[发明专利]旋转角度传感器中测量道偏心的光学补偿装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学旋转角度传感器或旋转编码器用的编码盘、光学旋转角度传感器或旋转编码器以及光学旋转编码器中的角度测量误差的光学校正或补偿方法，特别涉及特别地由于编码盘的位移或偏心引起的角度测量误差的光学校正或补偿方法。

背景技术

光学旋转角度传感器也被称为旋转编码器，其基本原理是基于固定有代码盘或编码盘的可旋转地安装的轴。由静止光源照明的一个或多个测量道被应用到该编码盘。通过编码盘相对于光源的相对运动，测量道的特定区域作为轴的角度位置的函数被照明。由此引起的光场通过例如光电二极管等检测器单元读取。该信号可以直接或间接对应于(assigned)盘的角度位置或旋转运动，因此而对应于轴的角度位置或旋转运动。

光学旋转编码器在透射模式(例如根据莫尔(Moiré)挡光板原理等)下、反射模式下工作并且基于衍射偏转(衍射)工作。不管哪种方案，在所有这些编码原理中，旋转编码器的精度即实际的轴角度和通过光学手段测得的角度之间的偏差直接依赖于盘运动和轴运动的可对应性(assignability)。测量道或盘轴线相对于轴心线的偏心，即所谓的测量道的章动(nutation)导致不可忽视的角度测量误差。这表现为旋转运动的整个范围的余弦偏离。

为了达到高的精度，使测量道或编码盘尽可能精确地相对于轴居中即相对于轴尽可能精确地调整测量道或编码盘是重要的。在安装过程中这需要高的费用，因此成本高。除了高费用之外，还不能通过机械手段完全地避免小的偏心误差。因此，寻求补偿该不可避免地发生的测量道的章动的策略。

以前解决问题的方法主要追求在计算中消除角度误差的策略。

因此，例如可以通过使用两个或更多个相对于彼此以已知的角度布置的光学读取单元来确定编码盘的章动。然后可以通过使用电子设备来校正角度信号。可选择地，也可以使用分开的测量道，该测量道的信号构成对盘的摇摆的直接测量。

前述补偿方法的缺点在于需要多个读取单元或另外的测量道。此外，通过该方法，补偿通常仅发生在读取角度之后，因此与另外的电子设备的使用相关联。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效的校正或补偿光学旋转编码器中的角度测量误差的方法和相应的装置，特别是校正或补偿由于旋转编码器相对于轴心线的位移或偏心导致的角度测量误差的方法。本发明的另外的目的是使得编码盘相对于轴心线的调整简化或更有效，也使得确定正确的角度或正确的角位置简化或更有效。

这些目的通过下述光学旋转角度传感器或旋转编码器用的编码盘、下述光学旋转角度传感器或旋转编码器以及下述光学旋转编码器中的角度测量误差(特别是由于编码盘的位移或偏心导致的角度测量误差)的校正或补偿方法而实现。具体地，一种编码盘，其用于光学旋转编码器，所述编码盘包括至少一个测量道和至少一个补偿道，其中，所述测量道被设计为使得当所述测量道的扫描区域被照明时生成或产生至少一个光学测量光束，其中所述测量光束的至少一个光学参数被调制为待测量角度的函数，并且所述测量道布置于所述编码盘的第一半径区域；所述补偿道在所述编码盘的第二半径区域相对于所述测量道居中，其中所述测量道的中心与所述补偿道的中心重合。一种光学旋转编码器，其包括上述编码盘；光学扫描装置或光电扫描装置，所述扫描装置被设计为照明所述编码盘的测量道的扫描区域，所述扫描装置包括：照明装置，其被设计为使得所述编码盘的补偿道的区域能够由光照明，其中所述测量道的扫描区域由光束的至少一部分照明，所述光束借助于对所述补偿道的照明而产生并可选地借助于偏转装置而偏转。一种光学旋转编码器中的角度测量误差的补偿方法，其包括如下步骤：设置上述编码盘；通过以预定的照明角度入射到所述补偿道的光对所述补偿道的区域照明，由此产生至少一个光束；偏转由对所述补偿道的照明而产生的光束的至少一部分，使得所述测量道的扫描区域由偏转的光束的至少一部分照明。

提出的方案基于对编码盘的章动的光学补偿。

特别地，根据本发明的第一方面，提出了一种光学旋转角度传感器或旋转编码器用的改进的编码盘。编码盘包括至少一个测量道和至少一个补偿道，其中

测量道布置于编码盘的第一半径区域；

补偿道相对于测量道居中或同心地布置于编码盘的第二半径区域(优选地不同于第一半径区域)，使得测量道的中心或旋转中心与补偿道的中心或旋转中心重合。

测量道被设计为使得，当测量道的扫描区域被照明时，生成或产生至少一个光学测量光束，其中测量光束的至少一个光学参数被调制为待测角度的函数。