[发明专利]刻度尺和读取头系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种刻度尺和读取头系统。本发明具体涉及一种具有增量通道和基准标记通道的刻度尺和读取头系统。本发明提供了用于校准基准信号的装置和方法。

背景技术

已知用于测定两个部件相对位移的刻度读取装置包括位于部件之一上的具有确定图案的刻度标记的刻度尺和位于另一部件上的读取头。一种可选的刻度读取装置具有对刻度尺照射的装置和读取头内对产生的光图案做出反应的检测装置，从而实现对刻度尺和读取头之间相对位移的测量。

已知具有间歇图案的刻度标记的刻度尺为增量刻度尺并且产生正交信号。刻度尺可具有一个或两个基准标记，其在被读取头检测到时能够使读取头的精确位置被确定。为使基准标记信号有效，它相对于增量刻度的位置必须已知。这样，基准标记信号的中心和宽度相对于增量刻度是固定的。

在许多系统中，常见的是，来自基准标记检测器的输出差分电压具有差值固定的最高和最低电压阈值。当差分电压位于这两个水平之间时，基准标记信号被输出。通常通过调节读取头的几何形状来相对于增量通道调整基准标记信号的相位，从而使增量通道和基准标记通道相对于彼此重新对齐。可选地，信号被电子地调节以对齐增量通道和基准标记通道，例如来自基准标记信号检测器的电压输出可相对最高和最低电压阈值被移动。

这种使用固定阈值的方法具有几个缺陷。尤其是在校准期间如果基准标记信号的振幅变化，就得不到最佳结果。在不同读取头与刻度尺组合使用可导致不同的系统增益时，就是如此。此外，某些测量系统对于增量通道和基准标记通道使用相同的光源。这样，增量通道首先被校准从而实现100％的信号强度，这可使得落在基准标记检测器上的光级改变，从而改变了基准标记信号的振幅。基准标记信号的这种振幅变化具有改变最高和最低电压阈值之间的信号宽度的效果。

发明内容

本发明提供了用于校准刻度测量装置的方法，所述刻度测量装置包括具有形成增量图案的刻度标记和至少一个基准标记的刻度尺，其中读取头包括产生输出信号的增量检测器和产生具有过零点的信号的基准标记检测器，所述方法包括下述步骤：

(a)相对于刻度尺移动读取头；

(b)使用来自增量检测器的输出来确定输出信号的预定相位；

(c)使用来自基准标记检测器的输出来确定过零点；

(d)确定在过零点的两侧上与来自增量检测器的输出信号的预定相位对应的来自基准标记检测器的信号值；以及

(e)使用步骤(d)确定的值来确定刻度标记脉冲的宽度。

来自增量检测器的输出信号优选为正交信号。预定相位的相位可位于每个正交循环中的角位置。

来自基准标记检测器的信号可为电压信号，优选为差分电压信号。基准标记检测器可为分割检测器(双象限检测器)。

优选对应于来自增量检测器的输出信号中的预定相位的来自基准标记检测器的输出被存储，例如存储在存储器中。如果在前一输出和后一输出之间没有检测到过零点，则前一信号被对应于来自增量检测器的输出信号中的预定相位的后一信号所覆盖。如果在前一输出和后一输出之间检测到过零点，前一信号不被对应于来自增量检测器的输出信号内的预定相位的后一信号所覆盖。

优选使用步骤(d)确定的值来确定基准标记脉冲的中心。

刻度尺和读取头系统不限于光学系统。可以是其它系统，如磁性、电容或电感刻度读取系统。

这种校准方法适用于与直线、旋转和二维刻度尺一起使用。

本发明的第二个方面提供了用于校准刻度尺测量装置的装置，其包括：

刻度尺，其具有形成增量图案的刻度标记和至少一个基准标记；

读取头，其包括产生输出信号的增量检测器和产生具有过零点信号的基准标记检测器；以及

逻辑控制器，其在读取头相对于刻度尺移动时能够执行下述步骤：

(a)使用来自增量检测器的输出来确定输出信号的预定相位；

(b)使用来自基准标记检测器的输出来确定过零点；

(c)确定在过零点的两侧上与来自增量检测器的输出信号的预定相位对应的来自基准标记检测器的信号值；以及

(d)使用步骤(c)确定的值来确定基准标记脉冲的宽度。

附图说明

下面将参照附图示例性描述本发明的优选实施方式，其中：

图1为现有技术的刻度尺的平面图；

图2为图1中的刻度尺使用的基准标记光学器件；

图3示出分割检测器及其输出信号；

图4示出带有电压阈值的差信号；

图5示出带有电压阈值的不同振幅的两个差信号；