Patent DE-102020107954-B4 (DE)
Title: Optischer codierer und berechnungsverfahren für einen optischen codierer
Inventor: KATO YOSHIAKI
IPC: G01D5/347
Filed: 2020-03-23
Granted: 2023-07-20
Abstract: Optischer Codierer (1), der Folgendes umfasst:eine Skala (2), die ein periodisches Skalenmuster (20) besitzt, das in einer Messrichtung vorgesehen ist;einen Kopf (3), der der Skala (2) zugewandt ist und in der Messrichtung in Bezug auf die Skala (2) versetzt wird, wobei der Kopf (3) Folgendes umfasst:eine Lichtquelle (4), die Licht zur Skala (2) abstrahlt;einen Bildaufnehmer (6), der ein Bild des Lichts von der Lichtquelle (4), das über die Skala (2) eintrifft, aufnimmt; undeine Linsenanordnung (5), die zwischen der Skala (2) und dem Bildaufnehmer (6) angeordnet ist, wobei die Linsenanordnung (5) Folgendes umfasst:eine erste Linse (51), die ein Bild bildet, das über das Skalenmuster (20) auf dem Bildaufnehmer (6) eintrifft; undeine zweite Linse (52), die in der Messrichtung parallel zur ersten Linse (51) angeordnet ist und die ein Bild bildet, das über das Skalenmuster (20) auf dem Bildaufnehmer (6) eintrifft; undeinen Rechner (7), der ein Signal auf Grundlage des relativen Versatzes zwischen der Skala (2) und dem Kopf (3) berechnet,wobei der Rechner (7) einen Prozessor und einen Speicher, in dem ein Satz ausführbarer Anweisungen gespeichert ist, umfasst,wobei der Rechner (7) aufgrund einer Ausführung der ausführbaren Anweisungen durch den Prozessor als Folgendes arbeitet:ein Signalgenerator (71), der ein entsprechendes Sinusschwingungssignal aus dem Bild, das durch die erste Linse (51) gebildet wird, und dem Bild, das durch die zweite Linse (52) gebildet wird, die durch den Bildaufnehmer (6) aufgenommen werden, erzeugt;ein Analysebereichextraktor (72), der ein Sinusschwingungssignal mindestens einer Periode aus dem Sinusschwingungssignal des Bilds, das durch die erste Linse (51) gebildet wird, extrahiert, um als ein erster Analysebereich zu dienen, und ein Sinusschwingungssignal derselben Anzahl Perioden wie die Anzahl Perioden des ersten Analysebereichs aus dem Sinusschwingungssignal des Bilds, das durch die zweite Linse (52) gebildet wird, extrahiert, um als ein zweiter Analysebereich zu dienen;ein Signalkombinierer (73), der auf Grundlage eines Abstands zwischen Bereichen, der der Abstand von einem ersten Ende des ersten Analysebereichs zu einem ersten Ende des zweiten Analysebereichs ist, das Sinusschwingungssignal des zweiten Analysebereichs verwendet, um ein Sinusschwingungssignal zu erzeugen, das zum ersten Ende des ersten Analysebereichs verläuft, derart, dass das erzeugte Sinusschwingungssignal mit dem Sinusschwingungssignal des ersten Analysebereichs überlappt, und das Sinusschwingungssignal des ersten Analysebereichs mit dem erzeugten Sinusschwingungssignal, das das Sinusschwingungssignal des zweiten Analysebereichs als Grundlage verwendet, kombiniert; undein Versatzbetragsrechner (74), der einen Betrag eines relativen Versatzes zwischen der Skala (2) und dem Kopf (3) auf Grundlage des Sinusschwingungssignals, das durch den Signalkombinierer (73) kombiniert wird, berechnet, wobeider Bildaufnehmer (6) optische Empfänger (61) umfasst, die parallel in der Messrichtung in einem Anordnungsabstand p angeordnet sind,der Analysebereichextraktor (72) den ersten Analysebereich und den zweiten Analysebereich aus dem Sinusschwingungssignal des Bilds, das durch die erste Linse (51) gebildet wird, und dem Sinusschwingungssignal des Bilds, das durch die zweite Linse (52) gebildet wird, derart extrahiert, dass eine Periode Λ mit einer ganzen Zahl Q multipliziert wird, unddie optischen Empfänger (61) derart parallel angeordnet sind, dass sie ein Vielfaches einer ganzen Zahl q sind, derart, dass die optischen Empfänger (61) sowohl durch die Periode Λ als auch den Anordnungsabstand p teilbar sind, wobei dann, wennein Punkt am ersten Ende des ersten Analysebereichs als n = 1 definiert ist,ein Punkt an einem zweiten Ende des ersten Analysebereichs als n = m definiert ist,ein Punkt am ersten Ende des zweiten Analysebereichs als n = m + 1 definiert ist,ein Punkt an einem zweiten Ende des zweiten Analysebereichs als n = N definiert ist,eine Signalstärke eines n-ten Punkts als yn definiert ist,die Periode, die im ersten Analysebereich und im zweiten Analysebereich enthalten ist, als Λ definiert ist,der Abstand zwischen Bereichen als d definiert ist,der Anordnungsabstand der optischen Empfänger (61) als p definiert ist undeine Phase als Φ definiert ist, der Signalkombinierer (73) und der Versatzbetragsrechner (74) die Signale unter Verwendung von Formel (1)Φ=arg[∑n=1mynei2πpnΛ+∑n=m+1Nynei2πpnΛe−i2πdΛ]kombinieren und den Betrag des relativen Versatzes zwischen der Skala (2) und dem Kopf (3) berechnen.