JP7118627B2 - 電磁誘導式位置検出装置 - Google Patents
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Description
INC方式は、スケールが有する一定のピッチで配置されたインクリメンタル目盛コイル(INC目盛コイル)をヘッドにて連続的に検出し、通過したINC目盛コイルにおけるコイルの数をカウントアップまたはカウントダウンすることで、相対位置を算出する方式である。しかし、INC方式は、スケールに対するヘッドの所定方向の絶対位置は取得することができないという問題がある。
ここで、デザインルールとは、例えばスケールコイルや送信コイルおよび受信コイルが構成される基板の大きさ等による製造上の物理的な制約である。
ここで、この9つの信号は、絶対位置信号および相対位置信号を合成した信号となっている。このため、電磁誘導式位置検出装置は、検出された9つの信号を所定の演算にて解析することにより、絶対位置信号および相対位置信号を生成することができる。制御手段は、生成された絶対位置信号と相対位置信号とに基づいて目盛基板に対する検出器の所定方向の位置を算出することができる。
すなわち、電磁誘導式位置検出装置の目盛コイルは、所定のピッチの送信目盛と、送信目盛と異なるピッチの受信目盛と、を備え、検出器は、複数の送信コイル群および複数の受信コイル群を所定の位相差でずらして配置するとともに送信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置される送信コイルおよび受信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置される受信コイルにて構成されることで、送信コイルおよび受信コイルのピッチより小さな周期の相対位置信号を生成することができる。そして、電磁誘導式検出装置は、送信コイルおよび受信コイルのピッチを変更することなく、高分解能の相対位置信号を生成することができる。
したがって、電磁誘導式検出装置は、送信コイルを送信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置するとともに受信コイルを受信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置する場合、検出効率が低下する場合がある。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電磁誘導式位置検出装置を示す斜視図である。
電磁誘導式位置検出装置1は、電磁誘導式リニアエンコーダに用いられるとともに電磁誘導式リニアエンコーダの内部に設けられている。電磁誘導式位置検出装置1は、図1に示すように、板状の目盛基板であるスケール2と、スケール2に対向して設けられる検出器であるヘッド3と、を備える。
なお、以下の説明および各図面において、スケール2の長手方向でありヘッド3の移動(測定)方向(所定方向)をX方向と記し、X方向に直交するスケール2の幅方向をY方向と記す場合がある。
電磁誘導式位置検出装置1は、スケール2とヘッド3とをX方向に沿って相対移動させるとともに送信手段5を駆動することで目盛コイル4を経由して受信手段6にて検出される信号の変化からスケール2に対するヘッド3のX方向の位置を算出する。
スケール2は、図2に示すように、長尺状のガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板20により形成されている。複数の目盛コイル4は、X方向に沿って絶縁基板20におけるヘッド3と対向する一面に設けられている。
なお、絶縁基板20は、ガラスエポキシ樹脂ではなく、ガラスやシリコン等の材料から構成されていてもよい。
接続部42は、Y方向に沿って設けられる紙面上方向側に配置される送信目盛40と紙面下方向側に配置される受信目盛41とを接続して、一つの目盛コイル4を形成している。接続部42は、送信目盛40と受信目盛41とを切断部分のないループ状となるように接続している。
ヘッド3は、図3に示すように、ガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板30により形成されている。絶縁基板30は、複数の基板を重ねて形成される多層基板を用いて送信手段5および受信手段6を構成している。なお、絶縁基板30は、ガラスエポキシ樹脂ではなく、ガラスやシリコン等の材料から構成されていてもよい。
図4に示すように、スケール2の送信目盛40は、ヘッド3の送信手段5と対向して設けられ、送信目盛40および複数の送信コイル511,522,533は、ともにピッチL1で配置されている。
また、スケール2の受信目盛41は、ヘッド3の受信手段6と対向して設けられ、受信目盛41および複数の受信コイル611,622,633は、ともにピッチL0で配置されている。
電磁誘導式位置検出装置1は、図5に示すように、送信手段5を駆動することで目盛コイル4を経由して受信手段6にて検出される信号の変化からスケール2に対するヘッド3のX方向の位置を算出する制御手段7と、制御手段7により算出されたスケール2に対するヘッド3のX方向の位置を電磁誘導式位置検出装置1の外部に出力する出力手段8と、をさらに備える。
具体的には、図7(A)は、第1の送信コイル群51を駆動した際に検出される第1信号を示すグラフであり、図7(B)は、第2の送信コイル群52を駆動した際に検出される第2信号を示すグラフであり、図7(C)は、第3の送信コイル群53を駆動した際に検出される第3信号を示すグラフである。また、図8(A)は、絶対位置信号を示すグラフであり、図8(B)は、相対位置信号を示すグラフである。
以下、制御手段7によるスケール2に対するヘッド3のX方向の位置の算出方法について、図6~図8を参照して説明する。
具体的には、図7(A)に示すように、駆動部71が第1の送信コイル群51を駆動すると、検出部72は、第1の受信コイル群61にて受信する信号をS00とし、第2の受信コイル群62が検出する信号をS01とし、第3の受信コイル群63が検出する信号をS02として、第1信号S00,S01,S02を検出する。
具体的には、図7(B)に示すように、駆動部71が第2の送信コイル群52を駆動すると、検出部72は、第1の受信コイル群61にて受信する信号をS10とし、第2の受信コイル群62が検出する信号をS11とし、第3の受信コイル群63が検出する信号をS12として、第2信号S10,S11,S12を検出する。
具体的には、図7(C)に示すように、駆動部71が第3の送信コイル群53を駆動すると、検出部72は、第1の受信コイル群61にて受信する信号をS20とし、第2の受信コイル群62が検出する信号をS21とし、第3の受信コイル群63が検出する信号をS22として、第3信号S20,S21,S22を検出する。
このように、第1の送信コイル群51~第3の送信コイル群53は、時分割で駆動される。
この9つの信号は、Lcoa(式(1))の周期の絶対位置信号およびLfine(式(2))の周期の相対位置信号を合成した信号となっている。このため、制御手段7は、検出された9つの信号を演算にて解析することにより、絶対位置信号および相対位置信号を算出することができる。
具体的には、絶対位置信号生成部73は、9つの信号に対して式(3)~式(5)の演算をする。式(3)~式(5)の演算により、絶対位置信号生成部73は、図8(A)に示すように、120度位相差の3つの信号からなる絶対位置信号SC0,SC1,SC2を生成する。
SC1=-S01-S12+S20 ・・・(4)
SC2=S02-S10-S21 ・・・(5)
具体的には、相対位置信号生成部74は、9つの信号に対して式(6)~式(8)の演算をする。式(6)~式(8)の演算により、相対位置信号生成部74は、図8(B)に示すように、120度位相差の3つの信号からなる相対位置信号SF0,SF1,SF2を生成する。
SF1=-S01-S10+S22 ・・・(7)
SF2=S02+S11+S20 ・・・(8)
具体的には、算出部75は、先ず、相対位置信号SF0,SF1,SF2について式(9)の演算をすることで相対位置信号SF0,SF1,SF2内におけるスケール2に対するヘッド3のX方向の相対位置PFを算出する。
具体的には、先ず、算出部75は、絶対位置PCが複数の位相を有する相対位置PFにおいて、何番目の位相であるのかを特定するために、位相の番号Nを式(11)の演算により算出する。なお、Nは整数である。
Lfine<L0 ・・・(15)
(1)絶対位置信号生成部73は、9つの信号に対して所定の演算をすることで、絶対位置信号を生成することができる。
(2)相対位置信号生成部74は、9つの信号に対して所定の演算をすることで、相対位置信号を生成することができる。
(3)相対位置信号生成部74は、9つの信号に対して所定の演算をすることで、複数の送信コイル511,522,533のピッチL1および複数の受信コイル611,622,633のピッチL0より小さな周期の相対位置信号を生成することができる。
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図9は、本発明の第2実施形態に係る電磁誘導式位置検出装置の目盛コイル、送信手段、および受信手段を示す模式図である。
本実施形態の電磁誘導式位置検出装置1Aのスケール2Aは、目盛コイル4Aを除き、前記第1実施形態のスケール2と略同様の構成を備える。
すなわち、複数の送信コイル511,522,533は、X方向に沿って送信目盛40AにおけるピッチL3の2倍のピッチL1にて配置され、複数の受信コイル611,622,633は、X方向に沿って受信目盛41におけるピッチL4の2倍のピッチL0にて配置されている点で前記第1実施形態と異なる。
スケール2Aに配置される目盛コイル4Aが増加することで、電磁誘導式位置検出装置1Aは、前記第1実施形態の電磁誘導式位置検出装置1と比べて信号強度を2倍程度、大きくすることができる。
(6)複数の送信コイル511,522,533および複数の受信コイル611,622,633は、送信目盛40AにおけるピッチL3および受信目盛41AにおけるピッチL4の2倍のピッチL1,L0にて配置されることで、同じピッチにて配置される場合と比較して、複数の送信コイル511,522,533および複数の受信コイル611,622,633に対向して目盛コイル4Aが2倍に配置されることとなる。したがって、電磁誘導式検出装置1Aは、前記第1実施形態の電磁誘導式位置検出装置1と比べて2倍程度大きい信号強度で信号を取得することができるため、効率的に信号を検出することができる。
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、電磁誘導式位置検出装置1,1Aは、電磁誘導式リニアエンコーダに用いられていたが、電磁誘導式ロータリーエンコーダであってもよい。また、電磁誘導式位置検出装置1,1Aは、ダイヤルゲージ(テストインジケータ)やマイクロメータ等の測定器に用いられていてもよい。すなわち、電磁誘導式位置検出装置は、用いられる測定器の形式や方式などについて特に限定されるものではなく、その他の測定器などにおいても利用可能であり、本発明の電磁誘導式位置検出装置を何に実装するかについては、特に限定されるものではない。
また、電磁誘導式位置検出装置は、センサ等の測定器以外のものに用いられていてもよい。
2,2A スケール
3 ヘッド
4 目盛コイル
5 送信手段
6 受信手段
7 制御手段
40,40A 送信目盛
41,41A 受信目盛
42,42A 接続部
51~53 送信コイル群
61~63 受信コイル群
71 駆動部
72 検出部
73 絶対位置信号生成部
74 相対位置信号生成部
75 算出部
Claims (5)
- 所定方向に沿って配置される複数の目盛コイルを有する板状の目盛基板と、前記目盛コイルに対向して設けられる送信手段および受信手段を有する検出器と、前記送信手段を駆動することで前記目盛コイルを経由して前記受信手段にて検出される信号の変化から前記目盛基板に対する前記検出器の前記所定方向の位置を算出する制御手段と、を備える電磁誘導式位置検出装置であって、
前記目盛コイルは、
前記所定方向に沿って所定のピッチにて配置されるとともに前記送信手段と対向する送信目盛と、
前記所定方向に沿って前記送信目盛とは異なるピッチにて配置されるとともに前記受信手段と対向する受信目盛と、
前記送信目盛および前記受信目盛を接続する接続部と、を備え、
前記送信手段は、
前記所定方向に沿って所定の位相差でずらして配置される複数の送信コイル群と、
前記所定方向に沿って前記送信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置されることによって前記送信コイル群を構成する複数の送信コイルと、を備え、
前記受信手段は、
前記所定方向に沿って前記複数の送信コイル群と同じ位相差でずらして配置される複数の受信コイル群と、
前記所定方向に沿って前記受信目盛におけるピッチの整数倍のピッチにて配置されることによって前記受信コイル群を構成する複数の受信コイルと、を備え、
前記制御手段は、
前記複数の送信コイル群を独立して順番に駆動し前記複数の送信コイル群の駆動順ごとに前記複数の受信コイル群にて検出される複数の信号に基づいて、前記目盛基板に対する前記検出器の絶対位置を算出するための絶対位置信号と、前記目盛基板に対する前記検出器の相対位置を算出するための相対位置信号と、を生成し、前記絶対位置信号と前記相対位置信号とに基づいて前記目盛基板に対する前記検出器の前記所定方向の位置を算出することを特徴とする電磁誘導式位置検出装置。 - 請求項1に記載された電磁誘導式位置検出装置において、
前記複数の送信コイルは、
前記所定方向に沿って前記送信目盛におけるピッチと同じピッチにて配置され、
前記複数の受信コイルは、
前記所定方向に沿って前記受信目盛におけるピッチと同じピッチにて配置されることを特徴とする電磁誘導式位置検出装置。 - 請求項1に記載された電磁誘導式位置検出装置において、
前記複数の送信コイルは、
前記所定方向に沿って前記送信目盛におけるピッチの2倍のピッチにて配置され、
前記複数の受信コイルは、
前記所定方向に沿って前記受信目盛におけるピッチの2倍のピッチにて配置されることを特徴とする電磁誘導式位置検出装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載された電磁誘導式位置検出装置において、
前記制御手段は、
前記複数の送信コイル群を独立して順番に駆動する駆動部と、
前記複数の送信コイル群の駆動順ごとに前記複数の受信コイル群にて複数の信号を検出する検出部と、
前記複数の信号に基づいて前記目盛基板に対する前記検出器の絶対位置を算出するための絶対位置信号を生成する絶対位置信号生成部と、
前記複数の信号に基づいて前記目盛基板に対する前記検出器の相対位置を算出するための相対位置信号を生成する相対位置信号生成部と、
前記絶対位置信号と前記相対位置信号とに基づいて前記目盛基板に対する前記検出器の前記所定方向の位置を算出する算出部と、を備えることを特徴とする電磁誘導式位置検出装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載された電磁誘導式位置検出装置を備える電磁誘導式エンコーダであって、
所定方向に沿って配置される前記目盛コイルを有する板状のスケールと、
前記目盛コイルに対向して設けられる前記送信手段および前記受信手段を有するヘッドと、を備え、
前記制御手段は、
前記絶対位置信号と前記相対位置信号とに基づいて前記スケールに対する前記ヘッドの前記所定方向の位置を算出することを特徴とする電磁誘導式エンコーダ。
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