位置测量设备和用于运行其的方法技术

本发明专利技术涉及位置测量设备，所述位置测量设备被设立用于与位置相关的正弦状的模拟扫描信号（SIN、COS）的信号周期（λ）的变化。与扫描信号（SIN、COS）的频率（f）相关地这样地改变位置测量设备的运行类型：即在正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）的频率高时将具有比在正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）的频率低时更高的输出率和具有更小的字宽的正弦状数字式输出信号（DSINk、DCOSk）引入到位置测量设备的数字变换器（5）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有结构单元的位置测量设备以及用于运行位置测量设备的方法。
技术介绍
为了测量两个机械零件的相对位置，在机械零件中的一个处布置测量分度（Teilung）并且在彼此相向移动的机械零件中的另一个处布置扫描单元（Abtasteinheit）。在位置测量时测量分度被扫描单元扫描并且生成与位置相关的彼此相移的模拟扫描信号。取决于位置测量设备的所计划的使用，一方面要选择物理扫描原理，还要选择尺寸标准装置的分度周期（Teilungsperiode）。在磁性的和在电感的扫描原理情况下，以物理方面为条件地，仅相对大的分度周期是可行的。该扫描原理有允许相对大的安装公差的优势。然而，大的分度周期在利用扫描单元扫描时表明（ergeben）具有对应于该相对大的分度周期的信号周期的模拟扫描信号。它示出：该模拟扫描信号的性能这样地是高的：利用相对简单的器件从该扫描信号中可以产生具有经改变的信号周期（尤其具有减小的信号周期）的合成的模拟扫描信号。比在其他扫描原理情况下，在光学的扫描原理情况下能够实现小得多的分度周期，即小信号周期的模拟扫描信号。但是对于后续电子装置来说该信号周期过小，使得这里也存在需求：变化信号周期，在该情况下是增大信号周期。具有相对于扫描信号减小的或者增大的信号周期的由位置测量设备合成地产生的模拟输出信号可以被提供给其余的后续电子装置用于进一步处理。用于经改变的信号周期的模拟输出信号的合成的产生的解决方案在EP1399715B1、以及EP1606590B1中被找到。我们的专利技术基于EP1399715B1。按照EP1399715B1，两个彼此相移的正弦状的模拟扫描信号的信号周期的变化（这里是减小）借助于结构单元进行，模拟扫描信号作为输入信号被引入到所述结构单元并且所述结构单元被设计用于：从中产生具有相对于输入信号倍增的频率的两个表现位置的数字式位置信号。该位置信号是字符的序列，字符中的每个字符代表对于SIN信号或者COS信号的值。数字模拟变换器后接于该结构单元，所述数字模拟变换器被设计用于：从这些数字式正弦状位置信号中产生具有相对于扫描信号增倍的频率的彼此相移的模拟式正弦状输出信号并且在输出端处供用。
技术实现思路
本专利技术的任务是说明位置测量设备，其中正弦状模拟输出信号的质量被改善。该任务通过具有结构单元的位置测量设备被解决。位置测量设备包括结构单元，以用于改变至少一个与位置相关的正弦状的模拟扫描信号的信号周期。该扫描信号可以通过对码尺（Massstab）的扫描获得或者借助于干涉仪获得。所述结构单元包括转换设备，正弦状模拟扫描信号被引入所述转换设备并且所述转换设备被设计用于：从中产生至少一个具有相对于正弦状模拟扫描信号经改变的信号周期的正弦状的数字式输出信号。另外，结构单元包括数字模拟变换器，所述数字模拟变换器被设计用于：从正弦状数字式输出信号中产生经改变的信号周期的正弦状模拟输出信号。转换设备被设计用于：与正弦状模拟扫描信号的频率相关地这样地改变运行类型：即在正弦状模拟扫描信号的频率高时，将具有比在正弦状模拟扫描信号的频率低时更高的输出率（Ausgangsrate）和具有更小的字宽的正弦状数字式输出信号引入到数字模拟变换器。以有利的方式，转换设备被设计用于：平行地产生多个数字式输出信号，其中，所述多个数字式输出信号具有不同的输出率和不同的字宽。所述多个数字式输出信号被平行地引入到开关单元（Schalteinheit），所述开关单元被设计用于：与正弦状模拟扫描信号的频率相关地将所述数字式输出信号中的一个引入到数字模拟变换器。优选地在运行中将多个相同频率的彼此相移的正弦状模拟扫描信号引入到结构单元，其中，该多个扫描信号由扫描单元的多个探测器产生。如果通过扫描只有唯一的正弦状的周期的扫描信号产生，那么可以借助于合成产生的扫描信号进行该正弦的扫描信号的插值或者作为替代方案利用通过扫描获得的非正弦状的信号。在优选的设计（Ausgestaltung）中，位置测量设备的转换设备包括：-插值单元，彼此相移的正弦状的模拟扫描信号被引入到所述插值单元并且所述插值单元被设计用于：从中产生代表在正弦状的模拟扫描信号的信号周期内的位置的数字式位置信号；-倍增器，所述倍增器被设计用于：从数字式位置信号中产生具有经改变的信号周期的数字式位置信号，和-功能发生器，所述功能发生器被设计用于：从经改变的信号周期的数字式位置信号中产生正弦状的数字式输出信号。另外，本专利技术的任务是说明一种方法，利用所述方法改善正弦状模拟输出信号的质量。该任务通过用于运行位置测量设备的方法来解决。用于运行位置测量设备的方法包括下列方法步骤：-产生至少一个与位置相关的正弦状的模拟扫描信号，尤其通过对增量式的码尺的扫描；-从至少一个模拟扫描信号中构成至少一个正弦状数字式输出信号，其中该输出信号相对于正弦状模拟扫描信号具有经改变的信号周期；-借助于数字模拟变换器从至少一个正弦状数字式输出信号中构成至少一个正弦状模拟输出信号；与正弦状模拟扫描信号的频率相关地，位置测量设备的运行类型被这样地改变：即在正弦状模拟扫描信号的频率高时，将具有比在正弦状模拟扫描信号的频率低时更高的输出率和具有更小的字宽的正弦状数字式输出信号引入到数字模拟变换器。优选地从至少一个模拟扫描信号中平行地构成多个正弦状的数字式输出信号，其中该数字式输出信号相对于正弦状模拟扫描信号具有经改变的信号周期，并且其中，所述多个数字式输出信号具有不同的输出率和不同的字宽。这些多个数字式输出信号被平行地引入开关单元，所述开关单元与正弦状模拟扫描信号的频率相关地将该平行地等待的数字式输出信号中的一个提供给数字模拟变换器。根据本专利技术设计的位置测量设备和根据本专利技术的方法有优势：即使在在信号周期内的模拟扫描信号的频率高时也可以将足够数量的数字值引入数字模拟变换器，在此考虑的是：相反地该数字值的字宽随着频率的增加必须减小，用于保证A/D变换器的最佳的运行方式。本专利技术的其他的细节和优势根据实施例的后续描述结合附图被阐述。附图描述附图中：图1是按照本专利技术的位置测量设备的示意性图示；图2是带有按照图1的结构的细节的框图；图3a是两个彼此以90°相移的正弦状的模拟扫描信号；图3b是数字式位置信号的曲线；图3c是具有相对该位置信号倍增的频率的数字式位置信号的曲线；图3d是按照图1和图2的转换设备的数字式输出信号的曲线；图3e是模拟输出信号，以及图4是来自图2的功能发生器的实施例的构造。具体实施方式本专利技术在下文用示例阐述，在所述示例中信号周期变化是信号周期的变小。信号周期的变小在位置测量设备运行中导致：相对扫描信号，输出信号的频率倍增。在下文利用k表示倍增因子。倍增的频率随之是：k×f，其中k∈N并且f=扫描信号的频率。然而本专利技术不局限于信号周期的减小，以相同方式，所述变化也可以是信号周期的增大。那么因子k可以被选择为：k∈1/N，其中N>1。根据图1，本专利技术的原理根据框图被阐述，其中k=2。位置测量装置包括带有增量式的机械的分度周期λ的测量分度1。通过借助于扫描单元2对周期性测量分度1的扫描，以已知的方式产生彼此相移的正弦状的相同频率f的模拟扫描信号SIN和COS，其中SIN=Asin（2πX/λ）COS=Acos本文档来自技高网...

【技术保护点】
位置测量设备，其具有结构单元（3），以用于改变至少一个与位置相关的正弦状的模拟扫描信号（SIN、COS）的信号周期（λ），包括：‑ 转换设备（4），正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）被引入所述转换设备并且所述转换设备被设计用于：从中产生至少一个具有相对于正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）经改变的信号周期（λ/k）的正弦状的数字式输出信号（DSINk、DCOSk），和‑ 数字模拟变换器（5），所述数字模拟变换器（5）被设计用于：从正弦状数字式输出信号（DSINk、DCOSk）中产生经改变的信号周期（λ/k）的正弦状模拟输出信号（SINk、COSk），其特征在于，转换设备（4）被设计用于：与正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）的频率（f）相关地这样地改变运行类型：即在正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）的频率高时，将具有比在正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）的频率低时更高的输出率和具有更小的字宽的正弦状数字式输出信号（DSINk、DCOSk）引入到数字模拟变换器（5）。

【技术特征摘要】
2015.07.27 EP 15178402.21.位置测量设备，其具有结构单元（3），以用于改变至少一个与位置相关的正弦状的模拟扫描信号（SIN、COS）的信号周期（λ），包括：-转换设备（4），正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）被引入所述转换设备并且所述转换设备被设计用于：从中产生至少一个具有相对于正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）经改变的信号周期（λ/k）的正弦状的数字式输出信号（DSINk、DCOSk），和-数字模拟变换器（5），所述数字模拟变换器（5）被设计用于：从正弦状数字式输出信号（DSINk、DCOSk）中产生经改变的信号周期（λ/k）的正弦状模拟输出信号（SINk、COSk），其特征在于，转换设备（4）被设计用于：与正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）的频率（f）相关地这样地改变运行类型：即在正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）的频率高时，将具有比在正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）的频率低时更高的输出率和具有更小的字宽的正弦状数字式输出信号（DSINk、DCOSk）引入到数字模拟变换器（5）。2.根据权利要求1所述的位置测量设备，其中数字模拟变换器（5）具有线性的量化特性曲线。3.根据前面所述的权利要求中任一项所述的位置测量设备，包括模块（6），以用于求取与至少一个正弦状的模拟扫描信号（SIN、COS）的频率成比例的信号（f），其中该信号（f）被引入到转换设备（4）。4.根据前面所述的权利要求中任一项所述的位置测量设备，其中转换设备（4）被设计用于：平行地产生多个数字式输出信号（DSINk、DCOSk），其中所述多个数字式输出信号（DSINk、DCOSk）具有不同的输出率和不同的字宽。5.根据权利要求4所述的位置测量设备，其中，设置开关单元（8），多个数字式输出信号（DSINk、DCOSk）被平行地引入到所述开关单元并且所述开关单元被设计用于：与正弦状的模拟扫描信号（SIN、COS）的频率相关地将所述数字式输出信号（DSINk、DCOSk）中的一个数字式输出信号引入数字模拟变换器（5）。6.根据前面所述的权利要求中任一项所述的位置测量设备，其中，在运行中多个相同频率（f）的彼此相移的正弦状的模拟扫描信号（SIN、COS）被引入到结构单元（3）。7.根据权利要求6所述的位置测量设备，其中，在运行中两个以90°彼此相移的正弦状模拟扫描信号（SIN、COS）被引入到结构单元（3）。8.根据权利要求6或者7所述的位置测量设备，其中转换设备（4）-包括插值单元（41），彼此相移的正弦状的模拟扫描信号（SIN、COS）被引入到所述插值单元并且所述插值单元被设计用于：从中产生代表在正弦状的模拟扫描信号（SIN、COS）的信号周期（λ）内的位置的数字式位置信号（P），和-包括倍增器...

【专利技术属性】
技术研发人员：C卡巴，A波默，PA图楚，V瓦希洛尤，
申请(专利权)人：约翰内斯·海德汉博士有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE