JP2909338B2 - Displacement measuring device - Google Patents

Displacement measuring device

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JP2909338B2
JP2909338B2 JP1937993A JP1937993A JP2909338B2 JP 2909338 B2 JP2909338 B2 JP 2909338B2 JP 1937993 A JP1937993 A JP 1937993A JP 1937993 A JP1937993 A JP 1937993A JP 2909338 B2 JP2909338 B2 JP 2909338B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタルノギス等の
小型計測器に適用される変位測定装置に係り、特に変位
センサの固定要素に対する可動要素の絶対的な変位量を
測定することを可能としたいわゆるアブソリュート型の
変位測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement measuring apparatus applied to a small measuring instrument such as a digital caliper, and more particularly to an apparatus capable of measuring an absolute displacement of a movable element with respect to a fixed element of a displacement sensor. And a so-called absolute type displacement measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】測定値を液晶表示装置等に表示するディ
ジタルノギス,ディジタルマイクロメータ,ハイトゲー
ジ等の小型計測器として、静電容量式の変位センサを利
用するものが有望である。静電容量式変位センサは、メ
インスケール等の固定要素と、これに対して相対移動す
るスライダ等の可動要素とにそれぞれ多数の電極が配設
され、固定要素に対する可動要素の移動に伴って電極パ
ターン間に生じる周期的な容量変化の信号を取り出すこ
とにより変位量検出を行うものである。
2. Description of the Related Art As a small measuring instrument such as a digital caliper, a digital micrometer, and a height gauge for displaying a measured value on a liquid crystal display device or the like, a device utilizing a capacitance type displacement sensor is promising. A capacitive displacement sensor has a large number of electrodes disposed on a fixed element such as a main scale and a movable element such as a slider that moves relative to the fixed element. The displacement amount is detected by extracting a signal of a periodic capacitance change occurring between the patterns.

【0003】この様な変位センサのうちアブソリュート
型の変位センサは、電極パターンの形状によって、粗い
変位量検出のための粗スケール信号と細かい変位量検出
のための密スケール信号、更に必要なら中間の変位量検
出のための中スケール信号の各周期的方形波信号を出力
可能としている。そしてこれらの復調信号からそれぞれ
得られる位相データを合成して、可動要素の絶対的な変
位量(位置)の検出を可能としている。
Among such displacement sensors, an absolute type displacement sensor has a coarse scale signal for detecting a coarse displacement amount, a fine scale signal for detecting a fine displacement amount, and an intermediate signal if necessary, depending on the shape of the electrode pattern. Each periodic square wave signal of the medium scale signal for detecting the displacement can be output. Then, the phase data obtained from these demodulated signals are combined to detect the absolute displacement (position) of the movable element.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この様なアブソリュー
ト型変位センサの各方形波信号の位相はエッジに担われ
ており、従ってエッジでしか位相データが得られない。
このため、粗密各位相データのサンプリングタイミング
には当然にずれが生じる。変位センサ移動中は、このサ
ンプリングタイミングのずれにより異なったセンサ位置
での情報をサンプリングすることになり、場合によって
は粗密各位相データの合成に失敗する可能性が出てく
る。この合成エラー発生の可能性は特に変位センサの移
動速度が大きくなる程、高くなり、合成エラーが発生す
ると変位センサ移動中のデータ表示がスムーズでなくな
る。
The phase of each square wave signal of such an absolute displacement sensor is carried by an edge, so that phase data can be obtained only at the edge.
For this reason, the sampling timing of each of the coarse and fine phase data naturally shifts. During the movement of the displacement sensor, information at different sensor positions is sampled due to the shift of the sampling timing, and in some cases, the synthesis of coarse / fine phase data may fail. The possibility of the occurrence of the combining error increases as the moving speed of the displacement sensor increases, and when the combining error occurs, the data display during the movement of the displacement sensor is not smooth.

【0005】本発明は、この様な事情を考慮してなされ
たもので、データ合成失敗が発生する変位センサ移動速
度を実用上十分なレベルまで高くしたアブソリュート型
の変位測定装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an absolute-type displacement measuring device in which a displacement sensor moving speed at which data synthesis failure occurs is increased to a practically sufficient level. Aim.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる変位測定
装置は、固定要素に対する可動要素の相対位置関係に応
じた出力信号を出す変位センサと、この変位センサの出
力信号を処理して、それぞれエッジに位相情報を持った
少なくとも粗スケールおよび密スケールの変位量検出用
の周期的方形波信号を得る復調手段と、この復調手段に
より得られた周期的方形波信号のそれぞれから位相情報
を検出して、粗スケールおよび密スケールの位相データ
を得る位相検出手段と、前記粗スケールおよび密スケー
ルの各位相データをそれぞれ複数回サンプリングして平
均化する平均化手段と、前記粗スケールまたは密スケー
ルの位相データの一方のサンプリングタイミングを基準
としてこれに近接して他方のサンプリングタイミングを
決定するサンプリング制御手段と、前記平均化手段によ
り得られた粗スケールおよび密スケールの位相データを
合成して、前記固定要素に対する前記可動要素の絶対変
位量を求める合成手段とを備えたことを特徴としてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A displacement measuring device according to the present invention comprises a displacement sensor for outputting an output signal corresponding to a relative positional relationship of a movable element with respect to a fixed element; Demodulation means for obtaining a periodic square wave signal for detecting the displacement amount of at least a coarse scale and a fine scale having phase information at an edge, and detecting phase information from each of the periodic square wave signals obtained by the demodulation means. Phase detecting means for obtaining coarse-scale and fine-scale phase data, averaging means for sampling each of the coarse-scale and fine-scale phase data a plurality of times and averaging each, and phase for the coarse-scale or fine-scale phase data. A sampler that determines one sampling timing in close proximity to one sampling timing of data. And a synthesizing means for synthesizing the coarse scale and fine scale phase data obtained by the averaging means to obtain an absolute displacement amount of the movable element with respect to the fixed element. .

【0007】[0007]

【作用】本発明によれば、粗,密スケールの各位相デー
タを取込むタイミングのずれが小さくなるようにサンプ
リング制御を行って、各位相データのサンプリングタイ
ミングを近付けるという処理を行っている。これによ
り、変位センサが比較的高速で移動している場合にもデ
ータ合成の失敗という事態が防止される。
According to the present invention, the sampling control is performed so that the difference between the timings at which the coarse and fine scale phase data is taken in is reduced, and the sampling timing of each phase data is made closer. As a result, even when the displacement sensor is moving at a relatively high speed, a situation in which the data synthesis fails can be prevented.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図1は、本発明の一実施例に係る変位測定装
置のシステム構成であり、図2は図1におけるアブソリ
ュート型静電容量式変位センサ(以下、ABSセンサと
いう)1の構成である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a system configuration of a displacement measuring device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a configuration of an absolute-type capacitance type displacement sensor (hereinafter referred to as an ABS sensor) 1 in FIG.

【0009】ABSセンサ1は、図2に示すように、固
定要素であるメインスケール22とこれに対し僅かの間
隙を介して対向配置された可動要素であるスライダ21
とを有する。スライダ21は、メインスケール22に対
して、測定軸x方向に移動可能なものとなっている。ス
ライダ21には、送信電極23が所定ピッチPt0で配設
されている。送信電極23は、メインスケール22にピ
ッチPr で配設された第1受信電極24a及び第2受信
電極24bと容量結合されている。受信電極24a,2
4bは、その配列方向に沿って隣接するピッチPt1,P
t2の第1伝達電極25a,第2伝達電極25bに1対1
で夫々接続されている。伝達電極25a,25bは、夫
々スライダ21側に設けられた第1検出電極26a,2
6b及び第2検出電極27a,27bと容量結合されて
いる。
As shown in FIG. 2, the ABS sensor 1 includes a main scale 22 as a fixed element and a slider 21 as a movable element opposed to the main scale 22 with a small gap therebetween.
And The slider 21 is movable with respect to the main scale 22 in the measurement axis x direction. The transmission electrodes 23 are arranged on the slider 21 at a predetermined pitch Pt0. The transmission electrode 23 is capacitively coupled to the first reception electrode 24a and the second reception electrode 24b arranged at the pitch Pr on the main scale 22. Receiving electrodes 24a, 2
4b is a pitch Pt1, Pt adjacent to each other along the arrangement direction.
One to one for the first transmission electrode 25a and the second transmission electrode 25b at t2.
Are connected respectively. The transmission electrodes 25a and 25b are respectively connected to the first detection electrodes 26a and 26 provided on the slider 21 side.
6b and the second detection electrodes 27a, 27b.

【0010】送信電極23は、7つおきに共通接続され
て一群が8電極の複数の電極群を構成している。これら
の電極群には、計測モードではそれぞれ位相が45°ず
つずれた8相の周期信号a,b,…,hが駆動信号Sd
として供給されるようになっている。これらの駆動信号
Sdは、より具体的には、高周波パルスでチョップされ
た信号となっており、図1の送信波形発生回路2から生
成出力される。
The transmitting electrodes 23 are commonly connected every seven electrodes to form a plurality of electrode groups of eight electrodes. .., H having a phase shift of 45 ° in the measurement mode.
It is supplied as. More specifically, these drive signals Sd are signals chopped by high-frequency pulses, and are generated and output from the transmission waveform generation circuit 2 in FIG.

【0011】送信電極23に駆動信号Sdが供給される
ことにより生ずる電場パターンのピッチWt は、送信電
極23のピッチPt0の8倍であり、このピッチWt は、
受信電極24a,24bのピッチPr のN倍に設定され
ている。ここでNは、1,3,5等の奇数であることが
好ましく、この実施例では3に設定されている。したが
って、8つの連続する送信電極23に対しては常に3乃
至4つの受信電極24a,24bが容量結合されること
になる。受信電極24a,24bは、三角形状又は正弦
波状の電極片を相互に挟み合う形で配設してなるもので
ある。各受信電極24a,24bで受信される信号の位
相は、送信電極23と受信電極24a,24bとの容量
結合面積によって決定されるが、これはスライダ21と
メインスケール22との相対位置によって変化する。
The pitch Wt of the electric field pattern generated when the drive signal Sd is supplied to the transmission electrode 23 is eight times the pitch Pt0 of the transmission electrode 23, and the pitch Wt is
The pitch is set to N times the pitch Pr of the receiving electrodes 24a and 24b. Here, N is preferably an odd number such as 1, 3, 5, or the like, and is set to 3 in this embodiment. Therefore, three to four receiving electrodes 24a and 24b are always capacitively coupled to eight continuous transmitting electrodes 23. The receiving electrodes 24a and 24b are formed by sandwiching triangular or sinusoidal electrode pieces. The phase of the signal received by each of the receiving electrodes 24a and 24b is determined by the capacitive coupling area between the transmitting electrode 23 and the receiving electrodes 24a and 24b, and varies depending on the relative position between the slider 21 and the main scale 22. .

【0012】受信電極24a,24bと伝達電極25
a,25bとが同一ピッチで形成されていれば、検出電
極26a,26b,27a,27bは、単にメインスケ
ール22のx方向位置がピッチPr だけ変化する毎に繰
り返される周期信号を検出することになるが、この実施
例のABSセンサ1では、粗い変位量(粗スケール)、
中間の変位量(中スケール)及び細かい変位量(密スケ
ール)の3つのレベルの変位量を検出するため、伝達電
極25a,25bが、実際には受信電極24a,24b
に対してピッチを変えて夫々D1 ,D2 だけ偏位させて
いる。偏位量D1,D2 は、夫々基準位置x0 からの測
定方向の距離xの関数で、下記数1のように表すことが
できる。
The receiving electrodes 24a and 24b and the transmitting electrode 25
If a and 25b are formed at the same pitch, the detection electrodes 26a, 26b, 27a and 27b simply detect a periodic signal that is repeated every time the position of the main scale 22 in the x direction changes by the pitch Pr. However, in the ABS sensor 1 of this embodiment, the coarse displacement (coarse scale),
In order to detect three levels of displacement, an intermediate displacement (medium scale) and a fine displacement (dense scale), the transmission electrodes 25a and 25b are actually used as the reception electrodes 24a and 24b.
, And the pitch is changed by D1 and D2, respectively. The deviation amounts D1 and D2 are functions of the distance x in the measurement direction from the reference position x0, and can be expressed by the following equation (1).

【0013】[0013]

【数1】D1(x) =(Pr −Pt1)x/Pr D2(x) =(Pr −Pt2)x/PrD1 (x) = (Pr-Pt1) x / Pr D2 (x) = (Pr-Pt2) x / Pr

【0014】伝達電極25a,25bをこのように受信
電極24a,24bに対して偏位させ、検出電極26
a,26b,27a,27bをピッチWr1(=3Pt
1),Wr2(=3Pt2)の波形パターンとすることによ
り、検出電極26,27からは、偏位量D1(x) ,D2
(x) に応じた大きな周期に検出電極25a,25b単
位の小さな周期が重畳された検出信号B1 ,B2 ,C1
,C2 を得ることができる。信号B1 ,B2 は大きな
周期が逆相、小さな周期が同相である。従って両信号の
差から大きな周期の信号が、また両信号の和から小さな
周期の信号が得られる。検出信号C1 ,C2 についても
同様である。ここで、検出信号B1 ,B2 の大きな周期
が小さな周期の数十倍、検出信号C1 ,C2 の大きな周
期が検出信号B1 ,B2 の大きな周期の数十倍になるよ
うに電極パターンを設定することにより、下記数2の演
算で各レベルの変位を得ることができる。
The transmission electrodes 25a and 25b are deviated from the reception electrodes 24a and 24b in this manner, and the detection electrodes 26a and 25b are deflected.
a, 26b, 27a, 27b at the pitch Wr1 (= 3Pt
1) and Wr2 (= 3Pt2), the displacement amounts D1 (x), D2
Detection signals B1, B2, C1 in which a small cycle of the detection electrodes 25a, 25b is superimposed on a large cycle corresponding to (x).
, C2. The signals B1 and B2 have a large cycle in opposite phase and a small cycle in phase. Accordingly, a signal having a large cycle can be obtained from the difference between the two signals, and a signal having a small cycle can be obtained from the sum of the two signals. The same applies to the detection signals C1 and C2. Here, the electrode pattern is set so that the large period of the detection signals B1 and B2 is several tens times the small period, and the large period of the detection signals C1 and C2 is several tens times the large period of the detection signals B1 and B2. Thus, the displacement of each level can be obtained by the calculation of the following equation (2).

【0015】[0015]

【数2】 C1 −C2 (粗スケール) B1 −B2 (中スケール) (B1 +B2 )−(C1 +C2 ) (密スケール)## EQU2 ## C1-C2 (coarse scale) B1-B2 (medium scale) (B1 + B2)-(C1 + C2) (dense scale)

【0016】これらの演算出力信号C1 −C2 ,B1 −
B2 ,(B1 +B2 )−(C1 +C2 )は、それぞれ粗
スケール復調回路3,中スケール復調回路4,密スケー
ル復調回路5、および粗位相検出回路6,中位相検出回
路7,密位相検出回路8で処理される。復調は具体的に
は送信波形のチョップ周波数でのサンプリング、ミキシ
ング、低域ろ波、二値化等の処理を経て、エッジに位相
情報を担った周期的方形波信号CMPを生成することに
より行われる。位相検出回路6,7,8からは、送信波
形発生回路2から出力される0°の駆動信号Sdを参照
信号として、各入力信号の位相がディジタル値で出力さ
れる。
These operation output signals C 1 -C 2, B 1-
B2, (B1 + B2)-(C1 + C2) are the coarse scale demodulation circuit 3, the medium scale demodulation circuit 4, the fine scale demodulation circuit 5, the coarse phase detection circuit 6, the medium phase detection circuit 7, and the fine phase detection circuit 8, respectively. Is processed. The demodulation is performed by generating a periodic square wave signal CMP having phase information at edges, through processes such as sampling, mixing, low-pass filtering, and binarization of a transmission waveform at a chop frequency. Will be The phase detection circuits 6, 7, and 8 output the phase of each input signal as a digital value using the 0 ° drive signal Sd output from the transmission waveform generation circuit 2 as a reference signal.

【0017】これらの位相検出回路6,7,8から出力
されるディジタル値の各位相データは、複数回のサンプ
リングと平均化処理が行われる。これは、表示ちらつき
の低減や、復調回路3,4,5内の演算増幅器,比較器
等のオフセット相殺のためである。平均化回路9が各位
相検出回路6,7,8からの複数回サンプリングにより
得られる位相データを平均化する部分であり、各位相デ
ータのサンプリングのタイミングを最適化するために、
微分回路13およびサンプリング制御回路14が設けら
れている。これら平均化回路9,微分回路13およびサ
ンプリング制御回路14の部分の詳細は後述する。
Each phase data of the digital value output from these phase detection circuits 6, 7, 8 is subjected to a plurality of sampling and averaging processes. This is due to reduction of display flicker and offset cancellation of operational amplifiers and comparators in the demodulation circuits 3, 4, and 5. The averaging circuit 9 is a part for averaging the phase data obtained by sampling a plurality of times from each of the phase detection circuits 6, 7, and 8. In order to optimize the sampling timing of each phase data,
A differentiating circuit 13 and a sampling control circuit 14 are provided. Details of these averaging circuit 9, differentiating circuit 13 and sampling control circuit 14 will be described later.

【0018】平均化回路9から得られる各位相データ
は、合成回路10で重み付けられて合成される。合成回
路10には、EEPROM等からなるオフセット記憶部
(図示せず)に記憶されたオフセット値も供給されてお
り、合成値のオフセット量が調整できるようになってい
る。合成回路10の出力は、演算・表示回路11におい
て、例えば電極配列ピッチが実寸法値に変換され、得ら
れた実寸法値は表示用デコーダを介してLCD表示器1
2に表示されるようになっている。
Each phase data obtained from the averaging circuit 9 is weighted and synthesized by a synthesis circuit 10. An offset value stored in an offset storage unit (not shown) such as an EEPROM is also supplied to the synthesizing circuit 10 so that the offset amount of the synthesized value can be adjusted. The output of the synthesizing circuit 10 is converted in an operation / display circuit 11 into, for example, an electrode arrangement pitch into an actual dimension value, and the obtained actual dimension value is sent to the LCD display 1 via a display decoder.
2 is displayed.

【0019】システムコントローラ15は、合成回路1
0,演算・表示回路11に対するイネーブル信号ENB
1 、他の回路に対するイネーブル信号ENB2 、その他
各種リセット信号,クロック信号を発生してシステム全
体の動作を制御している。
The system controller 15 includes the synthesizing circuit 1
0, enable signal ENB for operation / display circuit 11
1. An enable signal ENB2 for other circuits, various other reset signals, and a clock signal are generated to control the operation of the entire system.

【0020】平均化回路9は、粗,中,密スケールの各
位相データをそれぞれ、複数回サンプリングして加算・
平均化する演算部92,94,96およびレジスタ9
1,93,95を有する。粗,中,密の各スケール用方
形波信号CMPF,CMPM,CMPCのうち、表示デ
ータの最下位桁に直接反映して表示ちらつきの最も大き
な原因となるのは、密スケール用方形波信号CMPFで
ある。そのためこの実施例では、密スケール復調回路5
の出力方形波信号CMPFについては4回サンプリング
して平均化し、粗スケールおよび中スケールの復調回路
3,4の各出力方形波信号CMPC,CMPMについて
は、2回のサンプリングを行って平均化する。この際、
密スケール方形波信号CMPFのサンプリングタイミン
グを基準として、これに最も近い位置に中スケールおよ
び粗スケールの方形波信号CMPM,CMPCのサンプ
リングタイミングが決定されるようにしている。
The averaging circuit 9 samples each of the coarse, medium, and fine scale phase data a plurality of times and adds and samples them.
Arithmetic operation units 92, 94, 96 and register 9
1,93,95. Among the coarse, medium, and fine scale square wave signals CMPF, CMPM, and CMPC, the largest cause of display flicker that directly reflects on the least significant digit of display data is the fine scale square wave signal CMPF. is there. Therefore, in this embodiment, the fine scale demodulation circuit 5
Are sampled four times and averaged, and the output square wave signals CMPC and CMPM of the coarse scale and middle scale demodulation circuits 3 and 4 are sampled twice and averaged. On this occasion,
With reference to the sampling timing of the fine-scale square wave signal CMPF, the sampling timing of the medium-scale and coarse-scale square wave signals CMPM and CMPC is determined at a position closest to the sampling timing.

【0021】以上のサンプリング制御を行うのが、微分
回路13およびサンプリング制御回路14の部分であ
る。微分回路13は、粗,中,密スケールの各復調回路
3,4,5から得られる各方形波信号CMPC,CMP
M,CMPFのエッジでパルスを出力する回路である。
具体的にこの微分回路13は、方形波信号CMPC,C
MPM,CMPFの各立上がりエッジ微分パルスCR
P,MRP,FRP、両エッジ微分パルスCEP,ME
P,FEP、方形波信号CMPC,CMPMの各立下が
りエッジ微分パルスCFP,MFPを発生する。この微
分回路13の入出力関係を図4に示す。
The sampling control is performed by the differentiating circuit 13 and the sampling control circuit 14. The differentiating circuit 13 is configured to output the square wave signals CMPC and CMP obtained from the coarse, medium, and fine scale demodulating circuits 3, 4, and 5, respectively.
This is a circuit that outputs pulses at the edges of M and CMPF.
More specifically, the differentiating circuit 13 generates the square wave signals CMPC, C
MPM, CMPF rising edge differential pulse CR
P, MRP, FRP, double edge differential pulse CEP, ME
P, FEP, and the falling edge differential pulses CFP, MFP of the square wave signals CMPC, CMPM are generated. FIG. 4 shows the input / output relationship of the differentiating circuit 13.

【0022】サンプリング制御回路14は、これらの微
分回路13の出力パルスを受けて、平均化回路9内の各
レジスタ91,93,95にそれぞれ、転送用クロック
CCK,MCK,FCKおよびリセットパルスCRES
B,MRESB,FRESBを発生する。その具体的な
回路例は、図3の通りである。この制御回路14は、大
きく分けて、粗スケール用サンプリング制御回路部14
C ,中スケール用サンプリング制御回路部14M 、およ
び密スケール用サンプリング制御回路部14Fにより構
成されている。
The sampling control circuit 14 receives the output pulses of the differentiating circuit 13 and sends the transfer clocks CCK, MCK, FCK and the reset pulse CRES to the registers 91, 93, 95 in the averaging circuit 9, respectively.
B, MRESB and FRESB are generated. FIG. 3 shows a specific circuit example. The control circuit 14 is roughly divided into a coarse scale sampling control circuit unit 14
C, a medium scale sampling control circuit section 14M and a fine scale sampling control circuit section 14F.

【0023】密スケール用のサンプリング制御回路部1
4Fは、イネーブル信号ENB2と、密スケール用方形
波信号CMPFから得られた立上がりエッジ微分パルス
FRPおよび両エッジ微分パルスFEPに基づいて、密
スケール位相データについて4回サンプリングを行うた
めのレジスタ用クロックFCKとレジスタリセット信号
FRESBを発生する。中スケール用のサンプリング制
御回路部14Mは、イネーブル信号ENB2と、中スケ
ール用方形波信号CMPMから得られた立上がりエッジ
微分パルスMRP,立ち下がりエッジ微分パルスMFP
および両エッジ微分パルスMEPに基づいて、中スケー
ル位相データについて2回サンプリングを行うためのレ
ジスタ用クロックMCKとレジスタリセット信号MRE
SBを発生する。粗スケール用のサンプリング制御回路
部14Cは、イネーブル信号ENB2と、粗スケール用
方形波信号CMPCから得られた立上がりエッジ微分パ
ルスCRP,立ち下がりエッジ微分パルスCFPおよび
両エッジ微分パルスCEPに基づいて、粗スケール位相
データについて2回サンプリングを行うためのレジスタ
用クロックCCKとレジスタリセット信号CRESBを
発生する。
Sampling control circuit 1 for fine scale
4F is a register clock FCK for sampling the fine scale phase data four times based on the enable signal ENB2 , the rising edge differential pulse FRP and both edge differential pulses FEP obtained from the fine scale square wave signal CMPF. And a register reset signal FRESB. The sampling control circuit unit 14M for the middle scale includes an enable signal ENB2 , a rising edge differential pulse MRP, and a falling edge differential pulse MFP obtained from the square wave signal CMPM for the middle scale.
And a register clock MCK and a register reset signal MRE for sampling the middle scale phase data twice based on both edge differential pulses MEP.
Generate SB. The coarse scale sampling control circuit unit 14C coarsely calculates the coarse signal based on the enable signal ENB2 and the rising edge differential pulse CRP, falling edge differential pulse CFP, and both edge differential pulses CEP obtained from the coarse scale square wave signal CMPC. It generates a register clock CCK and a register reset signal CRESB for sampling the scale phase data twice.

【0024】基準となる密スケール位相データサンプリ
ングの動作を、図5を用いて説明する。図5に示すよう
に、イネーブル信号ENB2が“1”になった後、最初
の立上がり微分パルスFRPにより、レジスタ95をリ
セットするリセット信号FRESBが出力され、その後
両エッジ微分パルスFEPに同期してその4個目までレ
ジスタ用クロックFCKが発生される。そしてクロック
FCKの各立上がりで、密スケール位相検出回路8から
の位相データとレジスタ95の内容が演算部96で加算
され、4回加算後の平均化データが得られる。両エッジ
微分パルスFEPの4パルス目の立下がりで、フリップ
フロップF/F1の出力ノードAが“0”となり、それ
以降、リセット信号FRESBおよびクロック信号FC
Kは出力されない。
The operation of sampling fine scale phase data as a reference will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, after the enable signal ENB2 becomes "1", a reset signal FRESB for resetting the register 95 is output by the first rising differential pulse FRP, and thereafter, the reset signal FRESB is synchronized with both edge differential pulses FEP. Up to the fourth register clock FCK is generated. Then, at each rising edge of the clock FCK, the phase data from the fine scale phase detection circuit 8 and the contents of the register 95 are added by the arithmetic unit 96, and the averaged data after four times addition is obtained. At the falling edge of the fourth pulse of the two-edge differential pulse FEP, the output node A of the flip-flop F / F1 becomes "0", and thereafter, the reset signal FRESB and the clock signal FC
K is not output.

【0025】両エッジ微分パルスFEPの3パルス目の
立下がりで、フリップフロップRS−F/F1 の出力ノ
ードBが“1”となる。このRS−F/F1 の出力ノー
ドBが、中スケール用のサンプリング制御回路部14M
、および粗スケール用のサンプリング制御回路部14C
に、中スケールおよび粗スケールの位相データのサン
プリングタイミングの基準信号として入力される。
At the falling edge of the third pulse of the two-edge differential pulse FEP, the output node B of the flip-flop RS-F / F1 becomes "1". The output node B of the RS-F / F1 is connected to the medium scale sampling control circuit 14M.
, And sampling control circuit section 14C for coarse scale
Is input as a reference signal for sampling timing of medium scale and coarse scale phase data.

【0026】次に、中スケール位相データサンプリング
動作を説明すれば、イネーブル信号ENB2が“1”に
なった後、立上がりエッジ微分パルスMRPに同期して
レジスタリセット信号MRESBが出力され、両エッジ
微分パルスMEPに同期してレジスタ用クロックMCK
が出力される。中スケール用のレジスタ93には、クロ
ックMCKの立上がりで位相検出回路7からの位相デー
タとレジスタ93の内容が加算された結果が書き込まれ
る。次に立上がりエッジ微分パルスMRPが入ると、レ
ジスタリセット信号MRESBが出力されてレジスタ9
3はクリアされる。
Next, the mid-scale phase data sampling operation will be described. After the enable signal ENB2 becomes "1", a register reset signal MRESB is output in synchronization with the rising edge differential pulse MRP, and both edge differential pulses are output. Register clock MCK in synchronization with MEP
Is output. The result obtained by adding the content of the register 93 to the phase data from the phase detection circuit 7 at the rise of the clock MCK is written in the register 93 for the middle scale. Next, when the rising edge differential pulse MRP is input, a register reset signal MRESB is output and the register 9
3 is cleared.

【0027】ここで、密スケール用サンプリング制御回
路部14F のRS−F/F1 の出力ノードBが“1”に
なった後、立ち下がりエッジ微分パルスMFPが来る
か、または両エッジ微分パルスMEPが来た後でかつ立
上がりエッジ微分パルスMRPが来る前にノードBが
“1”になると、それ以降、レジスタリセット信号MR
ESBおよびクロック信号MCKは出力されない。粗ス
ケール位相データのサンプリング動作も、中スケール位
相データサンプリング動作と同様である。
Here, after the output node B of the RS-F / F1 of the fine scale sampling control circuit section 14F becomes "1", the falling edge differential pulse MFP comes, or both edge differential pulses MEP are output. When the node B becomes "1" after the rising edge and before the rising edge differential pulse MRP comes, the register reset signal MR
ESB and clock signal MCK are not output. The sampling operation of the coarse scale phase data is the same as the medium scale phase data sampling operation.

【0028】以上のサンプリング動作はディジタル的に
処理されるが、これを各位相データCMPF,CMP
M,CMPCの信号入力時に当てはめて表せば、図6の
ようになる。密スケールの方形波信号CMPFについて
は、イネーブル信号ENB2が“1”になった後の最初
の立上がりエッジから、連続する4個のエッジF1,F
2,F3,F4で位相データがサンプリングされ、これ
が平均化される。
The above sampling operation is digitally processed, and is converted into the phase data CMPF and CMP.
FIG. 6 shows the relationship when the M and CMPC signals are input. Regarding the fine-scale square wave signal CMPF, four consecutive edges F1 and F1 from the first rising edge after the enable signal ENB2 becomes “1”.
At 2, F3 and F4, the phase data is sampled and averaged.

【0029】中スケールの方形波信号CMPMについて
は、最初の二つのエッジM1 ,M2の時点では、密スケ
ール用サンプリング制御回路部14F のRS−F/F1
の出力ノードBが“1”になっておらず、次のエッジM
3 の時点でレジスタ93の内容がリセットされる。そし
て、二つのエッジM3 ,M4 の位相データがサンプリン
グされると、密スケールの方形波信号CMPFのエッジ
F3でノードBが“1”になり、それ以降サンプリング
は行われない。従って中スケール位相データの平均値
は、(M3 +M4 )/2となる。粗スケールの位相デー
タもほぼ同様であり、エッジF3 後のエッジC4 の時点
でサンプリングが終了し、二つのエッジC3 ,C4 の位
相データの平均値(C3+C4 )/2として求まる。
As for the square wave signal CMPM of the middle scale, at the time of the first two edges M1 and M2, the RS-F / F1 of the fine scale sampling control circuit section 14F.
Is not "1" and the next edge M
At time 3, the contents of the register 93 are reset. When the phase data of the two edges M3 and M4 is sampled, the node B becomes "1" at the edge F3 of the fine-scale square wave signal CMPF, and no further sampling is performed. Therefore, the average value of the middle scale phase data is (M3 + M4) / 2. The phase data of the coarse scale is almost the same, and sampling ends at the edge C4 after the edge F3, and is obtained as the average value (C3 + C4) / 2 of the phase data of the two edges C3 and C4.

【0030】従って、密スケール位相データの平均値サ
ンプリング点t1と、中スケール位相データの平均値サ
ンプリング点t2、粗スケール位相データの平均値サン
プリング点t3とのずれTFM,TFCは小さく抑えられて
いる。ちなみに、以上のようなサンプリング制御を行わ
ない場合のサンプリングタイミングを図6と比較して図
7に示す。これは、密スケール位相データは、イネーブ
ル信号ENB2が“1”になった後の最初の立上がりエ
ッジから4個のエッジF1〜F4の平均をとり、中スケ
ール位相データについては、やはり最初の立ち上がりエ
ッジから2個のエッジM1,M2の平均、粗スケール位
相データについても最初の立上がりエッジから2個のエ
ッジC1,C2の平均をとった場合である。この場合、
平均サンプリングタイミングのずれTFM,TFCは、図6
と比較して明らかに大きくなっている。
Accordingly, deviations TFM and TFC between the average value sampling point t1 of the fine scale phase data, the average value sampling point t2 of the middle scale phase data, and the average value sampling point t3 of the coarse scale phase data are kept small. . Incidentally, FIG. 7 shows the sampling timing when the above-described sampling control is not performed, in comparison with FIG. This is because the fine scale phase data takes an average of four edges F1 to F4 from the first rising edge after the enable signal ENB2 becomes "1", and the middle rising phase edge data also has the first rising edge. This is the case where the average of the two edges M1 and M2 and the average of the two edges C1 and C2 from the first rising edge are also obtained for the coarse scale phase data. in this case,
The average sampling timing shifts TFM and TFC are shown in FIG.
It is clearly larger compared to.

【0031】以上のようにこの実施例によれば、各位相
データのサンプリングタイミングが近接しているため、
変位センサが比較的高速で移動している場合でも合成が
失敗するという事態が防止されることになる。
As described above, according to this embodiment, since the sampling timing of each phase data is close,
Even when the displacement sensor is moving at a relatively high speed, a situation in which the combination fails can be prevented.

【0032】なお実施例では、サンプリングタイミング
制御の基準として密スケールデータを用いて、そのデー
タサンプリング回数を4回としたが、これは、前述のよ
うに密スケールデータが表示ちらつきに最も大きく影響
するためである。但しデータ合成の失敗を防止するとい
う意味では、必ずしも密スケールデータをサンプリング
の基準にすることは必要ではなく、他の位相データを基
準としてもよい。また実施例では、粗,中,密の3スケ
ールを用意した変位センサを用いたが、本発明はこれに
限られるわけではなく、少なくとも粗,密の二つのスケ
ールを用意した変位センサを用いた場合に有効である。
また実施例における図3のサンプリング回路は一例であ
り、マイクロプロセッサ等により図3の回路と同じルー
ルでサンプリングを行ってもよい。
In this embodiment, fine scale data is used as a reference for sampling timing control, and the number of times of data sampling is set to four. This is because fine scale data has the greatest effect on display flicker as described above. That's why. However, in order to prevent the failure of data synthesis, it is not always necessary to use the dense scale data as a reference for sampling, and other phase data may be used as a reference. Further, in the embodiment, a displacement sensor having three scales of coarse, medium, and dense is used, but the present invention is not limited to this, and a displacement sensor having at least two scales of coarse and dense is used. It is effective in the case.
Further, the sampling circuit of FIG. 3 in the embodiment is an example, and the sampling may be performed by a microprocessor or the like according to the same rule as the circuit of FIG.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、デ
ータサンプリングの調整によって、合成エラーが発生し
にくく、従って変位センサが比較的高速で移動中にもス
ムーズなデータ表示を可能としたアブソリュート型の変
位測定装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, by adjusting the data sampling, a synthesis error is hardly generated, and therefore, the absolute data can be displayed smoothly even while the displacement sensor is moving at a relatively high speed. A mold displacement measuring device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例に係る変位測定装置の構成
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a displacement measuring device according to one embodiment of the present invention.

【図2】 図1におけるABSセンサの構成を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an ABS sensor in FIG. 1;

【図3】 図1のサンプリング制御回路の構成を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a sampling control circuit of FIG. 1;

【図4】 図1の微分回路の出力信号を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating output signals of the differentiating circuit of FIG. 1;

【図5】 図3のサンプリング制御回路の動作波形を示
す図である。
5 is a diagram showing operation waveforms of the sampling control circuit of FIG.

【図6】 実施例のデータサンプリングのタイミングを
示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating timing of data sampling according to the embodiment.

【図7】 比較例のデータサンプリングのタイミングを
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing timing of data sampling in a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ABSセンサ、2…送信波形発生回路、3…粗スケ
ール復調回路、4…中スケール復調回路、5…密スケー
ル復調回路、6…粗位相検出回路、7…中位相検出回
路、8…密位相検出回路、9…平均化回路、91,9
3,95…レジスタ、92,94,96…演算部、10
…合成回路、11…演算・表示回路、12…表示器、1
3…微分回路、14…サンプリング制御回路、15…コ
ントローラ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... ABS sensor, 2 ... Transmission waveform generation circuit, 3 ... Coarse scale demodulation circuit, 4 ... Medium scale demodulation circuit, 5 ... Dense scale demodulation circuit, 6 ... Coarse phase detection circuit, 7 ... Medium phase detection circuit, 8 ... Dense Phase detection circuit, 9 ... Averaging circuit, 91, 9
3, 95 ... register, 92, 94, 96 ... arithmetic unit, 10
... Synthesis circuit, 11 ... Operation / display circuit, 12 ... Display unit, 1
3 ... differentiation circuit, 14 ... sampling control circuit, 15 ... controller.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 固定要素に対する可動要素の相対位置関
係に応じた出力信号を出す変位センサと、 この変位センサの出力信号を処理して、それぞれエッジ
に位相情報を持った少なくとも粗スケールおよび密スケ
ールの変位量検出用の周期的方形波信号を得る復調手段
と、 この復調手段により得られた周期的方形波信号のそれぞ
れから位相情報を検出して、粗スケールおよび密スケー
ルの位相データを得る位相検出手段と、 前記粗スケールおよび密スケールの各位相データをそれ
ぞれ複数回サンプリングして平均化する平均化手段と、 前記粗スケールまたは密スケールの位相データの一方の
サンプリングタイミングを基準としてこれに近接して他
方のサンプリングタイミングを決定するサンプリング制
御手段と、 前記平均化手段により得られた粗スケールおよび密スケ
ールの位相データを合成して、前記固定要素に対する前
記可動要素の絶対変位量を求める合成手段と、を備えた
ことを特徴とする変位測定装置。
1. A displacement sensor for outputting an output signal corresponding to a relative positional relationship of a movable element with respect to a fixed element, and at least a coarse scale and a fine scale each having an edge with phase information by processing an output signal of the displacement sensor. Demodulation means for obtaining a periodic square wave signal for detecting the amount of displacement, and a phase for detecting phase information from each of the periodic square wave signals obtained by the demodulation means to obtain coarse scale and fine scale phase data. Detecting means, averaging means for sampling each of the coarse-scale and fine-scale phase data a plurality of times, respectively, and averaging them; and Sampling control means for determining the sampling timing of the other, and the averaging means. The phase data of the coarse scale and fine-scale by combining the displacement measuring apparatus characterized by comprising a synthesizing means for obtaining the absolute amount of displacement of the movable element relative to the fixing element.
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