JPH0575042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） この発明はシリンダロツドの位置決めシステム
等に用いられるロツドの絶対位置検出装置に関
し、このシリンダロツドに近接して設けられた磁
気検出ヘツドにより絶対位置を検出する絶対位置
検出装置に関する。

（発明の技術的背景とその問題点） 工作機械などに用いられる位置決めシステムと
して重要な要素である位置検出部には、いろいろ
な手段が考えられている。この中で従来より広く
用いられている手段として磁性体からなるシリン
ダロツドに等間隔のピツチで溝を加工し、この溝
をメツキまたは非磁性のチユーブで保護したもの
を磁気パルス発生器として使用し、このロツドに
近接して設けた磁気ヘツドなどによりこのロツド
の移動に伴い発生する磁気のパルス信号（オン・
オフ信号）でこのロツドの位置を検出するものが
ある。この装置の欠点としては、インクリメンタ
ルな位置しか検出できず、絶対位置が検出できな
い。又、１つの磁気ヘツドでは上記溝の１ピツチ
で１パルスしか検出できず、溝の間隔でこの検出
装置の分解能が決つてしまう。ところが、溝の幅
には加工上制限があり、又、あまり溝を深くする
ことができないため磁気ヘツドとロツド表面との
ギヤツプ管理等が容易でなく、オペレータが上記
パルスの発生状態をオシロスコープで確認しなが
らそのデユーテイが等間隔となるように位置関係
を調整しなければならず、又、耐環境性に弱いな
どの欠点がある。

そこで、最近これに変わる手段としてシリンダ
ロツドの円周上に磁性体部と非磁性体部とを設
け、このロツドに近接された磁気検出ヘツドによ
りこのロツドの移動量を磁気抵抗の変化として読
むといつた原理を用いたものがある。

第６図はこのような磁気抵抗の変化によりシリ
ンダロツドの移動量を検出する原理構造を示すも
ので、移動可能なシリンダロツド１の中に、同心
状の磁性体部３が非磁性体部４と交互に等しいピ
ツチＰで組込まれ、このロツド１を包み込むよう
に配設された円筒形の固定された検出ヘツド部２
には、１次励磁コイル７Ａ及び７Ｂと２次誘起コ
イル８Ａ及び８Ｂとが磁気シールドコア２Ａ及び
２Ｂ中に同心状に配置されている。このとき、１
次コイル７Ａ及び７ＢをそれぞれIsinωt及び
Icosωtで交流励磁すると、ロツド１の中の磁性
体３及び非磁性体４の組合せにより、ロツド１の
移動量Ｘに従つて磁気抵抗が１ピツチ毎に変化を
繰り返す。この磁気抵抗の変化は、２次コイル８
Ａ及び８Ｂへの誘起電圧変化となつて現われ、２
次コイル誘起電圧Ｅは次の(1)式で表わされる。

Ｅ＝Ksin（ωt−2πＸ／Ｐ） ……(1) 但し Ｋ：変換定数 Ｘ：ロツド移動距離 Ｐ：ピツチ この位相（2πＸ／Ｐ）に着目すると、１次励磁の Isinωtに比べロツド１の移動量Ｘだけ移相されて
いることが分る。従つて、この位相差を検出する
ことにより、これを電圧信号E0として取出せば
ロツド１の移動距離Ｘを知ることができる。

しかしながら、上述のような検出装置で絶対位
置を測定できるのは１ピツチ（Ｐ）の範囲内だけ
であり、ロツド１の全移動範囲にわたつて絶対位
置検出することはできず、インクリメンタルな位
置としてしか検出できない欠点がある。また、こ
のようにインクリメンタルな位置として検出する
場合でも、磁性体部３と非磁性体部４を同芯状で
等間隔に配置するように製作する必要があり、装
置として高価になつてしまう。そして絶対値を検
出するためには、磁性体と非磁性体のピツチ間隔
が異なる複数個のロツドとその磁気検出ヘツド
を、このロツドが一対として連動して動くように
してそれぞれ複数組必要であり、装置全体の寸法
が大型となり、且つ装置としては高価になつてし
まうという問題点がある。

（発明の目的） この発明は上述のような事情からなされたもの
であり、この発明の目的はシリンダロツドにピツ
チ間隔が漸増するつる巻線条をつけるだけで広範
囲にわたつて絶対位置を検出できる、小型で安価
な絶対位置検出装置を提供することにある。

（発明の概要） この発明は絶対位置検出装置に関するものでリ
ード角が所定量づつ漸増するようにつる巻線条を
加工し、このつる巻線条間に非磁性体を配置した
磁性体からなるロツドと、励磁コイル及び誘起コ
イルを備え前記ロツドの軸方向に配設された複数
個の磁気検出ヘツドと、これら磁気検出ヘツドか
らの出力電圧を位相検出する位相検出部と、この
位相検出部の出力電圧に基づいて所定の演算を行
なう演算処理部とを具え、上記ロツドと上記磁気
検出ヘツドとの間の絶対位置関係を検出できるよ
うにしたものである。

（発明の実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示すもので、ロ
ツド１１にはつる巻線条１７（以下リード条と略
す）が、リード角が一定増分づつ増えるように加
工されており、この各リード条１７の間の溝部１
８は非磁性体のメツキ又は非磁性体のチユーブで
保護されるように加工されている。ここで、リー
ド角が漸増しているということはピツチＰが同じ
割合で漸増していることを意味している。そし
て、ロツド１１の同一円周上には所定の間隔をも
つてここでは２つの検出ヘツド部１３と１４が配
置されている。この検出ヘツド部１４のＡ−Ａ断
面をコイル部分を強調して拡大して第２図に示
す。

同図において、１次コイルＷ１とＷ３が接続さ
れた状態でIsinωtにより励磁され、同じく１次コ
イルＷ２とＷ４が接続された状態でIcosωtによ
り交流励磁される。そして、２次コイルＷ１１，
Ｗ１２，Ｗ１３及びＷ１４はそれぞれ電気的に接
続された状態で形成されており、上記交流励磁に
より出力電圧E0が誘起される。

第３図は、上述したようなロツド１１と２つの
検出ヘツド部１３及び１４によつて絶対位置が得
られるまでの経過を説明するためのブロツク構成
図である。先ず、交流励磁電源２１から出力され
る正弦波出力Isinωtと余弦波出力Icosωtが２つの
検出ヘツド部１３と１４のそれぞれの１次コイル
７１Ａ，７１Ｂと７２Ａ，７２Ｂに供給される
と、検出ヘツド部１３の２次コイル８１Ａ及び８
１Ｂからは誘起電圧E01が、また検出ヘツド部１
４の２次コイル８２Ａ及び８２Ｂからは誘起電圧
E02がそれぞれ出力される。この誘起電圧E01及
びE02はそれぞれ位相検出部２２及び２３に入力
され、正弦波出力Isinωtを基準電圧として位相検
出される。そして、この位相検出部２２及び２３
の位相検出信号H1及びH2はＡ／Ｄコンバータ２
４及び２５によりそれぞれデイジタル量に変換さ
れ、デイジタル信号DS1及びDS2を出力する。こ
のようにして得られたデイジタル信号DS1及び
DS2は、それぞれコンピユータ等で成る演算処理
部２６に入力されて所定の演算処理が行なわれ
る。

このような構成において、第４図Ａ〜Ｃに示す
動作解析図を用いて以下にこの発明による絶対位
置検出方法の動作を説明する。

第４図Ａにおいて、ロツド１１にはリード条の
磁性体１７とこのリード条の間の溝部を保護する
非磁性体部１８が交互に配置され、このロツドの
長手軸方向のある断面において、これら磁性体１
７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ…と非磁性体１８Ａ，１８
Ｂ，１８Ｃ…とを一対とするピツチ間隔がｌ，ｌ
＋Δl，ｌ＋2Δl，…，ｌ＋ｎ・Δlの如く微少増分
Δlだけ順次変化するようにこのロツド周に沿つ
てリード角が連続的に増加している。ここにおい
て、ロツド１１はたとえば鉄系の磁性体材料でで
きており、このロツド１１のリード条１７は磁性
体であり、各リード条の間の溝部を保護するメツ
キ又はチユーブ１８は非磁性体であるので、前述
第６図において説明したように、所定の間隔で配
設された検出ヘツド部によりこのロツド１１の移
動量を検出することができる。つまり第４図Ｂに
示すように検出ヘツド部１３の２次誘起電圧から
得られるデイジタル信号DS1はスタート位置では
零で、１ピツチ分だけロツド１１がＸ方向に移動
したとき最大値（999）をとるように、移動距離
Ｘにほぼ比例した出力が得られる。同様に、同図
Ｃに示すように１ピツチ分ずれて配設された検出
ヘツド部１４の２次誘起電圧から得られるデイジ
タル信号DS2は、デイジタル信号DS1とは１ピツ
チ分ずれて出力される。なお、ここで求められる
デイジタル信号DS1及びDS2は各々単独では前述
の如くあくまでも１ピツチ分の範囲内の移動距離
Ｘの絶対値を示すだけであるから、以下これらデ
イジタル信号DS1及びDS2の２つの信号による全
移動範囲にわたる移動距離の絶対値を求める手順
について説明する。

移動距離PS1は、このとき検出されるデイジタ
ル信号DS1の値がS1であつたとすると、 PS1＝ｌ＋（ｌ＋Δl）＋（ｌ＋2Δl） ＋ｌ＋3Δl／1000・S1＝３×（ｌ＋Δl） ＋ｌ＋3Δl／1000・S1 ……(2) となるから、一般式としてピツチ数をｎとすれば
移動距離P_o1は次のようになる。

P_o1＝ｎ（ｌ＋ｎ−１／２・Δl）＋ｌ＋ｎ・
Δl／1000・Ｓ……(3) 同様にして、デイジタル信号DS2の値がS2であ
つたとすると、このときの一般式として移動距離
P_o1は次のようになる。

P_o1＝ｎ（ｌ＋Δl＋ｎ−１／２・Δl） ＋ｌ＋Δl＋ｎ・Δl／1000・S2 ＝ｎ（ｌ＋ｎ＋１／２・Δl）＋ ｌ＋（ｎ＋１）Δl／1000・S2 ……(4) ここで、(3)式及び(4)式におけるP_o1は、本来等
しいものであるから、 S1＝ｌ＋（ｎ＋１）・Δl／ｌ＋ｎ・Δl・S2＋ｎ・Δ
l／ｌ＋ｎ・Δl・ 1000 ……(5) となる。ところで、(5)式は第４図の移動距離が
PS1である時の一般式から求めたものであるが、
実際にはPS2のような位置関係の状態もあり得
る。このときのデイジタル信号DS1及びDS2の値
がそれぞれS3及びS4であるとすると、(3)式が(6)
式に、(4)式が(7)式に、(5)式が(8)式にそれぞれ対応
して、次式が得られる。

P_o2＝ｎ（ｌ＋ｎ−１／２・Δl）＋ｌ＋ｎ・Δl／100
0・S3 ……(6) P_o2＝（ｎ−１）（ｌ＋ｎ／２・Δl） ＋ｌ＋ｎ・Δl／1000・S4 ……(7) S3＝S4−ｌ／ｌ＋ｎ・Δl・1000 ……(8) そして、(5)式または(8)式によりピツチ数ｎを求
めるのであるが、この算出方法としては例えば逐
次代入法が用いられる。すなわち、検出ヘツド部
１３及び１４から得られる位相検出電圧の値（こ
の段階ではS1及びS2であるかS3及びS4であるか
判らない）並びに既知量であるｌ及びΔlと、暫
定的なピツチ数ｎ、例えば最小のピツチ数０を(5)
式か(8)式のいずれか一方（例えば(5)式）に代入
し、(5)式の等式が成立するか否かをみる。そし
て、(5)式の等式が成立しなければ次の暫定的なピ
ツチ数ｎ、例えば２番目に小さいピツチ数１を同
様に(5)式に代入して等式成立の可否をみる。この
ように(5)式の等式が成立するまでピツチ数ｎを順
次増加して(5)式に代入する処理を続け、等式が成
立したときのピツチ数ｎを求め、このピツチ数ｎ
を(3)式又は(4)式に代入することによりロツド１１
の移動量Ｘの絶対値を検出することができる。一
方、ロツド１１により予め定まるピツチの数、す
なわち最大のピツチ数ｎまでのいずれのピツチ数
ｎを(5)式に代入しても等式が成立しなければ、上
述したのと同様の処理を他方の式（この例では(8)
式）の等式が成立するまで続け、等式が成立した
ときのピツチ数ｎを求め、このピツチ数ｎを(6)式
又は(7)式に代入することによりロツド１１の移動
量Ｘの絶対値を検出することができる。ここで、
上記逐次代入法で求まるピツチ数ｎ（ｎは０以上
の整数）が(5)式または(8)式のいずれか一方でしか
定まらない理由を説明する。(5)式の右辺第１項の
係数は１より大であり、右辺第２項は正であるこ
とから、S1＞S2（但し、S1，S2≧０）となる。ま
た、(8)式の右辺第２項は正であることからS3＜
S4（但し、S3，S4≧０）となる。すなわち、(5)式
と(8)式は、検出ヘツド部１３及び１４から得られ
る位相検出電圧の値S1及びS2、S3及びS4の大小
によつて適用が一義的に決定されるので、逐次代
入法で求まるピチ数ｎは(5)式または(8)式のいずれ
か一方でしか定まらない。なお、これらの演算は
演算処理部２６において行なわれる。

なお、この発明の理解を容易にするため、第１
図の例ではロツド１１と検出ヘツド部１３及び１
４のスタート位置として、ロツド１１のリード条
と合致させるように配置したが、どのような位置
からスタートしても以上の解析結果は適用できる
ものである。また、デイジタル信号DS1及びDS2
をここでは最大値を999として解析したが、これ
は１サイクル（１ピツチ）の分割数（1000分割）
であり、任意に選択することができ、また磁気検
出ヘツドを３個以上使用するなど複数配置するこ
とにより更に精度を向上させることも可能であ
る。この場合、この複数配置する磁気検出ヘツド
を円周上に配置すれば精度を向上させると同時に
芯出し調整を不要とし、温度、衝撃などにより変
形をなくし、耐環境性を向上させることも可能と
なる。また、ここではロツド１１にリード条を加
工した場合について説明したが、非磁性体のロツ
ドの表面に磁性材質のテープなどを巻くことによ
り同様な磁気抵抗の変化を得ることもできる。そ
して、また溝部を保護するためにプラスチツクま
たはモードル材等の非磁性材で埋め表面が平坦な
ロツドにすることも可能である。

第５図は、この発明をシリンダ装置に応用した
一例を示すもので、シリンダブロツク１２とシリ
ンダロツド１１から成るシリンダ装置はＡポート
PAとＢポートPAに流入する流体により駆動され
るようになつている。そして、シリンダロツド１
１のロツド表面上に配設されたリード条及び溝部
１５に対し、シリンダブロツク１２側に配設され
た２つの検出ヘツド部１３及び１４によりシリン
ダロツド１１の移動距離が絶対位置として検出で
きるのである。なお、ケーブル１６は検出ヘツド
部１３及び１４に入出力するためのものである。

このようなシリンダロツドの応用例としてはエ
アシリンダ、油圧シリンダの他、ダイカストマシ
ンの射出シリンダ、射出成形機の型締シリンダと
か、シリンダ駆動の搬送ラインまたは工作機械の
テーブル移動などがあり、その用途は広範囲にわ
たるものである。

（発明の効果） 以上のようにこの発明によれば、ロツドにリー
ド条と溝部をつけるだけで、全測長範囲内におい
て絶対位置が検出できるので、小型化、分解能の
向上及びコストの低減を図ることができ、極めて
簡易で性能のよい絶対位置検出装置を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例を示す
図、第３図はこの実施例を説明するためのブロツ
ク構成図、第４図Ａ〜Ｃはこの発明の動作解析
図、第５図はこの発明の応用例を示す図、第６図
は従来例を示す図である。 １，１１……ロツド、２，１３，１４……検出
ヘツド部、３……磁性体部、４……非磁性体部、
１７……つる巻線条部、１８……溝部、２１……
交流励磁電源、２２，２３……位相検出部、２
４，２５……Ａ／Ｄコンバータ、２６……演算処
理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リード角が所定量ずつ漸増するようにつる巻
   線条を加工し、前記各つる巻線条間に非磁性体を
   設置した磁性体からなり、前記磁性体と非磁性体
   との当初のピツチ（ｌ）が所定量（Δl）ずつ漸
   増するロツドと、励磁コイル及び誘起コイルを備
   え、前記ロツドの軸方向に前記ピツチ（ｌ）だけ
   離して配設された２個の磁気検出ヘツドと、これ
   ら磁気検出ヘツドからの出力電圧を位相検出する
   位相検出部と、前記ロツドと前記磁気検出ヘツド
   との間の絶対位置（P_o1）を次の３つの式（ａ，
   ｂ，ｃ）で表わし、 P_o1＝ｎ（ｌ＋ｎ−１／２・Δl）＋ｌ＋ｎ・
   Δl／1000・S1……(a) P_o1＝ｎ（ｌ＋ｎ＋１／２・Δl）＋ｌ＋（ｎ
   ＋１）・Δl／1000・S2……(b) P_o1＝（ｎ−１）（ｌ＋ｎ／２・Δl）＋ｌ＋
   ｎ・Δl／1000・S2……(c) ただし、ｎは前記磁気検出ヘツドを通過したピ
   ツチ数 S1，S2は前記位相検出部からの位相検出信号
   の値 前記位相検出信号の値（S1，S2）がS1＞S2の
   ときは位相検出信号の値（S1，S2）を前記(a)，
   (b)式に代入し、S1＜S2のときは位相検出信号の
   値（S1，S2）を前記(a)，(c)式に代入して前記２
   つの式を同時に満足するピツチ数（ｎ）を求め、
   このピツチ数（ｎ）を前記(a)式に代入して前記絶
   対位置（P_o1）を求める演算処理部とを備えたこ
   とを特徴とする絶対位置検出信号。 ２ 前記ロツドにリード角が所定量ずつ漸増する
   ように磁性体からなるつる巻線状の帯体を巻着
   し、前記各つる巻線条間に非磁性体を配設した特
   許請求の範囲第１項に記載の絶対位置検出装置。 ３ 前記磁気検出ヘツドを前記ロツドの円周方向
   に複数個配設した特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の絶対位置検出装置。