DE112016004941B4

DE112016004941B4 - Positionserfassungsvorrichtung und Bewegungsführungsvorrichtung mit der Positionserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112016004941B4
Application number: DE112016004941.2T
Authority: DE
Inventors: Shuhei Yamanaka; Yoshinobu Moriyuki; Takashi Oshida
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2036-10-15
Also published as: JP6085658B1; KR101948496B1; TW201727186A; CN108351226B; JP2017083283A; TWI646304B; CN108351226A; US10401198B2; US20180321060A1; WO2017073349A1; KR20180061390A; DE112016004941T5

Abstract

Positionserfassungsvorrichtung, umfassend:ein Schienenelement (1) mit einer Mehrzahl an Durchgangslöchern (3), in die ein Befestigungselement zum Befestigen des Schienenelements (1) an einer Basis einsetzbar ist, wobei die Durchgangslöcher (3) in regelmäßigem Abstand in Längsrichtung des Schienenelements (1) ausgebildet sind;einen Schlitten (2) der an dem Schienenelement (1) über ein Rollelement bewegbar montiert ist;einen Magneten (6a, 6b), der ein Magnetfeld in Richtung des Schienenelements (1) erzeugt; undeinen Magnetsensor (8a, 8b), der in dem Magnetfeld angeordnet ist, wobei der Magnetsensor (8a, 8b) konfiguriert ist, um eine Änderung des Magnetfelds des Magneten (6a, 6b) bei der Bewegung des Magneten (6a, 6b) relativ zu dem Schienenelement (1) zu erfassen,wobei die Positionserfassungsvorrichtung konfiguriert ist die Mehrzahl an Durchgangslöchern (3) als Maßstab zu verwenden,wobei der Magnet (6a, 6b) und der Magnetsensor (8a, 8b) auf dem Schlitten (2) vorgesehen ist, oder an einem bewegbaren Körper an dem der Schlitten befestigt ist,wobei der Magnetsensor (8a, 8b) zwischen dem Magneten (6a, 6b) und dem Schienenelement (1) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung, die für eine Bewegungsführungsvorrichtung verwendet wird, bei der ein Schlitten über ein Rollelement derart an einem Schienenelement montiert ist, dass dieser relativ bewegbar ist.
Stand der Technik
Eine Bewegungsführungsvorrichtung, bei der ein Schlitten über ein Rollelement derart an einem Schienenelement montiert ist, dass er relativ beweglich ist, ist als eine Bewegungsführungsvorrichtung bekannt, die eine lineare Bewegung eines bewegbaren Körpers, wie beispielsweise eines Tisches, eines Maschinenwerkzeugs führt. Das Rollelement ist zwischen dem Schienenelement und dem Schlitten angeordnet; dementsprechend ist es möglich, einen Spalt zwischen dem Schienenelement und dem Schlitten zu beseitigen und den bewegbaren Körper mit hoher Steifigkeit zu halten. Darüber hinaus führt das Rollelement eine Rollbewegung zwischen dem Schienenelement und dem Schlitten aus; dementsprechend führt der bewegliche Körper eine gleichmäßige lineare Bewegung durch.
Ein magnetischer oder optischer Maßstab, der an dem Schienenelement befestigt ist, ist als Positionserfassungsvorrichtung bekannt, die für die Bewegungsführungsvorrichtung verwendet wird. Ein magnetischer oder optischer Sensor, der den Maßstab liest, ist an dem Schlitten befestigt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Das Schienenelement ist mit einer Nut entlang einer Längsrichtung ausgebildet. Der Maßstab ist in die Nut eingepasst.
Aus der US 5 359 245 A ist eine Positionserfassungsvorrichtung bekannt, wobei ein Magnet in den Durchgangslöchern für Befestigungselemente vorgesehen ist. Wenn der Magnet in den Durchgangslöchern der Schienenelemente vorgesehen ist, ist in diesem Dokument der Sensor zur Detektion des Magnetfeldes an dem Schlitten vorgesehen.
Die DE 199 22 363 A1 offenbart die Verwendung von Maßmarkierungen auf optischer, oder induktiver Basis bei Positionserfassungsvorrichtungen.
Zitationsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2008-144799 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch muss die herkömmliche Positionserfassungsvorrichtung einen Raum zur Befestigung des Maßstabs an dem Schienenelement bereitstellen. Eine kleine Bewegungsführungsvorrichtung weist das Problem auf, dass es schwierig ist, einen solchen Raum sicherzustellen.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionserfassungsvorrichtung bereitzustellen, bei der es nicht erforderlich ist, einen Raum zur Befestigung eines Maßstabs an einem Schienenelement auszubilden.
Lösung des Problems
Zur Lösung des Problems wird eine Positionserfassungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Weitere günstige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Durchgangsloch eines Schienenelements als ein Maßstab verwendet. Dementsprechend wird ein Raum zur Befestigung des Maßstabs an das Schienenelement nicht benötigt. Darüber hinaus ist das Schienenelement selbst der Maßstab. Dementsprechend wird eine kostengünstige Positionserfassungsvorrichtung erhalten. Die vorliegende Erfindung ist für kleine Bewegungsführungsvorrichtungen geeignet, jedoch nicht auf eine kleine Bewegungsführungsvorrichtung beschränkt. Darüber hinaus ist es möglich, Befestigungselemente durch alle Durchgangslöcher des Schienenelements zu führen, und es ist zudem möglich, Befestigungselemente durch jedes zweite oder jedes dritte Durchgangsloch usw. zu führen, die für die Befestigung erforderlich sind.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Außenansicht einer Bewegungsführungsvorrichtung mit einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Draufsicht der Bewegungsführungsvorrichtung mit der Positionserfassungsvorrichtung.
3 zeigt eine Seitenansicht der Bewegungsführungsvorrichtung mit der Positionserfassungsvorrichtung .
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts IV der 3.
5 zeigt ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Magnetsensors darstellt.
6 zeigt ein schematisches Diagramm, das Änderungen eines Magnetfelds eines Bias-Magneten entsprechend der Bewegung eines Blocks darstellt.
7 zeigt einen Graphen, der Änderungen einer Ausgangsspannung des Magnetsensors entsprechend der Bewegung des Blocks darstellt.
8 zeigt einen Graphen, der einen Fall, bei dem eine rostfreie Schraube als ein Befestigungselement verwendet wird, und einen Fall, bei dem eine Stahlschraube verwendet wird, mit Bezug auf die Ausgangsspannung vergleicht, die durch den Magnetsensor ausgegeben wird (8(A-1) und 8(A-2) zeigen den Fall, bei dem die rostfreie Schraube verwendet wird, und 8(B-1) und 8(B-2) zeigen den Fall, bei dem die Stahlschraube verwendet wird).
9 zeigt einen Graphen, der ein Phase-A-Signal und ein Phase-B-Signal darstellt, die von einem Paar von Codierern ausgegeben werden, die an beiden Enden des Blocks vorgesehen sind.
10 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine Signalverarbeitungseinheit der Positionserfassungsvorrichtung darstellt.
11 zeigt ein schematisches Diagramm, das einen Nachschlagetabellenspeicher darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Nachfolgenden wird eine Bewegungsführungsvorrichtung mit einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt werden und ist nicht auf die in der Beschreibung beschriebene Ausführungsform beschränkt. Die Beschreibung ist vollständig offenbart, um die Ausführungsform mit der Absicht bereitzustellen, dass der Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig erfassen kann. In den begleitenden Zeichnungen sind sich entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine perspektivische Außenansicht der Bewegungsführungsvorrichtung mit der Positionserfassungsvorrichtung der Ausführungsform. 2 zeigt eine Draufsicht derselben. 3 zeigt eine Seitenansicht derselben. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Bewegungsführungsvorrichtung mit der Positionserfassungsvorrichtung eine Spurschiene 1 als ein Schienenelement, und einen Block 2 als einen Schlitten.
Die Spurschiene 1 erstreckt sich in einer Richtung in die Länge. Die Spurschiene 1 weist im Wesentlichen einen quadratischen Querschnitt auf und umfasst eine Unterfläche 1a, ein Paar linker und rechter Seitenflächen 1b und eine obere Fläche 1c in einem Zustand, in dem die Spurschiene 1 in einer horizontalen Ebene angeordnet ist. Die Anordnung der Spurschiene 1 ist nicht auf eine solche Anordnung beschränkt und wird lediglich zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen. Das Material der Spurschiene 1 ist ein magnetisches Material, wie beispielsweise Stahl. Die Seitenfläche 1b der Spurschiene 1 ist mit einem oder mehreren Rollelement-Rollabschnitten 1b1 ausgebildet. Die obere Fläche 1c der Spurschiene 1 ist mit mehreren Durchgangslöchern 3, die bis zu der Unterfläche 1a der Spurschiene 1 dringen, mit einem regelmäßigen Abstand in der Längsrichtung ausgebildet. Schrauben als Befestigungselemente zur Befestigung der Spurschiene 1 an einer Basis führen durch die Durchgangslöcher 3. Das Durchgangsloch 3 ist an der Oberseite mit einer Senkung 3a zur Verbesserung der Stabilität des Schraubenkopfes ausgebildet (siehe 2 und 3). Das Verhältnis einer Breite w1 der Senkung 3a des Durchgangslochs 3 zu einer Breite w2 eines Abschnitts 4, der nicht die Senkung 3a ist, in einer Richtung einer Mittellinie, die die Mittelpunkte der Durchgangslöcher 3 verbindet (eine Richtung (1) in 2) ist auf 1 : x (wobei 0 < x < 1) eingestellt.
Wie in 1 gezeigt, ist der Block 2 über Rollelemente, wie beispielsweise Kugeln oder Rollen, an der Laufschiene 1 derart montiert, dass er in einer Längsrichtung der Laufschiene 1 eine lineare Bewegung ausführen kann. Der Block 2 weist im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt auf und umfasst einen horizontalen Abschnitt 2a, der gegenüber der oberen Fläche 1c der Spurschiene 1 liegt, und einen Hülsenabschnitt 2b, der gegenüber den Seitenflächen 1b der Spurschiene 1 liegt und von beiden Enden in einer Breitenrichtung des horizontalen Abschnitts 2a nach unten verlaufen. Darüber hinaus umfasst der Block 2 im Wesentlichen in der Mitte einen Stahlblockkörper 2-1, und ein Harzabschnitt 2-2 ist derart vorgesehen, dass er den Blockkörper 2-1 umgibt. Der Block 2 ist mit mehreren schienenförmigen Umlaufwegen versehen, die das Rollelement umlaufen. Der Blockkörper 2-1 ist mit einem gefüllten Rollelement-Rollabschnitt ausgebildet, der dem Rollelement-Rollabschnitt 1b1 der Spurschiene 1 zugewandt ist. Der Harzabschnitt 2-2 ist mit einem Rückweg ausgebildet, der ein Ende und das andere Ende des befüllten Rollelement-Rollabschnitts verbindet. Der gefüllte Rollelement-Rollabschnitt und der Rückweg bilden den Umlaufweg. Der Block 2 ist an beiden Enden in einer Bewegungsrichtung mit Fremdsubstanzentfernungsvorrichtungen 5a und 5b ausgebildet, wie beispielsweise Schaber- oder Dichtungsvorrichtungen, die Fremdsubstanzen, die an der Spurschiene 1 anhaften, entfernen.
Codierer 10a und 10b, die die Positionserfassungsvorrichtungen bilden, sind jeweils an beiden Enden in der Bewegungsrichtung des Blocks 2 angeordnet. Die Codierer 10a und 10b umfassen Vorspannungsmagnete bzw. Bias-Magnete 6a und 6b als Magnete, Magnetsensoren 8a und 8b und Platinen 7a und 7b (siehe 3). Diese Komponenten 6a, 7a und 8a sowie 6b, 7b und 8b sind einstückig aus Kunstharz gegossen, um die Codierer 10a und 10b zu bilden (siehe 1). Wie in 3 gezeigt, sind die Bias-Magnete 6a und 6b an den oberen Flächen der Platinen 7a und 7b befestigt. Die Bias-Magnete 6a und 6b sind Kreiszylinder, deren Höhe kleiner als ihr Durchmesser ist. Mittelachsen 6a1 und 6b1 der Bias-Magnete 6a und 6b verlaufen orthogonal zu der oberen Fläche 1c der Spurschiene 1. Die Bias-Magnete 6a und 6b sind in einer Richtung der Mittelachsen 6a1 und 6b1 magnetisiert. Endflächen auf der Seite der Spurschiene 1 der Bias-Magnete 6a und 6b sind die Nordpole, und die anderen Endflächen der Bias-Magnete 6a und 6b sind die Südpole. Die Bias-Magnete 6a und 6b erzeugen Magnetfelder in Richtung der Spurschiene 1, die das magnetische Material aufweist.
Wie in einer vergrößerten Ansicht der 4 dargestellt, sind die Magnetsensoren 8a und 8b an Unterflächen der Platinen 7a und 7b angeordnet. Die Magnetsensoren 8a und 8b umfassen wenigstens zwei Magnetsensoren 8a1 und 8a2, sowie 8b1 und 8b2. Die Magnetsensoren 8a1 und 8a2 sind derart angeordnet, dass sie um die Mittelachse 6a1 des Bias-Magneten 6a bilateral symmetrisch sind. Die Magnetsensoren 8b1 und 8b2 sind derart angeordnet, dass sie um die Mittelachse 6b1 des Bias-Magneten 6b bilateral symmetrisch sind. Die Magnetsensoren 8a und 8b sind jeweils aus einem magnetoresistiven Element oder einem Hall-Effekt-Sensor gebildet, dessen Widerstand entsprechend einer Änderung in der Richtung eines Magnetfelds geändert wird und die gleiche Empfindlichkeit für das Magnetfeld aufweist. Ein Spalt ist zwischen den Magnetsensoren 8a und 8b und der oberen Fläche 1c der Spurschiene 1 vorgesehen. Die Magnetsensoren 8a und 8b sind in den Magnetfeldern der Bias-Magnete 6a und 6b zwischen den Bias-Magneten 6a und 6b und der oberen Fläche 1c der Spurschiene 1 angeordnet.
Der Block 2 bewegt sich mit Bezug auf die Spurschiene 1. Dementsprechend ändert sich die Richtung des Magnetfelds, das an dem Magnetsensor 8a oder 8b angelegt wird, um den Widerstandswert des Magnetsensors 8a oder 8b zu ändern. Eine relative Position des Blocks 2 kann durch Ausgaben der Änderung des Widerstandswerts des Magnetsensors 8a oder 8b als ein Mittelpunktpotential erfasst werden. 5 zeigt den Aufbau des Magnetsensors 8a. Die Magnetsensoren 8a1 und 8a2 sind in Reihe geschaltet. Eine Energieversorgungsspannung Vcc wird an den Magnetsensor 8a2 angelegt. Ein Ende des Magnetsensors 8a1 ist geerdet. Die Magnetsensoren 8a1 und 8a2 sind durch einen Mittelpunktanschluss 9 verbunden. Der Spannungswert des Mittelpunktanschlusses 9 wird als das Mittelpunktpotential ausgegeben. Der Magnetsensor 8b weist den gleichen Aufbau auf. Der Aufbau der Magnetsensoren 8a und 8b ist nicht auf eine solche Halbbrückenkonfiguration, wie in 5 gezeigt, beschränkt und kann auch eine Vollbrückenkonfiguration aufweisen, bei der zwei Halbbrückenkonfigurationen miteinander kombiniert werden, um die Empfindlichkeit noch weiter zu verbessern.
6 zeigt ein schematisches Diagramm, das Änderungen des Magnetfelds des Bias-Magneten 6a zeigt, wenn sich der Block 2 bewegt. Bezugszeichen 3-1 und 3-2 kennzeichnen zwei benachbarte Durchgangslöcher. Die oberen Teile zeigen Draufsichten der Durchgangslöcher 3-1 und 3-2 und die unteren Teile zeigen Querschnittsansichten der Durchgangslöcher 3-1 und 3-2. Ein Bezugszeichen 11 kennzeichnet den Mittelpunkt des Bias-Magneten 6a in einer Draufsicht. A, B, C und D geben jeweils an, wenn sich der Bias-Magnet 6a in der Mitte eines der Durchgangslöcher 3-1(A) befindet, wenn sich der Bias-Magnet 6a an einer Position befindet, die in einer Richtung (nach rechts in 6) von dem Mittelpunkt des einen Durchgangslochs 3-1(B) abweicht, wenn sich der Bias-Magnet 6a zwischen den Durchgangslöchern 3-1 und 3-2(C) befindet, und wenn sich der Bias-Magnet 6a an einer Position befindet, die in die andere Richtung (nach links in 6) von dem Mittelpunkt des anderen Durchgangslochs 3-2(D) abweicht, wenn sich der Block 2 bewegt.
Befindet sich zunächst der Bias-Magnet 6a an der Position (A), das heißt, im Mittelpunkt des einen Durchgangslochs 3-1, zeigt das Magnetfeld, das durch den Bias-Magneten 6a erzeugt wird, radial von dem Mittelpunkt des Durchgangslochs 3-1 zu Abschnitten 12 und 13 des Magnetmaterials, das das Durchgangsloch 3-1 umgibt. Die Magnetsensoren 8a1 und 8a2 sind derart angeordnet, dass sie um die Mittelachse 6a1 des Bias-Magneten 6a bilateral symmetrisch sind. Dementsprechend sind auch die Richtungen der Magnetfelder, die an den Magnetsensoren 8a1 und 8a2 angelegt sind, ebenfalls bilateral symmetrisch. Bezugszeichen a1 und a2 kennzeichnen Richtungen der Magnetfelder, die in Draufsicht an die Magnetsensoren 8a1 und 8a2 angelegt sind, wodurch sich die Beziehung Widerstand R1 des Magnetsensors 8a1 = Widerstand R2 des Magnetsensors 8a2 ergibt. Wenn Vcc 5 V beträgt, wird somit ein Mittelpunktpotential von 2,5 V ausgegeben (siehe 5).
Wenn sich anschließend der Bias-Magnet 6a an der Position (B) befindet, das heißt, an der Position, die vom Mittelpunkt des einen Durchgangslochs 3-1 nach rechts abweicht, befindet sich der Bias-Magnet 6a näher an dem Abschnitt 13 des magnetischen Materials als der Abschnitt 12 des magnetischen Materials. Dementsprechend wird ein Ungleichgewicht in dem von den Bias-Magneten 6a erzeugten Magnetfeld erzeugt. Ein Ungleichgewicht wird auch in den Richtungen der Magnetfelder erzeugt, die an dem linken und rechten Magnetsensor 8a1 und 8a2 angelegt werden, wodurch sich die Beziehung Widerstand R1 des Magnetsensors 8a1 < Widerstand R2 des Magnetsensors 8a2 ergibt. Somit wird ein Mittelpunktpotential ausgegeben, das größer als 2,5 V ist.
Befindet sich anschließend der Bias-Magnet 6a an der Position (C), das heißt, zwischen den Durchgangslöchern 3-1 und 3-2, befindet sich der Bias-Magnet 6a unterhalb des Abschnitts 13 des Magnetmaterials. Dementsprechend wird ein Magnetfeld erzeugt, das von dem Bias-Magneten 6a nach unten zeigt. Die Richtungen der Magnetfelder, die an die Magnetsensoren 8a1 und 8a2 angelegt werden, sind bilateral symmetrisch, wodurch sich die Beziehung Widerstand R1 des Magnetsensors 8a1 = Widerstand R2 des Magnetsensors 8a2 ergibt. Somit wird ein Mittelpunktpotential von 2,5 V ausgegeben.
Befindet sich anschließend der Bias-Magnet 6a an der Position (D), das heißt, an der Position, die von dem Mittelpunkt des anderen Durchgangslochs 3-2 nach rechts abweicht, befindet sich der Bias-Magnet 6a näher am Abschnitt 13 des magnetischen Materials als am Abschnitt 14 des magnetischen Materials. Dementsprechend bildet sich in dem Magnetfeld, das durch den Bias-Magneten 6a erzeugt wird, ein Ungleichgewicht. Ein Ungleichgewicht wird auch in den Richtungen der Magnetfelder erzeugt, die an den linken und rechten Magnetsensor 8a1 und 8a2 angelegt werden, wordurch sich die Beziehung Widerstand R1 des Magnetsensors 8a1 < Widerstand R2 des Magnetsensors 8a2 ergibt. Somit wird ein Mittelpunktpotential weniger als 2,5 V ausgegeben.
7 zeigt Änderungen in der Ausgangsspannung (Mittelpunktpotential), wenn sich der Bias-Magnet 6a an den Positionen A, B, C und D befindet. Die Horizontalachse gibt den Bewegungsbetrag des Blocks 2 an, und die Vertikalachse gibt die Ausgangsspannung (Mittelpunktpotential) an. Die Ausgangsspannung des Magnetsensors 8a ändert sich mit der Bewegung des Blocks 2 in eine Sinuswelle. Von dem Punkt, an dem sich der Bias-Magnet 6a im Mittelpunkt des einen Durchgangslochs 3-1 befindet, zu dem Punkt, an dem sich der Bias-Magnet 6a am Mittelpunkt des anderen Durchgangslochs 3-2 befindet, entspricht einer Periode. Eine periodische Änderung der Ausgangsspannung wird verwendet, um die Erfassung der Position des Blocks 2 zu ermöglichen.
8 zeigt einen Graphen, der einen Fall (A-1), in dem eine rostfreie Schraube als nichtmagnetisches Material als ein Befestigungselement verwendet wird, und einen Fall (B-1), in dem eine Stahlschraube verwendet wird, hinsichtlich der Ausgangsspannung, die von dem Magnetsensor 8a ausgegeben wird, vergleicht. Wie in 8 (A-1) gezeigt, wird in dem Fall, in dem die rostfreie Schraube verwendet wird, im Wesentlichen die gleiche Wellenform erhalten als in dem Fall, in dem das Durchgangsloch 3 leer ist (das heißt, ohne Schraube). Wie in 8 (A-2) gezeigt, ist auch eine Ausgangsdifferenz zwischen dem Fall mit der Schraube und dem Fall ohne Schraube im Wesentlichen Null.
Wird im Gegensatz dazu, wie in 8 (B-1) gezeigt, die Stahlschraube verwendet, ist ein Spitzenwert der Ausgangsspannung niedriger als in dem Fall, in dem das Durchgangsloch 3 leer ist (das heißt, ohne Schraube). Wie in 8 (B-2) gezeigt, ist die Ausgangsdifferenz zwischen dem Fall mit der Schraube und dem Fall ohne Schraube groß. Durch Verwenden der rostfreien Schraube als das Befestigungselement, kann eine Beeinträchtigung der Ausgangsspannung des Magnetsensors 8a im Wesentlichen verhindert werden. Eine Harzschraube kann ebenfalls als ein Befestigungselement aus nichtmagnetischem Material verwendet werden.
Wie in 2 gezeigt, sind die Codierer 10a und 10bjeweils an beiden Enden in der Bewegungsrichtung des Blocks 2 angeordnet. Befindet sich der Bias-Magnet 6a eines Codierers, 10a im Mittelpunkt des Durchgangslochs 3, befindet sich der Bias-Magnet 6b des anderen Codierers 10b an einer Position, die um ein Viertel eines Abstands L zwischen den Durchgangslöchern 3 von dem Mittelpunkt des Durchgangslochs 3 abweicht. Somit gibt, wie in 9 gezeigt, der Magnetsensor 8a des einen Codierers 10a ein Sinuswellen-Phase-A-Signal aus, und der Magnetsensor 8b des anderen Codierers 10b gibt ein Cosinuswellen-Phase-B-Signal aus, das um 90 Grad zum Phase-A-Signal phasenverschoben ist.
Die von dem Magnetsensoren 8a und 8b ausgegebenen Phase-A und Phase-B-Signale werden wie folgt verarbeitet: wie in 10 gezeigt, werden das Phase-A und Phase-B-Signal an eine Signalverarbeitungseinheit 21 der Positionserfassungsvorrichtung übertragen. Die Signalverarbeitungseinheit führt einen Interpolationsprozess an dem Phase-A- und Phase-B-Signal aus, um Hochpräzisionsphasenwinkeldaten auszugeben.
Dies wird im Folgenden detailliert beschrieben. Das Phase-A und Phase-B-Signal werden in A/D-Wandler 22a und 22b eingegeben. Die A/D-Wandler 22a und 22b tasten die Phase-A und Phase-B-Signale in einer vorbestimmten Zeitdauer ab, um digitale Daten DA und DB zu erhalten. Wie in 11 dargestellt, werden Nachschlagetabellendaten, die auf der Grundlage der folgenden Gleichung unter Verwendung einer inversen Tangens-Funktion (arctan) erzeugt wurden, zuvor in einem Nachschlagetabellenspeicher 23 der Signalverarbeitungseinheit 21 aufgezeichnet. $u = arctan (DB / DA)$
11 zeigt eine Speicherkonfiguration des Nachschlagetabellenspeichers 23 in einem Fall, in dem ein Adressraum von 8 Bits x 8 Bits Phasenwinkeldaten von einem Tausendstel einer Periode aufweist. Die Signalverarbeitungseinheit 21 durchsucht die Nachschlagetabellendaten unter Verwendung der digitalen Daten DA und DB als jeweils x- bzw. y-Adressen und enthält Phasenwinkeldaten u entsprechend den x- und y-Adressen. Folglich ist eine Division und Interpolation innerhalb einer Wellenlänge möglich (ein Abschnitt von 0 bis 2π). Anstelle der Verwendung des Nachschlagetabellenspeichers 23 ist eine Division/Interpolation innerhalb einer Wellenlänge (der Abschnitt von 0 bis 2π) auch möglich, indem u = arctan (DB/DA) berechnet und die Phasenwinkeldaten u ausgerechnet werden. Die Signalverarbeitungseinheit 21 erzeugt ein Phase-A-Impulssignal und ein Phase-B-Impulssignal aus den Phasenwinkeldaten u und erzeugt ein Phase-Z-Impulssignal in jeder Periode. Das Phase-A-Impulssignal, das Phase-B-Impulssignal und das Phase-Z-Impulssignal, die von der Signalverarbeitungseinheit 21 ausgegeben werden, werden zur Steuerung der Position eines beweglichen Körpers, wie beispielsweise eines Tisches, verwendet.
Zuvor wurde die Konfiguration der Bewegungsführungsvorrichtung mit der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform beschrieben. Die Bewegungsführungsvorrichtung mit der Positionserfassungsvorrichtung der Ausführungsform weist folgende Effekte auf:
Die Durchgangslöcher 3 der Spurschiene 1 werden als Maßstab verwendet. Dementsprechend ist der Raum zur Befestigung des Maßstabs an der Spurschiene 1 nicht erforderlich. Darüber hinaus ist die Spurschiene 1 selbst der Maßstab; somit wird eine kostengünstige Positionserfassungsvorrichtung erhalten.
Das Befestigungselement ist eine rostfreie Schraube. Dementsprechend ist es möglich, den Einfluss des Befestigungselements auf die Ausgangsspannungen der Magnetsensoren 8a und 8b im Wesentlichen zu beseitigen.
Die Magnetsensoren 8a und 8b sind zwischen den Bias-Magneten 6a und 6b und der Spurschiene 1 angeordnet. Dementsprechend können die Magnetsensoren 8a und 8b Änderungen in den Richtungen der Magnetfelder der Bias-Magneten 6a und 6b mit hoher Empfindlichkeit erfassen.
Die Codierer 10a und 10b sind jeweils an beide Enden in der Bewegungsrichtung des Blocks 2 angeordnet, und es werden das Phase-A-Signal und das Phase-B-Signal ausgegeben. Dementsprechend kann die Position des Blocks 2 mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Darüber hinaus sind die Codierer 10a und 10b jeweils an beiden Enden in der Bewegungsrichtung des Blocks 2 angeordnet. Dementsprechend kann auch eine Verringerung der Größe der Codierer 10a und 10b unterstützt werden. Wenn sich, wie zuvor beschrieben, der Bias-Magnet 6a des einen Codierers 10a am Mittelpunkt des Durchgangslochs 3 befindet, befindet sich der Bias-Magnet des anderen Codierers 10b an der Position, die ein Viertel des Abstands L zwischen den Durchgangslöchern 3 von dem Mittelpunkt des Durchgangslochs 3 abweicht. Werden die Codierer 10a und 10b nur an einer Seite in der Bewegungsrichtung des Blocks 2 angeordnet, wenn der Abstand L zwischen Durchgangslöchern 3 klein ist, ist es notwendig, einen Abstand zwischen den Magnetsensoren 8a und 8b auf beispielsweise 5/4 L einzustellen, wodurch es wahrscheinlich ist, dass die Größe der Codierer 10a und 10b zunimmt.
Werden zwei Blöcke2 und 2 an der gleichen Spurschiene 1 befestigt, ist es möglich, den Codierer 10a oder 10b an jedem der zwei Blöcke 2 und 2 zu befestigen, und das Phase-A-Signal und das Phase-B-Signal auszugeben. Wenn der Tisch auf dem Block 2 angeordnet ist, können die Codierer 10a und 10b möglicherweise nicht an den beiden Enden in der Bewegungsrichtung des Blocks 2 angeordnet werden, oder die Montagearbeit gestaltet sich als schwierig. Um dieses Problem zu lösen, wird der Codierer 10a oder 10b an jedem der zwei Blöcke 2 und 2 auf der gleichen Spurschiene 1 befestigt. Selbstverständlich können auch drei oder mehr Blöcke 2 ... an der gleichen Spurschiene 1 befestigt werden.
Das Verhältnis der Breite w1 der Senkung 3a des Durchgangslochs 3 zu der Breite w2 des Abschnitts 4, der nicht die Senkung 3a ist, in der Richtung der Mittellinie, die die Mittelpunkte der Durchgangslöcher 3 der Spurschiene 1 verbindet, ist auf 1 : x (wobei 0 < x < 1) eingestellt. Dementsprechend kann die Wellenform der Ausgangsspannungen der Magnetsensoren 8a und 8b in die Sinuswelle umgewandelt werden.
Fremdsubstanzen des Magnetmaterials werden durch die Fremdsubstanzbeseitigungsvorrichtungen 5a und 5b, die an dem Block 2 vorgesehen sind, abgeschabt. Dementsprechend kann verhindert werden, dass die Fremdsubstanzen die Ausgangsspannungen der Magnetsensoren 8a und 8b nachteilig beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Realisierung der Ausführungsform beschränkt und kann innerhalb des Schutzumfangs, der den Kern der vorliegenden Erfindung nicht verändert, in verschiedene Ausführungsformen geändert werden.
Beispielsweise dienen die Form des Bias-Magneten, die Anzahl der Magnetsensoren, die Positionsbeziehung zwischen dem Bias-Magneten und dem Magnetsensor der Ausführungsform der Veranschaulichung, und es können andere Konfigurationen innerhalb des Umfangs verwendet werden, die nicht vom Kern der vorliegenden Erfindung abweichen.
Darüber hinaus dienen die Konfigurationen der Spurschiene und des Blocks der Veranschaulichung, und es können auch andere Konfigurationen innerhalb des Umfangs verwendet werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In der Ausführungsform ist der Codierer am Block befestigt. Jedoch kann der Codierer auch an einem bewegbaren Körper, wie beispielsweise einem Tisch, befestigt sein.
Die Beschreibung beruht auf der am 28. Oktober 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-211543, deren gesamter Inhalt hierin aufgenommen ist.
Bezugszeichenliste

1: Spurschiene (Schienenelement)
2: Block (Schlitten)
3: Durchgangsloch
3a: Senkung
4: Abschnitt, der nicht die Senkung der Spurschiene ist
6a, 6b: Bias-Magnet (Magnet)
8a, 8b: Magnetsensor

Claims

Positionserfassungsvorrichtung, umfassend: ein Schienenelement (1) mit einer Mehrzahl an Durchgangslöchern (3), in die ein Befestigungselement zum Befestigen des Schienenelements (1) an einer Basis einsetzbar ist, wobei die Durchgangslöcher (3) in regelmäßigem Abstand in Längsrichtung des Schienenelements (1) ausgebildet sind; einen Schlitten (2) der an dem Schienenelement (1) über ein Rollelement bewegbar montiert ist; einen Magneten (6a, 6b), der ein Magnetfeld in Richtung des Schienenelements (1) erzeugt; und einen Magnetsensor (8a, 8b), der in dem Magnetfeld angeordnet ist, wobei der Magnetsensor (8a, 8b) konfiguriert ist, um eine Änderung des Magnetfelds des Magneten (6a, 6b) bei der Bewegung des Magneten (6a, 6b) relativ zu dem Schienenelement (1) zu erfassen, wobei die Positionserfassungsvorrichtung konfiguriert ist die Mehrzahl an Durchgangslöchern (3) als Maßstab zu verwenden, wobei der Magnet (6a, 6b) und der Magnetsensor (8a, 8b) auf dem Schlitten (2) vorgesehen ist, oder an einem bewegbaren Körper an dem der Schlitten befestigt ist, wobei der Magnetsensor (8a, 8b) zwischen dem Magneten (6a, 6b) und dem Schienenelement (1) angeordnet ist.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Befestigungselement ein nichtmagnetisches Material aufweist.
Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Magnet (6a, 6b) und der Magnetsensor (8a, 8b) an jedem Ende in einer Bewegungsrichtung des Schlittens (2) derart angeordnet sind, dass ein Phase-A-Signal und ein Phase-B-Signal, die um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind, ausgegeben werden.
Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zwei Schlitten (2) an dem gleichen Schienenelement (1) montiert sind, und der Magnet (6a, 6b) und der Magnetsensor (8a, 8b) so an jedem der zwei Schlitten (2) montiert sind, dass ein Phase-A-Signal und ein Phase-B-Signal, die um 90 Grad phasenverschoben sind, ausgegeben werden.
Positionserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schienenelement (1) mindestens zwei Durchgangslöcher (3) in einer Längsrichtung des Schienenelements umfasst, und das Verhältnis einer Breite einer Senkung des Durchgangslochs (3) zu einer Breite eines Abschnitts, der nicht die Senkung ist, in einer Richtung einer Mittellinie, die die Mittelpunkte der mindestens zwei Durchgangslöcher verbindet, auf 1 : x eingestellt ist, wobei 0 < x < 1 ist.