用于绝对位置测量的测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于绝对位置测量的测量装置，它包括位移传感器、解调器、相位检测器、复合电路和显示部分。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及位移测量装置，它与诸如数字游标卡尺之类的小型测量装置一起使用，本专利技术特别相关于所谓的绝对位移测量装置，它是用于测量一个可动部件相对于一个固定部件的绝对位移的。在小型测量装置(诸如数字游标卡尺、数字测微计以及测高计)中，电容型传感器得到了越来越广泛的应用。电容型位移传感器包括一个固定部件(如一个主刻度尺)，以及一个相对于固定部件可移动的可动部件(如一个滑尺)。在固定部件和可动部件上，以相应的结构设置了大量的电极。当可动部件相对于固定部件移动时，代表在电极结构之间所产生的电容的周期性变化的信号被检测出来，从而得到一个位移值。这种位移传感器被分为两类，一类是增量型，而另一类是绝对型，其区别在于其输出信号的格式。在增量型位移传感器中，当滑尺从一个参考位置移动时，则产生周期信号。通过连续测量这些周期信号，就可测量出位移。另一方面，在绝对型移传感器中，不用连续计数周期信号的运行就可得到可动部件相对于固定部件的绝对位移(位置)。在绝对型位移传感器中，对应于在固定部件和可动部件上形成的电极结构的形状，具有粗螺距的周期信号(粗刻度信号)、具有中螺距的周期信号(中刻度信号)、以及个有细螺距的周期信号(细刻度信号)被输出。通过将这些周期信号的相位信息复合，即可检测出可动部件的绝对位移。这种电容型绝对位移传感器的原理在诸如美国专利4，879，508中得以公开了。在绝对型位移测量装置中，上面所述的粗刻度信号、中刻度信号和细刻度信号被解调为平方律周期信号，且在其边缘上具有相位信息。当检测到这些周期信号的相位时，周期信号的前沿和后缘的相位被多次检测，并且随后作平均。这是由于这些操作能够阻止相位信息受到解调器的运行放大器的偏移的影响，并且能够阻止显示值由于数据变化而产生波动。当位移传感器的滑尺相对于主刻度尺作相对移动(这种动作称之为位移传感器的运行)时，由解调器所获得的每个信号的周期被拉长或缩短。信号周期的变化程度是依赖于位移传感器的移动方向而变化的。这是因为，尽管电容型位移传感器的激励信号的频率是常数，但是位移传感器的移动导致输出信号相应于发射器电极和接收器电极的相对关系的变化作频率解调。信号周期的变化大小是以细刻度信号、中刻度信号以及粗刻度信号的次序为序的。由于信号周期是变化的，因此用于采样相位数据的周期，相应于位移传感器是停止还是移动，也发生变化。因此，在传感器移动情况下用于采样相位数据的周期(通过检测前缘和后缘)比在探测器停止情况下要长。如上所述，在绝对型位移测量装置中，当位移深测器以高速度向一个特定方向移动时，对必要的相位信息的采样要花费一段长时间。如果模拟电路在这样一段长时间内为采样相位数据而工作，那么该装置的能耗就会增大。如果显示刷新周期根据相位数据的采样周期而变化，那么该相位数据就不可能有规律地显示出来。考虑到相位数据采样周期的变化，如果显示刷新周期被设置得太长，那么数据就不能恰当地跟随探测器的移动，从而其显示就会是反常的。本专利技术的一个目的就是要解决由于相位数据的采样周期变化而产生的问题，并且提供消耗较少电能、并且平滑显示数据的绝对型位移测量装置。本专利技术的第一方面是用于绝对测量位置的一个测量装置，它包括一个位移传感器，该位移传感器具有一个固定部件和一个相对于固定部件可移动的可动部件，它适用于输出一个与可动部件相对于固定部件的相对位置相关的信号;包括解调器，用于处理位移传感器的输出信号，从而得到周期性平方信号，用于检测至少两类位移，即粗刻度和细刻度位移，平方信号的每个边缘具有相位信息;包括相位检测器，用于检测由解调器得到的每个平方信号的相位信息，从而得到至少粗刻度和细刻度的相位数据;包括一个复合电路，用于复合由相位检测器所得到的粗刻度和细刻度的相位数据，从而得到可动部件相对于固定部件的一个绝对位移;包括一个显示部份，用于显示由复合电路在预定的刷新周期所获得的绝对位移;还包括一个控制电路，用于限制解调器和相位检测器进行相位数据采样的运行期限。根据本专利技术的第二方面，所述第一方面和绝对型位移测量装置进一步包括一个虚相位数据发生器，用于产生虚相位数据，以补充在由控制电路所限定的运行期限中被采样的相位数据。根据本专利技术，在绝对型位移测量装置中，对相位数据采样操作指定一个时限，从而得到以一个固定的最佳显示刷新周期。因此，无论位移传感器是停止还是移动，所测量的值都能被平滑地显示出来。此外，对每个解调器和相位检测器都指定一个时限，从而能够有效地减小能耗，特别值得提出的是，在由模拟电路组成的解调器中，能耗被显著减小。在位移传感器以高速移动时，如果对相位数据采样操作指定一个时限，那么相位数据可能在需要采样时没被采样，在这种情况下，相位数据最好与虚相位数据组合。因此，即使位移传感器以高速移动，数据也能被适当地显示出来，而不会影响数据的复合和显示。本专利技术的另外目的及优点将在后面的说明书中提出，其中部分可从说明书中明显看出，或者从对专利技术的实施例中得到了解。本专利技术的目的和优点借助于在权利要求中特别指出的手段及组合可以得以实现。附图说明图1的方框图示出了根据本专利技术的一个实施例的电容型位移测量装置的结构;图2A的示意图示出了根据本实施例的ABS传感器的滑尺的结构;图2B的示意图示出了根据本实施例的ABS传感器的主刻度尺的结构;图3的方框图示出了根据本实施例的计时器实例的结构;图4的时序图示出了根据本实施例的装置的运行;图5的时序图示出了根据本实施例的装置的测量运行;图6的方框图示出了根据本专利技术包含一个虚相位数据发生器的主要部份的结构。附图示出了本专利技术目前的最佳实施例，它将与前面所作的概述以及后面要作的详细描述一起，对本专利技术的原理作出解释。下面将参考附图来描述本专利技术的一个实施例。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的位移测量装置的系统结构。图2A和2B示出了电容型绝对位移传感器(以后简称为ABS传感器)10的结构。ABS传感器10包括一个主刻度尺22和一个滑尺21。主刻度尺22如图2B所示是一个固定部件，而滑尺22如图2A所示是一个可动部件。滑尺21与主刻度尺彼此相对，并且隔开一小段距离。滑尺21在主刻度尺22的X方向(测量轴)上是可动的。在滑尺21上，第一发射极23以间距PtO被设置。此外，在滑尺21上设置了检测极26a、26b、27a、27b。在主刻度尺22上以间距Pr设置接收极24a和24b。另外，在主刻度尺22上，分别以间距Pt1和Pt2设置第二发射极25a和25b。第一发射极23被电容耦合到接收极24a和24b。接收极24a和24b以一个接着一个的关系连接到相应的第二发射极25a和25b，第二发射极25a和25b则电容耦合到检测极26a、26b、27a和27b。每八个第一发射极23被共同连接起来，从而形成若干八电极组。包含八个彼此间相位相差45°的周期信号a、b、…、h的一个激励信号Sd被施加到每个八电极组上。换句话说，激励信号Sd是这样一个信号，其中一个正弦波信号被高频脉冲所斩断。激励信号Sd由图1中所示的一个激励信号发生器11所产生，并从中输出。由激励信号Sd在第一发射极23上发生的电场结构的间距Wt比发射极23的间距PtO高八倍。间距Wt比接收极24a和24b的间距Pr高N倍。N的值最好是奇数值，如1、3、5本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于绝对位置测量的测量装置，包括：位移传感装置，具有一个固定部件和一个可相对所述固定部件作相对移动的可动部件，并且适合于根据所述可动部件相对所述固定部件的相对位置来输出一个信号；解调装置，用于处理所述位移传感装置的输出信号，以便得到用于检测至少两类位移，即粗刻度和细刻度的位移的周期性平方信号，该平方信号的每个边缘具有相位信息；相位检测装置，用于从由所述解调装置所得到的每个平方信号中检测相位信息，以便得到至少为粗刻度和细刻度的相位数据；复合装置，用于复合由所述相位检测装置所得到的粗刻度和细刻度相位数据，以便得到所述可动部件相对所述固定部件的一个绝对位移；显示装置，用于显示由所述复合装置在预定的刷新周期所得到的绝对位移；控制装置，用于控制整个系统的运行，其特征在于：所述控制装置包括时间限定装置，用于限制所述解调装置和所述相位检测装置进行相位数据采样的操作期限。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安达聪，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：JP[日本]