)。
4.按权利要求3所述的方法，其中，将各自得出的延迟校正值(dD1，dD2，dD3)存储在分配给各自位置测量装置(20，30，40；120，130，140)的存储器(25，35，45；125，135，145)内。
5.按权利要求2所述的方法，其中，根据所有得出的信号渡越时间(dTK1，dTK2，dTK3)按以下方式确定各自的延迟校正值(dD1，dD2，dD3)，使得所有位置测量装置(20，30，40；120，130，140)可以同时处理位置数据-要求信号(RQ)。
6.按权利要求1所述的方法，其中，延迟时间(TL)由传输确定的最小数量数字数据字(DATA2，POS_Q，DTj)的持续时间与延迟校正值(dD1，dD2，dD3)所属的持续时间相加构成。
7.按权利要求1所述的方法，其中，在线形总线拓扑中从位置测量装置(20，30，40；120，130，140)向处理单元(10；110)传输数据按斗链原则进行。
8.按权利要求1所述的方法，其中，在处理位置测量装置(20，30，40；120，130，140)中的位置数据-要求信号(RQ)后直接在处理单元(10，110)的方向上传输求出的位置数据。
9.按权利要求7和8所述的方法，其中，在传输位置数据期间，将位置数据在各位置测量装置(20，30，40；120，130，140)的缓存器(21，31，41；121，131，141)内进行缓存。
10.一个装置，用于在一个处理单元(10，110)与在线形总线拓扑中相互连接的多个位置测量装置(20，30，40；120，130，140)之间传输数据，其中，为同时处理位置数据-要求信号(RQ)，位置测量装置(20，30，40；120，130，140)各自包括用于考虑特定延迟校正值(dD1，dD2，dD3)的校正工具，使得从位置数据-要求信号(RQ)在处理单元(10；110)侧出现起，直到同时处理所有位置测量装置(20，30，40；120，130，140)内的位置数据-要求信号(RQ)产生各自相同的延迟时间(TL)。
11.按权利要求10所述的装置，其中，位置测量装置(20，30，40；120，130，140)作为校正工具各自包括存储器(25，35，45；125，135，145)，其中存储特定延迟校正值(dD1，dD2，dD3)。
12.按权利要求10所述的装置，其中，位置测量装置(20，30，40；120，130，140)各自具有缓存器(21，31，41；121，131，141)，其中在按斗链原则向处理单元(10；110)传输位置数据期间进行位置数据的缓存。
13.按权利要求10所述的装置，其中，位置测量装置(20，30，40；120，130，140)各自具有至少一个可操作的开关元件(27，37，47；127，137，147)，通过该元件可中断通过各自位置测量装置(20，30，40；120，130，140)的信号传输。
全文摘要
提供一种方法和一种装置，用于在一个处理单元与在线形总线拓扑中相互连接的多个位置测量系统之间的数据传输。为同时处理位置测量装置中的位置数据－要求信号，分别为每个位置测量装置考虑一个特定延迟校正值，从而从位置数据－要求信号在处理单元侧出现起，直到同时处理所有位置测量装置内的位置数据－要求信号产生各自相同的延迟时间。
文档编号H04L12/28GK1497910SQ0316493
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月30日 优先权日2002年10月1日
发明者E·布拉茨德拉姆, E 布拉茨德拉姆 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司