專(zhuān)利名稱(chēng)：：用于標(biāo)尺標(biāo)記的讀出器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于檢測(cè)參考標(biāo)記或類(lèi)似物的檢測(cè)器，尤其(但非排他的)是在使用度量衡學(xué)的標(biāo)尺或編碼器和讀出器實(shí)施測(cè)量期間。
背景技術(shù)：
：參考標(biāo)記的檢測(cè)曾在我們之前的專(zhuān)利公開(kāi)No.PCT/GB02/00638中披露，該專(zhuān)利中所披露的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此。參考標(biāo)記允許讀出器發(fā)現(xiàn)它的位置并且通常被分別提供給周期性的標(biāo)尺標(biāo)記，該周期性的標(biāo)尺標(biāo)記提供增量信號(hào)給讀出器，用于確定位移量。參考標(biāo)記能夠是可被讀出器識(shí)別的任何東西。在實(shí)踐中，因?yàn)槟Ｊ?pattern)制造簡(jiǎn)單，并且由于產(chǎn)生較少的錯(cuò)誤讀數(shù)而更加可靠，因此它被使用。當(dāng)模式被使用時(shí)，讀出器將會(huì)有一個(gè)類(lèi)似的模式，從而，當(dāng)標(biāo)記和讀出器對(duì)準(zhǔn)時(shí)，讀出器將提供一個(gè)更強(qiáng)的信號(hào)。將參考標(biāo)記和標(biāo)尺標(biāo)記結(jié)合的情況已在商業(yè)上被使用。在這種實(shí)例中，參考標(biāo)記可以由缺少位(missingbits)的標(biāo)尺的模式構(gòu)成。來(lái)自周期性的標(biāo)尺的增量信號(hào)在足夠大的標(biāo)尺的一部分上被讀出，以補(bǔ)償標(biāo)尺的缺少位。眾所周知，為了提高精確度，標(biāo)尺讀出器使用兩個(gè)檢測(cè)器(例如光敏二極管，通常被稱(chēng)為分離檢測(cè)器)去讀一個(gè)標(biāo)尺。所述兩個(gè)光敏二極管一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在測(cè)量方向上有少量的偏移量。當(dāng)使用這種配置時(shí)，一個(gè)光敏二極管的輸出滯后(或超前)于另一個(gè)。一種眾所周知的技術(shù)是從兩個(gè)光敏二極管產(chǎn)生一個(gè)零交叉輸出(在下面詳細(xì)說(shuō)明)，這提高了檢測(cè)精確度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種用于度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器的參考標(biāo)記檢測(cè)器，該度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器具有可相對(duì)于所述參考標(biāo)記檢測(cè)器移動(dòng)的模式化參考標(biāo)記。所述檢測(cè)器包含用于檢測(cè)模式化參考標(biāo)記的檢測(cè)器陣列，所述檢測(cè)器陣列包含至少兩組檢測(cè)器元件，每一組被組成為與所述模式化參考標(biāo)記相關(guān)的模式。優(yōu)選地，每一組的每個(gè)元件有一個(gè)輸出，來(lái)自一組中每個(gè)元件的每個(gè)輸出與同一組中的其他元件進(jìn)行求和，并且從來(lái)自第一組的和值輸出中減去來(lái)自第二組的和值輸出。更優(yōu)地，所述第一和第二組檢測(cè)器的模式是不規(guī)律的。優(yōu)選地，所述檢測(cè)器陣列包含兩個(gè)元件行，第一行包含第一組檢測(cè)器元件，第二行包含第二組檢測(cè)器元件。更優(yōu)地，在使用中，在參考標(biāo)記檢測(cè)器相對(duì)于參考標(biāo)記的移動(dòng)方向上，第一行相對(duì)于第二行被偏移。作為替換，所述檢測(cè)器陣列包含一個(gè)單獨(dú)的行，第一組檢測(cè)器元件和第二組檢測(cè)器元件包含該行中的檢測(cè)器元件。優(yōu)選地，當(dāng)參考標(biāo)記在第一位置被檢測(cè)時(shí)，第一組檢測(cè)器元件被連接到一起以提供一個(gè)確切的(distinct)輸出，并且當(dāng)參考標(biāo)記在與第一位置不同的位置被檢測(cè)時(shí)，第二組被連接到一起以提供一個(gè)確切的輸出。更優(yōu)地，所述第一和第二組檢測(cè)器元件的位置與表達(dá)表(notionaltable)中的位置相應(yīng)，所述表的第一行包含與所述參考標(biāo)記的模式相應(yīng)的高或低的值，所述表的第二行包含同樣的值，但在行的方向上，第二行的值相對(duì)于第一行的值在表中的位置被偏移，來(lái)自第二行的每個(gè)值被第一行中直接位于該第二行的值之上的值減去，以對(duì)表中的每一個(gè)位置形成一個(gè)結(jié)果，在表中的每個(gè)結(jié)果的正高值的位置表示第一組檢測(cè)器元件的位置，表中每個(gè)結(jié)果的負(fù)高值的位置表示第二組檢測(cè)器元件的位置。輸出的求和以及和值的相減可以以數(shù)字形式完成。此外，本發(fā)明還提供一種度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器，其具有周期性標(biāo)記，用于增量測(cè)量操作；標(biāo)尺讀出器，用于通過(guò)讀取所述周期性標(biāo)記來(lái)確定所述讀出器相對(duì)于所述標(biāo)尺的位移。所述標(biāo)尺包括模式化參考標(biāo)記，所述標(biāo)尺讀出器包括包含檢測(cè)器陣列的參考標(biāo)記檢測(cè)器，所述陣列包含至少兩組檢測(cè)器元件，每一組具有分別處理的輸出，并且包含當(dāng)所述參考標(biāo)記被參考標(biāo)記檢測(cè)器檢測(cè)時(shí)用于從所述元件的輸出產(chǎn)生信號(hào)的裝置，該信號(hào)具有與零相交的值。優(yōu)選地，所述用于產(chǎn)生信號(hào)的裝置包括對(duì)在所述至少兩組的第一組中的每個(gè)元件的輸出進(jìn)行求和以產(chǎn)生第一和值輸出，以及對(duì)所述至少兩組的第二組的輸出進(jìn)行求和以產(chǎn)生第二和值輸出，然后，從第一和值輸出減去第二和值輸出。所述陣列可以組成為至少兩行，并且所述組中的第一組可以包括在所述行中的一行中，第二組可以包括在所述兩行的另一行中。作為替換，所述陣列可以組成為一個(gè)單獨(dú)的行，并且第一和第二組元件可以包含在該單獨(dú)的行中。優(yōu)選地，所述參考標(biāo)記包含缺少的位或添加到所述標(biāo)尺或編碼器的周期性標(biāo)記的位。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種參考標(biāo)記讀出器，其具有單獨(dú)的模式化檢測(cè)器元件陣列和當(dāng)參考標(biāo)記被檢測(cè)時(shí)的零交叉輸出。以這種方式，能從單行檢測(cè)器獲得零交叉輸出。上述檢測(cè)器可以是光敏二極管或光敏二極管集成塊。可以使用差值放大器將和值輸出相減。下面將通過(guò)實(shí)例并參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行具體描述，附圖中圖1a和b表示本發(fā)明的一種參考標(biāo)記讀出器的布置；圖2a、b和c表示本發(fā)明的另一種參考標(biāo)記讀出器的布置；圖3表示圖2a、b和c所示的讀出器中使用的部件的電路原理圖；圖4、5、6和7表示替代的參考標(biāo)記讀出器的布置。具體實(shí)施例方式圖1a示出了參考標(biāo)記讀出器20以及結(jié)合在增量標(biāo)尺10中的參考標(biāo)記rm的新穎布置。在這種布置中，標(biāo)尺10有透光區(qū)域12和不透光區(qū)域14交替的周期性標(biāo)記，例如，玻璃上鉻膜(chromeonglass)。利用與參考標(biāo)記檢測(cè)器20相鄰的常規(guī)的讀出器(未示出)，以常規(guī)的方法使用這些標(biāo)記來(lái)產(chǎn)生位移指示信號(hào)。在這種布置中，標(biāo)尺能夠沿著箭頭X的方向移動(dòng)，并且在實(shí)際中，它也能夠向相反方向移動(dòng)。為了簡(jiǎn)明，僅對(duì)在X方向的移動(dòng)進(jìn)行了描述。結(jié)合到周期性標(biāo)尺標(biāo)記12和14中的是參考標(biāo)記rm。在本例中，該標(biāo)記是7個(gè)周期長(zhǎng)。所述參考標(biāo)記能夠從增量標(biāo)尺完全分開(kāi)，在這種情況下，能夠使用任何大小或形狀的模式。參考標(biāo)記讀出器20有一個(gè)點(diǎn)光源22，來(lái)自點(diǎn)光源22的光穿過(guò)透光區(qū)域12傳播并到達(dá)檢測(cè)器的行A和B上。檢測(cè)器的每一行由7個(gè)光敏二極管元件1-7構(gòu)成。當(dāng)所述標(biāo)尺相對(duì)于檢測(cè)器移動(dòng)時(shí)，光通常以極小的影響落在檢測(cè)器元件上。所使用的檢測(cè)器元件與參考標(biāo)記rm的模式有關(guān)。參考標(biāo)記rm具有模式1100101，在此，“1”表示透光區(qū)域12，“0”表示不透光區(qū)域14。因此，每一行只有檢測(cè)器1、2、5和7被監(jiān)測(cè)，它們對(duì)應(yīng)當(dāng)參考標(biāo)記1100101與由那些被監(jiān)測(cè)的檢測(cè)器形成的相應(yīng)模式相符時(shí)被照亮的檢測(cè)器元件。當(dāng)參考標(biāo)記與每一檢測(cè)器元件相符時(shí)，而不是大量無(wú)效地光落在那些檢測(cè)器上，每一檢測(cè)器被完全照亮并在輸出VA和VB產(chǎn)生一個(gè)突然地增量。在本例中，檢測(cè)器的行A和B被錯(cuò)開(kāi)一個(gè)檢測(cè)器元件的寬度排列，因此信號(hào)峰值VA和VB也是錯(cuò)開(kāi)的。為提高精確度，在差值放大器24將信號(hào)VB從信號(hào)VA減去，以提供一個(gè)總的輸出信號(hào)VOUT。注意，VOUT在一個(gè)確切的點(diǎn)與零相交，并且該零交叉點(diǎn)能夠用于提供精確的位置信息。在該實(shí)施例中，可以把一個(gè)掩模放置在檢測(cè)器元件之上，并且所有檢測(cè)器都能夠被監(jiān)測(cè)。這種變型將獲得與附圖中的布置一樣的結(jié)果。作為替換，未監(jiān)測(cè)的檢測(cè)器3、4和6能夠全部忽略。盡管圖1a和1b中所示的布置是令人滿(mǎn)意的，但該布置能夠被改良。圖2a、b和c舉例說(shuō)明了本發(fā)明一個(gè)改良的實(shí)例。在圖2a、b和c中使用的部件與圖1a和1b中的類(lèi)似，但是，在圖2a、b和c中只使用一行檢測(cè)器20’。參考標(biāo)記1100101被再次使用，但布置和監(jiān)測(cè)相應(yīng)檢測(cè)器元件的方式是不同的。參考標(biāo)記模式寫(xiě)入在圖2c中表的第二行。在該表的下一行相同的模式被向左偏移一個(gè)位置(該模式能夠偏移一個(gè)位置以上并且能夠向右偏移)。每次同一列的兩行相減并且在最底下的行給出結(jié)果。該結(jié)果指示了檢測(cè)器元件的模式?，F(xiàn)在，在最底行的“1”值指示相應(yīng)的檢測(cè)器元件(即元件3、6和8)連接到輸出A，在該行的“-1”值指示相應(yīng)的檢測(cè)器元件(即元件1、5和7)連接到輸出B。當(dāng)1100101參考標(biāo)記被檢測(cè)時(shí)，這些連接的輸出結(jié)果是輸出VA和VB。當(dāng)輸出相減時(shí)，再次獲得與零相交的信號(hào)VOUT。在該方式中，所述檢測(cè)器元件模式與所述參考標(biāo)記模式相關(guān)。在本讀出器的實(shí)例中，由于使用只有一個(gè)單行的檢測(cè)器，因此該讀出器不易受偏差未對(duì)準(zhǔn)的影響，并且制造成本更低廉。圖3示出處理來(lái)自圖2a和b的檢測(cè)器20’的信號(hào)的方式的簡(jiǎn)化電路原理圖。同樣的方案也適用于圖1a和b所示的布置。檢測(cè)器元件以光電檢測(cè)器二極管D1-D8的形式示出。為把電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓VA，二極管D3、D6和D8被連接到放大器26A的輸入端。類(lèi)似地，二極管D1、D5和D7被連接到放大器26B。所述放大器26A和26B的輸出連接到差值放大器24的輸入端，差值放大器24從VA減去VB以產(chǎn)生輸出信號(hào)VOUT。在本例中，二極管D2和D4沒(méi)有使用，并連接到0V，但通過(guò)比較來(lái)自每一(或任何)未使用元件的信號(hào)，可以使用它們來(lái)判定參考標(biāo)記的位置。在本例中，VOUT信號(hào)的振幅被用于激活更深層次的電路(未示出)，當(dāng)VOUT與零相交時(shí)該電路產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)。除差值放大器24之外，還示出了和值放大器28。該放大器將電壓VA和VB相加產(chǎn)生電壓VCOUT。當(dāng)所有單獨(dú)的光敏二極管被照亮?xí)r，即，當(dāng)檢測(cè)器遇到全部為“1”的塊時(shí)(在本例中)，VA和VB將處于最大值。VCOUT能夠用于檢測(cè)在標(biāo)尺上的控制標(biāo)記，例如終點(diǎn)擋板。其他的VCOUT的值，例如零、最大值的1/2、3/4能夠被用于指示其他控制標(biāo)記。圖4示出一個(gè)用于處理由檢測(cè)器20’產(chǎn)生的信號(hào)的替代布置。電壓信號(hào)VA和VB被饋送給兩個(gè)單獨(dú)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A-D)30A和30B。這些轉(zhuǎn)換器A-D又饋送給微處理器34，微處理器34提供參考脈沖輸出。所述微處理器可以用于在不需要A-D30A和30B的情況下，把電壓信號(hào)VA和VB轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。在進(jìn)一步的變型中(未示出)，每個(gè)檢測(cè)器元件可以直接連接到微處理器，這樣，每個(gè)元件的每個(gè)輸出可以被單獨(dú)處理，例如，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行求和或根據(jù)算法進(jìn)行處理。為了得到零交叉點(diǎn)并由此從讀出器得到精確的位置數(shù)據(jù)，必需使來(lái)自通道A和B的信號(hào)平衡。圖5、6和7示出檢測(cè)器20和標(biāo)尺10的替代配置。在圖5中，使用一個(gè)能夠反射的標(biāo)尺10，并且光源22與檢測(cè)器塊20在同一側(cè)面。所述參考標(biāo)記能夠反射并且標(biāo)尺的背景不反射，或反之亦然。所述光源22能夠在塊20的中部。圖6示出一個(gè)平行光束光源，其產(chǎn)生通過(guò)標(biāo)尺10上的透明參考標(biāo)記的光。圖7示出一個(gè)漫射光源28，其產(chǎn)生光，所述光通過(guò)標(biāo)尺10上的參考標(biāo)記以及成像裝置，例如針孔、縫隙或透鏡26。所述光從所述成像裝置傳播到檢測(cè)器20。在圖5、6和7中，可以使用與上面所描述的同樣的檢測(cè)器布置。對(duì)所描述和舉例說(shuō)明的實(shí)例的許多修改和變型將是顯而易見(jiàn)的。舉例說(shuō)明了與增量標(biāo)尺結(jié)合為一體的參考標(biāo)記。然而，分開(kāi)的參考標(biāo)記可以被提供，并且不需用增量標(biāo)尺來(lái)使用本發(fā)明，這是可能的?？梢詷?biāo)尺是固定的，而讀出器被移動(dòng)，或反之亦然。兩者可以相對(duì)于彼此移動(dòng)。關(guān)于光和光源描述了本發(fā)明。所述光可以是點(diǎn)光源，例如激光器二極管；面光源，例如LED；漫射光，例如LED陣列或自然光。所使用的光可以會(huì)聚于一點(diǎn)、發(fā)散、平行或漫射。所述光可以是不可見(jiàn)的，它可以是紅外線或電磁波譜的其他部分。本發(fā)明能夠使用光檢測(cè)器之外的其他形式的檢測(cè)器，例如，可以采用使用磁性參考標(biāo)記的磁性檢測(cè)器。模式為1100101的模式化參考標(biāo)記被舉例說(shuō)明，然而，任何可識(shí)別模式都能夠被使用。在其上構(gòu)成模式的標(biāo)尺不需以直線方式延伸，如已示出的，而能夠是旋轉(zhuǎn)的或弓形的標(biāo)尺(編碼器)或兩維空間的標(biāo)尺，例如坐標(biāo)網(wǎng)格。在實(shí)際中，表示一個(gè)標(biāo)記的能透射/能反射和不能透射/不能反射部分的“1”和“0”的24位序列被證明是令人滿(mǎn)意的。象這樣一個(gè)序列的例子是110101010110100100110011。權(quán)利要求1.一種用于度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器的參考標(biāo)記檢測(cè)器，所述度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器具有可相對(duì)于所述參考標(biāo)記檢測(cè)器移動(dòng)的模式化參考標(biāo)記，所述檢測(cè)器包含用于檢測(cè)所述模式化參考標(biāo)記的檢測(cè)器陣列，所述檢測(cè)器陣列包含至少兩組檢測(cè)器元件，每一組被組成為與所述參考標(biāo)記的模式相關(guān)的模式。2.如權(quán)利要求1所述的參考標(biāo)記檢測(cè)器，其中，每一組的每個(gè)元件有一個(gè)輸出，來(lái)自一組中每個(gè)元件的每個(gè)輸出與同一組中的其他元件進(jìn)行求和，并且從來(lái)自第一組的和值輸出中減去來(lái)自第二組的和值輸出。3.如權(quán)利要求2所述的參考標(biāo)記檢測(cè)器，其中，所述第一和第二組檢測(cè)器的模式是不規(guī)則的。4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的參考標(biāo)記檢測(cè)器，其中，所述檢測(cè)器陣列包含兩個(gè)元件行，第一行包含第一組檢測(cè)器元件，第二行包含第二組檢測(cè)器元件。5.如權(quán)利要求4所述的參考標(biāo)記檢測(cè)器，其中，在使用中，在參考標(biāo)記檢測(cè)器相對(duì)于參考標(biāo)記的移動(dòng)方向上，第一行相對(duì)于第二行被偏移。6.如權(quán)利要求1、2或3任一項(xiàng)所述的參考標(biāo)記檢測(cè)器，其中，所述檢測(cè)器陣列包含一個(gè)單獨(dú)的行，第一組檢測(cè)器元件和第二組檢測(cè)器元件包含該行中的檢測(cè)器元件。7.如權(quán)利要求6所述的參考標(biāo)記檢測(cè)器，其中，當(dāng)所述參考標(biāo)記在第一位置被檢測(cè)時(shí)，第一組檢測(cè)器元件被連接到一起以提供一個(gè)確切的輸出，并且當(dāng)所述參考標(biāo)記在與第一位置不同的位置被檢測(cè)時(shí)，第二組被連接到一起以提供一個(gè)確切的輸出。8.如權(quán)利要求7所述的參考標(biāo)記檢測(cè)器，其中，所述第一和第二組檢測(cè)器元件的位置與表達(dá)表中的位置相應(yīng)，所述表的第一行包含與所述參考標(biāo)記的模式相應(yīng)的高或低的值，所述表的第二行包含同樣的值，在行的方向上，第二行的值相對(duì)于第一行的值在表中的位置被偏移，來(lái)自第二行的每個(gè)值被第一行中直接位于該第二行的值之上的值減去，以對(duì)表中的每一個(gè)位置形成一個(gè)結(jié)果，在表中的每個(gè)結(jié)果的正高值的位置表示第一組檢測(cè)器元件的位置，表中每個(gè)結(jié)果的負(fù)高值的位置表示第二組檢測(cè)器元件的位置。9.如權(quán)利要求3至8任一項(xiàng)所述的參考標(biāo)記檢測(cè)器，當(dāng)從屬于權(quán)利要求2時(shí)，所述輸出的求和以及和值的相減是以數(shù)字形式完成的。10.一種度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器，其具有周期性標(biāo)記，用于增量測(cè)量操作，以及標(biāo)尺讀出器，用于通過(guò)讀取所述周期性標(biāo)記來(lái)確定所述讀出器相對(duì)于所述標(biāo)尺的位移，所述標(biāo)尺包括模式化參考標(biāo)記，所述標(biāo)尺讀出器包括包含檢測(cè)器陣列的參考標(biāo)記檢測(cè)器，所述陣列包含至少兩組檢測(cè)器元件，每一組具有分別處理的輸出，并且包含當(dāng)所述參考標(biāo)記被參考標(biāo)記檢測(cè)器檢測(cè)時(shí)用于從所述元件的輸出產(chǎn)生信號(hào)的裝置，該信號(hào)具有與零相交的值。11.如權(quán)利要求10所述的度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器，其中，所述產(chǎn)生信號(hào)的裝置包括對(duì)在所述至少兩組的第一組中的每個(gè)元件的輸出進(jìn)行求和以產(chǎn)生第一和值輸出，以及對(duì)所述至少兩組的第二組的輸出進(jìn)行求和以產(chǎn)生第二和值輸出，然后，從第一和值輸出減去第二和值輸出。12.如權(quán)利要求10所述的度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器，其中，所述陣列形成為至少兩行，并且所述組中的第一組包括在所述行的一行中，第二組包括在所述兩行的另一行中。13.如權(quán)利要求10所述的度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器，其中，所述陣列形成為一個(gè)單獨(dú)的行，并且第一和第二組元件包含在該單獨(dú)的行中。14.如權(quán)利要求10至13任一項(xiàng)所述的度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器，其中，所述參考標(biāo)記包含缺少的位或添加到所述標(biāo)尺或編碼器的周期性標(biāo)記的位。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器(10)的參考標(biāo)記檢測(cè)器，所述度量衡學(xué)標(biāo)尺或編碼器具有可相對(duì)于所述參考標(biāo)記檢測(cè)器移動(dòng)的模式化參考標(biāo)記rm。所述檢測(cè)器可以包含用于檢測(cè)模式化參考標(biāo)記的光電檢測(cè)器陣列(20)，所述陣列至少包含A和B兩組檢測(cè)器元件，每組被組成為與模式化參考標(biāo)記相關(guān)的模式。兩組可以分成不同行的光電檢測(cè)器或是光電檢測(cè)器的相同行中的不同元件。所述模式優(yōu)選的是不規(guī)律的。文檔編號(hào)G01D5/36GK1826509SQ200480020846公開(kāi)日2006年8月30日申請(qǐng)日期2004年7月19日優(yōu)先權(quán)日2003年7月19日發(fā)明者伊恩·羅伯特·戈登-印-格拉姆申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司