电容式位移测量装置制造方法及图纸

旋转编码器１０由半个圆筒形定子１１和圆筒形转子１２构成。转子１２与定子１１同轴放置，相隔一个预定的间隙。螺旋形图案的多个发送电极１３和矩形图案的接收电极１４形成在定子１２的内表面上。发送电极１３和接收电极１４由带有引线１５、１６的ＦＰＣ衬底１７构成。在转子１２的外表面上形成螺旋形图案的耦合电极１８，以便与发送电极１３和接收电极１４容性耦合。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于小型测量装置如电子千分尺、测孔仪、千分表、角度测量仪等的电容式位移测量装置。已经开发了各种进行直线或角度测量的各种电容式测量装置，其中两个标度部分相互关联地放置，这两个标度部分上分别安排了容性耦合电极，通过检测电极之间的电容变化确定两个标度部分的相对位置。这些电容式测量传感器的精度由标度部分上电极的分割数决定。因此，为了得到高的分辨率，需要使发送电极和接收电极中的至少一种电极做得精细。图29表示现有的电容式位移测量装置的示意图。该装置包括相互位置可以变动的第一和第二标度部分。在第一标度部分上，排列着以恒定间隔隔开的多个第一发送电极1，接收电极4沿着该标度部分的纵向放置。在这种情况下，第一发送电极1的每个单元包括8个电极。从脉冲调制电路6产生8种相位的正弦波信号，这些信号根据来自振荡器5的时钟脉冲被通以脉冲，并且它们的相位相互之间差45°，被送至第一发送电极1。因此，发送电极1的每个单元的宽度等于发送波长间距Wt1。在第二标度部分上排列着第二接收电极2，其间距Pr2等于发送波长间距Wt1，第二接收电极2与第一标度部分上的4个发送电极1容性耦合。在第二标度部分上还排列着第二发送电极3，它们与第二接收电极2电连接，并与第一标度部分上的第一接收电极4容性耦合。第一接收电极4与测量电路7相连。在上述装置中，当第一和第二标度部分相对运动时，接收信号的相位根据第一发送电极1和第二接收电极2之间的耦合电容而改变。通过检测接收信号的相位变化就能够测量位移。在这种情况下，由于装置具有8个发送电极，并且这些电极由相位相互之间差45°的多种相位信号驱动，所以能够在Pr2/8的精度范围内确定测量位置。如果上述电容式测量装置中的第一和第二标度部分由同轴圆筒形部件构成，那么就能够得到小型的圆筒形位移传感器。图30A和图30B表示在这种圆筒形位移传感器中外圆筒形部件(即定子)和内圆筒形部件(即转子)的展开的电极图案的一个例子。如图所述，在定子的内表面上形成第一发送电极1的两个单元A、B，每个单元具有8个电极，以及形成第一接收电极4。在转子的外表面上形成与第一发送电极1相对的第二接收电极2以及与第一接收电极4相对的第二发送电极3。为了制造这种圆筒形位移传感器，需要在圆筒形表面上形成电极图案。为了形成这样的电极图案特别是在定子上的电极图案，例如已经提出了几种方法，这些方法如下(1)在柔性印刷电路(FPC)衬底上形成电极图案，然后将FPC固定到圆筒形部件的内表面上(参照USP 5,239,307)；(2)通过激光束加工在圆筒形部件的表面上形成电极图案(参照德国专利No.3,426,750)。此外，为了进行高精度的测量，必须以很高的同心度来放置定子和转子。然而，在小型圆筒形传感器中要想得到很高的同心度是困难的。尽管同心度差仍要实现高精度测量，就必须安排电极的至少两个单元，如图30A和30B所示。当电极的两个单元以角度方向排列时，通过将电极单元的两个输出进行平均，可以消除定子和转子之间定位不准带来的影响。然而，在现有技术的圆筒形位移传感器中仍然存在几个问题。首先，采用上述方法在圆筒形部件上形成电极图案是困难的。特别是圆筒形部件越小，形成精确的图案的过程就越困难。其次，将圆筒形部件内表面上的电极图案与外部测量电路相连是困难的，并且组装定子和转子也是困难的。如果需要解决同心度的问题形成电极的两个单元，那么传感器和外部测量电路之间的连线将变得更复杂，并且操作过程也将变得更复杂。由于上述这些问题必须有待于解决，所以圆筒形位移传感器目前还不实用。本专利技术的一个目的是提供一种电容式测量装置，它能够很方便地连线和构造，并且它的电极图案也能够很容易地形成。本专利技术的另一个目的是提供一种电容式测量装置，它不需要很高的同心度，因此电极图案可以简化。本专利技术的第一方面是一种电容式测量装置，用于测量相隔一个预定的间隙、相互可运动地安装的第一和第二部件之间的相对位置，该装置包括放置在第一部件上的发送电极阵列，相互间相位不同的交变信号送至每个发送电极；放置在第一部件上的接收电极，与发送电极阵列隔开；以及放置在第二部件上的耦合电极，与发送电极阵列中的多个电极和接收电极容性耦合，接收电极用于输出对应于第一和第二部件之间的相对位置的电信号，该电信号被送至测量电路，其中第一和第二部件中的一个是具有圆筒形外表面的内部件，另一个是具有不完全圆筒形内表面的外部件，该不完全圆筒形内表面与外表面相对，相隔一个预定的间隙，第一和第二部件或以轴向或以角度方向可相对运动，以及发送电极阵列和接收电极放置在内部件的外表面和外部件的内表面的一个表面上，而耦合电极放置在另一个表面上。本专利技术的第二方面是一种电容式测量装置，用于测量相隔一个预定的间隙、相互可运动地安装的第一和第二部件之间的相对位置，该装置包括放置在第一部件上的发送电极阵列，相互间相位不同的交变信号送至每个发送电极；放置在第一部件上的接收电极，与发送电极阵列隔开；以及放置在第二部件上的耦合电极，与发送电极阵列中的多个电极和接收电极容性耦合，接收电极用于输出对应于第一和第二部件之间的相对位置的电信号，该电信号被送至测量电路，其中第一和第二部件中的一个是具有圆筒形外表面的内部件，另一个是具有圆筒形内表面的外部件，该圆筒形内表面与外表面相对，相隔一个预定的间隙，第一和第二部件或以轴向或以角度方向可相对运动，以及发送电极阵列和耦合电极中的一种放置在内部件的外表面上，另一种放置在外部件的内表面上，发送电极阵列和耦合电极二者都具有带有相同螺旋角的螺旋形图案。在第一方面中，装置包括具有圆筒形外表面的内部件和具有围绕内部件一半的不完全圆柱形内表面的外部件。由于外部件例如是侧面部分开启的不完全的圆筒，所以易于在内表面形成电极图案，引出导线，和构造部件。例如，如果电极图案及其引线形成在EPC衬底上，然后固定到外部件的内表面，那么形成电极图案包括引线的过程将变得很容易。在第二方面中，通过利用一个完全的圆筒和一个不完全的圆筒的组合，或利用作为定子和转子的两个完全的圆筒的组合，以及通过以螺旋形图案排列的发送电极和耦合电极，可以得到测量角位移的位移传感器。在该位移传感器中，即使转子和定子之间中心轴未对准，发送电极和相对的耦合电极之间的间隙在角度方向也得到了平均，做到基本恒定。因此，即使同心度不高，也能够得到高的测量精度。此外，如果在每个定子和转子中，排列了图案相反的两组电极图案，那么可以消除定子和转子之间轴向不对准带来的影响，并能以高精度测量角位移。附图说明图1A和图1B表示根据本专利技术一个实施例的包括旋转编码器的电子千分尺的主要部分的平面图和剖视图。图2A至2D表示旋转编码器的示意性的例子。图3表示旋转编码器的信号处理电路的结构。图4A至4C表示根据另一实施例的旋转编码器。图5A和图5B表示根据另一实施例的旋转编码器的电极图案。图6A和图6B表示根据另一实施例的旋转编码器的电极图案。图7表示旋转编码器的信号处理电路的一个例子。图8表示图7中的信号处理电路的信号波形。图9A和图9B表示根据另一实施例的旋转编码器的电极图案。图10A和图10B表示根据另一实施例的旋转编码器的电极图案。图11表示图10中的旋转编码器的信号处理电路的一个例子。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式测量装置，用于测量相隔一个预定的间隙、相互可运动地安装的第一和第二部件之间的相对位置，该装置包括：放置在所述第一部件上的发送电极阵列，相互间相位不同的交变信号送至每个发送电极；放置在所述第一部件上的接收电极，与所述发送电极阵列隔开；以及放置在所述第二部件上的耦合电极，与所述发送电极阵列中的多个电极和所述接收电极容性耦合，所述接收电极用于输出对应于所述第一和第二部件之间的相对位置的电信号，该电信号被送至测量电路，其中所述第一和第二部件中的一个是具有圆筒形外表面的内部件，另一个是具有不完全圆筒形内表面的外部件，该不完全圆筒形内表面与所述外表面相对，相隔一个预定的间隙，所述第一和第二部件或以轴向或以角度方向可相对运动，以及所述发送电极阵列和所述接收电极放置在所述内部件的所述外表面和所述外部件的所述内表面的一个表面上，而所述耦合电极放置在另一个表面上。２．根据权利要求１的电容式测量装置，其中：所述内部件仅在角度方向能够相对所述外部件进行相对运动，所述发送电极阵列包括在所述外部件的所述内表面上的沿角度方向按预定间距排列的多个电极，每个电极是矩形图案，其长方向沿轴向，所述接收电极在所述外部件的所述内表面上以轴向靠近所述发送电极阵列放置，其矩形图案的长方向沿角度方向，以及所述耦合电极具有矩形图案，放置在所述内部件的所述外表面上，矩形图案的沿轴向的长复盖所述发送电极阵列和所述接收电极，而矩形图案的沿角度方向的宽复盖所述发送电极阵列中的多个电极。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木康二，
申请(专利权)人：三丰株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]