絕對編碼器設置指示的製作方法

2023-04-29 03:29:31 2

專利名稱：絕對編碼器設置指示的製作方法
技術領域：
本發明涉及絕對位置編碼器，尤其涉及用於確定絕對位置編碼器的設置的方法和
直O
背景技術：
絕對位置編碼器是已知的，它能夠確定讀取頭相對於標尺的絕對位置。這種編碼器通常包括標尺，所述標尺具有至少一個軌道，其中沿著標尺的測量維度連續地形成唯一的位置數據。該數據的形式可以例如為偽隨機位序列或離散密語。通過讀取該數據，讀取頭能確定它與標尺的相對絕對位置。絕對編碼器能提供沿一個維度的位置信息(例如如公開號為W02002/084223的國際專利申請PCT/GB2002/001629以及歐洲專利No. 0503716中所描述的)或者沿兩個維度的位置信息(例如如歐洲專利申請No. 1099936中所描述的)。絕對編碼器的正確工作取決於讀取頭和標尺的合適設置。這可以包括讀取頭和標尺在自由度方面而不是在測量維度方面的相對布置。例如，讀取頭正確讀取標尺的能力可以依賴於讀取頭和標尺以合適的騎跨高度被相對地設置和/或被合適地對準，從而讀取頭相對於標尺不搖擺、傾斜或者滾動。它還依賴於與標尺和讀取頭的相對設置無關的其它因素。例如，讀取頭正確讀取標尺的能力可以依賴於標尺的清潔度。

發明內容
本發明提供了一種絕對位置編碼器，其基於對絕對標尺結構的圖像 (representation)的分析，提供表示讀取頭和標尺設置的輸出。根據本發明的第一方面，提供了一種操作絕對編碼器裝置的方法，所述編碼器裝置包括標尺和讀取頭，所述標尺具有沿至少一個測量維度限定絕對位置信息的結構，所述讀取頭被構造成讀取所述結構，所述方法包括獲取限定絕對位置信息的至少一些結構的至少一個圖像；分析所述至少一個圖像以便確定表示所述圖像質量的至少一個參數；以及至少部分地基於所述至少一個參數提供表示所述標尺和讀取頭的相對設置的輸出。已經發現確定圖像質量能提供連續可靠的方法來檢查讀取頭和標尺是否被適當地設置，包括檢查讀取頭和標尺是否相對於彼此合適地布置，以及用於檢查標尺的狀態。為了確保讀取頭能獲得精確的和/或可靠的位置信息，這是重要的。因此，表示圖像質量的參數可以提供對圖像適配性的測量以便提供位置信息，特別是提供可靠的和/或精確的位置 fn息ο所述輸出可以以許多不同的方式被使用，以便確保編碼器裝置的正確工作。例如， 如下面更詳細描述的，當讀取頭和標尺被正確地設置時，所述輸出可以被用來提示使用者， 從而使得使用者能確保他們正從編碼器裝置獲得最優性能。如果輸出表示正在獲得次優性能，則使用者可以進行校正動作。選擇地，輸出可以由例如控制器接收，所述控制器可以響應於輸出(例如通過將讀取頭使用在其上的機器停機)。確定所述至少一個參數可以只是基於所述結構的至少一個圖像。因此，這使得能夠僅僅從所述至少一個圖像確定關於讀取頭和標尺相對布置的設置信息。特別是，這使得僅僅從包含在單個軌道中的結構確定設置信息。因此，所述方法可以用於僅包括單個軌道的標尺。正如將要理解的，如果標尺是一個維度的標尺，則軌道僅僅能沿一個維度延伸。如果標尺是兩個維度的標尺，那麼軌道能沿兩個維度延伸。所述編碼器裝置可以是電磁編碼器或者是電感編碼器。編碼器裝置可以是電容編碼器。選擇地，所述編碼器裝置是光學編碼器。在這種情況下，所述編碼器裝置可以是透射型裝置，其中讀取頭檢測通過標尺透射的光線。選擇地，所述編碼器裝置可以是反射型裝置，其中讀取頭檢測從標尺反射的光線。所述讀取頭可以包括用於對標尺照明的光源。正如將要理解的，具有能在標尺上限定所述結構的許多合適的方法。例如，可以通過標記來限定結構，所述標記具有特殊電磁輻射(EMR)特性，例如特殊光學特性，例如通過標尺部件的特殊光透射率或反射率。因此，所述標尺可以是光學標尺。結構例如可以由具有最小反射率或透射率值的標尺的部件限定。選擇地，結構例如可以由具有最大反射率或透射率值的標尺的部件限定。在電磁編碼器的情況下，結構可以通過標記限定或者例如通過具有或不具有鐵磁材料限定，所述標記具有特殊電磁特性。在電容標尺的情況下，結構可以由具有特殊電容特性的標記限定。所述結構可以採取能夠被讀取頭讀取的線條、點或其它構造的形式。用於一維標尺的優選構造可以包括沿著與所述測量維度垂直的維度橫跨軌道整個寬度延伸的線條。通過對軌道中結構的選擇性構造，在結構中能對絕對位置信息進行編碼。例如，可以選擇一系列結構的尺寸和/或間隔以便對軌道中的數據進行編碼。適於與本發明使用的傳感器包括電荷耦合裝置(CCDs)、互補金屬氧化物半導體 (CMOS)傳感器、光電二極體陣列、霍爾傳感器陣列、磁阻傳感器陣列以及電容傳感器陣列。 適於用在讀取頭中以便獲得圖像的傳感器裝置可以包括離散傳感器元件陣列。例如，所述傳感器可以包括離散傳感器元件的一維線性陣列。例如，在標尺是光學標尺的情況下，傳感器可以是一維CMOS傳感器。所述離散傳感器元件陣列可被布置成使得所述陣列平行於標尺的測量維度延伸。該布置在所述結構包括垂直於標尺的測量維度延伸的線條時特別有用。分析所述圖像以確定表示圖像質量的參數可以包括關於預定標準評價圖像。合適的標準可以包括在至少一個圖像中至少一些結構的方位、在圖像中至少一些結構的質量、 圖像的扭曲和/或圖像的放大。因此，分析所述至少一個圖像可以包括分析所述至少一個圖像中結構的方位。這對於確定讀取頭和標尺的相對搖擺(即，關於垂直於標尺延伸的軸線的相對旋轉)是有用的。當使用沿兩個維度延伸的傳感器陣列(諸如二維CCD或者二維CMOS傳感器)時可以確定所述至少一個圖像中結構的方位。而且，分析所述至少一個圖像可以包括分析所述圖像中至少一些結構的質量。這可以包括分析至少一些結構在圖像中複製的怎麼樣。這可以包括分析包含在至少一個圖像中的至少一些結構的強度。用來測量所述結構的強度的特性依賴於所使用的標尺的類型 (特別是在標尺上限定結構的方式)以及用來檢測所述結構的方法。例如，所述強度可以包括結構的尺寸。例如，這可以是它們沿測量維度的尺寸。選擇地，所述強度包括在所述至少一個圖像中至少一些結構的幅度。選擇地，所述強度可以包括所述結構的邊緣的銳度。
可以使用所述圖像的其它特性來確定表示圖像質量的參數。例如，絕對編碼器標尺經常包括絕對位置數據的冗餘度，以便讀取頭可以對圖像執行誤差檢查和/或誤差糾正。在這種情況下，確定所述至少一個參數能包括確定圖像的誤差率。這可以包括確定必須被糾正的位的數量。而且，分析所述至少一個圖像可以包括在整個圖像上比較圖像中結構的特性(例如，它們的幅度、銳度和/或放大率)。例如，這可以包括確定在圖像一端處至少一個結構的幅度是否比在圖像相對端處至少一個結構的幅度更大。如果是這樣，則這可以表示讀取頭和標尺相對於彼此是傾斜的(例如前後傾斜)。所述輸出可以至少部分地基於確定圖像至少一部分的質量是否滿足闕值質量。所述闕值質量可以被設置成比所需的圖像質量更大，以便從圖像獲取可靠的位置信息。這能有助於確保在讀取頭失效(例如提供不正確的位置讀數或者不能提供位置讀取)之前採取糾正措施。所述輸出能表示圖像質量的水平。因此，這能有助於提供以下測量，即讀取頭和標尺沒有被適當設置的程度以及將發生讀取頭故障的可能性。例如，所述輸出可以至少部分地基於以下確定，即圖像質量滿足最低闕值質量的程度。所述輸出可以用來表示如何能改善圖像質量。因此，所述輸出能傳遞關於圖像質量如何是次優的信息。所述軌道能包括第一類型結構以及至少第二類型結構。所述第一類型結構在圖像中複製的如何對於讀取頭和標尺的設置的敏感性比第二類型結構更大。在這種情況下，分析所述至少一個圖像能包括分析所述第一類型結構的至少一個。軌道上的所述第一類型和第二類型結構可以由其相對尺寸區別開。例如，第一類型結構可以是在維度中小於第二類型結構的那些結構。因此，分析所述至少一個圖像能包括分析軌道的至少一個較小結構。特別地，所述第一類型結構可以是在測量維度中比第二類型結構更小的結構。正如將要理解的，所述第一類型結構不是必須在所有或任何方面是相同的。例如， 它們可以具有不同的形狀和/或尺寸。如果結構在至少一個測量維度中的尺寸小於闕值尺寸，則所述結構可以被識別成第一類型結構。第二類型結構也不是必須在所有或任何方面是相同的。結構的尺寸如果沿至少一個測量維度比闕值尺寸更大，則它可以被識別為第二類型結構。分析所述至少一個圖像可以包括將在圖像中複製的第一類型結構與在圖像中複製的第二類型結構比較。特別地，這可以包括將圖像中的第一類型結構的強度與圖像中的第二類型結構的強度進行比較。選擇地，這可以包括將圖像中第一類型結構的幅度與圖像中第二類型結構的幅度進行比較。分析所述至少一個圖像可以包括對至少一些結構的至少一部分圖像進行傅立葉變換。特別地，分析可以包括大致以結構的空間頻率對結構的至少一部分圖像進行傅立葉變換。選擇地，分析可以包括大致以結構的空間頻率的諧波對結構的至少部分圖像進行傅立葉變換。表示圖像質量的參數可以基於傅立葉變換的量級。選擇地，分析可以包括對至少一些結構的圖像的至少一部分進行快速傅立葉變換 (FFT)。表示質量的參數可以基於以至少一個空間頻率FFT的量級。第一類型結構可以被布置成在軌道中大致是周期性的。在這種情況下，分析所述至少一個圖像可以包括以第一類型結構的空間頻率對結構的至少部分圖像進行傅立葉變換。這能給出表示至少一個圖像中第一類型結構幅度的值。分析可以包括對至少一些結構的至少一部分圖像執行一個或多個傅立葉變換。因此，這些可以以一個或多個不同頻率進行。所使用的至少一些頻率可以涉及所述結構的空間頻率。特別地，所使用的至少一些頻率可以涉及第一類型結構的空間頻率。選擇地，至少一些頻率不涉及結構的空間頻率。例如，如果所述結構的空間頻率不是精確地被知道，則所述方法可以包括評價一些空間頻率。 這些可以是圍繞結構的空間頻率估計的一些空間頻率。在這些情況下，與結構的空間頻率最緊密對應的空間頻率可以具有最大傅立葉變換量級。該最大量級的值可以表示在所述至少一個圖像中結構的幅度。例如，該最大量級的值可以表示在所述至少一個圖像中第一類型結構的幅度。正如將要理解的，可以通過具有或不具有第一類型結構而在軌道中編碼絕對數據 (從而形成第二類型結構)。因此，圖像中第一類型結構的數目可以根據讀取頭和標尺沿測量維度的相對位置而變化。這反過來又幹涉來自傅立葉變換的值如何反映至少一個圖像中結構的質量。因此，所述方法可以包括基於圖像中第一類型結構的數目而補償傅立葉變換的結果。所述輸出可以基於參數，而不僅僅是表示至少部分圖像的質量的至少一個參數。 所述輸出可以基於不同因素的結合。例如，所述輸出還可以基於讀取頭溫度(例如，如果讀取頭包括溫度傳感器)、動力狀態(例如如果讀取頭包括電池時電池狀態)、標尺和讀取頭的相對速度以及/或者標尺和讀取頭的相對加速度。因此，可以提供單個包括所有讀取頭設置的輸出，其至少部分基於表示圖像質量的至少一個參數。選擇地，所述輸出可以只是基於所述至少一個參數。因此，所述輸出可以只是基於所述至少一個圖像的質量。標尺可以包括多個軌道。例如，除了包含限定絕對位置信息的結構的軌道之外，所述標尺可以包括包含限定增量位置信息的結構的第二軌道。選擇地，所述標尺僅包括單個軌道。這提供了特別緊湊的標尺。獲得所述圖像可以包括獲取至少一些所述結構的圖像。特別地，這可以包括獲得至少一些結構的快照圖像。至少一些結構的圖像可以是至少一些結構的影像。因此，所述讀取頭可以包括至少一個光學元件，用於將來自標尺的EMR聚焦到傳感器上。合適的光學元件包括透鏡，例如圓柱透鏡。其它合適的透鏡包括衍射鏡，諸如菲涅耳帶片(FZP)。所述方法可以進一步包括分析所述至少一個圖像以便確定沿至少一個測量維度讀取頭和標尺的相對位置。因此，相同的圖像可以被用於確定設置輸出以及確定定位信息。 所述位置信息可以在設置信息之前被確定，反之亦然，或者同時確定它們。可以通過與讀取頭分離的電路執行對至少一個圖像的分析。例如，所述至少一個圖像可以被傳送到讀取頭外面的電路進行分析。優選地，所述讀取頭包括電路，其被構造成分析所述至少一個圖像。所述電路可以是可編程的或者可以是硬連接的。合適的電路可以包括處理器。正如將要理解的，處理器包括合適的用於處理圖像的裝置並且包括模擬信號處理器和/或數字處理器。正如將要理解的，所述處理器可以包括單個部件或者可以包括多個彼此協作的不同部件。所述輸出可以是到電路的信號。所述電路可以包括處理器。所述電路可以位於讀取頭的外面。在這種情況下，所述電路可以是控制器的一部分。所述控制器可以被構造成根據輸出採取行動。例如，所述控制器可以被構造成停止編碼器裝置使用在其上的機器的操作。選擇地，所述輸出包括使用者可檢測輸出。例如，所述可以包括對使用者的可視指示。所述讀取頭可以包括輸出裝置，藉助該輸出裝置可以提供使用者可檢測輸出。例如，所述輸出裝置可以包括視覺指示裝置。例如，所述輸出裝置可以包括至少一個光源。例如，所述輸出裝置可以包括至少一個發光二極體(LED)。正如將要理解的，可以使用其它輸出。例如，可以使用聲音輸出。而且，可以提供多於一個的輸出。例如，所述方法可以包括輸出可視指示以及到處理器(例如在讀取頭外面的電路)的輸出。根據本發明的第二方面，提供了一種絕對編碼器裝置，其包括標尺和讀取頭，所述標尺具有限定沿指示一個測量維度的絕對位置信息的結構，所述讀取頭被構造成讀取所述結構，其中所述裝置被構造成藉助讀取頭獲得至少一些結構的至少一個圖像；分析所述至少一個圖像以確定表示圖像質量的至少一個參數；以及至少部分地基於所述至少一個參數提供表示標尺和讀取頭的相對設置的輸出。根據本發明的第三方面，提供了一種用於絕對編碼器裝置的讀取頭，其包括用於獲得至少一些結構的至少一個圖像的至少一個傳感器；電路，其被構造成分析所述一個圖像以確定表示圖像質量的至少一個參數；以及輸出裝置，其至少部分地基於所述至少一個參數提供表示標尺和讀取頭的相對設置的輸出。


現在將參照以下附圖描述本發明的實施例，其中圖1顯示了根據本發明的絕對編碼器的示意性等軸測視圖；圖2是圖1所示絕對編碼器的光學部件的示意性視圖；圖3是圖1所示絕對編碼器的讀取頭的電子部件的示意性視圖；圖4是圖1所示讀取頭的高級別操作的流程圖；圖5是用於確定設置信息的第一方法的流程圖；圖6是用於確定設置信息的第二方法的流程圖；圖7a是圖1所示標尺的示意性平面圖；圖7b是來自圖1所示讀取頭的傳感器的最優輸出的示意性視圖；圖7c示意性地顯示了來自圖1所示讀取頭的傳感器的次優輸出，這是由於讀取頭與標尺的不合適的相對騎跨高度和/或搖擺；以及圖7d是來自圖1所示讀取頭的傳感器的次優輸出的示意圖，這是由於讀取頭與標尺的不合適的相對傾斜。
具體實施例方式參照圖1和圖2，顯示了一種絕對編碼器2，其包括讀取頭4和標尺6。所述讀取頭 4和標尺6被分別設置在第一和第二物體(未示出)上，所述第一和第二物體可以沿著X軸線相對於彼此移動。在所描述的實施例中，標尺6是線性標尺。然而，可以理解，標尺6可以是其它類型的標尺，諸如旋轉標尺。而且，標尺6僅提供沿單個維度的測量信息。然而， 應當理解，不是必須是這種情況，例如，標尺可以提供沿兩個維度的測量信息。如圖所示，讀取頭4包括第一光源3。在所述實施例中，第一光源被安裝在讀取頭4的頂面上，從而當使用編碼器2時它可以容易地被操作者看見。標尺6是絕對標尺並且包括軌道7，軌道7具有一系列反射線8和非反射線10，它們垂直於測量方向X延伸。反射線8和非反射線10以預定周期(即，限定特定的空間頻率) 大體以交替方式設置。然而，軌道7缺少選擇的非反射線10，以便形成離散的密語，從而對軌道7中的絕對位置數據進行編碼。這種絕對標尺以及在軌道中如何對絕對位置信息進行編碼的進一步細節被描述在國際專利申請PCT/GB2002/001629(公開號W02002/084223) 中，其內容以參考的方式被結合在本文中。標尺6僅包括單個軌道7，但是可以包括多個軌道。例如，如果期望的話，除了所示軌道之外，還可以提供分離的增量軌道或分離的絕對軌道。正如將要理解的，作為缺少非反射線10的補充或替代，還可以缺少反射線8，以便在軌道7中對絕對位置數據進行編碼。而且，可以不用添加或者移除反射線8或非反射線 10，而在軌道7中嵌入絕對位置數據。例如，它們之間的線條寬度或者距離可以變化，以便在標尺6中嵌入絕對位置數據。而且，不是提供離散的密語，而是嵌入偽隨機位序列形式的絕對數據(如在歐洲專利No. 0503716中所描述的)。如圖2所示，讀取頭4另外包括發光二極體(LED)形式的第二光源12、透鏡18、一維CMOS傳感器20以及窗戶22。如圖所示，在所述實施例中，第一光源3包括三個不同顏色 (例如，紅，綠和藍)的獨立控制的發光二極體。在所述實施例中，CMOS圖像傳感器20包括單排256個細長像素，其長度平行於標尺上反射線8和非反射線10的長度延伸。正如將要理解的，可以代替CMOS傳感器使用其它圖像傳感器。例如，可以使用CCD或者光電二極體陣列。而且，可以代替所述一維圖像傳感器使用兩維圖像傳感器。從第二光源12發射的光線穿過窗戶22並落在標尺6上。標尺6將光線往回反射通過窗戶22，再穿過透鏡18，透鏡18又將被反射的光線聚焦在CMOS圖像傳感器20上。因此，CMOS圖像傳感器20檢測標尺6的一部分(特別是軌道7)的圖像。參照圖3，讀取頭4還包括處理器對、模擬-數字轉換器(ADC) 30、電可擦寫可編程只讀存儲器(EEPROM)或快閃記憶體形式的存儲器裝置32以及接口 38。正如本領域普通技術人員將要理解的，讀取頭4可以包括其它合適的電子部件，例如放大器、驅動器等，為清楚起見， 在圖3中省略了這些電子部件。第一光源3的三個LED與處理器M相連，從而它們可以根據處理器M的要求獨立地操作。CMOS圖像傳感器20經由ADC30與處理器M相連，使得處理器M可以接收穿過 CMOS圖像傳感器20的光線強度的數位化圖像。CMOS圖像傳感器20還與處理器M直接相連，使得CMOS圖像傳感器20可以被操作以便根據處理器M的要求對穿過它的光線強度拍快照。處理器M與存儲器32相連，從而它可以存儲並再獲得數據以便用於它的處理(如下面更詳細描述的)。接口 38與處理器M相連，從而處理器M可以經由線路40從外部裝置(未顯示)接收命令並將結果輸出到外部裝置。參照圖4-7，現在將描述絕對編碼器2的操作。參照圖4，將描述操作100的方法的高度概括。該方法開始於步驟102，為讀取頭4通電源。例如，這可以通過打開讀取頭的電源(未顯示)而進行。讀取頭4然後在步驟104獲得軌道7的快照圖像。這可以響應於藉助接口 38從外部裝置(例如，控制器)接收的位置要求。選擇地，這可以響應於內部產生的需求，例如，通過處理器對，該處理器M被構造成要求獲得快照圖像以便根據需要進行分析。通過處理器控制第二光源12照明軌道7並且同時控制CMOS傳感器20和ADC30 以便獲得軌道7的數位化圖像，讀取頭4獲得快照圖像。參照圖7 (a)，顯示了軌道7的示意性平面圖，其具有多個反射線8和非反射線10。 如圖所示，軌道7包括許多窄的結構(例如，由附圖標記9表示)和許多寬的結構(例如， 由附圖標記11表示)。在所述實施例中，窄的結構是在測量維度上其寬度小於反射線8和非反射線10的基本周期的結構，寬的結構是在測量維度上其寬度等於或大於反射線8和非反射線10的基本周期的結構。然而，這不是必須的，也可以應用其它標準來確定什麼是寬的結構以及什麼是窄的結構。例如，寬的結構可以簡單地是標尺上的那些結構，它們沿測量維度比標尺上的其它結構相對更大(即，什麼被當作寬的結構和窄的結構是以相對的方式被確定的並且取決於所使用的標尺的類型)。如圖7(a)所示，寬的結構不需要所有均具有相同的寬度；相反，它們可以具有不同的寬度。在標尺6上方設置讀取頭(在圖7 (a)中未顯示)，使得CMOS檢測器20能捕獲標尺6的圖像。圖像的質量可以取決於讀取頭4和標尺6的設置。例如，如果讀取頭4的位置與標尺6離得太近或太遠，和/或如果讀取頭4相對於標尺傾斜(例如圍繞Y-軸線旋轉)、 滾動(例如圍繞X軸線旋轉)和/或擺動(例如圍繞與標尺6的平面垂直的軸線(例如Z 軸線)旋轉)，和/或例如如果標尺是髒的，那麼圖像的質量以及它的沿標尺測量維度提供可靠位置信息的能力就受損害。特別地，這使得讀取頭難以可靠地識別標尺6上的結構並因此難以確定讀取頭4和標尺6沿至少一個測量維度的精確的相對位置。例如，參照圖7 (b)，其顯示了由讀取頭4的CMOS檢測器20所獲得和輸出的軌道7 的圖像，讀取頭4相對於標尺6被合適地設置。在這種情況下，圖像的質量是好的，特別是， 在整個圖像上有好的信號幅度。特別地，能夠看出，軌道7上窄的結構的幅度％與寬的結構的幅度^大致相等。參照圖7(c)，其顯示了由讀取頭4的CMOS檢測器20所獲得和輸出的軌道7的圖像，讀取頭4相對於標尺具有次優的騎跨高度。在這種情況下，圖像的質量是差的，特別是， 在整個圖像上信號幅度下降，其中窄的結構的幅度％比寬的結構的幅度 顯著下降。圖7c 所示軌道的圖像也是以下情形的圖像，其中讀取頭4和標尺6圍繞垂直於標尺的軸線(例如，圍繞圖1所示的Z軸線)相對於標尺具有次優的角度對準。參照圖7(d)，其顯示了由讀取頭4的CMOS檢測器20所獲得和輸出的軌道7的圖像，讀取頭4關於平行於標尺但是垂直於CMOS傳感器陣列長度的軸線(例如，圍繞圖1所示的Y軸線)相對於標尺具有次優的角度對準。在這種情況下，圖像的質量是差的。特別地，在圖像的一側(即，由仍然靠近標尺的CMOS傳感器獲得的一側)信號的幅度仍然是強的，但是朝著另一側(即，由遠離標尺傾斜的CMOS傳感器獲得的一側)下降。而且，窄的結構的幅度比寬的結構的幅度顯著下降。在步驟106，處理器M處理軌道的圖像以便獲取絕對相對位置信息，從而確定讀取頭4和標尺6的絕對相對位置。這可以應用已知技術進行，例如應用在國際專利申請PCT/ GB2002/001629(公開號冊2002/08422；3)中描述的技術。一旦已經確定絕對位置，則在步驟 108輸出所述位置。在步驟110，處理器M處理軌道的圖像以便確定設置信息。步驟110的細節在圖 5和6中(這在下面被描述)更詳細地顯示。如圖4所示，步驟110與步驟106平行地發生。然而，不是必須是這種情況，步驟106和110可以串聯地發生(步驟106在步驟110之前發生，反之亦然)。正如將要理解的，不是所獲得的軌道的每個圖像都需要被處理來確定設置信息。例如，讀取頭可以被構造成僅僅分析每隔一個的圖像，或者圖像的任何其它順序以便確定設置信息。而且，讀取頭可以被構造成僅僅根據要求分析圖像及確定設置信息。一旦已經獲得設置信息，處理器M就控制第一光源3以便根據在之前步驟110中所獲得的結果來將設置信息輸出給使用者。例如，在該實施例中，當在之前步驟110中所獲得的設置信息表示讀取頭4和標尺6沒有被合適地構造時，處理器M可以打開紅色LED，當設置信息表示讀取頭4和標尺6被合適地構造時，就打開綠色LED。正如將要理解的，可以以多種不同方式控制紅色、綠色和藍色LED以便給使用者指示不同的設置信息。當讀取頭4通電時，循環地繼續所述方法並且控制返回步驟104。所述方法一直繼續，直到關掉讀取頭4。參照圖5，將更詳細地描述用於確定設置信息的第一種方法。所述方法包括在步驟202識別圖像中的一個或多個寬的結構，然後在步驟204識別圖像中的一個或多個窄的結構。用於識別圖像中哪個是窄的結構以及哪個是寬的結構的合適的技術包括測量所述結構的寬度並且與標尺中結構的基本周期相比較。在步驟206，寬的結構的幅度、與窄的結構的幅度％相比較以便獲得幅度比率。 這包括將i)圖像中所有窄的結構的平均幅度除以ii)圖像中所有寬的結構的平均幅度。正如將要理解的，其它技術也可以被用來比較所述結構。特別地，所述方法可以將僅僅一個窄的結構(例如具有最小幅度的結構)的幅度與僅僅一個寬的結構的幅度比較。選擇地，所述方法可以將圖像左邊結構的幅度與圖像右邊結構的幅度進行比較。在步驟208，所述方法包括將幅度比率與存儲在存儲器32中的闕值進行比較以便確定設置指示器輸出。可以提供僅僅一個闕值，其值比所需幅度比率更大，以便能從圖像獲取可靠的位置信息。例如，如果幅度比率小於該最小闕值，則這可能表示差質量的圖像，並且設置指示器輸出可以被選擇，使得處理器M將控制第一光源3發出紅色光線以便警告使用者讀取頭4和標尺6沒有被合適地設置。然而，如果所述幅度比率大於該預定闕值，則設置指示器輸出可以被選擇成指示處理器M控制第一光源3發出綠色光，從而指示使用者讀取頭4和標尺6被適當地設置。而且，第一光源3可以以不同方式被控制以便給使用者指示不同的設置狀態。例如，可以使用光源中LED的照明的不同組合來產生不同顏色和 /或可以控制LED以不同速率閃亮和閃滅，以便發出信號表示不同設置狀態。這可以通過確定幅度比率超出最小闕值的程度並且相應地控制LED而實現。例如，這可以通過提供多個闕值而實現，所述闕值的水平表示圖像質量的不同量級以及因此讀取頭/標尺設置。然後將幅度比率與它們進行比較以便確定如何控制LED(例如，如果幅度超出最高闕值，那麼發出綠色光，如果幅度比率降到最高闕值與最低闕值之間，則發出橙色光，如果幅度比率降至最低闕值之下，則發出紅色光)。這還可以通過僅僅使用單個闕值而實現，並且輸出(例如，顏色、亮度和/或閃動頻率)取決於幅度比率高出最低闕值多少。如果期望的話，輸出還可以表示如何可以改善圖像質量。例如，確定設置信息的步驟110可以包括確定幅度比率是否在整個圖像上改變。如果這樣的話，那麼這可以是表示 讀取頭和標尺相對傾斜並且因此輸出可以將這個指示給使用者。例如，在讀取頭上可以有 LED陣列，它可以被控制以便指示任何傾斜的方向(以及選擇地，傾斜的程度)。因此，所述輸出可以傳遞關於圖像質量如何是次優的信息。參照圖6，將更詳細地描述用於確定設置信息的第二種方法。所述方法包括在步驟 302中以窄的結構的基本空間頻率對圖像進行傅立葉變換。正如將要理解的，可以在構建編碼器裝置期間提供基本空間頻率ω，或者可以通過在步驟302之前分析標尺的圖像而計算基本空間頻率ω。然後在步驟304建立傅立葉變換的量級Α。正如將要理解的，傅立葉變
換提供真實部@和虛擬部3，並且可以通過以下等式計算量級A如)f+pF《勸f或
者+[3(F_)P (1)其中F(GJ)代表以空間頻率ω的傅立葉變換。由於計算平方根是計算密集的，所以將要理解優選的是使用A2而不是A來確定設置指示器輸出。在步驟306，所述方法包括將A(或A2)與闕值比較以便確定設置指示器輸出。正如將要理解的，A(或者A2)依賴於在圖像中獲得的窄的結構的幅度。這又受讀取頭相對於標尺的設置(這就是將要被確定的)影響。A(或者A2)還依賴於圖像中窄的結構的數目。因此，如果窄的結構的密度沿著標尺有很大變化，則所述方法可以包括對它進行補償的步驟。例如，該補償可以通過將A(或A2)除以圖像中窄的結構的數目而實現。在所述實施例中，所述方法涉及大致按照結構的基本空間頻率(特別是窄的結構的基本空間頻率)對圖像進行傅立葉變換。以應用傅立葉變換的標尺為基礎，所述傅立葉變換可以使用結構的假設基本空間頻率。即使所述假設基本頻率不是精確地正確，所述方法仍然能提供圖像質量的有用指示。選擇地，結構的所述基本空間頻率可以通過在執行傅立葉變換之前分析圖像而確定。這在以下實施例中是有用的，在該實施例中，由於騎跨高度 /放大率效應，圖像化結構的實際基本空間頻率顯著地改變。而且，正如將要理解的，不是必須是以下情況大致以結構的基本空間頻率進行傅立葉變換。例如，所述方法可以涉及以其它一些頻率進行傅立葉變換，例如，以空間頻率的諧波。選擇地，所述方法可以涉及以一個或多個頻率進行傅立葉變換並且比較以不同空間頻率進行的傅立葉變換的量級。正如將要理解的，圖4中確定設置信息的步驟110可以包括只是執行圖5的方法， 或是只是執行圖6的方法。替換地，步驟110可以包括執行圖5和圖6兩個方法並且使狀態指示器輸出以兩個方法的結果為基礎。而且，步驟110可以包括首先執行方法5和6的其中一個，並且如果那個方法不能提供關於圖像質量的確定指示(例如，如果所述結果接近好圖像和壞圖像之間的邊界線)，則步驟110可以執行另一個方法以便確定設置指示器輸出。而且，作為上述方法的補充或者代替上述方法，圖4中確定設置信息的步驟110可以包括其它方法。例如，所述方法可以包括確定圖像中結構的幅度如何在整個圖像中變化。 例如，參照圖7(d)，所述方法可以將在圖像一端的結構幅度與在另一端的結構幅度比較以便確定相對設置，例如標尺6與讀取頭4之間的相對傾斜(例如圍繞Y軸線的旋轉)。如果標尺6包括絕對位置數據的冗餘度，則圖4中確定設置信息的步驟110還可以包括對圖像執行誤差檢查和/或誤差糾正。在上述實施例中，讀取頭4獲得標尺的光學圖像，例如由透鏡在檢測器上圖像化的標尺圖像。然而，正如將要理解的，不是必須是這種情況。例如，標尺可以是電磁或者例如是電容標尺，並且讀取頭可以藉助合適設置的磁敏式元件或者霍爾傳感器陣列獲得標尺的圖像。因此，編碼器裝置不必須是上述光學編碼器裝置，而是例如可以是電磁、電感或者電容編碼器裝置。所述讀取頭獲得標尺的快照圖像。然而，不是必須是這種情況。例如，光電陣列可以連續地提供軌道的圖像。在所述實施例中，設置輸出是基於對僅僅一個圖像的分析。然而，不是必須是這個情況，例如可以基於對由讀取頭獲得的標尺的多個圖像的分析。例如，對於多個圖像的每一個可以獲得單獨的設置數據，並且從對每個圖像所獲得的設置數據的平均值可以確定設置輸出信號。在所述實施例中，使用相同的圖像來確定位置信息(在步驟106)和設置信息(步驟110)。然而，不是必須是這種情況。可以獲得並使用軌道7的單獨的圖像。可以通過相同的檢測器裝置獲得所述單獨圖像。選擇地，可以使用不同的檢測器裝置。而且，正如將要理解的，不是必須確定絕對位置。例如，可以作為在需要任何位置確定之前執行的設置常規的一部分實施所述方法。作為上述給使用者提供可檢測設置輸出的補充或者替換，可以提供其它類型的輸出。例如，可以為與讀取頭通訊的的控制器提供表示圖像質量的輸出。然後所述控制器根據輸出決定是否停止或繼續使用編碼器裝置的機器的操作。
權利要求
1.一種操作絕對編碼器裝置的方法，所述編碼器裝置包括標尺和讀取頭，所述標尺具有沿至少一個測量維度限定絕對位置信息的結構，所述讀取頭被構造成讀取所述結構，所述方法包括獲得限定絕對位置信息的至少一些結構的至少一個圖像；分析所述至少一個圖像以便確定表示所述圖像質量的至少一個參數；以及至少部分基於所述至少一個參數提供表示所述標尺與所述讀取頭的相對設置的輸出。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，確定所述至少一個參數只是基於所述至少一個圖像。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，分析所述至少一個圖像包括分析所述圖像中至少一些結構的質量。
4.根據前面任何權利要求所述的方法，其中分析所述至少一個圖像包括分析所述至少一個圖像中至少一些結構的強度。
5.根據權利要求4所述的方法，其中分析所述至少一個圖像包括分析所述至少一個圖像中至少一些結構的幅度。
6.根據前面任何權利要求所述的方法，其中所述軌道包括第一類型結構和至少第二類型結構，所述第一類型結構的圖像質量對於讀取頭與標尺的相對布置更敏感，並且確定所述至少一個參數包括分析所述第一類型結構。
7.根據權利要求6所述的方法，其中至少沿所述至少一個測量維度所述第一類型結構比所述第二類型結構更小。
8.根據權利要求6或7所述的方法，其中分析所述至少一個圖像包括將所述第一類型結構與所述第二類型結構比較。
9.根據前面任何權利要求所述的方法，其中分析所述至少一個圖像包括對所述圖像的至少一部分進行傅立葉變換。
10.根據權利要求9所述的方法，包括以與所述第一類型結構的空間頻率相關的一個或多個頻率執行圖像的至少一部分的一個或多個傅立葉變換。
11.根據權利要求9或10所述的方法，其中表示所述圖像質量的參數基於至少一個傅立葉變換的量級。
12.根據前面任何權利要求所述的方法，其中分析所述至少一個圖像包括分析所述至少一個圖像中至少一些結構的方位。
13.根據前面任何權利要求所述的方法，其中所述輸出只是基於所述至少一個參數。
14.根據前面任何權利要求所述的方法，其中所述編碼器裝置是光學編碼器裝置。
15.根據前面任何權利要求所述的方法，其中所述標尺僅包括單個軌道。
16.根據前面任何權利要求所述的方法，進一步包括分析所述至少一個圖像以確定沿所述至少一個測量維度所述讀取頭與所述標尺的相對位置。
17.根據前面任何權利要求所述的方法，所述讀取頭包括電路，所述電路被構造成確定所述至少一個參數。
18.根據前面任何權利要求所述的方法，所述讀取頭包括一輸出裝置，並且基於所述至少一個參數的所述輸出是經由所述輸出裝置輸出的。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述輸出裝置包括可視指示裝置。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述輸出裝置包括發光二極體。
21.根據前面任何權利要求所述的方法，其中所述輸出至少部分地基於確定所述圖像質量是否滿足一闕值質量。
22.根據權利要求21所述的方法，其中所述輸出是表明所述圖像質量的水平。
23.根據權利要求21或22所述的方法，其中所述闕值質量大於所需圖像質量以便從圖像獲取可靠的位置信息。
24.一種絕對編碼器裝置，包括標尺和讀取頭，所述標尺具有沿至少一個測量維度限定絕對位置信息的結構，所述讀取頭被構造成讀取所述結構，其中所述裝置被構造成藉助所述讀取頭獲得至少一些結構的至少一個圖像；分析所述至少一個圖像以確定表示所述圖像質量的至少一個參數；以及至少部分地基於所述至少一個參數提供表示所述標尺和所述讀取頭的相對設置的輸出。
25.一種用於絕對編碼器裝置的讀取頭，包括用於獲得至少一些結構的至少一個圖像的至少一個傳感器；電路，其被構造成分析所述至少一個圖像以確定表示所述圖像質量的至少一個參數；以及輸出裝置，其至少部分地基於所述至少一個參數來提供表示所述標尺和讀取頭的相對設置的輸出。
全文摘要
本發明涉及一種操作絕對編碼器裝置的方法，所述編碼器裝置包括標尺和讀取頭，所述標尺具有沿至少一個測量維度限定絕對位置信息的結構，所述讀取頭被構造成讀取所述結構。所述方法包括獲得限定絕對位置信息的至少一些結構的至少一個圖像；分析所述至少一個圖像以便確定表示所述圖像質量的至少一個參數；以及至少部分基於所述至少一個參數提供表示所述標尺與所述讀取頭的相對設置的輸出。
文檔編號G01D5/347GK102197282SQ200980143126
公開日2011年9月21日 申請日期2009年10月27日 優先權日2008年10月28日
發明者伊恩·羅伯特·戈登-印格拉姆, 安德魯·保羅·格裡布爾 申請人:瑞尼斯豪公司