用于电感式绝对位置编码器的紧凑型伪随机标尺和读头制造技术

一种绝对位置编码器包括标尺和覆盖标尺的检测器。标尺包括波长为Wf的周期性图案和具有位长度Wcode的代码图案。检测器包括周期性图案传感器的集合和代码图案传感器的M个集合，M至少为二。配置原理包括：a)Wcode大于Wf并且至多为M*Wf，以及b)代码图案传感器的集合沿着测量轴定位在相应的对准位置处，被配置为使得当代码图案在单个方向上移动时，它通过相继的对准间隔移动以与相继的对准位置对准，每个相继的对准间隔至多为Wf。提供信号处理以基于代码检测器信号的M个相应的集合以及基于由于周期性图案而在周期性图案感测元件中产生的空间周期性信号来确定绝对位置。

Compact Pseudo-Random Scale and Reader for Inductive Absolute Position Encoder

【技术实现步骤摘要】
用于电感式绝对位置编码器的紧凑型伪随机标尺和读头
本专利技术一般涉及精密测量仪器，并且尤其涉及使用电感式感测原理的绝对位置编码器。
技术介绍
各种光学、电容、磁性和电感式换能器(transducer)以及移动或位置换能器可用。这些换能器使用读头中的发送器和接收器的各种几何配置来测量读头与标尺之间的移动。已知电感式传感器是最免受颗粒、油、水和其它流体污染影响的传感器类型之一。通过引用整体上并入本文的美国专利No.6,011,389('389专利)描述了一种可以用在高精度应用中的感应电流位置换能器。各自通过引用整体上并入本文的美国专利No.5,973,494和6,002,250描述了增量位置电感式卡尺和线性标尺，包括信号生成和处理电路。各自通过引用整体上并入本文的美国专利No.5,886,519、5,841,274、5,894,678、6,400,138和8,309,906描述了绝对位置电感式卡尺和使用感应电流换能器的电子卷尺。如这些专利中所描述的，可以使用已知的印刷电路板技术容易地制造感应电流换能器。感应电流换能器(以及其它类型的换能器)的不同实现方式可以被实现为或者增量或者绝对位置编码器。一般而言，增量位置编码器利用允许读头相对于标尺的位移的标尺，该位移通过累积位移的增量单位来确定，从沿着标尺的初始点开始。但是，在某些应用(诸如编码器用在低功耗设备中)中，更期望使用绝对位置编码器。绝对位置编码器沿着标尺在(读头的)每个位置提供唯一的输出信号或信号组合。它们不需要连续累积增量位移以识别位置。因此，绝对位置编码器允许各种功率节省方案，以及其它优点。除了上面引用的专利之外，美国专利No.3,882,482、5,965,879、5,279,044、5,237,391、5,442,166、4,964,727、4,414,754、4,109,389、5,773,820和5,010,655也公开了与绝对编码器相关的各种编码器配置和/或信号处理技术，并且每个专利都通过引用整体上并入本文。如本文所使用的，术语“轨道”或“标尺轨道”一般是指标尺或标尺图案的区域，其沿着测量轴方向延伸并且具有沿着横向于测量轴的方向的近似恒定的宽度和位置。在沿着测量轴方向的相对运动期间，标尺轨道一般位于下方并与检测器的特定集合对准。检测器响应于下方的标尺轨道中的标尺元件的图案以生成取决于沿着轨道的检测器位置的位置信号。用于将绝对(ABS)位置编码到编码器中的常用技术是使用与增量或周期性标尺轨道平行布置的二进制代码标尺轨道的集合。为了避免位置模糊并使用增量或周期性标尺轨道的插值模拟测量来进行高分辨率测量，二进制代码标尺轨道有必要具有至少与周期性标尺轨道的空间波长一样精细的空间分辨率或测量分辨率。在那种情况下，每个唯一代码值明确地识别特定的相邻周期性波长。因而，最低有效二进制轨道通常具有等于或小于增量轨道的周期性波长的代码位长度。在期望减小横向于测量轴方向的标尺宽度的紧凑型应用中，通常使用“N位”伪随机代码，其是串行二进制代码，其中沿着测量轴方向布置的每个N个相邻代码位的集合表示沿着测量轴方向的唯一位置(其中N是整数)。(这与“平行”二进制代码形成对比，“平行”二进制代码对于每个二进制数字使用沿着横向于测量轴方向的方向布置在宽标尺上的分开的代码轨道)。对于串行二进制代码，沿着测量轴方向移动一位，移动到下一个代码值(包括沿着测量轴方向布置的N位)。与上面的二进制代码描述类似，为了避免位置模糊并使用增量或周期性标尺轨道的插值模拟测量来进行高分辨率测量，伪随机码标尺轨道一般有必要具有至少与周期性轨道的空间波长一样精细的空间分辨率或测量分辨率。在那种情况下，每个唯一代码值明确地识别特定的相邻周期性波长。否则，操作可能不是在所有情况下都可靠，或者可能需要不期望的复杂读头信号处理等。由此，伪随机标尺轨道通常具有等于或小于增量轨道的周期性波长(这里被称为Wf)的代码位长度(在本文称为Wcode)，特别是在使用电感式感测技术的编码器中。例如，在先前并入的美国专利No.5,841,274中详细描述了电感式绝对编码器中的伪随机代码系统的各种实现。但是，在绝对编码器中实现二进制串行代码轨道(例如，伪随机代码轨道)的已知技术不是对于所有应用都适用的或理想的。在各种实现中，用户期望对上面概述的已知编码器系统进行改进，以提供紧凑尺寸、测量范围、分辨率、操作稳健性、降低的电子复杂性和较低成本的改进组合。提供这种改进组合的绝对编码器的配置将是期望的。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。该
技术实现思路
不旨在识别所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。提供了一种电子绝对位置编码器，其可以例如在高精度电子数字指示器、千分尺、线性标尺、线性量规等中实现。它还可以适用于各种旋转实现方式(例如，测量轴方向遵循圆形或圆弧，并且标尺是位于旋转元件上的圆形或弯曲轨道。)编码器包括沿着测量轴方向延伸的标尺、检测器和信号处理配置，该信号处理配置基于由检测器提供的检测器信号确定检测器沿着标尺的绝对位置。标尺包括信号调制标尺图案，信号调制标尺图案包括周期性图案和绝对位置代码图案。周期性图案具有空间波长Wf并且沿着测量轴方向在标尺上的周期性标尺轨道中延伸。绝对位置代码图案具有代码位长度Wcode，并且沿着测量轴方向在标尺上的代码标尺轨道中延伸。绝对代码图案被配置为提供绝对代码范围ACR，其中每N个连续代码位的组唯一地识别绝对代码范围ACR内的对应绝对位置。检测器被配置为安装在标尺附近，检测器和标尺之间沿着测量轴方向具有相对运动。检测器一般包括场生成配置，该场生成配置包括生成改变的磁场的至少一个导电回路、以及包括相应的导电回路的感测元件，该导电回路接收改变的磁场的至少一部分并生成取决于标尺的相邻部分上的信号调制标尺图案的对应信号。感测元件包括周期性图案感测元件的集合和代码图案感测元件的M个集合，其中M是至少为2的整数。该周期性图案感测元件的集合被布置成覆盖周期性图案(例如，覆盖并面向周期性标尺轨道)并提供取决于标尺的相邻部分上的周期性图案的空间周期性检测器信号的集合，其中该周期性图案感测元件的集合的每个成员提供具有相应空间相位的相应周期性信号。代码图案感测元件的M个集合被布置成覆盖绝对位置代码图案(例如，覆盖并面向代码标尺轨道)，并且它们提供代码检测器信号的M个相应的集合。代码图案感测元件的M个集合包括代码图案感测元件的至少第一和第二集合，其包括沿着测量轴方向间隔开的至少N个部件，以感测标尺的相邻部分上的至少N个连续代码位并提供对应的第一和第二代码检测器信号集合。根据本文公开的原理，上面概述的元件的组合进一步配置如下：Wcode大于Wf；至多为M*Wf；代码图案感测元件的集合沿着测量轴方向位于相应的代码对准位置处，被配置为使得当绝对位置代码图案沿着测量轴相对于检测器在单个方向上移动时，它通过相继的对准间隔移动，以便与每个相继的对准位置对准或重新对准，并且每个相继的对准间隔至多为Wf；以及电子绝对位置编码器还包括信号处理配置，该信号处理配置输入M个相应的代码检测器信号集合，并且基于M个相应的代码检测器信号集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子绝对位置编码器，包括：标尺，沿着测量轴方向延伸并且包括信号调制标尺图案，包括：周期性图案，具有在标尺上的周期性标尺轨道中沿着测量轴方向延伸的空间波长Wf；以及绝对位置代码图案，具有在标尺上的代码标尺轨道中沿着沿着测量轴方向延伸的测量轴方向的代码位长度Wcode，其中所述绝对位置代码图案被配置为提供绝对代码范围ACR，其中每N个连续代码位的组唯一地识别绝对码范围ACR内的对应绝对位置，检测器，被配置为安装在所述标尺附近，检测器和标尺之间沿着测量轴方向具有相对运动，所述检测器包括场生成配置，所述场生成配置包括生成改变的磁场的至少一个导电回路，以及包括相应的导电回路的感测元件，所述导电回路接收改变的磁场的至少一部分并生成取决于标尺的相邻部分上的信号调制标尺图案的对应信号，所述感测元件包括：周期性图案感测元件的集合，被布置成覆盖周期性图案并提供取决于标尺的所述相邻部分上的周期性图案的空间周期性检测器信号的集合，其中所述周期性图案感测元件的集合的每个成员提供具有相应空间相位的相应的周期性信号；以及代码图案感测元件的M个集合，被布置成覆盖绝对位置代码图案并提供代码检测器信号的M个相应的集合，其中M是至少为2的整数，并且所述M个集合包括代码图案感测元件的至少第一和第二集合，其包括沿着测量轴方向间隔开的至少N个部件，以感测标尺的所述相邻部分上的至少N个连续代码位并提供对应的代码检测器信号的第一和第二集合；以及其中：Wcode大于Wf，并且至多为M*Wf；代码图案感测元件的集合沿着测量轴方向位于相应的代码对准位置处，被配置为使得当绝对位置代码图案沿着测量轴相对于检测器在单个方向上移动时，其通过相继的对准间隔移动，以便与每个相继的对准位置对准或重新对准，并且每个相继的对准间隔至多为Wf；以及所述电子绝对位置编码器还包括信号处理配置，所述信号处理配置输入所述代码检测器信号的M个相应的集合，并且基于所述代码检测器信号的M个相应的集合以至少与Wf一样精细的分辨率确定标尺的所述相邻部分的绝对位置，并且还至少基于空间周期性检测器信号以至少与0.1*Wf一样精细的分辨率确定标尺的所述相邻部分的绝对位置。...

【技术特征摘要】
2017.10.23 US 15/790,7031.一种电子绝对位置编码器，包括：标尺，沿着测量轴方向延伸并且包括信号调制标尺图案，包括：周期性图案，具有在标尺上的周期性标尺轨道中沿着测量轴方向延伸的空间波长Wf；以及绝对位置代码图案，具有在标尺上的代码标尺轨道中沿着沿着测量轴方向延伸的测量轴方向的代码位长度Wcode，其中所述绝对位置代码图案被配置为提供绝对代码范围ACR，其中每N个连续代码位的组唯一地识别绝对码范围ACR内的对应绝对位置，检测器，被配置为安装在所述标尺附近，检测器和标尺之间沿着测量轴方向具有相对运动，所述检测器包括场生成配置，所述场生成配置包括生成改变的磁场的至少一个导电回路，以及包括相应的导电回路的感测元件，所述导电回路接收改变的磁场的至少一部分并生成取决于标尺的相邻部分上的信号调制标尺图案的对应信号，所述感测元件包括：周期性图案感测元件的集合，被布置成覆盖周期性图案并提供取决于标尺的所述相邻部分上的周期性图案的空间周期性检测器信号的集合，其中所述周期性图案感测元件的集合的每个成员提供具有相应空间相位的相应的周期性信号；以及代码图案感测元件的M个集合，被布置成覆盖绝对位置代码图案并提供代码检测器信号的M个相应的集合，其中M是至少为2的整数，并且所述M个集合包括代码图案感测元件的至少第一和第二集合，其包括沿着测量轴方向间隔开的至少N个部件，以感测标尺的所述相邻部分上的至少N个连续代码位并提供对应的代码检测器信号的第一和第二集合；以及其中：Wcode大于Wf，并且至多为M*Wf；代码图案感测元件的集合沿着测量轴方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA希契曼，TS库克，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本,JP