JP2663212B2 - 位置検出装置 - 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
- G01D5/26—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/366—Particular pulse shapes
-
- 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
- G01D5/244—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 characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/249—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 characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
- F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
-
- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、位置が変わる物体に使用される位置検出装
置であって、互いに或る距離をおいて作られた一連のマ
ークと、該マークを走査するために前記一連のマークに
関して移動可能なスキャナ・ユニットとを備え、前記一
連のマークまたは前記スキャナ・ユニットが前記物体に
連結されているよう構成された位置検出装置に関する。
置であって、互いに或る距離をおいて作られた一連のマ
ークと、該マークを走査するために前記一連のマークに
関して移動可能なスキャナ・ユニットとを備え、前記一
連のマークまたは前記スキャナ・ユニットが前記物体に
連結されているよう構成された位置検出装置に関する。
このタイプの位置検出装置は、ドイツ特許出願第3,11
6,333号に開示されている。同特許出願は、ピストン形
シリンダ（piston−cylinder assembly）のピストンロ
ッドの位置を決定する位置検出装置を記載している。こ
の目的のため、互いに等距離をおいて位置ぎめされた一
連の同じマークがピストンロッド上に作られており、こ
れらのマークは光センサにより読み取られる。光センサ
を使用すれば、ピストンロッドが移動した距離を表す尺
度として、ピストンロッド上にあるマークの連続的な通
過が記録されるので、例えば、ピストンロッドの端部の
位置を前記のマークの連続的な通過に基づいて推定する
ことができる。したがって、この位置検出装置はいわゆ
るインクリメンタルシステム（incremental system）で
あるが、下記のような欠点を有する。
6,333号に開示されている。同特許出願は、ピストン形
シリンダ（piston−cylinder assembly）のピストンロ
ッドの位置を決定する位置検出装置を記載している。こ
の目的のため、互いに等距離をおいて位置ぎめされた一
連の同じマークがピストンロッド上に作られており、こ
れらのマークは光センサにより読み取られる。光センサ
を使用すれば、ピストンロッドが移動した距離を表す尺
度として、ピストンロッド上にあるマークの連続的な通
過が記録されるので、例えば、ピストンロッドの端部の
位置を前記のマークの連続的な通過に基づいて推定する
ことができる。したがって、この位置検出装置はいわゆ
るインクリメンタルシステム（incremental system）で
あるが、下記のような欠点を有する。
第一に、ピストンロッドの位置が変化する間、ピスト
ンロッドの移動をなんら妨げを受けることなく正確にモ
ニタすることが、増分機能（incremental functionin
g）のゆえに特に重要である。位置の当該変化の間に生
じる不具合が、位置の、不正確な決定の直接的原因とな
る。このような不具合として、例えば、一つ以上のマー
クの通過をセンサが「見落とす」ことや、センサと組み
合わせられていて、一連のマークの始めから数えてどれ
だけ多くのマークが検出器を通過したかを継続して計数
するために使用される計数システムにおけるメモリの不
具合が上げられる。第二に、ピストンロッドが移動する
許容速度は、使用されるセンサの検出速度により決定さ
れる。正確な位置ぎめを行うため、この許容速度は比較
的低く設定されている。第三に、位置ぎめの精度は、マ
ークの寸法とマーク相互間の間隔とにより大幅に左右さ
れ、決定される。マークが細かくなればなるほど、また
マーク相互間の間隔が小さくなればなるほど、理論上の
精度は高くなる。しかし、非常に細かいマークの場合、
センサと、マークを作る技術とに課せられる要求は厳し
くなる。更に、例えば、土がマーク上に堆積する結果と
して、不具合に対する感度が高まってしまう。例えば、
３μｍの精度で位置を決定するには、マークとして、幅
が２μｍのバーが必要となり、このバーの寸法は、空気
中を自由に浮遊する通常のダスト粒子の寸法より大幅に
小さい。したがって、従来公知の位置検出装置を使用し
て正確に位置ぎめを行う場合、比較的高い費用をかけな
いかぎり良好な信頼性を得ることは２つのタイプのマー
クの列から成り、任意の一つのマークから出発して所定
個数の隣接した一群のマークが一つの位置を示すコード
を成すマークの列と、上記マークの列に対して移動可能
であって上記一群のマークのコードを読み取る検出器と
からなる、位置が変る物体のために使用される位置検出
装置が特開平４−131713号公報に開示されている。
ンロッドの移動をなんら妨げを受けることなく正確にモ
ニタすることが、増分機能（incremental functionin
g）のゆえに特に重要である。位置の当該変化の間に生
じる不具合が、位置の、不正確な決定の直接的原因とな
る。このような不具合として、例えば、一つ以上のマー
クの通過をセンサが「見落とす」ことや、センサと組み
合わせられていて、一連のマークの始めから数えてどれ
だけ多くのマークが検出器を通過したかを継続して計数
するために使用される計数システムにおけるメモリの不
具合が上げられる。第二に、ピストンロッドが移動する
許容速度は、使用されるセンサの検出速度により決定さ
れる。正確な位置ぎめを行うため、この許容速度は比較
的低く設定されている。第三に、位置ぎめの精度は、マ
ークの寸法とマーク相互間の間隔とにより大幅に左右さ
れ、決定される。マークが細かくなればなるほど、また
マーク相互間の間隔が小さくなればなるほど、理論上の
精度は高くなる。しかし、非常に細かいマークの場合、
センサと、マークを作る技術とに課せられる要求は厳し
くなる。更に、例えば、土がマーク上に堆積する結果と
して、不具合に対する感度が高まってしまう。例えば、
３μｍの精度で位置を決定するには、マークとして、幅
が２μｍのバーが必要となり、このバーの寸法は、空気
中を自由に浮遊する通常のダスト粒子の寸法より大幅に
小さい。したがって、従来公知の位置検出装置を使用し
て正確に位置ぎめを行う場合、比較的高い費用をかけな
いかぎり良好な信頼性を得ることは２つのタイプのマー
クの列から成り、任意の一つのマークから出発して所定
個数の隣接した一群のマークが一つの位置を示すコード
を成すマークの列と、上記マークの列に対して移動可能
であって上記一群のマークのコードを読み取る検出器と
からなる、位置が変る物体のために使用される位置検出
装置が特開平４−131713号公報に開示されている。
本発明は、この種の位置検出装置から出発して、位置
検出の信頼性および精度を向上することを一つの課題と
する。
検出の信頼性および精度を向上することを一つの課題と
する。
本発明の目的は、従来公知の位置検出装置に付随する
上述の問題を解決することである。この目的を達成する
ため、序文に記載されているタイプの位置検出装置であ
って、マークが、一連のマークのうち所定数の隣接した
マークのいくつかのグループにわけて作られるととも
に、グループごとのマークがつねに一つの配置順序（se
qunce）で作られており、前記配置順序が一つのグルー
プにのみ属するよう構成された位置検出装置が、本発明
に従って提供されたのである。
上述の問題を解決することである。この目的を達成する
ため、序文に記載されているタイプの位置検出装置であ
って、マークが、一連のマークのうち所定数の隣接した
マークのいくつかのグループにわけて作られるととも
に、グループごとのマークがつねに一つの配置順序（se
qunce）で作られており、前記配置順序が一つのグルー
プにのみ属するよう構成された位置検出装置が、本発明
に従って提供されたのである。
このように作られた一連のマークを使用すれば、１グ
ループのマークが一つの固有のコードを決定し、同コー
ドのデータが、位置を決定するときに使用され得るの
で、一連のマークの長さ全体にわたる増分的な読出しは
もはや必要とされない。したがって、位置決定は、一連
のマークのうちの最初のマークが通過したときからでは
なく、マークの当該グループが接近したときにのみ始め
ればよい。このことが位置検出装置の機能の信頼性を確
保するに有利なことであることは明らかである。
ループのマークが一つの固有のコードを決定し、同コー
ドのデータが、位置を決定するときに使用され得るの
で、一連のマークの長さ全体にわたる増分的な読出しは
もはや必要とされない。したがって、位置決定は、一連
のマークのうちの最初のマークが通過したときからでは
なく、マークの当該グループが接近したときにのみ始め
ればよい。このことが位置検出装置の機能の信頼性を確
保するに有利なことであることは明らかである。
最高で、かつ、可能な精度を得るため、マークの、ど
のグループの場合でも、グループのそれぞれが、隣接グ
ループを１マークぶん位置ずれさせて出来ているような
やり方でマークの前記グループを互いに部分的に重なら
せることは適切なことである。
のグループの場合でも、グループのそれぞれが、隣接グ
ループを１マークぶん位置ずれさせて出来ているような
やり方でマークの前記グループを互いに部分的に重なら
せることは適切なことである。
ディジタルな読出しを可能にするため、一連のマーク
が、異なった形状または外観の、二つのタイプのマーク
から構成されることが好ましい。例えば、光センサを使
用してこれらのマークを走査するようにしてもよい。磁
気的なマークを電子的に読出しすることが可能であるに
も勿論のことである。この位置検出装置を使用すれば、
位置が変わる物体が移動している間に一つのグループか
らマークを順次読み取ることにより位置を決定すること
が可能であるが、位置が変わる物体が静止している間に
これを行うようにしてもよい。このことは、位置が変わ
る物体が移動している間だけ機能できる従来公知の位置
決定システムを上回る付加的な利点である。検出器と、
位置が変わる物体とが静止している間に一つ以上のグル
ープの読み取りを行うことができるよう検出器の読み取
り幅を設定することにより別の利点が得られる。
が、異なった形状または外観の、二つのタイプのマーク
から構成されることが好ましい。例えば、光センサを使
用してこれらのマークを走査するようにしてもよい。磁
気的なマークを電子的に読出しすることが可能であるに
も勿論のことである。この位置検出装置を使用すれば、
位置が変わる物体が移動している間に一つのグループか
らマークを順次読み取ることにより位置を決定すること
が可能であるが、位置が変わる物体が静止している間に
これを行うようにしてもよい。このことは、位置が変わ
る物体が移動している間だけ機能できる従来公知の位置
決定システムを上回る付加的な利点である。検出器と、
位置が変わる物体とが静止している間に一つ以上のグル
ープの読み取りを行うことができるよう検出器の読み取
り幅を設定することにより別の利点が得られる。
本発明の好適な実施態様によれば、二つのタイプのマ
ークによる、２ビットのコードを使用すれば、ほぼ任意
な（ランダムな）やり方で作られたマークから、好まし
くは、最大の長さを有する一連のマークの形で一連のマ
ークが構成される。この構成によれば、最も簡単な実施
態様において、相前後する、マークグループ間におい
て、後行グループはそれぞれ、前行グループを１マーク
ぶん後に位置ずれさせて作られていて、前行グループと
比較して付加されるマークは、前行グループの最初の二
つのマークの、いわゆる「排他的論理和」（“exclusiv
e or"）により、後行グループ中で決定される。このや
り方で、マークのグループは、読み取り間における、あ
る程度の冗長度（redundancy）を包有するので、例え
ば、損傷したマークを読み取る結果として生じたエラー
を大幅に修正することができる。一つのグループのサイ
ズの２倍にわたる隣接した一連のマークがつねに読み取
られるならば、後行マークグループを読み取ることによ
り該後行グループ所属のすべてのマークについて得られ
た情報の精度をチェックすることが可能であることが、
最大の長さを有する一連のマークを使用して疑似ランダ
ム的なやり方で作られた一連のマークに基づいて実証さ
れている。10000グループという大きさで使用するため
の適切な冗長度を得るためには、一つのグループが、少
なくとも10個のマーク、好ましくは15個より多くのマー
ク、更に好ましくは20個より多くのマークから構成され
なければならない。
ークによる、２ビットのコードを使用すれば、ほぼ任意
な（ランダムな）やり方で作られたマークから、好まし
くは、最大の長さを有する一連のマークの形で一連のマ
ークが構成される。この構成によれば、最も簡単な実施
態様において、相前後する、マークグループ間におい
て、後行グループはそれぞれ、前行グループを１マーク
ぶん後に位置ずれさせて作られていて、前行グループと
比較して付加されるマークは、前行グループの最初の二
つのマークの、いわゆる「排他的論理和」（“exclusiv
e or"）により、後行グループ中で決定される。このや
り方で、マークのグループは、読み取り間における、あ
る程度の冗長度（redundancy）を包有するので、例え
ば、損傷したマークを読み取る結果として生じたエラー
を大幅に修正することができる。一つのグループのサイ
ズの２倍にわたる隣接した一連のマークがつねに読み取
られるならば、後行マークグループを読み取ることによ
り該後行グループ所属のすべてのマークについて得られ
た情報の精度をチェックすることが可能であることが、
最大の長さを有する一連のマークを使用して疑似ランダ
ム的なやり方で作られた一連のマークに基づいて実証さ
れている。10000グループという大きさで使用するため
の適切な冗長度を得るためには、一つのグループが、少
なくとも10個のマーク、好ましくは15個より多くのマー
ク、更に好ましくは20個より多くのマークから構成され
なければならない。
マークを光学的に読み取るためには、パルス化された
照明を使用することが好ましい。照明のためにいわゆる
LED（発光ダイオード）を使用する場合、こうしてLEDの
数を制限してもよい。更にこのことは、光学的なリーダ
・ユニット、好ましくはCCD（電荷結合素子）にとって
有利である。パネル化された照明の場合、光学的なリー
ダ・ユニットは、二つの条件、すなわち、照明なしの条
件と照明を伴った条件のもとで測定を行うことができ
る。照明が行われている間、同リーダ・ユニットはマー
クを読み取ることができ、一方、照明が行われていない
間、同リーダ・ユニットは次の読み取り動作のための準
備ができる。例えば、リーダ・ユニットのリセットや校
正を行うようにしてもよい。このようにすれば、一連の
移動するマークの読み取り精度を高めることができる。
更に、パルス化された照明の場合、リーダ・ユニットが
読み取りを行う時間を照明の周波数によって制御するこ
とができる。この結果、連続した照明の場合と比べ、読
み取り制御（read−in control）をかなり簡素化でき
る。パルス化された照明を行うためには、300Hzの周波
数で、20μｓないし100μｓの持続時間を有するパルス
を選択することが好ましい。リーダ・ユニットとしてCC
Dを使用するときは、約880nmの電磁波長範囲で照明を行
うようにすることが好ましい。上記波長範囲で効果のあ
るタイプのLEDから発する光の出力は強い。例えば、GaA
lAs赤外発光ダイオードを上記の目的のために使用する
ことができる。長さが約13mm,幅が約5mmでほぼ矩形の形
状を有する読み取られる表面を、パルス化された状態で
照明するために、６個から10個、好ましくは８個のLED
が使用される。
照明を使用することが好ましい。照明のためにいわゆる
LED（発光ダイオード）を使用する場合、こうしてLEDの
数を制限してもよい。更にこのことは、光学的なリーダ
・ユニット、好ましくはCCD（電荷結合素子）にとって
有利である。パネル化された照明の場合、光学的なリー
ダ・ユニットは、二つの条件、すなわち、照明なしの条
件と照明を伴った条件のもとで測定を行うことができ
る。照明が行われている間、同リーダ・ユニットはマー
クを読み取ることができ、一方、照明が行われていない
間、同リーダ・ユニットは次の読み取り動作のための準
備ができる。例えば、リーダ・ユニットのリセットや校
正を行うようにしてもよい。このようにすれば、一連の
移動するマークの読み取り精度を高めることができる。
更に、パルス化された照明の場合、リーダ・ユニットが
読み取りを行う時間を照明の周波数によって制御するこ
とができる。この結果、連続した照明の場合と比べ、読
み取り制御（read−in control）をかなり簡素化でき
る。パルス化された照明を行うためには、300Hzの周波
数で、20μｓないし100μｓの持続時間を有するパルス
を選択することが好ましい。リーダ・ユニットとしてCC
Dを使用するときは、約880nmの電磁波長範囲で照明を行
うようにすることが好ましい。上記波長範囲で効果のあ
るタイプのLEDから発する光の出力は強い。例えば、GaA
lAs赤外発光ダイオードを上記の目的のために使用する
ことができる。長さが約13mm,幅が約5mmでほぼ矩形の形
状を有する読み取られる表面を、パルス化された状態で
照明するために、６個から10個、好ましくは８個のLED
が使用される。
光学的な読出しのためにCCDをリーダ・ユニットとし
て使用するときは、256ピクセルを有するいわゆる１チ
ャンネル出力CCD（single array CCD）を使用すること
が好ましい。一連のマークが、間隔を一定にした太いバ
ーと細いバーとから構成され、一つのマークグループが
約14個ないし20個のマークから構成されているときに
は、一つの細いバーのマークは、１チャンネル出力CCD
を使用して三つ以上のピクセル上に表示される。
て使用するときは、256ピクセルを有するいわゆる１チ
ャンネル出力CCD（single array CCD）を使用すること
が好ましい。一連のマークが、間隔を一定にした太いバ
ーと細いバーとから構成され、一つのマークグループが
約14個ないし20個のマークから構成されているときに
は、一つの細いバーのマークは、１チャンネル出力CCD
を使用して三つ以上のピクセル上に表示される。
読み取るべき一連のマークとリーダ・ユニットとの間
に光学的なユニットが配設されていて、使用されるリー
ダ・ユニットが１チャンネル出力CCDであるときは、表
示比、すなわち拡大率がすべての方向に2:1であるよう
前記光学的なユニットを設計することが好ましい。この
場合、光学的なユニットは、比較的安価に使用すること
ができるタブレット（doublet lean）として構成するよ
うにしてもよい。ピクセルの高さが約2.5mmの１チャン
ネル出力CCDと組み合わせて光学的なユニットが使用さ
れる場合、高さが5mmのバー・マーク（bar marking）の
使用を許せる。その結果、バー・マークが接触（foulin
g）するおそれはなく、またダスト粒子が付着したため
に、不完全な読み取りが行われるおそれもない。幅より
も高さのかなり大きいピクセルを有する１チャンネル出
力CCDをバー・マークと組み合わせて選択することも好
ましい。なぜならば、光学的なユニットに比較的簡単な
構造を選択することができるとともに、例えば、円柱レ
ンズ等（cylinder optics）のごとき、２方向において
異なる表示尺度を有する光学的なユニットを必要としな
いからである。256個の「高い」ピクセルを有する１チ
ャンネル出力CCDと、タブレットと、間隔を一定にした
太いバー及び細いバーから構成された一連のマークと、
LEDを使用してパルス化された照明とを組み合わせるこ
とにより、働きが信頼でき、効果的でかつ比較的安価な
位置検出装置が提供される。より優れた性能を得るた
め、必要とあればトリプレット（triplet lens）を光学
的なユニットに使用するよう選択することが可能であ
る。焦点距離が20mmないし30mmであって、リーダ・ユニ
ット（例えば、CCD）と一連のマークとの間隔が焦点距
離の約３倍ないし４倍であるように光学的なユニットを
構成することが好ましい。
に光学的なユニットが配設されていて、使用されるリー
ダ・ユニットが１チャンネル出力CCDであるときは、表
示比、すなわち拡大率がすべての方向に2:1であるよう
前記光学的なユニットを設計することが好ましい。この
場合、光学的なユニットは、比較的安価に使用すること
ができるタブレット（doublet lean）として構成するよ
うにしてもよい。ピクセルの高さが約2.5mmの１チャン
ネル出力CCDと組み合わせて光学的なユニットが使用さ
れる場合、高さが5mmのバー・マーク（bar marking）の
使用を許せる。その結果、バー・マークが接触（foulin
g）するおそれはなく、またダスト粒子が付着したため
に、不完全な読み取りが行われるおそれもない。幅より
も高さのかなり大きいピクセルを有する１チャンネル出
力CCDをバー・マークと組み合わせて選択することも好
ましい。なぜならば、光学的なユニットに比較的簡単な
構造を選択することができるとともに、例えば、円柱レ
ンズ等（cylinder optics）のごとき、２方向において
異なる表示尺度を有する光学的なユニットを必要としな
いからである。256個の「高い」ピクセルを有する１チ
ャンネル出力CCDと、タブレットと、間隔を一定にした
太いバー及び細いバーから構成された一連のマークと、
LEDを使用してパルス化された照明とを組み合わせるこ
とにより、働きが信頼でき、効果的でかつ比較的安価な
位置検出装置が提供される。より優れた性能を得るた
め、必要とあればトリプレット（triplet lens）を光学
的なユニットに使用するよう選択することが可能であ
る。焦点距離が20mmないし30mmであって、リーダ・ユニ
ット（例えば、CCD）と一連のマークとの間隔が焦点距
離の約３倍ないし４倍であるように光学的なユニットを
構成することが好ましい。
256個のピクセルを有するいわゆる１チャンネル出力C
CDを使用するときは、リーダ・ユニットから伝送された
信号を処理するために８ビットA/Dコンバーターを使用
することが好ましい。同A/Dコンバーターから生じた信
号は次にコンピュータに送られ、同コンピュータは位置
に関する情報を作り出す。１チャンネル出力CCDを多チ
ャンネル出力CCD（multiple array CCD）と取り代えた
場合、適当とあれば、A/Dコンバーターの介在なしで、C
CDから発信された信号を直接コンピュータに伝えるよう
にしてもよい。
CDを使用するときは、リーダ・ユニットから伝送された
信号を処理するために８ビットA/Dコンバーターを使用
することが好ましい。同A/Dコンバーターから生じた信
号は次にコンピュータに送られ、同コンピュータは位置
に関する情報を作り出す。１チャンネル出力CCDを多チ
ャンネル出力CCD（multiple array CCD）と取り代えた
場合、適当とあれば、A/Dコンバーターの介在なしで、C
CDから発信された信号を直接コンピュータに伝えるよう
にしてもよい。
本発明はまた、位置が変わる物体を位置ぎめする方法
に関する。この方法によれば、１グループのマークを読
み取った後、一連のマークに対するスキャナ・ユニット
の位置は、当該グループの、位置検出装置上の位置に関
する所定のデータを使用して該グループ内のマークの配
置順序に基づいて決定される。この方法を使用するとき
は、マークの関係寸法及びマーク相互間の間隔よりかな
り高い精度で、非常に正確な位置決めを保証するために
は、一つ以上のマークの境界或は側部をグループから決
定することが好ましい。0.6mmの間隔をあけて互いに側
部を向い合わせて配置されて、幅が0.2mmと0.4mmとのバ
ーから成る14個のマークから一つのグループが構成され
ている場合、前記精度は少なくとも0.6mmであり、この
精度は、グループのマークのすべての（28個の）側部を
測定することにより、少なくとも３μｍまで高めること
ができる。前述の疑似ランダム的なやり方で作られた一
連のマークを使用することなく、約６μｍまでの長さに
わたって上記のやり方で測定を行うことができる。この
結果、それぞれ隣接グループを１マークぶんずつ位置ず
れさせて成る約10000個のグループを利用することがで
きる。二つ以上のグループを読み取ることにより、例え
ば、マークが汚染されたために一つのグループを不完全
に読み取るような不具合を、上述の精度を保持しながら
解消することができる。
に関する。この方法によれば、１グループのマークを読
み取った後、一連のマークに対するスキャナ・ユニット
の位置は、当該グループの、位置検出装置上の位置に関
する所定のデータを使用して該グループ内のマークの配
置順序に基づいて決定される。この方法を使用するとき
は、マークの関係寸法及びマーク相互間の間隔よりかな
り高い精度で、非常に正確な位置決めを保証するために
は、一つ以上のマークの境界或は側部をグループから決
定することが好ましい。0.6mmの間隔をあけて互いに側
部を向い合わせて配置されて、幅が0.2mmと0.4mmとのバ
ーから成る14個のマークから一つのグループが構成され
ている場合、前記精度は少なくとも0.6mmであり、この
精度は、グループのマークのすべての（28個の）側部を
測定することにより、少なくとも３μｍまで高めること
ができる。前述の疑似ランダム的なやり方で作られた一
連のマークを使用することなく、約６μｍまでの長さに
わたって上記のやり方で測定を行うことができる。この
結果、それぞれ隣接グループを１マークぶんずつ位置ず
れさせて成る約10000個のグループを利用することがで
きる。二つ以上のグループを読み取ることにより、例え
ば、マークが汚染されたために一つのグループを不完全
に読み取るような不具合を、上述の精度を保持しながら
解消することができる。
一定の間隔パターンを有して三つのバー太さから構成
されていて、光学的に読出すことができるようにされた
一連のマークは、日本公開特許公報昭60−63416号によ
りすでに公知である。この一連のマークの場合、一定間
隔おきの細いバーと中間の太さのバーとの５個が一つの
グループのマークを構成して成る組に続いて、これらの
より大きい間隔を有する一つの太いバーが設けられてお
り、これにより前記グループのマークの境界が定められ
ている。バーの３種の太さを使用するには面倒な設置作
業が必要である。更に、この公知のシステムの場合、
（好ましくは５μｍより高い精度で）本発明において期
待される範囲の大きさのオーダーで位置的に正確な作業
を行うためには、異なったグループを同時に読み取るこ
とが必要である。したがって、例えば、上述の疑似ラン
ダム的なテクニックを使用して、この公知の位置検出装
置を冗長的に実施することは困難である。結果として、
この公知の位置検出装置は、本発明において期待される
ような、安価に製作することができ正確で信頼できる位
置検出装置として使用するには、上述の問題点が解決さ
れない限り適していない。
されていて、光学的に読出すことができるようにされた
一連のマークは、日本公開特許公報昭60−63416号によ
りすでに公知である。この一連のマークの場合、一定間
隔おきの細いバーと中間の太さのバーとの５個が一つの
グループのマークを構成して成る組に続いて、これらの
より大きい間隔を有する一つの太いバーが設けられてお
り、これにより前記グループのマークの境界が定められ
ている。バーの３種の太さを使用するには面倒な設置作
業が必要である。更に、この公知のシステムの場合、
（好ましくは５μｍより高い精度で）本発明において期
待される範囲の大きさのオーダーで位置的に正確な作業
を行うためには、異なったグループを同時に読み取るこ
とが必要である。したがって、例えば、上述の疑似ラン
ダム的なテクニックを使用して、この公知の位置検出装
置を冗長的に実施することは困難である。結果として、
この公知の位置検出装置は、本発明において期待される
ような、安価に製作することができ正確で信頼できる位
置検出装置として使用するには、上述の問題点が解決さ
れない限り適していない。
以下、添付図面に示されている本発明の実施例に基づ
いて本発明を詳細に説明する。
いて本発明を詳細に説明する。
図１は、ピストン形シリンダのピストンロッドに取り
付けられた、本発明による位置検出装置を概略的に示す
もので、該位置検出装置の一部が断面図により図解され
ている。
付けられた、本発明による位置検出装置を概略的に示す
もので、該位置検出装置の一部が断面図により図解され
ている。
図２は、図１に示されている、センサとピストンロッ
ドとのIIの部分を詳細に図解したものである。
ドとのIIの部分を詳細に図解したものである。
図１はシリンダ１を示しており、ピストンがシリンダ
１内で前後に、すなわち、図の左から右へまたは右から
左に向かって移動することができる。シリンダ１の端壁
を通って外側に突き出たピストンロッド３がピストン２
に取り付けられており、同ピストンロッド３の自由端
は、更に詳細には図示されていない物体を適切に作動さ
せることができるよう構成されている。ピストン２をシ
リンダ１の内側で移動させるため、分配器５と管路６と
を介して供給排出管路４を通じてポンプ（図示せず）に
よってシリンダ１内に作動流体が送り込まれたり、シリ
ンダ１から作動流体が排出されたりする。
１内で前後に、すなわち、図の左から右へまたは右から
左に向かって移動することができる。シリンダ１の端壁
を通って外側に突き出たピストンロッド３がピストン２
に取り付けられており、同ピストンロッド３の自由端
は、更に詳細には図示されていない物体を適切に作動さ
せることができるよう構成されている。ピストン２をシ
リンダ１の内側で移動させるため、分配器５と管路６と
を介して供給排出管路４を通じてポンプ（図示せず）に
よってシリンダ１内に作動流体が送り込まれたり、シリ
ンダ１から作動流体が排出されたりする。
図示のように、一連のマーク７がピストンロッド３上
に付されている。図２に更に詳細に示されているよう
に、この一連のマーク７は、互いの側面間に少しずつ距
離をおいている太いバーと細いバーとから構成されてい
る。また、この一連のマーク７は、12個のマークより成
る継続したグループから構成されていて、一つのグルー
プはつねに前のグループを１マークぶん位置ずれさせて
成っている。この構成によって、１グループ内での配置
順序が該一連のマークについて固有のものであるように
太いバーと細いバーとが組み合わせられている。
に付されている。図２に更に詳細に示されているよう
に、この一連のマーク７は、互いの側面間に少しずつ距
離をおいている太いバーと細いバーとから構成されてい
る。また、この一連のマーク７は、12個のマークより成
る継続したグループから構成されていて、一つのグルー
プはつねに前のグループを１マークぶん位置ずれさせて
成っている。この構成によって、１グループ内での配置
順序が該一連のマークについて固有のものであるように
太いバーと細いバーとが組み合わせられている。
図２を参照すれば、検出器８の検出領域が一点鎖線に
より図示されている。図から容易に理解することができ
るように、上述の構成のおかげで検出器８は12のマーク
より成る一つのグループを正確に検出することができ
る。１グループ内のマークの配置順序のような、これら
のマークに関するデータと、位置の正確な決定のため
に、マークの側部（互いに向かい合う側部）に関するデ
ータとが中央処理装置９に伝送される。検出器８により
読み取られたデータは更に前記中央処理装置９で処理さ
れる。検出器８による読み取りに引き続いて処理された
これらのデータは、ピストンロッド３上のマークの、検
出されたグループの位置についてメモリ内に記憶されて
いるデータと比較される。例えば、前記記憶されている
データは、マーク７が付された後に行われた校正に基づ
いて得られたものである。ピストン２を制御するため、
上述の比較に基づいて分配器５が制御される。ピストン
形シリンダは、例えば、液圧装置でもよく、空気圧装置
でもよい。
より図示されている。図から容易に理解することができ
るように、上述の構成のおかげで検出器８は12のマーク
より成る一つのグループを正確に検出することができ
る。１グループ内のマークの配置順序のような、これら
のマークに関するデータと、位置の正確な決定のため
に、マークの側部（互いに向かい合う側部）に関するデ
ータとが中央処理装置９に伝送される。検出器８により
読み取られたデータは更に前記中央処理装置９で処理さ
れる。検出器８による読み取りに引き続いて処理された
これらのデータは、ピストンロッド３上のマークの、検
出されたグループの位置についてメモリ内に記憶されて
いるデータと比較される。例えば、前記記憶されている
データは、マーク７が付された後に行われた校正に基づ
いて得られたものである。ピストン２を制御するため、
上述の比較に基づいて分配器５が制御される。ピストン
形シリンダは、例えば、液圧装置でもよく、空気圧装置
でもよい。
本発明は、添付図面に図示され上述された実施例にの
み限定されるものではないことは勿論のことである。例
えば、この位置検出装置は、ねじが刻設されたスピンド
ルのごとき、ピストンロッド以外の物体にも好適に適用
することができる。また、例えば、光学的な手段の代わ
りに磁気的な手段または機械的な手段を使用して検出を
行うことも可能である。また、前記一連のマークを定置
状態にすることが可能であるとともに、位置が変わる物
体に前記検出器を取り付けることも可能である。更に、
この位置検出装置は、直線に沿って移動することにより
位置を変える物体に好適に使用することができるばかり
でなく、円形を描きながら移動する物体、例えば、中心
点の回りに回転するディスクにも好適に使用することが
できる。この場合、前記一連のマークは円形のパターン
に沿って作られる。検出領域と検出器とを、前記マーク
の、一つ以上のグループを検出できるよう適切に構成し
てもよい。これは、例えば、冗長度を有する読出し（re
dundant read−out）を確実に行うためであってもよ
い。12以上、または12以下のマークより成るグループを
使用することも可能である。各コードが一連のマークに
固有であるような一連のマークをいくつも使用すること
が可能であることは勿論のことであるが、共に用いられ
る一連のマークすべてのために、より頻繁に特定のコー
ドが現れるようにしてもよい。このような場合、ある時
点で検出されたグループが生じる一連のマークを特定す
ることが必要である。また、マーク間の、一定の間隔の
代わりに、変り得る間隔を使用することも可能である。
最後に、検出器の検出領域を一つのグループより小さく
設定してもよいことを指摘しておきたい。しかし、一つ
の完全なグループを検出するときには、例えば、位置が
変わる物体を移動させたり、またはレンズを使用してい
るときは位置検出装置のレンズを移動させたりする、と
いうように、位置検出装置を移動させることが必要であ
る。この位置検出装置は、並進移動にも回転移動にも好
適に使用することができる。回転移動の場合には円形の
パターン内に一連のマークが作られる。
み限定されるものではないことは勿論のことである。例
えば、この位置検出装置は、ねじが刻設されたスピンド
ルのごとき、ピストンロッド以外の物体にも好適に適用
することができる。また、例えば、光学的な手段の代わ
りに磁気的な手段または機械的な手段を使用して検出を
行うことも可能である。また、前記一連のマークを定置
状態にすることが可能であるとともに、位置が変わる物
体に前記検出器を取り付けることも可能である。更に、
この位置検出装置は、直線に沿って移動することにより
位置を変える物体に好適に使用することができるばかり
でなく、円形を描きながら移動する物体、例えば、中心
点の回りに回転するディスクにも好適に使用することが
できる。この場合、前記一連のマークは円形のパターン
に沿って作られる。検出領域と検出器とを、前記マーク
の、一つ以上のグループを検出できるよう適切に構成し
てもよい。これは、例えば、冗長度を有する読出し（re
dundant read−out）を確実に行うためであってもよ
い。12以上、または12以下のマークより成るグループを
使用することも可能である。各コードが一連のマークに
固有であるような一連のマークをいくつも使用すること
が可能であることは勿論のことであるが、共に用いられ
る一連のマークすべてのために、より頻繁に特定のコー
ドが現れるようにしてもよい。このような場合、ある時
点で検出されたグループが生じる一連のマークを特定す
ることが必要である。また、マーク間の、一定の間隔の
代わりに、変り得る間隔を使用することも可能である。
最後に、検出器の検出領域を一つのグループより小さく
設定してもよいことを指摘しておきたい。しかし、一つ
の完全なグループを検出するときには、例えば、位置が
変わる物体を移動させたり、またはレンズを使用してい
るときは位置検出装置のレンズを移動させたりする、と
いうように、位置検出装置を移動させることが必要であ
る。この位置検出装置は、並進移動にも回転移動にも好
適に使用することができる。回転移動の場合には円形の
パターン内に一連のマークが作られる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−131713（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−321583（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−147611（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−63416（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−33159（ＪＰ，Ｕ)
Claims (5)
- 【請求項１】２つのタイプのマーク（７）の列から成
り、任意の一つのマークから出発して所定個数の隣接し
た一群のマークが一つの位置を示すコードを成すマーク
の列と、上記マークの列に対して移動可能であって上記
一群のマークのコードを光学的に読み取るスキャナ・ユ
ニット（８）とから成る、位置が変わる物体のために使
用される位置検出装置において、 隣接する２つのマークの間に空白部分が設けられている
ことと、上記マークが細いバーと太いバーの２つタイプ
から成ることと、 上記スキャナ・ユニット（８）が上記マークの側部を検
出し、マークの境界が、一つ以上のマークについて少な
くとも一つのグループから決定されることと、 前記一連のマークに対するスキャナ・ユニットの相対的
位置を決定するために、前記境界の位置が参照データと
比較され、 上記相対位置が、前記一連のマークに対するスキャナ・
ユニットの位置を決定するために使用されることを特徴
とする位置検出装置。 - 【請求項２】マーク間の空白部が、0.1mmないし1.0mm、
好ましくは約0.6mmであることと、マークの幅が0.1ない
し1.0mm、好ましくは約0.2mmまたは0.4mmであることを
特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。 - 【請求項３】スキャナ・ユニット（８）が、定置されて
一つのグループのマーク（７）を走査するのに好適に使
用されることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装
置。 - 【請求項４】一つ以上のLEDが前記マークに面して配置
されていて、該LEDが、パルス動作を行う供給源に接続
されており、リーダー・ユニットが、中間のA/Dコンバ
ーターを介してコンピュータに連結された１チャンネル
出力CCDより成り、レンズを備えた光学的なユニットが
前記CCDと前記一連のマークとの間に配設されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。 - 【請求項５】請求項１に記載の位置検出装置を使用し
て、位置が変わる物体を位置ぎめする方法において、所
定数のマークがスキャナ・ユニットを使用して走査さ
れ、検出されたマークの配置順序がスキャナ・ユニット
の相対的位置を決定するために参照データと比較される
ことを特徴とする、位置が変わる物体を位置ぎめする方
法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL9201059 | 1992-06-15 | ||
| NL9201059A NL9201059A (nl) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | Positiedetectiesysteem. |
| PCT/NL1993/000130 WO1993025865A1 (en) | 1992-06-15 | 1993-06-15 | Position detection system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07504752A JPH07504752A (ja) | 1995-05-25 |
| JP2663212B2 true JP2663212B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=19860930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6501349A Expired - Fee Related JP2663212B2 (ja) | 1992-06-15 | 1993-06-15 | 位置検出装置 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5576535A (ja) |
| EP (1) | EP0670991B1 (ja) |
| JP (1) | JP2663212B2 (ja) |
| KR (1) | KR0185434B1 (ja) |
| AT (1) | ATE148784T1 (ja) |
| AU (1) | AU668981B2 (ja) |
| CZ (1) | CZ281886B6 (ja) |
| DE (1) | DE69308034T2 (ja) |
| FI (1) | FI945920A0 (ja) |
| NL (1) | NL9201059A (ja) |
| PL (1) | PL172185B1 (ja) |
| WO (1) | WO1993025865A1 (ja) |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE4431238A1 (de) * | 1994-09-02 | 1996-03-14 | Moto Meter Gmbh | Schrittmotor mit Lagesensor |
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