[发明专利]旋转编码器

说明书

一种用于编码器设备的旋转标尺设备，所述旋转标尺设备包括平面盘，在所述平面盘上设置了包括标尺特征的至少一个轨道，其中，所述平面盘包括穿过其中心用于接纳圆柱形轴的孔洞，并且其中，所述旋转标尺构件包括至少三个悬臂式弹簧构件，所述悬臂式弹簧构件被设置成基本上与所述平面盘在同一平面内并且围绕所述孔洞的边缘间隔开，以与穿过所述孔洞插入的圆柱形轴接合并且将所述盘径向地定位在所述圆柱形轴上。

本发明涉及一种旋转编码器，尤其涉及一种旋转标尺、以及包括旋转标尺和用于读取旋转标尺的读取头的编码器设备。

计量标尺用于机器的可以相对于彼此移动的部分的位置测量。计量标尺典型地在其上具有一系列特征，这些特征可以被读取头读取，使得读取头可以提供其沿着标尺或围绕标尺的位置的量度。计量标尺可以安装在机器的一个部分上，并且被附接至机器的另一部分上的合适的读取头读取。计量标尺的类型包括：磁性标尺(其中，标尺特征由具有特定磁性特性的特征提供)、电容性标尺(其中，特征由具有特定电容特性的特征提供)、电感标尺(其中，特征由具有特定电感特性的特征提供)和光学标尺(其中，特征由具有特定光学特性的特征提供)。光学标尺可以是透射的或反射的。在EP-A-0 207 121和US-A-4,974,962中披露了一种光学标尺配置的示例。

为了测量旋转移位，可以在使用时与轴或其他旋转部分一起相对于读取头旋转的构件上设置这样的标尺。特别地，具有标尺特征并且在使用时与轴一起旋转的构件可以是盘。特别地，玻璃或金属盘通常用于高性能编码器中，并且典型地，标尺特征直接在玻璃或金属材料中/其上形成。发明人关心的是在这种玻璃或金属盘式标尺上提供改进，特别是提供低轮廓、高性能(例如高分辨率/低误差)的盘式标尺。

相应地，本发明涉及一种改进的旋转编码器、尤其涉及一种改进的盘式编码器。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于编码器设备的旋转标尺设备，包括用于被读取头读取以确定其相对位置的标尺特征的至少一个轨道，所述旋转标尺设备包括平面盘，所述平面盘包括用于接纳圆柱形轴的贯通孔洞，并且其中，所述旋转标尺构件包括至少三个悬臂式弹簧构件，所述悬臂式弹簧构件被设置成基本上与所述平面盘在同一平面内并且围绕所述孔洞的边缘间隔开，以与穿过所述孔洞插入的圆柱形轴接合并且将所述平面盘径向定位(例如，居中)在所述圆柱形轴上。

已经发现这样的配置提供了一种特别有效且紧凑的自定位旋转编码器设备。例如，已经发现难以为盘式标尺、尤其金属或玻璃盘提供有效(例如，可高度重复的)平面内自定位解决方案。已经发现，与使用非悬臂式弹簧布置的其他配置相比，使用悬臂式弹簧构件特别有利。通过本发明的配置提供的旋转编码器设备的改进的自定位性能(例如，更好地是可预测地、例如可重复地将自身相对于轴定位，例如以使得盘/标尺标记相对于轴自居中)，可以提供该编码器设备的改进设置并且由此改善编码器的计量性能。

虽然已经尝试制造所谓的″自定位″(例如，″自居中″)旋转编码器(例如，比如US6255644和US 6293021中描述的那些)，但是我们的发明人已经发现，尤其对于薄的/平面/紧凑的旋转编码器而言并且在对标尺构件的自定位性能的可预测性具有高要求的情况下，现有的解决方案并不令人满意。

与两端支持的挠曲件(例如，由材料中的槽缝提供的挠曲件)相比，悬臂式弹簧构件提供的弹簧力受其宽度的影响较小。相应地，由于制造公差(可能导致弹簧/挠曲件的宽度改变)，已经发现使用悬臂式弹簧构件(代替两端支持的挠曲件)可以为具有平面内弹簧构件的盘式标尺提供更可预测的自定位能力。确实，在当今对高准确性位置编码器的需求不断增长的情况下，这样的差异可能非常重要。例如，本发明人面临着这样的要求：标尺可以在轴上自居中，其中偏心率小于10μm(微米)并且在某些情况下偏心率小于5μm(微米)，并且所要求保护的配置有助于帮助发明人满足这样的要求。