JP2007292484A - Linear sensor with guide - Google Patents
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Description
本発明は、スライド軸と、このスライド軸のスライド位置を検出するセンサヘッドと前記スライド軸をガイドするガイド部材を備えるガイド付きリニアセンサに関するものである。 The present invention relates to a linear sensor with a guide that includes a slide shaft, a sensor head that detects a slide position of the slide shaft, and a guide member that guides the slide shaft.
従来、直線型の移動機構部と、その移動位置を検出する直線位置検出型センサとを組み合わせたリニアセンサが知られている。 Conventionally, a linear sensor in which a linear movement mechanism unit and a linear position detection sensor for detecting the movement position are combined is known.
そのために、前記直線型の移動機構部を、その表面に所定のピッチで反磁性マークを設けたスライド軸を備えるスライド移動部とし、前記直線位置検出型センサを、前記反磁性マーク部分とスライド軸素材の磁性部分とで構成されるスライド軸とコイルを備えるスライド位置検出部として、前記コイルにより、前記反磁性マーク及びスライド軸磁性部分との磁気結合の変化を検出することで、スライド軸のスライド位置を求める装置が知られている。この装置では、検出用のコイルはスライド軸を挿通する筒体に設けて、1次コイルと2次コイルの2種類のコイルを設け、1次コイルと2次コイルとの間の磁気結合が磁性マークの位置で変化することを利用している。また、検出用のコイルを、1次/2次兼用のコイルとすることも知られている。 For this purpose, the linear moving mechanism section is a slide moving section having a slide shaft provided with diamagnetic marks at a predetermined pitch on the surface thereof, and the linear position detecting sensor is connected to the diamagnetic mark portion and the slide shaft. As a slide position detection unit having a slide shaft and a coil formed of a magnetic part of the material, the slide of the slide shaft is detected by detecting a change in magnetic coupling between the diamagnetic mark and the slide shaft magnetic part by the coil. Devices for determining the position are known. In this device, the detection coil is provided in a cylindrical body through which the slide shaft is inserted, and two types of coils, a primary coil and a secondary coil, are provided, and the magnetic coupling between the primary coil and the secondary coil is magnetic. It uses the fact that it changes with the position of the mark. It is also known that the detection coil is a primary / secondary coil.
測定精度を上げて誤差を小さくするには、前記スライド軸の動作を滑らかにすることが肝要であって、リニアガイドなどでガイドすることが行われている。そのために、リニアガイドでガイドするガイド溝を複数設けると共に、前記磁性マークをガイド溝の部分を除いて設けるとしたスライド位置検出装置が既に本出願人から出願されている(例えば、特許文献1参照)。
スライド軸に複数のガイド溝を設けてリニアガイドでガイドする構成とすれば、スライド軸を円滑にガイドすることができる。しかし、スライド軸の外周部に所定のピッチで磁性マークを設ける際に、溝部を除いて設ける複雑な工程が必要となる。 If the slide shaft is provided with a plurality of guide grooves and guided by a linear guide, the slide shaft can be smoothly guided. However, when the magnetic marks are provided on the outer peripheral portion of the slide shaft at a predetermined pitch, a complicated process for removing the groove portion is required.
スライド移動部とスライド位置検出部を配設する際に、それらを並列に設ける構成では装置が大型となる。また、このような移動部と検出部とが同軸上にない構成であれば、移動部と検出部との平行度出しの問題があり、アッベ誤差(平行度の誤差)が生じる虞がある。さらに、スライド移動部とスライド位置検出部とを単に直列に設ける構成では装置が長尺化するという問題がある。 When the slide moving unit and the slide position detecting unit are provided, the apparatus is large in a configuration in which they are provided in parallel. Further, if the moving unit and the detecting unit are not coaxial, there is a problem of parallelism between the moving unit and the detecting unit, which may cause Abbe error (parallelism error). In addition, there is a problem that the apparatus becomes longer when the slide moving unit and the slide position detecting unit are simply provided in series.
また、電装品の製造現場のように小型の電装部品を装置に組み込むピックアンドプレイス装置等の小型化のためには、さらに小型のリニアセンサが必要となる。さらに、繰り返し操作しても測定精度が劣化しない高精度化であることが望ましい。 Further, in order to reduce the size of a pick-and-place device or the like that incorporates a small electrical component into the apparatus as in the manufacturing site of electrical components, a smaller linear sensor is required. Furthermore, it is desirable that the measurement accuracy be improved so that the measurement accuracy does not deteriorate even if it is repeatedly operated.
そのために、装置の小型化を図ると共に、繰り返し誤差を小さくし高精度化を図り、軽量化を可能とする構成のスライド位置検出装置が求められている。 Therefore, there is a need for a slide position detection device having a configuration that can reduce the size of the device, reduce repetition errors, increase accuracy, and reduce weight.
そのためには、スライド軸やセンサヘッドを小型化すると共に、スライド軸の動作を円滑とし、繰り返しスライドしても高精度な磁気測定を可能とする磁性マークを備えるリニアセンサを提供する必要がある。 For this purpose, it is necessary to provide a linear sensor having a magnetic mark that can reduce the size of the slide shaft and the sensor head, facilitate the operation of the slide shaft, and perform high-precision magnetic measurement even when repeatedly sliding.
本発明の目的は、上記問題を解決するために、がたつきがなく芯出しが容易であり、高精度のスライド位置が検出可能な小型のガイド付きリニアセンサを提供することである。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a small linear sensor with a guide that is easy to center without a backlash and can detect a highly accurate slide position.
上記の目的を達成するために請求項1に係る発明は、スライド軸と、該スライド軸のスライド位置を検出するセンサヘッドと、前記スライド軸をガイドするガイド部材を備えるリニアセンサであって、前記スライド軸が非磁性化されていると共にその軸心部が中空とされており、この中空軸心部にそれぞれ所定幅の磁性コア部材と非磁性部材とを交互に装着してセンサロッドを構成し、前記センサヘッドを、コイルを備える磁気センサとしたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, an invention according to
上記の構成を有する請求項1に係る発明によれば、スライド軸自体がセンサロッドを構成するので、スライド移動部とスライド位置検出部とが直列構成されていても、装置の長尺化を防ぎ小型化が可能であると共に、芯出しが容易であり測定誤差(アッベ誤差)を抑制することができる。さらには、繰り返しスライド移動しても、磁性コア部材が磨耗したり損傷せず、高寿命化が可能となる。 According to the first aspect of the invention having the above configuration, since the slide shaft itself constitutes the sensor rod, even if the slide moving unit and the slide position detecting unit are configured in series, the lengthening of the apparatus is prevented. The size can be reduced, and centering is easy and measurement errors (Abbe errors) can be suppressed. Furthermore, even if the sliding movement is repeated, the magnetic core member is not worn or damaged, and the lifetime can be increased.
請求項2に係る発明は、前記スライド軸が複数のガイド溝を有するボールスプライン軸であり、前記ガイド部材がボールスプライン型のガイド手段を有することを特徴としている。
The invention according to
上記の構成を有する請求項2に係る発明によれば、ガイド溝を用いてスライド移動を円滑に行うことができる。
According to the invention which concerns on
請求項3に係る発明は、前記ガイド溝が、少なくとも3条以上であることを特徴としている。
The invention according to
上記の構成を有する請求項3に係る発明によれば、スライド軸を3条以上のガイド溝でガイドするので、ガイド溝のがたつきを効果的に防止し、小径で長いガイド軸でも正確にスライドさせることができる。
According to the invention of
請求項4に係る発明は、前記ガイド部材がリニアボールブッシュ型のガイド手段を有し、前記スライド軸がその表面を硬質メッキされている円筒軸であることを特徴としている。
The invention according to
上記の構成を有する請求項4に係る発明によれば、軸心部に磁性コア部材を備えたスライド軸を用いて、リニアボールブッシュ型のリニアセンサを構成することができる。
According to the invention which concerns on
請求項5に係る発明は、前記スライド軸がスライドスクリュであり、前記ガイド部材がボールねじ型のガイド手段を有することを特徴としている。
The invention according to
上記の構成を有する請求項5に係る発明によれば、軸心部に磁性コア部材を備えたスライドスクリュを用いて、ボールねじ型のリニアセンサを構成することができる。
According to the invention which concerns on
請求項6に係る発明は、前記スライド軸がエアベアリング軸であり、前記ガイド部材がエアベアリングガイドであることを特徴としている。
The invention according to
上記の構成を有する請求項6に係る発明によれば、非接触型のスライド軸となり、部品が消耗せず、高寿命化が可能であると共に、高速駆動が可能となる。
According to the invention according to
請求項7に係る発明は、前記磁性コア部材と前記非磁性部材とを共に孔あき部材とし、前記スライド軸を通気自在としたことを特徴としている。
The invention according to
上記の構成を有する請求項7に係る発明によれば、スライド軸に給気手段を接続してスライド軸の先端から圧縮空気を噴射することも、スライド軸に吸気手段を接続してスライド軸の先端に吸引力を作用させて、先端部に装着する吸着パッドを用いてパーツを真空吸着することも自在となる。
According to the invention of
本発明によれば、非磁性化され、軸心部を中空とし、この中空軸心部にそれぞれ所定幅の磁性コア部材と非磁性部材とを交互に装着したセンサロッドをスライド軸とするガイド付きリニアセンサとしたので、スライド軸自体がセンサロッドを構成して、装置の長尺化を防ぎ小型化が可能であると共に、繰り返しスライド移動しても、磁性コア部材が磨耗したり損傷せず、高寿命化が可能なガイド付きリニアセンサを得ることができる。 According to the present invention, with a guide that uses a non-magnetic, axially hollow shaft center portion, and a sensor rod in which a magnetic core member and a nonmagnetic member each having a predetermined width are alternately mounted on the hollow shaft center portion, as a slide shaft. Since it is a linear sensor, the slide shaft itself constitutes a sensor rod, which can prevent the device from becoming long and downsizing, and even if it repeatedly slides, the magnetic core member will not wear or be damaged, It is possible to obtain a linear sensor with a guide that can extend the life.
以下、本発明に係るガイド付きリニアセンサの実施の形態について、図1から図4に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a linear sensor with guide according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明に係るガイド付きリニアセンサの構成を示す断面図である。図2はスライド軸の断面図であり、(a)はガイド溝を備えるスプライン軸からなるスライド軸を示し、(b)は溝を有していない円筒状のスライド軸を示している。図3にはガイド付きリニアセンサの具体例を示す斜視図であって、(a)はボールスプライン型のガイド付きリニアセンサであり、(b)はリニアボールブッシュ型のガイド付きリニアセンサであり、(c)はボールねじ型のガイド付きリニアセンサである。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a linear sensor with guide according to the present invention. 2A and 2B are cross-sectional views of the slide shaft, wherein FIG. 2A shows a slide shaft composed of a spline shaft having a guide groove, and FIG. 2B shows a cylindrical slide shaft having no groove. FIG. 3 is a perspective view showing a specific example of a linear sensor with guide, wherein (a) is a ball spline type linear sensor with guide, (b) is a linear ball bush type linear sensor with guide, (c) is a ball screw type linear sensor with a guide.
図1に示すように本発明に係るガイド付きリニアセンサ1は、スライド軸2と、該スライド軸のスライド位置を検出するセンサヘッド3と、前記スライド軸2をガイドするガイド部材4を備えるリニアセンサである。また、前記スライド軸2は、本体部が非磁性化されており、その軸心部を中空としている。さらに、その中空軸心部21に、それぞれ所定幅の磁性コア部材5(5a、5b、5c、5d)と非磁性部材6(6a、6b、6c)とを交互に装着したセンサロッドとしている。
As shown in FIG. 1, a
また、センサヘッド3がその内周部にコイル部31を備える磁気センサであって、該センサヘッド3内部を摺動するスライド軸2の移動により変化する磁気誘導結合を検知することで、前記スライド軸2の絶対位置が計測可能となるリニアセンサを構成している。7はセンサケーブルである。
Further, the
そのために、前記コイル部31は、1次コイルと2次コイルとを組み合わせたコイル部とされているが、1次/2次兼用のコイル部であってもよい。 Therefore, although the said coil part 31 is made into the coil part which combined the primary coil and the secondary coil, the primary / secondary coil part may be sufficient.
ガイド部材4は、スライド軸2の摺動を許可すると共に保持するためのガイド手段41をその内周部に備える部材であり、後述するように、ボールスプライン型やリニアボールブッシュ型やボールねじ型のガイド手段41であり、それぞれ、ボールスプライン型のガイド部材4A、リニアボールブッシュ型のガイド部材4B、ボールねじ型のガイド部材4Cを構成することができる。
The
図2には、磁性コア部材5(5a、5b、5c、5d)を内蔵するスライド軸2の断面を示しているが、図2(a)はガイド溝を備えるスプライン軸からなるスライド軸2Aであり、(b)は溝を有していない円筒状のスライド軸2Bである。
FIG. 2 shows a cross section of the
また、それぞれのスライド軸2A、2Bの軸心を貫通するように設けられる中空軸心部には、磁性コア部材5(5a、5b、5c、5d)と非磁性部材が交互に装着されている。 In addition, magnetic core members 5 (5a, 5b, 5c, 5d) and non-magnetic members are alternately mounted on the hollow shaft portions provided so as to pass through the shaft centers of the slide shafts 2A and 2B. .
上記のような構成としているので、スライド軸2A、2Bがそれ自体でセンサロッドを構成することになる。この構成であれば、スライド移動部とスライド位置検出部とが同軸上に配設されることとなり、装置の小型化が可能であると共に、測定誤差(アッベ誤差)が生じない構成となる。さらには、軸の内部に磁性コア部材5と非磁性部材6を内蔵した構成であるので、繰り返しスライド移動しても、磁性コア部材が磨耗したり損傷せず、高寿命化が可能となる。
Since it is set as the above structures, slide shaft 2A, 2B comprises a sensor rod by itself. With this configuration, the slide moving unit and the slide position detecting unit are coaxially arranged, so that the apparatus can be downsized and no measurement error (Abbe error) occurs. Furthermore, since the
スライド軸2Aは、その外周部の軸方向に複数のガイド溝22を有するスプライン軸であるが、本実施の形態では、図示するように4本のガイド溝22を設ける構成としている。
The slide shaft 2A is a spline shaft having a plurality of
前記ガイド溝22は、スライド軸2Aががたつくことなく滑らかに摺動するためには3条以上であることが好ましい。また、スライド軸2Aが円滑に摺動移動する構成であればガイド軸2Aの径を小径とすることも可能となる。そのために、本実施の形態では、4本のガイド溝22を設けて、ガイド溝のがたつきを効果的に防止し、小径で長いガイド軸でも正確にスライドさせることができる構成としている。
The
また、軸内に内蔵する磁性コア部材5を強磁性体で構成すれば、それだけ小さな部材でよいので、装置の小型化が可能である。そのために、本実施の形態では、成形加工が容易であり保磁力に優れ耐蝕性に優れたフェライトを用いている。また、より強い強磁性体を用いることで、さらに小型化を図ることも可能である。
Further, if the
次に図3により、ガイド付きリニアセンサの具体例について説明する。 Next, a specific example of the linear sensor with guide will be described with reference to FIG.
図3(a)にはボールスプライン型のガイド付きリニアセンサ1Aを示しており、4本のガイド溝22(ボールスプライン溝)を有するスライド軸2A(ボールスプライン軸)とコイル部を有するセンサヘッド3とボールスプライン型のガイド手段41を有するガイド部材4Aと備えている。
FIG. 3A shows a ball spline type linear sensor 1A with a guide, and a slide shaft 2A (ball spline shaft) having four guide grooves 22 (ball spline grooves) and a
上記の構成であれば、スライド軸2Aを摺動移動(スライド)する駆動部材、例えばボイスコイルモータVCM等のリニアモータを用いて、図中の矢印D1方向にスライドすることで、小型のリニアアクチュエータが実現でき、ピックアンドプレイス等の設備装置の小型化や高速度化にも容易に対応可能となる。 With the above configuration, a small linear actuator can be obtained by sliding in the direction of arrow D1 in the drawing using a drive member that slides (slides) the slide shaft 2A, for example, a linear motor such as a voice coil motor VCM. Therefore, it is possible to easily cope with downsizing and high speed of equipment such as pick and place.
例えば、スライド軸2Aの径を3〜6mm程度の小径とし、3Hz〜10Hzの繰り返し速度で±8mmのスライドが可能なリニアアクチュエータが実現可能となる。また、リニアセンサとしても、ミクロン単位で位置を制御することが可能となる。 For example, a linear actuator capable of sliding ± 8 mm at a repetition rate of 3 Hz to 10 Hz with a small diameter of the slide shaft 2A of about 3 to 6 mm can be realized. Also, the position of the linear sensor can be controlled in units of microns.
図3(b)にはリニアボールブッシュ型のガイド付きリニアセンサ1Bを示しており、円筒状のスライド軸2Bと、コイル部を有するセンサヘッド3とリニアボールブッシュ型のガイド手段41を有するガイド部材4Bとを備えた構成である。
FIG. 3 (b) shows a linear sensor 1B with a linear ball bush type guide, and a guide member having a cylindrical slide shaft 2B, a
この構成であれば、スライド軸2Bは単に円筒状であればよいが、リニアボールブッシュ型のガイド部材4B内面のボール面に接する外周に硬質メッキを施して耐磨耗性を付与すると、耐久性が増加して好適である。また、耐磨耗性があり耐久性も備える非磁性ステンレス棒をそのまま使用することも可能である。 With this configuration, the slide shaft 2B may be simply cylindrical. However, if the outer periphery of the linear ball bushing type guide member 4B in contact with the ball surface is hard-plated to provide wear resistance, durability is improved. Is preferable. It is also possible to use a nonmagnetic stainless steel rod that is wear resistant and durable.
図3(c)にはボールねじ型のガイド付きリニアセンサ1Cを示しており、ねじ状のスライド軸2Cとコイル部を有するセンサヘッド3とボールねじ型のガイド手段41を有するガイド部材4Cを備えた構成である。
FIG. 3C shows a ball screw type linear sensor 1C with a guide, which includes a screw-like slide shaft 2C, a
この構成であれば、スライド軸2Cを回転駆動する駆動モータを用いて、図中の矢印D1方向のスライド移動と矢印D2方向の回転移動とを実現する小型のリニアアクチュエータを得ることができる。もしくは、回転しながら直進するリニアセンサとすることも可能である。 If it is this structure, the small linear actuator which implement | achieves the sliding movement of the arrow D1 direction in the figure and the rotational movement of the arrow D2 direction can be obtained using the drive motor which rotationally drives the slide shaft 2C. Alternatively, it may be a linear sensor that goes straight while rotating.
さらには、エアベアリング型のガイド部材(不図示)を用いて、スライド軸の回転と直進を可能とする小型ユニットを構築することも可能であり、垂直方向と回転方向に駆動するZ・θ軸ユニットを構築することができる。 Furthermore, it is possible to construct a small unit that can rotate and move the slide shaft by using an air bearing type guide member (not shown). Units can be built.
また、図4に示すように、磁性コア部材を、貫通孔50を備える孔あき磁性コア部材5Aとし、非磁性部材も貫通孔60を備える孔あき非磁性部材6Aとすることで、通気自在なスライド軸を備えるガイド付きリニアセンサ1となる。
Also, as shown in FIG. 4, the magnetic core member is a perforated
そのために、スライド軸に接続する吸引ポンプPにより中空孔に吸引力を作用させることができ、例えば、スライド軸先端に装着する吸着パッド22を介して、パーツを真空吸着することが可能となる。
Therefore, a suction force can be applied to the hollow hole by the suction pump P connected to the slide shaft, and for example, the parts can be vacuum-sucked through the
上記の構成であれば、スライド軸を駆動部材10を介して直接駆動し、ミクロン単位で制御可能な高精度のZ・θ軸ユニットを構築可能であり、基盤上の予め定められた位置に正確にパーツを繰り返し配置するピックアンドプレイス装置に適用可能となる。
With the above configuration, it is possible to construct a high-precision Z / θ axis unit that can be controlled in micron units by directly driving the slide shaft via the
さらに、非接触型のスライド軸となるので、潤滑剤等も不要であり部品が消耗せず、高寿命化が可能であると共に、高速回転も可能となる。 Furthermore, since it is a non-contact type slide shaft, no lubricant or the like is required, parts are not consumed, the life can be extended, and high-speed rotation is also possible.
また、潤滑剤を用いていないので、高温化の作業条件でも操作可能なリニアセンサや小型のリニアアクチュエータを構成することができる。 Further, since no lubricant is used, a linear sensor or a small linear actuator that can be operated even under high-temperature working conditions can be configured.
上記したように本発明によれば、スライド軸と、該スライド軸のスライド位置を検出するセンサヘッドと、前記スライド軸をガイドするガイド部材を備えるリニアセンサにおいて、非磁性化された軸部材の中空軸心部に、それぞれ所定幅の磁性コア部材と非磁性部材とを交互に装着した構成のセンサロッドをスライド軸とするガイド付きリニアセンサとしたので、スライド軸自体がセンサロッドを構成し、装置の長尺化を防ぎ小型化が可能となる。また、真空吸着のための貫通孔を設けることも容易に対応可能となる。 As described above, according to the present invention, in the linear sensor including the slide shaft, the sensor head that detects the slide position of the slide shaft, and the guide member that guides the slide shaft, the non-magnetic shaft member is hollow. Since the sensor rod having a configuration in which a magnetic core member and a non-magnetic member each having a predetermined width are alternately mounted on the shaft center portion is a linear sensor with a slide shaft, the slide shaft itself constitutes the sensor rod, and the device Therefore, it is possible to reduce the size of the device. It is also possible to easily provide a through hole for vacuum suction.
さらには、磁性コア部材がシャフト内に内蔵される構成であるので、繰り返しスライド移動しても、磁性コア部材が磨耗したり損傷せず、高寿命化が可能なガイド付きリニアセンサを得ることができる。 Furthermore, since the magnetic core member is built in the shaft, it is possible to obtain a linear sensor with a guide capable of extending the life without causing the magnetic core member to be worn or damaged even when repeatedly slid. it can.
1 ガイド付きリニアセンサ
1A ボールスプライン型のガイド付きリニアセンサ
1B リニアボールブッシュ型のガイド付きリニアセンサ
1C ボールねじ型のガイド付きリニアセンサ
2 スライド軸
3 センサヘッド
4 ガイド部材
4A ボールスプライン型のガイド部材
4B リニアボールブッシュ型のガイド部材
4C ボールねじ型のガイド部材
5 磁性コア部材
6 非磁性部材
21 中空軸心部
22 ガイド溝
31 コイル部
41 ガイド手段
1 Linear sensor with guide 1A Linear sensor with guide of ball spline type 1B Linear sensor with guide of linear ball bushing type 1C Linear sensor with guide of
Claims (7)
前記スライド軸が非磁性化されていると共にその軸心部が中空とされており、この中空軸心部にそれぞれ所定幅の磁性コア部材と非磁性部材とを交互に装着してセンサロッドを構成し、前記センサヘッドを、コイルを備える磁気センサとしたことを特徴とするガイド付きリニアセンサ。 A linear sensor comprising a slide shaft, a sensor head for detecting a slide position of the slide shaft, and a guide member for guiding the slide shaft,
The slide shaft is made non-magnetic and its axial center is hollow, and a sensor rod is configured by alternately mounting a magnetic core member and a non-magnetic member of a predetermined width on the hollow shaft center, respectively. A linear sensor with a guide, wherein the sensor head is a magnetic sensor having a coil.
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