JP4154878B2 - 位置検出装置及び位置決め装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動体の位置を検出する位置検出装置、及び移動体を固定体に沿って移動させてこの移動体を所定の位置に位置決めする位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（従来技術１）
図１４は、従来の位置検出装置（従来技術１）を備える位置決め装置の構成図である。
位置決め装置１０１は、移動体１０２を固定体１０３に沿って移動させてこの移動体１０２を所定の位置に位置決めする装置である。位置決め装置１０１は、例えば、半導体部品などを垂直方向又は水平方向（直線方向）に搬送するマテリアルハンドリング用の直線移動装置（リニアアクチュエータ）などである。位置決め装置１０１は、図１４に示すように、移動体１０２と、固定体１０３と、位置検出装置１０４と、位置誤差増幅器１１７と、モータ電流駆動回路１１８と、リニアモータ１１９とを備えている。
【０００３】
移動体１０２は、図示しない位置決め対象物を保持して図中矢印方向に移動するスライダである。移動体１０２は、移動方向に沿って所定の間隔で歯が形成されている。固定体１０３は、移動体１０２を移動自在にガイドするステータである。固定体１０３は、水平方向又は垂直方向に配置されており、移動体１０２側の歯と対向して長さ方向に沿って所定の間隔で歯が形成されている。
【０００４】
位置検出装置１０４は、移動体１０２の位置を検出する装置である。位置検出装置１０４は、磁性体に磁界を加えて磁気歪みを発生させるとこの磁性体が振動し、この磁性体に磁気歪みが発生すると磁界が変化する磁歪効果を利用して、移動体１０２の絶対位置を検出する磁歪式超音波ポテンシオメータなどの磁歪センサである。位置検出装置１０４は、図１４に示すように、磁歪線部１０５と、磁歪発生部１０６と、磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂと、位置検出部１０８とを備えている。
【０００５】
磁歪線部１０５は、移動体１０２の移動方向に沿って磁気歪みによる振動が伝播する磁歪スケール部である。磁歪線部１０５は、例えば、ニッケルやフェライトなどの磁性体で形成されたパイプ状の部材である。磁歪線部１０５は、磁歪発生部１０６及び磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂを通過して、固定体１０３と平行に配置されている。
【０００６】
磁歪発生部１０６は、移動体１０２側から磁歪線部１０５に磁気歪みを発生させる部分である。磁歪発生部１０６は、移動体１０２に固定された磁歪ドライブコイルを備えている。磁歪発生部１０６は、磁歪ドライブコイルに磁歪ドライブコイル電流が流れると磁歪線部１０５に磁界を発生する磁歪効果を利用して、磁歪線部１０５に超音波を発生させる。磁歪発生部１０６は、移動体１０２と一体となって図中矢印方向に移動する。
【０００７】
磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂは、磁歪線部１０５を伝播する磁気歪みによる振動を磁歪線部１０５側で検出する部分である。磁歪検出部１０７ａは、磁歪線部１０５の一方の端部１０５ａに固定された磁歪検出コイルを備えており、磁歪検出部１０７ｂは磁歪線部１０５の他方の端部１０５ｂに固定された磁歪検出コイルを備えている。磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂは、超音波が到達すると磁界が変化する磁歪効果を利用して、バイアス磁界を加えた状態で磁歪検出コイルに発生する磁歪検出電圧（誘導電圧）を検出する。
【０００８】
位置検出部１０８は、磁歪発生部１０６から磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂに磁気歪みによる振動が到達する到達時間に基づいて、移動体１０２の位置を検出する部分である。位置検出部１０８は、磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂが出力する磁歪検出電圧（磁歪信号）を位置検出電圧（位置検出信号）に変換して、移動体１０２の位置及び速度を検出する磁歪信号変換回路である。位置検出部１０８は、図１４に示すように、クロック信号を発生するクロック発生回路１０９と、このクロック発生回路１０９が出力するクロック信号に同期して磁歪発生部１０６に磁歪ドライブコイル電流を流す駆動回路（コイル電流駆動回路）１１０と、磁歪検出部１０７ａが出力する磁歪検出電圧を波形整形するコンパレータ１１１ａと、磁歪検出部１０７ｂが出力する磁歪検出電圧を波形整形するコンパレータ１１１ｂと、積分電流切替スイッチ１１５ａ，１１５ｂの切替動作とサンプルホールド回路１１６のサンプルホールド動作のタイミングを調整するタイミング調整回路１１２と、基準電圧（＋ＶＲＥＦ）を発生する基準電圧発生回路１１３ａと、基準電圧（−ＶＲＥＦ）を発生する基準電圧発生回路１１３ｂと、抵抗Ｒ１〜Ｒ４（抵抗Ｒ（Ω））、コンデンサＣ（静電容量Ｃ（Ｆ））及び演算増幅器ＯＰで構成され基準電圧に基づいて時間／電圧変換する積分回路１１４と、この積分回路１１４に流れる電流を切り替える切替スイッチ１１５ａ，１１５ｂと、サンプルホールド動作に応じて積分回路１１４が出力する出力電圧を位置検出電圧として出力するサンプルホールド回路１１６とを備えている。
【０００９】
位置誤差増幅器１１７は、図示しない位置指令部が出力する位置指令入力電圧と位置検出部１０８が出力する位置検出電圧との差分を演算してＰＩＤ処理し推力指令電圧を出力する回路である。モータ電流駆動回路１１８は、位置誤差増幅器１１７が出力する推力指令電圧に基づいてリニアモータ１１９を制御する制御部である。リニアモータ１１９は、移動体１０２を駆動する駆動部である。リニアモータ１１９は、モータ電流駆動回路１１８によって励磁されるモータコイルを備えており、移動体１０２側の歯と固定体１０３側の歯との間に磁気吸引力を発生させて、移動体１０２を駆動するための推力を発生する。リニアモータ１１９は、移動体１０２に搭載されている。
【００１０】
次に、従来の位置検出装置（従来技術１）の検出動作を説明する。
図１５は、従来の位置検出装置（従来技術１）の検出方法を説明するための図である。
図１５に示すＬは、磁歪検出部１０７ａと磁歪検出部１０７ｂとの間の距離である。ｘは、磁歪検出部１０７ａと磁歪検出部１０７ｂとの中間点から磁歪発生部１０６までの距離であり移動体１０２の位置である。従来の位置検出装置１０４は、温度による音速の変化をキャンセルするために、磁歪発生部１０６から磁歪検出部１０７ａに超音波が到達する到達時間Ｔ１と、磁歪発生部１０６から磁歪検出部１０７ｂに超音波が到達する到達時間Ｔ２とを計測する。従来の位置検出装置１０４は、移動体１０２の絶対位置を以下の数１によって演算する。
【００１１】
【数１】

【００１２】
従来の位置検出装置１０４では、数１に示すように、音速の項が消去されており温度による音速の変化を受けない。
【００１３】
図１６は、従来の位置検出装置（従来技術１）の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
時刻ｔ１において、クロック発生回路１０９がクロック信号を発生すると、このクロック信号に同期して駆動回路１１０が磁歪発生部１０６に磁歪ドライブコイル電流を流す。その結果、磁歪発生部１０６が磁歪線部１０５に超音波を発生させてこの超音波が磁歪線部１０５を伝播する。また、時刻ｔ１において、クロック発生回路１０９がクロック信号を発生すると、タイミング調整回路１１２が切替スイッチ１１５ａ，１１５ｂをＯＮ動作するとともに、サンプルホールド回路１１６をサンプルからホールドに切り替える。その結果、基準電圧発生回路１１３ａ，１１３ｂから積分回路１１４に基準電圧（＋ＶＲＥＦ，−ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１１４の積分器出力Ｖｉが出力電圧値Ｖ_XN-1から徐々に増加する。タイミング調整回路１１２がサンプルホールド回路１１６をサンプルからホールドに切り替えているために、サンプルホールド回路１１６が位置検出出力Ｖｘとして積分器出力Ｖｉ＝Ｖ_XN-1を出力する。
【００１４】
時刻ｔ２において、磁歪線部１０５を伝播する超音波が磁歪検出部１０７ａに到達して磁歪検出部１０７ａがこの超音波を検出すると、磁歪検出部１０７ａがコンパレータ１１１ａに磁歪検出電圧Ｖ１を出力し、コンパレータ１１１ａがコンパレータ出力Ｐ１を発生する。その結果、タイミング調整回路１１２が積分電流切替スイッチ１１５ａをＯＦＦ動作して、積分回路１１４の積分器出力Ｖｉが徐々に減少する。
【００１５】
時刻Ｔ３において、磁歪線部１０５を伝播する超音波が磁歪検出部１０７ｂに到達して磁歪検出部１０７ｂがこの超音波を検出すると、磁歪検出部１０７ｂがコンパレータ１１０ｂに磁歪検出電圧Ｖ２を出力し、コンパレータ１１１ｂがコンパレータ出力Ｐ２を発生する。その結果、タイミング調整回路１１２が積分電流切替スイッチ１１５ｂをＯＦＦ動作して、積分回路１１４の積分器出力Ｖｉが出力電圧値Ｖ_XNになる。
【００１６】
時刻ｔ４において、クロック発生回路１０９がクロック信号を停止すると、タイミング調整回路１１１がサンプルホールド回路１１６をホールドからサンプルに切り替える。その結果、サンプルホールド回路１１６が位置検出出力Ｖｘとして積分器出力Ｖｉ＝Ｖ_XNを出力する。
【００１７】
位置検出部１０８は、磁歪発生部１０６が発生する超音波の音速がｖ（ｍ／ｓ）であり、磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂに超音波が到達する時間がＴ１，Ｔ２であるときには、以下の数２により距離ｘを演算する。
【００１８】
【数２】

【００１９】
ここで、図１６に示す位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数３によって演算される。
【００２０】
【数３】

【００２１】
ここで、Ｔ１＋Ｔ２≒ＣＲとすると、位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数４によって表される。
【００２２】
【数４】

【００２３】
数４に示す位置検出出力Ｖ_XNが位置検出値（位置検出電圧）となり、検出感度は、ＶＲＥＦ／（Ｔ１＋Ｔ２）・Ｖ（Ｖ／ｍ）である。
【００２４】
（従来技術２）
図１７は、従来の位置検出装置（従来技術２）を備える位置決め装置の構成図である。なお、図１４に示す部分と同一の部分については、対応する番号を付して詳細な説明を省略する。
従来の位置検出装置２０４は、図１７に示すように、磁歪発生部２０６と磁歪検出部２０７とを備えている。磁歪発生部２０６は、磁歪線部２０５の端部２０５ａに固定された磁歪ドライブＰＺＴを備え、磁歪検出部２０７は移動体２０２に固定された磁歪検出コイルを備える。位置検出部２０８は、クロック発生回路２０９が発生するクロック信号に同期して磁歪発生部２０６に電圧を加えるＰＺＴ駆動回路２１０を備えている。磁歪発生部２０６は、磁歪ドライブＰＺＴに電圧が加わると磁歪線部２０５に超音波を発生させ、磁歪検出部２０７はこの磁歪線部２０５を伝播する超音波を検出する。磁歪検出部２０７は、磁歪検出コイルにバイアスされた磁束が磁歪効果によって変化すると磁歪検出電圧を発生する。
【００２５】
次に、従来の位置検出装置（従来技術２）の検出動作を説明する。
図１８は、従来の位置検出装置（従来技術２）の検出方法を説明するための図である。
図１８に示すＬは、磁歪線部２０５の全長である。ｘは端部２０５ｂと磁歪検出部２０７との間の距離であり移動体１０２の位置である。従来の位置検出装置２０４では、温度による音速の変化をキャンセルするために、磁歪発生部２０６から磁歪検出部２０７に超音波が到達する到達時間Ｔ１と、磁歪発生部２０６から磁歪検出部２０７を通過して磁歪線部２０５の端部２０５ｂで反射し磁歪検出部２０７に超音波が到達する到達時間Ｔ２とを計測する。従来の位置検出装置２０２は、従来の位置検出装置１０１と同様に、移動体２０２の絶対位置を数１によって演算する。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
図１９は、従来の位置検出装置（従来技術１，２）における受信波形の波長の変化を示す図である。
従来の位置検出装置１０４，２０４では、この位置検出装置１０４，２０４を恒温槽に入れて温度を変化させると、磁歪ドライブコイルや磁歪ドライブＰＺＴから磁歪線部１０５，２０５に伝達される超音波の機械的インピーダンスが温度変化する。その結果、図１９に示すように、磁歪検出部１０７ａ，１０７ｂ，２０７の磁歪検出コイルによる受信波形の波長が変化して、数１〜数４に示す時間Ｔ１，Ｔ２が変化し位置計測に誤差が生じる。例えば、位置検出装置１０４，２０４の温度が上昇すると、図１９に示すように受信波形の波長が短くなる。時間Ｔ１，Ｔ２がΔＴだけ短くなると、移動体２の絶対位置は以下の数５によって演算される。
【００２７】
【数５】

【００２８】
数５に示す右辺分母は数１に示す右辺分母に比べて小さくなるために、数５に示す位置ｘは数１に示す位置ｘよりも大きく計測される。
【００２９】
図２０は、従来の位置検出装置（従来技術２）における受信波形の振幅の変化を示す図である。
また、従来の位置検出装置２０４では、この位置検出装置２０４を恒温槽に入れて温度を変化させると、図２０に示すように磁歪検出コイルによる受信波形の振幅が変化して位置計測に誤差が生じる。位置検出部２０８は、温度による時間差がΔＴ１，Ｔ２であるときに、以下の数６により距離ｘを演算する。
【００３０】
【数６】

【００３１】
ここで、図１６に示す位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数７によって演算される。
【００３２】
【数７】

【００３３】
ここで、Ｔ１＋Ｔ２≒ＣＲとすると、位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数８によって表される。
【００３４】
【数８】

【００３５】
数８に示す位置検出出力Ｖ_XNが位置検出値（位置検出電圧）となり、検出感度は、ＶＲＥＦ／（Ｔ１＋Ｔ２）・Ｖ（Ｖ／ｍ）である。温度変化による位置検出誤差は、以下の数９に示す通りである。
【００３６】
【数９】

【００３７】
このような温度変化により生ずる時間差ΔＴは、温度に応じて略線形に変化するために、温度を測定することにより位置検出誤差を温度に応じて補正することができる。しかし、従来の位置検出装置１０４，２０４では、このような位置検出誤差を補正しようとすると、装置が複雑になって大型化しコストが高くなってしまう問題があった。
【００３８】
この発明の課題は、簡単な構造で温度変化による位置検出誤差を改善することができる位置検出装置及び位置決め装置を提供することである。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、移動体の位置を検出する位置検出装置であって、前記移動体の移動方向に沿って磁気歪みによる振動が伝播する磁歪線部と、前記磁歪線部側に固定され磁歪線部に磁気歪みを発生させる磁歪発生部と、前記磁歪線部を伝播する磁気歪みによる振動を前記移動体側及び前記磁歪線部側で検出する磁歪検出部と、前記磁歪発生部から前記磁歪検出部に磁気歪みによる振動が到達する到達時間に基づいて、前記移動体の位置を検出する位置検出部とを備える位置検出装置において、
前記磁歪検出部は、
前記移動体側で磁気歪みによる振動を検出する第１の検出部と、前記磁歪発生部の近傍に配置され、前記磁歪検出部側で磁気歪みによる振動を検出する第２の検出部とを備えると共に、
前記磁歪発生部から前記第１の検出部に到達する到達時間と、前記磁歪発生部から前記第１の検出部を通過して前記磁歪線部の一方の端部で反射しこの第１の検出部に到達する到達時間と、前記磁歪発生部から前記第１の検出部を通過して前記磁歪線部の一方の端部で反射し、この第１の検出部を再度通過して前記第２の検出部に到達する到達時間とを検出することを特徴とする位置検出装置である。
【００４３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記磁歪線部は、前記磁歪発生部から前記第１の検出部を通過して前記磁歪線部の一方の端部で反射し、この第１の検出部を再度通過して前記第２の検出部に到達する到達時間に比べて、前記磁歪発生部から前記磁歪線部の他方の端部で反射して前記第２の検出部に到達する到達時間が長くなるように、前記磁歪発生部から前記磁歪線部の一方の端部までの長さと、前記磁歪発生部から前記磁歪線部の他方の端部までの長さとが設定されていることを特徴とする位置検出装置である。
【００４４】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置において、前記磁歪線部は、他方の端部側に磁気歪みによる振動を減衰させる減衰部を備えることを特徴とする位置検出装置である。
【００４５】
請求項４の発明は、請求項１からから請求項３までのいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記磁歪線部は、他方の端部側が略Ｕ字状に屈曲していること、を特徴とする位置検出装置である。
【００５５】
請求項５の発明は、移動体を固定体に沿って移動させて、この移動体を所定の位置に位置決めする位置決め装置であって、前記移動体を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の位置検出装置とを備え、前記制御部は、前記位置検出装置の出力信号に基づいて前記移動部を制御することを特徴する位置決め装置である。
【００５６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置を備える位置決め装置の構成図である。なお、以下では、図１４及び図１７に示す部分と同一の部分については、対応する番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
位置検出装置４は、図１に示すように、磁歪線部５と、磁歪発生部６と、磁歪検出部７ａ，７ｂと、位置検出部８と、減衰部材２０などを備えている。磁歪線部５は、端部５ａ側が略Ｕ字状に屈曲しており、磁歪発生部６から突出して延びた延長部分が折り曲げられている。磁歪発生部６は、磁歪線部５の延長部分の手前側に固定された磁歪ドライブコイルを備えており、磁歪線部５側からこの磁歪線部５に磁気歪みによる振動を発生させる。磁歪検出部７ａは、移動体２に固定された磁歪検出コイルを備えており、磁歪線部５を伝播する磁気歪みによる振動を移動体２側で検出する。磁歪検出部７ｂは、磁歪線部５に固定された磁歪検出コイルを備えており、磁歪線部５を伝播する磁気歪みによる振動を磁歪線部５側で検出する。磁歪検出部７ｂは、磁歪発生部６の近傍に隣接して設置されている。位置検出部８は、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａ，７ｂに磁気歪みによる振動が到達する到達時間が温度変化により変化したときに、この温度変化による到達時間の検出誤差を補正する。減衰部材２０は、磁気歪みによる振動を減衰させる部材である。減衰部材２０は、磁歪線部５の折り曲げられた部分に取り付けられている。減衰部材２０は、例えば、エポキシ系樹脂やゴムなどのダンピング部材である。
【００５８】
次に、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出動作を説明する。
図２は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出方法を説明するための図である。
図２に示すＬは、磁歪発生部６と端部５ｂとの間の距離である。ｘは、端部５ｂから磁歪検出部７ａまでの距離であり移動体２の位置である。位置検出装置４は、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａに磁気歪みによる振動が到達する到達時間Ｔ１と、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａを通過して端部５ｂで反射しこの磁歪検出部７ａに磁気歪みによる振動が到達する到達時間Ｔ２と、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａを通過して端部５ｂで反射しこの磁歪検出部７ａを再度通過して磁歪検出部７ｂに磁気歪みによる振動が到達する到達時間Ｔ３とを計測する。図２に示す時間Ｔ４，Ｔ５は以下の数１０及び数１１によって表される。
【００５９】
【数１０】

【００６０】
【数１１】

【００６１】
位置検出装置４は、移動体２の絶対位置を以下の数１２によって演算する。
【００６２】
【数１２】

【００６３】
図３は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置における受信波形の波長の変化を示す図である。
図３に示すように、温度が変化すると磁歪検出部７ａ，７ｂが出力する磁歪検出波形が変化して、低温時受信波形の波長よりも高温時受信波形の波長が短くなる。Ｔ１＝Ｔ１−ΔＴ，Ｔ２＝Ｔ２−ΔＴ，Ｔ３＝Ｔ３−ΔＴを数１０及び数１１に代入すると、ΔＴの項が消えてＴ４，Ｔ５はΔＴの影響を受けない。
【００６４】
図４は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
時刻ｔ１において、クロック発生回路９がクロック信号を発生すると、このクロック信号に同期して駆動回路１０が磁歪発生部６に磁歪ドライブコイル電流を流す。その結果、磁歪発生部６がドライブパルス信号を発生して、磁歪線部５を超音波が伝播する。
【００６５】
時刻ｔ２において、磁歪線部５を伝播する超音波が磁歪検出部７ａに到達すると、磁歪検出部７ａがこの超音波を検出してコンパレータ１１ａに磁歪検出電圧Ｖ１を出力し、コンパレータ１１ａがコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａ，１５ｂをＯＮ動作し、サンプルホールド回路１６をサンプルからホールドに切り替える。その結果、基準電圧発生回路１３ａ，１３ｂから積分回路１４に基準電圧（＋ＶＲＥＦ，−ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝Ｖ_XN-1／Ｒが流入し、積分回路１４の積分器出力Ｖｉが徐々に増加する。
【００６６】
時刻ｔ３において、磁歪線部５を伝播する超音波が端部５ｂで反射して磁歪検出部７ａに到達すると、磁歪検出部７ａがこの超音波を検出してコンパレータ１１ａに磁歪検出電圧Ｖ１を出力し、コンパレータ１１ａがコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が積分電流切替スイッチ１５ａをＯＦＦ動作して、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝２Ｖ_XN-1／Ｒ−２ＶＲＥＦ／Ｒが流入し、積分器出力Ｖｉが徐々に減少する。
【００６７】
時刻ｔ４において、磁歪線部５を伝播する超音波が端部５ｂで反射して磁歪検出部７ａを通過して磁歪検出部７ｂに到達すると、磁歪検出部７ｂがこの超音波を検出してコンパレータ１１ｂに磁歪検出電圧Ｖ２を出力し、コンパレータ１２ａがコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が積分電流切替スイッチ１５ｂをＯＦＦ動作するとともに、クロック発生回路９がクロック信号を停止すると、タイミング調整回路１１がサンプルホールド回路１６をホールドからサンプルに切り替える。その結果、サンプルホールド回路１６が位置検出出力Ｖｘとして積分器出力Ｖｉ＝Ｖ_XNを出力する。
【００６８】
ここで、図４に示す位置検出出力（積分器出力Ｖｉ）Ｖ_XNは、以下の数１３によって演算される。
【００６９】
【数１３】

【００７０】
ここで、定常時ではＶ_XN-1＝Ｖ_XNであるために、位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数１４によって表される。
【００７１】
【数１４】

【００７２】
数１２は、以下の数１５に示すように書き換えることができる。
【００７３】
【数１５】

【００７４】
その結果、位置検出出力Ｖ_XNは、磁歪発生部６から磁歪検出部７ａまでの距離を表す。
【００７５】
磁歪線部５に発生した超音波は端部５ａと端部５ｂに向かって磁歪線部５を伝播し、端部５ａに向かって伝播する超音波は端部５ａで反射して磁歪検出部７ｂに向かって伝播する。図２に示すように、磁歪発生部６から突出した磁歪線部５の延長部分が短い場合には、磁歪検出部７ａが検出した超音波と磁歪検出部７ｂが検出した超音波とがいずれの方向から伝播する超音波であるか区別することができず、到達時間を正確に測定することができない。このため、この第１実施形態では、図１に示すように、磁歪発生部６から端部５ａまでの長さＬ１が磁歪発生部６から端部５ｂまでの長さＬ２よりも長くなるように、磁歪線部５の長さが設定されている。長さＬ１は、磁歪発生部６から端部５ａに進みこの端部５ａで反射して磁歪検出部７ｂに到達する超音波の到達時間がＴ６であるときに、Ｔ６＞Ｔ３が成り立つ長さに設定されている。
【００７６】
図５は、この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の磁歪検出部が検出した磁歪検出波形の一例を示す図である。
マテリアルハンドリング用の直線駆動装置として位置決め装置１を使用する場合には、位置検出のサンプリング時間が高速であるほど制御性が良好になる。図３に示す磁歪検出波形は、１サンプルの初期の波形であり、実際には磁歪線部５を反射しながら減衰して図５に示すような波形になる。磁歪線部５を反射しながら進む超音波が十分に減衰しないうちに、磁歪発生部６がドライブパルスを発生すると、次の磁歪検出波形に残響波が重なり正確に位置を検出することが困難になる。このため、残響波が十分に減衰してから次のドライブパルスを発生する必要がある。この第１実施形態では、図５に示すように、ドライブパルスを発生する間隔を時間Ｔｓに設定することが好ましく、制御性が良好になるようにこの時間Ｔｓを短く設定することが好ましい。
【００７７】
この発明の第１実施形態に係る位置検出装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、温度変化による到達時間Ｔ１〜Ｔ３の検出誤差を位置検出部４が補正する。その結果、温度変化によるＰＺＴと磁歪線部５との機械的インピーダンスの変化を信号処理のタイミングを調整してキャンセルするために、温度変化による影響を受けずに高精度に位置を検出することができる。
【００７８】
(2) この第１実施形態では、到達時間Ｔ３に対して到達時間Ｔ６が長くなるように、磁歪線部の長さＬ１，Ｌ２が設定されているので、端部５ａからの反射波の影響を低減することができる。
【００７９】
(3) この第１実施形態では、磁気歪みによる振動を減衰させる減衰部材２０を磁歪線部５が端部５ａに備えているので、超音波の減衰を促進することができる。
【００８０】
(4) この第１実施形態では、磁歪線部５の端部５ａが略Ｕ字状に屈曲している。その結果、例えば、マテリアルハンドリング用の直線移動装置として位置決め装置１を使用したときに装置を小型にすることができる。
【００８１】
（参考例１）
図６は、この発明の参考例１に係る位置検出装置の構成図である。
磁歪発生部６は、端部５ａに固定された磁歪ドライブＰＺＴを備えており、磁歪線部５側からこの磁歪線部５に磁気歪みを発生させる。磁歪検出部７は、移動体２に固定された磁歪検出コイルを備えており、磁歪線部５を伝播する磁気歪みによる振動を移動体２側で検出する。磁歪線部５は、シート状の磁性体である。
【００８２】
次に、この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出動作を説明する。
図７は、この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出方法を説明するための図である。
図７に示すＬは、磁歪線部５の長さである。ｘは端部５ｂから磁歪検出部７までの距離であり移動体２の位置である。位置検出装置４は、磁歪発生部６から磁歪検出部７に磁気歪みによる振動が到達する時間Ｔ１と、磁歪発生部６から磁歪検出部７を通過して端部５ｂで反射しこの磁歪検出部７に磁気歪みによる振動が到達する時間Ｔ２と、磁歪発生部６から磁歪検出部７を通過して端部５ｂで反射しこの磁歪検出部７を再度通過して、端部５ａで反射して磁歪検出部７に磁気歪みによる振動が到達する時間Ｔ３とを計測する。ｘ／Ｌは、以下の数１６によって表される。
【００８３】
【数１６】

【００８４】
図８は、この発明の参考例１に係る位置検出装置における受信波形の波長の変化を示す図である。
図８に示すように、温度が変化すると磁歪検出部７が出力する磁歪検出波形が変化して、低温時受信波形の波長よりも高温時受信波形の波長が短くなる。Ｔ１＝Ｔ１−ΔＴ，Ｔ２＝Ｔ２−ΔＴ，Ｔ３＝Ｔ３−ΔＴを数１６に代入すると、以下の数１７に示すようにΔＴの項が消えて位置検出値はΔＴの影響を受けない。
【００８５】
【数１７】

【００８６】
図９は、この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
時刻ｔ１において、クロック発生回路９がクロック信号を発生すると、このクロック信号に同期して駆動回路（ＰＺＴ駆動回路）１０が磁歪発生部６に磁歪ドライブコイル電流（ＰＺＴドライブ信号）を流す。その結果、磁歪発生部６がドライブパルス信号を発生し磁歪線部５を超音波が伝播する。
【００８７】
時刻ｔ２において、磁歪線部５を伝播する超音波が磁歪検出部７に到達すると、磁歪検出部７がこの超音波を検出してコンパレータ１１に磁歪検出電圧を出力し、コンパレータ１１がコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａ，１５ｂをＯＮ動作し、サンプルホールド回路１６をサンプルからホールドに切り替える。その結果、基準電圧発生回路１３から積分回路１４に基準電圧（＋ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝ＶＲＥＦ／Ｒ−Ｖ_XN-1／Ｒが流入し、積分回路１４の積分器出力Ｖｉが徐々に減少する。
【００８８】
時刻ｔ３において、磁歪線部５を伝播する超音波が端部５ｂで反射して磁歪検出部７に到達すると、磁歪検出部７がこの超音波を検出してコンパレータ１１に磁歪検出電圧を出力し、コンパレータ１１がコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａをＯＦＦ動作して、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝−Ｖ_XN-1／Ｒが流入し、積分器出力Ｖｉが徐々に増加する。
【００８９】
時刻ｔ４において、磁歪線部５を伝播する超音波が端部５ａで反射して磁歪検出部７に到達すると、磁歪検出部７がこの超音波を検出してコンパレータ１１に磁歪検出電圧を出力し、コンパレータ１１がコンパレータ出力を発生する。その結果、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ｂをＯＦＦ動作するとともに、クロック発生回路９がクロック信号を停止すると、タイミング調整回路１２がサンプルホールド回路１６をホールドからサンプルに切り替える。その結果、サンプルホールド回路１６が位置検出出力Ｖｘとして積分器出力Ｖｉ＝Ｖ_XNを出力する。
【００９０】
ここで、図４に示す位置検出出力（積分器出力Ｖｉ）Ｖ_XNは、以下の数１８によって演算される。
【００９１】
【数１８】

【００９２】
ここで、定常時ではＶ_XN-1＝Ｖ_XNであるために、位置検出出力（位置検出値）Ｖ_XNは、以下の数１９によって表される。
【００９３】
【数１９】

【００９４】
この発明の参考例１に係る位置検出装置には、第１実施形態の効果に加えて、磁歪検出部７、コンパレータ１１及び基準電圧発生回路１３などが１つで足りるために、装置の構造をより一層簡単にすることができる。
【００９５】
（参考例２）
図１０は、この発明の参考例２に係る位置検出装置の構成図である。図１１は、この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の構成図である。
磁歪発生部６は、図１０に示すように、移動体２に固定された磁歪ドライブコイルを備えており、移動体２側から磁歪線部５に磁気歪みを発生させる。磁歪検出部７ａは、端部５ａに固定された磁歪検出コイルを備え、磁歪検出部７ｂは端部５ｂに固定された磁歪検出コイルを備えている。磁歪検出部７ａ，７ｂは、磁歪線部５を伝播する磁気歪みによる振動をこの磁歪線部５側で検出する。磁歪線部５は、パイプ状の磁性体である。
【００９６】
タイミング調整回路１２は、図１１に示すように、コンパレータ１１ａ，１１ｂと、一定時間のパルス信号を発生するワンショット回路２１ａ，２１ｂと、このワンショット回路２１ａ，２１ｂが発生するパルス信号をイネーブル信号として使用するゼロクロスコンパレータ２２ａ，２２ｂとを備えている。タイミング調整回路１２は、ゼロクロスコンパレータ２２ａ，２２ｂの出力信号に基づいて、切替スイッチ１５ａ，１５ｂ及びサンプルホールド回路１６の動作タイミングを制御する。
【００９７】
次に、この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の動作を説明する。
図１２は、この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１３は、この発明の参考例２に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
時刻ｔ１において、クロック発生回路９がクロック信号を発生すると、このクロック信号に同期して駆動回路（コイル電流駆動回路）１０が磁歪発生部６に磁歪ドライブコイル電流を流す。その結果、磁歪発生部６がドライブパルス信号を発生しこの超音波が磁歪線部５を伝播する。
【００９８】
時刻ｔ２において、磁歪線部５を伝播する超音波が磁歪検出部７ａに到達すると、磁歪検出部７ａがこの超音波を検出してコンパレータ１１ａに磁歪検出電圧Ｖ１を出力する。図１２に示すように、この磁歪検出電圧Ｖ１が基準電圧（ＲＥＦ電圧）と一致すると、ワンショット回路２１ａがパルス信号（イネーブル信号）を発生する。その結果、時刻ｔ３において、ゼロクロスコンパレータ２２ａが超音波の振幅がゼロになるタイミングでコンパレータ出力Ｐ１を発生する。そして、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａ，１５ｂをＯＮ動作し、サンプルホールド回路１６をサンプルからホールドに切り替える。また、基準電圧発生回路１３から積分回路１４に基準電圧（＋ＶＲＥＦ，−ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝（−ＶＲＥＦ＋Ｖ_XN-1＋ＶＲＥＦ＋Ｖ_XN-1）／Ｒが流入し、積分回路１４の積分器出力Ｖｉが徐々に増加する。
【００９９】
時刻ｔ４において、磁歪線部５を伝播する超音波が磁歪検出部７ｂに到達すると、磁歪検出部７ｂがこの超音波を検出してコンパレータ１１ｂに磁歪検出電圧Ｖ２を出力する。この磁歪検出電圧Ｖ２が基準電圧（ＲＥＦ電圧）と一致すると、ワンショット回路２１ｂがパルス信号を発生する。その結果、時刻ｔ５において、ゼロクロスコンパレータ２２ｂが超音波の振幅がゼロになるタイミングでコンパレータ出力を発生する。そして、タイミング調整回路１２が切替スイッチ１５ａをＯＦＦ動作する。その結果、基準電圧発生回路１３から積分回路１４に基準電圧（−ＶＲＥＦ）が加わり、積分回路１４に積分流入電流ｉ＝（ＶＲＥＦ＋Ｖ_XN-1）／Ｒが流入し、積分回路１４の積分器出力Ｖｉが徐々に減少する。
【０１００】
位置検出部８は、磁歪発生部６が発生する超音波の音速がｖ（ｍ／ｓ）であり、磁歪検出部７ａ，７ｂに超音波が到達する時間がＴ１，Ｔ２であるときには、以下の数２０により距離ｘを演算する。
【０１０１】
【数２０】

【０１０２】
図１３に示す位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数２１によって演算される。
【０１０３】
【数２１】

【０１０４】
ここで、Ｔ１＋Ｔ２≒ＣＲとすると、位置検出出力Ｖ_XNは、以下の数２２によって表される。
【０１０５】
【数２２】

【０１０６】
数２２に示す位置検出出力Ｖ_XNが位置検出値（位置検出電圧）となり、検出感度は、ＶＲＥＦ／（Ｔ１＋Ｔ２）・Ｖ（Ｖ／ｍ）である。
【０１０７】
この発明の参考例２に係る位置検出装置には、以下に記載するような効果がある。
この参考例２では、磁気歪みによる振動の振幅がゼロになるタイミングを基準として到達時間Ｔ１，Ｔ２を位置検出部８が検出する。その結果、温度に影響されやすい磁歪検出出力電圧の温度依存性が改善されて、温度変化による影響を受けずに高精度に位置を検出することができる。
【０１０８】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように、種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この第１実施形態および参考例１、参考例２では、磁気歪みによる振動の波長又は振幅のいずれか一方の変化を補正しているが両方を補正してもよい。また、この第１実施形態および参考例１、参考例２では、マテリアルハンドリング用の直線移動装置にこの発明を適用する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、磁歪線部５を円弧状に湾曲させた回転型モータや、レコーダなどについても、この発明を適用することができる。
なお、実施態様では２を移動体とし、３を固定体としたが移動体と固定体を逆にしてもよい。
【０１０９】
(2) この第１実施形態では、磁歪線部５の端部５ａ側に減衰部材２０を装着しているが、端部５ａ，５ｂ側に減衰部材２０を装着してもよい。また、この第１実施形態では、磁歪線部５を略Ｕ字状に折り曲げているが、装置の小型化を目的としないときには磁歪線部５を直線状にしてもよい。
【０１１０】
(3) この第１実施形態では、パイプ状の磁歪線部５を例に挙げて説明したが、シート状の磁歪線部を使用して磁歪発生部６に磁歪ドライブＰＺＴを使用することもできる。また、参考例１では、磁歪発生部６に磁歪ドライブＰＺＴを使用しているが、磁歪ドライブコイルを使用したり、パイプ状の磁歪線部５を使用することもできる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によると、温度変化による到達時間の検出誤差を位置検出部が補正するので、簡単な構造で温度変化による位置検出誤差を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施形態に係る位置検出装置を備える位置決め装置の構成図である。
【図２】 この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出方法を説明するための図である。
【図３】 この発明の第１実施形態に係る位置検出装置における受信波形の波長の変化を示す図である。
【図４】 この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】 この発明の第１実施形態に係る位置検出装置の磁歪検出部が検出した磁歪検出波形の一例を示す図である。
【図６】 この発明の参考例１に係る位置検出装置の構成図である。
【図７】 この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出方法を説明するための図である。
【図８】 この発明の参考例１に係る位置検出装置における受信波形の波長の変化を示す図である。
【図９】 この発明の参考例１に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】 この発明の参考例２に係る位置検出装置の構成図である。
【図１１】 この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の構成図である。
【図１２】 この発明の参考例２に係る位置検出装置のタイミング調整回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】 この発明の参考例２に係る位置検出装置の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１４】 従来の位置検出装置（従来技術１）を備える位置決め装置の構成図である。
【図１５】 従来の位置検出装置（従来技術１）の検出方法を説明するための図である。
【図１６】 従来の位置検出装置（従来技術１）の検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１７】 従来の位置検出装置（従来技術２）を備える位置決め装置の構成図である。
【図１８】 従来の位置検出装置（従来技術２）の検出方法を説明するための図である。
【図１９】 従来の位置検出装置（従来技術１，２）における受信波形の波長の変化を示す図である。
【図２０】 従来の位置検出装置（従来技術２）における受信波形の振幅の変化を示す図である。

Claims (5)

1. 移動体の位置を検出する位置検出装置であって、前記移動体の移動方向に沿って磁気歪みによる振動が伝播する磁歪線部と、前記磁歪線部側に固定され磁歪線部に磁気歪みを発生させる磁歪発生部と、前記磁歪線部を伝播する磁気歪みによる振動を前記移動体側及び前記磁歪線部側で検出する磁歪検出部と、前記磁歪発生部から前記磁歪検出部に磁気歪みによる振動が到達する到達時間に基づいて、前記移動体の位置を検出する位置検出部とを備える位置検出装置において、
   前記磁歪検出部は、
   前記移動体側で磁気歪みによる振動を検出する第１の検出部と、前記磁歪発生部の近傍に配置され、前記磁歪検出部側で磁気歪みによる振動を検出する第２の検出部とを備えると共に、
   前記磁歪発生部から前記第１の検出部に到達する到達時間と、前記磁歪発生部から前記第１の検出部を通過して前記磁歪線部の一方の端部で反射しこの第１の検出部に到達する到達時間と、前記磁歪発生部から前記第１の検出部を通過して前記磁歪線部の一方の端部で反射し、この第１の検出部を再度通過して前記第２の検出部に到達する到達時間とを検出することを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１に記載の位置検出装置において、前記磁歪線部は、前記磁歪発生部から前記第１の検出部を通過して前記磁歪線部の一方の端部で反射し、この第１の検出部を再度通過して前記第２の検出部に到達する到達時間に比べて、前記磁歪発生部から前記磁歪線部の他方の端部で反射して前記第２の検出部に到達する到達時間が長くなるように、前記磁歪発生部から前記磁歪線部の一方の端部までの長さと、前記磁歪発生部から前記磁歪線部の他方の端部までの長さとが設定されていること、を特徴とする位置検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の位置検出装置において、前記磁歪線部は、他方の端部側に磁気歪みによる振動を減衰させる減衰部を備えることを特徴とする位置検出装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記磁歪線部は、他方の端部側が略Ｕ字状に屈曲していることを特徴とする位置検出装置。
5. 移動体を固定体に沿って移動させて、この移動体を所定の位置に位置決めする位置決め装置であって、前記移動体を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の位置検出装置とを備え、前記制御部は、前記位置検出装置の出力信号に基づいて前記移動部を制御することを特徴する位置決め装置。

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