JP4468619B2 - 位置測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、ゲージ及びこのゲージを走査する走査装置を有する位置測定装置に関する。
１本だけの絶対コード又は連鎖コードや疑似ランダムコードも有する位置測定装置の真価が、ますます認められている。この場合、ゲージが、測定方向に沿って相前後して配列された幅の等しい複数のコード素子を有する１本のコードトラックから構成される。これらのコード素子は、疑似ランダム状に配列されている。その結果、連続するコード素子の所定の数がそれぞれ、１つのコード語を作る。そして、全てのコード素子が、連続した複数の相違するコード語を作る。１つの絶対位置を一義的に特定する１つの新たなコード語がそれぞれ、１つのコード素子の幅に相当する分だけ移動した直後に待機している。このような位置測定装置は、例えばドイツ連邦共和国特許発明第 39 42 625号明細書中に詳しく説明されている。
【０００２】
この場合、ゲージが比較的長い場合に、すなわち測定範囲が広い場合に、比較的長い範囲が同様な特性を呈することが欠点である。位置測定装置が、例えば磁気的な測定装置の場合は、コード素子がＮ極とＳ極を有する。多数のコード素子を有する磁化が同一の領域は、評価を困難にする均一な磁場を形成する。そして、この均一な磁場は、隣合って延在する１本のゲージ、特に増分目盛に望ましくない影響を及ぼす。
文献 Stevenson J T M及びJordan J R著 : Absolute position measurement using optical detection of coded patterns, Journal of Physics E. Scientific Instrument, GB, IOP publishing, Bristol, Bd. 21, Nr. 12, 1988年 12 月１日, 第 1140-1145頁、及びGoetze著：Sequentielle und zyklischsequentielle Codierung fuer Winkel- und Laengenmessungen, Technisches Messen, R. Oldenbourg出版社, Muenchen, Bd. 61, Nr. 9,1994年９月１日, 第 343-345頁中では、多数の目盛コードが互いに交差して配置され得る。そのため、走査素子間の間隔が大きくなりうる。
ドイツ連邦共和国特許発明第 43 09 881号明細書では、同一の特性のより多数のコード素子が測定方向に沿って直接相前後して配列されている点が欠点になりうることが分かっている。この理由から、これらのコード素子は、繰り返し逆に配列される。位置情報が信号差から生成される。
【０００３】
この位置測定装置には、実際の位置情報がコードトラックに沿って冗長に存在するために、いろいろなコード語を予め設定された測定長で準備することの可能性が低くなるという欠点がある。
特開平 3-296620 号に記載の位置測定装置にも同じ欠点がある。この位置測定装置では、各コード語に対して反転したコード語が各コード語の後に測定方向に沿って配列されている。
【０００４】
１つのデジタル式の位置情報を２つ又は多数のほぼ等しい長さのフラグメントに分割することが、ヨーロッパ特許発明第 368 605号明細書から公知である。この位置情報を１つの区分上に記憶するため、最初のフラグメントの最初のビット、次いで２番目のフラグメントの最初のビット、そして最後のフラグメントの最初のビットまでが、この区分上に記憶される。引続き、この最初のフラグメントの２番目のビット、次いでこの２番目のフラグメントの２番目のビット、そしてこの最後のフラグメントの２番目のビットまでが、この区分上に記憶される。このことは、この全ての位置情報が記憶されるまで繰返される。これによって、これらの個々のフラグメントの位置情報が重なり合う。そのため、僅かな同一のコード素子が測定方向に沿って直接相前後して配列されることは、可能な限り保証されない。
【０００５】
本発明の課題は、相前後する多数のコード素子が異なる特性を呈するにもかかわらず、広い測定範囲が絶対的にコード化され得る位置測定装置を提供することにある。
この課題は、請求項１に記載の特徴を備えた位置測定装置によって解決される。
その他の構成及び好適な構成は、従属請求項に記載されている。
本発明の位置測定装置には、相並んで隣接する少数のコード素子しか同一の特性を示さないという利点がある。
【０００６】
以下に、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
本発明を図１及び一事例に関する表１，２に基づいて説明する。この事例では、磁気的なコード素子１０，１００を有するゲージ１が、走査装置２によって走査される。これらのコード素子１０，１００は、異なって磁化された磁極である。この磁化は、複数の矢印によって概略的に示されている。
絶対位置４が、５つのコード素子に相当するコード語の幅を有する１本だけのコードを利用して一義的に規定されている。５つのコード素子１０に相当するコード語の幅を伴うデュアルシステムによる二進符号化から出発して、一連のコード素子１０（物理的な列）による１つの通常のシリアルコードが、表１にしたがって規定されている。このコードは、連鎖コード又は疑似ランダムコードと呼ばれる。“０" で示されたコード素子１０は、例えばＳ極である。そして、“１" で示されたコード素子は、Ｎ極である。したがって、このＮ極は、このＳ極に対して反対の特性を呈する。
【０００７】
５つのコード素子１０に相当するコード語の幅によって、 32 個の異なるコード語を生成することができる。また、これらのコード語は、 32 個の異なる絶対位置４をコード化できる。走査ユニット２が１つのコード素子１０の幅Ｂだけずれるごとに、一義的な、すなわちその他のコード語からずれた１つのコード語が存在するように、これらのコード素子１０の順番が選択されていることが表１から分かる。
【表１】

【０００８】
表１中の一連のコード素子１０は、幾重にも直接相前後して連続した同一の特性、例えば同一の磁化を呈するコード素子１０から成る。すなわち、最初の５つのコード素子１０はそれぞれ同一である。測定方向Ｘに沿って比較的長く延在している均一なこの領域は、大きな均一場を形成する。この大きな均一場は、特に隣接する１本の増分式のトラックに望ましくない影響をもたらしうるか、又は走査装置２の最適な設置を困難にする。
【０００９】
同一の特性を呈する複数のコード素子１０が、可能な限り相前後して連続しないようにするため、図１中のコード列と同様なコード列の一部に関する表２中に示されているように、各コード素子１０に対して反転したコード語１００が、本発明にしたがってこれらのコード素子１０に続いてこの各コード素子１０の後に挿入されている。反転したコード素子１００はイタリック体で示されている。この場合、最初のコード素子１０と反転したコード素子１００の順番を入れ換えてもよい。その結果、このコード列では、反転したコード素子１００が最初に配列され、最初のコード素子１０がその次ぎに配列されている。コード語の同じ場所にある最初のコード素子１０とそれに対して反転したコード素子１００とはそれぞれ、交互に相前後して連続的に配列される。こうして存在する一連のコード素子１０，１００が表２中に示されている。
【表２】

【００１０】
ゲージ１上の物理的な列に沿ってそれぞれの反転したコード素子１００を最初のコード素子１０の後に設けることによって、最大で２つの相前後して連続するコード素子１０，１００が、同一の特性、例えば同一の磁化を呈することが保証される。１つのコード語、すなわち１つの絶対位置４が、これらの反転したコード素子１００からも一義的に検出可能であるので、１コード語当りのコード素子１０，１００の数に基づいて最大限にコード化可能な情報が完全に利用される。
【００１１】
ゲージ１のコード阻止１０，１００を走査するため、走査装置２は５つの検出素子２．１，２．２，２．３，２．４，２．５を有する。これらの検出素子はそれぞれ、２つのコード素子１０，１００に相当する相互間隔Ｔで配列されている。これによって、１つのコード語が、最初のコード素子１０又は反転したコード素子１００のどちらか一方だけから導き出されることが保証される。何故なら、全ての検出素子２．１〜２．５が、これらの最初のコード素子１０又はこれらの反転したコード素子１００のどちらか一方と向き合っているからである。
検出素子２．１〜２．５の走査信号は、それ自体公知の方式で記憶器３に番地付けするために利用される。この記憶器３中では、走査信号５が絶対位置４にコード変換される。
【００１２】
その結果、最初のコード語 (00000)が、表２によるコード素子１０，１００の物理的な順番から最初の位置で最初の絶対位置４としてデコードされる。走査装置２がコード素子１０，１００だけ、すなわちＢだけさらに移動すると、「 反転した１．コード語」 (11111) が２番目の絶対位置４としてデコードされる。この走査装置２がさらに１つのコード素子だけ移動すると、２．コード語 (00001)が３番目の絶対位置４としてデコードされる。この走査装置２がさらに１つのコード素子だけ移動すると、「反転した２．コード語」(11110) が４番目の絶対位置４としてデコードされる。
【００１３】
表２中に示された一連のコードは、２列のコード語から成る。この場合、一方の列のコード語が折返しコードを生成する。しかしながら、この折返しコードは、ビット数の半分に相当する（５ビット：１６コード語の）数字空間しか有さない。これらのコード語は異なり、かつこれらのコード語のうちの１つもその他のコード語のうちの１つに対して反転していない。
２列目のコード語は、１列目のコード語のコード素子を反転させることによって生成される。そして、この２列目のコード語は、ビット数のさらに半分に相当する数字空間を形成する。
【００１４】
１つの反転したコード語が１つの付随するコード語内に挿入されるように、この一連の全コードは、互いの中へ入って組込まれることによって形成される。この挿入 (Einfuegen)は、交差 (Verschraenken)とも呼ばれ得る。その結果、コード語とそのコード語の反転したコード語とが連続して重なる。
反転したコード素子１００がそれぞれ、不変のコード素子１０のすぐ後に挿入されるのではなくて、それぞれが１つのコード素子又は多数のコード素子１０のすぐ後に挿入されるならば、同一のコード素子１０，１００が配列される頻度は最小限にもなり得る。それぞれＭ＞１のコード素子から成るコード語から出発する場合は、別のコード語の複数のコード素子Ｎを、０＜Ｎ＜Ｍで最初の１つのコード語Ｎの２つのコード素子１０の間ごとに挿入できる。これらのコード素子１０，１００の特性を連続して入れ換えるため、挿入されたコード語のうちの１つのコード語のコード素子１００が、最初のコード語のコード素子１０に対して反転して形成されている。
【００１５】
絶対位置４を生成するため、走査装置２の検出素子の相互間隔Ｔは、１つのコード素子１０，１００の幅Ｂの（Ｎ＋１）倍である。
本発明は、長さ測定装置と角度測定装置で使用可能である。角度測定装置を使用する場合は、閉じられた一連のコード語を使用すると有益である。この場合、一連のコード語の終りがその一連のコード語の始めに継ぎ目なしに接続され得る。始めと終りとの間の移行領域内でも、１つの一義的な絶対位置が各位置に対して検出可能である。コード素子は、板上に又は円筒部の周囲に沿って回転軸に対して対称に配列され得る。
【００１６】
本発明は、Ｍが７以上でＮが１で使用できるのが特に好ましい。
本発明の利点は、明らかに特に磁気的なゲージで得られる。この磁気的なゲージでは、コード素子１０，１００が幅Ｂの等しい磁極から構成される。この場合、これらの磁極は、合成樹脂で結合されている磁石や金属又はセラミックの硬質磁石を母材とし得る。これらの検出素子２．１〜２．５は、好ましくはホール素子である。しかしながら、磁気抵抗センサや大きな磁気抵抗を呈するセンサも使用可能である。
しかしながら、本発明は、光学的、容量的又は誘導的な位置測定装置でも有効に使用可能である。光学的な位置測定装置では、コード素子が、幅Ｂの等しい透過する又は反射する領域とそれとは反対に透過しない又は反射しない領域とから構成される。
【００１７】
反転と定義したこの特性は、補完 (komplementaer)とも呼ばれ得る。この場合、コード素子１０とこのコード素子１０に対して反転したコード素子１００とが、−例えば、磁化が反対方向の−補完的な物理特性を有する。
示さなかったが、一連のコード素子１０，１００のほかに、周期的な増分目盛を配列すると有益である。その結果、ゲージ１に対する走査装置２の位置が、１つのコード素子１０，１００の範囲内でも高い分解能で公知の補完法にしたがって出力され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 磁気的なゲージを１本だけ有する本発明の位置測定装置を示す。
【符号の説明】
１ ゲージ
２ 走査装置
３ 記憶器
４ 絶対位置
１０ コード素子
１００ コード素子
Ｂ 幅
Ｔ 相互間隔
Ｘ 測定方向

Claims (6)

1. −このゲージ（１）は、一連のコード素子（１０，１００）から作られる１つのコードを有し、これらのコード素子（１０，１００）は、１つの絶対位置（４）をその都度定義する多数のコード語を生成し；
   −１つのコード語の一連のコード素子（１０）の中に、もう１つ別のコード語の コード素子（１００）が挿入されていることによって、多数のコード語が、互いに交差して配列されている、ゲージ及びこのゲージを走査する走査装置を有する位置測定装置において、
   −１つのコード語のコード素子（１０）が、隣接するコード語のコード素子（１００）に対して反対の特性を有することを特徴とする位置測定装置。
2. 各コード語は、Ｍ個のコード素子（１０）から成り、一つのコード語の二つのコード素子（１０）の間に別のコード語のＮ個のコード素子（１００）が挿入されていて、その際、ＮとＭは自然数であり、かつ、０＜Ｎ＜Ｍであって、かつ、
   前記一つのコード語のコード素子（１０）が挿入されたコード語のコード素子（１００）に対して反転していることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
3. 走査装置（２）は、コード素子（１０，１００）を走査するＭ個の検出要素（２．１，２．２，２．３，２．４，２．５）を有し、１つのコード語を生成するこれらの検出要素（２．１，２．２，２．３，２．４，２．５）の相互間隔（Ｔ）がそれぞれ、１つのコード素子（１０，１００）の幅（Ｂ）の（Ｎ＋１）倍であることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
4. Ｍは８以上で、Ｎは１であることを特徴とする請求項２又は３に記載の位置測定装置。
5. コード素子（１０，１００）は磁極であり、検出素子（２．１，２．１，２．３，２．４，２．５）はホール素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置測定装置。
6. コードは、互いに交差する２列のコード語から成り、かつ、
   一方の列のコード語が、折返しコード（ｅｉｎｅ ｅｉｎｓｃｈｒｉｔｔｉｇｅｎ Ｃｏｄｅ）を形成し、この折返しコードは、１つのコード語のビット数の半分に相当する数字空間を有し、２番目の列のコード語が、この最初の列の反転したコード素子であり、この２列目のコード語は、１つのコード語のビット数のさらに半分に相当する数字空間を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の位置測定装置。

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