JP5294378B2 - Absolute linear encoder and actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いられるアブソリュート型リニアエンンコーダと該アブソリュート型リニアエンンコーダを使用したアクチュエータに係り、特に、装置のコンパクト化、信号の伝送の単純化を図ることができるように工夫したものに関する。 The present invention relates to, for example, an absolute linear encoder used in a precision positioning system and an actuator using the absolute linear encoder. In particular, the apparatus can be made compact and signal transmission can be simplified. It relates to something that was devised.
精密位置決め装置において、位置決めフィードバック用のセンサーとして、例えば、リニアエンコーダが使用される。これはリニアエンコーダが高精度であって低コストであることに起因する。ところが、現在多く用いられているリニアエンコーダは原点復帰動作の必要なインクリメンタル型である。この種のインクリメンタル型のリニアエンコーダの場合には、装置立ち上げ時或いはトラブル発生時に原点復帰動作を行わせる必要がある。その為、装置の稼働率が低下してしまうという問題があった。 In the precision positioning apparatus, for example, a linear encoder is used as a sensor for positioning feedback. This is due to the high accuracy and low cost of the linear encoder. However, the linear encoder that is widely used at present is an incremental type that requires an origin return operation. In the case of this type of incremental type linear encoder, it is necessary to perform an origin return operation when the apparatus is started or when a trouble occurs. Therefore, there has been a problem that the operating rate of the apparatus is lowered.
そこで、インクリメンタル型のリニアエンコーダに代わってアブソリュート型のリニアエンコーダの使用が提案されている。この種のアブソリュート型のリニアエンコーダの場合には原点復帰動作が不要になるからである。 Therefore, it has been proposed to use an absolute linear encoder instead of the incremental linear encoder. This is because this type of absolute linear encoder does not require an origin return operation.
上記アブソリュート型のリニアエンコーダを開示するものとして、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3等がある。
上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、特許文献1及び特許文献2に開示されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、何れもその構成が複雑であり、且つ、コストが高いという問題があった。又、リニアスケール部及び検出ヘッド部のコンパクト化が困難であるという問題があった。さらに、信号の伝送が複雑であるという問題があった。
例えば、特許文献1に開示されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、静電容量式と光電式を併用することにより少ないトラック数で高分解能と広い測長範囲を実現している。しかしながら、検出手段、コードパターンともに2系統必要であり、そのためコンパクト化は不可能であった。
又、特許文献2に記載されたアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、位相差の異なるリニアスケールを用いることにより2組のリニアスケールまで減少させることができる。しかしながら、その精度確保にはやや複雑な信号処理を必要としており、やはりコンパクト化を実現することは困難であった。
又、特許文献3に記載されたアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、磁気式であって1スケール又は2スケールの比較的簡単な構成になっているが、高い分解能と十分なストロークを確保するためには多数の検出器が必要となるという問題があった。又、磁化の長さが短かったり或いは長さが異なる磁化が存在したりするために磁化の検出が困難であるという問題があった。
The conventional configuration has the following problems.
First, the absolute linear encoders disclosed in
For example, in the case of an absolute linear encoder disclosed in
Further, in the case of the absolute linear encoder described in
In addition, the absolute linear encoder described in
又、上記特許文献1、特許文献2、特許文献3に記載されたアブソリュート型のリニアエンコーダとは別に、図5に示すようなものがある。この場合には、アブソリュートリニアスケール101に多数の符号型原点103を付与し、それによって、原点復帰のための検出器の移動量を少なくするようにしている。又、それらの複数の符号型原点を区別するために、基本ピッチPの両端を規定する符号型原点103、103の間にさらに別の符号型原点105を設けており、それによって、複数の符号型原点103を区別するようにしている。
In addition to the absolute linear encoders described in
しかしながら、図5に示すアブソリュート型のリニアエンコーダの場合にも、検出器の移動量を少なくする上では限界があり、具体的には80〜160mm程度の移動量になってしまうものである。 However, the absolute type linear encoder shown in FIG. 5 also has a limit in reducing the amount of movement of the detector, specifically, the amount of movement is about 80 to 160 mm.
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、コンパクト化が容易で、低コストの信頼性の高いアブソリュート型リニアエンコーダとそのようなアブソリュート型リニアエンコーダを使用したアクチュエータを提供することにある。 The present invention has been made on the basis of the above points, and an object of the present invention is to provide an absolute linear encoder that is easy to make compact and is low in cost and highly reliable, and an actuator using such an absolute linear encoder. Is to provide.
上記目的を達成するべく本願発明の請求項1によるアブソリュート型リニアエンコーダは、一つのインクリメンタルリニアスケールと略90度の位相差間隔にて配置された2つの検出器とを主構成とするインクリメンタルリニアスケール部と、一つの基本ピッチにおいて該基本ピッチ内に二つ以上の符号型原点を持つアブソリュートリニアスケールと一つ又は複数の検出器を主構成とするアブソリュートリニアスケール部と、を具備し、上記インクリメンタルリニアスケール部の2つの検出器は略正弦波の出力信号を出力するものであり、アブソリュートデータの「1」又は「0」の何れか一方の符号において符号1ビットに一つの磁化を対応させ、アブソリュートデータの「1」又は「0」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続するときには1ビット毎に磁化の方向を反転させて磁化し、アブソリュートデータの「1」又は「0」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続しない時も磁化の方向を反転させて磁化することを特徴とするものである。
又、請求項2によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号は分割器により分割され高分解能を持つA、B2相のデジタル信号であることを特徴とするものである。
又、請求項3によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号を取り込むことを特徴とするものである。
又、請求項4によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項3記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記同期に用いるインクリメンタルリニアスケール部の出力信号が分割前の信号であることを特徴とするものである。
又、請求項5によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項3記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号が単相のデジタル信号であることを特徴とするものである。
又、請求項6によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール及び上記アブソリュートリニアスケールに対して相対的に移動可能な検出ヘッドがあり、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号を分割する分割器と上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号をインクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して出力させる同期回路とを上記検出ヘッド部に組み込んだことを特徴とするものである。
又、請求項7によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部からの出力信号が2個のデジタル信号であり、アブソリュートリニアスケール部からの出力信号が1個のデジタル信号であることを特徴とするものである。
又、請求項8によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、基本ピッチ内にある二つ以上の符号型原点の全てが基本ピッチの中心を含む中心より片側に寄っていることを特徴とするものである。
又、請求項9によるアクチュエータは、請求項1〜請求項8の何れかに記載のアブソリュート型リニアエンコーダを使用したことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an absolute type linear encoder according to
The absolute linear encoder according to
The absolute linear encoder according to
An absolute linear encoder according to claim 4 is characterized in that, in the absolute linear encoder according to
The absolute linear encoder according to claim 5 is the absolute linear encoder according to
An absolute linear encoder according to claim 6 is the absolute linear encoder according to
Further, absolute type linear encoder according to claim 7 is the absolute type linear encoder according to
The absolute linear encoder according to
An actuator according to
以上述べたように本発明の請求項1によるアブソリュート型リニアエンコーダは、一つのインクリメンタルリニアスケールと略90度の位相差間隔にて配置された2つの検出器とを主構成とするインクリメンタルリニアスケール部と、一つの基本ピッチにおいて該基本ピッチ内に二つ以上の符号型原点を持つアブソリュートリニアスケールと一つ又は複数の検出器を主構成とするアブソリュートリニアスケール部と、を具備した構成になっているので、基本ピッチ内における符号型原点の位置の組み合わせを大幅に増加させることができ、それによって、基本ピッチを狭くしても長いストロークを得ることができるようになる。
又、請求項2によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の2つの検出器は略正弦波の出力信号を出力するものであるので、インクリメンタルリニアスケールのピッチを細かくすることなく電気信号処理(位相分割等)によって分解能を高めることができる。
又、請求項3によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項2記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号は分割器により分割され高分解能を持つA、B2相のデジタル信号であるので、高い分解能を実現することができる。
又、請求項4によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号を取り込むようにしているので、簡単な構成で所望の処理を実行することができる。
又、請求項5によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項4記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記同期に用いるインクリメンタルリニアスケール部の出力信号が分割前の信号であるので、安定した信号検出が可能になる。
又、請求項6によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項4記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号が単相のデジタル信号であるので、信号の伝送が容易化される。
又、請求項7によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール及び上記アブソリュートリニアスケールに対して相対的に移動可能な検出ヘッドがあり、上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号を分割する分割器と上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号をインクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して出力させる同期回路とを上記検出ヘッド部に組み込んだので、信号間の伝送遅延も少なく信号の伝送も容易化されて信頼性も向上する。
又、請求項8によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記インクリメンタルリニアスケール部からの出力信号が2個のデジタル信号であり、アブソリュートリニアスケール部からの出力信号が1個のデジタル信号であるので、信号の伝送が容易化されて信頼性も向上する。
又、請求項9によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、アブソリュートデータの「1」又は「0」の何れか一方の符号において符号1ビットに一つの磁化を対応させる構成になっているので安定した検出が可能になる。
又、請求項10によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項9記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、アブソリュートデータの「1」又は「0」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続するときには1ビット毎に磁化の方向を反転させて磁化するように構成されているので、センサー出力が不十分となって検出が不安定となってしまうという事態の発生を防止することができる。
又、請求項11によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項10記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、アブソリュートデータの「1」又は「0」の何れかの磁化に対応する符号において、同一符号が連続しない時も磁化の方向を反転させて磁化するように構成されているので、センサー検出裕度を大きくすることができより安定した検出が可能になる。
又、請求項12によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項1記載のアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、基本ピッチ内にある二つ以上の符号型原点の全てが基本ピッチの中心を含む中心より片側に寄っている構成になっているので、基本ピッチに対応した符号原点を確実に識別することができる。
又、請求項13によるアクチュエータは、請求項1〜請求項12の何れかに記載のアブソリュート型リニアエンコーダを用いているので、コンパクト化を図ると共に低コストであって信頼性の高いアクチュエータを得ることができる。
As described above, the absolute linear encoder according to the first aspect of the present invention is an incremental linear scale section mainly composed of one incremental linear scale and two detectors arranged at a phase difference interval of approximately 90 degrees. And an absolute linear scale having two or more code-type origins in one basic pitch and an absolute linear scale portion mainly composed of one or a plurality of detectors. Therefore, the combination of the positions of the code type origins in the basic pitch can be greatly increased, and a long stroke can be obtained even if the basic pitch is narrowed.
The absolute linear encoder according to
The absolute linear encoder according to
The absolute linear encoder according to claim 4 is the absolute linear encoder according to
The absolute linear encoder according to claim 5 is the absolute linear encoder according to claim 4, wherein the output signal of the incremental linear scale portion used for the synchronization is a signal before division, so that stable signal detection is possible. Become.
The absolute linear encoder according to claim 6 is an absolute linear encoder according to claim 4, wherein the output signal of the absolute linear scale portion is a single-phase digital signal, so that signal transmission is facilitated.
An absolute linear encoder according to claim 7 is the absolute linear encoder according to
An absolute linear encoder according to
The absolute linear encoder according to
An absolute type linear encoder according to claim 10 is the absolute type linear encoder according to
The absolute linear encoder according to
An absolute linear encoder according to claim 12 is the absolute linear encoder according to
The actuator according to claim 13 uses the absolute linear encoder according to any one of
以下、図1乃至図4を参照して本発明の一実施の形態を説明する。この一実施の形態は本願発明を一軸アクチュエータに適用した例を示すものである。図1は本実施の形態によるアクチュエータの全体の構成を示す平面図である。
まず、ハウジング1があり、このハウジング1にはスライダ3が図1中左右方向(矢印a方向)に移動可能な状態で取り付けられている。上記ハウジング1内にはボールねじ5が内装されているとともに駆動モータ7が設置されている。上記ボールねじ5は上記駆動モータ7の出力軸に連結されていて、駆動モータ7によって回転駆動されるように構成されている。
尚、ボールねじ5と駆動モータ7の出力軸が一体化されたものもある。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment shows an example in which the present invention is applied to a uniaxial actuator. FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of the actuator according to the present embodiment.
First, there is a
In some cases, the ball screw 5 and the output shaft of the drive motor 7 are integrated.
上記ボールねじ5には図示しないボールナットがその回転を規制された状態で螺合・配置されている。既に説明したスライダ3はこのボールナットに固着されている。上記ハウジング1にはガイド9、11が設置されていて、これらガイド9、11によって上記スライダ3の図1中左右方向への移動を案内する。そして、駆動モータ7を適宜の方向に回転させることによりボールねじ5が同方向に回転し、それによって、ボールナットを介してスライダ3が上記ガイド9、11によって案内されながら適宜の方向(図1中左右方向)に移動する。
A ball nut (not shown) is screwed and arranged on the ball screw 5 in a state where its rotation is restricted. The
上記ガイド11側にはリニアスケール部21が設置されており、一方、上記スライダ3には検出ヘッド部23が取り付けられている。又、アクチュエータに対して離間した場所にはコントローラ部25が設置されている。
A
次に、上記リニアスケール部21、検出ヘッド部23、コントローラ部25の構成について詳しく説明する。図2は図1の中から上記リニアスケール部21、検出ヘッド部23、コントローラ部25を抽出して示す図である。
まず、リニアスケール部21は、インクリメンタルリニアスケール31、アブソリュートリニアスケール33とから構成されている。上記インクリメンタルリニアスケール31は、例えば、800μmピッチの磁気式のものとして構成されている。すなわち、上記インクリメンタルリニアスケール31は、800μmピッチにて複数の磁化部31aを連ねた構成をなしている。又、隣接する磁化部31a、31aに対しては互いに反転した磁化がなされている
尚、図中矢印は磁化の方向を示していて、矢印の基部はS極であり、矢印の先端はN極である。
Next, the configuration of the
First, the
一方、上記アブソリュートリニアスケール33は1ビットが800μmに構成されていて、基本ピッチPの両端を規定する為の符号型原点33a1、33a4と、基本ピッチP内に二つ設けられた符号型原点33a2、33a3を備えた構成になっている。これら符号型原点33a1、33a4、33a2、33a3は、既に説明したインクリメンタルリニアスケール31の磁化部31aと同様磁化部として構成されているものである。
On the other hand, the absolute
上記検出ヘッド部23側の構成をみてみると、まず、上記インクリメンタルリニアスケール31に対応する二つの検出器、すなわち、A相検出器35とB相検出器37が設置されている。これら二つのA相検出器35とB相検出器37は、インクリメンタルリニアスケール31のピッチ間隔を360°としたとき、90°の位相差間隔で配置されている。そして、上記インクリメンタルリニアスケール31と二つのA相検出器35、B相検出器37とによってインクリメンタルリニアスケール部を構成している。
Looking at the configuration on the
上記A相検出器35、B相検出器37は磁気式のものである。具体的には、MR素子2個(磁化部31aの長さの1/2だけ離間させた状態で配置されている)をブリッジに組んだMRセンサーを用いており、それによって、温度特性改善や出力増を図っている。又、これらA相検出器35、B相検出器37は既に説明したように90°の位相差間隔をおいて配置されている。このMRセンサーを用いることにより、A相検出器35、B相検出器37からの出力信号は略正弦波となる。すなわち、A相検出器35からは正弦波の信号が出力され、B相検出器37からは余弦波の信号が出力されるように構成されている。
The
又、上記検出ヘッド部23には、上記アブソリュートリニアスケール33に対応する一つのZ相検出器39が設置されている。このZ相検出器39も既に説明したA相検出器35及びB相検出器37と同様に磁気式のものである。すなわち、A相検出器35及びB相検出器37と同様に、MR素子2個(磁化部33aの長さの1/2だけ離間させた状態で配置されている)をブリッジに組んだMRセンサーを用いており、それによって、温度特性改善や出力増を図っている。そして、上記アブソリュートリニアスケール33と一つのZ相検出器39とによってアブソリュートリニアスケール部を構成している。
尚、本実施の形態では一つのZ相検出器39を使用するように構成しているが、二つ以上のZ相検出器を使用する構成も考えられる。
The
In the present embodiment, one Z-
又、上記検出ヘッド部23には、分割器41と同期回路43が設けられている。上記A相検出器35、B相検出器37からの検出信号は上記分割器41と同期回路43に夫々入力される。又、上記Z相検出器39からの検出信号も上記同期回路43に入力される。そして、上記分割器41と同期回路43からの信号、すなわち、分割器41からのA相信号とB相信号、同期回路43からのZ相信号はラインドライバ45及びコントローラ部25のラインレシーバ47を介してコントローラ49に入力されるものである。
以上が本実施の形態によるアクチュエータ及びそこに使用されているアブソリュート型リニアエンコーダの概略の構成である。以下、各部の構成をその作用・効果を交えながらさらに詳細に説明していく。
The
The above is the schematic configuration of the actuator according to the present embodiment and the absolute linear encoder used therein. In the following, the configuration of each part will be described in more detail with the action and effect.
まず、アブソリュートリニアスケール33の符号型原点33a1、33a4、33a2、33a3について詳しく説明する。従来例の説明で使用した図5に示すように、従来は基本ピッチPの両端を規定する符号型原点103、103の間に一つの符号型原点105が配置されていた。このように、基本ピッチP内に符号型原点が一つの場合には、その位置の違いの数には限界があった。
そこで、本実施の形態の場合には、基本ピッチP内に二つの符合型原点33a2、33a3を設けた構成としており、それによって、基本ピッチP内にある符号型原点33a2、33a3の位置の組合せを大幅に増加させるようにしている。その結果、基本ピッチPを狭くしても長いストロークを持つアブソリュートリニアスケールを構成することができるものである。
First, the code-
Therefore, in the case of the present embodiment, the configuration is such that the two
その際、基本ピッチPの両端を確定する符号型原点33a1、33a4と、基本ピッチP内に二つ設けられた符号型原点33a2、33a3はともに同じ原点であり、よって、そのままでは両者を区別することはできない。そこで、本実施の形態の場合には、基本ピッチP内に配置される符号型原点33a2、33a3を基本ピッチPの中心を含む中心より片側に寄せて配置するようにしており(本実施の形態の場合には図2、図3に示すように右側に寄せて配置している)、それによって、基本ピッチPを確定する符合型原点を33a1、33a4と基本ピッチP内の符号型原点を33a2、33a3と区別するようにしている。
At that time, the
さらに詳しく説明すると、本実施の形態の場合には、基本ピッチP内の符号型原点33a2、33a3を、図2、図3において全て基本ピッチP内の右寄りに配置している。その際、Z相検出器39を図2、図3中左側から右側へ移動させる場合、基本ピッチPの最左端の符号型原点33a1と次の符号型原点33a2までの距離(インクリメンタルスケール31によりカウントされる)は基本ピッチPの1/2以上となる。そのような距離を有する符号型原点としては符号型原点33a1と符号型原点33a2以外にはなく、それによって、符号型原点33a1であると識別されることになる。又、最左端の符号型原点33a1を識別することができれば、他の符号型原点33a2、33a3、33a4についてはZ相検出器39を図2、図3中右側に移動させることによって順次検出することができる。
More specifically, in the case of the present embodiment, the
例えば、基本ピッチPを24mmとし、符号型原点33a1、33a4、33a2、33a3の磁化長さを0.8mmとする。又、基本ピッチP内の符号型原点を本実施の形態の場合のように符号型原点33a2、33a3の二個とする。その際、符号型原点33a2、33a3の位置の組合せは、次の式(I)に示す通り81通りになる。
すなわち、14C2=81―――(I)
その結果、次の式(II)に示すように、約1.9mのストロークまで対応することが可能になる。
24mm×81=1944mm―――(II)
因みに、基本ピッチP内の符号型原点を仮に3個とした場合には、3個の符号型原点の位置の組合せは次の式(III)に示す通り364通りとなる。
14C3 =364―――(III)
その結果、次の式(IV)に示すように、約8.7mのストロークまで対応することが可能になる。
24mm×364=8736mm―――(IV)
For example, the basic pitch P is set to 24 mm, and the magnetization lengths of the
That is, 14 C 2 = 81-(I)
As a result, as shown in the following formula (II), it is possible to cope with a stroke of about 1.9 m.
24mm × 81 = 1944mm --- (II)
Incidentally, if there are three code type origins in the basic pitch P, there are 364 combinations of the positions of the three code type origins as shown in the following equation (III).
14 C 3 = 364 --- (III)
As a result, as shown in the following formula (IV), it is possible to cope with a stroke of about 8.7 m.
24mm × 364 = 8736mm --- (IV)
従って、従来例では検出器の移動距離が80〜160mmとかなり長かったのが、本実施の形態の場合には、基本ピッチP内の符号型原点の数を、例えば、1〜2個増やして2〜3個にすることにより、Z相検出器39の移動距離を24〜48mmと大幅に短縮させることができる。
Therefore, in the conventional example, the moving distance of the detector is as long as 80 to 160 mm, but in the case of the present embodiment, the number of code type origins in the basic pitch P is increased by 1 to 2, for example. By using two or three, the moving distance of the Z-
又、上記インクリメンタルリニアスケール31は、既に説明したように、800μmピッチにて構成されていて比較的粗い構成になっている。上記分割器41はそのような粗い構成のインクリメンタルリニアスケール31の分解能を向上させるために設けられているものである。
因みに、この実施の形態では800分割することにより分解能を1μmまで向上させるようにしている。
In addition, as described above, the incremental
Incidentally, in this embodiment, the resolution is improved to 1 μm by dividing into 800 parts.
すなわち、A相検出器35とB相検出器37から略90度の位相差を持った略正弦波の2つの出力信号を出力させ、それらを上記分割器41によって位相分割する。又、分割された90度位相差のA相信号とB相信号は原信号の1/200倍の4μmピッチの90度位相差信号として出力することにより、進行方向の情報を含み、且つ、信号周波数を上げないようにできている。この4μmピッチのA相信号とB相信号はコントローラ49で受信された後さらに1/4倍に分割され、結局、1μmの高分解能を達成されることになる。
That is, two substantially sinusoidal output signals having a phase difference of approximately 90 degrees are output from the
次に、同期回路43による同期に関して説明する。アブソリュートリニアスケール33の磁化をMRセンサーを用いたZ相検出器39により検出しようとする場合、1ビットの磁化には1ビット全領域にわたって均一な出力は得られない。そこで、本実施の形態では、インクリメンタルリニアスケール31とアブソリュートリニアスケール33を同期させた配置とし、併せて夫々のA相検出器35、B相検出器37、Z相検出器39を同期・配置することにより、インクリメンタルリニアスケール部の信号に同期してアブソリュートリニアスケール部の信号を1ビットずつ分離して取り込むように構成している。
Next, synchronization by the
さらに詳しく説明すると、この実施の形態では、インクリメンタルリニアスケール31のピッチ800μmがアブソリュートリニアスケール33の1ビットに対応するような配置とし、インクリメンタルリニアスケール部のA相検出器35がアブソリュートリニアスケール部のZ相検出器39と同位相になるように配置している。それによって、図4に示すように、B相検出器37の「立上り」又は「立下り」変化時であって、且つ、A相検出器35が「High(1)」である時にアブソリュートリニアスケール33の信号を読み込めば1ビットずつ分離して検出することができる。
More specifically, in this embodiment, the arrangement is such that the pitch of the incremental
又、インクリメンタルリニアスケール部のA相検出器35及びB相検出器37の出力信号は、前述したように、分割器41によりその分解能が向上されるようになっている。仮に、分割後の高分解能信号によってアブソリュートリニアスケール部の信号を同期させて得ようとすると、信号が安定せず読取エラーが発生することが懸念される。すなわち、高分解能信号ではインクリメンタル信号の位相を特定することができず、よって、アブソリュートリニアスケール33の信号反転境界近傍又は磁化の端近くにて信号を検出するような場合も生じるからである。その為、信号が安定しないケースが発生して読取エラーが生じてしまうものである。
Further, the resolution of the output signals of the
そこで、本実施の形態では、図2に示すように、分割器41によって分割される前のA相検出器35とB相検出器37からのインクリメンタル信号を同期回路43に取り込むように構成しており、それによって、A相検出器35が400μm幅の「High(1)」信号の真ん中直上にいる時にアブソリュートビットの中央近傍真上にあるZ相検出器39の信号を読み込むことができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the incremental signal from the
インクリメンタルリニアスケール部の出力信号と同期してアブソリュートリニアスケール部の出力信号を出力させる同期回路43は、上記の通りB相検出器37の「立上り」又は「立下り」変化時であって、且つ、A相検出器35が「High(1)」である時にアブソリュートリニアスケール部のZ相検出器39の信号を取り込みラッチする回路である。したがって、この同期回路43によりZ相検出器39の出力信号は単相のデジタル信号に変換されることになり、通常のインクリメンタルリニアエンコーダの原点信号と同様の単相デジタル信号となる。つまり、A相検出器35、B相検出器37からのインクリメンタル出力信号と共に通常のインクリメンタルリニアエンコーダの出力信号と同様の出力となる。その結果、一般のアブソリュートエンコーダのように各社各様の複雑な信号伝送は不要となり信号の伝送も容易化されることになる。
The
又、上記分割器41及び同期回路43を検出ヘッド部23に組込むことにより、検出ヘッド部23より出力される信号がA相デジタル信号、B相デジタル信号、Z相デジタル信号のみとなり(ラインドライバ45利用時は+A、−A、+B、−B、+Z、−Z)、その結果、信号間の伝送遅延も少なくて信頼性も確保できるとともにコントローラ49における入力も容易となり低コスト化を図ることができる。
Further, by incorporating the
次に、図4を参照して本実施の形態におけるスケールへの磁化の構成について詳細に説明する。図4中上側に示したインクリメンタルリニアスケール31の場合には、全ての磁化部31aが同じ長さになっていて、且つ、隣接する磁化部31a、31aの磁化の方向が互いに反転した構成になっている。又、本実施の形態の場合には、1つの磁化部31aの長さは800μmに設定されている。
Next, the configuration of magnetization on the scale in the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the case of the incremental
又、本実施の形態の場合には、アブソリュートリニアスケール33について符号1ビットに1つの磁化部33aを対応させている。又、その磁化部33aの長さは上記インクリメンタルリニアスケール31の磁化部31aのそれと同じに設定されている。
In the case of this embodiment, one
因みに、特許文献4に開示されている発明においては、アブソリュートリニアスケールの磁化部の長さはインクリメンタルの磁化部長さの1/2に設定されている。又、特許文献5に記載されている発明の場合には、アブソリュートリニアスケールの磁化部の長さはインクリメンタルの磁化部長さの1未満又は数倍に設定されている。
しかしながら、磁化の検出はその磁化のN極からS極へ向かって還流する磁束の大きさをMR素子等の磁気センサーで検出するものであり、磁化の長さがばらばらであって、且つ、スケールとセンサー間のギャップを一定に保つと、そのセンサー出力は大幅に変動してしまう。例えば、磁化長さを1/2にするとセンサー出力は半分以下となる。逆に磁化の長さを2倍にしても大幅なセンサー出力ダウンは避けられない。よって、磁化の長さは一定にすることが好ましく、本実施の形態の場合にはこのような観点から磁化部31a、33aの長さを一定に設定している。
However, in the detection of the magnetization, the magnitude of the magnetic flux returning from the N pole to the S pole of the magnetization is detected by a magnetic sensor such as an MR element, the magnetization length varies, and the scale If the gap between the sensors is kept constant, the sensor output will fluctuate significantly. For example, when the magnetization length is halved, the sensor output becomes half or less. Conversely, even if the length of the magnetization is doubled, a significant decrease in sensor output is inevitable. Therefore, it is preferable to make the length of magnetization constant, and in the case of the present embodiment, the length of the
又、本実施の形態では、図4に示すように、アブソリュートリニアスケール33についてはデータ符号「1」(1ビット)に対応して1磁化を行っており、データ符号「0」に対しては磁化していない。
尚、データ符号「0」に対して磁化し、データ符号「1」に対して磁化なしの逆のケースでも良い。
上記MRセンサー出力を図4においてスケールの上及び下に示している。このセンサー出力では一つの磁化部31aで1周期、360度位相に相当する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the absolute
The opposite case may be employed in which the data code “0” is magnetized and the data code “1” is not magnetized.
The MR sensor output is shown above and below the scale in FIG. In this sensor output, one
又、本実施の形態におけるアブソリュートリニアスケール33の場合には、図示していないが、連続同一符号部、具体的には、「111」の部分では、磁化の方向を1ビット毎に反転させている。これは反転させなければ長さの長い磁化になってしまい、センサー出力が不十分となり安定した検出ができなくなってしまうことに起因する。又、符号型原点を隣接させることができ(例えば、「11」、「111」、「1111」)、それによって、基本ピッチP内における符号型原点の位置の組み合わせの数を増加させることができる。
又、連続同一符号部以外でも磁化毎に反転するのが望ましい。例えば、図4に示すように、「101」のように磁化部と磁化部の間が1ビットしかない場合は、同一の磁化方向では「0」符合部に左右の磁化部からの漏れ磁束が足し合わされるので、磁化の方向を反転させた方がセンサー検出余裕を向上させることができる。そこで、本実施の形態の場合にはそのような場合も磁化の方向を反転させているものである。
In the case of the absolute
In addition, it is desirable to reverse every magnetization except for the continuous identical sign portion. For example, as shown in FIG. 4, when there is only 1 bit between the magnetized parts as in “101”, the leakage flux from the left and right magnetized parts is in the “0” sign part in the same magnetization direction. Since they are added together, the sensor detection margin can be improved by reversing the magnetization direction. Therefore, in this embodiment, the magnetization direction is reversed in such a case.
又、図4はインクリメンタルリニアスケール31、アブソリュートリニアスケール33と各信号との関係を示す図であり、インクリメンタルリニアスケール31の上側には位相差90度を持つA相検出器35、B相検出器37の出力、さらにそれらのデジタル変換出力を示し、アブソリュートリニアスケール33の下側には、Z相検出器39の出力及びそのデジタル変換出力を示す。又、Bデジタル出力の「立上り」又は「立下り」で且つAデジタル出力が「High(1)」であるとき、Z相検出器39は磁化の中央(ビット中央)の磁束を検出している。アブソリュートデータ符号が「1」の領域ではZデジタル出力の真ん中に相当し、十分なマージンでZ信号の検出がなされる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the incremental
ここで、図2に示すアブソリュート型リニアエンコーダとしての作用を整理すると、検出ヘッド部23にて生成された90度位相差を持つA相信号とB相信号及びZ相信号がラインドライバ45、ラインレシーバ47を介してコントローラ49に入力される。電源立ち上げ直後の絶対位置検出はスライダ3を一方向に駆動させることによって、検出ヘッド部23をリニアスケール部21に対して相対運動させる。その時、インクリメンタル信号であるA相信号とB相信号の800μmカウント毎(1μm分解能パルスの800カウント毎)にZ相信号をコントローラ49に取り込んでいく。その取り込んだデータと対応する絶対位置(アブソリュートデータ)を予め作成されている対応表又は計算式から得るものである。
Here, when the operation as the absolute linear encoder shown in FIG. 2 is arranged, the A-phase signal, the B-phase signal and the Z-phase signal having the phase difference of 90 degrees generated by the
そのようにして得られた絶対位置をアップダウンカウンタのオフセット値としてセットする、それによって、電源立ち上げ直後の位置検出が完了する。これらのプロセスはいずれもコントローラ49のソフトシーケンスで行うようになっており、それによって、コンパクト化と低コスト化を図ることができる。
The absolute position thus obtained is set as the offset value of the up / down counter, thereby completing the position detection immediately after the power is turned on. All of these processes are performed by the software sequence of the
尚、絶対位置が一旦アップダウンカウンタにセットされれば、その後はインクリメンタル信号であるA相信号とB相信号のみによってアップダウンカウンタにおいてカウントすることによって位置情報を得ることができる。 Note that once the absolute position is set in the up / down counter, the position information can be obtained by counting in the up / down counter using only the A-phase signal and B-phase signal which are incremental signals.
又、図1に示すアクチュエータとしてその作用をみると、上記したように、コントローラ49におけるソフト処理により絶対位置を検出し、コントローラ49の内部のアップダウンカウンタに初期値として設定し、アップダウンカウンタを作動させることによって位置情報を得る。コントローラ49はその位置情報に基づいて駆動モータ7を制御してスライダ3を指令位置に位置決めするものである。
Further, when the operation of the actuator shown in FIG. 1 is seen, as described above, the absolute position is detected by software processing in the
尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記一実施の形態の場合にはZ相検出器を一つとしたが、それに限定されるものではない。例えば、二個用いることも考えられ、その場合にはZ相信号は二つになるが、二つのZ相検出器を、例えば、基本ピッチ間隔離間させて設置することにより、最悪ケースである最長の移動距離を大幅(最小25%)に減らすことができる。
又、前記一実施の形態の場合には、基本ピッチPを一定としたが、基本ピッチPを漸増したり漸減する場合においても本発明の適用は可能である。
又、前記一実施の形態の場合には、基本ピッチP内の符号型原点を2個にした場合を例に挙げて説明し、同時に3個の場合についても言及したが、4個以上の場合も考えられる。
又、前記一実施の形態の場合には、磁気式のスケールを例に挙げたが、光学式のスケール(「0」、「1」符合を黒白に対応)でも同様に適用できる。
その他、図示した構成はあくまで一例であり、様々な変形が考えられる。
The present invention is not limited to the one embodiment.
For example, in the case of the one embodiment, one Z-phase detector is used, but the present invention is not limited to this. For example, it is conceivable to use two, in which case there are two Z-phase signals, but by installing two Z-phase detectors separated by a basic pitch interval, for example, the longest longest case Can be greatly reduced (minimum 25%).
In the above embodiment, the basic pitch P is constant. However, the present invention can be applied even when the basic pitch P is gradually increased or decreased.
Further, in the case of the above-described embodiment, the case where the number of code type origins in the basic pitch P is two is described as an example, and the case of three at the same time is also mentioned. Is also possible.
In the case of the above-described embodiment, the magnetic scale is taken as an example, but the present invention can be similarly applied to an optical scale (“0” and “1” signs correspond to black and white).
In addition, the illustrated configuration is merely an example, and various modifications are possible.
本発明は、アブソリュート型リニアエンンコーダと該アブソリュート型リニアエンンコーダを使用したアクチュエータに係り、特に、装置のコンパクト化、信号の伝送の単純化を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決めシステムに用いられるアブソリュート型リニアエンンコーダと該アブソリュート型リニアエンンコーダを使用したアクチュエータに好適である。 The present invention relates to an absolute type linear encoder and an actuator using the absolute type linear encoder, and more particularly to a device devised so as to make the device compact and simplify signal transmission. It is suitable for an absolute type linear encoder used in a precision positioning system and an actuator using the absolute type linear encoder.
1 ハウジング
3 スライダ
5 ボールねじ
7 駆動モータ
9 ガイド
11 ガイド
21 リニアスケール部
23 検出ヘッド部
25 コントローラ部
31 インクリメントリニアスケール
31a 磁化部
33 アブソリュートリニアスケール
33a1、33a4、33a2、33a3 符号型原点
35 A相検出器
37 B相検出器
39 Z相検出器
41 分割器
43 同期回路
45 ラインドライバ
47 ラインレシーバ
49 コントローラ
1
Claims (9)
一つの基本ピッチにおいて該基本ピッチ内に二つ以上の符号型原点を持つアブソリュートリニアスケールと一つ又は複数の検出器を主構成とするアブソリュートリニアスケール部と、
を具備し、
上記インクリメンタルリニアスケール部の2つの検出器は略正弦波の出力信号を出力するものであり、
アブソリュートデータの「1」又は「0」の何れか一方の符号において符号1ビットに一つの磁化を対応させ、
アブソリュートデータの「1」又は「0」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続するときには1ビット毎に磁化の方向を反転させて磁化し、
アブソリュートデータの「1」又は「0」の何れかの磁化に対応する符号において同一符号が連続しない時も磁化の方向を反転させて磁化することを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。 An incremental linear scale unit mainly composed of one incremental linear scale and two detectors arranged at a phase difference interval of approximately 90 degrees;
An absolute linear scale having two or more code-type origins in one basic pitch and one or more detectors in one basic pitch,
Equipped with,
The two detectors of the incremental linear scale unit output a substantially sine wave output signal,
In the code of either “1” or “0” in the absolute data, one magnetization corresponds to one code bit,
In the code corresponding to the magnetization of either “1” or “0” in the absolute data, when the same code continues, the magnetization direction is reversed for each bit and magnetized.
An absolute linear encoder characterized in that magnetization is performed by reversing the direction of magnetization even when the same code does not continue in a code corresponding to magnetization of either “1” or “0” of absolute data .
上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号は分割器により分割され高分解能を持つA、B2相のデジタル信号であることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。 The absolute linear encoder according to claim 1,
An absolute linear encoder characterized in that the output signal of the incremental linear scale section is an A / B two-phase digital signal divided by a divider and having high resolution .
上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号を取り込むことを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。 The absolute linear encoder according to claim 1 ,
An absolute linear encoder, wherein the output signal of the absolute linear scale unit is captured in synchronization with the output signal of the incremental linear scale unit .
上記同期に用いるインクリメンタルリニアスケール部の出力信号が分割前の信号であることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。 The absolute linear encoder according to claim 3 ,
An absolute linear encoder, wherein an output signal of the incremental linear scale unit used for the synchronization is a signal before division .
上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号が単相のデジタル信号であることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。 The absolute linear encoder according to claim 3 ,
An absolute linear encoder, wherein the output signal of the absolute linear scale section is a single-phase digital signal .
上記インクリメンタルリニアスケール及び上記アブソリュートリニアスケールに対して相対的に移動可能な検出ヘッドがあり、
上記インクリメンタルリニアスケール部の出力信号を分割する分割器と上記アブソリュートリニアスケール部の出力信号をインクリメンタルリニアスケール部の出力信号に同期して出力させる同期回路とを上記検出ヘッド部に組み込んだことを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。 The absolute linear encoder according to claim 1 ,
There is a detection head that can move relative to the incremental linear scale and the absolute linear scale,
A divider that divides the output signal of the incremental linear scale unit and a synchronization circuit that outputs the output signal of the absolute linear scale unit in synchronization with the output signal of the incremental linear scale unit are incorporated in the detection head unit. Absolute type linear encoder.
上記インクリメンタルリニアスケール部からの出力信号が2個のデジタル信号であり、アブソリュートリニアスケール部からの出力信号が1個のデジタル信号であることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。 The absolute linear encoder according to claim 1,
It said incremental linear skating output signal from the pole tip is two digital signals, absolute type linear encoder, wherein the output signal from the absolute linear scale unit is one of the digital signal.
基本ピッチ内にある二つ以上の符号型原点の全てが基本ピッチの中心を含む中心より片側に寄っていることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。 The absolute linear encoder according to claim 1,
Absolute type linear encoder all two or more code type origin within the fundamental pitch is characterized that you have displaced in one of the center, including the center of the base pitches.
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