专利名称：位移传感器及位移的检测方法
技术领域：
本发明涉及检测机床头、工件、移载装置、输送台车等移动体的位移的位移传感器和位移的检测方法。
背景技术：
发明人开发了测量机床头、移载装置、输送装置、输送台车等的位移的位移传感器(专利文献I JP2003-139563A，专利文献2 JP2009-2660A)。在专利文献I中，在吸附输送装置等的轴上交替地设置磁性部和非反磁性部，将I个磁性部和I个非磁性部作为I个标识，沿轴设置多个标识。例如作为向由4个线圈构成的I次侧线圈输入的信号施加交流电流。求出来自与I次侧线圈并联地配置的例如4个2次侧线圈的输出信号与输入的交流电压的相位差时，相位差表示标识基准的位移。在专利文献2中，I次侧的线圈和2次侧的线圈没有区别，向由串联地连接的线圈构成的线圈阵列作为I次侧的信号施加交流电流，将线圈间的连接点的电位作为2次侧的信号。而且，同样地从I次侧与2次侧的信号的相位差求出标识基准的位移(移动体的位置)。专利文献2详细地说明了相位差的检测。交流电压的波形为sinon时，从线圈取出的信号为a · cos Θ · sin ω t和a · sin Θ .sincot这2组，Θ为相位差，用O
2π的范围表示相对于标识的相对位置。使a ^sinQ · sin ω t的信号的相位前进90度而成为a· sin Θ · cos ω t,并加上a · cos θ · sin ω t,此时，通过加法定理，得到信号a · sin( Θ + cot)。在输入信号sincot穿过O的时刻,重置计数器,在信号a · sin( Θ + cot)穿过0的时刻，闩锁(latch)计数器时,得到θ，Θ表示位移。信号a · sin( Θ+cot)先穿过O的情况下，求出之后直到信号sinon穿过O为止的时间差。以上，由于通过零相交(Ο-crossing)求出Θ，所以在输入的交流信号的I周期内仅能求出I次或2次位移。不使用零相交的情况下，为检测相位差，每I周期的检测次数被限制。单位时间求出位移的次数少，在机床头或工件的移动、物品的移载、输送装置、输送台车的控制等中，存在问题。在这些系统中，头的移动、输送装置的行驶等的伺服系统从位移传感器接受位移，基于与目标位移即成为目标的位置的误差，进行控制。因此，需要在短时间周期内求出位移，特别是，相比于与位移传感器侧的情况相匹配地定期地求出位移相比，更需要与伺服系统的控制周期相匹配地求出位移。现有技术文献专利文献LJP2OO3-I39563A专利文献2: JP2009-2660A
发明内容
本发明的课题在于，在从外部请求位移的输出时，能够没有因位移传感器侧的检测周期导致的延迟地输出位移。本发明的其他课题是能够更高速地尤其是没有计算所导致的延迟地输出位移。
本发明的位移传感器通过输入信号波形和输出信号波形的相位差检测位移，其特征在于，具有计时器，当传感器检测位移时，输出检测时刻；存储部，将至少过去两次的检测出的位移与检测时刻一起存储；运算部，从外部请求输出时，从至少过去两次的位移、检测时刻和请求输出的时亥IJ，将至少过去两次的位移向当前的位移外推并输出。
另外，本发明是根据输入信号波形和输出信号波形的相位差通过位移传感器检测位移的方法，其特征在于，当传感器检测位移时，通过计时器求出检测时刻，将至少过去两次的检测出的位移与检测时刻一起存储，从外部请求输出时，从至少过去两次的位移、检测时刻和请求输出的时刻，从至少过去两次的位移向当前的位移外推并输出。在通过输入信号波形和输出信号波形的相位差检测位移的位移传感器中，由于使用相位差，所以输入信号的每I周期仅能够检测例如I次位移。与之相对，在通过位移传感器的信号进行控制的外部的伺服系统等中，在与伺服系统内的控制周期相应的定时，当前位置是必须的，而且，控制周期一般比位移传感器的周期短。因此，不用缩短位移传感器的检测周期、或者在位移传感器内始终补偿当前位置，将从外部请求输出的情况作为触发，从过去两次的位移、检测时刻和请求输出的时刻，向当前的位移外推并输出。于是，对于来自外部的伺服系统的请求，能够实时地输出位移。另外，不需要缩短位移传感器内的检测周期，不用始终进行向当前位移的外推并在请求时进行输出，因此，外推也能通过简单的电路实现。优选的是，设过去两次的位移为Dp Dp1，设过去两次的检测时刻为V1，设请求输出的时刻为r，设当前的位移为Dr，所述运算部通过Dr = DJ(Di-DH) X (^ti) /
进计算。上述计算是简单的，能够高速地执行，并且与使用过去更长的范围内的数据的情况相比，没有因平均化导致的延迟。尤其优选的是，设运算部的计算延迟为τ，运算部将时刻r+ τ的位移作为所述当前的位移求出。这样，能够使计算延迟的影响实质地成为O。从外部的伺服系统等实施时，在时刻r请求位移，在时刻r+τ取得位移，能够取得与时刻r+τ的实际位移极其接近的数据。
图I是实施例的线性传感器及其周围的框图。图2是实施例的线性传感器的线圈阵列至信号处理部的框图。图3是实施例的线性传感器的运算部的框图。图4是表示实施例的线性传感器中的位置信号的外推的图。
具体实施例方式以下示出了用于实施本发明的最佳实施例。本发明的范围应基于权利请求书的记载并参考说明书的记载和本领域中的公知技术，根据本领域技术人员的理解来确定。
实施例图I 图4示出了实施例的线性传感器2。线性传感器2由线性传感器主体4和运算部6构成，用于检测外部的磁标识8基准的位移。10表示伺服系统，是机床头的驱动器、工件的驱动器、移载装置的驱动部、吸附输送装置的驱动部、输送台车的行驶控制部等。伺服系统10对线性传感器2在时刻r请求当前位置，由于存在延迟τ，所以在时刻r+τ收到当前位置W，并进行位置控制、速度控制等。在伺服系统10—侧，在每个内部的控制周期对当前位置和目标位置进行比较，以消除位置误差的方式产生速度指令等。因此，请求当前位置的时刻r根据伺服系统10 —侧的情况确定，而不根据线性传感器2 —侧的情况确定。磁标识8在这里沿轴9的长度方向交替地排列非磁性标识12和磁性标识13，用于检测轴9的位移。但是，也可以沿回转台等的圆周配置标识，或者也可以沿行驶轨道等配置标识。线性传感器主体4具有线圈阵列14和I次侧的交流电源18，用sinon表示交流电 源的输出电压波形。从线圈阵列14取出例如4个信号，将其中的两个信号输入运算放大器20，将另外两个信号输入运算放大器21。通过信号处理部22对来自运算放大器20、21的输出信号进行信号处理，由此求出标识基准的位移。图2示出了信号处理部22的结构。在线圈阵列14中，例如串联地连接4个I次侦_圈16，交流电源18输入频率为例如IOkHz 20kHz左右的交流电流。另外，交流电源18的输出成为O的定时，即成为οη=ηπ (η是自然数)的定时在信号处理部22中是重要的，在οη=η3 时输出重置信号。与I次侧线圈16并联地配置例如4个2次侧线圈17，将在I次侧线圈16中流动的电流所引起的感应电动势通过标识12、13进行调制，作为信号取出，并输入运算放大器20、21。从运算放大器20得到例如a · sin Θ .sincot的信号，并从运算放大器21得到a ^ose ^incot的信号。这里，I次侧线圈16和2次侧线圈17是分体的，但如专利文献2公开的那样，它们也可以用相同的线圈兼用。转换部23将a*sin0 · sin ω t的信号转换成a · sin Θ · coscot的信号。例如，转换部23由存储器形成的延迟电路构成，关于sinco t，延迟1/4周期量的信号，再使符号反转。不限于这样的方法，也可以将运算放大器20的信号乘以cot on。加法器24对a · cos Θ · sin ω 的信号和a · sin Θ · cos ω t的信号进行相加，通过加法定理,输出a · sin (ω t+ θ )的信号。也可以代替a · sin (ω t+ θ ),采用a · sin (ω t_ Θ )。时钟电路25产生时钟信号，计数器26计数时钟信号，通过来自交流电源18的重置信号重置计数值。而且，来自加法器24的信号在O的时刻闩锁。重置信号在Sinon=O时产生，闩锁信号在sin (ω t+Θ ) =0时广生，因此,它们之间的时差表不为θ, Θ是以标识为基准的位移。如以上那样，能够在交流信号的I个周期间，检测例如I次或2次位移。27表示计时器，对来自时钟电路25的时钟进行计数并求出时刻，通过来自加法器24的闩锁信号，闩锁计时器27内的输出缓冲的时刻。位移Θ是按每个标识12、13的组产生的数据，通过修正部29用标识的位置(补偿)修正Θ，从标识求出独立的位移D” 28是存储器，存储由位移Di和检测出第i个Θ的时点的时刻\构成的对。图3示出了运算部6的结构。31是传感器端口，是与线性传感器主体4的端口，32是伺服端口，是与伺服系统之间的端口。33是计算单元，34是存储器，存储从伺服系统一侧发出位移的输出请求的时刻r。35是存储器，至少存储过去两次的位移和时刻的成对的数据(Di, \)、(Di+ tg)。存储器36存储当前位置的计算所需的中间数据，具体来说存储(Di-Di-D / (H1)。从伺服系统一侧请求向伺服端口 32输出位移。存储器34从线性传感器主体的计时器始终取得当前时刻r，利用来自伺服端口 32的信号闩锁当前时刻r。传感器端口 31通过来自线性传感器主体的加法器的闩锁信号(零相交信号)，从线性传感器主体的存储器取得最新的位移及其检测时刻的对(Di, ，并存储到存储器35。存储器35是例如两组数据量的环形存储器(ring memory)，每发生零相交，就将旧数据置换成新数据。在存储器36中，存储计算单元33由存储器35的数据求出的中间数据。计算单元33通过Dr=Di+(Di-DiJ (r-tj)/求出时刻r的位移Dr,并将位移Dr从伺服端口 32输出。这样，伺服系统请求当前的位移时，通过计算单元33计算Dr，以延迟时间τ应答。计算所需的数据也可以根据情况从线性传感器主体取得，但在实施例中，预先存储在存储器35、36中，并缩短处理时间。特别是存储(Di-DiJ/(ti-tg)，使处理高速化。在计算单元33中，为计算当前的位移，需要例如一次乘算、一次加算。由此，产生微小的时间延迟τ。为解决该问题，在存储器34中，代替实际的时刻r，而存储r+τ，并代替时刻r的位移D,，而求出时刻r+τ的位移，并作为位移D,输出。另外，存储器35、36的数据的更新等在处理了来自伺服系统侧的位移请求之后的空闲时间执行。运算部6能够通过数字信号处理器、现场可编程门阵列或单片微处理器等实现。图4示出了实施例中的时刻和指示值(输出的当前的位移)。例如在时刻V1求出位移Dp1，在时刻\求出位移Dit5在时刻\和下一信号之间的时刻r请求当前的位移^时，外推时刻和时刻\的信号并作为位移^输出。如上所述，运算部6中的计算延迟成为问题的情况下，由于与计算延迟相当的时间τ大致恒定，所以代替当前的时刻r，而输出时刻r+τ的位移。在实施例中，外推过去两次的位移和时刻并求出了当前的位移。也可以代替地存储例如前三次的位移和时刻，通过二次曲线向当前的位移外推。例如从位移DpDifDp2和时刻tg、\_2通过二次曲线推定当前的位移时，进行如下处理。加速度a为(Di-DiJ/Ui-I^1)-(Dp1-Dp2)/。基于加速度的位移的变化量h为h=a/2 · (γ-1^)2。而且，如上所述，向通过一次函数外推的当前的位移的推定值加上基于加速度的修正h。在实施例中，说明了由磁标识和线圈的组合构成的线性传感器。但是，也可以代替地，将通过交流调制光强度而得到的激光信号作为I次侧信号，检测反射光的相位和I次侧的相位之间的相位差。另外，也可以通过正弦波调制超声波信号，检测I次侧的超声波信号和反射波的超声波信号之间的相位差。在实施例中，能够得到以下效果。(I)在伺服系统等的外部系统发出请求的时刻，能够没有由位移传感器的输入信号周期导致的延迟地输出当前的位移。(2)通过I次的计算求出当前的位移时，能够以微小的计算量迅速地求出当前的位移。(3)修正运算部的延迟τ时，用时刻r+τ置换时刻r，能够简单地修正计算延迟 的影响。附图标记的说明
2线性传感器4线性传感器主体 6运算部8磁标识9轴10伺服系统12非磁性标识 13磁性标识14线圈阵列161次侧线圈 172次侧线圈18交流电源20、21运算放大器 22信号处理部23转换部24加法器25时钟电路26计数器27计时器28存储器29修正部
31传感器端口32伺服端口33计算单元34 36 存储器
权利要求
1.一种位移传感器，是根据输入信号波形和输出信号波形之间的相位差来检测位移的传感器，其特征在于，具有 计时器，当传感器检测位移时，输出检测时刻； 存储部，将至少过去两次的检测出的位移与检测时刻一起存储； 运算部,从外部请求输出时,从至少过去两次的位移、检测时刻和请求输出的时刻,将至少过去两次的位移向当前的位移外推并输出。
2.如权利请求I所述的位移传感器，其特征在于，设过去两次的位移为DpDp1，设过去两次的检测时刻为，设请求输出的时刻为r，设当前的位移为化，所述运算部通过Dr=DJ(Di-DH) X (r-ti)/ (ti-tH)进行计算。
3.如权利请求2所述的位移传感器，其特征在于，设运算部的计算延迟为τ，运算部将时刻r+ τ的位移作为所述当前的位移求出。
4.一种位移检测方法，是根据输入信号波形和输出信号波形之间的相位差，通过位移传感器检测位移的方法，其特征在于， 当传感器检测位移时，通过计时器求出检测时刻， 将至少过去两次的检测出的位移与检测时刻一起存储， 从外部请求输出时，从至少过去两次的位移、检测时刻和请求输出的时刻,从至少过去两次的位移向当前的位移外推并输出。
全文摘要
从外部请求位移的输出时，没有因位移传感器侧的检测周期导致的延迟地输出位移。通过输入信号波形和输出信号波形之间的相位差检测位移。当传感器检测位移时，通过计时器求出检测时刻，将过去两次的检测出的位移与检测时刻一起存储。从外部请求输出时，从过去两次的位移、检测时刻和请求输出的时刻，从过去两次的位移向当前的位移外推并输出。
文档编号G01D5/244GK102822635SQ20118001622
公开日2012年12月12日 申请日期2011年2月4日 优先权日2010年4月12日
发明者清水哲也 申请人:村田机械株式会社