电容式线性编码器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分的电容式线性编码器，涉及根据权利要求12的用于精确地利用这种线性编码器来确定位置的方法，并且涉及根据权利要求15的计算机程序产品。
【背景技术】
[0002]在要确定可沿直线路径移动的部件的位置(例如，机器组件在直线轴上的位置)的许多应用领域中，需要用于精确的距离测量的线性编码器。在这种情况下检测到的位置可被用作测量用途的位置值，或者用于借助于具有位置控制回路的驱动器来对组件定位。这种线性位置编码器因此在诸如坐标测量机(CMM)、大地测量装置、机器人手臂或液压致动器的装置中被发现。
[0003]为此，线性编码器包括标尺(scale)和用于扫描或读取该标尺的读取头，标尺和读取头可彼此相对地沿进给方向移动，并且线性编码器还包括用于调节测量过程并用于将读取头所生成的扫描信号分配到一位置的控制与评估单元。在这种情况下，根据需求和结构可能性，沿进给方向延伸的读取头固定并且标尺可移动(例如，通过将标尺连接至要被检测线性移动的可移动物体)；或者沿进给方向延伸的标尺固定地定位，而读取头相对于标尺移动，例如，依靠设置有读取头的坐标测量机的测量滑轨在装配至测量台的标尺上移动的事实。原则上，不同的物理作用原理适于扫描目的，例如，诸如光学或电容式扫描。在这种情况下，与可比较的光学线性编码器相比，电容式线性编码器提供了功耗低和构造更具成本效益的优点。
[0004]已知增量和绝对线性编码器。对于绝对系统的情况来说，可以依靠在整个测量区段上具有由唯一的代码字组成的绝对位置编码的标尺，将位置直接分配给读取头相对于标尺的每一个相对位置，其可通过控制与评估单元精确地分配一个位置。相反，在利用增量确定位置的线性编码器的情况下，扫描信号不是唯一的，而是在整个测量区域上被重复多次。增量所对应的距离被存储在线性编码器的控制与评估单元中。从而，在标尺和读取头的相对移动期间所涵盖的距离和由此的相对位置可以通过倒计数该增量来确定。为了按绝对关系定位这种相对位置，作为绝对基准点的限定的零位置被用作相对移动期间的基础。这种零位置或零点由标尺上(或者在固定标尺情况下的读取头上)可由读取头检测的位置基准标记物(marker)来限定。在电容式测量系统中，这种位置基准标记物通常基于磁或感应作用原理，而非基于电容作用原理。
[0005]相反，EP 1173730 BI公开了一种包括位置基准标记物的电容式线性编码器，该位置基准标记物限定基于电容作用原理的零点。该线性编码器包括具有矩形接收器电极的标尺，该矩形接收器电极可借助于矩形接收板通过读取头以电容方式扫描。作为索引化绝对基准点的位置基准标记物，使用标尺上彼此相邻的两个附加矩形接收器电极，与用于限定增量的其它接收器电极相比，所述两个附加矩形接收器电极在进给方向上具有更大宽度。该零点借助于在扫描这两个附加接收器电极时出现的电容信号之差和之和两种的联合评估来索引化。
[0006]然而，特别是在具有相对较长的测量区段的电容式线性编码器的情况下，基于从零点开始倒计数的增量的位置的绝对位置在本质上易于出错，例如，作为有错误的增量数量或在倒计数增量时的错误的结果，例如，作为有噪声或受干扰扫描信号的结果。在根据现有技术的线性编码器的情况下，避免或补偿这种有错误的绝对位置值需要高精度制造并高精度安装的标尺、用于电气屏蔽的复杂装置(例如，如在EP 1173730 BI中提出的)和/或复杂的纠错措施。这种措施是昂贵的。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的是提供一种改进的电容式线性编码器。
[0008]本发明的另一目的是，提供一种包括改进的电容式位置基准标记物的电容式线性编码器。
[0009]本发明的另一目的是，提供一种具有简化的电气屏蔽的电容式线性编码器。
[0010]本发明的另一目的是，提供一种用于这种线性编码器的用于确定位置的方法。
[0011]根据本发明，这些目的借助于独立权利要求书的特征化特征来实现，或者这些解决方案借助于附属权利要求的特征来开发。
[0012]本发明涉及一种用于确定沿进给方向的位置的电容式线性编码器。该线性编码器包括:具有特别是发射器电极的多个第一耦合电极的读取头、以及具有特别是接收器电极的多个第二耦合电极的标尺，其中，所述标尺和所述读取头可在所述进给方向上彼此相对位移，并且所述标尺可根据电容作用原理借助于所述读取头被扫描。而且，所述线性编码器包括控制与评估单元。所述第一耦合电极具有彼此相对偏移的至少三个耦合信号相。换句话说，所述第一耦合电极按至少三个组分类，其中，每一个第一耦合电极都刚好与一组相关联。优选地使用在各个情况下彼此相对偏移四分之一的四个相。所述耦合信号相的序列或所述第一耦合电极的序列通过相排列来限定，使得在各个情况下，一系列相邻的第一耦合电极形成相排列间隔，在下文中简称为P间隔，其中，所述读取头可选地具有数量为M的相同P间隔。在这种情况下，如根据现有技术已知的(例如，US 6940278 B2)，相排列被理解成意指这样的原理，即，与相序列的最简单的可能性相比(其中，各个直接相邻的第一耦合电极具有相应的紧接着的下一相)，相的序列在与P间隔相对应的特定区段上改变，其中在整个耦合电极系列上保持相的均匀分布。
[0013]所述第二耦合电极优选地全部形成相同的形状，就是说，它们在结构上相同并且具有相同形状和尺寸(宽度、长度、厚度)。所述第一耦合电极的宽度和所述第二耦合电极的宽度彼此协调，其中，所述耦合电极的宽度被理解成意指在所述进给方向上的最大或平均范围，而且对应地，所述耦合电极的长度被理解成意指横贯所述进给方向的最大或平均范围。借助于电容耦合，在所述控制与估算单元的控制下，在所述第一耦合电极与所述第二耦合电极之间交换在时间上变化的耦合信号。
[0014]在所述第一耦合电极与所述第二耦合电极之间交换耦合信号取决于所述标尺相对于所述读取头的相对位置，为此，借助于对在所述第一耦合电极与所述第二耦合电极之间发送的耦合信号的信号评估和存储在所述控制与评估单元中的信息，由所述控制与评估单元来确定作为所述读取头相对于所述标尺的相对位置的位置。优选地，所述耦合电极和耦合信号优选地借助于它们的成形而彼此协调，使得所述耦合信号的正弦曲线通过所述标尺相对于所述读取头的位移而生成。在这种情况下，所述位置确定根据增量测量原理来执行。对于差分(differential)信号评估来说，所述第二耦合电极被划分成至少两个彼此相反的类型。在优选地两种类型的情况下，所有“偶数”耦合电极运送“正”耦合信号，而所有“奇数”耦合电极运送与其相对的逆“负”耦合信号。在这种情况下，同一类型的相应的隔一个的第二耦合电极(换句话说，在所述进给方向上直接相邻的所述第二耦合电极)彼此相反。对于所述标尺的简单构造来说，一种类型的所述第二耦合电极优选地在相对于另一类型的耦合电极按相反方向上对准，就是说，彼此相对地旋转180°。
[0015]所述标尺按无源方式具体实施，就是说，所述标尺与外部没有电气接触，例如，采用供电线或信号线的形式。为了分接(tap off)所述耦合信号来说，所述线性编码器或所述标尺包括用于在所述标尺与所述读取头之间发送所述耦合信号的信号传递装置。在这种情况下，借助于所述信号传递装置发送耦合信号不取决于位置，像在所述第一耦合电极与第二耦合电极之间交换耦合信号一样。
[0016]所述标尺还具有至少一个位置基准标记物。所述位置基准标记物优选为电容式，就是说，所述位置基准标记物可根据与所述第二耦合电极相同的作用原理来扫描或检测。在这种情况下，相应的位置基准标记物借助于所述信号传递装置形成。为此，一个或多个所述信号传递装置被修改成在所述标尺的限定位置基准的位置处精确。为了标识位置基准标记物，所述位置基准标记物可借助于由所述控制与评估单元控制的所述标识信号来标识。
[0017]换句话说，借助于位于所述标尺的所限定的位置处的位置基准标记物，在各个情况下限定位置基准，以参照该位置。可选地，位置基准标记物用于限定所述标尺的绝对基准点，例如，零点或其它绝对基准点，由此，所述增量确定位置可按绝对关系定位。因此可选地，绝对基准由所述位置基准标记物中的一个提供，由此，所述位置可按例如从零点开始的绝对关系来确定。另外或另选地，一个或多个位置基准标记物用于验证按绝对关系定位的所述位置，就是说，所述绝对位置可借助于所述位置基准标记物或多个位置基准标记物来检查。换句话说，这种位置基准标记物在各个情况下都提供位置基准，基于该位置基准，在第一耦合电极与第二耦合电极之间发送的耦合信号以及绝对基准点的基础上，可以确定按照绝对关系确定的位置的错误。在这种情况下，绝对基准点优选地由根据本发明的电容式位置基准标记物形成，例如，通过用于验证的所述位置基准标记物本身或者通过第二位置基准标记物。
[0018]如果所述标尺具有多个位置基准标记物，则所述多个位置基准标记物在进给方向上按限定的方式分布在所述标尺上，就是说，所述位置基准标记物在所述标尺的所有区域中按限定距离被发现。在此情况下，遵守最小密度，就是说，在整个标尺上平均地和/或所述标尺每单位长度的每区段地，存在最小数量的位置基准标记物，其中，可选地，不超出所述位置基准标记物之间的最大距离。所述位置基准标记物之间的单个距离以及相应地每一个单个位置基准标记物与零点之间的距离被存储在所述控制与评估单元中。优选地，所述位置基准标记物在整个标尺上的分布是均匀的，就是说，所述位置基准标记物在所述进给方向上的相对于彼此的距离是恒定的，就是说，所有位置基准标记物彼此都处于相同的距离，在该情况下，单个距离值被存储在所述控制与评估单元中。
[0019]在优选实施方式中，所述线性编码器包括具有电容作用原理的信号传递装置，其被具体实施为传递电极。在这种情况下，针对每个类型的第二耦合电