JP4001989B2 - 位置測定装置の走査部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁誘導走査により位置に依存する出力信号を発生させるため、交互に配置された導電性および非導電性の目盛領域から成る少なくとも一つの目盛トラックを使用し、一様な励起電磁場を発生する複数の励起要素と複数の面状センサ巻線を配置したホルダー部材とを有する位置測定装置の走査部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位置に依存する情報を得るため周期的な測定目盛を光で走査する位置測定装置の外に、別な走査原理に基づく測定系が知られている。この種の位置測定装置は、特に一定の環境条件の下では上に述べた光測定系よりも感度が悪くなる。これに相当する環境条件は、例えば駆動部の回転軸の回転運動を検出したい応用で与えられる。厳しい環境条件の下でも使用できる位置測定装置は、例えば欧州特許第 0 289 033号明細書に開示されている。この場合、交互に配置された導電性と非導電性の領域を持つ目盛トラックが電磁誘導的に走査される。このため、それに応じた走査部材は一つまたはそれ以上の励磁コイルを有し、これ等の励磁コイルは走査される目盛トラックのところに一様な電磁場を発生する。更に、走査側にセンサ巻線が設けてあり、これ等のセンサ巻線も励磁コイルの一様な磁場内に配置され、導電性部分領域で誘起する電磁場の検出に使用される。その結果、ずれに応じた変調出力信号が生じる。こうして、目盛トラックと走査部材の間の相対運動を検知できる。この種の位置測定装置の機能原理に関しては、更に欧州特許第 0 182 085号明細書を参照されたい。
【０００３】
更に、似たような構成の電磁誘導による位置測定装置はドイツ特許第 195 04 307 号明細書により周知である。この明細書では、取り分けただ一つの目盛トラックを走査するだけでなく、むしろ説明した方法で読取できる他のトラックを設けることも提唱している。しかし、走査される複数の目盛トラックを持つ測定装置の具体的な構成に関する詳細、および励起される磁場を発生する方策はこの刊行物には開示されていない。
【０００４】
上で説明した原理により動作する他の電磁誘導による位置測定装置は、更に欧州特許出願公開第 0 743 508号明細書により周知である。しかし、この刊行物でも走査される複数の目盛トラックのある場合に走査部材をどのように具体的に形成するかの示唆を開示していない。特に、異なった走査トラックに対してできる限り均一な励起磁場の発生をどのように行うのかを開示していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、この発明の課題は、複数の走査トラックを設けている場合でも、信頼性のある機能を保証するように電磁誘導の位置測定装置に対する冒頭の述べた種類の走査部材を提供することにある。その場合、特に複数の走査トラックに対しても異なった走査トラックの領域で均一な励起磁場を発生することを保証すべきである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、この発明により、電磁誘導走査により位置に依存する出力信号を発生させるために、交互に配置された導電性および非導電性の目盛領域（Ｔ1 L , Ｔ1 N , Ｔ2 L , Ｔ2 N ）から成る、目盛の分割割合の異なる少なくとも二つの隣接する目盛トラック（Ｔ1,Ｔ2 ）を使用する位置測定装置の走査部材であって、その際この走査部材（５）は、ホルダー部材（１０）を有し、このホルダー部材（１０）上には、異なった周期の平坦なセンサ巻線（ＳＷA1, ＳＷB1, ＳＷA2, ＳＷB2）を持つ隣接する少なくとも二つの走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）を配置するとともに、これ等の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の横に隣接して、それぞれ励起要素（Ｅ1,Ｅ2,Ｅ3 ）を配置して、これ等の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の領域にそれぞれ一つの一様な励起電磁場を発生させ、その際励起要素（Ｅ1,Ｅ2,Ｅ3 ）は導体パターンユニットとして形成され、これらの導体パターンユニットは、それぞれホルダー部材（１０）の上に面平行に配設された、電流の流れる複数の導体を有して、各導体パターンユニットの周りにホース状の電磁場を形成し、そしてその際隣接する走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の間の励起要素（Ｅ2 ）によって、両方の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）に対する励起電磁場を発生させることによって解決されている。
【０００７】
この発明による他の有利な構成は特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
そこで、この発明による処置は、隣り合わせに配置された複数の走査トラックの場合でも、配備されている全ての走査トラックのセンサ巻線が一様な電磁場の中に配置されることを保証するものである。励磁素子を適当に結線することによりそれぞれ簡単に一様な励起磁場を異なった走査トラックの領域に発生させることができる。この場合、異なった走査トラックは異なった目的のために設けてある。一方の走査トラックが駆動切換に利用され、他方のトラックが増分式の位置測定等に利用される。
【０００９】
励起素子を、平行に配置された、電流の流れる複数の個別導線から成る導体ユニットの形にして形成すると有利である。走査部材の多層構造と組み合わせて、走査部材あるいは位置測定装置全体のこのような特にコンパクトな構造を保証できる。この場合、印刷基板製造による周知の技術を有利に使用できる。つまり、この発明により構成された走査部材の簡単な作製が可能である。
【００１０】
走査トラックの領域で一様な励起磁場をこの発明により発生させることに関して、一連の結線の可能性が存在する。つまり、この発明による走査部材を異なった測定の要請に柔軟に合わせることができる。更に、当然であるが、この発明による処置はリニヤー位置測定装置にもロータリー位置測定装置にも使用できる。同様に、異なった測定系に採用することもできる。つまり、異なった構造様式の絶対測定系にも増分式測定系にも、それ等を相応に組み合わたものにも採用できる。
【００１１】
【実施例】
以下では、好適実施例の添付図面に基づき、この発明による走査部材の別の利点および特徴をより詳しく説明する。
図１はこの発明により形成された走査部材を使用する電磁誘導式の位置測定装置の実施例の横断面を示す。図示する位置測定装置は、この場合、測角装置として形成されている。この測角装置は固定駆動部品２に対する被駆動部の軸１の回転角を検知するために使用されている。図１で軸１の回転軸に参照符号Ｒを付けることにする。他の駆動部品は図示していない。被駆動部の軸１には目盛円板３が固定されている。この目盛円板３はこの発明により形成された固定走査部材５により走査される。軸１と共に回転軸Ｒの周りを回転する目盛円板３は、半径方向に隣り合わせになっている二つの目盛トラックを配置した目盛ホルダー３.1で構成されている。走査部材５はハウジングあるいは駆動部２の固定部品２内で組立部材６にネジ９により固定されている。図１には走査部材５に後続する評価・電源ユニットは図示されていない。このユニットは、一方で走査部材５あるいはこの部材の上に配置されている励起要素への電力供給のために、また他方で目盛円板３の走査により生じる走査部材５の周期的に変調された位置に依存する出力信号を評価するために使用される。この種の評価・電源ユニットは、例えば数値制御部の形にして実現されている。
【００１２】
図１に示す回転目盛円板３と固定走査部材５を持つ測定系の相対配置の外に、固定目盛円板と回転走査ユニットを持つ位置測定系も当然この発明による構想の基礎により実現できる。
この種の位置測定装置の基本的な機能原理を詳しく説明するのに、上記の代わりに既に冒頭で述べた欧州特許第 0 182 085号明細書を参照されたい。
【００１３】
次いで、図１に図示する実施例にあるこの発明により形成された走査部材５およびこの部材により電磁誘導で走査される目盛円板３を図２と３に基づき説明する。この場合、図２は走査部材５の正面図を示し、この部材で走査される目盛円板３も図３に正面図にして示してある。
図１〜３の実施例では、走査部材５により目盛円板３上の全体で二つの目盛トラックＴ1,Ｔ2 が電磁誘導により走査される。両方の目盛トラックＴ1,Ｔ2 は円形に形成され、目盛ホルダー３.1の上に半径方向に隣り合わせにして配置されている。目盛ホルダー３.1の材料としては、図示する実施例の場合、エポキシ樹脂材料が使用されている。両方の目盛トラックＴ1,Ｔ2 はそれぞれ導電性目盛領域Ｔ1 L,Ｔ2 L と非導電性目盛領域Ｔ1 N,Ｔ2 N を交互に配置した周期的な配列で構成されている。導電性目盛領域Ｔ1 L,Ｔ2 L に適した材料としては銅であり、この銅を目盛ホルダー３.1に取り付けている。これに反して、非導電性目盛領域Ｔ1 N,Ｔ2 N では目盛ホルダー３.1には何も被覆されておらず、目盛ホルダー３.1の材料と同じである。
【００１４】
内側の目盛トラックＴ1 は、図示する実施例の場合、ただ導電性材料の第一半円状の目盛領域Ｔ1 L と導電性材料の無い第二半円状の目盛領域Ｔ1 N とで構成されている。以下に詳しく説明する走査部材５により目盛トラックＴ1 を走査すると、回転軸Ｒの周りに目盛円板３が一回転する毎に比較的粗い絶対位置情報が生じる。
【００１５】
第一目盛トラックＴ1 に半径方向に隣接する第二目盛トラックＴ2 が目盛ホルダー３.1の上に配置されている。この第二目盛トラックＴ2 は多数の導電性目盛領域Ｔ2 L と、その間に配置されている目盛領域Ｔ2 N で構成されている。異なっている目盛領域Ｔ2 L,Ｔ2 N は材料として第一目盛トラックＴ1 の目盛領域Ｔ1 L と同じように形成されている。第二目盛トラックＴ2 は、図示する実施例の場合、全体で周期的に配置された１６個の導電性目盛領域Ｔ2 L とその間に配置されている１６個の非導電性目盛領域Ｔ2 N を有する。導電性目盛領域Ｔ2 L の測定方向の長さは、非導電性目盛領域Ｔ2 N の対応する長さの十倍以上である。つまり、この目盛トラックの異なった二つの目盛領域の長さが１：１からずれた分割割合に選定されている。従って、第二の目盛トラックＴ2 の走査により、目盛円板３と走査部材５の相対運動で得られる増分信号が生じる。第一目盛トラックＴ1 による絶対位置測定と結び付けて、この種の配置により高分解能の回転角測定が可能である。
【００１６】
この実施例で選択されたそれぞれ絶対位置測定と増分位置測定を可能にする二つの独立目盛トラックＴ1,Ｔ2 の組み合わせの外に、当然他の組み合わせも可能である。例えば異なった複数のトラックを持つ符号円板による構成等である。更に、異なった形の増分目盛トラック、つまり他の目盛比を持つ目盛トラックも形成できる。この外、例えば目盛比の異なった周期を持つ並列に隣接配置された複数の増分目盛トラックも使用できる等々。
【００１７】
図２に示す目盛円板３を走査するために配備されたこの発明の走査部材５には、目盛トラックＴ1,Ｔ2 に対応する二つの走査トラックＡ1,Ａ2 がある。これ等の走査トラックＡ1,Ａ2 も円形状に形成され、ホルダー部材１０の上に半径方向に隣接配置されている。理解を容易にするため、以下ではただ一つのホルダー部材１０のみ説明するが、走査部材５の図示する実施例では、複数の導体パターン層、接続層およびセンサ層を持つ多層構造が採用されている。この多層構造に関して図６の説明を参照されたい。
【００１８】
内部または絶対目盛トラックＴ1 に対応する走査トラックＡ1 は、図示する実施例の場合、全部で二つの平坦に形成されたセンサ巻線ＳＷA1とＳＷB1で構成されている。これ等のセンサ巻線は、それぞれ走査時に走査トラックＡ1 の円周に対してただ一つの信号周期を出力する。両方のセンサ巻線ＳＷA1とＳＷB1は、この場合、走査部材５のホルダー部材１０の上に互いにずらして配置されている。その結果、回転目盛円板３の走査で出力側に互いに90°位相のずれた二つの出力信号 SIN1 , COS 1 が生じる。両方の出力信号 SIN1 , COS 1 は、既に説明したように、駆動部の軸の一回転で一義的な絶対位置信号を与える。更に、 90 °ほど位相のずれた信号 SIN1 , COS 1 を周知のように評価して、回転運動時の向きを知ることができる。図２には、異なった走査トラックＡ1,Ａ2 に付随する出力信号を含めて走査部材５の対応する信号の取出タップが記入されている。
【００１９】
第二目盛トラックＴ2 の走査に適した第二走査トラックＡ2 にも、ホルダー部材１０の上に配置されている平坦な二つのセンサ巻線ＳＷA2, ＳＷB2がある。両方のセンサ巻線ＳＷA2, ＳＷB2の間にも相対的なずれがあるので、出力側で第二目盛トラックＴ2 を走査する時に 90 °位相のずれた二つの信号 SIN2 , COS 2 が出力する。この場合、第二走査トラックＡ2 の全周にわたり、ホルダー部材１０の上に多数のセンサ巻線ＳＷA2とＳＷB2が配置されている。
【００２０】
二つの走査トラックＡ1 とＡ2 のセンサ巻線ＳＷA1，ＳＷB1，ＳＷA2, ＳＷB2は銅で作製され、ホルダー部材はエポキシ樹脂材料で形成されている。全体としてこの発明による走査部材５は多層に形成され、これは例えば周知の印刷基板技術で実現できる。多層構成に関する詳細は図６の以下の説明を参照されたい。
更に、二つの走査トラックＡ1 とＡ2 のセンサ巻線ＳＷA1，ＳＷB1，ＳＷA2, ＳＷB2の外に、この発明により形成された走査部材５にはホルダー部材１０の上で走査トラックＡ1 とＡ2 の横方向に隣り合わせに配置された励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 がある。これ等の励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 は、走査トラックＡ1 とＡ2 の領域、あるいはこの走査トラックで走査される目盛トラックＴ1 とＴ2 の領域に必要な一様な励起電磁場を発生させるために使用される。図示する実施例では、励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 を導体パターンユニットで形成し、このユニットはホルダー部材１０の上に面状に平行に配置された電流の流れる複数の導体を有する。導体パターンユニットの導体に全て同じ方向に電流を流せば、各導体パターンユニットの周りにホース状あるいは円筒状の方向を向いた電磁場が生じる。得られた電磁場の磁力線は導体パターンユニットの周りに収束円の形をとる。この場合、磁力線の方向は周知のように導体パターンユニットの電流方向に依存する。
【００２１】
共通の走査トラックに直接接する導体パターンユニットの電流方向あるいはこの導体パターンユニットの対応する結線が反対になるように選定されるので、走査トラックの領域における磁力線はそれぞれ同じ方向に向いている。導体パターンユニットＥ1 〜Ｅ3 への電圧供給は図２に記入されている電圧タップＵE を介して行われる。このような磁場の発生を可能にするため、ホルダー部材１０の上に一定の導体パターンを付ける必要がある。これを以下に図４に基づき説明する。
【００２２】
見易くするため、ここでは異なった導体パターンユニットあるいは励起ユニットＥ1 〜Ｅ3 のただ一つの導体を示す。同様に、図４には種々の導体の各電流方向と電源電圧タップＵE が記入されている。この実施例で選択されている導体パターン構成では半径方向に最外側の励起要素Ｅ1 には半径方向に最内側の励起要素Ｅ3 と同じように同じ方向の電流が流れる。これに反して、ホルダー部材上の二つの走査トラックＡ1 とＡ2 の間に配置されている三つの励起要素のうちの中間の要素Ｅ2 には逆方向に電流が流れる。励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 の導体の周りには、それぞれ一つのホース状あるいは円筒状の方向を向いた電磁場が生じ、得られる磁場の方向も図４に記入されている。従って、第一と第三の導体の電磁場は同じ方向を向くが、中間の導体の磁場は両方の導体とは反対向きである。これ等の導体の間にある領域である走査トラックＡ1 とＡ2 には、隣接する励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 の二つの電磁場が合わさった一様な電磁場がそれぞれ生じる。この電磁場は走査トラックＡ1 の場合のように図面の表方向に向くか、あるいは走査トラックＡ2 の場合のように図面の裏方向に向かう。二つの走査トラックＡ1,Ａ2 の対応する電磁場方向は図4 にそれぞれ示してある。
【００２３】
更に、隣接する二つの走査トラックの場合に可能な導体結線構成に関する代わりの実施態様を図５a 〜５e に模式的に示す。そこに示す実施例から更に分かることは、この発明による原理がリニヤー測定装置にも何時でも採用できる点にある。この場合、図５a 〜５d にはそれぞれ中間の導体パターンユニットが外側の二つの導体パターンユニットの電磁場と反対方向の電磁場を発生する可能性が示されている。従って、二つの走査トラックには必ず反対向きの一様な電磁場が図示の方向に生じる。この代わりに、図５e の実施例では、中間の導体パターンユニットが二つの走査トラックの間で作用上二つの部分導体パターンユニットに分割されている。この場合、二つの部分導体パターンユニットには異なった方向の電流が流れる。しかし、上で説明した実施態様のように、走査トラックの直ぐ隣に配置された二つの導体パターンユニットが逆向きの電磁場を発生し、これ等の電磁場が走査トラックの領域で重なり一定の方向の一様な電磁場を形成する。
【００２４】
目盛円板の説明で既に示したように、走査部材に対しても、その上に複数の平行な走査トラックを配置できる他の可能性が当然存在する。つまり、二つ以上の走査トラックも設けてもよく、これ等のトラックには周期の異なるセンサ巻線がそれぞれあってもよい。この種の配置でも、この発明による設計に基づき、励起要素を適当に構成して配置することにより、一様な励起場を発生させることができる。
【００２５】
走査部材上でセンサ巻線や励起要素に必要な種々の導線を適当に通すことは、例えば印刷基板技術で知られているように、多層技術により有利に実現できる。この種の多層技術で走査部材の構成を説明するため、図２の走査部材の横断面を図６に示す。
説明する実施例の走査部材５は７層構造である。図６に示していない目盛円板は第一センサ層ＳＬ1 に対向している。この第一センサ層は薄い第一導体層ＬＰ1 により第二センサ層ＳＬ2 から分離されている。両方のセンサ層ＳＬ1,ＳＬ2 の各々には、励起要素の一部や異なったセンサ巻線の一部が配置されている。望ましくない導線の交差を避けるには、励起要素やセンサ巻線を二つのセンサ層ＳＬ1,ＳＬ2 に配分することが有利であると立証されている。第一導体層ＬＰ1 を二つのセンサ層の間に配置する場合、特に異なったセンサ層ＳＬ1,ＳＬ2 中に配置されるセンサ巻線が目盛円板の導電性目盛領域により同じように影響を受けることを保証するため、第一導体層ＬＰ1 をできる限り薄く、およそ１／１０mmの範囲に形成することに注意する必要がある。
【００２６】
第二センサ層ＳＬ2 の上には、厚い第二導体層ＬＰ2 があり、この第二導体層ＬＰ2 は実質上走査部材５の機械的な安定化に使用され、約 1〜 2 mm の厚さに形成されている。この上に、第三導体層ＬＰ3 で分離されている二つの接続層ＶＬ1,ＶＬ2 が配置されている。これ等の接続層ＶＬ1,ＶＬ2 では、励起要素への給電、励起要素間の接続、信号の取り出し等に必要な導線が通されている。接続層ＶＬ1,ＶＬ2 を二層に構成すると、この種の接続導線に場合によっては必要な交差しない配線が可能になる。
【００２７】
この発明により形成された走査部材はこの種の多層構成で周知の印刷基板技術により合理的に作製できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように、電磁誘導の位置測定装置に対するこの発明の走査部材により、複数の走査トラックを設けている場合でも、信頼性のある機能を保証し、特に複数の走査トラックに対しても異なった走査トラックの領域で均一な励起磁場を発生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明により形成された走査部材を持つ電磁誘導式位置測定装置の縦断面図、
【図２】 図１の位置測定装置に使用されているこの発明の走査部材の実施例の平面図、
【図３】 使用されている二つの目盛トラックを含めた図２の走査部材で走査される目盛トラックの平面図、
【図４】 励起磁場の発生を説明する模式的な巻線配置図、
【図５】 隣接する二つの走査トラックに対する励起磁場を発生する可能性を示す５つの巻線配置図、
【図６】 図２の走査部材の横断面図。
【符号の説明】
１ 軸
２ 駆動部品
３ 目盛円板
３.1 目盛ホルダー
５ 走査部材
６ 組立部材
９ ネジ
１０ ホルダー部材
Ｒ 回転軸
Ａ1,Ａ2 第一および第二走査トラック
Ｔ1,Ｔ2 第一および第二目盛トラック
Ｔ1 L , Ｔ2 L 導電性目盛領域
Ｔ1 N , Ｔ2 N 非導電性目盛領域
ＳＷA1, ＳＷB1 第一目盛トラックのセンサ巻線
ＳＷA2, ＳＷB2 第二目盛トラックのセンサ巻線
SIN 1,COS 1 第一目盛トラックの出力信号
SIN 2, COS2 第二目盛トラックの出力信号
Ｅ1 〜Ｅ3 励起要素（導体パターンユニット）
ＵE 電源電圧タップ
ＳＬ1,ＳＬ2 センサ層
ＬＰ1 〜ＬＰ3 導体層
ＶＬ1,ＶＬ2 接続層
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁誘導走査により位置に依存する出力信号を発生させるため、交互に配置された導電性および非導電性の目盛領域から成る少なくとも一つの目盛トラックを使用し、一様な励起電磁場を発生する複数の励起要素と複数の面状センサ巻線を配置したホルダー部材とを有する位置測定装置の走査部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位置に依存する情報を得るため周期的な測定目盛を光で走査する位置測定装置の外に、別な走査原理に基づく測定系が知られている。この種の位置測定装置は、特に一定の環境条件の下では上に述べた光測定系よりも感度が悪くなる。これに相当する環境条件は、例えば駆動部の回転軸の回転運動を検出したい応用で与えられる。厳しい環境条件の下でも使用できる位置測定装置は、例えば欧州特許第 0 289 033号明細書に開示されている。この場合、交互に配置された導電性と非導電性の領域を持つ目盛トラックが電磁誘導的に走査される。このため、それに応じた走査部材は一つまたはそれ以上の励磁コイルを有し、これ等の励磁コイルは走査される目盛トラックのところに一様な電磁場を発生する。更に、走査側にセンサ巻線が設けてあり、これ等のセンサ巻線も励磁コイルの一様な磁場内に配置され、導電性部分領域で誘起する電磁場の検出に使用される。その結果、ずれに応じた変調出力信号が生じる。こうして、目盛トラックと走査部材の間の相対運動を検知できる。この種の位置測定装置の機能原理に関しては、更に欧州特許第 0 182 085号明細書を参照されたい。
【０００３】
更に、似たような構成の電磁誘導による位置測定装置はドイツ特許第 195 04 307 号明細書により周知である。この明細書では、取り分けただ一つの目盛トラックを走査するだけでなく、むしろ説明した方法で読取できる他のトラックを設けることも提唱している。しかし、走査される複数の目盛トラックを持つ測定装置の具体的な構成に関する詳細、および励起される磁場を発生する方策はこの刊行物には開示されていない。
【０００４】
上で説明した原理により動作する他の電磁誘導による位置測定装置は、更に欧州特許出願公開第 0 743 508号明細書により周知である。しかし、この刊行物でも走査される複数の目盛トラックのある場合に走査部材をどのように具体的に形成するかの示唆を開示していない。特に、異なった走査トラックに対してできる限り均一な励起磁場の発生をどのように行うのかを開示していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、この発明の課題は、複数の走査トラックを設けている場合でも、信頼性のある機能を保証するように電磁誘導の位置測定装置に対する冒頭の述べた種類の走査部材を提供することにある。その場合、特に複数の走査トラックに対しても異なった走査トラックの領域で均一な励起磁場を発生することを保証すべきである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、この発明により、電磁誘導走査により位置に依存する出力信号を発生させるために、交互に配置された導電性および非導電性の目盛領域（Ｔ1 L , Ｔ1 N , Ｔ2 L , Ｔ2 N ）から成る、目盛の分割割合の異なる少なくとも二つの隣接する目盛トラック（Ｔ1,Ｔ2 ）を使用する位置測定装置の走査部材であって、その際この走査部材（５）は、ホルダー部材（１０）を有し、このホルダー部材（１０）上には、異なった周期の平坦なセンサ巻線（ＳＷA1, ＳＷB1, ＳＷA2, ＳＷB2）を持つ隣接する少なくとも二つの走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）を配置するとともに、これ等の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の横に隣接して、それぞれ励起要素（Ｅ1,Ｅ2,Ｅ3 ）を配置して、これ等の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の領域にそれぞれ一つの一様な励起電磁場を発生させ、その際励起要素（Ｅ1,Ｅ2,Ｅ3 ）は導体パターンユニットとして形成され、これらの導体パターンユニットは、それぞれホルダー部材（１０）の上に面平行に配設された、電流の流れる複数の導体を有して、各導体パターンユニットの周りにホース状の電磁場を形成し、そしてその際隣接する走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の間の励起要素（Ｅ2 ）によって、両方の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）に対する励起電磁場を発生させることによって解決されている。
【０００７】
この発明による他の有利な構成は特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
そこで、この発明による処置は、隣り合わせに配置された複数の走査トラックの場合でも、配備されている全ての走査トラックのセンサ巻線が一様な電磁場の中に配置されることを保証するものである。励磁素子を適当に結線することによりそれぞれ簡単に一様な励起磁場を異なった走査トラックの領域に発生させることができる。この場合、異なった走査トラックは異なった目的のために設けてある。一方の走査トラックが駆動切換に利用され、他方のトラックが増分式の位置測定等に利用される。
【０００９】
励起素子を、平行に配置された、電流の流れる複数の個別導線から成る導体ユニットの形にして形成すると有利である。走査部材の多層構造と組み合わせて、走査部材あるいは位置測定装置全体のこのような特にコンパクトな構造を保証できる。この場合、印刷基板製造による周知の技術を有利に使用できる。つまり、この発明により構成された走査部材の簡単な作製が可能である。
【００１０】
走査トラックの領域で一様な励起磁場をこの発明により発生させることに関して、一連の結線の可能性が存在する。つまり、この発明による走査部材を異なった測定の要請に柔軟に合わせることができる。更に、当然であるが、この発明による処置はリニヤー位置測定装置にもロータリー位置測定装置にも使用できる。同様に、異なった測定系に採用することもできる。つまり、異なった構造様式の絶対測定系にも増分式測定系にも、それ等を相応に組み合わたものにも採用できる。
【００１１】
【実施例】
以下では、好適実施例の添付図面に基づき、この発明による走査部材の別の利点および特徴をより詳しく説明する。
図１はこの発明により形成された走査部材を使用する電磁誘導式の位置測定装置の実施例の横断面を示す。図示する位置測定装置は、この場合、測角装置として形成されている。この測角装置は固定駆動部品２に対する被駆動部の軸１の回転角を検知するために使用されている。図１で軸１の回転軸に参照符号Ｒを付けることにする。他の駆動部品は図示していない。被駆動部の軸１には目盛円板３が固定されている。この目盛円板３はこの発明により形成された固定走査部材５により走査される。軸１と共に回転軸Ｒの周りを回転する目盛円板３は、半径方向に隣り合わせになっている二つの目盛トラックを配置した目盛ホルダー３.1で構成されている。走査部材５はハウジングあるいは駆動部２の固定部品２内で組立部材６にネジ９により固定されている。図１には走査部材５に後続する評価・電源ユニットは図示されていない。このユニットは、一方で走査部材５あるいはこの部材の上に配置されている励起要素への電力供給のために、また他方で目盛円板３の走査により生じる走査部材５の周期的に変調された位置に依存する出力信号を評価するために使用される。この種の評価・電源ユニットは、例えば数値制御部の形にして実現されている。
【００１２】
図１に示す回転目盛円板３と固定走査部材５を持つ測定系の相対配置の外に、固定目盛円板と回転走査ユニットを持つ位置測定系も当然この発明による構想の基礎により実現できる。
この種の位置測定装置の基本的な機能原理を詳しく説明するのに、上記の代わりに既に冒頭で述べた欧州特許第 0 182 085号明細書を参照されたい。
【００１３】
次いで、図１に図示する実施例にあるこの発明により形成された走査部材５およびこの部材により電磁誘導で走査される目盛円板３を図２と３に基づき説明する。この場合、図２は走査部材５の正面図を示し、この部材で走査される目盛円板３も図３に正面図にして示してある。
図１〜３の実施例では、走査部材５により目盛円板３上の全体で二つの目盛トラックＴ1,Ｔ2 が電磁誘導により走査される。両方の目盛トラックＴ1,Ｔ2 は円形に形成され、目盛ホルダー３.1の上に半径方向に隣り合わせにして配置されている。目盛ホルダー３.1の材料としては、図示する実施例の場合、エポキシ樹脂材料が使用されている。両方の目盛トラックＴ1,Ｔ2 はそれぞれ導電性目盛領域Ｔ1 L,Ｔ2 L と非導電性目盛領域Ｔ1 N,Ｔ2 N を交互に配置した周期的な配列で構成されている。導電性目盛領域Ｔ1 L,Ｔ2 L に適した材料としては銅であり、この銅を目盛ホルダー３.1に取り付けている。これに反して、非導電性目盛領域Ｔ1 N,Ｔ2 N では目盛ホルダー３.1には何も被覆されておらず、目盛ホルダー３.1の材料と同じである。
【００１４】
内側の目盛トラックＴ1 は、図示する実施例の場合、ただ導電性材料の第一半円状の目盛領域Ｔ1 L と導電性材料の無い第二半円状の目盛領域Ｔ1 N とで構成されている。以下に詳しく説明する走査部材５により目盛トラックＴ1 を走査すると、回転軸Ｒの周りに目盛円板３が一回転する毎に比較的粗い絶対位置情報が生じる。
【００１５】
第一目盛トラックＴ1 に半径方向に隣接する第二目盛トラックＴ2 が目盛ホルダー３.1の上に配置されている。この第二目盛トラックＴ2 は多数の導電性目盛領域Ｔ2 L と、その間に配置されている目盛領域Ｔ2 N で構成されている。異なっている目盛領域Ｔ2 L,Ｔ2 N は材料として第一目盛トラックＴ1 の目盛領域Ｔ1 L と同じように形成されている。第二目盛トラックＴ2 は、図示する実施例の場合、全体で周期的に配置された１６個の導電性目盛領域Ｔ2 L とその間に配置されている１６個の非導電性目盛領域Ｔ2 N を有する。導電性目盛領域Ｔ2 L の測定方向の長さは、非導電性目盛領域Ｔ2 N の対応する長さの十倍以上である。つまり、この目盛トラックの異なった二つの目盛領域の長さが１：１からずれた分割割合に選定されている。従って、第二の目盛トラックＴ2 の走査により、目盛円板３と走査部材５の相対運動で得られる増分信号が生じる。第一目盛トラックＴ1 による絶対位置測定と結び付けて、この種の配置により高分解能の回転角測定が可能である。
【００１６】
この実施例で選択されたそれぞれ絶対位置測定と増分位置測定を可能にする二つの独立目盛トラックＴ1,Ｔ2 の組み合わせの外に、当然他の組み合わせも可能である。例えば異なった複数のトラックを持つ符号円板による構成等である。更に、異なった形の増分目盛トラック、つまり他の目盛比を持つ目盛トラックも形成できる。この外、例えば目盛比の異なった周期を持つ並列に隣接配置された複数の増分目盛トラックも使用できる等々。
【００１７】
図２に示す目盛円板３を走査するために配備されたこの発明の走査部材５には、目盛トラックＴ1,Ｔ2 に対応する二つの走査トラックＡ1,Ａ2 がある。これ等の走査トラックＡ1,Ａ2 も円形状に形成され、ホルダー部材１０の上に半径方向に隣接配置されている。理解を容易にするため、以下ではただ一つのホルダー部材１０のみ説明するが、走査部材５の図示する実施例では、複数の導体パターン層、接続層およびセンサ層を持つ多層構造が採用されている。この多層構造に関して図６の説明を参照されたい。
【００１８】
内部または絶対目盛トラックＴ1 に対応する走査トラックＡ1 は、図示する実施例の場合、全部で二つの平坦に形成されたセンサ巻線ＳＷA1とＳＷB1で構成されている。これ等のセンサ巻線は、それぞれ走査時に走査トラックＡ1 の円周に対してただ一つの信号周期を出力する。両方のセンサ巻線ＳＷA1とＳＷB1は、この場合、走査部材５のホルダー部材１０の上に互いにずらして配置されている。その結果、回転目盛円板３の走査で出力側に互いに90°位相のずれた二つの出力信号 SIN1 , COS 1 が生じる。両方の出力信号 SIN1 , COS 1 は、既に説明したように、駆動部の軸の一回転で一義的な絶対位置信号を与える。更に、 90 °ほど位相のずれた信号 SIN1 , COS 1 を周知のように評価して、回転運動時の向きを知ることができる。図２には、異なった走査トラックＡ1,Ａ2 に付随する出力信号を含めて走査部材５の対応する信号の取出タップが記入されている。
【００１９】
第二目盛トラックＴ2 の走査に適した第二走査トラックＡ2 にも、ホルダー部材１０の上に配置されている平坦な二つのセンサ巻線ＳＷA2, ＳＷB2がある。両方のセンサ巻線ＳＷA2, ＳＷB2の間にも相対的なずれがあるので、出力側で第二目盛トラックＴ2 を走査する時に 90 °位相のずれた二つの信号 SIN2 , COS 2 が出力する。この場合、第二走査トラックＡ2 の全周にわたり、ホルダー部材１０の上に多数のセンサ巻線ＳＷA2とＳＷB2が配置されている。
【００２０】
二つの走査トラックＡ1 とＡ2 のセンサ巻線ＳＷA1，ＳＷB1，ＳＷA2, ＳＷB2は銅で作製され、ホルダー部材はエポキシ樹脂材料で形成されている。全体としてこの発明による走査部材５は多層に形成され、これは例えば周知の印刷基板技術で実現できる。多層構成に関する詳細は図６の以下の説明を参照されたい。
更に、二つの走査トラックＡ1 とＡ2 のセンサ巻線ＳＷA1，ＳＷB1，ＳＷA2, ＳＷB2の外に、この発明により形成された走査部材５にはホルダー部材１０の上で走査トラックＡ1 とＡ2 の横方向に隣り合わせに配置された励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 がある。これ等の励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 は、走査トラックＡ1 とＡ2 の領域、あるいはこの走査トラックで走査される目盛トラックＴ1 とＴ2 の領域に必要な一様な励起電磁場を発生させるために使用される。図示する実施例では、励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 を導体パターンユニットで形成し、このユニットはホルダー部材１０の上に面状に平行に配置された電流の流れる複数の導体を有する。導体パターンユニットの導体に全て同じ方向に電流を流せば、各導体パターンユニットの周りにホース状あるいは円筒状の方向を向いた電磁場が生じる。得られた電磁場の磁力線は導体パターンユニットの周りに収束円の形をとる。この場合、磁力線の方向は周知のように導体パターンユニットの電流方向に依存する。
【００２１】
共通の走査トラックに直接接する導体パターンユニットの電流方向あるいはこの導体パターンユニットの対応する結線が反対になるように選定されるので、走査トラックの領域における磁力線はそれぞれ同じ方向に向いている。導体パターンユニットＥ1 〜Ｅ3 への電圧供給は図２に記入されている電圧タップＵE を介して行われる。このような磁場の発生を可能にするため、ホルダー部材１０の上に一定の導体パターンを付ける必要がある。これを以下に図４に基づき説明する。
【００２２】
見易くするため、ここでは異なった導体パターンユニットあるいは励起ユニットＥ1 〜Ｅ3 のただ一つの導体を示す。同様に、図４には種々の導体の各電流方向と電源電圧タップＵE が記入されている。この実施例で選択されている導体パターン構成では半径方向に最外側の励起要素Ｅ1 には半径方向に最内側の励起要素Ｅ3 と同じように同じ方向の電流が流れる。これに反して、ホルダー部材上の二つの走査トラックＡ1 とＡ2 の間に配置されている三つの励起要素のうちの中間の要素Ｅ2 には逆方向に電流が流れる。励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 の導体の周りには、それぞれ一つのホース状あるいは円筒状の方向を向いた電磁場が生じ、得られる磁場の方向も図４に記入されている。従って、第一と第三の導体の電磁場は同じ方向を向くが、中間の導体の磁場は両方の導体とは反対向きである。これ等の導体の間にある領域である走査トラックＡ1 とＡ2 には、隣接する励起要素Ｅ1 〜Ｅ3 の二つの電磁場が合わさった一様な電磁場がそれぞれ生じる。この電磁場は走査トラックＡ1 の場合のように図面の表方向に向くか、あるいは走査トラックＡ2 の場合のように図面の裏方向に向かう。二つの走査トラックＡ1,Ａ2 の対応する電磁場方向は図4 にそれぞれ示してある。
【００２３】
更に、隣接する二つの走査トラックの場合に可能な導体結線構成に関する代わりの実施態様を図５a 〜５e に模式的に示す。そこに示す実施例から更に分かることは、この発明による原理がリニヤー測定装置にも何時でも採用できる点にある。この場合、図５a 〜５d にはそれぞれ中間の導体パターンユニットが外側の二つの導体パターンユニットの電磁場と反対方向の電磁場を発生する可能性が示されている。従って、二つの走査トラックには必ず反対向きの一様な電磁場が図示の方向に生じる。この代わりに、図５e の実施例では、中間の導体パターンユニットが二つの走査トラックの間で作用上二つの部分導体パターンユニットに分割されている。この場合、二つの部分導体パターンユニットには異なった方向の電流が流れる。しかし、上で説明した実施態様のように、走査トラックの直ぐ隣に配置された二つの導体パターンユニットが逆向きの電磁場を発生し、これ等の電磁場が走査トラックの領域で重なり一定の方向の一様な電磁場を形成する。
【００２４】
目盛円板の説明で既に示したように、走査部材に対しても、その上に複数の平行な走査トラックを配置できる他の可能性が当然存在する。つまり、二つ以上の走査トラックも設けてもよく、これ等のトラックには周期の異なるセンサ巻線がそれぞれあってもよい。この種の配置でも、この発明による設計に基づき、励起要素を適当に構成して配置することにより、一様な励起場を発生させることができる。
【００２５】
走査部材上でセンサ巻線や励起要素に必要な種々の導線を適当に通すことは、例えば印刷基板技術で知られているように、多層技術により有利に実現できる。この種の多層技術で走査部材の構成を説明するため、図２の走査部材の横断面を図６に示す。
説明する実施例の走査部材５は７層構造である。図６に示していない目盛円板は第一センサ層ＳＬ1 に対向している。この第一センサ層は薄い第一導体層ＬＰ1 により第二センサ層ＳＬ2 から分離されている。両方のセンサ層ＳＬ1,ＳＬ2 の各々には、励起要素の一部や異なったセンサ巻線の一部が配置されている。望ましくない導線の交差を避けるには、励起要素やセンサ巻線を二つのセンサ層ＳＬ1,ＳＬ2 に配分することが有利であると立証されている。第一導体層ＬＰ1 を二つのセンサ層の間に配置する場合、特に異なったセンサ層ＳＬ1,ＳＬ2 中に配置されるセンサ巻線が目盛円板の導電性目盛領域により同じように影響を受けることを保証するため、第一導体層ＬＰ1 をできる限り薄く、およそ１／１０mmの範囲に形成することに注意する必要がある。
【００２６】
第二センサ層ＳＬ2 の上には、厚い第二導体層ＬＰ2 があり、この第二導体層ＬＰ2 は実質上走査部材５の機械的な安定化に使用され、約 1〜 2 mm の厚さに形成されている。この上に、第三導体層ＬＰ3 で分離されている二つの接続層ＶＬ1,ＶＬ2 が配置されている。これ等の接続層ＶＬ1,ＶＬ2 では、励起要素への給電、励起要素間の接続、信号の取り出し等に必要な導線が通されている。接続層ＶＬ1,ＶＬ2 を二層に構成すると、この種の接続導線に場合によっては必要な交差しない配線が可能になる。
【００２７】
この発明により形成された走査部材はこの種の多層構成で周知の印刷基板技術により合理的に作製できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように、電磁誘導の位置測定装置に対するこの発明の走査部材により、複数の走査トラックを設けている場合でも、信頼性のある機能を保証し、特に複数の走査トラックに対しても異なった走査トラックの領域で均一な励起磁場を発生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明により形成された走査部材を持つ電磁誘導式位置測定装置の縦断面図、
【図２】 図１の位置測定装置に使用されているこの発明の走査部材の実施例の平面図、
【図３】 使用されている二つの目盛トラックを含めた図２の走査部材で走査される目盛トラックの平面図、
【図４】 励起磁場の発生を説明する模式的な巻線配置図、
【図５】 隣接する二つの走査トラックに対する励起磁場を発生する可能性を示す５つの巻線配置図、
【図６】 図２の走査部材の横断面図。
【符号の説明】
１ 軸
２ 駆動部品
３ 目盛円板
３.1 目盛ホルダー
５ 走査部材
６ 組立部材
９ ネジ
１０ ホルダー部材
Ｒ 回転軸
Ａ1,Ａ2 第一および第二走査トラック
Ｔ1,Ｔ2 第一および第二目盛トラック
Ｔ1 L , Ｔ2 L 導電性目盛領域
Ｔ1 N , Ｔ2 N 非導電性目盛領域
ＳＷA1, ＳＷB1 第一目盛トラックのセンサ巻線
ＳＷA2, ＳＷB2 第二目盛トラックのセンサ巻線
SIN 1,COS 1 第一目盛トラックの出力信号
SIN 2, COS2 第二目盛トラックの出力信号
Ｅ1 〜Ｅ3 励起要素（導体パターンユニット）
ＵE 電源電圧タップ
ＳＬ1,ＳＬ2 センサ層
ＬＰ1 〜ＬＰ3 導体層
ＶＬ1,ＶＬ2 接続層
Claims (4)
- 電磁誘導走査により位置に依存する出力信号を発生させるために、交互に配置された導電性および非導電性の目盛領域（Ｔ1 L , Ｔ1 N , Ｔ2 L , Ｔ2 N ）から成る、目盛の分割割合の異なる少なくとも二つの隣接する目盛トラック（Ｔ1,Ｔ2 ）を使用する位置測定装置用の走査部材であって、その際この走査部材（５）は、ホルダー部材（１０）を有し、このホルダー部材（１０）上には、異なった周期の平坦なセンサ巻線（ＳＷA1, ＳＷB1, ＳＷA2, ＳＷB2）を持つ隣接する少なくとも二つの走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）を配置するとともに、これ等の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の横に隣接して、それぞれ励起要素（Ｅ1,Ｅ2,Ｅ3 ）を配置して、これ等の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の領域にそれぞれ一つの一様な励起電磁場を発生させ、その際励起要素（Ｅ1,Ｅ2,Ｅ3 ）は導体パターンユニットとして形成され、これらの導体パターンユニットは、それぞれホルダー部材（１０）の上に面平行に配設された、電流の流れる複数の導体を有して、各導体パターンユニットの周りにホース状の電磁場を形成し、そしてその際隣接する走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の間の励起要素（Ｅ2 ）によって、両方の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）に対する励起電磁場を発生させることができ、更に、隣接する導体パターンユニットの導体における電流方向が互いに逆向きとなるとともに、隣接する導体パターンユニットの間にある走査トラック（Ａ 1, Ａ 2 ）の領域において一定の空間方向に一つの一様な電磁場が生じるように、励起要素（Ｅ 1, Ｅ 2, Ｅ 3 ）の導体が結線されており、対応するセンサ巻線（ＳＷ A1, ＳＷ B1 ）を有する少なくとも一つの第一走査トラック（Ａ 1 ）は、このセンサ巻線に用いて、測定可能な測定範囲にわたり絶対位置測定が可能であるように形成されるとともに、対応するセンサ巻線（ＳＷ A2, ＳＷ B2 ）を有する少なくと一つの別の第二走査トラック（Ａ 2 ）は、このセンサ巻線を用いて増分位置測定が可能であるように形成されている走査部材。
- 各走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）毎に、互いにずれている少なくとも二つのセンサ巻線（ＳＷA1, ＳＷB1, ＳＷA2, ＳＷB2）をホルダー部材（１０）の上に配置して、このように走査部材（５）と目盛トラック（Ｔ1,Ｔ2 ）をずらすことで、出力側に、走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）毎に、それぞれ位相のずれた周期的に変調された少なくとも二つの出力信号（SIN 1, COS1 ; SIN 2, COS2 ）を生じさせる請求項１に記載の走査部材。
- ホルダー部材（１０）は、薄い円板の形状に形成され、走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）と励起要素（Ｅ1,Ｅ2,Ｅ3 ）がホルダー部材（１０）の上に円形に配置されている請求項１に記載の走査部材。
- ホルダー部材（１０）上には、第一の絶対走査トラック（Ａ1 ）と第二の増分走査トラック（Ａ2 ）を半径方向に隣り合わせに配置するとともに、走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）の領域に一つの一様な励起電磁場を発生させるための励起要素（Ｅ1,Ｅ2,Ｅ3 ）として、両方の走査トラック（Ａ1,Ａ2 ）に対して横方向に隣接させて、およびこれらの走査トラックの間に、導体パターンユニットを配置している請求項３に記載の走査部材。
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