JP2011203143A - Scale for encoder, scale manufacturing method for encoder, and actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いられるアブソリュート型リニアエンコーダにおいて使用されるエンコーダ用スケールとエンコーダ用スケール製造方法とアクチュエータに係り、特に、信頼性を高めることができると共にコストの低減を図ることができるように工夫したものに関する。 The present invention relates to an encoder scale used in, for example, an absolute linear encoder used in a precision positioning system, an encoder scale manufacturing method, and an actuator, and in particular, can improve reliability and reduce cost. It relates to things devised so that
精密位置決め装置において、位置決めフィードバック用のセンサーとして、例えば、リニアエンコーダが使用される。これはリニアエンコーダが高精度であって低コストであることに起因する。ところが、現在多く用いられているリニアエンコーダは原点復帰動作の必要なインクリメンタル型である。この種のインクリメンタル型のリニアエンコーダの場合には、装置立ち上げ時或いはトラブル発生時には原点復帰動作を行わせる必要がある。その為、装置の稼働率が低下してしまうという問題があった。 In the precision positioning apparatus, for example, a linear encoder is used as a sensor for positioning feedback. This is due to the high accuracy and low cost of the linear encoder. However, the linear encoder that is widely used at present is an incremental type that requires an origin return operation. In the case of this type of incremental type linear encoder, it is necessary to perform an origin return operation when the apparatus is started up or when a trouble occurs. Therefore, there has been a problem that the operating rate of the apparatus is lowered.
そこで、インクリメンタル型のリニアエンコーダに代わってアブソリュート型のリニアエンコーダの使用が提案されている。この種のアブソリュート型のリニアエンコーダの場合には原点復帰動作が不要になるからである。 Therefore, it has been proposed to use an absolute linear encoder instead of the incremental linear encoder. This is because this type of absolute linear encoder does not require an origin return operation.
上記アブソリュート型のリニアエンコーダを開示するものとして、例えば、特許文献1、特許文献2等がある。
For example,
ところがこの種のアブソリュート型リニアエンコーダの場合には次のような問題があった。
まず、特許文献1及び特許文献2に開示されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、何れもその構成が複雑であり、且つ、コストが高いという問題があった。又、リニアスケール部及び検出ヘッド部のコンパクト化が困難であるという問題があった。さらに、信号の伝送が複雑であるという問題があった。
例えば、特許文献1に開示されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、静電容量式と光電式を併用することにより少ないトラック数で高分解能と広い測長範囲を実現している。しかしながら、検出手段、コードパターンともに2系統必要であり、そのためコンパクト化は不可能であった。
又、特許文献2に記載されたアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、位相差の異なるリニアスケールを用いることにより2組のリニアスケールまで減少させることができるが、その精度確保にはやや複雑な信号処理を必要としており、やはりコンパクト化を実現することは困難であった。
However, this type of absolute linear encoder has the following problems.
First, the absolute linear encoders disclosed in
For example, in the case of an absolute linear encoder disclosed in
In the case of the absolute linear encoder described in
このような問題に対して、本件特許本出願人は、特許文献3、特許文献4に示すようなアブソリュート型リニアエンコーダを提案している。
In order to solve such a problem, the applicant of this patent has proposed an absolute linear encoder as shown in
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、上記特許文献4に記載された発明によるエンコーダ用スケールの製造方法の場合には、高反射率のアルミ蒸着テープにインクの塗布又はインクの転写を施すことにより低反射率部を形成する構成となっている。そして、製造に際してはアルミ蒸着テープを必要とするものであるが、エンコーダ用スケールを製造するためのアルミ蒸着テープの量は僅かであるのに対して、通常、この種のアルミ蒸着テープを購入する場合には大ロットの単位で注文しなければならず、そのため製造コストが上昇してしまうという問題があった。
The conventional configuration has the following problems.
That is, in the case of the encoder scale manufacturing method according to the invention described in
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、コストの上昇を来すことなく信頼性を高めることが可能なエンコーダ用スケールを提供すると共にそのようなエンコーダ用スケールを製造するためのエンコーダ用スケール製造方法とそのようなエンコーダ用スケールを使用したアクチュエータを提供することにある。 The present invention has been made based on these points, and an object of the present invention is to provide an encoder scale capable of improving reliability without causing an increase in cost, and such an encoder scale. An encoder scale manufacturing method for manufacturing an encoder and an actuator using such an encoder scale are provided.
上記目的を達成するべく本願発明の請求項1によるエンコーダ用スケールは、高反射率部及び低反射率部を備えてなるエンコーダ用スケールにおいて、上記高反射率部及び低反射率部は印刷により形成されたものであることを特徴とするものである。
又、請求項2によるエンコーダ用スケールは、請求項1記載のエンコーダ用スケールにおいて、上記印刷が熱転写方式によるものであることを特徴とするものである。
又、請求項3によるエンコーダ用スケールは、請求項1記載のエンコーダ用スケールにおいて、基材層と高反射率層および低反射率層の少なくとも3層以上の層構造であることを特徴とするものである。
又、請求項4によるエンコーダ用スケールは、請求項3記載のエンコーダ用スケールにおいて、上記高反射率層はアルミニウム蒸着フィルムからなることを特徴とするものである。
又、請求項5によるエンコーダ用スケールは、請求項1記載のエンコーダ用スケールにおいて、上記高反射率部及び低反射率部がランダム符号系列を形成していることを特徴とするものである。
又、請求項6によるエンコーダ用スケールは、請求項5記載のエンコーダ用スケールにおいて、上記ランダム符号系列としてPN符号系列を用いるアブソリュートリニアスケール部と繰返しパターンによるインクリメンタルリニアスケール部とを持つことを特徴とするものである。
又、請求項7によるエンコーダ用スケール製造方法は、高反射率部及び低反射率部を備えてなるエンコーダ用スケールを製造するエンコーダ用スケールの製造方法において、上記高反射率部及び低反射率部は印刷により形成するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項8によるエンコーダ用スケール製造方法は、請求項7記載のエンコーダ用スケール製造方法において、上記印刷が熱転写方式によるものであることを特徴とするものである。
又、請求項9によるアクチュエータは、請求項1〜請求項6の何れかに記載のエンコーダ用スケールを用いたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an encoder scale according to
An encoder scale according to
An encoder scale according to
The encoder scale according to
An encoder scale according to
The encoder scale according to
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an encoder scale manufacturing method according to a seventh aspect of the present invention, wherein the encoder scale manufacturing method includes a high reflectance portion and a low reflectance portion. Is formed by printing.
An encoder scale manufacturing method according to an eighth aspect is the encoder scale manufacturing method according to the seventh aspect, wherein the printing is performed by a thermal transfer system.
An actuator according to a ninth aspect uses the encoder scale according to any one of the first to sixth aspects.
以上述べたように本願発明の請求項1によるエンコーダ用スケールは、高反射率部及び低反射率部を備えてなるエンコーダ用スケールにおいて、上記高反射率部及び低反射率部は印刷により形成されたものであるので、例えば、従来のように、アルミ蒸着テープを大ロットの単位で購入しなければならないといった問題はなく、低コストで信頼性の高いエンコーダ用スケールを得ることができる。
又、請求項2によるエンコーダ用スケールは、請求項1記載のエンコーダ用スケールにおいて、上記印刷が熱転写方式によるものであるので、比較的簡単な構成で高精度、高信頼性の所望のエンコーダ用スケールを提供することができる。
又、請求項3によるエンコーダ用スケールは、ル請求項1記載のエンコーダ用スケールにおいて、基材層と高反射率層および低反射率層の少なくとも3層以上の層構造であるので、比較的簡単な構成で所望のエンコーダ用スケールの機能確保ができ、十分な機械的強度と高い信頼性を提供することができる。
又、請求項4によるエンコーダ用スケールは、請求項3記載のエンコーダ用スケールにおいて、上記高反射率層はアルミニウム蒸着フィルムからなるので、従来のように、アルミ蒸着テープを使用していた場合に比べて、低コストで信頼性の確保されたエンコーダ用スケールを得ることができる。
又、請求項5によるエンコーダ用スケールは、請求項1記載のエンコーダ用スケールにおいて、上記高反射率部及び低反射率部がランダム符号系列を形成しているが、そのようなエンコーダスケールについては、印刷により形成されているので、低コストで提供することができる。特に、長ストロークの場合にその効果が大きい。
又、請求項6によるエンコーダ用スケールは、請求項5記載のエンコーダ用スケールにおいて、上記ランダム符号系列としてPN符号系列を用いるアブソリュートリニアスケール部と繰返しパターンによるインクリメンタルリニアスケール部とを持っているが、そのようなエンコーダスケールについても、低コストで高い信頼性のものを提供することができる。
又、請求項7によるエンコーダ用スケール製造方法は、高反射率部及び低反射率部を備えてなるエンコーダ用スケールを製造するエンコーダ用スケールの製造方法において、上記高反射率部及び低反射率部は印刷により形成するようにしたので、例えば、従来のように、アルミ蒸着テープを大ロットの単位で購入しなければならないといった問題はなく、低コストで信頼性の高いエンコーダ用スケールを得ることができる。
又、請求項8によるエンコーダ用スケール製造方法は、請求項7記載のエンコーダ用スケール製造方法において、上記印刷が熱転写方式によるものであるので、比較的簡単な構成で、高精度、高信頼性の所望のエンコーダ用スケールを提供することができる。
又、請求項9によるアクチュエータは、請求項1〜請求項6の何れかに記載のエンコーダ用スケールを用いたものであるので、低コストでアブソリュートリニアエンコーダ搭載のアクチュエータを実現でき、原点復帰動作不要のため、アクチュエータを用いた装置の稼働率向上が期待できる。
As described above, the encoder scale according to
Further, the encoder scale according to
Further, the encoder scale according to
Further, the encoder scale according to
The encoder scale according to
The encoder scale according to
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an encoder scale manufacturing method according to a seventh aspect of the present invention, wherein the encoder scale manufacturing method includes a high reflectance portion and a low reflectance portion. Is formed by printing, for example, there is no problem that aluminum vapor-deposited tape has to be purchased in large lot units as in the past, and it is possible to obtain a low-cost and highly reliable encoder scale. it can.
An encoder scale manufacturing method according to
Moreover, since the actuator according to
以下、図1乃至図7を参照して本発明の第1の実施の形態を説明する。この第1の実施の形態は本願発明を一軸アクチュエータに適用した例を示すものである。図1は本実施の形態によるアクチュエータの全体の構成を示す平面図である。まず、ハウジング1があり、このハウジング1にはスライダ3が図1中左右方向(矢印a方向)に移動可能な状態で取り付けられている。上記ハウジング1内にはボールねじ5が内装されているとともに駆動モータ7が設置されている。上記ボールねじ5は上記駆動モータ7の出力軸に連結されていて、駆動モータ7によって回転駆動されるように構成されている。
尚、ボールねじ5と駆動モータ7の出力軸が一体化されたものもある。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This first embodiment shows an example in which the present invention is applied to a uniaxial actuator. FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of the actuator according to the present embodiment. First, there is a
In some cases, the
上記ボールねじ5には図示しないボールナットがその回転を規制された状態で螺合・配置されている。既に説明したスライダ3はこのボールナットに固着されている。上記ハウジング1にはガイド9、11が設置されていて、これらガイド9、11によって上記スライダ3の図1中左右方向への移動をガイドする。そして、駆動モータ7を適宜の方向に回転させることによりボールねじ5が同方向に回転し、それによって、ボールナットを介してスライダ3が上記ガイド9、11によってガイドされながら適宜の方向(図1中左右方向)に移動する。
A ball nut (not shown) is screwed and arranged on the
上記ガイド11側にはリニアスケール部21が設置されており、一方、上記スライダ3には検出ヘッド部23が取り付けられている。又、アクチュエータに対して離間した場所にはコントローラ部25が設置されている。
A
次に、上記リニアスケール部21、検出ヘッド部23、コントローラ部25の構成について詳しく説明する。図2は図1の中から上記リニアスケール部21、検出ヘッド部23、コントローラ部25を抽出して示す図である。まず、リニアスケール部21は、インクリメンタルリニアスケール31、PN符号系列アブソリュートリニアスケール33とから構成されている。上記インクリメンタルリニアスケール31は縞状をなしていて、例えば、80μmピッチの光学反射式のものとして構成されている。すなわち、上記インクリメンタルリニアスケール31は、40μmの高反射率領域31aと、40μmの低反射領域31bが交互に配置されて連なった構成をなしている。
Next, the configuration of the
一方、上記PN符号系列アブソリュートリニアスケール33は1ビットが80μmに構成されていて、高反射率領域33aと低反射領域33bがPN符号系列に基づいて配置された構成になっている。上記PN符号系列とは擬似ランダム系列であり、この疑似ランダム系列とは、例えば、スペクトラム拡散通信、白色雑音生成、暗号化、エラー訂正等に広く使われているものである。上記PN符号系列の生成にはLFSR(Linear Feedback Shift Register)と称されるシフトレジスタが使用される。このシフトレジスタは、図3に示すような構成になっており、XORゲート(又は、XNORゲート)51によって帰還をかける構成になっている。
尚、このLFSRについては追って詳細に説明する。
On the other hand, the PN code sequence absolute
The LFSR will be described in detail later.
図2に戻って検出ヘッド部23側の構成をみてみると、まず、上記インクリメンタルリニアスケール31に対応する二つの検出器、すなわち、A相検出器35とB相検出器37が設置されている。これら二つのA相検出器35とB相検出器37は、インクリメンタルリニアスケール31のピッチ間隔を360°としたとき、90°の位相差間隔で配置されている。そして、上記インクリメンタルリニアスケール31と二つのA相検出器35、B相検出器37とによってインクリメンタルスケール部を構成している。
Returning to FIG. 2, when the configuration on the
上記A相検出器35、B相検出器37は光学式のものであり、上記インクリメンタルリニアスケール31に対してLED光を投射し、インクリメンタルリニアスケール31にて反射した光をフォトダイオードによって受光する構成のものである。又、これらA相検出器35、B相検出器37は既に説明したように90°の位相差間隔をおいて配置されており、又、その検出領域が縞スケールの1/2ピッチより広くなっている。又、これらA相検出器35、B相検出器37からの出力信号は略正弦波である。すなわち、A相検出器35からは正弦波の信号が出力され、B相検出器37からは余弦波の信号が出力されるように構成されている。
The
又、上記検出ヘッド部23には、上記PN符号系列アブソリュートリニアスケール33に対応する一つのZ相検出器39が設置されている。このZ相検出器39も既に説明したA相検出器35及びB相検出器37と同様に光学式のものであり、上記PN符号系列アブソリュートリニアスケール33に対してLED光を投射し、PN符号系列アブソリュートリニアスケール33にて反射した光をフォトダイオードによって受光する構成のものである。上記PN符号系列アブソリュートリニアスケール33と一つのZ相検出器39とによってアブソリュートリニアスケール部を構成している。
尚、本実施の形態では一つのZ相検出器39を使用するように構成しているが、二つ以上のZ相検出器を使用する構成も考えられる。
The
In the present embodiment, one Z-
又、上記検出ヘッド部23には、分割器41と同期回路43が設けられている。上記A相検出器35、B相検出器37からの検出信号は上記分割器41と同期回路43に夫々入力される。又、上記Z相検出器39からの検出信号も上記同期回路43に入力される。そして、上記分割器41と同期回路43からの信号、すなわち、分割器41からのA相信号とB相信号、同期回路43からのZ相信号はラインドライバ45及びコントローラ部25のラインレシーバ47を介してコントローラ49に入力されるものである。又、このコントローラにはエラー判定手段61が設けられている。
以上が本実施の形態によるアクチュエータ及びそこに使用されているアブソリュート型リニアエンコーダの概略の構成である。以下、各部の構成をその作用・効果を交えながらさらに詳細に説明していく。
The
The above is the schematic configuration of the actuator according to the present embodiment and the absolute linear encoder used therein. In the following, the configuration of each part will be described in more detail with the action and effect.
上記インクリメンタルリニアスケール31は、既に説明したように、80μmピッチにて構成されていて比較的粗い構成になっている。上記分割器41はそのような粗い構成のインクリメンタルリニアスケール31の分解能を向上させるために設けられているものである。本実施の形態においては、上記分割器41として、比較的安価な抵抗分割器を使用する構成になっている。
因みに、この実施の形態では16分割することにより分解能を5μmまで向上させるようにしている。
As described above, the incremental
Incidentally, in this embodiment, the resolution is improved to 5 μm by dividing into 16 parts.
すなわち、A相検出器35とB相検出器37から略90度の位相差を持った略正弦波の2つの出力信号を出力させ、それらを上記分割器41によって位相分割する。又、分割された90度位相差のA相信号とB相信号は原信号の1/4倍の20μmピッチの90度位相差信号として出力することにより、進行方向の情報を含み、且つ、信号周波数を上げないようにできている。この20μmピッチのA相信号とB相信号はコントローラ49で受信された後さらに1/4倍に分割され、結局、5μmの高分解能を達成されることになる。
因みに、インクリメンタルリニアスケール31側の出力信号の分割数を上げると原信号の信号品質要求が高くなる。さらに、上記分割器41として安価な抵抗分割器を使用することはできなくなり、かなり高価なDSPタイプの分割器を使用することになる。
That is, two substantially sinusoidal output signals having a phase difference of approximately 90 degrees are output from the
Incidentally, increasing the number of divisions of the output signal on the incremental
次に、前述したLFSRについて詳細に説明する。LFSRは、図3に示されているように、15個(0〜14の15ビット)のシフトレジスタによって構成されている。このような構成をなすLFSRにおいて、発生可能なPN符号系列の周期長(PN符号系列長、L)は次の式(I)に示すようなものである。
L=2m−1―――(I)
但し、
L:PN符号系列長
m:ビット数(検出連続信号数)
である。
PN符号系列は二値(0/1、ここでは白黒)の擬似ランダム系列の一つであって、比較的短い連続したm個の信号によって長大な信号周期(L)を得ることができる信号系列である。例えば、m=15個であればPN符号系列長(L)は、既に説明した式(I)によれば、次の式(II)に示すようなものとなる。
L =215−1=32767―――(II)
又、本実施の形態における上記LFSRの場合には、前述したように、0ビットと1ビットの信号がXORゲート51を介して14ビットへフィードバックされるように構成されている。
Next, the aforementioned LFSR will be described in detail. As shown in FIG. 3, the LFSR is configured by 15 (15 bits from 0 to 14) shift registers. In the LFSR having such a configuration, the period length of the PN code sequence that can be generated (PN code sequence length, L) is as shown in the following equation (I).
L = 2 m -1 --- (I)
However,
L: PN code sequence length m: Number of bits (number of detected continuous signals)
It is.
The PN code sequence is one of binary (0/1, black and white here) pseudo-random sequences, and a signal sequence that can obtain a long signal period (L) by relatively short continuous m signals. It is. For example, if m = 15, the PN code sequence length (L) is as shown in the following formula (II) according to the formula (I) already described.
L = 2 15 -1 = 32767-(II)
In the case of the LFSR in the present embodiment, as described above, the 0-bit and 1-bit signals are fed back to 14 bits via the
又、図2に示したインクリメンタルリニアスケール31は、既に説明したように、80μmピッチである。又、アブソリュートリニアスケール33も1ビットが80μmであり、よって、m=15でのアブソリュートスケール33のストローク(S)は次の式(III)に示すようなものとなる。
S=80μm×32767=約2.6m―――(III)
尚、式(I)、(II)から明らかなように、アブソリュートリニアスケール部側のPN符号系列の上記検出連続信号数mを増加させることにより長いストロークが実現できる。
Further, the incremental
S = 80 μm × 32767 = about 2.6 m --- (III)
As is clear from the equations (I) and (II), a long stroke can be realized by increasing the number m of detected continuous signals of the PN code sequence on the absolute linear scale side.
既に説明したように、本実施の形態ではアブソリュートリニアスケール33のZ相検出器39は1個であり、この1個のZ相検出器39によって必要連続信号数mを走査することによりアブソリュート位置データ検出信号を得るようにしている。その為、検出連続信号数mが増大するとより長い距離の走査が必要となる。
因みに、この実施の形態では次の式(IV)に示すような移動範囲で済む構成になっている。
80μm×15=1.2mm―――(IV)
すなわち、インクリメンタルリニアスケール31の比較的粗いスケールピッチ80μmとアブソリュートリニアスケール33の比較的短い検出連続信号数(m=15)とを組合せることにより、高分解能(5um)と長ストローク(約2.6m)が同時に得られる構成になっている。
As described above, in the present embodiment, there is one Z-
Incidentally, in this embodiment, the moving range as shown in the following formula (IV) is sufficient.
80μm × 15 = 1.2mm --- (IV)
That is, by combining a relatively coarse scale pitch of 80 μm of the incremental
このように、PN符号系列をアブソリュートリニアスケール33に適用すれば長ストロークのアブソリュート型リニアスケールを得ることが可能になるが、多数の連続信号(本実施の形態の場合には15個)を読み取る必要があり、その為通常であれば多数個(15個)の検出器を必要としてしまう。この点、本実施の形態では、上記したように、Z相検出器39を一つとし該一つのZ相検出器を15ビット分動かすことによって15個の連続信号を得て、それをレジスタあるいはメモリーに蓄積することによって15個の検出連続信号を得るようにしている。よって、多数の検出器を要することなく装置の小型化と低コスト化を図ることができるものである。
As described above, when the PN code sequence is applied to the absolute
次に、同期回路43による同期に関して説明する。図2に示すように、PN符号系列における「1111」や「0000」等の連続信号では1ビットずつの区別が困難である。そこで、本実施の形態では、インクリメンタルリニアスケール31とアブソリュートリニアスケール33を同期させた配置とし、併せて夫々のA相検出器35、B相検出器37、Z相検出器39を同期・配置することにより、インクリメンタルリニアスケール部の信号に同期してアブソリュートリニアスケール部の信号を1ビットずつ分離して取り込むように構成している。
Next, synchronization by the
さらに詳しく説明すると、この実施の形態では、インクリメンタルリニアスケール31のピッチ80μmがアブソリュートリニアスケール33の1ビットに対応するような配置とし、インクリメンタルリニアスケール部のA相検出器35がアブソリュートリニアスケール部のZ相検出器39と同位相になるように配置している。それによって、例えば、B相検出器37の「立上り」又は「立下り」変化時であって、且つ、A相検出器35が「High(1)」である時にアブソリュートリニアスケール33の信号を読み込めば1ビットずつ分離して検出することができる。
More specifically, in this embodiment, the arrangement is such that the pitch of the incremental
又、インクリメンタルリニアスケール部のA相検出器35及びB相検出器37の出力信号は、前述したように、分割器41によりその分解能が向上されるようになっている。仮に、分割後の高分解能信号によってアブソリュートリニアスケール部の信号を同期させて得ようとすると、信号が安定せず読取エラーが発生することが懸念される。すなわち、高分解能信号ではインクリメンタル信号の位相を特定することができず、よって、アブソリュートリニアスケール33の信号反転境界近傍にて信号を検出するような場合も生じるからである。その為、信号が安定しないケースが発生して読取エラーが生じてしまうものである。
Further, the resolution of the output signals of the
そこで、本実施の形態では、分割器41によって分割される前のA相検出器35とB相検出器37からのインクリメンタル信号を同期回路43に取り込むように構成しており、それによって、A相検出器35が40μm幅の「High(1)」信号の真ん中直上にいる時に読み込むことができ、最も短い1ビット信号でも、Z相検出器39が信号反転境界より20μmだけ離れた信号スケールの直上にて同期して読み込むことができ、安定した信号検出が可能になる。
Therefore, in the present embodiment, the incremental signals from the
インクリメンタルリニアスケール部の出力信号と同期してアブソリュートリニアスケール部の出力信号を出力させる同期回路43は、上記の通りB相検出器37の「立上り」又は「立下り」変化時であって、且つ、A相検出器35が「High(1)」である時にアブソリュートリニアスケール部のZ相検出器39の信号を取り込みラッチする回路である。したがって、この同期回路43によりZ相検出器39の出力信号は単相のデジタル信号に変換されることになり、通常のインクリメンタルリニアエンコーダの原点信号と同様の単相デジタル信号となる。つまり、A相検出器35、B相検出器37からのインクリメンタル出力信号と共に通常のインクリメンタルリニアエンコーダの出力信号と同様の出力となる。その結果、一般のアブソリュートエンコーダのように各社各様の複雑な信号伝送は不要となり信号の伝送も容易化されることになる。
The
又、上記分割器41及び同期回路43を検出ヘッド部23に組込むことにより、検出ヘッド部23より出力される信号がA相デジタル信号、B相デジタル信号、Z相デジタル信号のみとなり(ラインドライバ45利用時は+A、−A、+B、−B、+Z、−Z)、その結果、信号間の伝送遅延も少なくて信頼性も確保できるとともにコントローラ49における入力も容易となり低コスト化を図ることができる。
Further, by incorporating the
ここで、図2に示すアブソリュート型リニアエンコーダとしての作用を整理すると、検出ヘッド部23にて生成された20μmピッチの90度位相差を持つA相信号とB相信号及びPN符号系列信号であるZ相信号がラインドライバ45、ラインレシーバ47を介してコントローラ49に入力される。電源立ち上げ直後の絶対位置検出はスライダ3を一方向に駆動させることによって、検出ヘッド部23をリニアスケール部21に対して相対運動させる。その時、インクリメンタル信号であるA相信号とB相信号の80μmカウント毎(5μm分解能パルスの16カウント毎)にZ相信号をコントローラ49の16ビットレジスタ(又はメモリー)に取り込んでいく。15ビット目に最初のZ相信号を入れ、次の信号が入力されると次々に若いビットの方に信号(データ)をシフトして取り込んでいく。0ビットから14ビットまで15個のデータが取得されたら、そのデータと対応する絶対位置(アブソリュートデータ)を予め作成されている対応表から得るものである。
尚、LFSRの演算により求めてもよい。
Here, when the operation as the absolute linear encoder shown in FIG. 2 is arranged, the A-phase signal, the B-phase signal, and the PN code sequence signal having a 90-degree phase difference of 20 μm pitch generated by the
In addition, you may obtain | require by calculation of LFSR.
そのようにして得られた絶対位置をアップダウンカウンタのオフセット値としてセットする、それによって、電源立ち上げ直後の位置検出が完了する。これらのプロセスはいずれもコントローラ49のソフトシーケンスで行うようになっており、それによって、コンパクト化と低コスト化を図ることができる。
The absolute position thus obtained is set as the offset value of the up / down counter, thereby completing the position detection immediately after the power is turned on. All of these processes are performed by the software sequence of the
尚、絶対位置が一旦アップダウンカウンタにセットされれば、その後はインクリメンタル信号であるA相信号とB相信号のみによってアップダウンカウンタにおいてカウントすることによって位置情報を得ることができる。 Note that once the absolute position is set in the up / down counter, the position information can be obtained by counting in the up / down counter using only the A-phase signal and B-phase signal which are incremental signals.
又、図1に示すアクチュエータとしてその作用をみると、上記したように、コントローラ49におけるソフト処理によりPN符号系列に対応する絶対位置を検出し、コントローラ49の内部のアップダウンカウンタに初期値として設定し、アップダウンカウンタを作動させることによって位置情報を得る。コントローラ49はその位置情報に基づいて駆動モータ7を制御してスライダ3を指令位置に位置決めするものである。
Further, when the operation of the actuator shown in FIG. 1 is seen, as described above, the absolute position corresponding to the PN code series is detected by the software processing in the
次に、本実施の形態における上記インクリメンタルリニアスケール31とPN符号系列アブソリュートリニアスケール33の構成とその製造方法について詳細に説明する。
従来、この種のリニアスケールは、例えば、リソグラフィー法やエッチング法等の方法によって製作されていた。リソグラフィー法やエッチング法を行うためにはマスクが必要となり、そのマスクにはリニアスケールと同様のパターン加工が施されている。その際、リニアスケールの長さが短い場合には一枚のマスクを使用した一度の露光で済むが、リニアスケールが長い場合にはリニアスケールを一定距離移動させながら、同一マスクを繰り返し用いて多数回露光することになる。
Next, the configuration of the incremental
Conventionally, this type of linear scale has been manufactured by a method such as a lithography method or an etching method. In order to perform the lithography method and the etching method, a mask is required, and the mask is subjected to pattern processing similar to that of the linear scale. At that time, if the length of the linear scale is short, only one exposure using a single mask is necessary. However, if the linear scale is long, the same mask is repeatedly used while moving the linear scale by a certain distance. Will be exposed twice.
しかしながら、図2に示されているようなランダムパターンのPN符号系列アブソリュートリニアスケール33の場合には、繰り返しパターンが無いため、ストローク全長に亘るマスクが必要となり、例えば、リニアスケールを一定距離移動させる度に多数枚のマスクを交換して露光を行わなければならない。そのため製作工程が複雑となり製造コストが上昇してしまうことになる。
However, in the case of the PN code series absolute
そこで、本実施の形態の場合には、高反射率の長尺部材又は高反射率のテープにインク塗布によって低反射率部を形成するようにし、複雑なスケール製作工程を単純化して製作を容易にすることによりコストの低減を図っているものである。すなわち、反射率の高い表面をもつ金属製スケール又は表面に反射率の高い金属薄膜を持つスケールに、例えば、黒インクを塗布することにより、その黒インク塗布部の反射率を下げて低反射率領を形成するものである。それによって、インク未塗布部の高反射率領域との組合せによって所望のスケールパターンを形成することができるものである。 Therefore, in the case of the present embodiment, a low-reflectance portion is formed by applying ink on a long member having high reflectivity or a tape having high reflectivity, thereby simplifying the complicated scale manufacturing process and making the manufacture easy. This is intended to reduce costs. That is, for example, by applying black ink to a metal scale having a highly reflective surface or a scale having a highly reflective metal thin film on the surface, the reflectance of the black ink application portion is lowered to reduce the low reflectance region. Is formed. Thereby, a desired scale pattern can be formed by a combination with the high reflectance region of the non-ink-applied portion.
例えば、図2におけるスケールパターンにて、信号「1」の領域のみ黒インクを塗布して低反射率領域31b、33bとし、信号「0」の領域は黒インクが塗布されておらず、高反射率を保った高反射率部31a、33aとなる。このようなリニアスケールの製作は、例えば、リニアスケールを長手方向にステップ送りで移動させながら、インク塗布ヘッドをリニアスケールの短手方向にスケールパターンに合わせ走査・制御するだけで行うことができるので、リニアスケールの長さが長くても製作は容易となる。
For example, in the scale pattern in FIG. 2, black ink is applied only to the region of signal “1” to form the
尚、高反射率部31a、33aを構成する高反射率の部材に適しているものとしては、例えば、アルミニウム蒸着テープがある。このアルミニウム蒸着テープは、平滑な樹脂テープの上にアルミニウムを蒸着・付着させたものであり、その蒸着アルミニウムの高反射率を用いるように構成されたテープである。一方、エンコーダ用リニアスケールのテープ基材としては、印刷等の後加工やアクチュエータへの取付等で変形しないように十分な変形強度を備えたものが必要となり、その厚みとしては、例えば、100μm以上が適している。しかしながら、汎用のアルミニウム蒸着テープの基材は薄いためにエンコーダ用リニアスケールに用いることができず、又、作ろうとすれば、前述したように、大きなロット注文が必要となりコスト的な問題があった。
In addition, there exists an aluminum vapor deposition tape as a thing suitable for the high reflectance member which comprises the
そこで、本実施の形態の場合には、高反射率部31a、33aの形成に関しても、これを熱転写印刷により行うようにしたものであり、それによって、上記問題を解決したものである。すなわち、専用のアルミニウム蒸着テープを製作する代わりに、予めアルミニウム蒸着された汎用のテープ(インクリボン)からアルミニウム蒸着層を転写(例えば、熱転写印刷)するようにしたものである。以下、詳細に説明する。
Therefore, in the case of the present embodiment, the formation of the
まず、その構成であるが、図4に示すような構成になっている。図4(a)は上記インクリメンタルリニアスケール31とPN符号系列アブソリュートリニアスケール33の一部を拡大して示す一部平面図であり、図4(b)は同上の一部断面図(PN符号系列アブソリュートリニアスケール33の一部断面図)である。図4(b)に示すように、まず、テープ基材71があり、このテープ基材71は、例えば、その厚みが100μmであってPETフィルム製のものである。このテープ基材71の表面にはアルミ蒸着層73が設けられている。又、上記アルミ蒸着層73の上には所定のパターンにて黒インク層75が設置されている。PN符号系列アブソリュートリニアスケール33側でみると、上記黒インク層75の部分が低反射領域33bになり上記アルミ蒸着層73が高反射率領域33aとなる。又、インクリメンタルリニアスケール31側についても同様であり、上記黒インク層75の部分が低反射領域31bになり上記アルミ蒸着層73が高反射率領域31aとなる。
First, the configuration is as shown in FIG. 4A is a partial plan view showing a part of the incremental
次に、上記ンクリメンタルリニアスケール31とPN符号系列アブソリュートリニアスケール33の製造方法について説明する。本実施の形態の場合には、まず、高反射率部31a、33aの形成を熱転写印刷により行うようにしており、又、その上の低反射率部31b、33bの形成についても同様に熱転写印刷により行うようにしているものである。
Next, a method for manufacturing the incremental
まず、図5を参照してその熱転写印刷の原理を説明する。図5において、印刷されるテープ基材71が最下部にあり、そのテープ基材71の上にインクリボン83が密着・配置されている。このインクリボン83の図5中下面側には黒インク層75が付着されている。
尚、このインクリボン83の構成については後で詳細に説明する。
又、上記インクリボン83の上にはサーマルヘッド87が押付・配置されている。このサーマルヘッド87の発熱体89は、図5中紙面に直交する方向に所定の狭ピッチで多数配列されている。
First, the principle of the thermal transfer printing will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the
The configuration of the
A
そして、上記インクリボン83の黒インク層75を上記基材テープ71上に転写するためには、上記サーマルヘッド87のヘッド発熱体89に電流を流して加熱する。それによって、上記インクリボン83の基材から黒インク層75が剥離され上記テープ基材71側に接着・転写されることになる。基材テープ71を送りながら、エンコーダスケールのパターンに合わせて、ヘッド発熱体89に流す電流を制御すれば、エンコーダスケールのパターン通りの印刷がなされる。これが熱転写印刷の原理である。又、図5では、黒インク層75を備えたインクリボン83を例に挙げて説明しているが、上記黒インク層75をアルミ蒸着層{図6(a)中符号73で示す} とすればアルミ蒸着層73の場合も同様の原理によってテープ基材71側に接着・転写されるものである。
尚、この実施の形態の場合には、テープ基材71にまずはアルミ蒸着層73を接着・転写し、その後に、黒インク層75を所定のパターンにて接着・転写するものである。
In order to transfer the
In this embodiment, the aluminum
上記インクリボン83についてさらに詳細に述べる。上記インクリボン83の基本構成は図6に示すようなものとなっている。図6(a)はアルミ蒸着層73を備えたインクリボン83の構成を示す断面図であり、図6(b)は黒インク層75を備えたインクリボン83の構成を示す断面図である。まず、図6(b)に示す黒インク層75を備えたインクリボン83の構成から説明する。まず、インクリボン基材91があり、このインクリボン基材91の上には離型層93が設けられている。又、この離型層93の上には黒インク層75が設けられていて、この黒インク層75の上には接着層97が設けられている。
The
尚、インクリボン83の性能調整の為にはさらに多層にしたものを用いても良いが、基本機能はこの4層構造で説明する。そして、インクリボン83にそのインクリボン固有の転写下限温度を超える加熱をサーマルヘッド87の発熱体89によって行うと、インクリボン83の離型層93は溶けてインクリボン基材91から離れると共に接着層97は柔らかくなり、被印刷テープに接着することで黒インク層75は被印刷テープ側(基材テープ71)に転写されることになる。詳細に見てみると、被印刷テープの上には接着層97、その上に黒インク層75があり、黒インク層75の上には離型層93の一部が残存している。
In order to adjust the performance of the
一方、アルミ蒸着層73の転写用のインクリボン83についても同様の構成になっている。すなわち、図6(a)に示すように、黒インク層75の代わりにアルミ蒸着層73が設置されているものである。その熱転写印刷の原理も黒インク層75の場合と全く同じであり、サーマルヘッド87のヘッド発熱体89に電流を流し加熱することで、離型層93を溶融させ、接着層97を軟化させることで、アルミ蒸着層73は被印刷テープ側に転写印刷されるものである。厳密には、被印刷テープの上に接着層97、アルミ蒸着層73、その上に離型層93の一部が載った構成となる。
以上が熱転写印刷の原理とインクリボン83の構成である。
On the other hand, the
The above is the principle of thermal transfer printing and the configuration of the
そして、本実施の形態の場合には、まず、図4(b)に示したテープ基材71の上にアルミ蒸着層73の熱転写印刷を行う。熱転写印刷の内容については図5に示した通りである。次に、その上から上記黒インク層75の熱転写印刷を行う。この熱転写印刷の内容についても図5に示した通りである。それによって、図4(b)、図7に示すようなエンコーダ用スケール、すなわち、インクリメンタルリニアスケール31とPN符号系列アブソリュートリニアスケール33を得ることができる。図7はPN符号系列アブソリュートリニアスケール33の部分断面構造を示す図であり、100μmの厚みのPETフィルム製のテープ基材71の上にアルミ蒸着層73を熱転写印刷し、さらにその上に黒インク層75を所定のパターンで熱転写印刷したものである。そして、高反射率のアルミ蒸着層73と低反射率の黒インク層75により擬似ランダム信号であるアブソリュート信号パターンが形成されているものである。又、図7では図示されていないが、アブソリュート信号パターンの形成とともにインクリメンタル繰返し信号パターンも同時に形成されているものである。
尚、この第1の実施の形態の場合には、図7に示すように、転写印刷面側から光101が入射され、且つ、反射されることになる。
In the case of the present embodiment, first, thermal transfer printing of the aluminum
In the case of the first embodiment, as shown in FIG. 7, the light 101 is incident and reflected from the transfer printing surface side.
又、本実施の形態の場合には、インクリメンタルリニアスケール31とPN符号系列アブソリュートリニアスケール33の基本構成が、テープ基材71からなる層、アルミ蒸着層73からなる高反射率層、黒インク層75からなる低反射率層の三層からなる三層構造となっているが、実際には、それら各層の間に接着層97や離型層93が存在しており、それによって、接着強度を高め、且つ、保護膜の機能を提供しているものである。
In the case of the present embodiment, the basic configuration of the incremental
以上、本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、本実施の形態の場合には、低反射率部31b、33bはもとより、高反射率部31a、33aについても、アルミ蒸着層73を備えたインクリボン83を使用した熱転写印刷により設けるようにしているので、従来のように、高価なアルミ蒸着テープを大ロットで購入する必要もなく、製造コストの低減を図ることかできる。
又、アルミ蒸着層73の転写印刷及び黒インク層75の転写印刷も簡単な構成と作業により行うことができるので、エンコーダ用リニアスケールの製造作業の容易化を図ることができ、必要な長さ、数量のみ製造することができる。
又、インクリメンタルリニアスケール31とPN符号系列アブソリュートリニアスケール33は、テープ基材71からなる層、アルミ蒸着層73からなる高反射率層、黒インク層75からなる低反射率層の三層からなる三層構造となっており、又、それら各層の間に接着層97や離型層93が存在しているので、それによって、接着強度を高めることができると共に保護膜の機能を提供することができ、高信頼性確保ができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, in the case of the present embodiment, not only the
In addition, since the transfer printing of the aluminum
The incremental
次に、図8を参照して第2の実施の形態を説明する。前記第1の実施の形態の場合には、図7に示すように、転写印刷面側より光101が入射され、且つ、反射される構成になっているが、この第2の実施の形態の場合には、図8に示すように、テープ基材面71側から光101が入射されるようなインクリメンタルリニアスケール31とPN符号系列アブソリュートリニアスケール33を想定しているものである。この場合には透明度の良好なPETフィルム製のテープ基材71を用いる必要がある
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the case of the first embodiment, as shown in FIG. 7, the light 101 is incident and reflected from the transfer printing surface side. In this case, as shown in FIG. 8, an incremental
又、その製造方法であるが、まず、テープ基材71の下面側に黒インク層75を熱転写印刷により転写する。次に、上記黒インク層75による凹凸を平滑にする透明樹脂による平滑層103を熱転写印刷により転写する。次いで、アルミニウム蒸着層73を熱転写する。アルミニウム蒸着層73は凹凸部に転写しても高い反射率を得られないため間に平滑層103を追加しているものである。
In the manufacturing method, first, the
よって、このようなタイプのンクリメンタルリニアスケール31とPN符号系列アブソリュートリニアスケール33についても、前記第1の実施の形態の場合と略同様の構成によりに製造することができ、且つ、前記第1の実施の形態の場合と略同等の効果を奏することができるものである。
Therefore, the incremental
尚、本発明は前記第1、第2の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記第1、第2の実施の形態の場合には、アルミニウム蒸着層と黒インク層とによって、高反射率部と低反射率部を構成するようにしたが、それ以外の材料を使用して、同様に高反射率部と低反射率部を構成することが考えられる。
又、例えば、前記第1、第2の実施の形態の場合には、検出連続信号数mを「15」としたが、アブソリュートリニアエンコーダの必要な分解能およびストロークで最適な検出連続信号数mの値は変わってくるので、例えば、より長いストロークでは検出連続信号数mとして「17〜18」が適している場合もある。
又、前記一実施の形態の場合にはZ相検出器を一つとしたが、それに限定されるものではない。例えば、二個用いることも考えられ、その場合にはZ相信号は二つになるが、二つのZ相検出器を約m/2ビットだけ離間させた設置することにより連続信号検出のための移動距離を約半分にすることができる。
さらに、検出連続信号数mと同じかそれ以上のアブソリュート用の検出器数を用いれば、連続信号検出のための移動が不要になることはいうまでもない。
その他、図示した構成はあくまで一例であり、様々な変形が考えられる。
The present invention is not limited to the first and second embodiments.
For example, in the case of the first and second embodiments, the aluminum vapor deposition layer and the black ink layer constitute the high reflectance portion and the low reflectance portion, but other materials are used. Similarly, it is conceivable to form a high reflectance portion and a low reflectance portion.
Further, for example, in the case of the first and second embodiments, the number of detected continuous signals m is set to “15”. However, the optimum number of detected continuous signals m with the required resolution and stroke of the absolute linear encoder Since the value changes, for example, “17 to 18” may be suitable as the number of detected continuous signals m for a longer stroke.
In the case of the one embodiment, one Z-phase detector is used. However, the present invention is not limited to this. For example, it is possible to use two, in which case there are two Z-phase signals, but by installing two Z-phase detectors separated by about m / 2 bits, continuous signal detection is possible. The travel distance can be halved.
Furthermore, if the number of absolute detectors equal to or greater than the number of detected continuous signals m is used, it goes without saying that movement for detecting continuous signals is unnecessary.
In addition, the illustrated configuration is merely an example, and various modifications are possible.
本発明は、エンコーダ用スケールとエンコーダ用スケールの製造方法とアクチュエータに係り、特に、信頼性を高めることができると共にコストの低減を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決めシステムに用いられるアブソリュート型リニアエンンコーダにおいて使用されるエンコーダ用スケールに好適である。 The present invention relates to an encoder scale, an encoder scale manufacturing method, and an actuator, and more particularly, to an encoder scale devised so that reliability can be increased and cost can be reduced. It is suitable for the encoder scale used in the absolute type linear encoder used.
21 リニアスケール部
31 インクリメンタルリニアスケール
33 アブソリュートリニアスケール
71 テープ基材
73 アルミニウム蒸着層
75 黒インク層
21
Claims (9)
上記高反射率部及び低反射率部は印刷により形成されたものであることを特徴とするエンコーダ用スケール。 In the encoder scale comprising a high reflectance part and a low reflectance part,
The encoder scale characterized in that the high reflectance portion and the low reflectance portion are formed by printing.
上記印刷が熱転写方式によるものであることを特徴とするエンコーダ用スケール。 The encoder scale according to claim 1,
A scale for an encoder, wherein the printing is performed by a thermal transfer method.
基材層と高反射率層および低反射率層の少なくとも3層以上の層構造であることを特徴とするエンコーダ用スケール。 The encoder scale according to claim 1,
An encoder scale characterized by having a layer structure of at least three layers of a base material layer, a high reflectance layer, and a low reflectance layer.
上記高反射率層はアルミニウム蒸着フィルムからなることを特徴とするエンコーダ用スケール。 The encoder scale according to claim 3, wherein
The encoder scale characterized in that the high reflectivity layer is made of an aluminum deposited film.
上記高反射率部及び低反射率部がランダム符号系列を形成していることを特徴とするエンコーダ用スケール。 The encoder scale according to claim 1,
The encoder scale characterized in that the high reflectance part and the low reflectance part form a random code sequence.
上記ランダム符号系列としてPN符号系列を用いるアブソリュートリニアスケール部と繰返しパターンによるインクリメンタルリニアスケール部とを持つことを特徴とするエンコーダ用スケール。 The encoder scale according to claim 5, wherein
An encoder scale comprising: an absolute linear scale portion using a PN code sequence as the random code sequence; and an incremental linear scale portion using a repetitive pattern.
上記高反射率部及び低反射率部は印刷により形成するようにしたことを特徴とするエンコーダ用スケール製造方法。 In the encoder scale manufacturing method for manufacturing the encoder scale comprising the high reflectance portion and the low reflectance portion,
The encoder scale manufacturing method, wherein the high reflectance portion and the low reflectance portion are formed by printing.
上記印刷が熱転写方式によるものであることを特徴とするエンコーダ用スケール製造方法。 In the encoder scale manufacturing method according to claim 7,
An encoder scale manufacturing method, wherein the printing is performed by a thermal transfer method.
An actuator using the scale for an encoder according to any one of claims 1 to 6.
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