JP4172918B2 - 電磁誘導型絶対位置トランスデューサ - Google Patents
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- G01D5/20—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature
- G01D5/204—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導型絶対位置トランスデューサに係り、特に、コイルとして作用するスケールループの一部を構成するループ部が、互いに異なる波長で測定軸方向に多数並設されたトラックを複数組有し、各トラックの対応するループ部同士を接続パターン部で接続するようにされた、電子ノギス、電子マイクロメータ、インジケータ、リニヤスケール、リニヤケージ等に用いるのに好適な、スケール位置による信号強度の変化が小さな電磁誘導型絶対位置トランスデューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人は、特開２０００−１８０２０９で、波長の異なるトラックがＮ組（Ｎ≧２）ある電磁誘導型絶対位置トランスデューサを提案している。これは、図１に示す如く、測定軸に沿って互いに移動可能であるスケール１０及び読取ヘッド２０を有し、該読取ヘッド２０が少なくとも１つの磁束センサ（受信コイル２２、２４）を含む。前記スケール１０は、コイルとして作用する、測定軸に沿って延びる複数の閉ループ結合ループ（以下、スケールループと称する）を有する。この複数のスケールループは、複数の第１ループ部１２と、複数の第２ループ部１４と、これらを接続する接続ループ１６とを含む。前記第１ループ部１２は、測定軸に沿って、第１の波長λ１の間隔で配置され、第２ループ部１４は、第１の波長とは異なる第２の波長λ２の間隔で配置される。
【０００３】
図において、３０は、第１の送信コイル２６又は第２の送信コイル２８のいずれかに時間変化駆動信号を選択的に出力する駆動回路、３２は、受信コイル２２、２４からの信号を増幅する増幅回路、３４は、該増幅回路３２の出力をＡ／Ｄ変換して、トラックの位相差から絶対位置を演算して求める演算装置である。
【０００４】
又、図１に示したように第１ループ部１２を第２ループ部１４の片側に配置するのではなく、図２に示すように、第２ループ部１４を中心として第１ループ部１２を、その両側に１つおきに配置したものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれにしても、図３に０番目とｎ番目を拡大して示す如く、スケール１０におけるスケールループ（第１ループ部１２と第２ループ部１４）間を接続する接続パターン部１６の長さは、スケール長が拡大するに従って長くなり、図４に例示する如くとなる。そのため、スケールループのパターン幅が、測定軸に沿って均一であると、読取ヘッド２０からの出力信号が、図５の実線Ａに示すように減少する。
【０００６】
このように、スケール位置によって信号強度が変化すると、（１）信号強度低下時にも十分な信号強度を確保するために、スケールと読取ヘッド間のギャップ設定範囲を狭くせざるを得ず、部品及び組み立てなどの高精度化が必要になる。又、（２）出願人が特願２０００−６８７１５で提案したように、信号強度を基にして、その変化で読取ヘッドやスケール断線による誤動作検出を行う場合には、検出感度を高感度に設定できない等の問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、スケール位置による出力信号の変動を低減させることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コイルとして作用するスケールループの一部を構成するループ部が、互いに異なる波長で測定軸方向に多数並設されたトラックを複数組有し、各トラックの対応するループ部同士を接続パターン部で接続するようにされたスケールを有する電磁誘導型絶対位置トランスデューサにおいて、接続パターン長に応じて、スケールループを構成するパターン幅の少なくとも一部を変えることにより、接続パターン長の変化による信号強度の変化を防いで、前記課題を解決したものである。
【０００９】
又、最短接続パターンに対して、接続パターン長が長くなるに従って、前記パターン幅の少なくとも一部を徐々に広げるようにしたものである。
【００１０】
更に、前記電磁誘導型絶対位置トランスデューサを用いた位置測定装置を提供するものである。
【００１１】
本発明においては、接続パターン長が長くなることによる信号強度の減衰を防ぐために、定ピッチ（前記従来例では第１ループ部がλ１、第２ループ部がλ２）で配置しているスケールパターンにおいて、そのピッチ及び第１ループと第２ループの各ループ中心間距離は変えずに、例えば最短接続パターン（ここでは０番目のスケールループ：スケールコイルとも称する）に対して、接続パターン長が長くなるに従って、パターン幅の少なくとも一部を、段階的に（徐々に）広げる。これにより、図５の実線Ａで示したような、ループ長の拡大に伴う信号強度の減衰量を、スケールループに流れる電流量を増加させることで補完し、図５に実線Ｂで示す如く、読取ヘッドでの出力信号強度を一定に保つことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の第１実施形態は、図１又は図２に示した従来例と同様の電磁誘導型絶対位置トランスデューサにおいて、図６（全体配置図）及び図７（０番目とｎ番目の拡大図）に示す如く、最短接続パターンである０番目のスケールループ（第１ループ部１２及び第２ループ部１４のパターン幅をＡ、接続ループ部１６のパターン幅をＢとする）に対して、第１ループ部１２及び第２ループ部１４のパターン幅をαｎだけ順次広げていき、Ａ＋αｎとなるようにしたものである。
【００１４】
この第１実施形態におけるパターン幅Ａ＋αｎの例を、関数ｆ１（ｎ）＝Ａ＋αｎで直線近似して図８に示す。
【００１５】
本実施形態においては、第１ループ部１２と第２ループ部１４の幅を共に拡げているので、比較的少ない拡幅量で、信号強度を確保することができる。
【００１６】
又、本発明の第２実施形態は、図９に示す如く、第１ループ部１２及び第２ループ部１４の測定軸方向の幅のみをＸｎ（＞αｎ）だけ順次広げていき、Ａ＋Ｘｎとなるようにしたものである。
【００１７】
本実施形態によれば、測定軸と垂直な方向にスケール幅を広げることなく、信号強度を確保することができる。
【００１８】
又、本発明の第３実施形態は、図１０に示す如く、第１ループ部１２の幅のみをβｎ（＝ｆ２（ｎ）＞αｎ）だけ順次広げていき、Ａ＋βｎとなるようにしたものである。
【００１９】
本実施形態によれば、第２ループ部１４と接続ループ部１６のパターンを変えることなく、信号強度を確保することができる。
【００２０】
又、本発明の第４実施形態は、図１１に示す如く、第２ループ部１４のパターン幅のみをβｎ（＝ｆ２（ｎ）＞αｎ）だけ順次広げていき、やはりＡ＋βｎとなるようにしたものである。
【００２１】
本実施形態によれば、第１ループ部１２と接続ループ部１６のパターンを変えることなく、信号強度を確保することができる。
【００２２】
又、本発明の第５実施形態は、図１２に示す如く、第１ループ部１２、第２ループ部１４及び接続パターン部１６のすべての幅をγｎ（＝ｆ３（ｎ）＜αｎ）だけ全体的に順次広げていき、第１ループ部１２及び第２ループ部１４のパターン幅がＡ＋γｎ、接続ループ部１６のパターン幅がＢ＋γｎとなるようにしたものである。
【００２３】
本実施形態によれば、パターン幅の拡大量を最小とすることができる。
【００２４】
なお、前記実施形態においては、各実施形態のパターンが独立で用いられていたが、スケール位置に合わせて、各実施形態のパターンを組合せて用いることも可能である。
【００２５】
前記いずれの実施形態においても、従来は、中央部でのみ得られた信号強度が、すべてのスケール位置で得られるようになる。従って従来は、図１３の実線Ｂ（中央部）から実線Ａ（端部）までスケール位置によって変化する信号強度の変動幅Ｃに応じて、ギャップ許容範囲も区間Ｄに示す如く限定されていたのに対して、本発明実施後は、スケール位置に拘わらず実線Ｂに示すような信号強度が得られるため、ギャップ許容範囲を区間Ｅで示す如く拡大することができる。
【００２６】
なお、前記実施形態では、トラック数が２で、２相の受信コイルとされていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、３トラック以上や、単相の受信コイルであってもよい。
【００２７】
本発明は、電子ノギス、電子マイクロメータ、インジケータ、リニアスケール、リニアゲージなど、電磁誘導式で、２波長以上のトラックを有する絶対値型検出器を利用した位置検出装置全般に用いることができる。又、トランスデューサ単体として用いることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、中央部におけると同等の信号強度がスケール位置に拘わらず得られるので、図１３を用いて説明したように、ギャップ設定範囲を広げることができる。又、スケール位置に関係なく信号強度が一定になるので、最適信号強度の中心に信号強度がなるように、増幅回路の増幅設定（オートゲイン等）が簡単にできる。又、精度を安定化することができる。更に、出願人が特願２０００−６８７１５で提案したように、信号強度を基にして、その変化で読取ヘッドやスケール断線等による誤動作を検出する際の判定基準値を従来より厳しく設定できるため、微小な精度変化が、感度よく高精度に検知可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】出願人が特開２０００−１８０２０９で提案した電磁誘導型絶対位置トランスデューサの構成部を示す平面図
【図２】スケールの変形例を示す平面図
【図３】図２の一部拡大図
【図４】従来例におけるスケールループ長の変化を示す線図
【図５】従来例と本発明における信号強度のスケール位置による変化状況を比較して示す線図
【図６】本発明の第１実施形態におけるスケールの例を示す平面図
【図７】同じく要部拡大図
【図８】第１実施形態におけるパターン幅のスケール位置による変化状況の例を示す線図
【図９】本発明の第２実施形態におけるパターンの例を示す拡大平面図
【図１０】同じく第３実施形態におけるパターンの例を示す拡大平面図
【図１１】同じく第４実施形態におけるパターンの例を示す拡大平面図
【図１２】同じく第５実施形態におけるパターンの例を示す拡大平面図
【図１３】本発明の効果を説明するための、読取ヘッド−スケール間ギャップと信号強度の関係の例を示す線図
【符号の説明】
１０…スケール
１２…第１ループ部
１４…第２ループ部
１６…接続ループ部
２０…読取ヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導型絶対位置トランスデューサに係り、特に、コイルとして作用するスケールループの一部を構成するループ部が、互いに異なる波長で測定軸方向に多数並設されたトラックを複数組有し、各トラックの対応するループ部同士を接続パターン部で接続するようにされた、電子ノギス、電子マイクロメータ、インジケータ、リニヤスケール、リニヤケージ等に用いるのに好適な、スケール位置による信号強度の変化が小さな電磁誘導型絶対位置トランスデューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人は、特開２０００−１８０２０９で、波長の異なるトラックがＮ組（Ｎ≧２）ある電磁誘導型絶対位置トランスデューサを提案している。これは、図１に示す如く、測定軸に沿って互いに移動可能であるスケール１０及び読取ヘッド２０を有し、該読取ヘッド２０が少なくとも１つの磁束センサ（受信コイル２２、２４）を含む。前記スケール１０は、コイルとして作用する、測定軸に沿って延びる複数の閉ループ結合ループ（以下、スケールループと称する）を有する。この複数のスケールループは、複数の第１ループ部１２と、複数の第２ループ部１４と、これらを接続する接続ループ１６とを含む。前記第１ループ部１２は、測定軸に沿って、第１の波長λ１の間隔で配置され、第２ループ部１４は、第１の波長とは異なる第２の波長λ２の間隔で配置される。
【０００３】
図において、３０は、第１の送信コイル２６又は第２の送信コイル２８のいずれかに時間変化駆動信号を選択的に出力する駆動回路、３２は、受信コイル２２、２４からの信号を増幅する増幅回路、３４は、該増幅回路３２の出力をＡ／Ｄ変換して、トラックの位相差から絶対位置を演算して求める演算装置である。
【０００４】
又、図１に示したように第１ループ部１２を第２ループ部１４の片側に配置するのではなく、図２に示すように、第２ループ部１４を中心として第１ループ部１２を、その両側に１つおきに配置したものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれにしても、図３に０番目とｎ番目を拡大して示す如く、スケール１０におけるスケールループ（第１ループ部１２と第２ループ部１４）間を接続する接続パターン部１６の長さは、スケール長が拡大するに従って長くなり、図４に例示する如くとなる。そのため、スケールループのパターン幅が、測定軸に沿って均一であると、読取ヘッド２０からの出力信号が、図５の実線Ａに示すように減少する。
【０００６】
このように、スケール位置によって信号強度が変化すると、（１）信号強度低下時にも十分な信号強度を確保するために、スケールと読取ヘッド間のギャップ設定範囲を狭くせざるを得ず、部品及び組み立てなどの高精度化が必要になる。又、（２）出願人が特願２０００−６８７１５で提案したように、信号強度を基にして、その変化で読取ヘッドやスケール断線による誤動作検出を行う場合には、検出感度を高感度に設定できない等の問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、スケール位置による出力信号の変動を低減させることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コイルとして作用するスケールループの一部を構成するループ部が、互いに異なる波長で測定軸方向に多数並設されたトラックを複数組有し、各トラックの対応するループ部同士を接続パターン部で接続するようにされたスケールを有する電磁誘導型絶対位置トランスデューサにおいて、接続パターン長に応じて、スケールループを構成するパターン幅の少なくとも一部を変えることにより、接続パターン長の変化による信号強度の変化を防いで、前記課題を解決したものである。
【０００９】
又、最短接続パターンに対して、接続パターン長が長くなるに従って、前記パターン幅の少なくとも一部を徐々に広げるようにしたものである。
【００１０】
更に、前記電磁誘導型絶対位置トランスデューサを用いた位置測定装置を提供するものである。
【００１１】
本発明においては、接続パターン長が長くなることによる信号強度の減衰を防ぐために、定ピッチ（前記従来例では第１ループ部がλ１、第２ループ部がλ２）で配置しているスケールパターンにおいて、そのピッチ及び第１ループと第２ループの各ループ中心間距離は変えずに、例えば最短接続パターン（ここでは０番目のスケールループ：スケールコイルとも称する）に対して、接続パターン長が長くなるに従って、パターン幅の少なくとも一部を、段階的に（徐々に）広げる。これにより、図５の実線Ａで示したような、ループ長の拡大に伴う信号強度の減衰量を、スケールループに流れる電流量を増加させることで補完し、図５に実線Ｂで示す如く、読取ヘッドでの出力信号強度を一定に保つことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の第１実施形態は、図１又は図２に示した従来例と同様の電磁誘導型絶対位置トランスデューサにおいて、図６（全体配置図）及び図７（０番目とｎ番目の拡大図）に示す如く、最短接続パターンである０番目のスケールループ（第１ループ部１２及び第２ループ部１４のパターン幅をＡ、接続ループ部１６のパターン幅をＢとする）に対して、第１ループ部１２及び第２ループ部１４のパターン幅をαｎだけ順次広げていき、Ａ＋αｎとなるようにしたものである。
【００１４】
この第１実施形態におけるパターン幅Ａ＋αｎの例を、関数ｆ１（ｎ）＝Ａ＋αｎで直線近似して図８に示す。
【００１５】
本実施形態においては、第１ループ部１２と第２ループ部１４の幅を共に拡げているので、比較的少ない拡幅量で、信号強度を確保することができる。
【００１６】
又、本発明の第２実施形態は、図９に示す如く、第１ループ部１２及び第２ループ部１４の測定軸方向の幅のみをＸｎ（＞αｎ）だけ順次広げていき、Ａ＋Ｘｎとなるようにしたものである。
【００１７】
本実施形態によれば、測定軸と垂直な方向にスケール幅を広げることなく、信号強度を確保することができる。
【００１８】
又、本発明の第３実施形態は、図１０に示す如く、第１ループ部１２の幅のみをβｎ（＝ｆ２（ｎ）＞αｎ）だけ順次広げていき、Ａ＋βｎとなるようにしたものである。
【００１９】
本実施形態によれば、第２ループ部１４と接続ループ部１６のパターンを変えることなく、信号強度を確保することができる。
【００２０】
又、本発明の第４実施形態は、図１１に示す如く、第２ループ部１４のパターン幅のみをβｎ（＝ｆ２（ｎ）＞αｎ）だけ順次広げていき、やはりＡ＋βｎとなるようにしたものである。
【００２１】
本実施形態によれば、第１ループ部１２と接続ループ部１６のパターンを変えることなく、信号強度を確保することができる。
【００２２】
又、本発明の第５実施形態は、図１２に示す如く、第１ループ部１２、第２ループ部１４及び接続パターン部１６のすべての幅をγｎ（＝ｆ３（ｎ）＜αｎ）だけ全体的に順次広げていき、第１ループ部１２及び第２ループ部１４のパターン幅がＡ＋γｎ、接続ループ部１６のパターン幅がＢ＋γｎとなるようにしたものである。
【００２３】
本実施形態によれば、パターン幅の拡大量を最小とすることができる。
【００２４】
なお、前記実施形態においては、各実施形態のパターンが独立で用いられていたが、スケール位置に合わせて、各実施形態のパターンを組合せて用いることも可能である。
【００２５】
前記いずれの実施形態においても、従来は、中央部でのみ得られた信号強度が、すべてのスケール位置で得られるようになる。従って従来は、図１３の実線Ｂ（中央部）から実線Ａ（端部）までスケール位置によって変化する信号強度の変動幅Ｃに応じて、ギャップ許容範囲も区間Ｄに示す如く限定されていたのに対して、本発明実施後は、スケール位置に拘わらず実線Ｂに示すような信号強度が得られるため、ギャップ許容範囲を区間Ｅで示す如く拡大することができる。
【００２６】
なお、前記実施形態では、トラック数が２で、２相の受信コイルとされていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、３トラック以上や、単相の受信コイルであってもよい。
【００２７】
本発明は、電子ノギス、電子マイクロメータ、インジケータ、リニアスケール、リニアゲージなど、電磁誘導式で、２波長以上のトラックを有する絶対値型検出器を利用した位置検出装置全般に用いることができる。又、トランスデューサ単体として用いることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、中央部におけると同等の信号強度がスケール位置に拘わらず得られるので、図１３を用いて説明したように、ギャップ設定範囲を広げることができる。又、スケール位置に関係なく信号強度が一定になるので、最適信号強度の中心に信号強度がなるように、増幅回路の増幅設定（オートゲイン等）が簡単にできる。又、精度を安定化することができる。更に、出願人が特願２０００−６８７１５で提案したように、信号強度を基にして、その変化で読取ヘッドやスケール断線等による誤動作を検出する際の判定基準値を従来より厳しく設定できるため、微小な精度変化が、感度よく高精度に検知可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】出願人が特開２０００−１８０２０９で提案した電磁誘導型絶対位置トランスデューサの構成部を示す平面図
【図２】スケールの変形例を示す平面図
【図３】図２の一部拡大図
【図４】従来例におけるスケールループ長の変化を示す線図
【図５】従来例と本発明における信号強度のスケール位置による変化状況を比較して示す線図
【図６】本発明の第１実施形態におけるスケールの例を示す平面図
【図７】同じく要部拡大図
【図８】第１実施形態におけるパターン幅のスケール位置による変化状況の例を示す線図
【図９】本発明の第２実施形態におけるパターンの例を示す拡大平面図
【図１０】同じく第３実施形態におけるパターンの例を示す拡大平面図
【図１１】同じく第４実施形態におけるパターンの例を示す拡大平面図
【図１２】同じく第５実施形態におけるパターンの例を示す拡大平面図
【図１３】本発明の効果を説明するための、読取ヘッド−スケール間ギャップと信号強度の関係の例を示す線図
【符号の説明】
１０…スケール
１２…第１ループ部
１４…第２ループ部
１６…接続ループ部
２０…読取ヘッド
Claims (3)
- コイルとして作用するスケールループの一部を構成するループ部が、互いに異なる波長で測定軸方向に多数並設されたトラックを複数組有し、各トラックの対応するループ部同士を接続パターン部で接続するようにされたスケールを有する電磁誘導型絶対位置トランスデューサにおいて、
接続パターン長に応じて、スケールループを構成するパターン幅の少なくとも一部を変えることにより、
接続パターン長の変化による信号強度の変化を防いだことを特徴とする電磁誘導型絶対位置トランスデューサ。 - 最短接続パターンに対して、接続パターン長が長くなるに従って、前記パターン幅の少なくとも一部を徐々に広げることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導型絶対位置トランスデューサ。
- 請求項１又は２に記載の電磁誘導型絶対位置トランスデューサを用いた位置測定装置。
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