JP2012149891A - リニアセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】リニア方向の絶対位置を特定するスケールを直列に配置して長い距離の絶対位置を正確に検出可能で組立性にも優れたリニアセンサを提供する。
【解決手段】移動体の絶対位置を特定するために複数直列に配置された移動体絶対位置特定スケールからなる長尺スケールと、長尺スケールの何れの移動体絶対位置特定スケールに移動体が存在するかを特定する移動体存在領域識別スケールと、各移動体絶対位置特定スケールにおける移動体の絶対位置を検出する移動体絶対位置検出手段と、何れの移動体存在領域識別スケールに移動体が存在するかを特定する移動体存在領域識別手段と、を備え、長尺スケールと移動体存在領域識別スケールがそれぞれ並列に配置されており、各移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において、移動体存在領域識別手段が移動体存在領域識別スケールを読取る位置を所定量だけずらす。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばリニア移動型の移動体の絶対位置を検出する移動体の読取装置に関する。

従来から、例えばリニア移動型の移動体の原点からの絶対位置を検出する移動体の位置読取装置は一般に知られている。このようなリニア移動型の移動体の位置を検出する移動体の位置読取装置は、一般に磁気スケールとＭＲ素子の組合せによって構成されている。そして、磁気スケールに記録された情報をＭＲ素子で正確に読取るためには、移動体の位置読取装置の設計段階のみならず、組立てた状態においても両者の相対的位置関係のずれが生じないことが要求される。

そのため、磁気スケールやＭＲ素子自体、これらを取り付けるベース部材や支持部材などの全ての部品公差による影響を極力なくすと共に、これら各部品を組立てた際の組立公差の影響を極力無くさなければ、出力値の安定化が図れず、検出精度の低下を招く。

そこで、一般には各部品の寸法公差を厳しくし、組付公差の影響を受け難くすることが必要となる。なお、このような各部品の寸法公差をあまり厳しくすることなく、スケール結合部において一方のスケールの位置情報パターンと他方のスケールの位置情報パターンとをオーバーラップさせ、そのオーバーラップ区間で出力信号に切り替えることで調整する機構を備えた移動体の位置読取装置も提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−００３５０５号公報

上述した特許文献１に記載されたような従来型のリニアセンサは、一方のスケールの位置情報パターンと他方のスケールの位置情報パターンとをオーバーラップさせるため、それなりの余分な接合用スケールを備えなければならない。また、この余分な接合用スケールは、特許文献１において明らかなようにメインのスケールの接続部に並列して配置しなければならず、この部分のみ余分なスケールがスケール幅方向に突出して無駄なスケールの配置スペースをその接続部ごとに必要としてしまう。

また、移動体絶対位置特定スケールの繋ぎ目での連続性は１本のスケールで構成すれば隣接するスケール間の隙間の問題は解決することができるが、何本目の移動体絶対位置特定スケールを使用しているかを検出する必要があり、移動体位置センサと移動体存在領域識別センサの相対位置関係や移動体存在領域識別スケールの取り付け位置などに誤差が生じてしまう。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、長い距離に亘って移動体の絶対位置を正確に検出可能で組立性にも優れたリニアセンサを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に係るリニアセンサは、
移動体の絶対位置を特定するために複数直列に配置された移動体絶対位置特定スケールからなる長尺スケールと、
前記長尺スケールの何れの移動体絶対位置特定スケールに移動体が存在するかを特定する移動体存在領域識別スケールと、
前記各移動体絶対位置特定スケールにおける移動体の絶対位置を検出する移動体絶対位置検出手段と、
前記何れの移動体存在領域識別スケールに前記移動体が存在するかを特定する移動体存在領域識別手段と、を備えるリニアセンサであって、
前記長尺スケールと前記移動体存在領域識別スケールがそれぞれ並列に配置されており、前記各移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において、前記移動体存在領域識別手段が前記移動体存在領域識別スケールを読取る位置を所定量だけずらすことを特徴としている。

本発明の請求項１に係るリニアセンサによると、各移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において、移動体存在領域識別手段が移動体存在領域識別スケールを読取る位置を所定量だけずらすようにしたので、両スケールの位置関係が多少ずれても読み間違いを起こさない。

また、本発明の請求項２に係るリニアセンサは、請求項１に記載のリニアセンサにおいて、
前記移動体存在領域識別手段には、前記移動体絶対位置特定スケールの連結部付近での前記移動体絶対位置検出手段の検出結果により、前記移動体が存在する移動体存在領域識別スケールを特定する２個の検出器が設けられていることを特徴としている。

本発明の請求項２に係るリニアセンサによると、移動体存在領域識別手段には移動体絶対位置特定スケールの連結部付近での移動体絶対位置検出手段の検出結果により、移動体が存在する移動体存在領域識別スケールを特定する２個の検出器が設けられているので、隣接する移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において移動体が存在する移動体存在領域識別スケールを確実に特定することができる。

また、本発明の請求項３に係るリニアセンサは、請求項２に記載のリニアセンサにおいて、
前記２個の検出器は、前記移動体絶対位置検出手段による検出結果に基づいて、前記移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において、前記移動体存在領域識別スケールの前記所定量だけ離れた位置を検出することを特徴としている。

これによって、移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において、移動体が存在する移動体絶対位置特定スケールに対応する移動体存在領域識別スケールを確実に検出することができる。

また、本発明の請求項４に係るリニアセンサは、請求項１乃至３の何れかに記載のリニアセンサにおいて、
前記移動体絶対位置検出手段により検出された前記移動体絶対位置特定スケールの絶対位置の情報と、
前記移動体存在領域識別手段により検出された移動体が存在する前記移動体絶対位置特定スケールの位置に基づき、各移動体絶対位置特定スケールの絶対位置を演算することを特徴としている。

これによって、長尺スケールをなす複数の移動体絶対位置特定スケールの全長に亘って移動体の正確な絶対位置を常に特定することができ、信頼性の高いリニアセンサを提供することができる。

また、本発明の請求項５に係るリニアセンサは、請求項１に記載のリニアセンサにおいて、
前記連結部付近での前記移動体絶対位置検出手段の検出結果に基づいて、前記移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において、前記移動体存在領域識別スケールの前記所定量だけ離れた位置を検出するように、前記移動体存在領域識別手段の検出結果に補正処理を行うことを特徴としている。

これによって、リニア方向の絶対位置を特定するスケールの連結部を避けて移動体の絶対位置を読取ることになるため、移動体位置センサと移動体存在領域識別センサの相対位置関係や移動体存在領域識別スケールの取り付け位置などの誤差にかかわらず、移動体の絶対位置を正確に特定することができる。

本発明によると、リニア方向の絶対位置を特定するスケールの連結部付近におけるスケール本数の誤判別を防止し、長い距離に亘って移動体の絶対位置を正確に検出可能で組立性にも優れたリニアセンサを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るリニアセンサの概略構成図である。 図１に示したリニアセンサに関する回路ブロック図である。 図１に示したリニアセンサの作用を説明する説明図であり、本発明の構成を有さない比較例（図３（ａ））と、本発明の構成を有する本実施例（図３（ｂ））である。 本発明の第２の実施形態に係るリニアセンサの概略構成図である。 図４に示したリニアセンサに関する回路ブロック図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係るリニアセンサ１を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るリニアセンサ１の概略構成図である。また、図２は、図１に示したリニアセンサ１に関する回路ブロック図である。

本発明の第１の実施形態に係るリニアセンサ１は、移動体の絶対位置を特定する移動体絶対位置特定スケール１１１，１１２，１１３，１１４（以下、適宜「移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４」とする）が順次配置されている長尺スケール１１０と、この長尺スケール１１０における何れの移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４に移動体が存在するかをコード位置として特定する移動体存在領域識別スケール１２０と、長尺スケール１１０を構成する各移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４のうち、移動体が存在する移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４における移動体の絶対位置を検出する移動体位置センサ１０Ａと、長尺スケール１１０のうち移動体が存在する移動体存在領域識別スケール１２０をコード位置として特定する移動体存在領域識別センサ１４０と、を備えている。なお、移動体位置センサ１０Ａには、移動体絶対位置検出センサ素子１３０が、移動体存在領域識別センサ１４０には、原点側センサ素子１４１，１４２及び終点側センサ素子１４６，１４７が、それぞれ内蔵されている（図１参照）。

そして、リニアセンサ１の長尺スケール１１０と移動体存在領域識別スケール１２０は、それぞれ並列に配置されている。より具体的には、磁気特性が２ビットでスケール長さがそれぞれ１００ｍｍの移動体絶対位置特定スケールを例に取ると、長尺スケール１１０は、４本の移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４が直列に配置されて構成され、全長４００ｍｍの長尺スケール１１０を形成している。また、移動体存在領域識別スケール１２０が長尺スケール１１０に並列に配置されている。また、リニアセンサ１は、長尺スケール１１０の隣接する移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４ごとに移動体存在領域識別スケール１２０を読取る移動体存在領域識別センサ１４０の読取る位置を切り替える切り替え部（図２参照）を備えている。

移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４は、ここでは詳細には示さないが、長さの極めて短い磁石をそのＳ極とＮ極が交互に並ぶように連続的に配置されて構成されるか、若しくはＳ極とＮ極の着磁の組合せで位置情報が記録されている。また、移動体存在領域識別スケール１２０は、磁石が全く配列されていない長さ１００ｍｍの無磁気スケール１２１，１２３，１２６，１２７と、一定の磁界に着磁した長さ１００ｍｍの磁気スケール１２２，１２４，１２８，１２９を組み合わせて構成されている。

移動体存在領域識別センサ１４０は、図１に示すように、原点側センサ素子１４１，１４２と終点側センサ素子１４６，１４７からなり、切り替え部は、長尺スケール１１０を構成する複数の移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４の隣接するスケール連結部付近における移動体絶対位置検出センサ素子１３０の検出結果に基づき、移動体存在領域識別センサ１４０に内蔵されている何れか一組（一対）の２個のセンサ素子を選択的に用いて、長尺スケール１１０の内、移動体が存在する移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４が何れのスケールに存在するかのスケール位置（以下、これを「コード位置」という）を特定するように構成されている。

具体的には、２個の一対のセンサ素子は、原点側に位置する原点側センサ素子１４１，１４２と終点側に位置する終点側センサ素子１４６，１４７からなる。なお、ここで、原点とは、図１における長尺スケール１１０の長さ０ｍｍの位置を言い、終点とは、図１における長尺スケール１１０の長さ４００ｍｍの位置を言う。

そして、連結部付近において、移動体絶対位置検出センサ素子１３０による検出結果が移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４の前半（図１中各移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４の左側０ｍｍ以上５０ｍｍ未満であり、ドットで示す三角形の幅の小さい半分側）であるときは、終点側センサ素子１４６，１４７によって移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４のコード位置を特定するように構成されている。

一方、移動体絶対位置検出センサ素子１３０による検出結果が移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４の後半（図１中各移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４の右側５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満であり、ドットで示す三角形の幅の大きい半分側）であるときは、原点側センサ素子１４１，１４２によって移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４のコード位置を特定する。

これにより、移動体位置センサ１０Ａの各センサ素子の取り付け、各スケールの取り付けの誤差による移動体位置センサ１０Ａの位置を誤ることなく移動体の絶対位置を正確に特定することが可能になる。

本実施形態においては、移動体絶対位置検出センサ素子１３０としてＭＲ素子を用い、多数の磁石を直列に配置した移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４と共に、リニアエンコーダを構成している。なお、このリニアエンコーダは、絶対位置エンコーダなので、その位置の情報を１回で読取る。

また、原点側センサ素子１４１，１４２及び終点側センサ素子１４６，１４７にもＭＲ素子を用い、移動体存在領域識別スケール１２０における磁石の配置されていない無磁気スケール１２１，１２３，１２６，１２７の出力値は、「０」となり、磁石が配置されている磁気スケール１２２，１２４，１２８，１２９の出力値は、「１」として出力するようになっている。これによって、原点側センサ素子１４１，１４２、終点側センサ素子１４６，１４７共に移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４の左側から上下方向の並び具合も考慮して（０，０），（１，０），（０，１），（１，１）と出力し、移動体が移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４の何れの領域、即ち原点から終点までの長尺スケール１１０の１段目乃至４段目の何れの移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４に存在するかを識別する。

図２は、１本のリニアスケール上の２つセンサ素子１４１，１４２（１４６，１４７）を切り替える回路ブロック図である。同図から明らかなように、ＣＰＵ１５０には、移動体存在領域識別スケール１２０における原点側センサ素子１４１と終点側センサ素子１４６を切り替える第１の切り替えスイッチ１５１と、原点側センサ素子１４２と終点側センサ素子１４７を切り替える第２の切り替えスイッチ１５２と、移動体絶対位置検出センサ素子１３０からの信号を受け取り、この信号による検出結果を数値比較器１５３で比較するための所定の閾値を記憶する閾値記憶メモリ１５４を有している。そして、数値比較器１５３の出力結果に応じて、第１の切り替えスイッチ１５１及び第２の切り替えスイッチ１５２をそれぞれ切り替える信号を生成する切り替え信号生成部１５６を有している。

ＣＰＵ１５０は更に、第１の切り替えスイッチ１５１によって切り替えられた原点側センサ素子１４１又は終点側センサ素子１４６の出力値と、第２の切り替えスイッチ１５２によって切り替えられた原点側センサ素子１４２又は終点側センサ素子１４７の出力値から、移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４のコード位置を認識すると共に、移動体絶対位置検出センサ素子１３０からの出力信号から絶対位置データ出力を行う演算器１５５を備えている。なお、図中点線で囲んだ部分は、本実施形態ではＣＰＵ１５０として構成されているが、必ずしもこのようなＣＰＵ１５０として構成される必要はない。

そして、移動体絶対位置検出センサ素子１３０による検出結果を閾値記憶メモリ１５４に記憶した値と数値比較器１５３で比較し、第１の切り替えスイッチ１５１と第２の切り替えスイッチ１５２を原点側又は終点側の何れに切り替えるかを決定し、切り替え信号生成部１５６を介して第１の切り替えスイッチ１５１と第２の切り替えスイッチ１５２の各スイッチを切り替えるように構成されている。

また、第１の切り替えスイッチ１５１と第２の切り替えスイッチ１５２の出力結果を演算器１５５に入力し、これによって得られた移動体存在領域識別スケール１２０のコード位置と、移動体絶対位置検出センサ素子１３０の値から演算器１５５を介して移動体の絶対位置を算出するようになっている。

この際、移動体の絶対位置を算出するにあたって、演算器１５５において、「移動体の原点からの絶対位置＝移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４のコード位置の段数×移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４の１段の長さ＋移動体絶対位置検出センサ素子１３０の出力値」の演算式で求める。例えば、移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４のコード位置は、１段目（１本目）では検出されないので、「０」となり、２段目では１本だけ検出されるので、「１」になる。

そして、第１の実施形態に係るリニアセンサ１は、リニアセンサ１の移動体の絶対位置を特定する移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４を複数直列に配置し、長い距離を算出する際に、隣接する移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４の連結部付近を避けて読取るための特別な構成を有している。

これを具体的数値に基づいて説明する。例えば、移動体絶対位置検出センサ素子１３０の値が０ｍｍ以上５０ｍｍ未満の時は移動体存在領域識別センサ１４０の右側に位置する終点側センサ素子１４６，１４７の出力値を読取る。一方、移動体絶対位置検出センサ素子１３０の値が５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満では左側に位置する原点側センサ素子１４１，１４２の出力値を読取る。これによって、繋ぎ目（図１の連結点ＣＰ参照）において、移動体絶対位置検出センサ素子１３０と各移動体存在領域識別センサ１４０のセンサ素子との測長方向のずれ分だけ繋ぎ目と離れた方向にシフトした移動体存在領域識別スケール１２０の値を読むようになるので、繋ぎ目付近の読み間違いを避けることができる。

以下、本実施形態に係るリニアセンサ１の作用について、このような構成を有さないリニアセンサ５と比較してより詳細に説明する。図３（ａ）は、本実施形態と同等の構成を有さないリニアセンサ５（以下、「比較例に係るリニアセンサ５」とする）を示す動作説明図であり、図３（ｂ）は、本実施形態に係るリニアセンサ１（以下、「本実施例に係るリニアセンサ１」とする）の動作説明図である。

そして、双方のリニアセンサ１，５は、上述したように長さ１００ｍｍの移動体絶対位置特定スケールを直列に並べ、これに並行して移動体が何れの移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４に存在するかを識別するための移動体存在領域識別スケール１２０を並列に配列させている。ここで、この移動体絶対位置特定スケールは同じものを複数直列に並べても良いし、１本の長いスケールにコードパターンを配置して、読取っても良い。

ここで、移動体絶対位置検出センサ素子と、移動体存在領域識別センサ素子の位置をスケールの長手方向において完全に一致させるように取り付けることはかなり難しいので、比較例に係るリニアセンサ５の場合、図３（ａ）に示すように、移動体絶対位置特定スケールの繋ぎ目（連結点）において移動体存在領域識別スケール１２０のスケール段数（コード位置）の情報を間違って読取ってしまう可能性がある。

一方、本実施例に係るリニアセンサ１の場合、図３（ｂ）に示すように、移動体存在領域識別スケール１２０の原点側センサ素子１４１，１４２と終点側センサ素子１４６，１４７を各識別スケールにおいて長尺スケールの長手方向に配置し、そのほぼ中央に移動体絶対位置検出センサ素子１３０を配置している。そのため、比較例のような不具合が発生することはない。

図３（ｂ）に示したリニアセンサ１の作用をより詳細に説明する。図３（ｂ）のように移動体存在領域識別スケール１２０の図中右側の取り付け位置が移動体絶対位置特定スケールの繋ぎ目（連結点）部分より右側（原点から遠ざかる方向）にずれて後ろになってしまったとする。この際、図３（ａ）に示す比較例のように、移動体絶対位置特定スケール１１１，１１２（１１０）、移動体存在領域識別スケール１２０共、各々１つのセンサ素子５３０，５４１，５４２を備えた移動体位置センサと移動体存在領域識別センサで読取る場合、移動体位置センサに内蔵されている移動体絶対位置検出センサ素子５３０は、既に次の移動体絶対位置特定スケール１１２を読取っている。即ち、移動体絶対位置検出センサ素子５３０が移動体存在領域識別スケール１２０の２段目（２本目）となる原点から１００ｍｍ以上のところを読取っているにも拘わらず、移動体存在領域識別センサ素子５４１，５４２は、移動体が移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４のまだ１段目（１本目）の１００ｍｍ未満のところに存在していると判断してしまう虞がある。従って、移動体の原点からの絶対位置は、実際は１０３ｍｍだったとしても、演算結果は３ｍｍとなってしまう。

一方、図３（ｂ）に示す原点側センサ素子１４１，１４２は、移動体絶対位置検出センサ素子１３０に対して左側へオフセットすると共に、終点側センサ素子１４６，１４７は、右側にオフセットしているので、各々のセンサ素子や移動体絶対位置特定スケールの取り付け誤差による、比較例で紹介したリニアセンサ５において問題となっていた移動体絶対位置特定スケールの繋ぎ目（連結点）付近での移動体存在領域識別スケール１２０の読み間違いの発生を本実施例に係るリニアセンサ１では回避することができる。

続いて、本発明の第２の実施形態に係るリニアセンサ２について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係るリニアセンサ２の概略構成図である。なお、第１の実施形態に係るリニアセンサ１と共通する構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略し、異なる構成について図面に基づき詳細に説明する。

本発明の第２の実施形態に係るリニアセンサ２は、第１の実施形態に係るリニアセンサ１と同等の移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４からなる長尺スケール２１０と、移動体の長尺スケール２１０のコード位置を特定する移動体存在領域識別スケール２２０と、各移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の絶対位置を検出する移動体絶対位置検出センサ素子２３０が内蔵されている移動体位置センサ２０Ａと、移動体が移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の何れに存在するかを特定する移動体存在領域識別センサ素子２４０が内蔵されている移動体存在領域識別センサ２０Ｂと、を備えている。そして、長尺スケール２１０と移動体存在領域識別スケール２２０がそれぞれ並列に配置されている。また、複数の移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４のうち、隣接する移動体絶対位置特定スケールの前半部と後半部において移動体存在領域識別センサ２０Ｂの読取値を補正するようになっている。

具体的には、この補正を行なうにあたって、移動体絶対位置検出センサ素子２３０の検出結果が、移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の前半（例えば、移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４のうち、０ｍｍ以上５０ｍｍ未満）であるときは、移動体存在領域識別センサ２０Ｂに内蔵されている移動体存在領域識別センサ素子２４０が移動体存在領域識別スケール２２０を読取った際の検出結果に所定の補正値を加算した状態での出力値に基づき長尺スケール２１０の何れの移動体絶対位置特定スケールに移動体が存在するかを特定する。

その一方、移動体絶対位置検出センサ素子２３０の検出結果が、移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の後半（例えば、移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４のうち、５０ｍｍ以上１００ｍｍ未満）であるときは、移動体存在領域識別センサ素子２４０が移動体存在領域識別スケール２２０を読取った際の検出結果に所定の補正値を減算した状態での出力値に基づき長尺スケール２１０の何れの移動体絶対位置特定スケールに移動体が存在するかを特定する。

続いて、この第２の実施形態に係るリニアセンサ２をその具体的数値と共に詳しく説明する。リニアセンサ２の長尺スケール２１０と移動体存在領域識別スケール２２０は、それぞれ並列に配置されている。より具体的には、磁気特性が２ビットでスケール長さがそれぞれ１００ｍｍの移動体絶対位置特定スケールを例に取ると、長尺スケール２１０は、４本の移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４が直列（１列）に配置されて構成され、全長４００ｍｍの長尺スケール２１０を形成している。また、移動体存在領域識別スケール２２０は長尺スケール２１０に並列に１列配置されている。また、リニアセンサ２の移動体存在領域識別スケール２２０は、長尺スケール２１０の長さに対応した１本のスケールから構成されている。

第２の実施形態に係る移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４及び移動体絶対位置検出センサ素子２３０は、第１の実施形態に係る移動体絶対位置特定スケール１１１〜１１４及び移動体絶対位置検出センサ素子１３０と同等の構成を有している。これにより、移動体絶対位置検出センサ素子２３０と移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４とでリニアエンコーダを構成している。

図５は、図４に示したリニアセンサ２に関するブロック図であり、移動体存在領域識別センサ素子２４０が移動体存在領域識別スケール２２０を読取った際の検出結果を加減算するブロック図である。同図において、ＣＰＵ２５０には、移動体絶対位置検出センサ素子２３０からの出力値及び閾値記憶メモリ２５４に記憶されている閾値を比較する第１数値比較器２５３と、第１数値比較器２５３の出力値及び移動体存在領域識別センサ素子２４０の出力値を演算処理する第１演算器２５５と、第１演算器２５５の出力値及び閾値記憶メモリ２５４に記憶されている閾値を比較する第２数値比較器２５６と、第２数値比較器２５６の出力値と移動体絶対位置検出センサ素子２３０の出力信号から絶対位置データ出力を行う第２演算器２５７を備えている。

ここで、第１数値比較器２５３において、移動体絶対位置検出センサ素子２３０からの出力値及び閾値記憶メモリ２５４に記憶されている閾値を比較した結果、移動体が移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の前半に位置することが分かった場合は、第１演算器２５５で所定の値を移動体存在領域識別センサ素子２４０の読取値に加算する。一方、移動体が移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の後半に位置することが分かった場合は、第１演算器２５５で所定の値を移動体存在領域識別センサ素子２４０の読取値から減算する。その演算結果の値と、閾値記憶メモリ２５４に記憶されている閾値から、第２数値比較器２５６で値を比較し何段目（何本目）の移動体絶対位置特定スケールであるかを判別する。

ここで、移動体の絶対位置の原点からの距離、即ち「移動体の原点からの絶対位置＝（移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４のコード位置の段数−１）×移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の１段の長さ＋移動体絶対位置検出センサ素子２３０の出力値」となる。この演算を第２演算器２５７で行い、移動体の原点からの絶対位置を出力する。なお、図中点線で囲まれたブロックは、１つのＣＰＵ２５０であるが、これらは必ずしもＣＰＵ２５０に全て含まれる必要は無い。

続いて、本発明の第２の実施形態に係るリニアセンサ２特有の作用について説明する。図４において、各移動体絶対位置特定スケールにおける移動体の絶対位置を検出する移動体位置センサ２０Ａが（１）から（８）まで移動する場合について考える。移動体位置センサ２０Ａが図４（１）に位置する時は、移動体絶対位置検出センサ素子２３０による読取値は前半部分にある。この場合、移動体存在領域識別センサ素子２４０の出力値に所定の補正値を加算してその補正後の時点における出力値に基づき移動体位置センサ２０Ａがどの移動体存在領域識別スケール２２０に位置しているかを判断する。

続いて、移動体位置センサ２０Ａが図４（２）に移動すると、移動体絶対位置検出センサ素子２３０による読取値は後半部分にある。この場合、移動体存在領域識別センサ素子２４０の出力値に所定の補正値を減算して、その補正後の時点における出力値に基づき、移動体位置センサ２０Ａがどの移動体存在領域識別スケール２２０に位置しているかを判断する。これによって、長尺スケール２１０に対応する移動体絶対位置特定スケール２１１に移動体位置センサ２０Ａが存在することを読取る。

また、移動体位置センサ２０Ａが（３）に移動すると、移動体絶対位置検出センサ素子２３０による読取値は前半部分にある。この場合、移動体存在領域識別センサ素子２４０の出力値に所定の補正値を加算して、その補正後の時点における出力値に基づき、移動体位置センサ２０Ａがどの移動体存在領域識別スケール２２０に位置しているかを判断する。そして、移動体位置センサ２０Ａが（４）に移動すると、移動体絶対位置検出センサ素子２３０による読取値は後半部分にある。この場合、移動体存在領域識別センサ素子２４０の出力値に所定の補正値を減算して、その補正後の時点における出力値に基づき、移動体位置センサ２０Ａがどの移動体存在領域識別スケール２２０に位置しているかを判断する。これによって、移動体存在領域識別スケール２２０のうち移動体絶対位置特定スケール２１２に対応する何れの移動体存在領域に移動体位置センサ２０Ａが存在するかを読取る。この結果、移動体位置センサ２０Ａが存在する移動体存在領域識別スケール２２０の位置を正確に認識することができる。

このようにして、移動体位置センサ２０Ａが（１）から（８）まで移動体存在領域識別スケール２２０に対応した移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４を読取ることにより、移動体位置センサ２０Ａの絶対位置を誤って算出せずに済む。

そして、スケール全体の長さが測定できる移動体存在領域識別スケール２２０と、より詳細な絶対位置を測れる移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４を並列に配置して、補正後の移動体存在領域識別スケール２２０の読取値によって移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の段数（本数）を判断し、全長を求める。

本発明の第２の実施形態に係るリニアセンサ２がこのような構成を有することで、移動体存在領域識別スケール２２０には分解能の低いスケールを使うことができる。そして、移動体存在領域識別スケール２２０の値が０ｍｍ以上１００ｍｍ未満の時は、移動体は長尺スケール２１０のうち１本目の移動体絶対位置特定スケール２１１に位置すると判断する。また、移動体存在領域識別スケール２２０の値が１００ｍｍ以上２００ｍｍ未満の時は、２本目の移動体絶対位置特定スケール２１２に位置すると判断する。また、移動体存在領域識別スケール２２０の値が２００ｍｍ以上３００ｍｍ未満の時は、３本目の移動体絶対位置特定スケール２１３に位置すると判断する。

しかしながら、移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の繋ぎ目（連結点）において、移動体絶対位置特定スケールの取り付け誤差などにより上記の範囲がずれることがある。そこで、移動体絶対位置検出センサ素子２３０の読取値が移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４のそれぞれ前半の時は、移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の１段の長さの例えば１０％程度の補正値を加算した出力値を読取り、移動体絶対位置検出センサ素子２３０の値が移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４のそれぞれ後半の時は、移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の１段の長さの例えば１０％程度の補正値を減算した出力値を読取る。これにより、スケール同士の接続箇所である繋ぎ目（連結点）付近のスケール本数の読取ミスを防ぐようにしている。

移動体存在領域識別スケール２２０から増減（加減算）する値は移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４にこの方法を適用する範囲未満の値にする。例えば移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の繋ぎ目（連結点）から移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の１段の長さの中央（±５０％の範囲）で増減を切り替える場合は、この増減値は移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の１段の長さの５０％未満でないと効果が無い。また、例えば移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の繋ぎ目（連結点）から移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の１段の長さの±１０％の範囲で増減を切り替える場合は、この増減値は移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の１段の長さの９０％未満まで可能である。

即ち、移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の長さをＡとし、この補正を移動体絶対位置特定スケール２１１〜２１４の繋ぎ目（連結点）から±Ｘの範囲に適用する場合、移動体存在領域識別スケール２２０に増減する補正値Ｃは、Ｃ＜Ａ−Ｘとなる。

これによって、本発明のような構成を有さない従来のリニアセンサの問題点である、絶対位置特定スケールの取り付け誤差などにおけるスケールの切り替え点での読み間違いが生じるのを有効に防止する。

なお、上述の第１及び第２の実施形態のようなセンサの代わりに、光学的センサを用いると共に、移動体絶対位置特定スケールによる読取路に磁石を配置する代わりにこの光学的センサの出力値を０１コードに変換するための光反射部又は光遮光部を配置しても良い。また、これらの代わりに静電容量で検出しても良い。

また、本発明の第１の実施形態に係るリニアセンサ１に関しては、磁気特性（ビット数）が２ビットの場合について説明したが、これに限定されることは無く、２ビット以下であっても２ビット以上であっても、この第１の実施形態に係るリニアセンサ１に関する発明を実現可能である。この場合、移動体存在領域識別スケール２２０の並列数及びこれら移動体存在領域識別スケール２２０にそれぞれ備わるセンサ素子の総数がそのビット数によって変わってくる。

また、本発明の第１及び第２の実施形態に係るリニアセンサ１，２は、厳密な意味でのリニア型（直線型）スケール上を走行する移動体の絶対位置を検出する形態に限定されず、このスケールが多少湾曲していたり、スケール自体が回転体の周面に配置されているような閉じたスケールからなっていたりしても、本発明を適用することは可能である。

以上説明したように第１及び第２の実施形態に係るリニアセンサ１，２によると、移動体絶対位置検出用センサの切り替え点において、移動体存在領域識別センサの誤差を生じ得る範囲を避けて読む、若しくは誤差の生じない範囲の値に補正して判定するので、移動体の絶対位置の読取誤差を生じなくて済む。

特に、第１の実施形態に係るリニアセンサ１によると、比較例に係るリニアセンサ５が有さない本発明の第１の利点として、移動体が存在している移動体絶対位置特定スケールの本数（段数）の誤判別を無くすことができる。また、第２の利点として、移動体存在領域識別センサに分解能の低いものが使え、コストの低減を達成することができる。また、第３の利点として、移動体絶対位置の検出距離が限定されたセンサを使って、それ以上の長さを測ることができる。即ち、移動体絶対位置特定スケールを複数個直列に繋げて１本の測長範囲以上の長さを検出するリニアセンサを低コストで実現できる。

そして、第２の実施形態に係るリニアセンサ２においても上述した利点と同様の利点を有する。

１，２ リニアセンサ
１０Ａ，２０Ａ 移動体位置センサ
２０Ｂ 移動体存在領域識別センサ
１１０ 長尺スケール
１１１〜１１４ 移動体絶対位置特定スケール
１２０ 移動体存在領域識別スケール
１２１，１２３，１２６，１２７ 無磁気スケール
１２２，１２４，１２８，１２９ 磁気スケール
１３０ 移動体絶対位置検出センサ素子
１４０ 移動体存在領域識別センサ
１４１，１４２ 原点側センサ素子
１４６，１４７ 終点側センサ素子
１５１ 第１の切り替えスイッチ
１５２ 第２の切り替えスイッチ
２１０ 長尺スケール
２１１〜２１４ 移動体絶対位置特定スケール
２２０ 移動体存在領域識別スケール
２３０ 移動体絶対位置検出センサ素子
２４０ 移動体存在領域識別センサ素子

Claims (5)

1. 移動体の絶対位置を特定するために複数直列に配置された移動体絶対位置特定スケールからなる長尺スケールと、
   前記長尺スケールの何れの移動体絶対位置特定スケールに移動体が存在するかを特定する移動体存在領域識別スケールと、
   前記各移動体絶対位置特定スケールにおける移動体の絶対位置を検出する移動体絶対位置検出手段と、
   前記何れの移動体存在領域識別スケールに前記移動体が存在するかを特定する移動体存在領域識別手段と、を備えるリニアセンサであって、
   前記長尺スケールと前記移動体存在領域識別スケールがそれぞれ並列に配置されており、前記各移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において、前記移動体存在領域識別手段が前記移動体存在領域識別スケールを読取る位置を所定量だけずらすことを特徴とするリニアセンサ。
2. 前記移動体存在領域識別手段には、前記移動体絶対位置特定スケールの連結部付近での前記移動体絶対位置検出手段の検出結果により、前記移動体が存在する移動体存在領域識別スケールを特定する２個の検出器が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のリニアセンサ。
3. 前記２個の検出器は、前記移動体絶対位置検出手段による検出結果に基づいて、前記移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において、前記移動体存在領域識別スケールの前記所定量だけ離れた位置を検出することを特徴とする、請求項２に記載のリニアセンサ。
4. 前記移動体絶対位置検出手段により検出された前記移動体絶対位置特定スケールの絶対位置の情報と、
   前記移動体存在領域識別手段により検出された移動体が存在する前記移動体絶対位置特定スケールの位置に基づき、移動体が存在する前記長尺スケールの絶対位置を演算することを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載のリニアセンサ。
5. 前記連結部付近での前記移動体絶対位置検出手段の検出結果に基づいて、前記移動体絶対位置特定スケールの連結部付近において、前記移動体存在領域識別スケールの前記所定量だけ離れた位置を検出するように、前記移動体存在領域識別手段の検出結果に補正処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載のリニアセンサ。
   

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