JPH06241765A - 変位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】クリアランスの変動の影響を受けないで、所定
の変位に対して任意の関数信号を精度良く出力する変位
センサを提案することを目的とする。 【構成】発磁体８に、対向して、クリアランスｄだけ離
隔して、配置された磁気変位センサ９は、互いに距離ａ
だけ離隔して磁気センサＡ１４および磁気センサＢ１５
を固定して設け、２つの磁気センサＡ１４および磁気セ
ンサＢ１５のゲインおよびオフセットを調整するゲイ
ン、オフセット調整回路１６、１７と、アナログ値をデ
ィジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ１８、１９と、
電気的書き込み可能な読みだし専用メモリーＰＲＯＭ２
０とを設けて構成されていて、出力端子２１に所定の出
力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動倉庫のスタ
ッカークレーンの位置決め、無人搬送車のステーション
における位置決めなど各種移動台車の制御、エレベータ
ーの階層位置決め、搬送用パレットの位置決め等に使用
して好適な変位センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、変位センサとして、図１１乃至図
１３に示すような磁気センサで発磁体としての磁石を検
出し、磁石の変位をアナログ信号として出力する磁気変
位センサが提案されている。図１１において、センサ３
３と対向する面の発磁体３４の形状を段階的に構成する
ことにより、センサ３３の変位に対して直線的に比例す
る信号を出力し得るようにしたものや、図１２において
示すように、センサ３５と対向する発磁体３６の面の着
磁の強さを部分的に変えて直線性を向上させるようにし
たものがある。

【０００３】また図１３において、コ字状の支持体３７
により支持された対向する面に各々Ｎ極Ｓ極の磁石片３
８乃至４１が設けられており、対向する面へ平行な磁界
が発生するように成され、センサ４２の移動により変位
を検出するようにしたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した変位
センサでは、磁石から発生する磁束密度の分布は非線形
な曲線であること、およびセンサも磁束密度に対して完
全に直線的に比例しているわけではないので、磁石の発
生する磁束密度の分布を検出すると全体としては曲線に
なるという不都合があった。また、読み取りのクリアラ
ンスが変動すると、出力のゲインが大きく変化するとい
う不都合があった。本発明はかかる点に鑑みてなされた
もので、クリアランス、トラックの変動の影響を受けな
いで、所定の変位に対して直線、あるいは任意の関数信
号を精度良く出力する変位センサを提案しようとするも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の変位センサは例
えば図１乃至図２に示す如く、位置信号を発生する被検
出手段８に対向して配置され、被検出手段８と相対的移
動をする変位センサ９であって、変位センサ９の移動方
向に所定距離離隔して配置された少なくとも２つの検出
手段１４、１５と、少なくとも２つの検出手段１４、１
５の移動に関連するデータを予め記憶している記憶手段
１３、２０とからなり、２つの検出手段１４、１５の移
動による２つの検出手段１４、１５の出力に応じて記憶
手段１３、２０に記憶されているデータを読みだして変
位を検出するものである。

【０００６】また、本発明の変位センサは、被検出手段
が発磁体８であり、検出手段が磁気検出手段１４、１５
であるものである。また、本発明の変位センサは、被検
出手段が発光体であり、検出手段が光検出手段であるも
のである。また、本発明の変位センサは、被検出手段が
超音波発生体であり、検出手段が超音波検出手段である
ものである。

【０００７】

【作用】上述せる本発明によれば、記憶手段１３、２０
に少なくとも２つの検出手段１４、１５の移動に関連す
るデータを予め記憶しているので、被検出手段８と少な
くとも２つの検出手段１４、１５との距離によらないデ
ータを得ることが出来るので、被検出手段８と少なくと
も２つの検出手段１４、１５との間の距離の変動による
影響を受けることがない。

【０００８】また、本発明によれば、被検出手段から発
生する磁気信号の全領域を使用できるので被検出手段の
大きさ以上の有効検出範囲を得ることが出来る。

【０００９】

【実施例】以下に、図１乃至図９を参照して本発明のセ
ンサの一実施例について詳細に説明する。以下に記憶装
置に記録するデータの採取方法について述べる。図１に
示すように、ＸＹテーブル１上に、Ｘモーター２を設
け、Ｘモーター２の駆動軸に連結して回転駆動されるＸ
ボールネジ３を設け、Ｘボールネジ３に螺着するように
Ｙユニット４を設ける。これにより、Ｘモーター２はＹ
ユニット４をＸ方向に進退駆動をする。

【００１０】Ｙユニット４にはＹモーター５を設け、Ｙ
モーター５に連結して回転駆動されるＹボールネジ６が
設けられる。Ｙボールネジ６には支持ユニット７が螺着
され、支持ユニット７の先端部には発磁体８が設けられ
る。発磁体８とクリアランスｄだけ離隔して磁気変位セ
ンサ９が配置される。これにより、Ｙモーター５は支持
ユニット７をＹ方向に進退駆動をして、発磁体８と磁気
変位センサ９とのクリアランスｄを調整可能にする。磁
気変位センサ９から、内蔵する磁気センサＡ１４および
磁気センサＢ１５のアナログ信号をデジタル化するＡ／
Ｄコンバータ１８，１９の出力を取り出して、コンピュ
ーターの記憶装置１３に入力し、磁気センサＡ１４から
の信号を下位バイト、磁気センサＢ１５からの信号を上
位バイトとする一つの数値として記憶する。この際、磁
気変位センサ９に内蔵されているＰＲＯＭは使用しな
い。Ｘモーター２およびＹモーター５はパルスモーター
であり、所定の駆動パルスを作成するモータードライブ
装置１０により駆動される。Ｘモーター２およびＹモー
ター５の駆動パルスはそれぞれＸ位置カウンタ１１およ
びＹ位置カウンタ１２に入力されて積算される。Ｘ位置
カウンタ１１の出力はコンピュータの記憶装置１３に供
給され、上述の磁気変位センサ９のＡ／Ｄコンバータ１
８，１９から得られる数値と共に関連づけて記憶され
る。

【００１１】詳細には、Ｙ軸はクリアランスｄを１５ミ
リメートルに設定し、Ｘ軸はセンサ検出範囲の一方の端
部に設定し、他方の端部に向けて十分微小なステップで
駆動させる。このとき、各ステップ毎にＸ位置カウンタ
１１の値およびその時の磁気変位センサ９のＡ／Ｄコン
バータ１８，１９から得られる数値を記憶装置１３に記
憶する。

【００１２】このようにして他方の端部に到達すると、
クリアランスｄをわずかに大きくして同様の動作を繰り
返す。このクリアランスｄが３５ミリメートルを越える
とこの作業を中止する。こうしてＸ位置カウンタで示さ
れる変位Ｘに対応する磁気センサＡ１４および磁気セン
サＢ１５のデータが採取されたことになる。

【００１３】図２において、磁気変位センサ９の構成を
詳細に説明する。発磁体８に、対向して、クリアランス
ｄだけ離隔して、配置された磁気変位センサ９は、互い
に距離ａだけ離隔して磁気センサＡ１４および磁気セン
サＢ１５を固定して設け、２つの磁気センサＡ１４およ
び磁気センサＢ１５のゲインおよびオフセットを調整す
るゲイン、オフセット調整回路１６、１７と、アナログ
値をディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ１８、１
９と、電気的書き込み可能な読みだし専用メモリーＰＲ
ＯＭ２０とを設けて構成されていて、出力端子２１に所
定の出力を得る。

【００１４】このような磁気変位センサ９を所定の方向
に変位ｘだけ移動すると、磁気センサＡ１４および磁気
センサＢ１５から、図３に示すようにそれぞれＦ（ｘ，
ｄ），Ｇ（ｘ−ａ，ｄ）という関数が得られる。これら
２つの関数からクリアランスｄを消去して変位ｘのみを
変数とするある関数Ｐ（ｘ）を得ることが出来る。この
関数Ｐ（ｘ）はさらに変換してｙ＝αｘという直線関数
を得ることが出来る。もちろん直線関数のみならず任意
の有意義な関数を得ることが可能であるが、ここでは説
明を簡単にするため直線関数とした。

【００１５】このように磁気センサＡ１４および磁気セ
ンサＢ１５からの信号Ｆ，Ｇからクリアランス変動に影
響を受けないで位置ｘに対応する出力ｙを決定すること
が可能となる。このような変換操作を数学的演算により
求める場合には関数計算に限界があるので、本例では上
述したように実際に磁気センサＡ１４および磁気センサ
Ｂ１５を所定の動作をさせてデータを採取することによ
り関数信号出力Ｆ，Ｇを求め、所定の分解能でテーブル
としてＰＲＯＭ２０に格納するようにする。ＰＲＯＭ２
０はアドレスＡ０〜Ａ１５で指定される記憶場所にデー
タを記録し、適宜テーブルのデータを読み取れるように
している。

【００１６】いま図３に示すような関数ｙ＝Ｆ（ｘ，
ｄ），ｙ＝Ｇ（ｘ−ａ，ｄ）が磁気センサＡ１４および
磁気センサＢ１５から得られたとすると、ここで、関数
δ＝Ｆ（ｘ，ｄ）を横軸に、関数ξ＝Ｇ（ｘ−ａ，ｄ）
を縦軸にプロットしたものが図４である。図４から明ら
かなようにＦ＝０，Ｇ＝０の点を除くと、Ｆ（ｘ１，ｄ
１）およびＧ（ｘ１−ａ，ｄ１）で指定される点は１つ
だけ存在する。また逆にｘ１，ｄ１に対応する点はこの
座標中に１つだけ存在する。

【００１７】ここで、クリアランスｄの変動に影響を受
けず、変位ｘに対して直線的な出力を得るように、取り
得るすべてのｘ，ｄについて適当な分解能でＦ，Ｇの値
をサンプリングし、サンプリングしたＦ，Ｇに対応する
ところにζ＝αｘとなるようにζをうめることにより図
５に示すテーブルが作成される。

【００１８】磁気センサＡ１４および磁気センサＢ１５
のアナログ信号はＡ／Ｄコンバータ１８、１９によりデ
ィジタル化され、ＰＲＯＭ２０のアドレス入力端子Ａ０
〜Ａ１５に入力される。磁気センサＡ１４からの信号は
アドレスの下位バイト入力に、磁気センサＢ１５からの
信号はアドレスの上位バイト入力に入力される。図５に
示すζの値はＰＲＯＭ２０のデータ領域に記憶される。

【００１９】このようにして読み取り位置に対応する任
意の関数出力がディジタルコード信号としてＰＲＯＭ２
０の出力端子２１から出力される。ここで、検出の対象
となる発磁体８は、長方形の薄板状で厚さ方向に均一に
着磁され、磁気センサＡ１４および磁気センサＢ１５で
検出したときに適当な関数Ｆ，Ｇを発生するものとす
る。また、ＰＲＯＭ２０に記録した関数を発生する発磁
体８と同じ形状、残留磁化等の特性を有する発磁体８を
使用する。

【００２０】図６に示すようにそれぞれの磁気センサＡ
１４および磁気センサＢ１５は詳細にはパルス発振器２
２とトランス２３からなる発振回路部２４と、コイル
１、２５及びコイル２、２６からなる検出ヘッド２７
と、抵抗Ｒ１及びＲ２からなる結合部２８と、ダイオー
ドＤ１乃至Ｄ２、コンデンサＣ１乃至Ｃ２、抵抗Ｒ３乃
至Ｒ４からなる検波整流回路部２９と出力端子３０から
構成されるものである。コイル１、２５及びコイル２、
２６は可飽和コイルであり、パーマロイを用いたコアの
磁気飽和特性を利用したものであり、励磁の方向が同じ
になるように、所定間隔をおいて配置される。

【００２１】このような磁気センサはコイル１、２５及
びコイル２、２６に加わる外部磁界に比例して出力端子
３０から直流アナログ信号を出力し、全体として差動で
動作する。図７において一方のコイル１、２５だけに外
部磁界を加えたときの外部磁界と出力電圧との関係をａ
で示し、他方のコイル２、２６だけに外部磁界を加えた
ときの外部磁界と出力電圧との関係をｂで示す。図８に
示すように磁気センサＡ１４を構成するコイル１、２５
とコイル２、２６を７５ミリメートル離隔して配置し、
磁気センサＢ１５を構成するコイル３、３１とコイル
４、３２を７５ミリメートル離隔して配置し、コイル
３、３１とコイル４、３２をそれぞれコイル１、２５と
コイル２、２６から２５ミリメートル離隔して配置す
る。

【００２２】磁気センサＡ１４を構成するコイル１、２
５とコイル２、２６を７５ミリメートル離隔して配置し
て、この磁気センサＡ１４の変位に対する発磁体８によ
る出力電圧を検出すると図９に示すようになる。磁気セ
ンサＢ１５の出力電圧も図９と同じ曲線で２５ミリメー
トルだけ位相がずれた曲線が得られる。従って、磁気セ
ンサＡ１４と磁気センサＢ１５の出力電圧の関係は図１
０に示すようになる。これにより、クリアランスによら
ずに、変位のみを求める任意の直線が得られることがわ
かる。図９におけるイ、ロの部分は図１０の中心の０点
に収束し、使用しない部分である。

【００２３】上例によれば、クリアランスの変動による
影響を受けることが無く適正な変位を検出することが出
来る。 また、上例によれば、精度の良い任意の関数信
号を出力することが出来る。また、上例によれば、発磁
体から発生する磁気信号の全領域を使用することが出来
るので、発磁体の長さ以上の有効検出範囲を得ることが
出来る。

【００２４】また、上例によれば、発磁体は長方形の薄
板など単純な形状で良く、着磁の方向も厚さ方向に均一
で良く、使いやすい形状に選ぶことが出来る。また、上
例によれば、変位センサの動作は演算によらないので、
応答速度が早く構成が簡単にすることが出来る。

【００２５】また、上例によれば、磁気センサ及び発磁
体の温度特性あるいは電源電圧特性はクリアランスが変
動したときの特性と近似しているので、クリアランスの
変動によらないこととの関係から結果として、温度特性
が良く、電源電圧の変動に影響を受けにくい変位センサ
を構成することが出来る。また、上例では磁気センサを
用いる例を示したが、発光源と光センサ、超音波源と超
音波センサ等を用いて構成しても同様の効果を得ること
が出来る。尚、上述の実施例は本発明の一例であり、本
発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り
得ることは勿論である。

【００２６】

【発明の効果】上述せる本発明によれば、記憶手段に少
なくとも２つの検出手段の移動に関連するデータを予め
記憶しているので、被検出手段と少なくとも２つの検出
手段との距離によらないデータを得ることが出来、被検
出手段と少なくとも２つの検出手段との距離の変動によ
る影響を受けることがない。また、本発明によれば、被
検出手段から発生する磁気信号の全領域を使用できるの
で被検出手段の大きさ以上の有効検出範囲を得ることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の変位センサの一実施例の全体構成図で
ある。

【図２】本発明の変位センサの一実施例の磁気変位セン
サの構成図である。

【図３】本発明の変位センサの一実施例の作用説明図で
ある。

【図４】本発明の変位センサの一実施例の作用説明図で
ある。

【図５】本発明の変位センサの一実施例の説明図であ
る。

【図６】本発明の変位センサの一実施例の磁気センサの
構成図である。

【図７】本発明の変位センサの一実施例の磁気センサの
作用説明図である。

【図８】本発明の変位センサの一実施例の磁気センサの
一部省略した構成図である。

【図９】本発明の変位センサの一実施例の作用説明図で
ある。

【図１０】本発明の変位センサの一実施例の作用説明図
である。

【図１１】従来の変位センサの説明図である。

【図１２】従来の変位センサの説明図である。

【図１３】従来の変位センサの説明図である。

【符号の説明】

１ ＸＹテーブル ２ Ｘモータ ３ Ｘボールネジ ４ Ｙユニット ５ Ｙモータ ６ Ｙボールネジ ７ 支持ユニット ８ 発磁体 ９ 磁気変位センサ １０ モータドライブ装置 １１ Ｘ位置カウンタ １２ Ｙ位置カウンタ １３ 記憶装置 １４ 磁気センサＡ １５ 磁気センサＢ １６ ゲインオフセット調整回路 １７ ゲインオフセット調整回路 １８ Ａ／Ｄコンバータ １９ Ａ／Ｄコンバータ ２０ ＰＲＯＭ ２１ 出力端子 ２２ パルス発生器 ２３ トランス ２４ 発振回路部 ２５ コイル１ ２６ コイル２ ２７ 検出ヘッド ２８ 結合部 ２９ 検波整流回路部 ３０ 出力端子 ３１ コイル３ ３２ コイル４ ３３ センサ ３４ 発磁体 ３５ センサ ３６ 発磁体 ３７ 支持体 ３８ 磁石片 ３９ 磁石片 ４０ 磁石片 ４１ 磁石片 ４２ センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置信号を発生する被検出手段に対向し
   て配置され、前記被検出手段と相対的移動をする変位セ
   ンサであって、前記変位センサの移動方向に所定距離離
   隔して配置された少なくとも２つの検出手段と、前記少
   なくとも２つの検出手段の移動に関連するデータを予め
   記憶している記憶手段とからなり、前記２つの検出手段
   の移動による前記２つの検出手段の出力に応じて前記記
   憶手段に記憶されているデータを読みだして変位を検出
   する変位センサ。
2. 【請求項２】 前記被検出手段が発磁体であり、前記検
   出手段が磁気検出手段であることを特徴とする請求項１
   記載の変位センサ。
3. 【請求項３】 前記被検出手段が発光体であり、前記検
   出手段が光検出手段であることを特徴とする請求項１記
   載の変位センサ。
4. 【請求項４】 前記被検出手段が超音波発生体であり、
   前記検出手段が超音波検出手段であることを特徴とする
   請求項１記載の変位センサ。