增量编码器的刻度及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种用于增量编码器的刻度(10)，其中刻度(10)具有增量轨道(20)，其具有在纵向方向(x)上交替布置的散射区(23)及镜面区(24)。散射区(23)各有至少两个直线形凹陷部(26-1，26-2，26-3，26-4，26-5)，其基本上是以垂直于增量轨道纵向方向(x)伸展，并在增量轨道(20)的纵向方向(x)上依次布置成列并且构造用于散射地反射入射光。相反，增量轨道(20)的镜面区(24)则具有基本上平滑的表面，其构造用于镜面地反射入射光。此外，增量轨道(20)还具有节距(P)，其为散射区(23)的宽度(B23)和镜面区(24)的宽度(B24)的和。为了优化该刻度所散射的光线的对比，散射区(23)在增量轨道(20)的纵向方向(x)上有宽度(B23)，其小于节距(P)的一半，其中散射区(23)的直线形凹陷(26-1，26-2，26-3，26-4，26-5)中的两个布置在散射区(23)的彼此相对的外侧(Asl，As2)处并且限制了散射区(23)在增量轨道(20)的纵向方向(x)上的宽度(B23)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于增量编码器的根据权利要求1的前序部分所述的刻度。此外，本专利技术还涉及一种方法，用于将此类刻度施加到金属表面上。因此，本专利技术特别涉及一种刻度，其具有至少一个增量轨道，其在纵向方向上具有交替布置的散射区及镜面区。至少一个增量轨道的散射区分别具有多个基本上为圆形的凹陷部，其构造用以散射地反射入射的光线。相反的，至少一个增量轨道的镜面区为基本上光滑的表面，其构造用于镜面反射入射的光线。此外，该刻度具有节距，该节距为散射区宽度与镜面区宽度的和。换而言之，该刻度为周期性，而该刻度的周期长度定义为节距。
技术介绍
关于节距，此处还阐释如下，即节距一般由传感器装置的几何形状所定义，该传感器装置应当用于驱动该刻度。因此，在给定的传感器中，节距即为刻度的常数。而散射和镜面区的宽度，因此仅能作一定程度的改变。此类刻度的原理由先前技术得知。其主要应用于增量编码器。此处涉及用于检测长度变化(直线)或角度变化(旋转)的传感器，该传感器能检测路径长度和路径方向，或角度变化和转动方向。已知的增量编码器的刻度，具有周期性重复的散射区，其由传感器装置计数，以得知其长度的变化。因此，例如从文献DE2515574可知由金属制成的刻度，其具有由多个刻痕组件构成的散射区。刻痕组件是平行、细长而且不深的，其中其宽度和深度的尺寸如下确定，即使得散射区的刻痕组件在可见光下无法个别区分，而仅能经由其衍射的成像辨识。换而言之，由DE2515574所知的每个散射区均由许多直接彼此相邻的直线形凹陷(刻痕组件)构成，其宽度的数量级为微米(优选0.5-1.5μm)，而深度则小于1.5μm并且因此在光线的波长的数量级上，利用光线以入射光线法(例如通过电子显微镜)照射已知的刻度。如从DEl02007007311已知，在入射光线法中，一束光线由准直器偏转到设有反射性刻度的表面，使该表面或刻度由基本上为平行的光束照射，其中该光线相对于该表面的法线以一个(入射)角度射入。该刻度包含一个结构化区域及一个非结构化区域，前者由直线光栅形式的绕射相位光栅结构构成，而后者分别由光滑(镜面状)表面形成。入射至该表面的光线的入射角在此优选地以如下方式选择，即光线在该结构化区域内的绕射相位栅板处产生衍射，使衍射光线的衍射度垂直离开该刻度。在此条件下，入射至非结构化区域的光线相应在表面处被反射，使其在非结构化区域中(下文亦称为“镜面区”)以一相对于表面法线的出射角度离开，该角度等于入射角。基本上，在结构化区域垂直于表面衍射的光线随后成像到传感器装置的光传感器上，而该传感器装置优选地如下布置，即使得非结构化区域(镜面区)所反射的光线不会被传感器装置的光传感器捕捉。因此，借助该传感器装置能以亮区块探测出结构化区域，并以暗区块探测出非结构化区域(镜面区)。若传感器装置沿增量轨道移动，该传感器装置首要地能捕捉在结构化区域处所绕射的光线(结构化区域的暗区块测量)。结构化区域和非结构化区域(镜面区)分别彼此交替依次成列地布置，并且共同形成增量轨道。在此，结构化区域以一个固定间距布置，并以镜面区将其彼此隔离。因此，通过每个结构化区域分别形成所谓的标记，如果传感器装置相对于标记沿该增量轨道的纵向方向移动时，每个增量轨道的标记均由传感器装置计数，并转换成一个本身呈周期性变化的传感器信号。该周期性的传感器信号可由运算单元使用，用以计算出沿刻度方向的位移。由于传感器信号在传感器装置沿增量轨道的纵向方向移动时产生周期性变化，所以在传感器装置沿增量轨道的纵向方向移动时能够在该传感器装置的不同位置处测量相应的传感器信号，并且为传感器装置的不同位置分配对于传感器信号的不同测量值。传感器信号的不同测量值、即分别分配给传感器装置关于增量轨道的不同给定位置的值，其之间的内插值最终能以极高的精准度确定传感器装置(相应的在传感器装置的两个给定位置之间)的任意位置。为提高传感器信号，可以使用来自两个彼此相邻设置的不同光源的光线同时照射刻度，因此光线由两不同方向(各以一个相对于表面法线的角度)照射到表面或刻度上。上述的刻度，可以用于例如工件和/或工具，例如机床或任意一种处理系统的高度精准的直线移动。在此，为了制造刻度，经常在可标记的表层的高度反射表面上、例如高度反射的金属表面上，制作散射层。换而言之，高度反射的金属表面在此通过高能射线、例如激光射线进行局部糙化，以便于金属表面内部设置散射区。此处，在现有技术中提出，在金属表面处设置例如具有直线形凹陷部的散射区。具体来说，金属表面在此利用高能激光射线通过短时间的激光脉冲熔化及局部蒸发，由此形成凹陷部，其构造用以散射地反射入射光。为此，由例如DEl9608937A1可知一种标记载具，其由基板和可标记的表层所构成，其中借助高能射线将可标记的表层的高度反射的表面局部糙化，以产生刻度。在此，可标记的表面尤其通过时间约为20奈秒的短时间激光脉冲加以熔化，然后使其于脉冲停歇时间内立刻再次固化。但是由现有技术所知的刻度有以下缺点，即由传感器装置所检测的传感器信号，经常仅有极小的对比，这意味着传感器装置通过对散射区及镜面区的采样来分别产生传感器信号，而通过散射区采样产生的传感器信号和通过镜面区采样产生的传感器信号，其按比例的差异不大并因此具有很小的按比例的差异(对比)。如此又能够导致个别散射区的辨识度不足并且传感器装置相对于刻度的位移无法充分获知。此外，由现有技术所得知的刻度亦有如下问题，即通过在刻度处的反射而得知的传感器信号具有极小的可内插性。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术的目的在于，实现一种刻度，利用其能以简单方式使传感器信号的对比达到优化。此外，应通过该刻度产生可以良好内插的传感器信号。根据本专利技术，该目的由根据权利要求1所述特征的刻度实现。该刻度具有增量轨道，其具有在纵向方向上交替布置的散射区及镜面区，其中，散射区分别具有至少二个直线形凹陷部，其基本上垂直于增量轨道纵向方向伸展并在增量轨道的纵向方向上依次布置成列且构造用于散射地反射入射光，其中，增量轨道的镜面区具有基本上平滑的表面，其构造用于镜面地反射入射光，此外该增量轨道还具有节距，其为散射区宽度(在增量轨道的纵向方向)与镜面区宽度(在增量轨道的纵向方向)的和。此外，每个散射区在增量轨道纵向方向上均有一个宽度，该宽度小于节距的一半，其中散射区的直线形凹陷部中的两个置于散射区彼此相对的外侧并且限制了散射区在增量轨道纵向方向上的宽度。根据本专利技术的刻度具有如下优点，即通过散射区宽度的缩减，相对于镜面区的宽度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增量编码器的刻度(10)，其中，所述刻度(10)具有增量轨道(20)，所述增量轨道具有在纵向方向(x)上交替布置的散射区(23)及镜面区(24)，所述散射区(23)各有至少两个直线形凹陷部(26‑1，26‑2，26‑3，26‑4，26‑5)，所述直线形凹陷部基本上垂直于所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)伸展并在所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)上依次布置成列并且构造用于散射地反射入射光，其中，所述增量轨道(20)的所述镜面区(24)具有基本上平滑的表面，所述表面构造用于镜面地反射入射光，此外，所述增量轨道(20)还具有节距(P)，所述节距为所述散射区(23)的宽度(B23)和所述镜面区(24)的宽度(B24)的和，其特征在于，每个所述散射区(23)在所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)上有宽度(B23)，该宽度小于所述节距(P)的一半，其中，所述散射区(23)的所述直线形凹陷部(26‑1，26‑2，26‑3，26‑4，26‑5)中的两个直线形凹陷部布置在所述散射区(23)的彼此相对的外侧(Asl，As2)处并且限制了所述散射区(23)在所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)上的宽度(B23)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.23 EP 13405121.81.一种用于增量编码器的刻度(10)，其中，所述刻度(10)具有增量轨道(20)，所述增量
轨道具有在纵向方向(x)上交替布置的散射区(23)及镜面区(24)，所述散射区(23)各有至
少两个直线形凹陷部(26-1，26-2，26-3，26-4，26-5)，所述直线形凹陷部基本上垂直于所述
增量轨道(20)的所述纵向方向(x)伸展并在所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)上依次
布置成列并且构造用于散射地反射入射光，其中，所述增量轨道(20)的所述镜面区(24)具
有基本上平滑的表面，所述表面构造用于镜面地反射入射光，此外，所述增量轨道(20)还具
有节距(P)，所述节距为所述散射区(23)的宽度(B23)和所述镜面区(24)的宽度(B24)的和，
其特征在于，每个所述散射区(23)在所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)上有宽度(B23)，
该宽度小于所述节距(P)的一半，其中，所述散射区(23)的所述直线形凹陷部(26-1，26-2，
26-3，26-4，26-5)中的两个直线形凹陷部布置在所述散射区(23)的彼此相对的外侧(Asl，
As2)处并且限制了所述散射区(23)在所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)上的宽度
(B23)。
2.根据权利要求1所述的刻度，其中，所述散射区(23)的至少两条直线形凹陷部(26-1，
26-2，26-3，26-4，26-5)分别由基本上呈圆形的多个凹陷部(25)所构成，所述多个凹陷部彼
此重叠地布置。
3.根据权利要求1或2所述的刻度(10)，其中，所述散射区(23)的所述宽度(B23)大于所
述节距(P)的宽度的10％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的刻度(10)，其中，所述散射区(23)具有以下宽度
(B23)，该宽度是所述节距(P)的30％至45％，优选是所述节距(P)的35％至40％，特别是大约
为所述节距(P)的38％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的刻度(10)，其中，在两个相邻的平行的直线形凹
陷部(26-1，26-2，26-3，26-4，26-5)之间的间距(A)大于零，并且小于所述节距(P)的一半减
去所述直线形凹陷部(26.1，26.2，26.3，26.4，26.5)在所述增量轨道(20)的所述纵向方向
(x)上的两倍宽度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的刻度(10)，其中，所述散射区(23)分别具有平行
的至少三个直线形凹陷部(26-1，26-2，26-3，26-4，26-5)，所述至少三个直线形凹陷部的指
向垂直于所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)而且彼此有6至9μm的间距(A)，优选约为
7.5μm。
7.根据前述权利要求中任一项所述的刻度(10)，其中，所述直线形凹陷部(26-1，26-2，
26-3，26-4，26-5)中的每个-在所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)上-有3.5μm至12μm的
宽度(BL)，优选6μm至9μm，尤其约为7μm。
8.根据前述权利要求中任一项所述的刻度(10)，其中，所述散射区(23)分别具有垂直
于所述增量轨道(20)的所述纵向方向(x)的、至少一个缩短的直线形凹陷部(26-2，26-3，
26-4)，所述缩短的直线形凹陷部具有第一长度(L1-1，Ll-2)，所述第一长度短于至少另一
个直线形凹陷部(26-1，26-5)的第二长度(L2)，其中，至少一个所述缩短的直线形凹陷部
(26-2，26-3，26-4)构造用于使所述散射区(23)散射地反射的光线产生均匀的强度分布。
9.根据权利要求8所述的刻度(10)，其中，至少一个所述缩短的直线形凹陷部(26-2，
26-3，26-4)相对于至少另一个直线形凹陷部(26-1，26-5)有缩短的起始区域及终止区域。
10.根据权利要求8所述的刻度(10)，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯塔·莱曼，罗格·莱曼，
申请(专利权)人：施内贝格尔控股公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH