CN108709573B - 编码器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种编码器，可以感测检测器相对于标尺的姿态异常。编码器(1)包括标尺(5)和检测器(3)，标尺(5)设置在一个测量目标部件上，刻度(C)布置在标尺(5)上，并且检测器(3)设置在另一测量目标部件上，且配置为检测与标尺(5)的相对移动量。标尺(5)包括感测单元(9)，该感测单元感测检测器(3)相对于标尺(5)的姿态，从而即使是在检测器(3)相对于标尺(5)的姿态异常、不能基于由读取单元(7a)读取的信号的变化来感测的情况下，仍然可以感测到该异常。

Description

编码器
技术领域
本发明涉及一种编码器，该编码器可以感测检测器相对于标尺的姿态异常。
背景技术
已知相关技术中的编码器，检测彼此相对移动的一对测量目标部件之间的相对移动量。编码器包括具有刻度的标尺，以及具有沿着标尺移动的读取单元的检测器。检测器基于读取单元从标尺的刻度读取的信号，检测标尺与检测器之间的相对移动量。
这一编码器的问题在于，在检测器相对于标尺等偏斜并且检测器相对于标尺的姿态变化的情况下，由读取单元读取的信号也变化，结果，检测到的相对移动量的精度将会降低。
针对这一问题，例如，专利文档1中公开的光电编码器包括主标尺(标尺)和具有光接收元件(读取单元)的光接收单元(检测器)，该光接收元件经由主标尺的接收光(信号)，该光接收单元通过光接收元件接收的光来检测主标尺的相对移动量。光电编码器在主标尺和光接收单元之间具有第一透镜和第二透镜。第一透镜和第二透镜是相同的，并且第二透镜和第一透镜相反地定位。光电编码器在第一透镜和第二透镜之间具有孔径。孔径布置在第一透镜和第二透镜的焦点位置处，且具有狭缝，该狭缝在以下方向上延伸：光接收单元相对于主标尺移动的方向，以及与布置有刻度的标尺的面上的垂直线正交的方向。
利用根据专利文档1的光电编码器，第二透镜和第一透镜相反地定位，使得可以反转地校正由于光接收单元相对于主标尺等偏斜而在第一透镜中产生的像差。另外，由于孔径布置在第二透镜的焦点位置处，所以从第二透镜发射到光接收元件的光可以成为平行光。因此，光电编码器使用第二透镜来反转地校正像差，并使用该孔径使光成为平行光，并且因此即使在光接收单元与主标尺间隔开的情况下，例如，相同量的光可以如同光接收单元被布置在正常位置(不与主标尺间隔开)一样被发射到光接收元件。因此，光电编码器可以稳定由光接收单元检测到的相对运动量的检测精度并改善可靠性。
引用列表
专利文献
专利文档1：JP 4838117 B
发明内容
技术问题
在相关技术中，根据检测器的读取单元读取的信号来感测检测器相对于标尺的姿态异常(abnormality)。
然而，在这样的编码器中，由读取单元读取的信号由于透镜，孔径等而不容易改变，并且因此存在如下问题：即使在检测器的姿态相对于标尺出现异常的情况下，也无法检测到该异常。
本发明的目的是提供一种编码器，该编码器可以感测检测器相对于标尺的姿态异常。
问题的解决方案
根据本发明的编码器包括标尺和检测器。标尺设置在一个测量目标部件上，刻度布置在所述标尺上，并且检测器设置在另一测量目标部件上，且配置为检测与所述标尺的相对移动量。标尺包括感测单元，其配置为感测检测器相对于所述标尺的姿态异常。
根据该配置，标尺包括感测单元，其感测检测器相对于标尺的姿态，并且从而即使是在检测器的姿态相对于标尺的异常不能基于由读取单元读取的信号来感测的情况下，仍然可以感测到异常。
这里，优选的是，检测器包括滚动构件，其配置为当姿势正常时滚动接触标尺，并且优选的是，感测单元配置为通过感测滚动构件是否与标尺接触来感测检测器相对于标尺的姿态异常。
根据该结构，当滚动构件与标尺的表面接触时，检测器相对于标尺的姿态是正常姿态。然而，在检测器例如布置为相对于标尺在滚动方向、俯仰方向或偏航方向上倾斜的情况下，滚动构件将从标尺的面抬起。
注意的是，滚动方向是以标尺上的刻度的布置方向为轴线的旋转方向，俯仰方向是以标尺的宽度方向为轴线的旋转方向，并且偏航方向是以与滚动方向和俯仰方向正交的方向为轴线的旋转方向。
具体地，当检测器包括例如大致三角形状地布置的三个滚动构件的情况下，例如在将检测器相对于标尺在滚动方向，俯仰方向或偏航方向上倾斜布置的情况下，三个滚动构件中的至少一个将从标尺的面上抬起。此外，在检测器在与标尺隔开的方向(间隙方向)上偏斜布置的情况下，所有三个滚动构件都将从标尺的面抬起。
根据本发明，当滚动构件与标尺接触时，感测单元可以将检测器相对于标尺的姿态感测为正常，并且当滚动构件不与标尺接触时，可以将检测器相对于标尺的姿态感测为异常。
相应地，即使是在检测器相对于标尺的姿态异常不能基于由读取单元读取的信号来感测的情况下，感测单元也可以通过滚动构件是否与标尺接触来感测检测器相对于标尺的姿势异常。
这里，优选的是：检测器包括滚动构件，所述滚动构件是导电的；感测单元包括感测部分，所述感测部分具有薄膜形式，且电压被施加到所述感测部分；所述感测单元配置为，当施加到所述感测部分的电压变化时，感测到所述滚动构件与所述标尺接触；并且所述感测单元配置为，当施加到所述感测部分的电压不变化时，感测到所述滚动构件不与所述标尺接触。
这里，当导电滚动构件与感测部分接触时，施加到感测部分的电压变化。
根据本发明，感测单元可以在施加到感测部分的电压变化时，感测到滚动构件与标尺接触且检测器的姿态正常，并且可以在施加到感测部分的电压不变化时，感测到滚动构件不与标尺接触且检测器的姿态异常。相应地，由于检测器包括导电滚动构件，感测单元可以通过感测部分处的电压的变化来感测检测器相对于标尺的姿态异常。此外，感测单元包括具有薄膜形式的感测部分，因此与设置传感器等用于感测检测器相对于标尺的姿态的情况相比，该编码器可以实现更大的空间节省。
这里，优选的是，标尺包括测量区域和感测区域，测量区域是这样的区域，在测量区域中，由检测器检测从刻度C的相对移动量，感测区域是这样的区域，其包括感测单元，并且设置在测量区域之外。
具有感测单元的薄膜形式的感测部分例如由诸如铬(Cr)的金属形成，并且在与滚动构件接触时经受磨损。编码器可能会因为具有薄膜形式的感测部分上的磨损产生的磨损碎屑而经历检测故障。
根据本发明，标尺包括测量区域和传感区域，因此标尺和检测器之间的相对移动量的测量可以在测量区域中进行，并且检测器相对于标尺的姿态异常的感测可以在传感区域内进行。
换言之，检测器在测量期间在测量区域内移动，并且不会使滚动构件与感测部分接触，因此可以抑制由于测量部分上的磨损而产生的磨损碎屑。
此外，感测区域设置在测量区域之外，因此，当感测检测器的状态时，编码器可以通过将检测器移动到感测区域来感测检测器相对于标尺的姿态异常。
这里，优选的是：检测器包括滚动构件，所述滚动构件包括多个滚动构件；标尺包括感测位置，以使感测单元感测检测器的姿态异常；并且感测单元包括感测部分，所述感测部分包括在感测位置中设置在位的多个感测部分，其分别与所述多个滚动构件匹配。
根据该配置，感测单元包括多个感测部分，其分别设置在感测位置中的与多个滚动构件的位置相匹配的位置中，并且因此设置在感测位置中的多个感测部分与多个滚动构件一一对应。感测单元可以通过将检测器移动到感测位置，以使多个滚动构件与多个感测部分接触来同时感测每个滚动构件的状态。
此外，在检测器相对于标尺姿势异常的情况下，编码器可以通过使用设置在感测位置中的多个感测部分来识别多个滚动构件中的哪一个不与标尺接触。编码器然后可以通过识别不与标尺接触的滚动构件来感测检测器相对于标尺的姿态相对于标尺偏斜的方式。
这里，优选的是，检测器包括第一滚动构件和第二滚动构件；标尺包括第一感测位置和第二感测位置，以使感测单元感测检测器的姿态异常；感测单元包括第一感测部分和第二感测部分，所述第一感测部分设置在当检测器位于第一感测位置时仅与第一滚动构件匹配的位置处，所述第二感测部分设置在当检测器位于第二感测位置时仅与第二滚动构件匹配的位置处；并且公共电压被施加到第一感测部分和第二感测部分。
在以下情况下，当配置为使得多个滚动构件全部与多个感测部分同时接触时，单独的电压被施加到所述多个感测部分中的每一个，即使在存在与标尺不接触的滚动构件的情况下，电压将会改变，因为任何一个其他滚动构件将与多个感测部分中的一个接触。感测单元因此不能感知滚动构件的接触。
根据本发明，第一感测部分设置在当检测器位于第一感测位置时仅与第一滚动构件匹配的位置处，第二感测部分设置在当检测器位于第二感测位置时仅与第二滚动构件匹配的位置处。由于只有第一感测部分和第一滚动构件在第一感测位置接触，并且只有第二感测部分和第二滚动构件在第二感测位置接触，所以即使在单独的电压未被施加到多个感测部分中的每一个的情况下，感测单元可以识别哪个滚动构件不与标尺接触。
编码器然后可以通过识别不与标尺接触的滚动构件来感测检测器相对于标尺的姿态相对于标尺偏斜的方式。此外，第一感测部分和第二感测部分可以通过施加的公共电压来感测检测器相对于标尺的姿态。因此，不需要将单独的电压施加到多个感测部分中的每一个，因此编码器可以实现成本降低。
这里，优选的是，滚动构件经由检测器接地；感测单元包括呈现导电性的导电层，所述导电层沿着刻度的布置方向形成在标尺上；并且感测部分形成为在与标尺上的刻度的布置方向交叉的方向上从导电层延伸。
当滚动构件滚动接触标尺表面时，由玻璃等形成的标尺可能会带电。排放标尺中的电荷可能会导致检测器的电气系统的干扰(电压，频率等)并产生噪音。另外，当标尺带电时，灰尘很容易粘附到标尺、检测器等，这可能导致检测故障等。
但是，根据该配置，滚动构件经由检测器接地，因此仅通过使滚动构件和感测部分彼此接触就可以释放标尺中的电荷。
附图说明
图1A和图1B是根据第一实施例的编码器的正视图和截面图。
图2是编码器的标尺和感测单元的正视图。
图3是图示编码器中检测器与感测位置之间的关系的图。
图4是图示了编码器的框图。
图5是示出编码器的控制方法的流程图。
图6是根据第二实施例的编码器的标尺和感测单元的正视图。
图7是图示编码器中检测器与第一感测位置之间的关系的图。
图8是图示编码器中检测器与第二感测位置之间的关系的图。
图9是图示编码器中检测器与第三感测位置之间的关系的图。
图10是图示了施加到编码器的感测部分的电压的变化的图。
图11是图示了编码器的框图。
图12是示出编码器的控制方法的流程图。
图13是示出根据第一修改示例的标尺的感测单元的图。
图14是示出根据第二修改示例的标尺的感测单元的图。
图15是示出根据第三修改示例的标尺的感测单元的图。
具体实施方式
以下将在附图的基础上描述本发明的第一实施例。
图1A和图1B是根据第一实施例的编码器的正视图和截面图。更具体地，图1A是编码器1的正视图，图1B是从图1A中的A-A截面看到的编码器1的截面图。
如图1A和图1B所示，编码器1是测量相对于彼此移动的一对测量目标部件W1和W2之间的移动距离的测量装置。编码器1例如是电磁感应式线性编码器。
编码器1包括编码器主单元2和可移动地设置在编码器主单元2中的检测器3。在编码器1中，通过将一个测量目标部件W1固定到编码器主单元2，并将另一个测量目标部件W2固定到检测器3，而对一对测量目标部件W1和W2进行附接。
编码器主单元2由长的标尺框4和设置在标尺框4内的标尺5构成。标尺框架4由铝合金挤出成型构件等形成，并且形成为具有总体上大致中空的矩形形状。
在以下描述和附图中，对应于标尺框4的纵向方向和检测器3的移动方向两者的方向可以称为X方向；与X方向正交的标尺框4的宽度方向(深度方向)可以称为Y方向；并且垂直于X和Y方向两者的垂直方向可以称为Z方向。
检测器3包括设置在标尺框4之外且固定到另一测量目标部件W2的检测器主单元6，以及从检测器主单元6延伸到标尺框4中的检测单元7。
检测单元7包括读取单元7a，其读取检测器3和标尺5之间的相对移动量，以及连接到检测单元7的作为滚动构件的轴承8，当检测器3相对于标尺5处于正常姿态时，轴承8与标尺5的面接触并滚动。读取单元7a包括激励线圈和检测线圈。当编码器1向激励线圈施加电流时，激励线圈产生磁通量，并使得在与激励线圈相对的刻度C中产生磁通量。在刻度C中产生的磁通量进一步使得在与刻度C相对的读取单元7a的检测线圈中产生磁通量。检测线圈读取刻度C中产生的磁通量的位移量，并检测检测器3与标尺5之间的相对移动量。
图2是示出编码器的标尺和感测单元的正视图。具体而言，图2是从-Y方向侧观察标尺5的图。
如图2所示，标尺5包括由玻璃等构成的长的标尺基座构件5a、感测检测器3相对于标尺5的姿态异常的感测单元9、以及刻度C，其由在标尺基座构件5a的长度方向(X方向)上以恒定节距布置的线圈构成。刻度C由诸如铜(Cu)的导体形成。
感测单元9具有被施加电压的感测部分10。感测部分10包括感测部分11、12和13，其由具有薄膜形式的诸如铬(Cr)的导体形成。感测部分10将在稍后详细描述。
标尺5还包括测量区域20和感测区域30，在测量区域20中，由检测器3检测从刻度C的相对移动量，感测区域30包括感测单元9，并且设置在测量区域20之外。
测量区域20沿着标尺基座构件5a的长度方向(X方向)连续地形成。由此，检测器3在测量区域20内进行测量而不经过感测区域30。
感测区域30包括使用感测单元9感测检测器3的姿势异常的感测位置40，并且在纵向方向上形成在标尺基座构件5a的一端侧(+X方向侧)的端部部分。注意到，感测区域30可以在纵向方向上仅设置在标尺基座构件5a的一端侧(+X方向侧)的端部部分，在纵向方向上仅设置在标尺基座构件5a的另一端侧(-X方向侧)的端部部分，或在标尺基座构件5a的两端。
图3是图示编码器中检测器与感测位置之间的关系的图。
如图3所示，轴承8包括导电轴承8a、8b、8c、8d和8e。轴承8经由检测器3和另一个测量目标部件W2(见图1B)接地。
轴承8a设置在轴承8a沿着刻度C滚动的位置。轴承8b设置在轴承8b沿着刻度C滚动的位置，并且沿着与轴承8a相同的路径滚动。轴承8c设置在夹着刻度C的位置，与轴承8a和8b相对，并且沿着平行于轴承8a和8b路径的路径滚动。轴承8d设置在轴承8d与标尺基座构件5a的侧面(-Z方向侧)滚动接触的位置。轴承8e设置在轴承8d与标尺基座构件5a的侧面(-Z方向侧)滚动接触的位置，并且沿着与轴承8d相同的路径滚动。
当检测单元7(检测器3)停在感测位置40时，感测部分11设置在与轴承8a的位置相匹配的位置。当检测单元7停在感测位置40时，感测部分12设置在与轴承8b的位置相匹配的位置。当检测单元7停在感测位置40时，感测部分13设置在与轴承8c的位置相匹配的位置。
感测部分11、12和13以能够与感测位置40内的轴承8a、8b和8c进行可靠接触的尺寸形成。具体而言，感测部分11、12和13设置有能够使轴承8a、8b和8c在X方向上滚动一定距离的长度。
通过将检测单元7移动到感测区域30的感测位置40并感测轴承8是否与标尺5接触，感测单元9来感测检测器3相对于标尺5的姿态异常。具体而言，当施加到感测部分10的电压变化时，感测单元9感测到轴承8与标尺5接触，并且当施加到感测部分10的电压不变化时，则感测到轴承8不与标尺5接触。在该实施例中，轴承8经由检测器3和另一测量目标部件W2接地，并且因此当轴承8和感测部分10接触时，电压变为0。
电压被施加到感测部分11、12和13。由此，例如，当仅轴承8a不与标尺5接触时，施加到感测部分12和13的电压变为0，但施加到感测部分11的电压不变。相应地，感测单元9可以感测轴承8中的哪一个不与标尺5接触，并且通过扩展，通过施加到感测部分10的电压的变化，可以感测检测器3的姿态相对于标尺5偏斜的方式。
图4是图示了编码器的框图。
如图4所示，编码器1包括确定检测器3相对于编码器1的姿态的姿态确定装置50，以及显示信息的显示单元60。
编码器1所附接的一对测量目标部件W1和W2(参见图1B)包括控制一对测量目标部件W1和W2的控制单元100，以及由控制单元100控制的驱动单元70。
驱动单元70是使固定到一对测量目标部件W1、W2的标尺5和检测器3相对于彼此移动的电动机等。
控制单元100基于来自编码器1的姿态确定装置50的确定结果等来控制驱动单元70。控制单元100控制驱动单元70以驱动固定检测器3所固定到的另一测量目标部件W2，并移动检测器3(检测单元7)。
姿态确定装置50包括存储单元51、位置确定单元52和姿态确定单元53，存储单元51存储来自标尺5的感测单元9的感测结果，位置确定单元52确定检测单元7是否已经移动到感测位置40，且姿态确定单元53基于来自感测单元9的感测结果来确定检测器3相对于标尺5的姿态。
位置确定单元52通过从刻度C读取来确定检测单元7是否已经移动到感测位置40。具体地，位置确定单元52将由读取单元7a读取的测量值与预先存储在存储单元51等中的与感测位置40相对应的感测位置信息进行比较，并且确定检测单元7已经转移到感测位置40。注意到，位置确定单元52可以通过读取设置在标尺5上的对准刻度等来确定检测单元7是否已经移动到感测位置40。
姿态确定单元53根据由感测单元9感测到的轴承8与感测部分10之间的接触状态来确定检测器3相对于标尺5的姿态是正常的还是异常的。
显示单元60使用发光二极管(LED、显示装置等显示由姿态确定单元53完成确定结果。在此实施例中，显示单元60是蓝色LED和红色LED(未示出)。当检测器3相对于标尺5的姿态正常时，蓝色LED点亮，当检测器3相对于标尺5的姿态异常时，红色LED点亮。
图5是示出编码器的控制方法的流程图。
将基于图5描述编码器1感测检测器3的姿态异常的操作。
如图5所示，首先，控制单元100执行开始步骤：使用驱动单元70驱动另一测量目标部件W2，并将编码器1的检测单元7向感测区域30内的感测位置40移动(步骤ST01)。
接下来，位置确定单元52确定检测单元7是否已经移动到感测位置40(步骤ST02)。在位置确定单元52确定检测单元7尚未移动到感测位置40的情况下(步骤ST02中的“否”)，控制单元100对驱动单元70进行驱动，并移动检测单元7，直到确定检测单元7已经移动到感测位置40。在位置确定单元52确定检测单元7已经移动到感测位置40的情况下(步骤ST02中的“是”)，控制单元100执行停止驱动单元70的停止步骤，使得检测单元7停止在感测位置40(步骤ST03)。
接下来，感测单元9执行姿态确定步骤：通过感测停止检测单元7中包含的轴承8a、8b和8c是否分别与设置在感测位置40的感测部分11、12和13接触，确定检测器3相对于标尺5的姿态(步骤ST04)。来自感测单元9的感测结果被保存在存储单元51中。
姿态确定单元53基于保存在存储单元51中的感测结果，确定轴承8a、8b和8c是否分别与感测部分11、12和13接触。
当姿态确定单元53确定轴承8a、8b和8c分别与感测部分11、12和13接触时，显示单元60点亮蓝色LED，以指示检测器3相对于标尺5的姿态是正常的(步骤ST05)。
然而，当姿态确定单元53确定轴承8a、8b和8c分别不与感测部分11、12和13接触时，显示单元60点亮红色LED，以指示检测器3相对于标尺5的姿态是异常的(步骤ST05)。
注意到，作为姿态确定步骤，姿态确定单元53可以通过如感测单元9所感测到的轴承8a、8b和8c与感测部分11、12和13彼此不接触，来确定检测器3相对于标尺5的姿态异常的方式(步骤ST04)。
具体而言，在例如感测单元9感测到轴承8a和8b与感测部分11和12接触但轴承8c不与感测部分13接触的情况下，确定单元53确定检测器3处于检测器3在相对于标尺5的滚动方向上偏斜的姿态。同样地，在例如感测单元9感测到轴承8b和8c与感测部分12和13接触但轴承8a不与感测部分11接触的情况下，确定单元53确定检测器3处于检测器3在相对于标尺5的俯仰方向上偏斜的姿态。
由姿态确定单元53完成的确定结果由诸如液晶显示器(LCD)的显示单元60显示(步骤ST05)。
根据这一实施例，可以实现以下效果。
(1)标尺5包括感测单元9，其感测检测器3相对于标尺5的姿态，并且从而即使是在检测器3相对于标尺5的姿态异常不能基于由读取单元7a读取的信号的变化来感测的情况下，仍然可以感测到异常。
(2)感测单元9可以通过轴承8是否与标尺5接触来感测检测器3相对于标尺5的姿势异常，即使是在检测器3相对于标尺5的姿态异常不能基于由读取单元7a读取的信号的变化来感测的情况下。
(3)由于检测器3包括轴承8，其为导电滚动构件，感测单元9可以通过感测部分10处的电压的变化来感测检测器3相对于标尺5的姿态异常。
(4)感测单元9包括具有薄膜形式的感测部分10，因此与设置传感器等用于感测检测器相对于标尺的姿态的情况相比，编码器1可以实现更大的空间节省。
(5)检测器3在测量期间在测量区域20内移动，并且不会使轴承8与感测部分10接触，因此可以抑制由于测量部分10上的磨损而产生的磨损碎屑。
(6)感测区域30设置在测量区域20之外，因此，当感测检测器3的状态时，编码器1可以通过在感测区域30中移动检测器3来感测检测器3相对于标尺5的姿态异常。
(7)感测单元9包括多个感测部分11至13，其分别设置在感测位置40中的与多个轴承8a至8c的位置相匹配的位置处，并且因此设置在感测位置40中的多个感测部分11至13与多个轴承8a至8c一一对应。感测单元9可以通过将检测器3移动到感测位置40以使多个轴承8a至8c与多个感测部分11到13接触来同时感测轴承8a至8c的状态。
(8)在检测器3相对于标尺5姿势异常的情况下，编码器1可以通过使用设置在感测位置40中的多个感测部分11至13来识别多个轴承8a至8c中的哪一个不与标尺5接触。编码器1然后可以通过识别不与标尺5接触的轴承8a至8c来感测检测器3相对于标尺5的姿态相对于标尺5偏斜的方式。
第二实施例
以下将在附图的基础上描述本发明的第二实施例。注意，在以下描述中，已经描述的部分将被给予相同的附图标记，并且将省略其描述。
在该实施例中，轴承8a对应于第一滚动构件；轴承8c对应于第二滚动构件；且轴承8b对应于第三滚动构件。
图6是根据第二实施例的编码器的标尺和感测单元的正视图。
根据第一实施例的编码器1的感测单元9包括设置在与感测位置40中的轴承8一一对应的位置中的感测部分10。
如图6所示，根据本实施例的编码器1A的感测单元9A与根据第一实施例的感测单元9的不同之处在于，感测单元9A还包括具有导电性的导电层D和刻度C2，刻度C2形成在导电层D上并且由以恒定节距布置的线圈构成，并且感测部分10A形成为从导电层D延伸。
导电层D是诸如铬(Cr)的导体，且沿着纵向方向(X方向)在标尺5A的-Y方向侧面上形成为直线形状。
刻度C2由诸如铜(Cu)的导体形成，其具有比导电层D更高的导电率。注意，只要刻度C2具有比导电层D更高的导电率，任何导体都可以用于导电层D和刻度C2。
感测部分10A形成为在与标尺5A的刻度C2的布置方向(X方向)交叉的方向(Z方向)上从导电层D延伸。
根据第一实施例的标尺5的测量区域20包括刻度C，并且感测区域30包括其中设置有多个感测部分11、12和13的感测位置40。
根据本实施例的标尺5A的测量区域20A与第一实施例的不同之处在于，测量区域20A包括形成在导电层D上的刻度C2。与第一实施例的另一个区别在于，感测区域30A包括对应于轴承8a(其对应于第一滚动构件)的第一感测位置41、对应于轴承8c(其对应于第二滚动构件)的第二感测位置42、以及对应于轴承8b(其对应于第三滚动构件)的第三感测位置43。
在第一实施例中，电压被施加到多个感测部分11、12和13中的每一个。根据该实施例的多个感测部分14、15和16与第一实施例的不同之处在于，电压通过导电层D共同施加到其上。换句话说，在该实施例中，电压被施加到导电层D。
第一感测位置41包括第一感测部分14，其设置在仅匹配轴承8a(其对应于第一滚动构件)的位置中。第二感测位置42包括第二感测部分15，其设置在仅匹配轴承8c(其对应于第二滚动构件)的位置中。第三感测位置43包括第三感测部分16，其设置在匹配轴承8b的位置中。
图7至图9是表示编码器中的检测器与感测位置的关系的图，并且图10是图示了施加到编码器的感测部分的电压的变化的图。
具体而言，图7是示出了对应于第一滚动构件的轴承8a与第一感测位置41处的第一感测部分14之间的接触的图；图8是示出了对应于第二滚动构件的轴承8c与第二感测位置42处的第二感测部分15之间的接触的图；并且图9是示出了对应于第三滚动构件的轴承8b与第三感测位置43处的第三感测部分16之间的接触的图。关于图10中的(A)、(B)和(C)，(A)对应于图7；(B)对应于图8；且(C)对应于图9。将基于图7至图10描述当轴承8和感测部分10A接触时施加到导电层D的电压的变化。
首先，如图7所示，检测单元7在+X方向上沿着标尺5A移动。在检测器3相对于标尺5A的姿势正常的情况下，如图10中的(A)所示，当对应于第一滚动构件的轴承8a和第一感测部分14接触时，施加到导电层D的电压变为0。
由于轴承8经由检测器3和另一测量目标部件W2接地，并且因此当轴承8和导电层D接触时，导电层D接地。当轴承8和导电层D(感测部分10A)接触时，施加到导电层D的电压由于接地而变为0。标尺5A中的电荷因此通过导电层D排出。
接下来，如图8中所示，检测单元7朝向第二感测位置42移动。在检测器3相对于标尺5A的姿势正常的情况下，如图10中的(B)所示，当对应于第二滚动构件的轴承8b和第二感测部分15接触时，施加到导电层D的电压变为0。
接下来，如图9中所示，检测单元7朝向第三感测位置43移动。在检测器3相对于标尺5A的姿势正常的情况下，如图10中的(C)所示，当对应于第三滚动构件的轴承8c和第三感测部分16接触时，施加到导电层D的电压变为0。
图11是图示了编码器的框图。
在图11中，除了标尺5A和姿态确定装置50A之外，根据本实施例的编码器1A具有与第一实施例基本相同的配置。
包含在标尺5A中的感测单元9A进一步包括第一感测部分14、第二感测部分15和第三感测部分16。
姿态确定装置50A的位置确定单元52A确定检测单元7是否已经移动到第一感测位置41，第二感测位置42和第三感测位置43中的每一个。姿态确定单元53A根据由感测单元43在第一感测位置41，第二感测位置42和第三感测位置43感测到的轴承8与感测部分10A之间的接触状态来确定检测器3相对于标尺5A的姿态是正常的还是异常的。
图12是示出编码器的控制方法的流程图。
将基于图12描述编码器1A感测检测器3的姿态异常的操作。
如图12所示，首先，控制单元100执行开始步骤：使用驱动单元70驱动另一测量目标部件W2，并将编码器1A的检测单元7向感测区域30A内的感测位置41至43移动(步骤ST11)。
接下来，位置确定单元52A确定检测单元7是否已经移动到感测位置41(步骤ST12)。在位置确定单元52A确定检测单元7尚未移动到感测位置41的情况下(步骤ST12中的“否”)，控制单元100对驱动单元70进行驱动，并移动检测单元7，直到确定检测单元7已经移动到第一感测位置41。在位置确定单元52A确定检测单元7已经移动到第一感测位置41的情况下(步骤ST12中的“是”)，控制单元100对驱动单元70进行驱动，并使检测单元7经过第一感测位置41并朝向第二感测位置42移动。此时，指示设置在第一感测位置41中的第一感测部分14是否与对应于第一滚动构件的轴承8a接触的感测结果被保存在存储单元51中。
接下来，位置确定单元52A确定检测单元7是否已经移动到第二感测位置42(步骤ST13)。在位置确定单元52A确定检测单元7尚未移动到第二感测位置42的情况下(步骤ST13中的“否”)，控制单元100对驱动单元70进行驱动，并移动检测单元7，直到确定检测单元7已经移动到第二感测位置42。在位置确定单元52A确定检测单元7已经移动到第二感测位置42的情况下(步骤ST13中的“是”)，控制单元100对驱动单元70进行驱动，并使检测单元7经过第二感测位置42并朝向第三感测位置43移动。此时，指示设置在第二感测位置42中的第二感测部分15是否与对应于第二滚动构件的轴承8c接触的感测结果被保存在存储单元51中。
接下来，位置确定单元52A确定检测单元7是否已经移动到第三感测位置43(步骤ST14)。在位置确定单元52A确定检测单元7尚未移动到感测第三位置43的情况下(步骤ST14中的“否”)，控制单元70对驱动单元70进行驱动，并移动检测单元7，直到确定检测单元7已经移动到第三感测位置43。在位置确定单元52确定检测单元7已经移动到第三感测位置43的情况下(步骤ST14中的“是”)，控制单元100执行停止驱动单元70的停止步骤，使得检测单元7停止在第三感测位置43(步骤ST15)。
此时，指示设置在第三感测位置43中的第三感测部分16是否与轴承8b接触的感测结果被保存在存储单元51中。
接下来，姿态确定单元53A执行姿态确定步骤：基于保存在存储单元51中的感测结果，确定轴承8a、8b和8c是否分别与第一感测位置41、第二感测位置42和第三感测位置43处的感测部分14、15和16接触(步骤ST16)。
当姿态确定单元53A确定轴承8a、8b和8c分别与感测部分14、15和16接触时，显示单元60点亮蓝色LED，以指示检测器3相对于标尺5A的姿态是正常的(步骤ST17)。
然而，当姿态确定单元53A确定轴承8a、8b和8c分别不与感测部分14、15和16接触时，显示单元60点亮红色LED，以指示检测器3相对于标尺5A的姿态是异常的(步骤ST17)。
注意到，作为姿态确定步骤，姿态确定单元53A可以通过如感测单元9A所感测到的轴承8a、8b和8c与感测部分14、15和16不接触，来确定检测器3相对于标尺5A的姿态异常的方式(步骤ST16)，如第一实施例中所述。
根据该实施例，除了与第一实施例中描述的(1)至(6)相同的效果之外，还可以实现以下效果。
(9)即使在多个感测部分10A中的每一个未被施加单独的电压的情况下，在仅第一感测部分14与轴承8a(其对应于第一滚动构件)在第一感测位置41处，且仅第二感测部分15和轴承8c(其对应于第二滚动构件)在第二感测位置42处接触的情况下，感测单元9A可以识别轴承8中的哪一个不与标尺5A接触。
(10)通过识别不与标尺5A接触的轴承8，编码器1A可以感测检测器3相对于标尺5A的姿态相对于标尺5A偏斜的方式。
(11)第一感测部分14和第二感测部分15可以通过施加的公共电压来感测检测器3相对于标尺的姿态。因此，不需要将单独的电压施加到多个感测部分10A中的每一个，因此编码器1A可以实现成本降低。
(12)轴承8经由检测器3和另一个测量目标部件W2接地，因此仅通过使轴承8和测量部分10A(导电层D)彼此接触就可以简单地释放标尺5A的电荷。
实施例的修改示例
注意，本发明并不限于上述实施例，且可以实现本发明的目的的范围内的变形、改进等也包含在本发明的范围内。
例如，尽管前述实施例描述了将本发明应用于作为电磁感应式线性编码器的编码器1和1A中的情况，但编码器可以是光电式线性编码器。换言之，编码器1和1A包括在编码器主单元2中可移动地设置的检测器就足够了，并且检测器的类型、检测系统等没有特别的限制。
编码器1和1A可以是旋转编码器而不是线性编码器。在这种情况下，检测器沿着标尺基座构件的圆周方向移动，并且感测区域设置在沿标尺基座构件的圆周方向形成的测量区域的一部分中。
在前述实施例中，感测单元9或9A通过使轴承8与感测部分10或10A接触来感测检测器3相对于标尺5或5A的姿态。然而，感测单元可以是能够感测检测器相对于标尺的姿态的任何单元，并且例如可以是诸如间隙传感器的传感器。
另外，尽管在上述实施方式中使用轴承8作为滚动构件，但可以使用任何配置，只要通过移动检测单元7使感测单元9或9A与感测部分10或10A接触即可。
在前述实施例中，感测单元包括用于感测是否与轴承8接触的感测部分10或10A；然而，感测部分可能是传感器，例如压力传感器、接触传感器或应变仪。换言之，感测单元可以具有任何配置，只要检测器的姿态相对于标尺的异常可以通过感测作为滚动构件的轴承是否与标尺接触来感测。
在前述实施例中，施加到感测部分10或10A的电压通过使轴承8与感测部分10或10A接触而变为0，且感测单元9或9A根据其来确定检测器3相对于标尺5或5A的姿态。然而，感测单元可以基于任何值来确定检测器3的姿态，只要通过使滚动构件与感测部分接触而使施加到感测部分的电压改变即可。
换句话说，感测部分10或10A不需要经由检测器3和另一个测量目标部件W2接地。
在前述实施例中，感测区域30或30A在其纵向方向上形成在标尺5或5A的一个端侧(+X方向侧)的端部部分上；然而，感测区域30或30A可以设置在测量区域20的中间部分中。此外，感测区域30或30A可以设置在比测量区域20更宽的区域上，或者感测区域30或30A与测量区域20可以交替地设置。
图13是示出根据第一修改示例的标尺的感测单元的图。
在第二实施例中，编码器1A的导电层D跨越测量区域20A和感测区域30A形成。
然而，如图13所示，根据第一修改示例的编码器1B的导电层D2可以形成为连接感测部分10A，同时避开与标尺5B的感测区域30B中的刻度C2对应的部分。换言之，在电压被共同施加到感测部分10A的情况下，导电层可以以任何方式形成，只要导电层不被分段即可。
图14是示出根据第二修改示例的标尺的感测单元的图。
在第二实施例中，标尺5A的刻度C2形成在测量区域20A和感测区域30A中。
然而，如图14所示，根据第二修改示例的编码器1C的刻度C3可以设置在感测区域30C中。另外，在编码器1C是光电式线性编码器的情况下，设置在感测区域30C中的刻度C3可以被嵌入等，从而不起作用。
图15是示出根据第三修改示例的标尺的感测单元的图。
在前述实施例中，标尺5或5A中的感测区域30或30A包括感测位置40或41至43，但感测区域不需要包括感测位置。
如图15所示，根据第三修改示例的编码器1D的感测单元9B包括感测部分10B，感测部分10B形成为在与标尺5D的刻度C2的布置方向(X方向)交叉的方向(Z方向)上从导电层D3延伸。
感测部分10B包括第一感测部分17和第二感测部分18，第一感测部分17形成为在+Z方向上从导电层D3延伸，且第二感测部分18形成为在-Z方向上从导电层D3延伸。
根据该修改示例，在检测器3相对于标尺5D的姿态正常的情况下，当检测单元7在+X方向上沿着标尺5D移动时，对应于第一滚动构件的第一轴承8a接触感测区域30D中的第一感测部分17。当检测单元7继续在+X方向上沿着标尺5D移动时，对应于第二滚动构件的第二轴承8c与第二感测部分18接触。当检测单元7进一步在+X方向上沿着标尺5D移动时，对应于第三滚动构件的轴承8b与第一感测部分17接触。
因此，根据该配置，当检测单元7在X方向上沿标尺5D移动时，滚动构件8以一次一个的方式与感测部分10B接触。由此，即使在公共电压被施加到导电层D3并且感测区域30D不具有感测位置的情况下，也可以感测到检测器3相对于标尺5D的姿态异常。
另外，在检测器3相对于标尺5D的姿势异常时，通过将由读取单元7a读取的测量值与预先存储在存储单元51中的位置信息等进行比较，可以识别不与标尺5D接触的轴承8。
在前述实施例中，感测部分10或10A形成在形成有刻度C或C2的面上；然而，感测部分10或10A可以设置在标尺基座构件5a的侧面上，以对应于轴承8d和8e。换言之，只要感测部分10或10A能够通过与轴承8接触来感测检测器3相对于标尺5或5A的姿态是否异常就足够了。
在第二实施例中，第一滚动构件对应于轴承8a，并且第二滚动构件对应于轴承8c；然而，第一滚动构件可以对应于轴承8c，并且第二滚动构件可以对应于轴承8b。据此，可以在第一感测位置中设置第一感测部分，并在第二感测位置中设置第二感测位置。
尽管前述实施例将多个感测部分10或10A描述为三个单元，但感测单元9或9A可包括三个或更多个感测部分。
工业适用性
如迄今所描述的，本发明可以有利地应用于编码器控制系统、编码器和编码器控制系统的控制方法中。
附图标记列表
1，1A～1D 编码器
3 检测器
5，5A～5D 标尺
7 检测单元
8 轴承
9，9A，9B 感测单元
10，10A，10B 感测部分
20，20A 测量区域
30，30A～30D 感测区域
40 感测位置
41 第一感测位置
42 第二感测位置
C，C2，C3 刻度
D，D2，D3 导电层
W1，W2 一对测量目标部件

Claims (6)

1.一种编码器，包括：
标尺，设置在一个测量目标部件上，刻度布置在所述标尺上；以及
检测器，设置在另一测量目标部件上，且配置为检测与所述标尺的相对移动量，
其中所述标尺包括感测单元，所述感测单元配置为感测所述检测器相对于所述标尺的姿态异常，
其中所述检测器包括滚动构件，所述滚动构件配置为，当所述姿态正常时，与所述标尺滚动接触；并且
所述感测单元配置为，通过感测所述滚动构件是否与所述标尺接触，感测所述检测器相对于所述标尺的姿态异常。
2.如权利要求1所述的编码器，
其中所述检测器包括滚动构件，所述滚动构件是导电的；
所述感测单元包括感测部分，所述感测部分具有薄膜形式，且电压被施加到所述感测部分；
所述感测单元配置为，当施加到所述感测部分的电压变化时，感测到所述滚动构件与所述标尺接触；并且
所述感测单元配置为，当施加到所述感测部分的电压不变化时，感测到所述滚动构件不与所述标尺接触。
3.如权利要求2所述的编码器，
其中所述标尺包括：
测量区域，其为所述检测器从所述刻度检测相对移动量的区域；以及
感测区域，其为包括所述感测单元且设置在所述测量区域之外的区域。
4.如权利要求2或3所述的编码器，
其中所述检测器包括所述滚动构件，所述滚动构件包括多个滚动构件；
所述标尺包括感测位置，以使所述感测单元感测所述检测器的姿态异常；并且
所述感测单元包括所述感测部分，所述感测部分包括在所述感测位置中设置在位的多个感测部分，所述多个感测部分分别与所述多个滚动构件匹配。
5.如权利要求2或3所述的编码器，
其中所述检测器包括第一滚动构件和第二滚动构件；
所述标尺包括第一感测位置和第二感测位置，以使所述感测单元感测所述检测器的姿态异常；
所述感测单元包括第一感测部分和第二感测部分，所述第一感测部分设置在当所述检测器位于所述第一感测位置时仅与所述第一滚动构件匹配的位置处，所述第二感测部分设置在当所述检测器位于所述第二感测位置时仅与所述第二滚动构件匹配的位置处；并且
公共电压被施加到所述第一感测部分和所述第二感测部分。
6.如权利要求2或3所述的编码器，
其中所述滚动构件经由所述检测器接地；
所述感测单元包括呈现导电性的导电层，所述导电层沿着所述刻度的布置方向形成在所述标尺上；并且
所述感测部分形成为在与所述标尺上的刻度的布置方向交叉的方向上从所述导电层延伸。
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