KR101962475B1 - 선형 위치 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 캐리지가 안내될 수 있는 복수의 개별 레일(12', 12'', 12''')로 구성되는 슬라이드 레일(10)에 대한 캐리지의 위치를 선형적으로 결정하기 위한 선형 위치 결정 시스템에 관한 것으로서, 각각 개별 레일(12', 12'', 12''')을 따라 배치되어, 각각 위치 마킹(position marking)(20, 22)을 가지는 복수의 측정 척도(16, 18), 및 캐리지에 고정되어 위치 마킹(20, 22)을 스캔하도록 설계되는 적어도 하나의 스캐너를 구비하여, 캐리지가 안내되는 각각의 개별 레일에 대하여 상기 캐리지의 각각의 위치를 결정가능하게 한다. 모든 개별 레일(12', 12'', 12''')에서, 위치 마킹(20, 22)은 각각의 복수의 측정 척도(16, 18) 상에 동일하게 배치된다. 별개의 개별 코딩(24', 24'', 24''')이 개별 레일(12', 12'', 12''') 상에 제공되어 스캐너에 의해 스캔될 수 있고, 따라서 캐리지가 안내되는 각각의 개별 레일에 관한 개별 정보가 얻어질 수 있다.

Description

선형 위치 측정 시스템{LINEAR POSITION MEASURING SYSTEM}
본 발명은 청구항 1에 따른 선형 위치 측정 시스템에 관한 것이다.
예를 들면, 앞서 언급된 유형의, 슬라이드 레일에 대한 캐리지의 위치를 결정하기 위한 시스템은 가이드 시스템, 예를 들면, 선형 가이드와 조합하여 사용된다. 선형 가이드는 제1 바디, 및 제1 바디 상에서 안내되어 제1 바디에 대하여 이동할 수 있는 제2 바디를 포함하고, 여기서 제1 바디에 대한 제2 바디의 위치를 결정가능하게 하는 작업을 가진다. 이를 위하여, 예를 들면, 위치를 결정하기 위한 각각의 장치의 측정 척도(scale)가 제1 바디에 대하여 제 위치에 고정될 수 있고, 예를 들면, 각각의 스캐너가 제2 바디에 대하여 제 위치에 고정될 수 있다.
예를 들면, 절대 위치를 측정하기 위한 선형 위치 측정 시스템이 공지되어 있고, 이 선형 위치 측정 시스템은 측정 포인트로 마킹된 측정 척도 및 각각의 측정 포인트를 스캔하기 위하여 측정 척도에 대하여 이동할 수 있는 스캐너를 포함한다. 예를 들면, 이 측정 포인트는 위치를 식별하기 위하여 하나 이상의 취득가능한 위치 마킹으로 구성된다. 이러한 위치 마킹은 예를 들면, 광학적으로 또는 자기로 얻을 수 있다.
광학 스캐닝의 경우에, 스캐너는 측정 포인트의 이미지를 얻어, 측정 척도에 대한 스캐너의 위치를 결정하는 것을 가능하게 하는 신호를 제공하기 위한 센서를 포함한다. 자기 스캐닝의 경우에, 스캐너는 개별 영구 자석의 자기장 진행을 얻기 위한 자기장 센서를 포함하고, 이 경우에, 영구 자석은 측정 척도의 측정 포인트를 구성한다.
각각의 (광학/자기) 측정 척도에 따라, 예를 들면, 최초 위치에 대한 스캐너의 위치의 상대적 변화를 측정하기 위하여, 이러한 형태의 시스템이 사용될 수 있다.
이러한 형태의 시스템이 측정 척도에 대한 스캐너의 위치의 상대적 변화를 측정할 수 있도록 하는 포인트에 도달하기 위하여, 예를 들면, 각각의 측정 척도는 증분 척도로 설계될 수 있고, 결과적으로 일련의 다수의 동일하고 주기적으로 배치되고, 전술한 선 또는 측정 척도를 따라 동일한 거리로 이격된 일련의 증분 마킹을 얻을 수 있다. 예를 들면, 이러한 증분 측정 척도의 광학 스캔을 가능하게 하기 위하여, 스캐너는 각각의 마킹의 광학 이미지를 광전식 감지기 형태의 센서 상에 투영할 수 있다. 측정 척도에 대한 스캐너의 위치의 상대적인 변화를 측정하기 위하여, 스캐너는 마킹의 트랙을 따라 이동된다. 여기서, 스캐너를 이동시키는 것은 신호를 주기적으로 변화하도록 하여, 예를 들면, 미리 정해진 시간 내에 스캐너가 지나간 증분 마킹이 얼마나 많은지에 관한 정보를 제공한다.
요컨대, 스캐너의 상대적 위치의 상대적 변경은 측정 포인트 또는 증분 측정 척도의 증분 마킹을 스캔함으로써 측정될 수 있다. 비교적 단순한 설계 및 고해상도를 가지는, 소위 증분 위치 인코더가 이러한 목적으로 사용된다.
사이드 레일과 트랙 캐리지 또는 스캐너 사이의 상대적인 이동을 획득하는 것 외에, 또한, 시스템은 다른 측정 척도, 구체적으로 절대 마킹을 포함하는 절대 측정 척도에 관한 스캐너의 절대 위치를 측정하도록 설계된다. 여기서, 스캐너의 각각의 절대 위치는, 구체적인 기준 포인트에 대한 스캐너의 상대적인 위치의 변화를 측정함으로써, 슬라이드 레일을 따라 임의의 위치에서 결정될 수 있다. 여기서, 어떠한 오독도 슬라이드 레일에 대한 캐리지의 위치에 관한 완전히 잘못된 정보를 야기될 수 있기 때문에, 절대 마킹은 특히 신뢰성 있는 방식으로 스캔되어야 한다.
이를 위하여, 기준 척도가 미리 정해진 선을 따라 각각 특정 절대 위치를 명시하는 절대 마킹을 구비할 수 있다. 위치를 결정하기 위하여, 전술한 스캐너가 미리 정해진 선을 따라 이동될 수 있고, 따라서 스캐너를 통하여 각각의 절대 마킹을 광학적 또는 자기적으로 스캔할 수 있다.
요컨대, 이러한 소위 절대 인코더는 항상 위치 관련 정보를 전부 전달하여, 절대 인코더가 위치 측정 및 제어에 매우 적합하도록 한다. 통상적인 방법은 이진 정보를 판독하는 것을 포함하고, 대응하는 광학 또는 자기 스캔이 각각의 이진수 때문에 요구된다. 이러한 스캔 모두는 서로에 대해 상대적으로 조정되어야만 하고, 따라서 어떠한 판독 오류도 임의의 작업 조건 하에서 발생할 수 없도록 한다.
예를 들면, 기계식 연삭기의 제조 관련 이유로, 슬라이드 레일은 제한된 최대 길이로만 제공될 수 있다. 한 조각 슬라이드 레일의 최대 길이는 현재 약 6m로 측정된다. 더 긴 슬라이드 레일이 필요한 경우에는, 슬라이드 레일이 연속으로 배치된 다수의 개별 레일로 조립될 수 있다고 알려져 있다.
일체로 점진적인 방식으로 연속으로 배치된 다수의 개별 레일의 맞대기 이음(butt joint)에서, 척도화는 척도 코딩이 가능한 오류가 없는 단계로 되도록 하는 방식으로 측정 공구를 통하여 기계적으로 이루어진다. 캐리지의 절대 위치는 외부에 고정되는 스위칭 캠을 사용하여 검출된다. 이 후, 캐리지의 현재 위치는 이러한 기준 포인트로부터 시작하여 계산된다. 그러나 캐리지의 현재 위치는, 선형 위치 측정 시스템이 비활성화될 때, 저장되지 않는다. 결과적으로, 한 가지 단점은, 선형 위치 측정 시스템을 활성화시킬 때, 이제 캐리지는 보정을 위하여 기준 포인트에 도달하기 위하여 긴 거리를 가로질러 가야야만 한다는 것이다. 특히, 긴 슬라이드 레일의 경우에, 이것은 시간의 많은 소비와 관련된다.
다수의 개별 레일로 구성되는 슬라이드 레일의 절대 마킹을 통한 마킹 위치에 관한 다른 공지된 접근 방법은 개별 레일로부터 개별 레일로의 절대 마킹을 논리적으로 연속하는 것을 포함한다. 이를 위하여, 절대 마킹은 각각의 개별 코드, 예를 들면, 연속 계수, 개별 위치 관련 정보 등을 통합하는 코드를 반영한다. 문제점은 각각의 코드가 개별 레일의 수가 증가함에 따라, 훨씬 더 많은 기호(비트)로 구성되어야만 하는 것이다. 여기서, 각각의 코드 사이의 거리를 증가시킬 필요가 있게 되고, 이는 저해상도로 인하여 위치 관련 정보의 정확성을 불리하게 감소시킨다.
다른 것들 사이의 오류 감지를 위해 종종 사용되는 절대 마킹으로서, 동일한 기호 개수를 가지는 코드를 통한 절대 마킹의 경우에, 개별 레일을 더 추가하는 것을 통하여 슬라이드 레일을 선택적으로 확장시키는 것은 문제점을 야기할 수 있다. 이러한 추가적인 개별 레일은 또한 규정된 개수의 기호를 가지는 코드로 제공되어야만 하기 때문에, 이 규정된 개수의 기호는 명료한 코딩에 더 이상 적합하지 않게 될 수 있다. 이 경우에, 슬라이드 레일용 전체 코딩 계획은 더 많은 규정된 수의 기호를 가지는 새로운 코드로 교체되어야만 할 것이다. 이 상황은 매우 고비용과 관련된다.
종래 기술의 또 다른 문제점은 전체 슬라이드 레일을 포함하는 개별 레일의 조합으로부터 적어도 하나의 개별 레일을 교체하는 것이다. 이 교체는 특정 개별 레일에서 겪게 되는 마모에 의해 필요할 수도 있다. 단일 개별 레일을 교체할 때, 교체되는 개별 레일과 정확히 동일한 절대 마킹을 가지는 새로운 개별 레일이 이제 사용되어야만 한다. 이를 위하여, 이러한 절대 마킹이 먼저 결정되어야만 하고, 그 이후, 절대 측정 척도로 재생되어야만 한다. 이러한 방식으로 재생된 절대 측정 척도는, 이 후, 새로운 개별 레일에 고정되어야만 한다. 이를 위한 적합한 장치의 부족은 선형 위치 측정 시스템의 위치의 장소에서 이러한 단계를 수행하는 것을 사실상 불가능하게 한다. 그러므로 절대 측정 척도, 따라서 새로운 개별 레일을 대응되게 재생하기 위해 필요한 정보는 이를 위하여 실제로 외부 전문 회사(예를 들면, 선형 위치 측정 시스템의 제조자)에 전달된다. 이에, 외부 전문 회사는 각각 대응하게 재생되는 측정 척도를 가지는 새로운 개별 레일을 준비한다. 이 후, 이 새로운 개별 레일은 선형 위치 측정 시스템의 장소에 전달되고, 최종적으로 통합된다. 이러한 현재 방법은 고비용이고, 작업의 긴 지연을 필요로 한다. 개별 레일이 갑작스런 결함으로 인하여 불가피하게 즉시 교체되어야만 한다면, 이 개별 레일은 적절한 시기에 교체될 수 없다. 따라서 선형 위치 측정 시스템은 여러 날 동안 중단되어야 한다. 선형 위치 측정 시스템의 중단으로 인해 발생하는 결과적인 비용이 매우 높다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점이 해결된 선형 위치 측정 시스템을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은, 슬라이드 레일이 적어도 하나의 개별 레일에 의해 신속하고 용이하게 확장되고, 및/또는 적어도 하나의 개별 레일이 신속하고 용이하게 교체될 수 있는 선형 위치 측정 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징부에 의해 달성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 캐리지가 안내될 수 있는 복수의 개별 레일로 구성되는 슬라이드 레일에 대한 캐리지의 위치를 선형적으로 결정하기 위한 선형 위치 결정 시스템은, 각각 개별 레일을 따라 배치되고, 각각 위치 마킹(position marking)을 가지는 복수의 측정 척도, 및 캐리지에 고정되어 위치 마킹을 스캔하도록 설계되는 적어도 하나의 스캐너를 구비하여, 캐리지가 안내되는 각각의 개별 레일에 대하여 캐리지의 각각의 위치를 결정가능하게 한다. 모든 개별 레일에서, 위치 마킹은 각각의 복수의 측정 척도 상에 동일하게 배치된다. 별개의 개별 코딩이 개별 레일 상에 제공되어 스캐너에 의해 스캔될 수 있고, 따라서 캐리지가 안내되는 각각의 개별 레일에 관한 개별 정보가 얻어질 수 있다.
한가지 매우 큰 장점은 이제 개별 레일이 서로 동일한 측정 척도로 사용될 수 있다는 것이다. 슬라이드 레일에 대하여, 즉, 다수의 개별 레일을 걸쳐, 위치를 여전히 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위하여, 각각의 개별 레일에는 별개의 개별 코딩이 제공된다. 이 각각의 개별 코딩은 스캐너에 의해 스캔될 수 있고, 캐리지가 현재 이동하고 있는 복수의 개별 레일 사이의 개별 레일에 관한 정보를 전달한다. 이렇게 습득한 개별 레일에 대한 위치를 측정하기 위한 어떠한 추가 정보도 적어도 하나의 측정 척도 상의 위치 마킹을 통상적으로 스캔함으로써 특정된다.
개별 코딩 및 적어도 하나의 위치 마킹으로부터의 이러한 종합 정보에 기초하여, 이 후, 위치가 전체 슬라이드 레일에 대하여 결정될 수 있다. 개별 코딩은 신속하고 용이하게, 예를 들면, 선형 위치 측정 시스템이 위치되는 장소에 직접적으로 적용될 수 있다. 어떠한 전문가도 이 작업에 요구되지 않는다. 예를 들면, 선형 위치 측정 시스템의 작업자는 선형 위치 측정 시스템이 위치되는 장소에 개별 코딩을 신속하고 용이하게 적용할 수 있다. 슬라이드 레일이 적어도 하나의 개별 레일에 의해 확장되면, 이러한 개별 레일을 위해 요구되는 개별 코딩이 제작자에 의해 발행된 사양서로부터 유추될 수 있다. 개별 코딩을 수행하기 위해 필요한 요소는 장소에 용이하게 구입해 둘 수 있다. 결과적으로, 슬라이드 레일은 적어도 하나의 개별 레일에 의해 신속하고 용이하게 확장될 수 있다.
또 다른 장점은, 절대 위치를 검출하기 위하여 이제 캐리지만 제한된 경로를 가로질러 가면 된다는 것이다. 최초 상태로부터 시작하여, 선형 위치 측정 시스템을 보정하는데 걸리는 시간은 따라서 줄어든다.
또한, 적어도 하나의 개별 레일을 교체하는 것이 순조로운 과정이 된다. 선형 위치 측정 시스템이 위치되는 장소에 구입되어 있는 개별(교체) 레일이, 교체될 개별 레일이 또한 제공되는 개별 코딩을 취하여 제공될 수 있다. 이는 전문 회사에서 절대 마킹을 재생하고 이후에 선형 위치 측정 시스템이 위치되는 장소로 다시 수송하는데 요구되는 시간 연장에 의해 야기되어, 보통 며칠 동안 지속되는 선형 위치 측정 시스템의 정지 시간을 제거한다. 이것은 시간과 비용을 절약시킨다.
바람직하게는 개별 코딩은 하나의 개별 레일로부터 다른 레일로의 연속 계수 형태의 정보를 전달한다. 전체 슬라이드 레일에 걸쳐서 캐리지의 일반적인 위치는 복수의 개별 레일 사이에 캐리지가 이동하고 있는 개별 레일에 관한 정보 및 이러한 개별 레일에 대한 캐리지의 위치에 관한 정보를 조합함으로써 결정될 수 있다.
바람직하게는 연속 계수는 그레이 코드(Gray code)로 인코딩된다. 그레이 코드는 아날로그 신호 경로에 대해 안정성 있게 디지털 변수를 전송하기 위한 코딩 방법으로 사용된다. 이 코드는 일정하고, 개별 코딩에서의 인접 코드 워드는 한 자리 이진수만 다르다. 이것은, 아날로그 신호로부터 개별 코딩으로 양자화할 때, 판독 오류를 감소시킨다. 캐리지가 현재 어느 개별 레일 상을 이동하고 있는지를 정확하게 측정하는 것에 대한 실수가 완전히 그릇된 위치 결정을 야기할 수 있다. 그레이 코드의 사용은 최대 범위에서 이러한 오류 소스를 최소화시키거나 또는 적어도 오류에 대한 인식을 가능하게 한다. 채널 코딩 분야에서 다른 코드가 오류 감지 및 정정용으로 수행될 수 있다. 전반적으로, 이것은 각각의 개별 레일을 정확하게 얻는 것에 관한 신뢰성을 향상시키고, 따라서 캐리지 위치를 정확하게 측정하는 것에 관한 신뢰성을 향상시킨다.
바람직하게는, 각각의 개별 레일의 개별 코딩은 개별 레일의 각각의 보어홀 내로 삽입되어 이후 밀봉하는 복수의 밀봉 플러그에 의해 수행된다. 이러한 특히 바람직한 실시예에서, 보어홀을 밀봉하는데 이미 사용된 밀봉 플러그는 개별 코딩을 수행하거나 또는 전환하기 위하여 추가로 이용될 수 있다. 밀봉 플러그의 코딩 배치는 각각 사용되는 개별 레일에 관한 코딩을 도입하는 것을 가능하게 한다. 캐리지가 밀봉 플러그의 특정 개수에 걸쳐 안내된 후, 전체 슬라이드 레일에 대한 개별 레일의 위치가 유추될 수 있다. 여기서 밀봉 플러그의 개수는 코딩되는 길이에 의존한다. 전체 슬라이드 레일에 대한 개별 레일의 위치를 유추하는 과정 후 또는 과정 동안에, 스캐너의 센서는 각각의 개별 레일 상의 각각의 측정 척도의 위치 마킹을 스캔하도록 전환될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 밀봉 플러그는 이산 정보(discrete information)를 전달한다. 단지 각각의 이산 상태(discrete state)가 명확하게 스캔될 수 있다는 것이 보장되는 한, 이산 정보 또는 이산 상태가 각인될 수 있는 방법에 대해서는 어떠한 제한도 두지 않는다.
바람직하게는, 이산 정보는 밀봉 플러그에 포함되는 재료의 각각의 재료 특성을 통하여 유추될 수 있다. 다양한 재료로 밀봉 플러그의 사용, 따라서 오늘날 이미 이용되는 종류의 재료 특성을 변화시키는 것은 이러한 개별 코딩을 스캐닝하기 위한 스캐너의 센서의 스위칭 상태에 영향을 미치는 것이 가능하고, 따라서 통상적인 스캔닝을 가능하게 한다. 예를 들면, 오늘날 일반적으로 사용되는 밀봉 플러그는 강, 황동 또는 플라스틱으로 만들어지거나 또는 이러한 재료를 포함한다. 개별 코딩에서의 이러한 기호 개수(밀봉 플러그 개수)를 증가시키기 위하여, 밀봉 플러그가 삽입되어 대응하게 코딩되는 보어홀이 또한 개별 레일을 고정시키기 위하여 장착 나사를 사용하기 위한 보어홀에 추가하여 제공될 수 있다.
바람직하게는, 이산 정보는 밀봉 플러그 표면의 각각의 기하학적 형상을 통하여 유추될 수 있다. 여기서 밀봉 플러그 표면은 개별 레일의 표면과 동일한 평면의 밀봉(flush seal)을 형성하는 표면을 지칭한다. 이 예에서, 예를 들면, 개별 코딩이 각각 가변 이상 상태를 나타내는 가변 기하학적 형상으로 구성될 수 있다. n-비트 정보(n = 1, 2, ...)를 전달하는 밀봉 플러그의 표면은 코드 정보의 더욱 컴팩트한 수용을 가능하게 한다. 예를 들면, n=4인 경우에, 따라서 단일 밀봉 플러그가 16 상태를 나타낼 수 있다. 이 예에서, 16개 또는 더 작은 개별 레일로 구성되는 슬라이드 레일의 각각의 개별 레일은 단지 단일 밀봉 플러그로 충분히 식별가능한 방식으로 코딩될 수 있다. 밀봉 플러그 표면 상의 이러한 4비트 코딩은 재료 쌍(예를 들면, 강, 황동, 플라스틱 등)을 통하여 또는 기하학적 형상을 통하여 각인될 수 있다.
바람직하게는 이산 정보는 밀봉 플러그 내로 일체로 되거나 또는 밀봉 플러그에 고정되는 스위칭 요소(switching element)를 통하여 유추될 수 있다. 여기서 스위칭 요소는 수동 또는 능동 구성요소가 될 수 있다. 높은 범위가 습득한 것의 신뢰성을 향상시킨다.
바람직하게는, 스위칭 요소는 RFID 데이터 캐리어이다. RFID 데이터 캐리어가 대상물의 자동 식별 및 위치 측정을 가능하게 하고, 따라서 데이터 수집에 상당히 용이하게 한다. 이 예에서, 대응하는 RFID 리더기는 RFID 데이터 캐리어를 획득하고 판독하기 위한 트랙 캐리지에 장착된다. RFID 기술은 특히 신뢰성 있는 이산 정보의 습득을 가능하게 한다.
바람직하게는, 위치 마킹은 증분 마킹 및/또는 절대 마킹을 포함한다. 증분 마킹은 다수의 주기적으로 배치된 일련의 마킹으로서, 규정된 트랙을 따라 거의 일정하게 이격된다. 이 증분 마킹의 트랙을 스캔함으로써, 미리 정한 시간에 걸쳐 스캐너 위치의 상대적인 변경이 이 트랙에 대하여 측정된다. 반면에, 각각의 개별 레일에 대한 스캐너의 절대 위치가 절대 마킹을 스캔함으로써 결정될 수 있다. 이를 위하여, 절대 마킹은 특정 절대 위치를 각각 특정한다.
바람직하게는, 증분 마킹 및/또는 절대 마킹은 각각 적어도 하나의 스캐너에 의해 자기장 크기 진행이 스캔될 수 있는 개별 영구 자석으로 설계될 수 있다. 다른 스캐닝 방법과 비교하여 자기장 스캐닝은 특히 간섭에 민감하지 않기 때문에, 이는 특히 정확한 스캐닝을 가능하게 한다. 또한, 동일한 스캔 정확성에서 다른 마킹 구성과 비교하여 영구 자석은 특히 좁은 너비를 가질 수 있기 때문에, 스캐닝이 특히 미세 해상도로 발생할 수 있다. 이것은 매우 컴팩트한 코딩을 가능하게 한다.
바람직하게는, 증분 마킹 및/또는 절대 마킹은 각각 적어도 하나의 스캐너에 의해 광학적으로 스캔될 수 있는 광학 마킹으로 설계된다. 이 방법에서, 각각의 측정 척도에 고정되거나 또는 적용된, 광학적으로 감지 가능한 마킹은 스캐너의 광학 판독 헤드를 통하여 스캔된다. 스캐닝쪽으로의 이러한 접근 방법은 다른 스캐닝 방법과 비교하여 구현하는데 특히 비용 효과적이다.
도 1은 슬라이드 레일의 개략도이다.
본 발명은 이하 예시적 실시예를 기반으로 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 선형 위치 측정 시스템의 슬라이드 레일(10)의 개략도를 나타낸다. 슬라이드 레일(10)은 다수의 개별 레일(12', 12'', 12''')로 구성되고, 세 개의 레일이 도면에 도시되어 있다.
개별 레일의 길이는 제조 관련 고려사항에 의해 일반적으로 제한된다. 개별 레일의 길이가 증가함에 따라, 레일의 제조 비용은 급격하게 증가한다. 따라서 슬라이드 레일을 서로 선형으로 정렬된 다수의 개별 레일로 구성하는 것이 통상적이다.
부착을 위해서, 각각의 개별 레일(12', 12'', 12''')에 장착 나사(도시되지 않음)가 삽입될 수 있는 다수의 관통 보어홀(borehole)(14)이 제공되고, 장착 나사가 죄여질 때, 장착 나사의 나사산은 개별 레일(12', 12'', 12''') 아래에 위치되는 장착 플레이트(도시되지 않음)의 대응하는 수용 나사산과 결합한다.
이러한 방식으로 조립된 슬라이드 레일(10)은 캐리지(carriage)(도시되지 않음)를 안내하는 데 사용된다. 여기서 이 캐리지는 개별 레일(12', 12'', 12''')의 표면 세그먼트(surface segment) 상의 적어도 하나의 롤링 베어링 또는 볼 베어링에 의해 안내된다. 두 개의 측정 척도(measuring scale)(16, 18)가 각각의 개별 레일(12', 12'', 12''')의 측면 상에 제공되고, 따라서 전체 슬라이드 레일(10)에 관한 이 캐리지의 정확한 위치가 측정될 수 있다. 이러한 측정 척도(16, 18)는 증분 척도(16) 및 절대 척도(18)를 포함한다. 증분 척도(16)는 증분 마킹(incremental marking)(20)을 가지고, 절대 척도(18)는 절대 마킹(absolute marking)(22)을 가진다.
증분 마킹(20)은 순차적인 다수의 동일 마킹으로 구성되고, 이 마킹은 증분 척도(16)를 따라서 동일 거리로 이격된다. 증분 척도(16)를 따라 안내되는, 이 증분 마킹(20)은 스캐너의 센서에 의해 스캔될 수 있다. 여기서 스캐너 이동은 신호의 주기적 변경을 야기하고, 이러한 변경은, 스캐너가 특정 시간에 걸쳐 이동되었던 증분 마킹(20)의 개수에 관한 정보를 제공한다.
슬라이드 레일(10)과 트랙 캐리지 또는 스캐너 사이의 상대적인 이동을 획득하는 것에 더하여, 절대 척도(18) 상의 절대 마킹(22)은 각각의 개별 레일(12', 12'', 12''') 에 관한 스캐너의 절대 위치를 획득하는데 사용된다. 여기서 스캐너의 각각의 절대 위치는 특정 기준점에 대한 스캐너의 상대적인 위치의 변화를 측정함으로써 각각의 개별 레일(12', 12'', 12''')을 따라 원하는 임의의 위치에서 결정될 수 있다. 또한, 절대 마킹(22)은 절대 척도(18)를 따라 안내되는 스캐너 센서에 의해 스캔된다. 여기서, 어떠한 오독도 임의의 개별 레일(12', 12'', 12''')에 대한 캐리지의 위치에 관한 잘못된 정보를 야기할 수 있기 때문에, 이 스캐닝은 특히 신뢰성 있는 방식으로 수행되어야만 한다.
증분 마킹(20) 및/또는 절대 마킹(22)은 각각 개별 영구 자석으로 구성될 수 있고, 영구 자석의 자기장 크기 진행(magnetic field strength progression)은 스캐너의 각각의 센서에 의해 스캔될 수 있다. 대안적으로, 증분 마킹(20) 및/또는 절대 마킹(22)은 스캐너의 각각의 센서에 의해 광학적으로 스캔될 수 있는 광학 마킹으로 각각 설계될 수 있다.
위치 마킹, 즉, 증분 척도(16) 및 절대 척도(18)의 증분 마킹(20) 및 절대 마킹(22)은 하나의 개별 레일에서 다음 개별 레일로 동일하게 반복된다. 다시 말해서, 각각의 개별 레일(12', 12'', 12''')의 측정 척도(16, 18)에는 예를 들면, 개별 레일의 시작과 관련된 동일한 코딩(coding)이 제공된다. 이로 인한 장점은 슬라이드 레일(10)이 적어도 하나의 추가 개별 레일에 의해 순조롭게 확장될 수 있다는 것이다. 다른 장점은 어떠한 개별 레일도 측정 척도(16, 18)로 이미 제공되었던 새로운 개별 레일로 용이하게 교체될 수 있다는 점에 있다. 종래 기술에 비하여 단지 하나의 형태의 개별 레일만 항상 재고로 유지되기만 하면 되기 때문에, 이것은 물류 및 물품 목록을 단순화시킨다. 이것은 전체적인 시간 및 비용을 절약시킨다.
전체 슬라이드 레일(10)을 따라 캐리지의 위치를 더욱 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위하여, 각각의 개별 레일(12', 12'', 12''')에는 하나의 개별 레일로부터 다음 레일로의 별개의 정보를 전달하는 별도의 스캔 가능한 개별 코딩(24', 24'', 24''')이 추가로 제공된다. 이것은 캐리지가 현재 안내되고 있는 각각의 개별 레일을 측정하는 것을 가능하게 한다. 도면 상에 도시된 예에서, 각각의 개별 코딩(24', 24'', 24''')은 코드 워드(code word)의 각각의 이산 기호(discrete symbol)를 각각 형성하는 밀봉 플러그(sealing plug)(26', 26'', 26''', 26'''')의 표면에 의해 시행되거나 또는 준비된다. 이러한 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')는 통상적으로 상기 보어홀(14)을 밀봉하는데 사용된다. 여기서 이러한 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')의 표면은 개별 레일(12', 12'', 12''')의 각각의 표면으로 동일한 평면의 밀봉(flush seal)을 확립한다.
밀봉 플러그 표면 또는 밀봉 플러그 자체는 이산 상태(discrete state)를 반영한다. 예를 들면, 이산 상태가, 밀봉 플러그의 표면 또는 밀봉 플러그 자체를 포함하는 재료, 예를 들면, 강, 황동, 플라스틱 등의 재료의 (이산) 재료 특성에 의해 측정될 수 있다. 이 예에서, 결과적으로 확립된 각각의 개별 코딩(24', 24'', 24''')은 스캐너의 유도 측정 센서에 의해 스캔될 수 있다.
도 1 상에 도시된 다른 예에서, 개별 코딩(24', 24'', 24''')은 각각의 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')의 표면 색(흰색/검은색)의 이진 상태에 의해 형성된다. 이진 값 "0"이 "흰색"으로 할당되고, 이진 값 "1"은 "검은색"으로 할당되는 경우, 여기서 개별 레일(12', 12'', 12''')은 이진 코딩(개별 코딩) 0000, 0001, 0010, 0011, ... 로 연속적으로 숫자 매겨질 수 있다. 연속 계수(consecutive numeration) 대신에, 각각의 개별 레일이 이러한 정보로부터 추론될 수 있는 한, 개별 레일(12', 12'', 12''')은 또한 다른 또는 추가적인 정보로 개별적으로 명확하게 코딩될 수 있다.
이제 스캐너가 개별 코딩(24''')을 이진 코드 워드 "0010"으로 스캔하면, 예를 들면, 선형 위치 측정 시스템은 이것으로부터 캐리지가 세 번째 레일(12''') 상이 이동하고 있다는 것을 알아낼 수 있다. 이 세 번째 개별 레일(12''') 상의 증분 척도(16) 및 절대 척도(18)를 추가로 스캔하는 것으로부터 얻은 정보에 기초하여, 스캐너는 이 세 번째 레일(12''')의 시작점에 대한 캐리지의 위치(예를 들면, 시작점으로부터 1.5m의 거리)를 추가로 측정할 수 있거나, 또는 이에 관한 정보를 선형 위치 측정 시스템에 전달할 수 있다. 따라서 각각의 개별 레일(12', 12'')의 길이(예를 들면, 각각 3m)를 아는 것은, 슬라이드 레일(10)의 시작점(0 포인트(N))과 캐리지 사이의 거리를 계산함으로써 전체 슬라이드 레일(10)에 대한 캐리지 위치를 측정할 수 있게 한다. 이 예에서, 거리 D = 2 * 3m + 1.5m = 7.5m로 측정된다.
도면 상에 도시된 예에서, 개별 코드(24', 24'', 24''')는 4개의 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')(4개의 기호) 또는 그들의 표면에 의해 형성된다. 예를 들면, 연속 계수로 이진 코딩을 고려할 때, 따라서 16개 개별 레일이 명확하게 할당될 수 있다. 상기 예에 따르면, 결과적으로 16 * 3m = 48m 길이 만큼의 슬라이드 레일(10)이 구현될 수 있다.
10 슬라이드 레일 12', 12'', 12''' 개별 레일
16, 18 측정 척도 20 증분 마킹
22 절대 마킹 24', 24'', 24''' 개별 코딩

Claims (12)

  1. 캐리지가 안내될 수 있는 복수의 개별 레일(12', 12'', 12''')로 구성되는 슬라이드 레일(10)에 대한 상기 캐리지의 위치를 선형적으로 결정하기 위한 선형 위치 결정 시스템으로서, 각각 개별 레일(12', 12'', 12''')을 따라 배치되고, 각각 위치 마킹(position marking)(20, 22)을 가지는 복수의 측정 척도(16, 18), 및 상기 캐리지에 고정되어 상기 위치 마킹(20, 22)을 스캔하도록 설계되는 적어도 하나의 스캐너를 구비하여, 상기 캐리지가 안내되는 각각의 개별 레일에 대하여 상기 캐리지의 각각의 위치를 결정가능하게 하고,
    모든 개별 레일(12', 12'', 12''')에서의 상기 위치 마킹(20, 22)은 각각의 복수의 측정 척도(16, 18) 상에 동일하게 배치되고,
    별개의 개별 코딩(24', 24'', 24''')이 개별 레일(12', 12'', 12''') 상에 제공되어 상기 스캐너에 의해 스캔될 수 있고, 따라서 상기 캐리지가 안내되는 각각의 개별 레일에 관한 개별 정보가 얻어질 수 있으며,
    각각의 개별 레일(12', 12'', 12''')의 개별 코딩은 복수의 밀봉 플러그(sealing plug)(26', 26'', 26''', 26'''')에 의해 시행되고, 상기 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')는 상기 개별 레일(12', 12'', 12''')에서의 각각의 보어홀(14) 내로 삽입되어 이후 밀봉하는 선형 위치 측정 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 개별 코딩(24', 24'', 24''')은 하나의 개별 레일로부터 다른 개별 레일로의 연속 계수(consecutive numeration)의 정보를 전달하는 선형 위치 측정 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연속 계수는 그레이 코드(Gray code)로 인코딩되는 선형 위치 측정 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    각각의 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')는 이산 정보(discrete information)를 전달하는 선형 위치 측정 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 이산 정보는 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')에 포함된 재료의 각각의 재료 특성을 통하여 유추될 수 있는 선형 위치 측정 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 이산 정보는 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')의 각각의 표면 기하형상을 통하여 유추될 수 있는 선형 위치 측정 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 이산 정보는 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')에 일체로 되거나 또는 밀봉 플러그(26', 26'', 26''', 26'''')의 표면에 고정된 스위칭 요소를 통하여 유추될 수 있는 선형 위치 측정 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스위칭 요소는 RFID 데이터 캐리어(data carrier)인 선형 위치 측정 시스템.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 마킹은 증분 마킹(incremental marking)(20) 및/또는 절대 마킹(absolute marking)(22)을 포함하는 선형 위치 측정 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
    증분 마킹(20) 및/또는 절대 마킹(22)은 각각 개별 영구 자석으로 설계되고, 상기 영구 자석의 자기장 크기 진행(magnetic field strength progression)은 상기 적어도 하나의 스캐너에 의해 스캔될 수 있는 선형 위치 측정 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
    증분 마킹(20) 및/또는 절대 마킹(22)은 각각 광학 마킹으로 설계되고, 상기 광학 마킹은 상기 적어도 하나의 스캐너에 의해 광학적으로 스캔될 수 있는 선형 위치 측정 시스템.
  12. 삭제
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