專利名稱：刻度尺讀取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及刻度尺讀取設(shè)備。特別地，本發(fā)明涉及具有限制開關(guān)和參考標(biāo)記的刻度尺讀取設(shè)備。
用于測量兩個(gè)部件相對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、響應(yīng)于結(jié)果光圖案產(chǎn)生刻度尺和讀取頭相對位移測度的讀取頭中的檢測裝置。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。可以向刻度尺提供參考標(biāo)記，該參考標(biāo)記在由讀取頭檢測時(shí)，使得能夠確定讀取頭的準(zhǔn)確位置。
批量生產(chǎn)的刻度尺可以具有遞增式軌道和多個(gè)參考標(biāo)記。用戶可能希望使用某些該參考標(biāo)記而非其他的參考標(biāo)記。
在許多機(jī)器中，例如機(jī)床，機(jī)器部件移動(dòng)的端點(diǎn)由限制開關(guān)限定。例如，這可以是機(jī)械的、磁的或光學(xué)的。
本發(fā)明提供了一種用于刻度尺讀取設(shè)備的刻度尺，包括軌道，其具有刻度尺標(biāo)記；標(biāo)識(shí)，其具有兩個(gè)或多個(gè)不同的狀態(tài)；其中標(biāo)識(shí)的兩個(gè)或多個(gè)不同狀態(tài)的不同的組合提供了不同的功能。
如果可以區(qū)分標(biāo)識(shí)，即，它們可以是不同類型的標(biāo)識(shí)或者可以是不同軌道上的相同類型的標(biāo)識(shí)，則它們具有不同的狀態(tài)。
軌道可以包括遞增式軌道。該遞增式軌道可以包括至少一個(gè)參考標(biāo)記。可替換地，可以在平行于該軌道的附加軌道中提供參考標(biāo)記。
兩個(gè)狀態(tài)的標(biāo)識(shí)可以組合，以產(chǎn)生四個(gè)輸出狀態(tài)，即，任一狀態(tài)的無標(biāo)識(shí)、第一狀態(tài)的單一標(biāo)識(shí)、第二狀態(tài)的單一標(biāo)識(shí)、和第一和第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)。
不同標(biāo)識(shí)組合的功能可以包括例如，參考標(biāo)記啟用符和限制開關(guān)。
可以在第一附加軌道上提供第一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)，并且可以在第二附加軌道上提供第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)。在其他情況下，第一和第二標(biāo)識(shí)可以相同。
可替換地，可以在單一的軌道上提供兩個(gè)不同狀態(tài)的標(biāo)識(shí)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，第一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)用作第一限制開關(guān)，第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)用作參考標(biāo)記啟用符，并且第一和第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)用作第二限制開關(guān)。
在第一和第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)的位置，第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)可以在至少一側(cè)比第一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)延伸得更遠(yuǎn)。這具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，如果讀取頭偏轉(zhuǎn)，則該讀取頭將不會(huì)檢測到第二狀態(tài)標(biāo)識(shí)之前的第一狀態(tài)標(biāo)識(shí)。由此雙標(biāo)識(shí)的功能(在該情況中是第二限制開關(guān))不會(huì)被誤認(rèn)為第一狀態(tài)標(biāo)識(shí)的功能(在該情況中是第一限制開關(guān))。
在第一和第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)的位置，第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)可以在至少一側(cè)比第一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)延伸遠(yuǎn)了小于x的距離，并且在僅第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)的位置，標(biāo)識(shí)可以具有大于x的長度。這具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，如果檢測第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)，則可以通過使讀取頭移動(dòng)距離x來確認(rèn)是否還存在第一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)。標(biāo)識(shí)的位置可以是可調(diào)節(jié)的，并且適于由最終用戶調(diào)節(jié)。例如，標(biāo)識(shí)可以包括粘附物、磁體，或者以可釋放方式安裝在固定的孔中。
現(xiàn)將通過參考附圖描述本發(fā)明，其中

圖1是刻度尺和讀取頭的側(cè)面視圖；圖2是刻度尺的第一實(shí)施例的平面視圖；圖3是圖2的刻度尺的一部分以及偏轉(zhuǎn)(yawed)的讀取頭的平面視圖；以及圖4是刻度尺的第二實(shí)施例的平面視圖。
圖1說明了安裝在第一機(jī)器部件(未示出)上的刻度尺10和安裝在第二機(jī)器部件(未示出)上的讀取頭12。這樣，第二機(jī)器部件和讀取頭可以相對于刻度尺移動(dòng)。圖2說明了刻度尺10，其具有遞增式軌道14，該遞增式軌道14包括刻度尺標(biāo)記16的周期性圖案，該周期性圖案組成了交替的反射和非反射線。參考標(biāo)記18嵌入在遞增式刻度尺中。例如，這些標(biāo)記可以通過移除或添加刻度尺標(biāo)記而被嵌入?？商鎿Q地，參考標(biāo)記可以在分立的刻度尺軌道中提供。當(dāng)存在若干參考標(biāo)記時(shí)，最終用戶可能希望選擇特定的參考標(biāo)記并且忽略其他的參考標(biāo)記。
而且，所需的是，標(biāo)記刻度尺的限制，由此機(jī)器的移動(dòng)部件不會(huì)移動(dòng)超出該限制。
如圖2所示，在遞增式軌道14的每側(cè)提供了兩個(gè)額外的軌道20、22。這兩個(gè)軌道中的標(biāo)識(shí)可用于限制開關(guān)，并且用于啟用參考標(biāo)記。這樣，在圖2中，軌道22中的單一標(biāo)識(shí)24指出了左限制開關(guān)，軌道20中的單一標(biāo)識(shí)30是參考標(biāo)記啟用符，并且軌道22中的標(biāo)識(shí)26和軌道20中的標(biāo)識(shí)28用作右限制開關(guān)。由此，通過使用兩個(gè)軌道，軌道20中的單一標(biāo)識(shí)、軌道22中的單一標(biāo)識(shí)、或者軌道20和22這兩個(gè)中的標(biāo)識(shí)的組合，可用于指出三個(gè)不同的功能，即，左和右限制開關(guān)和啟用的參考標(biāo)記。
讀取頭12配備有用于讀遞增式刻度尺的標(biāo)準(zhǔn)遞增式光學(xué)器件2、用于讀參考標(biāo)記的參考標(biāo)記感測光學(xué)器件(未示出)、和用于檢測軌道20、22中的標(biāo)識(shí)的兩個(gè)反射光學(xué)傳感器4、6。
反射光學(xué)傳感器4、6可以在縱向方向中相對遞增式光學(xué)器件2偏移。在該情況中，參考標(biāo)記啟用符30可以對應(yīng)地相對參考標(biāo)記32偏移。
然而，如果讀取頭12偏轉(zhuǎn)，如圖3所示，或者如果標(biāo)識(shí)未被準(zhǔn)確安置，則當(dāng)讀取頭在右限制開關(guān)上通過時(shí)，其可能在檢測到標(biāo)記28和26中的一個(gè)之前檢測到另一個(gè)，并且因此將右限制開關(guān)誤認(rèn)為參考標(biāo)記啟用符(如果首先檢測到軌道20中的標(biāo)記28)或左限制開關(guān)(如果首先檢測到軌道22中的標(biāo)記26)。特別地，如果右限制開關(guān)被誤認(rèn)為左限制開關(guān)，則將不會(huì)有信號被發(fā)送到移動(dòng)機(jī)器部件以停止移動(dòng)，并且移動(dòng)機(jī)器部件將移動(dòng)過遠(yuǎn)。
為了克服該問題，改變表示右限制開關(guān)的雙標(biāo)識(shí)的布局。如圖4所示，軌道20中的標(biāo)記28在這兩個(gè)方向中延伸越過軌道22中的標(biāo)記26，確保了標(biāo)記28總是在標(biāo)記26之前被讀取。這樣，由于該配置不允許在未檢測到軌道20中標(biāo)記的情況下檢測軌道22中的標(biāo)記26，因此在該配置中，右限制開關(guān)不會(huì)被誤認(rèn)為左限制開關(guān)。
為了避免右限制開關(guān)和參考標(biāo)記指示符之間的混淆，針對讀取頭給出如下規(guī)則，即，在該讀取頭接通參考標(biāo)記傳感器之前，該讀取頭必須行進(jìn)距離x(例如2mm)。用作參考標(biāo)記啟用符的標(biāo)識(shí)30必須在參考標(biāo)記32的任一側(cè)延伸至少距離x。標(biāo)識(shí)28相對標(biāo)識(shí)26的伸出必須小于距離x。
這樣，當(dāng)讀取頭移動(dòng)越過右限制開關(guān)時(shí)，在檢測到軌道22中的標(biāo)識(shí)28之后，該讀取頭將在距離x中檢測軌道22中的標(biāo)識(shí)26，并且因此檢測右限制開關(guān)。當(dāng)讀取頭位于越過參考標(biāo)記啟用符標(biāo)識(shí)30時(shí)，該讀取頭將在任一方向中行進(jìn)距離x，并且未拾取軌道22中的任何標(biāo)記，由此檢測到參考標(biāo)記啟用符。這樣，通過軌道20和22中的標(biāo)識(shí)的該配置，當(dāng)接通讀取頭時(shí)可以相互區(qū)分標(biāo)識(shí)的組合。
如果讀取頭在位置A處接通電源，則由于這是僅在軌道22中存在標(biāo)記的情況，因此標(biāo)識(shí)24被識(shí)別為左光開關(guān)。
如果讀取頭在位置B處接通電源，則可能存在同位置C的潛在混淆，但是通過使讀取頭移動(dòng)距離x，未檢測到軌道22中的標(biāo)記，并且由此確認(rèn)了位置B。
如果讀取頭在位置C處接通電源，則可能存在同位置B的混淆，但是通過使讀取頭移動(dòng)距離x，將檢測到軌道22中的標(biāo)記22，并且確認(rèn)了位置C。
如果讀取頭在位置D處接通電源，則檢測到標(biāo)識(shí)26、28，并且因此不存在混淆。
然而，如果在區(qū)域C附近不存在參考標(biāo)記，則圖4中說明的方案將在不需要使讀取頭移動(dòng)距離x的情況下工作。
圖1～4說明了反射系統(tǒng)。本發(fā)明同樣適用于透射系統(tǒng)。
軌道20和22上標(biāo)識(shí)的位置優(yōu)選地由讀取頭中的光電檢測器檢測。例如，該標(biāo)識(shí)在反射背景上可以是暗的。
該標(biāo)識(shí)可以包括諸如斜切表面、棱柱或衍射光柵的設(shè)計(jì)，其中衍射光柵在不同的方向中將光導(dǎo)向剩余的表面。
優(yōu)選地，該標(biāo)識(shí)是可調(diào)節(jié)的，例如，它們可以包括粘附物、滑動(dòng)件，或者可以是可磁附裝的。可替換地，該標(biāo)識(shí)可以是非光學(xué)的，例如，是磁性的，并且可由讀取頭中的傳感器(例如，霍爾(Hall)傳感器)檢測。
本發(fā)明適用于不同類型的刻度尺，例如，電容、電感、磁和光學(xué)遞增式刻度尺。
盡管所描述的實(shí)施例示出了軌道20和22位于遞增式軌道的一側(cè)，但是它們也可以并排安置。
可替換地，標(biāo)識(shí)可以安置在單一的軌道中。例如，可以使用不同顏色的標(biāo)識(shí)，例如，藍(lán)色標(biāo)識(shí)用于左限制開關(guān)，紅色標(biāo)識(shí)用于參考標(biāo)記啟用符，并且藍(lán)色和紅色標(biāo)識(shí)用于右限制開關(guān)。因此讀取頭將具有對不同顏色的標(biāo)識(shí)敏感的檢測器。
盡管上文描述了線性刻度尺，但是本發(fā)明同樣適用于旋轉(zhuǎn)刻度尺上的部分弧。本發(fā)明同樣適用于中間行進(jìn)限制，并且適用于多個(gè)限制，其允許在單軸系統(tǒng)上使用多個(gè)讀取頭。
權(quán)利要求
1.一種用于刻度尺讀取設(shè)備的刻度尺，包括軌道，其具有刻度尺標(biāo)記；標(biāo)識(shí)，其具有兩個(gè)或多個(gè)不同的狀態(tài)；其中標(biāo)識(shí)的所述兩個(gè)或多個(gè)不同類型的不同組合提供了不同的功能。
2.如權(quán)利要求1所述的刻度尺，其中所述軌道包括遞增式軌道。
3.如權(quán)利要求2所述的刻度尺，其中所述遞增式軌道包括至少一個(gè)參考標(biāo)記。
4.如權(quán)利要求2所述的刻度尺，其中所述至少一個(gè)參考標(biāo)記是提供在平行于所述遞增式軌道的附加軌道中。
5.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的刻度尺，其中兩個(gè)狀態(tài)的標(biāo)識(shí)組合，以產(chǎn)生四個(gè)輸出狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的刻度尺，其中所述不同標(biāo)識(shí)組合的功能包括參考標(biāo)記啟用符和至少一個(gè)限制開關(guān)。
7.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的刻度尺，其中在第一附加軌道上提供第一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)，并且在第二附加軌道上提供第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)。
8.如權(quán)利要求7所述的刻度尺，其中其他情況下所述第一和第二標(biāo)識(shí)相同。
9.如權(quán)利要求1～6中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的刻度尺，其中在單一軌道上提供具有不同狀態(tài)的標(biāo)識(shí)。
10.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的刻度尺，其中第一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)具有第一功能，第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)具有第二功能，并且第一和第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)具有第三功能。
11.如權(quán)利要求10所述的刻度尺，其中在所述第一和第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)的位置，所述第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)在至少一側(cè)比所述第一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)延伸得更遠(yuǎn)。
12.如權(quán)利要求10～11中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的刻度尺，其中，在所述第一和第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)的位置，所述第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)在至少一側(cè)比所述第一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)延伸遠(yuǎn)了小于x的距離，并且在僅所述第二狀態(tài)的標(biāo)識(shí)的位置，標(biāo)識(shí)具有大于x的長度。
13.如權(quán)利要求10～12中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的刻度尺，其中，第一功能是第一限制開關(guān)，第二功能是參考標(biāo)記啟用符，并且第三功能是第二限制開關(guān)。
14.如權(quán)利要求10～13中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的刻度尺，其中，任一狀態(tài)的無標(biāo)識(shí)具有第四功能。
15.如權(quán)利要求14所述的刻度尺，其中所述第四功能是無參考標(biāo)記啟用符或限制開關(guān)。
16.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的刻度尺，其中所述標(biāo)識(shí)的位置是可調(diào)節(jié)的。
全文摘要
一種用于刻度尺讀取設(shè)備的刻度尺，具有刻度尺軌道，該刻度尺軌道具有形成遞增式刻度尺的刻度尺標(biāo)記。該刻度尺還具有參考標(biāo)記組。該刻度尺具有至少一個(gè)附加軌道，并且該至少一個(gè)附加軌道中的標(biāo)識(shí)的不同組合具有不同功能，例如，參考標(biāo)記啟用符以及右和左限制開關(guān)。
文檔編號G01D5/12GK1973182SQ200580020408
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月21日
發(fā)明者科林·基思·豪利 申請人:瑞尼斯豪公司