CN111044084A - 线性位置感测装置 - Google Patents

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萧恒昇
徐志豪
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means

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Abstract

本发明提供了适用于线性传动系统的线性位置感测装置，包括一编码元件以及一感测元件，其中感测元件对应编码元件设置，用以感测编码元件的讯号以获得位移资讯。编码元件包括一基体、一第一编码组及一第二编码组，其中基体具有一平行于所述基体长边的轴向与一正交于所述轴向的径向。第一编码组为配置于基体上，且具有多个沿基体的轴向延伸并沿径向间隔排列的第一磁区。第二编码组为配置于基体上并与第一编码组相邻设置，且具有多个沿径向延伸并沿轴向间隔排列的第二磁区。

Description

线性位置感测装置
技术领域
本发明属于位置感测装置领域，尤其涉及线性位置感测装置。
背景技术
现有用于量测线性或旋转轴的铁磁材料(ferromagnetic material)装置具有齿形结构，通过将一感测器与一永久磁铁并列，并将其设置在感应齿形结构的最大磁场处，用以量测得知其解析位移物理量。
然而，现有技术中的齿形结构于线性导磁材料上的排列方式是沿其宽度方向延伸，而沿其长度方向排列；而在环形导磁材料上的齿形结构则是设置在环形导磁材料的内表面上，且也是沿其宽度方向延伸，而沿其长度方向排列，换句话说，齿形结构的排列方式只能量测到单一方向的位移量。举例来说，当齿形结构为轴向排列时，仅能量测轴向位移量；若为径向排列时，则仅能量测到径向位移量。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种线性位置感测装置，藉由两磁性编码组以及新增一类比感测器来获得不同移动轴向的位移物理量，让使用者可即时发现运动中的误差产生，并通过后续校正补偿机制进行调整，避免因误差所产生的产品不良率。
于是，为实现上述目的，本发明所提供的适用于线性传动系统的线性位置感测装置，包括一编码元件以及一感测元件，其中感测元件对应编码元件设置，用以感测编码元件的讯号以获得位移资讯。编码元件包括一基体、一第一编码组及一第二编码组，其中基体具有一平行于所述基体长边的轴向与一正交于所述轴向的径向。第一编码组配置于基体上，且具有多个沿基体的轴向延伸并沿径向间隔排列的第一磁区。第二编码组配置于基体上并与第一编码组相邻设置，且具有多个沿径向延伸并沿轴向间隔排列的第二磁区。
在本发明的一实施例中，基体为由磁性材料或导磁材料所制成。
在本发明的一实施例中，第二编码组为增量式编码或绝对式编码。
在本发明的一实施例中，感测元件包括一第一感测器以及一第二感测器，其中第一感测器为用以感测编码元件的振幅及周期讯号，而第二感测器为用以感测编码元件的磁场强度。
在本发明的一实施例中，第一感测器为磁阻感测器，且第二感测器为霍尔感测器。
在本发明的一实施例中，线性传动系统包括一固定件以及一移动件，编码元件设置于固定件上，且感测元件对应编码元件设置于移动件上，并与编码元件具有一间隙。
在本发明的一实施例中，固定件为线性轨道，且移动件为承载平台。
综上所述，本发明提供的线性位置感测装置藉由两磁性编码组以及新增一类比感测器来获得不同移动轴向的位移物理量，具有让使用者可即时发现运动中的误差产生，并通过后续校正补偿机制进行调整，避免因误差所产生的产品不良率的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例的编码元件的立体图；
图2为本发明第二实施例的编码元件的立体图；
图3为本发明第一实施例的线性位置感测装置的立体图；
图4为本发明第二实施例的线性位置感测装置的立体图；
图5为本发明线性位置感测装置中编码元件与感测元件的间隙距离与磁场强度的关系图表；
图6为本发明线性位置感测装置中感测元件进行不同移动轴向的位移物理量的解析流程。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的线性位置感测装置包括一编码元件以及一感测元件，而图1为第一实施例中所提供的编码元件，其包括一基体10、一第一编码组20以及一第二编码组30，其中第一编码组20以及第二编码组30为配置于基体10上且相邻设置。基体10具有一平行于基体长边的轴向11与一正交于该轴向的径向12。在本实施例中，基体10呈线性态样，且是由磁性材料或导磁材料所制成。
第一编码组20具有多个沿轴向11延伸并沿径向12间隔排列的第一磁区21。第二编码组30具有多个沿该径向12延伸并沿该轴向11间隔排列的第二磁区31。在本实施例中，第二编码组30是以增量式编码为例做说明，然而在图2所示的编码元件的第二实施例中，第二编码组30为绝对式编码的设计，而第一编码组20与第一实施例相同，在此不多做赘述。此外，第一编码组20的第一磁区21与第二编码组30的第二磁区31的数量并沒有特别限制，可视应用上的精度需求来增设或减少第一磁区21与第二磁区31的数量。
因此，前述第一实施例以及第二实施例的编码元件通过将第一编码组20与第二编码组30设置在线性态样的基体10上，并让第一磁区21与第二磁区31分别如前述沿轴向11与径向12间隔排列，用以量测一线性轴的平坦度误差、横向振动量、垂直振动量，或位移等相关物理量，其相关量测流程容后说明。
如图3所示，本发明的线性位置感测装置安装于一线性传动系统，以进行该线性轴的位移量测。在本实施例中，线性传动系统包括线性轨道40以及承载平台50，其中编码元件为设置于线性轨道40上，而感测元件为对应编码元件设置于承载平台50上，并与编码元件具有一间隙，用以感测该编码元件的讯号以获得位移资讯。具体地说，编码元件的基体10为设置于线性轨道40对应承载平台50的表面上，使基体长边的轴向11同轴于线性轨道40的轴向。设置于承载平台50上的感测元件包括一第一感测器以及一第二感测器，其中第一感测器用以感测编码元件的振幅及周期讯号，而第二感测器用以感测编码元件的磁场强度。在本实施例中，第一感测器为磁阻感测器，而第二感测器为霍尔感测器，且编码元件的第二编码组30是以增量式编码为例做说明，然而在图4所示的线性传动系统实施例中，差异仅在于第二编码组30为绝对式编码的设计，容此不多做赘述。
进一步说明，感测元件包括第一感测器以及第二感测器，其中第一感测器用以感测增量位置编码或绝对位置编码来判断位置资讯，而第二感测器依据感测磁性材料或导磁材料的磁场强度来判断平坦度误差或垂直振动量。由于感测元件为对应编码元件设置于承载平台50上并与编码元件具有一间隙，因此当间隙距离改变时，磁场强度会呈现如图5所示的曲线，藉此判断平坦度误差或垂直振动量。
如图6所示，用以说明本发明感测元件进行量测线性传动系统的平坦度误差、直线度误差、垂直振动量、横向振动量、位移，及速度的解析流程。当线性传动系统的承载平台50于线性轨道40进行移动时，通过感测元件感测第一编码组20的磁场强度后与内建的寻找表(look up table，LUT)进行比对，再经由微控制器(micro-controller unit，MCU)进行运算解析而得到位置资讯，进而得知线性传动系统的平坦度误差或垂直振动量。此外，通过感测元件感测第一编码组20的磁性编码后由该感测器输出电压讯号给微控制器进行运算解析而得到位置资讯，即可得知线性传动系统的直线度误差或横向振动量。最后，通过感测元件感测第二编码组30的磁性编码后获得承载平台50于线性轨道40移动的位移、速度以及加速度，其中第二编码组30可为图1所示的实施例中的增量式编码设计，也可为图2所示的实施例中的绝对式编码设计。
综上，本发明的线性位置感测装置应用于线性传动系统，相较于现有仅通过增量编码或绝对编码得到位置资讯外，更藉由另一编码组以及另一类比感测器(如霍尔感测器)获得不同移动轴向的位移物理量，让使用者可即时发现运动中的误差产生，并通过后续校正补偿机制进行调整，避免因误差所产生的产品不良率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种线性位置感测装置，适用于一线性传动系统，以进行所述线性轴的位移量测，其特征在于，包括：
一编码元件，包括：
一基体，具有一平行于所述基体长边的轴向与一正交于所述轴向的径向；
一第一编码组，配置于所述基体上，且具有多个沿所述基体的所述轴向延伸并沿所述径向间隔排列的第一磁区；以及
一第二编码组，配置于所述基体上并与所述第一编码组相邻设置，且具有多个沿所述径向延伸并沿所述轴向间隔排列的第二磁区；以及
一感测元件，对应所述编码元件设置，用以感测所述编码元件的讯号，以获得位移资讯。
2.根据权利要求1所述的线性位置感测装置，其特征在于，所述基体由磁性材料或导磁材料所制成。
3.根据权利要求1所述的线性位置感测装置，其特征在于，所述第二编码组为增量式编码。
4.根据权利要求1所述的线性位置感测装置，其特征在于，所述第二编码组为绝对式编码。
5.根据权利要求1所述的线性位置感测装置，其特征在于，所述感测元件包括一第一感测器以及一第二感测器，所述第一感测器用以感测所述编码元件的振幅及周期讯号，而所述第二感测器用以感测所述编码元件的磁场强度。
6.根据权利要求5所述的线性位置感测装置，其特征在于，所述第一感测器为磁阻感测器，且所述第二感测器为霍尔感测器。
7.根据权利要求1所述的线性位置感测装置，其特征在于，所述线性传动系统包括一固定件以及一移动件，所述编码元件设置于所述固定件上，且所述感测元件对应所述编码元件设置于所述移动件上。
8.根据权利要求7所述的线性位置感测装置，其特征在于，所述固定件为线性轨道，且所述移动件为承载平台。
9.根据权利要求7所述的线性位置感测装置，其特征在于，所述感测元件与所述编码元件之间具有一间隙。
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