JPH0599650A

JPH0599650A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH0599650A
Application number: JP29061991A
Authority: JP
Inventors: Taku Murakami; 卓村上
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】スケールとセンサとがある程度相対移動した
ときに、絶対位置がわかるようにする。【構成】スケール１２を構成している周期的に形成し
てある凸部１４を第１のセンサ２２、２４によって検出
するとともに、Ｍ系列を構成するように形成した絶対位
置検出パターン２０の凸部１８を第２のセンサ４０によ
って検出する。そして、凸部１８の形成間隔を検出パタ
ーン判別器４４が波形整形器３２の出力信号に基づいて
求め、所定長さの区間における凸部１８の形成パターン
を求めて絶対位置出力回路４６に送る。絶対位置出力回
路４６は、ルックアップテーブル４８から凸部１８の形
成パターンに対応した位置情報を読み出し、アップダウ
ンカウンタ３６の計数値を絶対位置にして出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設機械のバケットの
位置、工作機械のワークの位置などを検出する位置検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】位置検出装置には、非検出物や制御対象
物の移動量のみを検出することができるインクリメンタ
ル検出用と、非検出物や制御対象物の移動量のみでなく
絶対位置をも検出することができるアブソリュート検出
用とがある。

【０００３】アブソリュート仕様の位置検出装置として
は、始動時に単なる原点表示をするものと、完全な絶対
位置表示する完全アブソリュート型との２水準がある。
そして、完全アブソリュート型には、ポテンショメータ
などによって差動を求めるアナログ方式と、多ビット信
号処理を行うビット方式の２種類がある。

【０００４】後者のビット方式の位置検出装置は、回転
エンコーダなどを利用したものが実用化されており、数
万パルスのビット処理が可能なものも量産されている。
また、ビット信号を得るためのスリットや磁気変化部
を、Ｍ系列や全周期系列を構成するように形成すること
が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した回
転エンコーダを利用したものは、検出精度を出すため
に、軸受等を高精度化したり、常に絶対位置を知るため
に、ビット数に対応した数のセンサ素子が必要であった
り、検出部の高剛性化が必要となり、建設機械のような
高負荷条件下において使用するものに適用することが困
難である。

【０００６】また、スリットなどをＭ系列等に配列した
ものは、単位ビット（例えば８ビット）に対応した数の
センサによってスリット等を検出するようにしており、
検出部の小型化が望まれている位置検出装置において
は、採用が困難である。

【０００７】一方、検出した絶対位置をメモリに記憶さ
せ、装置がオフさせられても、内蔵バッテリによって絶
対位置を保持させる方式があるが、長期間作動させずに
保管することが多い建設機械等においては、利用するこ
とが難しい。そして、従来の建設機械などに採用してい
る、始動時にストロークエンドまでシリンダを移動させ
て原点の初期化を行う位置検出装置は、初期化の操作が
面倒であり、利用しずらい。

【０００８】反面、制御対象の絶対位置を知ることがで
きれば便利であるが、起動時に原点や絶対位置が知れな
くとも、ある程度制御対象を移動させた中にときに絶対
位置を知ることができればよい場合も多く、小型で安価
なそのような位置検出装置が望まれる。

【０００９】本発明は、前記要請に鑑みてなされたもの
で、スケールとセンサとがある程度相対移動すると絶対
位置を知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。

【００１０】

【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、周期的に複数形成
した物理的変化部を検出して被検出物の位置を求める位
置検出装置において、周期的に複数形成した第１の物理
的変化部と、この第１の物理的変化部を検出する第１の
センサと、非周期的に複数形成した第２の物理的変化部
と、任意の位置における予め定めた区間の前記第２の物
理的変化部の形成パターンに対応させた位置情報が格納
してある記憶部と、前記第２の物理的変化部を検出する
第２のセンサと、この第２のセンサと前記第１のセンサ
との出力信号に基づいて、前記任意の位置における予め
定めた区間の前記第２の物理的変化部の形成パターンを
求める検出パターン判別器と、この検出パターン判別器
が求めた前記第２の物理的変化部の形成パターンに基づ
いて、前記記憶部に記憶してある位置情報を読み出し、
絶対位置を出力する絶対位置出力回路とを有することを
特徴としている。

【００１１】複数の第２の物理的変化部は、Ｍ系列や全
周期系列などを構成するように形成することができる。
また、複数の第２の物理的変化部は、隣接する物理的変
化部の間隔が一方向に漸次拡大するように形成してもよ
い。

【００１２】

【作用】上記のように構成した本発明は、任意の位置に
おける予め定めた区間内の第２の物理的変化部を検出す
るとともに、この検出区間における各隣接する第２の物
理的変化部の幅、間隔を第１のセンサが検出した周期的
に形成してある第１の物理的変化部の数によって求め
る。そして、検出パターン判別器によって各第２の物理
的変化部の大きさや検出間隔、すなわち第２の物理的変
化部の形成パターン求め、求めた形成パターンを記憶部
に記憶してある位置情報を読み出し、その位置情報を絶
対位置として出力することにより、センサ部と物理的変
化部（目盛部）とをある程度相対移動させることによ
り、絶対位置を求めることがきる。

【００１３】

【実施例】以下、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、実施例
に係る位置検出装置の説明図である。

【００１４】図１において、例えば磁性体からなる油圧
シリンダ１０の表面には、長手方向に沿ってインクリメ
ンタルな信号を取り出すためのスケール１２が形成して
ある。スケール１２は、第１の物理的変化部である凸部
１４と溝部１６とが所定のピッチ（例えば凸部１４の幅
１ｍｍ、溝部１６の幅１ｍｍ）で形成してある。

【００１５】また、油圧シリンダ１０には、スケール１
２に平行して、第２の物理的変化部である凸部１８から
なる絶対位置検出パターン２０が設けてある。この絶対
位置検出パターン２０は、凸部１８がＭ系列を構成する
ように形成されている。すなわち、後述するセンサによ
る凸部１８の検出信号をビット信号とした場合に、凸部
１８の配列状態が、例えば６ビットにおけるＭ系列とな
るように各凸部１８を形成してある。

【００１６】図２は、６ビットによるＭ系列の凹凸パタ
ーンの一例を示したものである。図２においては、スケ
ール１２と絶対位置検出パターン２０との凸部１４、１
８を斜線をもって示してある。なお、図２の左端に付し
た数字は、スケール１２の端からの距離を示し、後述す
るように、位置情報である絶対番地を表している。

【００１７】スケール１２に近接してあるいは凸部１４
と接触する位置には、凸部１４を検出するための第１の
センサ２２、２４が油圧シリンダ１０と相対移動可能に
設けてある。第１のセンサ２２、２４は、例えば強磁性
体薄膜抵抗素子から構成してあり、いわゆるＡ相とＢ相
とをなしていて、両者の検出信号の位相が相互に９０度
ずれるように配置してある。

【００１８】各第１のセンサ２２、２４の出力信号は、
増幅器２６、２８を介して波形整形器３０、３２に入力
し、矩形波にされる。そして、波形整形器３０、３２の
出力信号側には、波形整形器３０、３２の出力信号に基
づいて油圧シリンダ１０の第１のセンサ２２、２４に対
する移動方向を判別する方向判別器３４と、この方向判
別器３４の出力信号によりアップカウント状態とダウン
カウント状態とに切り換えられ、波形整形器３０、３２
の出力信号に基づいて計数値をカウントアップまたはカ
ウントダウンする４逓倍のインクリメンタル仕様のアッ
プダウンカウンタ３６が接続してある。

【００１９】一方、絶対位置検出パターン２０に近接し
た位置には、凸部１８を検出するための第２のセンサ４
０が油圧シリンダ１０と相対移動可能に配設してある。
第２のセンサ４０は、第１のセンサ２２、２４と同様の
構造となっており、検出信号が増幅器４２を介して波形
整形器４４に送られ、矩形波に波形整形される。そし
て、波形整形器４２の出力は、検出パターン判別器４４
に入力するようになっている。

【００２０】検出パターン判別器４４は、第１のセンサ
２４の検出信号を矩形波にする波形整形器３２の出力を
受け、第２のセンサ４０が検出した、すなわち波形整形
器４２が出力した矩形波から、後述するように絶対位置
検出パターン２０を構成している凸部１４の、予め定め
た所定の区間における形成パターンを求め、そのパター
ンを“０”、“１”からなる例えば６ビットのパターン
にして絶対位置出力回路４６に送る。

【００２１】絶対位置出力回路４６には、記憶部である
ルックアップテーブル４８と方向判別器３４とに接続し
た絶対番地読み出し回路４７と、この絶対番地読み出し
回路４７の出力側に接続され、アップダウンカウンタ３
６の計数値が入力する絶対位置変換器４９とからなって
いる。そして、ルックアップテーブル４８には、油圧シ
リンダ１０の前進作動時と後退作動時との、絶対位置検
出パターン２０の任意の位置における予め定めた区間内
の凸部１８の形成パターンに対応させて絶対番地の情報
が記憶させてある。

【００２２】そして、絶対位置出力回路４６の絶対番地
読み出し回路４７は、検出パターン判別器４４と方向判
別器３４との出力に基づいて、ルックアップテーブル４
８から絶対番地を読み出し、絶対位置変換器４９に出力
する。絶対位置変換器４９は、絶対番地読み出し回路４
７からの絶対番地を受けて、アップダウンカウンタ３６
の計数値を絶対位置に変換し、制御装置５０と表示器５
２とに送出する。

【００２３】上記の如く構成した実施例の作用は、次の
とおりである。各センサ２２、２４、４０に対して油圧
シリンダ１０が相対移動すると、第１のセンサ２２、２
４の前方を、スケール１２を形成している凸部１４（第
１の物理的変化部）と溝部１６とが交互にが次々と通過
する。このため、第１のセンサ２２、２４は、凸部１４
が通過したときにピークとなる正弦波状の検出信号を出
力する。センサ２２、２４の出力信号は、増幅器２６、
２８によって増幅された後、波形整形器３０、３２によ
って矩形波にされて方向判別器３４とアップダウンカウ
ンタ３６とに送られる。

【００２４】方向判別器３４は、波形整形器３０、３２
が出力した矩形波のいずれの方が位相が進んでいるかを
判断し、例えば波形整形器３０、すなわち第１のセンサ
２２の出力信号が第１のセンサ２４の出力信号より位相
が進んでいる場合、油圧シリンダ１０が前進作動させら
れているものとしてアップダウンカウンタ３６をアップ
カウント状態にし、逆の場合にダウンカウント状態にす
る。そして、アップダウンカウンタ３６は、油圧シリン
ダ１０が前進作動している場合、波形整形器３０、３２
から矩形波が入力する毎に計数値を順次増加させ、また
油圧シリンダ１０が後退している場合、波形整形器３
０、３２の出力信号が入力する毎に計数値を順次減少さ
せ、絶対位置出力回路４６の絶対位置変換器４９に送
る。

【００２５】一方、第２のセンサ４０は、前方を第２の
物理的変化部である凸部１８が通過すると、凸部１８の
検出信号を増幅器４０に送る。増幅器４０によって増幅
された第２のセンサ４０の検出信号は、波形整形器４２
によって矩形波に波形整形され、検出パターン判別器４
４に入力される。

【００２６】検出パターン判別器４４は、第１のセンサ
２４の検出信号を矩形波として出力する波形整形器３２
の出力信号が入力するようになっており、装置の起動時
に、波形整形器３２の出力信号に基づいて、油圧シリン
ダ１０と第２のセンサ４０との相対移動量が予め定めた
値（実施例の場合、６ビット分）に達したか否かを監視
している。また、検出パターン判別器４４は、第２のセ
ンサ４０が凸部１８を検出すると、前回検出した凸部１
８と今回検出した凸部１８との間隔を波形整形器３２の
出力信号によって計測する。そして、検出パターン判別
器４４は、油圧シリンダ１０と第２のセンサ４０との相
対移動量が予め定めた６ビット分に達すると、第２のセ
ンサ４０が検出した各凸部１８が、６ビットのどのビッ
トに対応するかを判断し、“１”、“０”からなる６ビ
ットの凸部１８の形成パターンを検出パターンとして絶
対位置出力回路４６の絶対番地読み出し回路４７に送出
する。

【００２７】なお、検出パターン判別器４４は、油圧シ
リンダ１０と第２のセンサ４０との相対移動量が６ビッ
ト分を超えた後は、１ビット分の移動毎に６ビット分に
相当する区間における凸部１８の形成パターンを判定
し、この形成パターンに対応した６ビットの検出パター
ン信号を絶対位置出力回路４６に送る。

【００２８】絶対番地読み出し回路４７は、方向判別器
３４からの信号により、油圧シリンダ１０が前進作動さ
せられているか、後退作動させられているかを判断する
とともに、検出パターン判別器４４からの検出パターン
を示すビットパターンを受けて、ルックアップテーブル
４８からそのビットパターンに対応したシリンダ前進時
または後退時の第２のセンサ４０の位置を示す絶対番地
を読み出し、絶対位置変換器４９に送出する。絶対位置
変換器４９は、アップダウンカウンタ３６から入力して
きた計数値を絶対位置の値に変換し、その後のアップダ
ウンカウンタ３６の計数値を絶対位置として制御装置５
０に送出するとともに、表示器５２に表示する。

【００２９】図３（Ａ）、（Ｂ）は、ルックアップテー
ブル４８に格納する図２に対応した、６ビットのＭ系列
のコードの内容の一例を示したものである。すなわち、
図３の「Ｎｏ．」の欄に示した数字は、絶対番地を表
し、油圧シリンダ１０のスケール１２の端からのビット
数に等しい距離を示したものである。また、「M outpu
t」の欄には凸部１８が形成してあるか否かが示してあ
り、“０”は凸部１８なし、“１”は凸部１８ありを示
す。従って、第２のセンサ４０がスケール１２の端から
６ビット分移動すると、検出パターン判別器４４は、１
０進数の「１」に相当する“０００００１”を出力し、
第２のセンサ４０が７ビット目の位置までくると、検出
パターン判別器４４は１０進数の「３」に相当する“０
０００１１”を出力する。

【００３０】また、第２のセンサ４０が「Ｎｏ．」欄の
数字が増加する方向に移動し、端から５８ビット目に相
当する位置にくると、検出パターン判別器４４は、図３
（Ｂ）に示したように“１０００１１”を出力する。こ
れにより、絶対番地読み出し回路４７は、コード欄の３
５に対応した絶対番地５８を読み出し、絶対位置変換器
４９に出力し、絶対位置変換器４９がアップダウンカウ
ンタ３６の計数値を絶対位置に変換して出力する。な
お、６ビットのＭ系列の場合、図３に示したように、絶
対番地が６９以降は、絶対番地が６〜６８までの繰り返
しとなるので、さらに多くの絶対番地を必要とする場
合、８ビット、１０ビット等のＭ系列を用いればよい。

【００３１】このように、実施例においては、油圧シリ
ンダ１０とセンサ２２、２４、４０とがある程度相対移
動すると絶対位置が出力さ、疑似アブソリュート化を図
ることができる。従って、制御対象の絶対位置を知るた
めに、装置の起動時に、油圧シリンダ１０をストローク
エンドまで移動させて原点の初期化を図る必要がなく、
建設機械などの操作性を向上することができる。しか
も、絶対位置を検出するセンサは１つでよいため、位置
検出装置の小型化を図ることが可能であり、製造コスト
の低減が可能となる。そして、凸部１８によるＭ系列の
信号から絶対番地を得ることができるので、その数値と
スケール１２によるインクリメンタルの計数とを照合す
ることにより、冗長性を得ることができる。

【００３２】なお、図４は、絶対位置検出パターン２０
の他の実施例を示したものである。本実施例において
は、絶対位置検出パターン２０の１ビットの単位が図４
の右端ｂ₁、ｂ₂、ｂ₃、……に示したように、スケー
ル１２の凸部１４と溝部１６の３つ（２つの凸部１４と
１つの溝部１６、または１つの凸部１４と２つの溝部１
６）を単位としている。これは、凸部１８からなる電
気、磁気的マークを形成して磁気センサによって検出す
る場合、加工精度の関係からピッチずれを生じやすく、
このピッチずれによるカウントずれを考慮したことによ
る。従って、絶対位置検出パターン２０の１ビット当た
りの長さは、任意の長さにに設定することができる。

【００３３】前記実施例においては、第２の物理的変化
部である凸部１８をＭ系列を構成するように設けた場合
について説明したが、全周期系列を構成するように形成
してもよい。また、凸部１８の形成間隔をｎ＋１（ｎは
凸部１８の形成番号）にして、端部から次第に形成間隔
が広がるように形成してもよい。

【００３４】さらに、前記実施例においては、第１、第
２の物理的変化部が凸部１４、１８である場合について
説明したが、物理的変化部は、焼き入れや焼きなましに
よて透磁率を変化させてもよく、小さな磁石を貼りつけ
てもよい。そして、物理的変化部を光の反射率や透過率
を異ならせた部分とし、これを光学的に検出する位置検
出装置であってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、任意の位置における予め定めた区間内の第２の物理
的変化部を検出するとともに、この検出区間における各
隣接する第２の物理的変化部の間隔を第１のセンサが検
出した周期的に形成してある第１の物理的変化部の数に
よって求め、検出パターン判別器によって第２の物理的
変化部の形成パターン求め、求めた形成パターンを記憶
部に記憶してある位置情報読み出し、絶対位置として出
力することにより、センサ部と物理的変化部（目盛部）
とをある程度相対移動させることにより、絶対位置を求
めることがきる。

【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説明図で
ある。

【図２】実施例に係る６ビットＭ系列による絶対位置検
出パターンの一例を示す図である。

【図３】実施例に係るルックアップテーブルの内容とな
る６ビットＭ系列コードの説明図である。

【図４】６ビットＭ系列からなる絶対位置検出パターン
の他の実施例の説明図である。

【符号の説明】

１２スケール１４第１の物理的変化部（凸部）１６溝部１８第２の物理的変化部（凸部）２０絶対位置検出パターン２２、２４第１のセンサ３６アップダウンカウンタ３８絶対位置変換器４０第２のセンサ４４検出パターン判別器４６絶対位置出力回路４７絶対番地読み出し回路４８記憶部（ルックアップテーブル）４９絶対位置変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周期的に複数形成した物理的変化部を検
出して被検出物の位置を求める位置検出装置において、
周期的に複数形成した第１の物理的変化部と、この第１
の物理的変化部を検出する第１のセンサと、非周期的に
複数形成した第２の物理的変化部と、任意の位置におけ
る予め定めた区間の前記第２の物理的変化部の形成パタ
ーンに対応させた位置情報が格納してある記憶部と、前
記第２の物理的変化部を検出する第２のセンサと、この
第２のセンサと前記第１のセンサとの出力信号に基づい
て、前記任意の位置における予め定めた区間の前記第２
の物理的変化部の形成パターンを求める検出パターン判
別器と、この検出パターン判別器が求めた前記第２の物
理的変化部の形成パターンに基づいて、前記記憶部に記
憶してある位置情報を読み出し、絶対位置を出力する絶
対位置出力回路とを有することを特徴とする位置検出装
置。
【請求項２】前記複数の第２の物理的変化部は、Ｍ系
列を形成していることを特徴とする請求項１に記載の位
置検出装置。
【請求項３】前記複数の第２の物理的変化部は、隣接
する物理的変化部の間隔が一方向に漸次拡大させてある
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。