JPH0833307B2 - Position sensor axis - Google Patents

Position sensor axis

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JPH0833307B2
JPH0833307B2 JP1255542A JP25554289A JPH0833307B2 JP H0833307 B2 JPH0833307 B2 JP H0833307B2 JP 1255542 A JP1255542 A JP 1255542A JP 25554289 A JP25554289 A JP 25554289A JP H0833307 B2 JPH0833307 B2 JP H0833307B2
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JP
Japan
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pattern
hardness
position sensor
alteration
sensor
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JP1255542A
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卓 村上
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、XYテーブルやストロークシリンダ等に用
いられる位置センサ軸に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a position sensor shaft used in an XY table, a stroke cylinder, or the like.

〔従来の技術〕 位置センサ装置は大別して位置センサ軸と、位置検出
センサと、出力装置とで構成される。その検出方式には
インクリメンタル方式とアブソリュート方式とがある。
位置センサ軸は、インクリメンタル方式であれば、各種
帯状又は点状パターンやビッドマーク等をその表面に備
えている。他方アブソリュート方式であれば、グレイコ
ードやBCDコード等をその表面に備えている。位置検出
センサは、上記位置センサ軸の表面の帯状又は点状パタ
ーン、ビッドマーク、グレイコード、BCDコード等を検
出するに都合のよいもの、例えばコア形、ソレノイド
形、磁気センサ素子形等の中から適宜使用されている。
ディジタル形アブソリュート方式であれば、コードに対
応した数である複数個の位置検出センサを備えている。
出力装置は、ブリッジ等の単純な結合回路によって単な
る変化状況を出力するものから、いわゆるマイコンであ
って、相対位置はもとより、相対速度及び/又は相対加
速度も出力するものが各種ある。後者マイコンは、イン
クリメンタル方式であれば、位置検出センサからの入力
パルスを、原点から1波ずつ数えてこれを出力する。こ
の場合、方向性を決定するために2個の位置検出センサ
を1組とする。更に、分解能を高めるために、これら位
置検出センサを少なくとも1組以上備えるのが普通であ
る。他方アブソリュート方式であれば、位置検出センサ
からの入力コードを、そのまま位置量に変換することに
より、相対位置、相対速度又は/及び相対加速度を出力
している。この場合、位置検出センサを少なくとも1個
以上備えるのが普通である。
[Prior Art] A position sensor device is roughly divided into a position sensor shaft, a position detection sensor, and an output device. The detection method includes an incremental method and an absolute method.
If the position sensor shaft is of the incremental type, it has various band-shaped or dot-shaped patterns, bid marks, etc. on its surface. On the other hand, if it is an absolute system, it has a gray code or BCD code on its surface. The position detection sensor is one that is convenient for detecting a band-shaped or dot-shaped pattern on the surface of the position sensor shaft, a bid mark, a gray code, a BCD code, etc., for example, a core type, a solenoid type, a magnetic sensor element type, etc. Used from time to time.
The digital absolute system is provided with a plurality of position detection sensors, the number of which corresponds to the code.
The output device includes various devices that output a mere change situation by a simple coupling circuit such as a bridge, and are so-called microcomputers that also output a relative velocity and / or a relative acceleration as well as a relative position. If the latter microcomputer is an incremental type, it counts the input pulse from the position detection sensor one wave at a time from the origin and outputs it. In this case, one set of two position detection sensors is used to determine the directivity. Furthermore, in order to improve the resolution, it is usual to include at least one set of these position detection sensors. On the other hand, in the case of the absolute method, the input code from the position detection sensor is converted into the position quantity as it is to output the relative position, the relative speed or / and the relative acceleration. In this case, it is usual to include at least one position detection sensor.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上述したように、位置センサ軸、位置センサ及び出力
装置は各種のものがある。しかしながら、多少精度を犠
牲にしてでも簡単な構成の位置センサ軸や位置センサ装
置であって、アブソリュート位置を容易に検出しようと
する構成のものは知られていない。例えば特開昭62−35
202号で開示された位置センサの構成は相当簡便である
が、これにしても位置センサ軸のパターンが多少複雑で
ある。
As described above, there are various types of position sensor shafts, position sensors, and output devices. However, there is no known position sensor shaft or position sensor device having a simple structure even if the accuracy is sacrificed to some degree, and a structure for easily detecting the absolute position. For example, JP-A-62-35
Although the configuration of the position sensor disclosed in No. 202 is quite simple, the pattern of the position sensor axis is somewhat complicated even with this.

本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な構成で、高精度
に位置検出をすることができ、更にインクリメンタル式
にもアブソリュート式にも兼用して検出することができ
る位置センサ軸を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention provides a position sensor shaft which has a simple structure and can detect a position with high accuracy, and can detect both an incremental type and an absolute type. With the goal.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するため、本発明に係わる位置センサ
軸は、位置検出センサと相対移動し、母材の電気磁気特
性とは異なる電気磁気特性でなるパターンを有する位置
センサ軸からなり、前記位置検出センサにより、前記パ
ターンを検出させて相対移動位置を検出させる位置セン
サ軸において、前記パターンは、硬度が高硬度から低硬
度へと連続して変化する連続パターンC1と、連続パター
ンC1の硬度とは異なる所定の硬度が所定の間隔pに配置
されてなる断続パターンC2とを重ねて備えていることを
特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, the position sensor shaft according to the present invention comprises a position sensor shaft having a pattern that moves relative to a position detection sensor and has an electromagnetic characteristic different from that of the base material. By the sensor, in the position sensor axis for detecting the relative movement position by detecting the pattern, the pattern is a continuous pattern C1 in which the hardness continuously changes from high hardness to low hardness, and the hardness of the continuous pattern C1 It is characterized in that it is provided with an intermittent pattern C2 in which different predetermined hardnesses are arranged at a predetermined interval p in an overlapping manner.

〔作用〕[Action]

一般的に位置センサ軸に使用する軸材は、硬度や科学
組成等が母材と異なると、つまり変質すると、電気抵抗
値や透磁率等の電気特性や磁気特性等が変化する特性が
ある(以下これら電気磁気特性を単に特性と呼ぶ)。こ
れを第2図を参照して説明する。変質パターンC1は、第
2図(b)に示すように、位置検出方向へ、硬度が高か
ら低に又はその逆に連続的に変質するようになっている
ため、各位置の特性が連続的に変化する。従って各位置
における特性を検出することにより、無段階のアブソリ
ュート位置を知ることが可能となる。他方、変質パター
ンC2は、第2図(a)に示すように、それ自体は一定の
硬度であり、かつ、これが所定間隔pに設けられいる。
このため、この変質パターンC2の部位の特性と、他の部
位C1、C3の特性とが異なる。従って、これをスキャニン
グし、特性の変化数をカウントすることができる。スキ
ャニング開始点からカウントすれば、スキャニング開始
点からの距離を知ることが可能となる。また方向性を知
るには、2個の位置検出センサを用いてA相とB相とを
検出することにより達せられる。つまり変質パターンC2
はインクリメンタル用のパターンである。そして本願発
明では、電磁気特性を硬度で得ているため、パターンC1
中にパターンC2を重ねて配置してもパターンC2を検出で
きる。従って本発明では、初めから両パターンC1、C2を
重ねて配置してある。即ち、第3図(c)に示すような
位置と硬度との関係となる。即ち、アブソリュート検出
とインクリメンタル検出との何れの検出をもすることが
可能となる。
Generally, when a shaft material used for a position sensor shaft has a hardness, a chemical composition, or the like that is different from that of the base material, that is, when the material is deteriorated, the electric characteristics such as electric resistance and magnetic permeability, and magnetic characteristics change ( Hereinafter, these electromagnetic characteristics are simply referred to as characteristics). This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2 (b), the alteration pattern C1 is characterized in that the hardness is continuously altered in the position detection direction from high to low or vice versa, so that the characteristics at each position are continuous. Changes to. Therefore, it is possible to know the stepless absolute position by detecting the characteristic at each position. On the other hand, as shown in FIG. 2 (a), the altered pattern C2 itself has a constant hardness and is provided at a predetermined interval p.
Therefore, the characteristic of the site of this alteration pattern C2 is different from the characteristic of the other sites C1 and C3. Therefore, this can be scanned and the number of changes in characteristics can be counted. By counting from the scanning start point, the distance from the scanning start point can be known. To know the directionality, it can be achieved by detecting the A phase and the B phase using two position detection sensors. In other words, alteration pattern C2
Is an incremental pattern. In the present invention, since the electromagnetic characteristics are obtained by the hardness, the pattern C1
The pattern C2 can be detected even if the pattern C2 is arranged so as to overlap. Therefore, in the present invention, both patterns C1 and C2 are arranged so as to overlap from the beginning. That is, the relationship between the position and the hardness is as shown in FIG. That is, it is possible to detect both absolute detection and incremental detection.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の実施例を、第1図〜第4図を参照して説
明する。第1実施例は、第1図を参照して説明すれば、
軸表面に、かつ、検出方向±Xへ、高から低又はその逆
に連続的に変化する硬度でなる変質パターンC1と、これ
と重なり、検出方向±Xへ、かつ、所定間隔pに略一定
の高硬度でなる変質パターンC2とを備える構成とした。
上記変質パターンC1の硬度と位置との関係は第2図
(b)に示され、他方変質パターンC2の高硬度と位置と
の関係は第2図(a)に示され、更にこれら変質パター
ンC1、C2の重ね合わせは第2図(c)に示される。尚、
軸材はSCM435Hである。第2実施例は、変質パターンC
1、C2を母材硬度よりも低硬度でなる構成とした。ちな
みに、各変質パターンC1、C2の高硬度又は低硬度の付与
を説明しておく。変質パターンC1は、上記実施例では、
ジョミニー一端焼入れにより硬度勾配を付与した。他、
浸炭時に一端からCガスを流してする浸炭深さ制御をし
て硬度勾配を付与してもよい。他方、変質パターンC2
は、上記実施例ではレーザビームで焼き入れして高硬度
の変質パターンとした。低硬度については焼きならし等
で行ってもよい。尚、かかる熱処理手段はレーザビーム
に限定する必要はなく、電子ビームやプラズマビームで
もよいし、スリットマスクで位置センサ軸を覆った後、
火炎、プラズマその他で行ってもよい。第3実施例は、
第4図に示すように、上記実施例の全面に渡る変質パタ
ーンC1、C2に替え、検出方向Xの一部のみの変質パター
ンC1、C2とした構成である。ちなみにかかる第3実施例
の位置検出センサとしては、平均化されて感度が低下し
てしまう全周ソレノイド形の位置検出センサよりも、ね
らった部位のみを検出するコア形や磁気センサ素子形の
位置検出センサを使用するのが望ましい。上記実施例を
用いた検出例を図3を参照して説明すれば、第1実施例
の位置センサ軸1と、この位置センサ軸1の変質パター
ンC1、C2に対向するように設けられてなる少なくとも1
個の位置検出センサ2と、変質パターンC1の硬度に基づ
く磁気特性値とアブソリュート位置との関係及び変質パ
ターンC2の所定間隔pを予め記憶するマイコン3とを備
え、このマイコン3が、位置検出センサ2から変質パタ
ーンC1の硬度に基づく磁気特性値の信号S1を入力し、こ
れを前記予め記憶してある変質パターンC1の硬度に基づ
く磁気特性値とアブソリュート位置との関係と比較し、
これに相当するアブソリュート位置xを求めると共に、
その後の位置センサ軸1と位置検出センサ2との相対移
動±ixにより、位置検出センサ2から、変質パターンC2
の硬度に基づく磁気特性値の信号S21〜S2nの数nを入力
し、これに前記予め記憶してある所定間隔pを乗じ、こ
の結果(±np≒±ix)を、前記アブソリュート位置axに
加算し(X=x±np)、これを基に、位置センサ軸1と
位置検出センサ2との相対位置X、相対速度又は/及び
相対加速度の演算値を出力する。尚、上記実施例では特
性が全て硬度に基づく磁気特性を中心として述べた。こ
れに対し、硬度に基づく電気抵抗の変化を検出する構成
であってもよい。更に硬度に変わり浸炭、窒化、アロイ
ング等で構成した変質であってもよい。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The first embodiment will be described with reference to FIG.
An alteration pattern C1 having a hardness that continuously changes from high to low or vice versa in the shaft surface and in the detection direction ± X, and overlaps with this, and in the detection direction ± X and at a predetermined interval p is substantially constant. And the alteration pattern C2 having high hardness.
The relationship between the hardness and the position of the alteration pattern C1 is shown in FIG. 2 (b), while the relationship between the high hardness of the alteration pattern C2 and the position is shown in FIG. 2 (a). , C2 are shown in FIG. 2 (c). still,
The shaft material is SCM435H. The second example is the alteration pattern C.
The hardness of C1 and C2 is lower than that of the base metal. Incidentally, the impartation of high hardness or low hardness to each of the altered patterns C1 and C2 will be described. The alteration pattern C1 is, in the above example,
A hardness gradient was applied by Jominie one-side quenching. other,
A hardness gradient may be imparted by controlling the carburizing depth by flowing C gas from one end during carburizing. On the other hand, alteration pattern C2
In the above example, the alteration pattern of high hardness was obtained by quenching with a laser beam. For low hardness, normalization may be performed. The heat treatment means need not be limited to a laser beam, and may be an electron beam or a plasma beam, or after covering the position sensor axis with a slit mask,
You may use flame, plasma, etc. The third embodiment is
As shown in FIG. 4, the alteration patterns C1 and C2 over the entire surface of the above embodiment are replaced with alteration patterns C1 and C2 of only a part in the detection direction X. By the way, as the position detecting sensor of the third embodiment, the position of the core type or the magnetic sensor element type which detects only the aimed part is more than the position detecting sensor of the all-round solenoid type which is averaged and the sensitivity is lowered. It is desirable to use a detection sensor. An example of detection using the above embodiment will be described with reference to FIG. 3. The position sensor shaft 1 of the first embodiment and the alteration patterns C1 and C2 of the position sensor shaft 1 are provided so as to face each other. At least 1
The position detection sensor 2 includes a plurality of position detection sensors 2 and a microcomputer 3 that stores in advance the relationship between the magnetic characteristic value based on the hardness of the alteration pattern C1 and the absolute position and the predetermined interval p of the alteration pattern C2. The signal S1 of the magnetic characteristic value based on the hardness of the altered pattern C1 is input from 2, and this is compared with the previously stored relationship between the magnetic characteristic value based on the hardness of the altered pattern C1 and the absolute position,
While obtaining the absolute position x corresponding to this,
After that, the relative movement ± ix of the position sensor axis 1 and the position detection sensor 2 causes the alteration pattern C2 to change from the position detection sensor 2.
The number n of the magnetic characteristic value signals S2 1 to S2n based on the hardness is input, and this is multiplied by the previously stored predetermined interval p, and the result (± np≈ ± ix) is set to the absolute position ax. Addition (X = x ± np) is performed, and the calculated values of the relative position X between the position sensor axis 1 and the position detection sensor 2 and the relative velocity or / and the relative acceleration are output based on this. It should be noted that in the above-mentioned examples, all the characteristics have been described focusing on the magnetic characteristics based on hardness. On the other hand, it may be configured to detect a change in electric resistance based on hardness. Further, the quality may be changed by hardness, carburizing, nitriding, alloying or the like.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、特性が連続的
に変化する連続パターンC1と、特性が断続的に変化する
断続パターンC2という簡単な構成でインクリメンタル値
でもアブソリュート値でも検出できる。そして本発明で
は、特性は硬度で与えているため、パターンC1中にパタ
ーンC2を重ねて配置してもパターンC2を検出できる。こ
のため両パターンC1、C2の配置自由度が高く、従って検
出ヘッドの配置自由度も高くできる。また例えばシンダ
ロッド等のように、表面硬度を要求される部材を位置セ
ンサ軸とするときには好適に適用できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to detect both an incremental value and an absolute value with a simple configuration of the continuous pattern C1 whose characteristics change continuously and the intermittent pattern C2 whose characteristics change intermittently. Further, in the present invention, since the characteristic is given by hardness, the pattern C2 can be detected even if the pattern C2 is arranged so as to overlap the pattern C1. Therefore, both patterns C1 and C2 have a high degree of freedom in arrangement, and therefore the degree of freedom in arranging the detection head can be increased. Further, it can be suitably applied when a member having a surface hardness such as a cylinder rod is used as the position sensor shaft.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図・・・本発明に係わる位置センサ軸の構成を説明
する図 第2図・・・本発明に係わる位置センサ軸の変質パター
ンの電気磁気特性と位置との関係を説明する特性グラフ
であって、(a)は変質パターンC2に係わる特性グラ
フ、(b)は変質パターンC1に係わる特性グラフ、
(c)はこれら(a)と(b)とを合成した特性グラフ 第3図・・・本発明に係わる位置センサ装置の構成を説
明する図 第4図・・・本発明に係わる位置センサ軸の第3実施例
の構成図 1……位置センサ軸 C1、C2……変質パターン 2……位置検出センサ 3……マイコン S、S1、S2n……電気磁気特性信号 X……検出方向
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the position sensor shaft according to the present invention. FIG. 2 is a characteristic graph for explaining the relationship between the electromagnetic characteristics and the position of the alteration pattern of the position sensor shaft according to the present invention. Therefore, (a) is a characteristic graph relating to the alteration pattern C2, (b) is a characteristic graph relating to the alteration pattern C1,
(C) is a characteristic graph obtained by combining these (a) and (b). FIG. 3 ... Diagram for explaining the configuration of the position sensor device according to the present invention. FIG. 4 ... Position sensor shaft according to the present invention. Configuration diagram of the third embodiment of 1 ... Position sensor axes C1, C2 ... Alteration pattern 2 ... Position detection sensor 3 ... Microcomputer S, S1, S2n ... Electromagnetic characteristic signal X ... Detection direction

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】位置検出センサと相対移動し、母材の電気
磁気特性とは異なる電気磁気特性でなるパターンを有す
る位置センサ軸からなり、前記位置検出センサにより、
前記パターンを検出させて相対移動位置を検出させる位
置センサ軸において、前記パターンは、硬度が高硬度か
ら低硬度へと連続して変化する連続パターンC1と、連続
パターンC1の硬度とは異なる所定の硬度が所定の間隔p
に配置されてなる断続パターンC2とを重ねて備えている
ことを特徴とする位置センサ軸。
1. A position sensor shaft comprising a pattern that moves relative to the position detection sensor and has an electro-magnetic characteristic different from the electro-magnetic characteristic of the base material.
In the position sensor axis for detecting the relative movement position by detecting the pattern, the pattern has a continuous pattern C1 in which the hardness continuously changes from high hardness to low hardness, and a predetermined hardness different from the hardness of the continuous pattern C1. Hardness is a predetermined interval p
The position sensor shaft is characterized in that the position sensor shaft is provided with an intermittent pattern C2 that is arranged in a stack.
JP1255542A 1989-09-28 1989-09-28 Position sensor axis Expired - Lifetime JPH0833307B2 (en)

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