JP2003279379A - 光学式変位測長器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の光学式変位測長器においては、検出器
に内蔵する基板上に調整に必要な端子や可変抵抗を配置
していたため基板面積が大きくなり、検出器の小型化、
小径化が困難であった。 【解決手段】 基板に配置する調整部をコネクタ接続可
能な形状とし、また、調整後は該当部分を除去し、検出
器に組み込む基板を小型化することが可能な構造とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光学式変位検出
器を用いた相対位置測長器、更に詳しくはガラススケー
ルと受光センサからなる光学式リニアエンコーダ方式を
用いた、高精度な相対位置測定に有効な光学式変位測長
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、レーザを用いたレーザ測長器
及び光学式エンコーダを用いた光学式エンコーダ測長器
が知られている。レーザ測長器は、レーザの波長を単位
として測長するため、高い精度を得ることができる。ま
た、レーザ測長器は、主に２点間の長さを測長する相対
位置測長に用いられている。光学式エンコーダ測長器
は、ガラス板、フィルムまたは金属薄板等から構成され
るスケールと、該スケールには光学格子が形成されてお
り、スケールに対して所定の距離をおいて対向配置され
た固定インデックス格子（光学格子の位相とインデック
ス格子の位相は９０度ずれている）と、スケールに平行
光を照射するための固定された光源と、受光センサとか
ら構成される。スケールが移動すると、光学格子とイン
デックス格子とが重なり合い、明暗が発生する。受光セ
ンサは、この明暗を検出する。光学式エンコーダ測長器
は、デジタルゲージとして実用化されており、主に２点
間の長さを測長する相対位置測長に用いられている。

【０００３】光学式変位測長器においては、検出器内部
で光源からインデックス格子とスケールを透過し、受光
センサに入射する光の斑などの原因から、受光センサ上
にいくつか配置された位置センサからの出力電圧は振
幅、オフセットともにばらつきが現れる。高精度な測長
を行うためにはこのばらつきを抑えるため、全ての位置
センサのオフセット電圧と振幅電圧を個々に抵抗値によ
り調整し一定の基準に揃える必要がある。また、位置セ
ンサの入力レベル（振幅）を一定にするために光源の輝
度調整が必要である。光源として用いる発光ダイオード
にもばらつきがあり、これを調整するためにも光源の輝
度調整は省くことはできない。

【０００４】出力電圧の調整は、それぞれの位置センサ
ーから検出器内部に組み込まれた基板上に引き出した出
力電圧の測定用端子にテストピンなどをはんだ付けし、
テストピンにオシロスコープを接続し、オシロスコープ
により出力電圧の波形を確認した上で各位置センサーご
とに適当な抵抗を選択し、それぞれの振幅、オフセット
を揃えることにより行う。

【０００５】光源の輝度調整は基板上に配置した可変抵
抗のボリュームにより必要な出力レベルが得られるよう
調整する。従来の技術における光学式変位測長器ではこ
れらの測定用端子、可変抵抗のように調整時に必要とな
る部分を検出器内部の基板上に配置していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光学式変位測長器にお
いては、その使用目的から複数の検出器を高密度に設置
可能で有ることが望まれ、検出器の外形寸法の小型化、
小径化が求められている。しかし、調整時に必要となる
部分を検出器内部に組み込む基板上に配置することによ
り基板の面積が大きくなり、その結果、検出器の外形寸
法の小型化が困難となっていた。

【０００７】また調整時には、基板上の出力電圧測定用
端子に、オシロスコープと接続するためのテストピン、
ケーブルなどをはんだ付けにより取り付ける必要があり
作業性が良くなかった。また検出器を小型化するために
基板の面積を小さくした場合には、その分端子間隔が狭
くなりはんだ付けが困難になっていた。本発明は、この
ような従来の問題を解消し、外形寸法が小さく、かつ容
易に受光センサ、光源の調整を行うことが可能な検出器
を持つ光学式変位測長器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は被測定物の寸法
を測定するための検出器と、該検出器からの信号を中継
してなる測定ケーブルと、外部装置に接続可能で該測定
ケーブルからの信号により該検出器を調整するための中
継部とからなる光学式変位測長器であって、前記検出器
はカバーを有し、該カバーには、基板が収納されてな
り、該基板には光源と光源からの光をスケールを介して
受光してなる受光センサと、受光センサからの信号を中
継するための配線パターンを有してなり、さらに該基板
の側面の一部には調整用の割基板を切断した切断部を有
してなることを特徴とする光学式変位測長器を提供す
る。

【０００９】前記中継部は、前記光源を調整するための
光源調整部を有してなることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。本発明の光学式変位測長器の構
成を図１から図３に示す。検出器１０の軸受部１０３を
取付台２０２に垂直状態にセットし、検出器１０のスピ
ンドル１０２を上方へ変位させた後、スピンドル１０２
を下降させてスピンドル１０２の先端に取り付けられた
測定子１０１を被測定物２０３に当接させることにより
スピンドル１０２の軸方向の変位量を検出する。測定ケ
ーブル２０１は検出器１０と中継部２０４とを接続す
る。中継部２０４の内部には、光源の輝度を調整するた
めの光源調整部と検出器１０への電源部を実装した中継
基板を内蔵し、また、外部装置２０５と接続するための
コネクタを有している。中継部２０４を外部装置２０５
に接続することにより検出器１０のスピンドルの変位量
（被測定物２０３の寸法）は外部装置２０５の表示部２
０６に表示される。外部装置２０５では変位量を表示さ
せる他に、表示部２０６を零にセットする機能、単位切
り替え機能、電源などのスイッチ部２０７を有してい
る。このようにして光学式変位測長器では被測定物２０
３の高さ寸法などを測定することができる。

【００１１】図２は、本発明の実施形態に係る光学式変
位測長器の検出器１０の分解図である。スピンドル１０
２の先端には被測定物と当接する測定子１０１が取り付
けられており、反対側にはスピンドル１０２の軸線に沿
ってガラススケール１１１が取り付けられている。スピ
ンドル１０２は軸受部１０３内部をなめらかに往復移動
可能である。回り止め部１１０には長孔１０９が設けら
れ、スピンドル１０２上にガラススケール１１１と垂直
にはめ込まれた回り止めピン１０８が、長孔１０９に沿
って移動する様になっておりガラススケール１１１の回
転を防止する。ステム部１１８には基板１０４、受光セ
ンサ保持部１１２、光源保持部１１５が取り付けられ、
受光センサ保持部１１２に固定した受光センサ１１３は
ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）１１４により基板
１０４に接合されている。光源保持部１１５には平行光
を照射する光源１１６（発光ダイオード）と、光源１１
６の光軸に対し４５度傾斜させてミラー１１７が取り付
けられており、光源１１６もまた基板１０４に接合され
ている。本発明においては受光センサ１１３は、インデ
ックス格子、位置センサ、半導体集積回路により構成さ
れている。光源１１６からの平行光はミラー１１７によ
り反射し、ガラススケール１１１上に形成された明暗の
ある格子を垂直に透過し、その光を受光センサ１１３が
受光し、受光センサは光源１１６の輝度に応じた出力電
圧を生ずる。この出力電圧を元にスピンドル１０２の変
位量を測定する。

【００１２】図１は検出器にカバー１０７を取り付けた
状態を示す。カバー１０７は軸受部１０３と径が等し
く、ステム部１１８に取り付けられた基板１０４はカバ
ー１０７に完全に収納されている。カバー１０７にはス
ピンドル１０２と反対側にケーブル取り出し口１０５が
もうけられている。

【００１３】基板の短手方向の寸法はカバーに収納され
るためにカバーの内径方向の寸法に制約されている。則
ち、調整の際は、基板の側面の一部には調整用の割基板
が設けられていて調整後に割基板を切断して、カバー内
に収納される。すなわち。基板の側面の端部には調整用
の割基板を切断した後の切断部が残されてカバー内に収
納されている。さらに、基板には調整のための調整用信
号パターンが切断部まで形成されている。

【００１４】（実施例）以下に実施例として本光学式変
位測長器における、検出器の調整方法について図４から
図８を用いて説明する。図４の２０は受光センサ１１３
の調整に用いる検出器側の基板を示し、図５はその裏側
を示す。検出器外形の小型化つまり小径化を図るため厚
み０．３ｍｍの薄い基板を用いている。また、基板２０
は２カ所に設けた切断部３０４により３体構成とし、そ
れぞれ基板は第１基板３０１，割基板である第２基板３
０２、第３基板３０３とする。まず第１基板３０１は調
整後に検出器１０内部に組み込む部分である。第１基板
３０１上には光源１１６を接合するための光源接合部３
０５，ＦＰＣ接合部３０６が設けられている。ＦＰＣ接
合部３０６には前記受光センサ１１３と接合したＦＰＣ
１１４を接合する。第２基板３０２は調整用コネクタ接
続端子３０７を有しており、受光センサ１１３と接合し
たＦＰＣ接合部３０６から、受光センサからの信号を中
継するための調整信号用パターンである配線パターンが
切断部３０４を通過して形成されている。また、裏側に
は光源接合部３０５，ＦＰＣ接合部３０６の一部から引
き出した電源ケーブル接合部３０８を有し、さらにそこ
から第３基板３０３の電源用コネクタ接続端子３０９ま
で配線パターンが形成されている。

【００１５】次に中継部２０４における検出器の調整方
法について説明する。図６の３０は光源１１６の調整に
用いる中継部側の基板を示す。こちらも前記検出器側の
基板２０と同様、２カ所に設けた切断部３１３により３
体構成とし、それぞれ第４基板３１１、第５基板３１
０、第６基板３１２とする。第５基板３１０は調整後に
中継部２０４内部に組み込む部分である。電子部品実装
部３１４には光源１１６の輝度調整時に用いる可変抵抗
の他、電流制限用の固定抵抗、電流安定用のコンデンサ
を実装する。第４基板３１１、第６基板３１２はともに
検出器調整時に測定ケーブル２０１を中継するための電
源用コネクタ接続端子３１１，３１２を有する。電源用
コネクタ接続端子３１１，３１２は切断部３１３を通過
して第５基板３１０の電源ケーブル接合部３１９まで配
線パターンが形成されている。

【００１６】図７は調整方法の模式図である。調整時に
は、基板にコネクタを接続できるよう検出器１０、中継
部２０４ともにカバーは取り付けないでおく。前記第２
基板３０２の調整用コネクタ端子３０７には両端に端子
数、大きさを基板と合わせたコネクタを有する第１フラ
ットケーブル４０２を接続し、もう一端は外部に用意し
た調整用回路基板４０４へと接続する。調整用回路基板
４０４では、第１フラットケーブル４０２により第２基
板の調整用コネクタ端子３０７から、調整用回路基板４
０４上に適当な間隔で設けたテスト端子４０５に接続し
てあるため、オシロスコープのプローブの接続をしやす
くしている。第３基板３０３には両端にコネクタを有す
る第２フラットケーブル４０３を接続し、もう一端は中
継部基板３０の第４基板３１１の電源用コネクタ端子３
１７と接続する。第６基板３１２の電源用コネクタ端子
３１８は外部からの電源供給に用いる。

【００１７】調整手順として、まず初めに光源１１６の
輝度調整を行う。すでに述べた通り光源１１６の輝度調
整用の可変抵抗は外部装置２０５に接続する中継部２０
４内部の基板上に実装してある。基準の出力が得られる
よう可変抵抗４０１により調整する。

【００１８】次に受光センサ１１３の出力電圧のオフセ
ット、振幅を調整する。本発明の実施の形態において
は、受光センサ１１３上に位置センサが４パターン設け
られている。図８は位置センサの調整部分の回路図であ
る。光源１１６の光の照射によって生ずるこれら位置セ
ンサ５０１からの出力をＩ−Ｖ変換した後、アンプ５０
３によって増幅させ、その信号をコンパレータ５０４に
よりコンパレートし、その後のデジタル回路部で信号処
理したデジタル出力を外部装置２０５へ入力することに
よって変位量が表示される。すでに述べた通り４パター
ンそれぞれの位置センサアンプのオフセット、振幅にば
らつきがあると光学式変位測長器の測定精度に大きく影
響を及ぼすことになる。従ってここでは位置センサ９１
の出力電圧のオフセット、振幅をそれぞれ揃える。まず
前記調整用回路基板４０４のテスト端子４０５の該当部
にオシロスコープのプローブを接続し、オシロスコープ
の表示部に表示される出力波形を確認した上で、アンプ
５０３の抵抗を第１抵抗調整部５０５で選択することに
より４パターンそれぞれの位置センサの出力電圧のオフ
セット、振幅がほぼ均一になるよう調整する。その後コ
ンパレータ５０４の基準電圧の調整を、第２抵抗調整部
５０６で抵抗の選択により行う。

【００１９】全ての調整が終了したら光学式変位測長器
を完成させる。調整終了時の状態では基板部をカバーに
収納することはできない。調整に使用したコネクタは検
出器１０の基板２０からはずし、第２基板及び第３基板
を切断部３０４にそって割ることによって取り去る。こ
のとき切断部３０４には調整に用いた配線パターンは残
ったままで良い。次にケーブル２０１を電源ケーブル接
合部３０８にはんだ付けし、軸受部１０３と径の等しい
カバー１０７をステム部１１８に組み込むことにより第
１基板３０１（図１では基板１０４）は検出器１０の内
部に収める。また中継部の基板３０も同様にコネクタを
はずし、切断部３１３にそって第４基板、第６基板を割
り、電源ケーブル接合部３１９にケーブル２０１、コネ
クタを接合し中継部２０４に組み込む。以上により本発
明の光学式変位測長器の調整は完成する。

【００２０】

【発明の効果】前述のように本発明により、光学式変位
測長器の外形寸法を小さくできるともに、光源、受光セ
ンサの調整作業を容易に行うことが可能であるという効
果があるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における光学式変位測長器を
示す模式図

【図２】本発明の実施形態における光学式変位測長器の
分解模式図

【図３】本発明の実施形態における光学式変位測長器の
構成図

【図４】本発明の実施形態における光学式変位測長器の
検出器側基板図

【図５】本発明の実施形態における光学式変位測長器の
検出器側基板図

【図６】本発明の実施形態における光学式変位測長器の
中継部側基板図

【図７】本発明の実施形態における光学式変位測長器の
調整方法を示す模式図

【図８】本発明の実施形態における光学式変位測長器の
調整部分の回路図

【符号の説明】

１０ 検出器 １０３ 軸受部 １０２ スピンドル １０１ 測定子 １０４ 基板 １０７ カバー ２０１ 測定ケーブル ２０４ 中継部 ２０５ 外部装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の寸法を測定するための検出器
   と、該検出器からの信号を中継してなる測定ケーブル
   と、外部装置に接続可能で該測定ケーブルからの信号に
   より該検出器を調整するための中継部とからなる光学式
   変位測長器であって、前記検出器はカバーを有し、該カ
   バーには、基板が収納されてなり、該基板には光源と光
   源からの光をスケールを介して受光してなる受光センサ
   と、受光センサからの信号を中継するための配線パター
   ンを有してなり、さらに該基板の側面の一部には調整用
   の割基板を切断した切断部を有してなることを特徴とす
   る光学式変位測長器。
2. 【請求項２】 前記中継部は、少なくとも前記光源を調
   整するための光源調整部と前記検出部電源を実装した中
   継基板を有してなることを特徴とする請求項１項に記載
   の光学式変位測長器。