JP2000088607A - Flashing type dimension measuring apparatus using optical scale - Google Patents

Flashing type dimension measuring apparatus using optical scale

Info

Publication number
JP2000088607A
JP2000088607A JP10257828A JP25782898A JP2000088607A JP 2000088607 A JP2000088607 A JP 2000088607A JP 10257828 A JP10257828 A JP 10257828A JP 25782898 A JP25782898 A JP 25782898A JP 2000088607 A JP2000088607 A JP 2000088607A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grating
moving
movement
lighting
scale
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10257828A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Fujita
宏夫 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Citizen Watch Co Ltd filed Critical Citizen Watch Co Ltd
Priority to JP10257828A priority Critical patent/JP2000088607A/en
Publication of JP2000088607A publication Critical patent/JP2000088607A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the measuring resolution fine by taking the sum of a travel distance equal to an integer multiple of a grating pitch detected by a grating moving counter and a travel distance less than a pitch detected by a grating stop position detector for the travel distance. SOLUTION: A flashing controller 13 blinks a light source 10 at fixed time intervals to intermittently illuminate a grating. A lighting pulse counter 15 detects and stores the light pulse number during moving of the grating by a pitch length in a specified section, and a lighting pulse counter 16 detects and stores a fist lighting pulse number from the grating stop position to a next grating reference position and a second lighting pulse number from a grating reference position just before stopping to a stop position. A grating stop position detector 17 compares both lighting pulse numbers to obtain a grating stop position and a travel distance less than one grating pitch length. A grating moving counter 19 counts up-/down of the moving unit number according to the moving direction to obtain the travel distance equal to an integer multiple of the grating pitch length, and, from the sum of both, the travel distance of a moving scale 11 is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光学スケールを用い
た触針式の寸法測定装置において、サブミクロン領域の
測定分解能を実現するための装置構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a configuration of a stylus type dimension measuring apparatus using an optical scale for realizing a measuring resolution in a submicron region.

【0002】[0002]

【従来の技術】精密部材などの生産ラインでは、被加工
物の寸法、形状などをその場でミクロンメートル領域の
精度で測定するニーズが強く、サブミクロン(〜0.1
μm)の分解能をもつ測定器が必要である。簡易的な測
定器として、従来はリニアー格子(直線状の微細な格子
パターン)を触針に取り付けて移動させ、触針の動きを
光学的に読みとる方式の寸法測定器が多く用いられてい
る。この測定器は格子に光を照射し、触針の移動に伴っ
て変化する光強度信号を検出して各種の信号処理を行
い、格子の移動距離から寸法を測定する構成である。そ
のため、上記の寸法測定器はサブミクロンの分解能を実
現する技術が重要になってくる。
2. Description of the Related Art In production lines for precision parts and the like, there is a strong need to measure the dimensions and shapes of workpieces on the spot with an accuracy in the micrometer range, and there is a strong demand for submicron (up to 0.1).
A measuring instrument having a resolution of (μm) is required. Conventionally, as a simple measuring device, a dimension measuring device of a system in which a linear grid (a fine linear grid pattern) is attached to a stylus and moved, and the movement of the stylus is optically read, is often used. This measuring device irradiates the grating with light, detects a light intensity signal that changes with the movement of the stylus, performs various kinds of signal processing, and measures dimensions from the moving distance of the grating. For this reason, the technology for realizing a submicron resolution becomes important for the above dimension measuring device.

【0003】図5に光学スケールを用いた従来の寸法測
定装置の構成例を示して測定動作を説明する。白色ラン
プ、発光ダイオード(LED)などの光源50から放射
された光はコリメートレンズ51を介し、移動スケール
52を照明する。移動スケール52は触針(図示せず)
の動きに伴って矢印で示すA方向、B方向に移動し、そ
の移動距離を検出して寸法を計測する。移動スケール5
2は二値の光透過強度分布をもつリニアー格子がガラス
基板上に形成されており、光を透過しない黒パターン部
の格子幅と光を透過する白パターン部の隙間幅が共にa
/2で、格子の1ピッチ長がaである。通常の格子1ピ
ッチ長は10μm程度で、長さaが寸法測定の基準目盛
りとなる。
FIG. 5 shows a configuration example of a conventional dimension measuring apparatus using an optical scale, and the measuring operation will be described. Light emitted from a light source 50 such as a white lamp or a light emitting diode (LED) illuminates a moving scale 52 via a collimating lens 51. The moving scale 52 is a stylus (not shown)
Moves in the directions A and B indicated by the arrows with the movement of the arrow, and measures the distance by detecting the movement distance. Moving scale 5
Reference numeral 2 denotes that a linear grating having a binary light transmission intensity distribution is formed on a glass substrate, and both the grating width of the black pattern portion that does not transmit light and the gap width of the white pattern portion that transmits light are a.
/ 2, one pitch length of the grating is a. A normal pitch length of one grating is about 10 μm, and the length a is a reference scale for dimension measurement.

【0004】移動スケール52の後方に、固定して移動
させない2個の固定スケール53、54を設ける。固定
スケール53、54は一つのガラス基板上の異なる位置
に個別に形成され、各々の格子形状は移動格子52の格
子形状と等しく、格子幅と隙間幅は共にa/2で、格子
1ピッチ長もaである。このとき、固定スケール53と
54の格子は互いにa/4だけ位置をずらして、位相差
がπ/2になるように格子位置を設定する。固定スケー
ル53、54の後方には2個の受光器535と545を
設置し、移動格子52と固定格子53、54を透過した
光強度を個別に検出して二つの透過光信号55、56を
出力する。以上の構成では、光源50は連続点灯して格
子を照明しており、時間的に連続な光透過光信号を検出
する。
[0004] Behind the movable scale 52, there are provided two fixed scales 53 and 54 which are fixed and do not move. The fixed scales 53 and 54 are individually formed at different positions on one glass substrate, each grid shape is equal to the grid shape of the moving grid 52, the grid width and the gap width are both a / 2, and the grid pitch length is one. Is also a. At this time, the positions of the gratings of the fixed scales 53 and 54 are shifted from each other by a / 4, and the grating positions are set so that the phase difference becomes π / 2. Two light receivers 535 and 545 are installed behind the fixed scales 53 and 54, and the light intensity transmitted through the moving grating 52 and the fixed gratings 53 and 54 are individually detected to generate two transmitted light signals 55 and 56. Output. In the above configuration, the light source 50 is continuously lit to illuminate the grid, and detects a temporally continuous light transmitted light signal.

【0005】二つの透過光信号(2相信号)55と56
は、移動スケール52の移動に応じて各々の光強度が正
弦波状に変化する信号で、固定スケール53、54の相
互の位相がπ/2異なるため、信号55と56の位相も
π/2異なっている。この位相の異なる2相信号を信号
処理部57で演算処理し、移動スケール52の移動方向
と移動した距離を検出して寸法を測定する。寸法測定の
分解能は格子1ピッチ長a以下の移動距離の検出精度で
決まる。そこで、高分解能測定のためには、格子の1ピ
ッチ間を細かく分割して格子の停止位置を検出すること
が重要である。例えば、a=10μmの場合に0.1μ
mという分解能を実現するには、格子1ピッチ間を10
0分割して格子の停止位置を検出する必要がある。
Two transmitted light signals (two-phase signals) 55 and 56
Is a signal whose light intensity changes sinusoidally in accordance with the movement of the moving scale 52. Since the phases of the fixed scales 53 and 54 differ by π / 2, the phases of the signals 55 and 56 also differ by π / 2. ing. The signal processing unit 57 performs arithmetic processing on the two-phase signals having different phases, and detects a moving direction and a moving distance of the moving scale 52 to measure a dimension. The resolution of the dimension measurement is determined by the detection accuracy of the movement distance of one pitch length a or less of the grating. Therefore, for high-resolution measurement, it is important to finely divide one pitch of the grating to detect the stopping position of the grating. For example, when a = 10 μm, 0.1 μm
In order to achieve a resolution of m
It is necessary to detect the stop position of the grid by dividing it by zero.

【0006】図6に上記の方法で検出された光強度信号
の例を示して、従来の信号処理方法を説明する。位相が
π/2シフトした正弦波信号60、61は移動スケール
52と固定スケール53、54を透過して得られた2相
信号で、各々をA相信号、B相信号とする。ここで、A
相信号60とB相信号61の位相の進み遅れの関係を検
出して、移動スケール52の矢印で示す移動方向を判定
する。図の例はA相信号60の位相が進んでいる場合
で、例えば移動スケール52が矢印で示すA方向に移動
していると判定する。反対方向に移動すればA相信号6
0とB相信号61の位相関係が反転し、矢印で示すB方
向に移動していると判定する。この移動方向に応じて、
移動スケール52の格子の移動個数をアップ/ダウン型
のカウンター回路で検出する。この場合、例えばA相信
号60の1周期で1パルスを発生させて格子の移動個数
を計測すると、移動個数から格子1ピッチ長aの整数倍
の移動距離が検出できる。
FIG. 6 shows an example of a light intensity signal detected by the above method, and a conventional signal processing method will be described. The sine wave signals 60 and 61 whose phases have been shifted by π / 2 are two-phase signals obtained by passing through the moving scale 52 and the fixed scales 53 and 54, and are defined as A-phase signals and B-phase signals, respectively. Where A
The movement direction of the movement scale 52 indicated by the arrow is determined by detecting the relationship between the leading and lagging phases of the phase signal 60 and the B-phase signal 61. In the example of the figure, the phase of the A-phase signal 60 is advanced, and for example, it is determined that the moving scale 52 is moving in the A direction indicated by the arrow. If it moves in the opposite direction, A-phase signal 6
It is determined that the phase relationship between 0 and the B-phase signal 61 is inverted, and the signal is moving in the B direction indicated by the arrow. According to this moving direction,
The number of moving grids of the moving scale 52 is detected by an up / down type counter circuit. In this case, for example, if one pulse is generated in one cycle of the A-phase signal 60 and the number of movements of the grating is measured, a movement distance that is an integral multiple of the pitch length a of the grating can be detected from the number of movements.

【0007】格子1ピッチ長aを分割するのに、正弦波
信号の位相を検出する方法が用いられる。しかし、1個
の正弦波信号で見たとき、特定の強度に対して2つの位
相状態が存在するため、強度だけからは位相が直接に検
出できない。位相を区別して検出するためには、予め位
相象限(1〜4)を検出しておく必要がある。図6の表
63に2相信号の強度符号と位相象限の関係を示す。A
相信号60の位相がB相信号61の位相よりも進んでい
る場合は、例えば、A相信号60の強度が正でB相信号
61の強度が負の場合に、位相は第2象限(π/2〜
π)にあると判定できる。位相象限が決まれば正弦波強
度と位相が直接に対応するため、A相信号60の強度を
規格化演算し、三角関数テーブルで参照して位相を決定
する。このようにして、正弦波信号の位相から格子の1
ピッチ間を細かく分割して格子の1ピッチ長以下の移動
距離を検出し、格子1ピッチ長さの整数倍の移動距離と
の和から寸法を測定する。
A method of detecting the phase of a sine wave signal is used to divide one pitch length a of the grating. However, when viewed with a single sine wave signal, there are two phase states for a particular intensity, so that the phase cannot be directly detected from the intensity alone. It is necessary to detect the phase quadrants (1 to 4) in advance in order to detect the phases in a distinguished manner. Table 63 in FIG. 6 shows the relationship between the intensity code of the two-phase signal and the phase quadrant. A
When the phase of the phase signal 60 is ahead of the phase of the B-phase signal 61, for example, when the intensity of the A-phase signal 60 is positive and the intensity of the B-phase signal 61 is negative, the phase becomes the second quadrant (π / 2
π). When the phase quadrant is determined, the sine wave intensity directly corresponds to the phase. Therefore, the intensity of the A-phase signal 60 is normalized, and the phase is determined by referring to a trigonometric function table. In this way, the phase of the grating is calculated from the phase of the sine wave signal.
The distance between the pitches is finely divided to detect a moving distance of one pitch length or less of the grating, and the dimension is measured from the sum of the moving distance and an integral multiple of one grating pitch length.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】光学スケールを用いた
寸法測定において、測定分解能を決める最大の要因は格
子の1ピッチ間を分割して格子の停止位置を検出する精
度である。格子1ピッチ間を細かく分割して検出するほ
ど格子1ピッチ長以下の移動距離を精密に測定できて分
解能が向上する。従来の測定器は、格子が停止している
位置の正弦波の強度を位相に変換して格子の1ピッチ長
以下の移動距離を検出していたが、正弦波信号の強度か
らは直接に位相が検出できないため、以下に示す複雑な
処理が必要であった。正弦波信号の場合は一つの強度値
に対して2つの異なる位相が対応するため、位相がどの
位相象限(1〜4)にあるかを予め決定しておいてから
位相を検出する必要があった。そのために、位相の異な
る2相の正弦波信号の振幅を共に±1に規格化して格子
停止位置の規格化信号の強度の符号を判定し、位相象限
を決定した後に位相を検出していた。位相検出では、規
格化強度を位相に変換するときに参照用の三角関数テー
ブルが必要であり、位相決定のためのハードウエアーと
ソフトウエアーが複雑になるという問題がある。
In dimensional measurement using an optical scale, the greatest factor that determines the measurement resolution is the accuracy with which one grating pitch is divided to detect the stop position of the grating. The more finely divided one pitch of the grating is detected, the more accurately the moving distance of one grating length or less can be measured and the resolution is improved. The conventional measuring device converts the intensity of the sine wave at the position where the grating is stopped into a phase and detects the moving distance of one pitch length or less of the grating, but the phase is directly calculated from the intensity of the sine wave signal. However, the following complicated processing was required because of no detection. In the case of a sine wave signal, since two different phases correspond to one intensity value, it is necessary to determine in advance which phase quadrant (1 to 4) the phase is in before detecting the phase. Was. For this purpose, the amplitudes of the two-phase sine wave signals having different phases are both normalized to ± 1, the sign of the intensity of the normalized signal at the grating stop position is determined, and the phase is detected after the phase quadrant is determined. In the phase detection, a trigonometric function table for reference is required when converting the normalized intensity into a phase, and there is a problem that hardware and software for determining the phase are complicated.

【0009】格子の1ピッチ長が10μmの場合、0.
1μmの分解能を実現するには正弦波信号の位相を約3
度の誤差内で測定することが必要で、そのためには正弦
波の強度値を1%以内の誤差で検出しなければならな
い。すなわち、寸法測定の分解能は信号強度の検出精度
に依存するため、高分解能な光検出回路を用いて正弦波
信号を精密に検出しなければならない。また、格子を作
成するときの透過率分布に変動があると、格子を透過し
た光強度は変動するため、位相検出に誤差が生じる。さ
らには、検出した光強度信号が理想的な正弦波から変調
されている場合、位相に変換するときの誤差が発生し、
寸法測定精度が低下するという問題点もある。上記の諸
課題を解決するため、本発明は光強度情報から位相を検
出することなく、時間的に離散化した光強度信号の個数
情報から格子1ピッチ長以下の移動距離を検出し、サブ
ミクロンの測定分解能を実現することを目的とする。
When one pitch length of the grating is 10 μm, the pitch is 0.1 mm.
To realize a resolution of 1 μm, the phase of the sine wave signal should be about 3
It is necessary to measure within a degree error, for which the intensity value of the sine wave must be detected with an error within 1%. That is, since the resolution of the dimension measurement depends on the detection accuracy of the signal intensity, the sine wave signal must be accurately detected using a high-resolution photodetector circuit. In addition, if the transmittance distribution at the time of forming the grating fluctuates, the light intensity transmitted through the grating fluctuates, causing an error in phase detection. Furthermore, if the detected light intensity signal is modulated from an ideal sine wave, an error occurs when converting to a phase,
There is also a problem that the dimension measurement accuracy is reduced. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention detects a moving distance equal to or less than one pitch length of a grating from information on the number of time-discrete light intensity signals without detecting a phase from the light intensity information. It is intended to realize a measurement resolution of.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明による光学スケールを用いたフラッシング式
寸法測定装置は、以下の構成をなす。触針と共に移動す
る一定のピッチと形状を有する格子が形成された移動ス
ケールと該移動スケールの格子と同一のピッチと形状を
有して移動スケールの近傍に固定して設置された固定ス
ケールとからなる光学スケールと、前記光学スケールの
格子を照明する光源から構成され、前記触針の移動に伴
って変化する前記格子を透過した透過光強度を検出して
寸法を測定する光学スケールを用いた寸法測定装置にお
いて、点灯と非点灯の高速スイッチングが可能な光源
と、前記光源の点灯と非点灯を一定の周波数で繰り返し
制御するフラッシング制御部と、前記光源が点灯してい
るときに同期して前記格子からの透過光を検出して複数
の光強度信号を発生する光信号検出部と、該光信号検出
部で作成した光強度信号の位相の進みと遅れの関係から
前記移動スケールが移動する方向を検出する移動方向判
定部と、前記光強度信号から格子の移動方向に応じて格
子の移動個数を計数する格子移動カウント部と、前記移
動スケールが移動している最中で格子が1ピッチを移動
する間に前記光源が点灯した回数である第1の点灯パル
ス数を検出して移動開始点と移動停止点の近傍の特定の
区間での前記点灯パルス数を記憶する第1の点灯パルス
計数部と、前記移動スケールの移動開始点から次の格子
位置までの移動期間と移動停止点の直前の格子位置から
移動停止点までの移動期間の各々について格子の1ピッ
チ長以下の距離を移動する間に前記光源が点灯した回数
である第2の点灯パルス数を検出して記憶する第2の点
灯パルス計数部と、前記第1の点灯パルス数と第2の点
灯パルス数を比較して前記移動スケールの移動開始点と
次の格子位置との間の距離と移動停止点の直前の格子位
置と移動停止点との間の距離を測定する格子停止位置検
出部とを設け、前記格子移動カウント部で検出した格子
1ピッチ長の整数倍の移動距離と前記格子停止位置検出
部で検出した格子1ピッチ長以下の移動距離との和から
前記移動スケールの移動距離を検出して寸法を測定す
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a flushing type dimension measuring apparatus using an optical scale according to the present invention has the following arrangement. From a moving scale on which a grid having a constant pitch and shape that moves with the stylus is formed, and a fixed scale fixed and installed near the moving scale with the same pitch and shape as the grid of the moving scale An optical scale comprising a light source that illuminates a grating of the optical scale, and a size using an optical scale that measures the size by detecting the intensity of transmitted light transmitted through the grating that changes with the movement of the stylus. In the measurement device, a light source capable of high-speed switching of lighting and non-lighting, a flashing control unit that repeatedly controls lighting and non-lighting of the light source at a constant frequency, and the light source is synchronized when the light source is turned on. An optical signal detector that detects transmitted light from the grating to generate a plurality of light intensity signals; and A moving direction determining unit that detects a direction in which the moving scale moves; a grid moving counting unit that counts the number of grid movements according to the moving direction of the grid from the light intensity signal; and The first lighting pulse number, which is the number of times the light source is turned on while the grating moves one pitch, is detected, and the lighting pulse number in a specific section near the movement start point and the movement stop point is stored. A first lighting pulse counting unit, and one pitch length of the grid for each of a moving period from the moving start point of the moving scale to the next grid position and a moving period from the grid position immediately before the moving stop point to the moving stop point. A second lighting pulse counting unit for detecting and storing a second lighting pulse number which is the number of times the light source is turned on while moving the following distance; and a first lighting pulse number and a second lighting pulse. Compare the numbers A grid stop position detection unit that measures a distance between a movement start point of the moving scale and a next grid position and a distance between a grid position immediately before the movement stop point and a movement stop point; The dimension is measured by detecting the moving distance of the moving scale from the sum of the moving distance that is an integral multiple of the pitch length of the grating detected by the counting unit and the moving distance that is equal to or less than the pitch length of the grid detected by the grid stop position detecting unit. I do.

【0011】さらには、格子停止位置検出部は前記第1
の点灯パルス計数部で検出して記憶した第1の点灯パル
ス数の変化を演算して前記移動スケールが移動を開始し
た近傍と移動を停止した近傍の各々について前記移動ス
ケールの移動速度を判定して前記二つの区間で格子が1
ピッチを移動する期間に点灯する基準点灯パルス数を算
出すると共に、前記第2の点灯パルス計数部で検出して
記憶した第2の点灯パルス数と前記基準点灯パルス数と
の割合を算出して格子の1ピッチ長以下の移動距離を測
定する。また、前記固定スケールが位相の異なる2組の
固定格子からなる場合、前記光信号検出部で作成した2
相の光強度信号の強度差である差分強度信号を作成する
差分強度信号作成部を設け、前記差分強度信号のピーク
強度位置を格子の基準位置とし、前記格子移動カウント
部では前記格子基準位置から格子1ピッチの整数倍の移
動個数を計数すると共に、前記格子基準位置を前記第1
の点灯パルス数と第2の点灯パルス数の検出の基準位置
とする。
Further, the lattice stop position detecting section is provided with the first stop.
Calculate the change in the number of the first lighting pulses detected and stored by the lighting pulse counting section to determine the moving speed of the moving scale in each of the vicinity where the moving scale starts moving and the vicinity where the moving scale stops moving. The grid is 1 in the two sections
While calculating the number of reference lighting pulses to be lighted during the period in which the pitch is moved, calculating the ratio between the number of second lighting pulses detected and stored by the second lighting pulse counter and the number of reference lighting pulses. The movement distance of the grating of one pitch length or less is measured. When the fixed scale is composed of two sets of fixed gratings having different phases, the fixed scale generated by the optical signal detection unit is used.
A difference intensity signal creating unit that creates a difference intensity signal that is an intensity difference between the light intensity signals of the phases is provided, and a peak intensity position of the difference intensity signal is used as a reference position of a lattice. The number of movements of an integral multiple of one pitch of the grid is counted, and the grid reference position is set to the first
Are the reference positions for detecting the number of lighting pulses and the second number of lighting pulses.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明は格子の1ピッチ間を10
0以上までに分割して格子の1ピッチ長以下の移動距離
を高精度に検出し、サブミクロン領域の測定分解能(〜
0.1μm)を実現することを目的とする。そのため
に、格子の移動に伴って変化する光強度信号を時間軸で
離散化し、離散信号の個数情報を検出して格子の移動距
離を測定する構成である。離散信号を得るために、半導
体レーザや発光ダイオードなどの高速で点灯と非点灯の
スイッチング(点滅)が可能な発光素子を格子の照明光
源として用い、一定周波数(例えば10MHz)で光源
の点灯と非点灯を繰り返して格子を間欠的に照明する。
この動作を格子照明のフラッシングと呼ぶ。光源を点灯
するタイミングに同期して格子からの透過光を受光して
光電変換し、離散化された光強度信号を検出する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is directed to a method in which a pitch of one grating
It is divided into zero or more to detect the moving distance of less than one pitch length of the grating with high accuracy, and the measurement resolution in the submicron region (~
0.1 μm). For this purpose, a light intensity signal that changes with the movement of the grating is discretized on the time axis, and information on the number of discrete signals is detected to measure the movement distance of the grating. In order to obtain a discrete signal, a light emitting element such as a semiconductor laser or a light emitting diode, which can be turned on and off at a high speed (blinking) is used as an illumination light source of a grid, and the light source is turned on and off at a constant frequency (for example, 10 MHz). The grid is intermittently illuminated by repeated lighting.
This operation is referred to as grid illumination flushing. Transmitted light from the grating is received and photoelectrically converted in synchronization with the timing of turning on the light source, and a discrete light intensity signal is detected.

【0013】固定スケールが位相の異なる2つの格子グ
ループから構成されていれば、移動スケールの移動によ
って位相の異なる2相の離散信号が得られる。このと
き、例えば2相信号のいずれか一方の信号を用いて、格
子が移動するとき光源をフラッシングした回数(点灯パ
ルス数)を検出する。格子の1ピッチ長とフラッシング
周波数が一定であるため、格子の移動中に検出した点灯
パルス数は格子の移動距離と移動速度に関する情報を含
んでいる。しかし、格子の移動速度に応じて点灯パルス
数が変化するため、検出した点灯パルス数そのものは長
さの基準にはなり得ない。そこで、検出した点灯パルス
数の変化から格子の移動速度を判定し、その移動速度の
場合に格子が1ピッチを移動するときの基準点灯パルス
数を演算で算出する。この推定された基準点灯パルス数
を長さ基準として、点灯パルス数を距離に変換する。
If the fixed scale is composed of two grating groups having different phases, two-phase discrete signals having different phases can be obtained by moving the moving scale. At this time, for example, one of the two-phase signals is used to detect the number of times the light source is flushed when the grating moves (the number of lighting pulses). Since the pitch length of the grating and the flushing frequency are constant, the number of lighting pulses detected during movement of the grating includes information on the moving distance and moving speed of the grating. However, since the number of lighting pulses changes according to the moving speed of the lattice, the detected number of lighting pulses cannot be used as a reference for the length. Therefore, the moving speed of the grating is determined from the detected change in the number of lighting pulses, and the reference number of lighting pulses when the grating moves by one pitch is calculated by calculation at the moving speed. The number of lighting pulses is converted into a distance using the estimated reference lighting pulse number as a length reference.

【0014】フラッシング法を用いた寸法測定では以下
の2種類の点灯パルスの個数を検出し、格子が移動を開
始した位置と停止した位置の近傍の移動速度を判定して
格子1ピッチ長以下の移動距離を測定する。第1の検出
は、格子が1ピッチを移動する間にフラッシングした点
灯パルス数(第1の点灯パルス数と呼ぶ)の検出で、格
子の移動開始位置と移動停止位置の近傍の二つの区間で
検出した点灯パルス数をメモリー回路に記憶する。第2
の検出は、格子が1ピッチ長以下を移動する際の検出
で、格子が移動を開始した位置からその次の格子位置ま
での期間と格子が停止する直前の格子位置から停止位置
までの期間の各々について、格子が1ピッチ長以下の距
離を移動したときにフラッシングした点灯パルス数(第
2の点灯パルス数と呼ぶ)を検出し、両期間で検出した
点灯パルス数をメモリー回路に記憶する。
In the dimension measurement using the flashing method, the number of the following two types of lighting pulses are detected, and the moving speeds near the position where the grating starts moving and the position where the grating stops are determined, and the grating speed is equal to or less than one pitch length of the grating. Measure the distance traveled. The first detection is the detection of the number of lighting pulses flashed while the grating moves one pitch (referred to as the first number of lighting pulses). The first detection is performed in two sections near the movement start position and the movement stop position of the grating. The detected number of lighting pulses is stored in a memory circuit. Second
Is a detection when the grid moves one pitch length or less, and is a detection of a period from the position where the grid starts moving to the next grid position and a period between the grid position immediately before the grid stops and the stop position. For each of them, the number of flashing pulses (called the second number of lighting pulses) when the grating has moved a distance of one pitch length or less is detected, and the number of lighting pulses detected in both periods is stored in the memory circuit.

【0015】格子が等速度で移動している場合は、格子
が1ピッチ移動する際に検出される第1の点灯パルス数
が距離の基準となる。そこで、第1の点灯パルス数と第
2の点灯パルス数との比例関係から格子1ピッチ長以下
の移動距離を検出する。しかし、一般には移動スケール
の移動速度は一定ではなく、第1の点灯パルス数は格子
の移動に応じて変動し、距離の基準にはなり得ない。特
に格子が動きはじめるときは低速度で移動するため、格
子が一定速度で移動するときのような単純な比例関係は
成り立たず、格子の移動速度を判定して補正する必要が
ある。そこで、格子が移動を開始した場合は、移動開始
位置近傍の数周期の期間で検出、記憶されている第1の
点灯パルス数の変化から移動開始直後の移動速度を判定
し、その速度で格子が1ピッチを移動するときの基準点
灯パルス数を算出する。この基準パルス数は演算で求め
る推定値である。その基準点灯パルス数が移動開始位置
での格子1ピッチの長さ基準となるため、移動開始時に
検出した第2の点灯パルス数との間の比例関係から、格
子1ピッチ長以下の移動距離を検出する。移動する格子
が停止する場合についても同様である。
When the grid is moving at a constant speed, the first number of lighting pulses detected when the grid moves by one pitch serves as a reference for the distance. Therefore, a moving distance of one pitch length or less of the grating is detected from the proportional relationship between the first lighting pulse number and the second lighting pulse number. However, in general, the moving speed of the moving scale is not constant, and the first number of lighting pulses fluctuates in accordance with the movement of the grid, and cannot be a reference for the distance. In particular, since the grid moves at a low speed when it starts to move, a simple proportional relationship like when the grid moves at a constant speed does not hold, and it is necessary to determine and correct the moving speed of the grid. Therefore, when the grid starts moving, the moving speed immediately after the start of movement is determined from the change in the number of first lighting pulses detected and stored in a period of several cycles near the moving start position. Calculates the reference lighting pulse number when moves by one pitch. This reference pulse number is an estimated value obtained by calculation. Since the reference number of lighting pulses serves as a reference for the length of one pitch of the grating at the movement start position, the moving distance of less than the length of one grating pitch is determined from the proportional relationship with the second number of lighting pulses detected at the start of movement. To detect. The same applies to the case where the moving grid stops.

【0016】上記の計測は格子1ピッチ長以下の移動距
離の検出であるが、寸法測定には格子の移動方向の判定
と移動方向に応じた格子1ピッチの移動個数のカウント
も必要である。移動方向判定は、従来法と同じく位相の
異なる2相正弦波信号の位相の進みと遅れの関係を比較
する。格子の移動個数の検出は、前述の点灯パルス数の
検出と同様に、2相正弦波信号のいずれか一方の信号を
用いてカウンター回路で計数し、格子の1ピッチ長の整
数倍の移動距離を検出する。別の方法として、2相の正
弦波信号の強度差である差分信号を作成し、その差分信
号のピーク強度位置を格子の基準位置として格子の移動
数をカウントしてもよい。以上の手段で得られた、格子
1ピッチの整数倍の移動距離と格子1ピッチ以下の移動
距離との和から寸法を測定する。
The above-described measurement is for detecting a moving distance equal to or less than one pitch length of the grating. However, the dimension measurement requires determination of the moving direction of the grating and counting of the number of movements of one grating pitch according to the moving direction. The moving direction is determined by comparing the leading and lagging phases of two-phase sinusoidal signals having different phases as in the conventional method. The number of movements of the grid is detected by a counter circuit using one of the two-phase sine wave signals in the same manner as the detection of the number of lighting pulses, and the movement distance is an integral multiple of one pitch length of the grid. Is detected. As another method, a difference signal which is the difference between the intensities of the two-phase sine wave signals may be created, and the number of movements of the grating may be counted using the peak intensity position of the difference signal as the reference position of the grating. The dimensions are measured from the sum of the moving distance of the integral multiple of one pitch of the grating and the moving distance of one pitch or less of the grating, obtained by the above means.

【0017】以下に図面を用いて本発明の実施の形態を
説明する。図1に本発明による光学スケールを用いた寸
法測定装置の構成ブロック図を示す。発光ダイオードの
ような電気制御で点灯と非点灯の高速スイッチングが可
能な光源10から放射される光を、コリメートレンズ1
05を通して移動スケール11と固定スケール12から
なる光学スケールの格子に照射する。すなわち、光源1
0を点滅させて間欠的に格子を照明する。移動スケール
11は光を透過する白パターンと光を透過しない黒パタ
ーンがガラス基板に交互に多数形成されたリニアー格子
からなり、触針(図示せず)に取り付けられて矢印のA
−B方向に移動する。格子の1ピッチ長をaとしたと
き、白と黒パターンの幅は共にa/2である。通常はa
=10μm程度の格子が用いられ、長さaが寸法測定の
基準目盛りとなる。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of a configuration of a dimension measuring apparatus using an optical scale according to the present invention. Light emitted from a light source 10 capable of high-speed switching between lighting and non-lighting by electric control such as a light emitting diode is transmitted to a collimating lens 1.
Irradiation is performed on the grating of the optical scale composed of the moving scale 11 and the fixed scale 12 through 05. That is, the light source 1
The grid is intermittently illuminated by blinking 0. The moving scale 11 is composed of a linear grating in which a white pattern that transmits light and a black pattern that does not transmit light are alternately formed on a glass substrate, and is attached to a stylus (not shown).
-Move in the B direction. Assuming that one pitch length of the lattice is a, the widths of the white and black patterns are both a / 2. Usually a
= 10 μm is used, and the length a is a reference scale for dimension measurement.

【0018】固定スケール12は位相が異なる二つの格
子グループ122と124から構成され、各々の格子は
移動スケール11の格子と同じピッチと形状である。固
定スケール12の後方には2個の受光器126と128
を設け、移動スケール11と固定スケール12の格子を
透過した光を個別に検出する。従来例と同じく、格子グ
ループ122と124の位相をa/4シフトさせて設置
すると、移動スケール11が移動したとき、位相がπ/
2異なる2相の正弦波信号が得られる。本発明は正弦波
信号の位相は検出しないので、2相信号は単に位相がシ
フトしているだけでよく、必ずしも上記のように位相が
a/4シフトしている必要はない。以上の構成の光学ス
ケールを用いたとき、格子の1ピッチ間をいかに細かく
分割して格子1ピッチ長以下の移動距離を検出するかが
重要である。a=10μmの格子で0.1μmの分解能
を得る場合は、格子1ピッチ間を100以上に分割して
検出する必要がある。
The fixed scale 12 is composed of two grating groups 122 and 124 having different phases, each having the same pitch and shape as the grating of the moving scale 11. Behind the fixed scale 12, two light receivers 126 and 128 are provided.
Is provided, and the light transmitted through the grids of the movable scale 11 and the fixed scale 12 is individually detected. As in the conventional example, when the phases of the grating groups 122 and 124 are set to be shifted by a / 4, when the moving scale 11 moves, the phase becomes π /
Two different two-phase sine wave signals are obtained. Since the present invention does not detect the phase of the sine wave signal, the two-phase signal simply needs to be shifted in phase, and need not necessarily be shifted by a / 4 as described above. When the optical scale having the above configuration is used, it is important how to finely divide one pitch of the grating to detect a moving distance equal to or less than one pitch length of the grating. In the case of obtaining a resolution of 0.1 μm with a grating of a = 10 μm, it is necessary to divide one pitch of the grating into 100 or more for detection.

【0019】フラッシング制御部13は、予め設定され
た一定の周波数を有する信号130を発して一定の時間
間隔で光源10の点灯と非点灯を繰り返す点滅制御を行
い、移動スケール11と固定スケール12の格子を間欠
照明(フラッシング)する。信号130の周波数は、移
動スケール11の移動速度、格子1ピッチ長、及び必要
とする測定分解能から決定する。例えば、移動スケール
11が1m/secの速度で移動する場合、10μmの
格子1ピッチ間を100分割して検出するときは、10
MHz程度の周波数でフラッシングすればよく、発光ダ
イオードはこのような高速でのスイッチング動作が十分
に可能である。光信号検出部14は、フラッシング制御
部13の点灯タイミングに同期して、受光器126と1
28で受光した格子からの透過光を光電変換して2相の
光強度信号を作成する。ここで作成した光強度信号は時
間的に不連続な離散信号である。本発明は格子が移動し
ている最中に光源10を点灯させた回数(点灯パルス
数)を検出し、点灯パルスの個数情報を長さ情報に変換
して格子1ピッチ長以下の移動距離を検出する。これに
対して従来の寸法測定器は、時間的に連続な光強度信号
の強度値を検出して位相に変換していた。
The flashing control unit 13 emits a signal 130 having a predetermined fixed frequency to perform a flashing control of repeating the lighting and non-lighting of the light source 10 at fixed time intervals. The grid is intermittently illuminated (flashing). The frequency of the signal 130 is determined based on the moving speed of the moving scale 11, the pitch length of one grating, and the required measurement resolution. For example, when the moving scale 11 moves at a speed of 1 m / sec, when detecting the distance between one pitch of a 10 μm grid by 100, it is 10
Flashing may be performed at a frequency of about MHz, and the light emitting diode can sufficiently perform such high-speed switching operation. The optical signal detection unit 14 synchronizes with the lighting timing of the flashing control unit 13 and
The transmitted light from the grating received at 28 is photoelectrically converted to create a two-phase light intensity signal. The light intensity signal created here is a discrete signal that is discontinuous in time. The present invention detects the number of times the light source 10 is turned on (the number of lighting pulses) while the grating is moving, converts the number information of the lighting pulses into length information, and determines the moving distance of one grating pitch or less. To detect. On the other hand, the conventional dimension measuring device detects the intensity value of a temporally continuous light intensity signal and converts it into a phase.

【0020】上記の点灯パルス数を検出するために、光
信号検出部14で検出した2相の離散信号のうちのいず
れか一方の信号を用いて、信号130で光源10を点灯
した回数をカウンター回路で計数する。このとき、離散
化された一方の正弦波信号のピーク強度位置を格子の基
準位置としてカウンター動作のトリガー点とし、点灯パ
ルス数を計数してもよい。また、正弦波信号の中間強度
をスライスレベルとして2値化処理を行い、2値化信号
の立ち上がり、または立ち下がり位置を格子の基準位置
としてもよい。さらには、差分強度信号作成部145で
2相信号の強度差である差分強度信号を作成し、そのピ
ーク強度となる位置を格子の基準位置としてもよい。本
発明では、以下に示す2種類の点灯パルス数を計数す
る。
In order to detect the number of lighting pulses, one of the two-phase discrete signals detected by the optical signal detector 14 is used to count the number of times the light source 10 is turned on by the signal 130. Count in the circuit. At this time, the peak intensity position of one of the discretized sine wave signals may be used as a reference point of the grid as a trigger point of the counter operation, and the number of lighting pulses may be counted. Alternatively, binarization processing may be performed using the intermediate intensity of the sine wave signal as a slice level, and the rising or falling position of the binarized signal may be set as the reference position of the lattice. Furthermore, the difference intensity signal creation unit 145 may create a difference intensity signal which is an intensity difference between the two-phase signals, and set the position of the peak intensity as the reference position of the lattice. In the present invention, the following two types of lighting pulse numbers are counted.

【0021】第1の点灯パルス計数部15は、格子の基
準位置間距離である1ピッチ長を移動する間に光源10
がフラッシングした点灯パルス数を検出して、移動の特
定の区間での点灯パルス数をメモリー回路に記憶する。
第1の点灯パルス数は格子の移動期間の全体にわたって
検出するが、格子が移動をはじめた直後の格子基準位置
から後の数周期の期間と、格子が停止した直前の格子基
準位置から前の数周期の期間での点灯パルス数をメモリ
ー回路に記憶する。フラッシング周波数と格子の1ピッ
チ長が一定であるため、第1の点灯パルス数は格子1ピ
ッチの長さ情報を含んでおり、信号個数を長さに変換す
る際の基準データとする。
The first lighting pulse counting unit 15 controls the light source 10 while moving one pitch length, which is the distance between the reference positions of the grating.
Detects the number of flashing lighting pulses and stores the number of lighting pulses in a specific section of movement in a memory circuit.
The first number of lighting pulses is detected over the entire period of movement of the grid, but is detected during a period of several cycles after the grid reference position immediately after the grid starts moving and before the grid reference position immediately before the grid stops. The number of lighting pulses in a period of several cycles is stored in a memory circuit. Since the flushing frequency and the length of one pitch of the grating are constant, the first lighting pulse number includes length information of one pitch of the grating, and is used as reference data when converting the number of signals into a length.

【0022】第2の点灯パルス計数部16は、格子が停
止している位置から動き始めた次の格子基準位置までの
期間と、格子が停止する直前の格子基準位置から停止し
た位置までの期間の2回について、各々の期間内で光源
10をフラッシングした第2の点灯パルス数を検出し、
メモリー回路に記憶する。したがって、第2の点灯パル
ス数の検出は、前記の第1の点灯パルス数の検出の特別
の場合であり、格子の1ピッチ長以下の移動の際に検出
する。なお、以上の説明の格子の停止位置は、触針が物
理的に停止した状態の他にも、触針が被測定物に当たっ
た瞬間も含む。触針が被測定物に当たって触針が反跳す
るとき、光強度信号は強度が反転する方向に変化するた
め、強度の反転を検出することで触針が被測定物に当た
った瞬間の移動停止位置を検出することができる。以上
の点灯パルス数の検出において、点灯パルス数は移動距
離の情報を含むが、格子が移動する速度に応じてその個
数は変化する。
The second lighting pulse counting section 16 calculates a period from the position where the grid is stopped to the next grid reference position that starts moving, and a period between the grid reference position immediately before the grid is stopped and the position where the grid is stopped. For the two times, the number of second lighting pulses that flush the light source 10 in each period is detected,
Store in the memory circuit. Therefore, the detection of the second lighting pulse number is a special case of the detection of the first lighting pulse number, and is detected when the grating is moved by one pitch length or less. The stop position of the lattice described above includes not only the state where the stylus is physically stopped but also the moment when the stylus hits the object to be measured. When the stylus hits the object under test and the stylus recoils, the light intensity signal changes in the direction in which the intensity reverses, so detecting the inversion of the intensity stops the movement at the moment the stylus hits the object under test. The position can be detected. In the above-described detection of the number of lighting pulses, the number of lighting pulses includes information on the moving distance, but the number changes according to the moving speed of the lattice.

【0023】格子停止位置検出部17は、第1の点灯パ
ルス数と第2の点灯パルス数を比較して格子の停止位置
を検出し、格子1ピッチ長以下の移動距離を測定する。
移動スケール11が等速度で移動している場合は、第1
の点灯パルス数が長さの基準となるため、第1の点灯パ
ルス数と第2の点灯パルス数の間の単純な比例関係から
格子1ピッチ長以下の移動距離が求められる。しかし、
実際の動作では移動スケール11の移動速度は一定では
ないため、第1の点灯パルス数は距離の基準にはなら
ず、移動速度を判定して補正する必要がある。一般に、
格子が動きはじめるときは低速度で移動し、後に一定速
度で移動し、対象物に接触して停止する。格子が動きは
じめる場合は、移動初期の数周期の期間で検出して記憶
した第1の点灯パルス数の変化から移動開始時の移動速
度を推定する。格子が直線的に移動速度を増していると
きは第1の点灯パルス数の変化を回帰直線に当てはめて
移動速度を判定し、非直線的な動きの場合は高次の関数
の回帰式から移動速度を判定する。格子が停止する場合
も同様である。
The grating stop position detecting section 17 detects the stop position of the grating by comparing the first lighting pulse number and the second lighting pulse number, and measures the moving distance of one grating pitch or less.
If the moving scale 11 is moving at a constant speed, the first
Since the number of lighting pulses is the reference for the length, a moving distance of one pitch length or less of the grating is obtained from a simple proportional relationship between the first lighting pulse number and the second lighting pulse number. But,
In an actual operation, since the moving speed of the moving scale 11 is not constant, the first lighting pulse number does not serve as a reference for the distance, and it is necessary to determine and correct the moving speed. In general,
When the grid starts to move, it moves at a low speed, then moves at a constant speed, and comes into contact with the object and stops. When the lattice starts to move, the moving speed at the start of the movement is estimated from the change in the first lighting pulse number detected and stored during the period of several cycles at the beginning of the movement. When the grid linearly increases the moving speed, the change in the number of first lighting pulses is applied to a regression line to determine the moving speed. In the case of non-linear movement, the moving is performed from a regression equation of a higher-order function. Determine the speed. The same applies when the grid stops.

【0024】以上で判定した移動開始と移動停止位置の
近傍での移動速度から、その移動速度で格子が1ピッチ
長を移動する期間に点灯する基準点灯パルス数を算出す
る。この値は演算して求めた推定値である。格子の1ピ
ッチ長が一定であるため、その移動速度で格子が1ピッ
チを移動する期間に得られた基準点灯パルス数が距離の
基準となる。そこで、基準点灯パルス数と第2の点灯パ
ルス数との間の比例関係から、格子の1ピッチ長以下の
移動距離を測定する。この移動距離の検出は格子の移動
開始時と停止時の2回行う。格子の1ピッチが10μ
m、フラッシング周波数が10MHzで、格子の移動速
度が1m/secであれば、点灯パルスの1個当たりは
0.1μmに相当するため、サブミクロンの分解能が可
能である。以上の間欠照明法では、光源をフラッシング
する周波数で測定の分解能が決まるため、フラッシング
周波数が高いほど測定分解能が向上する。
From the movement speeds near the movement start and movement stop positions determined as described above, a reference lighting pulse number to be lighted during a period in which the grating moves one pitch length at the movement speed is calculated. This value is an estimated value calculated. Since the length of one pitch of the lattice is constant, the reference lighting pulse number obtained during the period in which the lattice moves one pitch at the moving speed serves as a reference for the distance. Therefore, the moving distance of the grating by one pitch or less is measured from the proportional relationship between the reference lighting pulse number and the second lighting pulse number. The detection of the movement distance is performed twice when the movement of the lattice starts and when the movement stops. One pitch of grid is 10μ
m, the flushing frequency is 10 MHz, and the moving speed of the grating is 1 m / sec. Since one lighting pulse corresponds to 0.1 μm, submicron resolution is possible. In the above intermittent illumination method, the measurement resolution is determined by the frequency at which the light source is flushed, so that the higher the flushing frequency, the higher the measurement resolution.

【0025】寸法測定では、前述した格子1ピッチ長以
下の移動距離と共に、格子1ピッチ長の整数倍の移動距
離と格子の移動方向も合わせて検出する必要がある。移
動方向判定部18は、光信号検出部14で検出した2相
の離散正弦波信号の相互の位相の進み遅れから移動スケ
ール11が移動する方向を検出する。格子移動カウント
部19は、格子の移動方向に応じてアップ/ダウン型の
カウント動作を行い、格子の移動個数をカウントする。
ここでは格子の1ピッチ長の整数倍の移動距離が検出さ
れる。このカウント動作は前述の点灯パルス数の検出と
同時に行う。以上検出された格子1ピッチ長以下の移動
距離と格子1ピッチ長の整数倍の移動距離の和から、移
動スケール11が移動した距離、すなわち寸法を測定す
る。
In the dimensional measurement, it is necessary to detect not only the above-described movement distance equal to or less than the grating one pitch length, but also the movement distance that is an integral multiple of the grating one pitch length and the grating movement direction. The moving direction determining unit 18 detects the direction in which the moving scale 11 moves based on the leading and lagging of the mutual phases of the two-phase discrete sine wave signals detected by the optical signal detecting unit 14. The grid movement counting section 19 performs an up / down type counting operation according to the moving direction of the grid, and counts the number of grid movements.
Here, a moving distance that is an integral multiple of one pitch length of the grating is detected. This counting operation is performed simultaneously with the detection of the number of lighting pulses. The distance that the moving scale 11 has moved, that is, the dimension, is measured from the sum of the detected moving distance equal to or less than the grating one pitch length and the moving distance that is an integral multiple of the grating one pitch length.

【0026】図2に離散信号の例を示して点灯パルス数
の検出例を説明する。信号20は差分強度信号作成部1
45で検出した2相信号の強度差である差分信号波形
で、黒点が光源10を点灯したときに検出される光強度
で、正のピーク強度となる位置201、202、203
などが格子の基準位置(その1周期が格子1ピッチ長に
対応する)である。その位置をカウンター動作のトリガ
ー点として、光源10を点灯した回数である点灯パルス
数を検出する。位置21は格子が移動を開始した位置
で、位置21と201との間の格子1ピッチ長以下の距
離を移動する期間に第2の点灯パルス数を検出し、その
点灯パルス数がPsであったとする。
FIG. 2 shows an example of detection of the number of lighting pulses by showing an example of a discrete signal. The signal 20 is a differential intensity signal generator 1
In the difference signal waveform which is the intensity difference between the two-phase signals detected at 45, black points indicate light intensity detected when the light source 10 is turned on, and positions 201, 202, and 203 at which positive peak intensity is obtained.
Are reference positions of the grating (one period corresponds to one pitch length of the grating). Using the position as a trigger point of the counter operation, the number of lighting pulses, which is the number of times the light source 10 is turned on, is detected. The position 21 is the position where the grating starts to move, and the second number of lighting pulses is detected during a period in which the grating moves by a distance equal to or less than one pitch length of the grating between the positions 21 and 201, and the number of lighting pulses is Ps. Suppose.

【0027】位置201と202の間の格子1ピッチ長
の距離を移動する期間に第1の点灯パルス数を検出し、
そのときのパルス数がP1であったとする。次の位置2
02と203の期間を移動したときに検出したパルス数
がP2で、例えば位置201から後の4周期の期間で検
出した第1の点灯パルス数P1、P2、P3、P4をメ
モリーする。移動スケール11が移動を開始するとき、
移動速度は一定ではなく、移動に伴って速度が増すよう
に変化する。光源10をフラッシングする周期は一定で
あるから、検出した点灯パルス数は一定ではなく、P1
>P2>P3>P4のように変化する。一方、格子の1
ピッチ長が一定であるから、検出した第1の点灯パルス
数は距離の情報を含んでいるが、それが一定ではないた
めに距離の基準にはならないことが問題である。そのた
めに、移動スケール11の移動速度を判定して移動距離
の基準となる点灯パルス数を算出する。
The first number of lighting pulses is detected during a period in which the grating moves one pitch length between the positions 201 and 202,
It is assumed that the number of pulses at that time is P1. Next position 2
The number of pulses detected when moving between the periods 02 and 203 is P2. For example, the first lighting pulse numbers P1, P2, P3, and P4 detected in the period of four cycles after the position 201 are stored. When the moving scale 11 starts moving,
The moving speed is not constant, but changes so that the speed increases with the movement. Since the flashing cycle of the light source 10 is constant, the number of detected lighting pulses is not constant, and P1
>P2>P3> P4. On the other hand,
Since the pitch length is constant, the detected first number of lighting pulses includes information on the distance. However, the fact that the number is not constant does not serve as a reference for the distance. For this purpose, the moving speed of the moving scale 11 is determined, and the number of lighting pulses serving as a reference for the moving distance is calculated.

【0028】図3の30に格子が移動を開始した後の第
1の点灯パルス数の変化を示して、移動距離の基準とす
る基準点灯パルス数を算出する例を示す。図の横軸は移
動区間で縦軸は点灯パルス数である。図は格子の移動に
ともなって移動速度が増し、やがて一定の速度で移動す
る例であるが、重要なのは移動開始位置の近傍での速度
の変化である。移動開始位置近傍の4周期目あたりまで
は直線的に移動速度が増す場合、P1〜P4までのデー
タを直線回帰式で近似し、移動開始直後での基準となる
点灯パルス数P0を検出する。このP0は、格子が移動
を開始したときに格子が1ピッチ長を移動する点灯パル
ス数で、点灯パルス数を距離に変換するときの基準であ
る。したがって、第2の点灯パルス数Psから、格子が
移動を開始した位置での格子1ピッチ長以下の移動距離
は、aPs/P0である。格子が移動を停止する場合も
同様である。
FIG. 3 shows an example of calculating the reference lighting pulse number as a reference of the moving distance by showing the change of the first lighting pulse number after the grid starts moving. The horizontal axis in the figure is the moving section, and the vertical axis is the number of lighting pulses. The figure shows an example in which the moving speed increases with the movement of the lattice and moves at a constant speed, but what is important is a change in speed near the movement start position. When the moving speed linearly increases up to the fourth period near the movement start position, the data of P1 to P4 are approximated by a linear regression equation, and the reference lighting pulse number P0 immediately after the start of the movement is detected. This P0 is the number of lighting pulses at which the grid moves one pitch length when the grid starts moving, and is a reference when converting the number of lighting pulses into distance. Therefore, based on the second lighting pulse number Ps, the moving distance of the grid 1 pitch length or less at the position where the grid starts moving is aPs / P0. The same is true when the grid stops moving.

【0029】図4に図2と同様の離散信号の他の例を示
す。図4の波形40は離散信号の強度レベルが格子の移
動に応じて変動する場合で、格子を作成する際の透過率
に変動があれば強度レベルが変動する。本発明は、例え
ば光強度信号の正のピーク強度位置を検出して点灯パル
ス数検出の基準位置とするが、ピーク強度位置は強度レ
ベルの変動の影響を受けない。そのため、本発明では強
度レベルが変動しても安定した寸法測定が可能である。
以上のように、本発明は格子間欠照明して光源を点灯さ
せた回数を移動距離に変換することで、サブミクロンの
測定分解能を実現することが可能である。本発明は寸法
測定装置としての動作を説明したが、精密な位置決め装
置などへの応用も可能である。
FIG. 4 shows another example of the discrete signal similar to FIG. The waveform 40 in FIG. 4 shows a case where the intensity level of the discrete signal fluctuates in accordance with the movement of the grating. If there is a change in the transmittance at the time of creating the grating, the intensity level changes. In the present invention, for example, a positive peak intensity position of the light intensity signal is detected and used as a reference position for detecting the number of lighting pulses. However, the peak intensity position is not affected by a change in the intensity level. Therefore, in the present invention, stable dimensional measurement can be performed even when the intensity level varies.
As described above, according to the present invention, a submicron measurement resolution can be realized by converting the number of times the light source is turned on by intermittent grating illumination into a moving distance. Although the present invention has been described as an operation as a dimension measuring device, it can be applied to a precise positioning device and the like.

【0030】[0030]

【発明の効果】上記のごとく本発明による寸法測定装置
は、移動スケールと固定スケールの格子を間欠的に照明
して時間的に離散化された信号を検出し、光源をフラッ
シングした回数から格子の1ピッチ長以下の移動距離を
検出する構成である。光源を連続照明して連続信号の強
度から位相を検出する従来のアナログ的な方法は、正弦
波信号の強度の検出精度で分解能が決まるため、信号の
強度レベルの変動が測定誤差になるという問題がある。
本発明は光源を点灯させた信号のパルス数を計測するデ
ジタル的方法であるため、信号の強度レベルが変動して
も点灯パルス数は影響されず、測定の信頼性が高いとい
う効果がある。また、本発明での測定分解能はフラッシ
ングした周波数に依存するため、フラッシング周波数を
高くすることで容易に測定分解能を向上させることがで
きる。
As described above, the dimension measuring apparatus according to the present invention intermittently illuminates the moving scale and fixed scale gratings, detects a signal that has been discretized in time, and detects the number of times the light source is flushed. This is a configuration for detecting a moving distance of one pitch length or less. The conventional analog method of continuously illuminating the light source and detecting the phase from the intensity of the continuous signal is a problem in that the resolution is determined by the detection accuracy of the intensity of the sine wave signal, and fluctuations in the signal intensity level result in measurement errors. There is.
Since the present invention is a digital method for measuring the number of pulses of a signal for turning on a light source, the number of lighting pulses is not affected even if the intensity level of the signal fluctuates, and the measurement is highly reliable. Further, since the measurement resolution in the present invention depends on the flashing frequency, the measurement resolution can be easily improved by increasing the flushing frequency.

【0031】従来は光強度信号から位相を検出する際
に、光強度の規格化処理や三角関数の変換テーブルが必
要であることなど、位相検出の演算処理が複雑になると
いう問題があった。本発明は点灯パルス数を検出するだ
けでよいため、上記の複雑な演算処理が不要になり、ハ
ードウエアー、ソフトウエアーが簡素化できる。また、
従来法は正確に位相がπ/2異なる2相の正弦波信号が
必要で、固定スケールの2組の格子の位相をa/4だけ
正確にシフトさせる必要があった。本発明では、2相信
号は単に格子の移動方向を判定するために用い、2相信
号のいずれか一方の信号、あるいは差動信号だけを用い
て点灯パルス数を検出するため、2相信号は位相が単に
シフトしているだけでよい。そのため格子の位相関係を
ラフに設定すればよく、設定が簡素化されるという利点
がある。
Conventionally, when the phase is detected from the light intensity signal, there has been a problem that the calculation processing of the phase detection becomes complicated, such as the necessity of a light intensity standardization process and a conversion table of a trigonometric function. Since the present invention only needs to detect the number of lighting pulses, the above-described complicated arithmetic processing is not required, and hardware and software can be simplified. Also,
The conventional method requires two-phase sinusoidal signals whose phases are exactly π / 2 different from each other, and it is necessary to accurately shift the phases of two sets of fixed-scale gratings by a / 4. In the present invention, the two-phase signal is used only for determining the moving direction of the lattice, and the number of lighting pulses is detected using either one of the two-phase signals or only the differential signal. The phase simply needs to be shifted. Therefore, it is only necessary to roughly set the phase relation of the grating, and there is an advantage that the setting is simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態における寸法測定装置の構成
例を説明するシステムブロック図である。
FIG. 1 is a system block diagram illustrating a configuration example of a dimension measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態における離散信号から点灯パ
ルス数を検出する例を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of detecting the number of lighting pulses from a discrete signal according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態における格子の移動速度の検
出を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating detection of a moving speed of a grating according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態における離散信号の他の例を
説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating another example of a discrete signal according to the embodiment of the present invention.

【図5】従来の寸法測定装置の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional dimension measuring device.

【図6】従来の寸法測定装置で位相を検出する例を示す
波形図である。
FIG. 6 is a waveform chart showing an example of detecting a phase by a conventional dimension measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 光源 11 移動スケール 12 固定スケール 13 フラッシング制御部 14 光信号検出部 15 第1の点灯パルス計数部 16 第2の点灯パルス計数部 17 格子停止位置検出部 18 移動方向判定部 19 格子移動カウント部 Reference Signs List 10 light source 11 moving scale 12 fixed scale 13 flashing control unit 14 optical signal detecting unit 15 first lighting pulse counting unit 16 second lighting pulse counting unit 17 grid stop position detecting unit 18 moving direction determining unit 19 grid moving counting unit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触針と共に移動する一定のピッチと形状
を有する格子が形成された移動スケールと該移動スケー
ルの格子と同一のピッチと形状を有して移動スケールの
近傍に固定して設置された固定スケールとからなる光学
スケールと、前記光学スケールの格子を照明する光源と
から構成され、前記触針の移動に伴って変化する前記格
子を透過した透過光強度を検出して寸法を測定する光学
スケールを用いた寸法測定装置において、 点灯と非点灯の高速スイッチングが可能な光源と、前記
光源の点灯と非点灯を一定の周波数で繰り返し制御する
フラッシング制御部と、前記光源が点灯しているときに
同期して前記格子からの透過光を検出して複数の光強度
信号を発生する光信号検出部と、該光信号検出部で作成
した光強度信号の位相の進みと遅れの関係から前記移動
スケールが移動する方向を検出する移動方向判定部と、
前記光強度信号から格子の移動方向に応じて格子の移動
個数を計数する格子移動カウント部と、前記移動スケー
ルが移動している最中で格子が1ピッチを移動する間に
前記光源が点灯した回数である第1の点灯パルス数を検
出して移動開始点と移動停止点の近傍の特定の区間での
前記点灯パルス数を記憶する第1の点灯パルス計数部
と、前記移動スケールの移動開始点から次の格子位置ま
での移動期間と移動停止点の直前の格子位置から移動停
止点までの移動期間の各々について格子の1ピッチ長以
下の距離を移動する間に前記光源が点灯した回数である
第2の点灯パルス数を検出して記憶する第2の点灯パル
ス計数部と、前記第1の点灯パルス数と第2の点灯パル
ス数を比較して前記移動スケールの移動開始点と次の格
子位置との間の距離と移動停止点の直前の格子位置と移
動停止点との間の距離を測定する格子停止位置検出部と
を設け、前記格子移動カウント部で検出した格子1ピッ
チ長の整数倍の移動距離と、前記格子停止位置検出部で
検出した格子1ピッチ長以下の移動距離との和から前記
移動スケールの移動距離を検出して寸法を測定すること
を特徴とする光学スケールを用いたフラッシング式寸法
測定装置。
1. A moving scale on which a grating having a constant pitch and shape that moves with a stylus is formed, and is fixedly installed near the moving scale with the same pitch and shape as the grating of the moving scale. An optical scale consisting of a fixed scale and a light source for illuminating the grating of the optical scale, and measuring the size by detecting the intensity of transmitted light transmitted through the grating that changes with the movement of the stylus. In a dimension measuring device using an optical scale, a light source capable of high-speed switching of lighting and non-lighting, a flashing control unit for repeatedly controlling the lighting and non-lighting of the light source at a constant frequency, and the light source being lit Sometimes an optical signal detector that detects transmitted light from the grating in synchronization and generates a plurality of optical intensity signals, and the phase advance of the optical intensity signal created by the optical signal detector The moving direction judgment unit in which the movable scale is detected the direction of movement of Les relationship,
A grating movement counting unit that counts the number of movements of the grating according to the movement direction of the grating from the light intensity signal, and the light source is turned on while the grating moves one pitch while the movement scale is moving. A first lighting pulse counting unit that detects a first lighting pulse number that is a number and stores the lighting pulse number in a specific section near a movement start point and a movement stop point; The number of times the light source was turned on while moving a distance equal to or less than one pitch length of the grid for each of the movement period from the point to the next lattice position and the movement period from the lattice position immediately before the movement stop point to the movement stop point. A second lighting pulse counting unit for detecting and storing a certain second lighting pulse number; comparing the first lighting pulse number with the second lighting pulse number to compare the first lighting pulse number and the second lighting pulse number with the movement start point of the moving scale and the next Distance to grid position A grid stop position detector for measuring the distance between the grid position immediately before the movement stop point and the movement stop point; a movement distance of an integral multiple of the grid 1 pitch length detected by the grid movement counting unit; A flushing type dimension measuring device using an optical scale, wherein a dimension is measured by detecting a moving distance of the moving scale from a sum of a moving distance equal to or less than one pitch length of a grating detected by a grating stop position detecting unit.
【請求項2】 格子停止位置検出部は、前記第1の点灯
パルス計数部で検出して記憶した第1の点灯パルス数の
変化を演算して前記移動スケールが移動を開始した近傍
と移動を停止した近傍の各々について前記移動スケール
の移動速度を判定して前記二つの区間で格子が1ピッチ
を移動する期間に点灯する基準点灯パルス数を算出する
と共に、前記第2の点灯パルス計数部で検出して記憶し
た第2の点灯パルス数と前記基準点灯パルス数との割合
を算出して格子の1ピッチ長以下の移動距離を測定する
ことを特徴とする請求項1に記載の光学スケールを用い
たフラッシング式寸法測定装置。
2. A grid stop position detecting section calculates a change in the number of first lighting pulses detected and stored by the first lighting pulse counting section to determine the vicinity of the movement scale starting movement and the movement. The moving speed of the moving scale is determined for each of the vicinity of the stop, and a reference lighting pulse number to be turned on during a period in which the grid moves by one pitch in the two sections is calculated. 2. The optical scale according to claim 1, wherein a ratio between the detected and stored second lighting pulse number and the reference lighting pulse number is calculated to measure a moving distance of one grating length or less of the grating. The flushing type dimension measuring device used.
【請求項3】 前記固定スケールが位相の異なる2組の
固定格子からなり、前記光信号検出部で作成した2相の
光強度信号の強度差である差分強度信号を作成する差分
強度信号作成部を設け、前記差分強度信号のピーク強度
位置を格子の基準位置とし、前記格子移動カウント部で
は前記格子基準位置から格子1ピッチの整数倍の移動個
数を計数すると共に、前記格子基準位置を前記第1の点
灯パルス数と第2の点灯パルス数の検出の基準位置とす
ることを特徴とする請求項1に記載の光学スケールを用
いたフラッシング式寸法測定装置。
3. A differential intensity signal generating unit for generating a differential intensity signal which is an intensity difference between the two-phase light intensity signals generated by the optical signal detecting unit, wherein the fixed scale includes two sets of fixed gratings having different phases. Is provided, the peak intensity position of the differential intensity signal is used as the reference position of the lattice, and the lattice movement counting unit counts the number of movements of the lattice reference position by an integral multiple of one pitch of the lattice, and sets the lattice reference position to the The flushing type dimension measuring device using an optical scale according to claim 1, wherein the reference positions are used as detection positions of the first lighting pulse number and the second lighting pulse number.
JP10257828A 1998-09-11 1998-09-11 Flashing type dimension measuring apparatus using optical scale Pending JP2000088607A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10257828A JP2000088607A (en) 1998-09-11 1998-09-11 Flashing type dimension measuring apparatus using optical scale

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10257828A JP2000088607A (en) 1998-09-11 1998-09-11 Flashing type dimension measuring apparatus using optical scale

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000088607A true JP2000088607A (en) 2000-03-31

Family

ID=17311704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10257828A Pending JP2000088607A (en) 1998-09-11 1998-09-11 Flashing type dimension measuring apparatus using optical scale

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000088607A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104776806A (en) * 2015-04-07 2015-07-15 浙江大学 Novel pulse photoelectric shaft diameter measurement system with high precision and high stability
CN109288231A (en) * 2018-08-10 2019-02-01 深圳市邻友通科技发展有限公司 Motor positioning method, device, manicure machine equipment and medium based on grating
CN113624988A (en) * 2021-08-04 2021-11-09 中国烟草总公司郑州烟草研究院 Device and method for calibrating pressing speed of bead explosion intensity detector by using grating ruler

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104776806A (en) * 2015-04-07 2015-07-15 浙江大学 Novel pulse photoelectric shaft diameter measurement system with high precision and high stability
CN104776806B (en) * 2015-04-07 2017-06-23 浙江大学 Impulse type photoelectricity diameter of axle measuring system
CN109288231A (en) * 2018-08-10 2019-02-01 深圳市邻友通科技发展有限公司 Motor positioning method, device, manicure machine equipment and medium based on grating
CN113624988A (en) * 2021-08-04 2021-11-09 中国烟草总公司郑州烟草研究院 Device and method for calibrating pressing speed of bead explosion intensity detector by using grating ruler

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100516780C (en) Absolute encoder employing concatenated, multi-bit, interpolated sub-encoders
EP0770850A2 (en) Displacement information detection apparatus
CN103759749A (en) Single-code-channel absolute position encoder
US6492637B1 (en) Dimension measuring device
JP2003042810A (en) Position measuring instrument and method for operating the same
US6285023B1 (en) Apparatus for generating origin signal of optical linear scale
JP2000088607A (en) Flashing type dimension measuring apparatus using optical scale
JP2000304507A (en) Dimension measuring device using diffracted light interference of diffraction grating
JP2000121316A (en) Dimension measuring apparatus using optical scale
CN108827351A (en) A kind of rotary encoder and its measurement method
JP4400996B2 (en) Origin signal generator
JPH11271026A (en) Dimension measuring apparatus using optical scale
JP4668396B2 (en) Origin signal generator
JP4535414B2 (en) Automatic setting device of origin signal in linear scale
JPH08261795A (en) Method for detecting reference position of encoder
JP2001041730A (en) Linear scale
JPH11101614A (en) Dimension measuring device using optical scale
JP2638456B2 (en) Optical absolute scale
JP4156223B2 (en) Linear scale
JPH11325830A (en) Linear scale length measuring apparatus
JP3550629B2 (en) Optical encoder
JP2000121391A (en) Optical linear scale
JP2000346675A (en) Origin setting-type linear scale
JP2003083772A (en) Size measuring apparatus using optical scale
JP2000121390A (en) Measuring apparatus