JP2019196969A - 電磁誘導式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
Description
電磁誘導式エンコーダは、ノギスやマイクロメータ、インジケータ、リニアスケール、リニアゲージ等に用いられる。
配線パターンは、コイル(パターンコイル)として作用するとともに、配線パターンが並設されるスケール面において測定軸方向と直交する直交方向に沿って、第1ループ部と、第2ループ部と、第1ループ部および第2ループ部を接続する接続ループ部と、を備える。各ループ部は、各ループ部の内側に各ループ部よりも小さく形成された、第1小ループと、第2小ループと、第1小ループおよび第2小ループを接続する接続小ループと、を備える。各ループ部と各小ループとの間には、隙間が生じている。
このような構成により、電磁誘導型トランスジューサは、スケールの直交方向の大きさについて、従来よりも小さくスケールを形成することができるため、スケールの大きさの小型化を図ることができる。
ここで、スケールに対する読取りヘッドの位置検出方式としては、インクリメンタル方式(INC方式)と、アブソリュート方式(ABS方式)と、が知られている。
ABS方式は、それぞれピッチの異なるINCパターンを有する複数のトラックから検出される複数のインクリメンタル信号(INC信号)を合成することで、スケールに対する読取りヘッドの絶対位置を算出する方式である。また、他のABS方式として、スケールにランダムに設けられたアブソリュートパターン(ABSパターン)を検出しABSパターンを解析することで、スケールに対する読取りヘッドの絶対位置を算出する方式もある。
したがって、スケールに対する読取りヘッドの絶対位置を算出するためには、1つのトラックではなく、複数のトラックが必要となる。スケールは、トラックの数が増えることで、その大きさが大きくなってしまうという問題がある。
擬似ランダム符号は、ランダムに設けられる「1」と「0」等の所定の符号であり、この符号を解析することで絶対位置を算出することができる。擬似ランダム符号は、解析方法および符号の種類により、M系列符号やゴールド系列符号、バーカー系列符号などがある。
したがって、この場合、電磁誘導式エンコーダは、1つのトラックから絶対位置を算出することができるため、スケールにおけるトラックの数を減らし、スケールの小型化を図ることができる。また、スケールの小型化により、コスト削減を図ることができる。
さらに、例えばABS方式に対応させて第1のパターンと第2のパターンとが擬似ランダム符号にしたがって絶対位置を表現するように配置されるABS方式の領域と、INC方式に対応させて第1のパターンと第2のパターンとが交互に配置されるINC方式の領域と、を1つのトラック上に形成することもできる。すなわち、1つのトラックにおいて、例えば両端をABS方式の領域とし中間部分をINC方式の領域としたり、ABS方式の領域とINC方式の領域とを交互に配置させることもできる。
したがって、電磁誘導式エンコーダは、スケールの設計の自由度を向上させることができる。
したがって、電磁誘導式エンコーダは、1つのトラックから絶対位置を算出することができるため、スケールにおけるトラックの数を減らし、スケールの大きさの小型化を図ることができる。
また、第2のパターンは、送信側パターンコイルおよび受信側パターンコイルのコイル線の接続部位を削除して接続した略0字状に形成される。第1のパターンにおける各パターンコイルの接続部位に相当する部位を削除して接続すると、送信側パターンコイルの電流の影響を受ける部位がないため、第2のパターンの受信側パターンコイルは、送信側パターンコイルの電流と同じ方向に電流が流れる。
また、第2のパターンにおける送信側パターンコイルまたは受信側パターンコイルも同様に、送信コイルと対向する送信側パターンコイルが多ければ起電流は大きくなり、受信コイルと対向する受信側パターンコイルが多ければ受信コイルが受信できる磁束は多くなるため、受信コイルは磁束を受信しやすくなる。したがって、電磁誘導式エンコーダは、信号効率を向上させることができる。
以下、本発明の第1実施形態を図1から図6に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電磁誘導式エンコーダを示す斜視図である。
電磁誘導式エンコーダ1は、図1に示すように、測定方向に沿って設けられたスケールパターンを有するスケール2と、スケール2と対向して測定方向に沿って相対移動するヘッド3と、を備える。電磁誘導式エンコーダ1は、図示しない測定器であるリニアスケールに用いられるリニアエンコーダである。
なお、以下の説明および各図面において、スケール2の長手方向でありヘッド3の移動方向(測定方向)をX方向と記し、X方向に直交する直交方向でありスケール2の幅方向をY方向と記す場合がある。
スケール2は、図2に示すように、長尺状のガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板21と、ヘッド3に対向して設けられるスケールパターン4と、を備える。
なお、絶縁基板21は、ガラスエポキシ樹脂ではなく、ガラスやシリコン等の材料から構成されていてもよい。
ヘッド3は、図3に示すように、多層基板でありガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板31上に、スケールパターン4(図2参照)に磁束を送信し起電流を生じさせる送信コイル71,72を有する送信手段7と、起電流により生じたスケールパターン4からの磁束の変化を電流として受信する受信コイル80を有する受信手段8と、を備える。なお、絶縁基板31は、ガラスエポキシ樹脂ではなく、ガラスやシリコン等の材料から構成されていてもよい。
複数の受信コイル80は、アルミニウムや、銅、金などの電気抵抗が小さい材料で形成され、スケールパターン4のそれぞれと対応するようにX方向に沿って配置されるとともに、送信コイル71,72が配置される面上においてX方向と直交する直交方向(Y方向)に送信コイル71,72に対して並設されている。本実施形態では、複数の受信コイル80は、X方向に沿って8つ配置されている。8つの受信コイル80は、同時に8つのスケールパターン4から、磁束の変化を電流として受信する。受信コイル80のそれぞれは、絶縁基板31の背面に向かって延在し後述する演算手段10(図5参照)と接続している。
以下、図4を用いて、スケール2における第1のパターン5および第2のパターン6と、ヘッド3における送信コイル71,72および受信コイル80と、の詳細および電流の流れを説明する。
第1のパターン5は、コイル線にて環状に形成されるとともに送信コイル71,72と対向して配置される送信側パターンコイル51,52と、コイル線にて環状に形成されるとともに受信コイル80と対向して配置される受信側パターンコイル50と、を備える。
第2のパターン6は、コイル線にて環状に形成されるとともに送信コイル71,72と対向して配置される送信側パターンコイル61,62と、コイル線にて環状に形成されるとともに受信コイル80と対向して配置される受信側パターンコイル60と、を備える。
第2のパターン6は、送信側パターンコイル61,62のコイル線と受信側パターンコイル60のコイル線とを接続して送信側パターンコイル61,62および受信側パターンコイル60を略8字状に形成し、送信側パターンコイル61,62および受信側パターンコイル60の接続部位、すなわち、第1のパターン5の接続部位53に相当する部位を削除して送信側パターンコイル61,62および受信側パターンコイル60を略0字状に形成する。
電磁誘導式エンコーダ1は、図5に示すように、スケール2とヘッド3との相対移動に基づく信号を演算する演算手段10をさらに備える。
演算手段10は、判定部11と、信号生成部12と、位置算出部13と、を備える。
判定部11は、正の電流を検出した場合は第1のパターン5と判定し、負の電流を検出した場合は第2のパターン6と判定する。信号生成部12は、判定部11により判定された結果に基づいて、第1のパターン5を「1」とし、第2のパターン6を「0」として信号を生成する。位置算出部13は、信号生成部12による信号に基づきスケール2に対するヘッド3の絶対位置を算出する。
M系列符号(Maximal Length)とは、受信コイル80にて受信した「1」と「0」との信号から生成される数列のうち、他の符号と比較して最長の周期を持つ符号である。このため、M系列符号にしたがって絶対位置を表現するように配置されるスケールパターン4は、他の擬似ランダム符号を採用した場合と比較して、長いトラック40(図2参照)を形成することができる。
以下、図6を参照して、スケール2に対するヘッド3の絶対位置の算出方法を説明する。
先ず、電磁誘導式エンコーダ1は、図6に示すように、ヘッド3をスケール2に沿って相対移動させ、送信手段7により第1のパターン5および第2のパターン6に磁束を送信し起電流を生じさせ、起電流により生じた第1のパターン5および第2のパターン6の磁束の変化を受信手段8により電流として受信する受信工程を実行する(ステップST01)。この際、受信手段8は、M系列符号を解析するために必要な数のスケールパターン4(第1のパターン5および第2のパターン6)の磁束の変化を必要な数(受信コイル80の数)受信する。例えば、受信コイル80が図3に示すように8つ設けられている場合は、8つのスケールパターン4の磁束の変化を受信する。
(1)判定部11は、スケールパターン4から正の電流を検出した場合は第1のパターン5と判定し、負の電流を検出した場合は第2のパターン6と判定し、信号生成部12は、判定された結果に基づいて、第1のパターン5を「1」とし、第2のパターン6を「0」として信号を生成し、位置算出部13は、その信号に基づきヘッド3の位置を算出することができる。電磁誘導式エンコーダ1は、第1のパターン5と第2のパターン6を有するスケールパターン4を測定方向に沿って並設してなる1つのトラック40から「1」と「0」の信号を取得することができる。
(4)電磁誘導式エンコーダ1は、所定方向に流れる正の電流を受信コイル80に受信させる第1のパターン5と、所定方向と反対方向に流れる負の電流を受信コイル80に受信させる第2のパターン6と、を容易に実装することができる。
(7)スケールパターン4は、第1のパターン5および第2のパターン6がM系列符号にしたがって絶対位置を表現するように配置されるため、電磁誘導式エンコーダ1は、他の擬似ランダム符号を用いた場合と比較して、容易に絶対位置を算出することができる。
以下、本発明の第2実施形態を図7,8に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図7は、本発明の第2実施形態に係るヘッドを示す上面図である。
本実施形態の電磁誘導式エンコーダ1Aは、ヘッド3Aを除き、前記第1実施形態の電磁誘導式エンコーダ1と略同様の構成を備える。
電磁誘導式エンコーダ1Aにおけるヘッド3Aの受信手段8Aは、第1受信コイル81および第2受信コイル82で送信手段7Aの送信コイル70を挟むようにして送信手段7Aに対してY方向に並設されることで、前記第1実施形態の第1のパターン5および第2のパターン6における送信側パターンコイル51,52,61,62および受信側パターンコイル50,60は、図8に示すように、前記第1実施形態とは異なって機能することとなる。
また、第1実施形態における第2のパターン6の送信側パターンコイル61,62は、本実施形態では、受信側パターンコイル61,62として機能し、第1実施形態における第2のパターン6の受信側パターンコイル60は、本実施形態では、送信側パターンコイル60として機能する。
(8)送信コイル70と受信コイル81,82との配置に伴い、送信側パターンコイル50は、受信側パターンコイル51,52,61,62に挟まれた状態となる。これにより、受信コイル81,82は、2か所で磁束を受信することができる。したがって、電磁誘導式エンコーダ1Aは、信号効率を向上させることができる。
(9)受信手段8Aは、絶縁基板31の直交方向(Y方向)の両端側に配置されるため、第1実施形態における受信手段8と比較して演算手段10への接続を容易にすることができる。したがって、第1実施形態の受信手段8と比較して簡単にヘッド3Aを製造することができる。
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、電磁誘導式エンコーダ1,1Aは、測定器としてのリニアスケールに用いられていたが、ダイヤルゲージ(テストインジケータ)やマイクロメータ等の他の測定器に用いられていてもよい。すなわち、電磁誘導式エンコーダは、用いられる測定器の形式や方式などについて特に限定されるものではなく、その他の測定器などにおいても利用可能であり、本発明の電磁誘導式エンコーダを何に実装するかについては、特に限定されるものではない。また、電磁誘導式エンコーダは、センサ等の測定器以外のものに用いられていてもよい。
前記各実施形態では、電磁誘導式エンコーダ1,1Aはリニアエンコーダであったが、ロータリーエンコーダであってもよい。
要するに、送信手段は、スケールパターンに磁束を送信し起電流を生じさせ、受信手段は、起電流により生じたスケールパターンからの磁束の変化を電流として受信することができればよい。
2,2A スケール
3,3A ヘッド
4 スケールパターン
5 第1のパターン
6 第2のパターン
7,7A 送信手段
8,8A 受信手段
10 演算手段
11 判定部
12 信号生成部
13 位置算出部
50,60 受信側パターンコイル(第1実施形態)
50,60 送信側パターンコイル(第2実施形態)
51,52,61,62 送信側パターンコイル(第1実施形態)
51,52,61,62 受信側パターンコイル(第2実施形態)
53 接続部位
71,72,70,72A 送信コイル
80,81,82 受信コイル
Claims (7)
- 測定方向に沿って設けられたスケールパターンを有するスケールと、前記スケールと対向して測定方向に沿って相対移動するヘッドと、前記スケールと前記ヘッドとの相対移動に基づく信号を演算する演算手段と、を備える電磁誘導式エンコーダであって、
前記ヘッドは、
前記スケールパターンに磁束を送信し起電流を生じさせる送信コイルを有する送信手段と、
前記起電流により生じた前記スケールパターンからの磁束の変化を電流として受信する受信コイルを有する受信手段と、を備え、
前記スケールパターンは、
所定方向に流れる正の電流を前記受信コイルに受信させる第1のパターンと、
前記第1のパターンとは異なるとともに、前記所定方向と反対方向に流れる負の電流を前記受信コイルに受信させる第2のパターンと、を備え、
前記演算手段は、
前記正の電流を検出した場合は前記第1のパターンと判定し、前記負の電流を検出した場合は前記第2のパターンと判定する判定部と、
前記判定部により判定された結果に基づいて、前記第1のパターンを「1」とし、前記第2のパターンを「0」として信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部による信号に基づき前記ヘッドの位置を算出する位置算出部と、を備えることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。 - 請求項1に記載された電磁誘導式エンコーダにおいて、
前記送信手段は、複数の前記スケールパターンに磁束を送信し起電流を生じさせ、
前記受信手段は、前記起電流により生じた前記複数のスケールパターンからの磁束の変化を電流として受信し、
前記スケールパターンは、
前記第1のパターンおよび前記第2のパターンが擬似ランダム符号にしたがって絶対位置を表現するように配置されることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。 - 請求項1または請求項2に記載された電磁誘導式エンコーダにおいて、
前記送信コイルは、
前記スケールパターンのそれぞれを跨ぐようにして測定方向に沿って配置され、
複数の前記受信コイルは、前記スケールパターンのそれぞれと対応するように測定方向に沿って配置されるとともに、前記送信コイルが配置される面上において測定方向と直交する直交方向に前記送信コイルに対して並設され、
前記第1のパターンおよび前記第2のパターンは、
コイル線にて環状に形成されるとともに、前記送信コイルと対向して配置される送信側パターンコイルと、
コイル線にて環状に形成されるとともに、前記受信コイルと対向して配置される受信側パターンコイルと、を備え、
前記第1のパターンは、
前記送信側パターンコイルのコイル線と前記受信側パターンコイルのコイル線とを接続して前記送信側パターンコイルおよび前記受信側パターンコイルを略8字状に形成し、
前記第2のパターンは、
前記送信側パターンコイルのコイル線と前記受信側パターンコイルのコイル線とを接続して前記送信側パターンコイルおよび前記受信側パターンコイルを略8字状に形成し、前記送信側パターンコイルおよび前記受信側パターンコイルの接続部位を削除して前記送信側パターンコイルおよび前記受信側パターンコイルを略0字状に形成することを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。 - 請求項3に記載された電磁誘導式エンコーダにおいて、
前記送信コイルと前記受信コイルとは、
前記直交方向に沿って交互に並設されていることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。 - 請求項3または請求項4に記載された電磁誘導式エンコーダにおいて、
前記送信コイルと前記受信コイルとは、
前記直交方向に沿って交互に奇数になるように並設され、
前記送信側パターンコイルおよび前記受信側パターンコイルは、
前記直交方向に沿って交互に奇数になるように接続されていることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。 - 請求項3から請求項5のいずれかに記載された電磁誘導式エンコーダにおいて、
前記送信側パターンコイルおよび前記受信側パターンコイルは、
前記直交方向に沿って前記送信コイルおよび前記受信コイルと同数になるように接続されていることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載された電磁誘導式エンコーダにおいて、
前記スケールパターンは、
前記第1のパターンおよび前記第2のパターンがM系列符号にしたがって絶対位置を表現するように配置されることを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。
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