JPH07509566A - 一連の独特の性質を持つパルスパターンを用いる位置検出および検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、　前記可動要素上に設けた一連の独特のグループの信号を生成する前記手段 は、 一連の独特のグループに配列した、間隔をあけた放射状に延びる導電部と、電源 と回路負荷手段を備える回路と、 を備え、 前記回路は前記間隔をあけた放射状に延びろ導電部が前記可動要素上に設けた回 路部に接触するに従って交替に完成される、請求項２記載の発明。

４、　前記一連の独特のグループは、１つの放射状に延びる部分を備える第１グ ループと、続いて１つの空隙と、更に続いて間隔をあけた放射状に延びる２つの 導電部を含む第２グループを備える、請求項３記載の発明。

５、　前記固定部に設けた前記信号を検出する前記手段は、前記回路の電圧の変 動を検出するマイクロコントローラを備える、請求項３記載の発明。

６、シャフトを経由して入力する力学段に位置が依存するシステム要素の位置を 検出する装置であって、 前記シャフトに同軸に配置されかつそのシャフトに固定される環状部材と、面上 に配置され、前記回転シャフトに同軸に形成して連続的な導電路を定義する第１ 環状部と、 前記面上に配置され、前記第１環状部に同軸な導電路を形成する第２環状部と、 前記面上に設けられ、円周方向に間隔をあけて放射状に延びる導電部を備える第 ３環状部と、 ただし、前記第２および前記第３部は互いに導電するように配置されており、前 記第１環状部に電気的に導電接続して、前記第１環状部を接地ポテンシャルに接 続する第１接続部材と、 前記第２環状部材に導電接続して、前記第２環状部を電圧ポテンシャルに接続す る第２接続部材と、 前記第１環状部と前記第３環状部との間を滑りながら導電接続し、また前記シャ フトに駆動して接続する第３手段と、ただし、前記第３部分の各前記放射状に延 びる部分は互いに連続して配置され、前記連続して配置された放射状に延びる部 分が前記第３手段に接触して滑りながら導電接続するに従って前記電圧ポテンン ヤルに変動を生じるものであり、前記電圧ポテンシャルの前記変動を検出する手 段と、ただし、各前記放射状に延びる部分は、個々の回転位置に対応する一連の 独特のグループに配列されており、 個々の回転位置に対応する前記一連の独特のグループに対応するパターンで現れ る前記電圧ポテンシャルの変動を検出することにより、実際の位置を決定する手 段と、 前記電圧ポテンシャルの変動の発生を検出して、モータの方向に基づいて加えま たは引くことにより、最初の校正位置から変化した計算位置を計算する手段と、 実際の位置と前記計算位置とを比較することにより前記計算位置の誤差を検出し て、前記実際の位置と計算位置とが等しくない場合は、前記計算位置を前記実際 の位置に更新する手段と、 を備える装置。

７、　前記環状部材はセラミックで作られる、請求項８記載の発明。

８、　前記第１、第２、第３部分は金属打ち抜き加工である、請求項８記載の発 明。

９、　前記第１、第２、第３部分は化学的にエツチングした導電面を備える、請 求項８記載の発明。

１０、滑りながら導電接続する前記第３手段はブラシを備える、請求項８記載の 発明。

１１、前記シャフトの回転位置を決定する前記手段はマイクロプロセッサを備え る、請求項８記載の発明。

１２、前記第３部分の前記放射状に延びる部分をグループ化し、各一連のグルー プは増分する放射状に延びる部分を備えることにより、各グループはその前のグ ループから識別できるパルスのグループを特徴する請求項８記載の発明。

１３、前記第３部分の前記放射状に延びる部分は、１つの放射状に延びる部分を 含む第１グループと、続いて２つの放射状に延びる部分を含む第２グループを備 える、請求項８記載の発明。

１４、前記第３部分の前記放射状に延びる部分は１つの放射状に延びる部分を含 む第１グループと、続いて放射状に延びる部分を含む順次のグループを含み、各 順次のグループは追加の放射状に延びる部分を含む、請求項８記載の発明。

明　細　書 一連の独特の性質を持つパルスパターンを用いる位置検出および検査装置本発明 は位置検出装置に関し、より詳しくは、独特のパルスパターンを用いて個々の位 置検出を定義しまた連続的に検査するための位置検出装置に関する。

従来の技術 多くの制御の応用において、システムの可動部の位置を知る必要がある。このた めにいくつかの方法が用いられている。第１のグループは、任意の所定の点にお けるシステムの絶対位置を示す方法である。一般にこれらのセンサは、ポテンシ オメータを用いて特定の位置に対応する抵抗値を与える。この型のシステムの利 点は、システムの校正を行うなどの、参照による損失がないことである。第２の グループの位置センサは本来相対的である。このシステムはゼロ点すなわち校正 点を持ち、システムがこの校正点から動くに従ってパルスを発生する。システム の位置は、システムがゼロ位置から動くに従って現れるすなわち発生するパルス を加えまたは引くことにより決定される。一般にこれらのパルスは、ホール効果 センサや光学センサや開閉スイッチを用いて発生させる。このシステムは簡単と いう点で絶対値のセンサより優れている。その欠点は、パルスを数える方向を間 違えた場合は、システムは指示された位置と正しく対応しないことである。別の 欠点は、記憶した位置が正しくない場合は、システムは連続的に誤差を訂正する 自己校正手段を持たないことである。

発明の概要 本発明は、３つの導電パターンを設けた固定ディスクから発生する信号パターン を用いて、位置を検出する装置を含む。第１および第２パターンは互いに同軸の 環状の導電路であり、第３パターンは第２パターンに電気的に接続して放射状に 延びる導電部から成る。位置を決定しようとする回転部材にブラシを設けて第１ および第３パターンに接触させる。このようにして、放射状に延びる導電部にブ ラシが回転しながら接触すると、変動する電気信号が発生する。従って、この変 動は第３パターン上に形成されるパターンと相関を持つ。ブラシが基準位置から 回転するに従って、モータの方向に基づいてマイクロプロセッサにより信号を加 えるかまたは引く。前記第３パターンの一連の放射状に延びる導電部をサブグル ープに配列し、個々の位置に対応する独特のシグネチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ） を与える。

回転が始まると記憶している位置を更新し、十分回転してサブグループを同定し た後、比較を行って誤差があるかどうかを検出する。誤差がない場合はパルスを 加えまたは引いて引き続き位置を更新する。誤差を検出した場合は、新しいサブ グループとそのパルス位置を、正しい位置の値として採用する。

本発明のこれらの態様は、図面に示す実施態様の以下の詳細な説明を参照すれば 容易に明らかになる。

図面の簡単な説明 第１図は、回転シャフトの位置を決定するのに用いられるセンサの平面図である 。

第２図は、回転シャフトの位置を決定するのに用いられるセンサの側面図である 。

第３図は、第１図のディスクの回転により生成されるパルスのパターンである。

第４図は、本発明の動作の流れ図である。

望ましい実施態様の詳細な説明 第１図および第２図に示す本発明の望ましい実施態様は、可動要素すなわち回転 シャフト１２に対して固定された、一般に放射状に延びる面１１として形成され るセンサｌＯを倫える。面１１は、その上に形成される第１および第２パターン １３．１４を持つ。第１パターン１３は面１１の環状の導電部である。第２の同 軸の環状のパターン１４は、環状の第１部分１５と、放射状に延び、一連の放射 状に延びる部分の間に第１空隙を持つ導電部のパターンを含む第２部分１６を備 える。放射状に延びる導電部は、第２空隙により分離される一連の独特のサブグ ループを形成する。一連の独特のシグネチャを形成する各サブグループは、放射 状に延びる部分が増分することにより一般に識別される。これらのグループは、 第３図に示すようにサブグループと主グループに分かれる。放射状に延びる面ｌ ■は、高い絶縁耐力を持つ絶縁材料で作ることが望ましい。各パターンは導電皮 膜を形成する。導電皮膜はシルクスクリーンや、転写（ｄｅｃａｌｃｏｍａｎｉ ａ）の既知の方法や、金属打ち抜き加工や、化学的エツチングの既知の方法など を用いて設ける。

当業者が一般にはんだ付は接続と呼ぶ第１接続２０は、第１パターン１３に電気 的に接続してシステムを接地する。第２接続２２は第２パターン１４の環状部１ ５を、抵抗器Ｒ２４を通して１２ボルト電源に接続する。Ｒ２４は既知の回路負 荷である。低域フィルタｌｌｌを設けて、はね上がりやごみに起因するブラシの 接触不良のために生じる望ましくない信号のひずみを除去する。マイクロプロセ ッサ２６は、各回路の点Ａでの電圧変動を監視する。ブラシ２８をビン３２によ り回転ディスク３０に接続し、パターン１４の部分１６とパターン１３の間の電 気的接続を保つ。ブラシ２８は、当業者によく知られている従来のすべり整流子 ブラシである。このようなシステムを用いて、第３図に示す信号パターンを発生 することができる。この信号パターンは第１信号３４と位置的に対応する位置（ ｆｏｃｕｓ）　３１で示す基準すなわち校正位置を持ち、第１信号３４から間隔 をあけてサブグループ３６を構成する対の信号が続き、また間隔をあけてサブグ ループ３７を構成する一連の３信号の集合が続き、また間隔をあけてサブグルー プ３８を構成する信号の第４集合が続く。各サブグループの位置は、前記可動要 素の独特の位置に対応するように記録される。信号３４とサブグループ３６．３ ７．３８は全体で主グループ１１２を構成し、主グループ１１２は面ＩＩの円周 に沿って繰り返してもよいし、または連続する１つ前のサブグループから識別で きる増分信号をそれぞれ持つ独特のサブグループを含む、単独の主グループとし て発生してもよい。各一連のサブグループは、電圧変動の個々のグループを示す 独特のソグネチャを持つ信号を生成し、各信号は回転する変位の特定の位置と相 関を持つ。このような信号パターンは、面１１に形成されるパターン上をディス ク３０のブラシ２８が動くに従って、電圧変動として生成される。

本発明の望ましい実施態様により発生する信号パターンを用いて、計算位置と実 際の位置とを比較することにより、回転可能なシャフトの計算位置の精度を継続 して検査することができる。シャフトが基準位置３１から回転するに従って検出 する信号または空隙を数え、校正位置に信号または空隙を加えるかまたは引くこ とにより、計算位置を決定することができる。加えるか引くかの決定は、モータ の回転方向を示す信号に基づく。パルスの各一連のサブグループは、その中のパ ルス数から成る独特のシグネチャを持つ。計算位置が実際の位置と合わない場シ ステムの最初の校正は既知の位置を決めることにより行う。この位置は自動車の 窓をシールに逆らって閉めた位置であってよい。このような位置を、第４図の４ １０で校正位置と呼ぶ。この位置から動くに従ってパルスが発生し、これを数え て、段階４１２で加えるかまたは引く。加えるか引くかは、モータの方向によっ て決定する。段階４！４で、記憶している信号シーケンス情報と比較することに よりサブグループを同定すると、段階４１６で、段階４１２で決定した計算位置 と個々の同定したサブグループの実際の位置とを比較する。計算位置と実際の位 置とが同じであれば、誤差の訂正を行わずに、計算位置を正しいとする。同じで なければ、段階４２０で位置を訂正し、実際の位置を採用する。またこのシステ ムは、信号グループが発生する順序によりモータの方向を確認することができる 。すなわち、信号グループを所定のシーケンスで検出すると、このシーケンスか ら方向が分かる。最後に、システムが信号を発生するに従って信号の周期を測定 することにより、システムの速度を決定することができる。本発明の望ましい実 施態様は、モトローラ６８ＨＣ０５Ｐ７マイクロコントローラを組み込んでいる 。第４図の流れ図を機械語でプログラムすれば、本発明はシステムの要素の回転 位置を監視することのできる、安価で信頼性の高いセンサを提供する。

上の説明と図面に示す特定の詳細は例示的なものであって、本発明の教示から逸 れることなく変更できることは、当業者によく理解できる。上に説明した本発明 の各種の変形は当業者には明らかである。本発明の教示に基づく全ての変形は本 発明の精神と範囲内にあるものである。

補正書の写しく翻訳文）提出書（罷ｔＵＲ１Ｂ４４（ｒ）８）平成　７年　２月 　２　日ノ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．固定部と位置が変化する可動要素を持つシステムの可動要素の位置を検出す る装置であって、 前記可動要素上に設けられる一連の独特のグループの信号を生成する手段と、た だし、前記一連の独特のグループの各前記信号は一連の信号から第１空隙だけ離 れており、 前記グループは互いに離れて第２空隙だけ分離しており、前記グループの前記可 動要素の独特の位置に対応する位置は記録されているものであり、 前記固定部に設けた前記信号を検出する手段と、前記可動要素の位置が前記固定 部に対して変化するに従って検出される信号を数えることにより前記システム要 素の位置の最初の位置からの変化を計算し、かつ校正位置から始まるモータの方 向に基づいて前記信号を加えまたは引いて計算位置を決定する手段と、 前記計算位置と前記信号を検出する手段が検出した実際の位置とを比較すること により前記計算位置の誤差を検出する手段と、前記実際の位置と前記計算位置と が等しくない場合は、前記計算位置を前記実際の位置に更新する手段と、 を備える装置。
2. ２．前記可動要素は第１の放射状に延びる部材に駆動して係合する回転シャフト を備え、前記固定部は第２の放射状に延びる部材を備える、請求項１記載の発明 。
3. ３．前記可動要素上に設けた一連の独特のグルーブの信号を生成する前記手段は 、 一連の独特のグループに配列した、間隔をあけた放射状に延びる導電部と、電源 と回路負荷手段を備える回路と、 を備え、 前記回路は前記間隔をあけた放射状に延びろ導電部が前記可動要素上に設けた回 路部に接触するに従って交替に完成される、請求項２記載の発明。
4. ４．前記一連の独特のグループは、１つの放射状に延びる部分を備える第１グル ープと、続いて１つの空隙と、更に続いて間隔をあけた放射状に延びる２つの導 電部を含む第２グループを備える、請求項３記載の発明。
5. ５．前記固定部に設けた前記信号を検出する前記手段は、前記回路の電圧の変動 を検出するマイクロコントローラを備える、請求項３記載の発明。
6. ６．シャフトを経由して入力する力手段に位置が依存するシステム要素の位置を 検出する装置であって、 前記シャフトに同軸に配置されかつそのシャフトに固定される環状部材と、面上 に配置され、前記回転シャフトに同軸に形成して連続的な導電路を定義する第１ 環状部と、 前記面上に配置され、前記第１環状部に同軸な導電路を形成する第２環状部と、 前記面上に設けられ、円周方向に間隔をあけて放射状に延びる導電部を備える第 ３環状部と、 ただし、前記第２および前記第３部は互いに導電するように配置されており、前 記第１環状部に電気的に導電接続して、前記第１環状部を接地ポテンシャルに接 続する第１接続部材と、 前記第２環状部材に導電接続して、前記第２環状部を電圧ポテンシャルに接続す る第２接続部材と、 前記第１環状部と前記第３環状部との間を滑りながら導電接続し、また前記シャ フトに駆動して接続する第３手段と、ただし、前記第３部分の各前記放射状に延 びる部分は互いに連続して配置され、前記連続して配置された放射状に延びる部 分が前記第３手段に接触して滑りながら導電接続するに従って前記電圧ポテンシ ャルに変動を生じるものであり、前記電圧ポテンシャルの前記変動を検出する手 段と、ただし、各前記放射状に延びる部分は、個々の回転位置に対応する一連の 独特のグループに配列されており、 個々の回転位置に対応する前記一連の独特のグループに対応するパターンで現れ る前記電圧ポテンシャルの変動を検出することにより、実際の位置を決定する手 段と、 前記電圧ポテンシャルの変動の発生を検出して、モータの方向に基づいて加えま たは引くことにより、最初の校正位置から変化した計算位置を計算する手段と、 実際の位置と前記計算位置とを比較することにより前記計算位置の誤差を検出し て、前記実際の位置と計算位置とが等しくない場合は、前記計算位置を前記実際 の位置に更新する手段と、 を備える装置。
7. ７．前記環状部材はセラミックで作られる、請求項８記載の発明。
8. ８．前記第１、第２、第３部分は金属打ち抜き加工である、請求項８記載の発明 。
9. ９．前記第１、第２、第３部分は化学的にエッチングした導電面を備える、請求 項８記載の発明。
10. １０．滑りながら導電接続する前記第３手段はブラシを備える、請求項８記載の 発明。
11. １１．前記シャフトの回転位置を決定する前記手段はマイクロプロセッサを備え る、請求項８記載の発明。
12. １２．前記第３部分の前記放射状に延びる部分をグループ化し、各一連のグルー プは増分する放射状に延びる部分を備えることにより、各グループはその前のグ ループから識別できるパルスのグループを生成する、請求項８記載の発明。
13. １３．前記第３部分の前記放射状に延びる部分は、１つの放射状に延びる部分を 含む第１グループと、続いて２つの放射状に延びる部分を含む第２グルーブを備 える、請求項８記載の発明。
14. １４．前記第３部分の前記放射状に延びる部分は１つの放射状に延びる部分を含 む第１グループと、続いて放射状に延びる部分を含む順次のグルーブを含み、各 順次のグループは追加の放射状に延びる部分を含む、請求項８記載の発明。