JP2846814B2 - 位置測定装置 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
- G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、位置に依存する走査
信号を形成する磁気抵抗素子を用いて走査ユニットによ
り目盛板の測定目盛を走査し、目盛板に沿って相対運動
する二つの物体の相対位置を測定する位置測定装置に関
する。
信号を形成する磁気抵抗素子を用いて走査ユニットによ
り目盛板の測定目盛を走査し、目盛板に沿って相対運動
する二つの物体の相対位置を測定する位置測定装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】この種の位置測定装置は、特に工作機械
で加工すべき加工品に対する工具の相対位置を測定する
ために使用される。欧州特許第 0 151 002 B1 号明細書
には、相対的に移動する物体の相対位置を測定する磁気
位置測定装置が開示されている。この装置では、走査装
置の周期的な測定目盛がそれぞれ４つの磁気抵抗素子か
ら成る二つのグループにより原点対称な出力信号を発生
させるために走査される。位相角 0°と 180°の出力信
号を有する二つのグループの４つの磁気抵抗素子は直列
回路にして第一分割ブリッジ回路に、また位相角 90°
と 270°の出力信号を有する二つのグループの磁気抵抗
素子は直列回路にして第二分割ブリッジ回路に結線され
ている。両方の分割ブリッジ回路の中間タップには、後
続する評価装置で位置測定値を得るため 90°相対位相
差を有する二つの原点対称な出力信号が出力する。
で加工すべき加工品に対する工具の相対位置を測定する
ために使用される。欧州特許第 0 151 002 B1 号明細書
には、相対的に移動する物体の相対位置を測定する磁気
位置測定装置が開示されている。この装置では、走査装
置の周期的な測定目盛がそれぞれ４つの磁気抵抗素子か
ら成る二つのグループにより原点対称な出力信号を発生
させるために走査される。位相角 0°と 180°の出力信
号を有する二つのグループの４つの磁気抵抗素子は直列
回路にして第一分割ブリッジ回路に、また位相角 90°
と 270°の出力信号を有する二つのグループの磁気抵抗
素子は直列回路にして第二分割ブリッジ回路に結線され
ている。両方の分割ブリッジ回路の中間タップには、後
続する評価装置で位置測定値を得るため 90°相対位相
差を有する二つの原点対称な出力信号が出力する。
【０００３】この種の測定装置では、出力信号の信号振
幅が測定目盛と走査ユニットの間の距離に強く依存す
る。振幅が変化すると、後で行われる出力信号の補間を
困難にする。
幅が測定目盛と走査ユニットの間の距離に強く依存す
る。振幅が変化すると、後で行われる出力信号の補間を
困難にする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、冒
頭に述べた種類の位置測定装置にあって、出力信号の振
幅を再調整できる距離に依存する制御量を簡単な手段で
発生させることにある。
頭に述べた種類の位置測定装置にあって、出力信号の振
幅を再調整できる距離に依存する制御量を簡単な手段で
発生させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、走査ユニット２が走査ユニット２と目盛板との
間の間隔ｄを検出する少なくとも一つの磁気抵抗素子４
１を備えたセンサ３を有し、測定目盛１によりあまり強
く変調されない測定信号Ｓd が前記センサ３の出力端に
出力し、この測定信号の振幅が走査ユニット２と目盛板
との間の間隔ｄに依存し、間隔に依存する走査信号Ｓd
を用いて走査信位置に依存す走査信号Ｓ1,Ｓ2 の振幅を
調整し、位置に依存する走査信号Ｓ1,Ｓ2 を形成する磁
気抵抗素子２１〜２４，４１１〜４１８を用いて走査ユ
ニット２により目盛板の測定目盛１を走査し、目盛板に
沿って相対運動する二つの物体の相対位置を測定する位
置測定装置において、更にセンサ３の少なくとも一つの
磁気抵抗素子４１が測定目盛１に対向して配置され、間
隔ｄを検出するため、測定目盛１を走査し、その場合、
センサ３の出力端に余り大きく変調されない変調測定信
号Ｓd が出力するように、少なくとも一つの磁気材料素
子４１が測定目盛１に対向して配置され、電気結線され
ているによって解決されている。
により、走査ユニット２が走査ユニット２と目盛板との
間の間隔ｄを検出する少なくとも一つの磁気抵抗素子４
１を備えたセンサ３を有し、測定目盛１によりあまり強
く変調されない測定信号Ｓd が前記センサ３の出力端に
出力し、この測定信号の振幅が走査ユニット２と目盛板
との間の間隔ｄに依存し、間隔に依存する走査信号Ｓd
を用いて走査信位置に依存す走査信号Ｓ1,Ｓ2 の振幅を
調整し、位置に依存する走査信号Ｓ1,Ｓ2 を形成する磁
気抵抗素子２１〜２４，４１１〜４１８を用いて走査ユ
ニット２により目盛板の測定目盛１を走査し、目盛板に
沿って相対運動する二つの物体の相対位置を測定する位
置測定装置において、更にセンサ３の少なくとも一つの
磁気抵抗素子４１が測定目盛１に対向して配置され、間
隔ｄを検出するため、測定目盛１を走査し、その場合、
センサ３の出力端に余り大きく変調されない変調測定信
号Ｓd が出力するように、少なくとも一つの磁気材料素
子４１が測定目盛１に対向して配置され、電気結線され
ているによって解決されている。
【０００６】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００７】
【実施例】以下に、図面を参照して好適実施例に関しこ
の発明をより詳しく説明する。図１には測長装置が模式
的に示してある。この装置では磁性材料の目盛板の測定
目盛１が多数の磁気抵抗素子２１，２２，２３，２４を
有する走査ユニット２で走査される。測定目盛１は測定
方向Ｘに連続する逆極の磁気領域ＮとＳで構成されてい
る。この磁気領域の境界には二つのＮ極ＮＮあるいはＳ
極ＳＳが隣接する。測定目盛１はＮ極とＳ極の間の極間
隔で規定される目盛周期ｔを有する。
の発明をより詳しく説明する。図１には測長装置が模式
的に示してある。この装置では磁性材料の目盛板の測定
目盛１が多数の磁気抵抗素子２１，２２，２３，２４を
有する走査ユニット２で走査される。測定目盛１は測定
方向Ｘに連続する逆極の磁気領域ＮとＳで構成されてい
る。この磁気領域の境界には二つのＮ極ＮＮあるいはＳ
極ＳＳが隣接する。測定目盛１はＮ極とＳ極の間の極間
隔で規定される目盛周期ｔを有する。
【０００８】位置に依存する出力信号Ｓ1 を発生させる
ため、測定目盛１はパーマロイで構成される磁気抵抗素
子２１，２２，２３，２４でＸ方向に走査される。これ
等の磁気抵抗素子２１，２２，２３，２４の電気抵抗は
測定目盛１の磁場強度に依存する。抵抗の変化は約 2％
である。比較的小さい抵抗変化と温度による抵抗変化に
よる信号のドリフトを補償するため、多くの素子２１，
２２，２３，２４がホィーストン・ブリッジにして接続
されている。対向する素子２１，２４あるいは２２，２
３はそれぞれ半目盛周期ｔあるいは 180°の位相差を有
する。この回路を図２に示す。
ため、測定目盛１はパーマロイで構成される磁気抵抗素
子２１，２２，２３，２４でＸ方向に走査される。これ
等の磁気抵抗素子２１，２２，２３，２４の電気抵抗は
測定目盛１の磁場強度に依存する。抵抗の変化は約 2％
である。比較的小さい抵抗変化と温度による抵抗変化に
よる信号のドリフトを補償するため、多くの素子２１，
２２，２３，２４がホィーストン・ブリッジにして接続
されている。対向する素子２１，２４あるいは２２，２
３はそれぞれ半目盛周期ｔあるいは 180°の位相差を有
する。この回路を図２に示す。
【０００９】測定目盛１は、例えば工作機械の固定台あ
るいは案内部に固定されているか、またはそこに直接取
り付けてある。走査ユニット２は測定目盛１に対してＸ
方向に移動する移動台の上にある。これ等の両方の物体
が相対移動する時、走査ユニット２は測定目盛１あるい
は測定目盛１のホルダー上を摺動する。それにもかかわ
らず、これ等の摺動部材の磨耗や、他の影響により、実
際には測定目盛１と走査ユニット２の間の間隔ｄは変わ
る。Ｚ方向の間隔の変化は、測定目盛１をＸ方向に走査
する場合、磁気抵抗素子２１，２２，２３，２４の抵抗
変化の減少あるいは増大の原因にもなる。この間隔変化
は、位置に依存する出力信号Ｓ1 の信号振幅の変化の原
因ともなる。信号振幅のこの変化を図３に示す。図３ａ
の走査信号Ｓ1 の信号変化は最適な一定間隔ｄで生じ
る。この間隔ｄが大きくなると、信号振幅が減少する。
これは図３ｂから読み取れる。
るいは案内部に固定されているか、またはそこに直接取
り付けてある。走査ユニット２は測定目盛１に対してＸ
方向に移動する移動台の上にある。これ等の両方の物体
が相対移動する時、走査ユニット２は測定目盛１あるい
は測定目盛１のホルダー上を摺動する。それにもかかわ
らず、これ等の摺動部材の磨耗や、他の影響により、実
際には測定目盛１と走査ユニット２の間の間隔ｄは変わ
る。Ｚ方向の間隔の変化は、測定目盛１をＸ方向に走査
する場合、磁気抵抗素子２１，２２，２３，２４の抵抗
変化の減少あるいは増大の原因にもなる。この間隔変化
は、位置に依存する出力信号Ｓ1 の信号振幅の変化の原
因ともなる。信号振幅のこの変化を図３に示す。図３ａ
の走査信号Ｓ1 の信号変化は最適な一定間隔ｄで生じ
る。この間隔ｄが大きくなると、信号振幅が減少する。
これは図３ｂから読み取れる。
【００１０】それ故、信号振幅を調節するため、温度補
償された擾乱場に無関係なアナログ調整量が必要であ
る。これには、この発明により、出力端に測定目盛１に
よりできる限り変調されていない測定信号Ｓd を発生さ
せるセンサ３が提唱されている。そして、この測定信号
の信号振幅が走査ユニット２と測定目盛１の間の間隔ｄ
に依存している。
償された擾乱場に無関係なアナログ調整量が必要であ
る。これには、この発明により、出力端に測定目盛１に
よりできる限り変調されていない測定信号Ｓd を発生さ
せるセンサ３が提唱されている。そして、この測定信号
の信号振幅が走査ユニット２と測定目盛１の間の間隔ｄ
に依存している。
【００１１】図４にはこの種のセンサ３が図示されてい
る。この場合、センサ３は分圧回路で構成されている。
分圧回路の有効分岐路４には磁気抵抗素子４１が配設さ
れている。この素子の抵抗は間隔ｄに依存して変わる。
分圧回路の補償分離路５は、抵抗値が間隔ｄに無関係な
抵抗５１を有する。間隔に依存する測定信号Ｓd として
は有効分岐路４の電圧を使用する。
る。この場合、センサ３は分圧回路で構成されている。
分圧回路の有効分岐路４には磁気抵抗素子４１が配設さ
れている。この素子の抵抗は間隔ｄに依存して変わる。
分圧回路の補償分離路５は、抵抗値が間隔ｄに無関係な
抵抗５１を有する。間隔に依存する測定信号Ｓd として
は有効分岐路４の電圧を使用する。
【００１２】測定目盛１を走査して距離に依存する測定
信号Ｓd を求めると、特に有利である。図５と図６に
は、これに対する実施例が示してある。有効分岐路４の
磁気抵抗素子４１１〜４１８が測定目盛１に対して配置
され、この測定目盛１を走査する。この装置は測定目盛
１によって得られた測定信号Ｓd ができる限り変調され
ないように選択される。これに対する回路を図６に示
す。補償分岐路５の抵抗も同じように磁気抵抗素子５１
１，５１２である。これ等の素子は素子４１１〜４１８
のようにその感度軸をＹ軸方向に配置している。素子５
１１，５１２は抵抗が間隔ｄに無関係であるように設計
される。これは、素子５１１，５１２を特に広く形成す
ることによって達成される。この実施例では、測定目盛
の目盛周期ｔは 200μm で、素子４１１〜４１８の諸元
は下記のようになる。つまり、 厚さ＝ 100 nm, 幅＝ 25 μm, 長さ＝ 1.5 mm 素子５１１，５１２の諸元は下記のようになる。つま
り、 厚さ＝ 100 nm, 幅＝ 200μm, 長さ＝ 3 mm この設計では、素子５１１，５１２が素子４１１〜４１
８に比べてより高い感度を有するので、磁気飽和の動作
範囲にある。走査時に生じる間隔ｄを動作範囲と定義す
る。説明する実施例では、有効分岐路４の全抵抗が補償
分岐路５の全抵抗に等しい。素子４１１〜４１８および
５１１，５１２が同じ材料のパーマロイで作製されてい
るので、温度変化は測定信号Ｓd に影響を与えない。
信号Ｓd を求めると、特に有利である。図５と図６に
は、これに対する実施例が示してある。有効分岐路４の
磁気抵抗素子４１１〜４１８が測定目盛１に対して配置
され、この測定目盛１を走査する。この装置は測定目盛
１によって得られた測定信号Ｓd ができる限り変調され
ないように選択される。これに対する回路を図６に示
す。補償分岐路５の抵抗も同じように磁気抵抗素子５１
１，５１２である。これ等の素子は素子４１１〜４１８
のようにその感度軸をＹ軸方向に配置している。素子５
１１，５１２は抵抗が間隔ｄに無関係であるように設計
される。これは、素子５１１，５１２を特に広く形成す
ることによって達成される。この実施例では、測定目盛
の目盛周期ｔは 200μm で、素子４１１〜４１８の諸元
は下記のようになる。つまり、 厚さ＝ 100 nm, 幅＝ 25 μm, 長さ＝ 1.5 mm 素子５１１，５１２の諸元は下記のようになる。つま
り、 厚さ＝ 100 nm, 幅＝ 200μm, 長さ＝ 3 mm この設計では、素子５１１，５１２が素子４１１〜４１
８に比べてより高い感度を有するので、磁気飽和の動作
範囲にある。走査時に生じる間隔ｄを動作範囲と定義す
る。説明する実施例では、有効分岐路４の全抵抗が補償
分岐路５の全抵抗に等しい。素子４１１〜４１８および
５１１，５１２が同じ材料のパーマロイで作製されてい
るので、温度変化は測定信号Ｓd に影響を与えない。
【００１３】図７には、センサ３の他の実施例が示して
ある。有効分岐路４の磁気抵抗素子４１１，４１２，４
１３，４１４は測定目盛１のそれぞれ１目盛を走査する
ように配設されている。全ての素子４１１〜４１４は互
いに並列に接続されている。それ故、測定信号Ｓd は測
定目盛１で殆ど変調されない。補償分岐路５では、測定
目盛１を走査する場合、磁場が変化しても磁気抵抗素子
５１３，５１４，５１５の抵抗が変化しないように、素
子５１３，５１４，５１５が配設されている。磁気抵抗
素子５１３，５１４，５１５の長手軸は測定方向Ｘに、
つまり磁気に敏感でない方向に向けてある。
ある。有効分岐路４の磁気抵抗素子４１１，４１２，４
１３，４１４は測定目盛１のそれぞれ１目盛を走査する
ように配設されている。全ての素子４１１〜４１４は互
いに並列に接続されている。それ故、測定信号Ｓd は測
定目盛１で殆ど変調されない。補償分岐路５では、測定
目盛１を走査する場合、磁場が変化しても磁気抵抗素子
５１３，５１４，５１５の抵抗が変化しないように、素
子５１３，５１４，５１５が配設されている。磁気抵抗
素子５１３，５１４，５１５の長手軸は測定方向Ｘに、
つまり磁気に敏感でない方向に向けてある。
【００１４】補償分岐路で間隔に依存する抵抗変化が生
じないように、磁気抵抗素子を測定目盛から空間的に離
して配設する。例えば、有効分岐路の素子のホルダーの
裏側に配設する。増分位置測定系では、補償分岐路の磁
気抵抗素子を増分トラックと基準マークトラックの間に
配設する。多数のトラックを有する絶対位置測定系でも
同じように二つのトラックの間に配置することができ
る。補償分岐路の磁気抵抗素子は磁気的にも隔離されて
いるので、磁場が作用しない。
じないように、磁気抵抗素子を測定目盛から空間的に離
して配設する。例えば、有効分岐路の素子のホルダーの
裏側に配設する。増分位置測定系では、補償分岐路の磁
気抵抗素子を増分トラックと基準マークトラックの間に
配設する。多数のトラックを有する絶対位置測定系でも
同じように二つのトラックの間に配置することができ
る。補償分岐路の磁気抵抗素子は磁気的にも隔離されて
いるので、磁場が作用しない。
【００１５】図８には、補償分岐路５の磁気抵抗素子５
１６が測定目盛１に対してでなく、基準マーク６に対し
て配設されていて、この基準マーク６を走査する有利な
実施例が示してある。補償分岐路５には、多数の磁気抵
抗素子５１６が測定方向Ｘに間隔を開けて隣合わせに配
設され、互いに並列に接続されている。基準マーク６１
を通過する場合、基準マーク６１の磁場強度が少数の素
子５１６にのみ作用し、そこで抵抗の変化を与える。４
つの素子５１６を並列接続することにより、この抵抗変
化が補償分岐路５の全抵抗に影響を与えない。見通しを
良くするため、図８に補償分岐路５の一つの素子５１６
しか示しいない。
１６が測定目盛１に対してでなく、基準マーク６に対し
て配設されていて、この基準マーク６を走査する有利な
実施例が示してある。補償分岐路５には、多数の磁気抵
抗素子５１６が測定方向Ｘに間隔を開けて隣合わせに配
設され、互いに並列に接続されている。基準マーク６１
を通過する場合、基準マーク６１の磁場強度が少数の素
子５１６にのみ作用し、そこで抵抗の変化を与える。４
つの素子５１６を並列接続することにより、この抵抗変
化が補償分岐路５の全抵抗に影響を与えない。見通しを
良くするため、図８に補償分岐路５の一つの素子５１６
しか示しいない。
【００１６】図示していないが、基準マークトラック６
に対して図７の補償分岐路５の素子５１３，５１４，５
１５の装置が配設されていて、この基準マークトラック
６を走査する。図示する補償分岐路５の素子５１１〜５
１６の代わりに、他の抵抗素子も採用できる。これ等の
素子は有効分岐路４の素子４１１〜４１８と同じ温度特
性であるが、磁気に感じない。材料としては、例えば銅
が適している。図９には、補償分離路５が高抵抗の導入
導線５１７，５１８で構成されているこの種の実施例が
示してある。これ等の導入導線５１７，５１８は素子４
１１〜４１４と同じホルダーに装着されている。同じ温
度特性とは、温度変化がある場合、抵抗が同じように変
化することを意味する。
に対して図７の補償分岐路５の素子５１３，５１４，５
１５の装置が配設されていて、この基準マークトラック
６を走査する。図示する補償分岐路５の素子５１１〜５
１６の代わりに、他の抵抗素子も採用できる。これ等の
素子は有効分岐路４の素子４１１〜４１８と同じ温度特
性であるが、磁気に感じない。材料としては、例えば銅
が適している。図９には、補償分離路５が高抵抗の導入
導線５１７，５１８で構成されているこの種の実施例が
示してある。これ等の導入導線５１７，５１８は素子４
１１〜４１４と同じホルダーに装着されている。同じ温
度特性とは、温度変化がある場合、抵抗が同じように変
化することを意味する。
【００１７】既に説明したセンサ３の実施例は有効分岐
路４で一つまたはそれ以上の磁気抵抗素子４１１〜４１
８を必要とする。それ等の素子４１１〜４１８は、磁気
抵抗素子２１〜２４に加えて、位置に依存する走査信号
を形成するために必要となる。この発明の他の構成によ
れば、センサ３の有効分岐路４に加えて、位置測定装置
の既存の磁気抵抗素子２１〜２４を使用できる。
路４で一つまたはそれ以上の磁気抵抗素子４１１〜４１
８を必要とする。それ等の素子４１１〜４１８は、磁気
抵抗素子２１〜２４に加えて、位置に依存する走査信号
を形成するために必要となる。この発明の他の構成によ
れば、センサ３の有効分岐路４に加えて、位置測定装置
の既存の磁気抵抗素子２１〜２４を使用できる。
【００１８】図１０と図１１には、これに対する実施例
が示してある。磁気抵抗素子４１１〜４１４が測定目盛
１を走査する。これ等の素子は全ブリッジに接続され、
出力端に正弦波状の走査信号Ｓ1 が出力する。この走査
信号の振幅は測定方向Ｘで測定目盛１に対する走査ユニ
ット２の位置を規定する。この種の装置は、既に図１と
図２に説明した。増分位置測定装置では、方向識別のた
め、90°位相のずれた走査信号Ｓ2 を使用する必要があ
る。これには、磁気抵抗素子４１５〜４１８の他の全ブ
リッジが使用される。この発明によれば、両方の全ブリ
ッジを電圧側で並列に接続し、センサが先の実施例で既
に説明した補償分岐路５と共に完成する。間隔に依存す
る測定信号Ｓd は両方の全ブリッジの並列回路から取り
出せる。特に良好で高調波を含まない測定信号Ｓd を得
るため、多数の全ブリッジを並列接続してもよい。その
場合、個々の全ブリッジは互いに位相のずれた、測定方
向Ｘに対して位置に依存する走査信号Ｓ1,Ｓ2 を発生す
る。
が示してある。磁気抵抗素子４１１〜４１４が測定目盛
１を走査する。これ等の素子は全ブリッジに接続され、
出力端に正弦波状の走査信号Ｓ1 が出力する。この走査
信号の振幅は測定方向Ｘで測定目盛１に対する走査ユニ
ット２の位置を規定する。この種の装置は、既に図１と
図２に説明した。増分位置測定装置では、方向識別のた
め、90°位相のずれた走査信号Ｓ2 を使用する必要があ
る。これには、磁気抵抗素子４１５〜４１８の他の全ブ
リッジが使用される。この発明によれば、両方の全ブリ
ッジを電圧側で並列に接続し、センサが先の実施例で既
に説明した補償分岐路５と共に完成する。間隔に依存す
る測定信号Ｓd は両方の全ブリッジの並列回路から取り
出せる。特に良好で高調波を含まない測定信号Ｓd を得
るため、多数の全ブリッジを並列接続してもよい。その
場合、個々の全ブリッジは互いに位相のずれた、測定方
向Ｘに対して位置に依存する走査信号Ｓ1,Ｓ2 を発生す
る。
【００１９】間隔に依存する測定信号Ｓd を発生する他
の可能性が図１２に示してある。位置測定装置で生じた
位置に依存する正弦波状の走査信号Ｓ1 とＳ2 がセンサ
３の整流回路７に導入される。ここでも、測定信号Ｓd
は多数の走査信号Ｓ1,Ｓ2 を整流すると、特に高調波を
含まない。説明した分圧回路には、温度変化が測定信号
Ｓd に変化を与えないと言う大きな利点がある。温度変
化による測定信号Ｓd の変化を甘受するなら、説明した
装置の場合、補償分岐路を省き、有効分岐路に一定電流
を供給することができる。有効分岐路の電圧は間隔に依
存する測定信号Ｓd である。
の可能性が図１２に示してある。位置測定装置で生じた
位置に依存する正弦波状の走査信号Ｓ1 とＳ2 がセンサ
３の整流回路７に導入される。ここでも、測定信号Ｓd
は多数の走査信号Ｓ1,Ｓ2 を整流すると、特に高調波を
含まない。説明した分圧回路には、温度変化が測定信号
Ｓd に変化を与えないと言う大きな利点がある。温度変
化による測定信号Ｓd の変化を甘受するなら、説明した
装置の場合、補償分岐路を省き、有効分岐路に一定電流
を供給することができる。有効分岐路の電圧は間隔に依
存する測定信号Ｓd である。
【００２０】図１３と図１４には、どの位置Ｐでセンサ
３が走査ユニット２で位置測定装置の磁気抵抗素子２
１，２２に対して配置されているかを示す。簡単に図示
するため、素子の二つ２１，２２のみを示す。センサ３
が位置Ｐ1 にあると、走査ユニット２が傾いた場合で
も、平均間隔ｄを与える正しい測定信号Ｓd が得られ
る。センサ３の有効分岐路の個々の磁気抵抗素子が一方
で位置Ｐ2 とＰ3 あるいはＰ2,Ｐ3 とＰ4,Ｐ5 に配置し
ても、同じように正しい測定信号Ｓd が得られる。有効
分岐路４の素子４１の面重心が磁気抵抗素子２１〜２４
の面重心に一致すると、平均間隔ｄを規定する正しい測
定信号Ｓd が得られる。
３が走査ユニット２で位置測定装置の磁気抵抗素子２
１，２２に対して配置されているかを示す。簡単に図示
するため、素子の二つ２１，２２のみを示す。センサ３
が位置Ｐ1 にあると、走査ユニット２が傾いた場合で
も、平均間隔ｄを与える正しい測定信号Ｓd が得られ
る。センサ３の有効分岐路の個々の磁気抵抗素子が一方
で位置Ｐ2 とＰ3 あるいはＰ2,Ｐ3 とＰ4,Ｐ5 に配置し
ても、同じように正しい測定信号Ｓd が得られる。有効
分岐路４の素子４１の面重心が磁気抵抗素子２１〜２４
の面重心に一致すると、平均間隔ｄを規定する正しい測
定信号Ｓd が得られる。
【００２１】間隔に依存する測定信号Ｓd は位置測定装
置の走査信号Ｓ1,Ｓ2 の調整に特に有利に採用される。
これは、例えば（測定方向Ｘに関する）走査信号Ｓ1,Ｓ
2 の信号振幅を測定信号Ｓd に応じて増幅する増幅器を
介して行われるか、あるいは磁気抵抗素子２１〜２４の
給電電圧を可変して行われる。調整の他の有利な可能性
は、走査ユニット２と測定目盛１との間の間隔ｄを測定
信号Ｓd に応じて可変することにある。これは、走査ユ
ニットを駆動ユニットに連結し、この駆動ユニットをＺ
方向に追従させて行われる。駆動ユニットは、欧州特許
第 0 242 492 A号明細書で周知のように、コイル装置な
いしは圧電素子である。
置の走査信号Ｓ1,Ｓ2 の調整に特に有利に採用される。
これは、例えば（測定方向Ｘに関する）走査信号Ｓ1,Ｓ
2 の信号振幅を測定信号Ｓd に応じて増幅する増幅器を
介して行われるか、あるいは磁気抵抗素子２１〜２４の
給電電圧を可変して行われる。調整の他の有利な可能性
は、走査ユニット２と測定目盛１との間の間隔ｄを測定
信号Ｓd に応じて可変することにある。これは、走査ユ
ニットを駆動ユニットに連結し、この駆動ユニットをＺ
方向に追従させて行われる。駆動ユニットは、欧州特許
第 0 242 492 A号明細書で周知のように、コイル装置な
いしは圧電素子である。
【００２２】センサの測定信号Ｓd は走査ユニット２と
測定目盛１の間の間隔を示す。このセンサを用いると、
Ｘ方向とＺ方向の同時測定が可能となる二次元座標系も
提供できる。この発明は増分式および絶対式測長装置や
測角装置に採用できる。
測定目盛１の間の間隔を示す。このセンサを用いると、
Ｘ方向とＺ方向の同時測定が可能となる二次元座標系も
提供できる。この発明は増分式および絶対式測長装置や
測角装置に採用できる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による位
置測定装置で得られる利点は、特に簡単なセンサ装置に
より測定目盛で変調されない測定信号を発生させ、この
信号の信号振幅が走査ユニットと測定目盛の間の間隔に
依存する点にある。そして、この測定信号により、位置
測定装置の位置に依存する出力信号の信号振幅を簡単に
調節できる。
置測定装置で得られる利点は、特に簡単なセンサ装置に
より測定目盛で変調されない測定信号を発生させ、この
信号の信号振幅が走査ユニットと測定目盛の間の間隔に
依存する点にある。そして、この測定信号により、位置
測定装置の位置に依存する出力信号の信号振幅を簡単に
調節できる。
【図１】 周知の位置測定装置の斜視図、
【図２】 図１の位置測定装置の回路図、
【図３】 異なった走査間隔での走査信号の信号波形
(a)と (b)を示すグラフ、
(a)と (b)を示すグラフ、
【図４】 この発明による位置測定装置のセンサの模式
図、
図、
【図５】 センサの磁気抵抗素子の配置を示す図、
【図６】 図５の素子の回路図、
【図７】 センサの磁気抵抗素子の他の配置を示す図、
【図８】 基準マーク・トラックを走査するセンサの配
置図、
置図、
【図９】 高抵抗導入導線を有するセンサの構成図、
【図１０】 位置測定装置に磁気抵抗素子を使用するセ
ンサの配置図、
ンサの配置図、
【図１１】 図１０の素子の回路図、
【図１２】 整流回路を備えたセンサ装置の図、
【図１３】 走査装置上のセンサの有利な位置を示す平
面図、
面図、
【図１４】 走査装置上のセンサの有利な位置を示す側
面図。
面図。
１ 測定目盛 ２ 走査ユニット ３ センサ ４ 有効分岐路 ５ 補償分岐路 ２１，２２，２３，２４，４１，４１１〜４１８，５１
１〜５１５磁気抵抗素子 ５１ 抵抗 ６１ 基準マーク ｔ 目盛周期 ｄ 測定目盛と走査ユニットの間の間隔 Ｐ1 〜Ｐ5 センサの位置 Ｓ1,Ｓ2 位置に依存する走査信号 Ｓd 測定信号
１〜５１５磁気抵抗素子 ５１ 抵抗 ６１ 基準マーク ｔ 目盛周期 ｄ 測定目盛と走査ユニットの間の間隔 Ｐ1 〜Ｐ5 センサの位置 Ｓ1,Ｓ2 位置に依存する走査信号 Ｓd 測定信号
フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ・ミユーラー ドイツ連邦共和国、84518 ガルヒング、 ノイビュルガーヴエーク、９ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01D 5/245
Claims (14)
- 【請求項１】 走査ユニット（２）が走査ユニット
（２）と目盛板との間の間隔（ｄ）を検出する少なくと
も一つの磁気抵抗素子（４１）を備えたセンサ（３）を
有し、測定目盛（１）によりあまり強く変調されない測
定信号（Ｓd ）が前記センサ（３）の出力端に出力し、
この測定信号の振幅が走査ユニット（２）と目盛板との
間の間隔（ｄ）に依存し、間隔に依存する走査信号（Ｓ
d ）を用いて位置に依存する走査信号（Ｓ1,Ｓ2 ）の振
幅を調整し、位置に依存する走査信号（Ｓ1,Ｓ2 ）を形
成する磁気抵抗素子（２１〜２４，４１１〜４１８）を
用いて走査ユニット（２）により目盛板の測定目盛
（１）を走査し、目盛板に沿って相対運動する二つの物
体の相対位置を測定する位置測定装置において、更にセ
ンサ（３）の少なくとも一つの磁気抵抗素子（４１）が
測定目盛（１）に対向して配置され、間隔（ｄ）を検出
するため、測定目盛（１）を走査し、その場合、センサ
（３）の出力端に余り大きく変調されない変調測定信号
（Ｓd ）が出力するように、少なくとも一つの磁気材料
素子（４１）が測定目盛（１）に対向して配置され、電
気結線されていることを特徴とする位置測定装置。 - 【請求項２】 測定目盛（１）で変調される磁気抵抗素
子（４１）の走査信号（Ｓ1,Ｓ2 ）の少なくとも一つを
整流回路（７）に導入し、間隔に依存する測定信号（Ｓ
d ）が前記整流回路（７）の出力端に出力することを特
徴とする請求項１に記載の位置測定装置。 - 【請求項３】 センサ（３）の磁気抵抗素子（４３）は
測定装置の磁気抵抗素子（２１〜２４）であり、これ等
の磁気抵抗素子は同時に目盛板に沿った位置を測定する
ために使用されることを特徴とする請求項１または２に
記載の位置測定装置。 - 【請求項４】 センサ（３）は分圧回路で構成され、抵
抗が走査ユニット（２）と測定目盛（１）の間の間隔
（ｄ）に応じて変わる少なくとも一つの磁気抵抗素子
（４１）を有効分岐路（４）に接続し、走査ユニット
（２）と測定目盛（１）の間の間隔（ｄ）に無関係であ
る抵抗素子（５１）を他の補償分岐路（５）の分圧回路
に設け、間隔に依存する測定信号として有効分岐路
（４）の電圧（Ｓd ）が使用されることを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１項に記載の位置測定装置。 - 【請求項５】 補償分岐路（５）の磁気抵抗素子は磁気
抵抗素子（５１１〜５１６）であることを特徴とする請
求項４に記載の位置測定装置。 - 【請求項６】 補償分岐路（５）の磁気抵抗素子（５１
１〜５１５）は測定目盛（１）に対向させて配設してあ
り、この測定目盛（１）を走査し、その場合、磁気抵抗
素子（５１１〜５１５）は測定目盛（１）に対する間隔
（ｄ）に応じて抵抗が変化しないように、設計され配置
されていることを特徴とする請求項５に記載の位置測定
装置。 - 【請求項７】 補償分岐路（５）の磁気抵抗素子（５１
３〜５１５）の長手軸は測定方向Ｘに向けて延びるよう
に配設されていることを特徴とする請求項６に記載の位
置測定装置。 - 【請求項８】 補償分岐路（５）の磁気抵抗素子（５１
１，５１２）は大きな磁気感度を有し、磁気飽和の動作
範囲内にあることを特徴とする請求項６に記載の位置測
定装置。 - 【請求項９】 補償分岐路（５）の磁気抵抗素子（５１
６）は測定目盛（１）とは空間的に離して配設されてい
るので、測定目盛（１）の磁場は磁気抵抗素子（５１
６）に作用しないことを特徴とする請求項６に記載の位
置測定装置。 - 【請求項１０】 補償分岐路（５）の多数の磁気抵抗素
子（５１６）は基準マーク（６）に対向させて配置して
あり、これ等の基準マークを走査することを特徴とする
請求項９に記載の位置測定装置。 - 【請求項１１】 補償分岐路（５）の少なくとも一つの
抵抗素子（５１７，５１８）は有効分岐路（４）の少な
くとも一つの磁気抵抗素子（４１１〜４１４）と同じ温
度特性を有するが、磁場に感じない材料で構成されてい
ることを特徴とする請求項４に記載の位置測定装置。 - 【請求項１２】 抵抗素子は電気接続導線（５１７，５
１８）で形成されていることを特徴とする請求項１１に
記載の位置測定装置。 - 【請求項１３】 間隔（ｄ）を検出するセンサ（３）は
目盛板に沿った位置を測定するために使用される磁気抵
抗素子（２１〜２４）の配置の面重心にあることを特徴
とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の位置測定
装置。 - 【請求項１４】 センサ（３）の間隔に依存する出力信
号（Ｓd ）は、走査ユニット（２）と測定目盛（１）の
間の間隔（ｄ）を可変する駆動ユニットに導入されるこ
とを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の
位置測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4319322:6 | 1993-06-11 | ||
| DE4319322A DE4319322C2 (de) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | Positionsmeßeinrichtung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0755408A JPH0755408A (ja) | 1995-03-03 |
| JP2846814B2 true JP2846814B2 (ja) | 1999-01-13 |
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ID=6490088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6111444A Expired - Fee Related JP2846814B2 (ja) | 1993-06-11 | 1994-05-25 | 位置測定装置 |
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| JP (1) | JP2846814B2 (ja) |
| AT (1) | ATE156587T1 (ja) |
| DE (2) | DE4319322C2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP4001989B2 (ja) * | 1996-11-29 | 2007-10-31 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | 位置測定装置の走査部材 |
| DE19712622C5 (de) * | 1997-03-26 | 2010-07-15 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Anordnung und Verfahren zur automatischen Korrektur fehlerbehafteter Abtastsignale inkrementaler Positionsmeßeinrichtungen |
| DE19800805B4 (de) * | 1998-01-12 | 2006-12-14 | Siemens Ag | Verfahren und Sensoranordnung zur Generierung eines Referenzsignals |
| DE19912877A1 (de) | 1998-04-14 | 1999-10-21 | Hdt Industrieplanung Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle des Einbauluftspaltes eines aktiven Sensors |
| SE513428C2 (sv) * | 1999-01-07 | 2000-09-11 | Forskarpatent I Uppsala Ab | Lägesgivare |
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| ATE371167T1 (de) * | 2000-02-17 | 2007-09-15 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Positionsmesseinrichtung und verfahren zu deren betrieb |
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| DE10213941A1 (de) * | 2002-03-28 | 2003-10-30 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement und Gradiometeranordnung, deren Verwendung zum Messen von Magnetfeldgradienten und Verfahren hierzu |
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| EP2138806A1 (de) | 2008-06-27 | 2009-12-30 | SICK STEGMANN GmbH | Positionsmessvorrichtung |
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