JP2016173287A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの点で有利な、複数のエンコーダ信号を処理する検出装置を提供する。【解決手段】放射状のスケールを有する部材１の回転角度を検出する検出装置１００であって、部材１の回転軸２に関して対向する２箇所に配置され、スケールからの第１および第２信号をそれぞれ検出し、互いに位相の異なる複数の周期信号を１組とする第１検出信号および第２検出信号をそれぞれ出力する第１および第２検出部（３ａおよび３ｂ）と、各検出信号を第１および第２デジタルデータにそれぞれ変換する第１および第２変換部（４ａおよび４ｂ）と、第１検出信号に基づいて計数データを得る計数部６と、第１デジタルデータと計数データとに基づいて第１角度を得る第１処理部７と、第１角度と第２デジタルデータとに基づいて、第２角度を得る第２処理部８と、第１角度と第２角度とに基づいて回転角度を得る第３処理部９と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は，検出装置に関する。

レーザ加工装置などの物品処理装置に用いられるガルバノスキャナは、ガルバノモータの回転軸に取り付けられたミラーを軸周りに高精度に回転駆動させることにより、ミラーで反射されるレーザ光を走査する。回転角度の検出器として静電容量センサや、光学式または磁気式エンコーダが用いられる。これら検出器には高い角度検出精度が求められているが、例えば、エンコーダの角度検出精度はガルバノモータの回転軸の偏心の影響を受ける。そこで、特許文献１は、エンコーダスケールを有する回転ディスクに少なくとも２つの検出部を回転軸に関して対向する位置に配置して、それぞれの検出部の出力値を平均化する検出装置を開示している。

特開２００８−１９７０３５号公報

特許文献１に開示された検出装置は、複数の検出部で検出したエンコーダ信号を処理するため、それぞれの検出部に対し、アナログデジタル（ＡＤ）変換手段、２値化手段および計数部を有している。

本発明は、例えば、ハードウェアの規模の小ささの点で有利な検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、放射状のスケールを有する部材の回転角度を検出する検出装置であって、部材の回転軸に関して対向する２箇所にそれぞれ配置され、スケールからの第１信号および第２信号をそれぞれ検出し、互いに位相の異なる複数の周期信号を１組とする第１検出信号および互いに位相の異なる複数の周期信号を１組とする第２検出信号をそれぞれ出力する第１および第２検出部と、第１および第２検出信号を第１および第２デジタルデータにそれぞれ変換する第１および第２変換部と、第１検出信号に基づいて計数データを得る計数部と、第１デジタルデータと計数データとに基づいて第１角度を得る第１処理部と、第１角度と第２デジタルデータとに基づいて、第２角度を得る第２処理部と、第１角度と第２角度とに基づいて回転角度を得る第３処理部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、ハードウェアの規模の小ささの点で有利な検出装置を提供することができる。

第１実施形態に係るガルバノスキャナの構成を示す概略図である。 第１実施形態に係る検出装置のブロック回路構成図である。 第１実施形態に係る角度検出のフローチャートを示す図である。 第１実施形態に係るエンコーダ信号のＡ相信号およびＢ相信号が存在する象限の切り替わりを示す図である。 第１実施形態に係る第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂのエンコーダ信号と回転角度との関係を示す図である。 第１実施形態に係る第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂの検出角度の関係を示す図である。 第２実施形態に係る回転角度検出のフローチャートを示す図である。 駆動装置の一例としてのリソグラフィ装置に備えられるステージ装置の構成例を示す図である。 産業機械の一例としてのレーザ加工装置の構成例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る検出装置を適用可能な駆動装置について説明する。本実施形態でいう駆動装置は、ミラーをガルバノモータの軸周りに回転駆動させて、レーザ光を走査するガルバノスキャナとする。図１は、本実施形態に係るガルバノスキャナ２００の構成を示す概略図である。ガルバノスキャナ２００は、回転の対象物としてのミラー２０１とモータ２０３とを含む駆動部と、モータ２０３の動作を制御する制御部２１０とを備える。制御部２１０は、検出部２０２と、ＤＳＰ２０４と、Ｄ／Ａ変換部２０６と、電流アンプ２０５とを含む。Ｒ_Ｍ、Ｌ_Ｍはモータ２０３のコイル抵抗およびコイルインダクタンスであり、Ｖ_Ｍはモータ２０３に印加する電圧である。検出部２０２は、インクリメンタルエンコーダ（図示しない）の信号からモータ２０３の回転角度を検出し，ＤＳＰ２０４にてフィードバック制御の計算を実施し、電流指令をＤ／Ａ変換部２０６へ出力している。電流アンプ２０５はブリッジ駆動のリニアアンプであり、モータコイルに流れる電流を抵抗Ｒ_Ｓにて検出しフィードバックすることで電流指令値ｉrｅfとモータ駆動電流ｉが同じになるように出力電圧Ｖ_Ｍが調整される。これにより、ミラーの位置制御を行うことができる。

図２は、本発明の第１実施形態に係る検出装置のブロック回路構成図である。検出装置１００により回転角度を検出される放射状のスケールを有する部材（例えば、回転ディスク）１は、回転軸２に取り付けられ、回転情報を得るための測定対象物と共に回転する。放射状のスケールは、回転軸２を中心に部材１上に等ピッチで設けられている。検出装置１００は、第１検出部３ａと、第２検出部３ｂと、第１変換部４ａおよび第２変換部４ｂと、２値化手段５と、計数部６と、第１処理部７と、第２処理部８と、第３処理部９と、記憶部１０とを備える。

第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂは、部材１の回転軸２に関して対向する２箇所にそれぞれ配置されている。各検出部は、部材１上のスケールに光束を照射する投光手段と、スケールからの反射光束を検出する受光手段とを有し、部材１上の２点からの回転情報に基づく光束（信号）を同時に検出している。これにより、部材１の中心が回転中心に対して多少ずれている場合もしくはモータ軸の軸ブレがある場合、即ち偏心がある場合には偏心情報は符号の反転した情報として、各検出部により検出される。したがって、第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂにより検出した回転情報（検出角度）の平均を求めることで、偏心などによる回転情報の検出誤差を補正できる。第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂは部材１の回転情報に基づいて、第１信号および第２信号をそれぞれ検出し、互いに位相が異なる複数の周期信号を１組とする第１検出信号および第２検出信号をそれぞれ出力する。本実施形態では、位相差約９０度の２つの周期信号（Ａ相信号、Ｂ相信号）を一組の検出信号とする。第１検出部３ａのＡ相信号をＣａ、Ｂ相信号をＳａ、第２検出部３ｂのＡ相信号をＣｂ、Ｂ相信号をＳｂとする。本実施形態ではモータをＣＷ方向に回転させると、Ａ相信号およびＢ相信号は図４に示すようにＣＣＷ方向に回転するものとする。

第１変換部４ａおよび第２変換部４ｂは、第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂから、それぞれ第１検出信号および第２検出信号を受信する。受信された各信号は、ある一定時間間隔でそれぞれ第１デジタルデータおよび第２デジタルデータに変換される。第１変換部４ａおよび第２変換部４ｂにより変換された第１デジタルデータおよび第２デジタルデータは、それぞれ第１処理部７と、第２処理部８とに入力される。

２値化手段５は第１検出部３ａからの第１検出信号（周期信号）を２値化し、２値化された第１検出信号は、計数部６に入力される。計数部６は２値化された第１検出信号の立ち上がりおよび立ち下がりの回数を計数し計数データを得る。計数データは第１処理部７に入力される。図４は、周期信号のＡ相信号およびＢ相信号が存在する象限の切り替わりを示す図である。２値化された周期信号の立ち上がりおよび立ち下がりは、図４においてＡ相信号およびＢ相信号が存在する象限の切り替わりを示す。計数データは象限が１増加する（第１象限から第２象限、第４象限から第１象限など）ごとに１増加する。また、象限が１減少するごとに１減少する。

第１処理部７は、変換部４ａから出力された第１デジタルデータを用いてアークタンジェントを算出し、計数部６からの計数データと合わせることで、第１検出部３ａにより検出された第１角度を求める。ここで、アークタンジェントの角度θ’は図４に示すようにＣａ＝０、Ｓａ＝０、Ｃｂ＝０もしくはＳｂ＝０の直線に対して反時計方向への角度とし，０≦θ’＜π／２として考える。なお、このようなモータ角度の検出方法はエンコーダ信号の内挿や分割手法として、広く知られている。

第２処理部８は、変換部４ｂから出力された第２デジタルデータを用いてアークタンジェントを算出する。また、記憶部１０に保存されている第１角度と第２角度との対応関係である初期データを参照して第２角度の見込み値を求める。上記アークタンジェントの算出結果および上記見込み値から計数データを推測し、得られた推測値と上記アークタンジェントの算出結果に基づいて、第２角度を求める。そして、第３処理部９は、第１角度と第２角度とに基づいて（例えば、平均化することで）部材１の回転角度を得る。

図３（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る検出装置による角度検出手順のフローチャートである。この手順は、図３（ａ）に示す初期化工程と図３（ｂ）に示す使用工程の２工程からなる。例えば初期化工程は、ガルバノスキャナを製品として生産する工程にあたり、使用工程はガルバノスキャナを使用する工程にあたる。初期化工程では第１角度と第２角度との対応関係を初期データとして作成する。使用工程では初期化工程で作成した初期データを参照して第２検出部３ｂでの検出角度の見込み値を求めて、計数データを推測し検出角度を計算する。

まず、図３（ａ）に示す初期化工程について説明する。Ｓ１では、第１検出部３ａのみの検出角度に基づいて位置制御を開始する。ガルバノスキャナの電源投入時においてモータの回転角度は不定であり、ガルバノモータはインクリメンタルエンコーダを使用しているため、原点検出動作を行う（Ｓ２）。

原点位置において第１検出部３ａで検出される第１角度は０度である。したがって、第２検出部３ｂで検出される第２角度も０度となるはずである。しかし、第１検出部３ａと第２検出部３ｂの周期信号は厳密に同期しないので、０度から僅かにずれる。そこで、Ｓ３では、第２検出部３ｂで検出される第２角度が０度となるようにオフセット値を設定する。具体的には、以下の通りである。まず、変換部４ｂにより変換された第２検出部３ｂからの周期信号（Ｃｂ、Ｓｂ）の第２デジタルデータからアークタンジェントを計算し、その結果をθｂ０[ｒａｄ]とする。ここで、第２検出部３ｂの計数データを０とする。モータ１回転当たりのエンコーダのパルス数をＮpとすると、モータの回転角度はθｂ０／Ｎp[ｒａｄ]となる。この値をオフセット値として設定し、第２検出部３ｂで検出される第２角度から減ずることで、原点位置での第２検出部３ｂで検出される第２角度を０とすることができる。

つぎに、Ｓ４ではＣＷ方向へモータを微小角度θ１［ｒａｄ］回転させる。ガルバノスキャナの場合、基準位置を中心に約±１０度の範囲のみ可動させることができるように機械式のストッパが設けられている。そのため、ここでは±１０度の範囲内でモータを回転させる。また、θ１［ｒａｄ］はエンコーダのパルスの立ち上がり、立ち下がり周期に対して十分に小さい値とする。回転完了後、第２検出部３ｂで周期信号（Ｃｂ、Ｓｂ）を測定し、変換部４ｂにより変換された第２デジタルデータからアークタンジェントを計算し、その結果をθｂ１［ｒａｄ］とする（Ｓ５）。アークタンジェントの計算結果のみから得られるモータの回転角度は、θｂ１／Ｎp［ｒａｄ］である。この値と計数データとに基づいて第２検出部で検出される第２角度が得られる。

しかしながら、第２検出部３ｂには２値化手段や計数部が接続されていない。そこでＳ６で計数データを推定して求める。図５（ａ）および（ｂ）に第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂのエンコーダ信号とモータの回転角度との関係を示す。モータの回転角度は、エンコーダのパルス周期に対して十分小さい角度であり、かつＣＷ方向へ移動させている。第１検出部３ａで検出するモータの回転角度（第１角度）θ１に応じて第１検出部３ａでのリサージュ波形はθａ１＝θ１×Ｎp［ｒａｄ］回転する。また第２検出部３ｂでのリサージュ波形はθｂ１［ｒａｄ］回転する。この時、第２検出部３ｂのエンコーダ信号は象限を横切らないため、計数データは０と推定できる。したがって、第２検出部３ｂで検出するモータ回転角度（第２角度）θｂはθｂ１／Ｎp−θｂ０／Ｎpとなる。上記第１角度θ１と第２角度θｂとの対応関係を初期データとして記憶部１０に保存する（Ｓ７）。つぎにＳ８では、モータをＣＷ方向へ微小回転可能か確認する。

回転可能であれば、Ｓ４〜Ｓ７のステップを繰り返し、さらに微小角度回転させて測定を行う。図５（ｃ）および（ｄ）は、さらにモータをＣＷ方向へ回転させた後の第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂのエンコーダ信号とモータの回転角度との関係である。モータの回転角度（第１角度）θ２に応じて第１検出部３ａでのリサージュ波形はθａ２＝θ２×Ｎp［ｒａｄ］回転する。同様に第２検出部３ｂでのリサージュ波形はθｂ２［ｒａｄ］回転する。この時、第２検出部３ｂのエンコーダ信号は象限を横切るため、Ｓ６で推定される計数データは１である。アークタンジェントを計算すると、θｂ２−π／２となる。したがって、この場合の第２検出部３ｂで検出するモータ回転角度（第２角度）θｂは、（θｂ２−π／２）／Ｎp−θｂ０／Ｎp＋２π／（４×Ｎp）となる。上記第１角度θ２と第２角度θｂとの対応関係を初期データとして記憶部１０に追加して保存する（Ｓ７）。ＣＷ方向への移動完了後（Ｓ７で回転不能と判断）、同様にＣＣＷ方向への移動および初期データの記憶部１０への保存を実施する（Ｓ９）。

図６（ａ）に第１検出部３ａで検出するモータ回転角度（第１角度）θａに対する第２検出部３ｂで検出するモータ回転角度（第２角度）θｂの関係図を示す。図中の点線はエンコーダのスケールの偏心やモータの回転軸ブレのない理想的な場合であり、第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂは同じ検出角度を示す。一方、図６（ａ）中の実線は偏心が存在する場合であり、第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂは異なる検出角度を示す。図３（ａ）の初期化工程で作成した初期データは、例えば、図６（ａ）中の実線で示すものである。

また、この検出角度の関係は限定された環境温度範囲であれば経時変化によらず、ほぼ一定であり、エンコーダパルスの１／２周期に相当する回転角度より十分に小さい程度に安定している。つまり、第１検出部３ａで検出される第１角度が決まれば、第２検出部３ｂで検出され得る第２角度の範囲は限定される。そのため第２検出部３ｂでのエンコーダ信号のアークタンジェントが計算できれば、第２検出部３ｂでの計数データを推定できる。

図２（ｂ）の使用工程のフローチャートを用いてこの推定の方法を含む角度検出方法を詳細に説明する。まず第１検出部３ａで検出される第１角度に基づいて位置制御を開始する（Ｓ１）。電源投入時においてモータの回転角度は不定であり、ガルバノモータにはインクリメンタルエンコーダを使用しているため、電源投入後最初に原点位置の検出を行う（Ｓ２２）。つぎに第１検出部３ａに加えて第２検出部３ｂでの角度検出を行う（Ｓ２３）。第１検出部３ａで検出された第１角度から記憶部１０に保存された図６（ａ）の初期データを参照し、第２検出部３ｂで検出される第２角度の見込値を求める（Ｓ２４）。つぎに変換部４ｂにより変換された第２検出部３ｂのエンコーダ信号（Ｃｂ、Ｓｂ）の第２デジタルデータからアークタンジェントを計算する（Ｓ２５）。Ｓ２６では、Ｓ２４で求めた第２角度の見込み値およびＳ２５で求めたアークタンジェントの計算結果から第２検出部３ｂで取り得る計数データを推定する。得られた推測値およびＳ２５で求めたアークタンジェントの結果から第２検出部３ｂで検出される第２角度を求める（Ｓ２７）。Ｓ２３は計数の第２処理部８により行われる。Ｓ２８で第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂで検出される第１角度および第２角度の平均値を求め、Ｓ２９では、求めた平均値を回転角度として位置制御を実施する。

このように第１検出部３ａ、３ｂでの検出角度の関係の変動幅が本実施形態のように安定していれば、２つの検出部のいずれか一方に２値化手段および計数部を用いなくても事前の初期データを用いて回転角度を検出することができる。

第１検出部３ａ、３ｂでの検出角度の関係は、環境温度範囲だけでなく、エンコーダパルスに対するモータの回転軸の軸ブレ量の大きさからも影響を受ける。ここで、ガルバノスキャナは、非常に高精度な位置制御が要求されるため、熱膨張の影響を考慮して限定された環境温度範囲で使用される。また、モータの回転軸の軸ブレの量もエンコーダパルスに対して十分に小さい。そのため、第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂでの検出角度の関係はほぼ一定であり、事前の初期データを用い、２値化手段や計数部を持たない検出部を含む本実施形態を適用して回転角度を検出することができる。

また、位置精度を重視するような用途では低速な位置制御動作を温度管理された環境で実施するような場合もある。この場合軸ブレは問題とならず、さらに温度変化による検出角度の変化も小さい。そのため、回転軸に対するエンコーダのスケールの偏心のみ考慮すればよい。この場合、第２検出部３ｂおよび第２変換部４ｂが不要となる。つまり、図３（ｂ）の使用工程のＳ２３においては、第２検出部３ｂおよび第２変換部４ｂを仮想し、第１検出部３ａで検出される第１角度に基づいて、第１角度に対応する第２角度を第２処理部８で求めることができる。なお、第２処理部８は、記憶部１０に記憶された第１角度と第２角度との対応関係を参照することで第２角度を求めることができる。そして、Ｓ２８およびＳ２９により位置制御を実施する。

以上のように、本実施形態によれば、コストの点で有利な、複数のエンコーダ信号を処理する検出装置を提供することができる。

〔第２実施形態〕
本実施形態でも、第１実施形態と同様にガルバノスキャナへの適用を考える。モータ１回転あたりのエンコーダのパルス数が、例えば、３６パルスと小さい場合を考える。このような場合、偏心による検出精度への影響はエンコーダパルスの１／２周期に相当する回転角度より十分に小さい。この場合、計数部を有する１つの検出部の検出角度と計数部を持たない検出部のアークタンジェントの結果から計数データを一意に推測することができる。つまり第１実施形態の初期化工程（図２（ａ））がなくても妥当な計数データを簡単に求めることができる。したがって、本実施形態によっても、コストの点で有利な、複数のエンコーダ信号を処理する検出装置を提供することができる。

〔第３実施形態〕
本実施形態でも、第１および第２実施形態と同様にガルバノスキャナへの適用を考える。ガルバノスキャナの用途の一つとしてレーザ穴あけ加工がある。この用途では、大きな電流をモータに流す必要があり、環境温度が変動する。ガルバノスキャナの熱容量により検出角度の関係の変動は時間に対して緩やかであるものの、その変動量はエンコーダパルスの１／２周期に相当する回転角度より大きい。本実施形態では、この変動を考慮し、図６（ｂ）のように第１検出部３ａおよび３ｂの検出角度の関係が上下に変動する場合を考える。

本実施形態の角度検出手順は、第１実施形態と同様に初期化工程と使用工程の２工程からなる。初期化工程は第１実施形態と同様である。図７に本実施形態における使用工程のフローチャートを示す。まず、第１検出部３ａのみの検出角度に基づいて位置制御を開始する（Ｓ３１）。続いて、原点位置の検出を行う（Ｓ３２）。つぎに第１検出部３ａに加えて第２検出部３ｂでの角度検出を行い、モータの位置制御を開始する（Ｓ３３）。第１検出部３ａからの検出角度から図６（ｂ）の実線データ（＝初期データ）を参照し、第２検出部３ｂでの検出角度の見込値を求める（Ｓ３４）。過去に実施した角度検出動作において見込み値と検出角度の差異データから見込み値を修正する（Ｓ３５）。この動作により図６（ｂ）で示した環境温度の変動による検出角度の関係の変動を補正することができる。つぎに第２検出部３ｂのエンコーダ信号（Ｃｂ、Ｓｂ）をＡＤ変換した結果からアークタンジェントを計算する（Ｓ３６）。Ｓ３７では、第２検出部３ｂでの検出角度の見込み値およびアークタンジェントの計算結果から第２検出部３ｂで取り得る計数データを推定する。推測値およびアークタンジェントの結果から第２検出部３ｂでの検出角度を求める（Ｓ３８）。第２検出部３ｂでの検出角度と検出角度の見込み値の差異データを求めて（Ｓ４１）、変動値として次回以降の角度検出に使用する。第１検出部３ａおよび第２検出部３ｂでの検出角度の平均値を求める（Ｓ３９）。検出角度の平均値を回転角度として位置制御を実施する（Ｓ４０）。

なお、上記説明では、Ｓ４１で求めた差異データは、初期データにより求められる第２角度の見込み値の修正に用いたが、初期データ（第１角度と第２角度との対応関係）の更新のために用いてもよい。

本実施形態の条件においても、過去の角度検出動作からの変動幅がエンコーダパルスの１／２周期に相当する回転角度より十分に小さい程度に安定していれば、計数部を持たない検出部においても事前の初期データを用いて回転角度を検出することができる。また、ガルバノスキャナ制御サンプリングの周波数は１００ＫＨｚ以上であり、環境温度の変動の時定数と比較して十分に高速である。そのため、制御サンプリングごとにＳ４１の動作により変動値を求めて補正すれば、十分に変動に対応できる。以上のことから、本実施形態を適用して２値化手段や計数部を持たない検出部においても事前の初期データを用いて回転角度を検出することができる。本実施形態によっても、コストの点で有利な、複数のエンコーダ信号を処理する検出装置を提供することができる。

〔その他の駆動装置〕
更に本発明の実施形態に係る検出装置は、ガルバノスキャナ以外の駆動装置にも使用することができる。この駆動装置は、種々の装置、例えば、ロボットや運輸、工作、加工、計測、製造に係る機械または装置（産業機械または装置）等において有用である。ここでは、産業機械に有用な駆動装置の一例として、リソグラフィ装置に備えられるステージ（ＸＹステージ）装置を取り上げ、該装置への検出装置の適用について説明する。なお、リソグラフィ装置は、原版のパターンを基板に形成する装置であって、例えば、露光装置、描画装置、インプリント装置として具現化されうる。露光装置は、例えば、（極端）紫外光を用いて基板（上のレジスト）に（潜像）パターンを形成する。また、描画装置は、例えば、荷電粒子線（電子線等）を用いて基板（上のレジスト）に（潜像）パターンを形成する。また、インプリント装置は、基板上のインプリント材を成型して基板上にパターンを形成する。

図８は、ステージ装置３００の構成例を示す図である。ステージ装置３００は、ステージ３０１（可動部）のＹ軸方向への移動に用いられるＹ軸モータ３０２（駆動部）と、ステージ３０１（可動部）のＸ軸方向への移動に用いられるＸ軸モータ３０３（駆動部）とを有する。ここで、両駆動部は、モータと、当該モータのロータの回動を直動に変換する機構と、当該ロータの回転角を計測するためのエンコーダと、エンコーダ信号を処理するための検出装置とを含んで構成されうる。エンコーダとして、本発明の実施形態に係る放射状のスケールを有する部材を適用できる。また、検出装置として、本発明の実施形態に係る検出装置を適用できる。これにより、駆動装置全体の低コスト化に寄与しうる。

〔産業機械への応用〕
本発明の実施形態に係る検出装置を使用したガルバノスキャナは、例えば、図９のような産業機械としてのレーザ加工装置１０００に適用することができる。レーザ加工装置１０００は、加工対象の物体（被照射体）ＯＢにレーザ光ＬＬを照射し、例えば、物体ＯＢの切断、穴あけ、溶接などの加工を行う。

レーザ加工装置１０００は、Ｘ軸モータ１００２と、Ｙ軸モータ１００４と、Ｘ軸ミラー１００６と、Ｙ軸ミラー１００８と、Ｘ軸検出部１０１０と、Ｙ軸検出部１０１２とを備える。Ｘ軸モータ１００２は、回転軸に取り付けられたＸ軸ミラー１００６を回転させて、第１の位置から移動させて第２の位置に停止させる。同様に、Ｙ軸モータ１００４は、回転軸に取り付けられたＹ軸ミラー１００８を回転させて、第１の位置から移動させて第２の位置に停止させる。Ｘ軸検出部１０１０は、インクリメンタル型ロータリエンコーダで構成され、Ｘ軸ミラー１００６の回転角度（即ち、Ｘ軸モータ１００２の回転軸の回転角度）を検出する。同様に、Ｙ軸検出部１０１２は、インクリメンタル型ロータリエンコーダで構成され、Ｙ軸ミラー１００８の回転角度（即ち、Ｙ軸モータ１００４の回転軸の回転角度）を検出する。光源１０１６は、レーザ光ＬＬを照射する。主制御部１０１４は、レーザ加工装置１０００の各駆動系の動作制御や各種演算を実行するものであり、光源１０１６に対して、レーザ光ＬＬの照射（発光）を指示するＯＮ信号やレーザ光ＬＬの非照射（非発光）を指示するＯＦＦ信号を出力する。また、主制御部１０１４は、Ｘ軸モータ位置指令部１０１８およびＹ軸モータ位置指令部１０２２に、加工面上のＸ座標位置およびＹ座標位置を指令する。Ｘ軸モータ位置指令部１０１８およびＹ軸モータ位置指令部１０２２は、与えられた座標位置から各モータ１００２、１００４への指令回転角度を計算し、Ｘ軸モータ制御部１０２０およびＹ軸モータ制御部１０２４に指令する。

ここで、Ｘ軸モータ１００２およびＹ軸モータ１００４としては、図１におけるモータ２０３が適用される。そして、Ｘ軸ミラー１００６およびＹ軸ミラー１００８は、図１におけるミラー２０１に相当し、Ｘ軸検出部１０１０およびＹ軸検出部１０１２は、図２における部材１に相当する。また、Ｘ軸モータ制御部１０２０およびＹ軸モータ制御部１０２４は、図１における制御部２１０に相当する。Ｘ軸モータ制御部１０２０は、Ｘ軸検出部１０１０が検出したＸ軸ミラー１００６の回転角度に基づいて、ＤＳＰにてフィードバック制御の計算を実施し、Ｘ軸モータ１００２の駆動を制御する。同様に、Ｙ軸モータ制御部１０２４は、Ｙ軸検出部１０１２が検出したＹ軸ミラー１００８の回転角度に基づいて、ＤＳＰにてフィードバック制御の計算を実施し、Ｙ軸モータ１００４の駆動を制御する。

物体ＯＢの加工において、光源１０１６からのレーザ光ＬＬは、Ｙ軸ミラー１００８およびＸ軸ミラー１００６で反射され、物体ＯＢに照射される。レーザ光ＬＬは、Ｘ軸ミラー１００６が回転することによって、物体ＯＢにおいてＸ軸方向（正側および負側）に走査される。また、レーザ光ＬＬは、Ｙ軸ミラー１００８が回転することによって、物体ＯＢにおいてＹ軸方向（正側および負側）に走査される。このとき、Ｘ軸ミラー１００６およびＹ軸ミラー１００８は、それぞれＸ軸モータ１００２およびＹ軸モータ１００４によって駆動され、高速かつ高精度な位置決めを実現する。

レーザ加工装置１０００では、レーザ加工を物体ＯＢの正確な位置に実施することが求められるとともに、低コスト化が望まれる。そこで、レーザ加工装置１０００に上記の各実施形態で説明した検出装置を適用することで、装置全体の低コスト化に寄与し得る。

上記実施形態では駆動装置としてガルバノスキャナを用い、ガルバノモータの制御について説明したが、ＤＣモータやＡＣモータの制御にも適用できる。また、２つの検出部を用いた実施形態について説明したが、より多くの検出部を用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ 部材
２ 回転軸
３ａ 第１検出部
３ｂ 第２検出部
４ａ 第１変換部
４ｂ 第２変換部
５ ２値化手段
６ 計数部
７ 第１処理部
８ 第２処理部
９ 第３処理部
１０ 記憶部
１００ 検出装置

Claims (12)

1. 放射状のスケールを有する部材の回転角度を検出する検出装置であって、
   前記部材の回転軸に関して対向する２箇所にそれぞれ配置され、前記スケールからの第１信号および第２信号をそれぞれ検出し、互いに位相の異なる複数の周期信号を１組とする第１検出信号および互いに位相の異なる複数の周期信号を１組とする第２検出信号をそれぞれ出力する第１および第２検出部と、
   前記第１および第２検出信号を第１および第２デジタルデータにそれぞれ変換する第１および第２変換部と、
   前記第１検出信号に基づいて計数データを得る計数部と、
   前記第１デジタルデータと前記計数データとに基づいて第１角度を得る第１処理部と、
   前記第１角度と前記第２デジタルデータとに基づいて、第２角度を得る第２処理部と、
   前記第１角度と前記第２角度とに基づいて前記回転角度を得る第３処理部と、
   を有することを特徴とする検出装置。
2. 前記第３処理部は、前記第１角度および前記第２角度を平均化して前記回転角度を得ることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記第１角度と前記第２角度との対応関係を記憶する記憶部を有し、
   前記第２処理部は、前記対応関係にも基づいて前記第２角度を得ることを特徴とする請求項１または２に記載の検出装置。
4. 前記第１角度と、前記第１角度と前記対応関係とにより得られる第２角度と、前記第２デジタルデータとに基づいて、前記対応関係を更新することを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
5. 放射状のスケールを有する部材と、前記部材の回転角度を検出する請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の検出装置とを有することを特徴とする駆動装置。
6. 請求項５に記載の駆動装置を有することを特徴とする産業機械。
7. 前記駆動装置により回転されるミラーを有することを特徴とする請求項６に記載の産業機械。
8. 前記駆動装置により移動されるステージを有することを特徴とする請求項６に記載の産業機械。
9. 放射状のスケールを有する部材の回転角度を検出する検出装置であって、
   前記スケールからの信号を検出し、互いに位相の異なる複数の周期信号を１組とする検出信号を出力する検出部と、
   前記検出信号をデジタルデータに変換する変換部と、
   前記検出信号に基づいて計数データを得る計数部と、
   前記デジタルデータと前記計数データとに基づいて第１角度を得る第１処理部と、
   前記部材の回転軸に関して前記検出部とは対向して配置され、前記スケールからの信号を検出し、互いに位相の異なる複数の周期信号を１組とする検出信号を出力するものとして仮想した検出部により得られる、前記第１角度に対応する第２角度を、前記第１角度に基づいて得る第２処理部と、
   前記第１角度と前記第２角度とに基づいて前記回転角度を得る第３処理部と、
   を有することを特徴とする検出装置。
10. 前記第１角度と前記第２角度との対応関係を記憶する記憶部を有し、
    前記第２処理部は、前記第１角度と前記対応関係とに基づいて前記第２角度を得ることを特徴とする請求項９に記載の検出装置。
11. 請求項９または１０に記載の検出装置を有することを特徴とする駆動装置。
12. 請求項１１に記載の駆動装置を有することを特徴とする産業機械。

Images