用於確定光學代碼軌道的絕對編碼的方法

2023-11-06 17:24:02 3

用於確定光學代碼軌道的絕對編碼的方法
【專利摘要】本發明涉及用於確定光學代碼軌道(1)的代碼元素(100、100')表現的絕對編碼(10)的方法，其中，用光(21)照射絕對編碼(10)，調製代碼元素(100、100')上的照射光(21)的一些，確定作為調製光(21')的絕對編碼(10)並且連續變化相鄰的代碼元素(100、100')上的光(21)的調製。
【專利說明】用於確定光學代碼軌道的絕對編碼的方法
[0001]本發明涉及根據獨立權利要求的前序部分的用於記錄光學代碼軌道的絕對編碼的方法。
[0002]絕對編碼器是用於確定對象的絕對位置的傳感器。傳感器和對象相對於彼此的位置是可變的。傳感器可記錄對象位置的線性變化並且它可記錄對象的旋轉角度變化。已知根據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並且評價單元評價記錄的絕對編碼並且由此創建對象位置。在本發明的含義內，絕對編碼是空間分辨位置規格。
[0003]以多方面方式使用絕對編碼器。在工廠建設和管理中，它們確定諸如驅動件、旋轉頭、輪盤等機械元件相對於參考系統的位置。在諸如經緯儀、準距儀、雷射掃描儀等測地儀器中，它們測量相對於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EP1890113A1的現有技術的示例。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。在本發明的含義內，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格。
[0005]由於存在分別實施代碼的離散限定元素(並接著在評價期間還按逐個代碼元素進行考慮，其中，針對各代碼元素創建狀態/值)的限定的代碼元素，這裡可以談到「數字」代碼(相比於例如在O至I之間更新的連續代碼，其中，任何任意的中間值可基於限定的轉換功能被解碼成受歡迎的值，諸如受歡迎的位置規格；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餘區域中。通過透射光原理，用來自光源的光照射光學代碼軌道I。代碼元素調製光。經過透光矩形的光被傳感器沿著軌道方向記錄；沒有經過光學不透明的剩餘區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。傳感器產生用於被記錄光的狀態信號。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格或雙射代碼。因此，要麼直接從狀態信號創建位置規格，要麼通過在表中查詢將位置規格分配到狀態信號的代碼。由於代碼元素和傳感器具有空間延伸，因此此外可以創建狀態信號的質心，以便用子代碼元素精度將創建的位置規格與代碼元素的質心相關。在本發明的含義內，軌道方向上的狀態信號的寬度被稱為信號寬度並且軌道方向上的傳感器的寬度被稱為傳感器寬度。用狀態信號的質心推導代碼元素的質心。此外，用代碼元素的質心確定軌道方向上與參考位置的距離。因此，狀態信號不僅提供雙射位置規格，而且還能夠確定代碼元素相對於參考位置的位置。
[0008]然而，作為確定質心的替代方式，本領域的技術人員還已知不同的處理，通過這些處理，可基於記錄的代碼投影創建代碼元素的精確位置。
[0009]這被全部執行，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並且經緯儀以0.1mgon的精度以數百米的距離測量相對於對象的水平角度和垂直角度。為了能夠實現這種高精度，當確定對象的位置時，必須消除系統和非系統誤差。
[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係布置並且冗餘地記錄代碼軌道的絕對編碼。通過形成冗餘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誤差。
[0011]當確定對象的位置時的剩餘系統誤差經常具有諧波性質。這種諧波誤差具有多方面的成因。因此，它們可以是由於代碼元素在代碼軌道上的不規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象等造成的。此外，傳感器本身之間的固定空間關係和代碼軌道上的代碼元素的規則布置構成周期性結構。周期性結構的重合可在光學絕對編碼器的情況下形成幹涉莫爾圖案。此夕卜，根據Nyquist-Shannon取樣理論，在絕對編碼器的選定取樣頻率相對於代碼元素的最大頻率太小的情況下，當記錄絕對編碼時，可出現信息損失。
[0012]就這方面而言，W02011/064317A1描述了用於創建誤差係數的方法和用於使用這些誤差係數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於彼此能移動。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，用傅立葉級數展開將諧波角誤差表現為誤差係數。通過這些諧波角誤差校正角位置值。
[0013]本發明的第一目的由提供用於記錄光學代碼軌道的絕對編碼的改進方法組成。
[0014]本發明的第二目的由提供光學代碼軌道和用於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儘可能少的傳感器和/或儘可能少的計算開支，以按高度精確方式確定對象。
[0015]本發明的第三目的由提供製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有經證實的塗覆技術兼容。
[0016]本發明的其它目的由提供光學代碼軌道和用於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]通過表徵獨立權利要求書的特徵來實現這些目的中的至少一個。
[0018]本發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並且個體代碼元素分別形成主點或質心，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製照射的光的部分；包括記錄作為調製光(即，調製光被記錄，並且創建從其創建狀態信號、針對所述狀態信號的各自的一個主點或質心及其位置)的所述絕對編碼。根據本發明，在這種情況下以連續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製。
[0019]現在，當用矩形代碼元素調製根據EP1890113A1的現有技術的光學代碼軌道上的光時，會出現可造成混疊效果的衍射現象。這些混疊現象造成當記錄調製光時的擬隨機誤差。擬隨機誤差還對針對記錄的調製光產生的狀態信號有影響，並且幹擾狀態信號的質心的確定。 申請人:發現，當記錄以連續變化在相鄰的代碼元素處調製的光時在減小的程度內出現這種衍射現象。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並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」 一直是數學含義上的，絕對編碼的更新是照射光時無跳變變化地造成的。
[0020]因此，本發明涉及數字絕對代碼，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建狀態/值)。
[0021]通過避免不連續的亮/暗過渡，如在現有技術已知的數字代碼的矩形代碼元素處出現的，衍射現象減少，所以產生的狀態信號還具有更少的擬隨機誤差。因此，根據本發明，誤差減少。儘管當記錄亮/暗過渡的序列時根據W02011/064317A1的現有技術的諧波誤差被擴展為誤差係數並且隨後通過這些諧波誤差校正角位置值，本發明源自擬隨機誤差的產生並且減少其來源或發生。
[0022]本發明的有利發展源自獨立權利要求的特徵。
[0023]本發明的另一方面涉及一種實施數字絕對編碼的光學代碼軌道；所述光學代碼軌道包括優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心。這裡，所述代碼元素再次按照相鄰的代碼元素以連續變化方式在所述代碼軌道的延伸方向上調製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變化(即，沿著代碼軌道的延伸方向具有連續變化的孔徑開口大小)的孔徑光闌。
[0025]據發現，孔徑光闌可用具有連續變化的代碼高度的代碼元素實施絕對編碼。孔徑光闌由布置在軌道方向上並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變化的點網。
[0027]據發現，點網還可用具有連續變化的點密度的代碼元素實施絕對編碼。點網由亮背景下的暗點的軌道方向上具有可變密度的網組成。
[0028]根據其它【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變化的偏振器。
[0029]此外，據發現，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的光學裝置。這裡，區分由於散射導致的偏振、由於反射導致的偏振、由於吸收導致的偏振和由於雙射導致的偏振。
[0030]本發明的其它方面涉及一種用於記錄所述光學代碼軌道的絕對編碼的系統；所述系統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製光產生至少一個狀態信號；狀態信號具有信號寬度，所述信號寬度小於所述傳感器的傳感器寬度。
[0031]已知的是，僅當狀態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)的整數倍時可以最小誤差創建狀態信號的質心。一旦信號寬度與之偏離，只可以較大或較小的誤差創建狀態信號的質心。當狀態信號的信號寬度與傳感器元件寬度的整數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，不可能產生精確地是所有使用狀況下的傳感器元件寬度的倍數的信號寬度。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製作容差等)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，所述失真根據位置以不同寬度將代碼元素在傳感器上成像，傳感器產生所述圖像的狀態信號。
[0032]本發明的另一個其它方面涉及一種製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域中塗敷塗層；將代碼元素構造到所述塗層中，所述代碼元素分別形成主點或質心並且調製照射的光，所述代碼元素按照相鄰的代碼元素以連續變化方式調製照射的光的方式被構造。
[0033]這種製作方法是有成本效益的並且能兼容現有的經證實的技術。
[0034]根據下面對當前優選實施方式的描述，本發明的其它優點和特徵可結合附圖以示例性方式集合。
[0035]圖1示出現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本發明的光學代碼軌道並且將狀態信號傳達給評價單元；
[0037]圖3示出根據圖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恆定厚度的塗層；
[0038]圖4示出根據圖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於軌道方向的恆定厚度的塗層；
[0039]圖5示出根據圖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塗層；
[0040]圖6示出根據圖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於軌道方向的變化厚度的塗層；
[0041]圖7示出根據圖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；
[0043]圖9示出根據圖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製的光的過程期間的、根據圖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製的光的過程期間的、根據圖10的光學代碼軌道的部分的視圖；
[0046]圖12示出根據圖2的絕對編碼器的傳感器上的個體矩形狀態信號的第一實施方式；
[0047]圖13示出當確定根據圖12的狀態信號的質心時的誤差；
[0048]圖14示出根據圖2的絕對編碼器的傳感器上的個體鐘形狀態信號的第二實施方式；
[0049]圖15示出當確定根據圖14的狀態信號的質心時的誤差；
[0050]圖16示出根據圖2的絕對編碼器的傳感器上的個體矩形狀態信號的第三實施方式；
[0051]圖17示出當確定根據圖16的狀態信號的質心時的誤差；
[0052]圖18示出根據圖2的絕對編碼器的傳感器上的多個矩形狀態信號的第四實施方式；
[0053]圖19示出當確定根據圖18的狀態信號的質心時的誤差；
[0054]圖20示出根據圖2的絕對編碼器的傳感器上的多個鐘形狀態信號的第五實施方式；
[0055]圖21示出當確定根據圖20的狀態信號的質心時的誤差；
[0056]圖22示意性示出通過根據圖2的絕對編碼器記錄根據圖2的絕對編碼的代碼元素處調製的光和通過根據圖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。根據圖2，對象4被示意性實施為圓柱體並且光學代碼軌道I以帶的形式布置在對象4的周邊外部並且完全包圍該周邊。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』處調製的光21』。在本發明的含義內，短語「光的調製」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。光的調製包括光的散射、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。這裡，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。根據本發明，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，而且由於用於產生代碼投影的連續變化調製，導致針對個體接收元件(像素)的照射，產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於代碼投影的範圍內的連續變化調製。
[0059]絕對編碼器2根據記錄的代碼投影針對光學傳感器20記錄的調製光21』產生至少一個狀態信號200作為傳感器輸出並且將該狀態信號200傳達到評價單元3。接著在圖12至圖24中的是關於狀態信號200的細節。可按任意方式引起狀態信號200的通信23 ；特別地，它可以是基於電纜、無線電波等引起的。如果本領域的技術人員得知本發明，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、金屬等製成的機械支承件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、氮化矽和鑰等製成的塗層12被塗敷於機械支承件11的至少一些區域中。圖7至圖11示出光學代碼軌道I的視圖。舉例來說，在塗層12的至少一些區域中構造光刻、蝕刻或電鍍後的代碼元素100、100』。在構造之後機械支承件11的未被覆蓋的、不再包括塗層12的區域對於光21而言可以例如大於90%地、特別地大於98%地是透光的。在構造之後機械支承件11的被覆蓋的、仍然具有塗層12的區域對於光21而言是例如大於90%地、特別地大於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的塗層12在區域中的厚度可以是在X方向上和Y方向上恆定的。舉例來說，在邊緣區107和中央區二者中，塗層的厚度是I μ m,優選地，厚度是0.5 μ m，優選地厚度是0.1 μ m，等。然而，如圖5和圖6中所示，對於光學代碼軌道I的不同區域，塗層12的厚度還可以是不同的。舉例來說，根據圖5，在X方向上，塗層12在邊緣區107中(其中它是0.6μπι厚)比在中央區(其中它是0.2μπι厚)中厚。此外，根據圖6，在Y方向上，塗層12的厚度可連續地在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』處調製的光21』。在透射光方法中，光學傳感器20記錄通過未被覆蓋區域調製的光21』 ；在反射光方法中，光學傳感器20記錄在被覆蓋區域處調製的光21』。在根據圖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製光21』。在根據圖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，這裡進而還可使用透射光方法)以示例性方式記錄調製光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方向上的恆定代碼元素寬度104並且它們具有Y方向上的恆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的大小處於幾微米至幾釐米的範圍內。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的大小是恆定的並且處於幾微米至幾毫米的範圍內。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大於代碼元素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，可按相對於傳感器線長度(即，相對於傳感器寬度)代碼投影包含通過許多代碼元素100、100』產生的許多脈衝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)可被選擇成大於代碼元素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具有連續變化的孔徑光闌開口，但圖9、圖10和圖11示出在一側變化的孔徑光闌開口。因此，以塗層12形成孔徑光闌這樣的方式構造塗層12。這裡，代碼元素100、100』的邊緣區107中的機械支承件11被塗層12完全覆蓋；這裡，孔徑光闌開口形成在代碼元素100、100』的中央區域中，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，連續地)變化。這裡，機械支承件11因此只有一些區域被塗層12覆蓋。根據圖7、圖9、圖10和圖11，各代碼元素100、100』具有未被塗層12覆蓋的單個鄰近區域。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地(即，沒有跳變地)變化。由於代碼高度101、101』的連續變化，導致以連續變化來調製照射光21。代碼高度101、101』是從邊緣區107測得的、代碼元素100、100』的塗層12在Y方向上的延伸程度。代碼高度101、101』因此指明塗層12在機械支承件11上的邊界。根據圖7、圖10和圖11，孔徑光闌具有彎曲孔徑光闌截面形式的塗層12的邊界；根據圖9，孔徑光闌具有直線鋸齒截面形式的塗層12的邊界。
[0064]圖8示出包括點網作為絕對編碼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』連續地變化。機械支承件11同時在代碼元素100、100』的邊緣區107中和代碼元素100、100』的中央區中，只有一些區域以點形式被塗層12覆蓋。未被塗層12覆蓋的區域可以是鄰近的，但它也可以是不鄰近的。相鄰代碼元素100、100』的點密度102、102』連續地變化。由於點密度102、102』連續地變化，導致以連續變化調製照射光21。點密度102、102』是XY坐標系中每單位面積測得的點的密度。對於整個光學代碼軌道1，點的大小(諸如，10μπι、5μπι等)可以是恆定的；然而，對於光學代碼軌道I的各種區域，點的大小也可以是不同的，諸如，在第一區域中是5 μ m,在第二區域中是6 μ m等。
[0065]根據圖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，偏振器以特定偏振效率103、103』修改光21的偏振態，使得相鄰代碼元素100、100』的偏振效率103、103』連續地變化。由於偏振效率103、103』連續地變化，導致以連續變化調製照射光21。這裡，區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圖7、圖9、圖10和圖11的實施方式來實現。通過反射進行的偏振可用根據圖8的實施方式來實現。根據圖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；根據圖8，偏振效率103、103』是點密度102、102』的特定函數。此外，偏振效率103、103』還可根據塗層12的厚度、塗層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。根據圖10，光學傳感器20記錄來自第一代碼元素100的調製光21』，根據圖11，光學傳感器20記錄來自第二代碼元素100』的調製光21』。舉例來說，光學代碼軌道I包括盤形式的機械支承件11，盤具有因製作過程造成的Y方向上的偏心距16、16』。偏心距16、16』是依據光學代碼軌道I的下邊緣來表達的，根據圖10的光學代碼軌道I的下邊緣比根據圖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大於第二代碼元素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大於代碼元素100、100』的代碼元素高度105，以由此補償關於Y方向的光學代碼軌道I的偏心距16、16』並且避免以不完整方式記錄代碼元素100、100』。
[0067]出於將代碼元素100、100』相對於傳感器20精確對準的目的，可以針對各狀態信號200創建位置(例如，以狀態信號200的確定主點或質心301的形式)。在位置(例如，主點或質心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。這裡，代碼元素100、100』的形式和傳感器20的形式影響當確定狀態信號200的質心301時的精度。圖12至圖23示出當確定狀態信號200的位置時的誤差F如何取決於狀態信號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示出狀態信號200並且圖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。當確定狀態信號200的質心301時的誤差F或多或少地取決於質心偏移V。質心偏移V是通過擬隨機誤差造成或模擬的。
[0068]圖12示出個體矩形狀態信號200。如現有技術已知的，矩形狀態信號200是針對在矩形代碼元素處調製的記錄光而產生的。舉例來說，狀態信號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倍。圖13示出這種相對於用於記錄矩形狀態信號的像素間隔選擇信號寬度204的誤差F。質心偏移V出現在從零到整個像素的範圍內。由於狀態信號是矩形的並且信號寬度沒有形成像素間隔的整數倍，導致誤差F在-60nm至+60nm的範圍內具有鋸齒狀輪廓；誤差F的標準偏差是36nm。
[0069]圖14示出個體鐘形狀態信號200。鐘形狀態信號200是針對記錄的光21』產生的，根據本發明在代碼元素100、100』處調製(S卩，以連續變化方式調製)光21』，根據本發明的連續變化造成狀態信號200中的小衍射現象和少量擬隨機誤差。狀態信號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倍數。圖15示出這種相對於像素間隔選擇信號寬度204(單位:nm)的誤差F。質心偏移V出現在從零到整個像素的範圍內。由於鐘形狀態信號，導致誤差F只是範圍從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的個體矩形狀態信號200。信號寬度204是傳感器元件的整數倍。圖17示出這種信號寬度204與像素間隔之比的誤差F。質心偏移V出現在從零到整個像素的範圍內。誤差F是噪聲並且在從-7.54X10_8nm至-7.44XlO^nm的範圍內變化；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範圍內的不同信號寬度204的多個矩形狀態信號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。這種情況下的質心偏移V也在從零到整個像素的範圍內。質心偏移V表現出修圓的鋸齒狀外形並且在-1lnm至+Ilnm的範圍內變化；誤差F的標準偏差是7.9nm。
[0072]圖20示出根據本發明通過連續變化調製產生的多個鐘形狀態信號200，包括例如範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中看到這種代碼構造(即，使得信號寬度204在代碼軌道方向上的代碼分布範圍內具有變化的寬度並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。這種情況下的質心偏移V也在從零到整個像素的範圍內。質心偏移V是噪聲並且範圍在-7nm至+9nm的範圍內變化；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』處調製的光21』。絕對編碼器2針對記錄的調製光21』產生狀態信號200。因此，代碼元素100』被成像為絕對編碼器2的傳感器20上的狀態信號200 (也就是說，代碼投影)，並且被傳感器20記錄。狀態信號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據存儲介質。為了評價狀態信號200，電腦程式產品被從計算機可讀數據存儲介質(可本地位於評價單元3中或者可位於外部並且經由網際網路進行連接)加載到評價單元3的微處理器中並且被執行。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、或者諸如可攜式電腦、智慧型電話等移動計算機。因此，根據本發明的編程代碼可存在於存儲在機器可讀介質中的電腦程式產品或由電磁波實現的計算機數據信號的範圍內，其中，程序代碼適於用當程序被加載到評價單元3的微處理器中並且在微處理器上執行時根據本發明的上述系統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相對於傳達的狀態信號200建立位置規格300。狀態信號200具有雙射位置規格或雙射代碼。因此，要麼直接用狀態信號200建立位置規格，要麼通過在數字表中進行查詢將位置規格分派給狀態信號200的代碼。數字表同樣被存儲在計算機可讀數據存儲介質中並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信號200的位置(例如，質心301的形式)並且確定質心301和絕對編碼器2的參考位置240之間的距離302。因此,根據位置規格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合併且與現有技術的方法和儀器結合。
【權利要求】
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)並且各個代碼元素(100、100』)分別形成主點或質心，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』)處調製照射的光(21)的部分； 記錄調製光(21』)並且產生狀態信號(200)， 針對所述狀態信號(200)及其位置創建主點或質心(301)， 其特徵在於， 以連續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』)處調製所述光(21)。
2.一種用於根據權利要求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心， 其特徵在於， 所述代碼元素(100、100』)按照相鄰的代碼元素(100、100』)以連續變化方式在所述代碼軌道的延伸方向上調製照射的光(21)這樣的方式來實施。
3.根據權利要求2所述的光學代碼軌道(I)，其特徵在於，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』)連續變化。
4.根據權利要求2所述的光學代碼軌道(I)，其特徵在於，所述絕對編碼(10)被實施為點網，其中相鄰的代碼元素(100、100』)的點密度(102、102』)連續變化。
5.根據權利要求2所述的光學代碼軌道(I)，其特徵在於，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』)連續變化。
6.根據權利要求5所述的光學代碼軌道(I)，其特徵在於，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.根據權利要求6所述的光學代碼軌道(I)，其特徵在於， -塗層(12)至少在一些區域中具有恆定的光學密度，特別地具有恆定的厚度，和/或 -所述塗層(12)至少在一些區域中具有變化的光學密度，特別地具有變化的厚度。
8.根據權利要求2至7中的任一項所述的光學代碼軌道(I)，其特徵在於， 所述代碼元素(100、100』)具有恆定的代碼元素寬度(104)和/或 所述代碼元素(100、100』)具有恆定的代碼元素高度(105)。
9.一種用於根據權利要求1所述的方法的系統，其特徵在於， 所述系統包括絕對編碼器(2)，特別是絕對旋轉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)包括根據權利要求2至8中的任一項所述的光學代碼軌道(I)；所述傳感器(20)被實施用於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』)處以連續變化方式調製的光(21，)； 基於當記錄所述光時所述傳感器(20)產生的輸出信號，由所述絕對編碼器(2)創建狀態信號(200)以及針對所述狀態信號(200)的各自的一個主點或質心(301)及其位置，並且根據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.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述傳感器(20)的傳感器寬度(24)等於或大於所述代碼元素(100、100』)的代碼元素寬度(204)和代碼元素間隔(106)之和。
11.根據權利要求9或10所述的系統，其特徵在於，所述傳感器(20)的傳感器高度(25)等於或大於所述代碼元素(100、100』)的代碼元素高度(105)。
12.根據權利要求11所述的系統，其特徵在於， 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)等於或大於以下兩項之和: -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』)造成的相對於所述傳感器(20)的代碼投影的最大高度偏移。
13.一種製作根據權利要求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)的至少一些區域中塗敷塗層(12)； 將代碼元素(100、100』)構造到所述塗層(12)中，所述代碼元素(100、100』)分別形成主點或質心並且調製照射的光(21)，其特徵在於， 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』)處連續變化地調製照射的光(21)的方式構造所述代碼元素(100、100』)。
14.一種製作根據權利要求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)的至少一些區域中產生作為所述光學代碼軌道(I)的衍射結構； 將代碼元素(100、100』)構造到所述衍射結構中，其中代碼元素(100、100』)分別形成主點或質心並且調製照射的光(21)，其特徵在於， 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』)處連續變化地調製照射的光(21)的方式構造所述代碼元素(100、100』)。
15.一種包括程序代碼的電腦程式產品，所述電腦程式產品被存儲在機械可讀介質或者通過電磁波實施的計算機數據信號上，當程序被加載到評價單元(3)的微處理器中並且在所述微處理器上執行時，所述程序代碼適於根據通過根據權利要求9至12中的任一項所述的系統記錄的光學代碼軌道(I)的絕對編碼(10)創建對象位置。
【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 優先權日:2012年7月5日
【發明者】U·沃金格, 海因茨·利普納 申請人:赫克斯岡技術中心