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JP3047099B2 - Position detection device - Google Patents

Position detection device

Info

Publication number
JP3047099B2
JP3047099B2 JP9007820A JP782097A JP3047099B2 JP 3047099 B2 JP3047099 B2 JP 3047099B2 JP 9007820 A JP9007820 A JP 9007820A JP 782097 A JP782097 A JP 782097A JP 3047099 B2 JP3047099 B2 JP 3047099B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
detection
platen
coil
yoke
detection coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP9007820A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10206104A (en
Inventor
栄作 新井
Original Assignee
株式会社マコメ研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社マコメ研究所 filed Critical 株式会社マコメ研究所
Priority to JP9007820A priority Critical patent/JP3047099B2/en
Publication of JPH10206104A publication Critical patent/JPH10206104A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3047099B2 publication Critical patent/JP3047099B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、移動体を
平面上で移動させる2次元リニアパルスモータ(以下、
「2次元LPM」という。)の位置を検出する位置検出
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-dimensional linear pulse motor (hereinafter, referred to as a "pulse motor") for moving a moving body on a plane.
It is called “two-dimensional LPM”. The present invention relates to a position detecting device for detecting the position of (1).

【0002】[0002]

【従来の技術】LPM(リニアパルスモータ)は、入力
パルス信号によってコイルの励磁条件が変わる度に正確
に一定ピッチ(ステップ量)ずつ直線方向に歩進運動す
るリニアモータである。回転型パルスモータが入力信号
に応じて一定回転角ずつ回転するのと動作原理は同一で
あるため、両者の特性には相似性があり、回転型パルス
モータと同様にして移動体を移動させる際に使用するこ
とができる。LPMは、直線的に移動体の直線運動が得
られるため、ベルト、チェーン等の運動変換機構のない
ダイレクトドライブ方式で、しかもオープン制御が可能
となるので、保守、機構上の利点がある。
2. Description of the Related Art An LPM (linear pulse motor) is a linear motor that linearly moves in a linear direction by a constant pitch (step amount) each time the excitation condition of a coil is changed by an input pulse signal. The principle of operation is the same as that of a rotary type pulse motor that rotates at a constant rotation angle in response to an input signal. Therefore, there is a similarity between the two characteristics, and when moving a moving body in the same manner as a rotary type pulse motor. Can be used for In the LPM, since the linear movement of the moving body can be obtained linearly, the LPM has a direct drive system without a movement conversion mechanism such as a belt and a chain, and can perform open control.

【0003】このようなLPMを用いてX軸およびY軸
の直交座標系で2次元LPMを構成し、2次元平面上で
例えば半導体加工装置の精密位置決め機構に用いるよう
にしていた。2次元LPMは、X軸およびY軸による2
次元平面上の任意の方向に移動体を移動可能にするもの
である。この2次元LPMは、固定側のヨーク(以下、
「プラテン」という。)と、移動側の移動子とを有して
構成される。図20に平面および断面をそれぞれ示すよ
うに、一方の固定側のヨークは格子状に溝を切るように
した純鉄の板により構成されている。このような固定側
のヨークの溝および溝と溝の間隔、溝の深さは例えば
0.5mmで構成される。
[0003] A two-dimensional LPM is constructed using such an LPM in an orthogonal coordinate system of the X-axis and the Y-axis, and is used on a two-dimensional plane, for example, for a precision positioning mechanism of a semiconductor processing apparatus. The two-dimensional LPM is represented by 2
The moving body can be moved in an arbitrary direction on a three-dimensional plane. This two-dimensional LPM has a fixed yoke (hereinafter, referred to as a yoke).
"Platen". ) And a moving element on the moving side. As shown in a plan view and a cross section in FIG. 20, one yoke on the fixed side is formed of a pure iron plate in which grooves are cut in a lattice shape. The groove of the fixed yoke, the interval between the grooves, and the depth of the groove are, for example, 0.5 mm.

【0004】他方の移動側の移動子は、永久磁石とコイ
ルを巻いたヨークとを有して構成されている。そして、
移動子がプラテンに密着しないように移動子とプラテン
との間に圧縮空気が送り込まれることにより、移動子は
プラテンから約20μmの空隙を有して浮上して構成さ
れている。また、移動子は、図21に示すように、永久
磁石PMと、2個のコアEMAおよびコアEMBとを有
し、各コアに2個ずつ合計4個の磁極を有し、各コアに
対してもそれぞれの2個の磁極に対しても巻き方向が逆
でそれぞれの2個の磁極に対して直列に接続されたコイ
ルaおよびbを有して構成される。
[0004] The moving element on the other moving side has a permanent magnet and a yoke wound with a coil. And
The compressed air is sent between the movable element and the platen so that the movable element does not adhere to the platen, so that the movable element floats from the platen with a gap of about 20 μm. Further, as shown in FIG. 21, the mover has a permanent magnet PM, two cores EMA and a core EMB, and each core has four magnetic poles, two in each core. However, the winding direction is also reversed for each of the two magnetic poles, and coils a and b are connected in series to each of the two magnetic poles.

【0005】このように構成された2次元LPMは、以
下のように動作する。なお、X軸およびY軸の動作は同
様であるので、ここではX軸またはY軸の一方のLPM
の動作についてのみ説明する。図21Aの状態において
は、コイルaに矢印の一方の方向に励磁電流が印加され
たとき、磁極1には永久磁石PMによる磁束とコイルa
による磁束とを加算した磁束が発生する。磁極2には永
久磁石PMによる磁束からコイルaによる磁束が減算さ
れて磁束は零になる。磁極3および磁極4による磁束は
バランスする。これにより図21Aの状態では磁極1の
位置が安定位置となる。この状態をモード1とする。
[0005] The two-dimensional LPM thus configured operates as follows. Since the operations on the X axis and the Y axis are the same, here, the LPM of one of the X axis and the Y axis is used.
Only the operation will be described. In the state of FIG. 21A, when an exciting current is applied to the coil a in one direction indicated by an arrow, the magnetic flux generated by the permanent magnet PM and the coil a
And a magnetic flux generated by adding the magnetic flux due to the magnetic field. In the magnetic pole 2, the magnetic flux from the coil a is subtracted from the magnetic flux from the permanent magnet PM, and the magnetic flux becomes zero. The magnetic flux from the magnetic poles 3 and 4 is balanced. Thereby, in the state of FIG. 21A, the position of the magnetic pole 1 becomes a stable position. This state is referred to as mode 1.

【0006】次に、図21Bの状態においては、コイル
bに矢印の一方の方向に励磁電流が印加されたとき、磁
極1および磁極2による磁束はバランスする。磁極3に
は永久磁石PMによる磁束からコイルbによる磁束が減
算されて磁束は零になる。磁極4には永久磁石PMによ
る磁束とコイルbによる磁束とを加算した磁束が発生す
る。これにより図21Bの状態では磁極4の位置が安定
位置となる。この状態をモード2とする。
Next, in the state of FIG. 21B, when an exciting current is applied to the coil b in one direction of the arrow, the magnetic fluxes of the magnetic poles 1 and 2 are balanced. In the magnetic pole 3, the magnetic flux from the coil b is subtracted from the magnetic flux from the permanent magnet PM, and the magnetic flux becomes zero. The magnetic pole 4 generates a magnetic flux obtained by adding the magnetic flux of the permanent magnet PM and the magnetic flux of the coil b. Thereby, in the state of FIG. 21B, the position of the magnetic pole 4 becomes a stable position. This state is referred to as mode 2.

【0007】また、図21Cの状態においては、コイル
aに矢印の他方の方向に励磁電流が印加されたとき、磁
極1には永久磁石PMによる磁束からコイルaによる磁
束が減算されて磁束は零になる。磁極2には永久磁石P
Mによる磁束とコイルaによる磁束とを加算した磁束が
発生する。磁極3および磁極4による磁束はバランスす
る。これにより図21Cの状態では磁極2の位置が安定
位置となる。この状態をモード3とする。
In the state shown in FIG. 21C, when an exciting current is applied to the coil a in the other direction of the arrow, the magnetic flux from the permanent magnet PM is subtracted from the magnetic flux from the permanent magnet PM to the magnetic pole 1 so that the magnetic flux becomes zero. become. The magnetic pole 2 has a permanent magnet P
A magnetic flux is generated by adding the magnetic flux of M and the magnetic flux of the coil a. The magnetic flux from the magnetic poles 3 and 4 is balanced. Thereby, in the state of FIG. 21C, the position of the magnetic pole 2 becomes a stable position. This state is referred to as mode 3.

【0008】次に、図21Dの状態においては、コイル
bに矢印の他方の方向に励磁電流が印加されたとき、磁
極1および磁極2による磁束はバランスする。磁極3に
は永久磁石PMによる磁束とコイルbによる磁束とを加
算した磁束が発生する。磁極4には永久磁石PMによる
磁束からコイルbによる磁束が減算されて磁束は零にな
る。これにより図21Dの状態では磁極3の位置が安定
位置となる。この状態をモード4とする。
Next, in the state of FIG. 21D, when the exciting current is applied to the coil b in the other direction of the arrow, the magnetic fluxes of the magnetic poles 1 and 2 are balanced. A magnetic flux is generated in the magnetic pole 3 by adding the magnetic flux generated by the permanent magnet PM and the magnetic flux generated by the coil b. In the magnetic pole 4, the magnetic flux from the coil b is subtracted from the magnetic flux from the permanent magnet PM, and the magnetic flux becomes zero. Thereby, the position of the magnetic pole 3 becomes a stable position in the state of FIG. 21D. This state is referred to as mode 4.

【0009】このようにして、図21A〜図21Dのモ
ード1〜4の状態の繰り返しにより磁極1〜4の磁束が
永久磁石の磁束と加減され、移動子と固定子の安定位置
が変化する。すなわち、4モード(4ステップ)で一周
期が完了して固定子のピッチPだけ移動子が移動して元
の位置関係に戻る。従って、1モード当たりの移動量
(ステップ量)は、P/4となる。ここでは、常時いず
れか一つのコイルに励磁電流が流れるようにする1相励
磁による動作のみを示しが、2相励磁により動作するよ
うにしても同様である。
In this manner, the repetition of the modes 1 to 4 in FIGS. 21A to 21D adjusts the magnetic flux of the magnetic poles 1 to 4 with the magnetic flux of the permanent magnet, and changes the stable position of the moving element and the stator. That is, one cycle is completed in four modes (four steps), and the mover moves by the pitch P of the stator and returns to the original positional relationship. Therefore, the movement amount (step amount) per mode is P / 4. Here, only the operation by one-phase excitation in which the excitation current always flows to any one coil is shown, but the same applies to the operation by two-phase excitation.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の2次元
LPMでは、制御信号による送り量と実際の移動子の移
動量にズレが生じる、いわゆる移動子の脱調を検出し、
システムの信頼性を高めるため、1mmピッチの高精密
な位置フィードバックの要求が高まった。また、反射型
光センサにより移動子の位置検出を行う場合には、プラ
テンの汚れや錆等で誤動作するという不都合があった。
また、高周波型近接スイッチでは、分解能が数mm以上
であるため1mmピッチのプラテンの凹凸を弁別するこ
とはできないという不都合があった。また、歯車センサ
と呼ばれる歯車の凹凸を検出するセンサでは、モジュー
ル1のピッチ3.14mmが限界であり、1mmピッチ
は検出することはできない。また、例え高分解能のセン
サが開発されてもX軸方向とY軸方向とを区別すること
はできないという不都合があった。
However, in the conventional two-dimensional LPM, a so-called out-of-synchronization of the moving element, which causes a difference between the feed amount by the control signal and the actual moving amount of the moving element, is detected.
In order to enhance the reliability of the system, a demand for a 1 mm pitch high-precision position feedback has been increased. Further, when the position of the moving element is detected by the reflection type optical sensor, there is a disadvantage that the platen is erroneously operated due to dirt or rust on the platen.
Further, in the high-frequency proximity switch, since the resolution is several mm or more, there is an inconvenience that it is not possible to discriminate the unevenness of the platen of 1 mm pitch. Further, in a sensor called a gear sensor for detecting unevenness of a gear, a pitch of the module 1 is limited to 3.14 mm, and a pitch of 1 mm cannot be detected. Further, even if a high-resolution sensor is developed, there is a disadvantage that the X-axis direction and the Y-axis direction cannot be distinguished.

【0011】本発明は、かかる点を考慮してなされたも
のであり、高分解能でX軸方向とY軸方向を個別に弁別
でき、充分な応答速度を有する位置検出装置の提供を目
的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a position detecting device which can discriminate the X-axis direction and the Y-axis direction individually with high resolution and has a sufficient response speed. .

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、X軸および上記X軸に直交するY軸による2次元平
面上の任意の方向に移動体を移動可能にするものであっ
て、固定側のヨークであり格子状の溝を有するプラテン
と、永久磁石とコイルを巻いたヨークとを設けた検出コ
イルとを有して上記プラテンとの間に所定の空隙を有す
る移動側の移動子と、上記移動子の上記プラテン上の2
次元平面上の位置を検出する検出回路とを有し、上記プ
ラテン上の2次元平面の上記移動子の移動による移動体
の位置を検出する位置検出装置において、上記検出コイ
ルに高周波電圧を供給し、上記検出回路は上記検出コイ
ルのインダクタンス変化を検波することにより電圧の変
化として取り出すようにし、上記検出コイルの検出方向
の上記ヨークの板厚は、上記プラテンの溝幅に対して薄
くするようにしたものである。また、本発明の位置検出
装置は、上記検出コイルの検出方向と直交する上記ヨー
クの板幅は、上記プラテンの溝ピッチの整数倍にするよ
うにしたものである。
A position detecting device according to the present invention enables a moving body to move in an arbitrary direction on a two-dimensional plane by an X axis and a Y axis orthogonal to the X axis. Moving-side mover having a predetermined gap between the platen and a platen that is a fixed-side yoke and has a lattice-shaped groove, and a detection coil provided with a permanent magnet and a yoke wound with a coil. And 2 of the mover on the platen
A detection circuit for detecting a position on a two-dimensional plane, the position detection device detecting a position of a moving body due to movement of the moving element on the two-dimensional plane, wherein a high-frequency voltage is supplied to the detection coil. The detection circuit detects a change in voltage of the detection coil by detecting a change in inductance of the detection coil, and detects a detection direction of the detection coil.
The thickness of the yoke is thinner than the groove width of the platen.
It is intended to make it. Also, the position detection of the present invention
The device is provided with the yaw which is orthogonal to the detection direction of the detection coil.
Plate width should be an integral multiple of the platen groove pitch.
Those were Unishi.

【0013】また、本発明の位置検出装置によれば、以
下の作用をする。検出コイルはプラテンの溝を検出する
と、その磁気抵抗の変化により、インダクタンスが変化
する。インダクタンスの変化は、検出回路により電圧の
変化に変換される。この検出回路は、高周波発振器より
直列抵抗器を介して検出コイルに高周波電圧を供給し、
検出コイルのインダクタンスの変化を検波回路により検
出電圧の変化に変換するようにしている。
According to the position detecting device of the present invention, the following operations are performed. When the detection coil detects the groove of the platen, the inductance changes due to the change in the magnetic resistance. The change in inductance is converted to a change in voltage by the detection circuit. This detection circuit supplies a high frequency voltage to a detection coil from a high frequency oscillator via a series resistor,
A change in the inductance of the detection coil is converted into a change in the detection voltage by a detection circuit.

【0014】検出コイルがプラテン上を検出方向に移動
したときの検出回路における各部の信号波形は以下のよ
うになる。高周波電圧は検出コイルに供給される電圧で
あり、検出電圧は高周波電圧のプラス方向の電圧を検波
した電圧である。ここで、しきい値を電圧振幅の中心に
設定して、このしきい値と比較出力することにより、2
値化されたパルス信号が得られる。このパルス信号をさ
らにカウンタで計数することにより、検出コイルの移動
距離を求めることができる。
When the detection coil moves on the platen in the detection direction, the signal waveform of each part in the detection circuit is as follows. The high-frequency voltage is a voltage supplied to the detection coil, and the detection voltage is a voltage obtained by detecting a positive voltage of the high-frequency voltage. Here, the threshold value is set at the center of the voltage amplitude, and compared with this threshold value for output,
A quantified pulse signal is obtained. By further counting this pulse signal by a counter, the moving distance of the detection coil can be obtained.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本実施の形態について説明
する。本実施の形態は、上述した2次元LPMの移動子
上に検出素子を設け、高周波近接型スイッチの技術を応
用して検出素子の形状に特徴を持たせることにより、1
mmピッチのプラテンの凹凸を弁別することができる高
分解能と、X軸方向とY軸方向とを個別に弁別して検出
方向に指向性を持たせて直角方向の凹凸は検出しないよ
うにして検出方向の指向性を得るようにしたものであ
る。
The present embodiment will be described below. In the present embodiment, a detection element is provided on the above-described two-dimensional LPM mover, and the shape of the detection element is characterized by applying a high-frequency proximity switch technology.
High resolution that can discriminate the irregularities of the platen with mm pitch, and the X-axis direction and the Y-axis direction are individually discriminated to have directivity in the detection direction so that the irregularities in the perpendicular direction are not detected. Is obtained.

【0016】まず、本実施の形態の位置検出装置の基本
的構成及び動作原理を説明する。まず、図1〜図3を用
いて検出素子の形状とプラテンに対する配置を示す。図
1に検出素子とプラテンの正面図を示し、図2に検出素
子とプラテンの側面図を示し、図3に検出素子とプラテ
ンの平面図を示す。検出素子1は、高さh、幅d、厚さ
tの略エ字状の板状の高透磁率の磁性体のコア2を有
し、中央のくびれ部分にコイル3が巻回されている。こ
のコイル3には端子4、5を介して後述する高周波電流
が印加される。また、プラテン6はピッチPで格子状に
溝が形成されていて、検出素子1の検出側端部とプラテ
ン6上面とが所定のギャップGを有するように検出素子
1が2次元LPMを用いて検出方向に移動可能に構成さ
れている。また、図1〜図3に図示した検出方向と直交
する方向の位置を検出する場合には、検出素子1の配置
を高さh方向を回転軸として検出素子1を90度回転さ
せて配置すればよい。この場合、例えば、検出素子1の
高さh=5mm、幅d=4mm、厚さt=0.05mm
で、プラテン6のピッチP=1、検出素子1とプラテン
6とのギャップG=0.1である。
First, the basic configuration and operation principle of the position detecting device according to the present embodiment will be described. First, the shape of the detection element and the arrangement with respect to the platen will be described with reference to FIGS. 1 shows a front view of the detection element and the platen, FIG. 2 shows a side view of the detection element and the platen, and FIG. 3 shows a plan view of the detection element and the platen. The detecting element 1 has a substantially E-shaped plate-shaped magnetic core 2 of high magnetic permeability having a height h, a width d, and a thickness t, and a coil 3 wound around a central constricted portion. . A high-frequency current described later is applied to the coil 3 via terminals 4 and 5. The platen 6 has grooves formed in a lattice pattern at a pitch P, and the detection element 1 uses two-dimensional LPM so that the detection side end of the detection element 1 and the upper surface of the platen 6 have a predetermined gap G. It is configured to be movable in the detection direction. When detecting a position in a direction orthogonal to the detection direction illustrated in FIGS. 1 to 3, the detection element 1 is arranged by rotating the detection element 1 by 90 degrees with the height h direction as a rotation axis. I just need. In this case, for example, the height h of the detection element 1 is 5 mm, the width d is 4 mm, and the thickness t is 0.05 mm.
The pitch P of the platen 6 is 1, and the gap G between the detection element 1 and the platen 6 is 0.1.

【0017】このように構成された検出素子1(以下
「検出コイル」という。)に高周波電流を印加してプラ
テン6に所定のギャップGを経て近接させると、検出コ
イル1とプラテン6との間に次の2つの物理現象が作用
する。第1の物理現象は、検出コイル1から発生する磁
束によってプラテン6の表面に発生する渦電流である。
この渦電流は検出コイル1から発生する磁束を打ち消す
方向に流れるため、磁気抵抗が増加してコイルのインダ
クタンスは減少する。第2の物理現象は、この検出コイ
ル1を用いた位置センサの主な動作原理であり、検出コ
イル1のコア2のヨークとプラテン6との間で形成され
る磁気回路に関する作用である。検出コイル1の周囲に
何もない場合、磁束はヨークの一方の端から出て他方の
端に戻る。この磁束の経路を磁気回路で表すと、以下の
図4のようになり、コイルの磁束は数1式のようにな
る。ここで、Фはコイル中を通る磁束、Nはコイルの巻
数、Iはコイルに流れる電流、Rrはヨークの磁気抵
抗、RA は空気中の経路の磁気抵抗であり、NIは電気
回路の電圧に対して起磁力と呼ばれる。
When a high-frequency current is applied to the detecting element 1 (hereinafter, referred to as a “detecting coil”) configured as described above to approach the platen 6 via a predetermined gap G, a gap between the detecting coil 1 and the platen 6 is generated. The following two physical phenomena act on. The first physical phenomenon is an eddy current generated on the surface of the platen 6 by the magnetic flux generated from the detection coil 1.
Since this eddy current flows in a direction to cancel the magnetic flux generated from the detection coil 1, the magnetic resistance increases and the inductance of the coil decreases. The second physical phenomenon is a main operation principle of the position sensor using the detection coil 1 and is an operation relating to a magnetic circuit formed between the yoke of the core 2 of the detection coil 1 and the platen 6. If there is nothing around the sensing coil 1, the magnetic flux exits one end of the yoke and returns to the other end. If the path of this magnetic flux is represented by a magnetic circuit, it will be as shown in FIG. 4 below, and the magnetic flux of the coil will be as shown in Equation 1. Where Ф is the magnetic flux passing through the coil, N is the number of turns of the coil, I is the current flowing through the coil, Rr is the magnetic resistance of the yoke, RA is the magnetic resistance of the path in the air, and NI is the voltage of the electric circuit. Is called the magnetomotive force.

【0018】[0018]

【数1】Ф=NI/(Rr+RA Ф = NI / (Rr + R A )

【0019】この場合、空気中の経路の磁気抵抗RA
大きく、ヨークの磁気抵抗Rrはヨークの透磁率が大き
いため、Rrは小さな値となる。(RA 》Rr)ここ
で、検出コイル1をプラテン6に近づけると、磁気回路
は以下の図5のように表すことができ、コイル1の磁束
は数2式のようになる。ここで、Ф’はプラテン6近接
時のコイル1中を通る磁束、RA ’はプラテン6近接時
の空気中の経路の磁気抵抗、RG は検出コイル1のヨー
クとプラテン6間の空隙の磁気抵抗、RP はプラテン6
の磁気抵抗である。
In this case, the magnetic resistance R A of the path in the air is large, and the magnetic resistance Rr of the yoke has a small value because the magnetic permeability of the yoke is large. (R A >> Rr) Here, when the detection coil 1 is brought close to the platen 6, the magnetic circuit can be represented as shown in FIG. 5 below, and the magnetic flux of the coil 1 is represented by the following equation (2). Here, Ф ′ is a magnetic flux passing through the coil 1 when the platen 6 is near, R A ′ is a magnetic resistance of a path in the air when the platen 6 is near, and RG is a gap between the yoke of the detection coil 1 and the platen 6. Magnetoresistance, R P is platen 6
Is the magnetoresistance.

【0020】[0020]

【数2】Ф’=NI/(Rr+RA ’+RG +RP Ф ′ = NI / (Rr + RA ′ + RG + RP )

【0021】この場合、図5に示す検出コイル1のヨー
クとプラテン6間の空隙Gが充分小さければ、数1式と
数2式の関係は次のようになる。つまり、プラテン6の
磁気抵抗RP はプラテン6の材質が純鉄であるため、上
述したヨークの磁気抵抗Rrと同様に小さい。また、磁
束の経路にプラテン6が介在するので、空気中の経路が
短くなるため以下の数3式、数4式のようになる。
In this case, if the gap G between the yoke of the detection coil 1 and the platen 6 shown in FIG. 5 is sufficiently small, the relationship between the equations (1) and (2) is as follows. In other words, the magnetic resistance R P of the platen 6 for the material of the platen 6 is pure iron, like the magneto-resistance Rr of the yoke described above small. Further, since the platen 6 is interposed in the path of the magnetic flux, the path in the air is shortened, so that the following equations (3) and (4) are obtained.

【0022】[0022]

【数3】RA >RA ’+RG +RP ## EQU3 ## RA > RA '+ RG + RP

【0023】[0023]

【数4】Ф<Ф’数 <Ф ’

【0024】また、コイルのインダクタンスLとコイル
中を通る磁束Фとコイルの電流iとの関係は以下の数5
式のようになる。
The relationship between the inductance L of the coil, the magnetic flux 通 る passing through the coil, and the current i of the coil is given by the following equation (5).
It looks like an expression.

【0025】[0025]

【数5】L=N(dФ/di)L = N (dФ / di)

【0026】つまり、検出コイル1がプラテン6に近づ
くと、コイルの磁束Фが増加し、コイルのインダクタン
スLが増加する。検出コイル1とプラテン6との間で作
用する2つの効果、つまり渦電流によるインダクタンス
の減少と磁気抵抗の低下によるインダクタンスの増加
は、相反する関係にある。そこで、本実施の形態の位置
検出装置の位置センサでは、渦電流の効果を少なくする
ため発振周波数を適切(例えば低め)に設定している。
That is, when the detection coil 1 approaches the platen 6, the magnetic flux の of the coil increases, and the inductance L of the coil increases. The two effects acting between the detection coil 1 and the platen 6, that is, the decrease in inductance due to the eddy current and the increase in inductance due to the decrease in the magnetic resistance are in a contradictory relationship. Therefore, in the position sensor of the position detection device according to the present embodiment, the oscillation frequency is set appropriately (for example, lower) in order to reduce the effect of the eddy current.

【0027】さて、上述したように、プラテン6の細か
な溝を読み取り、検出方向に指向性を持たせるには、検
出コイル1のヨークの形状が重要な要素となる。上述し
た図1〜図3に示した検出コイル1の形状で板厚tと幅
dの値が重要となる。まずプラテン6の溝を弁別するた
めに検出コイル1の板厚tは溝幅(0.5mm)より充
分小さい必要がある。本実施の形態の位置検出装置の位
置センサでは、溝幅の1/10である0.05mmとし
た。図2の側面図において検出コイル1を矢印の検出方
向に移動させると、溝の山と谷で磁気抵抗が変化し、こ
の磁気抵抗の変化により移動量を読み取ることができ
る。
As described above, the shape of the yoke of the detection coil 1 is an important factor in reading the fine grooves of the platen 6 and providing directivity in the detection direction. The values of the plate thickness t and the width d are important in the shape of the detection coil 1 shown in FIGS. First, the thickness t of the detection coil 1 needs to be sufficiently smaller than the groove width (0.5 mm) in order to discriminate the groove of the platen 6. In the position sensor of the position detection device according to the present embodiment, the width is 0.05 mm, which is 1/10 of the groove width. When the detection coil 1 is moved in the detection direction indicated by the arrow in the side view of FIG. 2, the magnetic resistance changes at the peaks and valleys of the groove, and the amount of movement can be read based on the change in the magnetic resistance.

【0028】次に、検出コイル1が検出方向に対して直
角の方向に移動する場合を考える。図1の正面図におい
て、検出コイル1のヨークとプラテン6間の磁気抵抗
は、ヨークの幅dの範囲内におけるそれぞれの山と谷の
磁気抵抗を総合(並列接続)したものとなる。同図で検
出コイル1が左右に移動したとき、磁気抵抗が変化しな
いようにするには、以下の数6式に示すように、ヨーク
の幅dをプラテン6の山と谷の周期(ピッチP)の整数
倍にすれば良い。ここで、n=0、1、2、・・・の整
数、dはヨークの幅、Pはプラテンの幅ピッチである。
Next, consider the case where the detection coil 1 moves in a direction perpendicular to the detection direction. In the front view of FIG. 1, the magnetic resistance between the yoke of the detection coil 1 and the platen 6 is the total (parallel connection) of the magnetic resistance of each peak and valley within the range of the yoke width d. In order to prevent the magnetic resistance from changing when the detection coil 1 moves left and right in the figure, the width d of the yoke is set to the period of the peak and valley of the platen 6 (pitch P ). Here, n is an integer of 0, 1, 2,..., D is the width of the yoke, and P is the width pitch of the platen.

【0029】[0029]

【数6】d=(1+n)PD = (1 + n) P

【0030】また、nの値は大きいほどピッチ誤差によ
る変動を小さくすることができる。本実施の形態の位置
検出装置の位置センサでは、ヨークの幅dは溝ピッチの
4倍(n=3)とした。またここで、上述したように、
図5に示した磁気回路で空気中の経路の磁気抵抗RA
はヨークとプラテン6間のRG に対してかなり大きな値
となり、このためRG の変化を効率的にとらえることが
できない。そこで、図6に示すように、効率のよいヨー
ク形状にすることにより、ヨークとプラテン6の磁気結
合を密にすることで検出感度をより一層向上させること
ができる。この場合、図6において示すように、検出コ
イル7の略コ字状のコア8のプラテン6に対向する検出
端部を検出方向に複数箇所設けて、検出端部の間の幅d
2のくびれ部分にコイル9を巻回し、n=0、1、2・
・・、P=プラテン6の溝ピッチに対して、それぞれの
検出端部の幅d1=(1+n)P、d2=任意、とする
ようにしてもよい。
Further, the larger the value of n, the smaller the fluctuation due to the pitch error. In the position sensor of the position detecting device according to the present embodiment, the width d of the yoke was set to four times the groove pitch (n = 3). Also, as mentioned above,
In the magnetic circuit shown in FIG. 5, the magnetic resistance R A ′ of the path in the air
Is considerably large with respect to the RG between the yoke and the platen 6, so that it is not possible to efficiently detect the change in the RG . Therefore, as shown in FIG. 6, the detection sensitivity can be further improved by making the yoke and the platen 6 magnetically dense by forming an efficient yoke shape. In this case, as shown in FIG. 6, a plurality of detection ends facing the platen 6 of the substantially U-shaped core 8 of the detection coil 7 are provided in the detection direction, and a width d between the detection ends is provided.
The coil 9 is wound around the constricted part of 2 so that n = 0, 1, 2,.
.., P = the groove pitch of the platen 6, and the width d1 of each detection end may be (1 + n) P, d2 = arbitrary.

【0031】次に、検出回路の構成及び動作の基本原理
について説明する。この検出回路は、図7に示すよう
に、高周波電流を発生する高周波発振器OSC1と、検
出コイルL1と、高周波電圧VR1を検出するための直列
抵抗器R1と、検波回路10を構成するダイオードD
1、コンデンサC1、検出電圧VR2を検出するための抵
抗器R2とを有する。
Next, the basic principle of the configuration and operation of the detection circuit will be described. As shown in FIG. 7, the detection circuit includes a high-frequency oscillator OSC1 for generating a high-frequency current, a detection coil L1, a series resistor R1 for detecting the high-frequency voltage VR1, and a diode D constituting the detection circuit 10.
1, a capacitor C1, and a resistor R2 for detecting a detection voltage VR2 .

【0032】このように構成された検出回路10は、以
下のような動作をする。上述したように、検出コイルL
1はプラテン6の溝を検出すると、その磁気抵抗の変化
により、インダクタンスが変化する。インダクタンスの
変化は、図7の検出回路により電圧の変化に変換され
る。この検出回路は、高周波発振器OSC1より直列抵
抗器R1を介して検出コイルL1に高周波電圧VR1を供
給し、検出コイルL1のインダクタンスの変化を検波回
路により検出電圧VR2の変化に変換するようにしてい
る。
The detection circuit 10 thus configured operates as follows. As described above, the detection coil L
When 1 detects a groove in the platen 6, the inductance changes due to a change in its magnetic resistance. The change in inductance is converted into a change in voltage by the detection circuit of FIG. This detection circuit supplies a high-frequency voltage V R1 from a high-frequency oscillator OSC1 to a detection coil L1 via a series resistor R1, and converts a change in inductance of the detection coil L1 into a change in the detection voltage V R2 by a detection circuit. ing.

【0033】図8、図9は検出コイルL1がプラテン6
上を検出方向に移動したときの図7の検出回路における
各部の信号波形である。図8において、高周波電圧VR1
は検出コイルL1に供給される電圧であり、図9におい
て、検出電圧VR2は高周波電圧VR1のプラス方向の電圧
を検波した電圧である。ここで、しきい値VTHを電圧振
幅の中心に設定して、例えば図示しないコンパレータ回
路に入力することにより、2値化されたパルス信号が得
られる。このパルス信号をさらに図示しないカウンタで
計数することにより、検出コイルL1の移動距離を求め
ることができる。
FIGS. 8 and 9 show that the detection coil L1 is
8 is a signal waveform of each part in the detection circuit of FIG. In FIG. 8, the high-frequency voltage V R1
Is a voltage supplied to the detection coil L1, and in FIG. 9, a detection voltage V R2 is a voltage detected by detecting a voltage in the plus direction of the high frequency voltage V R1 . Here, the threshold value V TH is set at the center of the voltage amplitude, and is input to, for example, a comparator circuit (not shown), whereby a binarized pulse signal is obtained. The pulse signal is further counted by a counter (not shown), whereby the moving distance of the detection coil L1 can be obtained.

【0034】以上、検出回路の動作原理を説明したが、
以下に実用的な検出回路について構成及び動作を説明す
る。図9に示した検出電圧VR2は、検出コイルとプラテ
ン間の空隙や、高周波発振器OSC1の周波数、振幅変
化によって変動する。このため、コンパレータのしきい
値VTHが固定値の場合、動作環境の制約が多くなり、よ
り実用的な検出回路が要求される。そこで、このような
要求を満足するため、検出コイルと図7に示した検出回
路を2組設けて、それらの出力を差動的に合成する検出
回路を開発した。
The operation principle of the detection circuit has been described above.
The configuration and operation of a practical detection circuit will be described below. The detection voltage V R2 shown in FIG. 9 fluctuates due to the gap between the detection coil and the platen, and changes in the frequency and amplitude of the high-frequency oscillator OSC1. Therefore, when the threshold value V TH of the comparator is a fixed value, the operating environment is more restricted, and a more practical detection circuit is required. Therefore, in order to satisfy such a demand, a detection coil and two detection circuits shown in FIG. 7 are provided, and a detection circuit that combines their outputs differentially has been developed.

【0035】まず、図10を用いて検出コイルの配置に
ついて説明する。2つの検出コイル11(L1,L2)
はそれぞれのインダクタンス変化が逆相(180度位
相)になるように配置する。検出コイル11の配列ピッ
チQは、Pをプラテン6の溝ピッチとし、n=0、1、
2、・・・とすると以下の数式のようになる。
First, the arrangement of the detection coils will be described with reference to FIG. Two detection coils 11 (L1, L2)
Are arranged so that the respective inductance changes are in opposite phases (180 degrees phase). The arrangement pitch Q of the detection coils 11 is such that P is the groove pitch of the platen 6, and n = 0, 1,.
Then, the following formula is obtained.

【0036】[0036]

【数7】Q=(1/2)(1+2n)P[Mathematical formula-see original document] Q = (1/2) (1 + 2n) P

【0037】本実施の形態の位置検出装置の位置センサ
では、n=1として、Q=(3/2)Pとして、2つの
検出コイルが逆位相になるように配置するようにした。
In the position sensor of the position detecting device according to the present embodiment, n = 1, Q = (3/2) P, and the two detection coils are arranged so as to have opposite phases.

【0038】次に図11を用いて差動検出回路について
説明する。この差動検出回路は、図11に示すように、
高周波電流を発生する高周波発振器OSC1と、検出コ
イルL1と、直列抵抗器R1と、検出コイルL2と、直
列抵抗器R1と、検出コイルL1の電圧を検出する第1
の検波回路12と、検出コイルL2の電圧を検出する第
2の検波回路13と、第1の検波回路12の検波出力V
D1と第2の検波回路13の検波出力VD2との差を出力す
る差動回路14と、差動回路14の差動出力V DEF を増
幅するアンプ15と、アンプ15の増幅出力VA としき
い値VTHとを比較して検出出力VO を出力するコンパレ
ータ16とを有する。なお、第1の検波回路12および
第2の検波回路13の構成は、図7に示したものと同様
であるのでその説明を省略する。
Next, a differential detection circuit will be described with reference to FIG.
explain. This differential detection circuit, as shown in FIG.
A high-frequency oscillator OSC1 for generating a high-frequency current;
, A series resistor R1, a detection coil L2,
A first resistor for detecting the voltage of the column resistor R1 and the detection coil L1
And the second detection circuit for detecting the voltage of the detection coil L2.
2 detection circuit 13 and the detection output V of the first detection circuit 12
D1And the detection output V of the second detection circuit 13D2Output the difference with
And the differential output V of the differential circuit 14 DEFIncrease
Width of the amplifier 15 and the amplified output V of the amplifier 15AToshiki
High value VTHAnd the detection output VOComparing to output
Data 16. Note that the first detection circuit 12 and
The configuration of the second detection circuit 13 is the same as that shown in FIG.
Therefore, the description is omitted.

【0039】このように構成された実用的な検出回路の
動作を以下に説明する。検出コイルL1による検波出力
D1は図12Aに示すように所定のプラス電位を中心と
した振幅電圧波形となる。検出コイルL2による検波出
力VD2は図12Bに示すように検波出力VD1と同じ所定
のプラス電位を中心とし、検波出力VD1と逆相の振幅電
圧波形となる。この検波出力VD1と検波出力VD2との差
の電圧が図12Cに示す差動出力VDEF となる。この差
動出力は増幅出力VA に増幅されて、しきい値VTHと比
較されて検出出力VO となる。
The operation of the practical detection circuit configured as described above will be described below. The detection output V D1 of the detection coil L1 has an amplitude voltage waveform centered on a predetermined positive potential as shown in FIG. 12A. Detection output V D2 by the detection coil L2 is centered the same predetermined positive potential and the detection output V D1 as shown in FIG. 12B, the amplitude voltage waveform of the detection output V D1 and opposite phase. The voltage of the difference between the detection output V D1 and the detection output V D2 becomes the differential output V DEF shown in FIG. 12C. The differential output is amplified in the amplifier output V A, the detection output V O is compared with a threshold value V TH.

【0040】ここで、検波出力VD1と検波出力VD2の振
幅の中心電圧(オフセット電圧)は、次の動作条件によ
って変化する。第1に検出コイルL1,L2とプラテン
間の空隙、第2にプラテンの磁気特性、第3に発振回路
の周波数、第4に発振回路の出力振幅である。
Here, the center voltage (offset voltage) of the amplitude of the detection output V D1 and the detection output V D2 changes according to the following operating conditions. First, the air gap between the detection coils L1, L2 and the platen, second, the magnetic characteristics of the platen, third, the frequency of the oscillation circuit, and fourth, the output amplitude of the oscillation circuit.

【0041】これらの条件変化によって表せる検波出力
電圧VD1とVD2の変化はそれぞれ同じ絶対値と逆の向き
になるため、差動出力電圧VDEF の中心電圧は常にゼロ
に保たれる。ここで、コンパレータ16のしきい値VTH
をゼロに設定することにより、上述した動作条件の変化
の影響を受けることなく、安定した検出出力パルスV O
を得ることができる。
The detection output that can be represented by these condition changes
Voltage VD1And VD2Are the same absolute value and opposite direction
The differential output voltage VDEFCenter voltage is always zero
Is kept. Here, the threshold value V of the comparator 16TH
By setting to zero, changes in the operating conditions described above
Detection output pulse V without being affected by O
Can be obtained.

【0042】この場合の、アンプ15の出力である増幅
出力VA の実測波形を図13に示す。ここでは、アンプ
15のゲインを10倍とし、検出コイルL1,L2とプ
ラテン6との空隙を0.05mmとし、発振器振幅を5
P-P (ピークツウピーク)としたとき、検出コイルL
1,L2(ヘッド)を手で持ってプラテン6上を検出方
向に滑らせたときの波形を示す。
FIG. 13 shows an actually measured waveform of the amplified output VA which is the output of the amplifier 15 in this case. Here, the gain of the amplifier 15 is 10 times, the gap between the detection coils L1 and L2 and the platen 6 is 0.05 mm, and the amplitude of the oscillator is 5 times.
When V PP (peak-to-peak), the detection coil L
1 shows waveforms when the user slides the platen 6 in the detection direction while holding the L1 (head) by hand.

【0043】以上述べたような検出コイルと検出回路を
前提として、実際に2次元LPMにより駆動されるヘッ
ドに搭載される位置検出装置としてのリニアエンコーダ
(リニアスケール)に用いる際の構成および動作につい
て説明する。上述した図10に示した検出コイルおよび
図11に示した差動検出回路では、移動体の移動距離は
計測することができるが、移動方向を計測することがで
きない。そこで、図14に示すように、検出コイル17
(L1,L2,L3,L4)は、移動方向を弁別するた
めに、図10に示した検出コイルを2組設けて、それぞ
れの位相差を90度(1/4・P)に配置するようにす
る。ここで、n=0、1、2、・・・、Pをプラテン6
の溝のピッチとしたとき、それぞれの検出コイル17の
間隔dは以下の数8式で表すことができる。
On the premise of the above-described detection coil and detection circuit, the configuration and operation when used in a linear encoder (linear scale) as a position detection device actually mounted on a head driven by a two-dimensional LPM explain. The detection coil shown in FIG. 10 and the differential detection circuit shown in FIG. 11 can measure the moving distance of the moving body, but cannot measure the moving direction. Therefore, as shown in FIG.
For (L1, L2, L3, L4), two sets of detection coils shown in FIG. 10 are provided in order to discriminate the moving direction, and the respective phase differences are arranged at 90 degrees (1 / 4.P). To Here, n = 0, 1, 2,...
When the pitch of the groove is given by, the interval d between the respective detection coils 17 can be expressed by the following equation (8).

【0044】[0044]

【数8】d=(1/4)(1+2n)PD = (1/4) (1 + 2n) P

【0045】次に、図15に示すように、エンコーダ出
力回路は、検出コイルL1およびL2の1ペアの電圧変
化を差動検出回路A18で合成し、検出コイルL3およ
びL4の1ペアの電圧変化を差動検出回路B19で合成
するように構成する。ここで、差動検出回路A18およ
び差動検出回路B19の構成および動作は図11に示し
たものに対応する。このように構成されたエンコーダ出
力回路は、差動検出回路A18および差動検出回路B1
9からそれぞれA相出力およびB相出力が得られる。図
16に差動検出回路A18および差動検出回路B19か
ら得られるA相出力およびB相出力の波形を示す。図1
6において、A相出力およびB相出力はそれぞれプラテ
ン6の溝のピッチPを1周期として、(1/4)・P位
相が異なる(A相出力がB相出力に対して進み位相)波
形となる。そして、一点鎖線の位置で移動体の移動方向
が反転すると、A相出力およびB相出力の位相が反転し
て、A相出力がB相出力に対して遅れ位相の波形とな
る。このようにして、移動方向弁別可能なエンコーダ出
力を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 15, the encoder output circuit combines the voltage change of one pair of the detection coils L1 and L2 by the differential detection circuit A18 and outputs the voltage change of one pair of the detection coils L3 and L4. In the differential detection circuit B19. Here, the configuration and operation of the differential detection circuit A18 and the differential detection circuit B19 correspond to those shown in FIG. The encoder output circuit thus configured includes a differential detection circuit A18 and a differential detection circuit B1.
9, an A-phase output and a B-phase output are obtained. FIG. 16 shows the waveforms of the A-phase output and the B-phase output obtained from the differential detection circuits A18 and B19. FIG.
6, the A-phase output and the B-phase output each have a (1/4) · P phase difference (the A-phase output is ahead of the B-phase output) with the pitch P of the groove of the platen 6 as one cycle. Become. When the moving direction of the moving body is reversed at the position indicated by the one-dot chain line, the phases of the A-phase output and the B-phase output are reversed, and the A-phase output has a waveform with a delayed phase with respect to the B-phase output. In this way, an encoder output capable of distinguishing the moving direction can be obtained.

【0046】上述した図14〜図16の説明は2次元平
面の一方の軸について説明したが、2次元平面上の移動
体の移動距離をX軸成分とY軸成分とに分けて個別に計
測できるように、図17に検出コイルの平面を示すよう
に、図14に示した検出コイル20、21を2次元平面
上でそれぞれ90度の角度を有するように配置するよう
にすればよい。
The above description of FIGS. 14 to 16 has been described with respect to one axis of the two-dimensional plane, but the moving distance of the moving body on the two-dimensional plane is separately measured for the X-axis component and the Y-axis component. 17, the detection coils 20 and 21 shown in FIG. 14 may be arranged so as to have an angle of 90 degrees on a two-dimensional plane as shown in FIG. 17.

【0047】また、より一層高分解能のエンコーダ出力
を得るために、以下のように構成しても良い。上述した
図14〜図16に示したエンコーダ回路の分解能は(1
/4)・P(=0.25mm)である。ここで、LPM
のステップピッチはマイクロステップ駆動を行うことに
よりかなり高い分解能を得ることができる。そこで、本
実施の形態の位置検出装置としてのリニアエンコーダに
おける高分解能の可能性を検討してみる。
In order to obtain a higher resolution encoder output, the following configuration may be adopted. The resolution of the encoder circuit shown in FIGS.
/ 4) · P (= 0.25 mm). Where LPM
With the step pitch, a considerably high resolution can be obtained by performing micro-step driving. Therefore, the possibility of high resolution in the linear encoder as the position detecting device of the present embodiment will be examined.

【0048】図18に示すように、図15に示した差動
検出回路A18およびB19のうち図11に示した最終
段のコンパレータ16を除き、A相およびB相のアンプ
25、29の出力を内挿回路30に供給して、より高分
解能にするようにしてもよい。ここで、A相およびB相
のアンプ25、29の出力は、図12Cに示すように、
サイン関数またはコサイン関数の三角関数であるので、
内挿回路30による内挿(高分解能化)を行うことがで
きる。この内挿回路30は、例えば、図19に示すよう
に構成することができる。この内挿回路30は、特願昭
64−49914号特許出願の明細書に記載されている
ものである。この内挿回路30は、信号源から信号Aお
よび位相の異なる信号Bを増幅回路31、33で増幅し
た後に、この信号をA/D変換回路32、34に供給す
る。A/D変換回路32、34は供給されたアナログ信
号をディジタル信号に変換して、ROM35等の記憶手
段に供給する。ROM35等の記憶手段は内挿した角度
データを記憶していて、A/D変換回路32、34から
のディジタル信号をアドレスとし、このアドレスに対応
する角度データを出力する。ROM35等の記憶手段か
ら出力された角度データは処理回路36に供給され、処
理回路36により信号処理される。
As shown in FIG. 18, the outputs of the A-phase and B-phase amplifiers 25 and 29 are different from the differential detection circuits A18 and B19 shown in FIG. 15 except for the final stage comparator 16 shown in FIG. A higher resolution may be supplied to the interpolation circuit 30. Here, the outputs of the A-phase and B-phase amplifiers 25 and 29 are, as shown in FIG.
Since it is a sine or cosine trigonometric function,
The interpolation (high resolution) by the interpolation circuit 30 can be performed. The interpolation circuit 30 can be configured, for example, as shown in FIG. The interpolation circuit 30 is described in the specification of Japanese Patent Application No. 64-49914. The interpolation circuit 30 amplifies the signal A and the signal B having different phases from the signal source by the amplification circuits 31 and 33, and then supplies the signals to the A / D conversion circuits 32 and. The A / D conversion circuits 32 and 34 convert the supplied analog signals into digital signals and supply the digital signals to storage means such as the ROM 35. The storage means such as the ROM 35 stores the interpolated angle data, uses the digital signals from the A / D conversion circuits 32 and 34 as addresses, and outputs angle data corresponding to the addresses. The angle data output from the storage means such as the ROM 35 is supplied to the processing circuit 36, where the signal is processed.

【0049】ここで、このA/D変換回路32、34と
ROM35等の記憶手段のアドレスと記憶内容との関係
を説明する。横軸をX方向のアドレス、縦軸をY方向の
アドレスとし、各アドレスはA/D変換回路32、34
によってディジタル信号に変換された正弦波および余弦
波の値に対応している。例えば、各アドレスを8ビット
で表した場合には、各軸の値は0から255までの25
6個のアドレスによって構成される各格子に対応する位
置に記憶内容が格納されている。このような記憶内容
は、以下のようにして予め求めておく。ここでは、検出
信号の1周期を複数に分割したときのアドレスに対応す
る角度データを信号の位相に対応する内挿データとして
求めるようにする。また、他の方法として、例えば、A
/D変換回路32,34とROM35を用いなくても、
A相正弦波信号と、B相余弦波信号とから、A相正弦波
信号と位相角180度の逆A相信号を求める。そして、
位相角がそれぞれ0度、90度、180度であるA相、
B相、逆A相の3相信号を重み付け加算することによっ
て、中間の位相角信号を作り出す。このようにして作ら
れた正弦波のゼロクロスを検出して、パルス信号を生成
するようにしてもよい。また、他の方法として、抵抗分
割による重み付け加算方式を用いてもよい。このように
多分解することにより、原理的にはいくらでも分割数を
上げることができ、これにより高分解能の出力を得るこ
とができる。
Here, the relationship between the addresses and storage contents of the A / D conversion circuits 32 and 34 and the storage means such as the ROM 35 will be described. The horizontal axis is an address in the X direction, and the vertical axis is an address in the Y direction, and each address is an A / D conversion circuit 32, 34.
Corresponding to the values of the sine and cosine waves converted into digital signals. For example, when each address is represented by 8 bits, the value of each axis is 25 from 0 to 255.
The storage contents are stored at the positions corresponding to each grid constituted by six addresses. Such stored contents are obtained in advance as follows. Here, angle data corresponding to the address when one cycle of the detection signal is divided into a plurality of periods is obtained as interpolation data corresponding to the phase of the signal. As another method, for example, A
Even without using the / D conversion circuits 32 and 34 and the ROM 35,
From the A-phase sine wave signal and the B-phase cosine wave signal, an inverse A-phase signal having a phase angle of 180 degrees with the A-phase sine wave signal is obtained. And
A phase having phase angles of 0 degree, 90 degrees, and 180 degrees, respectively.
An intermediate phase angle signal is created by weighting and adding the three-phase signals of the B phase and the inverse A phase. A pulse signal may be generated by detecting a zero cross of the sine wave thus formed. As another method, a weighted addition method by resistance division may be used. By multi-decomposition in this way, the number of divisions can be increased in principle, and a high-resolution output can be obtained.

【0050】ここで、内挿による分解能と位置精度は三
角関数の関数精度による限界があるが、検出コイルとプ
ラテン間の空隙をかなり狭くすると波形の歪が大きくな
ることが実験により確認されているので、空隙の有効範
囲に制約を設けることにより、波形歪のない検出信号を
得ることができる。
Here, the resolution and position accuracy by interpolation are limited by the function accuracy of the trigonometric function, but it has been experimentally confirmed that if the gap between the detection coil and the platen is considerably reduced, the waveform distortion increases. Therefore, by providing a restriction on the effective range of the gap, a detection signal without waveform distortion can be obtained.

【0051】以上述べたように、本実施の形態の位置検
出装置は、以下のような特徴点を有する。まず、検出コ
イルに関しては、以下の3点である。第1に分解能を上
げるために検出コイルのヨークの板厚は、プラテンの溝
幅に対して充分薄くすること。第2に検出方向に指向性
を持たせるために、検出コイルのヨークの板幅は、プラ
テンの溝ピッチの整数倍にすること。第3にプラテンの
溝の山と谷は、検出コイルのヨークとプラテン間の磁気
抵抗の変化として捕らえ、検出コイルのインダクタンス
の変化に変換すること。
As described above, the position detecting device of the present embodiment has the following features. First, the detection coil has the following three points. First, in order to increase the resolution, the thickness of the yoke of the detection coil must be sufficiently smaller than the groove width of the platen. Second, in order to provide directivity in the detection direction, the width of the yoke plate of the detection coil should be an integral multiple of the groove pitch of the platen. Third, the peaks and valleys of the groove of the platen are captured as a change in magnetic resistance between the yoke of the detection coil and the platen, and converted into a change in inductance of the detection coil.

【0052】次に、検出回路については、以下の3点で
ある。第1に検出コイルに高周波発振回路より直列抵抗
器を介して電圧を供給し、検出コイルのインダクタンス
変化を検波回路により電圧の変化として取り出すこと。
第2に検出コイル2つをプラテンの山と谷の位置(18
0度の位相差)に配置して、2つの検波出力電圧の差を
検出信号とすることにより、検出コイルとプラテン間の
空隙や発振周波数等の変化の影響を受けなくしたこと。
第3に検出信号を内挿することにより高分解能化するこ
と。
Next, the detection circuit has the following three points. First, a voltage is supplied to the detection coil from a high-frequency oscillation circuit via a series resistor, and a change in inductance of the detection coil is extracted as a voltage change by a detection circuit.
Second, the two detection coils are connected to the platen peak and valley positions (18).
(A phase difference of 0 degrees), and the difference between the two detection output voltages is used as a detection signal, thereby eliminating the effects of changes in the gap between the detection coil and the platen, the oscillation frequency, and the like.
Third, to increase the resolution by interpolating the detection signal.

【0053】[0053]

【発明の効果】この発明の位置検出装置は、X軸および
上記X軸に直交するY軸による2次元平面上の任意の方
向に移動体を移動可能にするものであって、固定側のヨ
ークであり格子状の溝を有するプラテンと、永久磁石と
コイルを巻いたヨークとを設けた検出コイルとを有して
上記プラテンとの間に所定の空隙を有する移動側の移動
子と、上記移動子の上記プラテン上の2次元平面上の位
置を検出する検出回路とを有し、上記プラテン上の2次
元平面の上記移動子の移動による移動体の位置を検出す
る位置検出装置において、上記検出コイルに高周波電圧
を供給し、上記検出回路は上記検出コイルのインダクタ
ンス変化を検波することにより電圧の変化として取り出
すようにし、上記検出コイルの検出方向の上記ヨークの
板厚は、上記プラテンの溝幅に対して薄くするようにし
たので、従来の高周波近接型スイッチの検出回路を応用
した簡易な構成で高分解能の位置検出をすることがで
き、X方向およびY方向を個別に弁別することができ、
充分な応答速度で位置検出でき、さらに、検出方向の検
出コイルの板厚が検出の邪魔にならず、高分解能の位置
検出をすることができるという効果を奏する。
According to the position detecting device of the present invention, a movable body can be moved in an arbitrary direction on a two-dimensional plane by an X axis and a Y axis orthogonal to the X axis. A movable side moving element having a predetermined gap between the platen and a platen having a lattice-shaped groove, a detection coil provided with a permanent magnet and a yoke wound with a coil, and A detection circuit for detecting the position of the child on the two-dimensional plane on the platen, and detecting the position of the moving body due to the movement of the moving element on the two-dimensional plane on the platen; A high-frequency voltage is supplied to the coil, and the detection circuit detects a change in inductance of the detection coil to take out the change as a voltage change .
The plate thickness should be thinner than the platen groove width.
Application of conventional high-frequency proximity switch detection circuit
High-resolution position detection with a simple configuration
X and Y directions can be individually discriminated,
The position can be detected with a sufficient response speed, and the detection direction can be detected.
The thickness of the output coil does not interfere with the detection
There is an effect that detection can be performed.

【0054】また、本発明の位置検出装置は、上述にお
いて、上記検出コイルの検出方向と直交する上記ヨーク
の板幅は、上記プラテンの溝ピッチの整数倍にするよう
にしたので、検出方向に指向性を持たせることができる
という効果を奏する。
Further, in the position detecting device according to the present invention, the yoke orthogonal to the detecting direction of the detecting coil is provided.
Plate width should be an integral multiple of the platen groove pitch.
Therefore, there is an effect that directivity can be provided in the detection direction .

【0055】[0055]

【0056】[0056]

【0057】[0057]

【0058】[0058]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態の検出コイルの基本的形状
と配置を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a basic shape and an arrangement of a detection coil according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態の検出コイルの基本的形状
と配置を示す側面図である。
FIG. 2 is a side view showing a basic shape and an arrangement of a detection coil according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態の検出コイルの基本的形状
と配置を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a basic shape and an arrangement of a detection coil according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態の検出コイルの動作原理の
磁気回路を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a magnetic circuit based on the operation principle of the detection coil according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態の検出コイルの動作原理の
空気中の経路を考慮した磁気回路を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a magnetic circuit in consideration of a path in the air as an operation principle of the detection coil according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態の効率の良い検出コイルの
ヨーク形状を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a yoke shape of an efficient detection coil according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態の検出回路を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating a detection circuit according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態の検出回路の信号波形を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating signal waveforms of the detection circuit according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態の検出回路の信号波形を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing signal waveforms of the detection circuit according to the embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態の実用的な検出コイルの
配置を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a practical arrangement of detection coils according to the embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態の差動検出回路を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a differential detection circuit according to an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態の差動検出回路の信号波
形を示す図であり、図12AはV D1、図12BはVD2
図12CはVDEF を示す。
FIG. 12 shows a signal wave of the differential detection circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12A is a view showing a shape, and FIG. D1And FIG.D2,
FIG. 12C shows VDEFIs shown.

【図13】本発明の実施の形態の差動検出回路のアンプ
出力電圧の検出信号波形を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a detection signal waveform of an amplifier output voltage of the differential detection circuit according to the embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施の形態の2相出力のための検出
コイルの配置を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an arrangement of detection coils for two-phase output according to the embodiment of the present invention.

【図15】本発明の実施の形態の2相出力のためのエン
コーダ出力回路を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an encoder output circuit for two-phase output according to the embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施の形態の2相出力信号波形を示
す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a two-phase output signal waveform according to the embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施の形態の2次元センサとしての
検出コイルの配置を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing an arrangement of a detection coil as a two-dimensional sensor according to the embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施の形態の高分解能エンコーダ出
力回路を示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a high-resolution encoder output circuit according to an embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施の形態の内挿回路の構成を示す
図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of an interpolation circuit according to an embodiment of the present invention.

【図20】従来の2次元LPMの固定側ヨーク(プラテ
ン)の構造を示す図である。
FIG. 20 is a view showing a structure of a fixed side yoke (platen) of a conventional two-dimensional LPM.

【図21】従来の2次元LPMの動作原理を示す図であ
り、図21Aはモード1、図21Bはモード2、図21
Cはモード3、図21Dはモード4を示す。
21A and 21B are diagrams showing the operation principle of a conventional two-dimensional LPM, wherein FIG. 21A is a mode 1, FIG. 21B is a mode 2, FIG.
C shows mode 3, and FIG. 21D shows mode 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 検出素子、2 コア、3 コイル、4,5 端子、
6 プラテン、d 幅、h 高さ、P ピッチ、G ギ
ャップ、t 厚さ、7 検出コイル、8 コア、9 コ
イル、d1 幅、10 検波回路、OSC1 高周波発
振器、L1 検出コイル、R1 直列抵抗器、11(L
1,L2) 検出コイル、12,13 検波回路、14
差動回路、15 アンプ、16 コンパレータ、17
(L1,L2,L3,L4) 検出コイル、18 差動
検出回路A、19 差動検出回路B、20,21 検出
コイル、22,23,24,26,27 検波回路、2
4,28 差動回路、25,29 アンプ、30 内挿
回路、31,33 増幅回路、32,34 A/D変換
回路、35 ROM、36 処理回路
1 detection element, 2 cores, 3 coils, 4, 5 terminals,
6 platen, d width, h height, P pitch, G gap, t thickness, 7 detection coil, 8 core, 9 coil, d1 width, 10 detection circuit, OSC1 high frequency oscillator, L1 detection coil, R1 series resistor, 11 (L
1, L2) detection coil, 12, 13 detection circuit, 14
Differential circuit, 15 amplifier, 16 comparator, 17
(L1, L2, L3, L4) Detection coil, 18 differential detection circuit A, 19 differential detection circuit B, 20, 21 detection coil, 22, 23, 24, 26, 27 detection circuit, 2
4, 28 differential circuit, 25, 29 amplifier, 30 interpolation circuit, 31, 33 amplifier circuit, 32, 34 A / D conversion circuit, 35 ROM, 36 processing circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 - 7/34 G01D 5/12 G01D 5/245 101 H02P 5/00 101 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 7 /00-7/34 G01D 5/12 G01D 5/245 101 H02P 5/00 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 X軸および上記X軸に直交するY軸によ
る2次元平面上の任意の方向に移動体を移動可能にする
ものであって、 固定側のヨークであり格子状の溝を有するプラテンと、
永久磁石とコイルを巻いたヨークとを設けた検出コイル
とを有して上記プラテンとの間に所定の空隙を有する移
動側の移動子と、上記移動子の上記プラテン上の2次元
平面上の位置を検出する検出回路とを有し、 上記プラテン上の2次元平面の上記移動子の移動による
移動体の位置を検出する位置検出装置において、 上記検出コイルに高周波電圧を供給し、上記検出回路は
上記検出コイルのインダクタンス変化を検波することに
より電圧の変化として取り出すようにし 上記検出コイルの検出方向の上記ヨークの板厚は、上記
プラテンの溝幅に対して薄くするようにし たことを特徴
とする位置検出装置。
1. A fixed-side yoke having a lattice-shaped groove, wherein a movable body can be moved in an arbitrary direction on a two-dimensional plane by an X axis and a Y axis orthogonal to the X axis. Platen,
A moving element having a predetermined gap between the platen and a moving coil having a detection coil provided with a permanent magnet and a yoke wound with a coil, and a moving element on a two-dimensional plane on the platen. A detection circuit for detecting a position, wherein the position detection device detects a position of a moving body due to movement of the moving element on a two-dimensional plane on the platen, and supplies a high-frequency voltage to the detection coil; is to take out as a change in voltage by detecting the inductance change of the detection coil, the thickness of the detection direction of the yoke of the detection coil, the
A position detecting device characterized in that it is made thinner with respect to a groove width of a platen .
【請求項2】 X軸および上記X軸に直交するY軸によ
る2次元平面上の任意の方向に移動体を移動可能にする
ものであって、 固定側のヨークであり格子状の溝を有するプラテンと、
永久磁石とコイルを巻いたヨークとを設けた検出コイル
とを有して上記プラテンとの間に所定の空隙を有する移
動側の移動子と、上記移動子の上記プラテン上の2次元
平面上の位置を検出する検出回路とを有し、 上記プラテン上の2次元平面の上記移動子の移動による
移動体の位置を検出する位置検出装置において、 上記検出コイルに高周波電圧を供給し、上記検出回路は
上記検出コイルのインダクタンス変化を検波することに
より電圧の変化として取り出すようにし、 上記検出コイルの検出方向と直交する上記ヨークの板幅
は、上記プラテンの溝ピッチの整数倍にするようにした
ことを特徴とする位置検出装置。
2. An X-axis and a Y-axis orthogonal to the X-axis.
A mobile object in any direction on a two-dimensional plane
A platen , which is a fixed-side yoke and has a lattice-like groove,
Detection coil with permanent magnet and yoke wound coil
Having a predetermined gap between the platen and the platen.
Moving side moving element and two-dimensional moving element on the platen
A detection circuit for detecting a position on a plane, wherein the moving element moves on a two-dimensional plane on the platen.
In a position detection device that detects a position of a moving body , a high-frequency voltage is supplied to the detection coil, and the detection circuit includes:
To detect the change in inductance of the detection coil
The width of the yoke is perpendicular to the detection direction of the detection coil so as to be taken out as a voltage change.
Is a position detecting device wherein the pitch is an integral multiple of the groove pitch of the platen .
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