CN108351226B - 位置检测装置以及带位置检测装置的运动引导装置 - Google Patents

位置检测装置以及带位置检测装置的运动引导装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供不需要向轨道构件粘贴标尺的空间的位置检测装置。在运动引导装置的轨道构件(1)设置有能够供用于向基座固定的紧固构件穿过的通孔(3)。在借助滚动体以能够移动的方式组装于轨道构件(1)的滑动台(2)上设置有朝向轨道构件(1)产生磁场的磁铁(6a、6b)。在磁铁(6a、6b)的磁场内配置有磁传感器(8a、8b)，该磁传感器对与磁铁(6a、6b)相对于轨道构件(1)的相对移动相伴的磁铁(6a、6b)的磁场的变化进行检测。

Description

位置检测装置以及带位置检测装置的运动引导装置
技术领域
本发明涉及滑动台借助滚动体以能够相对移动的方式安装于轨道构件的运动引导装置中使用的位置检测装置。
背景技术
作为引导机床的工作台等移动体的线运动的运动引导装置，已知滑动台借助滚动体以能够相对移动的方式安装于轨道构件的运动引导装置。通过在轨道构件与滑动台之间夹设有滚动体，能够消除它们之间的间隙，能够以高刚性支承移动体。另外，滚动体在轨道构件与滑动台之间滚动运动，因此移动体顺畅地进行线运动。
作为运动引导装置中使用的位置检测装置，已知粘贴于轨道构件的磁式或者光学式标尺。在滑动台安装有读取标尺的磁式或者光学式传感器(例如参照专利文献1)。在轨道构件沿长度方向设置有槽。标尺嵌合于该槽。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-144799号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在以往的位置检测装置中，需要确保在轨道构件粘贴标尺的空间，在小型的运动引导装置中，存在难以确保该空间的课题。
因此，本发明的目的在于提供能够不需要向轨道构件粘贴标尺的空间的位置检测装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明涉及一种位置检测装置，其具备：轨道构件，其具有能够供用于向基座固定的紧固构件穿过的通孔，且借助滚动体以能够移动的方式安装有滑动台；磁铁，其朝向所述轨道构件产生磁场；以及磁传感器，其配置于所述磁场内，对与所述磁铁相对于所述轨道构件的相对移动相伴的所述磁铁的所述磁场的变化进行检测。
发明效果
根据本发明，将轨道构件的通孔用作标尺，因此不需要在轨道构件设置粘贴标尺的空间。另外，轨道构件本身是标尺，因此能够得到廉价的位置检测装置。需要说明的是，本发明适用于小型的运动引导装置，但不限于小型的运动引导装置。另外，可以使紧固构件穿过轨道构件的全部通孔，也可以使紧固构件每隔一个、每隔两个等穿过固定所需的通孔。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的带位置检测装置的运动引导装置的外观立体图。
图2是上述带位置检测装置的运动引导装置的俯视图。
图3是上述带位置检测装置的运动引导装置的侧视图。
图4是图3的IV部放大图。
图5是示出磁传感器的结构的示意图。
图6是示出与滑块的移动相伴的偏置磁铁的磁场的变化的示意图。
图7是示出与滑块的移动相伴的磁传感器的输出电压的变化的曲线图。
图8是在作为紧固构件而使用不锈钢制的螺栓的情况和使用钢制的螺栓的情况下，对磁传感器所输出的输出电压进行比较的曲线图(图8的(a-1)、(a-2)是使用不锈钢制的螺栓的情况，图8的(b-1)、(b-2)是使用钢制的螺栓的情况)。
图9是示出在滑块的两端部设置的一对编码器所输出的A相信号以及B相信号的曲线图。
图10是示出位置检测装置的信号处理部的示意图。
图11是表示查找表存储器的示意图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的一实施方式的带位置检测装置的运动引导装置详细地进行说明。但是，本发明能够以各种方式具体化，不限定于本说明书所记载的实施方式。本实施方式是为了通过说明书的充分公开而使本领域技术人员能够充分理解发明的范围而提供的。需要说明的是，在附图中，对相同的构成要素标注相同的附图标记。
图1示出本实施方式的带位置检测装置的运动引导装置的外观立体图，图2示出其俯视图，图3示出其侧视图。如图1所示，带位置检测装置的运动引导装置具备作为轨道构件的轨道导轨1、以及作为滑动台的滑块2。
轨道导轨1沿一方向细长地延伸。轨道导轨1的剖面呈大致四边形，在假设沿水平面配置的状态下，具有底面1a、左右一对侧面1b、以及上表面1c。轨道导轨1的配置不限于这种配置，仅是位了便于说明的假设。轨道导轨1的材质是钢等磁性体。在轨道导轨1的侧面1b设置有一个或者多个滚动体滚行部1b1。在轨道导轨1的上表面1c沿长度方向以恒定的间距设置有贯通至轨道导轨1的底面1a的多个通孔3。在通孔3中穿过有用于将轨道导轨1固定于基座的作为紧固构件的螺栓。在通孔3的上部设置有用于提高螺栓的头部的安装性的锪孔3a(参照图2、图3)。在连结通孔3的中心的中心线方向(图2中的(1)方向)上的通孔3的锪孔3a的宽度w1与锪孔3a以外的部分4的宽度w2之比设定为1∶x(其中，0＜x＜1)。
如图1所示，滑块2以能够沿轨道导轨1的长度方向直线运动的方式借助滚珠、滚柱等滚动体组装于轨道导轨1。滑块2的剖面呈大致コ形，具有与轨道导轨1的上表面1c对置的水平部2a、以及与轨道导轨1的侧面1b对置且从水平部2a的宽度方向的两端部垂下的袖部2b。另外，滑块2具备大致中央的钢制的滑块主体2-1、以及设置为包围滑块主体2-1的树脂部2-2。在滑块2设置有使滚动体循环的多个滚道状的循环路。在滑块主体2-1设置有与轨道导轨1的滚动体滚行部1b1对置的负载滚动体滚行部。在树脂部2-2设置有将负载滚动体滚行部的一端与另一端连接的返回路。负载滚动体滚行部和返回路构成循环路。在滑块2的移动方向的两端部设置有除去附着于轨道导轨1的异物的刮板、密封装置等异物除去装置5a、5b。
在滑块2的移动方向的两端部配置有构成位置检测装置的编码器10a、10b。编码器10a、10b具备作为磁铁的偏置磁铁6a、6b、磁传感器8a、8b、以及基板7a、7b(参照图3)，将上述部件6a、7a、8a以及6b、7b、8b一体地树脂成形(参照图1)。如图3所示，在基板7a、7b的上表面安装有偏置磁铁6a、6b。偏置磁铁6a、6b呈高度比直径小圆柱形。偏置磁铁6a、6b的中心轴6a1、6b1与轨道导轨1的上表面1c正交。偏置磁铁6a、6b沿中心轴6a1、6b1的方向而被磁化。偏置磁铁6a、6b的轨道导轨1侧的端面为N极，偏置磁铁6a、6b的相反侧的端面为S极。偏置磁铁6a、6b朝向磁性体的轨道导轨1产生磁场。
如图4的放大图所示，在基板7a、7b的下表面配置有磁传感器8a、8b。磁传感器8a、8b由至少两个磁传感器8a1、8a2以及8b1、8b2构成。磁传感器8a1、8a2配置为关于偏置磁铁6a的中心轴6a1左右对称。磁传感器8b1、8b2配置为关于偏置磁铁6b的中心轴6b1左右对称。磁传感器8a、8b由根据磁场的方向的变化而电阻发生变化的磁阻元件或者霍尔元件等构成，对于磁场具有相同的灵敏度。在磁传感器8a、8b与轨道导轨1的上表面1c之间设置有间隙。磁传感器8a、8b在偏置磁铁6a、6b与轨道导轨1的上表面1c之间配置在偏置磁铁6a、6b的磁场内。
通过使滑块2相对于轨道导轨1移动，从而施加于磁传感器8a、8b的磁场的方向发生变化，由此磁传感器8a、8b的电阻值发生变化。若将磁传感器8a、8b的电阻值的变化作为中点电位而输出，则能够检测滑块2的相对位置。图5示出磁传感器8a的结构。磁传感器8a1和磁传感器8a2串联地连接。对磁传感器8a2施加电源电压Vcc。磁传感器8a1的一端接地。磁传感器8a1和磁传感器8a2通过中点端子9而连接，该中点端子9的电压值作为中点电位而输出。磁传感器8b的结构也相同。需要说明的是，磁传感器8a、8b的结构不限于图5所示的半桥结构，为了进一步提高灵敏度还能够使用将两组半桥结构组合而成的全桥结构。
图6是示出与滑块2的移动相伴的偏置磁铁6a的磁场的变化的示意图。附图标记3-1、3-2示出相邻的两个通孔。上段示出通孔3-1、3-2的俯视图，下段示出通孔3-1、3-2的剖视图。附图标记11示出俯视观察时的偏置磁铁6a的中心。A、B、C、D分别示出随着滑块2的移动，偏置磁铁6a位于一方的通孔3-1的中心时(A)，偏置磁铁6a位于从一方的通孔3-1的中心向一方向(图6的右方向)偏移的位置时(B)，偏置磁铁6a位于通孔3-1、3-2之间时(C)，偏置磁铁6a位于从另一方的通孔3-2的中心向另一方向(图6的左方向)偏移的位置时(D)。
首先，在偏置磁铁6a位于A的位置、即一方的通孔3-1的中心时，偏置磁铁6a所产生的磁场从通孔3-1的中心呈放射状地朝向通孔3-1的周围的磁性体的部分12、13。磁传感器8a1、8a2配置为相对于偏置磁铁6a的中心轴6a1左右对称，因此施加于磁传感器8a1、8a2的磁场的方向也左右对称。附图标记a1、a2示出在俯视观察时施加于磁传感器8a1、8a2的磁场的方向。磁传感器8a1的电阻R1＝磁传感器8a2的电阻R2。因此，在Vcc为5V时，输出2.5V的中点电位(参照图5)。
接下来，在偏置磁铁6a位于B的位置、即从一方的通孔3-1的中心向右方向偏移的位置时，偏置磁铁6a与磁性体的部分12相比更接近磁性体的部分13，因此偏置磁铁6a所产生的磁场发生失衡。施加于左右的磁传感器8a1、8a2的磁场的方向也发生失衡，磁传感器8a1的电阻R1>磁传感器8a2的电阻R2。因此，示出大于2.5V的中点电位。
接下来，在偏置磁铁6a位于C的位置、即通孔3-1、3-2之间时，偏置磁铁6a的下方是磁性体的部分13，因此产生从偏置磁铁6a朝向下方的磁场。施加于磁传感器8a1、8a2的磁场的方向左右对称，磁传感器8a1的电阻R1＝磁传感器8a2的电阻R2。因此，输出2.5V的中点电位。
接下来，在偏置磁铁6a位于D的位置、即从另一方的通孔3-2的中心向左方向偏移的位置时，偏置磁铁6a与磁性体的部分14相比更接近磁性体的部分13，因此偏置磁铁6a所产生的磁场发生失衡。施加于左右的磁传感器8a1、8a2的磁场的方向也发生失衡，磁传感器8a1的电阻R1＜磁传感器8a2的电阻R2。因此，示出小于2.5V的中点电位。
图7示出偏置磁铁6a位于A、B、C、D的位置时的输出电压(中点电位)的变化。横轴示出滑块2的移动量，纵轴示出输出电压(中点电位)。随着滑块2的移动，磁传感器8a的输出电压呈正弦波状地变化。从偏置磁铁6a位于一方的通孔3-1的中心时到位于另一方的通孔3-2的中心时为一个周期。利用输出电压的周期性的变化，能够检测滑块2的位置。
图8是在作为紧固构件而使用作为非磁性材料的不锈钢制的螺栓的情况(a-1)和使用钢制的螺栓的情况(b-1)下对磁传感器8a所输出的输出电压进行比较的曲线图。如图8的(a-1)所示，在使用不锈钢制的螺栓的情况下，通孔3得到与空间(即无螺栓)的情况大致相同的波形。如图8的(a-2)所示，有螺栓的情况与无螺栓的情况的输出差也大致为零。
相对于此，如图8的(b-1)所示，在使用钢制的螺栓的情况下，通孔3输出电压的峰值比空间(即无螺栓)时小。如图8的(b-2)所示，有螺栓的情况与无螺栓的情况的输出差也较大。通过紧固构件使用不锈钢制的螺栓，从而能够大致消除对磁传感器8a的输出电压带来的影响。需要说明的是，作为非磁性材料的紧固构件，还可以使用树脂制的螺栓。
如图2所示，编码器10a、10b配置于滑块2的移动方向的两端部。在一方的编码器10a的偏置磁铁6a位于通孔3的中心时，另一方的编码器10b的偏置磁铁6b位于从通孔3的中心偏移通孔3之间间距L的1/4的位置。因此，如图9所示，一方的编码器10a的磁传感器8a输出正弦波状的A相信号，另一方的编码器10b的磁传感器8b输出与A相信号偏移90°相位的余弦波状的B相信号。
磁传感器8a、8b所输出的A相信号以及B相信号被如以下那样处理。如图10所示，A相信号以及B相信号被发送至位置检测装置的信号处理部21。信号处理部21对A相信号以及B相信号进行内插处理，输出高分辨率的相位角数据。
对此进行详细说明，A相信号以及B相信号被输入至A/D变换器22a、22b。A/D变换器22a、22b将A相信号以及B相信号以规定的周期采样为数字数据DA、DB。如图11所示，在预先信号处理部21的查找表存储器23中记录有根据使用反正切函数(arctan)的下式而作成的查找表数据。
u＝arctan(DB/DA)
图11示出在8比特×8比特的地址空间中具有将一个周期分1000份的相位角数据的情况下的查找表存储器23的存储器结构。信号处理部21将数字数据DA、DB分别设为x、y地址而检索查找表数据，从而得到与x、y地址对应的相位角数据u。由此，能够对一个波长(从0至2π的区间)内进行分割、内插。需要说明的是，也可以代替使用查找表存储器23，而通过进行u＝arctan(DB/DA)的运算，计算出相位角数据u，从而对一个波长(从0至2π的区间)内进行分割、内插。信号处理部21根据相位角数据u生成A相脉冲信号以及B相脉冲信号，在一个周期内生成一次Z相脉冲信号。信号处理部21所输出的A相脉冲信号、B相脉冲信号、Z相脉冲信号用于工作台等移动体的位置控制。
以上对本实施方式的带位置检测装置的运动引导装置的结构进行了说明。本实施方式的带位置检测装置的运动引导装置，起到以下的效果。
将轨道导轨1的通孔3用作标尺，因此不需要向轨道导轨1粘贴标尺的空间。另外，轨道导轨1本身是标尺，因此能够得到廉价的位置检测装置。
紧固构件是不锈钢制的螺栓，因此能够大致消除紧固构件对磁传感器8a、8b的输出电压带来的影响。
将磁传感器8a、8b配置在偏置磁铁6a、6b与轨道导轨1之间，因此磁传感器8a、8b能够高灵敏度地检测偏置磁铁6a、6b的磁场的方向的变化。
将编码器10a、10b配置于滑块2的移动方向的两端部，输出A相信号以及B相信号，因此能够高分辨率地检测滑块2的位置。另外，通过将编码器10a、10b配置于滑块2的移动方向的两端部，还实现了编码器10a、10b的小型化。如上述那样，在一方的编码器10a的偏置磁铁6a位于通孔3的中心时，另一方的编码器10b的偏置磁铁6b位于从通孔3的中心偏移通孔3之间间距L的1/4的位置。在将编码器10a、10b仅配置于滑块2的移动方向的一侧的情况下，在通孔3间的间距L较窄时，需要将磁传感器8a、8b间的间距设定为5/4L等，编码器10a、10b容易变大。
在同一轨道导轨1组装有两个滑块2、2的情况下，也可以在两个滑块2、2分别安装有编码器10a或者10b，输出A相信号以及B相信号。当将工作台配置在滑块2上时，存在无法在滑块2的移动方向的两端部配置编码器10a、10b、或难以进行安装作业的情况。通过在同一轨道导轨1上的两个滑块2、2分别安装编码器10a或者10b，能够解决该问题。当然，也可以在同一轨道导轨1安装三个以上的滑块2…。
将连结轨道导轨1的通孔3的中心的中心线方向上的通孔3的锪孔3a的宽度w1与锪孔3a以外的部分4的宽度w2之比设定为1∶x(其中，0＜x＜1)，因此能够将磁传感器8a、8b的输出电压的波形设为正弦波状。
通过设置于滑块2的异物除去装置5a、5b刮掉磁性体的异物，因此能够防止异物对磁传感器8a、8b的输出电压带来负面影响。
需要说明的是，本发明不限定于具现化为上述实施方式，在不变更本发明的主旨的范围内能够变更为各种实施方式。
例如，上述实施方式的偏置磁铁的形状、磁传感器的数量、偏置磁铁与磁传感器的位置关系等仅为一例，能够在不变更本发明的主旨的范围内采用其他结构。
另外，轨道导轨以及滑块的结构仅为一例，能够在不变更本发明的主旨的范围内采用其他结构。
在上述实施方式中，编码器安装于滑块，但也可以将编码器安装于工作台等移动体。
本说明书以2015年10月28日申请的日本特愿2015-211543为基础。其内容全部包含于此。
附图标记说明
1…轨道导轨(轨道构件)，2…滑块(滑动台)，3…通孔，3a…锪孔，4…轨道导轨的锪孔以外的部分，6a、6b…偏置磁铁(磁铁)，8a、8b…磁传感器。

Claims (7)

1.一种位置检测装置，其具备：
轨道构件，其具有能够供用于向基座固定的紧固构件穿过的通孔，且借助滚动体以能够移动的方式安装有滑动台；
磁铁，其朝向所述轨道构件产生磁场；以及
磁传感器，其配置于所述磁场内，对与所述磁铁相对于所述轨道构件的相对移动相伴的所述磁铁的所述磁场的变化进行检测，
所述磁铁配置于所述滑动台或安装所述滑动台的移动体上，
所述磁传感器配置于所述滑动台或安装所述滑动台的移动体上，
所述轨道构件的所述通孔用作位置检测用的标尺。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，
所述紧固构件是非磁性材料。
3.根据权利要求1或2所述的位置检测装置，其特征在于，
在所述磁铁与所述轨道构件之间配置有所述磁传感器。
4.根据权利要求1或2所述的位置检测装置，其特征在于，
所述磁铁以及所述磁传感器以输出相互错开90°相位的A相信号以及B相信号的方式配置于所述滑动台的移动方向的两端部。
5.根据权利要求1或2所述的位置检测装置，其特征在于，
在同一所述轨道构件组装有两个所述滑动台，
所述磁铁以及所述磁传感器以输出相互错开90°相位的A相信号以及B相信号的方式分别安装于两个所述滑动台。
6.根据权利要求1或2所述的位置检测装置，其特征在于，
所述轨道构件在所述轨道构件的长度方向上具有至少两个所述通孔，
在连结所述至少两个所述通孔的中心的中心线方向上的所述通孔的锪孔的宽度与所述锪孔以外的部分的宽度之比设定为1∶x，其中，0＜x＜1。
7.一种带位置检测装置的运动引导装置，其具备：
权利要求1至6中任一项所述的位置检测装置；以及
具有所述轨道构件以及所述滑动台的运动引导装置。
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