CN1134321C - 一种在扭矩传感器的光栅元件表面上制造光栅图形的方法 - Google Patents

Abstract

一种在扭矩传感器的光栅元件表面上制造光栅图形的方法，该换能器有一个包括第一和第二刚性扭矩输入部件的轴，两个部件由扭矩联轴器连接，能够在第一和第二输入部件之间进行相对角偏移，第一和第二光栅元件分另与第一和第二输入部件联接，这两个光栅元件的表面是相邻的，能作为轴中扭矩的函数而相对移动，该方法包括下列步骤：将两个输入部件及相应的光栅元件可以转动地沿轴向固定在扭矩联轴器上而形成一个装置；将该装置安装在一个包括一辐射源的机器中，该辐射源设置成照射两个光栅元件的表面区域，而保持两个扭矩输入部件之间相对于其零扭矩校准状态的预定相对角位移；同时照射两个光栅元件的相邻表面区域，而保持两个扭矩输入部件之间的预定角位移。

Description

一种在扭矩传感器的光栅元件表面上制造光栅图形的方法

本发明涉及一种制造光学扭矩传感器的方法。此种扭矩传感器用于测量轴中扭矩的大小，特别是车辆用途中电力驾驶系统内转动轴中扭矩的大小。

背景

电力驾驶系统通常包括一个输入轴元件，该元件经过Hooke接头装置和中间轴连接在方向盘上。因此该输入轴需要转动而通过一个角度，该角度通常为中心驾驶位置两侧各一至两圈。电力驾驶系统需要精确测量该转动轴中的连续变化的扭矩。通常施加在该轴上的扭矩使轴产生角偏移，此种偏移使轴的一部分相对于另一部位部分产生角位移，而该角位移可以被感知而测量到该扭矩。

该感知机构需要考虑到轴的转动，为了可靠或简单，最好利用非接触的信号传输机构。所述感知机构包括以孔为基础的反射式光学器件和磁学器件如磁致收缩式可变磁阻联轴器。

为了提高此种感知机构的精确度，该扭矩传感器可以包括一个轴装置，后者包括两个连接在两个扭矩输入部件上或与其整体结合的光栅元件，这两个扭矩输入部件用一个扭矩顺应联轴器连接。当扭矩施加在两个扭矩输入部件之间时，扭矩顺应联轴器偏转，导致两个光栅元件的相对角位移增大，这允许使用不太敏感的感知机构。

本方法涉及制造使用反射式或透射式光学感知机构的扭矩传感器，它包括两个光栅图形，由对一给定的入射电磁辐射(EMR)为交替的(分别是)高反射率或透射率和低反射率或透射率的区域组成。高和低反射率包括直接镜面反射的变化和扩散反射的变化。光栅图形用电磁辐射源(通常为紫外光源、可见光源或红外光源)照射，然后用一个或多个对电磁辐射敏感的检测器阵列检测。这些阵列包括电荷耦合器件(CCD)、超大规模集成电路(VLSI)视觉芯片和一组或二维光探测器阵列。该检测图形的一个或多个阵列可以受到处理而产生对施加到轴上的扭矩的测量。

高和低反射率或透射率的区域可以沿轴向或围绕轴的转动轴线沿径向排列，其性能允许阵列连续输出而不管轴的角位置如何，因为阵列尺寸可能不允许阵列在任何瞬时观察到全部周面或径向面。

与本发明最密切有关的先有技术为美国专利No.4,406,939(Golker)，题目为“制造用于光学增量轴编码器和绝对轴编码器的代码盘的方法”，它表示使用激光技术来制造轴编码器图形。

本发明的关键在于，将辐射(特别是光学激光辐射)图形技术同时应用于一个轴装置的两个相邻的光栅元件。该轴装置在照射前组装，并包括连接在两个扭矩输入部件上或与其整体结合的两个光栅元件，这两个扭矩输入部件由一个扭矩顺应联轴器连接。该轴装置的两个光栅元件的同时照射提供对零扭矩校准状态产生的两个光栅图形的相对配置的极精确控制。其次，因为光栅图形是相邻的，所以对两个图形可以使用单独一个辐射源，并进一步改善了图形的配置。这与上述先有技术中公开的光学图形方法的使用相反，先有技术方法使用时要求在该轴组装前对两个光栅元件独立地“预先制备图形”(称作“代码盘”)，因而在随后的组装操作期间引入两个光栅图形的相互配置的误差。

本说明书的辐射包括真空中波长在40nm和1mm之间的光学电磁辐射，如国际光学工程学会所定义。

本发明方法的优点是，在组装该轴后，从图形的产生制造一种“反射光栅”式扭矩传感器(如待审的国际专利申请No.PCT/AU 98/00 645中公开的)或一种“透射光栅”式扭矩传感器(如1997年12月17日提出申请的题为“透射路径扭矩传感器”的待审的澳大利亚临时专利申请No.PP 0984中公开的)。这意味着，高度精确地确定两个图形的相对配置，它不受随后的装置操作的干扰，而如果图形在轴组装之前产生，那么会受到干扰。

首先，成品换能器不需要校准，从而节省了制造成本和时间。

其次，这些轴可以相互交换而不需要重新校准或精确的组装方法，而且这些阵列同样可以互相交换而不需要重新校准或精确的组装方法。

第三，如果需要，该换能器可以为了维护或修理而拆卸和重新组装，不需要特别的工具或精确的组装方法。

第四，相对图形配置的“锁定”性质意味着不需要螺钉和止动件之类调整部件，因此消除了换能器被使用人或未经训练的修理人员无意地误校准的可能性。

第五，使用辐射的照射允许在光栅元件上高度精确地和快速地产生图形。

最后，使用辐射的照射允许例如通过激光的操纵而灵活地产生条码之类复杂的和角度上不重复的图形。这允许扭矩传感器轴的构造比较简便，因为单个标记(或高低反射率或透射率的区域系列)具有独特的代码同一性，所以可以消除“混淆”问题。在该用途中混淆被规定为那种情况，就是在两个光栅元件之间出现充分的角偏移，以致各个图形的配置相同于其对较小尺寸的角偏移的配置，由此产生不确定性和可能误测量轴中的扭矩。条码提供绝对的指示，其标记由阵列观察，因此消除了由混淆引起的不确定性。条码图形形状的标记也能容易地确定轴的绝对角位置，提供换能器的附加的功能作用，或不需要外部角编码器。

发明概要

本发明在于一种在扭矩传感器的光栅元件表面上制造光栅图形的方法，该扭矩传感器包括一个具有纵向轴线的轴，该轴包括第一和第二基本上刚性的扭矩输入部件，它们通过一个扭矩顺应的联轴器连接，由此该联轴器使第一扭矩输入部件相对于第二扭矩输入部件的角偏移能够作为轴中扭矩大小的函数，一个第一光栅元件连接在第一扭矩输入部件上或与其整体结合，一个第二光栅元件连接在第二扭矩输入部件上或与其整体结合，这两个光栅元件的表面是相邻的，并能够作为轴中扭矩的函数而相对移动，该方法包括下列步骤：第一步骤是，将第一和第二扭矩输入部件及相应的光栅元件可以转动地沿轴向固定在扭矩顺应的联轴器上而形成一个装置；第二步骤是，将该装置安装在一个包括一个辐射源的机器中，该辐射源设置成照射两个光栅部件的相邻表面区域，而保持两个扭矩输入部件之间相对于其零扭矩校准状态的预定相对角位移；第三步骤是，同时照射两个光栅元件的相邻表面区域，而保持两个扭矩输入部件之间的预定角位移；由此在该装置的两个光栅元件表面上产生光栅图形，它们对应于该零扭矩校准状态是精确地互相准直的。

在第一实施例中，最好是，该机器提供用于使该装置围绕轴的纵轴线转动的安装，而第三步骤还包括转动该装置和在装置的预定角转动位置处相继地照射该相邻表面区域。

最好是，该装置在相继的转动期间基本上转动通过一圈。

最好是，在相继的照射中的至少一次期间，该装置在转动方面是静止的。

或者最好是，在相继的照射中的至少一次期间，该装置是转动的。

在第二实施例中，最好是，在第三步骤期间，该装置在机器中是安装成静止的。

最好是，第一或第二光栅元件中的至少一个的表面基本上是圆柱形的，其中心轴线与该轴的纵向轴线共直线。

或者最好是，第一或第二光栅元件中的至少一个的表面基本上为平面，相对于该轴的纵轴线沿径向设置。

再一次或者最好是，第一或第二光栅元件中的至少一个的表面基本上为圆锥形，其中心轴线与该轴的纵轴线共直线。

再一次或者最好是，第一或第二光栅元件中的至少一个的表面基本上为轴对称，其中心轴线与该轴的纵轴线共直线。

最好是，每个光栅图形对一种给定的入射电磁辐射包括交替的高反射率或透射率和低反射率或透射率的区域。

最好是，在辐射源和光栅元件表面之间安置一个辐射不透明的屏蔽件，该屏蔽件的几何形状决定光栅图形的形状和配置。

或者是，该辐射源为激光，该激光照射光栅元素的表面，光栅图形的形状和位置是通过控制激光束焦点和/或对光栅元件的照射位置来确定的。

或者是，该辐射源为激光，该激光照射光栅元件的表面，光栅图形的形状和位置是通过控制激光和光栅元件的相对位置来确定的。

最好是，在两个扭矩输入部件之间保持的预定相对角位移基本上为零。

最好是，在至少一个光栅元件上的光栅图形被安排成条码或条码序列的形状。

最好是，该辐射除去光栅元件邻近表面区域的物质或改变其物理或化学性能，由此增大或减小这些区域的反射率或透射率。

或者是，一层聚合物如聚酰亚胺在照射之前涂敷在光栅部件的邻近表面上，而辐射从光栅元件的区域中除去该层聚合物，由此曝露光栅元件的原始表面，与聚合物层的表面比较，该原始表面具有增大的或减小的反射率或透射率。

或者是，一层无机物质如氧化铝陶瓷在照射之前涂敷在光栅元件的邻近表面上，而辐射从光栅元件的区域中除去该层物质，由此暴露元件的原始表面，与无机层的表面比较，该原始表面具有增大的或减小的反射率或透射率。

或者是，一层金属材料如电镀铜在照射之前涂敷在光栅元件的邻近表面上，而辐射从光栅元件的区域中除去该层材料，由此暴露光栅元件的原始表面，与金属层的表面比较，该原始表面具有增大的或减小的反射率或透射率。

或者是，这些表面包含一定比例的二氧化钛，而化学性能的改变是通过改变二氧化钛对氧化钛的比例而实现的。

或者是，这些表面包含一定比例的氧化铝，而化学性能的改变是通过减少氧化铝对铝的比例而实现的。

或者是，该辐射固化在照射前涂敷在光栅元件邻近表面上的一层未固化的聚合物区域，与通过照射后除去余下的未固化聚合物而随后曝露的光栅元件的原始表面比较，这些固化区域的表面具有增大的或减小的反射率或透射率。

最好是，在光栅图形产生之前，该装置进行车削、研磨、轧辊磨光、珩磨或其它处理，以提高该至少一个基本上圆柱形的光栅元件表面的相对圆柱度或同心度，或者是，提高该至少一个基本上平面的和沿径向设置的光栅元件的表面的相对扁平度或平面度，又或者是，提高该至少一个基本上圆锥形的光栅元件表面的相对圆锥度或同心度。

附图简述

现在参照附图作为不起限制作用的例子描述本方法，图中：

图1是用本发明第一实施例的方法制造的一种“反射光栅”式扭矩传感器的截面图，表示一个轴装置和电磁辐射源，该轴装置包括两个由扭杆连接的扭矩输入部件、两个带光栅图形的光栅元件和相关的阵列。

图2是图1所示轴装置的等比例图，根据本发明的第一实施例，该轴装置围绕其轴线转动，有一个在光栅元件上产生光栅图形的辐射源(两个扭矩输入部件之间的预定的相对角位移不等于零)。

图3a-3c表示照射光栅元件表面的其它方法。

图4是图1所示轴装置的等比例图，根据本发明的第一实施例，该轴装置围绕其轴线转动，有一个在光栅元件上产生光栅图形的辐射源(两个扭矩输入部件之间的预定的相对角位移基本上为零)。

图5是一种“反射光栅”式扭矩传感器的截面图，其中光栅元件为平面式，相对于轴的轴线沿径向设置。

图6是图5所示轴装置的等比例图，根据本发明的第一实施例，该轴装置围绕其轴线转动，有一个在光栅元件上产生光栅图形的辐射源。

图7是图5所示轴装置的等比例图，根据本发明的第二实施例，该轴装置静止，具有一个通过沿预定路径横切聚焦辐射而在光栅元件上产生光栅图形的辐射源。

图8是图7所示轴装置的更详细区段，表示辐射横过的路径。

图9表示图1中截面AA上光栅元件之一的一个区段，例示当轴转动时产生光栅图形的情况。

图10是图1所示光栅元件表面一部分的示意图，其中光栅图形取另外一种条码子图形序列的形状。

图11表示图1中截面AA上光栅元件之一的一个区段，其中，光栅图形是通过除去物质或改变光栅元件的化学或物理性能而产生的。

图12表示图1中截面AA上光栅元件之一的一个区段，其中，光栅图形是通过将附加物质涂敷在光栅元件上及随后照射涂去预定区域而产生的。

图13表示图1中截面AA上光栅元件之一的一个区段，其中，光栅图形是通过将附加物质涂敷在光栅元件上并照射固化预定区域及随后除去未固化物质而产生的。

实施发明的方案

图1是通过本发明第一实施例的方法制造的一种“反射光栅”式扭矩传感器的截面图，它表示一个包括圆柱形光栅元件4和5的轴装置，光栅元件4和5连接在扭矩输入部件1和2上或与它们整体结合。扭矩输入部件1和2通过十字销61和62可以转动地沿轴向固定在扭杆3形式的扭动顺应式联轴器的两端上。光栅元件4和5包括圆柱形周面，该周面包括分别由光栅图形11和12提供的高反射率和低反射率的交替区域。该装置封闭在外壳6中，并由轴承7和8支承。设置一个或多个电磁辐射(EMR)源13，以照射阵列9附近的表面。包括一个或多个电磁辐射灵敏检测器的阵列9接受从这些表面来的入射电磁辐射，由此在阵列9上产生的图象由处理器10处理。图象处理方法在图象分析技术中是众所周知的，使用的这些方法中的一些描述于Christof Koch和Hua Li的“视觉芯片：用模拟的超大规模集成(VLSI)电路实施视觉算法”(IEEE计算机协会出版社，ISBN 0-8186-6492-4)。一种合适的阵列可以用双直线光检测线阵列如由德克萨斯仪器公司制造的TSL 1410型器件构成。

图2和3表示一种根据本发明的第一实施例制造图1所示扭矩传感器的轴装置的方法。图2是该轴装置的等比例图，表示连接在扭矩输入部件1和2上或与其整体形成的圆柱形光栅元件，扭矩输入部件1和2转过来又可以转动地沿轴向固定在扭杆3的两端上。该轴装置的两端分别由传动装置50和51的夹套16和17夹住。每个传动装置50和51包括一个连接在控制器52上的空心电枢伺服马达和角编码器，并受到支承而在机器结构(未示出)的框架中的轴线49上转动。控制器52接受从每个传动装置50和51的编码器来的角位置输入信号，并对相应的伺服马达产生适当的控制信号，从而获得供轴装置用的预定的转动程度。传动装置50和51施加足够的扭矩，通过闭合线路控制保持扭矩输入部件1和2(因此还有光栅部件4和5)的固定的相对角移动，后者在整个圆形处理过程中被保持住。辐射源18通过包含孔54和55的屏蔽件53将扩散的辐射19提供给光栅元件4和5的圆筒形周面。辐射源18也由控制器52控制。传动装置50和51、辐射源18和屏蔽件53的位置由机器结构(未示出)相对于轴装置精确确定。

传动装置50和51设置成使轴装置以预定的角位运动程序围绕轴装置的轴线49转动，由此在施加由控制器52引导的辐射19期间，轴装置在一个预定的角位置处静止，然后以预定的角速度和加速度分布沿方向B转动到下一个预定的角位置，并在下一次施加辐射19之前停止。因此该辐射产生光栅图形11和12，包括对给定电磁辐射源(图1中13)的高反射率和低反射率的交替区域，在光栅元件4和5的表面上分别包括顺序产生的单个子图形11a、b、c、d、e、…和12a、b、c、d、e…(参照图3a)。当完成图形处理时，传动装置50和5 1停止将扭矩施加到轴装置上，从而允许放松扭杆3和使扭矩输入部件1和2(以及因此还有光栅元件4和5)的相对角位移恢复到零。光栅图形的最终未偏移的相对配置可以如光栅元件5和虚线所示，光栅图形11安置在光栅图形12之间。

图3b和3c表示某些可用于根据本发明第一实施例的制造方法的其它产生光栅图形的配置。图3b表示由屏蔽件53中的单孔56引导的扩散照射19，它在光栅元件4和5上产生光栅图形11和12，这些图形一直延伸到其共同界面。图3c表示，辐射源18直接向光栅元件4和5提供狭窄的光束照射19而无需使用屏蔽件。该照射通过使用能够偏转的镜子而行进，受从控制器52来的信号控制。这样一种配置可以利用辐射19与镜子偏转配合的合适的“通-断”调制而产生如图3a中所示的光栅图形。

图4表示根据本发明的第一实施例制造扭矩传感器的轴装置的另一种方法，是轴装置的等比例图，表示连接在扭矩输入部件1和2上或与其整体结合的圆柱形光栅部件4和5，输入部件1和2转过来又可以转动地沿轴向固定在扭杆3的两端上。轴装置的一端由传动装置51的夹套17夹住，传动装置51包括一个连接在控制器52上的空心电枢伺服马达和角编码器，而另一端支承在活顶尖60上。传动装置51和顶尖60两者由机器构造的框架(未示出)支承。控制器52接受从传动装置51的编码器来的角位置输入信号并产生供伺服马达用的适当的控制信号，以获得供轴装置用的预定的转动程序。辐射源18通过包括孔54和55的屏蔽件53提供扩散辐射19到光栅元件4和5的圆柱形表面上。辐射源18也由控制器52控制。传动装置51、顶尖60、辐射源18和屏蔽件53通过机器构造(未示出)相对于轴装置精确确定。传动装置51设置成使轴装置以预定的角运动程序围绕轴装置轴线49转动，由此在施加由控制器52引导的辐射19期间，轴装置在一个预定的角位置处静止，然后以预定的角速度和加速度分布沿方向B转动到下一个预定的角位置，并在下一次施加辐射19之前停止。因此该辐射产生光栅图形11和12，包括对给定电磁辐射源(图1中13)的高反射率和低反射率的交替区域，在光栅元件4和5的表面上分别包括顺序产生的单个子图形11a、b、c、d、e…和12a、b、c、d、e(参照图3a)。顶尖60的转动摩擦相当低，因此在图形处理期间，光栅图形11和12离未偏转(即零扭矩)状态的相对角位移基本上为零，因而不会对扭矩传感器的功能产生坏影响。

图5是用本发明的第一或第二实施例的方法制造的另一种“反射光栅”式扭矩传感器。光栅元件4和5分别连接在扭矩输入部分1和2上或与其整体结合，部件1和2转过来通过十字销61和62可以转动地沿轴向固定在扭杆3的两端上。光栅元件4和5包括平面的和沿径向设置的表面，包括由光栅图形11和12提供的交替的高反射率和低反射率区域。该装置封闭区外壳6内并由轴承7和8支承。设置一个或多个电磁辐射源13，以照射阵列9附近的表面。由一个或多个电磁辐射灵敏检测器组成的阵列9接受从这些表面入射的电磁辐射，而由此在阵列9上产生的图象由处理器10处理。

图6表示一种根据本发明第一实施例制造图5所示扭矩传感器的轴装置的方法，类似于参照图2、3和4描述的方法。但是，在该情况下，辐射源18、辐射19和屏蔽件53的准直轴线重新排列，以允许将光栅图形11和12加到垂直于轴线的光栅元件4和5的平面表面上。

图7和8表示一种根据本发明的第二实施例制造图5中所示的扭矩传感器的轴装置的方法，是轴装置的等比例图，表示连接在扭矩输入部件1和2上或与其整体结合的平面的沿径向设置的光栅元件4和5，部件1和2转过来又可以转动地沿轴向固定在扭杆3的两端上。轴装置由夹套51夹住，夹套51又刚性地连接在机器构造(未示出)的框架51上，因此轴装置不能绕轴线49转动。辐射源18也连接在机器构造上，因此夹套51和辐射源18的位置通过机器构造(未示出)相对于轴装置精确地确定。

辐射源18对光栅元件4和5的平面表面提供聚焦的辐射19，由此产生光栅图形11和12，后者包括对给定电磁辐射源(图5中13)的高反射率和低反射率的交替区域。在本发明的该第二实施例中，高反射率区域是顺序产生的，其中每个相继的高反射率区域91a、91b、91c等是通过使在光栅元件4和5处引导的聚焦辐射19行进经过弧度C而产生的。在完成行程C之后，辐射源18重新引向下一区域，方法是沿方向E使辐射移动一个增量弧度D。图7表示的情况是，已经完成了通过区域91b的行程，而辐射已经从区域91b移动一个增量弧度D而到达区域91C。通过区域91C的行程从位置91C1延伸到91C2，并示出部分完成。用虚线标示的91C、91d等区域表示有待在后继的行程中照射的区域。控制器52对辐射源18提供适当的控制信号，以实现通过91a、91b、91c、91d等的行程。一个包括控制器和可偏转镜子的合适系统是由美国华盛顿州的Synrad制造的“SH系列标记头”。在图示的例子中，区域91a、91b、91c、91d等是由辐射19一次通过弧度C产生的。但是，显然，该同一方法可以同样用于对每个相继区域需要多次行程的场合，例如当区域的预定宽度大于聚焦辐射的宽度时，或者用于产生该区域所需的化学或物理变化要求比辐射源18在一次行程期间能够提供的能量更大的场合。同样显然的是，同一方法可以通过相对于光栅元件4和5来移动辐射源18而同样应用，却不是图7和8中示出的实施例，在该实施例中辐射19是通过限定的弧度C和D而行进的，辐射源18的位置相对于光栅元件4和5的位置是固定的。

图9表示根据本发明的第一实施例不用对每次相继的照射停止轴装置就产生光栅图形。这是对图1中圆柱形光栅元件4的截面AA的视图，表示通过由辐射源18提供的辐射19产生光栅图形11。该辐射19“在飞行中”产生，而光栅元件沿图示方向“B”转动。因为辐射19要求有限时间“t”来产生预定的子图形，所以光栅元件在辐射产生期间移动距离“e”，这意味着面积“x”和“y”的照射时间比子图形的其余部分短，因此子图形的边缘不清晰。通过正确选择轴装置角速度和照射时间“t”，该位移“e”可以充分地小，使得光栅图形11对扭矩传感器的正确作用提供足够的精确度。

图10是图1所示光栅元件4和5的表面的一部分的视图，其中光栅图形以条码子图形序列的形状交替排列。包括轴装置的换能器的构造基本上与图1中示出的相同。光栅元件4和5在其圆柱形周面上分别包括光栅图形11和12，其中单个的光栅子图形由高反射率区域24(图中用黑条表示)和低反射率区域25(图中用白条表示)的条码序列组成。设置一个或多个电磁辐射源13以照射阵列9附近的表面。包括一个或多个电磁辐射灵敏检测器的阵列9从这些表面接受入射的电磁辐射，而由此在阵列9上产生的图象由处理器10处理。单个的条码子图形适当地编码，并以预定方式设置在光栅元件圆柱形周面的周围，使得处理器10能够确定光栅图形11和12的相对角位移，以及光栅图形11和12相对于阵列9的绝对角位置。

图11是图1中截面AA上光栅元件4的表面的一个区段，表示在产生光栅图形11期间辐射19在光栅元件表面上的物理效果。在光栅元件沿图示的方向“B”转动期间，辐射19重复出现，并造成材料清除或光栅元件4区域的表面抛光、物理或化学性能的变化，这增大或减小这些区域的反射率，从而产生光栅图形11。例如，光栅图形11可以由铝的区域组成，这些铝的区域是通过辐射19照射光栅元件的阳极化处理的铝表面而产生的，其中该辐射利用化学作用减少阳极化处理的氧化铝材料。

图12是图1中截面AA上光栅元件4的表面的一个区段，表示对图11中描述的产生高反射率和低反射率区域的另一种方法。一层聚合物26已预涂在光栅元件4的表面上。在光栅元件沿图示的方向“B”转动期间辐射19重复出现，并除去层26的区域，造成光栅元件4的原始表面区域27的曝光。与层26的表面比较，这些区域27的反射率较高或较低，从而产生光栅图形11。一种合适的聚合物26的例子是Shipley公司制造的“鹰牌阻抗剂”。

图13是图1中截面AA上光栅元件4的表面的一个区段，表示对图11中描述的产生高反射率和低反射率区域的又一种方法。一层未固化的聚合物28已预涂在光栅元件4的表面上。在光栅元件沿图示的方向“B”转动期间，辐射19重复出现，这造成层28的区域30固化。随后除去余下的未固化的聚合物31，造成光栅元件4的原始表面的区域29的曝光。与层28相比，这些区域29的反射率较高或较低，从而产生光栅图形11。一种合适聚合物的例子是美国印地安那州Mishawaka市的Doco Chem公司制造的“Flexmate”。

本发明的第一和第二实施例在本文中是相对于制造“反射光栅”式扭矩传感器的方法来描述的。但是显然，该同一方法也同样可以用于制造“透射光栅”式扭矩传感器。这样一种扭矩传感器同样利用基本上圆筒形的或沿径向设置的平面光栅元件。但是，对其产生光栅图形的相应光栅元件的部分安排成对辐射源发射的电磁辐射基本上透明。辐射源和阵列以这样的方式设置，使得由这些阵列发射的电磁辐射通过该透明介质，并受到涂敷在相应的光栅元件表面上或靠近该表面的光栅图形的阻挡。在该图形中的高透射率和低透射率的区域在接受入射的电磁辐射的相应阵列上产生一个图象。根据本发明，制造用于这样一种“透射光栅”式扭矩传感器的光栅图形的方法与本说明书中描述的参考“反射光栅”式扭矩传感器的光栅图形的制造方法是相同的，其唯一的差别是，在“透射光栅”式情况下，产生光栅图形的介质必须对由辐射源发射的电磁辐射基本上透明(通常用玻璃或透明塑料制成)。

该技术的专业人员可以理解，对用具体实施例示出的本发明可以进行许多变化和/或修改，而并不偏离广泛描述的本发明的精神或范围。因此，本发明的实施例在所有方面都被认为是例示性质和不起限制作用的。

Claims (26)

1.一种在扭矩传感器的光栅元件表面上制造光栅图形的方法，该扭矩传感器包括一个具有纵向轴线的轴，该轴包括第一和第二刚性的扭矩输入部件，它们通过一个扭矩顺应的联轴器连接，由此该联轴器使第一扭矩输入部件相对于第二扭矩输入部件的角偏移能够作为轴中扭矩大小的函数，一个第一光栅元件连接在第一扭矩输入部件上或与其整体结合，一个第二光栅元件连接在第二扭矩输入部件上或与其整体结合，这两个光栅元件的表面是相邻的，并能够作为轴中扭矩的函数而相对移动，该方法包括下列步骤：

第一步骤是，将第一和第二扭矩输入部件及相应的光栅元件可转动地沿轴向固定在扭矩顺应的联轴器上而形成一个装置；

第二步骤是，将该装置安装在一个包括一个辐射源的机器中，该辐射源设置成照射两个光栅部件的相邻表面区域，而保持两个扭矩输入部件之间相对于其零扭矩校准状态的预定相对角位移；

第三步骤是，同时照射两个光栅元件的相邻表面区域，而保持两个扭矩输入部件之间的预定角位移；

由此在该装置的两个光栅元件表面上产生光栅图形，它们对于该零扭矩校准状态是精确地互相准直的。

2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，该机器提供用于使该装置围绕轴的纵轴线转动的安装，而第三步骤还包括转动该装置和在装置的预定角转动位置处相继地照射该相邻表面区域。

3.一种如权利要求2所述的方法，其特征在于，该装置在相继的转动期间转动通过一圈。

4.一种如权利要求2所述的方法，其特征在于，在相继的照射中的至少一次期间，该装置在转动方面是静止的。

5.一种如权利要求2所述的方法，其特征在于，在相继的照射中的至少一次期间，该装置是转动的。

6.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第三步骤期间，该装置在机器中是安装成静止的。

7.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一或第二光栅元件中的至少一个光栅元件的表面是圆柱形的，其中心轴线与该轴的纵向轴线共直线。

8.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一或第二光栅元件中的至少一个光栅元件的表面为平面，相对于该轴的纵轴线沿径向设置。

9.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一或第二光栅元件中的至少一个光栅元件的表面为圆锥形，其中心轴线与该轴的纵轴线共直线。

10.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一或第二光栅元件中的至少一个光栅元件的表面为轴对称，其中心轴线与该轴的纵轴线共直线。

11.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个光栅图形对一种给定的入射电磁辐射包括交替的高反射率或透射率和低反射率或透射率的区域。

12.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在辐射源和光栅元件表面之间安置一个辐射不透明的屏蔽件，该屏蔽件的几何形状决定光栅图形的形状和配置。

13.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，该辐射源为激光，该激光照射光栅元件的表面，光栅图形的形状和位置是通过控制激光束焦点和/或对光栅元件的照射位置来确定的。

14.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，该辐射源为激光，该激光照射光栅元件的表面，光栅图形的形状和位置是通过控制激光和光栅元件的相对位置来确定的。

15.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在两个扭矩输入部件之间保持的预定相对角位移为零。

16.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在至少一个光栅元件上的光栅图形被安排成条码或条码序列的形状。

17.一种如权利要求11所述的方法，其特征在于，该辐射除去光栅元件邻近表面区域的物质或改变其物理或化学性能，由此增大或减小这些区域的反射率或透射率。

18.一种如权利要求11所述的方法，其特征在于，一层聚合物在照射之前涂敷在光栅元件的邻近表面上，而辐射从光栅元件的区域中除去该层聚合物，由此暴露光栅元件的原始表面，与聚合物层的表面比较，该原始表面具有增大的或减小的反射率或透射率。

19.一种如权利要求11所述的方法，其特征在于，一层无机物质在照射之前涂敷在光栅元件的邻近表面上，而辐射从光栅元件的区域中除去该层物质，由此暴露光栅元件的原始表面，与无机层的表面比较，该原始表面具有增大的或减小的反射率或透射率。

20.一种如权利要求11所述的方法，其特征在于，一层金属材料在照射之前涂敷在光栅元件的邻近表面上，而辐射从光栅元件的区域中除去该层材料，由此暴露光栅元件的原始表面，与金属层的表面比较，该原始表面具有增大的或减小的反射率或透射率。

21.一种如权利要求17所述的方法，其特征在于，这些表面包含一定比例的二氧化钛，而化学性能的改变是通过二氧化钛对氧化钛的比例而实现的。

22.一种如权利要求17所述的方法，其特征在于，这些表面包含一定比例的氧化铝，而化学性能的改变是通过减少氧化铝对铝的比例而实现的。

23.一种如权利要求11所述的方法，其特征在于，该辐射固化在照射前涂敷在光栅元件邻近表面上的一层未固化的聚合物区域，与通过照射后除去余下的未固化聚合物而随后暴露的光栅元件的原始表面比较，这些固化区域的表面具有增大的或减小的反射率或透射率。

24.一种如权利要求7所述的方法，其特征在于，在光栅图形产生之前，该装置进行车削、研磨、轧辊磨光、珩磨，以提高该至少一个圆柱形的光栅元件表面的相对圆柱度或同心度。

25.一种如权利要求8所述的方法，其特征在于，在光栅图形产生之前，该装置进行车削、研磨、轧辊磨光、珩磨，以提高该至少一个平面的和沿径向设置的光栅元件的表面的相对扁平度或平面度。

26.一种如权利要求9所述的方法，其特征在于，在光栅图形产生之前，该装置进行车削、研磨、轧辊磨光、珩磨，以提高该至少一个圆锥形的光栅元件表面的相对圆锥度或同心度。

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