JP2024006069A

JP2024006069A - マルチセンサー位置計測システム

Info

Publication number: JP2024006069A
Application number: JP2022106621A
Authority: JP
Inventors: ティアプキン、ミハイル; Tiapkin Mikhail; トルスティク、オレグ; Tolstykh Oleg; タイプキン、ゲンナディ; Tyapkin Gennady; バルコボイ、アレクサンドル; Balkovoi Aleksandr
Original assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Current assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2042-06-30
Also published as: JP7394924B1

Abstract

【課題】マルチセンサー位置計測システムを提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、主に基台と、第１信号アレイ及び第２信号アレイを設けたキャリアと、モジュラーアセンブリとを含むマルチセンサー位置計測システムを開示する。前記モジュラーアセンブリは、前記基台に設けられ、前記第１信号アレイの磁界の変化を感知するための２つのホールセンサーと、前記第２信号アレイの磁界の変化を感知するための２つの磁気抵抗センサーと、前記キャリアに設けられたマーキングユニット及び前記基台に設けられたセンシング素子を備え、その後基準信号を生成し、他のセンサー間の測定結果をつなぎ合わせ、原点復帰方向を識別する等の用途として前記マーキングユニットによって生成された信号を感知するための第１ステータスセンサーとを含む。【選択図】図1

Description

本発明は、位置計測の技術に関し、特に、マルチセンサー位置計測システムに関する。

従来の位置測定システムでは、通常、ホールセンサーを使用して検出してきたが、精度が低く、つまり±０．２５ｍｍ程度で、分解能も高くないという欠点があるため、ホールセンサーの高精度工業分野への応用が制限されてきた。

かつ、計測位置の精度を確保するため、通常は初期化を行っているが、センサーとキャリアの数が多すぎる場合、初期化プロセスが非常に複雑になる。

したがって、測定システムのコストをどのように削減するかを前提とし、同時に初期化プロセスを簡素化し、精度を向上させるかについて、当業者が検討する必要がある。

したがって、本発明の主な目的は、キャリアの位置を正確に測定できるマルチセンサー位置計測システムを提供することである。

故に、上記目的を達成するため、本発明のマルチセンサー位置計測システムは、主に２つのプライマリーセンサーと、２つのセカンダリー高精度センサーとを含むモジュラーアセンブリを有し、プライマリーセンサーとセカンダリー高精度センサー間の段階的な切り替え検出により、高精度測定の効果を奏する。

具体的に、前記システムは、基台と、キャリアと、第１信号アレイと、第２信号アレイとをさらに含み、前記キャリアは前記基台に対して移動することができる。各前記信号アレイは、互いに間隔を置いて前記キャリアに設けられ、順番に配置された複数の信号源要素を各々備え、前記第２信号アレイの信号周期は前記第１信号アレイの信号周期より小さいことで、計測精度を向上させる。

モジュラーアセンブリは、これらセンサーによって検出された信号を受信し、前記キャリアの位置を計算するための処理ユニットと、基準信号を生成、他のセンサー間の測定結果をつなぎ合わせ、原点復帰方向を識別する等の機能とする第１ステータスセンサーとをさらに含む。

一実施例において、第１センサー及び第２センサーは、位置フィードバックとしてのホールセンサーなどのプライマリーセンサーで、第３センサー及び第４センサーはプライマリーセンサーによって測定された位置を修正し、モータ電流の転流を確定するための異方性磁気抵抗センサーなどのセカンダリー高精度センサーである。

一実施例において、前記第１ステータスセンサーがアクティブ化された時、前記第１センサーの測定範囲の端部にあり、前記第２センサーの振幅信号は所定の閾値より高い。

一実施例において、前記処理ユニットは、基準信号を得るため、重み関数を使用して、これらセンサーによって測定された結果を各々計算する。

一実施例において、前記処理ユニットは、前記基準信号に基づき、各前記ホールセンサーの振幅信号と所定の閾値を比較し、前記ステータスセンサーの状態を分析して、前記キャリアの移動方向を推定する根拠とする。

一実施例において、前記計測モジュールは、計測モジュールの測定範囲の端部にあり、前記キャリアに設けられたマーキングユニットと、前記基台に設けられたセンシング素子とを備え、前記マーキングユニットによって生成された信号を感知するための第２ステータスセンサーをさらに含む。

前記第２ステータスセンサーがアクティブ化された時、前記第２センサー測定範囲の端部にあり、前記第１センサーの振幅信号が所定の閾値より低い。

一実施例において、前記処理ユニットがキャリアを識別するため、前記キャリア上の前記第１信号アレイと前記第２信号アレイとの間の位相変化で信号周期に関連する機械的変位を特定する。

一実施例において、原点位置を境界として前記計測モジュールの測定範囲を原点復帰正領域及び原点復帰負領域に二分し、これらのセンサーによって測定された結果を通じて、前記キャリアの自動原点復帰方向を推定する。

一実施例において、前記モジュラーアセンブリは、固定子をさらに含み、前記２つのホールセンサー及び前記２つの磁気抵抗センサーが固定子の両側にそれぞれ位置し、前記第１信号アレイが前記固定子の上方に位置した時、前記処理ユニットが原点復帰演算を開始する。

上記をまとめると、本発明は、モジュラーアセンブリで従来の測定システムの低精度、キャリアの識別の困難さ、煩雑な初期化計算等の問題を解決する。

本発明の実施例１の概略図である。本発明の実施例１に係る各構成要素の具体的な位置関係を示す上面図、側面図及び前面図である。ホールセンサーの内部素子の概略図である。磁気抵抗センサーの内部素子の概略図である。本発明の実施例１に係る各センサーによって検出された信号の概略図である。本発明の実施例１に係る初期化手順内の関連信号と位置の概略図である。図５に続く絶対領域をさらに特定する場合の概略図である。本発明の実施例２に係るモジュラーアセンブリの数が２つであることを示す図である。本発明の実施例３の上面図、側面図及び前面図である。本発明の実施例３の概略図である。本発明の実施例３に係る第２ステータスセンサーの符号化原理の概略図である。ステップサイズを大きくする態様を示している本発明の実施例４の概略図である。本発明の実施例５に係る２つのモジュラーアセンブリ間の原点復帰識別の概略図である。本発明の実施例５に係るキャリア識別原理の概略図である。

まず、本出願において第１、第２などの順序付け用語は、要素間を区別する便利な方法として使用され、それ自体は技術的な意味を持たず、区別の必要がない場合は、省略されることに留意されたい。

（実施例１）
図１～図６を参照すると、本発明の実施例１で提供されるマルチセンサー位置計測システムは、主に基台と、可動部と、モジュラーアセンブリ６０とを含む。

基台は、長さを有し、他の構成要素の構成の基礎とし、リニアモータを例にすると、前記基台はリニアモータの固定子ベースである。

可動部は、第１信号アレイ１０と、キャリア１１と、第２信号アレイ１２とを備え、キャリア１１は長さを有し、基台の一側に移動可能に配置され、各信号アレイ１０、１２は互いに間隔を置いてキャリア１１に設けられる。本実施例においてリニアモータを例として取り上げ、第１信号アレイ１０は、回転子上の磁石アレイで、固定子内のコイルがつくる磁界と相互作用して可動部に直線変位を実行させる以外に、磁石を信号源要素とする。第２信号アレイ１２は、磁気学、電気学又は光学上の非接触信号源要素を規則的に並べてから成る磁気定規又は光学定規等の従来技術であり得、本実施例において磁石などの複数の数磁性体１０１で構成された磁気定規を用いることで、各信号アレイ１０、１２にそれぞれ磁気周期Ｔ１、Ｔ２を持たせ、キャリア１１の長手方向に沿って延在してそれぞれ所定の長さＬ１、Ｌ２を有し、Ｔ２＜Ｔ１とさせ、測定精度を向上させ、Ｌ１をＴ２の２倍以上にさせる。

また、各信号アレイ１０、１２の間には、磁界の相互影響を減らすため、間隔ＤＨＡを有し、例えばＤＨＡは６０ｍｍにすることができるが、これに限定されない。

モジュラーアセンブリ６０の予め設定された所定の幅は、ステップサイズＤＭで、計測モジュール２０と、処理ユニット３０と、駆動ユニット４０と、固定子５０とを備え、固定子５０は基台に設けられ、第１信号アレイ１０の磁界と相互作用し、キャリア１１を基台に対して移動させる。処理ユニット３０は、計測モジュール２０によって感知された情報を受け取り、演算を経てキャリア１１に関する位置情報を得た後、駆動ユニット４０にフィードバックし、さらに駆動ユニット４０は固定子５０に対して電流転流などの電力供給制御を実行する。

計測モジュール２０は、第１センサー２１と、第２センサー２２と、第３センサー２３と、第４センサー２４と、第１ステータスセンサー２５とを備え、各第１、第２センサーはそれぞれホールセンサー２１、２２でプライマリーセンサーとし、かつ基台の長手方向上の両端にそれぞれ位置し、固定子５０をこれらホールセンサー２１、２２の間に介在させ、第１信号アレイ１０の磁界変化を感知してキャリア１１位置のフィードバックの根拠とし、各ホールセンサー２１、２２の間隔ＤＨが磁気周期Ｔ１の整数倍である。

各ホールセンサー２１、２２は、図２に示すように、Ｔ１／４でＸ軸に沿ってそれぞれ設けられた少なくとも２つのセンシング素子Ｈ１、Ｈ２を各々備える。キャリア１１がＸ軸に沿って移動する場合、各センシング素子が出力する信号は、それぞれコサイン、サイン差動信号Ｃｏｓ１＋、Ｓｉｎ１＋に比例し、すなわち、Ｕ_Ｃｏｓ１＝Ｕ_{ａｍｐｌ１}ｃｏｓ（α１）、Ｕ_Ｓｉｎ１＝Ｕ_{ａｍｐｌ１}ｓｉｎ（α１）であり、ここで、α１は信号の位相、Ｕ_{ａｍｐｌ１}は振幅信号であり、サブ周期位置ｘ１は処理ユニット３０が式１に従って算出される。

式中、ａｔａｎ２（ｙ、ｘ）は、４象限逆正接関数である。

固定子５０に対するホールセンサー２１、２２の位置が既知であるため、電流転流後、駆動ユニット４０が現時点の転流の位相を見つけるためのアクションを実行することなく、別のグループの高精度測定センサーに直接切り替えることができ、非常に便利である。

第３及び第４センサー２３、２４は、磁気抵抗センサーで、セカンダリー高精度センサーとし、例えば異方性磁気抵抗センサー（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＭａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅｓｅｎｓｏｒｓ）であり得、システムの初期化期間のモータ電流転流の検出及び第２信号アレイ１２の磁界変化の感知に用いられる。各磁気抵抗センサー２３、２４は、基台の長手方向上の両端にそれぞれ位置し、固定子５０をこれら磁気抵抗センサー２３、２４の間に介在させる。

各磁気抵抗センサー２３、２４は、Ｔ２／８でＸ軸に沿ってそれぞれ設けられた少なくとも４つのセンシング素子（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ａｎｄＳ４）を各々含む。キャリア１１がＸ軸に沿って移動する場合、各センシング素子が出力する信号は、それぞれ差動サインとコサイン信号Ｃｏｓ２＋、Ｓｉｎ２＋、Ｃｏｓ２－、Ｓｉｎ２－の半周期に比例し、すなわち、異方性磁気抵抗効（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＭａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔ）で、
Ｕ_{Ｃｏｓ２＋}＝Ｕ_{ａｍｐｌ２}ｃｏｓ（α２）、
Ｕ_{Ｓｉｎ２＋}＝Ｕ_{ａｍｐｌ２}ｓｉｎ（α２）、
Ｕ_{Ｃｏｓ２－}＝－Ｕ_{ａｍｐｌ２}ｃｏｓ（α２）、
Ｕ_{Ｓｉｎ２－}＝－Ｕ_{ａｍｐｌ２}ｓｉｎ（α２）、
ここで、α２は、信号の位相、Ｕ_{ａｍｐｌ２}は信号振幅である。

処理ユニット３０は、アークタンジェント三角関数（ａｒｃｔａｎｇｅｎｔｔｒｉｇｏｎｏｍｅｔｒｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎ）を使用して半磁気周期Ｔ２内のサブ周期位置ｘ２を推定する。

また、本発明は、以下の条件を通じて、各信号アレイ１０、１２間の切り替え手順を簡素化し、すなわち、磁気抵抗センサー２３、２４の間隔ＤＡは磁気周期Ｔ１の整数倍である。Ｔ１は、Ｔ２の整数倍で、例えばＴ１＝３０ｍｍ、Ｔ２＝１０ｍｍである。Ｌ１は、Ｔ１の整数倍で、ステップサイズＤＭに等しい。Ｌ２は、少なくとも２つのＴ２で、次の関係式の通りである。

図４に示すように、第３センサー２３のサブ周期位相２３１は、第１センサー２１の位相２１１の位置に同期し、例えば位相２１１が０に等しい時、位相２３１も０に等しい。また、図６内において更にマーク１３でキャリア１１の現在位置を表記し、位置の各センサーの状態を理解する。

第１センサー２１の信号振幅２１２が所定の閾値２１３より高い場合、第１センサー２１は、アクティブ状態になり、閾値２１３が最大信号振幅２１２の半分である。

キャリア１１がＸ軸に沿って移動した時、第２信号アレイ１２の長さＬ２は第１信号アレイ１０の長さＬ１より大きいので、第３センサー２３が第１センサー２１よりキャリア１１を早く検出できるようにさせる。

各ホールセンサー２１、２２が各々計測した信号Ａ１、Ａ２の信号振幅２１２、２２２は、次のように計算される。

図４では、信号振幅２１２は、位置２１４、２１５で閾値２１３に等しく、２つの位置２１４、２１５の間隔を第１センサー２１の測定範囲２７０とする。

各磁気抵抗センサー２３、２４が各々計測した信号Ａ３、Ａ４の信号振幅２３２、２４２は、次のように計算される。

第３センサー２３の信号振幅２３２が所定の閾値２３３より高く、第１センサー２１の信号振幅２１２が閾値２１３より高い場合、第３センサー２３をアクティブ（ａｃｔｉｖｅ）状態に切り替え、原点位置272を第１信号アレイ１０及び第２信号アレイ１２との位置同期の根拠とする。

前記位置同期とは、第１信号アレイ１０が第２信号アレイ１２に切り替ええられる間に式６に従って計算され、モータ電流の転流及び高精度の位置フィードバックに用いられる新しいサブ周期位置ｘ２'を意味する。

式中、ｒｏｕｎｄ（ｘ）は、より小さい整数を見出す関数である。

図４において、信号振幅２２２は、位置２２４、２２５で閾値２２３に等しく、２つの位置２２４、２２５の間隔を第２センサー２２及び第４センサー２４の測定範囲２７１とし、計測モジュール２０の測定範囲２９２を位置２１４、２２５の間に介在させる。

キャリア１１が各ホールセンサー２１、２２の測定範囲２７０、２７１に出入りする時、磁界の変化に起因する端効果（ｅｎｄｅｆｆｅｃｔｓ）及びセンシング素子Ｈ１、Ｈ２が第１信号アレイ１０で完全にカバーされていないことにより、信号の歪みを起こす。したがって、キャリア１１の位置を連続的かつスムーズに測定できるため、各ホールセンサー２１、２２間の測定範囲に重なる領域２９１を有させ、重なる領域２９１がこれら位置２１５、２２４の間に介在し、かつ範囲は少なくとも１つの磁気周期Ｔ１である。

端効果の影響をさらに低減するため、本発明は、式７に示すように、デジタル接合法（ｄｉｇｉｔａｌｊｏｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）で領域２９０をさらに特定する。キャリア１１が接合領域２９０内にある場合、デジタル接合法は第１重み関数２８０及び第２重み関数２８１で各ホールセンサー２１、２２の位相２１１、２２１をそれぞれ合計する。

また、各ホールセンサー２１、２２の位相２１１、２２１の接続タイミングは、システムが第２信号アレイ１２に切り替わる前であり、各磁気抵抗センサー２３、２４の位相２３１、２４１の接続タイミングはシステムが第２信号アレイ１２に切り替わった後である。

図４に示すように、第２センサー２２の位相２２１は、接合位相閾値２２６、２２７で接合領域２９０を推定し、各接合位相閾値２２６、２２７はそれぞれ６０°及び１２０°で、位置２２６１、２２７１をそれぞれ接合領域２９０の始点及び終点とする。

接合領域２９０において、デジタル接続位相２８２は、次のように計算される。

式中、α１_ｊｏｉｎは、各ホールセンサー２１、２２のデジタル接続位相２８２で、α１_２１は第１センサー２１の位相２１１で、α１_２２は第２センサー２２の位相２２１で、Ｗ１（α１_２２）は第１重み関数２８０で、Ｗ２（α１_２２）は第２重み関数２８１であり、例えば重み関数は図４内の接合領域２９０における線形逆関数である。

次に式８で磁気抵抗センサー２３、２４のデジタル接続位相２８３を計算する。

式中、α２_ｊｏｉｎは、各磁気抵抗センサー２３、２４のデジタル接続位相２８３で、α２_２３は第３センサー２３の位相２３１で、α２_２４は第４センサー２４の位相２４１である。

第１ステータスセンサー２５は、基準信号を生成し、他のセンサー間の測定結果をつなぎ合わせ、原点復帰方向を識別するなどの位置推定を実現するためのオプティカルスイッチセンサー（ｏｐｔｉｃａｌｓｗｉｔｃｈｓｅｎｓｏｒ）であり得、マーキングユニット２５１と、センシング素子２５３とを備え、マーキングユニット２５１は第１信号アレイ１０に近いキャリア１１に設けられ、かつその長さＬ３は位置２２６１、２２７１の間の距離より大きくなければならない。センシング素子２５３は、基台に設けられ、マーキングユニット２５１によって生成された信号を感知するために用いられる。キャリア１１が第１ステータスセンサー２５の検出範囲、特に、位置２２６１、２２７１の間に入り、センシング素子２５３とマーキングユニット２５１との間の位置関係に合わせた時、第１ステータスセンサー２５がアクティブ状態になることが可能になる。

前記センサーの配置方法により、状態信号２５２、位相２２１、接合位相閾値２２６、２２７及び閾値２１３、２２３を介して、接合領域２９０を特定する。

次に、増分式絶対測定システムを構築するため、軸初期化実行（ａｘｉｓｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎｒｕｎ）とも呼ばれる原点復帰プロセス（ｈｏｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ）を行う必要があり、切り替えをトリガーする参考の根拠として移動経路上に原点位置２７２が設けられ、駆動ユニット４０がキャリア１１を原点位置２７２に移動させることで、キャリア１１の絶対位置を決定し、基準信号を得るようにさせる。

図４において、各ホールセンサー２１、２２の閾値２１３、２２３及び第２センサー２２の原点位置閾値２２８に基づき原点位置２７２を得る。ここで原点位置閾値２２８は、１５０°である。

第１ステータスセンサー２５と接合領域２９０及び原点位置２７２との間の位置関係を考慮すると、マーキングユニット２５１の長さＬ３は、位置２２６１と原点位置２７２との間の距離より大きくなければならない。

また、図６に示すように、モジュラーアセンブリ６０のステップサイズＤＭの一意性を確保するため、第１ステータスセンサー２５は、第１センサー２１の最後の周期２１１１でのみアクティブ化される。周期２１１１とは、キャリア１１の移動過程中に信号Ａ１が閾値２１３より小さくなる箇所を意味する。

さらに、第１センサー２１の位相２２１は、０°～６０°にある時、状態信号２５２がアクティブ状態になる。

マーキングユニット２５１の長さＬ３は、周期２１１１の一意性を確保するため、磁気周期Ｔ１に等しい。

図５において、原点位置２７２を境界として測定範囲２９２を原点復帰正領域２９３及び原点復帰負領域２９４に二分し、第１ステータスセンサー２５及び各ホールセンサー２１、２２の状態を通じて自動原点復帰方向（ａｕｔｏｍａｔｉｃｈｏｍｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を決定する。キャリア１１が原点位置２７２にあり、かつ第２センサー２２の位相２２１が原点位置閾値２２８に等しく、状態信号２５２がアクティブ状態にある場合、原点復帰する必要がない。

キャリア１１が原点復帰正領域２９３にある場合、Ｘ軸の正方向に零点を調整する必要があり、かつ状態信号２５２がアクティブ状態にあり、位相２２１が原点位置閾値２２８よりも低く、例えば位相２２１が３０°～１５０°の範囲にあり、信号Ａ１が振幅閾値２１３より高い、又は状態信号２５２がアクティブ状態になく、信号Ａ１が振幅閾値２１３より高いという条件を満たす必要もある。

キャリア１１が原点復帰負領域２９４にある場合、原点復帰は、Ｘ軸の負方向に実行する必要がある。

図４において、処理ユニット３０は、デジタル接続位相２８２、２８３を増減することによって原点復帰方向を決定する。原点復帰方向が正の場合、デジタル接続位相２８２から２つの磁気周期Ｔ１、すなわち、－７２０°を減算する。原点復帰方向が負の場合、デジタル接続位相２８２に２つの磁気周期Ｔ１、すなわち、＋７２０°を追加する。次に、駆動ユニット４０は、処理ユニット３０が計算した補正位相２８５を受信した時、位置をデコードし、原点復帰方向を推定することができる。

また、マーキングユニット２５１の長さＬ３が２つの磁気周期Ｔ１より小さく、かつ状態信号２５２がアクティブ状態にある場合、本発明は、原点復帰を行なわずに絶対位置を推定することもできる。

図６に示すように、状態信号２５２内のアクティブ範囲で測定範囲２９２内から絶対領域２９５をさらに区分することで、絶対位置及び自動原点復帰方向を計算する。

キャリア１１が絶対領域２９５内にあり、かつ状態信号２５２がアクティブ状態にある場合、原点復帰は不要であり、絶対位置は次のように計算される。

信号Ａ１が閾値２１３より高い場合、

式中、ｘ_ａｂｓは、標準絶対位相２８６で、α_ｈｏｍｅは原点位置閾値２２８で、例えばα_ｈｏｍｅ＝１５０°である。

信号Ａ１が閾値２１３より高くない場合、

キャリア１１が原点復帰正領域２９３内にあり、かつ状態信号２５２が非アクティブで、信号Ａ１が閾値２１３より高い場合、Ｘ軸の正方向に零点を調整する必要がある。

キャリア１１が原点復帰負領域２９４内にある場合、原点復帰は、Ｘ軸の負方向に実行する必要がある。

また、本発明は、不連続固定子永久磁石型リニア同期モータを動力とし、モータがキャリアに十分な駆動力を提供できないことを避けるため、第１信号アレイ１０が固定子５０の上方にあり、両者の重なる領域が少なくとも１つの磁気周期Ｔ１を有する場合の時のみ、自動原点復帰方向の演算を実行する。

（実施例２）
図７に示すように、キャリア１１の位置を連続的に測定できるため、本発明の実施例２は、キャリア１１の移動経路に沿ってより多くのモジュラーアセンブリ６０を配置でき、かつ隣り合う２つのモジュラーアセンブリ６０間の原点位置２７２の間隔が単一のモジュラーアセンブリ６０のステップサイズＤＭに等しく、両者間に互いに重なる計測領域を有させ、フィールドバス７１で隣り合う２つのモジュラーアセンブリ６０を電気的に接続してからモーションコントローラ７０に接続して、キャリアの動きを制御するために用いられる。

モーションコントローラ７０は、受信した隣り合うモジュラーアセンブリ６０の標準絶対位相２８７を分析し、モジュラーアセンブリ６０のうちいずれかで原点復帰演算を実行する。次に、受信した標準絶対位相２８７が４つの磁気周期Ｔ１より低く、すなわち、＋１４４０°の場合、Ｘ軸上の前順のモジュラーアセンブリ６０を選択し、そうでない場合、Ｘ軸上の後順のモジュラーアセンブリ６０を選択する。

（実施例３）
キャリア１１が隣り合う２つのモジュラーアセンブリ６０の間にある場合、次の２つの状況が起きる可能性があり、１つは２つのモジュラーアセンブリ６０が両方とも原点復帰を実行できるが、両者の原点復帰方向が逆である。もう１つは、重なる面積の不足により、キャリア１１を移動できなくなる。したがって、前述の問題を解決するため、図８～図１０に示すように通り、本発明の実施例３であり、実施例１との相違点は、オプティカルスイッチセンサーであり得、マーキングユニット２５１又は別の独立したマーキングユニット２６１を感知するためのセンシングユニット（２６３）を有する第２ステータスセンサー２６が増設され、かつ測定範囲２９２の端部に配置され、処理ユニット３０は、測定範囲２９２が終わりに近づいていることを認識し、状態信号２６２内のアクティブ範囲で測定範囲２９２からされに端部領域２９６を区分することである。

キャリア１１が端部領域２９６にある時、第２ステータスセンサー２６の状態信号２６２は、アクティブになり、処理ユニット３０が４つの磁気周期Ｔ１、すなわち、＋１４４０°をデジタル接続位相２８２に追かして補正して、標準絶対位相２８７を得て、駆動ユニット４０に送信し、さらにフィールドバス７１でモーションコントローラ７０に伝送する。

（実施例４）
図１１に示すように、本発明の実施例４であり、実施例１との相違点は、第１信号アレイ１０に１組の磁石１０１を追加して、ステップサイズＤＭを変更し、重なる領域２９１もそれに伴って変化することであり、本発明は重なる領域２９１の一意性を確保するため、補助として第１ステータスセンサー２５を利用する。

（実施例５）
図１２に示す実施例５は、実施例４に続き２つのモジュラーアセンブリ６０で自動原点復帰方向を識別し、かつ後順のモジュラーアセンブリ６０は、Ｘ軸の正方向において零点を調整する必要がある。

原点復帰過程で、本発明は、さらにセンサー冗長技術を使用して異なるキャリア１１を自動的に識別し、図１３では、各信号アレイ１０、１２間の位相変化により機械的変位（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｈｉｆｔ，ｄ１２）を特定する。式６の計算結果に影響を与えないため、機械的変位ｄ１２は、識別性を有するため、０．５ｍｍで、かつ異なるキャリアの機械的変位ｄ１２の差が０．０５ｍｍとなる必要がある。第２センサー２２或いは第４センサー２４は、機械的変位ｄ１２を測定でき、モーションコントローラ７０には、復号化のため、全てのキャリア１１の機械的変位ｄ１２が保存されている。

この例では、原点復帰手順内の原点位置２７２に合わせ、原点位置２７２をキャリア識別の計測位置とし、異なる基準位置において、測定結果の違いが生じ、精度が低下するという問題を避ける。

１０第１信号アレイ
１０１磁石
１１キャリア
１２第２信号アレイ
２００原点復帰方向
２０計測モジュール
２１第１センサー
２２第２センサー
２１１、２２１、２３１、２４１位相
２１１１周期
２１２、２２２信号振幅
２１３、２２３、２３３閾値
２２６、２２７接合位相閾値
２１４、２１５、２２４、２２５、２３２、２４２、２２６１、２２７１位置
２２８原点位置閾値
２３第３センサー
２４第４センサー
２５第１ステータスセンサー
２５１マーキングユニット
２５２状態信号
２５３センシング素子
２６第２ステータスセンサー
２６１マーキングユニット
２６２状態信号
２６３センシング素子
２７０、２７１、２９２測定範囲
２７２、２７２２原点位置
２８０第１重み関数
２８１第２重み関数
２８２、２８３デジタル接続位相
２８５補正位相
２８６標準絶対位相
２９０接合領域
２９１重なる領域
２９３原点復帰正領域
２９４原点復帰負領域
２９５絶対領域
２９６端部領域
３０処理ユニット
４０駆動ユニット
５０固定子
６０モジュラーアセンブリ
７０モーションコントローラ
７１ラインフィールド
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４信号
ＤＭステップサイズ
ＤＨＡ、ＤＡ、ＤＨ間隔
ｄ１２機械的変位
Ｈ１、Ｈ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４センシング素子
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３長さ
Ｔ１、Ｔ２磁気周期
ｘ１、ｘ２、ｘ２' サブ周期位置

Claims

基台と、
前記基台に対して移動することができるキャリア（１１）と、
互いに間隔を置いて前記キャリア（１１）に設けられ、順番に配置された複数の信号源要素を各々備え、かつ第２信号アレイ（１２）の信号周期は第１信号アレイ（１０）の信号周期より小さい第１信号アレイ（１０）及び第２信号アレイ（１２）と、
計測モジュール（２０）と、処理ユニット（３０）とを備えたモジュラーアセンブリ（６０）と、
を含むマルチセンサー位置計測システムであって、
前記計測モジュール（２０）は、
間隔を置いて前記基台に設けられ、前記第１信号アレイ（１０）の信号を感知するための第１センサー（２１）及び第２センサー（２２）と、
間隔を置いて前記基台に設けられ、前記第２信号アレイ（１２）の信号を感知するための第３センサー（２３）及び第４センサー（２４）と、
前記キャリア（１１）に設けられたマーキングユニット（２５１）と前記基台に設けられたセンシング素子（２５３）とを備え、前記マーキングユニット（２５１）によって生成された信号を感知するための第１ステータスセンサー（２５）とを含み、
前記処理ユニット（３０）は、前記センサー（２１）（２２）（２３）（２４）によって検出された信号を受信し、前記キャリア（１１）の位置を算出するマルチセンサー位置計測システム。
前記第１ステータスセンサー（２５）がアクティブ化された時、前記第１センサー（２１）の測定範囲(270)の端部にあり、前記第２センサー（２２）の振幅信号（２２２）は所定の閾値(223)より高い請求項１に記載のマルチセンサー位置計測システム。
前記処理ユニット（３０）は、基準信号を得るため、重み関数を使用して、前記センサー（２１）（２２）（２３）（２４）によって測定された結果を各々計算する請求項２に記載のルチセンサー位置計測システム。
前記処理ユニット（３０）は、前記基準信号に基づき、前記第１センサー（２１）及び前記第２センサー（２２）の振幅信号（２１２）、（２２２）と所定の閾値（２１３）、（２２３）を比較し、前記ステータスセンサー（２５）の状態を分析して、前記キャリア（１１）の移動方向を推定する根拠とする請求項３に記載のマルチセンサー位置計測システム。
前記計測モジュール（２０）は、前記計測モジュール（２０）の測定範囲(292)の端部にあり、前記キャリア（１１）に設けられたマーキングユニット（２６１）と、前記基台に設けられたセンシング素子(263)とを備え、前記マーキングユニット（２６１）によって生成された信号を感知するため第２ステータスセンサー（２６）をさらに含む請求項１に記載のマルチセンサー位置計測システム。
前記第２ステータスセンサー（２６）がアクティブ化された時、前記第２センサー（２２）測定範囲（２７１）の端部にあり、前記第１センサー（２１）の振幅信号（２１２）が所定の閾値（２１３）より低い請求項５に記載のマルチセンサー位置計測システム。
前記処理ユニット（３０）が前記キャリア（１１）を識別するため、前記キャリア（１１）上の前記第１信号アレイ（１０）と前記第２信号アレイ（１２）との間の位相変化で信号周期に関連する機械的変位(d12)を特定する請求項１に記載のマルチセンサー位置計測システム。
原点位置（２７２）を境界として前記計測モジュール（２０）の測定範囲（２９２）を原点復帰正領域（２９３）及び原点復帰負領域（２９４）に二分し、前記センサー（２１）（２２）（２３）（２４）によって測定された結果を通じて、前記キャリア（１１）の自動原点復帰方向（２００）を推定する請求項１に記載のマルチセンサー位置計測システム。
前記モジュラーアセンブリ（６０）は、固定子（５０）をさらに含み、前記センサー（２１）（２２）（２３）（２４）が前記固定子（５０）の両側にそれぞれ位置し、前記第１信号アレイ（１０）が前記固定子（５０）の上方に位置した時、前記処理ユニット（３０）が原点復帰演算を開始する請求項１に記載のマルチセンサー位置計測システム。