ES2452592T3

ES2452592T3 - Dispositivo de medición de la posición

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Publication number: ES2452592T3
Application number: ES03017023.7T
Authority: ES
Inventors: Erich Strasser
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2002-09-23
Filing date: 2003-07-26
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2023-07-26
Also published as: US20040129870A1; EP1400778B1; CN1493852A; EP1400778A3; US7164120B2; EP1400778A2; DE10244234A1; JP2004132972A; JP4402922B2; CN1281927C

Abstract

Dispositivo de medición de la posición con - una codificación absoluta secuencial (5) con una secuencia de elementos de código (C1, C2, C3),dispuestos unos detrás de los otros en la dirección de la medición (X), para la medición de la posiciónabsoluta en etapas de medición de acuerdo con la longitud de un elemento de código (C1, C2, C3); - una división incremental periódica (6) dispuesta paralelamente junto a la codificación absoluta (5) convarios periodos de división (P1-P8), respectivamente, dentro de uno de los elementos de código (C1, C2,C3); - una marca de referencia (R) dispuesta, respectivamente, dentro de la longitud de uno de los elementos decódigo (C1, C2, C3) e integrada en la división incremental (6); - una disposición (7.6) de elementos detectores (A, B, C, D) sobre al menos la longitud de uno de loselementos de código (C1, C2, C3) para la exploración de la división incremental (6) y para la generación devarias señales de exploración periódicas (A1 a D8), al menos una de las cuales está modificada localmentea través de la marca de referencia (R); - una instalación de evaluación (8) para la recepción de las señales de exploración (A1 a D8) y para ladetección de la al menos una señal de exploración (A1, B1) modificada por la marca de referencia (R) apartir de las señales de exploración (A1 a D8) así como para la determinación de una posición absoluta (Z)de la marca de referencia (R) dentro de la longitud de uno de los elementos de código (C1, C2, C3) enfunción de la señal de exploración (A1, B1) detectada.

Description

Dispositivo de medición de la posición

La invención se refiere a un dispositivo de medición de la posición para la determinación de la posición absoluta de acuerdo con la reivindicación 1 así como a un procedimiento para la medición de la posición absoluta según la reivindicación 8.

En muchos campos se emplean para la determinación de la posición de dos cuerpos móviles entre sí cada vez más dispositivos de medición de la posición.

La primera etapa del desarrollo desde dispositivos de medición de la posición incrementales a absolutos era la previsión de marcas de referencia adicionalmente a la división incremental. Para configurar estos dispositivos de medición de la posición economizando espacio, se ha integrado la marca de referencia en la división incremental. Así, por ejemplo, los documentos US-A-6 140 636, US-A-5 568 048 y EP-A-1 180 665 muestran posibilidades de cómo se puede integrar una marca de referencia en una pista incremental, para calcular al menos una posición de referencia dentro de una revolución. En estas instalaciones de medición de la posición es un inconveniente que solamente en la posición de la marca de referencia se puede detectar la posición absoluta dentro de una revolución y entonces debería calcularse la posición absoluta, además, a través de recuento, es decir, de nuevo incrementalmente.

El objetivo era ahora crear dispositivos de medición de la posición absoluta, que pueden emitir en cada posición relativa también después de la interrupción de la energía de alimentación inmediatamente una información de la posición absoluta correcta.

La posición absoluta se incorpora en este caso por un código, que está dispuesto en varias pistas que se extienden paralelas entre sí, por ejemplo como código gris.

La disposición de la información de la posición en una única pista de código con elementos de código dispuestos unos detrás de los otros en la dirección de medición es especialmente economizadora de espacio. Los elementos de código están dispuestos en este caso unos detrás de los otros en disposición pseudos-aleatoria, de manera que un número determinado de elementos de código sucesivos forma, respectivamente, un patrón binario, que define de una manera unívoca la posición absoluta. En el caso de desplazamiento de la instalación de exploración en un único elemento de código, se forma ya un nuevo patrón binario y a través de toda la zona de medición a detectar absoluta está disponible una secuencia de diferentes patrones binarios. Un código secuencial de este tipo se designa como código de cadena o como código pseudo-aleatorio.

En la codificación absoluta de varias pistas así como de una pista existe el problema de que, por una parte, debe conseguirse una estructura economizadora de espacio y, por otra parte, debe conseguirse una alta resolución.

Para la elevación de la resolución en una codificación absoluta secuencial es habitual la disposición adicional de al menos una división incremental. El periodo de esta división incremental debe estar adaptado a la longitud de un elemento de código, es decir, a la amplitud máxima posible del paso o bien a la resolución del código. Como se explica en el documento DE 41 23 722 A1, hay que seleccionar exactamente el periodo de división o la división incremental de la amplitud de paso del código. Para la elevación adicional de la resolución es necesaria una segunda pista incremental, cuyo periodo de división es una fracción del periodo de división de la primera pista incremental. Para la elevación de la resolución de la medición de la posición absoluta, es decir, de la subdivisión de la amplitud de paso del código, son necesarias, por lo tanto, varias pistas incrementales dispuestas adyacentes entre sí.

Esta disposición tiene el inconveniente de que no es posible una estructura economizadora de espacio y de que los elementos de exploración de las dos pistas incrementales están dispuestos distanciados entre sí perpendicularmente a la dirección de medición, lo que tiene como consecuencia que la disposición es sensible frente a rotaciones de la unidad de exploración (oscilaciones de Moiré). En el caso de rotaciones entre la unidad de exploración y las divisiones incrementales no se garantiza ya la sincronización necesaria de las señales de exploración derivadas de las dos pistas incrementales.

Por este motivo, se propone en el documento EP 1 111 345 A2 disponer, además del código absoluto, solamente una única división incremental, que presenta, sin embargo, dos periodos de división diferentes. Una disposición de detector está diseñada para generar una primera señal incremental con un periodo grande de la señal y una segunda señal incremental con un periodo fino de la señal, es decir, señales incrementales que son necesarias en el dispositivo según el documento DE 41 23 722 A1 para la sincronización. Condición previa para esta sincronización es una interpretación de las señales incrementales con el periodo grande de la señal, por lo que en el documento EP 1 111 345 A2 se indican diferentes medidas para la filtración para derivar una señal incremental apta para interpolación con el periodo grande de la señal a partir de la pista incremental. Las medidas para la generación de dos señales incrementales bien aptas para interpolación según el documento EP 1 111 345 A2 requieren

relativamente mucho gasto. Por lo tanto, la invención tiene el cometido de indicar un dispositivo de medición de la posición absoluta, que está

constituida compacta y con la que es posible de una manera sencilla una medición de la posición absoluta de alta resolución lo más exacta posible. Este cometido se soluciona a través de las características de la reivindicación 1. La invención tiene, además, el cometido de indicar un procedimiento para la determinación de una posición absoluta,

con el que se posibilita una medición de la posición lo más exacta posible y de alta resolución. Este cometido se soluciona con las características de la reivindicación 8. Las configuraciones ventajosas de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes. La invención se explica en detalle con la ayuda de los dibujos, en los que: La figura 1 muestra un dispositivo de medición de la posición con una pista de código y una pista incremental en

representación esquemática. La figura 2 muestra la disposición de los elementos detectores con relación a la pista de código y a la pista

incremental del dispositivo de medición de la posición según la figura 1 para la generación de señales de exploración. La figura 3 muestra un dispositivo para la evaluación de las señales de exploración. La figura 4a muestra la exploración de la pista incremental en una primera posición. La figura 4b muestra la exploración de la pista incremental en una segunda posición. La figura 4c muestra la exploración de la pista incremental en una tercera posición. La figura 4d muestra la exploración de la pista incremental en una cuarta posición. La figura 5 muestra una tabla de asociación par la evaluación de las señales de exploración de la pista incremental. La figura 6 muestra una zona de exploración con la pista de código y las señales de exploración asociadas a la pista

de código de la división incremental. La figura 7 muestra el principio de la exploración de la pista de código. La figura 8 muestra la generación de una señal de control a partir de la pista incremental para la exploración de la

pista de código. La figura 9a muestra una primera posición de exploración para la exploración de la pista de código. La figura 9b muestra una segunda posición de exploración para la exploración de la pista de código. La figura 9c muestra una tercera posición de exploración para la exploración de la pista de código, y La figura 9d muestra una cuarta posición de exploración para la exploración de la pista de código. En la figura 1 se representa un dispositivo de medición de la posición configurado de acuerdo con la invención como

dispositivo de medición de la longitud. Este dispositivo de medición de la posición trabaja de acuerdo con el principio de exploración óptica, en el que una escala 1 es explorada por una instalación de exploración 2, que está dispuesta móvil en la dirección de medición X con relación a la escala 1.

La estructura de principio corresponde a un dispositivo de medición de la posición habitual. Como se representa, por ejemplo, en el documento DE 41 23 722 A1. La instalación de exploración 2 contiene una fuente de luz 3, cuya luz ilumina varias pistas 5 y 6 a través de una lente de colimación 4. La luz es modulada por las pistas 5, 6 en función de la posición, de manera que detrás de las pistas 5, 6 aparece una distribución de la luz, que es detectada por la unidad de detector 7 de la instalación de exploración 2.

La pista 5 es en el ejemplo representado un código secuencial, que está constituido por una secuencia de elementos de código C1, C2, C3 de la misma longitud, que están dispuestos unos detrás de los otros en la dirección de medición X. La longitud de un elemento de código C1, C2, C3 corresponde a la amplitud de la etapa, en la que se puede determinar una posición absoluta de una manera unívoca.

Para hacer que la medición de la posición absoluta sea especialmente segura contra interferencias, cada elemento

de código C1, C2, C3 está constituido de nuevo por dos zonas parciales C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B dispuestas directamente sucesivas adyacentes de la misma longitud de la dirección de medición X, las cuales están configuradas de forma complementaria entre sí. Complementaria significa en este caso que poseen propiedades inversas, es decir, que en el principio de exploración óptica son transparentes y no transparentes o bien durante la exploración de luz reflejada son reflectantes y no reflectantes, respectivamente. Un código de este tipo se designa también como código de Manchester.

La unidad de detector 7 está constituida por una disposición de detectores 7.5 con una secuencia de elementos detectores D1 a 11, dispuestos en la dirección de medición X representados en detalle en la figura 2 y en la figura 7). A cada zona parcial C1A, C1B de un elemento de código C1 está asociado de una manera unívoca en cada posición relativa al menos un elemento detector D1 a D11, de manera que en cada posición relativa de la unidad de detector 7 frente a la pista de código 5 se obtiene una señal de exploración S a partir de cada zona parcial C1A, C1B. Estas señales de exploración S son alimentadas a una instalación de evaluación 10, que asocia a cada elemento de código C1, C2, C3 un valor digital B=0 o B=1. En el caso del código de Manchester 5, el valor digital B depende de la secuencia de las zonas parciales C1A y C1B. Por ejemplo, la secuencia C1A = opaco y C1B = transparente significa el valor digital B1=0 y la secuencia C1A = transparente y C2B = opaco significa el valor digital B2=1. Una formación especialmente a prueba de interferencias del valor digital B se realiza a través de la formación de la diferencia de las señales de exploración de zonas parciales C1A, C1B sucesivas de un elemento de código C1, que se explica más adelante todavía en detalle.

La disposición de detectores 7.5 está diseñada para la exploración simultánea de varios elementos de código C1, C2, C2 sucesivos. Una secuencia de varios valores digitales B1, B2, B3 da como resultado una palabra de código CW, que define la posición absoluta. En el caso de un desplazamiento de la unidad de detector 7 frente a la escala 1 en la anchura o bien en la longitud de un elemento de código C1, C2, C3 se genera una palabra de código nueva CW y a través del recorrido o bien del ángulo a medir absoluto se forma una pluralidad de palabras de código CW diferentes.

Para la elevación de la resolución, es decir, para la subdivisión adicional de una amplitud de tapa de la medición de la posición absoluta, en paralelo junto a la pista de código 5 está dispuesta una división incremental 6. La longitud de un periodo de división P es una fracción de la longitud de un elemento de código C1, C2, C3.

La figura 2 muestra un fragmento del dispositivo de medición de la posición según la figura 1 en representación esquemática. A través de esta representación se ilustra la asociación de las pistas 5, 6 entre sí así como con respecto a las disposiciones de detectores 7.5 y 7.6.

La división incremental 6 es explorada de manera conocida, estando asociado a un periodo de división P a la distancia mutua de ¼ del periodo de división, respectivamente, un elemento detector A, B, C, D. Los elementos detectores A, B, C, D generan cuatro señales analógicas A1 a D8 de forma sinusoidal aptas para interpolación desfasadas 90º entre sí. Paralelamente al elemento de código C2 están dispuestos ocho periodos de división P1 a P8. En cada periodo de división P1 a P8 se encuentra una disposición de elementos detectores A, B, C, D. Los elementos detectores A, B, C, D de la misma fase de todos los periodos de división P1 a P8 se suman, de manera que se generan una señal de 0º PA, una señal de 90º PB, una señal de 180º PC y una señal de 270º PD. Estas cuatro señales de exploración analógicas PA, PB, PC, PD desfasadas entre sí son divididas de manera conocida en una unidad de interpolación 9, con lo que se obtiene otra información de la posición absoluta Q, que subdivide una longitud de un periodo de división P en etapas de medición pequeñas. Ahora existe todavía el problema de que el valor de interpolación Q solamente resuelve de forma unívoca absoluta una fracción de la longitud de un elemento de código C2, es decir, la fracción de una zona de medición. Para la combinación unívoca de los valores de posición CW y Q para formar un valor de medición de la posición absoluto común es necesaria otra determinación de la posición.

La invención parte ahora del reconocimiento de que a tal fin es suficiente observar el desplazamiento de uno de los periodos P1 a P8 sobre la longitud de un elemento de código C2 – es decir, de la amplitud de paso de la medición absoluta -. A tal fin, dentro de uno de los periodos de división P1 a P8 está dispuesta una marca de referencia R. La disposición de detectores 7.6 detecta el movimiento de esta marca de referencia R sobre la longitud de un elemento de código C2.

La marca de referencia R es una interrupción parcial de la periodicidad de la división incremental 6. Esta interrupción es en el ejemplo en ennegrecimiento de un lugar transparente en sí dentro del periodo de división P1. La periodicidad de orden superior de la secuencia de los periodos de división P1 a P8 no es perturbada por esta interrupción parcial.

La detección del desplazamiento de la marca de referencia R dentro de la disposición de detectores 7.6 sobre una longitud de un elemento de código C2 se realiza a través de la evaluación de las señales analógicas de exploración de los elementos de detector A a D dentro de P1 a P8. Estas señales de exploración del primer grupo de cuatro A a D se designan con A1 a D1, las del segundo grupo de cuatro A a D siguiente se designan con A2 a D2 y las del

octavo grupo de cuatro A a D dentro de la longitud de un elemento de código C2 se designan con A8 a D8.

La marca de referencia R perturba el desarrollo periódico continuo de las señales de exploración A1 a D8 en un único lugar dentro de una longitud del elemento de código C2 y en una unidad de evaluación 20 representada en la figura 3 se establece el lugar de esta interferencia. Se detecta en qué grupo de cuatro 1 a 8 de los elementos detectores A, B, C, D se encuentra la interferencia, es decir, se establece de una manera unívoca una de las ocho zonas de detección 1 a 8. Esta detección determina, por lo tanto, un valor de posición absoluto Z con una resolución medida, de tal manera que la combinación de CW y Z así como Q da como resultado una posición absoluta unívoca.

Con el dispositivo de medición de la posición configurado de acuerdo con la invención se puede determinar, por lo tanto, un valor de posición absoluto aproximado CW con una primera amplitud de etapa. Esta amplitud de etapa se resuelve, además, absolutamente a través de la exploración de la pista incremental 6. Las señales de exploración A1 a D8 son procesadas en la unidad de evaluación 8 (figura 1), de tal manera que se calcula un valor medio absoluto Z con una segunda amplitud de paso así como un valor absoluto más fino Q con una tercera amplitud de paso, que resuelve de nuevo absolutamente la segunda amplitud de paso.

Con la ayuda de las figuras 3 a 5 se explica en detalle una posibilidad para la determinación del valor de la posición

Z. Puesto que la marca de referencia R es un ennegrecimiento, en función de la posición las señales de exploración A1 a D8 dentro de un único grupo 1 a 8 son influenciadas por la reducción de la amplitud. Para localizar este grupo de detectores 1 a 8 está previsto un circuito de determinación 20. Este circuito de determinación 20 contiene un primer módulo 20.1, al que son alimentadas las señales de exploración A1 a A8 de la misma fase de los ocho grupos 1 a 8. El módulo 20.1 determina la señal de explicación a partir de A1 a A8 que presenta la amplitud mínima. De la misma manera, en otros módulos 20.2, 20.3 y 20.4 se determinan las señales de exploración mínimas a partir de B1 a B8, C1 a C8 y D1 a D8.

Para posibilitar esta determinación en cualquier posición dentro de un periodo de división P1 con gran seguridad, es especialmente ventajosa la siguiente medida.

Se sabe que dentro de un periodo de división P1 solamente está introducida parcialmente una modificación R de la periodicidad. Ahora está prevista una unidad de control 30, que garantiza que dentro de un periodo de división P1 a P8 se comparan entre sí las señales de exploración de la misma fase de los grupos 1 a 8, en los que en cada caso está contenida la interferencia de la señal en forma de la reducción máxima de la amplitud. Para la explicación de este hecho se representan en las figuras 4a a 4d cuatro posiciones diferentes POS1 a POS4 de la disposición de detectores 7.6 frente a la división incremental 6. En la primera posición POS1, los elementos detectores A y B están dispuestos frente a la posición de referencia R, de manera que dentro de las señales de exploración A1 a A8 de la misma fase así como de las señales de exploración B1 a B8 de la misma fase, una única de las señales de exploración presenta la máxima diferencia de la amplitud frente a las otras siete señales de exploración. Para la determinación de la posición Z se utiliza en la posición POS1, por lo tanto, el módulo 20.1. En la figura 5 se representa qué elementos detectores A, B, C, D o bien señales de exploración se utilizan en qué posición POS1 a POS4. Puesto que dentro de cada posición POS1 a POS4 se pueden utilizar dos elementos detectores A, B, C, D o bien señales de exploración, en este ejemplo se puede generar también una información redundante. Las posiciones POS1 a POS4 dentro de un periodo de división P1 a P8 están determinadas de una manera unívoca a través del valor de interpolación Q.

Para la explicación mejor del principio de la invención, las disposiciones de detectores 7.5, 7.6 en la figura 2 se extienden solamente sobre la longitud de un elemento de código C2. Para la formación de la palabra de código CW deben explorarse al mismo tiempo varios elementos de código C1, C2, C3, de manera que la disposición de detectores 7.5 se extiende en la práctica sobre varios elementos de código C1, C2, C3. Este espacio se puede utilizar ahora también de manera ventajosa para la exploración de la división incremental 6, repitiendo varias veces la disposición de los ocho grupos de detectores 1 a 8 en la dirección de medición X. Puesto que se suman las señales de exploración de la misma fase de los grupos 1 a 8 de la pluralidad de disposiciones, la generación de las señales es relativamente insensible frente a contaminaciones parciales. También la exploración de la marca de referencia R es muy insensible frente a contaminación, puesto que ésta es explorada varias veces sobre toda la zona de exploración y, por lo tanto, la contaminación de una marca de referencia R no conduce todavía a ningún fallo de la señal.

En la figura 6 se representa el principio de esta exploración múltiple. Dentro de la longitud del campo de exploración 7 se explora la marca de referencia R cuatro veces. La longitud del campo de exploración 7 se selecciona en este caso cuatro veces la distancia de la marca de referencia R, para explorar en cada posición el mismo número de marcas de referencia R. En la figura 6 se representa una de las señales analógicas de exploración A.

A continuación se explica en detalle una disposición y una evaluación ventajosas del código 5.

La figura 7 muestra una posición momentánea del código 5 con relación a la instalación de exploración 2. Los elementos detectores D1 a D11 están dispuestos sucesivamente a una distancia con la mitad de la anchura de una zona parcial C1A a C3B del código 5. De esta manera se asegura que en cada posición, al menos un elemento

detector D1 a D11 esté asociado de una manera unívoca a una zona parcial C1A a C3B y no explore una transición entre dos zonas parciales C1A a C3B. En la posición representada se explora la zona parcial C1A por el elemento detector D1 y la zona parcial C1B por el elemento detector D3. Los elementos detectores D1, D3 detectan la distribución de la luz y generan en función de la intensidad de la luz una señal de exploración analógica S1A, S1B proporcional a la intensidad de la luz. Puesto que las dos zonas parciales C1A y C1B están configuradas complementarias entre sí, también la intensidad de las señales de exploración S1A y S1B son inversas entre sí, por lo tanto los niveles de la señal están distanciados ampliamente entre sí.

Esta distancia de la señal es aprovechada ahora para la generación de la información binaria B1, verificando cuál de las dos señales de exploración S1A, S1B del elemento de código C1 es mayor. Esta verificación se puede realizar a través de la formación de cocientes o a través de la formación de la diferencia. En el ejemplo se emplea la formación de la diferencia, a cuyo fin según la figura 7 sirve como instalación de comparación un módulo de disparo T1. El módulo de disparo R1 genera B1=0, cuando S1A es menor que S1B y B1=1, cuando S1A es mayor que S1B. De la misma manera, se obtienen informaciones binarias B2 y B3 a través de la exploración de los elementos de código C2, C3 y la comparación de las señales de exploración analógicas S2A, S2B; S3A, S3B de las zonas parciales C2A, C2B; C3A, C3B, respectivamente, de un elemento de código C2, C3 a través de módulos de disparo T2, T3.

A una primera secuencia de las zonas parciales C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B configuradas complementarias entre sí se asocia, por lo tanto, un primer valor digital y a una segunda secuencia de las zonas parciales C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B configuradas complementarias entre sí se asocia un segundo valor digital. En el ejemplo, se asocia a la secuencia opado ! transparente el valor 0 y a la secuencia transparente ! opaco el valor 1.

Puesto que ambas zonas parciales C1A, C2A, C3A y C1B, C2B, C3B de cada elemento de código son complementarias entre sí, la distancia de interferencia de las señales de exploración S es muy grande. Una modificación de la intensidad de la luz de la fuente de luz 3 influye en las señales de exploración S de las dos zonas parciales C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B.

En virtud de la configuración complementaria de dos zonas parciales C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B, respectivamente, de un elemento de código C1, C2, C3, en un modo de funcionamiento correcto del dispositivo de medición de la posición a través de la exploración de estas zonas parciales C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B se generan, respectivamente, señales analógicas de exploración, cuya diferencia excede un valor predeterminado. A través de la observación de este valor de la diferencia es posible una buena verificación de errores. La base de esta verificación de errores es que se puede partir de que en el caso de que no se alcance el valor diferencial en un importe predeterminado, la información binaria B1, B2, B3 es insegura y, por lo tanto, se genera una señal de error para esta información binaria B1, B2, B3.

El principio de la verificación de errores se explica solamente de forma breve. Las señales analógicas de exploración S1A y S1B del elemento de código C1 son alimentadas a una instalación de verificación de errores. La instalación de verificación de errores compara S1A y S1B a través de la formación de la diferencia (S1A – S1B) y verifica si el importe de la diferencia excede un valor comparativo predeterminado o no lo excede. Cuando el importe de la diferencia (S1A –S1B) no excede el valor comparativo predeterminado, se emite una señal de error.

En el ejemplo de los elementos detectores D1 y D2 se puede reconocer fácilmente en la figura 1 que en el caso de un desplazamiento del código 5 en la longitud de una zona parcial C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B hacia la izquierda, el elemento detector D1 explora la zona parcial C1B y el elemento detector D3 explora la zona parcial C2A, por lo tanto zonas parciales de dos elementos de código C1, C2. El módulo de disparo T1 no puede suministrar de esta manera ninguna información binaria B1, B2, B3 asociada a un elemento de código C1, C2, C3. A continuación se explican ahora medidas, con las que se asegura que para la generación del código sean utilizados los elementos detectores D1 a D11 correctos, es decir, los elementos detectores D1 a D11, que exploran las zonas parciales de un único elemento de código C1, C2, C3.

Con la ayuda de las figuras 8 y 9a a 9d se describe una medida preferida a tal fin. Como ya se ha explicado, en paralelo junto al código 5 está dispuesta la pista incremental 6. A través del valor de la posición Z es posible ahora de una manera sencilla una distinción de la zona parcial derecha y de la zona parcial izquierda C1A, C1B; C2A, C2B, C3A, C3B de un elemento de código C1, C2, C3. El valor de posición Z define la secuencia de las zonas parciales C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B de una manera unívoca y sirve como señal de control para la fijación de los elementos detectores D1 a D11, a partir de los cuales se puede generar una palabra de código correcta. La señal de control Z define, por lo tanto, qué señales de exploración S son comparadas entre sí y a partir de qué señales de exploración S se pueden obtener valores digitales B1, B2, B3 para la palabra de código CW.

Para la explicación adicional de este procedimiento se representan en las figuras 9a a 9d cuatro posiciones diferentes del código 5 frente a la disposición de detector 7.5. Los elementos detectores D1 a D11 están dispuestos en la dirección de medición X a distancias que corresponden a la mitad de la longitud de una zona parcial C1A, C1B; C2A, C2B, C3A, C3B y, respectivamente, dos elementos detectores D1 a D11, que están dispuestos a una distancia mutua que corresponde a la longitud de una zona parcial C1A, C1B; C2A, C2B, C3A, C3B, están conectados en diferencia.

En la figura 9a se representa la primera posición. Una unidad de control M selecciona en función de la información de la posición Z los elementos detectores D4 y D6. El bit B1 del elemento de código C1 se forma a través de la formación de la diferencia de los elementos detectores D4 y D6, es decir (D4-D6).

5 En la segunda posición P2 según la figura 9b, la unidad de control M selecciona los elementos detectores D3 y D5. En la tercera posición según la figura 9c, son seleccionados por la unidad de control M los elementos detectores D2 y D4 para la formación de la diferencia. En la cuarta posición según la figura 9d se seleccionan los elementos detectores D1 y D3.

De la misma manera se calculan los elementos detectores correctos para la formación de los otros bits B2, B3 de la

10 palabra de código CW. Cuando, por ejemplo, para la formación del bit B1 han sido seleccionados los elementos detectores D1 y D3, para la formación del bit B2 sirven los elementos detectores D5 y D7 así como para la formación del bit B3 sirven los elementos detectores D9 y D11, como se representa en la figura 7. En la figura 7 solamente se representan en este caso los módulos de disparo T1, T2, T3 utilizados en este ajuste momentáneo.

Otra posibilidad para el cálculo de los elementos detectores D1 a D11 correctos o bien de las señales analógicas de

15 exploración S correctas consiste en que todos los elementos detectores D1 a D11, que están distanciados entre sí a la distancia de la longitud de una zona parcial C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B, son comparados entre sí. A la distancia de un elemento de código C1, C2, C3 existen ahora parejas de detectores D1, D3 y D5, D7 – en el ejemplo de la posición momentánea representada en la figura 9d – que exploran de manera deseada, respectivamente, la diferencia de las zonas parciales C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B de un elemento de código C1, C2. Las otras

20 parejas de detectores D3, D5 exploran zonas parciales consecutivas de dos elementos de código C1, C2 sucesivos y de esta manera generan con la verificación de errores explicada anteriormente una señal de error F. Para calcular ahora los elementos detectores correctos S1 a D11, se busca el grupo de detectores D1, D3; D5, D7, en el que aparecen menos señales de error. En detalle, para la realización de esta segunda medida posible son necesarias la siguiente disposición y las siguientes etapas del procedimiento, respectivamente:

25 -los elementos detectores D1 a D11 están en la dirección de medición X a distancias que corresponden a la mitad de la longitud de una zona parcial C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B;

-: los elementos detectores D1 a D11 forman un primer grupo (elementos detectores D2, D4, D6, D8, D10 numerados con números enteros en las figuras 9a a 9d) con una distancia mutua que corresponde a la longitud de una zona parcial C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B;

30 -los elementos detectores D1 a D11 forman un segundo grupo (elementos detectores D1, D3, D5, D7, D9 numerados con número impar en las figuras 9a a 9d) con una distancia mutua que corresponde a la longitud de una zona parcial C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B;

-: los elementos detectores D2, D4, D6, D8, D10 del primer grupo están dispuestos desplazados frente a los elementos detectores D1, D3, D5, D7, D9 del segundo grupo en la medida de la mitad de la longitud de una 35 zona parcial C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C3B;

-: los elementos detectores inmediatamente consecutivos de un grupo están conectados, respectivamente, en diferencia;

-: de los dos grupos solamente se utilizan ahora los resultados comparativos de las parejas de elementos detectores en un retículo que corresponde a la longitud de un elemento de código C1, C2, C3 para la 40 formación de la palabra de código CW, cuya secuencia genera menos errores F, según la figura 9d, por lo

tanto, la secuencia (D1-D3) = B1, (D5-D7) = B2.

Las dos zonas parciales C1A, C1B; C2A, C2B; C3A, C2B de cada elemento de código C1, C2, C3 pueden estar configuradas explorables óptimamente, de manera que entonces una zona parcial está configurada transparente o reflectante para la luz de exploración y la otra sección parcial está configurada opaca o no reflectante.

45 La invención se puede emplear de una manera especialmente ventajosa en el principio de exploración óptica. Pero la invención no está limitada a este principio de exploración, sino que se puede emplear también en principios de exploración magnéticos, inductivos así como capacitivos.

El dispositivo de medición de la posición se puede emplear para la medición de movimientos lineales o rotatorios. Los objetos a medir pueden ser en este caso la mesa o el carro de una máquina herramienta, de una máquina de

50 coordenadas o el rotor y ele stator de un motor eléctrico.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Dispositivo de medición de la posición con

-

una codificación absoluta secuencial (5) con una secuencia de elementos de código (C1, C2, C3), dispuestos unos detrás de los otros en la dirección de la medición (X), para la medición de la posición 5 absoluta en etapas de medición de acuerdo con la longitud de un elemento de código (C1, C2, C3);

-

una división incremental periódica (6) dispuesta paralelamente junto a la codificación absoluta (5) con varios periodos de división (P1-P8), respectivamente, dentro de uno de los elementos de código (C1, C2, C3);

-

una marca de referencia (R) dispuesta, respectivamente, dentro de la longitud de uno de los elementos de 10 código (C1, C2, C3) e integrada en la división incremental (6);

-

una disposición (7.6) de elementos detectores (A, B, C, D) sobre al menos la longitud de uno de los elementos de código (C1, C2, C3) para la exploración de la división incremental (6) y para la generación de varias señales de exploración periódicas (A1 a D8), al menos una de las cuales está modificada localmente a través de la marca de referencia (R);

15 -una instalación de evaluación (8) para la recepción de las señales de exploración (A1 a D8) y para la detección de la al menos una señal de exploración (A1, B1) modificada por la marca de referencia (R) a partir de las señales de exploración (A1 a D8) así como para la determinación de una posición absoluta (Z) de la marca de referencia (R) dentro de la longitud de uno de los elementos de código (C1, C2, C3) en función de la señal de exploración (A1, B1) detectada;

20 2.-Dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

-

respectivamente, dentro de uno de los elementos de código (C1, C2, C3) están dispuestos N periodos de división (P1 a P8), con N>1 y número entero;

-

la disposición (7.6) de los elementos detectores (A, B, C, D) sobre la longitud de uno de los elementos de código (C1, C2, C3) forma N grupos (1 a 8) y cada grupo (1 a 8) de los elementos detectores (A, B, C, D) se 25 extiende sobre la longitud de un periodo de división (P1 a P8);

-

dentro de cada grupo (1 a 8) están dispuestos varios elementos detectores (A, B, C, D) distanciados entre si una fracción de un periodo de división (P1 a P8), para generar dentro de un grupo (1 a 8) varias señales de exploración periódicas (A1, B1, C1, D1 a A8, B8, C8, D8) desfasadas entre sí.
3.-Dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 2, en el que están presentes medios para

30 sumar señales de exploración (A1, B1, C1, D1 a A8, B8, C8, D8) de la misma fase de todos los grupos (1 a 8), respectivamente, para formar una señal de suma común (PA, PB, PC, PD).
4.-Dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 3, que presenta una unidad de interpolación (9), en el que las señales de suma (PA, PB, PC, PD) son alimentadas a la unidad de interpolación (9) para la determinación de una posición absoluta (Q) dentro de un periodo de división (P1 a P8).

35 5.-Dispositivo de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 2, en el que señales de exploración (A1 a A8; B2 a B8; C1 a C8; D1 a D8) de la misma fase de los N grupos son alimentadas a la unidad de evaluación (8), que está configurada para comparar, respectivamente, las señales de exploración (A1 a A8; B2 a B8; C1 a C8; D1 a D8) de la misma fase entre sí y a partir del resultado de la comparación determinar una señal de exploración (A1, B1) del grupo (1 a 8), que está modificada por la marca de referencia (R), en el que este grupo (1 a 8) determina la

40 posición (Z) de la marca de referencia (R) dentro de la longitud de uno de los elementos de código (C1, C2, C3).
6.-Dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la marca de referencia (R) es una modificación de un espacio intermedio de una secuencia de marcas distanciadas iguales, que forma la división incremental (6).
7.-Dispositivo de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la

45 longitud de la disposición de detectores (7.6) es un múltiplo entero de la distancia de dos marcas de referencia (R) sucesivas.
8.-Procedimiento para la medición de la posición con las siguientes etapas del procedimiento:

-

exploración de una codificación absoluta secuencial (5), que está constituida por una secuencia de elementos de código (C1, C2, C3), dispuestos unos detrás de los otros en la dirección de medición (X), y 50 formación de una posición absoluta en etapas de medición de acuerdo con la longitud de un elemento de

código (C1, C2, C3);

-

exploración de varios periodos de división (P1 a P8) de una división incremental (6) dispuesta paralela junto a la codificación absoluta (5), por medio de una disposición de detectores (7.6), que se extiende sobre la longitud de uno de los elementos de código (C1, C2, C3), en la que en uno de los periodos de división (P1)

5 está integrada una marca de referencia y generación de varias señales de exploración periódica (A1 a D8), al menos una de las cuales está modificada localmente por la marca de referencia (R);

-

detección de la al menos una señal de exploración (A1, B1) modificada por la marca de referencia (R) a partir de las señales de exploración (A1 a D8);

-

determinación de una posición absoluta (Z) de la marca de referencia (R) dentro de la longitud del elemento 10 de código (C1, C2, C3) en función de la señal de exploración (A1, B1) detectada.
9.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que a través de la exploración de varios periodos de división (P1 a P8) de la división incremental (6) dentro de cada periodo de división (P1 a P8) de uno de los elementos de código (C1, C2, C3) se generan varias señales de exploración (A1 a D8) desfasadas entre sí.
10.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que, respectivamente, señales de exploración (A1 a A8;

15 B2 a B8; C1 a C8; D1 a D8) de la misma fase de todos los periodos de división (P1 a P8) se suman para formar una señal de suma común (PA, PB, PC, PD).
11.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que las señales de suma (PA, PB, PC, PD) son alimentadas a una unidad de interpolación (9) y se calcula una posición absoluta (Q) dentro de un periodo de división (PA a P8) de la división incremental (6).

20 12.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que, respectivamente, señales de exploración (A1 a A8; B2 a B8; C1 a C8; D1 a D8) de la misma fase de todos los periodos de división (P1 a P8) se comparan entre sí y a partir de la comparación se determina la señal de exploración (A1 – D8), cuya amplitud está modificada por la marca de referencia (R).
13.-Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 11 y 12, en el que a través de la posición absoluta (Q) dentro

25 de un periodo de división (P1 a P8) se determinan las señales de exploración (A1 a A8; B2 a B8; C1 a C8; D1 a D8) a comparar dentro de un periodo de división (P1 a P8) para la formación de la posición absoluta (Z) de la marca de referencia (R) dentro de la longitud de uno de los elementos de código (C1, C2, C3).

FIG.1

FIG. 3

FIG. 4a

FIG.7

FIG.8

FIG.9a

FIG. 9c