用于確定光學代碼軌道的絕對編碼的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于確定光學代碼軌道(1)的代碼元素(100、100')表現(xiàn)的絕對編碼(10)的方法，其中，用光(21)照射絕對編碼(10)，調(diào)制代碼元素(100、100')上的照射光(21)的一些，確定作為調(diào)制光(21')的絕對編碼(10)并且連續(xù)變化相鄰的代碼元素(100、100')上的光(21)的調(diào)制。
【專利說明】用于確定光學代碼軌道的絕對編碼的方法
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權(quán)利要求的前序部分的用于記錄光學代碼軌道的絕對編碼的方法。
[0002]絕對編碼器是用于確定對象的絕對位置的傳感器。傳感器和對象相對于彼此的位置是可變的。傳感器可記錄對象位置的線性變化并且它可記錄對象的旋轉(zhuǎn)角度變化。已知根據(jù)光或磁啟動原理確定對象位置的以非接觸式原理操作的傳感器。為此目的，傳感器記錄代碼軌道的絕對編碼并且評價單元評價記錄的絕對編碼并且由此創(chuàng)建對象位置。在本發(fā)明的含義內(nèi)，絕對編碼是空間分辨位置規(guī)格。
[0003]以多方面方式使用絕對編碼器。在工廠建設和管理中，它們確定諸如驅(qū)動件、旋轉(zhuǎn)頭、輪盤等機械元件相對于參考系統(tǒng)的位置。在諸如經(jīng)緯儀、準距儀、激光掃描儀等測地儀器中，它們測量相對于遠處對象的水平角度和垂直角度。在坐標測量機器中，它們記錄機器人臂、方向盤等的空間對準。
[0004]在下文中，考慮光學代碼軌道的具體情況。光學代碼軌道具有盤、帶等形式的機械支承件。在這個方面，圖1示出根據(jù)EP1890113A1的現(xiàn)有技術的示例。許多相鄰代碼元素布置在光學代碼軌道的機械支承件上，其中，代碼元素實施絕對編碼10。在本發(fā)明的含義內(nèi)，軌道方向上布置的代碼元素以空間分辨方式更新從一個代碼元素到下一個相鄰的代碼元素的絕對編碼的雙射位置規(guī)格。
[0005]由于存在分別實施代碼的離散限定元素(并接著在評價期間還按逐個代碼元素進行考慮，其中，針對各代碼元素創(chuàng)建狀態(tài)/值)的限定的代碼元素，這里可以談到“數(shù)字”代碼(相比于例如在O至I之間更新的連續(xù)代碼，其中，任何任意的中間值可基于限定的轉(zhuǎn)換功能被解碼成受歡迎的值，諸如受歡迎的位置規(guī)格；在這種情況下，這常常被稱為“模擬”代碼)。
[0006]代碼元素是例如透光矩形，該透光矩形布置在光學不透明的剩余區(qū)域中。通過透射光原理，用來自光源的光照射光學代碼軌道I。代碼元素調(diào)制光。經(jīng)過透光矩形的光被傳感器沿著軌道方向記錄；沒有經(jīng)過光學不透明的剩余區(qū)域的光沒有被傳感器記錄。透光矩形作為投影在傳感器上成像。傳感器產(chǎn)生用于被記錄光的狀態(tài)信號。在光學代碼軌道和傳感器相對運動的情況下，傳感器將絕對代碼記錄為不連續(xù)亮/暗過渡的時間上離散的序列。
[0007]絕對編碼具有雙射位置規(guī)格或雙射代碼。因此，要么直接從狀態(tài)信號創(chuàng)建位置規(guī)格，要么通過在表中查詢將位置規(guī)格分配到狀態(tài)信號的代碼。由于代碼元素和傳感器具有空間延伸，因此此外可以創(chuàng)建狀態(tài)信號的質(zhì)心，以便用子代碼元素精度將創(chuàng)建的位置規(guī)格與代碼元素的質(zhì)心相關。在本發(fā)明的含義內(nèi)，軌道方向上的狀態(tài)信號的寬度被稱為信號寬度并且軌道方向上的傳感器的寬度被稱為傳感器寬度。用狀態(tài)信號的質(zhì)心推導代碼元素的質(zhì)心。此外，用代碼元素的質(zhì)心確定軌道方向上與參考位置的距離。因此，狀態(tài)信號不僅提供雙射位置規(guī)格，而且還能夠確定代碼元素相對于參考位置的位置。
[0008]然而，作為確定質(zhì)心的替代方式，本領域的技術人員還已知不同的處理，通過這些處理，可基于記錄的代碼投影創(chuàng)建代碼元素的精確位置。
[0009]這被全部執(zhí)行，是為了以高精度確定對象的位置。因此，以Iym的精度確定機器元件的位置并且經(jīng)緯儀以0.1mgon的精度以數(shù)百米的距離測量相對于對象的水平角度和垂直角度。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這種高精度，當確定對象的位置時，必須消除系統(tǒng)和非系統(tǒng)誤差。
[0010]高精度絕對編碼器因此包括多個傳感器，這些傳感器以相互的固定空間關系布置并且冗余地記錄代碼軌道的絕對編碼。通過形成冗余記錄的絕對編碼的平均值，可以消除當確定對象的位置時非系統(tǒng)誤差。
[0011]當確定對象的位置時的剩余系統(tǒng)誤差經(jīng)常具有諧波性質(zhì)。這種諧波誤差具有多方面的成因。因此，它們可以是由于代碼元素在代碼軌道上的不規(guī)則布置或者是由代碼軌道的熱膨脹、代碼軌道的機械支承件的偏心距、絕對編碼器的安裝作用、代碼元素上的衍射現(xiàn)象等造成的。此外，傳感器本身之間的固定空間關系和代碼軌道上的代碼元素的規(guī)則布置構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)。周期性結(jié)構(gòu)的重合可在光學絕對編碼器的情況下形成干涉莫爾圖案。此夕卜，根據(jù)Nyquist-Shannon取樣理論，在絕對編碼器的選定取樣頻率相對于代碼元素的最大頻率太小的情況下，當記錄絕對編碼時，可出現(xiàn)信息損失。
[0012]就這方面而言，W02011/064317A1描述了用于創(chuàng)建誤差系數(shù)的方法和用于使用這些誤差系數(shù)校正絕對編碼器的測量值的方法。絕對編碼器具有至少兩個傳感器和光學代碼軌道。傳感器和光學代碼軌道相對于彼此能移動。傳感器將光學代碼軌道的絕對編碼記錄為不同角位置的亮/暗過渡的序列。傳感器以至少50度的角度相互分隔開。評價單元用傳感器記錄的絕對編碼創(chuàng)建角位置值。通過比較多個不同角位置下的傳感器的角位置值的差異，用傅立葉級數(shù)展開將諧波角誤差表現(xiàn)為誤差系數(shù)。通過這些諧波角誤差校正角位置值。
[0013]本發(fā)明的第一目的由提供用于記錄光學代碼軌道的絕對編碼的改進方法組成。
[0014]本發(fā)明的第二目的由提供光學代碼軌道和用于記錄光學代碼軌道的絕對編碼的絕對編碼器組成，所述光學代碼軌道和絕對編碼器需要盡可能少的傳感器和/或盡可能少的計算開支，以按高度精確方式確定對象。
[0015]本發(fā)明的第三目的由提供制作光學代碼軌道的方法組成，所述方法以有成本效益的方式與現(xiàn)有經(jīng)證實的涂覆技術兼容。
[0016]本發(fā)明的其它目的由提供光學代碼軌道和用于記錄光學代碼軌道的絕對編碼的絕對編碼器組成，所述光學代碼軌道和絕對編碼器即使在艱苦的使用條件下也具有高度可用性。
[0017]通過表征獨立權(quán)利要求書的特征來實現(xiàn)這些目的中的至少一個。
[0018]本發(fā)明的一個方面涉及一種記錄絕對編碼的方法，其中，通過代碼軌道的代碼元素實施所述絕對編碼并且個體代碼元素分別形成主點或質(zhì)心，所述方法:包括用光照射所述代碼元素；包括在所述代碼元素處調(diào)制照射的光的部分；包括記錄作為調(diào)制光(即，調(diào)制光被記錄，并且創(chuàng)建從其創(chuàng)建狀態(tài)信號、針對所述狀態(tài)信號的各自的一個主點或質(zhì)心及其位置)的所述絕對編碼。根據(jù)本發(fā)明，在這種情況下以連續(xù)變化方式引起在所述代碼軌道的延伸方向上相鄰的代碼元素處光的調(diào)制。
[0019]現(xiàn)在，當用矩形代碼元素調(diào)制根據(jù)EP1890113A1的現(xiàn)有技術的光學代碼軌道上的光時，會出現(xiàn)可造成混疊效果的衍射現(xiàn)象。這些混疊現(xiàn)象造成當記錄調(diào)制光時的擬隨機誤差。擬隨機誤差還對針對記錄的調(diào)制光產(chǎn)生的狀態(tài)信號有影響，并且干擾狀態(tài)信號的質(zhì)心的確定。 申請人:發(fā)現(xiàn)，當記錄以連續(xù)變化在相鄰的代碼元素處調(diào)制的光時在減小的程度內(nèi)出現(xiàn)這種衍射現(xiàn)象。相鄰的代碼元素是第一代碼元素和第二代碼元素，第一代碼元素和第二代碼元素相互鄰近并且在軌道方向上將絕對編碼從第一代碼元素更新成第二代碼元素。術語“連續(xù)” 一直是數(shù)學含義上的，絕對編碼的更新是照射光時無跳變變化地造成的。
[0020]因此，本發(fā)明涉及數(shù)字絕對代碼，其中，實施絕對編碼的代碼軌道由限定的代碼元素形成，這些代碼元素分別實施代碼的離散限定元素(接著還在評價期間逐個代碼元素地進行考慮，其中，針對各代碼元素精確地創(chuàng)建狀態(tài)/值)。
[0021]通過避免不連續(xù)的亮/暗過渡，如在現(xiàn)有技術已知的數(shù)字代碼的矩形代碼元素處出現(xiàn)的，衍射現(xiàn)象減少，所以產(chǎn)生的狀態(tài)信號還具有更少的擬隨機誤差。因此，根據(jù)本發(fā)明，誤差減少。盡管當記錄亮/暗過渡的序列時根據(jù)W02011/064317A1的現(xiàn)有技術的諧波誤差被擴展為誤差系數(shù)并且隨后通過這些諧波誤差校正角位置值，本發(fā)明源自擬隨機誤差的產(chǎn)生并且減少其來源或發(fā)生。
[0022]本發(fā)明的有利發(fā)展源自獨立權(quán)利要求的特征。
[0023]本發(fā)明的另一方面涉及一種實施數(shù)字絕對編碼的光學代碼軌道；所述光學代碼軌道包括優(yōu)選為盤或帶的形式的機械支承件；所述機械支承件的至少一些區(qū)域中包括代碼元素，所述代碼元素分別形成限定的主點或質(zhì)心。這里，所述代碼元素再次按照相鄰的代碼元素以連續(xù)變化方式在所述代碼軌道的延伸方向上調(diào)制照射的光的方式來實施。
[0024]在【具體實施方式】中，所述絕對編碼被實施為在代碼軌道的延伸方向上代碼高度連續(xù)變化(即，沿著代碼軌道的延伸方向具有連續(xù)變化的孔徑開口大小)的孔徑光闌。
[0025]據(jù)發(fā)現(xiàn)，孔徑光闌可用具有連續(xù)變化的代碼高度的代碼元素實施絕對編碼?？讖焦怅@由布置在軌道方向上并且具有不同寬度的個體代碼元素組成。
[0026]另選地，絕對編碼還可被實施為使相鄰的代碼元素的點密度連續(xù)變化的點網(wǎng)。
[0027]據(jù)發(fā)現(xiàn)，點網(wǎng)還可用具有連續(xù)變化的點密度的代碼元素實施絕對編碼。點網(wǎng)由亮背景下的暗點的軌道方向上具有可變密度的網(wǎng)組成。
[0028]根據(jù)其它【具體實施方式】，絕對編碼被實施為使相鄰的代碼元素的偏振效率連續(xù)變化的偏振器。
[0029]此外，據(jù)發(fā)現(xiàn)，偏振器可實施絕對編碼。偏振器是以具體偏振效率修改光的偏振狀態(tài)的光學裝置。這里，區(qū)分由于散射導致的偏振、由于反射導致的偏振、由于吸收導致的偏振和由于雙射導致的偏振。
[0030]本發(fā)明的其它方面涉及一種用于記錄所述光學代碼軌道的絕對編碼的系統(tǒng)；所述系統(tǒng)包括具有光學傳感器的絕對編碼器；所述絕對編碼器針對記錄的調(diào)制光產(chǎn)生至少一個狀態(tài)信號；狀態(tài)信號具有信號寬度，所述信號寬度小于所述傳感器的傳感器寬度。
[0031]已知的是，僅當狀態(tài)信號的信號寬度精確地是傳感器的傳感器元件寬度(即，像素間隔)的整數(shù)倍時可以最小誤差創(chuàng)建狀態(tài)信號的質(zhì)心。一旦信號寬度與之偏離，只可以較大或較小的誤差創(chuàng)建狀態(tài)信號的質(zhì)心。當狀態(tài)信號的信號寬度與傳感器元件寬度的整數(shù)倍偏離半個傳感器元件寬度時，誤差最大。接著，從實際和技術角度來說，不可能產(chǎn)生精確地是所有使用狀況下的傳感器元件寬度的倍數(shù)的信號寬度。因此，信號寬度受變化因素(諸如，成像比例、周圍溫度、光學代碼軌道和絕對編碼器的制作容差等)來影響。可使用透鏡光學單元在傳感器上將代碼元素成像；各透鏡光學單元受失真的影響，所述失真根據(jù)位置以不同寬度將代碼元素在傳感器上成像，傳感器產(chǎn)生所述圖像的狀態(tài)信號。
[0032]本發(fā)明的另一個其它方面涉及一種制作光學代碼軌道的方法，其中:提供所述光學代碼軌道的機械支承件；在所述機械支承件的至少一些區(qū)域中涂敷涂層；將代碼元素構(gòu)造到所述涂層中，所述代碼元素分別形成主點或質(zhì)心并且調(diào)制照射的光，所述代碼元素按照相鄰的代碼元素以連續(xù)變化方式調(diào)制照射的光的方式被構(gòu)造。
[0033]這種制作方法是有成本效益的并且能兼容現(xiàn)有的經(jīng)證實的技術。
[0034]根據(jù)下面對當前優(yōu)選實施方式的描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征可結(jié)合附圖以示例性方式集合。
[0035]圖1示出現(xiàn)有技術的光學代碼軌道的示例；
[0036]圖2示意性示出絕對編碼器，絕對編碼器用傳感器記錄根據(jù)本發(fā)明的光學代碼軌道并且將狀態(tài)信號傳達給評價單元；
[0037]圖3示出根據(jù)圖2的光學代碼軌道的第一實施方式的部分的剖視圖，光學代碼軌道帶有在軌道方向上的恒定厚度的涂層；
[0038]圖4示出根據(jù)圖3的光學代碼軌道的第一實施方式的部分的剖視圖，光學代碼軌道帶有傾斜于軌道方向的恒定厚度的涂層；
[0039]圖5示出根據(jù)圖2的光學代碼軌道的第二實施方式的部分的剖視圖，光學代碼軌道帶有在軌道方向上的變化厚度的涂層；
[0040]圖6示出根據(jù)圖2的光學代碼軌道的第二實施方式的部分的剖視圖，光學代碼軌道帶有傾斜于軌道方向的變化厚度的涂層；
[0041]圖7示出根據(jù)圖2的光學代碼軌道的第三實施方式的部分的視圖，光學代碼軌道帶有作為絕對編碼的孔徑光闌；
[0042]圖8示出根據(jù)圖2的光學代碼軌道的第四實施方式的部分的視圖，光學代碼軌道帶有作為絕對編碼的點網(wǎng)；
[0043]圖9示出根據(jù)圖2的光學代碼軌道的第五實施方式的部分的視圖，光學代碼軌道帶有作為絕對編碼的孔徑光闌；
[0044]圖10示出在記錄在第一代碼元素調(diào)制的光的過程期間的、根據(jù)圖2的光學代碼軌道的第六實施方式的部分的視圖，光學代碼軌道帶有作為絕對編碼的孔徑光闌；
[0045]圖11示出在記錄在第一代碼元素調(diào)制的光的過程期間的、根據(jù)圖10的光學代碼軌道的部分的視圖；
[0046]圖12示出根據(jù)圖2的絕對編碼器的傳感器上的個體矩形狀態(tài)信號的第一實施方式；
[0047]圖13示出當確定根據(jù)圖12的狀態(tài)信號的質(zhì)心時的誤差；
[0048]圖14示出根據(jù)圖2的絕對編碼器的傳感器上的個體鐘形狀態(tài)信號的第二實施方式；
[0049]圖15示出當確定根據(jù)圖14的狀態(tài)信號的質(zhì)心時的誤差；
[0050]圖16示出根據(jù)圖2的絕對編碼器的傳感器上的個體矩形狀態(tài)信號的第三實施方式；
[0051]圖17示出當確定根據(jù)圖16的狀態(tài)信號的質(zhì)心時的誤差；
[0052]圖18示出根據(jù)圖2的絕對編碼器的傳感器上的多個矩形狀態(tài)信號的第四實施方式；
[0053]圖19示出當確定根據(jù)圖18的狀態(tài)信號的質(zhì)心時的誤差；
[0054]圖20示出根據(jù)圖2的絕對編碼器的傳感器上的多個鐘形狀態(tài)信號的第五實施方式；
[0055]圖21示出當確定根據(jù)圖20的狀態(tài)信號的質(zhì)心時的誤差；
[0056]圖22示意性示出通過根據(jù)圖2的絕對編碼器記錄根據(jù)圖2的絕對編碼的代碼元素處調(diào)制的光和通過根據(jù)圖2的評價單元確定對象位置。
[0057]圖2示出使用光學傳感器20記錄光學代碼軌道I的絕對編碼10的絕對編碼器2。光學代碼軌道I固定地布置在對象4上。光學代碼軌道I和對象4 二者可具有任何尺寸、形狀和形式。舉例來說，光學代碼軌道I具有盤、帶等形式。通過記錄絕對編碼10，可以絕對地確定對象位置。根據(jù)圖2，對象4被示意性實施為圓柱體并且光學代碼軌道I以帶的形式布置在對象4的周邊外部并且完全包圍該周邊。絕對編碼器2與評價單元3進行通信。絕對編碼器2和光學代碼軌道I之間的位置是可變的。
[0058]絕對編碼器2具有光源，所述光源產(chǎn)生光21，所述光21照射光學代碼軌道I。光21由諸如無線電波、微波、可見光等電磁波組成。通過光學傳感器20記錄在光學代碼軌道I的代碼元素100、100’處調(diào)制的光21’。在本發(fā)明的含義內(nèi)，短語“光的調(diào)制”被理解為意指光21和光學代碼軌道I的代碼元素100、100’之間的物理交互。光的調(diào)制包括光的散射、光的反射、光的折射、光的衍射、光的吸收、光的偏振等。舉例來說，光學傳感器20是諸如電荷耦合器件(CCD)、互補型金屬氧化物半導體(CMOS)等傳感器元件的集合。這里，傳感器具有相互挨著排列的個體光接收元件，其中，用個體光接收元件(像素)的數(shù)量指定X方向上(可選地，另外針對二維陣列，在Y方向上)的傳感器寬度。X方向是傳感器軌道方向。舉例來說，根據(jù)圖12至圖22，光學傳感器20是在X方向上具有1000個光接收元件(像素)的線陣列。根據(jù)本發(fā)明，傳感器的個體接收元件在這種情況下不僅僅“根本沒有或完全地”被照射，而且由于用于產(chǎn)生代碼投影的連續(xù)變化調(diào)制，導致針對個體接收元件(像素)的照射，產(chǎn)生許多不同的中間值(灰階值)，其中，個體像素沿著傳感器線的過程中的照射接著對應于代碼投影的范圍內(nèi)的連續(xù)變化調(diào)制。
[0059]絕對編碼器2根據(jù)記錄的代碼投影針對光學傳感器20記錄的調(diào)制光21’產(chǎn)生至少一個狀態(tài)信號200作為傳感器輸出并且將該狀態(tài)信號200傳達到評價單元3。接著在圖12至圖24中的是關于狀態(tài)信號200的細節(jié)?？砂慈我夥绞揭馉顟B(tài)信號200的通信23 ；特別地，它可以是基于電纜、無線電波等引起的。如果本領域的技術人員得知本發(fā)明，他可將絕對編碼器實施為具有集成在外殼中的評價單元作為單個單元。
[0060]圖3至圖11示出光學代碼軌道I的多個實施方式，其中，在每種情況下實施數(shù)字絕對代碼。舉例來說，光學代碼軌道I包括由玻璃、塑料、金屬等制成的機械支承件11。圖3至圖6示出光學代碼軌道I的沿著軌道方向(X方向)的橫截面和在與軌道方向交叉的Y方向上的橫截面。舉例來說，由鉻、氮化硅和鑰等制成的涂層12被涂敷于機械支承件11的至少一些區(qū)域中。圖7至圖11示出光學代碼軌道I的視圖。舉例來說，在涂層12的至少一些區(qū)域中構(gòu)造光刻、蝕刻或電鍍后的代碼元素100、100’。在構(gòu)造之后機械支承件11的未被覆蓋的、不再包括涂層12的區(qū)域?qū)τ诠?1而言可以例如大于90%地、特別地大于98%地是透光的。在構(gòu)造之后機械支承件11的被覆蓋的、仍然具有涂層12的區(qū)域?qū)τ诠?1而言是例如大于90%地、特別地大于98%地是光學不透明的，S卩，不透射光。如圖3和圖4中所示，光學代碼軌道I的涂層12在區(qū)域中的厚度可以是在X方向上和Y方向上恒定的。舉例來說，在邊緣區(qū)107和中央?yún)^(qū)二者中，涂層的厚度是I μ m,優(yōu)選地，厚度是0.5 μ m，優(yōu)選地厚度是0.1 μ m，等。然而，如圖5和圖6中所示，對于光學代碼軌道I的不同區(qū)域，涂層12的厚度還可以是不同的。舉例來說，根據(jù)圖5，在X方向上，涂層12在邊緣區(qū)107中(其中它是0.6μπι厚)比在中央?yún)^(qū)(其中它是0.2μπι厚)中厚。此外，根據(jù)圖6，在Y方向上，涂層12的厚度可連續(xù)地在0.Ιμπι至Ι.Ομπι之間變化。
[0061]通過透射光或反射光來記錄代碼元素100、100’處調(diào)制的光21’。在透射光方法中，光學傳感器20記錄通過未被覆蓋區(qū)域調(diào)制的光21’ ；在反射光方法中，光學傳感器20記錄在被覆蓋區(qū)域處調(diào)制的光21’。在根據(jù)圖7、圖9、圖10和圖11的實施方式中的光學代碼軌道I的情況下，使用透射光方法(其中，如本領域的技術人員本身已知的，這可另選地還通過反射光方法來引起)以示例性方式記錄調(diào)制光21’。在根據(jù)圖8的實施方式中的光學代碼軌道I中，使用反射光方法(其中，另選地，如本領域的技術人員本身已知的，這里進而還可使用透射光方法)以示例性方式記錄調(diào)制光21’。
[0062]光學傳感器20通過沿著X方向改變相互的位置來記錄絕對編碼10。實施絕對編碼10的代碼元素100、100’可具有X方向上的恒定代碼元素寬度104并且它們具有Y方向上的恒定最大代碼元素高度105。代碼元素寬度104和最大代碼元素高度105的大小處于幾微米至幾厘米的范圍內(nèi)。相鄰的代碼元素100、100’相互毗連。在Y方向上，代碼元素100、100’被布置成與光學代碼軌道I的邊緣相距邊緣間隔107。邊緣間隔107的大小是恒定的并且處于幾微米至幾毫米的范圍內(nèi)。光學傳感器20的尺寸(或傳感器的個體像素的間隔的尺寸)和代碼元素100、100’的尺寸相互匹配。光學傳感器20沿著X方向的傳感器寬度24大于代碼元素100、100’的兩個代碼元素寬度104，使得在每種情況下在傳感器上產(chǎn)生的代碼投影包含在每種情況下至少一個完整代碼元素100、100’的表示(可選地，可按相對于傳感器線長度(即，相對于傳感器寬度)代碼投影包含通過許多代碼元素100、100’產(chǎn)生的許多脈沖這樣的方式來選擇代碼元素寬度)。在這種情況下，光學傳感器20的傳感器高度25(在Y方向上，S卩，換句話講，在與傳感器線的延伸方向相切的方向上的延伸)可被選擇成大于代碼元素100、100’的最大代碼元素高度105。
[0063]圖7、圖9、圖10和圖11示出帶有作為絕對編碼10的孔徑光闌的光學代碼軌道I的各種實施方式。雖然圖7中的孔徑光闌在兩側(cè)具有連續(xù)變化的孔徑光闌開口，但圖9、圖10和圖11示出在一側(cè)變化的孔徑光闌開口。因此，以涂層12形成孔徑光闌這樣的方式構(gòu)造涂層12。這里，代碼元素100、100’的邊緣區(qū)107中的機械支承件11被涂層12完全覆蓋；這里，孔徑光闌開口形成在代碼元素100、100’的中央?yún)^(qū)域中，代碼元素100、100’在它們的開口大小(即，在所示出的圖中在代碼軌道的延伸方向上測得的開口的高度)方面在代碼軌道的延伸方向上沒有跳變地(即，連續(xù)地)變化。這里，機械支承件11因此只有一些區(qū)域被涂層12覆蓋。根據(jù)圖7、圖9、圖10和圖11，各代碼元素100、100’具有未被涂層12覆蓋的單個鄰近區(qū)域。相鄰代碼元素100、100’的代碼高度101、101’在代碼軌道的延伸方向上連續(xù)地(即，沒有跳變地)變化。由于代碼高度101、101’的連續(xù)變化，導致以連續(xù)變化來調(diào)制照射光21。代碼高度101、101’是從邊緣區(qū)107測得的、代碼元素100、100’的涂層12在Y方向上的延伸程度。代碼高度101、101’因此指明涂層12在機械支承件11上的邊界。根據(jù)圖7、圖10和圖11，孔徑光闌具有彎曲孔徑光闌截面形式的涂層12的邊界；根據(jù)圖9，孔徑光闌具有直線鋸齒截面形式的涂層12的邊界。
[0064]圖8示出包括點網(wǎng)作為絕對編碼10的光學代碼軌道I的實施方式。相鄰代碼元素10UOO'的點密度102、102’連續(xù)地變化。機械支承件11同時在代碼元素100、100’的邊緣區(qū)107中和代碼元素100、100’的中央?yún)^(qū)中，只有一些區(qū)域以點形式被涂層12覆蓋。未被涂層12覆蓋的區(qū)域可以是鄰近的，但它也可以是不鄰近的。相鄰代碼元素100、100’的點密度102、102’連續(xù)地變化。由于點密度102、102’連續(xù)地變化，導致以連續(xù)變化調(diào)制照射光21。點密度102、102’是XY坐標系中每單位面積測得的點的密度。對于整個光學代碼軌道1，點的大小(諸如，10μπι、5μπι等)可以是恒定的；然而，對于光學代碼軌道I的各種區(qū)域，點的大小也可以是不同的，諸如，在第一區(qū)域中是5 μ m,在第二區(qū)域中是6 μ m等。
[0065]根據(jù)圖3至圖11的光學代碼軌道I的實施方式還可使用偏振器作為絕對編碼10來實現(xiàn)，偏振器以特定偏振效率103、103’修改光21的偏振態(tài)，使得相鄰代碼元素100、100’的偏振效率103、103’連續(xù)地變化。由于偏振效率103、103’連續(xù)地變化，導致以連續(xù)變化調(diào)制照射光21。這里，區(qū)分通過散射進行的偏振、通過反射進行的偏振、通過吸收進行的偏振和通過雙折射進行的偏振。通過散射、吸收和雙折射進行的偏振可用根據(jù)圖7、圖9、圖10和圖11的實施方式來實現(xiàn)。通過反射進行的偏振可用根據(jù)圖8的實施方式來實現(xiàn)。根據(jù)圖7、圖9、圖10和圖11，偏振效率103、103’是代碼高度101、101’的特定函數(shù)；根據(jù)圖8，偏振效率103、103’是點密度102、102’的特定函數(shù)。此外，偏振效率103、103’還可根據(jù)涂層12的厚度、涂層12和機械支承件11的材料的類型等來變化。
[0066]圖10和圖11示出兩個相鄰代碼元素100、100’處的絕對編碼10的示例性記錄。根據(jù)圖10，光學傳感器20記錄來自第一代碼元素100的調(diào)制光21’，根據(jù)圖11，光學傳感器20記錄來自第二代碼元素100’的調(diào)制光21’。舉例來說，光學代碼軌道I包括盤形式的機械支承件11，盤具有因制作過程造成的Y方向上的偏心距16、16’。偏心距16、16’是依據(jù)光學代碼軌道I的下邊緣來表達的，根據(jù)圖10的光學代碼軌道I的下邊緣比根據(jù)圖11的光學代碼軌道I的下邊緣更遠離光學傳感器20 ;因此，第一代碼元素100中的偏心距16大于第二代碼元素100’中的偏心距16’。光學傳感器20具有沿著Y方向的傳感器高度25，該傳感器高度25大于代碼元素100、100’的代碼元素高度105，以由此補償關于Y方向的光學代碼軌道I的偏心距16、16’并且避免以不完整方式記錄代碼元素100、100’。
[0067]出于將代碼元素100、100’相對于傳感器20精確對準的目的，可以針對各狀態(tài)信號200創(chuàng)建位置(例如，以狀態(tài)信號200的確定主點或質(zhì)心301的形式)。在位置(例如，主點或質(zhì)心301)的輔助下確定代碼元素100與傳感器20的參考位置240的距離302。在圖22中示出這方面的細節(jié)。這里，代碼元素100、100’的形式和傳感器20的形式影響當確定狀態(tài)信號200的質(zhì)心301時的精度。圖12至圖23示出當確定狀態(tài)信號200的位置時的誤差F如何取決于狀態(tài)信號200的信號寬度204和傳感器20的個體記錄元件的像素間隔。圖12、圖14、圖16、圖18、圖20和圖22示出狀態(tài)信號200并且圖13、圖15、圖17、圖19、圖21和圖23示出誤差F。圖12、圖14、圖16、圖18、圖20和圖22中的縱坐標是歸一化成I的信號強度S，信號強度是由記錄代碼投影的傳感器的個體記錄元件(像素)發(fā)出的；圖12、圖14、圖16、圖18、圖20和圖22中的橫坐標是傳感器的X方向(即，延伸方向)。舉例來說，傳感器20由在X方向上相互挨著布置的1000個傳感器元件的線陣列組成。全部1000個傳感器元件形成傳感器寬度24。圖13、圖15、圖17、圖19、圖21和圖23中的縱坐標是誤差F ;圖13、圖15、圖17、圖19、圖21和圖23中的橫坐標是X方向。當確定狀態(tài)信號200的質(zhì)心301時的誤差F或多或少地取決于質(zhì)心偏移V。質(zhì)心偏移V是通過擬隨機誤差造成或模擬的。
[0068]圖12示出個體矩形狀態(tài)信號200。如現(xiàn)有技術已知的，矩形狀態(tài)信號200是針對在矩形代碼元素處調(diào)制的記錄光而產(chǎn)生的。舉例來說，狀態(tài)信號200具有十五個半像素的信號寬度204。信號寬度204是像素間隔的非整數(shù)倍。圖13示出這種相對于用于記錄矩形狀態(tài)信號的像素間隔選擇信號寬度204的誤差F。質(zhì)心偏移V出現(xiàn)在從零到整個像素的范圍內(nèi)。由于狀態(tài)信號是矩形的并且信號寬度沒有形成像素間隔的整數(shù)倍，導致誤差F在-60nm至+60nm的范圍內(nèi)具有鋸齒狀輪廓；誤差F的標準偏差是36nm。
[0069]圖14示出個體鐘形狀態(tài)信號200。鐘形狀態(tài)信號200是針對記錄的光21’產(chǎn)生的，根據(jù)本發(fā)明在代碼元素100、100’處調(diào)制(S卩，以連續(xù)變化方式調(diào)制)光21’，根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)變化造成狀態(tài)信號200中的小衍射現(xiàn)象和少量擬隨機誤差。狀態(tài)信號200具有例如十五個半像素的信號寬度204。信號寬度204是像素間隔的非整數(shù)倍數(shù)。圖15示出這種相對于像素間隔選擇信號寬度204(單位:nm)的誤差F。質(zhì)心偏移V出現(xiàn)在從零到整個像素的范圍內(nèi)。由于鐘形狀態(tài)信號，導致誤差F只是范圍從0.7X10-8nm至1.5X 10_8nm的噪聲；誤差F的標準偏差是1.1 X 10 8nm。
[0070]圖16示出具有十五個像素的信號寬度204的個體矩形狀態(tài)信號200。信號寬度204是傳感器元件的整數(shù)倍。圖17示出這種信號寬度204與像素間隔之比的誤差F。質(zhì)心偏移V出現(xiàn)在從零到整個像素的范圍內(nèi)。誤差F是噪聲并且在從-7.54X10_8nm至-7.44XlO^nm的范圍內(nèi)變化；誤差F的標準偏差是_7.49X 10_8nm。
[0071]圖18示出具有在從十四個半像素到十五個半像素的范圍內(nèi)的不同信號寬度204的多個矩形狀態(tài)信號200。在圖19中可看到這種信號寬度204與像素間隔之比的誤差F。這種情況下的質(zhì)心偏移V也在從零到整個像素的范圍內(nèi)。質(zhì)心偏移V表現(xiàn)出修圓的鋸齒狀外形并且在-1lnm至+Ilnm的范圍內(nèi)變化；誤差F的標準偏差是7.9nm。
[0072]圖20示出根據(jù)本發(fā)明通過連續(xù)變化調(diào)制產(chǎn)生的多個鐘形狀態(tài)信號200，包括例如范圍從十四個半像素到十五個半像素的不同信號寬度204。可在圖21中看到這種代碼構(gòu)造(即，使得信號寬度204在代碼軌道方向上的代碼分布范圍內(nèi)具有變化的寬度并且以示例性方式在十四個半像素和十五個半像素之間變化)的誤差F。這種情況下的質(zhì)心偏移V也在從零到整個像素的范圍內(nèi)。質(zhì)心偏移V是噪聲并且范圍在-7nm至+9nm的范圍內(nèi)變化；誤差F的標準偏差是2.4nm。
[0073]圖22示出通過絕對編碼器2記錄在光學代碼軌道I的代碼元素100’處調(diào)制的光21’。絕對編碼器2針對記錄的調(diào)制光21’產(chǎn)生狀態(tài)信號200。因此，代碼元素100’被成像為絕對編碼器2的傳感器20上的狀態(tài)信號200 (也就是說，代碼投影)，并且被傳感器20記錄。狀態(tài)信號200被傳達到評價單元3。評價單元3包括微處理器和計算機可讀數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。為了評價狀態(tài)信號200，計算機程序產(chǎn)品被從計算機可讀數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)(可本地位于評價單元3中或者可位于外部并且經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)進行連接)加載到評價單元3的微處理器中并且被執(zhí)行。評價單元3可以是諸如個人計算機(PC)的固定計算機、具有帶可編程邏輯的微計算機的印刷電路板、或者諸如便攜式電腦、智能電話等移動計算機。因此，根據(jù)本發(fā)明的編程代碼可存在于存儲在機器可讀介質(zhì)中的計算機程序產(chǎn)品或由電磁波實現(xiàn)的計算機數(shù)據(jù)信號的范圍內(nèi)，其中，程序代碼適于用當程序被加載到評價單元3的微處理器中并且在微處理器上執(zhí)行時根據(jù)本發(fā)明的上述系統(tǒng)記錄的光學代碼軌道I的絕對編碼10建立對象位置。評價單元3相對于傳達的狀態(tài)信號200建立位置規(guī)格300。狀態(tài)信號200具有雙射位置規(guī)格或雙射代碼。因此，要么直接用狀態(tài)信號200建立位置規(guī)格，要么通過在數(shù)字表中進行查詢將位置規(guī)格分派給狀態(tài)信號200的代碼。數(shù)字表同樣被存儲在計算機可讀數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)中并且能被加載到評價單元3的微處理器中。評價單元3還確定被傳達的狀態(tài)信號200的位置(例如，質(zhì)心301的形式)并且確定質(zhì)心301和絕對編碼器2的參考位置240之間的距離302。因此,根據(jù)位置規(guī)格300和距離302之和，絕對地確定對象位置。
[0074]要理解，這些描繪的附圖只是示意性示出可能的實施方式。各種方法可同樣地相互結(jié)合并且與現(xiàn)有技術的方法和儀器結(jié)合。
【權(quán)利要求】
1.一種記錄絕對編碼(10)的方法，其中，通過代碼軌道(I)的代碼元素(100、100’)實施絕對編碼(10)并且各個代碼元素(100、100’)分別形成主點或質(zhì)心，所述方法包括: 用光(21)照射所述代碼元素(100、100’)； 在所述代碼元素(100、100’)處調(diào)制照射的光(21)的部分； 記錄調(diào)制光(21’)并且產(chǎn)生狀態(tài)信號(200)， 針對所述狀態(tài)信號(200)及其位置創(chuàng)建主點或質(zhì)心(301)， 其特征在于， 以連續(xù)變化方式引起在所述代碼軌道的延伸方向上在相鄰的代碼元素(100、100’)處調(diào)制所述光(21)。
2.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的實施絕對編碼(10)的光學代碼軌道(1)，其中， 所述光學代碼軌道(I)包括機械支承件(11)，所述機械支承件(11)特別地是盤或帶的形式， 所述機械支承件(11)的至少一些區(qū)域中包括代碼元素(100、100’)，其中，各個代碼元素(100、100’)分別形成限定的主點或質(zhì)心， 其特征在于， 所述代碼元素(100、100’)按照相鄰的代碼元素(100、100’)以連續(xù)變化方式在所述代碼軌道的延伸方向上調(diào)制照射的光(21)這樣的方式來實施。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學代碼軌道(I)，其特征在于，所述絕對編碼(10)被實施為孔徑光闌，其中相鄰的代碼元素(100、100’)的代碼高度(101、101’)連續(xù)變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學代碼軌道(I)，其特征在于，所述絕對編碼(10)被實施為點網(wǎng)，其中相鄰的代碼元素(100、100’)的點密度(102、102’)連續(xù)變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學代碼軌道(I)，其特征在于，所述絕對編碼(10)被實施為偏振器，其中相鄰的代碼元素(100、100’)的偏振效率(103、103’)連續(xù)變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學代碼軌道(I)，其特征在于，利用散射光(21)或者反射光(21)或者吸收光(21)或者就光(21)而言是雙射性的偏振器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學代碼軌道(I)，其特征在于， -涂層(12)至少在一些區(qū)域中具有恒定的光學密度，特別地具有恒定的厚度，和/或 -所述涂層(12)至少在一些區(qū)域中具有變化的光學密度，特別地具有變化的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中的任一項所述的光學代碼軌道(I)，其特征在于， 所述代碼元素(100、100’)具有恒定的代碼元素寬度(104)和/或 所述代碼元素(100、100’)具有恒定的代碼元素高度(105)。
9.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的系統(tǒng)，其特征在于， 所述系統(tǒng)包括絕對編碼器(2)，特別是絕對旋轉(zhuǎn)編碼器或絕對線性位置編碼器，所述絕對編碼器(2)包括光學傳感器(20)； 所述絕對編碼器(2)包括根據(jù)權(quán)利要求2至8中的任一項所述的光學代碼軌道(I)；所述傳感器(20)被實施用于記錄在所述代碼軌道的延伸方向上在相鄰的代碼元素(100、100’)處以連續(xù)變化方式調(diào)制的光(21，)； 基于當記錄所述光時所述傳感器(20)產(chǎn)生的輸出信號，由所述絕對編碼器(2)創(chuàng)建狀態(tài)信號(200)以及針對所述狀態(tài)信號(200)的各自的一個主點或質(zhì)心(301)及其位置，并且根據(jù)上述信息推導出絕對位置值，特別是絕對角度或絕對線性位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器(20)的傳感器寬度(24)等于或大于所述代碼元素(100、100’)的代碼元素寬度(204)和代碼元素間隔(106)之和。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器(20)的傳感器高度(25)等于或大于所述代碼元素(100、100’)的代碼元素高度(105)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述光學代碼軌道(I)具有偏心距(16、16’)； 所述傳感器(20)的所述傳感器高度(25)等于或大于以下兩項之和: -所述代碼元素(100、100’)的最大代碼元素高度(105)， -所述光學代碼軌道(I)的不同位置處的偏心距(16、16’)造成的相對于所述傳感器(20)的代碼投影的最大高度偏移。
13.一種制作根據(jù)權(quán)利要求2至8中的任一項所述的光學代碼軌道(I)的方法，所述方法包括以下步驟: 提供所述光學代碼軌道(I)的機械支承件(11)； 在所述機械支承件(11)的至少一些區(qū)域中涂敷涂層(12)； 將代碼元素(100、100’)構(gòu)造到所述涂層(12)中，所述代碼元素(100、100’)分別形成主點或質(zhì)心并且調(diào)制照射的光(21)，其特征在于， 按照在所述代碼軌道的延伸方向上在相鄰的代碼元素(100、100’)處連續(xù)變化地調(diào)制照射的光(21)的方式構(gòu)造所述代碼元素(100、100’)。
14.一種制作根據(jù)權(quán)利要求2至8中的任一項所述的光學代碼軌道(I)的方法，所述方法包括以下步驟: 提供所述光學代碼軌道(I)的機械支承件(11)； 在所述機械支承件(11)的至少一些區(qū)域中產(chǎn)生作為所述光學代碼軌道(I)的衍射結(jié)構(gòu)； 將代碼元素(100、100’)構(gòu)造到所述衍射結(jié)構(gòu)中，其中代碼元素(100、100’)分別形成主點或質(zhì)心并且調(diào)制照射的光(21)，其特征在于， 按照在所述代碼軌道的延伸方向上在相鄰的代碼元素(100、100’)處連續(xù)變化地調(diào)制照射的光(21)的方式構(gòu)造所述代碼元素(100、100’)。
15.一種包括程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品被存儲在機械可讀介質(zhì)或者通過電磁波實施的計算機數(shù)據(jù)信號上，當程序被加載到評價單元(3)的微處理器中并且在所述微處理器上執(zhí)行時，所述程序代碼適于根據(jù)通過根據(jù)權(quán)利要求9至12中的任一項所述的系統(tǒng)記錄的光學代碼軌道(I)的絕對編碼(10)創(chuàng)建對象位置。
【文檔編號】G01D5/347GK104412070SQ201380035884
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】U·沃金格, 海因茨·利普納 申請人:赫克斯岡技術中心