專利名稱：絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種利用測(cè)微頭、測(cè)微計(jì)或空穴測(cè)試等測(cè)量主軸位置的絕對(duì)位置的測(cè)量設(shè)備。
背景技術(shù)：
在用于測(cè)量長(zhǎng)度、尺寸或角度的小測(cè)量?jī)x器中，例如測(cè)微頭、測(cè)微計(jì)，通過(guò)檢測(cè)可運(yùn)動(dòng)元件相對(duì)于固定元件的移動(dòng)數(shù)量的信息，對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。
用于測(cè)量可運(yùn)動(dòng)元件相對(duì)于固定元件的移動(dòng)數(shù)量的方法包括增量類型和絕對(duì)類型，本申請(qǐng)人在日本專利申請(qǐng)平成3-79647中已經(jīng)介紹了上述增量類型。
前者包括一固定元件、一能夠相對(duì)于所述固定元件運(yùn)動(dòng)的可運(yùn)動(dòng)元件以及一用于檢測(cè)周期信號(hào)的相位的靜電電容傳感器，所述周期信號(hào)來(lái)源于可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)。在這種結(jié)構(gòu)中，如圖10所示，如果可運(yùn)動(dòng)元件被移動(dòng)，相對(duì)于可運(yùn)動(dòng)元件(主軸)的運(yùn)動(dòng)量而周期性改變的相位信號(hào)被位移傳感器檢測(cè)。通過(guò)計(jì)算這種相位信號(hào)的變化量，根據(jù)可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)量和相位信號(hào)之間的關(guān)系，可以計(jì)算出可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)量。
后者涉及檢測(cè)多個(gè)具有不同周期的起源于可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)的相位信號(hào)。在這種結(jié)構(gòu)中，如果可運(yùn)動(dòng)元件移動(dòng)，檢測(cè)到兩個(gè)或多個(gè)具有不同周期的相位信號(hào)，從而主軸的絕對(duì)位置從這些相位信號(hào)的相位中被測(cè)量出來(lái)。
例如檢測(cè)一長(zhǎng)周期的相位信號(hào)(非密相位信號(hào)，non-dense phase signal)和一短周期的相位信號(hào)(密相位信號(hào)，dense phase signal)。然后利用電路(相位變換電路、插值電路)獲得非密相位信號(hào)以及密相位信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的位置。從這些相位之間的關(guān)系，計(jì)算發(fā)生在非密相位信號(hào)周期內(nèi)的密相位信號(hào)相位周期數(shù)。根據(jù)這個(gè)結(jié)果，從非密相位信號(hào)的相位中計(jì)算出高位數(shù)字(upper digits)，從密相位信號(hào)的相位中計(jì)算出低位數(shù)字(lowerdigits)。所計(jì)算出的高位數(shù)字和低位數(shù)字被加權(quán)和綜合。
用于確定發(fā)生在非密相位信號(hào)周期內(nèi)的密相位信號(hào)的相位的周期數(shù)的方法涉及利用包含在非密相位信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)的密相相位信號(hào)的周期(步驟)數(shù)量分隔非密相位信號(hào)。
另一種方法涉及一種從記數(shù)脈沖中計(jì)算下數(shù)字的方法，通過(guò)分別計(jì)算密相位信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差獲得所述記數(shù)脈沖，還涉及將從非密相位信號(hào)中獲得的上數(shù)字與下數(shù)字進(jìn)行合成。
然而增量類型具有如下問(wèn)題(1)由于必須計(jì)算由可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)所引起的相位信號(hào)，在可運(yùn)動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，設(shè)備總是處于計(jì)算狀態(tài)。如果可運(yùn)動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)的太快，相位信號(hào)高速變化，必須增加計(jì)算響應(yīng)速度，以便高速計(jì)算這個(gè)相位信號(hào)的變化。
(2)一旦計(jì)算出錯(cuò)，如果用戶沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤，則出現(xiàn)測(cè)量錯(cuò)誤。為了校正測(cè)量，必須設(shè)定可運(yùn)動(dòng)元件的基準(zhǔn)位置(零位調(diào)整)。
(3)一旦切斷動(dòng)力，當(dāng)在下次使用時(shí)，必須重新設(shè)定可運(yùn)動(dòng)元件的基準(zhǔn)位置。
絕對(duì)類型具有下列問(wèn)題(4)雖然必須準(zhǔn)確地檢測(cè)非密或密相位信號(hào)之間的相位差，在一個(gè)寬范圍內(nèi)仍然很難保證相位檢測(cè)的精度。為了計(jì)算絕對(duì)位置，要求一種用于計(jì)算在非密相位信號(hào)周期內(nèi)的密相位信號(hào)的過(guò)程，利用適合于具有不同相位周期的相位信號(hào)的邏輯操作，利用非常復(fù)雜的操作步驟，稱量每個(gè)周期，對(duì)該相位信號(hào)進(jìn)行合成。
(5)此外，相對(duì)于基準(zhǔn)信號(hào)計(jì)算計(jì)數(shù)脈沖需要同步調(diào)制控制，這是非常復(fù)雜的。為了增加測(cè)量精度，可能利用三種不同模式的信號(hào)，即非密模式、中間模式和密模式。然而數(shù)據(jù)處理是如此復(fù)雜，數(shù)據(jù)顯示不能總是跟隨可運(yùn)動(dòng)元件的快速運(yùn)動(dòng)。如果試圖更高速地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，則必須增加數(shù)據(jù)處理裝置的尺寸，則導(dǎo)致該方法不適合于手動(dòng)工具類型的測(cè)量?jī)x器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)解決了現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尺寸小的設(shè)備，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)絕對(duì)位置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用下述裝置，根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，它包括一主體；可移動(dòng)地設(shè)置在所述主體內(nèi)的一可運(yùn)動(dòng)元件；一相位信號(hào)發(fā)源部分，根據(jù)所述可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)量，用于產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)具有不同周期的相位信號(hào)；一算術(shù)運(yùn)算部分，用于對(duì)所述相位信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，獲得所述可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置，所述算術(shù)運(yùn)算部分包括一相位信號(hào)處理部分，用于比較所述相位信號(hào)，從而獲得所述相位信號(hào)之間的相位差，還包括一絕對(duì)位置計(jì)算部分，用于根據(jù)相位信號(hào)處理部分所獲得的相位差計(jì)算所述可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置，其中，當(dāng)在所述可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)所述可運(yùn)動(dòng)元件的不同位置時(shí)，所述兩個(gè)或多個(gè)相位信號(hào)具有不同的相位差。
利用這種結(jié)構(gòu)，如果可運(yùn)動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)，相位信號(hào)發(fā)源部分產(chǎn)生具有不同周期的相位信號(hào)，算術(shù)運(yùn)算部分對(duì)該相位信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。此時(shí)，相位信號(hào)發(fā)源部分所產(chǎn)生的相位信號(hào)首先被算術(shù)運(yùn)算部分內(nèi)的相位信號(hào)處理部分處理，從而獲得相位差。由于這個(gè)相位差在可運(yùn)動(dòng)元件的不同位置是變化的，可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置可以唯一地從相位差中獲得。因此根據(jù)相位信號(hào)處理部分所獲得的相位差，利用絕對(duì)位置計(jì)算部分計(jì)算出可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。利用數(shù)字模式將該絕對(duì)位置顯示在顯示部分上，從而可以知道可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。
在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)對(duì)非密和密相位信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，通過(guò)計(jì)算非密相位信號(hào)周期內(nèi)的密相位信號(hào)的周期數(shù)，獲得上數(shù)字。此外從密相位信號(hào)內(nèi)獲得下數(shù)字，對(duì)上數(shù)字和下數(shù)字進(jìn)行合成。然而在本發(fā)明中，僅從相位差中獲得絕對(duì)值。因此通過(guò)使算術(shù)運(yùn)算部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化可以使設(shè)備結(jié)構(gòu)更緊湊，確?？焖偎阈g(shù)運(yùn)算，降低成本。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，在本發(fā)明第一方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好用絕對(duì)位置計(jì)算部分計(jì)算周期數(shù)，即所述任一個(gè)相位信號(hào)在所述相位差基礎(chǔ)上距基準(zhǔn)點(diǎn)的周期數(shù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)于基于所述周期數(shù)的相位變化量的所述可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)量，計(jì)算所述可運(yùn)動(dòng)元件對(duì)應(yīng)于任何一個(gè)所述相位信號(hào)相位變化的數(shù)量的運(yùn)動(dòng)量，通過(guò)對(duì)所述可運(yùn)動(dòng)元件基于該周期數(shù)的運(yùn)動(dòng)量和所述可運(yùn)動(dòng)元件對(duì)應(yīng)于任何一個(gè)所述相位信號(hào)相位變化量的運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行合成，計(jì)算可運(yùn)動(dòng)元件的總運(yùn)動(dòng)量，從而計(jì)算可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。
利用這種結(jié)構(gòu)，首先計(jì)算任一個(gè)相位信號(hào)距基準(zhǔn)點(diǎn)的周期數(shù)。在可運(yùn)動(dòng)元件的不同位置，所述相位信號(hào)處理部分所獲得的相位差是變化的，因此具有適合于不同周期數(shù)的寬度。因此任何一個(gè)相位信號(hào)的周期數(shù)被唯一地確定為例如根據(jù)相位差所獲得的“第N個(gè)周期”。如果確定了周期數(shù)N，任何一個(gè)已經(jīng)通過(guò)N個(gè)周期的相位信號(hào)的相位變化量被獲得。然后，根據(jù)周期數(shù)N和可運(yùn)動(dòng)元件每周期的運(yùn)動(dòng)量，已經(jīng)經(jīng)歷N個(gè)周期的可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)量可以被獲得。根據(jù)任何一個(gè)相位信號(hào)和可運(yùn)動(dòng)元件每周期的運(yùn)動(dòng)量，可運(yùn)動(dòng)元件從第N個(gè)周期移動(dòng)到任何一個(gè)相位信號(hào)的運(yùn)動(dòng)量可以被獲得。通過(guò)將運(yùn)動(dòng)了N個(gè)周期的可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)量和可運(yùn)動(dòng)元件從第N個(gè)周期運(yùn)動(dòng)到任何一個(gè)相位信號(hào)的運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行合成，獲得可運(yùn)動(dòng)元件的總的運(yùn)動(dòng)量。
根據(jù)本發(fā)明，直接反應(yīng)可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置的相位信號(hào)是任何一個(gè)相位信號(hào)，只要求該相位信號(hào)精確。通過(guò)比較任何一個(gè)相位信號(hào)獲得相位差，其它相位信號(hào)被用于根據(jù)所述相位差獲得周期數(shù)，只要誤差范圍不引起錯(cuò)讀周期數(shù)，就能被允許。因此具有產(chǎn)生相位信號(hào)并檢測(cè)相位信號(hào)而無(wú)需任何精確操作的結(jié)構(gòu)，省去了處理步驟，降低了成本。
根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)方面，在本發(fā)明第一方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好絕對(duì)位置計(jì)算部分計(jì)算周期數(shù)，即所述任一個(gè)相位信號(hào)在所述相位差基礎(chǔ)上距基準(zhǔn)點(diǎn)的周期數(shù)，根據(jù)基于周期數(shù)的相位變化量和所述任一個(gè)相位信號(hào)的相位變化量計(jì)算總的相位變化量，在總相位變化量的基礎(chǔ)上，計(jì)算可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。
利用這種結(jié)構(gòu)，計(jì)算出所述任一個(gè)相位信號(hào)距基準(zhǔn)點(diǎn)的周期數(shù)。在可運(yùn)動(dòng)元件的不同位置，所述相位信號(hào)處理部分所獲得的相位差是變化的，因此具有適合于不同周期數(shù)的寬度。因此任何一個(gè)相位信號(hào)的周期數(shù)被唯一地確定為例如根據(jù)相位差所獲得的“第N個(gè)周期”。如果確定了周期數(shù)N，任何一個(gè)已經(jīng)通過(guò)N個(gè)周期的相位信號(hào)的相位變化量被獲得。然后，根據(jù)這個(gè)相位變化量和任何一個(gè)相位信號(hào)，獲得任何一個(gè)相位信號(hào)距基準(zhǔn)點(diǎn)的總相位。根據(jù)總相位和可運(yùn)動(dòng)元件對(duì)應(yīng)于任何一個(gè)相位信號(hào)的節(jié)距，可以確定可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。
在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)將從所有非密信號(hào)和密信號(hào)中獲得位置數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，獲得可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。因此要求所有非密信號(hào)和密信號(hào)非常精確，以高精度進(jìn)行相位信號(hào)處理，導(dǎo)致工作困難，成本高。
然而在本發(fā)明中，直接反應(yīng)可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置的相位信號(hào)是任一個(gè)相位信號(hào)，只要求該信號(hào)精確，通過(guò)比較任何一個(gè)相位信號(hào)獲得相位差，其它相位信號(hào)被用于根據(jù)所述相位差獲得周期數(shù)，只要誤差范圍不引起錯(cuò)讀周期數(shù)，就能被允許。因此具有產(chǎn)生相位信號(hào)并檢測(cè)相位信號(hào)而無(wú)需任何精確操作的結(jié)構(gòu)，省去了處理步驟，降低了成本。
根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)方面，在本發(fā)明第一方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好所述主運(yùn)動(dòng)元件是一個(gè)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)能夠沿軸線方向向前或向后運(yùn)動(dòng)的主軸，所述相位信號(hào)發(fā)源部分包括兩組旋轉(zhuǎn)編碼器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器具有固定在所述主體上的定子以及面對(duì)所述定子的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子與所述主軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，所述兩組轉(zhuǎn)子具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)相位，在所述主軸的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，當(dāng)所述主軸處于不同的位置時(shí)，具有不同的相位差。
利用這種結(jié)構(gòu)，如果主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸沿軸線方向向前或向后運(yùn)動(dòng)，每個(gè)轉(zhuǎn)子都與主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用定子檢測(cè)兩個(gè)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)相。此時(shí)，由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子在主軸處于不同位置時(shí)具有不同的相位差，根據(jù)所述相位差，可以確定主軸的絕對(duì)位置。
在本發(fā)明中，兩個(gè)轉(zhuǎn)子與主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)獲得相位信號(hào)，因此具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即兩個(gè)轉(zhuǎn)子在主軸處于不同位置時(shí)具有不同的相位差。也就是當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)子在可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)變化R個(gè)周期，另一個(gè)轉(zhuǎn)子的變化周期數(shù)是R+1或R-1。
根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)方面，在本發(fā)明第四方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好所述主軸被可轉(zhuǎn)動(dòng)地獨(dú)立地穿過(guò)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，在所述主軸的外表面上設(shè)置兩個(gè)鍵槽，所述轉(zhuǎn)子上配置有與所述鍵槽嚙合的鍵，設(shè)置兩個(gè)鍵槽，從而在所述主軸的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，在所述主軸的不同位置，所述兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，具有不同的相位差。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，如果主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鍵與主軸的鍵槽嚙合，每個(gè)轉(zhuǎn)子也轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)轉(zhuǎn)子以不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期轉(zhuǎn)動(dòng)，在所述主軸的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，在主軸處于不同位置時(shí)具有不同的相位差，根據(jù)轉(zhuǎn)子的相位差，可以確定主軸的絕對(duì)位置。
根據(jù)本發(fā)明第六個(gè)方面，在本發(fā)明第五方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好在所述主軸的軸線方向，所述兩個(gè)鍵槽具有不同的螺旋升角。
利用這種結(jié)構(gòu)，由于兩個(gè)鍵槽具有不同的螺旋升角，如果主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子以不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期轉(zhuǎn)動(dòng)，因此當(dāng)主軸處于不同的位置時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有不同的相位差。根據(jù)轉(zhuǎn)子的相位差，可以確定主軸的絕對(duì)位置。
根據(jù)本發(fā)明第七個(gè)方面，在本發(fā)明第五方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好兩個(gè)鍵槽中一個(gè)鍵槽平行于所述主軸的軸線方向被線性設(shè)置，另一個(gè)鍵槽圍繞所述主軸的軸線被螺旋地設(shè)置。
利用這種結(jié)構(gòu)，利用線性設(shè)置的鍵槽而轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子和利用螺旋設(shè)置的鍵槽而轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子可以具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期。
因此線性設(shè)置在主軸上的鍵槽更容易以高精度工作，螺旋設(shè)置的鍵槽或多或少更難以以高精度工作。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于要求獲得多個(gè)精確的相位信號(hào)，很難通過(guò)設(shè)置難以工作的槽來(lái)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。然而在本發(fā)明的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，僅需要任何一個(gè)相位信號(hào)準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)于主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，其它相位信號(hào)的精度只要能夠根據(jù)相位差確定該任何一個(gè)轉(zhuǎn)子的周期數(shù)就行。因此利用簡(jiǎn)單地在主軸上準(zhǔn)確地加工出鍵槽，就可以增加測(cè)量的精度。
根據(jù)本發(fā)明第八個(gè)方面，在本發(fā)明第四方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好所述兩組旋轉(zhuǎn)編碼器包括一公用定子和兩個(gè)分別位于所述定子兩側(cè)的轉(zhuǎn)子。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，從與定子的一個(gè)表面相對(duì)的轉(zhuǎn)子獲得一個(gè)相位信號(hào)，從與定子的另一個(gè)表面相對(duì)的轉(zhuǎn)子獲得其它相位信號(hào)。因此，利用一個(gè)公用定子和兩個(gè)轉(zhuǎn)子，獲得兩個(gè)不同的相位信號(hào)并計(jì)算出相位差，從而確定出主軸的絕對(duì)位置。
在本發(fā)明中，僅僅需要一個(gè)定子，因此可以減少元件數(shù)量，使結(jié)構(gòu)緊湊，降低成本。
根據(jù)本發(fā)明第九個(gè)方面，在本發(fā)明第四方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好兩組旋轉(zhuǎn)編碼器包括兩個(gè)定子和兩個(gè)位于所述定子之間的轉(zhuǎn)子。
利用這種結(jié)構(gòu)，位于兩個(gè)定子之間的兩個(gè)轉(zhuǎn)子被鄰近地設(shè)置。從而在主軸上的鍵槽的加工范圍可以縮小，可以在主軸上加工出絲杠，但是難以在相同區(qū)域加工出絲杠和鍵槽。為了使測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，希望絲杠之外的部分盡可能地小。利用本發(fā)明，能夠縮小鍵槽被加工的范圍，使測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。
根據(jù)本發(fā)明第十個(gè)方面，在本發(fā)明第四方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好所述兩個(gè)轉(zhuǎn)子包括第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，所述主軸獨(dú)立地可轉(zhuǎn)動(dòng)地穿過(guò)第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的中心，在所述主軸的外表面上設(shè)置一第一鍵和第二鍵，所述第一轉(zhuǎn)子具有與所述第一鍵嚙合的第一鍵槽，所述第二轉(zhuǎn)子具有與所述第二鍵嚙合的第二鍵槽，所述兩個(gè)鍵槽被如此設(shè)置，從而在所述主軸的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，在所述主軸的不同位置，兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，不同的相位差。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，如果主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)第一鍵和第一鍵槽之間的嚙合，第一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。如果第一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，利用第二鍵和第二鍵槽之間的嚙合，第二轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。從而在所述主軸的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，在所述主軸的不同位置，兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，不同的相位差，從而根據(jù)這兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的相位差，確定主軸的絕對(duì)位置。
根據(jù)本發(fā)明第11個(gè)方面，在本發(fā)明第10方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好在所述主軸的軸線方向，所述第一鍵槽和第二鍵槽具有不同的螺旋升角。
利用這種結(jié)構(gòu)，如果主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子以不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是第一轉(zhuǎn)子相對(duì)于主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)相位被第一鍵槽的螺旋升角確定，第二轉(zhuǎn)子相對(duì)于第一轉(zhuǎn)子的相位被第二鍵槽確定。因此由于兩個(gè)鍵槽具有不同的螺旋升角，因此當(dāng)主軸處于不同得到位置時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有不同的相位差。根據(jù)轉(zhuǎn)子的相位差，可以確定主軸的絕對(duì)位置。
根據(jù)本發(fā)明第12個(gè)方面，在本發(fā)明第10方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好所述第一鍵槽平行于所述主軸的軸線方向被線性設(shè)置，第二鍵槽圍繞所述主軸的軸線被螺旋地設(shè)置。
利用這種結(jié)構(gòu)，利用線性設(shè)置的鍵槽而轉(zhuǎn)動(dòng)的第一轉(zhuǎn)子和利用螺旋設(shè)置的鍵槽而轉(zhuǎn)動(dòng)的第二轉(zhuǎn)子具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期。也就是第一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)周期與主軸的相同，第二轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)周期與第一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)周期不同。
由于第一鍵槽被線性設(shè)置，第二鍵槽被螺旋地設(shè)置，可以獲得與本發(fā)明第六方面相同的效果。也就是通過(guò)簡(jiǎn)單地在主軸上準(zhǔn)確地加工出線性鍵槽，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明第13個(gè)方面，在本發(fā)明第四方面確定的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中，最好所述相位信號(hào)發(fā)源部分包括發(fā)射電極，沿所述定子的圓周方向等間距地設(shè)置，用于從相位調(diào)制器中接收相位信號(hào)，該相位調(diào)制器產(chǎn)生一固定頻率的基準(zhǔn)信號(hào)，該信號(hào)每360/n偏移(n是一個(gè)自然數(shù))；一耦合電極，被設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子上，與相應(yīng)圓周位置上的發(fā)射電極靜電耦合；接收電極，被設(shè)置在定子上，與所述耦合電極靜電耦合；相位信號(hào)處理部分，用于將來(lái)自所述接收電極的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的相位。
利用這種結(jié)構(gòu)，相位調(diào)制器產(chǎn)生一固定頻率的基準(zhǔn)信號(hào)，該相位調(diào)制后信號(hào)被發(fā)送到定子的發(fā)射電極。由于發(fā)射電極在相應(yīng)的周邊位置與轉(zhuǎn)子的耦合電極靜電耦合，由于利用基準(zhǔn)信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)相位進(jìn)行調(diào)制，耦合電極上產(chǎn)生電勢(shì)。此時(shí)出現(xiàn)在耦合電極上的電勢(shì)取決于與發(fā)射電極的耦合。耦合電極也與定子上的接收電極耦合，接收電極接收到耦合電極上的電勢(shì)的變化。接收電極所接收到的電勢(shì)變化被發(fā)送到相位信號(hào)處理部分進(jìn)行相位處理。檢測(cè)與基準(zhǔn)信號(hào)的偏差，轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)量作為相對(duì)相位被檢測(cè)。因此通過(guò)比較相對(duì)相位，獲得相位差，從而獲得主軸的絕對(duì)位置。


圖1是符合本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備的橫截面視圖；圖2A是顯示了本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)的一定子的視圖；圖2B是顯示了本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)的一轉(zhuǎn)子的視圖；圖3是表示本發(fā)明實(shí)施例中的第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的相位變化的圖表；圖4是顯示本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)的第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的相位變化以及第一轉(zhuǎn)子的周期數(shù)變化的圖表；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)有用的相位信號(hào)計(jì)算絕對(duì)位置的方框圖；圖6是符合本發(fā)明第二實(shí)施例的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備的橫截面視圖；圖7A～7D是用于舉例說(shuō)明在本發(fā)明中所使用的第一鍵槽和第二鍵槽的視圖；圖8是本發(fā)明的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備的視圖，其中槽被設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱體上；圖9是顯示了在本發(fā)明的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備中根據(jù)相位信號(hào)計(jì)算絕對(duì)位置的不同示例的方框圖；圖10是顯示現(xiàn)有技術(shù)中相位信號(hào)的變化的圖表。
具體實(shí)施例方式
下文將結(jié)合附圖介紹本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖1顯示了具有作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備的測(cè)微頭。
這個(gè)測(cè)微頭包括一主體1、一作為可運(yùn)動(dòng)元件的主軸2、一包含作為相位信號(hào)產(chǎn)生部分的旋轉(zhuǎn)編碼器3A和3B以及一相位調(diào)制器的振蕩電路6、算術(shù)運(yùn)算部分7和顯示部分10。
主體1是圓柱形并具有一通孔11，在通孔11一端的內(nèi)圓周上具有內(nèi)螺紋12。在通孔11內(nèi)設(shè)置一中間分隔板13，它在通孔11的另一端分隔出一空間。
主軸2上具有與主體1上的內(nèi)螺紋12嚙合的絲杠21，并在一端配備有旋鈕部分22。如果這個(gè)旋鈕部分22轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸2在軸向方向利用主體1的內(nèi)螺紋12和絲杠21之間的嚙合向前和向后運(yùn)動(dòng)。在整個(gè)行程轉(zhuǎn)動(dòng)50圈，主軸2向前或向后移動(dòng)25毫米。也就是每一螺距移動(dòng)0.5毫米。
主軸2上設(shè)置兩個(gè)鍵槽23A和23B，其中第一鍵槽23A平行于主軸2的軸線方向線性地設(shè)置，第二鍵槽23B設(shè)置成螺旋形環(huán)繞主軸2。
其中第二鍵槽23B的螺旋升角與第一鍵槽23A的不同，如下文所述，主軸2每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，第二鍵槽23B相對(duì)于第一鍵槽23A具有7.272度轉(zhuǎn)動(dòng)相位差。
設(shè)置兩組旋轉(zhuǎn)編碼器3A和3B，其中包括第一旋轉(zhuǎn)編碼器3A和第二旋轉(zhuǎn)編碼器3B。第一旋轉(zhuǎn)編碼器3A和第二旋轉(zhuǎn)編碼器3B的結(jié)構(gòu)相同。
也就是說(shuō)，旋轉(zhuǎn)編碼器3A和3B包括一固定在主體1上的定子4以及兩個(gè)相對(duì)于定子4的轉(zhuǎn)子5A和5B，所述轉(zhuǎn)子被設(shè)置成可以獨(dú)立于定子2而轉(zhuǎn)動(dòng)。
定子4具有一插入孔41，主軸2通過(guò)孔41被插入一個(gè)盤的中心，如圖2A所示，定子4還包括以規(guī)則間距設(shè)置的發(fā)射電極42以及一接收電極43，接收電極43象環(huán)那樣被設(shè)置，沿圓周方向與發(fā)射電極42同心。設(shè)置兩組發(fā)射電極42，每組具有8個(gè)電極。相位調(diào)制后的信號(hào)從相位調(diào)制器6被發(fā)送到發(fā)射電極42，接收電極43向算術(shù)運(yùn)算部分7發(fā)送信號(hào)。
轉(zhuǎn)子5A和5B具有通孔51，主軸2通過(guò)孔51插入盤中心。此外轉(zhuǎn)子5A和5B包括彼此相對(duì)的耦合電極52，電極52被設(shè)置成橫跨定子4的發(fā)射電極42和接收電極43，如圖2B所示，并與4個(gè)相應(yīng)的發(fā)射電極42靜電耦合。
轉(zhuǎn)子5A和5B被設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54A和54B的外側(cè)，可以獨(dú)立于主軸2而轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1所示，轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒體54A和54B具有主軸2可以穿過(guò)的插入孔541。圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54A和54B的插入孔541內(nèi)圓周，設(shè)置分別與主軸2的鍵槽23A和23B嚙合的鍵55A和55B。利用主體1的一個(gè)腔的另一側(cè)的內(nèi)壁以及分隔板13，迫使轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54A和54B靠向定子4。
因此，如果主軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，利用鍵55A和55B與鍵槽23A和23B之間的嚙合，轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54A和54B轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子5A和5B也同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在這個(gè)實(shí)施例中，在第一旋轉(zhuǎn)編碼器3A和第二旋轉(zhuǎn)編碼器3B之間設(shè)置一個(gè)定子4，如圖1所示，兩個(gè)轉(zhuǎn)子5A和5B設(shè)置在定子4的兩側(cè)。定子4幾乎被固定在主體1的一個(gè)腔的中心。
也就是發(fā)射電極42和接收電極43被設(shè)置在一個(gè)定子4的兩個(gè)表面上。第一旋轉(zhuǎn)編碼器3A由定子4的一個(gè)端面4A以及第一轉(zhuǎn)子5A組成，第二旋轉(zhuǎn)編碼器3B由定子4的另一個(gè)端面4B以及第二轉(zhuǎn)子5B組成。
此外，第一轉(zhuǎn)子5A被設(shè)置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54A上，第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54A的第一鍵55A與第一鍵槽23A嚙合。第二轉(zhuǎn)子5B被設(shè)置在第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54B上，第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54B的第二鍵55B與第二鍵槽23B嚙合。
在這個(gè)實(shí)施例中，如果轉(zhuǎn)子5A和5B轉(zhuǎn)動(dòng)半圈(180度)，則獲得一個(gè)周期的相位變化。因此，如果主軸2轉(zhuǎn)動(dòng)50圈，如上所述，第一轉(zhuǎn)子5A改變100個(gè)周期。因此為了第一轉(zhuǎn)子5A和第二轉(zhuǎn)子5B在任何時(shí)間都有不同的相位差，在第一轉(zhuǎn)子5A轉(zhuǎn)動(dòng)100個(gè)周期時(shí)，第二轉(zhuǎn)子5B必須從99個(gè)周期變化到100個(gè)周期。因此第二轉(zhuǎn)子5B可以每99周期(也就是第二轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)49.5圈)產(chǎn)生一360度相位差。如上所述，第二鍵槽23B具有一周期差。
對(duì)于第一鍵槽23A來(lái)說(shuō)，主軸2每轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，出現(xiàn)360(度)÷99(周期)＝3.6363(度/周期)。采用這種方式，設(shè)置第一鍵槽23A和第二鍵槽23B，因此如圖3所示，隨著轉(zhuǎn)子5A和5B相對(duì)于定子4的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)量的變化，相位θ1和θ2(轉(zhuǎn)子5A的轉(zhuǎn)動(dòng)相位θ1以及轉(zhuǎn)子5B的轉(zhuǎn)動(dòng)相位θ2)被改變。任何時(shí)間，轉(zhuǎn)子5A和5B之間的相位差在主軸2的一可動(dòng)區(qū)域內(nèi)任一時(shí)刻都發(fā)生變化，并具有圖4所示的關(guān)系。
如圖5所示，振蕩電路6包括用于振蕩出一個(gè)固定周期的基準(zhǔn)信號(hào)的基準(zhǔn)信號(hào)振蕩器61以及一被用作相位調(diào)制器對(duì)來(lái)自基準(zhǔn)信號(hào)振蕩器61的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制的相位調(diào)制發(fā)生器62。
相位調(diào)制發(fā)生器62將來(lái)自基準(zhǔn)信號(hào)振蕩器61的基準(zhǔn)信號(hào)調(diào)制成8相交流信號(hào)，相位每隔45°發(fā)生一次偏移。該信號(hào)被發(fā)送到對(duì)應(yīng)于接收電極43的電極。
在這種結(jié)構(gòu)中，如果主軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，則主軸2沿軸線方向前后運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子5A和5B轉(zhuǎn)動(dòng)。因此設(shè)置在定子4上的每個(gè)發(fā)射電極42的電勢(shì)被相位調(diào)制發(fā)生器62調(diào)制，從而在發(fā)射電極42的靜電耦合的組合的作用下，設(shè)置在轉(zhuǎn)子5A和5B上的耦合電極52的電勢(shì)變化。耦合電極52電勢(shì)的變化表現(xiàn)為接收電極43的電勢(shì)變化。
下文將介紹算術(shù)運(yùn)算部分7，該算術(shù)運(yùn)算部分處理來(lái)自編碼器3A和3B的相位信號(hào)，從而計(jì)算出主軸2的絕對(duì)位置。
如圖5所示，算術(shù)運(yùn)算部分7包括相位信號(hào)處理部分8和絕對(duì)位置計(jì)算部分9。
相位處理部分8用于處理起源于第一編碼器3A和第二編碼器3B的相位信號(hào)，從而獲得相位差。相位處理部分8包括將來(lái)自第一編碼器3A的相位信號(hào)輸入的第一積分電路81A和將來(lái)自第二編碼器3B的相位信號(hào)輸入的第二積分電路81B，相位處理部分8還包括相位比較部分82以及相位差計(jì)算部分83。
相位比較部分82將積分電路81A、81B解調(diào)后的信號(hào)與來(lái)自基準(zhǔn)信號(hào)振蕩器61的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，從而檢測(cè)轉(zhuǎn)子5A和5B相對(duì)于定子4的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)量，將其作為相對(duì)于基準(zhǔn)信號(hào)的偏移，并計(jì)算第一轉(zhuǎn)子5A的相位θ1以及第二轉(zhuǎn)子5B的相位θ2。
相位差計(jì)算部分83計(jì)算從相位比較部分82獲得的相位θ1和θ2之間的相位差Δθ，并將其發(fā)送到絕對(duì)位置計(jì)算部分9。
絕對(duì)位置計(jì)算部分9包括一周期相位計(jì)算部分91、一周期運(yùn)動(dòng)量計(jì)算部分92、一相位運(yùn)動(dòng)量計(jì)算部分93以及一運(yùn)動(dòng)量合成部分94。
每次從第一轉(zhuǎn)子5A和第二轉(zhuǎn)子5B的相位相匹配的基準(zhǔn)點(diǎn)開始，第一轉(zhuǎn)子5A的相位增加一個(gè)周期，周期相位計(jì)算部分91分配周期數(shù)N，并具有一個(gè)相位差周期數(shù)表911，如圖4所示，它表示周期數(shù)N和相位差Δθ之間的關(guān)系。由于在主軸2的不同位置，相位差Δθ不同，所以，在不同的周期數(shù)，具有不同的相位差Δθ寬度。即，相位差周期數(shù)表911存儲(chǔ)被事先計(jì)算的與相位差Δθ對(duì)應(yīng)的周期數(shù)，因此當(dāng)相位差Δθ從k到1度時(shí)，周期數(shù)是N，當(dāng)相位差Δθ從m到n度時(shí)，周期數(shù)是(N+1)，依次類推。
因此在周期相位差計(jì)算部分91內(nèi)，通過(guò)查閱相位差周期數(shù)表911，根據(jù)相位差Δθ，確定出第一轉(zhuǎn)子5A的唯一的周期數(shù)N。然后根據(jù)被確定的周期數(shù)N，獲得已經(jīng)經(jīng)歷N個(gè)周期的第一轉(zhuǎn)子5A與基準(zhǔn)點(diǎn)的相位變化量θ1N，即，θ1N＝N×360°。
周期數(shù)運(yùn)動(dòng)量計(jì)算部分92計(jì)算主軸2運(yùn)動(dòng)到利用周期相位差計(jì)算部分91所獲得的相位變化差值θ1N時(shí)的運(yùn)動(dòng)量D1N。由于主軸2的每周期運(yùn)動(dòng)節(jié)距為0.25毫米，所以，(從基準(zhǔn)點(diǎn)直到周期數(shù)N時(shí)主軸的運(yùn)動(dòng)量D1N)＝0.25×(θ1N÷360)，因此獲得從基準(zhǔn)點(diǎn)開始直到N個(gè)周期的主軸的運(yùn)動(dòng)量D1N。
利用相位比較部分82所獲得的第一轉(zhuǎn)子5A的相位θ1，相位運(yùn)動(dòng)量計(jì)算部分93計(jì)算主軸運(yùn)動(dòng)量D1，即經(jīng)歷N個(gè)周期后又運(yùn)動(dòng)了相位θ1后的主軸2的運(yùn)動(dòng)量，換句話說(shuō)，獲得了主軸2轉(zhuǎn)動(dòng)相位θ1時(shí)主軸的運(yùn)動(dòng)量D1。
(當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)相位θ1時(shí)，主軸運(yùn)動(dòng)量D1)＝0.25×(θ1÷360)因此獲得當(dāng)主軸2轉(zhuǎn)過(guò)相位θ1時(shí)主軸的運(yùn)動(dòng)量D1。
運(yùn)動(dòng)量合成部分94分別對(duì)利用周期運(yùn)動(dòng)量計(jì)算部分92和相位運(yùn)動(dòng)量計(jì)算部分93所獲得的經(jīng)歷從基準(zhǔn)點(diǎn)直到周期數(shù)N的主軸運(yùn)動(dòng)量D1N以及當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)相位θ1時(shí)的主軸運(yùn)動(dòng)量D1進(jìn)行合成，獲得主軸2距基準(zhǔn)點(diǎn)的總運(yùn)動(dòng)量D1N。
(主軸2距基準(zhǔn)點(diǎn)的總運(yùn)動(dòng)量D1A)＝D1N+D1因此獲得主軸2距基準(zhǔn)點(diǎn)的總運(yùn)動(dòng)量D1A。
運(yùn)動(dòng)量合成部分94具有零位調(diào)整數(shù)據(jù)941，預(yù)先存儲(chǔ)主軸2的零位調(diào)整位置和基準(zhǔn)點(diǎn)之間的差。
因此通過(guò)從主軸2距基準(zhǔn)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)量推導(dǎo)出零位調(diào)整位置，獲得主軸2的絕對(duì)位置。
絕對(duì)位置信號(hào)被發(fā)送到顯示部分10上并在顯示部份上顯示。
因此，如上所述的第一實(shí)施例的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備具有如下效果。
在第一實(shí)施例中，利用經(jīng)過(guò)N個(gè)周期的第一轉(zhuǎn)子5A的相位變化量θ1N，獲得轉(zhuǎn)動(dòng)了θ1N的主軸2的運(yùn)動(dòng)量D1N，利用第一轉(zhuǎn)子5A的相位信號(hào)θ1，獲得主軸2在第一轉(zhuǎn)子5A的一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)量D1，因此通過(guò)將這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量相加，獲得主軸2的總運(yùn)動(dòng)量D1A。
反映主軸2的絕對(duì)位置的相位是第一轉(zhuǎn)子5A的相位信號(hào)，相位差僅被用于計(jì)算第一轉(zhuǎn)子5A的周期數(shù)。因此以第二轉(zhuǎn)子5B的相位檢測(cè)精度，誤差寬度只要不引起周期數(shù)被錯(cuò)讀就可以。這樣作的優(yōu)點(diǎn)是，能夠補(bǔ)償?shù)诙I槽23B被螺旋設(shè)置所引起的困難。
在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)合成從所有非密信號(hào)和密信號(hào)獲得的數(shù)據(jù)，獲得可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。因此要求準(zhǔn)確地產(chǎn)生非密和密信號(hào)，精確加工相位檢測(cè)部分，增加了元件的加工難度，導(dǎo)致成本增加。
然而在本實(shí)施例中，反映主軸2絕對(duì)位置的信號(hào)是第一轉(zhuǎn)子5A的相位信號(hào)，因此僅僅需要第一轉(zhuǎn)子5A精確地產(chǎn)生相位信號(hào)。不要求產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)子5B的相位信號(hào)以及檢測(cè)相位信號(hào)的結(jié)構(gòu)的精度，從而可以減少工作步驟，降低成本。
在這個(gè)實(shí)施例中，用下面方式構(gòu)成旋轉(zhuǎn)編碼器3發(fā)射電極42和接收電極43被設(shè)置在定子4的兩個(gè)表面上，第一轉(zhuǎn)子5A和第二轉(zhuǎn)子5B面對(duì)定子4的兩個(gè)表面，因此僅需要一個(gè)定子4，因此需要的元件數(shù)量更少，成本更低。
(第二實(shí)施例)圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的微測(cè)頭。
第二實(shí)施例的基本元件與第一實(shí)施例中的相同，因此用相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并省略相同元件的介紹。
第一實(shí)施例和第二實(shí)施例不同之處在于，它利用兩個(gè)定子4。換句話說(shuō)，第一定子4A被固定在主體1的一個(gè)腔的另一側(cè)的內(nèi)壁上，第二定子4B被固定在主體1的分隔板13上。第一轉(zhuǎn)子5A相對(duì)于第一定子4A設(shè)置，第二轉(zhuǎn)子5B相對(duì)于第二定子4B設(shè)置。因此，第一和第二轉(zhuǎn)子5A和5B被夾在第一和第二定子4A和4B之間。此外轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54A和54B的鍵55A和55B設(shè)置成靠得很近。
利用這種結(jié)構(gòu)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子5A和5B被相鄰設(shè)置。采用這種方式，鍵槽23A和23B在主軸2的一更狹窄的范圍內(nèi)被加工出。主軸2上加工有絲杠21，但是難以在相同區(qū)域加工出絲杠21和鍵槽23A和23B。為了減少測(cè)微計(jì)體積，非絲杠21的部分被制造得盡可能短。在這個(gè)實(shí)施例中，在最小區(qū)域內(nèi)加工鍵槽23A和23B，使微測(cè)計(jì)自身最小化。
本發(fā)明的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備并不局限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種修改。
例如鍵槽23A和23B的形狀可以是如圖7A-7D所示形狀。圖7A顯示絲杠21是一個(gè)右手螺旋，第二鍵槽23B是右手螺旋，第二鍵槽23B的實(shí)線和虛線表示通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的前進(jìn)(后退)狀態(tài)。圖7B、7C和7D，顯示絲杠21是右手螺旋或左手螺旋，第二鍵槽23B是右手螺旋或左手螺旋等各種情況的組合。
在上述實(shí)施例中，第一鍵槽23A是直線型的，第二鍵槽23B是螺旋的，但是兩個(gè)鍵槽都可以設(shè)置成螺旋形的。
在上述實(shí)施例中，相位信號(hào)處理部分8中，設(shè)置有兩個(gè)積分電路，包括第一積分電路81A和第二積分電路81B。但是可以僅設(shè)置一個(gè)積分電路。例如當(dāng)主軸2停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先可以接收來(lái)自第一旋轉(zhuǎn)編碼器3A的信號(hào)，然后接收來(lái)自第二旋轉(zhuǎn)編碼器3B的信號(hào)。利用一個(gè)積分電路，能夠減少元件數(shù)量，縮小設(shè)備尺寸。
在上述實(shí)施例中，在主軸2上設(shè)置鍵槽23A和23B，在轉(zhuǎn)子5A和5B的轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54A和54B上設(shè)置鍵槽55A和55B。相反，如圖8所示，鍵可以被設(shè)置在主軸2上，鍵槽可以被設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒54A和54B上。
在圖8中，第一轉(zhuǎn)子5A被獨(dú)立于主軸2可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置，第二轉(zhuǎn)子5B被獨(dú)立于第一轉(zhuǎn)子5A轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子5A的外側(cè)。第一轉(zhuǎn)子5A具有第一轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒57A，第二轉(zhuǎn)子5B具有第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒57B。
主軸2上設(shè)置有垂直于主軸2軸線方向的第一鍵24A。第一轉(zhuǎn)子5A上配備有沿平行于主軸2軸向方向直線延伸的第一鍵槽56A，第二鍵槽24B位于其外側(cè)。第二轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒57B配備有其螺旋升角和第一鍵槽56A不同的第二鍵槽56B。利用這種結(jié)構(gòu)，第一鍵24A與第一鍵槽56A嚙合，第二鍵24B與第二鍵槽56B嚙合。主軸2每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，相對(duì)于第一鍵槽56A，第二鍵槽56B的轉(zhuǎn)動(dòng)相位差為7.272度。
利用這種結(jié)構(gòu)，通過(guò)使第一轉(zhuǎn)子5A和第二轉(zhuǎn)子5B根據(jù)主軸2得轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，可以獲得第一轉(zhuǎn)子5A和第二轉(zhuǎn)子5B之間的相位差。第一鍵槽56A可以不是線性的，但是其螺旋升角和第二鍵槽56B的螺旋升角不同，在主軸2的不同運(yùn)動(dòng)區(qū)域具有不同的相位差。
在上述實(shí)施例中，設(shè)置兩組旋轉(zhuǎn)編碼器，但是也可以設(shè)置三組或更多的旋轉(zhuǎn)編碼器。如果使用三組或更多的旋轉(zhuǎn)編碼器，可以獲得不同周期的三個(gè)相位信號(hào)。如果三個(gè)相位信號(hào)的相位差值不同，由于在本發(fā)明中獲得主軸2的絕對(duì)位置，主軸2的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域可以比使用兩組旋轉(zhuǎn)編碼器時(shí)的更長(zhǎng)。
主軸2的絲杠12的節(jié)距以及第一轉(zhuǎn)子5A和第二轉(zhuǎn)子5B的周期并不局限于上述實(shí)施例，可以被設(shè)置成不同的值。
在上述實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動(dòng)了θ1N的主軸2的運(yùn)動(dòng)量D1N從經(jīng)歷了N個(gè)周期的第一轉(zhuǎn)子5A的相位變化量θ1N中獲得，主軸2在第一轉(zhuǎn)子5A的一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)量D1從第一轉(zhuǎn)子5A相位信號(hào)θ1中獲得，因此通過(guò)將這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量相加，獲得主軸2距基準(zhǔn)點(diǎn)的總運(yùn)動(dòng)量D1N。然而可以想到使用其它的計(jì)算主軸2絕對(duì)位置的方法。例如利用合成部分95，經(jīng)歷N個(gè)周期的第一轉(zhuǎn)子5A的相位變化量θ1N以及第一轉(zhuǎn)子5A的相位信號(hào)θ1可以被相加，從而獲得第一轉(zhuǎn)子5A距基準(zhǔn)點(diǎn)的總相位變化量θ1A，如圖9所示，然后，在相位位置轉(zhuǎn)換部分96內(nèi)計(jì)算主軸2的位置。
也可以使用上述實(shí)施例之外的不同的用于測(cè)量周期數(shù)的方法。例如在相位計(jì)算部分91內(nèi)，利用關(guān)系表達(dá)式，周期數(shù)N可以從相位差Δθ中被獲得。此外利用關(guān)系表達(dá)式，無(wú)需獲得周期數(shù)，可以直接從相位差Δθ中獲得總相位θ1A。
本發(fā)明的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備并不局限于通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)使可運(yùn)動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)。例如，可以是卡尺的滑動(dòng)或千分表的主軸運(yùn)動(dòng)。實(shí)質(zhì)上，只要能檢測(cè)到與可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)量相符的相位差，就適用于本發(fā)明的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備。
用于檢測(cè)相位的部分并不局限于靜電電容類型，也可以是光電或磁場(chǎng)類型。
如上所述，利用本發(fā)明，絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備可以利用更小的尺寸和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)就可以準(zhǔn)確地檢測(cè)絕對(duì)位置。
權(quán)利要求
1.一種絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，包括一主體；可移動(dòng)地設(shè)置在所述主體內(nèi)的一可運(yùn)動(dòng)元件；一相位信號(hào)發(fā)源部分，根據(jù)所述可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)量，用于產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)具有不同周期的相位信號(hào)；一算術(shù)運(yùn)算部分，用于對(duì)所述相位信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，獲得所述可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置，所述算術(shù)運(yùn)算部分包括一相位信號(hào)處理部分，用于比較所述相位信號(hào)，從而獲得所述相位信號(hào)之間的相位差，還包括一絕對(duì)位置計(jì)算部分，用于根據(jù)相位信號(hào)處理部分所獲得的相位差，計(jì)算所述可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置，其中，當(dāng)所述可運(yùn)動(dòng)元件在其運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)處于不同位置時(shí)，所述兩個(gè)或多個(gè)相位信號(hào)具有不同的相位差。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述絕對(duì)位置計(jì)算部分在所述相位差基礎(chǔ)上，計(jì)算與任一所述相位信號(hào)相對(duì)應(yīng)的、距一基準(zhǔn)點(diǎn)的周期數(shù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)于基于所述周期數(shù)的相位變化量的所述可運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)量，計(jì)算所述可運(yùn)動(dòng)元件對(duì)應(yīng)于任何一個(gè)所述相位信號(hào)相位變化量的運(yùn)動(dòng)量，通過(guò)對(duì)所述可運(yùn)動(dòng)元件基于該周期數(shù)的運(yùn)動(dòng)量和所述可運(yùn)動(dòng)元件對(duì)應(yīng)于任何一個(gè)所述相位信號(hào)相位變化量的運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行合成，計(jì)算可運(yùn)動(dòng)元件的總運(yùn)動(dòng)量，從而計(jì)算可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述絕對(duì)位置計(jì)算部分在所述相位差基礎(chǔ)上，計(jì)算與任一所述相位信號(hào)相對(duì)應(yīng)的、距一基準(zhǔn)點(diǎn)的周期數(shù)，根據(jù)基于周期數(shù)的相位變化量和任一個(gè)所述相位信號(hào)的相位變化量計(jì)算總的相位變化量，在總相位變化量的基礎(chǔ)上，計(jì)算可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述主運(yùn)動(dòng)元件是一個(gè)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)能夠沿軸線方向向前或向后運(yùn)動(dòng)的主軸，所述相位信號(hào)發(fā)源部分包括兩組旋轉(zhuǎn)編碼器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器具有固定在所述主體上的定子以及面對(duì)所述定子的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子與所述主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)地轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，其中，所述兩組轉(zhuǎn)子具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，在所述主軸的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，當(dāng)所述主軸處于不同的位置時(shí)，具有不同的相位差。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述主軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地、獨(dú)立地穿過(guò)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，在所述主軸的外表面上設(shè)置有兩個(gè)鍵槽，所述轉(zhuǎn)子上配置有與所述鍵槽嚙合的鍵，所述兩個(gè)鍵槽設(shè)置成使所述兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，并且在所述主軸的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，在所述主軸的不同位置，具有不同的相位差。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求5所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于在所述主軸的軸線方向，所述兩個(gè)鍵槽具有不同的螺旋升角。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求5所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于兩個(gè)鍵槽中一個(gè)鍵槽平行于所述主軸的軸線方向被線性設(shè)置，另一個(gè)鍵槽圍繞所述主軸的軸線被螺旋地設(shè)置。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求6所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于兩個(gè)鍵槽中一個(gè)鍵槽平行于所述主軸的軸線方向被線性設(shè)置，另一個(gè)鍵槽圍繞所述主軸的軸線被螺旋地設(shè)置。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述兩組旋轉(zhuǎn)編碼器包括一公用定子和夾著所述定子的兩個(gè)轉(zhuǎn)子。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述兩組旋轉(zhuǎn)編碼器包括兩個(gè)定子和位于所述兩個(gè)定子之間的兩個(gè)轉(zhuǎn)子。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述兩個(gè)轉(zhuǎn)子包括第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，所述主軸獨(dú)立地可轉(zhuǎn)動(dòng)地穿過(guò)第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，在所述主軸的外表面上設(shè)置有一第一鍵，所述第一轉(zhuǎn)子具有與所述第一鍵嚙合的第一鍵槽和在所述第一轉(zhuǎn)子外表面上設(shè)置的第二鍵，所述第二轉(zhuǎn)子具有與所述第二鍵嚙合的第二鍵槽，其中所述兩個(gè)鍵槽被如此設(shè)置，從而兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)周期，在所述主軸的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，在所述主軸的不同位置，具有不同的相位差。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求11所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于在所述主軸的軸線方向，所述第一鍵槽和第二鍵槽具有不同的螺旋升角。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求11所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述第一鍵槽平行于所述主軸的軸線方向被線性設(shè)置，第二鍵槽圍繞所述主軸的軸線被螺旋地設(shè)置。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求12所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述第一鍵槽平行于所述主軸的軸線方向被線性設(shè)置，第二鍵槽圍繞所述主軸的軸線被螺旋地設(shè)置。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，其特征在于所述相位信號(hào)發(fā)源部分包括發(fā)射電極，沿所述定子的圓周方向等間距地設(shè)置，用于從一相位調(diào)制器中接收相位信號(hào)，該相位調(diào)制器產(chǎn)生一固定頻率的基準(zhǔn)信號(hào)，該信號(hào)每隔360/n被進(jìn)行一次偏移，n是一個(gè)自然數(shù)；一耦合電極，設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子中，與相應(yīng)圓周位置上的發(fā)射電極靜電耦合；一接收電極，設(shè)置在定子中，與所述耦合電極靜電耦合；和一相位信號(hào)處理部分，用于將來(lái)自所述接收電極的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)相位。
全文摘要
一種絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備，包括一主體、可移動(dòng)地設(shè)置在所述主體內(nèi)的主軸、兩組旋轉(zhuǎn)編碼器、一算術(shù)運(yùn)算部分和一顯示部分。該轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)應(yīng)于主軸運(yùn)動(dòng)量的、周期不同的相位信號(hào)。算術(shù)運(yùn)算部分對(duì)所述相位信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，獲得主軸的絕對(duì)位置。顯示部分采用數(shù)字模式顯示該絕對(duì)位置。在主軸的不同位置，兩組相位信號(hào)具有不同的相位差。所述算術(shù)運(yùn)算部分包括一相位信號(hào)處理部分，用于比較兩組相位信號(hào)，從而獲得不同相位信號(hào)之間的相位差，用于計(jì)算主軸絕對(duì)位置的絕對(duì)位置計(jì)算部分根據(jù)相位信號(hào)處理部分所獲得的相位差計(jì)算所述可運(yùn)動(dòng)元件的絕對(duì)位置。
文檔編號(hào)G01D5/249GK1432792SQ0310387
公開日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2003年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月11日
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