JP3220278B2 - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JP3220278B2 JP3220278B2 JP09316493A JP9316493A JP3220278B2 JP 3220278 B2 JP3220278 B2 JP 3220278B2 JP 09316493 A JP09316493 A JP 09316493A JP 9316493 A JP9316493 A JP 9316493A JP 3220278 B2 JP3220278 B2 JP 3220278B2
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- Japan
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- pulse
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はピストンロッドのスト
ローク位置などを検出する装置の改良に関するものであ
る。
ローク位置などを検出する装置の改良に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】油圧シリンダのピストンロッドのストロ
ーク位置を検出するために、ピストンロッド表面に軸方
向に一定のピッチ間隔で弱磁性材を埋め込んで磁気スケ
ールを作り、シリンダ側に取付けた磁気センサの出力信
号がピストンロッドの移動により正弦波で変化すること
を利用して、分解能の高い位置検出を行うようにした装
置がいくつか提案されている（特開平４−１３６７１３
号公報参照）。
ーク位置を検出するために、ピストンロッド表面に軸方
向に一定のピッチ間隔で弱磁性材を埋め込んで磁気スケ
ールを作り、シリンダ側に取付けた磁気センサの出力信
号がピストンロッドの移動により正弦波で変化すること
を利用して、分解能の高い位置検出を行うようにした装
置がいくつか提案されている（特開平４−１３６７１３
号公報参照）。
【０００３】これを図３で説明すると、ストローク検出
部は、強磁性材からなるピストンロッド１の表面に弱磁
性部２を等間隔でストローク方向（図で左右方向）に形
成した磁気スケール３と、油圧シリンダのシリンダ側に
取り付けられる磁気センサ４とで構成され、ピストンロ
ッド１がたとえば伸び方向（左方向）に移動すると、磁
気センサ４からは磁気スケールの１ピッチについて一周
期となる二相の正弦波電圧ｖA、ｖBが出力され、かつ一
方の一組の素子４Ａ，４Ｂに対して他方の一組の素子４
Ｃ，４Ｄが図で１／４ピッチ右方向にずらして設けられ
ることから、二相の正弦波電圧ｖA，ｖBには図４のよう
に９０度の位相差が生じる。
部は、強磁性材からなるピストンロッド１の表面に弱磁
性部２を等間隔でストローク方向（図で左右方向）に形
成した磁気スケール３と、油圧シリンダのシリンダ側に
取り付けられる磁気センサ４とで構成され、ピストンロ
ッド１がたとえば伸び方向（左方向）に移動すると、磁
気センサ４からは磁気スケールの１ピッチについて一周
期となる二相の正弦波電圧ｖA、ｖBが出力され、かつ一
方の一組の素子４Ａ，４Ｂに対して他方の一組の素子４
Ｃ，４Ｄが図で１／４ピッチ右方向にずらして設けられ
ることから、二相の正弦波電圧ｖA，ｖBには図４のよう
に９０度の位相差が生じる。
【０００４】この二相の正弦波出力をコンパレータで波
形成型してパルスＶA、ＶBに変換し、これら２つのパル
スを入力して位相弁別（方向弁別ともいう）・逓倍回路
などを用いてパルスＶA、ＶBの立ち上がりと立ち下がり
でそれぞれ立ち上がるパルス列が図４のように作られ
る。このパルス列をアップダウンカウンタでカウントす
ることで、１ピッチを１／４づつに分割したストローク
位置を検出できるのである。実用化されているもので
は、１ピッチが２ｍｍであり、したがって０．５ｍｍの
単位まで検出できる。
形成型してパルスＶA、ＶBに変換し、これら２つのパル
スを入力して位相弁別（方向弁別ともいう）・逓倍回路
などを用いてパルスＶA、ＶBの立ち上がりと立ち下がり
でそれぞれ立ち上がるパルス列が図４のように作られ
る。このパルス列をアップダウンカウンタでカウントす
ることで、１ピッチを１／４づつに分割したストローク
位置を検出できるのである。実用化されているもので
は、１ピッチが２ｍｍであり、したがって０．５ｍｍの
単位まで検出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の装置
では分解能（検出精度）を高めるため、上記のようにし
て求めたストローク位置（１ピッチを１／４づつに分割
した位置）を粗位置とし、さらに二相の正弦波出力を主
にマイコンからなるコントローラに入力し、コントロー
ラ内で波形処理を行うなどして０．０１ｍｍ単位の精位
置を演算し、これと粗位置を合算することでストローク
位置を高精度に求めている。
では分解能（検出精度）を高めるため、上記のようにし
て求めたストローク位置（１ピッチを１／４づつに分割
した位置）を粗位置とし、さらに二相の正弦波出力を主
にマイコンからなるコントローラに入力し、コントロー
ラ内で波形処理を行うなどして０．０１ｍｍ単位の精位
置を演算し、これと粗位置を合算することでストローク
位置を高精度に求めている。
【０００６】しかしながら、このものでは波形処理にマ
イコンが必要となるため、コントローラが高価である。
イコンが必要となるため、コントローラが高価である。
【０００７】そこでこの発明は、マイコンを用いるまで
もなく安価な構成で高精度に位置検出を行うことを目的
とする。
もなく安価な構成で高精度に位置検出を行うことを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、 （ａ）移動方向に所定のピッチで弱磁性材を配列して形
成した磁気スケールと、 （ｂ）二組の磁気抵抗素子とこれらに電流を流す電圧源
とからなり、前記磁気スケールの１ピッチを一周期とす
る正弦波を９０度の位相差をもって出力する磁気センサ
と、 （ｃ）各相のセンサ出力が正の値のときだけハイレベル
となるパルスをそれぞれ出力する増幅器と、 （ｄ）各相のセンサ出力の絶対値をそれぞれ演算する絶
対値回路と、 （ｅ）この２つの絶対値回路出力の差を計算する減算器
と、 （ｆ）この減算器の減算結果が正の値のときだけハイレ
ベルとなるパルスを出力する増幅器と、 （ｇ）前記増幅器の全部からのパルスを入力し各パルス
の立上がりと立ち下がりのエッジでともに動作してパル
スを発生させる回路と、 （ｈ）このパルス発生回路からのパルス列を用いて位置
を演算する手段とを設けた。
成した磁気スケールと、 （ｂ）二組の磁気抵抗素子とこれらに電流を流す電圧源
とからなり、前記磁気スケールの１ピッチを一周期とす
る正弦波を９０度の位相差をもって出力する磁気センサ
と、 （ｃ）各相のセンサ出力が正の値のときだけハイレベル
となるパルスをそれぞれ出力する増幅器と、 （ｄ）各相のセンサ出力の絶対値をそれぞれ演算する絶
対値回路と、 （ｅ）この２つの絶対値回路出力の差を計算する減算器
と、 （ｆ）この減算器の減算結果が正の値のときだけハイレ
ベルとなるパルスを出力する増幅器と、 （ｇ）前記増幅器の全部からのパルスを入力し各パルス
の立上がりと立ち下がりのエッジでともに動作してパル
スを発生させる回路と、 （ｈ）このパルス発生回路からのパルス列を用いて位置
を演算する手段とを設けた。
【０００９】
【作用】９０度の位相差をもつ二相のセンサ出力が、
（ｃ）の２つの増幅器でパルスに変換されると、パルス
の立ち上がりと立ち下がりのエッジが、従来と同じに１
ピッチ当たり合計で４つになる。
（ｃ）の２つの増幅器でパルスに変換されると、パルス
の立ち上がりと立ち下がりのエッジが、従来と同じに１
ピッチ当たり合計で４つになる。
【００１０】請求項１の発明でさらに二相のセンサ出力
が、（ｄ）の２つの絶対値回路、（ｅ）の減算器、
（ｆ）の増幅器によってパルスに変換されると、このパ
ルスは、立ち上がりと立ち下がりのエッジが１ピッチ当
たり合計で４つになり、かつこれらのエッジは、（ｃ）
の２つの増幅器で変換されるパルスのエッジと異なる位
置に生じることから、（ｇ）のパルス発生回路より１ピ
ッチ当たり８つのパルス列が発生する。
が、（ｄ）の２つの絶対値回路、（ｅ）の減算器、
（ｆ）の増幅器によってパルスに変換されると、このパ
ルスは、立ち上がりと立ち下がりのエッジが１ピッチ当
たり合計で４つになり、かつこれらのエッジは、（ｃ）
の２つの増幅器で変換されるパルスのエッジと異なる位
置に生じることから、（ｇ）のパルス発生回路より１ピ
ッチ当たり８つのパルス列が発生する。
【００１１】これより１ピッチを８分割した位置が検出
されることになり、１ピッチ４分割の従来例より倍の精
度になる。
されることになり、１ピッチ４分割の従来例より倍の精
度になる。
【００１２】また、信号処理回路にマイコンは用いられ
ていない。
ていない。
【００１３】
【実施例】油圧シリンダのピストンロッドのストローク
検出部は、図３でも示したように従来と同じである。
検出部は、図３でも示したように従来と同じである。
【００１４】図３において、磁性材で形成されたピスト
ンロッド１の表面には軸方向に所定の間隔をもって溝が
形成され、この溝に弱磁性部材を埋め込んで等ピッチの
弱磁性部２を形成し、これにより磁気スケール３を構成
する。弱磁性部２の幅は１ピッチＰのちょうど半分であ
る。
ンロッド１の表面には軸方向に所定の間隔をもって溝が
形成され、この溝に弱磁性部材を埋め込んで等ピッチの
弱磁性部２を形成し、これにより磁気スケール３を構成
する。弱磁性部２の幅は１ピッチＰのちょうど半分であ
る。
【００１５】油圧シリンダのシリンダ側（たとえば軸受
部の近傍）には、二組の磁気抵抗素子とバイアス磁石な
どからなる磁気センサ４が備えられ、この磁気センサ４
からは、図２のようにピストンロッド１の変位に伴い磁
気スケール３の１ピッチを一周期として、かつ９０度の
位相差のある二相の正弦波が出力される。
部の近傍）には、二組の磁気抵抗素子とバイアス磁石な
どからなる磁気センサ４が備えられ、この磁気センサ４
からは、図２のようにピストンロッド１の変位に伴い磁
気スケール３の１ピッチを一周期として、かつ９０度の
位相差のある二相の正弦波が出力される。
【００１６】詳細には、各磁気抵抗素子４Ａ，４Ｂ，４
Ｃ，４Ｄは、電流の流れている物質に磁界を加えると、
その抵抗が増加する現象（いわゆる磁気抵抗効果）を利
用した素子で、直列接続される一組の磁気抵抗素子４
Ａ，４Ｂをピストンロッド１の表面近くに配置してピス
トンロッド１を移動させると、磁気抵抗素子４Ａ，４Ｂ
を通過するバイアス磁石４Ｇからの磁束密度が変化し、
これにより各素子の抵抗値ＲA1，ＲA2が変化する。この
抵抗値変化をとらえるため、２つの素子４Ａ，４Ｂの間
の出力を取り出すと、この出力電圧ｖAは、ピストンロ
ッド１の変位に伴い磁気スケール３の１ピッチを一周期
とする正弦波形で変化する。
Ｃ，４Ｄは、電流の流れている物質に磁界を加えると、
その抵抗が増加する現象（いわゆる磁気抵抗効果）を利
用した素子で、直列接続される一組の磁気抵抗素子４
Ａ，４Ｂをピストンロッド１の表面近くに配置してピス
トンロッド１を移動させると、磁気抵抗素子４Ａ，４Ｂ
を通過するバイアス磁石４Ｇからの磁束密度が変化し、
これにより各素子の抵抗値ＲA1，ＲA2が変化する。この
抵抗値変化をとらえるため、２つの素子４Ａ，４Ｂの間
の出力を取り出すと、この出力電圧ｖAは、ピストンロ
ッド１の変位に伴い磁気スケール３の１ピッチを一周期
とする正弦波形で変化する。
【００１７】この一組の磁気抵抗素子４Ａ，４Ｂと同じ
特性の別の一組の磁気抵抗素子４Ｃ，４Ｄを、一組の素
子４Ａ，４Ｂに対し図で右方向に１／４ピッチずらせて
配置すると、別の一組の素子４Ｃ，４Ｄの間の出力電圧
ｖBは、ピストンロッドが図で左方向に移動する（伸び
る）とき、ｖAの出力波形に対して位相が９０度遅れた
正弦波形となる。ｖA＝Ｈ・ｓｉｎθ（ただし、Ｈは振
幅）とすれば、ｖB＝Ｈ・ｓｉｎ（θ−９０゜）と表す
ことができるわけである。
特性の別の一組の磁気抵抗素子４Ｃ，４Ｄを、一組の素
子４Ａ，４Ｂに対し図で右方向に１／４ピッチずらせて
配置すると、別の一組の素子４Ｃ，４Ｄの間の出力電圧
ｖBは、ピストンロッドが図で左方向に移動する（伸び
る）とき、ｖAの出力波形に対して位相が９０度遅れた
正弦波形となる。ｖA＝Ｈ・ｓｉｎθ（ただし、Ｈは振
幅）とすれば、ｖB＝Ｈ・ｓｉｎ（θ−９０゜）と表す
ことができるわけである。
【００１８】なお、図３の二組の素子４Ａ，４Ｂ，４
Ｃ，４Ｄの左右方向の幅寸法は大略を示したもので、実
際の寸法ではない。また、二組の素子には電源電圧Ｖｃ
ｃをかけることによって各素子に電流を流してしてい
る。
Ｃ，４Ｄの左右方向の幅寸法は大略を示したもので、実
際の寸法ではない。また、二組の素子には電源電圧Ｖｃ
ｃをかけることによって各素子に電流を流してしてい
る。
【００１９】図１は磁気センサ４からの二相の正弦波出
力ｖA、ｖBを信号処理する回路のブロック図である。
力ｖA、ｖBを信号処理する回路のブロック図である。
【００２０】１３，１４は絶対値回路で、各出力ｖA、
ｖBの絶対値を演算する。この絶対値回路はたとえば全
波整流回路などから構成すればよく、この絶対値回路に
より、図２に示したように各出力ｖA、ｖBの負の半周期
の波形が正の側に反転される。
ｖBの絶対値を演算する。この絶対値回路はたとえば全
波整流回路などから構成すればよく、この絶対値回路に
より、図２に示したように各出力ｖA、ｖBの負の半周期
の波形が正の側に反転される。
【００２１】これらの絶対値｜ｖA｜、｜ｖB｜が入力さ
れる減算器１５では、絶対値｜ｖA｜から｜ｖB｜が差し
引かれる。
れる減算器１５では、絶対値｜ｖA｜から｜ｖB｜が差し
引かれる。
【００２２】この減算結果も、図２に示したように正弦
波となり、１ピッチに相当する上記正弦波出力ｖAの一
周期（３６０度区間）でみると、原点と４５度、１３５
度、２２５度、３１５度の４カ所で交わる。
波となり、１ピッチに相当する上記正弦波出力ｖAの一
周期（３６０度区間）でみると、原点と４５度、１３５
度、２２５度、３１５度の４カ所で交わる。
【００２３】減算結果が入力される増幅器１６は、他の
２つの増幅器１１，１２とともに、入力信号が正のとき
だけハイレベルとなる信号を出力するコンパレータで構
成され、これらの増幅器１６，１１，１２で図２のよう
にパルス信号が作られる。
２つの増幅器１１，１２とともに、入力信号が正のとき
だけハイレベルとなる信号を出力するコンパレータで構
成され、これらの増幅器１６，１１，１２で図２のよう
にパルス信号が作られる。
【００２４】全部の増幅器１６，１１，１２からのパル
ス信号が入力されるエッジトリガーパルス回路１７はフ
リップフロップで構成され、このパルス回路１７ではパ
ルスの立ち上がりと立ち下がりのすべてのエッジで動作
してパルスを発生する。
ス信号が入力されるエッジトリガーパルス回路１７はフ
リップフロップで構成され、このパルス回路１７ではパ
ルスの立ち上がりと立ち下がりのすべてのエッジで動作
してパルスを発生する。
【００２５】増幅器１６，１１，１２の出力に１ピッチ
当たりそれぞれ４つ、２つ、２つのエッジ（増幅器１６
の出力について立ち上がり２つ、立ち下がり２つ、増幅
器１１と１２の出力については立ち上がりと立ち下がり
が１つづつ）があり、かつエッジの位置がいずれも重な
らないため、合計８（＝４＋２＋２）のパルス列が発生
するのである。しかも、パルスの発生する角度は、０
度、４５度、９０度、１３５度、…、３１５度と、４５
度のごとの等間隔になっている。
当たりそれぞれ４つ、２つ、２つのエッジ（増幅器１６
の出力について立ち上がり２つ、立ち下がり２つ、増幅
器１１と１２の出力については立ち上がりと立ち下がり
が１つづつ）があり、かつエッジの位置がいずれも重な
らないため、合計８（＝４＋２＋２）のパルス列が発生
するのである。しかも、パルスの発生する角度は、０
度、４５度、９０度、１３５度、…、３１５度と、４５
度のごとの等間隔になっている。
【００２６】このようにして、磁気スケール３の１ピッ
チ当たり８個のパルス列が発生することになると、この
パルス列をアップダウンカウンタなどでカウント（たと
えばピストンロッドの伸び方向でカウントアップ、縮み
方向でカウントダウン）することで、１ピッチを８分割
したストローク位置を検出することが可能となる。従来
は１ピッチが４分割でしかなかったのであるから、従来
の倍も精度がよくなるわけである。たとえば、１ピッチ
が２ｍｍの磁気スケールにすれば、分解能が０．２５ｍ
ｍになるのである。
チ当たり８個のパルス列が発生することになると、この
パルス列をアップダウンカウンタなどでカウント（たと
えばピストンロッドの伸び方向でカウントアップ、縮み
方向でカウントダウン）することで、１ピッチを８分割
したストローク位置を検出することが可能となる。従来
は１ピッチが４分割でしかなかったのであるから、従来
の倍も精度がよくなるわけである。たとえば、１ピッチ
が２ｍｍの磁気スケールにすれば、分解能が０．２５ｍ
ｍになるのである。
【００２７】また、図１に示したように２つの絶対値回
路１３，１４、１つの減算器１５、１つの増幅器１６か
らなる簡単な回路を追加するだけで、マイコンを使わず
に構成されるため、それほどコストが上昇することもな
い。
路１３，１４、１つの減算器１５、１つの増幅器１６か
らなる簡単な回路を追加するだけで、マイコンを使わず
に構成されるため、それほどコストが上昇することもな
い。
【００２８】なお、二組の磁気抵抗素子は同性能である
ため、経年変化や摺動部の摩耗によりセンサ出力が変化
しても、パルス間隔に生じる変化は少ない。
ため、経年変化や摺動部の摩耗によりセンサ出力が変化
しても、パルス間隔に生じる変化は少ない。
【００２９】図１において減算器１５と増幅器１６とを
１つの差動増幅器で構成することもできる。
１つの差動増幅器で構成することもできる。
【００３０】
【発明の効果】請求項１の発明では、移動方向に所定の
ピッチで弱磁性材を配列して形成した磁気スケールと、
二組の磁気抵抗素子とこれらに電流を流す電圧源とから
なり、前記磁気スケールの１ピッチを一周期とする正弦
波を９０度の位相差をもって出力する磁気センサと、各
相のセンサ出力が正の値のときだけハイレベルとなるパ
ルスをそれぞれ出力する増幅器と、各相のセンサ出力の
絶対値をそれぞれ演算する絶対値回路と、この２つの絶
対値回路出力の差を計算する減算器と、この減算器の減
算結果が正の値のときだけハイレベルとなるパルスを出
力する増幅器と、前記増幅器の全部からのパルスを入力
し各パルスの立上がりと立ち下がりのエッジでともに動
作してパルスを発生させる回路と、このパルス発生回路
からのパルス列を用いて位置を演算する手段とを設けた
ため、マイコンを使うことなく、従来より倍の精度で位
置検出を行うことができる。
ピッチで弱磁性材を配列して形成した磁気スケールと、
二組の磁気抵抗素子とこれらに電流を流す電圧源とから
なり、前記磁気スケールの１ピッチを一周期とする正弦
波を９０度の位相差をもって出力する磁気センサと、各
相のセンサ出力が正の値のときだけハイレベルとなるパ
ルスをそれぞれ出力する増幅器と、各相のセンサ出力の
絶対値をそれぞれ演算する絶対値回路と、この２つの絶
対値回路出力の差を計算する減算器と、この減算器の減
算結果が正の値のときだけハイレベルとなるパルスを出
力する増幅器と、前記増幅器の全部からのパルスを入力
し各パルスの立上がりと立ち下がりのエッジでともに動
作してパルスを発生させる回路と、このパルス発生回路
からのパルス列を用いて位置を演算する手段とを設けた
ため、マイコンを使うことなく、従来より倍の精度で位
置検出を行うことができる。
【図１】一実施例の信号処理回路のブロック図である。
【図２】信号処理回路の各位置での波形図である。
【図３】従来例のストローク検出部の詳細図である。
【図４】従来例の波形図である。
１ ピストンロッド ２ 弱磁性部 ３ 磁気スケール ４ 磁気センサ ４Ａ〜４Ｄ 磁気抵抗素子 ４Ｇ バイアス磁石 １１，１２ 増幅器 １３，１４ 絶対値回路 １５ 減算器 １６ 増幅器 １７ エッジトリガーパルス回路
Claims (1)
- 【請求項１】 移動方向に所定のピッチで弱磁性材を配
列して形成した磁気スケールと、 二組の磁気抵抗素子とこれらに電流を流す電圧源とから
なり、前記磁気スケールの１ピッチを一周期とする正弦
波を９０度の位相差をもって出力する磁気センサと、 各相のセンサ出力が正の値のときだけハイレベルとなる
パルスをそれぞれ出力する増幅器と、 各相のセンサ出力の絶対値をそれぞれ演算する絶対値回
路と、 この２つの絶対値回路出力の差を計算する減算器と、 この減算器の減算結果が正の値のときだけハイレベルと
なるパルスを出力する増幅器と、 前記増幅器の全部からのパルスを入力し各パルスの立上
がりと立ち下がりのエッジでともに動作してパルスを発
生させる回路と、 このパルス発生回路からのパルス列を用いて位置を演算
する手段とを設けたことを特徴とする位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09316493A JP3220278B2 (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09316493A JP3220278B2 (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06307889A JPH06307889A (ja) | 1994-11-04 |
| JP3220278B2 true JP3220278B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=14074937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09316493A Expired - Fee Related JP3220278B2 (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3220278B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7259553B2 (en) * | 2005-04-13 | 2007-08-21 | Sri International | System and method of magnetically sensing position of a moving component |
| JP4953192B2 (ja) * | 2006-01-20 | 2012-06-13 | レーザーテック株式会社 | 位置検出装置 |
| WO2014033904A1 (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | 株式会社日立製作所 | 磁気抵抗センサ、グラジオメータ |
| JP6457243B2 (ja) * | 2014-11-06 | 2019-01-23 | 株式会社東芝 | 電流センサ、及びスマートメータ |
| CN115930763B (zh) * | 2022-12-08 | 2023-12-05 | 楚瑞智能科技(苏州)有限公司 | 一种基于磁栅尺的位移测量方法及装置 |
-
1993
- 1993-04-20 JP JP09316493A patent/JP3220278B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06307889A (ja) | 1994-11-04 |
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