[發(fā)明專利]記錄編碼的方法和系統(tǒng)、實施編碼的軌道及軌道制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380035884.8
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN104412070B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: U·沃金格;海因茨·利普納
• 申請（專利權(quán)）人: 赫克斯岡技術(shù)中心
• 主分類號: G01D5/347
• 分類號: G01D5/347
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11127
• 代理人: 呂俊剛,劉久亮

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(xué)代碼軌道的絕對編碼的方法。

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。

以多方面方式使用絕對編碼器。在工廠建設(shè)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(zhǔn)距儀、激光掃描儀等測地儀器中，它們測量相對于遠(yuǎn)處對象的水平角度和垂直角度。在坐標(biāo)測量機器中，它們記錄機器人臂、方向盤等的空間對準(zhǔn)。

在下文中，考慮光學(xué)代碼軌道的具體情況。光學(xué)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(shù)的示例。許多相鄰代碼元素布置在光學(xué)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。

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0至1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)。

代碼元素是例如透光矩形，該透光矩形布置在光學(xué)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(xué)代碼軌道1。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(xué)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(xué)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。

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(guān)。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(dǎo)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。

然而，作為確定質(zhì)心的替代方式，本領(lǐng)域的技術(shù)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。

這被全部執(zhí)行，是為了以高精度確定對象的位置。因此，以1μm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(dāng)確定對象的位置時，必須消除系統(tǒng)和非系統(tǒng)誤差。

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(guān)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(dāng)確定對象的位置時非系統(tǒng)誤差。

當(dāng)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(guān)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(xué)絕對編碼器的情況下形成干涉莫爾圖案。此外，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(dāng)記錄絕對編碼時，可出現(xiàn)信息損失。