JP2012118064A - インクリメンタル位置測定機構の位置信号を監視するための監視ユニットおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクリメンタル位置測定機構の位置信号を監視するための監視ユニットおよび方法を提供する。
【解決手段】監視ユニット２００において、走査ユニット１６によるインクリメンタル目盛格子トラック１４の走査から得られ、互いに位相がずれている少なくとも２つの位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０が入力される。監視ユニット２００は、様々な位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０から、位置に応じた少なくとも２つの状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４を生成することができる信号結合ユニット２１０と、状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４が送信される評価ユニット２２０からなり、評価ユニット２２０では状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４の比較によって無効の状態を確定することができ、無効の状態が確定された場合にエラー信号Ｆを生成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクリメンタル位置測定機構の位置信号を監視するための監視ユニットおよび方法に関する。そのような監視ユニットまたはそのような方法は、既に位置測定機構で位置信号のエラーを認識できるようにする。

インクリメンタル位置測定機構は、特に工作機械およびオートメーション技術で普及している。インクリメンタル位置測定機構は、相対移動可能な２つの物体の相対位置を特定する働きをする。ここで、基本的に、長さ測定デバイスと角度測定デバイスに分けられる。長さ測定デバイスは、例えば工具機械の相対移動可能な２つの機械部品の相対位置を特定する働きをする。この目的で、例えばインクリメンタル目盛格子トラックを有するスケールの形態での実量器（Ｍａｓｓｖｅｒｋｏｅｒｐｅｒｕｎｇ）が２つの物体の一方に接続され、走査ユニットが他方に接続され、それにより、インクリメンタル目盛格子トラックの走査によって、位置に応じた走査信号が獲得され、それらの走査信号を用いて、インクリメンタル目盛格子トラックに沿った２つの物体の互いに対する移動の量を特定することができる。

ロータリエンコーダという名称でも知られている角度測定デバイスも、同じ原理に従って構成される。スケールの代わりに、ここでは実量器として円板が用いられ、その円周にインクリメンタル目盛格子トラックが設けられる。円板は、測定対象のシャフトと一緒に回転するように接続され、一方、これに対して走査ユニットは固定して取り付けられている。

ここで、位置信号の生成は、様々な物理的な走査原理、例えば光学走査、磁気走査、誘導走査、または容量走査に基づくことがある。

走査ユニットによって周期的なインクリメンタル目盛格子トラックを走査するとき、出力側で、互いに位相がずれた少なくとも２つの周期的なアナログ位置信号が生じ、これらの位置信号が、インクリメンタル目盛格子トラックと走査ユニットの相対位置を特定するために評価される。インクリメンタル目盛格子トラックおよび走査ユニットは、好ましくは、進行速度が一定の場合に位置信号がほぼ正弦波形状であるように構成される。評価は、一方では、インクリメンタル目盛格子トラックの目盛格子周期の計数によって、他方では、目盛格子周期内の周期的な位置信号のさらなる細分によって行われる。

１つまたは複数の位置信号の特性が例えば老化の影響によって変化するとき、位置信号の評価が正しくなくなる可能性があることが特に問題である。これは特に、位置信号の信号振幅がより小さくなるとき、またはオフセットが生じるときに起こることがある。位置測定機構に不具合があるかどうか、または実際に走査ユニットとインクリメンタル目盛格子トラックの相対運動があるか否かを確定することは、評価ユニットでは難しいことが多く、不可能なことさえある。

ドイツ特許出願公開第１０２００４３６号明細書 ドイツ特許出願公開第１０１０４３７３号明細書

したがって、本発明の課題は、インクリメンタル位置測定機構で位置信号のエラーが認識される構成を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の監視ユニットによって解決される。監視ユニットの有利な詳細は、請求項１の従属請求項から明らかである。

ここで、インクリメンタル位置測定機構の位置信号を監視するための監視ユニットであって、入力側で少なくとも２つの位置信号が入力され、位置信号が、走査ユニットによるインクリメンタル目盛格子トラックの走査から得られ、互いに位相がずれている監視ユニットが提案される。監視ユニットは、信号結合ユニットを含み、信号結合ユニットによって、様々な位置信号から、位置に応じた少なくとも２つの状態データワードを生成することができ、さらに、評価ユニットを含み、評価ユニットに状態データワードが送信され、そこで、状態データワードの比較によって無効の状態を確定することができ、無効の状態が確定された場合にエラー信号を生成することができる。

さらに、本発明の課題は、インクリメンタル位置測定機構で位置信号のエラーが認識される方法を提供することである。

この課題は、請求項１０に記載の方法によって解決される。この方法の有利な詳細は、請求項１０の従属請求項から明らかである。

監視ユニットによってインクリメンタル位置測定機構の位置信号を監視する方法であって、監視ユニットに入力側で少なくとも２つの位置信号が送信され、位置信号が、走査ユニットによるインクリメンタル目盛格子トラックの走査から得られ、互いに位相がずれており、本方法が、
・ 信号結合ユニットで、様々な位置信号から、位置に応じた少なくとも２つの状態データワードを生成するステップと、
・ 評価ユニットで、比較によって状態データワードの無効の状態を確定するステップと、
・ 評価ユニットで無効の状態が確定された場合にエラー信号を生成するステップと
を含む方法が提案される。

本発明のさらなる利点および詳細は、図面に基づく以下の説明から明らかになる。

本発明による監視ユニットを備える位置測定機構の第１の例示的実施形態のブロック図である。 本発明による監視ユニットを備える位置測定機構の第２の例示的実施形態のブロック図である。 本発明による監視ユニットを備える位置測定機構の第３の例示的実施形態のブロック図である。

図１は、本発明による監視ユニット２００を備える位置測定機構１０のブロック図である。目盛格子支持体１２にインクリメンタル目盛格子トラック１４があり、インクリメンタル目盛格子トラック１４が走査ユニット１６によって走査される。位置測定機構１０が直線運動を測定するデバイスであるか回転運動を測定するデバイスであるかに応じて、目盛格子支持体１２は、スケールとして、または円板として構成される。第１の場合には、例えばスケールが第１の機械部品に取り付けられ、走査ユニット１６が第２の機械部品に取り付けられる。第２の場合には、通常、円板がシャフトと共に回転するように接続され、これに対して走査ユニット１６は静止しているように配置される。第１の機械部品がインクリメンタル目盛格子トラック１４の方向で第２の機械部品に対して相対運動するとき、またはシャフトが回転するとき、走査ユニット１６で位置信号が生じ、その評価が、相対位置変化に関する情報を与える。通常、（例えば基準マークを通過することにより）基準位置を特定するための手段も提供される。基準位置の特定後、基準位置に対して、インクリメンタル目盛格子トラック１４に向かい合う走査ユニット１６の絶対位置を特定することが可能である。

インクリメンタル目盛格子トラック１４と走査ユニット１６の相対運動が一定の速度で行われる場合、位置信号は、好ましくはほぼ正弦波形状であり、インクリメンタル目盛格子トラック１４の目盛格子周期に対応する周期を有する。互いに９０°位相がずれた２つの位置信号を走査ユニットが生成する位置測定機構が知られている。同様に、１２０°位相がずれた３つの位置信号を処理する位置測定機構もある。しかし、互いに９０°ずつ位相がずれた４つの位置信号を走査ユニットで生成することが特に有利であると分かっている。これは、特に、１８０°位相がずれた２つの信号対の差分処理により、高い信号振幅および外乱を受けにくい信号が実現されるからである。そのようなシステムが図１に示される。この例示的実施形態では、走査ユニット１６は、インクリメンタル目盛格子トラック１４を走査するための検出器ユニット１５を含む。ここで、検出器ユニット１５は、９０°ずつ位相がずれた４つの走査信号を生成する。これらは、増幅ユニット１７によって増幅され、その後、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、およびＰ２７０として出力される。それらの位相位置に対応して、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、およびＰ２７０を、０°位置信号Ｐ０、９０°位置信号Ｐ９０、１８０°位置信号Ｐ１８０、および２７０°位置信号Ｐ２７０と呼ぶ。

走査の基礎となる物理的な原理は、本発明に関しては重要でない。したがって、例えば光学走査、磁気走査、誘導走査、あるいはまた容量走査でよい。

位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０は信号処理ユニット１８に送信され、信号処理ユニット１８は、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０から計数信号を生成し、それらの計数信号を用いて、走査ユニット１６に対する目盛格子支持体またはインクリメンタル目盛格子トラック１４の相対運動により生じる位置信号の変化を、符号すなわち運動方向に応じて計数することができる。この例示的実施形態では、信号処理ユニット１８は比較器１９を２つだけ含み、比較器１９にそれぞれ、１８０°位相をずらされた２つの位置信号Ｐ０、Ｐ１８０またはＰ９０、Ｐ２７０が送信される。したがって、主カウンタユニット２０用の計数信号として、９０°位相がずれた２つの矩形波信号が比較器１９の出力で生じ、それらの矩形波信号は、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０の信号周期の運動方向に応じた計数を可能にする。

この点で、実際には信号処理ユニット１８をかなり複雑に構成することができることに留意されたい。特に、信号処理ユニット１８は、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０のオフセット誤差、振幅誤差、および位相誤差を修正するための修正ユニットを含むことができる。

計数信号は主カウンタユニット２０に転送される。このようにして、主カウンタユニット２０の出力で絶対位置値が生じ、その基本分解能は通常、インクリメンタル目盛格子トラック１４の目盛格子周期である。

９０°位相がずれた２つの計数信号は、１つの目盛格子周期中に４つの状態組合せを経る。これらの状態組合せは、正弦波振動の４つの象限（０°〜９０°；９０°〜１８０°；１８０°〜２７０°；２７０°〜３６０°）に割り当てられ、したがって象限計数値とみなすこともできる。主カウンタユニット２０は、これらを最下位ビット（ＬＳＢ）として一緒に出力することができ、したがって分解能を信号周期の４分の１に簡単に高めることができる。

次いで、主カウンタユニット２０の出力がインターフェースユニット２２に送信され、インターフェースユニット２２は、例えば直列インターフェース接続によって後続電子回路１００と接続される。ここで、後続電子回路１００は、この直列インターフェースを介して、位置測定機構１０に位置値（主カウンタユニット２０のカウンタ状態）および場合によってはさらなる情報を要求することができる。

全信号周期または信号周期の４分の１の分解能によって比較的粗い位置値を表すカウンタ値の生成の他に、さらに位置測定機構１０において、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０の補間によって高分解能の精密位置値を生成して同様にインターフェースユニット２２に送信する手段（図示せず）も提供することができる。

上述したように、インクリメンタル目盛格子トラックの評価に基づく位置測定機構１０では、計数のための基準点を定める手段が提供される。これは、単純な場合には、インクリメンタル目盛格子トラック１４に加えていわゆる基準マークを目盛格子支持体１２に提供することによって行うことができ、基準マークは同様に走査ユニット１６によって検知することができる。基準マークの検知の他に、主カウンタユニット２０をリセットするか、または規定のスタート値に設定することができる。そのような手段は当業者には従来より知られており、ここではさらには詳述しない。

本発明によれば、位置測定機構１０での位置信号がさらに監視ユニット２００に送信され、監視ユニット２００は、位置信号の正確さを、状態組合せ、および位置に応じた状態組合せの順序に基づいて監視する。これについて、簡単な例は、互いに９０°位相がずれており、位置信号のピーク間値の５０％である基準値の上下で位置に応じて変動するほぼ正弦波形状の２つの位置信号に基づくものである。基準値よりも上の値を論理ハイレベルに、基準値よりも下の値を論理ローレベルに割り当てる場合、２つの位置値に関して４つの論理状態組合せが生じ、これらは、目盛格子支持体に対する走査ユニットの相対運動中に必ず相互に連続しなければならない。それに反して状態組合せが飛び越える場合、走査の誤動作が起因していることがある。

監視機構２００において、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０は信号結合ユニット２１０に送信され、信号結合ユニット２１０は、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０または位置信号グループから状態データワードを生成する。本発明は、走査ユニット１６とインクリメンタル目盛格子トラック１４の相対運動中にこれらの状態データワードがそれらの状態、すなわちそれらのデジタル値を予測可能に変えるという認識に基づく。ここで、状態データワードの生成のために様々な位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０または位置信号グループが参照されるとき、評価ユニット２２０でこれらの状態データワードを比較したときに実際の状態と期待される状態との差がある場合に位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０のエラーを認識することができる。

すなわち、例えば、（既に上述したように位置信号の最大値と最小値との間にある基準値との信号比較によって）４つの位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０からそれぞれ１つずつ状態データワードが生成される場合、状態データワードの相互比較により、エラーのある位置信号が見出されることがある。同様に、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０の対から状態データワードを生成することもでき、例えば、０°位置信号Ｐ０と９０°位置信号Ｐ９０の比較によって第１の状態データワードを、１８０°の位置信号Ｐ１８０と２７０°の位置信号Ｐ２７０の比較によって第２の状態データワードを生成することができる。

図１に示される特に有利な実施形態では、４つの状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４を生成するために、それぞれ、４つの位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０のうちの３つが参照され、これらが状態計数ユニット２３０、２４０、２５０、２６０に送信される。位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０が周期的であることにより、３つの選択される位置信号は常に、中心の位置信号と、それに対して９０°先行する位置信号および９０°後続する位置信号とを有する。

第１の状態計数ユニット２３０には、０°位置信号Ｐ０、１８０°位置信号Ｐ１８０、および２７０°位置信号Ｐ２７０が送信される。この場合、２７０°位置信号Ｐ２７０が中心位置信号であり、１８０°位置信号Ｐ１８０が後続する信号であり、０°位置信号Ｐ０が先行する信号である。第１の比較器２３１が、０°位置信号Ｐ０を２７０°位置信号Ｐ２７０と比較し、第２の比較器２３２が、１８０°位置信号Ｐ１８０を２７０°位置信号Ｐ２７０と比較する。したがって、比較器２３１、２３２の出力には、信号処理ユニット１８の比較器１９の出力と同様に、互いに９０°位相がずれた２つの計数信号が生じ、これらがカウンタ２３３に送信され、使用された位置信号Ｐ０、Ｐ１８０、Ｐ２７０の信号周期の符号または運動方向に応じた計数が行われる。

第１の状態計数ユニット２３０と同様に、第２の状態計数ユニット２４０では、第１の比較器２４１が、（中心の）０°位置信号Ｐ０を（後続する）２７０°位置信号Ｐ２７０と比較し、第２の比較器２４２が、（中心の）０°位置信号Ｐ０を（先行する）９０°位置信号Ｐ２７０と比較し、カウンタ２４３が信号周期を計数する。

第３の状態計数ユニット２５０では、第１の比較器２５１が、（中心の）９０°位置信号Ｐ９０を（先行する）１８０°位置信号Ｐ１８０と比較し、第２の比較器２５２が、（中心の）９０°位置信号Ｐ９０を（後続する）０°位置信号Ｐ０と比較し、カウンタ２５３が信号周期を計数する。

最後に、第４の状態計数ユニット２６０では、第１の比較器２６１が、（後続する）９０°位置信号Ｐ９０を（中心の）１８０°位置信号Ｐ１８０と比較し、第２の比較器２６２が、（先行する）２７０°位置信号Ｐ２７０を（中心の）１８０°位置信号Ｐ１８０と比較し、カウンタ２６３が、信号周期を計数するために提供される。

まとめると、各状態計数ユニット２３０、２４０、２５０、２６０において、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０のうちの１つは考慮されないままである。すなわち、ある位置信号の異常により、３つのカウンタが期待値からずれ（例えば停止し）、その位置信号を考慮しないカウンタは引き続き期待値を出力する。

カウンタ２３３、２４３、２５３、２６３の導入は、実際の状態変化、すなわち目盛格子周期内での位置変化だけでなく、位置に応じた状態変化の推移も検知されるという特別な利点を有する。特に、インクリメンタル目盛格子トラック１４に対する走査ユニット１６の高い進行速度より状態変化が非常に速い場合、ここで、評価ユニット２２０で無効の状態を確定するために許容範囲が定められ、その許容範囲内では、状態計数ユニット２３０、２４０、２５０、２６０のカウンタ値が互いにずれてよい。

図１での各状態計数ユニット２３０、２４０、２５０、２６０は、２つの比較器２３１、２３２、２４１、２４２、２５１、２５２、２６１、２６２を含む。しかし、比較器２３１と２４１、２３２と２６２、２４２と２５２、２５１と２６１はそれぞれ同じ位置信号を処理するので、比較器の出力がそれぞれ２つのカウンタに送信されるようにすれば、信号結合ユニット２１０における比較器の数を半分にすることができる。すなわち、例えば比較器２３１の出力が、第１の状態計数ユニット２３０にある第１のカウンタ２３３だけでなく、第２の状態計数ユニット２４０にある第２のカウンタ２４３にも送信されるとき、比較器２４１をなくすことができる。この場合、比較器２３１を第１の状態計数ユニット２３０にも第２の状態計数ユニット２４０にも割り当てることができる。

カウンタ２３３、２４３、２５３、２６３の出力は、状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４を生成する。このとき、状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４のビット数は、主カウンタユニット２０のビット数に対応することがあり、したがって位置測定デバイスの全測定範囲を含む。これは、この場合には主カウンタユニット２０がカウンタ値の他に冗長カウンタ値を利用可能にし、場合によってはインターフェースユニット２２を介して一緒に出力することができるという特別な利点を有する。しかし実際には、大抵の場合、数ビット、例えば３ビットのみを提供し、カウンタをいわゆる循環カウンタとして構成すれば十分である。循環カウンタは、最高のカウンタ状態に達した後に再びゼロから始まり、または最低のカウンタ状態を下回ったときに最大値に飛ぶ。最小の状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４は１ビットのみを含む。比較器２３１、２３２のデジタル出力信号は既に上述したように象限計数値であるので、これらでカウンタ値を補うことができる。単純化された実施形態では、カウンタ２３３、２４３、２５３、２６３をなくすことができ、単に象限計数値を状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４として評価ユニット２２０に転送することができる。

評価ユニット２２０は、状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４を比較し、無効の状態が生じたときにはエラー信号Ｆを生成する。このエラー信号Ｆは、例えばインターフェースユニット２２に送信することができ、インターフェースユニット２２から後続電子回路１００に転送することができる。無効の状態は、一方では、状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４を互いに比較する（許容される公差を超えてカウンタ値が互いに離れる）ことによって、他方では、状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４の値変化の妥当性を検査する（カウンタ値は各場合に１カウントの変化しか許されない）ことによって認識することができる。

本発明は、実際の位置測定値を生成する主カウンタユニット２０のカウンタ値が完全に、または部分的に（例えばいくつかの下位ビット）、評価ユニット２２０に送信され、これが同様に状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４と比較されるときに、さらに改良することができる。このようにすると、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０が監視されるだけでなく、主カウンタユニット２０のカウンタ値との相互比較によって、信号処理ユニット１８および主カウンタユニット２０を介する位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０の信号経路も監視される。

図２は、本発明による監視ユニット２００を備える位置測定機構の第２の例示的実施形態のブロック図である。前述の例示的実施形態とは異なり、この位置測定機構は、出力信号としてカウンタ値の形態でのデジタル位置値を生成せず、アナログ位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０を差動増幅器３０、３１によって増幅して、さらなる処理のために後続電子回路１００に出力する。

しかしながら、状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４を生成するための信号経路と差動増幅器３０、３１の出力信号との相互比較を可能にするために、監視ユニット２００は、図１の例示的実施形態からの比較器１９および主カウンタユニット２０と同様に、さらに、デジタルカウンタ値を生成するための２つの比較器２７０と補助カウンタユニット２７１を含む。ここでは、位置測定機構の全測定領域を検知する必要はないので、補助カウンタユニット２７１は数ビットに制限することができる。また、ここでは、比較器２７０の出力信号を、評価ユニット２２０における状態データワードＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４との比較のための象限計数値として参照することができる。

これらの差動増幅器３０、３１も、信号処理の非常に単純化された変形形態にすぎない。実際には、差動増幅器３０、３１の代わりに、かなり複雑な回路を設けることができ、そのような回路は、純粋な増幅機能の他に、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０のさらなる処理を行い、例えばオフセット誤差および／または位相誤差の修正、または位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０に対する出力信号の合成周波数逓倍を行う。

あるいは、差動増幅器３０、３１は、アナログ出力信号ではなく象限計数値を生成して、いわゆる直交信号としてさらなる評価のために後続電子回路１００に直接出力することもできる。

この例示的実施形態では、デジタル情報を伝送するためのインタフェースユニットが提供されないので、エラー信号Ｆは、個別のラインを介して後続電子回路１００に出力することができる。個別のラインが望ましくない場合、出力信号ラインを介して間接的にエラーの信号伝達を行うこともできる。したがって、図２の例示的実施形態では、差動増幅器３０、３１の出力信号がスイッチ素子３２、３３を介して導かれる。ここで、エラー信号Ｆの発生によりスイッチ素子３２、３３が開き、したがって後続電子回路１００にエラー事象が信号伝達される。あるいは、エラー事象の信号伝達のために、差動増幅器３０、３１の出力信号間での短絡を生じることもできる。

本発明による監視ユニット２００の第３の例示的実施形態のブロック図が図３に示される。前述の例示的実施形態に関連して既に述べた構成要素は、図１および図２と同じ参照符号を付されている。

ここで、前述の例示的実施形態と比較した本質的な相違は、この例では、評価ユニット２２０が第１の評価ユニット２２０．１と第２の評価２２０．２に分割されており、第１の評価ユニット２２０．１が位置測定デバイス１０にあり、第２の評価ユニット２２０．２が後続電子回路１００にあることである。したがって、この例示的実施形態では、監視ユニット２００は位置測定機構１０と後続電子回路１００に拡がっている。

ここで、第１の状態データワードＺ１および第３の状態データワードＺ３が第１の評価ユニット２２０．１に送信される。既に上述したように、第１の状態データワードＺ１を生成するために、０°位置信号Ｐ０、１８０°位置信号Ｐ１８０、および２７０°位置信号Ｐ２７０が参照され、しかし９０°位置信号は参照されない。それに対し、第３の状態データワードＺ３を生成するためには、２７０°位置信号Ｐ２７０は使用されず、その代わりに９０°位置信号Ｐ９０が使用される。２つの状態データワードＺ１とＺ３が互いに逸脱している場合、２つの位置信号Ｐ９０またはＰ２７０の一方の異常を推量することができる。この場合、第１の評価ユニット２２０．１が、第１のエラー信号Ｆ１をインターフェースユニット２２に出力する。

第２の状態データワードＺ２および第４の状態データワードＺ４は、第２の評価ユニット２２０．２で評価される。これらは、そのためにインターフェースユニット２２に送信され、インターフェースユニット２２から後続電子回路１００にあるインターフェースユニット１１０に伝送可能であり、インターフェースユニット１１０は、状態データワードを、評価のために第２の評価ユニット２２０．２に転送する。第２の状態データワードＺ２を生成するために１８０°位置信号を使用せず、第４の状態データワードＺ４を生成するために０°位置信号Ｐ０を使用しないことによって、ここでも、２つの状態データワードＺ２、Ｚ４のずれによって２つの位置信号Ｐ０、１８０のエラーを推量することができ、このエラーが第２のエラー信号Ｆ２によって信号伝達される。

同様に、第１のエラー信号Ｆ１は、第１の例示的実施形態でのエラー信号Ｆと同様にインターフェースユニット２２に送信され、後続電子回路１００に伝送可能である。そこで、第１のエラー信号Ｆ１を個別に評価するか、または図３に示すように第２の評価ユニット２２０．２に送信することができ、第２の評価ユニット２２０．２は、第２のエラー信号Ｆ２を生成するために第１のエラー信号Ｆ１を考慮に入れ、それにより、第２のエラー信号Ｆ２は、一般に位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０の１つの異常またはエラーを信号伝達する合計エラー信号を生成する。

図３に示される、位置測定機構１０にある第１の評価ユニット２２０．１と後続電子回路１００にある第２の評価ユニット２２０．２への評価ユニット２２０の分割は、特に、後続電子回路１００に伝送される状態データワードＺ２、Ｚ４を生成するために状態計数ユニット２４０、２６０を使用するときに非常に有利であり、その計数範囲は、位置測定デバイス１０の測定範囲、すなわち目盛格子支持体上の計数すべき目盛格子区間を含み、場合によっては象限計数値の分だけ広い。この場合、状態データワードＺ２、Ｚ４が既に完全な位置値を表すので、主カウンタユニット２０をなくすことができる。さらに、２つの状態データワードＺ２、Ｚ４の冗長伝送および後続電子回路１００でのそれらの評価により、位置測定デバイス１０にあるインターフェースユニット２２、後続電子回路１００にあるインターフェースユニット１１０、および間に配置されたデータ伝送ラインによって形成されるデータ伝送区間にわたるデータ伝送でのエラーを検出することができる。

それに対し、位置測定機構１０で評価される状態データワードＺ１およびＺ３を生成するためには、例えば８ビット以下の小さな計数範囲を有する状態計数ユニット２３０、２５０が提供されれば十分である。

さらに、図３における位置測定機構１０は、位置信号Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０の増幅値から精密位置値を生成する補間器３００を含み、精密位置値は、目盛格子支持体１２上の２つの目盛格子区間の間の位置を示す。これは、当業者に知られているように、アナログ／デジタル変換およびその後の数学的アルゴリズム（例えばＣＯＲＤＩＣ）の使用によって行うことができる。精密位置値で（状態データワードＺ２、Ｚ４の）位置値を補うことにより、位置測定機構１０の分解能をかなり高めることができる。エラー検出率を高めるために、既に位置測定機構１０において精密位置値で状態データワードＺ２、Ｚ４を補い、第２の評価ユニット２２０．２での評価に関連付けることが有利である。

当然、上述した例示的実施形態は、監視ユニットのいくつかの変形形態を示すにすぎない。本発明による手段はまた、別の位置測定機構に適合するように変形して使用することもできる。本発明による監視ユニットは、高集積度の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に集積するのに特に良く適している。走査ユニット、位置評価、インターフェースユニット、および本発明による監視ユニットを単一のＡＳＩＣに集積することが有利である。

第２の評価ユニット２２０．２に基づいて第３の例示的実施形態に示したように、評価ユニット２２０の一部が後続電子回路１００に配置される場合、この部分を例えばＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）として実施することができる。後続電子回路１００は基本的にはコンピュータであるので、第２の評価ユニット２２０．２をコンピュータプログラムとして実現することもできる。

１０ 位置測定機構
１２ 目盛格子支持体
１４ インクリメンタル目盛格子トラック
１６ 走査ユニット
１８ 信号処理ユニット
１９ 比較器
２０ 主カウンタユニット
２２ インターフェースユニット
３０、３１ 差動増幅器
１００ 後続電子回路
１１０ インターフェースユニット
２００ 監視ユニット
２１０ 信号結合ユニット
２２０ 評価ユニット
２２０．１ 第１の評価ユニット
２２０．２ 第２の評価ユニット
２３０、２４０、２５０、２６０ 状態計数ユニット
２３１、２３２、２４１、２４２、２５１、２５２、２６１、２６２、２７０ 比較器
２３３、２４３、２５３、２６３ カウンタ
２７１ 補助カウンタユニット
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２ エラー信号
Ｐ０ ０°位置信号
Ｐ９０ ９０°位置信号
Ｐ１８０ １８０°位置信号
Ｐ２７０ ２７０°位置信号
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４ 状態データワード

Claims (18)

1. インクリメンタル位置測定機構の位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）を監視するための監視ユニット（２００）であって、
   入力側で少なくとも２つの位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が入力され、前記位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が、走査ユニット（１６）によるインクリメンタル目盛格子トラック（１４）の走査から得られ、互いに位相がずれており、
   ・ 様々な位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）から、位置に応じた少なくとも２つの状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）を生成することができる信号結合ユニット（２１０）と、
   ・ 前記状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）が送信される評価ユニット（２２０）であって、前記状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）の比較によって無効の状態を確定することができ、無効の状態が確定された場合にエラー信号（Ｆ、Ｆ１、Ｆ２）を生成することができる評価ユニット（２２０）と
   を備える監視ユニット（２００）。
2. 前記信号結合ユニット（２１０）に少なくとも２つの状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）が提供され、前記状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）によって、位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）の状態変化を計数することができ、カウンタ値が、状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）として前記評価ユニット（２２０）に送信される請求項１に記載の監視ユニット（２００）。
3. ・ 前記位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が、０°位置信号（Ｐ０）、９０°位置信号（Ｐ９０）、１８０°位置信号（Ｐ１８０）、および２７０°位置信号（Ｐ２７０）を含み、前記位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が、互いに９０°ずつの位相ずれを有し、各状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）に３つの位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が送信され、
   ・ 各状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）が２つの比較器（２３１、２３２、２４１、２４２、２５１、２５２、２６１、２６２）を含み、前記比較器（２３１、２３２、２４１、２４２、２５１、２５２、２６１、２６２）によって、それぞれ、３つの位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）のうち互いに９０°位相がずれた２つから、同様に互いに９０°位相がずれた象限計数値を生成することができる
   請求項１または２に記載の監視ユニット（２００）。
4. 前記象限計数値が、前記評価ユニット（２２０）の状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）として送信される請求項１〜３のいずれか一項に記載の監視ユニット（２００）。
5. 各状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）が１つのカウンタ（２３３、２４３、２５３、２６３）を含み、前記カウンタ（２３３、２４３、２５３、２６３）に前記象限計数値が送信され、前記カウンタ（２３３、２４３、２５３、２６３）が、位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）の信号周期の計数に適しており、前記カウンタ（２３３、２４３、２５３、２６３）のカウンタ値が、状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）として前記評価ユニット（２２０）に送信される請求項３または４に記載の監視ユニット（２００）。
6. 前記監視ユニット（２００）に前記位置測定機構の出力信号が送信され、前記出力信号が前記評価ユニット（２２０）での比較の際に考慮される請求項１〜５のいずれか一項に記載の監視ユニット（２００）。
7. ・ 前記信号結合ユニット（２１０）で４つの状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）を生成することができ、
   ・ 前記評価ユニット（２２０）が、第１の評価ユニット（２２０．１）と第２の評価ユニット（２２０．２）を含み、前記第１の評価ユニット（２２０．１）が位置測定機構（１０）内に配置され、第２の評価ユニット（２２０．２）が後続電子回路（１００）内に配置され、
   ・ 前記第１の評価ユニット（２２０．１）および前記第２の評価ユニット（２２０．２）に、それぞれ、４つの状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）のうちの２つが送信され、
   ・ 前記第１の評価ユニット（２２０．１）で、無効の状態が確定された場合に第１のエラー信号（Ｆ１）を生成することができ、第２の評価ユニット（２２０．２）で、無効の状態が確定された場合に第２のエラー信号（Ｆ２）を生成することができる
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の監視ユニット（２００）。
8. 前記第２の評価ユニット（２２０．２）で比較される２つの状態データワード（Ｚ２、Ｚ４）を、位置測定機構（１０）のインターフェースユニット（２２）および後続電子回路（１００）のインターフェースユニット（１１０）を介して前記第２の評価ユニット（２２０．２）に送信することができる請求項７に記載の監視ユニット（２００）。
9. 前記第２の評価ユニット（２２０．２）に送信される前記状態データワード（Ｚ２、Ｚ４）がカウンタ値であり、その計数範囲が前記位置測定デバイス（１０）の測定範囲を含む請求項７または８に記載の監視ユニット（２００）。
10. 監視ユニット（２００）によってインクリメンタル位置測定機構の位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）を監視する方法であって、
    前記監視ユニット（２０）に入力側で少なくとも２つの位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が送信され、前記位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が、走査ユニット（１６）によるインクリメンタル目盛格子トラック（１４）の走査から得られ、互いに位相がずれており、本方法が、
    ・ 信号結合ユニット（２１０）で、様々な位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）から、位置に応じた少なくとも２つの状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）を生成するステップと、
    ・ 評価ユニット（２２０）で、比較によって前記状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）の無効の状態を確定するステップと、
    ・ 前記評価ユニット（２２０）で無効の状態が確定された場合にエラー信号（Ｆ、Ｆ１、Ｆ２）を生成するステップと
    を含む方法。
11. 前記信号結合ユニット（２１０）に少なくとも２つの状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）が提供され、前記状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）が、前記位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）の状態変化を計数し、前記カウンタ値を状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）として前記評価ユニット（２２０）に出力する請求項１０に記載の方法。
12. ・ 前記位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が、０°位置信号（Ｐ０）、９０°位置信号（Ｐ９０）、１８０°位置信号（Ｐ１８０）、および２７０°位置信号（Ｐ２７０）を含み、前記位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が、互いに９０°ずつの位相ずれを有し、各状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）に３つの位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）が送信され、
    ・ 各状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）が２つの比較器（２３１、２３２、２４１、２４２、２５１、２５２、２６１、２６２）を含み、前記比較器（２３１、２３２、２４１、２４２、２５１、２５２、２６１、２６２）が、それぞれ、３つの位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）のうち互いに９０°位相がずれた２つから、同様に互いに９０°位相がずれた象限計数値を生成する
    請求項１０または１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記比較器（２３１、２３２、２４１、２４２、２５１、２５２、２６１、２６２）が、象限計数値を、状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）として前記評価ユニット（２２０）に送信する請求項１２に記載の方法。
14. 各状態計数ユニット（２３０、２４０、２５０、２６０）が１つのカウンタ（２３３、２４３、２５３、２６３）を含み、前記カウンタ（２３３、２４３、２５３、２６３）に象限計数値が送信され、前記カウンタ（２３３、２４３、２５３、２６３）が、位置信号（Ｐ０、Ｐ９０、Ｐ１８０、Ｐ２７０）の信号周期を計数し、前記カウンタ（２３３、２４３、２５３、２６３）のカウンタ値が、状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）として前記評価ユニット（２２０）に送信される請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記監視ユニット（２００）に前記位置測定機構の出力信号が送信され、前記出力信号が前記評価ユニット（２２０）での比較の際に考慮される請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. ・ 前記信号結合ユニット（２１０）で４つの状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）が生成され、
    ・ 前記評価ユニット（２２０）が、第１の評価ユニット（２２０．１）と第２の評価ユニット（２２０．２）を含み、前記第１の評価ユニット（２２０．１）が前記位置測定機構（１０）内に配置され、前記第２の評価ユニット（２２０．２）が前記後続電子回路（１００）内に配置され、
    ・ 前記第１の評価ユニット（２２０．１）および前記第２の評価ユニット（２２０．２）に、それぞれ、４つの状態データワード（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４）のうちの２つが送信され、
    ・ 前記第１の評価ユニット（２２０．１）で、無効の状態が確定された場合に第１のエラー信号（Ｆ１）が生成され、前記第２の評価ユニット（２２０．２）で、無効の状態が確定された場合に第２のエラー信号（Ｆ２）が生成される
    請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記第２の評価ユニット（２２０．２）で比較される２つの状態データワード（Ｚ２、Ｚ４）が、前記位置測定機構（１０）のインターフェースユニット（２２）および前記後続電子回路（１００）のインターフェースユニット（１１０）を介して前記第２の評価ユニット（２２０．２）に送信される請求項１６に記載の方法。
18. 前記第２の評価ユニット（２２０．２）に送信される前記状態データワード（Ｚ２、Ｚ４）がカウンタ値であり、その計数範囲が前記位置測定デバイス（１０）の測定範囲を含む請求項１６または１７に記載の方法。

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