JP2008536135A - 所望の深さにスケールマークを作成するために、レーザ、センサおよびフィードバック手段を用いるスケール製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、計量スケールを製造するための装置に関し、スケール基板（１８）、スケール基板上にスケールマークを作成するための少なくとも一つのレーザ（２０）、スケール基板（１８）上に作成されるスケールマークの深さを検出するセンサ（３０）、およびフィードバックシステムであって、前記システムのパラメータを調整するために、前記センサ（３０）からのデータを用いて、所望の深さを有するスケールマークを作成するフィードバックシステムを備える。

Description

本発明は、計量読取装置のための計量スケールを作成する方法に関する。特に、本発明は、レーザを用いた計量スケールの作成方法に関する。

二つの部材の相対的な変位を測定するための計量読取装置の周知の形態は、パターンを規定するスケールマークを有する一つの部材に設けられたスケールと、他の部材に設けられた読取ヘッドとを備える。光学的スケール読取装置は、スケールを描く手段と、スケールと読取ヘッドの相対的な変位の測定を行うために、合成光パターンに反応する読取ヘッド内の検出手段と、を備える。周期的なパターンの中にそのマークを有するスケールが、インクリメンタルスケールとして知られており、それは、アップカウントあるいはダウンカウントの出力を提供する。スケールには、基準マークが設けられており、読取ヘッドによって検出されたとき、そのマークは、読取ヘッドの正確な位置を読取可能にする。そのスケールは、スケール上の何処かにリードヘッドの絶対位置を決定することが可能な絶対コードマークを有していてもよい。

スケールおよび読取ヘッドシステムは、光学的システムに限定されない。磁気方式、静電容量方式および電磁誘導方式の読取システムが知られている。
計量スケールは、例えば、リニア、ロータリー、あるいは２次元スケールであり得る。ロータリースケールは、回転部分の周囲に面方向または軸方向に放射状に設けられたマークを有することが可能である。

スケールは、増幅スケール（amplitude scale）または位相スケール（phase scale）であっても良い。増幅スケールでは、そのスケールのパターンが２つの異なるタイプのセクションから成っている。第１のタイプのセクションは、入射光を読取ヘッドへと反射し、第２のタイプのセクションは反射しない。例えば、インクリメンタル増幅スケールは、ガラススケール上にクロームのような反射ラインと非反射ラインとを交互に備える。
位相スケールは、読取ヘッドで検出されたとき、異なる位相で異なるセクションからの光を反射する形態を有している。
特許文献１は、スケールマークを作成するステンレススチールのリボン上に超短パルスを発生させるために、レーザが使用される計量スケールを作成する方法を開示している。一対の読取ヘッドは、スケールマークを検出するために設けられ、かつスケールのピッチを調整するために使用されるフィードバックを提供している。

国際公開番号ＷＯ０３／０６１８９１号パンフレット

本発明は、計量スケールの製造装置であって、
スケール基板と、
スケール基板上にスケールマークを作成する少なくとも一つのレーザと、スケール基板上に作成されるスケールマークの深さを検出するためのセンサと、
フィードバックシステムであって、該システムのパラメータを調整するために前記センサからのデータを使用して所望の深さを有するスケールマークを作成するフィードバックシステムと、
を備えることを特徴とする計量スケール製造装置を提供するものである。
一組のスケールマークは、計測され、かつフィードバックは、前記スケールマークの組を補正するために使用されても良い。

また、スケールマークの第１の組が測定され、フィードバックは、所望の深さにスケールマークの第２の組を作成するために使用されても良い。これは、スケールマークの第２の組がスケールマークの第１の組から下流にある連続したプロセス内に存在する場合であっても良い。

センサは、スケールマークのピッチを検出しても良く、フィードバックシステムは、正確な深さと正確なピッチの双方を有するスケールマークを作成するために使用されても良い。同一のセンサあるいは別個のセンサは、深さおよびピッチのフィードバックのために使用されても良い。

パラメータは、パルスの継続時間あるいはパルス数のようなレーザパラメータを有していても良い。

本発明を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明の主なステップを示す流れ図である。第１のステップにおいて、スケールマークは、レーザを用いてスケール基板上に作成される。パルス状のレーザは、スケール基板の素材に適するように波長およびパルス幅が選択されている。第２のステップ１２は、第１ステップによって作成された破片が、例えば、圧縮空気を使用することによってスケール基板から除去されるクリーニングプロセスを備えている。このステップは、使用されるレーザのタイプによっては、不要であるかもしれない。第３ステップでは、スケール基板に作成されたスケールマークを検出するために、一つ以上のセンサが設けられている。そのセンサは、スケールマークの深さとピッチの双方を検出することが可能である。第４のステップ１６では、そのセンサからのフィードバックがスケールマークを補正するために使用される。このステップは、その次のスケールマークが正しいピッチおよび／または深さで作成されるように、パラメータを調整するために既に作成されたマークからのフィードバックを使用することを備えることも可能である。あるいは、このステップは、後続のステップにおけるそれらの同一スケールのマーキングを補正するために、生成されたスケールマークからのフィードバックを用いることを備えることも可能である。これは、スケールマークの深さの補正に適している。

図２は、一対のローラ２２，２４によってレーザ２０を通過して送られるスケール基板にスケールマークを製造するための製造装置を示している。スケール基板は、柔軟性を有するもの（例えば、リボン）あるいは剛性を有するもの（例えば、スパー（spar））のいずれであっても良い。それは、例えば鋼板のような金属、あるいは他の素材、例えばガラスなどであっても良い。レーザ２０からのパルスは、スケール基板がレーザに連動して移動するときに、スケール基板上のスケールマークを作成する。ローラ２２，２４には、スケール基板の移動率を決定するために、エンコーダ２６が設けられている。これは、コントローラ２８を通じてレーザ２０のパルスレートをロックすることが可能であり、あるいは、レーザビームの移動を制御するために使用することが可能である（図４参照）。

センサ３０は、レーザ２０によって作成されるスケールマークを検出するために設けられている。センサからのフィードバックは、システムパラメータ、例えばレーザパラメータを調整するためにコントローラ２８によって使用される。

図１０は、スケール基板にスケールマークを作成する製造装置のための他のセットアップを示している。スケール基板７０は装置ベッド７２に搭載されており、これはグラナイトベッド（granite bed）を備えても良い。レーザ７４は、固定されたミラー７８および移動可能なミラー８０によって、スケール基板へ向けて導かれるレーザビームを生成し、かつレンズ８２によってスケール基板上へと焦点を合わせる。可動ミラー８０およびレンズ８２は、ミラー８６によってスケール基板の長手方向軸に沿って移動される滑動固定具８０に取り付けられる。

滑動取付具８４の位置は、干渉計８８を用いて決定される。センサ９０は、深さおよび、レーザビームによって作成されたスケールマークのピッチを任意に決定するために使用される。センサ９０は滑動取付具８４に搭載することも可能である。

干渉計８８およびセンサからの出力は、信号処理装置９２へと送られる。信号処理装置９２は、モータ８６およびレーザパラメータ７４を制御し、それによってスケールマーク９４の深さおよびピッチの調整を可能にする。

スケールマークのピッチおよび深さを検出するセンサシステムは、図３に示されている。レーザ３２は、スケール１８を照射するために使用され、検出器で回折パターン３４を作成する。回折次数の分離は、スケールマークのピッチの目安（表示度数）である。回折次数の強度分布は、スケールの印の深さの指標である。従って、同一のセンサは、スケールマークの深さおよびピッチを検出するのに使用することができる。他の方法として、２つの分離したセンサをスケールマークの深さおよびピッチの検出に使用することもできる。

図３は反射型センサシステムを示しているが、透過型システムも使用可能である。ガラススケール基板および、エキシマレーザ等が透過型システムに適している。

図４は、フィーチャーの深さが変化するときの、波長λ１の光のゼロ次数の光学パワーにおける変化を示している。曲線の最小値が選択された深さｄ１に存在するならば、同一の光パワーの測定値は、ｄ１のいずれか一方のサイドにおいてスケールマークｄ２およびｄ３の２つの異なる深さを生じる。しかしながら、２つの異なる波長λ１およびλ２の光を伴うスケールを表すことにより、スケールマークの正しい深さを、決定することができる。また、波長λ２が、選択された深さｄ１が最小値にならないところで選択されても良く、このようにしてｄ２およびｄ３を識別することが可能になる。

センサシステムからのフィードバックは、ラスタ出力を調整するために用いられるコントローラに送られる。そのパワーおよび／またはレーザ出力のパルスの数は、スケールの深さを調整するために調整することができる。レーザ出力のパルスのパワーおよび／または数は、スケールの深さを調整するために、調整することが可能である。レーザパルスのレートは、スケールのピッチを調整するために変化させることができる。

図５に示されるように、レーザ２０と連動してスケール１８が移動するとき、レーザビームは、例えばスキャナによって回転することができ、それによって、入射レーザ光は、スケールマークが作成されるまでスケール基板を同一位置でヒット（hit）し続ける。そのプロセスが終了すると、それからレーザービームは、その元の位置に復帰し、かつ次のマークに対して再びプロセスが開始される。

図６は、スケールに対するレーザビームの移動を示している。レーザビームが移動する時間の長さは、レーザスポットが移動スケール上の同一位置に止まるように、レーザの最大パルス数を決定する。レーザのパラメータ（例えば、パルス数）は、スケールマークの深さを調整するために、この最大値以下のいくつかの値に調整することができる。

図６において、実線は、レーザがオンである状態を示し、破線はレーザがオフである状態を示している。

また、図７に示されるように、第２レーザ３６を、スケールマークの深さを補正するために設けても良い。この実施形態において、第１レーザ２０は、スケールマークを作成する。センサ３０は、レーザによって作成されたスケールマークの深さを検出するために使用される。センサ３０からのフィードバックは、コントローラ２８を介して、第１レーザ２０によって作成されたスケールマーク上で動作する第２レーザ３６へと送られ、それ結果、それらは適正な深さに補正される。

スケールを作成するこの方法は、ロータリスケールおよび２次元スケールスケールなどの他の形態の製造にも適している。この方法は、スケールの連続した長さだけでなくスケールの短い長さにも適している。

図８は、ロータリスケールの製造を示している。この図において、スケール基板は、そのセンター４０を中心として回転可能な方式で搭載されているディスク３８である。スケールマーク４２は、焼成レーザ４４を用いて上面の外側の端に作成される。そのディスク３８は、焼成レーザ４４がスケールマークを作成するためにパルス化されるとき、そのセンター４０を中心に回転される。センサ４６は、スケールマークの深さの検出のために設けられている。これは、回折次数５０の光パワーを検出するために、スケールとパワーメータ４９上へと入射光を方向付けるレーザ４８を備えている。センサからのフィードバック３２を用いて、ディスクは、正確な深さに到達するまで、焼成レーザ４４の下で、スケールマーク４２を後ろ側に移動させるように回転する。

他のタイプのセンサが、スケールマークの深さを測定するために使用されても良い。例えば、センサは位相読取ヘッド、コントロールレーザプロファイラーまたは自動焦点顕微鏡（ＡＦＭ）プローブを備えることが可能である。これら全てのセンサは、スケールマークのピッチを検出することも可能である、という利点を有する。

この発明は、スケールの連続した長さおよびスケールの不連続な長さの双方に適している。そのフィードバックは、既存のスケールマークの補正に使用することが可能であり、例えば、スケールマークを測定し、その後、追加のレーザパルスがそれらのスケールマークに必要であるか否かを決定するためにフィードバックを用いる。それは、一組のスケールマークが測定されるスケールの連続した長さに適し、かつこれらのマークからのフィードバックは、正確なその後のスケールマークを上流側に作成するためにシステムパラメータの調整に使用される。
スケール基板上におけるレーザの動作は、スケール基板の破片を発生させる可能性があり、従って破片を除去するための後段処理工程が必要となる。

後段処理工程は、所望の仕上げを行うために、機械的研磨、化学的研磨、電気的研磨または超音波クリーニングのような手順を備えても良い。

フィードバックループは、後段処理の後に設けられても良い。図９は後段処理工程を含む処理の概念図である。第１のセンサ３０は、図２を参照して記載されているように、レーザ２０によって作成されたスケールマークの深さを検出するのに使用される。後段処理工程は６０にて示されている。例えば、そのパラメータは、ケミカルバスの濃度または温度、あるいは機械的研磨またはつや出しにおける圧力を含んでいる。

レーザ２０によるスケールマークの作成工程が、非常に多くの破片が生成されたり、あるいはセンサ３０によって読取り得ない表面が作成されたりする場合には、後段処理工程６０の後に、スケールマークを検出するセンサ６２を、レーザ２０のパラメータを変更するために、コントローラへとフィードバックを送るために使用することが可能である。

本発明は、メッキ処理または金属固体の基板上に、スケールマークを作成するものに適している。

上述の実施形態は、インクリメンタルスケールを記載しているが、基準マークまたは絶対位置データのようなフィーチャーを形成する異なるスケールパラメータの領域を含むことも可能である。例えば、スケールのピッチにおける変化は、これらのフィーチャーを形成するために使用することが可能である。また、スケールは、異なる深さの領域を含んでも良い。異なる波長の光は、スケールマークの異なる深さを検出するために使用することができる。

本発明のフローチャートである。 本発明の第１の実施形態のスケールマーク製造方法の概略図である。 図２において使用されるセンサを示す図である。 図３に示されるセンサのためのスケールマークの深さに対する光パワーを示すグラフである。 図２のレーザの側面図である。 図２におけるシステムのためのスケールの位置に対するレーザの角度位置を示すグラフである。 ２つのレーザを有する第２の実施形態の概略図である。 ロータリスケール上にスケールマークを作成する第３の実施形態の概略図である。 後段処理工程の概略図である。 スケールマーク装置の斜視図である。

Claims (18)

1. 計量スケールの製造装置であって、
   スケール基板と、
   スケール基板上にスケールマークを作成する少なくとも一つのレーザと、
   前記スケール基板上に作成されるスケールマークの深さを検出するためのセンサと、
   フィードバックシステムであって、該システムのパラメータを調整するために前記センサからのデータを用いて所望の深さを有するスケールマークを作成するフィードバックシステムと、
   を備えることを特徴とする計量スケール製造装置。
2. 一組のスケールマークは、測定され、かつフィードバックは、前記スケールマークの組を補正するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の計量スケール製造装置。
3. 第１のスケールマークの組が測定され、かつフィードバックは前記スケールマークの組を補正するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の計量スケール製造装置。
4. センサはスケールマークのピッチを検出し、かつ前記フィードバックシステムは正確な深さと正確なピッチの双方を有するスケールマークを作成するために使用されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
5. 前記同一のセンサは、スケールマークの深さとピッチの双方を検出するために使用されることを特徴とする請求項４に記載の計量スケール製造装置。
6. 前記システムのパラメータは、レーザのパラメータを備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
7. 前記センサは、スケールを照射するための光源と、前記光源によるスケールの照射から生成された回折パターンを検出するための検出器と、を備え、前記回折次数の強度分布は、スケールマークの深さを決定するために使用されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
8. 前記光源は、前記スケールマークの前記所望の深さに対応しない深さで、ゼロ次数の最小の光パワーを生成する波長を有していることを特徴とする請求項７に記載の計量スケール製造装置。
9. 前記回折次数の分離は、スケールマークのピッチを決定するために使用されることを特徴とする請求項７に記載の計量スケール製造装置。
10. 前記レーザのパルスのパワーの調整は、スケールマークの深さを調整するために使用されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
11. 前記レーザのパルス数の調整は、前記スケールマークの深さの調整に使用されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
12. レーザがパルス化されるレートの調整は、スケールマークのピッチの調整に使用されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
13. 前記計量スケール基板はディスクを備え、前記ディスクは前記正確な深さに達するまで、前記はレーザの下で、前記スケールマークを後ろに移動させるように回転することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
14. 前記レーザおよび前記スケール基板が互いに連動して移動するとき、前記レーザは、前記スケールマークが作成される間、入射レーザ光が、前記スケール基板の同一位置に継続的に照射されるように移動することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
15. ２つのレーザが設けられ、第１のレーザは、スケール基板上にスケールマークを作成し、第２のレーザは、スケールマークの深さを補正することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
16. 後段処理工程を含み、第２のセンサが前記後段処理工程の後に前記スケール基板上の前記スケールマークを検出するために設けられ、第２のフィードバックシステムが所望の性能でスケールマークを作成するために、前記システムのパラメータを調整するように、前記第２のセンサからのデータを使用する第２のフィードバックシステムが設けられていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の計量スケール製造装置。
17. 前記システムのパラメータは、前記後段処理工程のパラメータを備えることを特徴とする請求項１６に記載の計量スケール製造装置。
18. 前記システムのパラメータは、レーザのパラメータを備えることを特徴とする請求項１６に記載の計量スケール製造装置。

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