CN101872025B - 移动体***及移动体的位置检测方法 - Google Patents

移动体***及移动体的位置检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明的移动体***及移动体的位置检测方法，在移动体上设置具有沿移动体移动的方向排列了多个线圈的线圈阵列的检测头。在线圈阵列的两侧设置有虚设线圈，利用虚设线圈之间的输出差识别是以一定的第1间距配置有磁标记的连续区间、还是以比第1间距长的间隔配置有磁标记的离散区间。

Description

移动体***及移动体的位置检测方法
技术领域
本发明涉及移动体***，尤其涉及移动体的位置检测。
背景技术
我们已经知道沿输送车、堆装起重机或者机床的加工头(head)等移动体的移动方向设置具有由多个线圈构成的线圈阵列的检测头，通过检测设置在地面一侧的磁标记来求出移动***置的***(日本专利文献1：JP2002-337037A)。发明者就这样的***对设置下述两种区间进行了研究：通过以例如与线圈阵列的长度相等的第1间距(pitch)配置磁标记，由此连续地求出移动***置的连续区间；以及以比上述第1间距长的间隔配置磁标记，由此仅在存在磁标记的区间内求出移动***置的离散区间。并且在检测头的两端设置霍尔元件等磁传感器，通过检测磁标记来识别是离散区间还是连续区间。
由发明者的实验得知，当磁标记存在于线圈阵列的中央部附近时，无论是离散区间还是连续区间，位置的检测结果是相同的，这是因为影响线圈阵列的磁标记只有一个的缘故。接着能够用霍尔元件简单地识别连续区间中磁标记存在于线圈阵列两端的情况和离散区间中磁标记只存在于线圈阵列一端的情况。并且由于在这种情况下在离散区间不进行检测，只在连续区间进行检测，因此不会出现问题。在磁标记位于线圈阵列的一端稍微靠内侧的情况下，在连续区间，磁标记位于线圈阵列的另一端稍微靠外侧；在离散区间，不存在该磁标记。在这种状态下，虽然在离散区间还是在连续区间检测结果不同，但用霍尔元件不能够检测到线圈阵列稍微靠外侧的磁标记，不能够识别是离散区间还是连续区间。因此，为了进行识别，有必要在线圈阵列延伸方向的两个外侧设置另外的霍尔元件。但是这样在增加检测头的长度这一点上并不理想，并且在增加检测头零件的数量这一点上并不理想。
发明内容
本发明要解决的技术课题就是要用简单的结构识别是离散区间还是连续区间，提高移动体的位置检测精度。
本发明为一种移动体***，在移动体上设置有检测头，该检测头具有沿移动体的移动方向排列了多个线圈的线圈阵列，通过检测沿移动体的移动路径而设置的磁标记来求出移动体的位置，其特征在于：上述移动路径具有通过以一定的第1间距配置有上述磁标记来连续地求出移动***置的连续区间，以及通过以比上述第1间距长的间隔配置有上述磁标记来仅在磁标记的存在区间求出移动***置的离散区间；上述检测头在上述线圈阵列的两侧具有虚设线圈；上述移动体具有利用虚设线圈之间的输出差，来识别是连续区间还是离散区间的识别单元。
本发明的移动***置检测方法，在移动体上设置有检测头，该检测头具有沿移动体的移动方向排列了多个线圈的线圈阵列，通过检测沿移动体的移动路径而设置的磁标记来求出移动体的位置，其特征在于，设置有以下步骤：在上述移动路径中设置通过以一定的第1间距配置上述磁标记来连续地求出移动***置的连续区间，以及通过以比上述第1间距长的间隔配置上述磁标记来仅在存在磁标记的区间求出移动***置的离散区间的步骤；在上述线圈阵列的两侧设置虚设线圈的步骤；以及利用虚设线圈之间的输出差来识别是连续区间还是离散区间的步骤。
在本说明书中，有关移动体***的记载照样适合于移动体的位置检测方法，反之，有关移动***置检测方法的记载也照样适合于移动体***。
虚设线圈为检测来自磁标记的磁场的线圈，对线圈阵列内的端部的线圈还起使周边磁场的检测条件与线圈阵列内侧的线圈一致的作用。另外，以下假定线圈阵列不包含虚设线圈。在磁标记位于线圈阵列一端内侧的情况下，连续区间中另外的磁标记位于另一端的外侧时、与离散区间中另一端不存在磁标记时，另一端设置有虚设线圈的状况就会变得不同。当检测出这种状况差作为虚设线圈的输出差时，能够识别是离散区间还是连续区间。并且，虚设线圈只要与线圈阵列相邻配置即可，不需要与线圈阵列之间设置间隙。因此，本发明能够不增加检测头的长度尺寸并且能够简单地识别是连续区间还是离散区间，能够提高位置检测的精度。识别单元设置在例如检测头内，但在用检测头外部的移动体主体处理来自线圈阵列的信号的情况下，识别单元也设置在移动体主体上。
最好是将上述线圈阵列和上述虚设线圈连接到共同的交流电源上，并且将线圈阵列的各线圈和虚设线圈沿着共同的磁芯而设置。如果这样，虚设线圈的配设和励磁变得容易，并且能够容易地取得两侧的虚设线圈的阻抗平衡。
最好是使上述虚设线圈的形状与上述线圈阵列的线圈的形状相同。如果这样，虚设线圈只要将形状与线圈阵列中的其他线圈相同的线圈配置在同一磁芯的两侧就可以，能够更加简单地设置虚设线圈，而且能够更切实地取得两侧的虚设线圈的阻抗平衡。
尤其理想的是将上述两侧的虚设线圈串联连接到交流电源上，并且将两侧的虚设线圈的中点电位的相位与上述交流电源的相位进行比较，由此识别是连续区间还是离散区间。如果这样，能够用简单的电路切实地识别是连续区间还是离散区间。
附图说明
图1为表示实施例移动体***的线性标尺与地面一侧的磁标记的图；
图2为示意地表示离散区间与连续区间内磁标记的配置的图；
图3为表示识别是离散区间还是连续区间时的问题点以及实施例的解决原理的图；
图4为表示实施例的虚设线圈和周围线圈的图；
图5为实施例的线性标尺(linear scale)的方框图；
图6为表示实施例的连续区间与离散区间的指示值之差的特性图；
图7为示意地表示励磁信号与虚设线圈的中点信号的相位的图；
图8为表示实施例的用虚设线圈识别连续区间与离散区间的结果的特性图。
标记说明
2.线性标尺；4.线圈阵列；6.磁芯；8、9虚设线圈；10.线圈；12.间距(pitch)；14.霍尔元件；15.检测头；16.处理电路；18.正弦波电源；20.计数器；22、23、26.磁标记；24.轭铁；25.永久磁铁；27.磁标记；30.连续区间；31.离散区间；32～35.磁标记；40、41、54.放大电路；42.相位检测电路；44.偏移修正单元；46、48.修正表；50.开关；51～53.电阻；56.数字晶体管；58.判断单元
具体实施方式
下面说明本发明的优选实施例。实施例可以参照该技术领域内众所周知的技术适当变更，并不限定本发明的范围。
图1至图8中表示实施例的移动体***。图中，2为线性标尺，具有沿图中没有表示的移动体移动方向设置的线圈阵列4；6为其磁芯，在其左右两端具有例如一对虚设线圈8、9；虚设线圈8、9也可以左右分别设置各2个以上。并且，10表示属于线圈阵列4的线圈，例如以4个线圈10为单位作为一个间距(pitch)12，沿线圈阵列4的长度方向即移动体的移动方向排列例如10个间距12，作为线圈阵列4。
14为霍尔元件，排列在例如线圈阵列4的两端和间距12、12之间的间断处，检测磁标记22等。由线圈阵列4和虚设线圈8、9、霍尔元件14构成线性标尺2的检测头15，用处理电路16处理来自检测头15的信号，求出移动体的当前位置。并且，用正弦波电源18给线圈阵列4的各线圈10以及虚设线圈8、9提供正弦波电流，用计数器(カウンタ)20产生正弦波的相位信号ωt，并提供给处理电路16和正弦波电源18。
沿移动体的移动路径设置磁标记22等，磁标记22等由轭铁24和永久磁铁25构成，虚设线圈8、9、霍尔元件14和线圈10检测来自磁标记22等的磁场。磁标记22等具有以与线圈阵列4的全长相等的间隔排列的连续区间和隔开比磁标记在连续区间内的排列间距长的间隔配置的离散区间。离散区间为例如弯曲区间及其前后等，在离散区间没必要以一定的间距配置磁标记。并且，在连续区间使磁标记22、23的排列间距与线圈阵列4的全长相等。
图1的22、23为连续区间内的磁标记，在此出现在线圈阵列4的两端。这里检测出图1的磁标记26。另外，磁标记26的结构与磁标记22、23等相同。在检测到1个磁标记26的情况下，不能区分是连续区间还是离散区间。此时，连续区间内在虚设线圈9的左侧存在另外的磁标记，但离散区间内在虚设线圈9的左侧不存在磁标记。于是，难以用线圈阵列4左端的霍尔元件14-1检测到虚设线圈9左侧的磁标记。因此，如果用线性标尺2两端的霍尔元件进行识别，即使是在连续区间内也还有可能误识别为离散区间。所以，本发明利用由经过虚设线圈8、9内部的磁芯6能够检测离开虚设线圈8、9在外侧的磁铁这一点，检测在线圈阵列4的两外侧是否存在另外的磁标记。
图2表示连续区间30内的磁标记32～34的配置和离散区间31内的磁标记35的配置，磁标记32～35的结构与上述磁标记22等的结构相同。在连续区间30内磁标记32～34等以与线圈阵列4的全长相等的间距配置在行走路径的地面一侧，在离散区间31内磁标记35等分散配置在行走路径的地面一侧。在连续区间30的整个区间内，线性标尺2能够以一定的精度检测出位置。但是，离散区间31中只能够在磁标记35等的周围检测到位置，而且由1个磁标记35能够检测的区域的长度比线圈阵列4的长度短。
图3中表示实施例的离散区间和连续区间内的计量范围。在连续区间，检测从左端的间距12-1到右端的间距12-10整个区间内的磁标记，在离散区间，在两端的间距12-1、12-10检测不到磁标记，在间距12-2～12-9的范围内检测到磁标记。问题是，在于间距12-2或间距12-9检测到磁标记时，是识别是离散区间还是连续区间。具体来说，检测到磁标记26时，如果图3的左侧有磁标记27的话，则为连续区间；如果没有，则为离散区间。因此难以用霍尔元件14-1检测磁标记27。因此本发明用虚设线圈8、9检测线圈阵列4两侧的磁标记27。另外，在连续区间，如果线圈阵列4的右端存在磁标记22的话，则左端存在磁标记23，它们能够用霍尔元件14-11、14-1容易地检测到。
图4表示虚设线圈9的配置，虚设线圈8也同样。将线圈10卷绕到硅钢等磁芯6上，将与之相同直径和相同螺距值并且相同材质的虚设线圈9卷绕到相同的磁芯6上。因此，只要在线圈阵列4的两侧不留间隙地卷绕2个与线圈10相同的线圈就可以设置虚设线圈8、9。
图5表示线性标尺2的方框图，正弦波电源18从计数器提供相位信号ωt，由图中没有表示的DA变换器产生正弦波，给线圈阵列的各间距12以及左右的虚设线圈8、9的串联片提供正弦波。串联连接的虚设线圈8、9中点的电位用D表示。将各间距12的4个线圈10-1～10-4配置成桥形，用放大电路40、41放大桥信号，从放大电路40取出sinθ·sinωt信号，从放大电路41取出cosθ·sinωt信号。其中θ表示磁标记相对于间距的位置，当磁标记移动一个间距的量时，θ仅改变2π。虽然可以为每一个间距设置放大电路40、41，但这里将各间距的输出都输入到同一个放大电路40、41中。相位检测电路42从放大电路40、41的信号中取出θ成分，用霍尔元件14的信号求出在哪个间距检测到磁标记，用偏移修正单元44加减与间距编号相对应的偏移量。
由于线性标尺2中存在每个标尺的偏差，因此交替使用连续区间用修正表46和离散区间用修正表48这两种修正表进行修正。用修正表46对连续区间内的图3中的间距12-1～12-10的范围进行修正，用修正表48对离散区间内的图3中的间距12-2～12-9的范围进行修正。用放大电路54放大来自虚设线圈8、9的中点的信号D，用组装有电阻等的数字晶体管56放大，输入判断单元58中。51～53为固定电阻，Vcc为电路电源，数字晶体管56起使用了图7所示阈值的比较器的作用。并且，判断单元58在以相位信号ωt为基准的预定的时机检查数字晶体管56的输出，识别是离散区间还是连续区间，切换开关50。由此决定用修正表46、48中的哪一个来修正偏移量补正后的位置信号。
图6～图8中表示实施例的动作。图6表示根据修正表46、48的修正前的信号在离散区间与连续区间的位置指示值的差。另外，其中线圈阵列的全长为300mm；计量范围为，连续区间为-150mm～+150mm，离散区间为-115mm～+115mm。在-97.5mm～+97.5mm左右的范围内，由于无论是在离散区间还是在连续区间信号的差很小，因此对于该区间，共用例如修正表46、48的数据。在+97.5mm～+115mm和-97.5mm～-115mm的范围，由于因离散区间还是连续区间而输出不同，因此根据是连续区间还是离散区间切换修正表46、48。
图7表示相对于施加给线圈阵列4的励磁电压sinωt、从虚设线圈的中心线输出的信号D(电位信号)的波形。图的左侧表示-端一侧受磁标记的影响比+端一侧受的影响大的情况，来自虚设线圈的信号与励磁信号相位相反。图的右侧表示+端一侧受磁标记的影响比-端一侧受的影响大，虚设线圈的信号与励磁信号的电压波形相位相同。因此，只要在ωt为90°、270°等适当的时机来采样信号D，检查是否超过了数字晶体管56的动作阈值，就能够识别是连续区间还是离散区间。
图8表示用判断单元58处理来自虚设线圈的信号的结果，横轴表示磁标记相对于线性标尺的位置，粗线的波形表示离散区间的波形，细线的波形表示连续区间的波形。当磁标记位于线性标尺的中央部位时，来自虚设线圈的信号无论是在连续区间还是在离散区间都不改变，并且如图6所示，在该范围内没必要识别是连续区间还是离散区间。当磁标记位于线性标尺+的一端时，在连续区间内，信号在95mm附近变化，信号就这样偏向-的一端。当相同的区间为离散区间时，信号保持中立直至105mm附近，在105mm跟前成为偏向+的一端。因此，在95mm以上能够识别是连续区间还是离散区间。在-的一端也同样能够识别是连续区间还是离散区间，在连续区间，在-95mm附近信号偏向+的一端，在离散区间，信号在这附近不变化，在-105mm跟前偏向-的一端。
通过实施例能够获得以下效果：
(1)在线圈阵列4的两端稍微靠近内侧存在一个磁标记的情况下，能够识别是连续区间还是离散区间，提高检测精度。
(2)如果在线圈阵列4的左右两端追加一对虚设线圈8、9，则能够识别是连续区间还是离散区间，线性标尺2的长度几乎不增加。
(3)虚设线圈8、9能够设置在与线圈阵列4相同的磁芯上，形状也可以与线圈阵列4的线圈10的形状相同。
(4)虚设线圈8、9能够用与线圈阵列4相同的正弦波电源18驱动。
(5)由于一对虚设线圈8、9位于相同的磁芯6上、形状相同，因此能够容易地取得它们的阻抗平衡。
(6)虚设线圈8、9对于最外侧的间距12-1、12-10的线圈，使得与其他间距的线圈环境接近。
实施例中将虚设线圈8、9串联连接到正弦波电源18上，取出中点电位。但是，也可以分别将虚设线圈8、9单独连接到正弦波电源18等上，检测有无磁标记带来的阻抗的变化。

Claims (5)

1.一种移动体***，在移动体上设置有检测头，该检测头具有沿移动体的移动方向排列了多个线圈的线圈阵列，通过检测沿移动体的移动路径而设置的磁标记来求出移动体的位置，其特征在于：
上述移动路径具有通过以一定的第1间距配置有上述磁标记来连续地求出移动***置的连续区间，以及通过以比上述第1间距长的间隔配置有上述磁标记来仅在磁标记的存在区间求出移动***置的离散区间；
上述检测头在上述线圈阵列的两侧具有虚设线圈；
上述移动体具有利用虚设线圈之间的输出差，来识别是连续区间还是离散区间的识别单元。
2.如权利要求1所述的移动体***，其特征在于：将上述线圈阵列和上述虚设线圈连接到共同的交流电源上，并且将线圈阵列的各线圈和虚设线圈沿着共同的磁芯而设置。
3.如权利要求2所述的移动体***，其特征在于：上述虚设线圈的形状与上述线圈阵列的线圈的形状相同。
4.如权利要求1所述的移动体***，其特征在于：将上述两侧的虚设线圈串联连接到交流电源上，并且将两侧的虚设线圈的中点电位的相位与上述交流电源的相位进行比较，由此识别是连续区间还是离散区间。
5.一种移动体的位置检测方法，在移动体上设置有检测头，该检测头具有沿移动体的移动方向排列了多个线圈的线圈阵列，通过检测沿移动体的移动路径而设置的磁标记来求出移动体的位置，其特征在于，设置有以下步骤：
在上述移动路径中设置通过以一定的第1间距配置上述磁标记来连续地求出移动***置的连续区间，以及通过以比上述第1间距长的间隔配置上述磁标记来仅在存在磁标记的区间求出移动***置的离散区间的步骤；
在上述线圈阵列的两侧设置虚设线圈的步骤；以及
利用虚设线圈之间的输出差来识别是连续区间还是离散区间的步骤。
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