[发明专利]位置测量

说明书

本发明涉及在二维空间中物体位置的测量。

单轴位置编码器是一种用于测量沿一条轴的两个物体的相对位置的设备。通常，刻度尺连结在物体中的一个上，读取头连结在物体中的另一个上。读取头包括用于照亮该刻度尺的光源和用于检测刻度尺标记的一个传感器或者多个传感器。在增量式测量系统中，刻度尺标记形成周期性图形，而读取头提供输出，该输出允许对标记进行计数，以跟踪位置。在绝对测量系统中，刻度尺标记可以形成码字，而读取头解码码字，以确定绝对位置。

此外，还存在双轴增量式位置编码器。在最简单的情况下，这些双轴增量式位置编码器包括互相成直角安装在一起的两个读取头以及通常周期性地位于两个正交方向中的刻度尺，每个读取头测量这两个方向中相应一个方向中的增量移动。欧洲专利申请EP1106972公开了这种双轴增量式编码器。

欧洲专利申请EP1106972描述了一种二维绝对测量刻度尺，其表面被分成单元矩阵，每个单元包含1比特信息。该刻度尺上的比特值被配置为形成码字，从而通过读取该刻度尺上的所有比特中的某些子集，可以在两个方向中确定该电子读取装置的绝对位置。

本发明提供了一种测量系统，该测量系统具有可以互相相对移动的测量刻度尺图形和传感器，该测量系统包括：

测量刻度尺图形，具有被配置为组的特征图形，每组具有已知的绝对位置；

至少一个传感器，所述至少一个传感器具有足以同时检测一个或者多个特征的视场，其中，所述至少一个传感器与测量刻度尺图形之间的相对移动被限制在两个或者更多的自由度中；

处理器，用于确定在至少一个线型自由度和一个旋转自由度中的所述传感器或者连接到所述至少一个传感器的物体相对于该测量刻度尺图形的位置。

优选地，该至少一个传感器与该测量刻度尺图形之间的相对移动被限制为不绕平行于该测量刻度尺图形平面的轴旋转。该至少一个传感器与该测量刻度尺图形之间的相对移动还可以被限制为不在垂直于该测量刻度尺图形平面的方向中线型移动。

优选地，该处理器利用检测到的一个或者多个特征的位置，来确定至少一个传感器相对于该测量刻度尺图形的位置。

因此，该系统允许该至少一个传感器平行于该测量刻度尺图形平面的相对平移移动，并且允许该至少一个传感器绕垂直于要确定的测量刻度尺图形平面的轴的相对转动。此外，还可以确定该至少一个传感器在垂直于该测量刻度尺图形的方向中的相对平移移动。

该测量刻度尺图形可以包括二维或者一维刻度尺图形。

该至少一个传感器优选包括诸如拍摄装置的二维传感器。

根据单一特征(即，细长特征)或者两个或者更多的分离特征，可以确定该测量刻度尺图形和该至少一个传感器的相对位置。

每个特征组包括标记特征，该标记特征具有在每组中均相同的属性。

在每组中，该标记特征可以具有与所有其他特征不同的属性(quality)。因此，该标记特征可以区别于其他特征。在每个单元中，该标记特征可以具有与所有其他特征不同的颜色。

优选地，由至少一个传感器检测两个或者更多的标记特征，而且利用该两个或者更多的标记特征，以确定至少一个传感器与测量刻度尺图形的相对取向。

每组中特征的位置可以是相同的，仅是特征的属性在每组之间变化。

该特征具有多级编码。可以从各种颜色中选择该特征。

具有多级编码的每个特征的优点意味着，例如，与二进制编码相比，可以利用较少的特征来编码该位置信息。因此，与二进制编码相比，本发明可以以较高分辨率确定绝对位置信息。

该单元可以具有用于识别X位置的一个或者多个特征和用于识别Y位置的一个或者多个特征。

该至少一个传感器可以包括互相之间具有固定关系的两个传感器。

可以利用特征图像离开其希望位置的位移，以确定测量刻度尺图形与该至少一个传感器之间的相对速度。

本发明的第二方面提供了一种方法，用于测量可以互相相对移动的测量刻度尺图形和至少一个传感器的相对位置，该测量刻度尺图形提供有被配置为组的特征图形，每组具有已知的绝对位置，而该至少一个传感器被限制在两个或者更多自由度中，该方法包括以下步骤：

检测至少一个传感器处的测量刻度尺图形的一个或者多个特征；

确定该至少一个传感器上的所述一个或者多个刻度尺特征的位置；

以及，由此确定在至少一个线型自由度和一个旋转自由度中的该至少一个传感器或者连接到该至少一个传感器的物体相对于该测量刻度尺图形的位置。