刻度尺讀取設備的製作方法
2023-06-25 19:40:11
專利名稱：刻度尺讀取設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及刻度尺讀取設備。特別地，本發明涉及具有限制開關和參考標記的刻度尺讀取設備。
用於測量兩個部件相對位移的刻度尺讀取設備的已知形式包括具有限定圖案的刻度尺標記的一個部件上的刻度尺，和在另一個部件上提供的讀取頭。光學刻度尺讀取設備具有用於照明刻度尺的裝置、響應於結果光圖案產生刻度尺和讀取頭相對位移測度的讀取頭中的檢測裝置。具有周期性圖案標記的刻度尺被稱為遞增式刻度尺，並且提供向上和向下計數的輸出。可以向刻度尺提供參考標記，該參考標記在由讀取頭檢測時，使得能夠確定讀取頭的準確位置。
批量生產的刻度尺可以具有遞增式軌道和多個參考標記。用戶可能希望使用某些該參考標記而非其他的參考標記。
在許多機器中，例如工具機，機器部件移動的端點由限制開關限定。例如，這可以是機械的、磁的或光學的。
本發明提供了一種用於刻度尺讀取設備的刻度尺，包括軌道，其具有刻度尺標記；標識，其具有兩個或多個不同的狀態；其中標識的兩個或多個不同狀態的不同的組合提供了不同的功能。
如果可以區分標識，即，它們可以是不同類型的標識或者可以是不同軌道上的相同類型的標識，則它們具有不同的狀態。
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參考標記。可替換地，可以在平行於該軌道的附加軌道中提供參考標記。
兩個狀態的標識可以組合，以產生四個輸出狀態，即，任一狀態的無標識、第一狀態的單一標識、第二狀態的單一標識、和第一和第二狀態的標識。
不同標識組合的功能可以包括例如，參考標記啟用符和限制開關。
可以在第一附加軌道上提供第一狀態的標識，並且可以在第二附加軌道上提供第二狀態的標識。在其他情況下，第一和第二標識可以相同。
可替換地，可以在單一的軌道上提供兩個不同狀態的標識。
在優選實施例中，第一狀態的標識用作第一限制開關，第二狀態的標識用作參考標記啟用符，並且第一和第二狀態的標識用作第二限制開關。
在第一和第二狀態的標識的位置，第二狀態的標識可以在至少一側比第一狀態的標識延伸得更遠。這具有這樣的優點，即，如果讀取頭偏轉，則該讀取頭將不會檢測到第二狀態標識之前的第一狀態標識。由此雙標識的功能(在該情況中是第二限制開關)不會被誤認為第一狀態標識的功能(在該情況中是第一限制開關)。
在第一和第二狀態的標識的位置，第二狀態的標識可以在至少一側比第一狀態的標識延伸遠了小於x的距離，並且在僅第二狀態的標識的位置，標識可以具有大於x的長度。這具有這樣的優點，即，如果檢測第二狀態的標識，則可以通過使讀取頭移動距離x來確認是否還存在第一狀態的標識。標識的位置可以是可調節的，並且適於由最終用戶調節。例如，標識可以包括粘附物、磁體，或者以可釋放方式安裝在固定的孔中。
現將通過參考附圖描述本發明，其中
圖1是刻度尺和讀取頭的側面視圖；圖2是刻度尺的第一實施例的平面視圖；圖3是圖2的刻度尺的一部分以及偏轉(yawed)的讀取頭的平面視圖；以及圖4是刻度尺的第二實施例的平面視圖。
圖1說明了安裝在第一機器部件(未示出)上的刻度尺10和安裝在第二機器部件(未示出)上的讀取頭12。這樣，第二機器部件和讀取頭可以相對於刻度尺移動。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。參考標記18嵌入在遞增式刻度尺中。例如，這些標記可以通過移除或添加刻度尺標記而被嵌入。可替換地，參考標記可以在分立的刻度尺軌道中提供。當存在若干參考標記時，最終用戶可能希望選擇特定的參考標記並且忽略其他的參考標記。
而且，所需的是，標記刻度尺的限制，由此機器的移動部件不會移動超出該限制。
如圖2所示，在遞增式軌道14的每側提供了兩個額外的軌道20、22。這兩個軌道中的標識可用於限制開關，並且用於啟用參考標記。這樣，在圖2中，軌道22中的單一標識24指出了左限制開關，軌道20中的單一標識30是參考標記啟用符，並且軌道22中的標識26和軌道20中的標識28用作右限制開關。由此，通過使用兩個軌道，軌道20中的單一標識、軌道22中的單一標識、或者軌道20和22這兩個中的標識的組合，可用於指出三個不同的功能，即，左和右限制開關和啟用的參考標記。
讀取頭12配備有用於讀遞增式刻度尺的標準遞增式光學器件2、用於讀參考標記的參考標記感測光學器件(未示出)、和用於檢測軌道20、22中的標識的兩個反射光學傳感器4、6。
反射光學傳感器4、6可以在縱向方向中相對遞增式光學器件2偏移。在該情況中，參考標記啟用符30可以對應地相對參考標記32偏移。
然而，如果讀取頭12偏轉，如圖3所示，或者如果標識未被準確安置，則當讀取頭在右限制開關上通過時，其可能在檢測到標記28和26中的一個之前檢測到另一個，並且因此將右限制開關誤認為參考標記啟用符(如果首先檢測到軌道20中的標記28)或左限制開關(如果首先檢測到軌道22中的標記26)。特別地，如果右限制開關被誤認為左限制開關，則將不會有信號被發送到移動機器部件以停止移動，並且移動機器部件將移動過遠。
為了克服該問題，改變表示右限制開關的雙標識的布局。如圖4所示，軌道20中的標記28在這兩個方向中延伸越過軌道22中的標記26，確保了標記28總是在標記26之前被讀取。這樣，由於該配置不允許在未檢測到軌道20中標記的情況下檢測軌道22中的標記26，因此在該配置中，右限制開關不會被誤認為左限制開關。
為了避免右限制開關和參考標記指示符之間的混淆，針對讀取頭給出如下規則，即，在該讀取頭接通參考標記傳感器之前，該讀取頭必須行進距離x(例如2mm)。用作參考標記啟用符的標識30必須在參考標記32的任一側延伸至少距離x。標識28相對標識26的伸出必須小於距離x。
這樣，當讀取頭移動越過右限制開關時，在檢測到軌道22中的標識28之後，該讀取頭將在距離x中檢測軌道22中的標識26，並且因此檢測右限制開關。當讀取頭位於越過參考標記啟用符標識30時，該讀取頭將在任一方向中行進距離x，並且未拾取軌道22中的任何標記，由此檢測到參考標記啟用符。這樣，通過軌道20和22中的標識的該配置，當接通讀取頭時可以相互區分標識的組合。
如果讀取頭在位置A處接通電源，則由於這是僅在軌道22中存在標記的情況，因此標識24被識別為左光開關。
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距離x，未檢測到軌道22中的標記，並且由此確認了位置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距離x，將檢測到軌道22中的標記22，並且確認了位置C。
如果讀取頭在位置D處接通電源，則檢測到標識26、28，並且因此不存在混淆。
然而，如果在區域C附近不存在參考標記，則圖4中說明的方案將在不需要使讀取頭移動距離x的情況下工作。
圖1～4說明了反射系統。本發明同樣適用於透射系統。
軌道20和22上標識的位置優選地由讀取頭中的光電檢測器檢測。例如，該標識在反射背景上可以是暗的。
該標識可以包括諸如斜切表面、稜柱或衍射光柵的設計，其中衍射光柵在不同的方向中將光導向剩餘的表面。
優選地，該標識是可調節的，例如，它們可以包括粘附物、滑動件，或者可以是可磁附裝的。可替換地，該標識可以是非光學的，例如，是磁性的，並且可由讀取頭中的傳感器(例如，霍爾(Hall)傳感器)檢測。
本發明適用於不同類型的刻度尺，例如，電容、電感、磁和光學遞增式刻度尺。
儘管所描述的實施例示出了軌道20和22位於遞增式軌道的一側，但是它們也可以並排安置。
可替換地，標識可以安置在單一的軌道中。例如，可以使用不同顏色的標識，例如，藍色標識用於左限制開關，紅色標識用於參考標記啟用符，並且藍色和紅色標識用於右限制開關。因此讀取頭將具有對不同顏色的標識敏感的檢測器。
儘管上文描述了線性刻度尺，但是本發明同樣適用於旋轉刻度尺上的部分弧。本發明同樣適用於中間行進限制，並且適用於多個限制，其允許在單軸系統上使用多個讀取頭。
權利要求
1.一種用於刻度尺讀取設備的刻度尺，包括軌道，其具有刻度尺標記；標識，其具有兩個或多個不同的狀態；其中標識的所述兩個或多個不同類型的不同組合提供了不同的功能。
2.如權利要求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參考標記。
4.如權利要求2所述的刻度尺，其中所述至少一個參考標記是提供在平行於所述遞增式軌道的附加軌道中。
5.如任何一項前述權利要求所述的刻度尺，其中兩個狀態的標識組合，以產生四個輸出狀態。
6.如權利要求5所述的刻度尺，其中所述不同標識組合的功能包括參考標記啟用符和至少一個限制開關。
7.如任何一項前述權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的標識，並且在第二附加軌道上提供第二狀態的標識。
8.如權利要求7所述的刻度尺，其中其他情況下所述第一和第二標識相同。
9.如權利要求1～6中的任何一項權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的標識。
10.如任何一項前述權利要求所述的刻度尺，其中第一狀態的標識具有第一功能，第二狀態的標識具有第二功能，並且第一和第二狀態的標識具有第三功能。
11.如權利要求10所述的刻度尺，其中在所述第一和第二狀態的標識的位置，所述第二狀態的標識在至少一側比所述第一狀態的標識延伸得更遠。
12.如權利要求10～11中的任何一項權利要求所述的刻度尺，其中，在所述第一和第二狀態的標識的位置，所述第二狀態的標識在至少一側比所述第一狀態的標識延伸遠了小於x的距離，並且在僅所述第二狀態的標識的位置，標識具有大於x的長度。
13.如權利要求10～12中的任何一項權利要求所述的刻度尺，其中，第一功能是第一限制開關，第二功能是參考標記啟用符，並且第三功能是第二限制開關。
14.如權利要求10～13中的任何一項權利要求所述的刻度尺，其中，任一狀態的無標識具有第四功能。
15.如權利要求14所述的刻度尺，其中所述第四功能是無參考標記啟用符或限制開關。
16.如任何一項前述權利要求所述的刻度尺，其中所述標識的位置是可調節的。
全文摘要
一種用於刻度尺讀取設備的刻度尺，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記。該刻度尺還具有參考標記組。該刻度尺具有至少一個附加軌道，並且該至少一個附加軌道中的標識的不同組合具有不同功能，例如，參考標記啟用符以及右和左限制開關。
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 優先權日2004年6月21日
發明者科林·基思·豪利 申請人:瑞尼斯豪公司