CN108779992B - 编码器装置以及带编码器装置的运动引导装置 - Google Patents

编码器装置以及带编码器装置的运动引导装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够减少参考标识产生的磁场与标尺产生的磁场的干涉的编码器装置。编码器装置(6)具备参考标识(7)和头部(5)。参考标识(7)具有第一标尺线圈(7b1)、以及与第一标尺线圈(7b1)电连接的第二标尺线圈(7b2)。头部(5)具有：发送线圈(8)，其以非接触的方式向第一标尺线圈(7b1)发送电磁波；接收线圈(9)，其以非接触的方式从第二标尺线圈(7b2)接收电磁波；电路(13、14)，其在发送线圈(8)与第一标尺线圈(7b1)对置，接收线圈(9)与第二标尺线圈(7b2)对置的情况下，根据接收线圈(9)接收的电磁波来生成原点信号生成用的脉冲。

Description

编码器装置以及带编码器装置的运动引导装置
技术领域
本发明涉及用于检测能够相对移动的两构件的相对的直线位置或者旋转位置的编码器装置。
背景技术
编码器装置用于检测相对于第一构件相对移动的第二构件的直线位置或者旋转位置。编码器装置具有输出与移动量相应的数量的脉冲的增量式、和对检测位置的绝对位置进行数据输出的绝对式。
增量式的编码器装置具备安装于第一构件的标尺以及安装于第二构件并读取标尺的头部。随着第二构件相对于第一构件的相对移动，增量式的编码器装置输出偏移了π/2相位的A相信号以及B相信号。
增量式的编码器装置除A相信号以及B相信号以外还输出原点信号(Z相信号)。对于增量式的编码器装置，存在在切断电源后即使再次通电也无法立即知道当前位置的课题。
为了输出原点信号，在专利文献1所记载的编码器装置中，在第一构件的原点位置安装有参考标识(由磁铁或者铁构成)，在第二构件安装有读取该参考标识的磁传感器。而且，对由磁传感器得到的信号与规定的阈值进行比较而生成原点信号用的脉冲，根据该脉冲而输出原点信号。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2009/053719号
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1所记载的编码器装置中，标尺为磁标尺，因此由磁铁或者铁构成的参考标识产生的磁场与标尺产生的磁场相互干涉，从而存在可能产生测定误差的课题。
因此，本发明的目的在于提供能够减少参考标识的磁场与标尺的磁场的干涉的编码器装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的一方式涉及一种编码器装置，其具备参考标识和头部，其中，所述参考标识具有第一标尺线圈以及与所述第一标尺线圈电连接的第二标尺线圈，所述头部具有：发送线圈，其以非接触的方式向所述第一标尺线圈发送电磁波；接收线圈，其以非接触的方式从所述第二标尺线圈接收电磁波；以及电路，其在所述发送线圈与所述第一标尺线圈对置，所述接收线圈与所述第二标尺线圈对置的情况下，根据所述接收线圈接收的电磁波来生成原点信号生成用的脉冲。
发明效果
根据本发明，能够利用电磁感应来生成原点信号生成用的脉冲。通过电磁感应而由参考标识产生的磁场与标尺产生的磁场能够通过频率来区分。因此，能够减少参考标识的磁场与标尺的磁场的干涉。
需要说明的是，本发明虽然优选用于标尺为磁标尺的情况，但标尺不限于磁标尺，例如也可以为光学式标尺。
附图说明
图1是安装有本发明的一实施方式的编码器装置的带编码器装置的运动引导装置的外观立体图。
图2是示出本实施方式的编码器装置的内部结构的立体图。
图3是示出本实施方式的编码器装置的内部结构的侧视图。
图4是参考标识的俯视图。
图5是本实施方式的编码器装置的框图。
图6是在本实施方式和比较例中对头部的大小进行比较的图(图6的(a1)、图6的(a2)示出比较例，图6的(b1)、图6的(b2)示出本实施方式)。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式的编码器装置详细地进行说明。但是，本发明的运动引导装置的编码器装置能够以各种方式具体化，不限定于说明书所记载的实施方式。本实施方式是为了通过说明书的充分公开而使本领域技术人员能够充分理解发明的范围而提供的。
图1示出安装有本实施方式的编码器装置的带编码器装置的运动引导装置的外观立体图。附图标记3是运动引导装置，附图标记6是编码器装置。
运动引导装置3具备轨道导轨1以及以能够沿轨道导轨1的长度方向移动的方式组装于轨道导轨1的滑架2。轨道导轨1安装于未图示的基座，滑架2安装于未图示的工作台等可动体。运动引导装置3装入机床、半导体制造装置、液晶制造装置、机器人等，引导工作台等可动体进行直线运动。在轨道导轨1与滑架2之间以能够滚动运动的方式夹设有多个滚动体。当滑架2相对于轨道导轨1移动时，滚动体在它们之间滚动。利用滚动体的滚动，能够使滑架2高精度并且轻快地移动。运动引导装置3的结构公知，因此省略其他的详细说明。
编码器装置6具备增量式磁标尺(以下，简称为磁标尺4)、参考标识7(参照图2)以及头部5。编码器装置6随着滑架2的移动而输出A相、B相的增量信号、以及原点信号(Z相信号)。磁标尺4被设置用于生成A相、B相的增量信号。参考标识7被设置用于生成原点信号。磁标尺4和参考标识7以重叠状态安装于轨道导轨1。头部5安装于滑架2。
磁标尺4是剖面呈矩形且沿轨道导轨1的细长的构件。磁标尺4的表面以在长度方向上交替地等间隔地呈现N极以及S极的方式而被磁化。磁标尺4嵌入轨道导轨1的上表面的槽中。需要说明的是，磁标尺4的安装不限于此，例如也可以将磁标尺4安装于没有槽的轨道导轨，也可以将磁标尺4安装于轨道导轨的侧面。
如图2所示，在磁标尺4的上表面粘贴有参考标识7。如图3的侧视图所示，参考标识7粘贴于磁标尺4的平坦的上表面4a。若在磁标尺4的上表面4a设置与参考标识7的厚度相当的凹陷，则在具有凹陷的部分和不具有凹陷的部分中磁量发生变化。因此，在磁标尺4中不设置凹陷。参考标识7由在磁标尺4的长度方向上细长的矩形状的柔性印刷基板构成。参考标识7具备由绝缘体构成的基板7a以及在基板7a的表面形成的由导体构成的图案7b。
如图4的俯视图所示，图案7b具备：四边形的框状的第一标尺线圈7b1、以从第一标尺线圈7b1向头部5的移动方向隔开规定间距P1的方式配置的四边形的框状的第二标尺线圈7b2、以及与第一标尺线圈7b1和第二标尺线圈7b2连接的平行配线7b3。第一标尺线圈7b1、第二标尺线圈7b2、以及平行配线7b3构成闭合电路。
如图2所示，头部5具备发送线圈8和接收线圈9。发送线圈8在与第一标尺线圈7b1对置的状态下以与第一标尺线圈7b1非接触的方式发送电磁波。接收线圈9在与第二标尺线圈7b2对置的状态下以非接触的方式从第二标尺线圈7b2接收电磁波。如图3所示，头部5的移动方向上的发送线圈8与接收线圈9的中心间间距为P2。该P2与第一标尺线圈7b1和第二标尺线圈7b2的中心间间距P1相等。在发送线圈8、接收线圈9与参考标识7之间设置有间隙g。
头部5能够相对于参考标识7移动。当发送线圈8以及接收线圈9分别与第一标尺线圈7b1以及第二标尺线圈7b2对置时，发送线圈8放射出的电磁波被接收线圈9接收。当头部5从该对置位置移动时，接收线圈9接收到的电磁波逐渐变小。
如图2所示，在发送线圈8与接收线圈9之间配置有读取磁标尺4的磁传感器11。磁传感器11隔开间隙地与磁标尺4对置，检测磁标尺4的磁场。磁传感器11具备MR(Magneto-Resistance)元件。MR元件根据磁标尺4的磁场的强度以及/或者方向的变化而改变其电阻。当头部5相对于磁标尺4移动时，磁传感器11随着头部5的移动而输出相位相差90度的两个正弦波信号(a相信号以及b相信号)。
图5示出编码器装置6的框图。以规定的频率振荡的振荡电路12的输出被输入至发送线圈8。振荡电路12的振荡频率设定为磁标尺4的磁场的频率的10倍以上。磁标尺4的磁场的频率通过V/P而求出。V是滑架2的速度(mm/sec)，P是磁标尺4的磁极间(N极-N极间)间距(mm)。
发送线圈8接收来自振荡电路12的输入并放射电磁波。当发送线圈8与参考标识7的第一标尺线圈7b1对置时，电磁波被第一标尺线圈7b1捕获，电磁波被发送至第一标尺线圈7b1。
第一标尺线圈7b1和第二标尺线圈7b2构成闭合电路。当第一标尺线圈7b1接收电磁波时，第二标尺线圈7b2放射电磁波。当接收线圈9与第二标尺线圈7b2对置时，接收线圈9接收电磁波。
被接收线圈9接收的电磁波通过检波-整流电路13而被检波-整流。检波电路检测电磁波，使用滤波器通过频率来区分由电磁波产生的交流电和由磁标尺4产生的交流电，并抽出由电磁波产生的交流电。由电磁波产生的交流电的频率为MHz量级，相对于此，由磁标尺4产生的交流电的频率(上述的V/P)为kHz量级。因此，能够通过滤波器将两者区分。整流电路将电磁波的交流电整流为直流电。
比较器14对检波-整流电路13整流后的直流电压和规定的阈值进行比较，并生成原点信号生成用的脉冲。比较器14在直流电压为规定的阈值以上时生成H(High)电平的信号，并在直流电压小于规定的阈值时生成L(Low)电平的信号。原点信号生成用的脉冲表示发送线圈8以及接收线圈9分别处于与第一标尺线圈7b1以及第二标尺线圈7b2对置的状态。
原点信号生成用的脉冲被输入至Z相生成用电路15。原点信号生成用的脉冲的宽度较大。Z相生成用电路15用于根据原点信号生成用的脉冲而生成脉冲宽度小的原点信号。例如，Z相生成用电路15根据磁传感器11输出的a相信号以及b相信号每当磁标尺4的极性发生变化时生成宽度小的脉冲，通过该宽度小的脉冲和原点信号生成用的脉冲的逻辑积来生成脉冲宽度小的原点信号。在申请人申请的日本特许第5717787号中记载了Z相生成用电路15的一例，但Z相生成用电路15不受特别限定。
插补器16用于提高磁传感器11的分辨率。插补器16将磁传感器11输出的a相信号以及b相信号分别通向A/D转换器，并根据由此得到的A/D变换数据来指定ROM表内的地址，从而得到内插数据。然后，根据该内插数据而得到被高分辨率化了的A相、B相的增量信号。插补器16的结构公知，因此省略详细说明。
如上述那样得到的原点信号、A相、B相的增量信号通过线驱动器17而被输入至所需的控制装置。
以上对本发明的编码器装置6的结构进行了说明。根据本实施方式的编码器装置6，起到以下的效果。
通过电磁感应而在参考标识7产生的磁场与磁标尺4产生的磁场能够通过频率来区分。因此，能够减少参考标识7的磁场与磁标尺4的磁场的干涉。
增量检测为磁式(通过磁标尺4和磁传感器11生成增量信号)，原点检测是电磁感应式(通过参考标识7和发送线圈8、接收线圈9生成原点信号)，因此能够得到耐异物性优异(异物难以对检测精度造成负面影响)的编码器装置6。
将磁标尺4和参考标识7重叠地配置于轨道导轨1，因此能够减小它们的安装空间，并且还能够使头部5在宽度方向(与轨道导轨1的长度方向正交的左右方向)上紧凑化。
另外，如图6的(b1)、(b2)所示，通过将磁标尺4和参考标识7重叠地配置于轨道导轨1，能够使头部5在小型号的运动引导装置(b1)和大型号的运动引导装置(b2)中共用化。需要说明的是，如比较例的图6的(a1)、(a2)所示，若将磁标尺4′和参考标识7′配置在轨道导轨1′的螺栓插入孔1a′的左右，则无法使头部5′在小型号的运动引导装置(a1)和大型号的运动引导装置(a2)中共用化。
将磁传感器11配置在发送线圈8与接收线圈9之间，因此能够使具备它们的头部5小型化，并且能够防止发送线圈8、接收线圈9的电磁波对磁传感器11带来负面影响。
第一标尺线圈7b1和第二标尺线圈7b2在滑架2的移动方向上分离，因此能够减小参考标识7的宽度。
需要说明的是，本发明不限定于具体化为上述实施方式，在不变更本发明的主旨的范围内能够具体化为各种实施方式。
例如，在上述实施方式中，编码器装置检测运动引导装置的滑架的直线位置，但也可以检测马达的旋转轴的旋转位置。
本说明书以2016年3月15日申请的日本特愿2016-050530为基础。其内容全部包含于此。
附图标记说明
1…轨道导轨，2…滑架，3…运动引导装置，4…增量式磁标尺，5…头部，6…编码器装置，7…参考标识，7b1…第一标尺线圈，7b2…第二标尺线圈，8…发送线圈，9…接收线圈，11…磁传感器，12…振荡电路，13…检波-整流电路(电路)，14…比较器(电路)。

Claims (9)

1.一种编码器装置，其具备参考标识和头部，其中，
所述参考标识具有第一标尺线圈以及与所述第一标尺线圈电连接的第二标尺线圈，
所述头部具有：发送线圈，其以非接触的方式向所述第一标尺线圈发送电磁波；接收线圈，其以非接触的方式从所述第二标尺线圈接收电磁波；以及电路，其在所述发送线圈与所述第一标尺线圈对置，所述接收线圈与所述第二标尺线圈对置的情况下，根据所述接收线圈接收的电磁波来生成原点信号生成用的脉冲，
所述编码器装置具备增量式磁标尺，
所述头部具备读取所述增量式磁标尺的磁场的磁传感器，
所述电路使用滤波器通过频率来区分由所述电磁波产生的交流电和由所述增量式磁标尺产生的交流电。
2.根据权利要求1所述的编码器装置，其特征在于，
所述参考标识和所述增量式磁标尺重叠地配置。
3.根据权利要求1所述的编码器装置，其特征在于，
所述磁传感器配置在所述发送线圈与所述接收线圈之间。
4.根据权利要求2所述的编码器装置，其特征在于，
所述磁传感器配置在所述发送线圈与所述接收线圈之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的编码器装置，其特征在于，
所述电路具备：
检波-整流电路，其对所述接收线圈接收的电磁波进行检波，并将电磁波的交流电整流为直流电；以及
比较器，其对所述检波-整流电路整流后的直流电压与规定的阈值进行比较，并生成所述原点信号生成用的脉冲。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的编码器装置，其特征在于，
所述编码器装置检测相对于第一构件相对移动的第二构件的位置，
所述第一标尺线圈和所述第二标尺线圈在所述第二构件的相对移动方向上分离地配置。
7.根据权利要求5所述的编码器装置，其特征在于，
所述编码器装置检测相对于第一构件相对移动的第二构件的位置，
所述第一标尺线圈和所述第二标尺线圈在所述第二构件的相对移动方向上分离地配置。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的编码器装置，其特征在于，
所述发送线圈发送的电磁波的频率为所述增量式磁标尺的磁场的频率的10倍以上，
其中，所述增量式磁标尺的磁场的频率通过V/P而求出，所述编码器装置检测相对于第一构件相对移动的第二构件的位置，所述V是所述第二构件相对于所述第一构件的相对速度，所述P是所述增量式磁标尺的磁极间间距。
9.一种带编码器装置的运动引导装置，其具备：
权利要求1至8中任一项所述的编码器装置；
供所述参考标识安装的轨道导轨；以及
供所述头部安装并以能够相对移动的方式安装于所述轨道导轨的滑架。
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