專利名稱：線性編碼器的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種線性編碼器與一種用于線性編碼器的壓迫連結機構。
背景技術：
光學編碼器主要包括一主光柵尺，一標示光柵尺及一連結機構。主光柵尺固定于一中空鋁擠型，標示光柵尺則固定于另一滑動本體，而該滑動本體利用該連結機構與另一電路盒連接，該連結機構并迫使主光柵尺與標示光柵尺間保持容許的平行方位及間距。該電路盒可相對于中空鋁擠型外殼移動，即經由連結機構帶動標示光柵尺與主光柵尺的相對運動，此時利用一束同時穿過主光柵尺與標示光柵尺而產生光柵的繞射效應，經由一光偵測器擷取光強度訊號并轉換為電訊號后，即可用于高精度的位移量測系統。
光學編碼器為用于定位的量測元件，所以其定位精度及重復精度為光學編碼器最首要功能。為達到此一功能，主光柵尺與標示光柵尺間的平行度及間隙必須保持在一容許值，以確保光偵測器能接收到具有穩定振幅及相位的光電訊號，提供后續電路處理而得到準確的相對運動距離。
由于主光柵尺與標示光柵尺分別組立于個別構件中，其間的平行度及間隙必須由連接機構來保持。公知連結機構如圖1所示是以一根彈簧鋼絲110連結滑動本體120與電路盒，在此同時該彈簧鋼絲110并壓迫標示光柵尺130所在的滑動本體120上的數個滾動軸承140，使滾動軸承140貼向主光柵尺150的正面參考面152及端面參考面151。如此當電路盒與主光柵尺150相對運動時，便可達到使主光柵尺150與標示光柵尺130間相對運動并保持容許的平行方位及間距。
然而，線性編碼器機構中，標示光柵尺130、光源、透鏡及光偵測器均置于圖1中滑動本體120的右側，因此組合的質量中心如圖1中M點所示，而彈簧鋼絲110的作用力(向下FCY及向內FCZ)作用于圖中C點。因此將此線性編碼器置于機臺時，由于機臺的作用力、振動…等因素，使得滑動本體120因慣性力(向上FBY及向外FBZ)而有脫離主光柵尺150的趨勢，而此慣性力可視為作用于上述質量中心。當以圖1中左下角的滾動軸承為支點，考慮繞Y軸的力矩，則慣性力FBY的力臂XB1恒大于壓縮彈簧作用力FCY的力臂XC1，此因素使線性編碼器不利于抵抗外界環境的影響，縮小其使用的范圍，并降低定位精度。
再者滑動本體120經由彈簧鋼絲110的壓迫力由數個滾動軸承140緊貼著主光柵尺150兩個端面，為使彈簧鋼絲110的壓迫力得到最好效果，彈簧鋼絲110連結滑動本體處的摩擦力需降低，且摩擦力降低后還可隔離電路盒受外力的影響。圖2中以一個圓柱型套筒114及一壓縮彈簧112在彈簧鋼絲110前端與滑動本體兩端面116與118接觸，圓柱型套筒114與滑動本體端面116為圓柱滾動接觸，其間摩擦力較小，但圓柱型套筒套114與滑動本體端面118則為圓柱滑動接觸，其間摩擦力較大，不利于滑動本體120與主光柵尺150的方位及間距保持。
當電路盒經由彈簧鋼絲110帶動滑動本體120運動時，彈簧鋼絲110會受到摩擦阻力及滑動本體120慣性力，因此有變形的趨勢，而此變形會不利于滑動本體120與主光柵尺150的方位及間距保持，造成定位精度的影響。
發明內容
本發明的主要目的在于提供一種線性編碼器，能減少滑動本體的慣性力對主光柵尺與標示光柵尺間平行方位及間距的穩定性影響，增加光學編碼器的定位精度。且可減少線性編碼器機構前后運動時產生的間隙，改善重復量測精度。
本發明的另一目的在于提供一種線性編碼囂的壓迫連結機構，以能減少彈簧鋼絲對滑動本體所產生的摩擦力，隔離電路盒受外力時對量測所造成的影響，增加光學編碼器的定位精度。
為實現上述目的，本發明提供的線性編碼器，包括一具有一正面參考面與一端面參考面的主光柵尺；
一滑動本體，具有兩個套筒承座切槽與復數個滾動軸承，該滾動軸承貼于該主光柵尺該正面參考面或該端面參考面上，以移動該滑動本體；一標示光柵尺，位在該滑動本體的兩個套筒承座切槽之間，配合該主光柵尺以產生一光繞射，以測量位移距離；一電路盒，具有兩個分具一凹槽的突出臂，其中該突出臂位于該電路盒的底部，以將該電路盒固定于該滑動本體上；以及至少一壓迫連結機構，其由該滑動本體的該套筒承座切槽延伸至該電路盒的該突出臂的凹槽，使該電路盒經由該壓迫連結機構帶勁該滑動本體移動，并使該滑動本體貼于該主光柵尺上。
其中該標示光柵尺與該滑動本體兩個套筒承座切槽距離相同，使該套筒承座切槽互相對稱于該標示光柵尺。
其中該滑動本體的套筒承座切槽外還包含一蓋板，以防止該壓迫連結機構脫落。
其中該壓迫連結機構為兩組，分別部分容置于該滑動本體的兩個套筒承座切槽內。
其中該壓迫連結機構具有一球型珠子，位在該套筒承座切槽內；一圓柱型套筒，包覆于該球型珠子外圍；以及一彈簧鋼絲，其一端與該電路盒的突出臂相連，另一端與該圓柱型套筒相接。
其中位在該電路盒的該突出臂的凹槽底部具有一斜面，該斜面最接近位在該套筒承座切槽的該壓迫連結機構部位具有最深的深度，使該壓迫連結機構具有一與該主光柵尺的正面參考面垂直的壓迫力。
其中該電路盒的該凹槽為一傾斜式凹槽，該傾斜式凹槽的傾斜方向投影至該主光柵尺的端面參考面的法線方向為朝向該主光柵尺內部。
其中該壓迫連結機構還包含一壓縮彈簧，位于該套筒承座切槽內，并使該圓柱型套筒介于該壓縮彈簧與該球型珠子之間，以壓迫該圓柱型套筒，使該圓柱型套筒內的該球型珠子頂住于該滑動本體的套筒承座切槽。
其中該壓迫連結機構的圓柱型套筒的外徑小于該滑動本體的套筒承座切槽的深度。
本發明提供的壓迫連結機構，配合一線性編碼器，其中該線性編碼器包括一具有一正面參考面與一端面參考面的主光柵尺；一滑動本體，具有至少一套筒承座切槽與復數個滾動軸承，該滾動軸承貼于該主光柵尺的該正面參考面或該端面參考面上，以移動該滑動本體；一標示光柵尺，位在該滑動本體上，配合該主光柵尺以產生一光繞射，以測量位移距離；以及一電路盒，共底部具有至少一具有凹槽的突出臂，以將該電路盒固定于該滑動本體上；該壓迫連結機構包括一球型珠子，位在該套筒承座切槽內；一圓柱型套筒，包覆于該球型珠子外圍；以及一彈簧鋼絲，位于該圓柱型套筒與該突出臂之間，其一端與該電路盒的突出臂的凹槽相連，另一端與該圓柱型套筒相接，使該電路盒與該滑動本體相接；其中該滑動本體的套筒承座切槽的兩面與該壓迫連結機構接觸，一面為該滑動本體的套筒承座切槽與該圓柱型套筒接觸，一面為該滑動本體的套筒承座切槽與該球型珠子接觸，可使該壓迫連結機構與該滑動本體間的摩擦力減少。
其還包含一壓縮彈簧，位于該套筒承座切槽內，并使該圓柱型套筒介于該壓縮彈簧與該球型珠子之間，以壓迫該圓柱型套筒，使該圓柱型套筒內的該球型珠子頂住于該滑動本體的套筒承座切槽。
其中該圓柱型套筒的外徑小于該滑動本體的套筒承座切槽的深度。
其中容置該球型珠子與該圓柱型套筒的該套筒承座切槽為一長方形凹槽。
圖1為公知線性編碼器與其連結機構的立體圖；圖2為公知線性編碼器與其連結機構的立體示意圖；圖3為本發明線性編碼器與其連結機構一較佳實施例的示意圖；圖4為本發明線性編碼器與其連結機構二較佳實施例的立體示意圖；圖5為本發明線性編碼器的一較佳實施例的力矩分布示意圖；圖6為本發明線性編碼器與其連結機構另一較佳實施例的示意圖；圖7為本發明線性編碼器與其連結機構另一較佳實施例的示意圖。
具體實施例方式
本發明的線性編碼器，包含一主光柵尺、一滑動本體、一標示光柵尺、一電路盒、與至少一壓迫連結機構，其中該標示光柵尺較佳為介于滑動本體的兩個套筒承座切槽的中央，更佳為使用兩組壓迫連結機構，其相對于滑動本體中央對稱，以對稱的壓迫力量迫使滑動本體貼向主光柵尺，降低慣性力造成的影響。本發明的滑動本體的套筒承座切槽外較佳為包含一蓋板，以防止壓迫連結機構脫落。本發明的電路盒的凹槽底部較佳為具有一斜面，該斜面最接近套筒承座切槽的部位深度最深，使壓迫連結機構具有一與主光柵尺的正面參考面垂直的壓迫力。該凹槽亦或是為一斜溝，使凹槽最接近滑動本體的部位距離主光柵尺的底部最近，以產生一與主光柵尺的端面參考面垂直的壓迫力。該突出臂的凹槽，更佳為兼具以上兩特色，以同時使壓迫連結機構具有相對于主光柵尺向下與向內的壓迫力。
本發明的壓迫連結機構中，包含一球型珠子、一彈簧鋼絲、與一圓柱型套筒，其中該壓迫連結機構較佳為再包含一壓縮彈簧，位于套筒承座切槽內，并使圓柱型套筒介于壓縮彈簧與球型珠子之間，以壓迫該圓柱型套筒，使圓柱型套筒內的球型珠子頂住滑動本體的套筒承座切槽。該圓柱型套筒的外徑較佳為小于滑動本體的套筒承座切槽的深度。而因彈簧鋼絲為一連動機構，可減少因待測物震動所造成的變形，增加位移量測精確度。
線性編碼器中標示光柵尺、光源、透鏡及光偵測器置于滑動本體的中央，并使用兩組于滑動本體中央對稱的壓迫機構時，以對稱的壓迫力量迫使滑動本體貼向主光柵尺，降低外界震動造成的慣性力影響，擴大其使用的范圍，并增加定位精度。且使用球型珠子于圓柱型套筒套內將上述的滑動摩擦變為滾動摩擦以減少摩擦力，利于滑動本體與主光柵尺的方位及間距保持。且以兩組彈簧鋼絲來帶動滑動本體，可增加連動機構的剛性，減少變形對精度的影響，從而增加定位精度。
為能更了解本發明的技術內容，特舉三較佳具體實施例說明如下。
實施例1
本發明的線性編碼器如圖3所示，在本實施例中包栝一具有一正面參考面22與一端面參考面21的主光柵尺2；一具有一槽孔102的主殼體1，其中該槽孔102設置于主殼體1的底部，且該槽孔102上置放主光柵尺2，使主光柵尺2的正面參考面22與端面參考面21均非朝向主殼體；一滑動本體8，具有兩個套筒承座切槽81、兩個蓋板10、三個與正面參考面22接觸的滾動軸承92、與兩個與端面參考面21接觸的滾動軸承91，該些滾動軸承91、92貼于主光柵尺2上，使滑動本體8沿主光柵尺2平行移動；一標示光柵尺11，位在滑動本體8的兩個套筒承座切槽81的中間，使套筒承座切槽81互相對稱于標示光柵尺11，標示光柵尺11配合主光柵尺2產生繞射效應，以測量位移距離；一電路盒3，其底部具有兩個突出臂31，以將電路盒3固定于滑動本體8上；以及兩組壓迫連結機構500，其一端裝置于滑動本體8的套筒承座切槽81內，并利用蓋板10防止壓迫連結機構500脫落，另一端則與電路盒3的突出臂31相連接。
本實施例中，電路盒3的突出臂31具有一凹槽311，以容置部分壓迫連結機構500；該凹槽311具有一傾斜的底面，且最接近滑動本體8的套筒承座切槽81部分深度最深，以使壓迫連結機構500具有一與主光柵尺2的正面參考面2′2垂直的壓迫力；此外，該凹槽311離滑動本體8越近的部分其離主殼體1的槽孔102越近，以使壓迫連結機構500具有一與主光柵尺2的端面參考面21重直的壓迫力。
本實施例中的兩組壓迫連結機構500如圖4所示，分別包括一位在套筒承座切槽81內的球型珠子7，其能自由轉動；一彈簧鋼絲4，其一端與電路盒的突出臂相連，另一端與圓柱型套筒6相接觸，以使電路盒與滑動本體8相接；一包覆于球型珠子7外圍的圓柱型套筒6，并能自由轉動；以及一壓迫圓柱型套筒6的壓縮彈簧5，使圓柱型套筒6內的球型珠子7頂住于滑動本體8的套筒承座切槽81。本實施例的滑動本體8的套筒承座切槽81的兩槽面821與811與壓迫連結機構500接觸，一面811為滑動本體8的套筒承座切槽81與圓柱型套筒6接觸，一面821為滑動本體8的套筒承座切槽81與球型珠子7接觸，可使壓迫連結機構500與滑動本體8間的摩擦力減少。此外，壓迫連結機構500的圓柱型套筒6的外徑小于滑動本體8的套筒承座切槽81的深度，且由于壓迫連結機構500的彈簧鋼絲4為一連動機構，可減少因待測物震動所造成的變形，增加位移量測精確度。
本實施例中由于使用兩個壓迫連結機構500，故同樣以左下角的滾動軸承92為支點，增加了一組使滑動本體8貼向主光柵尺的力矩，如圖5所示的FC2YXC2與FC2ZXC2，因此可降低慣性力造成的影響，擴大其使用的范圍，并增加定位精度。且由于壓迫連結機構500與滑動本體8上的套筒承座切槽81間的接觸，由于套筒承座切槽81為一長方形凹槽，故一為圓柱與平面接觸，一為球型珠子與平面接觸，兩者均為滾動摩擦，使壓迫連結機構500與滑動本體8間的摩擦力減少，較可自由轉動，以避免電路盒受外力時對量測所造成的影響，增加光學編碼器的定位精度。
實施例2本發明的線性編碼器在本實施例中大致與實施例1相同，唯一與實施例1不同之處為壓迫連結機構500，如圖6所示。
本實施例中的兩組壓迫連結機構501與502，其中的一組501包括一位在套筒承座切槽81內的球型珠子(未顯示于圖中)，其能自由轉動；一包覆于球型珠子7外圍的圓柱型套筒6，并能自由轉動；一彈簧鋼絲4，其一端與電路盒(未顯示于圖中)的突出臂相連，另一端與圓柱型套筒6相連，以使電路盒與滑動本體8相接；以及一壓迫圓柱型套筒6的壓縮彈簧5，使圓柱型套筒6內的球型珠子7頂住于滑動本體8的套筒承座切槽81；而另一組502僅包括一球型珠子、一彈簧鋼絲4、以及一圓柱型套筒6，其各元件間的相對位置與功能與壓迫連結機構501相同。本實施例的滑動本體8的套筒承座切槽81的兩面與壓迫連結機構501與502接觸，一面為滑動本體8的套筒承座切槽81與圓柱型套筒6接觸，一面為滑動本體8的套筒承座切槽81與球型珠子7接觸，可使壓迫連結機構501與502與滑動本體8間的摩擦力減少。此外，壓迫連結機構501與502的圓柱型套筒6的外徑小于滑動本體8的套筒承座切槽81的深度，且由于該壓迫連結機構501與502的彈簧鋼絲4為一連動機構，可減少因待測物震動所造成的變形，增加位移量測精確度。
本實施例中由于使用兩個壓迫連結機構500，故同樣以左下角的滾動軸承92為支點，本發明增加一組使滑動本體8貼向主光柵尺2的力矩，因此可降低慣性力造成的影響，擴大其使用的范圍，并增加定位精度。且壓迫連結機構501與502與滑動本體8上的套筒承座切槽81間的接觸，由于套筒承座切槽81為一長方形凹槽，故一為圓柱與平面接觸，為球體與平面接觸，兩者均為滾動摩擦，使壓迫連結機構501與502與滑動本體8間的摩擦力減少，較可自由轉動，以避免電路盒受外力時對量測所造成的影響，增加光學編碼器的定位精度。
實施例3本發明的線性編碼器如圖7所示，在本實施例中包括一具有一正面參考面22與一端面參考面21的主光柵尺2；一具有一槽孔102的主殼體1，其中該槽孔102設置于主殼體1的底部，且該槽孔102上置放主光柵尺2，使主光柵尺2的正面參考面22與端面參考面21均非朝向主殼體；一滑動本體8，具有一個套筒承座切槽81、三個與正面參考面22接觸的滾動軸承92、與兩個與端面參考面21接觸的滾動軸承91，該些滾動軸承91、92使滑動本體8沿主光柵尺2平行移動；一標示光柵尺11，位在滑動本體8的一側，該標示光柵尺11配合主光柵尺2以產生一光繞射，以測量位移距離；一電路盒，其底部具有一個突出臂，以將電路盒固定于滑動本體8上；以及一組壓迫連結機構500，其一端裝置于滑動本體8的套筒承座切槽81內，另一端則與電路盒的突出臂相連接。
本實施例中的壓迫連結機構500，包括一位在套筒承座切槽81內的球型珠子7，其能自由轉動；一包覆于球型珠子7外圍的圓柱型套筒6，并能自由轉動；一彈簧鋼絲4，其一端與電路盒的突出臂(未顯示于圖中)相連，另一端與圓柱型套筒6相連，使電路盒與滑動本體8相接；以及一壓迫圓柱型套筒6的壓縮彈簧5，使圓柱型套筒6內的球型珠子7頂住于滑動本體8的套筒承座切槽81。本實施例的滑動本體8的套筒承座切槽81的兩面與壓迫連結機構500接觸，一面為滑動本體8的套筒承座切槽81與圓柱型套筒6接觸，一面為滑動本體8的套筒承座切槽81與球型珠子7接觸，可使壓迫連結機構500與滑動本體8間的摩擦力減少。壓迫連結機構500的圓柱型套筒6的外徑小于滑動本體8的套筒承座切槽81的深度，且該壓迫連結機構500的彈簧鋼絲4為一連動機構，可減少因待測物震動所造成的變形，增加位移量測精確度。
由于壓迫連結機構500與滑動本體8上的套筒承座切槽81間的接觸，一為圓柱與平面接觸，一為球體與平面接觸，兩者均為滾動摩擦，使壓迫連結機構500與滑動本體8間的摩擦力減少，以避免電路盒受外力時對量測所造成的影響。
上述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發明所主張的權利范圍自應以申請專利范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
1.一種線性編碼器，其特征在于，包括一具有一正面參考面與一端面參考面的主光柵尺；一滑動本體，具有兩個套筒承座切槽與復數個滾動軸承，該滾動軸承貼于該主光柵尺該正面參考面或該端面參考面上，以移動該滑動本體；一標示光柵尺，位在該滑動本體的兩個套筒承座切槽之間，配合該主光柵尺以產生一光繞射，以測量位移距離；一電路盒，具有兩個分具一凹槽的突出臂，其中該突出臂位于該電路盒的底部，以將該電路盒固定于該滑動本體上；以及至少一壓迫連結機構，其由該滑動本體的該套筒承座切槽延伸至該電路盒的該突出臂的凹槽，使該電路盒經由該壓迫連結機構帶勁該滑動本體移動，并使該滑動本體貼于該主光柵尺上。
2.如權利要求1所述的線性編碼器，其特征在于，其中該標示光柵尺與該滑動本體兩個套筒承座切槽距離相同，使該套筒承座切槽互相對稱于該標示光柵尺。
3.如權利要求1所述的線性編碼器，其特征在于，其中該滑動本體的套筒承座切槽外還包含一蓋板，以防止該壓迫連結機構脫落。
4.如權利要求1所述的線性編碼器，其特征在于，其中該壓迫連結機構為兩組，分別部分容置于該滑動本體的兩個套筒承座切槽內。
5.如權利要求1所述的線性編碼囂，其特征在于，其中該壓迫連結機構具有一球型珠子，位在該套筒承座切槽內；一圓柱型套筒，包覆于該球型珠子外圍；以及一彈簧鋼絲，其一端與該電路盒的突出臂相連，另一端與該圓柱型套筒相接。
6.如權利要求1所述的線性編碼器，其特征在于，其中位在該電路盒的該突出臂的凹槽底部具有一斜面，該斜面最接近位在該套筒承座切槽的該壓迫連結機構部位具有最深的深度，使該壓迫連結機構具有一與該主光柵尺的正面參考面垂直的壓迫力。
7.如權利要求1所述的線性編碼器，其特征在于，其中該電路盒的該凹槽為一傾斜式凹槽，該傾斜式凹槽的傾斜方向投影至該主光柵尺的端面參考面的法線方向為朝向該主光柵尺內部。
8.如權利要求5所述的線性編碼器，其特征在于，其中該壓迫連結機構還包含一壓縮彈簧，位于該套筒承座切槽內，并使該圓柱型套筒介于該壓縮彈簧與該球型珠子之間，以壓迫該圓柱型套筒，使該圓柱型套筒內的該球型珠子頂住于該滑動本體的套筒承座切槽。
9.如權利要求5所述的線性編碼器，其特征在于，其中該壓迫連結機構的圓柱型套筒的外徑小于該滑動本體的套筒承座切槽的深度。
10.一種壓迫連結機構，配合一線性編碼器，其特征在于，其中該線性編碼器包括一具有一正面參考面與一端面參考面的主光柵尺；一滑動本體，具有至少一套筒承座切槽與復數個滾動軸承，該滾動軸承貼于該主光柵尺的該正面參考面或該端面參考面上，以移動該滑動本體；一標示光柵尺，位在該滑動本體上，配合該主光柵尺以產生一光繞射，以測量位移距離；以及一電路盒，共底部具有至少一具有凹槽的突出臂，以將該電路盒固定于該滑動本體上；該壓迫連結機構包括一球型珠子，位在該套筒承座切槽內；一圓柱型套筒，包覆于該球型珠子外圍；以及一彈簧鋼絲，位于該圓柱型套筒與該突出臂之間，其一端與該電路盒的突出臂的凹槽相連，另一端與該圓柱型套筒相接，使該電路盒與該滑動本體相接；其中該滑動本體的套筒承座切槽的兩面與該壓迫連結機構接觸，一面為該滑動本體的套筒承座切槽與該圓柱型套筒接觸，一面為該滑動本體的套筒承座切槽與該球型珠子接觸，可使該壓迫連結機構與該滑動本體間的摩擦力減少。
11.如權利要求10所述的壓迫連結機構，其特征在于，其還包含一壓縮彈簧，位于該套筒承座切槽內，并使該圓柱型套筒介于該壓縮彈簧與該球型珠子之間，以壓迫該圓柱型套筒，使該圓柱型套筒內的該球型珠子頂住于該滑動本體的套筒承座切槽。
12.如權利要求10所述的壓迫連結機構，其特征在于，其中該圓柱型套筒的外徑小于該滑動本體的套筒承座切槽的深度。
13.如權利要求10所述的壓迫連結機構，其特征在于，其中容置該球型珠子與該圓柱型套筒的該套筒承座切槽為一長方形凹槽。
全文摘要
本發明是有關于一種線性編碼器與其壓迫連結機構。該線性編碼器包括一主光柵尺、一具有兩個套筒承座切槽的滑動本體、一位在該滑動本體的兩個套筒承座切槽之間的標示光柵尺、一電路盒、以及兩組壓迫連結機構；其中由于使用兩組壓迫連結機構，使標示光柵尺可位于滑動本體之間，增加標示光柵尺與主光柵尺間平行度及間隙的穩定度。而該壓迫連結機構則包括一球型珠子、一圓柱型套筒、一壓縮彈簧、以及一彈簧鋼絲；其中套筒承座切槽與壓迫連結機構間的接觸，一為圓柱與平面接觸，一為球體與平面接觸，兩者均為滾動摩擦，可使摩擦力減少。
文檔編號G01D5/26GK1584506SQ0315453
公開日2005年2月23日 申請日期2003年8月18日 優先權日2003年8月18日
發明者林慶芳, 高清芬, 陳譽元, 張中柱 申請人:財團法人工業技術研究院