TWI669490B - 密封式編碼器模組，密封式光學編碼器模組，及設置一密封式編碼器模組之方法 - Google Patents

密封式編碼器模組，密封式光學編碼器模組，及設置一密封式編碼器模組之方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示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。

Description

密封式編碼器模組，密封式光學編碼器模組，及設置一密封式編碼器模組之方法
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密封式編碼器、亦通常稱為一封閉式編碼器之編碼器。
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。暴露式/開放式編碼器之讀取頭可包括一視覺設置指示器(例如，參見可自雷尼紹公司(Renishaw plc)購得之TONiCTM及RESOLUTETM編碼器，且亦參見US 5241173及US 8505210)。
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，可需要保護一編碼器之刻度尺及讀取頭免受此類有害環境。如所已知，此可藉由在一所裝設暴露式/開放式編碼器上(諸如，在可自雷尼紹公司購得之一TONiCTM或RESOLUTETM編碼器上)放置一覆蓋物而達成，以提供保護刻度尺及讀取頭免受此污染物危害之一密封式障壁。然而，通常，在此等情況中，使用通常稱為一密封式(亦稱為封閉式)編碼器之一不同類型之編碼器。此類密封式/封閉式編碼器包括具有一整體保護性殼體之一刻度尺及一讀取頭，該整體保護性殼體囊封刻度尺及讀取頭之至少一刻度尺信號接收部分，且與刻度尺及讀取頭一起提供並裝設為一單個模組。
本發明提供一經改良編碼器設備。特定而言，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)。
根據本發明之一第一態樣，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診斷資訊。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。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，該編碼器模組可經組態以判定且輸出位置資訊及診斷資訊兩者。
已發現判定且輸出診斷資訊對於監視一密封式編碼器模組之效能及/或對於輔助裝設/設置一密封式編碼器模組係特別有用的；例如，對於下文更詳細地闡述的具有獨立於刻度尺而配置之一刻度尺信號接收器之彼等密封式編碼器模組係特別有用的。
因此，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。如將理解，處理器可包含經組態以用於特定應用(例如，一場可程式化閘陣列「FPGA」)之定製處理器以及可根據其所用於之應用之需要而程式化(例如，經由軟體)之較通用處理器。該至少一個處理器可經組態以分析由該讀取頭偵測之該刻度尺信號以判定該診斷資訊。該至少一個處理器或另外至少一個處理器可經組態以控制該診斷資訊之輸出。舉例而言，該至少一個處理器或另外至少一個處理器可經組態以基於對該刻度尺信號之該分析之結果而控制一輸出裝置(例如一視覺輸出裝置)之操作。位置資訊或診斷資訊可由相同處理器或不同處理器判定。
如將理解，該編碼器模組可經組態使得所判定且輸出之該診斷資訊 可包括關於由該讀取頭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(例如，沿該量測維度/自由度)，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。
輸出之該診斷資訊可限於複數種預定類別中之一者。此等類別可表示該所偵測到刻度尺信號之品質之不同等級。舉例而言，該診斷資訊可限於指示該所偵測到刻度尺信號係差的還是好的。如將理解，可獲得額外/替代類別，諸如可接受的及/或最佳的。因此，該編碼器模組可經組態以判定且輸出該刻度尺信號所屬之類別。舉例而言，在其中經由分析該所偵測到刻度尺信號之該品質之一程序而判定至少一個參數之實施例中，該方法可包括判定該參數屬於哪一類別(例如，經由使用預定臨限值)。視情況，一或多個視覺輸出裝置(諸如一光發射器)可經控制以反映該所判定類別(例如，所發射之光之色彩可係取決於該所判定類別)。
如將理解，該診斷資訊不一定限於複數種預定類別中之一者。而是，舉例而言，在其中經由分析該所偵測到刻度尺信號之該品質之一程序而判定至少一個參數之實施例中，所判定之原始參數可作為該診斷資訊而輸出。
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(ride-height)、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。
視情況，該編碼器模組之相對於該刻度尺可移動之部分可經組態以判定且輸出該診斷資訊。舉例而言，視情況，該讀取頭可經組態以判定且輸出該診斷資訊。因此，視情況，該讀取頭可包括該至少一個處理器。
視情況，該編碼器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。
視情況，該編碼器模組經組態而以一或多個電子信號之形式輸出診斷資訊。舉例而言，該編碼器模組可經組態以將診斷資訊輸出至一外部裝置。因此，該編碼器模組可包括用於(例如)無線地或沿著一電線傳輸該等電子信號之一介面。
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。
如將理解，該保護性殼體可係一密封式編碼器模組之一組成部分。該刻度尺及該讀取頭中之至少一者可安裝至該保護性殼體。該密封式編碼器模組可經組態使得該刻度尺及該刻度尺信號接收器中之至少一者經組態以經由該保護性殼體安裝至一機器之一部分(其位置將由該密封式編碼器模組量測)。該殼體可經組態以安裝至一機器之一部分。該保護性殼體可 包括一或多個安裝特徵，該刻度尺及/或刻度尺信號接收器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。視情況，該保護性殼體可位於該刻度尺信號接收器與該編碼器模組經組態以安裝至的該機器之部分之間。
一密封件(例如，至少一個密封唇)可設在該密封式編碼器模組之可相對移動部分之間。舉例而言，在該保護性殼體與一可相對移動讀取頭(下文更詳細地闡述)之間。視情況，該保護性殼體包括複數個(例如，第一及第二)可相對移動部分。視情況，該殼體之該複數個(例如，第一及第二)可相對移動部分經組態以安裝至一機器之各別不同部分，該等各別不同部分之相對位置將由該密封式編碼器模組量測。一密封件(例如，至少一個密封唇)可設在該保護性殼體之該等可相對移動部分之間。視情況，該刻度尺安裝至該保護性殼體之一第一部分，且該讀取頭可安裝至該保護性殼體之一第二部分。
視情況，該刻度尺或該刻度尺信號接收器安裝至該保護性殼體之第一部分(例如，軸件部分)，該第一部分經組態以安裝至該機器之一軸件且經組態為可相對於該保護性殼體之一第二部分旋轉，該刻度尺及該信號接收器中之另一者附接至該第二部分。視情況，至少一個柔性密封環設在該保護性殼體之該第一部分與該第二部分之間。視情況，第一及第二柔性密封環設在該保護性殼體之該第一部分與該第二部分之間。該等第一及第二柔性密封環可設在該刻度尺/刻度尺信號接收器之相對側上。
該刻度尺信號接收器可經組態以偏壓/靠壓在該刻度尺及/或該刻度尺附接至的該保護性殼體之部分上。因此，該密封式編碼器模組可包括「整 體軸承」(且因此，被稱為一「整體軸承」或「經導引」編碼器模組)。然而，不一定要係此情形。舉例而言，該刻度尺信號接收器在該保護性殼體之內部之配置可獨立於該刻度尺及該保護性殼體。因此，該編碼器模組可闡述為係「無整體軸承」編碼器模組或闡述為係一「無軸承」編碼器模組。因此，如將理解，該刻度尺信號接收器亦可闡述為係「受外部約束」的或闡述為係「非導引式」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)。
視情況，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。視情況，該刻度尺信號接收器可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。視情況，一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。
視情況，該刻度尺與該刻度尺信號接收器(沿至少一個自由度，沿著該編碼器之量測維度除外)之配置可選擇性地進行調整。舉例而言，視情況，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、側滾或側傾中之至少一者或其等之任何組合可選擇性地進行調整。因此，視情況，該編碼器模組可包括一調整機構以用於促成此調整。另外或另一選擇為，此調整可藉由經由其該刻度尺及/或讀取頭安裝至一機器之各別部分之特徵而促成。舉例而言，經由其該刻度尺及/或讀取頭安裝至一機器之該等各別部分之特徵可准許該刻度尺與該刻度尺信號接收器沿該至少一個自由度之位置關係之某些靈活性。此可調整性在其中該刻度尺 信號接收器於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(例如，係「無整體軸承」的/「非導引式」的/「無軸承」的/「受外部約束」的等)之彼等實施例中可係特別有用的。
視情況，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。在此情形中，該保護性殼體可包括一密封件，該刻度尺信號接收器可透過該密封件而連接至該保護性殼體外部之一部分。如將理解，該刻度尺信號接收器可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。該刻度尺信號接收器可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。在其中該刻度尺信號接收器於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之彼等實施例中，該刻度尺信號接收器可剛性地連接至該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)。
視情況，該保護性殼體包括至少一個(舉例而言，細長，視情況線性)柔性密封部件，該刻度尺信號接收器可透過該至少一個柔性密封部件安裝至該機器之一部分。
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緊固至一機器之一部分。如將理解，該讀取頭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(例如，剛性)葉片狀部件。在其中該讀取頭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)。
如將理解，該刻度尺信號接收器可係該讀取頭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，其可已被該讀取頭中之一或多個組件操縱或可尚未被該讀取頭中之一或多個組 件操縱)之一或多個感測器。一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(等)感測器可位於該讀取頭中之其他地方。舉例而言，該感測器可位於該讀取頭之位於該保護性殼體外部之一部分中。舉例而言，在其中該讀取頭包括一安裝區塊(下文更詳細地闡述)之彼等實施例中，該(等)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之另一部分(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用於在該讀取頭中之一感測器上形成一所得信號之光(介於紫外線至紅外線範圍內)的特徵。視情況，該讀取頭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，該讀取頭包括經組態以與來自該刻度尺之光互動以在該讀取頭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，該讀取頭經組態以偵測該刻度尺之一影像。視情況，該讀取頭(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，該讀取頭包括適於擷取一影像之至少一個感測器，例如至少電荷耦合裝置(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器。
如將理解，本申請案中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(EMR)。
如將理解，該讀取頭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，該讀取頭包括經組態以處理來自一或多個偵測器/感測器之輸出(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)。
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，該刻度尺係弧形的。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。視情況，該保護性殼體係圓的、舉例而言圓形的、舉例而言環形的。
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)。在其中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之彼等實施例中，該安裝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)係充分柔性的以達成該編碼器模組之可相對移動部分之相對移動。舉例而言，該密封件可(舉例而言)藉由准許該部件(例如，葉片狀部件)與該保護性殼體/密封件相對於彼此進行移動而准許該刻度尺/保護性殼體與該刻度尺信號接收器相對地移動。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。
該讀取頭可包括至少一個振動控制裝置。此一裝置對於其中該刻度尺信號接收器獨立於該刻度尺(例如，其係「受外部約束」的)而配置(下文更詳細地闡述)之彼等實施例可係特別有益的。如將理解，此一振動控 制裝置可經組態以減小該讀取頭(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。該振動控制裝置可包括經組態以獨立於該讀取頭(例如獨立於該刻度尺信號接收器)而振動之至少一個部件。該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，該振動控制裝置包括組態有不同於該讀取頭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)之一諧振頻率的至少一個部件。
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。
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。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。
下文結合本發明之第二態樣闡釋該外殼之其他選用特徵，為簡明起見，此處不再重複該等其他選用特徵，但該等其他選用特徵同樣適用於本發明之此第一態樣及其他態樣，且反之亦然。
根據本發明之一第二態樣，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，其中該刻度尺信號接收器包括一外殼，該讀取頭之一或多個組件裝納於該外殼內。
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。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。此一組件可包括包含任何電線及/或任何印刷電路板之一電子組件。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。
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危害。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(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)。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，其中該刻度尺信號接收器在保護性殼體內部之配置獨立於該刻度尺及該保護性殼體。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。
根據本發明之一第四態樣，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。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 尺信號接收器經由一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。
根據本發明之一第五態樣，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，提供一種設置一密封式編碼器模組之方法，該密封式編碼器模組用於量測一機器之兩個可相對移動部分沿一第一自由度之相對位置，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，其中該密封式編碼器模組經組態以判定且輸出診斷資訊，該方法包括使用該診斷資訊來判定該刻度尺與該刻度尺信號接收器是否沿除該第一自由度之外的至少一個自由度處於一所要相對位置關係。 該方法可包括一操作者回應於對該刻度尺與該刻度尺信號接收器沿除該第一自由度之外的至少一個自由度並非處於一所要相對位置關係之一指示而調整該刻度尺與該刻度尺信號接收器之相對位置。根據以上說明及以上說明，該診斷資訊可經由一光發射器而呈現給一操作者。因此，該方法可包括該操作者回應於該光發射器之輸出(例如，回應於該光發射器所發射之光之色彩)而調整該刻度尺與該刻度尺信號接收器之相對位置。
2‧‧‧「受內部約束」之「整體軸承」密封式編碼器模組/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
13‧‧‧光發射器
13’‧‧‧光發射器
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
302‧‧‧密封式旋轉編碼器模組/編碼器模組/密封式旋轉模組
304‧‧‧刻度尺
305‧‧‧纜線
306‧‧‧刻度尺信號接收器
307‧‧‧外殼
308‧‧‧保護性殼體
308a‧‧‧第一部分
308b‧‧‧第二部分
312‧‧‧第一及第二密封唇
313‧‧‧光發射器
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
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
A‧‧‧旋轉軸
將參考附圖僅以實例方式闡述本發明之實施例，在附圖中：圖1a示意性地圖解說明根據本發明之一態樣之一密封式編碼器；圖1b示意性地圖解說明圖1a之密封式編碼器，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係根據本發明之一態樣之一密封式編碼器設備之另一實施例之示意性圖解，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係穿過一密封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另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；圖9a及圖9b示意性地圖解說明本發明之旋轉實施例；且圖10a及圖10b圖解說明根據本發明而實施之一旋轉編碼器之一替代實施例。
最初參考圖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。
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。
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。此外，刻度尺信號接收器106並不靠壓在刻度尺104上。因此，此一密封式編碼器可闡述為係「無整體軸承」或「無軸承」的。認為，此係一密封式編碼器之一新穎配置(且係與本申請案具有相同優先權日期及優先權主張之標題為「編碼器設備(Encoder Apparatus)」之一同在申請中之PCT專利申請案之標的)，且(舉例而言)與一密封式「整體軸承」線性編碼器之已知組態形成對照，該密封式「整體軸承」線性編碼器將刻度尺信號接收器偏壓/靠壓在刻度尺上且提供刻度尺信號接收器與其安裝區塊之間的一柔性耦合。下文結合圖1a至圖1d中所展示之實施例闡述此一「整體軸承」配置之一實例。此一配置可闡述為係「受內部約束」的。
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(例如，其係「無軸承」或「受外部約束」的)而獨立地配置之實施例可係有益的，且亦對其中刻度尺信號接收器經偏壓抵靠刻度尺(其包括「整體軸承」)(例如，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」的)之實施例可係有益的，(例如，在下文結合圖1a至圖1d所闡述之類型之封閉式編碼器中亦可係有益的)。因此，如將理解，結合此態樣，可提供一活節連桿，諸如結合圖1a至圖1d所闡述之活節連桿。然而，儘管提供一外殼107可改良具有「整體軸承」之一封閉式編碼器(例如具有一「受內部約束」刻度尺信號接收器之一編碼器)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，則此在刻度尺信號接收器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US2012/072169中所闡釋，US2012/072169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。因此，舉例而言，在編碼器之設置(該設置可發生於裝設時或發生於一後續時間點(例如，在一後續時間點，可能需要再次設置編碼器))期間，一操作者/裝設者可使用診斷資訊(例如，光發射器之輸出)來確保編碼器被適當地設置。特定而言，對於其中刻度尺信號接收器獨立於刻度尺而配置之彼等實施例，操作者可使用診斷資訊來檢查刻度尺信號接收器相對於刻度尺是否已配置於一所要位置處(沿除量測維度之外的自由度)，且若否，則相應地調整位置關係。
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」之編碼器模組及「受內部約束」之編碼器模組兩者可係有用的。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)之靈活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、圖9b、圖10a及圖10b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。
圖10a及圖10b圖解說明根據本發明之一密封式旋轉編碼器模組302之一替代實施例。在此實施例中，密封式旋轉編碼器模組302包括(如剖面圖10b中最佳展示)：一刻度尺304，其具有複數個特徵(未展示)；及一讀取頭，其包括用於接收來自刻度尺304之一信號之一刻度尺信號接收器306。
刻度尺304及刻度尺信號接收器306位於一保護性殼體308內部，保護 性殼體308保護刻度尺304及刻度尺信號接收器306免受保護性殼體外部之污染物危害。在此實施例中，保護性殼體包括第一部分308a及第二部分308b。刻度尺信號接收器306安裝至保護性殼體之第一部分308a，且刻度尺304安裝至保護性殼體之第二部分308b。第一及第二密封唇312提供第一部分308a與第二部分308b之間的一密封件，同時准許保護性殼體之第一部分308a與第二部分308b繞一旋轉軸A相對地移動。因此，舉例而言，保護性殼體之第二部分308b可安裝(例如夾持)至一機器(未展示)之一可旋轉軸件，且保護性殼體之第一部分308a可安裝(例如夾持)至一機器(未展示)之一固定部分。
如同上文所闡述實施例，刻度尺信號接收器306包括一外殼307，刻度尺信號接收器之光學組件及電組件裝納於該外殼內且在該外殼內受到保護。此外，如同上文所闡述實施例，編碼器模組302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305)。特定而言，位置信號可經由纜線傳輸至一外部處理器裝置。在此實施例中，刻度尺信號接收器306包括感測器及處理器以用於偵測及處理刻度尺信號以形成位置資訊。然而，如將理解，編碼器模組302之另一部分可包括感測器及/或處理器(例如位於沿著保護性殼體之第一部分308a之其他地方之一單獨組件)。
如同上文所闡述實施例，密封式旋轉模組302包括一光發射器313以用於將診斷資訊中繼至一操作者/裝設者。一處理器(例如，用於處理所偵測到刻度尺信號之相同處理器)可根據上文結合本發明之其他實施例所闡述之方法而控制此一光發射器313。
如同上文所闡述實施例，編碼器模組302包括一光學絕對型編碼器， 但不一定要係此情形。
在上文結合圖1至圖9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、206、安裝區塊114、214及一葉片116、216。然而，如將理解，讀取頭總成可僅包括一刻度尺信號接收器。舉例而言，葉片可由其上將安裝刻度尺信號接收器之機器提供。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及/或葉片，而僅具有位於(將位於)保護性殼體內部之刻度尺信號接收器。在設置期間，刻度尺信號接收器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13、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係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 13、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)。
在圖2至圖9之上文所闡述實施例中，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。舉例而言，圖10之實施例不包括一振動控制裝置。可存在眾多可不需要一振動控制裝置之原因。舉例而言，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。此外，在本發明之其中編碼器設備相對於刻度尺(例如，其包括「整體軸承」)並非獨立地配置之彼等實施例中，由於刻度尺信號接收器經偏壓抵靠刻度尺，因此不太可能需要一振動控制裝置。下文結合圖1a至圖1d闡述本發明之此一實例性實施例。
圖2至圖10之上文所闡述實施例包括獨立於刻度尺而配置之刻度尺信號接收器。然而，如將理解，本發明亦同樣適用於其中刻度尺信號接收器相對於刻度尺(例如，其包括「整體軸承」)並非獨立地配置之密封式編碼器模組。下文結合圖1a至圖1d闡述本發明之此一實施例。
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。下文結合圖1a至圖1d闡述本發明之此一實例性實施例。
以上實施例圖解說明可結合一新穎類型之密封式編碼器而實施經組態以判定且輸出關於刻度尺信號之診斷資訊之一密封式編碼器設備之發明之方式(特定而言，其中刻度尺信號接收器在保護性殼體內獨立於刻度尺而配置；換言之，刻度尺信號接收器係「受外部約束」的)。然而，如將理解，經組態以判定且輸出關於刻度尺信號之診斷資訊之一封閉式編碼器設備之發明亦可用於經傳統組態之密封式編碼器設備中，諸如其中讀取頭相對於刻度尺受約束之編碼器設備，該讀取頭可闡述為係「受內部約束」的(例如，諸如US4595991中所闡述之編碼器之一編碼器)。
圖1a至圖1d中示意性地圖解說明根據本發明之一態樣之一「受內部約束」之「整體軸承」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)。用於以與結合上文所闡述實施例所闡述之方式相同之方式中繼診斷資訊之一光發射器13設在安裝區塊上。
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。如熟習此項技術者將理解，舉例而言，相對於刻度尺而約束讀取頭之方式係已知的。
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。
在所闡述之實施例中，一光發射器13、113、213、313設在編碼器模組上以用於中繼診斷資訊。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、305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)。
在上文所闡述之大部分實施例中，一光發射器13、113、213設在讀 取頭上。然而，如將理解，不一定要係此情形。舉例而言，如圖1a、圖1b及圖1d所圖解說明，一光發射器13’可設在保護性殼體8上。在此情形中，保護性殼體8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8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8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。
如將理解，在保護性殼體上設有一光發射器並非為圖1a至圖1d中所展示之類型之編碼器設備所獨有，而是同樣適用於上文結合其他各圖所闡述之實施例。舉例而言，如圖2a、圖2b、圖9a及圖9b中所圖解說明，除讀取頭之外或代替讀取頭，保護性殼體108、808、908上亦可設有一光發射器113’、213’。此外，如上文所闡述，圖10之實施例在保護性殼體308上包括一光發射器313。
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 (25)

  1. 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，其中該密封式編碼器模組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，其中該密封式編碼器模組經組態以量測該刻度尺與該刻度尺信號接收器沿一第一自由度之相對位置，且其中該診斷資訊係取決於且因此指示該刻度尺與該刻度尺信號接收器沿除該第一自由度之外的至少一個自由度之相對位置關係。
  2. 如請求項1之密封式編碼器模組，其中該讀取頭經組態以判定且輸出該診斷資訊。
  3. 如請求項1或2之密封式編碼器模組，其包括用於以一人可偵測信號之形式輸出該診斷資訊之至少一個輸出裝置。
  4. 如請求項3之密封式編碼器模組，其中該輸出裝置包括一視覺輸出裝置。
  5. 如請求項4之密封式編碼器模組，其中該輸出裝置經組態以發射一光學信號。
  6. 如請求項3之密封式編碼器模組，其中該至少一個輸出裝置設在該讀取頭上。
  7. 如請求項3之密封式編碼器模組，其中該讀取頭包括一安裝區塊，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及第二可移動部分中之一者，且其中該輸出裝置設在該安裝區塊上。
  8. 如請求項3之密封式編碼器模組，其中該至少一個輸出裝置設在該保護性殼體上。
  9. 如請求項1或2之密封式編碼器模組，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。
  10. 如請求項1或2之密封式編碼器模組，其中該保護性殼體包括該刻度尺信號接收器可透過其安裝至該機器之一部分之至少一個柔性密封部件。
  11. 如請求項1或2之密封式編碼器模組，其中該刻度尺包括旋轉刻度尺。
  12. 如請求項11之密封式編碼器模組，其中該刻度尺或該刻度尺信號接收器安裝至該保護性殼體之第一部分，該第一部分經組態以安裝至該機器之一軸件且經組態為可相對於該保護性殼體之一第二部分旋轉，該刻度尺及該信號接收器中之另一者附接至該第二部分，且其中第一及第二柔性密封環設在該保護性殼體之該第一部分與該第二部分之間於該刻度尺/刻度尺信號接收器之相對側上。
  13. 如請求項1或2之密封式編碼器模組，其包括一光學刻度尺及讀取頭。
  14. 如請求項1或2之密封式編碼器模組，其中該刻度尺信號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。
  15. 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；及一保護性殼體，其囊封至少該光學刻度尺及該刻度尺信號接收器，其中該刻度尺信號接收器包括一外殼，位於該保護性殼體內部的該刻度尺信號接收器之電子器件裝納於該外殼內且在該外殼內被保護以免受進入該密封式編碼器模組之保護性殼體之污染物危害，其中該刻度尺信號接收器包括用於感測該光學刻度尺之光學組件，該等光學組件裝納於該外殼中使得該等光學組件被保護以免受進入該密封式編碼器模組之保護性殼體之污染物危害。
  16. 如請求項15之密封式光學編碼器模組，其中該光學組件包括一感測器、一發射器、一透鏡、一繞射光柵、一光束偏轉裝置、一光束分離器及一鏡中之至少一者。
  17. 如請求項15之密封式光學編碼器模組，其中該外殼包括一剛性殼。
  18. 如請求項15之密封式光學編碼器模組，其中該外殼提供一空隙，該一或多個光學組件位於該空隙內。
  19. 如請求項15之密封式光學編碼器模組，其中該外殼提供該一或多個光學組件安裝至之一盒狀的結構。
  20. 如請求項15之密封式光學編碼器模組，其中該外殼囊封位於該保護性殼體內部之該刻度尺信號接收器之至少所有電子組件，該等電子組件包括任何電線及任何印刷電路板。
  21. 如請求項15之密封式光學編碼器模組，其中該讀取頭包括一葉片狀部件，其延伸穿過該保護性殼體之一密封件，及其中該葉片狀部件包括一內部通路以用於使任何電線在該保護性殼體之內部與外部之間通過。
  22. 如請求項15之密封式光學編碼器模組，其中該外殼具有為至少IP44之一IP等級。
  23. 如請求項15之密封式光學編碼器模組，其中該外殼具有為至少IP65之一IP等級。
  24. 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沿一第一自由度之相對位移，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，其中該密封式編碼器模組經組態以判定且輸出關於該刻度尺與該刻度尺信號接收器沿除該第一自由度之外的至少一個自由度之位置關係之診斷資訊。
  25. 一種設置一密封式編碼器模組之方法，該密封式編碼器模組用於量測一機器之兩個可相對移動部分沿一第一自由度之相對位置，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，其中該密封式編碼器模組經組態以判定且輸出診斷資訊，該方法包括使用該診斷資訊來判定該刻度尺與該刻度尺信號接收器是否沿除該第一自由度之外的至少一個自由度處於一所要相對位置關係。
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