JP5147513B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の絶対位置を測定するエンコーダに関する。

アブソリュートエンコーダが、多くの分野で益々使用される。これらのアブソリュートエンコーダの場合、絶対位置情報が、測定方向に相前後して配置された複数のコード要素を有する１本のコードトラックから導き出される。この場合、これらのコード要素は、擬似ランダムに分散して設けられている。その結果、相前後して続く所定数のコード要素がそれぞれ、１つのビットパターンを形成する。走査装置をこのコードトラックに対して単一のコード要素だけシフトする場合、新しい１つのビットパターンが形成され、連続する異なるビットパターンが、測定すべき全ての絶対測定領域によって形成できる。

このようなシーケンシャルコードは、チェーンコード又は擬似ランダムコード（ＰＲＣ）と呼ばれる。

刊行物Journal of Physics E/Scientific Instruments 21(1988), No. 12, 第1140〜第1145頁, "Absolute position measurement using optical detection of coded patterns", J.T.M. Stevenson und J.R. Jordan 著では、各コード要素が、互いに補完する光学特性を有する所定の順序の２つの部分領域から構成されることが引用されている。

英国特許出願公開第2 126 444号明細書が、この刊行物中で引用されている。この明細書では、このようなマンチェスターコード化で二進情報を生成するため、コード領域のアナログ走査信号を所定のトリガー閾値と比較すること、及び、この比較に応じて二進情報０又は１を生成することが提唱されている。

予め一定に設定されている１つのトリガー閾値とのこの比較には、アナログ走査信号 の変動が誤差を含む二進情報を生成しうるという欠点がある。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第102 44 235号明細書では、同様にエンコーダのアブソリュートコードトラックが、マンチェスターコードを有する擬似ランダムのコード要素の配置から構成されるエンコーダが記されている。検出器要素の走査信号が妥当な値を有するかどうかを確認するため、一方では、このアブソリュートコードトラックに平行に延在する１本のインクリメンタルトラックの走査信号を、このアブソリュートトラックを評価するために必要なこれらの検出器要素を選択するために利用することが提唱されている。他方では、検出器の信号の信頼性を評価するため、検出器要素を偶数に番号付けされた検出器要素を有するグループと奇数に番号付けされた検出器要素を有するグループとに分割し、各グループの直接相前後して連続する検出器要素のそれぞれの差信号を生成し、１つの比較値と比較することが提案される。最終的に位置値が、この比較から生じる妥当な走査信号から生成される。
Journal of Physics E/Scientific Instruments 21(1988), No. 12, 第1140〜第1145頁, "Absolute position measurement using optical detection of coded patterns", J.T.M. Stevenson und J.R. Jordan 著 英国特許出願公開第2 126 444号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第102 44 235号明細書

本発明の課題は、アブソリュートエンコーダの信頼性つまり動作の信頼性をさらに改良することにある。

この課題は、１つのコードＣと１つの走査装置ＡＥとを有するエンコーダであって、前記コードＣは、測定方向Ｘに前後して配置された連続する複数のコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３から構成され、当該個々のコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が、マンチェスターコードを有し、前後して続く少なくとも２つの前記コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３がそれぞれ、１つの位置情報を有する１つのコード語ＣＷを生成し、前記走査装置ＡＥが、１つのコード語ＣＷを生成する前記コードＣの少なくとも２つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を読み取るための複数の検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４付きの１つの検出器ユニットＤを有し、且つ、前記走査装置ＡＥが、１つの評価装置ＡＷを有し、この評価装置ＡＷ内では、実際の位置情報を有する前記コード語ＣＷが、これらの検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４の走査信号Ｓから算出可能であり、前記走査装置ＡＥと前記コードＣとが、測定方向Ｘに互いに相対移動するように配置されている当該エンコーダにおいて、移行領域内に同じ特性を有する互いに隣接する前記複数のコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３間に、当該同じ特性を補完する特性を有する分離要素Ｕ１，Ｕ２が挿入されていることよって解決される。

測定方向に相前後して配置された連続するコード要素から構成された１つのコード，１つのコード語を生成するこのコードの少なくとも２つのコード要素を読み取る検出器要素を有する走査装置及び評価装置を備えるエンコーダが提唱される。このコードの場合、相前後して続く少なくとも２つのコード要素がそれぞれ、１つの位置情報を有する１つのコード語を生成する。評価装置内では、実際の位置情報を有するコード語が、これらの検出器要素の走査信号から算出可能である。走査装置及びコードは、測定方向に互いに相対移動するように配置されている。本発明は、移行領域内に同じ特性を有する互いに隣接するコード要素間に、この特性を補完する特性を有する分離要素が挿入されていることを特徴とする。

本発明の好適な構成は、従属請求項中に記載されている。

図１中には、本発明にしたがって構成されたエンコーダが概略的に示されている。この場合、このエンコーダは、既にドイツ連邦共和国特許出願公開第102 44 235号明細書中に記されたエンコーダにほとんど一致する。このエンコーダは、光学的な走査原理にしたがって動作する。この走査原理の場合、コードＣが、透過光方法で走査される。このコードＣを走査するため、走査装置ＡＥが使用される。この走査装置ＡＥは、コードＣに対して測定方向Ｘに相対移動可能に配置されている。

コードＣは、測定方向Ｘに相前後して配置された連続する同じ長さのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３から構成される。同様に各コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、測定方向Ｘに相前後して連続して配置された隣接する２つの同じ長さの部分領域Ａ及びＢから構成される。これらの部分領域Ａ及びＢは、互いの補完的に構成されている。この場合、補完的は、逆の特性を有すること、すなわち例えば光学的な走査原理の場合に透過し、透過せず又は照射走査の場合に反射するか若しくは反射しないことを意味する。

シーケンシャルコードＣは、光源Ｌを受ける走査装置ＡＥによって走査される。この光源Ｌの光が、コリメータレンズＫを通じて相前後して続く多数のコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を照射する。この光は、コードＣによって位置に依存して変調される。その結果、位置に依存する光分散が、コードＣの後で発生する。この光分散は、走査装置ＡＥの検出器ユニットＤによって検出される。

検出器ユニットＤは、測定方向Ｘに配置された連続する検出器要素Ｄ１〜Ｄ１１を有するラインセンサである。見やすさの理由から、コードＣを示された位置で走査するために必要であるぐらいの多数の検出器要素Ｄ１〜Ｄ１１だけが示されている。少なくとも１つの検出器要素Ｄ１〜Ｄ１１が、各相対位置でコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の各部分領域Ａ，Ｂに一義的に割り当てられている。その結果、走査信号Ｓ１Ａ〜Ｓ３Ｂが、コードＣに対する検出器ユニットＤの各相対位置で各部分領域Ａ，Ｂから得られる。これらの走査信号Ｓ１Ａ〜Ｓ３Ｂは、評価装置ＡＷに供給される。この評価装置ＡＷは、１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の両部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂの両走査信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ；Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ；Ｓ３Ａ，Ｓ３Ｂを一組に処理し、各コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に対して１つのデジタル値つまり１ビットＢ１，Ｂ２，Ｂ３を生成する。連続する多数のデジタル値Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が、絶対値を決定する１つのコード語ＣＷを生成する。検出器ユニットＤが、コードＣに対してこの幅つまり１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の長さだけシフトした場合、新しい１つのコード語ＣＷが生成され、多数の異なるコード語ＣＷが、測定すべき絶対測定領域によって生成される。

図１は、走査装置ＡＥに対するコードＣの瞬間位置を示す。検出器要素Ｄ１〜Ｄ１１は、コードＣの１つの部分領域Ｃ１Ａ〜Ｃ３Ｂの半分の幅を有する間隔で相前後して続いて配置されている。これによって、少なくとも１つの検出器要素Ｄ１〜Ｄ１１が、各位置で１つの部分領域Ｃ１Ａ〜Ｃ３Ｂに一義的に割り当てられていて、２つの部分領域Ｃ１Ａ〜Ｃ３Ｂ間の移行部分を走査しないことが保証されている。図示された位置では、部分領域Ｃ１Ａは、検出器要素Ｄ１によって走査され、部分領域Ｃ１Ｂは、検出器要素Ｄ３によって走査される。検出器要素Ｄ１，Ｄ３は、光分散を検出し、その光強度に応じてこの光強度に比例する１つのアナログ走査信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂを生成する。両部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂは、互いに補完的に構成されているので、走査信号Ｓ１Ａ及び走査信号Ｓ１Ｂの強度も互いに逆である。すなわち、信号レベルが互いに大きく離れている。

コード要素Ｃ１の両走査信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂのどちらが大きいかが検査されることによって、この信号間隔は、二進情報Ｂ１を生成するために利用される。この検査は、除算によって又は減算によって実施できる。この例では、除算が使用される。このため、図１の評価装置ＡＷは、トリガー要素Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の形態の比較装置を有する。したがって、Ｓ１Ａが、Ｓ１Ｂより小さい場合は、トリガー要素Ｔ１が、例えばＢ１＝「０」を生成し、Ｓ１Ａが、Ｓ１Ｂより大きい場合は、Ｂ１＝「１」を生成する。同様に二進情報Ｂ２及びＢ３が、コード要素Ｃ２，Ｃ３の走査及びトリガー要素Ｔ２，Ｔ３によるそれぞれのコード要素Ｃ２，Ｃ３の部分領域Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂのアナログ走査信号Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ；Ｓ３Ａ，Ｓ３Ｂの比較によって得られる。

すなわち、第１デジタル値が、互いに補完的に構成された部分領域Ａ，Ｂの第１順序に割り当てられ、第２デジタル値が、互いに補完的に構成された部分領域Ａ，Ｂの第２順序に割り当てられる。この例では、非透過→透過の順序が、値０に割り当てられ、透過→非透過が、値１に割り当てられる。

各コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の両部分領域Ａ及びＢが互いに補完的であるので、走査信号ＳのＳＮ比は非常に大きい。光源Ｌの光強度の変化が、両部分領域Ａ及びＢの走査信号Ｓに同じ大きさで影響する。

１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の２つずつの部分領域Ａ，Ｂが補完的に構成されているために、それぞれのアナログ走査信号Ｓが、これらの部分領域Ａ，Ｂを走査することによるエンコーダの正常な動作で生成される必要がある。これらのアナログ信号Ｓの差の値が、１つの所定の値を超える。良好な誤差検査が、この差の値を観察することによって可能である。この誤差検査の原理は、差の値が所定の値を越えた場合は二進情報Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が疑わしく、それ故に誤差信号Ｆがこの二進情報Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に対して生成されることから出発できる。

誤差信号Ｆの生成の原理が、図２中に示されている。コード要素Ｃ１のアナログ走査信号Ｓ１Ａ及びＳ１Ｂが、誤差検査装置Ｐに供給される。この誤差検査装置Ｐは、Ｓ１Ａ及びＳ１Ｂを除算（Ｓ１Ａ−Ｓ１Ｂ）によって比較し、差の値が所定の比較値Ｖを越えたか又は超えなかったかを検査する。比較するために使用されるアナログ走査信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂのうちの１つのアナログ走査信号の値が低下した時に、誤差信号Ｆが既に生成されるように、この比較値Ｖは有利に選択されている。１つのアナログ走査信号の値のこの低下は、相前後して続く２つのコード要素が移行領域内で異なる特性を有するときに、例えば１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のうちの１つの部分領域からその次の部分領域に移行する時に起こるか又は１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３からその次のコード要素に移行する時に起こる。差の値（Ｓ１Ａ−Ａ１Ｂ）が、所定の比較値Ｖを超えない時は、誤差信号Ｆが出力される。図３中には、この信号の状態が示されている。誤差検査装置Ｐが、当業者に既知のウィンドウコンパレータによって具体的に構成され得る。

誤差検査装置Ｐは、好ましくはトリガー要素内に組み込まれている。この場合、誤差信号Ｆは、例えば独立した導線を通じて出力され評価されてもよい。この代わりに、３つの状態、例えば論理「１」に対する正の電圧，論理「０」に対する負の電圧及び誤差信号Ｆの信号化に対する０ボルトが、出力部に出力されるように、トリガー要素が構成されてもよい。

本発明によれば、コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が、測定方向Ｘに互いに隣接している。これらのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、移行領域内に同じ特性を有する。これに対して補完的な特性を有する分離要素Ｕ１，Ｕ２が挿入されている。コードＣは、例示的に図１中に示されているようにシリアルコードである。このシリアルコードの場合、個々のコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が、マンチェスターコードを有する。このマンチェスターコード化は、符号が交換される時に、換言すれば論理「１」に相当するコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が、論理「０」に相当するコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に続き、論理「０」に相当するコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が、論理「１」に相当するコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に続く時に常に実施される。

簡単なシリアルコードＣが使用された場合、２つの同じコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が相前後して続く（図示せず）。このシリアルコードＣでは、これらのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、１つの特定の特性を有する領域だけから構成される。

図１中のコード要素Ｃ１とコード要素Ｃ２との間の移行領域内の部分領域Ｃ１Ｂ及びＣ２Ａが透過であると仮定した場合、分離要素Ｕ１は、非透過な特性を有する。同様に、コード要素Ｃ２とコード要素Ｃ３との間の移行領域内の非透過な部分領域Ｃ２Ｂと非透過な部分領域Ｃ３Ａとの間の分離領域Ｕ２は、透過な特性を有する。

実際には、検出器要素は、図１の描写から分かるように対ごとに差信号を作ることによって評価される。この場合、コードＣに対する走査ユニットＡＥのその都度の相対位置で、どの検出器要素が異なって切り替わって有効な位置値を生成し、どの検出器要素が有効な位置値を生成しないかを識別できることが重要である。

図４ａ〜４ｄは、コードＣに対する走査ユニットＡＥの４つの位置を示す。検出器ユニットＤは、この例では１４個の検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４を有する。これらの検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４の走査信号Ｓが、評価装置ＡＷに供給されている。この評価装置は、走査信号Ｓを処理するためにトリガー要素Ｔ１〜Ｔ１２の形態の１２個の比較装置及び評価ユニットＢＷを有する。これらのトリガー要素Ｔ１〜Ｔ１２内の評価の結果が、この評価ユニットＢＷに対して出力される。この評価ユニットＢＷは、入力信号の評価後にビットＢ１，Ｂ２，Ｂ３から成るコード語ＣＷを走査の結果として出力する。

どのような形態で結果が出力されるかは、本発明に対しては重要でない。したがって出力は、図示されたようにパラレルでもよいし、シリアルでもよい。同様に、結果を例えば 工作機械の制御部に対して出力するため、さらに別の構成要素が、走査ユニットＡＥ内に含まれてもよい。さらに完全を期すため、走査ユニットＡＥのこれらの構成要素は、空間的に分離されて配置されてもよい。

信頼できる１つのコード語ＣＷが、コードＣに対する走査ユニットＡＥの各相対位置で確認され得るように、検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４の数が選択されている。この場合、２つずつ直接に相前後して続く偶数の検出器要素Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ１０，Ｄ１２，Ｄ１４の差及び２つずつ直接に相前後して続く偶数の検出器要素Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９，Ｄ１１，Ｄ１３の差が、トリガー要素Ｔ１〜Ｔ１２によって生成され、その結果の値が、比較値Ｖと比較される。したがってトリガー要素Ｔ１〜Ｔ１２は、誤差検査装置Ｐも有する。差信号の値が比較値Ｖを下回る場合、この差信号は妥当でないと格付けされ、対応するトリガー要素Ｔ１〜Ｔ１２が１つの誤差信号Ｆを出力する。これとは反対に、差信号の値が比較値Ｖに達するか又は超えた場合、トリガー要素Ｔ１〜Ｔ１２は、１つの論理値である論理「１」又は論理「０」を差信号の極性にしたがって出力する。

図４ａ中では、コード要素Ｃ１のデジタル値が、比較装置Ｔ１によって、例えば検出器要素Ｄ１及びＤ３の走査信号の差をとる回路から算出され得る。コード要素Ｃ２のデジタル値は、比較装置Ｔ５によって検出器要素Ｄ５及びＤ７の走査信号から算出され得る。そしてコード要素Ｃ３のデジタル値は、比較装置Ｔ９によって検出器要素Ｄ９及びＤ１１の走査信号から算出され得る。

偶数の検出器要素Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ１０，Ｄ１２，Ｄ１４が、２つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３間の移行領域内又は１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内の２つの部分領域Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ；Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ；Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂ間に存在するので、これらの偶数の検出器要素Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ１０，Ｄ１２，Ｄ１４は妥当でない走査信号を出力する。これに応じて、生成された差信号の値がそれぞれ、比較値Ｖを下回るので、偶数の検出器要素Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ１０，Ｄ１２，Ｄ１４を評価する偶数のトリガー要素Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１２が、誤差信号Ｆを出力する。奇数の検出器要素Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９，Ｄ１１，Ｄ１３の残りの組み合わせが、残りのトリガー要素Ｔ３，Ｔ７及びＴ１１によって評価されるこれらのトリガー要素Ｔ３，Ｔ７及びＴ１１の場合、評価の結果が、コードＣのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の順序に依存する。ビットが交換される場合、すなわち論理「１」から論理「０」に又は論理「０」から論理「１」に交換される場合、評価の結果は、同様に誤差信号Ｆである。図４ａ中では、このことは、トリガー要素Ｔ３及びＴ７の場合である。これとは反対に、コード要素Ｃ３に続くコード要素のように、２つの同じコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が相前後して続く場合は、比較装置Ｔ１１による評価が、妥当なデジタル値、この図示された場合では論理「１」を出力する。
この例では、検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４が、測定方向Ｘに沿ってコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の１つの部分領域Ａ，Ｂの半分の長さに相当する間隔で配置されている。このことから、４つの検出器対が、１つのコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を走査する走査ユニットＡＥに対するコードＣの相対位置ごとの差動走査によって構成される。図４ａ〜４ｄに関しては、例えばコード要素Ｃ１を走査するために、トリガー要素Ｔ１〜Ｔ４の出力信号に対応する検出器要素Ｄ１−Ｄ３（図４ａ），Ｄ２−Ｄ４（図４ｂ），Ｄ３−Ｄ５（図４ｃ）及び（図４ｄ）が構成される。さらにトリガー要素Ｔ１〜Ｔ１２は、４つのグループに区分され得る。この場合、少なくとも１つのグループが、コードＣに対する走査ユニットＡＥの各相対位置でその時のコード語ＣＷを出力する。図４ａ〜図４ｄに応じて、第１グループは、トリガー要素Ｔ１，Ｔ５，Ｔ９から構成され、第２グループは、トリガー要素Ｔ２，Ｔ６，Ｔ１０から構成され、第３グループは、トリガー要素Ｔ３，Ｔ７，Ｔ１１から構成され、そして第４グループは、トリガー要素Ｔ４，Ｔ８，Ｔ１２から構成される。評価ユニットＢＷは、出力が少なくとも又は全体で誤差信号Ｆを有さず、これらの出力を位置測定の結果つまりコード語ＣＷとして出力するそれぞれのグループを確認する。

どれだけの誤差信号Ｆが１つのグループ内で発生するかどうかは、コードＣに左右される。このＣが冗長に構成されていない場合、各コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が、正しい位置測定に対して一義的に確認できる必要があるので、誤差信号Ｆは許容されない。冗長に構成されたコードＣの場合、許容される誤差信号Ｆの数は、１つのコード語ＣＷ内のどれだけの誤差を含むビットが冗長によって除去され得るかに左右される。

本発明の分離要素Ｕ１，Ｕ２の配置の利点をさらに明らかにするため、図４ｂ及び４ｃ中では、汚れ粒子ＳＰが、コード要素Ｃ１の部分領域Ｃ１ＡとＣ１Ｂとの間の移行領域内に示されている。このような汚れは、エンコーダの耐用期間の経過中に例えば磨耗物質若しくは潤滑剤の雫の沈着によって又は外部から侵入する物質によって発生する。以下では、走査ユニットＡＥが、コードＣに対して左から右に移動すると仮定する。このことは、図４ｃから図４ｂへの移行に一致する。さらに、例えば図１中に示されているような透過原理にしたがうエンコーダが対象であると仮定する。この場合、コード要素Ｃ１の部分領域Ｃ１Ａは非透過であり、コード要素Ｃ１の部分領域Ｃ１Ｂは透過である。

汚れ粒子ＳＰは、同様に非透過な特性を有するので、検出器要素Ｄ３の出力信号を評価することによってだけでは、検出器要素Ｄ３が移行領域内に存在することは、もはや確認され得ず、検出器要素Ｄ２が、コード要素Ｃ１の部分領域Ｃ１Ａを評価するための正しい位置測定に対して使用される必要がある。したがって比較装置Ｔ３が、分離要素Ｕ１なしに図４ｂ中に示された位置で有効なデジタル値、すなわち論理「０」を確認した。しかしながら分離要素Ｕ１は、検出器要素Ｄ５に対する走査信号Ｓを減衰させる。これによってトリガー要素Ｔ３が、誤差信号Ｆを出力する。

既に上述したように、トリガー要素Ｔ１〜Ｔ１２は、妨害のない動作時でも有効なデジタル値を確認できる。それにもかかわらず、相前後して続くコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が、同じコード化を有する場合は、この有効なデジタル値は、その時のコード値ＣＷを決定するために使用してはならない。このことは、例えば図４ｂ中の比較装置Ｔ１２の場合である。汚れの作用に起因して間違って得られるデジタル値に関係して、２つの互いに異なるコード語ＣＷが、１つの時点に対して発生する確率が上がる。この場合は、エンコーダが稼働される機械の誤差のない特に危険のない動作が、もはや与えられていないので、このエンコーダは、例えば停止信号ＨＡＬＴによって停止される必要がある。評価ユニットＢＷが、この停止信号ＨＡＬＴを図示しなかった上位に配置された制御部に対して出力する。このような停止の確率が、分離要素Ｕ１，Ｕ２を挿入することによって著しく低下する。したがって、エンコーダの耐用期間及び信頼性が上がる。

分離要素Ｕ１，Ｕ２の作用を図５に基づいて明らかにする。示された曲線は、走査ユニットＡＥがコードＣに対して測定方向Ｘに沿ってコード要素Ｃ１の部分領域Ｃ１Ａからコード要素Ｃ３の部分領域Ｃ３Ｂまで移動する時の１つの検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４での信号強度の変化を示す。従来の技術にしたがう、すなわち分離要素Ｕ１，Ｕ２なしに構成されているコードＣの場合は、部分領域Ｃ１Ｂ−Ｃ２Ａ又はＣ２Ｂ−Ｃ３Ａ間の移行領域内で破線に追従し、この移行が確認できなかった。分離要素Ｕ１，Ｕ２を挿入すると、信号が、部分領域Ｃ１Ｂ−Ｃ２Ａ間で著しく陥没するか、又は、信号が、部分領域Ｃ２Ｂ−Ｃ３Ａ間で上昇する。これによって、検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４が個々に評価される時に、移行自体が、このときに検出可能である。検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４の差をとる回路によって、上述したように分離要素Ｕ１，Ｕ２によって、遥かにより高い信頼性が、コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３間の移行の確認時に達成される。

分離要素Ｕ１，Ｕ２によって引き起こされた信号の陥没又は信号の上昇の程度の強さは、検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４の大きさに対する分離要素Ｕ１，Ｕ２の大きさにほとんど依存し、特にこれらの検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４が分離要素Ｕ１，Ｕ２をカバーする程度に依存する。実際には、これらの検出器要素に対する分離要素Ｕ１，Ｕ２の影響が、例えば汚れ又は信号雑音のような妨害作用によって引き起こされる信号の変動から際立つ必要がある。移行領域内で同じ特性を有する２つのコード要素間の移行を確実に確認するためには、１つの検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４が１つの分離要素Ｕ１，Ｕ２によって最大にカバーされている時に、検出器信号の最大振幅又は最小振幅に対して等しいか又はその20％の信号の陥没又は信号の上昇が生じるように、分離要素Ｕ１，Ｕ２が寸法決めされていることが好ましいと実証されている。

他方では、検出器要素Ｄ１〜Ｄ１４に対する分離要素Ｕ１，Ｕ２の影響が、コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３又はコード要素Ｃ１Ａ〜Ｃ３Ｂの部分領域の影響から識別可能であることを保証できるようにするためには、分離要素Ｕ１，Ｕ２の幅をコード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の幅より遥かに小さく選択することが好ましい。分離要素Ｕ１，Ｕ２の幅が、コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の幅の５％〜8.5％、特に７％〜８％であるときに特に良好ことが、実際の構成に対して実証されている。

各コード要素Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の両部分領域Ａ，Ｂは、光学的に走査可能に構成され得る。この場合、一方の部分領域Ａは、走査光に対して透過性又は反射性に形成されていて、他方の部分領域Ｂは、非透過性又は非反射性に形成されている。しかし本発明は、光学式の走査原理に限定されていない。本発明は、特に磁気式の走査原理にも使用され得る。

アブソリュートエンコーダは、直線移動又は回転移動を測定するために使用され得る。この場合、コードＣは、移動する物体のうちの一方の物体に取り付けられていて、走査装置ＡＥは、これらの測定すべき物体のうちの他方の物体に取り付けられている。この場合、コードＣは、測定すべき物体に対して直接取り付けできるか又は測定すべき物体に同様に結合されているスケール上に取り付けできる。

この場合、測定すべき物体は、工作機械又は座標測定機の台及びキャリッジでもよいし又は電気モータの回転子及び固定子でもよい。

エンコーダの概略図である。 誤差検査の原理を示す。 図２の誤差検査に対する信号を示す。 本発明のエンコーダの第１走査位置を示す。 本発明のエンコーダの第２走査位置を示す。 本発明のエンコーダの第３走査位置を示す。 本発明のエンコーダの第４走査位置を示す。 本発明のエンコーダの場合の検出器要素での信号変化を示す。

符号の説明

Ｃ コード
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コード要素
Ｌ 光源
Ｋ コリメータレンズ
ＡＥ 走査ユニット
ＡＷ 評価装置
Ｄ 検出器ユニット
Ａ，Ｂ 部分領域
Ｐ 誤差検査装置（エラー検査装置）
Ｖ 比較値
Ｆ 誤差信号（エラー信号）
Ｓ 走査信号
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 二進情報
Ｄ１〜Ｄ１１ 検出器要素
ＢＷ 評価ユニット
ＣＷ コード語
ＳＰ 汚れ粒子
Ｃ１Ａ〜Ｃ３Ｂ 部分領域
Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ 走査信号
Ｕ１，Ｕ２ 分離要素
Ｔ１〜Ｔ１２ トリガー要素

Claims (7)

1. １つのコード（Ｃ）と１つの走査装置（ＡＥ）とを有するエンコーダであって、
   前記コード（Ｃ）は、測定方向（Ｘ）に前後して配置された連続する複数のコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）から構成され、当該個々のコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）が、マンチェスターコードを有し、前後して続く少なくとも２つの前記コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）がそれぞれ、１つの位置情報を有する１つのコード語（ＣＷ）を生成し、
   前記走査装置（ＡＥ）が、１つのコード語（ＣＷ）を生成する前記コード（Ｃ）の少なくとも２つのコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を読み取るための複数の検出器要素（Ｄ１〜Ｄ１４）付きの１つの検出器ユニット（Ｄ）を有し、且つ、前記走査装置（ＡＥ）が、１つの評価装置（ＡＷ）を有し、この評価装置（ＡＷ）内では、実際の位置情報を有する前記コード語（ＣＷ）が、これらの検出器要素（Ｄ１〜Ｄ１４）の走査信号（Ｓ）から算出可能であり、前記走査装置（ＡＥ）と前記コード（Ｃ）とが、測定方向（Ｘ）に互いに相対移動するように配置されている当該エンコーダにおいて、
   移行領域内に同じ特性を有する互いに隣接する前記複数のコード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）間に、当該同じ特性を補完する特性を有する分離要素（Ｕ１，Ｕ２）が挿入されていることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記評価装置（ＡＷ）は、測定方向（Ｘ）に直接前後して続くそれぞれの偶数の検出器要素（Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ１０，Ｄ１２，Ｄ１４）と測定方向（Ｘ）に直接前後して続くそれぞれの奇数の検出器要素（Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７，Ｄ９，Ｄ１１，Ｄ１３）とからのアナログの走査信号（Ｓ）の差を作るための複数のトリガー要素（Ｔ１〜Ｔ１２）を有することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記トリガー要素（Ｔ１〜Ｔ１２）は、誤差検査装置（Ｐ）を有し、前記走査信号（Ｓ）の差を１つの比較値（Ｖ）と数値比較し、この比較値（Ｖ）を数値的に下回った時に１つの誤差信号（Ｆ）を出力するために、前記誤差検査装置（Ｐ）が構成されていることを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記評価装置（ＡＷ）は、１つの評価ユニット（ＢＷ）をさらに有し、前記トリガー要素（Ｔ１〜Ｔ１２）が、前記走査信号（Ｓ）の差に応じて１つの論理値及び／又は前記誤差信号（Ｆ）をこの評価ユニット（ＢＷ）に対して出力し、この評価ユニット（ＢＷ）内では、コード語（ＣＷ）が、これらの位置情報に基づいて算出可能であることを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ。
5. 前記評価ユニット（ＢＷ）内では、複数のグループ（Ｔ１，Ｔ５，Ｔ９；Ｔ２，Ｔ６，Ｔ１０；Ｔ３，Ｔ７，Ｔ１１；Ｔ４，Ｔ８，Ｔ１２）が、前記トリガー要素（Ｔ１〜Ｔ１２）の入力信号から構成されていて、前記コード語（ＣＷ）が、最小限の前記誤差信号（Ｆ）を有するグループ（Ｔ１，Ｔ５，Ｔ９；Ｔ２，Ｔ６，Ｔ１０；Ｔ３，Ｔ７，Ｔ１１；Ｔ４，Ｔ８，Ｔ１２）から算出可能であることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
6. １つの前記コード要素（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の両部分領域（Ａ，Ｂ）が、互いに補完する光学特性を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンコーダ。
7. 前記検出器要素（Ｄ１〜Ｄ１４）は、１つの部分領域（Ａ，Ｂ）の半分の長さに相当する間隔で測定方向（Ｘ）に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンコーダ。

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