TW202014725A - 線性位置感測裝置 - Google Patents

Abstract

一種適用於線性傳動系統之線性位置感測裝置，包含一編碼元件以及一感測元件，其中感測元件對應編碼元件設置，用以感測編碼元件之訊號以獲得位移資訊。編碼元件包含一基體、一第一編碼組及一第二編碼組，其中基體具有一平行於該基體長邊之軸向與一正交於該軸向之徑向。第一編碼組係配置於基體上，且具有多個沿基體的軸向延伸並沿徑向間隔排列的第一磁區。第二編碼組係配置於基體上並與第一編碼組相鄰設置，且具有多個沿徑向延伸並沿軸向間隔排列的第二磁區。

Description

線性位置感測裝置

本發明係與位置感測裝置有關，特別是關於一種線性位置感測裝置。

現有用於量測線性或旋轉軸的鐵磁材料(ferromagnetic material)裝置具有齒形結構，透過將一感測器與一永久磁鐵並列，並將其設置在感應齒形結構的最大磁場處，用以量測得知其解析位移物理量。

然而，現有技術的齒形結構於線性導磁材料上的排列方式是沿其寬度方向延伸，而沿其長度方向排列；而於環形導磁材料上的齒形結構則是設置在環形導磁材料的內表面上，且也是沿其寬度方向延伸，而沿其長度方向排列，換句話說，齒形結構的排列方式只能量測到單一方向的位移量。舉例來說，當齒形結構為軸向排列時，僅能量測軸向位移量；若為徑向排列時，則僅能量測到徑向位移量。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種線性位置感測裝置，其係藉由兩磁性編碼組以及新增一類比感測器來獲得不同移動軸向之位移物理量，讓使用者可即時發現運動中的誤差產生，並透過後續校正補償機制進行調整，避免因誤差所產生之產品不良率。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供之適用於線性傳動系統之線性位置感測裝置，包含一編碼元件以及一感測元件，其中感測元件對應編碼元件設置，用以感測編碼元件之訊號以獲得位移資訊。編碼元件包含一基體、一第一編碼組及一第二編碼組，其中基體具有一平行於該基體長邊之軸向與一正交於該軸向之徑向。第一編碼組係配置於基體上，且具有多個沿基體的軸向延伸並沿徑向間隔排列的第一磁區。第二編碼組係配置於基體上並與第一編碼組相鄰設置，且具有多個沿徑向延伸並沿軸向間隔排列的第二磁區。

在本發明的一實施例中，基體係由磁性材料或導磁材料所製成。

在本發明的一實施例中，第二編碼組為增量式編碼或絕對式編碼。

在本發明的一實施例中，感測元件包含一第一感測器以及一第二感測器，其中第一感測器係用以感測編碼元件之振幅及週期訊號，而第二感測器係用以感測編碼元件之磁場強度。

在本發明的一實施例中，第一感測器係為磁阻感測器，且第二感測器係為霍爾感測器。

在本發明的一實施例中，線性傳動系統包含一固定件以及一移動件，編碼元件係設置於固定件上，且感測元件對應編碼元件設置於移動件上並具有一間隙。

在本發明的一實施例中，固定件係為線性軌道，且移動件係為承載平台。

綜上所述，本發明之線性位置感測裝置藉由兩磁性編碼組以及新增一類比感測器來獲得不同移動軸向之位移物理量，讓使用者可即時發現運動中的誤差產生，並透過後續校正補償機制進行調整，避免因誤差所產生之產品不良率。

本發明之線性位置感測裝置包含一編碼元件以及一感測元件，而第1圖為第一實施例中所提供之編碼元件，其包含一基體(10)、一第一編碼組(20)以及一第二編碼組(30)，其中第一編碼組(20)以及第二編碼組(30)係配置於基體(10)上且相鄰設置。基體(10)具有一平行於基體長邊之軸向(11)與一正交於該軸向之徑向(12)。在本實施例中，基體(10)係呈線性態樣，且是由磁性材料或導磁材料所製成。

第一編碼組(20)具有多個沿軸向(11)延伸並沿徑向(12)間隔排列的第一磁區(21)。第二編碼組(30)具有多個沿該徑向(12)延伸並沿該軸向(11)間隔排列的第二磁區(31)。在本實施例中，第二編碼組(30)是以增量式編碼為例做說明，然而在第2圖所示之編碼元件的第二實施例中，第二編碼組(30)為絕對式編碼之設計，而第一編碼組(20)與第一實施例相同，容此不多做贅述。此外，第一編碼組(20)的第一磁區(21)與第二編碼組(30)的第二磁區(31)的數量並沒有特別限制，可視應用上的精度需求來增設或減少第一磁區(21)與第二磁區(31)的數量。

因此，前述第一實施例以及第二實施例之編碼元件透過將第一編碼組(20)與第二編碼組(30)設置在線性態樣的基體(10)上，並讓第一磁區(21)與第二磁區(31)分別如前述沿軸向(11)與徑向(12)間隔排列，用以量測一線性軸的平坦度誤差、橫向振動量、垂直振動量，或位移等相關物理量，其相關量測流程容後說明。

請參閱第3圖，本發明之線性位置感測裝置安裝於一線性傳動系統，以進行該線性軸的位移量測。在本實施例中，線性傳動系統包含線性軌道(40)以及承載平台(50)，其中編碼元件係設置於線性軌道(40)上，而感測元件係對應編碼元件地設置於承載平台(50)上並與編碼元件具有一間隙，用以感測該編碼元件之訊號以獲得位移資訊。具體地說，編碼元件之基體(10)係設置於線性軌道(40)對應承載平台(50)之表面上，使基體長邊之軸向(11)同軸於線性軌道(40)之軸向。設置於承載平台(50)上之感測元件包含一第一感測器以及一第二感測器，其中第一感測器係用以感測編碼元件之振幅及週期訊號，而第二感測器係用以感測編碼元件之磁場強度。在本實施例中，第一感測器係為磁阻感測器，而第二感測器係為霍爾感測器，且編碼元件之第二編碼組(30)是以增量式編碼為例做說明，然而在第4圖所示之線性傳動系統實施例中，差異僅在於第二編碼組(30)為絕對式編碼之設計，容此不多做贅述。

進一步說明，感測元件包含第一感測器以及第二感測器，其中第一感測器係用以感測增量位置編碼或絕對位置編碼來判斷位置資訊，而第二感測器係依據感測磁性材料或導磁材料之磁場強度來判斷平坦度誤差或垂直振動量。由於感測元件係對應編碼元件設置於承載平台(50)上並與編碼元件具有一間隙，因此當間隙距離改變時，磁場強度會呈現如第5圖所示之曲線，藉此判斷平坦度誤差或垂直振動量。

請參閱第6圖，說明本發明感測元件進行量測線性傳動系統的平坦度誤差、直線度誤差、垂直振動量、橫向振動量、位移，及速度的解析流程。當線性傳動系統之承載平台(50)於線性軌道(40)進行移動時，透過感測元件感測第一編碼組(20)的磁場強度後與內建的尋找表(look up table，LUT)進行比對，再經由微控制器(micro-controller unit，MCU)進行運算解析而得到位置資訊，進而得知線性傳動系統的平坦度誤差或垂直振動量。此外，透過感測元件感測第一編碼組(20)的磁性編碼後由該感測器輸出電壓訊號給微控制器進行運算解析而得到位置資訊，即可得知線性傳動系統的直線度誤差或橫向振動量。最後，透過感測元件感測第二編碼組(30)的磁性編碼後獲得承載平台(50)於線性軌道(40)移動之位移、速度以及加速度，其中第二編碼組(30)可為第1圖實施例中所示之增量式編碼設計，也可為第2圖實施例中所示之絕對式編碼設計。

綜上，本發明之線性位置感測裝置應用於線性傳動系統，相較於現有僅透過增量編碼或絕對編碼得到位置資訊外，更藉由另一編碼組以及另一類比感測器(如霍爾感測器)獲得不同移動軸向之位移物理量，讓使用者可即時發現運動中的誤差產生，並透過後續校正補償機制進行調整，避免因誤差所產生之產品不良率。

10:基體11:軸向12:徑向20:第一編碼組21:第一磁區30:第二編碼組31:第二磁區40:線性軌道50:承載平台

第1圖係本發明第一實施例之編碼元件的立體圖。 第2圖係本發明第二實施例之編碼元件的立體圖。 第3圖係本發明第一實施例之線性位置感測裝置的立體圖。 第4圖係本發明第二實施例之線性位置感測裝置的立體圖。 第5圖係本發明線性位置感測裝置中編碼元件與感測元件的間隙距離與磁場強度之關係圖表。 第6圖係本發明線性位置感測裝置中感測元件進行不同移動軸向之位移物理量的解析流程。

10:基體

20:第一編碼組

30:第二編碼組

40:線性軌道

50:承載平台

Claims (9)

1. 一種線性位置感測裝置，適用於一線性傳動系統，以進行該線性軸的位移量測，包含： 一編碼元件，包含： 一基體，具有一平行於該基體長邊之軸向與一正交於該軸向之徑向； 一第一編碼組，配置於該基體上，且具有多個沿該基體的該軸向延伸並沿該徑向間隔排列的第一磁區；以及 一第二編碼組，配置於該基體上並與該第一編碼組相鄰設置，且具有多個沿該徑向延伸並沿該軸向間隔排列的第二磁區；以及 一感測元件，對應該編碼元件設置，用以感測該編碼元件之訊號以獲得位移資訊。
2. 如請求項1所述之線性位置感測裝置，其中該基體係由磁性材料或導磁材料所製成。
3. 如請求項1所述之線性位置感測裝置，其中該第二編碼組為增量式編碼。
4. 如請求項1所述之線性位置感測裝置，其中該第二編碼組為絕對式編碼。
5. 如請求項1所述之線性位置感測裝置，其中該感測元件包含一第一感測器以及一第二感測器，該第一感測器係用以感測該編碼元件之振幅及週期訊號，而該第二感測器係用以感測該編碼元件之磁場強度。
6. 如請求項5所述之線性位置感測裝置，其中該第一感測器係為磁阻感測器，且該第二感測器係為霍爾感測器。
7. 如請求項1所述之線性位置感測裝置，其中該線性傳動系統包含一固定件以及一移動件，該編碼元件係設置於該固定件上，且該感測元件對應該編碼元件設置於該移動件上。
8. 如請求項7所述之線性位置感測裝置，其中該固定件係為線性軌道，且該移動件係為承載平台。
9. 如請求項7所述之線性位置感測裝置，其中該感測元件與該編碼元件之間具有一間隙。

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