專利名稱：移動體系統(tǒng)及移動體的位置檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動體系統(tǒng)，尤其涉及移動體的位置檢測。
背景技術(shù)：
我們已經(jīng)知道沿輸送車、堆裝起重機或者機床的加工頭(head)等移動體的移動 方向設(shè)置具有由多個線圈構(gòu)成的線圈陣列的檢測頭，通過檢測設(shè)置在地面一側(cè)的磁標記來 求出移動體位置的系統(tǒng)(日本專利文獻1 JP2002-337037A)。發(fā)明者就這樣的系統(tǒng)對設(shè)置 下述兩種區(qū)間進行了研究通過以例如與線圈陣列的長度相等的第1間距(pitch)配置磁 標記，由此連續(xù)地求出移動體位置的連續(xù)區(qū)間；以及以比上述第1間距長的間隔配置磁標 記，由此僅在存在磁標記的區(qū)間內(nèi)求出移動體位置的離散區(qū)間。并且在檢測頭的兩端設(shè)置 霍爾元件等磁傳感器，通過檢測磁標記來識別是離散區(qū)間還是連續(xù)區(qū)間。由發(fā)明者的實驗得知，當磁標記存在于線圈陣列的中央部附近時，無論是離散區(qū) 間還是連續(xù)區(qū)間，位置的檢測結(jié)果是相同的，這是因為影響線圈陣列的磁標記只有一個的 緣故。接著能夠用霍爾元件簡單地識別連續(xù)區(qū)間中磁標記存在于線圈陣列兩端的情況和離 散區(qū)間中磁標記只存在于線圈陣列一端的情況。并且由于在這種情況下在離散區(qū)間不進行 檢測，只在連續(xù)區(qū)間進行檢測，因此不會出現(xiàn)問題。在磁標記位于線圈陣列的一端稍微靠內(nèi) 側(cè)的情況下，在連續(xù)區(qū)間，磁標記位于線圈陣列的另一端稍微靠外側(cè)；在離散區(qū)間，不存在 該磁標記。在這種狀態(tài)下，雖然在離散區(qū)間還是在連續(xù)區(qū)間檢測結(jié)果不同，但用霍爾元件不 能夠檢測到線圈陣列稍微靠外側(cè)的磁標記，不能夠識別是離散區(qū)間還是連續(xù)區(qū)間。因此，為 了進行識別，有必要在線圈陣列延伸方向的兩個外側(cè)設(shè)置另外的霍爾元件。但是這樣在增 加檢測頭的長度這一點上并不理想，并且在增加檢測頭零件的數(shù)量這一點上并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)課題就是要用簡單的結(jié)構(gòu)識別是離散區(qū)間還是連續(xù)區(qū)間，提 高移動體的位置檢測精度。本發(fā)明為一種移動體系統(tǒng)，在移動體上設(shè)置有檢測頭，該檢測頭具有沿移動體的 移動方向排列了多個線圈的線圈陣列，通過檢測沿移動體的移動路徑而設(shè)置的磁標記來求 出移動體的位置，其特征在于上述移動路徑具有通過以一定的第1間距配置有上述磁標 記來連續(xù)地求出移動體位置的連續(xù)區(qū)間，以及通過以比上述第1間距長的間隔配置有上述 磁標記來僅在磁標記的存在區(qū)間求出移動體位置的離散區(qū)間；上述檢測頭在上述線圈陣列 的兩側(cè)具有虛設(shè)線圈；上述移動體具有利用虛設(shè)線圈之間的輸出差，來識別是連續(xù)區(qū)間還 是離散區(qū)間的識別單元。本發(fā)明的移動體位置檢測方法，在移動體上設(shè)置有檢測頭，該檢測頭具有沿移動 體的移動方向排列了多個線圈的線圈陣列，通過檢測沿移動體的移動路徑而設(shè)置的磁標記 來求出移動體的位置，其特征在于，設(shè)置有以下步驟在上述移動路徑中設(shè)置通過以一定的 第1間距配置上述磁標記來連續(xù)地求出移動體位置的連續(xù)區(qū)間，以及通過以比上述第1間距長的間隔配置上述磁標記來僅在存在磁標記的區(qū)間求出移動體位置的離散區(qū)間的步驟； 在上述線圈陣列的兩側(cè)設(shè)置虛設(shè)線圈的步驟；以及利用虛設(shè)線圈之間的輸出差來識別是連 續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間的步驟。在本說明書中，有關(guān)移動體系統(tǒng)的記載照樣適合于移動體的位置檢測方法，反之， 有關(guān)移動體位置檢測方法的記載也照樣適合于移動體系統(tǒng)。
虛設(shè)線圈為檢測來自磁標記的磁場的線圈，對線圈陣列內(nèi)的端部的線圈還起使周 邊磁場的檢測條件與線圈陣列內(nèi)側(cè)的線圈一致的作用。另外，以下假定線圈陣列不包含虛 設(shè)線圈。在磁標記位于線圈陣列一端內(nèi)側(cè)的情況下，連續(xù)區(qū)間中另外的磁標記位于另一端 的外側(cè)時、與離散區(qū)間中另一端不存在磁標記時，另一端設(shè)置有虛設(shè)線圈的狀況就會變得 不同。當檢測出這種狀況差作為虛設(shè)線圈的輸出差時，能夠識別是離散區(qū)間還是連續(xù)區(qū)間。 并且，虛設(shè)線圈只要與線圈陣列相鄰配置即可，不需要與線圈陣列之間設(shè)置間隙。因此，本 發(fā)明能夠不增加檢測頭的長度尺寸并且能夠簡單地識別是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間，能夠提 高位置檢測的精度。識別單元設(shè)置在例如檢測頭內(nèi)，但在用檢測頭外部的移動體主體處理 來自線圈陣列的信號的情況下，識別單元也設(shè)置在移動體主體上。最好是將上述線圈陣列和上述虛設(shè)線圈連接到共同的交流電源上，并且將線圈陣 列的各線圈和虛設(shè)線圈沿著共同的磁芯而設(shè)置。如果這樣，虛設(shè)線圈的配設(shè)和勵磁變得容 易，并且能夠容易地取得兩側(cè)的虛設(shè)線圈的阻抗平衡。最好是使上述虛設(shè)線圈的形狀與上述線圈陣列的線圈的形狀相同。如果這樣，虛 設(shè)線圈只要將形狀與線圈陣列中的其他線圈相同的線圈配置在同一磁芯的兩側(cè)就可以，能 夠更加簡單地設(shè)置虛設(shè)線圈，而且能夠更切實地取得兩側(cè)的虛設(shè)線圈的阻抗平衡。尤其理想的是將上述兩側(cè)的虛設(shè)線圈串聯(lián)連接到交流電源上，并且將兩側(cè)的虛設(shè) 線圈的中點電位的相位與上述交流電源的相位進行比較，由此識別是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū) 間。如果這樣，能夠用簡單的電路切實地識別是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間。


圖1為表示實施例移動體系統(tǒng)的線性標尺與地面一側(cè)的磁標記的圖；圖2為示意地表示離散區(qū)間與連續(xù)區(qū)間內(nèi)磁標記的配置的圖；圖3為表示識別是離散區(qū)間還是連續(xù)區(qū)間時的問題點以及實施例的解決原理的 圖；圖4為表示實施例的虛設(shè)線圈和周圍線圈的圖；圖5為實施例的線性標尺(linear scale)的方框圖；圖6為表示實施例的連續(xù)區(qū)間與離散區(qū)間的指示值之差的特性圖；圖7為示意地表示勵磁信號與虛設(shè)線圈的中點信號的相位的圖；圖8為表示實施例的用虛設(shè)線圈識別連續(xù)區(qū)間與離散區(qū)間的結(jié)果的特性圖。標記說明2.線性標尺；4.線圈陣列；6.磁芯；8、9虛設(shè)線圈；10.線圈；12.間距(pitch)； 14.霍爾元件；15.檢測頭；16.處理電路；18.正弦波電源；20.計數(shù)器；22、23、26.磁標記； 24.軛鐵；25.永久磁鐵；27.磁標記；30.連續(xù)區(qū)間；31.離散區(qū)間；32 35.磁標記；40、 41、54.放大電路；42.相位檢測電路；44.偏移修正單元；46、48.修正表；50.開關(guān)；51 53.電阻；56.數(shù)字晶體管；58.判斷單元
具體實施例方式下面說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。實施例可以參照該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的技術(shù)適 當變更，并不限定本發(fā)明的范圍。圖1至圖8中表示實施例的移動體系統(tǒng)。圖中，2為線性標尺，具有沿圖中沒有表 示的移動體移動方向設(shè)置的線圈陣列4 ；6為其磁芯，在其左右兩端具有例如一對虛設(shè)線圈 8、9 ；虛設(shè)線圈8、9也可以左右分別設(shè)置各2個以上。并且，10表示屬于線圈陣列4的線圈， 例如以4個線圈10為單位作為一個間距(pitch) 12，沿線圈陣列4的長度方向即移動體的 移動方向排列例如10個間距12，作為線圈陣列4。14為霍爾元件，排列在例如線圈陣列4的兩端和間距12、12之間的間斷處，檢測磁 標記22等。由線圈陣列4和虛設(shè)線圈8、9、霍爾元件14構(gòu)成線性標尺2的檢測頭15，用處 理電路16處理來自檢測頭15的信號，求出移動體的當前位置。并且，用正弦波電源18給 線圈陣列4的各線圈10以及虛設(shè)線圈8、9提供正弦波電流，用計數(shù)器(力々 )20產(chǎn)生 正弦波的相位信號《t，并提供給處理電路16和正弦波電源18。沿移動體的移動路徑設(shè)置磁標記22等，磁標記22等由軛鐵24和永久磁鐵25構(gòu) 成，虛設(shè)線圈8、9、霍爾元件14和線圈10檢測來自磁標記22等的磁場。磁標記22等具有 以與線圈陣列4的全長相等的間隔排列的連續(xù)區(qū)間和隔開比磁標記在連續(xù)區(qū)間內(nèi)的排列 間距長的間隔配置的離散區(qū)間。離散區(qū)間為例如彎曲區(qū)間及其前后等，在離散區(qū)間沒必要 以一定的間距配置磁標記。并且，在連續(xù)區(qū)間使磁標記22、23的排列間距與線圈陣列4的 全長相等。圖1的22、23為連續(xù)區(qū)間內(nèi)的磁標記，在此出現(xiàn)在線圈陣列4的兩端。這里檢測 出圖1的磁標記26。另外，磁標記26的結(jié)構(gòu)與磁標記22、23等相同。在檢測到1個磁標 記26的情況下，不能區(qū)分是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間。此時，連續(xù)區(qū)間內(nèi)在虛設(shè)線圈9的左 側(cè)存在另外的磁標記，但離散區(qū)間內(nèi)在虛設(shè)線圈9的左側(cè)不存在磁標記。于是，難以用線圈 陣列4左端的霍爾元件14-1檢測到虛設(shè)線圈9左側(cè)的磁標記。因此，如果用線性標尺2兩 端的霍爾元件進行識別，即使是在連續(xù)區(qū)間內(nèi)也還有可能誤識別為離散區(qū)間。所以，本發(fā)明 利用由經(jīng)過虛設(shè)線圈8、9內(nèi)部的磁芯6能夠檢測離開虛設(shè)線圈8、9在外側(cè)的磁鐵這一點， 檢測在線圈陣列4的兩外側(cè)是否存在另外的磁標記。圖2表示連續(xù)區(qū)間30內(nèi)的磁標記32 34的配置和離散區(qū)間31內(nèi)的磁標記35 的配置，磁標記32 35的結(jié)構(gòu)與上述磁標記22等的結(jié)構(gòu)相同。在連續(xù)區(qū)間30內(nèi)磁標記 32 34等以與線圈陣列4的全長相等的間距配置在行走路徑的地面一側(cè)，在離散區(qū)間31 內(nèi)磁標記35等分散配置在行走路徑的地面一側(cè)。在連續(xù)區(qū)間30的整個區(qū)間內(nèi)，線性標尺2 能夠以一定的精度檢測出位置。但是，離散區(qū)間31中只能夠在磁標記35等的周圍檢測到 位置，而且由1個磁標記35能夠檢測的區(qū)域的長度比線圈陣列4的長度短。圖3中表示實施例的離散區(qū)間和連續(xù)區(qū)間內(nèi)的計量范圍。在連續(xù)區(qū)間，檢測從左 端的間距12-1到右端的間距12-10整個區(qū)間內(nèi)的磁標記，在離散區(qū)間，在兩端的間距12-1、 12-10檢測不到磁標記，在間距12-2 12-9的范圍內(nèi)檢測到磁標記。問題是，在于間距 12-2或間距12-9檢測到磁標記時，是識別是離散區(qū)間還是連續(xù)區(qū)間。具體來說，檢測到磁標記26時，如果圖3的左側(cè)有磁標記27的話，則為連續(xù)區(qū)間；如果沒有，則為離散區(qū)間。因此難以用霍爾元件14-1檢測磁標記27。因此本發(fā)明用虛設(shè)線圈8、9檢測線圈陣列4兩側(cè) 的磁標記27。另外，在連續(xù)區(qū)間，如果線圈陣列4的右端存在磁標記22的話，則左端存在磁 標記23，它們能夠用霍爾元件14-11、14-1容易地檢測到。圖4表示虛設(shè)線圈9的配置，虛設(shè)線圈8也同樣。將線圈10卷繞到硅鋼等磁芯6 上，將與之相同直徑和相同螺距值并且相同材質(zhì)的虛設(shè)線圈9卷繞到相同的磁芯6上。因 此，只要在線圈陣列4的兩側(cè)不留間隙地卷繞2個與線圈10相同的線圈就可以設(shè)置虛設(shè)線 圈 8、9。圖5表示線性標尺2的方框圖，正弦波電源18從計數(shù)器提供相位信號ω t，由圖中 沒有表示的DA變換器產(chǎn)生正弦波，給線圈陣列的各間距12以及左右的虛設(shè)線圈8、9的串 聯(lián)片提供正弦波。串聯(lián)連接的虛設(shè)線圈8、9中點的電位用D表示。將各間距12的4個線圈 10-1 10-4配置成橋形，用放大電路40、41放大橋信號，從放大電路40取出sin θ -sinot 信號，從放大電路41取出cos θ ^incot信號。其中θ表示磁標記相對于間距的位置，當 磁標記移動一個間距的量時，θ僅改變2π。雖然可以為每一個間距設(shè)置放大電路40、41， 但這里將各間距的輸出都輸入到同一個放大電路40、41中。相位檢測電路42從放大電路 40、41的信號中取出θ成分，用霍爾元件14的信號求出在哪個間距檢測到磁標記，用偏移 修正單元44加減與間距編號相對應(yīng)的偏移量。由于線性標尺2中存在每個標尺的偏差，因此交替使用連續(xù)區(qū)間用修正表46和離 散區(qū)間用修正表48這兩種修正表進行修正。用修正表46對連續(xù)區(qū)間內(nèi)的圖3中的間距 12-1 12-10的范圍進行修正，用修正表48對離散區(qū)間內(nèi)的圖3中的間距12_2 12_9的 范圍進行修正。用放大電路54放大來自虛設(shè)線圈8、9的中點的信號D，用組裝有電阻等的 數(shù)字晶體管56放大，輸入判斷單元58中。51 53為固定電阻，Vcc為電路電源，數(shù)字晶體 管56起使用了圖7所示閾值的比較器的作用。并且，判斷單元58在以相位信號on為基 準的預(yù)定的時機檢查數(shù)字晶體管56的輸出，識別是離散區(qū)間還是連續(xù)區(qū)間，切換開關(guān)50。 由此決定用修正表46、48中的哪一個來修正偏移量補正后的位置信號。圖6 圖8中表示實施例的動作。圖6表示根據(jù)修正表46、48的修正前的信號 在離散區(qū)間與連續(xù)區(qū)間的位置指示值的差。另外，其中線圈陣列的全長為300mm ；計量范圍 為，連續(xù)區(qū)間為-150mm +150mm，離散區(qū)間為-115mm +115mm。在-97. 5mm +97. 5mm 左右的范圍內(nèi)，由于無論是在離散區(qū)間還是在連續(xù)區(qū)間信號的差很小，因此對于該區(qū)間，共 用例如修正表46、48的數(shù)據(jù)。在+97. 5mm +115mm和-97. 5mm _115mm的范圍，由于因 離散區(qū)間還是連續(xù)區(qū)間而輸出不同，因此根據(jù)是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間切換修正表46、48。圖7表示相對于施加給線圈陣列4的勵磁電壓sin cot、從虛設(shè)線圈的中心線輸出 的信號D(電位信號)的波形。圖的左側(cè)表示-端一側(cè)受磁標記的影響比+端一側(cè)受的影 響大的情況，來自虛設(shè)線圈的信號與勵磁信號相位相反。圖的右側(cè)表示+端一側(cè)受磁標記 的影響比-端一側(cè)受的影響大，虛設(shè)線圈的信號與勵磁信號的電壓波形相位相同。因此，只 要在《t為90°、270°等適當?shù)臅r機來采樣信號D，檢查是否超過了數(shù)字晶體管56的動作 閾值，就能夠識別是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間。圖8表示用判斷單元58處理來自虛設(shè)線圈的信號的結(jié)果，橫軸表示磁標記相對于 線性標尺的位置，粗線的波形表示離散區(qū)間的波形，細線的波形表示連續(xù)區(qū)間的波形。當磁標記位于線性標尺的中央部位時，來自虛設(shè)線圈的信號無論是在連續(xù)區(qū)間還是在離散區(qū)間 都不改變，并且如圖6所示，在該范圍內(nèi)沒必要識別是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間。當磁標記位 于線性標尺+的一端時，在連續(xù)區(qū)間內(nèi)，信號在95mm附近變化，信號就這樣偏向_的一端。 當相同的區(qū)間為離散區(qū)間時，信號保持中立直至105mm附近，在105mm跟前成為偏向+的一 端。因此，在95mm以上能夠識別是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間。在-的一端也同樣能夠識別是 連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間，在連續(xù)區(qū)間，在-95mm附近信號偏向+的一端，在離散區(qū)間，信號在 這附近不變化，在-105mm跟前偏向-的一端。通過實施例能夠獲得以下效果(1)在線圈陣列4的兩端稍微靠近內(nèi)側(cè)存在一個磁標記的情況下，能夠識別是連 續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間，提高檢測精度。(2)如果在線圈陣列4的左右兩端追加一對虛設(shè)線圈8、9，則能夠識別是連續(xù)區(qū)間 還是離散區(qū)間，線性標尺2的長度幾乎不增加。(3)虛設(shè)線圈8、9能夠設(shè)置在與線圈陣列4相同的磁芯上，形狀也可以與線圈陣列 4的線圈10的形狀相同。(4)虛設(shè)線圈8、9能夠用與線圈陣列4相同的正弦波電源18驅(qū)動。(5)由于一對虛設(shè)線圈8、9位于相同的磁芯6上、形狀相同，因此能夠容易地取得 它們的阻抗平衡。(6)虛設(shè)線圈8、9對于最外側(cè)的間距12-1、12_10的線圈，使得與其他間距的線圈 環(huán)境接近。實施例中將虛設(shè)線圈8、9串聯(lián)連接到正弦波電源18上，取出中點電位。但是，也 可以分別將虛設(shè)線圈8、9單獨連接到正弦波電源18等上，檢測有無磁標記帶來的阻抗的變 化。
權(quán)利要求
一種移動體系統(tǒng)，在移動體上設(shè)置有檢測頭，該檢測頭具有沿移動體的移動方向排列了多個線圈的線圈陣列，通過檢測沿移動體的移動路徑而設(shè)置的磁標記來求出移動體的位置，其特征在于上述移動路徑具有通過以一定的第1間距配置有上述磁標記來連續(xù)地求出移動體位置的連續(xù)區(qū)間，以及通過以比上述第1間距長的間隔配置有上述磁標記來僅在磁標記的存在區(qū)間求出移動體位置的離散區(qū)間；上述檢測頭在上述線圈陣列的兩側(cè)具有虛設(shè)線圈；上述移動體具有利用虛設(shè)線圈之間的輸出差，來識別是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間的識別單元。
2.如權(quán)利要求1所述的移動體系統(tǒng)，其特征在于將上述線圈陣列和上述虛設(shè)線圈連 接到共同的交流電源上，并且將線圈陣列的各線圈和虛設(shè)線圈沿著共同的磁芯而設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的移動體系統(tǒng)，其特征在于上述虛設(shè)線圈的形狀與上述線圈陣 列的線圈的形狀相同。
4.如權(quán)利要求1所述的移動體系統(tǒng)，其特征在于將上述兩側(cè)的虛設(shè)線圈串聯(lián)連接到 交流電源上，并且將兩側(cè)的虛設(shè)線圈的中點電位的相位與上述交流電源的相位進行比較， 由此識別是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間。
5.一種移動體的位置檢測方法，在移動體上設(shè)置有檢測頭，該檢測頭具有沿移動體的 移動方向排列了多個線圈的線圈陣列，通過檢測沿移動體的移動路徑而設(shè)置的磁標記來求 出移動體的位置，其特征在于，設(shè)置有以下步驟在上述移動路徑中設(shè)置通過以一定的第1間距配置上述磁標記來連續(xù)地求出移動體 位置的連續(xù)區(qū)間，以及通過以比上述第1間距長的間隔配置上述磁標記來僅在存在磁標記 的區(qū)間求出移動體位置的離散區(qū)間的步驟；在上述線圈陣列的兩側(cè)設(shè)置虛設(shè)線圈的步驟；以及利用虛設(shè)線圈之間的輸出差來識別是連續(xù)區(qū)間還是離散區(qū)間的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的移動體系統(tǒng)及移動體的位置檢測方法，在移動體上設(shè)置具有沿移動體移動的方向排列了多個線圈的線圈陣列的檢測頭。在線圈陣列的兩側(cè)設(shè)置有虛設(shè)線圈，利用虛設(shè)線圈之間的輸出差識別是以一定的第1間距配置有磁標記的連續(xù)區(qū)間、還是以比第1間距長的間隔配置有磁標記的離散區(qū)間。
文檔編號G01V3/10GK101872025SQ20101013573
公開日2010年10月27日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者清水哲也 申請人:村田機械株式會社