CN1493852A - 位置测量装置 - Google Patents
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Abstract
在增量刻度(6)的刻度周期(P1)内中集成一个参照标记(R)。用检测器安排(7.6)扫描增量刻度(6)，由此得到多个周期性的扫描信号(A1至D8)，把这些扫描信号输送到分析装置(8)。所述的分析装置(8)从收扫描信号(A1至D8)产生刻度周期(P1至P8)内的绝对位置(Q)以及另一个绝对位置(Z)，后者绝对地确定参照标记(R)沿检测器安排(7.6)的位置。
Description
技术领域
本发明涉及如权利要求1所述的测定绝对位置的方法以及如权利要求12所述的位置测量装置。
背景技术
在许多领域中为了测定两个相互运动的物体的位置越来越多地采用绝对位置测量装置。绝对位置测量装置相对于纯的增量测量系统具有的优点是，在每个相对位置中还可以在中断电源后立即给出正确的位置信息。
所述的绝对位置在此用在多个相互平行地走行的轨迹中例如安排成格林代码的代码体现。
特别节省位置的是在单个的代码轨迹沿测量方向相继地安排的代码元件。在此编码元件是按伪随机分布相继地安排的，从而一定数量的序列的编码元件相应地构成唯一性定义绝对位置的比特模式。在围绕单个的编码元件推移扫描装置时就已经构成新的比特模式并且通过全部的要绝对地包括进去的测量范围提供一系列的不同的比特模式。这样的有序代码称为链式码或者伪随机代码。
在多个轨迹及单个轨迹的绝对编码中出现一方面要有节省位置的结构，另一方面要达到高的分辨率的问题。
为了在有序的绝对编码中提高分辨率通常是附加至少一个增量刻度的安排。这种增量刻度的周期必须与代码元件的长度相匹配，也就是与最大可能的代码的步长或分辨率相匹配。如在DE 41、23 722A1中所说明把增量刻度的刻度周期选择得刚好是代码的步长。为了进一步提高分辨率要求一个第二增量轨迹，其刻度周期是第一增量轨迹的刻度周期的分数。为了提高绝对位置测量的分辨率，也说是细分步长时就要求更多的彼此相邻地安排的增量轨迹。
这种安排的缺点是，不可能有节省位置的结构，并且把两个增量轨迹的扫描元件垂直于测量方向地间隔开，结合使该装置对于扫描单元的扭转(Morió起伏)敏感。在两个扫描单元与增量刻度之间扭转时不再能够保证所要求的两个增量轨迹得出的扫描信号的同步。
出于这种原因，在EP 1 111 345A2中提出，在绝对代码旁只安排单个的增量刻度，但是该增量刻度却有两个不同的刻度周期。为此设计出一种检测器安排，用于以粗的信号周期产生第一增量信号并且以细的信号周期产生第二增量信号，也就是在如DE 41、23 722A1所述的装置中要求进行同步的增量信号。对这种同步的前提是有粗的信号周期的增量信号的内插，因此EP 1 111 345A2中提出不同的过滤措施从增量轨迹中导出带有粗的信号周期的能够内插的增量信号。该措施为产生两个能够较好内插的如EP 1 111 345A2中所述的增量信号要求相对较多的费用。
发明内容
因此本发明的任务在于，提出一种绝对位置测量装置，它可以紧凑地构成并且用之可以以简单的方式达到尽可能准确的高分辨率的绝对位置测量。
该任务由权利要求1的特征完成。
此外本发明还提出一种指出绝对位置的方法，用之可以达到尽可能准确的高分辨率的绝对位置测量。
该任务由权利要求12的特征完成。
本发明的有利的实施在从属权利要求中给出。
附图说明
下面参照附图详细地说明本发明：
图1 示意性地示出带有一个代码轨迹和一个增量轨迹的位置测量装置；
图2 图1中示出的位置测量装置的，相对于代码轨迹和增量轨迹的检测器元件安排，用于产生扫描信号；
图3 用于分析扫描信号的装置；
图4a 在第一位置扫描增量轨迹；
图4b 在第二位置扫描增量轨迹；
图4c 在第三位置扫描增量轨迹；
图4d 在第四位置扫描增量轨迹；
图5 分析增量轨迹的扫描信号用的分配表；
图6 代码轨迹的扫描范围和分配给代码轨迹的增量刻度的扫描信号。
图7 代码轨迹的扫描原理；
图8 用于扫描代码轨迹从增量轨迹产生控制信号；
图9a 用于扫描代码轨迹的第一扫描位置；
图9b 用于扫描代码轨迹的第二扫描位置；
图9c 用于扫描代码轨迹的第三扫描位置；
图9d 用于扫描代码轨迹的第四扫描位置；
具体实施方式
在图1示出根据本发明实施为长度测量装置的位置测量装置。这种位置测量装置按照光学扫描的原理工作，其中测量标尺1由可沿测量方向X相对于测量标尺1运动的扫描装置2扫描。
该原理结构相当于通常的位置测量装置，例如如DE 41、23 722A1中所述。扫描装置2含有光源3，其光线经过准直透镜照明多个轨迹5和6。把光用轨迹5和6位置相关地进行调制，从而在轨迹5和6后出现一个与位置相关的光分布，该光分布可以用扫描装置2的检测器单元7采集。
在所示的例子中轨迹5是有序的代码，它由沿测量方向X相继安排的相同长度的代码元件C1、C2、C3序列组成。一个代码元件C1、C2、C3的长度与可用之唯一性地确定绝对位置的步长相应。
为了尤其使绝对位置测量抗干扰，每个代码元件C1、C2、C3又由两个沿测量方向X彼此相邻地直接相继安排的互补地构成的分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B组成。其中互补指的是，它们具有相反的特征，也就是按光学扫描的原理透明和不透明的，或者在入射光扫描的情况下反射的及不反射的。这样的代码也称为曼彻斯特代码。
检测器单元7由具有个沿测量方向X安排的一串检测元件D1至D11(详细示于图2和图7中)。对代码元件C1的每个分区域C1A、C1B在每个相对地位中唯一性地分配检测元件D1至D11中的至少一个，从而在每个对于代码轨迹5的检测器单元7的相对位置中检测器单元7从每个分区域C1A至C1B得到一个扫描信号S。把该扫描信号S输送到分析装置10，分析装置10给每个代码元件C1、C2、C3分配一个数字值B＝0或者B＝1。在曼彻斯特代码5的情况下数字值B取决于分区域C1A至C1B的顺序。例如顺序C1A＝不透明和分区域C1B＝透明意味着数据值B1＝0，而序列分区域C2A＝透明和分区域C2B＝不透明意味着数据值B2＝1。一种特别地抗干扰的数字值B构成是通过代码元件C1的相继的分区域C1A和C1B的扫描信号的减法器进行的，这在下文还要详细地说明。
检测器安排7.5是为了同时地扫描多个相继的状码元件C1、C2、C3设计的。一串多个数字值B1、B2、B3给出一个定义绝对位置的代码字CW。通过相对于标尺1推移检测器单元7一个代码元件C1、C2、C3的宽度及长度产生新的代码字CW并且经绝对地测量的路径或角度构成多个不同的代码字CW。
为了提高分辨率，也就是，为了进一步细分绝对位置测量的步长，平行地相邻于代码轨迹5安排一个增量刻度6。刻度周期P的长度是一个代码元件C1、C2、C3的长度的分数。
图2示出图1是示意出位置测量装置的一部分。通过该图表明轨迹5.6的相互之间以及对检测器安排7.5和7.6之间的关系。
用公知的方式扫描增量刻度6，其中刻度周期P用1/4个刻度周期相互之间的距离分别分配给一个检测器元件A、B、C、D。所述的检测器元件A、B、C、D产生四个彼此相移90度的能够内插的正弦波形模拟信号A1至D8。平行于代码元件C2安排八个刻度周期P1至P8。在每个刻度周期P1至P8中有检测器元件A、B、C、D。所有刻度周期P1至P8的同相位的检测器元件A、B、C、D相迭加，从而产生一个0度的信号PA、一个90度的信号PB、一个180度的信号PC和一个270度的信号PD。这四个彼此相移90度的模拟扫描信号PA、PB、PC、PD在内插单元9中以公知的方式细分，由此得到另一个绝对的位置信息Q，后者把刻度周期P的长度细分成小的测量步长。现在还存在内插值Q只唯一性地绝对分辨代码元件C2的一个分数，也就是测量范围的几分之一的问题。为了唯一性地将位置值CW和Q组合成一个共同的绝对位置测量值，从而还要求另一个位置测定。
本发明现在从以下认识出发，把周期P1至P8为此移动一个代码元件C2的长度，也就是绝对位置测量的步长去观察就足够了。对此在刻度周期P1至P8之一内安排一个参照标记R。检测器安排7.6采集该参照标记在代码元件C2上的移动。
参照标记R是部分地间断的增量刻度6的周期。例如这种间断是在刻度周期P1内透明的位置上的涂黑。刻度周期P1至P8序列的上级周期不受这种部分的间断干扰。
对参照标记R在检测器安排7.6内部在代码元件C2长度以上的移动的探测通过在P1至P8内分析检测器元件A至D的模拟扫描信号进行。第一个四组A至D的扫描信号称为A1至D1，第二个四组A至D的扫描信号称为A2至D2，而在代码元件C2的长度内的第八个四组A至D的扫描信号称为A8至D8。
参照标记R干扰代码元件C2的长度内的单个位置上的扫描信号A1至D8的相继的周期性过程，并且在图3中所示的分析单元20确定该干扰的位置。它会检测出干扰处在检测器元件A、B、C、D的四组1至8的哪个中，也就是说唯一性地确定八个检测器范围1至8之一。于是该检测如此地确定具有中等分辨率的绝对位置值z：CW和Z以及Q的组合给出唯一性的绝对位置。
用根据本发明实施的位置测量装置从而可以用第一步长测定粗的绝对位置值CW。该步长进一步绝对地通过扫描增量轨迹6分辨。扫描信号A1至D8在分析单元8(图1)中这样地处理：用第二步长测出一个中等的绝对值Z，以及再用绝对较高分辨的第三步长测出一个较精细的绝对值Q。
参照图3至图5进一步说明一种确定位置值Z的可能性。因为参照标记R是一种涂黑，所述会通过降低幅度对单个组1至8内的位置依赖性的扫描信号A1至D8产生影响。为了找到这种检测器组1至8设有一个测定电路20。所述的测定电路20包含第一部件20.1，将八组1至8的同相扫描信号A1至A8输送到该第一部件20.1。部件20.1确定A1至A8中哪个扫描信号有最小的幅度。以相同的方式用其它的部件20.2、20.3和20.4确定B1至B8、C1至C8和D1至D8中哪个扫描信号有最小的幅度。
为了能够以较大的可靠性在刻度周期P1内的每个位置中进行上述确定，以下的描施特别地有利。
公知地，在刻度周期P1内只能够部分的引入周期的改变R。现在设有一个控制单元30，它保证在刻度周期P1至P8内一直相互比较组1至8的同相的扫描信号，在这些扫描信号中总是都含有最大幅度下降形式的信号干扰。为了说明这种事实情况在图4a至图4b中示出检测器安排7.6对增量刻度6的四个不同的位置POS1至POS4。在第一位置POS1中参照标记R的检测器元件A和B相对设置，从而在同相的扫描信号A1至A8以及同相的扫描信号B1至B8内一个唯一的扫描信号对于另外的七个扫描信号具有最大的幅度差。从而为了测出位置Z在位置POS1中采用部件20.1.在图5中示出POS1至POS4中的哪个位置使用哪个检测器元件A、B、C、D或者扫描信号。因为在每个位置POS1至POS4的中可以采用两个检测器元件A、B、C、D或者扫描信号，在此例中也可以产生冗余信息。所述位置POS1至POS4在刻度周期P1至P8中通过内插值Q唯一确定。
为了更好地说明本发明的原理，在图2中检测器安排7.5、7.6只在代码元件C2的长度上延伸，为了构成代码字CW必须同时扫描多个代码元件C1、C2、C3，从而在实际上，检测器安排7.5经多个代码元件C1、C2、C3延伸。这时可以利用该空间有利地扫描增量6，其中八检测器组1至8沿测量方向X的安排多次地重复。其中总对该多重安排的组1至8的同相的扫描信号进行累加，所以信号产生对于部分地污染相对不敏感。参照标记R的扫描也对污染非常不敏感，因为这是经过全部扫描范围多重扫描的，从而一个参照标记R的污染还不会导致信号取消。
在图6中示出了这种多重扫描的原理。在扫描范围7的长度内四次地扫描参照标记R。在此扫描范围7的长度选择为参照标记R的间隔的四倍，以在每个位置同样扫描多个参照标记R。在图6中示出模拟的扫描信号之一。
下面详细地说明代码5的有利的安排和分析。
图7示出代码5相对于扫描装置2的当前状态。检测元件D1至D11相互之间用代码5的分区域C1A至C3B的宽度一半的间隔安排。由此保证在每个位置至少把一个检测元件D1至D11唯一地分配给一个分区域C1A至C3B，而不扫描两个分区域C1A至C3B之间的过渡。在该图示的位置上分区域C1A由检测元件D1扫描而分区域C1B由检测元件D3扫描。检测元件D1、D3采集光分布并且依赖于光强度产生与光强度成比例的模拟扫描信号S1A、S1B。由于两个分区域C1A至C3B设计成互补，所以扫描信号S1A和S1B的强度也彼此相反，就是说信号电平相互间间隔得远。
现在把这种信号距离用于产生二进制的信息B1，在其中检验代码元件C1的两个扫描信号S1A、S1B的哪个较大。这种检验可以通过除法器进行或者通过减法器进行。例如采用减法器时，为此如图7所示用触发器元件T1起比较装置的作用。当S1A小于S1B时，触发器元件T1产生B1＝0，而S1A大于S1B时，B1＝1。用相同的方式，通过扫描代码元件C2、C3和通过触发器元件T2、T3比较相应的代码元件C2、C3的分区域C2A、C2B；C3A、C3B的模拟扫描信号S2A、S2B；S3A、S3B得到二进制信息B2和B3。
对第一列互补地构成的分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B指派第一数字值，对第二列互补地构成的分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B分配第二数字值。在此例中把不透明到透明的顺序分配值0而把透明到不透明的顺序分配值1。
因为每个代码元件C1、C2、C3的两个分区域C1A、C2A、C3A：C1B、C2B、C3B都是互补的，从而扫描信号的干扰间隔非常大。光源3的光强度的改变对于两个分区域C1A、C1B、C2A：C2B、C3A、C3B的扫描信号的影响相同。
由于相应的代码元件C1、C2、C3的两个分区域C1A、C1B、C2A：C2B、C3A、C3B是互补的，必须在位置测量装置正确工作的条件下通过扫描这些分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B产生其差超过规定的值的相应的模拟扫描信号S。通过观察这种差值可以进行良好的出错检验。这种出错检验的原理是，可以从在低于该差值一个规定的量时，该二进制信息B1、B2、B3是不可靠的出发，并且从而对于该二进制信息B1、B2、B3产生出一个报错信号。
现在简要地说明这种出错检验的原理。代码元件C1的模拟扫描信号S1A和S1B输送到出错检验装置。所述的出错检验装置通过减法器(S1A-S1B)比较S1A和S1B，并且检验差值是否超过了规定的比较值。如果差值(S1A-S1B)没有超过规定的比较值，就输出一个报错信号。
在图7中示出的检测元件D1和D2的例子可以容易地看出，在把代码5向左移动一个分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B的长度时检测元件D1扫描分区域C1B而检测元件D3扫描分区域C2A，也就是扫描两个代码元件C1、C2的分区域。从而触发器件T1可以不发出分配给代码元件C1、C2、C3的二进制信息B1、B2、B3。下面说明用以保证采用正确的检测元件D1至D11也就是相应地扫描单个代码元件C1、C2、C3的分区域的检测元件D1至D11产生代码字的措施。
下面参照图8和图9a至9d说明这方面的一个优选的措施。如前所述，平行地与代码5相邻安排增量轨迹6。这时通过位置值Z可以以简单的方式区别代码元件C1、C2、C3的左和右分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B。位置值Z唯一性地确定义分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B顺序并且起用于确定检测元件D1至D11的控制信号的作用，从检测元件D1至D11中产生正确的代码字CW。也就是说控制信号Z确定可以把哪些扫描信号相互比较以及可以从哪些扫描信号S得到代码字CW的数据值B1、B2、B3。
为了进一步说明该方法在图9a至9d中说明代码5相对于检测器安排7.5的四个不同的位置。检测元件D1至D11沿测量方向X安排以相应于分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B长度的一半的间隔安排，并且把相互间以分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B长度的一半的间隔安排的相应的两个检测元件D1至D11以差分方式连接。
在图9a中示出第一位置。控制单元M依据位置信息Z选出检测元件D4和D6。代码元件C1的比特B1通过检测元件D4和D6减法器，也就是(D4-D6)构成。
在图9b中示出的第二位置中，控制单元M选出检测元件D3和D5。在图9c中示出的第三位置中，由控制单元M为减法器选出检测元件D2和D4。在图9d中示出的第四位置，选出检测元件D1和D3。
以相同的方式得出构成代码字CW的其它比特B2、B3的正确的检测器元件。例如，如果为了构成比特B1选取检测元件D1和D3，检测元件D5和D7就用于构成比特B2，而检测元件D9和D11就用于构成比特B3如图7所示。其中在图7中仅示出了在当前状态下使用的触发器元件T1、T2、T3。
另一种得出正确的检测器元件D1至D11或者正确的模拟扫描信号S的可能性在于，把所有的以一个分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B长度相互间隔开检测元件D1至D11互相比较。例如在图9d中所述的当前位置中间隔一个分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B长度只有检测对D1、D3、和D5、D7，它们以所希望的方式相应地扫描代码元件C1、C2的分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B的相应的差。另外的检测器时D3、D5扫描两个相继的代码元件C1、C2的相继的分区域并且以上述的出错检验产生出错信号F。现在为了查出正确的检测元件D1至D11，寻找至少出现过出错的信号的检测器组D1、D3、和D5、D7。在细节上为了实施第二可能的措施要求以下的安排和方法步骤：
-检测元件D1至D11沿测量方向X安排以相应于分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B长度的一半的间隔安排；
-检测元件D1至D11构成具有相互之间间隔相应一个分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B长度的第一组(在图9a至9d中偶数编号的检测元件D2、D4、D6、D8、D10)；
-检测元件D1至D11构成具有相互之间间隔相应一个分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B长度的第二组(在图9a至9d中奇数编号的检测元件D1、D3、D5、D7、D9)；
-第一组检测元件D2、D4、D6、D8、D10相对于第二组检测元件D1、D3、D5、D7、D9错开分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B长变的一半；
-一个组直接相继的检测元件相应地以差分方式连接；
-由这两个组使用相应于一个代码元件C1、C2、C3长度的栅格中的检测元件对的其结果至少产生出错F的比较结果去构成代码字CW，也就是根据图9d该结果是(D1-D3)＝B1，(D5-D7)＝B2等等。
每个代码元件C1、C2、C3的两个区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B可以可光学扫描地构成，其中一个分区域是对扫描的光透明的或者是反射地构成的，而另一个分区域是时扫描光不透明的或者是不反射地构成。
本发明可以特别有利地用于光学扫描原理。但是本发明不限于这种扫描原理，而是可以用于磁性的，电感性以及容性的扫描原理。
所述的位置测量装置可以用于测量直线的或者旋转的运动。在此被测量的对象可以是机床的台或者滑动架、坐标仪或者电动机的转子和定子。
Claims (17)
1.位置测量装置，具有：
-周期性的增量刻度(6)，所述刻度(6)带有在测量范围(C1、C2、C3)内的多个刻度周期(P1至P8)；
-安排在该测量范围(C1、C2、C3)内并且集成在增量刻度(6)中的参照标记(R)；
-检测元件(A、B、C、D)在至少测量范围(C1、C2、C3)长度上的安排(7.6)，用于产生多个周期性的扫描信号(A1至D8)，其中至少一个由参照标记(R)被局域地修改了；
-分析装置(8)用于接收扫描信号(A1至D8)并且用于在扫描信号(A1至D8)中检测所述至少一个通过参照标记(R)修改了的扫描信号(A1、B1)以及用于依据检测的扫描信号(A1、B1)确定测量范围(C1、C2、C3)的长度以内的参照标记(R)的绝对位置(Z)。
2.如权利要求1所述的位置测量装置，其中
-在测量范围(C1、C2、C3)内安排N个刻度周期(P1至P8)，其中N＞1且是偶数；
-检测元件(A、B、C、D)的安排(7.6)在测量范围(C1、C2、C3)的长度上构成N个组(1至8)，并且检测元件(A、B、C、D)每个组(1至8)延伸在刻度周期(P1至P8)的长度上；
-在每个组(1至8)内安排多个以刻度周期(P1至P8)的分数相互间隔开的检测元件(A、B、C、D)，并且在组(1至8)内产生多个相互移相的周期性扫描信号(A1、B1、C1、D1至A8、B8、C8、D8)。
3.如权利要求2所述的位置测量装置方法，其中，所有组(1至8)的同相位的扫描信号(A1至A8；B1至B8；C8至C8；D1至D8)相应地累加在一个共同的和信号(PA、PB、PC、PD)上。
4.如权利要求3所述的位置测量装置，其中所述的和信号(PA、PB、PC、PD)输送到内插单元(9)以确定刻度周期(P1至P8)内的绝对位置(Q)。
5.如权利要求2所述的位置测量，其中，把N个组的同相位的扫描信号(A1至A8；B1至B8；C1至C8；D1至D8)输送到分析单元(8)，分析单元(8)相应地把同相位的扫描信号(A1至A8；B1至B8；C1至C8；D1至D8)相互比较，并且从比较的结果确定组(1至8)的通过参照标记(R)修改了的扫描信号(A1、B1)，其中，组(1至8)确定参照标记(R)在测量范围(C1、C2、C3)的长度内的位置(Z)。
6.如权利要求5所述的位置测量装置，其中，参照标记(R)是对增量刻度(6)的刻度周期(P1)内的一个位置上的周期性的干扰，并且把依据刻度周期(P1)内的干扰位置确定的N个组(1至8)检测元件(A、B、C、D)的同相的扫描信号(A1至A8；B1至B8)相互进行比较，所述检测元件(A、B、C、D)扫描N个刻度周期(P1至P8)中的每一个的这些位置。
7.如权利要求4和6所述的位置测量装置，其中通过借助于内插单元(9)构成的绝对位置(Q)确定更相互比较的扫描信号(A1至D8)，用于确定位置(Z)。
8.如以上权利要求之一所述的位置测量装置，其中参照标记(R)是一串等间距的标记的中间空间的改变，所述标记构成增量刻度(6)。
9.如以上权利要求之一所述的位置测量装置，其中检测器安排(7.6)的长度是两个相继的参照标记(R)的间隔的偶数倍。
10.如以上权利要求之一所述的位置测量装置，其中平行地相邻于增量刻度(6)安排一个绝对编码(5)用于以相应于测量范围(C1、C2、C3)的长度的测量步长进行绝对位置测量。
11.如权利要求10所述的位置测量装置，其中所述绝对编码(5)是带有相继的代码元件(C1、C2、C3)单轨迹有序代码。
12.位置测量方法，具有以下的方法步骤：
-借助于在测量范围(C1、C2、C3)的长度上展开的检测器安排(7.6)扫描的增量刻度(6)的多个刻度周期(P1至P8)，其中在刻度周期(P1)中的一个中综合进一个参照标记(R)并且产生多个周期性的扫描信号(A1至D8)，其中至少一个由参照标记(R)被局域地修改了；
-在扫描信号(A1至D8)中检测所述至少一个通过参照标记(R)修改了的扫描信号(A1、B1)和
-依据检测的描信号(A1、B1)确定测量范围(C1、C2、C3)的长度以内的参照标记(R)的绝对位置(Z)。
13.如权利要求12所述的方法，其中，通过在测量范围(C1、C2、C3)的每个刻度周期(P1至P8)内部扫描增量刻度(6)的多个刻度周期(P1至P8)产生多个相互移相的扫描信号(A1至D8)。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所有刻度周期(P1至P8)的相应同相位的扫描信号(A1至A8；B1至B8；C1至C8；D1至D8)累加到一个共同的和信号(PA、PB、PC、PD)上。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述的和信号(PA、PB、PC、PD)输送到内插单元(9)并求出刻度周期(P1至P8)内的绝对位置(Q)。
16.如权利要求13所述的方法，其中，把所有的刻度周期(P1至P8)相应的同相位的扫描信号(A1至A8；B1至B8；C1至C8；D1至D8相互比较，并且从所述比较确定通过参照标记(R)修改其幅度的扫描信号(A1、B1)。
17.如权利要求15和16所述的方法，其中，通过在刻度周期(P1至P8)内的绝对位置(Q)确定在刻度周期(P1至P8)内要比较的扫描信号(A1至A8；B1至B8)以构成所述位置(Z)。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101344380B (zh) * | 2007-07-10 | 2012-02-08 | 约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司 | 长度测量装置 |
| CN101358844B (zh) * | 2007-08-02 | 2012-09-05 | 约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司 | 位置测量仪和传输运动信息的方法 |
| CN103575307A (zh) * | 2012-07-20 | 2014-02-12 | 约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司 | 位置测量装置 |
| CN104515534B (zh) * | 2014-12-17 | 2017-01-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 绝对位置测量方法 |
| CN106969695A (zh) * | 2015-12-08 | 2017-07-21 | 约翰内斯·海德汉博士有限公司 | 感应的位置测量机构 |
| CN108240828A (zh) * | 2016-12-27 | 2018-07-03 | 株式会社三丰 | 位移编码器 |
| US11002566B2 (en) | 2007-06-27 | 2021-05-11 | Brooks Automation, Inc. | Position feedback for self bearing motor |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10244547B4 (de) * | 2002-09-25 | 2010-11-11 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Verfahren und Positionsmesseinrichtung zur Bestimmung einer absoluten Position |
| JP4953653B2 (ja) * | 2006-02-15 | 2012-06-13 | 株式会社ミツトヨ | 光電式エンコーダ |
| DE102006007184A1 (de) | 2006-02-15 | 2007-08-16 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
| US20070241269A1 (en) * | 2006-04-14 | 2007-10-18 | Saidan Saiful B | Optical encoders having improved resolution |
| DE102007024593A1 (de) | 2007-05-25 | 2008-11-27 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Maßstab für eine Positionsmesseinrichtung und Positionsmesseinrichtung |
| KR101659931B1 (ko) | 2007-06-27 | 2016-09-26 | 브룩스 오토메이션 인코퍼레이티드 | 다차원 위치 센서 |
| US8659205B2 (en) | 2007-06-27 | 2014-02-25 | Brooks Automation, Inc. | Motor stator with lift capability and reduced cogging characteristics |
| US8283813B2 (en) | 2007-06-27 | 2012-10-09 | Brooks Automation, Inc. | Robot drive with magnetic spindle bearings |
| WO2009003187A1 (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Brooks Automation, Inc. | Sensor for position and gap measurement |
| US9752615B2 (en) | 2007-06-27 | 2017-09-05 | Brooks Automation, Inc. | Reduced-complexity self-bearing brushless DC motor |
| US8823294B2 (en) * | 2007-06-27 | 2014-09-02 | Brooks Automation, Inc. | Commutation of an electromagnetic propulsion and guidance system |
| WO2009012396A2 (en) | 2007-07-17 | 2009-01-22 | Brooks Automation, Inc. | Substrate processing apparatus with motors integral to chamber walls |
| DE102007045362A1 (de) * | 2007-09-22 | 2009-04-02 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
| DE102009028859A1 (de) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | Zf Friedrichshafen Ag | Vorrichtung zum Erfassen von zumindest einer Nulllage |
| DE102009046773A1 (de) * | 2009-11-17 | 2011-05-19 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Abtasteinheit einer Positionsmesseinrichtung |
| JP5479255B2 (ja) | 2010-07-20 | 2014-04-23 | キヤノン株式会社 | 光学式エンコーダ |
| CN103210283A (zh) * | 2010-08-19 | 2013-07-17 | 埃勒斯塔继电器有限公司 | 传感器头保持件 |
| JP5574899B2 (ja) * | 2010-09-24 | 2014-08-20 | キヤノン株式会社 | ロータリーエンコーダ及びこれを備えた光学機器 |
| CN103459991A (zh) * | 2011-01-31 | 2013-12-18 | 维泰克实验室技术股份有限公司 | 具有数字的体积显示的瓶式分配器 |
| JP5765968B2 (ja) | 2011-02-28 | 2015-08-19 | キヤノン株式会社 | 光学式エンコーダ |
| US20140002642A1 (en) | 2012-06-15 | 2014-01-02 | Elmar SWIEGOT | Absolute position detection |
| DE102014209004A1 (de) * | 2014-05-13 | 2015-11-19 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
| DE102014010759B4 (de) | 2014-07-17 | 2020-06-04 | Nils Remmers | Verfahren zur Bestimmung einer Position |
| EP3021088B1 (de) * | 2014-11-12 | 2018-03-07 | Balluff GmbH | Inkrementales Längenmesssystem und Verfahren zu seinem Betrieb |
| DE102015122829A1 (de) * | 2015-12-23 | 2017-06-29 | Balluff Gmbh | Absolut messendes Längenmesssystem |
| JP6732487B2 (ja) * | 2016-03-17 | 2020-07-29 | 株式会社東京精密 | リニア・スケールを有するエンコーダ及びその原点決定方法 |
| DE102017009331A1 (de) | 2016-10-21 | 2018-04-26 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg | System mit einer vorzugsweise binären Codierung und einem Mobilteil mit Lesekopf zur Positionsbestimmung |
| US9887781B1 (en) * | 2016-10-24 | 2018-02-06 | Tt Electronics Plc | High resolution interpolator for optical encoder |
| CN109443402B (zh) * | 2018-12-12 | 2024-04-05 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种码盘及编码器 |
| WO2022070132A1 (en) * | 2020-10-02 | 2022-04-07 | TESA Sàrl | Absolute position encoder for measuring instrument |
| CN112683163B (zh) * | 2020-12-03 | 2022-06-28 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种适用于视觉测量相机的绝对位姿测量精度评估方法 |
| DE102021130751A1 (de) | 2021-11-24 | 2023-05-25 | ASMPT GmbH & Co. KG | Fertigungsvorrichtung mit segmentiertem Encoderstreifen |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3035012C2 (de) * | 1980-09-17 | 1982-08-12 | Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim | Einrichtung zur Winkelmessung |
| JPS5829093A (ja) * | 1981-08-13 | 1983-02-21 | 株式会社トプコン | アブソリユ−トエンコ−ダ |
| US4691101A (en) * | 1985-06-19 | 1987-09-01 | Hewlett-Packard Company | Optical positional encoder comprising immediately adjacent detectors |
| JP2754422B2 (ja) * | 1990-07-18 | 1998-05-20 | 株式会社ニコン | アブソリュート・エンコーダ |
| US5260568A (en) * | 1990-07-18 | 1993-11-09 | Okuma Corporation | Absolute position detector with diffraction grating windows and spot position detection |
| US5568048A (en) * | 1994-12-14 | 1996-10-22 | General Motors Corporation | Three sensor rotational position and displacement detection apparatus with common mode noise rejection |
| JPH10132612A (ja) * | 1996-10-28 | 1998-05-22 | Mitsutoyo Corp | 光学式変位検出装置 |
| AT410485B (de) * | 1997-07-30 | 2003-05-26 | Rsf Elektronik Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
| DE59806597D1 (de) * | 1997-08-07 | 2003-01-23 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Abtasteinheit für eine optische Positionsmesseinrichtung |
| DE19754595B4 (de) * | 1997-12-10 | 2011-06-01 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung |
| JPH11258362A (ja) * | 1998-03-16 | 1999-09-24 | Seiko Epson Corp | 情報処理装置 |
| US6140636A (en) * | 1998-03-23 | 2000-10-31 | Hewlett-Packard Company | Single track encoder for providing absolute position information |
| US6355927B1 (en) * | 1999-08-20 | 2002-03-12 | Agilent Technologies, Inc. | Interpolation methods and circuits for increasing the resolution of optical encoders |
| US6590201B2 (en) * | 1999-12-22 | 2003-07-08 | Rohm Co., Ltd. | Optical encoder incorporating linear light controlling member |
| DE19962278A1 (de) | 1999-12-23 | 2001-08-02 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmeßeinrichtung |
| JP2001194185A (ja) * | 2000-01-14 | 2001-07-19 | Fuji Electric Co Ltd | 光学式絶対値エンコーダ |
| DE10041507A1 (de) * | 2000-08-11 | 2002-02-28 | Takata Petri Ag | Lenkwinkelsensor für Kraftfahrzeuge |
| DE10132521A1 (de) * | 2001-07-09 | 2003-01-30 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmesseinrichtung |
| US6867412B2 (en) * | 2002-11-12 | 2005-03-15 | Mitutoyo Corporation | Scale structures and methods usable in an absolute position transducer |
| US7026604B2 (en) * | 2003-07-09 | 2006-04-11 | Chong Chee Keong | Vernier-scaled high-resolution encoder |
| US6816091B1 (en) * | 2003-12-18 | 2004-11-09 | Agilent Technologies, Inc. | Interpolator |
-
2002
- 2002-09-23 DE DE10244234A patent/DE10244234A1/de not_active Withdrawn
-
2003
- 2003-07-26 ES ES03017023.7T patent/ES2452592T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-07-26 EP EP03017023.7A patent/EP1400778B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-04 JP JP2003312140A patent/JP4402922B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-22 CN CNB031587410A patent/CN1281927C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-09-23 US US10/669,149 patent/US7164120B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11002566B2 (en) | 2007-06-27 | 2021-05-11 | Brooks Automation, Inc. | Position feedback for self bearing motor |
| CN101344380B (zh) * | 2007-07-10 | 2012-02-08 | 约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司 | 长度测量装置 |
| CN101358844B (zh) * | 2007-08-02 | 2012-09-05 | 约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司 | 位置测量仪和传输运动信息的方法 |
| CN103575307A (zh) * | 2012-07-20 | 2014-02-12 | 约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司 | 位置测量装置 |
| CN103575307B (zh) * | 2012-07-20 | 2017-09-26 | 约翰内斯·海德汉博士有限公司 | 位置测量装置 |
| CN104515534B (zh) * | 2014-12-17 | 2017-01-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 绝对位置测量方法 |
| CN106969695A (zh) * | 2015-12-08 | 2017-07-21 | 约翰内斯·海德汉博士有限公司 | 感应的位置测量机构 |
| CN106969695B (zh) * | 2015-12-08 | 2019-03-08 | 约翰内斯·海德汉博士有限公司 | 感应的位置测量机构 |
| CN108240828A (zh) * | 2016-12-27 | 2018-07-03 | 株式会社三丰 | 位移编码器 |
| CN108240828B (zh) * | 2016-12-27 | 2021-09-10 | 株式会社三丰 | 位移编码器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| US20040129870A1 (en) | 2004-07-08 |
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