DE19913659B4 - Positionserfassungsgerät - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Erfassung der Position, also auf ein Positionserfassungsgerät, zur Verwendung bei der Positionssteuerung bzw. -regelung eines beweglichen Teiles eines Maschinenwerkzeuges oder eines industriellen Gerätes, und insbesondere auf ein Positionserfassungsgerät zum Erfassen einer Position eines beweglichen Teiles, das eine Linearbewegung 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 beispielsweise in einen runden Stab geformt ist und als ”Skala” bezeichnet wird. Auf dieser Skala wird ein Positionssignal entlang der Längsrichtung der Skala aufgezeichnet. Außerdem hat das Kopfgleitstück einen Detektionskopf zum Erfassen des auf der Skala aufgezeichneten Positionssignales. Dieser Detektionskopf 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 ausführen. Das heißt, der Hauptblock oder das Kopfgleitstück ist auf dem Bezugsblock 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 Skalengerät 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 entsprechend 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 aufgezeichnet.
- Das Skalensignal hat ein Grübchen bzw. ein Pit und eine Marke bzw. Markierung, die nacheinander unter einem vorbestimmten Intervall in der Längsrichtung 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. Bezugsblock 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 Maschinenwerkzeug, das eine derartige NC-Rückkopplung ausführt, ein Positionserfassungsgerät mit einer eingebauten Skala, auf welcher zwei Signale, d. h. ein Skalensignal und ein Ursprungsignal aufgezeichnet sind.
- Das Positionserfassungsgerat 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 Einspeisung 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 Positionserfassungsgerätes kleiner wird, hat das Übersprechen zwischen den beiden Signalen einen größeren Effekt, was es schwierig macht, diesen Effekt zu eliminieren.
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US 4 400 890 A offenbart ein Gerät zur Längenmessung, mit einem rechteckstabförmigen Skalengrund, einem den Skalengrund abdeckenden Meßsignal-Magnetteil mit mehreren, sich in Längsrichtung abwechselnden Nord- und Südpolen, deren Magnetfelder parallel zur Oberfläche des Skalengrunds gerichtet sind, sowie einem unter dem Meßsignal-Magnetteil oder in einem Ausschnitts des Meßsignal-Magnetteils angeordneten Ursprungssignal-Magnetteil, dessen Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche des Skalengrunds gerichtet ist. Gemäß einer Figur des Patents ist der Abstand eines Ursprungdetektionskopfes zur Oberfläche des Skalengrunds größer als der Abstand des Meßdetektionskopfes zur Oberfläche des Skalengrunds. - Nachteilig am obigen Gerät ist insbesondere die in der Herstellung teuere senkrechte Anordnung des Ursprungssignal-Magnetteils.
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US 5 434 602 A beschreibt einen magnetischen Linearkodierer mit einer Skala kreisförmigen Querschnitts, über deren gesamten Umfang ein einziger magnetisierter Abschnitt gebildet ist, der mehrere, sich in Längsrichtung abwechselnde Nord- und Südpate aufweist. Ebenfalls wird dort eine Skala kreisförmigen Querschnitts beschrieben, über deren Länge zwei parallel und eng nebeneinander angeordnete, magnetisierte Abschnitte gebildet sind, die jeweils mehrere, sich in Längsrichtung abwechselnde Nord- und Südpole aufweisen. Nachteilig an dieser Lehre ist, daß entweder nur ein Skalensignal zur Verfügung steht, oder ein Übersprechen zwischen den zwei Skalensignale auftritt. - Die nachveröffentlichte
EP 0 921 407 A2 offenbart ein Positionserfassungsgerät mit einem Sensor mit magnetoresistivem Effekt, mit einem rundstabförmigen Aufzeichnungsmedium mit einem Skalensignal, das über der gesamten äußeren Umfangsfläche des Aufzeichungsmediums aufgezeichnet ist. - 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. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, die Herstellung eines derartigen Positionserfassungsgerät zu vereinfachen bzw. günstiger zu gestalten.
- 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 Aufzeichnungsmediums beibehalten ist, und ein Skalensignal erfaßt, und einen Ursprungsignal-Detektionskopf, der sich bezüglich der Längsrichtung des Aufzeichnungsmedium 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 Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Ursprungsignal gegenüberliegt. - Bei diesem Positionserfassungsgerät bewegen sich der Skalensignal-Detektionskopf und der Ursprungsignal-Detektionskopf relativ in einer Richtung parallel zu der Längsrichtung des Aufzeichnungsmediums, um eine Relativposition bezüglich des Aufzeichnungsmediums zu erfassen. Das heißt, bei diesem Positionserfassunggerät wird das Skalensignal, das über der gesamten äußeren Umfangsfläche des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet ist, durch den Skalensignal-Detektionskopf detektiert, um eine Relativposition bezüglich des Aufzeichnungsmediums 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 Aufzeichnungsmediums zu erfassen.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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1 ist eine perspektivische Darstellung eines Positionserfassungsgerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. -
2 ist eine Seitendarstellung des Positionserfassungsgerätes. -
3 ist eine Schnittdarstellung des Positionserfassungsgerätes zur Erläuterung einer internen Konfiguration. -
4 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Kopfhalteblockes des Kopferfassungsgerätes. -
5 dient zur Erläuterung eines Skalensignales und eines Ursprungsignales, die auf einer Skala des Positionserfassungsgerätes aufgezeichnet sind. -
8 zeigt eine Lagebeziehung zwischen der Skala mit dem Skalensignal und dem aufgezeichneten Ursprungsignal und einem Skalensignal-MR-Kopf sowie einem Ursprungsignal-MR-Kopf. -
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 eingestellt, und die Aufzeichnungssignal-Wellenlänge ist auf 1 mm eingestellt. - Im folgenden wird ein Positionserfassungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine Perspektivdarstellung des Positionserfassungsgerätes gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.2 ist eine Seitendarstellung dieses Positionserfassungsgerätes.3 ist eine Schnittdarstellung dieses Skalengerätes, welche eine interne Konfiguration des Positionserfassungsgerätes erläutert. - Das Positionserfassungsgerät
1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Hauptkörper2 und ein Kopfgleitstück3 , das auf diesem Hauptkörper1 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 Skalengerät1 einen Bezugsblock4 , der bei einer vorbestimmten festen Position vorgesehen ist, und eine Position eines beweglichen Blockes5 , der sich in der Richtung von X1 und X2 bezüglich dieses Bezugsblockes2 bewegt. Bei diesem Positionserfassungsgerät1 ist eine Einheit aus dem Hauptkörper2 und dem Kopfgleitstück3 auf dem Bezugsblock4 befestigt, und die andere Einheit ist an dem beweglichen Block5 angebracht. Die1 und2 zeigen ein Beispiel, in welchem der Hauptkörper2 an dem Bezugsblock4 angebracht ist, und in welchem das Kopfgleitstück5 auf dem beweglichen Block5 befestigt ist. - Der Hauptkörper
2 ist ein Aufzeichnungsmedium, das aus einem Rahmen11 besteht, und ein rundes stabförmiges Aufzeichnungsmedium, das aus einem Material mit einer hohen Koerzitivkraft hergestellt ist. Auf der Seite des Rahmens11 ist eine Skala12 vorgesehen, deren beiden Enden durch Klammern13 ,14 gehalten sind, so daß die beide Enden auf vorbestimmtem Positionen in dem Rahmen11 festgelegt sind. Es sei darauf hingewiesen, daß zur Vereinfachung der Zeichnung1 nicht die Klammern13 und14 zeigt. - Der Rahmen
11 hat beispielsweise ein hohles Parallelpipedon mit einer Seite mit einem darin gebildeten Schlitz15 . Darüber hinaus hat der Rahmen11 Rahmenbefestigungöffnungen von angenähert kreisförmiger Gestalt mit den Bezugszeichen21 ,22 ,23 und24 an den Enden in der Längsrichtung der Seitenflächen17 und18 , die vertikal die Seitenflächen mit dem Schlitz15 schneiden. - Die Skala
12 wird durch die Klammern13 ,14 gehalten und innerhalb des Rahmens11 festgelegt. Die Skala12 ist parallel zu der Längsrichtung des Rahmens11 und auf der Mittenachse des Parallelpipedons angeordnet. Darüber hinaus werden ein Skalensignal und ein Ursprungsignal als das Positionssignal auf dieser Skala12 aufgezeichnet. Das Skalensignal und das Ursprungsignal werden weiter unten näher erläutert werden. - Darüber hinaus umfaßt das Kopfgleitstück
3 : Einen Kopfhalterblock31 , der innerhalb des Hauptkörpers vorgesehen ist, einen Kopfträger32 , der außerhalb des Hauptkörpers2 vorgesehen ist, und einen Verbindungsblock32 zum Verbinden des Kopfhalteblockes31 mit dem Kopfträger32 . Das Kopfgleitstück3 ist derart befestigt, daß sich das Kopfgleitstück3 in der Längsrichtung der Skala12 bewegen kann. -
4 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des wesentlichen Teiles dieses Kopfhalters31 . - Der Kopfhalteblock
31 hat einen Kopfhalter34 . Dieser Kopfhalter34 hat ein Einführloch für die Skala12 . Die Skala12 wird in dieses Einführloch so eingeführt, daß der Kopfhalter34 auf der Skala12 derart befestigt ist, daß sich der Kopfhalter34 in der Längsrichtung der Skala12 bewegen kann. - Der Kopfhalter
34 ist durch ein Kopfhaltergehäuse36 bedeckt und weist einen (Magnetwiderstand- bzw.) MR-Kopf35a für das Skalensignal und einen MR-Kopf35b für das Ursprungsignal auf. Der Skalensignal-MR-Kopf35a erfaßt das auf der Skala12 aufgezeichnete Skalensignal. Darüber hinaus erfaßt der Ursprungsignal-MR-Kopf35b das auf der Skala12 aufgezeichnete Ursprungsignal. Der Skalensignal-MR-Kopf35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf35b werden jeweils auf dem Kopfhalter34 gehalten, so daß sie sich zusammen mit dem Kopfhalter34 in der Längsrichtung der Skala12 bewegen. Die Lageanordnungen des Skalensignal-MR-Kopfes35a und des Ursprungsignal-MR-Kopfes35b bezüglich der Skala12 werden weiter unten näher erläutert werden. - An den beiden Enden des Kopfhalters
34 ist ein Paar aus Gleitlagergliedern37 ,38 in der Längsrichtung der Skala12 vorgesehen. Jedes der Gleitlagerglieder37 ,38 hat eine ungefähr zylindrische Gestalt mit einem Einführloch zum Einführen der Skala12 . Wenn die Skala in die Einführlöcher eingeführt ist, werden die Gleitlagerglieder37 ,38 gleitend auf dieser Skala12 getragen. Wenn darüber hinaus der Kopfhalter34 in der Längsrichtung der Skala12 verfahren wird, verhindern die Gleitlagerglieder37 ,38 , daß sich der Kopfhalter34 in einer Richtung bewegt, die senkrecht die Gleitrichtung schneidet. - Darüber hinaus hat der Kopfhalteblock
31 ein Paar von ersten Abstandsgliedern39 ,40 und ein Paar von zweiten Abstandsgliedern41 ,42 . - Das Paar von ersten Abstandsgliedern
39 ,40 hat ein Einführloch zum Einführen der Skala12 . Wenn die Skala12 durch die Löcher eingeführt wird, wird das Paar der ersten Abstandsglieder39 und40 auf der Skala12 so bewegt, daß sie in der Längsrichtung der Skala12 fahren können. Darüber hinaus stößt das Paar der ersten Abstandsglieder39 ,40 an eine Endfläche der Gleitlagerglieder37 ,38 an. - Außerdem hat jedes der zweiten Abstandsglieder
41 ,42 ein Loch zum Einführen der Skala12 . Wenn die Skala12 in die Löcher eingeführt ist, werden die Abstandsglieder41 ,42 auf der Skala12 so befestigt, daß sich die Abstandsglieder41 ,42 in der Längsrichtung der Skala12 bewegen können. Darüber hinaus stoßen die Abstandsglieder41 ,42 an eine Endfläche der ersten Abstandsglieder39 ,40 an und liegen nicht an den Gleitlagergliedern37 ,38 . - Außerdem hat der Kopfhalteblock
31 ein Paar von Kopfhalte-Sandwichgliedern43 ,44 und eine Feder45 . - Jedes der Kopfhalte-Sandwichglieder
43 ,44 hat ein Einführloch zum Einführen der Skala12 . Wenn die Skala12 in die Löcher eingeführt ist, sind die Kopfhalte-Sandwichglieder43 ,44 auf der Skala12 so befestigt, das sich die Sandwichglieder43 ,44 in der Längsrichtung der Skala12 bewegen können. Darüber hinaus sind die Kopfhalte-Sandwichgleider43 ,44 auf dem Gelenk- bzw. Verbindungsblock33 festgelegt. Dieses Paar von Sandwichgliedern43 ,44 schließt den Kopfhalter34 mit den Gleitlagergliedern37 ,38 über die ersten Abstandsglieder39 ,40 und die zweiten Abstandsglieder41 ,42 in der Längsrichtung der Skala12 ein. Darüber hinaus ist die Feder45 zwischen dem Kopfhalte-Sandwichglied43 und dem Abstandsglied41 angeordnet. Dieses Feder45 treibt den Kopfhalter34 in der Richtung von dem Kopfhalte-Sandwichglied43 zu dem Kopfhalte-Sandwichglied44 . - Darüber hinaus ist ein Rotationsverhinderungstift
46 in dem Kopfhalter34 vorgesehen. Dieser Rotationsverhinderungsstift46 weist ein Ende auf, das an dem Kopfhalter34 festgelegt ist, und das andere Ende ist in ein Rotationsregulierloch47 eingeführt, das in dem Verbindungsblock33 vorgesehen ist. Dieses reguliert die Drehung des Kopfhalters34 um die Skala12 . - Darüber hinaus liegen die ersten Abstandsglieder
39 ,40 und die zweiten Abstandsglieder41 ,42 an einer sphärischen Stoß- bzw. Lagerfläche an. Wenn die Kopfhalter-Sandwichglieder43 ,44 in einer die Skala12 senkrecht schneidenden Richtung verschoben werden, bewirken die sphärischen Lagerflächen eine Reduzierung des Biegemoments, das von den Gleitlagergliedern37 ,38 auf die Skala12 ausgeübt ist. - Wie oben beschrieben ist, ist der Kopfhalteblock
31 auf der Skala12 so befestigt, daß sich der Kopfhalteblock31 in der Längsrichtung der Skala12 bewegen kann. Gemäß dieser Bewegung erfassen der Skalensignal-MR-Kopf35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf35b das Positionssignal und das Ursprungsignal, die auf dieser Skala12 aufgezeichnet sind. - Diese Kopfhalteverriegelung
31 ist mit dem Kopfträger32 über den Verbindungsblock33 verbunden. Der Verbindungsblock33 weist ein Ende auf, das an den Kopfhalter-Sandwichgliedern43 ,44 festgelegt ist, und das andere Ende ragt aus dem Schlitz15 vor, um durch den Kopfträger32 festgelegt zu sein, der außerhalb des Hauptkörpers2 angeordnet ist. - Somit wird das Kopfgleitstück
3 durch den Kopfhaletblock31 , den Kopfträger32 und den Verbindungsblock33 gebildet und auf dem Hauptkörper2 deart befestigt, daß das Kopfgleitstück3 in der Längsrichtung der Skala12 fahren kann. Das Skalensignal und das Ursprungsignal, die durch den Skalensignal-MR-Kopf35a und den Ursprungsignal-MR-Kopf35b gemäß der Relativbewegung bezüglich des Hauptkörpers2 erfaßt sind, werden über ein Signalkabel28 , das in dem Kopfträger32 vorgesehen ist, zu einem (nicht gezeigten) Steuergerät gespeist. - Bei dem Positionserfassungsgerät
1 mit dem obigem Aufbau ist die Skala12 parallel zu der Relativbewegung zwischen dem Referenzblock4 und dem beweglichen Block5 , und der Schlitz15 öffnet sich auf der Seite des beweglichen Blockes5 . In dem so aufgebauten Skalengerät1 ist der Hauptkörper2 befestigt, wobei als die Befestigungsfläche eine der Seitenflächen verwendet wird, die nicht den Schlitz15 aufweist. Der Hauptkörper2 ist an dem Referenzblock4 mittels Befestigungsgliedern, wie beispielsweise Hauptkörperbolzen bzw. -schrauben51 ,52 und einer Unterlagscheibe55 an der Stelle der Rahmenbefestigungslöcher21 ,22 ,23 ,24 festgelegt, welche an den Enden des Rahmens in der Längsrichtung der Skala12 vorgesehen sind. Darüber hinaus ist das Kopfgleitstück3 des Positionserfassungsgerätes1 an dem beweglichen Block5 mittels Gleitstückschrauben bzw. -bolzen53 ,54 festgelegt. - Gemäß diesem Positionserfassungsgerät
1 wird die relative Lage bzw. Position zwischen dem Hauptkörper2 und dem Kopfgleitstück3 entsprechend der Linearbewegung des beweglichen Blockes5 verändert. Das Skalensignal und das Ursprungsignal, die sich gemäß dieser relativen Lage verändern, werden durch den Skalensignal-MR-Kopf35a und den Ursprungsignal-MR-Kopf35b , vorgesehen in dem Kopfgleitstück3 , erfaßt, um so die Bewegungsposition des beweglichen Blockes5 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 Skala12 mit einem derartigen Skalensignal ist es möglich, linear eine Änderung einer relativen Bewegungsposition zwischen dem Hauptkörper2 und dem Gleitstück3 zu erfassen, um so kontinuierlich die relative Lage zwischen dem Referenzblock4 und dem beweglichen Block5 zu steuern. - Das heißt, auf der Skala
12 des Positionserfassungsgerätes1 wird, wie in5 gezeigt ist, ein magnetisches Signal, das abwechselnd die Polarität bei einer vorbestimmten Aufzeichnungswellenlänge λ1 umkehrt, entlang der Längsrichtung aufgezeichnet. Dieses Skalensignal wird auf dem gesamten äußeren Umfang bzw. Mantel der runden Stabform der Skala12 aufgezeichnet. Außerdem wird dieses Skalensignal nahezu über der gesamten Länge der Skala12 in der Längsrichtung aufgezeichnet. - Das Ursprungsignal ist ein Signal, in welchem wenigstens ein Pit oder eine Marke diskret in der Längsrichtung der Skala
12 aufgezeichnet ist. Beispielsweise ist ein Einwellenlängenmagnetsignal an einer vorbestimmten einen Position in der Längsrichtung der Skala12 aufgezeichnet. Durch Verwenden der Skala12 mit einem derartigen Ursprungsignal kann das Positionserfassungsgerät1 eine Bezugsposition, wie beispielsweise eine Anfangseinstellposition, und eine Ursprungposition des Hauptkörpers2 und des Kopfgleitstückes3 erfassen, um so die relative Lage bzw. Position des Referenzblockes4 und des beweglichen Blockes5 bei der Referenzposition einzustellen. - Das heißt, auf der Skala
12 des Positionserfassungsgerätes1 ist, wie in5 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 Skala12 aufgezeichnet. Beispielsweise ist das Ursprungsignal auf einer Zone des äußeren Umfanges in dem Bereich von etwa 60° des Mittenwinkels 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 Skalensignales. Das Skalensignal ist ein magnetisches Signal, das abwechselnd die Polarität 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 Skala12 aufgezeichnet ist, d. h. über 360° des Mittelwinkels, während das Ursprungsignal lediglich bei einer bestimmten Zone des äußeren Umfanges beispielsweise in einem Bereich von 60° des Mittenwinkels aufgezeichnet ist. - Im folgenden wird die Lageanordnung des das Skalensignal erfassenden Skalensignal-MR-Kopfes
35a und die Lageanordnung des das Ursprungsignal erfassenden Ursprungsignal-MR-Kopfes35b erläutert. - Wie oben beschrieben ist, werden der Skalensignal-MR-Kopf
35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf35b durch den auf der Skala12 befestigten Kopfhalter34 gehalten. - Wie in
6 gezeigt ist, ist der Ursprungssignal-MR-Kopf35b so angeordnet, daß er dem auf einem Teil des äußeren Umfanges der Skala12 aufgezeichneten Ursprungsignal gegenüberliegt, wenn der Ursprungsignal-MR-Kopf35b in einer Richtung parallel zu der Längsrichtung der Skala12 bewegt bzw. verfahren wurde. Das heilt, der Ursprungsignal-MR-Kopf35b ist an einer Stelle vorgesehen, so daß er der Zone eines 60°-Mittenwinkels der Skala12 gegenüberliegt. - Der Skalensignal-MR-Kopf
35a ist beispielsweise so angeordnet, daß die Skala12 zwischen dem Skalensignal-MR-Kopf35a und dem Ursprungsignal-MR-Kopf35b vorgesehen ist. - Hier ist der Skalensignal-MR-Kopf
35a unter einer Entfernung x1 von dem äußeren Umfang der Skala12 angeordnet. Dieser Abstand x1 wird gemäß Material und Radius der Skala12 bestimmt, um einen ausreichenden Detektionsausgang zu erhalten. Darüber hinaus ist der Ursprungsignal-MR-Kopf35b unter einem Abstand x2, der größer als der Abstand x1 ist, von der Skala12 angeordnet. Beispielsweise beträgt der Abstand x2 zwischen der Skala12 und dem Ursprungsignal-MR-Kopf35b das doppelte des Abstands x1 zwischen der Skala12 und dem Skalensignal-MR-Kopf35a . - Der Skalensignal-MR-Kopf
35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf35b , die so angeordnet sind, werden durch den Kopfhalter34 derart gehalten, daß ein Paar des Gleitlagergliedes37 ,38 an beiden Enden in der Längsrichtung der Skala12 vorliegt. Dies ermöglicht es dem Kopfhalter34 , den Skalensignal-MR-Kopf35a und den Ursprungsignal-MR-Kopf35b zu bewegen, ohne eine Lageablenkung in einer Vertikalrichtung zu der Längsrichtung der Skala12 zu verursachen. Darüber hinaus hat, wie dies oben erläutert ist, der Kopfhalter34 den Rotationsverhinderungsstift46 . Dieser Rotationsverhinderungsstift46 reguliert eine Drehung des Kopfhalters34 und die Skala12 . Dies ermöglicht es dem Ursprungsignal-MR-Kopf35b immer an einer Stelle beibehalten zu sein, die der Seitenfläche längs eines Teiles des äußeren Umfanges der Skala12 , 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 Skala12 gegenüberliegt, die kein aufgezeichnetes Ursprungsignal hat. Demgemäß kann der Skalensignal-MR-Kopf35a das auf dem gesamten äußeren Umfang der Skala12 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 Skala12 gegenüberliegt, die das aufgezeichnete Ursprungsignal hat, und unter einem größeren Abstand von dem äußeren Umfang der Skala12 als der Skalensignal-MR-Kopf35a angeordnet, so daß das Skalensignal gedämpft wird. Hier hat die Skala12 das aufgezeichnete Ursprungsignal mit einer längeren Aufzeichnungswellenlänge als die Aufzeichnungswellenlänge des Skalensignales. Folglich kann nach der grundlegenden Theorie des sogenannten magnetischen Spaltverlustes, nach welcher ”die räumliche magnetische Dämpfung umso größer ist, je kürzer die Aufzeichnungslänge (Wellenränge) ist”, der Ursprungsignal-MR-Kopf35b das Ursprungsignal erfassen, ohne durch das Skalensignal beeinträchtigt zu sein. - Da der Skalensignal-MR-Kopf
35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf35b so in dem Positionserfassungsgerät1 angeordnet sind, ist es möglich, das Übersprechen zu unterdrücken, was ein Erfassen eines Skalensignales und Ursprungsignales von hoher Qualität erlaubt. -
7 zeigt Ausgangskennlinien des Skalensignal-MR-Kopfes35a und des Ursprungsignal-MR-Kopfes35b gemäß einem Abstand von der Skala12 unter den folgenden Bedingungen: Die Skala12 verwendet ein magnetisches Metallglied mit einem Durchmesser von 2 mm; die Skalensignal-Aufzeichnungswellenlänge λ1 ist auf 0,4 mm eingestellt; die Ursprungsignal-Aufzeichnungswellenlänge 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-Kopfes35a 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-Kopf35a und der Skala12 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 Skala12 in einer supergesättigten Zone eingestellt ist, wo die Ausgangskennlinie 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-Kopf35b an einer Stelle angeordnet, die ein ausreichendes Ursprungsignal erfaßt und nicht durch das Skalensignal beeinträchtigt ist. Unter der Bedingung, die es erlaubt, diese Ausgangskennlinie zu erhalten, kann der Abstand zwischen dem Ursprungsignal-MR-Kopf35b und der Skala12 in einen Bereich von 0,27 bis 0,35 mm eingestellt werden. - Durch Einstellen des Abstandes zwischen dem Skalensignal-MR-Kopf
35a und dem Ursprungsignal-MR-Kopf35b auf diese Weise ist es möglich, ein vorzugsweises 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 Erfassungsemfindlichkeit des Skalensignal-MR-Kopfes35a und derjenigen des Ursprungsignal-MR-Kopfes35b 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-Kopf35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf35b so positioniert, daß die Skala12 sandwichartig eingeschlossen ist. Das heißt, der Skalensignal-MR-Kopf35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf35b sind unter 180° positioniert, wobei die Mittenachse der Skala12 als das Zentrum angenommen wird. Jedoch können der Skalensignal-MR-Kopf35a und der Ursprungsignal-MR-Kopf35b unter einem von 180° abweichenden Winkel positioniert werden, wenn der Skalensignal-MR-Kopf35a 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 Skala12 ausreichend, um nicht beeinträchtigt zu werden. - In dem Positionserfassungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung erfaßt der Skalensignal-Detektionskopf das um die gesamte Umfangsfläche eines Aufzeichnungsmediums 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 Aufzeichnungsmediums 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 Übersprechen zwischen dem Skalensignal und dem Ursprungsignal unterdrücken, ohne eine komplizierte Detektionsschaltung oder einen komplizierten Detektionskopf zu benötigen. Dies führt zu einer Reduktion von Kosten und Geräteabmessungen.
Claims (1)
- Positionserfassungsgerät, umfassend: Ein rundes, stabförmiges Aufzeichnungsmedium (
12 ) mit einem Skalensignal 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, aufgezeichnet 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 Längsrichtung 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; dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des äußeren Umfangs des Aufzeichnungsmediums (12 ), über dem das Ursprungssignal aufgezeichnet ist, in einer Zone eines Mittenwinkels von ±30 Grad um die Mittenachse des Aufzeichnungsmediums (12 ) angeordnet ist, und der Skalensignal-Detektionskopf (35a ) mit einem von 180 Grad abweichenden Winkel größer oder gleich 45 Grad bezogen auf die Mittenachse angeordnet ist.
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