JP2012503760A - 位置測定装置用の基準パルスを発生するための配列および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つの増分トラック（２０）と少なくとも一つの基準マーク（３２）とを有する一つの標準器（１０）、ならびに、前記少なくとも一つの増分トラック（２０）を走査することにより複数の位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）を発生するとともに、前記少なくとも一つの基準マーク（３２）を走査することにより一つのアナログ基準パルス（ＲＩ＿Ａ）を発生する、一つの走査ユニット（４０）が備えられている位置測定装置用の基準パルス（ＲＩ）を発生するための配列および方法に関する。本発明にしたがった配列は、前記アナログ基準パルス（ＲＩ＿Ａ）を記憶された基準パルス（ＲＩ＿Ｍ）として記憶可能な、一つの基準パルス記憶ユニット（２００）を有する。前記記憶された基準パルス（ＲＩ＿Ｍ）ならびに少なくとも一つの位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）は、一つの基準パルス発生ユニット（２２０）に供給されて、前記基準パルス発生ユニット（２２０）は、前記記憶された基準パルス（ＲＩ＿Ｍ）およびある一つのセット条件の出現に従属して、前記基準パルス（ＲＩ）をターンオンし、ある一つのリセット条件が出現すると、前記基準パルス（ＲＩ）をターンオフするようになっており、またその際には、セット条件およびリセット条件を、少なくとも一つの位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）から導出可能である。本発明はさらに、本発明にしたがった配列を備えた位置測定装置に関する。

Description

本発明は、請求項１ならびに請求項６に記載の、基準パルスを発生するための配列ならびに方法に関する。本発明はさらに、請求項１１に記載の、基準パルスを発生するための相応の配列を具備した位置測定装置にも関する。基準パルスは、増分位置測定装置において、位置を測定するための基準点を定めるために必要となるものである。

多数の刊行物から、さまざまな増分位置測定装置が知られている。これらは、何よりも特に、たとえば工作機械や測定機械において、さまざまな機械部品の相対変位や絶対位置を決定するために利用されている。

そのような位置測定装置は、実質的に、表面に一つまたは複数の目盛トラックが施された一つの標準器と、これらの目盛トラックを走査して、行程変化もしくは角度変化を電気信号に変換するようになっている、一つの走査装置とから成っている。測長装置の場合は、この標準器が、たとえばスケールとして構成されている。測長装置を、機械のさまざまな相対運動を測定するために導入する場合は、このスケールが、機械に定置式に取り付けられるとよいのに対して、走査ユニットは、測定の対象となる、この機械に対する相対運動を実行する、いずれか一つの可動式の機械部品、たとえばツール・キャリッジに固定されている。ツール・キャリッジが送り運動を行う際には、走査ユニットが、スケールの表面に配列された、スケールを含む平面内に位置している複数の目盛トラックに対して平行に、一つの走査面内を測定方向に運動して、これらの目盛トラックを走査するようになっている。その際には、スケールに対する走査ユニットの相対位置変化を表わす位置信号が発生されるようにしている。

増分位置測定装置においては、これらの目盛トラックが、測定方向に規則正しく前後に並べて配置される複数の符号エレメントにより構成されている。そのような目盛トラックは、増分トラックとも呼ばれる。増分トラックの走査からは、多くの場合、互いに対して９０°ずつ位相がずれた二つの位置信号か、または、位相位置が０°、９０°、１８０°、２７０°である四つの位置信号のいずれかが得られるようになっている。それ以外にも、位相位置が０°、１２０°、２４０°である三つの位置信号を発生する位置測定装置も知られている。標準器に対する走査ユニットの相対運動が一様である場合、これらの位置信号は、実質的に正弦波形となる。位置決定は、それまでに経過した信号周期をカウントすることにより行われる。この相対位置の測定結果から、絶対位置を算出できるようにするためには、一つの基準点を設けなければならない。そのために利用されるのが、たとえば増分目盛トラックに隣接した一つの基準トラック上に配設されて、同じく走査ユニットにより読み取られるようになっている、少なくとも一つのいわゆる基準マークである。これらの基準マークを横切ると、一つのアナログ電流パルスまたはアナログ電圧パルスが発生され、これをさらに演算処理することによって、矩形波のデジタル信号である、いわゆる基準パルスが生成される。

最終的にはこの基準パルスが、ダウンストリーム・エレクトロニクスにおいて、基準位置を決定するために利用され、決定された基準位置が、位置を測定するための基準点として使用されるようになっている。アナログ電流パルスまたはアナログ電圧パルスから、この基準パルスを得るための演算処理は、たとえば、アナログ入力信号をある一つの定義済みのターンオン・ターンオフ閾値と比較するようになっている、出力が回路に適切に接続されている、一つの比較回路を利用して、行われるようにするとよい。

基準パルスについては、これが、位置信号に対して定義済みのパルス位置およびパルス幅を持つことが、中心的な要求事項となる。これらの要求が満たされない場合は、ダウンストリーム・エレクトロニクスにおいて、基準点を算出するために、基準パルスをそれぞれの位置信号と論理結合する際に、誤りを来たすことがある。すなわち、基準パルスのパルス幅が短過ぎると、基準パルスが検出されないことがあり、長過ぎると、事と次第によっては、二箇所で検波されることになりかねない。また、そのいずれのケースにおいても、基準パルスが正しく検出されたか否かを、それぞれの位置信号に対する基準パルスの位置により決定できるようにしている点も、非常に問題である。このため、きわどいケースでは、たとえば温度変動に起因して、基準パルスの位置がほんのごく僅か変化しただけですでに、基準パルスが正しく検出されたという決定が下されることがある。しかしながら、基準パルスが検出されないケースも、また二重に検出されるケースも、その結果として、何らかの誤り事例を生じることになる。これは、この動作中の位置測定装置が設置されている機械の故障を意味することもある。

基準パルスの位置は、これまでは主に、たとえば工作機械やウェーハスキャナなどの、適用の対象となる目的物に位置測定装置を取り付けた後、走査ユニットの複雑な機械的キャリブレーションを行うことにより、調整されている。たとえば、走査原理によっては、走査ユニットを回転させることで、増分目盛トラックに対するアナログ基準パルスの相対位置をずらすようにしている。基準パルスのターンオン・エッジもしくはターンオフ・エッジを発生させるためには、アナログ電流パルスもしくはアナログ電圧パルスの振幅が、比較回路の閾値、すなわちターンオン・ターンオフ閾値を、上回るもしくは下回ることが求められるが、基準パルスのパルス幅は、この閾値を変更することにより、調整することができる。あるいはその代わりに、アナログ基準パルスに、プラスまたはマイナスのオフセットを重ね合わせるようにしてもよい。位置測定装置の分解能が高いほど、機械的・電気的キャリブレーションは複雑となり工数が増大しコスト高となる。目盛周期が数マイクロメートル台である場合は、この手法だと、目標達成には程遠い。これにさらに、このような解決策の場合は、たとえ走査ユニットの機械的なキャリブレーションが正確に行われたとしても、熱膨張、汚れの影響、等々は、デジタル基準パルスのパルス位置およびパルス幅に、臨界範囲の影響を与えるレベルに達してしまうという事情が付け加わる。

以上のような背景から、本発明の課題は、増分トラックのそれぞれの位置信号に対する定義済みのパルス位置およびパルス幅を持つ基準パルスを発生するための配列を提示することにある。本発明の課題はさらに、増分トラックのそれぞれの位置信号に対する定義済みのパルス位置およびパルス幅を持つ基準パルスを発生するための方法を提示することにある。

上述の課題は、配列については、請求項１に記載の配列により解決される。この方法の有利な細部構造は、請求項１に従属するそれぞれのクレームから明らかにされる。

すなわち、少なくとも一つの増分トラックと少なくとも一つの基準マークとを有する一つの標準器、ならびに、前記少なくとも一つの増分トラックを走査することにより複数の位置信号を発生するとともに、前記少なくとも一つの基準マークを走査することにより一つのアナログ基準パルスを発生する、一つの走査ユニットが備えられている位置測定装置用の基準パルスを発生するための配列において、この配列内の一つの基準パルス記憶ユニットに、前記アナログ基準パルスを記憶された基準パルスとして記憶可能であり、前記記憶された基準パルスならびに少なくとも一つの位置信号を、一つの基準パルス発生ユニットに供給して、前記基準パルス発生ユニットが、前記記憶された基準パルスおよびある一つのセット条件の出現に従属して、前記基準パルスをターンオンして、ある一つのリセット条件が出現すると、前記基準パルスをターンオフするようになっており、さらに、セット条件およびリセット条件を、少なくとも一つの位置信号から導出可能である配列が提案される。

上述の課題は、方法については、請求項６に記載の方法により解決される。この方法の有利な細部構造は、請求項６に従属するそれぞれのクレームから明らかにされる。

そのために、少なくとも一つの増分トラックと少なくとも一つの基準マークとを有する一つの標準器、ならびに、前記少なくとも一つの増分トラックを走査することにより複数の位置信号を発生するとともに、前記少なくとも一つの基準マークを走査することにより一つのアナログ基準パルスを発生する一つの走査ユニットが備えられている位置測定装置用の基準パルスを発生するための方法において、
・前記アナログ基準パルスを、前記基準パルス記憶ユニットに記憶して、前記記憶された基準パルスを前記基準パルス発生ユニットに向け出力する工程、
・前記基準パルス発生ユニットにおいて、前記記憶された基準パルス、および、少なくとも一つの位置信号から導出可能な一つのセット条件の出現に従属して、前記基準パルスをターンオンする工程、
・前記基準パルス発生ユニットにおいて、少なくとも一つの位置信号から導出可能な一つのリセット条件の出現後に、前記基準パルスをターンオフする工程
から成る方法が提案される。

本発明のその他の長所ならびに細部については、以下の図面に基づく説明から明らかにされる。

異なる二つの空間方向に見た測長装置を大幅に簡素化して示す図である。 位置信号および基準パルスの信号グラフである。 本発明にしたがった配列のブロック図である。 基準パルス記憶ユニットを示す図である。 方向弁別回路を示す図である。 図５に示される方向弁別回路の作動方式を説明するための信号グラフである。 基準パルス発生ユニットを示す図である。 基準パルス発生ユニットの回路の代替変形例を示す図である。

図１には、異なる二つの空間方向に見た測長装置の大幅に簡素化した図が示される。この測長装置には、一つの増分トラック２０と一つの基準トラック３０とを有する、一つのスケール１０の形態を取る一つの標準器、ならびに一つの走査ユニット４０が備えられている。この走査ユニット４０は、複数の信号ライン５０を介して、一つのダウンストリーム・エレクトロニクス１００に接続されている。このダウンストリーム・エレクトロニクス１００は、たとえば、さまざまな走査信号を演算処理して一つの機械制御装置（ＮＣ）に転送するようになっている、空間的に走査ユニット４０の近傍に配置されるか、あるいは走査ユニット４０の内部に直接配置される、一つのパルス整形用の電子回路であるとよい。あるいはその代わりに、このダウンストリーム・エレクトロニクス１００は、機械制御装置の内部に組み込まれたものであってもかまわない。

図２には、増分トラック２０の走査から結果として生じた位置信号Ｐ０およびＰ９０、および、基準トラック３０上に配設された一つの基準マーク３２の走査から結果として生じたアナログ基準パルスＲＩ＿Ａ、ならびに、周知のように、一つの比較回路を利用して、このアナログ基準パルスＲＩ＿Ａを一つの定義済みのターンオン・ターンオフ閾値と比較することにより生成される、一つのデジタル基準パルスＲＩ＿Ｄが示されている。位置信号Ｐ０、Ｐ９０は、増分トラック２０に対する走査ユニット４０の測定方向Ｘへの相対的な送り速度が定常であるときには、実質的に正弦波形となるが、この場合は、一つの目盛線から次の目盛線まで移動した距離が、正弦波の３６０°に相当する一回の完全な周期として解像される。ほかにもこれらの位置信号Ｐ０、Ｐ９０は、互いに対して９０°の位相ずれを有している。これは、一方では、ダウンストリーム・エレクトロニクスにおいて位置情報をさらに評価する際に有利であり、他方では、走査ユニット４０の運動方向に応じて、位置信号Ｐ０、Ｐ９０の位相位置が変化することになるが、それにより、運動方向を簡単に決定することが可能となる。

基準パルスＲＩを発生する際の、冒頭に記載した問題点を、図２に示される信号に基づいて、さらに明確にしておくことにする。以下の考察では、ダウンストリーム・エレクトロニクス１００により、正弦波形の位置信号Ｐ０、Ｐ９０の一回の目盛周期に相当する、３６０°のパルス幅を持つ、パルス位置が、位置信号Ｐ９０の１３５°位置に対して対称に調整されている、一つの基準パルスＲＩが要求される、と想定するものとする。この要求は、実地においては、満たすのが困難である。なぜならば、基準パルスＲＩのパルス位置およびパルス幅は、冒頭で説明したように、多数の要因により決まるからである。特に決定的であるのは、スケール１０もしくは走査対象であるトラック２０、３０に対する、走査ユニット４０の機械的な配置方式である。このため、たとえば、スケールを含む平面に対して平行な、矢印Ａの向きへの走査ヘッド４０の回転、および／または、矢印Ｂで示される、走査ユニット４０の前後方向もしくは横方向への傾動によって、位置信号Ｐ０、Ｐ９０に対するアナログ基準パルスＲＩ＿Ａの測定方向Ｘへのずれも、また、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａの変形も引き起こされることがある。最後に、走査ユニット４０の矢印方向Ｃへの変位による、走査ユニット４０からトラック２０、３０までの間隙の変化は、信号強度の変化をもたらすが、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａの信号振幅は、その影響をもろに受けることになる。また図示していないが、正に高分解能の位置測定装置の場合は、熱膨張の影響とならび、基準トラック３０の汚れも関係してくる。図２に、調整不良のアナログ基準パルスＲＩ＿Ａ’、ならびにこのアナログ基準パルスＲＩ＿Ａ’から結果として生じたデジタル基準パルスＲＩ＿Ｄ’を破線で示す。

冒頭で説明したように、比較回路のターンオン・ターンオフ閾値（図２においては、零位線をターンオン・ターンオフ閾値として使用した）の変更によるパルス幅の変化、もしくは、ある一つのオフセットを重ね合わせることによるパルス幅の変化と抱き合わせた、走査ユニット４０の機械的なキャリブレーション（校正）による、デジタル基準パルスＲＩ＿Ｄの調整は、高分解能の位置測定装置の場合は、実行するのは不可能だとはいえないまでも、少なくとも複雑で工数がかかりコスト高である。基準パルスＲＩとして、デジタル基準パルスＲＩ＿Ｄがダウンストリーム・エレクトロニクス１００に伝送されるのであれば、特にそれぞれの位置信号Ｐ０、Ｐ９０に対するデジタル基準パルスＲＩ＿Ｄの実際のパルス位置が、要求されるパルス位置とは異なる場合には、パルス幅が短過ぎるデジタル基準パルスＲＩ＿Ｄによって、ダウンストリーム・エレクトロニクス１００において基準パルスＲＩが検出されないことになりかねない。逆にデジタル基準パルスＲＩのパルス幅が長過ぎると、基準パルスＲＩが二回にわたり検波される怖れを生じかねないことになる。

そこで、図３に示される、本発明にしたがった基準パルスＲＩを発生するための配列の出番となるわけだが、この配列は、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａの調整が、パルス位置およびパルス幅に関して不正確である場合にも、それぞれの位置信号Ｐ０、Ｐ９０に対する定義済みのパルス位置およびパルス幅を持つ基準パルスＲＩを常に正確に発生するようになっている。適用の対象である目的物に設置された状態で動作する間に、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａの位置が、熱またはその他の影響により変化したとしても、基準パルスＲＩは常に正確に発生されることになる。この配列の回路構成の細部は、図４から８においてさらに明確にされている。

この配列の入力信号は、図２にすでに示されている、実質的に正弦波形の、互いに対して９０°ずつ位相をずらした位置信号Ｐ０、Ｐ９０、ならびに、基準トラック３０の基準マーク３２の走査から結果として生じたアナログ基準パルスＲＩ＿Ａである。

アナログ基準パルスＲＩ＿Ａは、一つの基準パルス記憶ユニット２００に供給される。これは、一回出現したアナログ基準パルスＲＩ＿Ａを記憶して、これを記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍとして出力するように構成されている。たとえば、ある一つの所定の閾値を越えて立ち上がっている、パルス信号の正エッジが、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａを記憶する基準として利用されるようにするとよい。アナログ基準パルスＲＩ＿Ａは、いずれの運動方向に基準マーク３２を横切ったかに関係なく出現するために、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａの記憶も、運動方向には関係なく行われるようになっている。記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍは、一つのリセット信号ＣＬＲにより、再び消去することができる。

図４に示されるように、この基準パルス記憶ユニット２００を実現するためには、データ入力Ｄが、論理ハイ・レベルに相当するプラスの供給電圧ＶＣＣに固定接続されており、クロック入力ＣＬＫに、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａから結果として生じた内部基準パルスＲＩ＿Ｉが供給されるようになっている、一つの第１のＤ型フリップフロップ３００が導入されるとよい。この内部基準パルスＲＩ＿Ｉが正エッジであるときには、データ入力Ｄに印加されている論理ハイ・レベルが記憶されて、出力Ｑに記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍとして出現する。この第１のＤ型フリップフロップ３００は、さらにもう一つのリセット入力Ｒを有しており、このリセット入力Ｒを利用して、低準位能動型であることが好ましいリセット信号ＣＬＲにより、出力Ｑを論理ロー・レベルにリセットできるようにしている。

この内部基準パルスＲＩ＿Ｉは、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａを直接利用したものであっても、基準パルス演算処理ユニット２４０において演算処理されたアナログ基準パルスＲＩ＿Ａであってもかまわない。アナログ基準パルスＲＩ＿Ａの演算処理の要否ならびに要求される演算処理方式は、このアナログ基準パルスＲＩ＿Ａがどのような形で存在するかにより、あるいは、第１のＤ型フリップフロップ３００のクロック入力ＣＬＫが、この内部基準パルスＲＩ＿Ｉに対してどのような要求を課しているかにより、実質的に決まることになる。たとえば、光学走査原理を使用した位置測定装置においては、このアナログ基準パルスＲＩ＿Ａが、電流パルスであることが多い一方で、第１のＤ型フリップフロップ３００が待ち受けるのは、それが従来方式の技術仕様である限りは、電圧パルスとなる。この場合は、電流パルスを、たとえば電流−電圧変換回路を利用して演算処理して、定義済みの振幅を持つ電圧パルスに変換しなければならない。同様に、基準マーク３２の走査から結果として生じたアナログ電圧パルスＲＩ＿Ａが、複数の個別信号から成っており、これらの個別信号を、基準パルス演算処理ユニット２４０において、一つの内部基準パルスＲＩ＿Ｉに結合するようにした、走査原理も知られている。この内部基準パルスＲＩ＿Ｉは、アナログ信号であっても、デジタル信号であってもかまわない。

特に内部基準パルスＲＩ＿Ｉのターンオフ・エッジのときの、この内部基準パルスＲＩ＿Ｉに重なり合う妨害パルスや多重ターンオン・ターンオフに起因する記憶誤りを回避するために、有利なことにも第１のＤ型フリップフロップ３００のクロック入力ＣＬＫの上流側には、一つのフィルタユニット２５０が配置されている。これは、もっとも簡単なケースにおいては、内部基準パルスＲＩ＿Ｉの信号波形に有意な影響を与えることなく、限界周波数を上回る妨害パルスを減衰するようになっている、一つのＲＣローパスフィルタから成るとよい。この内部基準パルスＲＩ＿Ｉがデジタル信号である場合は、フィルタユニット２５０として、多重ターンオン・ターンオフを阻止する、またそれにより、走査ユニット４０が基準マーク３２を横切る都度、第１のＤ型フリップフロップ３００のクロック入力ＣＬＫに、ターンオン・エッジおよびターンオフ・エッジがちょうど一つずつだけ出現することを保証するようになっている、デジタル・ローパスフィルタを導入することもできる。

これらの位置信号Ｐ０、Ｐ９０から、一つの方向弁別回路２１０において、スケール１０もしくは増分トラック２０に対する走査ユニット４０の運動方向が算出されて、方向信号ＤＩＲとして出力される。運動方向のこの確定は、たとえば、それぞれの位置信号Ｐ０、Ｐ９０の位相位置の評価を通じて行われるようにするとよい。第２の位置信号Ｐ９０が、第１の位置信号Ｐ０に対して、第１の運動方向にあるときには進角しているのであれば、それとは逆の第２の運動方向にあるときには、遅角していることになる。

図５に示されるように、正弦波形の位置信号Ｐ０、Ｐ９０から、比較回路３１０をそれぞれ利用して、信号レベルを一つの基準電圧（正弦波信号が零位線に対して対称である場合は、基準電圧として、この回路の基準点を使用することができる）と比較することによって、位相位置に運動方向に関する情報が含まれているデジタル位置信号ＰＤ０、ＰＤ９０が生成されるように、方向弁別回路２１０が実現されると有利である。これらの比較回路３１０は、有利なことにも、ヒステリシス機能を併せ持つように接続されている。図示の例においては、デジタル位置信号ＰＤ０、ＰＤ９０の位相位置から方向信号ＤＩＲを決定するために、第２のデジタル位置信号ＰＤ９０が、第２のＤ型フリップフロップ３２０のデータ入力Ｄに供給され、第１のデジタル位置信号ＰＤ０が、そのクロック入力ＣＬＫに供給されるようになっている。そうすることにより、第１のデジタル位置信号ＰＤ０の信号エッジが立ち上がる都度、第２のデジタル位置信号ＰＤ９０のレベルが記憶されて、出力Ｑにおいて、方向信号ＤＩＲとして出力されるようにしている。

これは、図６を参照すると、さらに明確になる。そこでは、上のグラフに、アナログ位置信号Ｐ０およびＰ９０が示されているが、そこには、逆の運動方向にあるときの第２のアナログ位置信号Ｐ９０が、反転アナログ位置信号Ｐ９０’として姿を見せている。その下には、これらに対応したデジタル位置信号ＰＤ０、ＰＤ９０、ＰＤ９０’が示されている。時点Ｔに立ち上がった、第１のデジタル位置信号ＰＤ０の信号エッジの例で確認することができるように、第２のデジタル位置信号ＰＤ９０もしくは運動方向によってはＰＤ９０’の信号レベルは、それとは異なっている。

記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍ、方向信号ＤＩＲ、ならびに位置信号Ｐ０、Ｐ９０は、一つの基準パルス発生ユニット２２０に供給され、そこで、本発明にしたがった基準パルスＲＩが発生される。この基準パルス発生ユニット２２０は、記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍが届けられ、かつ、ある一つのセット条件が出現すると、これに従属して、基準パルスＲＩをターンオンして、さらに、ある一つのリセット条件が出現すると、これを再びターンオフするようになっている。セット条件およびリセット条件は、少なくとも位置信号Ｐ０、Ｐ９０のいずれか一方から導出されるが、しかし、互いに対して位相が９０°ずつずれている両方の位置信号Ｐ０、Ｐ９０から導出されるようにすると有利である。

ほかにも基準パルス発生ユニット２２０は、信号ラインを介してリセット信号ＣＬＲを伝送するために、基準パルス記憶ユニット２００のリセット入力Ｒに接続されており、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａが次に出現する前に、有利なことにも、基準パルスＲＩのターンオン直後には、記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍをリセットするようになっている。多重トリガ、すなわち、第１のＤ型フリップフロップへのアナログ基準パルスＲＩ＿Ａの誤った再記憶を阻止するためには、このリセット信号ＣＬＲが、少なくとも基準マーク３２を完全に横切るまでは保持されるようにすると有利である。

図２に示されるデジタル基準パルスＲＩ＿Ｄ−パルス幅：３６０°、パルス位置：第２の位置信号Ｐ９０の１３５°位置に対して対称−に相当する基準パルスＲＩを発生するために、図示の運動方向においては、Ｐ９０＜Ｐ０からＰ９０＞Ｐ０への移行がセット条件として援用されるとよい。基準パルスＲＩには、目盛周期と等しい３６０°のパルス幅が要求されることから明らかであるように、セット条件が出現した後に、それと同じ移行が次に出現することが、リセット条件となる。

有利なことにも、セット条件およびリセット条件は、方向に依存して決定されるようになっている。図示の運動方向にあるときには、第２の位置信号Ｐ９０が、第１の位置信号Ｐ０に対して、９０°分、進角している。それとは逆の方向にあるときには、第２の位置信号Ｐ９０が、第１の位置信号Ｐ０に対して、９０°分、遅角しているが、これは、セット条件が、Ｐ０＜Ｐ９０からＰ０＞Ｐ９０への移行へと変更されることを意味している。リセット条件についても同様であり、このときには、この移行の二度目の出現がリセット条件となる。このときに発生する基準パルスＲＩは、パルス幅については同様に３６０°であるが、しかし両方の位置信号Ｐ０、Ｐ９０の順序が入れ替わるために、パルス位置は第１の位置信号Ｐ０の１３５°位置に対して対称となっている。セット条件もしくはリセット条件を、このように運動方向に依存して選択するために、上述の方向信号ＤＩＲが利用されるようになっている。

図７には、基準パルスＲＩを運動方向に依存して発生するための、回路の実施形態の一例が示されている。セット条件もしくはリセット条件を算出するために、第３の比較回路３３０を利用してそれぞれのアナログ位置信号Ｐ０、Ｐ９０の信号レベルを比較することにより、Ｐ０＜Ｐ９０もしくはＰ０＞Ｐ９０となる範囲が確定される。Ｐ０＜Ｐ９０から移行Ｐ０＞Ｐ９０への移行、もしくはＰ９０＜Ｐ０からＰ９０＞Ｐ０への移行は、この第３の比較回路３３０の出力信号のパルスエッジにより定義される。ここでも、この第３の比較回路３３０の多重ターンオン・ターンオフを回避するために、第３の比較回路３３０がヒステリシス機能を併せ持つと非常に有利である。第３の比較回路３３０の出力信号は、一つの排他的ＯＲゲート３４０に供給される。この排他的ＯＲゲート３４０の第２の入力には、方向信号ＤＩＲが接続されるが、この方向信号ＤＩＲは、この例においては、反転されて使用されるようになっている。そうすることによって、排他的ＯＲゲート３４０の出力には、運動方向に依存して、セット条件もしくはリセット条件が出現したときには、パルス信号の正エッジが発生されて、第３のＤ型フリップフロップ３５０のクロック入力ＣＬＫに供給されるようにしている。したがって、この第３のＤ型フリップフロップ３５０の出力Ｑには、そのクロック入力ＣＬＫにパルス信号の正エッジが印加される都度、そのデータ入力Ｄに印加されている、記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍの論理信号レベルＲＩ＿Ｍが出現することになる。かくして、出力Ｑに出現するこの信号が、基準パルスＲＩに該当することになる。基準パルスＲＩについては、要求されるパルス幅３６０°のもののみが、内部基準パルスＲＩ＿Ｉが出現する都度、出力されることが許されるために、リセット信号ＣＬＲは、出力Ｑと、排他的ＯＲゲート３４０の出力とを、ＮＡＮＤゲートで否定論理積結合することにより、発生されるようになっている。それにより、記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍは、基準パルスＲＩのターンオン直後には、再び消去されることになる。図４に示される基準パルス記憶ユニット２００により要求されるように、このリセット信号ＣＬＲは、低準位能動型であるが、これは、基準パルス記憶ユニット２００のリセットが、リセット信号ＣＬＲがハイ・レベルからロー・レベルへと移行する際に行われることを意味している。

図８には、図７に示される回路の実施形態の代替変形例が示されるが、そこではリセット信号ＣＬＲが、内部基準パルスＲＩ＿Ｉの持続時間を越えてアクティブ状態に保持されるようになっている。これが必要となるのは、内部基準パルスＲＩ＿Ｉの終了時に、第１のＤ型フリップフロップ３００のクロック入力ＣＬＫに、パルスエッジがちょうど一つだけ出現することを保証できない場合である。これが危ぶまれるのは、特に、走査ユニット４０が基準マーク３２を非常に低速で横切る場合であるが、それというのも、基準パルス演算処理ユニット２４０においてさらに演算処理される際に、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａの信号エッジの立ち上がりが緩慢となり、それが原因となって、たとえばいずれかの比較回路を利用してこれをデジタル信号に変換する際には、内部基準パルスＲＩ＿Ｉの多重ターンオン・ターンオフを引き起こすことがあるからである。

図８の代替実施形態においては、リセット信号ＣＬＲをアクティブ化するために、第４のＤ型フリップフロップが利用されるが、その反転出力／Ｑは、基準パルスＲＩが出力されることによって、論理ロー・レベルにセットされるようになっている。このときには、一つの緩動装置３８０により、リセット信号ＣＬＲの非アクティブ化がタイムラグをおいて実行される。このタイムラグを開始するための基準信号としては、図８に示される、アナログ基準パルスＲＩ＿Ａもしくはそのターンオン・エッジまたはターンオフ・エッジを利用することができる。これには、内部基準パルスＲＩ＿Ｉ、記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍ、または基準パルスＲＩも同様に適している。

この緩動装置３８０を実現するためには、たとえば、さまざまなシフトレジスタ回路またはカウンタ回路が適しているが、シフトレジスタ・クロックパルスまたはカウンタ・クロックパルスとしては、排他的ＯＲゲート３４０の出力に発生される、方向信号ＤＩＲおよび位置信号Ｐ０、Ｐ９０から導出される信号が使用されるとよい。有利なことにも、基準マーク３２を完全に横切った後、少なくとも一回分の目盛周期を通過するまでは、リセット信号ＣＬＲがアクティブ状態となるように、この緩動装置３８０は実施されている。

ここではっきりと指摘しておくが、セット条件およびリセット条件が、位置信号Ｐ０、Ｐ９０のいずれか一方だけに関するものである場合、たとえば、セット条件が、記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍが出現した後の、第２の位置信号Ｐ９０による初回のプラスのゼロ交差であり、リセット条件がその次のプラスのゼロ交差である場合は、方向弁別回路２１０を不要とすることができる。同様に、ダウンストリーム・エレクトロニクス１００により、基準パルスＲＩの二つの異なるパルス位置の演算処理が可能である場合は、方向弁別回路２１０が一切不要となる。この場合は、上述のセット条件／リセット条件−Ｐ９０＜Ｐ０からＰ９０＞Ｐ０への初回および二回目の移行−のときに、逆の運動方向においては、パルス幅は同様に３６０°であるが、２２５°位置に対して対称に配置される基準パルスＲＩが生じることになる。

要約すると、本発明にしたがった配列の基礎には、次の各工程が置かれている。
１．アナログ基準パルスＲＩ＿Ａを、基準パルス記憶ユニット２００に記憶して、記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍを基準パルス発生ユニット２２０に向け出力する工程
２．前記基準パルス発生ユニット２２０において、前記記憶された基準パルスＲＩ＿Ｍと、ある一つのセット条件の出現とに従属して、前記基準パルスＲＩをターンオンする工程
３．前記基準パルス発生ユニット２２０において、ある一つのリセット条件が出現した後に、前記基準パルスＲＩをターンオフする工程

セット条件およびリセット条件はいずれも、少なくとも一つの位置信号Ｐ０、Ｐ９０から導出されるとよいが、しかし、両方の位置信号Ｐ０、Ｐ９０を組み合わせたものから導出できるようにすると有利である。

基準パルス記憶ユニット２００は、基準マーク３２を次に横切る前に、一つのリセット信号ＣＬＲを利用して再びリセットされる。このリセット信号ＣＬＲの発生は、有利なことにも、基準パルス発生ユニット２２０において、上述の第２工程と第３工程の間に行われるようになっている。

ほかにも、特にダウンストリーム・エレクトロニクスが一般市販品の仕様である場合は、これに顧慮して、セット条件もしくはリセット条件が、一つの方向弁別回路２１０において発生される一つの方向信号ＤＩＲを使用して、運動方向に依存して適合化されるようにすると、非常に有利である。

本発明のデジタル・コンポーネントはいずれも、たとえばＣＰＬＤ（コンプレックス・プログラマブル・ロジック・デバイス）やＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）などの、プログラミングが可能なデジタル・モジュールへの組込みに非常に適したものとなっている。その結果として所要スペースが低減されるために、本発明にしたがった配列は、位置測定装置の走査ユニット４０の内部に直接配置されると有利である。

本発明にしたがった基準パルスを発生するための配列、ならびにその基礎となる方法は、測長装置においても、また測角装置においても導入できるものである。

Claims (11)

1. 位置測定装置用の基準パルス（ＲＩ）を発生するための配列であって、前記位置測定装置（ＲＩ）に、少なくとも一つの増分トラック（２０）と少なくとも一つの基準マーク（３２）とを有する一つの標準器（１０）、ならびに、前記少なくとも一つの増分トラック（２０）を走査することにより複数の位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）を発生するとともに、前記少なくとも一つの基準マーク（３２）を走査することにより一つのアナログ基準パルス（ＲＩ＿Ａ）を発生する一つの走査ユニット（４０）が備えられている、配列において、
   ・前記アナログ基準パルス（ＲＩ＿Ａ）を、一つの基準パルス記憶ユニット（２００）に記憶された基準パルス（ＲＩ＿Ｍ）として記憶可能であり、
   ・前記記憶された基準パルス（ＲＩ＿Ｍ）および少なくとも一つの位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）を、一つの基準パルス発生ユニット（２２０）に供給して、前記基準パルス発生ユニット（２２０）が、前記記憶された基準パルス（ＲＩ＿Ｍ）およびある一つのセット条件の出現に依存して、前記基準パルス（ＲＩ）をターンオンして、ある一つのリセット条件が出現すると、前記基準パルス（ＲＩ）をターンオンするようになっており、さらに、セット条件およびリセット条件を、前記少なくとも一つの位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）から導出可能である、配列。
2. 互いに対してある一定の位相ずれを有している少なくとも二つの位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）が、一つの方向弁別回路（２１０）に供給され、前記方向弁別回路（２１０）により、前記少なくとも二つの位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）の位相位置の判定を通じて、運動方向を表示している一つの方向信号（ＤＩＲ）を生成可能であり、さらに前記方向信号（ＤＩＲ）が、前記基準パルス発生ユニット（２２０）に供給されて、前記基準パルス発生ユニット（２２０）において、前記方向信号（ＤＩＲ）に依存して、前記セット条件およびリセット条件を選択可能である、請求項１に記載の配列。
3. 前記方向弁別回路（２１０）は二つの比較回路（３１０）を有しており、前記各比較回路（３１０）を使用して、前記各位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）からデジタル位置信号（ＰＤ０，ＰＤ９０）をそれぞれ発生可能であり、さらに、第１のデジタル位置信号（ＰＤ０）の信号エッジが立ち上がった時点（Ｔ）の、第２のデジタル位置信号（ＰＤ９０）のデジタル信号レベルを決定することにより、前記方向信号（ＤＩＲ）を生成可能である、請求項２に記載の配列。
4. 前記セット条件が、第１の運動方向にあるときには、Ｐ９０＜Ｐ０からＰ９０＞Ｐ０への移行であり、また第２の運動方向にあるときには、Ｐ０＜Ｐ９０からＰ０＞Ｐ９０への移行であり、さらに、前記リセット条件が、いずれの運動方向にあるときにも、前記セット条件の出現に続く、前記セット条件と同じ移行の出現であり、また、前記基準パルス発生ユニット（２２０）において、第３の比較回路（３３０）における前記各位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）の信号レベルの比較を通じて、前記セット条件／リセット条件が出現した時点を算出可能である、請求項１から３のいずれか一つに記載の配列。
5. 配列の前記各デジタル・コンポーネントが、ＣＰＬＤまたはＦＰＧＡに組み込まれている、請求項１から４のいずれか一つに記載の配列。
6. 位置測定装置用の基準パルス（ＲＩ）を発生するための方法であって、前記位置測定装置に、少なくとも一つの増分トラック（２０）と少なくとも一つの基準マーク（３２）とを有する一つの標準器（１０）、ならびに、前記少なくとも一つの増分トラック（２０）を走査することにより複数の位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）を発生するとともに、前記少なくとも一つの基準マーク（３２）を走査することにより一つのアナログ基準パルス（ＲＩ＿Ａ）を発生する、一つの走査ユニット（４０）が備えられている、方法において、
   ・前記アナログ基準パルス（ＲＩ＿Ａ）を前記基準パルス記憶ユニット（２００）に記憶して、前記記憶された基準パルス（ＲＩ＿Ｍ）を前記基準パルス発生ユニット（２２０）に向け出力する工程、
   ・前記基準パルス発生ユニット（２２０）において、前記記憶された基準パルス（ＲＩ＿Ｍ）、および、少なくとも一つの位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）から導出可能なある一つのセット条件の出現に依存して、前記基準パルス（ＲＩ）をターンオンする工程、
   ・前記基準パルス発生ユニット（２２０）において、少なくとも一つの位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）から導出可能なある一つのリセット条件の出現後に、前記基準パルス（ＲＩ）をターンオフする工程
   から成る方法。
7. 前記セット条件およびリセット条件が、一つの方向弁別回路（２１０）において発生される一つの方向信号（ＤＩＲ）に基づいて、運動方向に依存して設定される、請求項６に記載の方法。
8. 前記方向弁別回路（２１０）において、二つの比較回路（３１０）を利用して、前記各位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）からそれぞれデジタル位置信号（ＰＤ０，ＰＤ９０）が発生され、さらに、第１のデジタル位置信号（ＰＤ０）の信号エッジが立ち上がった時点（Ｔ）の、第２のデジタル位置信号（ＰＤ９０）のデジタル信号レベルを決定することにより、前記方向信号（ＤＩＲ）が生成される、請求項７に記載の方法。
9. 前記セット条件が、第１の運動方向にあるときには、Ｐ９０＜Ｐ０からＰ９０＞Ｐ０への移行であり、また第２の運動方向にあるときには、Ｐ０＜Ｐ９０からＰ０＞Ｐ９０への移行であり、さらに、前記リセット条件が、いずれの運動方向にあるときにも、前記セット条件の出現に続く、前記セット条件と同じ移行の次回の出現であり、また、前記基準パルス発生ユニット（２２０）において、第３の比較回路（３３０）における前記各位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）の信号レベルの比較を通じて、前記セット条件／リセット条件が出現した時点が算出される、請求項６から８のいずれか一つに記載の方法。
10. 前記基準パルス発生ユニット（２２０）により、前記基準パルス（ＲＩ）の発生後に、前記基準パルス記憶ユニット（２００）の内部の前記記憶された基準パルス（ＲＩ＿Ｍ）を消去するための一つのリセット信号（ＣＬＲ）が発生される、請求項６から９のいずれか一つに記載の方法。
11. 少なくとも一つの増分トラック（２０）と少なくとも一つの基準マーク（３２）とを備えた一つの標準器（１０）、ならびに、前記少なくとも一つの増分トラック（２０）を走査することにより複数の位置信号（Ｐ０，Ｐ９０）を発生するとともに、前記少なくとも一つの基準マーク（３２）を走査することにより一つのアナログ基準パルス（ＲＩ＿Ａ）を発生するための一つの走査ユニット（４０）を備えた位置測定装置において、
    ほかにも、請求項１から５のいずれか一つに記載の、基準パルス（ＲＩ）を発生するための配列を備えた、位置測定装置。

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