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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024051215
(43)【公開日】2024-04-11
(54)【発明の名称】位置検出装置
(51)【国際特許分類】
G01D 5/245 20060101AFI20240404BHJP
【ＦＩ】
G01D5/245 110X
G01D5/245 110M
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022157258
(22)【出願日】2022-09-30
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-09-27
(71)【出願人】
【識別番号】000146847
【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002273
【氏名又は名称】弁理士法人インターブレイン
(72)【発明者】
【氏名】丸山 重明
【テーマコード（参考）】
2F077
【Ｆターム（参考）】
2F077AA41
2F077NN05
2F077NN17
2F077NN24
2F077PP11
2F077VV02
2F077VV04
(57)【要約】
【課題】スケールを異物から保護しやすい位置検出装置を提供する。
【解決手段】ある態様の位置検出装置は、移動体をガイドするレールと、レールに沿って配されるスケールと、移動体の位置を検出するためのセンサであって、移動体に組み付けられるホルダと、ホルダに支持されスケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、を備える。ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有する。開口は、スケールと対向するホルダの対向面にあり、かつ、移動体の移動方向における端部側にある。
【選択図】図６
【解決手段】ある態様の位置検出装置は、移動体をガイドするレールと、レールに沿って配されるスケールと、移動体の位置を検出するためのセンサであって、移動体に組み付けられるホルダと、ホルダに支持されスケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、を備える。ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有する。開口は、スケールと対向するホルダの対向面にあり、かつ、移動体の移動方向における端部側にある。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
移動体をガイドするレールと、
前記レールに沿って配されるスケールと、
前記移動体の位置を検出するためのセンサであって、前記移動体に組み付けられるホルダと、前記ホルダに支持され前記スケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、
を備え、
前記ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有し、
前記開口は、前記スケールと対向する前記ホルダの対向面にあり、かつ、前記移動体の移動方向における端部側にある、位置検出装置。
前記レールに沿って配されるスケールと、
前記移動体の位置を検出するためのセンサであって、前記移動体に組み付けられるホルダと、前記ホルダに支持され前記スケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、
を備え、
前記ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有し、
前記開口は、前記スケールと対向する前記ホルダの対向面にあり、かつ、前記移動体の移動方向における端部側にある、位置検出装置。
【請求項2】
前記スケールを覆うように前記レールに配されるカバーをさらに備え、
前記検出ヘッドは、前記カバーを挟んで前記スケールと対向し、
前記開口が前記カバーと対向する、請求項１に記載の位置検出装置。
前記検出ヘッドは、前記カバーを挟んで前記スケールと対向し、
前記開口が前記カバーと対向する、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項3】
前記ホルダの前記移動方向の外側に設けられ、前記カバーに付着した異物を除去するためのスクレーパをさらに備え、
前記開口は、前記ホルダにおける前記スクレーパよりも内側に設けられている、請求項２に記載の位置検出装置。
前記開口は、前記ホルダにおける前記スクレーパよりも内側に設けられている、請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項4】
前記エア通路を流れるエアの流量を検出する流量検出部と、
検出されたエアの流量に基づいて、前記センサと前記カバーとの距離を判定する第１距離判定部と、
をさらに備える、請求項２又は３に記載の位置検出装置。
検出されたエアの流量に基づいて、前記センサと前記カバーとの距離を判定する第１距離判定部と、
をさらに備える、請求項２又は３に記載の位置検出装置。
【請求項5】
前記センサの検出情報に基づいて前記センサと前記スケールとの距離を判定する第２距離判定部と、
前記第１距離判定部が判定した距離と、前記第２距離判定部が判定した距離とに基づき、予め定める報知処理を実行する報知処理部と、
を備える、請求項４に記載の位置検出装置。
前記第１距離判定部が判定した距離と、前記第２距離判定部が判定した距離とに基づき、予め定める報知処理を実行する報知処理部と、
を備える、請求項４に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は移動体の位置を検出する位置検出装置に関し、特に移動体をガイドするレールに配されるスケールと、移動体と一体変位するセンサとの間の異物の排出構造に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械の主軸やテーブルは、それを支持するサドルがガイドレールに沿って駆動されることで目標位置に移動制御される。この移動制御を高精度に実現するために、サドルとガイドレールとの間に位置検出装置を配置するものもある（特許文献１参照）。このような位置検出装置は、サドル側に設けられる磁気センサと、ガイドレール側に設けられるスケールを含む。スケールに対する磁気センサの相対位置を計測することで、主軸等の位置を検出できる。
【0003】
スケールには、磁性材料による着磁パターンが記録される。磁気センサには、着磁パターンの磁界を読み取るための検出ヘッドが設けられる。検出ヘッドは、ＭＲ素子（Magneto Resistive Sensor）など磁界の方向および強さを検出可能なセンサにより構成される。検出ヘッドが着磁パターンを検出し、その検出値を電気信号に変換することでマイクロメートル単位の微細な位置計測が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－３５６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
工作機械の加工室では、切削による切屑の粒子や潤滑用のクーラント等の異物が飛散する。これらの異物がスケールに付着すると、磁気センサによる高精度な検出を阻害する可能性がある。このため、ガイドレールへのスケールの設置に際しては、このような異物の影響を受け難い構造を採用する必要がある。なお、このような問題は工作機械に限らず、移動体のガイドレールにスケールを配置して構成される位置検出装置であれば生じ得る。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のある態様の位置検出装置は、移動体をガイドするレールと、レールに沿って配されるスケールと、移動体の位置を検出するためのセンサであって、移動体に組み付けられるホルダと、ホルダに支持されスケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、を備える。ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有する。開口は、スケールと対向するホルダの対向面にあり、かつ、移動体の移動方向における端部側にある。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、スケールを異物から保護しやすい位置検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係る位置検出装置の外観を表す斜視図である。
【図2】センサユニットの一部を分解した状態を表す図である。
【図4】スケールのレールへの組付構造を表す斜視図である。
【図5】スケールのレールへの組付構造を表す斜視図である。
【図6】センサユニットをレールの側からみた部分拡大図である。
【図7】磁気センサとスケールとの配置関係を模式的に表す図である。
【図8】エアによる異物排出構造を模式的に表す図である。
【図9】位置検出装置の機能ブロック図である。
【図10】距離算出テーブルを概念的に示す図である。
【図11】変形例１に係る異物排出構造を表す図である。
【図12】変形例２に係る異物排出構造を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明の便宜上、水平方向にＸ軸とＹ軸、垂直方向にＺ軸を設定し、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【0010】
図１は、実施形態に係る位置検出装置の外観を表す斜視図である。
位置検出装置１は、移動体２の移動をガイドする金属製のレール４と、レール４に配設されるスケール６と、移動体２と一体に設けられたセンサユニット８を備える。位置検出装置１は、本実施形態では工作機械における移動制御対象の位置を検出するものである。移動制御対象には、例えば主軸やテーブルなどが含まれる。
位置検出装置１は、移動体２の移動をガイドする金属製のレール４と、レール４に配設されるスケール６と、移動体２と一体に設けられたセンサユニット８を備える。位置検出装置１は、本実施形態では工作機械における移動制御対象の位置を検出するものである。移動制御対象には、例えば主軸やテーブルなどが含まれる。
【0011】
レール４は、長尺状をなし、工作機械に設置されて駆動機構を構成する。移動体２には工作機械のサドル（図示せず）が固定され、そのサドルが移動制御対象を支持する。なお、図示の例ではレール４に一つの移動体２が配置されているが、レール４に沿って複数の移動体２を直列に配置してサドルを支持してもよい。ここでは、レール４の長手方向をＸ方向、幅方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とする。
【0012】
移動体２におけるＸ方向の一端にセンサユニット８が設けられている。センサユニット８は、移動体２に固定されるセンサホルダ９と、センサホルダ９に組み付けられる磁気センサ１０を含む。移動体２およびセンサホルダ９は、レール４を幅方向（Ｙ方向）に跨ぐように設けられている。センサホルダ９の幅方向片側に磁気センサ１０が配置される。磁気センサ１０からは検出信号を取り出すためのケーブル１２が延出している。
【0013】
レール４は、その両サイドがテーパ状（断面Ｖ字状）に切り欠かれた形状を有し、そのテーパ面が上下のガイド面１４ａ，１４ｂを構成する（これらを特に区別しない場合には、単に「ガイド面１４」と称す）。一方、図示を省略するが、移動体２の内側面にはローラ又はボールからなる複数の転動体が配設される。移動体２は、それらの転動体がガイド面１４に沿って転動しつつレール４の長手方向に移動する。
【0014】
レール４の片側面の底面１６（上下のテーパ面の基端となる面）に凹部１８が設けられている。凹部１８は、レール４に沿って伸びるように設けられる（詳細後述）。そして、凹部１８に嵌合するようにスケール６が配設される。さらに、スケール６を覆うようにレール４にカバー２０が組み付けられることで、スケール６の保護と汚染防止が実現されている。スケール６およびその周辺の構造については後に詳述する。
【0015】
レール４を上下に貫通する複数のねじ孔２２が、レール４の長手方向に所定間隔をあけて設けられている。レール４は、これらのねじ孔にボルトを挿通することで、工作機械における所定位置に固定される。
【0016】
図２は、センサユニット８の一部を分解した状態を表す図である。
センサホルダ９における移動体２とは反対側端面にスクレーパユニット２４が設けられ、そのスクレーパユニット２４を外側から覆うようにカバー２６が組み付けられる。カバー２６は、ねじ２７によりセンサホルダ９に固定される。スクレーパユニット２４は、三枚のスクレーパ２８ａ～２８ｃを重ねる積層構造を有する（これらを特に区別しない場合には、単に「スクレーパ２８」と称す）。
センサホルダ９における移動体２とは反対側端面にスクレーパユニット２４が設けられ、そのスクレーパユニット２４を外側から覆うようにカバー２６が組み付けられる。カバー２６は、ねじ２７によりセンサホルダ９に固定される。スクレーパユニット２４は、三枚のスクレーパ２８ａ～２８ｃを重ねる積層構造を有する（これらを特に区別しない場合には、単に「スクレーパ２８」と称す）。
【0017】
スクレーパ２８は、ゴム等の可撓性部材からなり、カバー２０の表面と接触する接触面を有する。スクレーパユニット２４は、カバー２０の表面に付着した異物が移動体２の移動に伴ってセンサホルダ９内に侵入するのを防止する。また、カバー２０の表面に付着した異物を移動体２の移動とともに除去する。
【0018】
図３は、図２のＡ－Ａ矢視断面図である。
磁気センサ１０は、センサホルダ９に組み付けられるヘッドホルダ１１と、ヘッドホルダ１１に支持される検出ヘッド３０を含む。検出ヘッド３０は、ヘッドホルダ１１の端部においてカバー２０を挟んでスケール６と対向する位置に設けられる。検出ヘッド３０は、ＭＲ素子を含む。検出ヘッド３０は、クーラント等による汚染防止のため、基板に実装したＭＲ素子を樹脂封止して構成されてもよい。磁気センサ１０は、ヘッドホルダ１１が図示略のねじによりセンサホルダ９に組み付けられることで、スケール６と対向配置される。
磁気センサ１０は、センサホルダ９に組み付けられるヘッドホルダ１１と、ヘッドホルダ１１に支持される検出ヘッド３０を含む。検出ヘッド３０は、ヘッドホルダ１１の端部においてカバー２０を挟んでスケール６と対向する位置に設けられる。検出ヘッド３０は、ＭＲ素子を含む。検出ヘッド３０は、クーラント等による汚染防止のため、基板に実装したＭＲ素子を樹脂封止して構成されてもよい。磁気センサ１０は、ヘッドホルダ１１が図示略のねじによりセンサホルダ９に組み付けられることで、スケール６と対向配置される。
【0019】
【0020】
図４に示すように、レール４の片側面（底面１６）に凹部１８が設けられている。凹部１８は、レール４の長手方向（つまり移動体２をガイドする方向）に伸び、その長手方向に段差形状を有する。凹部１８の長手方向中央寄り部分が底面１６において最も低位置（深い位置）となり、スケール６の取付部３２を構成する。また、凹部１８の幅方向中央位置に突条からなる支持部３４が設けられ、レール４の長手方向に延在している。
【0021】
支持部３４は、スケール６を支持する第１支持部３６と、カバー２０を支持する第２支持部３８を有する。第２支持部３８は、レール４の長手方向における第１支持部３６の両側に設けられている。第１支持部３６と第２支持部３８とは、底面１６における高さが異なり、テーパ状の斜面４０を介して連結されている。
【0022】
レール４の両端部には、それぞれ凹部１８にエアを供給するための穴４２ａ，４２ｂ（これらを特に区別しない場合には、単に「穴４２」と称す）が設けられている。穴４２の一端（第１端部４４ａ）がレール４の側面に開口し、他端（第２端部４４ｂ）がレール４の上面に開口している。このエア供給は、レール４の製造時の最終工程においてカバー２０によるシール性能を確認するために行われるが（シール確認試験）、その詳細については説明を省略する。シール確認試験後に二つの穴４２のそれぞれの第２端部４４ｂは閉塞される。
【0023】
スケール６の表面には磁性材料が塗布され、Ｎ極とＳ極による着磁パターンが形成される。なお、この磁性材料は、磁性粉末とポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を溶剤に溶かすなどして得られる。図示を省略するが、着磁パターンとしてスケール６の幅方向（Ｚ方向）の中央にアブソリュートパターンが形成され、その幅方向両側にインクリメンタルパターンが形成される。スケール６は、取付部３２に嵌合するように取り付けられる。
【0024】
カバー２０は、非磁性の金属（例えばステンレス）からなる長方形状の板状部材である。カバー２０は、レール４とほぼ等しい長さを有し、レール４の一端から他端にかけて伸びている。カバー２０は、スケール６を外側から覆うようにレール４の片側面（底面１６）に取り付けられる。スケール６の着磁パターンによる磁束は、カバー２０を透過する。このため、検出ヘッド３０とスケール６との間にカバー２０が介在しても磁束の検出に影響はない。
【0025】
検出ヘッド３０をスケール６と対向させて着磁パターンを読み取ることで、磁気センサ１０の位置ひいては移動体２の位置を検出できる。磁気センサ１０は、検出した位置情報をケーブル１２を介して外部装置へ送信する。
【0026】
図５に示すように、スケール６は、レール４の側面においてカバー２０の内側に配置されるため、外部からの異物の付着が防止される。カバー２０の周縁部がレール４における同一平面上に当接し、そのレール４辺に沿った連続的な溶接がなされることで、カバー２０とレール４との接合部におけるシール性が確保されている。
【0027】
図６は、センサユニット８をレール４の側からみた部分拡大図である。
ヘッドホルダ１１には、カバー２０と対向するように検出ヘッド３０が設けられる。カバー２６には配管接続部５０が設けられている。配管接続部５０の一端は外部に露出し、図示略の外部配管を介してエア供給源に接続される。
ヘッドホルダ１１には、カバー２０と対向するように検出ヘッド３０が設けられる。カバー２６には配管接続部５０が設けられている。配管接続部５０の一端は外部に露出し、図示略の外部配管を介してエア供給源に接続される。
【0028】
配管接続部５０の他端は、カバー２６の内側で内部配管５２に接続される。内部配管５２は、カバー２６およびヘッドホルダ１１に挿通され、エア供給源から供給されるエアが流れるエア通路５４を構成する。エア通路５４は、配管接続部５０を基端として途中で分岐し、ヘッドホルダ１１におけるカバー２６との対向面（つまりスケール６との対向面）に開口５６，５８（エア吐出口）を有する。これらの開口５６，５８は、移動体２の移動方向（Ｘ方向）に検出ヘッド３０を間に挟むように互いに離隔して配置されている。エア通路５４および開口５６，５８は、検出ヘッド３０には干渉しない。開口５６は、ヘッドホルダ１１における移動体２の移動方向の端部側にある。
【0029】
ヘッドホルダ１１の外側かつカバー２６の内側に上述したスクレーパ２８（図２参照）が設けられるところ、開口５６，５８は、ヘッドホルダ１１におけるスクレーパ２８よりも内側に設けられる。図中二点鎖線矢印にて示すように、エア供給源から供給されるエアは、配管接続部５０を介してエア通路５４に導入され、開口５６，５８からカバー２６の表面に向けて吐出される。それによりカバー２６上の異物が吹き飛ばされ、除去される。
【0030】
図７は、磁気センサ１０とスケール６との配置関係を模式的に表す図である。本図は、レール４をカバー２０の正面からみた図であり、図中の二点鎖線が溶接部Ｗを示す。説明の便宜上、図１に示した構造要素をレール４の長手方向に短く表している。
【0031】
カバー２０は、レール４の一端から他端にかけて延在している。移動体２がレール４上を移動することになるが、移動体２の長手方向に対して磁気センサ１０は一部の領域を占め、かつ長手方向片側に寄せられているため、移動体２の移動範囲（ストローク）は必然的にスケール６の長さよりも大きくなる。スケール６は、レール４よりも長手方向に短くてすむ。このような関係から、カバー２０はスケール６よりも長手方向に大きい。
【0032】
エア通路を構成する穴４２は、レール４の両端に設けられる。このため、カバー２０は、この両端の穴４２を覆うように設けられる。カバー２０は、その周縁部が底面１６の同一平面上に当接し、凹部１８を取り囲むように配置される。その状態でカバー２０の４辺に沿って連続的な溶接がなされる。すなわち、スケール６の伸びている方向と交差する方向に見た場合に、カバー２０は、スケール６を囲う四角形状に溶接され、カバー２０がレール４に固定されるとともに、その四角形状の４つの角が溶接で形成されている。溶接部Ｗが凹部１８の外側で凹部１８を囲むように設けられるため、凹部１８への異物の侵入を防止できる。
【0033】
なお、スクレーパ２８の先端がカバー２０と当接する部分の幅（つまり、カバー２０の短手方向の当接部の長さ）は、スケール６の幅よりも大きく、溶接部Ｗの短手方向の間隔よりも小さい。
【0034】
図８は、エアによる異物排出構造を模式的に表す図である。図８（Ａ）は図７のＢ－Ｂ矢視断面に対応し、図８（Ｂ）は図７のＣ－Ｃ矢視断面に対応する。
図８（Ａ）に示すように、エア通路５４が分岐した分岐通路５５，５７のそれぞれの端部に開口５６，５８が設けられている。エア通路５４における分岐通路５５，５７の上流側に流量センサ６２が設けられている。磁気センサ１０には、検出ヘッド３０や流量センサ６２による検出信号を処理する情報処理回路６０が設けられている。情報処理回路６０は、それらの検出信号を処理し、ケーブル１２を介して図示しない外部装置へ出力する。
図８（Ａ）に示すように、エア通路５４が分岐した分岐通路５５，５７のそれぞれの端部に開口５６，５８が設けられている。エア通路５４における分岐通路５５，５７の上流側に流量センサ６２が設けられている。磁気センサ１０には、検出ヘッド３０や流量センサ６２による検出信号を処理する情報処理回路６０が設けられている。情報処理回路６０は、それらの検出信号を処理し、ケーブル１２を介して図示しない外部装置へ出力する。
【0035】
工作機械の作動中、エア供給源からのエアが連続的に供給される。そのエアは、開口５６，５８から吐出され、カバー２０の表面に吹き付けられる。移動体２の移動に伴って移動体２の前方および後方にてエアが吐出され、カバー２０上の異物が掃き出されることとなる。
【0036】
図８（Ｂ）に示すように、ヘッドホルダ１１は、レール４のガイド面１４と相補形状のテーパ面１３を有している。テーパ面１３は、ガイド面１４ａと対向するテーパ面１３ａと、ガイド面１４ｂと対向するテーパ面１３ｂを含む。エアにより吹き飛ばされた異物は、ガイド面１４とテーパ面１３との隙間を通ってレール４の外部に掃き出される。さらに、移動体２とともにスクレーパ２８が移動することでカバー２０上を清掃する。スクレーパ２８の先端がカバー２０に当接しつつ移動することで、カバー２０上の異物をその移動方向（Ｘ方向）にも掃き出すことができる。
【0037】
また、流量センサ６２が検出するエア流量に基づき、検出ヘッド３０とカバー２０との距離Ｔａを機械的に検出できる。距離Ｔａが小さいほど両者間におけるエアの流動抵抗が大きくなるため、検出されるエア流量は小さくなる。逆に、距離Ｔａが大きいほど両者間におけるエアの流動抵抗が小さくなるため、検出されるエア流量は小さくなる。このため、距離Ｔａとエア流量との関係を実験等に基づいて予め設定しておくことで、検出されるエア流量に基づき検出ヘッド３０とカバー２０との距離Ｔａを算出できる。
【0038】
一方、検出ヘッド３０による検出値（磁気信号）に基づいて、検出ヘッド３０とスケール６との距離Ｔｂを電気的に検出できる。この距離Ｔｂは、エア流量に基づく距離Ｔａが正常に検出されていれば、その距離Ｔａとカバー２０の厚みＴｘとの和にほぼ等しくなると考えられる（Ｔｂ≒Ｔａ＋Ｔｘ）。しかし、例えばカバー２０上にクーラント等の異物が固着するなどエアの流れが阻害されるような場合、両者の値は等しくならない（Ｔｂ≠Ｔａ＋Ｔｘ）。そこで本実施形態では、機械的に検出される距離Ｔａ＋Ｔｘと、電気的に検出される距離Ｔｂとの差が予め定める第１基準値以上となる場合、カバー２０に異物の固着等の異常が生じていると判定する。
【0039】
図９は、検出処理装置の機能ブロック図である。
位置検出装置１は、各種センサの検出値に基づいて所定の処理を実行する検出処理装置１００を含む。検出処理装置１００の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コンピュータプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。
位置検出装置１は、各種センサの検出値に基づいて所定の処理を実行する検出処理装置１００を含む。検出処理装置１００の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コンピュータプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。
【0040】
検出処理装置１００は、入出力インタフェース部１１０、データ処理部１１２およびデータ格納部１１４を含む。入出力インタフェース部１１０は、機器又は装置とのデータのやりとりを含む入出力インタフェースに関する処理を担当する。データ格納部１１４は、各種プログラムおよび設定データを格納する。データ処理部１１２は、情報処理回路６０の機能を含み、入出力インタフェース部１１０により取得されたデータおよびデータ格納部１１４に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１１２は、入出力インタフェース部１１０およびデータ格納部１１４のインタフェースとしても機能する。
【0041】
入出力インタフェース部１１０は、入力部１２０および出力部１２２を含む。
入力部１２０はセンサ信号取得部１２４を含む。センサ信号取得部１２４は、磁気センサ１０（検出ヘッド３０）および流量センサ６２の各検出信号を取得する。センサ信号取得部１２４は「流量検出部」として機能する。出力部１２２は、変位情報出力部１２６および表示部１２８を含む。変位情報出力部１２６は、データ処理部１１２にて算出された位置情報を外部装置へ出力する。
入力部１２０はセンサ信号取得部１２４を含む。センサ信号取得部１２４は、磁気センサ１０（検出ヘッド３０）および流量センサ６２の各検出信号を取得する。センサ信号取得部１２４は「流量検出部」として機能する。出力部１２２は、変位情報出力部１２６および表示部１２８を含む。変位情報出力部１２６は、データ処理部１１２にて算出された位置情報を外部装置へ出力する。
【0042】
データ格納部１１４は、距離情報格納部１５０を含む。距離情報格納部１５０は、エア流量と上記距離Ｔａとの対応関係を示す距離算出テーブルを格納する。データ格納部１１４は、データ処理部１１２が演算処理を行う場合のワーキングエリアとして機能するメモリを含む。
【0043】
データ処理部１１２は、磁気信号処理部１３０、流量算出部１３２、判定部１３４および報知処理部１３６を含む。磁気信号処理部１３０は、位置情報算出部１４０および第２距離判定部１４２を含む。位置情報算出部１４０は、検出ヘッド３０から出力された磁気信号に基づいて移動体２の位置情報（Ｘ方向の位置）を算出する。この位置情報は、検出ヘッド３０がスケール６のアブソリュートパターンおよびインクリメンタルパターンを検出することで算出できるが、公知技術であるため、その詳細については説明を省略する。第２距離判定部１４２は、検出ヘッド３０から出力された磁気信号に基づき、上述した検出ヘッド３０とスケール６との距離Ｔｂを判定する。
【0044】
流量算出部１３２は、流量センサ６２の検出情報に基づいてエア通路５４を流れるエアの流量を算出する。判定部１３４は第１距離判定部１４４を含む。第１距離判定部１４４は、流量センサ６２により検出されたエアの流量に基づき、検出ヘッド３０とカバー２０との距離Ｔａを判定する。
【0045】
図１０は、距離算出テーブルを概念的に示す図である。
距離算出テーブル１６０には、流量センサ６２により検出されうる流量Ｖと、検出ヘッド３０とカバー２０との距離Ｔａとが対応づけられている。流量Ｖと距離Ｔａとの関係は、実験等により予め設定される。第１距離判定部１４４は、流量センサ６２により検出されるエアの流量Ｖを用いて距離算出テーブル１６０を参照することにより、距離Ｔａを判定する。
距離算出テーブル１６０には、流量センサ６２により検出されうる流量Ｖと、検出ヘッド３０とカバー２０との距離Ｔａとが対応づけられている。流量Ｖと距離Ｔａとの関係は、実験等により予め設定される。第１距離判定部１４４は、流量センサ６２により検出されるエアの流量Ｖを用いて距離算出テーブル１６０を参照することにより、距離Ｔａを判定する。
【0046】
図９に戻り、報知処理部１３６は、算出された距離Ｔａとカバー２０の厚みＴｘとの和（距離Ｔａ＋Ｔｘ）と距離Ｔｂとの差が予め定める第１基準値以上となる場合、カバー２０に異物の固着等の異常が生じていると判定し、異常情報を報知する。本実施形態では、表示部１２８が予め設定されたアラートを表示させる。
【0047】
以上、実施形態に基づいて位置検出装置１を説明した。
位置検出装置１では、磁気センサ１０にエア通路が設けられ、移動体２の移動とともにカバー２０にエアを吹き付けるため、カバー２０の上面の異物を除去できる。それにより、異物による磁気センサ１０の誤検出を防止又は抑制できる。また、磁気センサ１０とスケール６との距離に関し、エアの流量に基づき機械的に検出される距離と、磁気信号に基づき電気的に検出される距離とに基づき、カバー２０上の異物の固着等を検出できる。その異常を報知することで、工作機械のオペレータにメンテナンスを促すなど適切な措置をとることができる。結果的に、スケール６を異物から保護でき、磁気センサ１０による位置検出精度を確保しやすい。
位置検出装置１では、磁気センサ１０にエア通路が設けられ、移動体２の移動とともにカバー２０にエアを吹き付けるため、カバー２０の上面の異物を除去できる。それにより、異物による磁気センサ１０の誤検出を防止又は抑制できる。また、磁気センサ１０とスケール６との距離に関し、エアの流量に基づき機械的に検出される距離と、磁気信号に基づき電気的に検出される距離とに基づき、カバー２０上の異物の固着等を検出できる。その異常を報知することで、工作機械のオペレータにメンテナンスを促すなど適切な措置をとることができる。結果的に、スケール６を異物から保護でき、磁気センサ１０による位置検出精度を確保しやすい。
【0048】
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。
【0049】
［変形例］
図１１は、変形例１に係る異物排出構造を表す図であり、図８（Ａ）に対応する。
本変形例は、エア通路５４における分岐通路５５，５７にそれぞれ流量センサ６２，６４が設けられている。流量算出部１３２は、流量センサ６２の検出情報に基づいて分岐通路５５を流れるエアの流量を算出し、流量センサ６４の検出情報に基づいて分岐通路５７を流れるエアの流量を算出する。
図１１は、変形例１に係る異物排出構造を表す図であり、図８（Ａ）に対応する。
本変形例は、エア通路５４における分岐通路５５，５７にそれぞれ流量センサ６２，６４が設けられている。流量算出部１３２は、流量センサ６２の検出情報に基づいて分岐通路５５を流れるエアの流量を算出し、流量センサ６４の検出情報に基づいて分岐通路５７を流れるエアの流量を算出する。
【0050】
このような構成において、開口５６，５８が設けられるヘッドホルダ１１の端面に対して検出ヘッド３０が同一面に設置されるか又は平行に設置される。このため、ヘッドホルダ１１がセンサホルダ９に対して高精度に組み付けられている限り、流量センサ６２，６４により検出されるエア流量はほぼ同等となる点に着目する。
【0051】
本変形例では、判定部１３４が、流量センサ６２が検出するエア流量と、流量センサ６４が検出するエア流量との差分に基づき、カバー２０に対する検出ヘッド３０の傾きを判定する。すなわち、流量センサ６２，６４により検出されるエア流量の差が予め定める第２基準値以上となる場合に、カバー２０に対する開口５６の距離Ｔ１と開口５８の距離Ｔ２とが異なり、検出ヘッド３０が傾いていると判定できる。報知処理部１３６は、検出ヘッド３０の組み付け精度が不十分であることを示すアラートを報知してもよい。オペレータは、このアラートが表示されたとき、ヘッドホルダ１１をセンサホルダ９に固定しているねじを調整するなどして検出ヘッド３０の傾きを調整できる。
【0052】
図１２は、変形例２に係る異物排出構造を表す図であり、図８（Ｂ）に対応する。
本変形例では、エア通路２５４が磁気センサ１０のトラック方向（Ｚ方向）に分岐し、分岐通路２５４ａ，２５４ｂを形成している。レール４の一方のガイド面１４ａに分岐通路２５４ａの開口２５６ａが対向し、他方のガイド面１４ｂに分岐通路２５４ｂの開口２５６ｂが対向する。分岐通路２５４ａに流量センサ２６２ａ（第１流量センサ）が設けられ、分岐通路２５４ｂに流量センサ２６２ｂ（第２流量センサ）が設けられる。
本変形例では、エア通路２５４が磁気センサ１０のトラック方向（Ｚ方向）に分岐し、分岐通路２５４ａ，２５４ｂを形成している。レール４の一方のガイド面１４ａに分岐通路２５４ａの開口２５６ａが対向し、他方のガイド面１４ｂに分岐通路２５４ｂの開口２５６ｂが対向する。分岐通路２５４ａに流量センサ２６２ａ（第１流量センサ）が設けられ、分岐通路２５４ｂに流量センサ２６２ｂ（第２流量センサ）が設けられる。
【0053】
ヘッドホルダ２１１のセンサホルダ９への組み付け精度が十分に確保されている場合（図３参照）、テーパ面１３ａとガイド面１４ａとの距離Ｔ１ａと、テーパ面１３ｂとガイド面１４ｂとの距離Ｔ１ｂとは等しくなるように設定されている。言い換えれば、距離Ｔ１ａと距離Ｔ１ｂとが異なる場合、ヘッドホルダ２１１がＺ方向にずれている、つまり検出ヘッド３０がトラック方向にずれていることになる。
【0054】
本変形例では、判定部１３４が流量センサ２６２ａの検出情報に基づいて距離Ｔ１ａを判定し、流量センサ２６２ｂの検出情報に基づいて距離Ｔ１ｂを判定する。判定部１３４は、流量センサ２６２ａが検出するエア流量と、流量センサ２６２ｂが検出するエア流量との差分に基づき、検出ヘッド３０のずれを判定する。すなわち、流量センサ２６２ａ，２６２ｂにより検出されるエア流量の差が予め定める第３基準値以上となる場合に、検出ヘッド３０がトラック方向にずれていると判定できる。報知処理部１３６は、検出ヘッド３０の組み付け精度が不十分であることを示すアラートを報知してもよい。オペレータは、このアラートが表示されたとき、ヘッドホルダ１１をセンサホルダ９に固定しているねじを調整するなどして検出ヘッド３０のずれを調整できる。
【0055】
[その他の変形例]
上記実施形態では、流量センサをセンサユニット８の内部に設ける構成を例示した。変形例においては、センサユニット８の外部に設けてもよい。また、上記実施形態では詳細を述べなかったが、表示部１２８として機能する表示装置（ディスプレイ、ＬＥＤ等）をセンサユニット８に設けてもよいし、センサユニット８とは別に設けてもよい。
上記実施形態では、流量センサをセンサユニット８の内部に設ける構成を例示した。変形例においては、センサユニット８の外部に設けてもよい。また、上記実施形態では詳細を述べなかったが、表示部１２８として機能する表示装置（ディスプレイ、ＬＥＤ等）をセンサユニット８に設けてもよいし、センサユニット８とは別に設けてもよい。
【0056】
上記実施形態では述べなかったが、工作機械の異常振動などにより検出ヘッド３０とスケール６との距離が変化した場合に、アラートを表示させるなどの予知保全を行ってもよい。第１距離判定部１４４により判定される距離Ｔａの変化に基づき、その振動を判定してもよい。それにより、オペレータによるメンテナンスを促すこともできる。
【0057】
上記実施形態では、分岐通路５５，５７を開口５６，５８の近傍においてカバー２０に対して垂直方向に延ばし、エアがカバー２０に垂直に吐出される構成を例示した（図８（Ａ）参照）。変形例においては、分岐通路５５，５７を開口５６，５８に近づくにつれて検出ヘッド３０から離間するよう斜めに延ばしてもよい。それにより、エアを移動体２の移動方向前方に向けて吹き出すことができ、異物を３０から遠ざける方向に掃き出すことができる。
【0058】
上記実施形態では、移動体２の移動方向に対して検出ヘッド３０の両側に開口５６，５８を設ける構成を例示した（図８（Ａ）参照）。変形例においては、検出ヘッド３０のいずれか一方にのみ開口を設けてもよい。例えば、開口５８を設けずに開口５６を設けてもよい。
【0059】
上記実施形態では、工作機械の作動中はエアを連続的に吐出させる例を示したが、例えば移動体２の移動時のみとするなど特定のタイミングでエアを吐出させてもよい。
【0060】
上記実施形態では、位置検出装置のセンサとして磁気センサを例示した。変形例においては、例えば光学式のリニアエンコーダ（レーザスケール）など、スケールに対して光を照射する光センサとしてもよい。
【0061】
上記実施形態では、スケールにおける着磁パターンとして、アブソリュートパターンおよびインクリメンタルパターンの双方を含む構成を例示した。変形例においては、アブソリュートパターンのみを含み、インクリメンタルパターンを含まない構成としてもよい。
【0062】
上記実施形態では、位置検出装置１を工作機械に適用する例を示したが、位置検出装置の用途はこれに限らず、その他の搬送装置など、移動体をガイドするレールと、その移動体の位置検出を行うセンサとを備える装置であれば適用可能である。
【符号の説明】
【0063】
１ 位置検出装置、２ 移動体、４ レール、６ スケール、８ センサユニット、９ センサホルダ、１０ 磁気センサ、１１ ヘッドホルダ、１３ テーパ面、１４ ガイド面、１６ 底面、１８ 凹部、２０ カバー、２４ スクレーパユニット、２６ カバー、２８ スクレーパ、３０ 検出ヘッド、３２ 取付部、３４ 支持部、５０ 配管接続部、５２ 内部配管、５４ エア通路、５５ 分岐通路、５６ 開口、５７ 分岐通路、５８ 開口、６０ 情報処理回路、６２ 流量センサ、６４ 流量センサ、１００ 検出処理装置、１１０ 入出力インタフェース部、１１２ データ処理部、１１４ データ格納部、１１６ 検出部、１２０ 入力部、１２２ 出力部、１２４ センサ信号取得部、１２６ 変位情報出力部、１２８ 表示部、１３０ 磁気信号処理部、１３２ 流量算出部、１３４ 判定部、１３６ 報知処理部、１４０ 位置情報算出部、１４２ 第２距離判定部、１４４ 第１距離判定部、１５０ 距離情報格納部、１６０ 距離算出テーブル、２１１ ヘッドホルダ、２５４ エア通路、２５４ａ 分岐通路、２５４ｂ 分岐通路、２５６ａ 開口、２５６ｂ 開口、２６２ａ 流量センサ、２６２ｂ 流量センサ、Ｗ 溶接部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【手続補正書】
【提出日】2023-07-13
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
移動体をガイドするレールと、
前記レールの側面に沿って配されるスケールと、
前記スケールを覆うように前記レールの側面に配されるカバーと、
前記移動体の位置を検出するためのセンサであって、前記移動体に組み付けられるホルダと、前記ホルダに支持され前記カバーを挟んで前記スケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、
を備え、
前記ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有し、
前記開口は、前記スケールが配される前記レールの側面、又は前記スケールを覆う前記カバーの表面と対向する前記ホルダの対向面にあり、かつ、前記移動体の移動方向における端部側にある、位置検出装置。
前記レールの側面に沿って配されるスケールと、
前記スケールを覆うように前記レールの側面に配されるカバーと、
前記移動体の位置を検出するためのセンサであって、前記移動体に組み付けられるホルダと、前記ホルダに支持され前記カバーを挟んで前記スケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、
を備え、
前記ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有し、
前記開口は、前記スケールが配される前記レールの側面、又は前記スケールを覆う前記カバーの表面と対向する前記ホルダの対向面にあり、かつ、前記移動体の移動方向における端部側にある、位置検出装置。
【請求項2】
前記ホルダの前記移動方向の外側に設けられ、前記カバーに付着した異物を除去するためのスクレーパをさらに備え、
前記開口は、前記ホルダにおける前記スクレーパよりも内側に設けられている、請求項１に記載の位置検出装置。
前記開口は、前記ホルダにおける前記スクレーパよりも内側に設けられている、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項3】
前記エア通路を流れるエアの流量を検出する流量検出部と、
検出されたエアの流量に基づいて、前記センサと前記カバーとの距離を判定する第１距離判定部と、
をさらに備える、請求項１又は２に記載の位置検出装置。
検出されたエアの流量に基づいて、前記センサと前記カバーとの距離を判定する第１距離判定部と、
をさらに備える、請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項4】
前記センサの検出情報に基づいて前記センサと前記スケールとの距離を判定する第２距離判定部と、
前記第１距離判定部が判定した距離と、前記第２距離判定部が判定した距離とに基づき、予め定める報知処理を実行する報知処理部と、
を備える、請求項３に記載の位置検出装置。
前記第１距離判定部が判定した距離と、前記第２距離判定部が判定した距離とに基づき、予め定める報知処理を実行する報知処理部と、
を備える、請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項5】
移動体をガイドするレールと、
前記レールに沿って配されるスケールと、
前記移動体の位置を検出するためのセンサであって、前記移動体に組み付けられるホルダと、前記ホルダに支持され前記スケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、
前記スケールを覆うように前記レールに配されるカバーと、
を備え、
前記ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有し、
前記開口は、前記スケールと対向する前記ホルダの対向面にあり、かつ、前記移動体の移動方向における端部側にあり、
前記検出ヘッドは、前記カバーを挟んで前記スケールと対向し、
前記開口が前記カバーと対向し、
前記エア通路を流れるエアの流量を検出する流量検出部と、
検出されたエアの流量に基づいて、前記センサと前記カバーとの距離を判定する第１距離判定部と、
をさらに備える、位置検出装置。
前記レールに沿って配されるスケールと、
前記移動体の位置を検出するためのセンサであって、前記移動体に組み付けられるホルダと、前記ホルダに支持され前記スケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、
前記スケールを覆うように前記レールに配されるカバーと、
を備え、
前記ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有し、
前記開口は、前記スケールと対向する前記ホルダの対向面にあり、かつ、前記移動体の移動方向における端部側にあり、
前記検出ヘッドは、前記カバーを挟んで前記スケールと対向し、
前記開口が前記カバーと対向し、
前記エア通路を流れるエアの流量を検出する流量検出部と、
検出されたエアの流量に基づいて、前記センサと前記カバーとの距離を判定する第１距離判定部と、
をさらに備える、位置検出装置。
【請求項6】
前記センサの検出情報に基づいて前記センサと前記スケールとの距離を判定する第２距離判定部と、
前記第１距離判定部が判定した距離と、前記第２距離判定部が判定した距離とに基づき、予め定める報知処理を実行する報知処理部と、
を備える、請求項５に記載の位置検出装置。
前記第１距離判定部が判定した距離と、前記第２距離判定部が判定した距離とに基づき、予め定める報知処理を実行する報知処理部と、
を備える、請求項５に記載の位置検出装置。
【手続補正書】
【提出日】2023-08-24
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
移動体をガイドするレールと、
前記レールに沿って配されるスケールと、
前記移動体の位置を検出するためのセンサであって、前記移動体に組み付けられるホルダと、前記ホルダに支持され前記スケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、
前記スケールを覆うように前記レールに配されるカバーと、
を備え、
前記ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有し、
前記開口は、前記スケールと対向する前記ホルダの対向面にあり、かつ、前記移動体の移動方向における端部側にあり、
前記検出ヘッドは、前記カバーを挟んで前記スケールと対向し、
前記開口が前記カバーと対向し、
前記エア通路を流れるエアの流量を検出する流量検出部と、
検出されたエアの流量に基づいて、前記センサと前記カバーとの距離を判定する第１距離判定部と、
をさらに備える、位置検出装置。
前記レールに沿って配されるスケールと、
前記移動体の位置を検出するためのセンサであって、前記移動体に組み付けられるホルダと、前記ホルダに支持され前記スケールと対向する検出ヘッドと、有するセンサと、
前記スケールを覆うように前記レールに配されるカバーと、
を備え、
前記ホルダは、エアが流れることが可能なエア通路の開口を有し、
前記開口は、前記スケールと対向する前記ホルダの対向面にあり、かつ、前記移動体の移動方向における端部側にあり、
前記検出ヘッドは、前記カバーを挟んで前記スケールと対向し、
前記開口が前記カバーと対向し、
前記エア通路を流れるエアの流量を検出する流量検出部と、
検出されたエアの流量に基づいて、前記センサと前記カバーとの距離を判定する第１距離判定部と、
をさらに備える、位置検出装置。
【請求項2】
前記ホルダの前記移動方向の外側に設けられ、前記カバーに付着した異物を除去するためのスクレーパをさらに備え、
前記開口は、前記ホルダにおける前記スクレーパよりも内側に設けられている、請求項１に記載の位置検出装置。
前記開口は、前記ホルダにおける前記スクレーパよりも内側に設けられている、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項3】
前記センサの検出情報に基づいて前記センサと前記スケールとの距離を判定する第２距離判定部と、
前記第１距離判定部が判定した距離と、前記第２距離判定部が判定した距離とに基づき、予め定める報知処理を実行する報知処理部と、
を備える、請求項１に記載の位置検出装置。
前記第１距離判定部が判定した距離と、前記第２距離判定部が判定した距離とに基づき、予め定める報知処理を実行する報知処理部と、
を備える、請求項１に記載の位置検出装置。