[发明专利]旋转编码装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转编码装置。具体地，本发明涉及相对于旋转编码器 的径向标尺(radial scale)校准一个或多个读取头。

背景技术

包括径向标尺的旋转编码器是已知的，例如，参见US5,886,352和WO 02/065061。在这种装置中提供有码盘，所述码盘可相对一个或多个读取头进 行旋转。码盘具有径向标尺，所述径向标尺包括一系列径向延伸的、在圆周 上间隔的线条，所述线条围绕圆周等距离标记。如US5,886,352的附图2中 所示，旋转编码器的读取头安装为与码盘的径向标尺相平行并且与该码盘的 径向标尺保持某个固定的距离。

这种旋转编码器的一个或多个光学读取头中的每个光学读取头具有发光 部件和测光部件。所述发光部件包括折射率光栅(index grating)和光源(例 如LED)，并且构造为向径向标尺投射周期性的光图案。编码器还构造为使 得从标尺反射回来的光在读取头的测光部件的分析器平面(analyser plane) 上形成干扰(条纹)图案。

测光部件包括结构检测器(经常称为电光栅)，所述检测器构造为具有一 系列光敏区域和非光敏区域(例如，一系列互相交叉的光敏指针)。测光部 件还可以包括置于标尺和结构检测器之间的分析器光栅，所述分析器光栅用 于将形成在它上面的指针转换为具有较大空间周期的所谓Vernier指针，读 取头和标尺光栅之间的切线运动使得条纹图案(在适当的地方包括Vernier 条纹图案)沿着光测部件发生移动。然后可以从结构检测器生成正弦信号， 指示读取头和标尺之间任何相对运动的递增的计数可以从该正弦信号生成。

发明内容

根据本发明的第一方面，旋转编码装置包括一个或多个读取头以及径向 标尺，所述一个或多个读取头中的每个读取头包括发光部件和测光部件，所 述发光部件用于照亮所述径向标尺的发光部件，所述测光部件用于检测在读 取头分析器平面上形成的干扰条纹，其特征在于，所述读取头的分析器平面 相对包含径向标尺的平面发生倾斜。

本发明的旋转编码装置因而包括一个或多个读取头，所述一个或多个读 取头可相对径向标尺进行旋转。所述径向标尺包括一系列在圆周上分隔的标 尺标记，所述标尺标记可以标记在旋转盘或旋转环的平面上。每个读取头包 括发光部件，所述发光部件优选地使用周期性的光图案来照亮径向标尺，所 述周期性的光图案可以例如使用下面描述的折射率光栅或类似装置生成。在 使用中，径向标尺对其从发光部件接收到的光进行折射，从而生成干扰图案。 每个读取头还可以包括测光部件，所述测光部件构造为对干扰条纹进行检 测，所述干扰条纹在其相关的读取头分析器平面上形成。每个读取头的读取 头分析器平面优选地具有相对于该读取头固定的空间关系。

根据本发明，每个读取头的所述读取头分析器平面相对于包含径向标尺 的平面发生倾斜。换句话说，每个读取头的测光部件构造为检测干扰条纹， 所述干扰条纹在读取头分析器平面中形成，所述读取头分析器平面相对于所 相关的径向标尺倾斜。所述读取头分析器平面的倾斜可以例如通过使得每个 读取头相对径向标尺发生倾斜而实现。所述一个或多个读取头可以相对于径 向标尺围绕旋转中心进行旋转，其中，每个读取头的所述读取头分析器平面 有利地向所述旋转中心倾斜。在这个实施例中，每个读取头的所述读取头分 析器平面优选地发生倾斜使得至少近似地与所述旋转中心交叉。

以这种方式使读取头倾斜允许在读取头分析器平面上生成条纹图案，所 述第纹图案包括一系列径向干扰线，所述径向干扰线更接近地对应于径向标 尺的径向形式。当使用非校准光源时，这允许在所生成的干扰条纹和结构检 测器或位于读取头分析器平面上的分析器光栅之间实现改进的关联。与现有 技术中具有构造为基本上平行于径向标尺的分析器平面的装置相比较，已经 发现这种来自于使读取头分析器平面发生倾斜的改进的关联使得作为结果 的检测信号的信号强度得以超过翻倍的提高。这种提高的信号强度使得能够 以更高的准确度确定读取头相对于径向标尺的以内插值替换的增加的位置。 例如，使得所检测的信号强度翻倍提高通常会使得可以从编码装置获得的角 度分辩度得以翻倍。