特許 7587433 位置検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-12

(45)【発行日】2024-11-20

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20241113BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20241113BHJP

【ＦＩ】

G01D5/244 K

G01D5/245 110M

G01D5/245 M

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021015450

(22)【出願日】2021-02-03

(65)【公開番号】P2022118763

(43)【公開日】2022-08-16

【審査請求日】2024-01-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000002233

【氏名又は名称】ニデックインスツルメンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125690

【弁理士】

【氏名又は名称】小平 晋

(72)【発明者】

【氏名】野口 直之

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１２１８０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－４１７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３４７５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平２－３６３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１５８５３７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００－５／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位置を示すための目盛りを具備する標示部と、前記目盛りを読み取る読取部とを備え、所定の直線軌道上における前記読取部と前記標示部との相対位置変化に伴って前記読取部から出力される正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、前記標示部又は前記読取部の前記直線軌道上における位置を検出する位置検出装置であって、
前記正弦波信号及び前記余弦波信号のうち、少なくとも何れか一方のピークの平均に相当する電圧である平均相当電圧の信号を生成する平均信号生成部と、
知覚可能な所定の知覚信号を出力し、且つ、前記平均相当電圧について、所定の範囲内にある場合と、前記範囲内にない場合とで、前記知覚信号の出力状態を変化させる知覚信号出力部とを備え、
前記平均信号生成部が、前記正弦波信号に全波整流を施した全波整流信号と、前記余弦波信号に全波整流を施した全波整流信号とを重畳した重畳波信号を、前記平均相当電圧の信号として出力する、
ことを特徴とする位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体の位置を検出する位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、位置を示すための目盛りを具備する標示部と、目盛りを読み取る読取部とを備え、直線軌道上での読取部と指標部との相対位置変化に伴って読取部から出力される正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、標示部又は読取部の位置を検出する位置検出装置が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１に記載の位置検出装置としての磁気式リニアエンコーダは、標示部たる磁気スケールと、読取部たる磁気抵抗素子とを備える。磁気スケールは、直線状に延びるリニアスケールである。磁気抵抗素子は、磁気センサ装置のホルダ内に固定される。磁気スケール及び磁気センサ装置のうち、何れか一方は、磁気スケールの延在方向に移動する。磁気スケールは、スケール延在方向に沿って延びる目盛りとしての磁気トラックを備える。磁気トラックは、着磁した着磁領域と無着磁の無着磁領域とを備える。磁気抵抗素子は、磁気スケール又は磁気センサ装置の移動に伴って、正弦波信号及び余弦波信号を出力する。磁気センサ装置の演算処理部は、磁気抵抗素子から出力される正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、磁気スケール又は磁気センサ装置の絶対位置を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－３８２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この種の磁気式リニアエンコーダでは、機械に対する磁気スケール又は磁気センサ装置の組み付け誤差により、磁気スケール表面と磁気抵抗素子とのギャップが、所定の許容範囲を超えて広くなったり、狭くなったりすると、位置を精度良く検出することができなくなる。このため、磁気スケール及び磁気センサ装置の組み付け時に、ギャップについて許容範囲内に収まっているか否かを確認しつつ、必要に応じて組み付け位置を修正することが望ましい。

【0006】

磁気スケール表面と磁気抵抗素子とのギャップについて、許容範囲内にあるか否かを確認する方法として、上述の正弦波信号や余弦波信号のピーク変動をデジタル処理によって解析する方法が考えられる。具体的には、磁気抵抗素子からアナログ信号として出力される正弦波信号や余弦波信号をデジタル処理によってデジタル信号に変換し、変換結果に演算処理を施して得られる波形の各ピークの値に基づいて、ギャップの平均値を求めるのである。かかる方法によれば、ギャップの平均値を精度よく解析することが可能であるが、デジタル・アナログ変換器やデジタル演算装置などを新たに付設する必要があることから、コスト高になってしまうという課題がある。

【0007】

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、正弦波信号や余弦波信号をデジタル処理することなく、磁気スケール等の標示部と、読取部とのギャップについて許容範囲内にあるか否かを容易に確認することができる位置検出装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、位置を示すための目盛りを具備する標示部と、前記目盛りを読み取る読取部とを備え、所定の直線軌道上における前記読取部と前記標示部との相対位置変化に伴って前記読取部から出力される正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、前記標示部又は前記読取部の前記直線軌道上における位置を検出する位置検出装置であって、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のうち、少なくとも何れか一方のピークの平均に相当する電圧である平均相当電圧の信号を生成する平均信号生成部と、知覚可能な所定の知覚信号を出力し、且つ、前記平均相当電圧について、所定の範囲内にある場合と、前記範囲内にない場合とで、前記知覚信号の出力状態を変化させる知覚信号出力部とを備え、前記平均信号生成部が、前記正弦波信号に全波整流を施した全波整流信号と、前記余弦波信号に全波整流を施した全波整流信号とを重畳した重畳波信号を、前記平均相当電圧の信号として出力する、ことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、正弦波信号や余弦波信号をデジタル処理することなく、標示部と読取部とのギャップについて許容範囲内にあるか否かを容易に確認することができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る磁気式エンコーダ装置を示す斜視図である。

【図2】同磁気式エンコーダ装置の磁気スケールの一部を示す平面図である。

【図3】同磁気式エンコーダ装置の磁気センサを示す平面図である。

【図4】同磁気式エンコーダ装置の電気回路の一部、及び磁気スケールを示すブロック図である。

【図5】同磁気式エンコーダ装置の組付誤差検出部の電気回路を示すブロック図である。

【図6】同磁気式エンコーダ装置においてセンサ組み付けが精度良く行われている場合における各種信号の波形を示す波形図である。

【図7】同磁気式エンコーダ装置においてセンサ組み付けが精度良く行われていない場合における各種信号の波形を示す波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る位置検出装置としての磁気式エンコーダ装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造、並びに、各構造における縮尺及び数、などを異ならせる場合がある。

【0012】

まず、実施形態に係る磁気式エンコーダ装置の基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係る磁気式エンコーダ装置を示す斜視図である。また、図２は、磁気式エンコーダ装置の磁気スケールの一部を示す平面図である。

【0013】

図１に示されるように、磁気式エンコーダ装置１は、磁気スケール２と、磁気スケール２を読み取る磁気センサ装置３とを備える。標示部としての磁気スケール２は、直線状に延びる形状のリニアスケールである。磁気スケール２及び磁気センサ装置３は、産業用ロボットなどの機械に搭載される。機械は、直線軌道に沿って往復移動可能な移動体を備え、磁気スケール２は、その軌道に沿って真っすぐに延びる態様で機械に固定される。磁気スケール２と磁気センサ装置３とのうち、何れか一方は機械の移動体に固定され、移動体とともに直線軌道上を往復移動する。

【0014】

磁気スケール２は、スケール延在方向に沿って延びる磁気トラック５を備える。機械の移動体が移動すると、磁気センサ装置３が磁気スケール２の表面に形成された磁界の磁気変化を検出して、磁気スケール２又は磁気センサ装置３の絶対位置の信号を出力する。なお、以下、移動体の移動方向をＸ方向、Ｘ方向と直交し且つ磁気スケール２の表面に沿った方向をＹ方向として、磁気式エンコーダ装置１の構成を説明する。

【0015】

磁気センサ装置３は、非磁性材料からなるホルダ７と、ホルダ７から延びるケーブル８と、読取部たる磁気センサ１０とを備える。ホルダ７において、磁気スケール２と対向する対向面９には、開口部９ａが設けられる。磁気センサ１０は、開口部９ａと対向する姿勢で、ホルダ７内に固定される。

【0016】

図３は、磁気式エンコーダ装置１の磁気センサを示す平面図である。磁気センサ１０は、シリコン基板、セラミックグレース基板等からなるセンサ基板１１を備える。センサ基板１１は、磁気スケール（図２の２）と対向する基板面に形成された第１感磁素子１２及び第２感磁素子１３を備える。第１感磁素子１２、第２感磁素子１３のそれぞれは、例えば、パーマロイ膜を感磁膜として具備する磁気抵抗素子を有するものである。第１感磁素子１２及び第２感磁素子１３のそれぞれは、磁気スケール２と所定の隙間を介して対向する。

【0017】

図２に示されるように、磁気スケール２の磁気トラック５は、Ｘ方向に沿って延びるアブソリュートトラック１５と、Ｘ方向に沿って延びるインクリメンタルトラック１６とを備える。アブソリュートトラック１５と、インクリメンタルトラック１６とは、Ｙ方向に沿って並ぶ態様で磁気スケール２に配置される。

【0018】

絶対指標目盛りとしてのアブソリュートトラック１５は、互いにＹ方向に沿って並ぶ第１アブソリュートトラック２１及び第２アブソリュートトラック２２を備える。インクリメンタルトラック１６は、互いにＹ方向に沿って並ぶ第１インクリメンタルトラック１７及び第２インクリメンタルトラック１８を備える。

【0019】

第１アブソリュートトラック２１は、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の第１アブソリュートパターン２１ａを備える。複数の第１アブソリュートパターン２１ａのそれぞれは、着磁した領域であり、１組のＮ極及びＳ極を備える。図２において、符号Ｐ１は、第１アブソリュートパターン２１ａのＸ方向の長さを示す（以下、この長さを第１長さＰ１と言う）。互いに隣り合う第１アブソリュートパターン２１ａの間には、無着磁の領域が配置される。複数の無着磁領域のそれぞれにおけるＸ方向の長さは、ランダムである。

【0020】

アブソリュートトラック１５の第２アブソリュートトラック２２は、複数の第２アブソリュートパターン２２ａを備える。第２アブソリュートトラック２２において、Ｘ方向における無着磁領域の長さの変化パターンは、第１アブソリュートトラック２１と同様である。但し、第２アブソリュートパターン２２ａは、Ｘ方向において第１アブソリュートパターン２１ａよりも第２長さＰ２だけずれた位置に配置される。第２長さＰ２は、第１長さＰ１の半分である。

【0021】

第１アブソリュートトラック１５及び第２アブソリュートトラック２２のそれぞれは、連続するｎ組分の着磁領域及び無着磁領域の配列によって絶対位置を示すＭ系列の不規則循環乱数コードを表現する。より具体的には、着磁領域を論理値の１とし、無着磁領域を論理値の０としたときに、連続するｎ組分の１と０との配列によってＭ系列の不規則循環乱数コード値で示す。

【0022】

第１インクリメンタルトラック１７は、複数の第１インクリメンタルパターン１７ａを備える。それぞれの第１インクリメンタルパターン１７ａは、Ｘ方向に並ぶ１組のＮ極及びＳ極を備える。第１インクリメンタルパターン１７ａのＸ方向の長さは、第２長さＰ２である。第１インクリメンタルトラック１７においては、Ｘ方向において、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶ。

【0023】

第２インクリメンタルトラック１８は、複数の第２インクリメンタルパターン１８ａを備える。それぞれの第２インクリメンタルパターン１８ａは、Ｘ方向に並ぶＮ極及びＳ極を備える。第２インクリメンタルパターン１８ａのＸ方向の長さは、第２長さＰ２である。第２インクリメンタルトラック１８においては、Ｘ方向において、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶ。第２インクリメンタルトラック１８におけるＮ極とＳ極との着磁の順序は、第１インクリメンタルトラック１７とは逆である。Ｙ方向において、第１インクリメンタルパターン１７ａのＮ極と、第２インクリメンタルパターン１８ａのＳ極とが隣り合い、且つ第１インクリメンタルパターン１７ａのＳ極と第２インクリメンタルパターン１８ａのＮ極とが隣り合う。

【0024】

磁気センサ１０のセンサ基板１１は、図３に示されるように、磁気スケール２と対向する基板面に、アブソリュート信号生成用の第１感磁素子１２と、インクリメンタル信号生成用の第２感磁素子１３とを備える。第１感磁素子１２と第２感磁素子１３とは、互いにＹ方向に並ぶ。

【0025】

第１感磁素子１２は、第１アブソリュートトラック２１の磁気を検出するための第１磁気抵抗パターン３１と、第２アブソリュートトラック２２の磁気を検出するための第２磁気抵抗パターン３２とを備える。第１磁気抵抗パターン３１及び第２磁気抵抗パターン３２のそれぞれは、Ｘ方向に延在し、且つ互いにＹ方向に並ぶ。第１磁気抵抗パターン３１は第１アブソリュートトラック２１と対向し、第２磁気抵抗パターン３２は第２アブソリュートトラック２２と対向する。

【0026】

第１磁気抵抗パターン３１及び第２磁気抵抗パターン３２のそれぞれは、Ｘ方向に感磁方向を向けた姿勢でＸ方向に配列された複数の磁気抵抗素子を備える。複数の磁気抵抗素子は、第１長さＰ１のピッチで配列されている。第１磁気抵抗パターン３１は、Ｘ方向において連続する第１アブソリュートパターン２１ａの複数の領域のそれぞれの磁界を順次に検出してＭ系列の第１アブソリュート信号を出力する。同様に、第２磁気抵抗パターン３２は、Ｘ方向において連続する第２アブソリュートパターン２２ａの複数の領域のそれぞれの磁界を順次に検出してＭ系列の第２アブソリュート信号を出力する。

【0027】

第２感磁素子１３は、正弦波信号たるＳＩＮ＋信号を生成する磁気抵抗パターン３４（＋ａ）、及び余弦波信号たるＣＯＳ＋信号を生成する磁気抵抗パターン３４（＋ｂ）を備える。また、第２感磁素子１３は、正弦波信号たるＳＩＮ－信号を生成する磁気抵抗パターン３４（－ａ）、及び余弦波信号たるＣＯＳ－信号を生成する磁気抵抗パターン３４（－ｂ）を備える。ＳＩＮ＋信号生成用の磁気抵抗パターン３４（＋ａ）と、ＣＯＳ－信号生成用の磁気抵抗パターン３４（－ｂ）とは、互いにＸ方向に並ぶ。また、ＣＯＳ＋信号生成用の磁気抵抗パターン３４（＋ｂ）と、ＳＩＮ－信号生成用の磁気抵抗パターン３４（－ａ）とは、互いにＸ方向に並ぶ。ＳＩＮ＋信号生成用の磁気抵抗パターン３４（＋ａ）と、ＣＯＳ＋信号生成用の磁気抵抗パターン３４（＋ｂ）とは、互いにＹ方向に並ぶ。ＣＯＳ－信号生成用の磁気抵抗パターン３４（－ｂ）と、ＳＩＮ－信号生成用の磁気抵抗パターン３４（－ａ）とは、互いにＹ方向に並ぶ。ＳＩＮ＋信号生成用の磁気抵抗パターン３４（＋ａ）、及びＣＯＳ－信号生成用の磁気抵抗パターン３４（－ｂ）は、第１インクリメンタルトラック１７と対向し、ＳＩＮ＋信号生成用の磁気抵抗パターン３４（＋ａ）、及びＣＯＳ－信号生成用の磁気抵抗パターン３４（－ｂ）は、第２インクリメンタルトラック１８と対向する。

【0028】

機械の移動体の移動に伴い、磁気抵抗パターン３４（＋ａ）から出力される信号と、磁気抵抗パターン３４（＋ｂ）から出力される信号とは、互いに９０°の位相差を有する。また、磁気抵抗パターン３４（－ａ）から出力される信号と、磁気抵抗パターン３４（－ｂ）から出力される信号とは、互いに９０°の位相差を有する。また、磁気抵抗パターン３４（＋ａ）から出力される信号と、磁気抵抗パターン３４（－ａ）から出力される信号とは、互いに１８０°の位相差を有する。また、磁気抵抗パターン３４（＋ｂ）から出力される信号と、磁気抵抗パターン３４（－ｂ）から出力される信号とは、互いに１８０°の位相差を有する。

【0029】

図４は、磁気式エンコーダ装置１の電気回路の一部、及び磁気スケール２を示すブロック図である。磁気センサ装置３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）等を具備する演算処理部４０を備える。演算部としての演算処理部４０は、センサ基板１１に実装されている。演算処理部４０の入力側には、アブソリュート信号生成用の第１感磁素子１２、及びインクリメンタル信号生成用の第２感磁素子１３が接続されている。演算処理部４０は、アブソリュート値取得部４１、インクリメンタル信号取得部４２、絶対位置を算出する算出部４４、組付誤差検出部９０等を備える。アブソリュート値取得部４１は、第１アブソリュート値取得部４５と、第２アブソリュート値取得部４６とを備える。

【0030】

アブソリュート信号生成用の第１感磁素子１２の第１磁気抵抗パターン３１と、第１アブソリュート値取得部４５とは、第１アブソリュートトラック２１を読み取って第１アブソリュート値ＡＢＳ１を出力する第１アブソリュート値出力部３７を構成する。アブソリュート信号生成用の第１感磁素子１２の第２磁気抵抗パターン３２と、第２アブソリュート値取得部４６とは、第２アブソリュートトラック２２を読み取って第２アブソリュート値ＡＢＳ２を出力する第２アブソリュート値出力部３８を構成する。インクリメンタル信号生成用の第２感磁素子１３とインクリメンタル信号取得部４２とは、インクリメンタルトラック１６を読み取ってインクリメンタル信号ＩＮＣを出力するインクリメンタル信号出力部３９を構成する。

【0031】

第１アブソリュート値取得部４５は、第１磁気抵抗パターン３１から出力されるＭ系列の第１アブソリュート信号（読取結果）に基づいて第１不規則循環乱数コードＣＯＤＥ１を取得する。次に、第１アブソリュート値取得部４５は、取得した第１不規則循環乱数コードＣＯＤＥ１を整数の数列に置き換えて第１アブソリュート値ＡＢＳ１を取得する。第１アブソリュート値取得部４５が第１アブソリュート値ＡＢＳ１を取得すると、第１アブソリュート値出力部３７は第１アブソリュート値ＡＢＳ１を出力する。

【0032】

第２アブソリュート値取得部４６は、第２磁気抵抗パターン３２から出力されるＭ系列の第２アブソリュート信号（読取結果）に基づいて第２不規則循環乱数コードＣＯＤＥ２を取得する。そして、第２アブソリュート値取得部４６は、取得した第２不規則循環乱数コードＣＯＤＥ２を整数の数列に置き換えて第２アブソリュート値ＡＢＳ２を取得する。第２アブソリュート値取得部４６が第２アブソリュート値ＡＢＳ２を取得すると、第２アブソリュート値出力部３８は第２アブソリュート値ＡＢＳ２を出力する。第１アブソリュート値出力部３７から出力される第１アブソリュート値ＡＢＳ１と、第２アブソリュート値出力部３８から出力される第２アブソリュート値ＡＢＳ２とは、機械の移動体の移動に伴い、第２長さＰ２に相当する時間分だけずれて出力される。

【0033】

インクリメンタル信号取得部４２は、ＳＩＮ＋信号生成用の磁気抵抗パターン３４（＋
ａ）からの信号と、ＳＩＮ－信号生成用の磁気抵抗パターン３４（－ａ）からの信号とに
基づいて正弦波信号を取得する。また、インクリメンタル信号取得部４２は、ＣＯＳ＋信
号生成用の磁気抵抗パターン３４（＋ｂ）からの信号と、ＣＯＳ－信号生成用の磁気抵抗
パターン３４（－ｂ）からの信号とに基づいて余弦波信号を取得する。さらに、インクリ
メンタル信号取得部４２は、正弦波信号および余弦波信号に基づいて、ゼロから所定の最
大値まで変化する周期的なインクリメンタル信号ＩＮＣを生成する。インクリメンタル信
号取得部４２によりインクリメンタル信号ＩＮＣが生成されると、インクリメンタル信号
出力部３９は、インクリメンタル信号ＩＮＣを出力する。

【0034】

算出部４４は、第１アブソリュート値ＡＢＳ１、第２アブソリュート値ＡＢＳ２、及びインクリメンタル信号Ｃ＿ＩＮＣに基づいて、絶対位置を算出する。具体的には、算出部４４は、インクリメンタル信号Ｃ＿ＩＮＣが０となる時点から補正インクリメンタル信号Ｃ＿ＩＮＣがゼロと最大値の中央値に達するまでの期間において絶対位置の算出に第１アブソリュート値ＡＢＳ１を用いる。また、算出部４４は、インクリメンタル信号Ｃ＿ＩＮＣが中央値となったから補正インクリメンタル信号Ｃ＿ＩＮＣが最大値に達するまでの期間Ｔ２において絶対位置の算出に第２アブソリュート値ＡＢＳ２を用いる。

【0035】

以上のように、演算処理部４０は、正弦波信号（ＳＩＮ信号）と、余弦波信号（ＣＯＳ信号）とに基づいて、絶対位置を検出する。

【0036】

次に、実施形態に係る磁気式エンコーダ装置１の特徴的な構成について説明する。
図４に示されるように、演算処理部４０においては、インクリメンタル信号取得部４２が組付誤差検出部９０に対してＳＩＮ信号（正弦波信号）及びＣＯＳ信号（余弦波信号）を出力する。

【0037】

図５は、組付誤差検出部９０の電気回路を示すブロック図である。組付誤差検出部９０は、基準電圧生成部９１、第１全波整流処理部９２、第２全波整流処理部９３、ローパスフィルタ９４、コンパレータ９５、及び発光部９６を備える。

【0038】

基準電圧生成部９１は、出力電圧を安定化させるための第１コンデンサＣ１及び第１オペアンプＯＡ１を備える。第１コンデンサＣ１は、入力電圧Ｖｉを安定化させる役割を担う。入力電圧Ｖｉが入力される第１オペアンプＯＡ１からは、安定化した基準電圧ＶＲＥＦが出力される。

【0039】

インクリメンタル信号取得部４２から送られてくるＣＯＳ信号は、第１全波整流処理部９２に入力される。第１全波整流処理部９２は、第１抵抗Ｒ１、第２オペアンプＯＡ２、第２抵抗Ｒ２、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、及び第１チップ抵抗器ＲＡ１を備える。第２オペアンプＯＡ２の反転入力端子（マイナス（－）端子）には、第１抵抗Ｒ１を経由したＣＯＳ信号が入力され、非反転入力端子（プラス（＋）端子）には、基準電圧ＶＲＥＦが入力される。第１全波整流処理部９２は、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２のそれぞれにおいて正方向にしか電流を流さない特性を利用して、次のような処理を行う。即ち、ＣＯＳ信号における基準電圧ＶＲＥＦよりもプラス側の波形部分を、そのままの形で出力する一方で、マイナス側の波形部分を、プラス側に反転させて出力する。以下、全波整流処理部を経由した信号を、全波整流信号と言う。

【0040】

インクリメンタル信号取得部４２から送られてくるＳＩＮ信号は、第２全波整流処理部９３に入力される。第２全波整流処理部９３は、第３抵抗Ｒ３、第３オペアンプＯＡ３、第４抵抗Ｒ４、第３ダイオードＤ３、第４ダイオードＤ４、及び第２チップ抵抗器ＲＡ２を備える。第３オペアンプＯＡ３の反転入力端子（マイナス（－）端子）には、第３抵抗Ｒ３を経由したＳＩＮ信号が入力され、非反転入力端子（プラス（＋）端子）には、基準電圧ＶＲＥＦが入力される。第２全波整流処理部９３は、第３ダイオードＤ３及び第４ダイオードＤ４のそれぞれにおいて正方向にしか電流を流さない特性を利用して、次のような処理を行う。即ち、ＳＩＮ信号における基準電圧ＶＲＥＦよりもプラス側の波形部分を、そのままの形で出力する一方で、マイナス側の波形部分を、プラス側に反転させて出力する。

【0041】

第１全波整流処理部９２によって得られた全波整流信号、及び第２全波整流処理部９３によって得られた全波整流信号は、互いに重畳されて重畳波信号となった後、ローパスフィルタ９４に入力される。ローパスフィルタ９４は、第２コンデンサＣ２と、第５抵抗Ｒ５と、第４オペアンプＯＡ４とを備える。ローパスフィルタ９４に入力された重畳波信号は、ローパスフィルタ９４を経由することでノイズが除去される。

【0042】

ローパスフィルタ９４を経由した重畳波信号は、コンパレータ９５に入力される。コンパレータ９５は、第６抵抗Ｒ６、第７抵抗Ｒ７、第８抵抗Ｒ８、第５オペアンプＯＡ５、及び第９抵抗Ｒ９を備える。第５オペアンプＯＡ５のマイナス（－）端子には、しきい値電圧Ｖｔｈが入力される。また、第５オペアンプＯＡ５のプラス（＋）端子には、第８抵抗Ｒ８を経由した重畳波信号が入力される。コンパレータ９５のプラス（＋）端子に入力される重畳波信号がしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い場合（重畳波信号＞しきい値電圧Ｖｔｈ）、コンパレータ９５は、所定のＨｉｇｈ電圧を出力する。一方、コンパレータ９５のプラス（＋）端子に入力される重畳波信号がしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い場合（重畳波信号＜しきい値電圧Ｖｔｈ）、コンパレータ９５は、所定のＬｏｗ電圧を出力する。

【0043】

コンパレータ９５から出力されるＨｉｇｈ電圧又はＬｏｗ電圧は、発光部９６に入力される。発光部９６は、緑色に発光する緑ＬＥＤと、赤色に発光する赤ＬＥＤとを備える。発光部９６にＨｉｇｈ電圧が入力された場合には、緑ＬＥＤと赤ＬＥＤとの両方が点灯する。これにより、緑と赤との混色による黄色光が発光部９６から発せられる。一方、発光部９６にＬｏｗ電圧が入力された場合には、緑ＬＥＤと赤ＬＥＤとのうち、赤ＬＥＤだけが点灯する。これにより、発光部９６から赤色光が発せられる。

【0044】

図６は、機械に対する磁気スケール２の組み付け、及び磁気センサ装置３の組み付け（以下、これらの組み付けをまとめてセンサ組み付けと言う）が精度良く行われている場合における各種信号の波形を示す波形図である。磁気スケール２の表面と、磁気センサ１０とのギャップが大きくなるほど、磁気センサ１０によって検出される磁気が弱くなることから、ＳＩＮ波のピーク値、及びＣＯＳ波のピーク値のそれぞれが低くなる。センサ組み付けが精度良く行われている場合には、ＣＯＳ信号及びＳＩＮ信号のそれぞれにおいて、適切な振幅の波形（正弦波、余弦波）が得られる。即ち、磁気スケール２表面と磁気センサ１０とのギャップが許容範囲内に収まる。同図において、３つ示されるグラフ座標のうち、一番上のグラフ座標には、ＣＯＳ信号の波形と、ＣＯＳ信号に全波整流処理を施した全波整流信号（ＦＷＲ（ＣＯＳ））の波形とが示されている。全波整流信号（ＦＷＲ（ＣＯＳ）の波形においては、互いに隣り合う２つの＋側のピークの間における谷部の一部領域が、マイナス側の反転波形部によって埋められている。

【0045】

同図において、３つ示されるグラフ座標のうち、真ん中のグラフ座標には、ＳＩＮ信号の波形と、ＳＩＮ信号に全波整流処理を施した全波整流信号（ＦＷＲ（ＳＩＮ））の波形とが示されている。全波整流信号（ＦＷＲ（ＳＩＮ））の波形においても、互いに隣り合う２つの＋側のピークの間における谷部の一部領域が、マイナス側の反転波形部によって埋められている。

【0046】

同図において、３つ示されるグラフ座標のうち、一番下のグラフ座標には、全波整流信号（ＦＷＲ（ＣＯＳ））の波形と、全波整流信号（ＦＷＲ（ＳＩＮ））の波形と、両者を重畳した重畳波ＳＷの波形とが示される。重畳波ＳＷにおいては、全波整流信号（ＦＷＲ（ＣＯＳ））と、全波整流信号（ＦＷＲ（ＳＩＮ））とが、互いの谷部を互いの山部で補い合う。これにより、ピーク付近の狭い電圧領域内だけで、少しだけ波打つ形状の安定した電圧の波形が得られる。ピーク付近の高低差の低い波打ちは、全波整流信号（ＦＷＲ（ＣＯＳ））、全波整流信号（ＦＷＲ（ＳＩＮ））のそれぞれのピークよりも高い位置で生じている。このような重畳波ＳＷは、ＳＩＮ信号（正弦波信号）及びＣＯＳ信号（余弦波信号）のピークの平均に相当する平均相当電圧の信号である。即ち、実施形態においては、図５に示される第１全波整流処理部９２及び第２全波整流処理部９３の組み合わせが、平均相当電圧たる重畳波ＳＷ信号を生成する平均信号生成部として機能している。

【0047】

図６に示される例では、しきい値電圧Ｖｔｈが、重畳前の全波整流信号（ＦＷＲ（ＣＯＳ））のピーク、及び重畳前の全波整流信号（ＦＷＲ（ＳＩＮ））のピークよりも少しだけ低い値に設定されている。このような設定において、センサ組み付けが適切に行われている場合には、図示のように、磁気スケール２又は磁気センサ装置３の位置（グラフの横軸）にかかわらず、重畳波ＳＷがしきい値電圧Ｖｔｈを超える。これにより、磁気スケール２又は磁気センサ装置３が直線軌道上を移動しているときに、直線軌道上での位置にかかわらず、発光部（図５の３６）が黄色に点灯し続ける。この点灯により、作業者は、磁気スケール２表面と磁気センサ１０とのギャップについて許容範囲を超えて広くなっていないことを容易に確認することができる。

【0048】

図７は、センサ組み付けが精度良く行われていない場合における各種信号の波形を示す波形図である。センサ組み付けが精度良く行われないことにより、前述のギャップが許容範囲を超えて広くなると、ＣＯＳ信号及びＳＩＮ信号のそれぞれにおいて、同図に示されるような低振幅の波形が出力される。すると、重畳波ＳＷの振幅も低振幅になることから、重畳波ＳＷにおけるピーク付近の高低差の低い波打ちが、図示のようにしきい値電圧Ｖｔｈを跨ぐようになる。これにより、発光部３６は、黄色発光と赤色発光とを交互に繰り返す。作業者は、このような交互発光により、センサ組み付けについて許容範囲を超えて広くなっていることを容易に確認することができる。

【0049】

なお、図５に示されるコンパレータ９５と発光部９６との組み合わせは、知覚可能な知覚信号たる発光信号を出力し、且つ、平均相当電圧について、所定の範囲内にある場合と、範囲内にない場合とで、発光信号の出力状態を変化させる知覚信号出力部として機能している。

【0050】

図５～図７に示される組付誤差検出部９０においては、しきい値電圧Ｖｔｈが、ギャップの許容範囲の上限値として機能している。図５に示される組付誤差検出部９０において、コンパレータを更に１つ付加して、重畳波ＳＷの電圧がしきい値電圧Ｖｔｈ１（下限値）～しきい値電圧Ｖｔｈ２の範囲内にある場合だけ、発光部３６を所定の色に点灯させてもよい。

【0051】

平均相当電圧として重畳波ＳＷを出力させるようにした例について説明したが、ピークホールド回路により、ＳＩＮ信号又はＣＯＳ信号のピーク値を継続的に出力させるようにしてもよい。但し、ピーク値を継続的に出力させる構成では、磁気スケール２又は磁気センサ装置３を移動させる速度によっては、波形の周期と、ピークホールド回路の放電時定数との関係が不適切になって、安定した平均相当電圧を出力することが困難になるおそれがある。

【0052】

また、知覚信号として、視認可能な発光信号を出力させるようにした例について説明したが、知覚信号は発光信号に限られない。例えば、聴覚的信号、痛覚的信号、温度覚的信号、圧覚的信号、振動覚的信号等を、知覚信号として出力させるようにしてもよい。

【0053】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。実施形態は、発明の範囲及び要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0054】

本発明は、以下の態様毎に特有の効果を奏する。
〔第１態様〕
第１態様は、位置を示すための目盛りを具備する標示部（例えば磁気スケール２）と、前記目盛りを読み取る読取部（例えば磁気センサ１０）とを備え、所定の直線軌道上における前記読取部と前記標示部との相対位置変化に伴って前記読取部から出力される正弦波信号（ＳＩＮ信号）及び余弦波信号（ＣＯＳ信号）に基づいて、前記標示部又は前記読取部の前記直線軌道上における位置を検出する位置検出装置（例えば磁気式エンコーダ装置１）であって、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のうち、少なくとも何れか一方のピークの平均に相当する電圧である平均相当電圧（例えば重畳波ＳＷ）の信号を生成する平均信号生成部（例えば第１全波整流処理部９２及び第２全波整流処理部９３の組み合わせ）と、知覚可能な所定の知覚信号を出力し、且つ、前記平均相当電圧について、所定の範囲内にある場合と、前記範囲内にない場合とで、前記知覚信号の出力状態を変化させる知覚信号出力部（例えばコンパレータ９５と発光部９６との組み合わせ）とを備える、ことを特徴とするものである。

【0055】

第１態様によれば、正弦波信号や余弦波信号をデジタル処理することなく、標示部と読取部とのギャップについて許容範囲内にあるか否かを容易に確認することができる。

【0056】

〔第２態様〕
第２態様は、第１態様の構成を備え、且つ、前記平均信号生成部が、前記正弦波信号に全波整流を施した全波整流信号と、前記余弦波信号に全波整流を施した全波整流信号とを重畳した重畳波信号を、前記平均相当電圧の信号として出力する、ことを特徴とする位置検出装置である。

【0057】

第２態様によれば、平均相当電圧として、ピークホールド回路によってホールドしたホールドピーク値を出力する構成に比べて、標示部と読取部との相対位置変化速度の不適による平均相当電圧の不適化を抑えることができる。

【符号の説明】

【0058】

１・・・磁気式エンコーダ装置（位置検出装置）、 ２・・・磁気スケール（標示部）、 １５・・・アブソリュートトラック（目盛り）、 ４０・・・演算処理部（演算部）、 ９２・・・第１全波整流処理部（平均信号生成部の一部）、 ９３・・・第２全波整流処理部（平均信号生成部の一部）、 ９５・・・（知覚信号出力部の一部）、 ９６・・・発光部（知覚信号出力部の一部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】