DE69633213T2

DE69633213T2 - Drehwinkelgeber

Info

Publication number: DE69633213T2
Application number: DE69633213T
Authority: DE
Inventors: Fumio Ohtomo; Kaoru Kumagai
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1995-09-24
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2016-09-24
Also published as: DE69633213D1; JP3168451B2; JPH0989595A; CN1149708A; CN1077282C; EP0765039A3; EP0765039A2; US5786593A; EP0765039B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehcodierer zum Erfassen eines Winkels und insbesondere einen Drehcodierer mit einer Skala mit einer Vielzahl von Mustern von verschiedenen Zyklen, die auf dem Rotor desselben gebildet sind und der im Stande ist, den Winkel des Rotors präzise durch Lesen der Skala zu messen.
Bis jetzt sind Codierer allgemein als Instrumente zum elektrischen Messen eines Winkels bekannt. Es gibt Codierer verschiedener Typen, so wie optische und magnetische Typen, aber ihre Grundstrukturen sind analog zueinander.
Die Drehcodierer wurden verbreitet als Instrumente benutzt, um einen Winkel elektrisch zu messen. Insbesondere optische Codierer werden mit hierin verwendeter optischer Hochtechnologie produziert und besitzen solche Eigenschaften, dass sie Codierer mit hoher Präzision und hoher Auflösung bereitstellen können und unempfindlich gegenüber externen Störungen wie Magnetismus sind und sie haben, wegen ihres Funktionierens von berührungsfreiem Typ, eine hohe Betriebsdauer.
Auf Grund dieser exzellenten Eigenschaften wird der optische Codierer z. B. in einem Vermessungsinstrument zum Erfassen eines Winkels benutzt.
In den heute in Vermessungsinstrumenten benutzten Codierern gibt es zwei Typen, d. h., den absoluten Typ und den inkrementellen Typ.
Der absolute Typ ist ein Typ, in welchem die Größe eines Winkels und eine Position auf dem Umkreis in eins-zu-eins Beziehung stehen. Da eine Position auf dem Umkreis als absolute Adresse registriert wird, besitzt sie den Vorteil, dass Positionsinformation hieraus erhalten werden kann, unabhängig in welcher Position sie ist. Zum Beispiel wird, wie in 7 gezeigt, ein Codierermuster in konzentrischer Weise auf dem Rotor gebildet und daher wird das Codemuster zum Lesen eines Winkels bereitgestellt. Das Codemuster zum Lesen eines Winkels besteht aus zwei Spuren, d. h., einer ersten Spur 5000 und einer zweiten Spur 6000 und hierdurch werden feine und grobe oder feine, mittlere und grobe Codemuster bereitgestellt.
Ferner werden, wie in 8 gezeigt, eine erster Spurbeleuchtungseinrichtung 7100 zum Beleuchten der ersten Spur 5000, zweite Spurbeleuchtungseinrichtungen 7200, 7200 zum Beleuchten der zweiten Spur 6000 und eine CCD-Einheit 7300 zum Erfassen des Codierermusters bereitgestellt. Die Beleuchtungsvorrichtungen, die aus der ersten Spurbeleuchtungsvorrichtung 7100, den zweiten Spurbeleuchtungsvorrichtungen 7200, 7200 und der CCD-Einheit 7300 bestehen, sind so angeordnet, dass zwischen ihnen ein Rotor eingeschoben ist. Durch solche Mittel wird ermöglicht, den Winkel in jeder gewünschten Position aus dem Codemuster auszulesen.
Auf der anderen Seite, wie in 9 gezeigt, besteht der inkrementelle Typ aus einem Rotor 8510, der hierauf ausgebildet eine Hauptskala 8511 und einen Index zur Nullsignalerfassung 8512 besitzt, einen Stator 8520 mit einer hierauf gebildeten Unterskala für Index 8522 und Unterskalen 8523, 8523 und ein Erfassungsmittel 8530, das so angeordnet ist, dass der Rotor 8510 und der Stator 8520 dazwischen eingeschoben sind.
Die Hauptskala 8511, die auf dem Rotor 8510 ausgebildet ist, besteht aus einem Gitter mit Balken als Einteilungen, die in gleichem Abstand auf dem Kreisumfang angeordnet sind. Der Index für Nullsignalerfassung 8512, der auf dem Rotor 8510 gebildet wird, dient als Bezugspunkt zum Zählen der Hauptskala 8511.
Der Index für Nullsignalerfassung 8512 ist derart, dass er notwendig ist, wenn eine Zählung von einer bestimmten Position ausgeführt wird und überflüssig ist, wenn sie von einer beliebigen Position ausgeführt wird.
Auf einem festen Stator 8520 sind zwei Unterskalen 8523, 8523 und die Unterskala für Index 8522 angeordnet. Die Unterskalen 8523, 8523, die kürzer als die Hauptskala 8511 sind, sind durch die Gitter mit Balken gebildet, die mit der gleichen Teilung wie die Hauptskala 8511 angeordnet sind.
Das Erfassungsmittel 8530 besteht aus einer Indexerfassungseinrichtung und einer Hauptskalenerfassungseinrichtung. Die Indexerfassungseinrichtung besteht aus einer ersten lichtemittierenden Vorrichtung 8531, einer ersten Kollimatorlinse 8532 und einer ersten Lichterfassungsvorrichtung 8533 und es kann den Index zur Nullerfassung 8512 erfassen, der auf dem Rotor 8510 gebildet ist.
Der Hauptskalenerfassungsbereich besteht aus einer zweiten lichtemittierenden Vorrichtung 8535, einer zweiten Kollimatorlinse 8536 und einer zweiten Lichterfassungsvorrichtung 8537. Der Hauptskalenerfassungsbereich erfasst die hellen und dunklen Muster der Hauptskala 8511, die auf dem Rotor 8510 gebildet ist, als An- und Ausgehen von Licht und wandelt das An- und Ausgehen von Licht in ein elektrisches Signal mittels der zweiten Lichterfassungsvorrichtung 8537 um und er kann, durch Zählen der elektrischen Signale, den Winkel von dem Punkt der Nullerfassung messen.
Genauer wird, während der Rotor 8510 sich dreht, jedes Mal an- und ausgehendes Licht produziert, wenn die Hauptskala 8511 sich eine Teilung weiter bewegt und dann stellt die zweite Lichterfassungsvorrichtung 8537 ein sinusförmiges Signal durch Empfangen des an- und ausgehenden Lichts bereit.
Eine der Phasen der sinusförmigen Wellen, die von den zwei Unterskalen 8523, 8523 erfasst werden, ist gegen die andere um eine 1/4-Teilung verschoben. Aus der Phasenverschiebung kann die Drehrichtung des Rotors 8510 erfasst werden.
Das sinusförmige Signal, das von der zweiten Lichterfassungsvorrichtung 8537 erhalten werden kann, ist verzerrt, so dass die Erfassung eines Winkels, der feiner ist als derjenige, welcher von der Teilung der Balken des Gitters der Hauptskala 8511 erhalten wurde, erreicht werden kann. Ferner kann, durch Vermehren sinusförmiger Wellen mit arithmetisch verschobenen Phasen, eine feinere Winkelerfassung als mit der Teilung der Balken des Gitters der Hauptskala 8511 möglich werden.
Jedoch hat es Probleme mit dem absoluten Typ gegeben, dass seine Struktur komplex ist, und ihn klein und leicht zu machen, damit er in Vermessungsinstrumente eingebaut werden kann, extrem schwer ist.
Im Fall eines Codierers vom inkrementellen Typ beträgt, da er ein System ist, in welchem die auf dem Rotor 8510 gebildete Hauptskala 8511 gelesen wird, wenn z. B. die Hauptskala 8511 ungefähr 80 mm im Durchmesser groß und die Teilung der Balken des Gitters 60 sek. ist, die Anzahl der Balken entlang des gesamten Umfangs gleich 21600 und daher muss eine sehr feine Skala mit einer Teilung, der ungefähr 10 μm klein ist, für die Hauptskala 8511 geschnitten werden.
Während eine derart feine Skala produziert wird, indem ein verkleinertes Bild eines Originals auf einen Fotolack projiziert wird und der Fotolack einer Ätzung unterworfen wird, bilden Parallelität und einheitliche Dicke des Balkens sowie Genauigkeit in dem Abstand zwischen ihnen große Faktoren, welche die Stabilität des Codierersignals beeinflussen.
Wenn zum Beispiel ein Defekt, wie eine Verformung des Gitters oder eine unregelmäßige Teilung in dem Gitter in einer der Einteilungen produziert wird, ergibt sich ein Problem, dass die Zählung schwer oder unmöglich wird.
Ferner hat, da der Codierer vom inkrementellen Typ die Balken der Hauptskala 8511, die auf dem Rotor 8510 ausgebildet sind, einen nach dem anderen liest, er ein derart gravierendes Problem, dass das Zählen unmöglich wird, wenn der Rotor 8510 plötzlich gedreht wird oder einen Stoß empfängt.
Ein Drehcodierer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist z. B. aus FR-A-2595461 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist diejenige für einen Drehcodierer zum Erfassen eines Winkels. Der Codierer besteht aus einem Rotor und einem Stator, in welchem eine Skala, die auf dem Rotor gebildet ist, ein erstes Muster aufweist, moduliert für eine erste Periode, und ein zweites Muster, moduliert für eine zweite Periode, verschieden von der ersten Periode. Das erste Muster und das zweite Muster sind sequentiell bei gleicher Teilung in der Drehrichtung des Rotors angeordnet und es wird eine Skalenerfassungseinrichtung zum Lesen der Muster auf der Skala bereitgestellt. Die Modulation des ersten Musters und des zweiten Musters kann durch räumliche Modulation bereitgestellt werden, ausgeübt durch Ändern der Breite der Balken. Gemäß der Erfindung besitzen das erste Muster und das zweite Muster mindestens einen periodisch sich wiederholenden Punkt der Übereinstimmung, wo die Muster im Hinblick auf ihre Phasen ineinander fallen.
Die Position des Rotors wird durch Messen einer Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Muster bestimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 ein Diagramm ist, das eine Struktur eines Codierers 1000 einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2(a) ein Diagramm ist, das erklärend für das Prinzip des Codierers 1000 der Ausführungsform ist;
2(b) ein Diagramm ist, das erklärend für das Prinzip des Codierers 1000 der Ausführungsform ist;
3 ein Diagramm ist, das eine elektrische Konfiguration der Ausführungsform zeigt;
4 ein Diagramm ist, das erklärend für das Prinzip der in der Ausführungsform durchgeführten Messung ist;
5 ein Diagramm ist, das erklärend für das Prinzip der in der Ausführungsform durchgeführten Messung ist;
6 ein Diagramm ist, das eine Struktur eines Prozessormittels 16 in der Ausführungsform zeigt;
7 ein Diagramm ist, das erklärend für einen Stand der Technik ist;
8 ein Diagramm ist, das erklärend für einen Stand der Technik ist; und
9 ein Diagramm ist, das erklärend für einen Stand der Technik ist.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Bezug nehmend auf 1 besteht ein Codierer 1000 der Ausführungsform aus einem Rotor 100, einer Skala 200, die auf dem Rotor 100 gebildet ist, einem Stator 300 und einer Skalenerfassungseinrichtung 400.
Die Skala 200, die auf dem Rotor 100 gebildet ist, besteht aus räumlich modulierten Mustern, welche mindestens ein erstes Muster, das für eine erste Periode moduliert ist und ein zweites Muster, das für eine zweite Periode verschieden von der ersten Periode moduliert ist, umfasst, und so angeordnet ist, dass das erste Muster und das zweite Muster aufeinanderfolgend in gleicher Teilung in der Drehrichtung angeordnet sind.
Und zwar werden beim Modulieren des ersten Musters und des zweiten Musters räumliche Modulationen durch Ändern der Breite der Balken verwendet.
Die Skalenerfassungseinrichtung 400, bestehend aus einer lichtemittierenden Vorrichtung 410, einem Kollimator 420 und einem linearen Sensor 430 ist so angeordnet, dass der Rotor 100 und der Stator 300 dazwischen geschoben sind.
Der lineare Sensor 430 ist zum Konvertieren der Skala 200, die auf dem Rotor 100 gebildet wird, in ein elektrisches Signal. Der lineare Sensor 430 ist auf dem Stator 300 gebildet und ein linearer CCD-Sensor wird hierfür in der folgenden Ausführungsform benutzt. Der lineare Sensor 430 ist nicht auf den linearen CCD-Sensor beschränkt, sondern jeder Sensor kann benutzt werden, solange er ein linearen Bildsensor ist, der solche Vorrichtungen wie Fotodioden in einem eindimensionalen Feld angeordnet hat.
Ein Prozessormittel 16, wie in 3 gezeigt, besteht aus einem Verstärker 161, einem Abtast- und Halteelement 162, einem A/D-Wandler 163, einem RAM 164, einem Takttreiber 165, einem Mikrocomputer 166 und einer Anzeige 167.
Prinzip
Nun werden die Skala 200, die auf dem Rotor 100 gebildet ist und das Prinzip der Messung der Skala beschrieben.
Zunächst, um die Erklärung zu vereinfachen, wird die Skala 200, die auf dem Rotor 100 in konzentrischer Weise gebildet wird, in eine lineare Darstellung wie in 2(a) gezeigt, entwickelt.
Die Skala 200, die konzentrisch auf dem Rotor 100 gebildet ist, wie in 2(a) gezeigt wird, hat das erste Muster A, das zweite Muster B und das dritte Muster R zyklisch in gleicher Teilung (p) angeordnet. Genauer werden die drei Arten von Mustern als ein Block behandelt und derartige Blöcke sind fortlaufend angeordnet. Wenn der auf der ganz linken Seite angeordnete Block als Block 0 definiert wird und mit R(0), A(0) und B(0) bezeichnet wird, dann sind sie zyklisch angeordnet gefolgt von R(1), A(1), B(1), R(2), A(2), B(2), .... Da alle Muster in gleichen Teilung p wiederholt werden, wird das der Teilung entsprechende Signal als Referenzsignal definiert.
In der vorliegenden Ausführungsform, während die gleiche Teilung (p) gesetzt wird, z. B., auf 183,8 sek. (183,8 sek., wenn in einen Winkel konvertiert), kann jeder Wert einer Teilung (Teilwinkel) verwendet werden.
Das dritte Muster R hat eine feste Breite, beim ersten Muster A ist dessen Breite des schwarzen Bereichs moduliert, so dass eine Periode bei einem Winkel von 360°/50 erreicht wird und beim zweiten Muster B ist dessen Breite des dunklen Bereichs moduliert, so dass eine Periode bei einem Winkel von 360°/47 erreicht wird. Beliebige Perioden können für das erste Muster A und das zweite Muster B benutzt werden, vorausgesetzt, dass die Perioden leicht unterschiedlich sind. Die Art der Modulation des ersten Musters A und des zweiten Musters B wird in 2(b) gezeigt.
Nun wird das Prinzip des Erfassens eines spezifischen Winkels von der Skala 200 beschrieben.
Da bei dem ersten konzentrisch auf dem Rotor 100 gebildeten Muster A der Skala 200 die Breite des dunklen Bereichs moduliert ist, so dass eine Periode bei einem Winkel von 360°/50 erreicht wird, wobei die modulierten Breiten bei 0–183,8 sek. gesetzt werden, ist die Breite DA des ersten Musters gegeben durch DA = 91,9 sek. × (1 + SIN (2 × π × X/(1296000 sek./50))) (1)wobei x = (183,8 sek., 735,3 sek., 1286,8 sek., ...).
Ähnlich, da bei dem zweiten konzentrisch auf dem Rotor 100 gebildeten Muster B der Skala 200, die Breite des dunklen Abschnitts moduliert ist, so dass eine Periode bei einem Winkel von 27574,5 sek. erreicht wird, ist die Breite DB des zweiten Muster gegeben durch DB = 5 × (1 + SIN (2π × X/(1296000 sek./47))) (2)wobei x = (367,7 sek., 919,1 sek., 1470,6 sek., ...).
Das dritte Muster hat eine feste Breite von 147,1 sek., was 80% der maximalen Modulation des ersten und zweiten Musters ausmacht.
Da die Perioden des ersten Musters A und des zweiten Musters B leicht unterschiedlich sind, treten die gleichen Muster auf, wenn eine volle Drehung vollzogen wird, die das kleinste gemeinsame Vielfache dieser ist (Punkt der Übereinstimmung). Daher folgt, dass die Phasendifferenz zwischen dem Signal gemäß dem ersten Muster A und dem Signal gemäß dem zweiten Muster B von 0 bis 2π innerhalb des Bereichs einer Rotation des Rotors 100 variiert. Und zwar wird durch Bezeichnen der Phase des Signals gemäß dem ersten Muster A durch ∅_A und der Phase des Signals gemäß dem zweiten Muster B durch ∅_B, der Winkel θ des Rotors 100 gegeben durch θ = (∅B – ∅A)/(50 – 47) (3)
Die Art, den Winkel θ des Rotors 100 zu berechnen, wird konkret beschrieben werden.
Das Ausgabesignal des linearen Sensors 15 wird für die vorderen und hinteren Hälften der Teilung des Referenzsignals (des Signals, das der gleichen Teilung p entspricht) integriert. Dann werden Werte an jeder dritten Stelle der integrierten Werte ausgewählt (Produkterfassung) und dadurch wird ein Signal 1, das einem ersten Muster A entspricht, ein Signal 2, das einem zweiten Muster B entspricht und ein Signal 3, das einem dritten Muster R entspricht, wie in 4 gezeigt, erhalten. Da das dritte Muster R keine modulierte Breite besitzt und zusätzlich die Breite des dritten Musters R nur 147,1 sek. ist, während das erste Muster A und das zweite Muster B ein größte modulierte Breite von 183,8 sek. besitzen, besitzt das Signal 3, das dem dritten Muster R entspricht, einen nahezu konstanten integrierten Wert, ungefähr 80% verglichen mit dem Signal 1 und dem Signal 2.
Ferner, da das dritte Muster R, das erste Muster A und das zweite Muster B zyklisch in einer vorherbestimmten Reihenfolge angeordnet sind, kann bestimmt werden, zu welchem des dritten Musters R, des ersten Musters A und des zweiten Musters B das ausgewählte Signal gehört. Ferner, um die Wirkung des äußeren störenden Lichts zu entfernen, welches eine Unregelmäßigkeit in der Lichtmenge produziert, werden Signal (A–R) und (B–R) erhalten, die auf das dritte Signal bezogen sind, das dem dritten Muster R, wie in 5 gezeigt, entspricht.
Dann, durch Auswahl, aus den Signalen (A–R) und (B–R), einer Menge des Signals R, des Signals (A–R) und des Signals (B–R) einschließlich des Referenzsignals, einschließlich der Adressposition (des m-te Bit) des linearen Sensors 15, welches der Position der Winkelerfassung entspricht und dann, Erhalten der Phasen der Signale (A–R) und (B–R), kann herausgefunden werden, welche Position der Skala 200, die konzentrisch auf dem Motor 100 gebildet ist, die ge wählte Menge des ersten Musters A, des zweiten Musters B und des dritten Musters R ist.
Hier, durch Bezeichnen des Signals (A–R) durch Am und des Signals (B–R) durch Bm und Darstellen von 1/2 der maximalen Amplitude des Signals (A–R) durch Wa und 1/2 der maximalen Amplitude des Signals (B–R) durch Wb, können die Phasen der Signale (A–R) und (B–R) jeweils erhalten werden aus ∅A = SIN–1 (Am/Wa) (6) und∅B = SIN–1 (Bm/Wb) – 2 × π (183,8/(360 × 60 × 60/47)) = SIN–1 (Bm/Wb) – 2 × π (183,8/27574,5) (7)
Die ungerade Summe in Gleichung 7 wird durch die Tatsache produziert, dass die Position des Signals, welches dem zweiten Muster B entspricht, 183,8 sek. von dem Signal abweicht, das dem ersten Muster A entspricht.
Durch Ersetzen von Gleichung 6 und 7 in Gleichung 3 kann die Position auf der Skala 200 des Signals, das dem ersten Muster A entspricht, erfasst werden und der Winkel θ des Rotors 100 kann erhalten werden. Wenn das Referenzsignal zu dem dritten Muster R gehört, sollten 183,8 sek. subtrahiert werden und wenn das Referenzsignal zu dem zweiten Muster B gehört, sollten 183,8 sek. addiert werden. Daher kann die Position auf der Skala 200, die konzentrisch auf dem Rotor 100 gebildet wird, erfasst werden und der Winkel θ des Rotors 100 kann erhalten werden.
Nun wird das Prozessormittel 16, das in dem Codierer 1000 der vorliegenden Ausführungsform installiert ist, im Detail beschrieben.
Der Verstärker 161 dient zum Verstärken eines elektrischen Signals von dem linearen Sensor 430, das Abtast- und Halteelement 162 dient zum Abtasten und Halten des verstärkten und elektrischen Signals mit einem Taktsignal von dem Taktgeber 165 und der A/D-Wandler 163 ist zum A/D-Wandeln des abgetasteten und gehaltenen elektrischen Signals. RAM 164 dient zum Speichern der A/D-gewandelten digitalen Signale. Ferner dient der Mikrocomputer 166 zur Ausführung verschiedener Berechnungsschritte.
Nun werden die durch den Mikrocomputer 166 ausgeführten Funktionen unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Das Prozessormittel 16 besteht aus einer Referenzsignalerzeugungseinrichtung 1661, einer Mustersignalerzeugungseinrichtung 1662 und einer Berechnungseinrichtung 1664. Die Referenzsignalerzeugungseinrichtung 1661 erzeugt ein Referenzsignal, das der gleichen Teilung p des elektrischen Signals entspricht, das vom linearen Sensor 430 mittels einer schnellen Fouriertransformation erhalten wird.
Die Mustersignalerzeugungseinrichtung 1662 integriert hierzu das eingegebene Signal für die vorderen und hinteren Hälften der Teilung des Referenzsignals und wählt dann Werte an jeder dritten Stelle der integrierten Werte aus (Produkterfassung), um hierdurch das erste Mustersignal und das zweite Mustersignal zu erzeugen.
Die Berechnungseinrichtung 1664 berechnet Gleichung 3 aus den Phasen des ersten Mustersignals und des zweiten Mustersignals, um den Winkel θ des Rotors 100 zu erhalten.
Die Anzeige 167 zeigt den Winkel θ des Rotors 100 an, der durch die Berechnungseinrichtung 1664 berechnet wurde, wofür ein Anzeigemittel wie eine Flüssigkristallanzeige benutzt werden kann oder ein externes Speichermittel oder ähnliches benutzt werden kann, um die Daten auszugeben.
Nun wird der Codierer 1000 der vorliegenden Ausführungsform konkret beschrieben.
Die Skala 200, die konzentrisch auf dem Rotor 100 gebildet ist, besteht aus dem ersten Muster A, dem zweiten Muster B und dem dritten Muster R.
Das erste Muster A ist so angeordnet, dass seine Periode bei 360°/50 erreicht wird, und das zweite Muster B ist so angeordnet, dass seine Periode bei 360°/47 erreicht wird. Daher tritt an dem Punkt A = 50 Perioden und B = 47 Perioden, wo ihr kleinster gemeinsames Vielfaches erreicht wird, das gleiche Muster auf. Und zwar entspricht dieser Punkt dem Index für das Nullsignal. In dem herkömmlichen Codierer wäre es, durch Setzen der Teilung der Balken des Gitters bei ungefähr 60 sek., möglich, einen Winkel bei maximaler Feinheit von ungefähr 0,2 sek. von dem Signal zu erfassen, das von dem Gitter erhalten wurde.
In dem Codierer 1000 der Ausführungsform ist die Erfassung bis zu einem 1000stel der Balkencodeteilung möglich. Dann ist es bekannt, dass 0,2 sek. × 1000 38,78 μm entspricht. Wenn Teilungen hieraus abgeleitet werden, werden 6480 Teilungen für eine Drehung erhalten.
Aus dem ersten Muster A (A = 50 Perioden) und dem zweiten Muster B (B = 47 Perioden) wird das kleinste gemeinsame Vielfache von A und B zu 2350 Blöcken und im Fall von 3 Teilungen mit dem hinzugefügten dritten Muster R, wird es zu 2350 × 3 = 7050.
Eine Teilung ist gegeben durch
(360 × 60 × 60)/7050 = 183,3 sek. und die Auflösung ist gegeben durch 183,3 sek. × 1000 = 0,18 sek.
Die vorliegende Erfindung, so wie oben beschrieben konstruiert, besteht aus einem Rotor und einem Stator. Eine Skala, die auf dem Rotor gebildet ist, besitzt ein erstes Muster, das für eine erste Periode moduliert ist, und ein zweites Muster, das für eine zweite Periode, verschieden von der ersten Periode, moduliert ist und das erste Muster und das zweite Muster sind aufeinanderfolgend in gleicher Teilung in der Drehrichtung des Rotors angeordnet, und, ferner, wird eine Skalenerfassungseinrichtung zum Lesen der Muster der Skala bereitgestellt.
In der Erfindung kann die Modulation des ersten Musters und des zweiten Musters durch räumliche Modulation ausgeführt wird, durchgeführt durch Ändern der Breite der Balken.
Ferner kann die Erfindung ein einheitliches drittes Muster zusätzlich zu dem ersten Muster und zu dem zweiten Muster aufweisen und kann das erste Muster, das zweite Muster und das dritte Muster aufeinanderfolgend in der Drehrichtung des Rotors in gleicher Teilung anordnen.
Ferner besitzt in der vorliegenden Erfindung die Skala, die auf dem Rotor gebildet ist, ein erstes Muster, das für eine erste Periode moduliert ist, und ein zweites Muster, das für eine zweite Periode, verschieden von der ersten Periode, moduliert ist, das erste Muster und das zweite Muster sind aufeinanderfolgend in gleicher Teilung in der Drehrichtung des Rotors angeordnet und es ist angepasst, so dass eine Skalenerfassungseinrichtung die Muster der Skala liest und ein Prozessormittel den Winkel des Rotors auf der Basis des durch die Skalenerfassungseinrichtung erfassten Signals berechnet und es wird ermöglicht, dass ein Referenzsignalerzeugungsbereich des Prozessormittels ein Referenzsignal aus der Teilung des Erfassungssignals, welches durch die Skalenerfassungseinrichtung erfasst wurde, erzeugt, eine Mustersignalerzeugungseinrichtung erzeugt ein erstes Mustersignal und ein zweites Mustersignal aus dem Referenzsignal, das durch die Referenzsignalerzeugungseinrichtung erzeugt wurde und dem Erfassungssignal, das durch die Skalenerfassungseinrichtung erfasst wurde, und die Berechnungsein richtung berechnet den Winkel des Rotors aus der Phase des ersten Mustersignals und der Phase des zweiten Mustersignals.
Dementsprechend ist es nicht notwendig, das Gitter so fein wie in herkömmlichen Codierern des inkrementellen Typs zu machen und den Randbereich des Balkens des Gitters zu erfassen und daher kann ein Vorteil erhalten werden, dass der Codierer leicht und zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
In der Erfindung können das erste Muster und das zweite Muster mindestens einen Punkt besitzen, wo sie ineinander fallen im Hinblick auf ihre Phasen.
Ferner besitzt die Erfindung eine derart gute Wirkung, dass sie die Messung des Phasenunterschieds möglich macht, gleich in welcher Position der Rotor sein kann und die Erfassung eines Winkels ermöglicht, nur durch Erfassen der linearen Skala auf dem Stator.
Daraus folgt, dass der drehende Codierer der Erfindung die Vorteile des inkrementellen Typs und des absoluten Typs zur gleichen Zeit besitzt und eine derart exzellente Eigenschaft besitzt, dass ein Codierer bereitgestellt wird, der hohen Mehrwert und hohe Vermarktungsfähigkeit besitzt.

Claims

Codierer (1000) aus einem Rotor (100) und einem Stator (300), aufweisend eine Skala (200), gebildet auf dem Rotor (100), mit einem ersten Muster (A), moduliert für eine erste Periode, und einem zweiten Muster (B), moduliert für eine zweite Periode, verschieden von der ersten Periode, wobei das erste Muster (A) und das zweite Muster (B) sequentiell bei gleicher Teilung (p) in der Drehrichtung des Rotors (100) angeordnet sind, und eine Skalenerfassungseinrichtung (400) zum Lesen der Muster auf der Skala, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Muster (A) und das zweite Muster (B) zumindest einen sich periodisch wiederholenden übereinstimmenden Punkt aufweisen, wo die Muster (A, B) miteinander in Bezug auf ihre Phasen übereinstimmen, und weiter aufweisend einen Prozessor (16), um eine Position des Rotors (100) durch Bestimmen einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Muster (A) und dem zweiten Muster (B) zu messen.
Codierer (1000) gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend ein einheitliches drittes Muster (R), wobei das erste Muster (A), das zweite Muster (B) und das dritte Muster (R) sequentiell bei gleicher Teilung (p) in Drehrichtung des Motors (100) angeordnet sind.
Codierer (1000) gemäß Anspruch 1, wobei der Prozessor (16) eine Prozessoreinrichtung zum Berechnen des Winkels des Rotors (100) auf der Basis eines Signals aufweist, erfasst durch die Skalenerfassungseinrichtung (400), wobei die Einrichtung aufweist eine Referenzsignalerzeugungseinrichtung (1661) zum Erzeugen eines Referenzsignals aus der Teilung (p) eines Erfassungssignals, erfasst durch die Skalenerfassungseinrichtung (400), eine Mustersignalerzeugungseinrichtung (1662) zum Erzeugen eines Signals (1) des ersten Musters (A) und eines Signals (2) des zweiten Musters (B) aus dem Referenzsignal, erzeugt durch die Referenzsignalerzeugungseinrichtung (1661) und dem Erfassungssignal, erfasst durch die Skalenerfassungseinrichtung (400), und eine Berechnungseinrichtung (1664) zum Berechnen des Winkels des Rotors (100) aus der Phase des ersten Mustersignals (1) und der Phase des zweiten Mustersignals (2).