TW201805601A - 編碼器裝置及附有編碼器裝置之運動導引裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供可減低產生於參考標記之磁場與產生於標度之磁場之干涉的編碼器裝置。
本發明之編碼器裝置(6)具備有參考標記(7)、及頭部(5)。參考標記(7)具有第一標度線圈(7b1)、及被電性連接於第一標度線圈(7b1)之第二標度線圈(7b2)。頭部(5)具有：發送線圈(8)，其以非接觸之狀態將電磁波發送至第一標度線圈(7b1)；接收線圈(9)，其以非接觸之狀態自第二標度線圈(7b2)接收電磁波；及電路(13、14)，其於發送線圈(8)對向於第一標度線圈(7b1)，且接收線圈(9)對向於第二標度線圈(7b2)之情形時，自接收線圈(9)所接收之電磁波產生原點信號產生用之脈衝。

Description

編碼器裝置及附有編碼器裝置之運動導引裝置
本發明係關於用以檢測可相對移動之兩構件相對之直線位置或旋轉位置之編碼器裝置。
編碼器裝置係使用於用來檢測相對於第一構件進行相對移動之第二構件之直線位置或旋轉位置。於編碼器裝置中，存在有輸出對應於移動量之數量之脈衝的增量型、及將檢測位置之絕對位置進行之絕對型。
增量型之編碼器裝置具備有被安裝於第一構件之標度、及被安裝於第二構件而讀取標度之頭部。伴隨著第二構件相對於第一構件之相對移動，增量型之編碼器裝置輸出相位僅偏移π/2之A相信號及B相信號。
增量型之編碼器裝置除了A相信號及B相信號，還輸出原點信號(Z相信號)。原因在於在增量型之編碼器裝置，存在有即便關掉電源再度通電也無法立刻得知現在位置之問題。
為了輸出原點信號，在專利文獻1所記載之編碼器裝置中，第一構件之原點位置安裝有參考標記(由磁鐵或鐵所構成)，而於第二構件安裝有讀取該參考標記之磁性感測器。而且，將自磁性感測器所得到之信號與既定之臨限值進行比較而產生原點信號用之脈衝，並根據該脈衝來輸出原點信號。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際專利公開第2009/053719號
然而，於專利文獻1所記載之編碼器裝置中由於標度為磁標度，因此存在有產生於由磁鐵或鐵所構成之參照標記之磁場與產生於標度之磁場相互干涉，而產生測量誤差之可能性的問題。
因此，本發明之目的，在於提供可減低參考標記之磁場與標度之磁場之干涉的編碼器裝置。
為了解決前述之問題，本發明一態樣係一種編碼器裝置，其具備有參考標記與頭部，上述參考標記具有第一標度線圈、及被電性連接於上述第一標度線圈之第二標度線圈，上述頭部具有：發送線圈，其以非接觸地將電磁波發送至上述第一標度線圈；接收線圈，其以非接觸地自上述第二標度線圈接收電磁波；及電路，其在上述發送線圈對向於上述第一標度線圈，且上述接收線圈對向於上述第二標度線圈之情形時，自上述接收線圈所接收之電磁波產生原點信號產生用之脈衝。
根據本發明，可利用電磁感應來產生原點信號產生用之脈衝。藉由電磁感應而產生於參考標記之磁場與產生於標度之磁場，可以頻率加以切割。因此，可減低參考標記之磁場與標度之磁 場的干涉。
再者，本發明雖適於標度為磁標度之情形，但標度並不限定於磁標度，亦可為例如光學式標度。
1、1'‧‧‧軌道導軌
1a'‧‧‧螺栓插入孔
2‧‧‧載台
3‧‧‧運動導引裝置
4、4'‧‧‧增量型磁標度
4a‧‧‧上表面
5、5'‧‧‧頭部
6‧‧‧編碼器裝置
7、7'‧‧‧參考標記
7a‧‧‧基板
7b‧‧‧圖案
7b1‧‧‧第一標度線圈
7b2‧‧‧第二標度線圈
7b3‧‧‧平行配線
8‧‧‧發送線圈
9‧‧‧接收線圈
11‧‧‧磁性感測器
12‧‧‧振盪電路
13‧‧‧檢波/整流迴路(電路)
14‧‧‧比較器(電路)
15‧‧‧Z相產生用電路
16‧‧‧內插器
17‧‧‧線路驅動器
g‧‧‧間隙
P、P1、P2‧‧‧間距
V‧‧‧速度
圖1係安裝有本發明一實施形態之編碼器裝置之附有編碼器裝置之運動導引裝置的外觀立體圖。
圖2係顯示本實施形態之編碼器裝置之內部構造的立體圖。
圖3係顯示本實施形態之編碼器裝置之內部構造的側視圖。
圖4係參照標記的俯視圖。
圖5係本實施形態之編碼器裝置的方塊圖。
圖6係比較本實施形態與比較例之頭部之大小的圖(圖6(a1)、圖6(a2)顯示比較例，圖6(b1)、圖6(b2)顯示本實施形態)。
以下，參照所附圖式，對本發明一實施形態之編碼器裝置進行詳細地說明。然而，本發明之運動導引裝置之編碼器裝置可以各種形態來具體化，並不受限於本發明書所記載之實施形態。本實施形態係藉由說明書之充分揭示，可使本發明所屬技術領域中具有通常知識者能充分瞭解本發明之範圍所提供者。
圖1顯示安裝有本實施形態之編碼器裝置之附有編碼器裝置之運動導引裝置的外觀立體圖。符號3係運動導引裝置，而符號6係編碼器裝置。
運動導引裝置3具備有軌道導軌1、及可沿著軌道導軌1朝其長度方向移動地被安裝於該軌道導軌1之載台2。軌導導 軌1係安裝於未圖示之基座，載台2係安裝於未圖示之平台等之可動體。運動導引裝置3係組入於工具機、半導體製造裝置、液晶製造裝置、機器人等，而導引平台等之可動體進行直線運動。於軌道導軌1與載台2之間，可滾動運動地介設有許多滾動體。若載台2相對於軌道導軌1進行移動，滾動體便於該等之間進行滾動。藉由利用滾動體之滾動，可高精度地且輕快地使載台2移動。由於運動導引裝置3之構成眾所周知，因此省略進一步之詳細說明。
編碼器裝置6具備有增量型磁標度(以下，簡稱為磁標度4)、參考標記7(參照圖2)、及頭部5。編碼器裝置6伴隨著載台2之移動，而輸出A相、B相之增量信號、原點信號(Z相信號)。磁標度4係用於產生A相、B相之增量信號而設置。參考標記7係用於產生原點信號而設置。磁標度4與參考標記7係以重疊之狀態，被安裝於軌道導軌1。頭部5係安裝於載台2。
磁標度4其剖面呈矩形，且沿著軌道導軌1呈細長。磁標度4之表面係磁化為N極及S極等被間隔地且交互地表現於長度方向上。磁標度4係嵌合於軌道導軌1之上表面之溝。再者，磁標度4之安裝並不限定於此，例如既可將磁標度4安裝於不具有槽之軌道導軌，亦可安裝於軌道導軌之側面。
如圖2所示，於磁標度4之上表面貼附有參考標記7。如圖3之側視圖所示，參考標記7係貼附於磁標度4之平坦的上表面4a。若於磁標度4之上表面4a設置相當於參考標記7之厚度之凹部，在具有凹陷之部分與不具有凹陷之部分磁量便會改變。因此，於磁標度4未設置凹部。參考標記7係由朝磁標度4之長度方向呈細長之矩形形狀的可撓性印刷基板所構成。參考標記7具備有 由絕緣體所構成之基板7a、及被形成於基板7a之表面之由導體所構成之圖案7b。
如圖4之俯視圖所示，圖案7b具備有：四邊形之框狀之第一標度線圈7b1；四邊形之框狀之第二標度線圈7b2，其係沿著頭部5之移動方向自第一標度線圈7b1離開既定間距P1地被配置；及平行配線7b3，其係連接於第一標度線圈7b1與第二標度線圈7b2。第一標度線圈7b1、第二標度線圈7b2、及平行配線7b3構成封閉電路。
如圖2所示，頭部5具備有發送線圈8及接收線圈9。發送線圈8在對向於第一標度線圈7b1之狀態下以非接觸地將電磁波發送至第一標度線圈7b1。接收線圈9在對向於第二標度線圈7b2之狀態下以非接觸地自第二標度線圈7b2接收電磁波。如圖3所示，頭部5之移動方向上發送線圈8與接收線圈9之中心間間距係P2。該P2等於第一標度線圈7b1與第二標度線圈7b2之中心間間距P1。於發送線圈8、接收線圈9與參考標記7之間，設置有間隙g。
頭部5可相對於參考標記7進行移動。若發送線圈8及接收線圈9各自分別對向於第一標度線圈7b1及第二標度線圈7b2，則發送線圈8所發射之電磁波便會被接收線圈9所接收。若頭部5自該對向位置移動，接收線圈9所接收之電磁波便會逐漸變小。
如圖2所示，於發送線圈8與接收線圈9之間，配置有讀取磁標度4之磁性感測器11。磁性感測器11隔著間隙對向於磁標度4，以檢測磁標度4之磁場。磁性感測器11具備有MR(Magneto-Resistance；磁阻)元件。MR元件根據磁標度4之磁場 強度及/或方向之變化，使其電阻產生變化。若頭部5相對於磁標度4進行移動，磁性感測器11便伴隨著頭部5之移動而輸出相位相差90度之2個正弦波信號(a相信號及b相信號)。
圖5顯示編碼器裝置6之方塊圖。以既定頻率振盪之振盪電路12之輸出，係輸入至發送線圈8。振盪電路12之振盪頻率，係設定為磁標度4之磁場頻率的10倍以上。磁標度4之磁場頻率可自V/P求得。V係載台2之速度(mm/sec)，P係磁標度4之磁極間(N極-N極間)間距(mm)。
發送線圈8接受來自振盪電路12之輸入而發射電磁波。若發送線圈8對向於參考標記7之第一標度線圈7b1，電磁波便會被第一標度線圈7b1所捕捉，電磁波便被發送至第一標度線圈7b1。
第一標度線圈7b1與第二標度線圈7b2構成封閉電路。若第一標度線圈7b1接收電磁波，第二標度線圈7b2便發射電磁波。若接收線圈9對向於第二標度線圈7b2，接收線圈9便接收電磁波。
接收電路9所接收之電磁波，係藉由檢波/整流迴路13所檢波、整流。檢波電路檢測電磁波，並使用過濾器以頻率來切割由電磁波所產生之交流與由磁標度4所產生之交流，而擷取由電磁波所產生之交流。相對於由電磁波所產生之交流之頻率為MHz層級，由磁標度4所產生之交流之頻率(上述之V/P)為kHz層級。因此，可藉由過濾器將兩者切割。整流電路係將電磁波之交流整流為直流。
比較器14將經檢波/整流迴路13所整流之直流電壓 與既定之臨限值進行比較，而產生原點信號產生用之脈衝。比較器14於直流電壓為既定之臨限值以上時，產生H(High)位準之信號，而於直流電壓未滿既定之臨限值時，產生L(Low)位準之信號。原點信號產生用之脈衝顯示處於發送線圈8及接收線圈9各自分別對向於第一標度線圈7b1及第二標度線圈7b2之狀態。
原點信號產生用之脈衝係輸入至Z相產生用電路15。原點信號產生用之脈衝之寬度較寬。Z相產生用電路15係使用於用以自原點信號產生用之脈衝產生狹小之脈衝寬度之原點信號。例如，每當磁標度4之極性變化時自磁性感測器11所輸出之a相信號及b相信號產生狹小寬度之脈衝，並藉由該狹小寬度之脈衝與原點信號產生用之脈衝的邏輯與(logical conjunction)，Z相產生用電路15便產生狹小之脈衝寬度之原點信號。Z相產生用電路15之一例，雖被揭示於本案申請人所提出之日本專利第5717787號，但Z相產生用電路15並非被特別限定者。
內插器16係使用於用以提升磁性感測器11之解析度。內插器16使磁性感測器11所輸出之a相信號及b相信號分別通過A/D(直流/交流)轉換器，並根據藉此所得到之A/D轉換資料來指定ROM表格內之位址，而得到內插資料。然後，根據該內插資料而得到經高解析度化之A相、B相之增量信號。由於內插器16之構成眾所周知，因此省略詳細之說明。
如前述所得到之原點信號、及A相、B相之增量信號，係自線路驅動器17被輸出至必要之控制裝置。
以上已對本發明之編碼器裝置6之構成進行說明。根據本實施形態之編碼器裝置6，可實現以下之功效。
藉由電磁感應而產生於參考標記7之磁場與產生於磁標度4之磁場，可以頻率來切割。因此，可減低參考標記7之磁場與磁標度4之磁場的干涉。
由於增量檢測為磁性式(藉由磁標度4與磁性感測器11來產生增量信號)，而原點檢測為電磁感應式(藉由參考標記7與發送線圈8、接收線圈9來產生原點信號)，因此可得到在抗異物性上優異(異物難以對檢測精度造成不良影響)之編碼器裝置6。
由於將磁標度4與參考標記7重疊而配置於軌道導軌1，因此既可減少該等之安裝空間，亦可使頭部5於寬度方向(與軌道導軌1之長度方向正交之左右方向)上成為緊密。
又，如圖6(b1)、(b2)所示，藉由將磁標度4與參考標記7重疊而配置於軌道導軌1，可在小型型號之運動導引裝置(b1)與大型型號之運動導引裝置(b2)使頭部5共通化。再者，如比較例之圖6(a1)、(a2)所示，若將磁標度4'與參考標記7'配置於軌道導軌1'之螺栓插入孔1a'之左右，便無法在小型型號之運動導引裝置(a1)與大型型號之運動導引裝置(a2)使頭部5'共通化。
由於將磁性感測器11配置於發送線圈8與接收線圈9之間，因此可使具備有該等之頭部5小型化，並且可防止發送線圈8、接收線圈9之電磁波對磁性感測器11造成不良影響。
由於第一標度線圈7b1與第二標度線圈7b2於載台2之移動方向上分離，因此可使參考標記7之寬度變小。
再者，本發明並不限定於被具體化為前述之實施形態者，在不變更本發明主旨之範圍內，可具體化為各種實施形態。
例如，在前述之實施形態中，編碼器裝置雖檢測出運 動導引裝置之載台的直線位置，但亦可檢測出馬達之旋轉軸的旋轉位置。
本說明書係基於2016年3月15日提出申請之日本專利特願2016-050530。其內容全部包含於本文中。
4‧‧‧增量型磁標度
7‧‧‧參考標記
7b1‧‧‧第一標度線圈
7b2‧‧‧第二標度線圈
8‧‧‧發送線圈
9‧‧‧接收線圈
11‧‧‧磁性感測器
12‧‧‧振盪電路
13‧‧‧檢波/整流迴路(電路)
14‧‧‧比較器(電路)
15‧‧‧Z相產生用電路
16‧‧‧內插器
17‧‧‧線路驅動器

Claims (10)

  1. 一種編碼器裝置，其具備有參考標記與頭部，上述參考標記具有第一標度線圈、及被電性連接於上述第一標度線圈之第二標度線圈，上述頭部具有：發送線圈，其以非接觸地將電磁波發送至上述第一標度線圈；接收線圈，其以非接觸地自上述第二標度線圈接收電磁波；及電路，其在上述發送線圈對向於上述第一標度線圈，且上述接收線圈對向於上述第二標度線圈之情形時，自上述接收線圈所接收之電磁波產生原點信號產生用之脈衝。
  2. 如請求項1之編碼器裝置，其中，上述編碼器裝置具備有增量型磁標度，上述頭部具備有讀取上述增量型磁標度之磁場之磁性感測器。
  3. 如請求項2之編碼器裝置，其中，上述參考標記與上述增量型磁標度係重疊地配置。
  4. 如請求項2或3之編碼器裝置，其中，上述磁性感測器係配置於上述發送線圈與上述接收線圈之間。
  5. 如請求項1至3中任一項之編碼器裝置，其中，上述電路具備有：檢波/整流迴路，其對上述接收線圈所接收之電磁波進行檢波，並將電磁波之交流整流為直流；及比較器，其將經上述檢波/整流迴路所整流之直流電壓與既定之臨限值進行比較，而產生上述原點信號產生用之脈衝。
  6. 如請求項1至3中任一項之編碼器裝置，其中，上述編碼器裝置對相對於第一構件進行相對移動之第二構件之位置進行檢測， 上述第一標度線圈與上述第二標度線圈係於上述第二構件之相對移動方向上相離而配置。
  7. 如請求項2或3之編碼器裝置，其中，上述發送線圈所發送之電磁波之頻率，係上述增量型磁標度之磁場之頻率的10倍以上，其中，上述增量型磁標度之磁場之頻率係自V/P求得，且上述編碼器裝置對相對於第一構件進行相對移動之第二構件之位置進行檢測，上述V係上述第二構件相對於上述第一構件之相對速度，上述P係上述增量型磁標度之磁極間間距。
  8. 一種附有編碼器裝置之運動導引裝置，其具備有：請求項1至3中任一項所記載之編碼器裝置；軌道導軌，其安裝有上述參考標記；及載台，其安裝有上述頭部，而可相對移動地被安裝於上述軌道導軌。
  9. 如請求項4之編碼器裝置，其中，上述電路具備有：檢波/整流迴路，其對上述接收線圈所接收之電磁波進行檢波，並將電磁波之交流整流為直流；及比較器，其將經上述檢波/整流迴路所整流之直流電壓與既定之臨限值進行比較，而產生上述原點信號產生用之脈衝。
  10. 如請求項4之編碼器裝置，其中，上述編碼器裝置對相對於第一構件進行相對移動之第二構件之位置進行檢測，上述第一標度線圈與上述第二標度線圈係於上述第二構件之相對移動方向上相離而配置。
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