KR20180090328A - 엔코더 장치 - Google Patents

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KR20180090328A
KR20180090328A KR1020187018875A KR20187018875A KR20180090328A KR 20180090328 A KR20180090328 A KR 20180090328A KR 1020187018875 A KR1020187018875 A KR 1020187018875A KR 20187018875 A KR20187018875 A KR 20187018875A KR 20180090328 A KR20180090328 A KR 20180090328A
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scale
signal receiver
scale signal
protective housing
encoder
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KR1020187018875A
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핀레이 조나단 에반스
제임즈 레이놀즈 헨쇼우
스티븐 린제이 톡넬
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레니쇼우 피엘씨
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Publication date
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Abstract

스케일 신호 수신기를 포함하는 판독헤드 어셈블리 및 스케일을 포함하는 엔코더 장치. 스케일 및 스케일 신호 수신기는, 보호 하우징 외측에 위치한 오염물로부터 스케일 및 스케일 신호 수신기를 보호하도록 구성되고 스케일 신호 수신기가 그를 통해 보호 하우징 외측의 일부에 연결될 수 있는 시일을 포함하는 보호 하우징 내에 위치된다. 보호 하우징 내부의 스케일 신호 수신기의 배치는 스케일 및 보호 하우징과 독립적이다.

Description

엔코더 장치
본 발명은 엔코더 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 통상적으로 인클로징된(enclosed) 엔코더로 알려진, 또한 통상적으로 시일된(sealed) 엔코더로 알려진 것에 관한 것이다.
엔코더들은, 많은 산업들에서 머신의 제어 시스템에 위치(또는 이에 파생적인, 예를 들어 속도 및/또는 가속도) 피드백을 제공하기 위해, 예를 들어 머신의 일 부분의 머신의 다른 부분에 대한 위치/움직임(motion)에 대한 피드백 제어를 위해 사용된다. 이해될 바와 같이, 스케일 및 판독헤드의 상대적 위치, 따라서 머신 부분들의 상대적 위치가 엔코더의 측정 차원을 따라 판독헤드에 의해 검출될 수 있도록, 머신의 일 부분에 스케일이 제공되고 머신의 다른 부분에 스케일을 판독하기 위한 판독헤드가 제공된다.
그러한 엔코더들에 의해 이용되는 기술들은, 이들이 사용되는 환경이 청결하고 오염물, 예를 들어 먼지, 오물 및 (예를 들어 오일 및/또는 물 기반일 수 있는) 습기가 없을 것을 필요로 할 수 있다. 스케일 및/또는 판독헤드 상의 오염물은 엔코더의 성능에 악영향을 줄 수 있다. 많은 산업들에서, 엔코더들을 사용하는 그러한 머신들은 적절하게 청결한 환경에서 동작하며, 이 경우 통상적으로 "노출된 엔코더"(또는 "개방된 엔코더")로 지칭되는 것이 사용될 수 있다.
그러나, 예를 들어 가령 작업 환경이 청결하지 않고, 유체들 및 고체 잔해들이 산재한 머신 툴 산업에서의 경우들이 있다. 그러한 경우들에서, 그러한 해로운 환경들에 대해 보호되는 엔코더들이 존재한다. 일반적으로, 이 상황들에서, 시일된(인클로징된 것으로도 알려짐) 엔코더들이 사용된다.
시일된 엔코더 모듈(2)의 예시가 도 1a 내지 도 1d에 개략적으로 예시된다. 예시된 바와 같이, 시일된 엔코더 모듈(2)은 스케일 신호 수신기(6)를 포함하는 판독헤드 어셈블리 및 스케일(4)을 포함한다. 스케일(4) 및 스케일 신호 수신기(6)는 보호 하우징 외부의 오염물들로부터 이들을 보호하는 보호 하우징(8) 내부에 위치된다. 스케일(4)은 보호 하우징(8)에 고정되는 반면, 판독헤드 어셈블리의 스케일 신호 수신기(6)는 보호 하우징(8) 내에서 스케일(4)의 길이를 따라 이동할 수 있다. 사용시에, 보호 하우징(8)은 머신(미도시)의 제 1 부분에 고정될 것이고, 판독헤드 어셈블리는 x축을 따라 제 1 부분에 대해 이동가능한 머신의 제 2 부분에 고정될 것이다. 특히, 사용 동안, 머신의 제 1 부분(따라서 보호 하우징/스케일)이 이동하도록 구성될 수 있고/있거나 머신의 제 2 부분(따라서 판독헤드)이 이동하도록 구성될 수 있다.
판독헤드 어셈블리는, [예를 들어, 마운팅 블록(14) 내의 볼트 홀들(15)을 관통하는 볼트들을 통해] 머신의 제 2 부분에 직접적으로 고정될 마운팅 블록(14), 블레이드(16), 및 스케일 신호 수신기(6)를 블레이드(16)에 연결하는 연접식 링키지(articulated linkage)(18)(아래에서 더 상세히 설명됨)를 포함한다.
보호 하우징(8)은, 스케일(4) 및 스케일 신호 수신기(6)가 상주하는 보호 하우징(8)의 내부를 외부 오염물들로부터 시일하는 한 쌍의 시일 립(lip)들(12)의 형태인 시일을 더 포함한다. 블레이드(16)가 [한 쌍의 시일 립들(12) 사이로] 시일을 관통하고, 시일 립들(12)은 보호 하우징(8)/스케일(4)의 길이를 따르는 블레이드(16), 따라서 스케일 신호 수신기(6)의 이동을 허용한다.
스케일의 길이를 따르는 것 이외의 모든 자유도의 스케일(4)에 대한 스케일 신호 수신기(6)의 위치는, 스케일(4)과 맞물리고 스케일(4)을 지지하는 (그러나, 이해될 바와 같이 보호 하우징의 내부를 추가적으로/대안적으로 지지할 수 있는) 스케일 신호 수신기(6) 내의 베어링들(20)(예를 들어, 롤러 베어링들)에 의해 엄밀히 제어된다. 스프링들(미도시)이 스케일 신호 수신기의 베어링들(20)을 스케일(4)에 대해 바이어싱한다. 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 축에 대한 임의의 오정렬은 연접식 링키지(18)에 의해 조정된다. 이 실시예에서, 연접식 링키지(18)는 적어도 하나의 피벗 조인트를 포함하는 조인트에 의해 제공된다. 연접식 링키지는 마운팅 블록(14)에 대한 스케일 신호 수신기(6)의 피칭, 롤링, 및 요잉(즉, 3개의 상호 수직인 축들에 관한 회전 이동)뿐만 아니라, 측정 차원(스케일의 길이)에 수직인 방향들로의 마운팅 블록(14)에 대한 스케일 신호 수신기(6)의 측방 움직임을 허용한다. 따라서, 측정 차원을 따르는(도시된 실시예에서 x축을 따르는) 것 이외에, 스케일 신호 수신기(6)의 위치 및 움직임이 스케일(4)에 의해 구속된다. 환언하면, 스케일 신호 수신기(6)는 스케일(4)에 의해 안내된다. 연접식 링키지(18)는 따라서, 도 1에 도시된 실시예에서 x축을 따르는 (머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 움직임의 방향과 일치해야 하는) 엔코더 장치의 측정 차원 이외의 모든 자유도에 있어서 스케일 신호 수신기(6)와 마운팅 블록(14)을 디커플링한다. 이는 US4595991 호에 개시된 엔코더 장치의 종류이다.
도 1b에 또한 도시된 바와 같이, 판독헤드 어셈블리가 전원공급되도록 또한 판독헤드 어셈블리와 외부 프로세서 디바이스 사이의 통신을 용이하게 하도록 전력/통신 케이블(5)이 제공될 수 있다. 또한, 보호 하우징(8) 내에 정압(positive pressure)을 생성하도록, 보호 하우징(8) 내에 에어를 공급하기 위해 에어 공급 라인(9)이 제공될 수 있다. 따라서, 시일 립들(12)이 완전한 시일을 형성하지 않을 [특히 립 시일들이 블레이드(16)에 의해 분리될] 경우, 에어는 정압으로 인해 보호 하우징(8) 밖으로 흐르려 할 것이다. 정압은 따라서 보호 하우징(8)에 들어가려고 하는 물리적 오염물에 대한 추가 저항을 제공한다. 이해될 바와 같이, 그러한 오염물은 고체 및/또는 유체 오염물을 포함할 수 있고, 그 예시들은 절삭부스러기(swarf), 액체(예를 들어, 냉각수) 및/또는 공기 중(air-borne) 습기를 포함한다. 또한 도시된 바와 같이, 판독헤드 어셈블리를 통해 [예를 들어, 마운팅 블록(14) 및 블레이드(16)를 관통하는 도관(conduit)을 통해] 보호 하우징 내에 에어를 공급하는 다른 에어 공급 라인(7)이 제공될 수 있다.
본 발명은 향상된 엔코더 장치를 제공한다. 특정 경우들에서, 본 발명은 시일된 엔코더들에 대한 향상들에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따르면, 스케일, 판독헤드 및 보호 하우징[예를 들어, 일체형(integral) 보호 하우징]을 포함하는 시일된 엔코더 모듈이 제공된다. 특히, 본원에서 설명되는 본 발명의 양태들은, 판독헤드의 스케일 신호 수신부가 시일의 제 1 측부에 위치되고 판독헤드의 마운팅부가 시일의 제 2 측부에 위치되는 유형의 향상된 엔코더에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 서로에 대해 이동가능한 스케일 및 판독헤드 어셈블리를 포함하는 엔코더가 제공된다. 판독헤드 어셈블리는 스케일 신호 수신기를 포함할 수 있다. 스케일 및 스케일 신호 수신기는 보호 하우징 외측에 위치한 오염물로부터 이들을 보호하도록 구성되는 보호 하우징 내에 위치될 수 있다. 보호 하우징은 스케일 신호 수신기가 그를 통해 보호 하우징 외측의 일부에 연결될 수 있는 시일을 포함할 수 있다. 보호 하우징 내부의 스케일 신호 수신기의 배치는 스케일 및 보호 하우징과 독립적일 수 있다.
도 1에 도시된 종류의 인클로징된 엔코더가 스케일 및 스케일 신호 수신기의 보장된 관계[예를 들어, 보장된 탑재 높이(ride-height)]를 제공하는 반면, 회전하는/슬라이딩하는 엘리먼트 베어링들을 갖는 연접식 링키지의 그러한 배치는, 마찰 및 링키지 컴플라이언스(compliance)에 의해 유발되는 이력적(hysteresis) 위치 에러들, 및 예를 들어 베어링 런아웃(runout) 에러들 또는 베어링들 아래의 먼지에 의해 유발되는 스케일 신호 수신기의 피칭 에러들에 의해 유발되는 위치 에러들과 같은 해로운 효과들을 가질 수 있다. 본 발명의 이 양태는 보호 하우징 내부의 스케일 신호 수신기의 (물리적) 배치를 스케일 및 보호 하우징과 독립적(즉, 스케일에 대한 스케일 신호 수신기의 물리적 관계가 독립적)으로 함으로써 그러한 이력적 및 위치 에러들을 제거하는 시일된/인클로징된 엔코더에 관한 것이다. 환언하면, 보호 하우징 내부의 스케일 신호 수신기의 배치는 측정 자유도 이외의 적어도 하나의 자유도에서 스케일 및 보호 하우징과 독립적일 수 있다. 이해될 바와 같이, 자유도는 회전형 또는 선형 자유도일 수 있다. 바람직하게, 보호 하우징 내부의 스케일 신호 수신기의 배치는 모든 선형 및 회전형 자유도에서 스케일 및 보호 하우징과 독립적이다. 따라서, 본 발명의 인클로징된 엔코더는 스케일 신호 수신기와, 스케일 및/또는 보호 하우징 사이에 임의의 베어링들 없이 제공될 수 있다. 환언하면, 본 발명의 인클로징된 엔코더는 스케일 및/또는 보호 하우징와 맞물리고/맞물리거나 스케일 및/또는 보호 하우징에 대해 스케일 신호 수신기를 구속하는 임의의 베어링들 없이 제공될 수 있다. 따라서, 보호 하우징 내의 스케일 신호 수신기의 배치는 스케일 및 보호 하우징과 독립적으로 구속되는데, 환언하면 스케일 또는 보호 하우징에 의해 구속되지 않는다. 이는 연접식 링키지가 필요하지 않다. 이 보다는, 본 발명은 스케일 신호 수신기를 스케일에 대해 안내하기 위해 외부 수단에 의존한다. 따라서, 이해될 바와 같이, 스케일 신호 수신기는 외부적으로 구속되는 것으로서, 안내되지 않는 것으로서, 일체형 베어링이 없는 것으로서, 또는 무베어링인 것으로서 설명될 수 있다. 이에 대한 다른 방법은 스케일 신호 수신기가 보호 하우징 내에 매달린채로 유지되는 것(환언하면 매달린 상태)이다.
이해될 바와 같이, 스케일 신호 수신기 및 보호 하우징은 스케일의 측정 차원을 따라 서로에 대해 이동가능하다. 따라서, 이해될 바와 같이, 스케일 신호 수신기는 보호 하우징에 마운팅되지 않지 않지만, 보호 하우징 내에(보호 하우징에 의해 보호됨) 위치된다. 이해될 바와 같이, 시일은 스케일의 측정 차원을 따르는 스케일 신호 수신기 및 보호 하우징의 상대적 이동을 허용한다. 따라서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 시일은 측정 차원을 따라 연장된다. 시일은 또한, 다른 차원들에서의 스케일 신호 수신기 및 보호 하우징의 일부 상대적 이동을 수용할 수 있다.
엔코더는 통상적으로 시일된 엔코더로 지칭되는 (또한 통상적으로 인클로징된 엔코더로 알려진) 것일 수 있다. 이들은 시일된(인클로징된) 엔코더 모듈로도 알려져 있을 수 있다.
보호 하우징은 엔코더의 일체형 부분일 수 있다. 선택적으로, 보호 하우징에 스케일이 마운팅된다. 엔코더는, 스케일이 (그 위치가 엔코더에 의해 측정될) 머신의 일부에 보호 하우징을 통해 마운팅되도록 구성되도록 구성될 수 있다. 즉, 보호 하우징은, 스케일이 그를 통해 머신의 일부에 마운팅되도록 구성되는 하나 이상의 마운팅 피처를 포함할 수 있다. 따라서, 선택적으로 보호 하우징은 엔코더 모듈이 마운팅되도록 구성되는 머신의 일부와 스케일 사이에 놓일 수 있다. 이해될 바와 같이, 보호 하우징은 사용시 단일의 고정된 유닛이도록 구성될 수 있다[즉, 보호 하우징은 서로에 대해 이동(예를 들어 보호 하우징이 마운팅되는 머신의 상대적으로 이동가능한 부분들의 이동)하는 부분들을 포함하지 않음].
이해될 바와 같이, 스케일 신호 수신기는 스케일로부터 신호를 수신하는 보호 하우징 내부에 위치되는 판독헤드 어셈블리의 부분일 수 있다. 스케일 신호 수신기는, 예를 들어 스케일 신호를 검출하고/하거나 이 스케일 신호를 스케일 신호가 후속하여 검출되기 전에 처리(manipulate)하기 위해 스케일 신호와 상호작용하기 위한 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 엔코더의 경우, 스케일 신호 수신기는 회절 및/또는 굴절 광학 요소(element)들과 같은 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스케일 신호 수신기는 하나 이상의 렌즈, 및/또는 하나 이상의 회절 격자를 포함할 수 있다. 스케일 신호 수신기는 스케일 신호를 다른 컴포넌트에 안내하기 위한 하나 이상의 신호 가이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 엔코더의 경우, 스케일 신호 수신기는 도파관, 예를 들어 광가이드(예를 들어, 광섬유)를 포함할 수 있다. 신호 가이드는, 예를 들어 스케일 신호를 처리하기 위해, 스케일 신호와 상호작용하는 후속 컴포넌트에 스케일 신호를 캐리(carry)하도록 구성될 수 있다. 신호 가이드는 스케일 신호를 검출하도록 구성되는 하나 이상의 검출기/센서, 예를 들어 변환기에 스케일 신호를 캐리하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 판독헤드 어셈블리는 (위에서 설명된 바와 같이 판독헤드 어셈블리 내의 하나 이상의 컴포넌트에 의해 처리되었을 수 있거나 처리되지 않았을 수 있는) 스케일 신호를 감지하기 위한 하나 이상의 센서를 포함한다. 센서는 복수의 센서 요소들, 예를 들어 센서 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 스케일 신호 수신기는 센서(들)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 센서는 판독헤드 어셈블리 내 다른 곳에 위치될 수 있다. 예를 들어, 센서는 보호 하우징 외측에 위치되는 판독헤드 어셈블리의 일부에 위치될 수 있다. 예를 들어, 판독헤드 어셈블리가 (아래에서 더 상세히 설명되는) 마운팅 블록을 포함하는 실시예들에서, 센서(또한 실상 위에서 언급된 임의의 다른 컴포넌트들)는 마운팅 블록에 위치될 수 있다.
스케일 신호 수신기가 (아래에서 더 상세히 설명되는) 외부 케이싱(casing)을 포함하는 실시예들에서, 스케일 신호 수신기는 스케일로부터의 신호가 스케일 신호 수신기에 들어가도록 하기 위한 하나 이상의 피처를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 엔코더의 경우, 스케일 신호 수신기는 윈도우를 포함할 수 있다.
판독헤드 어셈블리는 스케일을 향해 에너지를 방출하기 위한 하나 이상의 방출기(emitter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 판독헤드 어셈블리는 스케일을 (예를 들어, 적외선부터 자외선까지 범위 내의 광으로) 조명하도록 구성되는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 스케일 신호 수신기는 전술한 하나 이상의 방출기를 포함할 수 있다. 선택적으로, 전술한 하나 이상의 방출기는 판독헤드 어셈블리의 다른 부분에 의해(예를 들어, 가령 마운팅 블록에 의해 제공되는 보호 하우징 외측에) 제공될 수 있다.
선택적으로, 판독헤드, 예를 들어 스케일 신호 수신기[예를 들어, 자신의 센서(들)]는 스케일로부터 오는 광에 의해 생성되는 신호를 검출하도록 구성된다. 선택적으로, 광은 스케일을 통하도록 전송된다. 선택적으로, 광은 스케일로부터 반사된다. 따라서, 선택적으로, 판독헤드, 예를 들어 스케일 신호 수신기는 방출기(예를 들어, 광원) 및 센서를 포함한다. 방출기 및 센서는 스케일의 동일한 측에 위치될 수 있다. 따라서, 엔코더는 반사형 엔코더 장치일 수 있다.
이해될 바와 같이, 스케일은 변위, 위치(또는 이에 파생적인, 예를 들어 속도 및/또는 가속도)를 결정하도록 판독헤드에 의해 판독될 수 있는 일부 형태의 피처들/마킹들을 가질 것이다. 그러한 피처들은 패턴을 규정할 수 있다. 예를 들어, 증분형 스케일은, (예를 들어, 스케일과 판독헤드 사이의 상대적 이동이 발생할 때) 판독헤드에서 주기적 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있고 주기적 패턴을 규정하는 스케일 피처들/마크들을 포함할 수 있다. 스케일은 세장형(elongate)일 수 있다. 스케일은 내부에 그리고/또는 그 위에 피처들/마킹들이 형성되는 기판을 포함할 수 있다.
선택적으로, 엔코더 장치는 회절 기반 엔코더 장치이다. 선택적으로, 스케일은 판독헤드 어셈블리 내의 센서 상에 결과적 신호를 형성하기 위해 사용되는 광을 회절시키도록 구성되는 피처들을 포함한다. 선택적으로, 판독헤드 어셈블리는, 판독헤드 어셈블리 내의 센서 상에 신호를 형성하기 위해, 스케일 전에 그리고/또는 스케일 후에 광과 상호작용하도록 구성되는 하나 이상의 광학 요소를 포함한다. 선택적으로, 판독헤드 어셈브리는 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 회절 격자를 포함한다. 선택적으로, 판독헤드 어셈블리는, 판독헤드 어셈블리 내의 센서 상에 간섭 무늬를 형성하기 위해 스케일로부터의 광과 상호작용하도록 구성되는 회절 격자를 포함한다. 선택적으로, 센서는, 각 세트가 상이한 위상의 간섭 무늬를 검출하도록 구성되는 2개 이상의 세트들의 서로 맞물린(interdigitated) 센서들을 포함하는 전기격자(electrograting)를 포함한다.
선택적으로, 스케일은 스케일의 길이를 따라 일련의(예를 들어, 연속적인) 고유하게(uniquely) 식별가능한 위치들을 규정하는 절대형(absolute) 스케일 피처들을 포함한다.
선택적으로, 판독헤드 어셈블리는 스케일의 이미지를 검출하도록 구성된다. 선택적으로, 판독헤드 어셈블리(예를 들어, 스케일 신호 수신기)는 센서 상에 스케일의 이미지를 형성하도록 구성되는 적어도 하나의 이미징 광학 요소를 포함한다. 선택적으로, 판독헤드 어셈블리는 이미지를 캡처하기 위해 적절한 하나 이상의 센서, 예를 들어 하나 이상의 전하 결합 디바이스(Charge-Coupled Device; CCD) 또는 상보형 금속 산화물 반도체(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor; CMOS) 센서를 포함한다.
이해될 바와 같이, "광학"에 대한 참조들 및 "광"에 대한 참조들은 자외선부터 적외선까지 (포괄적) 범위 내의 전자기 방사선(electromagnetic radiation; EMR)을 지칭하도록 의도된다.
이해될 바와 같이, 판독헤드 어셈블리는 스케일 신호 수신기 및 스케일의 상대적 위치에 관한 (본원에서 "위치 정보"로 지칭되는) 정보를 결정하고 출력하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 판독헤드 어셈블리는, 예를 들어 전술한 위치 정보를 형성하기 위해 하나 이상의 센서들/검출기들로부터의 출력을 프로세싱하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서 디바이스를 포함한다. 위치 신호는 증분형 위치 정보일 수 있다. 예를 들어, 위치 신호는 직교(quadrature) 신호를 포함할 수 있다. 선택적으로, 위치 신호는 절대 위치 정보를 포함한다. 전술한 하나 이상의 프로세서 디바이스는 스케일 신호 수신기에 그리고/또는 판독헤드 어셈블리의 다른 부분에(예를 들어, 판독헤드 마운트에) 위치될 수 있다.
이해될 바와 같이, 스케일 신호 수신기가 연결되도록 구성되는 보호 하우징의 외측의 일부는, (스케일이 고정되는) 머신의 다른 부분에 대한 그 위치/이동이 결정될 머신의 부분일 수 있다.
보호 하우징 내부의 스케일 신호 수신기의 배치가 스케일 및 보호 하우징과 독립적이기 때문에, 바람직하게 스케일 신호 수신기는 보호 하우징 외측의 전술한 부분에 견고하게 연결되도록 구성된다. 스케일 신호 수신기는 예를 들어 마운트 부재를 통해, 보호 하우징 외측에 위치되는 머신의 일부에 연결되도록 구성될 수 있다. 따라서, 마운트 부재는 견고한 마운트 부재일 수 있다. 따라서, 전술한 견고한 연결/견고한 마운트 부재는, 모든 6개의 자유도의 보호 하우징 내의 스케일 신호 수신기의 위치 및 방위가, 스케일 신호 수신기가 부착되도록 구성되는 보호 하우징 외측의 일부에 의해 좌우[보호 하우징 외측의 일부에 지배(mastering)]될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 판독헤드 어셈블리가 (아래에서 설명되는) 마운팅 피처들을 포함하는 실시예들에서, 보호 하우징 내의 스케일 신호 수신기의, 모든 6개의 자유도의 위치 및 방위는 마운팅 피처들에 의해 좌우(마운팅 피처들에 지배)될 수 있다(예를 들어, 전술한 마운팅 피처들이 제공되는 마운팅 블록에 의해 좌우되고/마운팅 블록에 지배됨).
예를 들어, 스케일 신호 수신기는 시일을 관통하는 견고한 판독헤드 마운트 부재에 견고하게 고정될 수 있다. 따라서, 시일의 제 1 측부 상의(보호 하우징 내부의) 스케일 신호 수신기의 위치 및 방위가 판독헤드 마운트에 의해 좌우(판독헤드 마운트에 지배)될 수 있다.
전술한 마운트는 스케일 신호 수신기가 부착될 머신의 부분에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 머신 자체는 보호 하우징 내에 삽입되고 스케일 신호 수신기에 연결되는 (견고한) 마운팅 브래킷을 포함할 수 있다. 선택적으로, 판독헤드 어셈블리는 머신의 일부에 판독헤드 어셈블리를 고정하기 위해 보호 하우징 외측에 위치되는 하나 이상의 마운팅 피처를 포함하는 판독헤드 마운트를 포함할 수 있다. 이해될 바와 같이, 판독헤드 어셈블리는 머신의 일부에 풀 수 있게(releasably) 고정되도록 구성될 수 있다. 마운팅 블록에 하나 이상의 마운팅 피처들이 제공될 수 있다. 마운팅 피처는, 예를 들어 풀 수 있는 파스너(예를 들어, 볼트)가 그 내부로 그리고/또는 그를 통해 통과할(또한 선택적으로 맞물릴) 수 있는 홀을 포함할 수 있다. 이해될 바와 같이, 판독헤드 어셈블리의 스케일 신호 수신기는 (위에서 설명된 바와 같이 보호 하우징의 외측의 일부와 스케일 신호 수신기 사이의 견고한 연결을 보장하기 위해 견고할 수 있는) 판독헤드 마운트에 견고하게 연결될 수 있다. 이해될 바와 같이, 스케일 신호 수신기, 판독헤드 마운트 및 블레이드는 단일의 모놀리식(monolithic) 구조물로서 형성될 수 있거나, 또는 서로 견고하게 연결되는 복수의 분리적으로 형성된 유닛들을 포함할 수 있다.
마운트는 시일을 관통하여 연장되도록 구성되는 (견고한) 블레이드형 부재를 포함할 수 있다. 판독헤드 어셈블리가 위에서 설명된 바와 같은 판독헤드 마운트를 포함하는 실시예들에서, 블레이드형 부재는, 보호 하우징 내부에 위치되는 스케일 신호 수신기와 보호 하우징 외측에 위치되는 마운팅 피처들 사이의 시일을 관통하여 연장될 수 있다. 블레이드형 부재는 제 1 에지 및 제 2 에지[환언하면, 선단(leading) 에지 및 후단(trailing) 에지]를 포함할 수 있다. 블레이드형 부재는 제 1 에지 및 제 2 에지를 향해 테이퍼질(tapered) 수 있다. 블레이드형 부재는, 와이어들 및/또는 에어가 보호 하우징의 내측과 외측 사이, 예를 들어 하나 이상의 마운팅 피처가 제공되는 마운팅 블록과 스케일 신호 수신기 사이를 통과하도록 하기 위한 내부 통로(passageway)/채널을 포함할 수 있다.
보호 하우징은 머신의 일부에[예를 들어, 스케일 신호 수신기가 마운팅되도록 구성되는 부분과는 상이한 머신의 부분(머신의 전술한 부분들은 서로에 대해 상대적으로 이동가능함)에] 보호 하우징을 마운팅하기 위한 하나 이상의 마운팅 피처를 포함할 수 있다. 전술한 하나 이상의 마운팅 피처들은 보호 하우징의 풀 수 있는 마운팅을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 마운팅 피처는 풀 수 있는 파스너(예를 들어, 볼트)가 그 내부로 그리고/또는 그를 통해 연장될(또한 선택적으로 맞물릴) 수 있는 홀을 포함할 수 있다.
엔코더 장치는 자기형(magnetic), 유도형(inductive), 용량형(capacitive), 및/또는 광학 엔코더 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 스케일은 자기형, 유도형, 용량형, 및/또는 광학 스케일을 포함할 수 있다. 선택적으로, 엔코더 장치는 광학 엔코더 장치를 포함한다.
스케일은 회전 스케일을 포함할 수 있다. 회전 스케일은 (디스크의 표면에 스케일 피처들이 제공되는) 디스크 스케일로 통상적으로 지칭되는 것을 포함할 수 있다. 회전 스케일은 [디스크의 원주(circumferential) 에지에 스케일 피처들이 제공되는] 링 스케일로 통상적으로 지칭되는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 스케일은 선형 스케일을 포함할 수 있다.
선택적으로, 엔코더 모듈은 0.1mm보다 작지 않은, 예를 들어 0.2mm보다 작지 않은, 예를 들어 0.5mm보다 작지 않은 공칭(nominal) 탑재 높이를 갖는다. 선택적으로, 엔코더 장치는 5mm보다 크지 않은, 예를 들어 2mm보다 크지 않은, 예를 들어 1mm보다 크지 않은 공칭 탑재 높이를 갖는다. 선택적으로, 엔코더 모듈에 대한 허용가능한 탑재 높이 편차(variation)["허용오차(tolerance)"]는 +/-50μm(미크론)보다 작지 않고, 선택적으로 +/-75μm(미크론)보다 작지 않으며, 예를 들어 적어도 +/-100μm(미크론)이다.
보호 하우징은 세장형일 수 있다. 보호 하우징은 실질적으로 직선형일 수 있다. 보호 하우징은 실질적으로 튜브형 형태를 포함할 수 있다. 전술한 튜브형 보호 하우징의 단면 형상이 반드시 라운드형일 필요는 없고, 예를 들어 다른 규칙적인 또는 불규칙적인 형상들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전술한 튜브형 보호 하우징의 단면 형상은 실질적으로 직사각형일 수 있다.
전술한 시일은 보호 하우징의 제 1 측벽에 제공될 수 있다. 선택적으로, 전술한 시일은 보호 하우징의 2개의 측벽들 사이에 에지를 따라 제공된다. 전술한 시일은 실질적으로 세장형일 수 있다. 시일은 엔코더 장치의 측정 차원을 따라 연장될 수 있다. 선택적으로, 시일은 예를 들어 보호 하우징 내의 갭을 가로지르는, 그리고/또는 예를 들어 전술한 보호 하우징 내부의 정압(예를 들어, 에어)을 통한 가스의 흐름에 의해 제공된다. 선택적으로, 시일은 물리적 배리어를 포함한다. 시일은 복수의, 예를 들어 한 쌍의 시일 부재들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시일은 (세장형 또는 고리형/링 형상일 수 있는) 복수의(예를 들어, 한 쌍의) 시일 립들을 포함할 수 있다. 스케일 신호 수신기를 보호 하우징 외측의 일부에 연결하는 부재는 시일을, 예를 들어 시일 립들 사이를 통과할 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급된 블레이드형 부재가 시일, 예를 들어 시일 립들 사이를 통과할 수 있다.
선택적으로, 시일(예를 들어, 시일 립)은 연성(compliant)이다. 선택적으로, 시일(예를 들어, 시일 립)은 탄성(elastic)이다. 예를 들어, 시일(예를 들어, 시일 립들)은 (특히, 부재, 예를 들어 블레이드형 부재, 및 보호 하우징/시일이 서로에 대해 이동하는 것을 허용함으로써) 스케일/보호 하우징 및 스케일 신호 수신기의 상대적 이동을 가능하게 하기 위해 충분히 연성일 수 있다. 선택적으로, 시일(예를 들어, 시일 립)은 예를 들어 그들의 탄성에 의해, 시일된 구성을 향해 바이어싱된다. 시일(예를 들어, 시일 립)은, 예를 들어 열가소성 폴리우레탄과 같은 폴리우레탄, 및/또는 불소화 엘라스토머를 포함할 수 있다.
판독헤드 어셈블리는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 이해될 바와 같이, 그러한 하나 이상의 진동 제어 디바이스는 진동에 대한 판독헤드 어셈블리의(예를 들어, 스케일 신호 수신기의) 민감성(susceptibility)을 감소시키도록 구성될 수 있다. 진동 제어 디바이스는 외부 자극으로 인한 시스템의 적어도 일부(예를 들어, 판독헤드 어셈블리의 스케일 신호 수신기)의 응답을 감소시키도록 구성되는 디바이스일 수 있다. 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 판독헤드 어셈블리와 독립적으로, 예를 들어 스케일 신호 수신기와 독립적으로 진동하도록 구성되는 적어도 하나의 부재를 포함할 수 있다. 이해될 바와 같이, 진동 제어 디바이스는 진동하는 판독헤드 어셈블리/스케일 신호 수신기로부터 에너지를 빼앗도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 진동 제어 디바이스는 판독헤드 어셈블리/스케일 신호 수신기의 공진 확대율(resonance magnification factor)[증폭률(amplification factor)로도 알려짐]이 50보다 작도록, 예를 들어 20보다 작도록, 예를 들어 10보다 작도록 구성된다.
적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 보호 하우징 내부에 위치되는 판독헤드 어셈블리의(예를 들어, 스케일 신호 수신기의) 부분들과 독립적인 공진 주파수를 갖도록 구성되는 적어도 하나의 부재를 포함할 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 보호 하우징 내부에 위치되는 판독헤드 어셈블리의(예를 들어, 스케일 신호 수신기의 부분과는 상이한) 부분들의 공진 주파수와는 상이한 공진 주파수를 갖도록 구성되는 적어도 하나의 부재를 포함한다. 진동 제어 디바이스는 단일의 통합(unitary)/이동가능 바디와만 연관(예를 들어, 커플링 또는 연결)될 수 있다(즉, 2개의 독립적으로 이동가능한 바디들 사이에 위치되지 않음). 따라서, 진동 제어 디바이스는 단일의 통합/이동가능 바디와만 접촉할 수 있다.
적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 선형 진동 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 선형 스프링 강체를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 비선형 진동 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 비선형 스프링 강체를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 진동 제어 디바이스는, 적어도 하나의 자유도의, 선택적으로 복수의 자유도의, 예를 들어 적어도 하나의 선형 자유도 또한 적어도 하나의 회전형 자유도에서 진동들을 제어하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 하나 이상의 진동 모드를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 동조 질량 댐퍼(tuned mass damper)의 경우, 동조 질량 댐퍼는 다수의 상이한 공진 주파수들로 동조될 수 있다.
적어도 하나의 진동 제어 디바이스는, 적어도 하나의 진동 제어 디바이스가 진동을 제어하도록 구성되는 판독헤드 어셈블리의 부분의 질량의 적어도 1%, 선택적으로 전술한 부분의 질량의 적어도 2%, 예를 들어 전술한 부분의 질량의 적어도 3%인 질량을 갖도록 구성될 수 있다. 진동 제어 디바이스는, 전술한 부분의 질량의 30%보다 크지 않은, 선택적으로 전술한 부분의 질량의 25%보다 크지 않은, 예를 들어 전술한 부분의 질량의 20%보다 크지 않은, 예를 들어 전술한 부분의 질량의 10%보다 크지 않은 질량을 갖도록 구성될 수 있다. 이해될 바와 같이, 전술한 부분은 소스 진동을 초과하여 진동하는 판독헤드 어셈블리의 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전술한 부분은 판독헤드 마운트에 대해 진동하는 판독헤드 어셈블리의 부분일 수 있다. 예를 들어, 전술한 부분은 보호 하우징 내부에 위치되는 판독헤드 어셈블리의 부분/부분들일 수 있다. 예를 들어, 전술한 부분은 스케일 신호 수신기를 포함할 수 있다.
스케일 신호 수신기 및/또는 스케일 신호 수신기가 그를 통해 보호 하우징 외측의 일부에 부착될 수 있는 부재(예를 들어, 판독헤드 마운트, 특히 예를 들어 블레이드형 부재)는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 보호 하우징 내부에(예를 들어, 스케일 신호 수신기 및/또는 블레이드형 부재와 같은 시일을 관통하여 연장되는 부분에) 위치될 수 있다. 예를 들어, 스케일 신호 수신기는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 진동 제어 디바이스는 스케일 신호 수신기 내에 상주할 수 있다. 특히, 스케일 신호 수신기가 (아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이) 외부 케이스를 포함하는 실시예들에서, 진동 제어 디바이스는 (예를 들어, 오염물로부터 시일되도록) 전술한 외부 케이스 내에 상주할 수 있다. 진동 제어 디바이스는 스케일 신호 수신기에 의해 제공되는(예를 들어, 전술한 외부 케이스에 의해 제공되는), 보이드, 예를 들어 리세스, 예를 들어 홀 내에 상주할 수 있다. 진동 제어 디바이스는, 스케일 신호 수신기/외부 케이스의 나머지와 독립적으로 전술한 보이드/홀 내에서 이동(예를 들어, 진동)할 수 있도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 진동 제어 디바이스는 스케일 신호 수신기/외부 케이스의 외측에 제공될 수 있다.
적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 하나 이상의 스프링 요소를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 하나 이상의 댐퍼 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 진동 댐핑 디바이스를 포함할 수 있다. 하나 이상의 스프링 요소 중 적어도 하나 및 하나 이상의 댐퍼 요소 중 적어도 하나는 공통/단일/복합 요소, 예를 들어 스프링 댐퍼 요소에 의해 제공될 수 있다. 스프링 댐퍼 요소는 엘라스토머(예를 들어, 고무)를 포함할 수 있다.
이해될 바와 같이, 댐퍼 요소는 이동/움직임 에너지를 열과 같은 상이한 형태로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 댐퍼 요소의 비제한적인 예시들은, 예를 들어 (예를 들어, 엘라스토머 재료와 같은) 점성 변형가능 요소 또는 예를 들어 진동들에 노출될 때 서로 마찰하도록 구성되는 2개의 분리된 견고한 또는 탄성 요소들을 포함한다.
진동 제어 디바이스는 동조 질량 요소를 포함할 수 있다. 질량 요소는 스프링 및/또는 댐퍼 요소에 분리적일 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 질량 요소는 질량 요소가 진동을 제어하도록 구성되는 판독헤드 어셈블리의 부분에 대해 특정 질량을 갖도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 스프링 요소 중 적어도 하나, 하나 이상의 질량 요소 중 적어도 하나, 및 하나 이상의 댐퍼 요소 중 적어도 하나는 공통/단일/복합 요소, 예를 들어 스프링 질량 댐퍼 요소에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 엘라스토머 블록.
진동 제어 디바이스는 적어도 하나의 엘라스토머 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 엘라스토머 링. 전술한 엘라스토머 요소는 엘라스토머 요소보다 높은 밀도의 바디에 마운팅될 수 있다.
진동 제어 디바이스는 동조 질량 댐퍼를 포함할 수 있다. 동조 질량 댐퍼는 동조 질량 댐퍼가 설치되는 판독헤드 어셈블리의 적어도 일부에서 (적어도 스케일 신호 수신기의) 진동들의 진폭을 감소시키도록 그 부분의 공진 주파수로 또한 그 부분의 공진 주파수 주위로 동조될 수 있다. 동조 질량 댐퍼는 적어도 하나의 스프링 요소를 포함할 수 있다. 동조 질량 댐퍼는 적어도 하나의 댐퍼 요소를 포함할 수 있다. 동조 질량 댐퍼는 적어도 하나의 질량 요소를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 스프링의 강도("k"), 적어도 하나의 댐퍼의 댐핑 계수("c") 및 적어도 하나의 질량체의 질량("m")은, 동조 질량 댐퍼가 설치되는 판독헤드 어셈블리의 적어도 일부의 (예를 들어, 적어도 스케일 신호 수신기의) 진동들의 진폭을 감소시키도록 그 부분의 공진 주파수로 또한 그 부분의 공진 주파수 주위로 선택(환언하면 동조)될 수 있다.
복수의 진동 제어 디바이스들이 제공될 수 있다. 이해될 바와 같이, 상이한 진동 제어 디바이스들은 상이한 공진 주파수들의 진폭을 감소시키기 위해 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상이한 스프링 강도 및/또는 상이한 질량들이 사용될 수 있다. 댐퍼 요소가 또한 제공되는 실시예들에서, 상이한 댐핑 계수들이 사용될 수 있다.
엔코더 장치(예를 들어, 시일된 엔코더 모듈)는 진단 정보를 결정하고 출력하도록 구성될 수 있다. 이해될 바와 같이, 엔코더 장치/모듈(예를 들어, 판독헤드)은 또한 (예를 들어 선형 또는 회전형일 수 있는) 측정 차원/자유도의 스케일 및 판독헤드의 상대적 위치(또한 따라서 엔코더 장치가 마운팅될 수 있는 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 상대적 위치)에 관한 정보를 결정하고 출력하도록 구성될 수 있다. 진단 정보는, 특히 엔코더 모듈의 측정 차원/자유도 이외의 적어도 하나의 차원/자유도들의 스케일 및 스케일 신호 수신기의 상대적 배치를 나타낼 수 있다. 따라서, 진단 정보는, 특히 엔코더 모듈의 측정 차원/자유도 이외의 적어도 하나의 차원/자유도들의 스케일 및 스케일 신호 수신기의 상대적 배치에 의존할 수 있다. 시일된 엔코더 모듈은 판독헤드에 의해 검출되는 스케일 신호에 관한 진단 정보를 결정하고 출력하도록 구성될 수 있다. 스케일 신호는, 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 (측정 차원/자유도의) 상대적 변위의 전술한 측정치를 결정하기 위해 스케일을 검출하도록 구성되는(또한 사용시에 사용되는) (예를 들어, 판독헤드 내의) 하나 이상의 센서에 의해 검출되는 신호일 수 있다. 스케일 신호는 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 상대적 변위의 전술한 측정치를 결정하기 위해 사용되는 스케일로부터의 검출된 신호일 수 있다. 스케일 신호는 증분형(incremental) 스케일 신호일 수 있다. 따라서, 진단 정보는 판독헤드의 증분형 신호 센서의 출력으로부터 결정될 수 있다. 증분형 스케일 신호는 간섭 무늬(interference fringe)일 수 있다. 스케일 신호는 참조 마크 신호일 수 있다. 따라서, 진단 정보는 판독헤드의 참조 마크 신호 센서의 출력으로부터 결정될 수 있다. 스케일 신호는 절대형 스케일 신호일 수 있다. 스케일 신호는 스케일의 이미지(예를 들어, 스케일의 1차원 또는 2차원 이미지)일 수 있다. 따라서, 진단 정보는 판독헤드의 이미지 센서의 출력으로부터 결정될 수 있다. 환언하면, 진단 정보는 스케일의 이미지(예를 들어, 1차원 또는 2차원 이미지)로부터 결정될 수 있다.
선택적으로, 진단 정보를 결정하기 위해 사용되는 스케일 신호는 상대적 변위의 전술한 측정치를 결정하기 위해 사용되는 신호가 아니다. 선택적으로, 그로부터 진단 정보가 결정되는 스케일 신호는, 그 출력이 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 상대적 변위의 전술한 측정치를 결정하기 위해 사용되도록 구성되는 센서(들) 이외의 적어도 하나의 센서에 의해 검출된다. 그러한 센서는 "진단 센서"로 지칭될 수 있다. 따라서, 환언하면, 엔코더 모듈은, 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 상대적 변위의 전술한 측정치를 결정하기 위해 진단 센서의 출력이 사용되지 않도록 구성될 수 있다.
따라서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 판독헤드에 의해 검출되는 스케일 신호는, 엔코더 모듈의 측정 차원/자유도 이외의 적어도 하나의 측정 차원/자유도의 스케일 및 스케일 신호 수신기의 상대적 배치에 의존할 수 있다. 이해될 바와 같이, 엔코더 모듈(예를 들어, 판독헤드)은 또한, 스케일 및 판독헤드의 상대적 위치에 관한 정보(즉, 측정 차원/자유도의 위치 정보)를 결정하고 출력하도록 구성된다. 따라서, 엔코더 장치/모듈은 위치 및 진단 정보 둘 다를 결정하고 출력하도록 구성될 수 있다. 따라서, 엔코더 장치(예를 들어, 시일된 엔코더 모듈)는 전술한 진단 정보를 결정하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 진단 정보는, 특히 엔코더 모듈의 측정 차원 이외의 적어도 하나의 차원/자유도의 스케일 및 스케일 신호 수신기의 상대적 배치에 의존할 수 있다(따라서 상대적 배치를 나타낼 수 있다). 예를 들어, 진단 정보는 스케일 및 스케일 신호 수신기의 서로에 대한 측방 위치, 탑재 높이, 피치, 롤 또는 요(yaw) 중 임의의 하나, 이들의 임의의 조합, 또는 이들 모두에 의존할 수 있다(따라서 이들 중 임의의 하나, 이들의 임의의 조합, 또는 이들 모두를 나타낼 수 있다). 따라서, 예를 들어, 진단 정보는, 스케일 및 스케일 신호 수신기가 측정 차원의 자유도 이외의 적어도 하나의 자유도의 원하는 상대적 배치 내에 있을 때, 또는 있지 않을 때에 의존할 수 있다(따라서, 스케일 및 스케일 신호 수신기가 측정 차원의 자유도 이외의 적어도 하나의 자유도의 원하는 상대적 배치 내에 있을 때, 또는 있지 않을 때를 나타낼 수 있다). 그러한 배치 정보는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 스케일과 독립적으로 배치되는 스케일 신호 수신기를 갖는 실시예들에 대해 특히 유용할 수 있다.
이해될 바와 같이, 엔코더 장치/모듈은, 결정되고 출력되는 진단 정보가 판독헤드에 의해 검출되는 스케일 신호의 품질에 관한 정보를 포함할 수 있도록 구성될 수 있다. 진단 정보는 위치 정보를 제공하기 위해, 특히 예를 들어 신뢰성 있고/있거나 정확한 위치 정보를 위해 표현(representation)의 적합성(suitability)의 측정치를 제공할 수 있다.
전술한 진단 정보를 출력하는 것은, 스케일 신호의 품질을 분석하도록 구성되는 프로세서의 결과로서 결정되는 적어도 하나의 파라미터에 적어도 부분적으로 기반하여 출력을 제공하는 것을 포함한다. 예를 들어, 시각적 출력 디바이스와 같은 출력 디바이스의 제어가 전술한 적어도 하나의 파라미터에 기반할 수 있다. 선택적으로, 엔코더 장치/모듈은 진단 정보를 하나 이상의 사람이 검출가능한 신호의 형태로 출력하도록 구성된다. 엔코더 장치(예를 들어, 시일된 엔코더 모듈)는 전술한 진단 정보를 사람이 검출가능한 신호로서 출력하기 위한 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 전술한 출력 디바이스는 전술한 진단 정보를 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 전술한 출력 디바이스는 시각적 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 전술한 출력 디바이스는 광학 신호를 방출하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 전술한 판독헤드에 적어도 하나의 출력 디바이스가 제공된다. 선택적으로, 전술한 보호 하우징에 전술한 적어도 하나의 출력 디바이스가 제공된다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 판독헤드는, 머신의 이동가능한 제 1 부분 및 제 2 부분 중 하나에 판독헤드를 마운팅하기 위한, 전술한 보호 하우징 외부의 마운팅 블록을 포함할 수 있고, 전술한 출력 디바이스가 전술한 마운팅 블록에 제공될 수 있다.
스케일 신호 수신기는 외부 케이스를 포함할 수 있다. 외부 케이스는, 보호 하우징 내부에 위치되는 스케일 신호 수신기의 컴포넌트들을 보호 하우징에 들어갈 수 있는 오염물[예를 들어, 절삭부스러기 또는 냉각수와 같은 고체 또는 유체, 또는 예를 들어 습기]로부터 보호하도록 구성될 수 있다. 특히, 외부 케이스는 유체, 예를 들어 액체에 대한 보호를 제공하도록 구성될 수 있다. 이는 엔코더 장치의 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있다. 전술한 외부 케이스는 전술한 컴포넌트를 캡슐화할 수 있다. 전술한 컴포넌트들은 임의의 와이어들 및/또는 임의의 인쇄 회로 보드들을 포함하는, 전기적 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 전술한 컴포넌트들은 스케일 신호와 상호작용하도록 구성되는 위에서 설명된 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 외부 케이스는 시일된 바디, 예를 들어 밀폐하여(hermetically) 시일된 케이스일 수 있다.
따라서, 스케일 신호 수신기의 센서 컴포넌트가 시일된 바디/외부 케이스 내에 수용될 수 있다. 환언하면, 예를 들어 스케일 신호의 검출에 사용되는 스케일 신호 수신기의 전기적 및/또는 다른 컴포넌트가 시일된 바디/외부 케이스 내에 수용될 수 있다. 예를 들어, 광학 엔코더 장치의 경우, 렌즈, 회절 격자, 빔 스티어링 디바이스 또는 빔 분할기와 같은 광학 컴포넌트들이 시일된 바디/외부 케이스 내에 수용될 수 있다. 판독헤드의 방출기(예를 들어, 광 방출기)가 바디/외부 케이스 내에 수용될 수 있다. 스케일 신호가 시일된 바디/외부 케이스에 들어가는 것을 허용하기 위해, 시일된 바디/외부 케이스 내의 윈도우(예를 들어, 시일된 윈도우)가 제공될 수 있다.
외부 케이스는 견고한 케이스일 수 있다. 그러한 견고한 케이스는 보호 하우징에 들어가는 고체물들에 대해 (임의의 와이어들 및/또는 임의의 인쇄 회로 보드들을 포함하는) 하나 이상의 컴포넌트를 보호하도록 구성될 수 있다. 외부 케이스는 실질적으로 박스형일 수 있다. 예를 들어, 외부 케이스는 일반적으로 직사각형 단면 프로파일을 가질 수 있다. 외부 케이스는 스케일 신호 수신기의 하나 이상의 컴포넌트가 안에 위치되는 빈(void)/내부 체적을 제공할 수 있다. 외부 케이스는 스케일 신호 수신기의 하나 이상의 컴포넌트가 마운팅되는 구조물(예를 들어, 하중 지지 구조물)을 제공할 수 있다. 외부 케이스는 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분 중 하나에 마운팅될 수 있다(마운팅되도록 구성될 수 있다). 이는 보호 하우징을 통할 수 있다. 이는, 예를 들어 본 발명의 다른 양태들과 연관하여 위에서 설명된 바와 같이 판독헤드 마운트를 통할 수 있다. 예를 들어, 외부 케이스는 마운팅 블록을 통해 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분 중 하나에 마운팅될 수 있다. 스케일 신호 수신기가 그를 통해 보호 하우징 외측의 일부에 연결될 수 있는 시일을 보호 하우징이 포함하는 실시예들에서, 외부 케이스는 시일을 관통하여 연장되는 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, (위에서 설명된 바와 같은) 블레이드형 부재가 있는 실시예들에서, 블레이드형 부재는 외부 케이스의 부분일 수 있다. 특히, 블레이드형 부재는 와이어들 또는 다른 전기적/광학적 컴포넌트들을 포함하고 보호 하우징에 들어가는 오염물로부터 이들을 포함할 수 있다.
이해될 바와 같이, 외부 케이스는 판독헤드의 하나 이상의 컴포넌트가 안에 포함되는 내부 체적을 함께 규정하는 복수의 컴포넌트들, 예를 들어 바디 및 리드(lid)를 포함할 수 있다.
외부 케이스는 적어도, 보호 하우징 내에 위치되는 스케일 신호 수신기의, 임의의 와이어들 및 임의의 인쇄 회로 보드들을 포함하는 전자 컴포넌트들 모두를 캡슐화할 수 있다. 광학 엔코더의 경우, 외부 케이스는, 스케일 신호가 그를 통해 케이싱에 들어가고/들어가거나 광 방출기로부터의 광이 그를 통해 스케일을 향해 외부 케이스를 빠져나가는 하나 이상의 윈도우의 외측을 제외하고, 스케일 신호의 검출에 사용되는 광학 컴포넌트들 모두(예를 들어, 하나 이상의 렌즈, 회절 격자, 빔 스플리터, 광원, 및 빔 스티어러의 임의의 조합)를 캡슐화할 수 있다. 따라서, 이해될 바와 같이, 임의의 그러한 윈도우들이 외부 케이스의 부분을 형성할 수 있다. 선택적으로, [예를 들어, 전자 컴포넌트의 맨(bare)전자장치들을 쉴딩하는(shield)] 보호 쉘 또는 바디를 포함하는 임의의 전자 컴포넌트 자체가 외부 케이스의 부분을 형성할 수 있다.
엔코더 장치는 반사형 광학 엔코더 장치를 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 스케일을 조명하기 위한 광원 및 스케일을 검출하기 위한 검출기가 스케일의 동일한 측에 위치될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 동일한(예를 들어, 단일의) 외부 케이스가 광원 및 검출기를 포함할 수 있다.
바람직하게, 외부 케이스는, International Protection Marking(Ingress Protection Marking으로도 알려짐), IEC(International Electrotechnical Commission) 표준 60529에 따른, 적어도 레벨 4의 고체 입자 보호, 및 적어도 레벨 4까지의 액체 침투 보호를 제공한다. 환언하면, 바람직하게, 외부 케이스는 적어도 IP44의 IP 등급을 갖는다. 외부 케이스는 적어도 레벨 5까지의, 선택적으로 적어도 레벨 6까지의 고체 입자 보호를 제공할 수 있다. 외부 케이스는 적어도 레벨 5까지의, 선택적으로 적어도 레벨 6까지의, 예를 들어 적어도 레벨 7까지의 액체 침부 보호를 제공할 수 있다. 환언하면, 외부 케이스는 IPxy[여기서, (고체 입자 보호와 관련된) x는 적어도 4(예를 들어, 4 내지 6)이고, (액체 침투 보호와 관련된) y는 적어도 4(예를 들어, 4 내지 7)임]의 IP 등급을 가질 수 있다.
본 출원은 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 상대적 변위를 측정하기 위해 머신에 마운팅하기 위한 시일된 엔코더 모듈을 설명한다. 설명되는 바와 같이, 시일된 엔코더 모듈은 스케일, 스케일 신호 수신기를 포함하는 판독헤드, 및 적어도 스케일 및 전술한 스케일 신호 수신기를 캡슐화하는 보호 하우징을 포함할 수 있다. 설명되는 바와 같이, 스케일 신호 수신기는 스케일 신호 수신기의 컴포넌트들이 내부에 수용되는 외부 케이스를 포함할 수 있다. 본 발명의 제 2 양태에 따르면, 서로에 대해 이동가능한 스케일 및 판독헤드 어셈블리를 포함하는 엔코더 장치가 제공되고, 스케일 및 판독헤드 어셈블리의 적어도 스케일 신호 수신기는, 보호 하우징 외측에 위치한 오염물로부터 그들을 보호하도록 구성되고 스케일 신호 수신기가 그를 통해 보호 하우징 외측의 일부에 연결될 수 있는 시일을 포함하는 보호 하우징 내에 위치된다. 스케일 신호 수신기는, 판독헤드의 컴포넌트들이 내부에 수용되고 보호 하우징 내부에 존재하는 임의의 오염물로부터 보호되는 외부 케이스를 포함할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 외부 케이스는 밀폐하여 시일될 수 있다. 외부 케이스를 갖는 스케일 신호 수신기를 제공하는 것은, 오염물이 보호 하우징 내부로 간신히 들어갈지라도, 스케일 신호 수신기의 하나 이상의 컴포넌트[즉, 스케일 신호의 검출을 수행하기 위한 컴포넌트(들), 예를 들어 신호를 생생하고/하거나 스케일로부터의 신호를 감지하고/하거나 처리하는 것과 같이 스케일로부터의 신호와 상호작용하기 위해 사용되는 전자 컴포넌트들 및/또는 다른 컴포넌트들]가 보호되는 것을 보장하는 것을 도울 수 있다. 이는 엔코더 장치의 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있다. 그러한 컴포넌트는 전자 컴포넌트를 포함할 수 있다. 그러한 컴포넌트는 센서를 포함할 수 있다. 그러한 컴포넌트는 스케일 신호와 상호작용하는 (스케일로부터의 신호가 판독헤드의 센서에 의해 감지되기 전에 스케일로부터의 신호를 처리하기 위해 사용되는) 컴포넌트를 포함할 수 있다. 그러한 컴포넌트는, 예를 들어 스케일을 조명하기 위한 광 방출기와 같은 방출기를 포함할 수 있다. 엔코더 장치가 광학 엔코더 장치를 포함하는 경우, 스케일 신호 수신기의 광학 컴포넌트들이 또한 전술한 외부 케이스 내부에 위치될 수 있다. 이해될 바와 같이, 본 발명의 다른 양태들과 연관하여 위에서 그리고 아래에서 설명되는 피처들은 본 발명의 이 양태에 동등하게 적용가능하며, 그 반대도 마찬가지이다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 진동에 대한 판독헤드 어셈블리의 적어도 일부(예를 들어, 스케일 신호 수신부)의 민감성을 감소시키도록 구성되는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함하는 (예를 들어, 스케일 피처들을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함하는) 엔코더 장치용 판독헤드 어셈블리가 제공된다. 따라서, 본 출원은 스케일 피처들을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서 및 판독헤드의 나머지와 독립적으로 진동하도록 구성되는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함하는 엔코더 장치용 판독헤드를 설명한다. 판독헤드에 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 제공하는 것은 판독헤드가 마운팅되는 머신으로부터 판독헤드에 전달되는 진동들을 제어할 수 있다. 이는, 판독헤드가 진동에 민감한 구조물을 통해(예를 들어, 세장형 부재를 통해) 머신에 마운팅되는 경우 특히 유용하다. 선택적으로, 엔코더 장치는 시일된 엔코더 장치를 포함한다. 반드시 이러할 필요는 없으며, 예를 들어 엔코더 장치는 개방된/노출된 엔코더 장치를 포함할 수 있다. 이해될 바와 같이, 본 발명의 다른 양태과 연관하여 위에서 그리고 아래에서 설명되는 피처들은 본 발명의 이 양태에 동등하게 적용가능하며, 그 반대도 마찬가지이다. 따라서, 예를 들어, 판독헤드는 스케일 신호 수신기를 포함할 수 있다. 스케일 신호 수신기는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 스케일 신호 수신기가 세장형 블레이드를 통해 마운팅되는 실시예들에서, 스케일 신호 수신기 및/또는 세장형 블레이드는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 본원에서 설명된 바와 같은 엔코더 장치 및/또는 판독헤드를 포함하는 머신이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 실질적으로 본원에서 그리고/또는 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명된 바와 같은 엔코더 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 상대적 변위를 측정하기 위해 머신에 마운팅하기 위한 시일된 엔코더 모듈이 제공된다. 시일된 엔코더 모듈은 스케일, 스케일 신호 수신기를 포함하는 판독헤드, 및 적어도 스케일 및 전술한 스케일 신호 수신기를 캡슐화하는 일체형 보호 하우징을 포함할 수 있다. 시일된 엔코더 모듈은 판독헤드에 의해 검출되는 스케일 신호에 관한 진단 정보를 결정하고 출력하도록 구성될 수 있다. 이해될 바와 같이, 엔코더 모듈(예를 들어, 판독헤드)은 또한, 스케일 및 판독헤드의 상대적 위치에 관한 정보를 결정하고 출력하도록 구성될 수 있다. 따라서, 엔코더 모듈은 위치 및 진단 정보 둘 다를 결정하고 출력하도록 구성될 수 있다. 이해될 바와 같이, 본 발명의 다른 양태들과 연관하여 위에서 그리고 아래에서 설명되는 피처들은 본 발명의 이 양태에 동등하게 적용가능하며, 그 반대도 마찬가지이다.
따라서, 본 출원은, 서로에 대해 이동가능한 스케일 및 판독헤드를 포함하는 엔코더 장치를 설명하고, 스케일 및 판독헤드의 스케일 신호 수신기는 시일의 제 2 측부에 존재하는 오염물로부터 그들을 보호하기 위해 시일의 제 1 측부에 위치되며, 스케일 신호 수신기는 시일을 통과하는 견고한 판독헤드 마운트에 견고하게 고정된다. 따라서, 시일의 제 1 측부 상의 스케일 신호 수신기의 위치 및 방위가 판독헤드 마운트에 의해 좌우(판독헤드 마운트에 지배)될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 이제 다음의 도면들을 참조하여 예시에 의해서만 설명될 것이다.
도 1a는 종래 기술의 시일된 엔코더를 개략적으로 예시한다.
도 1b는 보호 하우징 내부에 위치된 스케일 및 스케일 센서 어셈블리를 도시하기 위해 보호 하우징의 일부가 잘라내어진, 도 1a의 종래 기술의 시일된 엔코더를 개략적으로 예시한다.
도 1c는 도 1a의 시일된 엔코더 장치를 관통하는 단면도이다.
도 1d는 보호 하우징 내부에 위치된 스케일 및 스케일 센서 어셈블리를 도시하기 위해 보호 하우징의 일부가 잘라내어진, 도 1a의 종래 기술의 시일된 엔코더를 개략적으로 예시한다.
도 2a 및 도 2b는 보호 하우징 내부에 위치된 스케일 및 스케일 신호 수신기를 도시하기 위해 보호 하우징의 일부가 잘라내어진, 본 발명에 따른 시일된 엔코더 장치의 개략적인 예시들이다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 시일된 엔코더 장치를 관통하는 단면도이다.
도 2d는 대안적인 실시예의 인클로징된 엔코더 장치를 관통하는 단면도이다.
도 3은 신호 수신 모듈의 내부 컴포넌트들을 노출시키기 위해 신호 수신 모듈의 일부가 잘라내어진, 시일된 엔코더와 함께 사용하기 위해 적절한 판독헤드 어셈블리의 대안적인 실시예의 예시이다.
도 4는 도 3의 시일된 엔코더 장치의 신호 수신 모듈의 예시이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 신호 수신 모듈에서 사용되는 동조 질량 댐퍼의 예시이다.
도 6a 및 도 6b는 판독헤드 어셈블리에 진동 제어 디바이스를 구현하는 대안적인 방식을 예시한다.
도 7a 및 도 7b는 판독헤드 어셈블리에 진동 제어 디바이스를 구현하는 또 다른 방식을 예시한다.
도 8a 내지 도 8c는 진동 제어 디바이스를 구현하는 추가 방식들을 개략적으로 예시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 회전형 실시예들을 개략적으로 예시한다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명에 따른 시일된 엔코더 모듈(102)이 있다. 시일된 엔코더 모듈(102)은 스케일로부터 신호를 수신하기 위한 스케일 신호 수신기(106)를 포함하는 판독헤드 어셈블리(103) 및 복수의 피처들(미도시)을 갖는 스케일(104)을 포함한다. 설명되는 실시예에서, 시일된 엔코더 모듈(102)은, 판독헤드 어셈블리(103)가 스케일(104)을 판독하기 위해 적외선부터 자외선까지 범위 내의 전자기 방사선(EMR)을 이용한다는 점에서 광학 엔코더이다. 특히, 설명되는 실시예에서, 위치 측정 엔코더 장치는 광학 절대형 엔코더이다. 따라서, 스케일은, 판독헤드 어셈블리(103)가 스케일(104)의 길이를 따라 고유 위치를 결정하기 위해 판독하고 프로세싱할 수 있는 연속적인 일련의 고유하게 식별가능한 피처들, 예를 들어 코드들을 포함한다. 그러나, 이해될 바와 같이, 위치 측정 엔코더 장치가 반드시 절대형 엔코더일 필요는 없다. 예를 들어, 위치 측정 엔코더 장치는 증분형 광학 엔코더일 수 있다. 또한, 엔코더 장치는 광학 엔코더일 필요는 없고, 예를 들어 엔코더 장치는 자기형 엔코더, 또는 예를 들어 유도형 엔코더일 수 있다.
판독헤드 어셈블리(103)는, 설명되는 실시예에서 무선 연결과는 대조적으로 물리적 연결[예를 들어, 케이블(105)]을 포함하는 통신 채널을 통해 외부 프로세서 디바이스(미도시), 예를 들어 제어기와 통신한다. 통신 채널은, 판독헤드 어셈블리(103)가 외부 프로세서 디바이스로부터 데이터(예를 들어, 명령어들)를 수신할 수 있을뿐 아니라 외부 프로세스 디바이스에 데이터(예를 들어, 위치 정보/신호들)를 송신할 수 있도록 양방향(two-way)일 수 있다. 판독헤드 어셈블리(103)에의 전력은 또한, 예를 들어 케이블(105)을 통한 물리적 연결을 통해 공급될 수 있다. 그러나, 반드시 이러할 필요는 없다. 예를 들어, 판독헤드 어셈블리(103)는 배터리와 같은 내부 전원을 포함할 수 있다.
스케일(104) 및 스케일 신호 수신기(106)는 보호 하우징 외부의 오염물들로부터 이들을 보호하는 보호 하우징(108) 내부에 위치된다. 스케일(104)은 보호 하우징(108)에 고정되는 반면, 스케일 신호 수신기(106)는 보호 하우징(108) 내에서 스케일(104)의 길이를 따라 이동할 수 있다. 사용시에, 보호 하우징(108)은 머신(미도시)의 제 1 부분에 고정될 것이고, 스케일 신호 수신기(106)는 머신(미도시)의 제 2 부분에 고정될 것이다. 이해될 바와 같이, 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분은 서로에 대해 상대적으로 이동가능하다. 판독헤드 어셈블리는, [예를 들어, 홀들(115)을 관통하는 나사 볼트들과 같은 하나 이상의 풀 수 있는 파스너들을 통해] 머신의 제 2 부분에 직접적으로 고정될 마운팅 블록(114), 및 마운팅 블록(114)과 스케일 신호 수신기(106) 사이에 연결되고 이들 사이에서 연장되는 블레이드(116)를 더 포함한다. 마운팅 블록(114)의 일 단부에 광원(113)이 제공되고, 엔코더에 관한 진단 정보를 운영자/설치자에게 중계하기 위해 (본 발명의 다른 실시예들과 연관하여 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이) 사용된다.
보호 하우징(108)은, 스케일(104) 및 스케일 신호 수신기(106)가 상주하는 보호 하우징(108)의 내부를 외부 오염물들로부터 시일하는 한 쌍의 시일 립들(12)의 형태인 시일(111)을 더 포함한다. 블레이드(116)가 한 쌍의 시일 립들(112) 사이를 통과한다. 시일 립들(112)은, 보호 하우징(108), 따라서 스케일(104)의 길이를 따라 블레이드(116), 따라서 스케일 신호 수신기(106)의 이동을 허용하기 위해 벌어질 수 있도록 연성이지만, 블레이드(116) 주변에서 함께 클로징됨으로써 고체 및 유체(특히 액체 및 습기) 오염물들에 대한 물리적 배리어를 형성하도록 충분히 탄성이다. 환언하면, 블레이드(116)는 시일 립들(112)을, 시일 립들(112) 사이의 시일의 길이를 따라 이동할 때 서로 멀어지게 비틀고, 시일 립들은 블레이드(116)의 부재시 함께 클로징되기 위해 충분한 탄성을 갖는다.
도 1과 연관하여 위에서 설명된 실시예와 달리, 보호 하우징 내의 스케일 신호 수신기(106)의 배치는 스케일(104) 또는 보호 하우징(108)과 독립적이다. 스케일 신호 수신기(106)는 마운팅 블록(114)에 견고하게 연결된다. 특히, 스케일 신호 수신기(106)는, 결국 마운팅 블록(14)에 견고하게 연결되는 블레이드(116)에 견고하게 연결된다. 따라서, 모든 자유도의 스케일 신호 수신기(106)의 위치는 마운팅 블록(114)의 위치에 의해 좌우되고, 따라서 보호 하우징(108) 내부의 스케일(104) 또는 다른 부분에 의해서가 아닌, 사용 동안 마운팅 블록(114)이 고정되는 머신의 제 2 부분의 위치에 의해 좌우된다.
따라서, 도 1과 연관하여 설명된 실시예와 대조적으로, 설명되는 실시예에서 스케일 신호 수신기(106)의 위치 및 움직임은 스케일(104) 또는 보호 하우징(108)에 의해 임의의 방식으로 구속되거나 안내되지 않는다. 스케일 신호 수신기(106)와 마운팅 블록(114) 사이의 견고한 마운트로 인해, 스케일 신호 수신기(106)의 모든 6개의 자유도의 위치 및 움직임은 마운팅 블록(114), 따라서 마운팅 블록(114)이 고정되는 머신의 부분의 위치 및 움직임에 의해 구속되고 안내된다. 따라서, [판독헤드(6)의 위치 및 움직임이 "내부적으로 구속되는" 도 1의 스케일 센서 어셈블리(6)와 대조적으로] 스케일 신호 수신기(106)의 위치 및 움직임은 "외부적으로 구속되는" 것으로서 설명될 수 있다. 추가적으로/대안적으로, 시일된 엔코더 모듈(102)은 ["일체형 베어링" 엔코더로 지칭될 수 있는 도 1의 엔코더 모듈(2)과 대조적으로] "일체형 베어링이 없는" 또는 "무베어링" 엔코더 모듈로서 설명될 수 있다.
이해될 바와 같이, 원한다면, 마운팅 블록(114)에 대해 스케일 신호 수신기(106)의 상대적 설정 위치를 조절하기 위해 조절 메커니즘이 제공될 수 있다[예를 들어, 가령 마이크로/그러브(grub) 나사의 처리에 의해 마운팅 블록(114) 및 스케일 신호 수신기(106)의 적어도 하나의 선형 및/또는 하나의 회전형 자유도의 상대적 위치의 선택적 조절을 용이하게 하는 조인트를 통해 스케일 신호 수신기가 블레이드(116)에 연결될 수 있고/있거나 블레이드(116)가 마운팅 블록(114)에 마운팅될 수 있음]. 그러한 선택적 조절 메커니즘은 엔코더 장치의 설정/정렬을 지원하기 위해 유용할 수 있다. 그러나, 이해될 바와 같이, 그러한 선택적 조절 메커니즘은 스케일 신호 수신기(106)와 판독헤드 마운트(14) 사이에 견고한 연결, 따라서 스케일 신호 수신기(106)와, 판독헤드 마운트(114)가 마운팅되는 머신의 부분 사이의 견고한 연결을 여전히 제공할 것이다[즉, 사용/동작 동안 모든 자유도의 스케일 신호 수신기(106)의 위치/방위가, 마운팅 블록(114)이 마운팅되는 머신의 제 2 부분에 여전히 지배됨/머신의 제 2 부분에 의해 여전히 좌우됨].
설명되는 실시예에서, 스케일 신호 수신기(106)는 스케일(104)과 접촉하지 않고, 보호 하우징(108)과도 전혀 접촉하지 않는다. 따라서, 스케일 신호 수신기(106) 주변 사방에, 스케일 신호 수신기(106)와 스케일(104) 사이에, 보호 하우징(108)의 내부에 갭이 있다. 실제로, 도시된 바와 같이, 설명되는 실시예에서, [스케일 신호 수신기(106) 및 판독헤드 마운트(110)를 포함하는] 판독헤드 어셈블리(103)와 보호 하우징(108) 사이의 유일한 접촉은 블레이드(116)와 한 쌍의 시일 립들(112) 사이이다. 이해될 바와 같이, 한 쌍의 시일 립들(112)은 거동에 있어서 유연하고 탄성이며 블레이드(116)를 수용하는 것에 순응하며, 이에 의해 스케일 신호 수신기(106)의 위치를 구속하거나 제어하지 않는다.
또한, 설명되는 실시예에서, 스케일 신호 수신기(106)는, 스케일 신호 수신기의 전기적 컴포넌트들이 그 내부에 위치되는 외부 케이스(107)를 포함한다. 스케일(104)로부터 오는 스케일 신호를 검출하기 위한 스케일 신호 수신기(106)의 센서, 또한 센서 상에 스케일 신호를 형성하기 위한 연관 컴포넌트들(예를 들어, 렌즈, 회절 격자 및/또는 미러들과 같은 광학 컴포넌트들)이 스케일 신호 수신기의 외부 케이스(107) 내부에 또한 제공될 수 있다. 외부 케이스(107)는, 오염물이 립 시일들(112)을 의도치 않게 통과하면, 외부 케이스(107) 내부의 스케일 신호 수신기(106)의 컴포넌트들(특히 전기적 및 광학 컴포넌트들)이 보호되도록 구성(예를 들어, 시일)된다.
이해될 바와 같이, 외부 케이스(107)가 제공되는 실시예들에서, 스케일 신호가 외부 케이스(107) 내부에 위치되는 센서에 도달하도록 하기 위해 윈도우[예를 들어, 도 3 및 도 4 내의 윈도우(232)]가 제공될 수 있다. 선택적으로, 윈도우는 스케일 신호에 중대한 영향을 주지 않는다[예를 들어, 그 유일한 목적은 단지, 판독헤드의 센서에서 수신되는 신호의 형태에 기여하지 않고, 스케일로부터의 신호가 외부 케이스(107)에 들어가도록 하는 것일 수 있음]. 선택적으로, 윈도우는 스케일로부터 오는 신호를 재지향하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 윈도우가 미러를 포함할 수 있음). 선택적으로, 윈도우는 센서에서 검출될 원하는 신호를 생성하도록 스케일로부터의 신호와 상호작용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 윈도우는 회절 격자 및/또는 렌즈를 포함할 수 있다. 어떤 경우, 이해될 바와 같이, 윈도우(232)의 외측은 윈도우(232)의 외측이 외부 케이스(107)의 부분을 형성하기 때문에 보호 하우징(108)에 들어가는 임의의 오염물로부터 시일되지 않을 것이지만, 윈도우의 내측, 및 스케일(104)로부터 오는 신호를 처리하도록 구성되는 임의의 다른 컴포넌트들(예를 들어, 광학 컴포넌트들)은 오염물로부터 보호된다.
외부 케이스(107)를 갖는 스케일 신호 수신기(106)를 제공하는 것의 이점들은, 스케일 신호 수신기(106)가 스케일(104)/보호 하우징(108)과 독립적으로 배치되는 (예를 들어, 견고하게 마운팅되고 "외부적으로 구속되는") 실시예들에 대해서만 이로울 수 있는 것이 아니라, "일체형 베어링" 엔코더들(예를 들어, 스케일 신호 수신기가 연접식 링키지를 통해 판독헤드 마운트에 마운팅되고, 그 위치가 "내부적으로 구속되는" 실시예들)에 대해서도 이로울 수 있다. 예를 들어, 외부 케이스는 도 1과 연관하여 위에서 설명된 유형의 "일체형 베어링"/"내부적으로 구속되는" 인클로징된 엔코더들에서 이로울 수 있다. 따라서, 이해될 바와 같이, 이 양태와 연관하여, 도 1과 연관하여 설명되는 것과 같은 연접식 링키지가 제공될 수 있다. 그러나, 외부 케이스(107)를 제공하는 것이 그러한 "일체형 베어링"/"내부적으로 구속되는" 인클로징된 엔코더들의 레질리언스(resilience)를 향상시킬 수 있지만, 오염물이 시일 립들(12)을 통과하고 스케일 위에 안착하면, 이는 엔코더 장치의 성능에 악영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 스케일 피처 상에 충분한 오염물이 안착되면 이는 스케일로부터 오는 신호에 악영향을 줄 수 있다. 또한, 절삭부스러기와 같은 고체 오염물이 보호 하우징에 들어가고 판독헤드의 베어링들(20)이 그를 따라 이동하는 트랙(들) 상에 떨어지면, 이는 스케일과 스케일 신호 수신기 사이의 베어링들이 오물 위에 올라타서 스케일 신호 수신기 및 스케일의 상대적 위치/방위에 악영향을 줄 수 있다. 물론, 스케일과 독립적으로 배치되는 (예를 들어, "외부적으로 구속되는") 스케일 신호 수신기를 갖는 인클로징된 엔코더는 그러한 문제를 겪지 않는 추가 이점을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예들과 연관하여 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 스케일 신호 수신기(106)는, 예를 들어 케이블(105)을 통해 (머신 제어기와 같은) 외부 디바이스에 위치 신호를 제공하기 위해 프로세싱되는 스케일로부터의 신호를 수신한다. 예를 들어, 위치를 결정하기 위한 프로세싱은 스케일 신호 수신기(106) 내의 하나 이상의 프로세서 디바이스에 의해, 그리고/또는 마운팅 블록(114)과 같은 판독헤드 어셈블리의 다른 부분 내의 하나 이상의 프로세서 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 블레이드(116)는 와이어들이 스케일 신호 수신기(106)와 마운팅 블록(114) 사이를 통과하도록 하기 위한 하나 이상의 채널을 포함한다. 대안적으로, 무선 통신이 사용될 수 있거나, 또는 블레이드(116) 외부의 유선 연결들이 사용될 수 있다. 블레이드(116)가 하나 이상의 채널을 포함하면, [예를 들어, 에어 공급 라인(109)을 통해 공급되는] 에어가 블레이드(116)를 통해[예를 들어, 블레이드(116) 내의 홀들을 통해] 보호 하우징(108)의 내부에 통과될 수 있다.
이해될 바와 같이, 도 2a 내지 도 2d는 개략적이며, 일반적으로 스케일(104)과 스케일 신호 수신기(106) 사이의 분리(separation)(종종 탑재 높이로 지칭됨)는 도시된 것보다 훨씬 더 작을 수 있다. 원하는 탑재 높이는 엔코더에 따르지만, 예를 들어 광학 엔코더들에 대한 일반적 탑재 높이들은 0.24mm 내지 2mm의 범위 내에 있을 수 있다. 설명되는 특정 예시에서, 공칭 탑재 높이는 +/- 0.15mm 허용범위를 갖는 0.8mm이다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 시일된 엔코더 모듈(102)은 임의의 방위로 사용될 수 있다. 도 2a 내지 도 2d에서, 마운팅 블록(114)은 스케일 신호 수신기(106) 및 보호 하우징(108) 바로 위에 위치되는 것으로 도시된다. 그러나, 반드시 이러할 필요는 없다. 예를 들어, 시일된 엔코더 모듈(102)은 옆으로, 또는 [마운팅 블록(114)이 스케일 신호 수신기(106) 및 보호 하우징(108) 바로 아래에 위치되도록] 심지어 반전되어 마운팅될 수 있다. 실제로, 그러한 배치는, 임의의 외부 오염물이 중력으로 인해 보호 하우징(108)의 립 시일들(112)로부터 떨어져 나갈 경향이 있을 것이기 때문에 바람직할 수 있다.
마찬가지로, 한 쌍의 시일 립들(112)은, 스케일이 위치되는 보호 하우징(108)의 측부에 대향하는 보호 하우징(108)의 측부에 바로 제공될 필요는 없다. 예를 들어, 도 2c에 도시된 방위를 참조하면, 시일 립들(112)은 블레이드(116)가 수직과는 반대로 수평으로 연장되도록 보호 하우징의 수직 측부들 중 하나에 제공될 수 있다. 대안적으로, 시일 립들(112)은, 도 2d[이 실시예에서는 도시된 바와 같이 시일(111)이 2쌍의 시일 립들(112)을 포함함]에 도시된 바와 같이, 2개의 측부들 사이에 보호 하우징의 코너들/에지들 중 하나를 따라 제공될 수 있다.
이제 도 3 내지 도 5를 참조하면, 다른 판독헤드 어셈블리(203)가 도시된다. 도 3 내지 도 5의 판독헤드 어셈블리(203)는 도 2의 판독헤드 어셈블리와 많은 유사점들을 공유하며, 예를 들어 스케일 신호 수신기(206), 마운팅 블록(214), 및 스케일 신호 수신기(206)와 마운팅 블록(214) 사이의 견고한 연결을 제공하는 블레이드(216)를 포함한다[따라서, 스케일 신호 수신기(206)는 "외부적으로 구속됨"]. 도 3은 판독헤드 어셈블리(203)를 홀로 도시하지만, 이해될 바와 같이 판독헤드 어셈블리(203)는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 것과 같이 보호 하우징 내부에 위치되는 스케일을 판독하기 위해 사용되도록 의도된다. 따라서, 스케일 신호 수신기(206)가 보호 하우징 내부에 또한 위치될 것, 및 블레이드(216)가 한 쌍의 시일 립들과 같은, 보호 하우징 내의 세장형 시일을 통과할 것이 또한 의도된다. 도 2a 내지 도 2d의 실시예와 같이, 스케일 신호 수신기(206)는 광학 판독헤드이지만, 반드시 이러할 필요는 없다.
도 2의 스케일 신호 수신기(106)와 같이, 도 3 및 도 4의 스케일 신호 수신기(206)는 보호 외부 케이스(207)를 포함한다. 이 경우, 스케일 신호 수신기(206) 내부의 컴포넌트들은, 스케일 신호 수신기(206)가 그를 통해 블레이드(216)에 마운팅되는 스케일 신호 수신기(206) 근방의 블레이드(216)의 단부에 제공되는 마운팅면(217), 및 보호 외부 케이스(207)에 의해 보호(시일)된다. 외부 케이스(207)와 마운팅면(217) 사이의 계면에 시일 부재가 제공될 수 있다[예를 들어, 외부 케이스(207)와 마운팅면(217) 사이에 개스킷(gasket)이 끼워질 수 있음].
도시된 바와 같이, 블레이드(216)는 [도 2의 구성에서와 같이] 스케일 신호 수신기(206)와 마운팅 블록(214) 사이에서 수직으로 연장되기 보다는, 이 실시예에서 블레이드는 비수직 각도, 예를 들어 대략 45도로 스케일 신호 수신기(206)와 마운팅 블록(214) 사이에서 연장된다. 이는, 시일된 엔코더 모듈이 수직으로 또는 수평으로 마운팅되는지의 여부와 관계없이, 블레이드에 떨어지는 임의의 액체가 시일 립들로부터 떨어져 나가도록 블레이드가 배향될 수 있도록 하기 위함이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 스케일 신호를 검출하기 위한 스케일 신호 수신기의 컴포넌트들을 포함하는 광학 유닛(230)이 도시된다. 특히, 광학 유닛은 스케일을 조명하기 위한 광원(252), 스케일을 이미징하도록 구성되는 렌즈(254), 전술한 이미지가 맺히고 전술한 이미지를 검출하도록 구성되는 센서(256)(예를 들어, 1차원 또는 2차원 CCD 또는 CMOS 센서), 및 광원으로부터의 광을 스케일에 지향시키도록 구성되는 빔 스티어러(258)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 센서(256)는 인쇄 회로 보드(printed circuit board; PCB)(240)에 마운팅될 수 있다. 케이블(미도시)이 PCB(240)를 마운팅 블록(214) 내부의 프로세서 디바이스에 연결한다. 이미지가 센서에 의해 획득되었을 때, (예를 들어, 그 내용이 이 참조에 의해 본원에 포함되는, US2012072169 호에 설명된 바와 같이 알려진 방식으로) 위치를 결정하기 위해 이미지를 프로세싱하는, 마운팅 블록(214) 내부에 위치된 프로세서 디바이스에 이미지가 전달된다. 결정된 위치는 이어서, 예를 들어 케이블(205)을 따라 전송되는 하나 이상의 신호를 통해 (예를 들어, 머신 제어기와 같은) 외부 디바이스에 전달된다. 이해될 바와 같이, 다른 배치들이 가능하다. 예를 들어, 모든 프로세싱은 스케일 신호 수신기(206) 내에 위치되는 하나 이상의 프로세서 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 센서 디바이스(예를 들어, CCD 또는 CMOS)는 마운팅 블록 내에 위치될 수 있고, 블레이드(216)를 관통하여 연장되는 광가이드(예를 들어, 광섬유)를 통해 스케일 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 이 경우, 스케일 신호 수신기(206)는 단지 스케일로부터의 신호/광을 수집하고, 신호/광을 판독헤드 어셈블리 내 다른 곳에 위치되는 센서에 통과시킨다.
위에서 언급된 바와 같이, 진단 정보를 중계하기 위한 광 방출기(213)(도 2a 내지 도 2d의 실시예에서는 113)가 엔코더 모듈에 의해, 예를 들어 판독헤드 어셈블리에 의해 제공될 수 있다. 그러한 광 방출기는 진단 정보를 운영자/설치자에게 중계하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 광원에 의해 방출되는 광의 색 및/또는 밝기가 진단 정보를 중계하기 위해 제어된다. 선택적으로, 광 방출기는 진단 정보를 중계하기 위해 특정 방식들로 플래싱(flashing)되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 광 방출기는 판독헤드(예를 들어, 스케일 신호 수신기) 및 스케일의 상대적 설정에 의존하는 시각적 신호를 방출하도록 제어될 수 있다. 이는, 엔코더 모듈의 설치 동안 판독헤드가 스케일로부터 양호한 신호를 수신하고 있다는 것을 확인하기 위해 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 엔코더 모듈은, 광 방출기(213)의 색이 상대적 설정에 의존하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 그린 광은 판독헤드가 양호한/강한 스케일 신호를 수신하고 있을 때 방출될 수 있고, 레드 광은 판독헤드가 불량한/약한 스케일 신호를 수신하고 있을 때 방출될 수 있음). 판독헤드 및 스케일의 상대적 설정을 나타내기 위한 그러한 시각적 표시는 "독립적으로 배치되는" 엔코더 모듈 및 "내부적으로 구속되는" 엔코더 장치 둘 다에 대해 유용할 수 있다. 판독헤드 및 스케일의 상대적 설정을 나타내기 위한 그러한 시각적 표시는 (위에서 언급된 바와 같이) 마운팅 블록에 대해 스케일 신호 수신기의 상대적 설정 위치를 조절하기 위해 조절 메커니즘이 제공될 때 특히 유용할 수 있다.
설명되는 실시예에서, 위치를 결정하기 위해 사용되는 마운팅 블록(214) 내부의 프로세서는 또한, 진단 정보를 결정하기 위해 센서(256)에 의해 검출되는 이미지를 프로세싱하도록 구성된다(그러나, 이해될 바와 같이 반드시 이러할 필요는 없고, 분리적 프로세서가 사용될 수 있음). 설명되는 실시예에서, 프로세서는 센서에 의해 검출되는 신호의 품질에 기반하여 진단 정보를 결정하도로 구성된다. 이 특정 실시예에서, (엔코더 모듈의 설정 동안 제공될 수 있거나 또는 이미지의 분석에 의한) 스케일의 피처들의 기본 공간 주파수(ω)에서 센서에 의해 획득된 이미지를 푸리에 변환하도록 구성된다. 이어서 푸리에 변환의 크기(A)가 확립된다. 이해될 바와 같이, 푸리에 변환은 실수부(
Figure pct00001
) 및 허수부(
Figure pct00002
)를 제공하고, 크기(A)는 다음의 식으로부터 계산될 수 있다:
Figure pct00003
여기서 F(ω)는 공간 주파수(ω)에서의 표현의 푸리에 변환을 나타냄
제곱근을 계산하는 것이 계산 집약적이기 때문에, A 대신 A2을 사용하여 설정 표시자 출력을 결정하는 것이 바람직할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 방법은 이어서 광 방출기(213)를 어떻게 제어할지를 결정하기 위해 A(또는 A2)를 임계값들과 비교하는 단계를 포함한다. 예를 들어, A(또는 A2)가 임계값 아래의 값을 가질 때 광 방출기는 레드 광을 출력하도록 제어될 수 있고, A(또는 A2)가 임계값 위의 값을 가질 때 광 방출기는 그린 광을 출력하도록 제어될 수 있다.
이해될 바와 같이, A(또는 A2)는 표현에서 획득된 피처들의 진폭에 의존한다. 이는 결국 (결정될) 스케일에 대한 판독헤드의 설정에 의해 영향받는다. A(또는 A2)는 또한 표현 내의 피처들의 개수에 의존한다. 따라서, 스케일을 따라 피처들의 밀도에 상당한 편차가 있으면, 방법은 이를 보상하기 위한 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 보상은 표현 내의 피처들의 개수로 A(또는 A2)를 나눔으로써 달성될 수 있다.
설명되는 실시예에서, 방법은 실질적으로 피처들의 기본 공간 주파수에서 표현을 푸리에 변환하는 단계를 포함한다. 푸리에 변환은 피처들과 함께 사용되고 있는 스케일에 기반하여 피처들의 가정된 기본 공간 주파수를 사용할 수 있다. 가정된 기본 주파수가 정확히 맞지 않더라도, 방법은 표현의 품질의 유용한 표시를 여전히 제공할 수 있다. 선택적으로, 피처들의 기본 공간 주파수는 푸리에 변환을 수행하기 전에 이미지를 분석함으로써 결정될 수 있다. 이는, 이미징된 피처들의 실제 기본 공간 주파수가 탑재 높이/배율 효과들로 인해 상당히 변화하는 실시예들에서 유용할 수 있다.
또한, 이해될 바와 같이, 푸리에 변환이 실질적으로 피처들의 기본 공간 주파수에서 수행될 필요는 없다. 예를 들어, 방법은 일부 다른 주파수에서의, 예를 들어 공간 주파수의 고조파(harmonic)에서 푸리에 변환을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법은 하나 이상의 주파수에서 푸리에 변환을 수행하고 상이한 공간 주파수들에서의 푸리에 변환들의 크기를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
진단 정보를 결정하기 위해 절대형 스케일의 이미지가 어떻게 프로세싱되는지의 추가 상세사항들은, 그 내용이 이 참조에 의해 본원에 포함되는 US8505210 호에 설명된다. 이해될 바와 같이, 진단 정보가 결정될 수 있는 다른 방식들이 있다. 예를 들어, US8505210 호에서 설명된 바와 같이, 검출된 스케일 신호의 품질을 나타낼 수 있는, 이미징된 스케일 피처들의 상이한 유형들의 상대적 진폭이 결정될 수 있다.
도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 스케일 신호 수신기(206)는 또한, 이 특정 실시예에서 동조 질량 댐퍼(260)를 포함하는 진동 제어 디바이스를 포함한다(실제로, 이 실시예는 복수의 진동 제어 디바이스를 포함함). 우리 발명자들은 적어도 하나의 진동 제어 디바이스의 사용이 엔코더 장치의 수명 및/또는 도량형(metrological) 성능을 향상시킬 수 있다는 점을 발견했다. 이는 특히 스케일 신호 수신기가 견고하게 마운팅되는 세장형 암 또는 얇은 블레이드와 같은 진동에 민감한 부재(예를 들어, 진동을 전달하고/하거나 증폭시키는 부재)를 통해 스케일 신호 수신기가 구조물에 견고하게 마운팅될 때의 경우이다. 예를 들어, 위에서 설명된 실시예들의 "외부적으로 구속되는" 스케일 신호 수신기의 경우, 견고한 마운팅 배치를 통해 스케일 신호 수신기에 진동들이 통과된다. 진동 제어 디바이스는 스케일 신호 수신기가 노출되는 그러한 원치않는 진동을 제어하는 방식을 제공한다.
이해될 바와 같이, 진동 제어 디바이스는 외부 자극으로 인한 시스템(예를 들어, 스케일 신호 수신기)의 응답을 감소시키도록 구성되는 디바이스일 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 이 특정 예시에서, 진동 제어 디바이스는, 동조 질량 댐퍼(260)가 설치되는 시스템 내의 진동들의 진폭을 감소시키기 위해 시스템의 공진 주파수로 또한 시스템의 공진 주파수 주위로 동조되는 동조 질량 댐퍼(260)를 포함한다. 이해될 바와 같이, 동조 질량 댐퍼는 스프링, 댐퍼 및 질량체를 포함한다. 스프링의 강도("k"), 댐퍼의 댐핑 계수("c") 및 질량체의 질량("m")은, 동조 질량 댐퍼가 설치되는 시스템의 진동들의 진폭을 감소시키기 위해 시스템의 공진 주파수로 또한 시스템의 공진 주파수 주위로 선택(환언하면 동조)된다. 이 실시예에서, 동조 질량 댐퍼는 스프링 및 댐퍼 요소들을 제공하는 한 쌍의 엘라스토머 링들(262)(예를 들어, 고무 링들), 및 질량 요소를 제공하는 바디(264)를 포함한다. 따라서, 각각의 엘라스토머 링(262)은 에너지를 흡수하고 에너지를 열로 변환함으로써, 스프링 및 댐퍼로서 역할한다. 바디(264)는, 바디(264)가 적절한 높은 질량을 제공하면서 충분히 작은 사이즈를 갖도록 하기 위해 충분히 조밀한 재료[예를 들어, 황동(brass)]를 포함한다.
일반적으로, 동조 질량 댐퍼의 질량은 동조 질량 댐퍼가 댐핑하도록 의도되는 시스템[이 경우 보호 하우징 내부에 위치되는 판독헤드 어셈블리의 부분들, 특히 스케일 신호 수신기(206)]의 질량의 상당한 퍼센티지로 될 필요가 있다. 예를 들어, 이 경우, 동조 질량 댐퍼(260)의 질량은 스케일 신호 수신기(206)의 질량의 적어도 1%, 선택적으로 스케일 신호 수신기(206)의 질량의 적어도 2%, 예를 들어 스케일 신호 수신기(206)의 질량의 대략 5%일 수 있다. 예를 들어, 이 경우, 동조 질량 댐퍼(260)의 질량은 스케일 신호 수신기(206)의 질량의 30%보다 크지 않도록, 선택적으로 스케일 신호 수신기(206)의 질량의 25%보다 크지 않도록 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 동조 질량 댐퍼들(260)은 스케일 신호 수신기(206)에 의해 제공되는 실린더형 홀들 내부에 위치된다. 도시되지는 않았지만, 설명되는 특정 실시예에서, 실린더형 홀들의 측부들은 복수의 세장형의 축방향으로 연장되는 리지(ridge)들[또는 "스플라인(spline)들"]을 포함하여, 엘라스토머 링들(262)의 외주(outer circumference)가 전술한 리지들과 맞물림으로써 엘라스토머 링들(262)과 홀들의 내부 사이의 접촉 영역을 감소시킨다. 이는 엘라스토머 링들(262)의 강도를 낮게 유지하는 것을 돕고, 이는 결국 동조 질량 댐퍼들(260)의 고유 주파수를 감소시키는 것을 돕는다. 그러한 구성은 원하는 댐핑 효과를 획득하기 위해 더 큰 질량체(264) 또는 더 부드러운 엘라스토머 링들(262)을 사용할 필요가 없다.
이해될 바와 같이, 엘라스토머 링들(262), 및 동조 질량 댐퍼들(260)이 위치되는 실린더형 홀은, 엘라스토머 링들(262)이 홀들 내에서 가압/압박되도록 형상화되거나 사이즈화될 수 있다. 이해될 바와 같이, 그러한 경우에서도, 질량 요소(264)는 스케일 신호 수신기(206)와 독립적으로 주위로 이동/진동할 것이다. 대안적으로, 엘라스토머 링들(262), 및 동조 질량 댐퍼들(260)이 위치되는 실린더형 홀은, 엘라스토머 링들(262)이 홀들 내에서 가압/압박되지 않도록 형상화되거나 사이즈화될 수 있다. 따라서, 엘라스토머 링들(262), 및 동조 질량 댐퍼들(260)이 위치되는 실린더형 홀은, 엘라스토머 링들(262)이 홀들 내에서 주위로 래틀링(rattling)/바운싱(bouncing)되는 것이 자유롭도록 형상화되거나 사이즈화될 수 있다.
도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b는 적절한 진동 제어 디바이스들의 추가적 대안 구현예들을 예시한다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 진동 제어 디바이스는 스프링 및 댐퍼 요소(362)를 통해 스케일 신호 수신기(206)의 외부 케이스(207)에 연결되는 질량 요소(364)를 포함한다. 이 경우, 스프링 및 댐퍼 요소(362)는 고무와 같은 엘라스토머 재료의 블록이다. 질량 요소(364)는 따라서 (에너지를 흡수하고 에너지를 열로 변환함으로써 스프링 및 댐퍼로서 역할하는) 스프링 및 댐퍼 요소(362)의 유연성으로 인해 스케일 신호 수신기(206)와 독립적으로 진동할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 동조 질량 댐퍼(460)를 포함하는 다른 대안적인 실시예를 예시한다. 이 경우, 동조 질량 댐퍼(460)는 스케일 신호 수신기(206)의 외부 케이스(207)의 (예를 들어, 단일 몰딩을 통한) 일체형 부분으로서 형성되는 질량체(464)를 포함한다. 동조 질량 댐퍼는 또한, 스케일 신호 수신기(206)의 외부 케이스(207)의 일체형 부분으로서 또한 형성되는 스프링 요소(466)를 포함한다. 도 7b의 단면도에 도시된 바와 같이, 외부 케이스(207)에 의해 제공되는 스프링 요소(466)의 재료는, 질량체(464)가 스케일 신호 수신기(206)의 나머지에 대해 이동하고 진동하기에 충분히 유연하도록 충분히 얇다. 이 실시예에서, 일체형으로 형성된 스프링 요소(466)의 존재로부터 기인하는 외부 케이스(207) 내의 트로프(trough) 주위로 연장되는 엘라스토머 링(462)을 포함하는 (도 7b에 도시된) 분리적 댐핑 요소(462)가 제공된다.
이해될 바와 같이, 도 6b 및 도 7b는 또한, 블레이드(216)가 어떻게 (위에서 설명된 바와 같은) 와이어들(미도시) 및/또는 에어의 통과를 위한 중공(hollow)일 수 있는지를 예시한다. 이들 도면들은 또한, 마운팅 블록(214)이 어떻게 (위에서 더 상세히 설명된 바와 같은) 적어도 하나의 프로세서 디바이스(242)와 같은 컴포넌트들을 위한 공간을 포함할 수 있는지를 도시한다.
도 8a에 의해 개략적으로 예시된 바와 같이, 동조 질량 댐퍼의 스프링 및 댐퍼 부분들은 공통 부분에 의해 제공될 필요는 없다. 예를 들어, 예시적인 동조 질량 댐퍼(560)는 질량체(562), (실질적인 댐핑 효과를 거의 또는 전혀 갖지 않는) 하나 이상의(이 경우 4개의) 스프링(566) 및 하나 이상의(이 경우 4개의) 댐핑 요소(564)를 포함할 수 있다.
위에서 설명된 실시예들에서, 진동 제어 디바이스는 동조 질량 댐퍼를 포함한다. 그러나, 이해될 바와 같이, 반드시 이러할 필요는 없다. 예를 들어, 진동 제어 디바이스는 진동 흡수체(660)를 포함하고, 그 예시가 도 8b에 예시된다. 개략적으로 예시된 바와 같이, 진동 흡수체(660)는 질량 요소(662), 및 질량체(662)가 외부 케이스(207) 및 스케일 신호 수신 유닛(206)의 나머지와 독립적으로 이동/진동하도록 하는 하나 이상의 스프링(666)[이 예시에서는 4개의 스프링들(666)]을 포함할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 실시예들에서, 스케일 신호 수신기(206)의 외부 케이스(207) 내에 제공되는 리세스 내에 진동 제어기들(560, 660)이 위치되지만, 이해될 바와 같이 다른 배치들이 가능하다. 예를 들어, 도 8c에 도시된 바와 같이, [질량 요소(762), 스프링(766) 및 선택적으로 댐퍼 요소(764)를 포함하는] 진동 제어기(760)가 스케일 신호 수신 유닛(206)의 외부 케이스(207)의 측부에 연결될 수 있다.
위에서 설명된 실시예들에서, 엔코더 및 스케일은 선형이다. 그러나, 이해될 바와 같이, 본 발명은 비선형 엔코더들/스케일, 예를 들어 디스크 및/또는 링 엔코더들과 같은 회전형 엔코더들에 동등하게 적용가능하다. 도 9a, 도 9b는 그러한 실시예들의 예시적인 구현예들을 개략적으로 예시한다. 도 9a의 실시예에서, 스케일(804)은 디스크의 면에 제공되고 (점선으로 도시됨) 실린더형 보호 하우징(808) 내에 수용된다. 판독헤드 어셈블리의 블레이드(216)가 통과할 수 있는 원형 시일(811)이 [이해될 바와 같이, 원한다면 실린더형 보호 하우징(808)의 실린더형 측면에 제공될 수 있지만] 실린더형 보호 하우징(808)의 단면에 제공된다. 도 9b의 실시예에서, 스케일(904)은 링의 원주 측부에 제공되고 (점선으로 도시됨) 실린더형 보호 하우징(908) 내에 수용된다. 판독헤드 어셈블리의 블레이드(216)가 통과할 수 있는 원형 시일(911)이 [이해될 바와 같이, 원한다면 실린더형 보호 하우징(908)의 단면에 제공될 수 있지만] 실린더형 보호 하우징(908)의 실린더형 측면에 제공된다. 이들 실시예들에서, [스케일 신호 수신기(207), 마운팅 블록(214) 및 블레이드(216)를 포함하는] 판독헤드 어셈블리는 [도 9a의 실시예에서는, 블레이드가 시일(811)의 곡률을 따르도록 만곡되는 것이 이로울 수 있지만] 위에서 설명된 것과 동일할 수 있다. 이들 실시예들 둘 다에서, 마운팅 블록(214)에 광 방출기(213)가 제공되고, 엔코더는 진단 정보를 중계하기 위해 광 방출기를 제어하도록 구성된다.
위에서 설명된 실시예들에서, 판독헤드 어셈블리는 스케일 신호 수신기(106), 마운팅 블록(114) 및 블레이드(116)를 포함한다. 그러나, 이해될 바와 같이, 판독헤드 어셈블리는 스케일 신호 수신기(106)만을 포함할 수 있다. 예를 들어, 블레이드는 스케일 신호 수신기(106)가 마운팅되는 머신에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 실시예들과 연관하여, 시일된 엔코더 모듈은 마운팅 블록(114) 및/또는 블레이드(116) 없이, 다만 보호 하우징(108) 내부에 위치되는(또는 위치될) 스케일 신호 수신기(106)만 공급될 수 있다. 설정 동안, 스케일 신호 수신기(106)는 블레이드, 또는 엔코더 장치가 설치되어 있는 머신에 의해 제공되는 동등물에 연결될 수 있다.
위에서 설명된 실시예들에서, 엔코더는 반사형 광학 엔코더이다[예를 들어, 판독헤드는 스케일로부터 반사되는 광에 의해 스케일을 검출하고, 판독헤드의 광원 및 검출기(들)/센서(들)는 스케일과 동일한 측부에 위치됨]. 이해될 바와 같이, 엔코더는 투과형(transmissive) 광학 엔코더일 수 있다[이 경우 판독헤드의 광원 및 검출기(들)/센서(들)는 스케일과 대향하는 측부들에 있음]. 이해될 바와 같이, 본 발명은 비광학 엔코더들(예를 들어, 자기형, 유도형 및/또는 용량형 엔코더들)에 적용가능하다.
위에서 설명된 바와 같이, 스케일은 판독헤드 어셈블리의 센서에 의해 검출가능한 신호를 제공하기 위해 사용되는 피처들을 포함한다. 위에서 설명된 실시예들에서, 엔코더/스케일은 절대형 엔코더/스케일을 포함한다. 판독헤드는 절대 위치를 결정하기 위해 획득된 이미지를 디코딩한다. 그러나, 반드시 이러할 필요는 없다. 예를 들어, 엔코더/스케일은 (참조 마크들을 갖거나 갖지 않는) 증분형 엔코더/스케일일 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 판독헤드는 스케일 및 판독헤드의 상대적 움직임 및/또는 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있는 직교 신호들을 출력하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 광 방출기(113, 213)를 어떻게 제어할지를 결정하기 위해 사용될 수 있는 진단 정보를 결정하기 위해 대안적인 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 엔코더 모듈(예를 들어, 판독헤드)은 광 방출기(113, 213)를 어떻게 제어할지를 결정하기 위해 직교 신호 레벨들이 주어진 임계 레벨들 위인지 또는 아래인지의 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 그러한 프로세스의 추가 상세사항들은 그 내용이 이 참조에 의해 본원에 포함되는 US5241173 호에 설명된다.
엔코더는 회절 기반일 수 있는데, 예를 들어 스케일 센서 어셈블리의 센서에 의해 검출되는 신호는 광을 회절시키는(예를 들어, 스케일 센서 어셈블리의 센서에 간섭 무늬를 형성하는) 스케일(또한 스케일 센서 어셈블리 내의 하나 이상의 회절 격자)에 의해 형성된다.
이해될 바와 같이, 본 출원에서의 광에 대한 참조들은 자외선부터 적외선까지 범위 내의 전자기 방사선(EMR)을 포함한다.
위에서 설명된 실시예들에서, 진동 제어 디바이스는 진동에 대한 스케일 신호 수신기의 민감도를 감소시키기 위해 사용된다. 그러나, 이해될 바와 같이, 진동 제어 디바이스는 선택적이다. 실제로, 엔코더가 노출될 진동의 주파수 및 스케일 신호 수신기의 공진 주파수에 따라 진동 제어 디바이스가 불필요할 수 있다.
선택적으로, 스케일 신호 수신기에 유도되는 임의의 진동들은 충분히 작을 수 있어서 스케일 신호 수신기의 구조적 안정성에 영향을 주지 않고/않거나 원하는 허용오차 내에 있는 측정 에러들을 생성한다.
위에서 설명된 실시예들에서, 스케일 신호 수신기는 스케일 신호 수신기 컴포넌트들을 캡슐화하는 외부 케이싱을 포함한다. 그러나, 반드시 이러할 필요는 없다. 예를 들어, 전자장치 및/또는 다른 (예를 들어, 광학) 컴포넌트들이 노출될 수 있다. 예를 들어, PCB(240)는 보호 하우징(108) 내에서 노출될 수 있다.
설명되는 실시예들에서, 엔코더에 의해 결정되는 진단 정보를 중계하도록 광 방출기(113, 213)가 판독헤드에 제공된다. 그러나, 이해될 바와 같이, 반드시 이러할 필요는 없다. 예를 들어, 도 2a, 도 2b, 도 9a, 도 9b에 예시된 바와 같이, 광 방출기(113', 213')는 판독헤드의 광 방출기에 추가하여 또는 판독헤드의 광 방출기를 대신하여 보호 하우징(108, 808, 908)에 제공될 수 있다. 이 경우, 보호 하우징은 광 방출기에 전력을 공급하기 위한 내부 전원(예를 들어, 배터리)을 포함할 수 있고/있거나 외부 전원에 연결될 수 있다. 또한, 보호 하우징은 광 방출기를 어떻게 제어할지 결정하기 위해 판독헤드로부터 진단 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 보호 하우징은 판독헤드에 의해 검출되는 스케일 신호를 수신하도록 구성되고, 광 방출기를 어떻게 제어할지 결정하기 위해 진단 정보 자체를 결정하도록 구성된다. 어느 쪽이든, 보호 하우징은 (예를 들어, 수시된 진단에 응답하고/하거나 진단 정보 자체를 결정한 것에 후속하여) 광 방출기를 어떻게 제어할지를 결정하도록 구성되는 자신의 프로세서 디바이스를 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시예들에서, 제공되는 그러한 광 방출기에 추가적으로 또는 대안적으로, 엔코더 모듈은, 진단 정보를 결정하고 예를 들어 케이블(105, 205)을 통해 외부 디바이스(예를 들어, 제어기)에 하나 이상의 전자 신호들의 형태로 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 판독헤드에 의해 검출되는 스케일 신호의 품질에 관한 진단 정보는 엔코더 모듈에 의해 결정되고 출력될 수 있다. 이 정보를 수신하는 외부 디바이스는, 예를 들어 이 정보를 운영자에게 디스플레이할 수 있다. 그러한 진단 정보는 운영자가 엔코더 모듈의 상태를 결정하는 것, 예를 들어 엔코더 모듈이 적절히 동작하고 있는지 결정하는 것을 돕는데 유용할 수 있고, 엔코더 모듈이 적절히 동작하고 있지 않으면 조치를 취한다(예를 들어, 엔코더 모듈이 설치된 머신을 중지시키고/시키거나 엔코더 모듈을 대체시킴).
이해될 바와 같이, 진단 정보를 결정하고 출력하는 능력은 선택적이다.
또한 이해될 바와 같이, 판독헤드 어셈블리와 보호 하우징을, 예를 들어 이들이 머신에 마운팅되지 않았을 때와 같이 미리결정된 물리적 관계로 유지하기 위해 브래킷[예를 들어, "트랜싯(transit) 브래킷"] 등이 사용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 스케일 신호 수신기를 포함하는 판독헤드 어셈블리, 및 스케일을 포함하는 엔코더 장치로서, 상기 스케일 및 상기 스케일 신호 수신기는 보호 하우징 외측에 위치한 오염물로부터 상기 스케일 및 상기 스케일 신호 수신기를 보호하도록 구성되는 보호 하우징 내에 위치되고, 상기 스케일 신호 수신기 및 상기 보호 하우징은 서로에 대해 상대적으로 이동가능하고, 상기 보호 하우징은 시일(seal)을 포함하고 상기 시일을 통해 상기 스케일 신호 수신기가 상기 보호 하우징 외측의 일부에 연결될 수 있으며, 상기 보호 하우징 내부의 상기 스케일 신호 수신기의 배치는 상기 스케일 및 보호 하우징과 독립적인 것인, 엔코더 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 판독헤드 어셈블리는 머신의 일부에 상기 판독헤드 어셈블리를 고정하기 위해 상기 보호 하우징 외측에 위치되는 마운팅 피처들을 포함하는 판독헤드 마운트를 포함하고, 상기 판독헤드 어셈블리의 스케일 신호 수신기는 상기 판독헤드 마운트에 견고하게(rigidly) 연결되는 것인, 엔코더 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 판독헤드 어셈블리는 진동에 대한 상기 판독헤드 어셈블리의 스케일 신호 수신기의 민감성(susceptibility)을 감소시키도록 구성되는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함하는 것인, 엔코더 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 상기 스케일 신호 수신기와 독립적으로 진동하도록 구성되는 적어도 하나의 부재를 포함하는 것인, 엔코더 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 상기 보호 하우징 내부에 위치되는 상기 판독헤드 어셈블리의 스케일 신호 수신기와 독립적인 공진(resonant) 주파수를 갖도록 구성되는 적어도 하나의 부재를 포함하는 것인, 엔코더 장치.
  6. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스케일 신호 수신기는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함하는 것인, 엔코더 장치.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 하나 이상의 스프링 요소(element), 하나 이상의 질량(mass) 요소, 및 하나 이상의 댐퍼(damper) 요소를 포함하는 것인, 엔코더 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 하나 이상의 스프링 요소 중 적어도 하나, 상기 하나 이상의 질량 요소 중 적어도 하나, 및 상기 하나 이상의 댐퍼 요소 중 적어도 하나는 단일 스프링 질량 댐퍼 요소에 의해 제공되는 것인, 엔코더 장치.
  9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 동조(tuned) 질량 댐퍼를 포함하는 것인, 엔코더 장치.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 진동 제어 디바이스는 상기 적어도 하나의 진동 제어 디바이스가 내부에서 진동하는, 상기 스케일 신호 수신기에 의해 제공되는 홀 내에 상주하는 것인, 엔코더 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독헤드의 스케일 신호 수신기는 적어도 상기 스케일 신호 수신기의 센서 컴포넌트를 보호하기 위한 외부 케이스를 포함하는 것인, 엔코더 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일은 적어도 한 쌍의 시일 부재들을 포함하고 상기 적어도 한 쌍의 시일 부재들 사이를 판독헤드 마운트가 통과할 수 있는 것인, 엔코더 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔코더 장치는 선형 엔코더 장치를 포함하는 것인, 엔코더 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 스케일 및 상기 스케일 신호 수신기를 캡슐화하는 일체형(integral) 보호 하우징을 포함하는, 엔코더 장치.
  15. 판독헤드의 나머지와 독립적으로 진동하도록 구성되는 적어도 하나의 진동 제어 디바이스를 포함하는, 엔코더 장치용 판독헤드.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 판독헤드 및/또는 엔코더 장치를 포함하는, 머신.
  17. 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 상대적 변위를 측정하기 위해 상기 머신에 마운팅되는 시일된 엔코더 모듈로서, 상기 시일된 엔코더 모듈은 스케일, 스케일 신호 수신기를 포함하는 판독헤드, 및 적어도 상기 스케일 및 상기 스케일 신호 수신기를 캡슐화하는 일체형 보호 하우징을 포함하고, 상기 스케일 신호 수신기 및 상기 일체형 보호 하우징은 서로에 대해 상대적으로 이동가능하며, 상기 일체형 보호 하우징은 시일을 포함하고 상기 시일을 통해 상기 스케일 신호 수신기가 견고한 판독헤드 마운트에 견고하게 고정되는 것인, 시일된 엔코더 모듈.
  18. 머신의 제 1 부분 및 제 2 부분의 상대적 변위를 측정하기 위해 상기 머신에 마운팅되는 시일된 엔코더 모듈로서, 상기 시일된 엔코더 모듈은 스케일, 스케일 신호 수신기를 포함하는 판독헤드, 및 적어도 상기 스케일 및 상기 스케일 신호 수신기를 캡슐화하는 일체형 보호 하우징을 포함하고, 상기 스케일 신호 수신기 및 상기 일체형 보호 하우징은 서로에 대해 상대적으로 이동가능하고, 상기 일체형 보호 하우징은 시일을 포함하고 상기 시일을 통해 상기 스케일 신호 수신기가 상기 일체형 보호 하우징 외측의 일부에 연결될 수 있으며, 상기 시일된 엔코더 모듈은 상기 스케일 신호 수신기를 상기 스케일 및/또는 일체형 보호 하우징에 대해 구속하는 일체형 베어링들을 포함하지 않는 것인, 시일된 엔코더 모듈.
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