JP2010085385A - 回転円板の偏心測定方法、ロータリーエンコーダ及び回転体制御装置 - Google Patents
回転円板の偏心測定方法、ロータリーエンコーダ及び回転体制御装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】偏心量の測定を正確に行うことができ、かつ測定時間の短縮も実現したロータリ
ーエンコーダを提供することを目的とする。
【解決手段】測定体の回転軸に連結する連結部３を中心部に、スケール２を周縁部に形成
した回転円板１と、回転円板に光を照査する投光手段、スケールを介した通過光又は反射
光を検出する光検出手段と、光検出手段の検出結果に基づいて前記回転円板の回転状態を
検出する回転検出手段と、を備え、回転円板は、前記スケールと同心の円パターン４と、
円パターン及び連結部交差もしくは接触する、３本以上の直線パターン５とを有するよう
にした。
【選択図】図１
ーエンコーダを提供することを目的とする。
【解決手段】測定体の回転軸に連結する連結部３を中心部に、スケール２を周縁部に形成
した回転円板１と、回転円板に光を照査する投光手段、スケールを介した通過光又は反射
光を検出する光検出手段と、光検出手段の検出結果に基づいて前記回転円板の回転状態を
検出する回転検出手段と、を備え、回転円板は、前記スケールと同心の円パターン４と、
円パターン及び連結部交差もしくは接触する、３本以上の直線パターン５とを有するよう
にした。
【選択図】図１
Description
本発明は、ロータリーエンコーダに関し、特に回転円板の回転状態を検出するために回転円板上に設けた放射状スケールのスケール中心と、回転円板の回転中心との差、すなわち回転偏心量を求める手段に関するものである。
回転体の回転速度や回転量（角度）などの回転状態を検出するための手段の１つに、光電式ロータリーエンコーダがある。
光電式ロータリーエンコーダは、回転軸に連結した回転円板の周囲に例えば等間隔の透光部（反射部）と遮光部（吸収部）からなる放射状スケールを設け、このスケールに投光手段から光束を入射させ、放射状スケールからの反射光または透過光を検出手段で検出し、その検出手段からの信号を利用して回転円板の回転状態を検出するものである。
一般に、かかるロータリーエンコーダは回転円板の回転中心と放射状スケールの中心とが一致していないと、つまり、偏心していると検出精度が大きく低下する。
かかる検出精度の低下を防ぐために、回転円板の回転中心と放射状スケールの中心とを一致させればよいが、そのために、例えば特許文献１に記載のように、回転円板の回転中心と放射状スケールの加工精度を上げたり、また、特許文献２に記載のように放射状スケールの中心と回転軸の回転中心とを顕微鏡などで調整しながら取り付けるようにすればよい。
光電式ロータリーエンコーダは、回転軸に連結した回転円板の周囲に例えば等間隔の透光部（反射部）と遮光部（吸収部）からなる放射状スケールを設け、このスケールに投光手段から光束を入射させ、放射状スケールからの反射光または透過光を検出手段で検出し、その検出手段からの信号を利用して回転円板の回転状態を検出するものである。
一般に、かかるロータリーエンコーダは回転円板の回転中心と放射状スケールの中心とが一致していないと、つまり、偏心していると検出精度が大きく低下する。
かかる検出精度の低下を防ぐために、回転円板の回転中心と放射状スケールの中心とを一致させればよいが、そのために、例えば特許文献１に記載のように、回転円板の回転中心と放射状スケールの加工精度を上げたり、また、特許文献２に記載のように放射状スケールの中心と回転軸の回転中心とを顕微鏡などで調整しながら取り付けるようにすればよい。
しかしながら、特許文献１に記載のように加工精度を上げれば、組み立て時や交換時の調整作業が発生せず組み立てが容易となるが、高い精度を出すために高コストとなってしまう問題がある。
また、加工のための手段（工法・工具）はもちろんのこと、加工後の検査・測定においても高い精度が要求される。
また、特許文献２に記載のように一方の回転円板を位置合わせして組み付けるようにすれば、ディスクの加工コストはあまりかからないが、組み立てや調整は容易でなく、それらの作業に時間がかかってしまう問題がある。
また、加工のための手段（工法・工具）はもちろんのこと、加工後の検査・測定においても高い精度が要求される。
また、特許文献２に記載のように一方の回転円板を位置合わせして組み付けるようにすれば、ディスクの加工コストはあまりかからないが、組み立てや調整は容易でなく、それらの作業に時間がかかってしまう問題がある。
図１７は、従来の技術における加工後の回転円板の偏心測定の一例を示す図である。
図１７示す回転体１００には、回転円板１００をローラなどの非検出物（回転体）に取り付けるための取り付け箇所（図１の場合は、中央付近にある穴）１０１と、放射状スケール１０２が設けられている。
まず、回転円板１００の回転中心を求めるため、取り付け箇所１０１の円周上の任意点ｐ１の座標を測定顕微鏡等で３箇所以上測定する（図では３箇所）。
それらの座標から、回転円板の回転中心ｃ１の座標を算出することができる。
次いで、放射状スケール１０２の中心を求めるため、放射状スケール１０２と同心に描かれた円形パターン１０４の円周上の任意点ｐ２の座標を３箇所以上測定する（図では３箇所）。
それらの座標から、放射状スケールの中心の座標ｃ２を算出することができる。先に算出した回転円板の回転中心ｃ１と放射状スケール１０２の中心の座標ｃ２を比較することで、偏心量Ｄが求まる。
最終的には、求められた偏心量Ｄが、別に定めた規格を満足しているかの確認をし、回転円板が製品としてのロータリーエンコーダに使用可能かを判断する。
特開平０７−２３４１０３号公報
特開２００１−２２７９９０公報
図１７示す回転体１００には、回転円板１００をローラなどの非検出物（回転体）に取り付けるための取り付け箇所（図１の場合は、中央付近にある穴）１０１と、放射状スケール１０２が設けられている。
まず、回転円板１００の回転中心を求めるため、取り付け箇所１０１の円周上の任意点ｐ１の座標を測定顕微鏡等で３箇所以上測定する（図では３箇所）。
それらの座標から、回転円板の回転中心ｃ１の座標を算出することができる。
次いで、放射状スケール１０２の中心を求めるため、放射状スケール１０２と同心に描かれた円形パターン１０４の円周上の任意点ｐ２の座標を３箇所以上測定する（図では３箇所）。
それらの座標から、放射状スケールの中心の座標ｃ２を算出することができる。先に算出した回転円板の回転中心ｃ１と放射状スケール１０２の中心の座標ｃ２を比較することで、偏心量Ｄが求まる。
最終的には、求められた偏心量Ｄが、別に定めた規格を満足しているかの確認をし、回転円板が製品としてのロータリーエンコーダに使用可能かを判断する。
しかしながら、かかる偏心測定方法においては、精度良く測定を行うためには、まず、各測定点（ｐ１、ｐ２）をズレなく正確に選択しなくてはならない。そのためには、測定者の習熟や測定器の複雑な画像処理が必要になり、結果として、測定完了までの時間が長くなってしまうという問題があった。
また、測定点を測定する場合、投影機または顕微鏡を用いるが、これらの機器で拡大するとパターンがぼやけてしまい、測定点を正確に選択するのは難しく正確な偏心量の測定を行うことは難しい。
そこで、本発明は、偏心量の測定を正確に行うことができ、かつ測定時間の短縮も実現したロータリーエンコーダを提供することを目的とする。
また、測定点を測定する場合、投影機または顕微鏡を用いるが、これらの機器で拡大するとパターンがぼやけてしまい、測定点を正確に選択するのは難しく正確な偏心量の測定を行うことは難しい。
そこで、本発明は、偏心量の測定を正確に行うことができ、かつ測定時間の短縮も実現したロータリーエンコーダを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、被測定体の回転軸に連結する連結部を中心部に形成し、透光部及び遮光部からなるスケールを周縁部に形成したロータリーエンコーダの回転円板の偏心測定方法において、前記スケールと同心の円パターンと、該円パターン及び前記連結部と交差もしくは接触する、３本以上の直線パターンを前記回転円板に形成し、各直線パターンと前記連結部の交点座標から算出した前記連結部の中心座標と、各直線パターンと前記円パターンの交点座標から算出した前記スケールの中心座標と、を比較することにより前記回転円板の偏心量及び偏心方向の測定を行うことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、直線パターンの、前記円パターン及び前記連結部との交点を結んだ直線と、当該直線パターンとのズレにより前記測定の誤差を判定する請求項１に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項３の発明は、２つの直線パターン同士の角度と、当該直線パターンの前記円パターン及び前記連結部との交点を結んだ直線同士の角度のズレにより前記測定の誤差を判定する請求項１に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項２の発明は、直線パターンの、前記円パターン及び前記連結部との交点を結んだ直線と、当該直線パターンとのズレにより前記測定の誤差を判定する請求項１に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項３の発明は、２つの直線パターン同士の角度と、当該直線パターンの前記円パターン及び前記連結部との交点を結んだ直線同士の角度のズレにより前記測定の誤差を判定する請求項１に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項４の発明は、前記回転円板に設けた直線パターンは４本とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項５の発明は、各直線パターンと前記円パターンの４つの交点うち３点を結んだ円の円周又は円中心のズレにより前記測定の誤差を判定する請求項４に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項６の発明は、各直線パターンと前記連結部の４つの交点うち３点を結んだ円の円周又は円中心のズレにより前記測定の誤差を判定する請求項４に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項７の発明は、前記４本の直線パターンのうちの２本ずつを、前記連結部を跨いで一直線状となるように形成した請求項４乃至６の何れか１項に記載の回転円板の測定方法を特徴とする。
また、請求項８の発明は、一直線状に形成された直線パターンの前記円パターンとの２つの交点を結んだ直線と、当該一直線状に形成された直線と、のズレにより前記測定の誤差を判定する請求項７に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項５の発明は、各直線パターンと前記円パターンの４つの交点うち３点を結んだ円の円周又は円中心のズレにより前記測定の誤差を判定する請求項４に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項６の発明は、各直線パターンと前記連結部の４つの交点うち３点を結んだ円の円周又は円中心のズレにより前記測定の誤差を判定する請求項４に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項７の発明は、前記４本の直線パターンのうちの２本ずつを、前記連結部を跨いで一直線状となるように形成した請求項４乃至６の何れか１項に記載の回転円板の測定方法を特徴とする。
また、請求項８の発明は、一直線状に形成された直線パターンの前記円パターンとの２つの交点を結んだ直線と、当該一直線状に形成された直線と、のズレにより前記測定の誤差を判定する請求項７に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項９の発明は、各直線パターンは破線とした請求項１乃至８の何れか１項に記載の回転円板の偏心測定方法を特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項１乃至９に記載の回転円板の偏心測定方法によって偏心の量及び方向を測定された回転円板と、該回転円板に光を照射する投光手段と、前記回転円板に設けたスケールを介した通過光及び反射光を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて前記回転円板の回転状態を検出する回転検出手段と、を備えたロータリーエンコーダを特徴とする。
また、請求項１１の発明は、請求項１０に記載のロータリーエンコーダと、前記回転円板における偏心のズレの量及び方向を記憶した記憶手段と、回転体の回転軸に取り付けた当該ロータリーエンコーダで検出された回転状態を前記ズレ量および方向によって補正する誤差補正部と、を備え、該誤差補正部によって補正された回転状態に基づいて前記回転体の回転を制御する回転体制御装置を特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項１乃至９に記載の回転円板の偏心測定方法によって偏心の量及び方向を測定された回転円板と、該回転円板に光を照射する投光手段と、前記回転円板に設けたスケールを介した通過光及び反射光を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて前記回転円板の回転状態を検出する回転検出手段と、を備えたロータリーエンコーダを特徴とする。
また、請求項１１の発明は、請求項１０に記載のロータリーエンコーダと、前記回転円板における偏心のズレの量及び方向を記憶した記憶手段と、回転体の回転軸に取り付けた当該ロータリーエンコーダで検出された回転状態を前記ズレ量および方向によって補正する誤差補正部と、を備え、該誤差補正部によって補正された回転状態に基づいて前記回転体の回転を制御する回転体制御装置を特徴とする。
以上のように構成したので、本発明によれば、回転円板の取り付け部の円周及び回転円板上の放射スケールと同心の円形パターンと、直線のパターンとが交差しているため、測定のために拡大したときにパターンの線がぼやけてしまっても、パターン交差部の色の濃淡からエッジを精度よく判別でき、正確な測定ができる。また、直線パターンと、その両端の位置の測定点を結んだ直線の角度のズレが目視でも容易に見え、測定点の修正要否が分かる。
従って、正しい測定点を正確に測定できることで、正確に偏心量を測定することが可能となる。
従って、正しい測定点を正確に測定できることで、正確に偏心量を測定することが可能となる。
以下、図面に従って本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明のロータリーエンコーダを構成する回転円板を示す図である。
図１において、回転円板１は、透光部２ａ及び遮光部２ｂからなる放射状スケール２、被測定体（回転体）の回転軸と連結する連結部（取り付け穴）３、放射状スケール２と同心の円パターン（同心円パターン）４と、に加えて取り付け穴３から同心円４上の点へと伸びる直線パターン５が３本形成されている。
この直線パターン５は、図１に記載のように同心円４とちょうど接触するように形成してもよいし、交差（貫通）するように形成してもよい。
なお、図１において、直線パターン５は３本形成されているが、３本以上であれば、この本数に限定されるものではない。
さらに、回転円板１の放射状スケール２、同心円パターン４、直線パターン５は、回転円板１のフォトエッチングの版を作る際に、同時に形成するものとする。
この版を用いてこれらのパターンが描かれたシートに中心穴（取り付け穴）３を開け、回転円板（以下、ディスク）の形に抜き出すが、中心穴を開ける際に同心円パターン４と中心穴３と偏り（偏心）が生じる。
この偏心の量を測定するためには、上記した従来技術と同様に、取り付け穴３上の測定点の座標から求まる取り付け穴３の中心点の座標と、同心円パターン４上の測定点の座標から求まる同心円パターン４の中心点の座標を演算・比較して、偏心量を計算する。
本発明の場合、直線パターン５の、同心円パターン４及び取り付け穴３との交点を測定点とし、これらの交点の座標をミツトヨ社製の測定顕微鏡（ＭＦシリーズ等）、キーエンス社製の顕微鏡（ＶＨＸシリーズ等）で測定する。
［第１の実施例］
図１は、本発明のロータリーエンコーダを構成する回転円板を示す図である。
図１において、回転円板１は、透光部２ａ及び遮光部２ｂからなる放射状スケール２、被測定体（回転体）の回転軸と連結する連結部（取り付け穴）３、放射状スケール２と同心の円パターン（同心円パターン）４と、に加えて取り付け穴３から同心円４上の点へと伸びる直線パターン５が３本形成されている。
この直線パターン５は、図１に記載のように同心円４とちょうど接触するように形成してもよいし、交差（貫通）するように形成してもよい。
なお、図１において、直線パターン５は３本形成されているが、３本以上であれば、この本数に限定されるものではない。
さらに、回転円板１の放射状スケール２、同心円パターン４、直線パターン５は、回転円板１のフォトエッチングの版を作る際に、同時に形成するものとする。
この版を用いてこれらのパターンが描かれたシートに中心穴（取り付け穴）３を開け、回転円板（以下、ディスク）の形に抜き出すが、中心穴を開ける際に同心円パターン４と中心穴３と偏り（偏心）が生じる。
この偏心の量を測定するためには、上記した従来技術と同様に、取り付け穴３上の測定点の座標から求まる取り付け穴３の中心点の座標と、同心円パターン４上の測定点の座標から求まる同心円パターン４の中心点の座標を演算・比較して、偏心量を計算する。
本発明の場合、直線パターン５の、同心円パターン４及び取り付け穴３との交点を測定点とし、これらの交点の座標をミツトヨ社製の測定顕微鏡（ＭＦシリーズ等）、キーエンス社製の顕微鏡（ＶＨＸシリーズ等）で測定する。
図２は、複数の回転円板１について測定した各中心点座標をグラフで示す図である。
図２においては、同心円パターン４の中心点座標を基準とした、取り付け穴３の中心点座標が示されている。
このグラフから、同心円パターン、取り付け穴各中心点の距離として偏心量が求められる。
また、いずれか一本の直線パターンを基準とすることで、偏心の角度を明確に求めることも可能である。
図３は、直線パターン５と、同心円パターン４または取り付け穴３との交点付近の部分概略図であり、（ａ）は、回転円板上に描かれたパターン自体を示し、（ｂ）は、それを測定顕微鏡で拡大して表示した図、（ｃ）は、測定顕微鏡で拡大したパターンに濃淡処理を施した場合を示す図である。
図３（ｂ）に示すように、パターンを顕微鏡で拡大すると線のエッジ部がぼやけてしまう。
例えば、回転円板の反りやゆがみを矯正するため、ガラス板などで回転円板を押えることがあるが、そのような場合に、線のエッジ部がぼやけやすい。
しかし、パターンがぼやけても、２本の線が交差・接触している交点ｉの部分の濃度が濃く残るため、この濃い部分を測定点として選ぶことで、正確に測定点座標の測定を行え、さらには、同心円パターンや取り付け部の中心点座標を正確に演算することができる。
図２においては、同心円パターン４の中心点座標を基準とした、取り付け穴３の中心点座標が示されている。
このグラフから、同心円パターン、取り付け穴各中心点の距離として偏心量が求められる。
また、いずれか一本の直線パターンを基準とすることで、偏心の角度を明確に求めることも可能である。
図３は、直線パターン５と、同心円パターン４または取り付け穴３との交点付近の部分概略図であり、（ａ）は、回転円板上に描かれたパターン自体を示し、（ｂ）は、それを測定顕微鏡で拡大して表示した図、（ｃ）は、測定顕微鏡で拡大したパターンに濃淡処理を施した場合を示す図である。
図３（ｂ）に示すように、パターンを顕微鏡で拡大すると線のエッジ部がぼやけてしまう。
例えば、回転円板の反りやゆがみを矯正するため、ガラス板などで回転円板を押えることがあるが、そのような場合に、線のエッジ部がぼやけやすい。
しかし、パターンがぼやけても、２本の線が交差・接触している交点ｉの部分の濃度が濃く残るため、この濃い部分を測定点として選ぶことで、正確に測定点座標の測定を行え、さらには、同心円パターンや取り付け部の中心点座標を正確に演算することができる。
また、図３（ｃ）に示すように、（ｂ）の表示にさらに画像処理（濃淡処理）を施すことで、交点ｉ部分のみが画像として残るため、さらに正確に測定することが可能となる。
以上説明したように、回転円板１の取り付け部３の円周と、直線パターン５が交差しているため、円周のエッジ部を拡大したときにエッジがぼやけてしまっても、直線パターンの色の濃淡からエッジを精度よく判別できる。従来は、ぼやけた線／エッジから測定点をピックアップしていたため、誤差が大きくなりやすく、測定に熟練も要していた。
また、回転円板１上の放射状スケール２と同心円の円形パターン４と直線パターン５が交差しているため、パターンを拡大したときに線がぼやけてしまっても、パターン交差部の色の濃淡からエッジを精度よく判別できる。
このように、直線パターン５を形成することで、測定点を正確に測定してその座標を取得することが可能であるが、本発明は、さらに測定点の座標から偏心量を測定する際に生ずる測定誤差を判別し、測定点の修正の要否を判断するものである。
以下に、直線パターン５を用いることで、どのように測定誤差を判別できるかを説明する。
以上説明したように、回転円板１の取り付け部３の円周と、直線パターン５が交差しているため、円周のエッジ部を拡大したときにエッジがぼやけてしまっても、直線パターンの色の濃淡からエッジを精度よく判別できる。従来は、ぼやけた線／エッジから測定点をピックアップしていたため、誤差が大きくなりやすく、測定に熟練も要していた。
また、回転円板１上の放射状スケール２と同心円の円形パターン４と直線パターン５が交差しているため、パターンを拡大したときに線がぼやけてしまっても、パターン交差部の色の濃淡からエッジを精度よく判別できる。
このように、直線パターン５を形成することで、測定点を正確に測定してその座標を取得することが可能であるが、本発明は、さらに測定点の座標から偏心量を測定する際に生ずる測定誤差を判別し、測定点の修正の要否を判断するものである。
以下に、直線パターン５を用いることで、どのように測定誤差を判別できるかを説明する。
図４は、図１の回転円板から放射状スケールを除いて簡略化した図である。
また、図５乃至７は、測定誤差の有無を判別するための手順を示した図である。
以下、測定誤差の判別の手順を順に説明する。
まず、図５に示すように、ディスク１に形成した直線パターン５のうちの１つと、同心円パターン４との交点ａ（ａ１〜ａ３）をとる。ついで、直線パターン５と、取り付け穴３との交点ｂ（ｂ１〜ｂ３）をとる。これらの６点が上述の測定点である。
次に、図５に示すように、手順１でとったそれぞれの交点ａ、ｂを結ぶ直線を引く。
すなわち、交点ａ１と交点ｂ１、交点ａ２と交点ｂ２、交点ａ３と交点ｂ３とをそれぞれ直線ａ１−ｂ１、ａ２−ｂ２、ａ３−ｂ３で結ぶ。
この場合、例えば直線ａ１−ｂ１を引いた箇所で、ディスク（回転円板）１が、歪んでいたり、反っていた場合は、図６に示すように、その箇所の直線パターン５も歪んでいる
ため、顕微鏡や投影機で投影した場合、直線パターン５は曲線として映され、直線パターンと、直線ａ１−ｂ１との間にズレが生じる。
直線ａ２−ｂ２、直線ａ３−ｂ３についてもディスクに歪みあった場合は、同様である。
また、図５乃至７は、測定誤差の有無を判別するための手順を示した図である。
以下、測定誤差の判別の手順を順に説明する。
まず、図５に示すように、ディスク１に形成した直線パターン５のうちの１つと、同心円パターン４との交点ａ（ａ１〜ａ３）をとる。ついで、直線パターン５と、取り付け穴３との交点ｂ（ｂ１〜ｂ３）をとる。これらの６点が上述の測定点である。
次に、図５に示すように、手順１でとったそれぞれの交点ａ、ｂを結ぶ直線を引く。
すなわち、交点ａ１と交点ｂ１、交点ａ２と交点ｂ２、交点ａ３と交点ｂ３とをそれぞれ直線ａ１−ｂ１、ａ２−ｂ２、ａ３−ｂ３で結ぶ。
この場合、例えば直線ａ１−ｂ１を引いた箇所で、ディスク（回転円板）１が、歪んでいたり、反っていた場合は、図６に示すように、その箇所の直線パターン５も歪んでいる
ため、顕微鏡や投影機で投影した場合、直線パターン５は曲線として映され、直線パターンと、直線ａ１−ｂ１との間にズレが生じる。
直線ａ２−ｂ２、直線ａ３−ｂ３についてもディスクに歪みあった場合は、同様である。
このようにディスクそのものに変形等がある場合は、上記のように測定点の座標を正確に測定できたとしても、正確に偏心量を測定することができない。
しかしながら、直線ａ（１〜３）−ｂ（１〜３）、直線パターン５とのズレは、測定顕微鏡や投影機によって容易に視認できる。
このことから、ディスクのゆがみやセットミスを検出することができるため、ディスクがゆがんだ状態で偏心量を測定することを防ぎ、測定誤差をなくすことができる。
また、図７に示すように、３本の直線パターン５の角度が分かっている場合は、選んだ６点から得られる３本の直線ａ（１〜３）−ｂ（１〜３）の角度と、直線パターン５の理想の角度の比較を行うことができ、この角度のズレから測定誤差の有無や誤差の大きさを知ることができる。
なお、直線パターンの数を増やすほどに測定精度は向上するが、当然に計測に要する時間も増えるため、精度と時間のバランスを見て、直線パターンの数を決定すればよい。
しかしながら、直線ａ（１〜３）−ｂ（１〜３）、直線パターン５とのズレは、測定顕微鏡や投影機によって容易に視認できる。
このことから、ディスクのゆがみやセットミスを検出することができるため、ディスクがゆがんだ状態で偏心量を測定することを防ぎ、測定誤差をなくすことができる。
また、図７に示すように、３本の直線パターン５の角度が分かっている場合は、選んだ６点から得られる３本の直線ａ（１〜３）−ｂ（１〜３）の角度と、直線パターン５の理想の角度の比較を行うことができ、この角度のズレから測定誤差の有無や誤差の大きさを知ることができる。
なお、直線パターンの数を増やすほどに測定精度は向上するが、当然に計測に要する時間も増えるため、精度と時間のバランスを見て、直線パターンの数を決定すればよい。
図８は、直線パターンの別の例を示した図である。
図８に示すように、直線パターン５は、必ずしも実線である必要はなく、線の途切れた破線の形状で形成されていてもよい。
直線パターンが破線などで形成されているため、直線パターン上に他のパターンやマークが交差することがなくなるが、同心円パターン４、取り付け穴３と、交差、接触していれば、交点を正確に測定できるという効果は影響を受けない。
図８に示すように、直線パターン５は、必ずしも実線である必要はなく、線の途切れた破線の形状で形成されていてもよい。
直線パターンが破線などで形成されているため、直線パターン上に他のパターンやマークが交差することがなくなるが、同心円パターン４、取り付け穴３と、交差、接触していれば、交点を正確に測定できるという効果は影響を受けない。
［第２の実施例］
次に、本発明のロータリーエンコーダにおける回転円板の第２の形態を説明する。
図９は、第２の形態の回転円板を示す図である。
図９に示すように、本実施形態では、直線パターン５を４本にしている。
直線パターン５が４本の場合は、第１の実施例の手順に加えて、まず、図９に示すように、４本の直線パターン５のそれぞれと、同心円パターン４とが交わる点ｃ（ｃ１〜ｃ４）をとり、ついで、取り付け穴３と直線パターン５が交わる点ｄ（ｄ１〜ｄ４）をとる。
なお、ｃ１とｄ１、ｃ２とｄ２、ｃ３とｄ３、ｃ４とｄ４は同一の直線パターン５上の２点となる。
図１０は、この形態の回転円板における測定誤差の判定手順を説明する図である。
図１０に示すように、同心円パターン４と直線パターン５が交わる４つの点ｃ１〜ｃ４を用い、これらのうちの３点を通る円を４つ描く。
すなわち、ｃ１−ｃ２−ｃ３、ｃ１−ｃ２−ｃ４、ｃ１−ｃ３−ｃ４、ｃ２−ｃ３−ｃ４を通る円を描く。
描いた４つの円のズレ、もしくは４つの円の中心のズレから、測定誤差の有無や、誤差の大きさを取得することができる。
ｃ１〜ｃ４の座標を測定することで、描いた４つの円の中心の位置（座標）が求まるが、４点の座標すべてが正確に測定された場合は、求めた中心点の座標はすべて一致する。
次に、本発明のロータリーエンコーダにおける回転円板の第２の形態を説明する。
図９は、第２の形態の回転円板を示す図である。
図９に示すように、本実施形態では、直線パターン５を４本にしている。
直線パターン５が４本の場合は、第１の実施例の手順に加えて、まず、図９に示すように、４本の直線パターン５のそれぞれと、同心円パターン４とが交わる点ｃ（ｃ１〜ｃ４）をとり、ついで、取り付け穴３と直線パターン５が交わる点ｄ（ｄ１〜ｄ４）をとる。
なお、ｃ１とｄ１、ｃ２とｄ２、ｃ３とｄ３、ｃ４とｄ４は同一の直線パターン５上の２点となる。
図１０は、この形態の回転円板における測定誤差の判定手順を説明する図である。
図１０に示すように、同心円パターン４と直線パターン５が交わる４つの点ｃ１〜ｃ４を用い、これらのうちの３点を通る円を４つ描く。
すなわち、ｃ１−ｃ２−ｃ３、ｃ１−ｃ２−ｃ４、ｃ１−ｃ３−ｃ４、ｃ２−ｃ３−ｃ４を通る円を描く。
描いた４つの円のズレ、もしくは４つの円の中心のズレから、測定誤差の有無や、誤差の大きさを取得することができる。
ｃ１〜ｃ４の座標を測定することで、描いた４つの円の中心の位置（座標）が求まるが、４点の座標すべてが正確に測定された場合は、求めた中心点の座標はすべて一致する。
しかし、１点でも測定に誤差があれば、求めた中心点の位置は異なったものとなるため、４つの円の中心点座標を比較することで、測定誤差の有無、大きさを判定することができ、測定点の設定ミスを検出することができる。
さらに、図示していないが、同心円パターンの場合と同様に取り付け穴３と、直線パターン５が交わる４つの点ｄ１〜ｄ４のうちの３つを通る４つの円を描く。
すなわち、ｄ１−ｄ２−ｄ３、ｄ１−ｄ２−ｄ４、ｄ１−ｄ３−ｄ４、ｄ２−ｄ３−ｄ４を通る円を描き、これらの円のズレ、円の中心のズレから、同様に、測定誤差の有無や誤差の大きさを知ることができ、測定点の設定ミスを検出することができる。
第１の実施例のように、２点の測定点を通る直線と直線パターン５のズレの有無で誤差を確認する場合、ディスクの円周方向のズレは分かりやすいが、直線パターン方向のズレは、比較的分かりにくい。
それに対し、本実施形態のように、直線パターン５を４本にし、上記のように描いた４つの円、あるいは円の中心の一致（重なり）もしくはズレの度合いで測定誤差を確認することで、測定点の設定ミスを検出することができ、さらに測定精度の向上を図ることができる。
なお、直線パターンの数を増やすほどに測定精度は向上するが、当然に計測に要する時間も増えるため、精度と時間のバランスを見て、直線パターンの数を決定すればよい。
さらに、図示していないが、同心円パターンの場合と同様に取り付け穴３と、直線パターン５が交わる４つの点ｄ１〜ｄ４のうちの３つを通る４つの円を描く。
すなわち、ｄ１−ｄ２−ｄ３、ｄ１−ｄ２−ｄ４、ｄ１−ｄ３−ｄ４、ｄ２−ｄ３−ｄ４を通る円を描き、これらの円のズレ、円の中心のズレから、同様に、測定誤差の有無や誤差の大きさを知ることができ、測定点の設定ミスを検出することができる。
第１の実施例のように、２点の測定点を通る直線と直線パターン５のズレの有無で誤差を確認する場合、ディスクの円周方向のズレは分かりやすいが、直線パターン方向のズレは、比較的分かりにくい。
それに対し、本実施形態のように、直線パターン５を４本にし、上記のように描いた４つの円、あるいは円の中心の一致（重なり）もしくはズレの度合いで測定誤差を確認することで、測定点の設定ミスを検出することができ、さらに測定精度の向上を図ることができる。
なお、直線パターンの数を増やすほどに測定精度は向上するが、当然に計測に要する時間も増えるため、精度と時間のバランスを見て、直線パターンの数を決定すればよい。
［第３の実施例］
次に、本発明のロータリーエンコーダにおける回転円板の第３の形態を説明する。
図１１は、第３の形態の回転円板を示す図である。
本実施形態の回転円板でも、４本の直線パターン５を形成するが、図１０に示すように、２本ずつの直線パターン５が、取り付け穴３を跨いで一直線状になるように形成している。
次に、図１２に示すように、一直線状となる１組の直線パターン５と、同心円パターン４が交わる２点（ｅ１、ｅ３）をとり、直線ｅ１−ｅ３をひく。
このようにすれば、引いた直線ｅ１−ｅ３と、直線パターン５のズレを容易に目視できるため、点の選び直しが必要か否かの判断が的確に行うことができる。
次に、本発明のロータリーエンコーダにおける回転円板の第３の形態を説明する。
図１１は、第３の形態の回転円板を示す図である。
本実施形態の回転円板でも、４本の直線パターン５を形成するが、図１０に示すように、２本ずつの直線パターン５が、取り付け穴３を跨いで一直線状になるように形成している。
次に、図１２に示すように、一直線状となる１組の直線パターン５と、同心円パターン４が交わる２点（ｅ１、ｅ３）をとり、直線ｅ１−ｅ３をひく。
このようにすれば、引いた直線ｅ１−ｅ３と、直線パターン５のズレを容易に目視できるため、点の選び直しが必要か否かの判断が的確に行うことができる。
次に、図１３に示すように、直線ｅ１−ｅ３が引かれた状態で、今度は、取り付け穴３と、直線パターン５が交わる点（ｆ１、ｆ３）を直線で結ぶ（直線ｆ１−ｆ３）。
直線ｆ１−ｆ３は、図１４に示すように、容易に直線パターン５とのズレが確認できる。
図１２における直線ｅ１−ｅ３と、図１３、１４における直線ｆ１−ｆ３とは、直線パターン５との角度のズレが容易に確認できるため、測定点の選び直しが必要か否かを的確に判断することができる。
かかる方法を第１、第の２実施例における手順と組み合わせることで、さらに精度の向上を図ることができる。
直線ｆ１−ｆ３は、図１４に示すように、容易に直線パターン５とのズレが確認できる。
図１２における直線ｅ１−ｅ３と、図１３、１４における直線ｆ１−ｆ３とは、直線パターン５との角度のズレが容易に確認できるため、測定点の選び直しが必要か否かを的確に判断することができる。
かかる方法を第１、第の２実施例における手順と組み合わせることで、さらに精度の向上を図ることができる。
また、一直線状に形成された直線パターンが定められた角度で形成されており、パターン同士の角度がわかっている場合は、理想の角度と実測値との間の差から測定誤差を検出することができる。すなわち、測定点を結んだ直線同士の角度と、直線パターン同士の角度を比較することで、測定点の修正要否がわかる。
なお、直線パターンの数を増やすほどに測定精度は向上するが、当然に計測に要する時間も増えるため、精度と時間のバランスを見て、直線パターンの数を決定すればよい。
以上、測定点の修正の要否の判断の手順について説明してきたが、いずれかの直線パターンを基準にとることで、放射状スケール２の中心と、取り付け穴３の中心のズレの方向もわかる。
なお、直線パターンの数を増やすほどに測定精度は向上するが、当然に計測に要する時間も増えるため、精度と時間のバランスを見て、直線パターンの数を決定すればよい。
以上、測定点の修正の要否の判断の手順について説明してきたが、いずれかの直線パターンを基準にとることで、放射状スケール２の中心と、取り付け穴３の中心のズレの方向もわかる。
図１５は、本発明のエンコーダディスクを備えたロータリーエンコーダの構成を示す図である。
ロータリーエンコーダ１０は、透光部及び遮光部からなる放射状スケール２を設けた回転円板１と、放射状スケールに対して、スリット１５を介して光を投射する発光素子１１、放射状スケール２の透光部を通過した光を受光する受光素子１２、受光素子１２が、光を受光したか否かの情報に基づいて回転円板１の回転状態を検出する回転検出手段１４と、を備えている。
また、ローラなどの被測定物（回転体）の回転軸１３が、回転円板１に設けられた取り付け穴３を介して接続されるものとする。
なお、回転円板１に、透光部及び遮光部ではなく、発光素子１１からの光を反射する反射部と、吸収する吸光部を設け、反射部で反射された光を受光素子１２で検知する構成にしてもよい。
この場合は、図１５の場合とは異なり、受光素子１２は、回転円板１に対して発光素子１１と同じ側に配置する。
ロータリーエンコーダ１０は、透光部及び遮光部からなる放射状スケール２を設けた回転円板１と、放射状スケールに対して、スリット１５を介して光を投射する発光素子１１、放射状スケール２の透光部を通過した光を受光する受光素子１２、受光素子１２が、光を受光したか否かの情報に基づいて回転円板１の回転状態を検出する回転検出手段１４と、を備えている。
また、ローラなどの被測定物（回転体）の回転軸１３が、回転円板１に設けられた取り付け穴３を介して接続されるものとする。
なお、回転円板１に、透光部及び遮光部ではなく、発光素子１１からの光を反射する反射部と、吸収する吸光部を設け、反射部で反射された光を受光素子１２で検知する構成にしてもよい。
この場合は、図１５の場合とは異なり、受光素子１２は、回転円板１に対して発光素子１１と同じ側に配置する。
図１６は、本発明のロータリーエンコーダを備えた回転体制御装置を示す図である。
回転体制御装置２０は、電気的に接続されたモータ等の駆動部２１、本発明のロータリーエンコーダ１０、ロータリーエンコーダについて測定された回転円板の中心と取り付け部のズレ量（偏心量）及びズレ方向を記憶した記憶手段（ＲＯＭ）２４、ズレ量、ズレ方向に従って、ロータリーエンコーダ１０から出力された回転円板の回転状態についての情報の角度検出誤差を補正する角度誤差補正部２２と、補正された回転状態情報に従って、駆動部２１を動作させる駆動信号を生成するためのドライバ２３から構成されている。
ロータリーエンコーダにおける回転円板の中心と、被回転体の駆動軸との取り付け部の中心のズレ量、ズレの方向が入力されることで、角度誤差補正部２２はロータリーエンコーダの角度検出誤差がどのタイミングで、どの程度発生するかがわかるので、ロータリーエンコーダが搭載される回転体制御装置にロータリーエンコーダにおける角度誤差を補正するフィードフォワード制御を行うことで、ズレによる影響を無くした回転体制御をすることが可能となる。
回転体制御装置２０は、電気的に接続されたモータ等の駆動部２１、本発明のロータリーエンコーダ１０、ロータリーエンコーダについて測定された回転円板の中心と取り付け部のズレ量（偏心量）及びズレ方向を記憶した記憶手段（ＲＯＭ）２４、ズレ量、ズレ方向に従って、ロータリーエンコーダ１０から出力された回転円板の回転状態についての情報の角度検出誤差を補正する角度誤差補正部２２と、補正された回転状態情報に従って、駆動部２１を動作させる駆動信号を生成するためのドライバ２３から構成されている。
ロータリーエンコーダにおける回転円板の中心と、被回転体の駆動軸との取り付け部の中心のズレ量、ズレの方向が入力されることで、角度誤差補正部２２はロータリーエンコーダの角度検出誤差がどのタイミングで、どの程度発生するかがわかるので、ロータリーエンコーダが搭載される回転体制御装置にロータリーエンコーダにおける角度誤差を補正するフィードフォワード制御を行うことで、ズレによる影響を無くした回転体制御をすることが可能となる。
１ 回転円板（ディスク）、２ 放射状スケール、３ 取り付け穴、４ 同心円パターン、５ 直線パターン、１０ ロータリーエンコーダ、１１ 発光素子、１２ 受光素子、１４ 回転検出手段、１５ スリット、２０ 回転体制御装置、２１ 駆動部、２２ 角度誤差補正部、２３ ドライバ、１００ 回転円板、１０２ 放射状スケール、１０４ 円形パターン、ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３、ｃ１〜ｃ４、ｄ１〜ｄ５ 交点
Claims (11)
- 被測定体の回転軸に連結する連結部を中心部に形成し、透光部及び遮光部又は反射部及び吸光部からなるスケールを周縁部に形成したロータリーエンコーダの回転円板におけるスケール中心と連結部中心の偏心測定方法において、
前記スケールと同心の円パターンと、該円パターン及び前記連結部と交差もしくは接触する、３本以上の直線パターンを前記回転円板に形成し、
各直線パターンと前記連結部の交点座標から算出した前記連結部の中心座標と、各直線パターンと前記円パターンの交点座標から算出した前記スケールの中心座標と、を比較することにより前記回転円板の偏心量及び偏心方向の測定を行うことを特徴とする偏心測定方法。 - 各直線パターンの、前記円パターン及び前記連結部との交点を結んだ直線と、当該直線パターンとのズレにより前記測定の誤差を判定することを特徴とする請求項１に記載の偏心測定方法。
- ２つの直線パターン同士の角度と、当該直線パターンの前記円パターン及び前記連結部との交点を結んだ直線同士の角度のズレにより前記測定の誤差を判定することを特徴とする請求項１に記載の偏心測定方法。
- 前記回転円板に設けた直線パターンは４本としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の偏心測定方法。
- 各直線パターンと前記円パターンの４つの交点うち３点を結んだ円の円周又は円中心のズレにより前記測定の誤差を判定することを特徴とする請求項４に記載の偏心測定方法。
- 各直線パターンと前記連結部の４つの交点うち３点を結んだ円の円周又は円中心のズレにより前記測定の誤差を判定することを特徴とする請求項４に記載の偏心測定方法。
- 前記４本の直線パターンのうちの２本ずつを、前記連結部を跨いで一直線状となるように形成したことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の測定方法。
- 一直線状に形成された直線パターンの前記円パターンとの２つの交点を結んだ直線と、当該一直線状に形成された直線と、のズレにより前記測定の誤差を判定することを特徴とする請求項７に記載の偏心測定方法。
- 各直線パターンは破線としたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の偏心測定方法。
- 請求項１乃至９に記載の偏心測定方法によって偏心の量及び方向を測定された回転円板と、該回転円板に光を照射する投光手段と、前記回転円板に設けたスケールを介した通過光又は反射光を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて前記回転円板の回転状態を検出する回転検出手段と、を備えたことを特徴とするロータリーエンコーダ。
- 請求項１０に記載のロータリーエンコーダと、
前記回転円板における偏心のズレの量及び方向を記憶した記憶手段と、
回転体の回転軸に取り付けた当該ロータリーエンコーダで検出された回転状態を前記ズレ量および方向によって補正する誤差補正部と、を備え、
該誤差補正部によって補正された回転状態に基づいて前記回転体の回転を制御することを特徴とする回転体制御装置。
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