JP2016205854A - Linear gauge sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リニアゲージセンサに関する。 The present invention relates to a linear gauge sensor.
従来、スピンドルに固定されたスリットガラス等のスケール部材に照射した光の透過光を検出素子が検出することにより、スピンドルの変位を測定するリニアゲージセンサが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、スケール部材に反射部と非反射部のパターンを交互に形成し、照射した光の反射光を検出素子で検出することでスピンドルの変位を測定するリニアゲージセンサも知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a linear gauge sensor that measures the displacement of a spindle by detecting a transmitted light of light irradiated on a scale member such as a slit glass fixed to the spindle is known (for example, see Patent Document 1). ).
There is also known a linear gauge sensor that measures the displacement of the spindle by alternately forming a pattern of a reflective portion and a non-reflective portion on a scale member and detecting reflected light of irradiated light by a detection element.
しかしながら、スケール部材に設けられるスリットのパターンは、検出素子が定める仕様によりピッチ距離が限定されていた。このため、リニアゲージセンサの測定分解能は、このピッチ距離、又はこのピッチ距離を整数で割った値、若しくは整数倍した値となっていた。
したがって、分解能の調整には制限があり、例えば整数倍ではない任意の倍率になる、単位系の異なる分解能等を実現することは難しかった。
However, the pitch distance of the slit pattern provided in the scale member is limited by the specification determined by the detection element. For this reason, the measurement resolution of the linear gauge sensor is the pitch distance, or a value obtained by dividing the pitch distance by an integer or a value obtained by multiplying by an integer.
Therefore, there is a limit in adjusting the resolution, and it has been difficult to realize a resolution of different unit systems, for example, an arbitrary magnification that is not an integral multiple.
本発明は、測定分解能を容易に調整可能なリニアゲージセンサを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the linear gauge sensor which can adjust measurement resolution easily.
本発明に係るリニアゲージセンサは、移動体に固定され、所定のピッチ距離Pでスリットが連続したパターンで設けられたスケール部材と、前記スリットの向きに対して所定の相対方向に固定され、前記パターンの移動量のうち前記スリットの向きと垂直な方向への移動量を検出する検出素子と、を備え、前記スリットのパターンは、前記スケール部材の移動方向に対して垂直な方向から角度θ(0°<θ<90°)傾けた向きに設けられる。 The linear gauge sensor according to the present invention is fixed to a moving body, and is fixed in a predetermined relative direction with respect to the direction of the slit, and a scale member provided in a pattern in which slits are continuous at a predetermined pitch distance P, A detection element that detects a movement amount in a direction perpendicular to the direction of the slit among the movement amount of the pattern, and the slit pattern has an angle θ (0) from a direction perpendicular to the movement direction of the scale member. It is provided in an inclined direction (0 ° <θ <90 °).
前記スリットは、要求された測定分解能Lに対して、角度θ=arccos(P/L)の向きに設けられてもよい。 The slit may be provided at an angle θ = arccos (P / L) with respect to the required measurement resolution L.
前記測定分解能Lは、前記移動体の可動域の長さ以上に設定されてもよい。 The measurement resolution L may be set to be equal to or longer than the movable range of the moving body.
前記スケール部材は、前記スリットとして、前記所定のピッチ距離で光の反射部及び非反射部が交互に連続したパターンが設けられ、前記検出素子は、前記スケール部材からの反射光の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出してもよい。 The scale member is provided with a pattern in which light reflecting portions and non-reflecting portions are alternately continued at the predetermined pitch distance as the slit, and the detection element is configured to calculate the amount of movement of reflected light from the scale member, Detection may be performed in units of the predetermined pitch distance.
前記スケール部材は、前記スリットとして、前記所定のピッチ距離で光の透過部及び非透過部が交互に連続したパターンが設けられ、前記検出素子は、前記スケール部材からの透過光の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出してもよい。 The scale member is provided with a pattern in which light transmitting portions and non-transmitting portions are alternately and alternately arranged at the predetermined pitch distance as the slit, and the detection element is configured to determine a movement amount of transmitted light from the scale member, Detection may be performed in units of the predetermined pitch distance.
前記スケール部材は、前記スリットとして、前記所定のピッチ距離で磁気出力パターンが設けられ、前記検出素子は、前記スケール部材からの磁気縞の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出してもよい。 The scale member is provided with a magnetic output pattern at the predetermined pitch distance as the slit, and the detection element detects the amount of movement of the magnetic stripe from the scale member in units of the predetermined pitch distance. Also good.
本発明によれば、リニアゲージセンサにおける測定分解能を容易に調整可能である。 According to the present invention, the measurement resolution in a linear gauge sensor can be easily adjusted.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
本実施形態では、光学式反射型のリニアゲージセンサ1について説明する。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below.
In this embodiment, an optical reflective linear gauge sensor 1 will be described.
図1及び図2は、本実施形態に係るリニアゲージセンサ1の構造を示す図である。
リニアゲージセンサ1は、本体2と、本体2に固定された製品保持部3と、製品保持部3によって軸受され軸方向に移動可能なスピンドル4と、スピンドル4の一端に固定された測定対象物接触部5と、スピンドル4の他端に固定されたスリット固定部6と、一端が本体2に他端がスリット固定部6に固定されスリット固定部6を測定対象物接触部5の方向に付勢するスプリング7とを備えている。
FIG.1 and FIG.2 is a figure which shows the structure of the linear gauge sensor 1 which concerns on this embodiment.
The linear gauge sensor 1 includes a
さらに、リニアゲージセンサ1は、スリット固定部6に固定されたスケール部材8と、検出素子9と、検出素子9を含む基板10と、基板10から信号を出力する出力ケーブル11とを備えている。
Furthermore, the linear gauge sensor 1 includes a
また、製品保持部の端部には、スピンドル4を覆うように防塵・防水カバー12が備えられている。リニアゲージセンサ1は、カバー13で覆われ、製品固定穴14によって固定治具に取り付けられる。
A dustproof /
このような構成において、測定対象物接触部5が対象物に当接された状態で、スピンドル4が本体2に対して軸方向に移動すると、スピンドル4にスリット固定部6を介して固定されたスケール部材8も軸方向に移動する。リニアゲージセンサ1は、このスケール部材8の移動量を検出素子9が検出することにより、対象物の変位を測定する。
In such a configuration, when the
図3は、本実施形態に係るリニアゲージセンサ1においてスケール部材8の移動量を検出素子9が検出する原理を説明する模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the principle by which the
検出素子9は、単体のICによって実現され、光源91(例えば、LED: Light Emitting Diode)と、固定スリット92と、固定スリット92を透過した光を受光する受光部93(例えば、PD: Photodiode)とを備える。
The
スケール部材8には、光の反射部と非反射部とが交互に連続したスリット状のパターンが設けられている。このため、光源91から発せられた光の一部は、スケール部材8の反射部で反射し、固定スリット92に達する。
The
固定スリット92には、スケール部材8のスリットパターンと同一のピッチ距離で反射部と非反射部(透過部)とが交互に連続して設けられている。したがって、固定スリット92に対してスケール部材8が図の左右方向に相対的に移動すると、受光部93において検出される光量は、周期的に変化して明暗が繰り返される。
In the fixed
具体的には、スケール部材8が(a)の位置では、受光部93に光が届かないが、(b)の位置まで1/2ピッチ(P)移動すると、受光部93に光が届く。この繰り返しの回数をカウントすることにより、ピッチ距離を分解能とする移動量の測定が可能となる。
Specifically, the light does not reach the
図4は、従来のスリットパターンを設けたスケール部材8、及び検出素子9の配置を示す図である。
スケール部材8の移動方向に対して垂直方向に反射部及び非反射部のスリットパターンが設けられている。また、検出素子9は、スケール部材8のスリットの向きに対して所定の相対方向、すなわちスケール部材8のスリットの向きと固定スリット92の向きとが略一致するように固定される。略一致とは、スケール部材8の移動に伴う反射光の光量変化を検出可能な精度での一致であり、所定の角度(例えば10°)以内の誤差を含んでよい。
FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the
A slit pattern of a reflective part and a non-reflective part is provided in a direction perpendicular to the moving direction of the
この場合、スケール部材8の移動方向へのスリットパターンの繰り返しの距離L1は、固定スリット92のピッチ距離Pと等しいため、検出素子9において検出される移動量は、スケール部材8の移動量と一致し、ピッチ距離Pが測定分解能となる。
In this case, since the repeated distance L1 of the slit pattern in the movement direction of the
図5は、本実施形態のスリットパターンを設けたスケール部材8、及び検出素子9の配置を示す図である。
従来のスリットパターン(図4)と比較して、本実施形態のスリットの方向は、スケール部材8の移動方向と垂直な方向に対して角度θ傾いた方向に設けられている。
FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the
Compared with the conventional slit pattern (FIG. 4), the direction of the slit of this embodiment is provided in a direction inclined by an angle θ with respect to the direction perpendicular to the moving direction of the
このとき、反射部と非反射部とが繰り返すスリットと垂直方向のピッチ距離Pは従来と等しい。この結果、スケール部材8の移動方向へのスリットパターンの繰り返しの距離L2は、ピッチ距離Pより長くなる。
At this time, the pitch distance P in the vertical direction and the slit in which the reflective part and the non-reflective part repeat is the same as the conventional one. As a result, the repeated distance L2 of the slit pattern in the moving direction of the
なお、説明の簡略化のため、検出素子9における固定スリット92の大きさとピッチ距離(=P)とを等しく図示しているが、これには限られない。検出素子9の大きさに比較してピッチ距離はさらに短く、固定スリット92のスリットは、多数(例えば数十)設けられてよい。
For simplification of description, the size of the
本実施形態のスリットパターンを用いる場合、検出素子9は、スケール部材8のスリットの向きに対して所定の相対方向、すなわちスリットの方向と同一の角度θだけ傾けて固定される。なお、スケール部材8の移動に伴う反射光の光量変化を検出可能な精度での誤差(例えば10°)は許容される。
When the slit pattern of the present embodiment is used, the
この配置により、検出素子9から見たスリットパターンは、検出素子9の仕様が求める従来と同一の方向及びピッチ距離になる。さらに、スケール部材8が軸方向に移動した場合、検出素子9から見たスリットパターンの描く模様、すなわち検出素子9が検出する反射光の動きは従来と同一になる。これにより、検出素子9は、スケール部材8の移動に伴うスリットパターンの移動量のうち、スリットの向きと垂直な方向への移動量を検出する。
With this arrangement, the slit pattern viewed from the
図6は、本実施形態に係る検出素子9において検出される移動量と、スケール部材8の移動量との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the amount of movement detected by the
図6(a)において、検出素子9からスケール部材8を見たとき、スケール部材8上の点Aは、スケール部材8の移動に伴って図中の水平方向から角度θ傾いた矢印の方向へ移動する。
このため、図6(b)において、点Aがスリットパターンの繰り返し距離L2だけ移動した場合、実際には点Aは点Bへ移動している。ところが、全ての点が平行移動してスリットの方向は変化しないため、見かけ上、点Aは従来と同一の移動方向(水平方向)の点Cに移動し、スリットパターンは、スリットの方向と垂直に移動する。このため、検出素子9は、従来と同様に、スリットパターンの移動量を検出できる。
In FIG. 6A, when the
For this reason, in FIG. 6B, when the point A moves by the repetition distance L2 of the slit pattern, the point A actually moves to the point B. However, since all the points move in parallel and the slit direction does not change, the point A apparently moves to the point C in the same moving direction (horizontal direction) as before, and the slit pattern is perpendicular to the slit direction. Move to. For this reason, the
検出素子9において1ピッチ距離(=P)の移動量を検出した場合、スケール部材8の移動量は、従来のL1(=P)及び本実施形態のL2の関係が「L1=L2×cosθ」となる。すなわち、角度θが0°から90°の間に調整されることにより、スケール部材8の移動量の検出分解能は、従来よりも長い距離(L1<L2)となる。
When the
測定分解能をL2に設定したい場合、スリットの傾き角度θは、アークコサイン関数を用いて、
θ=arccos(L1/L2)
と求められる。
例えば、検出素子9の測定分解能であるピッチ距離がP=20μmの場合に、スケール部材8の移動量L2=40μmの分解能を実現するためには、傾きの角度θ=arccos(20/40)=60°のスリットパターンを設ければよい。
When it is desired to set the measurement resolution to L2, the inclination angle θ of the slit is calculated using an arc cosine function.
θ = arccos (L1 / L2)
Is required.
For example, when the pitch distance which is the measurement resolution of the
本実施形態によれば、リニアゲージセンサ1において、スケール部材8のスリットが、移動方向に対して垂直な方向から角度θ傾けた向きに設けられ、検出素子9は、スリットの傾き角度θと同じ角度に合わせて固定された。
したがって、リニアゲージセンサ1は、検出素子9の仕様を変更することなく、ピッチ距離Pよりも長い任意な測定分解能L2を実現できる。これにより、リニアゲージセンサ1における測定分解能が容易に調整可能である。
According to this embodiment, in the linear gauge sensor 1, the slit of the
Therefore, the linear gauge sensor 1 can realize an arbitrary measurement resolution L2 longer than the pitch distance P without changing the specification of the
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
なお、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted or simplified.
本実施形態のリニアゲージセンサ1は、検出素子9の仕様が求めるピッチ距離の範囲で反射光の移動量を検出することにより、スケール部材8の可動域における絶対位置を検出する。
The linear gauge sensor 1 of the present embodiment detects the absolute position of the
図7は、本実施形態のスリットパターンを設けたスケール部材8、及び検出素子9の配置を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the arrangement of the
本実施形態では、スケール部材8に設けられるスリットの角度θは、90°近くに設定される。具体的には、スケール部材8の移動方向における反射部と非反射部との現れる周期(測定分解能)がスケール部材8の可動域L3以上になるように設定される。この場合、スケール部材8の最大移動量L3に対して、検出素子9が検出する反射光の移動量は、検出素子9の仕様が求めるピッチ距離P以下になる。
In the present embodiment, the angle θ of the slit provided in the
ここで、検出素子9が互いに90度の位相差を持つA相及びB相の2信号を出力可能な場合、リニアゲージセンサ1は、sinα及びcosαの2つの信号を取得できる。リニアゲージセンサ1は、これらの信号からtan−1(−180°≦α≦180°)を求めることにより、初期位置からの移動量だけでなく、スケール部材8の可動域内での絶対位置を検出できる。
また、上記の周期がスケール部材8の可動域L3に近付くほど、すなわち、スケール部材8の最大移動量に対する検出素子9が検出する反射光の移動量がピッチ距離Pに近付くほど、絶対位置の検出精度の向上が期待できる。
Here, when the
Further, the absolute position is detected as the period approaches the movable range L3 of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to embodiment mentioned above. Further, the effects described in the present embodiment are merely a list of the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the present embodiment.
前述の実施形態では、光学式反射型のリニアゲージセンサ1を説明したが、本実施形態における測定分解能を調整する構成は、他の方式のセンサにも適用可能である。 In the above-described embodiment, the optical reflection type linear gauge sensor 1 has been described. However, the configuration for adjusting the measurement resolution in this embodiment can be applied to other types of sensors.
例えば、リニアゲージセンサは、スケール部材のスリットとして、所定のピッチ距離で光の透過部及び非透過部が交互に連続したパターンが設けられ、検出素子においてスケール部材からの透過光の移動量を、ピッチ距離の単位で検出する光学式透過型であってもよい。 For example, the linear gauge sensor is provided with a pattern in which light transmitting portions and non-transmitting portions are alternately and continuously arranged at a predetermined pitch distance as a slit of the scale member, and the amount of movement of transmitted light from the scale member in the detection element is An optical transmission type detecting in units of pitch distance may be used.
また、リニアゲージセンサは、スケール部材のスリットとして、所定のピッチ距離で磁気出力パターンが設けられ、検出素子においてスケール部材からの磁気縞の移動量を、ピッチ距離の単位で検出する磁気式であってもよい。 The linear gauge sensor is a magnetic type in which a magnetic output pattern is provided at a predetermined pitch distance as a slit of the scale member, and the amount of movement of the magnetic fringes from the scale member in the detection element is detected in units of the pitch distance. May be.
前述の実施形態では、検出素子9は、固定スリット92を備える構成としたが、これには限られない。例えば、受光部が固定スリットの非反射部に相当するピッチ距離で櫛形に配置され、固定スリットを備えない検出素子であってもよい。
In the above-described embodiment, the
1 リニアゲージセンサ
4 スピンドル
8 スケール部材
9 検出素子
1
Claims (6)
前記スリットの向きに対して所定の相対方向に固定され、前記パターンの移動量のうち前記スリットの向きと垂直な方向への移動量を検出する検出素子と、を備えたリニアゲージセンサであって、
前記スリットのパターンは、前記スケール部材の移動方向に対して垂直な方向から角度θ(0°<θ<90°)傾けた向きに設けられたリニアゲージセンサ。 A scale member fixed to the moving body and provided in a pattern in which slits are continuous at a predetermined pitch distance P;
A linear gauge sensor comprising: a detection element that is fixed in a predetermined relative direction with respect to a direction of the slit and detects a movement amount in a direction perpendicular to the direction of the slit among the movement amount of the pattern. ,
The slit pattern is a linear gauge sensor provided in a direction inclined by an angle θ (0 ° <θ <90 °) from a direction perpendicular to the moving direction of the scale member.
前記検出素子は、前記スケール部材からの反射光の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出する請求項1から請求項3のいずれかに記載のリニアゲージセンサ。 The scale member is provided with a pattern in which light reflecting portions and non-reflecting portions are alternately continued at the predetermined pitch distance as the slit,
The linear gauge sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection element detects a movement amount of reflected light from the scale member in units of the predetermined pitch distance.
前記検出素子は、前記スケール部材からの透過光の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出する請求項1から請求項3のいずれかに記載のリニアゲージセンサ。 The scale member is provided with a pattern in which light transmitting portions and non-transmitting portions are alternately continued at the predetermined pitch distance as the slit,
The linear gauge sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection element detects a movement amount of transmitted light from the scale member in units of the predetermined pitch distance.
前記検出素子は、前記スケール部材からの磁気縞の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出する請求項1から請求項3のいずれかに記載のリニアゲージセンサ。 The scale member is provided with a magnetic output pattern at the predetermined pitch distance as the slit,
The linear gauge sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection element detects a movement amount of the magnetic stripe from the scale member in units of the predetermined pitch distance.
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