JPH03124292A - Linear sensor for linear servo motor - Google Patents
Linear sensor for linear servo motorInfo
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- JPH03124292A JPH03124292A JP1259224A JP25922489A JPH03124292A JP H03124292 A JPH03124292 A JP H03124292A JP 1259224 A JP1259224 A JP 1259224A JP 25922489 A JP25922489 A JP 25922489A JP H03124292 A JPH03124292 A JP H03124292A
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はリニアサーボモータを用い、高速搬送装置、高
速位置決めロボット等を構成する場合に必要なリニアセ
ンサーに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a linear sensor that uses a linear servo motor and is necessary when constructing a high-speed conveyance device, a high-speed positioning robot, etc.
従来の技術
近年、回転直進機構が不要で高速高精度化への対応が比
較的容易なリニアサーボモータが各種ＯＡ機器、ロボッ
ト、高速搬送装置等に多く用いられつつある。BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, linear servo motors, which do not require a rotational linear mechanism and can be relatively easily adapted to high speed and high precision, have been increasingly used in various office automation equipment, robots, high speed conveyance devices, and the like.
第９図は従来の可動磁石形ブラシ付すニアＤＣサーボモ
ータの構成図である。第９図において、６３は固定子鉄
心、６４は磁極歯、６５は磁極歯６４に巻かれた駆動コ
イルで、駆動コイル６５は、整流子セグメント６６に接
続される。６７は整流子セグメント６６に接触し可動子
６８と一体となって走行するブラシ、６９はブラシ６７
を通して駆動コイル６５に電流を供給するための給電デ
ープルである。可動子６８は、磁極ヨーク７０と永久磁
石７１から構成され、また可動子６８は図面で省略され
ているが固定子鉄心６３の長子方向に移動可能な走行ガ
イドを有している。７２は可動子６８に固定され可動子
６８の位置検出を行うためのリニアエンコーダのヘッド
部であり、固定側のガラススケール７３とペアで構成さ
れる。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional near DC servo motor with movable magnet type brushes. In FIG. 9, 63 is a stator core, 64 is a magnetic pole tooth, 65 is a drive coil wound around the magnetic pole tooth 64, and the drive coil 65 is connected to a commutator segment 66. 67 is a brush that contacts the commutator segment 66 and runs integrally with the movable element 68; 69 is a brush 67;
This is a power supply daple for supplying current to the drive coil 65 through the drive coil 65. The movable element 68 is composed of a magnetic pole yoke 70 and a permanent magnet 71, and the movable element 68 has a running guide movable in the longitudinal direction of the stator core 63, although it is omitted in the drawing. Reference numeral 72 denotes a head portion of a linear encoder fixed to the movable element 68 for detecting the position of the movable element 68, and is configured as a pair with a glass scale 73 on the fixed side.
以上のように構成された可動磁石形ブラシ付リニアサー
ボモータについて、以下その動作について説明する。第
１０図は駆動回路例の制御系ブロック図である。関数発
生器７４がら出力される位置指令信号７５とリニアエン
コータ７６から出力されるインクリメンタリ位置フィー
ドバック信号７７を偏差カウンタ７８で演算し、Ｄ／Ａ
コンバータ７９で速度指令信号８０を作成する。また速
度フィードバック信号８１はリニアエンコーダ７６の信
号からＦ／Ｖ変換器８２で作成される。The operation of the movable magnet type brushed linear servo motor configured as described above will be described below. FIG. 10 is a control system block diagram of an example of the drive circuit. The position command signal 75 output from the function generator 74 and the incremental position feedback signal 77 output from the linear encoder 76 are calculated by the deviation counter 78, and the D/A
A speed command signal 80 is generated by a converter 79. Further, a velocity feedback signal 81 is generated by an F/V converter 82 from the signal of the linear encoder 76.
速度差分演算器８３で出力される速度誤差信号８４は増
幅器８５で電流増幅されて、第９図のブラシ６７で選択
された駆動コイル６５をドライブする。位置決めの動作
は第１０図の関数発生器７４から出力された位置指令信
号７５のパルス数とリニアエンコーダ７６からフィード
バックされるパルスの数が等しくなるまで位置指令信号
７５が発生し、リニアモータの駆動コイル６５をドライ
ブするため関数発生器７４から出力するパルス数を管理
することで任意の場所に第９図の可動子６８を位置決め
することが可能である。なお位置決め動作前の基準位置
設定用の原点復帰動作、加減速プロフィールの制御は従
来の回転型ザーボモータ方式と同様な考え方で対処する
。A speed error signal 84 output from the speed difference calculator 83 is current amplified by an amplifier 85, and drives the drive coil 65 selected by the brush 67 in FIG. In the positioning operation, the position command signal 75 is generated until the number of pulses of the position command signal 75 output from the function generator 74 shown in FIG. 10 becomes equal to the number of pulses fed back from the linear encoder 76, and the linear motor is driven. By controlling the number of pulses output from the function generator 74 to drive the coil 65, it is possible to position the movable element 68 in FIG. 9 at any desired location. Note that the return-to-origin operation for setting the reference position before the positioning operation and the control of the acceleration/deceleration profile are handled using the same concept as in the conventional rotary servo motor system.
発明が解決しようとする課題
しかしながら従来例の構成の場合、可動子をより高速化
、高頻度の往復運転または長ストローク化した場合に可
動子に接続されるケーブル類の信頼性が問題となる。す
なわち高頻度でかつ高速で動（可動子によりケーブルに
大きなストレスがかかり、ケーブル内の芯線の断線等が
発生するためケーブル交換が、高頻度に必要である。ま
た長ストロークのリニアサーボモータを構成した場合ケ
ーブル布線方法も困難である等の問題を有する。Problems to be Solved by the Invention However, in the case of the conventional structure, reliability of cables connected to the movable element becomes a problem when the movable element is operated at higher speeds, frequently reciprocated, or has a longer stroke. In other words, the cable moves frequently and at high speed (the movable element puts a lot of stress on the cable, which can cause breakage of the core wire in the cable, so the cable needs to be replaced frequently. Also, it is configured with a long stroke linear servo motor). In this case, the cable wiring method is also difficult.
対策としては給電用のブラシを無くず為にホール素子等
を用いて可動子位置に応じたコイル切替信号を作成しブ
ラシレス化することで給電ケープルは無くすことができ
る。またリニアセンサヘッドへのケーブルについてはセ
ンサヘッドを固定にし、ガラススケールを可動子側に取
り付け、ガラススケールが移動するように構成すればリ
ニアセンサケーブルも無くすることが可能である。As a countermeasure, the power supply cable can be eliminated by using a Hall element or the like to create a coil switching signal according to the position of the movable element in order to eliminate the power supply brush. Further, regarding the cable to the linear sensor head, if the sensor head is fixed, the glass scale is attached to the movable element side, and the glass scale is configured to move, it is possible to eliminate the linear sensor cable as well.
ところがこの場合、可動子移動方向の可動子長さに比較
して可動子移動ストロークが大幅に長い場合、可動子移
動ストロークをカバーする長尺のガラススケールが可動
子とともに移動することになり、スペース面、また長尺
ガラススケールを所定精度で可動子に固定することが困
難である等の問題があり現実的でない。However, in this case, if the mover movement stroke is significantly longer than the mover length in the mover movement direction, the long glass scale that covers the mover movement stroke will move together with the mover, resulting in space This method is not practical due to problems such as difficulty in fixing the surface or the long glass scale to the movable element with a predetermined precision.
本発明は上記問題点に鑑み、リニアサーボモータの可動
子位置検出用リニアセンサにおいて可動部へのケーブル
が不要なりニアセンザを提供するものである。In view of the above problems, the present invention provides a linear sensor for detecting the position of a movable element of a linear servo motor, which eliminates the need for a cable to the movable part.
課題を解決するための手段
上記問題点を解消するために本発明のリニアサーボモー
タ用リニアセンサは、光検出素子としてのホトトランジ
スタを長手方向にｆｉ綿線状並べたホトトランジスタア
レイと、前記各ホトトランジスタを走査する電流スイッ
チアレイを備えたイメージセンサと、前記イメージセン
サにレンズを介して対向するよう長手方向に配置された
発光源とを有し、リニアサーボモータ可動子のセンサヨ
ークが前記発光源と前記レンズのすき間を長手方向に、
かつ非接触で移動する際前記センサヨークによって前記
イメージセンサのホトトランジスタアレイへの入光を一
部さえぎることで前記リニアサーボモータ可動子の任意
の位置を検出するよう構成したことを特徴とするもので
ある。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the linear sensor for a linear servo motor of the present invention includes a phototransistor array in which phototransistors as photodetecting elements are arranged in a longitudinal direction in the form of fibers, and each of the above. The sensor yoke of the linear servo motor movable element has an image sensor including a current switch array that scans a phototransistor, and a light emitting source arranged in the longitudinal direction so as to face the image sensor through a lens. The gap between the source and the lens in the longitudinal direction,
Further, the linear servo motor movable element is configured to detect an arbitrary position of the linear servo motor movable element by partially blocking light from entering the phototransistor array of the image sensor by the sensor yoke when moving in a non-contact manner. It is.
作 用
本発明は上記構成によって、可動子には光じゃ開用のセ
ンサヨークのみを装備することで可動子の位置検出が可
能であり、従来例のような可動部へのケーブル類が不要
となるため、可動子の高速高頻度動作におけるケーブル
の信頼性等に配慮する必要がなくなる。。Function: With the above-mentioned configuration, the present invention can detect the position of the movable element by equipping the movable element with only a sensor yoke for optical opening, and eliminates the need for cables to the movable parts as in the conventional example. Therefore, there is no need to consider the reliability of the cable during high-speed, high-frequency operation of the mover. .
実施例
以下、本発明の一実施例におけるリニアサーボモータ用
リニアセンサについて図面を参照しながら説明する。EXAMPLE Hereinafter, a linear sensor for a linear servo motor according to an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本実施例におけるリニアサーボモータ用リニア
センサの構成例である。同図において１は固定子鉄心、
１ａは固定子磁極歯である。各固定子磁極歯１ａには駆
動コイル２が巻装しである。３は可動子で、永久磁石４
七磁石ヨーク５とから構成されている。図には省略しで
あるが可動子３が固定子鉄心１の上を所定のすき間を保
持しながら長手方向に移動可能なように走行ガイドが設
けられている。６が本実施例におけるリニアセンサ本体
であり、可動子３と一体となって長手方向に移動するセ
ンサヨーク７とから主に構成される。リニアセンサ本体
６は可動子３の動作ストローク全領域に配置され、しゃ
光検出部８のすき間をセンサヨーク７が非接触で長手方
向に移動する。第２図はリニアセンサ本体６の縦断面図
である。イメージセンサ（例えば松下電子部品■の密着
型イメージセンサ等からがある）９はセラミック基板１
０の表面に張り付けられたホトトランジスタアレイのチ
ップ１１とセラミック基板１０の表面に形成された電流
スイッチアレイ等から構成され、所定長さのチップ１１
と各チップ１１に対応する電流スイッチアレイが長手方
向に直線状に複数個配置されている。１２は発光源の１
． Ｅ Ｄであり、光集束性ファイバレンズ（日本板硝
子■の「セルフォックレンズ」等がある。）１３を介し
て、前記チップ１１に入光するよう構成されている。な
おこれらチップ１１．レンズ１３およびＬＥＤ１２は長
手方向に、かつ可動子３の動作ストロークをカバーする
ように配置される。一方可動子３とともに移動する長手
方向に所定幅をもったセンサヨーク７は前記ＬＥＤ１２
とレンズ１３の光軸を一部さえぎるよう配置されており
、センサヨーク７の存在する場所ではチップ１１への光
が遮光される。FIG. 1 shows an example of the configuration of a linear sensor for a linear servo motor in this embodiment. In the same figure, 1 is a stator core,
1a is a stator magnetic pole tooth. A drive coil 2 is wound around each stator magnetic pole tooth 1a. 3 is a mover, and a permanent magnet 4
It is composed of a seven-magnet yoke 5. Although not shown in the figure, a travel guide is provided so that the movable element 3 can move longitudinally over the stator core 1 while maintaining a predetermined gap. Reference numeral 6 denotes a linear sensor main body in this embodiment, which is mainly composed of a sensor yoke 7 that moves in the longitudinal direction integrally with the movable element 3. The linear sensor main body 6 is disposed over the entire operating stroke region of the movable element 3, and the sensor yoke 7 moves in the longitudinal direction through the gap between the light shielding detection section 8 without contacting it. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the linear sensor main body 6. An image sensor (for example, from a contact type image sensor manufactured by Matsushita Electronics Parts ■) 9 is a ceramic substrate 1
The chip 11 is composed of a phototransistor array chip 11 pasted on the surface of a ceramic substrate 10, a current switch array formed on the surface of a ceramic substrate 10, etc., and has a predetermined length.
A plurality of current switch arrays corresponding to each chip 11 are arranged linearly in the longitudinal direction. 12 is the light source 1
．． ED, and is configured so that light enters the chip 11 via a light-converging fiber lens (such as "Selfoc Lens" manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) 13. Note that these chips 11. The lens 13 and the LED 12 are arranged in the longitudinal direction so as to cover the operating stroke of the movable element 3. On the other hand, the sensor yoke 7, which has a predetermined width in the longitudinal direction and moves together with the movable element 3, is connected to the LED 12.
The optical axis of the lens 13 is partially blocked, and light to the chip 11 is blocked at the location where the sensor yoke 7 is present.
以上のように構成されたリニアサーボモータ用リニアセ
ンサにおいてその動作について説明する。第３図〜第３
図〜第６図はリニアセンサの動作原理図である。第３図
はホトトランジスタアレイのデツプ１個の動作原理図で
あり、第３図においてイメージセンサ９は光検出素子と
してのホトトランジスタアレイのチップ１１と、各ホト
トランジスタアレイを順次走査する電流スイッチアレイ
１６とから構成されている。チップ１１は、半導体高密
度バイポーラプロセスで作成されており５１２個のホト
トランジスタからなっており、各ホトトランジスタのピ
ッチは６３．５μｍである。動作としては、クロック発
生器１７から出力されるクロックパルスＣＫが電流スイ
ッチアレイ１６の各スイッチを順次ＯＮして各ホトトラ
ンジスタを走査する。各スイッチの片側は定電流源１９
に接続されており、スイッチがＯＮしてホトトランジス
タに電流が流れている間に光がホトトランジスタに入光
すると光量に比例した出力信号がホトトランジスタより
出力される。各ホトトランジスタの出力は共通に結ばれ
ており、ホトトランジスタ１（ＰＴＩ）〜ホトトランジ
スタ５１２（ＰＴ ５１２）を１回走査することで入
光しているホトトランジスタの数だけ信号Ｖ。が出力さ
れる。出力された信号Ｖ。は波形整形回路２０で整形さ
れゲート２１でクロックＣＫと同期化された後、バイナ
リカウンタ２２に入力される。２３は、バイナリカウン
タ２２のデータを一時保持するラッチ回路でその出力は
、ＣＰＵ２４データバスへ接続される。ワークフラグ２
５はバイナリカウンタ２２のカランＩ・値が５１２にな
ったとき立つフラグである。タイミング制御回路２６は
ラッチ回路２３のデータをリセッｌ−１，たりＣＰＵ２
４とのデータ受渡しタイミング等の調整を行う。クロツ
ク発生器１７スタート信号ＳＴはバイナリカウンタ２３
を走査前に零クリアしてイニシャライズしたり、またタ
イミング制御回路２６への基準信号となる。The operation of the linear sensor for a linear servo motor configured as above will be explained. Figure 3-3
6 to 6 are diagrams showing the operating principle of the linear sensor. FIG. 3 is a diagram showing the operating principle of one depth of a phototransistor array. In FIG. 3, the image sensor 9 includes a chip 11 of the phototransistor array as a photodetecting element, and a current switch array that sequentially scans each phototransistor array. It consists of 16. The chip 11 is manufactured by a semiconductor high-density bipolar process and consists of 512 phototransistors, and the pitch of each phototransistor is 63.5 μm. In operation, the clock pulse CK output from the clock generator 17 sequentially turns on each switch of the current switch array 16 to scan each phototransistor. One side of each switch is a constant current source 19
When the switch is turned on and light enters the phototransistor while current is flowing through the phototransistor, an output signal proportional to the amount of light is output from the phototransistor. The outputs of each phototransistor are connected in common, and by scanning phototransistor 1 (PTI) to phototransistor 512 (PT 512) once, a signal V is generated as many times as there are phototransistors receiving light. is output. The output signal V. is shaped by the waveform shaping circuit 20 and synchronized with the clock CK by the gate 21, and then input to the binary counter 22. 23 is a latch circuit that temporarily holds the data of the binary counter 22, and its output is connected to the CPU 24 data bus. work flag 2
5 is a flag that is set when the count I value of the binary counter 22 reaches 512. The timing control circuit 26 resets the data of the latch circuit 23 l-1, or the CPU 2.
Adjust the timing of data exchange with 4. The clock generator 17 start signal ST is supplied to the binary counter 23.
It is cleared to zero and initialized before scanning, and also serves as a reference signal to the timing control circuit 26.
第４図は第３図の１個のチップにおけるすべてのホトト
ランジスタに入光している状態での動作波形説明図であ
る。スタート信号はＬレベルで前記バイナリカウンタ２
２のイニシャライズをまず最初に行う。クロック発生器
１７から出力されるクロックパルスＣＫの各パルスに付
した数字（１）〜（５１２）は第３図のホトトランジス
タアレイのチップ１１の各ホトトランジスタＰＴｒ１〜
ＰＴｒ５１２にそれぞれ接続された電流スイッチ素子の
番号に対応しており、■４レベルで該当するホトトラン
ジスタに電流が流れ入光時はホトトランジスタから光量
に比例した信号が出力される。また電流スイッチで選択
されていないホトトランジスタからは出力信号は出ない
。３０は、ホトトランジスタから出力される信号Ｖ。で
ホトトランジスタの応答速度の関係から、なだらかに立
上がる波形となる。３１はホトトランジスタ出力信号Ｖ
。を第３図の波形整形回路２０で波形整形しクロックパ
ルスＣＫで同期化した時の信号でありバイナリカウンタ
２２に入力される。Ｒはラッチ回路２３がＣＰＵ２４へ
ラッチデータを渡したのちにラッチ回路２３をクリアす
るためのリセット信号である。FIG. 4 is an explanatory diagram of operating waveforms in a state where light is incident on all phototransistors in one chip of FIG. 3. The start signal is at L level and the binary counter 2
First, initialize step 2. The numbers (1) to (512) attached to each pulse of the clock pulse CK output from the clock generator 17 correspond to the respective phototransistors PTr1 to PTr1 of the chip 11 of the phototransistor array in FIG.
The numbers correspond to the numbers of the current switch elements connected to the PTr 512, and a current flows into the corresponding phototransistor at level (4), and when light is received, a signal proportional to the amount of light is output from the phototransistor. Further, no output signal is output from the phototransistors that are not selected by the current switch. 30 is a signal V output from the phototransistor. Due to the response speed of the phototransistor, the waveform rises gently. 31 is the phototransistor output signal V
. This is a signal obtained by waveform shaping by the waveform shaping circuit 20 in FIG. 3 and synchronization with the clock pulse CK, and is input to the binary counter 22. R is a reset signal for clearing the latch circuit 23 after the latch circuit 23 passes latch data to the CPU 24.
以上の動作により、第３図のチップ１１のすべてのホト
トランジスタに入光している状態においては１回の走査
時間内で５１２のパルスをパイナノカウンタ２２はカウ
ントすることになる。As a result of the above operation, the pinano counter 22 counts 512 pulses within one scanning time when light is incident on all the phototransistors of the chip 11 shown in FIG.
次に前述のセンサヨーク７によって光が一部遮光された
場合の動作波形を第５図に示す。第５図は第３図におけ
るホトトランジスタアレイ１１のＰ ４〜ＰＴｒ５１２
を遮光した場合を示しておｒ
す、遮光区間は第３図の電流スイッチ１６が走査しても
出力信号Ｖ。は出ない。したがって１回の走査時間内に
おけるホトトランジスタ出力波形は３３のように３個の
波形しか出力されずバイナリカウンタ２２に入力される
パルス３４も３個のみとなる。したがってホトトランジ
スタのピッチ６３．５μｍにカウント数を乗算すること
で走査開始位置から遮光位置までの距離を検出すること
ができ、前記走査を高速に繰り返し行うことによって遮
光位置を連続的に検出することが可能となる。Next, FIG. 5 shows operating waveforms when light is partially blocked by the sensor yoke 7 described above. FIG. 5 shows P4 to PTr512 of the phototransistor array 11 in FIG.
The figure shows a case where the light is blocked. In the light-blocking section, even if the current switch 16 in FIG. 3 scans, the output signal V is not generated. It doesn't appear. Therefore, only three phototransistor output waveforms, such as 33, are output within one scanning time, and only three pulses 34 are input to the binary counter 22. Therefore, by multiplying the phototransistor pitch of 63.5 μm by the count number, the distance from the scanning start position to the light-blocking position can be detected, and by repeating the scanning at high speed, the light-blocking position can be continuously detected. becomes possible.
当然のことながら遮光に用いるセンサヨークは１回の走
査区間である６３．５μｍに５１２を乗算した約３２．
５μｍ以上の幅を長手方向に保有しておく必要がある。Naturally, the sensor yoke used for light shielding is approximately 32.5 μm, which is 63.5 μm, which is the length of one scan, multiplied by 512.
It is necessary to maintain a width of 5 μm or more in the longitudinal direction.
また前記カウント数にホＩ・１
トランジスタピッチの６３．５μｍを乗算する演算はＣ
ＰＵ２４が処理するよう構成されている。Also, the calculation of multiplying the above count number by 63.5 μm, which is the transistor pitch, is C
The PU 24 is configured to process it.
第３図におけるワークフラグ２５はバイナリカウンタ２
２のカウント値が５１２パルス、すなわち全ホトトラン
ジスタに入光している時にのみ立つため１回の走査にお
ける全入光の判別に利用できる。ところで第３図におけ
る説明はホトトランジスタアレイのチップ１１が１個の
場合で説明したが、前述の通り６３，５μ×５１２個ξ
３２，５胴の検出範囲しか得られないため実際は第６図
のように構成されている。すなわち第３図の構成をｎ個
長手方向に並べて検出範囲を拡張しである。イメージセ
ンサ９は、セラミック基板１０（第２図参照〉の表面に
ホトトランジスタアレイのチップ１１を直線状にｎ個並
べ、かつ前記ホトトランジスタアレイを走査する電流ス
イッチアレイ１６を各ホトトランジスタアレイのチップ
１１に対応してｎ個設けである。１２は発光源のＬＥＤ
、１３はレンズである発光源ＬＥＤ１２の光はレンズ１
３を介して各ホトトランジスタアレイのチップ全数 ２
に入光するよう配置されている。センサヨーク７はホト
トランジスタアレイのチップ１個の走査方向長さより少
し長めにそのヨーク長さを設定しである。波形整形回路
２０．バイナリカウンタ２２゜ラッチ回路２３．ワーク
フラグ２５はそれぞれチップ１１に対応してｎ個配置さ
れる。ＣＰＵ２４はデータバスを介してラッチ回路２３
とワークフラグ２５およびタイミング制御回路２６と接
続されている。動作としては第３図〜第５図で説明した
動作をｎ個設けたホトトランジスタアレイのチップ１１
がそれぞれ並列動作する。すなわちｎ個のチップ１１を
備えたイメージセンサ９はクロック発生器１７のクロッ
クＣＫによって各チップ１１が同期して走査を開始し同
期して１回の走査を完了する。したがって１回の走査で
センサヨーク７で遮光されたチップ１１はカウント値が
５１２未満に、また遮光されていないチップ１１はカウ
ント値が５１２になりワークフラグが立つ。次に１回の
走査が終了するとＣＰＵ２４は、各チップ１１に対応す
るワークフラグ２５を第１チップ１１から第０番のチッ
プ１１の方向に順番に見て行き、ワークフラグの立って
いないチップ１１の手前までに存在するワークフラグの
立っているチップ数を取り込む。次にワークフラグの立
っていない最初のチップ１１、すなわち遮光されている
チップ１１のカウント値ｍをラッチしているラッチ回路
２３のデータを取り込み、取り込み完了後全ワークフラ
グ２５のリセット、およびタイミング制御回路２６を経
由してラッチ回路２３もリセットして次の走査を開始す
る。ＣＰＵ２４は次の走査が行われている間に取り込ん
だデータの演算を行いセンサヨーク７の遮光位置を求め
る。遮光位置の演算は、（ＭＸ６３．５μｍ）＋（ｍＸ
６３．５μｍ）で求めることができる。以上の走査と演
算を高速に繰り返すことでセンサヨーク７の絶対位置を
連続して求めることができる。The work flag 25 in FIG. 3 is the binary counter 2.
Since the count value of 2 is 512 pulses, that is, it stands only when light is incident on all phototransistors, it can be used to determine whether all light is incident in one scan. By the way, the explanation in FIG. 3 is based on the case where the number of chips 11 in the phototransistor array is one, but as mentioned above, the number of chips 11 in the phototransistor array is 63.5 μ×512 ξ
Since only a detection range of 32 and 5 cylinders can be obtained, the actual configuration is as shown in FIG. That is, the detection range is expanded by arranging n pieces of the configuration shown in FIG. 3 in the longitudinal direction. The image sensor 9 has n phototransistor array chips 11 linearly arranged on the surface of a ceramic substrate 10 (see FIG. 2), and a current switch array 16 for scanning the phototransistor array connected to each phototransistor array chip. There are n LEDs corresponding to 11. 12 is a light emitting source LED.
, 13 is a lens.The light from the light emitting source LED 12 is transmitted through lens 1.
The phototransistor array is arranged such that light enters all of the chips 2 of each phototransistor array through the phototransistor array. The length of the sensor yoke 7 is set to be slightly longer than the length of one chip of the phototransistor array in the scanning direction. Waveform shaping circuit 20. Binary counter 22° latch circuit 23. n work flags 25 are arranged, each corresponding to the chip 11. The CPU 24 connects to the latch circuit 23 via the data bus.
is connected to the work flag 25 and the timing control circuit 26. As for the operation, the chip 11 of the phototransistor array in which n pieces of the operation explained in FIGS. 3 to 5 are provided.
operate in parallel. That is, in the image sensor 9 equipped with n chips 11, each chip 11 starts scanning in synchronization with the clock CK of the clock generator 17, and completes one scan in synchronization. Therefore, in one scan, the chip 11 that is shielded from light by the sensor yoke 7 has a count value of less than 512, and the chip 11 that is not shielded has a count value of 512 and a work flag is set. Next, when one scan is completed, the CPU 24 sequentially looks at the work flags 25 corresponding to each chip 11 in the direction from the first chip 11 to the 0th chip 11, and selects the chips for which no work flag is set. Reads the number of chips with work flags that exist up to this point. Next, the data of the latch circuit 23 that latches the count value m of the first chip 11 with no work flag set, that is, the chip 11 that is shielded from light is loaded, and after the loading is completed, all work flags 25 are reset and timing control is performed. The latch circuit 23 is also reset via the circuit 26 to start the next scan. The CPU 24 calculates the captured data while the next scan is being performed and determines the light shielding position of the sensor yoke 7. The calculation of the light shielding position is (MX63.5μm) + (mX
63.5 μm). By repeating the above scanning and calculation at high speed, the absolute position of the sensor yoke 7 can be continuously determined.
なお、以上の説明では比較的高速処理が必要な部分をハ
ード回路で処理しその他をソフト処理したがＣＰＵ２４
の処理速度が速ければソフト処理の範囲を拡大でき回路
の簡素化が可能である。さらにまた上記説明では遮光用
センサヨークが１個の場合で説明したが複数個の場合に
も同様な考え方で対応できるため、センサ１台で複数可
動子の位置検出が可能である。In addition, in the above explanation, parts that require relatively high-speed processing were processed by the hardware circuit, and other parts were processed by the software, but the CPU 24
If the processing speed is high, the range of software processing can be expanded and the circuit can be simplified. Furthermore, in the above description, the case where there is one light-shielding sensor yoke has been explained, but the same concept can be applied to the case where there is a plurality of light-shielding sensor yokes, so it is possible to detect the positions of a plurality of movable elements with one sensor.
第７図は第１図のリニアサーボモータと上記リニアセン
サを用いた制御系のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a control system using the linear servo motor of FIG. 1 and the linear sensor described above.
リニアセンサは各走査ごとの可動子位置情報４８が出力
される。位置情報４８と、位置指令４９の値は位置偏差
演算器５０で差分演算され位置偏差山号５１が出力され
る。位置偏差出力５１はＤ／Ａ変換器５２で速度指令信
号５３に変換されて、速度偏差演算器５４に入力される
。またリニアセンサ位置情報４８は速度検出回路５５と
通電セクション演算器５６にも入力される。速度検出回
路５５は位置情報４８を微分してセンーリ・ヨーク、す
なわち可動子の速度に比例した信号を作成する部分であ
る。速度信号５７は前記速度偏差演算器５４に入力され
速度誤差信号５８を出力する。速度誤差信号５８は増幅
器５９で増幅され分配器６０へ５
６
入力される。通電セクション演算器５６は、リニアセン
サ４７からの可動子位置情報４８に基づいて第１図のど
の駆動コイル２に通電ずべきかを演算する回路で、第８
図のように可動子位置に応じて、６１−（ハ〜６ｌ−Ｕ
２の１２０°位相差を有する３相通電セクション信号が
各駆動コイルに対応してそれぞれ必要駆動コイル数出力
される。分配器６０は通電セクション演算器５６から出
力される各駆動コイル２に対応した通電セクション信号
に増幅器５９の出力を分配する回路である。パワーユニ
ット６２−Ｕ〜６２−Ｗ２は分配器６０から出力される
各駆動コイル信号を増幅して各駆動コイル２に電流を流
すためのパワーアップである。The linear sensor outputs movable element position information 48 for each scan. The position information 48 and the value of the position command 49 are subjected to a differential calculation by a position deviation calculator 50, and a position deviation peak number 51 is output. The position deviation output 51 is converted into a speed command signal 53 by a D/A converter 52 and input to a speed deviation calculator 54. The linear sensor position information 48 is also input to the speed detection circuit 55 and the energized section calculator 56. The speed detection circuit 55 is a part that differentiates the position information 48 and creates a signal proportional to the speed of the sensor yoke, that is, the movable element. The speed signal 57 is input to the speed deviation calculator 54 and outputs a speed error signal 58. The speed error signal 58 is amplified by an amplifier 59 and inputted to a distributor 60. The energization section calculator 56 is a circuit that calculates which drive coil 2 in FIG. 1 should be energized based on the movable element position information 48 from the linear sensor 47.
As shown in the figure, depending on the position of the mover, 61-(ha ~ 6l-U)
Three-phase energized section signals having a 120° phase difference of 2 are output corresponding to the required number of drive coils, respectively. The distributor 60 is a circuit that distributes the output of the amplifier 59 to the energized section signal corresponding to each drive coil 2 output from the energized section calculator 56. The power units 62-U to 62-W2 are power-up units for amplifying each drive coil signal output from the distributor 60 and causing current to flow through each drive coil 2.
次に第７図のリニアサーボモータと本実施例のリニアセ
ンサの動作について説明する。第７図において位置指令
４９より目標位置が設定されるとリニアセンサ４７の現
在位置情報との差分演算により増幅器５９より速度誤差
に比例した信号が出力される。一方可動子３の現在位置
に応じた駆動すべきコイル２が通電セクション演算器５
６より選択されて分配器６０で増幅器５９の信号に比例
した信号が該当するパワーユニットへ６２−Ｕ〜６２−
Ｗ２へ伝送され、駆動コイル２をドライブする。次に駆
動コイル２による磁束と第１図可動子永久磁石磁束によ
り可動子３は一方向の推力を得て移動を開始する。可動
子３の移動に応じて通電セクション演算器５６は順次駆
動すべき駆動コイル２の選択を行い一方向の連続した推
力を可動子３は得ることができる。次に目標位置に到達
すると増幅器５９の出力は零になり位置決めを完了する
。Next, the operation of the linear servo motor shown in FIG. 7 and the linear sensor of this embodiment will be explained. In FIG. 7, when the target position is set by the position command 49, a signal proportional to the speed error is outputted from the amplifier 59 by calculating the difference with the current position information of the linear sensor 47. On the other hand, the coil 2 to be driven according to the current position of the movable element 3 is connected to the energized section calculator 5.
6, the signal proportional to the signal from the amplifier 59 is sent by the distributor 60 to the corresponding power unit 62-U to 62-
The signal is transmitted to W2 and drives the drive coil 2. Next, the movable element 3 obtains a thrust in one direction due to the magnetic flux from the drive coil 2 and the magnetic flux of the permanent magnet of the movable element shown in FIG. 1, and starts moving. In response to the movement of the movable element 3, the energizing section calculator 56 sequentially selects the driving coils 2 to be driven, so that the movable element 3 can obtain continuous thrust in one direction. Next, when the target position is reached, the output of the amplifier 59 becomes zero, completing the positioning.
以上のように本実施例のリニアセンサは可動部にケーブ
ル等を有することなく非接触で可動子３の絶対位置情報
を連続して得ることができ、また位置決めのための位置
情報と、可動子３の位置に応じたコイル２の選択、すな
わちブラシレスモーフとしての相切替信号の２つの信号
を生成することで可動部は永久磁石４とセンサヨーク７
のみとなり、信頼性の高いリニアサーボモータを構成す
ることか可能となる。As described above, the linear sensor of this embodiment can continuously obtain the absolute position information of the mover 3 in a non-contact manner without having a cable or the like in the movable part. By selecting the coil 2 according to the position of 3, that is, by generating two signals of the phase switching signal as a brushless morph, the movable part is the permanent magnet 4 and the sensor yoke 7.
This makes it possible to construct a highly reliable linear servo motor.
なお」１記実施例において、ホトＩ・ランジスタアレイ
のピッチが６３．５μｍで説明したが、よりピッチの極
小化を行えば位置分解能を向上さぜることが可能である
ことはいうまでもない。Note that in Example 1, the pitch of the photo-I transistor array was explained as 63.5 μm, but it goes without saying that it is possible to improve the positional resolution by further minimizing the pitch. .
発明の効果
以上のように本発明は、センザヨークによってイメージ
センサのホトトランジスタアレイへの入光を一部さえぎ
ることでリニアサーボモータ可動子の任意の絶対位置を
検出し、その位置情報によって位置制御とさらに可動子
位置に応じた駆動コイルの選択、すなわちブラシレスリ
ニアザーボの相切替を行うことで、可動子は永久磁石の
みのリニアサーボモータを構成することが可能となった
。Effects of the Invention As described above, the present invention detects any absolute position of a linear servo motor mover by partially blocking light from entering the phototransistor array of an image sensor using a sensor yoke, and performs position control based on the position information. Furthermore, by selecting a drive coil according to the position of the movable element, that is, by switching the phase of the brushless linear servo, it has become possible to configure a linear servo motor with only permanent magnets as the movable element.
その結果、可動子への給電ケーブル、センサケーブル等
が不要となり、可動子の高速化、高頻度の往復運転、長
ストロークの移動等におけるケーブルの布線、信頼性上
の問題を無くすことができその結果は大なるものがある
。As a result, there is no need for power supply cables, sensor cables, etc. to the mover, which eliminates problems with cable wiring and reliability when moving the mover at higher speeds, frequent reciprocating operations, long stroke movements, etc. The results are great.
第１図は本発明の一実施例におけるリニア・リーーボモ
ータ用すニアセンザを備えたリニアサーボモータの斜視
図、第２図は同すニアセンザの縦断面図、第３〜第６図
は同すニアセンザの動作原理説明図、第７〜第８図は同
すニアセンザを用いたリニアサーボモータ制御系の説明
図、第９図は従来例のリニアサーボモータ構成図、第１
０図はその制御系説明図である。
３・・・・・・可動子、７・・・・・・センザヨーク、
９・・・・・・イメージセンサ、１１・・・・・・ホト
トランジスタアレイチップ、１２・・・・・・発光源Ｌ
Ｅ Ｄ、】３・・・・・・レンズ、１６・・・・・・
電流スイッチアレイ。FIG. 1 is a perspective view of a linear servo motor equipped with a near sensor for a linear revo motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the same near sensor, and FIGS. 7 and 8 are explanatory diagrams of the linear servo motor control system using the same near sensor. FIG. 9 is a diagram of the conventional linear servo motor configuration.
Figure 0 is an explanatory diagram of the control system. 3...Mover, 7...Sensor yoke,
9... Image sensor, 11... Phototransistor array chip, 12... Light emitting source L
E D, ]3...Lens, 16...
Current switch array.
Claims (1)
状に複数個並べたホトトランジスタアレイと、前記各ホ
トトランジスタを走査する電流スイッチアレイを備えた
イメージセンサと、前記イメージセンサにレンズを介し
て対向するよう長手方向に配置された発光源とを有し、
リニアサーボモータ可動子のセンサヨークが前記発光源
と前記レンズのすき間を長手方向に、かつ非接触に移動
する際、前記センサヨークによって前記イメージセンサ
のホトトランジスタアレイへの入光を一部さえぎること
で前記リニアサーボモータ可動子の位置を検出するよう
に構成したことを特徴とするリニアサーボモータ用リニ
アセンサ。an image sensor including a phototransistor array in which a plurality of phototransistors as photodetecting elements are arranged linearly in the longitudinal direction, a current switch array for scanning each of the phototransistors, and an image sensor facing the image sensor through a lens. and a light emitting source arranged in the longitudinal direction,
When the sensor yoke of the linear servo motor movable element moves longitudinally through the gap between the light emitting source and the lens in a non-contact manner, the sensor yoke partially blocks light from entering the phototransistor array of the image sensor. A linear sensor for a linear servo motor, characterized in that the linear sensor is configured to detect the position of the linear servo motor movable element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1259224A JPH03124292A (en) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | Linear sensor for linear servo motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1259224A JPH03124292A (en) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | Linear sensor for linear servo motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03124292A true JPH03124292A (en) | 1991-05-27 |
Family
ID=17331128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1259224A Pending JPH03124292A (en) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | Linear sensor for linear servo motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03124292A (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007094364A (en) * | 2005-09-02 | 2007-04-12 | Nidec Sankyo Corp | Lens drive device |
| EP1998555A2 (en) | 2007-05-31 | 2008-12-03 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Camera module |
| KR100947856B1 (en) * | 2007-04-27 | 2010-03-18 | 샤프 가부시키가이샤 | Optical unit, solid-state image sensing device and electronic apparatus comprising same |
| US7990635B2 (en) | 2008-03-05 | 2011-08-02 | Sony Corporation | Camera module |
| US8009371B2 (en) | 2005-09-02 | 2011-08-30 | Nidec Sankyo Corporation | Lens driving apparatus |
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| US8258460B2 (en) | 2008-11-19 | 2012-09-04 | Everlight Electronics Co., Ltd. | Transmissive optical encoder |
| US8488262B2 (en) | 2010-11-26 | 2013-07-16 | Nidec Copal Corporation | Lens driving device |
| TWI756057B (en) * | 2020-03-10 | 2022-02-21 | 日商三菱電機股份有限公司 | Movable element and linear servo motor |
-
1989
- 1989-10-03 JP JP1259224A patent/JPH03124292A/en active Pending
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