专利名称：测定绝对位置的方法
技术领域：
本发明涉及如权利要求1所述的测定绝对位置的方法以及执行该方法的位置测量装置。
背景技术：
在许多领域中为了测定两个相互运动的物体的位置越来越多地采用绝对位置测量装置。绝对位置测量装置相对于纯的增量测量系统具有的优点是，在每个相对位置中还可以在中断电源后立即给出正确的位置信息。
所述的绝时位置由在多个相互平行地走行的轨迹中例如安排成格雷码的代码得以体现。
特别节省位置的是在单个的代码轨迹沿测量方向连续安排的代码元件。在此编码元件是按伪随机分布连续地安排的，从而一定数量的相继排列的编码元件相应地构成把绝时位置定义成代码字的代码模式或者说比特模式。在周绕单个的编码元件推移扫描装置时就已经构成新的代码模式并且在全部的要绝对地包括进去的测量范围提供一系列的不同的代码字。这样的有序代码称为链式码或者伪随机代码。
位置测量装置可能例如由于测量标记的局部脏污在构成代码字中的比特列中出现错误，从而导致错误地测定绝对位置。
已经有人提出了识别这种错误的方法。在EP0789226 B1中为此提议用一个扫描装置同时地扫描测量标志的至少三个完全不同的代码模式并且用之构成代码字。把代码字的实际距离与额定距离进行比较，由此从同时采集代码字中采用一个识别为正确的代码字作为当前的绝对位置，并且排除识别为错误的代码字，不去做进一步的处理。
通过该方法提高了位置测量装置的可靠性或者说工作可靠性。但是缺点是如果只要有比特序列的单个比特出错，就把代码字分类成出错的。为了达到高的位置测量装置的可靠性和工作可靠性，必须在同时扫描许多代码字。
在DE 195 06 019 C2中说明了错误识别方法。其中，从在位置改变时新的代码字必须与以前的测量步骤或者以后的测量步骤的代码字相符着手。只在新的代码字与相邻的代码字相符时就对该新的代码字分配一个绝对位置。还公开了一种出错处理程序以测定错误。在此把新的代码字的比特相继地反转并且与相邻代码字的相应的位比较相符性。该程序进行到确定新的代码字与相邻代码字一致为止。把那些要反转才能一致的比特识别为出错的，从而还可以识别出错误工作的检测器元件。
通过该方法只能进行出错检验。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种方法，用之保证有一定容错度但是却可靠地测定绝对位置。
根据本发明，该任务由权利要求1的特征完成。
执行该方法的位置测量装置在权利要求8中给出。
用本发明达到的优点在于，不必排除整个出错了的代码字。使用该方法容忍个别的错误比特。通过扫描相对地小的代码范围检测出正确的绝时位置的概率非常的大，因此按照本发明提高了工作可靠性和效率。
本发明的有利的实施在从属权利要求中给出。
下面参照附图详细地说明本发明图1示意性示出位置测量装置；图2出错检验的原理；图3如图2所示的出错检验的信号图4可能的带有冗余扫描和所属的绝对位置的代码字；图5a无出错地扫描的比特的比较程序；图5b有出错地扫描的比特的比较程序；图5c有两个被识别为出错的比特的比较程序；图5d有三个被识别为出错比特的第一安排的比较程序；图5e有三个被识别为出错比特的第二安排的比较程序；图5f有出错的比特，但是不识别为出错的比较程序；具体实施方式
在图1示意性示出一种长度测量装置。这种长度测量装置按照光学扫描的原理工作，其中用透射光方法扫描代码C。把可沿测量方向X相对于代码C运动地布置的扫描装置用作扫描代码C。
代码C由沿测量方向X连续地安排相同长度的序列的代码元件C1、C2、C3构成。每个代码元件C1、C2、C3又由两个相同长度的沿测量方向相互邻接地直接顺序安排以互补方式构成的分区域A和B组成。在此互补指得是，它们具有相反的特征，也就是按光学扫描的原理透明和不透明的，或者在入射光的情况下反射的及不反射的。这样的代码也称为曼彻斯特代码。
该顺序的代码C由含有光源L的扫描装置AE扫描，其光线经过准直透镜K照明多个相互顺序排列的代码元件C1、C2、C3。把光用代码C以位置相关方式调制，从而在代码C后出现一个与位置相关的光分布，该光分布可以用扫描装置AE的检测器单元D采集。
检测单元D是一个行传感器，其在测量方向X布置有检测器序列D1至D11。对代码元件C1、C2、C3的每个分区域A、B唯一性地在每个相对位置中分配检测元件D1至D11中的至少一个，从而在检测器单元D的每个相对位置中对于代码C得到从每个分区域A、B得出的扫描信号S1A至S3B。这种扫描信号S1A至S3B被输送到一个分析单元AW中，所述的分析单元AW把代码元件C1、C2、C3的两个分区域C1A、C1B；C2A、C2B；C3A、C3B的两个扫描信号S1A、S1B；S2A、S2B；S3A、S3B分别地相互比较并且通过这种比较为每个代码元件C1、C2、C3各产生一个数字值或者说一个比特B1、B2、B3。在曼彻斯特代码C中数字值B1依赖于分区域C1A、C1B的次序。一系列的多个数字值B1、B2、B3得出定义绝对位置的代码字CW。通过相对代码C推移检测器单元D代码元件C1、C2、C3的宽度及长度产生新的代码字CW在要绝对测量的测量区域上构成多个不同的代码字。
图1示出代码C相对于扫描单元AE的当前状态。检测元件D1至D11以代码C的分区域C1A至C1B的一半宽度的距离顺序地安排。由此保证在每个位置中把至少一个检测元件D1至D11唯一性地分配给一个分区域C1A至C3B，并且不扫描在分区域C1A至C3B之间的过渡。在所示的位置中，分区域C1A由检测元件D1扫描而分区域C1B由检测元件D3扫描。检测元件D1、D3采集光分布并且依赖于光强度产生与光强度成比例的模拟扫描信号S1A、S1B。由于两个分分区域C1A至C1B互补，所以扫描信号S1A和S1B也彼此相反，就是说信号电平相互距离很远。
现在把这种信号距离用于产生二进制的信息B1，在其中检验代码元件C1的两个扫描信号S1A、S1B中的哪个较大。这种检验可以通过除法器进行或者通过减法器进行。例如采用减法器时，为此如图1所示用触发器元件T1起比较装置的作用。当S1A小于S1B时，触发器元件T1产生B1＝0，而S1A大于S1B时，B1＝1。用相同的方式，通过扫描代码元件C2、C3和通过触发器元件T2、T3比较相应的代码元件C2、C3的分区域C2A、C2B；C3A、C3B的模拟扫描信号S2A、S2B；S3A、S3B得到二进制信息B2和B3。
给第一互补构成的分区域A、B序列分配第一数字值，并且对第二互补构成的分区域A、B序列分配第二数字值。在此例中把不透明到透明的顺序分配值0而把透明到不透明的顺序分配值1。
因为每个代码元件C1、C2、C3的二个分区域A和B相互互补，所以扫描信号S的干扰距离非常大。光源L的光强改变同样程度地影响二个分区A、B的扫描信号。
因为每个代码元件C1、C2、C3的二个分区域A、B必须在位置测量装置正确工作的条件下通过扫描这些分区域A、B产生其差超过规定值的相应模拟扫描信号S。通过观察这种差值可以进行出错检验。这种出错检验的原理是，可以从在低于该差值一个规定的量时，该二进制信息B1是不可靠的出发，并且从而对于该二进制信息B1产生出错信号F。
这种产生出错信号的原理在图2中借助于代码元件C1示出。该代码元件C1的模拟扫描信号S1A、S1B输送到出错检验装置P。所述的出错检验装置P用减法器(S1A-S1B)比较S1A和S1B，检验差值是否超过了规定的比较值V。如果差值(S1A-S1B)没有超过规定的比较值V，就输出一个出错信号F。在图3中表示出这种信号关系。这种出错检验对用于产生代码字CW的所有比特B1、B2、B3的扫描信号进行。
通过这种检验模拟扫描信号S的出错检验产生的比特B1、B2、B3的可靠性。在低于规定的标准时，在此例中，是两个用于构成比特B1、B2、B3的模拟扫描信号S的信号幅度，把识别为不可靠的比特分配给出错标记F。
每个代码元件C1、C2、C3的两个分区域A、B沿测量方向X顺序地直接相邻安排的优点是，可以把检测元件D1至D11以很小的距离沿测量方向X彼此相邻地安排，从而位置测量装置对检测元件D对代码的扭转不敏感，也就是说对Moiré起伏不敏感。此外，对脏污的干扰敏感性也很小，因为这可以从代码元件C1、C2、C3两个分区域都要相同程度地受影响出发。
出错检验还可以借助于相应的两个分区域A、B的数字扫描信号进行。如果识别出代码元件的分区域A、B不彼此相反(0→1、1→0)，就发出出错信号。
公知多种从扫描的代码字CW确定出绝对位置(解码)的方法。所有这此方法共同规定把一串N个比特的比特序列，并且把每个这样的比特序列唯一性地分配一个绝对位置。在此该规定的比特序列串对应通过扫描代码在正确地工作时产生的代码字CM串。通过把扫描出的代码字的N比特与相应的规定的比特序列串相比较可以从而给每个代码字CW各唯一性地分配一个绝对位置。
规定所述比特序列的一个可能性是设置带有ROM形式的分配表的存储器。在该存储器中存放对位置分配的比特序列。为了把绝对位置分配到扫描出的代码字CM，也就是说为了解码，代码字CW构成分配表的地址，从而在输出端上出现分配给该地址的位置(参照图4)。这种解码要求把代码字CW标准化。通常的解码是转换成二进制码，例如CW＝111→位置1＝000；CW＝110→位置2＝001；CW＝101→位置3＝010，依此类推。
规定所述比特序列的另一个可能性是按照规定的构成步骤产生，其中产生的步骤唯一性地确定绝对位置。在此从一个比特序列着手以计算的方式或者借助于逻辑元件(多数不包括“或”门)构成比特序列的串。为此的构成步骤和电路例如公开于文献“digital displacement transducer using pseude-random binarysequences and a microprocessor，by B.E.Jones and K.Zia in Trans Inst M C Vol 3，No1，Jan-Mar 1981，13-20页”中；该文献在此引作参照。
根据本发明现在除了构成代码字CW的代码模式以外还扫描另一个代码元件，也就是另一个模式，尤其是至少另一个代码模式的一部分。通过扫描该另一个模式，尤其是至少另一个代码模式的一部分，构成附加的比特。对该代码模式的比特以及附加的比特检验可靠性，其中例如进行如上所述的模拟扫描信号S的幅度检验。现在除了检验代码字CW的N个比特以外，还检验随着比特序列串的相应比特检验附加的比特。在此比较中忽略识别为不可靠的比特。如果在此把N个比特以及冗余的附加比特与整个规定的比特序列串的比较中发现相符可靠的比特，就给比较代码字CW分配针对所发现的比特序列储存的绝对位置。这个位置是唯一性的。如果在比较时发现多个相符，就有多个的比特不可靠，于是需要另一个查错程序或者输出出错警报，因为在此位置不能够确定唯一性的绝对位置。
例如另一个检错程序在于，从当前的位置与上一个位置之间的改变只能够是预定值着手。如果这时在比较时发现多个相符，就把多个位置中的其与上个位置的距离没有超过或者最接近于上次确定的位置解释为有效的。
还有可能，把比较就局限于上次确定的位置的相邻区域内。
下面参照图4和图5a至5f借助于具体例子更详细地说明本发明。
在图4中可见，用3位的字可以唯一性地区别最多8个不同的代码字，从而也可以唯一性地区别八个不同的位置。在第一行中有串行的单轨迹单步伪随机代码(PRC)的比特序列。因为带有所有的可能性，所以这种序列也称为最长序列。
图4中在此第一行下面示出了对8个不同位置被扫描的代码字。这些代码字各由头三个比特构成。作为冗余的信息在此例中扫描最后的代码字。这些附加的比特是用斜体示出。最长序列优选地用于角度测量，在此封闭地使用最长序列。
下面借助于图5a至5f在第二位置说明比较程序，其中把识别成不可靠的比特标以F。这些比特作为比较结果总是给出相符。在比较时的相符在图5a至5f中用X标志。
在图5a中示出在扫描中不含有出错的比特，从而在8个不同位置的单个比较中出现所有比特的相符。从而这些位置是可以唯一性确定并且分析成有效的。
在图5b中一个扫描出的比特标以出错标记F。这个比特在比较时不予考虑，这个位置还定可以唯一性确定的。
图5c中两个扫描得出的比特标以出错标记F。在此这个位置还是可以唯一性确定的。
在图5d中有三个比特标出为不可靠的，然而这个位置还是可以唯一性确定的。
在图5e中同样有三个比特标出为不可靠的，但是在其它的位置，发现两个相符，从而这个位置不是可以唯一确定的。
图5f示出没有比特被识别成不可靠的比特，尽管如此在比较时没有发现相符。这意味着在扫描中至少有一个出错的比特，但是出错检验装置P没有识别出。由此可以确定出错检验装置工作不可靠。
冗余扫描并且用于比较的比特最好与代码字直接相邻的比特，但是这不是必要的。重要的只是要把冗余扫描出的比特位置正确地与从规定串的比特进行比较。
本发明尤其有利地可以用于有序的单步曼彻斯特代码。但是本发明不限于这种代码，它与可以用于多轨迹的代码。在此每个代码元件还只从一个单个的区域组成，从而每个比特只从一个模拟扫描信号得到。为了检验这种比特的可靠性把这种扫描信号以公知的方式与额定幅度比较。
本发明特别有利地采用光学扫描原理。但是本发明不限于这种扫描原理，而是可以用于磁性的，电感性以及容性的扫描原理。
所述的位置测量装置可以用于测量直线的或者旋转的运动。在此所测量的对象可以是机床、的台或者滑动架、坐标仪或者电动机的转子和定子。
权利要求
1.测量绝对位置的方法，具有以下的方法步骤-扫描由一串代码模式组成的代码模式，其中每个代码模式唯一性地定义一个绝对位置，并且每一个代码模式由多个代码元件(C1、C2、C3)组成，以及扫描附加的代码元件；-通过扫描该代码模式构成带有多个比特的代码字(CW)；-通过扫描附加的代码元件构成附加的比特；-检验代码字(CW)的比特以及附加的比特的可靠性，并且在低于规定的一个比特的标准时给该比特分配出错标记(F)；-规定一串比特序列，其中相应地给这样的比特序列中的一个唯一地分配一个绝对位置；-把代码字(CW)的比特与规定的一串比特序列进行比较并且把附加比特与规定的比特序列的相应比特进行比较，在所有的比特相一致时，把该相应的绝对位置分配给代码字(CW)，其中在对相符性进行比较时不考虑设有出错标记(F)的比特。
2.如权利要求1所述的方法，其中附加的代码元件至少是一串代码模式中的另一个代码模式的一部分。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中通过扫描代码模式产生多个模拟扫描信号(S)并且为了构成一个比特至少采用一个这样的扫描信号(S)。
4.如权利要求3所述的方法，其中在检验一个比特的可靠性时把构成该比特所采用的扫描信号的信号幅度与额定幅度进行比较。
5.如权利要求3所述的方法，其中采用两个扫描信号(S1A、S1B)构成一个比特，在检验该比特的可靠性时把这两个扫描信号(S1A、S1B)的差与一个额定的差(V)进行比较。
6.如以上权利要求之一所述的方法，其中通过储存的分配表列规定一串比特序列及给每个这样的序列分配绝对位置。
7.如权利要求1至5之一所述的方法，其中按照一个构成规则规定一串比特序列及给每个这样的序列分配绝对位置。
8.位置测量装置，用于实施如以上权利要求之一所述的方法。
全文摘要
在一种根据本发明的测量绝对位置的方法中，冗余地扫描一个代码(C)，其中除了用于测量绝对位置所需要的代码句(CW)以外检测其它的比特。所有通过扫描得出的比特对可靠性进行检验并且在识别为不可靠的比特时对该比特分配出错标记(F)。在解码时不考虑带有出错标记(F)的比特。
文档编号G01D5/347GK1497243SQ0315981
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月25日 优先权日2002年9月25日
发明者R·米特曼, R 米特曼 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司