光電式編碼器的製作方法

2023-06-02 22:40:31

專利名稱：光電式編碼器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電式編碼器，該光電式編碼器包括了形成規定周期的光柵的標尺 (scale)，以及可對該標尺相對位移的光源及光接收器。特別涉及能夠以對用於線性編碼器 (linear encoder)適合的、簡單的計算，降低因標尺的髒汙或光柵的缺陷產生的位置檢測誤差的光電式編碼器。
背景技術：
以往，光電式編碼器被用於物體的直線移動量的精密測量。作為光學式編碼器所採用的位置檢測方法之一，常常使用從光接收元件陣列獲得的李薩如信號(Lissajous signal)的反正切運算。例如，在特開昭64-57120號公報(專利文獻1，日本)所提出的方法中，如其

圖1、 圖2所示那樣，首先，將作為形成感光帶35的P型半導體層34的光接收元件，以對於標尺 13的光柵12的相位帶有相位差的配置節距陣列狀地配置。接著，通過將光接收元件的輸出信號用差動放大器38A、38B差動放大而生成李薩如信號，進而對李薩如信號進行反正切運算而檢測位置。

發明內容
但是，如本申請的圖1所示，在標尺上附著了髒汙的情況下和在標尺的光柵中有缺陷的情況下，除了髒汙和光柵缺陷的大小各種各樣，因照射到光接收元件34的測量光被遮光，所以光接收元件34的輸出信號不均勻。若在光接收元件34的輸出信號中產生不均勻，則有李薩如信號的直流成分從圖2中實線所示的正常位置偏移到虛線所示的位置，在基於反正切運算的位置檢測上產生誤差的問題。為了解決這樣的問題，考慮在包括被形成了規定周期的光柵的標尺和可對於該標尺相對移位並包括了光源及光接收器的檢測頭的光電式編碼器中，上述光接收器的光接收元件輸出N相(N為3以上的整數)的明暗信號，並且如圖3例示的那樣，對該N相明暗信號分別數位化所得的N相數位訊號，擬合周期固定的正弦波函數，從而檢測該N相明暗信號的相位。這種技術以被攝像的所有點為運算對象，與僅將邊緣為運算對象的方法比較，預期精度的提高。但是，運算時間因運算量大而加長。因此，存在由於需要高性能的信號處理電路而成本升高的問題。本發明為了解決上述以往的問題而完成，其課題是，通過使基於最小二乘法的正弦波模型函數導出運算高速化，用低價的處理電路也能夠適用從而降低成本。在圖3所示的技術中，在擬合函數是以y = Asin(X-B)-C (1)表示的周期固定的正弦波時，式(1)中的參數A、B、C以下式導出。A = ^ja2+b權利要求
1.一種光電式編碼器，其特徵在於，包括形成了規定周期I3S的光柵(12)的標尺(13)；可對該標尺(1 相對位移並且包括了光源(14)及光接收器(30)的檢測頭00)， 所述光接收器(30)的光接收元件(34)輸出N相的明暗信號，並且對該N相明暗信號各自數位化所得的N相的數位訊號，通過最小二乘法擬合周期固定的正弦波函數，在檢測所述N相明暗信號的相位時，該N相明暗信號的周期P為所述N相數位訊號的數據點間隔w的整數倍， 光接收元件(34)的總長度M為該N相明暗信號的周期P的整數倍， 其中，N為3以上的整數。
2.如權利要求1所述的光電式編碼器，其特徵在於， 所述擬合函數是以y = Asin(X-B)-C表示的周期固定的正弦波，其中，A、B、C為參數。
3.如權利要求2所述的光電式編碼器，其特徵在於， 所述參數A、B、C是根據下式A=^- Ι(Σy>sinxif+(Σ只cosa)2求得的參數。
4.如權利要求2所述的光電式編碼器，其特徵在於， 所述參數B是根據下式\Σ ^ cosx^求得的參數。
5.如權利要求1至4任何一項所述的光電式編碼器，其特徵在於，在所述N相明暗信號的周期P不是所述N相數位訊號的數據點間隔w的整數倍的情況下，插補所述N相數位訊號的數據點間隔w，從而生成數據點，以使該N相明暗信號的周期P 為所述N相數位訊號的數據點間隔w的整數倍。
6.如權利要求1至5任何一項所述的光電式編碼器，其特徵在於，在所述光接收元件(34)的總長度M不是所述N相明暗信號的周期P的整數倍的情況下，從光接收元件(34)的總長度M截斷，從而調整解析總長度L，以使解析總長度L為該N 相明暗信號的周期P的整數倍，。
7.如權利要求1至6任何一項所述的光電式編碼器，其特徵在於， 使所述N相明暗信號的周期P與標尺周期I^s —致。
8.如權利要求1至7任何一項所述的光電式編碼器，其特徵在於，使所述N相數位訊號的數據點間隔w與所述光接收元件(34)的節距Pd—致。
9.如權利要求1至8任何一項所述的光電式編碼器，其特徵在於， 從所述N相明暗信號檢測標尺(1 的髒汙或光柵(1 的缺陷。
10.如權利要求9所述的光電式編碼器，其特徵在於，將有所述標尺(1 的髒汙或光柵(1 的缺陷的部分從擬合的對象中除去，再次進行擬合。
11.如權利要求2至8任何一項所述的光電式編碼器，其特徵在於，在所述正弦波函數的振幅A比規定的閾值小的情況下，成為偶發性的位置檢測差錯。
全文摘要
在包括了形成規定周期Ps的光柵(12)的標尺(13)、以及可對該標尺(13)相對位移並且包括了光源(14)和光接收器(30)的檢測頭(20)的光電式編碼器中，所述光接收器(30)的光接收元件(34)輸出N相(N為3以上的整數)的明暗信號，並且對該N相明暗信號分別數位化所得的N相的數位訊號，通過最小二乘法擬合周期固定的正弦波函數，從而在檢測所述N相明暗信號的相位時，該N相明暗信號的周期P為所述N相數位訊號的數據點間隔w的整數倍，光接收元件總長度M為該N相明暗信號的周期P的整數倍。由此，以簡單的計算，降低因標尺的髒汙和光柵的缺陷產生的位置檢測誤差。
文檔編號G01D5/347GK102168996SQ201110000209
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月4日 優先權日2010年2月12日
發明者加藤慶顯 申請人:株式會社三豐