(57)【要約】【課題】アナログ式の反射式フォトインタラプタを用いて、山型検出マークの尖った頂点部分などでの位置演算に不適当な電圧データを利用しないようにして移動体の位置を正確に検知する。【解決手段】モータカップリング外周に設けたマスタマーク列２４とスレーブマーク列２５を夫々反射式フォトインタラプタ２６，２７で検出し、その出力電圧Ｙｍ，Ｙｓから、検出マーク２３の辺２３ａ中間部を検出しているフォトインタラプタからのデータを用いて、マスタマーク列２４の１つの検出マーク２２の始点Ｔｍからの検出マーク内位置ＸＸを演算する。次に、現在のマスタマーク列２４の検出マーク２３に到達する前までの機械原点からのマスタマーク列２４の検出マーク２３のパターン繰返数と、先に求めた検出マーク内位置ＸＸとに基づいてスライダの現在位置を演算する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の移動方向に直交する方向の幅が変化する山型の検出マークを連続して設け、その検出マークを反射式フォトインタラプタで検出して検出マークからの反射光量データに基づき、検出した時点での検出マーク内位置を演算して移動体の移動位置を求める位置検出装置において、移動体に、頂点を尖り先形状とした検出マークが移動体の移動方向に複数連続するマーク列を２列並設し、その２列のマーク列の移動方向における位相を、一方のマーク列の頂点部分と他方のマーク列の辺中間部とが対応するようにずらし、各マーク列を検知する反射式フォトインタラプタを前記各マーク列と対向して夫々配置し、これら２つの反射式フォトインタラプタで検出される光量データに基づいて、辺中間部を検出している反射式フォトインタラプタの光量データを用いて移動体の位置を算出するようにしたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
並べられる２つのマーク列は、移動方向に連続する検出マークの整列ピッチの１／４ピッチだけ位相をずらして設けてあることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
２つのマーク列の一方をマスタマーク列、他方をスレーブマーク列とし、マスタマーク列の検出マークによる光量データとしての出力電圧に対してその内側となる所定の電圧範囲を設定し、その電圧範囲以下か、電圧範囲にあるか、電圧範囲以上か、を判別する手段と、マスタマーク列の検出マークにおいて光量増加中かどうかを判別する手段とを備え、これらの判別手段の判別結果に基づいて、マスタマーク列、スレーブマーク列を検出した光量データから検出マークの辺中間部を検出している光量データを用いて移動体の位置を算出するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。
【請求項４】
モータ回転で送り手段を介して長手方向にスライダを往復移動させるようにした電動アクチュエータにおいて、移動体はモータと送り手段とを接続するモータカップリングであり、その外周にマスタマーク列とスレーブマーク列を形成した金属シールを貼着した請求項１〜３項の何れかに記載の位置検出装置を備えたことを特徴とする電動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射式フォトインタラプタを用いた移動体の位置検出装置及びその位置検出装置を備えた電動アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１では、移動体に三角形のマークを移動方向に連続して設け、これに対して投光して戻ってくる反射光を反射応答型検出センサから成るラインカメラで検出してその反射光量に基づき、移動体の位置を求めている。また、特許文献１には、その従来技術として互いに位相を異にする２列のマーク列を設けてこれらのマークからの反射光で位相の異なる２つの信号を得て移動量を検知するものも開示してある。
特許文献２には、反射型フォトインタラプタの検知精度をあげるために、検出領域を限定するスリットを投受光素子の前においたものが開示されている。
特許文献３には、モータカップリングに回転ディスクを設け、モータケースに検出部を設けた透過型エンコーダが開示してある。
特許文献４には、モータと送りねじ機構の送りねじとをモータカップリングで接続して、後方にエンコーダを有するモータの回転で送りねじ機構を介してスライダを往復移動する電動アクチュエータが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２１９７１１号公報
【特許文献２】
実開平５−８１７８０号公報
【特許文献３】
特開平８−３３１８２４号公報
【特許文献４】
特許２８９０３１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のラインカメラは、多数の反射応答型検出センサが細かなピッチでライン状に配置されたカメラであって高価であり、その出力はＯＮ，ＯＦＦのデジタル出力である。そのため、安価に移動体の位置検出装置を構成しようとする場合には採用できない。特許文献２の反射型フォトインタラプタは検出マークを出力電圧変化として捉えるアナログ出力タイプの反射型フォトインタラプタであり、ラインセンサに比べて安価であるが，このようなアナログ出力タイプのセンサを用いて、本願を説明する図４に示すような先の尖った形状の山型の検出マークを検知しようとするとき、一般的なアナログ出力タイプの反射型フォトインタラプタでは、その検出スリット２８の幅が比較的大きいため（０．６ｍｍ程度）、図７に示すように、頂点部分Ｐとその前後部分一定の範囲では、光量の変化がとぼしく、本願を説明する図４の上側に示すようにマーク頂点部分Ｐがエッジであってもこれに対応する出力電圧（図４の下側に示す）は、検出マークの辺中間部を検出しているときのように線形に変化せず、フラットに近いような波形のデータ不適当部分Ｐ１になってしまい、その部分における出力データを位置演算に使えない欠点がある。このことは、引用文献２のように、より細いスリットを受光側に設けたときでも、僅かではあるが発生する恐れがある。
特許文献３に示されるモータエンコーダは、モータカップリングを利用してエンコーダを構成しているため，このモータエンコーダを特許文献４の電動アクチュエータに適用することで、特許文献４のようにモータ後方にエンコーダを設ける場合に比べて軸方向に短くなる電動アクチュエータとなる利点があるが、周知のごとく回転ディスクは細いスリットが多数形成されていて加工に手間がかかる欠点があって高価となる。
この発明は、安価なアナログ式のフォトインタラプタを用いて、山型検出マークの尖った頂点部分などでの位置演算に不適当な電圧データを利用しないようにして移動体の位置を正確に演算できる位置検出装置を提供しようとするものである。また、本願は、そのような位置検出装置を用いて全長を短くした電動アクチュエータ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】
上記課題解決のため、本願の位置検出装置は、移動体の移動方向に直交する方向の幅が変化する山型の検出マークを連続して設け、その検出マークを反射式フォトインタラプタで検出して検出マークからの反射光量データに基づき、検出した時点での検出マーク内位置を演算して移動体の移動位置を求める位置検出装置において、移動体に、頂点を尖り先形状とした検出マークが移動体の移動方向に複数連続するマーク列を２列並設し、その２列のマーク列の移動方向における位相を、一方のマーク列の頂点部分と他方のマーク列の辺中間部とが対応するようにずらし、各マーク列を検知する反射式フォトインタラプタを前記各マーク列と対向して夫々配置し、これら２つの反射式フォトインタラプタで検出される光量データに基づいて、辺中間部を検出している反射式フォトインタラプタの光量データを用いて移動体の位置を算出するようにしたことを特徴とする。
並べられる２つのマーク列は、移動方向に連続する検出マークの整列ピッチの１／４ピッチだけ位相をずらして設けてある。２つのマーク列の一方をマスタマーク列、他方をスレーブマーク列とし、マスタマーク列の検出マークによる光量データとしての出力電圧に対してその内側となる所定の電圧範囲を設定し、その電圧範囲以下か、電圧範囲にあるか、電圧範囲以上か、を判別する手段と、マスタマーク列の検出マークにおいて光量増加中かどうかを判別する手段とを備え、これらの判別手段の判別結果に基づいて、マスタマーク列、スレーブマーク列を検出した光量データから検出マークの辺中間部を検出している光量データを用いて移動体の位置を算出するようにした。
【０００６】
これによれば、一方のマーク列を検出しているフォトインタラプタが対応する山型の検出マークの頂点部分等の尖った形状部分と対向するときには、他方のマーク列の辺中間部を検出しているフォトインタラプタの光量データを用いて位置演算するため、山型検出マークの尖った形状部分における信頼性の低い検出データを用いることがなく、正確な移動体の位置算出が行なわれる。
【０００７】
また、本願電動アクチュエータは、モータ回転で送り手段を介して長手方向にスライダを往復移動させるようにした電動アクチュエータにおいて、移動体はモータと送り手段とを接続するモータカップリングであり、その外周にマスタマーク列とスレーブマーク列を形成した金属シールを貼着した位置検出装置を備えたことを特徴とする。
この電動アクチュエータは、モータカップリング部分にマスタマーク列、スレーブマーク列を形成した金属シールを貼り付け、それらのマーク列と夫々対向する位置に反射型フォトインタラプタを配置するため、モータ後方にエンコーダを設けるときよりも、アクチュエータの長手が短くなり，しかも、細かなスリットを形成した回転ディスクを使わないから、安価となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。往復アクチュエータ（電動アクチュエータ）１は、一端にパルスモータ２が連結されたボールネジ３によってスライダ４がベース部材５に対して往復移動するものであり、パルスモータ２は図示しない駆動制御装置からの駆動パルスに応じて回転駆動される。往復アクチュエータ１のベース部材５は、長手方向に渡ってその内部がスライダ収容空間７に形成されていると共に上方に開口するスリット８が形成されている。ベース部材５の長手両端は塞ぎ部材９，１０が取付けられており、ベース部材５両端を塞いでいる。塞ぎ部材９，１０には軸受１１を介してスライダ収容空間７を挿通するボールネジ３の両端が軸支されている。このボールネジ（送り手段）３の一端側には、一方の塞ぎ部材１０に取付けられたパルスモータ２の出力軸１３がモータカップリング（移動体）１４を介して連結されている。
【０００９】
また、ボールネジ３は、スライダ４を貫通、螺合しており、スライダ４はスライダ収容空間７内をボールネジ３の回動によって軸線方向に往復移動可能となっている。また、スライダ４の下部の幅方向両側には案内子１５が設けられており、案内子１５がスライダ収容空間７内の幅方向両側に設けられた一対の案内レール１６によって案内されている。スライダ４は、その一部がベース部材５のスリット８から外部に突出したヨーク１７となっており、ヨーク１７にはマウント１８が一体に形成されている。マウント１８にはスリット８を外側から塞ぐアウタシールバンド１９が貫通しており、その長手両端が各塞ぎ部材９，１０と止めねじ１９ａとの間で挟持されている。
【００１０】
前記カップリング１４の外周面には、２枚の金属シール２０、２１が全周に亘って貼着され、夫々の金属シール（反射材）２０，２１には、光に対する反射率の低い材質から成る暗部形成部材（非反射材）２２が、前記金属シール２０、２１の、光反射率の高い表面に貼り付けられて、暗部形成部材２２で被覆されなかった表面部分が山型の検出マーク２３を形成し、それらの検出マーク２３がカップリング１４の円周方向に複数連続して２列のマーク列２４，２５が並設されている。１つの検出マーク２３のカップリング１４円周方向長さ（整列ピッチ）は、図４に示すように、金属シール２０、２１の全長（カップリング１４の全周）を８つに等分する長さであり、その長さだけカップリング１４が回転すると（カップリング１４が１／８回転すると）、ボールネジ３を介してスライダ４が移動量Ｌだけ移動するようになっている。
【００１１】
山型の検出マーク２３は辺２３ａを同一長さとする二等辺三角形を成し、上の頂点部分Ｐは尖った形状であり、隣り合う検出マーク２３との接続部Ｑも同様である。マーク列２４，２５はマスタマーク列２４、スレーブマーク列２５に区別され、いずれのマーク列２４，２５も同じ形状である。マスタマーク列２４とスレーブマーク列２５とは、カップリング１４の円周方向に前記ピッチの更に１／４ピッチ（スライダ移動量ではＬ／４に相当する）だけ正確にずらしてある。
【００１２】
各マーク列２４，２５と対向する位置に、夫々反射式フォトインタラプタ２６、２７が並設してある。各反射式フォトインタラプタ２６，２７は、光の通過する検出スリット２８が設けられた保持ケース内に、投光、受光素子２９，３０が並べて設けてあり、投光素子２９からの光が前記マーク列２４，２５の検出マーク２３で反射して受光素子３０に受光されて、その受光光量に比例する電圧Ｙｍ（マスタ側）、電圧Ｙｓ（スレーブ側）を制御装置４０に出力するようになっている。マーク列２４，２５と出力電圧Ｙｍ、Ｙｓの関係は図４に示される。
制御装置４０は、演算装置を内蔵して図６に示すフローチャートに従う演算プログラムを実行するようになっている。図６の各制御ステップは夫々機能実現手段である。制御装置４０は、このフローチャートに従って、２つの反射式フォトインタラプタ２６，２７からの反射光量に基づく出力電圧Ｙｍ，Ｙｓに基づいて、その受光光量を得た時点でのマスタマーク列２４の１つの検出マーク２３内における位置を求めて、移動の原点（機械原点）からの移動量（位置）を演算し、表示装置４１に表示するものである。
【００１３】
次にこの装置における動作を説明する。先ずいくつかの設定作業をおこなう。アクチュエータ１を試動させて、マスタマーク列２４による電圧出力とスレーブマーク列２５による電圧出力を得ておく。そして、各マーク列２４，２５において、出力電圧データが不適当（辺２３ａを検出しているときのように線形に変化しない）となるマーク範囲（各マ−ク列２４，２５の頂点Ｐまたは接続部Ｑの付近の一定領域）に相当するデータ不適当範囲Ｐ１、Ｑ１のスライダ移動量Ｓ１を求めておく。そのデータ不適当部分Ｐ１、Ｑ１を除くように、マスタマーク列２４の電圧出力の最小値ＭＩＮｍと最大値ＭＡＸｍの間に、電圧範囲（Ｙ１〜Ｙ１’）を設定する。この電圧範囲は例えばマスタマーク列２４の電圧振幅の１０％〜９０％の範囲である。また、マスタマーク列２４側において、光量増加部分にあるかどうかの判別のため、スレーブマーク列２５による出力電圧の振幅に対して、判定電圧Ｙ２を設定しておく。この判定電圧Ｙ２は、スレーブマーク列２５による出力電圧の最大値ＭＡＸｓと最小値ＭＩＮｓの丁度中央の値である。
【００１４】
そして、アクチュエータ１の機械原点（例えば、往復移動方向の一端）にスライダ４が位置している状態において、カップリング１４の回転位置もしくはフォトインタラプタ２６，２７の取り付け位置を調節して、スレーブ側のフォトインタラプタ２７による出力が、前記判定電圧Ｙ２にまた、マスタ側の出力が最小電圧ＭＩＮｍとなるようになるようにしておく。
そして、アクチュエータ１を駆動する。すると、ボールネジ機構によりスライダ４が原点から他端に向けて移動し、この移動に伴い、カップリング１４の回転で２つのマーク列２４，２５の山型検出マーク２３が、夫々対応するフォトインタラプタ２６，２７の前を横切り、反射してくる光量が徐々に変化し、その変化が出力電圧の変化となって現われる。いずれのマーク列２４、２５においても、出力電圧は、各マーク列２４，２５の１つの検出マーク２３の始点Ｔｍ（Ｔｓ）からだと、出力電圧は最小電圧ＭＩＮｍ（ＭＩＮｓ）から徐々に増加し、最大電圧ＭＡＸｍ（ＭＡＸｓ）となった後徐々に減少する、というパターンを繰り返す。勿論、その出力パターンがマーク列２４の間でスライダ移動量換算でＬ／４だけずれていることはいうまでもない。
【００１５】
次にステップＲ１、Ｒ２で、出力電圧Ｙｍ，Ｙｓから各マーク列２４，２５における検出マーク内位置を演算する。ステップＲ１、Ｒ２は、マスタマーク列２４及びスレーブマーク列２５での各検出マーク２３内位置の演算手段である。
マスタマーク列２４において、出力電圧が電圧値Ｙ１である時点では、マスタマーク列２４の１つの検出マーク２３内の前半部分（ＭＡＸ到達以前）における１つの検出マーク２３の始点Ｔｍからの移動量Ｘｍは、ステップＲ１で
（ＭＡＸｍ−ＭＩＮｍ）：（Ｙｍ−ＭＩＮｍ）＝（Ｌ／２−Ｓ１）：（Ｘｍ−Ｓ１／２）
の式からで計算される。Ｌは、検出マーク２３の１つ分に相当するスライダ４移動量である。
一方、スレーブマーク列２５側では、回転方向位相がスライダ移動量換算でＬ／４ずれているスレーブマーク列２５の検出マーク２３の始点Ｔｓからの移動量Ｘｓを求める。出力電圧Ｙｓとすると、検出マーク２３の前半部分における始点Ｔｓからの移動量Ｘｓは、ステップＲ２で
（ＭＡＸｓ−ＭＩＮｓ）：（Ｙｓ−ＭＩＮｓ）＝（Ｌ／２−Ｓ１）：（Ｘｓ−Ｓ１／２）
【００１６】
次に、マスタマーク列２４及びスレーブマーク列２５を検出した各電圧値により、使用する出力電圧データを選定する。即ち、マスタマーク列２４側からの出力Ｙｍが前記設定範囲の下限Ｙ１より下か（ステップＲ３）、設定範囲（Ｙ１〜Ｔ１’）内か（ステップＲ７）を判別する。ステップＲ７で設定設定範囲を外れていると、これは、設定範囲の上限（Ｙ１’）より上であると判別される。設定範囲（Ｙ１〜Ｔ１’）の下限Ｙ１より下の場合、さらにその時のスレーブマーク列２５側の出力電圧Ｙｓが判定電圧Ｙ２より上か下かを判別し（ステップＲ４）、下の場合には、ゾーンａ内の位置であるから、スレーブマーク列２５の検出マーク２３の辺２３ａの中間部をスレーブマーク列２５を検出した検出データを用いて、１つのマスタマーク列２４の始点Ｔｍからの移動量（マスタマーク内位置）ＸＸはステップＲ６で、
ＸＸ＝Ｌ／４−Ｘｓ
で演算される。また、スレーブマーク列２５側の電圧Ｙｓが判定電圧Ｙ２より上の場合は、ゾーンｅ内の位置であるから、この場合もスレーブマーク列２５の検出マーク２３の辺２３ａの中間部の検出データを用いてステップＲ５で
ＸＸ＝Ｌ−Ｘｓ＋Ｌ／４
と求められる。
【００１７】
また、ステップＲ７でマスタマーク列２４側からの出力電圧Ｙｍが設定範囲（Ｙ１〜Ｙ１’）内で、ステップＲ８でその時のスレーブマーク列２５側の出力電圧Ｙｓが判定電圧Ｙ２より下と判断された場合は、ゾーンｂ内位置であるから、マスタマーク列２４の検出マーク２３の辺２３ａ中間部の検出データを用いて始点Ｔｍからの移動量ＸＸはステップＲ９で、
ＸＸ＝Ｘｍ
となり、設定範囲（Ｙ１〜Ｙ１’）内で判定電圧Ｙ２より上の場合はゾーンｄ内位置であるから、マスタマーク列２４の検出マーク２３の辺２３ａ中間部の検出データを用いて始点Ｔｍからの移動量ＸＸは、ステップＲ１０で
ＸＸ＝Ｌ−Ｘｍ
となる。
さらに、ステップＲ７で設定範囲を越えていると判別された時には、ゾーンｃ内位置にあるから、スレーブマーク列２５の検出マーク２３の辺２３ａ中間部の検出データを用いて始点Ｔｍからの移動量ＸＸは、ステップＲ１１で
ＸＸ＝Ｌ／４＋Ｘｓ
と求められる。
【００１８】
そして、ステップＲ１２では、現在のマスタマーク列２４の検出マーク２３に到達する前までの、機械原点からのマスタマーク列２４の検出マーク２３のパターン繰返数（Ｎ）（これは制御装置４０内で逐次カウントされている）と、ステップＲ５、Ｒ６、Ｒ９〜Ｒ１１で求めた移動量（マスタマーク列２４の検出マーク内位置）ＸＸとから、
現在位置（機械原点からの移動量）＝Ｎ＊Ｌ＋ＸＸ
を演算し、ステップＲ１３で表示装置４１に表示する。
【００１９】
このように、２つのフォトインタラプタからの出力電圧のうち、検出マークの頂点部分Ｐあるいは接続部Ｑを検出していないフォトインタラプタからの出力電圧を用いて移動体の位置を演算するようにしたので、検出マークの頂点部分Ｐやマーク間の接続部Ｑ付近での不正確な出力電圧を用いないため、位置演算が正確に行ない得る。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本願では、一方のマーク列を検出しているフォトインタラプタが対応する山型の検出マークの頂点部分等の尖った形状部分と対向するときには、他方のマーク列の辺中間部を検出しているフォトインタラプタの光量データを用いて位置演算するため、尖った山型検出マークの頂点部分等における信頼性の低い検出データを用いることがなく、正確な移動体の位置演算を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動アクチュエータの縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】カップリング部分の斜視図である。
【図４】検出マークと出力電圧を説明する図である。
【図５】出力電圧を拡大して説明する図である。
【図６】制御装置での処理を説明するフローチャートである。
【図７】頂点が尖り先形状の検出マークと検出スリットの関係を示す図である。
【符号の説明】
１  往復アクチュエータ
２  パルスモータ
３  ボールネジ（送り手段）
４  スライダ
１４  モータカップリング（移動体）
２０・２１  金属シール
２３  検出マーク
２３ａ  辺
２４  マスタマーク列
２５  スレーブマーク列
２６・２７  反射式フォトインタラプタ
２８  検出スリット
Ｐ  頂点部分
Ｑ  接続部
【図１】
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【図２】
2004245616.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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