[发明专利]位置编码器

说明书

一线性编码器具有一静止部件及一运动部件，并且测量及编码在所述静止部件及所述运动部件之间沿着一线性范围的一相对位移。所述编码器包括多个机器敏感元件，以一预定图案布置在所述多个部件的其中一个上；及多个均匀放置的传感器，沿着所述其他部件沿着整个所述线性范围，从而测量及编码所述位移。所述编码器可以是一绝对编码器，并且可以基于磁性或光学或任何其他类型的感测。

技术领域

本发明，在一些实施例中，涉及一种位置编码器，更具体地但不限于，涉及与一马达，例如一线性马达，相关联使用的一种编码器，并且应用于一磁性绝对线性编码器。

背景技术

在例如用于工具机及工业机器人的线性伺服马达的设备中，定位准确度需要超过加工准确度。用于例如半导体芯片制造的应用的加工技术需要不断提高加工准确度，因此所需的定位准确度也在提高。为了进行高准确度定位，需要一种精确的位置测量装置，并提供线性编码器以满足定位要求。

一种线性编码器是一传感器、换能器或读取磁头，与编码位置的一刻度或图案配对。所述传感器读取所述刻度以将编码位置转换为一模拟或数字信号，然后可以通过一数字读出头(DRO)、驱动器或运动控制器将其解码到一个位置。传统上，所述刻度在待测量的一轨迹的整个长度上延伸，所述传感器在测量位置的所述刻度上移动。大多数可用的线性编码器提供一DRO头与所述移动元件固定，提供数字或模拟信号，所述信号通过电缆传输到驱动器或运动控制器。相同的电缆也用于为所述DRO处理电子设备提供电能。因此，所述电缆在一端固定到所述驱动器，并且在其另一端与所述移动元件一起移动。所述移动元件通常执行高速运动循环，因此所述移动电缆是系统故障的一主要因素。

所述编码器可以是增量式或绝对式。所述增量编码器能够在通电时检测相对于其初始位置的运动，而所述绝对编码器能够测量实际位置。线性编码器技术可以基于例如光学、磁性、电感、电容及涡流感测。要被感测的元件被布置为由可由所述感测元件感测的任何东西组成的一刻度，包含一光学刻度、一磁性刻度、一电感刻度、一电容刻度及能够在感测线圈中感应涡流的一刻度。美国专利6492911及7126495讨论了电容线性编码器。在前者中，图32示出了一静止刻度，并且图33B给出了一形状。所引用技术的所述电容编码器给出一模拟信号图案。线性编码器用于例如计量仪器，运动系统及高精度工具机以及制造设备，从数字卡尺及坐标测量机到平台，CNC铣床及工业机器人，以及制造龙门台到高精度半导体步进机。

磁性编码器可以基于增量原理构建，但通常在分辨率及准确度方面具有缺点。由于磁场随距离减小，因此磁性传感器必须放置在比所述图案的周期更小或至少在相同范围内的一距离处。将磁性传感器放置在非常接近静磁元件的位置需要一精确且昂贵的机械设计。因此，周期长度及周期数受限于可实现的机械精度。

旋转及线性定位编码装置都是可用。

2008年5月28日Villaret等人提交的美国专利No.8,492,704公开了一种编码器及方法，用于精确地指示一第一构件相对于一第二构件的所述位置，通过利用在所述第一构件的一单个轨道上承载的多个机器敏感元件的一图案；所述机器敏感元件位于所述第一个构件的所述轨道上的连续增量旋转中，并且每个代表二进制值“0”及“1”中的一个；并且“n”个传感器，其中“n”大于“3”，由所述第二构件承载在所述第一构件的轨道附近的多个间隔位置处，并与所述第一构件的多个机器敏感元件对齐。因此，每个传感器感测每个机器敏感元件的二进制值，与其对齐以产生对应于与其对齐的所述机器敏感元件的二进制值的一输出，由此所有传感器的所述输出构成一二进制代码，优选地是一格雷码，“n”个比特识别所述第一构件相对于所述第二构件的所述位置。图3涉及一种线性编码器。形成所述格雷码的所述多个机器敏感元件是静态的，并且均匀间隔的多个传感器在所述运动部件上。所述多个机器敏感部件实际上是已经拉直的所述转子上的多个可检测元件，给出与转子版本相同的准确度的绝对位置测量，但是一距离限制为由所述转子圆周形成的360 度圆。