(57)【要約】制御ユニット（３２）が提供されて、当該制御ユニット（３２）は送信器回路（３０）と受信器回路（３１）に通信可能に結合される。第１スケール要素（２８）が第１磁束変調特性及び第２磁束変調特性を有し、それらは相互に異なる。各磁束変調特性は、測定方向（ｘ）へのセンサユニット（２５）の移動位置に依存する、第１又は第２の送信器コイル（３４、３５）によって生成される磁場を変調するように適合される。そうすることにより、第１送信器コイル（３４）からの第１磁場（Ｂ１）と第２送信器コイル（３５）からの第２磁場（Ｂ２）とを変調することによって、スケール要素（２８）の１つの軌道（２６）のみによって独立した位置情報を生成可能である。
2021532343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定方向（ｘ）に延在する第１軸（Ｘ１）に沿って配列された複数の第１スケール要素（２８）を有する第１軌道（２６）を少なくとも備えるスケール（２４）と、
前記スケール（２４）に対して前記測定方向（ｘ）に相対的に移動可能であり、送信器回路（３０）と受信器回路（３１）とを備えるセンサユニット（２５）であって、前記送信器回路（３０）は第１送信器コイル（３４）と第２送信器コイル（３５）とを備える、センサユニット（２５）と、
を備える誘導形センサ装置（２３）であって、
前記第１スケール要素（２８）は、前記第１送信器コイル（３４）の第１磁場（Ｂ１）に対する第１磁束変調特性と、前記第２送信器コイル（３５）の第２磁場（Ｂ２）に対する第２磁束変調特性とを提供し、前記第１磁束変調特性と第２磁束変調特性とは、互いに異なった測定方向への位置依存性で変化し、
前記送信器回路（３０）と前記受信器回路（３１）とに通信可能に接続された制御ユニット（３２）が提供されて、前記制御ユニット（３２）は、
第１受信器信号（Ｓ１１（ｘ）、Ｃ１１（ｘ））を生成するために、前記第１送信器コイル（３４）と前記受信器回路（３１）とを操作し、
第２受信器信号（Ｓ２１（ｘ）、Ｃ２１（ｘ））を生成するために、前記第２送信器コイル（３５）と前記受信器回路（３１）とを操作し、
少なくとも前記第１及び第２の受信器信号（Ｓ１１（ｘ）、Ｃ１１（ｘ）、Ｓ２１（ｘ）、Ｃ２１（ｘ））に依存する、測定方向（ｘ）における前記センサユニット（２５）の位置を計算する
ように適合された、誘導形センサ装置。
【請求項２】
前記受信器回路（３１）は、測定方向（ｘ）に互いにずれた２つの受信器コイル（４２ａ、４２ｂ）を有する、少なくとも１つの受信器コイル配列（４０、４１）を備える、
請求項１に記載の誘導形センサ装置。
【請求項３】
前記送信器回路（３０）は、前記第１及び第２の送信器コイル（３４、３５）を互いに独立して操作するように適合された、
請求項１又は請求項２に記載の誘導形センサ装置。
【請求項４】
前記第１スケール要素（２８）の前記第１磁束変調特性は、前記センサユニット（２５）と前記スケール（２４）との測定方向（ｘ）における相対移動の間、前記第１受信器信号（Ｓ１１（ｘ）、Ｃ１１（ｘ））を第１周期で変化させるように適合され、
前記第１スケール要素（２８）の前記第２磁束変調特性は、前記センサユニット（２５）と前記スケール（２４）との測定方向（ｘ）における相対移動の間、前記第２受信器信号（Ｓ２１（ｘ）、Ｃ２１（ｘ））を第２周期で変化させるように適合され、
前記第２周期は前記第１周期とは異なる、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の誘導形センサ装置。
【請求項５】
前記スケール（２４）は、前記第１軸（Ｘ１）に平行な第２軸（Ｘ２）に沿って配列された複数の第２スケール要素（２９）を有し、かつ磁束変調特性を有する第２軌道（２７）を更に備える、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の誘導形センサ装置。
【請求項６】
前記制御ユニット（３２）は、
第３受信器信号（（Ｓ２２（ｘ）、Ｃ２２（ｘ）））を生成するための前記第２送信器コイル（３５）と前記受信器回路（３１）の操作、及び第４受信器信号（（Ｓ１２（ｘ）、Ｃ１２（ｘ）））を生成するための前記第１送信器コイル（３４）と前記受信器回路（３１）の操作のうち少なくとも一方を実行し、
前記第３受信器信号及び第４受信器信号（Ｓ２２（ｘ）、Ｃ２２（ｘ）、Ｓ１２（ｘ）、Ｃ１２（ｘ））のうちの少なくとも１つに更に依存する、前記センサユニット（２５）の測定方向（）における位置を計算する
ように適合された、請求項５に記載の誘導形センサ装置。
【請求項７】
第２スケール要素（２９）のそれぞれは、前記第２軌道（２７）に沿って、測定方向（ｘ）の位置には依存しない同一の磁束変調特性を有する、
請求項５又は請求項６に記載の誘導形センサ装置。
【請求項８】
前記第２スケール要素（２９）の全ては、前記第１軸（Ｘ１）に平行な同一の幅と、第１軸（Ｘ１）を横切る横方向（ｙ）における同一の高さとを有する、
請求項７に記載の誘導形センサ装置。
【請求項９】
前記第１スケール要素（２８）は、第１スケール波長（λ１）を定義するために測定方向（ｘ）に等間隔に間隔をあけ、前記第２スケール要素（２９）は、前記第１スケール波長（λ１）とは異なる第２スケール波長（λ２）を定義するために測定方向（ｘ）に等間隔に間隔をあける、
請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の誘導形センサ装置。
【請求項１０】
前記第１スケール波長（λ１）は、前記第１スケール要素（２８）の第１磁束変調特性を定義する、請求項９に記載の誘導形センサ装置。
【請求項１１】
第１スケール要素（２８）のそれぞれは、測定方向（ｘ）の幅と、前記第１軸（Ｘ１）を横切る横方向（ｙ）の高さを有し、
前記第１スケール要素（２８）の前記第２磁束変調特性は、
測定方向（ｘ）の位置により変化する、前記第１スケール要素（２８）の少なくとも一部の幅と、
測定方向（ｘ）の位置により変化する、前記第１スケール要素（２８）の少なくとも一部の高さと、
測定方向（ｘ）の位置により変化する、前記第１スケール要素（２８）の横方向（ｙ）における横方向位置と、
のうちの少なくとも１つによって定義される、
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の誘導形センサ装置。
【請求項１２】
第１スケール要素（２８）のそれぞれは、前記第１軸（Ｘ１）の片側に内側部分（５０）と、前記第１軸（Ｘ１）の反対側に外側部分（５１）とを有し、
前記第１スケール要素（２８）の少なくとも前記内側部分（５０）又は前記外側部分（５１）の磁束変調特性は、前記第１スケール要素（２８）の前記第２磁束変調特性を定義するために前記第１軌道（２６）に沿う測定方向（ｘ）の位置に依存して変化する、
請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の誘導形センサ装置。
【請求項１３】
前記第１スケール要素（２８）の前記内側部分（５１）は、測定方向（ｘ）の位置に依存する第１規則（Ｍ１）に従って変化する磁束変調特性を有し、
第２スケール要素（２９）の外側部分（５１）は、測定方向（ｘ）の位置に依存する第２規則（Ｍ２）に従って変化する磁束変調特性を有する、
請求項１２に記載の誘導形センサ装置。
【請求項１４】
前記第１規則（Ｍ１）と前記第２規則（Ｍ２）とは互いに異なる、請求項１３に記載の誘導形センサ装置。
【請求項１５】
前記制御ユニット（３２）は、少なくとも前記第１及び第２の受信器信号（Ｓ１１（ｘ）、Ｃ１１（ｘ）、Ｓ２１（ｘ）、Ｃ２１（ｘ））に依存する所定の閾値（Ｕ１〜Ｕ４、Ｖ１〜Ｖ４）により識別可能な振幅位相値（θＡ）を含むルックアップテーブル（５５）が格納されるメモリ（３３）と通信可能に接続される、
請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の誘導形センサ装置。
【請求項１６】
前記第１スケール要素（２８）及び第２スケール要素（２９）のうち少なくとも一方は閉鎖導体ループ（４４）である、
請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の誘導形センサ装置。
【請求項１７】
各導体ループ（４４）は主として測定方向（ｘ）に延在する２つの側方導体部（４５）と主として横方向（ｙ）に延在する２つの横断導体部（４６）とを有し、前記側方導体部（４５）の幅（ｗ１）は前記横断導体部（４６）の幅（ｗ２）より大きい、
請求項１６に記載の誘導形センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサユニットとスケールの間の絶対位置を決定するためにスケールに沿って移動可能な、送信回路と受信回路を備えたセンサユニットを有する誘導形センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような誘導形センサ装置は、測定方向に延在する、少なくとも１つで、通常２つ以上のスケール要素の軌道を備える。スケール要素の各軌道は、１つの送信器回路と１つの受信器回路によって検出される。２つ以上の軌道を設けることにより、分解能を向上し、より長い範囲にわたる絶対位置の決定が可能である。
【０００３】
誘導形センサ装置は例えば独国特許出願公開第１００４９３６８（Ａ１）号明細書又は欧州特許第１０１４０４１（Ｂ１）号明細書に開示されている。各軌道のスケール要素は、異なるスケール波長で構成される。したがって、副尺構成が得られる。センサ装置がスケール軌道に沿って移動するときに得られる正弦波信号および余弦波信号が、異なる信号波長と位相を提供する。これらの信号の組み合わせにより測定範囲の延長が可能である。これに替わる可能性として、小スケール波長を有する軌道と粗スケール波長を有する軌道の使用があり得る。
【０００４】
そのような、２つの軌道を有する既知の誘導形センサ装置においても、絶対位置決定の範囲はいまだに限界がある。プリント回路基板上へのコイル配置に必要な、コイル設計上の非常に小さい線条細工構造が、信号の周期性に影響を与える。さらに、特定の製造上の変動あるいは信号処理上の電子回路のノイズが、絶対位置決定の範囲を制限する。製造上の変動とは特に、スケールに比較したセンサユニットの位置合わせの変動、回路基板の厚さ及びコイル設計における変動、あるいは、スケールに対するセンサ回路の機械的な位置ずれである。
【０００５】
絶対検出範囲を更に増加させるための１つの方策は、追加の軌道を付加することであろう。ただし、これは必要とする空間が増大し、測定装置、特に手持ちの測定装置において、これは通常不可能である。
【０００６】
独国特許出願公開第１００４９３６８（Ａ１）号明細書ではさらに、複数軌道の副尺エンコーダが記載されている。そこでは磁束変調ループが複数軌道間に接続されて、1つの送信器コイルを1つの軌道で使用し、受信コイルを別の軌道で使用することを可能としている。これはセンサ範囲の拡大はしないが、送信コイルと受信コイル間の直接結合がむしろ回避されることになる。
【０００７】
誘導形センサ装置の絶対位置検出範囲を改良するために、独国特許出願公開第１００４９３６８（Ａ１）号明細書では１つの軌道のスケールループの高さを変えて、それぞれに割り当てられた受信器回路が与える信号振幅を変化させるように提案している。１つの軌道におけるスケールループの高さは、その軌道の一端からその軌道の他端へ向かって増加する。したがって、この追加の振幅情報は、周期的に反復するサブ範囲を特定するために使用され、当該サブ範囲では微細な絶対位置検出が可能である。
【０００８】
この概念を評価することにより、受信回路により提供される信号は感度が高く、特にセンサユニットとスケールとの間の測定方向を横切る横方向オフセットに対して鋭敏であることが示された。こうして、他の２軌道センサ装置に比べて約３倍の測定範囲の拡張が可能である。ただし、曖昧さを生じさせるため、全体測定範囲をそれ以上に増大させることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第１００４９３６８（Ａ１）号明細書
【特許文献２】欧州特許第１０１４０４１（Ｂ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、付加的な軌道の追加を必要とせずに、測定範囲拡張の可能性を与える、絶対位置検出のための誘導形センサ装置を提供することである。別の目的は、低消費電力の誘導形センサ装置を提供するとのことがある。別の目的は、製造上の変動及び位置合わせの変動に対する感度の低い絶対位置検出を有する誘導形センサ装置を提供するとのことがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、請求項１に記載の誘導形センサ装置によって解決される。
【００１２】
本発明による誘導形センサ装置は、スケールと、スケールに対して測定方向に可動のセンサユニットとを備える。センサユニットは送信器回路と受信器回路を備える。送信器回路には第１の送信器コイルと第２の送信器コイルが含まれる。
【００１３】
スケールは、測定方向に延在する第１軸に沿って配置された複数の第１スケール要素を持った、第１軌道を有する。第１スケール要素は、第１送信器コイルの第１磁場に対する第１磁束変調特性と、第２送信器コイルの第２磁場に対する第２磁束変調特性とを提供する。第１及び第２の磁束変調特性は互いに異なる。第１及び第２の磁束変調特性は、測定方向における第１軌道に沿う第１スケール要素の位置によりそれぞれ変化する。
【００１４】
送信器回路と受信器回路に通信可能に接続された制御ユニットが提供される。制御ユニットは、第１送信器コイルと受信器回路とを操作して、第１受信器信号を生成し、第２送信器コイルと受信器回路とを操作して、第２受信器信号を生成するように適合されている。この第１及び第２の送信器コイルの操作は、時間的に重複してもよい。少なくとも１つの時間周期においては、第１だけ又は第２だけの送信器コイルが操作されることが好ましい。これにより、送信器回路において、第１送信器信号と第２送信器信号とのそれぞれを他と識別しやすくする。
【００１５】
制御ユニットはさらに、少なくとも第１受信器信号と第２受信器信号とに依存して、スケールに対する測定方向のセンサユニット位置を計算するように適合されている。
【００１６】
１つだけの軌道とそれぞれの受信器回路及び２つの送信器コイルを使用することにより、１つの軌道のスケール要素だけで２つの測定チャネルを提供可能である。この追加の測定チャネルが、誘導形センサ装置に低電力消費で、追加の測定信号を提供する。これは、電池又は容量の限られた他のエネルギ貯蔵素子により電力供給する、手持ち式センサ装置に対しては特に有用である。
【００１７】
特に、受信器信号は、空間位相は異なるが同一の空間周期を有し得る。これに替わり、受信器信号が異なる空間周期を有してもよい。
【００１８】
第１及び第２の受信器信号を組み合わせると、位置に依存する量を求めることが可能である。
【００１９】
一実施形態において、第２磁束変調特性は、測定方向でのセンサユニット位置に依存する、第２受信器信号の振幅変調を生成する。
【００２０】
一実施形態において、第１受信器信号は、センサユニットの測定方向位置によって変化する空間位相を有する。
【００２１】
第１受信器信号と第２受信器信号とを組み合わせることにより、「振幅位相」と呼ばれ得る、位置依存量をもたらす場合がある。この振幅位相を、種々のセンサの欠陥、特にセンサユニットとスケールの間の機械的な位置ずれに対して強くすることが可能である。
【００２２】
好適な一実施形態において、送信器回路は、第１送信器コイルと第２送信器コイルとを互いに独立して操作するように適合されている。少なくとも特定の期間中に、送信器コイルの１つだけを操作することが特に可能である。また、送信器コイルを同時に操作せずに、第１送信器コイルと第２送信器コイルとを順々にのみ操作することも可能である。
【００２３】
好ましくは、第１スケール要素の第１磁束変調特性は、センサユニット及びスケールの測定方向への相対移動中に第１受信器信号を第１周期で周期的に変化させるように適合されている。第１スケール要素の磁束変調特性は、センサユニット及びスケールの測定方向への相対移動中に第２受信器信号を第２周期で周期的に変化させるように適合されている。第１周期と第２周期とは互いに異なる。これにより、１軌道だけのセンサ要素を有する他の誘導形装置に比べて拡張された測定範囲であって、１軌道だけのスケール要素を用いて拡張された測定範囲を有する、副尺タイプの測定を提供可能である。
【００２４】
第１軸に平行な第２軸に沿って配列された複数の第２スケール要素を第２軌道に提供することが特に望まれる。第２スケール要素は磁束変調特性を有する。そのような設計により、センサユニットとスケールの間の測定方向の相対位置を決定するために、少なくとも３つの受信信号又は４つもの受信信号が生成され得る。これにより、測定方向に測定範囲を大幅に延長し、同時に、あいまいさをなくして高い精度を与えることが可能となる。
【００２５】
スケール要素の２つの軌道を有する設計においては、それぞれの第１又は第２の磁場を第２スケール要素で変調することによって、制御ユニットは、第２送信器コイルと受信器回路を操作して第３受信器信号を生成すること、及び第１送信器コイルと受信器回路を操作して第４受信器信号を生成すること、のうち少なくとも一方を実行するように適合されることが好ましい。第３の受信器信号及び第４の受信器信号のうち少なくとも一方の変調は、第１及び第２の受信器信号とは違う形で測定方向への位置依存性を変化させる。
【００２６】
一実施形態において、すべてのスケール要素が４つの辺及び４つの角のうち少なくとも一方を有し、長方形形状であってよい。第２スケール要素のそれぞれが、第２軌道に沿う測定方向の位置に依存しない、同じ磁束変調特性を有することも望ましい。これにより、特に第２送信器コイルの第２磁場を変調することにより、良好な信号対雑音比を与え、かつこうしてノイズに対する感度の低い受信器信号の生成を提供する。
【００２７】
好適な一実施形態において、第２スケール要素のそれぞれは、測定方向に同じ幅で、かつ測定方向を横断する横方向に同じ高さを有する長方形形状を有する。全ての第２スケール要素が測定方向に整列して、第２スケール要素の横方向に関する位置が、すべての第２スケール要素と一致していることもまた好ましい。
【００２８】
第１スケール要素が測定方向に等間隔に間隔をあけ、第１スケール波長を定義することもまた有利である。これに替わり、あるいはこれに加えて、第２スケール波長を定義するため、第２スケール要素が測定方向に等間隔に間隔をあける。第１スケール波長は第２スケール波長とは異なることが好ましい。そうすることで、誘導形感知装置の副尺タイプの設計を実現可能である。第１スケール波長は、第１スケール要素の第１磁束変調特性を定義するパラメータとして使用可能である。
【００２９】
第１スケール要素の第２磁束変調特性を提供するために、第１スケール要素の少なくとも一部の、幅、高さ又は横方向位置のうちの少なくとも１つを、それぞれの第１スケール要素の測定方向の位置に依存して変化させることが可能である。こうして、第１スケール要素の少なくとも一部の形状及び横方向位置のうち少なくとも一方が測定方向に変化し得る。第１スケール要素の形状及び横方向位置のうち少なくとも一方が変化するとき、第一送信器コイル及び第２送信器コイルのうち少なくとも一方を操作することによって第１スケール要素のそれぞれに電流を誘導可能であり、これらの電流は同じ位相を持つ。
【００３０】
第１スケール要素の形状及び横方向位置のうち少なくとも一方が測定方向に変化する、１つの好適な実施形態において、有限数の異なる形状（又は形）及び横方向位置のうち少なくとも一方が提供される。この形状及び横方向位置のうち少なくとも一方の有限の数は、第１スケール要素の数より小さい。
【００３１】
誘導形センサ装置の１つの特定の実施形態において、第１スケール要素のそれぞれは、第１軸の片側、例えば第２軌道に隣接する側に内側部分を有し、第１軸のそれぞれの反対側に対向する外側部分を有する。第１スケール要素の内側部分及び外側部分の少なくとも１つにおける第２磁束変調特性は、第１軌道に沿う測定方向の第１スケール要素の位置によって変化する。例えば、全ての第２スケール要素に関して、内側部分も外側部分も測定方向に変化せず、一定の形状又は形と横方向位置を有してもよい。各第１スケール要素のそれぞれのもう一方の外側部分あるいは内側部分の形状は、例えば横方向の高さ及び測定方向の幅のうち少なくとも一方に関して変化してもよい。
【００３２】
誘導形センサの一実施形態では、内側部分の磁束変調特性が第１の規則に従って変化し、第１スケール要素の外側部分の磁束変調特性が第２の規則に従って変化する、第１スケール要素が提供される。例えば、各第１スケール要素が、横方向に関して、上端と対向する底端とを有する。底端の横方向位置は、測定方向の位置に依存する第２規則により変化し得る。そして、第１スケール要素の上端の横方向位置は、測定方向の第１スケール要素の位置に依存する第１規則に従って変化し得る。
【００３３】
第２磁束変調特性に関する第１スケール要素の変化は滑らかであってよい。第１規則及び第２規則はそれぞれ正弦曲線又は余弦曲線であってよい。具体的には、第１規則と第２規則とは互いに異なる。
【００３４】
制御ユニットの計算負荷を低減するために、提供される受信器信号は、導かれる位置数量値、具体的には振幅位相値を決定するためのルックアップテーブルを用いて評価することができる。所定の閾値を使用して、ルックアップテーブルに含まれる振幅位相値を識別することが可能である。閾値とは、提供される受信器信号を指す。
【００３５】
好適な一実施形態では、第１スケール要素及び第２スケール要素のうち少なくとも一方は導体の閉ループである。具体的に、各導体ループは、主として測定方向に延在する２つの側方導体部と、主として横方向に延在する２つの横断導体部を有する。側方導体部の幅寸法は横断導体部の幅寸法より大きくてもよい。
【００３６】
好適な実施形態において、第１軌道の磁束変調特性により、以下の変調を取得可能である。
１．それぞれが第１の波長で正弦波的又は余弦波的に変化する第１受信器信号の位相変調
２．スケールに沿うセンサユニットの位置で変化する第１受信器信号の振幅変調
３．スケールに沿うセンサユニットの位置で変化する第２受信器信号の振幅変調
【００３７】
好ましくは、第１軌道に加えて、第２スケール要素を有する第２軌道が提供されて、第２の波長でそれぞれが正弦波的又は余弦波的に変化する第３受信器信号の位相変調生成に使用される。
【００３８】
１つの特性はスケールに沿うセンサユニットの位置には依存しないことがさらに望ましい。これは第３受信器信号の振幅には依存しないことであってよい。
【００３９】
少なくとも１つの位相変調によって、微細な位置検出が可能である。２つの位相変調の組み合わせを使用して、特定の距離にわたる絶対位置を与える副尺位相を決定可能である。さらに、少なくとも１つの振幅変調、好ましくは２つの振幅変調を考慮することにより、絶対位置範囲を大幅に延長可能である。さらに、機械的公差、特に間隔変動を補償するために、１つの受信器信号の位置依存しない振幅を使用することが可能である。
【００４０】
本発明の好適な実施形態が、従属請求項、明細書、及び図面に開示されている。以下において、本発明の好適な実施形態が添付の図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態による誘導形センサ装置を有する測定器具の概略平面図である。
【図２】それぞれ第１及び第２のスケール要素を備えた２つのスケール軌道を有するスケールユニットの一実施形態の概略平面図である。
【図３】送信器回路と受信器回路を含むセンサユニットの実施形態の概略図である。
【図４】誘導形センサ装置のコイル間の誘導結合を示す、図３のセンサユニットの実施形態の概略図である。
【図５】導電性のスケールループとして構成されたスケール要素の一実施形態の図である。
【図６】受信器回路の受信器コイルにより提供される２つの第１受信器信号の図である。
【図７】受信器回路の受信器コイルにより提供される２つの第２受信器信号の図である。
【図８】受信器回路の受信器コイルにより提供される２つの第３受信器信号の図である。
【図９】受信器回路から提供された受信器信号により決定される振幅位相を用いる、絶対位置決定原理の概略図である。
【図１０】誘導形センサ装置のセンサユニットとスケールの相対位置及び相対配向の変形例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態によるスケール要素の２つの軌道、並びに割り当てられた送信器コイル及び受信器コイルの概略図である。
【図１２】図１１に示す実施形態による２つの軌道の一部と、第１軌道に割り当てられた第１送信器コイルを示す図である。
【図１３】図１２に示す第１送信器コイルの操作による第１軌道の第１スケール要素に誘導された電流値を示す、概略的かつ例示的曲線の図である。
【図１４】図１１に示す実施形態による２つの軌道の一部と、第２軌道に割り当てられた第２送信器コイルを示す図である。
【図１５】図１４に示す第２送信器コイルの操作による第１軌道の第１スケール要素に誘導された電流値の例示的な概略曲線の図である。
【図１６】周期変化する振幅位相値を特徴づける軌跡の例の概略図である。
【図１７】図１６の軌跡と、識別可能で重複のない公差領域の例を示す図である。
【図１８】割り当てられた送信器コイルと受信器コイルとをそれぞれ有するスケール軌道の更なる実施形態の図である。
【図１９】割り当てられた送信器コイルと受信器コイルとをそれぞれ有するスケール軌道の更なる実施形態の図である。
【図２０】図１９に示す実施形態に関して周期変化する振幅位相値を特徴づける軌跡の例の概略図である。
【図２１】制御ユニットにより格納及びアクセス可能なルックアップテーブルの例示的主表示である。
【図２２】主として測定方向に延在する部分の幅の寸法が拡大されたスケールループの別の実施形態の概略図である。
【図２３】異なる形状のスケール要素の使用により生成される、図２０の軌跡の一例の簡略化した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、ノギスの形状をした測定器具２０の例の概略図である。ノギスは、内側ジョウ２１の間及び外側ジョウ２２の間のうち少なくとも一方で物体の距離を測定するデジタルノギスとして実現されている。距離は、誘導形センサ装置２３によって測定される。そのようなセンサ装置２３は、マイクロメータゲージ、テストインジケータ、タッチプローブなどの他のデジタル測定器具にも使用してよい。誘導形センサ装置２３は、直線方向及び円方向のうち少なくとも一方に相互に可動な２つの部品を有するすべての測定器具に使用可能である。以下において、本発明を、スケール２４と、スケール２４に移動可能に取り付けられてそれに沿ってガイドされるセンサユニット２５との間の相対移動に基づいて説明する。
【００４３】
スケール２４にはスケール要素の少なくとも１つの軌道が含まれ、好適な実施形態のスケール２４には、スケール要素の２つの軌道、好ましくは２つだけの軌道、が含まれる。ここで説明する実施形態には、第１軌道２６と第２軌道２７が提供される。２つの軌道２６、２７は測定方向ｘに互いに平行に延在する。第１軌道２６は、測定方向ｘに延在する第１軸Ｘ１に沿って配置された複数の第１スケール要素２８を備える。第１スケール要素２８は、測定方向ｘに互いに距離を置いて配置され、測定方向ｘへの第１スケール要素２８の幅と、２つの隣接する第１スケール要素２８の間の間隔が、図２に示すように第１スケール波長λ１を定義するように配置されている。同様に、第２軌道２７は、測定方向ｘの第２軸Ｘ２に沿って配置された複数の第２スケール要素２９を備える。２つの軸Ｘ１、Ｘ２は互いに平行である。第２スケール要素２９の幅は、２つの隣接する第２スケール要素２９同士の間の間隔と相俟って、第２スケール波長λ２を定義する。スケール要素２８、２９、又は２つの軌道２６、２７の配列及び特徴を、詳細に以下に記述する。
【００４４】
センサユニット２５の概略ブロック図を図３及び図４に示す。センサユニット２５は、送信器回路３０と受信器回路３１とを備える。送信器回路３０と受信器回路３１とは制御ユニット３２により通信可能に接続される。制御ユニット３２はメモリ３３へのアクセスを有する。制御ユニット３２とメモリ３３とは、センサユニット２５の一部であってもよい。
【００４５】
送信器回路３０は、スケール要素２８、２９を介して受信器回路３１と間接的に誘導結合する。ここでスケール要素２８、２９はそれぞれに誘導結合を変調するように適合されている。したがって、受信器回路３１によって生成される受信器信号は、センサユニット２５がスケール２４に沿って測定方向ｘに移動するとき、変調されて変化する。送信器回路３０と受信器回路３１との間の直接結合は、最大限防止される。
【００４６】
図３及び図４に概略的に示すように、送信器回路３０は第１送信器コイル３４と第２送信器コイル３５とを含む。第１送信器コイル３４は第１磁場Ｂ１を生成し、これが第１軌道２６の第１スケール要素２８と誘導結合するように適合されている。第２送信器コイル３５は第２磁場Ｂ２を生成し、これが第２軌道２７の第２スケール要素２９と誘導結合するように提供される。以下でより詳細を説明するように、第１磁場Ｂ１が第２軌道２７の第２スケール要素２９とも誘導結合すること、及び第２磁場Ｂ２が第１軌道２６の第１スケール要素２８とも誘導結合することのうち、少なくとも一方が実行される。磁場Ｂ１、Ｂ２を生成するために、送信器コイル３４、３５は制御ユニット３２によって制御可能なＡＣ電圧源３６に接続される。制御ユニット３２は、例えば、ＡＣ電圧源３６をオン及びオフし、第１磁場Ｂ１及び第２磁場Ｂ２のうち少なくとも一方の磁場の１以上の特性、例えばそれぞれの磁場Ｂ１、Ｂ２の強度を制御してもよい。
【００４７】
受信器回路３１は、第１受信器コイル配列４０を含み、記載した実施形態には第２受信器コイル配列４１も含む。受信器回路３１には各受信器コイル配列４０、４１に誘導される電流又は電圧を処理するように適合された処理手段３７もまた含んでよい。そのような処理手段３７は制御ユニット３２とは分離されていてもよいし、あるいはそうではなくて制御ユニット３２の一部であってもよい。従って、制御ユニット３２は受信器コイル配列４０、４１に直接接続されていてもよい。
【００４８】
軌道が１つだけで、本実施形態ではスケール要素の第１軌道２６だけが設けられている場合には、第２受信器コイル配列４１は存在しない。ただし、少なくとも２つの軌道２６、２７、あるいは図に示すように厳密に２つの軌道２６、２７を有することが好ましい。
【００４９】
第１送信器コイル３４は、制御可能な電圧源３６で操作されると、第１磁場Ｂ１を生成する。同様に、第２磁場Ｂ２を生成するために第２送信器コイル３５が制御可能な電圧源３６で操作されてもよい。制御ユニット３２は、少なくとも１つの時間周期の間において同時に、及び少なくとも１つの時間周期の間に順次、のうち少なくとも一方で、第１磁場Ｂ１と第２磁場Ｂ２を生成するように適合されている。好適な実施形態では、少なくとも特定の時間周期の間は、磁場Ｂ１又は磁場Ｂ２の１つだけしか生成されない。
【００５０】
第１受信器コイル配列４０は変調磁場を検出するように適合されており、少なくとも、第１スケール要素２８の少なくともいくつかによって第１磁場Ｂ１を変調することにより形成される第１変調磁場Ｂ１１と、第１軌道２６の第１スケール要素２８の少なくともいくつかによって第２磁場Ｂ２を変調することにより形成される第２変調磁場Ｂ２１と、を検出する（図４）。
【００５１】
本実施形態によれば、第２軌道２７が設けられ、受信器回路３１には第２受信器コイル配列４１が含まれる。第２受信器コイル配列４１は、第２軌道２７の第２スケール要素２９の少なくともいくつかによって第２磁場Ｂ２を変調することにより形成される第３変調磁場Ｂ２２を検出するように適合されている。任意で、第２軌道２７の少なくともいくつかの第２スケール要素２９によって第１磁場Ｂ１を変調することにより生成される第４変調磁場Ｂ１２を第２受信器コイル配列４１で検出することも可能である（図４に破線で概略的に示す）。
【００５２】
好適な実施形態において、各受信器コイル配列には測定方向ｘに相互にオフセットした２つの受信器コイル４２ａ、４２ｂが含まれる。このオフセットは、特に９０度の位置位相に対応する。受信器コイル４２ａ、４２ｂのループは、正弦波形状又は余弦波形状となった導体によって形成される。したがって、本実施形態によれば、受信器コイル４２ａの１つを正弦波コイル４２ａと称し、受信器コイル４２ｂのもう１つを余弦波コイル４２ｂと称することができる。
【００５３】
後でより詳細を述べるように、受信器回路３１は少なくとも１つの第１受信器信号Ｓ１１、Ｃ１１と、少なくとも１つの第２受信器信号Ｓ２１、Ｃ２１とを提供する。本実施形態では、少なくとも１つの第３受信器信号Ｓ２２、Ｃ２２が提供される。任意で、少なくとも１つの第４受信器信号Ｓ１２、Ｃ１２を提供することも可能である。これらの信号は、第１受信器コイル配列４０による変調磁場Ｂ１１、Ｂ２１の検出と、第２受信器コイル配列４１による変調磁場Ｂ２２、Ｂ１２の検出とにより生成される。
【００５４】
第１と第２のスケール要素２８、２９は、規定の磁束変調特性を有する、受動型スケール要素である。図５に示すように、各スケール要素２８、２９は導体材料製又は導体材料を含む閉スケールループ４４として実現可能である。そのようなスケールループ４４の一実施形態を図５に概略的に示す。各スケールループ４４は、測定方向ｘを横切る横方向ｙに互いに間隔をあけて配置された２つの側方導体部４５と、測定方向ｘに互いに間隔をあけて配置された２つの横断導体部４６とを有する。２つの横断導体部４６は側方導体部４５によって相互に接続され、その逆も同様である。側方導体部４５は図５の例では測定方向ｘに延在し、横断導体部４６は横方向ｙに延在する。この実施形態では、導体部４５、４６の幅ｗは等しい。
【００５５】
図２２はスケールループ４４の代替実施形態を示す。図５の実施形態との違いは、側方導体部４５が第１の幅ｗ１を有し、これが横断導体部４６の第２の幅ｗ２よりも大きいことである。第１の幅ｗ１は、第１又は第２の送信器コイル３４、３５のループを形成する導体の第３の幅ｗ３にほぼ等しくてよい。
【００５６】
図２２において、第１送信器コイル３４と３つの例示的に示されたスケールループ４４を流れる電流が概略表示されている。図示したスケールループ４４は（例えば製造公差により）互いに横方向ｙにオフセットされているものと仮定されて、横方向ｙへの意図しない位置ずれ又はオフセットを示す。隣接するスケールループ４４同士は、図２２に示すように、例えばオフセットｈだけ変位している。図からわかるように、この例示的実施形態において第１磁場Ｂ１によってスケールループ４４内に誘導される渦電流は、スケールループ４４間のオフセットｈに比べて横方向ｙには少ししか変位しない。その理由は、スケールループ４４内の渦電流は、第１送信器コイル３４内の電流を反映しようとして、第１送信器コイル３４内の電流に可能な限り近くを流れるからである。スケールループ４４内の渦電流は、変調磁場Ｂ１１又はＢ１２の変調の原因となる。これらの渦電流の横方向ｙの位置は、オフセットｈほど変位しないので、軸方向導体部４５の幅の大きさ（第１の幅ｗ１）により、この配列の横方向ｙの位置ずれに対する感度を低くする。
【００５７】
第１スケール要素２８は、第１磁束変調特性と、さらに第２磁束変調特性を与える。特に、第１磁束変調特性は第１送信器コイル３４の第１磁場Ｂ１に与えられて、変調第１磁場Ｂ１１を生成する。第１スケール要素２８の第２磁束変調特性は特に、第２変調磁場Ｂ２１を生成するために第２送信器コイル３５により提供される第２磁場Ｂ２を変調するように適合されている。
【００５８】
第１磁束変調特性は、本実施例では第１スケール波長λ１を定義するため、第１スケール要素２８を第１軸Ｘ１に沿って測定方向ｘに等間隔に配置することによって与えられる。センサユニット２５がスケール２４に沿って移動するとき、第１磁場Ｂ１は第１スケール波長λ１に基づいて周期的に変調される。個々の第１変調磁場Ｂ１１は第１受信器コイル配列４０の２つの受信器コイル４２ａ、４２ｂによって検出され、測定方向ｘのセンサユニット２５の位置に依存して２つの第１受信器信号Ｓ１１、Ｃ１１が受信器回路３１に生成される。ここで、図６に示すように、正弦受信器コイル４２ａが第１正弦信号Ｓ１１（ｘ）を与え、余弦受信器コイル４２ｂが第１余弦信号Ｃ１１（ｘ）を与える。これらの２つの信号Ｓ１１、Ｃ１１は振幅Ａ１１（ｘ）を有し、これもまた測定方向ｘへのセンサユニット２５の位置によって変化する。したがって、２つの第１受信器信号Ｓ１１、Ｃ１１は次式で表現できる。
【００５９】
【数１】
2021532343.tif 000003
【数２】
2021532343.tif 000004
【００６０】
第１受信器信号Ｓ１１、Ｃ１１の第１周期は第１スケール波長λ１に対応する。
【００６１】
第１スケール要素２８が付加的な第２磁束変調特性を提供し、これが測定方向ｘでの第２スケール要素２８の位置によって変化するので、第１振幅Ａ１１には変動が生成される。
【００６２】
図１１に示すように、１つの好適な実施形態の第１軌道２６には、第１軸Ｘ１の片側に内側部分５０を持ち、かつ第１軸Ｘ１のそれぞれの反対側に隣接する外側部分５１を持つ、第１スケール要素２８が含まれる。内側部分５０は第２軌道２６に隣接して配置される。各第１スケール要素２８は横方向ｙに関して、上端５２とその反対の下端５３とを有する。この実施例では、上端５２は内側部分５０に含まれ、下端５３は外側部分５１に含まれる。上端５２と下端５３の間の第１スケール要素２８の寸法は、第１スケール要素２８の高さに対応する。図１１に示すように、第１スケール要素２８の高さは一定ではなく、測定方向ｘにおける第１スケール要素２８の位置に依存して周期的に変化する。この実施形態では、上端５２の横方向位置は第１変調規則Ｍ１（ｘ）に従い、底端５３の位置は第２変調規則Ｍ２（ｘ）に従う。第１変調規則Ｍ１と第２変調規則Ｍ２とはこの実施例では曲線、具体的には正弦曲線又は余弦曲線によって定義される。第１変調規則Ｍ１と第２変調規則Ｍ２とは互いに異なることが好ましい。ただし代替実施形態においては、第１変調規則Ｍ１（ｘ）と第２変調規則Ｍ２（ｘ）とは同じであってもよい。
【００６３】
第１スケール要素２８の上端５２及び下端５３の位置の変化により、第１スケール要素２８の高さが２つの変調規則Ｍ１（ｘ）、Ｍ２（ｘ）に依存して変化する。その結果、第１スケール要素２８の磁束変調特性が第１軸Ｘ１に沿って測定方向ｘに変化する。高さの変化、及び本実施形態においては上端５２と下端５３との変調された横位置が、第１スケール要素２８の第２磁束変調特性を形成する。
【００６４】
この第１スケール要素２８の第２磁束変調特性が第１振幅Ａ１１の変化の原因であり、センサユニット２５の測定方向ｘにおける位置に依存して変化する。
【００６５】
図７は、第２送信器コイル３５により与えられる第２磁場Ｂ２の、第１スケール要素２８による変調により生成される、２つの第２受信器信号Ｓ２１、Ｃ２１を示す。第２受信器信号の１つは、正弦波受信器コイル４２ａで検出され、第２受信器信号のもう１つは余弦波受信器コイル４２ｂで検出される。図からわかるように、第２受信器信号は第１スケール波長λ１に対応する周期を有し、第２振幅Ａ２１（ｘ）は第１スケール要素２８の第２磁束変調特性に従って変化する。これは変調規則Ｍ１（ｘ）とＭ２（ｘ）によって定義される。第２受信器信号Ｓ２１（ｘ）及びＣ２１（ｘ）は次式で表すことができる。
【数３】
2021532343.tif 000005
【数４】
2021532343.tif 000006
【００６６】
これらの第２受信器信号Ｓ２１（ｘ）、Ｃ２１（ｘ）は、第２磁場Ｂ２の第１軌道２６へのクロスカップリングで生成される。この第１軌道２６に、第１と第２の磁束変調特性を与えることで、スケール要素の軌道の１つのみ、ここでは第１軌道２６のみで、２つの独立した測定チャネルを取得可能である。こうして、省スペースかつ低消費電力で位置測定を改善可能である。これは、電池又は容量の限られた他の電源で電力供給する、誘導形センサ装置２３に対しては特に興味深い。
【００６７】
さらに図１１に示されているように、第２軌道２７の第２スケール要素２９の形状又は形は一定であって、測定方向ｘにおける第２スケール要素２９の位置に依存して変化することはない。全ての第２スケール要素２９は同一の磁場変調効果を提供する。全ての第２スケール要素２９の横方向ｙの高さ及び測定方向ｘの幅は等しい。
【００６８】
図８は、第２軌道２７の第２スケール要素２９によって第３の変調磁場Ｂ２２から生成される第２信号Ｓ２２（ｘ）、Ｃ２２（ｘ）であり、第２受信器コイル配列４１の正弦波受信器コイル４２ａと第２の余弦波受信器コイル４２ｂによって受信されるものである。第２スケール要素２９の磁束変調特性は測定方向ｘに沿って変化しないので、第２信号Ｓ２２（ｘ）、Ｃ２２（ｘ）の振幅Ａ２２は一定である。第２信号Ｓ２２（ｘ）、Ｃ２２（ｘ）は、次式によって表すことができる。
【数５】
2021532343.tif 000007
【数６】
2021532343.tif 000008
【００６９】
さらに図１１に示されるように、各送信器コイル３４、３５は単一ループコイルとして構成される。第１送信器コイル３４は第１軸Ｘ１に沿って特定の長さだけ延在し、その最大幅が最も高さの高い第１スケール要素２８の最大高さに対応して、測定方向ｘの各位置において第１軌道２６を横方向ｙに完全に覆うようにする。第２送信器コイル３５は、第１軸Ｘ１に沿った特定の長さに亘って延在し、かつ第２スケール要素２９の高さにほぼ対応する横方向ｙの高さを有する領域を取り囲む。第１送信器コイル３４の長さは、第２送信器コイル３５の測定方向ｘの長さより小さくてもよい。第２送信器コイル３５は、第１軌道２６と重複し得る領域を取り囲む。
【００７０】
測定方向ｘと横方向ｙに広がる平面に対して垂直に見ると、第１送信器コイル３４は第１受信器コイル配列４０を取り囲み、第２送信器コイル３５は第２受信器コイル配列４１を取り囲む。送信器コイル３４、３５と受信器コイル配列４０、４１は共通の回路基板上に配置されて、少なくとも部分的に回路基板の共通の層及び異なる層のうち少なくとも一方に設けられてもよい。
【００７１】
図１２〜図１５からわかるように、第１軌道２６の第１スケール要素２８に誘導される電流Ｉ１１、Ｉ２１は、第１変調磁場Ｂ１１により誘導される（図１２、１３）か、第２変調磁場Ｂ２１に基づいて誘導される（図１４、１５）かによって、異なるパターンを有する。図１３及び図１５に示す電流曲線Ｉ１１、Ｉ２１は、わかりやすくするためだけに提供されたものであり、各第１スケール要素２８のそれぞれに誘導される電流量を接続する直線によって形成されている。第１送信器コイル３４の第１磁場Ｂ１により誘導される最大電流値Ｉ１１ｍａｘは、第２送信器コイル３５の第２磁場Ｂ２により第１スケール要素２８に誘導される最大電流値Ｉ２１ｍａｘよりも大きい。また、第１スケール要素２８に沿った測定方向ｘへの電流分布は、第１送信器コイル３４が操作されるか第２送信器コイル３５が操作されるかによって異なる。
【００７２】
クロスカップリングを利用するために、第２受信器信号Ｓ２１（ｘ）、Ｃ２１（ｘ）が取得されて、位置に関する追加的情報が提供される。これらの第２受信器信号Ｓ２１（ｘ）、Ｃ２１（ｘ）は、第３信号Ｓ２２（ｘ）、Ｃ２２（ｘ）と同時に取得又は測定が可能である。これは、第２送信器コイル３５によって生成される第２磁場Ｂ２が、第１と第２の受信器コイル配列４０、４１のそれぞれによって同時に検出可能な、第２の変調磁場Ｂ２１と第３の変調磁場Ｂ２２に対する基礎であるからである。これらの信号は、第２送信器コイル３５を切断する必要なく、少なくとも素早く連続的に取得可能である。
【００７３】
図１８及び図１９はそれぞれ第１スケール要素２８の第２の磁束変調特性を生成する、代替実施形態を示す。
【００７４】
図１８では、第１スケール要素２８の第２磁束変調特性が、第１及び第２変調規則Ｍ１、Ｍ２にしたがって、内側部分５０及び外側部分５１の幅を変化させることにより提供される。この実施形態では、側方導体部４５の測定方向ｘへのそれぞれの寸法である上端５２と下端５３の寸法が、上端５２に対する第１変調規則Ｍ１（ｘ）と下端５３に対する第２変調規則Ｍ２（ｘ）とに従って変調される。そうすることで、第１スケール要素２８の幅が測定方向ｘに変化する。この実施例において、第１スケール要素２８は必ずしも四角形ではなく、一般的に４つの角を有し、台形形状であってもよい。これは、第１スケール要素２８の第２磁束変調特性を変化させるための追加又は代替の可能性である。
【００７５】
図１１に示し、上で説明した実施例では、第２スケール要素２８の内側部分５０と外側部分５１との高さが、それぞれの上端５２及び下端５３の横方向位置の変化により滑らかに変化された。この変化は図１９に示すように符号化することも可能である。全ての第１スケール要素２の内側部分５０の総面積量は、第１変調規則Ｍ１（ｘ）で表される曲線で近似される。同様に、全ての第１スケール要素２８の外側部分５１の総面積量は、第２変調規則Ｍ２（ｘ）に対応するように近似される。この実施形態において、第１スケール要素２８の上端５２は、少なくとも２つ、あるいは好ましくは２つだけの確定位置に配置されて、大きな内側部分５０又は短い内側部分５０のいずれかを与えるようにすることが可能である。同様に、下端５３は、少なくとも２つ又は好ましくは２つだけの確定位置に配置可能である。これらは、可能な２つの位置の内の１つを有して、長い又は短い、第１スケール要素２８の外側部分５１を与えることができる。したがって、第１の変調規則Ｍ１（ｘ）又は第２の変調規則Ｍ２（ｘ）が第１軸Ｘ１に非常に近接している領域では、上端５２又は下端５３はそれぞれ第１軸Ｘ１に隣接する内側位置にある。第１変調規則Ｍ１（ｘ）が第１軸Ｘ１から最大距離を有する領域では、上端５２は第１軸Ｘ１から外側の横位置にあり、第２変調規則Ｍ２（ｘ）が第１軸Ｘ１から大きな距離を有する領域では、下端５３は第１軸Ｘ１に関して横方向外側の位置にある。そうして、変調規則Ｍ１、Ｍ２により定義される第２磁束変調特性に近似するように上端５２と下端５３の横位置をデジタル的に変化させることによって、変調規則が符号化される。
【００７６】
本発明によれば、第１受信器信号Ｓ１１、Ｃ１１、第２受信器信号Ｓ２１、Ｃ２１、及び第３受信器信号Ｓ２２、Ｃ２２の異なる３つの組の受信器信号が生成される。第１の信号に基づいて、第１の位置位相θ１１（ｘ）と第２の位置位相θ２２（ｘ）が次式により計算可能である。
【数７】
2021532343.tif 000009
【数８】
2021532343.tif 000010
【００７７】
誘導形センサ装置２３の特定の範囲またはピッチ上の絶対位置を与えるために、これらの２つの位置位相θ１１、θ２２を結合してもよい。このことは、非線形性、位置ずれ、電子ノイズなどによる公差が特定の範囲を超えなければ、これらの２つの位置位相θ１１、θ２２により一義的に実行可能である。ただし、測定方向ｘへの一義的な測定範囲には限界がある。
【００７８】
本発明のこの実施形態によれば、振幅位相値θＡが、利用可能な受信器信号（図９参照）の組み合わせにより取得される位置数量値として更に提供される。この実施形態に関して、利用可能な受信器信号は、第１受信器信号Ｓ１１（ｘ）、Ｃ１１（ｘ）、第２受信器信号Ｓ２１（ｘ）、Ｃ２１（ｘ）、及び第３受信器信号Ｓ２２（ｘ）、Ｃ２２である。この振幅位相値θＡは、第１、第２、第３信号により、特にそれぞれ以下の振幅を用いて決定される：
【数９】
2021532343.tif 000011
【数１０】
2021532343.tif 000012
【数１１】
2021532343.tif 000013
【００７９】
本実施例では、第３振幅Ａ２２は測定方向ｘの位置では変化せず、一定である。他の振幅は図７、８に示すように、位置に依存して変化する。これらの振幅から、第１の比Ｒ１と第２の比Ｒ２とが以下の様に計算される。
【数１２】
2021532343.tif 000014
【数１３】
2021532343.tif 000015
【００８０】
こうして、２次元空間−これは２つの比Ｒ１、Ｒ２にまたがる−が図１６及び図１７に示すように生成される。振幅比Ｒ１、Ｒ２は、センサユニット２５がスケール２４に沿って移動するとき、閉じた軌跡Ｔを生成する。この軌跡Ｔに沿う位置は、振幅位相値θＡによって記述可能である。この振幅位相値θＡは周期的に変化するので、単純な増分計算を用いることにより、不明瞭さを全く伴うことなく絶対位置を追跡することが可能である。振幅位相値θＡの１サイクル内の正確な位置は、第１信号Ｓ１１（ｘ）、Ｃ１１（ｘ）の位置位相θ１１（ｘ）及び第２信号Ｓ２２（ｘ）、Ｃ２２（ｘ）の位置位相θ２２（ｘ）のうち少なくとも１つを用いて決定可能であることに留意されたい。特に、第２スケール要素２９の磁束変調特性における変動を防ぐことによって、第２軌道２７、及び第２信号Ｓ２２（ｘ）、Ｃ２２（ｘ）、及びそれぞれの位置位相θ２２（ｘ）のうち少なくとも１つは微細な位置決定に適している。
【００８１】
図１６及び図１７に示す軌跡Ｔ上の各点は、それぞれの偏差範囲内の特定の精度内でのみ定義され得る。これは、図１０に示すように、スケール２４に対するセンサユニット２５の傾斜角α、センサユニット２５とスケール２４の間の横方向ｙへのオフセットｄｙ、及びセンサユニット２５とスケール２４の間の間隙ｇの変動などの位置ずれのうち少なくとも１つによる。したがって、多角形の公差範囲ｆ１、ｆ２、…、ｆｉが軌跡Ｔ上の各点を囲む。ただし、図１６に例示として概略表示するように、隣接するか又は相互に近い公差範囲ｆ１、ｆ２，…、ｆｉは重複する場合がある。このことは、第１の比Ｒ１及び第２の比Ｒ２の計算は、振幅位相値θＡの正確な決定に使用できないことがあることを意味する。
【００８２】
ただし、測定範囲の延長のためには、軌跡Ｔに沿ったサイクルが完了しているかを判定するだけで十分であることに留意されたい。これは振幅位相値θＡが既に０°から３６０°まで変わっているか否かを判定しなければならないことを意味する。このことが判定されると、増分カウンタが１だけ増やされる。これを達成するためには、重複しない公差範囲ｆｉ、ｆｊ、ｆｋ、ｆｌが選択される。これらの公差範囲のうちの１つの公差範囲の比の計算は、振幅位相値θＡが、例えば図１７に示す軌跡Ｔ上のＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶの位置のうちの１つである、所定位置を有することを結論付けるために用いられる。こうして、振幅位相値θＡが軌跡Ｔに沿って位置Ｉから位置ＩＩなどへ前進することが判定可能である。位置Ｉに再び到達した場合、軌跡Ｔに沿うサイクルが完了して、増分カウンタが１だけ増やされる。図１７の例示的表示では、４つの分離した公差範囲とそれぞれの位置が使用される。公差範囲の数及び軌跡Ｔ上の位置は変動し得る。軌跡Ｔ上の３つの異なる位置に対応する、少なくとも３つの重複しない公差範囲を使用することが望ましい。
【００８３】
好適な実施形態において、振幅位相値θＡの変化は、副尺位相−θ１１、θ２２から取得される−が反復される距離に亘って一義的に検出される。例えば、副尺位相が特定の距離（例えば約８０ｍｍ）で反復する場合、１つの公差範囲（例えばｆｉ）から隣の重複しない公差範囲（例えばｆｊ）への振幅位相値θＡの変化は、前以って、又は少なくともその特定の距離に達すると、判定可能である。
【００８４】
好ましくは、振幅位相値θＡが反復する距離は、θ１１、θ２２から取得される副尺位相が反復する距離よりも大きい。
【００８５】
好適な実施形態では、センサの電力消費は計算数を減らすことによって最小化可能である。これは、図１７に示すようなルックアップテーブル５５を使用することで達成できる。まず、式（９）〜（１１）のような平方根を取るのではなく、二乗振幅を用いて、第１の二乗比ｕと第２の二乗比ｖとを以下の様に計算する。
【数１４】
2021532343.tif 000016
【数１５】
2021532343.tif 000017
【００８６】
ルックアップテーブル５５は、振幅位相値θＡがそれぞれの領域の中にある２次元領域に対応する。隣接する領域は、一方向においては第１の二乗比ｕに関する第１の閾値Ｕ１〜Ｕ４によって分離され、２次元ルックアップテーブル５５のもう一方向においては、第２の二乗比ｖに関する第２の閾値Ｖ１〜Ｖ４によって領域が分離される。閾値のこの数値は、この方法の原理を説明するためだけのものであって、実際には各方向への閾値の数はもっと大きくてもよく、例えば少なくとも１５又は２０である可能性があることに留意されたい。閾値Ｕ１〜Ｕ４及びＶ１〜Ｖ４は前以って決められるものであって、計算される必要はない。振幅の二乗を計算し、第１の二乗振幅Ａ２２２にＵ１〜Ｕ４の第１の二乗比閾値を順次掛け算して、その結果を計算された第２二乗振幅Ａ１１２と比較するだけでよい。もう１つの次元において、第１の二乗振幅Ａ２２２にＶ１〜Ｖ４の第２平方根閾値を掛け算して、その結果を計算された第３二乗振幅Ａ２１２と比較することで、同じ比較を行うことが可能である。そうすることで、図１６又は図１３に示すような軌跡Ｔに沿う位置を表す、２次元ルックアップテーブル５５の領域を決定可能である。ルックアップテーブル５５内の値０、１、２、３は４つの分離された位置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶに対応する。ルックアップテーブル５５内の他の領域の値は、軌跡Ｔに沿う、決定され得る中間位置に対応する。
【００８７】
ルックアップテーブル５５の中央にある領域には、エラー値Ｅが指定されていることに留意されたい。これは軌跡Ｔに沿うどの位置に軌跡Ｔ内の中央又は中心が属するかを一義的に決めることができないからである。
【００８８】
図１６及び図１７に示す軌跡Ｔ及びそれぞれの公差範囲ｆ１、ｆ２、…、ｆｎは、図１１〜図１５に示す実施形態から得られる。それとは違って、図１９に示すような第１スケール要素２８の第２磁束変調特性の変調の種類は、図２０に示すような異なる公差範囲ｑ１、ｑ２、…、ｑｎの形状をもたらす。第１の比Ｒ１及び第２の比Ｒ２の計算は、上記の式（１２）、（１３）に対応する。そのような第１スケール要素２８の第２磁束変調特性のデジタル変調は、センサユニット２５とスケール２４の間の機械的位置ずれ（図１０に例示するような）に対してさらに感度が低いことが、シミュレーションと実験から判明した。図２０からわかるように、ｑ１、ｑ２からｑｎまでの直接隣接する公差範囲が重複して、軌跡Ｔに沿う特定位置の正確な決定が可能でない可能性がある。前述の実施形態（図１６及び図１７参照）と比較して、重複せず、１つの誤差公差範囲ｑｉから次の選択される公差範囲ｑｊへの前進を決定可能とする、いくつかの公差範囲ｑｉを選択可能である。例えば、公差範囲ｑ１とｑ３は重複しないので、ｑ１からｑ３への前進は一義的に決定可能である。
【００８９】
また、公差範囲ｑ１、ｑ２、…ｑｎは、図２０の対数スケールにおいて、４５°方向に好適な延在している。この方向は、第１の二乗比ｕを第２の二乗比ｖで割った定数比（ｕ／ｖ＝定数）に対応する。この好適な延在を考慮することで、図２１のルックアップテーブル５５を適合可能である。第１の二乗比ｕと第２の二乗比ｖとを使用する代わりに、図１９に示すセンサ装置２３の実施形態に適合されたルックアップテーブル５５は、変数ｐｎ＝ｕ・ｖ及びｐｄ＝ｕ／ｖを、ｕ及びｖの代わりに入力として使用し得る。結果的に、閾値で定義されるグリッドが、図２０に変数ｐｄとｐｎについて矢印で示すように４５度回転される。このことが、軌跡Ｔに沿う前進を決定するために異なる公差範囲ｑｉを相互に識別することを容易にする。
【００９０】
受信回路３１が位相感応検出器を使用する場合、信号の復号に望ましくない複雑さが付加され得る。それは、スケール要素２８の寸法の変調が送信器コイル３４、３５への誘導結合を変調させるばかりでなく、自己インダクタンスと抵抗も変化させるからである。抵抗に対する自己インダクタンスの比は、各スケール要素内の渦電流分布の位相に影響する。このことは、受信器回路３１に位相感応検出器が使用される場合には微妙な問題となる。この欠点を克服するために、スケール要素の位相応答の均衡を取るために、横断導体部４６又は側方導体部４５のそれぞれの幅を調節することができる。したがって、誘導渦電流の位相を一定に保つために、渦電流の位相変動を回避するために、横断導体部４６の幅をスケール要素の全高さに対して適合させることができる。
【００９１】
図２３は、軌跡Ｔに沿う前進の改良された決定を可能とする別の可能な実施形態を示す。第１軌道２６の隣接部に沿った、異なる計量形状をした第１スケール要素２８を提供可能である。第１スケール要素２８の矩形形状は、大きな第１振幅Ａ１１及び大きな第２振幅Ａ２１を形成する。第１スケール要素２８の、横方向に小さい高さを有するもう１つの矩形形状は、小さい第１振幅Ａ１１及び小さい第２振幅Ａ２１を形成する。第１スケール要素２８の台形形状は、スケール要素２８の大きい方の幅が第２軌道２７に隣接するかあるいは第２軌道２７の反対側であるかによって、第２振幅Ａ２１に比べてより大きな第１振幅Ａ１１を形成するか、あるいはその逆となる。第１軌道２６の第１スケール要素２８にこれらの形状の少なくともいくつかを組み合わせることにより、図１９の実施形態に関する図２０の軌道Ｔを拡大して、一方向に極めて狭い形状（幅の狭い楕円形状）から、この方向により大きな広がり（より円に近い形状）へ軌道Ｔを再形成することを可能とし、そこでは、直交方向での寸法差が低減される。
【００９２】
第１スケール要素２８が追加的な第２磁束変調特性を与えるのみならず、第２軌道２７の第２スケール要素２９が２つの別々の磁束変調特性を与える場合には、別の代替実施形態を得ることが可能である。そうすることで、追加的な位置情報を活用可能である。
【００９３】
本発明は、第１軸Ｘ１に沿って測定方向ｘに配列された第１スケール要素２８を有する、少なくとも第１軌道２６を備えたスケール２４を有する誘導形センサ装置２３に関する。センサユニット２５はスケール２４に対して測定方向ｘに移動可能である。センサユニット２５は、送信器回路３０と受信器回路３１とを備える。送信器回路３０は、第１送信器コイル３４と第２送信器コイル３５とを備える。送信器コイル３４、３５は好ましくは測定方向ｘを横断する横方向ｙに横並びに配置される。第１と第２の送信器コイル３４、３５は、重複しないことが望ましい。
【００９４】
制御ユニット３２が提供されて、送信器回路３０と受信器回路３１とに通信可能に結合される。第１スケール要素２８が第１磁束変調特性と第２磁束変調特性とを有し、それらは相互に異なる。各磁束変調特性は、測定方向ｘへのセンサユニット２５の移動位置に依存する、第１又は第２の送信器コイル３４、３５によって生成される磁場を変調するように適合される。そうすることにより、第１送信器コイル３４からの第１磁場Ｂ１と、第２送信器コイル３５からの第２磁場Ｂ２とを変調することによって、スケール要素２８の１つ軌道２６だけによって独立した位置情報を生成可能である。
【符号の説明】
【００９５】
２０    測定器具
２１    内側ジョウ
２２    外側ジョウ
２３    誘導形センサ装置
２４    スケール
２５    センサユニット
２６    第１軌道
２７    第２軌道
２８    第１スケール要素
２９    第２スケール要素
３０    送信器回路
３１    受信器回路
３２    制御ユニット
３３    メモリ
３４    第１送信器コイル
３５    第２送信器コイル
３６    ＡＣ電圧源
３７    処理手段
４０    第１受信器コイル配列
４１    第２受信器コイル配列
４２Ａａ    正弦波第２受信器コイル
４２Ｂｂ    余弦波第２受信器コイル
４４    スケールループ
４５    軸方向導体部
４６    横断導体部
５０    第１スケール要素の内側部分
５１    第１スケール要素の外側部分
５２    上端
５３    下端
５５    ルックアップテーブル
Ｉ    軌跡上の第１位置
ＩＩ    軌跡上の第２位置
ＩＩ    軌跡上の第３位置
ＩＶ    軌跡上の第４位置
α    傾斜角
λ１    第１スケール波長
λ２    第２スケール波長
θ１１    第１位置位相
θ２２    第２位置位相
θＡ    振幅位相値
Ｂ１    第１磁場
Ｂ１１    第１変調磁場
Ｂ２    第２磁場
Ｂ２１    第２変調磁場
Ｂ２２    第３変調磁場
Ｂ１２    第４変調磁場
ｄｙ    変位
ｆ１〜ｆｎ    公差範囲
Ｇ    間隙
Ｈ    オフセット
Ｍ１（ｘ）    第１変調規則
Ｍ２（ｘ）    第２変調規則
ｐｄ    変数
ｐｍ    変数
ｑ１〜ｑｎ    公差範囲
Ｒ１    第１の比
Ｒ２    第２の比
Ｔ    軌跡
ｕ    第１二乗比
Ｕ１〜Ｕ４    第１閾値
ｖ    第２二乗比
Ｖ１〜Ｖ４    第２閾値
ｗ    幅
ｗ１    第１幅
ｗ２    第２幅
ｗ３    第３幅
ｘ    測定方向
Ｘ１    第１軸
Ｘ２    第２軸
ｙ    横方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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