线性位置测量系统和确定车厢沿着导轨的绝对位置的方法

摘要

本发明涉及一种线性位置测量系统和用于确定车厢沿着导轨(12)的绝对位置的方法。在此响应于第一阈值(SW1)和第二阈值(SW2)而对基于至少一个参考点的模拟信号级数(S)离散地进行扫描。所得的数字值被存储到第一测量值寄存器(MR1)和第二测量值寄存器(MR2)中。将第一和第二测量值寄存器(MR1、MR2)的内容与第一和第二设置测量值寄存器中的各自内容进行比较。如果差值在预定的容差范围之内，则参考点被输出为理想的参考点，否则丢弃。

说明书

技术领域

本发明涉及一种线性位置测量系统，以及涉及一种确定车厢沿 导轨的绝对位置的方法。

背景技术

例如，确定车厢位置的系统与引导系统-即线性引导-联合 使用，包括：第一主体和在所述第一主体上引导且能够相对于第一 主体移动的第二主体，并且在此使确定第二主体相对于第一主体的 位置的工作变得可能。为此，例如，用于确定位置的各个设备的标 尺能够相对于第一主体进行合适地固定，例如，各自的扫描仪能够 相对于第二主体合适地进行固定。

例如，现有技术中已知用于确定绝对位置的线性位置测量系 统，该系统包括：标有测量点的标尺和扫描仪，该扫描仪能够相对 标尺移动，来扫描各个测量点。例如，这些测量点构成一个或多个 可获得的标记来分辨位置。例如，标记能够通过光学或磁性的方式 获得。

在光学扫描的情况下，扫描仪包括一个传感器，该传感器用于 获得测量点的图像，并且提供信号，使其能够确定扫描仪相对于标 尺的位置。在磁性扫描的情况下，扫描仪包括一个磁场传感器，其 用于获得单体永磁体的磁场级数，以这种方式来排列标尺的测量 点。

依靠各自的标尺(光学/磁性)，能够使用这些类型的系统，例如 测量扫描仪相对于原始位置的位置相对变化，或记录扫描仪的绝对 位置。

为了达到这些类型的系统能够测量扫描仪相对于标尺的位置 相对变化的意图，例如，各个标尺能够被设计为增量标尺，因此获 得一系列相同的周期性排列的标记，该标记沿着指定的线或标尺以 相等的距离间隔开。例如为了能够光学扫描这样的增量标尺，扫描 仪能够将各个标记的光学图像投射到光电探测器形式的传感器上。 为了测量扫描仪相对于标尺的位置变化，扫描仪沿着标记的轨道移 动。这里扫描仪的移动引起一个信号周期性地变化，例如，提供关 于在一个预定的时间里扫描仪通过了多少标记的信息。

此外，记录扫描仪沿标记轨道的不同位置的信号能够进行内插 值，从而能够以不准确度小于相邻标记之间距离的程度确定扫描仪 相对于标记的位置。

综上所述，扫描仪的相对位置上的各个变化能够通过扫描增量 标尺的测量点进行确定。为此目的，使用具有相当简单的设计的所 谓的增量位置编码器。它们提供相对高的分辨率。

除了获得导轨和轨道车厢或扫描仪之间的相对移动之外，系统 还能够被设计用于确定扫描仪相对于参考标尺的绝对位置。扫描仪 的各个绝对位置在此能够在沿着导轨的任何位置通过测量扫描仪 相对于特别参考点的相对位置的变化来进行确定。在此必须以特别 可靠的方式对参考点进行扫描，这是因为任何误解都将会导致完全 错误的车厢相对于导轨的位置信息。

为此，参考标尺能够沿预定路线展现一个或多个参考点，每个 参考点指定确实的绝对位置。为了确定位置，前述的扫描仪能够沿 着预定路线移动，从而通过扫描仪光学地或磁性地扫描各个参考 点。

综上所述，这些所谓的绝对编码器总是完全地发送位置相关的 信息，这使得它们很适合确定和控制位置。传统的方法包括读出一 段二进制信息，其中每个二进制数字都需要相应的光学或磁性扫 描。所有的扫描必须相对于彼此而进行校正，从而在任何情况下不 会出现读数错误。随着对扫描准确率的要求变得更迫切，为了这个 目的，计算时间和电力消耗增加了。

在过去，参考点只是使用一个简单的阈值电路进行评估。超过 阈值导致功能被数字化。其优点是能够执行合理的检查。参考信号 在此由半桥产生。在实际执行的情况下，这种半桥能够以永磁体的 北/南极的形式实现。在扫描仪沿着永磁体相对移动期间，对永磁 体的磁场进行扫描可得到一个交替的信号。例如，能够将阈值设置 为期望的交替信号的灵敏性和振幅，或者峰值(峰-峰)之间的距离的 函数。峰值之间的距离在此能够受到磁化作用的宽度影响。峰值的 位置在此独立于测量信号强度。

通过扫描参考点来确定位置的这种方法中的一个问题是参考 脉冲的宽度能够根据信号的振幅而变化。在极高的信号振幅的情况 下，这就会导致一个参考脉冲，该脉冲对于可靠的评估来说太宽了。 通过对比，如果信号振幅太低，则参考脉冲方向可能被错误地完全 忽略。

另一个问题存在于过冲事件之中。实际中，在输入变量，例如 永磁体的磁场突然变化之后，输出变量将不会达到期望值，反而将 会过冲设定值，并且只调整或适应其后的期望值。在参考点通过扫 描磁场级数来获得的情况下，当参考传感器在高度饱和区时，主要 会出现这种现象。结果，能够获得磁场线，该磁场线形成在相反方 向的参考脉冲的近场中。这会使参考点扫描的结果失真。

与通过扫描磁场级数来获得参考点有关的另一个问题是具有 残留磁化作用的机械工具在之后能够对参考轨道施加磁极。由于这 些施加的干扰导致了磁极，该磁极具有比参考轨道的永磁体的宽度 更长的宽度，这就导致低的振幅。此外，峰值之间的距离减小了。 结果，参考点扫描的测量结果作为一个整体大大地失真了。

发明内容

本发明的目的就是提供一种线性位置测量系统，用于确定车厢 沿着导轨的绝对位置，其中这些现有技术的问题能够被解决。

发明目的通过下述特征来实现。

确定车厢沿着导轨的绝对位置的线性位置测量系统包括：沿着 导轨设置的参考标尺和固定到轨道车厢上的扫描仪，所述扫描仪被 设计用于沿着参考标尺扫描参考点，其中所述参考点能够被扫描为 必要的模拟信号级数，该模拟信号级数由连续的第一和第二信号半 波级数构成，该线性位置测量系统还包括至少一个阈值存储装置， 用于存储第一和第二阈值，该阈值能够相对于彼此而变化地校正。 该线性位置测量系统还包括第一比较器，用于将第一信号半波级数 与在第一信号半波技术的分段间隔中的第一阈值进行比较，并且： 将那些比第一阈值小的第一信号半波级数的扫描值输出到第一测 量值寄存器中，用于将那些值存储为第一离散SW1半波字节值， 并且将那些比第一阈值大的第一信号半波级数的扫描值输出到第 一测量值寄存器中，用于将那些值存储为第二离散SW1半波字节 值。该线性位置测量系统还包括第二比较器，用于将第二信号半波 级数的扫描值与第二信号半波技术的分段间隔中的第二阈值进行 比较，并且：将那些比第二阈值小的第二信号半波级数的扫描值输 出到第二测量值寄存器，用来将那些值存储为第一离散SW2半波 字节值，并且将那些比第二阈值大的第二信号半波级数的扫描值输 出到第二测量值寄存器中，用来将那些值存储为第二离散SW2半 波字节值。该线性位置测量系统还包括第一设置测量值寄存器，用 于存储第一信号半波级数的分段间隔中的值的设置测量值，和第二 设置测量值寄存器，用于存储第二信号半波技术的分段间隔中的值 的设置测量值，其中该测量值寄存器和设置测量值寄存器显示相同 的字节长度。该线性位置测量系统还包括至少一个逻辑比较模块， 用于将第一和第二测量值寄存器的内容进行比较，并根据该比较输 出一个差值。该线性位置测量系统还包括一个容差范围比较器，用 于将差值和预定的容差范围进行比较，并且基于这个比较，如果差 值在预定的容差范围内，则获得并输出每个参考点作为理想的参考 点。

一个明显的优点是，这会产生一个冗余的参考点的获得，该冗 余的参考点的获得能够精确地定义参考脉冲侧。这使得能够检查获 得值的可信性。另一个优点在于扫描是一个特别能量有效的过程， 从而这个目的需要的电力能够由至少一个电池或蓄电池提供。作为 传统的线性位置测量系统，这有益地免除了提供电线来提供电力的 需要。测量值寄存器(MR1、MR2)的内容能够是函数f(x)＝参考值 ＞SW1和f(x)＝参考值＜SW2的映射。

参考点优选被设计为单体永磁体，其各自的磁场级数能够通过 扫描仪进行扫描。与其他扫描方法相比，由于磁场扫描特别地不受 干扰所影响，因此这能够进行特别精确的扫描。此外，由于永磁体 与用于扫描点的其他结构相比，具有特别窄的宽度，因此能够以特 别精细的分辨率进行扫描。

参考点优选被设计为光学标记，其能够通过扫描仪进行扫描。 被应用到参考轨道上的标记在此能够通过光学读数头进行扫描。这 种光学扫描与其他扫描方法相比实现起来比较划算。

设置测量值优选基于至少一个错误检测模拟。这阻止了对由于 插入的干扰(例如磁性工具)而引起的信号模式失真的获得。这样就 保证了纯粹的信号扫描。

第一阈值水平和第二阈值水平分别优选地基于至少一个错误 检测模拟。线性位置测量系统能够被设置用于不仅仅存储第一和第 二阈值。例如第一和第二半波级数能够相继跟随正弦波级数。第一 信号半波级数的值在此能够假定为正值，第二信号半波技术的值能 够假定为负值。在这个例子中，第一阈值能够被设置为正水平，第 二阈值能够被设置为负水平。进行全面的特别精细的调谐校正，以 实现高准确度的扫描。

线性位置测量系统优选被设计用来基于180度角倍数的参考 点来指定扫描时间。此处的增量值规定了在0度、180度、360度 等角度时的扫描时间。

线性位置测量系统优选地被设计用于在扫描点角度变化时对 参考点内插值(interpolate)。一个优点在于即使在例如由于车厢加速 而使扫描点角度变化时，可靠的位置确定依然是可能的。例如，所 述角度可以以20度、200度等变化。

上述目的还可以通过确定车厢沿着导轨的绝对位置的方法来 实现，该方法使用沿着导轨设置的参考标尺和固定在轨道车厢上的 扫描仪。扫描仪沿着参考标尺扫描至少一个参考点，其中参考点被 扫描作为必要的模拟信号级数，其包括连续的第一和第二信号半波 级数。该方法包括下面的步骤：

a)存储至少一个第一阈值和一个第二阈值，其中它们的水平能 够相对于彼此而变化地校正，

b)在第一信号半波级数分段间隔中：

通过第一比较器将第一信号半波级数的扫描值与第一阈值相 比较，

将那些比第一阈值小的第一信号半波级数的扫描值输出到第 一测量值寄存器中，并且将那些值存储为第一离散SW1半波字节 值，

将那些比第一阈值大的第一信号半波技术的扫描值输出到第 一测量值寄存器中，并将那些值存储为第二离散SW1半波字节值，

c)在第二信号半波级数的分段间隔中：

通过第二比较器将第二信号半波级数的扫描值与第二阈值相 比较，

将那些比第二阈值小的第二信号半波级数的扫描值输出到第 二测量值寄存器，并将那些值存储为第一离散SW2半波字节值，

将那些比第二阈值大的第二信号半波级数的扫描值输出到第 二测量值寄存器中，并将那些值存储为第二离散SW2半波字节值，

d)将第一信号半波级数的分段间隔中的值的设置测量值和第 二信号半波级数的分段间隔中的值的设置测量值存储到各自的第 一和第二设置测量值寄存器中，其中测量值寄存器和设置测量值寄 存器显示了相同的字节长度，

e)通过逻辑比较模块将第一和第二测量值寄存器的内容与第 一和第二设置测量值寄存器的内容各自进行比较，并根据这个比较 输出差值，并且

f)通过容差范围比较器将差值与预定的容差范围进行比较，并 且基于这个比较，如果该差值在预定的容差范围之内，则获得并输 出每个参考点作为理想的参考点。

根据本发明的方法的一个显著的优点是它产生一个冗余参考 点的获得，其能够精确地定义参考脉冲侧面。这使得能够连续地检 查获得值的可信性。另一个优点在于，能够以一种特别节能的方式 来进行扫描。结果，获得参考点需要的电力能够从至少一个电池或 蓄电池提供。这有益地免除了安装电线来提供电力的需要。

参考点优选地被设计为单体永磁体，其各自的磁场级数通过扫 描仪进行扫描。与其他扫描方法相比，由于磁场扫描特别不易被干 扰所影响，因此这使得能够进行特别准确的扫描。此外，由于永磁 体能够具有与其他用于扫描点的结构相比特别窄的宽度，因此能够 以特别精细的分辨率进行扫描。

参考点优选被设计作为光学标记，其通过扫描仪进行扫描。在 此方法中，实施到参考标尺上的光学可检测标记通过光学读数头进 行扫描。这种扫描与其他扫描方法相比，实施起来特别划算。

本方法优选还包括基于至少一个错误检测模拟产生设置测量 值的步骤。这就阻止了之后使信号模式失真的获得。这样的失真的 信号模式能够来自一个插入的磁性干扰，例如由磁性工具引起的。 这就保证了纯粹的信号扫描。

本方法优选还包括基于错误检测模拟产生至少第一阈值水平 和第二阈值水平的步骤。这能够最后特别精细地调谐的校正，以达 到高准确性的扫描。

扫描时间优选地基于180度角倍数的参考点来指定。结果增量 值规定了在0度、180度、360度等角度时的扫描时间。

参考点优选地在扫描点角度变化时被内插值。结果，即使在例 如由于车厢加速而使扫描点角度变化时，也能够永久地保证可靠的 确定。例如，角度可以以20度、200度等变化。

附图说明

本发明将基于后面的示意性的实施例进行更加详细地解释。所 示为：

图1为线性位置测量系统的详细视图，其描述了一个导轨的放 大的部分；

图2为响应于磁场级数的模拟信号级数，其通过沿着参考标尺 引导的线性位置测量系统中的扫描仪进行扫描。

具体实施方式

图1表示为线性位置测量系统10的详细视图，其描述了线性 位置测量系统10的导轨12的放大的侧面部分。导轨12用于引导 车厢，扫描仪被固定在车厢上(未示出)。增量标尺14和参考标尺 16应用在导轨12的侧面。

增量标尺14由几个相邻设置的永磁体18构成，其以N-S、N-S 等方向交替排列。通过图示，示意性地描述得到合成的磁场级数。

为了能够测量扫描仪相对于增量标尺14在位置上的各个变 化，具有扫描仪的车厢沿着永磁体的轨道移动。扫描仪在此的移动 导致响应于单体永磁体18的磁场级数的测量信号的周期变化。通 过扫描仪移动，这种测量信号的周期变化提供了关于永磁体18的 数量的信息。这轮流给出了车厢关于导轨12行进的距离和时间的 指示。

同样被固定到导轨12的参考标尺16包括单体参考点20，该 参考点以相对于参考标尺16能够确定扫描仪的绝对位置的方式进 行设置。通过测量扫描仪相对于特定(即编码)的参考点20的相对位 置的变化，扫描仪的各个绝对位置在此能够在沿着导轨12的任何 位置被确定出来。参考点20在此必须以一种特别可靠的方式进行 扫描，这是由于任何的错误的解释都将导致完全错误的关于车厢相 对于导轨12的位置信息。

图2所示为响应于参考点的磁场级数的模拟信号级数S，所述 参考点通过沿着参考标尺(未示出)引导的扫描仪进行扫描。根据本 发明，第一阈值SW1和第二阈值SW2被设置并存储。

在信号级数S的正半波值的时间范围(t＝0到T1)中，其被称为 第一信号半波级数S1，那些比第一阈值SW1小的模拟信号级数S 的扫描值被存储为第一离散SW1半波字节值。在图中显示的例子 中，这个值假定为二进制值“0”。这个二进制值“0”被存储在第一测 量值寄存器MR1中。

在信号级数S(第一信号半波级数S1)的正半波值的时间范围 (t＝0到T1)中，那些比第一阈值SW1大的模拟信号级数S的扫描值 被存储为第二离散SW1半波字节值。在图中所示的例子中，这个 值假定为二进制值“1”。这个二进制值“1”也被存储在第一测量值寄 存器MR1中。因此，字节序列(内容)01100xxx被存储在测量值寄 存器MR1中。

此外，在模拟信号级数S的负半波值的时间范围(t＝T1到T2) 中，其被称为第二信号半波级数S2，那些比第二阈值SW2大的模 拟信号级数S的扫描值被存储为第一离散SW2半波字节值。在图 中所示的例子中，这个值假定为二进制值“0”。这个二进制值“0”被 存储在第二测量值寄存器MR2中。

在模拟信号级数S(第二信号半波级数S2)的负半波值的时间范 围(t＝T1到T2)中，那些比第二阈值SW2小的模拟信号级数S的扫 描值被存储为第二离散SW2半波字节值。在图中所示的例子中， 这个值假定为二进制值“1”。这个二进制值“1”被存储在第二测量值 寄存器MR2中。因此，字节序列(内容)xxxx0110被存储在测量值 寄存器MR2中。

线性位置测量系统还引入了第一设置测量值寄存器和第二设 置测量值寄存器(未示出)，其每个存储正半波值(第一信号半波级数 S 1)的时间范围中的值的设置测量值，以及负半波值(第二信号半波 级数S2)的时间范围中的值的设置测量值。这些设置测量值基于模 拟。测量值寄存器MR1、MR2和设置测量值寄存器每个都能够显 示相同的字节长度。

逻辑比较模块，例如比较器，将第一和第二测量值寄存器MR1、 MR2的各自内容与第一和第二设置测量值寄存器的内容进行比较。 例如，第一设置测量值寄存器存储字节序列01100xxx，并且第二设 置测量值寄存器存储字节序列xxxx0110。在这个例子中，作为将第 一设置测量值寄存器的存储内容与存储在第一测量值寄存器MR1 的内容相比较的结果，逻辑比较模块输出一个信号来显示内容间的 相互关系(可信性)。此外，作为将第二设置测量值寄存器存储的内 容与存储在第二测量值寄存器MR2中的内容进行比较，逻辑比较 模块输出一个信号来显示内容间的相互关系。

基于这个比较(完全的相互关系)，线性位置测量系统因此获得 参考模式的参考点作为一个理想的参考点。线性位置测量系统能够 被设计用于获得参考模式的参考点作为理想的参考点，即使比较产 生了不完全的相互关系，但是第一和/或第二设置测量值寄存器存 储的内容和存储在第一和/或第二测量值寄存器MR1、MR2的内容 之间的差别在预定的容差范围之内。

然而，如果这个差别在预定的容差范围外，线性位置测量系统 设计成用于丢弃所获得的信号级数。换句话说，线性位置测量系统 设置成不考虑这个信号级数作为参考点。结果，阻止线性位置测量 系统错误地获得例如由于过冲或剩余的磁性而产生的信号级数作 为参考点。这明显增加了参考点获得的整体可靠性。通过与现有技 术比较，减少的扫描率还明显减少了扫描仪的电力消耗。这有益地 使扫描仪从所附的电池或蓄电池获得电力。