DE3324176A1

DE3324176A1 - Magnetische codiervorrichtung

Info

Publication number: DE3324176A1
Application number: DE19833324176
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1982-07-05
Filing date: 1983-07-05
Publication date: 1984-01-05
Also published as: JPS597213A; DE3324176C2; US4646088A; FR2529666B1; GB8318108D0; GB2123562B; GB2123562A; FR2529666A1; IT8348605A0; IT1170425B

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken, Japan

Magnetische Codiervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Codiervorrichtung, insbesondere eine drehbare magnetische Codiervorrichtung, die eine Drehplatte, auf der eine Folge einzelner magnetischer Codier- bzw. Teilungseinheiten ausgebildet ist, sowie einen magnetischen Abtastkopf umfaßt, der der Drehplatte gegenüberliegt und nacheinander die Codiereinheiten zur Bestimmung einer Winkelverschiebung derselben abtastet.

Es ist bekannt, daß eine drehbare magnetische Codiervorrichtung ein sehr nützliches Instrument zur Messung einer Winkel- oder Linearverschiebung eines bewegten Teils, etwa in einer Werkzeugmaschine, ist. Tatsächlich muß die Präzisionserfassung einer solchen Bewegung die Grundlage für die genaue Positionierung eines bewegten Teils, z. B. eines Werkzeugs oder Werkstücks, in Werkzeugmaschinen und anderen Werkzeugen sein.

Bei diesen konventionellen Vorrichtungen weisen magnetische Platten bzw. Scheiben eine gemeinsame Teilung auf, wobei die aufeinanderfolgenden magnetischen Codier- bzw. Teilungseinheiten entlang einem Kreis auf einer Oberfläche der Platte

koaxial damit so angeordnet sind, daß die entgegengesetzten Magnetpole, die jeweils eine Codiereinheit bilden, in Ausrichtung mit der Rotationsrichtung der Platte verlaufen. Der magnetische Abtastkopf ist dabei der einen Oberfläche mit Abstand gegenüberliegend angeordnet, so daß er nacheinander die Codiereinheiten abtastet, die während der Rotationsbewegung der Platte auf dem Kreis vorbeilaufen. Es ist bekannt, daß dieser Magnetplattenaufbau eine relativ geringe Dichte magnetischer Codiereinheiten pro Fläche (Winkel) aufweist, so daß ein unbefriedigendes Auflösungsvermögen der magnetischen Abtastung resultiert.

Eine weitere bekannte Art von drehbaren Magnetplatten verwendet eine Skalenanordnung, bei der die Platte über ihre Dicke magnetisiert ist, so daß magnetische Codiereinheiten, deren jede senkrecht zu den Seitenflächen der Platte verläuft, aufeinanderfolgend jeweils parallel zueinander entlang einer kreisförmigen Zone koaxial mit der Platte gebildet sind. In diesem Fall ist der magnetische Abtastkopf C- oder U-förmig, so daß die umlaufende Platte zwischen seinen beiden Abtastarmen liegt. Eine solche Platte muß eine beträchtliche Dicke aufweisen, so daß sich für jede Codiereinheit ein ausreichend starker Magnetfluß ergibt. Durch die dickere Ausbildung der Platte erhöht sich deren Gewicht, und es wurde gefunden, daß sich dadurch eine übermäßige Belastung hinsichtlich der Abtastbewegung eines zum Drehen der Platte bewegten Teils einstellen kann.

Bei beiden Arten der konventionellen magnetischen Codiervorrichtungen ist ferner zu beachten, daß bei einer dünnen umlaufenden Platte die Gefahr einer Wellen- bzw. Schwingungsbewegung besteht, und die Wellenbewegung der umlaufen-

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den Platte wird zu deren Rand hin, angrenzend an den die magnetischen Codiereinheiten angeordnet sind, verstärkt. Infolgedessen können die umlaufende Platte und der Abtastkopf, die an einem schmalen Magnetspalt im Abstand voneinander liegen, in Gleitkontakt treten, so daß sich ein unerwünschter Verschleiß der Abtastkopfoberfläche einstellt. Ferner wird eine erhebliche Änderung des Abstands des Magnetspalts bewirkt, so daß Abtastfehler auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten magnetischen drehbaren Codiervorrichtung, bei der die genannten Nachteile vermieden werden und die eine äußerst hohe Abtastgenauigkeit aufweist.

Die magnetische Codiervorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Drehplatte, auf der eine Folge einzelner magnetischer Codier- bzw. Teilungseinheiten ausgebildet ist, und durch einen magnetischen Abtastkopf, der der Platte gegenüberliegt und nacheinander die Codiereinheiten während der Rotationsbewegung der Platte abtastet zwecks Erfassung und Codierung einer Winkelverschiebung derselben, wobei jede magnetische Codiereinheit länglich ausgebildet ist und zwei entgegengesetzte Magnetpole umfaßt, die in einer Radialrichtung der Drehplatte orientiert sind. In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die magnetischen Codiereinheiten, die jeweils in Radialrichtung verlaufen, in einer Folge entlang einer Ringzone angrenzend an den Plattenrand ausgebildet sind. Der magnetische Abtastkopf ist im wesentlichen in derselben Ebene wie die Drehplatte angeordnet und liegt dem Plattenrand unter Bildung eines gleichförmigen Magnetspalts mit Abstand gegenüber.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die die magnetische drehbare Codiervorrichtung nach der Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Anordnung magnetischer Codier- bzw. Teilungseinheiten oder Markierungen auf einer Magnetplatte nach der Erfindung;

Fig. 3 eine größere Ansicht, die einen Teil der magnetischen Codiereinheiten nach Fig. 2 in einer bestimmten Anordnung zusammen mit einem Teil eines Abtastkopfs der Codiervorrichtung nach der Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil der magnetischen Codiereinheiten, die in anderer Weise angeordnet sind; und

Fig. 5 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zum

Ausbilden der magnetischen Codiereinheiten bei einer Drehplatte nach der Erfindung zeigt.

Nach Fig. 1 umfaßt die magnetische Codiervorrichtung 1 eine Magnetplatte 2 und einen Abtastkopf 3. Die Magnetplatte 2 ist fest auf einer Tragplatte 2¹ gesichert, die z. B. aus einem Kunststoff besteht, so daß eine umlaufende Einheit 4 gebildet ist. Im vorliegenden Fall ist die Tragplatte 2¹ fakultativ und kann angewandt werden, wenn die Magnetplatte 2 nur eine Dicke von 1 mm oder weniger aufweist, so daß sie während der Drehbewegung hinreichend starr gehalten ist. Die drehbare Einheit 4, die im vorliegenden Fall aus der Tragplatte 2¹ mit der darauf angeordneten Magnetplatte 2 besteht, ist auf einer Welle 5 gesichert, die in zwei Lagern 6 und 7

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drehbar ist. Das Lager 7 ist in einem Gehäuseteil 8 mittels eines Gewindebolzens 9 gehalten, und das Lager 6 ist in einer Abdeckplatte 10 gehalten, die mittels Schrauben am Gehäuse 8 gesichert ist. Die Welle 5 trägt ein Rad 11, mit dem ein bewegtes Organ bzw. eine solche Fläche 12 antriebsmäßig gekoppelt ist zum Drehen der drehbaren Einheit 4 und damit der Magnetplatte 2, so daß eine Bewegung der Fläche als eine entsprechende Winkelverschiebung der Magnetplatte erfaßt werden kann. Der magnetische Abtastkopf 3 liegt dem Rand der Magnetplatte 2 an einem Luftspalt gegenüber. Die Magnetplatte 2 ist in Radialrichtung magnetisiert.

Die Magnetplatte 2 ist mit magnetischen Codier- bzw. Teilungseinheiten bzw. Markierungen 2a versehen, die nacheinander auf einer ringförmigen Zone 2b angrenzend an den Rand 2c der Magnetplatte 2, dem der Abtastkopf 3 gegenüberliegt, angeordnet sind. Jede Codiereinheit 2a ist über die Zone 2b langgestreckt und besteht aus zwei Magnetpolen N und S, die mit einer Radialrichtung der Magnetplatte 2 ausgerichtet sind, wie aus den Fig. 2 und 3 deutlich zu sehen ist. Die Ringzone, über die sich jede Codiereinheit 2a erstreckt, verläuft in Radialrichtung der Magnetplatte 2 mit gleichmäßiger Breite d. Aneinandergrenzende Codiereinheiten 2a sind voneinander gleichbeabstandet, und bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 haben sie abwechselnd aufeinanderfolgende Polaritäten, so daß die N- und S-PoIe abwechselnd aufeinanderfolgend auf dem Rand 2c der Magnetplatte 2 auftreten. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 haben aneinandergrenzende Codiereinheiten 2a gleiche magnetische Polaritäten; ihre voneinander beabstandeten N-PoIe weisen zum Rand der Magneplatte 2 und haben einen gemeinsamen S-PoI, der in Radialrichtung innen liegt. Ferner sind bei

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dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 die aneinandergrenzenden magnetischen Codiereinheiten 2a an ihren innen liegenden Enden in Richtung zur Mitte der Magnetplatte 2 miteinander verbunden.

Die Magnetplatte 2 kann in zu erläuternder Weise magnetisiert werden zur Ausbildung der magnetischen Codiereinheiten 2a. Dabei kann die zu magnetisierende Platte 2 eine Schicht Magnetpulver, z. B. eines Ferrits, sein, die auf die Tragplatte 2¹ aufgestrichen oder anderweitig auf diese aufgebracht ist, oder sie kann eine Dünnschicht aus nichtmagnetischem Werkstoff, z. B. ein Kunstharz, sein, das dann auf der Tragplatte 2¹ befestigbar ist. Anstatt einer solchen kontinuierlichen Schicht können auch voneinander getrennte feine Streifen von den Codiereinheiten 2a entsprechender Größe auf einem dünnen Kunstharzträgerfilm oder der Tragplatte 2' ausgebildet und dann zur Bildung der Codiereinheiten 2a magnetisiert werden. Alternativ kann die Platte 2 vorteilhafterweise eine homogen aus einem Magnetwerkstoff (z. B. einer Magnetlegierung vom spinodalen Zersetzungstyp auf Eisen-Chrom-Basis) zusammengesetzte Platte mit gleichmäßiger Dicke zwischen 0,5 und 3 mm sein, die auf der Tragplatte 2¹ befestigt ist. Eine dünne, gleichmäßige Schicht oder Masse eines Magnetpulvers oder -werkstoffs kann ebenfalls gebildet und selektiv auf der Ringzone 2b des Trägerfilms oder der Tragplatte 2' befestigt sein.

Der magnetische Abtastkopf 3 kann aus einem einzigen einheitlichen Magnetkern (Fig. 1) bestehen, bevorzugt besteht er jedoch aus einer Mehrzahl von Teilkernen aus einem Magnetwerkstoff 3a, die durch ein nichtmagnetisches Abstandselement 3b voneinander getrennt und miteinander durch

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ein Joch 3c verbunden sind (vgl. Fig. 3). Eine Abtastwicklung 3d ist auf die Teilkern- oder Magnetstücke (Fig. 1) gewickelt und kann über einen Verstärker und einen Signalformer mit einer Zähl- und Verarbeitungseinheit (nicht gezeigt) in einer konventionellen Anordnung verbunden sein. Der Abtastkopf 3 ist in der gleichen Ebene wie die Platte 2 positioniert und liegt deren Rand an einem Magnetspalt D gegenüber, so daß er die magnetischen Codiereinheiten 2a abtasten kann. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entspricht der Abstand zwischen den Teilkernen 3a dem Abstand zwischen den Codiereinheiten 2a. Die Jochelemente 3c können Hall-Effekt-Elemente, magnetische Widerstandselemente oder ähnliche Abtastelemente sein.

Bei der speziellen Ausbildung der Magnetplatte 2, bei der jede magnetische Codiereinheit 2a_f die aufeinanderfolgend entlang der Drehrichtung der Platte in einer an deren Rand 2c angrenzenden Zone ausgebildet sind, mit einer Radialrichtung der Platte ausgerichtet ist, ist zu beachten, daß sich aufgrund eines zunehmenden Zwischenpolabstands jeder Codiereinheit 2a eine erhebliche Steigerung der Intensität der Codierausgänge einstellt. Ferner kann die Dichte der Codiereinheiten 2a pro Rotationswinkel der Platte 2 maximiert werden, so daß die Ausbildung von Codierausgängen mit sehr hohem Auflösungsvermögen möglich ist. Ferner ist es dabei möglich, den Abtastkopf 3 im wesentlichen in derselben Ebene wie die Drehplatte 2 so anzuordnen, daß er ihrem Rand 2c eng beabstandet gegenüberliegt. Infolgedessen hat jede etwaige Wellenbewegung, die in der umlaufenden Platte 2 erzeugt wird, keine wesentliche Änderung des Magnetspaltabstands D zur Folge. Dadurch kann dieser Abstand D minimiert werden, wobei einerseits keine Gefahr eines etwaigen Gleitkontakts

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der umlaufenden Platte 2 mit dem Abtastkopf und eines daraus resultierenden Verschleißes eintritt und andererseits kein Abtastfehler auftritt, und ferner werden die Codierausgänge maximiert.

Die Welle 15 trägt ferner eine Originalplatte 22, die in dem Gehäuse 21 drehbar ist. Die Welle 15 steht mit einem Motor 23 über ein Zahnradstufengetriebe 24 in Antriebsverbindung, so daß die Originalplatte 22 und die Dreheinheit 4 drehbar sind.

Im vorliegenden Fall besteht die Originalplatte 22 aus einer Glasplatte oder einer ähnlichen lichtdurchlässigen Platte, die auf ihrer Randzone lichtundurchlässige Markierungen trägt, die z. B. durch Potoätzen in einem Muster entsprechend den magnetischen Codiereinheiten 2a, die auf die entsprechende Randzone 2b der Magnetplatte 2 aufzubringen sind, ausgebildet sind. Eine Lichtquelle 25 ist auf einer Seite der drehbaren Originalplatte 22 angeordnet und schickt einen Lichtstrahl durch die Randzone, der von einer Fotodiode 26 aufgefangen wird, die auf der gegenüberliegenden Seite der drehbaren Platte 22 angeordnet ist. Die Fotodiode 26 ist an eine Steuerschaltung 27 angeschlossen, die als Stromversorgung 28 zum Erregen eines Paars von Magnetisierköpfen 29 und 30 dient.

Der Magnetisierkopf 29 besteht aus einem Kern 29a und einer darauf gewickelten Feldspule 29b. Der Magnetisierkopf 30 besteht aus einem Kern 30a und einer darauf gewickelten Feldspule 30b. Die Feldsplen 29b und 30b sind in Reihenschaltung miteinander an die Magnetisierungs-Stromversorgung 28 angeschlossen. Die Kerne 29a und 30a sind bevorzugt über

ein Joch 31 aus einem Werkstoff hoher Permeabilität miteinander verbunden, wodurch ein Austritt von durch das Joch hindurch erzeugten Magnetkräften bei der Erregung der Feldspulen 29b und 30b minimierbar ist. Der mit der Platte 2 in der gleichen Ebene liegende und in bezug auf den Plattenrand 2c in nahem Abstand diesem gegenüber angeordnete Kern 29a kann ein Einzelkern sein, der zum Rand 2c hin spitz oder konisch zuläuft; bevorzugt handelt es sich aber um einen Verbundkern, dessen Aufbau im wesentlichen demjenigen des Abtastkopfs 3 nach Fig. 3 entspricht. Bevorzugt verläuft ein solcher Kern zu dem Ende hin konisch, an dem der Magnetspalt D mit der Drehplatte 2 gebildet ist. Der Kern 30a kann säulenförmig bzw. zylindrisch sein und eine Endfläche aufweisen, deren Durchmesser der Breite jeder Codiereinheit 2a, die auf der Platte 2 auszubilden sind, entspricht; er ist in engem Abstand zu einer Seitenfläche der Platte 2 dieser gegenüber in einem Abstand d vom Plattenrand 2c angeordnet.

Bei der Magnetisierung werden die Dreheinheit 4 und die auf der Welle 15 angeordnete Originalplatte 22 durch den Motor 24 gedreht. Der Lichtstrahl von der Lichtquelle 25, der die umlaufende Originalplatte 22 durchsetzt und auf die Fotodiode 26 auftrifft, wird aufeinanderfolgend durch eine Serie von lichtundurchlässigen Markierungen, die auf der Originalplatte 22 gebildet sind, unterbrochen. Dadurch wird eine Serie von Unterbrechungssignalen in der Schaltung 27 aufgrund der Fotodiode 26 erzeugt, wodurch die Stromversorgung 28 selektiv aktiviert wird. Die Magnetisierköpfe 29 und 30 werden intermittierend erregt unter Ausbildung einer Folge von magnetischen Codiereinheiten auf der Drehplatte 2. Die Originalplatte 22 braucht nicht den gleichen Durchmesser wie

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die Magnetplatte aufzuweisen, bevorzugt hat sie größeren Durchmesser als die Platte 2, so daß die Magnetmarkierungs-Genauigkeit verbessert wird. Eine Folge magnetischer Markierungen bzw. Codiereinheiten 2a mit abwechselnd aufeinanderfolgenden Polaritäten nach Fig. 3 kann auf der Platte 2 ausgebildet werden, indem die Stromversorgung 28 ihre Magnetisierausgangs-Polaritäten abwechselnd nacheinander ändert.

Claims

Ansprüche

Δ—

/ 1 J Magnetische Codiervorrichtung,

gekennzeichnet durch

- eine Drehplatte (2), auf der eine Folge einzelner magnetischer Codiereinheiten (2a) ausgebildet ist, deren jede ein Paar entgegengesetzte Magnetpole (N, S) umfaßt; und

einen magnetischen Abtastkopf (3), der der Drehplatte (2) gegenüberliegt und nacheinander während der Umlaufbewegung der Drehplatte (2) die Codiereinheiten (2a) abtastet zwecks Erfassung einer Winkelverschiebung derselben, - wobei sich jede Codiereinheit (2a) mit den jeweils entgegengesetzten Magnetpolen (N, S) im wesentlichen in Ausrichtung mit einer Radialrichtung der Drehplatte (2) erstreckt.
2. Magnetische Codiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die magnetischen Codiereinheiten (2a) auf der Drehplatte

(2) aufeinanderfolgend in einer Drehrichtung derselben ausgebildet sind.

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3. Magnetische Codiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Codiereinheiten (2a) auf der Drehplatte (2) nacheinander in einer damit koaxialen und an den Plattenrand (2c) angrenzenden Ringzone (2b) ausgebildet sind.
4. Magnetische Codiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden magnetischen Codiereinheiten (2a) so magnetisiert sind, daß entlang dem Plattenrand (2c) abwechselnde Magnetpole vorhanden sind.
5. Magnetische Codiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf (3) im wesentlichen in derselben Ebene wie die Drehplatte (2) so angeordnet ist, daß er dem Plattenrand (2c) unter Bildung eines Magnetspalts (D) mit Abstand gegenüberliegt.