[發明專利]一種用于提供位移信號的抗污染和缺陷的光學編碼器

有效

• 申請號: 201810695514.1
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN109211285B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: J.D.托比亞森;N.拉曼;木村彰秀;平田州
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01D5/34;G01D5/38;G01D5/30;G01D3/032;G01B11/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳金林

一種光學編碼器配置包括標尺、照明源和光電檢測器配置。照明源被配置為向標尺輸出結構化照明。標尺沿著測量軸方向延伸并且被配置為輸出標尺光，該標尺光形成檢測器條紋圖案，該檢測條紋圖案包括沿著測量軸方向在相對較長的尺寸上延伸的周期性高強度帶和低強度帶、并且沿著橫向于測量軸方向的檢測到的條紋運動方向是相對窄的而且是周期性的。當標尺光柵沿著測量軸方向移位時，高強度帶和低強度帶沿著橫向于測量軸方向的檢測到的條紋運動方向移動。光電檢測器配置被配置為檢測沿檢測到的條紋運動方向的高強度帶和低強度帶的位移，并提供指示標尺位移的相應空間相位位移信號。

相關申請的交叉引用

本申請是于2017年6月29日提交的標題為“用于提供位移信號的抗污染和缺陷光學編碼器配置(CONTAMINATION AND DEFECT RESISTANT OPTICAL ENCODER CONFIGURATIONFOR PROVIDING DISPLACEMENT SIGNALS)”的美國專利申請序列號15/637,750的部分繼續申請，它們的公開內容通過引用結合于此。

技術領域

本發明總體上涉及精確位置或位移測量儀器，并且更具體地涉及一種具有信號處理的編碼器配置，該信號處理能夠抵抗可以與標尺的污染或缺陷部分相關聯的錯誤。

背景技術

光學位置編碼器確定讀數頭相對于標尺的位移，該標尺包括由讀數頭檢測到的圖案。典型地，位置編碼器采用包括至少一個具有周期性圖案的標尺軌道的標尺，并且從標尺軌道產生的信號作為讀取頭沿著標尺軌道的位移或位置的函數而是周期性的。絕對式位置編碼器可以使用多個標尺軌道在沿著絕對標尺的每個位置提供獨特的信號組合。

光學編碼器可以利用增量或絕對位置標尺結構。增量位置標尺結構允許讀數頭相對于標尺的位移通過沿著標尺從初始點開始累積位移的增量單位來確定。這種編碼器適用于某些應用，特別是那些線路功率可用的應用。在低功耗應用(例如，電池供電儀表等)中，更希望使用絕對位置標尺結構。絕對位置標尺結構在沿標尺的每一個位置提供獨特的輸出信號或信號組合，因此允許各種節能方案。美國專利號3,882,482；5,965,879；5,279,044；5,886,519； 5,237,391；5,442,166；4,964,727；4,414,754；4,109,389；5,773,820和5,010,655 公開了與絕對位置編碼器相關的各種編碼器配置和/或信號處理技術，并且因此通過引用將其全部內容合并于此。

一些編碼器配置通過在編碼器配置的照明部分中利用照明源光衍射光柵而實現某些優點。其中的每一個通過引用整體并入本文的美國專利號 8,941,052；9,018,578；9,029,757和9,080,899公開了這樣的編碼器配置。這些專利中公開的一些配置也可以表征為利用超分辨率莫爾成像。

在各種應用中，制造缺陷或污染(如標尺軌道上的灰塵或油)的標尺可能會干擾讀數頭檢測到的圖案，而在結果位置或位移測量中造成誤差。一般來說，由缺陷或污染引起的誤差大小可能取決于這樣的因素，諸如缺陷或污染的大小、標尺上的周期性圖案的波長、讀數頭檢測器區域的大小、這些尺寸之間的關系等等。已知用于響應編碼器中的異常信號的各種方法。幾乎所有這些方法都基于禁用編碼器信號，或提供“錯誤信號”以警告用戶，或調整光源強度以增強低信號等。然而，盡管由于某些類型的標尺缺陷或污染而產生的異常信號，但這種方法不能提供繼續精確測量操作的手段。因此這些方法具有有限的實用性。在日本專利申請JP2003-065803('803申請)中公開了確實減輕標尺污染或缺陷對測量精度的影響的一種已知方法。'803申請教導了一種方法，其中兩個或多個光電檢測器輸出具有相同相位的周期性信號，這些信號分別輸入到各自的信號穩定性判斷裝置。信號穩定性判斷裝置僅輸出被判斷為“正常”的信號，并且“正常”信號作為位置測量的基礎被組合。位置測量計算中排除了“異常”的信號。然而，在'803申請中公開的判斷“正常”和“異常”信號的方法具有某些缺點，限制了'803申請的教導的實用性。