JP2625917B2 - リニアエンコーダ - Google Patents
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/24428—Error prevention
- G01D5/24433—Error prevention by mechanical means
- G01D5/24442—Error prevention by mechanical means by mounting means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/24471—Error correction
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-
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- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は工作機械やロボット等において被測定物の直
線移動状態を検出するリニアエンコーダに関し、特に被
測定物の移動方向と該被測定物に関して設けたスケール
との方向を容易に一致させ高精度の検出を可能としたリ
ニアエンコーダに関するものである。
線移動状態を検出するリニアエンコーダに関し、特に被
測定物の移動方向と該被測定物に関して設けたスケール
との方向を容易に一致させ高精度の検出を可能としたリ
ニアエンコーダに関するものである。
（従来の技術） 従来よりＸ−Ｙステージ等の被測定物の直線方向の位
置検出や移動量検出等にはリニアエンコーダが多く用い
られている。特に光学式のリニアエンコーダは比較的高
精度な検出が出来る為各分野で用いられている。
置検出や移動量検出等にはリニアエンコーダが多く用い
られている。特に光学式のリニアエンコーダは比較的高
精度な検出が出来る為各分野で用いられている。
第６図は従来の光学式のリニアエンコーダの概略構成
図である。同図において61はスケールであり目盛り61a
を直線方向に設けている。68は検出手段（変位検出手
段）であり、発光素子と目盛り61aを読み取る為のセン
サとを内部に備えている。69は被測定物で矢印の如く一
方向に移動する移動ステージより成っている。スケール
61は移動ステージ69に取り付けられ、又検出手段68は不
図示の基板に固定されている。
図である。同図において61はスケールであり目盛り61a
を直線方向に設けている。68は検出手段（変位検出手
段）であり、発光素子と目盛り61aを読み取る為のセン
サとを内部に備えている。69は被測定物で矢印の如く一
方向に移動する移動ステージより成っている。スケール
61は移動ステージ69に取り付けられ、又検出手段68は不
図示の基板に固定されている。
同図に示すリニアエンコーダは移動ステージ69の移動
に伴うスケール61上の目盛り61aの変位量を検出手段68
により検出することにより該移動ステージ69の変位状態
を検出している。
に伴うスケール61上の目盛り61aの変位量を検出手段68
により検出することにより該移動ステージ69の変位状態
を検出している。
このときスケール61の目盛り61aが設けられている方
向と移動ステージ69の移動方向とが一致していないと移
動量の検出精度が低下してくる。
向と移動ステージ69の移動方向とが一致していないと移
動量の検出精度が低下してくる。
第４図はこのときの移動ステージ69の移動方向とスケ
ール61の目盛り61aの並び方向とが一致せず傾いている
ときの説明図であり、又第５図は第４図の一部分の移動
ステージ69とスケール61の目盛り61aとの関係を拡大し
た説明図である。
ール61の目盛り61aの並び方向とが一致せず傾いている
ときの説明図であり、又第５図は第４図の一部分の移動
ステージ69とスケール61の目盛り61aとの関係を拡大し
た説明図である。
第4,第５図に示すように移動ステージ69とスケール61
の目盛り61aの並び方向が一致していないと検出手段か
らの出力信号は次のようになる。
の目盛り61aの並び方向が一致していないと検出手段か
らの出力信号は次のようになる。
即ち、移動ステージ69をある距離だけ移動させたとき
のスケール61の読み値をL1、実際の移動ステージ69の移
動量をL2とし、それらの差分をεとすると ε＝L2−L1 L1＝L2cosθ ε＝L2（１−cosθ） となる。
のスケール61の読み値をL1、実際の移動ステージ69の移
動量をL2とし、それらの差分をεとすると ε＝L2−L1 L1＝L2cosθ ε＝L2（１−cosθ） となる。
今、仮にL2＝100mmとし誤差量εを0.1μｍ以下とする
為には角度θを0.08度以下にする必要がある。
為には角度θを0.08度以下にする必要がある。
従来のリニアエンコーダにおいては、こうしたリニア
スケールの傾きを調整するための手段としては単にスケ
ールの外形を基準面として他の基準面に取り付けて行っ
ていた。
スケールの傾きを調整するための手段としては単にスケ
ールの外形を基準面として他の基準面に取り付けて行っ
ていた。
しかしながら一般にこのような手段では高精度にスケ
ールの位置を合わせることは困難であった。
ールの位置を合わせることは困難であった。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は移動ステージの移動方向とスケールの目盛り
並び方向とが傾いていても、被測定物体の変位量等の移
動状態を高精度に検出することができるリニアエンコー
ダの提供を目的とする。
並び方向とが傾いていても、被測定物体の変位量等の移
動状態を高精度に検出することができるリニアエンコー
ダの提供を目的とする。
（問題点を解決するための手段） 被測定物に関して一方向に目盛りを設けたスケールと
該スケールの目盛りの変位量を検出する変位検出手段と
を有し、前記変位検出手段からの出力信号を利用して前
記被測定物の変位を検出するリニアエンコーダにおい
て、 前記スケール上の少なくとも一領域に設けられた調整
用のマークを用いて前記スケールの目盛りの並び方向と
前記被測定物の移動方向との傾きを検出する傾き検出手
段と、 前記傾き検出手段からの出力信号を用いて、前記変位
検出手段からの出力信号を補正して、前記被測定物の変
位量を求める演算手段と を有することである。
該スケールの目盛りの変位量を検出する変位検出手段と
を有し、前記変位検出手段からの出力信号を利用して前
記被測定物の変位を検出するリニアエンコーダにおい
て、 前記スケール上の少なくとも一領域に設けられた調整
用のマークを用いて前記スケールの目盛りの並び方向と
前記被測定物の移動方向との傾きを検出する傾き検出手
段と、 前記傾き検出手段からの出力信号を用いて、前記変位
検出手段からの出力信号を補正して、前記被測定物の変
位量を求める演算手段と を有することである。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例の要部概略図である。同図
において１はスケールであり不図示の被測定物である移
動ステージに取り付けられている。1aは目盛りでありス
ケール１上に等間隔に直線状に設けられいてる。ここで
スケール１の目盛り1aの変位量は第６図に示すような公
知の発光素子と受光素子とから成る変位検出手段68で検
出している。1bは直線状のマークでスケール１上の目盛
り1aの並び方向に平行に設けられている。該マーク1bは
例えばスケール１面上に反射膜を施して形成し、光が通
過しないようにして構成されている。２は発光素子、３
は集光用レンズであり発光素子２からの光束を集光して
マーク1b面上に導光している。４は受光素子であり発光
素子２からの光束のうちマーク1bの上側若しくは下側の
外周部を通過した光束を受光している。
において１はスケールであり不図示の被測定物である移
動ステージに取り付けられている。1aは目盛りでありス
ケール１上に等間隔に直線状に設けられいてる。ここで
スケール１の目盛り1aの変位量は第６図に示すような公
知の発光素子と受光素子とから成る変位検出手段68で検
出している。1bは直線状のマークでスケール１上の目盛
り1aの並び方向に平行に設けられている。該マーク1bは
例えばスケール１面上に反射膜を施して形成し、光が通
過しないようにして構成されている。２は発光素子、３
は集光用レンズであり発光素子２からの光束を集光して
マーク1b面上に導光している。４は受光素子であり発光
素子２からの光束のうちマーク1bの上側若しくは下側の
外周部を通過した光束を受光している。
発光素子２、集光用レンズ３、そして受光素子４はス
ケール１の目盛り1aの並び方向と移動ステージの移動方
向との傾きを検出する傾き検出手段の一要素を構成して
いる。一体化された不図示のケース内に収納されてい
る。
ケール１の目盛り1aの並び方向と移動ステージの移動方
向との傾きを検出する傾き検出手段の一要素を構成して
いる。一体化された不図示のケース内に収納されてい
る。
本実施例においては発光素子２からの光束を集光用レ
ンズ３によりスケール１上のマーク1bに入射させてい
る。そしてマーク1bの外周部を通過した光束を受光素子
４で受光している。このときスケール１を移動ステージ
等に取り付け端から端まで動かしたとき、移動ステージ
の移動方向とスケール1bの目盛りの並び方向とが一致し
たときは少なくともその両端で受光素子４に入射する光
量が等しくなるようにスケール１上に設けたマーク1bの
形状を特定している。
ンズ３によりスケール１上のマーク1bに入射させてい
る。そしてマーク1bの外周部を通過した光束を受光素子
４で受光している。このときスケール１を移動ステージ
等に取り付け端から端まで動かしたとき、移動ステージ
の移動方向とスケール1bの目盛りの並び方向とが一致し
たときは少なくともその両端で受光素子４に入射する光
量が等しくなるようにスケール１上に設けたマーク1bの
形状を特定している。
即ち、スケール１の移動方向とスケール１上のマーク
1bとの並び方向が不一致のときは受光素子４で受光され
る光量がスケール１の移動に伴って変化するように構成
している。
1bとの並び方向が不一致のときは受光素子４で受光され
る光量がスケール１の移動に伴って変化するように構成
している。
本実施例では被測定物としての移動ステージの変位状
態を変位検出手段で検出する前に予めスケール１上のマ
ーク1bの外周部を通過する光束がスケール１の移動に伴
って変化しないように傾き検出手段を利用して調整し
て、これにより移動ステージの移動方向とスケール１の
目盛り1aの並び方向とが一致するようにしている。
態を変位検出手段で検出する前に予めスケール１上のマ
ーク1bの外周部を通過する光束がスケール１の移動に伴
って変化しないように傾き検出手段を利用して調整し
て、これにより移動ステージの移動方向とスケール１の
目盛り1aの並び方向とが一致するようにしている。
尚、本実施例においてスケール１上の目盛り1aを検出
する際に、受光素子４からの出力信号を利用して不図示
の演算手段等によりスケール１と目盛り1aの並び方向と
の傾きを求め、移動スケールの変位状態を求める際に補
正するようにしても良い。
する際に、受光素子４からの出力信号を利用して不図示
の演算手段等によりスケール１と目盛り1aの並び方向と
の傾きを求め、移動スケールの変位状態を求める際に補
正するようにしても良い。
第７図にその実施例を示す。ここで前記傾き検出手段
によりスケールの目盛り方向とステージの移動方向との
角度差θが既知であるとすれば、変位検出手段68から得
られる読み取り移動量L1を演算手段71によって変換すれ
ば容易に真の移動量L2を得ることができ、第７図に示す
例のように後段に設けた表示器72に真の移動量を表示す
ることが可能である。
によりスケールの目盛り方向とステージの移動方向との
角度差θが既知であるとすれば、変位検出手段68から得
られる読み取り移動量L1を演算手段71によって変換すれ
ば容易に真の移動量L2を得ることができ、第７図に示す
例のように後段に設けた表示器72に真の移動量を表示す
ることが可能である。
尚、ここで演算手段71においてL2＝L1/cosθなる変換
を施すものとする。
を施すものとする。
第２図は第１図に示す実施例のスケール１上に設けた
マーク1bの一変形例の説明図でる。同図において1bはマ
ークであり、第１図に示す実施例のようにスケール１上
の目盛り1aの全範囲に設ける代わりにスケール１の両端
部に各々設けている。そして第１図に示す実施例と同様
に両端のマーク1b1の外周部を通過し受光素子４に入射
する光量が等しくなるように調整し、これにより移動ス
テージの移動方向と目盛り1aの並び方向とが一致するよ
うにしている。
マーク1bの一変形例の説明図でる。同図において1bはマ
ークであり、第１図に示す実施例のようにスケール１上
の目盛り1aの全範囲に設ける代わりにスケール１の両端
部に各々設けている。そして第１図に示す実施例と同様
に両端のマーク1b1の外周部を通過し受光素子４に入射
する光量が等しくなるように調整し、これにより移動ス
テージの移動方向と目盛り1aの並び方向とが一致するよ
うにしている。
第３図は本発明の他の一実施例の概略図である。同図
において1cは幅の狭いスリットより成るマークでありス
ケール１上の目盛り1aの両端部に設けられており、光を
反射するように構成されている。又２つのマーク1cを結
ぶ線分がスケール１上の目盛り1aの並び方向と平行とな
るようにしている。５は受光部であり２つの分割された
センサー5a,5bより成っている。２つのセンサー5a,5bは
スケール１の目盛り1aの並び方向に対して直角方向に配
置されている。そして集光レンズ３によりスケール１上
のマーク1cが、２つのセンサー5a,5bの略境界面上に、
マークの長手方向が境界線に沿って結像されるように設
定している。６はハーフミラーである。
において1cは幅の狭いスリットより成るマークでありス
ケール１上の目盛り1aの両端部に設けられており、光を
反射するように構成されている。又２つのマーク1cを結
ぶ線分がスケール１上の目盛り1aの並び方向と平行とな
るようにしている。５は受光部であり２つの分割された
センサー5a,5bより成っている。２つのセンサー5a,5bは
スケール１の目盛り1aの並び方向に対して直角方向に配
置されている。そして集光レンズ３によりスケール１上
のマーク1cが、２つのセンサー5a,5bの略境界面上に、
マークの長手方向が境界線に沿って結像されるように設
定している。６はハーフミラーである。
発光素子２、受光部５、ハーフミラー６、そして集光
レンズ３は一体化されて不図示のケース内に収納し、不
図示の基板上に固設している。
レンズ３は一体化されて不図示のケース内に収納し、不
図示の基板上に固設している。
本実施例では発光素子２からの光束の一部をハーフミ
ラー６で反射させた後、集光レンズ３によりスケール１
面上のマーク1c面上に導光している。そしてマーク1cか
らの反射光束を集光レンズ３で集光しハーフミラー６を
通過させた後、受光部５に入射させている。
ラー６で反射させた後、集光レンズ３によりスケール１
面上のマーク1c面上に導光している。そしてマーク1cか
らの反射光束を集光レンズ３で集光しハーフミラー６を
通過させた後、受光部５に入射させている。
このときスケール１の両端の２つのマーク1cからの反
射光束を２つのセンサー5a,5bで受光し、両端において
２つのセンサー5a,5bからの出力信号が等しくなるよう
にスケール１の傾きを調整し、これによりスケール１の
目盛り1aの並び方向と移動ステージの移動方向とを一致
させている。
射光束を２つのセンサー5a,5bで受光し、両端において
２つのセンサー5a,5bからの出力信号が等しくなるよう
にスケール１の傾きを調整し、これによりスケール１の
目盛り1aの並び方向と移動ステージの移動方向とを一致
させている。
尚、以上の各実施例においてスケール１面上に設けた
マークを反射部の代わりに透過部より構成しても良い。
又、マークを光学的な部材の代わりに例えば磁気的な部
材より構成し、磁気的な手段によりマークを読み取るよ
うにしても良い。
マークを反射部の代わりに透過部より構成しても良い。
又、マークを光学的な部材の代わりに例えば磁気的な部
材より構成し、磁気的な手段によりマークを読み取るよ
うにしても良い。
（発明の効果） 本発明によればスケール上の一領域に所定形状のマー
クを設け、該マークの外周部若しくは該マークを通過若
しくは反射する光束を受光することにより、移動ステー
ジの移動方向とスケール上の目盛りの並び方向とを容易
にしかも高精度に一致させた常に高精度な検出が可能な
リニアエンコーダを達成することができる。
クを設け、該マークの外周部若しくは該マークを通過若
しくは反射する光束を受光することにより、移動ステー
ジの移動方向とスケール上の目盛りの並び方向とを容易
にしかも高精度に一致させた常に高精度な検出が可能な
リニアエンコーダを達成することができる。
第１図は本発明の一実施例の要部概略図、第２図は第１
図の一部分を変形したときの説明図、第３図は本発明の
他の一実施例の要部概略図、第４図，第５図は各々従来
のリニアエンコーダの移動ステージとスケール上の目盛
りの並び方向が不一致のときの説明図、第６図は従来の
リニアエンコーダの概略図、第７図は本発明の他の一実
施例の概略図である。 図中、1,61はスケール、1a,61aは目盛り、1a,1b1,1cは
マーク、２は発光素子、３は集光レンズ、４は受光素
子、５は受光部、６はハーフミラー、69は移動ステージ
である。
図の一部分を変形したときの説明図、第３図は本発明の
他の一実施例の要部概略図、第４図，第５図は各々従来
のリニアエンコーダの移動ステージとスケール上の目盛
りの並び方向が不一致のときの説明図、第６図は従来の
リニアエンコーダの概略図、第７図は本発明の他の一実
施例の概略図である。 図中、1,61はスケール、1a,61aは目盛り、1a,1b1,1cは
マーク、２は発光素子、３は集光レンズ、４は受光素
子、５は受光部、６はハーフミラー、69は移動ステージ
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 公 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−225318（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−199616（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】被測定物に関して一方向に目盛りを設けた
スケールと該スケールの目盛りの変位量を検出する変位
検出手段とを有し、前記変位検出手段からの出力信号を
利用して前記被測定物の変位を検出するリニアエンコー
ダにおいて、 前記スケール上の少なくとも一領域に設けられた調整用
のマークを用いて前記スケールの目盛りの並び方向と前
記被測定物の移動方向との傾きを検出する傾き検出手段
と、 前記傾き検出手段からの出力信号を用いて、前記変位検
出手段からの出力信号を補正して、前記被測定物の変位
量を求める演算手段と を有することを特徴とするリニアエンコーダ。 - 【請求項２】前記調整用マークを、前記目盛りの両端若
しくは前記目盛りに沿った領域に、該目盛りの並び方向
と平行に配設した直線状マークとしたことを特徴とする
請求項１記載のリニアエンコーダ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164144A JP2625917B2 (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | リニアエンコーダ |
| US07/369,862 US5038491A (en) | 1988-07-01 | 1989-06-22 | Scale for use for measurement of the displacement of an object to be examined, and displacement measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164144A JP2625917B2 (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | リニアエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0213810A JPH0213810A (ja) | 1990-01-18 |
| JP2625917B2 true JP2625917B2 (ja) | 1997-07-02 |
Family
ID=15787584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63164144A Expired - Fee Related JP2625917B2 (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | リニアエンコーダ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5038491A (ja) |
| JP (1) | JP2625917B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0473808A1 (de) * | 1990-09-03 | 1992-03-11 | Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh | Messeinrichtung zur Ermittlung eines Weges oder einer Position |
| DE4104602C1 (ja) * | 1991-02-12 | 1992-06-04 | E.M.S. Technik Gmbh, 2950 Leer, De | |
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