JP4660719B2 - 位置検出方法および位置検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置検出方法および位置検出装置に関する。さらに詳しくは、簡易な構成にもかかわらず検出精度が向上されてなるリニア駆動における位置検出方法および位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スライドテーブルなどの被駆動部材を直線運動、つまりリニア駆動させる１軸ガイドユニットとして、高価なリニアモータではなく回転型モータを用い、その回転出力を例えばボールねじにより直線駆動力に変換する方式のガイドユニットが用いられている。このような回転型モータを用いたガイドユニットには、被駆動部材の位置・速度を制御するために、被駆動部材の位置をリニアスケールにより直接的に検出し、この検出結果に基づきモータを制御するいわゆるフルクローズド制御の他、モータの回転位置をロータリエンコーダにより検出し、この検出信号を用いて被駆動部材の位置を間接的に検出するいわゆるセミクローズド制御によるものが多い。
【０００３】
これは、高精度なリニアスケールが非常に高価であるため、被駆動部材の位置を直接的に検出するものとした場合、その検出機構が非常に高価なものになってしまうという理由による。そこで、検出機構の安価なセミクローズド制御によることが多いが、この場合には制御精度がボールねじなどの駆動機構の精度に直接的に依存することになる。
【０００４】
ところが、高精度なボールねじは高価であり、したがってセミクローズド制御で高精度な位置制御を実現しようとすると、駆動機構が高価になってしまうという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、簡易な構成にもかかわらず検出精度が向上されてなる位置検出方法および位置検出装置を提供することを主たる目的とし、その位置検出方法を用いた駆動方法およびその位置検出装置を用いた駆動装置を提供することも目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１形態たる位置検出方法は、駆動軸に沿って移動させられる被駆動体の位置検出方法であって、前記被駆動体の移動に伴って、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対と、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対との周波数が同被駆動体の移動範囲において１異なるようにしてｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対を２組生成させ、前記２組のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対から１対のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を合成し、得られた合成ｓｉｎ信号および合成ｃｏｓ信号から合成ｔａｎ信号を生成し、その合成ｔａｎ信号に基づいて被駆動体の概略絶対位置を算出し、ついで前記概略絶対位置算出時における前記一方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号または他方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号の電圧値により、修正絶対位置候補を算出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略絶対位置に一番近い候補を修正絶対位置として検出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第１形態たる位置検出方法においては、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号は、例えばＮＳが交互に着磁された軸部材に対向配置された磁気抵抗素子ブロックにより生成される。その場合、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された一方の軸により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された他方の軸により生成されてもよく、また一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の一方の側面により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の他方の側面により生成されてもよい。
【０００９】
一方、本発明の第２形態たる位置検出装置は、駆動軸に沿って移動させられる被駆動体の位置検出装置であって、前記被駆動体の移動に伴って、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対と、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対との周波数が同被駆動体の移動範囲において１異なるようにしてｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対を２組生成させ、前記２組のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対から１つのｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を合成し、得られた合成ｓｉｎ信号および合成ｃｏｓ信号から合成ｔａｎ信号を生成し、その合成ｔａｎ信号に基づいて被駆動体の概略絶対位置を算出し、ついで前記概略絶対位置算出時における前記一方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号または他方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号の電圧値により、修正絶対位置候補を算出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略絶対位置に一番近い候補を修正絶対位置として検出するように構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２形態たる位置検出装置においては、例えばｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が、ＮＳが交互に着磁された軸部材に対向配置された磁気抵抗素子ブロックにより生成されるように構成されてなるものとされる。この場合、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された一方の軸により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された他方の軸により生成されるように構成されてもよく、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の一方の側面により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の他方の側面により生成されるように構成されてもよい。
【００１２】
そして、本発明の第１形態たる位置検出方法は、リニア駆動方法に適用され、また本発明の第２形態たる位置検出装置は、リニア駆動装置に備えられる。
【００１３】
本発明の第３形態たる駆動方法は、駆動軸に沿って移動させられる被駆動体を位置検出装置による検出位置を用いて駆動する駆動方法であって、前記位置検出装置が、運転時に、該被駆動体の位置に応じて変化するｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号に基づきインクリメンタル式に同被駆動体の絶対位置を検出するとともに、運転停止時に、駆動軸の絶対回転位置を検出するエンコーダ出力と前記インクリメンタル式に検出される被駆動体の絶対位置との対応関係に関する情報を保持し、再起動時に、前記保持された情報を参照して前記エンコーダ出力に基づき被駆動体の絶対位置を演算し、該演算された絶対位置を基準として前記インクリメンタル式に被駆動体の絶対位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４形態たる駆動装置は、駆動軸に沿って移動させられる被駆動体の位置検出装置を備えた駆動装置であって、前記位置検出装置が、運転時に、被駆動体の位置に応じて変化するｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号に基づきインクリメンタル式に被駆動体の絶対位置を検出するとともに、運転停止時に、駆動軸の絶対回転位置を検出するエンコーダ出力と前記インクリメンタル式に検出される被駆動体の絶対位置との対応関係に関する情報を保持し、再起動時に、前記保持された情報を参照して前記エンコーダ出力に基づき被駆動体の絶対位置を演算し、該演算された絶対位置を基準として前記インクリメンタル式に被駆動体の絶対位置を検出することを特徴とする。
【００１５】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、安価な構成により軸に沿って駆動されている被駆動体の位置を精度よく検出できる。また、本発明の位置検出方法および位置検出装置をリニア駆動などに適用すれば、位置決め精度のよい駆動装置を安価に構成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１７】
実施形態１
図１に、本発明の実施形態１に係る位置検出方法が適用されているガイドユニットの概略構成をブロック図で示す。
【００１８】
ガイドユニットＡは、具体的には、回転型モータＭと、このモータＭの回転出力を直線駆動力に変換して被駆動体としてのテーブルＴを直線駆動する駆動機構（リニア駆動機構）１０と、駆動機構１０により駆動されるテーブルＴの位置を検出し、検出された位置を表す信号を位置検出信号として出力する位置検出機構２０と、位置検出機構２０の出力信号に基づいてテーブルＴが適切な加速運動、等速運動および減速運動を行って所望の位置まで移動するようモータＭを制御する制御部３０とを主要構成要素として備えてなる。
【００１９】
図２に、本ガイドユニットの概略構成を示す。なお、図２において、同（ａ）は側面図を示し、同（ｂ）は平面図を示す。
【００２０】
駆動機構１０は、図２に示すように、モータＭにより回転されるシャフト１１と、このシャフト１１に嵌装されシャフト１１の回転に応じてシャフト１１の軸方向に移動してテーブルＴを駆動するベアリング１２と、テーブルＴの移動をガイドする２本のガイド部材１３，１４とから構成される。
【００２１】
シャフト１１は、滑らかな外周表面を有する丸棒状部材であり、モータＭの回転軸と接続されモータＭの回転出力により回転駆動される。
【００２２】
ベアリング１２は、フリクション式のベアリングとされ、シャフト１１外周表面との間に発生する摩擦力によってシャフト１１の回転に応じて軸方向に移動するものとされる。かかる機能を有するベアリングとして、例えば旭精工製のロータリーライナーを好適に用いることができる。
【００２３】
各ガイド部材１３、１４は、丸棒状もしくは角棒状部材とされ、テーブルＴと係合してテーブルＴの移動をガイドするとともに、次に説明する位置検出機構２０の構成要素として機能するものとされる。
【００２４】
次に、図３も参照して位置検出機構２０の構成を説明する。
【００２５】
位置検出機構２０は、テーブルＴの位置に応じた信号を出力するセンサ部２１と、センサ部２１の出力信号に基づき特にシステムの起動時にテーブルＴの概略的な絶対位置を演算する概略絶対位置演算部２２と、概略絶対位置演算部２２により演算される概略的な絶対位置に関する情報を参照してセンサ部２１の出力信号に基づき、より精確なテーブルＴの絶対位置を演算する修正絶対位置演算部２３とから構成される。
【００２６】
センサ部２１は、駆動機構１０の各ガイド部材１３、１４のそれぞれにテーブルＴの可動範囲Ｌに亘って設けられる磁界発生部２４Ａ、２４Ｂと、各磁界発生部２４Ａ、２４Ｂのそれぞれと対向するようにテーブルＴに設けられる一対の磁気抵抗素子ブロック２５Ａ，２５Ｂとから構成される。
【００２７】
より具体的には、図４に示すように、ガイド部材１３（１４）にはテーブルＴの可動範囲Ｌに亘って一対のＮ極およびＳ極からなる磁石片１５が複数形成される。各磁石片１５は、ガイド部材１３（１４）の一側でＮ極およびＳ極が軸方向に等間隔で交互に並ぶように着磁されており、これにより磁界発生部２４Ａ（２４Ｂ）がガイド部材１３（１４）の一側に形成されるものとされる。
【００２８】
また、磁界発生部２４Ａ（２４Ｂ）における各磁石片１５の着磁は、磁界発生部２４Ａ（２４Ｂ）に平行な所定の直線Ｒ上で磁界が精確に正弦波状に変化するようになされるものとされる。
【００２９】
さらに、各磁界発生部２４Ａ、２４Ｂに形成される磁石片１５の個数は偶数個とされ、かつ各磁界発生部２４Ａ、２４Ｂの磁極の数は互いに数２異なるよう形成される。したがって磁界発生部２４Ａ、２４Ｂの軸方向に並ぶ一対のＮ極およびＳ極からなる磁極の組の数（以下、磁極組数という）は、各磁界発生部２４Ａ、２４Ｂの間で数１相違するものとされるとともに、いずれかの磁界発生部２４Ａ、２４Ｂの磁極組数は、モータＭの電気的サイクルの整数分の１となるように形成される。例えば、モータＭの電気的サイクル数が５０であれば、一方の磁界発生部２４Ａの磁極組数が５０（５０／１）、２５（５０／２）、１０（５０／５）、５（５０／１０）などとなるように形成され、他方の磁界発生部２４Ｂの磁極組数が、５１または４９、２６または２４、１１または９、６または４などとなるように形成される。
【００３０】
次に、図５を参照して、磁気抵抗素子ブロック２５の構成を説明する。なお、各磁気抵抗素子ブロック２５Ａ，２５Ｂは同様の構成とされるため、一方の磁気抵抗素子ブロック２５Ａについてその構成・動作を説明し、他方の磁気抵抗素子ブロック２５Ｂについては対応する構成要素の符号を（）付で示して付帯的に説明するものとする。
【００３１】
磁気素子ブロック２５Ａ（２５Ｂ）は、テーブルＴが移動するとき前記直線Ｒに沿って移動するように設けられる２個の磁気抵抗素子（以下、単に素子という）２６Ａ（２６Ｃ）、２６Ｂ（２６Ｄ）を備えてなるものとされる。ここで、この素子２６は、よく知られているように、透過する磁束の変化に応じて電気抵抗が変化する特性を有する素子とされる。
【００３２】
そして、この第１素子２６Ａ（２６Ｃ）および第２素子２６Ｂ（２６Ｄ）は、直線Ｒ上の磁界変化を１／４周期ずらして検出するように配設されるものとされる。また、第１素子２６Ａ（２６Ｃ）および第２素子２６Ｂ（２６Ｄ）は、磁界変化に応じた電圧波形を出力するように公知のブリッジ回路（例えば特許３０５８４０６号公報参照）に組み込まれるものとされる。
【００３３】
したがって、第１素子２６Ａ（２６Ｃ）および第２素子２６Ｂ（２６Ｄ）の出力信号波形は、互いに位相がπ／２ずれた正弦波状波形となる。なお、前掲の特許３０５８４０６号公報と同様に、第１素子２６Ａ（２６Ｃ）および第２素子２６Ｂ（２６Ｄ）とそれぞれ１／２周期ずらして直線Ｒ上の磁界変化を検出するように、第３、第４の磁気抵抗素子２６Ｅ、２６Ｆを設け、これらを前記公知のブリッジ回路に組み込むようにして検出精度の向上を図ることも可能である。
【００３４】
次に、概略絶対位置演算部２２の動作を説明する。
【００３５】
概略絶対位置演算部２２は、センサ部２１の出力信号に基づきテーブルＴの絶対位置を概略的に把握する概略絶対位置演算処理を行う。以下、概略絶対位置演算処理につき説明する。
【００３６】
概略絶対位置演算処理
各磁気抵抗素子ブロック２５Ａ，２５Ｂの第１素子２６Ａ、２６Ｃが、対応する磁界発生部２１Ａ、２１Ｂの一方の端点Ｐ（図４参照）にあるときのテーブルＴの位置を基準位置（原点）Ｏ（図６参照）として設定する。ここで、第１磁界発生部２４Ａの磁極組数をｍで表し、第２磁界発生部２４Ｂの磁極組数をｎで表すものとする（以下、ｎ−ｍ＝１であるものとして説明する）。また、テーブルＴの可動範囲Ｌの長さを値Ｌ１とし、テーブルＴの基準位置Ｏからの距離をＬｔで表すものとする。
【００３７】
また、図６に示すように、円周が長さＬ１である円Ｏ´において円周上の一点を基準位置Ｏとし、点Ｏから反時計回りに円周上で距離Ｌｔを計るものとして、距離（円弧）Ｌｔに対応する内角θを定義する。
【００３８】
ここで、テーブルＴが可動範囲Ｌの一方の端点Ｐにあるときに、第１磁気抵抗素子ブロック２５Ａの第１素子２６Ａが同様に端点Ｐに対向する位置に配設されているものとすると、その出力信号Ｖ1は下記式（１）のように表すことができる。
【００３９】
Ｖ1＝αsin（ｍθ）＋β （１）
【００４０】
但し、αおよびβは、素子２６の出力特性や各素子２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄが組み込まれるブリッジ回路の構成などに応じて決まる係数である。以下、説明の簡単化のためにα＝１、β＝０として説明する。すなわち、
【００４１】
Ｖ1＝sin（ｍθ） （２）
とする。
【００４２】
このとき、第１磁気抵抗素子ブロック２５Ａの第２素子２６Ｂが第１素子２６Ａよりも位相がπ／２進んだ磁界変化を検出する位置に配設されているものとすると、その出力信号Ｖ2は下記式（３）のように表すことが可能である。
【００４３】
Ｖ2＝cos（ｍθ） （３）
【００４４】
同様に、第２磁気抵抗素子ブロック２５Ｂの第１素子２６Ｃおよび第２素子２６Ｄの出力信号Ｖ3およびＶ4はそれぞれ下記式（４）および式（５）のように表すことができる。
【００４５】
Ｖ3＝sin（ｎθ） （４）
【００４６】
Ｖ4＝cos（ｎθ） （５）
【００４７】
式（２）〜式（５）によく知られている三角関数の公式を適用して、
【００４８】
【００４９】
式（６）および式（７）より、
【００５０】
したがって、式（８）に三角関数の逆変換を適用して、各信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4の具体的な信号値を用いてその時点の距離Ｌｔに対応する角度（以下、絶対位置角度という）θｔを演算することが可能となる。
【００５１】
このようにして、センサ部２１の各素子２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄの出力信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4を用いて、例えばガイドユニットＡの起動時にテーブルＴの絶対位置Ｌｔをある程度の精度で演算することが可能となる。
【００５２】
図７に第１磁界発生部２１Ａの磁極組数ｍを５とし、第２磁界発生部２１Ｂの磁極組数ｎを６とした場合の、各出力信号Ｖ1，Ｖ3の波形と、各出力信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4から前記式（６）、（７）を用いて導かれる関数sinθ、cosθの波形とを比較して示す。
【００５３】
同図に示すように、各信号Ｖ1，Ｖ3はテーブルＴが可動範囲Ｌの一端点Ｐ（θ＝０）から他端点Ｐ´（図４参照、θ＝２π）まで移動する間に正弦波状に５周期または６周期で変化する。これに対して、前記関数sinθ、cosθはそれぞれ可動範囲Ｌで１周期変化するだけであるから、これら２つの関数sinθ、cosθを用いて絶対位置角度θｔを演算することが可能である。
【００５４】
ところが、このように可動範囲Ｌで１周期しか変化しない関数sinθ、cosθを合成により求め、これにより絶対位置角度θｔを演算するものとすると、元の単独の信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4の信号値から位置を演算する場合よりも精度自体は低下するという問題がある（後述の精度に関する説明参照）。このため、本実施形態では、概略絶対位置演算処理で得られた絶対位置（以下、概略絶対位置という）Ｌｔをそのまま用いるのではなく、修正絶対位置演算部２３が概略絶対位置Ｌｔを参照して、さらに高精度な絶対位置（以下、修正絶対位置という）Ｌａを演算するための修正絶対位置演算処理を実施し、この修正絶対位置Ｌａを用いて制御部３０がモータＭを制御するものとされる。
【００５５】
以下、修正絶対位置演算処理を説明する。
【００５６】
修正絶対位置演算処理
概略絶対位置演算処理により演算される絶対位置角度（以下、概略絶対位置角度という）がθ1であるものとする。また、このとき、第１磁気抵抗素子ブロック２５Ａの第１素子２６Ａの出力信号Ｖ1の信号値がＶ1Aであるものとすると、下記式（９）の方程式を解くことにより各修正絶対位置角度候補θA1，θA2，…が得られる。
【００５７】
Ｖ1A＝sin（ｍθ） （θ：０≦θ≦２π） （９）
【００５８】
こうして得られる各修正絶対位置角度候補θA1，θA2，…の中で概略絶対位置角度θ1に一番近いものを修正絶対位置角度θAとして選択する。
【００５９】
このようにして、修正絶対位置角度θAが同定されると、これを用いてその時点の精確なテーブルＴの絶対位置Ｌｔ、つまり修正絶対位置Ｌａが演算され、後はこの点を基準に信号Ｖ1を用いてインクリメンタル式にテーブルＴの絶対位置Ｌｔが演算される。
【００６０】
このようにして、信号Ｖ1を用いて演算される絶対位置Ｌｔの精度は、例えば、正弦波状信号Ｖ1の１波長を８ビットのディジタル信号で表し得るだけの精度があれば、磁極組数ｍを５０として１／（５０×２５６）＝１／１２８００の分解能を備えさせることができる。
【００６１】
したがって、シャフト１１とフリクション式のベアリング１２とを用いた安価な駆動機構１０によりテーブルＴを駆動するものとした場合にも、テーブルＴの位置を精確に検出することができるので、結果として高精度なテーブルＴの位置制御・速度制御を実施することが可能となる。また、本実施形態の位置検出機構２０も例えば着磁用の高精度な治具を一度製作するだけで高精度な磁界発生部を簡単に繰り返し製造することができるから低コストなものとすることが容易である。
【００６２】
実施形態２
図８に本発明の実施形態２に係るガイドユニットの概略構成を示す。このガイドユニットＡ１は、実施形態１の被駆動部（テーブルＴ）を駆動するための駆動方法および磁界発生部の設置態様を改変してなるものであり、その余の構成は実施形態１と同様とされる。
【００６３】
すなわち、ガイドユニットＡ１は、被駆動部材としての平板状部材Ｔ１と、モータＭ１と、実施形態１と同様構成の位置検出機構２０および制御部３０（共に、図示省略する）とを備えてなるものとされる。
【００６４】
平板状部材Ｔ１は、モータＭ１の回転軸６１が例えば油圧機構（不図示である）により平板状部材Ｔ１の一方の表面６２に押し付けられて、回転軸６１外周部との間で働く摩擦力により回転軸６１により直接的に駆動されるものとされる。
【００６５】
また、平板状部材Ｔ１の両側面６３Ａ、６３Ｂには、可動範囲Ｌ２に亘って実施形態１の磁界発生部２４Ａ、２４Ｂと同様構成の磁界発生部６４Ａ、６４Ｂが設けられている。ここで、各磁界発生部６４Ａ、６４Ｂの磁極組数は、実施形態１と同様に互いに１異なるものとされる。
【００６６】
位置検出機構２０の磁気抵抗素子ブロック２５Ａ、２５Ｂは、各磁界発生部６３Ａ、６３Ｂのそれぞれと対向する位置に設けられており、各磁気抵抗素子ブロック２５Ａ、２５Ｂの第１素子２６Ａ、２６Ｃおよび第２素子２６Ｂ、２６Ｄが、各磁界発生部６３Ａ、６３Ｂの磁界変化をそれぞれ１／４周期ずれた位置で検出し得るよう配設されている。
【００６７】
この構成により、ガイドユニットＡ１においては、モータＭ１として例えば安価なＤＣモータを用いて平板状部材Ｔ１を駆動するよう構成することも可能となる。すなわち、回転半径の小さい回転軸６１により直接的に平板状部材Ｔ１を駆動するものとされるため、回転トルクの小さいＤＣモータを用いて容易に平板状部材Ｔ１を駆動することができる。しかも駆動機構も回転軸６１を平板状部材Ｔ１に押し付けるだけの極めて単純な構成とすることができるので、モータＭ１を含めた駆動系を極めて低コストなものとすることができる。
【００６８】
このように、実施形態２のガイドユニットＡ１においては、駆動系は滑りが発生する比較的精度の低い構成とされるが、平板状部材Ｔ１の位置自体は位置検出機構２０により高精度に検出することができるので、結果として平板状部材Ｔ１の位置制御を高精度に行うことが可能となる。
【００６９】
実施形態３
図９に本発明の実施形態３に係るガイドユニットの概略構成を示す。このガイドユニットＡ２は、実施形態１のガイドユニットＡのモータＭを含めた駆動系および磁界発生部の設置態様を改変してなるものであり、その他の構成は実施形態１と同様とされる。
【００７０】
すなわち、ガイドユニットＡ２は、被駆動部Ｔ２と、実施形態１と同様構成の位置検出機構２０Ａおよび制御部３０（不図示である）とを備えてなるものとされる。
【００７１】
被駆動部Ｔ２は、Ｎ極およびＳ極が交互に着磁された丸棒状もしくは角棒状のガイド部材７１と係合する各電磁コイル７２Ａ、７２Ｂを備えるものとされる。各電磁コイル７２Ａ、７２Ｂは、ガイド部材７１の各磁極との間で働く電磁力によりガイド部材７１の軸方向の推力を得るように配置および配線がなされるリニアモータ型の推進機構とされる。
【００７２】
また、被駆動部Ｔ２には、各電磁コイル７２Ａ、７２Ｂに駆動用の交流電流を供給する交流電源７３が設けられる。
【００７３】
位置検出機構２０Ａは、実施形態１の各磁気抵抗素子ブロック２５Ａ、２５Ｂと同様構成の各磁気抵抗素子ブロック７４Ａ、７４Ｂを備えてなり、一方の磁気抵抗素子ブロック７４Ａの第１素子７５Ａおよび第２素子７５Ｂは、ガイド部材７１の各磁極に対して実施形態１と同様にして対向配置されるとともに、他方の磁気抵抗素子ブロック７４Ｂの第１素子７５Ｃおよび第２素子７５Ｄは、補助ガイド部材７６の磁界発生部７７に実施形態１と同様にして対向配置されるものとされる。
【００７４】
補助ガイド部材７６は、ガイド部材７１と平行に設けられる棒状部材とされ、その磁界発生部７７には、ガイド部材７１の磁極組数と一組相違する組数の磁極が設けられる。
【００７５】
この構成により、ガイドユニットＡ２は、被駆動部Ｔ２を駆動するためにガイド部材７１に設けられる各磁極を磁界発生部の一つとして利用して、被駆動部Ｔ２の絶対位置を検出することが可能となる。したがって、実施形態１および実施形態２と比較しても、位置検出機構をさらに低コストに構成することが可能となる。
【００７６】
実施形態４
図１０に本発明の実施形態４に係る駆動方法が適用されているガイドユニット（駆動装置）の概略構成を機能ブロック図で示す。このガイドユニットＡ３は、実施形態１のガイドユニットＡを改変してなるものであって、実施形態１のモータＭにアブソリュート式のエンコーダ８０を設けるとともに、改変された位置検出機構２０´および制御部３０´を備えてなるものとされる。
【００７７】
すなわち、実施形態４のガイドユニットＡ３においては、実施形態１と同様の駆動機構１０を備える一方、位置検出機構２０´は、センサ部２１が、一方の磁界発生部２４Ａおよびこの磁界発生部２４Ａに対応する一方の磁気抵抗素子ブロック２５Ａのみを備えるように改変される。また、概略絶対位置演算部２２は下記のように動作が改変される一方、修正絶対位置演算部２３は実施形態１と同様に動作するものとされる。
【００７８】
また、制御部３０´は、ガイドユニットＡ３の運転停止時に、停止直前におけるテーブルＴの絶対位置に関する情報を記憶・保持する絶対位置情報保持部３１が付加して設けられるものとされる。
【００７９】
以下、本ガイドユニットＡ３の動作を説明する。
【００８０】
制御部３０´は、ガイドユニットＡ３の運転時、常にアブソリュート式エンコーダ８０が出力する絶対位置情報をトレースするものとされる。そして、ガイドユニットＡ３の運転停止時には、停止直前におけるエンコーダ８０の出力とテーブルＴの絶対位置との対応関係、つまりエンコーダ８０により検出されるモータＭの回転位置がテーブルＴの絶対位置とどのように対応するかに関する情報を絶対位置情報保持部３１に記憶・保持させる。
【００８１】
また、再起動時には、概略絶対位置演算部２２が、絶対位置情報保持部３１に保持されている、エンコーダ８０の出力とテーブルＴの絶対位置との対応関係を示す情報を参照して、エンコーダ８０の出力に基づき概略絶対位置角度θ1を演算する。修正絶対位置演算部２３は、この概略絶対位置角度θ1を用いて、実施形態１と同様の修正絶対位置演算処理によりテーブルＴの絶対位置Ｌｔを演算する。
【００８２】
このように、実施形態４のガイドユニットＡ３は、絶対位置情報保持部３１が、ガイドユニットＡ３の停止直前における、エンコーダ８０の出力とテーブルＴの絶対位置との対応関係に関する情報を記憶・保持するものとされるので、エンコーダ８０の出力とテーブルＴの絶対位置との対応関係が固定していないフリクション式ベアリング１２を用いたガイドユニットＡ３において、ガイドユニットＡ３の停止によって、位置検出機構２０´によりインクリメンタル式に検出されるテーブルＴの絶対位置情報がキャンセルされても、再起動時に、前記対応関係に関する情報を参照してエンコーダ８０の出力に基づきテーブルＴの絶対位置を把握することが可能となる。
【００８３】
また、運転中は、エンコーダ８０の検出出力ではなく位置検出機構２０´により直接的に検出されるテーブルＴの絶対位置情報に基づきモータＭを制御するので、前記各実施形態におけると同様に、すべりの生じるフリクション式ベアリング１２を用いた構成においても精確にテーブルＴの動作を制御することが可能となる。
【００８４】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、各実施形態においてはリニア駆動を例に採り説明されているが、カーブしている軸に沿って移動させられる被駆動体に対しても適用可能である。
【００８５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、安価な構成により軸に沿って駆動されている被駆動体の位置を精度よく検出できるという優れた効果が得られる。
【００８６】
また、本発明の位置検出方法および位置検出装置をリニア駆動などに適用すれば、位置決め精度のよい駆動装置を安価に構成できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る位置検出方法が適用されるガイドユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図２】同ガイドユニットの概略構成を示す図であって、同（ａ）は側面図を示し、同（ｂ）は上面図を示す。
【図３】位置検出機構の概略構成を示すブロック図である。
【図４】位置検出機構の詳細な構成を説明するための模式図である。
【図５】位置検出機構の詳細な構成を説明するための模式図である。
【図６】概略絶対位置演算処理を説明するための模式図である。
【図７】修正絶対位置演算処理を説明するための模式図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る位置検出方法が適用されるガイドユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る位置検出方法が適用されるガイドユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態４に係る駆動装置のブロック図である。
【符号の説明】
１０ 駆動機構
１１ シャフト
１２ ベアリング
２０ 位置検出機構
２１ センサ部
２２ 概略絶対位置演算部
２３ 修正絶対位置演算部
２４ 磁界発生部
２５ 磁気抵抗素子ブロック
２６ 磁気抵抗素子
３０ 制御部
Ｌ 可動範囲
Ｍ モータ
Ｔ テーブル
【発明の属する技術分野】
本発明は位置検出方法および位置検出装置に関する。さらに詳しくは、簡易な構成にもかかわらず検出精度が向上されてなるリニア駆動における位置検出方法および位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スライドテーブルなどの被駆動部材を直線運動、つまりリニア駆動させる１軸ガイドユニットとして、高価なリニアモータではなく回転型モータを用い、その回転出力を例えばボールねじにより直線駆動力に変換する方式のガイドユニットが用いられている。このような回転型モータを用いたガイドユニットには、被駆動部材の位置・速度を制御するために、被駆動部材の位置をリニアスケールにより直接的に検出し、この検出結果に基づきモータを制御するいわゆるフルクローズド制御の他、モータの回転位置をロータリエンコーダにより検出し、この検出信号を用いて被駆動部材の位置を間接的に検出するいわゆるセミクローズド制御によるものが多い。
【０００３】
これは、高精度なリニアスケールが非常に高価であるため、被駆動部材の位置を直接的に検出するものとした場合、その検出機構が非常に高価なものになってしまうという理由による。そこで、検出機構の安価なセミクローズド制御によることが多いが、この場合には制御精度がボールねじなどの駆動機構の精度に直接的に依存することになる。
【０００４】
ところが、高精度なボールねじは高価であり、したがってセミクローズド制御で高精度な位置制御を実現しようとすると、駆動機構が高価になってしまうという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、簡易な構成にもかかわらず検出精度が向上されてなる位置検出方法および位置検出装置を提供することを主たる目的とし、その位置検出方法を用いた駆動方法およびその位置検出装置を用いた駆動装置を提供することも目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１形態たる位置検出方法は、駆動軸に沿って移動させられる被駆動体の位置検出方法であって、前記被駆動体の移動に伴って、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対と、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対との周波数が同被駆動体の移動範囲において１異なるようにしてｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対を２組生成させ、前記２組のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対から１対のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を合成し、得られた合成ｓｉｎ信号および合成ｃｏｓ信号から合成ｔａｎ信号を生成し、その合成ｔａｎ信号に基づいて被駆動体の概略絶対位置を算出し、ついで前記概略絶対位置算出時における前記一方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号または他方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号の電圧値により、修正絶対位置候補を算出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略絶対位置に一番近い候補を修正絶対位置として検出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第１形態たる位置検出方法においては、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号は、例えばＮＳが交互に着磁された軸部材に対向配置された磁気抵抗素子ブロックにより生成される。その場合、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された一方の軸により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された他方の軸により生成されてもよく、また一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の一方の側面により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の他方の側面により生成されてもよい。
【０００９】
一方、本発明の第２形態たる位置検出装置は、駆動軸に沿って移動させられる被駆動体の位置検出装置であって、前記被駆動体の移動に伴って、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対と、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対との周波数が同被駆動体の移動範囲において１異なるようにしてｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対を２組生成させ、前記２組のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対から１つのｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を合成し、得られた合成ｓｉｎ信号および合成ｃｏｓ信号から合成ｔａｎ信号を生成し、その合成ｔａｎ信号に基づいて被駆動体の概略絶対位置を算出し、ついで前記概略絶対位置算出時における前記一方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号または他方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号の電圧値により、修正絶対位置候補を算出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略絶対位置に一番近い候補を修正絶対位置として検出するように構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２形態たる位置検出装置においては、例えばｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が、ＮＳが交互に着磁された軸部材に対向配置された磁気抵抗素子ブロックにより生成されるように構成されてなるものとされる。この場合、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された一方の軸により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された他方の軸により生成されるように構成されてもよく、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の一方の側面により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の他方の側面により生成されるように構成されてもよい。
【００１２】
そして、本発明の第１形態たる位置検出方法は、リニア駆動方法に適用され、また本発明の第２形態たる位置検出装置は、リニア駆動装置に備えられる。
【００１３】
本発明の第３形態たる駆動方法は、駆動軸に沿って移動させられる被駆動体を位置検出装置による検出位置を用いて駆動する駆動方法であって、前記位置検出装置が、運転時に、該被駆動体の位置に応じて変化するｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号に基づきインクリメンタル式に同被駆動体の絶対位置を検出するとともに、運転停止時に、駆動軸の絶対回転位置を検出するエンコーダ出力と前記インクリメンタル式に検出される被駆動体の絶対位置との対応関係に関する情報を保持し、再起動時に、前記保持された情報を参照して前記エンコーダ出力に基づき被駆動体の絶対位置を演算し、該演算された絶対位置を基準として前記インクリメンタル式に被駆動体の絶対位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４形態たる駆動装置は、駆動軸に沿って移動させられる被駆動体の位置検出装置を備えた駆動装置であって、前記位置検出装置が、運転時に、被駆動体の位置に応じて変化するｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号に基づきインクリメンタル式に被駆動体の絶対位置を検出するとともに、運転停止時に、駆動軸の絶対回転位置を検出するエンコーダ出力と前記インクリメンタル式に検出される被駆動体の絶対位置との対応関係に関する情報を保持し、再起動時に、前記保持された情報を参照して前記エンコーダ出力に基づき被駆動体の絶対位置を演算し、該演算された絶対位置を基準として前記インクリメンタル式に被駆動体の絶対位置を検出することを特徴とする。
【００１５】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、安価な構成により軸に沿って駆動されている被駆動体の位置を精度よく検出できる。また、本発明の位置検出方法および位置検出装置をリニア駆動などに適用すれば、位置決め精度のよい駆動装置を安価に構成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１７】
実施形態１
図１に、本発明の実施形態１に係る位置検出方法が適用されているガイドユニットの概略構成をブロック図で示す。
【００１８】
ガイドユニットＡは、具体的には、回転型モータＭと、このモータＭの回転出力を直線駆動力に変換して被駆動体としてのテーブルＴを直線駆動する駆動機構（リニア駆動機構）１０と、駆動機構１０により駆動されるテーブルＴの位置を検出し、検出された位置を表す信号を位置検出信号として出力する位置検出機構２０と、位置検出機構２０の出力信号に基づいてテーブルＴが適切な加速運動、等速運動および減速運動を行って所望の位置まで移動するようモータＭを制御する制御部３０とを主要構成要素として備えてなる。
【００１９】
図２に、本ガイドユニットの概略構成を示す。なお、図２において、同（ａ）は側面図を示し、同（ｂ）は平面図を示す。
【００２０】
駆動機構１０は、図２に示すように、モータＭにより回転されるシャフト１１と、このシャフト１１に嵌装されシャフト１１の回転に応じてシャフト１１の軸方向に移動してテーブルＴを駆動するベアリング１２と、テーブルＴの移動をガイドする２本のガイド部材１３，１４とから構成される。
【００２１】
シャフト１１は、滑らかな外周表面を有する丸棒状部材であり、モータＭの回転軸と接続されモータＭの回転出力により回転駆動される。
【００２２】
ベアリング１２は、フリクション式のベアリングとされ、シャフト１１外周表面との間に発生する摩擦力によってシャフト１１の回転に応じて軸方向に移動するものとされる。かかる機能を有するベアリングとして、例えば旭精工製のロータリーライナーを好適に用いることができる。
【００２３】
各ガイド部材１３、１４は、丸棒状もしくは角棒状部材とされ、テーブルＴと係合してテーブルＴの移動をガイドするとともに、次に説明する位置検出機構２０の構成要素として機能するものとされる。
【００２４】
次に、図３も参照して位置検出機構２０の構成を説明する。
【００２５】
位置検出機構２０は、テーブルＴの位置に応じた信号を出力するセンサ部２１と、センサ部２１の出力信号に基づき特にシステムの起動時にテーブルＴの概略的な絶対位置を演算する概略絶対位置演算部２２と、概略絶対位置演算部２２により演算される概略的な絶対位置に関する情報を参照してセンサ部２１の出力信号に基づき、より精確なテーブルＴの絶対位置を演算する修正絶対位置演算部２３とから構成される。
【００２６】
センサ部２１は、駆動機構１０の各ガイド部材１３、１４のそれぞれにテーブルＴの可動範囲Ｌに亘って設けられる磁界発生部２４Ａ、２４Ｂと、各磁界発生部２４Ａ、２４Ｂのそれぞれと対向するようにテーブルＴに設けられる一対の磁気抵抗素子ブロック２５Ａ，２５Ｂとから構成される。
【００２７】
より具体的には、図４に示すように、ガイド部材１３（１４）にはテーブルＴの可動範囲Ｌに亘って一対のＮ極およびＳ極からなる磁石片１５が複数形成される。各磁石片１５は、ガイド部材１３（１４）の一側でＮ極およびＳ極が軸方向に等間隔で交互に並ぶように着磁されており、これにより磁界発生部２４Ａ（２４Ｂ）がガイド部材１３（１４）の一側に形成されるものとされる。
【００２８】
また、磁界発生部２４Ａ（２４Ｂ）における各磁石片１５の着磁は、磁界発生部２４Ａ（２４Ｂ）に平行な所定の直線Ｒ上で磁界が精確に正弦波状に変化するようになされるものとされる。
【００２９】
さらに、各磁界発生部２４Ａ、２４Ｂに形成される磁石片１５の個数は偶数個とされ、かつ各磁界発生部２４Ａ、２４Ｂの磁極の数は互いに数２異なるよう形成される。したがって磁界発生部２４Ａ、２４Ｂの軸方向に並ぶ一対のＮ極およびＳ極からなる磁極の組の数（以下、磁極組数という）は、各磁界発生部２４Ａ、２４Ｂの間で数１相違するものとされるとともに、いずれかの磁界発生部２４Ａ、２４Ｂの磁極組数は、モータＭの電気的サイクルの整数分の１となるように形成される。例えば、モータＭの電気的サイクル数が５０であれば、一方の磁界発生部２４Ａの磁極組数が５０（５０／１）、２５（５０／２）、１０（５０／５）、５（５０／１０）などとなるように形成され、他方の磁界発生部２４Ｂの磁極組数が、５１または４９、２６または２４、１１または９、６または４などとなるように形成される。
【００３０】
次に、図５を参照して、磁気抵抗素子ブロック２５の構成を説明する。なお、各磁気抵抗素子ブロック２５Ａ，２５Ｂは同様の構成とされるため、一方の磁気抵抗素子ブロック２５Ａについてその構成・動作を説明し、他方の磁気抵抗素子ブロック２５Ｂについては対応する構成要素の符号を（）付で示して付帯的に説明するものとする。
【００３１】
磁気素子ブロック２５Ａ（２５Ｂ）は、テーブルＴが移動するとき前記直線Ｒに沿って移動するように設けられる２個の磁気抵抗素子（以下、単に素子という）２６Ａ（２６Ｃ）、２６Ｂ（２６Ｄ）を備えてなるものとされる。ここで、この素子２６は、よく知られているように、透過する磁束の変化に応じて電気抵抗が変化する特性を有する素子とされる。
【００３２】
そして、この第１素子２６Ａ（２６Ｃ）および第２素子２６Ｂ（２６Ｄ）は、直線Ｒ上の磁界変化を１／４周期ずらして検出するように配設されるものとされる。また、第１素子２６Ａ（２６Ｃ）および第２素子２６Ｂ（２６Ｄ）は、磁界変化に応じた電圧波形を出力するように公知のブリッジ回路（例えば特許３０５８４０６号公報参照）に組み込まれるものとされる。
【００３３】
したがって、第１素子２６Ａ（２６Ｃ）および第２素子２６Ｂ（２６Ｄ）の出力信号波形は、互いに位相がπ／２ずれた正弦波状波形となる。なお、前掲の特許３０５８４０６号公報と同様に、第１素子２６Ａ（２６Ｃ）および第２素子２６Ｂ（２６Ｄ）とそれぞれ１／２周期ずらして直線Ｒ上の磁界変化を検出するように、第３、第４の磁気抵抗素子２６Ｅ、２６Ｆを設け、これらを前記公知のブリッジ回路に組み込むようにして検出精度の向上を図ることも可能である。
【００３４】
次に、概略絶対位置演算部２２の動作を説明する。
【００３５】
概略絶対位置演算部２２は、センサ部２１の出力信号に基づきテーブルＴの絶対位置を概略的に把握する概略絶対位置演算処理を行う。以下、概略絶対位置演算処理につき説明する。
【００３６】
概略絶対位置演算処理
各磁気抵抗素子ブロック２５Ａ，２５Ｂの第１素子２６Ａ、２６Ｃが、対応する磁界発生部２１Ａ、２１Ｂの一方の端点Ｐ（図４参照）にあるときのテーブルＴの位置を基準位置（原点）Ｏ（図６参照）として設定する。ここで、第１磁界発生部２４Ａの磁極組数をｍで表し、第２磁界発生部２４Ｂの磁極組数をｎで表すものとする（以下、ｎ−ｍ＝１であるものとして説明する）。また、テーブルＴの可動範囲Ｌの長さを値Ｌ１とし、テーブルＴの基準位置Ｏからの距離をＬｔで表すものとする。
【００３７】
また、図６に示すように、円周が長さＬ１である円Ｏ´において円周上の一点を基準位置Ｏとし、点Ｏから反時計回りに円周上で距離Ｌｔを計るものとして、距離（円弧）Ｌｔに対応する内角θを定義する。
【００３８】
ここで、テーブルＴが可動範囲Ｌの一方の端点Ｐにあるときに、第１磁気抵抗素子ブロック２５Ａの第１素子２６Ａが同様に端点Ｐに対向する位置に配設されているものとすると、その出力信号Ｖ1は下記式（１）のように表すことができる。
【００３９】
Ｖ1＝αsin（ｍθ）＋β （１）
【００４０】
但し、αおよびβは、素子２６の出力特性や各素子２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄが組み込まれるブリッジ回路の構成などに応じて決まる係数である。以下、説明の簡単化のためにα＝１、β＝０として説明する。すなわち、
【００４１】
Ｖ1＝sin（ｍθ） （２）
とする。
【００４２】
このとき、第１磁気抵抗素子ブロック２５Ａの第２素子２６Ｂが第１素子２６Ａよりも位相がπ／２進んだ磁界変化を検出する位置に配設されているものとすると、その出力信号Ｖ2は下記式（３）のように表すことが可能である。
【００４３】
Ｖ2＝cos（ｍθ） （３）
【００４４】
同様に、第２磁気抵抗素子ブロック２５Ｂの第１素子２６Ｃおよび第２素子２６Ｄの出力信号Ｖ3およびＶ4はそれぞれ下記式（４）および式（５）のように表すことができる。
【００４５】
Ｖ3＝sin（ｎθ） （４）
【００４６】
Ｖ4＝cos（ｎθ） （５）
【００４７】
式（２）〜式（５）によく知られている三角関数の公式を適用して、
式（６）および式（７）より、
したがって、式（８）に三角関数の逆変換を適用して、各信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4の具体的な信号値を用いてその時点の距離Ｌｔに対応する角度（以下、絶対位置角度という）θｔを演算することが可能となる。
【００５１】
このようにして、センサ部２１の各素子２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄの出力信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4を用いて、例えばガイドユニットＡの起動時にテーブルＴの絶対位置Ｌｔをある程度の精度で演算することが可能となる。
【００５２】
図７に第１磁界発生部２１Ａの磁極組数ｍを５とし、第２磁界発生部２１Ｂの磁極組数ｎを６とした場合の、各出力信号Ｖ1，Ｖ3の波形と、各出力信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4から前記式（６）、（７）を用いて導かれる関数sinθ、cosθの波形とを比較して示す。
【００５３】
同図に示すように、各信号Ｖ1，Ｖ3はテーブルＴが可動範囲Ｌの一端点Ｐ（θ＝０）から他端点Ｐ´（図４参照、θ＝２π）まで移動する間に正弦波状に５周期または６周期で変化する。これに対して、前記関数sinθ、cosθはそれぞれ可動範囲Ｌで１周期変化するだけであるから、これら２つの関数sinθ、cosθを用いて絶対位置角度θｔを演算することが可能である。
【００５４】
ところが、このように可動範囲Ｌで１周期しか変化しない関数sinθ、cosθを合成により求め、これにより絶対位置角度θｔを演算するものとすると、元の単独の信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4の信号値から位置を演算する場合よりも精度自体は低下するという問題がある（後述の精度に関する説明参照）。このため、本実施形態では、概略絶対位置演算処理で得られた絶対位置（以下、概略絶対位置という）Ｌｔをそのまま用いるのではなく、修正絶対位置演算部２３が概略絶対位置Ｌｔを参照して、さらに高精度な絶対位置（以下、修正絶対位置という）Ｌａを演算するための修正絶対位置演算処理を実施し、この修正絶対位置Ｌａを用いて制御部３０がモータＭを制御するものとされる。
【００５５】
以下、修正絶対位置演算処理を説明する。
【００５６】
修正絶対位置演算処理
概略絶対位置演算処理により演算される絶対位置角度（以下、概略絶対位置角度という）がθ1であるものとする。また、このとき、第１磁気抵抗素子ブロック２５Ａの第１素子２６Ａの出力信号Ｖ1の信号値がＶ1Aであるものとすると、下記式（９）の方程式を解くことにより各修正絶対位置角度候補θA1，θA2，…が得られる。
【００５７】
Ｖ1A＝sin（ｍθ） （θ：０≦θ≦２π） （９）
【００５８】
こうして得られる各修正絶対位置角度候補θA1，θA2，…の中で概略絶対位置角度θ1に一番近いものを修正絶対位置角度θAとして選択する。
【００５９】
このようにして、修正絶対位置角度θAが同定されると、これを用いてその時点の精確なテーブルＴの絶対位置Ｌｔ、つまり修正絶対位置Ｌａが演算され、後はこの点を基準に信号Ｖ1を用いてインクリメンタル式にテーブルＴの絶対位置Ｌｔが演算される。
【００６０】
このようにして、信号Ｖ1を用いて演算される絶対位置Ｌｔの精度は、例えば、正弦波状信号Ｖ1の１波長を８ビットのディジタル信号で表し得るだけの精度があれば、磁極組数ｍを５０として１／（５０×２５６）＝１／１２８００の分解能を備えさせることができる。
【００６１】
したがって、シャフト１１とフリクション式のベアリング１２とを用いた安価な駆動機構１０によりテーブルＴを駆動するものとした場合にも、テーブルＴの位置を精確に検出することができるので、結果として高精度なテーブルＴの位置制御・速度制御を実施することが可能となる。また、本実施形態の位置検出機構２０も例えば着磁用の高精度な治具を一度製作するだけで高精度な磁界発生部を簡単に繰り返し製造することができるから低コストなものとすることが容易である。
【００６２】
実施形態２
図８に本発明の実施形態２に係るガイドユニットの概略構成を示す。このガイドユニットＡ１は、実施形態１の被駆動部（テーブルＴ）を駆動するための駆動方法および磁界発生部の設置態様を改変してなるものであり、その余の構成は実施形態１と同様とされる。
【００６３】
すなわち、ガイドユニットＡ１は、被駆動部材としての平板状部材Ｔ１と、モータＭ１と、実施形態１と同様構成の位置検出機構２０および制御部３０（共に、図示省略する）とを備えてなるものとされる。
【００６４】
平板状部材Ｔ１は、モータＭ１の回転軸６１が例えば油圧機構（不図示である）により平板状部材Ｔ１の一方の表面６２に押し付けられて、回転軸６１外周部との間で働く摩擦力により回転軸６１により直接的に駆動されるものとされる。
【００６５】
また、平板状部材Ｔ１の両側面６３Ａ、６３Ｂには、可動範囲Ｌ２に亘って実施形態１の磁界発生部２４Ａ、２４Ｂと同様構成の磁界発生部６４Ａ、６４Ｂが設けられている。ここで、各磁界発生部６４Ａ、６４Ｂの磁極組数は、実施形態１と同様に互いに１異なるものとされる。
【００６６】
位置検出機構２０の磁気抵抗素子ブロック２５Ａ、２５Ｂは、各磁界発生部６３Ａ、６３Ｂのそれぞれと対向する位置に設けられており、各磁気抵抗素子ブロック２５Ａ、２５Ｂの第１素子２６Ａ、２６Ｃおよび第２素子２６Ｂ、２６Ｄが、各磁界発生部６３Ａ、６３Ｂの磁界変化をそれぞれ１／４周期ずれた位置で検出し得るよう配設されている。
【００６７】
この構成により、ガイドユニットＡ１においては、モータＭ１として例えば安価なＤＣモータを用いて平板状部材Ｔ１を駆動するよう構成することも可能となる。すなわち、回転半径の小さい回転軸６１により直接的に平板状部材Ｔ１を駆動するものとされるため、回転トルクの小さいＤＣモータを用いて容易に平板状部材Ｔ１を駆動することができる。しかも駆動機構も回転軸６１を平板状部材Ｔ１に押し付けるだけの極めて単純な構成とすることができるので、モータＭ１を含めた駆動系を極めて低コストなものとすることができる。
【００６８】
このように、実施形態２のガイドユニットＡ１においては、駆動系は滑りが発生する比較的精度の低い構成とされるが、平板状部材Ｔ１の位置自体は位置検出機構２０により高精度に検出することができるので、結果として平板状部材Ｔ１の位置制御を高精度に行うことが可能となる。
【００６９】
実施形態３
図９に本発明の実施形態３に係るガイドユニットの概略構成を示す。このガイドユニットＡ２は、実施形態１のガイドユニットＡのモータＭを含めた駆動系および磁界発生部の設置態様を改変してなるものであり、その他の構成は実施形態１と同様とされる。
【００７０】
すなわち、ガイドユニットＡ２は、被駆動部Ｔ２と、実施形態１と同様構成の位置検出機構２０Ａおよび制御部３０（不図示である）とを備えてなるものとされる。
【００７１】
被駆動部Ｔ２は、Ｎ極およびＳ極が交互に着磁された丸棒状もしくは角棒状のガイド部材７１と係合する各電磁コイル７２Ａ、７２Ｂを備えるものとされる。各電磁コイル７２Ａ、７２Ｂは、ガイド部材７１の各磁極との間で働く電磁力によりガイド部材７１の軸方向の推力を得るように配置および配線がなされるリニアモータ型の推進機構とされる。
【００７２】
また、被駆動部Ｔ２には、各電磁コイル７２Ａ、７２Ｂに駆動用の交流電流を供給する交流電源７３が設けられる。
【００７３】
位置検出機構２０Ａは、実施形態１の各磁気抵抗素子ブロック２５Ａ、２５Ｂと同様構成の各磁気抵抗素子ブロック７４Ａ、７４Ｂを備えてなり、一方の磁気抵抗素子ブロック７４Ａの第１素子７５Ａおよび第２素子７５Ｂは、ガイド部材７１の各磁極に対して実施形態１と同様にして対向配置されるとともに、他方の磁気抵抗素子ブロック７４Ｂの第１素子７５Ｃおよび第２素子７５Ｄは、補助ガイド部材７６の磁界発生部７７に実施形態１と同様にして対向配置されるものとされる。
【００７４】
補助ガイド部材７６は、ガイド部材７１と平行に設けられる棒状部材とされ、その磁界発生部７７には、ガイド部材７１の磁極組数と一組相違する組数の磁極が設けられる。
【００７５】
この構成により、ガイドユニットＡ２は、被駆動部Ｔ２を駆動するためにガイド部材７１に設けられる各磁極を磁界発生部の一つとして利用して、被駆動部Ｔ２の絶対位置を検出することが可能となる。したがって、実施形態１および実施形態２と比較しても、位置検出機構をさらに低コストに構成することが可能となる。
【００７６】
実施形態４
図１０に本発明の実施形態４に係る駆動方法が適用されているガイドユニット（駆動装置）の概略構成を機能ブロック図で示す。このガイドユニットＡ３は、実施形態１のガイドユニットＡを改変してなるものであって、実施形態１のモータＭにアブソリュート式のエンコーダ８０を設けるとともに、改変された位置検出機構２０´および制御部３０´を備えてなるものとされる。
【００７７】
すなわち、実施形態４のガイドユニットＡ３においては、実施形態１と同様の駆動機構１０を備える一方、位置検出機構２０´は、センサ部２１が、一方の磁界発生部２４Ａおよびこの磁界発生部２４Ａに対応する一方の磁気抵抗素子ブロック２５Ａのみを備えるように改変される。また、概略絶対位置演算部２２は下記のように動作が改変される一方、修正絶対位置演算部２３は実施形態１と同様に動作するものとされる。
【００７８】
また、制御部３０´は、ガイドユニットＡ３の運転停止時に、停止直前におけるテーブルＴの絶対位置に関する情報を記憶・保持する絶対位置情報保持部３１が付加して設けられるものとされる。
【００７９】
以下、本ガイドユニットＡ３の動作を説明する。
【００８０】
制御部３０´は、ガイドユニットＡ３の運転時、常にアブソリュート式エンコーダ８０が出力する絶対位置情報をトレースするものとされる。そして、ガイドユニットＡ３の運転停止時には、停止直前におけるエンコーダ８０の出力とテーブルＴの絶対位置との対応関係、つまりエンコーダ８０により検出されるモータＭの回転位置がテーブルＴの絶対位置とどのように対応するかに関する情報を絶対位置情報保持部３１に記憶・保持させる。
【００８１】
また、再起動時には、概略絶対位置演算部２２が、絶対位置情報保持部３１に保持されている、エンコーダ８０の出力とテーブルＴの絶対位置との対応関係を示す情報を参照して、エンコーダ８０の出力に基づき概略絶対位置角度θ1を演算する。修正絶対位置演算部２３は、この概略絶対位置角度θ1を用いて、実施形態１と同様の修正絶対位置演算処理によりテーブルＴの絶対位置Ｌｔを演算する。
【００８２】
このように、実施形態４のガイドユニットＡ３は、絶対位置情報保持部３１が、ガイドユニットＡ３の停止直前における、エンコーダ８０の出力とテーブルＴの絶対位置との対応関係に関する情報を記憶・保持するものとされるので、エンコーダ８０の出力とテーブルＴの絶対位置との対応関係が固定していないフリクション式ベアリング１２を用いたガイドユニットＡ３において、ガイドユニットＡ３の停止によって、位置検出機構２０´によりインクリメンタル式に検出されるテーブルＴの絶対位置情報がキャンセルされても、再起動時に、前記対応関係に関する情報を参照してエンコーダ８０の出力に基づきテーブルＴの絶対位置を把握することが可能となる。
【００８３】
また、運転中は、エンコーダ８０の検出出力ではなく位置検出機構２０´により直接的に検出されるテーブルＴの絶対位置情報に基づきモータＭを制御するので、前記各実施形態におけると同様に、すべりの生じるフリクション式ベアリング１２を用いた構成においても精確にテーブルＴの動作を制御することが可能となる。
【００８４】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、各実施形態においてはリニア駆動を例に採り説明されているが、カーブしている軸に沿って移動させられる被駆動体に対しても適用可能である。
【００８５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、安価な構成により軸に沿って駆動されている被駆動体の位置を精度よく検出できるという優れた効果が得られる。
【００８６】
また、本発明の位置検出方法および位置検出装置をリニア駆動などに適用すれば、位置決め精度のよい駆動装置を安価に構成できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る位置検出方法が適用されるガイドユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図２】同ガイドユニットの概略構成を示す図であって、同（ａ）は側面図を示し、同（ｂ）は上面図を示す。
【図３】位置検出機構の概略構成を示すブロック図である。
【図４】位置検出機構の詳細な構成を説明するための模式図である。
【図５】位置検出機構の詳細な構成を説明するための模式図である。
【図６】概略絶対位置演算処理を説明するための模式図である。
【図７】修正絶対位置演算処理を説明するための模式図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る位置検出方法が適用されるガイドユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る位置検出方法が適用されるガイドユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態４に係る駆動装置のブロック図である。
【符号の説明】
１０ 駆動機構
１１ シャフト
１２ ベアリング
２０ 位置検出機構
２１ センサ部
２２ 概略絶対位置演算部
２３ 修正絶対位置演算部
２４ 磁界発生部
２５ 磁気抵抗素子ブロック
２６ 磁気抵抗素子
３０ 制御部
Ｌ 可動範囲
Ｍ モータ
Ｔ テーブル
Claims (12)
- 駆動軸に沿って移動させられる被駆動体の位置検出方法であって、
前記被駆動体の移動に伴って、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対と、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対との周波数が同被駆動体の移動範囲において１異なるようにしてｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対を２組生成させ、前記２組のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対から１対のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を合成し、得られた合成ｓｉｎ信号および合成ｃｏｓ信号から合成ｔａｎ信号を生成し、その合成ｔａｎ信号に基づいて被駆動体の概略絶対位置を算出し、ついで前記概略絶対位置算出時における前記一方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号または他方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号の電圧値により、修正絶対位置候補を算出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略絶対位置に一番近い候補を修正絶対位置として検出することを特徴とする位置検出方法。 - ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が、ＮＳが交互に着磁された軸部材に対向配置された磁気抵抗素子ブロックにより生成されることを特徴とする請求項１記載の位置検出方法。
- 一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された一方の軸ににより生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された他方の軸により生成されることを特徴とする請求項２記載の位置検出方法。
- 一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の一方の側面により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の他方の側面により生成されることを特徴とする請求項２記載の位置検出方法。
- 駆動軸に沿って移動させられる被駆動体の位置検出装置であって、
前記被駆動体の移動に伴って、一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対と、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対との周波数が同被駆動体の移動範囲において１異なるようにしてｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対を２組生成させ、前記２組のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の対から１つのｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を合成し、得られた合成ｓｉｎ信号および合成ｃｏｓ信号から合成ｔａｎ信号を生成し、その合成ｔａｎ信号に基づいて被駆動体の概略絶対位置を算出し、ついで前記概略絶対位置算出時における前記一方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号または他方のｓｉｎ信号もしくはｃｏｓ信号の電圧値により、修正絶対位置候補を算出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略絶対位置に一番近い候補を修正絶対位置として検出するように構成されてなることを特徴とする位置検出装置。 - ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が、ＮＳが交互に着磁された軸部材に対向配置された磁気抵抗素子ブロックにより生成されるように構成されてなることを特徴とする請求項５記載の位置検出装置。
- 一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された一方の軸により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された他方の軸により生成されるように構成されてなることを特徴とする請求項６記載の位置検出装置。
- 一方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の一方の側面により生成され、他方のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が着磁された軸の他方の側面により生成されるように構成されてなることを特徴とする請求項６記載の位置検出装置。
- 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載された位置検出方法により検出された位置を用いて被駆動体の位置決めをなすことを特徴とするリニア駆動方法。
- 請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載された位置検出装置を備えてなることを特徴とするリニア駆動装置。
- 請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載された位置検出装置の検出値を用いて駆動軸に沿って移動させられる被駆動体を駆動する駆動方法であって、
前記位置検出装置が、運転時に、該被駆動体の位置に応じて変化するｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号に基づきインクリメンタル式に同被駆動体の絶対位置を検出するとともに、運転停止時に、駆動軸の絶対回転位置を検出するエンコーダ出力と前記インクリメンタル式に検出される被駆動体の絶対位置との対応関係に関する情報を保持し、再起動時に、前記保持された情報を参照して前記エンコーダ出力に基づき被駆動体の絶対位置を演算し、該演算された絶対位置を基準として前記インクリメンタル式に被駆動体の絶対位置を検出することを特徴とする駆動方法。 - 駆動軸に沿って移動させられる被駆動体の位置検出装置を備えた駆動装置であって、
前記位置検出装置は、請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載された位置検出装置とされ、
前記位置検出装置が、運転時に、被駆動体の位置に応じて変化するｓｉｎ信号またはｃｏｓ信号に基づきインクリメンタル式に被駆動体の絶対位置を検出するとともに、運転停止時に、駆動軸の絶対回転位置を検出するエンコーダ出力と前記インクリメンタル式に検出される被駆動体の絶対位置との対応関係に関する情報を保持し、再起動時に、前記保持された情報を参照して前記エンコーダ出力に基づき被駆動体の絶対位置を演算し、該演算された絶対位置を基準として前記インクリメンタル式に被駆動体の絶対位置を検出することを特徴とする駆動装置。
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