具有校準功能的線性編碼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的具有校準功能的線性編碼器，根據(jù) 權(quán)利要求7的前序部分所述的用于這種線性編碼器的校準方法，以及這種計算機程序產(chǎn) 品。
【背景技術(shù)】
[0002] 在許多應(yīng)用領(lǐng)域需要用于精確距離測量的線性編碼器，其中，例如，要確定可沿線 性路徑移動的部件的位置，及其組件在諸如驅(qū)動軸或樞轉(zhuǎn)軸這樣的線性軸上的位置。在這 種情況下檢測的位置可以被用作用于測量目的的位置值，或者還用于經(jīng)由具有位置控制環(huán) 路的驅(qū)動器來定位組件。這種線性位置編碼器因此用于諸如坐標測量機（CMM)、大地測量 裝置、機器人手臂或液壓致動器的裝置中。出于該目的，線性編碼器具有可彼此相關(guān)地移動 的、質(zhì)量具體化裝置（mass embodiment)和用于掃描其的讀取端頭，并且具有控制與分析單 元，該控制與分析單元用于調(diào)節(jié)測量操作，并且用于將通過讀取端頭記錄的位置值指配給 掃描信號。在這種情況下，根據(jù)需求和結(jié)構(gòu)選項，或者讀取端頭固定或者質(zhì)量具體化裝置可 移動，例如，因為質(zhì)量具體化裝置連接至要檢測其線性移動的可移動物體，或者質(zhì)量具體化 裝置固定地定位，而讀取端頭與其相關(guān)地移動，例如，因為坐標測量機的、設(shè)置有讀取端頭 的測量滑架在接合至測量臺的標尺托架上移動。
[0003] 在這種情況下，質(zhì)量具體化裝置的掃描通?；诠鈱W(xué)、感應(yīng)、磁性或電容物理原理 而按免接觸方式執(zhí)行。例如，讀取端頭可以具有照明裝置，其利用光照射具有反射光或散射 光（反射光掃描）或透射光（透射光掃描）的標記。光在傳感器（例如，在光電池或CCD陣 列上）的感光拾取器上入射。如果質(zhì)量具體化裝置具有反光標記，則該傳感器接合至讀取 端頭的同一側(cè)上，作為照明裝置。在另一情況下，讀取端頭側(cè)向地包圍質(zhì)量具體化裝置，并 且傳感器和照明裝置大約彼此相對地設(shè)置在讀取端頭中/處/之上。該標記被用作碼元， 該碼元用于編碼讀取端頭的、與質(zhì)量具體化裝置有關(guān)的相對位置。該編碼例如可以通過交 替相似光/暗轉(zhuǎn)換、波紋圖案而實現(xiàn)為遞增編碼，或者，對于除了光學(xué)測量方法以外的其它 測量方法來說，例如通過許多限定的不同圖案而作為實現(xiàn)為電極或磁極，或者實現(xiàn)為絕對 編碼。還已知遞增與絕對部分編碼的組合，例如，用于確定所有情況下的粗略位置和精細位 置。例如，光學(xué)位置編碼的可能實現(xiàn)例如在專利申請EP 12175130.9中找到。
[0004] 原則上，各種材料適合作為用于質(zhì)量具體化裝置的材料。因為碼元要代表限定的 位置值，所以它們實際上必須位于與讀取端頭有關(guān)的位置處，來表示相應(yīng)位置值。當前，這 種質(zhì)量具體化裝置常常由鋼帶、塑料、玻璃或陶瓷制造。該標記以高精度施加至質(zhì)量具體化 裝置上，以供精確定位，其相對地對質(zhì)量具體化裝置的生成方法產(chǎn)生針對制造公差的高要 求，但也取決于希望的精確程度、取決于以后需求的校準過程，其向每一個編碼值指配一位 置值，其接著被典型地存儲在線性編碼器的存儲單元中。應(yīng)當明白的是，在已經(jīng)執(zhí)行一次的 定位（例如，通過編碼校準）之后，該編碼位置應(yīng)當繼續(xù)保持與讀取端頭有關(guān)的恒定，而不 應(yīng)改變。然而，對于目前典型地用于質(zhì)量具體化裝置的的材料的情況來說，諸如溫度和濕度 變化的環(huán)境影響，而且還有質(zhì)量具體化裝置的老化過程產(chǎn)生造成質(zhì)量具體化裝置膨脹或收 縮的變化，并由此拉伸或壓縮碼元彼此的距離。由于這種影響，因而可以出現(xiàn)的是，通過存 儲單元指配給碼元的位置值不再對應(yīng)于讀取端頭和測量桿的實際相對位置。在公布申請 DE 19608978A1中，提出了利用玻璃陶瓷作為用于光電位置測量單元的質(zhì)量具體化裝置的 材料，來避免這種影響。
[0005] 作為老化或環(huán)境影響的結(jié)果，如果質(zhì)量具體化裝置的材料與容納該質(zhì)量具體化裝 置的物體（例如，測量臺）的材料之間出現(xiàn)張力，則該質(zhì)量具體化裝置因而整體上可以與讀 取端頭相關(guān)地移位，由此，零點位置改變。為消除這種問題，提出了組合具有不同熱膨脹系 數(shù)的材料以抵消溫度影響（例如，參見DE 19726173 A1)。這些示例中的許多示例，而且還 有用于數(shù)學(xué)上補償因在這種方式下造成的錯誤的嘗試（例如，參照WO 9935468 A1)需要用 于修正補償?shù)臏囟却_定，然而，其假定了生產(chǎn)者處的預(yù)先的溫度校準。
[0006] EP 1195880 A1公開了一種用于增加具有質(zhì)量具體化裝置的線性電動機的定位部 件的定位精度的方法，其被設(shè)置得可相對于讀取端頭線性移動。該質(zhì)量具體化裝置具有由 磁性碼元制成的遞增位置編碼。該讀取端頭具有控制與分析單元和彼此隔開的至少兩個傳 感器，其在這個示例中被實現(xiàn)為Hall傳感器并且被用于校準定位部件。這種情況下，傳感 器的距離適于質(zhì)量具體化裝置上的兩個磁性碼元彼此具有的距離，并且在理想情況下等于 其。在校準運行時，該定位部件與讀取端頭相對地移動，并且碼元通過兩個傳感器檢測并且 輸出為傳感器信號?；趥鞲衅餍盘柡退鎯π畔?，目標位置值通過控制與分析單元查明。 在每種情況下，目標距離由兩個目標位置值的距離之差形成，其在該定位部件的兩個位置 的情況下獲得，其接連獲得兩個傳感器處的相等傳感器信號值（在一個正弦周期內(nèi)）。因為 兩個這種位置的實際距離在絕對值上對應(yīng)于兩個傳感器彼此的距離，所以目標位置誤差根 據(jù)該目標距離與實際距離之差來確定。從零位置進行，這針對定位部件的所有連續(xù)位置連 續(xù)執(zhí)行，其中，在前差值被添加至在每種情況下按目前位置查明的差值。
[0007] EP 1195880 A1中描述的方法具有的缺點在于，被用作標準的傳感器的距離大約 和遞增位置編碼的標記距離一樣大。這在校準期間需要大量連續(xù)步驟，由此，出現(xiàn)大量誤差 添加步驟，其導(dǎo)致隨著數(shù)量增加的不確定性。另外，這種不確定性可以因傳感器信號檢測中 的小干擾而被放大，其必須通過誤差加權(quán)來消除。明確需求的定位精度大約>1 ? 1〇_4,其不 足以如所需的高精度定位或距離測量，例如，在諸如質(zhì)量檢驗、度量學(xué)測量、大地測量等的 應(yīng)用中。進一步的缺點在于，因為該方法，在該裝置的零位置處，未校準范圍繼續(xù)保持存在， 并且傳感器的距離與質(zhì)量具體化裝置上的碼元的距離必須彼此適合。另外，在EP 1195880 A1中未考慮環(huán)境影響或老化現(xiàn)象。盡管如此，這些可以導(dǎo)致傳感器彼此距離的改變，由此， 誤差值查明可能非常不利地被破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的問題由此是提供一種改進的、更可靠的線性編碼器，和用于這種線性編 碼器的改進校準方法。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，通過獨立權(quán)利要求的特征和/或通過附屬權(quán)利要求的特征來解決該 問題，或者改進這些解決方案。
[0010] 本發(fā)明涉及一種具有用于高精度距離測量的質(zhì)量具體化裝置的線性編碼器，其具 有用于校準該線性編碼器的質(zhì)量具體化裝置的校準裝置和校準方法。該質(zhì)量具體化裝置沿 線性軸延伸。該質(zhì)量具體化裝置具有由單個碼元制成的位置編碼標記。為此，該碼元具有 按比特順序與存儲在控制與分析單元中的關(guān)聯(lián)條編碼（bar