專利名稱：生產旋轉編碼器刻度構件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及校正由偏心安裝的旋轉編碼器所導致的誤差，所述編碼器 安裝成圍繞軸線轉動。
背景技術：
雖然這種誤差 一般較d 、，但是它們對于高精度編碼器來說還是顯著的。 典型地，當旋轉編碼器刻度構件安裝到軸或者類似物上的時候，首先需要 盡可能地將其安裝成與所要旋轉的軸線同軸。編碼器的任何偏心度，還稱 為徑向跳動，在使用編碼器刻度構件和單個讀取頭時，將降低旋轉編碼器 的精度并導致角度測量值的誤差。由偏心度導致的誤差表示為正弦量的誤 差，其周期等于編碼器旋轉一周的周期。傳統(tǒng)上，必須借助將編碼器安裝到軸上，并測量偏心度，然后調節(jié)編 碼器安裝情況，直到編碼器具有盡可能小的偏心度，從而減小所述誤差。 編碼器的制作讓其角度劃分盡可能精確地圍繞編碼器的幾何中心，從而編 碼器對齊帶來角度劃分的對齊。但是，絕對完美的對齊是不可能的，所以 在制造過程中可能發(fā)生偏心度誤差。在這種情況下，角度劃分的中心不能 與編碼器旋轉的幾何中心重合。所以，即使編碼器精確安裝，由制造誤差 導致的正弦誤差仍然存在。校正徑向跳動導致的誤差的方法是已知的。日本專利公開No. 80-61979 提出了使用三個編碼器讀取器，均勻間隔地放在編碼器周圍，且產生相等 于來自三個讀取器的三個信號平均時序加上固定延時周期的信號。這是相對昂貴的方案，并且不適合空間受限的場合。另外，還難于圍繞編碼器對 齊三個讀取器。美國專利No. 6,304,825公開了借助參照表進行誤差校正的裝置。在編 碼器單元安裝到其軸上以后，測量正弦誤差來產生該表。循環(huán)的編碼器誤 差的相位和幅值相對于編碼器上的基準位置來說是已知的。通過比較待測 編碼器與主基準編碼器的輸出來獲得這些值。使用固定的延時周期，向其 加上或者從其減去從參照表得出的誤差。 發(fā)明內容根據(jù)本發(fā)明的第一方面，生產旋轉編碼器的方法包括以下步驟(i)揀 選具有幾何中心的編碼器刻度坯料；(ii)將該編碼器刻度坯料圍繞第二中 心定心安裝；(iii)在編碼器刻度坯料上產生刻度，從而形成編碼器刻度構 件，該編碼器刻度構件的刻度圍繞所述第二中心定心；其特征在于，所述 方法包括以下步驟(iv)測量所述幾何中心和所述第二中心之間的任何偏 心度。因此，本發(fā)明提供一種生產編碼器刻度構件的方法。該方法涉及揀選 具有幾何中心的編碼器刻度坯料。該編碼器刻度坯料例如可以包括金屬環(huán)。 該編碼器刻度坯料圍繞第二中心可旋轉地安裝到適當?shù)目潭刃纬裳b置上。 當其圍繞該第二中心旋轉時， 一系列刻度標記(例如， 一系列反光線和非 反光線)形成在該編碼器刻度坯料上。以此方式，從編碼器刻度坯料形成 了編碼器刻度構件，所述編碼器刻度構件具有圍繞第二中心定心的刻度。形成編碼器刻度構件后，測量幾何中心和第二中心之間的偏心度。優(yōu) 選地，測量幾何中心和第二中心之間偏心度的步驟(iv)在編碼器刻度構件 安裝在刻度形成裝置上的情況下進行。例如，在形成刻度之后或者之前， 立即進行這種測量。換句話說，步驟(iii)可以先于步驟(iv)或者跟隨其 后，但是優(yōu)選在所述步驟之間不調節(jié)編碼器刻度構件的安裝情況。如以下更為詳細地說明的那樣，當隨后將編碼器刻度構件安裝以形成 編碼器設備時，得知幾何中心和第二中心之間的偏心度是有優(yōu)勢的。例如， 當編碼器構件安裝到工作位置時，允許制造過程中存在的編碼器刻度構件 的任何偏心度得以被模仿。還可以將編碼器刻度構件制造過程中測量的偏 心度誤差與編碼器安裝到操作位置時測量到的偏心度誤差結合起來。這允 許提供校正后的角度測量值，其中編碼器刻度構件制造和安裝過程中存在 的任何偏心度誤差都被考慮到了 。本發(fā)明的優(yōu)勢在于，在編碼器刻度構件安裝過程中不需要使用主基準， 因為可以在安裝編碼器以后進行偏心度誤差校準。所述誤差是從已知的制 造偏心度誤差推算出來的，并且可以與安裝或者重新設定編碼器過程中出
現(xiàn)的偏心度測量值結合起來。應該注意，這里所用的術語"偏心度"指的是兩個旋轉中心之間的距離或者從該距離導致的表象(apparent)半徑變化。這里所用的術語"編碼器 刻度構件，，指的是用于角度或者旋轉增量測量的編碼器設備。正如以下更為 詳細地論述那樣，編碼器刻度構件可以包括弧形構件(例如，并非完整圓 形的構件)或者完整的圓形構件(例如，環(huán))，用于連續(xù)的旋轉角度測量。具有優(yōu)勢的是，步驟(iv)包括當所述編碼器刻度構件旋轉到多個不 同角度取向時，測量編碼器刻度構件的元件表象半徑的任何變化。許多測 量表象半徑變化的技術是已知的，例如使用百分表(dial test indicator)等。 而且，許多合適的方式還在我們共同待審國際(PCT)申請(Ref: 651WO) 中進行了說明，上述申請要求英國專利申請GB0508335.7的優(yōu)先權。優(yōu)選地，所述多個不同角度取向包括三個或者更多個不同角度取向。 更優(yōu)選地，所述多個不同角度取向包括至少4個、至少5個、至少6個、 至少8個或者至少IO個不同角度取向。為了方便，編碼器刻度構件包括至少一個標記來辨別所述多個取向。 例如，三個或者更多標記可以設置在編碼器刻度構件周圍。 一個或者多個 所述標記可以獨特地標出，從而允許該標記能獨特地辨別出來。例如，主 標記可以包括線條，而其他標記可以包括點。這種標記可以是在步驟(iii) 中形成在編碼器刻度構件上的刻度的整體的一部分，或者可以單獨形成。具有優(yōu)勢的是，該方法包括以下步驟(v)將編碼器刻度構件安裝到 工作位置，圍繞第三中心定心。例如，編碼器刻度構件可以安裝到旋轉構 件上。該旋轉構件可以包括軸承，其圍繞第三旋轉中心旋轉。編碼器刻度 構件可以螺栓連接或者以任何適當方式連接到所述旋轉構件。例如，可以 用錐度安裝。優(yōu)選地，該方法包括以下步驟(vi)測量幾何中心和第三中心之間的 偏心度。換句話說，測量安裝后的編碼器刻度構件的偏心度。具有優(yōu)勢的是，這種偏心度測量包括在多個角度取向上測量編碼器刻 度構件的元件表象半徑變化。如上所述，許多技術可以用來實施這種測量。 優(yōu)選在三個或者更多角度取向上測量編碼器刻度構件的元件表象半徑變 化。更優(yōu)選地，在至少4個、至少5個、至少6個、至少8個或者至少10
個不同的角度取向上進行這種測量。具有優(yōu)勢的是，步驟(iv)包括在與步驟(Vi)中測量過的相同角度取 向上測量表象半徑變化。提供圍繞編碼器刻度構件圓周的一個或者多個標 記，允許這種測量容易實現(xiàn)。為了方便，該方法還包括以下步驟(vii)調節(jié)編碼器刻度構件的工作 位置。特別是，步驟(vii)具有優(yōu)勢地包括調節(jié)編碼器刻度構件的工作位 置，并重復步驟(vi)直到步驟(vi)中測量的幾何中心與第二中心之間的 偏心度符合步驟(iv)中測量的幾何中心與第三中心之間的偏心度。換句話 說，安裝旋轉編碼器的步驟包括試著讓編碼器的偏心度與生產編碼器時的 偏心度相同或者類似。具有優(yōu)勢的是，該方法還包括以下步驟(viii)計算由第二和第三中 心位置差異導致的正弦偏心度誤差的幅值和相位。正如以下參照圖4更為詳細地論述那樣，如果所述多個位置包括4個 圍繞編碼器刻度構件均勻分開的位置A、 B、 C和D,則在編碼器生產時， 測量和記錄的從A、 B、 C和D點得到的偏差是a、 b、 c和d,且安裝編碼 器時測量得到的是a，、 b，、 c，和d，。以r作為編碼器的名義半徑，e作為經(jīng) 過的角度，則正弦誤差s的幅值等于其中x和y是圖4中的尺寸。于是，可以從圍繞編碼器的4個點A、 B、 C和D處的測量值確定正弦 誤差的幅值和相位，然后這些值例如可以用來在編碼器周圍的任何位置(例 如，通過算法)自動校正測量的角度位置。雖然說明了 4個測量點，應該 記住可以根據(jù)需要應用更少或者更多的測量點。采用更大數(shù)目的測量點允 許確定和消除誤差的更高階諧波。另外，如果編碼器刻度構件在測量過程2r然后正弦誤差的相位可以通過角度a以下式來確定:少—W-6'+6 — 中撓曲，則在許多點來進行測量可以減小引入的不確定性，從而提供對旋 轉中心的更佳估算。還可以方便地執(zhí)行以下步驟(ix)產生偏心度經(jīng)過校正的角度輸出信 號。計算誤差的幅值和相位的步驟可以作為算法來實施，而由此推算出來 的誤差值可以存儲在參照表或者其他記錄中，或者可以用來校正角度讀數(shù)。為了方便，步驟(iii)包括使用激光器在編碼器刻度坯料上形成刻度 標記。例如，可以用WO03/041905中所述的技術來形成刻度標記。如上所 述，編碼器刻度構件可以方便地包括至少一個環(huán)和弧形構件。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，安裝編碼器刻度構件的方法特征在于(a) 揀選具有幾何中心的編碼器刻度構件，該編碼器刻度構件還包括圍繞第二 中心定心的刻度，其中幾何中心和第二中心之間的偏心度是已知的；(b) 將編碼器刻度構件安裝在圍繞第三中心定心的工作位置；和(c)測量幾何 中心和第三中心之間的偏心度。因此，本發(fā)明的第二方面提供了一種方法，該方法能在安裝預成形編 碼器構件時實施，其中幾何中心與第二中心之間的偏心度是已知的。該方 法的步驟(a)可以方便地包括揀選編碼器刻度構件，該構件用根據(jù)本發(fā)明 第一方面的方法形成。具有優(yōu)勢的是，該方法包括以下步驟(d)調節(jié)工作位置，并重復步 驟(c)直到幾何中心與第三中心之間的偏心度基本上符合已知的幾何中心 與第二中心之間的偏心度。換句話說，幾何中心與第三中心之間的偏心度 并沒有象以前的技術中那樣減小，而是被改變，從而符合從編碼器刻度坯 料制造編碼器刻度構件過程中出現(xiàn)的偏心度。為了方便，該方法包括以下步驟(e)計算由第二和第三中心的位置 差異導致的正弦偏心度誤差的幅值和相位。這允許制造和安裝過程中出現(xiàn) 的偏心度誤差得到校正。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，校正偏心度的方法特征在于，包括以下步驟 (A)選擇第一組表示編碼器刻度構件幾何中心與第二中心之間偏心度的偏 心度值，所述編碼器刻度構件的刻度標記圍繞第二中心定心；(B)選擇第 二組表示編碼器刻度構件幾何中心與第三中心之間偏心度的偏心度值，所 述第三中心是編碼器刻度構件在工作位置的旋轉中心；和(C)從第一組偏
心度值和第二組偏心度值推算角度校正值。以此方式，第一 (即，制造時)和第二 (即，安裝時)偏心度誤差值 可以用來校正編碼器輸出的角度值。消除這種誤差將提高這種編碼器設備 所獲得的角度測量值的精度和一致性。可以提供計算機程序來實施這種方法。還可以提供包含該計算機程序 的計算機程序載體(例如，CD、硬驅動器等)。具有優(yōu)勢的是，可以提供 執(zhí)行該方法的適當編程的計算機。于是，這里提供了一種方法，用來確定由旋轉或者角度編碼器刻度構 件偏心度導致的誤差。該方法包括，以任何適當順序執(zhí)行的、以下任何一個或者多個步驟(1 )生產具有幾何中心的旋轉或者角度編碼器刻度坯料；(2)將該坯料圍繞第二中心安裝，并圍繞該第二中心在所述坯料上產生刻度以形成編碼器刻度構件；(3 )在多個角度位置測量并記錄由幾何中心與第二中心之間的偏心度導致的編碼器刻度構件的元件表象半徑變化；(4 )將編碼器刻度構件安裝到圍繞第三中心定心的工作位置；(5 )在多個角度位置進一步測量由幾何中心與第三中心之間的偏心度導致的編碼器刻度構件的元件表象半徑變化；(6) 調節(jié)編碼器的位置以獲得所述多個位置的半徑變化的值，這些值 類似于步驟(3)中記錄的值；和/或(7) 通過使用步驟(3)和(5)中測量的半徑變化，計算由第二和第 三中心的位置差異導致的刻度的正弦誤差的幅值和相位。本發(fā)明延伸到計算機程序，當運行計算機時，該程序執(zhí)行上述步驟(7) 中的方法。所述程序可以包括上述步驟(5)和/或步驟(6)。這里還說明了 一種確定由旋轉編碼器的偏心度導致的誤差的方法，該 方法包括以下步驟(1 )將旋轉編碼器安裝到旋轉構件；(2)安裝到旋轉 構件后，在許多點測量編碼器的偏心度；(3)計算由測量的偏心度導致的 正弦誤差的幅值和相位。因此，說明了一種基于多個偏心度測量值來確定 偏心度誤差的方法。旋轉編碼器的偏心度制作得盡可能小，但是安裝時無 法避免偏心度的時候，該方法特別有用。本發(fā)明延伸到計算機程序，當運
行計算機時，該程序執(zhí)行方法步驟(3)。所述程序還執(zhí)行步驟(2)。


僅作為示例，參照附圖，現(xiàn)在將說明本發(fā)明，其中圖1示出了生產旋轉編碼器的示意圖；圖2示出了安裝后的旋轉編碼器的示意圖；圖3-6示出了生產后和安裝后的旋轉編碼器之間的幾何關系；和 圖7a、 7b、 8a和8b示出了由偏心度導致的誤差的示例。
具體實施方式
圖1示出了旋轉編碼器刻度構件10，其安裝在沿著箭頭Z方向圍繞軸 P旋轉的旋轉臺20上。標記15圍繞軸P形成在編碼器刻度構件IO上，將 該編碼器分成預定的角度分量。編碼器刻度構件具有名義幾何軸N，該軸 將非常接近軸P，但是這兩個軸并不精確對齊。這種不對齊(偏心或者徑向 跳動)可以在編碼器刻度構件10從臺20上取下前，使用杠桿百分表(DTI) 來測量，圖2中示出了 DTI50。優(yōu)選地，DTI用來測量編碼器刻度構件旋 轉到A、 B、 C和D點的4個徑向跳動測量值。所述徑向跳動值作為校準數(shù) 據(jù)進行記錄。圖2示出了配合在軸30上的編碼器刻度構件10。編碼器刻度構件10 和軸30具有互補的錐形安裝部(未示出)，當安裝到軸30上的時候，這種 互補錐形安裝部允許用螺釘孔12內的緊固螺釘32對編碼器刻度構件IO進 行一些調節(jié)。DTI50具有固定點，并且在編碼器刻度構件旋轉到A、 B、 C 和D點(未示出)時，能用來確定徑向跳動。螺釘32的調節(jié)能讓編碼器圍 繞旋轉軸Q的軸線合理地良好安裝，但是還存在一些徑向跳動。.編碼器刻 度構件于是圍繞軸Q旋轉，該軸并不與軸P相同。在使用時，編碼器讀取 器40用來讀出軸30的角度測量值。顯然，在使用中，當讀取編碼器刻度構件IO的表象角度旋轉時，不同 的制造中心P和安裝中心Q將產生誤差?；蛟S這些偏心度會彼此抵消，或 者可能累積成為比單獨的制造偏心度或者安裝偏心度更大的誤差。所述偏心度可以用來補償以下說明的角度誤差。但是，首先應該注意， 與編碼器刻度構件10的半徑相比，誤差幅值被顯著夸大，以解釋帶來的效果。在實踐中，偏心度典型為幾個pm。另外，編碼器的形狀誤差(非圓度)也被顯著夸大了。圖3示出了加工分度15時，和通常一樣圍繞軸P安裝的編碼器刻度構 件10。如上所述，編碼器刻度構件10 (可能不是精確的圓形)具有名義幾 何中心N,但是當加工分度時，該構件圍繞軸P旋轉。這種非精確安裝將 表示為偏心度，并且可以在從生產臺20上取下編碼器刻度構件IO之前進 行測量。在本例中，4個基本上均布的點A、 B、 C和D用作測量點，當與 圓心為P、任意半徑為p的圓F比較時，得出4個徑向跳動尺寸。每個位 置A、 B、 C和D都有從P點起算的各自半徑iv rb、 r。和rd。為了讓本例 簡化，半徑p這樣選擇，使得a、 b、 c和d都為正值且較小(包括零)。圖4示出了編碼器IO現(xiàn)在圍繞軸Q安裝，正如其安裝和準備好使用時 應該出現(xiàn)的那樣?，F(xiàn)在，軸P從軸Q的可能間隔給定為距離z,該距離與 編碼器的名義半徑相比較小。所述間隔具有坐標x和y和傾角a。相對于圓 心為Q且半徑為任意便利的半徑q的另一個圓G,在名義上相同的點A、 B、 C和D確定另外4個徑向跳動尺寸(a，、 b，、 c，和d，)。于是，記錄了兩組H據(jù)a、 b、 c和d以及a，、 b，、 c，和d，。 /人圖4可以 看出，從制造中心P到安裝中心Q的距離是z,且其方向(相位)相對于A 點為角a?？梢酝ㄟ^如圖5所示的分析得出坐標值x和y。圖5示出了圖4的局部 放大圖，使得相關尺寸可以更為清楚地示出。 通過從Q測量距離，得出以下q=rb+y+b，=rd-y+d， ( 1 )重新排列方程(1)得出2y=d,-b，+rd-rb類似地，/人P得出p=rb+b=rd+d所以，rd-rb=b-d (2) 從方程(1 )和(2)可以看出2y=d，-b，+b-d ( 3 )
類似地分析水平尺寸得出2x=c，-a，+a-c ( 4 )給定x和y,則利用下式可以得出安裝中心Q相對于制造中心P的幅 值z和相位a:z2=x2+y2 ( 5 )和tan a = y/x ( 6 )然后由于偏心誤差，可以確定編碼器的角度誤差。 在圖6中，即編碼器刻度構件IO被認為是固定的，可以看出，如果讀 取頭圍繞安裝中心點Q從H到H， (H，是穿過兩個中心的直線與編碼器10 圓周相交的點，且此處無角度誤差)經(jīng)過真實角度(true angle ) e,則由編 碼器測量的表象角度(apparent angle)將會是①，誤差s=O-0將是表象角 度大于真實角度的值。所述誤差會較小，但是對于精確的編碼器來說仍然 很明顯。如果編碼器平均半徑為r，則對于較小的z/r來說，從圖6中可以 得出較好的近似值為￡=z/r sin 0 ( 7 )該誤差的相位更為便利地與諸如固定到編碼器上的A點的基準點關 聯(lián)，使得表象讀數(shù)和誤差表示為從。=a (A點)到(D=0 (H，點)。這在圖 7a和7b中可以示意性地看出。曲線的縱軸定義為誤差s而橫軸定義為編碼 器的旋轉，兩個值都以弧度計?？梢钥闯?，誤差是正弦波形的。 圖7a示出了 s和旋轉之間的關系，標出了 0=a時的A點。 圖7b示出了以0=01作為基準點，即編碼器上的A點為基準點時，s 和旋轉之間的關系。于是，相對于已知點(在本例中為A點)，從圍繞編碼器測量的表象角 度O減去(正值)或者加上(負值)s，可以利用圖7b中的曲線得出真實角度e。示例1編碼器將要安裝到軸上，且將要確定其因偏心度帶來的誤差。 一種已 知的確定角度誤差的方式是將安裝角度測量值與主基準相比并且構造誤差 語。這種技術需要昂貴的基準并且需要相對于安裝旋轉中心仔細地安裝該基準。
根據(jù)本發(fā)明，可以以下述方式確定偏心度的幅值和相位考慮名義直徑為150mm的編碼器，則r=75mm，在A、 B、 C和D點 的制造偏心度分別為a=2|im、 b=7|im、 c=8pm、 d=5pm。如果該編碼器隨機安裝而不考慮匹配制造偏心度，則設想安裝偏心度 在A、 B、 C和D點的測量值是a^4iim、 b，=2(im、 c，=lfim、 d，=5(im。使用上述方程，可以用制造偏心度和安裝偏心度估算安裝后的編碼器 精度。從上述方程(3)和(4)，可以計算下式x=l/2 * (c，-a，+a-c) = 1/2 * (1-4+2-8) = -4.5,y=l/2 * (d，-b，+b-d) = 1/2 * (5-2+7-5) = 2.5(im另外，從方程(5)得出，z = Vx2+/ 5.15//w從方程(7)得出，角度誤差幅值￡ = 2/^69///^/或者14"弧度。如果該 誤差可以接受，則編碼器可以保持該位置。如果要求更小的誤差，則在不用主基準的情況下，可以使用以下的偏 心度誤差確定和調節(jié)方法。示例2還是一樣，認為編碼器刻度構件具有名義半徑F75mm(和示例1 一樣)。 在A、 B、 C和D這4個預定點，相對于4企驗圓(arbitrary circle )的制造偏 心度為a=2|im、 b=7(im、 c=8jim和d=5jim (和示例1 一才羊)。安裝后，上述數(shù)字例如從校準證書中是已知的，所以操作員試著定位 具有相似偏心度的編碼器。這可能是相同的值或者更為可能的值，該值每 一個增大或者減小相同的量，例如全部+5(im或者全部-2pm。但是，操作員不可能精確地實現(xiàn)該目標，所以，安裝后的值可能是 a，=2[im、 b，=8|im、 c，=6[im、 d，=13|am,這是試著再現(xiàn)制造偏心度。使用上述方程(3)和(4):x=l/2 * (c，-a，+a-c)=l/2 * (6-2+2-8) = -1 umy=l/2 * (d，-b，+b-d)=l/2 * (3-8+7-5) = -1.5 um另外，使用公式(5)， <formula>formula see original document page 14</formula>從方程(7)中，偏心度誤差的幅值是ez/r^24(！ rad或者約5"弧度。 于是，可以看出通過試著再現(xiàn)制造誤差，可以實現(xiàn)對精確度的顯著改善。 偏心度的范圍基本上不能再好了，但是精度得到了改善，因為誤差傾向于消失。示例3另 一種技術用來預測和補償偏心度導致的誤差，即制造偏心度誤差。 使用示例1的編碼器，安裝時，如果不試著再現(xiàn)制造過程中測量的相同偏心度，并且可以接受任何合理的隨才幾偏心度，則和示例1 一樣，a，、 b，、 c，和d,的數(shù)字可以是a，=4|im 、 b，=2jim 、 c，二l拜和d，=5(im?，F(xiàn)在可以得到合成誤差，且該合成誤差相同，即z=5.15|im和￡=69p rad, 即約14，，弧度，且c^tarfV/x^an"-2.5/4.54an"-0,556。圖4示出，在x〈0且y〉0時，P點相對于Q位于"左上象限"。因此， 中心線QP和編碼器上的基準到點A的方向之間的角度為a-151°。誤差s示于圖8a中。在相對于基準A的任何角度進行的校正示于圖 8b。因此，安裝后的編碼器誤差包括制造偏心度誤差，以指示的角度①超 過真實角度e的量來表示，則所述安裝后的編碼器誤差為s-14"弧度sine, 其中所述真實角度是從固定編碼器上的H，處的中心線順時針旋轉的角度。該預測誤差然后可以用于建立誤差譜或者類似的對表象角度進行校正 的裝置，而不需要針對主角度基準進行校準。這種誤差譜相對于中心線H， 示于圖8a和圖8b，更為方便的是從編碼器上的A點開始。在實踐中，如果手動測量偏心度或者通過旋轉編碼器且自動測量偏心 度，則誤差s和相位a可以用算法來實現(xiàn)。所述誤差信號可以用來校正從 讀取器40得到的表象角度信號。這可以通過信號處理裝置60來實現(xiàn)。信 號處理器可以以類似圖7和8進行校正的方式，根據(jù)編碼器相對于基準的 位置，自動增加或者減去角度值。在本發(fā)明的范圍內，所述實施例的替代方案對于本領域的技術人員是 顯而易見的。所示的編碼器不是必須軸向將其標記對齊。所述標記可以是 徑向的，帶有可用的某些表面和標記，可以從其確定偏心度。所述編碼器 可以是弧形的，而非完整的圓形。編碼器上角度漸增的標記是示例性的，而且還可以用絕對編碼器實現(xiàn) 相同的效果，從而校正絕對角度測量值。所示的編碼器是光學式的，但是 也可以使用其他編碼器，例如磁式的、電容式的等。如果要求較低的精度且制造公差很好，則當編碼器制造后進行的偏心度測量所獲得的校準數(shù)據(jù)可以認為是零。在這種情況下，在安裝編碼器10 過程中，可以直接從DTI獲得正弦誤差的幅值和相對角度，并且產生完美的產品(即，a、 b、 c和d=0)。但是，如果在制造過程中，編碼器上的標記不是精確地圍繞編碼器的幾何中心劃分的話，這種技術將提供較低的精度。不是必須采用DTI來測量編碼器的偏心度?？梢允褂闷渌灰茰y量設備。為了能良好的理解，圖中所示的誤差進行了夸大。在實踐中，測量到 的偏心度典型為幾個微米(pm)。根據(jù)本發(fā)明的過程允許迅速地、且有可能 自動地校正偏心度誤差，而不需要多個讀取頭或者主基準。如果使用中編碼器的位置受到干擾，面臨的工作就是重新校準該誤差。圍繞名義中心調節(jié)編碼器可以不用所述的錐度安裝，例如可以使用徑向 調節(jié)螺釘?？梢詫⑵亩日`差繪制成譜，并且可與來自其他源由的誤差一起 記錄在誤差語中，而不是進行連續(xù)計算。
權利要求
1.一種生產旋轉編碼器的方法，包括以下步驟(i)揀選具有幾何中心的編碼器刻度坯料；(ii)將所述編碼器刻度坯料圍繞第二中心定心安裝；(iii)在所述編碼器刻度坯料上產生刻度從而形成編碼器刻度構件，所述編碼器刻度構件的刻度圍繞所述第二中心定心；其特征在于，所述方法包括以下步驟(iv)測量所述幾何中心與所述第二中心之間的任何偏心度。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(iv)包括當 所述編碼器刻度構件旋轉到多個不同角度取向時，測量所述編碼器刻度構 件的元件表象半徑的任何變化。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述多個不同角度取向包 括三個或者更多個不同角度取向。
4. 如權利要求2至3任一項所述的方法，其特征在于，所述編碼器刻 度構件包括至少一個標記來辨別所述多個取向。
5. 如前述權利要求任一項所述的方法，包括以下步驟(v)將所述編 碼器刻度構件安裝到圍繞第三中心定心的工作位置。
6. 如權利要求5所述的方法，包括以下步驟(vi)測量所述幾何中心 與所述第三中心之間的偏心度。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(vi)包括在多 個角度取向上測量所述編碼器刻度構件的元件表象半徑變化。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟(vi)包括在三 個或者更多個角度取向上測量所述編碼器刻度構件的元件表象半徑變化。
9. 如權利要求8從屬于權利要求2時所述的方法，其特征在于，步驟 (iv)包括在與步驟(vi)中測量的相同角度取向上測量表象半徑變化。
10. 如權利要求6至9任一項所述的方法，包括以下步驟(vii)調節(jié) 所述編碼器刻度構件的工作位置。
11. 如權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述步驟(vii)包括調 節(jié)所述編碼器刻度構件工作位置，并重復所述步驟(vi)直到所述步驟(vi) 中測量的所述幾何中心與所述第二中心之間的偏心度基本上符合在所述步 驟(iv)中測量的所述幾何中心與所述第三中心之間的偏心度。
12. 如權利要求7至ll任一項所述的方法，包括以下步驟(viii)計 算由所述第二和第三中心位置差異導致的正弦偏心度誤差的幅值和相位。
13. 如權利要求12所述的方法，包括以下步驟(ix)產生偏心度經(jīng)過 校正的角度輸出信號。
14. 如前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，步驟(iii)包 括用激光器在所述編碼器刻度坯料上形成刻度標記。
15. 如前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述編碼器刻 度構件包括至少一個環(huán)和弧形構件。
16. —種安裝編碼器刻度構件的方法，所述方法的特征在于以下步驟(a) 揀選具有幾何中心的編碼器刻度構件，所述編碼器刻度構件還包 括圍繞第二中心定心的刻度，其中所述幾何中心和所述第二中心之間的偏 心度是已知的；(b) 將所述編碼器刻度構件安裝在圍繞第三中心定心的工作位置；和 (c )測量所述幾何中心和所述第三中心之間的偏心度。
17. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述步驟U)包括揀 選根據(jù)權利要求1至4任一項所述的方法形成的編碼器刻度構件。
18. 如權利要求16至17任一項所述的方法，包括以下步驟(d)調 節(jié)所述工作位置，并重復所述步驟(c)直到所述幾何中心與所述第三中心 之間的偏心度基本上符合已知的所述幾何中心與所述第二中心之間的偏心 度。
19. 如權利要求16至18任一項所述的方法，包括以下步驟(e)計 算由所述第二和第三中心的位置差異導致的所述正弦偏心度誤差的幅值和 相位。
20. —種4交正偏心度的方法，特征在于包括以下步驟(A )選擇第一組表示編碼器刻度構件幾何中心與第二中心之間偏心度 的偏心度值，所述編碼器刻度構件的刻度標記圍繞第二中心定心；(B) 選擇第二組表示編碼器刻度構件幾何中心與第三中心之間偏心度 的偏心度值，所述第三中心是編碼器刻度構件在工作位置的旋轉中心；和(C) 從所述第一組偏心度值和所述第二組偏心度值推算角度校正值。
21. —種實施權利要求20所述方法的計算機程序。
22. —種如此前基本上參照圖l至8所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種確定旋轉編碼器的編碼器刻度構件(10)的偏心度的方法。所述方法包括揀選具有幾何中心(N)的編碼器刻度坯料，并將所述編碼器刻度坯料圍繞第二中心(P)定心安裝。在所述編碼器刻度坯料上產生刻度從而形成編碼器刻度構件(10)，所述編碼器刻度構件的刻度圍繞所述第二中心(P)定心。例如通過測量所述編碼器刻度構件的表象半徑變化來測量所述幾何中心(N)和所述第二中心(P)之間的任何偏心度。然后將所述編碼器刻度構件安裝到工作位置(例如，軸30)，其中所述構件圍繞第三軸(Q)旋轉。安裝到工作位置時的偏心度可以符合所述構件制造過程中測量的值，和/或可以確定所述編碼器刻度構件制造和安裝過程中產生的偏心度誤差。
文檔編號G01D5/244GK101163947SQ200680013743
公開日2008年4月16日 申請日期2006年4月25日 優(yōu)先權日2005年4月26日
發(fā)明者詹姆斯·雷諾茲·亨肖 申請人:瑞尼斯豪公司