编码器、具有编码器的电机、和伺服系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及编码器、具有编码器的电机、和伺服系统。
【背景技术】
[0002] 在JP，A，2012-103032中公开了一种反射型编码器。该编码器包括将光源夹在其 之间地沿转盘的圆周方向分隔设置的增量受光元件组、以及相对于光源设置在转盘的径向 上的外侧和内侧中的至少一者上的绝对受光元件组。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的问题
[0004] 近年来，伴随着伺服系统的性能的提高，在反射型编码器中越来越要求更高的分 辨率。
[0005] 因此，本发明的目的是提供能够实现高分辨率的编码器、具有编码器的电机、以及 伺服系统。
[0006] 用于解决问题的手段
[0007] 为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供一种编码器，包括：分别具有沿 着测量方向设置的多个反射狭缝的多个狭缝轨道；被配置为向所述多个狭缝轨道射出扩散 光的点光源；第一受光阵列，所述第一受光阵列被配置为接收由具有增量图案的所述狭缝 轨道反射的光；以及第二受光阵列，所述第二受光阵列被配置为接收由具有比其他的增量 图案具有更长的间距的增量图案的所述狭缝轨道反射的光；以及第三受光阵列，所述第三 受光阵列被配置为接收由具有绝对图案的所述狭缝轨道反射的光。
[0008] 为了解决上述问题，根据本发明的另一方面，提供一种编码器，包括：多个狭缝轨 道，所述多个狭缝轨道分别具有沿着测量方向设置的多个反射狭缝；点光源，所述点光源被 配置为向所述多个狭缝轨道射出扩散光；第一受光阵列，所述第一受光阵列被配置为接收 由具有增量图案的所述狭缝轨道反射的光；第二受光阵列，所述第二受光阵列被配置为接 收由具有比其他的增量图案具有更长的间距的增量图案的所述狭缝轨道反射的光；以及配 置有所述点光源、所述第一受光阵列以及所述第二受光阵列的一个基板。
[0009] 为了实现上述的目的，根据本发明的另一方面，提供一种具有编码器的电机，其包 括：其中的可动部件相对于定子移动的线性电机、或者其中的转子相对于定子旋转的旋转 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上述的编 码器。
[0010] 为了实现上述的目的，根据本发明的另一方面，提供一种伺服系统，其包括：其中 的可动部件相对于定子移动的线性电机、或者其中的转子相对于定子旋转的旋转电机；被 配置为检测所述可动部件或转子的位置和速度中的至少一者的上述的编码器；以及控制 装置，所述控制装置被配置为根据所述编码器的检测结果控制所述线性电机或所述旋转电 机。
[0011] 发明效果
[0012] 根据本发明的编码器等，能够实现高的分辨率。
【附图说明】
[0013] 图1是用于说明实施方式所涉及的伺服系统的说明图。
[0014] 图2是用于说明实施方式所涉及的编码器的说明图。
[0015] 图3是用于说明实施方式所涉及的圆盘的说明图。
[0016] 图4是用于说明实施方式所涉及的狭缝轨道的说明图。
[0017] 图5是用于说明实施方式所涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0018] 图6是用于说明实施方式所涉及的位置数据生成部的说明图。
[0019] 图7是用于说明由实施方式所涉及的圆盘表面的凹凸引起的不规则反射的说明 图。
[0020] 图8是用于说明由凸部引起的不规则反射成分的指向性的说明图。
[0021] 图9是用于说明从X轴正方向观察到的不规则反射成分的强度分布的说明图。
[0022] 图10是用于说明从Z轴正方向观察到的不规则反射成分的强度分布的说明图。
[0023] 图11是用于说明变型例1涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0024] 图12是用于说明变型例2涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0025]图13是用于说明变型例3涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0026] 图14是用于说明变型例4涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0027]图15是用于说明变型例5涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0028] 图16是用于说明变型例6涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0029]图17是用于说明变型例7涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0030] 图18是用于说明变型例8涉及的狭缝轨道的说明图。
[0031] 图19是用于说明变型例8涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0032] 图20是用于说明变型例9涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0033] 图21是用于说明变型例10涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
[0034]图22是用于说明变型例11涉及的光学模块和受光阵列的说明图。
【具体实施方式】
[0035] 以下参照【附图说明】实施方式。
[0036] 此外，下面所说明的实施方式所涉及的编码器可应用于诸如旋转型和直线型等各 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示例进行说明。 在实施方式被应用于另一编码器类型的情况下，可以通过增加诸如将被测量对象从旋转型 圆盘改变为线性标尺等的适当的变化来应用该类型，因此省略其详细的说明。
[0037]1?伺服系统
[0038] 首先，将参照图1对该实施方式所涉及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。
[0039] 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围绕轴线AX旋转来输 出旋转力。
[0040] 另外，有时将电机M单独称作伺服电机，但是，在该实施方式中，将包括编码器100 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一个示例。在下面， 为了便于说明，对具有编码器的电机是以追踪诸如位置和速度值等的目标值的方式被控制 的伺服电机的情况进行说明，但是电机不一定限于伺服电机。在例如仅用于显示编码器的 输出的情况下，只要附接有编码器，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。
[0041] 电机M只要是例如其中的编码器100能够检测位置数据等的电机，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，其也可以是例如油压式电机、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。
[0042] 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），并输出表示该位置的位置数据。
[0043] 编码器100可以除了检测电机M的位置或者取代检测电机M的位置，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微分或二阶 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，来检测电机M 的速度和加速度。为了便于说明，下面对由编码器100检测的物理量作为位置的实施方式 进行说明。
[0044] 控制器CT获取从编码器100输出的位置数据，并根据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通过根据位置数据 控制施加于电机M的电流或电压等，来控制电机M的旋转。另外，控制器CT还可以通过从 主控制器（未示出）获取主控制信号，以便从电机M的轴SH输出能够实现该主控制信号所 表示的位置等的旋转力，来控制电机M。此外，在电机M是例如油压式电机、气动式电机、或 蒸汽式电机等使用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。
[0045] 2.编码器
[0046] 接下来，说明本实施方式所涉及的编码器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。
[0047] 在此，为了便于说明编码器100的结构，如下定义诸如上和下的方向，并适当地使 用。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"，将沿Z 轴的负方向称作"下"。此外，该方向根据编码器100的附接方式而变化，并且不限制编码器 100的各结构的位置关系。
[0048] 2-1?圆盘
[0049] 圆盘110形成为如图3所示的圆板状，并且被配置成圆盘中心0与轴线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。此外，在本实施方式中， 将圆板状的圆盘110作为测量电机M的旋转的被测量对象的示例进行了描述，但是，例如， 也可以使用诸如轴SH的端面等其他的部件作为被测量对象。另外，虽然在图2所示的示例 中圆盘110被直接连接到轴SH，但是圆盘110也可以经由诸如毂等连接部件进行连接。
[0050] 如图3所示，圆盘110包括多个狭缝轨道SA、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，狭缝 轨道SA、SI1、SI2以及光学模块120随着电机M被驱动，相互在测量方向（图3所示的箭头 C的方向；在下文适当地称作"测量方向C"）上相对地移动。
[0051] 在此，"测量方向"是以光学方式测量由光学模块120在圆盘110上形成各狭缝轨 道时的测量方向。在如本实施方式那样被测量对象是圆盘110的旋转型编码器中，测量方 向与以圆盘110的中心轴作为其中心的圆周方向一致，但是，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，测量方向是沿着线性标尺的方向。此外， "中心轴"是圆盘110的旋转轴，并且在圆盘110和轴SH被同轴连接的情况下与轴SH的轴 线AX-致。
[0052] 2-2.光学检测机构
[0053] 光学检测机构包括狭缝轨道SA、SI1、SI2以及光学模块120。各狭缝轨道在圆盘 110的上表面上被形成作为以圆盘中心0为其中心的圆环状配置的轨道。各狭缝轨道包括 在轨道的整个圆周上沿测量方向C并排排列的多个反射狭缝（图4中的斜线阴影部分）。 各反射狭缝反射从光源121照射的光。
[0054] 2-2-1?圆盘
[0055] 圆盘110例如由金属等反射光的材料形成。然后，通过涂覆工序等对在圆盘110 的表面上不反射光的部分配置反射率低的材料（例如，氧化铬等），由此在没有配置该反射 率低的材料的部分上形成反射狭缝。此外，也可以通过喷溅等在不反射光的部分上形成粗 糙面从而减少反射，来形成反射狭缝。
[0056] 此外，不特别地限定圆盘110的材料、制造方法等。例如，圆盘110可以使用诸如 玻璃或透明树脂等透射光的材料来形成。在这种情况下，可以通过气相沉积在圆盘110的 表面上配置反射光的材料（例如，铝等），来形成反射狭缝。
[0057] 在圆盘110的上表面上沿宽度方向（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"）设置了三个狭缝轨道。此外，"宽度方向"是圆盘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的各狭缝轨道的长度相当于各狭缝轨道的宽度。 三个狭缝轨道沿着宽度方向R从内侧向外侧按照SA、SI1