[发明专利]用于估值偏心值的旋转编码器和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种角度检测装置以及估算其偏心量的方法。

背景技术

旋转编码器是一种检测旋转机构的旋转角度的角度检测装置。旋转编码器基本上包括圆形格栅盘(grating disk)和测量器，例如，所述格栅盘在外周部分蚀刻有刻度图案，所述刻度图案包括沿径向方向的数百至数十万个刻度标记，所述测量器排列成邻近所述格栅盘的刻度图案，并随着格栅盘的旋转对通过的刻度标记进行计数。这种旋转编码器设置成使得格栅盘与待测物体的旋转部接合。随着待测物体的旋转而通过检测器的刻度标记的数量被计数，以检测待测物体的旋转角度。

格栅盘的旋转轴是例如可旋转地支承格栅盘的滚动轴承。滚动轴承的旋转精度为数十微米。总之，旋转轴是以检测器的理想旋转中心为中心，并沿以最大旋转精度为半径的圆周移动。为了固定格栅盘与旋转轴，使用治具等来进行高精确的调节，以使格栅盘的中心与旋转轴的中心一致。因此，格栅盘的中心在与旋转轴的圆周相同的圆周上移动，造成相对于理想旋转中心的偏心。这种偏心在测定的角度中造成误差，例如由于检测器所读取的用于角度检测的刻度图案的径向位置的错位而造成的刻度标记之间的明显间距的变化。

在例如日本专利No.4433240中公开了一种消除格栅盘的偏心误差的常规方法。在该方法中，在刻度图案内设置有格栅盘，所述格栅盘以与刻度图案的节距相同的间距具有若干同心图案。排列有两个检测器，它们是读取刻度图案的测量检测器、和设置在从测量检测器旋转90°的位置处的用于读取同心图案的修正检测器。然后，修正检测器读取同心图案以修正由测量检测器生成的刻度图案的读取信号，从而消除来自刻度图案的读取信号的偏心的影响。

然而，该方法需要特殊的格栅盘，该格栅盘附加有若干同心图案用于修正偏心。此外，只用一个检测器来读取同心图案，不能精确地测量在二维平面上偏心的格栅盘的偏心量。

发明内容

本发明的一个特征是提供一种角度检测装置以及估算其偏心量的方法，能够在不需要特殊格栅盘的情况下精确地测量在二维平面上偏心的格栅盘的偏心量。

本发明的一个方面提供一种角度检测装置，其包括：被旋转轴支承的格栅盘；沿所述格栅盘的周向等间距地排列成邻近所述格栅盘的前表面的三个或更多个检测器；和偏心量估算器，其使各所述检测器检测从预定的初始位置旋转了基准角度的所述格栅盘的旋转角度；从所述旋转角度与所述基准角度之间的差值测量各所述检测器处的角度误差；通过相对于所述旋转轴的旋转中心使各所述检测器的方向矢量旋转90°来获得切向矢量；以及计算与所述切向矢量的内积为所述角度误差的偏心矢量。

本发明的另一方面提供一种估算角度检测装置的偏心量的方法，所述角度检测装置包括被旋转轴支承的格栅盘和沿所述格栅盘的周向等间距地排列成邻近所述格栅盘的前表面的三个或更多个检测器。所述方法包括：使各所述检测器检测从预定的初始位置旋转了基准角度的所述格栅盘的旋转角度；从所述旋转角度与所述基准角度之间的差值测量各所述检测器处的角度误差；通过相对于所述旋转轴的旋转中心使各所述检测器的方向矢量旋转90°来获得切向矢量；以及计算与所述切向矢量的内积为所述角度误差的偏心矢量。

本发明的给出是基于这样一个发现：旋转中心的偏心用作相对于各检测器检测到的旋转角度的偏心矢量，从而发生角度误差，该角度误差相当于偏心矢量与各检测器处的切向矢量的内积。在本发明中，因此能够基于与格栅盘只旋转基准角度相关联的各检测器处生成的角度误差以及各检测器的方向矢量这两个可测量的值，来计算表示旋转中心相对于检测器中心偏心的偏心矢量。因此，能够基于计算出的偏心矢量来修正旋转中心的偏心，从而提高角度检测装置的精度。

在本发明中优选的是，相对于从所述初始位置旋转的不同基准角度对所述偏心矢量进行多次计算；从多个计算出的偏心矢量确定检测器中心；以及从所述偏心矢量和自所述检测器中心至所述初始位置的初始偏心矢量中的一个，计算所述旋转轴的旋转中心相对于所述检测器中心的偏心矢量。

在本发明中，重复地计算偏心矢量，以检测并修正旋转轴的旋转中心相对于检测中心的偏心。

在本发明中优选的是，所述基准角度是各检测器的测定角度的平均值。该平均值可以从全部检测器的测定角度计算出，或者从任意检测器的测定角度计算出。在本发明中对不同位置处的检测器的测定角度的平均化减小了偏心的影响，并提供基准位置的近似值。

在本发明中，基准角度可以由连接至旋转轴的另一角度检测装置检测。虽然这种情况下需要附加的构造，但是能够正确地检测基准位置。