用于感应位置编码器的发射器和接收器配置制造技术

一种电子位置编码器，包括标尺和检测器。该检测器包括磁场产生线圈(FGC)，该磁场产生线圈具有界定产生磁场区域的细长部分和感测区域，两者都沿着标尺对准。感测区域中的感测元件响应于与所产生的磁场相互作用的标尺而提供位置信号。感测元件和细长部分被制造在检测器部分的“前”层中。制造在“后”层中的交叉屏蔽端部部分(SES)通过馈通而连接细长部分。感测元件区域比FGC的细长部分长。正交于这些层的SES的投影与感测元件区域中的感测元件重叠。导电屏蔽区域CSR配置在被置于前层和后层之间的CSR层中，以拦截SES朝向重叠的感测元件的至少大部分投影。的至少大部分投影。的至少大部分投影。

【技术实现步骤摘要】
用于感应位置编码器的发射器和接收器配置


[0001]本公开涉及测量仪器，更具体地说，涉及可以在精密测量仪器中使用的感应位置编码器。

技术介绍

[0002]各种编码器配置可以包括各种类型的光学、电容、磁性、感应、运动和/或位置换能器。这些换能器使用读取头中发射器和接收器的各种几何构造来测量读取头和标尺之间的运动。磁换能器和感应换能器对污染相对稳定，因此在许多应用中都是理想的。
[0003]美国专利No.6,011,389(
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389专利)描述了一种可用于高精度应用的感应电流位置换能器。美国专利No.5,973,494(
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494专利)和6,002,250(
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250专利)描述了增量位置感应卡尺和线性标尺，包括信号产生和处理电路，美国专利No.5,886,519(
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519专利)、5,841,274(
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274专利)和5,894,678(
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678专利)描述了使用感应电流换能器的绝对位置感应卡尺和电子卷尺测量。美国专利No.7,906,958(
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958专利)描述了一种可用于高精度应用的感应电流位置换能器，其中具有两个平行半部和多组发射线圈和接收线圈的标尺减轻了某些信号偏移分量，否则这些分量可能在感应电流位置换能器中产生误差。所有前述内容在此通过引用全部并入。如这些专利中所述，感应电流换能器可以使用印刷电路板技术制造，并且很大程度上不受污染。
[0004]然而，这种系统在提供用户期望的特征的某些组合的能力方面可能受到限制，例如信号强度、紧凑尺寸、高分辨率、成本、对未对准和污染的鲁棒性等的组合。期望的是提供这些和其他特征的改进组合的编码器的配置。

技术实现思路

[0005]提供该内容是为了以简化的形式介绍将在下面的详细描述中进一步描述的一些概念。该概述不旨在标识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。
[0006]提供了一种电子位置编码器，其可用于沿着与x轴线方向一致的测量轴线方向测量两个元件之间的相对位置。在各种实施方式中，电子位置编码器包括标尺、检测器部分和信号处理配置。标尺沿着测量轴线方向延伸，并且包括信号调制标尺图案，该信号调制标尺图案包括至少第一图案轨道，该第一图案轨道具有沿着垂直于x轴线方向的y轴线方向的轨道宽度尺寸。在一些实施例中，信号调制标尺图案包括第一图案轨道和在平行于第一图案轨道的x轴线方向上延伸的第二图案轨道。每个图案轨道包括信号调制元件，这些信号调制元件被布置成提供作为沿着x轴线方向的位置的周期性函数而变化的空间变化特性。
[0007]检测器部分被配置为安装在至少第一图案轨道附近，并且相对于至少第一图案轨道沿着测量轴线方向移动。
[0008]在各种实施方式中，检测器部分包括多层电路元件(例如，印刷电路板或多层电路元件)，其具有在正常操作期间面向标尺的前表面。磁场产生线圈配置(发射器)固定在多层
电路元件上。磁场产生线圈配置包括：输入部分，所述输入部分将其连接到来自信号处理配置的线圈驱动信号，以及第一轨道磁场产生线圈部分，其被配置为标称地围绕与第一图案轨道对准的第一轨道所产生磁场区域，并响应于线圈驱动信号在第一轨道所产生磁场区域中产生第一轨道变化磁通量。第一轨道磁场产生线圈部分可以被描述为包括：第一轨道第一侧和第二侧细长部分，其被制造在多层电路元件的一个或多个细长部分层中，并且沿着x轴线方向靠近第一轨道所产生磁场区域的第一侧和第二侧延伸，其中第一轨道第一侧和第二侧细长部分共同跨越或限定了沿着x轴线方向的第一轨道细长部分长度尺寸，并且第一轨道第一侧和第二侧细长部分之间的y轴线方向间隔限定标称第一轨道所产生磁场区域宽度尺寸。第一轨道磁场产生线圈部分还包括第一轨道屏蔽端部部分，其被制造在多层电路元件的第一轨道屏蔽端部部分层中，并且跨越第一轨道第一侧和第二侧细长部分之间的y轴线方向间隔，并且被包括在将第一轨道磁场产生线圈部分中的第一轨道第一侧和第二侧细长部分连接的端部导体路径中。
[0009]检测器部分包括至少一个第一轨道屏蔽端部配置，该第一轨道屏蔽端部配置包括第一轨道屏蔽端部部分和导电屏蔽区域配置，该导电屏蔽区域配置包括至少一个第一轨道导电屏蔽区域，该第一轨道导电屏蔽区域沿x轴线和y轴线方向延伸，并被制造在第一轨道屏蔽区域层中，该第一轨道屏蔽区域层相对于它们的沿与多层电路元件前表面FS标称垂直的z轴线方向的位置位于第一轨道屏蔽端部部分层和多层电路元件的一个或多个接收器环路层之间。检测器部分还包括多个感测元件，这些感测元件包括被制造在多层电路元件的一个或多个接收器环路层中的相应导电接收器环路，其中导电接收器环路沿着x轴线方向分布在与第一图案轨道标称对准的第一轨道感测元件区域上。感测元件被配置成提供检测器信号或检测器信号贡献，所述检测器信号或检测器信号贡献对由标尺图案的相邻信号调制元件SME提供的第一轨道变化磁通量上的局部效应做出响应。
[0010]信号处理配置可以可操作地连接到检测器部分，以提供线圈驱动信号，并且被配置为基于从检测器部分输入的检测器信号来确定检测器部分和标尺图案之间的相对位置。
[0011]在根据本文公开的原理的各种实施方式中，检测器部分被配置如下:
[0012]第一轨道感测元件区域在沿着x轴线方向的第一轨道感测元件区域长度尺寸和沿着y轴线方向的第一轨道感测元件区域宽度尺寸上延伸，其中沿着x轴线方向的第一轨道感测元件区域长度尺寸比第一轨道细长部分长度尺寸长；
[0013]第一轨道屏蔽端部部分被配置成使得，其沿着z轴线方向朝向接收器环路层的z轴线投影至少部分地与第一轨道感测元件区域中的导电接收器环路重叠；和
[0014]第一轨道导电屏蔽区域被配置在其第一轨道屏蔽区域层中，使得其被插入在第一轨道屏蔽端部部分和第一轨道感测元件区域中的导电接收器环路之间，并且被配置为拦截第一轨道屏蔽端部部分的z轴线投影的一区域的至少大部分，所述区域与第一轨道感测元件区域中的导电接收器环路重叠。
[0015]在一些实施方式中，至少一个第一轨道导电屏蔽区域被配置为拦截第一轨道屏蔽端部部分的投影的、与第一轨道感测元件区域中的接收器环路重叠的所有区域，除了至少一个第一轨道导电屏蔽区域包括围绕导电馈通的绝缘空隙的位置，该导电馈通通常沿着z轴线方向延伸并穿过该至少一个第一轨道导电屏蔽区域。
[0016]在一些实施方式中，所述至少一个第一轨道导电屏蔽区域还被配置成使得，其拦
截沿着导电接收器环路的z轴线方向的投影的一区域的至少大部分，所述区域分布在第一轨道感测元件区域的端部中，所述端部位于与第一轨道屏蔽端部部分的位置对应的第一轨道细长部分长度尺寸的端部之外。在一些这样的实施方式中，至少一个第一轨道导电屏蔽区域还被配置成使得，其它拦截至少一个导电接收器环路的沿着z轴线方向的投影的、分布在第一轨道感测元件区域的一部分中的所有区域，所述部分位于与第一轨道屏蔽端部部分的位置对应的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子位置编码器，可用于沿着与x轴线方向一致的测量轴线方向测量两个元件之间的相对位置，该电子位置编码器包括:标尺，沿着测量轴线方向延伸并且包括信号调制标尺图案，所述信号调制标尺图案包括至少第一图案轨道，所述第一图案轨道具有沿着垂直于x轴线方向的y轴线方向的图案轨道宽度尺寸，每个图案轨道包括信号调制元件，所述信号调制元件被布置成提供作为沿着x轴线方向的位置的周期性函数而变化的空间变化特性，检测器部分，其被配置为安装在所述至少第一图案轨道附近，并且相对于所述至少第一图案轨道沿着测量轴线方向移动，所述检测器部分包括多层电路元件，所述多层电路元件具有在正常操作期间面向标尺的前表面，包括:磁场产生线圈配置，固定在多层电路元件上，包括:输入部分，包括至少两个连接部分，其将磁场产生线圈配置连接到来自信号处理配置的线圈驱动信号；和第一轨道磁场产生线圈部分，其被配置为标称地围绕与第一图案轨道标称地对准的第一轨道所产生磁场区域，并且响应于线圈驱动信号在第一轨道所产生磁场区域中产生第一轨道变化磁通量，第一轨道磁场产生线圈部分包括:第一轨道第一侧和第二侧细长部分，其被制造在多层电路元件的一个或多个细长部分层中，且沿着x轴线方向靠近第一轨道所产生磁场区域的第一侧和第二侧延伸，其中第一轨道第一侧和第二侧细长部分共同跨越或限定沿着x轴线方向的第一轨道细长部分长度尺寸，并且第一轨道第一侧和第二侧细长部分之间的y轴线方向间隔限定了标称第一轨道所产生磁场区域宽度尺寸；和第一轨道屏蔽端部部分，其被制造在多层电路元件的第一轨道屏蔽端部部分层中，并且跨越第一轨道第一侧和第二侧细长部分之间的y轴线方向间隔，并且被包括在将第一轨道磁场产生线圈部分中的第一轨道第一侧和第二侧细长部分连接的端部导体路径中；和至少一个第一轨道屏蔽端部配置，包括:第一轨道屏蔽端部部分；和导电屏蔽区域配置，其包括至少一个第一轨道导电屏蔽区域，该第一轨道导电屏蔽区域沿x轴线和y轴线方向延伸，并且被制造在第一轨道屏蔽区域层中，该第一轨道屏蔽区域层相对于它们沿与多层电路元件前表面标称正交的z轴线方向的位置位于第一轨道屏蔽端部部分层和多层电路元件的一个或多个接收器环路层之间；和多个感测元件，包括被制造在多层电路元件的一个或多个接收器环路层中的相应导电接收器环路，其中导电接收器环路沿着x轴线方向分布在与第一图案轨道标称对准的第一轨道感测元件区域上，并且感测元件被配置为提供检测器信号或检测器信号贡献，所述检测器信号或检测器信号贡献对由标尺图案的相邻信号调制元件SME提供的第一轨道变化磁通量上的局部效应做出响应；和信号处理配置，其可操作地连接到检测器部分以提供线圈驱动信号，并且被配置为基于从检测器部分输入的检测器信号来确定检测器部分和标尺图案之间的相对位置，其中:第一轨道感测元件区域在沿着x轴线方向的第一轨道感测元件区域长度尺寸和沿着y轴线方向的第一轨道感测元件区域宽度尺寸上延伸，其中沿着x轴线方向的第一轨道感测
元件区域长度尺寸比第一轨道细长部分长度尺寸长；第一轨道屏蔽端部部分被配置成使得，其沿着z轴线方向朝向接收器环路层的z轴线投影至少部分地与第一轨道感测元件区域中的导电接收器环路重叠；和第一轨道导电屏蔽区域被配置在其第一轨道屏蔽区域层中，使得其被插入在第一轨道屏蔽端部部分和第一轨道感测元件区域中的导电接收器环路之间，并且被配置为拦截第一轨道屏蔽端部部分的z轴线投影的一区域的至少大部分，所述区域与第一轨道感测元件区域中的导电接收器环路重叠。2.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中，至少一个第一轨道导电屏蔽区域被配置为拦截第一轨道屏蔽端部部分的投影的、与第一轨道感测元件区域中的接收器环路重叠的所有区域，除了至少一个第一轨道导电屏蔽区域包括围绕导电馈通的绝缘空隙的位置，该导电馈通通常沿着z轴线方向延伸并穿过该至少一个第一轨道导电屏蔽区域。3.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中，至少一个第一轨道导电屏蔽区域还被配置为使得，其拦截沿着导电接收器环路的z轴线方向的投影的一区域的至少大部分，所述区域分布在第一轨道感测元件区域的端部中，所述端部位于与第一轨道屏蔽端部部分的位置对应的第一轨道细长部分长度尺寸的端部之外。4.根据权利要求3所述的电子位置编码器，其特征在于，至少一个第一轨道导电屏蔽区域还被配置成使得，其它拦截至少一个导电接收器环路的沿着z轴线方向的投影的、分布在第一轨道感测元件区域的一部分中的所有区域，所述部分位于与第一轨道屏蔽端部部分的位置对应的第一轨道细长部分长度尺寸的端部内。5.根据权利要求4所述的电子位置编码器，其中，至少一个第一轨道导电屏蔽区域被配置为使得，其拦截所有导电接收器环路的沿着z轴线方向的投影的分布在第一轨道感测元件区域中的所有区域，除了至少一个第一轨道导电屏蔽区域包括围绕导电馈通的绝缘空隙的位置，所述导电馈通通常沿着z轴线方向延伸并穿过至少一个第一轨道导电屏蔽区域。6.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中:沿着x轴线方向的第一轨道感测元件区域长度尺寸在每一端延伸超过第一轨道细长部分长度尺寸至少一个量SE，该量SE至少是标称第一轨道所产生磁场区域宽度尺寸的K倍，其中K是至少为1的数字。7.根据权利要求6所述的电子位置编码器，其中K至少为2。8.根据权利要求6所述的电子位置编码器，其中，所述第一图案轨道的信号调制元件布置为对应于沿x轴线方向的空间波长WL，并且SE至少为WL。9.根据权利要求8所述的电子位置编码器，其中，SE至少为2*WL。10.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中:至少一个细长部分层和至少一个接收器环路层是多层电路元件的同一层，并且第一轨道细长部分中的至少...

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