JP6727721B2 - 冗長空間位相信号を含むアブソリュート型エンコーダ - Google Patents
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Description
DC(x)=mx+b
に従った測定軸MAに沿った位置xの線形関数である。ここで、mは、スケールファクタM1によって決定される傾きであり、bは、任意値であるが、一定値である。
Claims (20)
- 測定軸方向に沿って延在する第1のスケールトラックであって、当該第1のスケールトラックに沿った位置の関数で周期的に変化する周期的パターン要素と、前記周期的パターン要素と組み合わされ又は前記周期的パターン要素上に重ね合わされ、当該第1のスケールトラックに沿った位置の関数で漸次的に変化する漸次的パターン変化要素とを含む第1の信号変調スケールパターンを有する第1のスケールトラックを備えたスケールと、
前記第1のスケールトラックに沿って整列された第1の検知素子のセットを少なくとも含み、前記第1の検知素子のセットが、前記第1の信号変調スケールパターンに反応し、前記第1のスケールトラックに沿った検出器の位置を示す第1の検出器信号のセットを提供するように構成された検出器と、
前記検出器によって提供される検出器信号に基づいて、前記スケールに沿った前記検出器の絶対位置を決定するように構成される信号プロセッサと、を備え、
前記第1の検知素子のセットは、N個の空間位相検知素子と、少なくとも第1の基準検知素子とを含み、
前記N個の空間位相検知素子は、前記周期的パターン要素の一意のP番目(ただし、PはN以下の自然数)の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った対応するP番目の位置とを検知するN個の信号を提供するように、前記検出器上の前記測定軸方向に沿ったN個の位置にそれぞれ配置されており、
前記第1の基準検知素子は、
前記N個の空間位相検知素子のうち、前記周期的パターン要素の第1の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第1の位置とに対応する第1の信号を提供する第1の空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における360度の整数倍の空間位相シフトに対応する第1の基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って離間した第1の基準位置に配置され、且つ、
前記周期的パターン要素の前記第1の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った前記第1の基準位置とに対応する第1の基準信号を提供するように構成されており、
前記第1の信号と前記第1の基準信号との差が、前記漸次的パターン変化要素を前記第1のスケールトラックに沿って変化させる前記位置の関数に起因した、前記第1の検出器信号のセットによって示される第1の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用されるスケールファクタM1を示す第1の信号差となる、電子式アブソリュート型エンコーダ。 - 前記漸次的パターン変化要素に起因する前記第1の漸次的信号変化は、前記周期的パターン要素に起因する周期的検出器信号のDCオフセット値の漸次的変化を含む、請求項1に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- 前記第1のスケールトラック及び前記第1の検知素子のセットは、前記DCオフセット値の前記漸次的変化が、前記第1のスケールトラックに沿った同じ位置変化に亘る前記周期的検出器信号の頂点間振幅の変化と少なくとも同じ大きさであるように構成される、請求項2に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- 前記周期的パターン要素は、空間波長Lに従って配置され、
前記検知素子は、互いに実質的に同一であり、各検知素子は、複数の略平面的な巻きを含む導電巻線を含み、
前記導電巻線のインダクタンス又は誘導結合は、前記周期的パターン要素に対するその位置に対応し、
前記導電巻線の前記測定軸方向に沿った最大寸法は、多くとも1.4Lであり、少なくとも0.6Lである、請求項3に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。 - 前記導電巻線は、少なくとも6つ、また、多くとも11個の略平面的な巻きを含む、請求項4に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- 前記導電巻線は、少なくとも7つ、また、多くとも10個の略平面的な巻きを含む、請求項5に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- 前記略平面的な巻きの少なくとも幾つかは、プリント回路基板の単層上のスパイラル構成に形成される細い導体によって形成される、請求項5に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- 前記漸次的パターン変化要素は、前記空間波長Lに従って配置される前記周期的パターン要素を形成するスケール素子の前記測定軸方向に沿った実効幅寸法Wにおける漸次的面積変化を含む、請求項4に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- 前記実効幅寸法Wにおける前記漸次的面積変化は、Wが、隣接するスケール素子間で、多くとも5%で変化するように構成される、請求項8に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- Wは、隣接するスケール素子間で、多くとも2%で変化する、請求項9に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- 前記DCオフセット値の前記漸次的変化は、前記第1のスケールトラックに沿った同じ位置変化に亘る前記周期的検出器信号の前記頂点間振幅の前記変化の少なくとも2倍の大きさである、請求項3に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- 前記信号プロセッサは、前記第1の漸次的信号変化を示す前記第1の検出器信号のセットと前記第1の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタM1との第1の関係値に基づいて、前記周期的パターン要素の空間波長Lよりも小さい第1の分解能で、前記スケールに沿った前記検出器の前記絶対位置を決定するように構成され、
前記信号プロセッサは更に、前記検出器信号間の第2の関係値に基づいて、前記第1の分解能よりも小さい第2の分解能で、前記スケールに沿った前記検出器の前記絶対位置を決定するように構成され、
前記第2の関係値は、前記第1の分解能での絶対位置によって示される前記周期的パターン要素の空間波長による現在の周期内における前記検出器の空間位相位置を示す、請求項1に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検知素子は、前記周期的パターン要素の第2の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第2の位置とに対応する第2の信号を提供する第2の空間位相検知素子と、前記周期的パターン要素の第3の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第3の位置とに対応する第3の信号を提供する第3の空間位相検知素子とを含み、
前記周期的パターン要素の空間位相における360度の整数倍の空間位相シフトは無視して、前記第2の空間位相は、前記第1の空間位相から、240度だけ異なり、前記第3の空間位相は、前記第1の空間位相から、120度だけ異なり、
前記第1の検知素子のセットは、前記第1の基準検知素子に加えて、更に、第2及び第3の基準検知素子を含み、
前記第2の基準検知素子は、
前記第2の空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における360度の整数倍の空間位相シフトに対応する第2の基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って離間した第2の基準位置に配置され、且つ、
前記周期的パターン要素の前記第2の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第2の基準位置とに対応する第2の基準信号を提供するように構成されており、
前記第2の信号と前記第2の基準信号との差が、前記漸次的パターン変化要素を前記第1のスケールトラックに沿って変化させる前記位置の関数に起因した、前記第1の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタM1を示す第2の信号差であり、
前記第3の基準検知素子は、
前記第3の空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における360度の整数倍の空間位相シフトに対応する第3の基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って離間した第3の基準位置に配置され、且つ、
前記周期的パターン要素の前記第3の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第3の基準位置とに対応する第3の基準信号を提供するように構成されており、
前記第3の信号と前記第3の基準信号との差が、前記漸次的パターン変化要素を前記第1のスケールトラックに沿って変化させる前記位置の関数に起因した、前記第1の漸次的信号変化の前記スケールファクタM1を示す第3の信号差であり、
前記第1の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタM1は、前記第1、第2及び第3の信号差の全ての組み合わせに少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項12に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検知素子は、前記周期的パターン要素の第2の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第2の位置とに対応する第2の信号を提供する第2の空間位相検知素子と、前記周期的パターン要素の第3の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第3の位置とに対応する第3の信号を提供する第3の空間位相検知素子と、前記周期的パターン要素の第4の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った第4の位置とに対応する第4の信号を提供する第4の空間位相検知素子とを含み、
前記周期的パターン要素の空間位相における360度の整数倍の空間位相シフトは無視して、前記第2の空間位相は、前記第1の空間位相から、270度だけ異なり、前記第3の空間位相は、前記第1の空間位相から、180度だけ異なり、前記第4の空間位相は、前記第1の空間位相から、90度だけ異なり、
前記第1の検知素子のセットは、前記第1の基準検知素子に加えて、更に、第2の基準検知素子を含み、
前記第2の基準検知素子は、
前記第3の空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における360度の整数倍の空間位相シフトに対応する第2の基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って離間した第2の基準位置に配置され、且つ、
前記周期的パターン要素の前記第2の空間位相と、前記漸次的パターン変化要素に沿った対応する第2の基準位置とに対応する第2の基準信号を提供するように構成されており、
前記第2の信号と前記第2の基準信号との差が、前記漸次的パターン変化要素を前記第1のスケールトラックに沿って変化させる前記位置の関数に起因した、前記第1の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタM1を示す第2の信号差であり、
前記第1の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用される前記スケールファクタM1は、前記第1及び第2の信号差の組み合わせに少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項12に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。 - 前記スケールは更に、前記測定軸方向に沿って延在する第2のスケールトラックであって、当該第2のスケールトラックに沿った位置の関数で周期的に変化する周期的パターン要素と、前記周期的パターン要素と組み合わされ又は前記周期的パターン要素上に重ね合わされ、当該第2のスケールトラックに沿った位置の関数として漸次的に変化する漸次的パターン変化要素とを有する第2の信号変調スケールパターンを含む第2のスケールトラックを備え、
前記検出器は更に、前記第2のスケールトラックに沿って整列された第2の検知素子のセットを含み、前記第2の検知素子のセットが、前記第2の信号変調スケールパターンに反応し、前記第2のスケールトラックに沿った前記検出器の位置を示す第2の検出器信号のセットを提供するように構成され、
前記信号プロセッサは、前記検出器の前記第1及び第2の検知素子のセットによって提供される検出器信号に基づいて、前記スケールに沿った前記検出器の絶対位置を決定するように構成され、
前記第2の検知素子のセットは、K個の空間位相検知素子と、少なくとも一次基準検知素子とを含み、
前記K個の空間位相検知素子は、前記第2のスケールトラックの前記周期的パターン要素の一意のQ番目(ただし、QはK以下の自然数)の空間位相と、前記第2のスケールトラックの前記漸次的パターン変化要素に沿った対応するQ番目の位置とを検知するK個の信号を提供するように、前記検出器上の前記測定軸方向に沿ったK個の位置にそれぞれ配置されており、
前記一次基準検知素子は、
前記K個の空間位相検知素子のうち、前記第2のスケールトラックの前記周期的パターン要素の一次空間位相と、前記第2のスケールトラックの前記漸次的パターン変化要素に沿った一次位置とに対応する一次信号を提供する一次空間位相検知素子に対し、前記検出器上において、前記周期的パターン要素の空間位相における360度の整数倍の空間位相シフトに対応する一次基準距離だけ、前記測定軸方向に沿って、離間した一次基準位置に配置され、且つ、
前記第2のスケールトラックの前記周期的パターン要素の前記一次空間位相と、前記第2のスケールトラックの前記漸次的パターン変化要素に沿った一次基準位置とに対応する一次基準信号を提供するように構成されており、
前記一次信号と前記一次基準信号との差が、前記第2のスケールトラックの前記漸次的パターン変化要素を前記第2のスケールトラックに沿って漸次的に変化させる前記第2のスケールトラックに沿った位置の関数に起因した、前記第2の検出器信号のセットによって示される第2の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用されるスケールファクタM2を示す一次信号差となる、請求項1に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。 - M2は、M1の負数に略等しく、
前記第1及び第2の信号変調スケールパターンのそれぞれの前記周期的パターン要素は、空間波長Lに従って配置され、
K=Nであり、
前記第1及び第2の検知素子のセットは、互いに同様であり、
前記第1の信号変調スケールパターンの前記漸次的パターン変化要素と、前記第2の信号変調スケールパターンの前記漸次的パターン変化要素とは、互いに同様であるが、前記測定軸方向に沿って、極性が逆にされる、請求項15に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。 - 前記第1及び第2の信号変調スケールパターンのそれぞれの前記周期的パターン要素は、同じ空間波長Lを有し、
前記第1及び第2の検知素子のセットは、前記空間波長Lの半分である距離だけ、前記測定軸方向に沿って、互いからずらされて配置されている、請求項16に記載の電子的アブソリュート型エンコーダ。 - N=K=3であり、前記周期的パターン要素の空間位相における360度の整数倍の空間位相シフトは無視して、前記第1の検知素子のセットの前記N個の空間位相検知素子は、120度の空間位相シフトに対応する距離だけ、前記測定軸方向に沿って分離され、前記第2の検知素子のセットの前記K個の空間位相検知素子は、120度の空間位相シフトに対応する距離だけ、前記測定軸方向に沿って分離される、請求項17に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
- 前記信号プロセッサは、前記第1及び第2の漸次的信号変化に依存する第3の漸次的信号変化を示す第3の検出器信号のセットと、前記第1の信号差及び前記一次信号差に少なくとも部分的に基づいて決定される前記第3の漸次的信号変化の傾きを決定するように使用されるスケールファクタM3との第3の関係値に基づいて、前記空間波長Lよりも小さい第1の分解能で、前記スケールに沿った前記検出器の前記絶対位置を決定するように構成され、
前記信号プロセッサは更に、前記検出器信号間の第4の関係値に基づいて、前記第1の分解能よりも小さい第2の分解能で、前記スケールに沿った前記検出器の前記絶対位置を決定するように構成され、
前記第4の関係値は、前記第1の分解能での絶対位置によって示される前記第1及び第2の信号変調スケールパターンの少なくとも一方の前記周期的パターン要素の空間波長による現在の周期内における前記検出器の空間位相位置を示す、請求項16に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。 - 前記第1の漸次的信号変化は、前記第1の信号変調スケールパターンの前記周期的パターン要素に起因する前記第1の検出器信号セットによって提供される周期的検出器信号のDCオフセット値の漸次的変化を含み、
前記第2の漸次的信号変化は、前記第2の信号変調スケールパターンの前記周期的パターン要素に起因する前記第2の検出器信号セットによって提供される周期的検出器信号のDCオフセット値の漸次的変化を含み、
前記第1及び第2のスケールトラックと、前記第1及び第2の検知素子のセットとは、前記DCオフセット値の前記漸次的変化が、前記第1又は第2のスケールトラックに沿った同じ位置変化に亘る対応する周期的検出器信号の頂点間振幅の変化と少なくとも同じ大きさであるように構成される、請求項16に記載の電子式アブソリュート型エンコーダ。
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