编码器、具有编码器的电机、和伺服系统的制作方法_3

文档序号:8297452阅读:来源:国知局
反射狭缝sil、si2反射的光的方式沿着测量方向C(线Lcp)并排设置的多个受光元件。首 先,使用受光阵列PI1作为示例来说明受光阵列。
[0085] 根据本实施方式,在狭缝轨道SI1的增量图案的一个间距(被投影的图像中的一 个间距,即,eXP1)中,总计四个受光元件的组(在图5中由"组1"表示)并排设置,并 且四个受光元件的组沿着测量方向C进一步并排设置多个。并且,由于增量图案针对每一 间距重复地形成反射狭缝,因此当圆盘110旋转时各受光元件在一个间距中生成一个周期 (按照电角,称作360° )的周期信号。并且,由于在相当于一个间距的一组中配置有四个 受光元件,一组内的彼此相邻的受光元件检测彼此具有90°相位差的周期信号。将各受光 信号称作A相信号、B相信号(相对于A相信号,具有90°相位差)、条状A相信号(相对 于A相信号,具有180°相位差)、条状B相信号(相对于B相信号,具有180°相位差)。
[0086] 增量图案表示一个间距中的位置,因此一组中的各相位的信号和与其相对应的另 一组中的各相位的信号具有以相同的方式变化的值。因此,同一相位中的信号在多个组中 被累加。因此,将由图5所示的受光阵列PI1的大量的受光元件检测相对于彼此偏移90° 相位的四个信号。
[0087] 另一方面,受光阵列PI2也以与受光阵列PI1相同的方式配置。即,在狭缝轨道SI2 的增量图案的一个间距(被投影的图像中的一个间距,即,eXP2)中并排设置有总计四个 受光元件的组(在图5中,由〃组2〃表示),并且四个受光元件的组沿着测量方向C并排设 置有多个。因此,从受光阵列PI1、PI2分别生成相对于彼此相位偏移90°的四个信号。将 所述四个信号称作"增量信号"。另外,由与间距短的狭缝轨道SI2相对应的受光阵列PI2 生成的增量信号由于与其他的增量信号相比分辨率高,因此称作〃高增量信号〃,由与间距 长的狭缝轨道SI1相对应的受光阵列PI1生成的增量信号由于与其他的增量信号相比分辨 率低,因此称作〃低增量信号"。
[0088] 此外,虽然本实施方式描述了相当于增量图案的一个间距的一组中包含有四个受 光元件的示例情况,但是,一组中的受光元件的数量不特别地限定,例如,一组中包含两个 受光元件等的情况。
[0089] 2-3?位置数据生成部
[0090] 位置数据生成部130在对电机M的绝对位置进行测量的时刻,从光学模块120获 取分别包括表示绝对位置的位图案的两个绝对信号、以及包括相对于彼此偏移90°相位的 四个信号的高增量信号和低增量信号。然后,位置数据生成部130基于所获取的信号,计算 这些信号所表示的电机M的绝对位置,并将表示计算出的绝对位置的位置数据输出到控制 器CT。
[0091] 此外,对于通过位置数据生成部130生成位置数据的方法,能够使用各种方法,而 不特别地限定。作为一例,下面描述了根据高增量信号、低增量信号和绝对信号来计算绝对 位置、然后生成位置数据的情况。
[0092]如图6所示,位置数据生成部130包括绝对位置确定部131、第一位置确定部132、 第二位置确定部133、以及位置数据计算部134。绝对位置确定部131将来自受光阵列PA1、 PA2的各绝对信号二进制化,并将信号转换成表示绝对位置的位数据。然后,绝对位置确定 部131根据预先确定的位数据和绝对位置之间的对应关系来确定绝对位置。
[0093] 另一方面,第一位置确定部132使来自受光阵列PI1的四个相位各自的低增量信 号中的、具有180°相位差的低增量信号彼此相减。通过减去180°相位差的信号,能够将 一个间距内的反射狭缝的制造误差、测量误差等抵消。如上所述,在此将从相减得到的信号 称作"第一增量信号"和"第二增量信号"。该第一增量信号和第二增量信号相互在电角上具 有90°相位差(简称作"A相信号"、"B相信号"等)。然后,第一位置确定部132根据这两 个信号来确定一个间距内的位置。该一个间距内的位置的确定方法不特别地限定。例如,在 作为周期信号的低增量信号是正弦信号的情况下,上述的确定方法的示例是通过对A相和B相这两个正弦信号的相除结果进行反正切运算来计算电角(|>。或者,还具有使用跟踪电路 来将两个正弦信号转换成电角9的方法。或者,还具有在预先创建的表格中确定与A相和 B相的信号的值相对应地关联的电角9的方法。此时,优选地,第一位置确定部132针对各 检测信号将A相和B相中的两个正弦信号从模拟向数字转换。
[0094] 位置数据计算部134将由第一位置确定部132确定的一个间距内的位置重叠于由 绝对位置确定部131确定的绝对位置。通过这种设置,能够计算比基于绝对信号的绝对位 置具有更高的分辨率的绝对位置。根据本实施方式,该计算出的绝对位置的分辨率与间距 短的狭缝轨道SI2的狭缝数一致。即,在该例中,所计算出的绝对位置的分辨率是基于绝对 信号的绝对位置的分辨率的两倍。
[0095] 另一方面,第二位置确定部133对来自受光阵列PI2的高增量信号进行与上述的 第一位置确定部132相同的处理,并根据两个信号来确定一个间距内的高精度的位置。然 后,位置数据计算部134将由第二位置确定部133确定的一个间距内的位置重叠于基于上 述的低增量信号计算出的绝对位置。通过这种配置,能够计算具有比根据低增量信号计算 出的绝对位置具有更高的分辨率的绝对位置。
[0096] 位置数据计算部134对如此计算出的绝对位置进行倍增处理从而进一步提高分 辨率,之后将结果作为表示高精度的绝对位置的位置数据输出到控制装置CT。以这种方式 根据分辨率不同的多个位置数据来确定高分辨率的绝对位置的方法称作"累积方式"。
[0097] 3.本实施方式的有利的示例
[0098] 根据本实施方式,编码器100包括:具有一个增量图案的狭缝轨道SI2 ;以及包括 具有比其他的增量图案更长的间距的增量图案的狭缝轨道SI1。并且,受光阵列PI2被配置 为接收被狭缝轨道SI2反射的光,受光阵列PI1被配置为接收被具有长间距的狭缝轨道SI1 反射的光。即,编码器100包括分别具有间距不同的增量图案的多种狭缝轨道SI1、SI2、以 及被配置为接收来自其的光的多个受光阵列PI1、PI2。通过这种配置,能够通过将受光阵 列PI1的信号的增倍处理和受光阵列PI2的信号的增倍处理累积的增倍累积方法生成表示 高分辨率的绝对位置的位置数据,由此能实现高分辨率。
[0099] 另外,如上所述,为了将受光阵列PI1的信号的增倍处理和受光阵列PI2的信号的 增倍处理累积来提高编码器100的分辨率,需要以高精度定位两个受光阵列PI1、PI2,以使 两个受光阵列PIUPI2的信号的相位一致。
[0100] 根据本实施方式,受光阵列PI1和受光阵列PI2被配置在受光阵列PA的配置有光 源121的方向侧。通过这种配置,能够将受光阵列PI1和受光阵列PI2接近地配置,由此使 在基板BA上形成两受光阵列PI1、PI2时以及相对于圆盘110定位光学模块120时的位置 对准极其容易,由此能够显著提高编码器100的制造性。另外,与使两受光阵列PI1、PI2分 离的情况相比,能够减小由于安装误差(圆盘110的偏心等)、制造误差引起的机械的移位 而产生的影响,能够提高相对于机械移位的鲁棒性。
[0101] 另外,在本实施方式中,实现如下的效果。如图7所示,在圆盘110的材质111的 表面上存在多个微小的凹凸,其引起从光源121射出的光在圆盘110上反射时产生不规则 反射(散射)。
[0102] 图8概念性地示出了材质111的微小的凹凸中的凸部112的形状的示例。此外,在 图8中,不规则反射成分的各箭头的长度表示强度的大小。在图8所示的示例中,凸部112 包括上表面112a以及包围上表面112a的周围的倾斜的侧面112b。上表面112a具有比较 平坦的形状,从上方(在该示例中,沿Y轴的正侧且沿Z轴的正侧)倾斜照射入射光的面积 较大,但侧面112b倾斜,因此照射入射光的面积较小。因此,如图8所示,对于由入射光产 生的不规则反射成分的强度,从上表面112a散射的前方散射成分Lf、上方散射成分Lu、以 及后方散射成分Lb相对较大,被侧面112b沿周向方向散射的侧部散射成分Ls相对较小。 另外,前方散射成分Lf、上方散射成分Lu、后方散射成分Lb中的、向规则反射方向散射的前 方散射成分Lf的强度最大,向上方散射的上方散射成分Lu及与入射光的行进方向相反地 散射的后方散射成分Lb的强度为中等程度(比侧部散射成分Ls大)。因此,整体上,不规 则反射成分的分布主要在沿着Y-Z平面的方向上。
[0103] 图9示出了从X轴正方向观察到的不规则反射成分的强度分布,图10示出了从Z 轴正方向观察到的不规则反射成分的强度分布。此外,图9中的各箭头的长度、以及图10中 的与点E的距离分别表示强度的大小。由于由上述的凸部112产生的不规则反射,存在有 大量微小的凸部112的圆盘110的表面上的不规则反射成分的强度分布如图9和图10所 示,在沿着包含光的行进方向的面(在该例中,Y-Z平面)的方向上为细长的形状,并且整 体上在沿着Y轴方向的方向上具有指向性。更具体地,如图10所示,该不规则反射成分的 强度分布是以反射位置E为中心,将在光的行进方向上并排设置的两个圆连接的大致8字 状的分布,并且特别地光的行进方向远侧的圆是比行进方向近侧的圆更大的分布形状。即, 当在光学模块120中以光源121为基准在相同的方向上配置了两个受光阵列的情况下,在 两个受光阵列之间,产生例如应该达到一个受光阵列的反射光中的散射光到达另一受光阵 列的串扰,引起噪声。并且,远离光源121的受光阵列与靠近光源121的一侧的受光阵列相 比,将大量接收光的不规则反射成分,因此有时产生更大的噪声。
[0104]另一方面,通常,从接收被具有绝对图案的狭缝轨道SA反射的光的受光阵列PA输 出的绝对信号不是与增量信号不同的重复信号(正弦波等),因此通过滤波器难以减小将 由受光阵列PA接收的光的不规则反射成分被其他的受光阵列接收所引起的噪声。因此,尽 可能避免噪声从受光阵列PA移动到其他的受光阵列。
[0105] 根据本实施方式,受光阵列PI1和受光阵列PI2被配置在受光阵列PA的配置有光 源121的方向侧。即,受光阵列PI1和受光阵列PI2没有配置在连结光源121和受光阵列 PA的线段在受光阵列PA侧的延长线上。因此,根据光的不规则反射成分的强度分布,能够 抑制噪声从受光阵列PA移动到受光阵列PI1及受光阵列PI2,因此能够提高编码器100的 可靠性。
[0106] 另外,特别地,根据本实施方式,实现如下的效果。即,在从接收被具有绝对图案的 狭缝轨道SA反射的光的受光阵列PA输出的绝对信号中,由多个受光元件各自的检测或未 检测产生的位图案将唯一地表示绝对位置。另一方面,在从受光阵列PI1、PI2输出的增量 信号中,由相位对应的多个受光元件产生的检测信号被累加在一起来表示一个间距内的位 置。在这种信号的性质上,受光阵列PI1、PI2由于噪声被平均化,因此具有相对较高的抗噪 声性,然而受光阵列PA的抗噪声性相对较低。并且,在使用LED等作为光源121时,在光源 121附近产生没有时间变动的电流噪声光。
[0107] 根据本实施方式,光源121被配置在受光阵列PI1与受光阵列PI2之间。利用该 结构,能够将抗噪声性高的受光阵列PI1、PI2配置在接近光源121的位置,另一方面,能够 将抗噪声性低的受光阵列PA配置在远离光源121的位置。因此,能够将由上述的电流噪声 光产生的噪声的影响抑制到最小。
[0108] 另外,特别是,根据本实施方式,实现如下的效果。即,通常,随着受光阵列远离光 源配置,受光量减少。当为了确保受光量而增大受光表面积时,
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