专利名称：绝对位置测量装置的制作方法
绝对位置测量装置
背景技术：
在许多领域，为了确定两个彼此相对运动的物体的位置，越来越多地使用绝对角度测量装置。绝对角度测量装置相对于纯增量测量的系统所具有的优点是，在每个相对位置中，在供应能量中断以后也可以立即输出正确的位置信息。在此，绝对位置由角度编码体现。将位置信息布置在具有在测量设备中相继布置的码元的单个的编码轨道中是特别节省空间的。在此，码元以伪随机分布的方式相继布置， 使得特定数目的彼此跟随的码元分别形成码字，该码字单义地定义绝对位置。在将扫描设备移动一个单个的码元时就已经形成新的码字，并且在整个的、要绝对获取的范围上提供了不同码字的序列。这种连续的或顺序的编码也常常被称为链码或被称为伪随机码(PRC)。为了从所扫描的码字中确定绝对位置——也称为解码，使用解码表，在该解码表中为每个码字分配一个位置。为了给所扫描的码字分配绝对位置，该码字形成用于解码表的地址，使得在输出端处存在针对该码字所保存的绝对位置并且该绝对位置可用于继续处理。该非易失性的表如今可以以硬布线的方式敷设在ASIC中，以便使得能够进行快速访问。对角度测量装置的分辨率的要求越来越高，使得在360°的跨度上应该单义地编码许多位置。必须编码的位置越多，后续的解码成本越高。在连续编码时的问题是，对于高的分辨率，必须生成非常多的不同的码字并且必须对这些码字进行解码。如果解码借助于表来进行，则需要大的表，在该大的表中为每个可能的码字都保存了与此有关的绝对位置。 如果解码借助于计算机来进行，则这导致相对长的计算时间。US 6，330，522 Bl说明了一种可以如何设置角度编码和角度测量设备以便减小解码成本的措施。在此，第一编码序列和第二编码序列被在360°的跨度上布置在彼此平行分布的轨道中。第一编码序列被在360°的跨度上布置五次，而第二编码序列被在360°的跨度上布置十四次。这些编码序列成不同的角度扇形。第一编码序列的位宽与第二编码序列的位宽不同。解码设备具有用于对第一编码序列进行解码的第一值储备(Wertevorrat)以及用于对第二编码序列进行解码的第二值储备。绝对位置通过两个子位置的组合在360° 跨度上的每个位置处是单义的。在此的缺点是，在360°的跨度上只能编码一定数目的位置，该数目分别是两个编码序列的长度的整数多倍。
发明内容
因此本发明的任务是说明一种角度编码，利用该角度编码可以在360°的跨度上单义地编码任意数目的位置，并且利用该角度编码使得能够在角度测量装置中简单地解码通过扫描该角度编码所生成的码字的序列。该任务通过在权利要求1中所说明的角度编码来解决。在权利要求12中说明一种具有这种角度编码的绝对角度测量装置。所述绝对角度编码具有多个布置在360°内的编码序列，这些编码序列以组合方式单义绝对地对360°进行编码，其中由码元的序列构成的第一编码序列成第一角度扇形并且被相继跟随地布置多次以及被多次循环延续，由码元的序列构成的第二编码序列成第二角度扇形并且被相继跟随地布置多次以及被多次循环延续，其中第一角度扇形不等于第二角度扇形，并且编码序列的至少之一在360°内仅被部分地构造，并且与后续的编码序列形成接合处。换句话说，两个编码序列的至少之一在360°内有一次仅部分地延展，并且该部分连接到下一编码序列上。在该连接处，该编码序列被中断，因为在这里产生接合区域，在该接合区域中在扫描时产生新的码元序列，即新的位模式或字。新的位模式意味着，该位模式不是编码序列及其循环延续的组成部分。在此，所述编码序列在圆盘上是圆形的或者被布置在转筒(Trommel)的范围上。码元分别是角度编码的一个区域，从该区域中可导出位。编码序列表示码元的顺序，该顺序在该编码序列的整个长度上定义码元栅格 (Raster)中的不同位置。循环延续的编码序列表示，在编码序列的末端再次连接了该同一编码序列的开始部分。根据本发明构造的角度编码现在尤其是使得能够在360 °的跨度上对 2k个不同的位置进行编码，其中优选k>4并且是整数的。第一编码序列和第二编码序列的码元优选分别成相等的角度扇形。这是能够特别简单地通过码元的数目来定义角度扇形的大小的前提条件。如果第一编码序列的长度与第二编码序列的长度相差1，则获得了不同位置的最大数目。在此，第一编码序列的长度是第一编码序列的码元的数目，并且第二编码序列的长度是第二编码序列的码元的数目。当第一编码序列和第二编码序列布置在不同的轨道中时，可以得出对通过扫描编码序列所获得的字(位模式)的相对简单的评估。在布置在两个轨道中的情况下，在两个规道中分别在360°的跨度上布置相等的数目为M1 < KGV (U . LrJ的码元，其中
KGV (La , la) = La和Lb的共同的最小倍数
“=第一编码序列(A)的码元的整数数目 Li =第二编码序列(B)的码元的整数数目。当第一编码序列和第二编码序列布置在共同的轨道中时，在360°的跨度上可以对更多的不同位置进行编码，所通过的方式是分别交替地布置第一编码序列的一部分和第二编码序列的一部分。尤其是在第一编码序列的一个码元之后分别跟随第二编码序列的一个单个的码元，并且在第二编码序列的码元之后分别跟随第一编码序列的一个单个的码兀。在布置在共同的轨道中的情况下，在该轨道中在360°的跨度上布置数目为 M2< 2* KGV (La , L8)个码元，其中
KGV (U , L0) = La和L8的共同的最小倍数La =第一编码序列(A)的码元的整数数目 Lb =第二编码序列(B)的码元的整数数目。如果应当对通过两个编码序列A、B所确定位置值进行进一步分辨，则可以与绝对角度编码同心地布置至少一个增量轨道。该增量轨道的划分周期例如是编码序列A、B的码元宽度的一小部分。一种角度测量装置现在具有探测器装置和解码设备，该探测器装置用于对角度编码的第一和第二编码序列进行扫描以及用于生成码字，该解码设备用于对码字进行解码以及用于生成位置值。解码设备具有用于对码字的第一序列进行解码的值储备，该第一序列分别在对第一编码序列及其循环延续进行扫描时产生，并且解码设备具有用于对码字的第二序列进行解码的第二值储备，该第二序列分别在对第二编码序列及其循环延续进行扫描时产生，并且解码设备具有另外的值储备，该另外的值储备适用于对第一编码序列和/或第二编码序列的接合处进行解码。本发明的另外的有利扩展方案在从属权利要求中说明。
根据附图详细阐述本发明的实施例。图1以示意图示出具有第一角度编码的第一角度测量装置； 图2示出用于确定第一角度测量装置的位置的流程图和计算规则；
图3示出根据第一角度编码的示例从所读取的位模式(字)中确定位置的图； 图4以示意图示出具有第二角度编码的第二角度测量装置； 图5示出第二角度测量装置的探测器装置的位模式； 图6示出用于确定第二角度测量装置的位置的流程图和计算规则； 图7示出根据第二角度编码的示例从所读取的位模式(字)中确定位置的图。
具体实施例方式在本发明中使用游标原理。为了绝对位置测量使用两个连续的编码序列A、B，这两个编码序列A、B成不同的角度扇形La, Lb。在360°测量范围内的每个位置处现在获得由若干连续的编码序列A、B的子位置%的组合构成的单义的绝对位置P0S。这种编码的优点在于，解码设备3分别只须对相对短的若干连续的编码序列A、B及其循环的延续部分进行解码，并且然后可以从所解码的编码序列A、B中通过相对简单的关系确定出在360° 的跨度上的单义的位置P0S。如果解码借助于表进行，则只需要若干小的表。所需的表录入项比可输出的绝对位置少得多。在图1中示意性示出根据本发明所构造的第一绝对角度编码1和角度测量装置。 该角度编码1被构造为使得其在一整周内、即在360°的跨度上无限地在每个位置处定义单义的绝对位置P0S。为此，角度编码1由相继布置的码元AO至A4及BO至B3的序列构成，这些码元分别成相等大小的角度扇形。码元AO至A4的第一序列布置在第一轨道中以及形成第一编码序列A，并且码元BO至B3的第二序列布置在第二轨道中以及形成第二编码序列B。这两个编码轨道彼此同心地布置。特别有利的是，这两个编码轨道的码元彼此对齐。位置测量的原理基于所成角度扇形La和Lb大小不同的两个编码序列A、B的差
拍。角度扇形《U和Lb对此仅相对于彼此稍有差别，使得角度扇形La不是角度扇形LbW 整数多倍。如果如在该示例中所示出那样编码AO至A4的角度扇形等于码元BO至B3的角度扇形，则为了简化进一步的阐述，编码序列A、B的角度扇形的大小可以通过码元的数目来表示。因此，1^和Lb作为码元的数目是整数的并且优选是互素的。当“与Le相差1时， 得出最大待解码长度M1max。第一编码序列A以长度La的位序列A0A,A2Ai...Aia,给出。第二编码序列B通过长度Lb的位序列BqB1B2B3…Blm给出。在此Aj, Bi € {0；1},由于编码序列A和编码序列B的不同长度La, Lb,导致编码序列A和B之间的差拍。在La- Le = 1的情况下，可编码的总长度__ (即据此重复位模式的长度)通过
Mt_ = KGV 〖LA, Lb) = La* L8给出，其中KGV , Lb) = La和Lb的最小共同的倍数。对于许多应用来说期望这样的角度编码1，即该角度编码在一周上、即在360°内定义M, == 2k个不同的位置。为了形成该角度编码1，在360°内因此不完整地形成编码序列A、B中的至少一个，以便定义所要求的_ = 2&个不同的位置。为了位置测量，角度编码1示例性地被光学扫描，所通过的方式是码元与位置有关地调制光束，使得在扫描设备的探测器装置2的位置处产生与位置有关的光分布，该光分布被探测器装置2转换成电扫描信号,。该探测器装置2是行传感器(Zeilensensor)， 该行传感器具有在测量方向上所布置的探测器元件的序列。这些探测器元件被构造为使得给每个相对位置中的每个码元单义地分配这些探测器元件的至少之一，并且因此从这些码元的每一个中可以获得位0或1。对此在光学扫描原理的情况下，码元是反射的或非反射的，或者不透明的或透明的，其中给反射的码元示例性地分配位值1，而给非反射的码元分配位值0。编码序列A、B内的位的顺序(位模式)针对两个编码序列A、B分别形成码字W， 其中所述位的数目取决于扫描长度k。扫描信号、即码字饭，被输送给解码设备3，该解码设备3从编码序列A、B之一的每个码字谢中导出子位置A, Xe并且从该子位置知，Xb中然后从中形成绝对位置P0S。在相对于角度编码1将探测器装置2移动码元A、B的宽度或长度的情况下，从编码序列A、B的每一个中分别产生新的码字W。探测器装置2分别具有探测器2A、2B以用于分别以扫描长度Lu来扫描编码序列
A、B之一。对于该角度编码现在存在两个范围 第1范闱
这是如下范围其中所有编码序列A、B被完整实施并且以循环延续的方式存在。第2范围得出新的接合处ST，在该接合处ST编码序列的至少之一(在此为编码序列A)的循环延续被中断。跨过该接合处ST的范围引起在解码时利用至少一个分开的表来进行分开的处理，因为在扫描时所生成的跨过该接合处ST的位模式不存在于表Ta和/或Te中。
下面根据一个示例来进行进一步阐释 每周长所需的位的数Il 二 16 = 24 扫描长度Lu = 4
t0040] 完整的角度编码1具有长度=La * Lb = 20个位置并且为了提供所需的角度编码 1被切断到或减小到16个位置的长度M,。
编码序列A或B通过如下给出
编码序列 A -.A0A1A2A3A4 编码序列B B0B1B2B3 表Ta :用于编码序列A
位模式字Wa子位置％AiA1A2A3WmOA1A2AjA4WAI1A2A3A4A0Wa22A3A4A0A1WmA4A0AiA2Wm4
表Tb 用于编码序列B
位模式字Wb子位置χβBQBIB^B^WBP0B1B2B3B0W611B^BaBoBiW822B^BqBIBJWm3现在编码序列A和B在新的接合处ST发生什么？
首先看到，编码序列B恰好在其循环延续处(即在B3和βδ之间)被切断。如果探测器装置2Β因此而跨过接合处ST移动，则这不导致关于编码序列B (“B栅(B-Raster)”)和表 Tb的任何问题在位B3之后又跟随位B0-因此编码序列B及其循环延续未被中断。与此相反，编码序列A在接合处ST被中断，因为在接合处编码序列A被切断并且未完整地延展。在编码序列A的情况下，现在在利用探测器装置2Α驶过接合处ST时，新的、未存在于表Ta中的位模式出现。在位Ae之后恰好不跟随A1,而是又是Ae ,然后才是A115 在新表Tsta中总结了编码序列A在接合处ST的新位置(“ST”代表接合处；“A”代表编码序列A)。该附加的表Tsta提供了用于对在接合处ST由探测器2A所生成的字Wsta进行解码的值储备。这些录入项的数目为(LuI)并且在该示例中为3。 表 Tsm
权利要求
1.一种绝对角度编码，具有多个布置在360°内的编码序列(A、B)，这些编码序列(A、 B)以组合方式单义绝对地对360°进行编码，其中由码元的序列构成的第一编码序列(A)成第一角度扇形( La)并且被相继跟随地布置多次以及被多次循环延续，由码元的序列构成的第二编码序列(B)成第二角度扇形(Lb)并且被相继跟随地布置多次以及被多次循环延续，其中第一角度扇形(La)不等于第二角度扇形(Lb )，并且编码序列(A、B)的至少之一在 360°内仅被部分地构造，并且与后续的编码序列(A、B)形成接合处(ST)。
2.根据权利要求1所述的绝对角度编码，其特征在于，第一编码序列(A)和第二编码序列(B)的码元成相等的角度扇形。
3.根据权利要求2所述的绝对角度编码，其特征在于，第一编码序列(A)的长度(U)与第二编码序列(B)的长度(Lb)相差1，其中第一编码序列(A)的长度(La)是第一编码序列的码元的整数数目并且第二编码序列(B)的长度(Lb)是第二编码序列(B)的码元的整数数目。
4.根据前述权利要求1至3之一所述的绝对角度编码，其特征在于，第一编码序列(A) 布置在第一轨道中并且第二编码序列(B)布置在另一轨道中，该另一轨道与第一轨道同心地延伸。
5.根据权利要求4和权利要求2或3之一所述的绝对角度编码，其特征在于，在360° 的跨度上在第一轨道以及另一轨道中分别布置相等的数I I为M1 < KGV (La . Lb)的码元，其中KGV (La , U) = La和Lb的共同的最小倍数La =第一编码序列(A)的码元的整数数目 Li =第二编码序列(B)的码元的整数数目。
6.根据权利要求5所述的绝对角度编码，其特征在于，所述数目为M1= ，其中k>4 并且是整数的。
7.根据前述权利要求1至3之一所述的绝对角度编码，其特征在于，第一编码序列(A) 和第二编码序列(B)布置在共同的轨道中，所通过的方式是分别交替地布置第一编码序列 (A)的一部分和第二编码序列(B)的一部分。
8.根据权利要求7所述的绝对角度编码，其特征是，在360。的跨度上布置数目为M2 <2* KGV《LA，Le)个码元，其中KGV (U , U) = La和La的共同的最小倍数La =第一编码序列(A)的码元的整数数目 Li =第二编码序列(B)的码元的整数数目。
9.根据权利要求8所述的绝对角度编码，其特征在于，所述数目M2= 2k，其中k>4并且是整数的。
10.根据前述权利要求之一所述的绝对角度编码，其特征在于，与绝对角度编码(1、 10)同心地布置至少一个增量轨道(4、40)。
11.根据权利要求10所述的绝对角度编码，其特征在于，与绝对角度编码(1、10)同心地布置一个单个的增量轨道(4、40)，并且在一个码元内布置大于或等于1的整数个增量划分周期。
12.—种绝对角度测量装置，具有角度编码(1、10)，该角度编码(1、10)具有多个布置在360°内的编码序列(A、B)，这些编码序列(A、B)以组合方式单义绝对地对360°进行编码，其中由码元的序列构成的第一编码序列(A)成第一角度扇形(La)并且被相继跟随地布置多次以及被多次循环延续，由码元的序列构成的第二编码序列(B)成第二角度扇形(Lb) 并且被相继跟随地布置多次以及被多次循环延续，其中第一角度扇形(U)不等于第二角度扇形(Lb )，并且编码序列(A、B)的至少之一在 360°内仅被部分地构造，并且与后续的编码序列(A、B)形成接合处(ST)；探测器装置(2、20)，用于扫描角度编码(1、10)的第一和第二编码序列(A、B)并且用于生成码字(W)，以及解码设备(3、30 )，用于对码字(,)进行解码并且用于生成位置值(POS )。
13.根据权利要求12所述的绝对角度测量装置，具有根据权利要求1至11之一的角度编码，其中解码设备(3、30)具有用于对码字的第一序列(Wa)进行解码的第一值储备(Ta )，该第一序列分别在对第一编码序列(A)及其循环延续进行扫描时产生，并且解码设备(3、30)具有用于对码字的第二序列(W&)进行解码的第二值储备(Te)，该第二序列分别在对第二编码序列(B)及其循环延续进行扫描时产生，解码设备(3、30)具有另外的值储备(Tsm、！Sr )，该另外的值储备(Tsta、Tst )适用于对第一编码序列(A)和/或第二编码序列(B)的接合处(ST)进行解码。
14.根据权利要求13所述的绝对角度测量装置，其特征在于，所述另外的值储备(Tsta、Tst M呆存在可编程的固定值存储器中并ill一值储备(Ta )以及第二值储备(Tb )以固定布线的方式存在。
全文摘要
一种绝对角度编码(1)具有第一编码序列(A)和第二编码序列(B)。编码序列(A、B)具有不同的长度()，其中两个编码序列(A、B)的长度()优选相差1。为了能够用这些编码序列(A、B)以交错布置的方式在单个轨道中在360°的跨度上对数目为的不同的位置进行编码或者在两个轨道中在360°的跨度上对数目为的不同的位置进行编码——其中=和的共同的最小倍数，不完整地实施编码序列(A、B)的至少之一并且在到下一编码序列(A、B)的过渡处形成接合处(ST)。为了在角度编码(1)的一周内确定单义的绝对位置(POS)，设置了解码设备(3)，该解码设备(3)针对两个编码序列(A、B)中的每一个具有用于解码的自己的表()。为了在接合处(ST)进行解码，设置了另一个表()。从通过解码所获得的子位置(、、)中确定出绝对位置(POS)。
文档编号G01D5/245GK102203561SQ200980143346
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月1日 优先权日2008年10月30日
发明者C·林格克 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司