位移测量装置和位移测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种位移测量装置和位移测量方法。相位检测器包括：采样信号生成器，其被配置为在刻度信号的边沿处生成采样信号；计数器，其被配置为根据时钟脉冲每隔特定时间对计数值进行加计数，并且在所述采样信号所指示的定时输出计数值；边沿极性判断部，其被配置为判断所述刻度信号的边沿极性是上升沿还是下降沿，并且在生成所述采样信号的边沿的极性是下降沿的情况下，生成调整信号；以及调整器，其被配置为在接收到所述调整信号的情况下，向从所述计数器输出的计数值加上预定的调整量。

【技术实现步骤摘要】
位移测量装置和位移测量方法
本专利技术涉及一种位移测量装置和位移测量方法。具体地，本专利技术涉及用于基于根据可动元件相对于固定元件的相对位移而改变的检测信号来测量该相对位移的技术。
技术介绍
已知有被称为编码器的、用于检测可动元件相对于固定元件的位移的位移测量装置(例如，日本特公平06-064100B、日本专利2909338B、日本专利2878913B和日本专利2738996B)。编码器已用于诸如数字游标卡尺、数字千分尺和数字指示器等的小型测量装置的位移检测器，并且广泛地用于进行移动台等的定位。编码器例如是光学编码器、电容编码器和磁性编码器。将例示电容编码器。注意，在检测原理上光学编码器和磁性编码器与电容编码器本质相同。电容编码器包括主标尺和检测头，其中该检测头相对于主标尺能够相对移动，并且检测相对于主标尺的相对位移。通常，主标尺是固定元件并且检测头是可动元件，但这两者可以颠倒。在主标尺和检测头上配置有多个电极。根据主标尺和检测头之间的相对位移而在电极图案中产生周期性的容量变化。通过提取出该周期性的容量变化的信号来检测该位移。提取电极处所产生的周期性的信号、即相位信号。通过进行采样、混合、低频滤波或二值化将该相位信号提取为周期性的方波信号CMP。该周期性的方波信号CMP在其边沿处具有相位信息。相位检测电路将该方波信号CMP的相位信息作为数字值输出。例如，如果循环计数器根据时钟进行加计数、并且在方波信号CMP的边沿的定时对计数值进行采样，则如此提取出相位信息作为数字值。然后，通过将相位信息与电极排列间隔进行比较，将相位信息转换成检测头的相对位移。通过对作为数字值的相位信息进行预定次数的采样，可以进行平均化处理以减少显示闪烁或者抵消放大器或比较器的偏移。
技术实现思路
如上所述，在方波信号CMP的边沿处对计数值进行采样的情况下，可以提取出相位信息作为数字值。然而，需要判断何时对计数值进行采样，即是在方波信号CMP的上升沿的定时还是在方波信号CMP的下降沿的定时对计数值进行采样但不是在这两个定时都对计数值进行采样。周期性的方波信号CMP在边沿处具有相位信息。如果上升沿例如等同于0°，则下降沿等同于180°。如果在无需区分上升沿和下降沿的情况下对计数器值进行采样，则计数器值和相位之间的对应关系可能发生偏移。在对多个采样值求平均的情况下，开始采样的边沿极性应被确定为上升沿或下降沿，而非这两者。将参考图19和20来说明这种情况下的问题。图19是示出采样使能信号ENB和周期性的方波信号CMP之间的关系的时序图。采样使能信号ENB按特定周期、例如按100msec的间隔上升，并且通过采样使能信号ENB的上升而开始计数值的采样。周期性的方波信号CMP保持与主标尺和检测头之间的相对位置相对应的相位信息，并且重复地上升和下降。在采样使能信号ENB上升之后，从周期性的方波信号CMP的上升起开始采样，并且在各边沿的定时对计数值进行预定次数的采样。这里，假定连续地对计数值进行四次采样，并且对这些值求平均。因而，在采样使能信号ENB上升之后，在周期性的方波信号CMP的从第一次上升起的各边沿的定时，采样信号四次变为ON(接通)，并且在采样信号变为ON的定时对计数值进行采样。在采样使能信号ENB上升之后、并且直到周期性的方波信号CMP的第一次上升出现为止，产生等待时间tw。如图19所示，在采样使能信号ENB上升之后，如果周期性的方波信号CMP的第一个边沿是上升沿，则等待时间tw至多不会超过周期性的方波信号CMP的半个周期。然而，如图20所示，在采样使能信号ENB上升之后，如果周期性的方波信号CMP的第一个信号是下降沿，则等待时间tw至少超过周期性的方波信号CMP的半个周期。在最差的情况下，等待时间tw可能延长周期性的方波信号CMP的约一个周期。如果等待时间tw长，则在该时间内无谓地消耗电力，并且这在电池所驱动的小型测量装置的情况下影响电池的寿命。如果周期性的方波信号CMP的周期约为2msec，则似乎一个周期的等待时间(2msec)无关紧要。然而，采样使能信号ENB按例如100msec的短间隔上升，并且每隔100msec的浪费电力消耗加起来则为大的损耗。此外，位移检测所需的电路操作是约8msec的采样操作和少量的计算处理。因而，在采样使能信号变为ON之后进行约20msec的电路操作，并且在直到下一采样使能信号ENB变为ON之前的时间(80msec以上)内，几乎不进行电路操作且尽可能地抑制了电力消耗。也就是说，主要的电力消耗归因于等待时间tw的长度，并且在等待时间tw变得较短的情况下，可以实现消耗极低电力的位移测量装置。本专利技术的目的是提供消耗较低电力的位移测量装置。本专利技术的实施例的一种位移测量装置，包括：主标尺；检测头，其被设置成相对于所述主标尺能够发生相对位移，并且被配置为输出具有根据相对于所述主标尺的相对位移而改变的相位的周期性信号；解调器，其被配置为将所述周期性信号解调成在边沿处具有相位信息的矩形波的刻度信号；以及相位检测器，其被配置为在边沿的定时检测所述刻度信号的相位信息，其中，所述相位检测器包括：采样信号生成器，其被配置为在所述刻度信号的边沿的定时生成采样信号；计数器，其被配置为根据时钟脉冲每隔特定时间对计数值进行加计数，并且在所述采样信号所指示的定时输出计数值；边沿极性判断部，其被配置为判断所述刻度信号的边沿的极性是上升沿还是下降沿，并且在生成所述采样信号的边沿是下降沿的情况下生成调整信号；以及调整器，其被配置为在接收到所述调整信号的情况下，向从所述计数器输出的计数值加上预定的调整量。本专利技术的实施例的位移测量装置还包括：平均计算执行器，其被配置为计算k个采样值的平均值，其中，所述计数器与基准信号同步，并且所述计数器是所述基准信号的k/2个周期为计数值的一次循环的循环计数器，所述采样信号生成器在采样变为启用后的所述刻度信号的边沿的定时连续k次生成采样信号，在采样变为启用后并且在所述刻度信号的第一个边沿是下降沿的情况下，所述边沿极性判断部生成所述调整信号，以及所述调整器向从所述计数器输出的计数值加上作为调整量的与所述计数器的一次循环的1/k相等的值，其中k是自然数。本专利技术的实施例的位移测量装置还包括：平均计算执行器，其被配置为计算k个采样值的平均值，其中，所述计数器与基准信号同步，并且所述计数器是所述基准信号的(k+α)/2个周期为计数值的一次循环的循环计数器，所述采样信号生成器在采样变为启用后的所述刻度信号的边沿的定时连续k次生成采样信号，在采样变为启用之后并且在所述刻度信号的第一个边沿是下降沿的情况下，所述边沿极性判断部生成所述调整信号，以及所述调整器向从所述计数器输出的计数值加上作为调整量的与所述计数器的一次循环的1/(k+α)相等的值，其中k和α是自然数。在本专利技术的实施例中，可以利用下降沿替换上升沿，以及可以利用上升沿替换下降沿。本专利技术的实施例的一种位移测量装置的位移测量方法，所述位移测量装置包括：主标尺；检测头，其被设置成相对于所述主标尺能够发生相对位移，并且被配置为输出具有根据相对于所述主标尺的相对位移而改变的相位的周期性信号；解调器，其被配置为将所述周期性信号解调成在边沿处具有相位信息的矩形波的刻度信号；以及相位检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位移测量装置，包括：主标尺；检测头，其被设置成相对于所述主标尺能够发生相对位移，并且被配置为输出具有根据相对于所述主标尺的相对位移而改变的相位的周期性信号；解调器，其被配置为将所述周期性信号解调成在边沿处具有相位信息的矩形波的刻度信号；以及相位检测器，其被配置为在边沿的定时检测所述刻度信号的相位信息，其中，所述相位检测器包括：采样信号生成器，其被配置为在所述刻度信号的边沿的定时生成采样信号；计数器，其被配置为根据时钟脉冲每隔特定时间对计数值进行加计数，并且在所述采样信号所指示的定时输出计数值；边沿极性判断部，其被配置为判断所述刻度信号的边沿的极性是上升沿还是下降沿，并且在生成所述采样信号的边沿是下降沿的情况下生成调整信号；以及调整器，其被配置为在接收到所述调整信号的情况下，向从所述计数器输出的计数值加上预定的调整量。

【技术特征摘要】
2015.01.19 JP 2015-0076601.一种位移测量装置，包括：主标尺；检测头，其被设置成相对于所述主标尺能够发生相对位移，并且被配置为输出具有根据相对于所述主标尺的相对位移而改变的相位的周期性信号；解调器，其被配置为将所述周期性信号解调成在边沿处具有相位信息的矩形波的刻度信号；以及相位检测器，其被配置为在边沿的定时检测所述刻度信号的相位信息，其中，所述相位检测器包括：采样信号生成器，其被配置为在所述刻度信号的边沿的定时生成采样信号；计数器，其被配置为根据时钟脉冲每隔特定时间对计数值进行加计数，并且在所述采样信号所指示的定时输出计数值；边沿极性判断部，其被配置为判断所述刻度信号的边沿的极性是上升沿还是下降沿，并且在生成所述采样信号的边沿是下降沿的情况下生成调整信号；以及调整器，其被配置为在接收到所述调整信号的情况下，向从所述计数器输出的计数值加上预定的调整量，平均计算执行器，其被配置为计算k个采样值的平均值；其中，所述计数器与基准信号同步，并且所述计数器是所述基准信号的k/2个周期为计数值的一次循环的循环计数器，所述采样信号生成器在采样变为启用后的所述刻度信号的边沿的定时连续k次生成采样信号，在采样变为启用后并且在所述刻度信号的第一个边沿是下降沿的情况下，所述边沿极性判断部生成所述调整信号，以及所述调整器向从所述计数器输出的计数值加上作为调整量的与所述计数器的一次循环的1/k相等的值，其中k是自然数。2.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：安达聪，徳洋平，长谷川年洋，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP