專利名稱：旋轉(zhuǎn)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種旋轉(zhuǎn)編碼器。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)編碼器通常用作運(yùn)動(dòng)控制中對(duì)需驅(qū)動(dòng)的物體的位置或速度進(jìn)行檢測(cè)的裝置，例如機(jī)床，F(xiàn)A(生產(chǎn)自動(dòng)化)設(shè)備或OA(辦公自動(dòng)化)設(shè)備。旋轉(zhuǎn)編碼器一般包括一個(gè)與編碼器所檢測(cè)的物體的旋轉(zhuǎn)主體相連接的信號(hào)發(fā)生器，例如驅(qū)動(dòng)源的旋轉(zhuǎn)輸出軸，還包括信號(hào)傳感器，用來感應(yīng)由于信號(hào)發(fā)生器和旋轉(zhuǎn)主體一起旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的信號(hào)。
一般的信號(hào)發(fā)生器是圓盤形或圓柱形構(gòu)件，有著圓形外表面和軸向端面，并且同軸地固定到旋轉(zhuǎn)主體上。信號(hào)發(fā)生器的圓形外表面或軸向端面上有一個(gè)信號(hào)發(fā)生元件，能夠根據(jù)信號(hào)發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生出周期性信號(hào)。信號(hào)傳感器固定安裝在非常接近但并未接觸到信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)發(fā)生元件的位置上。一般使用磁系統(tǒng)或光學(xué)系統(tǒng)作為信號(hào)傳感系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)編碼器中，曾經(jīng)有建議提出用多種信號(hào)類型表示輸出的相互不同的波形。例如，日本未審專利公開文本(Kokai)No.8-178692(JP8-178692)公開了一種旋轉(zhuǎn)編碼器，它包括一個(gè)固定在旋轉(zhuǎn)軸上的圓柱形磁性介質(zhì)(信號(hào)發(fā)生器)，在其圓形外表面上形成了具有不同間距(pitch)的磁極陣列的多個(gè)磁道(信號(hào)發(fā)生元件)，磁感應(yīng)器(信號(hào)傳感器)背對(duì)各個(gè)磁道安裝。JP8-178692A也公開了一種旋轉(zhuǎn)編碼器，它包括了多個(gè)盤狀的外直徑不等的磁性介質(zhì)，在其各個(gè)圓形外表面上形成了具有相同間距的磁極陣列的磁道，磁性介質(zhì)固定在共用的旋轉(zhuǎn)軸上，而磁感應(yīng)器背對(duì)各個(gè)磁道安裝。這兩種結(jié)構(gòu)中都能夠在單次旋轉(zhuǎn)中同時(shí)得到多種類型具有不同脈沖數(shù)的輸出信號(hào)。
日本未審專利公開文本(Kokai)No.2002-228485(JP2002-228485A)公開了一種旋轉(zhuǎn)編碼器，其中磁鼓(信號(hào)發(fā)生器)的圓形外表面上形成了有著磁化圖案的磁道(信號(hào)發(fā)生元件)，于是在磁道間就產(chǎn)生了磁化圖案的相位差，磁感應(yīng)器(信號(hào)傳感器)的多個(gè)MR(磁阻)器件線性排列在與磁鼓旋轉(zhuǎn)方向垂直的方向上，這樣就可同時(shí)輸出具有相位差的多種類型的輸出信號(hào)。這種旋轉(zhuǎn)編碼器即使改變了磁鼓上磁化圖案的間距，也能使用相同的磁傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
此處，一般來說旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測(cè)精確度(或分辨率)和信號(hào)發(fā)生器單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)成正相關(guān)，因此增加每個(gè)單位旋轉(zhuǎn)中信號(hào)循環(huán)數(shù)就能提高檢測(cè)精確度。為了增加每個(gè)單位旋轉(zhuǎn)中的信號(hào)循環(huán)數(shù)，減少信號(hào)發(fā)生間距(例如磁化圖案的間距)，同時(shí)不改變信號(hào)發(fā)生元件的環(huán)形磁道的直徑大小(例如信號(hào)發(fā)生器的外徑)，這種方法是很有效的，或者增加環(huán)形磁道的直徑大小同時(shí)不改變信號(hào)發(fā)生間距。
但是，如果增加了信號(hào)發(fā)生元件環(huán)形磁道的直徑大小，信號(hào)發(fā)生器的外徑也相應(yīng)地增加了。而如果增加了信號(hào)發(fā)生器的外徑，為了確保能放置信號(hào)發(fā)生器的空間，就需要改變旋轉(zhuǎn)編碼器其它器件的位置(例如信號(hào)傳感器)。這種情況產(chǎn)生的問題是對(duì)于旋轉(zhuǎn)編碼器和/或編碼器內(nèi)的設(shè)備所需的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)精確度和高精確度，要進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這個(gè)問題認(rèn)為是信號(hào)傳感器位置的問題，尤其是提供一組包括標(biāo)準(zhǔn)精確度和高精確度的旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)置成信號(hào)發(fā)生元件位于信號(hào)發(fā)生器的圓形外表面上。
上面的內(nèi)容中，JP8-178692A中描述的旋轉(zhuǎn)編碼器在一個(gè)圓柱形磁鼓的圓形外表面上提供了兩個(gè)磁道，能夠產(chǎn)生用于標(biāo)準(zhǔn)精確度和高精確度的不同波形的信號(hào)。但實(shí)際中有特定應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)編碼器，有時(shí)不需要兩種分辨率。這種應(yīng)用中，未使用的信號(hào)就冗余了，另外由于增加了磁道，產(chǎn)生了例如增加了磁性介質(zhì)的制造成本和磁性介質(zhì)軸向尺寸增加的問題。
同樣，JP2002-228485A中描述的旋轉(zhuǎn)編碼器能夠改變磁鼓上磁化圖案的間距，而不需改變磁感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)。但當(dāng)必須改變磁鼓的外直徑時(shí)，也需要改變磁感應(yīng)器的位置。因此在這種設(shè)置下對(duì)于旋轉(zhuǎn)編碼器和/或編碼器內(nèi)的設(shè)備所需的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)精確度和高精確度，也要進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明中需要注意的是，短語“信號(hào)循環(huán)數(shù)”意思是一個(gè)信號(hào)中單周期波形的數(shù)量，其中信號(hào)可以為任意波形，如正弦波，矩形波或脈沖等等。本發(fā)明中還需要注意的是，術(shù)語“信號(hào)間隔”意思是兩個(gè)相鄰的“信號(hào)循環(huán)”(或單周期波形)中兩個(gè)相同相位點(diǎn)間的間隔時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是使用一組不同檢測(cè)精確度或分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器時(shí)，能夠很容易的根據(jù)需求提供不同分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器，而不用改變旋轉(zhuǎn)編碼器和/或編碼器內(nèi)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明提供了一個(gè)用于旋轉(zhuǎn)編碼器的工具箱，包括用于生成各種不同的信號(hào)的多個(gè)信號(hào)發(fā)生器，任一個(gè)選擇出的信號(hào)發(fā)生器都以可更換的方式附著在旋轉(zhuǎn)主體上；以及一個(gè)信號(hào)傳感器，安裝在非常接近于附著在旋轉(zhuǎn)主體上的選定信號(hào)發(fā)生器的位置上，用來檢測(cè)由信號(hào)發(fā)生器旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的信號(hào)；其中多個(gè)信號(hào)發(fā)生器在各個(gè)信號(hào)發(fā)生器單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔都各不相同，而信號(hào)循環(huán)數(shù)乘以信號(hào)間隔的乘積是大致相等的。
旋轉(zhuǎn)編碼器的上述工具箱中，各個(gè)信號(hào)發(fā)生器可為具有圓形外表面的圓盤形，其中用來產(chǎn)生信號(hào)的信號(hào)發(fā)生元件設(shè)置在各個(gè)信號(hào)發(fā)生器的圓形外表面上。
這種情況下，信號(hào)發(fā)生器的外徑一般都是相等的。
同樣，各個(gè)信號(hào)發(fā)生器也可是具有圓形內(nèi)表面的環(huán)形構(gòu)件，其中將每個(gè)信號(hào)發(fā)生器可拆卸地附著在旋轉(zhuǎn)主體上的附著部分可設(shè)置在圓形內(nèi)表面上。
這種情況下，多個(gè)信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)徑一般都是相等的。
另外，各個(gè)信號(hào)發(fā)生器包括由至少一個(gè)齒構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生元件。
可選地，各個(gè)信號(hào)發(fā)生器也可以包括由至少一個(gè)磁化圖案構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生元件。
本發(fā)明還提供了一種旋轉(zhuǎn)編碼器，包括用來產(chǎn)生第一種信號(hào)的第一信號(hào)發(fā)生器，第一信號(hào)發(fā)生器能夠附著在旋轉(zhuǎn)主體上，且可更換為用來產(chǎn)生不同于第一種信號(hào)的第二種信號(hào)的第二信號(hào)發(fā)生器；以及一個(gè)信號(hào)傳感器，設(shè)置在非常接近于附著在旋轉(zhuǎn)主體上的第一信號(hào)發(fā)生器的位置上，用來檢測(cè)由第一信號(hào)發(fā)生器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的第一種信號(hào)；其中第一信號(hào)發(fā)生器在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔都與第二信號(hào)發(fā)生器在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔不同，而第一種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)乘以信號(hào)間隔的乘積大致等于第二種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)乘以信號(hào)間隔的乘積。


本發(fā)明的上述目標(biāo)和其他目標(biāo)以及特征和優(yōu)點(diǎn)在下面帶有附圖的優(yōu)選實(shí)施例的描述中更加明顯，其中圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)編碼器及它的工具箱的示意圖；圖2A是圖1中的編碼器的一個(gè)例子中使用的第一信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)發(fā)生元件的示意圖；圖2B是圖1中的編碼器的一個(gè)例子中使用的第二信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)發(fā)生元件的示意圖；圖3A是圖1中的編碼器的另一個(gè)例子中使用的第一信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)發(fā)生元件的示意圖；圖3B是圖1中的編碼器的另一個(gè)例子中使用的第二信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)發(fā)生元件的示意圖；圖4是信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行修正了的示意圖；圖5A和圖5B顯示了包括帶有多個(gè)齒作為信號(hào)發(fā)生元件的信號(hào)發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)檢測(cè)原理的示意圖；圖6是示出了包括帶有多個(gè)磁化圖案作為信號(hào)發(fā)生元件的信號(hào)發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)檢測(cè)原理的示意圖；圖7是圖1中的旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)傳感器在一個(gè)實(shí)施例中檢測(cè)到的信號(hào)曲線的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖中，相同或相似的元件用共同的附圖標(biāo)記來表示。
參照附圖，圖1示意性地表示了依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)編碼器10及工具箱12，旋轉(zhuǎn)編碼器10包括產(chǎn)生第一種信號(hào)的第一信號(hào)發(fā)生器14，以及信號(hào)傳感器16，用來檢測(cè)由于第一信號(hào)發(fā)生器14旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的信號(hào)。第一信號(hào)發(fā)生器14是圓盤型構(gòu)件，具有圓形外表面14a和軸向端面14b，并且與編碼器所檢測(cè)物體同軸地固定到旋轉(zhuǎn)主體18上，例如驅(qū)動(dòng)部分的旋轉(zhuǎn)輸出軸。第一信號(hào)發(fā)生器14的圓形外表面14a上是一個(gè)信號(hào)發(fā)生元件20，能夠根據(jù)第一信號(hào)發(fā)生器14的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生周期性的第一種信號(hào)。信號(hào)傳感器16固定安裝在非常接近但并未接觸到附著在旋轉(zhuǎn)主體18上的第一信號(hào)發(fā)生器14的第一信號(hào)發(fā)生元件20的位置上，當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)發(fā)生器14和旋轉(zhuǎn)主體18一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，依據(jù)信號(hào)發(fā)生元件20在一個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)發(fā)生間距檢測(cè)到以周期波形產(chǎn)生的第一種信號(hào)。
第一信號(hào)發(fā)生器14可拆卸地附著在目標(biāo)旋轉(zhuǎn)主體18上，并且可更換為用于產(chǎn)生不同于第一種信號(hào)的第二種信號(hào)的第二信號(hào)發(fā)生器22。第二信號(hào)發(fā)生器22是圓盤型構(gòu)件，具有圓形外表面22a和軸向端面22b，并且同軸地固定到目標(biāo)旋轉(zhuǎn)主體18上，替代了第一信號(hào)發(fā)生器14。第二信號(hào)發(fā)生器22的圓形外表面22a上設(shè)置了一個(gè)信號(hào)發(fā)生元件24，能夠根據(jù)第二信號(hào)發(fā)生器22的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生周期性的第二種信號(hào)。信號(hào)傳感器16固定安裝在非常接近但并未接觸到附著在旋轉(zhuǎn)主體18上的第二信號(hào)發(fā)生器22的第二信號(hào)發(fā)生元件24的位置上，當(dāng)?shù)诙盘?hào)發(fā)生器22和旋轉(zhuǎn)主體18一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，依據(jù)信號(hào)發(fā)生元件24在一個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)發(fā)生間距檢測(cè)到以周期波形(與第一種信號(hào)的波形不同)產(chǎn)生的第二種信號(hào)。
另外，第一信號(hào)發(fā)生器14可更換為用于產(chǎn)生不同于第一種信號(hào)和第二種信號(hào)的第三種信號(hào)的第三信號(hào)發(fā)生器26。第三信號(hào)發(fā)生器26是圓盤型構(gòu)件，具有圓形外表面26a和軸向端面26b，并且同軸地固定在目標(biāo)旋轉(zhuǎn)主體18上，替代了第一信號(hào)發(fā)生器14。第三信號(hào)發(fā)生器26的圓形外表面26a上是一個(gè)信號(hào)發(fā)生元件28，能夠根據(jù)第三信號(hào)發(fā)生器26的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生周期性的第三種信號(hào)。信號(hào)傳感器16固定安裝在非常接近但并未接觸到附著在旋轉(zhuǎn)主體18上的第三信號(hào)發(fā)生器26的第三信號(hào)發(fā)生元件28的位置上，當(dāng)?shù)谌盘?hào)發(fā)生器26和旋轉(zhuǎn)主體18一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，依據(jù)信號(hào)發(fā)生元件28在一個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)發(fā)生間距檢測(cè)到以周期波形(與第一種和第二種信號(hào)的波形不同)產(chǎn)生的第三種信號(hào)。
旋轉(zhuǎn)編碼器10的工具箱12由前面具有上述相關(guān)性的多個(gè)信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...構(gòu)成。
旋轉(zhuǎn)編碼器10采用了磁信號(hào)傳感系統(tǒng)，下面將參照?qǐng)D5A到圖6進(jìn)行描述。需要注意的是本發(fā)明沒有把信號(hào)傳感系統(tǒng)限定為磁類型，也可采用其他信號(hào)傳感系統(tǒng)例如光學(xué)類型。同樣，也可以把圓形外表面上的帶有信號(hào)發(fā)生元件20，24，28，...的信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...替換為帶有信號(hào)發(fā)生元件的軸向端面上的信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...。
磁信號(hào)傳感系統(tǒng)中，每個(gè)信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...包括一個(gè)磁通密度調(diào)節(jié)元件，例如至少一個(gè)齒或至少一個(gè)磁化圖案，作為軸向端面上的信號(hào)發(fā)生元件20，24，28，...。至少一個(gè)齒作為信號(hào)發(fā)生元件20，24，28，...的信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)鐵磁性材料構(gòu)成的齒輪形構(gòu)件，例如包括了沿著圓形外表面的規(guī)則間距的齒陣列。具有至少一個(gè)磁化圖案作為信號(hào)發(fā)生元件的信號(hào)發(fā)生器由非磁材料構(gòu)成，包括沿著圓形外表面形成的環(huán)形磁薄膜，例如包括了規(guī)則間距的磁化圖案陣列。信號(hào)傳感器16的磁傳感元件，例如MR元件，位于背對(duì)齒或磁化圖案構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生元件的方向上。
圖5A和5B顯示了旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)傳感原理，包括了使用多個(gè)齒30作為信號(hào)發(fā)生元件的信號(hào)發(fā)生器。本例中，齒30以規(guī)則間距形成在信號(hào)發(fā)生器的圓形外表面上。信號(hào)傳感器16包括圖示中的磁傳感元件16a和偏磁16b。
圖5A示出了相鄰齒30的槽面(bottom land)在信號(hào)發(fā)生器特定的旋轉(zhuǎn)位置處背對(duì)信號(hào)傳感器16的磁傳感元件16a的狀態(tài)。在該旋轉(zhuǎn)位置處，偏磁16b產(chǎn)生的磁通量Φ通過磁傳感元件16a的磁通密度相當(dāng)?shù)?，這樣就減弱了磁傳感元件16a檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度。另一方面，圖5B示出了齒的脊面在信號(hào)發(fā)生器的另一個(gè)旋轉(zhuǎn)位置處背對(duì)信號(hào)傳感器16的磁傳感元件16a的狀態(tài)。在該旋轉(zhuǎn)位置處，偏磁16b產(chǎn)生的磁通量Φ通過磁傳感元件16a的磁通密度相當(dāng)高，這樣就增強(qiáng)了磁傳感元件16a檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度。
因此，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過磁傳感元件16a的磁通密度由于齒陣列的運(yùn)動(dòng)(以箭頭a的方向運(yùn)動(dòng))，根據(jù)齒30的間距，以特定周期增加或減少。磁傳感元件16a檢測(cè)到磁通密度的改變，將其轉(zhuǎn)換為電壓形式的改變，也就是圖7中所示的正弦波。由此引起的電壓的改變與齒30的間距一致，這樣旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)信號(hào)發(fā)生器的齒30的間距輸出信號(hào)(例如矩形脈沖信號(hào)或正弦波信號(hào))。
圖6顯示了包括多個(gè)磁化圖案32作為信號(hào)發(fā)生元件的信號(hào)發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)傳感原理。本例中，磁化圖案32以規(guī)則間距在敷設(shè)在信號(hào)發(fā)生器的圓形外表面上的磁薄膜34中形成。磁傳感元件16a檢測(cè)到磁通密度的改變，由于磁化圖案32的運(yùn)動(dòng)(以箭頭a的方向運(yùn)動(dòng))，根據(jù)磁化圖案32的間距，以特定周期而增加或減少，將其轉(zhuǎn)換為電壓形式的改變，例如圖7中所示的正弦波。電壓的改變與磁化圖案32的間距一致。
依照上述原理，圖1中所示的旋轉(zhuǎn)編碼器10由信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...中的任一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)在單位旋轉(zhuǎn)中具有預(yù)設(shè)信號(hào)循環(huán)數(shù)(脈沖或峰值)和預(yù)設(shè)信號(hào)間隔(脈沖間隔或峰值間隔)的周期性信號(hào)，并將信號(hào)傳感器檢測(cè)到的這個(gè)周期性信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)以脈沖或正弦波的形式輸出到編碼器內(nèi)設(shè)備的控制部分。因此，旋轉(zhuǎn)主體18的旋轉(zhuǎn)位置和/或旋轉(zhuǎn)頻率被檢測(cè)到，隨之確定了編碼器內(nèi)設(shè)備的當(dāng)前位置和/或驅(qū)動(dòng)部分的移動(dòng)速度。
旋轉(zhuǎn)編碼器10和它的工具箱12中，第一信號(hào)發(fā)生器14在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第一種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔與第二信號(hào)發(fā)生器22在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第二種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔不相同，而第一種信號(hào)在每單位旋轉(zhuǎn)內(nèi)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積一般與第二種信號(hào)在每單位旋轉(zhuǎn)內(nèi)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積相等，這是本發(fā)明的一個(gè)區(qū)別特征。同樣，第一信號(hào)發(fā)生器14在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第一種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔與第三信號(hào)發(fā)生器26在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第三種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔不同，而第一種信號(hào)在每單位旋轉(zhuǎn)內(nèi)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積一般與第三種信號(hào)在每單位旋轉(zhuǎn)內(nèi)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積相等。換句話說，組成工具箱12的多個(gè)信號(hào)發(fā)生器在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔都各自不等，但這些信號(hào)每單位循環(huán)中的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積是大致相等的。
第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的關(guān)系將參照?qǐng)D2A到圖3B中的例子進(jìn)行描述。其中，圖2A和2B闡釋的例子表明第一和第二信號(hào)發(fā)生器上的信號(hào)發(fā)生元件20，24包含了多個(gè)齒30，圖3A和3B闡釋的例子表明第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22上的信號(hào)發(fā)生元件20，24包含了多個(gè)磁化圖案32。
第一信號(hào)發(fā)生器14上的信號(hào)發(fā)生元件20，如果如圖2A所示，每單位旋轉(zhuǎn)的齒數(shù)(即每單位旋轉(zhuǎn)的總齒數(shù))用“n”表示，相鄰齒30間的間距用“p”表示，第一信號(hào)發(fā)生器14每單位旋轉(zhuǎn)中信號(hào)發(fā)生元件20產(chǎn)生的第一種信號(hào)有一個(gè)信號(hào)間隔(或峰值間隔)“q”以及信號(hào)循環(huán)數(shù)(或峰值)“n”(例如在圖7中所示的曲線S1)。因此，第一信號(hào)發(fā)生器14每單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第一種信號(hào)S1的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積就是“n×q”。
另一方面，第二信號(hào)發(fā)生器22上的信號(hào)發(fā)生元件24，如果如圖2B所示，每單位旋轉(zhuǎn)的齒數(shù)(即每單位旋轉(zhuǎn)的總齒數(shù))用“2n”表示，相鄰齒30間的間距用“p/2”表示，第二信號(hào)發(fā)生器22每單位旋轉(zhuǎn)中信號(hào)發(fā)生元件24產(chǎn)生的第二種信號(hào)有一個(gè)信號(hào)間隔(或峰值間隔)“q/2”以及信號(hào)循環(huán)數(shù)(或峰值)“2n”(例如在圖7中所示的曲線S2)。因此，第二信號(hào)發(fā)生器22每單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第二種信號(hào)S2的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積就是“2n×q/2＝n×q”。
因此在上述設(shè)置中，第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22每單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第一種和第二種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積是相等的數(shù)值“n×q”。
其中，第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22的總齒數(shù)乘以齒間距的乘積是相等的數(shù)值“n×p”。該值“np”對(duì)應(yīng)于第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22的圓形外表面14a，22a(圖1)的總周長(zhǎng)，其上有第一和第二信號(hào)發(fā)生元件20，24。因此，數(shù)值“np”相等的第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22各自的圓形外表面14a，22a的直徑(直徑L)也是相等的。換句話說，第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第一和第二信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)乘以信號(hào)間隔的乘積“nq”相等，外徑D1(圖1)也是相等的。
類似的，第一信號(hào)發(fā)生器14上的信號(hào)發(fā)生元件20，如果如圖3A所示，每單位旋轉(zhuǎn)的磁化圖案數(shù)(即每單位旋轉(zhuǎn)的總磁化圖案數(shù))用“n”表示，相鄰磁化圖案32間的間距用“p”表示，第一信號(hào)發(fā)生器14每單位旋轉(zhuǎn)中信號(hào)發(fā)生元件20產(chǎn)生的第一種信號(hào)有一個(gè)信號(hào)間隔(或峰值間隔)“q”以及信號(hào)循環(huán)數(shù)(或峰值)“n”(例如在圖7中所示的曲線S1)。因此，第一信號(hào)發(fā)生器14每單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第一種信號(hào)S1的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積就是“n×q”。
另一方面，第二信號(hào)發(fā)生器22上的信號(hào)發(fā)生元件24，如果如圖3B所示，每單位旋轉(zhuǎn)的磁化圖案數(shù)(即每單位旋轉(zhuǎn)的總磁化圖案數(shù))用“2n”表示，相鄰磁化圖案32間的間距用“p/2”表示，第二信號(hào)發(fā)生器22每單位旋轉(zhuǎn)中信號(hào)發(fā)生元件24產(chǎn)生的第二種信號(hào)有一個(gè)信號(hào)間隔(或峰值間隔)“q/2”以及信號(hào)循環(huán)數(shù)(或峰值)“2n”(例如在圖7中所示的曲線S2)。因此，第二信號(hào)發(fā)生器22每單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第二種信號(hào)S2的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積就是“2n×q/2＝n×q”。
因此在上述設(shè)置中，第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22每單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的第一種和第二種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積是相等的數(shù)值“n×q”。另外，第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22的總磁化圖案數(shù)乘以磁化圖案間距的乘積是相等的數(shù)值“n×p”。該值“np”對(duì)應(yīng)于第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22的圓形外表面14a，22a(圖1)的總周長(zhǎng)，其上有第一和第二信號(hào)發(fā)生元件20，24。因此，同樣在該設(shè)置下，第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22也有相同的外徑D1(圖1)。
旋轉(zhuǎn)編碼器10中，如果第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22的外徑D1是相等的，就可以在第一和第二信號(hào)發(fā)生器14，22中的任一個(gè)附著在旋轉(zhuǎn)主體18上時(shí)，無需改變信號(hào)傳感器16的位置，就可在信號(hào)發(fā)生元件20，24間保持一定的距離，且固定了信號(hào)傳感器16(磁感應(yīng)元件16a)。因此旋轉(zhuǎn)編碼器10和它的工具箱12中，多個(gè)信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔都各自不等，但信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積是大致相等的，用于編碼器10中對(duì)應(yīng)于多個(gè)可采用的精確度(分辨率)的一組器件，并且可根據(jù)所要求的檢測(cè)精確度，從這組器件中選擇一個(gè)所需的信號(hào)發(fā)生器，將其附著在旋轉(zhuǎn)主體18上來使用。其中，信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...的外徑各自相等，這樣可以很容易地根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)不同分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器10，而不需改變旋轉(zhuǎn)編碼器10和/或編碼器內(nèi)的設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外，根據(jù)要求的檢測(cè)精確度，信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...中只有一個(gè)附著在旋轉(zhuǎn)主體18上，由此能夠防止信號(hào)發(fā)生器沿旋轉(zhuǎn)軸向上尺寸的增加，并因此便于減少旋轉(zhuǎn)編碼器10和/或編碼器內(nèi)設(shè)備的尺寸。
實(shí)際中需要注意的是多個(gè)信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...中可能會(huì)有外徑D1的偏差或未對(duì)準(zhǔn)，原因是生產(chǎn)過程中或?qū)⑵涓街谛D(zhuǎn)主體18上時(shí)產(chǎn)生的誤差。該偏差或未對(duì)準(zhǔn)性會(huì)影響信號(hào)傳感器16檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度，但如果此影響是在預(yù)定容限內(nèi)是可以采用的。本發(fā)明中，各個(gè)信號(hào)發(fā)生器在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積彼此“大致相等”的特征意味著信號(hào)發(fā)生器的未對(duì)準(zhǔn)或外徑偏差是在預(yù)定容限內(nèi)的。
旋轉(zhuǎn)編碼器10和它的工具箱12中，各個(gè)信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...也可是環(huán)型構(gòu)件，具有圓形內(nèi)表面14c，22c，26c，...(圖1)。這種設(shè)置下，圓形內(nèi)表面14c，22c，26c，...組成了一個(gè)附著部分(圖示實(shí)施例中的通孔)，用來把每個(gè)環(huán)型構(gòu)件形式的信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...以可拆卸的方式附著在需檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)主體18上。另外，多個(gè)信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...的圓形內(nèi)表面14c，22c，26c，...的直徑也是大致相等的(即圖1中所示的內(nèi)徑D2)。這種設(shè)置可以很容易地把信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...中所需的一個(gè)以同軸方式的附著在要檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)主體18上，而不用為了支持信號(hào)發(fā)生器去改變旋轉(zhuǎn)主體18上附著部分的結(jié)構(gòu)或大小。
作為把各個(gè)信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...附著在旋轉(zhuǎn)主體18上的附著部分，也可使用部分支撐旋轉(zhuǎn)主體18頂端的底孔或沒有支撐孔的結(jié)構(gòu)(參見圖4)，來代替圖示出圓形內(nèi)表面14c，22c，26c，...所確定的通孔。不同的系統(tǒng)，例如螺栓連接，也可用作固定系統(tǒng)。不管什么情況，除了可把信號(hào)發(fā)生元件20，24，28，...設(shè)置成互不相同之外，多個(gè)信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...的結(jié)構(gòu)和大小實(shí)質(zhì)上都是相同的。
另外，信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...也可設(shè)計(jì)成在軸向端面14b，22b，26b，...上設(shè)置信號(hào)發(fā)生元件，由于信號(hào)發(fā)生元件20，24，28，...的上述特征(即相關(guān)性)，信號(hào)發(fā)生器14，22，26，...的軸向端面14b，22b，26b，...上形成的信號(hào)發(fā)生元件構(gòu)成環(huán)形區(qū)域的直徑“L”也是大致相等的。同樣在該設(shè)置下，也可很容易地根據(jù)要求提供不同分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器10，而不需改變旋轉(zhuǎn)編碼器10和/或編碼器內(nèi)的設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
由于本發(fā)明參照了特定的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解在此進(jìn)行不同的更改和修正未超出下列權(quán)利要求所確定的主旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)編碼器的工具箱，包括用來產(chǎn)生互不相同的信號(hào)的多個(gè)信號(hào)發(fā)生器，上述信號(hào)發(fā)生器中所選出的任一個(gè)能夠以可更換的方式附著在旋轉(zhuǎn)主體上；以及信號(hào)傳感器，設(shè)置在非常接近于所選定的、并且附著在旋轉(zhuǎn)主體上的信號(hào)發(fā)生器的位置，用于檢測(cè)因上述信號(hào)發(fā)生器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的信號(hào)；其中上述多個(gè)信號(hào)發(fā)生器分別以這樣的方式被構(gòu)成，使得各個(gè)信號(hào)發(fā)生器在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔都各不相同，但這些信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積是大致相等的。
2.如權(quán)利要求1中所述的用于旋轉(zhuǎn)編碼器的工具箱，其特征在于上述多個(gè)信號(hào)發(fā)生器是具有圓形外表面的圓盤型構(gòu)件，其中用來產(chǎn)生上述信號(hào)的信號(hào)發(fā)生元件設(shè)置在各個(gè)信號(hào)發(fā)生器的圓形外表面上。
3.如權(quán)利要求2中所述的用于旋轉(zhuǎn)編碼器的工具箱，其特征在于上述多個(gè)信號(hào)發(fā)生器的外徑是大致相等的。
4.如權(quán)利要求1中所述的用于旋轉(zhuǎn)編碼器的工具箱，其特征在于上述每個(gè)信號(hào)發(fā)生器是具有圓形內(nèi)表面的環(huán)型構(gòu)件，其中在上述圓形內(nèi)表面中設(shè)置了將每個(gè)信號(hào)發(fā)生器以可拆卸的方式附著在旋轉(zhuǎn)主體上的附著部分。
5.如權(quán)利要求4中所述的用于旋轉(zhuǎn)編碼器的工具箱，其特征在于上述多個(gè)信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)徑是大致相等的。
6.如權(quán)利要求1中所述的用于旋轉(zhuǎn)編碼器的工具箱，其特征在于上述每個(gè)信號(hào)發(fā)生器包括一個(gè)由至少一個(gè)齒構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生元件。
7.如權(quán)利要求1中所述的用于旋轉(zhuǎn)編碼器的工具箱，其特征在于上述每個(gè)信號(hào)發(fā)生器包括一個(gè)由至少一個(gè)磁化圖案構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生元件。
8.一種旋轉(zhuǎn)編碼器，包括用于產(chǎn)生第一種信號(hào)的第一信號(hào)發(fā)生器，上述第一信號(hào)發(fā)生器能附著在旋轉(zhuǎn)主體上，并且可更換為用來產(chǎn)生不同于第一種信號(hào)的第二種信號(hào)的第二信號(hào)發(fā)生器；以及信號(hào)傳感器，設(shè)置在非常接近于附著在旋轉(zhuǎn)主體上的上述第一信號(hào)發(fā)生器的位置，用于檢測(cè)因上述第一信號(hào)發(fā)生器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的第一種信號(hào)；其中上述第一信號(hào)發(fā)生器以這樣的方式被構(gòu)成，使得其在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的所述第一種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔與上述第二信號(hào)發(fā)生器在單位旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的所述第二種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔不同，而第一種信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積與第二種信號(hào)旋轉(zhuǎn)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積大致相等。
全文摘要
旋轉(zhuǎn)編碼器及它的工具箱，旋轉(zhuǎn)編碼器的工具箱包括用來產(chǎn)生互不相同的信號(hào)的多個(gè)信號(hào)發(fā)生器，上述信號(hào)發(fā)生器中所選出的任一個(gè)能夠以可更換的方式附著在旋轉(zhuǎn)主體上；信號(hào)傳感器，設(shè)置在非常接近于所選出的、且附著在旋轉(zhuǎn)主體上的信號(hào)發(fā)生器的位置，用于檢測(cè)因上述信號(hào)發(fā)生器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的信號(hào)。多個(gè)信號(hào)發(fā)生器單位旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔都各自不等，但這些信號(hào)的信號(hào)循環(huán)數(shù)和信號(hào)間隔的乘積是大致相等的。多個(gè)信號(hào)發(fā)生器是具有圓形外表面的圓盤型構(gòu)件，其中用來產(chǎn)生信號(hào)的信號(hào)發(fā)生元件設(shè)置在各個(gè)信號(hào)發(fā)生器的圓形外表面上。該設(shè)置下，各個(gè)信號(hào)發(fā)生器的外徑是大致相等的。
文檔編號(hào)G01D5/244GK1542410SQ20041000674
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者谷口滿幸, 今井圭介, 長(zhǎng)友一郎, 介, 郎 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社