JP2016014534A - 測長器、変位量算出手段及び測長器のスケール部とパターン読取部との位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン読取部とスケールとの間の傾斜及びスケールの並び方向の偏位のそれぞれを個別に調整可能な測長器、変位量算出手段及び測長器のスケール部とパターン読取部との位置合わせ方法を提供する。
【解決手段】測長器は、パターン読取部１４−２に、パターン読取部１４−２とスケール部とのスケールの並び方向の偏位を検出する平行位置調整読取部５１、５２と、パターン読取部１４−２とスケール部との傾斜を検出する傾斜調整読取部６１、６２とを設け、それぞれスケール部とパターン読取部１４−２とのパターン方向に沿う移動によって、平行位置調整読取部５１、５２が所定のスケールを読み取り、傾斜調整読取部６１、６２が異なる２つのスケールを読み取るように配置され、平行位置調整読取部５１、５２の出力波形の形状に基づき偏位を検出し、傾斜調整読取部６１、６２の出力波形の位相に基づき傾斜を検出するように構成される。
【選択図】図８

Description

本発明は、測定対象物に当接するスピンドルを備えた接触式の測長器、その変位量算出手段及びそのスケール部とパターン読取部との位置合わせ方法に関する。

スケールが設けられた軸線方向に移動可能なスピンドルを測定対象物に当接させ、スピンドルの軸線方向に生じた基準位置からの変位をスケールに配置された光透過部を透過した光を受光するパターン読取部で読み取ることで測長する測長器が知られている。このような測長器は、変位測定器、変位検出器、ダイヤルゲージ、リニアゲージ、マイクロメータ（電気マイクロメータ）、光学式エンコーダなどとも称される。

スケールと、パターン読取部との配置を調整する方法が知られている。例えば、特許文献１には、複数の位置合せ用光透過窓を有するスケールと位置合せ光透過窓を透過した光を受光する複数の位置合せ用光電検知部を有する受光素子列を有する光学式エンコーダの位置調整方法が記載されている。特許文献１に記載される位置調整方法では、複数の位置合せ用光透過窓を透過した光をそれぞれが受光した複数の位置合せ用光電検知部の電気的出力が大きくなり且つ互いに同一の大きさとなるように、スケール又は受光素子列の位置を移動する。特許文献１に記載される位置調整方法では、パターン読取部の受光素子列の配列方向とスケールの移動方向との間の傾斜の調整と、パターン読取部の受光素子列の配列位置に対するスケールの平行位置の調整との双方に起因する位置調整を一括して調整する。

また、特許文献２には、位置情報パターンを有するスケールと、スケールの位置情報パターンを光学的に読み取って位置検出信号を出力するセンサヘッドとを備えた光学式リニアエンコーダのスケールの位置を調整する組立調整システムが記載されている。特許文献２に記載される組立調整システムは、回転方向調整手段と、調整具合表示装置とを有する。回転方向調整手段は、スケールの位置情報パターン面に対して平行な面内でセンサヘッドを回転自在に支持すると共に任意の位置で固定する。調整具合表示装置は、センサヘッドから出力される位置検出信号を入力し、当該位置検出信号の信号振幅に基づいてスケールとセンサヘッドとの位置決め調整具合を表示する。特許文献２に記載される組立調整システムでは、調整具合表示装置がセンサヘッドの位置調整具合を表示するので、調整作業者は、それらの表示を見ながらセンサヘッドの位置決め調整を行うことができる。

特開平２−１０２１８号公報 特開２００７−１２７５３０号公報 特開２００１−２９６１４５号公報

「1 トラックアブソリュートエンコーダ」大野康、松本豪、今井基勝、山崎雄二著、公益社団法人精密工学会、精密工学会誌57(8), 1369-1374, 1991-08-05 「アブソリュートエンコーダの高性能化技術」大野康、今井基勝著公益社団法人精密工学会、精密工学会誌61(3), 359-362, 1995-03-05

特許文献１に記載される位置調整方法では、パターン読取部とスケールとの間の傾斜及びスケールの並び方向の偏位を一括して調整しているため、傾斜又はスケールの並び方向の偏位の何れかの調整が適切でないのかを個別に決定することができない。また、特許文献２に記載される組立調整システムでは、パターン読取部とスケールとの間の傾斜は調整できるもののスケールの並び方向の偏位は調整することはできない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、パターン読取部とスケールとの間の傾斜及びスケールの並び方向の偏位のそれぞれを個別に調整することができる測長器を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明によれば、測長用の所定の連続的なパターンが記録された複数のスケールが並設されるスケール部と、該スケール部の各スケールを読み取る読取部が、各スケールに対応して並設されるパターン読取部とを有し、スケール部とパターン読取部とのパターン方向の位置関係の変化に応じたパターン読取部の検出情報に基づき、スケール部とパターン読取部との変位量を算出するように構成された測長器において、パターン読取部に、パターン読取部とスケール部とのスケールの並び方向の偏位を検出する平行位置調整読取部と、パターン読取部とスケール部との傾斜を検出する傾斜調整読取部とを設け、平行位置調整読取部と傾斜調整読取部とは、スケール部とパターン読取部とのパターン方向に沿う移動によって、平行位置調整読取部が所定のスケールを読み取り、傾斜調整読取部が異なる２つのスケールを読み取るように配置され、平行位置調整読取部の出力波形の形状に基づき偏位を検出し、傾斜調整読取部の出力波形の位相に基づき傾斜を検出するように構成される。

ここで、スケールが光の透過部と不透過部とが所定のパターンで連続的に配置されて構成され、パターン読取部と平行調整読取部と傾斜調整読取部が、スケール部に対して照射される光を、各スケールを介して受光する受光素子から構成される。

また、スケール部が３つのスケールを備え、各スケールは、３列のうち両側の第１スケールと第２スケールとが、透過部と不透過部とが互いに反転する同一パターンを有し、第１スケールと第２スケールとの間の第３スケールが、透過部と不透過部とが交互に配置されたパターンを有し、傾斜調整読取部は、第１スケール及び第２スケールに対応して設けられてもよい。

また、平行位置調整読取部は、第１スケールを読み取るように配置された複数の受光素子からなる第１受光列と第３スケールを読み取るように配置された複数の受光素子からなる第３受光列との間、及び第２スケールを読み取るように配置された複数の受光素子からなる第２受光列と第３受光列との間にそれぞれ配置されてもよい

また、平行位置調整受光部は、互いに電気的に接続された複数の受光素子にできる。

また、傾斜調整受光部は、第１受光列及び第２受光列に含まれる受光素子が兼用することができる。

さらに、本発明によれば、測長用の所定の連続的なパターンが記録された複数のスケールが並設されるスケール部に対して、各スケールを読み取る読取部が、各スケールに対応して並設されるパターン読取部を備え、該パターン読取部のスケール部に対するパターン方向の位置関係の変化に応じたパターン読取部の検出情報に基づき、スケール部とパターン読取部との変位量を算出する変位量算出手段において、パターン読取部に、パターン読取部とスケール部とのスケールの並び方向の偏位を検出する平行位置調整読取部と、パターン読取部とスケール部との傾斜を検出する傾斜調整読取部とを設け、平行位置調整読取部と傾斜調整読取部とは、スケール部とパターン読取部とのパターン方向に沿う移動によって、平行位置調整読取部が所定のスケールを読み取り、傾斜調整読取部が異なる２つのスケールを読み取るように各々配置され、平行位置調整読取部が、偏位に応じた形状の波形出力を行い、傾斜調整読取部が、傾斜に応じた位相で所定形状の波形出力を行う。

さらに、本発明によれば、測長用の所定の連続的なパターンが記録された複数のスケールが並設されるスケール部と、該スケール部の各スケールを読み取る読取部が、各スケールに対応して並設されるパターン読取部とを有し、スケール部とパターン読取部とのパターン方向の位置関係の変化に応じたパターン読取部の検出情報に基づき、スケール部とパターン読取部との変位量を算出するように構成された測長器のスケール部とパターン読取部との位置合わせ方法において、パターン読取部に、パターン読取部とスケール部とのスケールの並び方向の偏位を検出する平行位置調整読取部と、パターン読取部とスケール部との傾斜を検出する傾斜調整読取部とを設け、平行位置調整読取部と傾斜調整読取部とを、スケール部とパターン読取部とのパターン方向に沿う移動によって、平行位置調整読取部が所定のスケールを読み取り、傾斜調整読取部が異なる２つのスケールを読み取るように配置し、スケール部とパターン読取部とをパターン方向に沿うように移動させ、傾斜調整読取部の各スケールに対する出力波形が予め定められた所定の位相で出力されるようにスケール部とパターン読取部とを相対的に傾斜調整する。

さらに、本発明によれば、測長用の所定の連続的なパターンが記録された複数のスケールが並設されるスケール部と、該スケール部の各スケールを読み取る読取部が、各スケールに対応して並設されるパターン読取部とを有し、スケール部とパターン読取部とのパターン方向の位置関係の変化に応じたパターン読取部の検出情報に基づき、スケール部とパターン読取部との変位量を算出するように構成された測長器のスケール部とパターン読取部との位置合わせ方法において、パターン読取部に、パターン読取部とスケール部とのスケールの並び方向の偏位を検出する平行位置調整読取部と、パターン読取部とスケール部との傾斜を検出する傾斜調整読取部とを設け、平行位置調整読取部と傾斜調整読取部とを、スケール部とパターン読取部とのパターン方向に沿う移動によって、平行位置調整読取部が所定のスケールを読み取り、傾斜調整読取部が異なる２つのスケールを読み取るように配置し、スケール部とパターン読取部とをパターン方向に沿うように移動させ、平行位置調整読取部が、対応するスケールのみを読み取った形状の波形出力を行うように、スケール部とパターン読取部とを相対的に平行位置調整する。

本発明によれば、パターン読取部のスケールに対する傾斜及びスケールの並び方向の偏位のそれぞれを容易に調整することができる測長器を実現することができる。すなわち、本発明によれば、傾斜調整読取部が異なる２つのスケールを読み取り、傾斜調整読取部の出力波形の位相に基づき傾斜を検出する。また、本発明によれば、平行位置調整読取部が所定の前記スケールを読み取り、平行位置調整読取部の出力波形の形状に基づき前記偏位を検出する本発明によれば、パターン読取部のスケールに対する傾斜及びスケールの並び方向の偏位のそれぞれを容易に調整することができるので、パターン読取部とスケール部との間の位置合わせが容易になる。

本発明の実施例による測長器の軸線方向の断面図である。 本発明の実施例による測長器の半径方向の断面図である。 本発明の実施例による測長器におけるスピンドルを示す上面図である。 本発明の実施例による測長器の側面図である。 本発明の実施例による測長器の斜視図（その１）である。 本発明の実施例による測長器の斜視図（その２）である。 本発明の実施例によるスケール部の拡大平面図である。 本発明の実施例によるパターン読取部の平面概略図である。 発明の実施例による測長器のスケール部とパターン読取部との位置合わせをする位置合わせシステムのブロック図である。 発明の実施例による測長器のスケール部とパターン読取部とを平行位置調整する方法を示すフローチャートである。 （ａ）は発明の実施例による測長器のスケール部とパターン読取部との平行位置が不一致の場合の平面図であり、（ｂ）は発明の実施例による測長器のスケール部とパターン読取部との平行位置が一致している場合の平面図である。 発明の実施例による表示装置の表示部に表示される波形の一例を示す図である。 発明の実施例による測長器のスケール部とパターン読取部とを傾斜調整する方法を示すフローチャートである。 （ａ）は発明の実施例による測長器のスケール部とパターン読取部とが傾斜している場合の平面図であり、（ｂ）は発明の実施例による測長器のスケール部とパターン読取部とが傾斜していない場合の平面図である。 発明の実施例による表示装置の表示部に表示される波形の他の例を示す図である。

図１は、本発明の実施例による測長器の軸線方向の断面図であり、図２は、本発明の実施例による測長器の半径方向の断面図であり、図３は、本発明の実施例による測長器におけるスピンドルを示す上面図であり、図４は、本発明の実施例による測長器の側面図であり、図５及び図６は、本発明の実施例による測長器の斜視図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味する。

本発明の実施例による測長器１は、スピンドル１１と、軸受１２と、スケール部１３と、スケール読取部１４と、測定子１５と、バネ１６と、回転防止手段１７と、を備える。

スピンドル１１は、摺動軸１１−１と測定子軸１１−２とからなり、摺動軸１１−１が、軸線方向に離間した２つの軸受１２によって本体ケース３０に軸線方向に摺動可能に支持されている。摺動軸１１−１の先端に測定子軸１１−２の基端部が固定されている。摺動軸１１−１及び測定子軸１１−２は、半径方向に沿った断面は略円形状である。

本体ケース３０の先端側（図１において右向き）にはキャップ１８が設けられている。キャップ１８によって測定子軸１１−２の基端部側（図１において左向き）が覆われている。

摺動軸１１−１の両軸受１２の間には、摺動軸１１−１の外周面に対して半径方向に凹んだ凹部２２と、凹部２２の底面からスピンドル１１の半径方向へ貫通した開口部２１と、が形成される。凹部２２は、摺動軸１１−１の外周面の一部を平面状に切り欠き加工することによって形成される。

測定子１５は、スピンドル１１の測定子軸１１−２の先端に設けられ、測定対象物に当接する。

スケール部１３は、スケールが形成されたガラス板状の光透過型スケールとして構成している。スケール部１３は、摺動軸１１−１の外周面から突出せず且つ開口部２１を塞ぐように、凹部２２内に設置される。したがって、スケール部１３は摺動軸１１−１の外周面から半径方向外側に突出しない。

スケール読取部１４は、スケール部１３に向けて光を照射するＬＥＤなどの発光素子１４−１と、スケール部１３を間に挟むように発光素子１４−１と対向し、スケール部１３を透過した光を受光するパターン読取部１４−２とを備える。発光素子１４−１及びパターン読取部１４−２は本体ケース３０側に固定されている。パターン読取部１４−２は傾斜及び平行位置が調整可能に装着されている。発光素子１４−１から発せられた光は、開口部２１を通ってスケール部１３を透過した後、パターン読取部１４−２に到達してパターン読取部１４−２により受光される。スケール読取部１４は、パターン読取部１４−２が受光した光を用いて、スケール部１３に描かれたスケールを読み取り、外部計算装置（図示せず）へ出力する。スピンドル１１が軸線方向に摺動すると、スケール部１３もスピンドル１１と一体に移動するので、スケール読取部１４が読み取るスケールが変化する。外部計算装置は、スケール読取部１４から得られたスケールの変化情報を用いて、スピンドル１１の軸線方向の変位を算出する。

パターン読取部１４−２は、本体ケース３０を構成する筒体３０−１の未装着の状態で、平行位置及び傾斜を調整することができる。一例では、パターン読取部１４−２の位置及び方向は、パターン読取部１４−２を固定しているボルト等を緩めることによって、手動で調整することができる。また、パターン読取部１４−２の位置及び方向を、マイクロメータヘッドなどを搭載した微調整治具（不図示）等で調整するように構成することもできる。

バネ１６は、摺動軸１１−１の基端部側（図１において左向き）と本体ケース３０との間に、スピンドル１１を先端側（図１において右向き）に摺動する方向に付勢するように設けられている。スピンドル１１の基端部側への摺動は、バネ１６の付勢力に抗して弾力的に行われる。

回転防止手段１７は、摺動軸１１−１上に設けられる回り止めピン１７−１と、本体ケース３０上に設けられる回り止めガイド１７−２とで構成される。回り止めピン１７−１は、摺動軸１１−１の半径方向外向きに、本体ケース３０から突出する。回り止めガイド１７−２は、回り止めピン１７−１が貫通できるよう設けられた本体ケース上の開口溝の両側に設けられ、回り止めピン１７−１が挿入されるスリットを形成し、回り止めピン１７−１の軸方向への移動を許容し、半径方向には動かないようガイドする。これにより、スピンドル１１は半径方向への回転が規制され、軸線方向への移動が許容される。

上述した構成を有する測長器１において、測定子１５に測定対象物が当接すると、スピンドル１１が測定対象物に追従して摺動し、スケール部１３がスピンドル１１と一体的に移動し、このときのスケールをスケール読取部１４で読み取る。スケール部１３もスピンドル１１と一体に移動するので、スケール読取部１４が読み取るスケールが変化する。スケール読取部１４から得られたスケールの変化情報を用いて、スピンドル１１の軸線方向の変位を算出し、測定対象物の長さを計測することができる。

図７は、スケール部１３の拡大平面図である。図７において矢印はスピンドル１１の軸方向を示す。

スケール部１３は、それぞれが光の透過部と不透過部とが所定のパターンで連続的に配置される第１スケール３１、第２スケール３２及び第３スケール３３が並設される。図７において、光の透過部は白地で示され、光の不透過部は砂地で示される。第１スケール３１、第２スケール３２及び第３スケール３３のそれぞれは、それぞれが有するパターンが延伸するパターン方向と、スケール部１３を固定するスピンドル１１の軸方向とが一致するように形成されている。

第１スケール３１は１０次のＭ系列符号のポジティブパターンが形成され、第２スケール３２は１０次のＭ系列符号のネガティブパターンが形成される。第１スケール３１及び第２スケール３２のそれぞれが１０次のＭ系列符号のポジティブパターン及びネガティブパターンを有するので、第１スケール３１と第２スケール３２とは透過部と不透過部とが互いに反転する同一パターンを有することになる。第１スケール３１及び第２スケール３２は、アブソリュートスケールである。

第３スケール３３は、透過部と不透過部とが交互に配置されたパターンを有するインクリメンタルスケールである。

図８は、パターン読取部１４−２の平面概略図である。

パターン読取部１４−２は、スケール部１３に対して発光素子１４−１から照射される光を、第１スケール３１、第２スケール３２及び第３スケール３３の透過部を介して受光する受光部が、各スケールに対応して並設される。パターン読取部１４−２は、第１受光列４１と、第２受光列４２と、第３受光列４３と、第１平行位置調整受光部５１と、第２平行位置調整受光部５２と、第１傾斜調整受光部６１と、第２傾斜調整受光部６２とを有する。

第１受光列４１は、スケール部１３の第１スケール３１を読み取るように配置され且つ互いに同一の平面形状を有するＮ個の受光素子４１−１〜４１−Ｎからなる。受光素子４１−１〜４１−Ｎのそれぞれは、第１受光列４１〜第３受光列４３の並び方向に長手方向が延伸する略長方形状の平面形状を有する。第２受光列４２は、スケール部１３の第２スケール３２を読み取るように配置され且つ互いに同一の平面形状を有するＮ個の受光素子４２−１〜４２−Ｎからなる。受光素子４２−１〜４２−Ｎのそれぞれは、受光素子４１−１〜４１−Ｎと同一の平面形状を有し、第１受光列４１の受光素子４１−１〜４１−Ｎのそれぞれから第１受光列４１〜第３受光列４３の並び方向に離隔して配置される。第３受光列４３は、第１受光列４１と第２受光列４２との間にスケール部１３の第３スケール３３を読み取るようにそれぞれ配置され且つ互いに同一の平面形状を有するＭ個の受光素子４３−１〜４３−Ｍからなる。Ｍ個の受光素子４３−１〜４３−Ｍのそれぞれは、第１受光列４１〜第３受光列４３の並び方向に長手方向が延伸する略長方形状の平面形状を有する。第１受光列４１の受光素子４１−１〜４１−Ｎ、第２受光列４２の受光素子４２−１〜４２−Ｎ及び第３受光列４３の受光素子４３−１〜４３−Ｍのそれぞれは、受光した光を示す受光信号を出力する。

第１平行位置調整受光部５１は、第１受光列４１と第３受光列４３との間にそれぞれ配置され、互いに同一の平面形状を有するＰ個の受光素子５１−１〜５１−Ｐからなる。受光素子５１−１〜５１−Ｐのそれぞれは、略方形状の平面形状を有し、受光素子５１−１〜５１−Ｐは、第３スケール３３用の受光素子４３−１〜４３−Ｍの配列方向と配列方向が平行になるように第３受光列４３に近接して配置される。第１平行位置調整受光部５１の受光素子５１−１〜５１−Ｐのそれぞれは、受光した光を示す受光信号を出力端子から出力する。ただし本実施形態において各受光素子５１−１〜５１−Ｐは、互いに電気的に接続されている。

第２平行位置調整受光部５２は、第２受光列４２と第３受光列４３との間にそれぞれ配置され、互いに同一の平面形状を有するＰ個の受光素子５２−１〜５２−Ｐからなる。Ｐ個の受光素子５２−１〜５２−Ｐのそれぞれは、第１平行位置調整受光部５１の受光素子５１−１〜５１−Ｐと同様に、略方形状の平面形状を有する。受光素子５２−１〜５２−Ｐは、受光素子５１−１〜５１−Ｐと同様に、第３スケール３３用の受光素子４３−１〜４３−Ｍの配列方向と配列方向が平行になるように第３受光列４３に近接して配置される。第２平行位置調整受光部５２の受光素子５２−１〜５２−Ｐのそれぞれは、受光した光を示す受光信号を出力端子から出力する。ただし本実施形態において各受光素子５２−１〜５２−Ｐは、互いに電気的に接続されている。

第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２は、スケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が適切に調整されている場合、スケール部１３の第３スケール３３を読み出す。第３スケール３３は透明部と不透明部とが交互に配置されるため、平行位置が適切に調整されている場合にスケール部１３をパターン方向に移動すると、第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２は、第３スケール３３のみを読み出して「１」と「０」とを示す受光信号を順次出力する。

一方、第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２は、スケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が適切に調整されていない場合、すなわちスケールの並び方向に偏位している場合、スケール部１３をパターン方向に移動すると、スケール部１３の第３スケール３３と共に第１スケール３１又は第２スケールを読み出す。第１スケール３１及び第２スケールのそれぞれは、１０次のＭ系列符号のアブソリュートスケールであるため、第３スケールに対してランダムな配列を有する。第１平行位置調整受光部５１又は第２平行位置調整受光部５２のそれぞれの受光素子は、スケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が適切に調整されていない場合、第１スケール３１及び第２スケール３２に応じた受光信号と、第３スケール３３に応じた受光信号とが重なり合い、「１」と「０」とが交互に出力される第３スケールの受光信号に対して波形が崩れた中間レベルの信号を出力する。

第１傾斜調整受光部６１は、２つの受光素子６１−１及び６１−２を有する。受光素子６１−１は、第１受光列４１の端部に位置する受光素子４１−１に隣接して互いの長手方向が平行になるように配置される。受光素子６１−２は、受光素子６１−１に隣接して互いの長手方向が平行になるように配置される。受光素子６１−１及び６１−２のそれぞれは、第１受光列４１の受光素子４１−１〜４１−Ｎと同一の平面形状を有する。受光素子６１−１及び６１−２のそれぞれは、受光した光を示す受光信号を出力端子から出力する。ただし本実施形態において 第１傾斜調整受光部６１の受光素子６１−１及び６１−２は互いに電気的に接続されている。

第２傾斜調整受光部６２は、２つの受光素子６２−１及び６２−２を有する。受光素子６２−１は、第１傾斜調整受光部６１の受光素子６１−１から第１受光列４１〜第３受光列４３の並び方向に離間し且つ第２受光列４２の端部に位置する受光素子４２−１に隣接して互いの長手方向が平行になるように配置される。受光素子６２−２は、第１傾斜調整受光部６１の受光素子６１−２から第１受光列４１〜第３受光列４３の並び方向に離間し且つ受光素子６２−１に隣接して互いの長手方向が平行になるように配置される。受光素子６２−１及び６２−２のそれぞれは、第２受光列４２の受光素子４２−１〜４２−Ｎと同一の平面形状を有する。受光素子６２−１及び６２−２のそれぞれは、受光した光を示す受光信号を出力端子から出力する。ただし本実施形態において 第２傾斜調整受光部６２の受光素子６２−１及び６２−２は互いに電気的に接続されている。

第１傾斜調整受光部６１は第１スケール３１のパターンを読み出し、第２傾斜調整受光部６２は第２スケール３２のパターンを読み出す。また、第１傾斜調整受光部６１及び第２傾斜調整受光部６２は、第１受光列４１〜第３受光列４３の並び方向に互いに離間して配置される。したがって、第１傾斜調整受光部６１及び第２傾斜調整受光部６２は、スケール部１３とパターン読取部１４−２とが傾斜しないように調整されている場合、スケール部１３をパターン方向に移動すると、第１スケール３１と第２スケール３２とが、互いに透過部と不透過部とが反転する同一パターンを有するため、同位相の反転したパターン（互いに１８０度位相が反転したパターン）を読み出す。

一方、第１傾斜調整受光部６１及び第２傾斜調整受光部６２は、スケール部１３とパターン読取部１４−２とが傾斜して配置されている場合、反転した同じパターンを、１８０度とは異なるように、つまり前記同位相の反転したパターンとは異なるように位相が相違した状態で読み出す。

図９は、測長器１のスケール部１３とパターン読取部１４−２との位置合わせをする位置合わせシステムのブロック図である。

位置合わせシステム１０１は、測長器１に対して、測長器１のスケール部１３とパターン読取部１４−２との位置合わせに使用される波形を表示する表示部１１１を備える表示装置１１０を有する。

第１平行位置調整受光部５１の受光素子５１−１〜５１−Ｐ及び第２平行位置調整受光部５２の受光素子５２−１〜５２−Ｐのそれぞれの出力端子は、互いに接続されて配線１２１を介して表示装置１１０に接続される。第１平行位置調整受光部５１の受光素子５１−１〜５１−Ｐ及び第２平行位置調整受光部５２の受光素子５２−１〜５２−Ｐのそれぞれの出力端子が互いに接続されるので、表示装置１１０には、それぞれの受光信号が重ね合わせて入力される。

第１傾斜調整受光部６１の受光素子６１−１及び６１−２の出力端子は、互いに接続されて配線１２２を介して表示装置１１０に接続される。また、第２傾斜調整受光部６２の受光素子６２−１及び６２−２の出力端子は、互いに接続されて配線１２３を介して表示装置１１０に接続される。

位置合わせシステム１０１を使用するオペレータは、位置合わせシステム１０１を使用する前に、測長器１の筒体３０−１を未装着の状態として測長器１のスケール部１３とパターン読取部１４−２との位置合わせが可能な状態にする。

図１０は、測長器１のスケール部１３とパターン読取部１４−２とを平行位置調整する方法を示すフローチャートである。図１１（ａ）はスケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が不一致の場合の平面図であり、図１１（ｂ）はスケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が一致している場合の平面図である。図１２は、表示装置１１０の表示部１１１に表示される波形の例を示す図である。図１２において、矢印Ａで示される波形はスケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が不一致の場合の波形であり、矢印Ｂで示される波形はスケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が一致している場合の波形である。スケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が適切に調整され、スケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が一致している場合は、スケール部１３をパターン方向に移動すると、第１受光列が第１スケールのみを、 第２受光列が第２スケールのみを、 第３受光列が第３スケールのみを各々読み取る。

まず、オペレータは、測長器１を不図示の固定治具に固定した上で、スピンドル１１の測定子軸１１−２を軸方向に押し込んで、スケール部１３を移動させる（Ｓ１０１）。スピンドル１１の測定子軸１１−２を軸方向に移動させることにより、スピンドル１１の軸方向とパターン方向とが一致するようにスピンドル１１の摺動軸１１−１に固定されているスケール部１３は、パターン方向に沿って移動する。

表示装置１１０の表示部１１１には、第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２が読み取ったパターンを示す波形が表示される（Ｓ１０２）。図１１（ａ）に示すように、スケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が適切に調整されていない場合、第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２は、波形が崩れた中間レベルの信号を出力する。表示装置１１０は、スケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が適切に調整されていない場合、図１２の矢印Ａに示すように波形が崩れた中間レベルの信号に対応する波形を表示部１１１に表示する。図１１（ｂ）に示すように、スケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が適切に調整されている場合、第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２は、第３スケールのみを読み出すため、「１」と「０」とを示す受光信号を順次出力する。表示装置１１０は、スケール部１３とパターン読取部１４−２との平行位置が適切に調整されている場合、図１２の矢印Ｂに示すように「１」と「０」との間を周期的に変化する正弦波状の波形を表示部１１１に表示する。

オペレータは、表示部１１１に表示される波形が正弦波状の形状を有しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。オペレータは、表示部１１１に表示される波形が正弦波状の形状を有していないと判定すると、パターン読取部１４−２の平行位置を調整する（Ｓ１０４）。

Ｓ１０１〜Ｓ１０４の処理は、Ｓ１０３においてオペレータが表示部１１１に表示される波形が正弦波状の形状を有していると判定するまで、繰り返される。そして、Ｓ１０３においてオペレータが表示部１１１に表示される波形が正弦波状の形状を有していると判定すると、処理は終了する。以上の処理により、測長器１のスケール部１３とパターン読取部１４−１とは相対的に平行位置調整される。

図１３は、測長器１のスケール部１３とパターン読取部１４−２とを傾斜調整する方法を示すフローチャートである。図１４（ａ）はスケール部１３とパターン読取部１４−２とが傾斜している場合の平面図であり、図１４（ｂ）はスケール部１３とパターン読取部１４−２とが傾斜していない場合の平面図である。図１５は、表示装置１１０の表示部１１１に表示される波形の例を示す図である。図１５において、矢印Ａで示される波形は第１傾斜調整受光部６１が読み出すパターンに対応する波形であり、矢印Ｂで示される波形は第２傾斜調整受光部６２が読み出すパターンに対応する波形である。

まず、オペレータは、測長器１を不図示の固定治具に固定した上で、スピンドル１１の測定子軸１１−２を軸方向に押し込んで、スケール部１３を移動させる（Ｓ２０１）。

表示装置１１０の表示部１１１には、第１傾斜調整受光部６１及び第２傾斜調整受光部６２が読み取ったパターンを示す波形が表示される（Ｓ２０２）。第１スケール３１と第２スケール３２とが透過部と不透過部とが互いに反転する同一パターンであるため、第１傾斜調整受光部６１が読み出すパターンを示す波形と第２傾斜調整受光部６２が読み出すパターンを示す波形とは互いに反転した同一形状（１８０度位相が反転した同一形状）となるが、図１４（ａ）に示すように、スケール部１３とパターン読取部１４−２とが傾斜した状態の場合、第１傾斜調整受光部６１が読み出すパターンを示す波形の位相と第２傾斜調整受光部６２が読み出すパターンを示す波形の位相とは、１８０度で反転した状態で一致しない。図１４（ｂ）に示すように、スケール部１３とパターン読取部１４−２とが傾斜しないように調整されている場合、第１傾斜調整受光部６１及び第２傾斜調整受光部６２が読み出すパターンを示す波形の位相は、図１５に示すように、互いに１８０度で反転した状態で一致する。

オペレータは、表示部１１１に表示される波形の位相が互いに１８０度で反転した状態で一致しているか否かを判定する（Ｓ２０３）。オペレータは、表示部１１１に表示される波形の位相が互いに１８０度反転した状態で一致していないと判定すると、パターン読取部１４−２の傾斜を調整する（Ｓ２０４）。

Ｓ２０１〜Ｓ２０４の処理は、Ｓ２０３においてオペレータが表示部１１１に表示される波形の位相が上記のように１８０度反転した状態で一致していると判定するまで、繰り返される。そして、Ｓ２０３においてオペレータが表示部１１１に表示される波形の位相が互いに１８０度で反転した状態で一致していると判定すると、処理は終了する。以上の処理により、測長器１のスケール部１３とパターン読取部１４−１とは相対的に傾斜調整される。

以上説明したように、本発明によれば、第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２を使用して異なる２つのスケールを読み取って、スケール部とパターン読取部との間の平行位置、すなわちスケールの並び方向の偏位を検出し、調整することができる。また、第１傾斜調整受光部６１及び第２傾斜調整受光部６２を使用して所定のスケールを読み取って、受光素子列とスケールとの間の傾斜を検出し、調整することができる。本発明によれば、スケール部とパターン読取部との間の傾斜及び平行位置のそれぞれを個別に調整することができるので、受光素子列とスケールとの間の位置合わせが容易になる。

測長器１では、第１傾斜調整受光部６１及び第２傾斜調整受光部６２のそれぞれの受光素子は、第１受光列４１及び第２受光列４２のそれぞれの受光素子と同一の平面形状を有するので、傾斜調整用のスケールをスケール部に配置する必要がない。測長器１では、傾斜調整用のスケールを配置することなく、スケール部１３に配置される第１スケール３１及び第２スケール３２を使用して傾斜調整をすることができる。

測長器１では、第１平行位置調整受光部５１は第１受光列４１と第３受光列４３との間に配置され、第２平行位置調整受光部５２は第２受光列４２と第３受光列４３との間に配置されるので、左右方向の平行調整をすることができる。また、第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２は相互に接続された複数の受光素子を有するので、それぞれの受光信号を重ね合わせた信号の振幅は、表示部１１１に表示可能な大きさにすることができる。

測長器１では、第１スケール３１及び第２スケール３２のそれぞれは、１０次のＭ系列符号のポジティブパターン及びネガティブパターンが形成されるが、次数の異なるＭ系列符号等の他のアブソリュートスケールとしてもよい。また必ずしも互いにポジティブパターンとネガティブパターンとで反転させる必要はなく、同一のパターンとすることもできる。この場合第１傾斜調整受光部６１及び第２傾斜調整受光部６２が読み出すパターンの波形の位相は、互いに１８０度で反転することなく同一で一致する。

また、測長器１では、第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２は、受光列方向に複数の受光素子を有するが、単一の受光素子としてもよい。また、第１平行位置調整受光部５１及び第２平行位置調整受光部５２の機能を有する単一の受光素子としてもよい。例えば、平行位置調整受光部は、第３スケール３３と略同一の幅を有し且つ表示装置１１０が波形を表示可能な面積を有する長方形状の平面形状を有する単一の受光素子としてもよい。

測長器１では、第１傾斜調整受光部６１及び第２傾斜調整受光部６２は、第１受光列４１及び第２受光列４２とは別個の受光素子であるが、第１受光列４１及び第２受光列４２の受光素子を使用して傾斜調整してもよい。すなわち、傾斜調整するときに使用される傾斜調整受光部は、第１受光列４１及び第２受光列４２に含まれる受光素子が兼用するように構成してもよい。

なお、以上の説明では、スケール部とスケール読取部とが、透過型の光学式の例について記載したが、本発明は光の透過型の光学式測長器のものに限定されるものではなく、スケール部が反射した光をスケール読取部が受光するような光反射型や、磁気によって所定のパターンを読み取る磁気方式測長器及び静電容量に応じて所定のパターンを読み取る静電容量方式測長器のスケール部とスケール読取部の平行と傾斜の調整にも適用可能である。

１ 測長器
１１ スピンドル
１１−１ 摺動軸
１１−２ 測定子軸
１２ 軸受
１３ スケール部
１４ スケール読取部
１４−１ 発光素子
１４−２ パターン読取部（変位量算出手段）
１５ 測定子
１６ バネ
１７ 回転防止手段
１７−１ 回り止めピン
１７−２ 回り止めガイド
１８ キャップ
２１ 開口部
２２ 凹部
３０ 本体ケース
３０−１ 蓋
３１ 第１スケール
３２ 第２スケール
３３ 第３スケール
４１ 第１受光列
４２ 第２受光列
４３ 第３受光列
５１ 第１平行位置調整受光部（平行位置調整読取部）
５２ 第２平行位置調整受光部（平行位置調整読取部）
６１ 第１傾斜調整受光部（傾斜調整読取部）
６２ 第２傾斜調整受光部（傾斜調整読取部）

Claims (9)

1. 測長用の所定の連続的なパターンが記録された複数のスケールが並設されるスケール部と、
   該スケール部の各スケールを読み取る読取部が、前記各スケールに対応して並設されるパターン読取部とを有し、
   前記スケール部と前記パターン読取部との前記パターン方向の位置関係の変化に応じた前記パターン読取部の検出情報に基づき、前記スケール部と前記パターン読取部との変位量を算出するように構成された測長器において、
   前記パターン読取部に、前記パターン読取部と前記スケール部との前記スケールの並び方向の偏位を検出する平行位置調整読取部と、前記パターン読取部と前記スケール部との傾斜を検出する傾斜調整読取部とを設け、
   前記平行位置調整読取部と前記傾斜調整読取部とは、前記スケール部と前記パターン読取部との前記パターン方向に沿う移動によって、前記平行位置調整読取部が所定の前記スケールを読み取り、前記傾斜調整読取部が異なる２つの前記スケールを読み取るように配置され、
   前記平行位置調整読取部の出力波形の形状に基づき前記偏位を検出し、前記傾斜調整読取部の出力波形の位相に基づき前記傾斜を検出するように構成された測長器。
2. 前記スケールが光の透過部と不透過部とが所定のパターンで連続的に配置されて構成され、前記パターン読取部と前記平行調整読取部と前記傾斜調整読取部が、スケール部に対して照射される光を、各スケールを介して受光する受光素子から構成されたことを特徴とする請求項１に記載の測長器。
3. 前記スケール部が３つのスケールを備え、各スケールは、３列のうち両側の第１スケールと第２スケールとが、前記透過部と前記不透過部とが互いに反転する同一パターンを有し、前記第１スケールと前記第２スケールとの間の第３スケールが、前記透過部と前記不透過部とが交互に配置されたパターンを有し、
   前記傾斜調整読取部は、前記第１スケール及び前記第２スケールに対応して設けられる、請求項２に記載の測長器。
4. 前記平行位置調整読取部は、前記第１スケールを読み取るように配置された複数の受光素子からなる第１受光列と前記第３スケールを読み取るように配置された複数の受光素子からなる第３受光列との間、及び前記第２スケールを読み取るように配置された複数の受光素子からなる第２受光列と前記第３受光列との間にそれぞれ配置される、請求項３に記載の測長器。
5. 前記平行位置調整受光部は、互いに電気的に接続された複数の受光素子からなる、請求項４に記載の測長器。
6. 前記傾斜調整読取部は、前記第１受光列及び前記第２受光列に含まれる受光素子が兼用する、請求項２から５のいずれか１項に記載の測長器。
7. 測長用の所定の連続的なパターンが記録された複数のスケールが並設されるスケール部に対して、前記各スケールを読み取る読取部が、前記各スケールに対応して並設されるパターン読取部を備え、
   該パターン読取部の前記スケール部に対する前記パターン方向の位置関係の変化に応じた前記パターン読取部の検出情報に基づき、前記スケール部と前記パターン読取部との変位量を算出する変位量算出手段において、
   前記パターン読取部に、前記パターン読取部と前記スケール部との前記スケールの並び方向の偏位を検出する平行位置調整読取部と、前記パターン読取部と前記スケール部との傾斜を検出する傾斜調整読取部とを設け、
   前記平行位置調整読取部と前記傾斜調整読取部とは、前記スケール部と前記パターン読取部との前記パターン方向に沿う移動によって、前記平行位置調整読取部が所定の前記スケールを読み取り、前記傾斜調整読取部が異なる２つの前記スケールを読み取るように各々配置され、
   前記平行位置調整読取部が、前記偏位に応じた形状の波形出力を行い、前記傾斜調整読取部が、前記傾斜に応じた位相で所定形状の波形出力を行う
   ことを特徴とする変位量算出手段。
8. 測長用の所定の連続的なパターンが記録された複数のスケールが並設されるスケール部と、
   該スケール部の各スケールを読み取る読取部が、前記各スケールに対応して並設されるパターン読取部とを有し、
   前記スケール部と前記パターン読取部との前記パターン方向の位置関係の変化に応じた前記パターン読取部の検出情報に基づき、前記スケール部と前記パターン読取部との変位量を算出するように構成された測長器のスケール部とパターン読取部との位置合わせ方法において、
   前記パターン読取部に、前記パターン読取部と前記スケール部との前記スケールの並び方向の偏位を検出する平行位置調整読取部と、前記パターン読取部と前記スケール部との傾斜を検出する傾斜調整読取部とを設け、
   前記平行位置調整読取部と前記傾斜調整読取部とを、前記スケール部と前記パターン読取部との前記パターン方向に沿う移動によって、前記平行位置調整読取部が所定の前記スケールを読み取り、前記傾斜調整読取部が異なる２つの前記スケールを読み取るように配置し、
   前記スケール部と前記パターン読取部とを前記パターン方向に沿うように移動させ、前記傾斜調整読取部の各スケールに対する出力波形が予め定められた所定の位相で出力されるように前記スケール部と前記パターン読取部とを相対的に傾斜調整する、
   ことを特徴とする測長器のスケール部とパターン読取部との位置合わせ方法。
9. 測長用の所定の連続的なパターンが記録された複数のスケールが並設されるスケール部と、
   該スケール部の各スケールを読み取る読取部が、前記各スケールに対応して並設されるパターン読取部とを有し、
   前記スケール部と前記パターン読取部との前記パターン方向の位置関係の変化に応じた前記パターン読取部の検出情報に基づき、前記スケール部と前記パターン読取部との変位量を算出するように構成された測長器のスケール部とパターン読取部との位置合わせ方法において、
   前記パターン読取部に、前記パターン読取部と前記スケール部との前記スケールの並び方向の偏位を検出する平行位置調整読取部と、前記パターン読取部と前記スケール部との傾斜を検出する傾斜調整読取部とを設け、
   前記平行位置調整読取部と前記傾斜調整読取部とを、前記スケール部と前記パターン読取部との前記パターン方向に沿う移動によって、前記平行位置調整読取部が所定の前記スケールを読み取り、前記傾斜調整読取部が異なる２つの前記スケールを読み取るように配置し、
   前記スケール部と前記パターン読取部とを前記パターン方向に沿うように移動させ、前記平行位置調整読取部が、対応するスケールのみを読み取った形状の波形出力を行うように、前記スケール部と前記パターン読取部とを相対的に平行位置調整する、
   ことを特徴とする測長器のスケール部とパターン読取部との位置合わせ方法。

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