DE19913659A1

DE19913659A1 - Positionserfassungsgerät

Info

Publication number: DE19913659A1
Application number: DE19913659A
Authority: DE
Inventors: Tadahiko Shimano; Takamoto Yoshioka
Original assignee: Sony Precision Technology Inc
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: US6145214A; DE19913659B4; JPH11281396A; JP4174095B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionserfassungsgerät, das ein Übersprechen zwischen einem Skalensignal und einem Ursprungsignal unterdrücken kann und eine Position mit hoher Genauigkeit zu erfassen vermag. DOLLAR A Ein Aufzeichnungsmedium (12) einer runden Stabform weist ein magnetisches Signal mit abwechselnd umgekehrter Polarität unter einer vorbestimmten Aufzeichnungswellenlänge lambda¶1¶ auf, das als ein Skalensignal in der Längsrichtung des Aufzeichnungsmediums (12) aufgezeichnet ist. Dieses Skalensignal ist über der gesamten äußeren Umfangsfläche des Aufzeichnungsmediums (12) und nahezu über der gesamten Länge des Aufzeichnungsmediums (12) aufgezeichnet. Darüber hinaus hat das Aufzeichnungsmedium (12) ein Einwellenlängen-Ursprungsignal einer Aufzeichnungswellenlänge lambda¶2¶, das wenigstens an einer Position über dem Skalensignal aufgezeichnet ist. Die Aufzeichnungswellenlänge lambda¶2¶ dieses Ursprungsignals ist länger als die Aufzeichnungswellenlänge lambda¶1¶ des Skalensignals. Das Ursprungsignal ist an einem Teil des äußeren Umfanges aufgezeichnet. Ein Ursprungsignal-Detektionskopf (35b) ist so angeordnet, daß er dem Ursprungsignal gegenüberliegt, während ein Skalensignal-Detektionskopf (35a) vorgesehen ist, um dem Ursprungsignal-Detektionskopf (35b) so gegenüberzuliegen, daß das Aufzeichnungsmedium (12) dazwischen vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Erfassung der Position, also auf ein Positionserfassungsgerät, zur Verwendung bei der Positions steuerung bzw. -regelung eines beweglichen Teiles eines Maschinenwerkzeuges oder eines industriellen Gerätes, und insbesondere auf ein Positionserfassungs gerät zum Erfassen einer Position eines beweglichen Teiles, das eine Linear bewegung ausführt.

Gewöhnlich wird ein sogenanntes Positionserfassungsgerät verwendet, um eine Positionssteuerung bzw. -regelung eines beweglichen Teiles vorzunehmen, das eine Linearbewegung ausführt.

Das Positionserfassungsgerät umfaßt im allgemeinen einen Hauptkörper und ein Kopfgleitstück, das im Hauptkörper so vorgesehen ist, daß das Kopfgleitstück in einer Linearbewegung fahren kann.

In dem Hauptkörper ist ein Aufzeichnungsmedium vorgesehen, das beispiels weise in einen runden Stab geformt ist und als "Skala" bezeichnet wird. Auf dieser Skala wird ein Positionssignal entlang der Längsrichtung der Skala auf gezeichnet. Außerdem hat das Kopfgleitstück einen Detektionskopf zum Erfassen des auf der Skala aufgezeichneten Positionssignales. Dieser Detek tionskopf ist beispielsweise an einer diesem Positionssignal gegenüberliegenden Stelle vorgesehen und bewegt sich in der Längsrichtung der Skala zusammen mit der Linearbewegung des Kopfgleitstückes.

In einem solchen Skalengerät aus dem Hauptkörper und dem Kopfgleitstück sind diese auf einem Bezugsblock und einem beweglichen Block eines Maschinenwerkzeuges angebracht, welche eine relative Linearbewegung aus führen. Das heißt, der Hauptblock oder das Kopfgleitstück ist auf dem Bezugs block festgelegt, und das andere Teil ist auf dem beweglichen Block angebracht. Hier ist der Hauptkörper so befestigt, daß die Längsrichtung der Skala parallel zu der Bewegung des beweglichen Blockes ist. Demgemäß wird in dem Skalen gerät die Relativposition bzw. -lage zwischen diesem Hauptblock und dem Kopfgleitstück verändert, wenn der bewegliche Block in einer Linearbewegung verfahren wird.

Bei diesem Positionsdetektionsgerät mit dem obigen Aufbau erfaßt der in dem Kopfgleitstück vorgesehene Detektionskopf das Positionssignal, das sich ent sprechend der Änderung der Relativlage verändert, um so die Position bzw. Lage der beweglichen Stelle zu steuern.

Bei dem Positionserfassungsgerät werden ein Skalensignal und ein Ursprungsignal als das Positionssignal in der Längsrichtung der Skala auf gezeichnet.

Das Skalensignal hat ein Grübchen bzw. ein Pit und eine Marke bzw. Mar kierung, die nacheinander unter einem vorbestimmten Intervall in der Längs richtung der Skala wiederholt sind. Beispielsweise ist das Skalensignal ein magnetisches Signal, in welchem sich die Polarität bei einer vorbestimmtn Aufzeichnungswellenlänge umkehrt. Durch Verwenden der Skala mit einem derartigen Skalensignal ist es möglich, linear eine Änderung einer relativen Bewegungsposition zwischen dem Hauptkörper und dem Gleitstück zu erfassen, um kontinuierlich die relative Position zwischen dem Referenz- bzw. Bezugs block und dem beweglichen Block zu steuern.

Das Ursprungsignal ist ein Signal, in welchem wenigstens ein Pit oder eine Marke diskret in der Längsrichtung der Skala aufgezeichnet ist. Beispielsweise wird ein magnetisches Signal mit einer Wellenlänge unter einer vorbestimmten Position in der Längsrichtung der Skala aufgezeichnet. Durch Verwenden der Skala mit einem derartigen Ursprungsignal kann das Positionserfassungsgerät eine Bezugsposition, wie beispielsweise eine anfängliche Einstellposition und eine Ursprungposition des Hauptkörpers und des Kopfgleitstückes erfassen, um die relative Position des Bezugsblockes und des beweglichen Blockes bei der Bezugsposition einzustellen.

Bei einem Maschinenwerkzeug oder dergleichen, das eine NC-(numerische Steuerungs-)Rückkopplung ausführt, ist es erforderlich, eine relative Bewegungsgröße des beweglichen Blockes zu steuern, sowie den beweglichen Block zu einer Bezugsposition zu verfahren. Hierzu erfordert das Maschinen werkzeug, das eine derartige NC-Rückkopplung ausführt, ein Positionser fassungsgerät mit einer eingebauten Skala, auf welcher zwei Signale, d. h. ein Skalensignal und ein Ursprungsignal aufgezeichnet sind.

Das Positionserfassungsgerät mit einer eingebauten Skala einschließlich eines Skalensignales und eines Ursprungssignales, die aufgezeichnet sind, umfaßt einen Erfassungs- oder Detektionskopf zum Erfassen des Skalensignales und einen Erfassungs- oder Detektionskopf zum Erfassen des Ursprungsignales. Jeder der Erfassungsköpfe erfaßt lediglich ein entsprechendes Signal zur Ein speisung in ein Steuergerät zum Ansteuern des Maschinenwerkzeuges.

Wenn jedoch in einem derartigen Positionserfassungsgerät zwei Signale eines Skalensignales und eines Ursprungsignales auf einer Skala aufgezeichnet werden, wird ein Übersprechen zwischen den beiden Signalen erzeugt, was eine Verschlechterung der von den jeweiligen Detektionsköpfen erfaßten Signale hervorruft.

Da die eingebaute Skala für eine Verringerung der Abmessung des Positionser fassungsgerätes kleiner wird, hat das Übersprechen zwischen den beiden Signalen einen größeren Effekt, was es schwierig macht, diesen Effekt zu elimi nieren.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Positionserfassungsgerät zu schaffen, das das Übersprechen zwischen dem Skalensignal und dem Ursprung zu unterdrücken vermag und damit eine Lageerfassung mit hoher Genauigkeit ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Positionserfassungsgerät mit den Merkmalen des Patentanspruches vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Positionserfassungsgerät umfaßt:
Ein rundes, stabförmig gestaltetes Aufzeichnungsmedium mit einem Skalensignal einer vorbestimmten Aufzeichnungswellenlänge, das über der gesamten Umfangs- bzw. Mantelfläche des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet ist und sich nacheinander in der Längsrichtung wiederholt, und mit einem Ursprungsignal einer größeren Aufzeichnungswellenlänge als das Skalensignal, das bei einem Teil des äußeren Umfanges von wenigstens einer Position in der Längsrichtung vorgesehen ist, einen Skalensignal-Detektionskopf, der relativ in der Längsrichtung des Aufzeichnungsmediums verfährt, während ein vorbestimmter Abstand von der äußeren Umfangsfläche des Aufzeichnungs mediums beibehalten ist, und ein Skalensignal erfaßt, und einen Ursprungsignal-Detektionskopf, der sich bezüglich der Längsrichtung des Auf zeichnungsmedium verfährt, während ein vorbestimmter Abstand von der Außenumfangsfläche beibehalten wird, wobei dieser Abstand größer als der Abstand von der äußeren Umfangsfläche des Aufzeichnungsmediums zu dem Skalensignal-Detektionskopf ist, wobei ein Skalensignal-Detektionskopf an einer Stelle gelegen ist, die nicht dem Ursprungsignal gegenüberliegt, und der Ursprungsignal-Detektionskopf an einer Stelle liegt, die dem auf dem Aufzeich nungsmedium aufgezeichneten Ursprungsignal gegenüberliegt.

Bei diesem Positionserfassungsgerät bewegen sich der Skalensignal-Detektions kopf und der Ursprungsignal-Detektionskopf relativ in einer Richtung parallel zu der Längsrichtung des Aufzeichnungsmediums, um eine Relativposition bezüg lich des Aufzeichnungsmediums zu erfassen. Das heißt, bei diesem Positionser fassunggerät wird das Skalensignal, das über der gesamten äußeren Umfangs fläche des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet ist, durch den Skalensignal- Detektionskopf detektiert, um eine Relativposition bezüglich des Aufzeichnungs mediums zu erfassen. Weiterhin wird das Ursprungsignal mit einer größeren Aufzeichnungswellenlänge als diejenige des Skalensignales bei einem Teil des äußeren Umfanges des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet, wobei das Ursprungsignal durch den Ursprungsignal-Detektionskopf erfaßt wird, der unter einem größeren Abstand als der Skalensignal-Detektionskopf von der äußeren Umfangsfläche des Aufzeichnungsmediums als der Skalensignal-Detektionskopf entfernt ist, um so eine relative Bewegungsposition bezüglich des Aufzeich nungsmediums zu erfassen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Positionserfassungs gerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Seitendarstellung des Positionserfassungsgerätes.

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung des Positionserfassungsgerätes zur Erläuterung einer internen Konfiguration.

Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Kopfhalte blockes des Kopferfassungsgerätes.

Fig. 5 dient zur Erläuterung eines Skalensignales und eines Ursprungsignales, die auf einer Skala des Positionserfassungs gerätes aufgezeichnet sind.

Fig. 6 zeigt eine Lagebeziehung zwischen der Skala mit dem Skalen signal und dem aufgezeichneten Ursprungsignal und einem Skalensignal-MR-Kopf sowie einem Ursprungsignal-MR-Kopf.

Fig. 7 zeigt Ausgangskennlinien des Skalensignal-MR-Kopfes und des Ursprungsignal-MR-Kopfes gemäß einem Abstand von der Skala unter einer folgenden Bedingung: Die Skala besteht aus einem magnetischen Metallglied mit einem Durchmesser von 2 mm, die Skalensignal-Aufzeichnungswellenlänge ist auf 0,4 mm ein gestellt, und die Aufzeichnungssignal-Wellenlänge ist auf 1 mm eingestellt.

Im folgenden wird ein Positionserfassungsgerät gemäß einem Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung des Positionserfassungsgerätes gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 ist eine Seiten darstellung dieses Positionserfassungsgerätes. Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung dieses Skalengerätes, welche eine interne Konfiguration des Positionser fassungsgerätes erläutert.

Das Positionserfassungsgerät 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung umfaßt einen Hauptkörper 2 und ein Kopfgleitstück 3, das auf diesem Hauptkörper 1 angebracht bzw. montiert ist.

Das Positionserfassungsgerät 1 wird zum Erfassen einer Relativposition von zwei Gliedern verwendet, die ein Maschinenwerkzeug bilden und sich längs einer geraden Linie relativ zueinander bewegen. Beispielsweise erfaßt das Skalengerät 1 einen Bezugsblock 4, der bei einer vorbestimmten festen Position vorgesehen ist, und eine Position eines beweglichen Blockes 5, der sich in der Richtung von X₁ und X₂ bezüglich dieses Bezugsblockes 2 bewegt. Bei diesem Positionserfassungsgerät 1 ist eine Einheit aus dem Hauptkörper 2 und dem Kopfgleitstück 3 auf dem Bezugsblock 4 befestigt, und die andere Einheit ist an dem beweglichen Block 5 angebracht. Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Beispiel, in welchem der Hauptkörper 2 an dem Bezugsblock 4 angebracht ist, und in welchem das Kopfgleitstück 5 auf dem beweglichen Block 5 befestigt ist.

Der Hauptkörper 2 ist ein Aufzeichnungsmedium, das aus einem Rahmen 11 besteht, und ein rundes stabförmiges Aufzeichnungsmedium, das aus einem Material mit einer hohen Koerzitivkraft hergestellt ist. Auf der Seite des Rahmens 11 ist eine Skala 12 vorgesehen, deren beiden Enden durch Klammern 13, 14 gehalten sind, so daß die beide Enden auf vorbestimmten Positionen in dem Rahmen 11 festgelegt sind. Es sei darauf hingewiesen, daß zur Verein fachung der Zeichnung Fig. 1 nicht die Klammern 13 und 14 zeigt.

Der Rahmen 11 hat beispielsweise ein hohles Parallelpipedon mit einer Seite mit einem darin gebildeten Schlitz 15. Darüber hinaus hat der Rahmen 11 Rahmen befestigungöffnungen von angenähert kreisförmiger Gestalt mit den Bezugs zeichen 21, 22, 23 und 24 an den Enden in der Längsrichtung der Seitenflächen 17 und 18, die vertikal die Seitenflächen mit dem Schlitz 15 schneiden.

Die Skala 12 wird durch die Klammern 13, 14 gehalten und innerhalb des Rahmens 11 festgelegt. Die Skala 12 ist parallel zu der Längsrichtung des Rahmens 11 und auf der Mittenachse des Parallelpipedons angeordnet. Darüber hinaus werden ein Skalensignal und ein Ursprungsignal als das Positionssignal auf dieser Skala 12 aufgezeichnet. Das Skalensignal und das Ursprungsignal werden weiter unten näher erläutert werden.

Darüber hinaus umfaßt das Kopfgleitstück 3: Einen Kopfhalterblock 31, der innerhalb des Hauptkörpers vorgesehen ist, einen Kopfträger 32, der außerhalb des Hauptkörpers 2 vorgesehen ist, und einen Verbindungsblock 32 zum Verbinden des Kopfhalteblockes 31 mit dem Kopfträger 32. Das Kopfgleitstück 3 ist derart befestigt, daß sich das Kopfgleitstück 3 in der Längsrichtung der Skala 12 bewegen kann.

Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des wesentlichen Teiles dieses Kopfhalters 31.

Der Kopfhalteblock 31 hat einen Kopfhalter 34. Dieser Kopfhalter 34 hat ein Einführloch für die Skala 12. Die Skala 12 wird in dieses Einführloch so ein geführt, daß der Kopfhalter 34 auf der Skala 12 derart befestigt ist, daß sich der Kopfhalter 34 in der Längsrichtung der Skala 12 bewegen kann.

Der Kopfhalter 34 ist durch ein Kopfhaltergehäuse 36 bedeckt und weist einen (Magnetwiderstand- bzw.) MR-Kopf 35a für das Skalensignal und einen MR-Kopf 35b für das Ursprungsignal auf. Der Skalensignal-MR-Kopf 35a erfaßt das auf der Skala 12 aufgezeichnete Skalensignal. Darüber hinaus erfaßt der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b das auf der Skala 12 aufgezeichnete Ursprungsignal. Der Skalensignal-MR-Kopf 35a und der Ursprungsignal-MR- Kopf 35b werden jeweils auf dem Kopfhalter 34 gehalten, so daß sie sich zusammen mit dem Kopfhalter 34 in der Längsrichtung der Skala 12 bewegen. Die Lageanordnungen des Skalensignal-MR-Kopfes 35a und des Ursprungsignal- MR-Kopfes 35b bezüglich der Skala 12 werden weiter unten näher erläutert werden.

An den beiden Enden des Kopfhalters 34 ist ein Paar aus Gleitlagergliedern 37, 38 in der Längsrichtung der Skala 12 vorgesehen. Jedes der Gleitlagerglieder 37, 38 hat eine ungefähr zylindrische Gestalt mit einem Einführloch zum Einführen der Skala 12. Wenn die Skala in die Einführlöcher eingeführt ist, werden die Gleitlagerglieder 37, 38 gleitend auf dieser Skala 12 getragen. Wenn darüber hinaus der Kopfhalter 34 in der Längsrichtung der Skala 12 verfahren wird, verhindern die Gleitlagerglieder 37, 38, daß sich der Kopfhalter 34 in einer Richtung bewegt, die senkrecht die Gleitrichtung schneidet.

Darüber hinaus hat der Kopfhalteblock 31 ein Paar von ersten Abstandsgliedern 39, 40 und ein Paar von zweiten Abstandsgliedern 41, 42.

Das Paar von ersten Abstandsgliedern 39, 40 hat ein Einführloch zum Einführen der Skala 12. Wenn die Skala 12 durch die Löcher eingeführt wird, wird das Paar der ersten Abstandsglieder 39 und 40 auf der Skala 12 so bewegt, daß sie in der Längsrichtung der Skala 12 fahren können. Darüber hinaus stößt das Paar der ersten Abstandsglieder 39, 40 an eine Endfläche der Gleitlager glieder 37, 38 an.

Außerdem hat jedes der zweiten Abstandsglieder 41, 42 ein Loch zum Einführen der Skala 12. Wenn die Skala 12 in die Löcher eingeführt ist, werden die Abstandsglieder 41, 42 auf der Skala 12 so befestigt, daß sich die Abstands glieder 41, 42 in der Längsrichtung der Skala 12 bewegen können. Darüber hinaus stoßen die Abstandsglieder 41, 42 an eine Endfläche der ersten Abstandsglieder 39, 40 an und liegen nicht an den Gleitlagergliedern 37, 38.

Außerdem hat der Kopfhalteblock 31 ein Paar von Kopfhalte-Sandwichgliedern 43, 44 und eine Feder 45.

Jedes der Kopfhalte-Sandwichglieder 43, 44 hat ein Einführloch zum Einführen der Skala 12. Wenn die Skala 12 in die Löcher eingeführt ist, sind die Kopf halte-Sandwichglieder 43, 44 auf der Skala 12 so befestigt, daß sich die Sand wichglieder 43, 44 in der Längsrichtung der Skala 12 bewegen können. Darüber hinaus sind die Kopfhalte-Sandwichgleider 43, 44 auf dem Gelenk- bzw. Verbin dungsblock 33 festgelegt. Dieses Paar von Sandwichgliedern 43, 44 schließt den Koplhalter 34 mit den Gleitlagergliedern 37, 38 über die ersten Abstandsglieder 39, 40 und die zweiten Abstandsglieder 41, 42 in der Längsrichtung der Skala 12 ein. Darüber hinaus ist die Feder 45 zwischen dem Kopfhalte-Sandwichglied 43 und dem Abstandsglied 41 angeordnet. Dieses Feder 45 treibt den Kopfhalter 34 in der Richtung von dem Kopfhalte-Sandwichglied 43 zu dem Kopfhalte- Sandwichglied 44.

Darüber hinaus ist ein Rotationsverhinderungstift 46 in dem Kopfhalter 34 vor gesehen. Dieser Rotationsverhinderungsstift 46 weist ein Ende auf, das an dem Kopfhalter 34 festgelegt ist, und das andere Ende ist in ein Rotationsregulier loch 47 eingeführt, das in dem Verbindungsblock 33 vorgesehen ist. Dieses reguliert die Drehung des Kopfhalters 34 um die Skala 12.

Darüber hinaus liegen die ersten Abstandsglieder 39, 40 und die zweiten Abstandsglieder 41, 42 an einer sphärischen Stoß- bzw. Lagerfläche an. Wenn die Kopfhalter-Sandwichglieder 43, 44 in einer die Skala 12 senkrecht schneidenden Richtung verschoben werden, bewirken die sphärischen Lager flächen eine Reduzierung des Biegemoments, das von den Gleitlagergliedern 37, 38 auf die Skala 12 ausgeübt ist.

Wie oben beschrieben ist, ist der Kopfhalteblock 31 auf der Skala 12 so befestigt, daß sich der Kopfhalteblock 31 in der Längsrichtung der Skala 12 bewegen kann. Gemäß dieser Bewegung erfassen der Skalensignal-MR-Kopf 35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b das Positionssignal und das Ursprungsignal, die auf dieser Skala 12 aufgezeichnet sind.

Diese Kopfhalteverriegelung 31 ist mit dem Kopfträger 32 über den Verbin dungsblock 33 verbunden. Der Verbindungsblock 33 weist ein Ende auf, das an den Kopfhalter-Sandwichgliedern 43, 44 festgelegt ist, und das andere Ende ragt aus dem Schlitz 15 vor, um durch den Kopfträger 32 festgelegt zu sein, der außerhalb des Hauptkörpers 2 angeordnet ist.

Somit wird das Kopfgleitstück 3 durch den Kopfhaletblock 31, den Kopfträger 32 und den Verbindungsblock 33 gebildet und auf dem Hauptkörper 2 derart befestigt, daß das Kopfgleitstück 3 in der Längsrichtung der Skala 12 fahren kann. Das Skalensignal und das Ursprungsignal, die durch den Skalensignal- MR-Kopf 35a und den Ursprungsignal-MR-Kopf 35b gemäß der Relativbewegung bezüglich des Hauptkörpers 2 erfaßt sind, werden über ein Signalkabel 28, das in dem Kopfträger 32 vorgesehen ist, zu einem (nicht gezeigten) Steuergerät gespeist.

Bei dem Positionserfassungsgerät 1 mit dem obigem Aufbau ist die Skala 12 parallel zu der Relativbewegung zwischen dem Referenzblock 4 und dem beweglichen Block 5, und der Schlitz 15 öffnet sich auf der Seite des beweg lichen Blockes 5. In dem so aufgebauten Skalengerät 1 ist der Hauptkörper 2 befestigt, wobei als die Befestigungsfläche eine der Seitenflächen verwendet wird, die nicht den Schlitz 15 aufweist. Der Hauptkörper 2 ist an dem Referenz block 4 mittels Befestigungsgliedern, wie beispielsweise Hauptkörperbolzen bzw. -schrauben 51, 52 und einer Unterlagscheibe 55 an der Stelle der Rahmen befestigungslöcher 21, 22, 23, 24 festgelegt, welche an den Enden des Rahmens in der Längsrichtung der Skala 12 vorgesehen sind. Darüber hinaus ist das Kopfgleitstück 3 des Positionserfassungsgerätes 1 an dem beweglichen Block 5 mittels Gleitstückschrauben bzw. -bolzen 53, 54 festgelegt.

Gemäß diesem Positionserfassungsgerät 1 wird die relative Lage bzw. Position zwischen dem Hauptkörper 2 und dem Kopfgleitstück 3 entsprechend der Linearbewegung des beweglichen Blockes 5 verändert. Das Skalensignal und das Ursprungsignal, die sich gemäß dieser relativen Lage verändern, werden durch den Skalensignal-MR-Kopf 35a und den Ursprungsignal-MR-Kopf 35b, vorgesehen in dem Kopfgleitstück 3, erfaßt, um so die Bewegungsposition des beweglichen Blockes 5 zu ermitteln.

Im folgenden werden das Skalensignal und das Ursprungsignal, aufgezeichnet auf der Skala 12, erläutert.

Das Skalensignal hat ein Pit und eine Marke, die nacheinander unter einem vorbestimmten Intervall in der Längsrichtung der Skala 12 wiederholt sind. Beispielsweise ist das Skalensignal ein magnetisches Signal, bei dem sich die Polarität unter einer vorbestimmten Aufzeichnungswellenlänge umkehrt. Durch Verwenden der Skala 12 mit einem derartigen Skalensignal ist es möglich, linear eine Änderung einer relativen Bewegungsposition zwischen dem Hauptkörper 2 und dem Gleitstück 3 zu erfassen, um so kontinuierlich die relative Lage zwischen dem Referenzblock 4 und dem beweglichen Block 5 zu steuern.

Das heißt, auf der Skala 12 des Positionserfassungsgerätes 1 wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ein magnetisches Signal, das abwechselnd die Polarität bei einer vor bestimmten Aufzeichnungswellenlänge λ₁ umkehrt, entlang der Längsrichtung aufgezeichnet. Dieses Skalensignal wird auf dem gesamten äußeren Umfang bzw. Mantel der runden Stabform der Skala 12 aufgezeichnet. Außerdem wird dieses Skalensignal nahezu über der gesamten Länge der Skala 12 in der Längs richtung aufgezeichnet.

Das Ursprungsignal ist ein Signal, in welchem wenigstens ein Pit oder eine Marke diskret in der Längsrichtung der Skala 12 aufgezeichnet ist. Beispiels weise ist ein Einwellenlängenmagnetsignal an einer vorbestimmten einen Position in der Längsrichtung der Skala 12 aufgezeichnet. Durch Verwenden der Skala 12 mit einem derartigen Ursprungsignal kann das Positionserfassungs gerät 1 eine Bezugsposition, wie beispielsweise eine Anfangseinstellposition, und eine Ursprungposition des Hauptkörpers 2 und des Kopfgleitstückes 3 erfassen, um so die relative Lage bzw. Position des Referenzblockes 4 und des beweglichen Blockes 5 bei der Referenzposition einzustellen.

Das heißt, auf der Skala 12 des Positionserfassungsgerätes 1 ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ein Einwellenlängen-Ursprungsignal der Aufzeichnungswellänge λ₂ als das Ursprungsignal wenigstens an einer Position über dem oben erwähnten Skalensignal aufgezeichnet. Die Aufzeichnungswellenlänge λ₂ dieses Ursprungsignales ist beispielsweise um das Zwei- oder Mehrfache länger als die Aufzeichnungswellenlänge λ₁ des Skalensignales. Außerdem ist dieses Ursprungsignal bei einem bestimmten Teil des äußeren Umfanges der runden Stabform der Skala 12 aufgezeichnet. Beispielsweise ist das Ursprungsignal auf einer Zone des äußeren Umfanges in dem Bereich von etwa 60° des Mitten winkels aufgezeichnet.

Das Skalensignal kann mit dem Ursprungsignal wie folgt verglichen werden.

Die Aufzeichnungswellenlänge λ₂ des Urprungsignales ist beispielsweise um das Zwei- oder Mehrfache länger als die Aufzeichnungswellenlänge λ₁ des Skalen signales. Das Skalensignal ist ein magnetisches Signal, das abwechselnd die Po larität umkehrt, und nahezu über der gesamten Länge der Skala 12 in deren Längsrichtung aufgezeichnet, während das Ursprungsignal ein Einwellenlängen- Magnetsignal ist, das diskret an wenigstens einer Position in der Längsrichtung der Skala aufgezeichnet ist. Darüber hinaus ist das Skalensignal ein Signal, das über dem gesamten äußeren Umfang der runden Stabgestalt der Skala 12 aufge zeichnet ist, d. h. über 360° des Mittelwinkels, während das Ursprungsignal le diglich bei einer bestimmten Zone des äußeren Umfanges beispielsweise in ei nem Bereich von 60° des Mittenwinkels aufgezeichnet ist.

Im folgenden wird die Lageanordnung des das Skalensignal erfassenden Skalen signal-MR-Kopfes 35a und die Lageanordnung des das Ursprungsignal erfassen den Ursprungsignal-MR-Kopfes 35b erläutert.

Wie oben beschrieben ist, werden der Skalensignal-MR-Kopf 35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b durch den auf der Skala 12 befestigten Kopfhalter 34 gehalten.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der Ursprungssignal-MR-Kopf 35b so angeordnet, daß er dem auf einem Teil des äußeren Umfanges der Skala 12 aufgezeichneten Ursprungsignal gegenüberliegt, wenn der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b in einer Richtung parallel zu der Längsrichtung der Skala 12 bewegt bzw. verfahren wurde. Das heißt, der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b ist an einer Stelle vor gesehen, so daß er der Zone eines 60°-Mittenwinkels der Skala 12 gegenüber liegt.

Der Skalensignal-MR-Kopf 35a ist beispielsweise so angeordnet, daß die Skala 12 zwischen dem Skalensignal-MR-Kopf 35a und dem Ursprungsignal-MR-Kopf 35b vorgesehen ist.

Hier ist der Skalensignal-MR-Kopf 35a unter einer Entfernung x₁ von dem äußeren Umfang der Skala 12 angeordnet. Dieser Abstand x₁ wird gemäß Material und Radius der Skala 12 bestimmt, um einen ausreichenden Detek tionsausgang zu erhalten. Darüber hinaus ist der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b unter einem Abstand x₂, der größer als der Abstand x₁ ist, von der Skala 12 angeordnet. Beispielsweise beträgt der Abstand x₂ zwischen der Skala 12 und dem Ursprungsignal-MR-Kopf 35b das doppelte des Abstands x₁ zwischen der Skala 12 und dem Skalensignal-MR-Kopf 35a.

Der Skalensignal-MR-Kopf 35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b, die so angeordnet sind, werden durch den Kopfhalter 34 derart gehalten, daß ein Paar des Gleitlagergliedes 37, 38 an beiden Enden in der Längsrichtung der Skala 12 vorliegt. Dies ermöglicht es dem Kopfhalter 34, den Skalensignal-MR-Kopf 35a und den Ursprungsignal-MR-Kopf 35b zu bewegen, ohne eine Lageablenkung in einer Vertikalrichtung zu der Längsrichtung der Skala 12 zu verursachen. Darüber hinaus hat, wie dies oben erläutert ist, der Kopfhalter 34 den . Rotationsverhinderungsstift 46. Dieser Rotationsverhinderungsstift 46 reguliert eine Drehung des Kopfhalters 34 und die Skala 12. Dies ermöglicht es dem Ursprungsignal-MR-Kopf 35b immer an einer Stelle beibehalten zu sein, die der Seitenfläche längs eines Teiles des äußeren Umfanges der Skala 12, wo das Ursprungsignal aufgezeichnet ist, gegenüberliegt.

Der Skalensignal-MR-Kopf 35a ist unter einem geeigneten Abstand angeordnet, um ausreichend das Skalensignal zu erfassen, und so vorgesehen, daß er der Zone des äußeren Umfanges der Skala 12 gegenüberliegt, die kein aufgezeich netes Ursprungsignal hat. Demgemäß kann der Skalensignal-MR-Kopf 35a das auf dem gesamten äußeren Umfang der Skala 12 aufgezeichnete Skalensignal erfassen, ohne durch das Ursprungsignal beeinträchtigt zu werden.

Darüber hinaus ist der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b an einer Stelle, die der Zone des äußeren Umfanges der Skala 12 gegenüberliegt, die das aufgezeichnete Ursprungsignal hat, und unter einem größeren Abstand von dem äußeren Umfang der Skala 12 als der Skalensignal-MR-Kopf 35a angeordnet, so daß das Skalensignal gedämpft wird. Hier hat die Skala 12 das aufgezeichnete Ursprungsignal mit einer längeren Aufzeichnungswellenlänge als die Aufzeich nungswellenlänge des Skalensignales. Folglich kann nach der grundlegenden Theorie des sogenannten magnetischen Spaltverlustes, nach welcher "die räum liche magnetische Dämpfung umso größer ist, je kürzer die Aufzeichnungslänge (Wellenlänge) ist", der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b das Ursprungsignal erfassen, ohne durch das Skalensignal beeinträchtigt zu sein.

Da der Skalensignal-MR-Kopf 35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b so in dem Positionserfassungsgerät 1 angeordnet sind, ist es möglich, das Über sprechen zu unterdrücken, was ein Erfassen eines Skalensignales und Ursprungsignales von hoher Qualität erlaubt.

Fig. 7 zeigt Ausgangskennlinien des Skalensignal-MR-Kopfes 35a und des Ursprungsignal-MR-Kopfes 35b gemäß einem Abstand von der Skala 12 unter den folgenden Bedingungen: Die Skala 12 verwendet ein magnetisches Metall glied mit einem Durchmesser von 2 mm; die Skalensignal-Aufzeichnungswellen länge λ₁ ist auf 0,4 mm eingestellt; die Ursprungsignal-Aufzeichnungswellen länge λ₂ ist auf 1 mm eingestellt.

Der Skalensignal-MR-Kopf 35a ist an einer Position angeordnet, die nicht durch das Ursprungsignal beeinträchtigt ist. Demgemäß ist es für die Position des Skalensignal-MR-Kopfes 35a erforderlich, unter einem Abstand zu sein, der es erlaubt, einen ausreichend großen Detektionsausgang zu erzielen. Unter der Bedingung, die eine solche Ausgangskennlinie erfüllt, kann der Abstand zwischen dem Skalensignal-MR-Kopf 35a und der Skala 12 in einen Bereich von 0,08 mm bis 0,15 mm eingestellt werden.

Andererseits wird das Skalensignal auch auf dem Ursprung- bzw. Skalensignal aufgezeichnet. Wenn der Abstand zwischen dem Ursprungsignal-MR-Kopf 35b und der Skala 12 in einer supergesättigten Zone eingestellt ist, wo die Aus gangskennlinie stabilisiert ist, wird das Verhältnis des Skalensignales bezüglich des Ursprungsignales zu groß, was es unmöglich macht, das Übersprechen zu unterdrücken. Entsprechend ist der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b an einer Stel le angeordnet, die ein ausreichendes Ursprungsignal erfaßt und nicht durch das Skalensignal beeinträchtigt ist. Unter der Bedingung, die es erlaubt, diese Aus gangskennlinie zu erhalten, kann der Abstand zwischen dem Ursprungsignal- MR-Kopf 35b und der Skala 12 in einen Bereich von 0.27 bis 0,35 mm einge stellt werden.

Durch Einstellen des Abstandes zwischen dem Skalensignal-MR-Kopf 35a und dem Ursprungsignal-MR-Kopf 35b auf diese Weise ist es möglich, ein vorzugs weises Skalensignal und Ursprungsignal zu erfassen, ohne durch das jeweils andere Signal beeinträchtigt zu sein.

Es sollte bemerkt werden, daß die Aufzeichnungswellenlänge des auf der Skala 12 aufgezeichneten Ursprungsignales abhängig von der Erfassungsemfindlich keit des Skalensignal-MR-Kopfes 35a und derjenigen des Ursprungsignal-MR- Kopfes 35b abweicht. Beispielsweise ist die Aufzeichnungswellenlänge des Ursprungsignales vorzugsweise 1,5- bis 10-fach größer und mehr, insbesondere 2- bis 4-fach größer eingestellt.

Außerdem sind in dem Positionserfassungsgerät 1 der Skalensignal-MR-Kopf 35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b so positioniert, daß die Skala 12 sandwichartig eingeschlossen ist. Das heißt, der Skalensignal-MR-Kopf 35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b sind unter 180° positioniert, wobei die Mittenachse der Skala 12 als das Zentrum angenommen wird. Jedoch können der Skalensignal-MR-Kopf 35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf 35b unter einem von 180° abweichenden Winkel positioniert werden, wenn der Skalen signal-MR-Kopf 35a nicht durch das Ursprungsignal beeinträchtigt wird. Wenn beispielsweise das Ursprungsignal in einer Zone eines Mittenwinkels von 60° (± 30°) eingestellt ist, ist die Anordnung mit einem Winkel von 45° um die Mittenachse der Skala 12 ausreichend, um nicht beeinträchtigt zu werden.

In dem Positionserfassungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung erfaßt der Skalensignal-Detektionskopf das um die gesamte Umfangsfläche eines Aufzeich nungsmediums aufgezeichnete Skalensignal, um eine Relativposition bezüglich des Aufzeichnungsmediums zu ermitteln. Darüber hinaus ist in diesem Positionserfassungsgerät der Ursprungsignal-Detektionskopf unter einem größeren Abstand als der Skalensignal-Detektionskopf von dem äußeren Umfang des Aufzeichnungsmediums vorgesehen und erfaßt das Ursprungsignal, das mit einer größeren Aufzeichnungswellenlänge als diejenige des Skalensignales über einem Teil des äußeren Umfanges des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet wurde, um eine relative Bewegungsposition bezüglich des Aufzeichnungs mediums zu erfassen.

Dies ermöglich es, daß das erfindungsgemäße Positionserfassungsgerät das Übersprechen zwischen dem Skalensignal und dem Ursprungsignal unterdrückt und das Skalensignal sowie das Ursprungsignal mit großer Genauigkeit erfaßt. Entsprechend kann dieses Positionserfassungsgerät genau die relative Bewegungsposition zwischen dem Aufzeichnungsmedium und den jeweiligen Detektionsköpfen erfassen.

Darüber hinaus kann das vorliegende Positionserfassungsgerät das Über sprechen zwischen dem Skalensignal und dem Ursprungsignal unterdrücken, ohne eine komplizierte Detektionsschaltung oder einen komplizierten Detek tionskopf zu benötigen. Dies führt zu einer Reduktion von Kosten und Geräte abmessungen.

Claims

1. Positionserfassungsgerät, umfassend:
Ein rundes, stabförmiges Aufzeichnungsmedium (12) mit einem Skalen signal einer vorbestimmten Aufzeichnungswellenlänge (λ₁), das über der gesamten äußeren Umfangsfläche des Aufzeichnungsmediums (12) aufgezeichnet ist und sich nacheinander in der Längsrichtung wiederholt, und mit einem Ursprungsignal einer größeren Wellenlänge (λ₂) als das Skalensignal, auf gezeichnet an einem Teil des äußeren Umfanges wenigstens an einer Position in der Längsrichtung,
einen Skalensignal-Detektionskopf (35a), der relativ in der Längsrichtung des Aufzeichnungsmediums (12) verfahrbar ist, während ein vorbestimmter Abstand von dem äußeren Umfang des Aufzeichnungsmediums (12) beibehalten ist, und der das Skalensignal erfaßt, und
einen Ursprungsignal-Detektionskopf (35b), der relativ in der Längs richtung des Aufzeichnungsmedium verfahrbar ist, während ein vorbestimmter Abstand von dem äußeren Umfang beibehalten wird, wobei dieser Abstand größer als der Abstand von dem äußeren Umfang des Aufzeichnungsmediums zu dem Skalensignal-Detektionskopf (35a) ist, und der das Ursprungsignal erfaßt,
wobei der Skalensignal-Detektionskopf (35a) an einer Position gelegen ist, die dem Ursprungsignal nicht gegenüberliegt, und der Ursprungsignal- Detektionskopf (35b) an einer Position gelegen ist, die dem auf dem Aufzeichnungsmedium (12) aufgezeichneten Ursprungsignal gegenüberliegt.