[发明专利]测量刻度

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量刻度，涉及形成测量刻度的方法，并且涉及使用测量刻度执行测量的方法。

背景技术

已知的是使用测量刻度来确定两个物体的相对位置。安装在一个物体上的读头从安装在另一物体上的测量刻度中读取信息。在光学读取测量刻度的情况下，读头将光投影到测量刻度上，测量刻度反射或透射该光。所反射或透射的光随后由读头检测，读头可以使用所检测的光来确定刻度和读头沿一个或多个测量轴的相对位置。

当与读头结合时可以光学地读取的测量刻度可被称为光学编码器。存在两种基本类型的编码器，即，增量式编码器和绝对编码器。

在增量式编码器的情况下，测量刻度通常包括沿测量轴或围绕测量轴以每隔一定间隔放置的一系列相同标记。读头用于将光投影到刻度上并且用于检测所得到的透射或反射的光。存在多种处理所得到的检测信号以确定位置的方式。举例来说，相位信息可以从反射或透射光的改变中确定，因为读头沿刻度移动。当读头沿测量的方向移动时，它使用循环地改变的相位信息来计算相对位移。另外，相位信息可用于内插在周期性重复的刻度位置之间，以获得精确到刻度周期的一部分内的读数。

在没有用于确定绝对位置的额外机构的存在下，增量式编码器可用于仅确定相对位移。因此，增量式编码器的测量刻度也可以具有呈一个或多个参考标记(指示参考位置)形式的其它刻度标记，也可以包含界限标记(指示测量刻度的任一端的标记)。

在绝对编码器的情况下，测量刻度具有形成一系列唯一码(例如，码字)的标记，每个码字与沿刻度的特定位置相关联。已知的是配置读头使得它可以总是读取至少一个完整的码字。读头可以使用查阅表或算法以基于唯一码字确定刻度上的绝对位置，并且该系统能够在启动时唯一地识别其位置而无需必须首先移动到参考点。

增量式编码器通常是相对简单的并且形成编码器反馈系统的支柱。然而，无论位置可以沿刻度的长度的什么地方，绝对编码器能够唯一地识别刻度上的当前位置。绝对编码器可以在开机时识别位置而无需移动的必要并且缓解保持循环信号的精确计数的必要。绝对编码器在上电时的参考不容易、不安全或甚至不可能的情况下可以是重要的。并且，在由于电力的影响或损失的例如过量的加速等错误状况之后，绝对编码器唯一地识别位置而无需刻度与读头之间的相对移动。刻度必须使读头具有足够的信息以唯一地识别位置并且这可以通过在同时读取时形成唯一字的平行数据线完成，或者通过串行数据流的足够长的部分完成，或者可以通过例如飞行时间测量等物理地绝对方法完成。然而，呈现为多个并排放置的串行流的平行数据具有较宽的缺点，并且因此对偏航对准公差敏感。飞行时间技术需要光路的特性为众所周知的，因此除非路径是真空的，否则温度和湿度波动以及湍流将影响测量。

通常，绝对编码器将不具有尽可能与增量式编码器一样高的分辨率，这是由于需要沿刻度的有用长度唯一地识别位置的过度长的码字，并且因此可以希望添加增量标记到绝对编码器以便能够内插在通过码字确定的位置之间。举例来说，增量刻度标记可以提供在绝对刻度标记的平行轨道上。然而，此类平行轨道的使用使系统对读头和刻度的对准敏感。当组合绝对位置和增量位置时读头的偏航可以引起错误。

其中绝对刻度标记和增量刻度标记两者都形成于单个轨道上的替代方法描述于以本申请人的名义的GB 2 395 005中，其内容在此以引用的方式并入。轨道包括由多个反射性和非反射性条带组成的幅度刻度，该条带布置成彼此平行并且具有在测量方向上的该条带之间的固定间距。条带在重复图案中是省略的以便以类似于线性条形码方式表示数据。刻度上的数据被拆分成字并且读头描绘足够的刻度以无论沿刻度的读头位置如何都包含至少一个完整字。位置可以从通过读头读取的字中唯一地识别。数据字表示绝对刻度，并且反射性和非反射性条带的重复图案表示增量刻度。在此方法中，绝对刻度由增量刻度的移除元件形成。

已知的是与表面的超快激光脉冲相互作用可以引起周期性表面结构的形成，该结构通常被称为激光诱导周期性表面结构(Laser Induced Periodic Surface Structure,LIPSS)或纳米波纹结构。出现在由来自红宝石激光的光损坏的多种半导体的表面上的“平行直线的规则系统”的效果公开于应用物理学杂志(Journal of Applied Physics)的1965年的第36卷第3688页的作者为Birnbaum Milton的“通过红宝石激光产生的半导体表面损坏”中。此后这些结构已经使用从持续波到皮秒激光的任何东西来产生，但是最常见的是飞秒激光。