用于精确确定旋转角的方法和设备技术

在根据本发明专利技术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）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种方法，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。在根据本专利技术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。在根据本专利技术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专利技术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，所以根据本专利技术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专利技术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专利技术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显示出根据本专利技术设备的第一实施方案；图2显示出设备的两幅示意图，用来说明根据本专利技术的方法的实施方案；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，用来说明根据本专利技术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。具体实施例方式图1作为从上方看的局部视图，显示出根据本专利技术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。本专利技术当然并不限于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中未示出的轴承固本文档来自技高网...

【技术保护点】
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）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：海因茨利普纳，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[]