JP2016042062A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が複雑になることなく、検出の精度を確保できる変位検出装置を提供する。【解決手段】検出ヘッド３は、ヘッド本体３１と、ブラケット３２と、フレキシブルプリント基板３３、を備えている。ヘッド本体３１には、上板部３５及びに下板部３６を有するブラケット３２が固定されている。ブラケット３２は、フレキシブルプリント基板３３が固定され、フレキシブルプリント基板３３には、第１目盛検出部７と第２目盛検出部８が設けられている。第１目盛検出部７は、フレキシブルプリント基板３３における上板部３５に固定されている部分に設けられている。また、第２目盛検出部８は、フレキシブルプリント基板３３における下板部３６に固定されている部分に設けられている。第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ１は、第２目盛検出部８のスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ２よりも長い。【選択図】図４

Description

本発明は、工作機械、産業機械やロボット等における直線変位又は回転変位の検出に用いられる変位検出装置に関する。

従来から、工作機械、産業機械やロボット等の位置決め、制御及び位置表示用途などで直線移動量、直線位置や回転変位を検出するためにスケールと、検出ヘッドと、検出ヘッドをスケールに対して移動させる移動装置と、を備えた変位検出装置が用いられている。

スケールは目盛が記録されている記録面を有しており、また、検出ヘッドにはスケールに設けられた目盛を読み取る検出素子が、この記録面に対向し、且つ、所定の距離を隔てて設けられている。この所定の距離は、検出の精度を確保できる範囲内に設定される。

このような変位検出装置において、検出ヘッドをスケールに対して移動させる移動装置、例えば検出ヘッドが固定されたスライドブロックがガイドレールに沿って直動する直動装置に過度な荷重が加わると、検出素子の位置がずれ、検出素子と記録面との距離が検出の精度を確保できる範囲から外れてしまう場合がある。この場合、検出の精度が低下してしまう虞がある。

そこで、検出素子と記録面との対向方向における距離を一定に保つための技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、磁気検出素子を有する検出走行部とガイドレールに嵌合されて直動するスライドブロックとを連結するジョイント部を備えるスケール装置が記載されている。このジョイント部は、スライドブロックが変位する方向に可撓性を有する。

特開２０１３−２３４９７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された変位検出装置では、ジョイント部を設けるので変位検出装置の構造が複雑になるという問題があった。

本発明の目的は、構造が複雑になることなく、検出の精度を確保できる変位検出装置を提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の変位検出装置は、被測定部材の変位を検出する変位検出装置であって、スケール部と、ヘッド部と、少なくとも２つの目盛検出部と、演算部を備える。スケール部は、目盛が記録されている記録面を有する。ヘッド部は、スケール部に対して相対的に移動可能である。少なくとも２つの目盛検出部は、検出ヘッド部に設けられ、目盛を読み取り、且つ、読み取った目盛に応じて信号を出力する。演算部は、少なくとも２つの目盛検出部から出力された信号を受信し、被測定部材の変位量を演算する。また、少なくとも２つの目盛検出部と記録面との間の距離が異なっている。

上記構成の変位検出装置では、検出ヘッドに設けられている少なくとも２つの目盛検出部と記録面との間の距離が異なっている。このため、ヘッド部を相対的に移動させる装置に過度な負荷が加わってヘッド部が移動する際、少なくとも２つの目盛検出部内の少なくとも１つの目盛検出部と記録面との間の距離が、検出の精度を確保できる所定の範囲内にすることができれば検出が可能なため、検出可能なヘッドと記録面間の距離を大きくすることが出来る。

また、検出ヘッドに記録面との間の距離が異なっている少なくとも２つの目盛検出部を設ければよいので、変位検出装置の構造が複雑にならない。

本発明の変位検出装置によれば、構造が複雑になることなく、検出の精度を確保できる。

本発明の第１の実施形態における変位検出装置を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１の実施形態における変位検出装置のスケールを示す説明図である。 本発明の第１の実施形態における変位検出装置の目盛検出部を示す概略構成図である。 図４に示す目盛検出部の回路構成を示す説明図である。 目盛検出部の第１検出素子部を示す説明図である。 目盛検出部の第２検出素子部を示す説明図である。 演算装置を示す説明図である。 演算の精度と、第１目盛検出部とスケールの測定面の間の距離と、の関係を示す説明図である。 信号強度と、第１目盛検出部とスケールの測定面との間の距離と、の関係を示す説明図である。 ヘッド本体と測定面との間の距離と、第１目盛検出部の検出結果を用いた演算の精度及び第２目盛検出部の検出結果を用いた演算の精度と、の関係を示す説明図である。 変形例におけるヘッド本体と測定面との間の距離と、第１目盛検出部の検出結果を用いた演算の精度及び第２目盛検出部の検出結果を用いた演算の精度と、の関係を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態における変位検出装置を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態における変位検出装置を示す側面図である。

１．第１の実施形態
以下、本発明の第１の実施形態における変位検出装置１について、図１〜図１２を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。

まず、図１〜図３を参照して、本実施形態における変位検出装置１の構成を説明する。図１は、変位検出装置１の構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、変位検出装置１のスケール２を示す説明図である。

変位検出装置１は、磁気式の検出原理を採用して、直線変位を測定する、いわゆるリニア型の変位測定装置として構成したものであり、被測定部材の変位量を演算して検出する。図１に示すように、変位検出装置１は、スケール２と、検出ヘッド３と、を備えている。また、変位検出装置１は、演算装置４（図８参照）を備えている。

［スケール］
スケール２は、略平板状に形成されている。スケール２の上面は、測定面２ａを構成する。測定面２ａは、検出ヘッド３と上下方向に対向している。また、スケール２と検出ヘッド３は、測定面２ａに沿って相対的に移動する。なお、本実施形態では、図示しない直動装置によって、検出ヘッド３が、測定面２ａに沿ってスケール２の長手方向である方向Ｘへ移動する。そして、この方向Ｘが検出ヘッド３の読取方向となる。なお、検出ヘッド３が移動する平面内において方向Ｘと直交する方向を方向Ｙ（スケール２の短手方向）とする。また、方向Ｘ及び方向Ｙに直交する方向を方向Ｚ（図中の上下方向）とする。

このスケール２の測定面２ａには、トラック５が設けられている。トラック５には、目盛となる磁気パターン１０が配列されている。磁気パターン１０は、磁気記録媒体に等間隔にＮ極とＳ極とを交互に磁気記録することにより形成されている。

図３に示すように、トラック５における磁気パターン１０を形成する一対の磁極片１０ａの幅の長さ、すなわちＮ極とＳ極との繰り返しピッチが最短となる方向の間隔（以下、「繰り返しピッチ間隔」という）は、λに設定されている。

トラック５の繰り返しピッチが最短となる方向であるピッチ方向ＸＡは、検出ヘッド３がスケールに対して相対的に移動する方向である方向Ｘと略平行に設定されている。そのため、トラック５における後述する検出ヘッド３の第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８が目盛を読み取る方向である読み取りピッチの間隔（以下、「読み取りピッチ間隔」という）は、λ１に設定される。そして、トラック５における繰り返しピッチ間隔と、読み取りピッチ間隔は、同じ長さである（λ＝λ１）。

［検出ヘッド］
図２に示すように、検出ヘッド３は、ヘッド本体３１と、ブラケット３２と、フレキシブルプリント基板３３と、を有している。
ヘッド本体３１は、略矩形平板状に形成され、内部に回路基板６を収納する空間を有している。この回路基板６には、後述する演算装置４（図８参照）の一部を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit）４８が実装されている。なお、本実施形態では、ヘッド本体３１内にＣＰＵ４８が実装されている回路基板６が収容されている態様を説明したが、この回路基板６を、例えばヘッド本体３１の外周面に設けてもよい。

また、ヘッド本体３１は、ヘッド本体３１を測定面２ａに沿って方向Ｘへ移動させる直動装置に固定されている。ヘッド本体３１は、ヘッド本体３１の下面とスケール２の測定面２ａとが接触しないように測定面２ａと空間を隔てて、トラック５の上方に配置されている。このヘッド本体３１の下面と測定面２ａの間の空間にブラケット３２が配置される。

ヘッド本体３１の下面には、ブラケット３２が固定されている。ブラケット３２は、折り曲げられた略矩形板状の部材である。ブラケット３２は、方向Ｘの略中央部で方向Ｚに延在する連結部３４と、連結部３４の上端部から方向Ｘの一方へ延びる上板部３５と、連結部３４の下端部から方向Ｘの他方（上板部３５の延在方向とは逆の方向）へ延びる下板部３６と、を有している。したがって、上板部３５の下面とスケール２の測定面２ａとの方向Ｚにおける距離は、下板部３６の下面とスケール２の測定面２ａとの方向Ｚにおける距離よりも長い。

ブラケット３２の下面には、フレキシブルプリント基板３３が固定されている。フレキシブルプリント基板３３には、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８が設けられている。第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８は、略矩形状に形成されている。第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８は、スケール２の測定面２ａに接触しないように測定面２ａと空間を隔てて、トラック５の上方に、トラック５に対向して配置される。

第１目盛検出部７は、フレキシブルプリント基板３３における上板部３５に固定されている部分に設けられている。また、第２目盛検出部８は、フレキシブルプリント基板３３における下板部３６に固定されている部分に設けられている。したがって、図２に示すように、第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ１は、第２目盛検出部８のスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ２よりも長い。

第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８には、例えば、磁気抵抗効果を利用して磁界を検出するＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）を適用することができる。本実施形態では、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８に、感度の同じＭＲ素子が用いられている。

次に、図４〜図７を参照して、検出ヘッド３の第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８の詳細な構成について説明する。なお、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８は、それぞれ同一の検出原理・構成を有しているため、ここでは第１目盛検出部７について説明する。
図４は、第１目盛検出部７を示す概略構成図、図５は、第１目盛検出部７の回路構成を示す説明図である。

図４に示すように、第１目盛検出部７は、ｓｉｎ信号を得る第１検出素子部１１と、−ｓｉｎ信号を得る第２検出素子部１２と、ｃｏｓ信号を得る第３検出素子部１３と、−ｃｏｓ信号を得る第４検出素子部１４とを有している。また、第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４は、略矩形状に形成されている。

第１目盛検出部７における第１検出素子部１１、第２検出素子部１２、第３検出素子部１３及び第４検出素子部１４は、ピッチ方向ＸＡに沿って並べて配置される。

第３検出素子部１３と第４検出素子部１４は、第１目盛検出部７におけるピッチ方向ＸＡの両端に配置されている。そして、第１検出素子部１１と第２検出素子部１２は、第３検出素子部１３と第４検出素子部１４の間に配置されている。

第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４によって、第１目盛検出部７におけるスケール２の測定面２ａと直交する軸回りの回転や、第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの傾きを打ち消すことができる。

図５に示すように、第１検出素子部１１〜第４検出素子部１４は、それぞれ複数のＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）１６から構成されている。ＭＲ素子１６は、磁場の強さＨに応じて抵抗値が変化する素子である。

また、ＭＲ素子１６は、略長方形状の短冊状に形成されており、図５に示すように、その長手方向が磁気パターン１０の長手方向に沿って配置される。また、ＭＲ素子１６は、磁気パターン１０の短手方向、すなわち複数の磁気パターン１０が隣り合う方向の向きの磁場の強さＨを検出する。これにより、複数のＭＲ素子１６を有する第１目盛検出部７は、磁気パターン１０の短手方向、すなわち繰り返しピッチが最短となる方向の変位量のみを検出する。

また、磁気パターン１０における短手方向の磁場の強さは、Ｓ極とＮ極との間で最大となり、Ｓ極及びＮ極上が最小となる。そのため、ＭＲ素子１６の抵抗値は、Ｓ極とＮ極との間で最小となり、Ｓ極上及びＮ極上で最大となる。

図６は、第１検出素子部１１及び第２検出素子部１２を示す説明図である。
図６に示すように、ｓｉｎ信号を得る第１検出素子部１１と、−ｓｉｎ信号を得る第２検出素子部１２は、第１の差動増幅器１７に接続されている。そして、第１検出素子部１１と、第２検出素子部１２で得られた信号は、第１の差動増幅器１７によって差動増幅され、ｓｉｎ信号として演算装置４（図８参照）へ出力される。

図７は、第３検出素子部１３及び第４検出素子部１４を示す説明図である。
図７に示すように、ｃｏｓ信号を得る第３検出素子部１３と、−ｃｏｓ信号を得る第４検出素子部１４は、第２の差動増幅器１８に接続されている。そして、第３検出素子部１３と、第３検出素子部１３で得られた信号は、第２の差動増幅器１８によって差動増幅され、ｃｏｓ信号として演算装置４（図８参照）へ出力される。

［演算装置］
次に、図８を参照して、本実施形態における演出部を構成する演算装置４について説明する。図８は、演算装置４を示す説明図である。
演算装置４は、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８から出力されたｓｉｎ信号とｃｏｓ信号とに基づいて、被測定部材の変位量を演算する。この演算装置４では、後述するように所定の条件の下、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８から出力されたｓｉｎ信号を加算し平均化を行い、また、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８から出力されたｃｏｓ信号を加算し平均化を行う。なお、以下の説明では、説明を容易にするため、ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を単に信号と総称する場合がある。

演算装置４は、第１比較回路４１と、第２比較回路４２と、第１スイッチ４３と、第２スイッチ４４と、信号加算回路４５と、ＡＮＤ回路４６と、平均化回路４７と、演算処理装置としてのＣＰＵ４８を備えている。なお、本実施形態では、演算処理装置としてＣＰＵ４８も用いた態様を説明するが、ＣＰＵ４８に代えて、他の演算処理装置、例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ：Digital Signal Processor）を用いてもよい。

第１比較回路４１は、第１目盛検出部７に接続されている。また、第１比較回路４１は、最大値保持回路４１１と、最小値保持回路４１２と、電圧加算回路４１３と、閾値電圧出力回路４１４と、コンパレーター４１５と、を備えている。

最大値保持回路４１１は、読み取りピッチ間隔λ１における信号の電圧の最大値（上限値）を保持し、同値の電圧を出力する。また、最小値保持回路４１２は、読み取りピッチ間隔λ１における信号の電圧の最小値（下限値）を保持し、同値の絶対値の電圧を出力する。なお、最大値保持回路４１１及び最小値保持回路４１２は、公知のピークホールド回路で構成されているため、その詳細な説明は省略する。

電圧加算回路４１３は、最大値保持回路４１１及び最小値保持回路４１２に接続され、最大値保持回路４１１及び最小値保持回路４１２から出力された電圧を加算する。加算された電圧の値は、読み取りピッチ間隔λ１における信号の振幅である。以後の説明において、この加算された電圧の値を信号強度と称する場合がある。

図９に示すように、第１目盛検出部７を被測定部材の変位量の演算に用いる場合、演算の精度と、第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ１と、は、相関関係がある。すなわち、精度が最もよくなる理想的な両者間の距離をＤ２とする場合、Ｄ２よりも両者間の距離が短くなるにつれ精度が落ち、また、Ｄ２よりも両者間の距離が長くなるにつれ精度が落ちる。

本実施形態では、演算の精度を確保するために、精度について閾値Ｓが予め設定されている。この閾値Ｓ以上に精度が良い場合にのみ、第１目盛検出部７から出力された信号を演算に用いる。図９では、閾値Ｓ以上の条件を満たす第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離の下限をＤ１で示し、上限をＤ３で示している。

また、図１０に示すように、信号強度と、第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ１と、は相関関係がある。すなわち、第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ１が長くなるにつれ、信号強度が弱まる。したがって、本実施形態では、第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ１と相関関係のある信号強度を検出する最大値保持回路４１１、最小値保持回路４１２及び電圧加算回路４１３は、目盛検出部と記録面との間の距離（第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ１）を検出する距離検出部を構成する。なお、本実施形態では、最大値保持回路４１１、最小値保持回路４１２及び電圧加算回路４１３が、目盛検出部と記録面との間の距離を検出する距離検出部を構成する態様を説明したが、これに代えて、第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離Ｈ１を計測するセンサ（例えば、光学式センサ）を距離検出部として用いてもよい。

図１０では、図９で示した閾値Ｓ以上に精度が良いという条件を満たす第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離の下限であるＤ１に対応する信号強度をＶ２で示している。また、図９で示した閾値Ｓ以上に精度が良いという条件を満たす第１目盛検出部７とスケール２の測定面２ａとの間の距離の上限であるＤ３に対応する信号強度をＶ１で示している。したがって、閾値Ｓよりも精度が良いという条件を満たす信号強度は、Ｖ１以上Ｖ２以下となる。

図８に示す演算装置４では、閾値電圧出力回路４１４が信号強度Ｖ１及びＶ２に対応する電圧を出力する。また、コンパレーター４１５は、閾値電圧出力回路４１４及び電圧加算回路４１３に接続されており、第１目盛検出部７から出力された信号の信号強度と、閾値電圧出力回路４１４の出力電圧と、を比較する。そして、コンパレーター４１５は、信号の信号強度がＶ１以上Ｖ２以下である場合は、出力値として「１」を出力し、Ｖ１以上Ｖ２以下でない場合は、出力値として「０」を出力する。

第１スイッチ４３は、第１目盛検出部７及びコンパレーター４１５と接続されており、コンパレーター４１５が出力値として「１」を出力した場合はオンとなり、コンパレーター４１５が出力値として「０」を出力した場合はオフとなる。

第２比較回路４２は、第２目盛検出部８に接続されている。また、第２比較回路４２は、最大値保持回路４２１と、最小値保持回路４２２と、電圧加算回路４２３と、閾値電圧出力回路４２４と、コンパレーター４２５と、を備えている。
第２比較回路４２と第１比較回路４１とは同様のため、第２比較回路４２の詳細な説明は省略する。

ＡＮＤ回路４６は、第１比較回路４１と第２比較回路４２に接続されている。ＡＮＤ回路４６は、両コンパレーター４１５，４２５が出力値として「１」を出力した場合は、出力値として「１」を出力する。また、ＡＮＤ回路４６は、コンパレーター４１５，４２５のいずれかが出力値として「０」を出力した場合は、出力値として「０」を出力する。

信号加算回路４５は、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８に第１スイッチ４３及び第２スイッチ４４を介して接続されている。信号加算回路４５は、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８の両方から信号が入力される場合は、入力された信号を加算し、加算した信号を出力する。また、信号加算回路４５は、第１目盛検出部７又は第２目盛検出部８のいずれかからのみ信号が入力される場合は、入力された信号をそのまま出力する。

平均化回路４７は、ＡＮＤ回路４６と信号加算回路４５に接続されている。平均化回路４７は、ＡＮＤ回路４６が出力値として「１」を出力した場合、信号加算回路４５から入力された信号を平均化する（本実施形態では入力された信号を２で割る）。そして、平均化回路４７は、平均化した信号をＣＰＵ４８に出力する。

また、平均化回路４７は、ＡＮＤ回路４６が出力値として「０」を出力した場合、信号加算回路４５から入力された信号をそのまま（入力された信号に１を掛けて）ＣＰＵ４８に出力する。

ＣＰＵ４８は、平均化回路４７に接続されており、平均化回路４７から出力された信号に基づいて、被測定部材の変位量を演算する。なお、ＣＰＵ４８は、平均化回路から信号が出力されない場合、すなわち第１スイッチ４３及び第２スイッチ４４のいずれもがオフの場合、変位量の演算を行わない。

以上のように、本実施形態では、演算装置４は、第１比較回路４１及び第２比較回路４２の比較結果、すなわち第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８から出力された信号の信号強度に係る信号強度が信号強度Ｖ１以上Ｖ２以下か否かに基づいて、ＣＰＵ４８での変位量の演算方法が異なる。具体的には、第１目盛検出部７から出力された信号の信号強度のみが信号強度Ｖ１以上Ｖ２以下の場合は、ＣＰＵ４８は、第１目盛検出部７から出力された信号のみに基づいて変位量を演算する。また、第２目盛検出部８から出力された信号の信号強度のみが信号強度Ｖ１以上Ｖ２以下の場合は、ＣＰＵ４８は、第２目盛検出部８から出力された信号のみに基づいて変位量を演算する。また、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８から出力された信号の信号強度が信号強度Ｖ１以上Ｖ２以下の場合は、ＣＰＵ４８は、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８から出力された信号に基づいて変位量を演算する。上述のように第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８から出力された信号の信号強度と、スケール２の測定面２ａとの間の距離と、は相関関係がある。したがって、演算装置４は、距離検出部が検出した距離に応じて、被測定部材の変位量を演算する複数の演算方法から一つの演算方法を選択する演算部を構成する。

［第１目盛検出部と第２目盛検出部の設置位置］
次に、図１１を参照して本実施形態における第１目盛検出部７と第２目盛検出部８の設置位置につい説明する。
図１１において、曲線Ｃ１は、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離と、第１目盛検出部７の検出結果を用いた演算の精度との関係を示す曲線である。また、曲線Ｃ２は、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離と、第２目盛検出部８の検出結果を用いた演算の精度との関係を示す曲線である。また、Ｓは、演算の精度を確保するために予め設定されている閾値である閾値Ｓを示している。

本実施形態において、検出ヘッド３は、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離が図１１に示すＤ５以上Ｄ６以内の範囲内にあるように、直動装置（不図示）に固定されている。そして、第１目盛検出部及び第２目盛検出部は、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離がＤ５以上Ｄ６以内の範囲内にあるときに、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８に係る演算の精度が閾値Ｓ以上に良くなるように、ヘッド本体３１の下面に設置されている。

［作用］
次に本実施形態の変位検出装置１の作用について説明する。
本実施形態の変位検出装置１では、ヘッド本体３１の位置ずれが発生していない場合は、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離が、図１１に示すＤ５以上Ｄ６以内の範囲内にある。この場合の第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８に係る演算の精度は閾値Ｓ以上に良いため、演算装置４のＣＰＵ４８は、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８から出力された信号に基づいて変位量を演算する。したがって、この場合は、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８の２つの目盛検出部から出力された信号に基づいて変位量が演算されるので、一つの目盛検出部から出力された信号に基づいて変位量を演算する場合よりも、演算の精度を高めることができる。

また、直動装置に過度な負荷が加わって、ヘッド本体３１が上方に移動して位置ずれが発生して、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離が、図１１に示すＤ６を超えてＤ７以内の範囲内にある場合は、演算装置４のＣＰＵ４８は、第２目盛検出部８から出力された信号のみに基づいて変位量を演算する。この場合、図１１に示すように、第１目盛検出部７から出力された信号に基づいて変位量を演算すると、演算の精度は閾値Ｓ以下になってしまうので、第１目盛検出部７から出力された信号を変位量の演算には、用いない。これにより、変位量の演算の精度を確保することができる。

また、直動装置に過度な負荷が加わって、ヘッド本体３１が下方に移動して位置ずれ発生して、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離が、図１１に示すＤ４以上Ｄ５未満の範囲内にある場合は、演算装置４のＣＰＵ４８は、第１目盛検出部７から出力された信号のみに基づいて変位量を演算する。この場合、図１１に示すように、第２目盛検出部８から出力された信号に基づいて変位量を演算すると、演算の精度は閾値Ｓ以下になってしまうので、第２目盛検出部８から出力された信号を変位量の演算には、用いない。これにより、変位量の演算の精度を確保することができる。

また、本実施形態の変位検出装置１では、検出ヘッド３に、測定面２ａとの間の距離が異なる第１目盛検出部７及び第２目盛検出部が設けられたフレキシブルプリント基板３３を固定すればよいので、変位検出装置１の構造が複雑にならない。

なお、本実施形態では、図１１に示すように、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離がＤ５以上Ｄ６以内の範囲内にあるときに、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８に係る演算の精度が閾値Ｓ以上に良くなるように、第１目盛検出部及び第２目盛検出部がヘッド本体３１の下面に設置されている態様を説明した。しかし、これに代えて、図１２に示すように、第１目盛検出部７に係る演算の精度が閾値Ｓ以上に良くなる場合は、第２目盛検出部８に係る演算の精度が閾値Ｓ以下になるように、また、第２目盛検出部８に係る演算の精度が閾値Ｓ以上に良くなる場合は、第１目盛検出部７に係る演算の精度が閾値Ｓ以下になるように、第１目盛検出部及び第２目盛検出部を設置してもよい。例えば、図１２に示すように、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離が、Ｄ８以上Ｄ９未満の場合、第１目盛検出部７に係る演算の精度が閾値Ｓ以上に良くなり、第２目盛検出部８に係る演算の精度が閾値Ｓ以下になるように、目盛検出部７，８を設置する、また、ヘッド本体３１と測定面２ａとの間の距離が、Ｄ９以上Ｄ１０以内の場合、第２目盛検出部８に係る演算の精度が閾値Ｓ以上に良くなり、第１目盛検出部７に係る演算の精度が閾値Ｓ以下になるように、目盛検出部７，８を設置する。

この場合、第１目盛検出部７及び第２目盛検出部８の２つの目盛検出部から出力された信号に基づいて変位量が演算されることはないが、平均化回路４７から信号が出力されない、すなわち第１スイッチ４３及び第２スイッチ４４のいずれもがオフであるため、演算不能となることを抑制することができる。

２．第２の実施の形態例
次に、図１３及び図１４を参照して、第２の実施形態にかかる変位検出装置について説明する。
図１３は、第２の実施形態にかかる変位検出装置を示す斜視図である。図１４は、第２の実施形態にかかる変位検出装置を示す側面図である。
なお、第１の実施形態にかかる変位検出装置１と同様の構成についての説明は省略する。

この第２の実施形態にかかる変位検出装置８０１は、透過型の格子を用いて光学的に、複数方向の直線変位を測定する変位検出装置である。図１３及び図１４に示すように、変位検出装置８０１は、スケール８０２と、検出ヘッド８０３と、２つの光源８１２，８１３を備えている。また、変位検出装置８０１は、演算装置（不図示）を備えている。

スケール８０２は、光を透過する部材、例えばガラスによって略長方形をなす平板状に形成されている。スケール８０２を間に挟むようにして、検出ヘッド８０３と、２つの光源８１２，８１３が配置される。本実施形態では、スケール８０２の検出ヘッド８０３に対向する面を測定面８０２ａとする。スケール８０２と検出ヘッド８０３は、スケール８０２の測定面８０２ａに沿って相対的に移動する。

なお、この第２の実施の形態例にかかる変位検出装置８０１では、検出ヘッド８０３が、測定面８０２ａに沿ってスケール８０２の長手方向である方向Ｘへ移動する。なお、検出ヘッド８０３が移動する平面内において方向Ｘと直交する方向を方向Ｙ（スケール８０２の短手方向）とする。また、方向Ｘと方向Ｙに直交する方向を方向Ｚ（図中の上下方向）とする。

また、スケール８０２には、第１の実施形態にかかる変位検出装置１のスケール２と同様に、トラック８０５が設けられている。トラック８０５は、目盛となる格子８１１によって構成されている。格子８１１は、複数のスリットを設けることにより形成されている。

トラック８０５における格子８１１を形成するスリットの繰り返しピッチが最短となる方向であるピッチ方向ＸＡは、方向Ｘと略平行に設定されている。

検出ヘッド８０３は、測定面８０２ａとの間の距離が異なるように配置された第１目盛検出部８０７と、第２目盛検出部８０８とを有している。第１目盛検出部８０７及び第２目盛検出部８０８は、トラック８０５と対向して配置される。さらに、第１目盛検出部８０７と第２目盛検出部８０８は、それぞれスケール８０２に設けられた格子８１１と同ピッチを有する副尺と、光量を検出する光センサから構成されている。

本実施形態において、第１目盛検出部８０７とスケール８０２の測定面８０２ａとの間のＺ方向における距離は、第２目盛検出部８０８とスケール８０２の測定面８０２ａとの間のＺ方向における距離よりも長い。

第１の光源８１２は、スケール８０２のトラック８０５を間に挟んで、第１目盛検出部８０７と対向する。また、第２の光源８１３は、トラック８０５を間に挟んで第２目盛検出部８０８と対向する。

２つの光源８１２，８１３とスケール８０２の測定面８０２ａとは逆の面との間の距離は等しくなるように設定されている。また、２つの光源８１２，８１３は、検出ヘッド８０３と連動して、第１の方向Ｘに移動する。

さらに、第１の光源８１２から出射された光は、トラック８０５を透過して、第１目盛検出部８０７に受光される。第２の光源８１３から出射された光は、トラック８０５を透過して、第２目盛検出部８０８に受光される。

なお、２つの光源８１２，８１３の光の出射側には、それぞれコリメータレンズ８１６が配置されている。このコリメータレンズ８１６は、２つの光源８１２，８１３から出射された光を平行光に変換する。また、スケール８０２のトラック８０５を透過する光は格子８１１を透過し、検出ヘッド８０３で透過した光量が検出される。その際、トラック８０５の格子８１１と、第１目盛検出部８０７及び第２目盛検出部８０８内に設けられた副尺の格子が重なっていれば、光は最も多く透過でき、格子８１１に対して副尺の格子が半ピッチずれた位置にあるときは、透過光量が最小になる。そして、第１目盛検出部８０７と第２目盛検出部８０８は、この光量の変化を検出する。

本実施形態における第１目盛検出部８０７及び第２目盛検出部８０８を被測定部材の変位量の演算に用いる場合、演算の精度と、各目盛検出部８０７，８０８とスケール８０２の測定面８０２ａとの間の距離と、は、第１の実施形態の目盛検出部７，８に係る演算の精度と、目盛検出部７，８と測定面２ａとの間の距離と、同様に、相関関係がある。したがって、第１の実施形態の演算装置４と同様に、目盛検出部８０７，８０８と測定面８０２ａとの間の距離を検出する距離検出部を備え、距離検出部が検出した距離に応じて、被測定部材の変位量を演算する複数の演算方法から一つの演算方法を選択する演算部を構成する演算装置を設けることで、本実施形態における変位検出装置８０１は、上述した第１の実施形態にかかる変位検出装置１と同様の作用効果を得ることができる。

なお、第２の実施形態にかかる変位検出装置８０１では、透過型の格子を有するスケール８０２を用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、反射型の格子を有するスケールを用いてもよい。なお、反射型の格子の場合、検出ヘッドと光源は、スケールにおける同一平面側に配置される。

なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、光源から照射される光を、気体中だけでなく、液体中又は真空中の空間に光を供給するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態例では、直線変位を検出する変位検出装置について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は、回転変位を検出する変位検出装置にも適用できるものである。

また、２つの目盛検出部（目盛検出部７，８及び目盛検出部８０７，８０８）を設ける例を説明したが、目盛検出部の設置数は、任意に設定することができる。

また、２つの目盛検出部（目盛検出部７，８及び目盛検出部８０７，８０８）を検出ヘッド３，８０３の移動方向である方向Ｘに沿って並設した態様を説明したが、これに代えて、これらを方向Ｘに直交する方向である方向Ｙに沿って並設してもよい。

１…変位検出装置、 ２…スケール（スケール部）、 ２ａ…測定面（記録面）、 ３…検出ヘッド（検出ヘッド部）、４…演算装置、 ５…トラック、 ７、第１目盛検出部、 ８第２目盛検出部、 １０…磁気パターン、 ３１…ヘッド本体、 ３２…ブラケット、 ３３…フレキシブルプリント基板、 ３５…上板部、 ３６…下板部、 ４１…第１比較回路、 ４２…第２比較回路、 ４３…第１スイッチ、 ４４…第２スイッチ、 ４５…信号加算回路、 ４６…ＡＮＤ回路、 ４７…平均化回路、 ４８…ＣＰＵ

Claims (5)

1. 被測定部材の変位を検出する変位検出装置であって、
   目盛が記録されている記録面を有するスケール部と、
   前記スケール部に対して相対的に移動可能な検出ヘッド部と、
   前記検出ヘッド部に設けられ、前記目盛を読み取り、且つ、読み取った前記目盛に応じて信号を出力する少なくとも２つの目盛検出部と、
   前記少なくとも２つの目盛検出部から出力された信号を受信し、前記被測定部材の変位量を演算する演算部と、を備え、
   前記少なくとも２つの目盛検出部と前記記録面との間の距離が異なっている
   ことを特徴とする変位検出装置。
2. 前記各目盛検出部と前記記録面との間の距離を検出する距離検出部を備え、
   前記演算部は、前記距離検出部が検出した距離に応じて、前記被測定部材の変位量を演算する複数の演算方法から一つの演算方法を選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
3. 前記複数の演算方法には、前記少なくとも２つの目盛検出部から出力された信号に基づいて前記変位量を演算する演算方法が含まれる
   ことを特徴とする請求項２に記載の変位検出装置。
4. 前記複数の演算方法には、前記少なくとも２つの目盛検出部の内の一つの目盛検出部から出力された信号に基づいて前記変位量を演算する演算方法が含まれる
   ことを特徴とする請求項２に記載の変位検出装置。
5. 前記各目盛検出部と前記記録面との間の距離は、前記少なくとも２つの目盛検出部の内の一つの目盛検出部から出力された信号に基づいて演算した前記変位量の精度が所定の精度に達しているときは他の一つの前記目盛検出部から出力された信号に基づいて演算した前記変位量の精度が所定の精度に達しないように設定され、且つ、前記他の一つの前記目盛検出部から出力された信号に基づいて演算した前記変位量の精度が所定の精度に達しているときは前記一つの前記目盛検出部から出力された信号に基づいて演算した前記変位量の精度が所定の精度に達しないように設定されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変位検出装置。

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