JP2016008903A - ディジタルスケールの表示制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象物の計測値を表示する上での表示精度を向上できると共に、装置の動作速度、応答性の迅速化を図ることができるようにする。
【解決手段】 ディジタルスケール１を用いて測定対象物１００を計測し、カウンタ１６から第１の相対変位量Ｘ１を算出する。位相・補正値算出部２１は、信号ＶAD，ＶBDの大小比較を行うことにより一周期内での位相情報（区間♯１〜♯８）と第２の相対変位量Ｘ２とを算出する。変位補正値算出部２２は、信号ＶAD，ＶBDの比率Ｒａと区間♯１〜♯８とに基づいて第３の相対変位量Ｘ３を算出する。計測値表示処理部２３は、カウンタ１６による入力周波数ｆが判定値ｆａを越えるか否かで、第１の相対変位量Ｘ１に対して第２，第３の相対変位量Ｘ２，Ｘ３を選択的に加算し、その合計値に従って表示器１１における計測値の表示処理を行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば工作機械における移動テーブルの変位量、各種工業材料や部品の厚さ、表面荒さ等を計測するのに好適に用いられるディジタルスケールの表示制御装置に関する。

一般に、工業部品の寸法、表面荒さ等を計測したり、工作機械における移動テーブルの変位量等を計測したりするのに、光学式ディジタルスケールを用いることは知られている。この種の従来技術による光学式ディジタルスケールは、測定対象物の形状または変位等に応じて軸方向に移動（変位）する計測部と、発光素子および受光素子からなる信号発生装置とを備え、この信号発生装置は、前記計測部の変位に従って位相が１／４ピッチずれた２つの検出信号を発生させる。これらの検出信号は、前記計測部の変位量に応じて変化するので、前記測定対象物の計測値として取り出すことができ、これを表示器によりディジタル表示するものである（例えば、特許文献１参照）。

また、例えばリニアエンコーダまたはロータリエンコーダ等の相対移動変位量検出装置として、所定の位相差を有する検出器からの擬似正弦波信号を入力し、この擬似正弦波の周期よりも短い周期のパルスを計数することによって移動変位量を算出する抵抗分割方式を採用したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−２４８８５０号公報 特開２００３−２１４８３６号公報

ところで、特許文献１による従来技術では、測定対象物の計測精度を高めようとすると、計測値の表示制御を行うための演算処理に時間が掛かって動作速度が遅くなり、装置の応答性向上を図るのが難しいという問題がある。

また、特許文献２による従来技術では、検出精度を向上させるために入力波形の分割数を増やすと、倍周回路のハードウェア規模が大きくなってしまう。例えば、同一の光学式ディジタルスケールを使用した場合を想定すると、波形分割数を４倍にしたときに、コンパレータの数は１０回路から４０回路へと大幅に増加する。しかも、波形分割数を増やすことにより変位量に対するパルス数が増加するため、倍周回路の回路遅延により正常に計測できる変化速度の上限が低下するという問題がある。

さらに、倍周回路で使用している比較手段のヒステリシスコンパレータは、数十〜数百ｍＶの電圧差を比較する必要があるため、精度の高い部品が必要になってコストアップを招く。また、抵抗分割方式により位相の異なる擬似正弦波を生成しているため、入力波形のノイズにより、比較手段の複数のヒステリシスコンパレータが同時にＯＮ／ＯＦＦすることがあり、入力信号にエラーが発生し易くなって、計測誤差が生じ易いという問題がある。

本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、測定対象物の計測値を表示する上での表示精度を向上できると共に、装置の動作速度、応答性の迅速化を図ることができるようにしたディジタルスケールの表示制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、変位可能な計測部を有した光学式ディジタルスケールを用いて測定対象物の計測を行い、前記計測部の変位量を前記測定対象物の計測値として表示器によりディジタル表示するディジタルスケールの表示制御装置に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記計測部の変位に従って位相が１／４ピッチずれた２つの検出信号を発生させる信号発生装置と、該信号発生装置からの各検出信号に対し夫々の信号波形の変化に基づいてカウントアップ動作とカウントダウン動作を行うことにより前記測定対象物の計測値をカウンタ計数値として出力するカウンタと、前記カウンタと並列して動作し、前記各検出信号の波形をディジタル波形にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換された２つのディジタル信号の中心電圧と振幅を一致させるように波形整形を行う波形整形部と、波形整形された前記２つのディジタル信号から前記信号波形の一周期内での位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値とを算出する位相・補正値算出部と、波形整形された前記２つのディジタル信号の信号値を比較演算し、前記第１の変位補正値よりも微細な第２の変位補正値を算出する変位補正値算出部と、前記カウンタによる単位時間当たりのカウンタ計数値から前記各検出信号の入力周波数を算出し、この入力周波数の周波数範囲に基づいて前記表示器における計測値の表示処理を行う計測値表示処理部とを備え、該計測値表示処理部は、前記入力周波数が予め決められた判定周波数を越えるか否かにより、前記カウンタの計数値に対して前記第１，第２の変位補正値を選択的に加算し、その合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行う構成としたことにある。

請求項２の発明によると、前記位相・補正値算出部は、波形整形された前記２つのディジタル信号の信号値の大小比較を行うことにより前記位相情報と前記第１の変位補正値とを算出する構成としている。

請求項３の発明によると、前記変位補正値算出部は、波形整形された前記２つのディジタル信号の信号値を比較して両信号値の比率を演算し、前記位相情報と前記信号値の比率とに基づいて前記第２の変位補正値を算出する構成としている。

請求項４の発明によると、前記計測値表示処理部は、前記入力周波数が零以上で、前記判定周波数以下のときに、前記カウンタの計数値と前記第２の変位補正値との合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行い、前記入力周波数が前記判定周波数を越えたときには、前記カウンタの計数値と前記第１の変位補正値との合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行う構成としている。

請求項５の発明によると、前記計測値表示処理部は、前記入力周波数が前記判定周波数を越えたときに前記表示器における計測値の表示を、その最下桁が数値ではない表示に切り替える構成としている。

請求項６の発明によると、前記計測値表示処理部は、前記入力周波数が前記判定周波数を越えたときに前記表示器における計測値の表示を、その最下桁が非表示となるように切り替える構成としている。

本発明によると、前記第１の変位補正値と第２の変位補正値は、０以上で、前記光学式ディジタルスケールの位相ピッチに対して予め決められたピッチ以下の範囲の値である。

また、本発明によると、前記第１の変位補正値と第２の変位補正値は、０以上で、前記光学式ディジタルスケールの位相ピッチに対して１／４ピッチ以下の範囲の値である。

請求項１の発明は、光学式ディジタルスケールを用いて測定対象物の計測を行うことにより、前記測定対象物の計測値をカウンタ計数値として取出し、この上で、位相・補正値算出部は、２つのディジタル信号から信号波形の一周期内での位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値とを算出することができる。変位補正値算出部は、前記２つのディジタル信号の信号値を比較演算し、前記第１の変位補正値よりも微細な値（例えば、μｍオーダに対して小数点以下となる最下桁を含んだ数値）である第２の変位補正値を算出することができる。そして、計測値表示処理部は、カウンタによる入力周波数が判定周波数を越えるか否かにより、前記カウンタの計数値に対して前記第１，第２の変位補正値を選択的に加算し、その合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行うことができる。

請求項２の発明によると、位相・補正値算出部は、２つのディジタル信号の信号値の大小比較を行うことにより信号波形の一周期内での位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値とを算出することができる。第１の変位補正値は、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁を含まない補正値として、計測値表示処理部によりカウンタの計数値に対して加算処理され、測定対象物の計測値を補正することができる。

請求項３の発明によると、変位補正値算出部は、２つのディジタル信号の信号値を比較して両信号値の比率を演算し、当該信号値の比率と前記位相情報とに基づいて前記第１の変位補正値よりも微細な第２の変位補正値を算出することができる。第２の変位補正値は、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁を含んだ補正値として、計測値表示処理部によりカウンタの計数値に対して加算処理され、測定対象物の計測値を補正することができる。

請求項４の発明によると、計測値表示処理部は、入力周波数が零以上で判定周波数以下のときに、カウンタの計数値と第２の変位補正値との合計値に従って表示器における計測値の表示処理を行うことができ、前記入力周波数が判定周波数を越えたときには、前記カウンタの計数値と前記第１の変位補正値との合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行うことができる。

請求項５の発明によると、計測値表示処理部は、入力周波数が判定周波数を越えたときにカウンタの計数値と第１の変位補正値との合計値に従って計測値の表示処理を行うことにより、表示器における計測値の表示を、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁の表示を数値ではない表示に切り替えることができ、ディジタルスケールの使用者に対して前記小数点以下の計測値は不確定であることを知らせることができる。

請求項６の発明によると、例えば小数点以下となる最下桁を非表示となるように切り替えることにより、前記小数点以下の計測値が不確定であることを積極的に知らせることができる。

また、本発明は、第１の変位補正値と第２の変位補正値を光学式ディジタルスケールの位相ピッチに対して予め決められたピッチ以下で、０以上の範囲の値とすることができる。さらに、本発明では、第１の変位補正値と第２の変位補正値を０以上で、１／４ピッチ以下の範囲の値とすることができる。

本発明の実施の形態によるディジタルスケールの表示制御装置を示す全体構成図である。 図１のディジタルスケールに内蔵された信号発生装置を模式的に示す斜視図である。 信号発生装置から出力される２つの検出信号を示す特性線図である。 表示制御装置の内部構成を示す制御ブロック図である。 ２つの検出信号に基づくディジタル信号ＶAD，ＶBD、２値信号ＬA ，ＬB の特性、第１の相対変位量Ｘ１、位相情報の区間♯１〜♯８および第２，第３の相対変位量Ｘ２，Ｘ３を示す特性線図である。 ディジタルスケールの表示制御装置による表示制御処理を示す流れ図である。 図６中の区間（位相情報）と相対変位量Ｘ２の算出処理を示す流れ図である。 図６中の周波数判定処理を示す流れ図である。 区間（位相情報）の判定条件と第２の相対変位量Ｘ２との関係を示すテーブル図である。 第３の相対変位量Ｘ３を算出する演算テーブルを示す図である。

以下、本発明の実施の形態によるディジタルスケールの表示制御装置を添付図面の図１ないし図１０に従って詳細に説明する。

図において、１は本実施の形態で採用した光学式ディジタルスケールで、該ディジタルスケール１は、その外殻を構成するスケール本体２と、該スケール本体２から軸方向（例えば、図１中の下向き）に突出した筒状のステム３と、該ステム３から軸方向下向きに突出して設けられた計測部としてのスピンドル４とを含んで構成されている。スピンドル４は、ステム３内に軸方向に変位可能に取付けられ、測定対象物１００の形状に応じて図１中の矢示Ａ方向に変位する。測定対象物１００は、例えば図１中の矢示Ｂ方向に移動されるものである。

ディジタルスケール１のスケール本体２内には、図２に模式的に示す信号発生装置５が設けられている。信号発生装置５は、スケール本体２内に固定して設けられる固定スリット６と、スケール本体２内に変位可能に設けられ該固定スリット６に対して相対移動可能に重合わせるように配置された可動スリット７と、一対の発光素子８Ａ，８Ｂおよび一対の受光素子９Ａ，９Ｂとを含んで構成されている。ここで、一対の発光素子８Ａ，８Ｂと一対の受光素子９Ａ，９Ｂとは、固定スリット６および可動スリット７を挟んで互いに対向する位置に配置されている。そして、一方の発光素子８Ａから発射された光は、一方の受光素子９Ａにより受光され、他方の発光素子８Ｂからの光は、他方の受光素子９Ｂによって受光される。

信号発生装置５の可動スリット７は、図１に示すスピンドル４が矢示Ａ方向に変位するときに、これに追随して同方向（例えば、矢示Ａ方向）へと変位する。このため、可動スリット７の各スリット位置は、固定スリット６の各スリット位置に対してスピンドル４の変位分だけ異なる位置となり、受光素子９Ａ，９Ｂの受光量は、スピンドル４の変位量に対応して変化する。これにより、信号発生装置５は、受光素子９Ａで受光した信号を、例えば図３に示す正弦波の検出信号ＶA として取出すことができ、受光素子９Ｂで受光した信号を、例えば図３に示す正弦波の検出信号ＶB として取出すことができる。

換言すると、信号発生装置５は、例えばガラス板からなる固定スリット６と可動スリット７との重合わせにより生じるモレア縞の濃淡を、フォトセル等からなる受光素子９Ａ，９Ｂにより電圧値に変換して図３に示す正弦波の検出信号ＶA ，ＶB を出力することができる。この場合、測定対象物１００の形状に応じてスピンドル４が軸方向に変位すると、モレア縞は可動スリット７の格子ピッチを１周期として明暗を繰り返し、検出信号ＶA ，ＶB は、下記の数１，２式のように計測部（即ち、スピンドル４）の変位に従って位相が１／４ピッチずれた正弦波信号として調整されている。

ここで、数１，２式の検出信号ＶA ，ＶB は、モアレ縞の濃淡変化に相当する振幅Ｋa ，Ｋb と、光学式ディジタルスケール１の可動部分（即ち、スピンドル４）の変位量に相当する相対変位量Ｘｓと、格子ピッチの長さＬと、オフセット電圧Ｖo1, Ｖo2とを含んで求められるものである。検出信号ＶA ，ＶB は、互いに位相が１／４ピッチ（即ち、π／２）だけずれた正弦波信号となっている。図３の縦軸は、電圧Ｖであり、横軸は相対変位量Ｘｓとなっている。

本実施の形態では、格子ピッチの長さＬを８μｍに設定しており、検出信号ＶA ，ＶB は、図３中に示す特性線１０Ａ，１０Ｂの如く、１ピッチが８μｍとなる周期で正弦波の波形を繰り返すようになっている。図３中に示す特性線１０Ａ，１０Ｂにおいて、正弦波中の縦じま模様をなす線分は、任意の相対変位量Ｘｓに対する検出信号ＶA ，ＶB の信号値（電圧Ｖ）をそれぞれ示し、これらの信号値は電圧値として取出されるものである。

１１は測定対象物１００の計測値をディジタル表示する表示器で、該表示器１１は、例えば液晶画面等を用いて構成されている。そして、表示器１１は、光学式ディジタルスケール１を用いて測定対象物１００の計測を行ったときに、スピンドル４の変位量に相当する相対変位量Ｘｓ（具体的には、後述の数１１，１２式による相対変位量Ｘｒ）を測定対象物１００の計測値としてディジタル表示するものである。

１２は本実施の形態で採用した表示制御装置を示し、該表示制御装置１２は、図４に示すように、光学式ディジタルスケール１からの検出信号ＶA ，ＶB をフィルタ処理する２つのローパスフィルタ１３Ａ，１３Ｂ（以下、ＬＰＦ１３Ａ，１３Ｂという）と、該ＬＰＦ１３Ａ，１３Ｂを通した検出信号ＶA ，ＶB を整形しカウンタ入力としての２値信号ＬA ，ＬB （図５中に示す特性線２８Ａ，２８Ｂ参照）を出力する２つのヒステリシスコンパレータ１４Ａ，１４Ｂと、マイクロコントローラ１５とを含んで構成されている。

表示制御装置１２は、図１に示すようにＲＯＭ，ＲＡＭ及び／又は不揮発性メモリ等からなる記憶部１２Ａを有している。この記憶部１２Ａには、後述の波形整形部２０Ａ，２０Ｂ、位相・補正値算出部２１、変位補正値算出部２２および計測値表示処理部２３におけるソフトウェア処理を行うためのプログラム、図６〜図８に示す流れ図に対応した処理プログラム、図９および図１０に示すテーブルに対応したマップ等が更新可能に格納されている。

マイクロコントローラ１５は、後述のカウンタ１６、相対変位量Ｘ１の演算部１７、サンプルホールド回路１８Ａ，１８Ｂ、Ａ／Ｄ変換器１９Ａ，１９Ｂ、波形整形部２０Ａ，２０Ｂ、位相・補正値算出部２１、変位補正値算出部２２および計測値表示処理部２３を含んで構成されている。

位相差パルスカウント機能を有するカウンタ１６は、ヒステリシスコンパレータ１４Ａ，１４Ｂから入力される２値信号ＬA ，ＬB （図５の特性線２８Ａ，２８Ｂ）に対し、夫々の信号波形の変化に基づいてカウントアップ動作とカウントダウン動作を行うことにより、測定対象物１００の計測値をカウンタ計数値（以下、計数値Ｃｎという）として出力する。

この計数値Ｃｎは、格子ピッチの長さＬの１/４（例えば、Ｌ＝８μｍで、Ｌ／４＝２μｍ）を最小単位とするカウント値となる。相対変位量Ｘ１の演算部１７は、後述の数１１，１２式に示すように、測定対象物１００の計測値（相対変位量Ｘｒ）の大枠を決める第１の相対変位量Ｘ１を、カウンタ１６の計数値Ｃｎに基づいて下記の数３式により算出する。

サンプルホールド回路１８Ａ，１８ＢとＡ／Ｄ変換器１９Ａ，１９Ｂとは、カウンタ１６と並行（並列）して動作し、ＬＰＦ１３Ａ，１３Ｂを通した前記検出信号ＶA ，ＶB の波形をディジタル波形にＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換器１９Ａ，１９ＢによりＡ／Ｄ変換された２つのディジタル信号ＶAD，ＶBDは、下記の数４，５式で表される。ディジタル信号ＶAD，ＶBDは、前記数１，２式中の振幅Ｋa ，Ｋb をソフトウェア処理によりスケーリングし、オフセット電圧Ｖo1, Ｖo2を零とすることで下記のように記載することができる。振幅値Ｋｄは、ソフトウェア処理によるものである。

波形整形部２０Ａ，２０Ｂは、ディジタル信号ＶAD，ＶBDの中心電圧と振幅を一致させるように、ソフトウェア処理によって波形整形を行うものである。ソフトウェア処理によるスケーリングやオフセット除去の波形整形方法は、例えば特開２００７−１７８１７０号公報等に記載のように既知の技術を用いて行うことができる。図１に示すように、光学式ディジタルスケール１を表示制御装置１２に接続した状態で、個別に校正等を行うことによって補正の計数等を決定する方法もある。

図５中のディジタル信号ＶAD，ＶBDは、特性線２９Ａ，２９Ｂに沿った正弦波曲線として示されているが、実際には縦じま模様（図３中の信号値参照）をなすディジタル信号の信号値として表されるものである。また、図５中の特性線３０Ａ，３０Ｂは、ディジタル信号ＶAD，ＶBDの正負を反転させたディジタル信号−ＶAD，−ＶBDの特性を表している。

位相・補正値算出部２１は、波形整形された２つのディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号値の大小比較を行うことにより、前記信号波形の一周期（例えば、格子ピッチの長さＬ＝８μｍ）内での位相情報としての８個の区間♯１〜♯８（図５、図９参照）と、それぞれの区間♯１〜♯８（位相情報）に基づいた第１の変位補正値である第２の相対変位量Ｘ２とを算出する。位相・補正値算出部２１は、後述の図７に示す流れ図に沿って区間（位相情報）と第２の相対変位量Ｘ２とを算出するものである。

前記数１，２式による検出信号ＶA，ＶBは、真の相対変位量Ｘsに対して、格子ピッチの長さＬを１周期とする波形であり、任意の相対変位量Ｘsは、整数値Ｎ（例えば、Ｎ＝０，１，２，３，…）、格子ピッチの長さＬ（例えば、Ｌ＝８μｍ）以下の相対変位量Ｘｏに対して下記の数６式で表すことができる。

後述の図７の流れ図に沿ってディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号値（電圧値）を比較することにより、例えば図９に示すテーブル３１のように、上記の相対変位量Ｘｏが、格子ピッチの長さＬを８分割した区間♯１〜♯８のいずれに含まれているかを、位相情報として求めることができる。位相・補正値算出部２１は、位相情報（即ち、図９に示すテーブル３１の区間♯１〜♯８）を特定した後、カウンタ１６による相対変位量Ｘ１の検出精度以下の相対変位量Ｘ２を、それぞれの区間♯１〜♯８毎にテーブル３１により算出する。

カウンタ１６による計数値Ｃｎは、格子ピッチの長さＬ/４を最小単位として増減するため、相対変位量Ｘ２を値０、または値Ｌ/８のいずれかとする。例えば、Ｌ＝８μｍ、図９中の区間♯２「Ｌ／８≦Ｘｏ＜２Ｌ／８」、区間♯４「３Ｌ／８≦Ｘｏ＜４Ｌ／８」、区間♯６「５Ｌ／８≦Ｘｏ＜６Ｌ／８」、区間♯８「７Ｌ／８≦Ｘｏ＜Ｌ」の場合は、相対変位量Ｘ２が１μｍ（Ｘ２＝Ｌ／８＝１μｍ）となる。また、図９中の区間♯１「０≦Ｘｏ＜Ｌ／８」、区間♯３「２Ｌ／８≦Ｘｏ＜３Ｌ／８」、区間♯５「４Ｌ／８≦Ｘｏ＜５Ｌ／８」、区間♯７「６Ｌ／８≦Ｘｏ＜７Ｌ／８」の場合は、相対変位量Ｘ２が０μｍ（Ｘ２＝０μｍ）となる。

相対変位量Ｘ２の算出処理は、比較的簡単なアルゴリズムで実現できるため、１００ＭＨｚクロックの組込みマイコンを使用して、１マイクロ秒（μsec）以内の処理が可能であり、通常の使用範囲である相対変位量の速度１ｍ／secまで対応が可能である。図７中の処理（ステップ５０）で算出エラーとなった場合、ディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号値が入力のノイズにより前記数４，５式に従っていないので、この場合の相対変位量Ｘ２は前回計算した値を維持する。

第１の変位補正値としての第２の相対変位量Ｘ２は、カウンタ１６による第１の相対変位量Ｘ１を後述の数１２式による相対変位量Ｘｒの如く合計して補正する補正値であり、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁を含まない数値（相対変位量Ｘｒ）として、第１の相対変位量Ｘ１を補正するものである。本実施の形態では、相対変位量Ｘ２を値０、または値Ｌ/８のいずれかとしている。しかし、本発明はこれに限らず、第２の相対変位量Ｘ２は、光学式ディジタルスケール１の位相ピッチ、即ち格子ピッチの長さＬ（Ｌ＝８μｍ）に対して予め決められたピッチ以下の範囲の値、好ましくは１／４ピッチ以下の範囲の値に設定されている。

変位補正値算出部２２は、前述の如く波形整形された２つのディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号値（電圧値）を比較して両信号値の比率Ｒａを下記の数７式または数８式の如く演算する。この上で、変位補正値算出部２２は、信号値の比率Ｒａと前記位相情報（即ち、図９に示すテーブル３１の区間♯１〜♯８）とに基づいて図１０に示す演算テーブル３２により第２の相対変位量Ｘ２（第１の変位補正値）よりも微細な第２の変位補正値を第３の相対変位量Ｘ３として算出する。

但し、比率Ｒａは、Ｒａ≧１の数値で表されるものであり、ディジタル信号ＶADの絶対値がディジタル信号ＶBDの絶対値よりも大きい場合、即ち｜ＶAD｜＞｜ＶBD｜の場合には、前記数７式によって比率Ｒａを求める。また、ディジタル信号ＶBDの絶対値がディジタル信号ＶADの絶対値よりも大きい場合、即ち｜ＶBD｜＞｜ＶAD｜の場合には、前記数８式によって比率Ｒａを求めるものである。

図１０に示す演算テーブル３２は、下記の数９式による演算を行うことにより予め作成している。カウンタ１６の計数値Ｃｎは、格子ピッチの長さＬ／４を最小単位として増減するため、第２の変位補正値としての相対変位量Ｘ３は、範囲（０≦Ｘ３＜Ｌ／４）、即ち、０≦Ｘ３＜２として値を決定する。また、計算を高速化するため、前述した位相情報（即ち、図９に示すテーブル３１の区間）毎に値を決定する方式としている。

図１０に示す演算テーブル３２は、比率Ｒａの数値例を合計２０個の数値（１．０８１△≦Ｒａ≦２５．４５△）で示している。しかし、これらの数値例は、その一部を代表例として示したもので、例えば約８０〜１６０個の数値（前記数７，８式の演算による数値）が比率Ｒａの欄にそれぞれ書込まれ、これらの数値を含んで演算テーブル３２は予め作成されている。

第２の変位補正値としての第３の相対変位量Ｘ３は、カウンタ１６による第１の相対変位量Ｘ１を後述の数１１式による相対変位量Ｘｒの如く合計して補正する補正値であり、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁を含んだ数値（相対変位量Ｘｒ）として第１の相対変位量Ｘ１を補正するものである。第３の相対変位量Ｘ３は、光学式ディジタルスケール１の位相ピッチ、即ち格子ピッチの長さＬ（Ｌ＝８μｍ）に対して予め決められたピッチ以下の範囲の値、好ましくは１／４ピッチ以下の範囲の値に設定されている。

計測値表示処理部２３は、カウンタ１６による単位時間当たりのカウンタ計数値から各検出信号（即ち、図５中の特性線２８Ａ，２８Ｂによる２値信号ＬA ，ＬB ）の入力周波数ｆを算出し、この入力周波数ｆの周波数範囲に基づいて表示器１１における計測値の表示処理を行うものである。ここで、計測値表示処理部２３は、図４に示すように、周波数判定部２４、補正値選択部２５、加算処理部２６および表示処理部２７を含んで構成されている。

周波数判定部２４は、後述の図８に示す周波数判定処理をサブルーチンとして行い、入力周波数ｆが予め決められた判定周波数ｆａ（以下、判定値ｆａという）を越えたときに、最下桁無効フラグＦをＦ＝１として出力する。光学式ディジタルスケール１を用いる場合、０．１μｍのオーダで検出精度を確保できるようにするため、相対変位量Ｘ３は格子ピッチの長さＬ（Ｌ＝８μｍ）に対し、Ｌ／８０を最小単位とするよう設計する。相対変位量Ｘ３の算出は、例えば１００ＭＨｚクロックの組込みマイコンを使用して、１０μsec以内の処理となるため、下記の数１０式で示す処理速度（０．０１ｍ／sec）以下の変化量まで応答が可能である。

周波数判定部２４は、例えば０．１秒（sec）毎にカウンタ１６の計数値Ｃｎを取得し、前，後の計数値Ｃｎの差分が一例として５０００カウント／secを越えるときに、相対変位量Ｘ３の算出値が無効であると判定し、最下桁（０．１μｍの桁）無効フラグＦを「Ｆ＝１」として出力する。例えば、測定対象物１００の形状が大きく変わり、ディジタルスケール１のスピンドル４が急激に大きく変位するような場合に、入力周波数ｆは判定値ｆａを越えることがある。

本実施の形態によると、カウンタ１６は、２μｍ毎に計数値Ｃｎが歩進され、一周期が８μｍに設定されているため、入力周波数ｆが判定値ｆａ（一例としては、ｆａ＝５０００×２／８＝１２５０Ｈｚ）を越えたときに、最下桁無効フラグＦを「Ｆ＝１」として出力する。入力周波数ｆが零以上で判定値ｆａ以下のときには、相対変位量Ｘ３の算出値が有効であると判定し、最下桁無効フラグＦを「Ｆ＝０」として出力する。

補正値選択部２５は、周波数判定部２４から出力される最下桁無効フラグＦが「０」または「１」であるかにより、第１，第２の変位補正値としての相対変位量Ｘ２，Ｘ３のいずれかを補正値として選択する。即ち、最下桁無効フラグＦがＦ＝０のときには、相対変位量Ｘ３を補正値として選択し、Ｆ＝１のときには、相対変位量Ｘ２を補正値として選択する。このとき、加算処理部２６は、補正値選択部２５の選択処理に従って下記の数１１，１２式による加算処理を行い、相対変位量Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３から表示器１１でディジタル表示する計測値を相対変位量Ｘｒとして算出する。

ここで、相対変位量Ｘｒは、前述した数４，５式中の真の相対変位量Ｘｓに対して表示器１１でディジタル表示可能な数値を表し、真の相対変位量Ｘｓに対する近似値（Ｘｓ≒Ｘｒ）となって、測定対象物１００の計測値を表示処理部２７を介して表示器１１によりディジタル表示させる。表示処理部２７は、加算処理部２６の処理結果に従って相対変位量Ｘｒを表示器１１によりディジタル表示させるものである。このように、計測値表示処理部２３は、カウンタ１６による単位時間当たりのカウンタ計数値から各検出信号（図５中の２値信号ＬA ，ＬB ）の入力周波数ｆを算出し、この入力周波数ｆの周波数範囲に基づいて表示器１１における計測値の表示処理を行う。

本実施の形態による光学式ディジタルスケール１の表示制御装置１２は、上述の如き構成を有するもので、次に、光学式ディジタルスケール１を用いて測定対象物１００の計測を行う場合の制御動作について説明する。

まず、光学式ディジタルスケール１を用いて測定対象物１００の計測を行う場合に、予め零点調節を行い、真の相対変位量Ｘｓが零（Ｘｓ＝０）の状態では、数４式によるディジタル信号ＶADの信号値（電圧）が零となり、数５式によるディジタル信号ＶBDの信号値（電圧）が最大値となるように調整すると共に、カウンタ１６の計数値Ｃｎは、Ｃｎ＝０として設定される。

次に、図１中の矢示Ｂ方向に測定対象物１００を移動させると、これに追従してディジタルスケール１のスピンドル４が矢示Ａ方向に変位する。これにより、ディジタルスケール１の信号発生装置５からは、例えば図３に示す特性線１０Ａ，１０Ｂのように、正弦波の検出信号ＶA ，ＶB が出力される。この場合、検出信号ＶA ，ＶB は、前述した数１，２式のように計測部（即ち、スピンドル４）の変位に従って位相が１／４ピッチずれた正弦波信号として調整されている。

図４に示す表示制御装置１２は、ＬＰＦ１３Ａ，１３Ｂを通した検出信号ＶA ，ＶB を２つのヒステリシスコンパレータ１４Ａ，１４Ｂにより整形して２値信号ＬA ，ＬB を図５に示す特性線２８Ａ，２８Ｂのように発生させ、これをカウンタ１６に出力する。カウンタ１６は、２値信号ＬA ，ＬB の信号波形の変化に基づいた計数値Ｃｎを出力し、次の演算部１７によりカウンタ１６の計数値Ｃｎに基づいた第１の相対変位量Ｘ１を、前記数３式の如く、Ｘ１＝２Ｃｎとして算出させる。

ここで、光学式ディジタルスケール１の計測値を表示する表示制御装置１２の表示制御処理について、図６〜図８を参照して説明する。

図６の処理動作がスタートすると、ステップ１でカウンタ１６の計数値Ｃｎを読込み、次のステップ２では、第１の相対変位量Ｘ１を数３式の如く、Ｘ１＝２Ｃｎとして算出する。次のステップ３では、前記数４，５式によるディジタル信号ＶAD，ＶBDを読込む。そして、次のステップ４では、前記位相・補正値算出部２１による区間（位相情報）と第２の相対変位量Ｘ２との算出処理を、後述の図７に示す流れ図に沿って実行する。

次のステップ５では、計測値表示処理部２３の周波数判定部２４による判定処理を後述の図８に示す流れ図に沿って実行する。次のステップ６では、最下桁無効フラグＦが、Ｆ＝０であるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、最下桁（０．１μｍのオーダ）が有効な表示となるように演算速度、または演算時間を確保することができるので、次のステップ７に移る。

そして、ステップ７では、前記ディジタル信号ＶAD，ＶBDの絶対値を比較して判定処理を行い、「ＹＥＳ」と判定したときには、ディジタル信号ＶADの絶対値がディジタル信号ＶBDの絶対値よりも大きい（｜ＶAD｜＞｜ＶBD｜）場合であるから、次のステップ８で前記数７式による比率Ｒａを求める。また、ステップ７で「ＮＯ」と判定したときには、ディジタル信号ＶBDの絶対値がディジタル信号ＶADの絶対値よりも大きい（｜ＶBD｜＞｜ＶAD｜）場合であるから、次のステップ９で前記数８式による比率Ｒａを求める。

次のステップ１０では、図１０に示す演算テーブル３２を用いて、比率Ｒａと区間（位相情報）とから第２の変位補正値としての相対変位量Ｘ３を算出する。ここで、第３の相対変位量Ｘ３は、前述した位相情報（即ち、図９に示すテーブル３１の区間♯１〜♯８）毎に値を決定するため、その演算に要する時間を短縮し、計算を高速化することができる。

次のステップ１１では、表示器１１でディジタル表示可能な計測値としての相対変位量Ｘｒを、前記数１１式によるＸｒ＝Ｘ１＋Ｘ３として算出する。次のステップ１２では、このときの相対変位量Ｘｒを計測値として表示器１１によりディジタル表示させ、次のステップ１３でリターンする。

一方、ステップ６で「ＮＯ」と判定したときには、最下桁無効フラグＦが、Ｆ＝１となって、相対変位量Ｘ３の算出値が無効であると判定でき、最下桁（０．１μｍのオーダ）の表示精度を確保できない場合である。そこで、この場合は、次のステップ１４で、表示器１１によりディジタル表示可能な計測値としての相対変位量Ｘｒを、前記数１２式によるＸｒ＝Ｘ１＋Ｘ２として算出する。次のステップ１２では、このときの相対変位量Ｘｒを計測値として表示器１１によりディジタル表示させ、次のステップ１３でリターンする。

次に、図７を参照して、前記位相・補正値算出部２１による区間（位相情報）と第２の相対変位量Ｘ２との算出処理について説明する。なお、以下の説明においては、ディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号値を、簡略化して信号ＶAD，ＶBDとして記載するものとする。

まず、ステップ２１では、前記ステップ３で読込んだ信号ＶADが正の値（ＶAD＞０）であるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ２２で信号ＶBDが正の値（ＶBD＞０）であるか否かを判定する。そして、ステップ２２で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ２３で信号ＶADが信号ＶBDよりも小さい（ＶAD＜ＶBD）か否かを判定する。

そして、ステップ２３で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ２４で位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯１）を「０≦Ｘｏ＜Ｌ／８」として特定し、次のステップ２５では、第１の変位補正値としての第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝０μｍとして算出する。その後はステップ２６でリターンする。

また、ステップ２３で「ＮＯ」と判定したときには、信号ＶADが信号ＶBD以上（ＶAD≧ＶBD）の場合である。そこで、次のステップ２７では、位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯２）を「Ｌ／８≦Ｘｏ＜２Ｌ／８」として特定し、次のステップ２８では、第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝１μｍとして算出する。そして、その後はステップ２６でリターンする。

一方、ステップ２２で「ＮＯ」と判定したときには、次のステップ２９で信号ＶADが信号−ＶBDよりも大きい（ＶAD＞−ＶBD）か否かを判定する。そして、ステップ２９で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ３０で位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯３）を「２Ｌ／８≦Ｘｏ＜３Ｌ／８」として特定し、次のステップ３１では、第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝０μｍとして算出する。そして、その後はステップ２６でリターンする。

また、ステップ２９で「ＮＯ」と判定したときには、信号ＶADが信号−ＶBD以下（ＶAD≦−ＶBD）の場合である。そこで、次のステップ３２では、信号ＶBDが負の値（ＶBD＜０）であるか否かを判定する。そして、ステップ３２で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ３３で位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯４）を「３Ｌ／８≦Ｘｏ＜４Ｌ／８」として特定し、次のステップ３４では、第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝１μｍとして算出する。そして、その後はステップ２６でリターンする。

一方、ステップ３２で「ＮＯ」と判定したときには、信号ＶBDが零または正の値（ＶBD≧０）であり、該当区間がないので、この場合は、後述のステップ５０に移って算出エラーとして処理する。即ち、このような場合は、信号ＶAD，ＶBDが入力のノイズ等の影響により前記数４，５式に従っていない場合であり、この場合の相対変位量Ｘ２は前回計算した値を維持する。

一方、ステップ２１で「ＮＯ」と判定したときには、次のステップ３５で信号ＶADが負の値（ＶAD＜０）であるか否かを判定する。そして、ステップ３５で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ３６で信号ＶBDが負の値（ＶBD＜０）であるか否かを判定する。そして、ステップ３６で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ３７で信号ＶADが信号ＶBDよりも大きい（ＶAD＞ＶBD）か否かを判定する。そして、ステップ３７で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ３８で位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯５）を「４Ｌ／８≦Ｘｏ＜５Ｌ／８」として特定し、次のステップ３９では、第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝０μｍとして算出する。そして、その後はステップ２６でリターンする。

一方、ステップ３７で「ＮＯ」と判定したときには、信号ＶADが信号ＶBD以下（ＶAD≦ＶBD）となっているので、次のステップ４０で位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯６）を「５Ｌ／８≦Ｘｏ＜６Ｌ／８」として特定し、次のステップ４１では、第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝１μｍとして算出する。そして、その後はステップ２６でリターンする。

一方、ステップ３６で「ＮＯ」と判定したときには、信号ＶBDが零または正の値（ＶBD≧０）であるので、次のステップ４２では、信号−ＶADが信号ＶBDよりも大きい（−ＶAD＞ＶBD）か否かを判定する。そして、ステップ４２で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ４３で位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯７）を「６Ｌ／８≦Ｘｏ＜７Ｌ／８」として特定し、次のステップ３９では、第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝０μｍとして算出する。そして、その後はステップ２６でリターンする。

一方、ステップ４２で「ＮＯ」と判定したときには、信号−ＶADが信号ＶBD以下（−ＶAD≦ＶBD）となっているので、次のステップ４５で信号ＶBDが正の値（ＶBD＞０）であるか否かを判定する。そして、ステップ４５で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ４６で位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯８）を「７Ｌ／８≦Ｘｏ＜Ｌ」として特定し、次のステップ４７では、第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝１μｍとして算出する。そして、その後はステップ２６でリターンする。

また、ステップ４５で「ＮＯ」と判定したときには、信号ＶBDが零（ＶBD＝０）であり、この場合も該当区間がないので、ステップ５０に移って算出エラーとして処理し、第２の相対変位量Ｘ２は前回計算した値を維持する。そして、その後はステップ２６でリターンする。

一方、ステップ３５で「ＮＯ」と判定したときには、信号ＶADが零（ＶAD＝０）の場合であり、次のステップ４８に移って信号ＶBDが正の値（ＶBD＞０）であるか否かを判定する。そして、ステップ４８で「ＹＥＳ」と判定したときには、前記ステップ２４に移って位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯１）を「０≦Ｘｏ＜Ｌ／８」として特定し、次のステップ２５で第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝０μｍとして算出する。

また、ステップ４８で「ＮＯ」と判定したときには、信号ＶBDが零または負の値（ＶBD≦０）であり、次のステップ４９で信号ＶBDが負の値（ＶBD＜０）であるか否かを判定する。そして、ステップ４９で「ＹＥＳ」と判定したときには、前記ステップ３８に移って位相情報（即ち、図５、図９に示す区間♯５）を「４Ｌ／８≦Ｘｏ＜５Ｌ／８」として特定し、次のステップ３９で第２の相対変位量Ｘ２を、Ｘ２＝０μｍとして算出する。

また、ステップ４９で「ＮＯ」と判定したときには、信号ＶBDが零（ＶBD＝０）であり、この場合も該当区間がないので、ステップ５０に移って算出エラーとして処理し、第２の相対変位量Ｘ２は前回計算した値を維持する。そして、その後はステップ２６でリターンする。

次に、図８を参照して、計測値表示処理部２３の周波数判定部２４による判定処理について説明する。

まず、周波数判定処理がスタートすると、ステップ５１で入力周波数ｆを読込む。この入力周波数ｆは、カウンタ１６による単位時間当たりのカウンタ計数値（即ち、図５中の特性線２８Ａ，２８Ｂによる２値信号ＬA ，ＬB のカウント値）により算出される。次のステップ５２では、入力周波数ｆが前記判定値ｆａに対して、０≦ｆ≦ｆａであるか否かを判定する。

ステップ５２で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ５３で最下桁無効フラグＦを「Ｆ＝０」として出力し、その後はステップ５４でリターンする。一方、ステップ５２で「ＮＯ」と判定したときには、例えば測定対象物１００の形状が大きく変わって、ディジタルスケール１のスピンドル４が急激に変位することにより、入力周波数ｆが判定値ｆａを越えているので、次のステップ５５に移って最下桁無効フラグＦを「Ｆ＝１」に切換える。

かくして、本実施の形態によれば、最下桁無効フラグＦが「Ｆ＝０」のときには、表示器１１でディジタル表示可能な計測値としての相対変位量Ｘｒを、前記数１１式によるＸｒ＝Ｘ１＋Ｘ３として算出することができる。一方、最下桁無効フラグＦが「Ｆ＝１」に切換わったときには、相対変位量Ｘ３の算出値が無効となる可能性が高く、最下桁（０．１μｍのオーダ）の表示精度を確保できない場合がある。そこで、このような場合には、表示器１１によりディジタル表示可能な計測値としての相対変位量Ｘｒを、前記数１２式によるＸｒ＝Ｘ１＋Ｘ２として算出することができる。

次に、本実施の形態による表示制御装置１２の表示制御処理について、測定対象物１００の計測値を一例として示した場合を説明する。

例えば、図５中に示す計測値は、相対変位量Ｘｓが「１１.３３…μｍ」である場合を示し、測定対象物１００の計測値は、図５中に実線で示す縦方向の直線３３の位置となっている。この場合、２値信号ＬA ，ＬB の立上がり、立下がりによりカウンタ１６は、計数値Ｃｎ＝５となり、この計数値Ｃｎは、２．０μｍ毎に歩進されるため、前記数３式による第１の相対変位量Ｘ１は、Ｘ１＝１０μｍとして算出される。

また、測定対象物１００の計測値は、図５中の直線３３の位置となり、ディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号値は、ＶAD＞０，ＶBD＜０，ＶAD≦−ＶBDであることから、これらの条件を満たす位相情報の区間は「♯４」として示され、図９中では区間「３／８Ｌ≦Ｘｏ＜４／８Ｌ」となっている。これにより、図９に示すテーブル３１からも、第１の変位補正値である第２の相対変位量Ｘ２は、Ｘ２＝１μｍとして算出される。

測定対象物１００の計測値（図５中の直線３３）の位置では、前記数４，５式によるディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号値は、振幅値Ｋｄを、Ｋｄ＝５１１とすると、ＶAD＝２５５、ＶBD＝−４４２となる。そして、前記数８式により比率Ｒａは、｜ＶBD｜÷｜ＶAD｜＝１．７３３３として算出される。また、位相情報の区間は「♯４」として示され、図１０中では区間は「３／８Ｌ≦Ｘｏ＜４／８Ｌ」となっている。

これにより、図１０に示す演算テーブル３２から、比率Ｒａが「１．７３３３」で、区間が「３／８Ｌ≦Ｘｏ＜４／８Ｌ」となる参照値を、「１．３３」として求め、この参照値「１．３３」から第３の相対変位量Ｘ３を、Ｘ３＝１．３μｍとして算出することができる。そして、最下桁無効フラグＦが、Ｆ＝０のときには、表示器１１でディジタル表示可能な計測値としての相対変位量Ｘｒを、前記数１１式によるＸｒ＝Ｘ１＋Ｘ３、即ちＸｒ＝１１．３μｍとして算出することができる。そして、この場合の表示器１１によるディジタル表示は、前記相対変位量Ｘｒによる「１１．３μｍ」、または「０．０１１３ｍｍ」として表示することができる。

一方、最下桁無効フラグＦが「Ｆ＝１」に切換わるような場合には、表示器１１によりディジタル表示可能な計測値としての相対変位量Ｘｒを、前記数１２式によるＸｒ＝Ｘ１＋Ｘ２、即ち、Ｘｒ＝１１．０μｍとして算出することができる。そして、この場合の表示器１１によるディジタル表示は、前記相対変位量Ｘｒによる「１１． μｍ」、または「０．０１１ ｍｍ」として、最下桁が無効であるアンダーバー表示とすることができる。

また、本実施の形態では、例えば入力信号である検出信号ＶA ，ＶB の振幅が低下した場合でも、例えば１２ビットのＡ／Ｄ変換器１９Ａ，１９Ｂを使用することで、十分な精度の取り込みを行うことができ、プログラムによる補間を用いることで、複数の入力点から位相の計算を行うことができるため、経年変化などによる光学式ディジタルスケール１の検出信号ＶA ，ＶB の振幅変化に強いという特徴がある。

かくして、本実施の形態によれば、光学式ディジタルスケール１を用いて測定対象物１００の計測を行うことにより、測定対象物１００の計測値をカウンタ計数値として取出し、前記数３式による第１の相対変位量Ｘ１を算出することができる。また、位相・補正値算出部２１は、２つのディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号値の大小比較を行うことにより前記信号波形の一周期内での位相情報（区間♯１〜♯８）と、該区間♯１〜♯８に基づいた第１の変位補正値（即ち、第２の相対変位量Ｘ２）とを算出することができる。

変位補正値算出部２２は、２つのディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号値を比較して両信号値の比率Ｒａを演算し、当該信号値の比率Ｒａと前記位相情報（区間♯１〜♯８）とに基づいて前記第１の変位補正値よりも微細で、例えば０．１μｍのオーダで検出精度を確保できるようにした第２の変位補正値（即ち、第３の相対変位量Ｘ３）を算出することができる。

換言すると、第３の相対変位量Ｘ３は、０．１μｍのオーダで検出精度を確保できるようにするため、格子ピッチの長さＬ（Ｌ＝８μｍ）に対し、Ｌ／８０を最小単位とするように設定されている。そして、計測値表示処理部２３は、カウンタ１６による入力周波数ｆが判定周波数（即ち、判定値ｆａ）を越えるか否かにより、カウンタ１６の計数値Ｃｎ（即ち、第１の相対変位量Ｘ１）に対して第２，第３の相対変位量Ｘ２，Ｘ３を選択的に加算し、その合計値に従って表示器１１における計測値の表示処理を行うことができる。

この場合、計測値表示処理部２３は、入力周波数ｆが零以上で判定値ｆａ以下のときに、カウンタ１６による第１の相対変位量Ｘ１と第３の相対変位量Ｘ３との合計値に従って、ディジタル表示可能な計測値としての相対変位量Ｘｒ（Ｘｒ＝Ｘ１＋Ｘ３）を表示器１１により表示することができる。一方、入力周波数ｆが判定値ｆａを越えたときには、カウンタ１６による第１の相対変位量Ｘ１と第２の相対変位量Ｘ２との合計値に従って、計測値としての相対変位量Ｘｒ（Ｘｒ＝Ｘ１＋Ｘ２）を表示器１１により表示することができる。

このように、計測値表示処理部２３は、入力周波数ｆが判定値ｆａを越えたときにカウンタ１６の計数値Ｃｎによる第１の相対変位量Ｘ１と第２の相対変位量Ｘ２（第１の変位補正値）との合計値に従って計測値の表示処理を行うことにより、表示器１１における計測値の表示を、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁の表示を数値ではない表示、一例としては最下桁をアンダーバー表示に切り替えることができ、ディジタルスケール１の使用者に対して小数点以下の計測値は不確定であることを知らせることができる。

なお、前記実施の形態では、入力周波数ｆが所定の判定値ｆａを越えるようなときに、表示器１１における計測値の表示のうち、その最下桁をアンダーバー表示にする場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁を非表示となるように切り替えてよく、数値以外の表示を行う構成としてもよい。これにより、ディジタルスケール１の使用者に対して小数点以下の計測値が不確定であることを積極的に知らせることができる。

また、判定周波数としての判定値ｆａを、例えば１２５０Ｈｚとした場合を例に挙げて説明したが、判定周波数はこれに限るものではなく、あくまでも変位補正値算出部２２の演算処理速度等に応じて、判定周波数を適宜に変更する構成としてもよいものである。

一方、前記実施の形態では、位相・補正値算出部２１により８個の区間♯１〜♯８（図５、図９参照）を位相情報として設定する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばディジタル信号ＶAD，ＶBDの信号波形の一周期（格子ピッチの長さＬ＝ａμｍ：但し，ａは正の整数）に対し、ａ個の区間を位相情報として設定する構成としてもよい。

また、前記実施の形態では、変位補正値算出部２２により算出される相対変位量Ｘ３の演算ないし検出精度を、変化速度０．０１ｍ／sec以下の場合に「格子ピッチの長さＬの１／８０」と構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えばＣＰＵの処理速度に応じて図９のテーブルの数値精度を向上したり、より高い変化速度に追従できる構成としてもよいものである。

また、前記実施の形態では、予め計算しておいた演算テーブル３２を用いて変位補正値算出部２２により相対変位量Ｘ３を算出する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えばハードウェア乗除算器により、三角関数の級数展開法等の手段を用いて第２の変位補正値としての相対変位量Ｘ３を算出する方法を採用してもよいものである。

さらに、前記実施の形態では、位相・補正値算出部２１により、信号波形の一周期内での位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値（第２の相対変位量Ｘ２）とを算出する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１の変位補正値（第２の相対変位量Ｘ２）を算出することなく、位相情報のみを算出する位相算出部を、位相・補正値算出部２１に代えて設ける構成とすることもできる。この場合には、変位補正値算出部２２により算出した変位補正値（第３の相対変位量Ｘ３）を、前記数１１式のようにカウンタ１６による第１の相対変位量Ｘ１と加算して相対変位量Ｘｒを算出し、表示処理部（即ち、測定値表示処理部）は相対変位量Ｘｒを表示器によりディジタル表示させる構成としてもよい。

さらにまた、前記実施の形態では、光学式ディジタルスケール１を用いた測定対象物の計測作業場所に近い位置に、目視が可能な表示器１１を配置する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られるものでなく、例えば計測結果のデータを有線または無線通信により外部の遠隔地に設けられたパソコン（情報端末）等に送信する構成とすることもできる。一例として、計測器で一般的に用いられているＢＣＤコードを使った場合は、「０」〜「９」の範囲の数字のみ用いることができる。このため、測定結果に、最下桁無効フラグＦを示す数値を追加する構成としても良い。例えば、測定結果を表す相対変位量Ｘｒ＝０．０１１３ｍｍに対して、最下桁無効フラグＦが「Ｆ＝１」の場合には、ＢＣＤコード「“００”−“１１”−“０１”」を送信し、最下桁無効フラグＦが「Ｆ＝０」の場合には、ＢＣＤコード「“００”−“１１”−“３０”」を送信する。これにより、光学式ディジタルスケールによる測定対象物の計測結果を、遠隔操作によって情報端末等の表示器で表示処理することができる。

１ ディジタルスケール
４ スピンドル（計測部）
５ 信号発生装置
１０Ａ，１０Ｂ 特性線（検出信号の特性線）
１１ 表示器
１２ 表示制御装置
１６ カウンタ
１９Ａ，１９Ｂ Ａ／Ｄ変換器
２０Ａ，２０Ｂ 波形整形部
２１ 位相・補正値算出部
２２ 変位補正値算出部
２３ 計測値表示処理部
２８Ａ，２８Ｂ 特性線（２値信号の特性線）
２９Ａ，２９Ｂ 特性線（ディジタル信号の特性線）
３１ テーブル
３２ 演算テーブル
１００ 測定対象物
Ｃｎ 計数値
ｆ 入力周波数
ｆａ 判定値（判定周波数）
Ｌ 格子ピッチの長さ（位相ピッチ）
ＶA ，ＶB 検出信号
ＶAD，ＶBD ディジタル信号
Ｘ１ 第１の相対変位量
Ｘ２ 第２の相対変位量（第１の変位補正値）
Ｘ３ 第３の相対変位量（第２の変位補正値）
Ｘｒ 相対変位量（合計値）
Ｘｓ 相対変位量（真の相対変位量）
♯１〜♯８ 区間（位相情報）

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記計測部の変位に従って位相が１／４ピッチずれた２つの検出信号を発生させる信号発生装置と、該信号発生装置からの各検出信号に対し夫々の信号波形の変化に基づいてカウントアップ動作とカウントダウン動作を行うことにより前記測定対象物の計測値をカウンタ計数値として出力するカウンタと、前記カウンタと並列して動作し、前記各検出信号の波形をディジタル波形にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換された２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）の中心電圧と振幅を一致させるように波形整形を行う波形整形部と、波形整形された前記２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）から前記信号波形の一周期内で８個の区間（♯１〜♯８）の位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値（Ｘ２）とを算出する位相・補正値算出部と、波形整形された前記２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）の信号値を絶対値（｜ＶAD｜，｜ＶBD｜）で比較して両信号値の比率を演算し、前記絶対値（｜ＶAD｜，｜ＶBD｜）が（｜ＶAD｜≧｜ＶBD｜）のときには、前記位相情報と前記絶対値（｜ＶAD｜，｜ＶBD｜）の比率（｜ＶAD｜／｜ＶBD｜）とに基づいて前記第１の変位補正値（Ｘ２）よりも微細な第２の変位補正値（Ｘ３）を算出し、前記絶対値（｜ＶAD｜，｜ＶBD｜）が（｜ＶAD｜＜｜ＶBD｜）のときには、前記位相情報と前記絶対値（｜ＶAD｜，｜ＶBD｜）の比率（｜ＶBD｜／｜ＶAD｜）とに基づいて前記第１の変位補正値（Ｘ２）よりも微細な第２の変位補正値（Ｘ３）を算出する変位補正値算出部と、前記カウンタによる単位時間当たりのカウンタ計数値から前記各検出信号の入力周波数を算出し、この入力周波数の周波数範囲に基づいて前記表示器における計測値の表示処理を行う計測値表示処理部とを備え、該計測値表示処理部は、前記入力周波数が予め決められた判定周波数を越えるか否かにより、前記カウンタの計数値に基づいた変位量（Ｘ１）に対して前記第１の変位補正値（Ｘ２），第２の変位補正値（Ｘ３）を選択的に加算し、その合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行う構成としたことにある。

請求項２の発明が採用する構成の特徴は、前記計測部の変位に従って位相が１／４ピッチずれた２つの検出信号を発生させる信号発生装置と、該信号発生装置からの各検出信号に対し夫々の信号波形の変化に基づいてカウントアップ動作とカウントダウン動作を行うことにより前記測定対象物の計測値をカウンタ計数値として出力するカウンタと、前記カウンタと並列して動作し、前記各検出信号の波形をディジタル波形にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換された２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）の中心電圧と振幅を一致させるように波形整形を行う波形整形部と、波形整形された前記２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）から前記信号波形の一周期内での位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値（Ｘ２）とを算出する位相・補正値算出部と、波形整形された前記２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）の信号値を比較演算し、前記第１の変位補正値（Ｘ２）よりも微細な第２の変位補正値（Ｘ３）を算出する変位補正値算出部と、前記カウンタによる単位時間当たりのカウンタ計数値から前記各検出信号の入力周波数を算出し、この入力周波数の周波数範囲に基づいて前記表示器における計測値の表示処理を行う計測値表示処理部とを備え、該計測値表示処理部は、前記入力周波数が零以上で、予め決められた判定周波数以下のときには、前記変位補正値算出部で前記第２の変位補正値（Ｘ３）を算出することにより、前記カウンタの計数値に基づいた変位量（Ｘ１）に対し前記第２の変位補正値（Ｘ３）を加算した合計値（Ｘ１＋Ｘ３）に従って前記表示器における計測値の表示処理を行い、前記入力周波数が前記判定周波数を越えたときには、前記変位補正値算出部で前記第２の変位補正値（Ｘ３）の算出を行うことなく、前記カウンタの計数値に基づいた前記変位量（Ｘ１）に対し前記第１の変位補正値（Ｘ２）を加算した合計値（Ｘ１＋Ｘ２）に従って前記表示器における計測値の表示処理を行う構成としている。

請求項３の発明によると、前記位相・補正値算出部は、波形整形された前記２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）の信号値の大小比較を行うことにより前記位相情報と前記第１の変位補正値（Ｘ２）とを算出する構成としている。

請求項４の発明によると、前記計測値表示処理部は、前記入力周波数が零以上で、前記判定周波数以下のときに、前記カウンタの計数値に基づいた前記変位量（Ｘ１）と前記第２の変位補正値との合計値（Ｘ１＋Ｘ３）に従って前記表示器における計測値の表示処理を行い、前記入力周波数が前記判定周波数を越えたときには、前記カウンタの計数値に基づいた前記変位量（Ｘ１）と前記第１の変位補正値（Ｘ２）との合計値（Ｘ１＋Ｘ２）に従って前記表示器における計測値の表示処理を行う構成としている。

請求項１の発明は、光学式ディジタルスケールを用いて測定対象物の計測を行うことにより、前記測定対象物の計測値をカウンタ計数値として取出し、この上で、位相・補正値算出部は、２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）から信号波形の一周期内で８個の区間（♯１〜♯８）の位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値（Ｘ２）とを算出することができる。変位補正値算出部は、前記２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）の信号値を絶対値（｜ＶAD｜，｜ＶBD｜）で比較して両信号値の比率を演算し、前記位相情報と前記絶対値（｜ＶAD｜，｜ＶBD｜）の比率（｜ＶAD｜／｜ＶBD｜）または比率（｜ＶBD｜／｜ＶAD｜）とに基づいて前記第１の変位補正値（Ｘ２）よりも微細な値（例えば、μｍオーダに対して小数点以下となる最下桁を含んだ数値）である第２の変位補正値（Ｘ３）を算出することができる。そして、計測値表示処理部は、カウンタによる入力周波数が判定周波数を越えるか否かにより、前記カウンタの計数値に基づいた変位量（Ｘ１）に対して前記第１の変位補正値（Ｘ２），第２の変位補正値（Ｘ３）を選択的に加算し、その合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行うことができる。前記第２の変位補正値（Ｘ３）は、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁を含んだ補正値として、計測値表示処理部によりカウンタの計数値に基づいた前記変位量（Ｘ１）に対して加算処理され、測定対象物の計測値を補正することができる。

請求項２の発明は、光学式ディジタルスケールを用いて測定対象物の計測を行うことにより、前記測定対象物の計測値をカウンタ計数値として取出し、この上で、位相・補正値算出部は、２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）から信号波形の一周期内での位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値（Ｘ２）とを算出することができる。変位補正値算出部は、前記２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）の信号値を比較演算し、前記第１の変位補正値（Ｘ２）よりも微細な値（例えば、μｍオーダに対して小数点以下となる最下桁を含んだ数値）である第２の変位補正値（Ｘ３）を算出することができる。そして、計測値表示処理部は、カウンタによる入力周波数が零以上で判定周波数以下のときに、カウンタの計数値に基づいた変位量（Ｘ１）と第２の変位補正値（Ｘ３）との合計値（Ｘ１＋Ｘ３）に従って表示器における計測値の表示処理を行うことができ、前記入力周波数が判定周波数を越えたときには、前記カウンタの計数値に基づいた変位量（Ｘ１）と前記第１の変位補正値（Ｘ２）との合計値（Ｘ１＋Ｘ２）に従って前記表示器における計測値の表示処理を行うことができる。

請求項３の発明によると、位相・補正値算出部は、２つのディジタル信号（ＶAD，ＶBD）の信号値の大小比較を行うことにより信号波形の一周期内での位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値（Ｘ２）とを算出することができる。第１の変位補正値（Ｘ２）は、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁を含まない補正値として、計測値表示処理部によりカウンタの計数値に基づいた前記変位量（Ｘ１）に対して加算処理され、測定対象物の計測値を補正することができる。

請求項４の発明によると、計測値表示処理部は、入力周波数が零以上で判定周波数以下のときに、カウンタの計数値に基づいた変位量（Ｘ１）と第２の変位補正値（Ｘ３）との合計値（Ｘ１＋Ｘ３）に従って表示器における計測値の表示処理を行うことができ、前記入力周波数が判定周波数を越えたときには、前記カウンタの計数値に基づいた変位量（Ｘ１）と前記第１の変位補正値（Ｘ２）との合計値（Ｘ１＋Ｘ２）に従って前記表示器における計測値の表示処理を行うことができる。

請求項５の発明によると、計測値表示処理部は、入力周波数が判定周波数を越えたときにカウンタの計数値に基づいた変位量（Ｘ１）と第１の変位補正値（Ｘ２）との合計値（Ｘ１＋Ｘ２）に従って計測値の表示処理を行うことにより、表示器における計測値の表示を、例えばμｍ（ミクロン）オーダに対して小数点以下となる最下桁の表示を数値ではない表示に切り替えることができ、ディジタルスケールの使用者に対して前記小数点以下の計測値は不確定であることを知らせることができる。

また、本発明は、第１の変位補正値（Ｘ２）と第２の変位補正値（Ｘ３）を光学式ディジタルスケールの位相ピッチに対して予め決められたピッチ以下で、０以上の範囲の値とすることができる。さらに、本発明では、第１の変位補正値（Ｘ２）と第２の変位補正値（Ｘ３）を０以上で、１／４ピッチ以下の範囲の値とすることができる。

Claims (6)

1. 変位可能な計測部を有した光学式ディジタルスケールを用いて測定対象物の計測を行い、前記計測部の変位量を前記測定対象物の計測値として表示器によりディジタル表示するディジタルスケールの表示制御装置において、
   前記計測部の変位に従って位相が１／４ピッチずれた２つの検出信号を発生させる信号発生装置と、
   該信号発生装置からの各検出信号に対し夫々の信号波形の変化に基づいてカウントアップ動作とカウントダウン動作を行うことにより前記測定対象物の計測値をカウンタ計数値として出力するカウンタと、
   前記カウンタと並列して動作し、前記各検出信号の波形をディジタル波形にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
   Ａ／Ｄ変換された２つのディジタル信号の中心電圧と振幅を一致させるように波形整形を行う波形整形部と、
   波形整形された前記２つのディジタル信号から前記信号波形の一周期内での位相情報と該位相情報に基づいた第１の変位補正値とを算出する位相・補正値算出部と、
   波形整形された前記２つのディジタル信号の信号値を比較演算し、前記第１の変位補正値よりも微細な第２の変位補正値を算出する変位補正値算出部と、
   前記カウンタによる単位時間当たりのカウンタ計数値から前記各検出信号の入力周波数を算出し、この入力周波数の周波数範囲に基づいて前記表示器における計測値の表示処理を行う計測値表示処理部とを備え、
   該計測値表示処理部は、前記入力周波数が予め決められた判定周波数を越えるか否かにより、前記カウンタの計数値に対して前記第１，第２の変位補正値を選択的に加算し、その合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行う構成としたことを特徴とするディジタルスケールの表示制御装置。
2. 前記位相・補正値算出部は、波形整形された前記２つのディジタル信号の信号値の大小比較を行うことにより前記位相情報と前記第１の変位補正値とを算出する構成としてなる請求項１に記載のディジタルスケールの表示制御装置。
3. 前記変位補正値算出部は、波形整形された前記２つのディジタル信号の信号値を比較して両信号値の比率を演算し、前記位相情報と前記信号値の比率とに基づいて前記第２の変位補正値を算出する構成としてなる請求項１または２に記載のディジタルスケールの表示制御装置。
4. 前記計測値表示処理部は、前記入力周波数が零以上で、前記判定周波数以下のときに、前記カウンタの計数値と前記第２の変位補正値との合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行い、前記入力周波数が前記判定周波数を越えたときには、前記カウンタの計数値と前記第１の変位補正値との合計値に従って前記表示器における計測値の表示処理を行う構成としてなる請求項１，２または３に記載のディジタルスケールの表示制御装置。
5. 前記計測値表示処理部は、前記入力周波数が前記判定周波数を越えたときに前記表示器における計測値の表示を、その最下桁が数値ではない表示に切り替える構成としてなる請求項１，２，３または４に記載のディジタルスケールの表示制御装置。
6. 前記計測値表示処理部は、前記入力周波数が前記判定周波数を越えたときに前記表示器における計測値の表示を、その最下桁が非表示となるように切り替える構成としてなる請求項１，２，３，４または５に記載のディジタルスケールの表示制御装置。

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