专利名称：绝对位置编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于测量运动元件相对于固定元件的位置的编码器，并且更具体地涉
及适于测量运动元件相对于固定元件的绝对位置的编码器。
背景技术：
已知适于确定相对于彼此可以移位的第一元件和第二元件之间的相对位置的编 码器。通常，一个元件是保持固定的分度元件，而另一个元件是可以沿基本上平行于所述分 度元件的位移方向而相对于所述分度元件移位的读头。分度元件包括增量轨道以便能够 以例如当所述编码器开启或当其复位时发现所述读头的位置为基准，确定所述分度元件相 对于读头的位移。读头包括分析器和用于照亮分度元件的增量轨道的至少一个光发射器， 该分析器接收穿过所述分度元件或在所述分度元件上反射的光，所述分析器包括适于产生 代表它们所接收的光的电信号的某种光探测器装置。编码器还包括处理装置，该处理装置 接收电信号，从而根据接收到的所述电信号确定读头的位置。这本身并不足以确定读头相 对于分度元件的绝对位置，因为它仅允许确定从编码器开启或复位的时刻起的两者间的位 移。 在许多情况下，确定读头相对于分度元件的绝对位置也是必需的。所述分度元件
包括默认识别的原点，并且绝对位置与相对于所述原点确定的位置有关。已知适于测量绝
对位置的编码器，所述编码器的分度元件包括用于识别所述绝对位置的绝对轨道或至少一
个基准标记。读头包括用于照亮绝对轨道或基准标记的光发射器，并且光探测器装置产生
代表在所述绝对轨道或基准标记上反射的或穿过所述绝对轨道或基准标记的光的至少一
个附加电信号。处理装置根据所述附加电信号确定读头的绝对位置。在一些编码器中，诸如那些在文献US3162711、US3187187、US4678908和EP453971
中公开的编码器中，分度元件包括用于确定绝对位置的基准标记。光探测器装置产生代表
在增量轨道上反射的或穿过增量轨道的光的两个正交的电信号和代表在基准标记上反射
的或穿过基准标记的光的至少一个附加电信号，并且处理装置以从附加电信号确定的基准
位置为原点、根据所述正交的电信号确定读头相对于分度元件的增量位置。基准标记可以
例如设置在分度元件上或平行于所述分度元件，并且读头必须位移以便检测所述基准标记
并且从而确定读头的绝对位置。 为了防止读头的这种初始位移，一些编码器(诸如专利文献EP1577646A1和 ES2199686B1中公开的编码器)使用包括具有特殊蚀刻的绝对轨道的分度元件代替基准标 记，该特殊蚀刻具有基于数字伪随机序列(PRBS)的编码，所述绝对轨道通常设置在所述分 度元件上。所述编码器还包括线性布置的光探测器，这些光探测器用于产生代表在绝对轨 道上反射的或穿过绝对轨道的光的至少一个附加电信号。例如，存在实现编码的不同方法， 诸如在专利文献ES2032719A1中所公开类型的标准二进制码，诸如在专利文献GB2126444A 中示出的另一种曼彻斯特类型，以及诸如专利文献DE4436784B4中示出的、其中所述编码 行被加宽和变窄的另一种类型。
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EP503716B1公开了一种编码器，其中使用伪随机编码以获得读头的绝对位置而不 必移动它。当实现编码时，必须满足某些要求以确保绝对轨道可以同时实现增量轨道和绝 对轨道的功能，结果获得了依赖于增量轨道的限制性伪随机编码。另外，在分度元件上的污 垢沉积以及甚至用来制造所述分度元件的材料的质量都可能对编码器在确定读头的绝对 位置的时刻的操作造成损害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绝对位置编码器，并且，更具体地提供一种改进了现 有技术的某些特征的绝对位置编码器。 本发明的所述绝对位置编码器包括分度元件和读头，所述读头可以沿位移方向相 对于所述分度元件移位。所述读头包括分析器和用于照亮所述分度元件的至少一个光发射 器，穿过所述分度元件的或在所述分度元件上反射的至少一部分光到达所述分析器，并且 所述分析器适于产生代表接收到的所述光的电信号。所述分度元件包括增量轨道和绝对轨 道，所述增量轨道具有以特定增量周期沿位移方向分布的多个标记，所述绝对轨道具有沿 所述位移方向分布的多个标记。 所述绝对轨道以平行于所述增量轨道的排列布置，并且包括伪随机序列的标记和
周期序列的标记，所述伪随机序列的标记沿所述位移方向伪随机地分布，所述周期序列的
标记以特定绝对周期沿所述位移方向分布，所述绝对周期大于所述增来周期并且为所述增
量周期的整倍数。所述伪随机序列的标记设置在所述周期序列的标记之间，并且仅一个标
记或者没有标记设置在所述周期序列的两个标记之间，与所述周期序列的两个标记分开。
所述伪随机序列的标记在所述周期序列的标记之间的存在或不存在限定了用于确定所述
读头的绝对位置的编码。所述分析器产生代表穿过所述绝对轨道的或在所述绝对轨道上反
射的光的至少一个附加电信号，根据所述附加电信号确定所述读头的所述绝对位置。 在本发明的所述编码器中使用的所述绝对轨道使代表穿过所述绝对轨道的或在
所述绝对轨道上反射的光的所述附加电信号能够由更多数量的转变(transitions)组成，
而与无限制地使用的伪随机编码无关。结果，例如，假如所述伪随机序列中的两个标记设置
在由所述周期序列中的标记划界的两个相邻空间中，则相对比于现有技术，在所述附加电
信号中对于每个标记至少有两个转变。 因而能得到更不受所述分度元件上存在的污垢或用于制造所述分度元件的材料 缺陷影响的编码器，从而提供更耐用的绝对位置编码器。另外，因为将不能看到代表穿过所 述绝对轨道的或在所述绝对轨道上反射的光的所述电信号中的转变，所以可以检测足够大 量的污垢的存在。 根据附图和其详述，本发明的这些和其他优点以及特征将变得明显。
图1示出本发明的编码器的实施方式。 图2是图1的编码器的读头的发射器和附加光探测器装置的立体图。
图3是图1的编码器的分度元件的实施方式的局部俯视图。
图4示出设置在图3的分度元件上的绝对轨道的实施方式。
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图5示出用于图4的绝对轨道的实施方式的附加电信号，绝对轨道的绝对周期等 于增量轨道的增量周期的两倍。 图6示出用于图4的绝对轨道的实施方式的附加电信号，绝对轨道的绝对周期等 于增量轨道的增量周期的三倍。 图7示出现有技术的轨道，该轨道执行增量轨道和绝对轨道的功能。 图8示出用于图7的增量轨道的、由使用根据发明的编码器的优选实施方式的读
取系统产生的附加电信号。
具体实施例方式
图1和2示出本发明的编码器100的实施方式，使用该编码器100来测量一个元 件相对于另一个元件的位置。编码器100包括固定分度元件2和读头l，该读头1可以沿基 本上平行于所述分度元件2的位移方向X而相对于分度元件2移位，确定读头1沿位移方 向X相对于分度元件2的位置。
读头1包括用于照亮分度元件2的至少一个光发射器和接收穿过所述分度元件2 的或在所述分度元件2上反射的光的分析器。分析器产生代表由所述分析器所接收的光的 电信号，并且读头1还包括处理装置(图中未示出)，该处理装置接收所述电信号并且根据 所述电信号确定读头1的位置。分度元件2包括增量轨道23，该增量轨道23具有以增量周 期P20沿位移方向X分布的多个周期标记20，分析器包括光探测器装置(图中未示出)，该 光探测器产生代表在穿过周期标记20或在周期标记20上反射之后到达分析器的光的两个 正交的电信号，所述正交的电信号用于确定读头1和所述分度元件2之间的增量位置。分 度元件2还包括绝对轨道21并且分析器还包括附加光探测器装置4，该附加光探测器装置 4产生代表在穿过绝对轨道21或在绝对轨道21上反射之后到达分析器的光的至少一个附 加电信号5，所述附加电信号5用于确定读头1的绝对位置。所述附加光探测器装置4与线 性布置的光探测器相当。优选地，编码器100包括用于照亮增量轨道23的第一发射器和用 于照亮绝对轨道21的第二发射器10。 如图3所示，绝对轨道21以基本上平行于增量轨道23的排列而设置在分度元件2 上。所述绝对轨道21包括沿位移方向X伪随机地分布的伪随机序列的标记21a和以特定 绝对周期P21b沿所述位移方向X分布的周期序列的标记21b，该特定绝对周期P21b大于增 量周期P20并且是所述增量周期P20的整倍数。伪随机序列的标记21a设置在周期序列的 标记21b之间，仅一个标记21a或没有标记21a设置在每两个周期序列的标记21b之间，与 两个标记21b分开，所述伪随机序列的标记21a在每两个周期序列的标记21b之间的存在 和不存在限定了伪随机编码，该伪随机编码沿分度元件2的长度不重复，使用该伪随机编 码可以确定读头1的绝对位置。图4示出了分度元件2上的绝对轨道21的伪随机序列和 周期序列的实施方式，伪随机序列的标记21a由条来代表以使它们更易于识别。
由于伪随机序列的标记21a，所以可以在所有时刻识别读头的绝对位置，这是因为 到达附加光探测器装置4的光取决于由伪随机序列的标记21a表示的编码，所述光穿过标 记21a或在其上被反射。如上所述，伪随机序列的标记21a设置在周期序列的标记21b之 间。为了检测绝对位置，绝对轨道21的编码被解释为位序列，每个位对应于绝对周期P21b。 当周期序列(绝对周期P21b)的两个标记21b之间有伪随机序列的标记21a时，一个位可以具有等于1的值，并且当所述周期序列(绝对周期P21b)的两个标记21b之间没有所述 伪随机序列的标记21a时， 一个位可以具有等于0的值，反之亦然。附加光探测器装置4适 于接收与有限数量的位对应的光，所述数量的位对应于由处理装置借助于相应的附加电信 号5而解释的编码，以在每个时刻确定读头1的绝对位置。因为伪随机序列的标记21a以 伪随机排列而设置，沿分度元件2的长度没有编码重复，所以能够在每个时刻确定读头1的 绝对位置。 周期序列的标记21b不限定任何用于识别读头1的绝对位置的编码，不限定由如 上所述的伪随机序列的标记21a执行的功能。由于所述标记21b，本发明的编码器100允许 附加电信号5在每一位中包括更多数量的转变(电平的边缘或变化)，而与所使用的伪随 机编码无关，这是因为当标记21a定位在两个所述标记21b之间时它们也与所述标记21b 分开。结果，假如所述伪随机序列的两个标记21a设置在由周期序列的标记21b划界的两 个相邻空间中，则例如在附加电信号5中存在多个转变两个转变由检测到第一标记21b引 起，另两个转变由第一标记21a引起(必须记住，假如所述标记21a和21b是不透明的则在 两个标记之间存在透明区域，或者假如所述标记21a和21b是透明的则存在不透明区域)， 并且对于第二标记21a和21b同样如此。另外对于具有透明和不透明性质的标记和区域， 它们也可以是具有反光性质的标记和区域。结果，假如所述标记21a和21b是非反光的则 在两个标记之间因而应存在反光区域，或者假如所述标记21a和21b是反光的则应存在非 反光区域。 编码器100的位置的计算涉及图5和6示出的转变点P，例如，所述计算中的误差 越小，则所涉及的点P的数量越大。为此，如同其它因素一样，转变的数量越多并且每次转 变的点P的数量越多，则位置计算中的分辨率越高。 在本发明的编码器100的绝对轨道21中，由于转变的存在，例如，如果有少量污垢 沉积在所述绝对轨道21上，假定它不会影响转变的数量，因而将允许确定相应的标记21a 的存在或不存在，则对于测量绝对位置来说它可以不被注意。结果，因而可以得到更加不受 分度元件2上存在的污垢或用于制造所述分度元件2的材料缺陷影响的编码器100，从而提 供更耐用的绝对位置编码器100。另外，如果污垢的量足够大而导致一些转变被消除，则应 可以检测所述消除，并且从而可以检测所述污垢，这是因为在应指示有所述污垢存在的相 应的附加电信号5中将不会察觉到转变。 附加电信号5的形式取决于用于捕获所述光的读取系统，换句话说，取决于所 使用的发射器的宽度、所述发射器和分度元件之间的距离、以及分析器和所述分度元件 之间的距离。在优选实施方式中，本发明的编码器IOO中使用的读取系统与专利申请 EP1577646A1中描述的系统一致。在所述申请中，在发射器的宽度、所述发射器和分度元件 之间的第一距离以及分度元件和分析器之间的第二距离之间建立关系。因此，在优选实施 方式中，所述发射器10的宽度、发射器10和分度元件2之间的距离以及所述分度元件和分 析器之间的距离之间的所述关系实现为具有特定的特征，该特定的特征为所述第一距离和 所述第二距离是相同的。如图5和6所示，结果，因而能获得对于每一位呈现出至少一个大 体上呈三角形轮廓的附加电信号5，每一位均包括至少两个转变(两个边缘)。因为所述发 射器10和分度元件2之间的第一距离以及分析器和所述分度元件2之间的第二距离是相 等的，所以如所述图5和6所示，另外在所述优选实施方式中能获得附加电信号5的三角形
6轮廓的"峰值"之间的相同的距离D而与所述距离的值无关。相对比于本发明的编码器100 的绝对轨道21，例如，设置在图7示出的文献EP5030716A1的编码器的分度元件2'上的编 码器的绝对轨道21'，产生了诸如图8示出的附加电信号6(使用本发明的优选实施方式中 使用的读取系统)。图7的伪随机编码与图3和4的伪随机编码并不相当，但是基于图8示 出的附加电信号6，显然，由于获得了的转变数量较少，所以可以获得的分辨率小于使用本 发明的编码器100的获得的分辨率。例如，假如污垢沉积在所述绝对轨道21'上，或假如用 于制造分度元件的材料的质量含有缺陷，则所得到的附加电信号6可以包括变化，该变化 可以解释为与伪随机标记(或伪随机标记的不存在)相对应的转变，引起错误的绝对位置 测量，而本发明的编码器100则不会发生这种错误的绝对位置测量。 使用本发明的编码器100的绝对轨道21，也通过使用优选实施方式中使用的读取 系统，由于附加电信号5的大体上呈三角形的轮廓，例如如图5和6所示，与突然形成所述 转变或边缘(作为结果，在每个所述附加电信号5的转变期间能检测较少数量的附加电信 号5的点P)相比，在每个所述附加电信号5的转变期间可以识别更多数量的附加电信号5 的点P，所以可以在测量中获得更大的分辨率。 在优选实施方式中，绝对周期P21b等于增量周期P20的两倍，从而允许获得更佳 的清晰度的三角形轮廓，这又允许更佳的分辨率。图5示出每个三角形轮廓上的不同的点， 该不同的点可以与考虑来获得绝对位置和改善分辨率的不同的点相一致，而不是仅使用与 形成每个三角形轮廓的峰值的位的分辨率相对应的点。可以使用其它绝对周期P21b(诸如 等于增量周期P20的三倍的绝对周期)，但是三角形轮廓损失了清晰度，并且虽然提高了相 对于不包括周期序列的标记21b的绝对轨道的分辨率，但是由例如使用低质量的分度元件 l的基底而引起的分辨率下降的风险会大于当所述绝对周期P21b等于增量周期P20的两倍 时的风险。图6示出了使用等于增量周期P20三倍的绝对周期P21b的附加电信号。
在优选实施方式中，绝对轨道的两个序列的标记21a和21b还包括等于周期标记 20的宽度，该宽度等于增量周期P20的一半。另外，在所述优选实施方式中，标记21a的中 心与该标记21a放置在其中的、周期序列的两个标记21b之间划界的空间的中心重合，并且 每个标记21b的中心沿位移方向X与相应的周期标记20的中心重合。
权利要求
一种绝对位置编码器，所述绝对位置编码器包括分度元件(2)，所述分度元件(2)具有增量轨道(23)和绝对轨道(21)；和读头(1)，所述读头(1)可沿基本上平行于所述分度元件(2)的位移方向(X)相对于所述分度元件(2)移位，所述增量轨道(23)包括多个周期标记(20)，所述周期标记(20)沿所述位移方向(X)以增量周期(P20)分布，并且所述读头(1)包括光发射器(10)，所述光发射器(10)用于照亮所述分度元件(2)；和分析器，所述分析器接收穿过所述分度元件(2)或在所述分度元件(2)上反射的部分光，并且所述分析器产生代表接收的所述光的电信号，所述绝对位置编码器的特征在于所述绝对轨道(21)包括伪随机序列的标记(21a)和周期序列的标记(21b)，所述周期序列的标记(21b)以大于所述增量周期(P20)并且为所述增量周期(P20)的整倍数的绝对周期(P21b)沿所述位移方向(X)分布，最多一个所述伪随机序列的标记(21a)设置在每两个所述周期序列的标记(21b)之间，与两个所述周期序列的标记(21b)分开，所述伪随机序列的标记(21a)沿所述位移方向(X)的存在或不存在限定了伪随机编码，并且所述分析器适于产生至少一个附加电信号(5)，所述附加电信号(5)代表在穿过所述绝对轨道(21)或在所述绝对轨道(21)上反射之后所述分析器接收的光，借助于所述附加电信号(5)确定所述读头(1)的绝对位置。
2. 根据权利要求l所述的绝对位置编码器，其中，所述绝对周期(P21b)等于所述增量 周期(P20)的两倍。
3. 根据权利要求1或2所述的绝对位置编码器，其中，所述绝对轨道(21)的所述伪随 机序列的标记(21a)的中心与所述伪随机序列的标记(21a)放置在其间的、在两个所述周 期序列的标记(21b)之间划界的空间的中心重合。
4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的绝对位置编码器，其中，每个所述周期序列的 标记(21b)的中心沿所述位移方向(X)与相应的周期标记(20)的中心重合。
5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的绝对位置编码器，其中，所述绝对轨道(21) 的两个序列的标记(21a、21b)和所述增量轨道(23)的所述周期标记(20)包括等于增量周 期(P20) —半的宽度。
6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的绝对位置编码器，其中，所述发射器(10)包 括确定的宽度，所述发射器(10)和所述分度元件(2)之间的第一距离和所述分析器和所述 分度元件(2)之间的第二距离相等。
全文摘要
本发明提供一种包括分度元件(2)和可以相对于所述分度元件(2)移位的读头的编码器，所述分度元件(2)包括增量轨道(23)和绝对轨道，所述增量轨道(23)具有以增量周期分布的多个周期标记(20)，所述绝对轨道包括伪随机序列的标记(21a)和以大于所述增量周期的绝对周期分布的周期随机序列的标记(21b)。最多一个所述伪随机序列的标记(21a)设置在每两个所述周期序列的标记(21b)之间，与两个所述周期序列标记(21b)分开，所述伪随机序列的标记(21a)的存在或不存在限定了伪随机编码。所述读头包括用于照亮所述分度元件(2)的光发射器和分析器，所述分析器产生代表在所述绝对轨道(21)上反射之后所述分析器接收的光的附加电信号。
文档编号G01D5/26GK101750108SQ20091025407
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月16日 优先权日2008年12月17日
发明者帕布罗·德拉丰特·普拉多, 托马斯·莫拉安斯·卡尔沃 申请人:菲高合作社