JPH04502968A - 移動および位置を測定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 移動および位置を測定する装置 本発明は相互に並進運動を行う二つの物体の移動および位置を測定する装置に関 する。

特願Ｗ０　８９１０２５７０により、大きな長さに亙る移動および位置を測定す るために、可撓性金属によって形成され、かつ間隔の等しい透かしの縦列が装架 されたリボンと、充電装置により、または磁気装置（ホール効果検出器、磁気抵 抗検出器、誘導検出器）によって前記スケールの目盛りを走査する検出器を使用 することは周知である。しかしながらスケールの性質が簡単であるために、価格 が特に低廉であるこのような装置は、充電装置によって検出を行う時には、スケ ールの上に異物（塵埃、削り屑、蒸気、水分、油等）が沈着し易く、かつこれに 起因して測定に誤差が発生するような雰囲気においては使用し得ないという不便 がある。さらに光電または磁気装置によって検出を行う時には、スケール内の透 かしが部材（検出器、継手等）と接触することによって、これら部材を摩耗させ る。これは特にスケールをバンド式空気ジヤツキと組合わせて使用する時に、継 手に関する問題を発生せしめる。このジヤツキは可撓性スケールを有する移動お よび位置測定装置の重要な用途である。

さらにスケールとして可撓性リボンを使用し、該リボンの目盛りが磁石の磁気標 点によって構成されている移動および位置測定装置（ＳＯＮＹ　ＭＡＧＮＥＳＣ ＡＬＥ会社の“Ｄ［ＧｔＲＬＩＬＥＲ”および５ＯＫＫｒεＬＥＣＴＲＯＮ　Ｉ ＣＳ会社の“ＭＩＬＬＩＪ［Ｉ　５ＣＡＬＥ”なる商品名で市販されている）も 知られている。これら装置はエラストマ材料よりなるリボンを使用するもので、 目盛りを検出するための標点を表す磁性フェライトの粉末または小さな永久磁石 を含んでいる。

このようなリボンは機械の付近において、しばしば金属粒子を引付け、かつこれ は検出装置を混乱させるから、工業用には適しない。

なおリボンを構成するエラストマの機械的安定性および老化安定性は、必要とさ れる精度とは両立しない。

さらにこのリボンはその機械的性質が不十分であるから、引張することができず 、かつプーリーに巻きつけたり、プーリーに通したりすることができない。逆に 機械的支持体が常時必要であり、これはその用途を狭めると共に、その長さをも 必然的に制限する。

最後にこのリボンは製造が複雑であるために、価格が非常に高い。

同様に小さな磁石を含む金属リボンを有する可撓性スケールの使用もすでに提案 されている（特願ＥＰ−Ａ−００３５８１６）。金属リボンを使用すれば、優れ た寸法安定性は得られるが、リボンの中に小さな磁石が含まれているために、ス ケールは磁気吸引力を受けるようになり、これは木工機械に対するこの装置の使 用を制限することとなる。

さらにリボンが磁石を含んでいるためにその可撓性が減少し、特にリボンをプー リーに巻きつけまたはプーリーに通さんとする時に、可撓性が小さいために大き な引張力を受けるようになる。このような使用状態においては、リボンは磁石を 維持するためにその厚さをＯ，１ｍｍと０．２５ｍｍとの間にくるようにする必 要があり、これは実施不可能である。

最後に移動および位置測定装置の最新の範躊に属するものは、剛直な支持体上に 印刷した回路の導体に電流を通すことによって、検出可能標点として使用し得る 磁界線を発生するようになったスケールを有している。この高価な解決法はスケ ールがその長さにおいて制限を受けるから、大型の機械には適さない。なおこの 装置によれば高い精度が得られるが、これは複雑にして高価な電子界面を必要と する多くの用途には役立たぬ。

本発明の目的は移動および位置測定装置において、輸送および荷投機械、運搬ロ ボット、バンド式空気ジヤツキ、工業用長尺材料の切断鋸、自動貯蔵システムの 如き長さの大なる機械を自動的に位置決めし得るようになっており、しかもその 構造が簡単であり、価格が低廉であり、作業の信頼性が高く、前記の如き工業的 用途において遭遇する厳しい条件（塵埃、切り屑、蒸気、雨、油、水）の下で作 動し得る装置を供することである。本発明はなお移動および位置測定装置にして 、その可撓性スケールが大きな引張力を受け、かつ容易にプーリーに巻付または プーリーに通し得るようになった装置を供することを目的としている。さらに本 発明の目的は構造が簡単であるにもかかわらず、高い精度が得られるようになっ た移動および位置測定装置を供することである。

相互に並進運動を行う二つの物体の移動および位置を測定するための本発明の装 置は、前記物体の一つに連結された目盛り付きスケールと、他の物体に連結され 、かつ二つの物体が移動する時にスケールの目盛りを走査する検出器とを有して いる。スケールは間隔の等しい透かしの縦列を有する金属リボンによって形成さ れ、検出器は磁気検出器よりなっている。本発明によればリボンは透磁率の高い 、残留磁気の小さな金属によって形成され、かつリボンの透かしは非磁性材料に よって塞がれる。検出器は磁界発生装置と、スケールを構成するリボンの透かし およびその間の部分が通る時の磁界の強さの変化を検出する装置とよりなってい る。

スケールを構成するリボンの透かしは閉塞され、該スケールは磁界発生装置を育 していないから、検出器の上にくるリボンの表面は完全に平らであり、異物と接 触したり、これを引きつけたりすることはない。透かしを埋めるために使用され る非磁性材料によって混乱される怖れのないこのスケールは、走査を行う時にも 装置を、水、油等に対して無感覚にする。

スケールを構成するリボンの透かしの閉塞は種々の変型が可能である。

一つの実施例においては透かしに非磁性材料か充填される。

他の実施例においては、透かしは非磁性材料によって満たされ、かつスケールは 少なくとも透かしの列において非磁性材料が被覆される。これによってスケール はその表面が、透かしの列においてさらに平滑となる。

さらに別の実施例によれば、透かしは充填されるだけではなく、スケールを被覆 することにより、少なくとも透かしの列において、非磁性材料のリボンによって 閉塞される。

スケールが可撓性を育する必要のない場合には、これを剛直な支持体上に固定し 、かつ透かしを充填によって閉塞し、または透かしを充填すると共に、片面をス ケールによって被覆し、またはスケールを他の面において非磁性材料のリボンに よって被覆することによって塞ぐことができる。

本発明による装置の検出器は、なるべくは永久磁石および検出部材（ホール発電 機、磁気抵抗）よりなるものとされ、該検出部材によってスケール／検出器の相 対運動の作用による磁石の磁界強さの変化が検出されるようになっている。

本発明の範囲から離れることなく、永久磁石をスケールの片面に配設し、検出部 材をスケールの他の側に配設することができ、この場合はスケールの透かしの間 の各部分はマスクの働きをし、検出部材が二つの透かしの間にある時に、磁石の 磁界が検出部材に到達するのを阻止する。しかしながら本発明の好適な実施例に よれば、永久磁石および検出部材が共にスケールの同じ面上に配設され、該検出 部材が永久磁石とスケールとの間に位置するようにされ、この場合は透かしの間 の部分は磁石の磁界の濃縮器の働きをする。

検出器の正弦曲線出力信号を得るためには、スケールの透かしの形か該スケール の長さに対して垂直な矩形となるようにし、かつ透かしの幅と等しい直径を有す る円形の検出部材を使用する方か有利である。

次に添付の路線図を参照して本発明の実施例の幾つかを説明するが、これは本発 明による測定装置を制限するものではない： 第１図は本発明による移動および位置測定装置の透視組立図； 第２図および第３図は本発明によるスケールの１実施例の平面図および縦断面図 ： 第４図、第５図、および第６図は本発明によるスケールの第３実施例の縦断面図 ； 第７図はスケールに対する永久磁石および検出部材の配置を示す： 第８ａ図、第８ｂ図、第８ｃ図、および第８ｄ図は検出器に対するスケールの透 かしの、相次ぐ位置を示す；第９図は検出器の出力信号の形を示す：第１Ｏ図お よび第１１図は検出器上のスケール案内装置を示す。

第１図に示される如く、本発明による移動および位置測定装置は目盛り付きスケ ール１と、スケール】の目盛りを走査する検出器２とを育している。スケールｌ は二つの固定部分の間が、引張された状態で装架され、該スケール１の一端と、 前記二つの部分の一つとの間には引張力調整装置３が設けられている。検出器２ 自体はスケールｌに対して並進運動を行う部材（図示せず）に固定されている。

第２図によって明らかな如く、スケールｌは金属リボン４によって形成され、同 じ間隔６で分離された同じ透かし５の縦列を存している。透かし５は長方形の孔 として形成され、その長辺は相互に平行でリボン４の縦方向に対して垂直となっ ている。図示の例においては透かし５は矩形を呈し、その二つの短辺は湾曲して 半円形を呈している。

前述の如き目盛り付きスケールは特願ＷＯ８９１０２５７０に記載されている。

本発明によればスケール１を形成するリボン４は優れた機械的特性（引張り抵抗 、可撓性）と、温度変化に対する優れた寸法安定性と、装置が作動する雰囲気（ 湿度、水分、侵略性蒸気）に対する優れた抵抗と、大きな透磁率と、小さな残留 磁気とを存する金属によって形成される。

さらに本発明によれば、スケール】を形成するリボン４の透かし５は、磁気材料 によって塞がれる。

第３図によれば、透かしはその深さ全体に非磁性材料を満たすことによって塞が れる。

第４図によれば、スケール１を形成するリボン４は、透かし５の列に対して非磁 性材料７が塗布され、この透かしは同時に充填される。

第５図によればリボン４の二つの各面が、少なくとも透かし５０区域において、 非磁性材料のリボン８によって被覆され、透かし５は充填されることなく、これ ら二つのリボン８によって塞がれる。

第６図によれば、スケール１を形成するリボン４の透かし５は、非磁性充填材料 ７によって満たされ、該リボン４はその面の一つによって堅い支持体上に固定さ れ、かつその別の面が、少なくとも透かしの区域において、非磁性材料のリボン ８によって被覆されている。

本発明によれば、スケールＩを形成するリボン４の透かし５は、該スケールＩを 形成する時に塞かれるから、この透かし５があっても表面は完全に平らとなり、 該透かし５を設けてもスケール４が有する磁気特性は少しも変わらない（透磁性 の弱い区域の変化は透かしに対応し、透磁性の強い区域の変化は透かしの間の部 分に対応する）。したがってスケール１は削り屑、塵埃および類似の異物が存在 する場合においても、これらがスケールに固着したり、検出器に侵入したりする 危険を伴うことなく使用することかできる。

第７図によればスケールｌと共働する検出器２は、永久磁石ｌＯよりなる磁界発 生装置と共に、例えばホール発電機または磁気抵抗よりなる磁界検出部材１１を 有し、該磁気検出部材１１は永久磁石ｌＯとスケールｌとの間に配設されている 。

第７図および第８ａ図から第８ｄ図までに示される如く、磁気検出部材１１は円 形部材であり、図において矩形透かしとして示された細長い透かし５の幅とほぼ 等しい直径を存している。これによって図９に示されているように、透かし５お よび該透かし５の間の部分６が検出器１１の前を通る時に、本質的に正弦曲線の 形をなした検出器出力信号が得られる。実線によって示された正の交番は第１検 出器によって発生され、破線によって示された負の交番は、第１検出器に対して 周知の態様で１８０°ずらして配置された第２検出器によって発生される。

第１図、第１０図および第１１図によれば、検出器２はスケール１に対して案内 されるように、二つのスライダ】２を有し、該スライダはスケールｌが裸である 時は、すなわちその二つの縁が磁気材料によって被覆されたり、塗布されたりし ていない時は、セラミック、例えばアルミンによって形成することかできる。第 １Ｏ図および第１１図によって明らかな如く、スライダ１２の案内窓１３は１４ によって示されるように、該窓１３の二つの縦方向端部において三つの側面か面 取りされている。

スケールリボンの形成に使用し得ると考えられる磁気材料は、磁気ステンレス鋼 から育利に選択することができる。冷間加工によってマルテンサイトとなるオー ステナイト鋼、例えばタイプＺ　１２−ＣＮ　１７−０７（ＡＦＮＯＲ）または Ａｌ５Ｉ　３０１、析出によってマルテンサイトとなる、硬化構造のオーステナ イト鋼、例えばタイプＺ　６−ＣＮ３　１７−４またはＡＲＭＣｏ　１７／４　 ＰＨ，まタハタイブＺ　６−ＣＮ３　１７−７またはＡＲＭＣＯ１７／７　ＰＨ ，または合金あるいはクロム　オーステナイト鋼　タイプ　Ｚ　３０／Ｃ１３お よびその系列のものが重要である。

第３図にしたがって充填だけを行う場合でも、第４図にしたがって充填および被 覆を行う場合においても、スケール１を形成するリボン４の透かし５を得るため に、本発明の範囲内において使用する磁気材料は、スケールの可撓性を変えない ように選択すべきである。エラストマまたはシリコン樹脂の如き材料が適当とさ れる。

本発明の範囲内において、透かし５および該透かし５の間の部分６は、スケール が引張されていない時に、スケールの縦方向において目盛りを形成するように選 択され、この目盛りのピッチがスケールの作動ピッチよりやや小となるようにさ れる。したがってスケールは引張された状態で装架され、その伸びによって目盛 りが所要のピッチを表すようにされる。

第１図の実施例においては、検出磁界を発生する永久磁石および磁界の変化を検 出する部材はスケールと同じ側（第７図で見て）に配設され、これは単に構造を 簡単にしかつ検出器の大きさを減少せしめ、さらに該検出器の磁気遮蔽を簡単に するばかりでなく、工業的に使用する時に望まれるように簡単な態様で、しかも 検出器を取外すことなく、例えば圧縮空気の吹付けによって掃除を行い得るよう にする。

本発明による検出器の特に興味ある用途は、これを特に振幅の大なる並進運動に 使用されるようなバンド型の空気ジヤツキに取入れる場合である。この場合はス ケール１は、前記の如きジヤツキを取付けるバンド上の定位置に直接装架するこ とができる。事実、スケール１は表面か平らであるために、位置を完全に測定す ることができ、ジヤツキ体部のバンド出口に対して装架される密封継手に害をお よぼす怖れは全くない。

以上に図示説明した実施例は制限的意味を有するものではなく、本発明の範囲内 において種々の変型を行うことかできる。

したがってスケールｌを構成するリボン４の透かし５の形は、該透かし５の寸法 がスケールの横方向においては、縦方向におけるよりは大であり、かつスケール の長さに対して垂直なその縁が直線的で平行である限りは、図示の形とは異なる ものとなすことができる。

本発明による装置は第１図に示される如く、スケールと検出器とが接触した状態 で作動することかでき、または接触しないようにすることができ、特に第６図に 示される如く、スケールを剛直に支持して使用する場合には、第１図、第１０図 および第１１図に示されたようなスライダ１２は不要となる。この時はスケール は例えば非磁性材料によって完全に被覆され、この場合金属リボンは非酸化性の 材料によって構成される。

なお第２図によれば、リボン４は透かし５の列の他に、透かし１５の追加列を有 し、この透かし１５の間隔は透かし５の間隔よりは大であり、かつ追加検出器と 共働して再調整を行うようになっていることに注意する必要がある。もちろんこ れら透かし１５は透かし５の場合と同様に塞がれる。

最後に、永久磁石および磁界検出部材を使用し、リボンが透磁率の高いかつ残留 磁気の弱い金属によって形成されるものとして説明した前記磁気検出は、本発明 の範囲内において、リボン内におけるフーコー電流の損失に基礎を置く磁気検出 （誘導）となすことができ、この時は検出器は周波数の高い信号、すなわち金属 リボンの透かしの間の部分に対して、フーコー電流を誘導するような信号を受入 れる誘導子を含むものとされる。なおこの場合は検出はリボンの金属の電気伝導 特性に基づいて行われ、透かしの閉塞は絶縁材料によって行われる。

国際調査報告 ＦＲ９０００６４９ Ｓ＾　４０３５０

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．相互に並進運動を行う二つの物体の移動および位置を測定する装置にして、 前記物体の一つに連結された目盛り付きスケールと、他の物体に連結され、かつ 二つの物体が相互に移動する時にスケールの目盛りを走査する検出器とを有し、 前記スケールが間隔の等しい透かしの縦列を有する金属リボンによって形成され 、かつ前記検出器が磁気検出器である装置において、リボンの透かし（５）が非 磁性または絶縁材料（７，８）によって塞がれていることを特徴とする装置。
2. ２．透かしが非磁性または絶縁材料（７）によって充填されている請求項１記載 の装置。
3. ３．透かしが非磁性または絶縁材料（７）によって充填され、かつスケールを形 成するリボンが透かしの縦列において磁気材料（７）によって被覆されている請 求項１記載の装置。
4. ４．スケールを形成するリボンの透かしの縦列が、少なくとも一つの面において 、非磁性または絶縁材料（８）のリボンによって被覆されている請求項１または ２記載の装置。
5. ５．スケールを形成するリボン（４）が一つの面により、非磁性または絶縁材料 よりなる剛直な支持体（９）に固定され、かつその別の面が透かしの縦列におい て、非磁性または絶縁材料（８）のリボンによって被覆されている請求項１また は２記載の装置。
6. ６．検出器が永久磁石（１０）と、磁界検出部材（１１）にして、リボンの透か しおよび該透かしの間の部分が磁石の前を通る時に、磁石の磁界が受ける変化を 検出する検出部材とを有し、磁石（１０）および検出部材（１１）がリボンの同 じ側に配設され、かつ該検出部材（１１）が磁石（１０）とリボン（４）との間 に配設されていることを特徴とする前記請求項の何れか一つに記載されている装 置。
7. ７．スケールの長さに対して垂直に配置された、ほぼ矩形の透かしを有し、磁界 検出部材（１１）が円形を呈し、かつスケール（１）の長さの方向における透か し（５）の幅とほぼ等しい直径を有していることを特徴とする請求項６記載の装 置。