编码器、具有编码器的电机、和伺服系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本发明包含在2013年11月5日向日本专利局提交的日本优先权专利申请 JP2013-229842中披露的内容相关的主题，该日本优先权专利申请的全部内容通过援引被 并入到本文。
技术领域
[0003] 本文公开的实施方式涉及编码器、具有编码器的电机、和伺服系统。
【背景技术】
[0004] 在JP2012-103032A中了一种反射型编码器，该编码器包括将在光源两侧沿转盘 的圆周方向分隔设置的增量受光元件组、以及在转盘的半径方向上设置在光源的外侧和内 侧的至少一者上的绝对受光元件组。
[0005] 近年来，伴随着伺服系统的性能的提高，还期望实现反射型编码器的更高的分辨 率。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个方面可被总结为一种编码器，包括：分别具有沿着测量方向设置的 多个反射部的多个轨道；被配置为向所述多个轨道射出扩散光的点光源；在与所述测量方 向大致垂直的宽度方向上夹着所述点光源配置的一个第一受光阵列和另一个第一受光阵 列；配置在所述一个第一受光阵列与所述点光源之间并且被配置为接收在具有第一增量图 案的所述轨道上反射的光的第二受光阵列；以及配置在所述另一个第一受光阵列与所述点 光源之间并且被配置为接收在具有间距比所述第一增量图案的间距长的第二增量图案的 所述轨道上反射的光的第三受光阵列。
[0007] 本发明的另一方面可被总结为一种具有编码器的电机，包括：可动部件相对于定 子移动的线性电机、或者转子相对于定子移动的旋转型电机；以及被配置为检测所述可动 部件或所述转子的位置和速度中的至少一者的编码器。
[0008] 本发明的另一方面可被总结为一种伺服系统，包括：可动部件相对于定子移动的 线性电机、或者转子相对于定子移动的旋转型电机；被配置为检测所述可动部件或所述转 子的位置和速度中的至少一者的编码器；以及被配置为根据由所述编码器检测的结果来控 制所述线性电机或所述旋转型电机的控制器。
【附图说明】
[0009] 图1是用于对根据实施方式的伺服系统进行说明的说明图。
[0010] 图2是用于对根据该实施方式的编码器进行说明的说明图。
[0011] 图3是用于对根据该实施方式的圆盘进行说明的说明图。
[0012] 图4是用于对根据该实施方式的轨道进行说明的说明图。
[0013]图5是用于对根据该实施方式的光学模块和受光阵列进行说明的说明图。
[0014]图6是用于对根据该实施方式的位置数据生成部进行说明的说明图。
[0015] 图7是用于对根据该实施方式的由圆盘表面的凹凸部引起的漫反射进行说明的 说明图。
[0016]图8是用于对由凸部引起的漫反射分量的指向性进行说明的说明图。
[0017]图9是用于对从X轴正方向侧观察时漫反射分量的强度分布进行说明的说明图。
[0018] 图10是用于对从Z轴正方向侧观察时漫反射分量的强度分布进行说明的说明图。
[0019] 图11是用于根据变形例的光学模块和受光阵列进行说明的说明图。
【具体实施方式】
[0020] 以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[0021] 此外，下面所说明的根据实施方式的编码器可应用于例如旋转型和直线型的各种 各样的编码器。在下面，为了使编码器容易理解，使用旋转型编码器作为例子进行说明。在 使用其他类型的编码器的情况中，可以将被测量对象从旋转型圆盘适当地改变为线性标 尺，因此省略其详细的说明。
[0022] 〈1?伺服系统〉
[0023] 首先，将参照图1对根据该实施方式的伺服系统的结构进行说明。如图1所示，伺 服系统S包括伺服电机SM和控制器CT。伺服电机SM包括编码器100和电机M。
[0024] 电机M是不包括编码器100的动力产生源的示例。电机M是转子（未示出）相对 于定子（未示出）旋转的旋转型电机，其通过使固定到转子的轴SH围绕轴心AX旋转来输 出旋转力。
[0025] 另外，有时将单个电机M称作伺服电机，但是，在该实施方式中，将包括编码器100 和电机M的结构称作伺服电机SM。即，伺服电机SM相当于具有编码器的电机的示例。在下 面，为了便于说明，对具有编码器的电机是以追踪位置和速度值等目标值的方式被控制的 伺服电机的情况进行说明，但是具有编码器的电机不一定限于伺服电机。例如，只要附接有 编码器，当编码器仅用于显示输出时，则具有编码器的电机也包括用于除伺服系统以外的 系统的电机。
[0026] 另外，电机M只要例如能够通过编码器检测其位置数据，则不特别地限定。另外， 电机M不限于使用电作为动力源的电动式电机，其也可以是例如液压式电机、气动式电机、 蒸汽式电机等使用其他的动力源的电机。但是，为了便于说明，在下面对电机M是电动式电 机的情况进行说明。
[0027] 编码器100连接到电机M的轴SH的旋转力输出侧的相反侧，但是，被连接侧不一 定限于该相反侧。编码器1〇〇也可以连接到轴SH的旋转力输出侧。编码器100通过检测 轴SH(转子）的位置来检测电机M的位置（也称作旋转角度），并输出表示电机M的该位置 的位置数据。
[0028] 除了检测电机M的位置以外或者取代检测电机M的位置，编码器100可以检测电 机M的速度（也称作旋转速度、角速度等）以及电机M的加速度（也称作旋转加速度、角加 速度等）中的至少一者。在这种情况下，可以通过例如求出位置相对于时间的一阶或二阶 微分或者在预定的时间段对检测信号（例如，下述的增量信号）进行计数等处理，来检测电 机M的速度和加速度。为了便于说明，在下面，将由编码器100检测的物理量描述为位置。
[0029] 控制器CT获取从编码器100输出的位置数据，并基于获取的该位置数据来控制电 机M的旋转。因此，在使用电动式电机作为电机M的本实施方式中，控制器CT基于该位置 数据控制施加于电机M的电流或电压等，由此控制电机M的旋转。另外，控制器CT还可以 从上位控制器（未示出）获取上位控制信号，以从电机M的轴SH输出能够实现该上位控制 信号所表示的位置等的旋转力的方式，来控制电机M。此外，在电机M使用液压式动力源、气 动式动力源或蒸汽式动力源等其他的动力源的情况下，控制器CT可以通过控制这些动力 源的供给来控制电机M的旋转。
[0030] < 2?编码器>
[0031] 接下来，说明根据该实施方式的编码器100。如图2所示，编码器100包括圆盘 110、光学模块120、以及位置数据生成部130。
[0032] 在此，为了便于说明编码器100的结构，如下定义并适当地使用上下方向。在图2 中，将圆盘110面向光学模块120的方向、即沿Z轴的正方向称作"上"方向，将沿Z轴的负 方向称作"下"方向。但是，该方向根据编码器的安装方式而变化，因此不限制编码器1〇〇的 各部件的位置关系。
[0033] (2-1?圆盘）
[0034] 圆盘110形成为如图3所示的圆板状，并且被配置成其圆盘中心0与轴心AX大致 一致。圆盘110被连接到电机M的轴SH，并通过轴SH的旋转而旋转。在本实施例中，将圆 板状的圆盘110作为对电机M的旋转进行测量的被测量对象的例子进行了描述。但是，例 如，也可以使用轴SH的端面等其他的部件作为被测量对象。另外，虽然在图2所示的例子 中圆盘110被直接连接到轴SH，但是圆盘110也可以经由毂等连接部件连接到轴SH。
[0035] 如图3所示，圆盘110包括多个轨道SA1、SA2、SI1、SI2。虽然圆盘110随着电机 M的驱动而旋转，但是光学模块120面向圆盘110的一部分的同时被固定地配置。因此，轨 道SA1、SA2、SI1、SI2以及光学模块120随着电机M被驱动，在测量方向（S卩，图3所示的 箭头C的方向；在下文适当地称作"测量方向C"）上相对于彼此相对地移动。
[0036] 在此，"测量方向"是由光学模块120以光学方式测量在圆盘110上形成的各轨道 时的测量方向。在如本实施方式中被测量对象是圆盘110的旋转型编码器中，测量方向与 以圆盘110的中心轴为中心的圆周方向一致，但是，例如在被测量对象是线性标尺并且可 动部件相对于定子移动的直线型编码器中，测量方向是指沿着线性标尺的方向。此外，"中 心轴"是指圆盘110的旋转轴线的中心，并且当圆盘110和轴SH被同轴连接到彼此时与轴 SH的轴心AX-致。
[0037] (2 - 2?光学检测机构）
[0038] 光学检测机构包括轨道SA1、SA2、SI1、SI2以及光学模块120。各轨道被形成为以 圆盘中心0为中心的圆环状配置在圆盘110的上表面上的轨道。各轨道包括在轨道的整周 上沿测量方向C设置的多个反射部（图4中的斜线的阴影部分）。各反射部被设置成反射 从光源121照射的光。反射部可称作"狭缝（反射狭缝）"，这是因为在反射部上反射的光 沿着预定方向行进而不阻碍光路。此外，多个反射部可以整体上是光栅。
[0039] (2-2-1?圆盘）
[0040] 例如，圆盘110由反射光的材料例如金属形成。然后，对在圆盘110的表面上不反 射光的部分施加并设置反射率低的材料（例如，氧化铬），由此在没有设置该材料的部分上 形成反射部。此外，也可以通过喷溅等将不反射光的部分转变成粗糙面并减少反射。由此， 在这些部分上形成反射部。
[0041] 此外，圆盘110的材料及其制造方法不特别地限定。例如，圆盘110可以由例如玻 璃或透明树脂的透过光的材料来形成。在这种情况下，可以通过在圆盘110的表面上通过 蒸镀等设置光反射材料（例如，铝等），由此形成反射部。
[0042] 在圆盘110的上表面上沿宽度方向（S卩，图3中所示的箭头R的方向，在下面适当 地称作"宽度方向R"）并列设置有四个轨道。此外，"宽度方向"是指圆盘110的径向，即与 测量方向C大致正交的方向。沿该宽度方向R的各轨道的长度相当于各轨道的宽度。四个 轨道沿着宽度方向R从内侧向外侧按照SA1、SI1、SI2、SA2的顺序以同