区域位置代码图案、区域传感器及绝对位置编码方法技术

区域位置代码图案、区域传感器及绝对位置编码方法。本发明专利技术涉及一种用于要绝对地编码的区域的区域位置代码图案，包括基本网格中的代码标记的结构。所述区域位置代码图案的至少一部分可由矩阵传感器读取以确定位置。根据本发明专利技术，位置代码图案实现成将基本网格的第一行方向上的代码标记的串接体中的第一绝对代码序列作为要编码的区域上的第一行，并且代码标记用沿着跟在第一行后面的第二行的第二绝对代码序列沿着行方向来编码。第一行和第二行形成行对，并且两个绝对代码序列均被设置为在随后行对中沿基本网格中的第一方向上偏移。本发明专利技术还包括相关方法、用于评估位置代码图案的关联区域传感器和包括这些的位置编码器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及区域位置代码图案和用于确定质心的区域传感器，而且涉及包括区域位置代码图案的绝对测量系统以及相同方法和计算机程序产品。
技术介绍
在许多应用中，需要以两个或多个自由度来确定位置。举例而言，在坐标测量机的情况下通常确定一维移动轴的多个位置和/或方位，该移动轴被链接以形成测量头的坐标信息，借助于该测量头确定要测量的移动对象的几何或其他物理特性。举例而言，另一个示例为处理机，其中旨在相对于坐标台对工具进行测量或定位。除了使用两个方位编码器来分别针对X方向和Y方向或针对极坐标的笛卡尔结构之外，为了这个目的，值得追求的目标是仅使用单个方位编码器来针对两个方向。这里，与所建立位置和/或方位相关的区域不需要必须为平面的，而是还可以实现为球形样式或任意自由形式表面。这里列为示例的为球节，该球节可以在三个自由度上移动，具体地为关节杆的关节等。举例而言，为了确定位置，EP1147376展示了利用与增量传感器的正弦/余弦的相关性的模拟计算进行的相位测量。EP1750099借助于FFT(快速傅里叶变换)的对频率的附加估计补充了这种利用正弦/余弦相关性的相位测量。对于用于检测周期图案的、在于过程中应用的与正弦和余弦函数的相关性，通常使用区域传感器，诸如CCD或CMOS传感器。凭借使用这种阵列或区域传感器，例如，DE69933050描述了与针对增量传感器的正弦/余弦的相关性的计算。在EP1750099中，除了相位测量之外，还提出了在快速傅里叶变换的帮助下估计频率。DE602004009429或EP2169357尤其描述了这种光学区域传感器的评估期间对其行和/或列的求和。这里，如在例如光学计算机鼠标的情况下使用的增量位置确定太不精确或太易受误差的影响，特别是在工业应用的情况下。因此，应提供与相对于区域的位置绝对确定，这使得可以确定唯一的空间位置，并且，优选地，还可以确定传感器相对于基准表面或待测量对象的空间方位。举例而言，EP2546613展示了由增量和绝对代码构成的嵌套编码，或者WO2010/112082示出了经曼彻斯特编码的绝对标度的相位计算。EP1099936使用绝对和相对2D编码的组合。EP1473549示出了在各单元格中的绝对编码，并且EP2169357示出了具有借助于2DFFT的对扭转的附加估计的由增量和绝对代码构成的嵌套编码。区域代码的其他示例例如在EP2133824、US6,548,768、US2007/0246547或WO01/26032中找到，这些不是用于可应用于工业坐标测量机的精确确定位置和/或方位的位置编码器的连续位置代码，而是用于在绝对值在各情况下分配到较大区域的情况下表示该区域的特征的区域代码。举例而言，这还联系到以下事实：在上述文献中，仅在点处扫描、读取并评估代码，而根据本专利技术的用于方位编码器传感器的代码在代码区域上连续移动，并且在过程中以超出纯代码字信息的分辨率的分辨率检测该传感器的位置和/或方位。具体地，在根据本专利技术的应用中，因此，不仅编码，而且相对于传感器的绝对编码的所读取代码标记的精确方位被评估。根据现有技术的区域代码因此通常是增量的，或者这些位置不组成连续的位置代码，而仅是用各关联的代码字对区域进行编码，诸如，例如在用于娱乐文章版面等中的纸制品的代码阅读笔的情况下。在这些中，阅读笔经常应用于点处，并且在该各点处建立代码字。与之相比，本位置代码的实施方式针对以下目的实现：在代码区域上方移动读取头，优选地连续移动读取头，且在该过程中建立位置值，所述位置值比纯粹的、读取的绝对代码值准确，即，具体地，在评估中还将形成代码值的代码标记中的一个或更多个代码标记相对于读出传感器的方位考虑在内。而且，在现有技术中，为了避免能够绝对地对大区域进行编码，较大的代码区域部分通常需要由相应的大的传感器区域来检测。通常，代码区域的很大部分也用于不贡献于代码值的基准结构。而且，现有技术中所用的代码的编码律通常复杂，这导致解码花费增加或较慢的评估。在这里所描述的绝对区域位置编码的领域中，位置和/或扭转应可以以高准确度确定。在具体实施方式中，另外还可以确定传感器从所编码区域的倾斜和/或距离，至少以比在2D区域代码的主要评估的自由度的情况下低的准确度和/或小的测量区域。因此，例如，可以定性和/或量化可能的失调或偏差，例如，作为调节误差、变形、温度膨胀等的结果，并且这些可以被至少部分地机械或数字地补偿。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供用于区域传感器的绝对编码，在该绝对编码的帮助下，能够在至少两个自由度上确定绝对位置。这里，本专利技术的目的可以被认为在于提供用于确定传感器关于因此而扫描的表面的位置和/或对齐的改进的代码标尺或改进的传感器、相应的测量系统和改进的方法，因而，能够以简单而精确的方式确定绝对位置/方位，优选地，在二维、三维或更多维确定。这里，进一步的具体目的在于还使得可确定位置传感器与它关于代码图案的理想方位的偏差，具体地以使多达六自由度可检测。具体地，目的在于使得能够以高位置分辨率绝对地检测大测量区域，具体地是不需要到此程度地检测代码图案的较大部分和/或不需要对易受误差影响的所检测代码部分的在计算上密集的评估。目的的一部分还在于挨着区域代码设置对应的关联区域传感器芯片，所述区域传感器芯片针对区域代码的有利评估而实现。因此，还可以认为目的在于提供用于绝对地对区域的位置进行编码的系统和方法。根据专利技术，该目的由独立权利要求的特征和/或由从属权利要求的特征来实现，或者这些解决方案因此而开发。本专利技术涉及一种区域位置代码图案或利用这种区域位置代码图案的测量标准。其具有在基本网格中的代码标记的结构。区域位置代码图案的至少一部分可由矩阵传感器读取来以至少一个自由度确定位置，优选地以至少两个自由度或以超过两个自由度(例如，3、4、5或6个自由度)确定位置。这里，矩阵传感器具体地可以为光学矩阵传感器，诸如CCD传感器或CMOS传感器。根据本专利技术，沿基本网格的第一行方向上的代码标记的串接体的第一绝对代码序列被实现为要编码的区域上的第一行，并且代码标记用沿着跟在第一行后面的第二行的第二绝对代码序列沿行方向来编码。具体地，第一绝对代码序列和第二绝对代码序列具有彼此不同的代码字。举例而言，第一绝对代码序列和第二绝对代码序列各为单个共用最大序列的部分，该单个共用最大序列被划分为具有不同主要周期长度的至少两个部分。这里，第一行和第二行形成行对，并且在随后的行对中，行对中的绝对代码序列被设置为关于之前的行对偏移，在基本网格中的行方向上的各情况下，具体地偏移基本网格的一个周期。换句话说，总之，可以在本专利技术的情况下借助于较小区域传感器提供具有绝对多维位置代码的非常大的区域。在所开发的实施方式中，在该情况下而且还可以非常精确地确定表面上的传感器的扭。如果根据专利技术以2D代码另外评估代码标记的区域维数和/或点分离，则可确定多达六个自由度，其中，位于代码区域平面中的三个自由度可以更高的准确度来确定。这里，解码较简单，特别是在应用单个最大序列到两个不同元素序列的分解的实施方式中。而且，鉴于其标尺，根据本专利技术的区域编码在各情况下可理想方式适于各应用。区域位置代码图案可以由标准化的统一代码标记(优选地由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于要被绝对地编码的区域的区域位置代码图案(21)，该区域位置代码图案(21)包括：基本网格中的代码标记(11)的结构，所述区域位置代码图案(21)的至少一部分能由矩阵传感器(28)读取，以确定至少一个自由度上的位置，具体地由光学矩阵传感器(28)读取，该光学矩阵传感器(28)为诸如CCD或CMOS传感器，所述区域位置代码图案(21)的特征在于：所述基本网格的第一行方向上的所述代码标记(11)的串接体中的第一绝对代码序列实现为要编码的区域上的第一行，并且所述代码标记(11)用沿着跟在所述第一行后面的第二行的第二绝对代码序列沿着所述行方向来编码，‑具体地，其中，所述第一绝对代码序列和所述第二绝对代码序列是单个共用最大序列的各部分，该单个共用最大序列被细分为具有不同主要周期长度的至少两个部分，其中，所述第一行和所述第二行形成行对，并且这两个绝对代码序列均被设置为在随后行对中沿所述基本网格中的第一方向偏移。

【技术特征摘要】
2015.09.03 EP 15183761.41.一种用于要被绝对地编码的区域的区域位置代码图案(21)，该区域位置代码图案(21)包括：基本网格中的代码标记(11)的结构，所述区域位置代码图案(21)的至少一部分能由矩阵传感器(28)读取，以确定至少一个自由度上的位置，具体地由光学矩阵传感器(28)读取，该光学矩阵传感器(28)为诸如CCD或CMOS传感器，所述区域位置代码图案(21)的特征在于：所述基本网格的第一行方向上的所述代码标记(11)的串接体中的第一绝对代码序列实现为要编码的区域上的第一行，并且所述代码标记(11)用沿着跟在所述第一行后面的第二行的第二绝对代码序列沿着所述行方向来编码，-具体地，其中，所述第一绝对代码序列和所述第二绝对代码序列是单个共用最大序列的各部分，该单个共用最大序列被细分为具有不同主要周期长度的至少两个部分，其中，所述第一行和所述第二行形成行对，并且这两个绝对代码序列均被设置为在随后行对中沿所述基本网格中的第一方向偏移。2.根据权利要求1所述的区域位置代码图案(21)，所述区域位置代码图案(21)的特征在于：所述代码标记(11)基于所述代码标记(11)的体积质心就所述代码标记(11)相对于区域传感器(28)的位置而言和/或基于所述代码标记(11)的体积就所述代码标记(11)的尺寸而言借助于所述区域传感器(28)来检测。3.根据权利要求1或2所述的区域位置代码图案(21)，所述区域位置代码图案(21)的特征在于：所述区域位置代码图案(21)由标准化的统一代码标记(11)来构建，优选地由包括凸形外轮廓的代码标记(11)来构建。4.根据权利要求1至3中任一项所述的区域位置代码图案(21)，所述区域位置代码图案(21)的特征在于：所述代码标记(11)中的一个的值编码以所述代码标记(11)与所述基本网格中的预期位置的几何偏差的形式实现，具体地其中，所述基本网格为矩形或六边形的，并且具体地，其中，所述偏差小于所述基本网格的周期的1/3，优选地大约为1/10。5.根据权利要求1至4中任一项所述的区域位置代码图案(21)，所述区域位置代码图案(21)的特征在于：所述第一绝对代码序列和所述第二绝对代码序列在所述基本网格中具有相同的代码方向，即，具体地，所述第一绝对代码序列和所述第二绝对代码序列不正交于彼此。6.一种用于确定质心的区域传感器(28)，具体地确定根据权利要求1至5中任一项所述的区域位置代码图案(21)的代码标记(11)的质心的区域传感器(28)，所述区域传感器(28)的特征在于：所述区域传感器(28)以以下方式来实现：利用传感器元件的阵列，具体地在规则的二维结构中的传感器元件的阵列，存在逐行读出，在所述读出期间，针对所述阵列的行，存在从第一传感器元件处的读取值超过限定的波谷阈值(40)到第二传感器元件处不超过所述波谷阈值(40)，将所述阵列的该行的所述传感器元件的所述读取值积分(43)成求和值，其中，所述第一传感器元件的第一位置编号(46)和所述第二传感器元件的第二位置编号(47)分别沿着传感器行来检测，并且所述求和值以及所述第一位置编号和所述第二位置编号由所述区域传感器(21)来提供，具体地以数字化形式来提供。7.根据权利要求6所述的用于确定质心的区域传感器(28)，所述区域传感器(28)的特征在于：该区域传感器(28)包括模拟累加器(43)，该模拟累加器(43)以以下方式来实现：利用该模拟累加器(43)，所述传感器元件的所述读取值的所述积分以模拟形式来进行，具体地其中，来自如此设立的所述累加器(43)的模拟和经历模数转换。8.根据权利要求6或7所述的用于确定质心的区域传感器(28)，所述区域传感器(28)的特征在于：该区域传感器(28)包括至少一个模拟比较器(41)，该模拟比较器(41)以以下方式来实现：利用该模拟比较器(41)，建立所述传感器元件的读取值对限定的波谷阈值(40)的超过和/或不超过，具体地其中，相关传感器元件的位置编...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔·乔迪尔，R·菲尔施，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH