JP2009002770A - Electromagnetic induction type linear scale - Google Patents

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromagnetic induction type linear scale capable of determining whether or not a magnetic member deviates from its regular orbit along a detection axis beyond a tolerance level. <P>SOLUTION: The electromagnetic induction type linear scale 1 includes a coil array 3 which consists of a prescribed number of coil elements L excited by a first AC signal, and the magnetic member 2 which is relatively displaced along its axis outside the coil array 3 and causes the amplitude of an output voltage of the coil elements L to vary in accordance with a positional relation between the coil elements L and itself, thereby measuring a relative displacement based on a phase difference between the first AC signal α and a second AC signal β obtained by composing two differential outputs of prescribed coil elements L. The electromagnetic induction type linear scale 1 further includes: a magnetic sensor 9 which is disposed along the axial direction of the coil array 3 and outputs a detection value corresponding to the positional relation between the magnetic member 2 and itself; and a determining section 10 which determines whether or not an error contained in a measurement value is within a tolerance level, based on whether or not the detection value of the magnetic sensor 9 is within a predetermined tolerance level. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電磁誘導方式により、測定対象物の変位をアブソリュートに測定するリニアスケールに関する。 The present invention relates to a linear scale that measures the displacement of a measurement object in an absolute manner by an electromagnetic induction method.

従来の電磁誘導式リニアスケールは、一般に、複数のコイル素子からなると共に検出軸方向にのびるコイルアレイ(検出ヘッド)と、磁石等からなり、コイルアレイに対して相対的に変位可能に配置された磁気部材(検出ドグ)と、から構成されている。 A conventional electromagnetic induction type linear scale is generally composed of a plurality of coil elements and a coil array (detection head) extending in the detection axis direction, a magnet, and the like, and is disposed so as to be relatively displaceable with respect to the coil array. And a magnetic member (detection dog).

コイルアレイは、同軸かつ等間隔に並列配置された所定数のコイル、例えば4個のコイル、を1つのコイル組とし、その複数のコイル組を並列配置して構成されている。各コイル素子は、正弦波信号α=Asinωtによって、それぞれ励磁される。 The coil array includes a predetermined number of coils arranged in parallel at equal intervals, for example, four coils as one coil set, and the plurality of coil sets are arranged in parallel. Each coil element is excited by a sine wave signal α = Asinωt.

コイルアレイにおけるコイル組上に磁気部材が位置するとき、4個の各コイル素子間で自己インダクタンスに差が生じる。その4個のコイル素子のうち、一端側から数えたときの1番目と3番目のコイル素子間の差動出力と、2番目と4番目のコイル素子間の差動出力とをとり、それらを合成、変換することで、合成信号β=asin(ωt±θ)が得られる。電磁誘導式リニアスケールは、この合成信号βと正弦波信号αとの位相差を検出することにより、コイルアレイに対する磁気部材の相対変位をアブソリュートに測定することができる。
特開2001−141410号公報
When the magnetic member is positioned on the coil set in the coil array, a difference in self-inductance occurs between the four coil elements. Of the four coil elements, take the differential output between the first and third coil elements when counted from one end side, and the differential output between the second and fourth coil elements, and By combining and converting, a combined signal β = asin (ωt ± θ) is obtained. The electromagnetic induction linear scale can measure the relative displacement of the magnetic member with respect to the coil array in an absolute manner by detecting the phase difference between the combined signal β and the sine wave signal α.
JP 2001-141410 A

上記のような電磁誘導式リニアスケールは、磁気部材が、コイルアレイの検出軸に沿った軌道上を相対変位するように構成されている。しかし、不可避的に、磁気部材がその正規の軌道上からずれて相対変位してしまう場合がある。正規の軌道からずれた相対変位によっても、コイル素子の自己インダクタンスは変化してしまうため、この場合の電磁誘導式リニアスケールの測定値には、誤差が含まれることになる。従来の電磁誘導式リニアスケールは、磁気部材が正規の軌道からずれて相対変位することに起因する測定誤差の有無について、検知することができなかった。 The electromagnetic induction linear scale as described above is configured such that the magnetic member is relatively displaced on the track along the detection axis of the coil array. However, inevitably, the magnetic member may deviate from its normal orbit and be relatively displaced. The self-inductance of the coil element also changes due to the relative displacement that deviates from the normal trajectory, and the measured value of the electromagnetic induction linear scale in this case includes an error. Conventional electromagnetic induction linear scales cannot detect the presence or absence of measurement errors due to the relative displacement of the magnetic member out of the normal trajectory.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁気部材が検出軸に沿った正規の軌道から許容範囲を超えてずれていないかどうかを判定することができる電磁誘導式リニアスケールを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to determine whether a magnetic member has deviated beyond a permissible range from a normal trajectory along the detection axis. It is to provide an inductive linear scale.

上記課題を解決するために本発明は、所定数のコイル素子からなるコイル組を同軸に並列配置してなると共に、第1の交流信号で励磁されるコイルアレイと、前記コイルアレイの外方に配置され、前記コイルアレイの軸に沿って、前記コイルアレイに対して相対変位し得る磁気部材であって、前記コイル素子との位置関係に応じ、前記コイル素子の出力電圧の振幅を変化させる磁気部材と、を含み、前記コイル組におけるコイル素子間の複数の差動出力を合成して得た第2の交流信号と、前記第1の交流信号との位相差に基づき、前記相対変位を測定する電磁誘導式リニアスケールであって、前記コイルアレイの軸方向に沿って配置され、前記磁気部材との位置関係に応じた検出値を出力する少なくとも1つの磁気センサと、前記磁気センサの検出値が、予め定められた許容範囲内にあるかどうかに基づき、前記電磁誘導式リニアスケールの測定値に含まれる誤差が許容範囲内にあるかどうかを判定する判定部と、をさらに有していることを特徴とする電磁誘導式リニアスケールを提供するものである。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a coil array composed of a predetermined number of coil elements arranged in parallel on the same axis, and a coil array excited by a first AC signal, and on the outside of the coil array. A magnetic member disposed and capable of being displaced relative to the coil array along the axis of the coil array, wherein the magnetism changes the amplitude of the output voltage of the coil element in accordance with the positional relationship with the coil element. And measuring the relative displacement based on the phase difference between the second AC signal obtained by synthesizing a plurality of differential outputs between the coil elements in the coil set and the first AC signal. An electromagnetic induction linear scale that is arranged along an axial direction of the coil array and outputs a detection value corresponding to a positional relationship with the magnetic member; and the magnetic sensor And a determination unit that determines whether an error included in the measurement value of the electromagnetic induction linear scale is within an allowable range based on whether the detected value is within a predetermined allowable range. An electromagnetic induction linear scale is provided.

また本発明は、上記構成において、前記磁気部材は、少なくとも1つの磁石からなっていることを特徴とする電磁誘導式リニアスケールを提供するものである。 The present invention also provides an electromagnetic induction linear scale characterized in that, in the above configuration, the magnetic member is composed of at least one magnet.

また本発明は、上記構成において、前記磁気センサは、前記コイルアレイの両端部近傍にそれぞれ配置されていることを特徴とする電磁誘導式リニアスケールを提供するものである。 According to the present invention, there is provided an electromagnetic induction linear scale characterized in that, in the above-described configuration, the magnetic sensor is disposed in the vicinity of both ends of the coil array.

また本発明は、上記構成において、前記磁気センサは、ホール素子であることを特徴とする電磁誘導式リニアスケールを提供するものである。 The present invention also provides an electromagnetic induction linear scale characterized in that, in the above configuration, the magnetic sensor is a Hall element.

上記のように構成された本発明の電磁誘導式リニアスケールによれば、磁気センサの検出値に基づいて、磁気部材が検出軸に沿った正規の軌道から、許容範囲を超えてずれていないかどうかを判定することができる。つまり、本発明の電磁誘導式リニアスケールによれば、得られた測定値に許容範囲を超える誤差が含まれていないかどうかを監視しつつ、測定を行なうことができる。 According to the electromagnetic induction linear scale of the present invention configured as described above, based on the detection value of the magnetic sensor, whether the magnetic member has deviated beyond the allowable range from the normal trajectory along the detection axis. Whether it can be determined. That is, according to the electromagnetic induction linear scale of the present invention, it is possible to perform measurement while monitoring whether or not an error exceeding an allowable range is included in the obtained measurement value.

以下、図面を参照して本発明の好ましい一実施形態につき説明する。
図1は本実施形態にかかる電磁誘導式リニアスケールの構成を示す概略図、図2は本実施形態にかかる電磁誘導式リニアスケールのピッチ内変位の検出方法を示すための図、図3は本実施形態にかかる電磁誘導式リニアスケールのスケール内変位の検出方法を示すための図、図4は磁気部材とコイルアレイとの位置関係を示す概略斜視図、図5は本実施形態にかかる磁気センサの検出特性を示す図、図6は本実施形態にかかる電磁誘導式リニアスケールの測定誤差特性を示す図、図7はコイル素子に磁気部材を近接させたときの状態を説明するための図、である。
なお、これ以降、場合によっては、1つのコイル組の軸方向長さを「1ピッチ」と表現する。
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an electromagnetic induction linear scale according to the present embodiment, FIG. 2 is a diagram for illustrating a method for detecting displacement within the pitch of the electromagnetic induction linear scale according to the present embodiment, and FIG. FIG. 4 is a schematic perspective view showing a positional relationship between a magnetic member and a coil array, and FIG. 5 is a magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 6 is a diagram showing measurement error characteristics of the electromagnetic induction linear scale according to the present embodiment, FIG. 7 is a diagram for explaining a state when a magnetic member is brought close to the coil element, It is.
Hereinafter, depending on the case, the axial length of one coil set is expressed as “1 pitch”.

図1に示すように、本実施形態にかかる電磁誘導式リニアスケール1は、所定数のコイル素子、本実施形態では4個のコイル素子、を1つのコイル組として、コイル素子L11〜L14・・・Ln1〜Ln4からなるn組のコイル組L・・・Lを同軸に並列配置してなるコイルアレイ3と、コイルアレイ3の外方に配置され、コイルアレイ3の軸に沿って相対変位し得る磁気部材2とを有している。 As shown in FIG. 1, the electromagnetic induction linear scale 1 according to the present embodiment includes a predetermined number of coil elements, in the present embodiment, four coil elements, as one coil set, and coil elements L 11 to L 14.・ ・ ・ L n1 to L n4 n sets of coils L 1 ... L n are coaxially arranged in parallel and the coil array 3 is arranged outside the coil array 3 and the axis of the coil array 3 And a magnetic member 2 that can be relatively displaced along.

コイル組Lを構成する4個のコイル素子(第1〜第4のコイル素子)L11〜L14は、同軸に所定間隔をあけて並列配置され、交流発生源11による正弦波信号(第1の交流信号)α=Asinωtによってそれぞれ励磁されている。
また、第1のコイル素子L11からの出力信号Vo1と第3のコイル素子L13からの出力信号Vo3とが、差動アンプ41に入力され、第2のコイル素子L12からの出力信号Vo2と第4のコイル素子L14からの出力信号Vo4とが、差動アンプ42に入力される。
Four coil elements (first to fourth coil elements) L 11 to L 14 constituting the coil set L 1 are arranged in parallel at a predetermined interval on the same axis, and a sinusoidal signal (first wave) generated by the AC generation source 11. 1 AC signal) α = Asin ωt, respectively.
Further, the output signal V o1 from the first coil element L 11 and the output signal V o3 from third coil element L 13 is input to the differential amplifier 41, the output from the second coil element L 12 The signal V o2 and the output signal V o4 from the fourth coil element L 14 are input to the differential amplifier 42.

磁気部材2は、磁性を帯びた部材からなり、本実施形態では数個の磁石からなっている。磁気部材2は、励磁されたコイル素子に近接すると、コイルの自己インダクタンスを増加させ、コイルの端子間電圧の振幅を増大させる。反対に、磁気部材2は、コイルから遠ざかると、コイルの自己インダクタンスを減少させ、コイルの端子間電圧の振幅を減少させる(図7参照)。 The magnetic member 2 is composed of a member having magnetism, and in the present embodiment, is composed of several magnets. When close to the excited coil element, the magnetic member 2 increases the self-inductance of the coil and increases the amplitude of the inter-terminal voltage of the coil. On the contrary, when the magnetic member 2 moves away from the coil, the self-inductance of the coil is reduced and the amplitude of the voltage between the terminals of the coil is reduced (see FIG. 7).

磁気部材2が、コイル組Lに対して、つまり1ピッチ内において、変位x(以下、ピッチ内変位xと称する)だけ相対変位すると、差動アンプ41からは、差動出力C=acosθ・sinωtが出力され、差動アンプ42からは、差動出力S=asinθ・sinωtが出力される(図2A参照)。
ここで、θ=2π/P・x (P:1ピッチの長さ)、である。
差動出力S,Cは、差動出力合成部5に入力される。
Magnetic member 2, relative to the coil set L 1, that is within one pitch, the displacement x when only the relative displacement (hereinafter, referred to as the pitch in the displacement x), from the differential amplifier 41, the differential output C = kcos · sinωt is output, and the differential amplifier 42 outputs the differential output S = asinθ · sinωt (see FIG. 2A).
Here, θ = 2π / P · x (P: length of 1 pitch).
The differential outputs S and C are input to the differential output combining unit 5.

差動出力合成部5に入力された差動出力S=asinθ・sinωtは、変換回路を介して位相が90°シフトされ、S’=asinθ・cosωtに変換される。差動出力合成部5は、変換後の差動出力S’と差動出力Cとを合成する。その合成信号βは、加法定理より、
合成信号β=asinθ・cosωt±acosθ・sinωt
=asin(ωt±θ)
となる。差動出力合成部5は、合成信号ベータをピッチ内変位検出部6に出力する。
The differential output S = asin θ · sin ωt input to the differential output combining unit 5 is phase-shifted by 90 ° through the conversion circuit and converted into S ′ = asin θ · cos ωt. The differential output combining unit 5 combines the converted differential output S ′ and the differential output C. The composite signal β is obtained from the addition theorem.
Composite signal β = asin θ · cos ωt ± acos θ · sin ωt
= Asin (ωt ± θ)
It becomes. The differential output combining unit 5 outputs the combined signal beta to the in-pitch displacement detecting unit 6.

ピッチ内変位検出部6は、差動出力合成部5から合成信号β=asin(ωt±θ)の入力を受け、かつ交流発生源11から正弦波信号α=Asinωtの入力を受ける。ピッチ内変位検出部6は、正弦波信号α=Asinωtと、合成信号β=asin(ωt±θ)との位相差を検出する。 The in-pitch displacement detector 6 receives the input of the composite signal β = asin (ωt ± θ) from the differential output combiner 5 and the input of the sine wave signal α = Asinωt from the AC generation source 11. The in-pitch displacement detector 6 detects the phase difference between the sine wave signal α = Asin ωt and the combined signal β = asin (ωt ± θ).

位相差の検出は、図2Bに示されるように、Asinωtのグラフのゼロクロス点から、asin(ωt±θ)のグラフのゼロクロス点までの時間をカウントすることにより、実行される。 As shown in FIG. 2B, the phase difference is detected by counting the time from the zero cross point of the Asin ωt graph to the zero cross point of the asin (ωt ± θ) graph.

そして、ピッチ内変位検出部6は、次の2式、
θ=2π/P・x
θ=2π/T×(位相差) (T:正弦波信号αの周期)
より、磁気部材2のピッチ内変位xを算出し、ピッチ内変位出力としてスケール内変位検出部8に出力する。
And the in-pitch displacement detector 6 has the following two formulas:
θ = 2π / P · x
θ = 2π / T × (phase difference) (T: period of sine wave signal α)
Thus, the in-pitch displacement x of the magnetic member 2 is calculated and output to the in-scale displacement detector 8 as an in-pitch displacement output.

他のコイル組L…Lも、コイル組L1と同様に構成されている。したがって、磁気部材2が、他のコイル組L…Lに対して、つまり各ピッチ内において変位した場合も同様に、各コイル組(各ピッチ)におけるピッチ内変位xが検出され、ピッチ内変位出力として、スケール内変位検出部8に出力される。 The other coil sets L 2 ... L n are configured in the same manner as the coil set L 1. Therefore, when the magnetic member 2 is displaced with respect to the other coil sets L 2 ... L n , that is, within each pitch, the in-pitch displacement x in each coil set (each pitch) is detected in the same way. The displacement output is output to the in-scale displacement detector 8.

電磁誘導式リニアスケール1はさらに、図1に示す如く、ピッチ検出部7を有している。ピッチ検出部7には、磁気部材2を検知し得る不図示の素子、本実施形態ではホールスイッチ12、からの信号が入力される。ホールスイッチ12は、コイルアレイ3における各コイル組L…Lの近傍にそれぞれ配置されていて、磁気部材2の近接を検知するとON信号を出力し、検知しないときはOFF信号を出力する。ピッチ検出部7は、ホールスイッチ12からのON/OFFの検知信号に基づいて、磁気部材2がいずれのピッチ上に位置するかを検出し、ピッチ出力としてスケール内変位検出部8に出力する。 The electromagnetic induction linear scale 1 further includes a pitch detector 7 as shown in FIG. A signal from an element (not shown) that can detect the magnetic member 2, in this embodiment, the hall switch 12, is input to the pitch detection unit 7. The hall switch 12 is arranged in the vicinity of each coil set L 1 ... L n in the coil array 3, and outputs an ON signal when the proximity of the magnetic member 2 is detected, and outputs an OFF signal when not detected. The pitch detection unit 7 detects on which pitch the magnetic member 2 is positioned based on the ON / OFF detection signal from the hall switch 12 and outputs the detected pitch to the in-scale displacement detection unit 8.

スケール内変位検出部8は、ピッチ内変位検出部6からのピッチ内変位出力と、ピッチ検出部7からのピッチ出力とを受けて、スケール内変位Xを検出する。ここで、スケール内変位Xとは、磁気部材2の電磁誘導式リニアスケール1に対する総変位を意味し、磁気部材2のピッチ内変位xを用いて、次のように表される。
X=(p−1)×P+x (p:磁気部材2が位置するピッチ、P:1ピッチの長さ)
例えば、磁気部材2が3番目のピッチ(コイル組L)上に位置するとき、スケール内変位検出部8は、ピッチ出力p=3とピッチ内変位出力xとに基づき、
X=(3−1)×P+x
より、スケール内変位Xを検出する(図3参照)。
The in-scale displacement detection unit 8 detects the in-scale displacement X in response to the in-pitch displacement output from the in-pitch displacement detection unit 6 and the pitch output from the pitch detection unit 7. Here, the in-scale displacement X means the total displacement of the magnetic member 2 with respect to the electromagnetic induction linear scale 1 and is expressed as follows using the in-pitch displacement x of the magnetic member 2.
X = (p−1) × P + x (p: pitch at which the magnetic member 2 is located, P: length of 1 pitch)
For example, when the magnetic member 2 is positioned on the third pitch (coil set L 3 ), the in-scale displacement detector 8 is based on the pitch output p = 3 and the in-pitch displacement output x,
X = (3-1) × P + x
Thus, the in-scale displacement X is detected (see FIG. 3).

このスケール内変位Xが、電磁誘導式リニアスケール1の測定値となって、不図示のモニタ等に出力される。 This in-scale displacement X becomes a measured value of the electromagnetic induction linear scale 1 and is output to a monitor (not shown) or the like.

電磁誘導式リニアスケール1はさらに、図1に示す如く、磁気部材2を検知し得る磁気センサ9を、コイルアレイ3の両端近傍に有している。磁気センサ9は、磁気部材2との位置関係に応じた検出値をリニアに出力するものであり、本実施形態ではホール素子である。磁気センサ9は、磁気部材2がその近傍を通過したとき、検出値を出力する。磁気センサ9の検出値は、判定部10に入力される。 As shown in FIG. 1, the electromagnetic induction linear scale 1 further includes magnetic sensors 9 that can detect the magnetic member 2 in the vicinity of both ends of the coil array 3. The magnetic sensor 9 linearly outputs a detection value corresponding to the positional relationship with the magnetic member 2, and is a Hall element in this embodiment. The magnetic sensor 9 outputs a detection value when the magnetic member 2 passes through the vicinity thereof. The detection value of the magnetic sensor 9 is input to the determination unit 10.

ここで、磁気部材2が、理想的に、検出軸に沿った正規の軌道(図4のX軸)上を変位する場合、磁気センサ9の検出値は常に一定となる。しかし、現実には、磁気部材2が、正規の軌道上からずれて、図4のY軸・Z軸方向にも変位してしまう場合がある。この場合、磁気センサ9は、その磁気部材2のずれに応じた検出値を出力することになる。 Here, when the magnetic member 2 is ideally displaced on the normal trajectory (X axis in FIG. 4) along the detection axis, the detection value of the magnetic sensor 9 is always constant. However, in reality, the magnetic member 2 may be displaced in the Y-axis / Z-axis direction of FIG. In this case, the magnetic sensor 9 outputs a detection value corresponding to the displacement of the magnetic member 2.

判定部10には、磁気センサ9の検出値の許容範囲に関する情報、例えば上限値と下限値、が予め入力されている。この許容範囲は、磁気センサ9の磁気部材2に対する検出特性と、磁気部材2が正規の軌道上から外れたときの、電磁誘導式リニアスケール1の測定誤差特性とに基づき、決定することができる。 Information relating to the allowable range of the detection value of the magnetic sensor 9, for example, an upper limit value and a lower limit value are input to the determination unit 10 in advance. This allowable range can be determined based on the detection characteristics of the magnetic sensor 9 with respect to the magnetic member 2 and the measurement error characteristics of the electromagnetic induction linear scale 1 when the magnetic member 2 deviates from the normal orbit. .

磁気センサ9の磁気部材2に対する検出特性は、磁気センサ9に対して、磁気部材2を基準位置から検出軸方向以外の方向に種々ずらしたときの、磁気センサ9の検出値を予め取得しておくことによって、得ることができる。なお、ここでの基準位置とは、磁気部材2が理想的に検出軸方向にのみ変位した場合において、磁気部材2の中心が磁気センサ9の中心に対応するときの位置を意味する。 The detection characteristics of the magnetic sensor 9 with respect to the magnetic member 2 are obtained by obtaining in advance the detection value of the magnetic sensor 9 when the magnetic member 2 is variously shifted from the reference position in a direction other than the detection axis direction. It can be obtained by placing it. The reference position here means a position when the center of the magnetic member 2 corresponds to the center of the magnetic sensor 9 when the magnetic member 2 is ideally displaced only in the detection axis direction.

一例では、図5に示すような、磁気センサ9の磁気部材2に対する検出特性が得られる。なお、図5におけるY軸およびZ軸は、図4のY軸およびZ軸に対応している。また、図5の縦軸の出力差とは、各ずれ位置において得られた検出値から、基準位置において得られた検出値を減算して得られた値を意味する。 In one example, the detection characteristic for the magnetic member 2 of the magnetic sensor 9 as shown in FIG. 5 is obtained. Note that the Y axis and the Z axis in FIG. 5 correspond to the Y axis and the Z axis in FIG. 4. Also, the output difference on the vertical axis in FIG. 5 means a value obtained by subtracting the detection value obtained at the reference position from the detection value obtained at each shift position.

一方、電磁誘導式リニアスケール1の測定誤差特性は、磁気部材2を、基準位置から検出軸方向以外の方向に種々ずらしたときの、電磁誘導式リニアスケール1の測定値を予め取得しておくことによって、得ることができる。なお、ここでの基準位置とは、正規の軌道上の所定位置を意味する。 On the other hand, the measurement error characteristic of the electromagnetic induction linear scale 1 is obtained in advance as a measurement value of the electromagnetic induction linear scale 1 when the magnetic member 2 is variously shifted from the reference position in a direction other than the detection axis direction. Can be obtained. Here, the reference position means a predetermined position on a normal orbit.

電磁誘導式リニアスケール1は、一例では、図6に示すような測定誤差特性を有する。なお、図6のY軸およびZ軸は、図4のY軸およびZ軸に対応している。 For example, the electromagnetic induction linear scale 1 has a measurement error characteristic as shown in FIG. Note that the Y axis and the Z axis in FIG. 6 correspond to the Y axis and the Z axis in FIG. 4.

つまり、磁気センサ9の検出値の許容範囲は、次のように決定することができる。
まず、電磁誘導式リニアスケール1が適用される測定対象について、許容される測定誤差の範囲を設定する。次に、測定値がその許容される測定誤差の範囲内におさまるときの磁気部材2のずれの範囲(許容範囲)を、予め得られている電磁誘導式リニアスケール1の測定誤差特性に基づいて得る。そして、磁気部材2のずれがその許容範囲内におさまるときの磁気センサ9の検出値の範囲(許容範囲)を、予め得られている磁気センサ9の検出特性に基づいて得ることにより、磁気センサ9の検出値の許容範囲を決定することができる。
That is, the allowable range of the detection value of the magnetic sensor 9 can be determined as follows.
First, an allowable measurement error range is set for a measurement object to which the electromagnetic induction linear scale 1 is applied. Next, the deviation range (allowable range) of the magnetic member 2 when the measured value falls within the allowable measurement error range is based on the measurement error characteristics of the electromagnetic induction linear scale 1 obtained in advance. obtain. Then, by obtaining the detection value range (allowable range) of the magnetic sensor 9 when the deviation of the magnetic member 2 falls within the allowable range based on the detection characteristics of the magnetic sensor 9 obtained in advance, the magnetic sensor 9 An acceptable range of nine detected values can be determined.

判定部10は、入力された磁気センサ9の検出値が、上記のように決定されかつ予め入力された磁気センサ9の検出値の許容範囲内にあるかどうかを判定し、その結果を不図示のモニタ等に出力する。 The determination unit 10 determines whether or not the input detection value of the magnetic sensor 9 is determined as described above and falls within the allowable range of the detection value of the magnetic sensor 9 input in advance, and the result is not illustrated. Output to the monitor.

上記のように構成された電磁誘導式リニアスケール1によれば、各ピッチにわたる磁気部材2のコイルアレイ3に対する相対変位を、アブソリュートに測定することができる。 According to the electromagnetic induction linear scale 1 configured as described above, the relative displacement of the magnetic member 2 with respect to the coil array 3 over each pitch can be measured in an absolute manner.

さらに、電磁誘導式リニアスケール1によれば、判定部10が、磁気センサ9の検出値に基づいて、磁気部材2が検出軸に沿った正規の軌道から許容範囲を超えてずれていないかどうかを判定することができる。したがって、電磁誘導式リニアスケール1によれば、得られた測定値に許容範囲を超える誤差が含まれていないかどうかを監視しつつ、測定を行なうことができる。 Furthermore, according to the electromagnetic induction linear scale 1, the determination unit 10 determines whether the magnetic member 2 has deviated beyond the allowable range from the normal trajectory along the detection axis based on the detection value of the magnetic sensor 9. Can be determined. Therefore, according to the electromagnetic induction linear scale 1, it is possible to perform measurement while monitoring whether or not an error exceeding the allowable range is included in the obtained measurement value.

また、判定部10が許容範囲を超えていると判定した場合には、電磁誘導式リニアスケール1による測定を中止する、または、コイルアレイ3に対する磁気部材2の相対変位の軌道を修正する等、何らかの対応をとることができる。 When the determination unit 10 determines that the allowable range is exceeded, the measurement by the electromagnetic induction linear scale 1 is stopped, or the trajectory of the relative displacement of the magnetic member 2 with respect to the coil array 3 is corrected. Some kind of response can be taken.

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上記実施形態においては、固定されたコイルアレイに対して磁気部材が相対変位するような構成に基づいて説明したが、固定された磁気部材に対してコイルアレイが相対変位する構成であってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to these.
In the above embodiment, the description has been made based on the configuration in which the magnetic member is relatively displaced with respect to the fixed coil array. However, the coil array may be relatively displaced with respect to the fixed magnetic member. .

上記実施形態においては、磁気センサをコイルアレイの両端部にそれぞれ配置したが、コイルアレイに沿って所定間隔ごとに多数個配置してもよい。 In the above embodiment, the magnetic sensors are arranged at both ends of the coil array. However, a large number of magnetic sensors may be arranged at predetermined intervals along the coil array.

磁気センサは、磁気部材との位置関係に応じた検出値を出力するものであればよく、磁気抵抗素子(MR素子)や磁気インピーダンス素子(MI素子)等を用いてもよい。 The magnetic sensor only needs to output a detection value corresponding to the positional relationship with the magnetic member, and a magnetoresistive element (MR element), a magnetic impedance element (MI element), or the like may be used.

上記実施形態では、1つのコイル組を構成するコイル素子の数を4個としたが、これに限定されるものではない。例えば、第1〜第3の3個のコイル素子を順次並列配置して1つのコイル組を構成してもよい。この場合、第1−第2コイル素子間および第2−第3コイル素子間においてそれぞれ差動出力をとることにより、上記実施形態と同様に、差動出力C=a’cosθ’・sinωtと、差動出力S=a’sinθ’・sinωtとを得て、合成信号β=a’sin(ωt±θ’)を得ることができる。そして、この合成信号βと正弦波信号α=Asinωtとの位相差を検出することにより、上記実施形態と同様に、ピッチ内変位およびスケール内変位を得ることができる(詳細は、特開2004−233311号公報を参照のこと)。つまり、コイル素子間の差動出力をとることにより、コサイン相の振幅関数特性を示す正弦波信号と、サイン相の振幅関数特性を示す正弦波信号とを得ることができる構成であれば、1つのコイル組を構成するコイル素子の数は何個でもよい。 In the above embodiment, the number of coil elements constituting one coil set is four. However, the present invention is not limited to this. For example, the first to third three coil elements may be sequentially arranged in parallel to constitute one coil set. In this case, by taking differential outputs between the first and second coil elements and between the second and third coil elements, respectively, the differential output C = a ′ cos θ ′ · sin ωt, By obtaining the differential output S = a′sin θ ′ · sin ωt, the combined signal β = a′sin (ωt ± θ ′) can be obtained. Then, by detecting the phase difference between the synthesized signal β and the sine wave signal α = Asinωt, the displacement within the pitch and the displacement within the scale can be obtained in the same manner as in the above embodiment (for details, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-2004). No. 233311). In other words, if the configuration can obtain a sine wave signal showing the cosine phase amplitude function characteristic and a sine wave signal showing the amplitude function characteristic of the sine phase by taking the differential output between the coil elements, 1 Any number of coil elements may be included in one coil set.

本実施形態にかかる電磁誘導式リニアスケールの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the electromagnetic induction type linear scale concerning this embodiment. 本実施形態にかかる電磁誘導式リニアスケールのピッチ内変位の検出方法を示すための図である。It is a figure for demonstrating the detection method of the displacement in the pitch of the electromagnetic induction type linear scale concerning this embodiment. 本実施形態にかかる電磁誘導式リニアスケールのスケール内変位の検出方法を示すための図である。It is a figure for demonstrating the detection method of the displacement in the scale of the electromagnetic induction type linear scale concerning this embodiment. 磁気部材とコイルアレイとの位置関係を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the positional relationship of a magnetic member and a coil array. 本実施形態にかかる磁気センサの検出特性を示す図である。It is a figure which shows the detection characteristic of the magnetic sensor concerning this embodiment. 本実施形態にかかる電磁誘導式リニアスケールの測定誤差特性を示す図である。It is a figure which shows the measurement error characteristic of the electromagnetic induction type linear scale concerning this embodiment. コイルに磁気部材を近接させたときの状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a state when a magnetic member is made to adjoin to a coil.

符号の説明Explanation of symbols

1 電磁誘導式リニアスケール
2 磁気部材
3 コイルアレイ
41、42 差動アンプ
5 差動出力合成部
6 ピッチ内変位検出部
7 ピッチ検出部
8 スケール内変位検出部
9 磁気センサ
10 判定部
11 交流発生源
L コイル素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electromagnetic induction type linear scale 2 Magnetic member 3 Coil array 41, 42 Differential amplifier 5 Differential output synthetic | combination part 6 In-pitch displacement detection part 7 Pitch detection part 8 In-scale displacement detection part 9 Magnetic sensor 10 Determination part 11 AC generation source L Coil element

Claims (4)

所定数のコイル素子からなるコイル組を同軸に並列配置してなると共に、第1の交流信号で励磁されるコイルアレイと、
前記コイルアレイの外方に配置され、前記コイルアレイの軸に沿って、前記コイルアレイに対して相対変位し得る磁気部材であって、前記コイル素子との位置関係に応じ、前記コイル素子の出力電圧の振幅を変化させる磁気部材と、を含み、
前記コイル組におけるコイル素子間の複数の差動出力を合成して得た第2の交流信号と、前記第1の交流信号との位相差に基づき、前記相対変位を測定する電磁誘導式リニアスケールであって、
前記コイルアレイの軸方向に沿って配置され、前記磁気部材との位置関係に応じた検出値を出力する少なくとも1つの磁気センサと、
前記磁気センサの検出値が、予め定められた許容範囲内にあるかどうかに基づき、前記電磁誘導式リニアスケールの測定値に含まれる誤差が許容範囲内にあるかどうかを判定する判定部と、
をさらに有していることを特徴とする電磁誘導式リニアスケール。
A coil array including a predetermined number of coil elements arranged coaxially in parallel, and a coil array excited by a first AC signal;
A magnetic member disposed outside the coil array and capable of relative displacement with respect to the coil array along an axis of the coil array, wherein the output of the coil element depends on the positional relationship with the coil element. A magnetic member that changes the amplitude of the voltage,
An electromagnetic induction linear scale that measures the relative displacement based on a phase difference between a second AC signal obtained by combining a plurality of differential outputs between coil elements in the coil set and the first AC signal. Because
At least one magnetic sensor disposed along the axial direction of the coil array and outputting a detection value corresponding to a positional relationship with the magnetic member;
A determination unit that determines whether an error included in the measured value of the electromagnetic induction linear scale is within an allowable range based on whether the detection value of the magnetic sensor is within a predetermined allowable range;
An electromagnetic induction linear scale characterized by further comprising:
前記磁気部材は、少なくとも1つの磁石からなっていることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導式リニアスケール。 The electromagnetic induction linear scale according to claim 1, wherein the magnetic member is made of at least one magnet. 前記磁気センサは、前記コイルアレイの両端部近傍にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁誘導式リニアスケール。 3. The electromagnetic induction linear scale according to claim 1, wherein the magnetic sensors are respectively disposed in the vicinity of both end portions of the coil array. 前記磁気センサは、ホール素子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電磁誘導式リニアスケール。 The electromagnetic induction linear scale according to claim 1, wherein the magnetic sensor is a Hall element.
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