專利名稱：旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在工業(yè)機(jī)械、機(jī)床等領(lǐng)域使用的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，尤其涉及具有能夠?qū)Χ喾N尺寸的檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行處理的檢測(cè)單元的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
由于在風(fēng)力發(fā)電、石油鉆探等領(lǐng)域中對(duì)于加工超大型部件的需求增長，近來超大型機(jī)床的數(shù)量相應(yīng)地增加。因此，旋轉(zhuǎn)軸的直徑變大，并且因此安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的直徑也變大。圖3是常規(guī)的中空型旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的一個(gè)示例的剖視圖，下文將對(duì)其構(gòu)造進(jìn)行概述。也即是說，狹縫盤202固定地安裝在旋轉(zhuǎn)軸201上，旋轉(zhuǎn)軸201具有調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)的貫穿其形成的通孔，并且規(guī)則的明暗柵格施加在狹縫盤202上。同時(shí)，發(fā)光器件203和光接收器件204緊固地安裝在殼體208上從而一起夾住狹縫盤202。當(dāng)狹縫盤202通過旋轉(zhuǎn)軸201的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)時(shí)，光接收器件204檢測(cè)來自發(fā)光器件203的平行光，并將光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電壓電平發(fā)送給處理電路襯底205。處理電路襯底205基于傳送的電壓值執(zhí)行插值運(yùn)算等以計(jì)算出旋轉(zhuǎn)軸201的旋轉(zhuǎn)位置。這個(gè)構(gòu)造具有軸承206a、206b和聯(lián)軸器207，其中檢測(cè)單元不與檢測(cè)目標(biāo)分離。因此，在機(jī)械側(cè)通過通孔插入的部件的尺寸需要小于形成在旋轉(zhuǎn)軸201中的通孔的直徑。當(dāng)要求具有較大通孔的中空型旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置時(shí)，需要重新設(shè)計(jì)整個(gè)中空型旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的構(gòu)造。在諸如特開2009-258002號(hào)日本專利申請(qǐng)中描述了具有集成的檢測(cè)單元和檢測(cè)目標(biāo)的這種構(gòu)造。同時(shí)，存在其中使用了具有與檢測(cè)目標(biāo)分離的檢測(cè)單元的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的情形。例如，特開平11-183201號(hào)日本專利申請(qǐng)描述了其中編碼器能夠與檢測(cè)單元分離的構(gòu)造。此外，特開2006-322764號(hào)日本專利申請(qǐng)描述了高精度的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置。圖4是示出這種常規(guī)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的一個(gè)示例的立體圖。具體地說，包括檢測(cè)齒輪301和絕對(duì)位置編碼盤302的檢測(cè)目標(biāo)緊固地安裝在機(jī)械側(cè)(未示出)的旋轉(zhuǎn)軸等上。檢測(cè)齒輪301是齒數(shù)為360、基本齒距長度為大約1. 256mm并且模數(shù)為0. 4的正齒輪，其中內(nèi)徑是 Φ 100mm。絕對(duì)位置編碼盤302具有形成在其外周上的不規(guī)則切口(cut-off)以使用切口對(duì)代碼進(jìn)行二值化。一比特長度等于檢測(cè)齒輪301的基本齒距長度，即大約1. 256mm,并且給出了不規(guī)則循環(huán)碼以使得讀出的用于相應(yīng)的九個(gè)連續(xù)比特組的每個(gè)代碼是唯一的。同時(shí)，在機(jī)械側(cè)(未示出)固定地安裝在諸如凸緣的非旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的檢測(cè)單元303 包括用于檢測(cè)將由于檢測(cè)齒輪301上的不平坦部分而變化的磁通密度的八個(gè)磁阻元件，和用于檢測(cè)將由于絕對(duì)位置編碼盤302上的切口而變化的磁通密度的九個(gè)磁阻元件。
用于檢測(cè)檢測(cè)齒輪301的不平坦部分的八個(gè)磁阻元件被放置成使得獲得正交的兩相信號(hào)。也即是說，相對(duì)于用作基準(zhǔn)的第一元件，第二元件、第三元件、第四元件、第五元件、第六元件、第七元件和第八元件分別以1/4齒距(大約為0. 314mm)、1/2齒距、3/4齒距、 1齒距、5/4齒距、3/2齒距和7/4齒距在測(cè)定軸向方向上移置地布置，其中，第一元件和第五元件檢測(cè)正弦正相，第二元件和第六元件檢測(cè)余弦正相，第三元件和第七元件檢測(cè)正弦負(fù)相，第四元件和第八元件檢測(cè)余弦負(fù)相。同時(shí)，用于檢測(cè)絕對(duì)位置編碼盤302的切口的九個(gè)磁阻元件布置成使得能夠獲得對(duì)切口的存在或者不存在進(jìn)行二值化的信號(hào)。也即是說，九個(gè)元件布置成相互間隔一個(gè)齒距長度以使得用于九個(gè)連續(xù)比特的代碼被讀出。這里假設(shè)期望將旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的通孔從Φ IOOmm擴(kuò)大到Φ 150mm。圖5是具有Φ 150mm的通孔的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的立體圖。檢測(cè)齒輪401是齒數(shù)為500、模數(shù)為0. 4 并且基本齒距長度為大約1.256mm長的正齒輪，其中，其內(nèi)徑是Φ 150mm。類似于圖4中所示的示例，絕對(duì)位置編碼盤402具有形成在其外周上的不規(guī)則切口以使用切口對(duì)代碼進(jìn)行二值化。一比特長度等于檢測(cè)齒輪401的基本齒距長度，即大約1. 256mm。給出了不規(guī)則循環(huán)碼以使得用于相應(yīng)的九個(gè)連續(xù)比特組的每個(gè)代碼是唯一的。同時(shí)，與圖4所示的檢測(cè)單元303的構(gòu)造相同的構(gòu)造被用于檢測(cè)單元303。因?yàn)闄z測(cè)齒輪301和401具有相同的基本齒距長度，所以不需要改變用于檢測(cè)檢測(cè)齒輪401的不平坦部分的八個(gè)磁阻元件的位置。類似地，因?yàn)榻^對(duì)位置編碼盤302和402具有相同的基本齒距長度，所以不需要改變九個(gè)磁阻元件的位置。使用相同的工具(帶轂刨齒刀)能夠?qū)崿F(xiàn)具有相同的基本齒距長度(模數(shù)和圓周率的乘積)但是不同齒數(shù)的齒輪的加工。因此，用于制造新的檢測(cè)齒輪的設(shè)計(jì)、編程期間等不是問題。也即是說，如上文描述的，只要檢測(cè)目標(biāo)與檢測(cè)單元分離并且檢測(cè)目標(biāo)的基本齒距盡管尺寸不同但是一致，檢測(cè)單元就能夠處理各種尺寸的檢測(cè)目標(biāo)，因此能夠相對(duì)容易地處理機(jī)械側(cè)提出的對(duì)臨界孔尺寸的要求。圖6是示出用于處理由圖5所示的檢測(cè)單元獲得的信號(hào)的電路的示意性構(gòu)造的圖。由用于檢測(cè)將由于檢測(cè)齒輪401的不平坦部分而變化的磁通密度的磁阻元件IOla至 IOlh所產(chǎn)生的電阻變化電平(轉(zhuǎn)換后的電壓電平)被發(fā)送給差動(dòng)放大器10h、102b，以使得相同相位的信號(hào)相互連接并且通過利用極性的差被放大，其后，在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器103a、 103b中被數(shù)字化。經(jīng)過數(shù)字化的兩相信號(hào)Sdo、Cdo經(jīng)減法器105110 從其中減去偏移校正值SofS、CofS，其中偏移校正值SofS、CofS被預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器10 中。從其中去除了偏移分量的兩相信號(hào)Sd、Cd經(jīng)除法器106轉(zhuǎn)換成正切信號(hào)Tan_d，然后由運(yùn)算單元107a 進(jìn)行反正切運(yùn)算從而獲得基本齒距內(nèi)的絕對(duì)位置θ ρ。由用于檢測(cè)將由于絕對(duì)位置編碼盤402的切口而變化的磁通密度的磁阻元件 IOli至IOlq(為了簡化，九個(gè)元件沒有完全示出)所產(chǎn)生的電阻變化電平(轉(zhuǎn)換后的電壓電平)，在由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器103c至103k數(shù)字化為數(shù)字信號(hào)Aldo至A9do之前經(jīng)放大器102c 至10 放大。數(shù)字信號(hào)Aldo至A9do經(jīng)減法器105c至10 從其中減去用于二值化判定的閾值電平(偏移校正值)Alofs至A9ofs以成為正/負(fù)二值化信號(hào)Aid至A9d，其中閾值電平Alofs至A9of s被預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器104b中。正/負(fù)二值化信號(hào)Ald至A9d與從連接到旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的控制單元108獲得的表示檢測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)大小(檢測(cè)齒輪401的齒數(shù)或者絕對(duì)位置編碼盤402的絕對(duì)位置代碼的最大代碼長度)的值“500”一起在運(yùn)算單元107d中經(jīng)過絕對(duì)位置處理，從而獲得表示分成500份的一次旋轉(zhuǎn)內(nèi)的位置的位置θ a。此后，基本齒距內(nèi)的絕對(duì)位置θ ρ和表示分成 500份的一次旋轉(zhuǎn)內(nèi)的位置的位置ea通過CPU 107c進(jìn)行數(shù)字調(diào)整(結(jié)合處理)，從而獲得一次旋轉(zhuǎn)內(nèi)的絕對(duì)位置θ。具有上述檢測(cè)單元的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置能夠相對(duì)容易地處理各種通孔尺寸，即， 各種齒輪尺寸(齒數(shù))。然而，雖然能夠處理各種檢測(cè)齒輪301、401或者絕對(duì)位置編碼盤 302、402，但是隨著檢測(cè)目標(biāo)的尺寸變化，從相對(duì)遠(yuǎn)離檢測(cè)單元的中心放置的磁阻元件IOla 至IOlq到檢測(cè)目標(biāo)的距離顯著地變化。關(guān)于用于檢測(cè)將由于檢測(cè)齒輪401的不平坦部分而變化的磁通密度的磁阻元件 IOla至IOlh的圖6所示的磁阻元件IOla至IOlq的示例，隨著檢測(cè)齒輪401的尺寸變化， 從在測(cè)定軸向方向上相對(duì)靠近端部放置的磁阻元件101a、101b、101g和IOlh到檢測(cè)目標(biāo)的距離顯著地變化，并且信號(hào)變化的中間電平即偏移電平也變化。這導(dǎo)致了以下情形存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器10 中的偏移校正值Sofs、Cofs不是最優(yōu)的。相似地，在絕對(duì)位置編碼側(cè)，隨著絕對(duì)位置編碼盤402的尺寸變化，從相對(duì)遠(yuǎn)離中心位置放置的磁阻元件IOli至IOlq到檢測(cè)目標(biāo)的距離顯著地改變。因此，信號(hào)變化的中間電平，即，閾值電平(偏移電平)也變化。這導(dǎo)致了以下情形存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器104b中的閾值電平(偏移校正值)不是最優(yōu)的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)其中檢測(cè)目標(biāo)不與檢測(cè)單元分離的上述常規(guī)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，必須重新設(shè)計(jì)整個(gè)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置以滿足機(jī)械側(cè)提出的對(duì)更大通孔尺寸的要求。根據(jù)其中檢測(cè)目標(biāo)與檢測(cè)單元分離的設(shè)計(jì)來解決這個(gè)問題的常規(guī)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，能夠相對(duì)容易地處理來自機(jī)械側(cè)的對(duì)更大通孔尺寸的要求。然而，導(dǎo)致了這樣的問題檢測(cè)單元中的檢測(cè)元件受制于誤差誘發(fā)因素，即由檢測(cè)目標(biāo)的曲率變化導(dǎo)致的偏移變化。用于檢測(cè)將由于檢測(cè)齒輪的不平坦部分而變化的磁通密度的檢測(cè)元件的偏移變化可能成為檢測(cè)精度降低的直接原因，檢測(cè)精度是旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置最重要的標(biāo)準(zhǔn)，而用于檢測(cè)將由于絕對(duì)位置編碼盤的切口而變化的磁通密度的檢測(cè)元件的偏移變化可能引起二值化判定中可能的誤差，其結(jié)果可能導(dǎo)致異常的狀態(tài)，諸如絕對(duì)位置處理中的誤差?？紤]到上述問題，本發(fā)明旨在提供這樣一種具有檢測(cè)單元的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置 其能夠相對(duì)容易地處理機(jī)械側(cè)提出的對(duì)擴(kuò)大通孔尺寸的要求，同時(shí)響應(yīng)于檢測(cè)目標(biāo)的曲率變化使得檢測(cè)精度的降低較少以及絕對(duì)位置處理中的誤差減小。根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置是這樣一種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置其包括檢測(cè)目標(biāo)、增量檢測(cè)單元和絕對(duì)位置檢測(cè)單元，其中，所述檢測(cè)目標(biāo)具有增量盤和絕對(duì)位置編碼盤，所述增量盤同軸地安裝在測(cè)定目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸上并且具有重復(fù)η次的規(guī)則圖案，而且所述絕對(duì)位置編碼盤與所述增量盤同軸地安裝并且具有包括最大長度為η比特的二元隨機(jī)數(shù)序列的不規(guī)則循環(huán)碼，所述增量檢測(cè)單元與所述增量盤相對(duì)地放置，而且絕對(duì)位置檢測(cè)單元與絕對(duì)位置編碼盤相對(duì)地放置，所述裝置包括存儲(chǔ)器，其用于存儲(chǔ)根據(jù)所述檢測(cè)目標(biāo)的重復(fù)數(shù)據(jù)大小η的校正參數(shù)；以及計(jì)算單元，其用于基于由所述增量檢測(cè)單元獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)和由所述絕對(duì)位置檢測(cè)單元獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)，使用根據(jù)所述重復(fù)數(shù)據(jù)大小η的所述校正參數(shù)來計(jì)算所述測(cè)定目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)角度。
在根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中，在從連接至旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的控制單元輸入的用于啟動(dòng)時(shí)的初始化處理的與檢測(cè)目標(biāo)的重復(fù)數(shù)據(jù)大小η相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)，預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的根據(jù)檢測(cè)目標(biāo)的重復(fù)數(shù)據(jù)大小η的校正參數(shù)可被反映在檢測(cè)處理中。此外，在根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的校正參數(shù)可以是對(duì)于所述絕對(duì)位置檢測(cè)單元的閾值電平的校正參數(shù)，并且存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的校正值可以是對(duì)于所述增量檢測(cè)單元的插值校正參數(shù)。此外，在根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中，待應(yīng)用至校正參數(shù)的基本表達(dá)式被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并且在所述檢測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)大小η被輸入時(shí)，可基于所述基本表達(dá)式來推導(dǎo)所述校正參數(shù)。依照根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，可以通過相對(duì)簡單的設(shè)計(jì)和制造來處理機(jī)械側(cè)提出的對(duì)各種通孔尺寸的要求，同時(shí)以高檢測(cè)精度執(zhí)行穩(wěn)定的絕對(duì)位置處理，并且可產(chǎn)生減小開發(fā)期間和制造成本的優(yōu)勢(shì)。此外，由于單一種類的檢測(cè)單元能夠用于各種情形， 所以能夠顯著地減少用于維修的庫存。


在下文的說明書中，將結(jié)合

本發(fā)明的這些以及其他目的，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的立體圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的信號(hào)處理電路的示意性構(gòu)造的圖；圖3是示出常規(guī)的中空型旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的一個(gè)示例的剖視圖；圖4是示出常規(guī)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的一個(gè)示例的立體圖；圖5是示出與圖4所示不同的常規(guī)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的一個(gè)示例的立體圖；以及圖6是示出圖5所示的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的信號(hào)處理電路的示意性構(gòu)造的圖。
具體實(shí)施例方式將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置 100包括檢測(cè)目標(biāo)10和檢測(cè)單元16，檢測(cè)目標(biāo)10包括增量盤11和絕對(duì)位置編碼盤12。增量盤11具有重復(fù)η次的規(guī)則圖案，并且同軸且緊固地安裝在作為測(cè)定目標(biāo)的機(jī)械側(cè)(未示出)的旋轉(zhuǎn)軸等上。絕對(duì)位置編碼盤12與增量盤11同軸地安裝，并且具有包括最大長度為η比特的二元隨機(jī)數(shù)序列的不規(guī)則循環(huán)碼。檢測(cè)單元16緊固地安裝在機(jī)械側(cè)(未示出) 的諸如凸緣等非旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上。增量盤11是齒數(shù)為η的正齒輪，正齒輪的基本齒距長度大約為1. 256mm。絕對(duì)位置編碼盤12具有形成在其外周上的不規(guī)則切口以使用所述切口對(duì)代碼進(jìn)行二值化，其中， 一比特長度等于增量盤11的基本齒距長度，大約為1. 256mm。給出了不規(guī)則循環(huán)碼以使得讀出的用于相應(yīng)的九個(gè)連續(xù)比特組的每個(gè)代碼是唯一的。同時(shí)，在機(jī)械側(cè)(未示出)緊固地安裝在諸如凸緣等非旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的檢測(cè)單元16 包括用于檢測(cè)將由于增量盤11的不平坦部分而變化的磁通密度的八個(gè)磁阻元件IOla至 IOlh(示于圖2)，和用于檢測(cè)將由于絕對(duì)位置編碼盤12的切口 13而變化的磁通密度的九個(gè)磁阻元件IOli至IOlq(示于圖2)。將用于檢測(cè)增量盤11的不平坦部分18的八個(gè)磁阻元件IOla至IOlh布置成使得能夠獲得正交的兩相信號(hào)。也即是說，相對(duì)于用作基準(zhǔn)的第一元件，第二元件、第三元件、第四元件、第五元件、第六元件、第七元件和第八元件分別以1/4齒距(大約為0. 314mm)、1/2 齒距、3/4齒距、1齒距、5/4齒距、3/2齒距和7/4齒距在測(cè)定軸向方向上移置地定位。第一元件和第五元件檢測(cè)正弦正相；第二元件和第六元件檢測(cè)余弦正相；第三元件和第七元件檢測(cè)正弦負(fù)相；并且第四元件和第八元件檢測(cè)余弦負(fù)相。此外，用于檢測(cè)絕對(duì)位置編碼盤 12的切口 13的九個(gè)磁阻元件IOli至IOlq布置成使得能夠獲得對(duì)切口的存在或者不存在進(jìn)行二值化的信號(hào)。也即是說，九個(gè)元件布置成相互間隔一個(gè)齒距長度，以使得用于九個(gè)連續(xù)比特的代碼被讀出。圖2是示出用于處理由檢測(cè)單元16獲得的信號(hào)的電路的示意性構(gòu)造的圖。在該電路中，運(yùn)算單元107a、107b和CPU 107c構(gòu)成了計(jì)算單元17。由用于檢測(cè)將由于增量盤11 的不平坦部分18而變化的磁通密度的磁阻元件IOla至IOlh所產(chǎn)生的電阻變化電平(轉(zhuǎn)換后的電壓電平)被發(fā)送給差動(dòng)放大器10加、102b以使得相同相位的信號(hào)相互連接并且利用極性的差被放大，此后，在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器103a、103b中被數(shù)字化為兩相信號(hào)Sdo、Cdo0在圖2所示的存儲(chǔ)器10 中，存儲(chǔ)有根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置100的檢測(cè)目標(biāo)10的大小排列的偏移校正值。例如，假設(shè)根據(jù)機(jī)械側(cè)的要求需要有檢測(cè)目標(biāo)10的四種通孔，因此，構(gòu)成檢測(cè)目標(biāo)10的齒數(shù)分別為256、360、420和500的檢測(cè)齒輪或者增量盤11排成列。 在這種情形中，在存儲(chǔ)器10 中存儲(chǔ)有對(duì)于四種齒數(shù)中的每一種而言最優(yōu)的偏移校正值。 同時(shí)，由運(yùn)算單元107a從控制單元108獲得的檢測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)大小“η”在初始通訊時(shí)，諸如啟動(dòng)時(shí)被傳遞給存儲(chǔ)器10 ,以使得選擇出對(duì)于該齒數(shù)η最優(yōu)的偏移校正值。因此，在存儲(chǔ)器10 中選擇了待從數(shù)字信號(hào)Sdo、Cdo去除的偏移校正值SofS_n、CofS_n，并且通過減法器10fe、106a去除了偏移分量。從其中去除了偏移分量的產(chǎn)生的兩相信號(hào)ScUCd在除法器106中經(jīng)過正切信號(hào)處理成信號(hào)Tan_d，然后在運(yùn)算單元107a中經(jīng)過反正切運(yùn)算從而獲得基本齒距內(nèi)的絕對(duì)位置θ ρ。作為對(duì)于齒數(shù)的最優(yōu)偏移校正值，諸如Sofs_n或者Cofs_n，為與具有該齒數(shù)的檢測(cè)齒輪的組合而測(cè)定的校正值是被預(yù)先存儲(chǔ)的。用于測(cè)定最優(yōu)偏移校正值的方法包括如下方法獲得信號(hào)電平Sdo或者Cdo的最大值和最小值之間的中間值的方法、計(jì)算出基本齒距內(nèi)的所有信號(hào)電平的平均值的方法等。然而，本發(fā)明不限于用于測(cè)定最優(yōu)偏移校正值的特定方法。在任何情形中，即使當(dāng)增量盤11或者檢測(cè)齒輪的齒數(shù)變化時(shí)，偏移分量也以最優(yōu)的方式被去除，以使得旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置100的檢測(cè)精度不會(huì)降低。在下文中，將描述由用于檢測(cè)將由于絕對(duì)位置編碼盤12的切口 13而變化的磁通密度的磁阻元件IOli至IOlq執(zhí)行的處理。由用于檢測(cè)將由于絕對(duì)位置編碼盤12的切口 13而變化的磁通密度的磁阻元件 IOli至101q(出于簡化，九個(gè)元件沒有完全示出)輸出的電阻變化電平(轉(zhuǎn)換后的電壓電平)在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器103c至103k中被數(shù)字化為數(shù)字信號(hào)Aldo至A9do之前經(jīng)放大器102c 至102k放大。在存儲(chǔ)器104b中，存儲(chǔ)有根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置100的檢測(cè)目標(biāo)10的大小排列的用于閾值電平的校正參數(shù)。特別地，類似于存儲(chǔ)器104a，在存儲(chǔ)器104b中存儲(chǔ)有用于對(duì)于使用中的絕對(duì)位置編碼盤12的每個(gè)最大代碼長度的最優(yōu)閾值電平的校正參數(shù)。此外，由運(yùn)算單元107a從控制單元108獲得的檢測(cè)目標(biāo)10的數(shù)據(jù)大小“η”在初始通訊時(shí)，諸如啟動(dòng)時(shí)被傳遞給存儲(chǔ)器104b，以使得選擇出用于對(duì)于絕對(duì)位置代碼的最大代碼長度η的最優(yōu)閾值電平的校正參數(shù)。因此，在存儲(chǔ)器104b中選擇了最優(yōu)閾值電平(偏移校正值)々10作_11至490作_11，并且在減法器IO^u 105b中將其從數(shù)字信號(hào)Aldo至A9do 去除。正/負(fù)二值化信號(hào)Ald至A9d與通過旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置100從連接的控制單元108 獲得的檢測(cè)目標(biāo)10的值或者數(shù)據(jù)大小“η” 一起在運(yùn)算單元107b中經(jīng)過絕對(duì)位置處理，從而獲得表示分成η份的一次旋轉(zhuǎn)內(nèi)的位置的位置θ a。此后，基本齒距內(nèi)的絕對(duì)位置θ ρ和表示分成η份的一次旋轉(zhuǎn)內(nèi)的位置的位置θ a通過CPU 107c進(jìn)行數(shù)字調(diào)整(結(jié)合處理)， 從而獲得一次旋轉(zhuǎn)內(nèi)絕對(duì)位置θ。作為對(duì)于與絕對(duì)位置代碼的最大代碼長度對(duì)應(yīng)的閾值電平的校正參數(shù)，諸如 AlofS_n至A9ofS_n，為與所述大小的絕對(duì)位置編碼盤12的組合而測(cè)定的最優(yōu)值是被預(yù)先存儲(chǔ)的。作為用于確定對(duì)于最優(yōu)閾值電平的校正參數(shù)的方法，通常使用用于確定在相應(yīng)的正負(fù)側(cè)具有最低的反差(contrast)的值之間的中間值的方法。然而，本發(fā)明不限于用于確定最優(yōu)校正參數(shù)的任何特定方法。在任何情形中，即使當(dāng)絕對(duì)位置編碼盤12的絕對(duì)位置代碼的最大代碼長度變化時(shí)，因?yàn)殚撝惦娖奖槐３譃樽顑?yōu)，所以能夠減小二值化判定中可能的檢測(cè)誤差。在下文中，將描述其中能夠使用基本表達(dá)式來獲得校正參數(shù)的實(shí)施例。然而，在描述之前，作為可能引起作為檢測(cè)目標(biāo)10的曲率變化的結(jié)果的偏移值和/或閾值電平變化的因素，將描述以下現(xiàn)象。應(yīng)當(dāng)注意的是，作為圍繞磁阻元件的構(gòu)造元件，在檢測(cè)目標(biāo)10的相反側(cè)額外地設(shè)置有偏置磁體(未示出)，使磁阻元件介于偏置磁體和檢測(cè)目標(biāo)10之間。在由偏置磁體產(chǎn)生的磁通中，由于檢測(cè)目標(biāo)10的不平坦部分18或者切口 13的存在或者不存在造成了具有較高磁通密度的區(qū)域和具有較低磁通密度的區(qū)域。放置在偏置磁體和檢測(cè)目標(biāo)10之間的磁阻元件檢測(cè)高/低磁通密度。在上文中，可注意到以下特性當(dāng)檢測(cè)目標(biāo)10的曲率變小并且由此導(dǎo)致偏置磁體和不平坦部分18或者切口 13之間的距離變短時(shí)，磁通密度的變化范圍(反差)變大，并且因此磁通量密度的偏移量也變大。因此，基于上述關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究和測(cè)定，可獲得檢測(cè)目標(biāo) 10的曲率(數(shù)據(jù)大小)和偏移分量之間的關(guān)系和規(guī)律?？蛇x地，能夠使用諸如FEM磁場(chǎng)分析工具的分析方法來獲得檢測(cè)目標(biāo)10的曲率(數(shù)據(jù)大小)和偏移分量之間的關(guān)系和規(guī)律。 因此獲得的關(guān)系和規(guī)律被表示為包括近似表達(dá)式的基本表達(dá)式，并且能夠基于基本表達(dá)式獲得校正參數(shù)。用于計(jì)算對(duì)于與用于檢測(cè)將由于絕對(duì)位置編碼盤12的切口 13而變化的磁通密度的磁阻元件IOli相關(guān)的閾值電平的校正參數(shù)的基本表達(dá)式的示例在下文中示為表達(dá)式1。Alofs_n = α ·η+β (表達(dá)式 1)其中，η指的是表示檢測(cè)目標(biāo)10的數(shù)據(jù)大小的值，所述值與絕對(duì)位置代碼的最大代碼長度相當(dāng)。也即是說，如表達(dá)式1所示，由于線性變化的存在是在檢測(cè)目標(biāo)10的曲率和閾值電平的校正參數(shù)之間確定出的，因此布置為使得閾值電平的校正值根據(jù)檢測(cè)目標(biāo)10的數(shù)據(jù)大小成比例地變化。在存儲(chǔ)器104b中，在檢測(cè)目標(biāo)10的數(shù)據(jù)大小，即η輸入時(shí)，基于基本表達(dá)式推導(dǎo)出閾值電平的校正參數(shù)。這種布置的優(yōu)勢(shì)在于，盡管在接收到對(duì)檢測(cè)目標(biāo)10的大小的新要求時(shí)通常需要測(cè)定對(duì)于所述大小的各個(gè)校正參數(shù)以及將數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)器l(Ma、104b中， 但是不需要重新執(zhí)行測(cè)定以獲得參數(shù)，特別地是在各個(gè)校正參數(shù)是使用基本表達(dá)式而獲得時(shí)。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明不限于基本表達(dá)式的特定構(gòu)成。相反地，基本表達(dá)式的構(gòu)成可以與檢測(cè)原理或者檢測(cè)目標(biāo)10的材料(導(dǎo)磁系數(shù))的變化一起變化。本發(fā)明的特征僅在于對(duì)于檢測(cè)目標(biāo)10的數(shù)據(jù)大小，使用基本表達(dá)式來推導(dǎo)各個(gè)最優(yōu)校正值。上文描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于上述內(nèi)容。特別的是，雖然描述的用于檢測(cè)原理的是采用磁阻元件的磁體類型，但是本發(fā)明的技術(shù)能夠應(yīng)用于采用線圈的電磁感應(yīng)類型。要點(diǎn)是具有能夠?qū)Ω鞣N大小的檢測(cè)目標(biāo)10進(jìn)行處理的檢測(cè)單元16并且能夠響應(yīng)于檢測(cè)目標(biāo)10的曲率變化而優(yōu)化檢測(cè)單元16中的各個(gè)校正參數(shù)的任何裝置能夠作為根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置100使用。此外，在現(xiàn)有技術(shù)和本實(shí)施例之間的示意性構(gòu)造圖中能夠看出將數(shù)據(jù)大小從CPU 107c或者運(yùn)算單元傳送至存儲(chǔ)器l(Ma、106b的方式的差別。然而，這僅僅是示例。雖然各個(gè)元件是單獨(dú)示出的以描述其各自的功能，但是存儲(chǔ)器104a、104b、減法器10 至105b、除法器106、運(yùn)算單元107a、107b和CPU 107c可以使用單個(gè)CPU來實(shí)現(xiàn)。因此，本裝置能夠使用不能在外觀上與常規(guī)的裝置相區(qū)別的構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)。要點(diǎn)是，具有用于響應(yīng)于檢測(cè)目標(biāo)10 的曲率變化而在處理期間優(yōu)化檢測(cè)單元16中的各個(gè)校正參數(shù)的功能的任何裝置均能夠作為根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置100使用。根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置能夠被應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械和機(jī)床。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)目標(biāo)、增量檢測(cè)單元和絕對(duì)位置檢測(cè)單元，其中， 所述檢測(cè)目標(biāo)具有增量盤和絕對(duì)位置編碼盤，所述增量盤同軸地安裝在測(cè)定目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸上并且具有重復(fù)η次的規(guī)則圖案，而且所述絕對(duì)位置編碼盤與所述增量盤同軸地安裝并且具有包括最大長度為η比特的二元隨機(jī)數(shù)序列的不規(guī)則循環(huán)碼，所述增量檢測(cè)單元與所述增量盤相對(duì)地放置，而且所述絕對(duì)位置檢測(cè)單元與所述絕對(duì)位置編碼盤相對(duì)地放置，所述裝置包括存儲(chǔ)器，其用于存儲(chǔ)根據(jù)所述檢測(cè)目標(biāo)的重復(fù)數(shù)據(jù)大小η的校正參數(shù)；以及計(jì)算單元，其用于基于由所述增量檢測(cè)單元獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)和由所述絕對(duì)位置檢測(cè)單元獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)，使用根據(jù)所述重復(fù)數(shù)據(jù)大小η的所述校正參數(shù)來計(jì)算所述測(cè)定目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其中，在從連接至所述旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的控制單元輸入用于啟動(dòng)時(shí)的初始化處理的與所述檢測(cè)目標(biāo)的所述重復(fù)數(shù)據(jù)大小η相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)，預(yù)先存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的根據(jù)所述檢測(cè)目標(biāo)的所述重復(fù)數(shù)據(jù)大小η的所述校正參數(shù)被反映在檢測(cè)處理中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其中，存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述校正參數(shù)是對(duì)于所述絕對(duì)位置檢測(cè)單元的閾值電平的校正參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其中，存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述校正參數(shù)是對(duì)于所述絕對(duì)位置檢測(cè)單元的閾值電平的校正參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其中，存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的校正值是對(duì)于所述增量檢測(cè)單元的插值校正參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其中，存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的校正值是對(duì)于所述增量檢測(cè)單元的插值校正參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其中待推導(dǎo)出所述校正參數(shù)的基本表達(dá)式被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并且在所述檢測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)大小η被輸入時(shí)，基于所述基本表達(dá)式來推導(dǎo)所述校正參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其中待推導(dǎo)出所述校正參數(shù)的基本表達(dá)式被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并且在所述檢測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)大小η被輸入時(shí)，基于所述基本表達(dá)式來推導(dǎo)所述校正參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)裝置(100)。在旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置(100)中，由磁阻元件(101a至101q)檢測(cè)到的信號(hào)在于減法器(105a至105k)中被減去最優(yōu)校正參數(shù)之前被數(shù)字化，最優(yōu)校正參數(shù)被預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(104a、104b)中。應(yīng)當(dāng)注意的是，在啟動(dòng)時(shí)的初始傳送期間，由CPU(107c)從控制單元(108)獲得的檢測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)大小“n”被傳遞給存儲(chǔ)器(104a、104b)，從而選擇出對(duì)于檢測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)大小最優(yōu)的校正參數(shù)。通過上述特征，檢測(cè)單元(16)能夠相對(duì)容易地處理機(jī)械側(cè)提出的對(duì)擴(kuò)大通孔尺寸等的要求，并且當(dāng)檢測(cè)目標(biāo)(10)的曲率變化時(shí)不會(huì)降低檢測(cè)精度而且減小了絕對(duì)位置處理中的誤差。
文檔編號(hào)G01B7/30GK102297653SQ201110176389
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者福井憲之 申請(qǐng)人:大隈株式會(huì)社