TWI593944B - 線性編碼器裝置及基準位置檢測方法 - Google Patents

線性編碼器裝置及基準位置檢測方法 Download PDF

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Description

線性編碼器裝置及基準位置檢測方法
本發明係關於一種線性編碼器裝置及基準位置檢測方法。
本申請案基於在2013年5月9日於日本申請之專利申請案2013-099153號而主張優先權，並將其內容引用至本申請案。
於增量式線性編碼器裝置中設置有用以檢測原點等基準位置之參考標記。線性編碼器裝置基於感測器檢測到參考標記時所輸出之參考信號、及根據感測器自標尺檢測到之資訊而輸出之相位信號(Z信號)而進行基準位置之檢測。
由於基準位置之檢測係基於參考信號及相位信號各者之信號位準之組合而進行，故必須以可於特定位置獲得參考信號之方式調整參考標記之安裝位置(例如非專利文獻1)。又，亦有如下線性編碼器裝置，其對感測器檢測到參考標記時所輸出之參考信號進行修正以代替對參考標記之安裝位置進行調整，藉此可進行基準位置之檢測。
[先前技術文獻] [非專利文獻]
[非專利文獻1]「安裝指南：RGH24系列讀頭」，[在線(online)]，2009年1月，雷尼紹(Renishaw)K.K.，[2013年4月9日檢索]，網際網路<URL：http://www.renishaw.jp/media/pdf/jp/192dd963be6a4a08b15c65d91881cf76.pdf>
由於參考標記之安裝位置之調整或參考信號之修正係一面判斷基準位置之檢測狀況一面由人工進行，因此若操作者對於調整或修正尚不熟練，則存在耗費時間或無法正確獲得基準位置之可能性。又，於修正參考信號之情形時，必須具備內插器(Interpolator)，因此存在線性編碼器裝置整體之成本增加之可能性。
本發明提供一種可使參考標記之安裝變得容易之線性編碼器裝置及基準位置檢測方法。
根據本發明之第一態樣，一種線性編碼器裝置，其係包括線性標度尺及參考標記者，且包括：同步信號生成部，其基於與上述線性標度尺對向設置之第1感測器所輸出之信號，生成於上述第1感測器沿上述線性標度尺移動時與移動距離同步之週期性同步信號；參考信號生成部，其基於與上述第1感測器一併設置之第2感測器所輸出之信號，生成表示檢測到上述參考標記之脈衝信號；及基準位置檢測部，其於上述參考信號生成部生成脈衝信號後，當上述同步信號變為特定值時，生成表示檢測到預定之基準位置之基準位置信號。
根據本發明之第二態樣，如第一態樣之線性編碼器裝置，其中上述線性標度尺係以N極與S極等間隔地交替出現之方式而被磁化之磁柵尺；且上述同步信號生成部係基於自上述第1感測器輸出之信號，而於上述第1感測器與上述磁柵尺對向之面產生極性變化時，於上述同步信號中產生脈衝；上述基準位置檢測部於在上述參考信號生成部產生脈衝信號後，在上述同步信號中檢測到脈衝之情形時生成上述基準位置信號。
根據本發明之第三態樣，如第二態樣之線性編碼器裝置，其中 上述基準位置檢測部係當上述參考信號生成部產生脈衝信號時，使上述基準位置信號之生成中使用之內部信號自L位準變為H位準，且於在上述同步信號中檢測到脈衝後，使上述內部信號自H位準變為L位準；且將上述同步信號與上述內部信號之邏輯運算之結果，作為上述基準位置信號而輸出。
根據本發明之第四態樣，一種基準位置檢測方法，其係線性編碼器裝置所進行者，該線性編碼器裝置包括：線性標度尺；參考標記；同步信號生成部，其基於與上述線性標度尺對向設置之第1感測器所輸出之信號，生成於上述第1感測器沿上述線性標度尺移動時與移動距離同步之週期性同步信號；及參考信號生成部，其基於與上述第1感測器一併設置之第2感測器所輸出之信號，生成表示檢測到上述參考標記之脈衝信號；且該基準位置檢測方法具有基準位置檢測步驟，該基準位置檢測步驟於上述參考信號生成部生成脈衝信號後，當上述同步信號變為特定值時，生成表示檢測到預定之基準位置之基準位置信號。
藉由基於上述參考信號生成部產生脈衝信號後之同步信號之變化而生成基準位置信號，即便於在同步信號為特定值時獲得脈衝信號之位置不設置參考標記，亦可於基準位置生成基準位置信號，而可降低對於參考標記之安裝位置之要求精度。又，可使參考標記之安裝變得容易。
5‧‧‧線性馬達
10‧‧‧基座
11‧‧‧底壁部
12‧‧‧側壁部
20‧‧‧平台
20b‧‧‧平台之下表面
30‧‧‧磁鐵部
31‧‧‧磁鐵板
32‧‧‧磁鐵
40‧‧‧線圈部
50‧‧‧線性導軌
51‧‧‧軌道
52‧‧‧移動塊
60‧‧‧線性編碼器裝置
61‧‧‧磁柵尺(線性標度尺)
62‧‧‧參考標記
64‧‧‧編碼器頭
66‧‧‧MR元件(第1感測器)
67‧‧‧MR元件(第2感測器)
75‧‧‧感測器圍包件
80‧‧‧線性馬達控制裝置
81‧‧‧感測器信號處理部
82‧‧‧參考信號生成部
83‧‧‧同步信號生成部
84‧‧‧基準位置檢測部
85‧‧‧位置算出部
89‧‧‧線性馬達控制部
g‧‧‧間隙
圖1係表示本實施形態中之線性馬達5及線性馬達控制裝置80之概略構成的立體圖。
圖2係表示線性馬達5之概略構成之剖面圖。
圖3係表示本實施形態中之線性馬達控制裝置80之構成的概略方 塊圖。
圖4係表示本實施形態中之基準位置檢測部84中之信號處理之概要之圖。
圖5係表示於本實施形態中線性馬達控制部89所進行之原點復位處理之流程圖。
以下，參照圖式，對本發明之一實施形態中之線性編碼器裝置及基準位置檢測方法進行說明。圖1及圖2係表示應用本實施形態中之線性編碼器裝置60之線性馬達裝置之概略構成之圖。圖1係表示本實施形態中之線性馬達5及線性馬達控制裝置80之概略構成的立體圖。圖2係表示線性馬達5之概略構成之剖面圖。如圖1所示，本實施形態中之線性馬達裝置包括線性馬達5、安裝於線性馬達5之磁式線性編碼器裝置60及控制線性馬達5之線性馬達控制裝置80。
線性馬達5包括沿一方向(X方向)細長地延伸之基座10、及相對於基座10滑動自如地設置之平台20。於基座10與平台20之間設置一對線性導軌50，平台20可相對於基座10順暢地滑動。平台20相對於基座10之相對位置、速度、加速度係藉由自線性編碼器裝置60輸出之信號而檢測。
線性編碼器裝置60具有安裝於基座10之外側面之磁柵尺61(線性標度尺)、用於表示基準位置之參考標記62、及安裝於平台20之下表面之編碼器頭64等。磁柵尺61由細長之矩形磁體形成，其上表面(與編碼器頭64對向之面)以N極與S極以固定間距等間隔地交替出現之方式而被磁化。磁柵尺61沿基座10之長度方向(X方向)密接配置於基座10之側壁部12之外側面。
參考標記62由薄且小之矩形磁體形成，其厚度方向之一面磁化為N極，另一面則磁化為S極。參考標記62隔著些許間隙而接近配置 於磁柵尺61之側方。參考標記62於基座10之外側面配置於磁柵尺61之上方側(+Z方向側)。參考標記62之X方向之安裝位置，係設定於當利用線性馬達裝置時欲作為基準位置(原點)之位置或任意位置。
於編碼器頭64中安裝有2個MR(Magneto-Resistance，磁阻)元件66、67。MR元件66係以與磁柵尺61對向之方式安裝。MR元件66檢測磁柵尺61之磁通密度。MR元件66於隨著平台20之移動而相對於磁柵尺61相對移動時，對磁柵尺61之磁通密度之變化進行檢測，並輸出對應於所檢測到之磁通密度之變化的正弦波信號。即，MR元件66於相對於磁柵尺61相對移動時，輸出與移動距離同步之週期性正弦波信號。MR元件67檢測參考標記62之磁通密度，並輸出對應於所檢測到之磁通密度之強度的信號。將自編碼器頭64輸出之該等信號，輸入至線性馬達控制裝置80。
基座10由細長之矩形底壁部11、及以垂直於該底壁部11之寬度方向(Y方向)之兩端之方式設置之一對側壁部12所形成。基座10例如由鋼鐵等磁體材料或鋁等非磁性材料形成。於基座10之底壁部11之上表面安裝有磁鐵部30，該磁鐵部30以N極與S極朝向平台20而交替出現之方式排列有複數個磁鐵32。複數個磁鐵32於薄板狀之磁鐵板31上排列為一行。
又，於基座10之各側壁部12之上表面沿基座10之長度方向(X方向)配置有線性導軌50之軌道51。該2根軌道51平行地配置，且於各者上安裝有移動塊52。
平台20例如由鋼鐵等磁體材料或鋁等非磁性材料形成。又，平台20係形成為矩形之板狀。於平台20之下表面20b安裝有上述移動塊52。移動塊52安裝於上述2根軌道51上。即，平台20經由沿軌道51進行導引之一對線性導軌50而以可相對於基座10做直線運動之方式受到支撐。
又，於安裝於平台20之下表面20b之移動塊52之間安裝有線圈部40。線圈部40具有3個線圈。又，線圈部40所具有之3個線圈與安裝於基座10上之磁鐵部30對向。於線圈部40之3個線圈中流通不同相位之電流而於各線圈中產生磁場，藉此，平台20因各線圈之磁場與磁鐵部30之磁場之作用而沿基座10之長度方向做直線運動。再者，即便平台20做直線運動，線圈部40與磁鐵部30之間亦藉由線性導軌50而維持一定間隙g。又，於平台20之下表面20b亦經由感測器圍包件75而安裝有編碼器頭64。
線性馬達控制裝置80基於自外部輸入之位置指令值及自編碼器頭64輸入之上述信號而驅動線性馬達5，藉此使平台20移動。
圖3係表示本實施形態中之線性馬達控制裝置80之構成的概略方塊圖。線性馬達控制裝置80包括對自編碼器頭64輸入之2個信號進行處理之感測器信號處理部81、及對線圈部40之3個線圈供給電力之線性馬達控制部89。感測器信號處理部81具有參考信號生成部82、同步信號生成部83、基準位置檢測部84及位置算出部85。
參考信號生成部82於自MR元件67輸入之信號為特定信號位準以上時生成H(High)位準之參考信號(Ref信號/脈衝信號)，於自MR元件67輸入之信號未達特定信號位準時生成L(Low)位準之Ref信號。即，當MR元件67檢測到參考標記62之磁通時，參考信號生成部82於Ref信號中產生矩形形狀之脈衝。該Ref信號表示MR元件67正與參考標記62對向或正位於附近。參考信號生成部82將所生成之Ref信號輸出至基準位置檢測部84。
同步信號生成部83基於自MR元件66輸入之正弦波信號而生成出現脈衝之Z1信號(同步信號)，該脈衝表示磁柵尺61之極性自N極變為S極時或自S極變為N極之位置。同步信號生成部83將所生成之Z1信號輸出至基準位置檢測部84。
基準位置檢測部84基於參考信號生成部82所輸出之Ref信號及同步信號生成部83所輸出之Z1信號而生成出現脈衝之Z相信號(基準位置信號)，該脈衝表示平台20位於基準位置。基準位置檢測部84將所生成之Z相信號輸出至線性馬達控制部89。
圖4係表示本實施形態中之基準位置檢測部84中之信號處理之概要之圖。於該圖中，橫軸表示平台20及編碼器頭64之位置。
又，表示有平台20及編碼器頭64於圖4中自左向右移動時之Z1信號、Ref信號、Z2信號及Z相信號之變化。再者，Z2信號係用於Z相信號之生成之信號，係於基準位置檢測部84內生成之內部信號。又，各信號之信號位準對應於平台20及編碼器頭64之位置。
於Z1信號中，每當磁柵尺61之極性變化時便出現脈衝。Ref信號之信號位準對應於參考標記62之位置而變為H位準。當基準位置檢測部84檢測到Ref信號之上升時，使Z2信號之信號位準自L位準變為H位準。當基準位置檢測部84於使Z2信號之信號位準變為H位準後檢測到Z1信號之脈衝之下降時，使Z2信號之信號位準自H位準變為L位準。
基準位置檢測部84進行Z1信號與Z2信號之邏輯積運算(AND運算(與運算))，藉此生成作為表示線性編碼器裝置60中之基準位置之信號的Z相信號。即，基準位置檢測部84於Ref信號上升後，當Z1信號變為H位準時，使Z相信號之信號位準變為H位準。又，由於根據Z1信號之下降而使Z2信號變為L位準，因此Z相信號之信號位準變為L。藉此，可於Z相信號中產生脈衝。
返回至圖3，繼續說明線性馬達控制裝置80之構成。
位置算出部85基於自MR元件66輸出之正弦波信號而將脈衝信號輸出至線性馬達控制部89。
線性馬達控制部89基於自位置算出部85輸出之脈衝信號、自基準位置檢測部84輸出之Z相信號及自外部輸入之位置指令值而以使平 台20移動至位置指令值所表示之位置之方式對線圈部40供給電流。又，線性馬達控制部89於使平台20移動之前進行原點復位處理。
圖5係表示於本實施形態中線性馬達控制部89所進行之原點復位處理之流程圖。當線性馬達控制部89開始原點復位處理時，對線圈部40供給電力而使平台20沿預定之方向移動(步驟S101)。線性馬達控制部89判定平台20是否已到達至可動範圍之端部(步驟S102)。
於平台20未到達至端部之情形時(步驟S102：NO)，線性馬達控制部89判定是否檢測到基準位置(步驟S103)。
於檢測到基準位置之情形時(步驟S103：YES)，線性馬達控制部89結束原點復位處理。
另一方面，於未檢測到基準位置之情形時(步驟S103：NO)，線性馬達控制部89使處理退回至步驟S101。
於步驟S102中，於平台20已到達至端部之情形時(步驟S102：YES)，線性馬達控制部89使平台20沿與上述預定之方向相反之方向移動直至到達至可動範圍之端部為止(步驟S104)。
當線性馬達控制部89藉由步驟S104中之移動而使平台20到達至可動範圍之端部時，與步驟S101同樣地使平台20沿預定之方向移動(步驟S105)。
線性馬達控制部89判定平台20是否已到達至可動範圍之端部(步驟S106)。
於平台20已到達至端部之情形時(步驟S106：YES)，線性馬達控制部89判斷無法進行基準位置之檢測而進行錯誤處理(步驟S108)，並結束原點復位處理。錯誤處理例如係將無法於原點復位處理中檢測到基準位置之情況通知用戶的處理等。
於平台20未到達至端部之情形時(步驟S106：NO)，線性馬達控制部89判定是否檢測到基準位置(步驟S107)，於未檢測到基準位置之 情形時(步驟S107：NO)，使處理退回至步驟S105。
於檢測到基準位置之情形時(步驟S107：YES)，線性馬達控制部89結束原點復位處理。
如此一來，線性馬達控制部89於在原點復位處理中使平台20(線性馬達5)沿預定之方向移動時，對基準位置進行檢測。藉此，唯一地確定於Z相信號中基準位置檢測部84生成脈衝之時序以及平台20及編碼器頭64位於基準位置之時序。再者，於平台20是否已到達至可動範圍之端部之判定中使用預先設置於基座10等中之接近感測器(未圖示)之輸出信號。
於基準位置之檢測中，若欲使用藉由自MR元件66輸出之Z1信號與自MR元件67輸出之Ref信號之邏輯積之結果而獲得的脈衝，則必須以與磁柵尺61之極性轉變之位置重疊之方式設置參考標記62。相對於此，本實施形態中之基準位置檢測部84基於Ref信號及Z1信號而生成作為內部信號之Z2信號，並將Z2信號與Z1信號之邏輯積之結果作為Z相信號。藉此，即便未以與磁柵尺61之極性轉變之位置重疊之方式設置參考標記62，亦可檢測基準位置。
其結果，可擴大參考標記62之可設置範圍，從而於安裝參考標記62後，即便不以與產生Z1信號之脈衝之位置重疊之方式調整參考標記62之安裝位置或者不調整Z相信號之輸出時序，亦可獲得基準位置之Z相信號之脈衝。因此，於本實施形態中之線性編碼器裝置60中，可使參考標記62之安裝變得容易。再者，參考標記62之尺寸只要於磁柵尺61之極性變化之方向上短於在Z1信號中產生脈衝之2週期程度即可。
再者，圖1所示之線性馬達控制裝置80亦可於內部具有電腦系統。於該情形時，上述基準位置檢測部84所進行之處理過程係以程式之形式記憶於電腦可讀取之記錄介質中，藉由電腦讀出並執行該程式 而進行上述處理。此處，所謂電腦可讀取之記錄介質，係指磁碟、磁光碟、CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory，唯讀光碟記憶體)、DVD-ROM(Digital Video Disc-Read Only Memory，唯讀數位視訊光碟記憶體)、半導體記憶體等。又，亦可藉由通信線路將該電腦程式發送至電腦，接收到該電腦程式之電腦執行該程式。
又，上述實施形態係作為示例而提出者，並非意欲限定發明之範圍。該等新穎之實施形態能以其他各種形態加以實施，且可於不脫離發明之主旨之範圍內進行各種省略、替換、變更。該等實施形態或其變形包含於發明之範圍或主旨中，且包含於申請專利範圍內所記載之發明及其均等之範圍內。例如，於圖4等所示之基準位置檢測部84中之信號處理中，表示了以正邏輯進行之例，但亦能以負邏輯進行。
又，於上述實施形態中，表示了線性編碼器裝置60使用檢測磁通密度之感測器(MR元件66、67)之構成，但亦可將任一個或兩個MR元件替換為霍耳元件(Hall element)。又，除了使用檢測磁之感測器之構成以外，亦可為使用檢測光等之感測器(例如光學感測器)之構成。
又，於上述實施形態中，表示了基準位置檢測部84基於Ref信號及Z1信號而生成Z相信號之構成，但亦可自線性馬達控制部89將表示線性馬達5之驅動方向之信號、或自位置算出部85將表示移動方向之信號輸入至基準位置檢測部84，基準位置檢測部84將該信號用於Z相信號之生成。
又，於上述實施形態中，表示了線性馬達控制裝置80包括感測器信號處理部81之構成，但亦可於編碼器頭64中設置感測器信號處理部81。
又，於上述實施形態中，表示了當基準位置檢測部84檢測到Z1信號之下降時使Z2信號之信號位準自H位準變為L位準之構成。但於使平台20等速移動之情形等時，亦可為於自Z1信號之上升經過特定時 間後產生Z1信號之下降時，基準位置檢測部84於在檢測到Z1信號之上升後經過特定時間後使Z2信號之信號位準自H位準變為L位準。又，於使平台20等速移動之情形等時，亦可為基準位置檢測部84於在Z2信號為H位準之狀態下檢測到Z1信號之上升時，於Z相信號中產生具有特定時間之寬度之脈衝。
又，於上述實施形態中，表示了自線性馬達控制部89於原點復位處理中沿特定方向驅動平台之處理(步驟S101)開始的構成。但亦可不進行步驟S101至步驟S103之處理，而自步驟S104之處理開始。
[產業上之可利用性]
藉由參考標記與標尺之組合而檢測基準位置之操作亦可應用於不可或缺之用途中。
40‧‧‧線圈部
66‧‧‧MR元件(第1感測器)
67‧‧‧MR元件(第2感測器)
80‧‧‧線性馬達控制裝置
81‧‧‧感測器信號處理部
82‧‧‧參考信號生成部
83‧‧‧同步信號生成部
84‧‧‧基準位置檢測部
85‧‧‧位置算出部
89‧‧‧線性馬達控制部

Claims (4)

  1. 一種線性編碼器裝置，其係包括線性標度尺及參考標記者，且包括：同步信號生成部，其基於與上述線性標度尺對向設置之第1感測器所輸出之信號，生成於上述第1感測器沿上述線性標度尺移動時與移動距離同步之週期性同步信號；參考信號生成部，其基於與上述第1感測器一併設置之第2感測器所輸出之信號，生成表示檢測到上述參考標記之脈衝信號；及基準位置檢測部，其於上述參考信號生成部生成脈衝信號後，當上述同步信號變為特定值時，生成表示檢測到預定之基準位置之基準位置信號。
  2. 如請求項1之線性編碼器裝置，其中上述線性標度尺係以N極與S極等間隔地交替出現之方式而被磁化之磁柵尺；且上述同步信號生成部係基於自上述第1感測器輸出之信號，於上述第1感測器與上述磁柵尺對向之面產生極性變化時，於上述同步信號中產生脈衝；上述基準位置檢測部係於在上述參考信號生成部產生脈衝信號後，在上述同步信號中檢測到脈衝之情形時生成上述基準位置信號。
  3. 如請求項2之線性編碼器裝置，其中上述基準位置檢測部係當上述參考信號生成部產生脈衝信號時，使上述基準位置信號之生成中使用之內部信號自L位準變為H位準，且於在上述同步信號中檢測到脈衝後，使上述內部信號 自H位準變為L位準；且將上述同步信號與上述內部信號之邏輯運算之結果，作為上述基準位置信號而輸出。
  4. 一種基準位置檢測方法，其係線性編碼器裝置所進行者，該線性編碼器裝置包括：線性標度尺；參考標記；同步信號生成部，其基於與上述線性標度尺對向設置之第1感測器所輸出之信號，生成於上述第1感測器沿上述線性標度尺移動時與移動距離同步之週期性同步信號；及參考信號生成部，其基於與上述第1感測器一併設置之第2感測器所輸出之信號，生成表示檢測到上述參考標記之脈衝信號；且該基準位置檢測方法具有基準位置檢測步驟，該基準位置檢測步驟係於上述參考信號生成部生成脈衝信號後，當上述同步信號變為特定值時，生成表示檢測到預定之基準位置之基準位置信號。
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