CN1940472A - 绝对式线性编码器 - Google Patents

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Abstract

一种绝对式线性编码器，其包括：多个绝对式刻度尺(10A、10B、40A、40B)，其具有在检测方向上一列配置的绝对式刻度(12A、12B、42A、42B)；多个检测器(22A、22B、52A、52B)，其用于检测所述绝对式刻度尺上的刻度，在刻度尺连接部(14、14A、14B、44)上以能够同时检测相邻两个绝对式刻度尺的刻度的间隔(D)固定；计数器(32A、32B、62A、62B)，其各检测器进行计数值计数；运算器(38、70)，其基于所述各检测器的计数值以及检测器的间隔，输出全长上的绝对位置。由此，实现价廉且使用方便的长的绝对式线性编码器。

Description

绝对式线性编码器
技术领域
本发明涉及用于检测绝对位置的绝对式线性编码器。特别是，涉及测长范围长且处理容易的绝对式线性编码器。
背景技术
为了能够由线性刻度尺测量较长的测长范围，需要制作长刻度尺。但是，例如在光电式刻度尺的情况下，用于在刻度尺上形成刻度的曝光装置长度有限，故制作一根长条的刻度尺是有困难的。
因此，如特开2004-233346号公报、特开平10-18791号公报、特开平6-137899号公报、特开平6-194186号公报、特开2000-55647号公报所记载地，提出有如下技术方案，即，在用于检测相对变位的刻度图案具有反复连续性的增加刻度中，在检测方向上一列地配置多个增加刻度，在刻度连接部上，即使刻度不连续，也可以输出连续的正弦波(A、B相的模拟信号)。
另外，相对于所述增加刻度，可检测绝对位置的绝对式刻度尺也被实用化。该绝对式刻度尺不需要增加刻度这样的电源启动时的用于获得原点或参照位置的初始动作，对于在一根刻度尺上安装有多个检测头的组合头是特别有利的。另外，代替用于检测磁极位置的另外的电机侧霍尔式传感器，可利用绝对式刻度尺，也有利于用于线性电机的反馈控制。
但是，在用于检测绝对位置的绝对式刻度尺的情况下，制作例如超过3m的一根长绝对式刻度尺时，由于在例如将多个固定间距连续图案并列组合的刻度的各位置上的各自相位关系不同，故刻度图案上不存在反复连续性，操作不容易。另外，即使能够制作例如长刻度尺，而若为一根，则存在运输或安装操作不容易的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有问题而研发的，其目的在于提供一种较长的绝对式线性编码器，其能够实现较长的测长范围，并且运输或安装操作容易、便宜、使用方便。
本发明的绝对式线性编码器用于检测绝对位置，其包括：
多个绝对式刻度尺，其在检测方向上一列配置，具有用于检测绝对位置的绝对式刻度；
多个检测器，其用于检测所述绝对式刻度尺上的刻度，在刻度尺连接部上以能够同时检测相邻两个绝对式刻度尺的刻度的间隔连接固定；
对应各刻度尺的绝对位置数据生成部，其对应各检测器生成绝对位置数据；
运算器，其基于所述对应各检测器的绝对位置数据以及检测器间的偏置值，输出所连接的整个绝对式刻度尺全长上的绝对位置。
另外，本发明的绝对式线性编码器还具有判定器，其用于切换所述多个检测器，在该切换时进行滞后处理。
所述多个绝对式线性编码器具有由相互不同的绝对位置数据构成的绝对式刻度。
使用根据所述多个检测器得到的绝对位置数据来判定输出的绝对位置。
所述多个绝对式刻度尺具有相同的绝对式刻度。
所述多个绝对式刻度尺上下相互反向地配置。
本发明的绝对式线性编码器还设有识别所述各绝对式刻度尺的机构。
所述识别编码为磁性金属带，作为识别编码传感器使用磁传感器。
所述识别刻度尺的机构是配置在所述刻度尺的绝对式刻度以外的面或与绝对式刻度不同的层上的识别编码。
所述识别编码是在电磁诱导式或静电容量式的绝对式刻度的保护膜上印刷的明暗图案，作为识别编码传感器使用光电式传感器。
根据本发明，通过相对于最终的绝对式编码器的测长范围将刻度尺分割成多个，能够减小每一个刻度尺的长度(例如相对于6m的测长范围由两个3m的刻度尺构成)，故不需要长尺用的制造设备，刻度尺制造容易，制作成本也便宜。另外，有利于节省运输成本或保管成本。
另外，在一个刻度尺的情况下不仅运输及保管困难，而且安装操作的处理也不容易，但是若为分割后的刻度尺，则能够对应每个短刻度尺进行安装，操作容易。
本发明的特征及优点由下文中的优选实施方式的详细记载可得知。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的主要部分结构的立体图；
图2是表示本发明第一实施方式的信号处理电路的框图；
图3是表示本发明第一实施方式的动作的图；
图4是表示本发明第二实施方式的主要部分结构及动作的图；
图5是表示本发明第三实施方式的主要部分结构的立体图；
图6是表示本发明第三实施方式的信号处理电路的框图；
图7是表示本发明第四实施方式的主要部分结构的立体图；
图8是表示本发明第四实施方式的主要部分结构的横剖面图；
图9是表示本发明第四实施方式的信号处理电路的框图；
图10是表示第三、第四实施方式的动作的图；
图11是表示本发明第五实施方式的结构的正面图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
本发明第一实施方式将两根绝对式刻度尺连接，如图1(主要部分立体图)及图2(信号处理电路的框图)所示，包括：两个绝对式刻度尺(以下单称为刻度尺)10A、10B，其在检测方向(图中左右方向)上一列地配置，具有用于检测绝对位置的不同的绝对式刻度(以下单称为刻度)12A、12B；具有检测器22A、22B的检测头20，所述检测器22A、22B用于检测绝对式刻度尺10A、10B上的刻度12A、12B，通过连接板(使用者的托架也可)24，在刻度连接部14以能够同时检测出相邻的两个刻度尺10A、10B的刻度12A、12B的任意中心间隔D被固定，由连接电线26电连接；信号处理电路30，如图2所示，其具有绝对位置数据生成部32A、32B、存储器34、判定器36以及运算器38，所述绝对位置数据生成部生成对应各检测器22A、22B的绝对位置数据，所述存储器34保存用于切换各检测器22A、22B的绝对位置数据生成部32A、32B的输出值的位置设定值以及不同刻度尺10A、10B之间的绝对位置数据的偏置值(检测器22A、22B间的绝对位置数据)，所述判定器36根据所述绝对位置数据生成部32A、32B的输出以及保存在存储器34中的位置设定值来切换绝对位置数据生成部32A、32B，所述运算器38根据所述判定器36的输出，根据需要对存储于存储器34中的偏置值进行加法运算而输出。
在图1中，符号16为用于将刻度尺10A、10B固定于测定对象的一侧的刻度尺固定螺钉，28为将检测头20与信号处理电路30电连接的电缆。
所述刻度尺10A、10B在沿检测方向一列配置的整个绝对式刻度尺的全部测定长度上具有检测转一的绝对位置的绝对式刻度12A、12B。因此，不存在用绝对式刻度12A和12B来表示相同绝对位置的绝对位置数据。
以下说明其动作。
首先，在由刻度尺固定螺钉16将刻度尺10A、10B固定于测定对象上时，不需要以往那样由一个检测器检测增加刻度时所需的刻度周期的严格的连续性。因此，无需进行严格的位置对齐，牢固地固定到相对位置不变化的程度就可将检测器22A与22B之间的位置检测数据的差即距离作为偏置值而存储于存储器34中。
如图3所示，例如检测器22A在正常检测出应作为基准的刻度尺10A的刻度12A的比输出切换点靠左侧的范围中，保持检测器22A的输出YA不变而设为作为刻度尺***输出的位置数据的输出值Y。
另一方面，在判断为检测器22A比从该检测器22A的绝对位置数据生成部32A向另一侧的检测器22B的绝对位置数据生成部32B的输出切换点更靠右侧时，将由右侧检测器22B的输出值YB加上两检测器间的偏置值(负值)b后的值Y＝YB+b设为输出值Y。
这样，即使多个刻度尺的连续部分中为不连续的刻度，也能够判断两个检测器22A、22B的绝对检测位置，可进行连续的位置检测。
另外，在切换检测器22A和22B的绝对位置数据时，在判定器68中的处理中设置滞后值，在计数方向上改变输出切换点的位置，可避免频繁的切换。
在本实施方式中，由于可使用根据两个检测器22A、22B得到的绝对位置数据判定输出的绝对位置数据，故判定器36进行的判定及切换容易。相对于此，在增加刻度中，在电源启动之后不能够立即检测到检测器22A、22B位于哪个增加刻度上。因此，需要另外设置检测检测器位于哪个增加刻度上的传感器。另外，也需要在增加刻度上另外设置该传感器检测的图案。因此，检测单元、刻度尺刻度的结构复杂。
另外，在刻度尺的安装中不需要刻度的位置对齐，只要能够检测到两个检测器22A、22B中的一个，即使在刻度尺连接部14在刻度尺刻度12A、12B之间存在欠缺部，也能够连续输出。
刻度尺之间的偏置值b在刻度尺安装之后能够在使两个检测器22A、22B夹着刻度尺连接部14分别相对的状态下求得。
另外，检测器22A、22B的绝对位置数据的差D(或者两个检测器的中心间隔D)能够在各检测器相对于同一刻度尺的状态下求得。
在刻度尺间的距离随时间变化时，可检测其变化量而输出再次校正的警告，或者自动地进行偏置值的修正。例如周期地核对并修正偏置值，或者预先设定两个检测器22A、22B检测YA、YB的核对位置，将其作为触发器而自动地核对并修正偏置值。
两个检测器22A、22B也可以内设于同一框体中。
图4表示刻度尺为n个的第二实施例的主要部分结构及动作。图中表示n＝3的一例，符号10C是第三个刻度尺，14A是刻度尺10A与10B间的连接部1，14B是刻度尺10B与10C间的连接部2。
在本实施方式中，刻度尺A、刻度尺B、刻度尺C是各自具有专一的位置检测值(即将不存在相同的位置检测值的、各自输出唯一的位置检测值的刻度尺组合)的刻度尺。
另外，连接刻度尺A、B、C的整体刻度尺的绝对值即Y定义为检测器A中心位置的绝对值。
在连接部1、连接部2的切换点，通过检测器A及检测器B而同时检测相对于刻度尺A和刻度尺B或相对于刻度尺B和刻度尺C的绝对位置数据。
各偏置值b1、b2、b3、b4可由主刻度而实际测量确定。此时，检测器间距离D包含在该偏置值b1、b2、b3、b4中。
另外，在所述第一、第二实施方式中，由于需要使各刻度尺能够专一地确定绝对位置，故需要全长上的专一的绝对式刻度。
接下来详细说明本发明的第三、第四实施方式，本发明的第三、第四实施方式能够使用具有相同刻度的绝对式刻度尺，有利于节省成本，并且对于最大测定长度也没有限制。
本发明第三实施方式，如图5(主要部分立体图)及图6(信号处理电路的框图)所示，包括：绝对式刻度尺40A、40B，其在检测方向上一列地配置，作为主刻度42A、42B而具有相同的绝对式刻度；作为识别编码的钢卷尺46，其设置于一个刻度尺(图中为右侧的刻度尺40B)的侧面；具有两个主位置检测器52A、52B以及作为编码识别传感器的磁传感器54的检测头50，所述主检测器52A、52B用于检测所述绝对式刻度尺40A、40B上的主刻度42A、42B，在刻度尺连接部44以能够同时检测出相邻的两个刻度尺40A、40B的主刻度42A、42B的中心间隔D而固定，所述磁传感器54用于检测所述钢卷尺46的有无；信号处理电路60，如图6所示，其具有绝对位置数据生成部62A、62B、刻度尺识别判定器64、存储器66、判定器68以及运算器70，所述绝对位置数据生成部62A、62B对应各主位置检测器52A、52B而设置，所述刻度尺识别判定器64基于所述磁传感器54的输出来识别刻度尺，所述存储器66保存切换各绝对位置数据生成部62A、62B的输出值的位置设定值以及不同刻度尺之间的绝对位置数据的偏置值，所述判定器68根据所述刻度尺识别判定别64的输出判定使用绝对位置数据生成部62A、62B中的哪一个输出，所述运算器70根据所述判定器68的输出，根据需要对存储于存储器66中的偏置值进行加法运算而输出。
所述刻度尺40A、40B在一个刻度尺内具有专一的绝对位置检测用的主刻度42A、42B。
本实施方式的动作由于与下文中图10所示的第四实施方式相同，故省略说明。
在刻度尺为两个的本实施方式中，由于作为一位的识别编码将钢卷尺46设置在右侧的刻度尺40B的侧面，故用于对其进行检测的识别编码传感器也可以为一个磁传感器54。另外，也可以安装钢卷尺以外的磁性金属带，或者在磁性体的刻度尺基体上设置台阶差。另外，钢卷尺不仅可设置在刻度尺的一侧面，还可以设置在另一侧面上，而作为2以上的n位。
另外，第四实施方式中将图7(主要部分立体图)及图8(刻度尺的横剖面图)所示的三个刻度尺40A、40B、40C连接，如第四实施方式所示，在刻度尺主刻度面以外的厚度方向上配置的面上，也可以设置识别刻度尺的编码。
在本实施方式中，如图8所示，在由铜箔图案构成的电磁诱导式的主刻度42上的保护膜43上印刷光学式检测用的n位的明暗图案48，在检测头50上搭载的作为编码识别传感器的光致反射器等光电式传感器72A、72B对其进行检测。在图8中，符号40是例如不锈钢制的刻度尺基体，41是绝缘板。
图9表示本实施方式的信号处理电路。与图6相同的部件标注相同的符号，并省略说明。
在该第四实施方式中，与具有主位置用的绝对式刻度(主刻度)42A、42B、42C的n(图中n＝3)个刻度尺40A、40B、40C相对，由两个检测器52A、52B检测该主刻度，并使用两个刻度尺识别传感器72A、72B，根据刻度尺上的位置判定应该输出哪个检测器的绝对位置数据，并与规定的偏置值相加后输出。此时，安装刻度尺时，刻度尺间的位置对齐不严格也可，刻度尺间的绝对位置数据的差作为偏置值而存储。
如图10所示，相对于n个刻度尺中应作为基准的刻度尺(例如40A)，在其他的刻度尺(例如40B、40C)的检测位置上加上该偏置值，确定输出绝对位置数据。
在本实施方式中，刻度尺A、刻度尺B、刻度尺C是具有相同的绝对位置检测值的刻度尺。另外，连接刻度尺A、B、C的整体刻度尺的绝对值即Y定义为检测器A中心位置的绝对值。
在连接部1、连接部2的切换点，通过检测器A及检测器B而同时检测相对于刻度尺A和刻度尺B或相对于刻度尺B和刻度尺C的绝对位置数据。
各偏置值b5、b6、b7、b8可由主刻度而实际测量确定。此时，检测器间距离D包含在该偏置值b5、b6、b7、b8中。
电源启动时，为了识别检测器A、B位于哪个刻度尺上，需要另外设置刻度尺识别传感器。该传感器例如在各刻度尺上设有识别图案，可将检测其图案的传感器设置在检测器A、B的任一方或两方上而构成。
即，在本实施方式中，在电源开启时，由传感器72A、72B的信号级别来判定边界区域，选择采用的检测器、必须的偏置值，计算绝对位置。在电源开启后，用绝对位置来判定检测器的切换点、对应的偏置值。
根据第三、第四实施方式，通过刻度尺识别编码，使用多个限定绝对范围的刻度尺就能够检测长尺的绝对位置。另外，由于使用根据两个检测器得到的绝对值以及粗精度下即充分的刻度尺识别编码而能够判定输出的绝对位置，故容易进行切换。
另外，由于绝对位置刻度与编码识别图案不在同一面上，故刻度配置容易。对此，若在同一面上，则刻度宽度宽且检测器复杂。
接下来，由图11表示本发明的第五实施方式。
在本实施方式中，将相同的绝对式刻度尺40的一个(图中左侧的40A)正配置，将另一个(图中右侧的40B)旋转180°上下颠倒配置(称为旋转配置)。对应于此，左侧的检测器52A正配置，右侧的检测器52B旋转配置。
在本实施方式中，刻度尺与检测器仅在二者都正配置或二者都旋转配置组合时输出ABS检测信号，在除此之外的组合中输出错误信号。即，在头50位于左侧的刻度尺40A上时检测器52A输出ABS检测信号，检测器52B输出错误信号。相反，在头50位于右侧的刻度尺40B上时，检测器52B输出ABS检测信号，检测器52A输出错误信号。
因此，整个测定范围的ABS位置＝Y，
检测器52A→YA，检测器52B→错误输出时，Y＝YA检测器52A→YA，检测器52B→YB时，Y＝YA检测器52A→错误输出，检测器52B→YB时，Y＝YB+b，
根据本实施方式，具有以下优点：(1)不需要检测头50位置的传感器，(2)相同的ABS刻度尺为两个，相同的检测器为两个，能够简单地构成。
另外，在上述实施方式中，绝对式刻度为电磁诱导式，但主绝对式刻度的结构不限于此，例如也可以为光电式或静电容量式。
对于本领域技术人员来说，上述实施方式仅仅是用于说明本发明的参考，在不脱离本发明的范围中可进行各种变更。
2005年9月29日提交的日本专利申请2005-283625的说明书、附图及权利要求的公开被合并于此，谨供参考。

Claims (11)

1.一种绝对式线性编码器，其用于检测绝对位置，其特征在于，包括：
多个绝对式刻度尺，其在检测方向上一列配置，并具有用于检测绝对位置的绝对式刻度；
多个检测器，其用于检测所述绝对式刻度尺上的刻度，在刻度尺连接部上以能够同时检测相邻两个绝对式刻度尺的刻度的间隔连接固定；
对应各刻度尺的绝对位置数据生成部，其对应各检测器生成绝对位置数据；
运算器，其基于所述对应各检测器的绝对位置数据以及检测器间的偏置值，输出所连接的整个绝对式刻度尺全长上的绝对位置。
2.如权利要求1所述的绝对式线性编码器，其特征在于，还具有判定器，其用于切换所述多个检测器，在该切换时进行滞后处理。
3.如权利要求1所述的绝对式线性编码器，其特征在于，所述多个绝对式刻度尺具有由相互不同的绝对位置数据构成的绝对式刻度。
4.如权利要求3所述的绝对式线性编码器，其特征在于，使用根据所述多个检测器得到的绝对位置数据来判定输出的绝对位置。
5.如权利要求1所述的绝对式线性编码器，其特征在于，所述多个绝对式刻度尺具有相同的绝对式刻度。
6.如权利要求5所述的绝对式线性编码器，其特征在于，所述多个绝对式刻度尺上下相互反向地配置。
7.如权利要求5所述的绝对式线性编码器，其特征在于，还设有识别所述各绝对式刻度尺的机构。
8.如权利要求7所述的绝对式线性编码器，其特征在于，所述识别刻度尺的机构是配置在所述刻度尺的绝对式刻度以外的面上的识别编码。
9.如权利要求8所述的绝对式线性编码器，其特征在于，所述识别编码为磁性金属带，作为识别编码传感器使用磁传感器。
10.如权利要求7所述的绝对式线性编码器，其特征在于，识别所述刻度尺的机构是配置在所述刻度尺的与绝对式刻度不同的层上的识别编码。
11.如权利要求10所述的绝对式线性编码器，其特征在于，所述识别编码是在电磁诱导式或静电容量式的绝对式刻度的保护膜上印刷的明暗图案，作为识别编码传感器使用光电式传感器。
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