[發明專利]具有校準功能的線性編碼器

有效

• 申請號: 201510087380.1
• 申請日: 2015-02-25
• 公開（公告）號: CN104848877B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: U·沃金格;海因茨·利普納;克努特·西爾克斯
• 申請（專利權）人: 赫克斯岡技術中心
• 主分類號: G01D5/00
• 分類號: G01D5/00;G01D5/24;G01D5/30;G01D3/036
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 呂俊剛,劉久亮

技術領域

本發明涉及根據權利要求1的前序部分所述的具有校準功能的線性編碼器，根據權利要求7的前序部分所述的用于這種線性編碼器的校準方法，以及這種計算機程序產品。

背景技術

在許多應用領域需要用于精確距離測量的線性編碼器，其中，例如，要確定可沿線性路徑移動的部件的位置，及其組件在諸如驅動軸或樞轉軸這樣的線性軸上的位置。在這種情況下檢測的位置可以被用作用于測量目的的位置值，或者還用于經由具有位置控制環路的驅動器來定位組件。這種線性位置編碼器因此用于諸如坐標測量機(CMM)、大地測量裝置、機器人手臂或液壓致動器的裝置中。出于該目的，線性編碼器具有可彼此相關地移動的、質量具體化裝置(mass embodiment)和用于掃描其的讀取端頭，并且具有控制與分析單元，該控制與分析單元用于調節測量操作，并且用于將通過讀取端頭記錄的位置值指配給掃描信號。在這種情況下，根據需求和結構選項，或者讀取端頭固定或者質量具體化裝置可移動，例如，因為質量具體化裝置連接至要檢測其線性移動的可移動物體，或者質量具體化裝置固定地定位，而讀取端頭與其相關地移動，例如，因為坐標測量機的、設置有讀取端頭的測量滑架在接合至測量臺的標尺托架上移動。

在這種情況下，質量具體化裝置的掃描通常基于光學、感應、磁性或電容物理原理而按免接觸方式執行。例如，讀取端頭可以具有照明裝置，其利用光照射具有反射光或散射光(反射光掃描)或透射光(透射光掃描)的標記。光在傳感器(例如，在光電池或CCD陣列上)的感光拾取器上入射。如果質量具體化裝置具有反光標記，則該傳感器接合至讀取端頭的同一側上，作為照明裝置。在另一情況下，讀取端頭側向地包圍質量具體化裝置，并且傳感器和照明裝置大約彼此相對地設置在讀取端頭中/處/之上。該標記被用作碼元，該碼元用于編碼讀取端頭的、與質量具體化裝置有關的相對位置。該編碼例如可以通過交替相似光/暗轉換、波紋圖案而實現為遞增編碼，或者，對于除了光學測量方法以外的其它測量方法來說，例如通過許多限定的不同圖案而作為實現為電極或磁極，或者實現為絕對編碼。還已知遞增與絕對部分編碼的組合，例如，用于確定所有情況下的粗略位置和精細位置。例如，光學位置編碼的可能實現例如在專利申請EP 12175130.9中找到。

原則上，各種材料適合作為用于質量具體化裝置的材料。因為碼元要代表限定的位置值，所以它們實際上必須位于與讀取端頭有關的位置處，來表示相應位置值。當前，這種質量具體化裝置常常由鋼帶、塑料、玻璃或陶瓷制造。該標記以高精度施加至質量具體化裝置上，以供精確定位，其相對地對質量具體化裝置的生成方法產生針對制造公差的高要求，但也取決于希望的精確程度、取決于以后需求的校準過程，其向每一個編碼值指配一位置值，其接著被典型地存儲在線性編碼器的存儲單元中。應當明白的是，在已經執行一次的定位(例如，通過編碼校準)之后，該編碼位置應當繼續保持與讀取端頭有關的恒定，而不應改變。然而，對于目前典型地用于質量具體化裝置的的材料的情況來說，諸如溫度和濕度變化的環境影響，而且還有質量具體化裝置的老化過程產生造成質量具體化裝置膨脹或收縮的變化，并由此拉伸或壓縮碼元彼此的距離。由于這種影響，因而可以出現的是，通過存儲單元指配給碼元的位置值不再對應于讀取端頭和測量桿的實際相對位置。在公布申請DE 19608978A1中，提出了利用玻璃陶瓷作為用于光電位置測量單元的質量具體化裝置的材料，來避免這種影響。

作為老化或環境影響的結果，如果質量具體化裝置的材料與容納該質量具體化裝置的物體(例如，測量臺)的材料之間出現張力，則該質量具體化裝置因而整體上可以與讀取端頭相關地移位，由此，零點位置改變。為消除這種問題，提出了組合具有不同熱膨脹系數的材料以抵消溫度影響(例如，參見DE 19726173 A1)。這些示例中的許多示例，而且還有用于數學上補償因在這種方式下造成的錯誤的嘗試(例如，參照WO 9935468 A1)需要用于修正補償的溫度確定，然而，其假定了生產者處的預先的溫度校準。