JP2619593B2 - 位置測定装置 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- 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
- G01D5/14—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
- G01D5/142—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 using Hall-effect devices
- G01D5/145—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 using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
- G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
- Body Structure For Vehicles (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【０００１】この発明は、相対運動する二つの物体２，
２ａ，２ｂ；４，４ａ，４ｂの相対位置を測定するた
め、一方の物体２，２ａ，２ｂに連結する周期的な測定
目盛３，３ａ，３ｂを他方の物体４，４ａ，４ｂに連結
する走査ユニット５，５ａ，５ｂの磁気抵抗素子Ａｎ−
Ｈｎにより測定方向Ｘに向けて走査し、位置に依存する
出力信号Ｓ１，Ｓ２を発生させ、これ等の出力信号から
評価装置内で位置測定値を形成し、前記磁気抵抗素子Ａ
ｎ−Ｈｎがブリッジ回路Ｈ１，Ｈ２，Ｖ１，Ｖ２中に組
み込まれ、各ブリッジ分岐路が複数の磁気抵抗素子Ａｎ
−Ｈｎの直列回路で構成されている磁気的な位置測定装
置に関する。
２ａ，２ｂ；４，４ａ，４ｂの相対位置を測定するた
め、一方の物体２，２ａ，２ｂに連結する周期的な測定
目盛３，３ａ，３ｂを他方の物体４，４ａ，４ｂに連結
する走査ユニット５，５ａ，５ｂの磁気抵抗素子Ａｎ−
Ｈｎにより測定方向Ｘに向けて走査し、位置に依存する
出力信号Ｓ１，Ｓ２を発生させ、これ等の出力信号から
評価装置内で位置測定値を形成し、前記磁気抵抗素子Ａ
ｎ−Ｈｎがブリッジ回路Ｈ１，Ｈ２，Ｖ１，Ｖ２中に組
み込まれ、各ブリッジ分岐路が複数の磁気抵抗素子Ａｎ
−Ｈｎの直列回路で構成されている磁気的な位置測定装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の位置測定装置は、特に工作機械
で加工すべき品物に対する工具の相対位置を測定するた
めに使用される。
で加工すべき品物に対する工具の相対位置を測定するた
めに使用される。
【０００３】欧州特許第０１５１００２号明細書には、
相対運動する物体の相対位置を測定する磁気位置測定装
置が開示されている。この装置では、測定目盛に磁性領
域と非磁性領域が測定方向に交互に設けてある。これ等
の領域は永久磁石を備えた図１９の走査ユニットによっ
て、位置に依存する出力信号を発生するためそれぞれ４
つの磁気抵抗素子から成る二つのグループで走査され
る。各グループの４つの磁気抵抗素子はそれぞれ直列回
路の形にして半ブリッジ回路に結線されている。しか
し、この測定装置では測定目盛の二つの目盛周期のみが
それぞれ４つの磁気抵抗素子から成る二つのグループで
走査されている。その結果、得られた位置に依存する出
力信号は測定目盛の分割精度の不整のため一般に最適な
信号パラメータ（振幅、相対位相角）を有していないと
いう難点がある。磁気抵抗素子を直列回路の形にして二
つの半ブリッジ回路に結線しているので、測定目盛の付
加的な目盛周期を走査するため、各グループの磁気抵抗
素子の数を大きくすることは簡単に行えない。何故な
ら、そうでなければ、両方の半ブリッジ回路のブリッジ
抵抗が以上に大きくなり、この場合、一定の電流強度を
供給するため、半ブリッジ回路に高い電圧を印加する必
要があるからである。
相対運動する物体の相対位置を測定する磁気位置測定装
置が開示されている。この装置では、測定目盛に磁性領
域と非磁性領域が測定方向に交互に設けてある。これ等
の領域は永久磁石を備えた図１９の走査ユニットによっ
て、位置に依存する出力信号を発生するためそれぞれ４
つの磁気抵抗素子から成る二つのグループで走査され
る。各グループの４つの磁気抵抗素子はそれぞれ直列回
路の形にして半ブリッジ回路に結線されている。しか
し、この測定装置では測定目盛の二つの目盛周期のみが
それぞれ４つの磁気抵抗素子から成る二つのグループで
走査されている。その結果、得られた位置に依存する出
力信号は測定目盛の分割精度の不整のため一般に最適な
信号パラメータ（振幅、相対位相角）を有していないと
いう難点がある。磁気抵抗素子を直列回路の形にして二
つの半ブリッジ回路に結線しているので、測定目盛の付
加的な目盛周期を走査するため、各グループの磁気抵抗
素子の数を大きくすることは簡単に行えない。何故な
ら、そうでなければ、両方の半ブリッジ回路のブリッジ
抵抗が以上に大きくなり、この場合、一定の電流強度を
供給するため、半ブリッジ回路に高い電圧を印加する必
要があるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】それ故、この発明の課
題は、最適なパラメータ（振幅、相対位相角）と共に位
置に依存する出力信号を簡単に得ることができ、更に磁
気抵抗素子の直・並列回路を有する半あるいは全ブリッ
ジ回路に印加すべき電圧を低くしても、充分な測定精度
でブリッジ出力を検出できる、冒頭に述べた種類の磁気
的な位置測定装置を提供することにある。
題は、最適なパラメータ（振幅、相対位相角）と共に位
置に依存する出力信号を簡単に得ることができ、更に磁
気抵抗素子の直・並列回路を有する半あるいは全ブリッ
ジ回路に印加すべき電圧を低くしても、充分な測定精度
でブリッジ出力を検出できる、冒頭に述べた種類の磁気
的な位置測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた種類の磁気的な位置測定装置にあ
って、前記走査ユニット５が少なくとも４つのブループ
Ａ−Ｈの磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎを有し、各グループの
少なくとも４つの磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎが測定目盛３
の１目盛周期ｔにわたり等間隔に配分されていて、ブリ
ッジ回路を半ブリッジ回路Ｈ１，Ｈ２として形成し、ブ
リッジ分岐路内に複数の磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎを直列
に組み込み、これ等の直列回路を互いに並列に組み込
み、各半ブリッジ回路中で一方の分岐路の磁気抵抗素子
Ａｎ−Ｈｎが他方のブリッジ分岐路の磁気抵抗素子Ａｎ
−Ｈｎに対して１目盛周期の半分ｔ／２ほどずれている
ことによって解決されている。更に、上記の課題は、こ
の発明により、冒頭に述べた種類の磁気的な位置測定装
置にあって、前記走査ユニット５が少なくとも４つのブ
ループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎを有し、各グル
ープの少なくとも４つの磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎが測定
目盛３の１目盛周期ｔにわたり等間隔に配分されてい
て、ブリッジ回路を全ブリッジ回路Ｖ１，Ｖ２として形
成し、ブリッジ分岐路内に複数の磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈ
ｎを直列に組み込み、これ等の直列回路を互いに並列に
組み込み、一方の分岐路の磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎがこ
の分岐路に直結しているブリッジ分岐路の磁気抵抗素子
Ａｎ−Ｈｎに対して１目盛周期の半分ｔ／２ほどずれて
いることによって解決されている。
により、冒頭に述べた種類の磁気的な位置測定装置にあ
って、前記走査ユニット５が少なくとも４つのブループ
Ａ−Ｈの磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎを有し、各グループの
少なくとも４つの磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎが測定目盛３
の１目盛周期ｔにわたり等間隔に配分されていて、ブリ
ッジ回路を半ブリッジ回路Ｈ１，Ｈ２として形成し、ブ
リッジ分岐路内に複数の磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎを直列
に組み込み、これ等の直列回路を互いに並列に組み込
み、各半ブリッジ回路中で一方の分岐路の磁気抵抗素子
Ａｎ−Ｈｎが他方のブリッジ分岐路の磁気抵抗素子Ａｎ
−Ｈｎに対して１目盛周期の半分ｔ／２ほどずれている
ことによって解決されている。更に、上記の課題は、こ
の発明により、冒頭に述べた種類の磁気的な位置測定装
置にあって、前記走査ユニット５が少なくとも４つのブ
ループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎを有し、各グル
ープの少なくとも４つの磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎが測定
目盛３の１目盛周期ｔにわたり等間隔に配分されてい
て、ブリッジ回路を全ブリッジ回路Ｖ１，Ｖ２として形
成し、ブリッジ分岐路内に複数の磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈ
ｎを直列に組み込み、これ等の直列回路を互いに並列に
組み込み、一方の分岐路の磁気抵抗素子Ａｎ−Ｈｎがこ
の分岐路に直結しているブリッジ分岐路の磁気抵抗素子
Ａｎ−Ｈｎに対して１目盛周期の半分ｔ／２ほどずれて
いることによって解決されている。
【０００６】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００７】
【実施例】以下では、添付図面を参照しながら好適実施
例に基づき、この発明をより詳しく説明する。
例に基づき、この発明をより詳しく説明する。
【０００８】図１に第一位置測定装置の縦側面が示して
ある。この装置では、磁性材料の測定目盛板１が何らか
の方法で第一物体２に固定されている。目盛板１の表面
には測定方向Ｘに向けて交互に逆極の磁化領域ＮＳを有
する周期的な測定目盛３がある。前記領域の境には、そ
れぞれ二つのＮ極ＮＮと二つのＳ極ＳＳが隣接してい
る。測定目盛３は各領域ＮＳの極間隔によって決まる目
盛周期ｔを有する。第二物体４には走査ユニット５が連
結している。このユニットは二つの物体２，４の相対位
置の位置測定値を求めるため、測定目盛板１の測定目盛
３を走査する。これ等の二つの物体２，４は図示してい
ない工作機械の二つの機械部品によって構成されてい
る。走査ユニット５には走査板６が設けてある。走査板
の表面には、それぞれ４個の磁気抵抗素子Ａn，Ｂn，Ｃ
n， Ｄn (n＝ 1, 2, 3, 4)から成る４つのグループＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄが配設されている。
ある。この装置では、磁性材料の測定目盛板１が何らか
の方法で第一物体２に固定されている。目盛板１の表面
には測定方向Ｘに向けて交互に逆極の磁化領域ＮＳを有
する周期的な測定目盛３がある。前記領域の境には、そ
れぞれ二つのＮ極ＮＮと二つのＳ極ＳＳが隣接してい
る。測定目盛３は各領域ＮＳの極間隔によって決まる目
盛周期ｔを有する。第二物体４には走査ユニット５が連
結している。このユニットは二つの物体２，４の相対位
置の位置測定値を求めるため、測定目盛板１の測定目盛
３を走査する。これ等の二つの物体２，４は図示してい
ない工作機械の二つの機械部品によって構成されてい
る。走査ユニット５には走査板６が設けてある。走査板
の表面には、それぞれ４個の磁気抵抗素子Ａn，Ｂn，Ｃ
n， Ｄn (n＝ 1, 2, 3, 4)から成る４つのグループＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄが配設されている。
【０００９】図２によれば、上記板状の磁気抵抗素子Ａ
n 〜Ｄn が測定方向Ｘに垂直に延びていて、測定方向Ｘ
に平行に互いに相対間隔 t/4に配置されている。従っ
て、４つの磁気抵抗素子Ａn 〜Ｄn から成る各グループ
Ａ〜Ｄは測定目盛３の一目盛周期にわたって測定方向Ｘ
に延びている。
n 〜Ｄn が測定方向Ｘに垂直に延びていて、測定方向Ｘ
に平行に互いに相対間隔 t/4に配置されている。従っ
て、４つの磁気抵抗素子Ａn 〜Ｄn から成る各グループ
Ａ〜Ｄは測定目盛３の一目盛周期にわたって測定方向Ｘ
に延びている。
【００１０】図３ａと図３ｂによれば、磁気抵抗素子Ａ
n 〜Ｄn は直・並列回路にして二つの半ブリッジ回路Ｈ
１，Ｈ２に結線されている。これ等の半ブリッジ回路は
それぞれ一方の極に電圧Ｕが、また他方の極に大地電位
Ｍが印加している。走査ユニット５が測定目盛３に対し
て運動すると、第一半ブリッジ回路の中間タップに位相
角０°の第一周期出力信号Ｓ１が、また第二半ブリッジ
回路の中間タップに位相角 90 °の第二周期出力信号Ｓ
２が出力する。これ等の出力信号の信号周期は測定目盛
３の測定周期ｔに一致している。両方の周期出力信号Ｓ
１，Ｓ２の位相差が 90 °であることによって、測定方
向Ｘを判別できる。両方の周期出力信号Ｓ１，Ｓ２は位
置測定値を求めるため、内挿ユニットを有する図示して
いない評価装置に導入される。両方の出力信号Ｓ１，Ｓ
２は、測定目盛３の４つの目盛周期ｔを所謂単視野走査
するため、最適な信号パラメータ（高零点安定性、同一
振幅および一定の相対位相差）を有するので、これ等の
出力信号は内挿ユニット内で高分割度でもって分割され
る。その結果、測定目盛３の分割精度が不正確であって
も高い測定精度と測定分解能を得ることができる。
n 〜Ｄn は直・並列回路にして二つの半ブリッジ回路Ｈ
１，Ｈ２に結線されている。これ等の半ブリッジ回路は
それぞれ一方の極に電圧Ｕが、また他方の極に大地電位
Ｍが印加している。走査ユニット５が測定目盛３に対し
て運動すると、第一半ブリッジ回路の中間タップに位相
角０°の第一周期出力信号Ｓ１が、また第二半ブリッジ
回路の中間タップに位相角 90 °の第二周期出力信号Ｓ
２が出力する。これ等の出力信号の信号周期は測定目盛
３の測定周期ｔに一致している。両方の周期出力信号Ｓ
１，Ｓ２の位相差が 90 °であることによって、測定方
向Ｘを判別できる。両方の周期出力信号Ｓ１，Ｓ２は位
置測定値を求めるため、内挿ユニットを有する図示して
いない評価装置に導入される。両方の出力信号Ｓ１，Ｓ
２は、測定目盛３の４つの目盛周期ｔを所謂単視野走査
するため、最適な信号パラメータ（高零点安定性、同一
振幅および一定の相対位相差）を有するので、これ等の
出力信号は内挿ユニット内で高分割度でもって分割され
る。その結果、測定目盛３の分割精度が不正確であって
も高い測定精度と測定分解能を得ることができる。
【００１１】第一半ブリッジ回路の上部ブリッジ分岐部
の各グループＡ〜Ｄの磁気抵抗素子Ａ1,Ｂ1,Ｃ1,Ｄ1 は
下部ブリッジ分岐部の相手側の磁気抵抗素子Ａ3,Ｂ3,Ｃ
3,Ｄ3 に対して値 t/2ほどずれている。同様に、第二半
ブリッジ回路の上部ブリッジ分岐部の各グループＡ〜Ｄ
の磁気抵抗素子Ａ2,Ｂ2,Ｃ2,Ｄ2 は下部ブリッジ分岐部
の相手側の磁気抵抗素子Ａ4,Ｂ4,Ｃ4,Ｄ4 に対して値 t
/2ほどずれている。
の各グループＡ〜Ｄの磁気抵抗素子Ａ1,Ｂ1,Ｃ1,Ｄ1 は
下部ブリッジ分岐部の相手側の磁気抵抗素子Ａ3,Ｂ3,Ｃ
3,Ｄ3 に対して値 t/2ほどずれている。同様に、第二半
ブリッジ回路の上部ブリッジ分岐部の各グループＡ〜Ｄ
の磁気抵抗素子Ａ2,Ｂ2,Ｃ2,Ｄ2 は下部ブリッジ分岐部
の相手側の磁気抵抗素子Ａ4,Ｂ4,Ｃ4,Ｄ4 に対して値 t
/2ほどずれている。
【００１２】図４では、走査ユニット５の走査板６にそ
れぞれ４つの磁気抵抗素子Ａn −Ｈ n (n＝ 1, 2, 3, 4)
から成る８つのグループＡ〜Ｈが配設されている。これ
等の磁気抵抗素子は直・並列回路にして二つの全ブリッ
ジ回路Ｖ１，Ｖ２（図５ａと図５ｂ）に結線されてい
る。これ等のブリッジ回路の一方の極に電圧Ｕが、また
他方の極に大地電圧が印加している。走査ユニット５が
測定目盛３に対して移動すると、第一全ブリッジ回路Ｖ
１の両方の中間タップに位相０°の第一周期出力信号Ｓ
１が、また第二全ブリッジ回路Ｖ２の両方の中間タップ
に位相角度 90 °の第二周期出力信号Ｓ２が出力する。
これ等の出力信号の信号周期は測定目盛３の目盛周期ｔ
に等しい。両方の周期出力信号Ｓ１，Ｓ２の間の位相差
90 °によって測定方向Ｘが判別できる。これ等の両出
力信号Ｓ１，Ｓ２も同じように位置測定値を求めるため
内挿ユニットを備えた評価ユニットに導入される。両方
の出力信号Ｓ１，Ｓ２は測定目盛３の８個の目盛周期ｔ
にわたって所謂単視野走査するため最適な信号パラメー
タ（高零点安定性、同一振幅および一定の相互位相差）
を有するため、内挿ユニット中で高分割度で分割され
る。その結果、測定目盛３の目盛に不正確があっても高
い測定精度と測定分解能が得られる。
れぞれ４つの磁気抵抗素子Ａn −Ｈ n (n＝ 1, 2, 3, 4)
から成る８つのグループＡ〜Ｈが配設されている。これ
等の磁気抵抗素子は直・並列回路にして二つの全ブリッ
ジ回路Ｖ１，Ｖ２（図５ａと図５ｂ）に結線されてい
る。これ等のブリッジ回路の一方の極に電圧Ｕが、また
他方の極に大地電圧が印加している。走査ユニット５が
測定目盛３に対して移動すると、第一全ブリッジ回路Ｖ
１の両方の中間タップに位相０°の第一周期出力信号Ｓ
１が、また第二全ブリッジ回路Ｖ２の両方の中間タップ
に位相角度 90 °の第二周期出力信号Ｓ２が出力する。
これ等の出力信号の信号周期は測定目盛３の目盛周期ｔ
に等しい。両方の周期出力信号Ｓ１，Ｓ２の間の位相差
90 °によって測定方向Ｘが判別できる。これ等の両出
力信号Ｓ１，Ｓ２も同じように位置測定値を求めるため
内挿ユニットを備えた評価ユニットに導入される。両方
の出力信号Ｓ１，Ｓ２は測定目盛３の８個の目盛周期ｔ
にわたって所謂単視野走査するため最適な信号パラメー
タ（高零点安定性、同一振幅および一定の相互位相差）
を有するため、内挿ユニット中で高分割度で分割され
る。その結果、測定目盛３の目盛に不正確があっても高
い測定精度と測定分解能が得られる。
【００１３】第一全ブリッジ回路Ｖ１の左のブリッジ分
岐部の各グループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ1,Ｂ1,Ｃ3,Ｄ
3,Ｅ1,Ｆ1,Ｇ3,Ｈ3 が右のブリッジ分岐部の各グループ
Ａ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ3,Ｂ3,Ｃ1,Ｄ1,Ｅ3,Ｆ3,Ｇ1,Ｈ
1 に対して値 t/2ほどずれている。同様に、第二全ブリ
ッジ回路Ｖ１の左のブリッジ分岐部の各グループＡ−Ｈ
の磁気抵抗素子Ａ2,Ｂ2,Ｃ4,Ｄ4,Ｅ2,Ｆ2,Ｇ44Ｈ3 が右
のブリッジ分岐部の各グループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ
4,Ｂ4,Ｃ2,Ｄ2,Ｅ4,Ｆ4,Ｇ2,Ｈ2 に対して値 t/2ほどず
れている。
岐部の各グループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ1,Ｂ1,Ｃ3,Ｄ
3,Ｅ1,Ｆ1,Ｇ3,Ｈ3 が右のブリッジ分岐部の各グループ
Ａ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ3,Ｂ3,Ｃ1,Ｄ1,Ｅ3,Ｆ3,Ｇ1,Ｈ
1 に対して値 t/2ほどずれている。同様に、第二全ブリ
ッジ回路Ｖ１の左のブリッジ分岐部の各グループＡ−Ｈ
の磁気抵抗素子Ａ2,Ｂ2,Ｃ4,Ｄ4,Ｅ2,Ｆ2,Ｇ44Ｈ3 が右
のブリッジ分岐部の各グループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ
4,Ｂ4,Ｃ2,Ｄ2,Ｅ4,Ｆ4,Ｇ2,Ｈ2 に対して値 t/2ほどず
れている。
【００１４】図６によれば、走査ユニット５の走査板６
にも同じようにそれぞれ４つの磁気抵抗素子Ａn −Ｈn
(n＝1, 2, 3, 4) から成る８つのグループＡ−Ｈが配設
されている。これ等の素子は直・並列回路にして二つの
全ブリッジ回路Ｖ１，Ｖ２（図７ａと図７ｂ）に結線さ
れている。これ等の全ブリッジ回路のそれぞれ一方の極
に電圧Ｕが、また他方の極に大地電位が印加している。
走査ユニット５が測定目盛３に対して移動すると、第一
全ブリッジ回路Ｖ１の両方の中間タップに位相角０°の
第一周期出力信号Ｓ１が、また第二全ブリッジ回路Ｖ２
の両方の中間タップに位相角 90 °の第二周期出力信号
が出力する。これ等の出力信号の信号周期は測定目盛３
の測定目盛周期ｔに相当する。二つの周期出力信号Ｓ
１，Ｓ２の間の位相差 90 °によって測定方向Ｘの識別
ができる。両方の周期出力信号Ｓ１，Ｓ２も同じように
位置測定値を得るための内挿ユニットを備えた評価装置
に導入される。両方の出力信号Ｓ１，Ｓ２は測定目盛３
の８つの目盛周期ｔにわたって所謂単視野走査を行うた
め最適な信号パラメータ（高零点安定性、同じ振幅およ
び一定の相互位相差）を有するので、内挿ユニット中で
高分割度で分割される。その結果、測定目盛３の目盛に
不正があっても高い測定精度と測定分解能を得ることが
できる。
にも同じようにそれぞれ４つの磁気抵抗素子Ａn −Ｈn
(n＝1, 2, 3, 4) から成る８つのグループＡ−Ｈが配設
されている。これ等の素子は直・並列回路にして二つの
全ブリッジ回路Ｖ１，Ｖ２（図７ａと図７ｂ）に結線さ
れている。これ等の全ブリッジ回路のそれぞれ一方の極
に電圧Ｕが、また他方の極に大地電位が印加している。
走査ユニット５が測定目盛３に対して移動すると、第一
全ブリッジ回路Ｖ１の両方の中間タップに位相角０°の
第一周期出力信号Ｓ１が、また第二全ブリッジ回路Ｖ２
の両方の中間タップに位相角 90 °の第二周期出力信号
が出力する。これ等の出力信号の信号周期は測定目盛３
の測定目盛周期ｔに相当する。二つの周期出力信号Ｓ
１，Ｓ２の間の位相差 90 °によって測定方向Ｘの識別
ができる。両方の周期出力信号Ｓ１，Ｓ２も同じように
位置測定値を得るための内挿ユニットを備えた評価装置
に導入される。両方の出力信号Ｓ１，Ｓ２は測定目盛３
の８つの目盛周期ｔにわたって所謂単視野走査を行うた
め最適な信号パラメータ（高零点安定性、同じ振幅およ
び一定の相互位相差）を有するので、内挿ユニット中で
高分割度で分割される。その結果、測定目盛３の目盛に
不正があっても高い測定精度と測定分解能を得ることが
できる。
【００１５】第一全ブリッジ回路Ｖ１の上部ブリッジ分
岐の各々のグループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ1,Ｂ1,Ｃ3,
Ｄ3,Ｅ1,Ｆ1,Ｇ3,Ｈ3 は、下部ブリッジ分岐のグループ
Ａ−Ｈの対応する磁気抵抗素子Ａ3,Ｂ3,Ｃ1,Ｄ1,Ｅ3,Ｆ
3,Ｇ1,Ｈ1 に対して、値 t/2ほどずれている。同様に、
第二全ブリッジ回路Ｖ２の上部ブリッジ分岐の各々のグ
ループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ2,Ｂ2,Ｃ4,Ｄ4,Ｅ2,Ｆ2,
Ｇ4,Ｈ4 も、下部ブリッジ分岐のグループＡ−Ｈの対応
する磁気抵抗素子Ａ4,Ｂ4,Ｃ2,Ｄ2,Ｅ4,Ｆ4,Ｇ 2,Ｈ2 に
対して、値 t/2ほどずれている。
岐の各々のグループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ1,Ｂ1,Ｃ3,
Ｄ3,Ｅ1,Ｆ1,Ｇ3,Ｈ3 は、下部ブリッジ分岐のグループ
Ａ−Ｈの対応する磁気抵抗素子Ａ3,Ｂ3,Ｃ1,Ｄ1,Ｅ3,Ｆ
3,Ｇ1,Ｈ1 に対して、値 t/2ほどずれている。同様に、
第二全ブリッジ回路Ｖ２の上部ブリッジ分岐の各々のグ
ループＡ−Ｈの磁気抵抗素子Ａ2,Ｂ2,Ｃ4,Ｄ4,Ｅ2,Ｆ2,
Ｇ4,Ｈ4 も、下部ブリッジ分岐のグループＡ−Ｈの対応
する磁気抵抗素子Ａ4,Ｂ4,Ｃ2,Ｄ2,Ｅ4,Ｆ4,Ｇ 2,Ｈ2 に
対して、値 t/2ほどずれている。
【００１６】測定目盛３の少なくとも４つの目盛周期ｔ
にわたる単一視野走査は、全走査距離より小さい目盛不
正確が全く、あるいは少なくとも一部除去されることを
もたらす。更に、 m 2t (m＝ 2, 3,・・・) の走査距離
によって、例えば測定目盛３の交番磁界に一様磁界が重
畳している場合、あるいは磁気抵抗素子ＡN −Ｈn が磁
束方向に敏感に反応する場合に生じる 2t の周期の誤差
を完全に除去できる。従って、この一様磁界は一方の磁
束の方向に対して加算され、他方の磁束方向に対して減
算される。
にわたる単一視野走査は、全走査距離より小さい目盛不
正確が全く、あるいは少なくとも一部除去されることを
もたらす。更に、 m 2t (m＝ 2, 3,・・・) の走査距離
によって、例えば測定目盛３の交番磁界に一様磁界が重
畳している場合、あるいは磁気抵抗素子ＡN −Ｈn が磁
束方向に敏感に反応する場合に生じる 2t の周期の誤差
を完全に除去できる。従って、この一様磁界は一方の磁
束の方向に対して加算され、他方の磁束方向に対して減
算される。
【００１７】図８には、第二位置測定装置の縦側面図が
模式的に示してある。この装置では、磁性材料の目盛本
体１ａが何らかの方法で第一物体２ａに固定されてい
る。この目盛本体１ａは、表面に測定方向Ｘに向けて順
次交互に変わるウェブＳと同じ幅の窪みＶを有する周期
測定目盛３ａを保有する。測定目盛３ａはウェブＳと隣
の窪みＶによって決まる目盛周期ｔを有する。第二物体
４ａには走査ユニット５ａに接続されている。このユニ
ットは、二つの物体２ａ，４ａの相対位置の二つの位置
測定値を求めるため、目盛板１ａの測定目盛３ａを走査
する。走査ユニット５ａには、永久磁石ＰＭと走査板６
ａが設けてある。これ等の走査板の自由表面に磁気素子
Ａn 〜Ｄn あるいはＡn 〜Ｈn から成る群Ａ−Ｄないし
はＡ−Ｈが配設されている。
模式的に示してある。この装置では、磁性材料の目盛本
体１ａが何らかの方法で第一物体２ａに固定されてい
る。この目盛本体１ａは、表面に測定方向Ｘに向けて順
次交互に変わるウェブＳと同じ幅の窪みＶを有する周期
測定目盛３ａを保有する。測定目盛３ａはウェブＳと隣
の窪みＶによって決まる目盛周期ｔを有する。第二物体
４ａには走査ユニット５ａに接続されている。このユニ
ットは、二つの物体２ａ，４ａの相対位置の二つの位置
測定値を求めるため、目盛板１ａの測定目盛３ａを走査
する。走査ユニット５ａには、永久磁石ＰＭと走査板６
ａが設けてある。これ等の走査板の自由表面に磁気素子
Ａn 〜Ｄn あるいはＡn 〜Ｈn から成る群Ａ−Ｄないし
はＡ−Ｈが配設されている。
【００１８】図９には、第三の位置測定装置の側面が模
式的に示してある。この装置では、絶縁材料製の測定目
盛板１ｂが何らかの方法で第一物体２ｂに固定されてい
る。測定目盛板１ｂの表面には、迷路状の導体軌跡を有
する周期的な測定目盛 3ｂがあり、測定方向Ｘに向けて
隣接する等間隔の導体Ｌに電流が反対に流れる。測定目
盛 3ｂは二つの隣接する導体Ｌの間の間隔によって規定
される測定周期ｔを有する。第二物体４ｂには走査ユニ
ット５ｂが連結している。この走査ユニットは、二つの
物体２ｂ，４ｂの相対位置の位置測定値を求めるため、
目盛板１ｂの測定目盛 3ｂを走査する。走査装置５ｂに
は走査板６ｂがあり、この走査板の自由表面の上には磁
性に敏感な素子Ａn 〜Ｄn あるいはＡn 〜Ｈn から成る
グループＡ−Ｄが配設されている。
式的に示してある。この装置では、絶縁材料製の測定目
盛板１ｂが何らかの方法で第一物体２ｂに固定されてい
る。測定目盛板１ｂの表面には、迷路状の導体軌跡を有
する周期的な測定目盛 3ｂがあり、測定方向Ｘに向けて
隣接する等間隔の導体Ｌに電流が反対に流れる。測定目
盛 3ｂは二つの隣接する導体Ｌの間の間隔によって規定
される測定周期ｔを有する。第二物体４ｂには走査ユニ
ット５ｂが連結している。この走査ユニットは、二つの
物体２ｂ，４ｂの相対位置の位置測定値を求めるため、
目盛板１ｂの測定目盛 3ｂを走査する。走査装置５ｂに
は走査板６ｂがあり、この走査板の自由表面の上には磁
性に敏感な素子Ａn 〜Ｄn あるいはＡn 〜Ｈn から成る
グループＡ−Ｄが配設されている。
【００１９】半ブリッジ回路Ｈ１，Ｈ２あるいは全ブリ
ッジ回路Ｖ１，Ｖ２の４分の１ブリッジの少なくとも４
つの磁気抵抗素子Ａn −Ｈn は互いに任意に結線でき
る。特に４分の１ブリッジ内での中間接続も可能であ
る。
ッジ回路Ｖ１，Ｖ２の４分の１ブリッジの少なくとも４
つの磁気抵抗素子Ａn −Ｈn は互いに任意に結線でき
る。特に４分の１ブリッジ内での中間接続も可能であ
る。
【００２０】各グループＡ−Ｈは、２以上の次数の高調
波を濾波するため、４つ以上の磁気抵抗素子Ａn −Ｈn
(n＝ 1, 2, 3, 4,・・・・) を有する。
波を濾波するため、４つ以上の磁気抵抗素子Ａn −Ｈn
(n＝ 1, 2, 3, 4,・・・・) を有する。
【００２１】
【発明の効果】この発明により得られる利点は、特に磁
気抵抗素子のシリーズ配置と結線により得られる位置に
依存する出力信号がその最適な信号パラメータのため、
その後に行われる内挿に高い分割度でもって使用できる
ので、測定精度や測定分解能が更に向上する点にある。
その外、磁気抵抗素子の直・並列回路を有する半ブリッ
ジ回路あるいは全ブリッジ回路のブリッジ抵抗値が比較
的低いため、特定の電流強度を供給するのに必要な電圧
が低い値の範囲内となる点にある。
気抵抗素子のシリーズ配置と結線により得られる位置に
依存する出力信号がその最適な信号パラメータのため、
その後に行われる内挿に高い分割度でもって使用できる
ので、測定精度や測定分解能が更に向上する点にある。
その外、磁気抵抗素子の直・並列回路を有する半ブリッ
ジ回路あるいは全ブリッジ回路のブリッジ抵抗値が比較
的低いため、特定の電流強度を供給するのに必要な電圧
が低い値の範囲内となる点にある。
【図１】第一実施例の位置測定装置の縦側面図である。
【図２】磁気抵抗素子を二つの半ブリッジ回路に結線し
た第一配置の図面である。
た第一配置の図面である。
【図３】図２の配置の個別結線図（ａ，ｂ）である。
【図４】磁気抵抗素子を二つの半ブリッジ回路に結線し
た第二配置の図面である。
た第二配置の図面である。
【図５】図４の配置の個別結線図（ａ，ｂ）である。
【図６】磁気抵抗素子を二つの半ブリッジ回路に結線し
た第三配置の図面である。
た第三配置の図面である。
【図７】図６の配置の個別結線図（ａ，ｂ）である。
【図８】第二実施例の位置測定装置の縦側面図である。
【図９】第三実施例の位置測定装置の縦側面図である。
１，１ａ，１ｂ 目盛板 ２，２ａ，２ｂ，４，４ａ，４ｂ 相対移動する物体 ３，３ａ，３ｂ 目盛 ５，５ａ，５ｂ 走査ユニット ６，６ａ，６ｂ 走査板 Ａn,Ｂn,Ｃn,Ｄn,Ｅn,Ｆn,Ｇn,Ｈn 磁気抵抗素子 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ 磁気抵抗素子の
グループ Ｘ 測定方向 Ｕ 電圧 Ｍ 大地電位 ＰＭ 永久磁石 ＮＳ 磁気領域 ＳＳ 二つのＳ極 ＮＮ 二つのＮ極 Ｌ 導体 Ｈ１，Ｈ２ 半ブリッジ回路 Ｓ ウェブ Ｓ１，Ｓ２ 周期出力信号 Ｖ 窪み Ｖ１，Ｖ２ 全ブリッジ回路 ｔ 目盛周期
グループ Ｘ 測定方向 Ｕ 電圧 Ｍ 大地電位 ＰＭ 永久磁石 ＮＳ 磁気領域 ＳＳ 二つのＳ極 ＮＮ 二つのＮ極 Ｌ 導体 Ｈ１，Ｈ２ 半ブリッジ回路 Ｓ ウェブ Ｓ１，Ｓ２ 周期出力信号 Ｖ 窪み Ｖ１，Ｖ２ 全ブリッジ回路 ｔ 目盛周期
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲラルト・メッツ ドイツ連邦共和国、ザンクト・ゲオルゲ ン、ライフアイゼンシユトラーセ、８ (56)参考文献 特開 平３−257326（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 相対運動する二つの物体（２，２ａ，２
ｂ；４，４ａ，４ｂ）の相対位置を測定するため、一方
の物体（２，２ａ，２ｂ）に連結する周期的な測定目盛
（３，３ａ，３ｂ）を他方の物体（４，４ａ，４ｂ）に
連結する走査ユニット（５，５ａ，５ｂ）の磁気抵抗素
子（Ａｎ−Ｈｎ）により測定方向（Ｘ）に向けて走査
し、位置に依存する出力信号（Ｓ１，Ｓ２）を発生さ
せ、これ等の出力信号から評価装置内で位置測定値を形
成し、その場合、前記磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）をブ
リッジ回路（Ｈ１，Ｈ２，Ｖ１，Ｖ２）中に組み込み、
各ブリッジ分岐路が複数の磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）
の直列回路で構成されている位置測定装置において、 前記走査ユニット（５）が少なくとも４つのブループ
（Ａ−Ｈ）の磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）を有し、各グ
ループの少なくとも４つの磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）
が測定目盛（３）の１目盛周期（ｔ）にわたり等間隔に
配分されていて、ブリッジ回路を半ブリッジ回路（Ｈ
１，Ｈ２）として形成し、ブリッジ分岐路内に複数の磁
気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）を直列に組み込み、これ等の
直列回路を互いに並列に組み込み、各半ブリッジ回路中
で一方の分岐路の磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）が他方の
ブリッジ分岐路の磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）に対して
１目盛周期の半分（ｔ／２）ほどずれていることを特徴
とする位置測定装置。 - 【請求項２】 相対運動する二つの物体（２，２ａ，２
ｂ；４，４ａ，４ｂ）の相対位置を測定するため、一方
の物体（２，２ａ，２ｂ）に連結する周期的な測定目盛
（３，３ａ，３ｂ）を他方の物体（４，４ａ，４ｂ）に
連結する走査ユニット（５，５ａ，５ｂ）の磁気抵抗素
子（Ａｎ−Ｈｎ）により測定方向（Ｘ）に向けて走査
し、位置に依存する出力信号（Ｓ１，Ｓ２）を発生さ
せ、これ等の出力信号から評価装置内で位置測定値を形
成し、その場合、前記磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）をブ
リッジ回路（Ｈ１，Ｈ２，Ｖ１，Ｖ２）中に組み込み、
各ブリッジ分岐路が複数の磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）
の直列回路で構成されている位置測定装置において、 前記走査ユニット（５）が少なくとも４つのブループ
（Ａ−Ｈ）の磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）を有し、各グ
ループの少なくとも４つの磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）
が測定目盛（３）の１目盛周期（ｔ）にわたり等間隔に
配分されていて、ブリッジ回路を全ブリッジ回路（Ｖ
１，Ｖ２）として形成し、ブリッジ分岐路内に複数の磁
気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）を直列に組み込み、これ等の
直列回路を互いに並列に組み込み、一方の分岐路の磁気
抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）がこの分岐路に直結しているブ
リッジ分岐路の磁気抵抗素子（Ａｎ−Ｈｎ）に対して１
目盛周期の半分（ｔ／２）ほどずれていることを特徴と
する位置測定装置。 - 【請求項３】 各グループ（Ａ−Ｄ）に４つの磁気抵抗
素子（Ａｎ−Ｄｎ）があれば、これ等の素子の相互間隔
はｔ／４であることを特徴とする請求項１または２に記
載の位置測定装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4203073A DE4203073C2 (de) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | Positionsmeßeinrichtung |
| DE4203073:0 | 1992-02-04 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4237540C2 (de) * | 1992-11-06 | 1996-02-29 | Inst Mikrostrukturtechnologie | Verfahren zur hochauflösenden Messung von Linear- und Drehpositionen |
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| US5680042A (en) * | 1994-12-30 | 1997-10-21 | Lake Shore Cryotronics, Inc. | Magnetoresistive sensor with reduced output signal jitter |
| US6246233B1 (en) | 1994-12-30 | 2001-06-12 | Northstar Technologies Inc. | Magnetoresistive sensor with reduced output signal jitter and temperature compensation |
| DE19523853C2 (de) * | 1995-06-30 | 2000-02-24 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Abtasteinheit |
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| EP0924491B1 (fr) | 1997-12-22 | 2000-08-23 | Brown & Sharpe Tesa S.A. | Circuit électronique pour dispositif de mesure de dimension à électrodes magnétorésistives |
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| DE19918101A1 (de) | 1999-04-22 | 2000-10-26 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Optische Positionsmeßeinrichtung |
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