JPH03191825A

JPH03191825A - 位置検出機構

Info

Publication number: JPH03191825A
Application number: JP33163889A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Hikasa; 雅史日笠
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1989-12-21
Publication date: 1991-08-21
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JP2794855B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は特定の経路を移動する移動担体の位置検出機構
に係り、特に移動距離および移動方向の検出技術に関す
る。

（従来の技術）特定の経路を１方向に移動する、あるいは、往復動する
移動担体の位置検出を光学的に行う方法には種々あるが
、移動距離を測定する方法としては、例えば予め定めら
れた明暗パターンの形成された外部スケールを移動担体
の移動経路に沿って配設し、この外部スケールを発光ダ
イオード（ＬＥＤ）にて照射し、移動担体の移動に伴う
外部スケールからの反射光（または透過光）をフォトト
ランジスタにて受けて外部スケールの明暗パターンをカ
ウントすることによって移動距離を測定する方法がある
。また、周知のレーザ測長器を用いる方法もある。

（発明が解決しようとする課題）しかし、ＬＥＤとフォトトランジスタと外部スケールを
用いた方法では、外部スケールの明暗パターンをこまか
くしても、光源にＬＥＤの拡散光を用いているので、分
解能が上がらず精度の高い位夏検出ができない、また、
移動担体の移動方向を簡単な方法で検出することが困難
であるという問題がある。

また、レーザ測長器を用いる方法では、精度の高い位１
検出が可能であり、さらにドツプラー効果の利用によっ
て移動担体の移動方向も検出することは可能であるが、
装置が大きく、小型化できない、また、レーザ測長器が
、非常に高価であるという間組がある。

本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その
目的は、移動担体の移動距離および移動方向の検出を簡
単な構成で正確になし得る位置検出機構を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明の位置検出機構は次
の如き構成を有する。

即ち、本発明の位置検出機構は、移動担体の移動経路に
沿って配設されるものであって移動担体との対向面の全
部または一部が移動担体の移動方向に向かい所定幅の傾
斜面をその１移動方向からの傾角を正逆交互して連接し
た鋸歯状面に形成されその傾斜面の少なくとも一方の傾
角にあるものが反射面であるポジショニングスケールと
；　移動担体に設けられ、前記鋸歯状面へ向けて光ビー
ムを射出集光させる光学系、および、前記一方の傾斜面
である反射面での反射光を受光するものであってその受
光面が反射面の幅方向に２分割されそれぞれ光検出信号
を出力する２分割光検出器と；　前記２分割光検出器の
２つの出力をそれぞれ受けて、和信号を出力する加算器
、および、差信号を出力する減算器と；　前記和信号と
基準信号とを比較し矩形波信号を出力する比較器と；　
前記差信号の零クロス点を検出する零クロス検出器と；
　前記矩形波信号、差信号および零クロス点検出信号に
基づき移動担体の移動距離と移動方向を検出する信号処
理器と；　を備えたことを特徴とするものである。

（作　用）次に、前記の如く構成される本発明の位置検出機構の作
用を説明する。

移動担体がポジショニングスケールの鋸歯状面を照射し
ながら１方向へ移動すると、２つの傾斜面のうち一方の
傾角にある反射面での反射光が２分割光検出器に受光さ
れる。つまり、２分割光検出器には２つの傾斜面の１つ
おきに受光がある。

反射面の光ビーム照射位置は幅方向に連続して移動する
から、２分割光検出器の２つの出力は光ビームの照射位
置に対応した値となり、また、移動方向が反転すると両
川力値の大小関係も反転する。

従って、和信号は正極性であってその振幅が比較的滑ら
かな正弦波状に変化する信号であるが、差信号は正極性
と負極性を繰り返す信号であって、移動方向に応じてそ
の極性を反転する。ここに、両信号は、繰り返し周期が
２つの傾斜面の間隔に対応する。また、和信号と差信号
は略π／２の位相差を有する。

そこで、和信号と基準信号とを比較して矩形波信号を作
れば、各パルスは１周期内に１個あるから、その個数を
計数すれば移動距離が求まることになる０丈な、この矩
形波信号の１パルス内では差信号の零クロスが検出され
るから、その零クロス後の差信号の極性を検出すれば移
動方向が求まることになる０両測定は正確であって、し
かも高速になし得ることが理解できる。

（実　施　例）以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る位置検出機構の外観構
成を示す、第１図において、移動担体１は、例えば略直
方体形状をしているとし、その長手方向の両端面にロー
ラが取り付けられ、また、図示省略したが移動担体１の
移動経路であるレールが敷設され、このレール上をロー
ラが転勤することによって図中Ａ←→Ａ′として示す短
手方向に移動するとする。そして、この移動担体１の下
面下方に帯板状のポジショニングスケール２が移動経路
に沿って配設されるとする。

この移動担体１とポジショニングスケール２との関係は
例えば第２図に示すようになっている。

まず、ボジシｊニングスケール２は、移動担体１との対
向面、つまり、上面の全部または一部が鋸歯状面に形成
されている。この鋸歯状面において隣接する２つの傾斜
面は移動担体１の移動方向（Ａ−Ａ’）の幅が略等幅で
あって、その傾角も絶対値を略等しくしである０本実施
例では、２つの傾斜面は全て反射面であって、一方を第
１反射面２ａ、他方を第２反射面２ｂとする。

また、移動担体１には、光学系と２分割光検出器７が設
けられる。光学系は、例えば、光源である半導体レーザ
３と、半導体レーザ３の射出光を移動方向（Ａ←ＡＭの
面内で平行化するコリターｌ−レンズ４と、コリメート
レンズ４の射出平行光８を移動方向（Ａ←ＡＭに対して
略垂直方向、つまり下面方向に反射するミラー５と、ミ
ラー５の射出反射光をポジショニングスケール２の上面
である鋸歯状面に集束する集束レンズ６とで構成される
。ポジショニングスケール２は、その上面が集束レンズ
６の射出集束光９の集束点付近、つまり、集束レンズ６
の焦点付近となるように配設されるのである。

そして、２分割光検出器７は、２つの反射面（２ａ、２
ｂ）のうち例えば第１反射面２ａでの反射光を受光する
ように配置される。この２分割光検出器７は、受光面が
第１反射面の幅方向に２分割されそれぞれ光検出信号を
出力する。

そうすると、移動担体１が移動方向（Ａ４−＋Ａ’　）
の１方向に移動し、集束光９の集光ポイントが、第３図
（ａ＞に示すように、第１反射面２ａの位置にある時は
、該第１反射面２ａで反射された前記集束光９は、２分
割光検出器７の受光面を照射するので、これが検出され
る。また、前記集束光９の集光ポイントが、第３図（ｂ
）に示すように、第２反射面２ｂの位置にあるときは、
集束光９は、第２反射面２ｂによって２分割光検出器７
とは逆の方向に反射され、該２分割光検出器７には検出
されない。

つまり、移動担体１の１方向への移動に伴い、２分割光
検出器７の受光面は明と暗を交互に繰り返す、このとき
、反射面の照射位置は幅方向に連続して移動するから、
２分割された各受光面の受光強度は等値を境にして一方
が大きく他方が小さいという関係となり、この大小関係
は移動方向が反転すると同様に反転する。

そこで、位置検出回路を第４図に示すように構成する。

２分割光検出器７を除く各要素は２分割光検出器７と同
様に移動担体１に設けても良く、また外部に設けても良
い。

第４図において、２分割光検出器７の２つの出力はそれ
ぞれ加算器１０と減算器１１とに入力される。加算器１
０は再入力信号を加算した和信号ａを形成する。この和
信号ａは第５図（ａ）に示すように正極性であってその
振幅が比較的滑らかな正弦波状に変化する信号である０
周期は２つの反射面（２ａ、２ｂ）の間隔で定まる。こ
の和信号ａは比較器１２にて基準値１６（第５図（ａ）
）と比較されて矩形波信号ｂ（第５図（ｂ））となり、
プロセッサ１４に入力される。ここに、矩形波信号すの
各パルスは１周期内に１個あるから、プロセッサ１４で
はパルス数をカウントして移動担体１の移動距離を求め
る。

また、減算器１１は再入力信号間で減算した差信号Ｃを
出力する（第５図（ｃ　＞＞、再入力信号は同値を境に
して大小関係があるので、図示するように、正極性と負
極性を繰り返す信号となり、しかも、移動方向が逆向き
となれば大小関係も反転するから、それに対応して極性
も反転する。そして、和信号ａと差信号Ｃは、略π／２
の位相差を有する時間関係にある。この差信号Ｃと、Ｏ
Ｖクロス検出器１３にて検出された零クロス点検出信号
とがプロセッサ１４に入力される。

プロセッサ１４では、矩形波信号すをゲート信号として
用い、ゲート信号がプラスの時にゲートを開き、ＯＶの
ときにゲートを閉じるようにし、ゲート信号が開いてい
る間に零クロス点検出信号が入力するからそれを検出す
る。そして、零クロスした後の差信号Ｃの極性がプラス
側にあるかマイナス側にあるかを検出する。これによっ
て、前記移動担体１が移動している方向を瞬時に知るこ
とができることになる。

以上の説明から明らかなように、ポジショニングスケー
ル２の鋸歯状面における２つの傾斜面のピッチおよび集
束光９の集束スポット径を小さくすれば、それだけ正確
な位置制御ができることになる。また、光源としてレー
ザ光源を用いれば、経時変化が少なく長期間に渡って安
定な位置検出信号および方向検出信号を得ることができ
る。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の位置検出機構によれば、
移動担体の移動経路に沿って配設されるポジショニング
スケールの対向面に鋸歯状面を形成し、２つの傾斜面の
一方を反射面として用い、かつ、光検出器を２分割形と
してその２出力の和と差をとり、差信号の零クロス点を
移動方向の判定基準として用いるようにしたので、１つ
の光源から２位相の信号、即ち、位置信号と移動方向信
号を得ることができ、従って、移動担体の高速位置決め
を簡単、かつ正確に行うことができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例に係る位置検出機構の外観概
略図、第２図は光学系と反射面との関係図、第３図は動
作原理説明図、第４図は電気的構成図、第５図は各部の
波形図である。１・・・・・・移動担体、　２・・・・・・ポジショニ
ングスケール、　２ａ・・・・・・第１反射面、　２ｂ
・・・・・・第２反射面、　３・・・・・・光源（半導
体レーザ）、　４・・・・・・コリメートレンズ、　５
・・・・・・ミラー、　６・・・・・・集束レンズ、　
７・・・・・・２分割光検出器、　８・・・・・・コリ
メート光（平行光）、　９・・・・・・集束光、　１０
・・・・・・加算器、　１１・・・・・・減算器、　１
２・・・・・・比較器、１３・・・・・・ＯＶクロス検
出器、　　１４・・・・・・プロセッサ、　１５・・・
・・・プロセッサ出力端子、　１６・・・・・・基準値
。外＠、＃Ｌ吟図享　／　閃と充ビレム力で本更広ユ式る調Ｌイト（ａ）第２　図光ビームパ涙文二屯ない場外（ｂ）動作、ｌ、Ｅｌ説胡め第３　図

Claims

【特許請求の範囲】

移動担体の移動経路に沿って配設されるものであって移
動担体との対向面の全部または一部が移動担体の移動方
向に向かい所定幅の傾斜面をその１移動方向からの傾角
を正逆交互して連接した鋸歯状面に形成されその傾斜面
の少なくとも一方の傾角にあるものが反射面であるポジ
ショニングスケールと；移動担体に設けられ、前記鋸歯
状面へ向けて光ビームを射出集光させる光学系、および
、前記一方の傾斜面である反射面での反射光を受光する
ものであってその受光面が反射面の幅方向に２分割され
それぞれ光検出信号を出力する２分割光検出器と；前記
２分割光検出器の２つの出力をそれぞれ受けて、和信号
を出力する加算器、および、差信号を出力する減算器と
；前記和信号と基準信号とを比較し矩形波信号を出力す
る比較器と；前記差信号の零クロス点を検出する零クロ
ス検出器と；前記矩形波信号、差信号および零クロス点
検出信号に基づき移動担体の移動距離と移動方向を検出
する信号処理器と；を備えたことを特徴とする位置検出
機構。