[发明专利]位置编码器装置

说明书

技术领域

本发明涉及位置编码器装置，特别涉及用于位置编码器的扫描装置，所述位置编码器应用改进的技术以结合来自多个(例如磁性)传感器的传感器信号以便获得增量位置信息。

背景技术

已知多种不同类型的位置编码器。例如，已知光学编码器系统，其中通过光学读取头读取包括浅的和深的线条的标尺。还已知磁性编码器，其中通过包括一个或多个磁性(例如，霍尔)传感器的读取头单元读取标尺的变化的磁特性。

一种已知类型的位置编码器系统包括标尺，其形成为标尺记号的有规律重复的图案。包括多个间隔传感器的读取头被用来测量标尺与读取头之间的相对运动。特别地，结合来自读取头中的多个间隔开的传感器的传感器信号，以便产生正弦和余弦(相位正交)信号，所述信号被内插以便为小于一个周期的重复标尺图案提供读取头位置的精确测量。可以选择地将这种增量位置信息与附加的、较粗略的绝对位置测量值结合起来。

美国专利US4949289描述了一种通过适当地结合来自四个传感器的信号产生正弦和余弦增量信号的方法。同时例如从US4595991已知提供一种编码器装置，其中结合六个传感器的输出以产生正弦和余弦信号，所述信号被内插以提供更高分辨率的位置信息。特别地，US4595991描述了一种技术，其中在结合之前利用预定的傅里叶系数加权六个传感器的输出。这种加权据说减少了更高阶(例如，第三)谐波分量对于最终正弦/余弦信号的影响，从而改善了内插过程的分辨率。然而，US4595991的技术实施起来复杂，并且需要在结合传感器信号之前对它们进行精确的加权。这证明对于电子实施是困难的且昂贵的。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种用于位置编码器的扫描装置包括用于产生多个传感器信号的多个传感器元件；用于产生至少第一求和信号和第二求和信号的求和单元，所述至少第一求和信号和第二求和信号提供关于扫描装置与关联标尺的相对对准的信息；其中所述第一求和信号由多个传感器信号的第一子集产生，第二求和信号由多个传感器信号的第二子集产生，其特征在于，所述多个传感器元件相对彼此大致均匀地间隔开，并且关联标尺的每一周期设置N个传感器元件，其中N是整数并且是3和4的倍数。

因此本发明提供了用于位置编码器的读取头或扫描装置。所述扫描装置包括多个传感器元件，用于产生多个传感器信号。例如，所述扫描装置可以包括多个间隔开的霍尔传感器元件，它们均输出电压传感器信号，所述信号表示被感测的磁场强度。还设置求和单元，用于产生至少第一求和信号和第二求和信号，所述信号包含关于扫描装置与关联标尺的相对对准或相位的信息。

所述求和单元由多个传感器信号的第一子集产生第一求和信号，并且由多个传感器信号的第二(不同)子集产生第二求和信号。特别地，所述求和单元可以通过添加和/或减去相应子集的不同传感器信号而产生每个求和信号。应当理解，传感器信号的子集指的是由多个传感器元件产生的传感器信号集的一些但不是所有的群组。正如下面更详细解释的。第一和第二子集可以包括共同传感器信号，即：第一和第二子集优选不彼此排斥。还可以使得由多个传感器元件产生的一个或多个传感器信号不形成所述第一或第二子集的一部分。

因此本发明使用选定的传感器信号子集来产生求和信号。这减轻了与US4595991中所述类型的已知布置相关的各种缺点。特别地，本发明不需要计算傅里叶加权系数，也不使用集成电路，该集成电路具有实施所需傅里叶加权的多个不同数值的电阻器。事实上，本发明使用求和单元，该求和单元结合传感器信号的选定子集来产生所需的求和信号。因此本发明比US4595991中所述类型的现有技术装置实施起来更简单、更便宜。

如上所述，所述扫描单元的多个传感器元件相对彼此大致均匀地间隔开，并且关联标尺的每一周期设置N个均匀间隔的传感器元件，其中N是整数并且是3和4的倍数。提供传感器元件的这种布置使得能选择传感器信号的子集，所述子集基本不受上述第三谐波变量的影响。这比US4949289中所述类型的增量方案更有优势，在US4949289中描述了使用更少的传感器(例如四个或五个)，从而导致第三谐波对于所产生的增量信号有影响。

在大多数实际编码器系统中，根据本发明的第三谐波的抑制提供了充分的测量精度。然而，还可以抑制第五谐波。这可以通过关联标尺的每一周期提供N个传感器元件来实现，其中N是4、3和5的倍数。