絕對位置測量系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種增量式編碼器，其例如可以是線型的、但尤其也可以是旋轉式測 量系統，也就是旋轉編碼器。在已知的增量式編碼器中，也就是說，在循環式絕對位置編碼 器中，掃描標記刻度（標記與標記的間距），這些標記刻度在旋轉編碼器中可以構造在能轉 動的、旋轉對稱的刻度標記碼盤上，或者在線型的測量系統中可以構造在線型的、能沿縱向 移動的刻度標記碼盤上。刻度可以如公知的那樣通過磁性的和非磁性的、光學上透明的和 不透明的區段或通過（在齒輪上或齒桿上）分別交替地彼此跟隨的齒和齒隙來實現。編碼 器包含對刻度標記做出反應的掃描元件。在相應的掃描元件的輸出端上得到輸出信號，例 如一系列電流脈沖或電壓脈沖，它們的數量（增量）對應粗略的角度位置值或縱向位置值。
【背景技術】
[0002] 由DE43 31 151C2已知一種方法，以便在由兩個相鄰的刻度標記在碼盤上形成 的和/或限定的刻度區段之內獲知可運動的刻度標記碼盤的絕對位置。在微型計算機中， 所計數的刻度標記或刻度區段的數量（粗略位置）和所獲知的絕對位置（精細位置）按照 已知的、數學的關系可以組合成總位置。在DE43 31 151C2中使用測量過程的數學模型。 該模型以參數矢量為基礎并且與正在進行的測量運行并行地進行計算并且持續地進行更 新。由此，使參數矢量與當前的測量過程相匹配。DE43 31 151C2的內容是本專利申請的 一部分并且屬于其公開內容。
[0003] 由DE10 2004 062 278A1已知的是，為增量式編碼器裝備增量部（刻度區段）， 它們的周期長度（長度）采用不同的值，也就是說，是兩兩不一樣。通過測量信號評估能夠 首先獲知當前的刻度區間（刻度區段，粗略位置）并且通過緊接著的借助內插法的精細評 估獲知在當前的間隔之內的絕對位置（在刻度區段之內，精細位置）。

【發明內容】

[0004]本發明的任務是，建議一種改良的絕對位置測量系統和方法。
[0005] 該任務通過根據權利要求1所述的方法來解決。這種方法用于獲知增量式編碼器 的刻度標記的運動的碼盤相對傳感器裝置的絕對位置（粗略位置和精細位置，也就是絕對 式測量取代僅增量式測量）。可選地，傳感器裝置可以是位置固定的。在碼盤上存在如下的 刻度區段，其具有兩兩不同的在刻度標記之間的區段長度。在步驟a)中，利用傳感器裝置 的第一傳感器產生第一測量信號。相應地在步驟b)中利用傳感器裝置的第二傳感器產生 第二測量信號。第二傳感器與第一傳感器沿著碼盤的運動方向錯開地布置。換而言之，第 一和第二傳感器位于各自的相對用于刻度標記的可運動的碼盤位置固定的第一和第二測 量位置上。通過使刻度標記導引經過傳感器和在傳感器上探測刻度標記來生成測量信號。 第二傳感器位于沿著碼盤的運動方向與第一測量位置錯開的第二測量位置上。
[0006] 在步驟C)中，首先假設傳感器和碼盤的理想的運行：以利用第一和第二傳感器的 理想的測量信號的理論上理想的研究為出發點，針對每個刻度區段獲知各自的在理論上理 想的測量信號之間的理論上的相位偏差。基于兩兩不同的區段長度，刻度區段的各自的理 論上的相位偏差也兩兩不同。因此，每個理論上的相位偏差和每個刻度區段都可以一對一 地配屬于彼此。針對某一刻度區段而言表征性的并且唯一的在相應的第一與第二測量信號 之間的相位偏差基于傳感器裝置的傳感器的給定的錯位以及相關的刻度區段的唯一表征 性的區段長度而得出。
[0007] 在步驟d)中產生了第一和第二模型信號，這些模型信號以參數組為基礎或由這 組參數確定。在此，這些模型信號中的每一個分別建模出附屬的或配屬于它的（真實的） 測量信號。為此，首先使用參數的起始值。緊接著在步驟e)中，重復執行方法的多個分步 驟：在分步驟aa)中，各自的模型信號與附屬的（真實的）測量信號相匹配，其方式是：適應 性修改確定出模型信號的參數。這一點根據適應性修改標準和測量信號的當前的真實的值 來實現。作為適應性修改標準，所有已知的適應性修改標準，例如最小平方差、梯度法等都 在考慮之列。緊接著在分步驟bb)中，在模型中，也就是說在模型信號之間獲知其當前的模 型相位偏差。緊接著在步驟cc)中，由上面獲知的理論上的相位偏差中選出（最）相應于 當前的模型相位偏差的理論上的相位偏差。唯一地屬于所選出的理論上的相位偏差的刻度 區段被選擇作為針對碼盤的（當前的）絕對位置的當前的刻度區段。因此，碼盤的粗略位 置確認為在所選出的刻度區段上。最后，在分步驟dd)中，還由當前的刻度區段的已知的位 置（粗略位置）和在當前的刻度區段之內的相對位置(φ?ι)(精細位置）獲知碼盤相對傳 感器裝置的絕對位置（φ)。在當前的刻度區段之內的相對位置又由模型信號（xm、ym)在當 前的刻度區段之內的當前的相位（am)來確定。
[0008] 通過本發明直接由測量信號獲知碼盤的絕對位置。無需對刻度標記或刻度區段進 行計數或隨同跟蹤。該方法是防干擾的，因為在此以模型為基礎獲知了在刻度區段之內的 絕對位置。刻度區段的獲知也是防干擾的，因為這種獲知也是基于模型進行的。得到了用 于測量高分辨的編碼器位置的編碼器。因此，關于粗略位置的信息通過兩個測量信號的當 前的相移來說明。該測量方法適合于代替僅增量式測量的應用的絕對式測量的并且仍然價 格低廉的應用。
[0009] 在一種優選的實施方式中，在步驟bb)中，由參數組獲知當前的模型相位偏差。因 為在相應的方法中，參數矢量通常總歸是明確存在的，例如作為計算機的存儲器中的值矢 量，所以該參數矢量尤其便于供評估使用，這使獲知模型相位偏差變得容易。
[0010] 在本發明的另一優選的實施方式中，由（真實的）測量信號產生（真實的）復數 測量軌跡，在其中，第一測量信號用作其實部而第二測量信號用作其虛部。此外還產生如下 的復數模型軌跡，其實部由第一模型信號形成而其虛部由第二模型信號形成。于是，在步驟 aa)中，在復數平面中，使模型軌跡與測量軌跡相匹配。這導致了各自的模型信號與附屬的 測量信號的同時匹配。隨后在步驟dd)中，由模型軌跡的當前的相位獲知傳感器裝置的絕 對位置。在軌跡彼此匹配時，進行模型信號的各自的實部和虛部的同步的或彼此相關的匹 配，這通常可以比第一和第二模型信號與第一和第二測量信號的各自的單獨匹配更簡單且 更有效地執行。
[0011] 在本發明的一種優選的實施方式中，在步驟d)中，利用參數組{x0、y0、xc、yc、xd、yd}以xm=x0+(xc+xd)cosa-(yc-yd)sinα形式表達第一模型信號而以ym=y0+(yc+yd) cosa+(xc-xd)sinα形式表達第二信號。選擇提到的具有相應的參數的模型導致數學上特 別簡單的參數獲知或參數適應性修改。針對在步驟d)中選擇起始值，例如提供了參數xc 為1的選擇和所有其余五個參數為〇的選擇。因此，針對第一模型信號得到余弦形式而針 對第二模型信號得到正弦形式作為要適應性修改的輸出信號形式。因此，通過就預期的測 量信號來說匹配的第一和第二傳感器相對于碼盤的定位可以進行模型信號與測量信號的 特別廉價且快速的適應性修改。對于這類模型信號的全面的描述參考DE43 31 151C2,例 如在那里參見公式（16)和公式（17)以及具有附屬的說明的圖2中的"對比模塊16"。在 那里介紹的關于局部時間上的誤差測量（"偏差值"）的方法的魯棒性也可以轉移到本方法 中。
[0012] 在本發明的一種優選的實施方式中，在步驟c)中，將純余弦形的測量信號假定為 理論上理想的測量值，其具有各自的刻度區段的