專利名稱：叉形光柵、借助叉形光柵定位的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及叉形光柵，尤其涉及借助叉形光柵定位的裝置和方法。
背景技術：
為了探知彼此相對運動的部件的位置，在傳統(tǒng)的裝置中，使用帶有一個發(fā)光二極管和兩個光傳感器的叉形光柵。在一個部件上以有規(guī)律的間距附著所謂的標識和窗口，它們與部件的運動一致地經(jīng)過發(fā)光二級管和光傳感器之間。當所謂的標識處于光傳感器之前時，從發(fā)光二級管到光傳感器的光流被中斷。若窗口處于發(fā)光二級管和光傳感器之間，那么光流可以自由地落在光傳感器上。在此，如此地選擇光柵的布置方案或標識及窗口的大小，從而借助電光柵信號既可以確定經(jīng)過的路徑，又可以確定運動方向。前述公知的用于定位的裝置的缺陷在于，這些裝置僅能夠增量地得出位置。為了識別基準位置，例如起始位置或·零位置，還需要其它傳感器。這個傳感器典型地借助其它叉形光柵提供，該叉形光柵在運動主體的整個移動范圍內(nèi)在位置上被單個標識中斷。第二個叉形光柵或者說第二個傳感器和另一個光傳感器以及第二個單獨的標識的使用表明了這種布置方案的所不期望的額外費用。由DE 102 45 170A1公知用于給光學構件定位的裝置和方法。在此設置有兩個探測器，當接收裝置處在一定的鎖止位置上時，它們同時探測不同的編碼機構。在兩個相鄰的鎖止裝置之間的區(qū)域中，僅兩個探測器中的一個探測編碼機構。在這種結(jié)構中，不能以簡單的方式從光信號中確定轉(zhuǎn)動方向。由US 6 586 719B1公知用于確定兩個物體彼此間相對運動的光柵。在此，SE對(發(fā)射器接收器對)交替地布置在兩個運動部件的對置側(cè)上。在此，運動部件具有特殊的幾何發(fā)送特性或反射特性。但這種幾何面的結(jié)構和評估過于復雜。由US 5 648 645A公知電梯速度探測器，其中，標識和窗口被布置到電梯井中的測量帶上。測量帶具有兩個區(qū)域，在這兩個區(qū)域上交替地布置有多個大小和間距遞減的標識和窗口。此外，設置有應當排除誤差的檢驗標記。在此公開的裝置同樣需要多個光學中斷痕跡(標識和窗口)。同樣沒有設置運動方向識別裝置。由EP 2101197A1和EP 617298B1公知簡單的叉形光柵，其僅具有一個傳輸段。由EP O 377097B1公知用于用四個傳感器給轉(zhuǎn)向輪定位的絕對位置探測器，這四個傳感器逐個圍繞編碼盤布置。前面公知的設施和方法遵循不同的目標并且不能簡單地確定基準位置、增量運動和運動方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供裝置和方法，從而能夠以十分簡單的方式確定運動部件的基準位置和增量運動以及運動方向。該技術問題按照本發(fā)明通過權利要求1、3和7的主題解決。按照本發(fā)明的第一個方面，提供具有至少三個光傳感器的叉形光柵。這三個光傳感器沿軸線布置。存在第一光傳感器、第二光傳感器以及第三光傳感器，其中，第二光傳感器布置在第一和第三光傳感器之間。原則上，以這種方式也可以利用叉形光柵通過增量的位置探知來探知基準位置或零位置。三個光傳感器中的第一光傳感器和第二光傳感器之間的間距可以有利地小于三個光傳感器中的第二光傳感器和第三光傳感器之間的間距。由此可以更可靠地探測基準位置或零位置。三個光傳感器和至少一個發(fā)光 構件有利地布置在共同的殼體中。由此能通過修正窗口和標識的長度既探知運動方向、位置，又探知基準位置(零位置或起始位置)。叉形光柵可以具有一個或多個發(fā)光構件，例如一個或多個發(fā)光二極管。所述發(fā)光構件如下設計，即，使它們朝著光傳感器的方向發(fā)射光。發(fā)光構件的一個或若干光束由經(jīng)過的窗口和標識中斷或穿過。依據(jù)本發(fā)明的叉形光柵同樣可以配備有三個發(fā)光構件(例如發(fā)光二級管，LED)和僅一個光電二極管。發(fā)光構件有利地以預先給出的頻率交替地發(fā)光和再次熄滅。基于對發(fā)光構件的操控和光電二極管的相應狀態(tài)的認知，同樣可以得出窗口或標識的相應位置。叉形光柵可以有利地使用在用于探知兩個彼此相對運動的部件的位置或方位的裝置中。在其上布置有三個光傳感器的軸線有利地沿著標識和窗口的運動方向，所述標識和窗口應與部件的相對運動一致地運動，并且應探知它們的位置、方位或運動方向。在一種有利的設計方案中，改變至少一個標識的或窗口的長度，從而由此可以自動探知起始位置、零位置或基準位置。這在如下條件下得以實現(xiàn)，即，第一標識或第一窗口比第一和第三光傳感器之間的間距更短并且第二標識或第二窗口足夠長，以便同時遮蓋第一、第二和第三光傳感器。因此存在至少一個窗口或標識，其具有相對其它標識和窗口更長的長度。由此通?？梢约忍街\動部件的增量運動，又可以探知基準位置。一旦第一、第二和第三光傳感器同時被遮蓋或同時不被遮蓋，那么裝置就可以探知出已達到基準位置。只要這沒有發(fā)生，那么光傳感器以從第一至第三傳感器或從第三至第一光傳感器的特定順序被遮蓋或不被遮蓋。由此可以借助光入射到光傳感器來確定彼此相對運動的部件的運動方向、相對位置和絕對位置或方位。按照本申請，窗口不像標識那樣強烈地減少布置在叉形光柵上的發(fā)光元件入射到光傳感器上的光。在簡單的情況中，標識中斷從發(fā)光元件到一個或多個光傳感器的光束。窗口相應地不阻礙光入射。在一種有利的設計方案中，第二標識的長度可以是第一標識的長度的一倍半。因此標識的長度和窗口的長度例如可以是LI。那么，第二標識(基準標識)的長度L2可以為1.5*L1。第一傳感器到第二傳感器的間距可以有利地為O. 5*L1。第二傳感器到第三傳感器的間距可以為O. 75禮1。按照另一種設計方案，可以交換窗口和標識。這意味著，針對識別基準位置，不是全部三個傳感器被遮蓋，而是全部三個傳感器同時被照明。因此,第二窗口的長度可以是第一窗口的長度的一倍半。標識的長度和窗口的長度例如也可以為LI。第二窗口(基準窗口)的長度L2可以為1.5*L1。第一傳感器到第二傳感器的間距可以有利地為O. 5*L1并且第二傳感器到第三傳感器的間距可以為O. 75*L1。在一種有利的設計方案中，第一光傳感器和第二光傳感器可以根據(jù)信號對稱性而用于增量的定位。
依據(jù)本發(fā)明，可以提供形式上為叉形光柵的共同殼體內(nèi)的三個光傳感器。這總體上意味著更少的組裝費用和裝配費用。傳感器彼此間的間距可以通過在殼體中的布置方案預先確定。單個的光傳感器彼此間的校準不再必要。在另一種設計方案中，也可以在多個單個的殼體中設置光傳感器，當空間布置要求這一點時。依據(jù)本發(fā)明，也提供用于探知運動部件的位置的方法。位置有利地用叉形光柵探知，該叉形光柵具有至少三個光傳感器，它們沿著運動部件的運動方向布置。第二光傳感器可以處于第一和第三光傳感器之間。第一光傳感器和第二光傳感器之間的間距可以有利地小于第二光傳感器和第三光傳感器之間的間距?；鶞饰恢?、起始位置或零位置的探知有利地如下由此實現(xiàn)，即，到第一、第二和第三傳感器上的光入射被中斷。備選地，也可以以如下方式確定基準位置，即，可以同時實現(xiàn)到第一、第二和第三傳感器上的光入射或者說能夠同時進行到全部三個傳感器上的光入射。


本發(fā)明的其它方面由接下來借助附圖對實施例的說明得出，其中，圖I示出了依據(jù)本發(fā)明的實施例的叉形光柵；圖2示意性示出了依據(jù)本發(fā)明的方法和裝置；圖3簡化地示出了依據(jù)本發(fā)明的電路布局。
具體實施例方式圖I示出了依據(jù)本發(fā)明的叉形光柵I。叉形光柵由固定的殼體構建并且具有兩個對置平行的臂2和3，接片4使所述臂彼此保持在固定的間距上并且彼此保持在固定的配位關系上。在臂2中典型地有一個或多個發(fā)光元件，例如一個或多個發(fā)光二級管(英語LightEmitting Diode=LED)，發(fā)光二極管在運行時朝著對置的臂3發(fā)射光。在對置的臂3中有三個切槽SL1、SL2和SL3。它們按照本發(fā)明如下布置，即，第一切槽SLl和第二切槽SL2比第二切槽SL2和第三切槽SL3更為靠近。在每一個切槽SL1、SL2和SL3后方各布置一個光傳感器(光電二極管或光電傳感器)，其探測光是否已通過切槽入射。此外，切槽SL1、SL2和SL3沿軸線X布置，該軸線也對應著標識和窗口的運動方向，標識和窗口布置在相對于另一部件運動的部件上。沿運動方向V的運動是作為旋轉(zhuǎn)運動或者圓周運動的一部分的線性的或逐段近似的線性運動，從而標識和窗口相應地在叉形光柵的臂2和3之間沿其運動。運動與兩個相互運動的部件的運動一致，這兩個部件的相對位置應當被確定。兩個切槽SLl和SL2的間距，更確切地說外棱邊到外棱邊的間距為LI。切槽SLl和SL3的間距，更確切地說同樣是外棱邊到外棱邊的間距為L2。第二切槽SL2到第三切槽SL3的間距大于LI (同樣在相背離的外棱邊上測量)。按照本發(fā)明，現(xiàn)在存在至少一個標識(第二標識或基準標識)，其具有大于長度LI的長度L2。另一個標識(第一標識)典型地具有長度LI。類似地也可以設置帶有長度LI或L2的窗口。帶有長度LI的標識可以同時僅遮蓋切槽SLl和SL2。僅帶有長度L2的標識(基準標識)可以同時遮蓋SLl和SL3并且在這種布置中因此也同時遮蓋位于SLl和SL3之間的第二切槽SL2(或者說位于其后方的光傳感器)。由此能用一個以及同樣的裝置，亦即所示的叉形光柵1，在殼體中既實現(xiàn)了基準位置又實現(xiàn)了增量的定位。標識的間距，亦即窗口的寬度或者說長度尤其也可以為LI。圖2是簡化的示意圖，借助該圖詳細闡釋了叉形光柵或使用依據(jù)圖I的叉形光柵I的裝置的工作方式。裝置5在此僅示意性示出并且據(jù)此例如既包括帶有光傳感器FT1、FT2和FT3以及發(fā)光元件LED的叉形光柵I又包括運動的部件(未示出)，標識Fl和F2布置在該部件上。標識Fl對應于帶有長度LI的第一種類型的標識。每個標識都與下一個標識通過窗口 Wl分開，窗口在本實施例中同樣具有長度LI。僅第二種類型的標識(基準標識)F2具有長度L2。長度L2對應于第一光傳感器FTl和第三光傳感器FT3的外間距。光傳感器FTUFT2和FT3的位置可以例如與在圖I中示出的切槽SL1、SL2和SL3對應。第一光傳感器FTl和第三光傳感器FT3彼此間也具有外間距L2。第一光傳感器FTl和第二光傳感器FT2相關于它們的外棱邊而具有間距LI。第二光傳感器FT2與第三光傳感器FT3的間距大于LI (同樣在傳感器的相背離的外棱邊上測量)。因此，在相應的位置上標識Fl同時遮蓋兩個光傳感器FTl和FT2，但不是全部三個光傳感器FT1、FT2和FT3。僅帶有長度L2的基·準標識F2在相應的位置中同時遮蓋三個光傳感器FT1、FT2和FT3。在有利的設計方案中，標識Fl的大小以及每個窗口 Wl的大小恰好為LI?；鶞蕵俗R的也就是第二種類型的標識的大小為1.5*L1。因此L2等于1.5*L1。此外，光傳感器FTl到光傳感器FT2的距離相關于兩個傳感器的中心線為O. 5*L1。光傳感器FT2到光傳感器FT3的距離相關于中心線為O. 75*L1。光傳感器FTl和FT2通常用于增量的定位。第二種類型的標識(基準標識F2)不必恰好具有兩個光傳感器FTl和FT3 (或者說切槽SLl和SL3)的間距的長度。雖然這是有利的，但如下的設計方案同樣是可行的，即，基準標識比兩個外置的光傳感器FTl和FT3的間距更長。在本發(fā)明的實施例中，兩個光傳感器FTl和FT2的信號被定值為兩位的二進制信號。這由下面的列表I得出表I :第一種類型的標識Fl (或窗口 Wl)
FTl FT2 ~FT3 ~O O~ O~ O O ~O ~O O ~O ~O O
當標識Fl從左向右經(jīng)過光傳感器FTl和FT2時，始終產(chǎn)生如前面表I那樣的順序。當然，邏輯電平也可以反過來定值或者說進行倒轉(zhuǎn)，由此獲得表中相應倒轉(zhuǎn)的值。同樣可以說明帶有長度LI的窗口經(jīng)過時的電平和要么存在表I中給出的值，要么存在倒轉(zhuǎn)后的值。借助該順序始終能夠確定如下，即，其中一個標識Fl (或窗口 Wl)沿哪個方向運動經(jīng)過光傳感器FT1、FT2。光傳感器FT3在這種增量的定位中不一定必須考慮在內(nèi)。當現(xiàn)在第二類型的標識F2(或帶有相應長度的窗口)運行經(jīng)過傳感器時，可以額外地得到下面的列表2的兩個狀態(tài)表2 :第二種類型的標識F2 (或窗口 W2)的特殊狀態(tài)
權利要求
1.叉形光柵，用于探測運動部件的運動，在該運動部件上布置有窗口和標識，其中，叉形光柵在一個臂上具有一個或多個在運行時朝著對置的臂發(fā)射光的發(fā)光元件，并且在對置的臂上具有至少一個第一、第二和第三光傳感器(FTl至FT3)，其中，第二光傳感器(FT2)位于第一光傳感器(FTl)和第三光傳感器(FT3)之間，并且第一光傳感器(FTl)和第二光傳感器(FT2)之間的間距(LI)小于第二光傳感器(FT2)和第三光傳感器(FT3)之間的間距，以便通過窗口和標識中斷或?qū)崿F(xiàn)從一個或多個發(fā)光元件到僅第一光傳感器(FTl)上的或同時到第二和第三光傳感器(FT2、FT3)上的光入射，而探測運動部件的增量運動，以及通過同時中斷或同時實現(xiàn)從一個或多個發(fā)光元件到第一、第二和第三光傳感器(FT1、FT2、FT3)上的光入射，而探測運動部件的基準位置。
2.根據(jù)權利要求I所述的叉形光柵，其中，所述三個光傳感器(FT1、FT2、FT3)和所述一個或多個發(fā)光兀件布置在共同的殼體中。
3.用于探知運動部件的位置的裝置，其中，該裝置包括依據(jù)前述權利要求之一所述的叉形光柵(I)和所述運動部件，其中，叉形光柵(I)沿著運動部件的運動方向布置，并且其中，在運動部件上交替地布置有標識(F1、F2)和窗口(Wl)，其中，窗口(Wl)不像標識(F1、F2)那樣強烈地減少布置在叉形光柵(I)上的發(fā)光元件入射到光傳感器(FTl至FT3)上的光，并且第一標識(Fl)或第一窗口(Wl)的長度(LI)比第一光傳感器(FTl)和第三光傳感器(FT3)之間的間距(L2)短，并且第二標識(F2)或第二窗口(W2)的長度(L2)等于或大于第一光傳感器(FTl)和第三光傳感器(FT3)之間的間距(L2)。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其中，所述第二標識(F2)的長度(L2)是所述第一標識(Fl)的長度(LI)的一倍半。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的裝置，其中，所述第一光傳感器(FTl)到所述第二光傳感器(FT2)的間距(LI)是所述第一標識(Fl)的長度的一半，并且所述第二光傳感器(FT2) 到所述第三光傳感器(FT3)的間距是所述第一標識(Fl)的長度的四分之三。
6.用于利用叉形光柵(I)探知運動部件的位置的方法，該方法帶有下列步驟通過運動部件同時中斷光束到僅一個或兩個光傳感器上的入射，基于前一步驟確定運動部件的運動方向和/或增量位置，通過運動部件同時中斷光束到三個光傳感器上的入射并且基于前一步驟確定運動部件的基準位置或者通過運動部件同時允許光束到僅一個光傳感器或兩個光傳感器的入射，基于前一步驟確定運動部件的運動方向和/或增量位置，通過運動部件同時實現(xiàn)光束到三個光傳感器上的入射，并且基于前一步驟確定運動部件的基準位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及叉形光柵(1)，其具有至少一個第一、第二和第三光傳感器(FT1至FT3)，這些光傳感器沿著軸線(X)布置，其中，第二光傳感器(FT2)位于第一光傳感器(FT1)和第三光傳感器(FT3)之間。此外，本發(fā)明還涉及借助依據(jù)本發(fā)明的叉形光柵(1)定位的裝置和方法。
文檔編號G01V8/20GK102884450SQ201180021524
公開日2013年1月16日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權日2010年4月29日
發(fā)明者馬庫斯·瓦格納 申請人:賽多利斯稱量技術有限責任公司