JP2878769B2 - 増分尺度に対して相対的に走査装置の基準点の位置を決定するための方法,および基準点形成器 - Google Patents
増分尺度に対して相対的に走査装置の基準点の位置を決定するための方法,および基準点形成器Info
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
点の位置を決定するための方法、および基準点形成器に
関する。
決定する方法は、たとえば、自動生産装置の制御におい
て、長さ方向に移動可能な物体の道程を把握するために
利用される。その場合、この道程に対して要求される精
度は、自動装置の生産精度に非常に重要である。
増分尺度を使用する。このように、予め与えられている
解析を十分に利用するために、しかも、マーク間の補完
を行なえるようにするために、通常のマークを読み取る
走査装置は、非常に正確に案内されなければならない。
それ故、高い測定精度を得るために、この種の測定シス
テムを生産する際には、非常にわずかな生産上の許容誤
差を守られなければならず、このことが、相応にコスト
に響く。もう1つの欠点は、走査装置における案内装置
の摩耗が進むことにより、測定の不正確さが絶えず増加
する、ということである。
方法を、高い測定精度が、走査装置の案内の精度に左右
されずに得られるように改良することである。
尺度に対して走査装置の基準点の位置を決定するための
方法であって、増分尺度に沿った位置の粗決定のため
に、まず走査装置によって、マークが、特に数えられ、
距離で乗じられることにより評価され、細部決定のため
に、基準点と尺度上に隣接して配置された少なくとも3
つの点との間に投影角が決定され、そして、基準点の座
標が、三角関数に従って計算されることにより、マーク
間の補完が行なわれることを特徴としている。
点とこれらマークの間に形成される投影角は、基準点が
マークに関してどれだけの距離にあるかということ、お
よび基準点がどれだけ横にずれているかということにも
左右される。横のずれの寸法は、基準点の尺度からの間
隔が、予め与えられているか、わかっている場合に角度
で導き出される。
つのマークにおける1つとの間のもう1つの投影角が求
められる場合、2つの投影角の組み合せにより、基準点
があるたった1つの位置が存在する。そして、基準点の
位置は、三角関数で正確に求められる。この関係は、本
発明では十分利用され、それにより、増分尺度からの一
定の距離を守るために走査装置を正確に案内することは
要求されない。この方法は、座標として、尺度軸方向の
寸法も、走査装置の尺度からの間隔を示す寸法も提供す
る。
る。この手順は、次の式で示される。
これらの円は、投影角αとβと一致する同じ円周角の位
置曲線を表わす。円の中心点は、尺度軸に関して、それ
ぞれ2つの隣接するマークの間にある。位置曲線の交点
は、基準点を形成する。特に投影角は、投影面上のマー
クの光学的な図を投影位置の距離測定によって得られ
る。
面上の測定センサーの解折が予め与えられている場合、
投影光学の投影面の距離並びにその焦点距離の適切な選
択により、実現される。
ている増分尺度に対して走査装置の基準点の位置を決定
するための基準点形成器であり、角度測定装置を有する
走査装置と接続されている計数器および演算器を有して
おり、該計数器は、X方向の尺度に沿った位置の粗決定
のために、まず走査装置によって通過されるマークが、
特に数えられ、距離で乗じられることにより評価され、
細部決定のためにマーク間の補完を行なうべく、角度測
定装置により基準点と尺度上に隣接して配置されている
3つのマークとの間の角度が決定されるように制御され
ること、さらには、演算器は、基準点の座標(X0、Z0)
を三角関数に従って計算するよう制御されること、を特
徴としている。
準点形成器を、高い測定精度が走査装置の案内の精度に
関わりなく得られるように改良することにある。
尺度上の最低3つの隣接するマークとの間に生じる最低
2つの投影角が求められる。これら2つの投影角は、尺
度からの距離およびマークの尺度方向への横のずれに関
する基準点の位置を明確に定義する。
計算によることなく、座標が決定される。特に利点があ
るのは、これにより大きな値に対して正確な補完が可能
なことであり、この補完は、増分尺度上のマークの密度
を著しく低減させることができる。これにより、生産コ
ストも、公知のシステムと比較して低減することが可能
である。
に制御される。すなわち、実施される計算手順で、次の
式が利用されるように制御される。
は、投影角αとβと一致する同じ円周角の位置曲線を表
わす。円の中心点は尺度軸に関して、それぞれ2つの隣
接するマークの間にある。位置曲線の交点は、基準点を
形成する。
走査装置が動作する場合も、実際には、測定の遅れなし
に現実の値が得られる。
て形成されており、該走査装置は、投影面と距離測定装
置を有する光学系を有する。この場合、基準点は、光学
系の投影中心部によって形成される。
での投影面上の測定精度に必要な角度解析は、投影光学
の投影面の距離並びにその焦点距離を適切に選択するこ
とによって実現される。高い精度の光学的な走査装置の
構成上の大きさは、光学エレクトロニクスの現在の状態
では、非常にわずかな寸法にできるので、走査装置は、
実際上、自動生産装置の測定技術的に適切などのような
個所にも取り付け可能である。
ばCCD列によって形成されており、この配列は、計数器
と接続されている。
ることから、コスト的に有利に入手でき、これまでにほ
ぼ完成されていて、信頼できる。絶えず次々と開発され
るため、解析は本質的に改良され、そのため、例えば10
3の光の受容エレメント(画素)は、小さなミリメータ
ーの区間に収容可能である。
り、このマークは、約1mmの間隔を有している。
は、道程解折を得るには十分である。本発明でなけれ
ば、マークの配置が本質的にさらに密なものでしかでき
ないであろう。このために尺度の生産は著しく簡単にさ
れた。
またはガラスセラミックスで製造されることが好まし
い。
システム精度は、比較的広い温度範囲内で守られる。
実施は、特許請求範囲、次に続く説明、および図面から
明らかである。
この送信器は、マーク14を有する増分尺度12を有する
が、これらマークは、それぞれに、符号a、b、cが付
けられている。尺度12の上側には、走査装置10があり、
該走査装置10は、一方ではマークがどのように通過する
かという事実を記録し、他方では角度測定装置20を有す
る。この角度測定装置20により、マーク14と走査装置10
の基準点の間における投影角が求められる。
光学像が投影される投影面24および距離測定装置26を有
する。この走査装置では、基準点0は、尺度に向けられ
ている光学系22の投影中心部によって形成されている。
26に接続された投影面24は、ダイオード配列、例えばCC
D列によって形成されている。該CCD列の画素の数は、2
つのマークの像の間に、十分多くの中間段階が把握可能
であるように設定される。
まず、演算器18と接続されている計数器16、並びに、同
様に演算器18と接続されているもう1つの計数器28が利
用される。その場合、計数器16は、走査装置10が増分尺
度12上を長さ方向に移動するときに通過されるマークの
数を数えることに利用される。従って、この計数器16と
演算器18を用いて、走査装置10の移動距離を粗決定でき
る。この場合、増分尺度12上のマーク14の約1mmの間隔
Δでの配置では、同様にこの大きさ程度の解析されるだ
けである。
れる。図面からわかるように、ここでは例として、基準
点0に対して角度αまたはβを有するマークa、b、c
が、投影面24の点a′、b′、C′にそれぞれ角度α′
とβ′で結像される。
点a′、b′、C′の距離測定に関する投影角がそれぞ
れ求められる。距離測定装置26が、例えば、CCD列を有
する場合、マークがこの列の上に写される個所では、電
荷量の変動がひき起こされるが、この電荷量の変動は、
シリアルな読み出しよって計数器28にて記録され、計算
器18によって相応の角度値αとβに換算される。
の投影中心部と一致する基準点0の座標が求められる。
演算手順を説明するため、第2図が参照されるが、この
図では、第1図から、マークa、b、cと基準点0だけ
が、取り出されている。
はなく、ここでは、図面でも、基準点0をあらゆる任意
な位置に決定できることを説明している。
れ、基準点0とマークbとcの間には投影角βが形成さ
れている。マークa、b、cの距離は、それぞれ△とな
る。
を取る様々な点がある。これらの点は、角度αに対して
は円K1により、角度βに対しては円K2によりそれぞれ表
わされている1つの曲線上にある。2つの角度αとβを
組み合わせると、条件が満たされるたった1つの実際的
な点がある。この点は、2つの位置曲線、つまり円K1と
K2の交点によって与えられる。
すなわち、一方ではマークaとbを結ぶ線分の垂直二等
分線が決められ、さらに、該垂直二等分線とマークaお
よびbとをそれぞれ投影角αと等しい角度で通り抜ける
直線との交点が求められる。他方では、マークbとcを
結ぶ線分の垂直二等分線が決められ、該垂直二等分線と
マークbおよびcをそれぞれ投影角βと等しい角度で通
り抜ける直線との交点が求められる。この交点が、中心
点M1およびM2である。
M2のZ座標については、 となる。数学的な導関数により となる。すなわち、この方程式は、はっきりとした解決
を導き、普通の演算器で、非常に短時間に演算される。
できるので、走査装置10の基準点0を決定する場合、尺
度12から一定の距離とする必要がない。走査装置10の方
向付けも、限界はない。すなわち、走査装置10は、尺度
12に対して斜めでもよい。
握可能なことであり、この代わりに、従来技術では、今
まで2つの独立した道程記録装置が必要であった。
た増分尺度に対して走査装置の基準点の位置を、高精度
で正確に決定できる。また、本発明の基準点形成装置
は、走査装置の案内の精度に左右されずに高精度で基準
点を形成できる。
明するための投影角の幾何学的図である。 10……走査装置、12……増分尺度、14……マーク、16…
…計数器、18……演算器、20……角度測定装置、22……
光学系、24……投影面、26……距離測定装置、28……計
数器。
Claims (9)
- 【請求項1】ほぼ一定の距離でマークが配置された増分
尺度に対して走査装置の基準点の位置を決定するための
方法であって、 増分尺度に沿った位置の粗決定のために、まず走査装置
によって、マークが、特に数えられ、距離で乗じられる
ことにより評価され、細部決定のために、基準点と尺度
上に隣接して配置された少なくとも3つの点との間に投
影角が決定され、そして、基準点の座標が、三角関数に
従って計算されることにより、マーク間の補完が行なわ
れることを特徴とする方法。 - 【請求項2】計算が、次のような三角関数あるいは方程
式に従って計算さる請求項1に記載の方法。 αは基準点並びに第1と第2の隣接するマークの間の投
影角、βは基準点と第2並びに第3の隣接するマークの
間の投影角、Δは2つの隣接するマーク間の距離、X0お
よびZ0は、尺度方向および尺度方向に対して直角方向の
基準点の座標をそれぞれ表わしている。 - 【請求項3】投影角は、投影面上のマークの視覚的な図
を投影個所の距離測定によって得られ、基準点として光
学像の投影中心部が選択される請求項1または2に記載
の方法。 - 【請求項4】ほぼ一定の距離でマークが配置されている
増分尺度に対して走査装置の基準点の位置を決定するた
めの基準点形成器であり、角度測定装置を有する走査装
置と接続されている計数器および演算器を有しており、
該計数器は、X方向の尺度に沿った位置の粗決定のため
に、まず走査装置によって通過されるマークが、特に数
えられ、距離で乗じられることにより評価され、細部決
定のためにマーク間の補完を行なうべく、角度測定装置
により基準点と尺度上に隣接して配置されている3つの
マークとの間の角度が決定されるように制御されるこ
と、さらには、演算器は、基準点の座標(X0、Z0)を三
角関数に従って計算するよう制御されること、を特徴と
する基準点形成器。 - 【請求項5】演算器は、三角関数として、次の関数また
は方程式を処理する請求項4に記載の基準点形成器。 - 【請求項6】走査装置は、光学的な走査装置として形成
されており、該走査装置は、投影面と距離測定装置を有
する光学系を有しており、基準点は、増分尺度に向けら
れた光学系の投影中中心部によって形成されている請求
項4または5に記載の基準点形成器。 - 【請求項7】投影面と距離測定装置は、ダイオード配
列、特にCCD列によって形成されており、この配列は、
計数器と接続されている請求項6に記載の基準点形成
器。 - 【請求項8】増分尺度には、マークが備えられており、
該マークは、約1mmの間隔になっている請求項4〜7の
いずれかに記載の基準点形成器。 - 【請求項9】前記増分尺度は、低い温度膨張係数の材
料、溶くに、アンバ、またはガラスセラミックスで製造
されている請求項4〜8のいずれかに記載の基準点形成
器。
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