(57)【要約】【課題】大掛かりな着磁管理をすることなく、低コストで移動体の絶対位置を検出できる移動体の絶対位置検出装置を提供する。【解決手段】移動体の絶対位置検出装置１であって、演算器３０は、逓倍回路１８にて所定の区画に区分された、相対位置検出手段により検出された検出信号および逓倍回路１８にて逓倍した検出信号のいずれかの区画において、絶対位置検出手段により検出した絶対位置信号が着磁信号を検出したときに、演算器３０に備えられている記憶装置に１信号ピッチ分の情報を記憶し、これを移動体絶対位置特定スケール２０の分解能分全てについて行うことにより移動体の絶対位置を特定する。【選択図】図１
2012202982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の絶対位置を特定する絶対値特定パターンが記録されている移動体絶対位置特定スケールと、
移動体の相対位置を特定する相対値特定パターンが記録されている移動体相対位置特定スケールと、
前記移動体絶対位置特定スケールの絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、
前記移動体相対位置特定スケールの相対位置を検出する相対位置検出手段と、
前記相対位置検出手段により検出された検出信号を逓倍する逓倍回路と、
前記相対位置検出手段により検出された検出信号と前記逓倍回路にて逓倍した検出信号を、前記絶対位置検出手段にて検出した絶対位置信号により監視する演算器と、を備え
前記絶対位置検出手段と前記相対位置検出手段で検出する１信号ピッチ分の幅が同一である移動体の絶対位置検出装置であって、
前記演算器は、前記逓倍回路にて所定の区画に区分された、前記相対位置検出手段により検出された検出信号および前記逓倍回路にて逓倍した検出信号のいずれかの区画において、前記絶対位置検出手段により検出した絶対位置信号が着磁信号を検出したときに、前記演算器に備えられている記憶装置に前記１信号ピッチ分の情報を記憶し、
これを前記移動体絶対位置特定スケールの分解能分全てについて行うことにより移動体の絶対位置を特定することを特徴とする移動体の絶対位置検出装置。
【請求項２】
前記特定は、前記絶対位置検出手段が移動方向に隣接する次の１信号ピッチ分移動する瞬間に、前記記憶装置に記憶した前記移動体絶対位置特定スケールの分解能分全ての検出信号から移動体の絶対位置を決定することにより特定することを特徴とする請求項１に記載の移動体の絶対位置検出装置。
【請求項３】
前記絶対値特定パターンは移動体の各信号ピッチごとに互いに異なる磁気特性を有する磁石の組合せからなり、前記磁石の着磁は前記絶対位置検出手段の１信号ピッチの一部分にのみされており、前記磁石が隣接している場合は着磁の幅を小さくし、前記磁石が隣接していない場合は着磁の幅を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の移動体の絶対位置検出装置。
【請求項４】
各々の磁気特性を有する各１信号ピッチ内での着磁をする場所がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の移動体の絶対位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばリニア型移動体等の絶対位置を検出する移動体の絶対位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から移動体の絶対位置検出装置は、インクリメントタイプの装置と、アブソリュートタイプの装置とが知られている。
【０００３】
インクリメントタイプの装置は、例えば磁気式では、磁石を等間隔で移動路（相対値特定スケール）に配置すると共に、移動体にはＭＲ素子からなる検出ヘッドを１つだけ備え、移動体が起点から移動するに従って移動体の通過した起点からの磁石の数をＭＲ素子からなる検出ヘッドがカウントして積算していく。そして、カウント数の積算値によって起点からの移動量を求めるようになっている。
【０００４】
一方、アブソリュートタイプの装置は、例えば磁気式８ビットタイプの装置では、８つのＭＲ素子からなる検出ヘッドを移動体の移動方向に沿って直列に備えた移動体に用いるようになっている。そして、移動体の移動路（絶対位置特定スケール）には例えばＭ系列に代表されるような互いに異なる８ビットの着磁（ビットパターン）の組合せが、直列に連続してかつ隣り合う着磁において磁性が対向するように配置されている。そして、このビットパターンの組合せによる０１コードを移動体に備わったＭＲ素子からなる検出ヘッドが検出するようになっている。そして、移動体がある場所まで移動すると、ＭＲ素子からなる検出ヘッドがその位置特有の０１コードを検出し、絶対位置を特定するようになっている。
【０００５】
そして、インクリメントタイプの装置とアブソリュートタイプの装置を組み合わせることで、移動体が原点復帰することなく移動体の移動量を特定することができるようになっている。
【０００６】
ここで、絶対位置特定スケールの着磁幅の狭い場合のＭＲ素子の出力と絶対位置特定スケールの着磁幅の広い場合のＭＲ素子の出力とでは、その出力の大きさにバラつきが生じる。また、着磁電流値や印加時間等の条件を同一にして同一の着磁幅にした場合でも、着磁間隔の広い絶対位置特定スケール部分では隣り合う磁力の影響を受けないため検出ヘッドは強い磁力として出力を検出し、着磁間隔の狭い絶対位置特定スケール部分では隣り合う磁力の影響を受けるため検出ヘッドは弱い磁力として出力を検出する。そのため、検出ヘッドが出力の大きさのバラつきによって出力信号を誤って検出し、絶対位置を特定できない問題が生じている。
【０００７】
そこで、従来から絶対位置特定スケールの着磁幅を厳密に管理して検出精度を向上させている。また、センサ自体の数を増やし出力の大きさのバラツキの影響を受けても誤って出力信号を検出しないような位置検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
一方、閾値を複数設けることで出力にバラつきのある場合でも精度よく出力信号を検出できるようにする技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２６４７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来から着磁幅の管理は、着磁ピッチの違いによる磁力の影響を受けても同一の出力となるように着磁電流値や印加時間等の条件を管理している。そのため、ビットパターン毎にこれらの条件を管理する必要があり、非常に多くの管理工数が生じている。
【００１１】
そこで、特許文献１のように着磁幅の管理負担を軽減し、１ビット毎にセンサを２個使用して、出力のバラつきの影響を受けても誤って検出しないような技術も知られている。しかし、１ビットに対して検出するセンサの数が増加し、コストの削減が図れない。
【００１２】
また、着磁幅の管理負担を軽減するために閾値を複数設け、出力のバラつきの影響を受けても誤って出力信号を検出しないような技術も知られている。しかし、複数の回路を必要とするためコストの低減が図れない。また、複雑な回路構造となるため回路設計に余計な工数がかかる。また、複雑な回路構造となることで不具合の発生を招き易い。
【００１３】
本発明の目的は、大掛かりな着磁管理をすることなく、低コストで移動体の絶対位置を検出できる移動体の絶対位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る移動体の絶対位置検出装置は、
移動体の絶対位置を特定する絶対値特定パターンが記録されている移動体絶対位置特定スケールと、
移動体の相対位置を特定する相対値特定パターンが記録されている移動体相対位置特定スケールと、
前記移動体絶対位置特定スケールの絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、
前記移動体相対位置特定スケールの相対位置を検出する相対位置検出手段と、
前記相対位置検出手段により検出された検出信号を逓倍する逓倍回路と、
前記相対位置検出手段により検出された検出信号と前記逓倍回路にて逓倍した検出信号を、前記絶対位置検出手段にて検出した絶対位置信号により監視する演算器と、を備え
前記絶対位置検出手段と前記相対位置検出手段で検出する１信号ピッチ分の幅が同一である移動体の絶対位置検出装置であって、
前記演算器は、前記逓倍回路にて所定の区画に区分された、前記相対位置検出手段により検出された検出信号および前記逓倍回路にて逓倍した検出信号のいずれかの区画において、前記絶対位置検出手段により検出した絶対位置信号が着磁信号を検出したときに、前記演算器に備えられている記憶装置に前記１信号ピッチ分の情報を記憶し、
これを前記移動体絶対位置特定スケールの分解能分全てについて行うことにより移動体の絶対位置を特定することを特徴としている。
【００１５】
請求項１に係る本願発明がこのような構成を有することで、移動体絶対位置特定スケールの１信号分の出力を逓倍された分解能で検出できる。そのため、従来のように同一の出力となるようにビットパターン毎に着磁電流値や印加時間等の条件を管理しなくても、ある程度バラついた出力を適正に検出できる。
【００１６】
そのため、管理工数が削減される。また、特許文献１のように、１ビット毎にセンサを２個使用しないため、その分コストを削減できる。また、閾値を複数設ける必要もないため、複雑な回路設計に伴う設計コストを要しない。また、不具合の発生も抑えることができる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る移動体の絶対位置検出装置は、請求項１に記載の移動体の絶対位置検出装置において、
前記特定は、前記絶対位置検出手段が移動方向に隣接する次の１信号ピッチ分移動する瞬間に、前記記憶装置に記憶した前記移動体絶対位置特定スケールの分解能分全ての検出信号から移動体の絶対位置を決定することにより特定することを特徴としている。
【００１８】
請求項２に係る本願発明がこのような構成を有することで、１信号ピッチ分移動することで移動体の絶対位置を特定できる。そのため、移動体の移動中に電源が不意に遮断されても、従来のインクリメント型の移動体の積算移動量算出装置で必須とされる原点への再復帰を行わずに済み、移動体の絶対位置を迅速に特定できる。
【００１９】
また、本発明の請求項３に係る移動体の絶対位置検出装置は、請求項１または請求項２に記載の移動体の絶対位置検出装置において
前記絶対値特定パターンは移動体の移動路に互いに異なる磁気特性を有する磁石の組合せからなり、前記磁石の着磁は前記絶対位置検出手段の１信号ピッチの一部分にのみされており、前記磁石が隣接している場合は着磁の幅を小さくし、前記磁石が隣接していない場合は着磁の幅を大きくすることを特徴としている。
【００２０】
請求項３に係る本願発明がこのような構成を有することで、磁石が隣接している場所では出力の隣接する磁界による影響をより少なくでき、磁力による出力を大きくできるとともに、磁石が隣接していない場所では出力の隣接する磁界による影響はなく、磁力による出力を大きくできる。そのため、より正確な絶対位置の検出ができる。
【００２１】
また、本発明の請求項４に係る移動体の絶対位置検出装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の移動体の絶対位置検出装置において、
各々の磁気特性を有する各１信号ピッチ内での着磁をする場所がそれぞれ異なることを特徴としている。
【００２２】
請求項４に係る本願発明がこのような構成を有することで、着磁をする場所がそれぞれ異なっても逓倍された分解能で絶対位置を特定できる。そのため、着磁をする場所の厳密な管理が不要となり、管理工数を削減できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、大掛かりな着磁管理をすることなく、低コストで移動体の絶対位置を検出できる移動体の絶対位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る移動体の絶対位置検出装置の概略を示す配置図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る移動体の絶対位置検出装置の絶対位置特定スケールの着磁状態を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る移動体の絶対位置検出装置の動作原理を説明する説明図であり、絶対位置特定スケールを示した図（図３（ａ））、このスケールから検出した出力を示した図（図３（ｂ））、およびこの検出した出力を２値化して示した図（図３（ｃ））である。
【図４】本発明の一実施形態に係る信号処理フローを説明する説明図である。
【図５】本発明に係る移動体の絶対位置検出装置における絶対位置特定スケールと相対値特定スケールとの関係を説明する説明図であり、絶対位置特定スケールの着磁幅が広い場合の図（図５（ａ））と絶対位置特定スケールの着磁幅が狭い場合の図（図５（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態に係る移動体の絶対位置検出装置について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る移動体の絶対位置検出装置の概略を示す配置図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る移動体の絶対位置検出装置の絶対位置特定スケールの着磁状態を示す説明図である。
【００２６】
本発明の一実施形態に係る移動体の絶対位置検出装置１は、直列的に配置された相対位置特定スケール１０と、絶対位置特定スケール２０とこれらスケールに沿って移動する移動体（図示せず）と検出された検出値を演算するマイクロコンピュータ３０を備えている。
【００２７】
相対位置特定スケール１０は、互いに異なる磁気特性を有する２種類の磁石が交互に多数配置された従来のインクリメント型のスケールからなる。一方、絶対位置特定スケール２０は、本実施形態の場合、いわゆるＭ系列と言われる互いに異なる８ビットの着磁（ビットパターン）の組合せが、直列に連続してかつ図２に示すように隣り合う着磁において磁性が対向するように配置されている。そして、この相対位置特定スケール１０と絶対位置特定スケール２０の１信号ピッチ分の幅が同一であり、互いにその同一の幅がオーバーラップするように並列して設置されている。
【００２８】
移動体は、相対位置を検出するＭＲ素子を備えた相対位置検出ヘッド１５と、絶対位置を検出するＭＲ素子を８個備えた絶対位置検出ヘッド２５を備え、並列に設置された相対位置特定スケール１０と絶対位置特定スケール２０の長手方向に移動するとともに、各スケールにおける出力を検出するようになっている。
【００２９】
次に、各スケールで検出した出力信号の処理について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る移動体の絶対位置検出装置の動作原理を説明する説明図であり、絶対位置特定スケールを示した図（図３（ａ））、このスケールから検出した出力を示した図（図３（ｂ））、およびこの検出した出力を２値化して示した図（図３（ｃ））である。図４は、本発明の一実施形態に係る信号処理フローを説明する説明図である。
【００３０】
移動体にはＭＲ素子を備えた相対位置検検出ヘッド１５（相対位置検検出センサ）が備わり、相対位置特定スケール１０に配置された磁石を通過する毎に出力を検出する。そして、この検出した出力は９０度ずれたＡ相とＢ相の異なる位相である。そして、差動増幅回路１６を介して増幅されたそれぞれの出力は、２値化回路１７を介して「Ｌ」（無着磁信号）または「Ｈ」（着磁信号）に２値化され、４逓倍回路１８を介してマイクロコンピュータ３０へ読み込まれる。
【００３１】
また、移動体にはＭＲ素子を８個備えた絶対位置検出ヘッド２５（絶対位置検出センサ）が備わり、絶対位置特定スケールに配置されたこのビットパターンの組合せによるコードを検出する。そして、それぞれの検出ヘッドが検出した出力２１は、増幅回路２６を介して増幅され２値化回路２７を介して「Ｌ」（無着磁信号）または「Ｈ」（着磁信号）に２値化された出力２２としてマイクコンピュータ３０へ読み込まれる。
【００３２】
マイクロコンピュータ３０は、相対位置特定スケール１０から検出された出力（以下「Ａ相パルス」もしくは「Ｂ相パルス」とする）と、絶対位置特定スケール２０から検出された出力（以下「ＡＢＳｂｉｔパルス」とする）とを演算処理するようになっている。
【００３３】
更に詳細に説明するために、信号処理の方法を図５に基づいて説明する。図５は、本発明に係る移動体の絶対位置検出装置における絶対位置特定スケールと相対値特定スケールとの関係を説明する説明図であり、絶対位置特定スケールの着磁幅が広い場合の図（図５（ａ））と絶対位置特定スケールの着磁幅が狭い場合の図（図５（ｂ））である。
【００３４】
ここで、移動体の進行方向が正方向（本実施形態の場合、図１において右方向）の場合、相対位置特定スケールは「Ａ相パルス＝Ｈ、Ｂ相パルス＝Ｌ、４逓倍パルス＝Ｈのときを第１区画」、「Ａ相パルス＝Ｈ、Ｂ相パルス＝Ｈ、４逓倍パルス＝Ｌのときを第２区画」、「Ａ相パルス＝Ｌ、Ｂ相パルス＝Ｈ、４逓倍パルス＝Ｈのときを第３区画」、「Ａ相パルス＝Ｌ、Ｂ相パルス＝Ｌ、４逓倍パルス＝Ｌのときを第４区画」、と定義する。
【００３５】
また、図５（ａ）のように絶対位置特定スケールは相対位置特定スケールに対応する第１区画から第３区画に亘って着磁されているとする。
【００３６】
マイクロコンピュータ３０は上記第１区画から第４区画までＡＢＳｂｉｔパルスを周期的に監視し、ＡＢＳｂｉｔパルスが「Ｈ」（着磁信号）になるかどうか確認する。ここで、第１区画、第２区画、第３区画、第４区画のいずれかの区画においてＡＢＳｂｉｔパルスが「Ｈ」になったとき、それを所定のマイクロコンピュータ３０の内部メモリに記憶する。そして、ＭＲ素子を８個備えた絶対位置検出ヘッド８個に対応する全ビット分において実施する。そして、再び移動体の進行方向に向かって隣接する次の１信号ピッチの第１区画目に切り替わる瞬間のタイミングで、絶対位置を確定する。
【００３７】
また、図５（ｂ）のように絶対位置特定スケールは相対位置特定スケールに対応する第３区画にだけ着磁されているとする。
【００３８】
マイクロコンピュータ３０は上記第１区画から第４区画までＡＢＳｂｉｔパルスを周期的に監視し、ＡＢＳｂｉｔパルスが「Ｈ」（着磁信号）になるかどうか確認する。ここで、第１区画、第２区画、第３区画、第４区画のいずれかの区画においてＡＢＳｂｉｔパルスが「Ｈ」になったとき、それを所定のマイクロコンピュータ３０の内部メモリに記憶する。そして、ＭＲ素子を８個備えた絶対位置検出ヘッド８個に対応する全ビット分において実施する。そして、再び移動体の進行方向に向かって隣接する次の１信号ピッチの第１区画目に切り替わる瞬間のタイミングで、絶対位置を確定する。
【００３９】
確定の手順は、所定のマイクロコンピュータ３０の内部メモリにＡＢＳｂｉｔパルスが「Ｈ」（着磁信号）と記憶されている場合、その１信号ピッチにおいて、ＡＢＳｂｉｔパルスは０１コードの”１”（磁石あり）と判定される。所定のマイクロコンピュータ３０の内部メモリにＡＢＳｂｉｔパルスが「Ｈ」と記憶されていない場合、その１信号ピッチにおいて、ＡＢＳｂｉｔパルスは０１コードの”０”（磁石なし）と判定される。この判定を絶対位置検出センサのビット分全てにおいて実施し、全ビット分の値を確定させることで移動体の絶対位置が確定となる。
【００４０】
そのため、着磁幅の広い場合でも狭い場合でも出力の検出を誤ることなく、移動体の絶対位置を確定できる。
【００４１】
なお、本発明の実施には、２値化した絶対位置検出センサ２５の出力のマイクロコンピュータ３０への入力（図４参照）は、以下の条件を満たす必要がある。
｛（絶対位置検出センサの移動速度）×（マイクロコンピュータの信号監視周期）｝＜ＡＢＳｂｉｔパルスのパルス幅≦１信号ピッチ
そして、移動体絶対位置特定スケール２０の１信号ピッチ分の出力を逓倍することにより、逓倍された分解能で検出できる。そのため、従来のように同一の出力となるようにビットパターン毎に着磁電流値や印加時間等の条件を管理しなくても、ある程度バラついた出力を適正に検出できる。
【００４２】
その結果、管理工数が削減される。また、特許文献１のように、１ビット毎にセンサを２個使用することはないため、その分コストが削減できる。また、閾値を複数設ける必要もないため、複雑な回路設計に伴う設計コストを要しない。また、不具合の発生も抑えることができる。
【００４３】
また、１信号ピッチ分移動することで移動体の絶対位置を特定できる。そのため、移動体の移動中に電源が不意に遮断されても、従来のインクリメント型の移動体の積算移動量算出装置で必須とされる原点への再復帰を行わずに済み、移動体の絶対位置を迅速に特定できる。また、省電力化のためこまめに電源のＯＮ／ＯＦＦをする場合にも対応できる。
【００４４】
また、磁石が隣接している場所では出力の隣接する磁界による影響をより少なくでき、磁力による出力を大きくできるとともに、磁石が隣接していない場所では出力の隣接する磁界による影響はなく、磁力による出力を大きくできる。そのため、より正確な絶対位置の検出ができる。
【００４５】
また、着磁する場所がそれぞれ異なっても逓倍された分解能で絶対位置を特定できる。そのため、着磁する場所の厳密な管理が不要となり、管理工数を削減できる。
【００４６】
なお、本実施形態ではマイクロコンピュータの外部に４逓倍回路を設けているが、これに限定されずマイクロコンピュータ内で４逓倍されてもよい。また、４逓倍回路を使用したがこれに限定されることはない。また、絶対位置特定スケールおよび絶対位置検出センサは８ビットに限定されることもない。また、移動体は正方向の移動だけでなく逆方向（本実施形態の場合、図１において左方向）でも測定できることは言うまでもない。また、本実施形態ではマイクロコンピュータを使用したがこれに代わる演算器を使用することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１    移動体の絶対位置検出装置
１０    相対位置特定スケール
１５    相対位置検出ヘッド（相対位置検検出センサ）
１６    差動増幅回路
１７    ２値化回路
１８    逓倍回路（４逓倍回路）
２０    絶対位置特定スケール
２１    検出した出力
２２    ２値化された出力
２５    絶対位置検出ヘッド（絶対位置検出センサ）
２６    増幅回路
２７    ２値化回路
３０    演算器（マイクロコンピュータ）
【図１】
2012202982.tif 000003
【図２】
2012202982.tif 000004
【図３】
2012202982.tif 000005
【図４】
2012202982.tif 000006
【図５】
2012202982.tif 000007