JPH0665962B2 - Method and apparatus for positioning two objects using magnetism - Google Patents
Method and apparatus for positioning two objects using magnetismInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、磁気を利用して2物体を非接触な方法で位置
付けする方法及びその装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and a device for positioning two objects in a non-contact manner using magnetism.
[背景技術] 磁気センサなどの磁気検出系は、従来より公知とされて
いるが、これらのものは磁性体の存在を検知する場合な
どに使用されているのが大半である。したがって、磁気
検出系が本発明のような3次元における位置付け方法に
使用されるのは、本発明者らの知る限りにおいては、未
だ知られるところがない。BACKGROUND ART Magnetic detection systems such as magnetic sensors have been conventionally known, but most of these are used when detecting the presence of a magnetic substance. Therefore, the use of the magnetic detection system in the three-dimensional positioning method as in the present invention has not been known to the present inventors.
[発明の目的] したがって、本発明の第1の目的は、三次元の自由空間
において互いに不特定な位置関係に置かれ、しかも間に
介在物が存在して視認し難い位置にある2物体を非接触
な方法で、5自由度または6自由度の範囲で位置付けす
る方法を提供することにある。[Object of the Invention] Therefore, a first object of the present invention is to provide two objects which are placed in an unspecified positional relationship with each other in a three-dimensional free space, and in which there are inclusions between them so that they are difficult to visually recognize. It is to provide a method of positioning in a range of 5 degrees of freedom or 6 degrees of freedom by a non-contact method.
また、本発明の第2の目的は、上記の位置付け方法を具
体化させた2物体の位置付け装置を提供することにあ
る。A second object of the present invention is to provide a two-object positioning device that embodies the above positioning method.
[問題点を解決するための具体的手段] 本発明は、磁気中心軸周りに回転対称な放射磁界の性質
を利用して、その磁界内に所定の関係を充たす2つの磁
気検出系を設けることによって到達されたものである。[Specific Means for Solving Problems] According to the present invention, two magnetic detection systems satisfying a predetermined relationship are provided in the magnetic field by utilizing the property of a radiation magnetic field rotationally symmetric about the magnetic center axis. Has been reached by.
このような本発明においては、第1の物体には、磁気中
心軸周りに回転対称な放射磁界を発生する磁気発生源が
設けられ、第2の物体には、その中心軸を法線とする異
なる第1、第2の2つの平面を定義し、そのうちの第1
の平面には、同一円軌道上で、かつ位相が異なる少なく
とも3個所の検出点における磁界の検出を可能にしたバ
ランス検出用磁気センサ(以下では、バランス用磁気セ
ンサという)が配設され、他方の第2の平面には、その
中心を回転中心として所定の軌道上を円走査するスキャ
ン用磁気センサがそれぞれ配設されており、第1の平面
に配設されたバランス用磁気センサのそれぞれの感応軸
は、第2の物体の中心軸上の有限点で交わるか、あるい
はその中心軸に対して平行になるような配置を含む位置
関係に配設されている。In the present invention as described above, the first object is provided with the magnetic source for generating the radiation magnetic field rotationally symmetrical about the magnetic central axis, and the second object has the central axis as the normal line. Define two different first and second planes, the first of which is
A magnetic sensor for balance detection (hereinafter referred to as a magnetic sensor for balance) capable of detecting a magnetic field at at least three detection points on the same circular orbit and having different phases is arranged on the plane of. On the second plane, scanning magnetic sensors for circularly scanning a predetermined orbit around the center thereof are disposed, respectively, and each of the balancing magnetic sensors disposed on the first plane. The sensitive axes are arranged in a positional relationship including an arrangement such that they intersect at a finite point on the central axis of the second object or are parallel to the central axis.
本発明の2物体の位置付け方法は、次のような2つの方
法に大別される。The two-object positioning method of the present invention is roughly classified into the following two methods.
第一の方法は、第2の物体と第1の物体の中心軸同士を
軸合わせするものであり、第二の方法は更に進んで、第
2の物体と第1の物体との磁界内での相対的な位置を求
めてから目的の位置関係に位置制御するものである。The first method is to align the central axes of the second object and the first object with each other, and the second method is further advanced in the magnetic field of the second object and the first object. The position is controlled to the desired positional relationship after the relative position of is determined.
このような本発明方法は、各種の工作機械の位置付けや
軸合わせにも好適であり、特に操作者が視認できない2
物体を所定の位置方向関係に位置付けする場合に望まし
い。Such a method of the present invention is suitable for positioning and axis alignment of various machine tools, and is particularly invisible to the operator.
It is desirable when the object is positioned in a predetermined positional relationship.
[発明の作用および効果] 本発明方法において、バランス用磁気センサのすべての
出力が一致するか、あるいは特定の組合わせのもの同士
の出力が一致した場合(以下、これをバランス出力一致
条件が成立した場合という)を電気磁気学の基礎原理及
び幾何学的な考察により解析すると、第2の物体の中心
軸は第1の物体を設けた磁気発生源の磁気中心軸に所定
の角度で交わり、両軸は同一平面上に位置付けされる。[Operation and Effect of the Invention] In the method of the present invention, when all the outputs of the magnetic sensor for balance match, or the outputs of a specific combination match (hereinafter, the balance output matching condition is satisfied. The case of the above) is analyzed by the basic principle of electromagnetism and geometrical consideration, and the central axis of the second object intersects the magnetic central axis of the magnetic source provided with the first object at a predetermined angle, Both axes are coplanar.
そこで、このような条件の成立した時点でスキャン用磁
気センサを所定の円軌道上を円走査させ、その軌道上の
磁界強度をサンプリングによって測定し、予め準備され
た基準となる磁気分布情報に照らすと、第1の物体の磁
気発生源の中心軸(磁気中心軸)を基準とした第2の物
体の置かれた相対的な位置(座標)が判明する。Therefore, when such a condition is satisfied, the magnetic sensor for scanning is circularly scanned on a predetermined circular orbit, the magnetic field strength on the orbit is measured by sampling, and the prepared magnetic reference information is applied to the reference magnetic distribution information. Then, the relative position (coordinates) where the second object is placed with respect to the central axis (magnetic central axis) of the magnetic source of the first object is found.
この結果、三次元空間内における第1の物体に対する第
2の物体の相対な位置関係が判明するので、後はこのよ
うにして判明した位置情報と、制御目標値となる位置指
定情報とを比較参照すれば移動手段に必要な3次元的な
制御量がおのずから算出されるので、その制御量に応じ
て第2の物体を相対移動させれば目的位置に位置付けで
きる。As a result, the relative positional relationship of the second object with respect to the first object in the three-dimensional space is found, so the position information found in this way is compared with the position designation information that is the control target value. By referring to this, the three-dimensional control amount necessary for the moving means is naturally calculated, so that the second object can be positioned at the target position if the second object is relatively moved according to the control amount.
また、本発明方法を半自動でおこなう場合には、物体が
移動したかどうかを逐一確認しながら手動操作する必要
があり、このため移動手段の動きを監視する表示装置が
必要とされる。Further, when the method of the present invention is carried out semi-automatically, it is necessary to manually operate while confirming whether or not the object has moved, and thus a display device for monitoring the movement of the moving means is required.
本発明方法及び装置は、以上のような構成だから、互い
に不特定の位置関係におかれた第2の物体と第1の物体
を三次元の自由空間内において非接触な方法でもって磁
気発生源の磁気中心軸周りの回転角度を除く5自由度に
位置付けでき、しかも、第2の物体に特定の運動条件を
付加すれば、磁気中心軸の周りの回転角度の位置付けも
含んだ6自由度に位置付けできる。Since the method and apparatus of the present invention have the above-described configuration, the magnetic source can be generated by a non-contact method in the three-dimensional free space between the second object and the first object that are in an unspecified positional relationship with each other. Can be positioned in 5 degrees of freedom excluding the rotation angle around the magnetic center axis, and if a specific motion condition is added to the second object, it can be positioned in 6 degrees of freedom including the positioning of the rotation angle around the magnetic center axis. Can be positioned.
このような本発明では、磁気を情報媒体としているの
で、第2の物体と第1の物体との間に障害物が介在して
いても、それが磁気発生源によって形成される磁界に影
響を与えない限り実施でき、両者が互いに全く視認の不
能な状態に置かれていても正確な位置付けができる利点
があり、この点における応用範囲は頗る大である。In the present invention as described above, since magnetism is used as the information medium, even if there is an obstacle between the second object and the first object, it affects the magnetic field formed by the magnetic source. It can be carried out unless given, and it has the advantage of being able to be positioned accurately even when the two are invisible to each other, and the range of application in this respect is enormous.
[実施例] 以下に、添付図を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。[Examples] Examples of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明方法を説明するため、磁気中心軸回りに
回転対称な放射磁界内における第1の物体と、第2の物
体を示している。FIG. 1 shows a first object and a second object in a radiation magnetic field rotationally symmetrical about a magnetic center axis for explaining the method of the present invention.
1は第1の物体であり、2は磁気中心軸OM周りに回転対
称な放射磁界を発生する磁気発生源であり、第1の物体
1の中心軸と磁気中心軸OMとを合致させている。磁気発
生源には、通常は円板磁石、円筒磁石などの永久磁石の
他、電磁石が使用できる。Reference numeral 1 is a first object, 2 is a magnetic generation source that generates a rotationally symmetric radiation magnetic field about the magnetic center axis OM, and the central axis of the first object 1 and the magnetic central axis OM are matched. . As the magnetic source, an electromagnet can be used as well as a permanent magnet such as a disc magnet or a cylindrical magnet.
3は第2の物体であり、その中心軸OCを法線とする異な
る2つの第1、第2の平面,Bにそれぞれ、バランス用磁
気センサ41〜43と、スキャン用磁気センサ5を設けてい
る。これらの磁気センサは、いずれもフラックスゲート
磁気センサ、ホール素子磁気センサ又は磁気変調型磁気
センサを用いて構成される。Reference numeral 3 is a second object, and the balance magnetic sensors 41 to 43 and the scan magnetic sensor 5 are provided on two different first and second planes B having the central axis OC as a normal line. There is. Each of these magnetic sensors is configured using a flux gate magnetic sensor, a Hall element magnetic sensor, or a magnetic modulation type magnetic sensor.
本発明方法を実施するためには、バランス用磁気センサ
4が後述するバランス出力一致条件の成立を判別する必
要があり、このため図例では、3つのバランス用磁気セ
ンサ41〜43を、第2の物体3の中心軸OCから等しい距離
にある同一円軌道上で位相の異なる少なくとも3箇所以
上の検出点に配置し、各々のバランス用磁気センサ41〜
43の感応軸l1〜l3を互いに第2の物体3の中心軸OC上の
1点で交わるか、あるいは互いに平行になるような配置
を含む位置関係に配設している。In order to carry out the method of the present invention, it is necessary for the balance magnetic sensor 4 to determine whether or not the balance output coincidence condition, which will be described later, is established. Therefore, in the illustrated example, the three balance magnetic sensors 41 to 43 are set to the second Are arranged at at least three or more detection points having different phases on the same circular orbit at the same distance from the center axis OC of the object 3, and the respective balance magnetic sensors 41 to
The 43 sensitive axes l1 to l3 intersect each other at one point on the central axis OC of the second object 3 or are arranged in a positional relationship including an arrangement such that they are parallel to each other.
バランス用磁気センサについては、図例のように複数個
でなくても、1個の磁気センサが上記同一円軌道上を円
走査するようにして、少なくとも3箇所の検出点におけ
る磁界強度を検出できるようにすればよい。As for the balance magnetic sensor, even if not a plurality of magnetic sensors as shown in the figure, one magnetic sensor can circularly scan the same circular orbit to detect the magnetic field strength at at least three detection points. You can do it like this.
第2a図〜第2c図に、バランス用磁気センサ4の配列例を
具体的に示す。2a to 2c specifically show an example of arrangement of the balance magnetic sensor 4.
これらの図において、Cは、第1の平面Aと、第2の物
体3の中心軸OCとの交点,rは中心軸OCからセンサ4まで
の距離,l1,l2,l3,l4は、それぞれバランス用磁気センサ
41,42,43,44の感応軸の方向を示している。In these figures, C is the intersection of the first plane A and the central axis OC of the second object 3, r is the distance from the central axis OC to the sensor 4, and l1, l2, l3, l4 are respectively Magnetic sensor for balance
The direction of the sensitive axis of 41, 42, 43, 44 is shown.
第2a図は、バランス用磁気センサ41,42,43の配置の一例
を示すもので、それぞれの感応軸l1,l2,l3は第2の物体
3の中心軸OCと1点で交わっている。FIG. 2a shows an example of the arrangement of the balance magnetic sensors 41, 42, 43, and the respective sensitive axes l1, l2, l3 intersect the central axis OC of the second object 3 at one point.
第2b図はバランス用磁気センサ41,42,43の配置の別例を
示すもので、それぞれの感応軸l1,l2,l3は、いずれも第
2の物体3の中心軸OCと平行になっている。FIG. 2b shows another example of the arrangement of the balance magnetic sensors 41, 42, 43. The respective sensitive axes l1, l2, l3 are parallel to the central axis OC of the second object 3. There is.
また、第2a図,第2b図は、それぞれ3個の磁気センサを
用いる場合を示しているが、4個の磁気センサを用いて
もよく、その場合の例を第2c図に示す。Also, FIGS. 2a and 2b show the case where three magnetic sensors are used, but four magnetic sensors may be used, and an example of that case is shown in FIG. 2c.
第2c図では、2個のセンサ42,43の感応軸l2,l3が第2の
物体3の中心軸OCと1点で交わり、他のセンサ41,44の
感応軸l1,l4が中心軸OCと平行になるように配置されて
いる。In FIG. 2c, the sensitive axes l2 and l3 of the two sensors 42 and 43 intersect the central axis OC of the second object 3 at one point, and the sensitive axes l1 and l4 of the other sensors 41 and 44 are central axis OC. It is arranged to be parallel to.
第3a図はスキャン用磁気センサの円走査の説明図であ
り、第3b図はスキャン用磁気センサの他の構成例を示
す。FIG. 3a is an explanatory diagram of circular scanning of the scanning magnetic sensor, and FIG. 3b shows another configuration example of the scanning magnetic sensor.
第3b図に示したものは、第2の物体3の第2の平面B
と、第2の物体3の中心軸OCとの交点C′より等しい距
離rに多数の磁気センサを所定の間隔で循環列状にアレ
イ配置して構成されている。What is shown in FIG. 3b is the second plane B of the second object 3.
And a large number of magnetic sensors are arrayed in a circulating array at a predetermined distance at an equal distance r from an intersection C ′ with the central axis OC of the second object 3.
本発明方法を実施するために必要な放射磁界の磁気分布
情報は、スキャン用磁気センサを円走査(例えば、1つ
の磁気センサを円走査させる以外にも、配列した多数の
磁気センサを順次電子的に走査したり、あるいは多数の
磁気センサから同時に出力を取り出すなどの方法があ
る)することによって、測定値をサンプリングして行わ
れる。The magnetic distribution information of the radiated magnetic field necessary for carrying out the method of the present invention is obtained by circularly scanning the magnetic sensor for scanning (for example, by circularly scanning one magnetic sensor, electronically scanning a large number of magnetic sensors arranged in sequence. There is a method such as scanning to, or taking out the output from a large number of magnetic sensors at the same time), and the measurement value is sampled.
第4図は、マイクロコンピュータシステムを使用して本
発明方法を実施する場 合の制御手順を示したフローチャートであり、第5図は
クレームに対応した本発 明装置の概略構成図である。FIG. 4 is a flow chart showing a control procedure when the method of the present invention is carried out using a microcomputer system, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the present invention corresponding to the claims.
本発明方法の概略を説明すると、次の通りである。The outline of the method of the present invention is as follows.
ステップ100では、イニシャライズがなされる。At step 100, initialization is performed.
ステップ101では、移動手段10が駆動され、第2の物体
3が第1の物体1に接近しあるいは遠ざかる。この移動
は、ステップ102において、出力一致判定手段6がバラ
ンス出力一致条件、つまり上記したバランス用磁気セン
サ4の出力が一致するかあるいはその特定の組合わせの
もの同士の出力が一致するまでなされる。In step 101, the moving means 10 is driven so that the second object 3 approaches or moves away from the first object 1. This movement is performed in step 102 until the output matching determination means 6 matches the balanced output matching condition, that is, the outputs of the above-mentioned magnetic sensors for balancing 4 match or the outputs of the specific combination match. .
そして、ステップ102において、バンランス出力一致条
件が成立すると、スキャン用磁気センサ5が円走査され
る(−スキャン用磁気センサ走査手段7)。Then, in step 102, when the balance output matching condition is satisfied, the scanning magnetic sensor 5 is circularly scanned (-scanning magnetic sensor scanning means 7).
このスキャン用磁気センサ5の円走査が行われると、第
2の物体3の置かれている入力磁界がサンプリングさ
れ、更に放射磁界の磁気分布情報を得るための数学的に
独立した2つの磁界情報、例えばスキャン用磁気センサ
への入力磁界成分のスキャン角に対する平均値又は中央
値,変化値あるいは入力磁界成分の最大値,最小値を与
えるスキャン用センサの回転角度などが算出される。When this scanning magnetic sensor 5 is circularly scanned, the input magnetic field on which the second object 3 is placed is sampled, and two mathematically independent magnetic field information for obtaining magnetic distribution information of the radiated magnetic field. For example, the average value or the median value of the input magnetic field component to the scanning magnetic sensor with respect to the scan angle, the change value or the rotation angle of the scanning sensor that gives the maximum value or the minimum value of the input magnetic field component is calculated.
ステップ104ではこの算出された磁気情報を、予め準備
された記述となる磁気分布情報に照らして、第2の物体
3の第1の物体に対する相対位置を読取り、あるいは算
出する(−位置方向検出手段8)。In step 104, the calculated magnetic information is compared with the magnetic distribution information which is a description prepared in advance, and the relative position of the second object 3 with respect to the first object is read or calculated (-position direction detecting means). 8).
かくして、第2の物体3の相対位置が算出されると、位
置付けすべき目標位置指定信号(第2の物体3の移動す
べき目標位置を規定する信号、以下ではこのようにい
う)に応じて、移動手段10の制御量が算出される。Thus, when the relative position of the second object 3 is calculated, the target position designation signal to be positioned (a signal defining the target position to which the second object 3 should move, hereinafter referred to as such) The control amount of the moving means 10 is calculated.
そして、ステップ106では、制御手段9はこの算出した
制御量に応じて移動手段10を駆動し、第2の物体3を目
標位置まで移動させる(−移動手段10)。Then, in step 106, the control means 9 drives the moving means 10 according to the calculated control amount to move the second object 3 to the target position (-moving means 10).
第6図は、第5図に示した本発明をX線撮影装置として
適用した場合の系統図であり、全自動制御モードに使用
されるものである。FIG. 6 is a system diagram when the present invention shown in FIG. 5 is applied as an X-ray imaging apparatus, and is used in the fully automatic control mode.
第7図は、第5図に示した装置を使用した場合における
移動手段の機能的な構 成例図である。FIG. 7 is a diagram showing a functional configuration example of the moving means when the device shown in FIG. 5 is used.
第6図においては、マイクロコンピュータシステムMICO
Mは、CPU,ROM,RAMより成る基本構成に、I/O拡張ポー
トを加えた構成になっている。In FIG. 6, the microcomputer system MICO is shown.
The M has a basic configuration including a CPU, ROM, and RAM and an I / O expansion port.
ここに、ROMは、本発明方法の実施に必要なプログラム
及び、後述する関数表のように、基準となる磁気分布情
報を記憶させてあり、RAMには制御時に取り込んだデー
タが一時的に記憶される。Here, the ROM stores a program necessary for carrying out the method of the present invention and magnetic distribution information serving as a reference as in a function table described later, and the RAM temporarily stores the data taken in at the time of control. To be done.
バランス用磁気センサ41〜44からの出力及びスキャン用
磁気センサ5からの出力は、マイクロコンピュータシス
テムMICOMが解読できるように、いずれもA/D変換器1
2を介した後、I/O拡張ポートを通じてCPUに入力され
ており、CPUからの制御信号はI/O拡張ポートを介し
てスキャン用磁気センサ5の走査手段7及び移動手段10
に送られている。The outputs from the balance magnetic sensors 41 to 44 and the scan magnetic sensor 5 are all A / D converter 1 so that the microcomputer system MICOM can interpret them.
2 and then input to the CPU through the I / O expansion port, and the control signal from the CPU is transmitted through the I / O expansion port to the scanning means 7 and the moving means 10 of the magnetic sensor 5 for scanning.
Have been sent to.
なお、11は表示手段であり、2つの物体の移動状態を適
当な情報として表示するものである。Reference numeral 11 is a display means for displaying the moving states of the two objects as appropriate information.
以上のような構成の第6図に示した装置は、第7図に機
能的に示した移動手段と組合わせられて本発明方法が実
施される。The apparatus shown in FIG. 6 having the above construction is combined with the moving means functionally shown in FIG. 7 to carry out the method of the present invention.
第7図では、第1の物体1に設けた磁気発生源2は円板
磁石として示されており、第2の物体3はP1〜P5を可動
点とした移動手段によって移動可能になっている。In FIG. 7, the magnetic source 2 provided on the first object 1 is shown as a disk magnet, and the second object 3 can be moved by moving means having P1 to P5 as movable points. .
ここに、P5は図において定義した(x0,y0,z0)の座標系
のうち、x0軸方向に上下に移動する点であり、P3,P4は
いずれも水平方向に任意の角度ψ′,ψ″に回転する点
であり、これらの3つの可動点P1,P3,P4の組合わせによ
り第2の物体の中心を(x0,y0,z0)座標系の任意の点に
位置付けする。Here, P5 is a point that moves vertically in the x0 axis direction in the coordinate system (x0, y0, z0) defined in the figure, and P3 and P4 are both horizontal arbitrary angles ψ ′, ψ ″, And the center of the second object is positioned at an arbitrary point in the (x0, y0, z0) coordinate system by the combination of these three movable points P1, P3, P4.
また、P2は第2の物体3を水平方向に任意の角度ψ分回
転させる点、P1は第2の物体3を上下方向に任意の角度
θ分だけ回転させる点であり、これらの点P1〜P5の可動
により、移動手段10は第2の物体3を、それに設定した
中心座標軸Zcの周りの角度を除く5自由度で位置付けさ
れる。Further, P2 is a point for rotating the second object 3 in the horizontal direction by an arbitrary angle ψ, P1 is a point for rotating the second object 3 in the vertical direction by an arbitrary angle θ, and these points P1 to Due to the movement of P5, the moving means 10 positions the second object 3 with five degrees of freedom excluding the angle around the central coordinate axis Zc set to the second object.
この移動手段におけるP1〜P5の可動点は、第6図におい
て示したP1〜P5を駆動モータによって駆動可能とされ、
そのような駆動はCPUの演算結果に応じて、各々の制御
量が定められてドライブ回路が駆動されて可能となる。The movable points of P1 to P5 in this moving means can drive P1 to P5 shown in FIG. 6 by a drive motor,
Such driving is possible by driving the drive circuit with each control amount determined according to the calculation result of the CPU.
第8図は、上記した移動手段におけるP3,P4点の運動を
示したもので、いずれもが独立して水平方向に任意の角
度ψ′,ψ″分回転する。FIG. 8 shows the movement of the points P3 and P4 in the above-mentioned moving means, and both independently rotate in the horizontal direction by arbitrary angles ψ ′ and ψ ″.
この結果、第2の物体3はy0z0平面に平行な面における
2次元座標の任意の点に位置付けされる。As a result, the second object 3 is positioned at an arbitrary point of the two-dimensional coordinates on the plane parallel to the y0z0 plane.
なお、このような手段は、P3,P4のいずれかを直線運動
にし、他方を回転運動できるように構成してもよいが、
この場合には直線運動する点を設けるため、一方のアー
ムを伸縮させればよい。Incidentally, such means may be configured such that one of P3 and P4 is linearly moved and the other is rotationally moved.
In this case, since a point for linear movement is provided, one arm may be expanded or contracted.
以上の移動手段は、可動点P1〜P5の動きを中心として機
能的に表現したものであり、具体的な移動手段は、上記
した可動点P1〜P5を公知の電気的、機械的手段の組合わ
せを用いて実現されることはいうまでもない。The above moving means is a functional representation centering on the movement of the movable points P1 to P5, and a specific moving means is a set of known electrical and mechanical means for the above movable points P1 to P5. It goes without saying that it is realized by using matching.
第9図〜第11図は、本発明方法をいわゆる半自動制御モ
ードによって実施する例を示している。この半自動制御
モードでは、バランス用磁気センサ4の出力をオペレー
タが視認しながら、第2の物体3を手動操作により移動
させて2物体の軸心合わせを行っている。9 to 11 show an example of carrying out the method of the present invention in the so-called semi-automatic control mode. In this semi-automatic control mode, while the operator visually recognizes the output of the balance magnetic sensor 4, the second object 3 is manually moved to align the axes of the two objects.
このため、移動状態、つまり第2の物体3の位置付け状
態を監視する表示手段11と、移動手段10を手動で操作す
るための操作装置13が必要とされる。Therefore, the display means 11 for monitoring the moving state, that is, the positioning state of the second object 3, and the operating device 13 for manually operating the moving means 10 are required.
この半自動制御モードの特徴とする点は、バランス用磁
気センサ4の出力が出力一致判定手段6によって一致条
件を判断し、更にスキャン用磁気センサ5の出力一致が
確認されるまで、手動操作によって移動手段10を直接制
御し、その移動状態(2物体の接離関係)を表示手段11
で確認しながら位置付けできる点にあり、このような手
段による微調整制御は表示手段11に制御完了の状態が表
示されるまで連続して行われる。The characteristic feature of this semi-automatic control mode is that the output of the balance magnetic sensor 4 is manually moved until the output matching determination means 6 determines the matching condition and the output matching of the scanning magnetic sensor 5 is confirmed. The means 10 is directly controlled to display the movement state (relationship between two objects) 11
The fine adjustment control by such means is continuously performed until the state of control completion is displayed on the display means 11.
第10図は、この場合に必要とされるフローチャートであ
る。FIG. 10 is a flowchart required in this case.
このような半自動制御モードにおいては、後述する発明
原理の説明からも分かるように、第2の物体3上の中心
軸OCを第1の物体1上の磁気発生源2の磁気中心軸OMに
合致させる軸合わせ制御を実施する場合に特に有益であ
る。In such a semi-automatic control mode, as will be understood from the description of the principle of the invention described later, the central axis OC on the second object 3 matches the magnetic central axis OM of the magnetic source 2 on the first object 1. This is particularly useful when performing axis alignment control.
この場合の判断を有効に行うため、第9図において11と
して示されたようなバーグラフLEDを用いた表示手段が
好適に使用される。In order to effectively make the judgment in this case, a display means using a bar graph LED as shown by 11 in FIG. 9 is preferably used.
また、このような表示手段11を使用する場合には、バラ
ンス用磁気センサ4として第2c図において示したような
4つの磁気センサ41〜44を十字状に配列したもの(4個
の磁気センサ41〜44が第2の物体3の中心軸OCを中心と
する円に対して互いに90度の角度をもって配置されてい
る)と組合わせて使用すれば特に有益であり、軸合わせ
制御が完了するまで、バーグラフLEDは制御の偏差量に
応じて点灯し、軸合わせ制御が完了すると中央のLEDが
点灯して制御の完了知らせる。When such a display means 11 is used, as the balance magnetic sensor 4, four magnetic sensors 41 to 44 as shown in FIG. 2c are arranged in a cross shape (four magnetic sensors 41). ~ 44 are arranged at an angle of 90 degrees to each other with respect to a circle centered on the central axis OC of the second object 3) and is particularly useful until the alignment control is completed. , The bar graph LED lights up according to the deviation amount of the control, and when the axis alignment control is completed, the central LED lights up to notify the completion of the control.
しかしながら、このような半自動制御モードにより実施
される本発明は、上記のような軸合わせ制御にのみに適
用されるものではなく、上記した全自動制御による発明
方法と同様に第2の物体3を第1の物体1に対して磁気
発生源2の磁気中心軸OMの周りの角度付けを除く5自由
度の範囲で任意の関係に位置付けする場合にも適用でき
ることはいうまでもない。However, the present invention implemented in such a semi-automatic control mode is not applied only to the above-mentioned axis alignment control, and the second object 3 is not used in the same manner as the above-mentioned invention method by the fully automatic control. It goes without saying that the present invention can also be applied to the case where the first object 1 is positioned in an arbitrary relationship within a range of 5 degrees of freedom except for angling around the magnetic center axis OM of the magnetic generation source 2.
以上のような本発明方法及びその装置は、磁気を利用し
ているので、2物体間に介在物があり、互いに視認しに
くいような関係にある場合にも、両者を非接触な方法で
位置付けできるものであり、その応用範囲は極めて広大
である。Since the method and apparatus of the present invention as described above utilize magnetism, even if there is an inclusion between two objects and they are in a relationship that makes it difficult to visually recognize each other, the two are positioned by a non-contact method. It is possible and its application range is extremely wide.
このような本発明方法は、各種の工作機械の位置付けや
軸合わせにも好適であり、特にオペレータが視認できな
い2物体を所定の位置方向関係に位置付けするのに望ま
しいことはいうまでもない。It is needless to say that such a method of the present invention is suitable for positioning and axial alignment of various machine tools, and is particularly desirable for positioning two objects invisible to the operator in a predetermined positional and directional relationship.
次いで、以上のような構成を特徴とした本発明方法の原
理について説明する。Next, the principle of the method of the present invention having the above-mentioned configuration will be described.
本発明方法は、磁気中心軸周りに回転対称な放射磁界内
の所定空間領域内において実施される。一般には、磁気
発生源2の磁界の強さに応じて、実施可能な空間領域が
限定されるが、放射磁界の性質、例えば、磁界の乱れ等
や磁気センサの飽和現象を考慮すれば、磁界の中心軸と
磁気検出系の中心軸が±80度以内の角度で交わる条件を
充たす領域内において十分に実用できることが本発明者
らの研究によって明らかにされている。The method of the present invention is carried out in a predetermined space region in a radiation magnetic field that is rotationally symmetrical about the magnetic center axis. Generally, the practicable spatial region is limited depending on the strength of the magnetic field of the magnetic generation source 2, but if the properties of the radiated magnetic field, such as the disturbance of the magnetic field and the saturation phenomenon of the magnetic sensor, are considered, It has been clarified by the inventors of the present invention that it can be practically used in a region satisfying the condition where the central axis of the magnetic field and the central axis of the magnetic detection system intersect at an angle within ± 80 degrees.
このような本発明方法によれば、磁気発生源2を設けた
第1の物体1に対する磁気検出系を設けた第2の物体3
の相対的位置関係を、第1の物体1の磁気発源2の磁気
中心軸OM周りの回転角度を除いた5つの位置方向の座標
(xM,yM,zM,θM,ψM)について位置付け出来る。According to the method of the present invention as described above, the second object 3 provided with the magnetic detection system for the first object 1 provided with the magnetic source 2 is provided.
The relative positional relationship can be determined with respect to the coordinates (xM, yM, zM, θM, ψM) in the five position directions excluding the rotation angle around the magnetic center axis OM of the magnetic source 2 of the first object 1.
ついで、本発明の原理を理解するため、まずバランス用
磁気センサの働きについて考察する。Next, in order to understand the principle of the present invention, first, the function of the balance magnetic sensor will be considered.
磁気中心軸OM周りに回転対称な放射磁界内に1個の磁気
センサSを置き、このセンサSの感応軸と交わる直線あ
るいは感応軸と平行になる任意の直線OCを考え、その直
線上の一点Cを回転中心として磁気センサSを回転させ
る場合を仮想すると、磁気センサSには、その置かれた
地点での磁界の感応軸方向成分が入力され、放射磁界で
は磁力線は磁気中心軸より放射状に交わることなく広が
るので、センサSの入力磁界成分は周期が360度の周期
関数となることが容易に理解される。One magnetic sensor S is placed in a radiation magnetic field that is rotationally symmetric about the magnetic center axis OM, and a straight line intersecting with the sensitive axis of the sensor S or an arbitrary straight line OC parallel to the sensitive axis is considered, and one point on the straight line is considered. Assuming that the magnetic sensor S is rotated about C as the center of rotation, the magnetic sensor S receives the component in the direction of the sensitive axis of the magnetic field at the position where the magnetic sensor S is placed, and in the radiating magnetic field, the magnetic force lines are radially from the magnetic central axis. Since it spreads without crossing, it is easily understood that the input magnetic field component of the sensor S is a periodic function with a period of 360 degrees.
そこで、更に、直線OCが磁気中心軸OMと交わった関係に
ある場合を考察すると、このような条件の下では、第12
図より分かるように磁気中心軸OMと磁気センサSの回転
中心Cを含む直線OCにより1つの平面Gが決定され、そ
の交角をδGが確定する。Therefore, further considering the case where the straight line OC intersects with the magnetic central axis OM, the 12th
As can be seen from the figure, one plane G is determined by the straight line OC including the magnetic center axis OM and the rotation center C of the magnetic sensor S, and the intersection angle is determined by δG.
また、この平面Gと磁気センサSの回転軌道面の交線を
lとし、この交線を対称線とするセンサSの対称な2点
P,P′におけるセンサSの入力磁界成分を考慮すると、
磁界は磁気中心軸OMについて回転対称だから、同じ値と
なり、しかも交線l上の対称点Pa,Pa′は、一方が最大
値をとれば他方は第13a図に示したように、最小あるい
は最大値をとる。ここに、Pa,Pa′は、磁気センサSの
回転軌道面上における特定の起点(λ=0)からの回転
角であり、一方をλGとすれば、他方は当然ながら、λ
G+180〔度〕となる。Further, the line of intersection of the plane G and the rotational orbital plane of the magnetic sensor S is set to 1, and two symmetrical points of the sensor S whose line of symmetry is the line of symmetry
Considering the input magnetic field component of the sensor S at P and P ′,
Since the magnetic field is rotationally symmetric with respect to the magnetic center axis OM, it has the same value, and the symmetry points Pa and Pa 'on the line of intersection 1 have the minimum value or the maximum value as shown in FIG. Takes a value. Here, Pa and Pa ′ are rotation angles from a specific starting point (λ = 0) on the rotation orbit surface of the magnetic sensor S, and if one is λG, the other is naturally λ
It becomes G + 180 [degrees].
そして、このような条件下において、センサSの回転中
心OCを磁気中心軸OMに一致する位置に移動させると、平
面Gと直線OCの交角δGはδG=0となり、センサSの
回転軌道面上では、センサSの入力磁界成分はすべての
λGにおいて等しくなり、周期関数は、第13b図に示し
たようにフラットな状態となる。Then, under such conditions, when the rotation center OC of the sensor S is moved to a position that coincides with the magnetic center axis OM, the intersection angle δG between the plane G and the straight line OC becomes δG = 0, and on the rotation orbit surface of the sensor S. Then, the input magnetic field component of the sensor S becomes equal in all λG, and the periodic function becomes flat as shown in FIG. 13b.
したがって、上記のような考察から、同一の円軌道上に
置かれたある少なくとも3つのセンサSの各出力が一致
する場合には、センサSの回転円軌道の回転軸OCと磁気
中心軸OMとはδGの角度をもって交差し、特にδG=0
になる場合には、センサSの回転軸OCと磁界の中心軸OM
が一致したものとなる。Therefore, from the above consideration, when the outputs of at least three sensors S placed on the same circular orbit match, the rotational axis OC of the rotational circular orbit of the sensor S and the magnetic center axis OM Intersect at an angle of δG, especially δG = 0
If, then the rotational axis OC of the sensor S and the central axis OM of the magnetic field
Will be a match.
なお、このようなδGの存在は、4つ以上のバランス検
出用磁気センサを同一円軌道上に配置した場合にも検出
でき、4つ以上のセンサの感応軸が回転軸OC上で互いに
交わらない関係にあっても、第2c図に示したように特定
の関係(後述する条件で選んだ2個を1組とした各組で
一致する場合)感応軸が回転軸OCと一点で交わるか又は
平行になるような関係)でも成立することが分かる。The presence of δG can be detected even when four or more magnetic sensors for balance detection are arranged on the same circular orbit, and the sensitive axes of the four or more sensors do not intersect with each other on the rotation axis OC. Even if there is a relationship, as shown in FIG. 2c, a specific relationship (when the two selected according to the conditions described later are matched in each group), the sensitive axis intersects with the rotary axis OC at one point, or It can be seen that even in a parallel relationship).
そして、この場合には、4つのうち1組のセンサの感応
軸が回転軸OC上の有限点で交わっており、他の1組の感
応軸は互いに平行な関係にあるので、上下の1組と左右
の1組のセンサ出力が一致した場合にもセンサSの回転
円軌道の回転軸OCと磁界の磁気中心軸OMとはδGの角度
で交差する。In this case, the sensitive axes of one of the four sensors intersect at a finite point on the rotation axis OC, and the other sensitive axes of the pair are parallel to each other. Even when a pair of left and right sensor outputs match, the rotation axis OC of the rotation circular orbit of the sensor S and the magnetic center axis OM of the magnetic field intersect at an angle of δG.
このような特定の検出点での出力を組合わせた一致条件
と、前述した3つ以上の検出点における全一致条件を含
めて、バランス出力一致条件と呼ぶことは既に述べた通
りである。As described above, the term "balanced output coincidence condition" includes the coincidence condition obtained by combining the outputs at the specific detection points and the above-described total coincidence condition at three or more detection points.
しかし、このような4つの磁気センサSを設けて出力の
一致を判断する場合には、第18図に示したような組合わ
せ配列(A−C,D−B及び,A−D,B−C)を意識的に除外
することに留意すべきである。However, when such four magnetic sensors S are provided to judge the coincidence of outputs, the combination arrangements (AC, DB and AD, B- as shown in FIG. 18 are used. It should be noted that C) is intentionally excluded.
なぜなら、このような組合わせ配列において互いに平行
の関係にある1組のセンサ出力が一致しても、平面Gを
確定することが出来ないからである。したがって、各組
合わせの検出点を結ぶ線分が互いに平行になる場合を除
外する必要がある。This is because the plane G cannot be determined even if a pair of sensor outputs that are parallel to each other in such a combination array match. Therefore, it is necessary to exclude the case where the line segments connecting the detection points of each combination are parallel to each other.
本発明におけるバランス用磁気センサ4は、以上の原理
を利用しているので、バランス用磁気センサ4がバラン
ス出力一致条件を充たす場合には、バランス用磁気セン
サ4の配置される平面A上の円軌道の中心軸、つまり第
2の物体3の中心軸OCが、磁気中心軸、つまり第1の物
体1の中心軸OMに対して所定の角度δGで交叉する位置
に位置付けされたことを意味する。Since the balance magnetic sensor 4 according to the present invention uses the above principle, when the balance magnetic sensor 4 satisfies the balance output matching condition, the circle on the plane A on which the balance magnetic sensor 4 is arranged is arranged. It means that the center axis of the orbit, that is, the center axis OC of the second object 3 is positioned at a position intersecting the magnetic center axis, that is, the center axis OM of the first object 1 at a predetermined angle δG. .
第14図に、平面G上におけるバランス用磁気センサとス
キャン用磁気センサの関係を示している。FIG. 14 shows the relationship between the balance magnetic sensor and the scan magnetic sensor on the plane G.
そして、本発明では、このようなバランス出力一致条件
を充す位置に第2の物体を移動させた後、磁界内での相
対位置を知るために、バランス用センサ4の軌道面とは
別に平行に軌道面を設けたスキャン用センサ5を走査さ
せて、入力磁界を測定し、その測定した入力磁界をもと
にして、磁気中心軸周りに回転対称な放射磁界の特性を
示す独立した2つの磁界情報、例えば、スキャン用磁気
センサの入力磁界成分強度の平均値(最大値と最小値の
平均)と変化値(最大値と最小値の差)を算出して、第
15図に示したような予め準備した基準となる磁気中心軸
周りに回転対称な放射磁界の磁気分布情報を表した関数
表に照らして、スキャン用センサSの軌道の中心Cの平
面G上での座標(zM,rM)〔ここに、zM,rMは、磁気発生
源から見た円座標上の点を示しており、zMは磁界の磁気
中心座標軸z上の位置ベクトル成分、rMはこの磁気中心
座標軸zMに垂直なラジアル方向の位置ベクトル成分をそ
れぞれ示している〕を、その関数表より読取り、あるい
は算出している。第16図は、zM,rMをパラメータとした
場合のスキャン用磁気センサの入力磁界成分強度の変化
値と、平均値とを示している。Then, in the present invention, after the second object is moved to a position satisfying such a balance output coincidence condition, in order to know the relative position in the magnetic field, parallel to the track surface of the balance sensor 4 separately. An input magnetic field is measured by scanning a scanning sensor 5 provided with an orbital surface on two sides, and based on the measured input magnetic field, two independent magnetic fields showing the characteristics of a radiation magnetic field rotationally symmetrical about a magnetic center axis are measured. The magnetic field information, for example, the average value (average of maximum value and minimum value) and change value (difference between maximum value and minimum value) of input magnetic field component strength of the magnetic sensor for scanning are calculated,
As shown in FIG. 15, according to the function table showing the magnetic distribution information of the radiated magnetic field rotationally symmetric about the reference magnetic center axis prepared in advance, on the plane G of the center C of the trajectory of the scanning sensor S on the plane G. Coordinates (zM, rM) [where zM and rM are points on the circular coordinates as seen from the magnetic source, zM is the position vector component on the magnetic center coordinate axis z of the magnetic field, and rM is this magnetic field. The respective position vector components in the radial direction perpendicular to the central coordinate axis zM are shown] from the function table. FIG. 16 shows a change value and an average value of the input magnetic field component strength of the scanning magnetic sensor when zM and rM are used as parameters.
また、磁気中心軸周りに回転対称な放射磁界では、δG
とセンサSの軌道の中心Cの平面G上での座標(zM,r
M)とは、1対1に対応するので、スキャン用磁気セン
サSの回転中心Cの平面G上での座標(zM,rM)が分か
ると、第17図から、δGも決定される。In addition, in a radial magnetic field rotationally symmetric about the magnetic center axis, δG
And the coordinates of the center C of the trajectory of the sensor S on the plane G (zM, r
Since M) has a one-to-one correspondence, when the coordinates (zM, rM) of the rotation center C of the scanning magnetic sensor S on the plane G are known, δG is also determined from FIG.
かくして、第2の物体の第1の物体に対する磁界内での
相対的な位置関係が判明した後は、制御目標値が分かれ
ばCPUを用いた演算処理を実行することによって、その
制御目標値まで第2の物体を移動させるに必要な3次元
的な制御量が算出できるので、移動手段10を磁気発生源
2の磁界の中心軸OMの周りの角度以外の5自由度の位置
付けができる。Thus, after the relative positional relationship between the second object and the first object in the magnetic field is known, if the control target value is known, the arithmetic processing using the CPU is executed to reach the control target value. Since the three-dimensional control amount required to move the second object can be calculated, the moving means 10 can be positioned in five degrees of freedom other than the angle around the central axis OM of the magnetic field of the magnetic source 2.
以上の原理を更にまとめて示すと、次のようになる。The above principle can be summarized as follows.
(0)第2の物体3は、第1の物体1に対して6つの自
由度を有している。(0) The second object 3 has six degrees of freedom with respect to the first object 1.
(I)バランス用磁気センサ4の出力を一致させるよう
に、第2の物体を移動させることによって、バランス用
磁気センサ4の配置される平面A上の円軌道の回転軸ZC
が磁気中心座標軸ZMに対して所定の角度δGで交叉する
位置に位置付けできる。このための条件は次の2つの方
法がある。(I) The rotation axis ZC of the circular orbit on the plane A on which the balance magnetic sensor 4 is arranged by moving the second object so that the outputs of the balance magnetic sensor 4 are matched.
Can be positioned at a position intersecting the magnetic center coordinate axis ZM at a predetermined angle δG. The conditions for this are the following two methods.
・バランス用磁気センサ4が3つの場合 すべての出力を一致させる。・ When there are three balance magnetic sensors 4, all outputs are matched.
・バランス用磁気センサが4つの場合 センサの出力が各組毎に一致(但し、2組の出力は互い
に一致していなくてもよい)させる。-When there are four balancing magnetic sensors: The sensor outputs are matched for each group (however, the outputs of the two groups do not have to match each other).
(II)スキャン用磁気センサにより、磁気検出系のおか
れた位置の磁界情報を測定し、互いに独立となる2つの
磁気情報を算出する。(II) The magnetic field information at the position where the magnetic detection system is placed is measured by the magnetic sensor for scanning, and two independent magnetic information are calculated.
(III)算出した磁気情報を、予め準備された基準とな
る磁気分布情報に照らして、相対位置を読取り、あるい
は算出する。(III) The calculated magnetic information is compared with the previously prepared reference magnetic distribution information, and the relative position is read or calculated.
(IV)以上で、磁界の中心軸OM周りの角度付けを除く5
自由度の位置方向付けが完了する。(IV) Above, excluding angling around the central axis OM of the magnetic field 5
The degree of freedom orientation is complete.
なお、第15図〜第17図は、いずれも本発明方法を実施す
る場合に使用する基準となる磁気中心軸周りに回転対称
となる放射磁界の磁気分布情報を示したもので、平面G
が確定した後、第15図はスキャン用磁気センサによって
計測し、算出した入力磁界の平均値,変化値から平面G
上の(zM,rM)の2次元的座標を求める場合に使用され
る関数表、第16図はzM,rMをパラメータとした場合のス
キャン用磁気センサの入力磁界成分強度の変化値と、平
均値とを表した関数表を示している。また、第17図はス
キャン用磁気センサによって計測し、算出された入力磁
界の変化値、平均値を基にして、δGを求める場合に使
用される関数表を示しており、1−2−3−4で囲んだ
部分は、磁気中心軸OMと略、−80度<δ<+80度の実用
的範囲で実施時に使用した実用的領域を示す。これら
は、制御手段9の中のROM内にテーブル又は方程式とし
て記憶させておく。It should be noted that FIGS. 15 to 17 all show magnetic distribution information of the radiated magnetic field that is rotationally symmetric about the magnetic center axis that serves as a reference and is used when carrying out the method of the present invention.
15 is determined, the plane G is measured from the average value and change value of the input magnetic field measured by the magnetic sensor for scanning and calculated in FIG.
Function table used to obtain the two-dimensional coordinates of (zM, rM) above, Fig. 16 shows the change value of the input magnetic field component strength of the magnetic sensor for scanning when zM, rM is used as a parameter, and the average value. The function table showing the value and is shown. Further, FIG. 17 shows a function table used for obtaining δG based on the calculated change value and average value of the input magnetic field measured by the magnetic sensor for scanning, and 1-2-3. The part surrounded by -4 shows a practical area used at the time of implementation in a practical range of -80 degrees <δ <+80 degrees, which is substantially the magnetic center axis OM. These are stored in the ROM in the control means 9 as a table or an equation.
以上は、第1の物体と第2の物体とを、磁気中心軸周り
の角度を除く5自由度で位置付けする場合について説明
したものであるが、地球上においては、地磁気による方
位や鉛直方向の基準が定まっているので、第1の物体1
と第2の物体3とを含む地球上の系から見た場合には、
第2の物体の特定部位を常時、一定方向を向くように運
動させることが出来る。例えば、第2の物体に鉛直下方
向を検知する手段を設け、その特定部位が常時鉛直下方
向になるように保持すれば、スキャン用磁気センサの計
測値が最大、最小となるスキャン角λGを知ることによ
って、第2の物体を6自由度、つまり磁気中心軸周りに
ついても位置付けできる。The above is a description of the case where the first object and the second object are positioned with five degrees of freedom excluding the angle around the magnetic center axis. Since the standard is fixed, the first object 1
And when viewed from the system on the earth including the second object 3,
The specific part of the second object can always be moved so as to face a certain direction. For example, if the second object is provided with a means for detecting the vertical downward direction and the specific portion is held so as to be always in the vertical downward direction, the scan angle λG at which the measurement value of the magnetic sensor for scanning becomes maximum and minimum is obtained. By knowing, the second object can also be positioned with 6 degrees of freedom, ie around the magnetic center axis.
第19図は、第2の物体の特定部位(底)を常時鉛直下方
向に維持させて6自由度で位置付けする原理を説明する
ものであり、磁気中心軸OMを中心として、第2の物体3
を、(A)→(B)→(C)→(D)→(A)と回転さ
せる場合を示している。第2の物体3のスキャン角度
は、第2の物体3の頂点をλG=0に設定している。FIG. 19 illustrates the principle that the specific portion (bottom) of the second object is always maintained vertically downward and positioned with 6 degrees of freedom. The second object is centered on the magnetic center axis OM. Three
Is rotated in the order of (A) → (B) → (C) → (D) → (A). Regarding the scan angle of the second object 3, the vertex of the second object 3 is set to λG = 0.
また、第20図は、このような条件下において、スキャン
用磁気センサの計測値が最大あるいは最小となるスキャ
ン角λGが、磁気中心軸周りの第2の物体3の置かれて
いる角度λGと一致していることを示している。Further, FIG. 20 shows that under such conditions, the scan angle λG at which the measurement value of the magnetic sensor for scanning becomes maximum or minimum is the angle λG at which the second object 3 is placed around the magnetic center axis. It indicates that they match.
第1図は、磁気中心軸回りに回転対称な放射磁界内に置
いた第2の物体と第1の物体を示す図 第2a図〜第2c図は、いずれもバランス検出用磁気センサ
の配置例図 第3a図,第3b図は、スキャン用磁気センサの配置例図 第4図は、本発明の位置制御方法の動作手順を示すフロ
ーチャート 第5図は、本発明方法を全自動制御モードで実施する場
合に使用される位置決め装置のブロック図 第6図は、その具体的な系統図 第7図は、第6図に示した装置によって制御される位置
決めのための制御系を示す図 第8図は、制御系の動作機構の説明図 第9図は、本発明方法を半自動制御モードで実施する場
合に使用される装置の概略構成図 第10図は、その場合に実施される制御手順を示したフロ
ーチャート 第11図は、第9図を更に具体的に示した系統図 第12図は、本発明の原理説明図 第13a図は、第13b図は、回転対称磁界内における磁気セ
ンサの入力磁界の説明図 第14図は、本発明方法において、バランス検出用磁気セ
ンサの出力が一致した場合における磁場の磁界分布状態
の説明図 第15図〜第17図は、いずれも本発明方法を実施する場合
に使用される基準となる磁気分布情報を表わした関数表
の例図 第18図は、センサ出力の一致判定条件により除外される
バランス検出用磁気センサの配置例図である。 第19図、第20図は、第2の物体を磁気中心軸周りに所定
角度に位置付けする場合の説明図である。 (符号の説明) 1……第1の物体 2……磁気発生源 3……第2の物体 4,41〜44……バランス検出用磁気センサ l1〜l4……その感応軸 5……スキャン用磁気センサ 6……出力一致判定手段 7……スキャン用磁気センサ走査手段 8……位置方向検出手段 9……制御手段 10……移動手段 11……表示手段 12……操作装置FIG. 1 is a diagram showing a second object and a first object placed in a radiation magnetic field that is rotationally symmetric about the magnetic center axis. FIGS. 2a to 2c are all examples of arrangement of magnetic sensors for balance detection. FIGS. 3a and 3b are arrangement examples of magnetic sensors for scanning. FIG. 4 is a flow chart showing an operation procedure of the position control method of the present invention. FIG. 5 is a method of implementing the method of the present invention in a fully automatic control mode. FIG. 6 is a block diagram of a positioning device used in the case of FIG. 8 is a specific system diagram thereof. FIG. 7 is a diagram showing a control system for positioning controlled by the device shown in FIG. Is an explanatory view of the operating mechanism of the control system. FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an apparatus used when the method of the present invention is carried out in a semi-automatic control mode. FIG. 10 shows a control procedure carried out in that case. FIG. 11 is a system diagram showing FIG. 9 in more detail. FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of the present invention. FIG. 13a, FIG. 13b are explanatory diagrams of the input magnetic field of the magnetic sensor in a rotationally symmetric magnetic field. FIG. 14 shows the output of the magnetic sensor for balance detection in the method of the present invention. Explanatory drawing of the magnetic field distribution state of the magnetic field in the case of coincidence FIG. 15 to FIG. 17 are all examples of a function table showing magnetic distribution information serving as a reference used when carrying out the method of the present invention. The figure is an arrangement example diagram of the magnetic sensor for balance detection, which is excluded by the matching determination condition of the sensor output. FIG. 19 and FIG. 20 are explanatory views when the second object is positioned at a predetermined angle around the magnetic center axis. (Explanation of symbols) 1 ... First object 2 ... Magnetic source 3 ... Second object 4,41 to 44 ... Magnetic sensor for balance detection l1 to l4 ... Sensitive axis 5 ... For scanning Magnetic sensor 6 ... Output matching determination means 7 ... Scanning magnetic sensor scanning means 8 ... Position / direction detection means 9 ... Control means 10 ... Moving means 11 ... Display means 12 ... Operating device
Claims (9)
生する磁気発生源を設けた第1の物体と、 バランス検出用磁気センサと、スキャン用磁気センサと
を配設した第2の物体とを位置付けする方法であって、 上記バランス検出用磁気センサは、上記第2の物体の中
心軸を法線とする異なる第1、第2の2つの平面のう
ち、第1の平面上の同一円軌道上でかつ位相の異なる少
なくとも3箇所の検出点における磁界の検出を可能とす
る位置に配設され、それぞれの感応軸が上記第2の物体
の中心軸上の有限点で交わるか、あるいは該中心軸に対
して平行になるような組合わせを含む関係に配設されて
おり、 上記スキャン用磁気センサは、上記第2の物体の中心軸
を法線とする第2の平面上で、その平面の中心を回転軸
とした円軌道上を円走査出来るように配設されており、 上記第2の物体のスキャン用磁気センサを円走査させな
がら、上記第1の物体と上記第2の物体を三次元の空間
内で相対的に移動させ、 上記バランス検出用磁気センサのすべての出力が一致
し、かつスキャン用磁気センサを円走査させた時に得ら
れるすべての出力が一致した時点で、上記相対移動を停
止させることを特徴とする磁気を利用した2物体の位置
付け方法。1. A second object having a first object provided with a magnetic source for generating a radiation magnetic field rotationally symmetric about a magnetic center axis, a magnetic sensor for balance detection, and a magnetic sensor for scanning. And the magnetic sensor for balance detection is the same on the first plane of the two first and second planes different from each other with the central axis of the second object as a normal line. It is arranged at a position on the circular orbit capable of detecting magnetic fields at at least three detection points having different phases, and the respective sensitive axes intersect at a finite point on the central axis of the second object, or The scanning magnetic sensor is arranged in a relation including a combination so as to be parallel to the central axis, and the scanning magnetic sensor is on a second plane whose normal is the central axis of the second object, Circular scan on a circular orbit with the center of the plane as the axis of rotation Is arranged so as to come, and while the magnetic sensor for scanning the second object is circularly scanned, the first object and the second object are relatively moved in a three-dimensional space, When all the outputs of the magnetic sensor for balance detection match and all the outputs obtained when the magnetic sensor for scanning are circularly scanned match, the relative movement is stopped. 2 Object positioning method.
を発生する磁気発生源を設けた第1の物体と、 b)その中心軸を法線とする異なる第1、第2の2つの
平面のうち、第1の平面上には、同一円軌道上でかつ位
相の異なる少なくとも3箇所の検出点における磁界の検
出を可能にしたバランス検出用磁気センサを配設し、こ
れらのバランス検出用磁気センサはそれぞれの感応軸が
上記第2の物体の中心軸上の有限点で交わるか、あるい
は該中心軸に対して平行になるような組合わせを含む関
係に配設されており、上記第2の物体の中心軸を法線と
する第2の平面には該平面の中心を回転軸として円走査
するスキャン用磁気センサをそれぞれ配設して成る第2
の物体と、 c)上記第1の物体と上記第2の物体を三次元空間の任
意の位置に相対移動させる移動手段と d)上記バランス検出用磁気センサの出力一致判定手段
と、 e)上記スキャン用磁気センサを円走査させるスキャン
用センサ走査手段と、 f)上記移動手段による第2の物体の制御状態を表示す
る位置表示手段と、 g)上記移動手段を操作する操作装置と、 h)上記出力一致判定手段及びスキャン用磁気センサか
らの信号によって、 上記移動手段を相対移動させる制御手段とを 備えたことを特徴とする磁気を利用した2物体の位置付
け装置。2. A) a first object provided with a magnetic source for generating a rotationally symmetric radiation magnetic field about a magnetic center axis, and b) different first and second bodies having the center axis as a normal line. Of the two planes, the first plane is provided with a magnetic sensor for balance detection capable of detecting a magnetic field at at least three detection points on the same circular orbit and having different phases. The magnetic sensors for use are arranged in a relation including a combination such that the respective sensitive axes intersect at a finite point on the central axis of the second object or are parallel to the central axis. A second magnetic plane for scanning is arranged on a second plane having the center axis of the second object as a normal line, the magnetic sensor for scanning performing circular scanning with the center of the plane as a rotation axis.
Object, c) moving means for relatively moving the first object and the second object to an arbitrary position in the three-dimensional space, d) output coincidence determining means for the magnetic sensor for balance detection, and e) the above. Scan sensor scanning means for circularly scanning the magnetic sensor for scanning, f) position display means for displaying the control state of the second object by the moving means, g) operating device for operating the moving means, h) A two-object positioning device utilizing magnetism, comprising: a control means for relatively moving the moving means in response to signals from the output coincidence determining means and the magnetic sensor for scanning.
生する磁気発生源を設けた第1の物体と、 その中心軸を法線とする異なる第1、第2の2つの平面
のうち、第1の平面には該平面の同一円軌道上で、かつ
位相の異なる少なくとも3箇所の検出点における磁界の
検出を可能にしたバランス検出用磁気センサが配設さ
れ、これらのバランス検出用磁気センサはそれぞれの感
応軸が上記第2の物体の中心軸上の有限点で交わるか、
あるいは該中心軸に対して平行になるような組合わせを
含む関係に配設されており、上記第2の物体の中心軸を
法線とする第2の平面には、該平面の中心を回転軸とし
て円走査するスキャン用磁気センサをそれぞれ配設して
成る第2の物体とを位置付けする方法であって、 (a)上記第1の物体と上記第2の物体を三次元空間内
で相対的に移動させ、 (b)上記バランス検出用磁気センサのすべての出力が
一致した時点で、上記スキャン用磁気センサを円走査さ
せて、上記第2の物体の置かれた磁界の入力成分を測定
し、 (c)この測定した磁界入力成分を基にして、予め定め
られた互いに独立した磁気情報を算出してから、予め準
備された基準となる磁気分布情報に照らして、上記第1
の物体に対する上記第2の物体の位置関係を読出し、あ
るいは算出し、 (d)更に、この読出し、あるいは算出した位置情報
と、上記第2の物体が置かれるべき位置を規定する位置
指定情報とを比較演算して、相対移動に必要な3次元的
な制御量を算出し、 (e)最後に、上記算出した制御量に応じて上記第2の
物体を上記第1の物体に対して相対移動させて、上記位
置指定情報で指定された制御目標位置に位置付けするこ
とを特徴とする磁気を利用した2物体の位置付け方法。3. A first object provided with a magnetic source for generating a radiation magnetic field which is rotatable about a magnetic center axis, and two different first and second planes having the center axis as a normal line. , A magnetic sensor for balance detection capable of detecting a magnetic field on at least three detection points having different phases on the same circular orbit of the plane is arranged on the first plane. In the sensor, the respective sensitive axes intersect at a finite point on the central axis of the second object,
Alternatively, the center of the second object is rotated in a relation including a combination that is parallel to the center axis, and the second plane having the center axis of the second object as a normal line. A method for locating a second object, each of which is provided with a magnetic sensor for scanning, which performs circular scanning as an axis, comprising: (a) relative to the first object and the second object in a three-dimensional space; (B) When all the outputs of the magnetic sensor for balance detection coincide with each other, the magnetic sensor for scanning is circularly scanned to measure the input component of the magnetic field on which the second object is placed. Then, (c) based on the measured magnetic field input component, predetermined mutually independent magnetic information is calculated, and then the first magnetic field information prepared in advance is compared with the above-mentioned first magnetic distribution information.
The positional relationship of the second object with respect to the object is read or calculated, and (d) the read or calculated position information and position designation information that defines the position where the second object should be placed. Is calculated to calculate a three-dimensional control amount required for relative movement, and (e) Finally, the second object is moved relative to the first object according to the calculated control amount. A method of positioning two objects using magnetism, characterized by moving and positioning to a control target position designated by the position designation information.
を発生する磁気発生源を設けた 第1の物体と、 b)その中心軸を法線とする異なる第1、第2の2つの
平面のうち、第1の平面には、同一円軌道上でかつ、位
相の異なる少なくとも3箇所の検出点における磁界の検
出を可能にしたバランス検出用磁気センサを配設し、こ
れらのバランス検出用磁気センサはそれぞれの感応軸が
上記第2の物体の中心軸上の有限点で交わるか、あるい
は該中心軸に対して平行になるような組合わせを含む関
係に配設されており、上記第2の物体の中心軸を法線と
する第2の平面には、その中心を回転軸として円走査す
るスキャン用磁気センサをそれぞれ配設して成る第2の
物体と、 c)上記第1の物体と上記第2の物体を三次元空間の任
意の位置に相対移動させる移動手段と、 d)上記バランス検出用磁気センサの出力一致判定手段
と、 e)上記スキャン用磁気センサを円走査させるスキャン
用センサ走査手段と、 f)上記バランス検出用磁気センサの出力が一致した
後、スキャン用磁気センサを円走査させたときの測定値
に基づいて算出した互いに独立した磁気情報を、予め準
備した基準となる磁気分布情報に照らして、上記第2の
物体の置かれた相対的な位置情報を求める位置方向検出
手段と、 g)上記位置方向検出手段からの位置情報と、第2の物
体の置かれるべき位置を規定する位置指定情報とを比較
演算して、必要な3次元的な制御量を算出し、この制御
量に応じて上記移動手段を駆動する制御手段とを 備えたことを特徴とする磁気を利用した2物体の位置付
け装置。4. A) a first object provided with a magnetic source for generating a radiation magnetic field rotationally symmetrical about a magnetic center axis; and b) different first and second bodies having the center axis as a normal line. Of the two planes, the first plane is provided with a magnetic sensor for balance detection capable of detecting magnetic fields at at least three detection points on the same circular orbit and different in phase, and these balance detections are performed. The magnetic sensors for use are arranged in a relation including a combination such that the respective sensitive axes intersect at a finite point on the central axis of the second object or are parallel to the central axis. A second object in which magnetic sensors for scanning that perform circular scanning with the center as a rotation axis are respectively arranged on a second plane whose normal axis is the second object; and c) the first object Object and the second object above relative to any position in 3D space Moving means for moving; d) output coincidence determining means for the magnetic sensor for balance detection; e) scanning sensor scanning means for circularly scanning the magnetic sensor for scanning; and f) output of the magnetic sensor for balance detection. After the coincidence, the magnetic information independent from each other, which is calculated based on the measurement value when the scanning magnetic sensor is circularly scanned, is compared with the magnetic distribution information which is the reference prepared in advance, and the second object is placed. The position / direction detecting means for obtaining the relative position information, and g) the position information from the position / direction detecting means is compared with the position specifying information for defining the position where the second object should be placed, and necessary. A two-object positioning device utilizing magnetism, comprising: a three-dimensional control amount that is calculated, and a control unit that drives the moving unit according to the control amount.
非磁性体によって形成されたものである特許請求の範囲
第2項又は第4項記載の装置。5. The apparatus according to claim 2 or 4, wherein both the first object and the second object are made of a non-magnetic material.
して互いに90度の角度をもって配置された4個の磁気セ
ンサより構成されたものである特許請求の範囲第2項又
は第4項記載の装置。6. The balance magnetic sensor according to claim 2, wherein the magnetic sensor for balance is composed of four magnetic sensors arranged at an angle of 90 degrees to the central axis. Equipment.
気センサが、フラックスゲート磁気センサ,ホール素子
又は磁気変調型センサである特許請求の範囲第2項又は
第4項記載の装置。7. The apparatus according to claim 2, wherein the balance magnetic sensor and the scan magnetic sensor are fluxgate magnetic sensors, Hall elements or magnetic modulation type sensors.
は電磁石である特許請求の範囲第2項又は第4項記載の
装置。8. The apparatus according to claim 2 or 4, wherein the magnetic source is a cylindrical permanent magnet or an electromagnet.
磁気センサの前方に配設されたものである特許請求の範
囲第2項又は第4項記載の装置。9. The apparatus according to claim 2, wherein the scanning magnetic sensor is arranged in front of the balancing magnetic sensor.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25968484A JPH0665962B2 (en) | 1984-12-08 | 1984-12-08 | Method and apparatus for positioning two objects using magnetism |
| DE19853543218 DE3543218A1 (en) | 1984-12-08 | 1985-12-06 | Method and device for positioning two objects by using magnetism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25968484A JPH0665962B2 (en) | 1984-12-08 | 1984-12-08 | Method and apparatus for positioning two objects using magnetism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61137003A JPS61137003A (en) | 1986-06-24 |
| JPH0665962B2 true JPH0665962B2 (en) | 1994-08-24 |
Family
ID=17337474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25968484A Expired - Lifetime JPH0665962B2 (en) | 1984-12-08 | 1984-12-08 | Method and apparatus for positioning two objects using magnetism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0665962B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4354571B2 (en) * | 1999-05-19 | 2009-10-28 | 三明電機株式会社 | Electromagnetic sensor |
| JP5401110B2 (en) * | 2008-02-04 | 2014-01-29 | 東京理学検査株式会社 | Position measurement method |
| JP7421459B2 (en) * | 2020-09-28 | 2024-01-24 | ヒロセ電機株式会社 | Magnetic detection device and rotation detection device |
| CN114413737B (en) * | 2021-12-20 | 2025-02-18 | 四川云盾光电科技有限公司 | A rotating sample positioning device without position sensor and positioning method thereof |
-
1984
- 1984-12-08 JP JP25968484A patent/JPH0665962B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61137003A (en) | 1986-06-24 |
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