JP6276074B2 - Position detection device - Google Patents
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Description
本発明は、磁気スケールや光学式スケールなどのスケールとヘッドとの相対位置を検出する位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device that detects a relative position between a scale such as a magnetic scale and an optical scale and a head.
従来、直線変位や回転変位等の精密な変位位置を検出する位置検出装置として、スケールと検出ヘッドを備えた位置検出装置が知られている。この位置検出装置は、例えば搬送物の高精度な位置決め制御が必要とされる電子部品の実装装置や部品の寸法を検出(測定)する検出(測定)装置等に広く利用されている。このような位置検出装置の検出方式は、磁気式と光学式に大別される。 Conventionally, a position detection device including a scale and a detection head is known as a position detection device that detects a precise displacement position such as a linear displacement or a rotational displacement. This position detection device is widely used in, for example, an electronic component mounting device that requires highly accurate positioning control of a conveyed product, a detection (measurement) device that detects (measures) the dimensions of the component, and the like. The detection method of such a position detection device is roughly divided into a magnetic type and an optical type.
図9は、従来の磁気式の位置検出装置の原理構成を示す図である。この図9の位置検出装置は、直線変位を検出するものであり、磁気媒体で構成された磁気スケール1を備える。磁気スケール1は、S極とN極の磁化方向を一定の距離ごとに反転させてある。このS極とN極が繰り返される1単位が磁気スケール1の記録信号の1波長となる。
そして、図9の位置検出装置においては、磁気スケール1の磁化方向が反転する長手方向(図中のx方向)に沿って移動する磁気ヘッド2が用意され、その磁気ヘッド2に2つの磁気センサ2a,2bが配置されている。それぞれの磁気センサ2a,2bは、近接した磁気スケール1に記録された磁化方向を検出するセンサであり、記録信号の1波長の1/4周期に相当する距離だけ配置位置がずれている。このため、一方の磁気センサ2aは、磁気スケール1の記録信号を正弦波形の信号(SIN信号)として検出し、他方の磁気センサ2bは、磁気スケール1の記録信号を余弦波形の信号(COS信号)として検出する。
FIG. 9 is a diagram showing a principle configuration of a conventional magnetic position detection device. The position detection device of FIG. 9 detects a linear displacement and includes a magnetic scale 1 made of a magnetic medium. In the magnetic scale 1, the magnetization directions of the S pole and the N pole are reversed every certain distance. One unit in which the S pole and the N pole are repeated is one wavelength of the recording signal of the magnetic scale 1.
In the position detection apparatus of FIG. 9, a magnetic head 2 that moves along the longitudinal direction (the x direction in the figure) in which the magnetization direction of the magnetic scale 1 is reversed is prepared, and the magnetic head 2 includes two magnetic sensors. 2a and 2b are arranged. Each of the
ここで、磁気スケール1と磁気ヘッド2の相対位置をxとし、磁気センサ2aが出力するSIN信号sin(x)と、磁気センサ2bが出力するCOS信号cos(x)とから、sin(x)/cos(x)の演算をしてtan(x)を求め、このtan(x)の値から、相対位置xを算出する。なお、磁気スケール1と磁気ヘッド2の相対位置xを求める際には、内挿処理を行って、1波長の長さよりも細かい精度で位置xが算出される。
算出された位置の情報は、位置情報の表示装置や制御装置に伝えられる。
特許文献1には、このような磁気式の位置検出装置の例についての記載がある。
Here, the relative position between the magnetic scale 1 and the magnetic head 2 is x, and sin (x) is obtained from the SIN signal sin (x) output from the
The calculated position information is transmitted to a position information display device or control device.
Patent Document 1 describes an example of such a magnetic position detection device.
ところで、スケールの位置座標を表す信号は、測定の精度を良くするためになるべく細かい信号となっている。例えば0.2μmの精度を得るために、80μmの波長の信号をスケールに記録する。一方、スケールとヘッドとの間隔(クリアランス)は、クリアランスが大きいと読み取った信号の振幅が小さくなるという関係があるため、精度を保つ信号振幅を得るには波長よりもクリアランスを充分短くする必要がある。例えば、80μmの波長の信号をスケールに記録した場合、従来は20μmのクリアランスとする必要があった。 By the way, the signal representing the position coordinates of the scale is as fine as possible in order to improve the measurement accuracy. For example, in order to obtain an accuracy of 0.2 μm, a signal having a wavelength of 80 μm is recorded on a scale. On the other hand, the distance between the scale and the head (clearance) has a relationship that the amplitude of the read signal decreases if the clearance is large, so it is necessary to make the clearance sufficiently shorter than the wavelength in order to obtain a signal amplitude that maintains accuracy. is there. For example, when a signal having a wavelength of 80 μm is recorded on a scale, conventionally, a clearance of 20 μm has been required.
ここで、スケールとヘッドのクリアランスを小さく保つためには、そのための非常に高精度な機構が必要である。したがって、位置検出装置の構成を簡単にするためには、クリアランスを大きくすることが望ましい。これは、上述した測定の精度を得るためにクリアランスを小さくすることと相反する。クリアランスを大きくするためには、読み取った信号の振幅が小さくても、精度の高い検出が行えるようにする必要があり、ヘッドが読み取った信号に含まれるノイズ成分を除去する必要がある。
また、スケールとヘッドのクリアランスが大きくすると、スケールに記録された信号の波長よりも長い周期で現れるノイズ成分の減衰量よりも、スケールに記録された信号の減衰量の方が大きく発生してしまう。このため、クリアランスが大きい場合には、ノイズ成分の比率が著しく増大して、位置の検出精度の悪化を招いてしまう。
Here, in order to keep the clearance between the scale and the head small, a highly accurate mechanism for that purpose is required. Therefore, in order to simplify the configuration of the position detection device, it is desirable to increase the clearance. This is contrary to reducing the clearance in order to obtain the measurement accuracy described above. In order to increase the clearance, it is necessary to enable highly accurate detection even when the amplitude of the read signal is small, and it is necessary to remove noise components included in the signal read by the head.
In addition, when the clearance between the scale and the head is increased, the attenuation amount of the signal recorded on the scale is larger than the attenuation amount of the noise component that appears in a cycle longer than the wavelength of the signal recorded on the scale. . For this reason, when the clearance is large, the ratio of the noise component is remarkably increased, leading to deterioration in position detection accuracy.
本発明の目的は、スケールと信号を読み取るヘッドとのクリアランスを従来よりも広くすることを許容しながら、位置検出精度を確保することができる位置検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a position detection device capable of ensuring position detection accuracy while allowing a clearance between a scale and a head for reading signals to be wider than before.
本発明の位置検出装置は、位置検出対象の物体の移動方向に沿って延伸し、位置検出用の信号が一定周期で繰り返し記録されるスケールと、物体とともに移動可能でスケールに記録された位置検出用の信号を検出するセンサと、センサの出力信号とに基づいて物体の位置を取得する位置取得部とを備える。
センサとしては、主センサと副センサとを備える。
主センサは、物体とともに移動可能で、スケールに対向して配置され、スケールに記録された位置検出用の信号を検出する。
副センサは、物体の移動方向と直交する方向に、主センサと隣接した位置に配置され、スケールに記録された一定周期又はその整数倍の範囲の位置検出用の信号を平均化した信号を検出する。
そして、位置取得部は、主センサの出力信号と副センサの出力信号とに基づいて、物体の位置を取得する。
The position detection device of the present invention extends along the moving direction of an object to be position-detected, and has a scale on which position detection signals are repeatedly recorded at a fixed period, and a position detection that can move with the object and is recorded on the scale. And a position acquisition unit that acquires the position of the object based on the output signal of the sensor.
The sensor includes a main sensor and a sub sensor.
The main sensor is movable together with the object, is disposed opposite to the scale, and detects a position detection signal recorded on the scale.
The secondary sensor is located adjacent to the main sensor in a direction perpendicular to the moving direction of the object, and detects an averaged signal for position detection within a fixed period or an integral multiple of the fixed period recorded on the scale. To do.
The position acquisition unit acquires the position of the object based on the output signal of the main sensor and the output signal of the sub sensor.
本発明によると、副センサでは、スケールに記録された一定周期又はその整数倍の範囲の位置検出用の信号を平均化した信号が得られる。このため、副センサでは、スケールに記録された信号の長波長の成分だけが検出され、スケールの記録信号に対しては検出感度を持たず、この副センサで検出される信号を利用して、主センサで検出される信号から長波長のノイズ成分を除去することが可能なる。
このように長波長のノイズ成分が除去されることによって、ノイズに影響されない位置検出ができ、例えばスケールとセンサとのクリアランスを大きくしても、位置検出の精度を向上又は維持させることが可能になる。また、スケールとセンサとのクリアランスを大きくできることで、スケールとセンサとのクリアランスを高精度に維持する複雑な構成が不要になり、位置検出装置として構成の簡易化や低コスト化が行えると共に、高信頼性を向上させることができる。
According to the present invention, the sub-sensor can obtain a signal obtained by averaging the signal for position detection recorded in the scale at a constant period or an integer multiple thereof. For this reason, in the secondary sensor, only the long wavelength component of the signal recorded on the scale is detected, the scale recording signal has no detection sensitivity, and the signal detected by this secondary sensor is used. It is possible to remove a long wavelength noise component from the signal detected by the main sensor.
By removing the long-wavelength noise component in this way, position detection that is not affected by noise can be performed. For example, even if the clearance between the scale and the sensor is increased, the position detection accuracy can be improved or maintained. Become. In addition, since the clearance between the scale and the sensor can be increased, a complicated configuration for maintaining the clearance between the scale and the sensor with high accuracy is not necessary, and the position detection device can be simplified and reduced in cost and high in cost. Reliability can be improved.
以下、本発明の一実施の形態の例(以下、「本例」と称する。)を、図1〜図4を参照して説明する。本例は、磁気スケールを使用した磁気スケール式の位置検出装置に適用した例である。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this example”) will be described with reference to FIGS. This example is an example applied to a magnetic scale type position detecting device using a magnetic scale.
[1.磁気スケールとヘッドとの配置構成]
図1及び図2は、本例の位置検出装置の磁気スケールと磁気ヘッドとの配置状態の例を示す図である。図1は斜視図であり、図2は磁気スケールと磁気ヘッドとを重ねた平面図である。
図1に示すように、磁気スケール10は、一定の距離ごとにN極とS極に交互に着磁させて信号を記録した磁性媒体を、金属板の表面に貼り付けた構成になっている。この磁気スケール10は、位置検出装置で移動を検出する最大の距離以上の長さに形成されている。N極とS極が変化する1つの周期が1波長になる。1波長の長さは、例えば400μmとする。
[1. Configuration of magnetic scale and head]
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing examples of the arrangement state of the magnetic scale and the magnetic head of the position detection device of this example. FIG. 1 is a perspective view, and FIG. 2 is a plan view in which a magnetic scale and a magnetic head are overlapped.
As shown in FIG. 1, the
磁気ヘッド20は、磁気スケール10の長手方向(x方向)に移動する物体(不図示)に取り付けられ、磁気スケール10の表面と一定の間隔(クリアランス)を保って移動する。磁気スケール10に記録された信号の1波長が400μmであるとき、磁気スケール10と磁気ヘッド20とのクリアランスは、例えば150μm〜350μm程度の範囲内で選定する。一例としては、クリアランスを250μmに設定する。
The magnetic head 20 is attached to an object (not shown) that moves in the longitudinal direction (x direction) of the
磁気ヘッド20は、磁気スケール10の記録信号を検出する複数の磁気センサ21,22,23,24を備える。各磁気センサ21〜24には、例えばAMR(Anisotropic Magneto Resistive)素子や、TMR(Tunnel Magneto Resistance)素子が使用される。これらの素子によって形成される磁気センサでは、記録信号の磁化方向の変化に対応して、抵抗値が変化する。上述した1波長やクリアランスの値は、磁気センサとしてTMR素子を使用した場合に適用される値である。
The magnetic head 20 includes a plurality of
磁気ヘッド20が備える4つの磁気センサ21,22,23,24の内で、磁気センサ21は、記録信号を正弦波形の信号(SIN信号)として検出するセンサである。また、磁気センサ23は、磁気センサ21に対して1/4波長の距離だけ磁気スケール10の長手方向にシフトした位置に配置され、記録信号を余弦波形の信号(COS信号)として検出するセンサである。これらの磁気センサ21,23は、SIN信号又はCOS信号を検出する主センサとして機能する。これらのSIN信号を検出する磁気センサ21とCOS信号を検出する磁気センサ23は、記録信号の磁化方向を検出するセンサであり、x方向の長さが1波長の長さよりも十分に小さい。
Of the four
そして、SIN信号を検出する磁気センサ21の隣には、磁気センサ22が配置される。同様に、COS信号を検出する磁気センサ23の隣には、磁気センサ24が配置される。
これら磁気センサ22、24は、隣接した磁気センサ21又は23に対して、x方向と直交する方向に隣接した位置に配置される。
図2に示すように、磁気センサ22,24は、x方向の長さL1,L2が、磁気スケール10の記録信号の1波長の長さと等しい長さに設定される。例えば、磁気スケール10に記録された信号の1波長が400μmであるとき、磁気センサ22,24のx方向の長さL1,L2を400μmに設定する。
A
These
As shown in FIG. 2, in the
図1,図2の例では、1波長の長さの磁気センサ22のx方向の中心位置に隣接して、磁気センサ21が配置される。同様に、1波長の長さの磁気センサ24のx方向の中心位置に隣接して、磁気センサ22が配置される。したがって、磁気センサ22は磁気センサ21と同じ位置の信号を検出し、磁気センサ24は磁気センサ23と同じ位置の信号を検出する。なお、このように磁気センサ22,24の中心位置に、磁気センサ21,23を配置するのは一例であり、対となる磁気センサ(センサ21,22及びセンサ23,24)でほぼ同じ位置の記録信号を検出できれば、磁気センサ22,24の中心位置から多少ずれた位置に磁気センサ21,23を配置する構成にしてもよい。
In the example of FIGS. 1 and 2, the
これら磁気センサ22,24からは、磁気スケール10の記録信号の1波長の範囲の磁界の信号を平均化した信号が検出される。つまり、磁気スケール10に記録された信号の波長に依存しない成分(DC成分)が、磁気センサ22,24から検出されるので、磁気センサ22,24自体は、磁気スケール10に記録された信号の波長に対する感度がゼロになる。なお、波長に依存しない成分は、位置検出をする上では不要な成分であり、磁気スケール10に記録された位置検出用の信号とは無関係なノイズに相当する。以下の説明では、SIN信号を検出する磁気センサ21に隣接して配置された磁気センサ22の検出信号をSIN−DC信号と称し、COS信号を検出する磁気センサ21に隣接して配置された磁気センサ22の検出信号をCOS−DC信号と称する。
From these
[2.各センサの出力信号の処理例]
図3は、磁気ヘッド20に配置された4つの磁気センサ21,22,23,24の出力信号を処理するための回路構成を示す。
磁気センサ21が検出したSIN信号と、磁気センサ22が検出したSIN−DC信号は、減算器31に供給される。この減算器31では、磁気センサ21が出力したSIN信号と、磁気センサ22が出力したSIN−DC信号との差分が検出される。この減算器31で得られた差分の信号が、正弦波形の検出信号SIN(x)として位置取得部33に供給される。
[2. Example of output signal processing of each sensor]
FIG. 3 shows a circuit configuration for processing the output signals of the four
The SIN signal detected by the
また、磁気センサ23が検出したCOS信号と、磁気センサ24が検出したCOS−DC信号は、減算器32に供給される。この減算器32では、磁気センサ23が出力したCOS信号と、磁気センサ24が出力したCOS−DC信号との差分が検出される。この減算器32で得られた差分の信号が、余弦波形の検出信号COS(x)として位置取得部33に供給される。
The COS signal detected by the
位置取得部33は、供給される2つの検出信号SIN(x)及びCOS(x)を使った演算処理で、磁気ヘッド20と磁気スケール10との相対位置xが算出される。すなわち、[検出信号SIN(x)/検出信号COS(x)]の演算から、正接波形の信号TAN(x)を求め、信号TAN(x)の値xを求めることで、相対位置xが算出される。
The
図4は、各検出信号の波形例を示す。
図4Aは、減算器31が出力する正弦波形の検出信号SIN(x)を示す。磁気センサ21が検出したSIN信号には、1波長よりも長い周期のノイズ成分であるSIN−DC信号が含まれているが、減算器31でこのノイズ成分が除去された信号SIN(x)が得られる。
図4Bは、減算器32が出力する余弦波形の検出信号COS(x)を示す。磁気センサ23が検出したCOS信号には、1波長よりも長い周期のノイズ成分であるCOS−DC信号が含まれているが、減算器32でこのノイズ成分が除去された信号COS(x)が得られる。
FIG. 4 shows a waveform example of each detection signal.
FIG. 4A shows a detection signal SIN (x) having a sine waveform output from the
FIG. 4B shows a cosine waveform detection signal COS (x) output from the
位置演算部33では、図4Cに示すように、TAN(x)=[検出信号SIN(x)/検出信号COS(x)]の演算が行われ、信号TAN(x)が検出される。この信号TAN(x)から、図4Dに示すように位置情報xが算出される。
As shown in FIG. 4C, the
このようにして算出される磁気ヘッド20と磁気スケール10との相対位置の情報は、ノイズの少ない検出信号に基づいた精度の高い位置情報になる。すなわち、本例の位置検出装置は、1波長の周期よりも長い周期のノイズや周期性がないノイズが、磁気センサ22,24で検出され、それぞれの磁気センサ22,24で検出されたノイズを使用して、磁気センサ21,23に含まれるノイズを除去する処理が行われる。したがって、位置演算部33に供給される正弦波形の検出信号SIN(x)と余弦波形の検出信号COS(x)には、長波長の成分のノイズによる歪みがなく、位置の検出精度が向上する。
Information on the relative position between the magnetic head 20 and the
このノイズが除去できる効果は、各磁気センサ21,22,23,24と磁気スケール10とのクリアランスが大きい場合に、特に顕著である。すなわち、クリアランスが大きい場合、磁気スケール10に記録された信号の波長よりも長い周期で現れるノイズ成分の減衰量よりも、磁気スケール10に記録された信号波形の減衰量の方が大きく発生してしまう。ここで、本例の構成でノイズ除去を行うことで、各磁気センサ21,22,23,24と磁気スケール10とのクリアランスが大きい場合であっても、検出精度を向上させることができる。
The effect of removing this noise is particularly remarkable when the clearance between each
[3.他の実施の形態例(高調波除去用センサを備える例)]
次に、本発明の他の実施の形態例を説明する。
図1及び図2に示した磁気ヘッド20が備えるSIN信号を検出する磁気センサ21とCOS信号を検出する磁気センサ23は、それぞれ1個のセンサで構成した。これに対して、それぞれの信号を検出する磁気センサ21,23を複数のセンサで構成して、その複数のセンサの信号の演算処理で、正弦波形や余弦波形の高調波成分を除去するようにしてもよい。
[3. Other Embodiments (Examples with Harmonic Elimination Sensors)]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
Each of the
図5は、SIN信号の高調波を除去するために、8個の磁気センサ21a〜21hを配置すると共に、COS信号の高調波を除去するために、8個の磁気センサ23〜23hを配置する例を示す。
例えば、SIN信号を検出する8個の磁気センサ21a〜21hは、第1の群の磁気センサ21a〜21dと、第2の群の磁気センサ21e〜21hとに分け、それぞれの群の4つの磁気センサをブリッジ接続して、偶数次歪みをキャンセルさせる。また、2つの群の磁気センサは、2つの群で相互に抵抗の増減変化が逆相になるような間隔で配置する。そして、2つの群のブリッジ接続で得た信号を差動アンプで加算して、奇数次(3次など)の高調波歪みをキャンセルさせる。
In FIG. 5, eight
For example, the eight
COS信号を検出する8個の磁気センサ23a〜23hについても、第1の群の磁気センサ23a〜23dと、第2の群の磁気センサ23e〜23hとに分け、各群の4つの磁気センサをブリッジ接続し、2つの群のブリッジ接続で得た信号を差動アンプで加算する。このようにして、COS信号についても、偶数次歪みと奇数次歪みがキャンセルされた信号とする。
The eight
そして、SIN信号を検出する8個の磁気センサ21a〜21hに隣接して、1波長の長さの磁気センサ22を配置し、磁気センサ22でSIN−DC信号を検出する。また、COS信号を検出する8個の磁気センサ23a〜23hに隣接して、1波長の長さの磁気センサ24を配置し、磁気センサ24でCOS−DC信号を検出する。
A
そして、8個の磁気センサ21a〜21hから得たSIN信号と、磁気センサ22で得たSIN−DC信号とを、図3に示した減算器31で減算して、正弦波形の検出信号SIN(x)を得る。同様に、8個の磁気センサ23a〜23hから得たCOS信号と、磁気センサ24で得たCOS−DC信号とを、図3に示した減算器32で減算して、余弦波形の検出信号COS(x)を得る。以後の処理は、図3で説明した処理と同様である。
The SIN signal obtained from the eight
この図5に示すように、高調波歪みを除去するセンサ配列としてあることで、位置検出を行う信号に高調波歪みがなくなり、1波長の周期よりも長い周期のノイズや周期性がないノイズが除去される点と併せて、より検出精度が向上する。なお、図5に示した高調波歪みを除去する複数のセンサの数とその配列は一例であり、その他のセンサ数と配列を適用してもよい。 As shown in FIG. 5, the sensor array for removing the harmonic distortion eliminates the harmonic distortion in the signal for position detection, and noise having a period longer than one wavelength period or noise having no periodicity. Together with the point to be removed, the detection accuracy is further improved. Note that the number and arrangement of a plurality of sensors for removing harmonic distortion shown in FIG. 5 are examples, and other numbers and arrangements of sensors may be applied.
[4.他の実施の形態例(複数の副センサを備える例)]
ここまで説明した磁気ヘッドでは、1個又は1組の磁気センサに隣接して、ノイズ成分検出用の1個の磁気センサ22,24を配置した例を示した。これに対して、1個又は1組の磁気センサの両隣に1個ずつ、合計2個のノイズ成分検出用のセンサを配置してもよい。
すなわち、例えば図6に示すように、磁気ヘッド20にSIN信号を検出する磁気センサ21とCOS信号を検出する磁気センサ23とを配置する。そして、SIN信号を検出する磁気センサ21の一方の隣に、記録信号の1波長の長さL1の磁気センサ22aを配置し、磁気センサ21の他方の隣に、記録信号の1波長の長さL2の磁気センサ22bを配置する。
[4. Other embodiment examples (examples having a plurality of sub-sensors)]
In the magnetic head described so far, an example in which one
That is, for example, as shown in FIG. 6, a
さらに、COS信号を検出する磁気センサ23の一方の隣に、記録信号の1波長の長さL2の磁気センサ24aを配置し、磁気センサ23の他方の隣に、記録信号の1波長の長さL2の磁気センサ24bを配置する。
Further, a
図7は、図6例の磁気ヘッド20の検出信号を処理するための回路構成を示す図である。
2つの1波長の長さの磁気センサ22a,22bの検出信号は、加算器34で加算される。この加算器34で加算された信号が、SIN−DC信号になる。そして、加算器34で得たノイズ成分であるSIN−DC信号と、磁気センサ21で得たSIN信号との差分を減算器31で取得することで、正弦波形の信号SIN(x)が得られる。
同様に、2つの1波長の長さの磁気センサ24a,24bの検出信号は、加算器35で加算される。この加算器35で加算された信号が、COS−DC信号になる。そして、加算器35で得たノイズ成分であるCOS−DC信号と、磁気センサ23で得たCOS信号との差分を、減算器32で取得することで、余弦波形の信号COS(x)が得られる。
FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration for processing a detection signal of the magnetic head 20 in the example of FIG.
The
Similarly, the
このようにノイズ成分を検出する磁気センサを、磁気スケール10の長手方向と直交する方向の両隣に配置することにより、ノイズ成分の除去がより効果的に行われるようになる。
なお、図6及び図7の構成では、SIN信号を検出する磁気センサ21とCOS信号を検出する磁気センサ23を1個ずつ配置する例を示した。これに対して、図5に示したように、高調波歪みを除去する構成のセンサの場合にも、同様にそれぞれの群の磁気センサに対して、ノイズ成分を検出する磁気センサを両隣に配置するようにしてもよい。
Thus, by arranging the magnetic sensor for detecting the noise component on both sides in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the
6 and 7 show an example in which one
[5.他の実施の形態例(光学式スケールの例)]
図8は、本発明を光学式スケールに適用した例を示す図である。
図8に示した光学式スケールは、それぞれ一定のピッチの格子が形成された主スケール101と副スケール102と用意し、それぞれのスケール101,102をある程度の角度を持たせて重ねる。そして、光源110からの光を、主スケール101と副スケール102を透過させ、その透過光を光学ヘッド120で受光する。ここで、光学ヘッド120は、主スケール101の格子が配列された方向に移動するので、光学ヘッド120での受光状態の変化から、格子の配置状態に対応した波形が検出され、光学ヘッド120の移動位置が検出される。
[5. Other embodiments (example of optical scale)]
FIG. 8 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to an optical scale.
The optical scale shown in FIG. 8 is prepared with a main scale 101 and a subscale 102 each having a lattice having a constant pitch, and the scales 101 and 102 are stacked with a certain angle. Then, light from the light source 110 is transmitted through the main scale 101 and the subscale 102, and the transmitted light is received by the
ここで、光学ヘッド120としては、比較的受光範囲が狭い主センサと、受光範囲が広い副センサとを備える。副センサは、主スケール101に配置された格子の1ピッチの幅(又はその1ピッチの整数倍の幅)の信号を受光する、受光範囲が広いセンサとする。したがって、主センサが受光して出力する信号は、格子縞の位置に応じてレベルが変動する信号になる。一方、副センサが受光して出力する信号は、格子縞の位置には影響を受けない信号になる。
そして、光学ヘッド120内の主センサの出力と副センサの出力とを減算器121に供給し、減算器121で両センサの差分を取得する。この減算器121の出力が、位置検出用の検出信号となる。
このように構成することで、光学ヘッド120が受光する信号に含まれるノイズ成分を除去することができ、良好な位置検出が可能になる。
Here, the
Then, the output of the main sensor and the output of the sub sensor in the
With this configuration, it is possible to remove a noise component included in a signal received by the
[6.その他の変形例]
なお、上述した実施の形態例で説明した1波長の値として示した400μmや、クリアランスの数値として示した250μmなどの値は、好適な一例を示したものであり、本発明は、これらの数値に限定されるものではない。また、本例の位置検出装置は、クリアランスを従来よりも拡大できる点を効果の1つとして説明したが、スケールとヘッドとのクリアランスが狭い位置検出装置に本発明を適用してもよいことは勿論である。クリアランスが狭い場合には、それだけセンサの検出信号の振幅が確保でき、それだけ検出精度の向上を図ることができる。
[6. Other variations]
The values such as 400 μm shown as the value of one wavelength and 250 μm shown as the numerical value of the clearance described in the above-described embodiment examples show a preferable example. It is not limited to. In addition, although the position detection device of this example has been described as one of the effects that the clearance can be expanded as compared with the conventional case, the present invention may be applied to a position detection device in which the clearance between the scale and the head is narrow. Of course. When the clearance is narrow, the amplitude of the detection signal of the sensor can be ensured accordingly, and the detection accuracy can be improved accordingly.
また、上述した実施の形態例では、ノイズ成分を検出する副センサである磁気センサ22,24は、磁気スケール10に記録された信号の1波長の長さにした。これに対して、磁気センサ22,24として、磁気スケール10に記録された信号の1波長の整数倍の長さにしてもよい。1波長の長さの整数倍の長さのセンサとした場合でも、磁気スケール10に記録された信号の波長に対する感度をゼロにすることができ、1波長の長さの磁気センサ22,24を使用した場合と同様な効果が得られる。
In the above-described embodiment, the
また、図1〜図3に示した例では、正弦波形のSIN信号と余弦波形のCOS信号とを使用して位置検出を行う構成を示した。これに対して、それぞれの信号と逆相になる−SIN信号や−COS信号を得る磁気センサを配置し、位置検出を行う際に、−SIN信号や−COS信号を使用するようにしてもよい。この場合にも、−SIN信号や−COS信号を得る磁気センサに隣接して、1波長の長さ(又はその整数倍)の磁気センサを配置して、それぞれの信号に対してノイズ除去を行うようにすればよい。 In the example shown in FIGS. 1 to 3, a configuration is shown in which position detection is performed using a sinusoidal SIN signal and a cosine waveform COS signal. On the other hand, a magnetic sensor that obtains a -SIN signal or a -COS signal that has a phase opposite to that of each signal may be arranged to use the -SIN signal or the -COS signal when performing position detection. . Also in this case, a magnetic sensor having a length of one wavelength (or an integral multiple thereof) is arranged adjacent to the magnetic sensor that obtains the -SIN signal or -COS signal, and noise is removed from each signal. What should I do?
また、図3や図7に示した各センサの検出信号の処理構成についても、好適な一例を示したものであり、これら図3や図7に記載した構成に限定されるものではない。例えば、図3に示した例では、主センサである磁気センサ21,23の出力信号と副センサである磁気センサ22,24の出力信号とを減算器31,32に供給して、減算器31,32で差分を取るようにした。これに対して、主センサの出力信号と副センサの出力信号との2つの検出信号を得て、その2つの検出信号を使用したその他の演算処理を行って、ノイズ成分の影響を排除した位置検出処理を行うようにしてもよい。
また、図3や図7に示した構成では、減算器や加算器で演算を行う構成だけを示したが、これらの減算や加算などの演算を行う前などで、それぞれのセンサの検出信号に対して振幅(ゲイン)の調整を行った後、減算や加算を行うようにしてもよい。
Further, the detection signal processing configuration of each sensor shown in FIGS. 3 and 7 is also a preferable example, and is not limited to the configuration described in FIGS. 3 and 7. For example, in the example shown in FIG. 3, the output signals of the
Further, in the configurations shown in FIGS. 3 and 7, only the configuration in which the calculation is performed by the subtractor or the adder is shown, but before performing the calculation such as the subtraction or addition, the detection signal of each sensor is displayed. On the other hand, after adjusting the amplitude (gain), subtraction or addition may be performed.
また、上述した実施の形態例では、スケールが直線状の位置検出装置に適用した例を説明した。これに対して、磁気スケール又は光学スケールを円形に配置することで、スケールとヘッドとの相対回転角度を検出する位置検出装置に本発明を適用してもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the scale is applied to a linear position detection device has been described. On the other hand, the present invention may be applied to a position detection device that detects a relative rotation angle between a scale and a head by arranging a magnetic scale or an optical scale in a circular shape.
1…磁気スケール、2…磁気ヘッド、2a,2b…磁気センサ、10…磁気スケール、20…磁気ヘッド、21,21a〜21h,22,22a,22b,23,23a〜23h,24,24a,24b…磁気センサ、31,32…減算器、33…位置演算部、34,35…加算器、101…主スケール、102…副スケール、110…光源、120…光学ヘッド、121…減算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic scale, 2 ... Magnetic head, 2a, 2b ... Magnetic sensor, 10 ... Magnetic scale, 20 ... Magnetic head, 21, 21a-21h, 22, 22a, 22b, 23, 23a-23h, 24, 24a, 24b DESCRIPTION OF SYMBOLS ...
Claims (7)
前記物体とともに移動可能で、前記スケールに対向して配置され、前記スケールに記録された位置検出用の信号を検出する主センサと、
前記物体の移動方向と直交する方向に、前記主センサと隣接した位置に配置され、前記スケールに記録された前記一定周期又はその整数倍の範囲の位置検出用の信号を平均化した信号を検出する副センサと、
前記主センサの出力信号と前記副センサの出力信号とに基づいて、前記物体の位置を取得する位置取得部とを備えた
位置検出装置。 A scale that extends along the moving direction of the object to be position-detected, and repeatedly records signals for position detection at a fixed period;
A main sensor that is movable with the object, is disposed opposite to the scale, and detects a signal for position detection recorded on the scale;
A signal obtained by averaging signals for position detection within a range of the fixed period or an integral multiple of the fixed period, which is arranged at a position adjacent to the main sensor in a direction perpendicular to the moving direction of the object, is recorded on the scale. A secondary sensor to
A position detection device comprising: a position acquisition unit configured to acquire a position of the object based on an output signal of the main sensor and an output signal of the sub sensor.
請求項1に記載の位置検出装置。 The position detection device according to claim 1, wherein the position acquisition unit acquires the position of the object based on a signal obtained by subtracting the output signal of the sub sensor from the output signal of the main sensor.
前記主センサ及び前記副センサは磁気センサよりなり、前記副センサは、前記一定周期の範囲の信号又はその整数倍の信号に対して検出感度を持つ磁気センサである
請求項1又は2に記載の位置検出装置。 The scale includes a magnetic medium, and the position detection signal is a signal in which a change in the magnetization direction of the magnetic medium is repeated at the predetermined period,
The said main sensor and the said subsensor consist of magnetic sensors, and the said subsensor is a magnetic sensor which has a detection sensitivity with respect to the signal of the range of the said fixed period, or its integral multiple signal. Position detection device.
前記第1位相用主センサと前記第2位相用主センサのそれぞれに隣接した位置に、前記副センサを備える
請求項1〜3のいずれか1項に記載の位置検出装置。 The main sensor includes a first phase main sensor and a second phase main sensor shifted by a predetermined phase with respect to the fixed period,
The position detection device according to claim 1, wherein the sub sensor is provided at a position adjacent to each of the first phase main sensor and the second phase main sensor.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の位置検出装置。 The position detection according to any one of claims 1 to 4, wherein the main sensor includes a plurality of sensors for detecting and canceling a harmonic component having a period of 1 / integer of the constant period. apparatus.
前記第1副センサと前記第2副センサの出力信号から、一定周期の範囲の位置検出用の信号を平均化した信号を検出する
請求項1〜5のいずれか1項に記載の位置検出装置。 The sub sensor includes a first sub sensor disposed at a position adjacent to one of the main sensors, and a second sub sensor disposed at a position adjacent to the other of the main sensors,
The position detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein a signal obtained by averaging signals for position detection within a fixed period is detected from output signals of the first sub sensor and the second sub sensor. .
前記主センサ及び前記副センサは前記スケールの光の透過特性又は反射特性を検出する光学センサよりなり、前記副センサは、前記一定周期の範囲の透過特性又は反射特性の変化に対して検出感度を持つ
請求項1又は2に記載の位置検出装置。 In the scale, a signal for position detection is recorded by repeating a change in light transmission characteristics or reflection characteristics at the predetermined period,
The main sensor and the sub sensor are optical sensors that detect light transmission characteristics or reflection characteristics of the scale, and the sub sensor has a detection sensitivity with respect to a change in transmission characteristics or reflection characteristics within the fixed period. The position detection device according to claim 1 or 2.
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