CN1743815A - 用于精确确定旋转角的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在根据本发明的用于精确确定围绕着轴线(a)的旋转角(w)的方法中，围绕着图形中心(4)沿着转动方向一个接一个布置的多个图形元件(5，...，13)的至少一部分通过光束至少部分地聚集在串联布置的光学检测器(1)的多个检测器元件(2)上。图形元件(5，...，13)布置在旋转体(3)上，该旋转体与检测器(1)连接从而可以绕着轴线(a)旋转。通过同一个检测器(1)的检测器元件(2)分辨出聚集图形元件的位置(p)。在第一步骤中，通过至少一个图形元件(5，…，13)的分辨位置(p)计算确定出图形中心(4)相对于轴线(a)的偏心(e)对旋转角确定的影响。在第二步骤中，根据所确定的影响通过一个接一个布置的图形元件(5，6，7)的分辨位置(p1，p2，p3)中精确确定出旋转角(w)。

Description

用于精确确定旋转角的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种方法，该方法根据权利要求1的前序部分所述，通过具有多个串联布置的检测器元件的光学检测器并且通过具有多个围绕着图形中心布置的图形元件的旋转体来精确确定旋转角；以及一种设备，该设备根据权利要求6的前序部分所述，用于精确确定旋转角。

背景技术

这种用于精确确定旋转角的方法和设备已经使用了多年，诸如在测量设备中，尤其在测地和工业测量中的旋转编码器。通过这些方法和设备，甚至可以用相应的预防措施来以几个角秒的数量级的测量精度将整圆分辨成一百万个以上的单位。

为了能够实现这些高精度，首先检测器必须以位置稳定的方式相对于轴承按布置，其中旋转体通过该轴承安装成可以绕着轴线相对于检测器转动。其次，旋转体的高维和形状精度，尤其是围绕着图形中心一个接一个沿着旋转方向布置在旋转体上的图形元件的布置和构成是重要的先决条件。除了由于在一个接一个布置的各个图形元件之间的预定距离的偏差和/或图形元件自身的尺寸偏差而导致的局部分段(graduation)不精确之外，图形中心离轴线的距离即所谓的图形中心相对于轴线的偏心往往使得在实际上不可能实现所需要的精度。因为总是存在制造公差，所以每个旋转体都具有偏心，该偏心通常具有恒定值。轴承的同心度偏差进一步导致该偏心。在确定旋转角期间，尤其在测量重物的情况下，如果由于力而导致的相当大的负载作用在该设备的部件上，则会出现偏心，该偏心取决于旋转角或者作为时间的函数而变化。

US5214426特别公开一种用于确定旋转角的设备，该设备具有带有光学图形的旋转体、单个CCD线性传感器和用于从CCD线性传感器的输出数据生成角度数据的数据生成部件。单个CCD线性传感器具有一维位置分辨区域(position-resolving region)并且与旋转体的径向方向基本上垂直地定向。该旋转体在每个情况中划分成多个10度的区段，并且具有作为这些区段中的图形的径向定向的狭缝，这些狭缝为用于绝对角度测量的数字代码图形的形式。虽然在旋转角的测量期间通过同时分辨多个狭缝实现了高分辨率，但是可实现的测量精度受到限制，尤其受到偏心误差的限制。

US4580047的前言公开了一种角度测量装置，它具有递增的狭缝图形以及两个彼此径向相对并且每个都具有感测单元的感测点。通过这两个感测点测量出两个周期性感测信号。通过这两个感测信号的相互相位位置可以高精度地确定出所要测量角度的偏心误差，该误差由旋转体的中点相对于旋转轴线的偏移而引起。

DE-A 1811961公开了用于调节角位置的布置，该布置在至少两个感测点处设有至少一对彼此径向相对的感测单元。在四个感测点处测量出四个周期性感测信号，这些信号由于存在的偏心而相对于彼此相位偏移并且以模拟形式相互重叠，从而尤其可以补偿例如盘部件(part-disk)的定位偏心误差。

发明内容

本发明的目的在于消除现有技术的缺陷。因此，提出一种用于这样一种设备的方法，该设备结构简单，并且包括具有多个串联布置的检测器元件的光学检测器和具有多个沿着转动方向一个接一个布置的图形元件的旋转体，该方法能够精确确定旋转角。还提出这样一种设备，该设备包括具有多个串联布置的检测器元件的光学检测器和具有多个沿着转动方向一个接一个布置的图形元件的旋转体，尽管该设备结构简单，但是通过该设备可以精确确定旋转角。

通过分别具有专利权利要求1和6的特征的用于精确确定旋转角的方法和设备来实现这个目的。

在根据本发明的用于精确确定围绕着轴线的旋转角的方法中，围绕着图形中心沿着转动方向一个接着一个布置的多个图形元件中的至少一部分，通过光束至少部分地聚集在串联布置的光学检测器的多个检测器元件上。这些图形元件布置在旋转体上，该旋转体与检测器连接从而可以绕着轴线转动。通过同一个检测器的检测器元件将聚集的图形元件的位置分辨出来(resolve)。在第一步骤中，通过至少一个图形元件的分辨位置计算确定图形中心相对于轴线的偏心对旋转角确定的影响。在第二步骤中，根据所确定的影响，通过一个接一个布置的图形元件的分辨位置精确确定出旋转角。

在根据本发明的方法的另一个改进中，在第一步骤中，通过中间步骤，将一个接一个布置的图形元件组成至少两组，并且通过在每个情况中组合的图形元件的各自分辨位置计算确定出至少两组位置。然后通过所确定的至少两组位置计算确定出偏心对旋转角确定的影响。这可以通过所确定的组位置以更高的精度实现

根据本发明的用于精确确定旋转角的设备具有包括多个串联布置的检测器元件的光学检测器和包括多个围绕图形中心沿着转动方向一个接一个布置的图形元件的旋转体。该旋转体与检测器连接从而可以绕着轴线转动。这些图形元件中的至少一部分可以通过光束至少部分地聚集在检测器元件上。这些聚集的图形元件的位置可以通过同一个检测器的检测器元件分辨出来。在该设备中，这些图形元件和检测器元件按照这样一种方式形成和布置，从而可以通过至少一个图形元件的分辨位置自动地计算确定图形中心相对于轴线的偏心对旋转角确定的影响，并且可以根据旋转角的偏心影响，通过一个接一个布置的图形元件的分辨位置精确确定出旋转角。

由于可以通过同一个检测器计算确定出偏心对旋转角确定的影响，和可以精确确定出围绕着轴线的旋转角，所以根据本发明的用于以高分辨率精确确定旋转角的设备具有非常广范的优点。首先，可以实现用于精确确定旋转角的简单而经济的设备。由于利用同一个检测器和同一个位置分辨区域确定出偏心的影响并且在考虑这些影响的情况下能够确定出旋转角，所以这种设备也可以实现高精度和耐久性。另外，可以用相同位置的图形元件实现上述两个功能，这些位置被同时分辨出。

在从属的专利权利要求中描述了本发明的其它可选方案或优选改进之处或其它改进之处。

附图说明

下面将参照附图以仅仅示例的方式对根据本发明的用于精确确定旋转角的方法和设备的实施方案进行更详细的说明。这些附图作为从上方看的局部视图，显示出以下内容：

图1显示出根据本发明设备的第一实施方案；

图2显示出设备的两幅示意图，用来说明根据本发明的方法的实施方案；

图3显示出第一实施方案的图形元件和检测器元件；

图4显示出第二实施方案，其中检测器元件以正割的形式与图形元件相交；

图5显示出具有允许绝对确定(absolute determination)旋转角的图形元件的第三实施方案；

图6显示出另一设备的两个示意图，用来说明根据本发明的方法的可选实施方案；

图7显示出第一实施方案的图形元件，该图形元件相对于图形中心对称；

图8显示出第二实施方案的两个图形元件，这些图形元件相对于图形中心对称；

图9显示出包括不透明图形元件的第四实施方案，其中三个图形元件相对于图形中心对称；

图10显示出包括不透明图形元件的第五实施方案；以及

图11显示出包括三角形图形元件的第六实施方案。

具体实施方式

图1作为从上方看的局部视图，显示出根据本发明的用于精确确定旋转角w的设备的第一实施方案。可以将经纬仪的两个角编码器形成为与该实施方案对应。该实施方案包括旋转体，该旋转体在该情况下为盘状玻璃度盘3形式，并且包括光学检测器，该光学检测器在该情况下的所有实施方案中为CCD线性阵列1形式。本发明当然并不限于CCD检测器或线性阵列检测器。因此，通过例如相应的CMOS区域阵列检测器可以进一步提高角度确定精度。CCD线性阵列1和图1中未示出的轴承固定在基板19上。通过轴承将轴20连接在基板19和CCD线性阵列1上，从而使其可以绕着轴线a转动。在该实施方案中，可以在例如五个角秒的精度范围内，相对于CCD线性阵列1确定轴20绕着轴线a的旋转角w。

这里，玻璃度盘3具有环状图形22，它包括多个图形元件，这些图形元件沿着转动方向围绕着图形中心4一个接一个地布置，并且所有图形元件距图形中心4的距离相同。这些图形元件为矩形透明狭缝5的形式并且通过凹槽结合在按照环形方式施加在玻璃度盘3上的不透明材料层18中。这里，透明狭缝5在每个情况中都径向定向并且等距离间隔开布置。因此可以递增确定旋转角w。玻璃度盘3例如通过粘接剂固定在轴20上。在固定玻璃度盘3时，实际上不可能防止在轴线a和图形中心4之间产生间距，即所谓的图形中心4相对于轴线a的偏心e。在具有例如直径为70毫米的玻璃度盘3的经纬仪角编码器的情况下，偏心e通常在几个微米的范围内。为了更清楚起见，在这些附图中以1千倍以上的放大率显示出该偏心e。在图1中所示的玻璃度盘3的位置上，图形中心4沿着CCD线性阵列1的延伸方向相对于轴线a偏置。在玻璃度盘3的这个位置上，偏心e对确定旋转角w的影响最大。

光学检测器由多个光敏检测器元件2例如一千个这种检测器元件构成，它们一起形成位置分辨区域21。各个检测器元件2具有例如14×14微米的尺寸。根据本发明的另一个改进之处，位置分辨区域21具有这样的尺寸，使得它至少在一侧上延伸超出环状图形22的聚集部分。在CCD线性阵列1中，检测器元件2以大致沿着转动方向的单条直线形式串联布置，从而形成与径向方向垂直地定向的线性位置分辨区域21。

这里，通过未示出的光源，将光束垂直于图面投射到环状图形22的区域上。投射光束由不透明材料层18吸收或者可以穿过透明狭缝5，结果一部分图形22通过多个透明狭缝55以明暗区域的形式聚集在CCD线性阵列1的位置分辨区域21上。通过光敏检测器元件2，按照本身已知的方式使位置p与聚集的透明狭缝5的明区域一致。这里，分辨位置p与在位置分辨区域21的左端和狭缝5的明区域的相应重心之间的距离相对应。但是，还可以根据明暗过渡部分使位置与图形元件一致。

根据本发明，将分辨位置p传送给本身已知并且在这里未示出的计算和评价单元，以便确定出偏心e的影响，从而随后精确确定旋转角w。

在下面的附图中，为了简化起见，在每个情况中只显示出包括检测器元件2的位置分辨区域21和包括根据本发明设备的各个实施方案的相应图形元件的一部分相应图形。

图2作为两个局部视图，显示出在半转动(half rotation)的三个不同位置处的与第一实施方案对应的设备的两个示意图。上面的局部视图显示出分别处于旋转角w′和w为0度和180度的的起始和终止位置上的设备。下面的局部视图显示出处于旋转角w″不完全为90度的中间位置上的设备。现在参照这些示意图以仅仅示例的方式对根据本发明的用于精确确定旋转角的方法的实施方案进行说明。在这些方法中，利用沿着转动方向一个接一个布置的图形元件，计算确定出偏心e对确定旋转角的影响。

这两个示意图两次显示出图1的线性位置分辨区域21和三个线性图形23′、23″和23。这三个线性图形23′、23″和23在每个情况中为同一个线性图形在这三个位置中的一个中的区段。为了清楚起见，递增形成的线性图形在这里简化为由12个线性图形元件构成，它们在每个情况中等距离间隔开，并且这里在每个情况中只显示出其中三个。

这三个线性图形23′、23″和23的线性图形元件与相应的图形中心4′、4″和4的间距分别相等，并且在每个情况中沿着转动方向一个接一个地布置。根据第一实施方案，这三个图形中心4′、4″和4每个还相对于轴线a具有偏心e。

在根据本发明方法的第一实施方案中，可以利用该设备的几何特征借助线性图形23′和23的相应左、中和右图形元件的分辨位置p1′、p1、p2、p3′和p3，通过如下两个步骤精确确定出任意旋转角。

在第一步骤中，如图2的上面局部视图中所示一样，选择半转动的起始位置和终止位置的旋转角w′和w，使得在位置p2和p1′之间以及位置p3′和p2之间的两个距离d′以及在位置p2和p1之间和位置p3和p2之间的两个距离d在每个情况中都相同。因此这两个图形中心4′和4处于与位置分辨区域21垂直并且其中具有轴线a的平面n中。在起始位置中，图形中心4′位于位置分辨区域21和轴线a之间，并且在随后半转动的终止位置中，轴线a位于位置分辨区域21和图形中心4之间。因此，偏心e对旋转角w′和旋转角w的确定都不会有影响。在终止位置上，线性图形23相对于仅与位置分辨区域21垂直的起始位置的线性图形23′偏置。

位于平面n中的相应中间图形元件的分辨位置p2由此保持不变，而位置p1′和p3′在相应左右图形元件没有与位置分辨区域21垂直定向的情况中变化至位置p1和p3。

通过对左和/或右图形元件的两个位置的分辨位置p1′和p1和/或位置p3′和p3进行比较，可以计算确定出偏心e的大小。根据在这里所示的几何状况，偏心e的大小对应于左图形元件的相应分辨位置p1′和p1之间的差值一半乘以60度角的正切值，即在左图形元件的延伸方向和位置分辨区域21之间的角度差的正切值。由于对于右图形元件的情况在这里是相同的，所以在计算确定中可以通过另外考虑在分辨位置p3′和p3之间的差值来提高偏心e的精度。显然，在具有聚集在位置分辨区域上的其它图形元件的更细小图形的情况中，可以进一步提高计算确定的精度。

按照本身已知的方式，在任意旋转角的确定中，偏心e的影响与所确定的偏心e乘以相对于参考角度的任意旋转角的正弦值的大小成比例，在该参考角度上，偏心e对旋转角确定没有任何影响。由于知道起始位置和终止位置以及偏心e的大小，所以在这里可以确定出偏心e对计算确定任意旋转角的影响。

在第二步骤中，根据所确定的影响，因此现在可以通过左、中和右线性图形元件在位置分辨区域21上相对于参考位置p0的分辨位置精确确定出任意旋转角。参考位置p0在这里同样位于平面n中，并且与分辨位置p2重合。在通过聚焦的图形元件相对于参考位置p0的分辨位置进行精确确定的情况中，以本身已知的方式相对于参考位置p0均衡计算分辨位置的非线性失真，该非线性失真是由于检测器元件2的线性布置和围绕着相应图形中心4′和4″一个接一个布置的图形元件的非线性布置而导致的。

在根据本发明方法的第二实施方案中，例如在整个转动期间，从相应左图形元件的上部分图开始，对于预定位置p1的每次分辨记录下相应右图形元件的分辨位置，以便随后通过考虑了设备的几何情况、偏心e的大小和坐标参考角度的平衡计算进行计算确定。利用这两个计算确定的数值，然后可以根据偏心e的影响精确确定出每个旋转角。

在根据本发明方法的第三实施方案中，从知道平面n的位置开始可以如下精确确定出旋转角。如果如图2的下部分图中所示一样，选择不完全为90度的中间位置的旋转角w″，使得这三个图形元件的中间一个的位置p2在参考位置p0处分辨，那么左右图形元件的位置p1″和p3″分别由检测器元件2分辨。

根据一个接一个布置的图形元件的几何情况，在这里可以通过位置p2和p1″或位置p3″和p2之间的距离dl与dr的比值直接计算确定偏心e对确定角度w″的影响。根据这样计算确定出的偏心e的影响，就可以根据相对于参考位置p0的分辨位置p1″、p2和p3″精确确定出旋转角w″。通过知道平面n，该方法的这个实施方案的方法还可以用于确定中间图形元件在参考位置p0的另一侧上的位置。这里甚至还可以利用聚集在位置分辨区域上的更细微图形的其它图形元件来进一步提高计算确定的精度。

参照根据图1的第一实施方案的经纬仪的角编码器，例如在与图2对应的半转动情况中，在最外面的左图形元件5的两个分辨位置p之间的差异可以为2微米。由于最外面左图形元件5的延伸方向和位置分辨区域21的延伸方向具有75度的角度差，所以图形中心4相对于轴线a的偏心e将具有大约不完全为四微米的大小。当然可以另外使用位于位置分辨区域21上的其它图形元件5来提高偏心e的计算确定的精确度。由于几何原因，在相应分辨位置之间的差异越小，因此在相应图形元件5和位置分辨区域21的延伸方向之间的角度差越接近90度。

图3显示出第一实施方案的具有检测器元件2的位置分辨区域21和具有狭缝5的环状图形22的一部分。下面将参照该图对根据本发明方法的第四实施方案进行说明。

为了计算确定偏心对确定旋转角的影响，在该方法中，在第一步骤中，在每个情况下将狭缝5组合成具有大约10个狭缝5的左右组14和15。在第二步骤中，在每个情况下，根据在计算中由于检测器元件2的线性布置和围绕着图形中心一个接一个布置的狭缝5的非线性布置而导致的非线性失真，使中间组位置p14或p15分别与相互邻接的两组14和15一致。在第三步骤中，例如与根据本发明方法的第二实施方案类似，可以通过两个分辨的组位置p14和p15计算确定出偏心e对确定旋转角的影响。然后可以按照上面所述的方式在考虑了所确定的偏心影响的同时进行旋转角的确定。

但是，也可以想到例如将这些组的边缘位置提供为组位置来代替中间组位置。还可以想到确定两个以上组的位置。一个接一个布置成组的图形元件的组合及其相应组位置的计算确定，相对于在影响的计算确定中的可实现的精度而言具有优点。

图4显示出根据本发明的设备的第二实施方案，它除了位置分辨区域21的布置之外与第一实施方案相同。这里，由检测器元件2形成的位置分辨区域21与第一实施方案相比布置得离图1中的轴线a距离更近。下面将根据该图，与图3相比，对用于精确确定一个接一个布置的图形元件的组16和17的方法的第四实施方案进行说明。

通过更近的距离，位置分辨区域21的具有狭缝5的环状图形22也与不透明材料层18的内线10相交。多个狭缝5聚集在位置分辨区域21的两个单独区段上。在这两个区段之间具有多个检测器元件2，在这些检测器元件上没有聚集任何图形，结果彼此间隔开的两组16和17在两侧上通过没有聚集在检测器元件2上并且一个接一个布置的狭缝5相互分开。

通过更靠近图1的轴线a定位的检测器元件2，与图3中的第一实施方案相比，可以分辨进一步分开设置的组位置p16和p17以产生成组的组合狭缝5。这能够更精确地计算确定偏心对旋转角确定的影响。

图5显示出根据本发明设备的第三实施方案，该实施方案除了狭缝5布置在环形不透明材料层18内之外与第一实施方案相同。与前面实施方案相比，这些狭缝5布置成彼此间距不同。这里，这种布置导致一编码，这使之能够清楚地在每个情况下借助在一个接一个布置的多个狭缝5之间的距离使一个旋转角与设备的每个位置一致，从而绝对地确定出旋转角。当然，也可以想到其它编码的可能性，例如狭缝5的宽度变化。由于在各个狭缝5之间的不同距离是已知的，所以可以通过多个狭缝5的单次聚集相对于检测器元件2绝对地确定出每个旋转角。在根据本发明的用于精确确定旋转角的方法和设备的所有示例和实施方案中，至少部分聚集到检测器元件2上的图形原则上可以为编码的形式。

图6显示出位于旋转角为w′、w″和w的相同三个位置上的图2设备的两个示意图，线性图形包括围绕着图形中心一个接一个布置的12个图形元件，该线性图形在这里还设有相对于相同图形中心对称的图形元件。相对于图形中心对称的该图形元件在这里为圆的形式。三段弧8′、8″和8在每个情况中为同一个圆在三个位置中的一个中的区段。如此选择该圆的半径r，使得位置分辨区域21以正割的形式与该圆相交。根据这两个示意图，将仅仅以示例的方式对根据本发明的用于精确确定旋转角的方法的可选实施方案进行说明。在这些方法中，与前面的方法相比，可以借助对称图形元件计算确定出偏心e的影响。

在根据本发明方法的第五实施方案中，可以如下利用该设备的几何情况通过弧8′和8的分辨位置p4′、p4、p5′和p5精确确定出任意旋转角。

如果如图6的上部分图中所示一样，如此选择半转动的起始位置和终止位置的旋转角w′和w，使得在位置p4′和p5′之间的弦长s′最大并且在位置p4和p5之间的弦长s最小，则这两个图形中心4′和4位于平面n中，该平面与位置分辨区域21垂直并且轴线a在该平面中。这里，因此偏心e不会对旋转角w′的确定或对旋转角w的确定产生影响。

通过比较两个位置的弧8′和8的弦长s′和s，可以根据已知的半径r和毕达哥拉斯定理(Pythagoras theorem)计算确定出偏心e的大小。显然在包括聚集在位置分辨区域21上并且相对于图形中心对称的其它图形元件的更复杂图形的情况中，甚至可以进一步提高计算确定的精确度。

在根据本发明方法的第六实施方案中，在每个情况中在完全转动期间，在多个旋转角(例如六个或十二个旋转角)处，按照与第二实施方案类似的方式记录该圆的至少一个分辨位置或弦长。由于在位置或弦长和偏心e之间存在唯一的函数关系，所以可以使用平衡计算来计算确定出偏心e的大小和用于该旋转角的参考角度，结果可以根据偏心e的影响而精确确定出任意旋转角。

在根据本发明方法的第七实施方案中，可以如下考虑偏心e，根据聚集在位置分辨区域21上的圆的部分精确确定出任意旋转角。

在具有不完全为90度的旋转角w″的中间位置中，如在图6的下部分图中所示一样，借助检测器元件2分辨弧8″的两个位置p4″和p5″。通过计算出两个分辨位置p4″和p5″的平均值，从而在这里可以计算确定出一个接一个布置的线性图形元件的分辨位置p1″、p2和p3″的瞬时参考位置p0″，用于精确确定旋转角w″。

图形中心4″现在位于平面m中，该平面与位置分辨区域21垂直并且所确定的参考位置p0″位于该平面中，结果偏心e不再对旋转角w″的确定有任何影响。因此根本不再需要确定偏心e大小以及坐标参考角度。

图7显示出处于图1中所示的位置中的第一实施方案的环状图形22和位置分辨区域21。在这里没有显示出这样一个事实，即图形中心4沿着位置分辨区域21的延伸方向相对于轴线a偏置。在该位置中，偏心e对旋转角的确定的影响最大。

根据本发明方法的第七实施方案，在这里不是通过一个接一个布置的狭缝5的分辨位置而是通过相对于图形中心对称的圆形图形元件的分辨位置p4和p5计算确定出这些影响。这里，圆形图形元件由环状图形22的不透明材料层18的清晰外分界线9体现。

外聚集线9的两个明暗过渡部分的位置p4和p5通过检测器元件2分辨，并且通过计算平均值来计算确定出瞬时参考位置p0。由于在这里瞬时参考位置p0和未示出的图形元件的图形中心，两者都位于与检测器区域21垂直的平面m中，所以在确定瞬时旋转角时已经借助用于聚集狭缝5分辨位置的瞬时参考位置p0考虑了偏心e的影响。因此不再需要单独计算确定偏心e或坐标参考角度。这在例如由于设备的机械负载作为时间的函数变化而导致偏心可以作为时间函数变化的情况中，尤其重要。

图8显示出处于图1所示位置中的图4的第二实施方案的环状图形22和位置分辨区域21，其中包括检测器元件2的位置分辨区域21与第一实施方案相比布置成离轴线的距离更短。因此，不仅如在图7中一样，外线9的两个位置p4和p5，而且还有环状图形22的不透明材料区域18的清晰内分界线10的两个位置p6和p7在这里都可以被分辨，并且还用在偏心影响的计算确定中。因此，可以提高在影响确定中的精确度。

图9显示出根据本发明设备的第四实施方案，它包括另一个图形，与第二实施方案相比，包括检测器元件2的位置分辨区域21离在这里未示出的轴线a的距离更短。这里，该另一个图形具有为不透明条6形式并且围绕着图形中心沿着转动方向一个接一个布置的第一图形元件和为不透明同心环11、12、13形式并且相对于图形中心对称的三个第二图形元件，这些图形元件在每个情况中相互分开一定距离。

在这里通过测量出在针对不同旋转角的不同位置中穿过环11、12、13的一个的割线的弦长变化，来进行偏心e大小的计算确定，该长度由检测器元件2分辨。由于在相应弦长s1、s2、s3和偏心e之间存在唯一的函数关系，所以根据本发明方法的第六实施方案，可以在校准过程中通过记录作为旋转角的函数的相应弦长s1、s2、s3而针对每个旋转角确定出偏心e。

割线离相对于图形中心对称的图形元件(在该情况中为环11、12和13的一个)的周边的距离越小，则测量的灵敏度越大。例如，在半径大约为35毫米的薄环和与之距离2.5毫米的位置分辨区域21的情况中，弦长以偏心的大小±5微米/每微米而变化，并且在1/10毫米的距离处，甚至以偏心的大小±26微米/每毫米而变化。

从图9中可以明显看出，多个割线的弦长通过三个环11、12、13测量出。由此可以将割线与这三个薄环11、12、13的相应外线和相应内线的交点用于弦长确定。因此可以根据多个数值计算确定出偏心e的大小。当然，在计算确定偏心和/或其对确定旋转角的影响中，还可以考虑来自沿着转动方向一个接一个布置的图形元件(在该情况中为条6)的分辨位置的信息。

图10显示出第五实施方案，它与图4的第二实施方案的不同之处仅在于图形在这里聚集成条形图形24。这里，条形图形24同样具有多个相同的图形元件，它们围绕着图形中心沿着转动方向一个接一个等间隔布置，但是在这里为不透明的径向定向条6的形式。一部分条形图形24通过在这些条6之间穿过的光束以明暗区域的形式聚集在光敏检测器元件2上。

另外，这些条6的面向外的那些端面和面向内的那些端面形成两个同心的不连续环线，这构成了相对于图形中心对称的图形元件。通过检测器元件2，在这里尤其在条状图形24的转动期间可以将相应条6的入口和出口的位置p4、p5、p6和p7分辨成位置分辨区域21，或者从中分辨出。利用这样分辨的位置p4、p5、p6和p7，就可以计算确定出偏心对确定旋转角的影响。

在确定旋转角中，可以借助明暗过渡部分来分辨聚集条6的位置，或者可以借助在这些条6之间的明区域分辨其中间空间的位置。

图11显示出第六实施方案，它与第一实施方案的不同之处仅在于图形的不同构成，尤其是图形元件相对于图形中心径向定向并且沿着转动方向一个接一个布置。这里，该图形通过不透明三角形7形成在仅在图1中所示的透明玻璃度盘3上。但是，可以绕着轴线旋转的旋转体例如也可以为薄金属盘形式，该旋转体在该情况中具有三角形切口，这些切口构成了沿着转动方向一个接一个布置的图形元件。

例如为三角形的这些图形元件的设计，由于另外朝着径向方向额外倾斜，所以相对于通过位置分辨区域21进行的偏心确定而言具有更大的灵敏度，在该设计中一个接一个布置的相邻图形元件的侧面线形成为基本上朝着径向方向倾斜。在理论上，甚至允许借助单个三角形7的宽度分辨来确定偏心e。当然，也可以通过在这些三角形7之间的距离确定偏心。通过沿着图形中心的方向定向的图形元件的当前三角形形状，与前面实施方案的矩形图形元件相比，在这另一方面可以设置更少的一个接一个布置的图形元件，结果可以实现更小的分辨率。

还可以想到本发明的其它改进，其中设有至少另一个任选径向布置的检测器。从该其它检测器的分辨位置的附加信息中，可以使除了偏心之外的误差源(例如轴线的翻转误差)不产生影响。当然，由于至少一个其它检测器的附加信息，所以可以更加精确地确定出偏心的影响。

Claims (21)

1.一种方法，该方法用于通过包括多个串联布置的检测器元件(2)的光学检测器(1)和通过包括多个围绕着图形中心(4)沿着转动方向一个接一个布置的图形元件(5，...，13)的旋转体(3)来精确确定旋转角(w)，所述旋转体(3)与检测器(1)连接使其可以绕着轴线(a)旋转，在该方法中，

所述图形元件(5，...，13)的至少一些通过光束至少部分聚集在检测器元件(2)上，并且

所述聚集的图形元件(5，...，13)的位置(p)由同一个检测器(1)的检测器元件(2)分辨出，其中

通过所述图形元件(5，...，13)中的至少一个的分辨位置(p)计算确定出图形中心(4)相对于轴线(a)的偏心(e)对旋转角确定的影响，并且其中

根据所确定的影响，通过一个接一个布置的多个图形元件(5，6，7)的分辨位置(p1，p2，p3)精确确定出旋转角(w)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

一个接一个布置的图形元件(5)组成至少两组(14，...，17)，

通过相应组成的图形元件(5)的分辨位置计算确定出至少两组位置(p14，...，p17)，并且

通过所确定的至少两组位置(p14，...，p17)计算确定出偏心(e)对旋转角确定的影响。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少两组(16，17)通过布置在这些组之间的图形元件(5)而相互分开。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述图形元件(8，...，13)中的至少一个形成为相对于图形中心(4)对称，例如形成为圆形，在该方法中，

分辨出至少一个聚集的对称图形元件(8，...，13)的位置(p4，...，p7)，并且

借助这些聚集的对称图形元件(8，...，13)的分辨位置(p4，...，p7)计算确定出偏心(e)对旋转角确定的影响。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，一个接一个布置的相邻图形元件(7)的侧面线朝着径向方向倾斜，在该方法中，

一个接一个布置的图形元件(7)的尺寸和/或在这些一个接一个布置的图形元件(7)之间的距离由检测器元件(2)分辨出，并且

借助图形元件(7)的分辨尺寸或所分辨出的距离计算确定出偏心(e)对旋转角确定的影响。

6.一种用于精确确定旋转角(w)的设备，它包括：

光学检测器(1)，它包括多个串联布置的检测器元件(2)，以及旋转体(3)，它与检测器(1)连接从而可绕着轴线(a)转动，并且具有多个围绕着图形中心(4)沿着转动方向一个接一个布置的多个图形元件(5，...，13)，

所述图形元件(5，...，13)中的至少一些能够通过光束至少部分聚集在检测器元件(2)上，并且

聚集的图形元件(5，...，13)的位置(p)能够通过同一个检测器(1)的检测器元件(2)分辨出，其中

所述光学检测器元件(2)和图形元件(5，...，13)按照这样一种方式相对于彼此形成和布置，从而

可以通过至少一个图形元件(5，...，13)的分辨位置(p)计算确定出图形中心(4)相对于轴线(a)的偏心(e)对旋转角确定的影响，并且

可以根据这些影响，通过一个接一个布置的图形元件(5，6，7)的分辨位置(p1，p2，p3)精确确定出旋转角(w)。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，沿着转动方向一个接一个布置的图形元件(5)径向定向并且大致为矩形狭缝形式。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，借助至少两组(14，...，17)的聚集图形元件(5)的分辨位置计算确定出至少两组位置(p14，...，p17)，其中这些图形元件一个接一个布置，并且可以通过所确定的这至少两组位置(p14，...，p17)计算确定出偏心对旋转角确定的影响。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述至少两组(16，17)通过一个接一个布置并且没有聚集在检测器元件(2)上的图形元件(5)在两侧上相互分开。

10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，一个接一个布置的相邻图形元件(7)的侧面线朝着径向方向倾斜并且任选弯曲。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述一个接一个布置的图形元件(7)形成为沿径向方向即任选朝着图形中心的方向定向，并且为三角形或梯形。

12.如权利要求6至11中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个图形元件(8，...，13)相对于图形中心(4)对称形成，例如形成为圆，并且可以借助对称的图形元件(8，...，13)的至少一个位置(p4，..，p7)计算确定出对旋转角确定的影响。

13.如权利要求6至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述图形元件(5，6，7)按照可以递增地或绝对地确定旋转角这样一种方式形成和布置。

14.如权利要求6至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述图形元件(5)由在任选环形的不透明材料层(18)中的透明切口构成。

15.如权利要求6至13中任一项所述的设备，其特征在于，在旋转体(3)上的衍射结构与图形元件一致。

16.如权利要求6至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋转体(3)为盘的形式并且由玻璃、金属或塑料构成。

17.如权利要求6至16中任一项所述的设备，其特征在于，所述检测器元件(2)沿着单条任选笔直的线条在转动方向上基本上串联布置。

18.如权利要求12所述的设备，其特征在于，相对于所述图形中心对称形成的至少一个聚集图形元件(8，...，13)以割线形式与串联布置的检测器元件(2)的单条直线相交。

19.如权利要求6至16中任一项所述的设备，其特征在于，所述检测器元件(2)按照矩阵的形式成排和列布置。

20.如权利要求6至19中任一项所述的设备，其特征在于，所述检测元件(2)至少在一个方向上的延伸部分大于可聚集的图形元件(5，...，13)的延伸部分。

21.如权利要求6至19中任一项所述的设备，其特征在于，设有单个检测器(1)。

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