專利名稱：磁性編碼器和參考標(biāo)記施加器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性編碼器。這種編碼器在被安裝到旋轉(zhuǎn)從動(dòng)件(諸如伺服電機(jī)等) 或者線性從動(dòng)件(諸如線性致動(dòng)器等)的驅(qū)動(dòng)軸上時(shí)可以被用來產(chǎn)生位置信息。
背景技術(shù)：
編碼器用作這樣的裝置，該裝置用于檢測(cè)機(jī)器的兩個(gè)相對(duì)可移動(dòng)零件的相對(duì)旋轉(zhuǎn) 或線性位置。這就允許精確地定位這些機(jī)器并且確定諸如速度和加速度等量。為此目的可 以獲得多種不同種類的編碼器。增量型磁性編碼器包括安裝在其中一個(gè)機(jī)器零件上的旋轉(zhuǎn)或線性標(biāo)尺，所述標(biāo)尺 具有一系列間隔開的磁性標(biāo)記。讀取頭被安裝至另一機(jī)器零件以便沿著標(biāo)尺通過，從而讀 出所述標(biāo)記并且產(chǎn)生周期的或脈沖的信號(hào)。計(jì)數(shù)器計(jì)算所述周期或者脈沖以便給出位置輸 出。這可以例如被用作位置反饋以便定位控制所述運(yùn)動(dòng)的伺服機(jī)構(gòu)。然而，每當(dāng)從所述裝置去除動(dòng)力時(shí)，增量型編碼器就需要初始化。初始化所述編碼 器需要感測(cè)“原點(diǎn)”或參考點(diǎn)的位置，然后所述“原點(diǎn)”或參考點(diǎn)的位置被用作進(jìn)行后續(xù)位 置測(cè)量的參考(或者原點(diǎn)，或零點(diǎn))。如果所述初始化過程包括誤差，則所有后續(xù)測(cè)量將包 括所述誤差。因此已知給所述標(biāo)尺設(shè)置用于此目的的參考標(biāo)記。期望的是當(dāng)標(biāo)尺被安裝在機(jī)器上時(shí)，用戶能夠選擇沿著標(biāo)尺的參考標(biāo)記的位置。 因此某些已知的編碼器提供了多個(gè)參考標(biāo)記并且允許用戶例如借助外部開關(guān)選擇要用哪 一個(gè)標(biāo)記。然而，設(shè)置所述開關(guān)(以及相關(guān)電子器件)是昂貴的并且不方便的。另一種方法是提供分離的參考標(biāo)記，所述分離的參考標(biāo)記可被用戶在需要時(shí)放置 在標(biāo)尺旁邊。然而，這需要附加的空間，所述空間可能不能獲得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供了一種具有一系列間隔開的周期性磁性標(biāo)記的磁性編碼 器標(biāo)尺，以及用于沿著所述標(biāo)尺定位參考標(biāo)記的施加器或模板，所述施加器或模板具有與所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)磁性標(biāo)記，藉此當(dāng)所述施加器或模板 位于標(biāo)尺上時(shí)其自動(dòng)地相對(duì)于所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記呈限定的相位關(guān)系；以及用于定位或者形成所述參考標(biāo)記的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的第二方面提供了一種施加器或者模板，其與如上述第一方面限定的磁性 編碼器標(biāo)尺一起使用。本發(fā)明的第三方面提供了 一種方法，其應(yīng)用這種施加器或模板將參考標(biāo)示件施加 至磁性編碼器標(biāo)尺。


下面將參照附圖并借助例子描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1顯示了包括標(biāo)尺和讀取頭的編碼器；
圖2是圖1的標(biāo)尺和讀取頭的端部視圖；圖3是用于讀取頭的電子線路的簡(jiǎn)化示意圖；圖4顯示了由所述讀取頭產(chǎn)生的信號(hào)；圖5顯示了施加器模板的第一實(shí)施例；圖6A-6C顯示了施加器模板及其使用方法的第二實(shí)施例；圖7A-7B顯示了用在第二實(shí)施例中的參考標(biāo)示件的構(gòu)造；圖8A-8B顯示了用在第二實(shí)施例中的施加器模板的構(gòu)造；圖9、10和11顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法以及用在所述方法中的施加器模板的第三 實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了磁性增量編碼器，其包括細(xì)長(zhǎng)的標(biāo)尺組件10和讀取頭組件12。正如 本領(lǐng)域公知的，所述標(biāo)尺組件10包括周期性磁化圖案，諸如一系列相對(duì)地細(xì)密間隔開的交 替磁極，所述磁極垂直于所述標(biāo)尺組件的縱向邊緣延伸。沿縱向方向每個(gè)磁極的長(zhǎng)度在圖 1中被標(biāo)示為D，并且可以例如為2毫米。所述標(biāo)尺10適當(dāng)?shù)貫榇艓У男问?。所述磁帶?以具有鋼制基片(未示出)，所述基片上覆蓋有涂膠磁性層，所述磁性層具有帶交替磁極的 磁性圖案。所述基片在其下側(cè)可以具有粘連層用于附接至機(jī)器零件。所述粘連層可以由背 襯層保護(hù)，所述背襯層在使用時(shí)被剝落。這種磁帶在市場(chǎng)上能買到。所述標(biāo)尺組件10被安裝至或緊固至機(jī)器的其中一個(gè)可相對(duì)移動(dòng)零件上，并且所 述讀取頭組件12被安裝或緊固至另一個(gè)零件上，使得它們相對(duì)于彼此沿長(zhǎng)度方向可相對(duì) 移動(dòng)。所述讀取頭具有線路，所述線路響應(yīng)于周期性磁性圖案來提供相對(duì)運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志。同 樣圖1顯示了由諸如軟鐵等磁性材料制成的參考標(biāo)示件兒。如下所述，它僅僅被附接在標(biāo) 尺寬度的一部分上。圖2顯示了標(biāo)尺上方讀取頭組件12的簡(jiǎn)化端部視圖。在圖示實(shí)施例中，讀取頭包 括兩組分離的磁性檢測(cè)器16-1和16-2以及用于信號(hào)調(diào)節(jié)和插入的電子線路18。其中一組 磁性檢測(cè)器16(例如16-1)結(jié)合標(biāo)尺組件10上的標(biāo)尺圖案操作以便以相對(duì)高的精度檢測(cè) 增量相對(duì)運(yùn)動(dòng)。另一組磁性檢測(cè)器(例如16-2)檢測(cè)標(biāo)示件11，所述標(biāo)示件11用來建立絕 對(duì)位置指示的參照物或指針。磁性檢測(cè)器可以用不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，諸如磁阻梯度儀或霍爾 傳感器。下面描述了應(yīng)用磁阻梯度儀的一個(gè)例子。圖3顯示了讀取頭的一個(gè)簡(jiǎn)化電子線路。所述磁阻傳感器16-1和16-2感測(cè)標(biāo)尺組件10上的磁場(chǎng)梯度。信號(hào)調(diào)節(jié)和插入電子器件18放大來自磁阻傳感器16-1的正交正 弦輸入信號(hào)，并且通過已知的插入過程增加測(cè)量分辨率。圖4顯示了所產(chǎn)生的正弦信號(hào)和 參考信號(hào)的信號(hào)圖表。檢測(cè)器16-1產(chǎn)生正弦形狀的增量信號(hào)S1、S2，它們彼此漂移其周期 的1/4。這些被用于后續(xù)插入及計(jì)數(shù)式測(cè)量。檢測(cè)器16-2還產(chǎn)生正弦形狀的增量信號(hào)S3。信號(hào)S3在越過標(biāo)示件11行進(jìn)時(shí)其 相位和幅度被干擾。線路18通過檢測(cè)該干擾而產(chǎn)生參考脈沖。如下所述，所述干擾具有相 對(duì)于信號(hào)Si、S2的固定相位關(guān)系。而且所述線路18借助于來自正弦信號(hào)的數(shù)字正交輸出 來閘門選通所述參考脈沖，使得它僅僅在由傳感器產(chǎn)生的正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)在一個(gè)嚴(yán) 格限定的相位位置(在某些情況下該位置是可編程的)被允許。
由于參考標(biāo)示件11僅僅延伸穿過標(biāo)尺寬度的一部分，所以電子線路18可以將信 號(hào)S3與信號(hào)Si、S2的其中一個(gè)進(jìn)行比較以便確定存在最大相位干擾的位置。這被用來限 定參考脈沖的位置。圖5顯示了用于以固定相位關(guān)系定位標(biāo)尺組件上的標(biāo)示件11的簡(jiǎn)單施加器模板 裝置。所述施加器裝置包括磁條20，磁條20與標(biāo)尺組件10以相同方式磁化，并具有相同的 磁極長(zhǎng)度D。在磁條20中機(jī)械加工凹槽或其它凹部22。標(biāo)示件11的安裝過程如下所述·用戶將磁條20放在標(biāo)尺組件10上，從而所述凹槽22位于用于參考標(biāo)記的合適 位置處。·用戶將參考標(biāo)示件11放在磁條的凹槽22中。 用戶移除磁條20，將標(biāo)示件n留下。標(biāo)示件通過膠水或雙面膠帶被固定在標(biāo)尺 組件的表面上。因?yàn)榇艞l20和標(biāo)尺10的相反磁極，所以磁條自動(dòng)地相對(duì)于標(biāo)尺占據(jù)確定地限定 的相位位置。這確保了凹槽22以及因此標(biāo)示件11具有相對(duì)于周期性磁性標(biāo)尺圖案的合適 的預(yù)定相位位置。因此信號(hào)S3和參考脈沖輸出中產(chǎn)生的干擾具有相對(duì)于信號(hào)Sl和S2的 期望的固定相位關(guān)系。所述參考脈沖是雙向的(即，它對(duì)于讀取頭在標(biāo)尺上的正向和反向 運(yùn)動(dòng)具有相同的相位位置)。圖6、7和8顯示了標(biāo)尺和參考標(biāo)示件的第二實(shí)施例。所述標(biāo)尺30為磁帶的形式， 磁帶具有帶交替磁極的周期性圖案。它可以具有與圖1一樣的市場(chǎng)可獲得的構(gòu)造。施加器 模板32具有類似的周期性磁性圖案，并具有相同的間距。施加器模板32具有L型的形狀， 并且可以從與標(biāo)尺30相同的磁帶上切下。施加器模板的足部33延伸穿過標(biāo)尺30的寬度， 而模板的其余部分具有大約標(biāo)尺寬度的一半。圖6A顯示了在使用期間施加器模板32覆蓋在標(biāo)尺30上，并且與圖5的方式一樣 自動(dòng)地相對(duì)于標(biāo)尺占據(jù)確定地限定的相位位置。接著，如圖6A和6B所示，應(yīng)用施加器模板 32作為引導(dǎo)件，自粘連磁性參考標(biāo)示件34被鋪設(shè)在合適的位置并且被附接至磁帶30。特 別地，所述標(biāo)示件34與足部33毗連以便限定其與標(biāo)尺圖案的相位關(guān)系。最后，如圖6C所 示，所述施加器模板被移除，留下標(biāo)示件。圖7A顯示了參考標(biāo)示件標(biāo)簽34的構(gòu)造。它包括兩個(gè)非磁性(例如塑料)板36， 在所述兩個(gè)板之間設(shè)置由例如軟鐵制造的磁性板38。它們被支撐在雙面膠帶40上，并且標(biāo) 簽42被粘連在合成組件的頂部上。圖7B顯示了最終的標(biāo)示件34。當(dāng)然，其它構(gòu)造也是可 能的。例如，為組裝方便，可以只有在標(biāo)示件34的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸的一塊塑料板36，并且它 可以具有中心孔，更小的軟鐵板38被壓配在所述中心孔中。圖8A和8B顯示了 L型磁性施加器模板32的可能構(gòu)造。它包括由壓花磁性材料 (例如涂膠)制成的L型本體44。它被支撐在塑料帶46的頂部上，所述塑料帶46例如由 特氟龍(聚四氟乙烯，PTFE)制造。在至此描述的實(shí)施例中，標(biāo)示件11、34被附接至標(biāo)尺的表面。如果要求讀取頭在 標(biāo)尺上方具有低的騎跨高度以便例如允許低的子區(qū)分誤差和/或如果標(biāo)尺具有高的分辨 率，這就會(huì)產(chǎn)生問題，原因是必然會(huì)存在大于標(biāo)示件厚度的間隙。因此圖9、10和11描述了 替換例子。
如圖9所示，參考標(biāo)示件不是從單獨(dú)的鐵板形成。相反，它通過從標(biāo)尺50寬度的 一部分移除材料而形成。如果標(biāo)尺由前述帶形成，并且在鋼制基帶上設(shè)置涂膠磁性材料，則 凹部?jī)H切割到涂膠材料中，從而保留凹部52中鋼帶完好無缺。然后將凹部52填充合適的 非磁性材料54，諸如樹脂，如圖10所示。如圖11所示，使用模板56切割凹部。模板具有磁性圖案，該圖案使它與前面實(shí)施 例一樣以確定的相位關(guān)系位于標(biāo)尺50上。該模板具有切口 58，切口 58用于引導(dǎo)銑刀60以 便切削凹部52。如果由標(biāo)尺制造者形成參考標(biāo)示件，則銑刀60的使用是合適的。然而，如果在標(biāo) 尺被安裝在機(jī)器上時(shí)由用戶定位參考標(biāo)示件，則應(yīng)用沖孔形成凹部52更容易。這就移除了 凹部中的涂膠磁性材料，但留下了鋼制基片。再次，模板56被用作引導(dǎo)件以便確保標(biāo)示件 相對(duì)于周期性標(biāo)尺圖案的相位關(guān)系。圖12-15顯示了另一實(shí)施例，其同樣使用了與圖1 一樣的標(biāo)尺10。代替在標(biāo)尺上粘連地設(shè)置參考標(biāo)示件11，或者從標(biāo)尺中切割出參考標(biāo)示件11，該 實(shí)施例中的參考標(biāo)記如圖12所示被提供，其提供方式為進(jìn)一步磁化現(xiàn)有磁極間距的其中 一個(gè)的區(qū)域60中的標(biāo)尺。如前面一樣，這產(chǎn)生了具有干 擾相位的信號(hào)S3，以便限定參考標(biāo) 記的位置。附加的磁性僅僅延伸穿過標(biāo)尺的部分寬度，覆蓋不到寬度的一半，從而如前面一 樣，增量信號(hào)Sl和S2可以被不受干擾地讀取。通過將強(qiáng)磁體(優(yōu)選地為永磁體)擠壓成與區(qū)域60中的標(biāo)尺成磁化關(guān)系(例如 它接觸標(biāo)尺)，提供所述進(jìn)一步的磁化。圖13-15顯示了用于這樣做的一個(gè)施加器。所述施加器包括殼體62，磁體64安裝在殼體62中。磁體通過彈簧66在殼體中被 偏壓。在殼體的下側(cè)，設(shè)置較短的一組磁極，它具有和標(biāo)尺10同樣的間距。和前面一樣，磁 條68由與標(biāo)尺相同的材料制造是便利的。如圖13所示，施加器抵靠標(biāo)尺10放置，并且通過磁條68的相對(duì)磁極與標(biāo)尺的磁 極自對(duì)準(zhǔn)而與其呈預(yù)定相位關(guān)系。接著，如圖14所示，抵抗彈簧66的偏壓，用戶向下推動(dòng)磁體64。這使得磁體接觸 區(qū)域60中的標(biāo)尺，從而形成進(jìn)一步的磁化。如圖所示，磁體的方位使得其與區(qū)域60的現(xiàn)有 磁化強(qiáng)度具有相反極性，從而所述進(jìn)一步的磁化加強(qiáng)了現(xiàn)有的磁化強(qiáng)度。然而，替換地，也 可以具有相同的極性，并且減小或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)有磁化強(qiáng)度。最后，如圖15所示，用戶釋放磁體64，并且它在彈簧66的作用下后退。然后從標(biāo) 尺移除所述施加器。雖然已經(jīng)描述了線性標(biāo)尺，但是本發(fā)明同樣適用于旋轉(zhuǎn)標(biāo)尺。
權(quán)利要求
一種磁性編碼器標(biāo)尺，其具有一系列間隔開的周期性磁性標(biāo)記，連同用于沿著所述標(biāo)尺定位參考標(biāo)記的施加器或模板，所述施加器或模板包括與所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)磁性標(biāo)記，藉此當(dāng)所述施加器或模板位于標(biāo)尺上時(shí)其自動(dòng)地相對(duì)于所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記呈現(xiàn)限定的相位關(guān)系；以及用于定位或者形成所述參考標(biāo)記的結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性編碼器標(biāo)尺，其中所述結(jié)構(gòu)包括所述施加器或模板中的 凹部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性編碼器標(biāo)尺，其中所述施加器或模板是L型的。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的磁性編碼器標(biāo)尺，具有限定所述參考標(biāo)記的參 考標(biāo)示件，所述標(biāo)示件被附接至所述標(biāo)尺的表面。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的磁性編碼器標(biāo)尺，其中所述參考標(biāo)記通過 從所述標(biāo)尺移除材料而形成。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的磁性編碼器標(biāo)尺，其中所述施加器包括磁體，所述 磁體可以移動(dòng)成與所述標(biāo)尺成磁化關(guān)系，以便在所述標(biāo)尺的一個(gè)區(qū)域中提供進(jìn)一步的磁化。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的磁性編碼器標(biāo)尺，其中所述參考標(biāo)記僅延伸穿 過所述標(biāo)尺的寬度的一部分。
8.—種與磁性編碼器標(biāo)尺一起使用的施加器或者模板，所述磁性編碼器標(biāo)尺具有一系 列間隔開的周期性磁性標(biāo)記，所述施加器或模板用于沿著所述標(biāo)尺定位參考標(biāo)記，所述施 加器或模板具有與所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)磁性標(biāo)記，藉此當(dāng)所述施加器或模板位于 標(biāo)尺上時(shí)其自動(dòng)地相對(duì)于所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記呈現(xiàn)限定的相位關(guān)系；以及用于定位或者形成所述參考標(biāo)記的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的施加器或模板，其中所述特征包括所述施加器或模板中的凹部。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的施加器或模板，其中所述施加器或模板是L型的。
11.根據(jù)前面權(quán)利要求8-10中任意一項(xiàng)所述的施加器或模板，具有限定所述參考標(biāo)記 的參考標(biāo)示件，所述標(biāo)示件被附接至所述標(biāo)尺的表面。
12.根據(jù)前面權(quán)利要求8-10中任意一項(xiàng)所述的施加器或模板，用于通過從所述標(biāo)尺移 除材料而弓I導(dǎo)所述參考標(biāo)記的形成。
13.根據(jù)前面權(quán)利要求8-12中任意一項(xiàng)所述的施加器或模板，其中所述施加器包括磁 體，所述磁體可以移動(dòng)成與所述標(biāo)尺成磁化關(guān)系，以便在所述標(biāo)尺的一個(gè)區(qū)域中提供進(jìn)一 步的磁化。
14.一種將參考標(biāo)記施加至磁性編碼器標(biāo)尺的方法，所述磁性編碼器標(biāo)尺具有一系列 間隔開的周期性磁性標(biāo)記，所述方法包括提供施加器或模板，所述施加器或模板具有與所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多 個(gè)磁性標(biāo)記；將所述施加器或模板放置在所述標(biāo)尺上，其中所述施加器或模板的一個(gè)或多個(gè)磁性標(biāo) 記相對(duì)于所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記成限定的相位關(guān)系；以及使用所述施加器或模板的一結(jié)構(gòu)來定位或形成所述參考標(biāo)記。
全文摘要
一種磁性編碼器標(biāo)尺(30)，包括一系列周期性間隔開的磁性標(biāo)記。使用施加器或模板(32)將參考標(biāo)記(34)施加至標(biāo)尺，所述施加器或模板(32)具有用于定位所述參考標(biāo)記的結(jié)構(gòu)(33)。所述施加器或模板(32)包括一個(gè)或多個(gè)與所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記相對(duì)應(yīng)的磁性標(biāo)記，藉此所述施加器或模板在被放置在標(biāo)尺上時(shí)自動(dòng)地相對(duì)于所述周期性標(biāo)尺標(biāo)記呈現(xiàn)限定的相位關(guān)系。所述參考標(biāo)記可以自粘連地附接至所述標(biāo)尺?；蛘咚梢栽谑┘悠骰蚰０宓囊龑?dǎo)下通過從標(biāo)尺移除材料而形成。或者所述施加器可以包括強(qiáng)的永磁體，所述永磁體向標(biāo)尺的一個(gè)區(qū)域施加進(jìn)一步的磁化。
文檔編號(hào)G01D5/14GK101836086SQ200880113001
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日
發(fā)明者哈內(nèi)斯·諾瓦克, 布蘭科·茨韋特科維奇 申請(qǐng)人:Rls梅里那技術(shù)公司;瑞尼斯豪公司