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JP4199583B2 - Inductive transducer - Google Patents
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JP4199583B2 - Inductive transducer - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導型トランスデューサ、特にクロストーク信号により生じる差分誤差の補正に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、所定間隔で対向配置されたグリッドとスケール間の電磁誘導に基づきグリッドとスケール間の相対変位あるいは原点を基準とした絶対位置を検出する誘導型トランスデューサが知られている。
【0003】
図6には、グリッド10とスケール12との絶対位置を検出する原理が示されている。絶対位置は、ある基準点(ゼロ点)からの変位量である。図6(a)に示されるように、グリッド10上には複数の送信コイル10a、10b、10cを並列に設け、またこれらの送信コイルに対応して複数の受信コイル10p、10q、10rが設けられる。中央の送信コイル10bの両端に送信コイル10a、10cが位置し、中央の受信コイル10qの両端に受信コイル10p、10rが位置する。
【0004】
一方、スケール12には中央部のピッチ(周期)がλ1、端部のピッチ(周期)がλ2のスケールコイルが形成される。周期λ1のコイル部分の集合体をλ1スケールコイルトラック14aと称し、周期λ2のコイル部分の集合体をλ2スケールコイルトラック14b、14cと称する。λ1スケールコイルトラック14aは中央に位置する送信コイル10b及び受信コイル10qに対向し、λ2スケールコイルトラック14bは端部に位置する送信コイル10a及び受信コイル10pに対向し、λ2スケールコイルトラック14cは端部に位置する送信コイル10c及び受信コイル10rに対向する。グリッド10の端部に位置する送信コイル10a及び10cを駆動すると、これらの送信コイル10a、10cに対向するλ2スケールコイルトラック14b、14cに誘導電流が生じ、この誘導電流がλ1スケールコイルトラック14aに流れ込み磁束が生じる。λ1スケールコイルトラック14aからの磁束によりλ1スケールコイルトラック14aに対向する受信コイル10qに周期λ1の誘起電圧信号が生じる。また、グリッド10の中央に位置する送信コイル10bを駆動すると、送信コイル10bに対向するλ1スケールコイルトラック14aに誘導電流が生じ、この誘導電流がλ2スケールコイルトラック14b、14cに流れ込み磁束が生じる。λ2スケールコイルトラック14b、14cからの磁束によりλ2スケールコイルトラック14b、14cに対向する受信コイル10p、10rに周期λ2の誘起電圧信号が生じる。2つの信号の周期がλ1、λ2と異なるため、スケール12に対するグリッド10の全ての位置で、ある誘起電圧値における2周期間の誘導電圧の関係は同一とならない。すなわち、図6(b)に示されるように、周期λ1の誘起電圧における電圧値V1aが同じとなる位置XaとXbにおいて、周期λ2の誘起電圧値は等しくない。よって、2周期の誘起電圧の関係から位置を換算することで、スケール12の絶対位置(スケール12がグリッド10に対して相対移動するとして)を検出することができる。
【0005】
このような原理によりスケール12の絶対位置が検出されるが、周期λ1の誘起電圧信号を検出する際には両端の送信コイル10a、10cに対向する両端のλ2スケールコイルトラック14b、14cに磁束が生じ、この磁束がクロストーク信号として受信コイル10qに混入してしまう。すなわち、本来であれば受信コイル10qではλ1スケールコイルトラック14aからのλ1の誘起電圧信号を検出すべきところ、λ2スケールコイルトラック14b、14cの磁束によるλ2の誘起電圧信号も併せて検出してしまうのである。これらのクロストーク信号はλ1の誘起電圧信号に含まれることになり、このクロストーク信号により検出位置には誤差(差分誤差)が生じる。
【0006】
図7には、スケール12の位置の関数としての差分誤差が示されている。スケール12の中央ではλ1のスケールコイルトラック14aとλ2のスケールコイルトラックの位相は合っているから差分誤差は0であり、スケール12の中央からグリッド10が離れるに従い、λ1スケールコイルトラック14aに対してλ2スケールコイルトラック14b、14cの位相がずれるため差分誤差も増大する。
【0007】
そこで、従来より、図7に示すような差分誤差の特性を考慮し、グリッド10に対するスケール12の可動範囲をスケール12の中央近傍に限定し、かつ、差分誤差が位置に対して線形に増大するとのモデルを設定して差分誤差を補正している。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−255108号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スケール12とグリッド10の相対的移動範囲をスケール12の中央近傍に限定した場合、位置の測定範囲が制限されてしまう問題がある。
【0010】
また、測定範囲の制限をなくすべく、スケール12に対してグリッド10を広範囲に移動させ、各位置における差分誤差を実測してメモリ等に記憶させ、位置を測定する際にはその都度メモリにアクセスして差分誤差の補正値を得ることも考えられるが、メモリに記憶すべきデータ量が増大してしまう問題がある。
【0011】
さらに、図6に示されるようなλ1とλ2の2つの周期を用いた2波長型誘導型トランスデューサではスケール12の中央近傍では線形モデルにより差分誤差を補正することが可能であるが、λ1及びλ2に加えてλ3を用いる3波長型の誘導型トランスデューサでは線形モデルを用いることができない問題がある。
【0012】
図8には、3波長型の誘導型トランスデューサにおけるスケール12が示されている。なお、グリッド10側の構成は図8と同様である。λ1のスケールコイルトラック14aが中央に位置し、λ2のスケールコイルトラック14b及びλ3のスケールコイルトラック14cが中央のスケールコイルトラック14aを挟むように両端に位置する。λ1のスケールコイルトラック14aは受信コイル10qに対向し、λ2のスケールコイルトラック14bは受信コイル10pに対向し、λ3のスケールコイルトラック14cは受信コイル10rに対向する。送信コイル10a、10cを駆動してλ1のスケールコイルトラック14aに磁束を生じ、この磁束によるλ1の誘起電圧信号を受信コイル10qで検出する。また、送信コイル10bを駆動してλ2のスケールコイルトラック14b及びλ3のスケールコイルトラック14cに磁束を生じ、これらの磁束によるλ2及びλ3の誘起電圧信号をそれぞれ受信コイル10p、10rで検出する。λ1、λ2及びλ3の誘起電圧信号の関係を用いてグリッド10の位置が検出される。この場合においても、送信コイル10a、10cを駆動したときにλ2のスケールコイルトラック14b及びλ3のスケールコイルトラック14cの磁束により受信コイル10qにクロストーク信号が混入して差分誤差が生じることになる。
【0013】
図9には、スケール12の位置の関数としての差分誤差が示されている。差分誤差には図に示すようなうねりが発生し、スケール12の中央近傍でも差分誤差は非線型であり、したがって線形モデルでは差分誤差を補正することができない。
【0014】
本発明の目的は、測定範囲を狭範囲に制限することなく、かつ、メモリに多くの補正データを記憶させることなく、差分誤差を補正できる誘導型トランスデューサを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも第1及び第2トラックを有するスケールと、前記第1トラックに対向配置された第1受信器及び第2トラックに対応配置された第2受信器を有する、前記スケールに対向配置されたグリッドと、前記第1トラックを駆動したときの前記第1受信器からの第1検出信号及び前記第2トラックを駆動したときの前記第2受信器からの第2検出信号に基づき前記スケールと前記グリッド間の位置情報を得る信号処理手段とを有し、前記信号処理手段は、前記第2検出信号に基づき前記第1検出信号に含まれる前記第2トラックによるクロストーク信号を算出し、前記第1検出信号から前記クロストーク信号を除去することを特徴とする。
【0016】
また、本発明は、互いに対向配置され相対移動可能なスケールコイルとグリッドコイルを備え、前記グリッドコイルは送信コイルと受信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記送信コイルから磁束を発生させて前記スケールコイルに誘導磁束を生ぜしめ、前記誘導磁束を前記グリッドコイルの前記受信コイルで受信してスケールとグリッド間の位置情報を得る誘導型トランスデューサであって、前記スケールコイルは、スケールの中央部と端部にループを有するコイルを前記スケールの長手方向に沿って前記中央部と端部で異なる周期となるように複数配列してなる、中央部の第1スケールコイルトラックと端部の第2スケールコイルトラックとを有し、前記グリッドコイルの前記送信コイルは、前記第1スケールコイルトラックを駆動するために前記第2スケールコイルトラックに対向配置された第1送信コイル及び前記第2スケールコイルトラックを駆動するために前記第1スケールコイルトラックに対向配置された第2送信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記受信コイルは、前記第1スケールコイルトラックに対向配置された第1受信コイル及び前記第2スケールコイルトラックに対向配置された第2受信コイルを有し、前記第1送信コイル及び第2送信コイルを順次駆動して前記第1受信コイル及び第2受信コイルからの検出信号を処理する制御手段であって、前記第1送信コイルを駆動したときに前記第1受信コイルで受信される第1検出信号に含まれる前記第2スケールコイルトラックによるクロストーク信号を、前記第2送信コイルを駆動したときの前記第2受信コイルで受信される第2検出信号に基づき算出し、算出されたクロストーク信号を用いて前記第1検出信号を補正する信号処理手段を有することを特徴とする。
【0017】
また、本発明は、互いに対向配置され相対移動可能なスケールコイルとグリッドコイルを備え、前記グリッドコイルは送信コイルと受信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記送信コイルから磁束を発生させて前記スケールコイルに誘導磁束を生ぜしめ、前記誘導磁束を前記グリッドコイルの前記受信コイルで受信してスケールとグリッドの位置情報を得る誘導型トランスデューサであって、前記スケールコイルは、スケールの中央部と端部にループを有するコイルを前記スケールの測定方向に沿って前記中央部の周期がλ1、上端部の周期がλ2、下端部の周期がλ3となるように複数配列してなる、中央部の第1スケールコイルトラックと上端部の第2スケールコイルトラックと下端部の第3スケールコイルトラックとを有し、前記グリッドコイルの前記送信コイルは、前記第1スケールコイルトラックを駆動するために前記第2スケールコイルトラックに対向配置された第1送信コイルと、前記第1スケールコイルトラックを駆動するために前記第3スケールコイルトラックに対向配置された第3送信コイルと、前記第2スケールコイルトラック及び第3スケールコイルトラックを駆動するために前記第1スケールコイルトラックに対向配置された第2送信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記受信コイルは、前記第2スケールコイルトラックに対向配置された第1受信コイルと、前記第1スケールコイルトラックに対向配置された第2受信コイルと、前記第3スケールコイルトラックに対向配置された第3受信コイルを有し、
前記第1送信コイル、第2送信コイル及び第3送信コイルを順次駆動して前記第1受信コイル、第2受信コイル及び第3受信コイルからの検出信号を処理する制御手段であって、前記第1送信コイル及び第3送信コイルを駆動したときに前記第1スケールコイルトラックに対向する第2受信コイルで受信される周期λ1の検出信号に含まれる前記第2スケールコイルトラック及び第3スケールコイルトラックによるクロストーク信号を、前記第2送信コイルを駆動したときの前記第1受信コイル及び第3受信コイルでそれぞれ受信される検出信号に基づき算出し、算出されたクロストーク信号を用いて前記λ1の検出信号を補正する信号処理手段を有することを特徴とする。
【0018】
ここで、前記クロストーク信号を余弦波信号としたときの振幅値を記憶する記憶手段をさらに有し、前記信号処理手段は、前記検出信号から前記余弦波信号の位相を算出し、前記位相と前記記憶手段に記憶された振幅値を用いて前記クロストーク信号を算出してもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0020】
図1には、本実施形態に係る誘導型トランスデューサの構成ブロック図が示されている。グリッド10とスケール12の構成は図8に示された3波長型の構成と同一である。すなわち、グリッド10上には複数の送信コイル10a、10b、10cが並列に設けられ、また複数の受信コイル10p、10q、10rが設けられる。中央の送信コイル10bの両端に送信コイル10a、10cが位置し、中央の受信コイル10qの両端に受信コイル10p、10rが位置する。受信コイル10p、10q、10rはグリッド10の幅方向に位置決めされる。受信コイル10pは、図では単一のコイルのみが示されているが、例えば3相のコイルを配置し、かつ差動演算により検出信号強度を向上させるために180°ずれたコイルを配置する。受信コイル10q、10rについても同様である。3相のコイルを例えばcenterコイル、rightコイル、leftコイルとすると、centerコイルの位置をグリッド10とスケール12との間の位置の基準とする。
【0021】
一方、スケール12上ではλ1スケールコイルトラック14aが中央に位置し、λ2スケールコイルトラック14b及びλ3スケールコイルトラック14cが中央のλ1スケールコイルトラック14aを挟むように両端に位置する。スケールコイルトラック14a、14b、14cは、スケール12の中央及び端部でループを形成する単一のスケールコイルをスケール12の長手方向あるいは測定方向に複数配置して構成されるから、λ1スケールコイルトラック14aとλ2スケールコイルトラック14b、λ1スケールコイルトラック14aとλ3スケールコイルトラック14cは互いに電気的に接続される。送信コイル10aはλ2スケールコイルトラック14bに対向し、送信コイル10bはλ1スケールコイルトラック14aに対向し、送信コイル10cはλ3スケールコイルトラック14cに対向する。また、λ1スケールコイルトラック14aは受信コイル10qに対向し、λ2スケールコイルトラック14bは受信コイル10pに対向し、λ3スケールコイルトラック14cは受信コイル10rに対向する。対向する位置関係をまとめると以下のようになる。
【0022】
送信コイル10a−λ2スケールコイルトラック14b−受信コイル10p
送信コイル10b−λ1スケールコイルトラック14a−受信コイル10q
送信コイル10c−λ3スケールコイルトラック14c−受信コイル10r
送信コイル10a、10b、10cをそれぞれ第1、第2、第3送信コイル、λ1、λ2、λ3のスケールコイルトラック14a、14b、14cをそれぞれ第1、第2、第3スケールコイルトラック、受信コイル10p、10q、10rをそれぞれ第1、第2、第3受信コイルと称すると、その対向関係は以下のようになる。
【0023】
第1送信コイル−第2スケールコイルトラック−第1受信コイル
第2送信コイル−第1スケールコイルトラック−第2受信コイル
第3送信コイル−第3スケールコイルトラック−第3受信コイル
信号処理IC16は、アンプ、A/Dコンバータ、プロセッサ及びメモリを有し、送信コイル10a、10b、10cを順次駆動するための駆動信号を供給するとともに、受信コイル10p、10q、10rからの検出信号(誘起電圧信号)を入力し、周期λ1、λ2、λ3の検出信号からグリッド10の位置を検出する。すなわち、信号処理IC16は、まず送信コイル10a、10cを駆動してλ1スケールコイルトラック14aに磁束を生じ、この磁束により受信コイル10qに生じた周期λ1の検出信号を入力する。次に、送信コイル10bを駆動してλ2及びλ3のスケールコイルトラック14b、14cに磁束を生じ、これらの磁束により受信コイル10p、10rに生じた周期λ2及びλ3の検出信号を入力し、これら3つの検出信号を処理してグリッド10に対するスケール12の絶対位置を検出する。
【0024】
ここで、送信コイル10a、10cを駆動する際には、λ2スケールコイルトラック14bとλ1スケールコイルトラック14aは両端ループの単一スケールコイルを複数並べて構成され電気的に接続されているから、λ1スケールコイルトラック14aのみならず、λ2スケールコイルトラック14b及びλ3スケールコイルトラックにも磁束が生じ、これらの磁束がクロストーク信号として受信コイル10qに混入するから、信号処理IC16はλ1、λ2、λ3の3つの検出信号を合成して位置を検出するに際し、受信コイル10bからのλ1の検出信号に含まれるクロストーク信号を除去する補正を行ってスケール12の位置を検出する。クロストーク信号除去の詳細については後述する。
【0025】
操作部18は、ユーザ操作を信号処理IC16に供給するものであり、例えば電源ON/OFF信号やリセット信号を信号処理IC16に供給する。
【0026】
表示部20は、信号処理IC16で検出されたグリッド10の位置情報を表示する。
【0027】
図ではグリッド10は単層構造で示されているが、多層構造で構成することができる。グリッド10を多層構造で構成する場合、例えばスケール12側から順に第1層、第2層、第3層とし、第1層に送信コイル10a、10b、10cを形成し、第2層及び第3層に受信コイル10p、10q、10rを形成する。多層構造のグリッド10において、スケール12とは反対側の面に磁気シールド層を介して信号処理IC16を形成してもよい。多層構造は、コア層の両面に層を順次積み上げる、いわゆるビルドアップ法により形成される。コア層の一方の側に送信コイル10a、10b及び10c、受信コイル10p、10q、10rを形成し、他方の側に配線層及び信号処理IC16が形成される。
【0028】
以下、信号処理IC16で実行されるクロストーク信号除去の除去処理(差分誤差の補正処理)について説明する。なお、クロストーク信号を除去した後のλ1、λ2、λ3の検出信号による絶対位置検出は従来と同様であるため省略する。
【0029】
図2には、スケール12の平面図が示されている。上述したように、送信コイル10aを駆動すると、送信コイル10aに対向するλ2スケールコイルトラック14bに磁束が生じ、この磁束によりクロストーク信号が発生する。送信コイル10aに流れる駆動電流は一定であるため、λ2スケールコイルトラック14bの各コイルに生じる磁束密度も一定である。したがって、受信コイル10qで検出されるクロストーク信号は、λ2スケールコイルトラック14bのλ1スケールコイルトラック14aに対する位相φ2に応じて周期的に変化する。位相φ2は原点を基準として検出されるλ2スケールコイルトラック14bの位相ずれである。図3には、λ2スケールコイルトラック14bによるクロストーク信号の強度変化が示されている。図において、横軸はスケール12の位置である。クロストーク信号は送信コイル10aの駆動方向を+とすると+の方向に(つまりλ1スケールコイル14aに発生する誘導電流と同じ向きに)オフセットされλ2の周期を有する余弦波として現れる。
【0030】
一方、送信コイル10cを駆動すると、送信コイル10cに対向するλ3スケールコイルトラック14cに磁束が生じ、この磁束によりクロストーク信号が発生する。送信コイル10cに流れる駆動電流も一定であるが、送信コイル10aに流れる電流と逆極性である。これは、隣接するスケールコイルの差動によりノイズやオフセットをキャンセルするとともにλ1の検出信号強度を増大させるためである。送信コイル10a、10cの駆動電流が互いに逆極性であるため、λ1スケールコイルトラック14aには図に示すように交互に+、−と逆向きの誘導電流が生じ、受信コイル10qではこれらの信号を差動信号として出力する。λ3スケールコイルトラック14cにより生じるクロストーク信号は、λ2スケールコイルトラック14bにより生じるクロストーク信号と逆極性でその強度はλ3スケールコイルトラック14cのλ1スケールコイルトラック14aに対する位相φ3に応じて周期的に変化する。図4には、λ3スケールコイルトラック14cによるクロストーク信号の強度変化が示されている。クロストーク信号は逆極性の−方向にオフセットされλ3の周期を有する余弦波として現れる。
【0031】
図5には、周期がλ2及びλ3の2つのクロストーク信号の和信号が示されている。λ2のクロストーク信号とλ3のクロストーク信号は互いに逆極性であり強度は同一であるから、その和信号は互いのオフセットがキャンセルされ各周期λ2、λ3の周期信号のみとなる。
【0032】
いま、λ2スケールコイルトラック14bからのクロストーク信号をC2=αcos(φ2)、λ3スケールコイルトラック14cからのクロストーク信号をC3=αcos(φ3)とすると、受信コイル10qの検出信号からクロストーク信号を除去して得られる補正後の信号Sは、
【数1】
S=So−(C2+C3)
=So−αcos(φ2)−αcos(φ3) ・・・(1)
である。ここで、Soは受信コイル10qの検出信号(補正前の検出信号)、αはクロストーク信号の振幅である。位相φ2、φ3及び振幅αを検出することで、信号処理IC16は(1)式を用いて補正後の信号Sを得ることができる。以下、これらの検出方法について説明する。
【0033】
<位相φ2の検出>
送信コイル10a、10cを駆動した後、送信コイル10bを駆動してλ2スケールコイルトラック14bに磁束を生じさせ、この磁束を受信コイル10pで検出してλ2の検出信号(誘起電圧信号)を出力する。λ2の検出信号は、λ2スケールコイルトラック14bに対する受信コイル10pの相対位置、すなわちλ2スケールコイルトラック14bに対する受信コイル10qの相対位置を表す。したがって、受信コイル10pからのλ2の検出信号が最大値となる位置(このとき、λ1スケールコイルトラック14aとλ2スケールコイルトラック14bの位相ずれは0)を位相φ2の原点位置とし、λ2の検出信号の強度を検出することで位相φ2を検出する。
【0034】
<位相φ3の検出>
検出原理は位相φ2と同様であり、送信コイル10a、10cを駆動した後、送信コイル10bを駆動してλ3スケールコイルトラック14cに磁束を生じさせ、この磁束を受信コイル10rで検出してλ3の検出信号(誘起電圧信号)を出力する。λ3の検出信号は、λ3スケールコイルトラック14cに対する受信コイル10rの相対位置、すなわちλ3スケールコイルトラック14cに対する受信コイル10qの相対位置を表す。したがって、受信コイル10rからのλ3の検出信号が最大値となる位置(このとき、λ1スケールコイルトラック14aとλ3スケールコイルトラック14cの位相ずれは0)を位相φ3の原点位置とし、λ3の検出信号の強度を検出することで位相φ3を検出する。
【0035】
<振幅αの検出>
振幅αは、送信コイル10a、10cの駆動電流値、λ1スケールコイルトラック14aとλ2スケールコイルトラック14bとの距離、λ1スケールコイルトラック14aとλ3スケールコイルトラック14cとの距離、グリッド10とスケール12とのギャップ等により変動する。したがって、設計値から算出した固定値としてもよいが、実際にスケール12を数周期だけ移動させ、送信コイル10a、10cを駆動して受信コイル10bからの信号Soをフーリエ解析してλ2及びλ3の信号成分の振幅を検出することが好適である。検出した振幅αは信号処理IC16内のメモリに記憶しておく。
【0036】
このように、本実施形態では、送信コイル10a、10cを駆動して受信コイル10qでλ1の誘起電圧信号を検出し、次に送信コイル10bを駆動して受信コイル10p及び10rでλ2及びλ3の誘起電圧信号を検出し、これらλ1、λ2、λ3の誘起電圧信号を合成してスケール12の位置を検出する際に、λ2の誘起電圧信号から位相φ2を検出し、λ3の誘起電圧信号から位相φ3を検出し、これらの位相φ2、φ3と予め検出してメモリに記憶させた振幅αを用いてλ1の誘起電圧信号に含まれるクロストーク信号(差分誤差)を補正するので、メモリに記憶すべきデータ量も少なく、かつ高精度に位置を検出することができる。また、本実施形態では、線形モデルを用いていないためスケール12の中央近傍のみに測定範囲が制限されることもない。
【0037】
本実施形態では、3波長型の誘導型トランスデューサについて例示したが、図6に示されるような2波長型の誘導型トランスデューサについても同様に適用することができる。この場合、λ2のスケールコイルトラック14b、14cによるクロストーク信号をC2とすると、受信コイル10qの検出信号からクロストーク信号を除去して得られる補正後の信号Sは、
【数2】
S=So−(C2+C2)
=So−2αcos(φ2) ・・・・(2)
である。送信コイル10a、10cを駆動した後、送信コイル10bを駆動してλ2のスケールコイルトラック14b、14cに磁束を生じさせ、この磁束を受信コイル10pで検出してλ2の検出信号(誘起電圧信号)を出力する。λ2の検出信号は、λ2のスケールコイルトラック14b、14cに対する受信コイル10p、10rの相対位置、すなわちλ2のスケールコイルトラック14b、14cに対する受信コイル10qの相対位置を表す。したがって、受信コイル10pからのλ2の検出信号が最大値となる位置(このとき、λ1のスケールコイルトラック14aとλ2のスケールコイルトラック14b、14cの位相ずれは0)を位相φ2の原点位置とし、λ2の検出信号の強度を検出することで位相φ2を検出する。
【0038】
また、振幅αに関しても、実際にスケール12を数周期だけ移動させ、送信コイル10a、10cを駆動して受信コイル10qからの信号Soをフーリエ解析してλ2の信号成分の振幅を検出して信号処理IC16内のメモリに記憶しておけばよい。線形モデルを用いることなくクロストーク信号による差分誤差を補正することが出来るので、測定範囲をスケール12の中央近傍に限定する必要がなくなる。
【0039】
本実施形態の誘導型トランスデューサは、例えば電子ノギス等に組み込むことができる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、メモリに記憶するデータ量を増大させることなく、また、測定範囲を制限することなく高精度に位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態の誘導型トランスデューサの構成ブロック図である。
【図2】 スケールの平面図である。
【図3】 λ2のスケールコイルトラックによるクロストーク信号説明図である。
【図4】 λ3のスケールコイルトラックによるクロストーク信号説明図である。
【図5】 2つのクロストーク信号の和信号説明図である。
【図6】 2波長型の誘導型トランスデューサのグリッド及びスケールの構成図である。
【図7】 クロストーク信号による差分誤差説明図である。
【図8】 3波長型の誘導型トランスデューサのグリッド及びスケールの構成図である。
【図9】 クロストーク信号による差分誤差説明図である。
【符号の説明】
10 グリッド、12 スケール、16 信号処理IC、18 操作部、20表示部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to inductive transducers, and more particularly to correcting differential errors caused by crosstalk signals.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an inductive transducer that detects relative displacement between a grid and a scale or an absolute position with respect to an origin based on electromagnetic induction between a grid and a scale opposed to each other at a predetermined interval is known.
[0003]
FIG. 6 shows the principle of detecting the absolute position between the grid 10 and the scale 12. The absolute position is the amount of displacement from a certain reference point (zero point). As shown in FIG. 6A, a plurality of transmission coils 10a, 10b, and 10c are provided in parallel on the grid 10, and a plurality of reception coils 10p, 10q, and 10r are provided corresponding to these transmission coils. It is done. Transmitting coils 10a and 10c are located at both ends of the central transmitting coil 10b, and receiving coils 10p and 10r are located at both ends of the central receiving coil 10q.
[0004]
On the other hand, the scale 12 is formed with a scale coil having a central portion having a pitch (period) of λ1 and an end portion having a pitch (period) of λ2. An assembly of coil portions having a period λ1 is referred to as λ1 scale coil track 14a, and an assembly of coil portions having a period λ2 is referred to as λ2 scale coil tracks 14b and 14c. The λ1 scale coil track 14a is opposed to the transmission coil 10b and the reception coil 10q located at the center, the λ2 scale coil track 14b is opposed to the transmission coil 10a and the reception coil 10p located at the ends, and the λ2 scale coil track 14c is the end. It faces the transmitting coil 10c and the receiving coil 10r located in the section. When the transmission coils 10a and 10c located at the end of the grid 10 are driven, an induced current is generated in the λ2 scale coil tracks 14b and 14c facing the transmission coils 10a and 10c, and this induced current is generated in the λ1 scale coil track 14a. Inflow magnetic flux is generated. Due to the magnetic flux from the λ1 scale coil track 14a, an induced voltage signal having a period λ1 is generated in the receiving coil 10q facing the λ1 scale coil track 14a. Further, when the transmission coil 10b located at the center of the grid 10 is driven, an induced current is generated in the λ1 scale coil track 14a facing the transmission coil 10b, and this induced current flows into the λ2 scale coil tracks 14b and 14c to generate a magnetic flux. Due to the magnetic flux from the λ2 scale coil tracks 14b, 14c, an induced voltage signal having a period λ2 is generated in the receiving coils 10p, 10r facing the λ2 scale coil tracks 14b, 14c. Since the periods of the two signals are different from λ1 and λ2, the relationship of the induced voltages between the two periods at a certain induced voltage value is not the same at all positions of the grid 10 with respect to the scale 12. That is, as shown in FIG. 6B, the induced voltage values of the period λ2 are not equal at the positions Xa and Xb where the voltage values V1a of the induced voltage of the period λ1 are the same. Therefore, the absolute position of the scale 12 (assuming that the scale 12 moves relative to the grid 10) can be detected by converting the position from the relationship between the induced voltages of two periods.
[0005]
Although the absolute position of the scale 12 is detected based on such a principle, when detecting an induced voltage signal with the period λ1, magnetic flux is generated in the λ2 scale coil tracks 14b and 14c at both ends opposite to the transmission coils 10a and 10c at both ends. This magnetic flux is mixed into the receiving coil 10q as a crosstalk signal. In other words, the receiving coil 10q should detect the λ1 induced voltage signal from the λ1 scale coil track 14a, but also detect the λ2 induced voltage signal due to the magnetic flux of the λ2 scale coil tracks 14b and 14c. It is. These crosstalk signals are included in the induced voltage signal of λ1, and an error (difference error) occurs at the detection position due to the crosstalk signal.
[0006]
In FIG. 7, the difference error as a function of the position of the scale 12 is shown. Since the scale coil track 14a of λ1 and the scale coil track of λ2 are in phase at the center of the scale 12, the difference error is 0. As the grid 10 moves away from the center of the scale 12, the difference from the λ1 scale coil track 14a becomes larger. Since the phases of the λ2 scale coil tracks 14b and 14c are shifted, the difference error also increases.
[0007]
Therefore, conventionally, in consideration of the difference error characteristic as shown in FIG. 7, the movable range of the scale 12 relative to the grid 10 is limited to the vicinity of the center of the scale 12, and the difference error increases linearly with respect to the position. The model is set to correct the difference error.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-255108 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the relative movement range of the scale 12 and the grid 10 is limited to the vicinity of the center of the scale 12, there is a problem that the position measurement range is limited.
[0010]
Further, in order to eliminate the limitation of the measurement range, the grid 10 is moved over a wide range with respect to the scale 12, the difference error at each position is measured and stored in a memory or the like, and the memory is accessed each time the position is measured. Although it is conceivable to obtain a difference error correction value, there is a problem that the amount of data to be stored in the memory increases.
[0011]
Furthermore, in the two-wavelength inductive transducer using two periods λ1 and λ2 as shown in FIG. 6, the difference error can be corrected by a linear model near the center of the scale 12, but λ1 and λ2 In addition, there is a problem that a linear model cannot be used in a three-wavelength inductive transducer using λ3.
[0012]
FIG. 8 shows a scale 12 in a three-wavelength type inductive transducer. The configuration on the grid 10 side is the same as in FIG. The λ1 scale coil track 14a is positioned at the center, and the λ2 scale coil track 14b and the λ3 scale coil track 14c are positioned at both ends so as to sandwich the central scale coil track 14a. The λ1 scale coil track 14a faces the receiving coil 10q, the λ2 scale coil track 14b faces the receiving coil 10p, and the λ3 scale coil track 14c faces the receiving coil 10r. The transmission coils 10a and 10c are driven to generate a magnetic flux in the λ1 scale coil track 14a, and an induced voltage signal of λ1 due to this magnetic flux is detected by the receiving coil 10q. Further, the transmission coil 10b is driven to generate magnetic fluxes in the λ2 scale coil track 14b and the λ3 scale coil track 14c, and the induced voltage signals of λ2 and λ3 due to these magnetic fluxes are detected by the reception coils 10p and 10r, respectively. The position of the grid 10 is detected using the relationship between the induced voltage signals of λ1, λ2, and λ3. Even in this case, when the transmission coils 10a and 10c are driven, the crosstalk signal is mixed into the reception coil 10q by the magnetic fluxes of the scale coil track 14b of λ2 and the scale coil track 14c of λ3, and a difference error occurs.
[0013]
FIG. 9 shows the difference error as a function of the position of the scale 12. The difference error has a swell as shown in the figure, and the difference error is non-linear even in the vicinity of the center of the scale 12. Therefore, the difference error cannot be corrected by the linear model.
[0014]
An object of the present invention is to provide an inductive transducer capable of correcting a difference error without limiting the measurement range to a narrow range and without storing a large amount of correction data in a memory.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has a scale having at least first and second tracks, a first receiver arranged opposite to the first track, and a second receiver arranged corresponding to the second track, and arranged opposite to the scale. And the scale based on the grid, the first detection signal from the first receiver when driving the first track, and the second detection signal from the second receiver when driving the second track. And signal processing means for obtaining positional information between the grids, the signal processing means calculates a crosstalk signal by the second track included in the first detection signal based on the second detection signal, The crosstalk signal is removed from the first detection signal.
[0016]
In addition, the present invention includes a scale coil and a grid coil that are opposed to each other and are relatively movable, and the grid coil includes a transmission coil and a reception coil, and generates a magnetic flux from the transmission coil of the grid coil to generate the scale coil. An inductive transducer that generates an induced magnetic flux in a coil and receives the induced magnetic flux by the receiving coil of the grid coil to obtain positional information between the scale and the grid, and the scale coil has a central portion and an end of the scale. A plurality of coils having loops at the center are arranged along the longitudinal direction of the scale so as to have different periods at the center and at the end, and a first scale coil track at the center and a second scale coil at the end And the transmission coil of the grid coil drives the first scale coil track. A first transmission coil disposed opposite to the second scale coil track, and a second transmission coil disposed opposite to the first scale coil track to drive the second scale coil track, the grid The receiving coil of the coil includes a first receiving coil disposed to face the first scale coil track and a second receiving coil disposed to face the second scale coil track, and the first transmitting coil and the second receiving coil Control means for sequentially driving a transmission coil to process detection signals from the first reception coil and the second reception coil, wherein the first reception coil receives the first reception coil when the first transmission coil is driven. The crosstalk signal generated by the second scale coil track included in one detection signal is converted into the first value when the second transmission coil is driven. Calculated based on the second detection signal received by the receiving coils, and having a signal processing means for correcting the first detection signal with a crosstalk signal calculated.
[0017]
In addition, the present invention includes a scale coil and a grid coil that are opposed to each other and are relatively movable, and the grid coil includes a transmission coil and a reception coil, and generates a magnetic flux from the transmission coil of the grid coil to generate the scale coil. An induction type transducer that generates an induced magnetic flux in a coil and receives the induced magnetic flux by the receiving coil of the grid coil to obtain position information of a scale and a grid, and the scale coil includes a central portion and an end portion of the scale. A plurality of coils having a loop at the center are arranged along the measurement direction of the scale so that the period of the center part is λ1, the period of the upper end part is λ2, and the period of the lower end part is λ3. A scale coil track, a second scale coil track at the upper end, and a third scale coil track at the lower end, The transmission coil of the first coil includes a first transmission coil disposed opposite to the second scale coil track for driving the first scale coil track, and the third scale for driving the first scale coil track. A third transmission coil disposed opposite to the coil track; and a second transmission coil disposed opposite to the first scale coil track for driving the second scale coil track and the third scale coil track; The receiving coil of the grid coil is opposed to the first receiving coil disposed opposite to the second scale coil track, the second receiving coil disposed opposite to the first scale coil track, and the third scale coil track. Having a third receiver coil disposed;
Control means for sequentially processing the first transmission coil, the second transmission coil, and the third transmission coil to process detection signals from the first reception coil, the second reception coil, and the third reception coil; The second scale coil track and the third scale coil track included in the detection signal of the period λ1 received by the second receiver coil facing the first scale coil track when the one transmitter coil and the third transmitter coil are driven. Is calculated based on detection signals respectively received by the first receiving coil and the third receiving coil when the second transmitting coil is driven, and the calculated crosstalk signal is used to calculate the crosstalk signal of λ1. It has a signal processing means for correcting the detection signal.
[0018]
Here, it further includes storage means for storing an amplitude value when the crosstalk signal is a cosine wave signal, and the signal processing means calculates a phase of the cosine wave signal from the detection signal, and The crosstalk signal may be calculated using an amplitude value stored in the storage unit.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 shows a configuration block diagram of the inductive transducer according to the present embodiment. The configurations of the grid 10 and the scale 12 are the same as the three-wavelength configuration shown in FIG. That is, on the grid 10, a plurality of transmission coils 10a, 10b, and 10c are provided in parallel, and a plurality of reception coils 10p, 10q, and 10r are provided. Transmitting coils 10a and 10c are located at both ends of the central transmitting coil 10b, and receiving coils 10p and 10r are located at both ends of the central receiving coil 10q. The receiving coils 10p, 10q, and 10r are positioned in the width direction of the grid 10. Although only a single coil is shown in the figure as the receiving coil 10p, for example, a three-phase coil is arranged, and a coil shifted by 180 ° is arranged in order to improve the detection signal intensity by differential calculation. The same applies to the receiving coils 10q and 10r. If the three-phase coil is, for example, a center coil, a right coil, or a left coil, the position of the center coil is used as a reference for the position between the grid 10 and the scale 12.
[0021]
On the other hand, on the scale 12, the λ1 scale coil track 14a is positioned at the center, and the λ2 scale coil track 14b and the λ3 scale coil track 14c are positioned at both ends so as to sandwich the center λ1 scale coil track 14a. Since the scale coil tracks 14a, 14b, and 14c are configured by arranging a plurality of single scale coils that form a loop at the center and end of the scale 12 in the longitudinal direction or measurement direction of the scale 12, the λ1 scale coil track 14a and λ2 scale coil track 14b, λ1 scale coil track 14a and λ3 scale coil track 14c are electrically connected to each other. The transmission coil 10a faces the λ2 scale coil track 14b, the transmission coil 10b faces the λ1 scale coil track 14a, and the transmission coil 10c faces the λ3 scale coil track 14c. The λ1 scale coil track 14a faces the receiving coil 10q, the λ2 scale coil track 14b faces the receiving coil 10p, and the λ3 scale coil track 14c faces the receiving coil 10r. The opposing positional relationship is summarized as follows.
[0022]
Transmitting coil 10a-λ2 scale coil track 14b-receiving coil 10p
Transmitting coil 10b-λ1 scale coil track 14a-receiving coil 10q
Transmitting coil 10c-λ3 scale coil track 14c-receiving coil 10r
The transmission coils 10a, 10b, and 10c are the first, second, and third transmission coils, respectively, and the λ1, λ2, and λ3 scale coil tracks 14a, 14b, and 14c are the first, second, and third scale coil tracks, and the reception coil, respectively. When 10p, 10q, and 10r are referred to as the first, second, and third receiving coils, respectively, the facing relationship is as follows.
[0023]
First transmitter coil-second scale coil track-first receiver coil
Second transmitter coil-first scale coil track-second receiver coil
Third transmitter coil-third scale coil track-third receiver coil
The signal processing IC 16 includes an amplifier, an A / D converter, a processor, and a memory. The signal processing IC 16 supplies drive signals for sequentially driving the transmission coils 10a, 10b, and 10c, and detection signals from the reception coils 10p, 10q, and 10r. (Induced voltage signal) is input, and the position of the grid 10 is detected from detection signals of periods λ1, λ2, and λ3. That is, the signal processing IC 16 first drives the transmission coils 10a and 10c to generate a magnetic flux in the λ1 scale coil track 14a, and inputs a detection signal of the period λ1 generated in the reception coil 10q by this magnetic flux. Next, the transmitting coil 10b is driven to generate magnetic fluxes in the λ2 and λ3 scale coil tracks 14b and 14c, and the detection signals of the periods λ2 and λ3 generated in the receiving coils 10p and 10r by these magnetic fluxes are input. Two detection signals are processed to detect the absolute position of the scale 12 relative to the grid 10.
[0024]
Here, when driving the transmission coils 10a and 10c, the λ2 scale coil track 14b and the λ1 scale coil track 14a are configured by arranging a plurality of single-scale coils with loops at both ends and are electrically connected. Magnetic flux is generated not only in the coil track 14a but also in the λ2 scale coil track 14b and the λ3 scale coil track, and these magnetic fluxes are mixed into the receiving coil 10q as a crosstalk signal. Therefore, the signal processing IC 16 has three λ1, λ2, and λ3. When detecting the position by combining the two detection signals, the position of the scale 12 is detected by performing correction for removing the crosstalk signal included in the detection signal of λ1 from the receiving coil 10b. Details of the crosstalk signal removal will be described later.
[0025]
The operation unit 18 supplies user operations to the signal processing IC 16, and supplies, for example, a power ON / OFF signal and a reset signal to the signal processing IC 16.
[0026]
The display unit 20 displays the position information of the grid 10 detected by the signal processing IC 16.
[0027]
Although the grid 10 is shown as a single layer structure in the figure, it can be configured as a multilayer structure. When the grid 10 has a multilayer structure, for example, the first layer, the second layer, and the third layer are sequentially formed from the scale 12 side, and the transmission coils 10a, 10b, and 10c are formed in the first layer, and the second layer and the third layer are formed. The receiving coils 10p, 10q, and 10r are formed in the layer. In the multilayer grid 10, the signal processing IC 16 may be formed on the surface opposite to the scale 12 via a magnetic shield layer. The multilayer structure is formed by a so-called buildup method in which layers are sequentially stacked on both sides of the core layer. Transmitting coils 10a, 10b and 10c and receiving coils 10p, 10q and 10r are formed on one side of the core layer, and a wiring layer and a signal processing IC 16 are formed on the other side.
[0028]
Hereinafter, the crosstalk signal removal processing (difference error correction processing) executed by the signal processing IC 16 will be described. Note that the absolute position detection using the detection signals of λ1, λ2, and λ3 after removing the crosstalk signal is the same as in the prior art, and is therefore omitted.
[0029]
FIG. 2 shows a plan view of the scale 12. As described above, when the transmission coil 10a is driven, a magnetic flux is generated in the λ2 scale coil track 14b facing the transmission coil 10a, and a crosstalk signal is generated by this magnetic flux. Since the drive current flowing through the transmission coil 10a is constant, the magnetic flux density generated in each coil of the λ2 scale coil track 14b is also constant. Therefore, the crosstalk signal detected by the receiving coil 10q periodically changes according to the phase φ2 of the λ2 scale coil track 14b with respect to the λ1 scale coil track 14a. The phase φ2 is a phase shift of the λ2 scale coil track 14b detected with the origin as a reference. FIG. 3 shows a change in the intensity of the crosstalk signal caused by the λ2 scale coil track 14b. In the figure, the horizontal axis is the position of the scale 12. When the driving direction of the transmission coil 10a is +, the crosstalk signal is offset in the + direction (that is, in the same direction as the induced current generated in the λ1 scale coil 14a) and appears as a cosine wave having a period of λ2.
[0030]
On the other hand, when the transmission coil 10c is driven, a magnetic flux is generated in the λ3 scale coil track 14c facing the transmission coil 10c, and a crosstalk signal is generated by this magnetic flux. The drive current flowing through the transmission coil 10c is also constant, but has a polarity opposite to that of the current flowing through the transmission coil 10a. This is because noise and offset are canceled by the differential between adjacent scale coils and the detection signal intensity of λ1 is increased. Since the drive currents of the transmission coils 10a and 10c have opposite polarities, induced currents in the opposite directions of + and-are alternately generated in the λ1 scale coil track 14a as shown in the figure, and the reception coil 10q receives these signals. Output as a differential signal. The crosstalk signal generated by the λ3 scale coil track 14c is opposite in polarity to the crosstalk signal generated by the λ2 scale coil track 14b, and its intensity periodically changes according to the phase φ3 of the λ3 scale coil track 14c with respect to the λ1 scale coil track 14a. To do. FIG. 4 shows the intensity change of the crosstalk signal due to the λ3 scale coil track 14c. The crosstalk signal appears as a cosine wave having a period of λ3 that is offset in the negative direction and in the negative direction.
[0031]
FIG. 5 shows a sum signal of two crosstalk signals having periods λ2 and λ3. Since the crosstalk signal of λ2 and the crosstalk signal of λ3 have opposite polarities and the same intensity, the offset of the sum signal is canceled and only the periodic signals of the periods λ2 and λ3 are obtained.
[0032]
Now, assuming that the crosstalk signal from the λ2 scale coil track 14b is C2 = αcos (φ2) and the crosstalk signal from the λ3 scale coil track 14c is C3 = αcos (φ3), the crosstalk signal is detected from the detection signal of the receiving coil 10q. The corrected signal S obtained by removing
[Expression 1]
S = So- (C2 + C3)
= So-αcos (φ2) -αcos (φ3) (1)
It is. Here, So is the detection signal of the reception coil 10q (detection signal before correction), and α is the amplitude of the crosstalk signal. By detecting the phases φ2 and φ3 and the amplitude α, the signal processing IC 16 can obtain the corrected signal S using the equation (1). Hereinafter, these detection methods will be described.
[0033]
<Detection of phase φ2>
After the transmitting coils 10a and 10c are driven, the transmitting coil 10b is driven to generate a magnetic flux in the λ2 scale coil track 14b, and this magnetic flux is detected by the receiving coil 10p to output a detection signal (induced voltage signal) of λ2. . The detection signal of λ2 represents the relative position of the receiving coil 10p with respect to the λ2 scale coil track 14b, that is, the relative position of the receiving coil 10q with respect to the λ2 scale coil track 14b. Therefore, the position where the detection signal of λ2 from the receiving coil 10p becomes the maximum value (the phase shift between the λ1 scale coil track 14a and the λ2 scale coil track 14b is 0) is the origin position of the phase φ2, and the detection signal of λ2 The phase φ2 is detected by detecting the intensity of.
[0034]
<Detection of phase φ3>
The detection principle is the same as that of the phase φ2, and after driving the transmission coils 10a and 10c, the transmission coil 10b is driven to generate a magnetic flux in the λ3 scale coil track 14c, and this magnetic flux is detected by the reception coil 10r to detect λ3 A detection signal (induced voltage signal) is output. The detection signal of λ3 represents the relative position of the receiving coil 10r with respect to the λ3 scale coil track 14c, that is, the relative position of the receiving coil 10q with respect to the λ3 scale coil track 14c. Therefore, the position where the detection signal of λ3 from the receiving coil 10r becomes the maximum value (the phase shift between the λ1 scale coil track 14a and the λ3 scale coil track 14c is 0) is the origin position of the phase φ3, and the detection signal of λ3 The phase φ3 is detected by detecting the intensity of.
[0035]
<Detection of amplitude α>
The amplitude α is the drive current value of the transmission coils 10a and 10c, the distance between the λ1 scale coil track 14a and the λ2 scale coil track 14b, the distance between the λ1 scale coil track 14a and the λ3 scale coil track 14c, the grid 10 and the scale 12. Fluctuates due to gaps. Therefore, although it may be a fixed value calculated from the design value, the scale 12 is actually moved by several cycles, the transmission coils 10a and 10c are driven, the signal So from the reception coil 10b is Fourier-analyzed, and λ2 and λ3 It is preferable to detect the amplitude of the signal component. The detected amplitude α is stored in a memory in the signal processing IC 16.
[0036]
As described above, in this embodiment, the transmission coils 10a and 10c are driven to detect the induced voltage signal of λ1 by the reception coil 10q, and then the transmission coil 10b is driven and the reception coils 10p and 10r have λ2 and λ3. When the induced voltage signal is detected and the induced voltage signals of λ1, λ2, and λ3 are combined to detect the position of the scale 12, the phase φ2 is detected from the induced voltage signal of λ2, and the phase is detected from the induced voltage signal of λ3. φ3 is detected, and the crosstalk signal (difference error) included in the induced voltage signal of λ1 is corrected using the amplitude α previously detected and stored in the memory with these phases φ2 and φ3. The position of the data can be detected with a small amount of data and with high accuracy. In this embodiment, since the linear model is not used, the measurement range is not limited only to the vicinity of the center of the scale 12.
[0037]
In the present embodiment, the three-wavelength type inductive transducer is exemplified, but the present invention can be similarly applied to a two-wavelength type inductive transducer as shown in FIG. In this case, if the crosstalk signal by the scale coil tracks 14b and 14c of λ2 is C2, the corrected signal S obtained by removing the crosstalk signal from the detection signal of the receiving coil 10q is:
[Expression 2]
S = So- (C2 + C2)
= So-2αcos (φ2) (2)
It is. After the transmitting coils 10a and 10c are driven, the transmitting coil 10b is driven to generate a magnetic flux in the λ2 scale coil tracks 14b and 14c, and this magnetic flux is detected by the receiving coil 10p to detect the λ2 detection signal (induced voltage signal). Is output. The detection signal of λ2 represents the relative position of the reception coils 10p and 10r with respect to the scale coil tracks 14b and 14c of λ2, that is, the relative position of the reception coil 10q with respect to the scale coil tracks 14b and 14c of λ2. Therefore, the position where the detection signal of λ2 from the receiving coil 10p becomes the maximum value (at this time, the phase shift between the scale coil track 14a of λ1 and the scale coil tracks 14b and 14c of λ2 is 0) is the origin position of the phase φ2, The phase φ2 is detected by detecting the intensity of the detection signal of λ2.
[0038]
As for the amplitude α, the scale 12 is actually moved by several cycles, the transmitting coils 10a and 10c are driven, the signal So from the receiving coil 10q is Fourier-analyzed, and the amplitude of the signal component of λ2 is detected. What is necessary is just to memorize | store in the memory in processing IC16. Since the difference error due to the crosstalk signal can be corrected without using a linear model, it is not necessary to limit the measurement range to the vicinity of the center of the scale 12.
[0039]
The inductive transducer according to this embodiment can be incorporated into, for example, an electronic caliper.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the position can be detected with high accuracy without increasing the amount of data stored in the memory and without limiting the measurement range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram of an inductive transducer according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view of a scale.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a crosstalk signal by a scale coil track of λ2.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a crosstalk signal by a scale coil track of λ3.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a sum signal of two crosstalk signals.
FIG. 6 is a configuration diagram of a grid and a scale of a two-wavelength type inductive transducer.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a difference error due to a crosstalk signal.
FIG. 8 is a configuration diagram of a grid and a scale of a three-wavelength type inductive transducer.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a difference error due to a crosstalk signal.
[Explanation of symbols]
10 grids, 12 scales, 16 signal processing ICs, 18 operation units, 20 display units.

Claims (4)

少なくとも第1及び第2トラックを有するスケールと、
前記第1トラックに対向配置された第1受信器及び第2トラックに対応配置された第2受信器を有する、前記スケールに対向配置されたグリッドと、
前記第1トラックを駆動したときの前記第1受信器からの第1検出信号及び前記第2トラックを駆動したときの前記第2受信器からの第2検出信号に基づき前記スケールと前記グリッド間の位置情報を得る信号処理手段と、
を有し、
前記信号処理手段は、前記第2検出信号に基づき前記第1検出信号に含まれる前記第2トラックによるクロストーク信号を算出し、前記第1検出信号から前記クロストーク信号を除去する
ことを特徴とする誘導型トランスデューサ。
A scale having at least first and second tracks;
A grid disposed opposite the scale having a first receiver disposed opposite the first track and a second receiver disposed corresponding to the second track;
Based on the first detection signal from the first receiver when the first track is driven and the second detection signal from the second receiver when the second track is driven, between the scale and the grid Signal processing means for obtaining position information;
Have
The signal processing means calculates a crosstalk signal by the second track included in the first detection signal based on the second detection signal, and removes the crosstalk signal from the first detection signal. Inductive transducer.
互いに対向配置され相対移動可能なスケールコイルとグリッドコイルを備え、前記グリッドコイルは送信コイルと受信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記送信コイルから磁束を発生させて前記スケールコイルに誘導磁束を生ぜしめ、前記誘導磁束を前記グリッドコイルの前記受信コイルで受信してスケールとグリッド間の位置情報を得る誘導型トランスデューサであって、
前記スケールコイルは、スケールの中央部と端部にループを有するコイルを前記スケールの長手方向に沿って前記中央部と端部で異なる周期となるように複数配列してなる、中央部の第1スケールコイルトラックと端部の第2スケールコイルトラックとを有し、
前記グリッドコイルの前記送信コイルは、前記第1スケールコイルトラックを駆動するために前記第2スケールコイルトラックに対向配置された第1送信コイル及び前記第2スケールコイルトラックを駆動するために前記第1スケールコイルトラックに対向配置された第2送信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記受信コイルは、前記第1スケールコイルトラックに対向配置された第1受信コイル及び前記第2スケールコイルトラックに対向配置された第2受信コイルを有し、
前記第1送信コイル及び第2送信コイルを順次駆動して前記第1受信コイル及び第2受信コイルからの検出信号を処理する制御手段であって、前記第1送信コイルを駆動したときに前記第1受信コイルで受信される第1検出信号に含まれる前記第2スケールコイルトラックによるクロストーク信号を、前記第2送信コイルを駆動したときの前記第2受信コイルで受信される第2検出信号に基づき算出し、算出されたクロストーク信号を用いて前記第1検出信号を補正する信号処理手段
を有することを特徴とする誘導型トランスデューサ。
A scale coil and a grid coil that are arranged opposite to each other and are movable relative to each other are provided. The grid coil includes a transmission coil and a reception coil, and generates a magnetic flux from the transmission coil of the grid coil to generate an induction magnetic flux in the scale coil. An inductive transducer that receives the induced magnetic flux by the receiving coil of the grid coil and obtains position information between the scale and the grid,
The scale coil is a first central portion formed by arranging a plurality of coils having loops at the central portion and the end portion of the scale so as to have different periods along the longitudinal direction of the scale. A scale coil track and an end second scale coil track;
The transmission coil of the grid coil includes a first transmission coil disposed opposite to the second scale coil track to drive the first scale coil track, and the first scale coil to drive the second scale coil track. A second transmission coil disposed opposite to the scale coil track, wherein the reception coil of the grid coil is disposed opposite to the first reception coil and the second scale coil track disposed opposite to the first scale coil track; A second receiving coil,
Control means for sequentially processing the first transmission coil and the second transmission coil to process detection signals from the first reception coil and the second reception coil, wherein the first transmission coil is driven when the first transmission coil is driven. A crosstalk signal from the second scale coil track included in a first detection signal received by one reception coil is converted into a second detection signal received by the second reception coil when the second transmission coil is driven. An inductive transducer comprising: a signal processing unit that calculates based on the calculated crosstalk signal and corrects the first detection signal using the calculated crosstalk signal.
互いに対向配置され相対移動可能なスケールコイルとグリッドコイルを備え、前記グリッドコイルは送信コイルと受信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記送信コイルから磁束を発生させて前記スケールコイルに誘導磁束を生ぜしめ、前記誘導磁束を前記グリッドコイルの前記受信コイルで受信してスケールとグリッドの位置情報を得る誘導型トランスデューサであって、
前記スケールコイルは、スケールの中央部と端部にループを有するコイルを前記スケールの測定方向に沿って前記中央部の周期がλ1、上端部の周期がλ2、下端部の周期がλ3となるように複数配列してなる、中央部の第1スケールコイルトラックと上端部の第2スケールコイルトラックと下端部の第3スケールコイルトラックとを有し、
前記グリッドコイルの前記送信コイルは、前記第1スケールコイルトラックを駆動するために前記第2スケールコイルトラックに対向配置された第1送信コイルと、前記第1スケールコイルトラックを駆動するために前記第3スケールコイルトラックに対向配置された第3送信コイルと、前記第2スケールコイルトラック及び第3スケールコイルトラックを駆動するために前記第1スケールコイルトラックに対向配置された第2送信コイルを有し、前記グリッドコイルの前記受信コイルは、前記第2スケールコイルトラックに対向配置された第1受信コイルと、前記第1スケールコイルトラックに対向配置された第2受信コイルと、前記第3スケールコイルトラックに対向配置された第3受信コイルを有し、
前記第1送信コイル、第2送信コイル及び第3送信コイルを順次駆動して前記第1受信コイル、第2受信コイル及び第3受信コイルからの検出信号を処理する制御手段であって、前記第1送信コイル及び第3送信コイルを駆動したときに前記第1スケールコイルトラックに対向する第2受信コイルで受信される周期λ1の検出信号に含まれる前記第2スケールコイルトラック及び第3スケールコイルトラックによるクロストーク信号を、前記第2送信コイルを駆動したときの前記第1受信コイル及び第3受信コイルでそれぞれ受信される検出信号に基づき算出し、算出されたクロストーク信号を用いて前記λ1の検出信号を補正する信号処理手段
を有することを特徴とする誘導型トランスデューサ。
A scale coil and a grid coil that are arranged opposite to each other and are movable relative to each other are provided. The grid coil includes a transmission coil and a reception coil, and generates a magnetic flux from the transmission coil of the grid coil to generate an induction magnetic flux in the scale coil. Inductive transducer for obtaining the position information of the scale and grid by receiving the induced magnetic flux by the receiving coil of the grid coil,
In the scale coil, a coil having a loop at the center and end of the scale is arranged such that the period of the center is λ1, the period of the upper end is λ2, and the period of the lower end is λ3 along the measurement direction of the scale. A first scale coil track at the center, a second scale coil track at the upper end, and a third scale coil track at the lower end.
The transmission coil of the grid coil includes a first transmission coil disposed opposite to the second scale coil track for driving the first scale coil track, and the first coil for driving the first scale coil track. A third transmission coil disposed opposite to the three scale coil track; and a second transmission coil disposed opposite to the first scale coil track for driving the second scale coil track and the third scale coil track. The receiving coil of the grid coil includes a first receiving coil disposed to face the second scale coil track, a second receiving coil disposed to face the first scale coil track, and the third scale coil track. A third receiving coil disposed opposite to
Control means for sequentially processing the first transmission coil, the second transmission coil, and the third transmission coil to process detection signals from the first reception coil, the second reception coil, and the third reception coil; The second scale coil track and the third scale coil track included in the detection signal of the period λ1 received by the second receiver coil facing the first scale coil track when the one transmitter coil and the third transmitter coil are driven. Is calculated based on detection signals respectively received by the first receiving coil and the third receiving coil when the second transmitting coil is driven, and the calculated crosstalk signal is used to calculate the crosstalk signal of λ1. An inductive transducer comprising signal processing means for correcting a detection signal.
請求項3に記載の誘導型トランスデューサにおいて、さらに、
前記クロストーク信号を余弦波信号としたときの振幅値を記憶する記憶手段
を有し、前記信号処理手段は、前記検出信号から前記余弦波信号の位相を算出し、前記位相と前記記憶手段に記憶された振幅値を用いて前記クロストーク信号を算出することを特徴とする誘導型トランスデューサ。
The inductive transducer according to claim 3, further comprising:
Storage means for storing an amplitude value when the crosstalk signal is a cosine wave signal, the signal processing means calculates a phase of the cosine wave signal from the detection signal, and the phase and the storage means An inductive transducer characterized in that the crosstalk signal is calculated using a stored amplitude value.
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