JP2004301826A - Optical encoder - Google Patents

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睦 桐野
Arata Nakamura
新 中村
Hiroshi Muraoka
洋 村岡
Minoru Kobayashi
稔 小林
Tetsuo Nagarego
哲男 流郷
Hirokazu Yanai
宏和 矢内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical rotary encoder that can quickly cope with an arbitrary angular resolution or graduation pattern and is easily applicable to wide-variety and small-quantity production. <P>SOLUTION: The optical rotary encoder is provided with a rotary disc with graduations formed around its circumference, a light projection part, a lens, an optical reader that is provided with a light receiving part and reads out a graduation from the rotary disc, an a light shielding plate that is arranged before the light receiving part and wherein slits corresponding to the graduations on the rotary disc are formed. It reads graduations formed on the rotary disc by collimating light from the light projection part by the lens and emitting them to the rotary disc. A scale plate (1) is manufactured by emitting a laser beam to a scale plate material while it is placed on XYθ tables (711, 712, 713) of a laser machining device (710), controlling the movement of the XYθ tables appropriately, and forming graduations on the scale plate material. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、例えば回転角度、回転数、回転速度等を検出するためのアブソリュート式やインクリメント式の光学式ロータリエンコーダ、並びに被検出対象物の長さ、直線移動距離等を検出するためのアブソリュート式やインクリメント式の光学式リニアエンコーダに関する。   The present invention provides, for example, an absolute type or increment type optical rotary encoder for detecting a rotation angle, a rotation speed, a rotation speed, etc., and an absolute type for detecting the length of a detection target object, a linear movement distance, etc. And an incremental optical linear encoder.

当業者によく知られているように、光学式エンコーダは、回転角度、回転数、回転速度等を検出するためのロータリエンコーダと、被検出対象物の長さ、直線移動距離等を検出するためのリニアエンコーダとに区分される(以下、総称して光学式エンコーダという)。光学式エンコーダは、目盛りが刻まれた目盛り板(ロータリエンコーダにあっては回転板、リニアエンコーダにあってはリニアスケール)と、目盛り板から目盛りを読み取る光学式読取器と、光学式読取器の前面に配置されかつ目盛り板上の目盛りに対応するスリットが形成された遮光板とを有する。目盛り板の構造は光学式エンコーダの光学式読取方式によって相違する。光学式読取器の読取方式が透過型の場合、目盛り板上の目盛り部分は光を透過させることが可能な構造とされる。同様にして、光学式読取器の読取方式が反射型の場合、目盛り板上の目盛り部分は光を反射可能な構造とされる。これに対して、遮光板上の各スリット部分は、光を透過させる構造を有する。ここで、透過させるとは貫通孔であったり、透明部分であったりすることが採用可能である。   As is well known to those skilled in the art, an optical encoder is a rotary encoder for detecting a rotation angle, a rotation speed, a rotation speed, and the like, and a length of a detection target, a linear movement distance, and the like (Hereinafter collectively referred to as an optical encoder). The optical encoder consists of a scale plate (rotary plate for a rotary encoder, linear scale for a linear encoder) with an engraved scale, an optical reader for reading the scale from the scale plate, and an optical reader. A light-shielding plate disposed on the front surface and formed with slits corresponding to the scales on the scale plate. The structure of the scale plate differs depending on the optical reading method of the optical encoder. When the reading method of the optical reader is a transmission type, the scale portion on the scale plate has a structure capable of transmitting light. Similarly, when the reading method of the optical reader is a reflection type, the scale portion on the scale plate has a structure capable of reflecting light. On the other hand, each slit portion on the light shielding plate has a structure that transmits light. Here, the term “permeate” may be a through hole or a transparent portion.

尚、この種の光学式エンコーダにはインクリメント方式とアブソリュート方式とが知られており、インクリメント方式の場合には各目盛りはほぼ等間隔に配列される。これに対して、アブソリュート方式の場合には、分解能のそれぞれに対応した多ビットコードで構成される。   In addition, an increment method and an absolute method are known for this type of optical encoder. In the case of the increment method, the scales are arranged at almost equal intervals. On the other hand, in the case of the absolute method, it is composed of a multi-bit code corresponding to each resolution.

従来、目盛り板上に目盛りを刻むための技術としては、打ち抜き成形やフォトエッチングなどが知られている。透明基板の表面に金属蒸着膜を形成し、この金属蒸着膜の表面に感光剤からなる遮光膜を形成し、この遮光膜をエッチングすることにより、金属蒸着膜の露出部分により規定される光学式エンコーダ用光反射パターンを形成することが知られている(特許文献1参照)。
特開平10−82661号公報
Conventionally, as a technique for engraving a scale on a scale plate, stamping or photo-etching is known. By forming a metal vapor deposition film on the surface of the transparent substrate, forming a light shielding film made of a photosensitive agent on the surface of the metal vapor deposition film, and etching the light shielding film, an optical system defined by the exposed portion of the metal vapor deposition film It is known to form an encoder light reflection pattern (see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 10-82661

しかしながら、従来の目盛り板にあっては、打ち抜き成形によるものにあっては、成形金型を設計製作せねばならない一方、フォトエッチングを利用するものにあっては、マスクの設計並びに製作を行わねばならないことから、発注から出荷までに時間がかかること、金型やマスクの設計製作に多大な費用がかかること、コストの点から多品種少量生産に対応できないこと、などといった問題点が指摘されている。   However, in the case of the conventional scale plate, in the case of punching molding, the mold must be designed and manufactured, whereas in the case of using photo-etching, the mask must be designed and manufactured. It has been pointed out that it takes time from ordering to shipping, it takes a lot of money to design and produce molds and masks, and it cannot cope with high-mix low-volume production due to cost. Yes.

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、任意の分解能又は目盛りパターンに迅速に対応することができ、多品種少量生産への適合も容易な光学式エンコーダを提供することにある。   The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and the object of the present invention is to be able to respond quickly to any resolution or scale pattern, and to be suitable for high-mix low-volume production. Another object of the present invention is to provide an easy optical encoder.

また、この発明の他の目的とするところは、分解能乃至は目盛りパターンの高精度化を実現することも可能な光学式エンコーダを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an optical encoder that can realize high resolution or scale pattern accuracy.

この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下に記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。   Other objects and operational effects of the present invention will be easily understood by those skilled in the art by referring to the following description of the specification.

この発明の第1実施形態である光学式ロータリエンコーダは、円に沿って目盛りが刻まれた回転板と、投光素子、レンズ、遮光板及び受光素子を含み回転板から目盛りを読み取る光学式読取器と、光学式読取器の前面に配置されかつ回転板上の目盛りに対応するスリットが形成された遮光板とを有し、投光素子からの光をレンズで平行化して回転板に照射することにより回転板に刻まれた目盛りを読み取るものである。そして、以上の基本的な構成に加えて、本発明の光学式ロータリエンコーダの最も大きな特徴は、回転板上の目盛りがレーザ照射により刻まれた点にある。   An optical rotary encoder according to a first embodiment of the present invention includes an optical reading device that reads a scale from a rotating plate that includes a rotating plate engraved with a scale along a circle, a light projecting element, a lens, a light shielding plate, and a light receiving element. And a light-shielding plate disposed on the front surface of the optical reader and formed with a slit corresponding to the scale on the rotating plate, and collimates the light from the light projecting element with the lens and irradiates the rotating plate. This is to read the scale carved on the rotating plate. In addition to the above basic configuration, the greatest feature of the optical rotary encoder of the present invention is that the scale on the rotating plate is carved by laser irradiation.

このような構成によれば、レーザ加工機を用いて回転板にレーザ照射を行い、その上に目盛りを刻むものであるから、成形金型やエッチング用マスクの設計並びに製作が不要となり、受注から出荷に至る期間を大幅に短縮できる。加えて、成形金型やエッチング用マスクの設計並びに製作にかかる費用も不要となるため、多品種少量生産であっても、これを低コストに実現することができる。しかも、成形金型やフォトエッチングによって目盛りを刻む場合に比べ、レーザ照射により目盛りを刻む場合にあっては、レーザ加工機の制御次第によっては、従前の方式に比べより一層精度良く目盛りを刻みつけることができる。   According to such a configuration, the laser beam is irradiated onto the rotating plate using a laser processing machine, and the scale is engraved on the rotating plate. Therefore, it is not necessary to design and manufacture a molding die or an etching mask. The time to reach can be greatly shortened. In addition, since the cost for designing and manufacturing the molding die and the etching mask is not required, this can be realized at a low cost even in the case of multi-product small-volume production. In addition, when the scale is engraved by laser irradiation compared to the case where the scale is engraved by a molding die or photoetching, the scale is engraved more accurately than the previous method depending on the control of the laser processing machine. be able to.

本発明の光学式ロータリエンコーダの好ましい実施の形態にあっては、遮光板上のスリットについてもレーザ照射により刻まれたものとすることができる。ここで、光学式ロータリエンコーダの基本発明において、遮光板上のスリットについてレーザ加工することを含めていないのは、次の理由による。すなわち、この種の光学式ロータリエンコーダにあっては、要求される分解能によって、回転板の直径もまちまちであるが、これに対して遮光板上のスリットに関しては、回転板と一対一に厳密に対応させる必要はなく、回転板上のピッチのある一定レンジに対しては、共通の遮光板を使用することができるので、必ずしも遮光板上のスリットについては回転板上の目盛りピッチに合わせてその都度作り直す必要がないからである。   In a preferred embodiment of the optical rotary encoder of the present invention, the slit on the light shielding plate can also be engraved by laser irradiation. Here, in the basic invention of the optical rotary encoder, the laser processing of the slit on the light shielding plate is not included for the following reason. That is, in this type of optical rotary encoder, the diameter of the rotating plate varies depending on the required resolution. On the other hand, the slit on the light shielding plate is strictly one-to-one with the rotating plate. There is no need to correspond, and a common light shielding plate can be used for a certain range of pitches on the rotating plate. Therefore, the slits on the light shielding plate are not necessarily aligned with the scale pitch on the rotating plate. This is because it is not necessary to remake each time.

また、本発明の光学式ロータリエンコーダの好ましい実施の形態においては、回転板の読取方式を反射型に限定される。レーザ照射により目盛りを刻む方式にも、様々な方式が可能であるが、殊に回転板上の読取方式が反射型であると、例えば表面が鏡面状の金属の所定部分をレーザ照射して粗面化したり、あるいはガラス板上に金属被膜を真空蒸着等で被着させておいて、これをレーザ照射で取り除くといった簡単な手法で、回転板上に目盛りを刻むことが可能だからである。   In the preferred embodiment of the optical rotary encoder of the present invention, the reading method of the rotating plate is limited to the reflection type. Various methods are also possible for the method of engraving the scale by laser irradiation. However, when the reading method on the rotating plate is a reflection type, for example, a predetermined portion of a metal having a mirror-like surface is irradiated with a laser to roughen the surface. This is because the scale can be engraved on the rotating plate by a simple method such as facing or depositing a metal film on the glass plate by vacuum deposition or the like and removing it by laser irradiation.

また、本発明の光学式ロータリエンコーダの好ましい実施の形態にあっては、回転板上の目盛り形状を台形状とすることができる。このような台形状の目盛りにあっては、X,Y,θの各独立ステージを備えたレーザ加工機に適用した場合、制御の複雑かつ小刻みな動きが難しいθ方向のピッチについては、間欠送りをしつつ、X,Yステージのみを微細に制御することによって、高精度に目盛り形状に沿った台形状の目盛りを刻むことができるからである。   In the preferred embodiment of the optical rotary encoder of the present invention, the scale shape on the rotating plate can be a trapezoid. In such a trapezoidal scale, when applied to a laser processing machine equipped with X, Y, and θ independent stages, pitches in the θ direction that are difficult to control and difficult to move are intermittently fed. This is because the trapezoidal scale along the scale shape can be engraved with high precision by finely controlling only the X and Y stages.

なお、別の一面から見た本発明は、光学式ロータリエンコーダ用の回転板として捉えることもできる。このような回転板にあっても、回転板上には目盛りがレーザ照射により円に沿って刻まれている。このとき、前述と同様に、回転板の読取方式を反射型とすることもでき、さらに目盛りの形状を台形状とすることもできる。それら個々の要素による作用効果については、先に述べたものと同様である。さらに、別の一面から見た本発明は、光学式ロータリエンコーダ用の遮光板として捉えることもできる。このような遮光板にあっても、遮光板上にはスリット列がレーザ照射により所定パターンで刻まれている。   In addition, this invention seen from another one side can also be grasped | ascertained as a rotating plate for optical rotary encoders. Even in such a rotating plate, the scale is engraved on the rotating plate along a circle by laser irradiation. At this time, as described above, the reading method of the rotary plate can be a reflection type, and the scale can be trapezoidal. The effects of these individual elements are the same as those described above. Furthermore, the present invention viewed from another aspect can be regarded as a light shielding plate for an optical rotary encoder. Even in such a light shielding plate, slit rows are engraved in a predetermined pattern on the light shielding plate by laser irradiation.

更に、別の一面から見た本発明は、光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法として捉えることができる。この発明の製造方法では、回転板素材をレーザ加工装置のXYθテーブルにセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、XYθテーブルの移動を適宜に制御して、回転板素材上に目盛りを円に沿って刻むようにしている。このような方法によれば、成形金型やエッチングマスクが不要となるため、光学式ロータリエンコーダ用回転板の多品種少量生産が可能となる。   Furthermore, the present invention viewed from another aspect can be understood as a method for manufacturing a rotary plate for an optical rotary encoder. In the manufacturing method of the present invention, in a state where the rotating plate material is set on the XYθ table of the laser processing apparatus, the movement of the XYθ table is appropriately controlled while irradiating the laser beam to the rotating plate material, and the scale is formed on the rotating plate material. I'm trying to carve along a circle. According to such a method, a molding die and an etching mask are not required, and therefore, a large variety of small-scale production of a rotary plate for an optical rotary encoder is possible.

このとき、要求される回転板の外形と分解能に基づきレーザビーム照射座標を算出し、算出された座標に基づいてXYθテーブルの移動を制御すれば、任意の仕様の目盛り板を製造することもできる。   At this time, if the laser beam irradiation coordinates are calculated based on the required outer shape and resolution of the rotating plate, and the movement of the XYθ table is controlled based on the calculated coordinates, a scale plate of any specification can be manufactured. .

また、レーザビームの光軸偏角は固定したまま、XYθテーブルのみを移動制御するようにすれば、ビームのふらつきを押さえて高精度な加工がおこなえる。また、θテーブルの回転移動は間欠的に行う一方、XYテーブルの移動は連続的に行うことにより、回転板素材上に台形状の目盛りを円に沿って刻むようすれば、目盛りの加工精度を高めかつ加工時間を短縮できる。   Further, if only the XYθ table is controlled to move while the optical axis declination of the laser beam is fixed, high-precision processing can be performed while suppressing beam wobbling. Also, the rotational movement of the θ table is performed intermittently, while the movement of the XY table is performed continuously, so that the scale processing accuracy of the scale can be improved if a trapezoidal scale is engraved on the rotating plate material along a circle. Can increase the processing time.

回転板素材としては、様々なものを採用することができる。例えば、回転板素材をレーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成するものが挙げられる。これにより、全体として剛性を維持しつつも、加工の容易性を向上できる。また、回転板素材を、表面に高反射性又は遮光性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して高反射性金属被膜を除去することにより透明孔を形成するものも挙げられる。これにより、金属被膜としてクロム蒸着膜等の採用が可能となり、しかもレーザ出力をさほど上げずとも、目盛り刻設が可能となる。また、回転板素材を表面が鏡面である金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して粗面領域を形成するものも挙げられる。これにより、反射型回転板を容易に製造することができる。   Various materials can be used as the rotating plate material. For example, a rotating plate material may be a metal plate in which only a laser processing region is a thin region, and a laser beam is selectively irradiated to form a through hole. Thereby, the ease of processing can be improved while maintaining rigidity as a whole. Further, the rotating plate material is a transparent substrate having a surface coated with a highly reflective or light-shielding metal coating, and a transparent hole is formed by selectively irradiating a laser beam on the substrate to remove the highly reflective metal coating. Can also be formed. As a result, it is possible to adopt a chromium vapor deposition film or the like as the metal coating, and it is possible to make a scale marking without increasing the laser output so much. In addition, a rotating plate material may be a metal plate whose surface is a mirror surface, and a laser beam is selectively irradiated to form a rough surface region. Thereby, a reflection type rotating plate can be manufactured easily.

更に、別の一面から見た本発明は、光学式ロータリエンコーダ用遮光板の製造方法として捉えることができる。この発明の製造方法は、遮光板素材をレーザ加工装置のXYθテーブルにセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、XYθテーブルの移動を適宜に制御して、遮光板素材上に貫通スリット又は透明スリット列を刻むものである。これにより、遮光板を低コストに製造することができる。なお、遮光板についても、レーザビームの光軸偏角は固定したまま、XYθテーブルのみを移動制御するようにすれば、ビームのふらつきを押さえて高精度な加工がおこなえる。また、θテーブルの回転移動は間欠的に行う一方、XYテーブルの移動は連続的に行うことにより、遮光板素材上に台形状の目盛りを円に沿って刻むようすれば、スリット列の加工精度を高めかつ加工時間を短縮できる。   Furthermore, the present invention viewed from another aspect can be regarded as a method for manufacturing a light shielding plate for an optical rotary encoder. In the manufacturing method of the present invention, in a state where the light shielding plate material is set on the XYθ table of the laser processing apparatus, the movement of the XYθ table is appropriately controlled while irradiating the laser beam on the table, and a through slit is formed on the light shielding plate material. Alternatively, a transparent slit row is engraved. Thereby, a light-shielding plate can be manufactured at low cost. Note that, with respect to the light shielding plate, if the movement of the XYθ table is controlled while the optical axis declination of the laser beam is fixed, high-precision processing can be performed while suppressing beam wobbling. In addition, the rotational movement of the θ table is performed intermittently, while the movement of the XY table is performed continuously, so that a trapezoidal scale is engraved on the light shielding plate material along a circle, so that the processing accuracy of the slit row is improved. And the processing time can be shortened.

ロータリエンコーダ用遮光板素材としても、様々なものを採用することができる。例えば、遮光板素材をレーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成するものが挙げられる。これにより、全体として剛性を維持しつつも、加工の容易性を向上できる。また、遮光板素材を表面に高反射性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して高反射性金属被膜を除去することにより透明孔を形成するものが挙げられる。これにより、金属被膜としてクロム蒸着膜等の採用が可能となり、しかもレーザ出力をさほど上げずとも、目盛り刻設が可能となる。   Various materials can be adopted as the light shielding plate material for the rotary encoder. For example, the light shielding plate material may be a metal plate in which only a laser processing region is a thin region, and a laser beam is selectively irradiated to form a through hole. Thereby, the ease of processing can be improved while maintaining rigidity as a whole. In addition, a transparent substrate is formed by applying a highly reflective metal coating on the surface of the light shielding plate material, and a transparent hole is formed by selectively irradiating a laser beam on the transparent substrate to remove the highly reflective metal coating. Is mentioned. As a result, it is possible to adopt a chromium vapor deposition film or the like as the metal coating, and it is possible to make a scale marking without increasing the laser output so much.

次に、この発明の第2実施形態である光学式リニアエンコーダは、直線に沿って目盛りが刻まれたリニアスケールと、投光素子、レンズ、遮光板及び受光素子を含みリニアスケールから目盛りを読み取る光学式読取器と、光学式読取器の前面に配置されかつリニアスケール上の目盛りに対応するスリットが形成された遮光板とを有し、投光素子からの光をレンズで平行化してリニアスケールの任意の領域に照射することによりリニアスケールに刻まれた目盛りを読み取るものである。そして、以上の基本的な構成に加えて、本発明の光学式リニアエンコーダの最も大きな特徴は、リニアスケール上の目盛りがレーザ照射により刻まれた点にある。   Next, an optical linear encoder according to a second embodiment of the present invention includes a linear scale whose scale is engraved along a straight line, a light projecting element, a lens, a light shielding plate, and a light receiving element, and reads the scale from the linear scale. The linear scale has an optical reader and a light-shielding plate disposed on the front surface of the optical reader and formed with a slit corresponding to the scale on the linear scale, and collimates the light from the light projecting element with a lens. The scale engraved on the linear scale is read by irradiating an arbitrary area. In addition to the above basic configuration, the greatest feature of the optical linear encoder of the present invention is that the scale on the linear scale is carved by laser irradiation.

このような構成によれば、レーザ加工機を用いてリニアスケールにレーザ照射を行い、その上に目盛りを刻むものであるから、成形金型やエッチング用マスクの設計並びに製作が不要となり、受注から出荷に至る期間を大幅に短縮できる。加えて、成形金型やエッチング用マスクの設計並びに製作にかかる費用も不要となるため、多品種少量生産であっても、これを低コストに実現することができる。しかも、成形金型やフォトエッチングによって目盛りを刻む場合に比べ、レーザ照射により目盛りを刻む場合にあっては、レーザ加工機の制御次第によっては、従前の方式に比べより一層精度良く目盛りを刻みつけることができる。   According to such a configuration, laser irradiation is performed on a linear scale using a laser processing machine, and a scale is engraved on the linear scale. Therefore, there is no need to design and manufacture a molding die or an etching mask, and from order receipt to shipment. The time to reach can be greatly shortened. In addition, since the cost for designing and manufacturing the molding die and the etching mask is not required, this can be realized at a low cost even in the case of multi-product small-volume production. In addition, when the scale is engraved by laser irradiation compared to the case where the scale is engraved by a molding die or photoetching, the scale is engraved more accurately than the previous method depending on the control of the laser processing machine. be able to.

本発明の光学式リニアエンコーダの好ましい実施の形態にあっては、遮光板上のスリットについてもレーザ照射により刻まれたものとすることができる。ここで、光学式リニアエンコーダの基本発明において、遮光板上のスリットについてレーザ加工することを含めていないのは、次の理由による。すなわち、この種の光学式リニアエンコーダにあっては、要求される分解能によって、リニアスケール上の目盛りピッチもまちまちであるが、これに対して遮光板上のスリットに関しては、リニアスケールと一対一に厳密に対応させる必要はなく、リニアスケール上のピッチのある一定レンジに対しては、共通の遮光板を使用することができるので、必ずしも遮光板上のスリットについてはリニアスケール上の目盛りピッチに合わせてその都度作り直す必要がないからである。   In a preferred embodiment of the optical linear encoder of the present invention, the slit on the light shielding plate can also be engraved by laser irradiation. Here, in the basic invention of the optical linear encoder, the laser processing is not included for the slit on the light shielding plate for the following reason. That is, in this type of optical linear encoder, the scale pitch on the linear scale varies depending on the required resolution. On the other hand, the slit on the light shielding plate has a one-to-one relationship with the linear scale. It is not necessary to correspond exactly, and a common shading plate can be used for a certain range with a pitch on the linear scale, so the slit on the shading plate is not necessarily matched to the scale pitch on the linear scale. This is because there is no need to remake each time.

また、本発明の光学式リニアエンコーダの好ましい実施の形態においては、回転板の読取方式を反射型に限定される。レーザ照射により目盛りを刻む方式にも、様々な方式が可能であるが、殊にリニアスケール上の読取方式が反射型であると、例えば表面が鏡面状の金属の所定部分をレーザ照射して粗面化したり、あるいはガラス板上に金属被膜を真空蒸着等で被着させておいて、これをレーザ照射で取り除くといった簡単な手法で、リニアスケール上に目盛りを刻むことが可能だからである。   In the preferred embodiment of the optical linear encoder of the present invention, the reading method of the rotating plate is limited to the reflection type. Various methods are also possible for the method of engraving the scale by laser irradiation. However, when the reading method on the linear scale is a reflection type, for example, a predetermined portion of a metal having a mirror-like surface is irradiated with a laser to roughen the surface. This is because the scale can be engraved on the linear scale by a simple method such as facing or depositing a metal film on a glass plate by vacuum vapor deposition or the like and removing it by laser irradiation.

なお、別の一面から見た本発明は、光学式リニアエンコーダ用のリニアスケールとして捉えることもできる。このようなリニアスケールにあっても、リニアスケール上には目盛りがレーザ照射により円に沿って刻まれている。このとき、前述と同様に、リニアスケールの読取方式を反射型とすることもできる。それによる作用効果については、先に述べたものと同様である。さらに、別の一面から見た本発明は、光学式リニアエンコーダ用の遮光板として捉えることもできる。このような遮光板にあっても、遮光板上にはスリット列がレーザ照射により所定パターンで刻まれている。   The present invention viewed from another aspect can also be understood as a linear scale for an optical linear encoder. Even in such a linear scale, scales are engraved on the linear scale along a circle by laser irradiation. At this time, as described above, the linear scale reading method may be a reflection type. About the effect by it, it is the same as that of what was described previously. Furthermore, the present invention viewed from another aspect can be regarded as a light shielding plate for an optical linear encoder. Even in such a light shielding plate, slit rows are engraved in a predetermined pattern on the light shielding plate by laser irradiation.

更に、別の一面から見た本発明は、光学式リニアエンコーダ用リニアスケールの製造方法として捉えることができる。この発明の製造方法では、リニアスケール素材をレーザ加工装置のXYテーブルに寸送り可能にセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、XYテーブルの移動及びリニアスケール素材の寸送り動作を適宜に制御して、リニアスケール素材上に目盛りを直線に沿って刻むようにしている。このような方法によれば、成形金型やエッチングマスクが不要となるため、光学式リニアエンコーダ用リニアスケールの多品種少量生産が可能となる。   Furthermore, the present invention viewed from another aspect can be understood as a method for manufacturing a linear scale for an optical linear encoder. In the manufacturing method of the present invention, in a state where the linear scale material is set so as to be able to be fed to the XY table of the laser processing apparatus, the movement of the XY table and the feed operation of the linear scale material are appropriately performed while irradiating the laser beam to the linear scale material. The scale is engraved along a straight line on the linear scale material. According to such a method, a molding die and an etching mask are not required, so that a large variety of small-scale production of a linear scale for an optical linear encoder is possible.

このとき、レーザビームの光軸偏角は固定したまま、XYテーブルの移動制御及びリニアスケール素材の寸送り動作制御のみを行うようにすれば、ビームのふらつきを押さえて高精度な加工がおこなえる。また、リニアスケール素材の寸送り動作は間欠的に行う一方、XYテーブルの移動は連続的に行うことにより、リニアスケール素材上に目盛りを直線に沿って刻むようすれば、目盛りの加工精度を高めかつ加工時間を短縮できる。   At this time, if only the movement control of the XY table and the dimension feed operation control of the linear scale material are performed while the optical axis deflection angle of the laser beam is fixed, high-precision processing can be performed while suppressing the beam wobbling. In addition, the linear scale material is moved intermittently while the XY table is moved continuously, so that the scale processing accuracy can be improved if the scale is engraved on the linear scale material along a straight line. And processing time can be shortened.

リニアスケール素材としては、様々なものを採用することができる。例えば、リニアスケール素材をレーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成するものが挙げられる。これにより、全体として剛性を維持しつつも、加工の容易性を向上できる。また、リニアスケール素材を、表面に高反射性又は遮光性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して高反射性金属被膜を除去することにより透明孔を形成するものも挙げられる。これにより、金属被膜としてクロム蒸着膜等の採用が可能となり、しかもレーザ出力をさほど上げずとも、目盛り刻設が可能となる。また、リニアスケール素材を表面が鏡面である金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して粗面領域を形成するものも挙げられる。これにより、反射型リニアスケールを容易に製造することができる。   Various materials can be adopted as the linear scale material. For example, a linear scale material may be a metal plate in which only a laser processing region is a thin region, and a laser beam is selectively irradiated to form a through hole. Thereby, the ease of processing can be improved while maintaining rigidity as a whole. In addition, the linear scale material is a transparent substrate with a highly reflective or light-shielding metal coating on the surface, and a laser beam is selectively irradiated to the transparent substrate to remove the highly reflective metal coating. Can also be formed. As a result, it is possible to adopt a chromium vapor deposition film or the like as the metal coating, and it is possible to make a scale marking without increasing the laser output so much. Further, a linear scale material may be a metal plate having a mirror surface, and a laser beam may be selectively irradiated to form a rough surface region. Thereby, a reflective linear scale can be manufactured easily.

更に、別の一面から見た本発明は、光学式リニアエンコーダ用遮光板の製造方法として捉えることができる。この発明の製造方法は、遮光板素材をレーザ加工装置のXYテーブルに寸送り可能にセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、XYテーブルの移動及び遮光板素材の寸送り動作を適宜に制御して、遮光板素材上に貫通スリット又は透明スリット列を刻むものである。これにより、遮光板を低コストに製造することができる。なお、遮光板についても、レーザビームの光軸偏角は固定したまま、XYテーブルの移動制御及び遮光板素材の寸送り動作制御のみを行うようにすれば、ビームのふらつきを押さえて高精度な加工がおこなえる。また、遮光板素材の寸送り動作は間欠的に行う一方、XYテーブルの移動は連続的に行うことにより、遮光板素材上に目盛りを直線に沿って刻むようすれば、スリット列の加工精度を高めかつ加工時間を短縮できる。   Furthermore, the present invention viewed from another aspect can be understood as a method for manufacturing a light shielding plate for an optical linear encoder. The manufacturing method of the present invention appropriately moves the XY table and moves the light shielding plate material while irradiating the laser beam to the light shielding plate material in a state where the light shielding plate material is set on the XY table of the laser processing apparatus. The through slit or the transparent slit row is engraved on the light shielding plate material. Thereby, a light-shielding plate can be manufactured at low cost. For the light shielding plate, if only the movement control of the XY table and the dimension feed operation control of the light shielding plate material are performed while the optical axis declination of the laser beam is fixed, high accuracy can be achieved by suppressing beam wobbling. Can be processed. In addition, the shading plate material is moved intermittently while the XY table is moved continuously, so that if the scale is engraved on the light shielding plate material along a straight line, the processing accuracy of the slit row can be improved. Can increase the processing time.

リニアエンコーダ用遮光板素材としても、様々なものを採用することができる。例えば、遮光板素材をレーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成するものが挙げられる。これにより、全体として剛性を維持しつつも、加工の容易性を向上できる。また、遮光板素材を表面に高反射性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して高反射性金属被膜を除去することにより透明孔を形成するものが挙げられる。これにより、金属被膜としてクロム蒸着膜等の採用が可能となり、しかもレーザ出力をさほど上げずとも、目盛り刻設が可能となる。   Various materials can be adopted as the light shielding plate material for the linear encoder. For example, the light shielding plate material may be a metal plate in which only a laser processing region is a thin region, and a laser beam is selectively irradiated to form a through hole. Thereby, the ease of processing can be improved while maintaining rigidity as a whole. In addition, a transparent substrate is formed by applying a highly reflective metal coating on the surface of the light shielding plate material, and a transparent hole is formed by selectively irradiating a laser beam on the transparent substrate to remove the highly reflective metal coating. Is mentioned. As a result, it is possible to adopt a chromium vapor deposition film or the like as the metal coating, and it is possible to make a scale marking without increasing the laser output so much.

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、反射型または透過型、さらにはアブソリュート式またはインクリメント式における光学式エンコーダの低コストによる多品種少量生産が可能となるという利点を有する。   As is apparent from the above description, according to the present invention, there is an advantage that high-mix low-volume production is possible at a low cost of an optical encoder of a reflection type or a transmission type, or an absolute type or an increment type.

以下に、この発明の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明のほんの一例を示すものに過ぎず、本発明の要旨とするところは、特許請求の範囲の記載によってのみ規定されるものである。   In the following, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is merely an example of the present invention, and the gist of the present invention is defined only by the description of the claims.

以下に示す発明の実施の形態では、先ず図1乃至図12を参照して本発明の第1実施形態である光学式ロータリエンコーダについて説明し、次いで図13乃至図23を参照して本発明の第2実施形態である光学式リニアエンコーダについて順を追って説明する。   In the embodiments of the invention described below, first, an optical rotary encoder according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12, and then, with reference to FIGS. The optical linear encoder according to the second embodiment will be described in order.

本発明の第1実施形態である光学式ロータリエンコーダは、反射型と透過型との双方を含んでいる。   The optical rotary encoder according to the first embodiment of the present invention includes both a reflection type and a transmission type.

光学式ロータリエンコーダの外殻ケースを取り外したときの外観が図1に示されている。尚、同図には反射型のものがその一例として図示されている。この例で示される光学式ロータリエンコーダ1000は、円盤状の回転板1aと、回転板1aの中央部に貫通固定されたシャフト2と、このシャフト2を支承する軸受3と、後述する投光素子、レンズ、受光素子等を具備する光学式読取器(光学式モジュール)52と、光学式読取器52を取りつけるための取付基台51と、光学式読取器51で生成された信号を外部へと取り出すための回路基板53とを具備している。   FIG. 1 shows the external appearance of the optical rotary encoder when the outer case is removed. In the figure, a reflection type is shown as an example. An optical rotary encoder 1000 shown in this example includes a disc-shaped rotating plate 1a, a shaft 2 that is fixedly penetrated at the center of the rotating plate 1a, a bearing 3 that supports the shaft 2, and a light projecting element that will be described later. , An optical reader (optical module) 52 having a lens, a light receiving element, etc., a mounting base 51 for mounting the optical reader 52, and a signal generated by the optical reader 51 to the outside And a circuit board 53 for taking out.

本発明の一実施形態である反射型光学式ロータリエンコーダの詳細構成が図2に示されている。反射型光学式ロータリエンコーダにおいて、シャフト2は検出軸を構成するものであって、被検出対象物に結合される。   A detailed configuration of a reflective optical rotary encoder according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. In the reflective optical rotary encoder, the shaft 2 constitutes a detection axis and is coupled to a detection target.

投光回路4が作動すると、投光素子5が駆動される。投光素子5から出射された光線L11は、一定の広がり角度を保ちつつハーフミラー6を透過し、レンズ7により平行光にされて、回転板1aの表面に照射される。回転板1aの表面で反射した光は、レンズ7を透過した後ハーフミラー6で反射され、受光素子9へと向かう。受光素子9の前面側には、後述するスリットが設けられた遮光板8が配置されている。ハーフミラー6で反射された光線L12は、遮光板8のスリットを通って、受光素子9へと入射される。受光素子9で生成された電気信号は、受光回路10で増幅並びに波形整形等が行われた後、信号処理部11へと送り込まれる。信号処理部11では、インクリメント方式のロータリエンコーダの場合であれば、角度分解能に相当するパルス列を生成出力するし、アブソリュート方式のロータリエンコーダであれば各角度位置に相当するコード信号を生成する。こうして信号処理部11から得られた信号は、出力回路12を介して外部へと送り出される。以上が、反射型光学式ロータリエンコーダの構成並びに動作の基本である。   When the light projecting circuit 4 is activated, the light projecting element 5 is driven. The light beam L11 emitted from the light projecting element 5 passes through the half mirror 6 while maintaining a constant spread angle, is converted into parallel light by the lens 7, and is irradiated onto the surface of the rotating plate 1a. The light reflected by the surface of the rotating plate 1 a passes through the lens 7, is reflected by the half mirror 6, and travels toward the light receiving element 9. On the front side of the light receiving element 9, a light shielding plate 8 provided with a slit to be described later is disposed. The light beam L12 reflected by the half mirror 6 enters the light receiving element 9 through the slit of the light shielding plate 8. The electrical signal generated by the light receiving element 9 is amplified and waveform shaped by the light receiving circuit 10 and then sent to the signal processing unit 11. The signal processing unit 11 generates and outputs a pulse train corresponding to the angular resolution in the case of an incremental rotary encoder, and generates a code signal corresponding to each angular position in the case of an absolute rotary encoder. The signal thus obtained from the signal processing unit 11 is sent to the outside via the output circuit 12. The above is the basic configuration and operation of the reflective optical rotary encoder.

図3には、本発明の一実施形態である透過型光学式ロータリエンコーダの詳細構成が示されている。透過型光学式ロータリエンコーダの構成並びに作用についても、基本的には図2に示される反射型光学式ロータリエンコーダのそれと同様である。そこで、相違点のみを述べる。同図において図2と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。   FIG. 3 shows a detailed configuration of a transmissive optical rotary encoder which is an embodiment of the present invention. The configuration and operation of the transmissive optical rotary encoder are basically the same as those of the reflective optical rotary encoder shown in FIG. Only the differences will be described. In the figure, the same components as those in FIG.

透過型の回転板1bは、目盛り部分に対応して光を透過させる構造を有する。投光素子5から出射された光線L21は、一定の広がり角度を保ちつつレンズ7に照射され平行光L22とされる。その後、光線L22は回転板1bを透過し、回転板1bを挟んで投光素子5と反対側に設けられた受光素子9へと向かう。受光素子9の前面側には後述するスリットが設けられた遮光板8が配置されている。遮光板8を通過したのち受光素子9に光線L22が照射されると、受光素子9からは対応する電気信号が送り出される。この電気信号は、先に図2に関連して説明したように、受光回路10,信号処理部11,出力回路12を経て外部へと送り出される。以上が、透過型光学式ロータリエンコーダの構成並びに作用の基本である。   The transmissive rotary plate 1b has a structure that transmits light corresponding to the scale portion. The light beam L21 emitted from the light projecting element 5 is irradiated onto the lens 7 while maintaining a certain spread angle, and is converted into parallel light L22. Thereafter, the light beam L22 passes through the rotating plate 1b and travels toward the light receiving element 9 provided on the opposite side to the light projecting element 5 with the rotating plate 1b interposed therebetween. On the front side of the light receiving element 9, a light shielding plate 8 provided with a slit to be described later is disposed. When the light receiving element 9 is irradiated with the light beam L22 after passing through the light shielding plate 8, a corresponding electrical signal is sent from the light receiving element 9. As described above with reference to FIG. 2, this electrical signal is sent to the outside through the light receiving circuit 10, the signal processing unit 11, and the output circuit 12. The above is the basic configuration and operation of the transmissive optical rotary encoder.

本発明の光学式ロータリエンコーダにあっては、以上の構成において、回転板1a,1b並びに遮光板8の製造に工夫を加えている。より具体的には、回転板1a,1b並びに遮光板8は、レーザ加工機を用いて製作される。反射型または透過型のインクリメント式の回転板の一例の正面図が図4に示されている。   In the optical rotary encoder of the present invention, in the above configuration, the rotation plates 1a and 1b and the light shielding plate 8 are devised. More specifically, the rotating plates 1a and 1b and the light shielding plate 8 are manufactured using a laser processing machine. FIG. 4 shows a front view of an example of a reflection type or transmission type incremental rotating plate.

同図に示されるように、回転板1は円盤状に形成されており、その周縁部には、目盛り列帯13が設けられ、中央部にはシャフト2を貫通固定するための軸孔14が開設されている。   As shown in the figure, the rotary plate 1 is formed in a disk shape, and a scale array band 13 is provided at the peripheral portion thereof, and a shaft hole 14 for penetrating and fixing the shaft 2 is formed at the center portion. It has been established.

図4におけるA部拡大図が図5に示されている。同図に示されるように、目盛り列帯13は、第1の目盛り列13aと、第2の目盛り列13bと、第3の目盛り列13cとからなる3列の目盛り列で構成されている。後述するように、これらの目盛り列は、レーザ加工機を用いて形成される。すなわち、従前の回転板のように、打ち抜き加工やフォトエッチングによるのではなく、レーザ照射によって目盛りが刻まれるのである。第2の目盛り列13bは、インクリメント式のロータリエンコーダとしてパルス列を出力するとともに回転板1の回転方向を検出するためのA相パターン、B相パターンである。第1の目盛り列13aと、第3の目盛り列13cとは、原点位置を検出するためのZ相パターンである。   An enlarged view of part A in FIG. 4 is shown in FIG. As shown in the figure, the scale row 13 is composed of three scale rows including a first scale row 13a, a second scale row 13b, and a third scale row 13c. As will be described later, these scale rows are formed using a laser processing machine. That is, the scale is engraved by laser irradiation instead of punching or photoetching as in the conventional rotating plate. The second scale row 13b is an A-phase pattern and a B-phase pattern for outputting a pulse train as an incremental rotary encoder and detecting the rotation direction of the rotating plate 1. The first scale row 13a and the third scale row 13c are Z-phase patterns for detecting the origin position.

一方、本発明の光学式ロータリエンコーダの遮光板8の一例が、図6〜図8に示されている。尚、それらの図において符号7は遮光板、81,82は当該遮光板を後述するレーザ加工機に取り付ける際の位置決め孔、83は厚肉領域、84は薄肉領域、85は厚肉領域と薄肉領域との境界線、86aは第1スリット列、86bは第2スリット列、86cは第3スリット列、86dは第4スリット列である。   On the other hand, an example of the light shielding plate 8 of the optical rotary encoder of the present invention is shown in FIGS. In these drawings, reference numeral 7 is a light shielding plate, 81 and 82 are positioning holes for attaching the light shielding plate to a laser processing machine to be described later, 83 is a thick region, 84 is a thin region, and 85 is a thick region and a thin wall. A boundary line with the region, 86a is a first slit row, 86b is a second slit row, 86c is a third slit row, and 86d is a fourth slit row.

本発明の光学式ロータリエンコーダの遮光板の構造並びに目盛りを刻む製造工程については、後に詳細に説明するが、ここでは遮光板上のスリット配列についてのみ説明する。このスリット列の配置は、遮光板の断面構造や素材とは無関係で、どのような光学式ロータリエンコーダの遮光板についても共通である。   The structure of the light shielding plate of the optical rotary encoder of the present invention and the manufacturing process for engraving the scale will be described in detail later, but only the slit arrangement on the light shielding plate will be described here. The arrangement of the slit rows is irrelevant to the cross-sectional structure and material of the light shielding plate, and is common to the light shielding plates of any optical rotary encoder.

すなわち、図7に示されるように、遮光板の中央部分には、第1スリット列86a,第2スリット列86b,第3スリット列86c,第4スリット列86dからなる4列のスリット列が形成されている。これらスリット列を構成する個々のスリットは、貫通孔または透明孔とされており、スリット部分についてのみ光を通過させることが可能となされている。これらのスリット列は、図4,図5に示した回転板1の目盛り列と一定の関係を有する。   That is, as shown in FIG. 7, four slit rows, which are a first slit row 86a, a second slit row 86b, a third slit row 86c, and a fourth slit row 86d, are formed in the central portion of the light shielding plate. Has been. Each of the slits constituting the slit row is a through hole or a transparent hole, and light can pass through only the slit portion. These slit rows have a certain relationship with the scale rows of the rotating plate 1 shown in FIGS.

次に、本発明の光学式ロータリエンコーダの回転板並びに遮光板の加工方法の説明図が図9に示されている。同図(a)及び同図(b)は回転板1の断面構造を示すものであり、同図(c)並びに同図(d)は遮光板8の断面構造を示すものである。   Next, FIG. 9 shows an explanatory diagram of a method for processing the rotating plate and the light shielding plate of the optical rotary encoder of the present invention. 2A and 2B show the cross-sectional structure of the rotating plate 1, and FIG. 2C and FIG. 2D show the cross-sectional structure of the light shielding plate 8.

まず、同図(a)に示される回転板の断面構造(その1)について説明する。この例に示される回転板は、反射型の光学式ロータリーエンコーダに適用が可能である。この回転板は、表面が鏡面とされた金属基板100に対してレーザビームを選択的に照射して粗面化することによって、正反射部分と乱反射部分とを形成したものである。金属基板100としては、例えばステンレス(SUS)等が使用され、また厚さd1は100μm程度とされている。図において、符号100aが付されているのは鏡面領域であり、符号100bが付されているのが粗面領域である。鏡面領域100aは金属基板100の当初の表面をそのまま露出させたものであり、粗面領域100bがレーザ照射により粗面化された部分である。このような構成によれば、投光素子から粗面領域100bに照射された光線L1は散乱されて殆ど受光素子に戻って来ないのに対し、投光素子から鏡面領域100aに照射された光線L2は正反射して大部分が受光素子に戻ってくる。鏡面領域100aは図5のA部拡大図において、目盛り領域aに相当する。これに対し、粗面領域100bは、図5のA部拡大図において、周辺領域bに相当する。そのため、投光素子からの光線をこの回転板の表面に照射し、その反射光を光電変換することによって、第1の目盛り列13a,第2の目盛り列13b,第3の目盛り列13cに相当する電気信号を取得することができる。   First, a cross-sectional structure (part 1) of the rotating plate shown in FIG. The rotating plate shown in this example can be applied to a reflective optical rotary encoder. This rotating plate is formed by selectively irradiating the metal substrate 100 having a mirror surface with a laser beam to roughen the surface, thereby forming regular reflection portions and irregular reflection portions. For example, stainless steel (SUS) is used as the metal substrate 100, and the thickness d1 is about 100 μm. In the figure, reference numeral 100a denotes a mirror surface area, and reference numeral 100b denotes a rough surface area. The mirror surface region 100a is an exposed surface of the metal substrate 100 as it is, and the rough surface region 100b is a portion roughened by laser irradiation. According to such a configuration, the light beam L1 irradiated from the light projecting element to the rough surface area 100b is scattered and hardly returns to the light receiving element, whereas the light beam irradiated from the light projecting element to the mirror surface area 100a. L2 is regularly reflected and most of the light returns to the light receiving element. The mirror surface area 100a corresponds to the scale area a in the enlarged view of the portion A in FIG. On the other hand, the rough surface region 100b corresponds to the peripheral region b in the enlarged view of the portion A in FIG. Therefore, the surface of the rotating plate is irradiated with light from the light projecting element, and the reflected light is photoelectrically converted to correspond to the first scale row 13a, the second scale row 13b, and the third scale row 13c. An electrical signal can be acquired.

次に、同図(b)に示される回転板の断面構造(その2)について説明する。この例に示される回転板は、反射型及び透過型のいずれにも適用が可能である。この回転板は、透明基板110とその表面に被着された金属薄膜120とを有する。透明基板110の素材としては、ガラスやプラスチック等を使用することができる。一方、金属薄膜120の素材としては、クロム(Cr)等のような高反射性の金属素材を採用することができる。この例にあっては、透明基板(ガラス板)110の表面に金属薄膜(クロム蒸着膜)120を被着させた円盤状の素材を用意し、その表面にレーザビームを選択的に照射することによって、金属薄膜120を選択的に除去(昇華除去)させることにより、薄膜除去領域120aを形成している。このような構成によれば、投光素子から金属薄膜120の鏡面(薄膜除去されていない領域)に照射された光線L3は正反射して受光素子に戻されるのに対し、投光素子から薄膜除去領域120aに照射された光線L4は透明基板110を透過して抜けてしまい、殆ど受光素子に戻されない。この回転板が反射型として使用される場合、金属薄膜120の鏡面は、図5のA部拡大図において、目盛り領域aとされる。一方、薄膜除去領域300aは、図5のA部拡大図において周辺領域bとされる。他方、この回転板が、透過型として使用される場合、薄膜除去領域120aが、図5のA部拡大図において目盛り領域aとされ、逆に金属薄膜120の粗面が周辺領域bとされる。透明基板120としてガラス板が使用される場合、反射型にするときにはB270が、透過型にするときにはBK−7を採用することが好ましい。BK−7は透過率が高いため、透過型ではBK−7が優位である。一方、透過率を考慮する必要がない反射型の場合にはコストの低いB270を採用するのが好ましい。また、透明基板110としてガラスが使用される場合、その厚さd2としては1.1mm程度とされ、他方金属薄膜120としてクロム蒸着膜が採用される場合、クロム蒸着膜の膜厚d3は1400Å程度とされる。   Next, the sectional structure (part 2) of the rotating plate shown in FIG. The rotating plate shown in this example can be applied to both a reflection type and a transmission type. This rotating plate has a transparent substrate 110 and a metal thin film 120 deposited on the surface thereof. As a material of the transparent substrate 110, glass, plastic, or the like can be used. On the other hand, as a material of the metal thin film 120, a highly reflective metal material such as chromium (Cr) can be employed. In this example, a disk-shaped material in which a metal thin film (chromium vapor deposition film) 120 is deposited on the surface of a transparent substrate (glass plate) 110 is prepared, and the surface is selectively irradiated with a laser beam. Thus, the metal thin film 120 is selectively removed (sublimation removed) to form the thin film removal region 120a. According to such a configuration, the light beam L3 irradiated from the light projecting element to the mirror surface (region where the thin film is not removed) of the metal thin film 120 is regularly reflected and returned to the light receiving element. The light beam L4 applied to the removal region 120a passes through the transparent substrate 110 and is hardly returned to the light receiving element. When this rotating plate is used as a reflection type, the mirror surface of the metal thin film 120 is a scale area a in the enlarged view of the portion A in FIG. On the other hand, the thin film removal region 300a is a peripheral region b in the enlarged view of the portion A in FIG. On the other hand, when this rotating plate is used as a transmission type, the thin film removal region 120a is a scale region a in the enlarged view of the A portion of FIG. 5, and conversely, the rough surface of the metal thin film 120 is a peripheral region b. . When a glass plate is used as the transparent substrate 120, it is preferable to adopt B270 when the reflective type is used, and BK-7 when the transmissive type is used. Since BK-7 has a high transmittance, BK-7 is superior in the transmission type. On the other hand, in the case of a reflective type that does not require consideration of the transmittance, it is preferable to adopt B270 having a low cost. When glass is used as the transparent substrate 110, the thickness d2 is about 1.1 mm. On the other hand, when a chromium deposition film is used as the metal thin film 120, the thickness d3 of the chromium deposition film is about 1400 mm. It is said.

次に、同図(c)に示される光学式ロータリエンコーダの遮光板の断面構造(その1)について説明する。この例にあっては、遮光板は金属薄板130を主体として構成される。この金属薄板130の表面には、レーザ加工対象となる薄肉領域150を残して電鋳金属層140が成長形成される。金属薄板130の素材としては例えばニッケル(Ni)が採用され、また電鋳金属層140としては同様なニッケル(Ni)が採用される。薄肉領域150の肉厚d4としては、0.01mm程度とされ、また電鋳金属層140の肉厚d5としては、0.04mm程度とされている。そのため、肉厚部分の全体の厚さは0.05mm程度とされる。   Next, the sectional structure (No. 1) of the light shielding plate of the optical rotary encoder shown in FIG. In this example, the light shielding plate is mainly composed of a thin metal plate 130. On the surface of the thin metal plate 130, an electroformed metal layer 140 is grown while leaving a thin region 150 to be laser processed. For example, nickel (Ni) is used as the material of the metal thin plate 130, and similar nickel (Ni) is used as the electroformed metal layer 140. The thickness d4 of the thin region 150 is about 0.01 mm, and the thickness d5 of the electroformed metal layer 140 is about 0.04 mm. Therefore, the total thickness of the thick portion is about 0.05 mm.

図9(c)に示される例は、図6〜図8に示される光学式ロータリエンコーダの遮光板8に対応している。すなわち、この例にあっては、図6に示される、境界線85で矩形に囲まれる薄肉領域84が薄肉領域150となり、その周辺部分の厚肉領域83が電鋳金属層140が成長形成された領域となるような遮光板を用意する。   The example shown in FIG. 9C corresponds to the light shielding plate 8 of the optical rotary encoder shown in FIGS. That is, in this example, the thin area 84 surrounded by the boundary line 85 in a rectangle shown in FIG. 6 becomes the thin area 150, and the thick area 83 in the peripheral portion is grown and formed by the electroformed metal layer 140. Prepare a shading plate that will be the area.

この遮光板は、後に詳細に説明する光学式ロータリエンコーダのレーザ加工機のステージ上に位置決め孔81,82を介して固定される。しかる後、レーザビームを薄肉領域84内に照射することによって、図7に示されるように、第1スリット列86a,第2スリット列86b,第3スリット列86c,第4スリット列86dに示されるように、スリット列がレーザビームの照射によって貫通形成される。図9(c)に示されるように、レーザビームが照射された部分は穿孔領域130aとなるのに対し、レーザビームが照射されない部分は金属薄板130がそのまま残される。ここで、穿孔領域130aは図8の拡大図において、スリット領域cに相当する。これに対して、遮光性を有する金属薄板130の表面が、図8の拡大図において、周辺領域dに相当する。図9(c)から明らかなように、穿孔領域130aに照射された光線L5は反対側へ抜けてしまうのに対し、金属薄板130に照射された光線L6は反射して元に戻される。   The light shielding plate is fixed via positioning holes 81 and 82 on a stage of a laser processing machine of an optical rotary encoder which will be described in detail later. Thereafter, by irradiating a laser beam into the thin region 84, as shown in FIG. 7, the first slit row 86a, the second slit row 86b, the third slit row 86c, and the fourth slit row 86d are shown. As described above, the slit rows are formed through the laser beam. As shown in FIG. 9C, the portion irradiated with the laser beam becomes a perforated region 130a, while the metal thin plate 130 is left as it is in the portion not irradiated with the laser beam. Here, the perforated region 130a corresponds to the slit region c in the enlarged view of FIG. On the other hand, the surface of the light-shielding metal thin plate 130 corresponds to the peripheral region d in the enlarged view of FIG. As is clear from FIG. 9C, the light beam L5 irradiated to the perforated region 130a escapes to the opposite side, whereas the light beam L6 irradiated to the metal thin plate 130 is reflected and returned.

次に、図9(d)に示される光学式ロータリエンコーダの遮光板の断面構造(その2)について説明する。この例にあっては、透明基板(ガラスやプラスチック)111と、この透明基板111の上に被着された金属薄膜(クロム蒸着膜等)121とを有する。そして、この金属薄膜121をレーザビームの選択照射によって除去することで、薄膜除去領域121aを形成することにより、遮光板8が製作される。透明基板111としてガラス板が使用される場合、その肉厚d6は0.5〜1.2mm程度とされ、金属薄膜121としてクロム蒸着膜が使用される場合、その肉厚d7は光を完全に遮断できるように1400Å程度に設定される。ここで、金属薄膜121が被着された領域が図8の拡大図において周辺領域dに相当し、薄膜除去領域121aがスリット領域cに相当する。   Next, a cross-sectional structure (No. 2) of the light shielding plate of the optical rotary encoder shown in FIG. In this example, a transparent substrate (glass or plastic) 111 and a metal thin film (such as a chromium vapor deposition film) 121 deposited on the transparent substrate 111 are provided. Then, by removing the metal thin film 121 by selective irradiation with a laser beam, the light shielding plate 8 is manufactured by forming the thin film removal region 121a. When a glass plate is used as the transparent substrate 111, the thickness d6 is about 0.5 to 1.2 mm, and when a chromium vapor deposition film is used as the metal thin film 121, the thickness d7 completely absorbs light. It is set to about 1400 mm so that it can be shut off. Here, the region where the metal thin film 121 is deposited corresponds to the peripheral region d in the enlarged view of FIG. 8, and the thin film removal region 121a corresponds to the slit region c.

次に、本発明の光学式ロータリエンコーダのレーザ加工システムの構成図が図10に示されている。同図に示されるように、このレーザ加工システム700は、レーザ加工装置710と、演算処理装置720と、視覚認識装置730とから構成されている。   Next, the block diagram of the laser processing system of the optical rotary encoder of the present invention is shown in FIG. As shown in the figure, the laser processing system 700 includes a laser processing device 710, an arithmetic processing device 720, and a visual recognition device 730.

レーザ加工装置710は、ワークWの位置決め用のワークセット・制御ステージを有する。この制御ステージは、X方向の移動を担うXテーブル711と、Y方向への移動を担うYテーブル712と、θ方向(回転方向)への移動を担うθテーブル713とを有する。そして、θテーブル713の上にワークWが載置固定される。このワークWが、本発明にあっては、回転板1であったり遮光板8であったりするのである。   The laser processing apparatus 710 has a work set / control stage for positioning the work W. This control stage has an X table 711 responsible for movement in the X direction, a Y table 712 responsible for movement in the Y direction, and a θ table 713 responsible for movement in the θ direction (rotation direction). Then, the workpiece W is placed and fixed on the θ table 713. In the present invention, the work W is the rotating plate 1 or the light shielding plate 8.

レーザ装置716は、電源装置717と冷却装置718とを備え、YAGレーザ(この例では、第2高調波:532nm,出力:0.5mJ程度,繰り返し周波数:5〜40kHz)で構成される。レーザ装置716から出射されたレーザビームは、ミラー715で反射された後、集光レンズ714を介して集光された後、ワークWの表面に照射される。特にこの例にあっては、精密な加工を可能とするため、通常のこの種レーザ加工機に含まれるガルバノミラーは固定状態とされ、ワークW上のビーム操作は、全て制御ステージ側に負担されるようになっている。つまり、レーザビームがふらつかないように固定しておいて、ワークWの側をX方向,Y方向,θ方向へと適宜独立に移動させることによって、所望の目盛りパターンやスリットパターンを描き出し、それらを刻み込むのである。   The laser device 716 includes a power supply device 717 and a cooling device 718, and is configured by a YAG laser (in this example, second harmonic: 532 nm, output: about 0.5 mJ, repetition frequency: 5 to 40 kHz). The laser beam emitted from the laser device 716 is reflected by the mirror 715, condensed through the condenser lens 714, and then irradiated onto the surface of the workpiece W. Particularly in this example, in order to enable precise machining, the galvano mirror included in a normal laser processing machine of this type is fixed, and all beam operations on the workpiece W are borne by the control stage side. It has become so. In other words, by fixing the laser beam so that it does not fluctuate and moving the workpiece W side independently in the X, Y, and θ directions as desired, a desired scale pattern or slit pattern is drawn, Engrave.

演算処理装置720は、レーザ・ワーク制御数値演算装置721と、CADデータ(データベース)722とを含んでいる。レーザ・ワーク制御数値演算装置721は、レーザ装置716及びワークセット・制御ステージ(Xテーブル711,Yテーブル712,θテーブル713)を適宜制御する。この制御態様は、CADデータ(例えばAutoCAD(登録商標)等)722に基づいて制御される。   The arithmetic processing unit 720 includes a laser / work control numerical arithmetic unit 721 and CAD data (database) 722. The laser / work control numerical calculation device 721 appropriately controls the laser device 716 and the work set / control stage (X table 711, Y table 712, θ table 713). This control mode is controlled based on CAD data (for example, AutoCAD (registered trademark)) 722.

視覚認識装置730は、CCD内蔵のカメラ731と、ハーフミラー732と、光源733とを有する。光源733からの光はハーフミラー732で反射されてワークWを真上から照明する。ワークWからの反射光はハーフミラー732を透過してカメラ731へと取り込まれ、ワークWとレーザビームとの位置関係に相当する情報が取得され、この情報がレーザ・ワーク制御数値演算装置721へとフィードバックされる。   The visual recognition device 730 includes a camera 731 with a built-in CCD, a half mirror 732, and a light source 733. Light from the light source 733 is reflected by the half mirror 732 to illuminate the workpiece W from directly above. Reflected light from the work W passes through the half mirror 732 and is taken into the camera 731, information corresponding to the positional relationship between the work W and the laser beam is acquired, and this information is sent to the laser / work control numerical calculation device 721. Is fed back.

以上により、ワークセット・制御ステージに搭載されたワークW(回転板1又は遮光板8)は、レーザビームの側を固定しつつ、ワークセット・制御ステージを適宜に移動させることによって、所望の目盛りパターンあるいはスリットパターンに対応して加工され、これにより回転板上に目盛りが刻まれ、遮光板上にスリットが刻まれる。   As described above, the workpiece W (the rotary plate 1 or the light shielding plate 8) mounted on the workpiece set / control stage is moved to the desired scale by appropriately moving the workpiece set / control stage while fixing the laser beam side. Processing is performed corresponding to the pattern or slit pattern, whereby a scale is cut on the rotating plate and a slit is cut on the light shielding plate.

次に、本発明の光学式ロータリエンコーダのレーザ加工システムの演算装置の制御プログラムを示すフローチャートが図11に示されている。この制御プログラムは、レーザ・ワーク制御数値演算装置721により実行される。   Next, FIG. 11 shows a flowchart showing a control program of the arithmetic unit of the laser processing system for the optical rotary encoder of the present invention. This control program is executed by the laser work control numerical operation device 721.

まず、回転板の外形、分解能等の仕様を決定するための設定操作が行われると(ステップ116)、1目盛りパターン又は1スリットパターン分の加工開始・終点位置の算出(ステップ117)、θ送りピッチ算出(ステップ118)、Z相パターンの加工開始・終点位置算出(ステップ119)の処理がそれぞれ行われる。しかる後、スリット形成前のワークWをステージ上の図示しない治具にセットし(ステップ111)、スタート操作が行われると(ステップ112)、画像認識位置への移動処理(ステップ113)、原点サーチ処理(ステップ114)、原点座標ズレ取得処理(ステップ115)がそれぞれ実行された後、ワークの規定位置は加工X−Y−θ座標へ移動される(ステップ120)。しかる後、レーザ光が安定するのを待って(ステップ121,122)、レーザ装置のシャッタが開かれ(ステップ123)、レーザの出射が行われ(ステップ124)、レーザ加工が実行される(ステップ125)。このレーザ加工実行処理(ステップ125)では、先に説明したように、CADデータ722を元に、X−Y−θステージの稼働が適宜に行われる(ステップ126)。しかる後、シャッタを閉じ(ステップ127)、スリットの加工が完了したかを確認しつつ(ステップ128)、残りの加工がまだ存在すれば、次の加工位置への移動処理を行った後(ステップ129)、以上の処理が繰り返され、加工が完了するのを待って(ステップ128完了)、加工終了処理が行われる(ステップ130)。   First, when a setting operation for determining specifications such as the outer shape and resolution of the rotating plate is performed (step 116), calculation of processing start / end positions for one scale pattern or one slit pattern (step 117), θ feed Pitch calculation (step 118) and Z-phase pattern machining start / end point position calculation (step 119) are performed. Thereafter, the workpiece W before slit formation is set on a jig (not shown) on the stage (step 111), and when a start operation is performed (step 112), moving processing to an image recognition position (step 113), origin search After the processing (step 114) and the origin coordinate deviation acquisition processing (step 115) are executed, the specified position of the workpiece is moved to the machining XY-θ coordinates (step 120). Thereafter, after the laser beam is stabilized (steps 121 and 122), the shutter of the laser device is opened (step 123), the laser is emitted (step 124), and laser processing is executed (step). 125). In this laser processing execution process (step 125), as described above, the operation of the XY-θ stage is appropriately performed based on the CAD data 722 (step 126). After that, the shutter is closed (step 127), and it is confirmed whether or not the slit processing is completed (step 128), and if there is any remaining processing, after moving to the next processing position (step 128). 129) The above processing is repeated, and the processing is completed (step 128) after the processing is completed (step 128 is completed).

このように、本発明の光学式ロータリエンコーダの回転板1並びに遮光板8に対する目盛りやスリットの加工は、レーザ加工システム700を介して自動的に行われるから、従前の打ち抜き加工技術やフォトエッチング技術を利用する場合に比べ、金型設計やマスク設計並びに製作が不要であるから、受注から加工完了までの期間を著しく短縮することができると共に、それらの設計や製作を行う場合に比べ、著しいコストダウンを図ることができる。そのため、本発明の光学式ロータリエンコーダにあっては、いわゆる多品種少量生産への対応を容易とすると共に、これを低コストに実現することができる。   As described above, since the processing of the scales and slits on the rotary plate 1 and the light shielding plate 8 of the optical rotary encoder of the present invention is automatically performed through the laser processing system 700, the conventional punching processing technology and photo etching technology are used. Compared to the case of using, there is no need for mold design and mask design and production, so the period from order receipt to processing completion can be shortened remarkably, and the cost is significantly higher than when designing and producing them. You can go down. Therefore, in the optical rotary encoder of the present invention, it is possible to easily cope with so-called high-mix low-volume production and realize this at a low cost.

加えて、本発明の光学式ロータリエンコーダにあっては、Xテーブル711,Yテーブル712,θテーブル713の制御に工夫を加えることによって、個々の目盛り要素の加工精度を可及的に向上させることもできる。   In addition, in the optical rotary encoder of the present invention, the processing accuracy of the individual scale elements is improved as much as possible by devising the control of the X table 711, the Y table 712, and the θ table 713. You can also.

本発明の光学式ロータリエンコーダの回転板上の個々の目盛り形状を示す図が図12に示されている。同図(a)に示される目盛り要素161は扇形状を有する。これは、従前の打ち抜き成形技術やフォトエッチング技術を利用した場合の目盛り形状と同一である。この場合、例えばXテーブル711,Yテーブル712,θテーブル713を全て連動して移動させることにより、同図中にジグザグ軌跡で示されるようにレーザを照射しつつ、扇形状の目盛り要素161を完成するものである。   FIG. 12 is a diagram showing individual scale shapes on the rotary plate of the optical rotary encoder of the present invention. The scale element 161 shown in FIG. 4A has a fan shape. This is the same as the scale shape in the case of using a conventional punching forming technique or a photo etching technique. In this case, for example, by moving all of the X table 711, the Y table 712, and the θ table 713 together, the fan-shaped scale element 161 is completed while irradiating the laser as shown by the zigzag locus in the figure. To do.

同図(b)に示される目盛り要素162は、特に、本発明者等が開発した新規な形状の目盛り要素である。この目盛り要素は、その外周を全て直線によって囲まれており、従前の扇形状目盛りとは顕著な相違を有する。これは図10に示されるレーザ加工システムの採用を前提として、X,Y,θテーブルのできるだけ簡単な制御によって、精度の良い目盛り要素を形成できるようにしたものである。すなわち、この台形状の目盛り要素162の加工にあたっては、θテーブル713は間欠送りを繰り返すだけでよく、その他θテーブルが静止している状態においては、同図中にジグザグ軌跡で示されるようにXテーブル711とYテーブル712とを同時に連動して移動させることにより、台形状輪郭の内部を精密にかつ簡単に加工できるようにしたものである。このような台形状目盛りを採用することによって、従前の打ち抜き加工技術やフォトエッチング技術を使用した場合に比べ目盛りの位置決め精度を向上させることが可能になるとともに、簡単に短時間で従前の扇形状目盛りとほぼ同機能をはたす目盛りを形成できるようになった。   The scale element 162 shown in FIG. 4B is a scale element having a novel shape developed by the present inventors. The scale element is entirely surrounded by a straight line, and has a significant difference from the conventional fan-shaped scale. This is based on the premise that the laser processing system shown in FIG. 10 is adopted, so that a highly accurate scale element can be formed by the simplest possible control of the X, Y, and θ tables. That is, in processing the trapezoidal scale element 162, the θ table 713 only needs to be intermittently fed, and when the θ table is stationary, the X table X is shown as a zigzag locus in the figure. By moving the table 711 and the Y table 712 in conjunction with each other at the same time, the inside of the trapezoidal outline can be precisely and easily processed. By adopting such a trapezoidal scale, it is possible to improve the positioning accuracy of the scale compared to the case of using the conventional punching technology and photoetching technology, and it is easy to use the conventional fan shape in a short time. A scale that has almost the same function as the scale can be formed.

次に、本発明の第2実施形態である光学式リニアエンコーダについて説明する。本発明に係る光学式リニアエンコーダの外観が図13に示されている。同図(a)は反射型リニアエンコーダ2000aの外観を示すものであり、同図(b)は透過型リニアエンコーダの外観を示すものである。   Next, an optical linear encoder that is a second embodiment of the present invention will be described. The appearance of the optical linear encoder according to the present invention is shown in FIG. FIG. 4A shows the appearance of the reflective linear encoder 2000a, and FIG. 4B shows the appearance of the transmissive linear encoder.

図13に示されるように、本発明に係る光学式リニアエンコーダは、目盛りが刻まれたリニアスケール21(反射型リニアスケール21a、又は透過型リニアスケール21b)と、このリニアスケール21に刻まれた目盛りを読み取るための光学式読取器(光学式モジュール)300(反射型光学式読取器300a、又は透過型光学式読取器300b)とを具備している。   As shown in FIG. 13, the optical linear encoder according to the present invention has a linear scale 21 (a reflective linear scale 21 a or a transmissive linear scale 21 b) engraved with a scale, and an inscribed linear scale 21. An optical reader (optical module) 300 (a reflective optical reader 300a or a transmissive optical reader 300b) for reading the scale is provided.

次に、本発明に係る反射型光学式リニアエンコーダの詳細構成が図14に、また本発明に係る透過型光学式リニアエンコーダの詳細構成が図15にそれぞれ示されている。   Next, FIG. 14 shows the detailed configuration of the reflective optical linear encoder according to the present invention, and FIG. 15 shows the detailed configuration of the transmission optical linear encoder according to the present invention.

図14に示されるように、本発明に係る反射型光学式リニアエンコーダは、被検出対象物22aに貼付されるリニアスケール21aを有する。
投光回路23が作動すると、投光素子24が駆動される。投光素子24から出射された光線L31は、一定の広がり角度を保ちつつハーフミラー25を透過し、レンズ26により平行光にされて、リニアスケール21aの表面に照射される。リニアスケール21aの表面で反射した光は、レンズ26を透過した後ハーフミラー25で反射され、受光素子28へと向かう。受光素子28の前面側には、後述するスリットが設けられた遮光板27が配置されている。ハーフミラー25で反射された光線L32は、遮光板27のスリットを通って、受光素子28へと入射される。受光素子28で生成された電気信号は、受光回路29で増幅並びに波形整形等が行われた後、信号処理部30へと送り込まれる。信号処理部30では、インクリメント方式のリニアエンコーダの場合であれば、直線分解能に相当するパルス列を生成出力するし、アブソリュート方式のリニアエンコーダであれば各位置に相当するコード信号を生成する。こうして信号処理部30から得られた信号は、出力回路31を介して外部へと送り出される。以上が、反射型光学式リニアエンコーダの構成並びに動作の基本である。
As shown in FIG. 14, the reflective optical linear encoder according to the present invention has a linear scale 21a attached to the detection target 22a.
When the light projecting circuit 23 is activated, the light projecting element 24 is driven. The light beam L31 emitted from the light projecting element 24 is transmitted through the half mirror 25 while maintaining a constant spread angle, is converted into parallel light by the lens 26, and is irradiated onto the surface of the linear scale 21a. The light reflected by the surface of the linear scale 21 a passes through the lens 26, is reflected by the half mirror 25, and travels toward the light receiving element 28. On the front side of the light receiving element 28, a light shielding plate 27 provided with a slit to be described later is disposed. The light beam L32 reflected by the half mirror 25 enters the light receiving element 28 through the slit of the light shielding plate 27. The electrical signal generated by the light receiving element 28 is amplified and waveform shaped by the light receiving circuit 29 and then sent to the signal processing unit 30. The signal processing unit 30 generates and outputs a pulse train corresponding to a linear resolution in the case of an incremental type linear encoder, and generates a code signal corresponding to each position in the case of an absolute type linear encoder. Thus, the signal obtained from the signal processing unit 30 is sent to the outside through the output circuit 31. The above is the basic configuration and operation of the reflective optical linear encoder.

図15には、本発明に係る透過型光学式リニアエンコーダの構成図が示されている。透過型光学式リニアエンコーダの構成並びに作用についても、基本的には図14に示される反射型光学式リニアエンコーダのそれと同様である。そこで、相違点のみを述べる。同図において図14と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。   FIG. 15 shows a configuration diagram of a transmission optical linear encoder according to the present invention. The configuration and operation of the transmissive optical linear encoder are basically the same as those of the reflective optical linear encoder shown in FIG. Only the differences will be described. In the figure, the same components as those in FIG.

透過型のリニアスケール21bは、目盛り部分に対応して光を透過させる構造を有する。投光素子24から出射された光線L41は、一定の広がり角を保ちつつレンズ26に照射され平行光L42とされる。その後、光線L42はリニアスケール21bを透過し、リニアスケール21bを挟んで投光素子24と反対側に設けられた受光素子28へと向かう。受光素子28の前面側には後述するスリットが設けられた遮光板27が配置されている。遮光板27を通過したのち受光素子28に光線L42が照射されると、受光素子28からは対応する電気信号が送り出される。この電気信号は、先に図14に関連して説明したように、受光回路29,信号処理部30,出力回路31を経て外部へと送り出される。以上が、透過型光学式リニアエンコーダの構成並びに作用の基本である。   The transmissive linear scale 21b has a structure that transmits light corresponding to the scale portion. The light beam L41 emitted from the light projecting element 24 is irradiated onto the lens 26 while maintaining a certain spread angle, and is converted into parallel light L42. Thereafter, the light beam L42 passes through the linear scale 21b and travels toward the light receiving element 28 provided on the opposite side of the light projecting element 24 with the linear scale 21b interposed therebetween. On the front side of the light receiving element 28, a light shielding plate 27 provided with a slit to be described later is disposed. When the light receiving element 28 is irradiated with the light beam L42 after passing through the light shielding plate 27, a corresponding electrical signal is sent out from the light receiving element 28. This electric signal is sent to the outside through the light receiving circuit 29, the signal processing unit 30, and the output circuit 31, as described above with reference to FIG. The above is the basic configuration and operation of the transmission optical linear encoder.

本発明の光学式リニアエンコーダにあっては、以上の構成において、リニアスケール21a,21b並びに遮光板27の製造に工夫を加えている。より具体的には、リニアスケール21a,21b並びに遮光板27は、レーザ加工機を用いて製作される。反射型または透過型のインクリメント式のリニアスケールの一例の正面図が図16に示されている。   In the optical linear encoder of the present invention, in the above configuration, the linear scales 21a and 21b and the light shielding plate 27 are devised. More specifically, the linear scales 21a and 21b and the light shielding plate 27 are manufactured using a laser processing machine. FIG. 16 shows a front view of an example of a reflective or transmissive incremental linear scale.

同図に示されるように、リニアスケール21は長方形状に形成されており、その表面には、目盛り列帯40が設けられている。   As shown in the figure, the linear scale 21 is formed in a rectangular shape, and a scale row band 40 is provided on the surface thereof.

図16におけるB部拡大図が図17に示されている。同図に示されるように、目盛り列帯40は、第1の目盛り列40aと、第2の目盛り列40bと、第3の目盛り列40cとからなる3列の目盛り列で構成されている。後述するように、これらの目盛り列は、レーザ加工機を用いて形成される。すなわち、従前のリニアスケールのように、打ち抜き加工やフォトエッチングによるのではなく、レーザ照射によって目盛りが刻まれるのである。第2の目盛り列40bは、インクリメント式のリニアエンコーダとしてパルス列を出力するとともにリニアスケール21の移動方向を検出するためのA相パターン、B相パターンである。第1の目盛り列40aと、第3の目盛り列40cとは、原点位置を検出するためのZ相パターンである。   An enlarged view of a portion B in FIG. 16 is shown in FIG. As shown in the figure, the scale row band 40 is composed of three scale rows including a first scale row 40a, a second scale row 40b, and a third scale row 40c. As will be described later, these scale rows are formed using a laser processing machine. That is, the scale is engraved by laser irradiation rather than by punching or photoetching as in the conventional linear scale. The second scale row 40b is an A-phase pattern and a B-phase pattern for outputting a pulse train as an incremental linear encoder and detecting the moving direction of the linear scale 21. The first scale row 40a and the third scale row 40c are Z-phase patterns for detecting the origin position.

一方、本発明の光学式リニアエンコーダの遮光板27の一例が、図18〜図20に示されている。尚、それらの図において符号27は遮光板、271,272は当該遮光板を後述するレーザ加工機に取り付ける際の位置決め孔、273は厚肉領域、274は薄肉領域、275は厚肉領域と薄肉領域との境界線、276aは第1スリット列、276bは第2スリット列、276cは第3スリット列、276dは第4スリット列である。   On the other hand, an example of the light shielding plate 27 of the optical linear encoder of the present invention is shown in FIGS. In these drawings, reference numeral 27 is a light shielding plate, 271 and 272 are positioning holes for attaching the light shielding plate to a laser processing machine to be described later, 273 is a thick region, 274 is a thin region, and 275 is a thick region and a thin wall. A boundary line with the region, 276a is a first slit row, 276b is a second slit row, 276c is a third slit row, and 276d is a fourth slit row.

本発明の光学式リニアエンコーダの遮光板の構造並びに目盛りを刻む製造工程については、後に詳細に説明するが、ここでは遮光板上のスリット配列についてのみ説明する。このスリット列の配置は、遮光板の断面構造や素材とは無関係で、どのような光学式リニアエンコーダの遮光板についても共通である。   The structure of the light shielding plate of the optical linear encoder of the present invention and the manufacturing process for engraving the scale will be described in detail later, but only the slit arrangement on the light shielding plate will be described here. The arrangement of the slit rows is irrelevant to the cross-sectional structure and material of the light shielding plate, and is common to the light shielding plates of any optical linear encoder.

すなわち、図19に示されるように、遮光板の中央部分には、第1スリット列276a,第2スリット列276b,第3スリット列276c,第4スリット列276dからなる4列のスリット列が形成されている。これらスリット列を構成する個々のスリットは、貫通孔または透明孔とされており、スリット部分についてのみ光を通過させることが可能となされている。これらのスリット列は、図16,図17に示したリニアスケール21の目盛り列と一定の関係を有する。   That is, as shown in FIG. 19, four slit rows including a first slit row 276a, a second slit row 276b, a third slit row 276c, and a fourth slit row 276d are formed in the central portion of the light shielding plate. Has been. Each of the slits constituting the slit row is a through hole or a transparent hole, and light can pass through only the slit portion. These slit rows have a certain relationship with the scale rows of the linear scale 21 shown in FIGS.

次に、本発明の光学式リニアエンコーダのリニアスケール並びに遮光板の加工方法の説明図が図21に示されている。同図(a)及び同図(b)はリニアスケール21の断面構造を示すものであり、同図(c)並びに同図(d)は遮光板27の断面構造を示すものである。   Next, FIG. 21 shows an explanatory diagram of a method for processing the linear scale and the light shielding plate of the optical linear encoder of the present invention. 2A and 2B show the cross-sectional structure of the linear scale 21, and FIG. 2C and FIG. 2D show the cross-sectional structure of the light shielding plate 27.

まず、同図(a)に示されるリニアスケールの断面構造(その1)について説明する。この例に示されるリニアスケールは、反射型の光学式リニアーエンコーダに適用が可能である。このリニアスケールは、表面が鏡面とされた金属基板200に対してレーザビームを選択的に照射して粗面化することによって、正反射部分と乱反射部分とを形成したものである。金属基板200としては、例えばステンレス(SUS)等が使用され、また厚さd1は100μm程度とされている。図において、符号200aが付されているのは鏡面領域であり、符号200bが付されているのが粗面領域である。鏡面領域200aは金属基板200の当初の表面をそのまま露出させたものであり、粗面領域200bがレーザ照射により粗面化された部分である。このような構成によれば、投光素子から粗面領域200bに照射された光線L1は散乱されて殆ど受光素子に戻って来ないのに対し、投光素子から鏡面領域200aに照射された光線L2は正反射して大部分が受光素子に戻ってくる。鏡面領域100aは図5のA部拡大図において、目盛り領域aに相当する。これに対し、粗面領域200bは、図17のB部拡大図において、周辺領域bに相当する。そのため、投光素子からの光線をこのリニアスケールの表面に照射し、その反射光を光電変換することによって、第1の目盛り列40a,第2の目盛り列40b,第3の目盛り列40cに相当する電気信号を取得することができる。   First, the cross-sectional structure (part 1) of the linear scale shown in FIG. The linear scale shown in this example can be applied to a reflective optical linear encoder. In this linear scale, the metal substrate 200 having a mirror surface is selectively irradiated with a laser beam to be roughened, thereby forming a regular reflection portion and an irregular reflection portion. For example, stainless steel (SUS) is used as the metal substrate 200, and the thickness d1 is about 100 μm. In the figure, reference numeral 200a is a mirror surface area, and reference numeral 200b is a rough surface area. The mirror surface area 200a is the original surface of the metal substrate 200 exposed as it is, and the rough surface area 200b is a portion roughened by laser irradiation. According to such a configuration, the light beam L1 irradiated from the light projecting element to the rough surface area 200b is scattered and hardly returns to the light receiving element, whereas the light beam irradiated from the light projecting element to the mirror surface area 200a. L2 is regularly reflected and most of the light returns to the light receiving element. The mirror surface area 100a corresponds to the scale area a in the enlarged view of the portion A in FIG. On the other hand, the rough surface area 200b corresponds to the peripheral area b in the enlarged view of the B part in FIG. Therefore, the surface of the linear scale is irradiated with light from the light projecting element, and the reflected light is photoelectrically converted to correspond to the first scale row 40a, the second scale row 40b, and the third scale row 40c. An electrical signal can be acquired.

次に、同図(b)に示されるリニアスケールの断面構造(その2)について説明する。この例に示されるリニアスケールは、反射型及び透過型のいずれにも適用が可能である。このリニアスケールは、透明基板210とその表面に被着された金属薄膜220とを有する。透明基板210の素材としては、ガラスやプラスチック等を使用することができる。一方、金属薄膜220の素材としては、クロム(Cr)等のような高反射性の金属素材を採用することができる。この例にあっては、透明基板(ガラス板)210の表面に金属薄膜(クロム蒸着膜)220を被着させた長方形状の素材を用意し、その表面にレーザビームを選択的に照射することによって、金属薄膜220を選択的に除去(昇華除去)させることにより、薄膜除去領域220aを形成している。このような構成によれば、投光素子から金属薄膜220の鏡面(薄膜除去されていない領域)に照射された光線L3は正反射して受光素子に戻されるのに対し、投光素子から薄膜除去領域220aに照射された光線L4は透明基板210を透過して抜けてしまい、殆ど受光素子に戻されない。このリニアスケールが反射型として使用される場合、金属薄膜220の鏡面は、図17のB部拡大図において、目盛り領域aとされる。一方、薄膜除去領域220aは、図17のB部拡大図において周辺領域bとされる。他方、このリニアスケールが、透過型として使用される場合、薄膜除去領域220aが、図17のB部拡大図において目盛り領域aとされ、逆に金属薄膜220の鏡面が周辺領域bとされる。透明基板220としてガラス板が使用される場合、反射型にするときにはB270が、透過型にするときにはBK−7を採用することが好ましい。BK−7は透過率が高いため、透過型ではBK−7が優位である。一方、透過率を考慮する必要がない反射型の場合にはコストの低いB270を採用するのが好ましい。また、透明基板210としてガラスが使用される場合、その厚さd2としては1.1mm程度とされ、他方金属薄膜220としてクロム蒸着膜が採用される場合、クロム蒸着膜の膜厚d3は1400Å程度とされる。   Next, the cross-sectional structure (part 2) of the linear scale shown in FIG. The linear scale shown in this example can be applied to both a reflection type and a transmission type. This linear scale has a transparent substrate 210 and a metal thin film 220 deposited on the surface thereof. As a material of the transparent substrate 210, glass, plastic, or the like can be used. On the other hand, as a material of the metal thin film 220, a highly reflective metal material such as chromium (Cr) can be employed. In this example, a rectangular material having a metal thin film (chromium vapor deposition film) 220 deposited on the surface of a transparent substrate (glass plate) 210 is prepared, and the surface is selectively irradiated with a laser beam. Thus, the metal thin film 220 is selectively removed (sublimation removed) to form the thin film removal region 220a. According to such a configuration, the light beam L3 irradiated from the light projecting element to the mirror surface (the region where the thin film is not removed) of the metal thin film 220 is regularly reflected and returned to the light receiving element. The light beam L4 irradiated to the removal region 220a passes through the transparent substrate 210 and passes through, and is hardly returned to the light receiving element. When this linear scale is used as a reflection type, the mirror surface of the metal thin film 220 is a scale area a in the enlarged view of the B part in FIG. On the other hand, the thin film removal region 220a is a peripheral region b in the enlarged view of the B part in FIG. On the other hand, when this linear scale is used as a transmission type, the thin film removal region 220a is a scale region a in the enlarged view of the B part in FIG. 17, and the mirror surface of the metal thin film 220 is conversely a peripheral region b. When a glass plate is used as the transparent substrate 220, it is preferable to adopt B270 when the reflective type is used, and BK-7 when the transmissive type is used. Since BK-7 has a high transmittance, BK-7 is superior in the transmission type. On the other hand, in the case of a reflective type that does not require consideration of the transmittance, it is preferable to adopt B270 having a low cost. When glass is used as the transparent substrate 210, the thickness d2 is about 1.1 mm. On the other hand, when a chromium deposition film is used as the metal thin film 220, the thickness d3 of the chromium deposition film is about 1400 mm. It is said.

次に、同図(c)に示される光学式リニアエンコーダの遮光板の断面構造(その1)について説明する。この例にあっては、遮光板は金属薄板230を主体として構成される。この金属薄板230の表面には、レーザ加工対象となる薄肉領域250を残して電鋳金属層240が成長形成される。金属薄板230の素材としては例えばニッケル(Ni)が採用され、また電鋳金属層240としては同様なニッケル(Ni)が採用される。薄肉領域250の肉厚d4としては、0.01mm程度とされ、また電鋳金属層240の肉厚d5としては、0.04mm程度とされている。そのため、肉厚部分の全体の厚さは0.05mm程度とされる。   Next, a cross-sectional structure (No. 1) of the light shielding plate of the optical linear encoder shown in FIG. In this example, the light shielding plate is mainly composed of a thin metal plate 230. On the surface of the thin metal plate 230, an electroformed metal layer 240 is grown while leaving a thin region 250 to be laser processed. For example, nickel (Ni) is used as the material of the metal thin plate 230, and similar nickel (Ni) is used as the electroformed metal layer 240. The thickness d4 of the thin region 250 is about 0.01 mm, and the thickness d5 of the electroformed metal layer 240 is about 0.04 mm. Therefore, the total thickness of the thick portion is about 0.05 mm.

図21(c)に示される例は、図18〜図20に示される光学式リニアエンコーダの遮光板27に対応している。すなわち、この例にあっては、図18に示される、境界線275で矩形に囲まれる薄肉領域274が薄肉領域250となり、その周辺部分の厚肉領域273が電鋳金属層240が成長形成された領域となるような遮光板を用意する。   The example shown in FIG. 21C corresponds to the light shielding plate 27 of the optical linear encoder shown in FIGS. That is, in this example, the thin region 274 surrounded by the boundary line 275 in the rectangle shown in FIG. 18 becomes the thin region 250, and the thick region 273 in the peripheral portion is formed by the electroformed metal layer 240 being grown. Prepare a shading plate that will be the area.

この遮光板は、後に詳細に説明する光学式リニアエンコーダのレーザ加工機のステージ上に位置決め孔271,272を介して固定される。しかる後、レーザビームを薄肉領域274内に照射することによって、図19に示されるように、第1スリット列276a,第2スリット列276b,第3スリット列276c,第4スリット列276dに示されるように、スリット列がレーザビームの照射によって貫通形成される。図21(c)に示されるように、レーザビームが照射された部分は穿孔領域230aとなるのに対し、レーザビームが照射されない部分は金属薄板230がそのまま残される。ここで、穿孔領域230aは図20の拡大図において、スリット領域cに相当する。これに対して、遮光性を有する金属薄板230の表面が、図20の拡大図において、周辺領域dに相当する。図21(c)から明らかなように、穿孔領域230aに照射された光線L5は反対側へ抜けてしまうのに対し、金属薄板230に照射された光線L6は反射して元に戻される。   This light shielding plate is fixed via positioning holes 271 and 272 on the stage of a laser processing machine of an optical linear encoder which will be described in detail later. Thereafter, by irradiating the laser beam into the thin region 274, as shown in FIG. 19, the first slit row 276a, the second slit row 276b, the third slit row 276c, and the fourth slit row 276d are shown. As described above, the slit rows are formed through the laser beam. As shown in FIG. 21C, the portion irradiated with the laser beam becomes a perforated region 230a, whereas the metal thin plate 230 remains as it is in the portion not irradiated with the laser beam. Here, the perforated region 230a corresponds to the slit region c in the enlarged view of FIG. On the other hand, the surface of the thin metal plate 230 having light shielding properties corresponds to the peripheral region d in the enlarged view of FIG. As is clear from FIG. 21 (c), the light beam L5 irradiated to the perforated region 230a escapes to the opposite side, whereas the light beam L6 irradiated to the metal thin plate 230 is reflected and returned.

次に、図21(d)に示される光学式リニアエンコーダの遮光板の断面構造(その2)について説明する。この例にあっては、透明基板(ガラスやプラスチック)211と、この透明基板211の上に被着された金属薄膜(クロム蒸着膜等)221とを有する。そして、この金属薄膜221をレーザビームの選択照射によって除去することで、薄膜除去領域221aを形成することにより、遮光板27が製作される。透明基板211としてガラス板が使用される場合、その肉厚d6は0.5〜1.2mm程度とされ、金属薄膜221としてクロム蒸着膜が使用される場合、その肉厚d7は光を完全に遮断できるように1400Å程度に設定される。ここで、金属薄膜221が被着された領域が図20の拡大図において周辺領域dに相当し、薄膜除去領域221aがスリット領域cに相当する。   Next, a cross-sectional structure (No. 2) of the light shielding plate of the optical linear encoder shown in FIG. In this example, a transparent substrate (glass or plastic) 211 and a metal thin film (such as a chromium deposition film) 221 deposited on the transparent substrate 211 are provided. Then, by removing the metal thin film 221 by selective irradiation with a laser beam, the light shielding plate 27 is manufactured by forming the thin film removal region 221a. When a glass plate is used as the transparent substrate 211, the thickness d6 is about 0.5 to 1.2 mm, and when a chromium vapor deposition film is used as the metal thin film 221, the thickness d7 completely absorbs light. It is set to about 1400 mm so that it can be shut off. Here, the region where the metal thin film 221 is deposited corresponds to the peripheral region d in the enlarged view of FIG. 20, and the thin film removal region 221a corresponds to the slit region c.

次に、本発明の光学式リニアエンコーダのレーザ加工システムの構成図が図22に示されている。同図に示されるように、このレーザ加工システム800は、レーザ加工装置810と、演算処理装置820と、視覚認識装置830とから構成されている。   Next, FIG. 22 shows a configuration diagram of the laser processing system of the optical linear encoder of the present invention. As shown in the figure, the laser processing system 800 includes a laser processing device 810, an arithmetic processing device 820, and a visual recognition device 830.

レーザ加工装置810は、ワークWの位置決め用のワークセット・制御ステージを有する。この制御ステージは、X方向の移動を担うXテーブル811と、Y方向への移動を担うYテーブル812と、ロール状に巻き付けられた板状のワークWの寸送り動作(繰り出し動作)を担う送り治具813−813とを有する。そして、ワークWは、送り治具813−813によりYテーブル812の上に所定量ずつ繰り出される。このワークWが、本発明にあっては、リニアスケール21であったり遮光板27であったりするのである。   The laser processing apparatus 810 has a work set / control stage for positioning the work W. This control stage has an X table 811 responsible for movement in the X direction, a Y table 812 responsible for movement in the Y direction, and a feed responsible for the dimension feed operation (feeding operation) of the plate-like workpiece W wound in a roll shape. And a jig 813-813. Then, the workpiece W is fed out by a predetermined amount onto the Y table 812 by a feeding jig 813-813. In the present invention, the workpiece W is the linear scale 21 or the light shielding plate 27.

レーザ装置816は、電源装置817と冷却装置818とを備え、YAGレーザ(この例では、第2高調波:532nm,出力:0.5mJ程度,繰り返し周波数:5〜40kHz)で構成される。レーザ装置816から出射されたレーザビームは、ミラー815で反射された後、集光レンズ814を介して集光された後、ワークWの表面に照射される。特にこの例にあっては、精密な加工を可能とするため、通常のこの種レーザ加工機に含まれるガルバノミラーは固定状態とされ、ワークW上のビーム操作は、全て制御ステージ側に負担されるようになっている。つまり、レーザビームがふらつかないように固定しておいて、ワークWの側をX方向,Y方向,繰り出し方向へと適宜独立に移動させることによって、所望の目盛りパターンやスリットパターンを描き出し、それらを刻み込むのである。   The laser device 816 includes a power supply device 817 and a cooling device 818, and is configured by a YAG laser (in this example, second harmonic: 532 nm, output: about 0.5 mJ, repetition frequency: 5 to 40 kHz). The laser beam emitted from the laser device 816 is reflected by the mirror 815, condensed through the condenser lens 814, and then irradiated onto the surface of the workpiece W. Particularly in this example, in order to enable precise machining, the galvano mirror included in a normal laser processing machine of this type is fixed, and all beam operations on the workpiece W are borne by the control stage side. It has become so. That is, by fixing the laser beam so that it does not fluctuate and moving the workpiece W side independently in the X direction, Y direction, and feeding direction as appropriate, a desired scale pattern or slit pattern is drawn, Engrave.

演算処理装置820は、レーザ・ワーク制御数値演算装置821と、CADデータ(データベース)822とを含んでいる。レーザ・ワーク制御数値演算装置821は、レーザ装置816及びワークセット・制御ステージ(Xテーブル811,Yテーブル812,送り治具813−813)を適宜制御する。この制御態様は、CADデータ(例えばAutoCAD(登録商標)等)822に基づいて制御される。   The arithmetic processing unit 820 includes a laser work control numerical value arithmetic unit 821 and CAD data (database) 822. The laser / work control numerical calculation device 821 appropriately controls the laser device 816 and the work set / control stage (X table 811, Y table 812, feed jig 813-813). This control mode is controlled based on CAD data (for example, AutoCAD (registered trademark)) 822.

視覚認識装置830は、CCD内蔵のカメラ831と、ハーフミラー832と、光源833とを有する。光源833からの光はハーフミラー832で反射されてワークWを真上から照明する。ワークWからの反射光はハーフミラー832を透過してカメラ831へと取り込まれ、ワークWとレーザビームとの位置関係に相当する情報が取得され、この情報がレーザ・ワーク制御数値演算装置821へとフィードバックされる。   The visual recognition device 830 includes a camera 831 with a built-in CCD, a half mirror 832, and a light source 833. Light from the light source 833 is reflected by the half mirror 832 to illuminate the workpiece W from directly above. Reflected light from the work W passes through the half mirror 832 and is taken into the camera 831, information corresponding to the positional relationship between the work W and the laser beam is acquired, and this information is sent to the laser / work control numerical calculation device 821. Is fed back.

以上により、ワークセット・制御ステージに搭載されたワークW(リニアスケール21又は遮光板27)は、レーザビームの側を固定しつつ、ワークセット・制御ステージを適宜に移動させることによって、所望の目盛りパターンあるいはスリットパターンに対応して加工され、これによりリニアスケール上に目盛りが刻まれ、遮光板上にスリットが刻まれる。   As described above, the workpiece W (linear scale 21 or light shielding plate 27) mounted on the workpiece set / control stage is moved to the desired scale by appropriately moving the workpiece set / control stage while fixing the laser beam side. It is processed according to the pattern or slit pattern, whereby a scale is engraved on the linear scale and a slit is engraved on the light shielding plate.

次に、本発明の光学式リニアエンコーダのレーザ加工システムの演算装置の制御プログラムを示すフローチャートが図23に示されている。この制御プログラムは、レーザ・ワーク制御数値演算装置821により実行される。   Next, FIG. 23 shows a flowchart showing a control program of the arithmetic unit of the laser processing system of the optical linear encoder of the present invention. This control program is executed by the laser / work control numerical calculation device 821.

まず、リニアスケールの長さ、分解能等の仕様を決定するための設定操作が行われると(ステップ236)、1目盛りパターン又は1スリットパターン分の加工開始・終点位置の算出(ステップ237)、ワーク送りピッチ算出(ステップ238)、Z相パターンの加工開始・終点位置算出(ステップ239)の処理がそれぞれ行われる。しかる後、スリット加工前のワークWをステージ上の治具にセットし(ステップ231)、スタート操作が行われると(ステップ232)、画像認識位置への移動処理(ステップ233)、原点サーチ処理(ステップ234)、原点座標ズレ取得処理(ステップ235)がそれぞれ実行された後、ワークの規定位置は加工X−Y座標へ移動される(ステップ240)。しかる後、レーザ光が安定するのを待って(ステップ241,242)、レーザ装置のシャッタが開かれ(ステップ243)、レーザの出射が行われ(ステップ244)、レーザ加工が実行される(ステップ245)。このレーザ加工実行処理(ステップ245)では、先に説明したように、CADデータ822を元に、X−Yステージ並びに送り治具の稼働が適宜に行われる(ステップ246)。しかる後、シャッタを閉じ(ステップ247)、スリットの加工が完了したかを確認しつつ(ステップ248)、残りの加工がまだ存在すれば、次の加工位置への移動処理を行った後(ステップ249)、以上の処理が繰り返され、加工が完了するのを待って(ステップ248完了)、加工終了処理が行われる(ステップ250)。   First, when a setting operation for determining specifications such as the length and resolution of the linear scale is performed (step 236), the calculation start / end positions for one scale pattern or one slit pattern are calculated (step 237), the workpiece Processing of feed pitch calculation (step 238) and Z-phase pattern processing start / end position calculation (step 239) is performed. Thereafter, the workpiece W before slit processing is set on a jig on the stage (step 231), and when a start operation is performed (step 232), the movement process to the image recognition position (step 233), the origin search process ( After the step 234) and the origin coordinate deviation acquisition process (step 235) are executed, the specified position of the workpiece is moved to the machining XY coordinate (step 240). Thereafter, after the laser beam is stabilized (steps 241 and 242), the shutter of the laser device is opened (step 243), the laser is emitted (step 244), and laser processing is executed (step). 245). In the laser processing execution process (step 245), as described above, the XY stage and the feeding jig are appropriately operated based on the CAD data 822 (step 246). After that, the shutter is closed (step 247), and it is confirmed whether or not the slit processing is completed (step 248), and if there is any remaining processing, the moving processing to the next processing position is performed (step 248). 249) The above processing is repeated, and the processing is completed (step 248 is completed), and the processing end processing is performed (step 250).

このように、本発明の光学式リニアエンコーダのリニアスケール21並びに遮光板27に対する目盛りやスリットの加工は、レーザ加工システム800を介して自動的に行われるから、従前の打ち抜き加工技術やフォトエッチング技術を利用する場合に比べ、金型設計やマスク設計並びに製作が不要であるから、受注から加工完了までの期間を著しく短縮することができると共に、それらの設計や製作を行う場合に比べ、著しいコストダウンを図ることができる。そのため、本発明の光学式リニアエンコーダにあっては、いわゆる多品種少量生産への対応を容易とすると共に、これを低コストに実現することができる。   As described above, since the scales and slits for the linear scale 21 and the light shielding plate 27 of the optical linear encoder of the present invention are automatically processed through the laser processing system 800, the conventional punching technology and photoetching technology are used. Compared to the case of using, there is no need for mold design and mask design and production, so the period from order receipt to processing completion can be shortened remarkably, and the cost is significantly higher than when designing and producing them. You can go down. Therefore, in the optical linear encoder of the present invention, it is possible to easily cope with so-called high-mix low-volume production and realize this at a low cost.

加えて、本発明の光学式リニアエンコーダにあっては、Xテーブル811,Yテーブル812,送り治具813−813の制御に工夫を加えることによって、個々の目盛り要素の加工精度を可及的に向上させることもできる。   In addition, in the optical linear encoder of the present invention, the processing accuracy of the individual scale elements is made as much as possible by devising the control of the X table 811, the Y table 812, and the feed jig 813-813. It can also be improved.

尚、上述の説明では、光学式リニアエンコーダのリニアスケール21を被検出対象物22に貼付した態様のものを示したが、レーザ加工により被検出対象物22の表面にリニアスケールを直接刻み込むことも可能である。   In the above description, the linear scale 21 of the optical linear encoder is attached to the object 22 to be detected. However, the linear scale may be directly engraved on the surface of the object 22 to be detected by laser processing. Is possible.

反射型光学式ロータリエンコーダの外観図である。It is an external view of a reflection type optical rotary encoder. 反射型光学式ロータリエンコーダの構成図である。It is a block diagram of a reflection type optical rotary encoder. 透過型光学式ロータリエンコーダの構成図である。It is a block diagram of a transmission type optical rotary encoder. 光学式ロータリエンコーダの回転板の正面図である。It is a front view of the rotating plate of an optical rotary encoder. 図4におけるA部拡大図である。It is the A section enlarged view in FIG. 光学式ロータリエンコーダの遮光板の説明図(レーザ加工前)である。It is explanatory drawing (before laser processing) of the light-shielding plate of an optical rotary encoder. 光学式ロータリエンコーダの遮光板の説明図(レーザ加工後)である。It is explanatory drawing (after laser processing) of the light-shielding plate of an optical rotary encoder. 光学式ロータリエンコーダの遮光板上のスリット列の拡大図である。It is an enlarged view of the slit row | line | column on the light-shielding plate of an optical rotary encoder. 光学式ロータリエンコーダの回転板並びに遮光板の加工方法の説明図である。It is explanatory drawing of the processing method of the rotating plate and light-shielding plate of an optical rotary encoder. 光学式ロータリエンコーダのレーザ加工システムの構成図である。It is a block diagram of the laser processing system of an optical rotary encoder. 光学式ロータリエンコーダのレーザ加工システムにおける演算装置の制御プログラムを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control program of the arithmetic unit in the laser processing system of an optical rotary encoder. 光学式ロータリエンコーダの回転板上の個々の目盛り形状を示す図である。It is a figure which shows each scale shape on the rotating plate of an optical rotary encoder. 反射型光学式リニアエンコーダの外観図である。It is an external view of a reflective optical linear encoder. 反射型光学式リニアエンコーダの構成図である。It is a block diagram of a reflection type optical linear encoder. 透過型光学式リニアエンコーダの構成図である。It is a block diagram of a transmissive | pervious optical linear encoder. 光学式リニアエンコーダのリニアスケールの正面図である。It is a front view of the linear scale of an optical linear encoder. 図16におけるB部拡大図である。It is the B section enlarged view in FIG. 光学式リニアエンコーダの遮光板の説明図(レーザ加工前)である。It is explanatory drawing (before laser processing) of the light-shielding plate of an optical linear encoder. 光学式リニアエンコーダの遮光板の説明図(レーザ加工後)である。It is explanatory drawing (after laser processing) of the light-shielding plate of an optical linear encoder. 光学式リニアエンコーダの遮光板上のスリット列の拡大図である。It is an enlarged view of the slit row | line | column on the light-shielding plate of an optical linear encoder. 光学式リニアエンコーダのリニアスケール並びに遮光板の加工方法の説明図である。It is explanatory drawing of the processing method of the linear scale of an optical linear encoder, and a light-shielding plate. 光学式リニアエンコーダのレーザ加工システムの構成図である。It is a block diagram of the laser processing system of an optical linear encoder. 光学式リニアエンコーダのレーザ加工システムにおける演算装置の制御プログラムを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control program of the arithmetic unit in the laser processing system of an optical linear encoder.

符号の説明Explanation of symbols

1 回転板
1a 反射型回転板
1b 透過型回転板
2 シャフト
3 軸受
4 投光回路
5 投光素子
6 ハーフミラー
7 レンズ
8 遮光板
9 受光素子
10 受光回路
11 信号処理部
12 出力回路
13 目盛り列帯
12 出力回路
13a 第1の目盛り列
13b 第2の目盛り列
13c 第3の目盛り列
14 軸孔
21 リニアスケール
21a 反射型リニアスケール
21b 透過型リニアスケール
22 被検出対象物
23 投光回路
24 投光素子
25 ハーフミラー
26 レンズ
27 遮光板
28 受光素子
29 受光回路
30 信号処理部
31 出力回路
40 目盛り列帯
40a 第1の目盛り列
40b 第2の目盛り列
40c 第3の目盛り列
51 取付基台
52 光学式読取器
53 基板
81 位置決め孔
82 位置決め孔
83 厚肉領域
84 薄肉領域
85 境界線
86a 第1スリット列
86b 第2スリット列
86c 第3スリット列
86d 第4スリット列
100 金属基板
100a 鏡面領域
100b 粗面領域
110 透明基板
111 透明基板
120 金属薄膜
121 金属薄膜
121a 薄膜除去領域
130 金属薄板
130a 穿孔
140 電鋳金属層
150 薄肉領域
161 扇形状の目盛り要素
162 台形状の目盛り要素
200 金属基板
200a 鏡面領域
200b 粗面領域
210 透明基板
211 透明基板
220 金属薄膜
221 金属薄膜
221a 薄膜除去領域
230 金属薄板
230a 穿孔
240 電鋳金属層
250 薄肉領域
271 位置決め孔
272 位置決め孔
273 厚肉領域
274 薄肉領域
275 境界線
276a 第1スリット列
276b 第2スリット列
276c 第3スリット列
276d 第4スリット列
300 光学式読取器
700 レーザ加工システム
710 レーザ加工装置
711 Xテーブル
712 Yテーブル
713 θテーブル
714 集光レンズ
715 ミラー
716 レーザ装置
717 電源装置
718 冷却装置
720 演算処理装置
721 レーザ・ワーク数値演算装置
722 CADデータ
730 視覚認識装置
731 カメラ
732 ハーフミラー
733 光源
800 レーザ加工システム
810 レーザ加工装置
811 Xテーブル
812 Yテーブル
813 送り治具
814 集光レンズ
815 ミラー
816 レーザ装置
817 電源装置
818 冷却装置
820 演算処理装置
821 レーザ・ワーク数値演算装置
822 CADデータ
830 視覚認識装置
831 カメラ
832 ハーフミラー
833 光源
1000 光学式ロータリエンコーダ(外殻ケース無し)
2000 光学式リニアエンコーダ
a 目盛り領域
b 周辺領域
c スリット領域
d 周辺領域
W ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating plate 1a Reflective rotating plate 1b Transmission type rotating plate 2 Shaft 3 Bearing 4 Light emitting circuit 5 Light emitting element 6 Half mirror 7 Lens 8 Light shielding plate 9 Light receiving element 10 Light receiving circuit 11 Signal processing unit 12 Output circuit 13 Scale row DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Output circuit 13a 1st scale row 13b 2nd scale row 13c 3rd scale row 14 Shaft hole 21 Linear scale 21a Reflection type linear scale 21b Transmission type linear scale 22 Object to be detected 23 Emitting circuit 24 Emitting element 25 half mirror 26 lens 27 light shielding plate 28 light receiving element 29 light receiving circuit 30 signal processing unit 31 output circuit 40 graduation band 40a first graduation line 40b second graduation line 40c third graduation line 51 mounting base 52 optical type Reader 53 Substrate 81 Positioning hole 82 Positioning hole 83 Thick region 84 Thin region 8 Boundary line 86a First slit row 86b Second slit row 86c Third slit row 86d Fourth slit row 100 Metal substrate 100a Mirror surface region 100b Rough surface region 110 Transparent substrate 111 Transparent substrate 120 Metal thin film 121 Metal thin film 121a Thin film removal region 130 Metal Thin plate 130a Perforated 140 Electroformed metal layer 150 Thin area 161 Fan-shaped scale element 162 Trapezoidal scale element 200 Metal substrate 200a Mirror surface area 200b Rough surface area 210 Transparent substrate 211 Transparent substrate 220 Metal thin film 221 Metal thin film 221a Thin film removal area 230 Thin metal plate 230a Perforated 240 Electroformed metal layer 250 Thin region 271 Positioning hole 272 Positioning hole 273 Thick region 274 Thin region 275 Boundary line 276a First slit row 276b Second slit row 276c 3 slit row 276d 4th slit row 300 optical reader 700 laser processing system 710 laser processing device 711 X table 712 Y table 713 θ table 714 condenser lens 715 mirror 716 laser device 717 power supply device 718 cooling device 720 arithmetic processing device 721 Laser work numerical calculation device 722 CAD data 730 Visual recognition device 731 Camera 732 Half mirror 733 Light source 800 Laser processing system 810 Laser processing device 811 X table 812 Y table 813 Feed jig 814 Condensing lens 815 Mirror 816 Laser device 817 Power supply device 818 Cooling device 820 Arithmetic processing device 821 Laser work numerical operation device 822 CAD data 830 Visual recognition device 831 Camera 832 Half mirror 833 light source 1000 optical rotary encoder (without outer shell case)
2000 Optical linear encoder a Scale area b Peripheral area c Slit area d Peripheral area W Workpiece

Claims (16)

円に沿って目盛りが刻まれた回転板と、投光素子、レンズ、遮光板及び受光素子を含み回転板から目盛りを読み取る光学式読取器と、光学式読取器の前面に配置されかつ回転板上の目盛りに対応するスリットが形成された遮光板とを有し、投光素子からの光をレンズで平行化して回転板に照射することにより回転板に刻まれた目盛りを読み取る光学式ロータリエンコーダであって、
回転板上の目盛りがレーザ照射により刻まれたものである、ことを特徴する光学式ロータリエンコーダ。
A rotary plate engraved with a scale along a circle, an optical reader that includes a light projecting element, a lens, a light-shielding plate, and a light-receiving element, reads the scale from the rotary plate, and is arranged on the front surface of the optical reader and is a rotary plate An optical rotary encoder that has a light-shielding plate with a slit corresponding to the upper scale, and reads the scale engraved on the rotating plate by collimating the light from the light projecting element with a lens and irradiating the rotating plate Because
An optical rotary encoder characterized in that the scale on the rotating plate is carved by laser irradiation.
遮光板上のスリットについてもレーザ照射により刻まれたものである、ことを特徴とする請求項1に記載の光学式ロータリエンコーダ。 The optical rotary encoder according to claim 1, wherein the slit on the light shielding plate is also engraved by laser irradiation. 回転板の読取方式が反射型である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光学式ロータリエンコーダ。 3. The optical rotary encoder according to claim 1, wherein the rotary plate is read by a reflection type. 回転板上の目盛り形状が台形状である、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光学式ロータリエンコーダ。 4. The optical rotary encoder according to claim 1, wherein the scale shape on the rotating plate is a trapezoidal shape. レーザ照射により円に沿って目盛りが刻まれた光学式ロータリエンコーダ用の回転板。 A rotary plate for an optical rotary encoder that is graduated along a circle by laser irradiation. 読取方式が反射型である、ことを特徴とする請求項5に記載の光学式ロータリエンコーダ用の回転板。 6. The rotating plate for an optical rotary encoder according to claim 5, wherein the reading method is a reflection type. 目盛りの形状が台形状である、ことを特徴とする請求項5又は6に記載の光学式ロータリエンコーダ用の回転板。 The rotary plate for an optical rotary encoder according to claim 5 or 6, wherein the scale has a trapezoidal shape. レーザ照射によりスリット列が刻まれた光学式ロータリエンコーダ用の遮光板。 A light shielding plate for an optical rotary encoder with slit rows carved by laser irradiation. 回転板素材をレーザ加工装置のXYθテーブルにセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、XYθテーブルの移動を適宜に制御して、回転板素材上に円に沿って目盛りを刻む、ことを特徴とする光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。 In the state where the rotating plate material is set on the XYθ table of the laser processing apparatus, the movement of the XYθ table is appropriately controlled while irradiating this with the laser beam, and the scale is engraved along the circle on the rotating plate material. A method for manufacturing a rotary plate for an optical rotary encoder. 要求される回転板の外形と分解能に基づきレーザビーム照射座標を算出し、算出された座標に基づいてXYθテーブルの移動を制御することにより、任意の仕様の目盛り板を製造する、ことを特徴とする請求項9に記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。 A laser beam irradiation coordinate is calculated based on the required outer shape and resolution of the rotating plate, and a scale plate having an arbitrary specification is manufactured by controlling the movement of the XYθ table based on the calculated coordinate. The manufacturing method of the rotary plate for optical rotary encoders of Claim 9. レーザビームの光軸偏角は固定したまま、XYθテーブルのみを移動制御する、ことを特徴とする請求項9に記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。 10. The method for manufacturing a rotary plate for an optical rotary encoder according to claim 9, wherein only the XYθ table is controlled to move while the optical axis deflection angle of the laser beam is fixed. θテーブルの回転移動は間欠的に行う一方、XYテーブルの移動は連続的に行うことにより、回転板素材上に台形状の目盛りを円に沿って刻むことを特徴とする請求項10に記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。 11. The trapezoidal scale is carved along a circle on the rotating plate material by intermittently rotating the θ table while continuously moving the XY table. A method of manufacturing a rotary plate for an optical rotary encoder. 回転板素材を、レーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成する、ことを特徴とする請求項9乃至11の何れかに記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。 12. The rotating plate material is a metal plate in which only a laser processing region is a thin region, and a through hole is formed by selectively irradiating a laser beam on the metal plate. Of manufacturing a rotary plate for an optical rotary encoder. 回転板素材を、表面に高反射性又は遮光性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して金属被膜を除去することにより透明孔を形成する、ことを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。 The rotating plate material is a transparent substrate having a highly reflective or light-shielding metal coating on the surface, and a transparent hole is formed by selectively irradiating a laser beam on the substrate to remove the metal coating. A method for manufacturing a rotary plate for an optical rotary encoder according to any one of claims 9 to 11. 回転板素材を、表面が鏡面である金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して粗面領域を形成することを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。 12. The optical rotary according to claim 9, wherein the rotating plate material is a metal plate having a mirror surface, and a laser beam is selectively irradiated to form a rough surface region. A method of manufacturing a rotary plate for an encoder. 遮光板素材をレーザ加工装置のXYθテーブルにセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、XYθテーブルの移動を適宜に制御して、遮光板素材上に貫通スリット又は透明スリット列を刻む、ことを特徴とする光学式ロータリエンコーダ用遮光板の製造方法。 In the state where the light shielding plate material is set on the XYθ table of the laser processing apparatus, the movement of the XYθ table is appropriately controlled while irradiating the laser beam to this, and a through slit or a transparent slit row is engraved on the light shielding plate material. A method of manufacturing a light shielding plate for an optical rotary encoder.
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