专利名称：绝对角度编码和角度测量装置的制作方法
绝对角度编码和角度测量装置
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。在将扫描设备相对于角度编码移动单个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(360° )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，第一长度的第一编码序列和第二长度的第二编码序列被在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。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。平行地布置编码序列的缺点是一方面在扫描时的莫尔波纹(Moiree)敏感性以及在360°跨度上的相对小的绝对可编码位置。
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多个位置，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。
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。第一编码序列具有第一长度 La以及被相继跟随地布置Na次，并且第二编码序列具有第二长度Lb以及被相继跟随地布置Nb次，其中
Na大于等于2以及是整数的或者非整数的 Nb大于等于2以及是整数的或者非整数的 Na不等于Nb La和Lb是整数的 La不等于Ls。此外第一编码序列和第二编码序列被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一个码元之后分别跟随第一编码序列的一个单个的码元。在此，所述编码序列在圆盘上是圆形的并且在圆周上与转动点同心地布置了转筒 (Trommel).编码序列的一部分表示，这可以是该编码序列的一个或多个相继跟随的码元。 在下面的实施例中，该部分分别是一个单个的码元。在此，码元分别是角度编码的一个区域，从该区域中可导出位0或1。编码序列表示多个码元的顺序，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。编码序列的长度定义编码序列所成的角度扇形。因为所有编码序列的码元分别成相同的角度扇形，因此编码序列的长度等于编码序列内的码元的数目并且由此等于可从中导出的位的数目。为了生成两个编码序列的位置的差拍(Sctwebung)，第一编码序列的长度有利地不为第二编码序列的长度的倍数。编码序列的差拍长度在如下情况下是最大的第一编码序列的长度与第二编码序列的长度相差1，即两个编码序列中的一个比这两个编码序列中的另一个多具有一个单个的码元。第一个可特别简单地解码的角度编码在360°的跨度上布置Na次第一编码序列和Ne次第二编码序列时得出，其中Na和Ne是整数的。当该可无限地在整个周长(360° )上特别简单地解码的角度编码具有数目为 M1 = 2' KGV (La , Le)个码元时，该角度编码具有在360°的跨度上的M1个不同的绝对位置，其中
KGV (La , Lo) = La和Lb的共同的最小倍数
La=第一编码序列(A)的长度； Li =第二编码序列(B)的长度。
于是对于 Na Yl =Na = KGV (La , Lb) / U
于是对于 Nb 有Nb - KGV (La , Le) / L8
当“与Lb相差1时，该最大数目的不同位置可实现。于是有如下成立在对该角度编码扫描时借助于探测器装置所获得的字(位模式)可以借助于在解码设备中可用的值储备来解码。第一值储备被构造用于对码字的第一序列进行解码，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。第二值储备被构造用于对码字的第二序列进行解码，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。对码字的第一序列进行解码的结果是第一编码序列内的第一子位置，并且对码字的另一序列进行解码的结果是第二编码序列内的第二子位置。从这两个子位置中得出总体位置值。如果在360°的跨度上要求与M1=S^KGV (La, L8)不同的数目为_2个绝对位
置，尤其是M2 = 2k个不同的位置，则在360°的跨度上的第二角度编码的情况下码元的数目为
M2 < 2 * KGV (LA, L8),其中
KGV (La , U) = La和Lb的共同的最小倍数
La=第一编码序列(A)的长度
Lb =第二编码序列(B)的长度。在此，第一编码序列被布置Na次，其中 Na大于2以及Na是非整数的，
使得第一编码序列具有中断，和/或第二编码序列被布置Nb次，其中 Nb大于2以及Nb是非整数的， 使得第二编码序列具有中断。换句话说，两个编码序列中的至少一个有一次在360°内只被部分录入，或者该编码序列的未被录入的部分被切断，并且剩余的部分连接在下一编码序列上。在该连接处该编码序列中断，因为在这里产生接合区域，在该接合区域处在扫描时产生新的码元序列，即产生新的位模式或码字。新的位模式表示，该位模式不是编码序列及其循环延续的组成部分。“切断”或“中断”在两个码元的边界处进行，使得在360°的跨度上始终存在所有编码序列的整数个码元。为了使得能够在该第二角度编码的情况下良好地利用编码序列以及实现尽可能多数目的位置，有利地在360°的跨度上布置数目
这表示，只有第二编码序列B之一是不完整的，或者这表示，只有第一编码序列A之一是不完整的。在此，E > 0并且是整数的。第二角度编码现在使得能够在360°的跨度上布置M2- 2k个码元，其中k>4并且是整数的。为了对在扫描第二角度编码时所获得的字进行解码，现在除了第一和第二值储备之外还需要一个另外的值储备。该另外的值储备被配置用于对第一和/或第二编码序列的循环延续的中断——即接合区域——进行解码，并且现在包含在扫描接合区域时新产生的、即不是第一或第二值储备的组成部分的位模式。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示出第一角度测量装置的探测器装置的位模式；
图3示出用于借助于第一角度测量装置来确定位置的流程图和计算规则； 图4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5以示意图示出具有第二角度编码的第二角度测量装置； 图6示出用于借助于第二角度测量装置来确定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具有不同的长度La, Lbo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的子位置知，％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。位置测量的原理基于不同长度“和Lb的两个编码序列A、B的差拍，其中La, Lb 是整数的并且优选是互素的。当“与Lb相差1时,得出最大待解码长度Μ,_χ。第一编码序列A以长度La的位序列AflAiA2As..给出，而第二编码序列B通过长度Lb的位序列B0B1B2B3…Bw给出。在此~ Bi e {0:1}。于是，角度编码1通过交替地布置一位来自编码序列A的位并且然后一位来自编码序列B的位而产生
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，其中第一编码序列(A)具有第一长度(iA)以及被相继跟随地布置Na次，并且第二编码序列(B)具有第二长度(Lb )以及被相继跟随地布置Nb次，其中Na大于等于2 ； Ne大于等于2 Na不等于Nb ； 第一长度“不等于第二长度L9 ； 其中第一编码序列(A)和第二编码序列(B)被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。
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)的第一长度(“)不是第二编码序列(B)的第二长度(Lb )的整数多倍。
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)的第一长度 (La)与第二编码序列(B)的第二长度(Lb )相差1。
4.根据前述权利要求之一所述的绝对角度编码，其特征在于，(^和Ne是整数的。
5.根据权利要求4所述的绝对角度编码，其特征在于，交替地布置第一编码序列(A)的码元和第二编码序列(B)的码元，并且在360 °的跨度上布置数目为 M1 = 2' KGV (La , Lb)个码元,其中KGV (La , Lb) = La和Lb的共同的最小倍数 “=第一编码序列(A)的长度； Lb =第二编码序列(B)的长度。
6.根据权利要求5所述的绝对角度编码，其特征在于，在360°的跨度上布置数目为 W, = 2 + La * Ls个码元，其中U=第一编码序列(A)的长度； Li =第二编码序列(B)的长度。
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，在360°的跨度上布置数目为M2 < 2 * KGV (La , L8)个码元，其中KGV (U, U) = La和Lb的共同的最小倍数 La=第一编码序列(A)的长度 Li =第二编码序列(B)的长度。
8.根据权利要求7所述的绝对角度编码，其特征在于，在360°的跨度上布置数目 M2 2 * (KGV (U Lb) — E 會 La),或者其中E是整数的并且> 0。
9.根据权利要求7或8所述的绝对角度编码，其特征在于，在360°的跨度上布置 M2 = 2k个码元，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)，并且在一个码元内布置整数个增量划分周期。
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，其中第一编码序列(A)具有第一长度(La)以及被相继跟随地布置Na次，并且第二编码序列(B)具有第二长度(Lb)以及被相继跟随地布置Nb次,其中Na大于等于2 ； N8大于等于2 ； Na不等于Nb ； 第一长度La不等于第二长度Lb ；并且第一编码序列(A)和第二编码序列(B)被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；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(W )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，其中根据权利要求1至11之一构造角度编码(1、10)，并且其中解码设备(3、30)具有用于对码字(■)的第一序列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(w )的第二序列进行解码的第二值储备(了8 )，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。
14.根据权利要求12所述的绝对角度测量装置，其中根据权利要求7至9之一构造角度编码(10)，并且其中解码设备(30)具有用于对码字(W)的第一序列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(_)的第二序列进行解码的第二值储备(T8 )，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，并且解码设备(3、30)具有另外的值储备(Tsta、Tst )，该另外的值储备(Tsm、Tst )适用于对第一编码序列(A)和/或第二编码序列(B)的中断(ST)进行解码。
15.根据权利要求14所述的绝对角度测量装置，其特征在于，所述另外的值储备(Tsm、Tst ) 呆存在胃编程值存储i中并ill一值储备(Ta ) 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)被单轨道地构造。在该轨道中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。这些编码序列(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。为了确定角度编码(1)一周内的单义的绝对位置(POS)，设置了解码设备(3)，该解码设备(3)对于两个编码序列(A、B)中的每一个具有各自的用于解码的表(、)。从在两个编码序列(A、B)内的由此获得的子位置(、)中确定出所述绝对位置。
文档编号G01D5/249GK102203562SQ200980143337
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
发明者林格克 C. 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司