JP3009250B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアエンコーダやロ
ータリエンコーダなどの位置検出装置に係り、特に磁気
抵抗素子等の磁気センサを使用した位置検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】建設機械等の油圧シリンダには、バケッ
トなどの位置を制御するために、位置検出装置が設けて
ある。従来の油圧シリンダの位置検出装置は、シリンダ
ロッドの表面に周期的に形成した凹凸溝からなる電気磁
気特性変化部を設けるとともに、ロッドに近接して検出
素子である磁気センサを配置し、磁気センサによって電
気磁気特性変化部を検出して計数することにより、制御
対象であるバケット等の位置を検知するようにしてい
る。

【０００３】すなわち、位置検出装置は、一般に磁気セ
ンサを用いてブリッジ回路を構成し、電気磁気特性変化
部を構成している凹凸溝に基づく磁束のゆらぎを磁気セ
ンサによって検出し、ブリッジ回路が出力する正弦波信
号を差動増幅したのち、一定の閾値が設定してあるコン
パレータを用いて矩形波に波形整形し、矩形波の数をカ
ウントすることによって制御対象の位置を検知するよう
にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した正弦
波を波形整形して位置を求める方法は、シリンダの使用
中に温度が変化してロッドが熱膨張したり、熱分布の不
均一または凹凸溝の加工の不均一によって、磁気センサ
の検出信号の出力が変動したり、振幅が変化するなどし
て、出力される正弦波が不安定となる。このため、差動
増幅したのちの正弦波信号がコンパレータによって波形
整形されずに矩形波が生成されない場合を生じ、よって
正弦波の波数のミスカウントが発生して制御対象の正確
な位置検出、位置制御を困難にしている。

【０００５】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、制御対象の位置を精度よく検出
することができる位置検出装置を提供することを目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る位置検出装置は、被検出部に形成し
た周期的な電気磁気特性変化部を検出する検出素子の出
力信号を計数し、制御対象の位置を求める位置検出装置
において、前記検出素子の出力信号を微分する微分回路
と、この微分回路の出力信号のゼロクロスを検出するゼ
ロクロス検出回路と、このゼロクロス検出回路の出力信
号を計数する計数回路とを有することを特徴としてい
る。

【０００７】

【作用】上記の如く構成した本発明は、検出素子の出力
信号を微分して一次微分信号を生成し、一次微分信号の
ゼロクロスを検出して計数するようにしているため、検
出素子の検出信号のピークまたはボトムを確実に検出す
ることが可能となる。したがって、温度変化や温度分布
の不均一、または電気磁気特性変化部を形成する際の加
工精度の不均一に伴い、検出素子の出力信号の大きさが
変動したり、振幅が変化するなどして、出力信号が不安
定となっても、確実に電気磁気特性変化部を検出するこ
とができるので、制御対象の位置を正確に検出すること
ができる。

【０００８】

【実施例】本発明に係る位置検出装置の好ましい実施例
を、添付図面に従って詳説する。図１は、本発明の実施
例に係る位置検出装置のブロック図である。

【０００９】図１において、スケール１０は、例えば磁
性体からなるシリンダロッドによって構成されており、
表面に所定のピッチをもって周溝１２が設けてあり、凸
部１４からなる電気磁気特性変化部が形成してある。そ
して、スケール１０の近傍には、一対の検出素子１６
ａ、１６ｂが配置してある。

【００１０】各検出素子１６ａ、１６ｂは周知の構造を
しており、それぞれが複数の薄膜強磁性体磁気センサに
よってブリッジ回路を構成していて、磁気センサの背後
に、スケール１０の表面に直交した磁場を発生するバイ
アス磁石が設けてあり、スケール１０と相対移動したと
きに、スケール表面の凹凸による磁束のゆらぎを検出
し、正弦波の検出信号を出力する。また、各検出素子１
６ａ、１６ｂは、出力信号の位相が９０度異なるように
配置してあり、検出素子１６ａが後述するアップダウン
カウンタの計数値をカウントアップする信号を出力する
いわゆるＡ相用となっていて、検出素子１６ｂがアップ
ダウンカウンタの計数値をカウントダウンする信号を出
力するいわゆるＢ相用となっている。

【００１１】検出素子１６ａ、１６ｂは、それぞれの出
力端子が増幅器１８ａ、１８ｂに接続してあり、検出信
号が増幅器１８ａ、１８ｂによって差動増幅されるよう
になっている。そして、各増幅器１８ａ、１８ｂの出力
側には、位相判別器２０と、増幅器１８ａ、１８ｂの出
力信号を微分する微分回路２２ａ、２２ｂが接続してあ
り、微分回路２２ａ、２２ｂの出力がそれぞれゼロクロ
ス検出回路２４ａ、２４ｂに入力するようになってい
る。

【００１２】各ゼロクロス検出回路２４ａ、２４ｂは、
例えば入力してくる信号が正から負に変わったときに信
号を出力する比較器と、入力してくる信号が負から正に
変わったときに信号を出力する比較器と、これらの比較
器のいずれかの信号を受けてパルスを出力するワンショ
ット回路とから構成することができ、ワンショット回路
の出力したパルスを計数回路であるアップダウンカウン
タ２６に入力するようにしてある。すなわち、ゼロクロ
ス検出回路２４ａは、アップダウンカウンタ２６のアッ
プカウント用端子に接続してあり、ゼロクロス検出回路
２４ｂは、アップダウンカウンタ２６のダウンカウント
用端子に接続してある。

【００１３】増幅器１８ａ、１８ｂの出力信号が入力す
る位相判別器２０は、検出素子１６ａ、１６ｂのどちら
の出力信号の位相が進んでいるかを判断し、アップダウ
ンカウンタ２６にカウントアップまたはカウントダウン
の切替信号を入力する。このアップダウンカウンタ２６
の出力は位置演算器２８に送られ、位置演算器２８によ
って図示しない制御対象の位置を算出できるようにして
ある。

【００１４】上記の如く構成した実施例においては、ス
ケール１０が矢印Ａの方向に動き、スケール１０と検出
素子１６ａ、１６ｂとが相対移動すると、スケール１０
の凹凸の変化に応じて、検出素子１６ａ、１６ｂから正
弦波状の検出信号が出力される。しかし、検出素子１６
ａが出力する検出信号は、図２（Ａ）に示したように検
出素子１６ｂの出力信号より位相が９０度進んでいる。
そして、各検出素子１６ａ、１６ｂの出力信号は、増幅
器１８ａ、１８ｂによって差動増幅され、位相判別器２
０と微分回路２２ａ、２２ｂとに送られる。

【００１５】位相判別器２０は、図２（Ａ）のように検
出素子１６ａの出力信号の位相が検出素子１６ｂの出力
信号の位相より進んでいると、アップダウンカウンタ２
６に信号を送出し、アップダウンカウンタ２６をカウン
トアップ状態にする。一方、微分回路２２ａは、増幅器
１８ａから入力してきた正弦波状の信号を微分し、図３
に示したように、入力信号に対して９０度位相の進んだ
信号をゼロクロス検出回路２４ａに出力する。

【００１６】ゼロクロス検出回路２４ａは、微分回路２
２ａが出力した信号のゼロクロスＰ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ 、…
…を検出し、これらゼロクロスの検出毎にアップダウン
カウンタ２６のアップカウント用ピンにパルスを送る。
アップダウンカウンタ２６は、ゼロクロス検出回路２４
ａからパルスが入力する毎に計数値をカウントアップ
し、位置演算器２８に入力する。位置演算器２８は、ア
ップダウンカウンタ２６から送られてくる計数値に基づ
いて図示しない制御対象の位置を求め、表示装置や制御
装置に出力する。

【００１７】他方、スケール１０が矢印Ｂのように動く
と、検出素子１６ｂの検出信号が図２（Ｂ）のように検
出素子１６ａの検出信号より位相が進む。そこで、位相
判別器２０は、増幅器１８ａ、１８ｂを介して検出素子
１６ａ、１６ｂの信号を受けると、検出素子１６ｂの出
力信号の位相が検出素子１６ａの検出信号の位相より進
んでいるため、アップダウンカウンタ２６をカウントダ
ウンの状態にする。アップダウンカウンタ２６は、検出
素子１６ｂの検出信号に基づくゼロクロス検出回路２４
ｂから入力してくるパルスにより、計数値をカウントダ
ウンして位置演算器２８に出力する。位置演算器２８
は、前記と同様にアップダウンカウンタ２６の計数値に
基づいて制御対象の位置を演算する。

【００１８】このように、実施例においては、増幅器１
８ａ、１８ｂによって増幅した検出素子１６ａ、１６ｂ
の検出信号を微分して一次微分信号を生成し、この一次
微分信号のゼロクロスを検出してアップダウンカウンタ
２６の計数値をカウントアップまたはカウントダウンす
るため、検出素子１６ａ、１６ｂの検出信号が温度変化
や温度分布の不均一、周溝１２の加工精度の不均一によ
って出力信号の大きさが変動したり、振幅が変化するな
ど不安定になっても、検出信号のピークまたはボトムを
確実に検出することができ、制御対象の位置を正確に求
めることができる。

【００１９】なお、前記実施例においては、ゼロクロス
検出回路２４ａ、２４ｂが図３に示したゼロクロスＰ
₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ 、……を検出する場合について説明した
が、微分回路２２ａ、２２ｂの出力が負から正に変わる
Ｐ₁ 、Ｐ₃ 、……、または正から負に変わるＰ₂ 、Ｐ
₄ 、……のみを検出するようにしてもよい。また、前記
実施例においては、検出素子１６ａ、１６ｂが薄膜強磁
性体磁気センサによって構成してある場合について説明
したが、ホール素子や磁気抵抗素子等の半導体磁気セン
サ、量子型磁気センサ、コイルなどを用いてもよい。

【００２０】さらに、前記実施例においては、電気磁気
特性変化部が凸部１４である場合について説明したが、
電気磁気特性変化部はロッドを部分的に磁化させたり、
磁石の小片を貼り付けたりしてもよい。そして、前記実
施例においては、スケール１０がシリンダロッドである
リニアエンコーダの場合について説明したが、スケール
１０はシリンダロッドに限定されるものでなく、また回
転検出器や角度検出器等のロータリエンコーダにも適用
することができる。

【００２１】以上に説明したように、本発明によれば、
検出素子の出力信号を微分して一次微分信号を生成し、
一次微分信号のゼロクロスを検出して計数するようにし
ているため、検出素子の検出信号のピークまたはボトム
を確実に検出することが可能となる。したがって、温度
変化や温度分布の不均一、または電気磁気特性変化部を
形成する際の加工精度の不均一に伴い、検出素子の出力
信号の大きさが変動したり、振幅が変化するなどして、
出力信号が不安定となっても、確実に電気磁気特性変化
部を検出することができるので検出信号の波数を精度良
くカウントでき、制御対象の位置を正確に検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る位置検出装置のブロック
図である。

【図２】実施例の検出素子の検出信号の説明図である。

【図３】実施例の微分回路とゼロクロス検出回路との作
用を説明する図である。

【符号の説明】

１０……スケール、１４……電気磁気特性変化部（凸
部）、２２ａ、２２ｂ……微分回路、２４ａ、２４ｂ…
…ゼロクロス検出回路、２６……計数回路（アップダウ
ンカウンタ）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出部に形成した周期的な電気磁気特
   性変化部を検出する検出素子の出力信号を計数し、制御
   対象の位置を求める位置検出装置において、前記検出素
   子の出力信号を微分して一次微分信号を出力する微分回
   路と、この微分回路の出力する一次微分信号のゼロクロ
   スを検出するゼロクロス検出回路と、このゼロクロス検
   出回路の出力信号を計数する計数回路とを有することを
   特徴とする位置検出装置。