(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトラックを備えた電磁誘導型位置検出装置において、
各トラックに多相の受信信号を検出する複数の受信コイルを備える共に、
各トラック間の多相の受信信号の信号強度の差が所定値を超えたときに故障発生と判定してこれを報知する故障検出報知手段を備えた
ことを特徴とする電磁誘導型位置検出装置。
【請求項２】
複数のトラックを備えた電磁誘導型位置検出装置において、
各トラックに多相の受信信号を検出する複数の受信コイルを備える共に、
各トラック間の多相の受信信号の信号強度の比が所定値を超えたときに故障発生と判定してこれを報知する故障検出報知手段を備えた
ことを特徴とする電磁誘導型位置検出装置。
【請求項３】
複数のトラックを備えた電磁誘導型位置検出装置において、
各トラックに多相の受信信号を検出する複数の受信コイルを備える共に、
イベント発生時の各トラックの多相の受信信号の信号強度を記憶して、この信号強度で正規化された各トラックの多相の受信信号の信号強度から故障発生を検出しこれを報知する故障検出報知手段を備えた
ことを特徴とする電磁誘導型位置検出装置。
【請求項４】
前記故障検出報知手段は、前記正規化された各トラックの受信信号の差が所定範囲を超えたことを検出するものであることを特徴とする請求項３記載の電磁誘導型位置検出装置。
【請求項５】
前記故障検出報知手段は、前記正規化された各トラックの受信信号の比が所定範囲を超えたことを検出するものであることを特徴とする請求項３記載の電磁誘導型位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１の部材と第２の部材との間の電磁結合を利用して両部材の相対位置を検出する電磁誘導型位置検出装置に関し、特にコイルの断線等の故障検出方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検出ヘッド（第１の部材）とスケール（第２の部材）との間の電磁結合を利用した従来の電磁誘導型位置検出装置は、駆動コイルと受信コイルとを設けた検出ヘッドと、これに対して相対移動して駆動コイルからの発生磁束を変調する閉ループコイル等の変調手段を形成したスケールとから構成される。駆動コイルを交流駆動したときに発生される一次変動磁束は、スケールにより変調されて所定周期の磁気パターンを形成する。この磁気パターンは検出ヘッド側の受信コイルと結合される。これにより、受信コイルには、スケールの移動に応じて変化する誘導電圧が生じる。この誘導電圧の変化を計数することにより、検出ヘッドに対するスケールの相対移動距離が検出できる。また、磁気パターンの周期を異ならせた複数の位置検出トラックを設け、各トラックの受信コイルで検出された誘導電圧のトラック間の位相差を検出することで、絶対的な位置検出が可能になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電磁誘導型位置検出装置では、コイルの断線による誤動作を検出することができず、誤った位置を検出しているにも拘わらず、操作者にそれを報知する手段が存在しなかった。また、スケールの断線による誤動作は、その変化が微量なため、安定かつ確実に検出することは困難であった。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、コイルの断線等の故障発生を安定且つ確実に検出することきができ、これにより正確な位置検出を可能にする電磁誘導型位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の電磁誘導型位置検出装置は、複数のトラックを備えた電磁誘導型位置検出装置において、各トラックに多相の受信信号を検出する複数の受信コイルを備える共に、各トラック間の多相の受信信号の信号強度の差が所定値を超えたときに故障発生と判定してこれを報知する故障検出報知手段を備えてなることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る第２の電磁誘導型位置検出装置は、複数のトラックを備えた電磁誘導型位置検出装置において、各トラックに多相の受信信号を検出する複数の受信コイルを備える共に、各トラック間の多相の受信信号の信号強度の比が所定値を超えたときに故障発生と判定してこれを報知する故障検出報知手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る第３の電磁誘導型位置検出装置は、複数のトラックを備えた電磁誘導型位置検出装置において、各トラックに多相の受信信号を検出する複数の受信コイルを備える共に、イベント発生時の各トラックの多相の受信信号の信号強度を記憶して、この信号強度で正規化された各トラックの多相の受信信号の信号強度から故障発生を検出しこれを報知する故障検出報知手段を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、コイルの断線等の故障発生時に生じるトラック間の多相の受信信号の振幅バランスの崩れを検出して故障報知を行うようにしているので、極めて簡単な演算で操作者に故障の発生を知らせることができ、異常状態での測定を防止して常に正確な測定が可能になる。しかもこの発明の場合、第１の部材と第２の部材との間のギャップが変動した場合でも、その振幅レベルの変化はトラック間では同じ変化として現れるので、検出精度に影響が現れない。
【０００９】
トラック間の振幅バランスは、例えばトラック間の信号強度の差や比によって監視することができる。また、何らかのイベント発生時に信号強度を記憶しておき、この記憶された信号強度で各トラックの多相の受信信号の信号強度を正規化するようにすれば、個々の製品毎の信号強度のバラツキに影響されることなく、常に精度の良い故障検出が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。  図１は、この発明の一実施例に係る電磁誘導型位置検出装置の要部を示す図である。
この装置は、所定ギャップを介して対向配置され、図中Ｘ軸方向に相対移動する第１部材である検出ヘッド１と第２部材であるスケール２とを有する。検出ヘッド１及びスケール２の図中下半分は第１トラックＴｒ１を構成し、上半分は第２トラックＴｒ２を構成する。
【００１１】
検出ヘッド１の第１トラックＴｒ１の部分は、ヘッド基板１０上に形成された一対の駆動コイル１１ａ，１１ｂと、これら駆動コイル１１ａ，１１ｂの間に配置された受信コイル１２とからなる。駆動コイル１１ａ，１１ｂは、Ｘ軸方向に延びる矩形パターンからなり、例えば駆動コイル１１ａが反時計回り、駆動コイル１１ｂが時計回りというように、互いに反対回りに電流を流すように相互に結線されている。受信コイル１２は、ヘッド基板１０の両面に形成されたパターン１３ａ，１３ｂとこれらパターン１３ａ，１３ｂを接続する貫通配線１４とからなる基本周期λ１の正負の正弦波形パターンによって、ヘッド基板１０のＸ軸方向に周期λ１で繰り返される検出ループを形成している。この例では、受信コイル１２は、Ｘ軸方向に空間位相をずらした３相の受信コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃからなる。これら受信コイル１２ａ〜１２ｃは、例えばスター結線されている。
【００１２】
検出ヘッド１の第２トラックＴｒ２の部分も、基本周期がλ１よりも僅かに短いλ２である点を除いて、第１トラックＴｒ１と同様に形成されている。第２トラックＴｒ２の駆動コイル２１ａ，２１ｂは、第１トラックＴｒ１の駆動コイル１１ａ，１１ｂに対応し、第２トラックＴｒ２の受信コイル２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、第１トラックＴｒ１の受信コイル１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対応し、第２トラックＴｒ２のパターン２３ａ，２３ｂ及び貫通配線２４は、第１トラックＴｒ１のパターン１３ａ，１３ｂ及び貫通配線１４に対応する。
【００１３】
一方、スケール２の第１トラックＴｒ１の部分は、板状の樹脂基板３０上に磁気変調手段としての結合コイル３１ａ，３１ｂをＸ軸方向に交互に配置してなる。結合コイル３１ａは、基本周期λ１で配列された閉ループコイルであり、検出ヘッド１の駆動コイル１１ａと磁気結合される第１ループ部３２ａと、検出ヘッド１の受信コイル１２と磁気結合される第２ループ部３３ａとを有する。結合コイル３１ｂは、結合コイル３１ａと位相を１８０゜異ならせて配列された閉ループコイルからなり、検出ヘッド１の駆動コイル１１ｂと磁気結合される第１ループ部３２ｂと、検出ヘッド１の受信コイル１２と磁気結合される第２ループ部３３ｂとを有する。
【００１４】
スケール２の第２トラックＴｒ２の部分も、基本周期がλ１よりも僅かに短いλ２である点を除いて、第１トラックＴｒ１と同様に形成されている。第２トラックＴｒ２の結合コイル４１ａ，４１ｂは、第１トラックＴｒ１の結合コイル３１ａ，３１ｂに対応し、第２トラックＴｒ２の第１ループ４２ａ，４２ｂ及び第２ループ部４３ａ，４３ｂは、第１トラックＴｒ１の第１ループ部３２ａ，３２ｂ及び第２ループ部３３ａ，３３ｂにそれぞれ対応する。
【００１５】
検出ヘッド１の駆動コイル１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂには、送信信号発生器からの単相交流の送信信号が供給される。これにより、ある時刻では駆動コイル１１ａ，２１ａには反時計回り、駆動コイル１１ｂ，２１ｂには時計回りで電流が流れる。この結果、駆動コイル１１ａ，２１ａには、紙面からこちら側に向かう向きの一次変動磁束が発生し、駆動コイル１１ｂ，２１ｂには、紙面から向こう側に向かう向きの一次変動磁束が発生する。駆動コイル１１ａ，２１ａで発生された一次変動磁束は、スケール２の結合コイル３１ａ，４１ａの第１ループ部３２ａ，４２ａとそれぞれ鎖交し、電磁誘導により結合コイル３１ａ，４１ａに時計回りの電流を生じさせる。これにより、第２ループ部３３ａ，４３ａには、紙面から向こう側に向かう二次変動磁束が発生する。一方、駆動コイル１１ｂ，２１ｂで発生された一次変動磁束は、スケール２の結合コイル３１ｂ，４１ｂの第１ループ部３２ｂ，４２ｂとそれぞれ鎖交し、電磁誘導により結合コイル３１ｂ，４１ｂに反時計回りの電流を生じさせる。これにより、第２ループ部３３ｂ，４３ｂには、紙面からこちら側に向かう二次変動磁束が発生する。従って、これら第２ループ部３３ａ，３３ｂ及び４３ａ，４３ｂによって交互に向きが異なる二次変動磁束による周期λ１、λ２の磁気パターンが形成される。この磁気パターンを形成する二次変動磁束は、受信コイル１２，２２と磁気結合される。
【００１６】
図２は、スター結線された第１トラックＴｒ１の受信コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、各相電圧Ｖa1，Ｖb1，Ｖc1との関係を示している。ここで同様に第２トラックＴｒ２の各相電圧をＶa2，Ｖb2，Ｖc2とすると、これらの電圧は、第３図に示すように、検出ヘッド１とスケール２の相対位置に応じて１２０゜位相差の３相交流波形に沿って変化する。変化の周期は、第１トラックＴｒ１ではλ１となり、第２トラックＴｒ２ではλ２となる。
【００１７】
これらの各相電圧は、受信信号処理回路５２で処理され、コントロールユニット５３で、スケール２に対する検出ヘッド１の絶対的な位置が求められると共に、故障検出処理がなされる。図４は、受信信号処理回路５２とコントロールユニット５３の要部を示すブロック図である。各相電圧は、受信信号処理回路５２の増幅器６１で所定レベルまで増幅され、Ａ／Ｄ変換器６２でＡ／Ｄ変換されたのち、コントロールユニット５３の位置算出部７１及び故障検出報知部７２に供給される。位置算出部７１では、各相電圧Ｖa1，Ｖb1，Ｖc1，Ｖa2，Ｖb2，Ｖc2から、例えば以下のような演算処理を行って位相角θ１，θ２を求め、位置を算出する。即ち、３相電圧Ｖa1，Ｖb1，Ｖc1及びＶa2，Ｖb2，Ｖc2を２相信号（Ｘ１，Ｙ１）及び（Ｘ２，Ｙ２）に変換し、２相信号の逆タンジェントから位相角θ１，θ２を算出する。
【００１８】
【数１】
Ｘ１＝（１／３）*（２Ｖa1−Ｖb1＋Ｖc1）
Ｙ１＝（１／３）*（Ｖc1−Ｖb1）
θ１＝ tan-1（Ｙ１／Ｘ１）
【００１９】
【数２】
Ｘ２＝（１／３）*（２Ｖa2−Ｖb2＋Ｖc2）
Ｙ２＝（１／３）*（Ｖc2−Ｖb2）
θ２＝ tan-1（Ｙ２／Ｘ２）
【００２０】
ここで、全測定範囲で、第１トラックＴｒ１と第２トラックＴｒ２とが丁度波数１だけ異なる関係となっていると、θ１とθ２との位相差Δθ＝θ１−θ２からθ１の波数Ｎを求めることができる。また、θ１を内挿し、最小分解能の位置を得る。これにより、位置検出値の絶対値は、
【００２１】
【数３】
絶対値＝（Ｎ＋θ１／２π）×λ１
【００２２】
で求めることができる。この絶対値は、表示部７３に表示される。
【００２３】
各トラックの３相電圧は、故障検出報知部７２にも供給されている。故障検出報知部７２は、以下に述べる方法によりコイルの断線等の故障を検出し、アラームを発生する。なお、これらの方法は、それ単独で用いられても良いし、複数の方法による検出結果を論理演算（例えば論理和）して検出結果とするようにしても良い。
【００２４】
（１）３相電圧の単純和
３相電圧Ｖa1，Ｖb1，Ｖc1及びＶa2，Ｖb2，Ｖc2の和は、正常状態では理想的には零になる。従って、この和が零から著しく異なったときをアラーム検出条件とする。例えば電圧Ｖa1の最大値Ｖmax（又はＡ／Ｄ変換器６２の最大入力範囲）の１％をその判定基準とする。即ち、
【００２５】
【数４】
｜Ｖa1＋Ｖb1＋Ｖc1｜＞０．０１×Ｖmax
又は
｜Ｖa2＋Ｖb2＋Ｖc2｜＞０．０１×Ｖmax
【００２６】
（２）３相電圧の二乗和
【００２７】
【数５】
Ｍ１＝√｛（Ｖa1）2＋（Ｖb1）2＋（Ｖc1）2｝
Ｍ２＝√｛（Ｖa2）2＋（Ｖb2）2＋（Ｖc2）2｝
【００２８】
としたとき、信号強度Ｍ１，Ｍ２の最大振幅は、理想的には一定であり、その最大値は、√（３／２）×Ｖmax＝１．２２５...×Ｖmax（＝Ｍmax）となる。従って、２乗和がＭmaxに対してある判定基準を超えた場合、表示部７３でアラーム音又はアラーム表示を行う。あるいは必要に応じて、アラーム信号を故障検出報知部７２から外部へ図示しない有線又は光を含む無線通信手段により出力する。その判定基準を例えば５０％とすると、
【００２９】
【数６】
Ｍ１＜０．５×Ｍmax
又は
Ｍ２＜０．５×Ｍmax
又は
Ｍ１＞１．１×Ｍmax
又は
Ｍ２＞１．１×Ｍmax
【００３０】
のときに故障報知を行う。
以上の方法では、検出ヘッド１とスケール２の距離が変化すると、その値が変化する。それを回避するため、以下（３）〜（６）の方法がある。
【００３１】
（３）トラック間の信号強度の差
ΔＭ＝Ｍ１−Ｍ２とし、その変化がある判定基準を超えた場合、アラームを発生する。
【００３２】
（４）トラック間の信号強度の比
ＲＭ＝Ｍ１／Ｍ２とし、その変化がある判定基準を超えた場合、アラームを発生する。
【００３３】
（３），（４）では、製品間あるいは製造上のバラツキなどで信号強度Ｍ１，Ｍ２が大きく異なる場合、その判定基準を個々の製品毎に設定しなくてはならない。そこで、あるイベントが発生したときの信号強度を記憶しておき、その記憶値で信号強度Ｍ１，Ｍ２を正規化した値の差又は比が、ある判定基準を超えた場合、アラームを発生する。これにより、信号強度が正規化され、個々の製品毎に判定基準を設定しなくても良いため、調整工数が削減できる。
なお、ここで信号強度の取り込みに適したイベントとしては、例えば次のものがある。
【００３４】
▲１▼ノギスやマイクロメータ等でゼロ設定を行ったとき、
▲２▼リニアゲージでプリセットを行ったとき、
▲３▼リニアスケールで外部接点スイッチ等による機械原点を検出したとき、
▲４▼電池使用機器で電池を挿入したとき、
▲５▼オートパワーオフの機器で動作起動したとき、
▲６▼外部電源使用機器で電源を投入したとき、
▲７▼アラーム（故障報知）を解除したとき、
▲８▼機器の内部タイマーで一定時間経過したとき、
以下は、イベント発生時に取り込んだデータを使用する方法である。
【００３５】
（５）相対信号強度の差
イベント発生時の信号強度Ｍ１及びＭ２をそれぞれＭr1，Ｍr2とすると、（Ｍ１／Ｍr1）−（Ｍ２／Ｍr2）がある判定基準を超えた場合、アラームを発生する。上記の値は、理想的にはゼロであるため、判定基準を例えば５％とした場合、判定式は、次のようになる。
【００３６】
【数７】
｜(Ｍ１／Ｍr1)−(Ｍ２／Ｍr2)｜＞０．０５
【００３７】
（６）相対信号強度の比
（Ｍ１／Ｍr1）／（Ｍ２／Ｍr2）がある判定基準を超えた場合、アラームを発生する。上記の値は、理想的には１であるため、判定基準を例えば５％とした場合、判定式は、次のようになる。
【００３８】
【数８】
(Ｍ１／Ｍr1)／(Ｍ２／Ｍr2)＞１．０５
又は
(Ｍ１／Ｍr1)／(Ｍ２／Ｍr2)＜０．９５
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、多相の受信信号の振幅バランスに基づいて故障を検出して故障報知を行うようにしているので、極めて簡単な演算で操作者に故障の発生を知らせることができ、異常状態での測定を防止して常に正確な測定が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る電磁誘導型位置検出装置の要部を示す図である。
【図２】  同装置のスケールの受信コイルの結線状態と各相の電圧とを示す図である。
【図３】  同装置におけるスケール位置による受信信号の状態を示す波形図である。
【図４】  同装置における受信信号処理回路とコントロールユニットの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…検出ヘッド、２…スケール、１０…ヘッド基板、１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ…駆動コイル、１２，２２…受信コイル、３０…樹脂基板、３１ａ，３１ｂ…結合コイル、５１…送信信号発生器、５２…受信信号処理回路、５３…コントロールユニット、７１…位置算出部、７２…故障検出報知部、７３…表示部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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