用于确定光学代码轨道的绝对编码的方法

用于确定光学代码轨道的绝对编码的方法
【专利摘要】本发明涉及用于确定光学代码轨道(1)的代码元素(100、100')表现的绝对编码(10)的方法，其中，用光(21)照射绝对编码(10)，调制代码元素(100、100')上的照射光(21)的一些，确定作为调制光(21')的绝对编码(10)并且连续变化相邻的代码元素(100、100')上的光(21)的调制。
【专利说明】用于确定光学代码轨道的绝对编码的方法
[0001]本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于记录光学代码轨道的绝对编码的方法。
[0002]绝对编码器是用于确定对象的绝对位置的传感器。传感器和对象相对于彼此的位置是可变的。传感器可记录对象位置的线性变化并且它可记录对象的旋转角度变化。已知根据光或磁启动原理确定对象位置的以非接触式原理操作的传感器。为此目的，传感器记录代码轨道的绝对编码并且评价单元评价记录的绝对编码并且由此创建对象位置。在本发明的含义内，绝对编码是空间分辨位置规格。
[0003]以多方面方式使用绝对编码器。在工厂建设和管理中，它们确定诸如驱动件、旋转头、轮盘等机械元件相对于参考系统的位置。在诸如经纬仪、准距仪、激光扫描仪等测地仪器中，它们测量相对于远处对象的水平角度和垂直角度。在坐标测量机器中，它们记录机器人臂、方向盘等的空间对准。
[0004]在下文中，考虑光学代码轨道的具体情况。光学代码轨道具有盘、带等形式的机械支承件。在这个方面，图1示出根据EP1890113A1的现有技术的示例。许多相邻代码元素布置在光学代码轨道的机械支承件上，其中，代码元素实施绝对编码10。在本发明的含义内，轨道方向上布置的代码元素以空间分辨方式更新从一个代码元素到下一个相邻的代码元素的绝对编码的双射位置规格。
[0005]由于存在分别实施代码的离散限定元素(并接着在评价期间还按逐个代码元素进行考虑，其中，针对各代码元素创建状态/值)的限定的代码元素，这里可以谈到“数字”代码(相比于例如在O至I之间更新的连续代码，其中，任何任意的中间值可基于限定的转换功能被解码成受欢迎的值，诸如受欢迎的位置规格；在这种情况下，这常常被称为“模拟”代码)。
[0006]代码元素是例如透光矩形，该透光矩形布置在光学不透明的剩余区域中。通过透射光原理，用来自光源的光照射光学代码轨道I。代码元素调制光。经过透光矩形的光被传感器沿着轨道方向记录；没有经过光学不透明的剩余区域的光没有被传感器记录。透光矩形作为投影在传感器上成像。传感器产生用于被记录光的状态信号。在光学代码轨道和传感器相对运动的情况下，传感器将绝对代码记录为不连续亮/暗过渡的时间上离散的序列。
[0007]绝对编码具有双射位置规格或双射代码。因此，要么直接从状态信号创建位置规格，要么通过在表中查询将位置规格分配到状态信号的代码。由于代码元素和传感器具有空间延伸，因此此外可以创建状态信号的质心，以便用子代码元素精度将创建的位置规格与代码元素的质心相关。在本发明的含义内，轨道方向上的状态信号的宽度被称为信号宽度并且轨道方向上的传感器的宽度被称为传感器宽度。用状态信号的质心推导代码元素的质心。此外，用代码元素的质心确定轨道方向上与参考位置的距离。因此，状态信号不仅提供双射位置规格，而且还能够确定代码元素相对于参考位置的位置。
[0008]然而，作为确定质心的替代方式，本领域的技术人员还已知不同的处理，通过这些处理，可基于记录的代码投影创建代码元素的精确位置。
[0009]这被全部执行，是为了以高精度确定对象的位置。因此，以Iym的精度确定机器元件的位置并且经纬仪以0.1mgon的精度以数百米的距离测量相对于对象的水平角度和垂直角度。为了能够实现这种高精度，当确定对象的位置时，必须消除系统和非系统误差。
[0010]高精度绝对编码器因此包括多个传感器，这些传感器以相互的固定空间关系布置并且冗余地记录代码轨道的绝对编码。通过形成冗余记录的绝对编码的平均值，可以消除当确定对象的位置时非系统误差。
[0011]当确定对象的位置时的剩余系统误差经常具有谐波性质。这种谐波误差具有多方面的成因。因此，它们可以是由于代码元素在代码轨道上的不规则布置或者是由代码轨道的热膨胀、代码轨道的机械支承件的偏心距、绝对编码器的安装作用、代码元素上的衍射现象等造成的。此外，传感器本身之间的固定空间关系和代码轨道上的代码元素的规则布置构成周期性结构。周期性结构的重合可在光学绝对编码器的情况下形成干涉莫尔图案。此夕卜，根据Nyquist-Shannon取样理论，在绝对编码器的选定取样频率相对于代码元素的最大频率太小的情况下，当记录绝对编码时，可出现信息损失。
[0012]就这方面而言，W02011/064317A1描述了用于创建误差系数的方法和用于使用这些误差系数校正绝对编码器的测量值的方法。绝对编码器具有至少两个传感器和光学代码轨道。传感器和光学代码轨道相对于彼此能移动。传感器将光学代码轨道的绝对编码记录为不同角位置的亮/暗过渡的序列。传感器以至少50度的角度相互分隔开。评价单元用传感器记录的绝对编码创建角位置值。通过比较多个不同角位置下的传感器的角位置值的差异，用傅立叶级数展开将谐波角误差表现为误差系数。通过这些谐波角误差校正角位置值。
[0013]本发明的第一目的由提供用于记录光学代码轨道的绝对编码的改进方法组成。
[0014]本发明的第二目的由提供光学代码轨道和用于记录光学代码轨道的绝对编码的绝对编码器组成，所述光学代码轨道和绝对编码器需要尽可能少的传感器和/或尽可能少的计算开支，以按高度精确方式确定对象。
[0015]本发明的第三目的由提供制作光学代码轨道的方法组成，所述方法以有成本效益的方式与现有经证实的涂覆技术兼容。
[0016]本发明的其它目的由提供光学代码轨道和用于记录光学代码轨道的绝对编码的绝对编码器组成，所述光学代码轨道和绝对编码器即使在艰苦的使用条件下也具有高度可用性。
[0017]通过表征独立权利要求书的特征来实现这些目的中的至少一个。
[0018]本发明的一个方面涉及一种记录绝对编码的方法，其中，通过代码轨道的代码元素实施所述绝对编码并且个体代码元素分别形成主点或质心，所述方法:包括用光照射所述代码元素；包括在所述代码元素处调制照射的光的部分；包括记录作为调制光(即，调制光被记录，并且创建从其创建状态信号、针对所述状态信号的各自的一个主点或质心及其位置)的所述绝对编码。根据本发明，在这种情况下以连续变化方式引起在所述代码轨道的延伸方向上相邻的代码元素处光的调制。
[0019]现在，当用矩形代码元素调制根据EP1890113A1的现有技术的光学代码轨道上的光时，会出现可造成混叠效果的衍射现象。这些混叠现象造成当记录调制光时的拟随机误差。拟随机误差还对针对记录的调制光产生的状态信号有影响，并且干扰状态信号的质心的确定。 申请人:发现，当记录以连续变化在相邻的代码元素处调制的光时在减小的程度内出现这种衍射现象。相邻的代码元素是第一代码元素和第二代码元素，第一代码元素和第二代码元素相互邻近并且在轨道方向上将绝对编码从第一代码元素更新成第二代码元素。术语“连续” 一直是数学含义上的，绝对编码的更新是照射光时无跳变变化地造成的。
[0020]因此，本发明涉及数字绝对代码，其中，实施绝对编码的代码轨道由限定的代码元素形成，这些代码元素分别实施代码的离散限定元素(接着还在评价期间逐个代码元素地进行考虑，其中，针对各代码元素精确地创建状态/值)。
[0021]通过避免不连续的亮/暗过渡，如在现有技术已知的数字代码的矩形代码元素处出现的，衍射现象减少，所以产生的状态信号还具有更少的拟随机误差。因此，根据本发明，误差减少。尽管当记录亮/暗过渡的序列时根据W02011/064317A1的现有技术的谐波误差被扩展为误差系数并且随后通过这些谐波误差校正角位置值，本发明源自拟随机误差的产生并且减少其来源或发生。
[0022]本发明的有利发展源自独立权利要求的特征。
[0023]本发明的另一方面涉及一种实施数字绝对编码的光学代码轨道；所述光学代码轨道包括优选为盘或带的形式的机械支承件；所述机械支承件的至少一些区域中包括代码元素，所述代码元素分别形成限定的主点或质心。这里，所述代码元素再次按照相邻的代码元素以连续变化方式在所述代码轨道的延伸方向上调制照射的光的方式来实施。
[0024]在【具体实施方式】中，所述绝对编码被实施为在代码轨道的延伸方向上代码高度连续变化(即，沿着代码轨道的延伸方向具有连续变化的孔径开口大小)的孔径光阑。
[0025]据发现，孔径光阑可用具有连续变化的代码高度的代码元素实施绝对编码。孔径光阑由布置在轨道方向上并且具有不同宽度的个体代码元素组成。
[0026]另选地，绝对编码还可被实施为使相邻的代码元素的点密度连续变化的点网。
[0027]据发现，点网还可用具有连续变化的点密度的代码元素实施绝对编码。点网由亮背景下的暗点的轨道方向上具有可变密度的网组成。
[0028]根据其它【具体实施方式】，绝对编码被实施为使相邻的代码元素的偏振效率连续变化的偏振器。
[0029]此外，据发现，偏振器可实施绝对编码。偏振器是以具体偏振效率修改光的偏振状态的光学装置。这里，区分由于散射导致的偏振、由于反射导致的偏振、由于吸收导致的偏振和由于双射导致的偏振。
[0030]本发明的其它方面涉及一种用于记录所述光学代码轨道的绝对编码的系统；所述系统包括具有光学传感器的绝对编码器；所述绝对编码器针对记录的调制光产生至少一个状态信号；状态信号具有信号宽度，所述信号宽度小于所述传感器的传感器宽度。
[0031]已知的是，仅当状态信号的信号宽度精确地是传感器的传感器元件宽度(即，像素间隔)的整数倍时可以最小误差创建状态信号的质心。一旦信号宽度与之偏离，只可以较大或较小的误差创建状态信号的质心。当状态信号的信号宽度与传感器元件宽度的整数倍偏离半个传感器元件宽度时，误差最大。接着，从实际和技术角度来说，不可能产生精确地是所有使用状况下的传感器元件宽度的倍数的信号宽度。因此，信号宽度受变化因素(诸如，成像比例、周围温度、光学代码轨道和绝对编码器的制作容差等)来影响。可使用透镜光学单元在传感器上将代码元素成像；各透镜光学单元受失真的影响，所述失真根据位置以不同宽度将代码元素在传感器上成像，传感器产生所述图像的状态信号。
[0032]本发明的另一个其它方面涉及一种制作光学代码轨道的方法，其中:提供所述光学代码轨道的机械支承件；在所述机械支承件的至少一些区域中涂敷涂层；将代码元素构造到所述涂层中，所述代码元素分别形成主点或质心并且调制照射的光，所述代码元素按照相邻的代码元素以连续变化方式调制照射的光的方式被构造。
[0033]这种制作方法是有成本效益的并且能兼容现有的经证实的技术。
[0034]根据下面对当前优选实施方式的描述，本发明的其它优点和特征可结合附图以示例性方式集合。
[0035]图1示出现有技术的光学代码轨道的示例；
[0036]图2示意性示出绝对编码器，绝对编码器用传感器记录根据本发明的光学代码轨道并且将状态信号传达给评价单元；
[0037]图3示出根据图2的光学代码轨道的第一实施方式的部分的剖视图，光学代码轨道带有在轨道方向上的恒定厚度的涂层；
[0038]图4示出根据图3的光学代码轨道的第一实施方式的部分的剖视图，光学代码轨道带有倾斜于轨道方向的恒定厚度的涂层；
[0039]图5示出根据图2的光学代码轨道的第二实施方式的部分的剖视图，光学代码轨道带有在轨道方向上的变化厚度的涂层；
[0040]图6示出根据图2的光学代码轨道的第二实施方式的部分的剖视图，光学代码轨道带有倾斜于轨道方向的变化厚度的涂层；
[0041]图7示出根据图2的光学代码轨道的第三实施方式的部分的视图，光学代码轨道带有作为绝对编码的孔径光阑；
[0042]图8示出根据图2的光学代码轨道的第四实施方式的部分的视图，光学代码轨道带有作为绝对编码的点网；
[0043]图9示出根据图2的光学代码轨道的第五实施方式的部分的视图，光学代码轨道带有作为绝对编码的孔径光阑；
[0044]图10示出在记录在第一代码元素调制的光的过程期间的、根据图2的光学代码轨道的第六实施方式的部分的视图，光学代码轨道带有作为绝对编码的孔径光阑；
[0045]图11示出在记录在第一代码元素调制的光的过程期间的、根据图10的光学代码轨道的部分的视图；
[0046]图12示出根据图2的绝对编码器的传感器上的个体矩形状态信号的第一实施方式；
[0047]图13示出当确定根据图12的状态信号的质心时的误差；
[0048]图14示出根据图2的绝对编码器的传感器上的个体钟形状态信号的第二实施方式；
[0049]图15示出当确定根据图14的状态信号的质心时的误差；
[0050]图16示出根据图2的绝对编码器的传感器上的个体矩形状态信号的第三实施方式；
[0051]图17示出当确定根据图16的状态信号的质心时的误差；
[0052]图18示出根据图2的绝对编码器的传感器上的多个矩形状态信号的第四实施方式；
[0053]图19示出当确定根据图18的状态信号的质心时的误差；
[0054]图20示出根据图2的绝对编码器的传感器上的多个钟形状态信号的第五实施方式；
[0055]图21示出当确定根据图20的状态信号的质心时的误差；
[0056]图22示意性示出通过根据图2的绝对编码器记录根据图2的绝对编码的代码元素处调制的光和通过根据图2的评价单元确定对象位置。
[0057]图2示出使用光学传感器20记录光学代码轨道I的绝对编码10的绝对编码器2。光学代码轨道I固定地布置在对象4上。光学代码轨道I和对象4 二者可具有任何尺寸、形状和形式。举例来说，光学代码轨道I具有盘、带等形式。通过记录绝对编码10，可以绝对地确定对象位置。根据图2，对象4被示意性实施为圆柱体并且光学代码轨道I以带的形式布置在对象4的周边外部并且完全包围该周边。绝对编码器2与评价单元3进行通信。绝对编码器2和光学代码轨道I之间的位置是可变的。
[0058]绝对编码器2具有光源，所述光源产生光21，所述光21照射光学代码轨道I。光21由诸如无线电波、微波、可见光等电磁波组成。通过光学传感器20记录在光学代码轨道I的代码元素100、100’处调制的光21’。在本发明的含义内，短语“光的调制”被理解为意指光21和光学代码轨道I的代码元素100、100’之间的物理交互。光的调制包括光的散射、光的反射、光的折射、光的衍射、光的吸收、光的偏振等。举例来说，光学传感器20是诸如电荷耦合器件(CCD)、互补型金属氧化物半导体(CMOS)等传感器元件的集合。这里，传感器具有相互挨着排列的个体光接收元件，其中，用个体光接收元件(像素)的数量指定X方向上(可选地，另外针对二维阵列，在Y方向上)的传感器宽度。X方向是传感器轨道方向。举例来说，根据图12至图22，光学传感器20是在X方向上具有1000个光接收元件(像素)的线阵列。根据本发明，传感器的个体接收元件在这种情况下不仅仅“根本没有或完全地”被照射，而且由于用于产生代码投影的连续变化调制，导致针对个体接收元件(像素)的照射，产生许多不同的中间值(灰阶值)，其中，个体像素沿着传感器线的过程中的照射接着对应于代码投影的范围内的连续变化调制。
[0059]绝对编码器2根据记录的代码投影针对光学传感器20记录的调制光21’产生至少一个状态信号200作为传感器输出并且将该状态信号200传达到评价单元3。接着在图12至图24中的是关于状态信号200的细节。可按任意方式引起状态信号200的通信23 ；特别地，它可以是基于电缆、无线电波等引起的。如果本领域的技术人员得知本发明，他可将绝对编码器实施为具有集成在外壳中的评价单元作为单个单元。
[0060]图3至图11示出光学代码轨道I的多个实施方式，其中，在每种情况下实施数字绝对代码。举例来说，光学代码轨道I包括由玻璃、塑料、金属等制成的机械支承件11。图3至图6示出光学代码轨道I的沿着轨道方向(X方向)的横截面和在与轨道方向交叉的Y方向上的横截面。举例来说，由铬、氮化硅和钥等制成的涂层12被涂敷于机械支承件11的至少一些区域中。图7至图11示出光学代码轨道I的视图。举例来说，在涂层12的至少一些区域中构造光刻、蚀刻或电镀后的代码元素100、100’。在构造之后机械支承件11的未被覆盖的、不再包括涂层12的区域对于光21而言可以例如大于90%地、特别地大于98%地是透光的。在构造之后机械支承件11的被覆盖的、仍然具有涂层12的区域对于光21而言是例如大于90%地、特别地大于98%地是光学不透明的，S卩，不透射光。如图3和图4中所示，光学代码轨道I的涂层12在区域中的厚度可以是在X方向上和Y方向上恒定的。举例来说，在边缘区107和中央区二者中，涂层的厚度是I μ m,优选地，厚度是0.5 μ m，优选地厚度是0.1 μ m，等。然而，如图5和图6中所示，对于光学代码轨道I的不同区域，涂层12的厚度还可以是不同的。举例来说，根据图5，在X方向上，涂层12在边缘区107中(其中它是0.6μπι厚)比在中央区(其中它是0.2μπι厚)中厚。此外，根据图6，在Y方向上，涂层12的厚度可连续地在0.Ιμπι至Ι.Ομπι之间变化。
[0061]通过透射光或反射光来记录代码元素100、100’处调制的光21’。在透射光方法中，光学传感器20记录通过未被覆盖区域调制的光21’ ；在反射光方法中，光学传感器20记录在被覆盖区域处调制的光21’。在根据图7、图9、图10和图11的实施方式中的光学代码轨道I的情况下，使用透射光方法(其中，如本领域的技术人员本身已知的，这可另选地还通过反射光方法来引起)以示例性方式记录调制光21’。在根据图8的实施方式中的光学代码轨道I中，使用反射光方法(其中，另选地，如本领域的技术人员本身已知的，这里进而还可使用透射光方法)以示例性方式记录调制光21’。
[0062]光学传感器20通过沿着X方向改变相互的位置来记录绝对编码10。实施绝对编码10的代码元素100、100’可具有X方向上的恒定代码元素宽度104并且它们具有Y方向上的恒定最大代码元素高度105。代码元素宽度104和最大代码元素高度105的大小处于几微米至几厘米的范围内。相邻的代码元素100、100’相互毗连。在Y方向上，代码元素100、100’被布置成与光学代码轨道I的边缘相距边缘间隔107。边缘间隔107的大小是恒定的并且处于几微米至几毫米的范围内。光学传感器20的尺寸(或传感器的个体像素的间隔的尺寸)和代码元素100、100’的尺寸相互匹配。光学传感器20沿着X方向的传感器宽度24大于代码元素100、100’的两个代码元素宽度104，使得在每种情况下在传感器上产生的代码投影包含在每种情况下至少一个完整代码元素100、100’的表示(可选地，可按相对于传感器线长度(即，相对于传感器宽度)代码投影包含通过许多代码元素100、100’产生的许多脉冲这样的方式来选择代码元素宽度)。在这种情况下，光学传感器20的传感器高度25(在Y方向上，S卩，换句话讲，在与传感器线的延伸方向相切的方向上的延伸)可被选择成大于代码元素100、100’的最大代码元素高度105。
[0063]图7、图9、图10和图11示出带有作为绝对编码10的孔径光阑的光学代码轨道I的各种实施方式。虽然图7中的孔径光阑在两侧具有连续变化的孔径光阑开口，但图9、图10和图11示出在一侧变化的孔径光阑开口。因此，以涂层12形成孔径光阑这样的方式构造涂层12。这里，代码元素100、100’的边缘区107中的机械支承件11被涂层12完全覆盖；这里，孔径光阑开口形成在代码元素100、100’的中央区域中，代码元素100、100’在它们的开口大小(即，在所示出的图中在代码轨道的延伸方向上测得的开口的高度)方面在代码轨道的延伸方向上没有跳变地(即，连续地)变化。这里，机械支承件11因此只有一些区域被涂层12覆盖。根据图7、图9、图10和图11，各代码元素100、100’具有未被涂层12覆盖的单个邻近区域。相邻代码元素100、100’的代码高度101、101’在代码轨道的延伸方向上连续地(即，没有跳变地)变化。由于代码高度101、101’的连续变化，导致以连续变化来调制照射光21。代码高度101、101’是从边缘区107测得的、代码元素100、100’的涂层12在Y方向上的延伸程度。代码高度101、101’因此指明涂层12在机械支承件11上的边界。根据图7、图10和图11，孔径光阑具有弯曲孔径光阑截面形式的涂层12的边界；根据图9，孔径光阑具有直线锯齿截面形式的涂层12的边界。
[0064]图8示出包括点网作为绝对编码10的光学代码轨道I的实施方式。相邻代码元素10UOO'的点密度102、102’连续地变化。机械支承件11同时在代码元素100、100’的边缘区107中和代码元素100、100’的中央区中，只有一些区域以点形式被涂层12覆盖。未被涂层12覆盖的区域可以是邻近的，但它也可以是不邻近的。相邻代码元素100、100’的点密度102、102’连续地变化。由于点密度102、102’连续地变化，导致以连续变化调制照射光21。点密度102、102’是XY坐标系中每单位面积测得的点的密度。对于整个光学代码轨道1，点的大小(诸如，10μπι、5μπι等)可以是恒定的；然而，对于光学代码轨道I的各种区域，点的大小也可以是不同的，诸如，在第一区域中是5 μ m,在第二区域中是6 μ m等。
[0065]根据图3至图11的光学代码轨道I的实施方式还可使用偏振器作为绝对编码10来实现，偏振器以特定偏振效率103、103’修改光21的偏振态，使得相邻代码元素100、100’的偏振效率103、103’连续地变化。由于偏振效率103、103’连续地变化，导致以连续变化调制照射光21。这里，区分通过散射进行的偏振、通过反射进行的偏振、通过吸收进行的偏振和通过双折射进行的偏振。通过散射、吸收和双折射进行的偏振可用根据图7、图9、图10和图11的实施方式来实现。通过反射进行的偏振可用根据图8的实施方式来实现。根据图7、图9、图10和图11，偏振效率103、103’是代码高度101、101’的特定函数；根据图8，偏振效率103、103’是点密度102、102’的特定函数。此外，偏振效率103、103’还可根据涂层12的厚度、涂层12和机械支承件11的材料的类型等来变化。
[0066]图10和图11示出两个相邻代码元素100、100’处的绝对编码10的示例性记录。根据图10，光学传感器20记录来自第一代码元素100的调制光21’，根据图11，光学传感器20记录来自第二代码元素100’的调制光21’。举例来说，光学代码轨道I包括盘形式的机械支承件11，盘具有因制作过程造成的Y方向上的偏心距16、16’。偏心距16、16’是依据光学代码轨道I的下边缘来表达的，根据图10的光学代码轨道I的下边缘比根据图11的光学代码轨道I的下边缘更远离光学传感器20 ;因此，第一代码元素100中的偏心距16大于第二代码元素100’中的偏心距16’。光学传感器20具有沿着Y方向的传感器高度25，该传感器高度25大于代码元素100、100’的代码元素高度105，以由此补偿关于Y方向的光学代码轨道I的偏心距16、16’并且避免以不完整方式记录代码元素100、100’。
[0067]出于将代码元素100、100’相对于传感器20精确对准的目的，可以针对各状态信号200创建位置(例如，以状态信号200的确定主点或质心301的形式)。在位置(例如，主点或质心301)的辅助下确定代码元素100与传感器20的参考位置240的距离302。在图22中示出这方面的细节。这里，代码元素100、100’的形式和传感器20的形式影响当确定状态信号200的质心301时的精度。图12至图23示出当确定状态信号200的位置时的误差F如何取决于状态信号200的信号宽度204和传感器20的个体记录元件的像素间隔。图12、图14、图16、图18、图20和图22示出状态信号200并且图13、图15、图17、图19、图21和图23示出误差F。图12、图14、图16、图18、图20和图22中的纵坐标是归一化成I的信号强度S，信号强度是由记录代码投影的传感器的个体记录元件(像素)发出的；图12、图14、图16、图18、图20和图22中的横坐标是传感器的X方向(即，延伸方向)。举例来说，传感器20由在X方向上相互挨着布置的1000个传感器元件的线阵列组成。全部1000个传感器元件形成传感器宽度24。图13、图15、图17、图19、图21和图23中的纵坐标是误差F ;图13、图15、图17、图19、图21和图23中的横坐标是X方向。当确定状态信号200的质心301时的误差F或多或少地取决于质心偏移V。质心偏移V是通过拟随机误差造成或模拟的。
[0068]图12示出个体矩形状态信号200。如现有技术已知的，矩形状态信号200是针对在矩形代码元素处调制的记录光而产生的。举例来说，状态信号200具有十五个半像素的信号宽度204。信号宽度204是像素间隔的非整数倍。图13示出这种相对于用于记录矩形状态信号的像素间隔选择信号宽度204的误差F。质心偏移V出现在从零到整个像素的范围内。由于状态信号是矩形的并且信号宽度没有形成像素间隔的整数倍，导致误差F在-60nm至+60nm的范围内具有锯齿状轮廓；误差F的标准偏差是36nm。
[0069]图14示出个体钟形状态信号200。钟形状态信号200是针对记录的光21’产生的，根据本发明在代码元素100、100’处调制(S卩，以连续变化方式调制)光21’，根据本发明的连续变化造成状态信号200中的小衍射现象和少量拟随机误差。状态信号200具有例如十五个半像素的信号宽度204。信号宽度204是像素间隔的非整数倍数。图15示出这种相对于像素间隔选择信号宽度204(单位:nm)的误差F。质心偏移V出现在从零到整个像素的范围内。由于钟形状态信号，导致误差F只是范围从0.7X10-8nm至1.5X 10_8nm的噪声；误差F的标准偏差是1.1 X 10 8nm。
[0070]图16示出具有十五个像素的信号宽度204的个体矩形状态信号200。信号宽度204是传感器元件的整数倍。图17示出这种信号宽度204与像素间隔之比的误差F。质心偏移V出现在从零到整个像素的范围内。误差F是噪声并且在从-7.54X10_8nm至-7.44XlO^nm的范围内变化；误差F的标准偏差是_7.49X 10_8nm。
[0071]图18示出具有在从十四个半像素到十五个半像素的范围内的不同信号宽度204的多个矩形状态信号200。在图19中可看到这种信号宽度204与像素间隔之比的误差F。这种情况下的质心偏移V也在从零到整个像素的范围内。质心偏移V表现出修圆的锯齿状外形并且在-1lnm至+Ilnm的范围内变化；误差F的标准偏差是7.9nm。
[0072]图20示出根据本发明通过连续变化调制产生的多个钟形状态信号200，包括例如范围从十四个半像素到十五个半像素的不同信号宽度204。可在图21中看到这种代码构造(即，使得信号宽度204在代码轨道方向上的代码分布范围内具有变化的宽度并且以示例性方式在十四个半像素和十五个半像素之间变化)的误差F。这种情况下的质心偏移V也在从零到整个像素的范围内。质心偏移V是噪声并且范围在-7nm至+9nm的范围内变化；误差F的标准偏差是2.4nm。
[0073]图22示出通过绝对编码器2记录在光学代码轨道I的代码元素100’处调制的光21’。绝对编码器2针对记录的调制光21’产生状态信号200。因此，代码元素100’被成像为绝对编码器2的传感器20上的状态信号200 (也就是说，代码投影)，并且被传感器20记录。状态信号200被传达到评价单元3。评价单元3包括微处理器和计算机可读数据存储介质。为了评价状态信号200，计算机程序产品被从计算机可读数据存储介质(可本地位于评价单元3中或者可位于外部并且经由互联网进行连接)加载到评价单元3的微处理器中并且被执行。评价单元3可以是诸如个人计算机(PC)的固定计算机、具有带可编程逻辑的微计算机的印刷电路板、或者诸如便携式电脑、智能电话等移动计算机。因此，根据本发明的编程代码可存在于存储在机器可读介质中的计算机程序产品或由电磁波实现的计算机数据信号的范围内，其中，程序代码适于用当程序被加载到评价单元3的微处理器中并且在微处理器上执行时根据本发明的上述系统记录的光学代码轨道I的绝对编码10建立对象位置。评价单元3相对于传达的状态信号200建立位置规格300。状态信号200具有双射位置规格或双射代码。因此，要么直接用状态信号200建立位置规格，要么通过在数字表中进行查询将位置规格分派给状态信号200的代码。数字表同样被存储在计算机可读数据存储介质中并且能被加载到评价单元3的微处理器中。评价单元3还确定被传达的状态信号200的位置(例如，质心301的形式)并且确定质心301和绝对编码器2的参考位置240之间的距离302。因此,根据位置规格300和距离302之和，绝对地确定对象位置。
[0074]要理解，这些描绘的附图只是示意性示出可能的实施方式。各种方法可同样地相互结合并且与现有技术的方法和仪器结合。
【权利要求】
1.一种记录绝对编码(10)的方法，其中，通过代码轨道(I)的代码元素(100、100’)实施绝对编码(10)并且各个代码元素(100、100’)分别形成主点或质心，所述方法包括: 用光(21)照射所述代码元素(100、100’)； 在所述代码元素(100、100’)处调制照射的光(21)的部分； 记录调制光(21’)并且产生状态信号(200)， 针对所述状态信号(200)及其位置创建主点或质心(301)， 其特征在于， 以连续变化方式引起在所述代码轨道的延伸方向上在相邻的代码元素(100、100’)处调制所述光(21)。
2.一种用于根据权利要求1所述的方法的实施绝对编码(10)的光学代码轨道(1)，其中， 所述光学代码轨道(I)包括机械支承件(11)，所述机械支承件(11)特别地是盘或带的形式， 所述机械支承件(11)的至少一些区域中包括代码元素(100、100’)，其中，各个代码元素(100、100’)分别形成限定的主点或质心， 其特征在于， 所述代码元素(100、100’)按照相邻的代码元素(100、100’)以连续变化方式在所述代码轨道的延伸方向上调制照射的光(21)这样的方式来实施。
3.根据权利要求2所述的光学代码轨道(I)，其特征在于，所述绝对编码(10)被实施为孔径光阑，其中相邻的代码元素(100、100’)的代码高度(101、101’)连续变化。
4.根据权利要求2所述的光学代码轨道(I)，其特征在于，所述绝对编码(10)被实施为点网，其中相邻的代码元素(100、100’)的点密度(102、102’)连续变化。
5.根据权利要求2所述的光学代码轨道(I)，其特征在于，所述绝对编码(10)被实施为偏振器，其中相邻的代码元素(100、100’)的偏振效率(103、103’)连续变化。
6.根据权利要求5所述的光学代码轨道(I)，其特征在于，利用散射光(21)或者反射光(21)或者吸收光(21)或者就光(21)而言是双射性的偏振器。
7.根据权利要求6所述的光学代码轨道(I)，其特征在于， -涂层(12)至少在一些区域中具有恒定的光学密度，特别地具有恒定的厚度，和/或 -所述涂层(12)至少在一些区域中具有变化的光学密度，特别地具有变化的厚度。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的光学代码轨道(I)，其特征在于， 所述代码元素(100、100’)具有恒定的代码元素宽度(104)和/或 所述代码元素(100、100’)具有恒定的代码元素高度(105)。
9.一种用于根据权利要求1所述的方法的系统，其特征在于， 所述系统包括绝对编码器(2)，特别是绝对旋转编码器或绝对线性位置编码器，所述绝对编码器(2)包括光学传感器(20)； 所述绝对编码器(2)包括根据权利要求2至8中的任一项所述的光学代码轨道(I)；所述传感器(20)被实施用于记录在所述代码轨道的延伸方向上在相邻的代码元素(100、100’)处以连续变化方式调制的光(21，)； 基于当记录所述光时所述传感器(20)产生的输出信号，由所述绝对编码器(2)创建状态信号(200)以及针对所述状态信号(200)的各自的一个主点或质心(301)及其位置，并且根据上述信息推导出绝对位置值，特别是绝对角度或绝对线性位置。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述传感器(20)的传感器宽度(24)等于或大于所述代码元素(100、100’)的代码元素宽度(204)和代码元素间隔(106)之和。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其特征在于，所述传感器(20)的传感器高度(25)等于或大于所述代码元素(100、100’)的代码元素高度(105)。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于， 所述光学代码轨道(I)具有偏心距(16、16’)； 所述传感器(20)的所述传感器高度(25)等于或大于以下两项之和: -所述代码元素(100、100’)的最大代码元素高度(105)， -所述光学代码轨道(I)的不同位置处的偏心距(16、16’)造成的相对于所述传感器(20)的代码投影的最大高度偏移。
13.一种制作根据权利要求2至8中的任一项所述的光学代码轨道(I)的方法，所述方法包括以下步骤: 提供所述光学代码轨道(I)的机械支承件(11)； 在所述机械支承件(11)的至少一些区域中涂敷涂层(12)； 将代码元素(100、100’)构造到所述涂层(12)中，所述代码元素(100、100’)分别形成主点或质心并且调制照射的光(21)，其特征在于， 按照在所述代码轨道的延伸方向上在相邻的代码元素(100、100’)处连续变化地调制照射的光(21)的方式构造所述代码元素(100、100’)。
14.一种制作根据权利要求2至8中的任一项所述的光学代码轨道(I)的方法，所述方法包括以下步骤: 提供所述光学代码轨道(I)的机械支承件(11)； 在所述机械支承件(11)的至少一些区域中产生作为所述光学代码轨道(I)的衍射结构； 将代码元素(100、100’)构造到所述衍射结构中，其中代码元素(100、100’)分别形成主点或质心并且调制照射的光(21)，其特征在于， 按照在所述代码轨道的延伸方向上在相邻的代码元素(100、100’)处连续变化地调制照射的光(21)的方式构造所述代码元素(100、100’)。
15.一种包括程序代码的计算机程序产品，所述计算机程序产品被存储在机械可读介质或者通过电磁波实施的计算机数据信号上，当程序被加载到评价单元(3)的微处理器中并且在所述微处理器上执行时，所述程序代码适于根据通过根据权利要求9至12中的任一项所述的系统记录的光学代码轨道(I)的绝对编码(10)创建对象位置。
【文档编号】G01D5/347GK104412070SQ201380035884
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】U·沃金格, 海因茨·利普纳 申请人:赫克斯冈技术中心