JP4154878B2

JP4154878B2 - Position detecting device and positioning device

Info

Publication number: JP4154878B2
Application number: JP2001257269A
Authority: JP
Inventors: 学笛木; 隆一神保; 豊小泉
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP2003065744A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動体の位置を検出する位置検出装置、及び移動体を固定体に沿って移動させてこの移動体を所定の位置に位置決めする位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（従来技術１）
図１４は、従来の位置検出装置（従来技術１）を備える位置決め装置の構成図である。
位置決め装置１０１は、移動体１０２を固定体１０３に沿って移動させてこの移動体１０２を所定の位置に位置決めする装置である。位置決め装置１０１は、例えば、半導体部品などを垂直方向又は水平方向（直線方向）に搬送するマテリアルハンドリング用の直線移動装置（リニアアクチュエータ）などである。位置決め装置１０１は、図１４に示すように、移動体１０２と、固定体１０３と、位置検出装置１０４と、位置誤差増幅器１１７と、モータ電流駆動回路１１８と、リニアモータ１１９とを備えている。
【０００３】
移動体１０２は、図示しない位置決め対象物を保持して図中矢印方向に移動するスライダである。移動体１０２は、移動方向に沿って所定の間隔で歯が形成されている。固定体１０３は、移動体１０２を移動自在にガイドするステータである。固定体１０３は、水平方向又は垂直方向に配置されており、移動体１０２側の歯と対向して長さ方向に沿って所定の間隔で歯が形成されている。
【０００４】
位置検出装置１０４は、移動体１０２の位置を検出する装置である。位置検出装置１０４は、磁性体に磁界を加えて磁気歪みを発生させるとこの磁性体が振動し、この磁性体に磁気歪みが発生すると磁界が変化する磁歪効果を利用して、移動体１０２の絶対位置を検出する磁歪式超音波ポテンシオメータなどの磁歪センサである。位置検出装置１０４は、図１４に示すように、磁歪線部１０５と、磁歪発生部１０６と、磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂと、位置検出部１０８とを備えている。
【０００５】
磁歪線部１０５は、移動体１０２の移動方向に沿って磁気歪みによる振動が伝播する磁歪スケール部である。磁歪線部１０５は、例えば、ニッケルやフェライトなどの磁性体で形成されたパイプ状の部材である。磁歪線部１０５は、磁歪発生部１０６及び磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂを通過して、固定体１０３と平行に配置されている。
【０００６】
磁歪発生部１０６は、移動体１０２側から磁歪線部１０５に磁気歪みを発生させる部分である。磁歪発生部１０６は、移動体１０２に固定された磁歪ドライブコイルを備えている。磁歪発生部１０６は、磁歪ドライブコイルに磁歪ドライブコイル電流が流れると磁歪線部１０５に磁界を発生する磁歪効果を利用して、磁歪線部１０５に超音波を発生させる。磁歪発生部１０６は、移動体１０２と一体となって図中矢印方向に移動する。
【０００７】
磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂは、磁歪線部１０５を伝播する磁気歪みによる振動を磁歪線部１０５側で検出する部分である。磁歪検出部１０７ａは、磁歪線部１０５の一方の端部１０５ａに固定された磁歪検出コイルを備えており、磁歪検出部１０７ｂは磁歪線部１０５の他方の端部１０５ｂに固定された磁歪検出コイルを備えている。磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂは、超音波が到達すると磁界が変化する磁歪効果を利用して、バイアス磁界を加えた状態で磁歪検出コイルに発生する磁歪検出電圧（誘導電圧）を検出する。
【０００８】
位置検出部１０８は、磁歪発生部１０６から磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂに磁気歪みによる振動が到達する到達時間に基づいて、移動体１０２の位置を検出する部分である。位置検出部１０８は、磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂが出力する磁歪検出電圧（磁歪信号）を位置検出電圧（位置検出信号）に変換して、移動体１０２の位置及び速度を検出する磁歪信号変換回路である。位置検出部１０８は、図１４に示すように、クロック信号を発生するクロック発生回路１０９と、このクロック発生回路１０９が出力するクロック信号に同期して磁歪発生部１０６に磁歪ドライブコイル電流を流す駆動回路（コイル電流駆動回路）１１０と、磁歪検出部１０７ａが出力する磁歪検出電圧を波形整形するコンパレータ１１１ａと、磁歪検出部１０７ｂが出力する磁歪検出電圧を波形整形するコンパレータ１１１ｂと、積分電流切替スイッチ１１５ａ，１１５ｂの切替動作とサンプルホールド回路１１６のサンプルホールド動作のタイミングを調整するタイミング調整回路１１２と、基準電圧（＋ＶＲＥＦ）を発生する基準電圧発生回路１１３ａと、基準電圧（−ＶＲＥＦ）を発生する基準電圧発生回路１１３ｂと、抵抗Ｒ１〜Ｒ４（抵抗Ｒ（Ω））、コンデンサＣ（静電容量Ｃ（Ｆ））及び演算増幅器ＯＰで構成され基準電圧に基づいて時間／電圧変換する積分回路１１４と、この積分回路１１４に流れる電流を切り替える切替スイッチ１１５ａ，１１５ｂと、サンプルホールド動作に応じて積分回路１１４が出力する出力電圧を位置検出電圧として出力するサンプルホールド回路１１６とを備えている。
【０００９】
位置誤差増幅器１１７は、図示しない位置指令部が出力する位置指令入力電圧と位置検出部１０８が出力する位置検出電圧との差分を演算してＰＩＤ処理し推力指令電圧を出力する回路である。モータ電流駆動回路１１８は、位置誤差増幅器１１７が出力する推力指令電圧に基づいてリニアモータ１１９を制御する制御部である。リニアモータ１１９は、移動体１０２を駆動する駆動部である。リニアモータ１１９は、モータ電流駆動回路１１８によって励磁されるモータコイルを備えており、移動体１０２側の歯と固定体１０３側の歯との間に磁気吸引力を発生させて、移動体１０２を駆動するための推力を発生する。リニアモータ１１９は、移動体１０２に搭載されている。
【００１０】
次に、従来の位置検出装置（従来技術１）の検出動作を説明する。
図１５は、従来の位置検出装置（従来技術１）の検出方法を説明するための図である。
図１５に示すＬは、磁歪検出部１０７ａと磁歪検出部１０７ｂとの間の距離である。ｘは、磁歪検出部１０７ａと磁歪検出部１０７ｂとの中間点から磁歪発生部１０６までの距離であり移動体１０２の位置である。従来の位置検出装置１０４は、温度による音速の変化をキャンセルするために、磁歪発生部１０６から磁歪検出部１０７ａに超音波が到達する到達時間Ｔ１と、磁歪発生部１０６から磁歪検出部１０７ｂに超音波が到達する到達時間Ｔ２とを計測する。従来の位置検出装置１０４は、移動体１０２の絶対位置を以下の数１によって演算する。
【００１１】
【数１】

【００１２】
従来の位置検出装置１０４では、数１に示すように、音速の項が消去されており温度による音速の変化を受けない。
【００１３】
図１６は、従来の位置検出装置（従来技術１）の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
時刻ｔ１において、クロック発生回路１０９がクロック信号を発生すると、このクロック信号に同期して駆動回路１１０が磁歪発生部１０６に磁歪ドライブコイル電流を流す。その結果、磁歪発生部１０６が磁歪線部１０５に超音波を発生させてこの超音波が磁歪線部１０５を伝播する。また、時刻ｔ１において、クロック発生回路１０９がクロック信号を発生すると、タイミング調整回路１１２が切替スイッチ１１５ａ，１１５ｂをＯＮ動作するとともに、サンプルホールド回路１１６をサンプルからホールドに切り替える。その結果、基準電圧発生回路１１３ａ，１１３ｂから積分回路１１４に基準電圧（＋ＶＲＥＦ，−ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１１４の積分器出力Ｖｉが出力電圧値Ｖ_XN-1から徐々に増加する。タイミング調整回路１１２がサンプルホールド回路１１６をサンプルからホールドに切り替えているために、サンプルホールド回路１１６が位置検出出力Ｖｘとして積分器出力Ｖｉ＝Ｖ_XN-1を出力する。
【００１４】
時刻ｔ２において、磁歪線部１０５を伝播する超音波が磁歪検出部１０７ａに到達して磁歪検出部１０７ａがこの超音波を検出すると、磁歪検出部１０７ａがコンパレータ１１１ａに磁歪検出電圧Ｖ１を出力し、コンパレータ１１１ａがコンパレータ出力Ｐ１を発生する。その結果、タイミング調整回路１１２が積分電流切替スイッチ１１５ａをＯＦＦ動作して、積分回路１１４の積分器出力Ｖｉが徐々に減少する。
【００１５】
時刻Ｔ３において、磁歪線部１０５を伝播する超音波が磁歪検出部１０７ｂに到達して磁歪検出部１０７ｂがこの超音波を検出すると、磁歪検出部１０７ｂがコンパレータ１１０ｂに磁歪検出電圧Ｖ２を出力し、コンパレータ１１１ｂがコンパレータ出力Ｐ２を発生する。その結果、タイミング調整回路１１２が積分電流切替スイッチ１１５ｂをＯＦＦ動作して、積分回路１１４の積分器出力Ｖｉが出力電圧値Ｖ_XNになる。
【００１６】
時刻ｔ４において、クロック発生回路１０９がクロック信号を停止すると、タイミング調整回路１１１がサンプルホールド回路１１６をホールドからサンプルに切り替える。その結果、サンプルホールド回路１１６が位置検出出力Ｖｘとして積分器出力Ｖｉ＝Ｖ_XNを出力する。
【００１７】
位置検出部１０８は、磁歪発生部１０６が発生する超音波の音速がｖ（ｍ／ｓ）であり、磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂに超音波が到達する時間がＴ１，Ｔ２であるときには、以下の数２により距離ｘを演算する。
【００１８】
【数２】

【００１９】
ここで、図１６に示す位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数３によって演算される。
【００２０】
【数３】

【００２１】
ここで、Ｔ１＋Ｔ２≒ＣＲとすると、位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数４によって表される。
【００２２】
【数４】

【００２３】
数４に示す位置検出出力Ｖ_XNが位置検出値（位置検出電圧）となり、検出感度は、ＶＲＥＦ／（Ｔ１＋Ｔ２）・Ｖ（Ｖ／ｍ）である。
【００２４】
（従来技術２）
図１７は、従来の位置検出装置（従来技術２）を備える位置決め装置の構成図である。なお、図１４に示す部分と同一の部分については、対応する番号を付して詳細な説明を省略する。
従来の位置検出装置２０４は、図１７に示すように、磁歪発生部２０６と磁歪検出部２０７とを備えている。磁歪発生部２０６は、磁歪線部２０５の端部２０５ａに固定された磁歪ドライブＰＺＴを備え、磁歪検出部２０７は移動体２０２に固定された磁歪検出コイルを備える。位置検出部２０８は、クロック発生回路２０９が発生するクロック信号に同期して磁歪発生部２０６に電圧を加えるＰＺＴ駆動回路２１０を備えている。磁歪発生部２０６は、磁歪ドライブＰＺＴに電圧が加わると磁歪線部２０５に超音波を発生させ、磁歪検出部２０７はこの磁歪線部２０５を伝播する超音波を検出する。磁歪検出部２０７は、磁歪検出コイルにバイアスされた磁束が磁歪効果によって変化すると磁歪検出電圧を発生する。
【００２５】
次に、従来の位置検出装置（従来技術２）の検出動作を説明する。
図１８は、従来の位置検出装置（従来技術２）の検出方法を説明するための図である。
図１８に示すＬは、磁歪線部２０５の全長である。ｘは端部２０５ｂと磁歪検出部２０７との間の距離であり移動体１０２の位置である。従来の位置検出装置２０４では、温度による音速の変化をキャンセルするために、磁歪発生部２０６から磁歪検出部２０７に超音波が到達する到達時間Ｔ１と、磁歪発生部２０６から磁歪検出部２０７を通過して磁歪線部２０５の端部２０５ｂで反射し磁歪検出部２０７に超音波が到達する到達時間Ｔ２とを計測する。従来の位置検出装置２０２は、従来の位置検出装置１０１と同様に、移動体２０２の絶対位置を数１によって演算する。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
図１９は、従来の位置検出装置（従来技術１，２）における受信波形の波長の変化を示す図である。
従来の位置検出装置１０４，２０４では、この位置検出装置１０４，２０４を恒温槽に入れて温度を変化させると、磁歪ドライブコイルや磁歪ドライブＰＺＴから磁歪線部１０５，２０５に伝達される超音波の機械的インピーダンスが温度変化する。その結果、図１９に示すように、磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂ，２０７の磁歪検出コイルによる受信波形の波長が変化して、数１〜数４に示す時間Ｔ１，Ｔ２が変化し位置計測に誤差が生じる。例えば、位置検出装置１０４，２０４の温度が上昇すると、図１９に示すように受信波形の波長が短くなる。時間Ｔ１，Ｔ２がΔＴだけ短くなると、移動体２の絶対位置は以下の数５によって演算される。
【００２７】
【数５】

【００２８】
数５に示す右辺分母は数１に示す右辺分母に比べて小さくなるために、数５に示す位置ｘは数１に示す位置ｘよりも大きく計測される。
【００２９】
図２０は、従来の位置検出装置（従来技術２）における受信波形の振幅の変化を示す図である。
また、従来の位置検出装置２０４では、この位置検出装置２０４を恒温槽に入れて温度を変化させると、図２０に示すように磁歪検出コイルによる受信波形の振幅が変化して位置計測に誤差が生じる。位置検出部２０８は、温度による時間差がΔＴ１，Ｔ２であるときに、以下の数６により距離ｘを演算する。
【００３０】
【数６】

【００３１】
ここで、図１６に示す位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数７によって演算される。
【００３２】
【数７】

【００３３】
ここで、Ｔ１＋Ｔ２≒ＣＲとすると、位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数８によって表される。
【００３４】
【数８】

【００３５】
数８に示す位置検出出力Ｖ_XNが位置検出値（位置検出電圧）となり、検出感度は、ＶＲＥＦ／（Ｔ１＋Ｔ２）・Ｖ（Ｖ／ｍ）である。温度変化による位置検出誤差は、以下の数９に示す通りである。
【００３６】
【数９】

【００３７】
このような温度変化により生ずる時間差ΔＴは、温度に応じて略線形に変化するために、温度を測定することにより位置検出誤差を温度に応じて補正することができる。しかし、従来の位置検出装置１０４，２０４では、このような位置検出誤差を補正しようとすると、装置が複雑になって大型化しコストが高くなってしまう問題があった。
【００３８】
この発明の課題は、簡単な構造で温度変化による位置検出誤差を改善することができる位置検出装置及び位置決め装置を提供することである。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、移動体の位置を検出する位置検出装置であって、前記移動体の移動方向に沿って磁気歪みによる振動が伝播する磁歪線部と、前記磁歪線部側に固定され磁歪線部に磁気歪みを発生させる磁歪発生部と、前記磁歪線部を伝播する磁気歪みによる振動を前記移動体側及び前記磁歪線部側で検出する磁歪検出部と、前記磁歪発生部から前記磁歪検出部に磁気歪みによる振動が到達する到達時間に基づいて、前記移動体の位置を検出する位置検出部とを備える位置検出装置において、
前記磁歪検出部は、
前記移動体側で磁気歪みによる振動を検出する第１の検出部と、前記磁歪発生部の近傍に配置され、前記磁歪検出部側で磁気歪みによる振動を検出する第２の検出部とを備えると共に、
前記磁歪発生部から前記第１の検出部に到達する到達時間と、前記磁歪発生部から前記第１の検出部を通過して前記磁歪線部の一方の端部で反射しこの第１の検出部に到達する到達時間と、前記磁歪発生部から前記第１の検出部を通過して前記磁歪線部の一方の端部で反射し、この第１の検出部を再度通過して前記第２の検出部に到達する到達時間とを検出することを特徴とする位置検出装置である。
【００４３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記磁歪線部は、前記磁歪発生部から前記第１の検出部を通過して前記磁歪線部の一方の端部で反射し、この第１の検出部を再度通過して前記第２の検出部に到達する到達時間に比べて、前記磁歪発生部から前記磁歪線部の他方の端部で反射して前記第２の検出部に到達する到達時間が長くなるように、前記磁歪発生部から前記磁歪線部の一方の端部までの長さと、前記磁歪発生部から前記磁歪線部の他方の端部までの長さとが設定されていることを特徴とする位置検出装置である。
【００４４】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置において、前記磁歪線部は、他方の端部側に磁気歪みによる振動を減衰させる減衰部を備えることを特徴とする位置検出装置である。
【００４５】
請求項４の発明は、請求項１からから請求項３までのいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記磁歪線部は、他方の端部側が略Ｕ字状に屈曲していること、を特徴とする位置検出装置である。
【００５５】
請求項５の発明は、移動体を固定体に沿って移動させて、この移動体を所定の位置に位置決めする位置決め装置であって、前記移動体を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の位置検出装置とを備え、前記制御部は、前記位置検出装置の出力信号に基づいて前記移動部を制御することを特徴する位置決め装置である。
【００５６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置を備える位置決め装置の構成図である。なお、以下では、図１４及び図１７に示す部分と同一の部分については、対応する番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
位置検出装置４は、図１に示すように、磁歪線部５と、磁歪発生部６と、磁歪検出部７ａ，７ｂと、位置検出部８と、減衰部材２０などを備えている。磁歪線部５は、端部５ａ側が略Ｕ字状に屈曲しており、磁歪発生部６から突出して延びた延長部分が折り曲げられている。磁歪発生部６は、磁歪線部５の延長部分の手前側に固定された磁歪ドライブコイルを備えており、磁歪線部５側からこの磁歪線部５に磁気歪みによる振動を発生させる。磁歪検出部７ａは、移動体２に固定された磁歪検出コイルを備えており、磁歪線部５を伝播する磁気歪みによる振動を移動体２側で検出する。磁歪検出部７ｂは、磁歪線部５に固定された磁歪検出コイルを備えており、磁歪線部５を伝播する磁気歪みによる振動を磁歪線部５側で検出する。磁歪検出部７ｂは、磁歪発生部６の近傍に隣接して設置されている。位置検出部８は、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａ，７ｂに磁気歪みによる振動が到達する到達時間が温度変化により変化したときに、この温度変化による到達時間の検出誤差を補正する。減衰部材２０は、磁気歪みによる振動を減衰させる部材である。減衰部材２０は、磁歪線部５の折り曲げられた部分に取り付けられている。減衰部材２０は、例えば、エポキシ系樹脂やゴムなどのダンピング部材である。
【００５８】
次に、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出動作を説明する。
図２は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出方法を説明するための図である。
図２に示すＬは、磁歪発生部６と端部５ｂとの間の距離である。ｘは、端部５ｂから磁歪検出部７ａまでの距離であり移動体２の位置である。位置検出装置４は、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａに磁気歪みによる振動が到達する到達時間Ｔ１と、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａを通過して端部５ｂで反射しこの磁歪検出部７ａに磁気歪みによる振動が到達する到達時間Ｔ２と、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａを通過して端部５ｂで反射しこの磁歪検出部７ａを再度通過して磁歪検出部７ｂに磁気歪みによる振動が到達する到達時間Ｔ３とを計測する。図２に示す時間Ｔ４，Ｔ５は以下の数１０及び数１１によって表される。
【００５９】
【数１０】

【００６０】
【数１１】

【００６１】
位置検出装置４は、移動体２の絶対位置を以下の数１２によって演算する。
【００６２】
【数１２】

【００６３】
図３は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置における受信波形の波長の変化を示す図である。
図３に示すように、温度が変化すると磁歪検出部７ａ，７ｂが出力する磁歪検出波形が変化して、低温時受信波形の波長よりも高温時受信波形の波長が短くなる。Ｔ１＝Ｔ１−ΔＴ，Ｔ２＝Ｔ２−ΔＴ，Ｔ３＝Ｔ３−ΔＴを数１０及び数１１に代入すると、ΔＴの項が消えてＴ４，Ｔ５はΔＴの影響を受けない。
【００６４】
図４は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
時刻ｔ１において、クロック発生回路９がクロック信号を発生すると、このクロック信号に同期して駆動回路１０が磁歪発生部６に磁歪ドライブコイル電流を流す。その結果、磁歪発生部６がドライブパルス信号を発生して、磁歪線部５を超音波が伝播する。
【００６５】
時刻ｔ２において、磁歪線部５を伝播する超音波が磁歪検出部７ａに到達すると、磁歪検出部７ａがこの超音波を検出してコンパレータ１１ａに磁歪検出電圧Ｖ１を出力し、コンパレータ１１ａがコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａ，１５ｂをＯＮ動作し、サンプルホールド回路１６をサンプルからホールドに切り替える。その結果、基準電圧発生回路１３ａ，１３ｂから積分回路１４に基準電圧（＋ＶＲＥＦ，−ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝Ｖ_XN-1／Ｒが流入し、積分回路１４の積分器出力Ｖｉが徐々に増加する。
【００６６】
時刻ｔ３において、磁歪線部５を伝播する超音波が端部５ｂで反射して磁歪検出部７ａに到達すると、磁歪検出部７ａがこの超音波を検出してコンパレータ１１ａに磁歪検出電圧Ｖ１を出力し、コンパレータ１１ａがコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が積分電流切替スイッチ１５ａをＯＦＦ動作して、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝２Ｖ_XN-1／Ｒ−２ＶＲＥＦ／Ｒが流入し、積分器出力Ｖｉが徐々に減少する。
【００６７】
時刻ｔ４において、磁歪線部５を伝播する超音波が端部５ｂで反射して磁歪検出部７ａを通過して磁歪検出部７ｂに到達すると、磁歪検出部７ｂがこの超音波を検出してコンパレータ１１ｂに磁歪検出電圧Ｖ２を出力し、コンパレータ１２ａがコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が積分電流切替スイッチ１５ｂをＯＦＦ動作するとともに、クロック発生回路９がクロック信号を停止すると、タイミング調整回路１１がサンプルホールド回路１６をホールドからサンプルに切り替える。その結果、サンプルホールド回路１６が位置検出出力Ｖｘとして積分器出力Ｖｉ＝Ｖ_XNを出力する。
【００６８】
ここで、図４に示す位置検出出力（積分器出力Ｖｉ）Ｖ_XNは、以下の数１３によって演算される。
【００６９】
【数１３】

【００７０】
ここで、定常時ではＶ_XN-1＝Ｖ_XNであるために、位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数１４によって表される。
【００７１】
【数１４】

【００７２】
数１２は、以下の数１５に示すように書き換えることができる。
【００７３】
【数１５】

【００７４】
その結果、位置検出出力Ｖ_XNは、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａまでの距離を表す。
【００７５】
磁歪線部５に発生した超音波は端部５ａと端部５ｂに向かって磁歪線部５を伝播し、端部５ａに向かって伝播する超音波は端部５ａで反射して磁歪検出部７ｂに向かって伝播する。図２に示すように、磁歪発生部６から突出した磁歪線部５の延長部分が短い場合には、磁歪検出部７ａが検出した超音波と磁歪検出部７ｂが検出した超音波とがいずれの方向から伝播する超音波であるか区別することができず、到達時間を正確に測定することができない。このため、この第１実施形態では、図１に示すように、磁歪発生部６から端部５ａまでの長さＬ１が磁歪発生部６から端部５ｂまでの長さＬ２よりも長くなるように、磁歪線部５の長さが設定されている。長さＬ１は、磁歪発生部６から端部５ａに進みこの端部５ａで反射して磁歪検出部７ｂに到達する超音波の到達時間がＴ６であるときに、Ｔ６＞Ｔ３が成り立つ長さに設定されている。
【００７６】
図５は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の磁歪検出部が検出した磁歪検出波形の一例を示す図である。
マテリアルハンドリング用の直線駆動装置として位置決め装置１を使用する場合には、位置検出のサンプリング時間が高速であるほど制御性が良好になる。図３に示す磁歪検出波形は、１サンプルの初期の波形であり、実際には磁歪線部５を反射しながら減衰して図５に示すような波形になる。磁歪線部５を反射しながら進む超音波が十分に減衰しないうちに、磁歪発生部６がドライブパルスを発生すると、次の磁歪検出波形に残響波が重なり正確に位置を検出することが困難になる。このため、残響波が十分に減衰してから次のドライブパルスを発生する必要がある。この第１実施形態では、図５に示すように、ドライブパルスを発生する間隔を時間Ｔｓに設定することが好ましく、制御性が良好になるようにこの時間Ｔｓを短く設定することが好ましい。
【００７７】
この発明の第１実施形態に係る位置検出装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、温度変化による到達時間Ｔ１〜Ｔ３の検出誤差を位置検出部４が補正する。その結果、温度変化によるＰＺＴと磁歪線部５との機械的インピーダンスの変化を信号処理のタイミングを調整してキャンセルするために、温度変化による影響を受けずに高精度に位置を検出することができる。
【００７８】
(2) この第１実施形態では、到達時間Ｔ３に対して到達時間Ｔ６が長くなるように、磁歪線部の長さＬ１，Ｌ２が設定されているので、端部５ａからの反射波の影響を低減することができる。
【００７９】
(3) この第１実施形態では、磁気歪みによる振動を減衰させる減衰部材２０を磁歪線部５が端部５ａに備えているので、超音波の減衰を促進することができる。
【００８０】
(4) この第１実施形態では、磁歪線部５の端部５ａが略Ｕ字状に屈曲している。その結果、例えば、マテリアルハンドリング用の直線移動装置として位置決め装置１を使用したときに装置を小型にすることができる。
【００８１】
（参考例１）
図６は、この発明の参考例１に係る位置検出装置の構成図である。
磁歪発生部６は、端部５ａに固定された磁歪ドライブＰＺＴを備えており、磁歪線部５側からこの磁歪線部５に磁気歪みを発生させる。磁歪検出部７は、移動体２に固定された磁歪検出コイルを備えており、磁歪線部５を伝播する磁気歪みによる振動を移動体２側で検出する。磁歪線部５は、シート状の磁性体である。
【００８２】
次に、この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出動作を説明する。
図７は、この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出方法を説明するための図である。
図７に示すＬは、磁歪線部５の長さである。ｘは端部５ｂから磁歪検出部７までの距離であり移動体２の位置である。位置検出装置４は、磁歪発生部６から磁歪検出部７に磁気歪みによる振動が到達する時間Ｔ１と、磁歪発生部６から磁歪検出部７を通過して端部５ｂで反射しこの磁歪検出部７に磁気歪みによる振動が到達する時間Ｔ２と、磁歪発生部６から磁歪検出部７を通過して端部５ｂで反射しこの磁歪検出部７を再度通過して、端部５ａで反射して磁歪検出部７に磁気歪みによる振動が到達する時間Ｔ３とを計測する。ｘ／Ｌは、以下の数１６によって表される。
【００８３】
【数１６】

【００８４】
図８は、この発明の参考例１に係る位置検出装置における受信波形の波長の変化を示す図である。
図８に示すように、温度が変化すると磁歪検出部７が出力する磁歪検出波形が変化して、低温時受信波形の波長よりも高温時受信波形の波長が短くなる。Ｔ１＝Ｔ１−ΔＴ，Ｔ２＝Ｔ２−ΔＴ，Ｔ３＝Ｔ３−ΔＴを数１６に代入すると、以下の数１７に示すようにΔＴの項が消えて位置検出値はΔＴの影響を受けない。
【００８５】
【数１７】

【００８６】
図９は、この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
時刻ｔ１において、クロック発生回路９がクロック信号を発生すると、このクロック信号に同期して駆動回路（ＰＺＴ駆動回路）１０が磁歪発生部６に磁歪ドライブコイル電流（ＰＺＴドライブ信号）を流す。その結果、磁歪発生部６がドライブパルス信号を発生し磁歪線部５を超音波が伝播する。
【００８７】
時刻ｔ２において、磁歪線部５を伝播する超音波が磁歪検出部７に到達すると、磁歪検出部７がこの超音波を検出してコンパレータ１１に磁歪検出電圧を出力し、コンパレータ１１がコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａ，１５ｂをＯＮ動作し、サンプルホールド回路１６をサンプルからホールドに切り替える。その結果、基準電圧発生回路１３から積分回路１４に基準電圧（＋ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝ＶＲＥＦ／Ｒ−Ｖ_XN-1／Ｒが流入し、積分回路１４の積分器出力Ｖｉが徐々に減少する。
【００８８】
時刻ｔ３において、磁歪線部５を伝播する超音波が端部５ｂで反射して磁歪検出部７に到達すると、磁歪検出部７がこの超音波を検出してコンパレータ１１に磁歪検出電圧を出力し、コンパレータ１１がコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａをＯＦＦ動作して、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝−Ｖ_XN-1／Ｒが流入し、積分器出力Ｖｉが徐々に増加する。
【００８９】
時刻ｔ４において、磁歪線部５を伝播する超音波が端部５ａで反射して磁歪検出部７に到達すると、磁歪検出部７がこの超音波を検出してコンパレータ１１に磁歪検出電圧を出力し、コンパレータ１１がコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ｂをＯＦＦ動作するとともに、クロック発生回路９がクロック信号を停止すると、タイミング調整回路１２がサンプルホールド回路１６をホールドからサンプルに切り替える。その結果、サンプルホールド回路１６が位置検出出力Ｖｘとして積分器出力Ｖｉ＝Ｖ_XNを出力する。
【００９０】
ここで、図４に示す位置検出出力（積分器出力Ｖｉ）Ｖ_XNは、以下の数１８によって演算される。
【００９１】
【数１８】

【００９２】
ここで、定常時ではＶ_XN-1＝Ｖ_XNであるために、位置検出出力（位置検出値）Ｖ_XNは、以下の数１９によって表される。
【００９３】
【数１９】

【００９４】
この発明の参考例１に係る位置検出装置には、第１実施形態の効果に加えて、磁歪検出部７、コンパレータ１１及び基準電圧発生回路１３などが１つで足りるために、装置の構造をより一層簡単にすることができる。
【００９５】
（参考例２）
図１０は、この発明の参考例２に係る位置検出装置の構成図である。図１１は、この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の構成図である。
磁歪発生部６は、図１０に示すように、移動体２に固定された磁歪ドライブコイルを備えており、移動体２側から磁歪線部５に磁気歪みを発生させる。磁歪検出部７ａは、端部５ａに固定された磁歪検出コイルを備え、磁歪検出部７ｂは端部５ｂに固定された磁歪検出コイルを備えている。磁歪検出部７ａ，７ｂは、磁歪線部５を伝播する磁気歪みによる振動をこの磁歪線部５側で検出する。磁歪線部５は、パイプ状の磁性体である。
【００９６】
タイミング調整回路１２は、図１１に示すように、コンパレータ１１ａ，１１ｂと、一定時間のパルス信号を発生するワンショット回路２１ａ，２１ｂと、このワンショット回路２１ａ，２１ｂが発生するパルス信号をイネーブル信号として使用するゼロクロスコンパレータ２２ａ，２２ｂとを備えている。タイミング調整回路１２は、ゼロクロスコンパレータ２２ａ，２２ｂの出力信号に基づいて、切替スイッチ１５ａ，１５ｂ及びサンプルホールド回路１６の動作タイミングを制御する。
【００９７】
次に、この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の動作を説明する。
図１２は、この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１３は、この発明の参考例２に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
時刻ｔ１において、クロック発生回路９がクロック信号を発生すると、このクロック信号に同期して駆動回路（コイル電流駆動回路）１０が磁歪発生部６に磁歪ドライブコイル電流を流す。その結果、磁歪発生部６がドライブパルス信号を発生しこの超音波が磁歪線部５を伝播する。
【００９８】
時刻ｔ２において、磁歪線部５を伝播する超音波が磁歪検出部７ａに到達すると、磁歪検出部７ａがこの超音波を検出してコンパレータ１１ａに磁歪検出電圧Ｖ１を出力する。図１２に示すように、この磁歪検出電圧Ｖ１が基準電圧（ＲＥＦ電圧）と一致すると、ワンショット回路２１ａがパルス信号（イネーブル信号）を発生する。その結果、時刻ｔ３において、ゼロクロスコンパレータ２２ａが超音波の振幅がゼロになるタイミングでコンパレータ出力Ｐ１を発生する。そして、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａ，１５ｂをＯＮ動作し、サンプルホールド回路１６をサンプルからホールドに切り替える。また、基準電圧発生回路１３から積分回路１４に基準電圧（＋ＶＲＥＦ，−ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝（−ＶＲＥＦ＋Ｖ_XN-1＋ＶＲＥＦ＋Ｖ_XN-1）／Ｒが流入し、積分回路１４の積分器出力Ｖｉが徐々に増加する。
【００９９】
時刻ｔ４において、磁歪線部５を伝播する超音波が磁歪検出部７ｂに到達すると、磁歪検出部７ｂがこの超音波を検出してコンパレータ１１ｂに磁歪検出電圧Ｖ２を出力する。この磁歪検出電圧Ｖ２が基準電圧（ＲＥＦ電圧）と一致すると、ワンショット回路２１ｂがパルス信号を発生する。その結果、時刻ｔ５において、ゼロクロスコンパレータ２２ｂが超音波の振幅がゼロになるタイミングでコンパレータ出力を発生する。そして、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａをＯＦＦ動作する。その結果、基準電圧発生回路１３から積分回路１４に基準電圧（−ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝（ＶＲＥＦ＋Ｖ_XN-1）／Ｒが流入し、積分回路１４の積分器出力Ｖｉが徐々に減少する。
【０１００】
位置検出部８は、磁歪発生部６が発生する超音波の音速がｖ（ｍ／ｓ）であり、磁歪検出部７ａ，７ｂに超音波が到達する時間がＴ１，Ｔ２であるときには、以下の数２０により距離ｘを演算する。
【０１０１】
【数２０】

【０１０２】
図１３に示す位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数２１によって演算される。
【０１０３】
【数２１】

【０１０４】
ここで、Ｔ１＋Ｔ２≒ＣＲとすると、位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数２２によって表される。
【０１０５】
【数２２】

【０１０６】
数２２に示す位置検出出力Ｖ_XNが位置検出値（位置検出電圧）となり、検出感度は、ＶＲＥＦ／（Ｔ１＋Ｔ２）・Ｖ（Ｖ／ｍ）である。
【０１０７】
この発明の参考例２に係る位置検出装置には、以下に記載するような効果がある。
この参考例２では、磁気歪みによる振動の振幅がゼロになるタイミングを基準として到達時間Ｔ１，Ｔ２を位置検出部８が検出する。その結果、温度に影響されやすい磁歪検出出力電圧の温度依存性が改善されて、温度変化による影響を受けずに高精度に位置を検出することができる。
【０１０８】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように、種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この第１実施形態および参考例１、参考例２では、磁気歪みによる振動の波長又は振幅のいずれか一方の変化を補正しているが両方を補正してもよい。また、この第１実施形態および参考例１、参考例２では、マテリアルハンドリング用の直線移動装置にこの発明を適用する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、磁歪線部５を円弧状に湾曲させた回転型モータや、レコーダなどについても、この発明を適用することができる。
なお、実施態様では２を移動体とし、３を固定体としたが移動体と固定体を逆にしてもよい。
【０１０９】
(2) この第１実施形態では、磁歪線部５の端部５ａ側に減衰部材２０を装着しているが、端部５ａ，５ｂ側に減衰部材２０を装着してもよい。また、この第１実施形態では、磁歪線部５を略Ｕ字状に折り曲げているが、装置の小型化を目的としないときには磁歪線部５を直線状にしてもよい。
【０１１０】
(3) この第１実施形態では、パイプ状の磁歪線部５を例に挙げて説明したが、シート状の磁歪線部を使用して磁歪発生部６に磁歪ドライブＰＺＴを使用することもできる。また、参考例１では、磁歪発生部６に磁歪ドライブＰＺＴを使用しているが、磁歪ドライブコイルを使用したり、パイプ状の磁歪線部５を使用することもできる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によると、温度変化による到達時間の検出誤差を位置検出部が補正するので、簡単な構造で温度変化による位置検出誤差を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る位置検出装置を備える位置決め装置の構成図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出方法を説明するための図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る位置検出装置における受信波形の波長の変化を示す図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の磁歪検出部が検出した磁歪検出波形の一例を示す図である。
【図６】この発明の参考例１に係る位置検出装置の構成図である。
【図７】この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出方法を説明するための図である。
【図８】この発明の参考例１に係る位置検出装置における受信波形の波長の変化を示す図である。
【図９】この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】この発明の参考例２に係る位置検出装置の構成図である。
【図１１】この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の構成図である。
【図１２】この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】この発明の参考例２に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１４】従来の位置検出装置（従来技術１）を備える位置決め装置の構成図である。
【図１５】従来の位置検出装置（従来技術１）の検出方法を説明するための図である。
【図１６】従来の位置検出装置（従来技術１）の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１７】従来の位置検出装置（従来技術２）を備える位置決め装置の構成図である。
【図１８】従来の位置検出装置（従来技術２）の検出方法を説明するための図である。
【図１９】従来の位置検出装置（従来技術１，２）における受信波形の波長の変化を示す図である。
【図２０】従来の位置検出装置（従来技術２）における受信波形の振幅の変化を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection device that detects the position of a moving body, and a positioning device that moves the moving body along a fixed body to position the moving body at a predetermined position.
[0002]
[Prior art]
(Prior art 1)
FIG. 14 is a configuration diagram of a positioning device including a conventional position detection device (prior art 1).
The positioning device 101 is a device that moves the moving body 102 along the fixed body 103 to position the moving body 102 at a predetermined position. The positioning device 101 is, for example, a linear movement device (linear actuator) for material handling that transports semiconductor components or the like in the vertical direction or the horizontal direction (linear direction). As shown in FIG. 14, the positioning device 101 includes a moving body 102, a fixed body 103, a position detection device 104, a position error amplifier 117, a motor current drive circuit 118, and a linear motor 119.
[0003]
The moving body 102 is a slider that holds a positioning object (not shown) and moves in the direction of the arrow in the figure. The moving body 102 has teeth formed at predetermined intervals along the moving direction. The fixed body 103 is a stator that guides the movable body 102 in a movable manner. The fixed body 103 is arranged in the horizontal direction or the vertical direction, and teeth are formed at predetermined intervals along the length direction so as to face the teeth on the moving body 102 side.
[0004]
The position detection device 104 is a device that detects the position of the moving body 102. The position detecting device 104 applies a magnetic field to the magnetic material to generate magnetostriction, so that the magnetic material vibrates, and when the magnetic strain is generated in the magnetic material, the position detecting device 104 uses the magnetostriction effect that changes the magnetic field. A magnetostrictive sensor such as a magnetostrictive ultrasonic potentiometer that detects an absolute position. As illustrated in FIG. 14, the position detection device 104 includes a magnetostriction line unit 105, a magnetostriction generation unit 106, magnetostriction detection units 107 a and 107 b, and a position detection unit 108.
[0005]
The magnetostrictive line portion 105 is a magnetostrictive scale portion in which vibration due to magnetostriction propagates along the moving direction of the moving body 102. The magnetostrictive wire portion 105 is a pipe-like member made of a magnetic material such as nickel or ferrite. The magnetostrictive wire portion 105 passes through the magnetostrictive generator 106 and the magnetostrictive detectors 107 a and 107 b and is arranged in parallel with the fixed body 103.
[0006]
The magnetostriction generation unit 106 is a part that generates magnetostriction in the magnetostriction line unit 105 from the moving body 102 side. The magnetostriction generation unit 106 includes a magnetostriction drive coil fixed to the moving body 102. The magnetostriction generation unit 106 generates an ultrasonic wave in the magnetostriction line unit 105 using a magnetostriction effect that generates a magnetic field in the magnetostriction line unit 105 when a magnetostriction drive coil current flows through the magnetostriction drive coil. The magnetostriction generating unit 106 moves integrally with the moving body 102 in the direction of the arrow in the figure.
[0007]
The magnetostriction detection units 107 a and 107 b are portions that detect vibration caused by magnetostriction propagating through the magnetostriction line unit 105 on the magnetostriction line unit 105 side. The magnetostriction detection unit 107 a includes a magnetostriction detection coil fixed to one end 105 a of the magnetostriction line unit 105, and the magnetostriction detection unit 107 b is fixed to the other end 105 b of the magnetostriction line unit 105. It has. The magnetostriction detection units 107a and 107b detect a magnetostriction detection voltage (induction voltage) generated in the magnetostriction detection coil in a state where a bias magnetic field is applied, using a magnetostriction effect in which a magnetic field changes when an ultrasonic wave arrives.
[0008]
The position detection unit 108 is a part that detects the position of the moving body 102 based on the arrival time at which vibration due to magnetostriction reaches the magnetostriction detection units 107a and 107b from the magnetostriction generation unit 106. The position detection unit 108 converts the magnetostriction detection voltage (magnetostriction signal) output from the magnetostriction detection units 107a and 107b into a position detection voltage (position detection signal), and detects the position and velocity of the moving body 102. It is. As shown in FIG. 14, the position detection unit 108 drives the magnetostriction drive coil current to flow through the magnetostriction generation unit 106 in synchronization with the clock generation circuit 109 that generates a clock signal and the clock signal output from the clock generation circuit 109. A circuit (coil current driving circuit) 110, a comparator 111a that shapes the magnetostriction detection voltage output from the magnetostriction detection unit 107a, a comparator 111b that shapes the magnetostriction detection voltage output from the magnetostriction detection unit 107b, and an integration current selector switch. A timing adjustment circuit 112 that adjusts the timing of the switching operation of 115a and 115b and the sample hold operation of the sample hold circuit 116, a reference voltage generation circuit 113a that generates a reference voltage (+ VREF), and a reference voltage (-VREF). Reference voltage generation circuit 113b and resistors R1 to R1 4 (resistor R (Ω)), a capacitor C (capacitance C (F)), and an operational amplifier OP. The integrating circuit 114 performs time / voltage conversion based on a reference voltage, and the current flowing through the integrating circuit 114 is There are provided changeover switches 115a and 115b, and a sample hold circuit 116 that outputs an output voltage output from the integration circuit 114 as a position detection voltage in accordance with the sample hold operation.
[0009]
The position error amplifier 117 is a circuit that calculates a difference between a position command input voltage output from a position command unit (not shown) and a position detection voltage output from the position detection unit 108, performs PID processing, and outputs a thrust command voltage. The motor current drive circuit 118 is a control unit that controls the linear motor 119 based on the thrust command voltage output from the position error amplifier 117. The linear motor 119 is a drive unit that drives the moving body 102. The linear motor 119 includes a motor coil that is excited by the motor current drive circuit 118, and generates a magnetic attractive force between the teeth on the moving body 102 side and the teeth on the fixed body 103 side, thereby moving the moving body 102. Generates thrust to drive. The linear motor 119 is mounted on the moving body 102.
[0010]
Next, the detection operation of the conventional position detection device (Prior Art 1) will be described.
FIG. 15 is a diagram for explaining a detection method of a conventional position detection device (prior art 1).
L shown in FIG. 15 is a distance between the magnetostriction detection unit 107a and the magnetostriction detection unit 107b. x is the distance from the midpoint between the magnetostriction detection unit 107a and the magnetostriction detection unit 107b to the magnetostriction generation unit 106, and is the position of the moving body 102. In order to cancel the change in the sound velocity due to temperature, the conventional position detection device 104 has a time T1 during which the ultrasonic wave reaches the magnetostriction detection unit 107a from the magnetostriction generation unit 106, and a superposition from the magnetostriction generation unit 106 to the magnetostriction detection unit 107b. The arrival time T2 at which the sound wave reaches is measured. The conventional position detection device 104 calculates the absolute position of the moving body 102 by the following equation (1).
[0011]
[Expression 1]

[0012]
Conventional position detection apparatus 104Then, as shown in Equation 1, the term of sound speed is eliminated and the sound speed does not change due to temperature.
[0013]
FIG. 16 is a timing chart for explaining the detection operation of the conventional position detection device (prior art 1).
When the clock generation circuit 109 generates a clock signal at time t1, the drive circuit 110 causes the magnetostriction drive coil current to flow through the magnetostriction generation unit 106 in synchronization with the clock signal. As a result, the magnetostriction generation unit 106 generates an ultrasonic wave in the magnetostriction line unit 105, and this ultrasonic wave propagates through the magnetostriction line unit 105. At time t1, when the clock generation circuit 109 generates a clock signal, the timing adjustment circuit 112 turns on the changeover switches 115a and 115b and switches the sample and hold circuit 116 from the sample to the hold. As a result, the reference voltages (+ VREF, −VREF) are applied from the reference voltage generation circuits 113a and 113b to the integration circuit 114, and the integrator output Vi of the integration circuit 114 becomes the output voltage value V._XN-1Gradually increase from. Since the timing adjustment circuit 112 switches the sample hold circuit 116 from the sample to the hold, the sample hold circuit 116 outputs the integrator output Vi = V as the position detection output Vx._XN-1Is output.
[0014]
At time t2, when the ultrasonic wave propagating through the magnetostriction line unit 105 reaches the magnetostriction detection unit 107a and the magnetostriction detection unit 107a detects the ultrasonic wave, the magnetostriction detection unit 107a outputs the magnetostriction detection voltage V1 to the comparator 111a. Comparator 111a generates a comparator output P1. As a result, the timing adjustment circuit 112 turns off the integration current changeover switch 115a, and the integrator output Vi of the integration circuit 114 gradually decreases.
[0015]
At time T3, when the ultrasonic wave propagating through the magnetostriction line unit 105 reaches the magnetostriction detection unit 107b and the magnetostriction detection unit 107b detects this ultrasonic wave, the magnetostriction detection unit 107b outputs the magnetostriction detection voltage V2 to the comparator 110b. The comparator 111b generates a comparator output P2. As a result, the timing adjustment circuit 112 turns off the integration current changeover switch 115b, and the integrator output Vi of the integration circuit 114 becomes the output voltage value V._XNbecome.
[0016]
When the clock generation circuit 109 stops the clock signal at time t4, the timing adjustment circuit 111 switches the sample hold circuit 116 from hold to sample. As a result, the sample hold circuit 116 outputs the integrator output Vi = V as the position detection output Vx._XNIs output.
[0017]
The position detection unit 108 has the following when the sound velocity of the ultrasonic wave generated by the magnetostriction generation unit 106 is v (m / s) and the time when the ultrasonic wave reaches the magnetostriction detection units 107a and 107b is T1 and T2. The distance x is calculated by Equation 2.
[0018]
[Expression 2]

[0019]
Here, the position detection output V shown in FIG._XNIs calculated by the following equation (3).
[0020]
[Equation 3]

[0021]
Here, if T1 + T2≈CR, the position detection output V_XNIs represented by Equation 4 below.
[0022]
[Expression 4]

[0023]
Position detection output V shown in Equation 4_XNBecomes a position detection value (position detection voltage), and the detection sensitivity is VREF / (T1 + T2) · V (V / m).
[0024]
(Prior art 2)
FIG. 17 is a configuration diagram of a positioning device including a conventional position detection device (prior art 2). In addition, about the part same as the part shown in FIG. 14, a corresponding number is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 17, the conventional position detection device 204 includes a magnetostriction generation unit 206 and a magnetostriction detection unit 207. The magnetostriction generation unit 206 includes a magnetostriction drive PZT fixed to the end portion 205 a of the magnetostriction line unit 205, and the magnetostriction detection unit 207 includes a magnetostriction detection coil fixed to the moving body 202. The position detection unit 208 includes a PZT drive circuit 210 that applies a voltage to the magnetostriction generation unit 206 in synchronization with a clock signal generated by the clock generation circuit 209. When a voltage is applied to the magnetostriction drive PZT, the magnetostriction generation unit 206 generates an ultrasonic wave in the magnetostriction line unit 205, and the magnetostriction detection unit 207 detects the ultrasonic wave that propagates through the magnetostriction line unit 205. The magnetostriction detection unit 207 generates a magnetostriction detection voltage when the magnetic flux biased to the magnetostriction detection coil changes due to the magnetostriction effect.
[0025]
Next, the detection operation of the conventional position detection device (Prior Art 2) will be described.
FIG. 18 is a diagram for explaining a detection method of a conventional position detection device (prior art 2).
L shown in FIG. 18 is the total length of the magnetostrictive line portion 205. x is the distance between the end portion 205 b and the magnetostriction detection unit 207 and is the position of the moving body 102. In the conventional position detection device 204, in order to cancel the change in sound velocity due to temperature, the arrival time T1 when the ultrasonic wave reaches the magnetostriction detection unit 207 from the magnetostriction generation unit 206 and the magnetostriction generation unit 206 pass through the magnetostriction detection unit 207. Then, the arrival time T2 at which the ultrasonic wave reaches the magnetostriction detection unit 207 after being reflected at the end portion 205b of the magnetostriction line unit 205 is measured. The conventional position detection device 202 calculates the absolute position of the moving body 202 by Equation 1, as with the conventional position detection device 101.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 19 is a diagram showing a change in wavelength of a received waveform in a conventional position detecting device (conventional techniques 1 and 2).
In the conventional position detection devices 104 and 204, when the position detection devices 104 and 204 are placed in a thermostat and the temperature is changed, the ultrasonic waves transmitted from the magnetostrictive drive coil or the magnetostrictive drive PZT to the magnetostrictive wire portions 105 and 205 are transmitted. The mechanical impedance changes with temperature. As a result, as shown in FIG. 19, the wavelength of the received waveform by the magnetostriction detection coils of the magnetostriction detection units 107a, 107b, and 207 changes, and the times T1 and T2 shown in Equations 1 to 4 change, resulting in errors in position measurement. Occurs. For example, when the temperature of the position detection devices 104 and 204 rises, the wavelength of the received waveform becomes shorter as shown in FIG. When the times T1 and T2 are shortened by ΔT, the absolute position of the moving body 2 is calculated by the following formula 5.
[0027]
[Equation 5]

[0028]
Since the right-side denominator shown in Equation 5 is smaller than the right-side denominator shown in Equation 1, the position x shown in Equation 5 is measured larger than the position x shown in Equation 1.
[0029]
FIG. 20 is a diagram illustrating a change in amplitude of a received waveform in a conventional position detection device (prior art 2).
Further, in the conventional position detecting device 204, when the temperature is changed by putting the position detecting device 204 in a thermostat, the amplitude of the received waveform by the magnetostrictive detection coil changes as shown in FIG. Arise. The position detection unit 208 calculates the distance x by the following formula 6 when the time difference due to temperature is ΔT1 and T2.
[0030]
[Formula 6]

[0031]
Here, the position detection output V shown in FIG._XNIs calculated by the following equation (7).
[0032]
[Expression 7]

[0033]
Here, if T1 + T2≈CR, the position detection output V_XNIs represented by Equation 8 below.
[0034]
[Equation 8]

[0035]
Position detection output V shown in Equation 8_XNBecomes a position detection value (position detection voltage), and the detection sensitivity is VREF / (T1 + T2) · V (V / m). The position detection error due to the temperature change is as shown in the following equation (9).
[0036]
[Equation 9]

[0037]
Since the time difference ΔT caused by such a temperature change changes approximately linearly according to the temperature, the position detection error can be corrected according to the temperature by measuring the temperature. But traditionalpositionDetection device 104204, there is a problem that if such a position detection error is to be corrected, the apparatus becomes complicated and large in size and high in cost.
[0038]
An object of the present invention is to provide a position detection device and a positioning device that can improve a position detection error due to a temperature change with a simple structure.
[0039]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1A position detecting device for detecting a position of a moving body, wherein a magnetostrictive line portion in which vibration due to magnetostriction propagates along a moving direction of the moving body, and a magnetostrictive line portion fixed to the magnetostrictive line portion side A magnetostriction generation unit to be generated; a magnetostriction detection unit that detects vibration due to magnetostriction propagating through the magnetostriction line unit; and a vibration due to magnetostriction from the magnetostriction generation unit to the magnetostriction detection unit. In a position detection device comprising a position detection unit that detects the position of the moving body based on the arrival time at which
The magnetostriction detector is
A first detection unit that detects vibration due to magnetostriction on the movable body side, and a second detection unit that is disposed in the vicinity of the magnetostriction generation unit and detects vibration due to magnetostriction on the magnetostriction detection unit side. ,
The arrival time from the magnetostriction generation unit to the first detection unit, and the first detection from the magnetostriction generation unit through the first detection unit and reflected by one end of the magnetostriction line unit The arrival time to reach the part, the magnetostriction generation part passes through the first detection part, reflects at one end of the magnetostriction line part, passes through the first detection part again, and passes through the second detection part. Detecting the arrival time to reach the detection unitIt is a position detection device.
[0043]
Claim2The invention of claim1In the position detection device according to claim 1, the magnetostrictive line section passes through the first detection section from the magnetostriction generation section and is reflected at one end of the magnetostriction line section. Compared to the arrival time for passing through and reaching the second detection unit, the arrival time for reaching the second detection unit after being reflected from the magnetostriction line at the other end of the magnetostriction line unit becomes longer. As described above, the length from the magnetostriction generation part to one end of the magnetostriction line part and the length from the magnetostriction generation part to the other end of the magnetostriction line part are set. It is a position detection device.
[0044]
Claim3The invention of claim1Or claims2The position detection device according to claim 1, wherein the magnetostrictive line portion includes an attenuation unit that attenuates vibration due to magnetostriction on the other end side.
[0045]
Claim4The invention of claim1Claims from3The position detection device according to any one of the preceding claims, wherein the magnetostrictive line portion is bent in a substantially U shape on the other end side.
[0055]
Claim5The present invention relates to a positioning device that moves a movable body along a fixed body and positions the movable body at a predetermined position, and includes a drive unit that drives the movable body and a control unit that controls the drive unit. And claims 1 to4The position detecting device according to any one of the above, wherein the control unit controls the moving unit based on an output signal of the position detecting device.
[0056]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a positioning device including a position detection device according to the first embodiment of the present invention. In the following description, the same parts as those shown in FIGS. 14 and 17 are denoted by corresponding numbers, and detailed description thereof is omitted.
[0057]
As shown in FIG. 1, the position detection device 4 includes a magnetostriction line unit 5, a magnetostriction generation unit 6, magnetostriction detection units 7 a and 7 b, a position detection unit 8, an attenuation member 20, and the like. The magnetostrictive wire portion 5 is bent in a substantially U shape on the end portion 5a side, and an extended portion extending from the magnetostrictive generating portion 6 is bent. The magnetostrictive generator 6 includes a magnetostrictive drive coil fixed on the front side of the extended portion of the magnetostrictive wire portion 5 and causes the magnetostrictive wire portion 5 to generate vibration due to magnetostriction from the magnetostrictive wire portion 5 side. The magnetostriction detection unit 7 a includes a magnetostriction detection coil fixed to the moving body 2, and detects vibration caused by magnetostriction propagating through the magnetostriction line unit 5 on the moving body 2 side. The magnetostriction detection unit 7 b includes a magnetostriction detection coil fixed to the magnetostriction line unit 5, and detects vibration due to magnetostriction propagating through the magnetostriction line unit 5 on the magnetostriction line unit 5 side. The magnetostriction detection unit 7 b is installed adjacent to the vicinity of the magnetostriction generation unit 6. When the arrival time at which vibration due to magnetostriction reaches from the magnetostriction generator 6 to the magnetostriction detectors 7a and 7b changes due to a temperature change, the position detector 8 corrects the detection error of the arrival time due to the temperature change. The damping member 20 is a member that attenuates vibration caused by magnetostriction. The damping member 20 is attached to the bent portion of the magnetostrictive wire portion 5. The damping member 20 is a damping member such as epoxy resin or rubber, for example.
[0058]
Next, the detection operation of the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a view for explaining the detection method of the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
L shown in FIG. 2 is a distance between the magnetostriction generator 6 and the end 5b. x is the distance from the end 5b to the magnetostriction detector 7a, and is the position of the moving body 2. The position detection device 4 has an arrival time T1 when vibration due to magnetostriction reaches the magnetostriction detection unit 7a from the magnetostriction generation unit 6, and passes through the magnetostriction detection unit 7a from the magnetostriction generation unit 6 and is reflected by the end 5b. The arrival time T2 when the vibration due to magnetostriction reaches the part 7a, and the magnetostriction generation part 6 passes through the magnetostriction detection part 7a, is reflected by the end part 5b, passes again through the magnetostriction detection part 7a, and reaches the magnetostriction detection part 7b. The arrival time T3 at which the vibration due to the distortion reaches is measured. Times T4 and T5 shown in FIG. 2 are expressed by the following equations 10 and 11.
[0059]
[Expression 10]

[0060]
[Expression 11]

[0061]
The position detection device 4 calculates the absolute position of the moving body 2 by the following formula 12.
[0062]
[Expression 12]

[0063]
FIG. 3 is a diagram showing a change in wavelength of the received waveform in the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, when the temperature changes, the magnetostriction detection waveforms output from the magnetostriction detectors 7a and 7b change, and the wavelength of the high temperature reception waveform becomes shorter than the wavelength of the low temperature reception waveform. Substituting T1 = T1-ΔT, T2 = T2-ΔT, and T3 = T3-ΔT into Equations 10 and 11, the terms ΔT disappear and T4 and T5 are not affected by ΔT.
[0064]
FIG. 4 is a timing chart for explaining the detection operation of the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
When the clock generation circuit 9 generates a clock signal at time t1, the drive circuit 10 causes the magnetostriction drive coil current to flow through the magnetostriction generation unit 6 in synchronization with the clock signal. As a result, the magnetostriction generation unit 6 generates a drive pulse signal, and the ultrasonic wave propagates through the magnetostriction line unit 5.
[0065]
When the ultrasonic wave propagating through the magnetostriction line unit 5 reaches the magnetostriction detection unit 7a at time t2, the magnetostriction detection unit 7a detects the ultrasonic wave and outputs the magnetostriction detection voltage V1 to the comparator 11a, and the comparator 11a outputs the comparator. Is generated. As a result, the timing adjustment circuit 12 turns on the changeover switches 15a and 15b, and switches the sample hold circuit 16 from the sample to the hold. As a result, the reference voltages (+ VREF, −VREF) are applied from the reference voltage generating circuits 13a and 13b to the integrating circuit 14, and the integrating inflow current i = V is applied to the integrating circuit 14._XN-1/ R flows in, and the integrator output Vi of the integration circuit 14 gradually increases.
[0066]
At time t3, when the ultrasonic wave propagating through the magnetostrictive line portion 5 is reflected by the end portion 5b and reaches the magnetostriction detection portion 7a, the magnetostriction detection portion 7a detects this ultrasonic wave and outputs the magnetostriction detection voltage V1 to the comparator 11a. Then, the comparator 11a generates a comparator output. As a result, the timing adjustment circuit 12 turns off the integration current changeover switch 15a, and the integration circuit 14 supplies the integrated inflow current i = 2V._XN-1/ R-2VREF / R flows in and the integrator output Vi gradually decreases.
[0067]
At time t4, when the ultrasonic wave propagating through the magnetostrictive wire portion 5 is reflected by the end portion 5b, passes through the magnetostriction detection portion 7a and reaches the magnetostriction detection portion 7b, the magnetostriction detection portion 7b detects the ultrasonic wave and compares it. The magnetostriction detection voltage V2 is output to 11b, and the comparator 12a generates a comparator output. As a result, when the timing adjustment circuit 12 turns off the integral current switch 15b and the clock generation circuit 9 stops the clock signal, the timing adjustment circuit 11 switches the sample hold circuit 16 from hold to sample. As a result, the sample hold circuit 16 outputs the integrator output Vi = V as the position detection output Vx._XNIs output.
[0068]
Here, the position detection output (integrator output Vi) V shown in FIG._XNIs calculated by the following equation (13).
[0069]
[Formula 13]

[0070]
Here, in steady state, V_XN-1= V_XNTherefore, the position detection output V_XNIs represented by Equation 14 below.
[0071]
[Expression 14]

[0072]
Equation 12 can be rewritten as shown in Equation 15 below.
[0073]
[Expression 15]

[0074]
As a result, the position detection output V_XNRepresents the distance from the magnetostriction generator 6 to the magnetostriction detector 7a.
[0075]
The ultrasonic wave generated in the magnetostrictive line part 5 propagates through the magnetostrictive line part 5 toward the end part 5a and the end part 5b, and the ultrasonic wave propagated toward the end part 5a is reflected by the end part 5a and reflected by the magnetostrictive detection part 7b. Propagate towards. As shown in FIG. 2, when the extended portion of the magnetostriction line portion 5 protruding from the magnetostriction generation unit 6 is short, either the ultrasonic wave detected by the magnetostriction detection unit 7a or the ultrasonic wave detected by the magnetostriction detection unit 7b is selected. Whether the ultrasonic wave propagates from the direction cannot be distinguished, and the arrival time cannot be measured accurately. For this reason, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the length L1 from the magnetostriction generator 6 to the end 5a is longer than the length L2 from the magnetostriction generator 6 to the end 5b. The length of the magnetostrictive wire portion 5 is set. The length L1 is such that T6> T3 holds when the arrival time of the ultrasonic wave that travels from the magnetostriction generation unit 6 to the end 5a and is reflected by the end 5a and reaches the magnetostriction detection unit 7b is T6. Is set.
[0076]
FIG. 5 is a diagram showing an example of a magnetostriction detection waveform detected by the magnetostriction detection unit of the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
When the positioning device 1 is used as a linear driving device for material handling, the controllability becomes better as the sampling time for position detection becomes higher. The magnetostriction detection waveform shown in FIG. 3 is an initial waveform of one sample, and actually attenuates while reflecting the magnetostriction line portion 5 and becomes a waveform as shown in FIG. If the magnetostriction generation unit 6 generates a drive pulse before the ultrasonic wave traveling while reflecting off the magnetostriction line unit 5 is sufficiently attenuated, it is difficult to accurately detect the position because the reverberation wave overlaps with the next magnetostriction detection waveform. Become. For this reason, it is necessary to generate the next drive pulse after the reverberant wave is sufficiently attenuated. In the first embodiment, as shown in FIG. 5, it is preferable to set the interval for generating the drive pulse to the time Ts, and it is preferable to set the time Ts to be short so that the controllability is good.
[0077]
The position detection device according to the first embodiment of the present invention has the following effects.
(1) In the first embodiment, the position detector 4 corrects the detection errors of the arrival times T1 to T3 due to temperature changes. As a result, in order to cancel the change in mechanical impedance between the PZT and the magnetostrictive wire portion 5 due to the temperature change by adjusting the timing of signal processing, the position can be detected with high accuracy without being affected by the temperature change. it can.
[0078]
(2) In the first embodiment, the magnetostrictive line lengths L1 and L2 are set so that the arrival time T6 is longer than the arrival time T3, and therefore, the influence of the reflected wave from the end 5a. Can be reduced.
[0079]
(3) In the first embodiment, since the magnetostrictive wire portion 5 is provided at the end portion 5a with the attenuation member 20 that attenuates the vibration due to magnetostriction, the attenuation of the ultrasonic wave can be promoted.
[0080]
(4) In the first embodiment, the end portion 5a of the magnetostrictive wire portion 5 is bent in a substantially U shape. As a result, for example, when the positioning device 1 is used as a linear movement device for material handling, the device can be reduced in size.
[0081]
(Reference example 1)
  FIG. 6 shows the present invention.Reference example 1It is a block diagram of the position detection apparatus which concerns on.
  The magnetostriction generation unit 6 includes a magnetostriction drive PZT fixed to the end 5a, and generates magnetostriction in the magnetostriction line unit 5 from the magnetostriction line unit 5 side. The magnetostriction detection unit 7 includes a magnetostriction detection coil fixed to the moving body 2, and detects vibration due to magnetostriction propagating through the magnetostriction line unit 5 on the moving body 2 side. The magnetostrictive wire portion 5 is a sheet-like magnetic body.
[0082]
  Next, the present inventionReference example 1The detection operation of the position detection apparatus according to the above will be described.
  FIG. 7 shows the present invention.Reference example 1It is a figure for demonstrating the detection method of the position detection apparatus which concerns on.
  L shown in FIG. 7 is the length of the magnetostrictive wire portion 5. x is the distance from the end portion 5 b to the magnetostriction detection unit 7 and is the position of the moving body 2. The position detection device 4 has a time T1 when vibration due to magnetostriction reaches the magnetostriction detection unit 7 from the magnetostriction generation unit 6, and passes through the magnetostriction detection unit 7 from the magnetostriction generation unit 6 and is reflected by the end 5b. 7, when the vibration due to magnetostriction reaches time T 2, passes through the magnetostriction detection unit 7 from the magnetostriction generation unit 6, reflects at the end 5 b, passes through the magnetostriction detection unit 7 again, and reflects at the end 5 a A time T3 at which vibration due to magnetostriction reaches the magnetostriction detection unit 7 is measured. x / L is expressed by the following equation (16).
[0083]
[Expression 16]

[0084]
FIG. 8 shows the present invention.Reference example 1It is a figure which shows the change of the wavelength of the received waveform in the position detection apparatus which concerns on.
As shown in FIG. 8, when the temperature changes, the magnetostriction detection waveform output from the magnetostriction detector 7 changes, and the wavelength of the high temperature reception waveform becomes shorter than the wavelength of the low temperature reception waveform. When T1 = T1−ΔT, T2 = T2−ΔT, and T3 = T3−ΔT are substituted into Equation 16, the term of ΔT disappears and the position detection value is not affected by ΔT as shown in Equation 17 below.
[0085]
[Expression 17]

[0086]
FIG. 9 shows the present invention.Reference example 1It is a timing chart for demonstrating the detection operation of the position detection apparatus concerning.
When the clock generation circuit 9 generates a clock signal at time t1, the drive circuit (PZT drive circuit) 10 causes the magnetostriction drive coil current (PZT drive signal) to flow through the magnetostriction generator 6 in synchronization with the clock signal. As a result, the magnetostriction generation unit 6 generates a drive pulse signal, and the ultrasonic wave propagates through the magnetostriction line unit 5.
[0087]
When the ultrasonic wave propagating through the magnetostriction line unit 5 reaches the magnetostriction detection unit 7 at time t2, the magnetostriction detection unit 7 detects the ultrasonic wave and outputs a magnetostriction detection voltage to the comparator 11, and the comparator 11 outputs the comparator output. appear. As a result, the timing adjustment circuit 12 turns on the changeover switches 15a and 15b, and switches the sample hold circuit 16 from the sample to the hold. As a result, the reference voltage (+ VREF) is applied from the reference voltage generating circuit 13 to the integrating circuit 14, and the integrating inflow current i = VREF / R−V is applied to the integrating circuit 14._XN-1/ R flows in, and the integrator output Vi of the integration circuit 14 gradually decreases.
[0088]
At time t 3, when the ultrasonic wave propagating through the magnetostrictive line portion 5 is reflected by the end portion 5 b and reaches the magnetostriction detection unit 7, the magnetostriction detection unit 7 detects this ultrasonic wave and outputs a magnetostriction detection voltage to the comparator 11. The comparator 11 generates a comparator output. As a result, the timing adjustment circuit 12 turns off the changeover switch 15a, and the integration inflow current i = −V is supplied to the integration circuit 14._XN-1/ R flows in and the integrator output Vi gradually increases.
[0089]
At time t 4, when the ultrasonic wave propagating through the magnetostrictive line portion 5 is reflected by the end portion 5 a and reaches the magnetostriction detection unit 7, the magnetostriction detection unit 7 detects this ultrasonic wave and outputs a magnetostriction detection voltage to the comparator 11. The comparator 11 generates a comparator output. As a result, when the timing adjustment circuit 12 turns off the changeover switch 15b and the clock generation circuit 9 stops the clock signal, the timing adjustment circuit 12 switches the sample hold circuit 16 from hold to sample. As a result, the sample hold circuit 16 outputs the integrator output Vi = V as the position detection output Vx._XNIs output.
[0090]
Here, the position detection output (integrator output Vi) V shown in FIG._XNIs calculated by the following equation (18).
[0091]
[Expression 18]

[0092]
Here, in steady state, V_XN-1= V_XNTherefore, position detection output (position detection value) V_XNIs represented by Equation 19 below.
[0093]
[Equation 19]

[0094]
  Of this inventionReference example 1In addition to the effects of the first embodiment, the position detection device according to the present invention requires only one magnetostriction detection unit 7, a comparator 11, a reference voltage generation circuit 13, and the like, thereby further simplifying the structure of the device. Can do.
[0095]
(Reference example 2)
  FIG. 10 illustrates the present invention.Reference example 2It is a block diagram of the position detection apparatus which concerns on. FIG. 11 shows the present invention.Reference example 2It is a block diagram of the timing adjustment circuit of the position detection apparatus concerning.
  As shown in FIG. 10, the magnetostriction generating unit 6 includes a magnetostrictive drive coil fixed to the moving body 2, and generates magnetostriction in the magnetostrictive line portion 5 from the moving body 2 side. The magnetostriction detection unit 7a includes a magnetostriction detection coil fixed to the end 5a, and the magnetostriction detection unit 7b includes a magnetostriction detection coil fixed to the end 5b. The magnetostriction detectors 7 a and 7 b detect vibrations due to magnetostriction propagating through the magnetostrictive line unit 5 on the magnetostrictive line unit 5 side. The magnetostrictive wire portion 5 is a pipe-like magnetic body.
[0096]
As shown in FIG. 11, the timing adjustment circuit 12 includes comparators 11a and 11b, one-shot circuits 21a and 21b that generate a pulse signal for a predetermined time, and an enable signal for the pulse signal generated by the one-shot circuits 21a and 21b. And zero-cross comparators 22a and 22b. The timing adjustment circuit 12 controls the operation timing of the changeover switches 15a and 15b and the sample hold circuit 16 based on the output signals of the zero cross comparators 22a and 22b.
[0097]
  Next, the present inventionReference example 2The operation of the timing adjustment circuit of the position detecting apparatus according to FIG.
  FIG. 12 shows the present invention.Reference example 26 is a timing chart for explaining the operation of the timing adjustment circuit of the position detection apparatus according to FIG. FIG. 13 illustrates the present invention.Reference example 2It is a timing chart for demonstrating the detection operation of the position detection apparatus concerning.
  When the clock generation circuit 9 generates a clock signal at time t1, the drive circuit (coil current drive circuit) 10 causes the magnetostriction drive coil current to flow through the magnetostriction generator 6 in synchronization with the clock signal. As a result, the magnetostriction generating unit 6 generates a drive pulse signal, and this ultrasonic wave propagates through the magnetostrictive line unit 5.
[0098]
When the ultrasonic wave propagating through the magnetostriction line unit 5 reaches the magnetostriction detection unit 7a at time t2, the magnetostriction detection unit 7a detects the ultrasonic wave and outputs a magnetostriction detection voltage V1 to the comparator 11a. As shown in FIG. 12, when the magnetostriction detection voltage V1 coincides with the reference voltage (REF voltage), the one-shot circuit 21a generates a pulse signal (enable signal). As a result, at time t3, the zero cross comparator 22a generates the comparator output P1 at the timing when the ultrasonic amplitude becomes zero. Then, the timing adjustment circuit 12 turns on the changeover switches 15a and 15b to switch the sample hold circuit 16 from the sample to the hold. Further, the reference voltage (+ VREF, −VREF) is applied from the reference voltage generation circuit 13 to the integration circuit 14, and the integration inflow current i = (− VREF + V) is input to the integration circuit 14._XN-1+ VREF + V_XN-1) / R flows in, and the integrator output Vi of the integrating circuit 14 gradually increases.
[0099]
When the ultrasonic wave propagating through the magnetostriction line unit 5 reaches the magnetostriction detection unit 7b at time t4, the magnetostriction detection unit 7b detects the ultrasonic wave and outputs a magnetostriction detection voltage V2 to the comparator 11b. When the magnetostriction detection voltage V2 matches the reference voltage (REF voltage), the one-shot circuit 21b generates a pulse signal. As a result, at time t5, the zero cross comparator 22b generates a comparator output at the timing when the amplitude of the ultrasonic wave becomes zero. Then, the timing adjustment circuit 12 turns off the changeover switch 15a. As a result, the reference voltage (−VREF) is applied from the reference voltage generation circuit 13 to the integration circuit 14, and the integration inflow current i = (VREF + V) is applied to the integration circuit 14._XN-1) / R flows in, and the integrator output Vi of the integrating circuit 14 gradually decreases.
[0100]
The position detection unit 8 has the following when the sound velocity of the ultrasonic wave generated by the magnetostriction generation unit 6 is v (m / s) and the time when the ultrasonic wave reaches the magnetostriction detection units 7a and 7b is T1 and T2. The distance x is calculated by Equation 20.
[0101]
[Expression 20]

[0102]
Position detection output V shown in FIG._XNIs calculated by the following equation (21).
[0103]
[Expression 21]

[0104]
Here, if T1 + T2≈CR, the position detection output V_XNIs represented by Equation 22 below.
[0105]
[Expression 22]

[0106]
Position detection output V shown in Equation 22_XNBecomes a position detection value (position detection voltage), and the detection sensitivity is VREF / (T1 + T2) · V (V / m).
[0107]
  Of this inventionReference example 2The position detecting device according to the above has the following effects.
  thisReference example 2Then, the position detection unit 8 detects the arrival times T1 and T2 with reference to the timing when the amplitude of vibration due to magnetic distortion becomes zero. As a result, the temperature dependence of the magnetostriction detection output voltage which is easily affected by temperature is improved, and the position can be detected with high accuracy without being affected by temperature change.
[0108]
(Other embodiments)
  The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications or changes are possible as described below, and these are also within the scope of the present invention.
(1) This first embodimentReference Example 1 and Reference Example 2Then, either one of the change in the wavelength or amplitude of the vibration due to magnetostriction is corrected, but both may be corrected. In addition, this first embodimentReference Example 1 and Reference Example 2Then, although the case where this invention was applied to the linear movement apparatus for material handling was mentioned as an example and demonstrated, it is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a rotary motor in which the magnetostrictive wire portion 5 is curved in an arc shape, a recorder, and the like.
  In the embodiment, 2 is a moving body and 3 is a fixed body, but the moving body and the fixed body may be reversed.
[0109]
(2) In the first embodiment, the damping member 20 is mounted on the end portion 5a side of the magnetostrictive line portion 5, but the damping member 20 may be mounted on the end portions 5a and 5b side. In the first embodiment, the magnetostrictive wire portion 5 is bent in a substantially U shape. However, the magnetostrictive wire portion 5 may be formed in a straight line when not intended to reduce the size of the apparatus.
[0110]
(3) In the first embodiment, the pipe-shaped magnetostrictive wire portion 5 has been described as an example. However, a magnetostrictive drive PZT can be used for the magnetostrictive generating portion 6 by using a sheet-like magnetostrictive wire portion. . Also,Reference example 1Then, although the magnetostriction drive PZT is used for the magnetostriction generation part 6, a magnetostriction drive coil can be used, or the pipe-shaped magnetostriction line part 5 can also be used.
[0111]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the position detection unit corrects the arrival time detection error due to the temperature change, the position detection error due to the temperature change can be improved with a simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a positioning device including a position detection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a detection method of the position detection device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a change in wavelength of a received waveform in the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart for explaining a detection operation of the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a magnetostriction detection waveform detected by a magnetostriction detection unit of the position detection device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 of the present inventionReference example 1It is a block diagram of the position detection apparatus which concerns on.
FIG. 7 of the present inventionReference example 1It is a figure for demonstrating the detection method of the position detection apparatus which concerns on.
FIG. 8 of the present inventionReference example 1It is a figure which shows the change of the wavelength of the received waveform in the position detection apparatus which concerns on.
FIG. 9 shows the present invention.Reference example 1It is a timing chart for demonstrating the detection operation of the position detection apparatus concerning.
FIG. 10 shows the present invention.Reference example 2It is a block diagram of the position detection apparatus which concerns on.
FIG. 11 shows the present invention.Reference example 2It is a block diagram of the timing adjustment circuit of the position detection apparatus concerning.
FIG. 12 shows the present invention.Reference example 26 is a timing chart for explaining the operation of the timing adjustment circuit of the position detection apparatus according to FIG.
FIG. 13 shows the present invention.Reference example 2It is a timing chart for demonstrating the detection operation of the position detection apparatus concerning.
FIG. 14 is a configuration diagram of a positioning device including a conventional position detection device (prior art 1).
FIG. 15 is a diagram for explaining a detection method of a conventional position detection device (prior art 1).
FIG. 16 is a timing chart for explaining a detection operation of a conventional position detection device (prior art 1).
FIG. 17 is a configuration diagram of a positioning device including a conventional position detection device (prior art 2).
FIG. 18 is a diagram for explaining a detection method of a conventional position detection device (prior art 2).
FIG. 19 is a diagram showing a change in wavelength of a received waveform in a conventional position detection device (prior arts 1 and 2).
FIG. 20 is a diagram showing a change in amplitude of a received waveform in a conventional position detection device (prior art 2).

Claims

A position detecting device for detecting a position of a moving body, wherein a magnetostrictive line portion in which vibration due to magnetostriction propagates along a moving direction of the moving body, and a magnetostrictive line portion fixed to the magnetostrictive line portion side A magnetostriction generation unit to be generated; a magnetostriction detection unit that detects vibration due to magnetostriction propagating through the magnetostriction line unit; and a vibration due to magnetostriction from the magnetostriction generation unit to the magnetostriction detection unit. In a position detection device comprising a position detection unit that detects the position of the moving body based on the arrival time at which
The magnetostriction detector is
A first detection unit that detects vibration due to magnetostriction on the movable body side, and a second detection unit that is disposed in the vicinity of the magnetostriction generation unit and detects vibration due to magnetostriction on the magnetostriction detection unit side. ,
The arrival time from the magnetostriction generation unit to the first detection unit, and the first detection from the magnetostriction generation unit through the first detection unit and reflected by one end of the magnetostriction line unit The arrival time to reach the part, the magnetostriction generation part passes through the first detection part, reflects at one end of the magnetostriction line part, passes through the first detection part again, and passes through the second detection part. A position detection device that detects an arrival time to reach the detection unit.

2. The position detection device according to claim 1, wherein the magnetostrictive line portion passes from the magnetostrictive generation portion through the first detection portion and is reflected at one end portion of the magnetostrictive line portion, and the first detection is performed. Time reaching the second detection unit after being reflected from the other end of the magnetostrictive line unit from the magnetostriction generation unit, compared to the arrival time passing through the unit again and reaching the second detection unit The length from the magnetostriction generation part to one end of the magnetostriction line part and the length from the magnetostriction generation part to the other end of the magnetostriction line part are set so that the A position detection device characterized by the above.

The position detection device according to claim 1, wherein the magnetostrictive line portion includes an attenuation unit that attenuates vibration due to magnetostriction on the other end side.

4. The position detecting device according to claim 1, wherein the magnetostrictive line portion is bent in a substantially U shape on the other end side. 5.

A positioning device that moves a movable body along a fixed body and positions the movable body at a predetermined position, a drive unit that drives the movable body, a control unit that controls the drive unit, and A positioning device comprising: the position detection device according to claim 1, wherein the control unit controls the moving unit based on an output signal of the position detection device.