專利名稱：刻度尺和讀取頭設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刻度尺讀取系統(tǒng)，包括可相對(duì)相互移動(dòng)的刻度尺和讀取頭。特別地，本發(fā)明涉及一種刻度尺讀取系統(tǒng)，包括用于確定讀取頭相對(duì)于刻度尺的角對(duì)準(zhǔn)的裝置。
用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)部件相對(duì)位移的刻度尺讀取設(shè)備的已知形式包括具有限定圖案的刻度尺標(biāo)記的一個(gè)部件上的刻度尺，和在另一個(gè)部件上提供的讀取頭。光學(xué)刻度尺讀取設(shè)備具有用于照明刻度尺的裝置、以及響應(yīng)于結(jié)果光圖案產(chǎn)生刻度尺和讀取頭相對(duì)位移測(cè)度的讀取頭中的檢測(cè)裝置。具有周期性圖案標(biāo)記的刻度尺被稱為遞增式刻度尺，并且提供向上和向下計(jì)數(shù)的輸出?？梢韵蚩潭瘸咛峁﹨⒖紭?biāo)記，該參考標(biāo)記在由讀取頭檢測(cè)時(shí)，使得能夠確定讀取頭的準(zhǔn)確位置?？潭瘸呖梢跃哂薪^對(duì)代碼標(biāo)記，該絕對(duì)代碼標(biāo)記使得能夠在刻度尺上的任何位置確定讀取頭的絕對(duì)位置。
刻度尺和讀取頭系統(tǒng)不限于光學(xué)系統(tǒng)。磁刻度尺讀取系統(tǒng)也是已知的。
利用讀取頭的底盤高度(ride height)、斜度(pitch)、滾卷度(roll)和偏轉(zhuǎn)(yaw)，可以相對(duì)于刻度尺調(diào)節(jié)該讀取頭。通過正確地使讀取頭同刻度尺對(duì)準(zhǔn)，可以產(chǎn)生最優(yōu)的信號(hào)。如果讀取頭是未對(duì)準(zhǔn)的，則信號(hào)強(qiáng)度減小，并且不能檢測(cè)某些參考標(biāo)記或絕對(duì)代碼。
已知的是，通過使用墊片(shim)使讀取頭相對(duì)于線性刻度尺對(duì)準(zhǔn)。這是安置在刻度尺和讀取頭之間的隔離件，由此當(dāng)讀取頭固定到適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，設(shè)定該讀取頭對(duì)準(zhǔn)。然而，對(duì)于某些系統(tǒng)，由于物理限制，使用墊片是不實(shí)際的，而且對(duì)于其中刻度尺安裝在環(huán)形部件上的旋轉(zhuǎn)式刻度尺，墊片的使用是不實(shí)際的。在旋轉(zhuǎn)式刻度尺上使用墊片具有這樣的缺點(diǎn)，即，對(duì)于不同直徑的刻度尺，需要不同的墊片設(shè)計(jì)。而且，對(duì)于小半徑的旋轉(zhuǎn)式刻度尺，使用墊片的安裝變得困難。
在旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)中，讀取頭的任何線性移位使得讀取頭讀取傾斜的刻度尺部分。該讀取頭偏移的影響在具有小直徑的旋轉(zhuǎn)式刻度尺中是較大的。
本發(fā)明提供了一種用于確定讀取頭相對(duì)于刻度尺的角對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備，該設(shè)備包括讀取頭中的至少一個(gè)傳感器，其中該至少一個(gè)傳感器的至少一個(gè)輸出取決于讀取頭相對(duì)于刻度尺的角對(duì)準(zhǔn)。
該設(shè)備可以確定關(guān)于平行于刻度尺平面的軸的角對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于非線性刻度尺，該設(shè)備可以確定關(guān)于平行于同讀取頭相鄰的刻度尺近似平面的軸的角對(duì)準(zhǔn)、或者確定關(guān)于平行于同讀取頭相鄰的刻度尺切線的軸的角對(duì)準(zhǔn)。
該至少一個(gè)傳感器可以包括至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器。在該情況中，讀取頭還包括光源。該至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器可以包括分裂檢測(cè)器(splitdetector)。
該至少一個(gè)傳感器可以包括至少一個(gè)接近度傳感器，例如，電容、電感或磁傳感器。
該刻度尺可以包括光學(xué)刻度尺?？商鎿Q地，該刻度尺可以包括磁刻度尺。該刻度尺可以包括線性或旋轉(zhuǎn)式刻度尺。
讀取頭相對(duì)于刻度尺的角對(duì)準(zhǔn)可以是斜度或滾卷度?？商鎿Q地，其可以是局部刻度尺平坦度。
該輸出可以是電氣輸出。
該電氣輸出可以是電壓輸出。電氣輸出可以通過軟件、電氣儀表或指示器顯示，以示出最優(yōu)的對(duì)準(zhǔn)，例如LED顯示器。可替換地，可聽信號(hào)，諸如蜂鳴器，可用于指出最優(yōu)對(duì)準(zhǔn)。
現(xiàn)將通過參考附圖描述本發(fā)明，其中

圖1是光學(xué)刻度尺和讀取頭的側(cè)視圖；圖2是光學(xué)刻度尺和讀取頭的端視圖；圖3a、3b和3c是分別在零斜度以及向左側(cè)和右側(cè)傾斜的讀取頭的情況下，光學(xué)刻度尺和讀取頭的側(cè)視圖；圖4是讀取頭中的電子裝置的框圖；圖5是刻度尺和包括霍爾(Hall)傳感器的讀取頭的側(cè)視圖；以及圖6示出了具有平坦度誤差的刻度尺。
圖1和2說明了本發(fā)明的第一實(shí)施例的側(cè)和端視圖，并且示出了可沿x軸相互移動(dòng)的刻度尺10和讀取頭12。
讀取頭12包括光源14、分裂檢測(cè)器16和透鏡18。來自光源14的光由刻度尺10反射，并且由透鏡18成像到檢測(cè)器16上。
圖3a、3b和3c分別說明了相互平行以及在第一和第二方向中偏斜的刻度尺和讀取頭。在圖3a中，讀取頭12平行于刻度尺10。這樣，當(dāng)讀取頭正確地同刻度尺角對(duì)準(zhǔn)時(shí)，光均勻地落于分裂檢測(cè)器的兩半上，如檢測(cè)器上的光強(qiáng)度分布20所示出的。在圖3b和3c中，讀取頭分別相對(duì)于刻度尺偏斜，并且因此光不均勻地落于分裂檢測(cè)器的兩半上，如光強(qiáng)度分布22和24所示出的。
比較分裂檢測(cè)器的兩半的輸出，以產(chǎn)生電壓輸出，該電壓輸出指出了傾斜的量和方向。圖4說明了將來自分裂檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換為斜度信號(hào)的電子裝置的框圖。
通過放大器30、32，將來自分裂檢測(cè)器的兩半16a、16b的輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出，并且在比較器34和緩沖器36處確定電壓之間的差。使用窗口比較器38，當(dāng)電壓差處于預(yù)定的范圍中時(shí)，使用LED 40產(chǎn)生信號(hào)。伏特計(jì)42用于給出電壓輸出。盡管圖4示出了LED指示器和電壓計(jì)，但是僅需要一個(gè)形式的指示裝置。
電壓輸出可用于點(diǎn)亮讀取頭上的一個(gè)或多個(gè)LED，其指出斜度何時(shí)處于可接受的范圍中?？商鎿Q地，電壓輸出可以發(fā)送到外部電壓計(jì)，由此用戶可以通過使用輸出電壓調(diào)節(jié)該斜度。電壓輸出可被發(fā)送到包括斜度指示器的軟件。
電壓輸出可被發(fā)送到可聽指示器，諸如蜂鳴器。因此用戶可以通過使用指示裝置指出斜度何時(shí)處于可接受的范圍中，來調(diào)節(jié)斜度。
斜度指示器可以顯示讀取頭相對(duì)于刻度尺的角位置的量值(例如，斜度或滾卷度)，或者指出應(yīng)調(diào)節(jié)讀取頭的方向(例如，相關(guān)方向中的箭頭顯示)。
盡管上文的實(shí)施例描述了分裂檢測(cè)器的使用，但是還可以使用任何能夠檢測(cè)成像光的位置的檢測(cè)器。例如，可以使用像素檢測(cè)器(pixellated detector)，諸如電荷耦合檢測(cè)器(CCD)。
當(dāng)組裝讀取頭時(shí)，可以使透鏡的位置調(diào)節(jié)為，對(duì)于讀取頭的零斜度來說檢測(cè)器的輸出是零電壓。因此可以在任何系統(tǒng)上直接使用該讀取頭。
圖5說明了本發(fā)明的第二實(shí)施例，其中使用了非光學(xué)斜度檢測(cè)器。圖5說明了鐵磁刻度尺10，例如，鋼，和讀取頭12?？潭瘸咦x取系統(tǒng)可以是磁系統(tǒng)或光學(xué)系統(tǒng)?？梢栽谧x取頭中提供兩個(gè)磁傳感器，例如霍爾傳感器50、52，以及偏置磁體51、53，其沿刻度尺長(zhǎng)度方向隔開。當(dāng)霍爾傳感器測(cè)量離開刻度尺的距離時(shí)，如果刻度尺和讀取頭是平行的，則來自霍爾傳感器的電壓輸出將是相等的。如果讀取頭和刻度尺相互傾斜，則兩個(gè)傳感器的輸出可用于確定斜度的方向和量。可以使用如圖4中描述的相似的電子裝置。兩個(gè)霍爾傳感器可由差分霍爾傳感器替換。
可以以相似的方式，使用測(cè)量離開刻度尺距離的任何其他傳感器。例如，可以使用電容傳感器對(duì)或者電感傳感器對(duì)來測(cè)量斜度。
盡管上文的實(shí)施例描述了讀取頭和刻度尺之間的斜度的測(cè)量，但是還可以通過使分裂檢測(cè)器或兩個(gè)檢測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)90°(即，因此檢測(cè)器橫切刻度尺)用于測(cè)量翻轉(zhuǎn)角。本發(fā)明具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，其允許測(cè)量一個(gè)軸的角取向時(shí)獨(dú)立于其他的軸和底盤高度，即，可以獨(dú)立于滾卷度、偏轉(zhuǎn)和底盤高度，來測(cè)量斜度。
已知刻度尺的平坦度在某些讀取頭系統(tǒng)中引起讀取誤差。
本發(fā)明還可用于測(cè)量將刻度尺施加到表面上的平坦度。圖6說明了線性刻度尺10，其中已由刻度尺下面的污垢62引起了波動(dòng)60。本發(fā)明的讀取頭可用于安裝檢查，以檢測(cè)將引起局部斜度誤差的刻度尺的不均勻。讀取頭沿刻度尺的長(zhǎng)度行進(jìn)，以檢查刻度尺的斜度在整個(gè)刻度尺長(zhǎng)度上處于可接受的限制中。該方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，其是快速的和非接觸的。
本發(fā)明還可用于校準(zhǔn)程序。例如，如果讀取頭具有電氣信號(hào)幅度和斜度之間的可量化的關(guān)系，則讀取頭斜度的測(cè)量可用于補(bǔ)償對(duì)電氣信號(hào)幅度的影響。
本發(fā)明適于同線性和旋轉(zhuǎn)式刻度尺一起使用。其還適于同二維刻度尺一起使用。本發(fā)明可以同遞增式刻度尺和絕對(duì)刻度尺一起使用。
權(quán)利要求
1.一種用于確定讀取頭相對(duì)于刻度尺的角對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備，所述設(shè)備包括讀取頭中的至少一個(gè)傳感器，其中所述至少一個(gè)傳感器的至少一個(gè)輸出取決于所述讀取頭相對(duì)于所述刻度尺的所述角對(duì)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)傳感器包括至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述讀取頭包括光源。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器包括分裂檢測(cè)器。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)傳感器包括至少一個(gè)接近度傳感器。
6.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述刻度尺包括光學(xué)刻度尺。
7.如權(quán)利要求1～5中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述刻度尺包括磁刻度尺。
8.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述刻度尺包括旋轉(zhuǎn)式刻度尺。
9.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述刻度尺包括線性刻度尺。
10.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述讀取頭相對(duì)于所述刻度尺的所述角對(duì)準(zhǔn)包括斜度。
11.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述讀取頭相對(duì)于所述刻度尺的所述角對(duì)準(zhǔn)包括滾卷度。
12.如權(quán)利要求1～9中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述讀取頭相對(duì)于所述刻度尺的所述角對(duì)準(zhǔn)包括局部刻度尺平坦度。
13.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述輸出產(chǎn)生視覺顯示。
14.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述輸出產(chǎn)生可聽信號(hào)。
15.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述輸出用于指出所述刻度尺和所述讀取頭的相對(duì)對(duì)準(zhǔn)何時(shí)出于最優(yōu)范圍中。
16.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述輸出用于指出所述讀取頭相對(duì)于所述刻度尺的所需調(diào)節(jié)方向。
17.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述輸出用于指出所述讀取頭相對(duì)于所述刻度尺的所述角位置的量值。
全文摘要
一種用于確定讀取頭相對(duì)于刻度尺的角對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備。該設(shè)備包括刻度尺和讀取頭。該讀取頭具有至少一個(gè)傳感器，該傳感器產(chǎn)生取決于讀取頭相對(duì)于刻度尺的角對(duì)準(zhǔn)的輸出。
文檔編號(hào)G01D5/244GK1973184SQ200580020407
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月21日
發(fā)明者西蒙·艾略特·麥克亞當(dāng) 申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司