JP2013011631A - Angle measuring method and angle measuring system - Google Patents

Angle measuring method and angle measuring system Download PDF

Info

Publication number
JP2013011631A
JP2013011631A JP2012230847A JP2012230847A JP2013011631A JP 2013011631 A JP2013011631 A JP 2013011631A JP 2012230847 A JP2012230847 A JP 2012230847A JP 2012230847 A JP2012230847 A JP 2012230847A JP 2013011631 A JP2013011631 A JP 2013011631A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
angle
rotation
encoder
rotary encoder
rotating body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012230847A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5187607B2 (en
Inventor
Toru Shimizu
徹 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Seimitsu Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Seimitsu Co Ltd filed Critical Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority to JP2012230847A priority Critical patent/JP5187607B2/en
Publication of JP2013011631A publication Critical patent/JP2013011631A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5187607B2 publication Critical patent/JP5187607B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a rotation angle with high accuracy and in a short time.SOLUTION: The angle measuring system includes: an encoder body 2a to be a non-rotor regulated in rotation; and a rotation shaft 3 to be a rotor rotatably journaled to the encoder body 2a. The angle measuring system further includes: a rotary encoder 2 as relative angle detection means for detecting a relative rotation angle of the rotation shaft 3 in relation to the encoder body 2a; and non-contact angle detection means 20 as absolute angle detection means for detecting an absolute rotation angle of the encoder body 2a. Accordingly, the rotation angle detected by the rotary encoder 2 can be corrected on the basis of the rotation angle detected by the non-contact angle detection means 20, and the rotation angle can be measured with high accuracy and in a short time.

Description

本発明は、回転体の回転角度を精密に測定することが求められる技術分野に好適に利用することができる角度測定方法及び角度測定システムに関する。   The present invention relates to an angle measurement method and an angle measurement system that can be suitably used in a technical field that requires precise measurement of the rotation angle of a rotating body.

従来、工作機械等における回転体の角度割出精度を精密に測定するため、多面鏡とオートコリメータを用いる角度測定方法(以下「多面鏡方式」という)や、ハースカップリングとレーザ干渉計を用いる角度測定方法(以下「ハースカップリング方式」という)が行なわれていた。   Conventionally, in order to accurately measure the angle indexing accuracy of a rotating body in a machine tool or the like, an angle measuring method using a polygon mirror and an autocollimator (hereinafter referred to as “polyhedral mirror method”), a hearth coupling and a laser interferometer are used. An angle measurement method (hereinafter referred to as “Heas coupling method”) has been performed.

多面鏡方式では、多面鏡を載せた被測定物の回転角と多面鏡の角度との差を高精度なオートコリメータで測定する。   In the polygon mirror method, the difference between the rotation angle of the object on which the polygon mirror is mounted and the angle of the polygon mirror is measured with a highly accurate autocollimator.

ハースカップリング方式では、ハースカップリングが取り付けられた被測定物を所定の目標角度変位で回転し、ハースカップリングの結合を外した後に目標角度変位の分だけハースカップリングを逆回転し、その逆角度変位とレーザ干渉計で測定された基準位置からの角度変位との合計を、被測定物の目標角度変位と比較する(特許文献1を参照)。   In the hearth coupling method, the workpiece to which the hearth coupling is attached is rotated at a predetermined target angular displacement, and the hearth coupling is reversely rotated by the amount corresponding to the target angular displacement after disconnecting the hearth coupling. The sum of the reverse angular displacement and the angular displacement from the reference position measured by the laser interferometer is compared with the target angular displacement of the object to be measured (see Patent Document 1).

特表平06−502727号公報Japanese Translation of National Publication No. 06-502727

しかしながら、従来の角度測定技術では、測定に時間がかかる、測定精度の向上が困難である、という欠点があった。   However, the conventional angle measurement technique has the drawbacks that it takes time to measure and it is difficult to improve measurement accuracy.

多面鏡方式では、多面鏡の角度と被測定物の角度との位相角を種々変更して測定を繰り返すが、操作者の手作業によって角度を割出すため、測定者は緊張した測定作業を長時間連続して継続する必要がある。また、分解能が粗く、装置を長時間安定に保つことが困難であるため、測定精度の向上にはどうしても限界があった。   In the polygon mirror method, the phase angle between the angle of the polygon mirror and the angle of the object to be measured is changed in various ways, and the measurement is repeated. Need to continue for hours. Further, since the resolution is coarse and it is difficult to keep the apparatus stable for a long time, there is a limit to the improvement of measurement accuracy.

ハースカップリング方式では、被測定物を目標角度変位で回転した後、その目標角度変位の分だけハースカップリングを逆回転してレーザ干渉計の反射鏡を元の位置に戻す首振動作が必要であるため、全体の測定時間が長くなる。また、角度測定の精度がハースカップリングの歯の分解能に依存するとともに、正回転及び逆回転の繰り返し時にハースカップリングの歯で伝達誤差が発生するので、測定精度向上には限界があった。   In the Hearth coupling method, after the object to be measured is rotated at the target angular displacement, a swing operation is required to reversely rotate the Hearth coupling by the amount of the target angular displacement and return the laser interferometer reflector to its original position. Therefore, the entire measurement time becomes long. In addition, the accuracy of angle measurement depends on the resolution of the hearth coupling teeth, and transmission errors occur in the teeth of the hearth coupling when the forward rotation and the reverse rotation are repeated, so that there is a limit to improving the measurement accuracy.

また、回転角度を検出するデバイスとしてロータリエンコーダが知られているが、測定精度を許容範囲内に収めるには被測定物の回転軸に対してロータリエンコーダを精度良く取り付ける必要があり、現実的にはロータリエンコーダの精度良い取り付けがあまり容易でないことから、ロータリエンコーダの利用が阻害されるという課題があった。   In addition, a rotary encoder is known as a device for detecting the rotation angle, but in order to keep the measurement accuracy within an allowable range, it is necessary to attach the rotary encoder with high accuracy to the rotation axis of the object to be measured. However, since it is not easy to mount the rotary encoder with high accuracy, there is a problem that the use of the rotary encoder is hindered.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、回転角度を高精度且つ短時間で測定することができる角度測定方法及び角度測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an angle measuring method and an angle measuring apparatus capable of measuring a rotation angle with high accuracy and in a short time.

前記目的を達成するために、本発明は、本体部と前記本体部に対し回転自在な回転軸と前記回転軸に取り付けられたコード部と前記本体部に固定されて前記コード部のコードを読み取る読取部とを有するロータリエンコーダを用いる角度測定方法であって、回転駆動される被測定物の回転軸に前記ロータリエンコーダの回転軸を取り付けるとともに、前記被測定物の回転軸と前記ロータリエンコーダの回転軸との偏心を許容するように、前記ロータリエンコーダの回転軸に直交する面内における前記ロータリエンコーダの本体部の変位を一定の遊び範囲内に規制し、前記ロータリエンコーダの読取部の読み取ったコードに基づいて前記ロータリエンコーダの回転軸の回転角度を測定するとともに、非接触で角度を検出する非接触角度検出手段により前記ロータリエンコーダの回転軸の回転角度測定開始時点からの前記ロータリエンコーダの本体部の変化した角度を検出し、前記ロータリエンコーダを用いて測定された回転角度を、前記非接触角度検出手段で検出された前記ロータリエンコーダの本体部の変化した角度に基づいて補正することを特徴とする角度測定方法を提供する。この構成により、ロータリエンコーダの測定値が非接触角度検出手段の測定値で補正されるので、従来の多面鏡方式やハースカップリング方式の角度測定技術と比較して、短時間且つ精度良く回転角度を測定することができる。また、被測定物の回転軸に対するロータリエンコーダの回転軸の偏心量の許容範囲をロータリエンコーダの仕様よりも大きくすることができるので、被測定物に対するロータリエンコーダの取付が大変容易になる。即ち、本発明により、ロータリエンコーダを用いて回転角度の測定を高精度且つ短時間で行なえるようになるので、工作機械等の生産能力アップに大きく貢献する。   In order to achieve the above object, the present invention provides a main body, a rotary shaft rotatable with respect to the main body, a cord attached to the rotary shaft, and a code fixed to the main body to read the code of the cord. An angle measurement method using a rotary encoder having a reading unit, wherein a rotary shaft of the rotary encoder is attached to a rotary shaft of a workpiece to be rotated, and the rotary shaft of the workpiece and the rotation of the rotary encoder are rotated. In order to allow eccentricity with respect to the shaft, the displacement of the main body of the rotary encoder within a plane orthogonal to the rotary shaft of the rotary encoder is regulated within a certain play range, and the code read by the reading unit of the rotary encoder Non-contact angle detection means for measuring the rotation angle of the rotary shaft of the rotary encoder based on the above and detecting the angle in a non-contact manner And detecting a rotation angle measured using the rotary encoder by the non-contact angle detection means. An angle measurement method is provided, wherein correction is performed based on a changed angle of the main body of the rotary encoder. With this configuration, the measured value of the rotary encoder is corrected by the measured value of the non-contact angle detecting means, so that the rotation angle can be accurately and quickly compared with conventional angle measuring techniques using the polygon mirror method or the hearth coupling method. Can be measured. In addition, since the allowable range of the eccentric amount of the rotary shaft of the rotary encoder with respect to the rotary shaft of the object to be measured can be made larger than the specification of the rotary encoder, it is very easy to attach the rotary encoder to the object to be measured. That is, according to the present invention, the rotation angle can be measured with high accuracy and in a short time by using the rotary encoder, which greatly contributes to an increase in production capacity of machine tools and the like.

本発明の一実施形態では、前記ロータリエンコーダの本体部の変位を前記一定の遊び範囲内で許容しつつ前記ロータリエンコーダの本体部を係止する治具を用いることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, a jig for locking the main body portion of the rotary encoder while allowing the displacement of the main body portion of the rotary encoder within the certain play range is used.

本発明の一実施形態では、前記ロータリエンコーダの本体部に錘を取り付け、前記ロータリエンコーダの本体部を重力方向に付勢することを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, a weight is attached to the main body of the rotary encoder, and the main body of the rotary encoder is biased in the direction of gravity.

また、本発明は、本体部と前記本体部に対し回転自在な回転軸と前記回転軸に取り付けられたコード部と前記本体部に固定されて前記コード部のコードを読み取る読取部とを有するロータリエンコーダを用いる角度測定方法であって、回転駆動される被測定物の回転軸に前記ロータリエンコーダの本体部を取り付けるとともに、前記被測定物の回転軸と前記ロータリエンコーダの回転軸との偏心を許容するように、前記ロータリエンコーダの回転軸に直交する面内における前記ロータリエンコーダの回転軸の変位を一定の遊び範囲内に規制し、前記ロータリエンコーダの読取部が読み取ったコードに基づいて前記ロータリエンコーダの本体部の回転角度を測定するとともに、非接触で角度を検出する非接触角度検出手段により前記ロータリエンコーダの本体部の回転角度測定開始時点からの前記ロータリエンコーダの回転軸の変化した角度を検出し、前記ロータリエンコーダを用いて測定された回転角度を、前記非接触角度検出手段で検出された前記ロータリエンコーダの回転軸の変化した角度に基づいて補正することを特徴とする角度測定方法を提供する。この構成により、ロータリエンコーダの測定値が非接触角度検出手段の測定値で補正されるので、従来の多面鏡方式やハースカップリング方式の角度測定技術と比較して、短時間且つ精度良く回転角度を測定することができる。また、被測定物の回転軸に対するロータリエンコーダの回転軸の偏心量の許容範囲をロータリエンコーダの仕様よりも大きくすることができるので、被測定物に対するロータリエンコーダの取付が大変容易になる。即ち、本発明により、ロータリエンコーダを用いて回転角度の測定を高精度且つ短時間で行なえるようになるので、工作機械等の生産能力アップに大きく貢献する。   The present invention also provides a rotary having a main body, a rotary shaft that is rotatable with respect to the main body, a cord attached to the rotary shaft, and a reading unit that is fixed to the main body and reads the code of the code. An angle measurement method using an encoder, wherein the rotary encoder main body is attached to a rotary shaft of a device to be rotated, and eccentricity between the rotary shaft of the device to be measured and the rotary shaft of the rotary encoder is allowed. As described above, the displacement of the rotary shaft of the rotary encoder in a plane orthogonal to the rotary shaft of the rotary encoder is regulated within a certain play range, and the rotary encoder is based on the code read by the reading unit of the rotary encoder. And measuring the rotation angle of the main body portion of the main body and non-contact angle detecting means for detecting the angle in a non-contact manner. The angle at which the rotary shaft of the rotary encoder has changed since the rotation angle measurement start time of the main body of the coder is detected, and the rotation angle measured using the rotary encoder is detected by the non-contact angle detecting means. Provided is an angle measuring method characterized by correcting based on a changed angle of a rotary shaft of a rotary encoder. With this configuration, the measured value of the rotary encoder is corrected by the measured value of the non-contact angle detecting means, so that the rotation angle can be accurately and quickly compared with conventional angle measuring techniques using the polygon mirror method or the hearth coupling method. Can be measured. In addition, since the allowable range of the eccentric amount of the rotary shaft of the rotary encoder with respect to the rotary shaft of the object to be measured can be made larger than the specification of the rotary encoder, it is very easy to attach the rotary encoder to the object to be measured. That is, according to the present invention, the rotation angle can be measured with high accuracy and in a short time by using the rotary encoder, which greatly contributes to an increase in production capacity of machine tools and the like.

本発明の一実施形態では、前記ロータリエンコーダの回転軸の変位を前記一定の遊び範囲内で許容しつつ前記ロータリエンコーダの回転軸を係止する治具を用いることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, a jig that locks the rotary shaft of the rotary encoder while allowing the displacement of the rotary shaft of the rotary encoder within the certain play range is used.

本発明の一実施形態では、前記ロータリエンコーダの回転軸に錘を取り付け、前記ロータリエンコーダの回転軸を重力方向に付勢することを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, a weight is attached to the rotary shaft of the rotary encoder, and the rotary shaft of the rotary encoder is biased in the direction of gravity.

また、本発明は、本体部と前記本体部に対し回転自在な回転軸と前記回転軸に取り付けられたコード部と前記本体部に固定されて前記コード部のコードを読み取る読取部とを有し、回転駆動される被測定物に前記回転軸が取り付けられるロータリエンコーダと、前記被測定物の回転軸と前記ロータリエンコーダの回転軸との偏心を許容するように、前記ロータリエンコーダの回転軸に直交する面内における前記ロータリエンコーダの本体部の変位を一定の遊び範囲内に規制する規制部材と、前記ロータリエンコーダの回転軸の回転角度測定開始時点からの前記ロータリエンコーダの本体部の変化した角度を非接触で検出する非接触角度検出手段と、前記ロータリエンコーダの読取部が読み取ったコードに対応する回転角度を、前記非接触角度検出手段で検出される前記ロータリエンコーダの本体部の変化した角度に基づいて補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする角度測定システムを提供する。   In addition, the present invention includes a main body, a rotating shaft that is rotatable with respect to the main body, a cord attached to the rotating shaft, and a reading unit that is fixed to the main body and reads the code of the code. A rotary encoder to which the rotary shaft is attached to a rotationally driven object to be measured, and an orthogonal to the rotational axis of the rotary encoder so as to allow eccentricity between the rotational axis of the object to be measured and the rotational axis of the rotary encoder. A regulating member that regulates the displacement of the main body of the rotary encoder within a certain play range within the surface to be rotated, and a changed angle of the main body of the rotary encoder from the start of measurement of the rotational angle of the rotary shaft of the rotary encoder. The non-contact angle detecting means for detecting non-contact and the rotation angle corresponding to the code read by the reading unit of the rotary encoder is the non-contact angle. And correcting means for correcting, based on the changed angle of the main body of the rotary encoder is detected by detecting means, to provide an angle measurement system, comprising the.

本発明の一実施形態では、前記規制部材は、前記ロータリエンコーダの本体部の変位を前記一定の遊び範囲内で許容しつつ前記ロータリエンコーダの本体部を係止する治具を含むことを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the restricting member includes a jig for locking the main body portion of the rotary encoder while allowing the displacement of the main body portion of the rotary encoder within the certain play range. To do.

本発明の一実施形態では、前記規制部材は、前記ロータリエンコーダの本体部に取り付けられ、前記ロータリエンコーダの本体部を重力方向に付勢する錘を含むことを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the restricting member includes a weight attached to the main body of the rotary encoder and biasing the main body of the rotary encoder in the direction of gravity.

また、本発明は、本体部と前記本体部に対し回転自在な回転軸と前記回転軸に取り付けられたコード部と前記本体部に固定されて前記コード部のコードを読み取る読取部とを有し、回転駆動される被測定物に前記回転軸が取り付けられるロータリエンコーダと、前記被測定物の回転軸と前記ロータリエンコーダの回転軸との偏心を許容するように、前記ロータリエンコーダの回転軸に直交する面内における前記ロータリエンコーダの回転軸の変位を一定の遊び範囲内に規制する規制部材と、前記ロータリエンコーダの本体部の回転角度測定開始時点からの前記ロータリエンコーダの回転軸の変化した角度を非接触で検出する非接触角度検出手段と、前記ロータリエンコーダの読取部が読み取ったコードに対応する回転角度を、前記非接触角度検出手段で検出される前記ロータリエンコーダの回転軸の変化した角度に基づいて補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする角度測定システムを提供する。   In addition, the present invention includes a main body, a rotating shaft that is rotatable with respect to the main body, a cord attached to the rotating shaft, and a reading unit that is fixed to the main body and reads the code of the code. A rotary encoder to which the rotary shaft is attached to a rotationally driven object to be measured, and an orthogonal to the rotational axis of the rotary encoder so as to allow eccentricity between the rotational axis of the object to be measured and the rotational axis of the rotary encoder. A restricting member that restricts the displacement of the rotary shaft of the rotary encoder within a certain play range, and a changed angle of the rotary shaft of the rotary encoder from the start of measurement of the rotational angle of the main body of the rotary encoder. The non-contact angle detecting means for detecting non-contact and the rotation angle corresponding to the code read by the reading unit of the rotary encoder is the non-contact angle. And correcting means for correcting, based on the changed angle of the rotating shaft of the rotary encoder detected in the detecting means, to provide an angle measurement system, comprising the.

本発明の一実施形態では、前記規制部材は、前記ロータリエンコーダの回転軸の変位を前記一定の遊び範囲内で許容しつつ前記ロータリエンコーダの回転軸を係止する治具を含むことを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the restricting member includes a jig for locking the rotary shaft of the rotary encoder while allowing displacement of the rotary shaft of the rotary encoder within the certain play range. To do.

本発明の一実施形態では、前記規制部材は、前記ロータリエンコーダの回転軸に取り付けられ、前記ロータリエンコーダの回転軸を重力方向に付勢する錘を含むことを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the restriction member includes a weight attached to a rotary shaft of the rotary encoder and biasing the rotary shaft of the rotary encoder in a gravitational direction.

本発明の一実施形態では、前記非接触角度検出手段は、前記ロータリエンコーダのうち前記規制部材により規制された部分の前記回転軸に直交する面に設置される第1及び第2の反射素子と、レーザ光源と、前記レーザ光源から発光された光束を前記第1の反射素子に向かう第1の光束と前記第2の反射素子に向かう第2の光束とに分割し、前記第1の反射素子で反射された第1の反射光束と前記第2の反射素子で反射された第2の反射光束とを干渉させる干渉光学系と、前記干渉光学系により干渉した前記第1の反射光束と前記第2の反射光束との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段で検出される前記第1の反射光束と前記第2の反射光束との位相差と、前記第1の反射素子と前記第2の反射素子との位置の差とに基づいて、前記第1の反射素子と前記第2の反射素子との対応点間を結ぶ直線の傾斜角度を算出する傾斜角度算出手段と、を有することを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the non-contact angle detecting means includes first and second reflecting elements installed on a surface orthogonal to the rotation axis of a portion of the rotary encoder that is restricted by the restricting member. Splitting the laser light source, and the light beam emitted from the laser light source into a first light beam directed to the first reflective element and a second light beam directed to the second reflective element, and the first reflective element An interference optical system that causes interference between the first reflected light beam reflected by the second reflected light beam and the second reflected light beam reflected by the second reflecting element, and the first reflected light beam interfered by the interference optical system and the first reflected light beam. Phase difference detection means for detecting a phase difference between the two reflected light fluxes, a phase difference between the first reflected light flux and the second reflected light flux detected by the phase difference detection means, and the first reflection. Based on the position difference between the element and the second reflective element. There are, and having an an inclined angle calculating means for calculating an inclination angle of a straight line connecting between the corresponding point of the first reflecting element and the second reflective element.

本発明の一実施形態では、前記補正手段は、前記ロータリエンコーダの読取部が読み取ったコードに対応する前記回転角度と前記非接触角度検出手段の前記傾斜角度算出手段で算出された前記傾斜角度との和をとることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the correction means includes the rotation angle corresponding to the code read by the reading unit of the rotary encoder, and the inclination angle calculated by the inclination angle calculation means of the non-contact angle detection means. It is characterized by taking the sum of

本発明の一実施形態では、前記被測定物の回転軸の回転が停止したタイミングで回転角度を検出する静的測定、及び、前記被測定物の回転軸の回転中のタイミングで回転角度を検出する動的測定のうち少なくとも一方の測定を行なうことを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, static measurement for detecting a rotation angle at a timing when rotation of the rotation axis of the object to be measured stops, and detection of a rotation angle at a timing during rotation of the rotation axis of the object to be measured. It is characterized in that at least one of the dynamic measurements is performed.

本発明によれば、従来技術と比較して回転角度を高精度且つ短時間で測定することができる。また、被測定物に対するロータリエンコーダの取付が大変容易になる。   According to the present invention, it is possible to measure the rotation angle with high accuracy and in a short time as compared with the prior art. In addition, it is very easy to attach the rotary encoder to the object to be measured.

第1実施形態における角度測定システムの一例の全体構成図Overall configuration diagram of an example of an angle measurement system in the first embodiment 回転駆動される被測定物にロータリエンコーダの回転軸を取り付ける様子を示す側面図Side view showing a state where the rotary shaft of the rotary encoder is attached to the object to be rotated. 回転駆動される被測定物にロータリエンコーダの回転軸を取り付ける様子を示す正面図Front view showing a state where the rotary shaft of the rotary encoder is attached to the object to be rotated. 非接触角度検出手段の干渉ユニットをコーナキューブプリズムに対して正対して配置した様子を示す側面図Side view showing a state in which the interference unit of the non-contact angle detecting means is arranged facing the corner cube prism. 非接触角度検出手段の干渉ユニットをコーナキューブプリズムに対して正対して配置した様子を示す正面図Front view showing a state in which the interference unit of the non-contact angle detecting means is arranged facing the corner cube prism. 錘によりエンコーダ本体の変位を規制する場合の一例を示す正面図Front view showing an example when the displacement of the encoder body is regulated by a weight 被測定物を水平方向に沿って配置した場合を示す側面図Side view showing the case where the device under test is placed along the horizontal direction 非接触検出手段で検出する角度の説明に用いる説明図Explanatory drawing used for explanation of angle detected by non-contact detection means 第2実施形態における角度測定システムの一例の全体構成図The whole block diagram of an example of the angle measurement system in 2nd Embodiment 回転駆動される被測定物にエンコーダ本体を取り付ける様子を示す側面図Side view showing how the encoder body is attached to the object to be rotated

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、第1実施形態における角度測定システムの一例の全体構成図である。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of an example of an angle measurement system according to the first embodiment.

図1に示す角度測定システム100は、回転駆動される被測定物1の回転軸1aの回転角度をロータリエンコーダ2を用いて測定する。ロータリエンコーダ2は、エンコーダ本体2aと、エンコーダ本体2aに対し回転自在な回転軸3とを含んで構成されている。   The angle measuring system 100 shown in FIG. 1 measures the rotational angle of the rotating shaft 1a of the device under test 1 that is rotationally driven by using the rotary encoder 2. The rotary encoder 2 includes an encoder body 2a and a rotating shaft 3 that is rotatable with respect to the encoder body 2a.

図2は、被測定物1の回転軸1aにロータリエンコーダ2の回転軸3を取り付ける様子を示す側面図であり、図3は、その正面図である。   FIG. 2 is a side view showing a state in which the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is attached to the rotary shaft 1a of the DUT 1, and FIG. 3 is a front view thereof.

図2に示すように、エンコーダ本体2aの内側において、回転軸3に円盤状のエンコーダ14(コード部)が取り付けられている。エンコーダ14は、回転軸3を中心とした円周上に全周にわたり目盛(コード)が形成されている。エンコーダ14は、インクリメンタル型でもアブソリュート型でもよい。また、エンコーダ14の目盛を読み取るエンコーダ読取ヘッド13(読取部)がエンコーダ本体2aに固定されている。エンコーダ読取ヘッド13は、エンコーダ14の目盛の読み取りに応じて、パルス信号(回転角度信号)を出力する。即ち、エンコーダ本体2aと回転軸3との相対的な回転角度の変化量に応じたパルス信号が、ロータリエンコーダ2で生成される。なお、エンコーダ本体2aは、カップリング内蔵型であってもよい。   As shown in FIG. 2, a disk-shaped encoder 14 (code portion) is attached to the rotary shaft 3 inside the encoder body 2a. The encoder 14 has a scale (code) formed on the entire circumference around the rotation shaft 3. The encoder 14 may be an incremental type or an absolute type. An encoder reading head 13 (reading unit) that reads the scale of the encoder 14 is fixed to the encoder body 2a. The encoder reading head 13 outputs a pulse signal (rotation angle signal) in accordance with the scale reading of the encoder 14. That is, the rotary encoder 2 generates a pulse signal corresponding to the amount of change in the relative rotation angle between the encoder body 2 a and the rotary shaft 3. The encoder body 2a may be a coupling built-in type.

ロータリエンコーダ2の回転軸3は、ボールベアリングからなる軸受15を介して、エンコーダ本体2aに取り付けられている。本実施形態では、ロータリエンコーダ2の回転軸3を、被測定物1の回転軸1aに、取り外し可能に取り付ける。取り付け後、回転軸3は、エンコーダ本体2aに対し軸受15を介して自由に回転できる状態にある。このため、被測定物1の回転軸1aが回転しても、ロータリエンコーダ本体2aに接続されているケーブル16が絡みつくことがない。本例の回転軸3は、被測定物1の回転軸1aに取り付けるための取付部3aを有する。特別なアタッチメントを介して、被測定物1の回転軸1aに取り付けてもよい。   A rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is attached to the encoder body 2a via a bearing 15 made of a ball bearing. In this embodiment, the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is detachably attached to the rotary shaft 1a of the DUT 1. After attachment, the rotating shaft 3 is in a state of being freely rotatable with respect to the encoder body 2a via the bearing 15. For this reason, even if the rotating shaft 1a of the DUT 1 rotates, the cable 16 connected to the rotary encoder body 2a does not get tangled. The rotating shaft 3 of this example has an attachment portion 3 a for attaching to the rotating shaft 1 a of the DUT 1. You may attach to the rotating shaft 1a of the to-be-measured object 1 via a special attachment.

本実施形態のエンコーダ本体2aは、後述のように、被測定物1の回転軸1aとロータリエンコーダ2の回転軸3との偏心を許容するように、回転軸3に直交する面(以下「直交面」と称する)内における動き(変位)が一定の遊び範囲内で許容された状態で配置される。また、被測定物1の回転軸1aに対するロータリエンコーダ2の回転軸3の偏心量の許容範囲は、後述する非接触角度検出手段20の取付許容量に依存する。したがって偏心量の許容範囲が本来のロータリエンコーダ2の仕様よりも広くなるので、ロータリエンコーダ2の被測定物1に対する取付が大変容易になる。被測定物1の軸振れは存在しても測定誤差にならないが、面振れは測定誤差になるので、目標測定精度に合わせて計算される規定値以内に抑える。   As will be described later, the encoder body 2a of the present embodiment has a surface orthogonal to the rotary shaft 3 (hereinafter referred to as "orthogonal") to allow eccentricity between the rotary shaft 1a of the DUT 1 and the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2. It is arranged in such a manner that movement (displacement) within a certain play range is permitted. Further, the allowable range of the eccentric amount of the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 with respect to the rotary shaft 1a of the DUT 1 depends on the allowable mounting amount of the non-contact angle detecting means 20 described later. Therefore, since the allowable range of the eccentricity becomes wider than the original specification of the rotary encoder 2, the rotary encoder 2 can be attached to the DUT 1 very easily. Even if there is an axial runout of the DUT 1, no measurement error occurs, but the surface runout becomes a measurement error, and is therefore kept within a specified value calculated in accordance with the target measurement accuracy.

非接触角度検出手段20は、干渉ユニット4(直角プリズム5及び偏光ビームスプリッタ6)、コーナキューブプリズム7(7a,7b)、レーザ光源10、位相差検出ヘッド11、及びデータ処理装置12を含んで構成されている。非接触角度検出手段20は、ロータリエンコーダ2を用いた回転軸3の回転角度測定開始時点からのエンコーダ本体2aの変化した傾斜角度を、非接触で検出する。なお、回転角度測定は、被測定物1の回転軸1aの回転が停止したタイミングで回転角度を検出する静的(スタティック)測定でも、被測定物1の回転軸1aの回転中のタイミングで回転角度を検出する動的(ダイナミック)測定でもよい。静的測定では、例えば回転開始時点が回転角度測定開始時点となる。動的測定では、回転中の任意のタイミングを回転角度測定開始時点とすることができる。   The non-contact angle detection means 20 includes the interference unit 4 (the right-angle prism 5 and the polarization beam splitter 6), the corner cube prism 7 (7a, 7b), the laser light source 10, the phase difference detection head 11, and the data processing device 12. It is configured. The non-contact angle detection means 20 detects the changed inclination angle of the encoder body 2a from the start of the rotation angle measurement of the rotary shaft 3 using the rotary encoder 2 in a non-contact manner. Note that the rotation angle measurement can be performed at a timing during the rotation of the rotation shaft 1a of the device under test 1 even in the static measurement that detects the rotation angle when the rotation of the rotation shaft 1a of the device under test 1 stops. It may be a dynamic measurement that detects an angle. In static measurement, for example, the rotation start time is the rotation angle measurement start time. In the dynamic measurement, an arbitrary timing during rotation can be set as the rotation angle measurement start time.

図4は、干渉ユニット4を配置した様子を示す側面図であり、図5は、その正面図である。   FIG. 4 is a side view showing a state in which the interference unit 4 is arranged, and FIG. 5 is a front view thereof.

図5に示すように、エンコーダ本体2aの直交面(回転軸3に直交する面である)に一対のコーナキューブプリズム7a、7b(反射素子)が設置される。干渉ユニット4(干渉光学系)は、一対のコーナキューブプリズム7a、7bに正対する位置に配置される。   As shown in FIG. 5, a pair of corner cube prisms 7a and 7b (reflective elements) are installed on the orthogonal surface of the encoder body 2a (the surface orthogonal to the rotation shaft 3). The interference unit 4 (interference optical system) is disposed at a position facing the pair of corner cube prisms 7a and 7b.

干渉ユニット4は、図1に示したように、直角プリズム5及び偏光ビームスプリッタ6を含んで構成されている。干渉ユニット4は、レーザ光源10から発光されたレーザ光束を、第1のコーナキューブプリズム7aに向かう第1のレーザ光束と、第2のコーナキューブプリズム7bに向かう第2のレーザ光束とに、分割する。偏光ビームスプリッタ6を透過した第1のレーザ光束は、第1のコーナキューブプリズム7aに直接的に入射する。この第1のコーナキューブプリズム7aで反射された第1のレーザ光束(第1の反射光束)は、偏光ビームスプリッタ6に直接的に戻って来る。偏光ビームスプリッタ6で直角に反射した第2のレーザ光束は、さらに直角プリズム5で直角に反射して、第2のコーナキューブプリズム7bに入射する。この第2のコーナキューブプリズム7bで反射された第2のレーザ光束(第2の反射光束)は、直角プリズム5で直角に反射して、偏光ビームスプリッタ6に戻って来る。即ち、干渉ユニット4は、互いに平行な第1及び第2のレーザ光束をそれぞれ第1及び第2のコーナキューブプリズム7a、7bに入射させて、第1及び第2のコーナキューブプリズム7a、7bで反射されて再帰する第1及び第2の反射光束を干渉させる。したがって、干渉ユニット4により、光路長が異なる第1及び第2の反射光束の干渉縞が発生する。   As shown in FIG. 1, the interference unit 4 includes a right-angle prism 5 and a polarization beam splitter 6. The interference unit 4 divides the laser light beam emitted from the laser light source 10 into a first laser light beam directed to the first corner cube prism 7a and a second laser light beam directed to the second corner cube prism 7b. To do. The first laser beam transmitted through the polarizing beam splitter 6 is directly incident on the first corner cube prism 7a. The first laser beam (first reflected beam) reflected by the first corner cube prism 7 a returns directly to the polarization beam splitter 6. The second laser beam reflected by the polarizing beam splitter 6 at a right angle is further reflected by the right angle prism 5 at a right angle and enters the second corner cube prism 7b. The second laser light beam (second reflected light beam) reflected by the second corner cube prism 7 b is reflected at a right angle by the right-angle prism 5 and returns to the polarization beam splitter 6. That is, the interference unit 4 causes the first and second laser beams parallel to each other to enter the first and second corner cube prisms 7a and 7b, respectively, and the first and second corner cube prisms 7a and 7b. The first and second reflected light fluxes reflected and recursed are caused to interfere with each other. Therefore, the interference unit 4 generates interference fringes of the first and second reflected light beams having different optical path lengths.

偏光ビームスプリッタ6は、レーザ光源10で発光されたレーザ光束のうち一部(第1のレーザ光束)が偏光ビームスプリッタ6を通過して第1のコーナキューブプリズム7aの入射面に垂直に入射するように配置される。また、直角プリズム5は、直角プリズム5を経由する第2のレーザ光束が第1のレーザ光束と平行になるように配置される。   In the polarization beam splitter 6, a part (first laser beam) of the laser beam emitted from the laser light source 10 passes through the polarization beam splitter 6 and enters the incident surface of the first corner cube prism 7a perpendicularly. Are arranged as follows. Further, the right-angle prism 5 is arranged so that the second laser beam passing through the right-angle prism 5 is parallel to the first laser beam.

位相差検出ヘッド11(位相差検出手段)は、光路長の異なる第1の反射光束と第2の反射光束とからなる干渉光を受光して、第1及び第2のコーナキューブプリズム7a、7bの反射光束(第1及び第2の反射光束)の位相差を検出する。本例では、干渉縞をカウントすることにより、第1のレーザ光束の光路(図1の実線)と第2のレーザ光束の光路(図1の点線)との光路長差(位相差)を検出する。   The phase difference detection head 11 (phase difference detection means) receives the interference light composed of the first reflected light beam and the second reflected light beam having different optical path lengths, and the first and second corner cube prisms 7a and 7b. The phase difference between the reflected light beams (first and second reflected light beams) is detected. In this example, the optical path length difference (phase difference) between the optical path of the first laser beam (solid line in FIG. 1) and the optical path of the second laser beam (dotted line in FIG. 1) is detected by counting the interference fringes. To do.

なお、干渉ユニット4とコーナキューブプリズム7a、7bとが正対している場合、コーナキューブプリズム7a、7bはレーザ光束に対し直交方向全てについて概ね1mm前後動いても、位相差検出ヘッド11で測定される干渉信号の振幅低下を許容範囲内にすることが可能である。この位置ズレ量の許容範囲は、レーザ光源10のビーム径や、位相差検出ヘッド11等の性能に左右される。このようなコーナキューブプリズム7a、7bの位置ズレ量の許容範囲は、回転軸1a、3間の偏心量の許容範囲になるので、ロータリエンコーダ2の取付が大変容易になる。   When the interference unit 4 and the corner cube prisms 7a and 7b are opposed to each other, the corner cube prisms 7a and 7b are measured by the phase difference detection head 11 even if the corner cube prisms 7a and 7b move approximately 1 mm in all directions orthogonal to the laser beam. It is possible to keep the amplitude reduction of the interference signal within an allowable range. The allowable range of the positional deviation amount depends on the beam diameter of the laser light source 10 and the performance of the phase difference detection head 11 and the like. Since the allowable range of the misalignment amount of the corner cube prisms 7a and 7b is the allowable range of the eccentric amount between the rotary shafts 1a and 3, the rotary encoder 2 can be easily attached.

レーザ光源10は、例えばHe−Neレーザを使用する。波長安定化は行なわなくても、測定精度に大きな影響は与えない。レーザ光源10と干渉ユニット4との間は、光ファイバで結合すると、取付が非常に容易になる。位相差検出ヘッド11は、マイケルソン干渉計によるフリンジカウント方式でも、ヘテロダイン方式でも、かまわない。ヘテロダイン方式の場合、レーザ光源10は直交偏光2周波の必要があり、例えばゼーマンレーザやAOM(音響光学素子)が使われる。   As the laser light source 10, for example, a He—Ne laser is used. Even if wavelength stabilization is not performed, measurement accuracy is not greatly affected. When the laser light source 10 and the interference unit 4 are coupled by an optical fiber, the attachment becomes very easy. The phase difference detection head 11 may be a fringe count method using a Michelson interferometer or a heterodyne method. In the case of the heterodyne system, the laser light source 10 needs to have two orthogonal polarization frequencies, and for example, a Zeeman laser or an AOM (acousto-optic element) is used.

データ処理装置12は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータ装置によって構成されている。   The data processing device 12 is configured by a computer device such as a personal computer.

被測定物1の回転軸1aは、図示省略の駆動手段(例えばモータ)を用いて回転駆動される。ロータリエンコーダ2から出力されたパルス信号(回転角度信号)は、ケーブル16を介して回転角度検出部9に送られる。回転角度検出部9は、パルス信号を回転角度(以下では「θ1」とする)に変換し、そのθ1をデータ処理装置12に送る。また、位相差検出ヘッド11から出力された、第1のレーザ光束と第2のレーザ光束との位相差(光路長差)を示す位相差信号は、ケーブル21を介してデータ処理装置12に送られる。データ処理装置12は、非接触角度検出手段20の一部(傾斜角度算出手段)を構成しており、位相差検出ヘッド11から出力された位相差信号と、第1のコーナキューブプリズム7aの頂点と第2のコーナキューブプリズム7bの頂点との位置の差(間隔)とに基づいて、三角関数を用い、図8に示すように第1のコーナキューブプリズム7aの頂点70aと第2のコーナキューブプリズム7bの頂点70bとを結ぶ直線70の傾斜角度(以下では「θ2」とする)を算出する。ロータリエンコーダ2及び回転角度検出部9によるθ1よりも非接触角度検出手段20によるθ2の方が分解能が高い(分解ピッチが小さい)。   The rotating shaft 1a of the DUT 1 is rotationally driven using a driving means (not shown) (not shown). The pulse signal (rotation angle signal) output from the rotary encoder 2 is sent to the rotation angle detector 9 via the cable 16. The rotation angle detector 9 converts the pulse signal into a rotation angle (hereinafter referred to as “θ1”), and sends the θ1 to the data processing device 12. The phase difference signal output from the phase difference detection head 11 and indicating the phase difference (optical path length difference) between the first laser beam and the second laser beam is sent to the data processing device 12 via the cable 21. It is done. The data processing device 12 constitutes a part of the non-contact angle detection means 20 (inclination angle calculation means), and the phase difference signal output from the phase difference detection head 11 and the apex of the first corner cube prism 7a. 8 and the vertex of the second corner cube prism 7b using a trigonometric function, as shown in FIG. 8, the vertex 70a of the first corner cube prism 7a and the second corner cube The inclination angle (hereinafter referred to as “θ2”) of the straight line 70 connecting the apex 70b of the prism 7b is calculated. The resolution of θ2 by the non-contact angle detection means 20 is higher than that of θ1 by the rotary encoder 2 and the rotation angle detector 9 (the resolution pitch is small).

また、データ処理装置12は、θ1(エンコーダ本体2aと回転軸3との相対的な回転角度である)を、θ2(ロータリエンコーダ2のうち動きを規制された部分の傾斜角度である)に基づいて、補正する。即ち、ロータリエンコーダ2を用いて測定されたθ1を、コーナキューブプリズム7a、7bの対応点間を結ぶ直線の傾斜角度θ2に基づいて補正する。本例のデータ処理装置12は、θ1とθ2との和をとる(θ1+θ2)ことで、θ1を補正する。   Further, the data processing device 12 determines θ1 (which is a relative rotation angle between the encoder body 2a and the rotary shaft 3) based on θ2 (which is an inclination angle of a portion of the rotary encoder 2 in which movement is restricted). Correct. That is, θ1 measured using the rotary encoder 2 is corrected based on the inclination angle θ2 of the straight line connecting the corresponding points of the corner cube prisms 7a and 7b. The data processing apparatus 12 of this example corrects θ1 by taking the sum of θ1 and θ2 (θ1 + θ2).

次に、規制部材の、具体例について、説明する。   Next, a specific example of the regulating member will be described.

図1及び図5に示した例では、回り止め治具8により、エンコーダ本体2aの動きを規制している。回り止め治具8は、エンコーダ本体2aに延設された棒2bを係止爪8a、8bにより係止する。二つの係止爪8a、8bの空隙の幅は、偏心量の許容範囲に対応する。これにより、エンコーダ本体2aの動きが少なくとも非接触角度検出手段20の測定可能範囲内に規制される。   In the example shown in FIGS. 1 and 5, the movement of the encoder main body 2 a is restricted by the anti-rotation jig 8. The anti-rotation jig 8 locks the rod 2b extended to the encoder body 2a by the locking claws 8a and 8b. The width of the gap between the two locking claws 8a and 8b corresponds to the allowable range of the eccentricity. As a result, the movement of the encoder main body 2a is restricted at least within the measurable range of the non-contact angle detecting means 20.

また、測定点での静的測定に際し、目標とする測定精度より十分に小さい程度に、ロータリエンコーダ2及び非接触角度検出手段20の測定値のバラつきが収まることが求められる。角度割出精度測定の実施にあたっては、静的測定で行なわれることが多く、その場合、被測定物1の回転及び停止を一定の角度毎に繰り返して測定していく。測定値取り込みにおいては、各測定値が目標測定精度に対し、十分に安定しているものとする。被測定物1の回転速度は、特に、ロータリエンコーダ2及び非接触角度検出手段20の性能に依存し、一般的に、高速回転で測定可能である。測定分解能も同様で、一般的に、多面鏡とオートコリメータを用いる方式(多面鏡方式)や、ハースカップリングとレーザ干渉計を用いる方式(ハースカップリング方式)等よりも、優れている。   Further, in the static measurement at the measurement point, it is required that variations in the measurement values of the rotary encoder 2 and the non-contact angle detection unit 20 are sufficiently reduced to be sufficiently smaller than the target measurement accuracy. The measurement of the angle indexing accuracy is often performed by static measurement. In this case, the measurement object 1 is repeatedly measured by rotating and stopping the measurement object 1 at a certain angle. In the measurement value capture, each measurement value is assumed to be sufficiently stable with respect to the target measurement accuracy. The rotation speed of the DUT 1 depends on the performance of the rotary encoder 2 and the non-contact angle detection means 20, and can be generally measured at a high speed. The measurement resolution is the same, and is generally superior to a method using a polygon mirror and an autocollimator (polyhedral mirror method), a method using a hearth coupling and a laser interferometer (hearth coupling method), and the like.

なお、軸受15の性能が優れ、被測定物1の回転に合わせエンコーダ本体2aが回転しない場合には、回り止め治具8を省略してもよい。即ち、軸受15の性能に依っては、軸受15自体を、エンコーダ本体2aの動きを規制する規制部材として機能させることも可能である。   In addition, when the performance of the bearing 15 is excellent and the encoder body 2a does not rotate in accordance with the rotation of the DUT 1, the anti-rotation jig 8 may be omitted. That is, depending on the performance of the bearing 15, the bearing 15 itself can function as a regulating member that regulates the movement of the encoder body 2a.

図6は、錘17によりエンコーダ本体2aの動きを規制する場合を示す正面図である。図16に示すように、錘17は、エンコーダ本体2aに取り付けられ、重力方向に下げられる。この錘17により、エンコーダ本体2aは、重力方向に付勢され、動きが一定の遊び範囲内に規制される。   FIG. 6 is a front view showing a case where the movement of the encoder body 2 a is restricted by the weight 17. As shown in FIG. 16, the weight 17 is attached to the encoder body 2a and lowered in the direction of gravity. The encoder body 2a is urged by the weight 17 in the direction of gravity, and the movement is restricted within a certain play range.

図7は、被測定物1を水平方向に沿って配置した場合を示す側面図である。   FIG. 7 is a side view showing a case where the DUT 1 is arranged along the horizontal direction.

また、回り止め治具8が弱い磁力を帯びていると、エンコーダ本体2aの位置が定まり易くなり、測定し易い、特に、図7の水平配置の場合には有効である。   Further, if the rotation prevention jig 8 has a weak magnetic force, the position of the encoder body 2a is easily determined, and measurement is easy. In particular, this is effective in the horizontal arrangement shown in FIG.

なお、図1、図7等に回り止め治具8を用いた場合を示し、図6に錘17を用いた場合を示したが、これら両方を規制部材として用いてもよい。他の規制部材(例えば磁力により動きを規制する磁性体)を用いてもよい。   In addition, although the case where the rotation prevention jig | tool 8 was used was shown in FIG.1, FIG.7 etc. and the case where the weight 17 was used in FIG. 6, these both may be used as a control member. Other regulating members (for example, a magnetic body that regulates movement by magnetic force) may be used.

以上のように、第1実施形態における角度測定方法では、回転駆動される被測定物1の回転軸1aにロータリエンコーダ2の回転軸3を取り付けるとともに、被測定物1の回転軸1aとロータリエンコーダ2の回転軸3との偏心を許容するように、ロータリエンコーダ2の回転軸3に直交する直交面内におけるロータリエンコーダ本体2aの動き(変位)を一定の遊び範囲内に規制し、エンコーダ読取ヘッド13の読み取ったコードに基づいてロータリエンコーダ2の回転軸3の回転角度θ1を検出(測定)するとともに、非接触角度検出手段20によりロータリエンコーダ2の回転軸3の回転角度測定開始時点からのエンコーダ本体2aの変化した傾斜角度θ2を検出し、θ1をθ2に基づいて補正する。   As described above, in the angle measurement method according to the first embodiment, the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is attached to the rotary shaft 1a of the workpiece 1 to be rotationally driven, and the rotary shaft 1a and the rotary encoder of the workpiece 1 are measured. The movement (displacement) of the rotary encoder body 2a in the orthogonal plane orthogonal to the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is restricted within a certain play range so as to allow eccentricity with the rotary shaft 3 of the encoder 2. The rotation angle θ1 of the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is detected (measured) based on the code read by the encoder 13, and the encoder from the time when the rotation angle of the rotary shaft 2 of the rotary encoder 2 is measured by the non-contact angle detection means 20 The changed inclination angle θ2 of the main body 2a is detected, and θ1 is corrected based on θ2.

この構成により、回転角度を短時間且つ精度良く測定することができる。即ち、第1に、ロータリエンコーダ2を用いて角度測定を行なうことで、従来の多面鏡方式で必要であった操作者の手作業を省略でき、またハースカップリング方式のような逆回転を伴う首振り動作を省略できるので、高精度の測定が可能になるだけでなく、全体の測定時間を短縮できる。第2に、ロータリエンコーダ2の測定値を非接触角度検出手段20の測定値で補正するので、測定精度をさらに向上させることが可能となる。第3に、被測定物1の回転軸1aに対するロータリエンコーダ2の回転軸3の偏心量の許容範囲をロータリエンコーダ2自体の仕様よりも大きくとることが可能になるので、被測定物1に対するロータリエンコーダ2の取付が大変容易になり短時間で済む。例えば、非接触角度検出手段20を併用しなかった場合には100μm前後の取付精度が必要であったが、レーザ干渉測長方式の非接触角度検出手段20を併用した場合には1mm前後の取付精度とすることができ、これに応じて偏心量の許容範囲が広くなった。   With this configuration, the rotation angle can be measured accurately in a short time. That is, first, by performing angle measurement using the rotary encoder 2, the manual operation of the operator, which is necessary in the conventional polygon mirror system, can be omitted, and reverse rotation such as the Hearth coupling system is involved. Since the swing motion can be omitted, not only high-precision measurement is possible, but also the overall measurement time can be shortened. Secondly, since the measurement value of the rotary encoder 2 is corrected by the measurement value of the non-contact angle detection means 20, the measurement accuracy can be further improved. Thirdly, the allowable range of the eccentric amount of the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 relative to the rotary shaft 1a of the device under test 1 can be made larger than the specification of the rotary encoder 2 itself. The installation of the encoder 2 is very easy and takes a short time. For example, when the non-contact angle detection means 20 is not used together, an attachment accuracy of about 100 μm is required. However, when the laser interference length measurement type non-contact angle detection means 20 is used together, an attachment of about 1 mm is required. The accuracy can be increased, and accordingly, the allowable range of eccentricity is widened.

<第2実施形態>
図9は、第2実施形態における角度測定システムの一例の全体構成図である。図9にて、図1〜8に示した第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。以下では、第1実施形態で説明した内容については説明を省略し、主として第1実施形態と異なる点を説明する。
Second Embodiment
FIG. 9 is an overall configuration diagram of an example of an angle measurement system according to the second embodiment. In FIG. 9, the same components as those in the first embodiment shown in FIGS. Below, description is abbreviate | omitted about the content demonstrated in 1st Embodiment, and a different point from 1st Embodiment is mainly demonstrated.

第1実施形態では図2に示したように被測定物1の回転軸1aにロータリエンコーダ2の回転軸3を取り付けたのに対し、第2実施形態では図10に示すように被測定物1の回転軸1aにエンコーダ本体2aを取り付ける。   In the first embodiment, the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is attached to the rotary shaft 1a of the DUT 1 as shown in FIG. 2, whereas in the second embodiment, the DUT 1 is shown as shown in FIG. The encoder body 2a is attached to the rotary shaft 1a.

図10において、取付アタッチメント18は、被測定物1の回転軸1aにエンコーダ本体2aを取り付けるための介装部材であり、ロータリエンコーダ2の回転軸3が被測定物1の回転軸1aの回転の影響をあまり受けないようにロータリエンコーダ2の回転軸3を保護する。   In FIG. 10, the attachment attachment 18 is an interposed member for attaching the encoder body 2 a to the rotating shaft 1 a of the device under test 1, and the rotating shaft 3 of the rotary encoder 2 rotates the rotating shaft 1 a of the device under test 1. The rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is protected so as not to be affected so much.

本実施形態における回り止め治具8は、ロータリエンコーダ2の回転軸3に直交する直交面内におけるロータリエンコーダ2の回転軸3の動き(変位)を一定の遊び範囲内で許容しつつ、ロータリエンコーダ2の回転軸3を係止する。   The anti-rotation jig 8 in the present embodiment allows the rotary encoder 2 to move (displace) within the fixed play range while allowing the movement (displacement) of the rotary shaft 2 in a plane orthogonal to the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2. The rotating shaft 3 of 2 is locked.

本実施形態におけるコーナキューブプリズム7(7a、7b)は、ロータリエンコーダ2の回転軸3に取り付けられる。第1実施形態と同様、コーナキューブプリズム7は、干渉ユニット4と正対させて配置される。干渉ユニット4及び位相差検出ヘッド11を用いて、ロータリエンコーダ2の回転軸3の回動が非接触で検出される。   The corner cube prism 7 (7a, 7b) in the present embodiment is attached to the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2. As in the first embodiment, the corner cube prism 7 is arranged to face the interference unit 4. Using the interference unit 4 and the phase difference detection head 11, the rotation of the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is detected in a non-contact manner.

本実施形態では、第1実施形態と異なり、回転軸3にエンコーダ本体2aの荷重が掛からず、比較的軽量なコーナキューブプリズム7の荷重で済むので、回転軸3及び軸受15が小型で済み、軽量化が図れる。よって、被測定物1の回転軸1aの可搭載重量に依っては、こちらの方式が向いている。反面、エンコーダ本体2aに接続されたケーブルが、エンコーダ本体2aの回転に伴いロータリエンコーダ2に巻き付かないように注意を要する。   In the present embodiment, unlike the first embodiment, the load of the encoder body 2a is not applied to the rotary shaft 3, and the load of the relatively lightweight corner cube prism 7 is sufficient, so the rotary shaft 3 and the bearing 15 can be small. Weight can be reduced. Therefore, this method is suitable depending on the loadable weight of the rotating shaft 1a of the DUT 1. On the other hand, care must be taken so that the cable connected to the encoder body 2a does not wind around the rotary encoder 2 as the encoder body 2a rotates.

第2実施形態では、回転駆動される被測定物1の回転軸1aにエンコーダ本体2aを取り付けるとともに、被測定物1の回転軸1aとロータリエンコーダ2の回転軸3との偏心を許容するように、ロータリエンコーダ2の回転軸3に直交する直交面内におけるロータリエンコーダ2の回転軸3の動き(変位)を一定の遊び範囲内に規制し、エンコーダ読取ヘッド13の読み取ったコードに基づいてエンコーダ本体2aの回転角度を検出(測定)するとともに、非接触角度検出手段20によりエンコーダ本体2aの回転角度測定開始時点からのロータリエンコーダ2の回転軸3の変化した傾斜角度を検出し、ロータリエンコーダ2を用いて検出(測定)された回転角度θ1を、非接触角度検出手段20で検出されたロータリエンコーダ2の回転軸3の変化した傾斜角度θ2に基づいて補正する。   In the second embodiment, the encoder main body 2a is attached to the rotating shaft 1a of the object 1 to be rotated, and the eccentricity between the rotating shaft 1a of the object 1 to be measured and the rotating shaft 3 of the rotary encoder 2 is allowed. The movement of the rotary shaft 2 (displacement) in the orthogonal plane orthogonal to the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 is restricted within a certain play range, and the encoder body is based on the code read by the encoder read head 13. The rotation angle of 2a is detected (measured), and the non-contact angle detection means 20 detects the changed inclination angle of the rotary shaft 3 of the rotary encoder 2 from the start of the rotation angle measurement of the encoder body 2a. The rotation angle θ1 detected (measured) using the rotation of the rotary encoder 2 detected by the non-contact angle detection means 20 Corrected based on the inclination angle θ2 was changed three.

なお、前述の第1及び第2実施形態では、ロータリエンコーダとして光学式のロータリエンコーダを用いた場合を例に説明したが、磁気式等の他のロータリエンコーダを用いてもよいことは、言うまでもない。   In the first and second embodiments described above, the case where an optical rotary encoder is used as the rotary encoder has been described as an example. However, it goes without saying that another rotary encoder such as a magnetic encoder may be used. .

また、前述の第1及び第2実施形態では、非接触角度検出手段として、いわゆるレーザ干渉測長器を用いた場合を例に説明したが、非接触で高精度に角度測定が可能な非接触角度検出手段であれば、他のものを使用できる。例えば、オートコリメータや水準器などを用いてもよい。   Further, in the first and second embodiments described above, the case where a so-called laser interference length measuring device is used as the non-contact angle detecting means has been described as an example. However, non-contact capable of highly accurate angle measurement without contact. Any other angle detection means can be used. For example, an autocollimator or a level may be used.

回転角度の測定は、動的測定でもよい。本発明に係る角度測定方法及び角度測定システムでは、被測定物1の回転軸1aの回転が停止したタイミングで回転角度を検出する静的測定、及び、被測定物1の回転軸1aの回転中のタイミングで回転角度を検出する動的測定のうち少なくとも一方の測定を行なう。動的測定では、ロータリエンコーダ2と共に使用する非接触角度検出手段20の出力のリアルタイム性が必要である。   The measurement of the rotation angle may be a dynamic measurement. In the angle measuring method and the angle measuring system according to the present invention, static measurement for detecting the rotation angle at the timing when the rotation of the rotating shaft 1a of the device under test 1 stops, and during the rotation of the rotating shaft 1a of the device under test 1 At least one of the dynamic measurements for detecting the rotation angle at the timing is performed. In the dynamic measurement, the real-time property of the output of the non-contact angle detection means 20 used with the rotary encoder 2 is necessary.

また、本発明を簡略に説明するために、回転角度θ1を傾斜角度θ2のみを用いて補正する場合を例に説明したが、他の測定値にも基づいて補正してもよいことは言うまでもない。即ち、本発明では、少なくとも傾斜角度θ2に基づいて、回転角度θ1を補正する構成である。例えば、被測定物1の回転軸1aとロータリエンコーダ2の回転軸3との偏心量を検出し、その検出された偏心量と傾斜角度θ2とに基づいて回転角度θ1を補正する。   Further, in order to briefly explain the present invention, the case where the rotation angle θ1 is corrected using only the inclination angle θ2 has been described as an example, but it goes without saying that the correction may be made based on other measured values. . That is, in the present invention, the rotational angle θ1 is corrected based on at least the inclination angle θ2. For example, the eccentric amount between the rotating shaft 1a of the DUT 1 and the rotating shaft 3 of the rotary encoder 2 is detected, and the rotating angle θ1 is corrected based on the detected eccentric amount and the tilt angle θ2.

また、被測定物は、図に示した形状には限定されない。例えば、円盤状でもよい。また、ロータリエンコーダ2の取付対象である被測定物の回転軸は、特別に形成された軸形状のものである必要はなく、例えば被測定物の回転中心を被測定物の回転軸とし、これにロータリエンコーダを取り付ければよい。   Further, the object to be measured is not limited to the shape shown in the figure. For example, a disk shape may be sufficient. Further, the rotation axis of the object to be measured to which the rotary encoder 2 is attached need not have a specially formed shaft shape. For example, the rotation center of the object to be measured is the rotation axis of the object to be measured. What is necessary is just to attach a rotary encoder to.

本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行なってよいのはもちろんである。   The present invention is not limited to the examples described in the present specification and the examples illustrated in the drawings, and various design changes and improvements may be made without departing from the scope of the present invention.

1…被測定物、1a…被測定物の回転軸、2…ロータリエンコーダ、2a…エンコーダ本体、3…ロータリエンコーダの回転軸、4…干渉ユニット、5…直角プリズム、6…偏光ビームスプリッタ、7(7a、7b)…コーナキューブプリズム(反射素子)、8…回り止め治具、9…回転角度検出部、10…レーザ光源、11…位相差検出ヘッド、12…データ処理装置、13…エンコーダ読取ヘッド(読取部)、14…エンコーダ(コード部)、15…軸受、17…錘、18…取付アタッチメント、20…非接触角度検出手段   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measured object, 1a ... Rotating shaft of measured object, 2 ... Rotary encoder, 2a ... Encoder main body, 3 ... Rotating shaft of rotary encoder, 4 ... Interference unit, 5 ... Right angle prism, 6 ... Polarizing beam splitter, 7 (7a, 7b) ... Corner cube prism (reflective element), 8 ... Anti-rotation jig, 9 ... Rotation angle detector, 10 ... Laser light source, 11 ... Phase difference detection head, 12 ... Data processing device, 13 ... Encoder reading Head (reading unit), 14 ... encoder (code unit), 15 ... bearing, 17 ... weight, 18 ... mounting attachment, 20 ... non-contact angle detection means

Claims (11)

回転が規制された非回転体と、前記非回転体に回転自在に軸支された回転体とを有し、前記非回転体に対する前記回転体の相対的な回転角度を検出する相対角度検出手段と、
前記非回転体の絶対的な回転角度を検出する絶対角度検出手段と、
を備えたことを特徴とする角度測定システム。
Relative angle detection means for detecting a relative rotation angle of the rotating body with respect to the non-rotating body, including a non-rotating body whose rotation is restricted and a rotating body rotatably supported by the non-rotating body When,
Absolute angle detection means for detecting an absolute rotation angle of the non-rotating body;
An angle measurement system comprising:
前記絶対角度検出手段は、前記相対角度検出手段による相対的な回転角度の検出と同時に前記非回転体の絶対的な回転角度を検出する請求項1に記載の角度測定システム。   The angle measurement system according to claim 1, wherein the absolute angle detection unit detects an absolute rotation angle of the non-rotating body simultaneously with detection of a relative rotation angle by the relative angle detection unit. 前記相対角度検出手段が検出した回転角度を、前記絶対角度検出手段で検出した回転角度に基づいて補正する補正手段を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の角度測定システム。   The angle measurement system according to claim 1, further comprising a correction unit that corrects the rotation angle detected by the relative angle detection unit based on the rotation angle detected by the absolute angle detection unit. 前記相対角度検出手段は、ロータリエンコーダであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の角度測定システム。   The angle measurement system according to claim 1, wherein the relative angle detection unit is a rotary encoder. 前記絶対角度検出手段は、前記非回転体に対して非接触で前記非回転体の絶対的な回転角度を検出する非接触角度検出手段であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の角度測定システム。   The said absolute angle detection means is a non-contact angle detection means which detects the absolute rotation angle of the said non-rotating body in non-contact with respect to the said non-rotating body. The angle measurement system according to item 1. 前記非接触角度検出手段は、レーザ干渉計を用いたものであることを特徴とする請求項5に記載の角度測定システム。   6. The angle measuring system according to claim 5, wherein the non-contact angle detecting means uses a laser interferometer. 前記非回転体の絶対的な回転角度を一定範囲内に規制する規制部材を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の角度測定システム。   The angle measuring system according to claim 1, further comprising a regulating member that regulates an absolute rotation angle of the non-rotating body within a certain range. 前記規制部材は、前記非回転体の基準位置を鉛直下方に付勢する錘部材からなることを特徴とする請求項7に記載の角度測定システム。   The angle measuring system according to claim 7, wherein the restricting member includes a weight member that biases a reference position of the non-rotating body vertically downward. 回転が規制された非回転体に対する前記非回転体に回転自在に軸支された回転体の相対的な回転角度を検出する相対角度検出ステップと、
前記非回転体の絶対的な回転角度を検出する絶対角度検出ステップと、
を含むことを特徴とする角度測定方法。
A relative angle detection step of detecting a relative rotation angle of the rotating body rotatably supported by the non-rotating body with respect to the non-rotating body whose rotation is restricted;
An absolute angle detection step of detecting an absolute rotation angle of the non-rotating body;
An angle measuring method comprising:
前記絶対角度検出ステップは、前記相対角度検出ステップにおける相対的な回転角度の検出と同時に前記非回転体の絶対的な回転角度を検出する請求項9に記載の角度測定方法。   The angle measurement method according to claim 9, wherein the absolute angle detection step detects an absolute rotation angle of the non-rotating body simultaneously with detection of a relative rotation angle in the relative angle detection step. 前記相対角度検出ステップで検出した回転角度を、前記絶対角度検出ステップで検出した回転角度に基づいて補正する補正ステップを含むことを特徴とする請求項9または10に記載の角度測定方法。   11. The angle measuring method according to claim 9, further comprising a correction step of correcting the rotation angle detected in the relative angle detection step based on the rotation angle detected in the absolute angle detection step.
JP2012230847A 2012-10-18 2012-10-18 Angle measuring method and angle measuring system Active JP5187607B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012230847A JP5187607B2 (en) 2012-10-18 2012-10-18 Angle measuring method and angle measuring system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012230847A JP5187607B2 (en) 2012-10-18 2012-10-18 Angle measuring method and angle measuring system

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010241173A Division JP5115872B2 (en) 2010-10-27 2010-10-27 Angle measuring method and angle measuring system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013010062A Division JP5224206B2 (en) 2013-01-23 2013-01-23 Angle measuring method and angle measuring system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013011631A true JP2013011631A (en) 2013-01-17
JP5187607B2 JP5187607B2 (en) 2013-04-24

Family

ID=47685581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012230847A Active JP5187607B2 (en) 2012-10-18 2012-10-18 Angle measuring method and angle measuring system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5187607B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105157620A (en) * 2015-08-26 2015-12-16 无锡双益精密机械有限公司 Contact angle detection machine for angular contact bearing

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06502727A (en) * 1991-09-10 1994-03-24 レニショウ トランスデューサ システムズ リミテッド Angular displacement calibration device and method
JPH095080A (en) * 1995-06-19 1997-01-10 Asahi Optical Co Ltd Surveying equipment
JP2005292037A (en) * 2004-04-02 2005-10-20 Tokyo Seimitsu Co Ltd Angle measuring instrument
JP2007333712A (en) * 2006-06-19 2007-12-27 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Apparatus for measuring angle of inclination, machine tool having apparatus mounted, and method of calibrating angle of inclination of machine tool

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06502727A (en) * 1991-09-10 1994-03-24 レニショウ トランスデューサ システムズ リミテッド Angular displacement calibration device and method
JPH095080A (en) * 1995-06-19 1997-01-10 Asahi Optical Co Ltd Surveying equipment
JP2005292037A (en) * 2004-04-02 2005-10-20 Tokyo Seimitsu Co Ltd Angle measuring instrument
JP2007333712A (en) * 2006-06-19 2007-12-27 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Apparatus for measuring angle of inclination, machine tool having apparatus mounted, and method of calibrating angle of inclination of machine tool

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105157620A (en) * 2015-08-26 2015-12-16 无锡双益精密机械有限公司 Contact angle detection machine for angular contact bearing

Also Published As

Publication number Publication date
JP5187607B2 (en) 2013-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9574908B2 (en) Angle measuring method and angle measuring system
JP5733461B2 (en) Angle measuring method and angle measuring system
JP5682802B2 (en) Rotation angle measurement device and rotation angle measurement method
JP5224206B2 (en) Angle measuring method and angle measuring system
JP5115872B2 (en) Angle measuring method and angle measuring system
JP4771898B2 (en) Laser interference tracking length measuring method and apparatus
JP5633981B2 (en) Rotation angle measurement method and rotation angle measurement system
JP5364519B2 (en) Tracking laser interferometer
JP6281106B2 (en) Angle measuring method and angle measuring system
JP5656110B2 (en) Angle measuring method and angle measuring system
JP6104708B2 (en) Tracking laser interferometer
JP5187607B2 (en) Angle measuring method and angle measuring system
JP6292428B2 (en) Rotation angle measurement device and rotation angle measurement method
CN103017661A (en) Lead screw detector and detection method using lead screw detector
JP2014098619A (en) Linear encoder and method for processing workpiece
JP2013029405A (en) Position measurement device, method of manufacturing workpiece using the same, and molding
JPH02221886A (en) Rotation detector

Legal Events

Date Code Title Description
A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20121101

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121212

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121227

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130109

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160201

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5187607

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250