TW200940963A - Measuring device and arrangement for detecting changes in position - Google Patents

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.200940963 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ，發明係，於-種測量裝置，特別是其 ==位^變觀變），且地她職之: 及方向。測篁裝置至少包含具有至少—編碼區及至少 ❿

區之編碼輪/編碼條帶、麟發射光學喊之至少—發射器、 ==光:訊广之至少一感應器、及用於反射綱號之 至射"°件。未編碼」—詞用於表達該區域影響穿越其 ^光束甚小。s編碼輪或編碼條帶移動時，未編碼區中影響光 束之條件不改變，或其改變之程度係可忽略。進—步，本發明 提供一種專用於驅動馬達之測量襄置。 【先前技術】 增量編碼器亦稱為編碼器組合，一般用以測量任何形 ^動過程，其巾測得之峨可驗決定位置及/或用於控 件。如此則導致對快速作動序列測量精確性之高度要求。此 外，即便在大多數情形中出現之不利環境條件下(塵土、溫产 變化、振動等）’穩定之訊號辨識係為必要。 又 廣泛應用之結果，現今對增量編碼器之需求係於具備精巧 设计’ ’又可_地對抗環境之辟，以確保訊賴識 之一致性。 專利申請案公開號第de-A1-102 46 268號之習知編碼器 配置係包含具有馬達軸(編碼器碟盤係固定於其上)之馬達、^ 用於產生光學訊號之訊號源及用於形塑光學訊、號之光束罩，其 中光束罩具有凹槽(pit)及平面結構(二者具有繞射及干擾結構' 以致可達到高度之測量精確性。此處之光學訊號係自外部盘馬 達平行之處產生’接著透過稜鏡(prism)偏轉並導引穿越光^罩 4 .200940963 及編碼輪’最後受職測。此配置已相當_於料用途。 再者，專利申請案公開號第DE-AM95〗8 714號之習知 ^係具有絲發射器(其具有實體量器(materfal 發，器及紐魏ϋ，其中絲訊勤具有微結構之脈衝碟盤 (puse d1SC)反射而朝向接收器，且光學訊號以斜角_ 擊脈衝碟盤。若環境條件特別不利時，因反射表面變 =之t果乃可能無法得到訊號之確$分析，故此測量裝置之f 實施例(其具有斜角移動訊號)易受資訊錯誤之影響。 ❹ ❹ 【發明内容】 之目標係為至少部分解決參照切技術所述 之問靖’特別疋減測量裝置及初始所述配置之極精巧結構。 ，類目標係藉由根據申請專利範圍第1項所述之一種測 以述之-種配置而達成： 例。可仃之方式彼此結合’以界定本發明之進—步實施 文明及解釋明1^^專纖圍之躲將減錢巾加以詳細 說明及解釋’麵詳述本㈣之進—錄佳實施例。 且右ΪΤ二1由一種測量裝置而達成目標，測量裂置包含至少 ζ卜編碼區之編碼輪/編碼條帶、用 於反^、用於發射光學訊號之發射器、及用 應哭及發I二r罢少一反射兀件。測量裝置之特徵在於，感 ς二發射魏置於編碼輪/編碼條帶之第—侧邊、至少一反 ίϊίϊ配置於編碼輪/編碼條帶之第二_且與發射器及感 5 tgp .200940963 根據本發明，編碼輪/編碼條帶可為已使用之編碼輪(其可 你恶於則量裝置而旋轉）’亦可為線性成形(linear_ShaPed)編碼 Ϊ帶(其J相對於測量裝置而線性移動）。已普遍習知編碼輪/ 條帶之編碼區包含帶或條之序列，其中一般係高發射帶與 帶輪替’以藉改變編碼輪/編碼條帶之編碼區之光學結 /而修正發射器所發射之訊號。在訊號處理階段，經修 f號接著用以獲得決定位置或長度所需之資訊。通常，「編 區^係配置為位於編碼輪7編碼條帶移動方向之連續軌道

^:條帶或其他相類物)(意即，例如平移移動編碼條帶中 、線軌道，或例如旋轉編碼輪中之圓形或圓環）。 去^^進―步包含「未編顺」’其允許光學訊號大部分 /維♦發射。通常，至少一未編碼區係配置為位於編碼輪 ^碼條π移動方向之連續執道(帶、線、條帶等，意即，例如 η動編碼條帶之直線軌道，或例如旋轉編碼輪之圓形或圓 ，）。在任何情形中，此處所指稱為編碼輪/編 ^部分係為位於「編碼區」外，尤其與編碼區 :距離’而該距離以固定為較佳(各別以平行朗 置）〇 、 射器可特別配置為雷射、或發光二極體 i 產生—相對定界、針絲絲束通道 有效限制任何顯著之光束擴散，特別 ^包含之:碼輪及反射元件接觸時。測量裝置進-V b3光敏感應斋，用於接收因此產生之光學訊號。 在編碼輪/編碼條帶與感應器及發射器相 用於反射絲峨之反航件，該反射元件 之 轉。使用所謂的「稜鏡」'係較佳。此處稜鏡特別 ‘200940963 面平行表面(non-plane-parallel)及楔形之本體。棱鏡之幾何性質 係由基部表面(base surface)之邊緣長度與角度、侧表面及基部 表面間的角度、及稜鏡之高度而決定。材料與環境之折射係數 不同’結果則光束可能垂直撞擊稜鏡之一侧而於内部(重覆地) 完全反射於相對之一側(偏轉稜鏡），並因而幾無損失地離開稜 鏡。本發明中，進入梭鏡之放射光束係反射至少二次，且經由 編碼輪/編碼條帶發送至感應器。此處之反射元件可包含聚光 鏡光件(condenser optics)或其他用以改良平行度(parallelism)或 用於光學訊號光束聚焦之其他聚焦裝置。 ❿ 為增加測量精確性’也可能使用根據專利申請案公開號第 DE-A1-102 46 268號之光束罩，其具有繞射及干擾結構^特別 是’在可知之實施例中，實體量器係建立於光束罩上之光繞射 二維次微米繞射結構。在第三維中，已放射或已反射光波之相 位係已決定。藉數個分波之干擾，可放大或減弱相位已改變之 光波。引起之訊號可接著用於訊號處理裝置，作為用於位置及 距離決定之控制訊號。在此方面，參照專利申請案公開號第 DE-AM02 46 268號之揭露，其係併入本說明書做為參考。光 束罩可配置作為介於放射器及編碼輪/編碼條帶間之光束通道 Ο 之個別組件，而以介於反射構件及編碼輪/編碼條帶之已編碼 區間為較佳；然而，光束罩尤其尚可設計為與反射元件整合 組件。 用於編今輪/編碼條帶、或也用於反射元件之材料，可特 別為玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(pol卿職) 或聚碳酸脂(polycarbonate)，上狀材料皆允許構成編碼輪/編 碼帶及/或反射元件之抗磨損結構。 根據測1：裝置之特殊較佳實施例，光學峨至少於通過編 碼輪/編碼條帶時’具有平行之絲通道。制是-，著表示在 200940963 自光學訊號由發射器發射並穿越編碼輪/編碼條帶直至進入反 射元件為止之區域、以及在自反射元件射出並穿越編碼輪/編 碼條帶直至由感應器接收為止之區域’光學訊號之光束通道與 光學訊號本身平行。此處光學訊號較佳係由發射器所發射且特 別是垂直地撞擊反射元件，接著穿越反射元件並於反射元件 (其特別具有頂蓋形及/或楔形的棱鏡)内反射二次(特別是垂直 地反射），致使光學訊號第二次穿越(特別是垂直地穿越)編碼輪 /編碼條帶並能被感應器所接收。 根據測量裝置之另一較佳實施例，感應器及發射器係配置 於一平面且透過至少一電路板與評估元件(其用於捕捉感應器 所偵測之光學訊號)連接。此處感應器及發射器共同配置之平 面係以平行延伸至編碼輪/編碼條帶為較佳。再者，於共同電 路板上尚可較佳地配置評估元件及其他模組(例如，提供以用 於發射資料至其他機件之插頭或纜線）。 根據測量裝置之又另一較佳實施例，至少反射元件、感應 器及發射器係配置於編碼輪/編碼條帶之投影範圍内。因此可 避免實體上（部分地)包圍編碼輪/編碼條帶之配置。測量裝置 ® 個別組件之相對應配置將導致本發明相當精巧的組態。若編碼 輪/編碼條帶以編碼輪之形式實施，則測量裝置之組件係置放 於編媽輪之半徑延伸範圍内，致使測量裝置整體能較佳地容納 於一共同外殼内’共同外殼接著調整(例如按其大小)為僅至編 碼輪/編碼條帶之延伸範圍。 根據測量裝置之又另一較佳實施例，該至少一反射元件包 含光學訊號之聚焦構件。在此實施例中，可提供聚光器光學 件、或反射元件之彎曲反射表面，致使光學訊號依據其平行度 (parallelism)及光束之集中度’至少於每次反射時(亦於進入或 出自反射元件時），可維持為一狹窄的聚焦光束。特別是，尚 200940963 可於光束通道中任何所欲且技術可行之位置配置各別聚焦構 件。較佳情況為，形成聚焦(例如藉由相對應之彎曲反射表面) 之反射元件反射表面(可能僅此)將訊號偏轉至感應器。 根據另一實施例’至少一反射元件係配置為與感應器及發 射器靜止相對。在此實施例中，感應器及發射器可特別配置^ 彼此直接相鄰，致使配置為相對之反射元件具有儘可能小的^ 伸範圍。藉由此實施例特別可能提供低成本之反射元件，因Α 小型體積可相當容易實現。 八

根據另-尤佳實施例，至少-反射元件可沿編碼輪/編碼 條帶而移動。此特別意謂編碼輪/編碼條帶及反射元件係與彼 ，固定連接。此處，反射元件較佳延伸超過整體編碼區/或形 成整體編碼區。某些細中，「未編砸」*反射元件所(部分、 形成可為有用的。例如，反射元件與馬達驅動軸直接連接是有 用的’因而實際形成該軸之輪轂(hub)時。 疋 π同樣地’設計反射元件使其延伸至少超過發射器之光與訊 過編碼輪/編碼條帶之區域為較佳。視編碼輪/編碼條帶 方例而異，反射元件係配置為例如長橢圓形 =輪/編碼條帶時)或類碟形(當為編碼輪時）。特別:若踩 二/編竭條帶係配置為編碼輪，則反射元件 ;，其延伸至少超過光學訊號所穿越之編碼輪 J益其中反射元件可與編碼輪連接並沿編碼輪旋轉、或；； =止，做編碼輪減於反射元件賴錄置 移動。相對於發射器、感應器及編碼輪/編碼條、二: 價r可蝴一 在測量裝置之-實施例申’其中反射元件可沿編碼輪/編 9 200940963 碼條帶移動’該等組件也可配置為一整合之組件。如此則無須 將組件校準。然而在該情況下，則必須根據專利申請案公開號 第DE-A1-102 46 268號將光束罩配置於整合組件之外，且於 光學訊號之光束通道中發射器及編碼輪間為靜止狀態。 根據測量裝置之另一較佳實施例，反射元件、或是感應器 及發射器係附著至外殼。在此實施例中，該等元件可直接或藉 由用於配置之裝置(例如電路板或其他架設裝置）而與外殼連 接。特別是’可提供賦予組件彼此間簡易校準之定位裝置。 ❹

根據本發明’馬達及具進步性測量裝置之配置(本發明亦 與該配置相關）’其特徵在於編碼輪/編碼條帶為可旋轉地架設 於馬達轴端上的一編碼輪。為此目的，使用電動馬達為較佳。 然而，在其他實施例中，亦可使用氣動driven) 或水動(hydraulically driven)馬達。 m Ϊ據配置之另—實施例’至少反射猶、感應器及發射器 士、丨己馬達之正面表面的投影範圍内。特別是，因為配置之 ΙΐΐΓίί之正面表面喊，這可確保配置相當緊密之結 ^ ^，尤其疋編碼輪，如今使整體配置容納於一夕卜

SiiLi 而馬達則可插人外殼中，使得馬達的外壁可達 【實施方式】 2具有編砸3及未編碼區4。號由m 絲2並私㈣元件 _後；感心：9=^發= .200940963 反射元件9配置之方式係光學訊號7穿越編碼區3 满格器二至少各一次，而導致光學訊號7穿越編碼輪/編 ίϊ二次。特別是，光學訊號7首先穿越編碼輪/編 編碼區4 ’通過反射元件9並接著在被感應器5 厅偵測刖’穿越編碼輪/編碼條帶2之編碼區3。 感應器5及發射器6較佳係配置於電路板12上之共同平 :11。電路板12係配置於編碼輪/編碼條帶2之第一側^ 8而 ❹ 件9相對’反射元件9係配置於編碼輪/編碼條帶2 之第二側邊1〇。 圖2曰顯示配置17之概要示意圖表示，配置17包含馬達 及測量裝置1，其中馬達18及測量裝置1係配置於外殼16 二馬達18具有驅動軸端2〇(其上配置有編碼輪19)，致使編 馬-19 了相對於馬達18及外殼16而沿軸 馬達18上，而電路板12上至少配置發 二器及評估兀件13 ’該等組件係配置於馬達18之正面表面 21之投影範圍14内。 ® 士在編碼輪/編碼條帶2之相對侧，反射元件9係配置於外 =16上，因此為靜止的。外殼16可具有定位構件以致能不 之機，即精確地將反射元件9定位於發射器/感應器 及或、為碼輪/編碼條帶之相對侧。如圖所示，發射器6所發射 之光學，號7係穿越未編碼區4中之編碼輪19，接著於反射 元件9又到反射並穿越編碼輪丨9(此次係位於編碼區 且 後由感應器5所偵測。 圖3概要地顯示配置實施例之另一範例，此處反射元件9 成乎延伸超過編碼輪/編碼條帶2之整體區域。在此範例中， 反射元件9係配置於編碼輪19上且可與編碼輪&連接、或可 .200940963 與編碼輪19共同配置為一整合組件。因此，編碼輪19及反射 元^ 9係於輛端20相對於外殼16及馬達18而一同旋轉。在 此範例中’來自發射器6之光學訊號自第一侧邊8穿越編碼輪 19 ’並立即進入反射元件9，而可藉由聚焦構件15聚焦光束 或確保光束之平行度。在反射元件9之反射後，來自編碼輪 19第二側邊10之光束又穿越編碼輪19並由感應器5所接收。 本發明不限於上述之實施例範例。反之，可於申請專利範 圍之範圍内實施本發明之各種修正。因此，具有各別組件之電 路板12也可附著至外殼16，而反射元件9可配置於馬達18 響之正面表面21或介於正面表面21及編碼輪19間、或位於編 碼輪19面對馬達18正面表面21之侧邊。 根據本發明之設計之一優勢係為不使用反射感應器。其結 果為’對於編碼輪平面性之要求不似反射感應器之情形高，其 中光線係由編碼輪所反射❶當使用反射感應器時，感應器及編 ，輪間之距離係相當關鍵，鑑於此事實本發明乃捨棄反射感應 器’故此類限制與本發明無關。 © 進一步而言，使用發射光技術之標準組件降低製造成本。 由於反射感應器需要複雜之結構，故與使用發射光技術之標準 組件相比’反射感應器之製造較為昂貴且組件較不耐用。 【圖式簡單說明】 本發明及技術環境將藉由圖式加以詳述。應注意的是，圖 式顯示本發明實施例之較佳變異，但本發明並不限制於該等變 異’其中： 圖1係測量裝置之側視圖； 圖2係配置之侧視圖；以及 圖3係配置貫施例之另一範例。 12 .200940963 【主要元件符號說明】 1 測量裝置 2 編碼輪/編碼條帶 3 編碼區 4 未編碼區 5 感應器 6 發射器 7 光學訊號 8 第一側邊 9 反射元件 10 第二侧邊 11 平面 12 電路板

13 評估元件 14投影範圍 15 琴焦構件 16 外殼 17 配置 18 馬達 19 編碼輪 20 軸端 正面表面 21

Claims (1)

1. .200940963 七、申請專利範圍： 1. 一種測量裝置，包含： 具有至少一編碼區及至少一未編碼區之至少一編碼 輪/編碼條帶； 用於接收一光學訊號之一感應器； 用於發射該光學訊號之一發射器；及 用於反射該光學訊號之至少一反射元件； 其中該感應器及該發射器係配置於該編碼輪/編碼條 帶之一第一侧邊，且該至少一反射元件係配置於該編碼輪 ® /編碼條帶之一第二側邊並與該發射器及該感應器相對；以 及 其中該光學訊號穿越該編碼輪/編碼條帶至少二次，至 少一次在該編碼區且至少一次在該未編碼區。 2. 如申請專利範圍第1項所述之測量裝置，其中該光學訊號 至少於穿越該編碼輪/編碼條帶時具有一平行光束通道。 © 3·如申請專利範圍第1或2項所述之測量裝置，其中該感應 器及該發射器係配置於一平面，且藉至少一電路板與用於 捕捉由該感應器所偵測之該光學訊號之一評估元件連接。 4. 如申請專利範圍中任一項所述之測量裝置，其中該至少一 反射tl件、該感應器及該發射器係配置於該編碼輪/編碼條 帶之一投影範圍内。 5. 如申請專利範圍任一項所述之測量裝置，其中該至少一 反射元件包含該光學訊號之聚焦構件。 14 •200940963 6. 如申凊專利範圍中任一項所述之測量裝置，其中該至少一 反射元件係配置為靜止械簡錢_及該發射器。 7. 如申請專利範圍中任一項所述之測量裝置，其中該至少一 反射元件係可沿該編碼輪/編碼條帶移動。 8. 如申請專利範圍中任一項所述之測量裳置，其中該反射元 件延伸至少超過該編碼輪/編碼條帶之該編碼區及該未編 碼區’該發射器之一光學訊號穿越該編碼區及該未編碼 區0 9. 如申請專利細中任一項所述之測量裝置，其中該反射元 件係附著至一外殼，或該感應器及該發射器係附著至一 殼。 10· —種包含一馬達及如申請專利範圍第丨至9項中任一項所 述之測量裝置之配置，其中該編碼輪/編碼條帶係一編碼 輪，其可旋轉地配置於該馬達之一軸端(shaftend)。 11.如申請專利範圍第10項所述之配置，其中該至少一反射 元件、該感應器及該發射器係配置於該馬達一正面表面之 投影範圍内。 15