CN113316708B - 位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种寿命长且检测精度高、能够稳定地进行位置检测的位置检测装置。位置检测装置(2)具有磁铁(40)，其构成为与活动体(2)一起在沿着X方向延伸的移动路径(M)上移动。磁铁(40)在Z方向上具有不同的磁极(41)、(42)。位置检测装置(2)具有一对磁传感器(21)、(22)，其在Z方向上从移动路径(M)离开相等的距离，并且配置在距沿Z方向延伸的基准线(S)相等的距离处。磁传感器(21)、(22)具有相同的传感器特性。位置检测装置(2)具有检测部(30)，其构成为在磁传感器(21)、(22)的输出一致时检测出磁铁(40)位于基准线(S)上。

Description

位置检测装置
技术领域
本发明涉及一种位置检测装置，尤其涉及检测活动体的位置的位置检测装置。
背景技术
例如，在如加工中心那样的机床中，为了实现精准的加工，需要检测工具的初始位置。作为对通过这样的工具等检测对象而被移动的活动体的位置进行检测的位置检测装置，已知有与活动体的移动对应地使电触点机械地通断的装置(例如，参照专利文献1)。
但是，在这样的现有技术的位置检测装置中存在如下问题：由于反复实施机械地通断而导致触点劣化，因此寿命短。此外，还存在由于混入异物或形成氧化皮膜而产生触点之间的导通不良，或者由于反复接触造成的触点的磨损、凹陷等从而导致检测精度下降的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-183699号公报。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于这样的现有技术的问题而完成的，其目的在于，提供一种寿命长且检测精度高、能够稳定地进行位置检测的位置检测装置。
用于解决问题的方案
根据本发明的一个方式，可提供一种寿命长且检测精度高、能够稳定地进行位置检测的位置检测装置。该位置检测装置具有磁铁，其构成为与活动体一起在沿着第一方向延伸的移动路径上移动。该磁铁在与上述第一方向垂直的第二方向上具有不同的磁极。此外，上述位置检测装置具有一对磁传感器，其在上述第二方向上从上述移动路径离开相等的距离，并且配置在距沿上述第二方向延伸的基准线相等的距离处。上述一对磁传感器具有相同的传感器特性。上述位置检测装置具有检测部，其构成为在上述一对磁传感器的输出一致时检测出上述磁铁位于上述基准线上。
根据本发明的另一个方式，可提供一种寿命长且检测精度高、能够稳定地进行位置检测的位置检测装置。该位置检测装置具有光源，其构成为与活动体一起在沿着第一方向延伸的移动路径上移动。此外，上述位置检测装置具有一对光传感器，其在与上述第一方向垂直的第二方向上从上述移动路径离开相等的距离，并且配置在距沿上述第二方向延伸的基准线相等的距离处。上述一对光传感器具有相同的传感器特性，上述位置检测装置具有检测部，其构成为在上述一对光传感器的输出一致时检测出上述光源位于上述基准线上。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的位置检测装置的结构的示意图。
图2是表示图1中的磁铁的位置与磁传感器的输出的关系的图表。
图3是表示图1中的磁传感器的输出由温度引起的变化的图表。
图4是表示本发明的第二实施方式的位置检测装置的结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照图1至图4，对本发明涉及的位置检测装置的实施方式进行详细的说明。另外，在图1至图4中，对相同或相当的结构要素标记相同的符号，并省略重复的说明。此外，在图1至图4中，有夸大地示出了各结构要素的比例或尺寸的情况、省略了一部分的结构要素的情况。
图1是表示本发明的第一实施方式的位置检测装置1的结构的示意图。如图1所示，本实施方式的位置检测装置1包含：固定部10；一对磁传感器21、22，其固定在固定部10上；检测部30，其经由信号线12与磁传感器21、22连接；以及磁铁40，其安装在通过例如加工中心的工具等检测对象而被移动的活动体2。活动体2如箭头所示那样能够沿着X方向(第一方向)移动，安装在该活动体2的磁铁40构成为在沿着X方向延伸的移动路径M上移动。位置检测装置1检测像这样在X方向上能够移动的活动体2(进而加工中心的工具等检测对象)是否位于规定的位置。
磁铁40在Z方向(第二方向)上具有不同的磁极。例如，可以如图1所示那样，磁铁40的+Z方向侧的磁极41为N极，-Z方向侧的磁极42为S极，或者也可以与此相反。作为磁铁40的形状，可以考虑长方体状、立方体状、圆筒状等。
磁传感器21、22检测周围的磁场，并具有相同的传感器特性(电特性、磁特性、温度特性)。这些磁传感器21、22排列在沿X方向延伸的固定部10上，并配置在在Z方向从磁铁40移动的移动路径M离开相等的距离的位置。磁传感器21、22分别具有与Z方向垂直的传感器感测面21A、22A。此外，磁传感器21、22配置在距沿Z方向延伸的基准线S相等的距离处。换言之，基准线S位于连结两个磁传感器21、22的线段的中点上。作为这样的磁传感器21、22，能够使用霍尔元件、磁调制型传感器、磁阻元件、SQUID磁传感器等。
来自磁传感器21、22的输出被输入至检测部30，检测部30包含比较来自这些磁传感器21、22的输出的比较电路。图2是表示磁铁40的位置与磁传感器21、22的输出的关系的图表。在图2中，磁传感器21的输出用实线来表示，磁传感器22的输出用虚线来表示。图2的横轴表示从基准线S到磁铁40的中心的距离，纵轴表示磁传感器21、22的输出。另外，在本例中，将磁传感器21的X方向的中心与磁传感器22的X方向的中心之间的距离设为约3mm，将磁铁40的X方向的宽度设为约4mm。
如图2所示，与磁铁40的X方向的位置对应地，磁传感器21、22的传感器输出成为凸状。这里，由于磁传感器21和磁传感器22具有相同的传感器特性，因此当磁铁40位于连结磁传感器21和磁传感器22的线段的中点时，即移动距离＝0mm时(当磁铁40位于基准线S上时)，两者的传感器输出一致。换言之，如图2所示，磁传感器21的输出特性与磁传感器22的输出特性相交的点P位于基准线S上。因此，当磁传感器21的输出与磁传感器22的输出一致时，能够判断为磁铁40位于基准线S上。检测部30是采用这个原理的构件，对来自磁传感器21的输出和来自磁传感器22的输出进行比较，当两者一致时，判断为磁铁40位于基准线S上。
通过采用这样的结构，不使用机械触点，就能够检测出磁铁40位于基准线S上。即，根据本实施方式的位置检测装置1，不使用机械触点，就能够检测出活动体2的位置。由于像这样不使用机械触点，因此不会发生由于触点的劣化导致的寿命缩短、触点间的导通不良、由于触点的磨损或凹陷导致的检测精度下降的问题。
这里，如果以在磁铁40位于基准线S上时磁传感器21、22的输出的变化率为最大的方式配置磁传感器21、22，则由于在磁铁40位于基准线S附近时磁传感器21、22的输出容易发生变化，所以能够更准确地确定磁传感器21、22的输出一致的点。因此，提高了磁铁40的位置的检测精度。
此外，虽然磁传感器21、22的输出特性根据温度而变化，但是由于磁传感器21、22的传感器特性相同，所以即使磁传感器21、22的输出特性根据温度而变化，磁传感器21的输出特性的变化与磁传感器22的输出特性的变化也相互抵消。因此，如图3所示，温度下降时的磁传感器21的输出特性与温度下降时的磁传感器22的输出特性相交的点PL位于基准线S上，温度升高时的磁传感器21的输出特性与温度升高时的磁传感器22的输出特性相交的点PH也位于基准线S上。因此，如上所述，通过判断磁传感器21的输出与磁传感器22的输出是否一致，从而即使在温度变化的情况下，也能够稳定地检测出磁铁40位于基准线S上。另外，在图3中，用细虚线示出了图2所示的磁传感器21、22的输出特性。
同样地，即使在磁传感器21、22的电特性或磁特性发生变化的情况下，由于磁传感器21的输出特性的变化与磁传感器22的输出特性的变化相互抵消，所以也能够稳定地检测出磁铁40的位置。此外，在Z方向、与纸面垂直的Y方向上的外部磁场也同样地作用于磁传感器21和磁传感器22这两者，由于磁传感器21的输出特性的变化与磁传感器22的输出特性的变化相互抵消，所以能够抑制这些外部磁场的影响而检测出磁铁40的位置。此外，由于与磁铁40的Z方向、Y方向的位移相对应的磁传感器21、22的输出特性的变化相互抵消，所以能够抑制磁铁40的Z方向、Y方向的位移的影响而检测出磁铁40的位置。
另外，也可以对磁传感器21、22的输出进行AD转换，通过数字滤波器来降低噪声。或者，也可以将磁传感器21、22的模拟输出通过低通滤波器来去除噪声。
图4是表示本发明的第二实施方式的位置检测装置101的结构的示意图。如图4所示，本实施方式的位置检测装置101具有光传感器121、122和光源140，来替代第一实施方式中的磁传感器21、22和磁铁40。安装在活动体2的光源140构成为在沿着X方向(第一方向)延伸的移动路径M上移动。位置检测装置101检测像这样在X方向上能够移动的活动体2(进而加工中心的工具等检测对象)是否位于规定的位置。作为光源140，能够使用荧光灯、白炽灯、LED等各类光源。
光传感器121、122检测周围的光，并具有相同的传感器特性(电特性、光特性、温度特性)。这些光传感器121、122排列在沿X方向延伸的固定部10上，并配置在在Z方向从光源140移动的移动路径M离开相等的距离的位置。光传感器121、122分别具有与Z方向垂直的传感器感测面121A、122A。此外，光传感器121、122配置在距沿Z方向延伸的基准线S相等的距离处。换言之，基准线S位于连结两个光传感器121、122的线段的中点上。作为这样的光传感器121、122，能够使用CdS元件、红外线传感器、紫外线传感器、光电二极管等。
来自光传感器121、122的输出被输入至检测部30，检测部30包含比较来自这些光传感器121、122的输出的比较电路。与第一实施方式相同，由于光传感器121和光传感器122具有相同的传感器特性，所以当光源140位于连结光传感器121和光传感器122的线段的中点时，即移动距离＝0mm时(当光源140位于基准线S上时)，两者的传感器输出一致。因此，当光传感器121的输出与光传感器122的输出一致时，能够判断为光源140位于基准线S上。检测部30是采用这个原理的构件，对来自光传感器121的输出与来自光传感器122的输出进行比较，当两者一致时，判断为光源140位于基准线S上。
通过采用这样的结构，不使用机械触点，就能够检测出光源140位于基准线S上。即，根据本实施方式的位置检测装置101，不使用机械触点，就能够检测活动体2的位置。由于像这样不使用机械触点，所以不会发生由于触点的劣化导致的寿命缩短、触点间的导通不良、由于触点的磨损或凹陷导致的检测精度下降的问题。
这里，如果以在光源140位于基准线S上时光传感器121、122的输出的变化率为最大的方式配置光传感器121、122，则由于在光源140位于基准线S附近时光传感器121、122的输出容易发生变化，所以能够更准确地确定光传感器121、122的输出一致的点。因此，提高了光源140的位置的检测精度。
此外，虽然光传感器121、122的输出特性根据温度而变化，但是由于光传感器121、122的传感器特性相同，所以即使光传感器121、122的输出特性根据温度而变化，光传感器121的输出特性的变化与光传感器122的输出特性的变化也相互抵消。因此，与第一实施方式相同，通过判断光传感器121的输出与光传感器122的输出是否一致，从而即使在温度变化的情况下，也能够稳定地检测出光源140位于基准线S上。
同样地，即使在光传感器121、122的电特性、光特性发生变化的情况下，由于光传感器121的输出特性的变化与光传感器122的输出特性的变化相互抵消，所以也能够稳定地检测出光源140的位置。此外，由于与光源140的Z方向、Y方向的位移相对应的光传感器121、122的输出特性的变化相互抵消，所以能够抑制光源140的Z方向、Y方向的位移的影响而检测出光源140的位置。
另外，也可以对光传感器121、122的输出进行AD转换，通过数字滤波器来降低噪声。或者，也可以将光传感器121、122的模拟输出通过低通滤波器来去除噪声。
至此，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述实施方式，当然可以在其技术思想的范围内以各种不同的方式实施。
如上所述，根据本发明的一个方式，可提供一种寿命长且检测精度高、能够稳定地进行位置检测的位置检测装置。该位置检测装置具有磁铁，其构成为与活动体一起在沿着第一方向延伸的移动路径上移动。该磁铁在与上述第一方向垂直的第二方向上具有不同的磁极。此外，上述位置检测装置具有一对磁传感器，其在上述第二方向上从上述移动路径离开相等的距离，并且配置在距沿上述第二方向延伸的基准线相等的距离处。上述一对磁传感器具有相同的传感器特性。上述位置检测装置具有检测部，其构成为在上述一对磁传感器的输出一致时检测出上述磁铁位于上述基准线上。优选的是，上述一对磁传感器分别具有与上述第二方向垂直的传感器感测面。
此外，根据本发明的另一个方式，可提供一种寿命长且检测精度高、能够稳定地进行位置检测的位置检测装置。该位置检测装置具有光源，其构成为与活动体一起在沿着第一方向延伸的移动路径上移动。此外，上述位置检测装置具有一对光传感器，其在与上述第一方向垂直的第二方向上从上述移动路径离开相等的距离，并且配置在距沿上述第二方向延伸的基准线相等的距离处。上述一对光传感器具有相同的传感器特性。上述位置检测装置具有检测部，其构成为在上述一对光传感器的输出一致时检测出上述光源位于上述基准线上。优选的是，上述一对光传感器分别具有与上述第二方向垂直的传感器感测面。
由此，不使用机械触点，就能够检测出磁铁位于基准线上。即，根据本发明涉及的位置检测装置，不使用机械触点，就能够检测活动体的位置。像这样，根据本发明涉及的位置检测装置，由于不使用机械触点，所以不会发生由于触点的劣化导致的寿命缩短、触点间的导通不良、由于触点的磨损、凹陷导致的检测精度下降的问题。此外，由于在一对磁传感器之间，由温度变化等引起的磁传感器的输出特性的变化被相互抵消，所以能够稳定地检测出磁铁的位置。
优选的是，上述一对磁传感器的输出在上述磁铁位于上述基准线上时呈现最大的变化率。通过这样，由于在磁铁位于基准线附近时磁传感器的输出容易发生变化，所以能够更准确地确定磁传感器的输出一致的点，提高磁铁位置的检测精度。
此外，优选的是，上述一对光传感器的输出在上述光源位于上述基准线上时呈现最大的变化率。通过这样的方式，由于在光源位于基准线附近时光传感器的输出容易发生变化，所以能够更准确地确定光传感器的输出一致的点，提高光源位置的检测精度。
根据本发明，可提供一种寿命长且检测精度高、能够稳定地进行位置检测的位置检测装置。
本申请基于2019年1月31日提出的日本专利申请特愿2019-015921号要求优先权。该申请的公开内容通过引用将其整体纳入到本说明书中。
产业上的可利用性
本发明适合用于检测活动体的位置的位置检测装置。
附图标记说明
1：位置检测装置；
2：活动体；
10：固定部；
21、22：磁传感器；
30：检测部；
40：磁铁；
41、42：磁极；
101：位置检测装置；
121、122：光传感器；
140：光源；
M：移动路径；
S：基准线。

Claims (4)

1.一种位置检测装置，其用于检测基准线对应的位置，具有：
磁铁，其构成为与活动体一起在沿着第一方向延伸的移动路径上移动，所述磁铁在与所述第一方向垂直的第二方向上具有一对不同的磁极；
具有相同的传感器特性的一对磁传感器，其在所述第二方向上从所述移动路径离开相等的距离，并且配置在距沿所述第二方向延伸的所述基准线相等的距离处；以及
检测部，其具有比较电路，所述检测部构成为通过所述比较电路比较所述一对磁传感器的输出，在所述一对磁传感器的输出一致时检测出具有一对磁极的所述磁铁位于所述基准线上，
所述一对磁传感器各自的输出在具有一对磁极的所述磁铁位于所述基准线上时呈现最大的变化率。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，
所述一对磁传感器分别具有与所述第二方向垂直的传感器感测面。
3.一种位置检测装置，其用于检测基准线对应的位置，具有：
光源，其构成为与活动体一起在沿着第一方向延伸的移动路径上移动；
具有相同的传感器特性的一对光传感器，其在与所述第一方向垂直的第二方向上从所述移动路径离开相等的距离，并且配置在距沿所述第二方向延伸的所述基准线相等的距离处；以及
检测部，其具有比较电路，所述检测部构成为通过所述比较电路比较所述一对光传感器的输出，在所述一对光传感器的输出一致时检测出所述光源位于所述基准线上，
所述一对光传感器各自的输出在所述光源位于所述基准线上时呈现最大的变化率。
4.根据权利要求3所述的位置检测装置，其中，
所述一对光传感器分别具有与所述第二方向垂直的传感器感测面。
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