CN104057362A - 线性编码器和调节线性编码器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及线性编码器和调节线性编码器的方法。线性编码器中的标度尺(6)与传感器单元(5)之间的间隙(t)是难以调节的，且具体而言，在标度尺(6)和传感器单元(5)之间没有接触部分的编码器中调节间隙(t)是非常困难的。本发明的线性编码器具有标度尺(6)和传感器单元(5)，标度尺(6)在容纳标度尺的外壳(1)中，传感器单元扫描标度尺(6)，其中，上述外壳(1)或其端部盖件(2)具有调节孔(11)，以用于在与标度尺(6)和传感器单元(5)之间的间隙(t)对应的位置上调节间隙。本发明还应用一种调节线性编码器的标度尺(6)与传感器单元(5)之间的间隙(t)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及线性编码器，其适于在诸如要求精确位置测量的机床的应用中测量相对移动量。
本发明还涉及间隙调节结构和用于线性编码器的调节方法，其中，标度尺和读数头隔开规定的间隙，该读数头读取刻在标度尺行程上的测量图案。
背景技术
在诸如机床的加工设备中，要求定位精度超过加工精度。最近的加工技术允许更高的加工精度，且因此所要求的定位精度也提高。需要高度准确的位置测量设备，以便执行高精度定位，且已知线性编码器为满足该要求的测量设备。
例如，已知在JP 2007-040873 A的图9中公开的构造为公知的线性编码器的基本构造。该线性编码器例如包括沿着玻璃标度尺滑动的滑动件和用于安装在机床等的可动部分上的固定连结件(link)等。上述滑动件包括例如传感器部分、左侧部和右侧部引导滚子以及下部引导滚子，传感器部分读取位移，左侧部和右侧部具有片簧以允许它们与玻璃标度尺偏离较小地滑动。
上述固定连结件在其由于弹簧的推力而接近漂浮状态的状态下经由连结枢轴连结到带有传感器部分的滑动件，使得线性编码器可具有追踪来自机床的振动的能力。
为了促进长度测量设备中检测部分的更换，JP 07-083647 A公开了一种移除和附连方法以及用于长度测量设备中的检测部分的移除和附连夹具，其中壳体的侧端部打开，移除和附连夹具安装在所述侧端部处，且检测部分被移入并且容纳在该移除和附连夹具内部。移除和附连夹具与壳体隔开，并且连接于另一壳体，使移除和附连夹具移动，且检测部分容纳在另一壳体内。该文献还叙述，通过盖(lid)部件，壳体的侧端部可自由地打开和关闭。
然而，该现有技术的目的在于促进长度测量设备中检测部分更换，且不是促进间隙调节。壳体的侧端部打开，以便将检测部分移入移除和附连夹具中且它容纳在其中，移除和附连夹具安装在打开的壳体的侧端部处。该现有技术不包含关于间隙调节的叙述或建议。而且，像该文献中那样打开壳体的侧端部导致过大的开口，使得外部空气的影响是显著的。因此存在容纳在内部的标度尺将暴露于灰尘的危险，从而不利地影响读取精度。
发明内容
要解决的问题是难以调节封装的线性编码器(也称为密封线性编码器)中的标度尺与传感器单元之间的间隙。具体而言，极难调节如下封装编码器中的标度尺与传感器单元之间的间隙，其中标度尺与传感器单元之间没有接触部分且其中扫描头不在标度尺或外壳的引导件上被引导。
本发明如下地构造，以解决上述问题。
1. 一种线性编码器，其具有标度尺、容纳该标度尺的外壳，
和传感器单元，其面对上述标度尺配置，且扫描标度尺并获取位置信息，其特征在于，
上述外壳者其端部盖件具有至少一个调节孔，以用于在与标度尺与传感器单元之间的间隙对应的位置上调节间隙。
2. 根据权利要求1所述的线性编码器，其特征在于，在上述标度尺与上述传感器单元之间没有接触部分。
3. 根据权利要求2所述的线性编码器，其特征在于，传感器单元不在标度尺或外壳上被引导。
4. 根据前述权利要求中的一项所述的线性编码器，其特征在于，所述外壳中存在在测量方向上一个接一个地配置的更多调节孔。
5. 根据权利要求4所述的线性编码器，其特征在于，在所述外壳的一个端部附近布置第一调节孔，且在所述外壳的另一端部附近布置第二调节孔。
6. 根据前述权利要求中的一项所述的线性编码器，其特征在于，该至少一个调节孔在所述外壳的前侧中形成，并且标度尺定向成以便间隙量规(gap gauge)可沿与用于将所述外壳螺纹固定在设备上的孔的方向对应的方向穿过所述调节孔插入。
7. 一种调节线性编码器的方法，该线性编码器具有标度尺、容纳标度尺的外壳、和传感器单元，该传感器单元面对上述标度尺配置且扫描标度尺并获取位置信息，且该线性编码器具有调节孔，该调节孔用于在上述外壳或其端部盖件中的与标度尺与传感器单元之间的间隙对应的位置上调节间隙，其中
(1) 移除安装在调节孔上的盖件，从而暴露调节孔，
(2) 将间隙量规从上述调节孔插入标度尺与传感器单元之间，
(3) 通过调节传感器单元的位置来调节标度尺与传感器单元之间的间隙，
(4) 移除间隙量规，并安装上述盖件。
(4)调节根据上文(3)的线性编码器的方法，其特征在于，上述标度尺与上述传感器单元之间没有接触部分。
本发明的优点
使用根据本发明的线性编码器和调节线性编码器的方法的优点在于，标度尺与传感器单元之间的间隙调节是简单的。具体而言，存在如下优点：在标度尺与传感器单元之间没有接触部分的编码器中，调节标度尺与传感器单元之间的间隙是非常简单的。
附图说明
图1为示出本发明的线性编码器的第一实施方式的基本构造的透视图(实施例1)。
图2为示出本发明的线性编码器的第一实施方式的基本构造的透视图，是示出调节孔盖件已移除的状态的图(实施例1)。
图3为示出本发明的线性编码器的第一实施方式的基本构造的透视图，是示出间隙量规已插入调节孔中的状态的图(实施例1)。
图4为示出本发明的线性编码器的第二实施方式的基本构造的透视图(实施例2)。
图5为示出本发明的线性编码器的第二实施方式的基本构造的透视图，是示出调节孔盖件已移除的状态的图(实施例2)。
图6为示出本发明的线性编码器的第二实施方式的基本构造的透视图，是示出间隙量规已插入调节孔中的状态的图(实施例2)。
图7为端部截面图，其示出本发明的线性编码器的基本构造(实施例1、2)。
具体实施方式
根据本发明的线性编码器是如下线性编码器，其具有标度尺、容纳标度尺的外壳、和传感器单元，该传感器单元面对上述标度尺配置且扫描标度尺并获取位置信息，其中，上述外壳或其端部盖件具有至少一个调节孔，该调节孔用于在与标度尺和传感器单元之间的间隙对应的位置上调节间隙。
因此，通过提供用于在外壳中的与标度尺和传感器单元之间的间隙对应的位置上调节间隙的调节孔，能够在不移除外壳的情况下调节间隙，且间隙调节因此是非常简单的。
调节孔形成在外壳和/或外壳的端部盖件中。而且，如果调节孔形成在外壳中，则可形成一个或更多个调节孔。孔形成的位置是与间隙对应的位置，换言之，是通过从标度尺与传感器单元之间的间隙的位置开始与标度尺的表面平行地移动而获得的位置，并且，它可以形成在任何位置上，只要是可通过插入间隙量规等来调节间隙的位置。
特别地，如果形成矩形孔，则它应具有10mm与15mm之间的高度，和20mm与30mm之间的宽度。如果形状不是矩形的，则其尺寸应使得其面积与上述形状的面积对应。而且，调节孔的中心位置在竖直方向上应与间隙中心的位置处于大致相同的位置。
调节孔的形状不特别受限，且它可以是任何形状，只要是允许执行间隙调节的形状，但是考虑到密封的方便性和调节的方便性，它优选地为矩形或圆形。
调节孔通常被盖件覆盖，以确保外壳内部的密闭度。盖件由例如板状部件构成，并且使用固定器件(诸如螺钉)或者通过其本身的保持力而可拆卸地固连。为了确保密闭度，密封部件可插入盖件与外壳之间，该密封部件包括弹性材料(诸如合成橡胶)或树脂材料。盖件还应优选地容纳在外壳的阶梯状部分中，该阶梯状部分围绕调节孔形成为使得盖件的外表面处于与外壳的外表面相同的平面内。
外壳容纳标度尺和传感器单元，且具有保护它们免受外部环境影响的作用，并且它还作用为用于编码器的支撑结构，固连于构成测量参照物(诸如通常不移动的机器底座)的结构。为此，用于将外壳固连于该结构的多个固连部分形成在外壳中且在其纵向长度上以固定间隔配置。固连部分通常包括螺纹安装孔，这些螺纹安装孔形成为使得可利用安装螺钉来实现固连，但是也可以使用其他固连方法。
外壳通常是空心矩形条，其具有矩形截面，并且在测量方向X上以伸长的方式延伸。还设置用于固连标度尺的标度尺固连部分，并且在下部或侧部中设置开口，该开口允许连接传感器单元和测量对象的结构与测量对象的移动同时地滑动。
因为如上所述地，外壳作用为用于编码器的支撑结构，所以制造它的材料优选地为具有一定程度的硬度并且不容易受温度变化影响的材料。特别地，它优选地由金属材料(诸如铁、不锈钢、铝或者它其合金、钛或其合金、或铜或其合金)制成。考虑到加工的容易度、硬度和轻度，铝或其合金是特别优选的。而且，取决于条件，还可以使用碳基材料或者树脂材料，且它们也可以与上述金属材料结合来使用。
对于标度尺，可使用与在典型线性编码器中所用的那些标度尺相似的标度尺。标度尺通常由玻璃制成，且虽然也可以使用金属材料等，但是玻璃是更好的，例如，它不容易受温度变化影响，可容易地实现高精度，并且它相对便宜。特别地，对于透射类型的标度尺而言，玻璃是最优选的。
用于读取位置信息、移动信息等的规定图案形成在标度尺上并且刻在标度尺中。通过该图案生成读取信号，且可获取位置/移动信息测量信号(诸如增量数据和绝对数据)。图案可以通过在外表面上形成金属材料(通常为铬等)膜并对该金属材料膜进行图案形成来形成。图案形成可使用薄膜技术或半导体技术领域中的已知方法(诸如蚀刻)来执行。
传感器单元读取上述标度尺上的图案，并将其转换成电信号。如果传感器单元是光学类型的，则其具有光源，该光源包括发光元件和光接收元件，该光接收元件接收从上述图案获得的反射光或透射光，并且将其转变为电信号。并且，在需要时安装用于所上述发光元件和光接收元件的供电电路、处理由光接收元件输出的信号的电子电路、和与外部电路和设备交换数据的通信电路。
传感器单元面对上述标度尺配置，且其扫描和读取标度尺表面上的图案，与标度尺隔开固定的间隙。在此，存在如下类型，在该类型中，在传感器单元与标度尺处于非接触状态的情况下执行扫描。
本发明中的线性编码器的基本配置的其他方面与典型线性编码器大致相同，且省略其详细说明。
实施例1
图1至3和图7为示出为本发明的设备的线性编码器的第一实施例的图，其中图1至3为透视图且图7为截面图。
在图1至3和图7中，本发明的线性编码器具有标度尺6、容纳标度尺6的外壳1、和传感器单元5，传感器单元5扫描容纳在外壳1内部的标度尺6，从而生成测量信号。在测量过程中，传感器单元5沿标度尺6在测量方向X上移动，并且测量在该方向X上传感器5相对于标度尺6的路径。传感器单元5不在标度尺6或外壳1上被引导。在传感器单元5与标度尺6之间没有接触点，并且在传感器单元5与外壳1之间没有接触点。
调节孔11在与上述标度尺6和传感器单元5之间的间隙t对应的位置上形成在外壳1的前侧面上。该至少一个可封闭调节孔11优选地位于外壳1的一个端部附近。在该示例中，调节孔11为矩形孔，且通常，这意味着在测量过程中，使用锁紧螺钉102可拆卸地固连盖件10，以维持内部密闭度。锁紧螺钉102行进穿过盖件10中的孔101，并且被螺纹固定在外壳1的塞孔(tap hole)111中。
优选地，在测量方向X上存在一个接一个地配置的更多调节孔11和140。特别地，第一调节孔11布置在外壳1的一个端部附近，且第二调节孔140布置在外壳1的另一端部附近。
然后，如图2所示，如果移除锁紧螺钉102并且移除盖件10，则调节孔11暴露，且诸如间隙量规50的调节夹具可穿过调节孔11插入标度尺6与传感器单元5之间的间隙t(如图7所示)中，且可调节间隙t。在该示例中，间隙t的调节是通过调节传感器单元5相对于标度尺6的相对高度来执行的。通过相对于标度尺6来调节传感器单元5，还可调节固连传感器单元5的头部3的安装位置。
现在将详细地描述本发明的线性编码器的基本构造。如图7所示，在本发明的线性编码器中，其上刻有用于测量的图案的标度尺6配置在矩形外壳1内部，外壳1的截面在竖直方向上伸长。外壳1由外壳基座部分1b和外壳外部部分1a构成，外壳基座部分1b构成用于标度尺6和后述外壳外部部分1a的支撑基座，外壳外部部分1a覆盖标度尺6和传感器单元5，从而保护它们免受外部环境影响。
外壳基座部分1b安装并且固连在(例如它将安装在其上的设备的)机壳(casing)或者基座部分上，这是设备100的固定侧。标度尺6通过粘合剂7而固连于外壳基座部分1b的下表面，使得它平行于上述下表面。粘合剂7是弹性的且可吸收因温度变化而产生的外壳基座部分1b和标度尺6的膨胀和收缩率之间的差异。
标度尺6由透明材料(诸如玻璃)制成。而且，用于测量的图案刻在与上述粘合表面相对的一侧上。图案可通过在金属材料(诸如铬)的汽相淀积过程中的图案形成来形成，或者通过在随后的过程中蚀刻来形成。虽然标度尺还可以由金属材料构成，但是基于玻璃的材料更好，因为热在其上的影响小，可容易地实现高精度，并且图案形成是简单的。
传感器单元5跨过固定间隙t配置在标度尺6下方。在传感器单元5中安装构成光源的发光元件和用于读取在上述标度尺上形成的图案的光学传感器、用于处理由上述传感器输出的电信号的电子电路等。维持上述标度尺6的下表面与传感器单元5的外表面之间的固定距离(换言之，间隙t)是稳定由传感器单元5输出的读取信号、防止故障和维持固定精度的非常重要的要素。
传感器单元5设置在构成支撑基座的底盘(bed)4上，并且通过螺钉42固连。在行程方向上具有薄凸出平面的足部41植入底盘4的下部中，面朝下，并且联接于扫描头部3。如图1所示，锁紧孔31形成在扫描头部3中，使得它可固连于构成测量对象的设备的可动部分200。然后，在使用锁紧孔31实现固连时执行上述间隙调节。
如图1所示，阶梯状部分1c形成在外壳外部部分1a中，且螺纹孔130沿纵向方向以固定间隔形成在阶梯状部分1c中。然后，它可使用螺钉可拆卸地固连于螺纹孔131，螺纹孔131形成在外壳基座部分1b的对应位置上。
埋头孔110在与上述螺纹孔130不同的位置处以固定间隙形成在上述阶梯状部分1c中。
用于将外壳1固连在设备110上的锁紧孔120形成在外壳1中(特别是在外壳基座部分1b中的对应位置上)。然后，外壳1可通过方向P上的锁紧孔12c使用锁紧螺钉固连于设备100的固定侧。
用于阻塞和密闭地密封外壳端部的端板2可拆卸地配置在外壳1的端部处。锁紧孔21形成在端板2中，使得它可使用锁紧螺钉22可拆卸地固连在螺纹孔21中，螺纹孔21形成在外壳1的端部的对应位置上。密封部件还可布置在端板2与外壳1的端部之间，以确保密封性能。
上述足部41滑动穿过的开口1d形成在外壳外部部分1a的下部中。然后，设置通过密封材料固连部分8a、8b固连的一对密封唇部(在图中未示出)，以确保开口1d的密闭度。密封唇部包括树脂或弹性部件，该部件是锥形的并且为厚膜形状，它们彼此相对地倾斜地朝下布置，使得除了在存在足部41的区段中，两个密封唇部的对应的远侧端部接触且彼此密闭地附连，使得可确保密闭地密封的状态。而且，在存在足部41的区段中，密封唇部的远侧端部围绕足部41密闭地附连，使得可类似地维持密闭度。
调节孔11和140在与上述标度尺6和传感器单元5之间的间隙t对应的位置上形成在外壳1的前侧面中。间隙t沿平面延伸，其中，调节孔11和140在该平面中。调节孔10和140以及标度尺6定向成以便间隙量规50可沿第一方向P穿过暴露的调节孔11、140插入。该第一方向P对应于孔120的方向P，且因此在用于将外壳1螺纹固定在设备100上的方向P上。
现在将详细地描述调节本发明的线性编码器的方法。
(1) 首先，如图2所示，移除阻塞调节孔11的盖件10的锁紧螺钉102，并移除盖件10。
(2) 然后，如图3所示，穿过暴露的调节孔11插入间隙量规50的量规部分51。在间隙量规50的前部形成的量规部分51的厚度调节成对应于所要求的间隙t的厚度。并且，凸缘52形成在量规部分51的后方，且把手53形成在其更后方。凸缘52以与围绕调节孔11形成的阶梯状部分12的内周的尺寸大致相同的尺寸形成，并且通过使其一部分容纳在阶梯状部分中(以与盖件10相同的方式)，使其与阶梯状部分12接合，并在调节操作期间通过自身保持在其中。而且，调节孔11被凸缘52覆盖并密闭地密封，且因此调节期间外部空气的影响是非常小的。
(3) 接着，通过将扫描头部3压靠于间隙量规50的量规部分51上使得间隙t与量规部分51的厚度相同来调节扫描头部3的位置。然后，扫描头部3在上述间隙已调节好的位置上固连于可动部分200。
(4) 最后，取出间隙量规50，且通过使用与在移除盖件10时使用的过程相反的过程安装盖件10来阻塞调节孔11，由此完成调节操作。
应注意的是，在上述示例中，调节孔11形成在外壳的端部附近，但是在必要时，调节孔11可形成在任意位置上，并且还可形成多个调节孔11、140。
实施例2
图4至6为示出为本发明的设备的线性编码器的第二实施例的图，其中图4至6为透视图。在该示例中，调节孔11a形成在端板2中。端板能够从外壳外部部分1a置换。而且，如果端板2是厚的，则可增大调节孔11a的侧面的深度或阶梯12a的深度。因此，例如通过使用能够弹性变形至某程度的材料(诸如树脂材料)形成盖件10a来使得它通过接触力和盖件10a与上述调节孔11a和阶梯12a的侧面之间的摩擦力来接合，而不需要使用固定器件(诸如螺钉)。
在该示例中，如图6所示，因为调节孔11a在端板2中，所以扫描头部3必须移动到外壳1的端部以用于调节。而且，间隙量规50a的量规部分51a的长度也必须调节为以便它可达到传感器单元5。而且，也适当地调节凸缘52a和把手53a的尺寸。
检测系统不限于光学类型，且还可为磁类型或者感应类型系统。
Claims (7)
1. 一种线性编码器，其具有标度尺(6)、容纳所述标度尺(6)的外壳(1)、
和传感器单元(5)，所述传感器单元(5)面对所述标度尺(6)配置且扫描所述标度尺(6)并获取位置信息，其特征在于，
所述外壳(1)或其端部盖件(2)具有至少一个调节孔(11、140、11a)，以用于在与所述标度尺(6)和所述传感器单元(5)之间的间隙对应的位置上调节间隙。
2. 根据权利要求1所述的线性编码器，其特征在于，在所述标度尺(6)与所述传感器单元(5)之间没有接触部分。
3. 根据权利要求2所述的线性编码器，其特征在于，所述传感器单元(5)不在所述标度尺(6)或所述外壳(1)上被引导。
4. 根据前述权利要求中的一项所述的线性编码器，其特征在于，在所述外壳(1)中存在沿测量方向(X)一个接一个地配置的更多调节孔(11、140)。
5. 根据权利要求4所述的线性编码器，其特征在于，在所述外壳(1)的一个端部附近布置有第一调节孔(11)，且在所述外壳(1)的另一个端部附近布置有第二调节孔(140)。
6. 根据前述权利要求中的一项所述的线性编码器，其特征在于，所述至少一个调节孔(11、140)形成在所述外壳(1)的前侧中，且所述标度尺(6)定向成以便间隙量规(50)可沿方向(P)穿过所述调节孔(14)插入，所述方向(P)对应于用于将所述外壳(1)螺纹固定在设备(100)上的孔(120)的方向(P)。
7. 一种调节线性编码器的方法，所述线性编码器具有标度尺(6)、容纳所述标度尺(6)的外壳(1)和传感器单元(5)，所述传感器单元面对所述标度尺(6)配置且扫描所述标度尺(6)并获取位置信息，并且所述线性编码器具有至少一个调节孔(11、140、11a)，以用于在所述外壳(1)或其端部盖件(2)中的与所述标度尺(6)和所述传感器单元(5)之间的间隙对应的位置上调节间隙，其中
(1) 移除安装在所述调节孔(11、140、11a)上的盖件(10、10a)，从而暴露所述调节孔(11、140、11a)，
(2) 将间隙量规(50、50a)从所述调节孔(11、140、11a)插入所述标度尺(6)与所述传感器单元(5)之间，
(3) 通过调节所述传感器单元(5)的位置来调节所述标度尺(6)与所述传感器单元(5)之间的间隙(t)，且
(4) 移除所述间隙量规(50、50a)并安装所述盖件(10、10a)。
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