JP5036669B2 - Position detection device for moving parts, 2-DOF actuator - Google Patents
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Description
本発明は、2自由度アクチュエータ、特にその可動部の位置検出装置に関する。 The present invention relates to a two-degree-of-freedom actuator, and more particularly to a position detection device for a movable part thereof.
従来、回転及び直動アクチュエータの位置検出においては回転用のセンサと直動用のセンサの2種類のセンサを用いて行っていた。このような場合、センサが軸方向に長くなってしまうという問題点があった。そのため、下記特許文献1ではセンサ用磁石の形状を台形形状として磁石に対向する位置にセンサを2つ(センサA、B)配置し、各々のセンサ位置を電気角90°ずらした位置に配置し、センサA及びセンサBがそれぞれ回転方向に対して正弦、余弦の出力値が発生するため、センサAの出力が小さくなった場合に、センサBに出力を切り替えることで、回転方向と直動方向の位置検出を行っている。
Conventionally, the position detection of the rotation and linear motion actuators has been performed using two types of sensors, a rotation sensor and a linear motion sensor. In such a case, there is a problem that the sensor becomes long in the axial direction. Therefore, in
このような場合、回転方向の検出の場合、磁石の極間部にセンサが対向した場合に出力を切り替える必要があり、高速回転した場合や、センサ用磁石の極数が大きい場合には切り替えの時間が問題となる。 In such a case, when detecting the rotational direction, it is necessary to switch the output when the sensor is opposed to the gap between the magnets. When the sensor rotates at a high speed or the number of poles of the sensor magnet is large, the output is switched. Time is a problem.
また、直動方向の検出の場合、回転位置によってセンサ出力が異なるため、回転方向の検出結果を用いて直動方向の位置を算出しなければならない。 Further, in the case of detecting the linear motion direction, the sensor output varies depending on the rotational position, so the position in the linear motion direction must be calculated using the detection result of the rotational direction.
この発明は、センサの出力を切り替えることなく、2つのセンサ出力から振幅及び位相を求めることにより、簡易な演算で高速回転や高速移動にも対応した直動さらには回転も含む2方向の動きのセンシングが可能な可動部の位置検出装置、及びそれを用いた2自由度アクチュエータセンサを提供することを目的とする。 The present invention obtains the amplitude and phase from the two sensor outputs without switching the sensor outputs, thereby enabling a simple operation to perform a linear motion corresponding to high-speed rotation and high-speed movement as well as two-way motion including rotation. An object of the present invention is to provide a movable part position detection device capable of sensing and a two-degree-of-freedom actuator sensor using the same.
この発明は、位置を検出するための被測定面を有する2可動方向に可動な可動部と、前記可動部の被測定面に対向するように所定位置に固定され前記被測定面の対向する部分に従った出力を発生する位置検出用センサ部と、前記位置検出用センサ部で発生された出力から前記可動部の2可動方向の位置をそれぞれ演算する位置演算部と、を備え、前記可動部の被測定面が、2可動方向の第1可動方向に沿って前記位置検出用センサ部との距離が増加又は減少するように傾斜を有するか又は2可動方向の第1可動方向と直交する面であり、かつ2可動方向の第2可動方向に沿って所定距離D周期で前記位置検出用センサ部の出力が周期的に変化する構造を有し、前記位置検出用センサ部が、前記第1可動方向と直交する同一面内で前記可動部の被測定面から互いに同一距離にあり、前記第2可動方向に沿ってD/4離れて設けられた一対のセンサからなり、前記位置演算部が前記一対のセンサからの出力の大きさに基づいて前記可動部の2可動方向の位置をそれぞれ演算し、前記可動部が、前記第1及び第2可動方向となる互いに直交するX方向とY方向にそれぞれ直動動作し、XY方向に延び、X方向に沿って傾斜を有し、Y方向に沿って所定距離D周期で前記位置検出用センサ部の出力が周期的に変化する構造を有する前記被測定面となる面を有することを特徴とする可動部の位置検出装置等にある。 The present invention includes two movable parts having a surface to be measured for detecting a position and movable in a movable direction, and a portion of the movable part that is fixed at a predetermined position so as to face the surface to be measured and that faces the surface to be measured. A position detection sensor unit that generates an output in accordance with the position detection unit, and a position calculation unit that calculates a position of the movable unit in two movable directions from the output generated by the position detection sensor unit. The surface to be measured is inclined so that the distance from the position detecting sensor portion increases or decreases along the first movable direction of two movable directions, or a surface orthogonal to the first movable direction of the two movable directions And the output of the position detection sensor unit periodically changes at a predetermined distance D along the second movable direction of the two movable directions, and the position detection sensor unit includes the first detection unit. Of the movable part in the same plane perpendicular to the movable direction. It consists of a pair of sensors that are at the same distance from the measurement surface and are separated from each other by D / 4 along the second movable direction, and the position calculator is based on the magnitude of the output from the pair of sensors. The position of the movable part in two movable directions is calculated, and the movable part linearly moves in the X direction and the Y direction orthogonal to each other as the first and second movable directions, extends in the XY direction, and extends in the X direction. And a surface to be measured having a structure in which the output of the position detecting sensor unit periodically changes at a predetermined distance D period along the Y direction. in a position detecting device or the like parts.
この発明では、センサの出力を切り替えることなく、2つのセンサ出力から振幅及び位相を求めることにより、簡易な演算で高速移動や高速回転にも対応した直動さらには回転も含む2方向の動きのセンシングが可能な可動部の位置検出装置、及びそれを用いた2自由度アクチュエータセンサを提供できる。これにより装置の小型化、軽量化、また電力消費量(エネルギー消費量)を抑えることが可能である。 According to the present invention, by obtaining the amplitude and phase from two sensor outputs without switching the sensor outputs, the linear motion corresponding to the high speed movement and the high speed rotation and the rotation of the two directions including the rotation can be obtained by a simple calculation. It is possible to provide a movable part position detecting device capable of sensing and a two-degree-of-freedom actuator sensor using the same. As a result, it is possible to reduce the size and weight of the apparatus and to reduce the power consumption (energy consumption).
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による可動部の位置検出装置を含む2自由度アクチュエータの概略構成図である。2自由度アクチュエータのキャンと呼ばれる容器に収納された本体部分は駆動部1と位置検出部2からなる。駆動部1では、回転軸20にはトルク及び推力を発生するための磁極(例えば磁石)を設けた回転子12が取り付けられており、容器3側の回転子12の磁石に対向する位置に電磁コイルからなる固定子11が取り付けられている。固定子11と回転子12で例えばステッピングモータを構成している。回転子12の軸方向上部の位置検出部2では、円錐台形(円錐形でも可)のセンサ用磁石21が回転軸20に回転子12と同軸に固定されて設けられている。センサ用磁石21は全体又は少なくとも被測定面である側面が、磁気により磁気センサの出力が周期的(正弦波形状等)に変化するように着磁された磁性体構造を有し、軸方向に沿った断面は略台形となっている。
1 is a schematic configuration diagram of a two-degree-of-freedom actuator including a movable part position detecting device according to
センサ用磁石21の外周に沿ってセンサ用磁石21と間隔を開けて設けられたセンサ基板22には、それぞれホール素子又は磁気抵抗素子等からなる2つの磁気センサ23A、23B(図3の上面図参照)が設けられている。磁気センサ23A、23Bの出力信号は位置演算部4で演算され、センサ用磁石21の軸方向と回転方向の位置が演算される。駆動指令信号発生部5は、位置演算部4で演算されたセンサ用磁石21の位置に従って、回転軸20,回転子12,センサ用磁石21からなる可動体を移動させる駆動指令信号を駆動部1の固定子11に入力する。
Two
図2は、センサ用磁石21と磁気センサ23Aの軸方向の位置関係を示す。また図3は、センサ用磁石21と磁気センサ23A、23Bの周方向の位置関係を示す。図2に示すように、固定子側には、センサ用磁石21の可動範囲内(例えば位置A〜Cの間)でセンサ用磁石21の被測定面である側面に対向するように2つの磁気センサ23A、(23B:図3参照)がセンサ基板22に固定されている。また図3に示すように、2つの磁気センサ23A、23Bの周方向位置は、同一軸上で回転中心からの距離が同じであり(より概略的にはセンサ用磁石21の被測定面から互いに同じ距離)、センサ用磁石21の極対数Pn(本例では極対数1)とするとき、機械角で180/(2×Pn)離れた位置に配置する。また2つの磁気センサ23A、23Bの軸方向位置は、軸と直交する同一面内に配置する。
FIG. 2 shows an axial positional relationship between the
ここで、図2の軸方向のA−A、B−B、C−Cレベルにおける磁気センサ23A、23Bの出力信号波形をそれぞれ図4、図5に示す。これらの図に示すように、磁気センサ23A、23Bの出力値は直動方向の位置において異なっているが、軸方向のそれぞれのレベル位置において磁気センサ23A、23Bの出力は余弦波と正弦波の関係で表される。このため、直動方向の位置は磁気センサ23Aの出力値をA、磁気センサ23Bの出力値をBとすると、これらの2乗和の平方根をとると下記式(1)で表される。
Here, the output signal waveforms of the
V=√(A2+B2) (1) V = √ (A 2 + B 2 ) (1)
ここで、式(1)で示されているセンサ振幅値Vの値は、回転方向の位置によらず一定値を示し、直動方向に動作した場合のみ値が変化する。センサ用磁石21の側面に直動方向(軸方向)に沿って傾きがあり、磁気センサ23A、23Bとセンサ用磁石21の距離が遠くなるにつれて図6に示すようにセンサ振幅値Vの値は単調に減少するため、直動方向の磁気センサとして利用できる。図6は図2にも示された直動方向位置Lにおけるセンサ振幅値Vの変化を示す図であり、図6の縦軸Lの下から上に向かって図2のA−A、B−B、C−Cレベルとなる。
Here, the value of the sensor amplitude value V shown in the equation (1) shows a constant value regardless of the position in the rotation direction, and the value changes only when the sensor moves in the linear motion direction. As the distance between the
また、回転位置(回転方向角度)θは下記式(2)で表すことができる。 The rotation position (rotation direction angle) θ can be expressed by the following formula (2).
θ=arctan(A/B+90+180a) (2) θ = arctan (A / B + 90 + 180a) (2)
ここで、式(2)のaは磁気センサ23Bの出力値が正の値であるときは0、負の値であるときは1とする。この場合、図7に示すように回転位置に対してθが一意に決定されるため、回転位置を正確に把握できる。
Here, a in Expression (2) is 0 when the output value of the
図8は位置演算部4、駆動指令信号発生部5の構成の一例を示す図である。図8に示すように、位置演算部4において回転方向に関する回転角演算部4aは、式(2)により回転位置(回転方向角度)θを算出する。直動方向に関する振幅演算部4bは式(1)により磁気センサのセンサ振幅値Vを演算し、直動方向位置演算部4cでは、使用するセンサ用磁石21に関する例えば図6に示すようなセンサ振幅値Vと直動方向位置Lの関係を示すテーブルや換算式を予めメモリに格納しておき、これに基づき直動方向位置Lを算出する。駆動指令信号発生部5は、位置演算部4から得られたセンサ用磁石21の回転位置(回転方向角度)θ及び直動方向位置Lから固定子11への制御電流の位相を決定し、固定子11の電磁コイルに駆動指令信号として決定した位相に基づく通電を行う。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
なお、センサ用磁石21が位置を検出するための被測定面を有する2可動方向に可動な可動部を構成し、磁気センサ23A、23Bが可動部の被測定面に対向するように所定位置に固定され被測定面の対向する部分に従った出力を発生する位置検出用センサ部を構成し、位相演算部4が位置検出用センサ部で発生された出力から可動部の2可動方向の位置をそれぞれ演算する位置演算部を構成する。
The
可動部の被測定面は、2可動方向の第1可動方向に沿って位置検出用センサ部との距離が増加又は減少するように傾斜を有するか又は2可動方向の第1可動方向と直交する面であり(実施の形態3参照)、かつ2可動方向の第2可動方向に沿って所定距離D周期で前記位置検出用センサ部の出力が周期的に変化する構造を有している。位置検出用センサ部は、第1可動方向と直交する同一面内で可動部の被測定面から互いに同一距離にあり、第2可動方向に沿ってD/4離れて設けられた一対のセンサからなる。位置演算部は、一対のセンサからの出力の大きさに基づいて可動部の2可動方向の位置をそれぞれ演算する。 The measurement surface of the movable part has an inclination so that the distance from the position detection sensor part increases or decreases along the first movable direction of the two movable directions, or is orthogonal to the first movable direction of the two movable directions. A surface (see Embodiment 3), and the output of the position detecting sensor unit periodically changes at a predetermined distance D period along the second movable direction of the two movable directions. The position detection sensor unit is formed of a pair of sensors provided at the same distance from the surface to be measured of the movable unit within the same plane orthogonal to the first movable direction and spaced apart by D / 4 along the second movable direction. Become. The position calculation unit calculates the position of the movable unit in the two movable directions based on the magnitude of the output from the pair of sensors.
特に可動部は、第2可動方向となる回転軸周りで回転動作しかつ第1可動方向となる回転軸の軸方向に沿って直動動作するように回転軸を回転軸として固定され、側面を被測定面とする円錐形又は円錐台形のものである。 In particular, the movable part is fixed around the rotation axis as the rotation axis so as to rotate around the rotation axis as the second movable direction and to move linearly along the axial direction of the rotation axis as the first movable direction. It has a conical or frustoconical shape as the surface to be measured.
可動部の被測定面は、回転軸の1周に渡りPn周期分の位置検出用センサ部の出力が周期的に変化する構造を有し、一対のセンサは可動部の周方向に180/(2×Pn)°互いに離れて配置されている。位置演算部は、一対のセンサの出力値A、Bから、V=√(A2+B2)によりセンサ振幅Vを求める振幅演算部、センサ振幅Vから可動部の直動方向位置Lを算出する直動方向位置演算部、一対のセンサの出力値A、Bから、θ=arctan(A/B+90+180a)(a:Bの出力値が正の値であるときは0、負の値であるときは1とする)により可動部の回転方向角度θを求める回転角演算部を含む。 The surface to be measured of the movable part has a structure in which the output of the position detecting sensor part for Pn period changes periodically over one rotation of the rotation axis, and the pair of sensors is 180 / (in the circumferential direction of the movable part. 2 × Pn) ° are arranged apart from each other. The position calculator calculates the sensor amplitude V from the output values A and B of the pair of sensors by V = √ (A 2 + B 2 ), and calculates the linear movement position L of the movable unit from the sensor amplitude V. From the output values A and B of the linear motion direction position calculation unit and the pair of sensors, θ = arctan (A / B + 90 + 180a) (a: 0 when the output value of B is a positive value; 1), a rotation angle calculation unit for obtaining the rotation direction angle θ of the movable unit is included.
また、センサ用磁石21、センサ基板22、磁気センサ23A、23B、位置演算部4が可動部の位置検出装置を構成し、センサ用磁石21が取り付けられた回転軸20が可動体を構成し、回転子12,固定子11が可動体を動かす駆動部を構成し、駆動指令信号発生部5が、位置検出装置の位置演算部で演算された可動部の位置に従って可動体を移動させる駆動指令信号を駆動部に入力する駆動指令信号発生手段を構成する。
In addition, the
実施の形態2.
図9にこの発明の実施の形態2におけるセンサ用磁石21の側面図を示す。この実施の形態では、軸方向の各レベルでの磁気センサ23(23A、23B)とセンサ用磁石21の側面との距離dを考慮して、図9に示すように、センサ用磁石21の被測定面である側面を、軸方向(第1可動方向)に沿った包絡線が、センサ用磁石21の側面の上部と下部を直線で結んだもの(実施の形態1のような図9の破線で示した形状)よりも径方向内側になるような形状にしている。すなわち円錐台形又は円錐形のセンサ用磁石21の側面を径方向内側にへこむような曲面としている。
FIG. 9 shows a side view of the
この場合、磁気センサ23A、23Bで算出されるセンサ振幅値Vと直動方向位置Lは図10に示すように図5で示した場合よりもより直線的な単調減少となり、軸方向上部での磁気センサの感度を上げることができる。また、磁気センサ23A、23Bのセンサ振幅値Vが直動方向位置Lに対して直線的に低下するようなセンサ用磁石21の側面形状にするとより磁気センサ感度を一定にでき、この場合、軸方向の演算が簡易となる。
In this case, the sensor amplitude value V and the linear motion direction position L calculated by the
実施の形態3.
図11はこの発明の実施の形態3による可動部の位置検出装置を含む2自由度アクチュエータの概略構成図である。図11において、上記各実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、説明を省略する。この実施の形態3では実施の形態1、2と異なり、円柱形状のセンサ用磁石21を使用し、センサ基板22をセンサ用磁石21の上部に設けて、センサ基板22には、センサ用磁石21の被測定面である軸方向を向いた上面に対向するように2つの磁気センサ23A、23Bが配置されている。上記実施の形態と同様に、2つの磁気センサ23A、23Bは軸方向の位置が同じで、周方向位置が電気角90°ずれた位置に配置されている。センサ用磁石21は上記実施の形態と同様に軸方向に着磁されている。このような構成においても、実施の形態1で説明したのと同様にして、2つの磁気センサ23A、23Bの出力から直動方向位置(軸方向距離)及び周方向位置を特定することができる。また、磁石の形状が実施の形態1、2では円錐台形状又は円錐形状であったが、本実施の形態では円柱形状でよく、センサ用磁石の製作が容易となる。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a two-degree-of-freedom actuator including a movable part position detecting device according to
さらに図示は省略するが、センサ基板22をセンサ用磁石21の上部ではなく下部に設けて、センサ基板22には、センサ用磁石21の被測定面である軸方向を向いた下面に対向するように2つの磁気センサ23A、23Bを同様にして配置するようにしてもよく、同様な効果を奏する。
Further, although not shown in the drawings, the
なお、センサ用磁石21が可動部を構成し、可動部は、第2可動方向となる回転軸周りで回転動作しかつ第1可動方向となる回転軸の軸方向に沿って直動動作するように回転軸を回転軸として固定され、軸方向と直交する上面又は下面を被測定面とする円柱形のものである。
The
実施の形態4.
図12はこの発明の実施の形態4による可動部の位置検出装置を含む2自由度アクチュエータの位置検出部2の部分概略構成図、図13は図12の位置検出部2をセンサ基板22を透視した上部から見た上面図である。この実施の形態は上述の実施の形態での回転軸の回転方向と軸方向の2自由度のアクチュエータを、他の2自由度の一例として、XY平面内の互いに直交するX軸方向とY軸方向に可動なアクチュエータに適用した場合の例である。
12 is a partial schematic configuration diagram of a
図において、上記各実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。この実施の形態では、センサ用磁石21が第1及び第2可動方向がXY平面のそれぞれ互いに直交するX軸、Y軸である平面内を移動する可動体(図示省略)に固定されているものとする。そして基本的に上記実施の形態と同様に、センサ用磁石21の被測定面に、第1可動方向であるX軸方向には、磁気センサ23A、23Bとセンサ用磁石21の被測定面との距離が単調に減少又は増加するように傾斜を持たせ、第2可動方向であるY軸方向には、磁気センサ23A、23Bの出力信号強度が例えば所定距離Dを1周期として周期的に変化するようにN極、S極を着磁させる。また、信号強度の周期をDとした場合、センサ基板22に固定された磁気センサ23A、23BのY軸方向に沿った間隔はD/4とする。この場合、磁気センサ23A、23Bの出力信号が正弦波と余弦波の関係となり、実施の形態1で示すような式(1)(2)で2方向の電気角位置が検出できる。
In the figure, the same or corresponding parts as those in the above embodiments are indicated by the same reference numerals. In this embodiment, the
図14には、この実施の形態における位置演算部4の構成の一例を示す。振幅演算部41bは、一対の磁気センサ23A、23Bの出力値A、Bから、下記式(1)
V=√(A2+B2) (1)
によりセンサ振幅Vを求める。X方向位置演算部41cは、センサ振幅Vから上記実施の形態と同様に予め格納したテーブルや換算式に基づき、可動部であるセンサ用磁石21のX方向位置Xを算出する。Y方向位置演算部41aは、磁気センサ23A、23Bの出力値A、Bから、下記式(3)
Yθ=arctan(A/B+90+180a) (3)
(a:Bの出力値が正の値であるときは0、負の値であるときは1とする)
によりセンサ用磁石21のY方向位置Yθを求める。これらの求められたX方向位置X、Y方向位置Yθは駆動指令信号発生部5へ送られる。駆動指令信号発生部5は、位置演算部4から得られたセンサ用磁石21のX方向位置X、Y方向位置Yθからアクチュエータの駆動部1の図1の固定子11に相当する例えば電磁コイルへの制御電流の位相を決定し、電磁コイルに駆動指令信号として決定した位相に基づく通電を行う。
FIG. 14 shows an example of the configuration of the
V = √ (A 2 + B 2 ) (1)
Thus, the sensor amplitude V is obtained. The X-direction
Yθ = arctan (A / B + 90 + 180a) (3)
(a: 0 when the output value of B is positive, and 1 when it is negative)
Thus, the Y-direction position Yθ of the
さらに、Y軸方向に原点記憶をさせておく演算機能を設けるとさらによい。この場合、原点からの位置と周期をカウントすることにより、任意の位置を把握でき、2自由度アクチュエータの位置制御に使用できる。 Furthermore, it is further preferable to provide a calculation function for storing the origin in the Y-axis direction. In this case, by counting the position and cycle from the origin, an arbitrary position can be grasped and used for position control of the two-degree-of-freedom actuator.
具体的には一例として、図13に示されているように、センサ用磁石21の被測定面上にN極とS極からなる距離Dを1周期とする複数周期分、周期的に変化する構造を設けると共に、磁気センサ23A、23Bで検出可能なY軸方向の基準位置マーカRを形成しておく。そして図14の位置演算部4では、基準位置検出部41dが、磁気センサ23A、23Bの少なくとも一方の出力値から基準位置マーカR位置を検出し、周期計数部41eが、磁気センサ23A、23Bの少なくとも一方の出力値に基づき基準位置マーカR位置を原点として周期のカウントアップ及びカウントダウンを行い、Y方向位置演算部41aが、Y方向位置Yθと周期計数部41eの周期計数値に基づきY方向位置Yθaを求める。
Specifically, as shown in FIG. 13, for example, as shown in FIG. 13, the
なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、上記のような測定構造が適用可能な全ての2自由度アクチュエータで利用することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be used in all two-degree-of-freedom actuators to which the above measurement structure can be applied.
この発明では、回転子と回転子に対向した固定子鉄心があり、回転子にはトルクを発生するための磁石が周方向に配置してある。この磁石上部にセンサ用磁石があり、磁石形状としては軸方向断面からみると台形形状である。センサ用磁石に対向する固定子側に磁気センサを2つ配置する。ここで、2つの磁気センサの軸方向位置は同一とし、磁気センサの周方向位置は電気角90°(センサ用磁石が2極の場合は機械角と同一)で配置する。この2つの磁気センサ出力を制御回路において2乗和及び逆正接をとることにより、磁気センサの軸方向位置と周方向位置を求める。なお、磁石が2極の場合はセンサの周方向の絶対位置が求められ、極数が2n(n>1)の場合は磁気センサの相対位置を求めることができる。また、回転軸方向にあらかじめ原点記憶および電気角周期をカウントする演算機能を設けることにより、極数が2n(n>1)においても周方向の絶対位置を求められる。 In the present invention, there is a rotor and a stator iron core facing the rotor, and a magnet for generating torque is arranged in the circumferential direction on the rotor. There is a magnet for the sensor above this magnet, and the magnet shape is trapezoidal when viewed from the axial cross section. Two magnetic sensors are arranged on the stator side facing the sensor magnet. Here, the axial positions of the two magnetic sensors are the same, and the circumferential positions of the magnetic sensors are arranged at an electrical angle of 90 ° (the same as the mechanical angle when the sensor magnet has two poles). By taking the sum of squares and arc tangent of these two magnetic sensor outputs in the control circuit, the axial position and circumferential position of the magnetic sensor are obtained. When the magnet has two poles, the absolute position in the circumferential direction of the sensor can be obtained, and when the number of poles is 2n (n> 1), the relative position of the magnetic sensor can be obtained. Further, by providing an arithmetic function for storing the origin and counting the electrical angular period in the rotation axis direction in advance, the absolute position in the circumferential direction can be obtained even when the number of poles is 2n (n> 1).
この発明では、周方向の位置を磁気センサの出力を切り替えることなく求めることができ、切り替えによる制御回路がなくなり、高速回転時にも適用できる。また、直動方向の位置をセンサの出力の2乗和で計算できるため、周方向位置が同一であれば、一定値となり、直動方向位置は周方向の回転位置に依存しない。 In the present invention, the circumferential position can be obtained without switching the output of the magnetic sensor, the control circuit by switching is eliminated, and the present invention can also be applied during high-speed rotation. Further, since the position in the linear motion direction can be calculated by the sum of squares of the output of the sensor, if the circumferential position is the same, the position is constant, and the linear motion position does not depend on the circumferential rotational position.
1 駆動部、2 位置検出部、3 容器、4 位相演算部、4a 回転角演算部、4b 振幅演算部、4c 直動方向位置演算部、5 駆動指令信号発生部、11 固定子、12 回転子、20 回転軸、21 センサ用磁石、22 センサ基板、23A,23B 磁気センサ、41a Y方向位置演算部、41b 振幅演算部、41c X方向位置演算部、41d 基準位置検出部、41e 周期計数部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記可動部の被測定面に対向するように所定位置に固定され前記被測定面の対向する部分に従った出力を発生する位置検出用センサ部と、
前記位置検出用センサ部で発生された出力から前記可動部の2可動方向の位置をそれぞれ演算する位置演算部と、
を備え、
前記可動部の被測定面が、2可動方向の第1可動方向に沿って前記位置検出用センサ部との距離が増加又は減少するように傾斜を有するか又は2可動方向の第1可動方向と直交する面であり、かつ2可動方向の第2可動方向に沿って所定距離D周期で前記位置検出用センサ部の出力が周期的に変化する構造を有し、
前記位置検出用センサ部が、前記第1可動方向と直交する同一面内で前記可動部の被測定面から互いに同一距離にあり、前記第2可動方向に沿ってD/4離れて設けられた一対のセンサからなり、
前記位置演算部が前記一対のセンサからの出力の大きさに基づいて前記可動部の2可動方向の位置をそれぞれ演算し、
前記可動部が、前記第1及び第2可動方向となる互いに直交するX方向とY方向にそれぞれ直動動作し、XY方向に延び、X方向に沿って傾斜を有し、Y方向に沿って所定距離D周期で前記位置検出用センサ部の出力が周期的に変化する構造を有する前記被測定面となる面を有することを特徴とする可動部の位置検出装置。 A movable part movable in two movable directions having a surface to be measured for detecting a position;
A position detecting sensor unit which is fixed at a predetermined position so as to face the surface to be measured of the movable part and generates an output according to a portion of the surface to be measured facing;
A position calculation unit for calculating the position of the movable unit in two movable directions from the output generated by the position detection sensor unit;
With
The measurement surface of the movable part has an inclination so that the distance from the position detecting sensor part increases or decreases along the first movable direction of two movable directions, or the first movable direction of the two movable directions and The output of the position detection sensor unit periodically changes at a predetermined distance D period along the second movable direction of the two movable directions,
The position detection sensor units are provided at the same distance from the surface to be measured of the movable unit within the same plane orthogonal to the first movable direction, and separated by D / 4 along the second movable direction. Consisting of a pair of sensors,
The position calculation unit calculates the position of the movable unit in two movable directions based on the magnitude of the output from the pair of sensors,
The movable portion linearly moves in the X and Y directions perpendicular to each other as the first and second movable directions, extends in the XY direction, has an inclination along the X direction, and extends along the Y direction. An apparatus for detecting a position of a movable part, comprising: a surface to be measured having a structure in which an output of the position detection sensor part periodically changes at a predetermined distance D period.
前記一対のセンサの出力値A、Bから、下記式(1)によりセンサ振幅Vを求める振幅演算手段と、
V=√(A2+B2) (1)
前記センサ振幅Vから前記可動部のX方向位置を算出するX方向位置演算手段と、
前記一対のセンサの出力値A、Bから、下記式(3)により前記可動部のY方向位置Yθを求めるY方向位置演算手段と、
Yθ=arctan(A/B+90+180a) (3)
(a:Bの出力値が正の値であるときは0、負の値であるときは1とする)
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の可動部の位置検出装置。 The position calculation unit is
Amplitude calculation means for obtaining the sensor amplitude V from the output values A and B of the pair of sensors by the following equation (1);
V = √ (A 2 + B 2 ) (1)
X-direction position calculation means for calculating the X-direction position of the movable part from the sensor amplitude V;
Y-direction position calculation means for obtaining the Y-direction position Yθ of the movable part from the output values A and B of the pair of sensors by the following formula (3):
Yθ = arctan (A / B + 90 + 180a) (3)
(a: 0 when the output value of B is positive, and 1 when it is negative)
including,
The position detecting device for a movable part according to claim 1 .
前記位置演算部が、
前記一対のセンサの少なくとも一方の出力値から前記基準位置マーカ位置を検出する基準位置検出手段と、
前記一対のセンサの少なくとも一方の出力値に基づき前記基準位置マーカ位置を原点として前記周期のカウントアップ及びカウントダウンを行う周期計数手段と、
をさらに含み、
前記Y方向位置演算手段が、前記Yθと前記周期計数手段の周期計数値に基づきY方向位置Yθaを求める、
ことを特徴とする請求項2に記載の可動部の位置検出装置。 The measurement surface of the movable unit has a structure in which the output of the position detection sensor unit periodically changes for a plurality of periods, and has a reference position marker in the second movable direction,
The position calculation unit is
Reference position detection means for detecting the reference position marker position from at least one output value of the pair of sensors;
Period counting means for counting up and counting down the period based on the reference position marker position based on the output value of at least one of the pair of sensors;
Further including
The Y-direction position calculation means obtains a Y-direction position Yθa based on the Yθ and the period count value of the period counting means;
The position detecting device for a movable part according to claim 2 .
前記位置検出用センサ部の一対のセンサが、ホール素子又は磁気抵抗素子からなる磁気センサからなることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の可動部の位置検出装置。 The surface to be measured of the movable part has a magnetic body structure magnetized so that the output of the position detecting sensor part periodically changes due to magnetism,
4. The position detection device for a movable part according to claim 1, wherein the pair of sensors of the position detection sensor part is composed of a magnetic sensor including a Hall element or a magnetoresistive element. 5.
前記可動部が固定された可動体と、
前記可動体を動かす駆動部と、
前記位置検出装置の位置演算部で演算された可動部の位置に従って前記可動体を移動させる駆動指令信号を前記駆動部に入力する駆動指令信号発生手段と、
を備えたことを特徴とする2自由度アクチュエータ。 The position detecting device of the movable part according to any one of claims 1 to 4 ,
A movable body to which the movable portion is fixed;
A drive unit for moving the movable body;
Drive command signal generating means for inputting a drive command signal for moving the movable body to the drive unit according to the position of the movable unit calculated by the position calculation unit of the position detection device;
A two-degree-of-freedom actuator comprising:
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