专利名称：绝对编码器设置指示的制作方法
技术领域：
本发明涉及绝对位置编码器，尤其涉及用于确定绝对位置编码器的设置的方法和
直O
背景技术：
绝对位置编码器是已知的，它能够确定读取头相对于标尺的绝对位置。这种编码器通常包括标尺，所述标尺具有至少一个轨道，其中沿着标尺的测量维度连续地形成唯一的位置数据。该数据的形式可以例如为伪随机位序列或离散密语。通过读取该数据，读取头能确定它与标尺的相对绝对位置。绝对编码器能提供沿一个维度的位置信息(例如如公开号为W02002/084223的国际专利申请PCT/GB2002/001629以及欧洲专利No. 0503716中所描述的)或者沿两个维度的位置信息(例如如欧洲专利申请No. 1099936中所描述的)。绝对编码器的正确工作取决于读取头和标尺的合适设置。这可以包括读取头和标尺在自由度方面而不是在测量维度方面的相对布置。例如，读取头正确读取标尺的能力可以依赖于读取头和标尺以合适的骑跨高度被相对地设置和/或被合适地对准，从而读取头相对于标尺不摇摆、倾斜或者滚动。它还依赖于与标尺和读取头的相对设置无关的其它因素。例如，读取头正确读取标尺的能力可以依赖于标尺的清洁度。
发明内容
本发明提供了一种绝对位置编码器，其基于对绝对标尺结构的图像 (representation)的分析，提供表示读取头和标尺设置的输出。根据本发明的第一方面，提供了一种操作绝对编码器装置的方法，所述编码器装置包括标尺和读取头，所述标尺具有沿至少一个测量维度限定绝对位置信息的结构，所述读取头被构造成读取所述结构，所述方法包括获取限定绝对位置信息的至少一些结构的至少一个图像；分析所述至少一个图像以便确定表示所述图像质量的至少一个参数；以及至少部分地基于所述至少一个参数提供表示所述标尺和读取头的相对设置的输出。已经发现确定图像质量能提供连续可靠的方法来检查读取头和标尺是否被适当地设置，包括检查读取头和标尺是否相对于彼此合适地布置，以及用于检查标尺的状态。为了确保读取头能获得精确的和/或可靠的位置信息，这是重要的。因此，表示图像质量的参数可以提供对图像适配性的测量以便提供位置信息，特别是提供可靠的和/或精确的位置 fn息ο所述输出可以以许多不同的方式被使用，以便确保编码器装置的正确工作。例如， 如下面更详细描述的，当读取头和标尺被正确地设置时，所述输出可以被用来提示使用者， 从而使得使用者能确保他们正从编码器装置获得最优性能。如果输出表示正在获得次优性能，则使用者可以进行校正动作。选择地，输出可以由例如控制器接收，所述控制器可以响应于输出(例如通过将读取头使用在其上的机器停机)。确定所述至少一个参数可以只是基于所述结构的至少一个图像。因此，这使得能够仅仅从所述至少一个图像确定关于读取头和标尺相对布置的设置信息。特别是，这使得仅仅从包含在单个轨道中的结构确定设置信息。因此，所述方法可以用于仅包括单个轨道的标尺。正如将要理解的，如果标尺是一个维度的标尺，则轨道仅仅能沿一个维度延伸。如果标尺是两个维度的标尺，那么轨道能沿两个维度延伸。所述编码器装置可以是电磁编码器或者是电感编码器。编码器装置可以是电容编码器。选择地，所述编码器装置是光学编码器。在这种情况下，所述编码器装置可以是透射型装置，其中读取头检测通过标尺透射的光线。选择地，所述编码器装置可以是反射型装置，其中读取头检测从标尺反射的光线。所述读取头可以包括用于对标尺照明的光源。正如将要理解的，具有能在标尺上限定所述结构的许多合适的方法。例如，可以通过标记来限定结构，所述标记具有特殊电磁辐射(EMR)特性，例如特殊光学特性，例如通过标尺部件的特殊光透射率或反射率。因此，所述标尺可以是光学标尺。结构例如可以由具有最小反射率或透射率值的标尺的部件限定。选择地，结构例如可以由具有最大反射率或透射率值的标尺的部件限定。在电磁编码器的情况下，结构可以通过标记限定或者例如通过具有或不具有铁磁材料限定，所述标记具有特殊电磁特性。在电容标尺的情况下，结构可以由具有特殊电容特性的标记限定。所述结构可以采取能够被读取头读取的线条、点或其它构造的形式。用于一维标尺的优选构造可以包括沿着与所述测量维度垂直的维度横跨轨道整个宽度延伸的线条。通过对轨道中结构的选择性构造，在结构中能对绝对位置信息进行编码。例如，可以选择一系列结构的尺寸和/或间隔以便对轨道中的数据进行编码。适于与本发明使用的传感器包括电荷耦合装置(CCDs)、互补金属氧化物半导体 (CMOS)传感器、光电二极管阵列、霍尔传感器阵列、磁阻传感器阵列以及电容传感器阵列。 适于用在读取头中以便获得图像的传感器装置可以包括离散传感器元件阵列。例如，所述传感器可以包括离散传感器元件的一维线性阵列。例如，在标尺是光学标尺的情况下，传感器可以是一维CMOS传感器。所述离散传感器元件阵列可被布置成使得所述阵列平行于标尺的测量维度延伸。该布置在所述结构包括垂直于标尺的测量维度延伸的线条时特别有用。分析所述图像以确定表示图像质量的参数可以包括关于预定标准评价图像。合适的标准可以包括在至少一个图像中至少一些结构的方位、在图像中至少一些结构的质量、 图像的扭曲和/或图像的放大。因此，分析所述至少一个图像可以包括分析所述至少一个图像中结构的方位。这对于确定读取头和标尺的相对摇摆(即，关于垂直于标尺延伸的轴线的相对旋转)是有用的。当使用沿两个维度延伸的传感器阵列(诸如二维CCD或者二维CMOS传感器)时可以确定所述至少一个图像中结构的方位。而且，分析所述至少一个图像可以包括分析所述图像中至少一些结构的质量。这可以包括分析至少一些结构在图像中复制的怎么样。这可以包括分析包含在至少一个图像中的至少一些结构的强度。用来测量所述结构的强度的特性依赖于所使用的标尺的类型 (特别是在标尺上限定结构的方式)以及用来检测所述结构的方法。例如，所述强度可以包括结构的尺寸。例如，这可以是它们沿测量维度的尺寸。选择地，所述强度包括在所述至少一个图像中至少一些结构的幅度。选择地，所述强度可以包括所述结构的边缘的锐度。
可以使用所述图像的其它特性来确定表示图像质量的参数。例如，绝对编码器标尺经常包括绝对位置数据的冗余度，以便读取头可以对图像执行误差检查和/或误差纠正。在这种情况下，确定所述至少一个参数能包括确定图像的误差率。这可以包括确定必须被纠正的位的数量。而且，分析所述至少一个图像可以包括在整个图像上比较图像中结构的特性(例如，它们的幅度、锐度和/或放大率)。例如，这可以包括确定在图像一端处至少一个结构的幅度是否比在图像相对端处至少一个结构的幅度更大。如果是这样，则这可以表示读取头和标尺相对于彼此是倾斜的(例如前后倾斜)。所述输出可以至少部分地基于确定图像至少一部分的质量是否满足阙值质量。所述阙值质量可以被设置成比所需的图像质量更大，以便从图像获取可靠的位置信息。这能有助于确保在读取头失效(例如提供不正确的位置读数或者不能提供位置读取)之前采取纠正措施。所述输出能表示图像质量的水平。因此，这能有助于提供以下测量，即读取头和标尺没有被适当设置的程度以及将发生读取头故障的可能性。例如，所述输出可以至少部分地基于以下确定，即图像质量满足最低阙值质量的程度。所述输出可以用来表示如何能改善图像质量。因此，所述输出能传递关于图像质量如何是次优的信息。所述轨道能包括第一类型结构以及至少第二类型结构。所述第一类型结构在图像中复制的如何对于读取头和标尺的设置的敏感性比第二类型结构更大。在这种情况下，分析所述至少一个图像能包括分析所述第一类型结构的至少一个。轨道上的所述第一类型和第二类型结构可以由其相对尺寸区别开。例如，第一类型结构可以是在维度中小于第二类型结构的那些结构。因此，分析所述至少一个图像能包括分析轨道的至少一个较小结构。特别地，所述第一类型结构可以是在测量维度中比第二类型结构更小的结构。正如将要理解的，所述第一类型结构不是必须在所有或任何方面是相同的。例如， 它们可以具有不同的形状和/或尺寸。如果结构在至少一个测量维度中的尺寸小于阙值尺寸，则所述结构可以被识别成第一类型结构。第二类型结构也不是必须在所有或任何方面是相同的。结构的尺寸如果沿至少一个测量维度比阙值尺寸更大，则它可以被识别为第二类型结构。分析所述至少一个图像可以包括将在图像中复制的第一类型结构与在图像中复制的第二类型结构比较。特别地，这可以包括将图像中的第一类型结构的强度与图像中的第二类型结构的强度进行比较。选择地，这可以包括将图像中第一类型结构的幅度与图像中第二类型结构的幅度进行比较。分析所述至少一个图像可以包括对至少一些结构的至少一部分图像进行傅立叶变换。特别地，分析可以包括大致以结构的空间频率对结构的至少一部分图像进行傅立叶变换。选择地，分析可以包括大致以结构的空间频率的谐波对结构的至少部分图像进行傅立叶变换。表示图像质量的参数可以基于傅立叶变换的量级。选择地，分析可以包括对至少一些结构的图像的至少一部分进行快速傅立叶变换 (FFT)。表示质量的参数可以基于以至少一个空间频率FFT的量级。第一类型结构可以被布置成在轨道中大致是周期性的。在这种情况下，分析所述至少一个图像可以包括以第一类型结构的空间频率对结构的至少部分图像进行傅立叶变换。这能给出表示至少一个图像中第一类型结构幅度的值。分析可以包括对至少一些结构的至少一部分图像执行一个或多个傅立叶变换。因此，这些可以以一个或多个不同频率进行。所使用的至少一些频率可以涉及所述结构的空间频率。特别地，所使用的至少一些频率可以涉及第一类型结构的空间频率。选择地，至少一些频率不涉及结构的空间频率。例如，如果所述结构的空间频率不是精确地被知道，则所述方法可以包括评价一些空间频率。 这些可以是围绕结构的空间频率估计的一些空间频率。在这些情况下，与结构的空间频率最紧密对应的空间频率可以具有最大傅立叶变换量级。该最大量级的值可以表示在所述至少一个图像中结构的幅度。例如，该最大量级的值可以表示在所述至少一个图像中第一类型结构的幅度。正如将要理解的，可以通过具有或不具有第一类型结构而在轨道中编码绝对数据 (从而形成第二类型结构)。因此，图像中第一类型结构的数目可以根据读取头和标尺沿测量维度的相对位置而变化。这反过来又干涉来自傅立叶变换的值如何反映至少一个图像中结构的质量。因此，所述方法可以包括基于图像中第一类型结构的数目而补偿傅立叶变换的结果。所述输出可以基于参数，而不仅仅是表示至少部分图像的质量的至少一个参数。 所述输出可以基于不同因素的结合。例如，所述输出还可以基于读取头温度(例如，如果读取头包括温度传感器)、动力状态(例如如果读取头包括电池时电池状态)、标尺和读取头的相对速度以及/或者标尺和读取头的相对加速度。因此，可以提供单个包括所有读取头设置的输出，其至少部分基于表示图像质量的至少一个参数。选择地，所述输出可以只是基于所述至少一个参数。因此，所述输出可以只是基于所述至少一个图像的质量。标尺可以包括多个轨道。例如，除了包含限定绝对位置信息的结构的轨道之外，所述标尺可以包括包含限定增量位置信息的结构的第二轨道。选择地，所述标尺仅包括单个轨道。这提供了特别紧凑的标尺。获得所述图像可以包括获取至少一些所述结构的图像。特别地，这可以包括获得至少一些结构的快照图像。至少一些结构的图像可以是至少一些结构的影像。因此，所述读取头可以包括至少一个光学元件，用于将来自标尺的EMR聚焦到传感器上。合适的光学元件包括透镜，例如圆柱透镜。其它合适的透镜包括衍射镜，诸如菲涅耳带片(FZP)。所述方法可以进一步包括分析所述至少一个图像以便确定沿至少一个测量维度读取头和标尺的相对位置。因此，相同的图像可以被用于确定设置输出以及确定定位信息。 所述位置信息可以在设置信息之前被确定，反之亦然，或者同时确定它们。可以通过与读取头分离的电路执行对至少一个图像的分析。例如，所述至少一个图像可以被传送到读取头外面的电路进行分析。优选地，所述读取头包括电路，其被构造成分析所述至少一个图像。所述电路可以是可编程的或者可以是硬连接的。合适的电路可以包括处理器。正如将要理解的，处理器包括合适的用于处理图像的装置并且包括模拟信号处理器和/或数字处理器。正如将要理解的，所述处理器可以包括单个部件或者可以包括多个彼此协作的不同部件。所述输出可以是到电路的信号。所述电路可以包括处理器。所述电路可以位于读取头的外面。在这种情况下，所述电路可以是控制器的一部分。所述控制器可以被构造成根据输出采取行动。例如，所述控制器可以被构造成停止编码器装置使用在其上的机器的操作。选择地，所述输出包括使用者可检测输出。例如，所述可以包括对使用者的可视指示。所述读取头可以包括输出装置，借助该输出装置可以提供使用者可检测输出。例如，所述输出装置可以包括视觉指示装置。例如，所述输出装置可以包括至少一个光源。例如，所述输出装置可以包括至少一个发光二极管(LED)。正如将要理解的，可以使用其它输出。例如，可以使用声音输出。而且，可以提供多于一个的输出。例如，所述方法可以包括输出可视指示以及到处理器(例如在读取头外面的电路)的输出。根据本发明的第二方面，提供了一种绝对编码器装置，其包括标尺和读取头，所述标尺具有限定沿指示一个测量维度的绝对位置信息的结构，所述读取头被构造成读取所述结构，其中所述装置被构造成借助读取头获得至少一些结构的至少一个图像；分析所述至少一个图像以确定表示图像质量的至少一个参数；以及至少部分地基于所述至少一个参数提供表示标尺和读取头的相对设置的输出。根据本发明的第三方面，提供了一种用于绝对编码器装置的读取头，其包括用于获得至少一些结构的至少一个图像的至少一个传感器；电路，其被构造成分析所述一个图像以确定表示图像质量的至少一个参数；以及输出装置，其至少部分地基于所述至少一个参数提供表示标尺和读取头的相对设置的输出。
现在将参照以下附图描述本发明的实施例，其中图1显示了根据本发明的绝对编码器的示意性等轴测视图；图2是图1所示绝对编码器的光学部件的示意性视图；图3是图1所示绝对编码器的读取头的电子部件的示意性视图；图4是图1所示读取头的高级别操作的流程图；图5是用于确定设置信息的第一方法的流程图；图6是用于确定设置信息的第二方法的流程图；图7a是图1所示标尺的示意性平面图；图7b是来自图1所示读取头的传感器的最优输出的示意性视图；图7c示意性地显示了来自图1所示读取头的传感器的次优输出，这是由于读取头与标尺的不合适的相对骑跨高度和/或摇摆；以及图7d是来自图1所示读取头的传感器的次优输出的示意图，这是由于读取头与标尺的不合适的相对倾斜。
具体实施例方式参照图1和图2，显示了一种绝对编码器2，其包括读取头4和标尺6。所述读取头 4和标尺6被分别设置在第一和第二物体(未示出)上，所述第一和第二物体可以沿着X轴线相对于彼此移动。在所描述的实施例中，标尺6是线性标尺。然而，可以理解，标尺6可以是其它类型的标尺，诸如旋转标尺。而且，标尺6仅提供沿单个维度的测量信息。然而， 应当理解，不是必须是这种情况，例如，标尺可以提供沿两个维度的测量信息。如图所示，读取头4包括第一光源3。在所述实施例中，第一光源被安装在读取头4的顶面上，从而当使用编码器2时它可以容易地被操作者看见。标尺6是绝对标尺并且包括轨道7，轨道7具有一系列反射线8和非反射线10，它们垂直于测量方向X延伸。反射线8和非反射线10以预定周期(即，限定特定的空间频率) 大体以交替方式设置。然而，轨道7缺少选择的非反射线10，以便形成离散的密语，从而对轨道7中的绝对位置数据进行编码。这种绝对标尺以及在轨道中如何对绝对位置信息进行编码的进一步细节被描述在国际专利申请PCT/GB2002/001629(公开号W02002/084223) 中，其内容以参考的方式被结合在本文中。标尺6仅包括单个轨道7，但是可以包括多个轨道。例如，如果期望的话，除了所示轨道之外，还可以提供分离的增量轨道或分离的绝对轨道。正如将要理解的，作为缺少非反射线10的补充或替代，还可以缺少反射线8，以便在轨道7中对绝对位置数据进行编码。而且，可以不用添加或者移除反射线8或非反射线 10，而在轨道7中嵌入绝对位置数据。例如，它们之间的线条宽度或者距离可以变化，以便在标尺6中嵌入绝对位置数据。而且，不是提供离散的密语，而是嵌入伪随机位序列形式的绝对数据(如在欧洲专利No. 0503716中所描述的)。如图2所示，读取头4另外包括发光二极管(LED)形式的第二光源12、透镜18、一维CMOS传感器20以及窗户22。如图所示，在所述实施例中，第一光源3包括三个不同颜色 (例如，红，绿和蓝)的独立控制的发光二极管。在所述实施例中，CMOS图像传感器20包括单排256个细长像素，其长度平行于标尺上反射线8和非反射线10的长度延伸。正如将要理解的，可以代替CMOS传感器使用其它图像传感器。例如，可以使用CCD或者光电二极管阵列。而且，可以代替所述一维图像传感器使用两维图像传感器。从第二光源12发射的光线穿过窗户22并落在标尺6上。标尺6将光线往回反射通过窗户22，再穿过透镜18，透镜18又将被反射的光线聚焦在CMOS图像传感器20上。因此，CMOS图像传感器20检测标尺6的一部分(特别是轨道7)的图像。参照图3，读取头4还包括处理器对、模拟-数字转换器(ADC) 30、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)或闪存形式的存储器装置32以及接口 38。正如本领域普通技术人员将要理解的，读取头4可以包括其它合适的电子部件，例如放大器、驱动器等，为清楚起见， 在图3中省略了这些电子部件。第一光源3的三个LED与处理器M相连，从而它们可以根据处理器M的要求独立地操作。CMOS图像传感器20经由ADC30与处理器M相连，使得处理器M可以接收穿过 CMOS图像传感器20的光线强度的数字化图像。CMOS图像传感器20还与处理器M直接相连，使得CMOS图像传感器20可以被操作以便根据处理器M的要求对穿过它的光线强度拍快照。处理器M与存储器32相连，从而它可以存储并再获得数据以便用于它的处理(如下面更详细描述的)。接口 38与处理器M相连，从而处理器M可以经由线路40从外部装置(未显示)接收命令并将结果输出到外部装置。参照图4-7，现在将描述绝对编码器2的操作。参照图4，将描述操作100的方法的高度概括。该方法开始于步骤102，为读取头4通电源。例如，这可以通过打开读取头的电源(未显示)而进行。读取头4然后在步骤104获得轨道7的快照图像。这可以响应于借助接口 38从外部装置(例如，控制器)接收的位置要求。选择地，这可以响应于内部产生的需求，例如，通过处理器对，该处理器M被构造成要求获得快照图像以便根据需要进行分析。通过处理器控制第二光源12照明轨道7并且同时控制CMOS传感器20和ADC30 以便获得轨道7的数字化图像，读取头4获得快照图像。参照图7 (a)，显示了轨道7的示意性平面图，其具有多个反射线8和非反射线10。 如图所示，轨道7包括许多窄的结构(例如，由附图标记9表示)和许多宽的结构(例如， 由附图标记11表示)。在所述实施例中，窄的结构是在测量维度上其宽度小于反射线8和非反射线10的基本周期的结构，宽的结构是在测量维度上其宽度等于或大于反射线8和非反射线10的基本周期的结构。然而，这不是必须的，也可以应用其它标准来确定什么是宽的结构以及什么是窄的结构。例如，宽的结构可以简单地是标尺上的那些结构，它们沿测量维度比标尺上的其它结构相对更大(即，什么被当作宽的结构和窄的结构是以相对的方式被确定的并且取决于所使用的标尺的类型)。如图7(a)所示，宽的结构不需要所有均具有相同的宽度；相反，它们可以具有不同的宽度。在标尺6上方设置读取头(在图7 (a)中未显示)，使得CMOS检测器20能捕获标尺6的图像。图像的质量可以取决于读取头4和标尺6的设置。例如，如果读取头4的位置与标尺6离得太近或太远，和/或如果读取头4相对于标尺倾斜(例如围绕Y-轴线旋转)、 滚动(例如围绕X轴线旋转)和/或摆动(例如围绕与标尺6的平面垂直的轴线(例如Z 轴线)旋转)，和/或例如如果标尺是脏的，那么图像的质量以及它的沿标尺测量维度提供可靠位置信息的能力就受损害。特别地，这使得读取头难以可靠地识别标尺6上的结构并因此难以确定读取头4和标尺6沿至少一个测量维度的精确的相对位置。例如，参照图7 (b)，其显示了由读取头4的CMOS检测器20所获得和输出的轨道7 的图像，读取头4相对于标尺6被合适地设置。在这种情况下，图像的质量是好的，特别是， 在整个图像上有好的信号幅度。特别地，能够看出，轨道7上窄的结构的幅度％与宽的结构的幅度^大致相等。参照图7(c)，其显示了由读取头4的CMOS检测器20所获得和输出的轨道7的图像，读取头4相对于标尺具有次优的骑跨高度。在这种情况下，图像的质量是差的，特别是， 在整个图像上信号幅度下降，其中窄的结构的幅度％比宽的结构的幅度 显著下降。图7c 所示轨道的图像也是以下情形的图像，其中读取头4和标尺6围绕垂直于标尺的轴线(例如，围绕图1所示的Z轴线)相对于标尺具有次优的角度对准。参照图7(d)，其显示了由读取头4的CMOS检测器20所获得和输出的轨道7的图像，读取头4关于平行于标尺但是垂直于CMOS传感器阵列长度的轴线(例如，围绕图1所示的Y轴线)相对于标尺具有次优的角度对准。在这种情况下，图像的质量是差的。特别地，在图像的一侧(即，由仍然靠近标尺的CMOS传感器获得的一侧)信号的幅度仍然是强的，但是朝着另一侧(即，由远离标尺倾斜的CMOS传感器获得的一侧)下降。而且，窄的结构的幅度比宽的结构的幅度显著下降。在步骤106，处理器M处理轨道的图像以便获取绝对相对位置信息，从而确定读取头4和标尺6的绝对相对位置。这可以应用已知技术进行，例如应用在国际专利申请PCT/ GB2002/001629(公开号冊2002/08422；3)中描述的技术。一旦已经确定绝对位置，则在步骤 108输出所述位置。在步骤110，处理器M处理轨道的图像以便确定设置信息。步骤110的细节在图 5和6中(这在下面被描述)更详细地显示。如图4所示，步骤110与步骤106平行地发生。然而，不是必须是这种情况，步骤106和110可以串联地发生(步骤106在步骤110之前发生，反之亦然)。正如将要理解的，不是所获得的轨道的每个图像都需要被处理来确定设置信息。例如，读取头可以被构造成仅仅分析每隔一个的图像，或者图像的任何其它顺序以便确定设置信息。而且，读取头可以被构造成仅仅根据要求分析图像及确定设置信息。一旦已经获得设置信息，处理器M就控制第一光源3以便根据在之前步骤110中所获得的结果来将设置信息输出给使用者。例如，在该实施例中，当在之前步骤110中所获得的设置信息表示读取头4和标尺6没有被合适地构造时，处理器M可以打开红色LED，当设置信息表示读取头4和标尺6被合适地构造时，就打开绿色LED。正如将要理解的，可以以多种不同方式控制红色、绿色和蓝色LED以便给使用者指示不同的设置信息。当读取头4通电时，循环地继续所述方法并且控制返回步骤104。所述方法一直继续，直到关掉读取头4。参照图5，将更详细地描述用于确定设置信息的第一种方法。所述方法包括在步骤202识别图像中的一个或多个宽的结构，然后在步骤204识别图像中的一个或多个窄的结构。用于识别图像中哪个是窄的结构以及哪个是宽的结构的合适的技术包括测量所述结构的宽度并且与标尺中结构的基本周期相比较。在步骤206，宽的结构的幅度、与窄的结构的幅度％相比较以便获得幅度比率。 这包括将i)图像中所有窄的结构的平均幅度除以ii)图像中所有宽的结构的平均幅度。正如将要理解的，其它技术也可以被用来比较所述结构。特别地，所述方法可以将仅仅一个窄的结构(例如具有最小幅度的结构)的幅度与仅仅一个宽的结构的幅度比较。选择地，所述方法可以将图像左边结构的幅度与图像右边结构的幅度进行比较。在步骤208，所述方法包括将幅度比率与存储在存储器32中的阙值进行比较以便确定设置指示器输出。可以提供仅仅一个阙值，其值比所需幅度比率更大，以便能从图像获取可靠的位置信息。例如，如果幅度比率小于该最小阙值，则这可能表示差质量的图像，并且设置指示器输出可以被选择，使得处理器M将控制第一光源3发出红色光线以便警告使用者读取头4和标尺6没有被合适地设置。然而，如果所述幅度比率大于该预定阙值，则设置指示器输出可以被选择成指示处理器M控制第一光源3发出绿色光，从而指示使用者读取头4和标尺6被适当地设置。而且，第一光源3可以以不同方式被控制以便给使用者指示不同的设置状态。例如，可以使用光源中LED的照明的不同组合来产生不同颜色和 /或可以控制LED以不同速率闪亮和闪灭，以便发出信号表示不同设置状态。这可以通过确定幅度比率超出最小阙值的程度并且相应地控制LED而实现。例如，这可以通过提供多个阙值而实现，所述阙值的水平表示图像质量的不同量级以及因此读取头/标尺设置。然后将幅度比率与它们进行比较以便确定如何控制LED(例如，如果幅度超出最高阙值，那么发出绿色光，如果幅度比率降到最高阙值与最低阙值之间，则发出橙色光，如果幅度比率降至最低阙值之下，则发出红色光)。这还可以通过仅仅使用单个阙值而实现，并且输出(例如，颜色、亮度和/或闪动频率)取决于幅度比率高出最低阙值多少。如果期望的话，输出还可以表示如何可以改善图像质量。例如，确定设置信息的步骤110可以包括确定幅度比率是否在整个图像上改变。如果这样的话，那么这可以是表示 读取头和标尺相对倾斜并且因此输出可以将这个指示给使用者。例如，在读取头上可以有 LED阵列，它可以被控制以便指示任何倾斜的方向(以及选择地，倾斜的程度)。因此，所述输出可以传递关于图像质量如何是次优的信息。参照图6，将更详细地描述用于确定设置信息的第二种方法。所述方法包括在步骤 302中以窄的结构的基本空间频率对图像进行傅立叶变换。正如将要理解的，可以在构建编码器装置期间提供基本空间频率ω，或者可以通过在步骤302之前分析标尺的图像而计算基本空间频率ω。然后在步骤304建立傅立叶变换的量级Α。正如将要理解的，傅立叶变
换提供真实部@和虚拟部3，并且可以通过以下等式计算量级A如)f+pF《劝f或
者+[3(F_)P (1)其中F(GJ)代表以空间频率ω的傅立叶变换。由于计算平方根是计算密集的，所以将要理解优选的是使用A2而不是A来确定设置指示器输出。在步骤306，所述方法包括将A(或A2)与阙值比较以便确定设置指示器输出。正如将要理解的，A(或者A2)依赖于在图像中获得的窄的结构的幅度。这又受读取头相对于标尺的设置(这就是将要被确定的)影响。A(或者A2)还依赖于图像中窄的结构的数目。因此，如果窄的结构的密度沿着标尺有很大变化，则所述方法可以包括对它进行补偿的步骤。例如，该补偿可以通过将A(或A2)除以图像中窄的结构的数目而实现。在所述实施例中，所述方法涉及大致按照结构的基本空间频率(特别是窄的结构的基本空间频率)对图像进行傅立叶变换。以应用傅立叶变换的标尺为基础，所述傅立叶变换可以使用结构的假设基本空间频率。即使所述假设基本频率不是精确地正确，所述方法仍然能提供图像质量的有用指示。选择地，结构的所述基本空间频率可以通过在执行傅立叶变换之前分析图像而确定。这在以下实施例中是有用的，在该实施例中，由于骑跨高度 /放大率效应，图像化结构的实际基本空间频率显著地改变。而且，正如将要理解的，不是必须是以下情况大致以结构的基本空间频率进行傅立叶变换。例如，所述方法可以涉及以其它一些频率进行傅立叶变换，例如，以空间频率的谐波。选择地，所述方法可以涉及以一个或多个频率进行傅立叶变换并且比较以不同空间频率进行的傅立叶变换的量级。正如将要理解的，图4中确定设置信息的步骤110可以包括只是执行图5的方法， 或是只是执行图6的方法。替换地，步骤110可以包括执行图5和图6两个方法并且使状态指示器输出以两个方法的结果为基础。而且，步骤110可以包括首先执行方法5和6的其中一个，并且如果那个方法不能提供关于图像质量的确定指示(例如，如果所述结果接近好图像和坏图像之间的边界线)，则步骤110可以执行另一个方法以便确定设置指示器输出。而且，作为上述方法的补充或者代替上述方法，图4中确定设置信息的步骤110可以包括其它方法。例如，所述方法可以包括确定图像中结构的幅度如何在整个图像中变化。 例如，参照图7(d)，所述方法可以将在图像一端的结构幅度与在另一端的结构幅度比较以便确定相对设置，例如标尺6与读取头4之间的相对倾斜(例如围绕Y轴线的旋转)。如果标尺6包括绝对位置数据的冗余度，则图4中确定设置信息的步骤110还可以包括对图像执行误差检查和/或误差纠正。在上述实施例中，读取头4获得标尺的光学图像，例如由透镜在检测器上图像化的标尺图像。然而，正如将要理解的，不是必须是这种情况。例如，标尺可以是电磁或者例如是电容标尺，并且读取头可以借助合适设置的磁敏式元件或者霍尔传感器阵列获得标尺的图像。因此，编码器装置不必须是上述光学编码器装置，而是例如可以是电磁、电感或者电容编码器装置。所述读取头获得标尺的快照图像。然而，不是必须是这种情况。例如，光电阵列可以连续地提供轨道的图像。在所述实施例中，设置输出是基于对仅仅一个图像的分析。然而，不是必须是这个情况，例如可以基于对由读取头获得的标尺的多个图像的分析。例如，对于多个图像的每一个可以获得单独的设置数据，并且从对每个图像所获得的设置数据的平均值可以确定设置输出信号。在所述实施例中，使用相同的图像来确定位置信息(在步骤106)和设置信息(步骤110)。然而，不是必须是这种情况。可以获得并使用轨道7的单独的图像。可以通过相同的检测器装置获得所述单独图像。选择地，可以使用不同的检测器装置。而且，正如将要理解的，不是必须确定绝对位置。例如，可以作为在需要任何位置确定之前执行的设置常规的一部分实施所述方法。作为上述给使用者提供可检测设置输出的补充或者替换，可以提供其它类型的输出。例如，可以为与读取头通讯的的控制器提供表示图像质量的输出。然后所述控制器根据输出决定是否停止或继续使用编码器装置的机器的操作。
权利要求
1.一种操作绝对编码器装置的方法，所述编码器装置包括标尺和读取头，所述标尺具有沿至少一个测量维度限定绝对位置信息的结构，所述读取头被构造成读取所述结构，所述方法包括获得限定绝对位置信息的至少一些结构的至少一个图像；分析所述至少一个图像以便确定表示所述图像质量的至少一个参数；以及至少部分基于所述至少一个参数提供表示所述标尺与所述读取头的相对设置的输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少一个参数只是基于所述至少一个图像。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，分析所述至少一个图像包括分析所述图像中至少一些结构的质量。
4.根据前面任何权利要求所述的方法，其中分析所述至少一个图像包括分析所述至少一个图像中至少一些结构的强度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中分析所述至少一个图像包括分析所述至少一个图像中至少一些结构的幅度。
6.根据前面任何权利要求所述的方法，其中所述轨道包括第一类型结构和至少第二类型结构，所述第一类型结构的图像质量对于读取头与标尺的相对布置更敏感，并且确定所述至少一个参数包括分析所述第一类型结构。
7.根据权利要求6所述的方法，其中至少沿所述至少一个测量维度所述第一类型结构比所述第二类型结构更小。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中分析所述至少一个图像包括将所述第一类型结构与所述第二类型结构比较。
9.根据前面任何权利要求所述的方法，其中分析所述至少一个图像包括对所述图像的至少一部分进行傅立叶变换。
10.根据权利要求9所述的方法，包括以与所述第一类型结构的空间频率相关的一个或多个频率执行图像的至少一部分的一个或多个傅立叶变换。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中表示所述图像质量的参数基于至少一个傅立叶变换的量级。
12.根据前面任何权利要求所述的方法，其中分析所述至少一个图像包括分析所述至少一个图像中至少一些结构的方位。
13.根据前面任何权利要求所述的方法，其中所述输出只是基于所述至少一个参数。
14.根据前面任何权利要求所述的方法，其中所述编码器装置是光学编码器装置。
15.根据前面任何权利要求所述的方法，其中所述标尺仅包括单个轨道。
16.根据前面任何权利要求所述的方法，进一步包括分析所述至少一个图像以确定沿所述至少一个测量维度所述读取头与所述标尺的相对位置。
17.根据前面任何权利要求所述的方法，所述读取头包括电路，所述电路被构造成确定所述至少一个参数。
18.根据前面任何权利要求所述的方法，所述读取头包括一输出装置，并且基于所述至少一个参数的所述输出是经由所述输出装置输出的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述输出装置包括可视指示装置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述输出装置包括发光二极管。
21.根据前面任何权利要求所述的方法，其中所述输出至少部分地基于确定所述图像质量是否满足一阙值质量。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述输出是表明所述图像质量的水平。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中所述阙值质量大于所需图像质量以便从图像获取可靠的位置信息。
24.一种绝对编码器装置，包括标尺和读取头，所述标尺具有沿至少一个测量维度限定绝对位置信息的结构，所述读取头被构造成读取所述结构，其中所述装置被构造成借助所述读取头获得至少一些结构的至少一个图像；分析所述至少一个图像以确定表示所述图像质量的至少一个参数；以及至少部分地基于所述至少一个参数提供表示所述标尺和所述读取头的相对设置的输出。
25.一种用于绝对编码器装置的读取头，包括用于获得至少一些结构的至少一个图像的至少一个传感器；电路，其被构造成分析所述至少一个图像以确定表示所述图像质量的至少一个参数；以及输出装置，其至少部分地基于所述至少一个参数来提供表示所述标尺和读取头的相对设置的输出。
全文摘要
本发明涉及一种操作绝对编码器装置的方法，所述编码器装置包括标尺和读取头，所述标尺具有沿至少一个测量维度限定绝对位置信息的结构，所述读取头被构造成读取所述结构。所述方法包括获得限定绝对位置信息的至少一些结构的至少一个图像；分析所述至少一个图像以便确定表示所述图像质量的至少一个参数；以及至少部分基于所述至少一个参数提供表示所述标尺与所述读取头的相对设置的输出。
文档编号G01D5/347GK102197282SQ200980143126
公开日2011年9月21日 申请日期2009年10月27日 优先权日2008年10月28日
发明者伊恩·罗伯特·戈登-印格拉姆, 安德鲁·保罗·格里布尔 申请人:瑞尼斯豪公司