(57)【要約】  本発明は、回転できる物体の固定物体に対する回転位置を検出するための容量角度エンコーダ、および、回路基板部品挿入機のための抜去可能なフィーダに関し、前記抜去可能なフィーダには本発明に係る角度エンコーダが設けられる。角度エンコーダは、第１および第２の送信電極と第１および第２の受信電極とを支持するステータと、増分結合電極と絶対値結合電極とを支持するロータとを備える。増分結合電極は、ロータの回転位置の変化に応じた容量の変化によって第１の静電場が変調されるように形成され、一方、絶対値結合電極は、ロータの絶対回転位置に応じた容量の変化によって第２の静電場が変調されるように形成される。信号処理回路は、第１および第２の変調された静電場を検出するとともに、検出された静電場に応じて位置に関する測定値を決定する。【選択図】  図１
2010511156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転移動できる物体の固定物体に対する回転位置を検出するための容量角度エンコーダであって、
前記固定物体に接続されるとともに、第１の静電場を発生させるようになっている少なくとも１つの第１の送信電極（１１２）と、第１の静電場を受けるための少なくとも１つの第１の受信電極（１１４）とを支持するステータ（１０８）を備え、
前記ステータが、第２の静電場を発生させるようになっている少なくとも１つの第２の送信電極（１１１）と、前記静電場を受けるための少なくとも１つの第２の受信電極（１１０）とを更に支持し、
前記回転物体に接続されるとともに、少なくとも１つの増分結合電極（１０４）を支持するロータ（１００）を備え、前記増分結合電極が、前記ロータの回転位置の変化に応じた容量の変化によって第１の静電場を変調するようになっており、前記ロータが、前記ロータの絶対回転位置に応じた容量の変化によって第２の静電場を変調するようになっている少なくとも１つの絶対値結合電極（１０６）を更に支持し、
第１および第２の変調された静電場を検出し且つ検出された静電場に応じて前記移動物体の位置に関する測定値を決定するために接続された信号処理回路を備える、容量角度エンコーダ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第１の送信電極および前記少なくとも１つの第２の送信電極と、前記少なくとも１つの第１の受信電極および前記少なくとも１つの第２の受信電極とが互いに対して同一平面上に配置される請求項１に記載の角度エンコーダ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第１の送信電極（１１２）が４つのグループの送信電極によって形成され、該送信電極が、各グループへ他のグループに対して略直交する送信信号が供給されるように、互いに接続される請求項１または２に記載の角度エンコーダ。
【請求項４】
前記増分結合電極（１０４）が、前記ロータ（１００）の外周に形成される正弦波構造を有している請求項１〜３のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項５】
前記増分結合電極（１０４）が、前記ロータ（１００）の外周に形成される長方形構造を有している請求項１〜４のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項６】
前記絶対値結合電極（１０６）が、前記ロータ（１００）の外周に形成される少なくとも１つの階段形状構造を有している請求項１〜５のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項７】
前記第１の送信電極および前記第１の受信電極が、複数の外周等距離インターデジタル電極として前記ステータ（１０８）上に配置される請求項１〜６のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項８】
前記第２の送信電極（１１１）が、前記ロータの一部に非対称的に配置される複数の電極構造によって形成され、前記第２の受信電極が、前記第２の送信電極間にインターデジタル配置される電極構造によって形成される請求項１〜７のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項９】
前記信号処理回路が、前記少なくとも１つの第１の受信電極に対して接続される増分コーディングユニットと、前記少なくとも１つの第２の受信電極に対して接続される絶対コーディングユニットとを備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項１０】
前記信号処理回路が位相シフトキーイングヘテロダインアーキテクチャを備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項１１】
前記第２の受信電極の信号が、擬似ランダムサイクリックコードによってコーディングされる絶対値を与える請求項１〜１０のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項１２】
冗長な前記第２の受信電極がエラー補正のために設けられる請求項９〜１１のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項１３】
前記絶対値結合電極（１０６）が、互いに対して相補的で且つ前記ロータの外周に配置される２つの絶対トラックを備える請求項１〜１２のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項１４】
前記ステータの電極が、プリント回路基板上の導体トラックとして実現される請求項１〜１３のいずれか一項に記載の角度エンコーダ。
【請求項１５】
ハウジングと、駆動モータ（３）と、トランスミッション（５）と、コンベアベルトと係合するピンフィーダプラテン（１００）とを備えるプリント回路基板挿入機のための挿入可能フィーダであって、前記コンベアベルトを位置決めするための前記ピンフィーダプラテンの回転位置が、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の角度エンコーダによって検出される、挿入可能フィーダ。
【請求項１６】
前記角度エンコーダのパルス数が前記ピンフィードプラテンの移送位置の数と同一である請求項１５に記載の挿入可能フィーダ。
【請求項１７】
前記ピンフィードプラテンが前記駆動モータから直流的に絶縁される請求項１５または１６に記載の挿入可能フィーダ。
【請求項１８】
前記駆動モータが、前記角度エンコーダのゼロ交差中にモータ電流を減少させるように駆動させることができる請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の挿入可能フィーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転移動できる物体の固定物体に対する回転位置を検出するための容量角度エンコーダ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ａｎｇｌｅ  ｅｎｃｏｄｅｒ）に関する。具体的には、本発明は、プリント回路基板挿入機のための挿入可能フィーダ内に挿入され得る容量角度エンコーダに関する。また、本発明は、本発明に係る角度エンコーダが設けられるプリント回路基板挿入機のための挿入可能フィーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
挿入機は、プリント回路基板上に電子部品を位置決めするために使用される。電子部品は、ボール紙またはプラスチックから形成されるコンベアベルト上に配置され、他のベルトによってカバーされる。コンベアベルトは、巻き上げられてロールを形成するとともに、フィーダ内へ挿入される。コンベアベルトは少なくとも一方側に穴を備え、これらの穴内には、駆動モータによって駆動されるピンフィードプラテンが係合し、それにより、コンベアが移動される。同時に、カバーホイルが抜去され、それにより、電子部品が露出される。電子部品は、ピンフィードプラテンによって正確に移送ポイントで位置決めされるとともに、真空ピペットにより除去されて、プリント回路基板上に配置される。
【０００３】
最近の電子部品は益々小型になる一方でプリント回路基板上におけるそれらの数が増大し続けているため、最近の挿入機は、可能な最大数の挿入可能フィーダのための空間にコンベアベルトおよび電子部品を設けなければならない。空間の理由により、個々の挿入可能フィーダは可能な限り狭くなければならない。
【０００４】
同時に、ピンフィードプラテンの位置を監視することにより部品の位置を益々正確に検出できなければならず、また、必要に応じて、部品の位置が補正されなければならない。プリント回路基板挿入機のための従前の挿入可能フィーダに関する一例がＤＥ  １０  ２００６  ０２４  ７３３．７に記載されている。
【０００５】
回転移動可能な物体の固定物体に対する回転位置を監視するため、ロータ上に配置された可動電極とステータ上に配置された固定電極との間の容量の変化を評価する容量角度送信器が知られている。公知の容量角度エンコーダの一般的概念は、例えば国際特許公開ＷＯ  ００／６３６５３  Ａ２から推測できる。しかしながら、この特許文献で提案される解決策の全ては、それらの解決策が最近の挿入機のために必要な精度を与えず且つ電磁干渉に対する保護として電気的なシールドを必要とし、そのため、許容できない様態で構造サイズが更に増大するという欠点を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、特にそのような小型の高精度な挿入可能フィーダに関連して、一方で、フィーダの最大の可能な位置決め精度を可能にし、他方で、小さい全高を有するとともに、電磁干渉に関して可能な限りロバストな位置センサシステムの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、特許請求項１の特徴を備える容量角度エンコーダを用いて達成される。本発明の有利な進展が従属請求項に規定される。
【０００８】
本発明は、可動物体の位置の増分測定および絶対測定が同時に行われるとともに、送信電極および受信電極が１つの同じ固定基板上に一括して配置され、伝えられる電磁場によって影響され且つそれらの動きによって受信電極により測定される電磁場を変える導電パターン、いわゆる結合電極がロータ上に配置されるような容量角度エンコーダを実現するという考えに基づいている。
【０００９】
したがって、受信電極の出力信号は、ロータとステータとの間の変動する容量の関数である。本発明によれば、増分送信システムおよび絶対送信システムのための送信電極および受信電極は互いに対して同一平面上に配置される。したがって、全ての固定電極を１つの処理ステップで製造することができ、また、全ての固定電極が最小の空間を必要とする。それぞれの受信電極によって供給される信号を評価するため及び例えば挿入可能フィーダのピンフィードプラテンの移動物体の位置に関する測定値を与えるため信号処理回路が設けられる。無論、本発明に係る容量角度エンコーダシステムは、高い精度および小さい構造サイズを要する任意の他の回転位置を監視するために使用されてもよい。
【００１０】
有利な実施形態によれば、増分送信システムに属する少なくとも１つの送信電極は、同じ種類の送信電極から構成される４つのグループによって形成され、該送信電極は、各グループへ他のグループに対して略直交する送信信号が供給されるように互いに接続される。そのような差動励起によって信号間に差異が形成され、また、そのような差動励起は、同相除去比（ＣＭＲＲ）に伴う問題が無いため、特に高速動作において有益である。特に、高速で且つ感度の高い角度エンコーダは高い周波数を必要とする。しかしながら、同相除去比は、２０ｄＢ／Ｄｅｃだけ減少し、したがって、２０ｍＨｚで使用できない。しかし、非常に高い周波数のための良好な平衡増幅器も存在する。本発明によれば、送信電極を駆動させるためにデジタルドライバが使用され、したがって、回路全体の特に費用効率の高い構造を得ることができる。
【００１１】
また、特に増分経路中に受信電極の２つのグループを設けることによって直交チャンネルの別個の評価が行なわれる場合には、信号インテグリティを高めることができる。すなわち、チャンネルのうちの１つにそれぞれの他のチャンネルのノイズがもはや存在しない。
【００１２】
受信電極および送信電極のインターデジタル配置は、特に多数のビアホールおよび非常に細かいパターンが必要とされるため、ステータ基板のパターニングに関する要件の増大を伴ってくるが、この形態は、感度をかなり高めることができるという著しい利点を有する。
【００１３】
本発明によれば、増分結合電極は、ロータの外周に形成される正弦波構造によって形成され、それにより、正弦波出力信号が生成される。
【００１４】
本発明によれば、増分信号および絶対値信号を評価するために別個の信号処理回路がそれぞれ設けられる。
【００１５】
一般に使用されるＤＣへの同期ミキシングの代わりに位相シフトキーイングヘテロダインアーキテクチャが使用される場合には、１／ｆノイズ、５０Ｈｚ干渉などに伴う問題が避けられる。また、干渉感受性および回路の複雑さをかなり低減させる完全デジタル復調が行なわれてもよい。本発明に係る信号処理のためにアナログ／デジタル変換器はもはや必要とされない。
【００１６】
本発明に係る構造形態は、出力される絶対値のための擬似ランダムサイクリック（ＰＲＣ）コードの使用を更に可能にする。このため、有効なＰＲＣ値の読み取りを常に可能にするべく、受信電極は、ｎ×ｎまたは２×ｎ個の個々の受信電極（「ピックアップ」とも呼ばれる）をそれぞれ備えていなければならない。更に、１つ以上の冗長なピックアップが設けられる場合には、エラー補正ＰＲＣコードが実施されてもよい。積算が受信電極で直接に達成され、以下の計算規則からｎに関する値が得られる。
ｎ＝切り上げ［ｌｏｇ２（増分トラックの周期数）］
すなわち、例えば、７２個の４カウント（＝１８周期）ではｎ＝５であり、あるいは、６４個の４カウント（＝１６周期）ではｎ＝４である。
【００１７】
幾何学的寸法の減少は別として、本発明に係る構造形態および信号処理は、とりわけ、角度検出を開放系で且つ閉シールドで実現できるという利点を有する。したがって、一方では、装着コストを低く維持することができ、他方では、有益な構造空間を節約できる。
【００１８】
対応する部品および要素に同様の参照符号が与えられる添付図面を用いて本発明に係る角度エンコーダについて更に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る結合電極構造を備えるピンフィードプラテンの斜視図を示している。
【図２】ステータの関連する電極構造の平面図を示している。
【図３】背面上の図２のシステムの電極配線のレイアウトを示している。
【図４】図１の結合電極構造のレイアウトを示している。
【図５】結合電極を装着する前のピンフィードプラテンの概略図を示している。
【図６】容量評価回路の簡略化された回路図を示している。
【図７】本発明に係るシステムで使用される評価回路の簡略化された回路図を示している。
【図８】本発明に係るデジタル段階検出の簡略化された回路図を示している。
【図９】本発明に係る典型的なミキサ構造を示している。
【図１０】図９のシステムと共に使用可能な２段制限増幅器の概略回路図を示している。
【図１１】挿入可能フィーダの側面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明に係る結合電極を備える、挿入可能フィーダにおけるコンベアベルトを位置決めするためのピンフィードプラテン１００の斜視図を示している。結合電極或いはまたコードディスク１０２の位置の容量評価によって、ドイツ特許出願ＤＥ  １０  ２００６  ０２４  ７３３．７に係る挿入可能フィーダのピンフィードプラテン１００の個々の歯の幾何学的偏位を較正プロセスで補償することができる。この目的のため、ピンフィードプラテン１００が高精度基準システムによって測定され、また、補正値がデータテーブルに記憶される。
【００２１】
本発明によれば、エンコーダシステムは、ピンフィードプラテン１００の回転位置の増分検出を含むだけでなく、絶対角度位置の検出も含む。そのような絶対検出の使用は、各移送位置で補正テーブルに対する直接的な割り当てを可能にし、それにより、基準点を移動させる必要がなく、また、部品を見失わない。本発明によれば、利用可能な絶対位置の数は、移送位置の数と少なくとも同程度でなければならない。このケースでは、これらが７２個の位置である。すなわち、ピンフィードプラテン１００においては５度の角度毎に移送位置が与えられる。この角度エンコーダのために使用される測定原理は容量方式であり、その場合、送信電極１１１，１１２および受信電極１１０，１１４がステータ（図２に参照符号１０８で示される）上に配置され、これらの電極のそれぞれが互いに直接に近接して設けられる。送信電極によって伝えられる静電場は、コードディスク１０２の結合電極によって、また、特にステータ１０８の受信電極に対する結合電極の幾何学的位置によって変調され、そのため、ステータ１０８の受信電極における信号を評価することによってピンフィードプラテン１００の位置に関する情報を得ることができる。
【００２２】
本発明によれば、この角度エンコーダは、モバイルコードディスク１０２上の正弦波増分トラック１０４とステータの周囲に配置されるインターデジタル送信電極および受信電極の配列とから構成される増分システムと、コードディスク１０２上の絶対トラック１０６を結合電極として備えるとともにステータ１０８上の送信電極１１１および受信電極１１０、いわゆるピックアップを備える絶対値送信システムとを両方とも備える。
【００２３】
図３に示されるように、個々の電極構造は、ステータ１０８の背面で互いに電気的に接続されるとともに、信号処理回路（図示せず）に接続される。
【００２４】
結合電極としての役目を果たすコードディスク１０２は、時として、ターゲットとも呼ばれる。図４は同じくこのコードディスクの直接の平面図を示しており、一方、図５は、コードディスクを伴わないピンフィードプラテン１００の斜視図である。
【００２５】
適切に構造化されたターゲットが、いわゆるピックアップ、すなわち、受信電極アセンブリで位置依存性の容量を生成することは一般に知られている。しかしながら、基本的に、容量センサは、容量が、測定されるべきターゲット変数、すなわち、この場合には回転の角度φに依存するだけでなく、多くの他の望ましくない変数、例えばターゲットまでの距離、温度、および、他の外乱変数にも依存するという欠点を常に有している。
【００２６】
これらの外乱変数を排除するため、１つの測定がいわゆる「４カウント」毎に行なわれるように測定を４回実行することが知られている。ここでは、０°、９０°、１８０°、２７０°の電気角度に関して論じる。そのような直交する差異的配置により、オフセットおよびスケーリングにかかわらず、固有の角度情報を得る。図２に示されるステータレイアウトでは、以下でＡ＋，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−と称される４つの電極を増分送信システムがもたらすように、４×１８個の送受信電極が互いに接続される。この場合、Ａ＝Ａ＋＋Ａ−であり、Ｂ＝Ｂ＋＋Ｂ−である。ＡまたはＢ信号におけるゼロ交差は４カウントをもたらす。
【００２７】
先に既に述べたように、容量の変化は容量エンコーダまたは角度エンコーダを用いて測定され、そのため、測定は、ドリフト、漏れ、温度などの影響に対して反応しにくいものでなければならない。したがって、それ自体知られた方法で、差分容量が図６にしたがって決定される。図６に示されるレイアウトでは、グランド電極がコードディスク１０２に対応し、また、ステータ上の送信電極１１２が対向電極である。
【００２８】
図６に示されるレイアウトでは、平衡プッシュプル作動増幅器が、２つの同一の出力レジスタＲ１，Ｒ２を介して測定されるべき容量を生み出す。この場合、電圧破壊は容量に依存している。出力レジスタＲ３，Ｒ４によって積算が行なわれ、それにより、容量が同一の場合には０となる。
【００２９】
しかしながら、このアーキテクチャは多くの欠点を有している。すなわち、測定の精度は、増幅器Ｖ１の対称性と、４つのレジスタＲ１〜Ｒ４の平衡とに依存している。４つのレジスタＲ１〜Ｒ４は、一方では、測定された信号を減衰させ、他方では、測定された信号に対してノイズを加える。最後に、抵抗回路の欠点を回避するため、一対の駆動増幅器の使用が可能であるが、それにより、回路が更に高価となる。
【００３０】
したがって、本発明に係る角度エンコーダは、ステータ上の送受信電極と結合電極としての機能だけを果たすロータ上の電極とを備える図１および図２に関連して既に言及されたシステムを使用する。いわゆるトランス容量の測定は、シールドとしての機能も果たすようにターゲット１０２の特性を使用する。すなわち、１つではなく２つの電極がステータ上に配置される場合には、これらの電極間の容量をいわゆるトランス容量として測定することができ、それにより、ターゲット１０２の距離と測定できる容量との間の相互関係が図６に示される場合のように逆転される。すなわち、ターゲットが近ければ近いほど、測定できるトランス容量が小さくなる。グランドに対する結合電極１０２の容量は、依然として存在しており、ターゲットが近づくときに増大する。
【００３１】
無論、トランス容量の測定は、単極を実現した場合、図６に係るグランドに対する容量の測定と同じ欠点を有する。具体的には、オフセットされる／望まれる信号比は満足できない。したがって、トランス容量の測定も異なった形で行なわれなければならない。本発明の回路レイアウトの概略回路図が図７に示されている。
【００３２】
図６の場合と同様、差動増幅器Ｖ１は、互いに対して１８０°で設けられる２つの電極（すなわち、例えば、Ａ＋電極およびＡ−電極、または、Ｂ＋電極およびＢ−電極）を駆動する。本発明によれば、受信電極はそれぞれ、２つの送信電極１１２に物理的に直接に近接して位置されるとともに、ピックアップとも称され、回路の出力を形成する総和電極を実現するように互いに接続される。
【００３３】
グランドに対する容量およびトランス容量はそれぞれ反対方向のコースをとるため、図７に示される回路の増幅器Ｖ１の出力にあるレジスタＲ１，Ｒ２が有利である。これは、分圧作用およびトランス容量の作用が互いを補うからである。しかしながら、前述したように、信号の絶対振幅が減少される。したがって、有利な実施形態によれば、レジスタＲ１，Ｒ２に０Ωが与えられる。すなわち、レジスタＲ１，Ｒ２は、ドライバの内部抵抗のみによって決定される。
【００３４】
図７に示される回路の感度を高めるためには、レジスタＲ１，Ｒ２ではなくコイルを伴う形態が適しており、そのため、配線が電極構造と共振状態に至らされる。しかしながら、前述したように、この場合、分圧作用が悪影響を与えるため、共振周波数が励起周波数を僅かに下回るようにコイルを寸法付けることが重要である。
【００３５】
Ｒ１＝Ｒ２＝０Ωの抵抗値と、図１および図２に示される電極の幾何学的配置とを用いると、生じる値に関して、以下の基準データ、すなわち、グランドに対するピックアップの容量約４０ｐＦ、対称３Ｖ励起での最大振幅１７ｍＶ、中立点から１／８０°シフトした点で測定されるべき差分トランス容量：１ｆＦを予期することができる。
【００３６】
容量のそのような小さな変化は、高感度電子システムによってのみ検出することができる。本発明によれば、差分トランス容量の極性を検出できる信号処理回路が設けられる。測定は、以下の２つの段階でほぼ達成される。
・一対の電極、すなわち、Ａ＋およびＡ−、または、Ｂ＋およびＢ−に関して対称電圧を生成する。
・出力ピックアップで生じる電圧の極性を検出して、電圧が入力信号と同じ極性を有するか或いは反対の極性を有するかどうかを決定する。
【００３７】
反対の極性を有する２つの信号を供給電圧として生成するための安価の方法はデジタル論理の使用であり、その要件は以下の通りである。すなわち、良好な対称性が必要である。さもなければ、エンコーダ信号のデューティサイクルが５０％から外れてしまうからである。また、ドライバ抵抗はピックアップのリアクタンスと比べて小さくなければならず、電流の良好な測定値を予想できるように十分に高い周波数でなければならない。また、Ａ信号およびＢ信号との干渉があってはならない。すなわち、Ａ信号およびＢ信号が互いに対して直交していなければならない。さもなければ、エンコーダ信号の距離依存性のゆがみが生じるからである。
【００３８】
特に、最後の要件は、可能であればシステムクロックが信号クロックよりも４倍高いことを示している。本発明によれば、例えば６０ＭＨｚのクロックを選択することができ、この６０Ｈｚのクロックは、その後、１５ＭＨｚに至るまで分割される。Ａ＋信号、Ｂ＋信号、Ａ−信号、および、Ｂ−信号はそれぞれ９０°だけシフトされる。
【００３９】
生じるピックアップ電圧の極性を検出するためには、２つの信号間の角度を検出するために一般に使用されるミキサが必要とされる。最も一般的な意味で、ミキサは非線形性であり、それにより、２つの信号の総和が処理される。非線形性は、所望の情報を含む積項をもたらす。公知のミキサは３つの接続を有する。すなわち、ＲＦ（高周波）は、解析されるべき信号を示す。ＬＯ（局部発振器）は、信号が比較される差異を示す。局部発振器は、非常に高い振幅で殆ど利用することができ、非線形的に頻繁にスイッチを駆動する。多くのミキサでは、ＲＦおよびＬＯを不都合な結果を伴うことなく置き換えることができる。
【００４０】
ＩＦ（中間周波数）は、ＲＦおよびＬＯからの差分周波数を伝える出力である。殆どの場合、出力は、総和や、フィルタリングによって適切に排除されなければならない他の積項などの更に他の周波数も伝える。
【００４１】
そのようなミキサの非理想性は、とりわけ、望ましくない積項、純粋な極性検出のみが望まれる場合には無関係なＩＦ信号の圧縮、オフセットを生み出す所謂ＬＯ−ｔｏ−ＲＦ漏れである。この漏れは、とりわけ、それらの温度依存性および非線形性に起因して補償するのが難しい寄生容量によって引き起こされ、また、最終的に、ある程度無害であるがフィルタリングによって排除されなければならないＬＯ−ｔｏ−ＩＦ漏れによって引き起こされる。
【００４２】
非常に低いＬＯ−ｔｏ−ＲＦ漏れ（例えば４０ｄＢ未満）を有するミキサは極めて高価であり、そのため、本発明においては、ＤＣへの直接的なミキシングが回避される。これは、結果として生じる出力信号中の望まれる信号をオフセットから区別できないからである。ＤＣへのミキシングに反対する他の理由は、５０Ｈｚなどの可聴周波数範囲で生じる１／ｆノイズおよび任意の干渉、例えばモータのパルス幅変調、スイッチモード電源などである。
【００４３】
したがって、本発明によれば、中間周波数ＩＦへのミキシングが行なわれ、このミキシングはＤＣとはかなり異なる。すなわち、例えば、ＲＦが１５ＭＨｚであり、ＬＯが１４ＭＨｚであり、ＩＦが１ＭＨｚおよび２９ＭＨｚである（後者はフィルタ除去される）。そのようなアーキテクチャはヘテロダインアーキテクチャと呼ばれる。
【００４４】
本発明によれば、図８に示されるデジタル変形型のヘテロダインアーキテクチャが実現される。本発明に係る回路レイアウトは、ここでは、以下の考えに基づいている。
【００４５】
ＲＦが同じ極性のＬＯによって解析される場合には、Ｕ＝ｆ（ＲＦ）＋ｇ（ＬＯ）として表わすことができる電圧がミキサの出力で生成される。この場合、項ｇ（ＬＯ）が極めて支配的である（ＬＯ−ｔｏ−ＲＦ漏れに起因する）ため、ＲＦの望まれる信号項ｆを合理的に評価できない。ＲＦが反対の極性を有するＬＯによって解析される場合には、ミキサの出力で電圧Ｕ＝−ｆ（ＲＦ）＋ｇ（ＬＯ）が生成される。２つの前述したステップが交互に実行される場合には、出力電圧Ｕ＝ｇ（ＬＯ）±ｆ（ＲＦ）が得られる。項ｇ（ＬＯ）は、ハイパスフィルタによって排除されてもよいＤＣオフセットである。前述した測定値と同じ或いは反対の極性を有する項±ｆ（ＲＦ）が得られる。この項は、良好な増幅によってデジタル値へと変換することができる。その後、排他的ＯＲ（ＸＯＲ）素子によって評価が行なわれる。
【００４６】
図８に示されるようなデジタル段階検出を伴うそのような容量エンコーダの概略回路において、第１の排他的ＯＲゲートＸＯＲ１は、ＲＦ信号の極性を周期的に切り換える役目を果たす。第２の排他的ＯＲゲートＸＯＲ２は、出力信号がＩＦと同じ極性または反対の極性を有しているかどうかを検査する。その結果、出力において、有効なエンコーダ信号（ＡまたはＢ）を利用できる。
【００４７】
ミキサ８００の選択は、とりわけ、コスト反映によって支配される。これは、品質の更に低いミキサが使用される場合であっても前述した方法が満足な結果を与えるからである。先に既に述べたように、ミキサは非線形性であり、最も安価な非線形性がダイオードである。唯一の重大な必要条件は、それが十分に高速であるという点である。したがって、本発明によれば、ダイオード８０２を使用することによって、図９に示される回路レイアウトが用いられる。ここで、図９に示される回路は、図８に示される回路にほぼ対応している。この場合、簡単のため、論理ゲートＸＯＲ２は図示されておらず、また、ミキサ８００が適切な形態を伴うダイオード８０２と置き換えられている。
【００４８】
費用効率の高いミキサを実現するための他の方法は、ＬＯ信号によって駆動される高周波スイッチをデジタル入力で使用することにある。スイッチの出力では、フィルタ処理されて増幅されてもよい差分電圧が生成される。
【００４９】
図９の回路のＲＦ入力およびＬＯ入力は、対称的であり、同じポートへ向かう。それに対応して、ＲＦ−ｔｏ−ＬＯ漏れが高くなるが、前述したように無害である。１ｋΩのレジスタが電流制限に役立ち、４ｐ７キャパシタは、ＩＦ項がＲＦに対して反対に作用するのを防止するとともに、回路の過渡時間を最適化する。
【００５０】
１ｋのレジスタは、高いため、事実上、電流源をもたらす。公知のように、ダイオードの入力および出力の電流は等しく、そのため、別の経路が来るべき電荷に利用できるようにされていない場合、ダイオードの非線形性は、電荷移動が関与する限り、影響を及ぼさない。これが３ｋ３レジスタの目的である。
【００５１】
４７ｋと４７ｐとのＲＣ組み合わせは、ＬＯおよび他の高周波成分を排除するためのローパスフィルタを形成する。１００ｐキャパシタは、後続の増幅器と共にハイパスフィルタとしての機能を果たし、ＤＣ項ｇ（ＬＯ）を排除する。後続の増幅器Ｖ２は、大きな振幅変動に高速で且つロバストな様態で対処するために採用される２段制限増幅器である。図１０は増幅モジュール８０４を概略的に示している。
【００５２】
本発明の信号処理エレクトロニクスを使用することによって、約４μｓの過渡時間を観察することができる。ＲＦは例えば１５ＭＨｚであってもよく、また、ＬＯはＲＦ／１２８＝約１１５ｋＨｚであってもよい。
【００５３】
本発明によれば、容量角度エンコーダは増分送信システムおよび絶対送信システムの両方を備えている。両方のシステムの測定原理および検出エレクトロニクスは同一であり、また、電極の形態に違いを見ることができる。
【００５４】
図２に示されるステータの絶対トラックは５個のピックアップから構成され、各ピックアップは、ターゲット１０２（図１の絶対トラック１０６）に０または１が存在するかどうかを検出する。ここで、励起も対称的であり、また、差分トランス容量が測定される。距離にかかわらず違いを得るために、ピンフィードプラテン１００上の絶対トラック１０６は０トラックおよび１トラックから形成される。０トラックは回転軸に近く、１トラックは僅かに更に外側に配置される。
【００５５】
図示の実施形態において、絶対トラックは１８個の状態を備える。有効絶対値が各４カウント毎に出力されなければならないという要件により、絶対トラックは７２個の位置で有効値を供給しなければならない。したがって、必要とされる選択性との対応において、ピックアップは狭くなければならない。ピックアップ毎の高感度面は、増分ピックアップの表面の約２％である。
【００５６】
ターゲットおよびそのキャリアが増分トラックから電荷を拾い上げるのを避け、それにより、絶対トラックがＡ／Ｂの混合体およびそれ自体の情報を供給するようにするため、ターゲットおよびそのキャリアは、本発明によれば、低インピーダンスグランド電位を運ばなければならない。
【００５７】
特に周波数が高い場合には、これを観察するのが困難であるため、本発明においては、例えばプラスチックから形成される歯車を挿入することによって、モータとターゲットとの間の電気的接続が分離される。あるいは、エンコーダのゼロ交差中にモータ電流が減少されてもよい。
【００５８】
本発明によれば、絶対トラックは１８ビット擬似ランダムサイクリック（ＰＲＣ）コードを保持する。そのようなコードは、５個の絶対トラックではなく、たった１つの絶対トラックだけを運ぶことを可能にする。５個の連続したビットの観察は、ピンフィードプラテン１００の位置の特異的決定を可能にする。ＰＲＣコードは、例えば、最適化されたブルートフォースアルゴリズムによって得ることができる。復号化はプログラム可能論理制御回路（プログラム可能論理デバイス、ＰＬＤ）で達成される。
【００５９】
図１１は、プリント回路基板挿入機のための挿入可能フィーダの側面図を示している。この場合、ピンフィードプラテン１００の位置は、本発明に係る角度エンコーダによって監視される。
【００６０】
挿入可能フィーダ１は、側壁２を有するハウジングを備える。側壁２にはフラットモータ３が固定される。挿入可能フィーダ１の厚さを減らすため、フラットモータ３のロータ軸４がハウジング壁２に対して垂直に延びるようにフラットモータ３が挿入可能フィーダ１のハウジングに対して固定される。
【００６１】
フラットモータ３はコンベアベルトを駆動させるために使用されてもよく、コンベアベルト上には電子部品が配置される。電子部品は、プリント回路基板上に配置されるようにフィーダによって供給される。しかしながら、フラットモータ３は、コンベアベルト上に配置され且つ電子部品へアクセスできるようにするためにコンベアベルトから電子部品を保護するカバーホイルを引き離す役目を果たしてもよい。また、フラットモータ３が両方の機能を果たすことも可能である。以下、コンベアベルトのためのドライブとしてフラットモータ３が使用されることについて説明する。
【００６２】
この場合、フラットモータ３は、伝達ユニット５によってピンフィードプラテン６に対して接続される。ピンフィードプラテン１００は、側壁２に対して垂直に延びる軸７上に同様に装着される。コンベアベルトはピンフィードプラテンによって駆動される。この目的のため、ピンフィードプラテン１００は、その外周にわたって歯またはピン８をそれぞれ備える。コンベアベルトには、少なくとも１つの縁部に、カメラ用のフィルムと同様な穴が設けられる。ピンフィードプラテン１００のピン８は、コンベアベルトのこれらの穴と係合し、それを用いてコンベアベルトを引っ張る。
【００６３】
歯車９は、フラットモータ３のロータ１４上に配置される。歯車９は、伝達ユニット５の歯車１０と噛み合う。歯車１０は伝達軸１１上に装着され、伝達軸１１は同様に側壁２に対して垂直に延びる。必要とされる速度伝達比に応じて、伝達ユニット５は、側壁に対して垂直に延びる伝達軸上に装着される更なる歯車を備える。ピンフィードプラテン６の軸７上にも歯車１２が設けられる。伝達ユニット５の最後の段階は、この歯車１２と噛み合わされるとともに、駆動モータ３の力をピンフィードプラテン１００へと伝える。
【００６４】
部品配置ヘッドのための移送ポイントでコンベアベルト上に配置される電子部品の正確な位置決めを達成するため、本発明の角度エンコーダのコードディスク１０２がピンフィードプラテン１００上に直接に装着される。エンコーダは、ピンフィードプラテン１００の個々の歯の幾何学的偏位を較正操作で補償することができる。このため、ピンフィードプラテン１００が高精度基準システムによって測定され、補正値がデータテーブルに記憶される。
【００６５】
１つ以上の更なるトラックによって、本発明に係るエンコーダシステムは、増分を与えるだけでなく、絶対角度位置も与える。この絶対エンコーダシステムにおいて、利用できる絶対位置の数は、少なくともピンフィードプラテン上の移送位置の数と同程度である。これにより、各移送位置での補正テーブルに対する直接の割り当てが可能である。したがって、基準点を移動させる必要がなく、そのため、部品を見失うことがない。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月26日(2009.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転移動できる物体の固定物体に対する回転位置を検出するための容量角度エンコーダであって、
前記固定物体に接続されるとともに、第１の静電場を発生させるようになっている少なくとも１つの第１の送信電極（１１２）と、第１の静電場を受けるための少なくとも１つの第１の受信電極（１１４）とを支持するステータ（１０８）を備え、
前記ステータが、第２の静電場を発生させるようになっている少なくとも１つの第２の送信電極（１１１）と、前記静電場を受けるための少なくとも１つの第２の受信電極（１１０）とを更に支持し、
前記回転物体に接続されるとともに、少なくとも１つの増分結合電極（１０４）を支持するロータ（１００）を備え、前記増分結合電極が、前記ロータの回転位置の変化に応じた容量の変化によって第１の静電場を変調するようになっており、前記ロータが、前記ロータの絶対回転位置に応じた容量の変化によって第２の静電場を変調するようになっている少なくとも１つの絶対値結合電極（１０６）を更に支持し、
第１および第２の変調された静電場を検出し且つ検出された静電場に応じて前記移動物体の位置に関する測定値を決定するように接続される信号処理回路を備える、
容量角度エンコーダにおいて、
前記第１の送信電極および前記第１の受信電極が複数の外周等距離インターデジタル電極として前記ステータ（１０８）上に配置されることを特徴とする容量角度エンコーダ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第１の送信電極および前記少なくとも１つの第２の送信電極と、前記少なくとも１つの第１の受信電極および前記少なくとも１つの第２の受信電極とが互いに対して同一平面上に配置される請求項１に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第１の送信電極（１１２）が４つのグループの送信電極によって形成され、該送信電極が、各グループへ他のグループに対して略直交する送信信号が供給されるように互いに接続される請求項１または２に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項４】
前記増分結合電極（１０４）が、前記ロータ（１００）の外周に形成される正弦波構造を有している請求項１〜３のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項５】
前記増分結合電極（１０４）が、前記ロータ（１００）の外周に形成される長方形構造を有している請求項１〜４のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項６】
前記絶対値結合電極（１０６）が、前記ロータ（１００）の外周に形成される少なくとも１つの階段形状構造を有している請求項１〜５のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項７】
前記第２の送信電極（１１１）が、前記ロータの一部に非対称的に配置される複数の電極構造によって形成され、前記第２の受信電極が、前記第２の送信電極間にインターデジタル配置される電極構造によって形成される請求項１〜６のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項８】
前記信号処理回路が、前記少なくとも１つの第１の受信電極に対して接続される増分コーディングユニットと、前記少なくとも１つの第２の受信電極に対して接続される絶対コーディングユニットとを備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項９】
前記信号処理回路が位相シフトキーイングヘテロダインアーキテクチャを備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項１０】
前記第２の受信電極の信号が、擬似ランダムサイクリックコードによってコーディングされる絶対値を与える請求項１〜９のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項１１】
冗長な前記第２の受信電極がエラー補正のために設けられる請求項８〜１０のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項１２】
前記絶対値結合電極（１０６）が、互いに対して相補的で且つ前記ロータの外周に配置される２つの絶対トラックを備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項１３】
前記ステータの電極が、プリント回路基板上の導体トラックとして実現される請求項１〜１２のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダ。
【請求項１４】
ハウジングと、駆動モータ（３）と、トランスミッション（５）と、コンベアベルトと係合するピンフィーダプラテン（１００）とを備えるプリント回路基板挿入機のための挿入可能フィーダであって、前記コンベアベルトを位置決めするための前記ピンフィーダプラテンの回転位置が、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の容量角度エンコーダによって検出される、挿入可能フィーダ。
【請求項１５】
前記容量角度エンコーダのパルス数が前記ピンフィードプラテンの移送位置の数と同一である請求項１４に記載の挿入可能フィーダ。
【請求項１６】
前記ピンフィードプラテンが前記駆動モータから直流的に絶縁される請求項１４または１５に記載の挿入可能フィーダ。
【請求項１７】
前記駆動モータが、前記容量角度エンコーダのゼロ交差中にモータ電流を減少させるように駆動させることができる請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の挿入可能フィーダ。
【国際調査報告】
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