CN101839728B - 绝对式线性编码器以及调节其位置的方法 - Google Patents

Abstract

一种绝对式线性编码器和一种用于调节绝对式线性编码器的位置的方法。绝对式线性编码器包括：包括含有高阶码道和低阶码道的多个码道的标尺；和被配置为检测对标尺的相对位置的检测头；以及处理电路，其被配置为通过使用修正值、高阶码道和低阶码道的输出值、以及低阶码道对高阶码道的周期比来获得低阶码道的周期编号，并且基于低阶码道的周期编号和输出值而获得检测头对标尺的位置，其中，基于由高阶码道对检测头的位置与低阶码道对检测头的位置之间的差异所产生的码道间误差，每修正节距获得所述修正值，修正节距的宽度宽于检测节距。

Description

绝对式线性编码器以及调节其位置的方法

技术领域

本发明涉及一种具有所谓的分离模型的绝对式线性编码器，其包括具有多个码道的标尺(scale)和用于检测相对于标尺的相对位置的检测头，并且能够当将标尺和检测头安装在成为应用对象的机器上时调节标尺和检测头的相对姿势(posture)，其中所述多个码道包括光格栅(optical grid)、电极板(electrode plate)、磁化的磁体和电磁感应线圈中的至少一个，沿着测量轴以指定间隔连续布置它们每一个；具体地，本发明涉及一种能够减少调节标尺和检测头之间的位置关系的步骤数量的绝对式线性编码器以及调节其位置的方法。

背景技术

作为在机床(machine tool)等中使用的用于反馈的线性编码器，绝对式线性编码器已经被广泛使用，它能够在打开电源时检测绝对位置。

在绝对式线性编码器中，存在具有通过其保持标尺和检测头的相对位置的机械结构的单元式(称为装配(assembly)式)。甚至当把这种单元式编码器安装在诸如机床之类的机器设备中时，在安装它之后，这也不需要对绝对式线性编码器的标尺和检测头进行任何的位置调节，并且不需要调节相对于作为检测头的输出信号的相位2正弦波信号的偏移量、幅度和相位的位移(shift)长度、以及由位置改变引起的多个码道间的相移，这是因为保持了标尺和检测头的相对位置。

而且，作为绝对式线性编码器，存在与上述单元式不同的分离式，其中标尺和检测头彼此分离。当把线性编码器安装在诸如机床等的机器设备中时，这需要关于位置关系对标尺和检测头进行机械调节以及此后对相对于由检测头检测的相位2正弦波信号的偏移量、幅度和相位的位移长度、以及多个码道间的相移进行电调节。

在分离式中，因为标尺和检测头彼此分离，所以产生几个优点，例如，在诸如机床等的机器设备中的装配自由度较高，能够实现机器设备的小型化，不存在由于用于保持其相对位置的机械结构而产生的检测误差，而且不会破坏设计。然而，将绝对式线性编码器中的标尺的两个或更多码道(组)结合起来是必要的。即，为了实现高度精确的位置检测，关于多个码道进行具有高精确性的机械位置调节并且再现初始位置关系(例如，从工厂发货时在临时装配中的位置关系，用于检验精度)是必要的。

因此，本发明人已经提出了一种在JP-A-2006-3307中示出的用于修正装配位置并且调节数据的方法。JP-A-2006-3307试图通过在装配检测头时，基于保存在检测头的内部存储器中的修正数据而关于所获得的位置数据进行调节，并且在机械地调节检测头之后进行对相对于所检测的信号的偏移量、幅度和相位的位移长度的修正，以便从检测头获得足够的输出，来确保初始的位置精确性(例如，从工厂发货时的精确性)。

通常，为了提高绝对式线性编码器的分辨能力和精确性，使最低有效的码道的预定节距(周期)(例如，码道上提供的光格栅的最小节距)较小是必要的，而为了增加绝对式线性编码器的检测距离，延长最高有效的码道的位置检测的长度也是必要的。通过增加低阶码道对高阶码道的周期比(码道比)可以实现这些因素。然而，如果码道比增加，则标尺和检测头之间的机械调节的容限减小。那时，因为使得最高有效的码道的位置检测的长度更长，所以在整个标尺长度上确保机械准直度(straightness)变得困难。

在JP-A-2006-3307中，因为甚至在调节了电信号之后，如果必要的话，则也再次进行机械调节，所以调节行为不容易关于位置精确性而集中(converge)，其中存在如下担心：位置调节是麻烦的。即，存在如下问题：无法增大在标尺的移动方向X上标尺和检测头之间的机械调节的容限。

发明内容

本发明的目的是提供一种在实现高度精确的位置检测的同时能够增加标尺和检测头之间的机械位置调节的容限的绝对式线性编码器、以及调节其位置的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种绝对式线性编码器，包括：包括含有高阶码道和低阶码道的多个码道的标尺；检测头，其被配置为检测对标尺的相对位置，当把标尺和检测头附着(attach)到成为应用对象的机器设备时，调节标尺对检测头的相对位置，检测头接收在标尺的整个长度的多个周期从低阶码道对于高阶码道而输出的输出；以及处理电路，其被配置为通过利用以修正节距的间隔获得的修正值、高阶码道的输出值、低阶码道的输出值和低阶码道对高阶码道的周期比来获得低阶码道的周期编号，并且基于低阶码道的周期编号和输出值，获得检测头对标尺的位置，其中，当为了其位置修正而以检测节距(pitch)检测检测头的位置时，基于由高阶码道对检测头的位置和低阶码道对检测头的位置之间的差异所产生的码道间误差，获得每修正节距的该修正值，修正节距的宽度宽于检测节距。

当使得高阶码道的输出值和低阶码道的输出值两者均成为利用被认为是1的最大值而归一化的相位量时，码道间误差可以是通过从差值减去通过对该差值四舍五入而成为整数的值所获得的值，其中，通过从将高阶码道的输出值乘以低阶码道对高阶码道的周期比而获得的值中减去低阶码道的输出值而获得该差值；而修正值可以是通过在修正节距中对以检测节距获得的码道间误差取平均而获得的值。

检测节距和修正节距可以通过利用作为参考的高阶码道的输出值获得。

当使得高阶码道的输出值和低阶码道的输出值均成为利用被认为是1的最大值而归一化的相位量时，可以在处理电路中获得低阶码道的周期编号，其为通过对通过从用高阶码道的输出值乘以低阶码道对高阶码道的周期比而获得的值中减去低阶码道的输出值和修正值所获得的值进行四舍五入而成为整数的值。

该绝对式线性编码器还可以包括连接于处理电路的、存储修正值于其中的存储电路。

该绝对式线性编码器还可以包括被配置为将在外部所获得的修正值输入到处理电路中的外围通信电路。

关于码道间误差，可以提供阈值和偏移值。当码道间误差超过阈值时，可以根据以所述修正节距中的至少一个用以修正位置的检测节距进行的上次位置检测中获得的码道间误差的大小，改变偏移值。可以通过将改变后的偏移值加至码道间误差来改变码道间误差。

根据本发明的另一方面，提供了一种调节绝对式线性编码器的位置的方法，该绝对式线性编码器包括：包括含有高阶码道和低阶码道的多个码道的标尺；和被配置为检测对标尺的相对位置的检测头，当把标尺和检测头附着至成为应用对象的机器设备时，调节标尺对检测头的相对姿势，检测头接收在标尺的整个长度的多个周期从低阶码道对于高阶码道而输出的输出，该方法包括：为了检测头的位置修正而以检测节距进行位置检测；基于通过在本次的高阶码道对检测头的位置与低阶码道对检测头的位置之间的差异产生的误差，获得宽度大于检测节距的每修正节距的修正值；以及利用高阶码道的输出值、低阶码道的输出值、低阶码道对高阶码道的周期比以及修正值来获得低阶码道的周期编号。

当使得高阶码道的输出值和低阶码道的输出值均成为利用被认为是1的最大值而归一化的相位量时，可以获得码道间误差，其为通过从差值中减去通过对该差值四舍五入而成为整数的值所获得的值，该差值通过从用高阶码道的输出值乘以低阶码道对高阶码道的周期比所获得的值中减去低阶码道的输出值而获得，而可以获得修正值，其为通过在修正节距中对以检测节距所获得的码道间误差取平均而获得的值。

检测节距和修正节距可以利用作为参考的高阶码道的输出值获得。

当使得高阶码道的输出值和低阶码道的输出值均成为利用被认为是1的最大值而归一化的相位量时，可以获得低阶码道的周期编号，其为通过对通过从用高阶码道的输出值乘以低阶码道对高阶码道的周期比而获得的值中减去低阶码道的输出值和修正值所获得的值四舍五入而成为整数的值。

本方法还可以包括：关于码道间误差而提供阈值和偏移值，并且当码道间误差超过阈值时，根据以所述修正节距中的至少一个用以修正位置的检测节距进行的上次位置检测中获得的码道间误差的大小，改变偏移值；以及通过将改变后的偏移值加至码道间误差来改变码道间误差。

在上次位置检测中所获得的码道间误差的大小可以由一个或多个标志确定。

根据上文，在实现高度精确的位置检测的同时，能够增大标尺和检测头之间的机械位置调节的容限。即，该绝对式线性编码器的标尺及其检测头必须以非常不同于初始位置关系(例如，从工厂发货时的精确性)的位置关系而被附着至机器设备，机械的重新调节变得不必要了，可以通过利用修正值来实现位置调节，使得实现高度精确的位置调节。

也就是说，可以减少调节标尺和检测头之间的位置关系的步骤数量。另外，因为可以放宽标尺和检测头所附着在其上的机器设备的表面的机械加工精确性，所以能够以低成本来实现其附着。此外，由于将不存在检测到错误的绝对位置的情况，所以可以提高位置检测的可靠性。

附图说明

依据下文中给出的详细描述以及附图，本发明将变得更加完全地被理解，其中，仅仅以图示的方式给出附图，从而其并非限制本发明，并且其中：

图1为根据本发明的实施例1的绝对式线性编码的一般透视图；

图2A和2B为根据本发明的实施例1的绝对式线性编码器的标尺和检测头的示意图；

图3为根据本发明的实施例1的绝对式线性编码器的检测头的示意性框图；

图4为示出根据本发明的实施例1的、从绝对式线性编码器的码道间误差获得修正值的流程图；

图5为示出利用相同的修正值的位置数据计算的流程图；

图6A和6B为示出根据本发明的实施例1的绝对式线性编码器的高阶码道和低阶码道的相位量的视图；

图7A和7B为示出根据本发明的实施例1的基于绝对式线性编码器的修正值的基本效果的图；

图8A和8B为示出根据本发明的实施例1的基于绝对式线性编码器的修正值的基本效果的图；

图9为示出根据本发明的实施例2的基于绝对式线性编码器的码道间误差获得修正值的流程图；

图10为示出根据本发明的实施例2的、第一标志和第二标志所应用至的位置以及绝对式线性编码器的码道间误差的视图；

图11为示出根据本发明的实施例2的绝对式线性编码器的详细的码道间误差的视图；

图12为根据本发明的实施例3的检测头的简明框图；

图13为根据本发明的实施例4的检测头的简明框图；

图14A和14B为示出根据本发明的实施例5的标尺和检测头的示意图；

图15A至15C为示出根据本发明的实施例5的、当扫描具有三个码道(高阶码道、中阶码道和低阶码道)的标尺时由检测头检测的相位量的视图。

具体实施方式

在下文中，参考附图而给出对本发明的实施例的一个示例的详细描述。

利用图1至图8A和8B，给出对根据本发明的实施例1的说明。图1为根据本实施例的绝对式线性编码器的一般透视图。图2A和2B为其标尺及检测头的示意图，图3为其检测头的示意性框图，图4为示出从其码道间误差获得修正值的流程图，图5为示出利用相同的修正值的位置数据计算的流程图，图6A和6B为示出其高阶码道和低阶码道的相位量的视图，并且图7A和7B以及图8A和8B为示出基于修正值的基本效果的视图。

首先，利用图1至图3而给出对本实施例的配置的描述。

绝对式线性编码器100是这样的编码器，其包括具有两个码道(高阶码道112和低阶码道114)的标尺110以及用于检测相对于标尺110的相对位置的检测头120，并且当把标尺110和检测头120附着到成为应用对象的机器设备时，能够调节标尺110与检测头120之间的相对姿势。

如图1以及图2A和2B中所示，标尺110具有高阶码道112和低阶码道114。在检测头120的移动方向X上彼此平行地提供高阶码道112和低阶码道114。在高阶码道112中放置线圈，以便对于标尺110的整个长度，来自检测头120的输出在一个周期Tut改变。在低阶码道114中放置线圈，以便对于标尺110的整个长度，来自检测头120的输出在多个周期Tdt(在本实施例中是4个周期)改变。另外，基于低阶码道114的输出改变所在的周期Tdt相对于基于高阶码道112的输出的一个周期Tut的改变的次数(number of times)(低阶码道114对高阶码道112的周期比)被称为码道比TR。

如图1所示，检测头120被布置为在非接触的状态中与标尺110相对并接近标尺110。如图3所示，检测头120除了配备有传感器122和124之外，还配备有A/D电路125、处理电路126、存储电路128以及外围通信电路130。

提供传感器122和124以便分别对应于标尺110的高阶码道112和低阶码道114。而且，传感器122和124输出关于在高阶码道112和低阶码道114的移动方向X上的位置而不同的相位量。

A/D电路125将从传感器122和124输出的模拟相位量转换为数字相位量。

处理电路126处理来自A/D电路125的输出，并且能够基于以被认为是1的最大值而归一化的相位量(可以被称为高阶码道112的输出值和低阶码道114的输出值)，结合图5中所示的后面描述的过程来计算位置等(周期Tdt的编号M、位置数据等等)。此外，处理电路126可以调用当获得存储于存储电路128中的位置数据和编号M时使用的修正值Cd。

存储电路128连接到处理电路126并且可以结合处理电路126的指令而存储各种类型的值，并且也可以存储由处理电路126获得的位置数据和修正值Cd等。此外，修正值Cd以修正表的形式存储。

外围通信电路130连接到处理电路126，并且可以使在位于检测头120外部的数据处理单元132中获得的修正值Cd被输入处理电路126中。此外，个人计算机等可以用作数据处理单元132。

因为绝对式线性编码器100是分离式的，所以有几个优点，例如，将编码器100附着至诸如机床之类的机器设备的自由度较大，不存在由于用以保持相对的位置关系的机械结构所导致的检测误差，可以实现机器设备的小型化，而且不破坏设计。此外，因为标尺110和检测头120彼此不接触，所以检测头120所附着至的机器设备的可移动部分能够高速移动。更进一步，绝对式线性编码器100是具有线圈的电磁感应式的，由高阶码道112在整个标尺110中获得粗略的绝对位置，并且由低阶码道114获得具有高分辨能力的位置。因此，通过结合来自高阶码道112的输出和来自低阶码道114的输出，可以以高分辨能力获得绝对位置。此外，在线性电机被合并至绝对式线性编码器100的情况下，可确定线性电机的磁极的位置，而不需要单独地提供任何专门的元件(霍尔器件)来确定线性电机的磁极的位置。即，能够防止被附着线性电机和绝对式线性编码器的机器设备变得复杂，其中可防止成本增加。

接下来，给出对根据本实施例的用于获得绝对式线性编码器100的修正值Cd的方法的描述。

将绝对式线性编码器100附着至机器设备。这时，调节标尺110和检测头120的相对姿势。并且，将检测头120和数据处理单元132彼此连接。在此之后，基于数据处理单元132的程序，通过外围通信电路130控制处理电路126。在标尺110的移动方向X上的有效范围内在整个行程上端到端地(from end to end)移动检测头120的同时，将由传感器122和124检测的高阶码道112和低阶码道114的输出值连续传送到数据处理单元132。当在相对地移动标尺110和检测头120的同时检测位置时，当在检查高阶码道112的输出值之后确认固定的相位变化量时，通过获取高阶码道112和低阶码道114的输出值，使得检测节距Pd成为几乎固定的间隔。即，基于作为参考的高阶码道112的输出值，确定检测节距Pd。下面利用图4给出详细说明。

首先，在数据处理单元132中，高阶码道112的相位量(Last_Phase)、用于以检测节距Pd合计的修正节距中的码道间误差(ΔTe)的辅助寄存器(SUM_ΔTe[N])、以及以检测节距Pd检测的修正节距Pc中的检测数量计数器(Data_Count[N])各自的值都被设置为0(步骤S2)。

然后，相对于标尺110而移动检测头120，并且经由A/D电路125在处理电路126中将传感器122和124的输出值计算为数字相位量(高阶码道112的输出值和低阶码道114的输出值)P101和P201(步骤S4)。并且，经由外围通信电路130将相位量P101和P201输入数据处理单元132中。

接下来，数据处理单元132确定所获得的高阶码道112的相位量P101是否变为当为了位置修正而以检测节距Pd移动检测头120时检测的相位量P11(步骤S6)。

在上述相位量彼此不一致的情况下(P101≠P11)，移动检测头120，并且通过获得来自传感器122的输出值，再次确定相位量是否彼此一致(在步骤S6中的否的情况下)。

在上述相位量彼此一致的情况下(P101＝P11)，关于检测头120，确定是否在标尺110的移动方向X上对于整个行程检测其位置(步骤S8)。

除非对于整个行程检测位置，否则数据处理单元132基于相位量P101和P201而计算码道间误差ΔTe和表号N，以指定每修正节距Pc的修正值Cd(步骤S10)。此外，修正节距Pc比检测节距Pd宽，并且在修正节距Pc之间具有至少一个或多个用于位置检测的测量点。利用作为参考的高阶码道112的输出值获得修正节距Pc。

码道间误差ΔTe是由高阶码道112对检测头120的传感器122的位置关系与低阶码道114对检测头120的传感器124的位置关系之间的差异引起的误差(即，由于高阶码道112对检测头120的位置关系与低阶码道114对检测头120的位置关系之间的差异导致的误差)。更详细地，码道间误差ΔTe被表示为通过从差值中减去通过对该差值四舍五入且取整而获得的值所获得的值(等式(1))，作为当假设对于高阶码道112的输出值和低阶码道114的输出值两者的最大值为1时归一化的相位量P101和P201，其中，通过从用高阶码道112的输出值P101乘以低阶码道114对高阶码道112的周期比(码道比TR)而获得的值中减去低阶码道114的输出值P201来获得该差值。此外，码道比TR被提前存储在存储电路128中并被读取到处理电路126中。此外，通过将在标尺110的整个长度上变化的高阶码道112的输出值P101分为16个部分(等式(2))来定义表号N。另外，表号N不必具有16个部分，并且可以被适当确定。

ΔTe＝(P101×TR-P201)-Round(P101×TR-P201)           …(1)

N＝INT(P101×16)                                     …(2)

此处，Round为四舍五入过程，而INT为省略小数的过程。从(1)，码道间误差ΔTe变为-0.5与0.5之间的值。

然后，在数据处理单元132中，将相位量(Last_Phase)加至高阶码道122的相位量P101，并且将(本次的)码道间误差ΔTe加至辅助寄存器(SUM_ΔTe[N])，并且此外，将检测数量计数器(Data_Count[N])增加1，其中更新(改变)各个值(步骤S12)。被更新之后，在移动检测头的同时，对于在标尺110的移动方向X上的有效范围的端到端的整个行程而重复上述处理。

在对整个行程完成位置检测的情况下(在步骤S8中的是的情况下)，获得每修正节距的修正值Cd。即，每对应于修正节距P的表号N而获得修正值Cd，并且准备修正表(步骤S14)。如等式(3)所示，修正值Cd由在修正节距Pc中对通过检测节距Pd获得的码道间误差ΔTe取平均而获得的值来表示。

Correction table[N]＝SUM_ΔTe[N]/Data_Count[N]       …(3)

然后，将这样获得的修正表传送到检测头120(步骤S16)，并经由外围通信电路130和处理电路126而将其存储于存储电路128中。

接下来，参考图5以及图6A和6B，给出对用于当操作机器设备时在绝对式线性编码器100中利用修正值Cd来获得位置数据的操作的描述。此外，在该阶段中，可将数据处理单元132从检测头120移除。

首先，传感器122基于与高阶码道112的位置关系检测相位量P1，而传感器124基于与低阶码道114的位置关系检测相位量P2(步骤S20)。

接下来，利用等式(2)，利用作为参考的所获得的高阶码道112的输出值(相位量P1)来获得表号N(步骤S22)。并且，基于表号N参考存储于存储电路128中的修正表，将相应的修正值Cd调用到处理单元126中。

然后，通过利用处理电路126中所调用的修正值Cd来计算低阶码道114的周期Tdt的编号M(步骤S24)。这可以通过利用相位量P1、P2、码道比TR以及修正值Cd来获得。详细地，作为当假定对于高阶码道112的输出值和低阶码道114的输出值两者的最大值都是1时归一化的相位量P101和P201，获得低阶码道114的周期Tdt的编号M，其为通过对从用高阶码道112的输出值P1乘以码道比TR而获得的值中减去低阶码道114的输出值P2和修正值Cd所获得的值进行四舍五入、并使其成为整数而获得的值(等式(4))。

M＝Round(P1×TR-P2-Cd)                               …(4)

将这样获得的编号M存储于存储电路128中。

然后，从存储电路128读取周期Tdt，并且由处理电路126确定低阶码道114的周期Tdt中的位置Xdt(步骤S26)。可以通过等式(5)获得位置Xdt。

Xdt＝Tdt×P2                                         …(5)

并且，在处理电路126中计算移动方向X上的位置数据Xprt(步骤S28)。可以通过下面的等式(6)获得位置数据Xprt。

Xprt＝Tdt×M+Xdt                                     …(6)

经由外围通信电路130将所获得的位置数据Xprt输出到外围设备。

下面示出该计算的详细示例。

例如，关于如下情况而获得位置数据，其中假定例如相位量P1为0.87，相位量P2为0.43，修正值Cd为0.05，码道比TR为4且周期Tdt为1mm。此时，可以通过等式(7)获得编号M。

M＝Round(0.87×4-0.43-0.05)＝3                       …(7)

因此，基于周期Tdt的编号M和低阶码道114的输出值P2，通过等式(8)获得针对检测头120对标尺110的位置的位置数据Xprt。

Xprt＝1×3+1×0.43＝3.43(mm)                         …(8)

因此，因为由数据处理单元132完成一系列对修正值Cd的获取，所以可以在不使得检测头120的控制变得复杂的情况下防止检测头120的展开项(development term)被加长。此外，由于可以与其他检测头一起同时使用数据处理单元132，所以能够使得检测头120小巧，并且可以减少其生产成本。

此外，如图7A所示，在标尺110的整个长度上的固定的窄范围内(0到5)显示码道间误差ΔTe的情况下，理解到，码道间误差ΔTe显示了标尺110与检测头120之间的初始的相对位置误差(固定的且不波动的)。在这种情况下，将码道间误差ΔTe的平均值视为标尺110的整个长度上的单个修正节距Pc，并且可以将该平均值设置为修正值Cd。在这种情况下，将操作机器设备中的码道间误差ΔTe确定为实质上接近0的值，而且如图7B所示，可以放宽操作该机器设备中的码道间误差ΔTe的容限。

此外，如图8A所示，在码道间误差ΔTe在标尺110的整个长度上具有所谓的大波动的情况下，为了与波动周期的正确的平衡而确定适当的修正节距Pc以划分标尺110的整个长度，并且分配表号N。而且，取平均值作为各个修正节距Pc中的码道间误差ΔTe，将该平均值确定为修正值Cd(图8B)，使得可以针对各个修正节距Pc而使码道间误差ΔTe为接近0的值。

在任何情况下，可以通过上述修正值Cd使码道间误差ΔTe为接近0的值。为此原因，因为可以针对每个修正节距Pc而将码道间误差ΔTe的容限扩大到最大限度(-0.5到0.5)，所以可以最小化由于标尺110的曲率、标尺110的附着表面的粗糙的机械精确性以及检测头120对标尺110的位置变化而导致的低阶码道114的周期Tdt的编号M的波动引起的坐标跳跃(coordinateskipping)的产生。

此外，因为通过利用作为参考的、在标尺110的移动方向X上连续输出的高阶码道112的输出值确定检测节距Pd和修正节距Pc，所以可以进一步减小坐标跳跃，其中可以产生更高精度的位置检测。

此外，在本实施例中，使得高阶码道112的输出值和低阶码道114的输出值均成为当假设1被认为是最大值时归一化的相位量P1和P2，并且确定低阶码道114的周期Tdt的编号M为等式(4)所示的整数。即，因为修正值Cd只影响编号M而不影响由具有高分辨能力的低阶码道114所进行的位置检测，所以能够实现高分辨能力的位置检测。

此外，因为根据本实施例的绝对式线性编码器100配备有其中存储修正值Cd的存储电路128，所以如果修正值Cd曾经被存储而且不必更新其，则可以适当地进行检测头120的位置调节，并且数据处理单元132不与其(thereto)相连接。

此外，因为本实施例包括将从绝对式线性编码器100外部获得的修正值Cd输入处理电路126中的外围通信电路130，所以不必在编码器中提供用于获得修正值Cd的装置，使得仅仅在必要时考虑修正值Cd变为可能。

因此，根据本发明，在实现高度精确的位置检测的同时，能够增大关于标尺110和检测头120的机械位置调节的容限。即，必须在与初始的位置关系(例如，从工厂发货时的精确性)非常不同的位置关系，将绝对式线性编码器的标尺110及其检测头120附着至机器设备，机械的重新调节变得不必要，可以通过利用修正值进行位置调节，使得实现高度精确的位置检测。即，可减少调节标尺110与检测头120之间的位置关系的步骤的数量。另外，因为可以放宽标尺110和检测头120附着在其上的机器设备的表面的加工(machining)精确性，所以可以以低成本实现其附着。此外，因为将不存在检测到错误的绝对位置的情况，所以可提高位置检测的可靠性。

接下来，给出对实施例2的描述。本实施例与根据实施例1的绝对式线性编码器的配置相同。然而，用于获得修正值Cd的方法不同。根据实施例1的修正值Cd通过在修正节距Pc中依照原样对已经在码道间误差ΔTe的容限(-0.5到0.5)内获得的码道间误差ΔTe取平均而获得。另一方面，根据本实施例的修正值Cd通过将对于码道间误差ΔTe的偏移量加至已经在码道间误差ΔTe的容限(-0.5到0.5)内获得的码道间误差ΔTe而获得，并且通过将码道间误差ΔTe的容限范围实质上扩大至-0.75到0.75而获得。

更详细地描述，对于码道间误差ΔTe准备两个阈值(0.25，-0.25)和三个偏移值(1，0，-1)。当码道间误差ΔTe超过阈值(0.25或-0.25)时，根据当在修正节距Pc中为了位置修正而以检测节距Pd进行上次位置检测时获得的码道间误差ΔTe的大小，改变偏移值(1、0或-1)，并且将改变的偏移值(1、0或-1)加至码道间误差ΔTe，其中码道间误差ΔTe被改变。另外，设立两个标志FF和SF，确定在上次位置检测中获得的码道间误差ΔTe的大小。

这里，如下所述，将改变服从于(subject to)上次位置检测中获得的码道间误差ΔTe的偏移值。在相对于超过上阈值(0.25)的码道间误差ΔTe，上次位置检测中获得的码道间误差ΔTe超过下阈值(-0.25)的情况下，偏移值被改为-1。反之，在相对于超过下阈值(-0.25)的码道间误差ΔTe，上次位置检测中获得的码道间误差ΔTe超过上阈值(0.25)的情况下，偏移值被改为1。在其他的组合中，不增加偏移量(即，偏移值保持不变(0))。

在下文中，利用图9到图11给出对用于获得修正值Cd的方法的描述。省略其他。

首先，在数据处理单元132中，第一标志FF、第二标志SF、相位量P1(Last_Phase)、码道间误差ΔTe的辅助寄存器(SUM_ΔTe[N])以及检测数量计数器(Data_Count[N])各自的值都被设置为0(步骤S50)。

然后，相对于标尺110而移动检测头120，并且经由A/D电路125在处理电路126中将传感器122和124的输出值计算为数字相位量P102和P202(步骤S52)。并且，经由外围通信电路130而将相位量P102和P202输入数据处理单元132中。

接下来，由数据处理单元132确定所获得的高阶码道112的相位量P102是否变为当为了其位置检测而以检测节距Pd移动检测头时检测到其位置的相位量P12(步骤S54)。

在上述相位量彼此不一致的情况下(P102≠P12)，移动检测头120，并且再次从传感器122获得输出值用于确定(在步骤S54中的否的情况下)。

在上述相位量彼此一致的情况下(P102＝P12)，确定是否已经对于在标尺110的移动方向X上的有效范围内的端到端的整个行程检测了检测头120的位置(步骤S56)。

除非已经对于整个行程而进行了位置检测，否则基于相位量P102和P202，由数据处理单元132计算码道间误差ΔTe和用以指定每修正节距Pc的修正值Cd的表号N(步骤S58)。可以通过分别利用等式(1)和(2)获得码道间误差ΔTe和表号N。

然后，在所获得的码道间误差ΔTe小于等于0.25且大于等于-0.25的情况下(在步骤S60中的否且步骤S62中的否的情况下)，码道间误差ΔTe依照原样(as it is)被更新为码道间误差NewΔTe(步骤S64)。

在码道间误差ΔTe小于-0.25的情况下(在步骤S60中的否且步骤S62中的是的情况下)，如果上次获得的第一标志FF不为1(步骤S66中的否)，则码道间误差ΔTe依照原样被更新为新的码道间误差NewΔTe(步骤S68)。

在码道间误差ΔTe小于-0.25的情况下(在步骤S60中的否且步骤S62中的是的情况下)，当上次获得的第一标志FF为1时(步骤S66中的是)，将1作为偏移值(该偏移值从0变化)而加至码道间误差ΔTe，并且码道间误差ΔTe被更新为新的码道间误差NewΔTe(步骤S70)。

在码道间误差ΔTe大于0.25的情况下(步骤S60中的是)，如果上次获得的第二标志SF不为1(步骤S72中的否)，则码道间误差ΔTe依照原样被更新为新的码道间误差NewΔTe(步骤S74)。

在码道间误差ΔTe大于0.25的情况下(步骤S60中的是)，当上次获得的第二标志SF为1时(步骤S72中的是)，将-1作为偏移值(该偏移值从0变化)而加至码道间误差ΔTe，并且码道间误差ΔTe被更新为新的码道间误差NewΔTe(步骤S76)。

接着，在数据处理单元132中，将相位量(Last_Phase)加至(本次的)高阶码道112的相位量P102，并且将新的码道间误差NewΔTe加至辅助寄存器(SUM_ΔTe[N])。此外，检测数量计数器(Data_Count[N])仅仅增加了1，并且各个值被分别更新(改变)(步骤S78)。

接着，如果新的码道间误差NewΔTe小于等于0.25且大于等于-0.25(在步骤S80中的否且步骤S82中的否的情况下)，使得第一标志FF和第二标志SF两者均成为0(步骤S84)。

在新的码道间误差NewΔTe小于-0.25的情况下(在步骤S80中的否且步骤S82中的是的情况下)，使第一标志FF成为0，且使第二标志SF成为1(步骤S86)。

在新的码道间误差NewΔTe大于0.25的情况下(步骤S80中的是)，使第一标志FF成为1，且使第二标志成为0(步骤S88)。

然后，重复上述过程，直到通过移动检测头120而对于标尺110的移动方向X上的整个行程完成位置检测为止(步骤S56中的是)。

在对于整个行程完成位置检测的情况下(在步骤S56中的是的情况下)，获得每修正节距Pc的修正值Cd。即，获得对应于修正节距Pc的每表号N的修正值Cd，并且准备修正表(步骤S90)。可以通过利用等式(3)来获得修正值Cd。

然后，所获得的修正表被传送给检测头120(步骤S92)，并且经由外围通信电路130和处理电路126而被存储在存储电路128中。

接下来，给出对特别有效地应用本实施例的情况的描述。

例如，如图10所示，在未充分地进行标尺110与检测头120之间的机械位置调节，并且标尺110和检测头120之间的准直度错误的情况下，码道间误差ΔTe将超过0.5，其中将获得最初要获取的区域A中所示的码道间误差ΔTe作为区域B的值。这是因为将-1加至码道间误差ΔTe中超过0.5的值。如果未应用本实施例而在该位置获得绝对位置，则获得低阶码道114的周期Tdt错开(slip)的编号M，使得将由此产生检测位置的坐标跳跃。

然而，可通过利用上述方法获得修正值Cd来消除坐标跳跃的现象。即，提供上述阈值和偏移值，并且此外，当码道间误差ΔTe的值大于0.25时将第一标志FF设置为1而在其他情况下将其设置为0。同时，当码道间误差ΔTe的值小于-0.25时将第二标志SF设置为1而在其他情况下将其置为0。通过利用以上所述来获得修正值Cd，即使在图10所示的区域A中码道间误差ΔTe超过0.5的情况下，获得在最初要获得的区域A中所示的码道间误差ΔTe的修正值Cd也成为可能。

利用图11给出更为详细的描述。图11描述了在其横坐标上基于高阶码道112的输出值(相位量)被划分的修正节距Pc，并且修正节距Pc按照检测节距Pd而被划分为多个(在本实施例中是6个检测节距)。这里，考虑如下情况：尽管在基于标尺110和检测头120之间的关系的情况下最初要获得的码道间误差ΔTe的数据为Dv1、Dv2、Dv33、Dv44、Dv5和Dv6，但是已经通过传感器122和124的实际信号检测而获得的码道间误差ΔTe的数据变为Dv1到Dv6。在下文中，给出对各个数据的描述。

结合图9，因为数据Dv1是0和0.25之间的值，所以第一标志FF和第二标志SF两者均为0(偏移值为0，且数据Dv1经过S64和S84)。

因为作为检测节距Pd的下个测量点的数据Dv2是0.25和0.5之间的值，所以第一标志FF为1，而第二标志SF为0(偏移值为0，且Dv2经过步骤S74和步骤S88)。

因为作为下个测量点的数据Dv3是-0.25和-0.5之间的值，所以这里，上次的数据Dv2的第一标志FF为1，偏移值1被加至数据Dv3(即，偏移量被改变为1)，其中关于数据Dv3，新的码道间误差NewΔTe将实质上被计算为0.5和0.75之间的数据Dv33。因此，关于数据Dv3，实质上，第一标志FF变为1，而第二标志SF变为0(Dv33经过步骤S70和步骤S88)。

如在数据Dv3中一样，作为下个测量点的数据Dv4是-0.25和-0.5之间的值。这里，因为在上次的数据Dv3中第一标志FF为1，所以偏移值1被加至数据Dv4(偏移值变为1)，其中关于数据Dv4，新的码道间误差间NewΔTe将实质上被计算为0.5与0.75之间的数据Dv44。因此，关于数据Dv4，实质上，第一标志FF变为1，而第二标志SF变为0(Dv44经过步骤S70和步骤S88)。

因为作为下个测量点的数据Dv5是0和0.25之间的值，所以第一标志FF和第二标志SF两者均变为0(偏移值是0，且数据Dv5经过步骤S64和步骤S84)。

作为下个测量点的数据Dv6是-0.25和-0.5之间的值。这里，因为上次的数据Dv5的第一标志FF为0，所以任何偏移值都不被加至数据Dv6(偏移值为0)，并且依照原样变为新的码道间误差NewΔTe。因此，在数据Dv6中，第一标志FF变为0，且第二标志SF变为1(数据Dv6经过步骤S68和步骤S86)。

因此，在本实施例中，关于码道间误差ΔTe而提供了阈值和偏移值。当码道间误差ΔTe超过阈值时，根据当上次在修正节距Pc中以检测节距Pd检测位置时已经获得的码道间误差ΔTe的大小，改变偏移值，并且将改变的偏移值加至码道间误差ΔTe，从而改变码道间误差ΔTe。因此，可以通过利用实质上原始的码道间误差ΔTe来获得修正值Cd，其中码道间误差ΔTe是超过容限(-0.5到0.5)的值。

此外，因为已经在上次位置检测中获得的码道间误差ΔTe的大小由第一标志FF和第二标志SF确定，所以不必将上次的码道间误差ΔTe存储为字数据(word data)，使得能够减少存储容量并且可以实现低成本。同时，由于仅少量的计算，所以可以高速获得修正值Cd。

给出对码道间误差ΔTe的更为详细的说明。在本实施例中，提供了0.25到-0.25的码道间误差ΔTe的阈值，并且还分别在超过各自阈值的区域内提供第一标志FF和第二标志SF。因此，根据已经在上次位置检测中获得的第一标志FF和第二标志SF、(在本次的位置检测中获得的)码道间误差ΔTe及其各自的阈值中的大小的关系，偏移值(1、0或-1)被改变并且被加至(在本次的位置检测中获得的)码道间误差ΔTe。从而，使得码道间误差ΔTe的检测节距Pd较小，从而尽管能够在-0.5到0.5的范围内获得码道间误差ΔTe，但是(在本次的位置检测中获得的)码道间误差ΔTe与已经在上次的位置检测中获得的码道间误差ΔTe之间的差异变为0.5或者更小，使得可以通过将码道间误差ΔTe最大扩大至-0.75到0.75而获得修正值Cd。

即，即使在检测头120对标尺110的准直度是错误的情况下，标尺110和检测头120之间的相对的位置偏差也针对整个长度而显著变化，并且码道间误差ΔTe由固有容限(-0.5到0.5)产生，可以通过利用最初要获得的码道间误差ΔTe来获得修正值Cd。而且，当使得修正值Cd成为码道间误差ΔTe的平均值时，修正值变成图11中所示的修正值Cd的值，并且与利用未使用本实施例的数据Dv3和Dv4的修正值Cd1比较，可以产生更加适合于最初要获得的码道间误差ΔTe的修正值Cd。

此外，通过进一步缩短图11所示的本实施例中的修正节距Pc，可以更精确地获得码道间误差ΔTe的修正值Cd。即，可以通过缩短修正节距Pc进一步减小由不正确的准直度产生的坐标跳跃，从而可以获得高度精确的位置数据。这时，修正值Cd可以采用最大达0.75(-0.75)的值。

本发明是基于上述实施例而进行描述的。然而，本发明不限于上述实施例。本发明在不背离本发明的精神的范围内经受改进和设计变化是理所当然的事。

例如，在上述实施例中，获得高阶码道112的输出值和低阶码道114的输出值两者作为利用被认为是1的最大值而归一化的相位量。然而，本发明并不局限于此。例如，高阶码道的输出值和低阶码道的输出值可以被作为单独的值而获得。此外，码道间误差是由高阶码道对检测头的位置与低阶码道对检测头的位置之间的差异产生的值，并且不限于等式(1)。此外，修正值不必是平均值，并且可以响应于偏差而经受加权。而且，可以将获得的码道间误差依照原样用作为修正值。

另外，在上述实施例中，尽管检测节距Pd和修正节距Pc是基于高阶码道112的输出值获得的，但是本发明不限于此。例如，可以基于低阶码道的输出获得这些节距。

另外，尽管获得高阶码道112的输出值和低阶码道114的输出值两者作为用被认为是1的最大值而归一化的相位量，并且低阶码道114的周期Tdt的编号M是通过等式(4)获得的值，但是本发明不限于此。本发明可以如此：通过利用高阶码道的输出值、低阶码道的输出值、低阶码道与高阶码道的周期比和修正值来获得低阶码道的周期编号。

更进一步，上述实施例还配备有用于将在绝对式线性编码器100外部获得的修正值Cd输入处理电路126中的外围通信电路130。然而，本发明不限于此。例如，如在图12中所示的根据实施例3的检测头120中，未提供外围通信电路，可以提供用于获得修正值Cd的数据处理单元132A。在这种情况下，可适当地获得修正值，使得能够获得最适合于单独的绝对式编码器的修正值。另外，对于修正值Cd而言，不必采用存储电路128A。

另外，上述实施例连接到处理电路126，并且同时配备有其中存储修正值Cd的存储电路128。然而，本发明不限于此。例如，如在图13所示的实施例的检测头120B中，在不采用存储电路的情况下，提供用于获得修正值Cd的数据处理单元132B，而且无论何时操作机器设备，都可获得标尺的整个长度或者其一部分的修正值。在这种情况下，可以进一步简化其配置。另外，可以采用这种配置，通过该配置，逐次仅利用处理电路或者数据处理单元获得修正值，并且存储每检测节距的码道间误差ΔTe。此外，还可以在检测头外部提供数据处理单元。

此外，在上述实施例中，关于码道间误差ΔTe，准备两个阈值(-0.25，0.25)和三个偏移值(-1，0，1)，根据当码道间误差ΔTe超过阈值时已经在修正节距Pc中以检测节距Pd的上次位置检测中获得的码道间误差ΔTe的大小，改变偏移值，并且通过将改变的偏移值加至码道间误差ΔTe来改变码道间误差ΔTe。然而，本发明不限于此。也就是说，阈值和偏移值可以由不同的量或者不同的值提供。而且，不仅仅基于与已经在上次位置检测中获得的码道间误差的比较来改变偏移值，但是可以考虑修正节距中上次之前的各次的码道间误差。

此外，尽管在上述实施例中，已经在上次位置检测中获得的码道间误差ΔTe的大小由第一和第二两个标志FF、SF确定，但是本发明不限于此。可以使用一个或更多的多值标志，或者可以不使用标志本身。

此外，尽管在所述实施例中标尺110具有高阶码道112和低阶码道114，但是本发明并不局限于此。例如，如在图14A和14B以及图15A到15C所示的实施例5中，绝对式线性编码器101可以包括具有高阶码道112C、被分类为低阶码道的码道113C(称为中阶码道)以及低阶码道114C的标尺111。在这种情况下，检测头121将具有对应于三个码道的传感器122C、123C和124C。因此，由于中阶码道113C位于高阶码道112C和低阶码道114C之间(即使使得那之间的码道比TR较大)，所以标尺111中的绝对位置检测的范围可以被进一步扩大，并且同时，可以以高分辨能力保持位置精确性。

此外，尽管在上述实施例中码道比TR为4，但是本发明并不局限于此。例如，如在图15A到15C所示的实施例5中，高阶码道112C和中阶码道113C之间的码道比、以及中阶码道113C和低阶码道114C之间的码道比可以分别为8，或者可以使所述两个码道比彼此不同。此外，当如实施例5中存在多个低阶码道(中阶码道113C和低阶码道114C)时，本发明不必应用于高阶码道112C、中阶码道113C和低阶码道114C，其中本发明可以适当地只应用于高阶码道112C和中阶码道113C，或者只应用于中阶码道113C和低阶码道114C。

另外，在上述实施例中，尽管该绝对式线性编码器采用电磁感应系统，但是本发明并不局限于此。例如，采用光电式也没问题。

此外，尽管在上述实施例中提供了单个检测头，但是本发明并不局限于此。例如，关于标尺而提供多个检测头也是无关紧要的。在这种情况下，因为能够通过普通制作的标尺的指定的点实现位置修正，所以关于所述多个检测头的全部而进行高度精确的位置测量成为可能。

Claims (13)

1.一种绝对式线性编码器，包括：

标尺，其包括含有高阶码道和低阶码道的多个码道；

检测头，其被配置为检测对标尺的相对位置，当把标尺和检测头附着至成为应用对象的机器设备时，调节标尺对检测头的相对姿势，检测头接收在标尺的整个长度的多个周期从低阶码道对于高阶码道而输出的输出；以及

处理电路，其被配置为通过使用修正值、高阶码道的输出值、低阶码道的输出值和低阶码道对高阶码道的周期比来获得低阶码道的周期编号，并且基于低阶码道的周期编号和输出值而获得检测头对标尺的位置，其中，当为了其位置修正而以检测节距检测该检测头的位置时，基于由高阶码道对检测头的位置与低阶码道对检测头的位置之间的差异所产生的码道间误差而获得每修正节距的所述修正值，修正节距的宽度宽于检测节距。

2.如权利要求1所述的绝对式线性编码器，其中，当使得高阶码道的输出值和低阶码道的输出值两者均成为利用被认为是1的最大值而归一化的相位量时，码道间误差是通过从差值中减去通过对该差值进行四舍五入而成为整数的值所获得的值，并且修正值是通过在修正节距中对以检测节距获得的码道间误差取平均而获得的值，其中，通过从用高阶码道的输出值乘以低阶码道对高阶码道的周期比所获得的值中减去低阶码道的输出值来获得该差值。

3.如权利要求1所述的绝对式线性编码器，其中

通过利用作为参考的高阶码道的输出值来获得检测节距和修正节距。

4.如权利要求1所述的绝对式线性编码器，其中

当使得高阶码道的输出值和低阶码道的输出值两者均成为利用被认为是1的最大值而归一化的相位量时，在处理电路中获得低阶码道的周期编号，其为通过对从用高阶码道的输出值乘以低阶码道对高阶码道的周期比获得的值中减去低阶码道的输出值和修正值所获得的值进行四舍五入而成为整数的值。

5.如权利要求1所述的绝对式线性编码器，还包括：

连接到处理电路的存储电路，其中存储该修正值。

6.如权利要求1所述的绝对式线性编码器，还包括：

外围通信电路，其被配置为将在外部获得的修正值输入到处理电路中。

7.如权利要求1所述的绝对式线性编码器，其中：

关于码道间误差，提供阈值和偏移值；

当码道间误差超过阈值时，根据以该修正节距中的至少一个用以修正位置的检测节距进行的上次位置检测中获得的码道间误差的大小，改变偏移值；以及

通过将改变后的偏移值加至码道间误差，来改变码道间误差。

8.一种用于调节绝对式线性编码器的位置的方法，所述绝对式线性编码器包括：包括含有高阶码道和低阶码道的多个码道的标尺；和被配置为检测对标尺的相对位置的检测头，当把标尺和检测头附着至成为应用对象的机器设备时，调节标尺对检测头的相对姿势，检测头接收在标尺的整个长度的多个周期从低阶码道对于高阶码道而输出的输出，所述方法包括：

为了检测头的位置修正，以检测节距进行位置检测；

基于由在本次高阶码道对检测头的位置和低阶码道对检测头的位置之间的差异产生的码道间误差，获得每修正节距的修正值，其中，修正节距的宽度宽于检测节距；以及

利用高阶码道的输出值、低阶码道的输出值、低阶码道对高阶码道的周期比和修正值，获得低阶码道的周期编号。

9.如权利要求8所述的方法，其中：

当使得高阶码道的输出值和低阶码道的输出值两者均成为利用被认为是1的最大值而归一化的相位量时，获得码道间误差，其为通过从差值中减去通过对该差值进行四舍五入而成为整数的值所获得的值，并且获得修正值，其为通过在修正节距中对以检测节距获得的码道间误差取平均而获得的值，其中，通过从用高阶码道的输出值乘以低阶码道对高阶码道的周期比所获得的值中减去低阶码道的输出值来获得该差值。

10.如权利要求8所述的方法，其中：

通过利用作为参考的高阶码道的输出值来获得检测节距和修正节距。

11.如权利要求8所述的方法，其中

当使得高阶码道的输出值和低阶码道的输出值两者均成为利用被认为是1的最大值而归一化的相位量时，获得低阶码道的周期编号，其为通过对从用高阶码道的输出值乘以低阶码道对高阶码道的周期比获得的值中减去低阶码道的输出值和修正值所获得的值进行四舍五入而成为整数的值。

12.如权利要求8所述的方法，还包括：

关于码道间误差而提供阈值和偏移值，并且当码道间误差超过阈值时，根据以该修正节距中的至少一个用以修正位置的检测节距进行的上次位置检测中获得的码道间误差的大小，改变偏移值；以及

通过将改变后的偏移值加至码道间误差，来改变码道间误差。

13.如权利要求12所述的方法，其中

在上次位置检测中获得的码道间误差的大小由一个或多个标志确定。

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