【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光学位置编码器的位置探测设备，其具有用于对测量标尺进行光学游标和分段轨道扫描的三个模拟轨道的三个模拟信号传感器，特别是具有不同数量条纹的测量标尺。本专利技术的进一步的主题是一种用于确定绝对位置的光学位置编码器，其具有光源、可以由光源照亮的具有至少三个模拟轨道(特别是具有不同数量的条纹)的测量标尺以及位置探测设备，以及一种用光源、可由光源照亮的测量标尺和具有用于扫描测量标尺的三个模拟信号传感器的位置探测设备确定绝对位置的方法，其中测量标尺至少具有三个模拟轨道，特别是具有不同数量的条纹的测量标尺，通过光源可以照亮测量标尺，并且利用模拟信号传感器可以对模拟轨道进行光学游标和分段轨道扫描。这种位置探测设备和光学位置编码器可用于检测部件的运动。此处，测量标尺或位置探测设备布置在部件上，从而使得当部件移动时，测量标尺和位置探测设备之间会产生相对运动。光学位置编码器可以设置为透射式，其中部分透明的测量标尺布置在光源和位置探测设备之间，或者可以将光学位置编码器设置为反射式，其中光源和位置探测设备皆位于测量标尺将光线反射至位置探测设备的方向一侧。测量标尺具有模拟轨道，每个轨道都具有亮区和暗区的周期性图案，特别是形成条纹图案。当测量标尺移动时，位置探测设备的模拟信号传感器在光学扫描过程中交替检测亮区和暗区。通过对由此产生的正弦/余弦信号进行分析运算，即可得出测量标尺的位置。
技术介绍
1、在简单的游标扫描中，测量标尺有两个模拟轨道，一个主轨道和一个游标轨道，其条纹图案与主轨道略有不同，因此在主轨道和游标轨道的条纹图案的整个长度
2、这些误差可以通过主、游标和分段轨道扫描(也称为游标和分段轨道扫描)来补偿。为此，具有分段轨道的测量标尺额外具有第三模拟轨道，如例如de 10 2014 103 514a1中所述。利用位置探测设备的第三模拟信号传感器(分段传感器)对分段轨道进行光学扫描。由于分段轨道的条纹图案与主轨道和游标轨道略有不同，在唯一确定位置值并由此确定绝对位置时，也需要考虑分段传感器的扫描结果生成的分段轨道的正弦/余弦信号相对于主轨道和游标轨道的正弦/余弦信号的偏移量，从而可以补偿简单游标扫描时出现的误差。在游标和分段轨道扫描过程中，绝对位置是根据三个正弦/余弦信号的相位来确定的。
3、然而，即使通过游标和分段轨道扫描确定绝对位置，仍然可能会由于例如外部干扰因素出现误差。特别是当使用彼此之间具有较小偏移量的高分辨率模拟轨道来实现高位置分辨率时，此类外部干扰因素可能会在确定绝对位置时导致显著误差。例如，外部干扰因素可能是测量标尺或位置探测设备受到污染，这会导致轻微的识别错误，例如使得模拟轨道的条纹图案之间的偏移量变小。如果出现振动也同样会导致位置探测设备和测量标尺的相对位置发生变化，而这并非由于部件的位置变化而产生。由于位置探测设备和测量标尺布置在具有不同膨胀系数的不同部件上，例如布置在轴和壳体上，因此当环境或部件温度变化时，它们之间可能会产生与温度相关的漂移。这些干扰因素会导致在确定绝对位置时出现误差，从而降低其可靠性。
4、因此，本专利技术的目的是能够更为可靠地确定绝对位置。
技术实现思路
1、该目的可以在上文所提及类型的位置探测设备中实现，因为其具有至少三个用于光学扫描测量标尺的各个数字化的数字编码轨道以确定绝对位置的数字编码传感器。
2、利用至少三个数字编码传感器，在游标和分段轨道扫描之外，还可以进行数字编码轨道扫描以识别绝对位置，其图案相比模拟轨道没有偏移量。数字编码传感器使得可以从数字编码传感器的扫描结果确定数字编码，并在游标和分段轨道扫描的扫描结果之外使用该数字编码来确定绝对位置。因此，该位置探测设备使得在确定绝对位置时，即使模拟轨道图案彼此之间的偏移量有更大程度的增加，模拟轨道也更不易出错，这样尽管形成了贯穿整个模拟轨道的重复图案，使得游标和分段轨道扫描在测量标尺上的几个位点提供相同的位置值，而由于根据额外的数字编码传感器扫描结果可用于确定具有相同位置值的这些位点之中的唯一绝对位置，所以使得相比于仅使用偏移量更小的游标和分段轨道扫描不会损失位置分辨率。位置探测设备提高了容错能力，从而提高了在确定绝对位置时的可靠性。
3、有利地，模拟信号传感器各自具有多个光电二极管，特别是对每个模拟轨道生成正和负正弦信号和/或余弦信号。模拟信号传感器的光电二极管(特别是四个)可以扫描模拟轨道上的相邻位点(特别是四个)。根据模拟信号传感器的各个光电二极管的扫描结果，可以很容易地生成正和负正弦信号和/或余弦信号以确定位置。通过使用高分辨率高清光电二极管，可以生成特别低失真的正弦信号和/或余弦信号。这使得在分析运算游标和分段轨道扫描时能够进行更精细的插值以确定绝对位置。因此，具有高分辨率高清光电二极管的模拟信号传感器可以与其模拟轨道图案具有更大增加的偏移量的模拟轨道一起使用，而不会降低位置分辨率。
4、模拟信号传感器的光电二极管(特别是四个)优选地布置成使它们(特别是四个)可以沿着模拟轨道的路线扫描相邻位点。模拟信号传感器的光电二极管可以布置成使扫描可以相对于模拟轨道的条纹图案的条纹方向横向地、特别是成直角地进行。
5、在本文中，已经证明如果模拟信号传感器的光电二极管针对小于550nm、特别是小于500nm的波长进行优化是有利的。这种优化可以进一步提高模拟信号传感器的分辨率。
6、在本专利技术的拓展内容中，位置探测设备具有用于光学扫描测量标尺的对比参考轨道的参考传感器。使用参考传感器，可以从测量标尺的对比参考轨道中读取切换阈值。在分析运算数字编码传感器的扫描结果时，可以使用切换阈值来确定扫描了数字编码轨道的亮区还是暗区。切换阈值可以指示采样结果是比特值“0”还是“1”。
7、有利地，数字编码传感器是用于光学扫描格雷码形式的数字编码的传感器。使用用于扫描格雷码的传感器可以很容易地避免数字编码出错。
8、在一个有利的实施例中，位置探测设备具有用于光学扫描测量标尺的一个数字化数字编码轨道的第四数字编码传感器。通过第四数字编码传感器可扫描用于同步的测量标尺的第四数字编码轨道。通过用于扫描测量标尺的四个数字编码轨道的四个数字编码传感器，用于确定绝对位置的位置探测设备可以与的测量标尺一起使用，测量标尺的片段被数字编码轨道分成几个部分(特别是至少两个半部)其中测量标尺的片段包括贯穿模拟轨道的重复图案的重复片段。
9、在一种结构性实施例中，建议数字编码传感器和/或参考传感器是独立的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于光学位置编码器(1)的位置探测设备，其具有三个模拟信号传感器(3、4、5)，用于对测量标尺(11)的尤其是具有不同数量条纹的三个模拟轨道(12、13、14)进行光学游标和分段轨道扫描，
2.根据权利要求1所述的位置探测设备，其特征在于，所述模拟信号传感器(3、4、5)各自具有多个光电二极管(3.1-3.4、4.1-4.4、5.1-5.4)，特别是用于对每个模拟轨道(12、13、14)产生一个正和一个负的正弦信号和/或余弦信号。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的位置探测设备，其特征在于，参考传感器(10)用于对所述测量标尺(11)的对比参考轨道(19)进行光学扫描。
4.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，所述数字编码传感器(6、7、8、9)是以格雷码形式光学扫描数字编码的传感器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，一个第四数字编码传感器(9)用于光学扫描所述测量标尺(11)的数字化数字编码轨道(18)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，
7.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，所述模拟信号传感器(3、4、5)、所述参考传感器(10)和/或所述数字编码传感器(6、7、8、9)具有至少一个“人”字形光电二极管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，所述数字编码传感器(6、7、8、9)，特别是所述数字编码传感器(6、7、8、9)和所述参考传感器(10)，相对于模拟信号传感器(3、4、5)在结构上分组布置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，所述模拟信号传感器(3、4、5)在结构上成组布置。
10.用于确定绝对位置的光学位置编码器，其具有光源、能够被光源照射的测量标尺(11)以及根据前述权利要求中任一项所述的用于扫描测量标尺(11)的位置探测设备(2)，测量标尺(11)具有至少三个数字编码轨道(15、16、17、18)和三个特别是具有不同数量的条纹的模拟轨道(12、13、14)。
11.根据权利要求10所述的光学位置编码器，其特征在于，每个数字编码轨道(15、16、17、18)具有一个数字编码传感器(6、7、8、9)和/或每个模拟轨道(12、13、14)具有一个模拟信号传感器(3、4、5)。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述模拟轨道(12、13、14)和/或数字编码轨道(15、16、17、18)呈圆形展开。
13.根据权利要求10或11中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述模拟轨道(12、13、14)和/或数字编码轨道(15、16、17、18)沿直线展开。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述测量标尺(11)具有对比参考轨道(19)。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述测量标尺(11)具有一个第四数字编码轨道(18)。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述数字编码轨道(15、16、17、18)被编码为一段特别是格雷码形式的数字编码的各个比特位。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述模拟轨道(12、13、14)沿着所述测量标尺(11)形成一个重复特别是4次、8次或16次的统一图案(20)。
18.根据权利要求17所述的光学位置编码器，其特征在于，所述测量标尺(11)被所述周期性重复的统一图案(20)划分为与所述统一图案(20)的周期长度(P)相对应的各个片段(21)，特别是角弧段，特别优选地划分为90°弧段、45°弧段或22.5°弧段。
19.根据权利要求10至18中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，在所述数字编码传感器(6、7、8、9)后连接一个积分放大器以实现节能闪光。
20.根据权利要求10至19中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述光源发射波长小于550nm，特别是小于500nm的光线。
21.根据权利要求10至20中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述模拟轨道(12、13、14)彼此相邻，特别是径向相邻布置。
22.根据权利要求10至21中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述数字编码轨道(15、16、17、1...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于光学位置编码器(1)的位置探测设备，其具有三个模拟信号传感器(3、4、5)，用于对测量标尺(11)的尤其是具有不同数量条纹的三个模拟轨道(12、13、14)进行光学游标和分段轨道扫描，
2.根据权利要求1所述的位置探测设备，其特征在于，所述模拟信号传感器(3、4、5)各自具有多个光电二极管(3.1-3.4、4.1-4.4、5.1-5.4)，特别是用于对每个模拟轨道(12、13、14)产生一个正和一个负的正弦信号和/或余弦信号。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的位置探测设备，其特征在于，参考传感器(10)用于对所述测量标尺(11)的对比参考轨道(19)进行光学扫描。
4.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，所述数字编码传感器(6、7、8、9)是以格雷码形式光学扫描数字编码的传感器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，一个第四数字编码传感器(9)用于光学扫描所述测量标尺(11)的数字化数字编码轨道(18)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，所述数字编码传感器(6、7、8、9)和/或所述参考传感器(10)是独立的光电二极管。
7.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，所述模拟信号传感器(3、4、5)、所述参考传感器(10)和/或所述数字编码传感器(6、7、8、9)具有至少一个“人”字形光电二极管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，所述数字编码传感器(6、7、8、9)，特别是所述数字编码传感器(6、7、8、9)和所述参考传感器(10)，相对于模拟信号传感器(3、4、5)在结构上分组布置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的位置探测设备，其特征在于，所述模拟信号传感器(3、4、5)在结构上成组布置。
10.用于确定绝对位置的光学位置编码器，其具有光源、能够被光源照射的测量标尺(11)以及根据前述权利要求中任一项所述的用于扫描测量标尺(11)的位置探测设备(2)，测量标尺(11)具有至少三个数字编码轨道(15、16、17、18)和三个特别是具有不同数量的条纹的模拟轨道(12、13、14)。
11.根据权利要求10所述的光学位置编码器，其特征在于，每个数字编码轨道(15、16、17、18)具有一个数字编码传感器(6、7、8、9)和/或每个模拟轨道(12、13、14)具有一个模拟信号传感器(3、4、5)。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述模拟轨道(12、13、14)和/或数字编码轨道(15、16、17、18)呈圆形展开。
13.根据权利要求10或11中任一项所述的光学位置编码器，其特征在于，所述模拟轨道(12...
【专利技术属性】
技术研发人员：约阿希姆·夸斯多夫，
申请(专利权)人：ICHAUS有限公司，
类型：发明
国别省市：
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