CN101196409A - 用于确定位置的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于确定位置的方法和设备。为了确定具有条形码的支撑物相对于传感器阵列(3)的位置，至少一次地确定线在传感器阵列(3)的区域中的位置，并根据所述位置来确定所述条形码的位置。此后，选择所述条形码的至少一条线(1)，记录所述至少一条所选择的线(1)的位置在传感器阵列(3)的区域中的位移，并且通过前面确定的位置根据该位移来计算实际位置。由此通过条形码和传感器阵列使得能够进行增量快速测量。

Description

用于确定位置的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于确定位置的方法和用于确定位置的设备。
背景技术
在许多应用中，使用具有至少一条条形码迹线(trace)的支撑物和用于记录至少一条条形码信息的传感器装置来确定两个元件之间的相对位置。所记录的条形码信息使得能够确定传感器相对于条形码或相对于具有条形码的支撑物的位置。在确定线性位置(linear position)时，使用线性条形码或刻度(graduation)。在确定角位置时，使用度盘刻度形式的条形码。
对于位置确定，存在直接确定绝对位置的第一种方案以及确定起始位置和增量信息的第二种方案。条形码迹线适用于各种方案。
通过增量信息进行的位置确定必须从可准确检测的零点开始并准确地检测沿两个方向的运动。例如通过沿条形码偏移设置的两个传感器的信号之间的相位(phase position)来确定运动的方向。为了获得高精度，必须使用非常小的条间距、并排的多条迹线和/或插值方法。
在确定绝对位置时，可以使用通过传感器阵列(例如，二极管阵列)读取的或例如通过旋转的度盘刻度动态读取的多条迹线上的码、一条迹线上的码。
可以例如通过度盘刻度以及在该度盘刻度的一部分上延伸的传感器阵列(具体地说，二极管阵列)来准确地确定角位置。为此，例如将度盘刻度划分为多个绝对编码间隔，传感器阵列读取间隔数并根据所读取的间隔数推导粗略的角度确定。为了获得准确的角度值，根据传感器阵列的密度(density)值来确定相对于传感器阵列的间隔标记的位置。
文献EP085951 B1和DE 19939643 A1描述了用于确定间隔标记的位置的多种方案。根据EP085951 B1，确定间隔标记的重心。在DE 19939643A1中，通过检测多条刻度线的侧缘(flank)位置并根据这些侧缘位置确定单个精确值，来确定间隔标记的位置。
为了进行准确的绝对位置确定，在各种应用的情况下需要很长的估计时间。
DE 3528955 A1公开了用于测地装置(geodetic device)的角度测量，其中，旋转的刻度盘包括绝对编码刻度和增量刻度二者。根据两种刻度的读数来确定角度的大小。对这两种刻度和两个读数的工作量太大。
DE 4125865 A1公开了其中同样允许通过并排设置并且具有不同间距(pitch)的多个增量刻度来进行绝对位置确定的方案。
DE 4436784 A1公开了其中增量线刻度(即，迹线)同时包括使得能够进行绝对位置确定的码的方案。该码是根据以下事实形成的：所述刻度的线具有不同的宽度但是它们的中线具有恒定的间距。通过CCD阵列读取该绝对码。增量读取头使得能够进行增量位置确定。合理地是，可以对绝对位置确定和增量位置确定进行相互测试。还可以消除偏心误差。如果需要，仅在相对大的时间间隔内进行绝对位置确定，而在大时间间隔之间使用增量位置确定。
发明内容
因为公知的方案很复杂而且耗时，所以本发明的目的是找到一种始终允许准确的位置确定的简单且快速的方案。
通过权利要求1和9的特征来实现该目的。从属权利要求描述了另选或优选实施方式。
在实现该发明目的时，应该认识到，在多种应用中，希望不但在静止状态而且在旋转或位移过程中进行准确的读数。在静止状态下，根据绝对码进行较慢的位置确定是有利的。然而，在运动状态下，必须进行快速测量。为了使本发明的确定设备具有简单的设计，对于增量确定使用用于绝对确定的刻度。可以省去另外的刻度。为了快速地实现读数，仅对传感器信号的一部分进行评估。
在公知的增量确定中，根据一个点处的明/暗变化或通过一个传感器来扫描等距离线的运动。不能通过绝对码的线来实现该操作。因为绝对码的线间隔不同的距离，所以必须找到用于获取一条增量信息的新颖方案。
在具有间隔标记的绝对刻度的情况下，可以例如以具有特定宽度的线的形式来记录间隔标记在传感器阵列的区域中的运动。必须要做的是跟踪间隔标记的位置。还可以跟踪任意的线或多条线的重心的位置，而不是跟踪间隔标记。计算n条线的重心并且跟踪该重心在运动过程中的变化。可以例如通过数字化的精度(位数)使重心确定的精度满足要求。如果所跟踪的间隔标记或所跟踪的重心进入传感器的边缘区域(reason)，则转换为对更加位于中心的间隔标记或更位于中心的重心的跟踪。
根据第一变型例，在使用绝对码的实施方式中，只要线在传感器阵列(具体地说，二极管阵列)的区域中可见，就因此选择并跟踪该线。在其从传感器阵列中出现之前的短时间内，存在到相同类型的下一条线的跳跃。在第二变型例中，记录n条线的重心在传感器阵列上的运动，并且根据需要，对这些线进行特征化，从而可以跟踪这些线。
可以在没有运动的时间内记录绝对码。在运动过程中，优选的是，仅执行本发明的增量记录。因此，通过在运动过程中使用传感器阵列进行绝对位置确定的设置使得能够进行增量快速测量。
在第一变型例中，在使用增量码的实施方式中，只要线在传感器阵列的区域中可见，就同样选择并跟踪该线。本发明的增量确定与公知的增量确定之间的差别在于：在本发明中跟踪至少一条线在传感器阵列上的运动。在公知的增量确定中，仅对线经过传感器位置进行记录。通过本发明的增量确定，可以省去非常精细的刻度。对于精度来说，重要的是，传感器阵列与条形码的成像一起使得能够进行条形码的高分辨的运动。
使用增量确定装置来执行该方法，为了确定实际位置，该增量确定装置选择绝对码的或者如果合适的话选择增量码的至少一条线1、2，记录该至少一条所选择的线1、2在传感器阵列3的区域中的位置的偏移，并且通过前面确定的位置根据该偏移来计算变化后的位置。
附图说明
图1示出了条形码的垂直线；
图2示出了其中跟踪线组(line packet)的实施方式；
图3示出了其中在传感器阵列的测量窗口中具有局部窗口的优选实施方式。
具体实施方式
附图参照三个工作实施例对本发明进行了说明。附图示意性地示出了条形码和传感器阵列中的每一个的一部分。在各种情况下，条形码都被表示为线性码，但是应该也可以被理解为表示度盘刻度的一部分。因为所示的线是具有编码间隔的绝对码，所以所示的线之间的间隔具有不同的大小。可以读取间隔数来粗略地确定位置。为了获得准确的位置值，根据传感器阵列的密度值来确定间隔标记相对于传感器阵列的位置。
在增量码的情况下，线之间的距离始终为相同大小。为了能够确定零点，必须设置对应的零点标记。在检测到零点之后，可以根据传感器阵列的密度值来确定至少一条线在传感器阵列上的位置的变化。
通过绝对码或零点标记或通过使用SW设置起始方向来至少一次地确定准确的起始位置。通过参照附图描述的方法，可以使用条形码的线通过传感器阵列来进行增量确定。
图1示出了条形码的垂直线。为了确定具有条形码的支撑物相对于传感器阵列3的实际位置，在连续的时间段期间分别跟踪至少一条所选择的线1。在多个预定的时间间隔内通过传感器阵列记录该至少一条所选择的线1的位置，并且通过前面确定的起始位置根据所记录的位置来计算实际位置。因为条形码根据指定的运动方向(具体地说，旋转方向R)相对于传感器阵列3运动，所以线1移出传感器阵列的区域。在线1从传感器3的测量窗口消失前或刚好消失时，转换为在后续时间段对刚好进入测量窗口的线2进行跟踪。
可以对任意的线进行跟踪。在绝对码的情况下，例如，对间隔标记进行跟踪。因为在传感器阵列3的测量窗口中仅同时存在很少的间隔标记，所以几乎不存在偶然地将另一条线的位置从一个位置确定记录到下一个位置确定的风险。为了将混淆的风险保持得很小，还可以至少在到相邻线的距离上对所跟踪的线进行特征化，但是优选的是在到两侧的相邻线的两个距离上对所跟踪的线进行特征化。如果高频率地对传感器阵列进行评估并且条形码的运动缓慢，则所跟踪的线的位置缓慢变化，以使得在每次评估中始终是最靠近的线。优选地是，传感器阵列3是二极管阵列。当然，可以使用使得可以检测线的位置的所有线性传感器装置。
图2示出了其中跟踪线组(line packet)而不是单独的线的实施方式。根据指定的运动方向(具体地说，旋转方向R)，实际跟踪的线组5将出现在传感器阵列3的测量窗口的右侧。为了进行进一步的位置确定，随后转换为对另外的线组4的跟踪。
为了对所选择的线组进行检测，可以使用该线组的至少一个特征特性，例如，线之间的相对间隔和/或线宽。如果在传感器阵列3的测量窗口中每次仅存在具有相同线间隔的一个线组，则排除了对另一线组的位置的偶然确定。例如，将线组的位置指定为重心的位置。
本实施方式不利于使用等距线的增量码，因为线组彼此之间没有区别。
图3示出了其中在传感器阵列3的测量窗口中限定了局部窗口6的优选实施方式。在该局部窗口6中，跟踪其中存在的多条线的重心的位移。当新的线进入该局部窗口6时，关于该线确定新的整体重心并进行跟踪。通过类似的方式，当一条线从局部窗口6中离开时，确定在不包含该线的情况下的新的整体重心并进一步进行跟踪。可以对所有的条形码使用该实施方式。
重心的变化与从一个线组到另一个线组的变化或从至少一条线到另一条线的变化相对应。在重心改变时，在固定的局部窗口6中的线的数量通常递增1或递减1。如果在一条线进入的同时一条线退出，则在局部窗口6中的线的数量没有变化的情况下重心的位置突然变化。
如果传感器阵列3的传感器的间距明显小于线之间的最小距离或投影到传感器阵列上的线之间的最小距离，则在当前运动过程中，重心一定不会连续地改变。该重心一定会最早在线经过位于两条线之间的多个传感器时发生变化。
因为通过线进入或退出固定窗口6来进行选择，所以局部窗口的上述应用包括对至少一条线的被动选择。在被动选择的情况下，不存在用于对传感器阵列3的整个测量窗口内的至少一条线的主动选择和正确跟踪的处理工作量。所需要做的是识别线进入和退出局部窗口6，线进入和退出局部窗口6导致重心的突然位移。
该局部窗口6被选择为使得其中始终存在至少一条线。如果在该局部窗口中仅存在几条线，则用于确定重心的位置的处理工作量较小。可以根据多种观点来建立窗口。例如，应该具有非常小的图像失真、非常小的传感器污染(soiling)、非常快的读出时间或最优的照明(illumination)。
优选的是，局部窗口6的大小和位置是固定的，但是根据需要，可以根据相应的测量过程来改变大小和/或位置。

Claims (8)

1.一种用于确定支撑物上的条形码相对于传感器阵列(3)的位置的方法，该传感器阵列(3)至少一次地确定所述条形码的线在所述传感器阵列(3)的区域中的位置，并且根据所确定的位置来确定所述条形码的位置，并且条形码迹线具体地形成绝对码，该方法的特征在于：选择所述条形码的至少一条线(1)；记录所述至少一条所选择的线(1)的位置在所述传感器阵列(3)的区域中的位移；以及通过前面确定的位置，根据所述位移来确定实际位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为了确定所述位置的位移，对仅一条线(1)在所述传感器阵列(3)的区域中的位置进行跟踪。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：为了确定所述位置的位移，对间隔标记的位置进行跟踪。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为了确定所述位置的位移，对多条线(4，5)的重心进行跟踪。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：根据所述重心的运动速度来改变用于确定所述重心的线的数量，在运动速度较高的情况下使用较少的线，而在运动速度较低的情况下使用较多的线。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于：如果所述至少一条所跟踪的线或所跟踪的重心进入所述传感器阵列(3)的边缘区域，则转换为对至少一条位于中央的线或一个位于中央的重心进行跟踪。
7.根据权利要求1到4中的任意一项所述的方法，其特征在于：在所述传感器阵列(3)中限定用于选择所述至少一条线的局部窗口(6)，为了确定所述位置的位移，对所述局部窗口(6)中的线的重心进行跟踪，当所述线进入或退出所述局部窗口时，转换为对新的重心进行跟踪。
8.一种用于确定位置的设备，该设备包括位于支撑物上的条形码，并且包括传感器阵列(3)，该传感器阵列(3)用于记录至少一条条形码信息，该传感器阵列(3)使得可以至少一次地记录所述条形码的线在所述传感器阵列(3)的区域中的位置，以确定所述条形码的位置，并且条形码迹线具体地形成绝对码，所述设备的特征在于：为了确定实际位置，使用增量确定装置，该增量确定装置使得可以选择所述条形码的至少一条线(1，2)并且记录所述至少一条所选择的线(1，2)的位置在所述传感器阵列(3)的区域中的位移，通过前面确定的位置根据所述位移来计算变化后的位置。
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