TWI644082B - 編碼器設備、編碼器設備之讀取頭、機器及密封式光學編碼器模組 - Google Patents

編碼器設備、編碼器設備之讀取頭、機器及密封式光學編碼器模組 Download PDF

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史蒂芬 林德西 托克奈爾
芬雷 瓊納桑 伊凡斯
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Abstract

本發明揭示一種編碼器設備，該編碼器設備包括一刻度尺及一讀取頭總成，該讀取頭總成包括一刻度尺信號接收器。該刻度尺及該刻度尺信號接收器位於一保護性殼體內，該保護性殼體經組態以保護該刻度尺及該刻度尺信號接收器免受位於該保護性殼體外部之污染物危害且包括該刻度尺信號接收器可透過其連接至該保護性殼體外部之一部分之一密封件。該刻度尺信號接收器在該保護性殼體內部之配置獨立於該刻度尺及該保護性殼體。

Description

編碼器設備、編碼器設備之讀取頭、機器及密封式光學編碼器模組
本發明係關於一編碼器設備。舉例而言，本發明係關於通常稱為一封閉式編碼器、亦通常稱為一密封式編碼器之編碼器。
編碼器在諸多行業中用於給一機器之一控制系統提供位置(或其衍生物，例如速度及/或加速度)反饋，例如對一機器之一個部分相對於該機器之另一部分之位置/運動之反饋控制。如將理解，通常，一刻度尺設在機器之一個部分上且用於讀取刻度尺之一讀取頭設在機器之另一部分上，使得刻度尺與讀取頭之相對位置及因此多個機器部分之相對位置可由讀取頭沿著編碼器之量測維度而偵測。
此等編碼器所利用之技術可需要其中使用編碼器之環境係清潔且無污染的，例如無灰塵、污垢及水分(舉例而言，其可係油性及/或水性的)。對刻度尺及/或讀取頭之污染可不利地影響編碼器之效能。在諸多行業中，使用編碼器之此等機器在一適當清潔環境中操作，在此情形中，可使用通常稱為一「暴露式編碼器」(或「開放式編碼器」)之編碼器。
然而，諸如在(舉例而言)其中工作環境不清潔且其中充斥流體及固體殘材之機器工具行業中，存在諸多實例。在此等情形中，存在受保護以免受此類有害環境之編碼器。通常，在此等情況中，使用密封式(亦稱為封 閉式)編碼器。
圖1a至圖1d中示意性地圖解說明一密封式編碼器模組2之一實例。如所圖解說明，密封式編碼器模組2包括一刻度尺4以及包括一刻度尺信號接收器6之一讀取頭總成。刻度尺4及刻度尺信號接收器6位於一保護性殼體8內部，保護性殼體8保護刻度尺4及刻度尺信號接收器6免受保護性殼體外部之污染物危害。刻度尺4固定至保護性殼體8，而讀取頭總成之刻度尺信號接收器6在保護性殼體8內可沿著刻度尺4之長度移動。在使用中，保護性殼體8將緊固至一機器(未展示)之一第一部分，且讀取頭總成將緊固至機器之一第二部分，該第二部分相對於該第一部分可沿著x軸移動。實務上，在使用期間，機器之第一部分(及因此保護性殼體/刻度尺)可經組態以進行移動，及/或機器之第二部分(及因此讀取頭)可經組態以進行移動。
讀取頭總成包括：一安裝區塊14，其將直接扣接至機器之第二部分(例如，經由通過安裝區塊14中之螺栓孔15之螺栓)；一葉片16；及一活節連桿18，其將刻度尺信號接收器6連接至葉片16(下文更詳細地闡述)。
保護性殼體8進一步包括呈一對密封唇12之形式之一密封件，該密封件密封保護性殼體8之內部，刻度尺4及刻度尺信號接收器6駐存於保護性殼體8內部以免受外部污染物危害。葉片16通過密封件(該對密封唇12之間)，且密封唇12允許葉片16及因此刻度尺信號接收器6沿著保護性殼體8/刻度尺4之長度移動。
刻度尺信號接收器6相對於刻度尺4沿所有自由度(沿著刻度尺之長度除外)之位置受刻度尺信號接收器6中之軸承20(例如滾子軸承)嚴格控制，軸承20嚙合刻度尺4且靠壓在刻度尺4上(但如將理解，另外/另一選擇為，軸承可靠壓在保護性殼體之內側上)。彈簧(未展示)抵靠刻度尺4而偏壓刻 度尺信號接收器之軸承20。機器之第一及第二部分沿軸之任何未對準由活節連桿18調節。在此實施例中，活節連桿18由包含至少一個樞軸接頭之一接頭提供。活節連桿准許刻度尺信號接收器6相對於安裝區塊14縱傾、側滾及側傾(亦即，繞三個互相垂直軸進行旋轉移動)以及刻度尺信號接收器6相對於安裝區塊14沿垂直於量測維度(刻度尺之長度)之方向橫向運動。因此，除沿著量測維度(沿著所展示實施例中之x軸)之外，刻度尺信號接收器6之位置與運動受刻度尺4約束。換言之，刻度尺信號接收器6由刻度尺4導引。因此，活節連桿18將刻度尺信號接收器6與安裝區塊14沿所有自由度(沿著編碼器設備之量測維度(其應與機器之第一部分及第二部分之運動方向一致)除外，在圖1中所展示之實施例中，量測維度係沿著x軸)解耦。此係US4595991中所揭示之編碼器設備種類。
亦如圖1b中所展示，可提供一電力/通信纜線5以使得能夠給讀取頭總成供電及促成讀取頭總成與一外部處理器裝置(例如一機器控制器)之間的通信。此外，可提供一空氣供應線路9以用於將空氣供應至保護性殼體8中，以在保護性殼體8內產生一正壓力。因此，在密封唇12不形成一完美密封之情形中(特定而言，在唇密封件被葉片16分開之情況下)，空氣往往將因正壓力而自保護性殼體8流出。正壓力藉此提供對試圖進入保護性殼體8之實體污染物之進一步阻力。如將理解，此污染物可包括固體及/或流體污染物，污染物之實例包含切屑、液體(例如冷卻劑)及/或空氣中之水分。亦如所展示，可提供經由讀取頭總成(例如經由通過安裝區塊14及葉片16之一導管)將空氣供應至保護性殼體中之另一空氣供應線路7。
本發明提供一經改良編碼器設備。在特定情形中，本發明係關於對 密封式編碼器之改良。舉例而言，根據本發明，提供一種密封式編碼器模組，該密封式編碼器模組包括一刻度尺、一讀取頭及一保護性殼體(例如一整體保護性殼體)。特定而言，本文中所闡述之本發明之態樣係關於以下類型之一經改良編碼器：其中讀取頭之刻度尺信號接收部分位於一密封件之一第一側上且讀取頭之安裝部分位於該密封件之一第二側上。
根據本發明之一第一態樣，提供一種編碼器，該編碼器包括相對於彼此可移動之一刻度尺及一讀取頭總成。該讀取頭總成可包括一刻度尺信號接收器。該刻度尺及該刻度尺信號接收器可位於一保護性殼體內，該保護性殼體經組態以保護該刻度尺及該刻度尺信號接收器免受位於該保護性殼體外部之污染物危害。該保護性殼體可包括該刻度尺信號接收器可透過其連接至該保護性殼體外部之一部分之一密封件。該刻度尺信號接收器在該保護性殼體內部之配置可獨立於該刻度尺及該保護性殼體。
同時，圖1中所展示之種類之封閉式編碼器提供該刻度尺與該刻度尺信號接收器之一受保證關係(例如，受保證懸架高度(ride-height))，具有滾動/滑動元件軸承之一活節連桿之此一配置可具有有害效應，諸如由摩擦力及連桿柔性所致之滯後位置誤差，及由(舉例而言)軸承跳動(bearing runout)誤差或軸承下方之污垢所致的刻度尺信號接收器之縱傾誤差所致之位置誤差。本發明之此態樣係關於藉由使刻度尺信號接收器在保護性殼體內部之(實體)配置獨立於刻度尺及保護性殼體(亦即，刻度尺信號接收器相對於刻度尺之實體關係係獨立的)而消除此類滯後及位置誤差之一密封式/封閉式編碼器。換言之，刻度尺信號接收器在保護性殼體內部之配置沿除量測自由度之外的至少一個自由度獨立於刻度尺及保護性殼體。如將理解，一自由度可係一旋轉或一線性自由度。較佳地，刻度尺信號接收 器在保護性殼體內部之配置沿所有線性及旋轉自由度獨立於刻度尺及保護性殼體。因此，本發明之封閉式編碼器在刻度尺信號接收器與刻度尺及/或保護性殼體之間可不具備任何軸承。換言之，本發明之封閉式編碼器可不具備將刻度尺信號接收器嚙合及/或約束至刻度尺及/或保護性殼體之任何軸承。因此，刻度尺信號接收器在保護性殼體內之配置獨立於刻度尺及保護性殼體而受約束，且換言之，刻度尺信號接收器在保護性殼體內之配置不受刻度尺或保護性殼體約束。此避免需要一活節連桿。而是，本發明依靠外部手段來相對於刻度尺導引刻度尺信號接收器。因此，如將理解，刻度尺信號接收器將闡述為係受外部約束的、闡述為係非導引式的、闡述為係無整體軸承的或闡述為係無軸承的。另一看待方式係：該刻度尺信號接收器被保持懸置在該保護性殼體內(換言之，呈一懸置狀態)。
如將理解，該刻度尺信號接收器及該保護性殼體相對於彼此可沿著該刻度尺之該量測維度移動。因此，如將理解，該刻度尺信號接收器位於該保護性殼體內(且受該保護性殼體保護)，但並不安裝至該保護性殼體。
如將理解，該密封件准許該刻度尺信號接收器與該保護性殼體沿著該刻度尺之該量測維度相對地移動。因此，如下文更詳細地闡述，該密封件可沿著該量測維度延伸。該密封件亦可適應該刻度尺信號接收器與該保護性殼體沿其他維度之某一相對移動。
該編碼器可係通常稱為一密封式編碼器(亦通常稱為一封閉式編碼器)之編碼器。此等編碼器亦可稱為一密封式(封閉式)編碼器模組。
該保護性殼體可係該編碼器之一組成部分。視情況，該刻度尺安裝至該保護性殼體。該編碼器可經組態使得該刻度尺經組態以經由該保護性殼體安裝至一機器之一部分(該部分之位置將由該編碼器量測)。亦即，該 保護性殼體可包括一或多個安裝特徵，該刻度尺經組態以經由該一或多個安裝特徵安裝至一機器之一部分。因此，視情況，該保護性殼體可位於該刻度尺與該編碼器模組經組態以安裝至的該機器之部分之間。如將理解，該保護性殼體可經組態使得在使用中該刻度尺係一單個固定單元(亦即，該刻度尺不包括(例如)隨該刻度尺安裝於其上之機器之可相對移動部分之移動而相對於彼此移動之部分)。
如將理解，該刻度尺信號接收器可係該讀取頭總成之位於該保護性殼體內部之部分，該部分接收來自該刻度尺之信號。該刻度尺信號接收器可包括用於與該刻度尺信號互動(例如)以偵測該刻度尺信號及/或先操縱該刻度尺信號隨後偵測該刻度尺信號之一或多個組件。舉例而言，在一光學編碼器之情形中，該刻度尺信號接收器可包括一或多個光學元件，諸如繞射性光學元件及/或折射性光學元件。舉例而言，該刻度尺信號接收器可包括一或多個透鏡及/或一或多個繞射光柵。該刻度尺信號接收器可包括用於將該刻度尺信號導引至另一組件之一或多個信號導引件。舉例而言，在一光學編碼器之情形中，該刻度尺信號接收器可包括一波導，例如一光導(舉例而言，一光纖)。該信號導引件可經組態以將該刻度尺信號載運至與該刻度尺信號互動(例如)以操縱該刻度尺信號之一後續組件。該信號導引件可經組態以將該刻度尺信號載運至經組態以偵測該刻度尺信號之一或多個偵測器/感測器，例如一傳感器。
視情況，該讀取頭總成包括用於感測該刻度尺信號(如上文所闡述，其可已被該讀取頭總成中之一或多個組件操縱或可尚未被該讀取頭總成中之一或多個組件操縱)之一或多個感測器。該感測器可包括複數個感測器元件，例如一感測器元件陣列。該刻度尺信號接收器可包括該(等)感測 器。視情況，該感測器可位於該讀取頭總成中之其他地方。舉例而言，該感測器可位於該讀取頭總成之位於該保護性殼體外部之一部分中。舉例而言，在其中該讀取頭總成包括一安裝區塊(下文更詳細地闡述)之彼等實施例中，該感測器(及實際上，上文所提及之任何其他組件)可位於該安裝區塊中。
在其中該刻度尺信號接收器包括一外殼(下文更詳細地闡述)之彼等實施例中，該刻度尺信號接收器可包括一或多個特徵以使得來自該刻度尺之信號能夠進入該刻度尺信號接收器。舉例而言，在一光學編碼器之情形中，該刻度尺信號接收器可包括一窗。
該讀取頭總成可包括用於朝向該刻度尺發射能量之一或多個發射器。舉例而言，該讀取頭總成可包括經組態以照射該刻度尺(例如，用介於紅外線至紫外線範圍內之光)之至少一個光源。該刻度尺信號接收器可包括該一或多個發射器。視情況，該一或多個發射器可由該讀取頭總成之另一部分提供(例如，在該保護性殼體外部，諸如由一安裝區塊提供)。
視情況，該讀取頭(例如，該刻度尺信號接收器(舉例而言，其感測器))經組態以偵測由來自該刻度尺之光產生之一信號。視情況，該光已透射穿過該刻度尺。視情況，該光已自該刻度尺反射。因此，視情況，該讀取頭(例如，該刻度尺信號接收器)包括一發射器(例如一光源)及一感測器。該發射器及該感測器可位於該刻度尺之相同側上。因此，該編碼器可係一反射性編碼器設備。
如將理解，該刻度尺將具有可由該讀取頭讀取以判定位移、位置(或其衍生物，例如速度及/或加速度)之某一形式之特徵/標記。此等特徵可界定一圖案。舉例而言，一增量型刻度尺可包括界定一週期性圖案且可用於 在該讀取頭處產生一週期性信號(例如在發生該刻度尺與該讀取頭之間的相對移動時)之刻度尺特徵/標記。該刻度尺可係細長的。該刻度尺可包括其中及/或其上形成有該等特徵/標記之一基板。
視情況，該編碼器設備係一基於繞射之編碼器設備。視情況，該刻度尺包括經組態以繞射光之特徵，該光然後用於在該讀取頭總成中之一感測器上形成一所得信號。視情況，該讀取頭總成包括經組態以與在該刻度尺之前及/或在該刻度尺之後的光互動以在該讀取頭總成中之一感測器上形成信號之一或多個光學元件。視情況，該讀取頭總成包括一或多個透鏡及/或一或多個繞射光柵。視情況，該讀取頭總成包括經組態以與來自該刻度尺之光互動以在該讀取頭總成中之一感測器上形成一干涉條紋之一繞射光柵。視情況，該感測器包括一電子光柵，該電子光柵包括兩組或兩組以上指狀交叉感測器，每一組指狀交叉感測器經組態以偵測一干涉條紋之一不同相位。
視情況，該刻度尺包括沿著該刻度尺之長度界定一系列(例如連續)可唯一地識別之位置之絕對型刻度尺特徵。
視情況，該讀取頭總成經組態以偵測該刻度尺之一影像。視情況，該讀取頭總成(例如該刻度尺信號接收器)包括經組態以在一感測器上形成該刻度尺之一影像之至少一個成像光學元件。視情況，該讀取頭總成包括適於擷取一影像之至少一個感測器，例如一或多個電荷耦合裝置(Charge-Coupled Devices,CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)感測器。
如將理解，對「光學」之提及以及對「光」之提及意欲係指介於紫外線至紅外線範圍(包含紫外線及紅外線)內之電磁輻射(electromagnetic radiation,EMR)。
如將理解，該讀取頭總成可經組態以判定且輸出關於該刻度尺信號 接收器與該刻度尺之相對位置之資訊(在本文中稱為「位置資訊」)。視情況，該讀取頭總成包括經組態以處理來自一或多個感測器/偵測器之輸出(例如)以形成該位置資訊之一或多個處理器裝置。該位置信號可係增量位置資訊。舉例而言，該位置信號可包括一正交信號。視情況，該位置信號包括絕對位置資訊。該一或多個處理器裝置可位於該刻度尺信號接收器中及/或位於該讀取頭總成之另一部分中(例如位於該讀取頭座架中)。
如將理解，該刻度尺信號接收器經組態以連接至的在該保護性殼體外部之該部分可係一機器的其相對於該機器之另一部分(該刻度尺緊固至該部分)之位置/移動將被判定之部分。
由於該刻度尺信號接收器在該保護性殼體內部之該配置獨立於該刻度尺及該保護性殼體，因此較佳地，該刻度尺信號接收器經組態以剛性地連接至該保護性殼體外部之該部分。該刻度尺信號接收器可經組態以經由一安裝部件連接至一機器之位於該保護性殼體外部之一部分。因此，該安裝部件可係一剛性安裝部件。因此，該剛性連接/剛性安裝部件可經組態使得該刻度尺信號接收器在該保護性殼體內沿全部六個自由度之位置與定向可由該刻度尺信號接收器經組態以附接至的在該保護性殼體外部之部分決定(且受該部分管控)。舉例而言，在其中該讀取頭總成包括安裝特徵(下文所闡述)之實施例中，該刻度尺信號接收器在該保護性殼體內沿全部六個自由度之該位置與定向可由該等安裝特徵決定(且受該等安裝特徵管控)(例如由其上設有該等安裝特徵之一安裝區塊決定/受其上設有該等安裝特徵之一安裝區塊管控)。
舉例而言，該刻度尺信號接收器可剛性地固定至通過該密封件之一剛性讀取頭安裝部件。因此，該刻度尺信號接收器在該密封件之第一側上 之位置與定向(在該保護性殼體內部)可由該讀取頭座架決定(且受該讀取頭座架管控)。
該座架可由該機器的該刻度尺信號接收器將附接至之部分提供。舉例而言，該機器本身可包括插入至該保護性殼體中且連接至該刻度尺信號接收器之一(剛性)安裝托架。視情況，該讀取頭總成可包括一讀取頭座架，該讀取頭座架包括一或多個安裝特徵，該一或多個安裝特徵位於該保護性殼體外部以用於將該讀取頭總成緊固至一機器之一部分。如將理解，該讀取頭總成可經組態以可釋放地扣接至一機器之一部分。該一或多個安裝特徵可設在一安裝區塊上。舉例而言，一安裝特徵可包括一孔，一可釋放扣件(例如，一螺栓)可通至該孔中及/或通過該孔(且視情況進行嚙合)。如將理解，該讀取頭總成之該刻度尺信號接收器可剛性地連接至該讀取頭座架(如上文所闡釋，其可係剛性的以確保該刻度尺信號接收器與在該保護性殼體外部之一部分之間的一剛性連接)。如將理解，該刻度尺信號接收器、讀取頭座架與葉片可形成為一單個單塊結構，或可包括彼此剛性地連接之複數個單獨形成之單元。
該座架可包括經組態以延伸穿過該密封件之一(剛性)葉片狀部件。在其中該讀取頭總成包括如上文所闡述之該讀取頭座架之彼等實施例中，該葉片狀部件可延伸穿過在位於該保護性殼體內部之該刻度尺信號接收器與位於該保護性殼體外部之該等安裝特徵之間的密封件。該葉片狀部件可包括第一及第二邊緣(換言之，前邊緣及後邊緣)。該葉片狀部件朝向該等第一及第二邊緣可成錐形。該葉片狀部件可包括一內部通路/通道以用於使電線及/或空氣在該保護性殼體之內部與外部之間通過，舉例而言，在該刻度尺信號接收器與其上設有該一或多個安裝特徵之一安裝區塊之間通 過。
該保護性殼體可包括一或多個安裝特徵，該一或多個安裝特徵用於將該保護性殼體安裝至一機器之一部分(例如，安裝至該機器的該刻度尺信號接收器經組態以安裝至之不同部分，該機器之該等部分可相對於彼此相對地移動)。該一或多個安裝特徵可經組態以促成該保護性殼體之可釋放安裝。一安裝特徵可包括一孔，一可釋放扣件(例如，一螺栓)可延伸至該孔中及/或延伸穿過該孔(且視情況進行嚙合)。
該編碼器設備可包括一磁性編碼器設備、一電感式編碼器設備、一電容式編碼器設備及/或一光學編碼器設備。因此，該刻度尺可包括磁性刻度尺、電感式刻度尺、電容式刻度尺及/或光學刻度尺。視情況，該編碼器設備包括一光學編碼器設備。
該刻度尺可包括旋轉刻度尺。該旋轉刻度尺可包括通常稱為圓盤刻度尺之刻度尺(其中刻度尺特徵設在圓盤之面上)。該旋轉刻度尺可包括通常稱為環形刻度尺之刻度尺(其中刻度尺特徵設在圓盤之圓周邊緣上)。視情況，該刻度尺可包括線性刻度尺。
視情況，該編碼器模組具有不小於0.1mm、舉例而言不小於0.2mm、舉例而言不小於0.5mm之一標稱懸架高度。視情況，該編碼器設備具有不超過5mm、舉例而言不超過2mm、舉例而言不超過1mm之一標稱懸架高度。視情況，該編碼器模組之可允許懸架高度變化(「容限」)不小於+/-50μm(微米)、視情況不小於+/-75μm(微米)、舉例而言至少+/-100μm(微米)。
該保護性殼體可係細長的。該保護性殼體可係實質上筆直的。該保護性殼體可包括一實質上管狀形式。該管狀保護性殼體之剖面形狀不一定 係圓的，而是(舉例而言)可包括其他規則或不規則形狀。舉例而言，該管狀保護性殼體之該剖面形狀可係實質上矩形的。
該密封件可設在該該保護性殼體之一第一側壁上。視情況，沿著該保護性殼體之兩個側壁之間的一邊緣設有該密封件。該密封件可係實質上細長的。該密封件可沿著該編碼器設備之量測維度延伸。視情況，該密封件(例如)跨越該保護性殼體中之一間隙及/或(舉例而言)經由該保護性殼體內部之一正(例如空氣)壓力由一氣流提供。視情況，該密封件包括一實體障壁。該密封件可包括複數個(舉例而言，一對)密封部件。舉例而言，該密封件可包括複數個(例如，一對)密封唇(例如，其可係細長的或環狀/環形的)。將該刻度尺信號接收器連接至該保護性殼體外部之該部分之部件可通過該密封件，例如在該等密封唇之間通過。舉例而言，上文所提及葉片狀部件可通過該密封件，例如在該等密封唇之間通過。
視情況，該密封件(例如，該等密封唇)係柔性的。視情況，該密封件(例如，該等密封唇)係彈性的。舉例而言，該密封件(例如，該等密封唇)係係充分柔性的以達成該刻度尺/保護性殼體與該刻度尺信號接收器之相對移動(特定而言，藉由准許該部件(例如葉片狀部件)及該保護性殼體/刻度尺相對於彼此移動而達成)。視情況，該密封件(例如，該等密封唇)(例如)憑藉其彈性而偏向於一密封式組態。舉例而言，該密封件(例如，該等密封唇)可包括聚氨酯(諸如熱塑性聚氨酯)及/或氟化彈性體。
該讀取頭總成可包括至少一個振動控制裝置。如將理解，此一或多個振動控制裝置可經組態以減小該讀取頭總成(例如，該刻度尺信號接收器)對振動之敏感性。一振動控制裝置可係經組態以減小一系統之至少一部分(例如，該讀取頭總成之該刻度尺信號接收器)因外部激發而作出之回 應之一裝置。該至少一個振動控制裝置可包括經組態以獨立於該讀取頭總成(例如獨立於該刻度尺信號接收器)而振動之至少一個部件。如將理解，該振動控制裝置可經組態以自該讀取頭總成/刻度尺信號接收器汲取能量。視情況，該振動控制裝置經組態使得該讀取頭總成/刻度尺信號接收器之諧振擴大因子(亦稱為放大因子)小於50、舉例而言小於20、舉例而言小於10。
該至少一個振動控制裝置可包括組態有獨立於該讀取頭總成之位於該保護性殼體內部之部分(例如該刻度尺信號接收器)之一諧振頻率的至少一個部件。視情況，該至少一個振動控制裝置包括組態有不同於該讀取頭總成之位於該保護性殼體內部之該等部分之諧振頻率(例如不同於該刻度尺信號接收器之諧振頻率)之一諧振頻率之至少一個部件。該振動控制裝置可與僅一單個整體式/可移動主體相關聯(例如，耦合至或連接至僅一單個整體式/可移動主體相關聯)(亦即，不位於兩個獨立可移動主體之間)。因此，該振動控制裝置可與僅一單個整體式/可移動主體接觸。
該至少一個振動控制裝置可包括一線性振動控制裝置。舉例而言，該至少一個振動控制裝置可包括線性彈簧勁度。該至少一個振動控制裝置可包括一非線性振動控制裝置。舉例而言，該至少一個振動控制裝置可包括非線性彈簧勁度。
該至少一個振動控制裝置可經組態以控制沿至少一個自由度之振動、視情況沿複數個自由度之振動、舉例而言沿至少一個線性自由度及至少一個旋轉自由度之振動。該至少一個振動控制裝置可經組態以控制一或多個振動模式。舉例而言，在一調諧式質量阻尼器之情形中，該調諧式質量阻尼器可經調諧為多個不同諧振頻率。
該至少一個振動控制裝置可經組態以具有一質量，該質量為該讀取頭總成的該至少一個振動控制裝置經組態以控制其振動之部分之質量之至少1%、視情況該部分之質量之至少2%、舉例而言該部分之質量之至少3%。該振動控制裝置可經組態以具有不超過該部分之質量之30%、視情況不超過該部分之質量之25%、舉例而言不超過該部分之質量之20%、舉例而言不超過該部分之質量之10%的一質量。如將理解，該部分可包括該讀取頭總成的振動超過振源振動之部分。舉例而言，該部分可係該讀取頭總成的相對於該讀取頭座架而振動之部分。舉例而言，該部分可係該讀取頭總成的位於該保護性殼體內部之彼部分/彼等部分。舉例而言，該部分可包括該刻度尺信號接收器。
該刻度尺信號接收器及/或經由其該刻度尺信號接收器可附接至該保護性殼體外部之部分之部件(例如，該讀取頭座架，特定而言，舉例而言，該葉片狀部件)可包括至少一個振動控制裝置。
該至少一個振動控制裝置可位於該保護性殼體內部(例如，位於該刻度尺信號接收器上及/或延伸穿過諸如該葉片狀部件之密封件之部件)。舉例而言，該刻度尺信號接收器可包括該至少一個振動控制裝置。該振動控制裝置可駐存於該刻度尺信號接收器內。特定而言，在其中該刻度尺信號接收器包括一外殼(如下文更詳細地闡釋)之實施例中，該振動控制裝置可駐存於該外殼內(例如，使得該振動控制裝置經密封而免受污染物危害)。該振動控制裝置可駐存於由該刻度尺信號接收器提供(例如，由該外殼提供)之一空隙(例如，一凹部，舉例而言，一孔)內。該振動控制裝置可經組態以能夠獨立於該刻度尺信號接收器/外殼在該空隙/孔內移動。視情況，該振動控制裝置可設在該刻度尺信號接收器/外殼之外側上。
該至少一個振動控制裝置可包括一或多個彈簧元件。該至少一個振動控制裝置可包括一或多個阻尼器元件。因此，該至少一個振動控制裝置可包括一振動阻尼裝置。該一或多個彈簧元件中之至少一者及該一或多個阻尼器元件中之至少一者可由一共同/單個/複合元件(例如，一彈簧阻尼器元件)提供。一彈簧阻尼器元件可包括一彈性體(例如，橡膠)。
如將理解，一阻尼器元件可包括將移動/運動能量轉換為一不同形式(例如，熱量)之事物。阻尼器元件之非限制性實例包含(舉例而言)一黏性可變形元件(例如，諸如一彈性體材料)或(舉例而言)經組態以在暴露至振動時彼此相摩擦之兩個單獨剛性或彈性元件。
該振動控制裝置可包括一質量元件。該質量元件對於彈簧及/或阻尼器元件可係單獨的。如上文所闡釋，該質量元件可經組態以相對於該讀取頭總成的該質量元件經組態以其振動之部分具有一特定質量。該一或多個彈簧元件中之至少一者、該一或多個質量元件中之至少一者及該一或多個阻尼器元件中之至少一者可由一共同/單個/複合元件(例如，一彈簧質量阻尼器元件)提供。舉例而言，一彈性區塊。
該振動控制裝置可包括至少一個彈性元件。舉例而言，至少一個彈性環。該彈性元件可安裝於密度比該彈性元件高之一主體上。
該振動控制裝置可包括一調諧式質量阻尼器。該調諧式質量阻尼器可經調諧以將至少讀取頭總成之其中裝設有該調諧式質量阻尼器之部分(例如，至少該刻度尺信號接收器)之振動振幅減小為處於及大約處於彼部分之諧振頻率。一調諧式質量阻尼器可包括至少一個彈簧元件。一調諧式質量阻尼器可包括至少一個阻尼器元件。一調諧式質量阻尼器可包括至少一個質量元件。該至少一個彈簧之勁度「k」、該至少一個阻尼器之阻尼 係數「c」及該至少一個質量塊之質量「m」可經選擇(換言之，「經調諧」)以將至少其中裝設有該調諧式質量阻尼器的該讀取頭總成之部分(例如至少該刻度尺信號接收器)之振動振幅減小為處於及大約處於彼部分之諧振頻率。
可提供複數個振動控制裝置。如將理解，不同振動控制裝置可經不同組態以減小不同諧振頻率之振幅。舉例而言，可使用不同彈簧勁度及/或不同質量。在其中亦提供一阻尼器元件之彼等實施例中，可使用不同阻尼係數。
該編碼器設備(例如，一密封式編碼器模組)可經組態以判定且輸出診斷資訊。如將理解，該編碼器設備/模組(例如，該讀取頭)亦可經組態以判定且輸出關於該刻度尺與該讀取頭沿一量測維度/自由度(舉例而言，其可係線性的或旋轉的)之相對位置(及因此，其上可安裝該編碼器設備之一機器之第一部分與第二部分之相對位置)之資訊。該診斷資訊可指示該刻度尺與該刻度尺信號接收器(特定而言)沿除該編碼器模組之該量測維度/自由度之外的至少一個維度/自由度之相對配置。因此，該診斷資訊可係取決於該刻度尺與該刻度尺信號接收器(特定而言)沿除該編碼器模組之該量測維度/自由度之外的至少一個維度/自由度之該相對配置。該密封式編碼器模組可經組態以判定且輸出關於由該讀取頭偵測之一刻度尺信號之診斷資訊。該刻度尺信號可係由(例如，該讀取頭中之)一或多個感測器偵測之信號，該一或多個感測器經組態以(且在使用中，用於)偵測該刻度尺以判定該機器之第一部分與第二部分(沿該量測維度/自由度)之該相對位移之該度量。該刻度尺信號可係用於判定該機器之第一部分與第二部分之該相對位移之該度量的來自該刻度尺之該所偵測到信號。該刻度尺信號可係一增量 型刻度尺信號。因此，該診斷資訊可依據該讀取頭之一增量型信號感測器之輸出而判定。該增量型刻度尺信號可係一干涉條紋。該刻度尺信號可係一參考標記信號。因此，該診斷資訊可依據該讀取頭之一參考標記信號感測器之輸出而判定。該刻度尺信號可係一絕對型刻度尺信號。該刻度尺信號可係該刻度尺之一影像(例如，該刻度尺之一個一維或二維影像)。因此，該診斷資訊可依據該讀取頭之一影像感測器之輸出而判定。換言之，該診斷資訊可依據該刻度尺之一影像(例如一個一維或兩維影像)而判定。
視情況，用於判定診斷資訊之該刻度尺信號並非係用於判定該相對位移之該度量之信號。視情況，判定診斷資訊所依據之該刻度尺信號由除其輸出經組態以用於判定該機器之第一部分與第二部分之該相對位移之該度量之該(等)感測器之外的至少一個感測器偵測。此一感測器可稱為一「診斷感測器」。因此，換言之，該編碼器模組可經組態使得該診斷感測器之輸出不用於判定該機器之第一部分與第二部分之該相對位移之該度量。
因此，如下文更詳細地闡釋，由該讀取頭偵測之該刻度尺信號可係取決於該刻度尺與該刻度尺信號接收器沿除該編碼器模組之該量測維度/自由度之外的至少一個維度/自由度之該相對配置。如將理解，該編碼器模組(例如，該讀取頭)亦經組態以判定且輸出關於該刻度尺與該讀取頭之該相對位置之資訊(亦即，沿該量測維度/自由度之位置資訊)。因此，該編碼器設備/模組可經組態以判定且輸出位置資訊及診斷資訊兩者。因此，該編碼器設備(例如，該密封式編碼器模組)可包括經組態以判定該診斷資訊之至少一個處理器。
如上文所提及，該診斷資訊可係取決於(且因此指示)該刻度尺與該刻 度尺信號接收器(特定而言)沿除該編碼器模組之該量測維度之外的至少一個維度/自由度之相對配置。舉例而言，該診斷資訊可係取決於(且因此指示)以下各項中之任一者、以下各項之任何組合或所有以下各項：該刻度尺與該刻度尺信號接收器相對於彼此之橫向位置、懸架高度、縱傾、側滾或側傾。因此，舉例而言，該診斷資訊可係取決於(且因此指示)該刻度尺與該刻度尺信號接收器何時沿除該量測維度之外的至少一個自由度處於或不處於一所要相對配置。此配置資訊對於如下文更詳細地闡述的具有獨立於該刻度尺而配置之一刻度尺信號接收器之彼等實施例可係特別有用的。
如將理解，該編碼器設備/模組可經組態使得所判定且輸出之該診斷資訊可包括關於該讀取頭所偵測之該刻度尺信號之品質之資訊。該診斷資訊可提供表示之適宜性之一度量以提供位置資訊，且特定而言，提供(舉例而言)可靠及/或準確位置資訊。
輸出該診斷資訊可包括至少部分地基於作為經組態以分析該刻度尺信號之該品質之一程序之一結果而判定之至少一個參數而提供一輸出。舉例而言，對一輸出裝置(諸如，一視覺輸出裝置)之控制可係基於該至少一個參數而進行。視情況，該編碼器設備/模組經組態而以一或多個人可偵測信號之形式輸出診斷資訊該編碼器設備(例如，該密封式編碼器模組)可包括用於將該診斷資訊輸出為一人可偵測信號之至少一個輸出裝置。該輸出裝置可輸出指示該診斷資訊之一信號。該輸出裝置可包括一視覺輸出裝置。該輸出裝置可經組態以發射一光學信號。視情況，該至少一個輸出裝置設在該讀取頭上。視情況，該至少一個輸出裝置設在該保護性殼體上。如下文更詳細地闡述，該讀取頭可包括一安裝區塊，該安裝區塊位於該保護性殼體外部以用於將該讀取頭安裝至一機器之第一可移動部分及第二可 移動部分中之一者，且該輸出裝置可設在該安裝區塊上。
該刻度尺信號接收器可包括一外殼。該外殼可經組態以保護該刻度尺信號接收器之位於該保護性殼體內部之組件免受偶然進入該保護性殼體之污染物(例如固體或流體，諸如切屑或冷卻劑，或舉例而言水分)危害。特定而言，該外殼可經組態以提供對抗流體(舉例而言，液體)之保護。此可改良該編碼器設備之可靠性及壽命。該外殼可囊封該等組件。該等組件可包括包含任何電線及/或任何印刷電路板之電組件。該等組件可包括經組態以與該刻度尺信號互動之上文所闡述組件。該外殼可係一密封式主體，舉例而言一氣密式殼。
因此，該刻度尺信號接收器之感測器組件可裝納於一密封式主體/外殼內。換言之，(舉例而言)在偵測該刻度尺信號中所使用的該刻度尺信號接收器之電組件及/或其他組件可裝納於一密封式主體/外殼內。舉例而言，在一光學編碼器設備之情形中，諸如一透鏡、繞射光柵、光束偏轉裝置或光束分離器之光學組件可裝納於該密封式主體/外殼內。該讀取頭之發射器(例如，一光發射器)可裝納於該密封式主體/外殼內。該密封式主體/外殼中之一窗(例如，密封式窗)可經提供以用於准許該刻度尺信號進入該密封式主體/外殼。
該外殼可係一剛性殼。此一剛性殼可經組態以保護該一或多個組件(包含任何電線及/或任何印刷電路板)免受進入該保護性殼體之固體物。該外殼可係實質上盒狀的。舉例而言，該外殼可具有一大體矩形剖面輪廓。該外殼可提供一空隙/內部容積，該刻度尺信號接收器之該一或多個組件位於該空隙/內部容積內。該外殼可提供該刻度尺信號接收器之一或多個組件安裝至之結構(例如負載支承結構)。該外殼可(可經組態以)安裝至該 機器之該等第一及第二部分中之一者。此可經由該保護性殼體而進行。此可經由(例如)如上文結合本發明之其他態樣所闡述之一讀取頭座架而進行。舉例而言，該外殼可經由一安裝區塊安裝至該機器之該等第一及第二部分中之一者。在其中該保護性殼體包括該刻度尺信號接收器可透過其連接至該保護性殼體外部之一部分之一密封件之實施例中，該外殼可包括延伸穿過該密封件之部分。舉例而言，在其中存在一葉片狀部件(如上文所闡述)之實施例中，該葉片狀部件可係該外殼之部分。特定而言，該葉片狀部件可裝納電線或其他電/光學組件且保護電線或其他電/光學組件免受進入該保護性殼體之污染物危害。
如將理解，該外殼可包括一起界定其內裝納該讀取頭之該一或多個組件之一內部容積之複數個組件，例如一主體及一蓋。
該外殼可囊封該刻度尺信號接收器之位於該保護性殼體內之至少全部電子組件，該等電子組件包含任何電線及任何印刷電路板。在一光學編碼器之情形中，該外殼可囊封在偵測該刻度尺信號中所使用之全部光學組件(例如一或多個透鏡、繞射光柵、分束器、光源及光束偏轉器之任何組合)，惟透過其該刻度尺信號進入該殼及/或透過其來自一光發射器之光朝向該刻度尺射出該外殼之一或多個窗之一外側除外。因此，如將理解，任何此類窗皆可形成該外殼之一部分。視情況，包括一保護性罩殼或主體(例如，其遮蔽電子組件之裸露電子器件)之任何電子組件本身可形成該外殼之一部分。
該編碼器設備可包括一反射性光學編碼器設備。在此等實施例中，用於照射該刻度尺之光源與用於偵測該刻度尺之偵測器可位於該刻度尺之相同側上。在此等實施例中，相同(例如一單個)外殼可包括該光源及該偵 測器。
較佳地，根據國際電工委員會(International Electrotechnical Commission,IEC)標準60529之國際保護等級認證(亦稱作一異物保護等級認證)，該外殼提供達至少等級4之固體粒子保護及達至少等級4之液體異物保護。換言之，較佳地，該外殼具有為至少IP44之一IP等級。該外殼可提供達至少等級5、視情況達至少等級6之固體粒子保護。該外殼可提供達至少等級5、視情況達至少等級6、舉例而言達至少等級7之液體異物保護。換言之，該外殼可具有為IPxy之一IP等級，其中x(其與固體粒子保護有關)為至少4(例如4至6)且y(其與液體異物保護有關)為至少4(例如4至7)。
本申請案闡述一種密封式編碼器模組，該密封式編碼器模組用於安裝至一機器上以量測該機器之第一部分與第二部分之相對位移。如所闡述，該密封式編碼器模組可包括：一刻度尺；一讀取頭，其包括一刻度尺信號接收器；及一保護性殼體，其囊封至少該刻度尺及該刻度尺信號接收器。如所闡述，該刻度尺信號接收器可包括一外殼，該刻度尺信號接收器之組件裝納於該外殼內。根據本發明之一第二態樣，提供一種編碼器設備，該編碼器設備包括相對於彼此可移動之一刻度尺及一讀取頭總成，該刻度尺及至少該讀取頭總成之一刻度尺信號接收器位於一保護性殼體內，該保護性殼體經組態以保護該刻度尺及該刻度尺信號接收器免受位於該保護性殼體外部之污染物危害且包括該刻度尺信號接收器可透過其連接至該保護性殼體外部之一部分之一密封件。該刻度尺信號接收器可包括一外殼，該讀取頭之組件裝納於該外殼內且在該外殼內被保護以免受存在於該保護性殼體內部之任何污染物危害。如上文所闡釋，該外殼可係氣密式的。給該刻度尺信號接收器提供一外殼可幫助確保：即使污染物設法進入 該保護性殼體內部，該刻度尺信號接收器之一或多個組件(亦即，用於達成對刻度尺信號之偵測之組件，例如用於產生來自該刻度尺之信號及/或與來自該刻度尺之信號互動(諸如感測及/或操縱來自該刻度尺之信號)之電子組件及/或其他組件)仍受到保護。此可改良該編碼器設備之可靠性及壽命。此一組件可包括一電子組件。此一組件可包括一感測器。此一組件可包括與該刻度尺信號互動(例如用於先操縱來自該刻度尺之信號，之後再由該讀取頭之感測器感測該信號)之一組件。此一組件可包括(例如)用於照射該刻度尺之一發射器，諸如一光發射器。在該編碼器設備包括一光學編碼器設備之情形中，該刻度尺信號接收器之光學組件亦可位於該外殼內部。如將理解，上文及下文結合本發明之其他態樣所闡釋之特徵同樣適用於本發明之此態樣，且反之亦然。
根據本發明之一第三態樣，提供一種用於一編碼器設備之讀取頭總成(例如，包括用於感測刻度尺特徵之至少一個感測器)，該讀取頭總成包括經組態以減小該讀取頭總成之至少一部分(例如一刻度尺信號接收部分)對振動之敏感性之至少一個振動控制裝置。因此，本申請案闡述用於一編碼器設備之一讀取頭，該讀取頭包括用於感測刻度尺特徵之至少一個感測器以及經組態以獨立於該讀取頭之其餘部分而振動之至少一個振動控制裝置。給一讀取頭提供至少一個振動控制裝置可控制自讀取頭所安裝至之機器傳遞至讀取頭之振動。此在該讀取頭經由易受振動影響之一結構(例如，經由一細長部件)安裝至該機器之情況下係特別有用的。視情況，該編碼器設備包括一密封式編碼器設備。不一定要係此情形。舉例而言，該編碼器設備可包括開放式/暴露式編碼器設備。如將理解，上文及下文結合本發明之其他態樣所闡釋之特徵同樣適用於本發明之此態樣，且反之亦 然。因此，舉例而言，該讀取頭可包括一刻度尺信號接收器。該刻度尺信號接收器可包括該至少一個振動控制裝置。在其中該刻度尺信號接收器經由細長葉片而安裝之彼等實施例中，該刻度尺信號接收器及/或細長葉片可包括至少一個振動控制裝置。
根據本發明之一第四態樣，提供一種包括如上文所闡述之一編碼器設備及/或讀取頭之機器。
根據本發明之另一態樣，提供一種實質上如本文中及/或參考圖2至圖9所闡述之編碼器設備。
根據本發明之又一態樣，提供一種密封式編碼器模組，該密封式編碼器模組用於安裝至一機器上以量測該機器之第一部分與第二部分之相對位移。該密封式編碼器模組可包括：一刻度尺；一讀取頭，其包括一刻度尺信號接收器；及一整體保護性殼體，其囊封至少該刻度尺及該刻度尺信號接收器。該密封式編碼器模組可經組態以判定且輸出關於由該讀取頭偵測之一刻度尺信號之診斷資訊。如將理解，該編碼器模組(例如，該讀取頭)亦可經組態以判定且輸出關於該刻度尺與該讀取頭之該相對位置之資訊。因此，該編碼器模組可經組態以判定且輸出位置資訊及診斷資訊兩者。如將理解，上文及下文結合本發明之其他態樣所闡釋之特徵同樣適用於本發明之此態樣，且反之亦然。
因此，本申請案闡述一種編碼器設備，該編碼器設備包括相對於彼此可移動之一刻度尺及一讀取頭，該刻度尺與該讀取頭之一刻度尺信號接收器位於一密封件之一第一側上以保護該刻度尺及該刻度尺信號接收器免受存在於該密封件之一第二側上之污染物危害，該刻度尺信號接收器剛性地固定至通過該密封件之一剛性讀取頭座架。因此，該刻度尺信號接收器 在該密封件之該第一側上之位置與定向可由該讀取頭座架決定(且受該讀取頭座架管控)。
2‧‧‧密封式編碼器模組
4‧‧‧刻度尺
5‧‧‧電力/通信纜線
6‧‧‧刻度尺信號接收器
7‧‧‧空氣供應線路
8‧‧‧保護性殼體
9‧‧‧空氣供應線路
12‧‧‧密封唇
14‧‧‧安裝區塊
15‧‧‧螺栓孔
16‧‧‧葉片
18‧‧‧活節連桿
20‧‧‧讀取頭之軸承/軸承/刻度尺信號接收器之軸承
102‧‧‧密封式編碼器模組
103‧‧‧讀取頭總成
104‧‧‧刻度尺
105‧‧‧纜線
106‧‧‧刻度尺信號接收器
107‧‧‧外殼/刻度尺信號接收器之外殼
108‧‧‧保護性殼體
109‧‧‧空氣供應線路
111‧‧‧密封件
112‧‧‧密封唇/唇密封件
113‧‧‧光源/光發射器
113’‧‧‧光發射器
114‧‧‧安裝區塊/讀取頭座架
115‧‧‧孔
116‧‧‧葉片
203‧‧‧讀取頭總成
205‧‧‧纜線
206‧‧‧刻度尺信號接收器/刻度尺信號接收單元
207‧‧‧保護性外殼/外殼
213‧‧‧光發射器
213’‧‧‧光發射器
214‧‧‧安裝區塊
216‧‧‧葉片
217‧‧‧安裝面
230‧‧‧光學單元
232‧‧‧窗
240‧‧‧印刷電路板
242‧‧‧處理器裝置
252‧‧‧光源
254‧‧‧透鏡
256‧‧‧感測器
258‧‧‧光束偏轉器
260‧‧‧調諧式質量阻尼器
262‧‧‧彈性體環/較軟彈性體環
264‧‧‧主體/較大質量塊/質量元件
362‧‧‧彈簧與阻尼器元件
364‧‧‧質量元件
460‧‧‧調諧式質量阻尼器
462‧‧‧單獨阻尼元件/彈性體環
464‧‧‧質量塊
466‧‧‧彈簧元件/整體形成之彈簧元件
560‧‧‧實例性調諧式質量阻尼器/振動控制器
562‧‧‧質量塊
564‧‧‧阻尼元件
566‧‧‧彈簧
660‧‧‧振動吸收器/振動控制器
662‧‧‧質量元件/質量塊
666‧‧‧彈簧
760‧‧‧振動控制器
762‧‧‧質量元件
764‧‧‧阻尼器元件
766‧‧‧彈簧
804‧‧‧刻度尺
808‧‧‧圓柱形保護性殼體/保護性殼體
811‧‧‧圓形密封件/密封件
904‧‧‧刻度尺
908‧‧‧圓柱形保護性殼體/保護性殼體
911‧‧‧圓形密封件
將參考以下圖式僅以實例方式闡述本發明之實施例，在圖式中：圖1a示意性地圖解說明一先前技術密封式編碼器；圖1b示意性地圖解說明圖1a之先前技術密封式編碼器，其中切除保護性殼體之一部分以展示位於保護性殼體內部之刻度尺及刻度尺感測器總成；圖1c係穿過圖1a之密封式編碼器設備之一剖面；圖1d示意性地圖解說明圖1a之先前技術密封式編碼器，其中切除保護性殼體之一部分以展示位於保護性殼體內部之刻度尺及刻度尺感測器總成；圖2a及圖2b係根據本發明之一密封式編碼器設備之示意性圖解，其中切除保護性殼體之一部分以展示位於保護性殼體內部之刻度尺及刻度尺信號接收器；圖2c係穿過圖2a及圖2b之密封式編碼器設備之一剖面；圖2d係穿過一封閉式編碼器設備之一替代實施例之一剖面；圖3係適於與一密封式編碼器一起使用之一讀取頭總成之一替代實施例之一圖解，其中切除信號接收模組之一部分以暴露其內部組件；圖4係圖3之密封式編碼器設備之信號接收模組之一圖解；圖5係圖3及圖4之信號接收模組中所使用之一調諧式質量阻尼器之一圖解；圖6a及圖6b圖解說明在一讀取頭總成上實施一振動控制裝置之一替 代方式；圖7a及圖7b圖解說明在一讀取頭總成上實施一振動控制裝置之另一方式；圖8a至圖8c示意性地圖解說明實施一振動控制裝置之其他方式；且圖9a及圖9b示意性地圖解說明本發明之旋轉實施例。
參考圖2a至圖2d，存在根據本發明之一密封式編碼器模組102。密封式編碼器模組102包括具有複數個特徵(未展示)之一刻度尺104及一讀取頭總成103，該讀取頭總成包括用於接收來自刻度尺之一信號之一刻度尺信號接收器106。在所闡述之實施例中，密封式編碼器模組102係一光學編碼器，此乃因讀取頭總成103利用介於紅外線至紫外線範圍內之電磁輻射(EMR)來讀取刻度尺104。特定而言，在此所闡述實施例中，位置量測編碼器設備係一光學絕對型編碼器。因此，刻度尺包括一系列連續可唯一地識別之特徵(例如碼)，讀取頭總成103可讀取並處理該等特徵以判定沿著刻度尺104之長度之一唯一位置。然而，如將理解，位置量測編碼器設備不一定係一絕對型編碼器。舉例而言，位置量測編碼器設備可係一增量型光學編碼器。此外，編碼器設備不一定係一光學編碼器，舉例而言，編碼器設備可係一磁性編碼器或(舉例而言)一電感式編碼器。
讀取頭總成103經由一通信通道與一外部處理器裝置(未展示)(例如一控制器)通信，在所闡述實施例中，該通信通道包括一實體連接(例如纜線105)而非一無線連接。通信通道可係雙向的，使得讀取頭總成103可自外部處理器裝置接收資料(例如指令)並且可將資料(例如位置資訊/信號)發送至外部處理器裝置。至讀取頭總成103之電力亦可經由一實體連接(例如 經由纜線105)而供應。然而，不一定要係此情形。舉例而言，讀取頭總成103可包括一內部電源，諸如一電池。
刻度尺104及刻度尺信號接收器106位於一保護性殼體108內部，保護性殼體108保護刻度尺104及刻度尺信號接收器106免受保護性殼體外部之污染物危害。刻度尺104固定至保護性殼體108，而刻度尺信號接收器106在保護性殼體108內可沿著刻度尺104之長度移動。在使用中，保護性殼體108將緊固至一機器(未展示)之一第一部分，且刻度尺信號接收器106將緊固至該機器(未展示)之一第二部分。如將理解，機器之第一部分及第二部分可相對於彼此相對地移動。讀取頭總成進一步包括：一安裝區塊114，其將直接扣接至機器之第二部分(例如，經由一或多個可釋放扣件，諸如通過孔115之帶螺紋螺栓)；及一葉片116，其連接至安裝區塊114及刻度尺信號接收器106且在安裝區塊114與刻度尺信號接收器106之間延伸。一光源113設在安裝區塊114的一端上且用於(如下文結合本發明之其他實施例更詳細地闡釋)將關於編碼器之診斷資訊中繼至一操作者/裝設者。
保護性殼體108進一步包括呈一對密封唇112之形式之一密封件111，該密封件密封保護性殼體108之內部，刻度尺104及刻度尺信號接收器106駐存於保護性殼體108內部以免受外部污染物危害。葉片116在該對密封唇112之間通過。密封唇112係柔性的以能夠分開以允許葉片116及因此刻度尺信號接收器106沿著保護性殼體108及因此刻度尺104之長度移動，且亦係充分彈性的以圍繞葉片116靠在一起，藉此形成對固體及流體(特定而言，液體及水分)污染物之一實體障壁。換言之，葉片116在其於密封唇112之間沿著密封之長度移動時將密封唇112撬開，且該等密封唇具有充 分彈性以在缺少葉片116之情況下靠在一起。
不同於上文結合圖1所闡述之實施例，在此情形中，刻度尺信號接收器106在保護性殼體內之配置獨立於刻度尺104或保護性殼體108。刻度尺信號接收器106剛性地連接至安裝區塊114。特定而言，刻度尺信號接收器106剛性地連接至葉片116，葉片116又剛性地連接至安裝區塊114。因此，刻度尺信號接收器106沿所有自由度之位置由安裝區塊114之位置決定且因此由在使用期間安裝區塊114緊固至的機器之第二部分之位置決定而非由刻度尺104或保護性殼體108內部之其他部分決定。
因此，與結合圖1所闡述之實施例相比，在所闡述之實施例中，刻度尺信號接收器106之位置與運動不以任何方式受刻度尺104或保護性殼體108約束或導引。由於刻度尺信號接收器106與安裝區塊114之間的剛性安裝，因此刻度尺信號接收器106沿全部六個自由度之位置與運動受安裝區塊114及因此安裝區塊114緊固至的機器之部分之位置與運動約束及導引。因此，刻度尺信號接收器106之位置與運動可闡述為係「受外部約束」的(與其中刻度尺信號接收器6之位置與運動係「受內部約束」的圖1之刻度尺信號接收器6相比)。另外/另一選擇為，密封式編碼器模組102可闡述為係一「無軸承」編碼器或闡述為一「無整體軸承」編碼器(與可稱為一「整體軸承」編碼器的圖1之編碼器模組2相比)。
如將理解，若需要，則可提供用於調整刻度尺信號接收器106相對於安裝區塊114之相對設置位置之一調整機構(例如，刻度尺信號接收器可連接至葉片116，及/或葉片116可經由一接頭安裝至安裝區塊114，該接頭(舉例而言)藉由操縱一微型/無頭螺釘而促成對葉片116與安裝區塊114沿至少一個線性自由度及/或一個旋轉自由度之相對位置之選擇性調整)。此 一選擇性調整機構可用於輔助設置/對準編碼器設備。然而，如將理解，此一選擇性調整機構仍將提供刻度尺信號接收器106與讀取頭座架114之間的一剛性連接，及因此刻度尺信號接收器106與其上安裝刻度尺信號接收器106的機器之部分之間的一剛性連接(亦即，使得在使用/操作期間，刻度尺信號接收器106沿所有自由度之位置/定向仍受安裝區塊114安裝至的機器之第二部分管控/由安裝區塊114安裝至的機器之第二部分決定)。
在所闡述實施例中，刻度尺信號接收器106不接觸刻度尺104、也不接觸保護性殼體108。因此，在刻度尺信號接收器106與刻度尺104及保護性殼體108之內側之間圍繞刻度尺信號接收器106始終存在一間隙。實際上，如所展示，在所闡述之實施例中，讀取頭總成103(其包括刻度尺信號接收器106及讀取頭座架110)與保護性殼體108之間的觸點僅存在於葉片116與該對密封唇112之間。如將理解，該對密封唇112在行為及屈變(yield)方面係可撓且具彈性的以適應葉片116，且藉此並不約束或控制刻度尺信號接收器106之位置。
此外，在所闡述之實施例中，刻度尺信號接收器106包括一外殼107，刻度尺信號接收器之電組件位於該外殼內部。用於偵測來自刻度尺104之刻度尺信號的刻度尺信號接收器106之感測器以及用於在感測器上形成刻度尺信號之任何相關聯組件(例如光學組件，諸如一透鏡、繞射光柵及/或反射鏡)亦可設在刻度尺信號接收器之外殼107內部。外殼107經組態(例如經密封)使得若污染物確實不經意地通過了唇密封件112，則在外殼107內部的刻度尺信號接收器106之組件(特定而言，電組件及光學組件)會受到保護。
如將理解，在其中提供一外殼107之實施例中，可提供一窗(例如圖3 及圖4中之窗232)以使得刻度尺信號能夠到達位於外殼107內部之感測器。視情況，該窗對刻度尺信號不具有材料影響(例如，該窗之唯一目的可係僅允許來自刻度尺之信號進入外殼107而對在讀取頭之感測器處所接收到之信號之形式無影響)。視情況，該窗可經組態以重定向來自刻度尺之信號(例如，該窗可包括一反射鏡)。視情況，該窗可經組態以與來自刻度尺之信號互動以產生在感測器處所偵測到之所要信號。舉例而言，該窗可包括一繞射光柵及/或透鏡。不管怎樣，如將理解，由於窗232形成外殼107之一部分，因此窗232之外部將不必被密封來免受進入保護性殼體108之任何污染物危害，但窗之內部及經組態以操縱來自刻度尺104之信號之任何其他組件(例如光學組件)被保護以免受到污染物危害。
給刻度尺信號接收器106提供一外殼107之益處不僅僅對其中刻度尺信號接收器106相對於刻度尺104/保護性殼體108(例如，其係剛性地安裝的或「受外部約束」的)而獨立地配置之實施例可係有益的，且亦對「整體軸承」編碼器(例如，其中刻度尺信號接收器經由一活節連桿安裝至讀取頭座架且刻度尺信號接收器之位置係「受內部約束」之彼等實施例)可係有益的。舉例而言，一外殼在上文結合圖1所闡述之類型之「整體軸承」/「受內部約束」封閉式編碼器中亦可係有益的。因此，如將理解，結合此態樣，可提供諸如結合圖1所闡述之活節連桿之一活節連桿。然而，儘管提供一外殼107可改良此類「整體軸承」/「受內部約束」封閉式編碼器之恢復力，但若污染物確實通過密封唇12並落在刻度尺上，則此可不利地影響編碼器設備之效能。舉例而言，若充分多污染物落在刻度尺特徵上，則此可不利地影響來自刻度尺之信號。此外，若固體污染物(諸如，切屑)進入保護性殼體且掉落在讀取頭之軸承20運行之軌道上，則此 在刻度尺與刻度尺信號接收器之間的軸承懸架在污垢上時可不利地影響刻度尺信號接收器與刻度尺之相對位置/定向。當然，具有獨立於刻度尺(例如「受外部約束」的)而配置之一刻度尺信號接收器之一封閉式編碼器具有不遭受此一問題之額外益處。
如下文結合本發明之其他實施例更詳細地闡釋，刻度尺信號接收器106接收來自刻度尺之一信號，該信號經處理以經由纜線105將(舉例而言)一位置信號提供至一外部裝置(諸如一機器控制器)。舉例而言，處理以判定位置可藉由刻度尺信號接收器106中之一或多個處理器裝置及/或藉由讀取頭總成之另一部分(諸如安裝區塊114)中之一或多個處理器裝置而執行。視情況，葉片116包括一或多個通道以使得電線能夠在刻度尺信號接收器106與安裝區塊114之間通過。另一選擇為，可使用無線通信，或可使用葉片116外部之有線連接。若葉片116包括一或多個通道，則空氣(舉例而言，經由一空氣供應線路109而供應)可經由葉片116(例如，經由葉片116中之孔)傳遞至保護性殼體108內部。
如將理解，圖2a至圖2d係示意性的，且通常，刻度尺104與刻度尺信號接收器106之間的間隔(通常稱為懸架高度)可比所展示之間隔小得多。所要懸架高度將取決於編碼器，但舉例而言，光學編碼器之典型懸架高度可介於0.24mm至2mm之範圍內。在所闡述之特定實例中，標稱懸架高度為0.8mm，其中具有一+/-0.15mm容限。
可沿任何定向使用圖2a至圖2d中所展示之密封式編碼器模組102。在圖2a至圖2d中，安裝區塊114展示為直接定位在刻度尺信號接收器106及保護性殼體108上方。然而，不一定要係此情形。舉例而言，密封式編碼器模組102可安裝在側面或甚至倒置(使得安裝區塊114直接定位在刻度尺 信號接收器106及保護性殼體108下方)。實際上，此一配置可係有利的，此乃因任何外部污染物往往因重力將自保護性殼體108之唇密封件112掉落。
同樣地，該對密封唇112不一定直接設在與其上定位有刻度尺的保護性殼體108之側相對的保護性殼體108之側上。舉例而言，參考圖2c中所展示之定向，密封唇112可設在保護性殼體之垂直側中之一者上，使得葉片116水平地而非垂直地延伸。另一選擇為，密封唇112可沿著保護性殼體之隅角/邊緣中之一者設在兩側之間，諸如圖2d中所展示(如此實施例中所展示，密封件111包括兩對密封唇112)。
現在參考圖3至圖5，展示另一讀取頭總成203。圖3至圖5之讀取頭總成203與圖2之讀取頭總成103共用諸多類似之處，且(舉例而言)包括一刻度尺信號接收器206、一安裝區塊214、一光發射器213及一葉片216，該葉片提供刻度尺信號接收器206與安裝區塊214之間的一剛性連接(因此，刻度尺信號接收器206係「受外部約束」的)。圖3孤立地展示讀取頭總成203，但如將理解，讀取頭總成203意欲用於讀取位於一保護性殼體內部之一刻度尺，如圖2a至圖2d中所展示。因此，亦意欲，刻度尺信號接收器206亦將位於保護性殼體內部，且葉片216將通過保護性殼體中之一細長密封件，諸如一對密封唇。如同圖2a至圖2d之實施例，刻度尺信號接收器206係一光學讀取頭，但不一定要係此情形。
如同圖2之刻度尺信號接收器106，圖3及圖4之刻度尺信號接收器206包括一保護性外殼207。在此情形中，刻度尺信號接收器206內部之組件憑藉保護性外殼207及一安裝面217而受到保護(例如被密封)，安裝面217設在葉片216之接近刻度尺信號接收器206之端部處，刻度尺信號接收器 206經由安裝面217安裝至葉片216。一密封部件可設在外殼207與安裝面217之間的界面處(例如一墊片可夾在外殼207與葉片216之安裝面217之間)。
如所展示，在此實施例中，葉片在刻度尺信號接收器206與安裝區塊214之間以一非垂直角度(舉例而言，約45°)延伸，而非葉片216在刻度尺信號接收器206與安裝區塊214之間垂直地延伸(如呈圖2之組態)。此使得葉片可經定向使得掉落在其上之任何液體將自密封唇掉落，而不管密封式編碼器模組係垂直地安裝還是水平地安裝。
如圖3及圖4中所展示，展示一光學單元230，該光學單元包括用於偵測刻度尺信號的刻度尺信號接收器之組件。特定而言，光學單元包括：一光源252，其用於照射刻度尺；一透鏡254，其經組態以將刻度尺成像；一感測器256(例如一個一維或兩維CCD或CMOS感測器)，該影像落在該感測器上且該感測器經組態以偵測該影像；及一光束偏轉器258，其經組態以將來自光源之光引導至刻度尺上。如所展示，感測器256可安裝在一印刷電路板(PCB)240上。一纜線(未展示)將PCB 240連接至安裝區塊214內部之一處理器裝置。當感測器獲得一影像時，該影像被傳遞至位於安裝區塊214內部之處理器裝置，該處理器裝置處理該影像以判定一位置(以一已知方式，例如如US2012072169中所闡釋，US2012072169之內容以引用方式併入本文中)。然後將所判定位置(舉例而言)經由沿著纜線205所傳輸之一或多個信號傳送至一外部裝置(舉例而言，諸如一機器控制器)。如將理解，其他配置係可能。舉例而言，所有處理皆可藉由位於刻度尺信號接收器206中之一或多個處理器裝置而執行。在另一替代實施例中，感測器裝置(例如一CCD或CMOS)可位於安裝區塊中且可經由延伸穿過葉片 216之一光導(例如光纖)接收刻度尺信號。因此，在此情形中，刻度尺信號接收器206僅收集來自刻度尺之信號/光且將該信號/光傳遞至位於讀取頭總成中之其他地方之一感測器。
如上文所提及，編碼器模組(舉例而言，讀取頭總成)可設有用於中繼診斷資訊之一光發射器213(在圖2a至圖2d之實施例中，為113)。此一光發射器可用於將診斷資訊中繼至一操作者/裝設者。舉例而言，由光源發射之光之色彩及/或亮度經控制以中繼診斷資訊。視情況，光發射器可經組態而以特定方式閃爍以中繼診斷資訊。
舉例而言，光發射器可經控制以取決於讀取頭(例如刻度尺信號接收器)與刻度尺之相對設置而發射一視覺信號。此在裝設編碼器模組期間可係特別有用的以確認讀取頭正自刻度尺接收一良好信號。舉例而言，編碼器模組可經組態使得光發射器213之色彩係取決於該相對設置(例如，在讀取頭正接收一良好/強刻度尺信號時，可發射綠色光，且在讀取頭正接收一不良/弱刻度尺信號時，可發射紅色光)。用於指示讀取頭與刻度尺之相對設置之此一視覺指示對於「獨立配置」之編碼器設備及「受內部約束」之編碼器設備兩者可係有用的。在提供用於調整刻度尺信號接收器相對於安裝區塊之相對設置位置之一調整機構時(如上文所提及)，用於指示讀取頭與刻度尺之相對設置之此一視覺指示可係特別有用的。
在所闡述之實施例中，安裝區塊214內部之用於判定一位置之處理器亦經組態以處理由感測器256偵測之影像以判定診斷資訊(然而，如將理解，不一定要係此情形；可使用一單獨處理器)。在所闡述之實施例中，處理器經組態以基於由感測器偵測之信號之品質而判定診斷資訊。在此特定實施例中，處理器經組態而以基波空間頻率ω對刻度尺之特徵之由感測 器獲得之影像進行傅立葉變換(此可在設置編碼器模組期間提供或藉由分析影像而提供)。然後確立傅立葉變換之量值A。如將理解，一傅立葉變換提供一實數部分及一虛數部分，且可依據以下方程式而計算量值A：
其中F(ω)表示該表示在空間頻率ω下之傅立葉變換。
由於計算一平方根係計算密集型的，因此將理解，可較佳地代替A而使用A2來判定設置指示器輸出。然後，該方法包括比較A(或A2)與臨限值以判定如何控制光發射器213。舉例而言，當A(或A2)具有低於一臨限值之一值時，此時光發射器可經控制以輸出紅色光，且在A(或A2)具有高於一臨限值之一值時，此時光發射器可經控制以輸出綠色光。
如將理解，A(或A2)係取決於如該表示中所獲得之特徵之振幅。此又受讀取頭相對於刻度尺之設置(此係將要判定之內容)影響。A(或A2)亦取決於該表示中之特徵之數目。因此，若特徵之密度沿著刻度尺存在顯著變化，則該方法可包括用以補償此之步驟。舉例而言，此補償可藉由將A(或A2)除以該表示中之特徵之數目而達成。
在所闡述實施例中，該方法涉及實質上以特徵之基波空間頻率對該表示進行傅立葉變換。傅立葉變換可基於正一起使用之刻度尺而使用特徵之一假設基波空間頻率。雖然假設基波頻率不完全正確，但該方法仍可提供對該表示之品質之一有用指示。視情況，在執行傅立葉變換之前，可藉由分析影像而判定特徵之基波空間頻率。此在其中所成像之特徵之實際基波空間頻率因懸架高度/放大效應而顯著變化之實施例中可係有用的。
此外，如將理解，不一定係實質上以特徵之基波空間頻率執行傅立葉變換之情形。舉例而言，該方法可涉及以某一其他頻率(例如以空間頻 率之一諧波)執行傅立葉變換。視情況，該方法可涉及以一或多個頻率執行傅立葉變換及比較以不同空間頻率進行之傅立葉變換之量值。
US8505210中闡述可如何處理一絕對型刻度尺之一影像以判定診斷資訊之額外細節，US8505210之內容以引用方式併入本文中。如將理解，存在可判定診斷資訊之其他方式。舉例而言，如US8505210中所闡述，可判定所成像之不同類型之刻度尺特徵之相對振幅，該相對振幅可指示所偵測到之刻度尺信號之品質。
如所展示，在此實施例中，刻度尺信號接收器206亦包括一振動控制裝置(實際上，此實施例包括複數個振動控制裝置)，在此特定實施例中，該振動控制裝置包括一調諧式質量阻尼器260。發明人已發現，使用至少一個振動控制裝置可改良一編碼器設備之壽命及/或計量效能。在刻度尺信號接收器經由易受振動影響之一部件(例如，傳輸及/或放大振動之一部件)剛性地安裝至一結構時更係如此，該部件諸如刻度尺信號接收器剛性地安裝至之一細長臂或一薄葉片。舉例而言，在上文所闡述之實施例之「受外部約束」刻度尺信號接收器之情形中，振動經由剛性安裝配置傳遞至刻度尺信號接收器。一振動控制裝置提供一種控制刻度尺信號接收器暴露至之此不希望振動之方式。
如將理解，一振動控制裝置可係經組態以減小由外部激發所致的一系統(例如刻度尺信號接收器)之回應之一裝置。如上文所提及，在此特定實例中，振動控制裝置包括一調諧式質量阻尼器260，該調諧式質量阻尼器經調諧以將其中裝設有該調諧式質量阻尼器之系統之振動振幅減小為處於及大約處於系統之諧振頻率。如將理解，一調諧式質量阻尼器包括一彈簧、一阻尼器及一質量塊。彈簧之勁度「k」、阻尼器之阻尼係數「c」及 質量塊之質量「m」經選擇(換言之，「經調諧」)以將其中裝設有該調諧式質量阻尼器之系統之振動振幅減小為處於及大約處於系統之諧振頻率。在此實施例中，調諧式質量阻尼器包括：一對彈性體環262(舉例而言，橡膠環)，其提供彈簧及阻尼器元件；及一主體264，其提供質量元件。因此，每一彈性體環262以吸收能量及將能量轉換為熱量之方式充當一彈簧及一阻尼器。主體264包括一充分緻密材料(例如黃銅)以使得主體264能夠具有充分小之大小同時提供適合高質量。
通常，一調諧式質量阻尼器之質量需要佔其意欲阻尼之系統(在此情形中，讀取頭總成之位於保護性殼體內部之部分，特定而言，刻度尺信號接收器206)之質量之一相當大百分比。舉例而言，在此情形中，調諧式質量阻尼器260之質量可為刻度尺信號接收器206之質量之至少1%、視情況刻度尺信號接收器206之質量之至少2%、舉例而言刻度尺信號接收器206之質量之約5%。舉例而言，在此情形中，調諧式質量阻尼器260之質量可經組態使得其不超過刻度尺信號接收器206之質量之30%、視情況不超過刻度尺信號接收器206之質量之25%。
如圖4中所展示，調諧式質量阻尼器260位於刻度尺信號接收器206所提供之圓柱形孔內部。儘管未展示，但在所闡述之特定實施例中，圓柱形孔之側面包括複數個細長之軸向延伸脊部(或「齒條」)，使得彈性體環262之外圓周嚙合該等脊部，藉此減小彈性體環262與孔之內側之接觸面積。此有助於壓低彈性體環262之勁度，此又有助於減小調諧式質量阻尼器260之自然頻率。此一組態避免為獲得所要阻尼效應而需要使用一較大質量塊264或較軟彈性體環262。
如將理解，彈性體環262及其中定位有調諧式質量阻尼器260之圓柱 形孔可經塑形及大小設定使得彈性體環262被壓緊/壓縮在該等孔內。如將理解，即使在此一情形中，質量元件264仍將獨立於刻度尺信號接收器206來回移動/振動。另一選擇為，彈性體環262及其中定位有調諧式質量阻尼器260之圓柱形孔可經塑形及大小設定使得彈性體環262不被壓緊/壓縮在該等孔內。因此，彈性體環262及其中定位有調諧式質量阻尼器260之圓柱形孔可經塑形及大小設定使得彈性體環262在該等孔內自由地來回顫動/彈跳。
圖6a、圖6b、圖7a及圖7b圖解說明適合振動控制裝置之其他替代實施方案。相對於圖6a及圖6b，振動控制裝置包括一調諧式質量阻尼器360。在此情形中，調諧式質量阻尼器360包括經由一彈簧與阻尼器元件362連接至刻度尺信號接收器206之外殼207之一質量元件364。在此情形中，彈簧與阻尼器元件362係一塊彈性體材料，諸如橡膠。因此，質量元件364能夠憑藉彈簧與阻尼器元件362(其以吸收能量及將能量轉換為熱量之方式充當一彈簧與一阻尼器)之可撓性獨立於刻度尺信號接收器206而振動。
圖7a及圖7b圖解說明包括一調諧式質量阻尼器460之另一替代實施例。在此情形中，調諧式質量阻尼器460包括形成為刻度尺信號接收器206之外殼207之一組成部分(例如經由一單次模製成型)之一質量塊464。調諧式質量阻尼器亦包括一彈簧元件466，該彈簧元件亦形成為刻度尺信號接收器206之外殼207之一組成部分。如圖7b之剖面圖中所展示，外殼207所提供之彈簧元件466之材料係充分薄的以具充分撓性以使得質量塊464相對於刻度尺信號接收器206之其餘部分能夠移動及振動。在此實施例中，提供一單獨阻尼元件462(圖7b中所展示)，該單獨阻尼元件包括圍繞因存在整體形成之彈簧元件466而產生的外殼207中之一溝槽延伸之一 彈性體環462。
如將理解，圖6b及圖7b亦圖解說明葉片216可係中空的以用於使電線(未展示)及/或空氣(如上文所闡釋)通過之方式。此等圖亦展示安裝區塊214可包括用於組件(諸如，至少一個處理器裝置242(如上文更詳細地闡釋))之空間之方式。
如圖8a示意性地圖解說明，調諧式質量阻尼器之彈簧及阻尼器部分不一定要由一共同部分提供。舉例而言，一實例性調諧式質量阻尼器560可包括一質量塊562及一或多個(在此情形中，四個)彈簧566(其具有極小實質阻尼效應或不具有實質阻尼效應)以及一或多個(在此情形中，四個)阻尼元件564。
在上文所闡述實施例中，振動控制裝置包括一調諧式質量阻尼器。然而，如將理解，不一定要係此情形。舉例而言，振動控制裝置可包括一振動吸收器660，圖8b圖解說明振動吸收器之一實例。如示意性地圖解說明，一振動吸收器660可包括一質量元件662及一或多個彈簧666(在此實例中，四個彈簧666)，該等彈簧使得質量塊662能夠獨立於外殼207及刻度尺信號接收單元206之其餘部分而移動/振動。
在圖8a及圖8b中所繪示之實施例中，振動控制器560、660位於刻度尺信號接收器206之外殼207中所提供之一凹部中，但如將理解，其他配置係可能的。舉例而言，如圖8c中所展示，振動控制器760(其包括一質量元件762、彈簧766及視情況一阻尼器元件764)可連接至刻度尺信號接收單元206之外殼207之側面。
在上文所闡述實施例中，編碼器及刻度尺皆係線性的。然而，如將理解，本發明同樣適用於非線性編碼器/刻度尺，舉例而言旋轉編碼器， 諸如圓盤及/或環形編碼器。圖9a及圖9b示意性地圖解說明此等實施例之實例性實施方案。在圖9a之實施例中，刻度尺804設在一圓盤之面上(展示為一虛線)且裝納於一圓柱形保護性殼體808內。一讀取頭總成之葉片216可通過之一圓形密封件811設在圓柱形保護性殼體808之端面上(但如將理解，如果需要，則圓形密封件可設在圓柱形保護性殼體808之圓柱形側面上)。在圖9b之實施例中，刻度尺904設在一環之圓周側上(展示為一虛線)且裝納於一圓柱形保護性殼體908內。一讀取頭總成之葉片216可通過之一圓形密封件911設在圓柱形保護性殼體908之圓柱形側面上(但如將理解，如果需要，則圓形密封件可設在圓柱形保護性殼體908之端面上)。在此等實施例中，讀取頭總成(其包括刻度尺信號接收器206、安裝區塊214及葉片216)可與上文所闡述相同(但在圖9a之實施例中，使葉片彎曲以遵循密封件811之曲率可係有益的)。在此兩項實施例中，一光發射器213設在安裝區塊214上，且編碼器經組態以控制光發射器中繼診斷資訊。
在上文所闡述之實施例中，讀取頭總成包括一刻度尺信號接收器106、安裝區塊114及一葉片116。然而，如將理解，讀取頭總成可僅包括一刻度尺信號接收器106。舉例而言，葉片可由其上將安裝刻度尺信號接收器106之機器提供。舉例而言，結合上文所闡述實施例，密封式編碼器模組可不具備一安裝區塊114及/或葉片116，而僅具有位於(將位於)保護性殼體108內部之刻度尺信號接收器106。在設置期間，刻度尺信號接收器106可連接至由其上正裝設編碼器設備之機器提供之一葉片或等效物。
在上文所闡述實施例中，編碼器係一反射性光學編碼器(例如讀取頭藉由自刻度尺反射之光而偵測刻度尺，且讀取頭之光源及偵測器/感測器位於刻度尺之相同側上)。如將理解，編碼器可係一透射式光學編碼器(在 此情形中，讀取頭之光源及偵測器/感測器位於刻度尺之相對側上)。如亦將理解，本發明適用於非光學編碼器(例如磁性編碼器、電感式編碼器及/或電容式編碼器)。
如上文所闡述，刻度尺包括用於提供讀取頭總成之感測器可偵測之一信號之特徵。在上文所闡述之實施例中，編碼器/刻度尺包括一絕對型編碼器/刻度尺。讀取頭解碼所獲得之影像以判定一絕對位置。然而，不一定要係此情形。舉例而言，編碼器/刻度尺可係一增量型編碼器/刻度尺(具有或不具有參考標記)。眾所周知，讀取頭可經組態以輸出可用於判定刻度尺與讀取頭之相對運動及/或位置之正交信號。在此情形中，可使用一替代技術來判定可用於判定如何控制光發射器113、213之診斷資訊。舉例而言，編碼器模組(例如讀取頭)可經組態以判定正交信號位準系高於給定臨限值位準還是低於給定臨限值位準以判定如何控制光發射器113、213。US 5241173中闡述此一程序之其他細節，US 5241173之內容以引用方式併入本文中。
編碼器可係基於繞射的，例如由刻度尺感測器總成之感測器偵測之信號藉由刻度尺(及刻度尺感測器總成中之一或多個繞射光柵)繞射光(例如在刻度尺感測器總成之感測器處形成一干涉條紋)而形成。
如將理解，本申請案中對光之提及包括介於紫外線至紅外線範圍內之電磁輻射(EMR)。
在上文所闡述實施例，使用一振動控制裝置來減小刻度尺信號接收器對振動之敏感性。然而，如將理解，一振動控制裝置係選用的。實際上，取決於編碼器將暴露至之振動之頻率及刻度尺信號接收器之諧振頻率，一振動控制裝置可係不必要的。視情況，刻度尺信號接收器所感應到 之任何振動可係充分小的以不影響刻度尺信號接收器之結構穩定性及/或產生在所要容限內之量測誤差。
在上文所闡述實施例中，刻度尺信號接收器包括囊封刻度尺信號接收器組件之一外殼。然而，不一定要係此情形。舉例而言，電子及/或其他(例如光學)組件可係暴露的。舉例而言，PCB 240可暴露於保護性殼體108內。
在所闡述之實施例中，一光發射器113、213設在讀取頭上以中繼由編碼器判定之診斷資訊。然而，如將理解，不一定要係此情形。舉例而言，如圖2a、圖2b、圖9a及圖9b中所圖解說明，代替讀取頭上之光發射器/除讀取頭上之光發射器之外，保護性殼體108、808、908上亦可設有一光發射器113’、213’。在此情形中，保護性殼體可包括用於給光發射器供電之一內部電源(例如一電池)及/或可連接至一外部電源。此外，保護性殼體可經組態以自讀取頭接收診斷資訊以判定如何控制光發射器。視情況，保護性殼體經組態以接收由讀取頭偵測之刻度尺信號且經組態以判定診斷資訊本身以判定如何控制光發射器。不管怎樣，保護性殼體可包括經組態以判定如何控制光發射器(例如，回應於所接收到之診斷及/或在其判定診斷資訊本身之後)的其自身之處理器裝置。
此外，在其他實施例中，除提供此一光發射器之外或代替提供此一光發射器，編碼器模組亦可經組態以判定呈一或多個電子信號之形式之診斷資訊且將該診斷資訊(舉例而言)經由纜線105、205輸出至一外部裝置(例如一控制器)。舉例而言，編碼器模組可判定且輸出關於由讀取頭偵測之刻度尺信號之品質之診斷資訊。舉例而言，接收此資訊之外部裝置可將此資訊顯示給一操作者。此診斷資訊可用於幫助一操作者判定編碼器模組 之狀態，例如判定編碼器模組是否正適當地操作，且若未適當地操作，則採取行動(例如，停止其上裝設編碼器模組之機器及/或替換編碼器模組)。
如將理解，判定且輸出診斷資訊之能力係選用的。
如亦將理解，可使用一托架(例如一「運送托架」)或類似物來使讀取頭總成與保護性殼體保持處於一預定實體關係，例如，諸如在讀取頭總成及保護性殼體未安裝於一機器上時。

Claims (22)

  1. 一種編碼器設備，其包括一刻度尺及一讀取頭總成，該讀取頭總成包括一刻度尺信號接收器，該刻度尺及該刻度尺信號接收器位於一保護性殼體內，該保護性殼體經組態以保護該刻度尺及該刻度尺信號接收器免受位於該保護性殼體外部之污染物危害，該刻度尺信號接收器與該保護性殼體可相對於彼此相對地移動，該保護性殼體包括該刻度尺信號接收器可透過其連接至該保護性殼體外部之一部分之一密封件，且其中該刻度尺信號接收器在該保護性殼體內部之配置獨立於該刻度尺及該保護性殼體，其中該刻度尺信號接收器包括至少一個振動控制裝置，該至少一個振動控制裝置經組態以獨立於該刻度尺信號接收器而振動且經組態以減小該刻度尺信號接收器對振動之敏感性。
  2. 如請求項1之編碼器設備，其中該讀取頭總成包括一讀取頭座架，該讀取頭座架包括若干安裝特徵，該等安裝特徵位於該保護性殼體外部以用於將該讀取頭總成緊固至一機器之一部分，且其中該讀取頭總成之該刻度尺信號接收器剛性地連接至該讀取頭座架。
  3. 如請求項1或2之編碼器設備，其中該至少一個振動控制裝置包括經組態以獨立於該刻度尺信號接收器而振動之至少一個部件。
  4. 如請求項3之編碼器設備，其中該至少一個振動控制裝置包括組態有獨立於該讀取頭總成之位於該保護性殼體內部之該刻度尺信號接收器之一諧振頻率的至少一個部件。
  5. 如請求項3之編碼器設備，其中該刻度尺信號接收器包括該至少一個振動控制裝置。
  6. 如請求項1之編碼器設備，其中該至少一個振動控制裝置包括一或多個彈簧元件、一或多個質量元件及一或多個阻尼器元件。
  7. 如請求項6之編碼器設備，其中該一或多個彈簧元件中之至少一者、該一或多個質量元件中之至少一者及該一或多個阻尼器元件中之至少一者由一單個彈簧質量阻尼器元件提供。
  8. 如請求項1之編碼器設備，其中該至少一個振動控制裝置包括一調諧式質量阻尼器。
  9. 如請求項1之編碼器設備，其中該至少一個振動控制裝置駐存於由該刻度尺信號接收器提供之一孔內，該至少一個振動控制裝置在該孔內振動。
  10. 如請求項1或2之編碼器設備，該讀取頭之該刻度尺信號接收器包括用於保護至少該刻度尺信號接收器之感測器組件之一外殼。
  11. 如請求項1或2之編碼器設備，其中該密封件包括至少一對密封部件，一讀取頭座架可在該至少一對密封部件之間通過。
  12. 如請求項1或2之編碼器設備，其中該編碼器設備包括一線性編碼器設備。
  13. 如請求項1或2之編碼器設備，其包括囊封至少該刻度尺及該刻度尺信號接收器之一整體保護性殼體。
  14. 如請求項1或2之編碼器設備，其中該編碼器設備係一光學編碼器設備。
  15. 一種用於一編碼器設備之讀取頭，其包括用於自一刻度尺接收一信號之至少一刻度尺信號接收器，其中該刻度尺信號接收器包括至少一個振動控制裝置，該至少一個振動控制裝置經組態以獨立於該刻度尺信號接收器而振動且經組態以減小該刻度尺信號接收器對振動之敏感性。
  16. 如請求項15之讀取頭，其中該振動控制裝置經組態以減少該刻度尺信號接收器在該刻度尺信號接收器之諧振頻率處及周圍之振動之振幅。
  17. 如請求項15之讀取頭，其中該振動控制裝置駐存於該刻度尺信號接收器內。
  18. 如請求項17之讀取頭，其中該振動控制裝置可駐存於該刻度尺信號接收器之一外殼內。
  19. 如請求項17或18之讀取頭，其中該振動控制裝置可駐存於由該刻度尺信號接收器提供之一孔內且經組態而能夠在獨立於該刻度尺信號接收器之其餘部分之該孔內振動。
  20. 一種機器，其包括如任何前述請求項之編碼器設備及/或讀取頭。
  21. 一種密封式編碼器模組，其用於安裝至一機器上以量測該機器之第一部分與第二部分之相對位移，該密封式編碼器模組包括：一刻度尺；一讀取頭，其包括一刻度尺信號接收器；及一整體保護性殼體，其囊封至少該刻度尺及該刻度尺信號接收器，該刻度尺信號接收器與該整體保護性殼體可相對於彼此相對地移動，且該整體保護性殼體包括該刻度尺信號接收器可透過其剛性地固定至一剛性讀取頭座架之一密封件，其中該刻度尺信號接收器包括至少一個振動控制裝置，該至少一個振動控制裝置經組態以獨立於該刻度尺信號接收器而振動且經組態以減小該刻度尺信號接收器對振動之敏感性。
  22. 一種密封式光學編碼器模組，其用於安裝至一機器上以量測該機器之第一部分與第二部分之相對位移，該密封式光學編碼器模組包括：一光學刻度尺；一讀取頭，其包括一刻度尺信號接收器；及一整體保護性殼體，其囊封至少該刻度尺及該刻度尺信號接收器，該刻度尺信號接收器與該整體保護性殼體可相對於彼此相對地移動，該整體保護性殼體包括該刻度尺信號接收器可透過其連接至該整體保護性殼體外部之一部分之一密封件，其中該密封式編碼器模組不包括用於相對於該光學刻度尺及該整體保護性殼體而約束該刻度尺信號接收器之整體軸承。
TW105140015A 2015-12-03 2016-12-02 編碼器設備、編碼器設備之讀取頭、機器及密封式光學編碼器模組 TWI644082B (zh)

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