JP2003513262A - 誘導位置検出装置 - Google Patents
誘導位置検出装置Info
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-
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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- G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
- G01D5/2046—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
-
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- G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、縦軸と、縦軸方向に延伸する磁性材料の要素と、縦軸に垂直な方向に周期的に変化する寸法とを有する第１の部材（９）と、縦軸に沿って第１の部材に対して移動可能な第２の部材（１０）と、要素に磁場を誘起させる手段とを備える誘導位置検出装置（１）に関する。位置検出装置は、磁場の特徴的な変化を分析し、第２の部材に対する第１の部材の変位を決定する。
Description
【０００１】
現代の工作機械などの製造機械においては、大きな部品を正確に測定し、製造
するために、正確な位置検出装置を有する必要がある。このような機械は、多く
の場合、大きくてかさばっており、製造および正確な据え付けが難しいような長
くて正確な位置検出装置を用いなければならない。これらの位置検出装置は、通
常、工作機械の２つの部材に据え付けられ、それら２つの部材間の変位量に関す
る情報を提供する。本発明は、２つの部材間の相対変位量を測定するのに用いる
位置検出装置の改良に関する。
するために、正確な位置検出装置を有する必要がある。このような機械は、多く
の場合、大きくてかさばっており、製造および正確な据え付けが難しいような長
くて正確な位置検出装置を用いなければならない。これらの位置検出装置は、通
常、工作機械の２つの部材に据え付けられ、それら２つの部材間の変位量に関す
る情報を提供する。本発明は、２つの部材間の相対変位量を測定するのに用いる
位置検出装置の改良に関する。
【０００２】
たとえば、変位に伴って変化する電気信号を提供するなど、様々な装置が位置
情報を提供するために用いられてきた。このような装置が、ＧＢ１５１３５６７
に開示されている。その装置においては、球の配列を備える第１の部材が電磁誘
導コイルおよびピックアップコイルを備える第２の部材に対して移動する。誘導
コイルにより、球同士が接触する直線に沿って磁場が誘起される。ピックアップ
コイルから出力される信号は球の位置に依存する。第１及び第２の部材の間の相
対変位は、ピックアップコイルを通過する球の移動に帰するので、変位に伴って
変化する信号を提供する。このような装置においては、相対変位を算出するため
に、信号の周期の数を数える必要がある。
情報を提供するために用いられてきた。このような装置が、ＧＢ１５１３５６７
に開示されている。その装置においては、球の配列を備える第１の部材が電磁誘
導コイルおよびピックアップコイルを備える第２の部材に対して移動する。誘導
コイルにより、球同士が接触する直線に沿って磁場が誘起される。ピックアップ
コイルから出力される信号は球の位置に依存する。第１及び第２の部材の間の相
対変位は、ピックアップコイルを通過する球の移動に帰するので、変位に伴って
変化する信号を提供する。このような装置においては、相対変位を算出するため
に、信号の周期の数を数える必要がある。
【０００３】
ＧＢ１５１３５６７に開示された装置は商業的に成功してきたが、この装置は
解像度に限界があり、自動補正又は自己診断ができない。さらに、この従来の位
置検出装置は、信号を復号して位置情報を提供するために、一般にＯＥＭとして
知られている、検出装置の原物の製造者により設計された装置が必要である非標
準的な信号を生成する。
解像度に限界があり、自動補正又は自己診断ができない。さらに、この従来の位
置検出装置は、信号を復号して位置情報を提供するために、一般にＯＥＭとして
知られている、検出装置の原物の製造者により設計された装置が必要である非標
準的な信号を生成する。
【０００４】
ＧＢ１５１３５６７に開示されているような従来の装置は、熟練した技師によ
り手動で較正が行われている。一般に、次に続く製造、装置の組立、及び使用前
に、装置の精度が標準装置に対して比較され、ずれが最小になるように調整され
る。この調整は、装置内の手動の分圧器を用いて行われる。
り手動で較正が行われている。一般に、次に続く製造、装置の組立、及び使用前
に、装置の精度が標準装置に対して比較され、ずれが最小になるように調整され
る。この調整は、装置内の手動の分圧器を用いて行われる。
【０００５】
いったん使用し始めると、再較正は容易ではない。さらに、この装置は、たと
えば、周囲の温度、動作周波数、又は装置の構成部材の特性の時間変化などに起
因する信号の変動を考慮して自己調整することができない。これらのずれは比較
的小さくても、装置の精度に影響を与える。従来技術のさらなる欠点は、これら
の装置が、小さくても重大なずれに対して非常に重要となる再較正が必要である
という直接的な徴候を示さないことである。
えば、周囲の温度、動作周波数、又は装置の構成部材の特性の時間変化などに起
因する信号の変動を考慮して自己調整することができない。これらのずれは比較
的小さくても、装置の精度に影響を与える。従来技術のさらなる欠点は、これら
の装置が、小さくても重大なずれに対して非常に重要となる再較正が必要である
という直接的な徴候を示さないことである。
【０００６】
動作の周波数が従来の装置の解像度を決定する。これらの装置は、一般に１ｋ
Ｈｚ（１秒間に１０００サイクル）という比較的低い周波数で作動される。装置
は、より高い解像度を得るために、より高い周波数で作動されることも可能であ
るが、それには、より高価な、より高い周波数のクロックを用いる必要がある。
さらに、より高い周波数で動作させると、系の磁気的特性が変化し、補正しなけ
れば、位置測定のエラーの増大をも招く結果となる。
Ｈｚ（１秒間に１０００サイクル）という比較的低い周波数で作動される。装置
は、より高い解像度を得るために、より高い周波数で作動されることも可能であ
るが、それには、より高価な、より高い周波数のクロックを用いる必要がある。
さらに、より高い周波数で動作させると、系の磁気的特性が変化し、補正しなけ
れば、位置測定のエラーの増大をも招く結果となる。
【０００７】
さらに、従来の装置では、位置情報を提供するための信号の内挿は、１サイク
ルの間に１回だけしか行うことができない。これは、従来の装置が印加信号と応
答信号の間の位相シフトを比較することにより動作するからである。これは、最
も簡便には、信号において強度が０の部分を比較することにより実現される。１
サイクルに１回のみしか内挿できないため、一般に用いられる球の大きさ及び動
作の周波数においては、従来の装置は、ほぼ２．５μｍの解像度に限られる。し
かしながら、製造機械の動作スピードの向上により、この解像度では十分でない
場合もある。１μｍ又はそれ以下のオーダーの精度の解像度が必要である。
ルの間に１回だけしか行うことができない。これは、従来の装置が印加信号と応
答信号の間の位相シフトを比較することにより動作するからである。これは、最
も簡便には、信号において強度が０の部分を比較することにより実現される。１
サイクルに１回のみしか内挿できないため、一般に用いられる球の大きさ及び動
作の周波数においては、従来の装置は、ほぼ２．５μｍの解像度に限られる。し
かしながら、製造機械の動作スピードの向上により、この解像度では十分でない
場合もある。１μｍ又はそれ以下のオーダーの精度の解像度が必要である。
【０００８】
したがって、本発明は、第１の部材と、第２の部材と、トランスデューサと、
少なくとも１つのアナログからディジタルへの信号変換部と、少なくとも１つの
ディジタル信号処理部と、を備え、 前記第１の部材は、中心軸を持つ列上に互いに接触するように並んで配置され
、互いの相対運動に対して束縛された一列の磁性材料の要素を有し、前記列は前
記中心軸に対して垂直な方向に変化する寸法を有し、 前記第１及び第２の部材は、前記中心軸と平行な方向に相対的に移動可能であ
り、 前記第２の部材は、前記トランスデューサを有し、 前記トランスデューサは、伝導手段及び検知手段を備え、前記伝導手段は、前
記要素の列の中に磁場を生成するために配され、前記検知手段は、少なくとも１
つのピックアップコイルを備え、前記ピックアップコイルは、前記第１の部材及
び前記第２の部材の間の相対的な移動の間に生成された、前記ピックアップコイ
ルと前記ピックアップコイルに最も近い前記要素の列の端との間の距離の変化に
起因する前記磁場の変化を検出するために前記要素の列に近接して配置され、前
記ピックアップコイルはアナログ信号を提供し、前記アナログ信号の強度は前記
第１及び第２の部材の相対位置を特徴的に示し、 前記アナログからディジタルへの信号変換部は、前記少なくとも１つのピック
アップコイルから得られたアナログ信号を受けて、それをディジタル信号に変換
し、 前記ディジタル信号処理部は、前記アナログからディジタルへの信号変換部か
ら前記ディジタル信号を受け、所定のサンプリング間隔で前記ディジタル信号を
サンプリングし、前記第１及び前記第２の部材の相対位置に関する信号強度の特
徴的な変化を用いて、前記第２の部材に対する前記第１の部材の位置を決定する
位置検出装置を提供する。
少なくとも１つのアナログからディジタルへの信号変換部と、少なくとも１つの
ディジタル信号処理部と、を備え、 前記第１の部材は、中心軸を持つ列上に互いに接触するように並んで配置され
、互いの相対運動に対して束縛された一列の磁性材料の要素を有し、前記列は前
記中心軸に対して垂直な方向に変化する寸法を有し、 前記第１及び第２の部材は、前記中心軸と平行な方向に相対的に移動可能であ
り、 前記第２の部材は、前記トランスデューサを有し、 前記トランスデューサは、伝導手段及び検知手段を備え、前記伝導手段は、前
記要素の列の中に磁場を生成するために配され、前記検知手段は、少なくとも１
つのピックアップコイルを備え、前記ピックアップコイルは、前記第１の部材及
び前記第２の部材の間の相対的な移動の間に生成された、前記ピックアップコイ
ルと前記ピックアップコイルに最も近い前記要素の列の端との間の距離の変化に
起因する前記磁場の変化を検出するために前記要素の列に近接して配置され、前
記ピックアップコイルはアナログ信号を提供し、前記アナログ信号の強度は前記
第１及び第２の部材の相対位置を特徴的に示し、 前記アナログからディジタルへの信号変換部は、前記少なくとも１つのピック
アップコイルから得られたアナログ信号を受けて、それをディジタル信号に変換
し、 前記ディジタル信号処理部は、前記アナログからディジタルへの信号変換部か
ら前記ディジタル信号を受け、所定のサンプリング間隔で前記ディジタル信号を
サンプリングし、前記第１及び前記第２の部材の相対位置に関する信号強度の特
徴的な変化を用いて、前記第２の部材に対する前記第１の部材の位置を決定する
位置検出装置を提供する。
【０００９】
中心軸に垂直な方向の列の寸法は、列に沿った繰り返しパターンで変化するの
が好ましい。
が好ましい。
【００１０】
ディジタル信号処理部は、標準の所定間隔で前記信号をサンプリングしてもよ
い。
い。
【００１１】
ディジタル信号処理部は、第１のピックアップコイルの組からの信号の位置に
関する強度の変化の特性を、第２のピックアップコイルの組からの信号の位置に
関する強度の変化の特性と比較し、前記第１及び第２のコイルの組からの信号が
、実質的に等しい強度の特性を示すように、前記強度の特性を調節するように配
されてもよい。
関する強度の変化の特性を、第２のピックアップコイルの組からの信号の位置に
関する強度の変化の特性と比較し、前記第１及び第２のコイルの組からの信号が
、実質的に等しい強度の特性を示すように、前記強度の特性を調節するように配
されてもよい。
【００１２】
伝導手段は、時間に関して周期的に変化する磁場を生成するように配されるの
が好ましい。この好ましい形態において、ディジタル信号処理部は、前記ピック
アップコイルから、時間に関して最大強度に十分近い前記信号をサンプリングす
るように配される。それに代えて、ディジタル信号処理部は、サンプリングする
信号の強度が時間に関して最大強度に十分近くなるように、信号のサンプリング
を監視し、調節するように配されてもよい。
が好ましい。この好ましい形態において、ディジタル信号処理部は、前記ピック
アップコイルから、時間に関して最大強度に十分近い前記信号をサンプリングす
るように配される。それに代えて、ディジタル信号処理部は、サンプリングする
信号の強度が時間に関して最大強度に十分近くなるように、信号のサンプリング
を監視し、調節するように配されてもよい。
【００１３】
好ましい形態においては、前記要素の列は、点接触するように並んで配置され
た実質的に球状で同一の磁性材料の球を備え、 前記第１及び第２の部材は、球同士が接触する点を結ぶ線に平行な方向に相対
的に移動可能であり、 前記検知手段は、前記要素の列に近接し、それに沿って間隔をおいて配置され
た少なくとも２つのピックアップコイルを備え、 前記ディジタル信号処理部は、数学的計算を用いて前記第２の部材に対する前
記第１の部材の位置を決定するように配され、 前記数学的計算は、少なくとも１つのピックアップコイルからサンプリングさ
れた第１のディジタル信号の強度と、少なくとも１つの他のピックアップコイル
からサンプリングされた第２のディジタル信号の強度との比の逆正接の値と、 信号が上下する軸の上側又は下側の信号の相対強度及び対応位置と、 位置に関する信号の最大強度及び球の寸法から決定される定数とを備える。
た実質的に球状で同一の磁性材料の球を備え、 前記第１及び第２の部材は、球同士が接触する点を結ぶ線に平行な方向に相対
的に移動可能であり、 前記検知手段は、前記要素の列に近接し、それに沿って間隔をおいて配置され
た少なくとも２つのピックアップコイルを備え、 前記ディジタル信号処理部は、数学的計算を用いて前記第２の部材に対する前
記第１の部材の位置を決定するように配され、 前記数学的計算は、少なくとも１つのピックアップコイルからサンプリングさ
れた第１のディジタル信号の強度と、少なくとも１つの他のピックアップコイル
からサンプリングされた第２のディジタル信号の強度との比の逆正接の値と、 信号が上下する軸の上側又は下側の信号の相対強度及び対応位置と、 位置に関する信号の最大強度及び球の寸法から決定される定数とを備える。
【００１４】
好ましくは、この形態において、位置に関する信号の最大強度は、補正設定値
から決定される。それに代えて、数学的計算の定数に使用される、位置に関する
信号の最大強度は、使用中の時間周期における位置に関する信号の最大強度のサ
ンプリングから決定されてもよい。
から決定される。それに代えて、数学的計算の定数に使用される、位置に関する
信号の最大強度は、使用中の時間周期における位置に関する信号の最大強度のサ
ンプリングから決定されてもよい。
【００１５】
この好ましい形態において、ディジタル信号処理部は、信号が上下する軸の上
側の位置に関する信号の強度と、それに対応する軸の下側の信号の強度とを比較
し、前記軸の上下の強度が実質的に等しい対称的な信号を生成するように信号の
強度を調整するように配されるのが有利である。
側の位置に関する信号の強度と、それに対応する軸の下側の信号の強度とを比較
し、前記軸の上下の強度が実質的に等しい対称的な信号を生成するように信号の
強度を調整するように配されるのが有利である。
【００１６】
トランスデューサは、
球の列に近接し、それに沿って間隔をおいて配置された少なくとも１組の４つ
のピックアップコイルを備え、 前記ディジタル信号処理部は、第１／第３及び第２／第４の信号の組の不均衡
を測定し、それぞれの信号の組の間の不均衡を減少させるように信号を調整する
ように配されるのが好ましい。
のピックアップコイルを備え、 前記ディジタル信号処理部は、第１／第３及び第２／第４の信号の組の不均衡
を測定し、それぞれの信号の組の間の不均衡を減少させるように信号を調整する
ように配されるのが好ましい。
【００１７】
代わりになるべきものとして、トランスデューサは、
球の列に近接し、それに沿って間隔をおいて配置された少なくとも１組の４つ
のピックアップコイルと、 前記組のうち第１／第３及び第２／第４のピックアップコイルの対のそれぞれ
に対して少なくとも１つの不均衡回路とを備え、前記不均衡回路は、前記ピック
アップコイルから信号を受けるように配され、ピックアップコイルからアナログ
信号を受けて調整するように配された分圧部と、減算回路とを備え、 前記組の第１のピックアップコイルは、前記組の第３のピックアップコイルよ
りも低い強度の信号を受けるように配され、前記組の第４のピックアップコイル
は、前記組の第２のピックアップコイルよりも低い強度の信号を受けるように配
され、 前記第１／第３のピックアップコイルの対のための前記分圧部は、第１のピッ
クアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第１のピックアップコ
イルの信号の強度を増加させるように動作可能であり、前記減算回路は、前記数
学的計算に用いられる前記第１の信号を提供するために前記第３のピックアップ
コイルの信号の強度を減算するように動作可能であり、 前記第２／第４のピックアップコイルの対のための前記分圧部は、第４のピッ
クアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第４のピックアップコ
イルの信号の強度を増加させるように動作可能であり、前記減算回路は、前記数
学的計算に用いられる前記第２の信号を提供するために前記第２のピックアップ
コイルの信号の強度を減算するように動作可能である。
のピックアップコイルと、 前記組のうち第１／第３及び第２／第４のピックアップコイルの対のそれぞれ
に対して少なくとも１つの不均衡回路とを備え、前記不均衡回路は、前記ピック
アップコイルから信号を受けるように配され、ピックアップコイルからアナログ
信号を受けて調整するように配された分圧部と、減算回路とを備え、 前記組の第１のピックアップコイルは、前記組の第３のピックアップコイルよ
りも低い強度の信号を受けるように配され、前記組の第４のピックアップコイル
は、前記組の第２のピックアップコイルよりも低い強度の信号を受けるように配
され、 前記第１／第３のピックアップコイルの対のための前記分圧部は、第１のピッ
クアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第１のピックアップコ
イルの信号の強度を増加させるように動作可能であり、前記減算回路は、前記数
学的計算に用いられる前記第１の信号を提供するために前記第３のピックアップ
コイルの信号の強度を減算するように動作可能であり、 前記第２／第４のピックアップコイルの対のための前記分圧部は、第４のピッ
クアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第４のピックアップコ
イルの信号の強度を増加させるように動作可能であり、前記減算回路は、前記数
学的計算に用いられる前記第２の信号を提供するために前記第２のピックアップ
コイルの信号の強度を減算するように動作可能である。
【００１８】
本発明は、さらに、前述した位置検出装置の前記第２の部材に対する前記第１
の部材の変位を決定する方法であって、ディジタル信号をサンプリングする工程
と、前記第１及び第２の部材の相対位置に関する信号強度の特徴的な変化を使用
して、前記第１及び第２の部材の相対位置を決定する工程とを備える方法を提供
する。
の部材の変位を決定する方法であって、ディジタル信号をサンプリングする工程
と、前記第１及び第２の部材の相対位置に関する信号強度の特徴的な変化を使用
して、前記第１及び第２の部材の相対位置を決定する工程とを備える方法を提供
する。
【００１９】
好ましくは、この方法は、第１のピックアップコイルの組からの信号の位置に
関する強度の変化の特性を、第２のピックアップコイルの組からの信号の位置に
関する強度の変化の特性と比較する工程と、前記第１及び第２のコイルの組から
の信号が、実質的に等しい強度の特性を示すように、前記強度の特性を調節する
工程とを備える。
関する強度の変化の特性を、第２のピックアップコイルの組からの信号の位置に
関する強度の変化の特性と比較する工程と、前記第１及び第２のコイルの組から
の信号が、実質的に等しい強度の特性を示すように、前記強度の特性を調節する
工程とを備える。
【００２０】
好ましい形態において、列が複数の丸い球を備え、この方法がトランスデュー
サのピックアップコイルから所定の間隔で信号をサンプリングする工程を備える
とき、 トランスデューサからサンプリングされた第１の信号の強度とトランスデュー
サからサンプリングされた第２の信号の強度との比の逆正接の値を算出する工程
と、 サンプリングされた信号のそれぞれの相対強度及びそれらの信号が上下する軸
の上側又は下側の対応位置を決定する工程と、 サンプリングされた信号の強度の逆正接の値、相対強度及び軸に関するそれら
の位置、及び定数を用いて、第２の部材に対する第１の部材の相対変位を決定す
るために数学的計算を実行する工程とを備え、 前記定数は、位置に関する信号の最大強度及び球の寸法から決定されてもよい
。
サのピックアップコイルから所定の間隔で信号をサンプリングする工程を備える
とき、 トランスデューサからサンプリングされた第１の信号の強度とトランスデュー
サからサンプリングされた第２の信号の強度との比の逆正接の値を算出する工程
と、 サンプリングされた信号のそれぞれの相対強度及びそれらの信号が上下する軸
の上側又は下側の対応位置を決定する工程と、 サンプリングされた信号の強度の逆正接の値、相対強度及び軸に関するそれら
の位置、及び定数を用いて、第２の部材に対する第１の部材の相対変位を決定す
るために数学的計算を実行する工程とを備え、 前記定数は、位置に関する信号の最大強度及び球の寸法から決定されてもよい
。
【００２１】
この形態において、好ましくは、位置に関する信号の最大強度は、補正設定値
から決定される。または、数学的計算の定数に使用される、位置に関する信号の
最大強度は、使用中の時間周期における位置に関する信号の最大強度のサンプリ
ングから決定される。
から決定される。または、数学的計算の定数に使用される、位置に関する信号の
最大強度は、使用中の時間周期における位置に関する信号の最大強度のサンプリ
ングから決定される。
【００２２】
この好ましい形態において、信号が上下する軸の上側の位置に関する信号の強
度は、それに対応する軸の下側の信号の強度と比較され、前記軸の上下の強度が
実質的に等しい対称的な信号を生成するように調整されるのが有利である。
度は、それに対応する軸の下側の信号の強度と比較され、前記軸の上下の強度が
実質的に等しい対称的な信号を生成するように調整されるのが有利である。
【００２３】
この好ましい形態において、伝導手段は、時間に関して周期的に変化する磁場
を生成するように配され、前記方法は、前記ピックアップコイルから時間に関し
て最大強度に十分近い前記信号をサンプリングする工程を備える。または、時間
に関して最大強度に十分近い信号をサンプリングするように、信号のサンプリン
グを監視し、調節してもよい。
を生成するように配され、前記方法は、前記ピックアップコイルから時間に関し
て最大強度に十分近い前記信号をサンプリングする工程を備える。または、時間
に関して最大強度に十分近い信号をサンプリングするように、信号のサンプリン
グを監視し、調節してもよい。
【００２４】
この好ましい形態において、球の列に沿って間隔を置き隣接して配置された少
なくとも１組の４つのピックアップコイルを備え、前記方法は、第１／第３及び
第２／第４の信号の組の不均衡を測定する工程と、それぞれの信号の組の間の不
均衡を減少させる工程とを備える。
なくとも１組の４つのピックアップコイルを備え、前記方法は、第１／第３及び
第２／第４の信号の組の不均衡を測定する工程と、それぞれの信号の組の間の不
均衡を減少させる工程とを備える。
【００２５】
または、サンプリングされた信号の不均衡は、前記トランスデューサの提供に
より軽減され、 前記トランスデューサは、球の列に近接し、それに沿って間隔をおいて配置さ
れた少なくとも１組の４つのピックアップコイルと、 前記組のうち第１／第３及び第２／第４のピックアップコイルの対のそれぞれ
に対して少なくとも１つの不均衡回路とを備え、前記不均衡回路は、前記ピック
アップコイルから信号を受けるように配され、ピックアップコイルからアナログ
信号を受けて調整するように配された分圧部と、減算回路とを備え、 前記組の第１のピックアップコイルを、前記組の第３のピックアップコイルよ
りも低い強度の信号を受けるようにし、前記組の第４のピックアップコイルを、
前記組の第２のピックアップコイルよりも低い強度の信号を受けるようにする工
程と、 前記第１／第３のピックアップコイルの対のための前記分圧部により、第１の
ピックアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第１のピックアッ
プコイルの信号の強度を増加させ、前記減算回路を用い、前記数学的計算に用い
られる前記第１の信号を提供するために、増加された第１のピックアップコイル
の信号から前記第３のピックアップコイルの信号の強度を減算する工程と、 前記第２／第４のピックアップコイルの対のための前記分圧部により、第４の
ピックアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第４のピックアッ
プコイルの信号の強度を増加させ、前記減算回路を用い、前記数学的計算に用い
られる前記第２の信号を提供するために、増加された前記第４のピックアップコ
イルの信号から前記第２のピックアップコイルの信号の強度を減算する工程とを
備える。
より軽減され、 前記トランスデューサは、球の列に近接し、それに沿って間隔をおいて配置さ
れた少なくとも１組の４つのピックアップコイルと、 前記組のうち第１／第３及び第２／第４のピックアップコイルの対のそれぞれ
に対して少なくとも１つの不均衡回路とを備え、前記不均衡回路は、前記ピック
アップコイルから信号を受けるように配され、ピックアップコイルからアナログ
信号を受けて調整するように配された分圧部と、減算回路とを備え、 前記組の第１のピックアップコイルを、前記組の第３のピックアップコイルよ
りも低い強度の信号を受けるようにし、前記組の第４のピックアップコイルを、
前記組の第２のピックアップコイルよりも低い強度の信号を受けるようにする工
程と、 前記第１／第３のピックアップコイルの対のための前記分圧部により、第１の
ピックアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第１のピックアッ
プコイルの信号の強度を増加させ、前記減算回路を用い、前記数学的計算に用い
られる前記第１の信号を提供するために、増加された第１のピックアップコイル
の信号から前記第３のピックアップコイルの信号の強度を減算する工程と、 前記第２／第４のピックアップコイルの対のための前記分圧部により、第４の
ピックアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第４のピックアッ
プコイルの信号の強度を増加させ、前記減算回路を用い、前記数学的計算に用い
られる前記第２の信号を提供するために、増加された前記第４のピックアップコ
イルの信号から前記第２のピックアップコイルの信号の強度を減算する工程とを
備える。
【００２６】
本発明は、ピックアップコイルにより検出された信号の強度は、ピックアップ
コイルとピックアップコイルに最も近い磁性体の要素の列の端との距離に依存す
ると認める。したがって、要素の列の、それらの中心軸に垂直な方向の寸法を変
化させることにより、ピックアップコイルと列の相対位置と、ピックアップコイ
ルにより記録される信号強度との間の特徴的な関係を測定することができる。こ
のため、本発明は、従来技術とは異なり、電気的信号の内挿に頼らず、信号強度
と、列とピックアップコイルの相対位置との間の特徴的な関係を定義する数学的
計算により位置を決定する。したがって、本発明は１μｍ又はそれ以下のオーダ
ーの精度の解像度を提供することができる。
コイルとピックアップコイルに最も近い磁性体の要素の列の端との距離に依存す
ると認める。したがって、要素の列の、それらの中心軸に垂直な方向の寸法を変
化させることにより、ピックアップコイルと列の相対位置と、ピックアップコイ
ルにより記録される信号強度との間の特徴的な関係を測定することができる。こ
のため、本発明は、従来技術とは異なり、電気的信号の内挿に頼らず、信号強度
と、列とピックアップコイルの相対位置との間の特徴的な関係を定義する数学的
計算により位置を決定する。したがって、本発明は１μｍ又はそれ以下のオーダ
ーの精度の解像度を提供することができる。
【００２７】
もちろん、時間変化する電流（たとえば正弦波信号）が、要素の列を通じて磁
場を誘起するために用いられる場合は、ピックアップコイルにより記録される信
号の強度は、位置を決定するためにいつサンプリングが行われたかに依存する。
このため、それぞれのサンプリング周波数について、位置と信号強度との間に特
徴的な関係があろう。
場を誘起するために用いられる場合は、ピックアップコイルにより記録される信
号の強度は、位置を決定するためにいつサンプリングが行われたかに依存する。
このため、それぞれのサンプリング周波数について、位置と信号強度との間に特
徴的な関係があろう。
【００２８】
本発明は、動作サイクルにつき１回又はそれ以上、信号の位置情報への変換を
行う位置検出装置を提供することもできる。これにより、本発明による解像度は
、動作周波数のみにより決定されない。
行う位置検出装置を提供することもできる。これにより、本発明による解像度は
、動作周波数のみにより決定されない。
【００２９】
さらに、位置検出装置は、熟練した技術者の介在なしに、自動工程により較正
することができる。また、使用中の信号のずれを考慮して自身を調整することも
できる。さらに、本発明の位置検出装置は、装置自身が使用中の再較正を行うこ
とができず、人手の介在を必要とする時に、それに関する示唆を提供することが
できる。
することができる。また、使用中の信号のずれを考慮して自身を調整することも
できる。さらに、本発明の位置検出装置は、装置自身が使用中の再較正を行うこ
とができず、人手の介在を必要とする時に、それに関する示唆を提供することが
できる。
【００３０】
本発明は、付随する以下の図面を参照して詳述される。
【００３１】
図１は、本発明による変位または位置検出装置の透視図である。
図２は、図１に示された装置において用いられた伝導及びピックアップコイル
、及び磁性球の配置の概略図である。 図３は、３つの軸Ｘ、Ｙ、及びＺのそれぞれに対応する３つの従来の検出装置
からの信号の処理に用いられる回路／装置を示すブロック図である。 図４ａは、図２のピックアップコイルから受け取られた信号が、ピッチＰの球
に沿った位置により変化する様子を示す。 図４ｂは、本発明において受け取られた信号が処理され解釈される様子を示す
。 図５は、従来技術において変位が算出される様子を示す。 図６は、本発明における信号の処理に用いられる回路／装置を示すブロック図
である。
、及び磁性球の配置の概略図である。 図３は、３つの軸Ｘ、Ｙ、及びＺのそれぞれに対応する３つの従来の検出装置
からの信号の処理に用いられる回路／装置を示すブロック図である。 図４ａは、図２のピックアップコイルから受け取られた信号が、ピッチＰの球
に沿った位置により変化する様子を示す。 図４ｂは、本発明において受け取られた信号が処理され解釈される様子を示す
。 図５は、従来技術において変位が算出される様子を示す。 図６は、本発明における信号の処理に用いられる回路／装置を示すブロック図
である。
【００３２】
図１は、変位に伴って周期性を有する信号を供給する、工作機械への利用に適
した検出装置を示す。この装置は、ＧＢ１５１３５６７で開示されたものと同じ
型であり、本発明の主部でもある。図示された通り、デバイスまたは検出装置１
は、スケール９及びハウジング１０を備える。スケール９は、工作機械の第１の
部材５０に（直接的又は間接的に）固定される。他方、ハウジング１０は、工作
機械の第２の部材（図示せず）に（直接的又は間接的に）固定される。検出装置
１は、これら二つの部材の間の相対変位を測定する。例として、第１の部材は工
作機械の一部であり、他方、第２の部材は工作される加工物であってもよい。
した検出装置を示す。この装置は、ＧＢ１５１３５６７で開示されたものと同じ
型であり、本発明の主部でもある。図示された通り、デバイスまたは検出装置１
は、スケール９及びハウジング１０を備える。スケール９は、工作機械の第１の
部材５０に（直接的又は間接的に）固定される。他方、ハウジング１０は、工作
機械の第２の部材（図示せず）に（直接的又は間接的に）固定される。検出装置
１は、これら二つの部材の間の相対変位を測定する。例として、第１の部材は工
作機械の一部であり、他方、第２の部材は工作される加工物であってもよい。
【００３３】
この装置において、スケール９は、磁性体の球２が内部に直線状に配置された
非磁性体の管４から形成される。スケール９は、第１の部材５０に固定されるス
ケール支持体３ａ及び３ｂにより支持される。球２は、スケール９及びハウジン
グ１０の間の相対運動の方向に平行な直線上に、互いに点接触するように並んで
配置された実質的に球形の同一の鉄の球である。球は互いに相対運動しないよう
束縛される。ハウジング１０の内部には伝導部７及びピックアップコイル６が備
えられる（図２参照）。
非磁性体の管４から形成される。スケール９は、第１の部材５０に固定されるス
ケール支持体３ａ及び３ｂにより支持される。球２は、スケール９及びハウジン
グ１０の間の相対運動の方向に平行な直線上に、互いに点接触するように並んで
配置された実質的に球形の同一の鉄の球である。球は互いに相対運動しないよう
束縛される。ハウジング１０の内部には伝導部７及びピックアップコイル６が備
えられる（図２参照）。
【００３４】
図１に示されるように、スケール９はハウジング１０を貫通して備えられた管
の穴の中におさまるように配置される。ハウジング１０内部への埃の侵入を防ぐ
ために、ハウジング内部の管の穴の両端にシール５が備えられる。
の穴の中におさまるように配置される。ハウジング１０内部への埃の侵入を防ぐ
ために、ハウジング内部の管の穴の両端にシール５が備えられる。
【００３５】
図２は、ハウジング１０の内部の伝導コイル７及びピックアップコイル６の配
置を示す。示される通り、伝導コイル７及び多数のピックアップコイル６（６ａ
、６ｂ、６ｃ、６ｄ）が球２の周囲に配置されている。伝導コイル７及びピック
アップコイル６は、互いに同軸上にあり、球の中心を結ぶ線８とも同軸上にある
。球２及びコイル６及び７は、線８に平行な方向に相対的に移動可能である。
置を示す。示される通り、伝導コイル７及び多数のピックアップコイル６（６ａ
、６ｂ、６ｃ、６ｄ）が球２の周囲に配置されている。伝導コイル７及びピック
アップコイル６は、互いに同軸上にあり、球の中心を結ぶ線８とも同軸上にある
。球２及びコイル６及び７は、線８に平行な方向に相対的に移動可能である。
【００３６】
伝導コイル７は、直列に接続された多数の伝導コイル部分７’を備える。それ
ぞれの伝導コイル部分７’には、ピックアップコイル部分、たとえば、６ａ１、
６ｂ１、６ｃ１、又は６ｄ１が対応している。それぞれのピックアップコイル、
たとえば６ａは、多数のピックアップコイル部分、たとえば、６ａ１、６ａ２、
６ａ３を備え、それらは互いに直列に接続され、球２の直径に対応する長さ、す
なわちピッチＰの間隔を空けて配置される。
ぞれの伝導コイル部分７’には、ピックアップコイル部分、たとえば、６ａ１、
６ｂ１、６ｃ１、又は６ｄ１が対応している。それぞれのピックアップコイル、
たとえば６ａは、多数のピックアップコイル部分、たとえば、６ａ１、６ａ２、
６ａ３を備え、それらは互いに直列に接続され、球２の直径に対応する長さ、す
なわちピッチＰの間隔を空けて配置される。
【００３７】
図３は、図１に示した検出器とともに用いられる従来の電子回路構成のブロッ
ク図である。回路は、例えば８０Ｃ３１プロセッサなどの主処理部２０を含む。
主処理部２０は、主電源の故障の際に電力を供給する付随バッテリー４１が接続
された不揮発性のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３に接続される。この不
揮発性メモリ２３は、測定された変位データを保持する。プログラムリードオン
リーメモリ（ＲＯＭ）２２も主処理部２０における処理のために設けられる。
ク図である。回路は、例えば８０Ｃ３１プロセッサなどの主処理部２０を含む。
主処理部２０は、主電源の故障の際に電力を供給する付随バッテリー４１が接続
された不揮発性のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３に接続される。この不
揮発性メモリ２３は、測定された変位データを保持する。プログラムリードオン
リーメモリ（ＲＯＭ）２２も主処理部２０における処理のために設けられる。
【００３８】
キーボード／ディスプレー処理部２４は、主処理部２０にシリアル接続される
。このキーボード／ディスプレー処理部２４は、ディスプレー２５及びキーボー
ド２６に接続され、主処理部２０との間でディスプレー及びキーボードのデータ
の入出力を制御する。
。このキーボード／ディスプレー処理部２４は、ディスプレー２５及びキーボー
ド２６に接続され、主処理部２０との間でディスプレー及びキーボードのデータ
の入出力を制御する。
【００３９】
ＲＳ２３２ポート２７は、コンピュータなどの外部装置との接続のために設け
られ、主処理部２０にシリアル接続される。ディスプレー２５に加えて、測定さ
れた変位をインチ又はミリメーター単位で表示するディスプレー２８がある。
られ、主処理部２０にシリアル接続される。ディスプレー２５に加えて、測定さ
れた変位をインチ又はミリメーター単位で表示するディスプレー２８がある。
【００４０】
主処理部２０には、発振器２１から１０．１６ＭＨｚのクロック信号が供給さ
れる。発振器２１からの出力は、除算回路２９にも出力されて５．０８ＭＨｚの
クロック信号が生成され、ビットカウンター３０及びさらなる除算回路３１に出
力される。除算回路３１は、５．０８ＭＨｚのクロック信号を５０８０で除算し
、正弦波生成部３２及びそれぞれＸ、Ｙ及びＺ軸（それぞれの軸には１つの変位
検出部３６、３７、３８が設けられる）のための３つの信号調節ユニット３３、
３４及び３５に、１ＫＨｚの信号を供給する。正弦波生成部３２の出力は、信号
調節ユニット３３、３４及び３５のそれぞれにも入力される。信号調節ユニット
３３、３４及び３５は、それぞれ検出部３６、３７及び３８に直接接続される。
れる。発振器２１からの出力は、除算回路２９にも出力されて５．０８ＭＨｚの
クロック信号が生成され、ビットカウンター３０及びさらなる除算回路３１に出
力される。除算回路３１は、５．０８ＭＨｚのクロック信号を５０８０で除算し
、正弦波生成部３２及びそれぞれＸ、Ｙ及びＺ軸（それぞれの軸には１つの変位
検出部３６、３７、３８が設けられる）のための３つの信号調節ユニット３３、
３４及び３５に、１ＫＨｚの信号を供給する。正弦波生成部３２の出力は、信号
調節ユニット３３、３４及び３５のそれぞれにも入力される。信号調節ユニット
３３、３４及び３５は、それぞれ検出部３６、３７及び３８に直接接続される。
【００４１】
検出部３６、３７及び３８から出力される信号は、それぞれ信号調節ユニット
３３、３４及び３５に入力され、この信号はビットカウンター３０を停止させる
ために用いられる。ビットカウンター３０のための開始パルスは、除算回路３１
の出力である。ビットカウンター３０の出力は、主処理部２０に入力される。
３３、３４及び３５に入力され、この信号はビットカウンター３０を停止させる
ために用いられる。ビットカウンター３０のための開始パルスは、除算回路３１
の出力である。ビットカウンター３０の出力は、主処理部２０に入力される。
【００４２】
主処理部２０と共に、電力供給部３９及びリセット部４０が設けられる。軸選
択線４２は、主処理部２０とそれぞれの信号調節ユニット３６、３７及び３８を
接続し、主処理部が変位を測定する軸を選択可能とする。このように、装置は互
いに直交して配置された３つの検出部を制御することができる。
択線４２は、主処理部２０とそれぞれの信号調節ユニット３６、３７及び３８を
接続し、主処理部が変位を測定する軸を選択可能とする。このように、装置は互
いに直交して配置された３つの検出部を制御することができる。
【００４３】
図３に示された従来の回路の動作を簡単に説明する。発振器２１は１０．１６
ＭＨｚのクロック信号を供給する。クロック信号は、５．０８ＭＨｚのクロック
信号に除算されてビットカウンター３０に入力される。５．０８ＭＨｚの信号は
、１ｋＨｚの参照信号を信号調節ユニット３３、３４及び３５へ、及び開始パル
スとしてビットカウンターへ供給するために、除算回路３１によりさらに除算さ
れる。１ｋＨｚのクロック信号は、正弦波生成部３２を駆動するためにも用いら
れる。
ＭＨｚのクロック信号を供給する。クロック信号は、５．０８ＭＨｚのクロック
信号に除算されてビットカウンター３０に入力される。５．０８ＭＨｚの信号は
、１ｋＨｚの参照信号を信号調節ユニット３３、３４及び３５へ、及び開始パル
スとしてビットカウンターへ供給するために、除算回路３１によりさらに除算さ
れる。１ｋＨｚのクロック信号は、正弦波生成部３２を駆動するためにも用いら
れる。
【００４４】
信号調節ユニット３３、３４及び３５のそれぞれは、それぞれの伝導コイル７
に印加される１ｋＨｚの正弦波信号を出力する。このように、それぞれの伝導コ
イル７には、図２の線８に平行な磁場を生成する信号が供給される。球２とハウ
ジング１０の間の軸方向の相対運動に起因する磁場内での変動に対応して、ピッ
クアップコイル６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄのそれぞれに誘起される信号が変動す
る。
に印加される１ｋＨｚの正弦波信号を出力する。このように、それぞれの伝導コ
イル７には、図２の線８に平行な磁場を生成する信号が供給される。球２とハウ
ジング１０の間の軸方向の相対運動に起因する磁場内での変動に対応して、ピッ
クアップコイル６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄのそれぞれに誘起される信号が変動す
る。
【００４５】
図４ａの上部は、ピックアップコイル６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄからそれぞれ
出力される信号のピッチＰの球に沿った位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの出力の強度変化
を示す。図４ｂは、本発明に関連して後で説明される。
出力される信号のピッチＰの球に沿った位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの出力の強度変化
を示す。図４ｂは、本発明に関連して後で説明される。
【００４６】
図４ａから分かるように、信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤのそれぞれの信号は、変位に
伴って正弦波的に変化する強度を有する。その周期はＰであり、これは球２の直
径に対応する。さらに、正弦波Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、強度ゼロの近辺で変動するの
ではない。すなわち、これらはゼロからオフセットされている。典型的には、変
動はオフセットのわずか６％である。
伴って正弦波的に変化する強度を有する。その周期はＰであり、これは球２の直
径に対応する。さらに、正弦波Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、強度ゼロの近辺で変動するの
ではない。すなわち、これらはゼロからオフセットされている。典型的には、変
動はオフセットのわずか６％である。
【００４７】
信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤのそれぞれは、位相がピッチの１／４ずつずれている。
これは、ピックアップコイル６ａ、６ｂ、６ｃ、及び６ｄが、それぞれ球のピッ
チＰの１／４だけずれて配置されているためである。検出部３６、３７、及び３
８のそれぞれの内部に設けられた信号処理部（図示せず）は、信号Ａから信号Ｃ
を、信号Ｄから信号Ｂを減算し、図４ａの下部に示される周期的な波形Ａ−Ｃ及
びＤ−Ｂを生成する。これらの波形は、１ｋＨｚの信号周波数の強度を示す。こ
の信号処理部は、１ｋＨｚの信号の４５度分、信号Ａ−Ｃの位相を遅らせ、１ｋ
Ｈｚの信号の４５°分、信号Ｄ−Ｂの位相を進める。
これは、ピックアップコイル６ａ、６ｂ、６ｃ、及び６ｄが、それぞれ球のピッ
チＰの１／４だけずれて配置されているためである。検出部３６、３７、及び３
８のそれぞれの内部に設けられた信号処理部（図示せず）は、信号Ａから信号Ｃ
を、信号Ｄから信号Ｂを減算し、図４ａの下部に示される周期的な波形Ａ−Ｃ及
びＤ−Ｂを生成する。これらの波形は、１ｋＨｚの信号周波数の強度を示す。こ
の信号処理部は、１ｋＨｚの信号の４５度分、信号Ａ−Ｃの位相を遅らせ、１ｋ
Ｈｚの信号の４５°分、信号Ｄ−Ｂの位相を進める。
【００４８】
信号Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂが、実用上の目的に好適な位相変調信号を提供するため
に加算される。合成信号は、一定の振幅の正弦波である。その位相は、スケール
９とハウジング１０（つまり工作機械の第１及び第２の部材）の相対運動に起因
する相対変位に正比例する。この信号は、検出部３６、３７、及び３８から、そ
れぞれ信号調節ユニット３３、３４、及び３５へ出力される。
に加算される。合成信号は、一定の振幅の正弦波である。その位相は、スケール
９とハウジング１０（つまり工作機械の第１及び第２の部材）の相対運動に起因
する相対変位に正比例する。この信号は、検出部３６、３７、及び３８から、そ
れぞれ信号調節ユニット３３、３４、及び３５へ出力される。
【００４９】
信号調節ユニット３３、３４、及び３５は、合成信号の位相が所定の値、たと
えば０度になったと測定されたときに、軸のビットパルスを出力する。軸ビット
パルスは、除算回路３１からのパルスにより開始されていたカウンター３０を停
止させるために用いられる。除算部３１からの信号は、生成部３２に入力される
１ｋＨｚのパルスである。このように、ビットカウンター３０は、正弦波生成部
により生成された１ｋＨｚの参照信号と、信号調節ユニット３３、３４、及び３
５の内部で形成された位相シフト合成後の合成信号との位相差に正比例するカウ
ント値を提供する。
えば０度になったと測定されたときに、軸のビットパルスを出力する。軸ビット
パルスは、除算回路３１からのパルスにより開始されていたカウンター３０を停
止させるために用いられる。除算部３１からの信号は、生成部３２に入力される
１ｋＨｚのパルスである。このように、ビットカウンター３０は、正弦波生成部
により生成された１ｋＨｚの参照信号と、信号調節ユニット３３、３４、及び３
５の内部で形成された位相シフト合成後の合成信号との位相差に正比例するカウ
ント値を提供する。
【００５０】
図５は、従来技術において、主処理部２０により、いかに相対変位が算出され
るかを示す。ビットカウンター３０の出力は、図５ａの鋸歯の波形により示され
る、変位に伴って変化するビットカウントを提供する。ビットカウントは、０か
ら５０７９までの数値であり、球２の直径が１／２インチ、すなわち１２．７ｍ
ｍの場合は、０から１２．７ｍｍまでの変位を表現する。したがって、それぞれ
のビットは０．００２５ｍｍを表す。しかしながら、ビットカウントは１２．７
ｍｍの移動の後に０にリセットされるので、主処理部２０はそれぞれのビットカ
ウントの遷移をカウントしなければならない。これはピッチカウントと呼ばれ、
１２．７ｍｍの相対変位を表す（図５ｂ）。１２．７ｍｍの相対変位のそれぞれ
がピッチカウントの増分を表す。ビット及びピッチカウントに加えて、選択され
たデータからの相対位置を与えるオフセットがある。本実施の形態ではオフセッ
トは０から−１２．７までの値をとる（図５ｃ）。このように、第１及び第２の
部材間の総相対変位は、次式により与えられる。 相対変位［ｍｍ］＝（ビット×０．０２５）＋（ピッチ×１２．７）＋オフセ
ット
るかを示す。ビットカウンター３０の出力は、図５ａの鋸歯の波形により示され
る、変位に伴って変化するビットカウントを提供する。ビットカウントは、０か
ら５０７９までの数値であり、球２の直径が１／２インチ、すなわち１２．７ｍ
ｍの場合は、０から１２．７ｍｍまでの変位を表現する。したがって、それぞれ
のビットは０．００２５ｍｍを表す。しかしながら、ビットカウントは１２．７
ｍｍの移動の後に０にリセットされるので、主処理部２０はそれぞれのビットカ
ウントの遷移をカウントしなければならない。これはピッチカウントと呼ばれ、
１２．７ｍｍの相対変位を表す（図５ｂ）。１２．７ｍｍの相対変位のそれぞれ
がピッチカウントの増分を表す。ビット及びピッチカウントに加えて、選択され
たデータからの相対位置を与えるオフセットがある。本実施の形態ではオフセッ
トは０から−１２．７までの値をとる（図５ｃ）。このように、第１及び第２の
部材間の総相対変位は、次式により与えられる。 相対変位［ｍｍ］＝（ビット×０．０２５）＋（ピッチ×１２．７）＋オフセ
ット
【００５１】
このように、この方法を用いると、検出装置１の周期的な波形の周期の数をカ
ウントすることにより、スケール９とハウジング１０との間の相対変位を測定す
ることができる。
ウントすることにより、スケール９とハウジング１０との間の相対変位を測定す
ることができる。
【００５２】
しかしながら、上述したように、これらの装置は解像度に限界があり、自動補
正又は自己診断ができない。さらに、これらの従来の位置検出装置は、信号を復
号して位置情報を提供するために、ＯＥＭにより設計された装置が必要となるよ
うな、非標準的な信号を生成する。
正又は自己診断ができない。さらに、これらの従来の位置検出装置は、信号を復
号して位置情報を提供するために、ＯＥＭにより設計された装置が必要となるよ
うな、非標準的な信号を生成する。
【００５３】
これに対し、本発明は、自動補正及び自己診断が可能で、高解像度であり、商
用の装置により復号可能な、産業界において標準的な信号を生成する位置検出装
置を提供する。
用の装置により復号可能な、産業界において標準的な信号を生成する位置検出装
置を提供する。
【００５４】
図６は、本発明の信号処理に用いられる回路のブロック図である。伝導コイル
及びピックアップコイルを備えるコイル群１００は、前述したものと同様であり
、明瞭のために簡潔化して示されている。単一の軸に沿った移動による変位を検
出するための回路のみが示されている。
及びピックアップコイルを備えるコイル群１００は、前述したものと同様であり
、明瞭のために簡潔化して示されている。単一の軸に沿った移動による変位を検
出するための回路のみが示されている。
【００５５】
コイル群１００の内部にある伝導コイル（図示せず）は、増幅部２００により
１０ｋＨｚで駆動される。信号Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは、前述したものと同様であ
り、たとえば、図４ａに図示し説明したように、信号Ａ−Ｃを生成するためにＡ
からＣを減算し、信号Ｄ−Ｂを生成するためにＤからＢを減算する。
１０ｋＨｚで駆動される。信号Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは、前述したものと同様であ
り、たとえば、図４ａに図示し説明したように、信号Ａ−Ｃを生成するためにＡ
からＣを減算し、信号Ｄ−Ｂを生成するためにＤからＢを減算する。
【００５６】
信号Ａ及びＣが正確に均衡を保つように、すなわち、信号Ａが信号ＣのＰ／２
ずれた位置の強度と正確に等しくなるように、コイル群１００を生成することは
実際には非常に難しい。したがって、後述するような不均衡な回路が必要である
。もちろん、アナログ信号が最初にディジタル信号に変換され、つづいて処理部
５００に提供されれば、処理部５００自身が後述するような信号の取り扱いを実
行することができ、不均衡回路を置き換える。
ずれた位置の強度と正確に等しくなるように、コイル群１００を生成することは
実際には非常に難しい。したがって、後述するような不均衡な回路が必要である
。もちろん、アナログ信号が最初にディジタル信号に変換され、つづいて処理部
５００に提供されれば、処理部５００自身が後述するような信号の取り扱いを実
行することができ、不均衡回路を置き換える。
【００５７】
この不均衡を算出するために、群１００は、誘起される信号ＡがＣよりも小さ
くなるように物理的に配される。Ａの小部分、ｋＡが、加算部３００（図６）で
加算され、Ａ（１＋ｋ）−Ｃという結果を生成する。小部分ｋＡは、ディジタル
的に制御された分圧部４００を用いて生成される。これは、主処理部５００から
シリアルリンクを介して設定される。
くなるように物理的に配される。Ａの小部分、ｋＡが、加算部３００（図６）で
加算され、Ａ（１＋ｋ）−Ｃという結果を生成する。小部分ｋＡは、ディジタル
的に制御された分圧部４００を用いて生成される。これは、主処理部５００から
シリアルリンクを介して設定される。
【００５８】
同様に、信号Ｄ及びＢが加算部６００により合成され、Ｄ（１＋ｋ’）−Ｂと
いう結果が生成される。本実施の形態では、小部分ｋ’Ｄはディジタル的に制御
された分圧部７００を用いて生成される。
いう結果が生成される。本実施の形態では、小部分ｋ’Ｄはディジタル的に制御
された分圧部７００を用いて生成される。
【００５９】
これらの信号は、増幅部８００及び９００により増幅され、アナログからディ
ジタルへの変換部１５５及び１１０によりディジタル化され、シリアルリンク１
５６を介して処理部５００により読み出される。処理部５００は、これらのディ
ジタル化された値を用いて、球２に対するコイル群１００の相対位置を算出する
。
ジタルへの変換部１５５及び１１０によりディジタル化され、シリアルリンク１
５６を介して処理部５００により読み出される。処理部５００は、これらのディ
ジタル化された値を用いて、球２に対するコイル群１００の相対位置を算出する
。
【００６０】
図４ａに示されるように、理想的な信号Ａ−Ｃは正弦波の形状をとり、Ｍｓｉ
ｎ（２πｄ／Ｐ）により定義される。この式において、ｄは、ピッチＰの球に沿
った群の実際の変位であり、Ｍは信号Ａ−Ｃの最大振幅を表す。同様に、理想的
な信号Ｄ−Ｂは、Ｍ’ｃｏｓ（２πｄ／Ｐ）の形状をとり、ここで、Ｍ’は信号
Ｄ−Ｂの最大振幅を表す。これら２つの信号の前者と後者との比、すなわち（Ａ
−Ｃ）／（Ｄ−Ｂ）の比は、Ｍ／Ｍ’ｔａｎ（２πｄ／Ｐ）である。したがって
、比Ｍ／Ｍ’の値も分かっていれば、所定の時間における信号Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂ
の強度の値及び逆正接関数を用いて、所定の時間における変位ｄの値を、次式に
より算出することができる。
ｎ（２πｄ／Ｐ）により定義される。この式において、ｄは、ピッチＰの球に沿
った群の実際の変位であり、Ｍは信号Ａ−Ｃの最大振幅を表す。同様に、理想的
な信号Ｄ−Ｂは、Ｍ’ｃｏｓ（２πｄ／Ｐ）の形状をとり、ここで、Ｍ’は信号
Ｄ−Ｂの最大振幅を表す。これら２つの信号の前者と後者との比、すなわち（Ａ
−Ｃ）／（Ｄ−Ｂ）の比は、Ｍ／Ｍ’ｔａｎ（２πｄ／Ｐ）である。したがって
、比Ｍ／Ｍ’の値も分かっていれば、所定の時間における信号Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂ
の強度の値及び逆正接関数を用いて、所定の時間における変位ｄの値を、次式に
より算出することができる。
【数１】
【００６１】
図４ａに戻り、Ｐ／４及び３Ｐ／４の位置の近辺では、信号Ｄ−Ｂの値は小さ
く、ゼロに近い。そのため、比（Ａ−Ｃ）／（Ｄ−Ｂ）の値は、非常に大きくな
る。比（Ａ−Ｃ）／（Ｄ−Ｂ）の強度が１以上の場合は、比（Ｄ−Ｂ）／（Ａ−
Ｃ）を用いる方が便利である。これは、−１から＋１までの範囲の値の逆正接関
数の算出のためのアルゴリズムは、簡単なテーラー展開であるからである。
く、ゼロに近い。そのため、比（Ａ−Ｃ）／（Ｄ−Ｂ）の値は、非常に大きくな
る。比（Ａ−Ｃ）／（Ｄ−Ｂ）の強度が１以上の場合は、比（Ｄ−Ｂ）／（Ａ−
Ｃ）を用いる方が便利である。これは、−１から＋１までの範囲の値の逆正接関
数の算出のためのアルゴリズムは、簡単なテーラー展開であるからである。
【００６２】
比の代数的符号を無視すれば、その値は０から１までの間になり、逆正接は０
から＋π／４までの範囲になる。これは、図４ｂの実線で示される。この実線は
、１つの球のピッチの範囲における比の逆正接変換の結果、すなわち、ａｒｃｔ
ａｎ（Ｎ／Ｄ）を表す。ここで、Ｄは（Ａ−Ｃ）と（Ｄ−Ｂ）の大きい方であり
、Ｎは小さい方である。
から＋π／４までの範囲になる。これは、図４ｂの実線で示される。この実線は
、１つの球のピッチの範囲における比の逆正接変換の結果、すなわち、ａｒｃｔ
ａｎ（Ｎ／Ｄ）を表す。ここで、Ｄは（Ａ−Ｃ）と（Ｄ−Ｂ）の大きい方であり
、Ｎは小さい方である。
【００６３】
信号Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂの符号を考察することにより、０からＰ／４、Ｐ／４か
らＰ／２、Ｐ／２から３Ｐ／４、３Ｐ／４からＰ、の４つの象限が決定される。
たとえば、図４ａに示されるように、０からＰ／４の象限では、信号Ａ−Ｃ及び
Ｄ−Ｂは両方とも正であり、Ｐ／４からＰ／２の象限では、Ａ−Ｃは正でＤ−Ｂ
は負である。このように、象限を識別することができる。
らＰ／２、Ｐ／２から３Ｐ／４、３Ｐ／４からＰ、の４つの象限が決定される。
たとえば、図４ａに示されるように、０からＰ／４の象限では、信号Ａ−Ｃ及び
Ｄ−Ｂは両方とも正であり、Ｐ／４からＰ／２の象限では、Ａ−Ｃは正でＤ−Ｂ
は負である。このように、象限を識別することができる。
【００６４】
さらに、信号Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂの相対強度を考察することにより、ピックアッ
プコイル６が位置するそれぞれの象限の半分を決定することができる。たとえば
、図４ａに示されるように、０からＰ／４の象限の前半においては、Ｄ−Ｂの強
度はＡ−Ｃよりも大きく、０からＰ／４の象限の後半においては、これと逆にな
る。
プコイル６が位置するそれぞれの象限の半分を決定することができる。たとえば
、図４ａに示されるように、０からＰ／４の象限の前半においては、Ｄ−Ｂの強
度はＡ−Ｃよりも大きく、０からＰ／４の象限の後半においては、これと逆にな
る。
【００６５】
この情報は、逆正接の値とともに、任意の１つの球のピッチにおけるコイル群
１００（及び第２の部材）の位置を示す一意の値を与える。これは、図４ｂの破
線により示される。
１００（及び第２の部材）の位置を示す一意の値を与える。これは、図４ｂの破
線により示される。
【００６６】
信号Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂは、１サイクルにつき少なくとも１回、１０ｋＨｚのシ
ステムでは１秒間に１０，０００回（従来の１ｋＨｚのシステムでは１秒間に１
０００回）サンプリングされる。サンプリングは、ゼロを通過する点を除いて、
サイクル中のほぼ任意の点で可能であるが、最大の信号を得るために、それぞれ
のサイクルにおける（正又は負の）ピークでサンプリングすることが理想的であ
る。さらに、上述の変換方法は、もちろん、信号Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂが同時にサン
プリングされた場合にのみ有効である。
ステムでは１秒間に１０，０００回（従来の１ｋＨｚのシステムでは１秒間に１
０００回）サンプリングされる。サンプリングは、ゼロを通過する点を除いて、
サイクル中のほぼ任意の点で可能であるが、最大の信号を得るために、それぞれ
のサイクルにおける（正又は負の）ピークでサンプリングすることが理想的であ
る。さらに、上述の変換方法は、もちろん、信号Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂが同時にサン
プリングされた場合にのみ有効である。
【００６７】
それぞれのサンプリングの後、球のピッチ内の位置を与えるために、上述の変
換が行われる。これは、移動量を決定するために前回の位置と比較され、位置の
変化は次のサンプリングの前に出力される。それは、測定される位置の増分であ
る。従来の装置と異なり、ピッチカウントに相当するものはない。しかし、オフ
セット値は、同様にシステムに導入される。
換が行われる。これは、移動量を決定するために前回の位置と比較され、位置の
変化は次のサンプリングの前に出力される。それは、測定される位置の増分であ
る。従来の装置と異なり、ピッチカウントに相当するものはない。しかし、オフ
セット値は、同様にシステムに導入される。
【００６８】
測定された位置の増分を補正するために、変換中の最大移動量はＰ／２以下で
あると仮定する。この仮定により、ピッチカウントに相当する構成を有する必要
なしに、移動量を決定することが可能となる。たとえば、位置検出部が最初のサ
ンプリングにより、７Ｐ／８の位置（図４ｂ参照）であると記録し、第２のサン
プリングにより、Ｐ／８の位置であると記録した場合、Ｐ／２以上の移動なしに
この変化が起こる唯一の方法は、位置検出部が同じ球に沿って戻るのではなく、
隣の球に移動することである。実用における環境において、この仮定は完全に許
容される。
あると仮定する。この仮定により、ピッチカウントに相当する構成を有する必要
なしに、移動量を決定することが可能となる。たとえば、位置検出部が最初のサ
ンプリングにより、７Ｐ／８の位置（図４ｂ参照）であると記録し、第２のサン
プリングにより、Ｐ／８の位置であると記録した場合、Ｐ／２以上の移動なしに
この変化が起こる唯一の方法は、位置検出部が同じ球に沿って戻るのではなく、
隣の球に移動することである。実用における環境において、この仮定は完全に許
容される。
【００６９】
信号が変換される速度は、位置検出部が機能できる最大の速さ又は解像度を制
限する。従来技術においては、変換速度は動作周波数のみによって決まっており
、一般にはミリ秒ごとに１回（サイクルにつき１回）である。１２．７ｍｍのピ
ッチの位置検出装置では、６．３５ｍ／ｓ（（Ｐ／２）×周波数により決定され
る）が可能な最大の機械速度となる。本発明の変換技術は、動作周波数には全く
依存せず、１サイクルにつき何回も行うことができるため、６３．５ｍ／ｓまで
の速度の機械に適している。しかしながら、現実の最大速度は、データが転送さ
れる速度により限定されよう。
限する。従来技術においては、変換速度は動作周波数のみによって決まっており
、一般にはミリ秒ごとに１回（サイクルにつき１回）である。１２．７ｍｍのピ
ッチの位置検出装置では、６．３５ｍ／ｓ（（Ｐ／２）×周波数により決定され
る）が可能な最大の機械速度となる。本発明の変換技術は、動作周波数には全く
依存せず、１サイクルにつき何回も行うことができるため、６３．５ｍ／ｓまで
の速度の機械に適している。しかしながら、現実の最大速度は、データが転送さ
れる速度により限定されよう。
【００７０】
本発明のシステムの較正、すなわち、理想的でない信号に起因する位置の誤り
の最小化は、以下の工程の組み合わせにより実現される。最初に、１サイクル（
１０ｋＨｚ）の中のサンプリング点が、波形のピークに一致するように設定され
る。第２に、ＡとＣの、及びＤとＢの信号のずれが測定され、前述したようにデ
ィジタル分圧部４００及び７００を用いてずれが縮小される。第３に、信号Ａ−
Ｃ及びＤ−Ｂの最大振幅Ｍ及びＭ’の差異が測定され、補正因子が変換に適用さ
れる。最後に、算出された位置が、既知の標準変位に対して照合される。
の最小化は、以下の工程の組み合わせにより実現される。最初に、１サイクル（
１０ｋＨｚ）の中のサンプリング点が、波形のピークに一致するように設定され
る。第２に、ＡとＣの、及びＤとＢの信号のずれが測定され、前述したようにデ
ィジタル分圧部４００及び７００を用いてずれが縮小される。第３に、信号Ａ−
Ｃ及びＤ−Ｂの最大振幅Ｍ及びＭ’の差異が測定され、補正因子が変換に適用さ
れる。最後に、算出された位置が、既知の標準変位に対して照合される。
【００７１】
最初の３つの工程は、標準変位を参照せずに行うことができる。サンプリング
点は、ピーク点でなかった場合は、再設定される。ディジタル分圧器は、対称的
、すなわち、正と負の最大値が等しい強度となるＡ−Ｃ及びＤ−Ｂ信号を生成す
るように設定される。Ｍ及びＭ’レベルは、Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂ信号の測定値のピ
ークである。システムがこれらの信号レベルを継続的に監視するように設計され
ている場合は、タイミングを考慮する必要はあるが、継続的に補正を行うことが
できる。このような補正の目的は、較正すなわち誤り補正を、元の較正時に存在
していた条件に戻すことである。このような方法により、温度、時間、動作周波
数、又はその他の要因に起因するずれの影響を大幅に軽減することができる。
点は、ピーク点でなかった場合は、再設定される。ディジタル分圧器は、対称的
、すなわち、正と負の最大値が等しい強度となるＡ−Ｃ及びＤ−Ｂ信号を生成す
るように設定される。Ｍ及びＭ’レベルは、Ａ−Ｃ及びＤ−Ｂ信号の測定値のピ
ークである。システムがこれらの信号レベルを継続的に監視するように設計され
ている場合は、タイミングを考慮する必要はあるが、継続的に補正を行うことが
できる。このような補正の目的は、較正すなわち誤り補正を、元の較正時に存在
していた条件に戻すことである。このような方法により、温度、時間、動作周波
数、又はその他の要因に起因するずれの影響を大幅に軽減することができる。
【００７２】
測定されるエラーは、ａ）算出された位置を補正するために保持され、継続的
に適用されてもよいし、ｂ）エラーを近似し補正するために数学的表現が決定さ
れてもよい。
に適用されてもよいし、ｂ）エラーを近似し補正するために数学的表現が決定さ
れてもよい。
【００７３】
図６のブロック図を参照して、処理部５００のためのプログラムは、不揮発性
メモリ１２０に保持される。較正データもこのメモリに保持される。このメモリ
は、電気消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）である。
メモリ１２０に保持される。較正データもこのメモリに保持される。このメモリ
は、電気消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）である。
【００７４】
位置データは、処理部５００からラインドライバ１３０に出力される。出力デ
ータは、標準的に、矩象パルスＡ、Ｂの形式をとる。これは、増加する位置デー
タの伝送のための、産業界で標準的な２ビットのグレイコードである。出力線の
状態変化のそれぞれは、１つの解像度ユニット、たとえば、１μｍ、２μｍ、５
μｍ、又は１０μｍの位置変化を表す。方向は線が変化するオーダーにより決定
される。その他のデータ形式ももちろん可能である。
ータは、標準的に、矩象パルスＡ、Ｂの形式をとる。これは、増加する位置デー
タの伝送のための、産業界で標準的な２ビットのグレイコードである。出力線の
状態変化のそれぞれは、１つの解像度ユニット、たとえば、１μｍ、２μｍ、５
μｍ、又は１０μｍの位置変化を表す。方向は線が変化するオーダーにより決定
される。その他のデータ形式ももちろん可能である。
【００７５】
データは処理部５００にラインレシーバ１４０を介して入力されてもよい。こ
れは較正工程の間に、また、処理プログラムや解像度などのその他の情報をダウ
ンロードするために必要である。このデータは、格納のためにメモリ１２０へ転
送される。ラインドライバ１３０及びレシーバ１４０は、同じ線を共用している
ので、同時にオンになることはない。ブートローダーロジックブロック１５０は
、データが入力されるか出力されるかを制御する。電力が最初にトランスデュー
サに印加されたとき、入力線はブートローダーにより応答指令信号を送られ、ロ
ジックブロック１５０は、プログラム／較正装置、たとえばコンピュータが接続
されているか否かを判断する。もしそれであれば、レシーバ１４０がオンされ、
データがダウンロードされる。プログラム／較正装置が検出されなければ、メモ
リ１２０内のプログラムがロードされ、実行される。すなわち、通常動作が行わ
れる。
れは較正工程の間に、また、処理プログラムや解像度などのその他の情報をダウ
ンロードするために必要である。このデータは、格納のためにメモリ１２０へ転
送される。ラインドライバ１３０及びレシーバ１４０は、同じ線を共用している
ので、同時にオンになることはない。ブートローダーロジックブロック１５０は
、データが入力されるか出力されるかを制御する。電力が最初にトランスデュー
サに印加されたとき、入力線はブートローダーにより応答指令信号を送られ、ロ
ジックブロック１５０は、プログラム／較正装置、たとえばコンピュータが接続
されているか否かを判断する。もしそれであれば、レシーバ１４０がオンされ、
データがダウンロードされる。プログラム／較正装置が検出されなければ、メモ
リ１２０内のプログラムがロードされ、実行される。すなわち、通常動作が行わ
れる。
【００７６】
電力供給部１６０、パワーオンリセット回路、及びクロック生成部１８０は、
その他の回路の動作を援助する。
その他の回路の動作を援助する。
【００７７】
処理部５００は、コイル駆動周波数である１０ｋＨｚの正弦波を描くディジタ
ルデータも生成する。このデータは、ディジタルからアナログへの変換部１９０
へシリアル転送され、そこでコイル駆動増幅部２００への入力信号が生成される
。
ルデータも生成する。このデータは、ディジタルからアナログへの変換部１９０
へシリアル転送され、そこでコイル駆動増幅部２００への入力信号が生成される
。
【００７８】
本発明の目的を逸脱しない範囲で変更を加えることが可能である。たとえば、
スケール９内の磁性体の球の列は、異なる直径を有して配列された多数の磁性体
のワッシャーに置き換えられてもよい。これらのワッシャーは、様々な厚みを有
していてもよく、ピックアップコイルに最も近い端が平らであってもよいし、傾
斜していてもよい。しかしながら、球のベアリングは、高い寸法の公差をもって
製造することが容易であり、そのため値段の割に品質がよいという独特な利点を
有する。
スケール９内の磁性体の球の列は、異なる直径を有して配列された多数の磁性体
のワッシャーに置き換えられてもよい。これらのワッシャーは、様々な厚みを有
していてもよく、ピックアップコイルに最も近い端が平らであってもよいし、傾
斜していてもよい。しかしながら、球のベアリングは、高い寸法の公差をもって
製造することが容易であり、そのため値段の割に品質がよいという独特な利点を
有する。
【００７９】
要約すると、本発明は、解像度が動作の周波数のみにより決まるのではなく、
動作のサイクルにつき何度も位置情報を提供することができる位置検出装置を提
供する。さらに、本発明は、熟練した技術者の介在なしに自動工程を用いて較正
することができる位置検出装置を提供する。さらに、位置検出装置は、使用中の
信号のずれを考慮して、自身を調整することができ、また、装置自身が使用中の
再較正を行うことができず、人の介在を必要とするときに、それに関する指示を
提供することもできる。さらに、位置検出装置は、信号を復号して位置情報を提
供するために、ＯＥＭにより設計された装置に頼る必要のない、産業界において
標準的な信号を生成する。
動作のサイクルにつき何度も位置情報を提供することができる位置検出装置を提
供する。さらに、本発明は、熟練した技術者の介在なしに自動工程を用いて較正
することができる位置検出装置を提供する。さらに、位置検出装置は、使用中の
信号のずれを考慮して、自身を調整することができ、また、装置自身が使用中の
再較正を行うことができず、人の介在を必要とするときに、それに関する指示を
提供することもできる。さらに、位置検出装置は、信号を復号して位置情報を提
供するために、ＯＥＭにより設計された装置に頼る必要のない、産業界において
標準的な信号を生成する。
【図１】 本発明による変位または位置検出器の透視図である。
【図２】 図１に示された装置において用いられた伝導部、ピックアップコ
イル、及び磁性球の配置の概略図である。
イル、及び磁性球の配置の概略図である。
【図３】 ３つの軸Ｘ、Ｙ、及びＺのそれぞれに対応する３つの従来の検出
装置からの信号の処理に用いられる回路／装置を示すブロック図である。
装置からの信号の処理に用いられる回路／装置を示すブロック図である。
【図４】 図４ａは、図２のピックアップコイルから受け取られた信号が、
ピッチＰの球に沿った位置により変化する様子を示す図であり、図４ｂは、本発
明において受け取られた信号が処理され解釈される様子を示す図である。
ピッチＰの球に沿った位置により変化する様子を示す図であり、図４ｂは、本発
明において受け取られた信号が処理され解釈される様子を示す図である。
【図５】 従来技術において変位が算出される様子を示す図である。
【図６】 本発明における信号の処理に用いられる回路／装置を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ
，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，
ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ
Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ
，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，
ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，
ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ
Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ
，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，
ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ
Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ
，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，
ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ
Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ
，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，
ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
(72)発明者 グラスゴー，ジェフ
イギリス国 コールビル エルイー67 １
エイダブリュー，ホーソーン ドライブ
31
(72)発明者 リー，ユーワン
イギリス国 レスターシャー エルイー９
４ディーゼッド，ストーニー スタント
ン，ザ フリート 89
Ｆターム(参考） 2F063 AA02 DA05 DD03 DD05 EA02
GA22 GA38 GA64 KA02 KA04
LA19 LA23 LA25
2F077 CC02 FF34 NN01 NN22 PP06
PP26 QQ05 QQ06 QQ10 TT33
TT42 VV01
Claims (25)
- 【請求項１】 第１の部材と、第２の部材と、トランスデューサと、少なく
とも１つのアナログからディジタルへの信号変換部と、少なくとも１つのディジ
タル信号処理部と、を備え、 前記第１の部材は、中心軸を持つ列上に互いに接触するように並んで配置され
、互いの相対運動に対して束縛された一列の磁性材料の要素を有し、前記列は前
記中心軸に対して垂直な方向に変化する寸法を有し、 前記第１及び第２の部材は、前記中心軸と平行な方向に相対的に移動可能であ
り、 前記第２の部材は、前記トランスデューサを有し、 前記トランスデューサは、伝導手段及び検知手段を備え、前記伝導手段は、前
記要素の列の中に磁場を生成するために配され、前記検知手段は、少なくとも１
つのピックアップコイルを備え、前記ピックアップコイルは、前記第１の部材及
び前記第２の部材の間の相対的な移動の間に生成された、前記ピックアップコイ
ルと前記ピックアップコイルに最も近い前記要素の列の端との間の距離の変化に
起因する前記磁場の変化を検出するために前記要素の列に近接して配置され、前
記ピックアップコイルはアナログ信号を提供し、前記アナログ信号の強度は前記
第１及び第２の部材の相対位置を特徴的に示し、 前記アナログからディジタルへの信号変換部は、前記少なくとも１つのピック
アップコイルから得られたアナログ信号を受けて、それをディジタル信号に変換
し、 前記ディジタル信号処理部は、前記アナログからディジタルへの信号変換部か
ら前記ディジタル信号を受け、所定のサンプリング間隔で前記ディジタル信号を
サンプリングし、前記第１及び前記第２の部材の相対位置に関する信号強度の特
徴的な変化を用いて、前記第２の部材に対する前記第１の部材の位置を決定する
ことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】 前記中心軸に垂直な方向の列の寸法は、列に沿った繰り返し
パターンで変化することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。 - 【請求項３】 前記ディジタル信号処理部は、標準の所定間隔で前記信号を
サンプリングすることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。 - 【請求項４】 前記ディジタル信号処理部は、第１のピックアップコイルの
組からの信号の位置に関する強度の変化の特性を、第２のピックアップコイルの
組からの信号の位置に関する強度の変化の特性と比較し、前記第１及び第２のコ
イルの組からの信号が、実質的に等しい強度の特性を示すように、前記強度の特
性を調整するように配されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載
の位置検出装置。 - 【請求項５】 前記伝導手段は、時間に関して周期的に変化する磁場を生成
するように配されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位置検
出装置。 - 【請求項６】 前記ディジタル信号処理部は、前記ピックアップコイルから
、時間に関して最大強度に十分近い前記信号をサンプリングするように配された
ことを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。 - 【請求項７】 前記ディジタル信号処理部は、サンプリングする信号の強度
が時間に関して最大強度に十分近くなるように、信号のサンプリングを監視し、
調節するように配されたことを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。 - 【請求項８】 前記要素の列は、点接触するように並んで配置された実質的
に球状で同一の磁性材料の球を備え、 前記第１及び第２の部材は、球同士が接触する点を結ぶ線に平行な方向に相対
的に移動可能であり、 前記検知手段は、前記要素の列に近接し、それに沿って間隔をおいて配置され
た少なくとも２つのピックアップコイルを備え、 前記ディジタル信号処理部は、数学的計算を用いて前記第２の部材に対する前
記第１の部材の位置を決定するように配され、 前記数学的計算は、少なくとも１つのピックアップコイルからサンプリングさ
れた第１のディジタル信号の強度と、少なくとも１つの他のピックアップコイル
からサンプリングされた第２のディジタル信号の強度との比の逆正接の値と、 信号が上下する軸の上側又は下側の信号の相対強度及び対応位置と、 位置に関する信号の最大強度及び球の寸法から決定される定数と、を備えるこ
とを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の位置検出装置。 - 【請求項９】 位置に関する信号の最大強度は、補正設定値から決定される
ことを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。 - 【請求項１０】 数学的計算の定数に使用される、位置に関する信号の最大
強度は、使用中の時間周期における位置に関する信号の最大強度のサンプリング
から決定されることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。 - 【請求項１１】 前記ディジタル信号処理部は、信号が上下する軸の上側の
位置に関する信号の強度と、それに対応する軸の下側の信号の強度とを比較し、
前記軸の上下の強度が実質的に等しい対称的な信号を生成するように信号の強度
を調整するように配されたことを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。 - 【請求項１２】 前記トランスデューサは、球の列に近接し、それに沿って
間隔をおいて配置された少なくとも１組の４つのピックアップコイルを備え、 前記ディジタル信号処理部は、第１／第３及び第２／第４の信号の組の不均衡
を測定し、それぞれの信号の組の間の不均衡を減少させるように信号を調整する
ように配されたことを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。 - 【請求項１３】 前記トランスデューサは、球の列に近接し、それに沿って
間隔をおいて配置された少なくとも１組の４つのピックアップコイルと、 前記組のうち第１／第３及び第２／第４のピックアップコイルの対のそれぞれ
に対して少なくとも１つの不均衡回路とを備え、前記不均衡回路は、前記ピック
アップコイルから信号を受けるように配され、ピックアップコイルからアナログ
信号を受けて調整するように配された分圧部と、減算回路とを備え、 前記組の第１のピックアップコイルは、前記組の第３のピックアップコイルよ
りも低い強度の信号を受けるように配され、前記組の第４のピックアップコイル
は、前記組の第２のピックアップコイルよりも低い強度の信号を受けるように配
され、 前記第１／第３のピックアップコイルの対のための前記分圧部は、第１のピッ
クアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第１のピックアップコ
イルの信号の強度を増加させるように動作可能であり、前記減算回路は、前記数
学的計算に用いられる前記第１の信号を提供するために前記第３のピックアップ
コイルの信号の強度を減算するように動作可能であり、 前記第２／第４のピックアップコイルの対のための前記分圧部は、第４のピッ
クアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第４のピックアップコ
イルの信号の強度を増加させるように動作可能であり、前記減算回路は、前記数
学的計算に用いられる前記第２の信号を提供するために前記第２のピックアップ
コイルの信号の強度を減算するように動作可能であることを特徴とする請求項８
に記載の位置検出装置。 - 【請求項１４】 請求項１又は８に記載の位置検出装置の前記第２の部材に
対する前記第１の部材の変位を決定する方法であって、 ディジタル信号をサンプリングする工程と、 前記第１及び第２の部材の相対位置に関する信号強度の特徴的な変化を使用し
て、前記第１及び第２の部材の相対位置を決定する工程とを備えることを特徴と
する方法。 - 【請求項１５】 第１のピックアップコイルの組からの信号の位置に関する
強度の変化の特性を、第２のピックアップコイルの組からの信号の位置に関する
強度の変化の特性と比較する工程と、前記第１及び第２のコイルの組からの信号
が、実質的に等しい強度の特性を示すように、前記強度の特性を調節する工程と
を備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 請求項８に記載の位置検出装置について、 トランスデューサからサンプリングされた第１の信号の強度とトランスデュー
サからサンプリングされた第２の信号の強度との比の逆正接の値を算出する工程
と、 サンプリングされた信号のそれぞれの相対強度及びそれらの信号が上下する軸
の上側又は下側の対応位置を決定する工程と、 サンプリングされた信号の強度の逆正接の値、相対強度及び軸に関するそれら
の位置、及び定数を用いて、第２の部材に対する第１の部材の相対変位を決定す
るために数学的計算を実行する工程とを備え、 前記定数は、位置に関する信号の最大強度及び球の寸法から決定されることを
特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１７】 位置に関する信号の最大強度は、補正設定値から決定され
ることを特徴とする請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 数学的計算の定数に使用される、位置に関する信号の最大
強度は、使用中の時間周期における位置に関する信号の最大強度のサンプリング
から決定されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１９】 信号が上下する軸の上側の位置に関する信号の強度は、そ
れに対応する軸の下側の信号の強度と比較され、前記軸の上下の強度が実質的に
等しい対称的な信号を生成するように調整されることを特徴とする請求項１６に
記載の方法。 - 【請求項２０】 前記伝導手段は、時間に関して周期的に変化する磁場を生
成するように配され、前記方法は、前記ピックアップコイルから時間に関して最
大強度に十分近い前記信号をサンプリングする工程を備えることを特徴とする請
求項１４に記載の方法。 - 【請求項２１】 時間に関して最大強度に十分近い信号をサンプリングする
ように、信号のサンプリングを監視し、調節することを特徴とする請求項１４に
記載の方法。 - 【請求項２２】 前記トランスデューサは、球の列に沿って間隔を置き隣接
して配置された少なくとも１組の４つのピックアップコイルを備え、前記方法は
、第１／第３及び第２／第４の信号の組の不均衡を測定する工程と、それぞれの
信号の組の間の不均衡を減少させるべく信号を分圧部に送る工程とを備えること
を特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 【請求項２３】 請求項８に記載の位置検出装置について、サンプリングさ
れた信号の不均衡が前記トランスデューサの提供により軽減され、 前記トランスデューサは、球の列に近接し、それに沿って間隔をおいて配置さ
れた少なくとも１組の４つのピックアップコイルと、 前記組のうち第１／第３及び第２／第４のピックアップコイルの対のそれぞれ
に対して少なくとも１つの不均衡回路とを備え、前記不均衡回路は、前記ピック
アップコイルから信号を受けるように配され、ピックアップコイルからアナログ
信号を受けて調整するように配された分圧部と、減算回路とを備え、 前記組の第１のピックアップコイルを、前記組の第３のピックアップコイルよ
りも低い強度の信号を受けるようにし、前記組の第４のピックアップコイルを、
前記組の第２のピックアップコイルよりも低い強度の信号を受けるようにする工
程と、 前記第１／第３のピックアップコイルの対のための前記分圧部により、第１の
ピックアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第１のピックアッ
プコイルの信号の強度を増加させ、前記減算回路を用い、前記数学的計算に用い
られる前記第１の信号を提供するために、増加された第１のピックアップコイル
の信号から前記第３のピックアップコイルの信号の強度を減算する工程と、 前記第２／第４のピックアップコイルの対のための前記分圧部により、第４の
ピックアップコイルの信号の強度の一部を加算することにより第４のピックアッ
プコイルの信号の強度を増加させ、前記減算回路を用い、前記数学的計算に用い
られる前記第２の信号を提供するために、増加された前記第４のピックアップコ
イルの信号から前記第２のピックアップコイルの信号の強度を減算する工程とを
備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 【請求項２４】 付随する図面を参照して前述したものと実質的に同等な位
置検出装置。 - 【請求項２５】 付随する図面を参照して前述したものと実質的に同等な位
置検出装置の第２の部材に対する第１の部材の相対変位を算出する方法。
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