JP3021805B2 - 測尺装置 - Google Patents
測尺装置Info
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- JP3021805B2 JP3021805B2 JP3181119A JP18111991A JP3021805B2 JP 3021805 B2 JP3021805 B2 JP 3021805B2 JP 3181119 A JP3181119 A JP 3181119A JP 18111991 A JP18111991 A JP 18111991A JP 3021805 B2 JP3021805 B2 JP 3021805B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば工作機械等に使
用されて好適な測尺装置に関する。
用されて好適な測尺装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械等においては、被加工物に対す
る工具の送り量を検出するためのインクリメンタル（ｉ
ｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ）方式の測尺装置が使用されてい
る。かかる測尺装置は、被加工物と工具の一方に周期的
パターンの目盛が形成されたスケールを配置し、他方に
その目盛を読取り電気信号を発生する検出装置を配置
し、かかる電気信号をパルス化して計数することにより
被加工物と工具間の相対的変位量を測定するように構成
されている。
る工具の送り量を検出するためのインクリメンタル（ｉ
ｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ）方式の測尺装置が使用されてい
る。かかる測尺装置は、被加工物と工具の一方に周期的
パターンの目盛が形成されたスケールを配置し、他方に
その目盛を読取り電気信号を発生する検出装置を配置
し、かかる電気信号をパルス化して計数することにより
被加工物と工具間の相対的変位量を測定するように構成
されている。
【０００３】更に、かかる測尺装置において、座標系の
原点設定作業（イニシャライズ）を能率化するために、
原点からの絶対位置を別個に検出するように構成された
アブソリュート方式の測尺装置が各種提案されている。
原点設定作業（イニシャライズ）を能率化するために、
原点からの絶対位置を別個に検出するように構成された
アブソリュート方式の測尺装置が各種提案されている。
【０００４】図５は、本願出願人の出願に係る特公昭５
０−２３６１８号公報に開示された従来技術による磁気
式のアブソリュート方式の測尺装置を示す。この測尺装
置は、二本の磁気目盛２，３を含むスケール１と、各磁
気目盛に隣接して配置された磁束応答型の磁気ヘッド
４，６とを有し、各磁気ヘッドは一対のヘッド部を含ん
でいる。第１の磁気目盛２にはピッチλ1 の周期パター
ンが形成され、第２の磁気目盛３にはピッチλ2 （λ2
＜λ1 ）の周期パターンが形成されている。
０−２３６１８号公報に開示された従来技術による磁気
式のアブソリュート方式の測尺装置を示す。この測尺装
置は、二本の磁気目盛２，３を含むスケール１と、各磁
気目盛に隣接して配置された磁束応答型の磁気ヘッド
４，６とを有し、各磁気ヘッドは一対のヘッド部を含ん
でいる。第１の磁気目盛２にはピッチλ1 の周期パター
ンが形成され、第２の磁気目盛３にはピッチλ2 （λ2
＜λ1 ）の周期パターンが形成されている。
【０００５】第１の磁気目盛２を読み取るための第１の
磁気ヘッド４Ａ，４Ｂは第１の位相検出回路５に接続さ
れ、第２の磁気目盛３を読み取るための第２の磁気ヘッ
ド６Ａ，６Ｂは第２の位相検出回路７に接続されてお
り、かかる位相検出回路によって周期パターンの１ピッ
チλ1 又はλ2 内の位相θ1 又はθ2 （絶対位置）が検
出される。
磁気ヘッド４Ａ，４Ｂは第１の位相検出回路５に接続さ
れ、第２の磁気目盛３を読み取るための第２の磁気ヘッ
ド６Ａ，６Ｂは第２の位相検出回路７に接続されてお
り、かかる位相検出回路によって周期パターンの１ピッ
チλ1 又はλ2 内の位相θ1 又はθ2 （絶対位置）が検
出される。
【０００６】第１の位相検出回路５から第１の磁気ヘッ
ドのヘッド部４Ａ，４Ｂの各々に対して、次の数１の式
で表わされる励磁信号ＩA 及びＩB が供給される。
ドのヘッド部４Ａ，４Ｂの各々に対して、次の数１の式
で表わされる励磁信号ＩA 及びＩB が供給される。
【０００７】
【数１】
【０００８】但し、Ａは定数、ｆ／２は励磁周波数であ
る。一方第１の磁気ヘッド４Ａ，４Ｂにより、次の数２
の式で表わされる位相検出信号ＫA ，ＫB が発生され、
位相検出回路５へ供給される。
る。一方第１の磁気ヘッド４Ａ，４Ｂにより、次の数２
の式で表わされる位相検出信号ＫA ，ＫB が発生され、
位相検出回路５へ供給される。
【０００９】
【数２】
【００１０】ここに、Ａ1 は定数であり、ｘは磁気目盛
２の左端を原点として磁気ヘッド４Ａ，４Ｂの相対変位
量（絶対位置）である。尚、磁気ヘッドのヘッド部４
Ａ，４Ｂ間の間隔は（ｎ＋１／４）λ1 （ｎは整数）と
している。位相検出回路５からは、二つの位相検出信号
ＫA ，ＫB が加算されて得られた位相変調信号ｄが供給
される。位相変調信号ｄは次の数３の式により示され
る。
２の左端を原点として磁気ヘッド４Ａ，４Ｂの相対変位
量（絶対位置）である。尚、磁気ヘッドのヘッド部４
Ａ，４Ｂ間の間隔は（ｎ＋１／４）λ1 （ｎは整数）と
している。位相検出回路５からは、二つの位相検出信号
ＫA ，ＫB が加算されて得られた位相変調信号ｄが供給
される。位相変調信号ｄは次の数３の式により示され
る。
【００１１】
【数３】
【００１２】
【数４】
【００１３】こうして、位相変調信号ｄの位相変調量θ
1 （＝０〜２π）を測定することにより、数４の式を使
って変位量ｘが求められる。位相変調量θ1 と変位量ｘ
の関係を表す数４の式は図６Ａのグラフに示されてい
る。
1 （＝０〜２π）を測定することにより、数４の式を使
って変位量ｘが求められる。位相変調量θ1 と変位量ｘ
の関係を表す数４の式は図６Ａのグラフに示されてい
る。
【００１４】例えば、位相変調量がθ1 ＝πのとき、変
位量はｘ＝Ｘ0 ，Ｘ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 ，‥‥となり、ｘの
値を判別することはできないが、磁気目盛２の所定の１
ピッチλ1 の範囲内では、位相変調量θ1 は０〜２πで
あるため、変位量ｘを一義的に求めることができる。同
様に第２の位相検出回路７により、位相変調量θ2 が測
定される。位相変調量θ2 と変位量ｘとの間には、数４
の式と同様の以下の数５の式に示される関係があり、こ
れは図６Ｂに示されている。
位量はｘ＝Ｘ0 ，Ｘ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 ，‥‥となり、ｘの
値を判別することはできないが、磁気目盛２の所定の１
ピッチλ1 の範囲内では、位相変調量θ1 は０〜２πで
あるため、変位量ｘを一義的に求めることができる。同
様に第２の位相検出回路７により、位相変調量θ2 が測
定される。位相変調量θ2 と変位量ｘとの間には、数４
の式と同様の以下の数５の式に示される関係があり、こ
れは図６Ｂに示されている。
【００１５】
【数５】
【００１６】これらの位相変調量θ1 ，θ2 より絶対位
置検出回路８にて、位相差Δθが計算される。
置検出回路８にて、位相差Δθが計算される。
【００１７】
【数６】
【００１８】数６の式を変形して、
【００１９】
【数７】
【００２０】ここに、λ1 ，λ2 は既知であるため、位
相差Δθを求めることにより変位量ｘが求められる。こ
の場合、０≦Δθ＜２πであれば、変位量ｘは一義的に
求められる。従って、位相差Δθから、数７の式を使っ
て変位量ｘを一義的に、即ち絶対変位量として求めるこ
とができるためには、
相差Δθを求めることにより変位量ｘが求められる。こ
の場合、０≦Δθ＜２πであれば、変位量ｘは一義的に
求められる。従って、位相差Δθから、数７の式を使っ
て変位量ｘを一義的に、即ち絶対変位量として求めるこ
とができるためには、
【００２１】
【数８】
【００２２】でなければならない。
【００２３】即ち、変位量ｘを正確に測定することがで
きる最大測定長Ｌ（＝ｘmax ）は、
きる最大測定長Ｌ（＝ｘmax ）は、
【００２４】
【数９】
【００２５】である。この最大測定長Ｌを数７の式に代
入して、次の式を得る。
入して、次の式を得る。
【００２６】
【数１０】
【００２７】位相差Δθと変位量ｘの関係を表す数１０
の式は図６Ｃに示されている。
の式は図６Ｃに示されている。
【００２８】磁気目盛の左端に原点を設定し、スケール
に対する磁気ヘッドの相対的変位量をｘとし、かかるｘ
に相当する位置Ｐが第１の磁気目盛２の左端からｑ番目
（ｑ＝０，１，２，３，‥‥）のピッチλ1 内に存在す
ると仮定する。第１のピッチλ1 内での位置Ｐの絶対変
化量をｘ1 とすれば、スケールに対する変位量ｘは、ｘ
＝ｑλ1 ＋ｘ1 により求められる。ここにｑλ1 は、位
置Ｐが存在する第１のピッチλ1 の原点からの絶対変位
量を表わす。このｑλ1 の値は数１０の式により位相差
Δθに基ずいて求められ、ｘ1 の値は数４の式により位
相変調量θ1 に基ずいて求められる。
に対する磁気ヘッドの相対的変位量をｘとし、かかるｘ
に相当する位置Ｐが第１の磁気目盛２の左端からｑ番目
（ｑ＝０，１，２，３，‥‥）のピッチλ1 内に存在す
ると仮定する。第１のピッチλ1 内での位置Ｐの絶対変
化量をｘ1 とすれば、スケールに対する変位量ｘは、ｘ
＝ｑλ1 ＋ｘ1 により求められる。ここにｑλ1 は、位
置Ｐが存在する第１のピッチλ1 の原点からの絶対変位
量を表わす。このｑλ1 の値は数１０の式により位相差
Δθに基ずいて求められ、ｘ1 の値は数４の式により位
相変調量θ1 に基ずいて求められる。
【００２９】数１０の式に於いて、位相差Δθの分解能
は一般に２πの５００分の１程度であるから、位相差Δ
θに基ずいて変位量ｘを測定する場合の分解能ｘr は、
次式により求められる。
は一般に２πの５００分の１程度であるから、位相差Δ
θに基ずいて変位量ｘを測定する場合の分解能ｘr は、
次式により求められる。
【００３０】
【数１１】
【００３１】図７は、本願出願人の出願に係る特開平３
−４８７２３号に開示された従来技術によるアブソリュ
ート方式の測尺装置を示す。この測尺装置は、磁気目盛
２と光学目盛３が形成されたスケール１を有する。磁気
目盛２はピッチλの周期パターンとして構成され、光学
目盛はピッチλ／ｍの非周期パターン例えばグレイコー
ドとして構成されている。
−４８７２３号に開示された従来技術によるアブソリュ
ート方式の測尺装置を示す。この測尺装置は、磁気目盛
２と光学目盛３が形成されたスケール１を有する。磁気
目盛２はピッチλの周期パターンとして構成され、光学
目盛はピッチλ／ｍの非周期パターン例えばグレイコー
ドとして構成されている。
【００３２】この図では、磁気目盛と光学目盛は同一平
面上に平行に配置されているが、実際には互いに重ねら
れて配置されている。磁気目盛２に隣接して一対の磁束
応答型の磁気ヘッド及び位相検出回路が配置され、光学
目盛即ちグレイコードに隣接して光学ヘッド及び絶対位
置コード検出回路が配置されているが、図７では省略さ
れている。位相検出回路によって位相変調量θが求めら
れ、数４又は数５の式と同様、位相変調量θは周期パタ
ーンのピッチλと変位量ｘによって以下のように表わさ
れる。
面上に平行に配置されているが、実際には互いに重ねら
れて配置されている。磁気目盛２に隣接して一対の磁束
応答型の磁気ヘッド及び位相検出回路が配置され、光学
目盛即ちグレイコードに隣接して光学ヘッド及び絶対位
置コード検出回路が配置されているが、図７では省略さ
れている。位相検出回路によって位相変調量θが求めら
れ、数４又は数５の式と同様、位相変調量θは周期パタ
ーンのピッチλと変位量ｘによって以下のように表わさ
れる。
【００３３】
【数１２】
【００３４】位相変調量θと変位量ｘの関係は図７Ｂに
示される。
示される。
【００３５】光学ヘッド及び絶対位置コード検出回路
は、グレイコード３に光を供給する発光素子と、グレイ
コードより反射された光を検出する受光素子とを有し、
グレイコード３が有するｋビットのコード化された位置
情報に対応する絶対位置コード信号を発生する。
は、グレイコード３に光を供給する発光素子と、グレイ
コードより反射された光を検出する受光素子とを有し、
グレイコード３が有するｋビットのコード化された位置
情報に対応する絶対位置コード信号を発生する。
【００３６】磁気目盛２とグレイコード３の左端を座標
の原点とし、検出ヘッド２，３がスケール１上の位置Ｐ
1 まで変位したと仮定する。位置Ｐ1 が含まれる磁気目
盛の１ピッチが、磁気目盛の左端の１ピッチから数えて
ｑ番目（ｑ＝０，１，２，３，‥‥）であるとすれば、
位置Ｐ1 の変位量ｘは次の式で求められる。
の原点とし、検出ヘッド２，３がスケール１上の位置Ｐ
1 まで変位したと仮定する。位置Ｐ1 が含まれる磁気目
盛の１ピッチが、磁気目盛の左端の１ピッチから数えて
ｑ番目（ｑ＝０，１，２，３，‥‥）であるとすれば、
位置Ｐ1 の変位量ｘは次の式で求められる。
【００３７】
【数１３】
【００３８】ここに、λは磁気目盛に形成された周期パ
ターンの１ピッチの長さであり、ｘ 1 は位置Ｐ1 を含む
磁気目盛の１ピッチ内での絶対変位量である。
ターンの１ピッチの長さであり、ｘ 1 は位置Ｐ1 を含む
磁気目盛の１ピッチ内での絶対変位量である。
【００３９】ｘ1 は、位置Ｐ1 の１ピッチ内での位相変
調量θを求めることにより、数１２の式により求められ
る。即ち、
調量θを求めることにより、数１２の式により求められ
る。即ち、
【００４０】
【数１４】
【００４１】従って、数１３の式に於いて、整数ｑを求
めることにより、位置Ｐ1 の変位量ｘを計算することが
できる。
めることにより、位置Ｐ1 の変位量ｘを計算することが
できる。
【００４２】図７Ｃ〜図７Ｅには、４ビット（トラック
数が４）のグレイコード３により整数ｑを求める手順が
示されている。整数ｑの計算を容易化すべく、グレイコ
ード３の分解能ｘr は磁気目盛２のピッチλに対して自
然数ｍを用いて、
数が４）のグレイコード３により整数ｑを求める手順が
示されている。整数ｑの計算を容易化すべく、グレイコ
ード３の分解能ｘr は磁気目盛２のピッチλに対して自
然数ｍを用いて、
【００４３】
【数１５】
【００４４】の関係に設定される。図７に示す例はｍ＝
２の場合に相当する。グレイコード３は検出ヘッドによ
り読み取られ、図７Ｃに示す如くコードＮ′に変換され
る。かかるコードは図７Ｄに示す如く１０進数Ｎに変換
され、更に図７Ｅに示す如く、光学目盛の左端からのピ
ッチ数ｑが計算される。
２の場合に相当する。グレイコード３は検出ヘッドによ
り読み取られ、図７Ｃに示す如くコードＮ′に変換され
る。かかるコードは図７Ｄに示す如く１０進数Ｎに変換
され、更に図７Ｅに示す如く、光学目盛の左端からのピ
ッチ数ｑが計算される。
【００４５】ピッチ数ｑは、グレイコードの１０進数Ｎ
より次の式を使って求められる。
より次の式を使って求められる。
【００４６】
【数１６】
【００４７】但し、数１６の式の右辺はＮ／ｍの整数部
分を表わす。尚ここでは１０進数Ｎにより説明したが、
１０進数のかわりに２進数が使われてもよい。
分を表わす。尚ここでは１０進数Ｎにより説明したが、
１０進数のかわりに２進数が使われてもよい。
【００４８】この従来例では、磁気目盛を読み取って得
られた位相量θより数１４の式を使って磁気目盛２の１
ピッチ内での絶対位置変位量ｘ1 が演算され、グレイコ
ードを読み取ってピッチ数ｑが演算され、これらの変位
量ｘ1 と整数ｑを数１３の式に代入して位置Ｐ1 の変位
量ｘが求められる。
られた位相量θより数１４の式を使って磁気目盛２の１
ピッチ内での絶対位置変位量ｘ1 が演算され、グレイコ
ードを読み取ってピッチ数ｑが演算され、これらの変位
量ｘ1 と整数ｑを数１３の式に代入して位置Ｐ1 の変位
量ｘが求められる。
【００４９】グレイコードの分解能ｘr （即ち１ピッチ
長さ）と最大測定長Ｌの関係を表す数１１の式と同様の
式が求められる。グレイコードのピッチ数はＮ＝２k だ
から
長さ）と最大測定長Ｌの関係を表す数１１の式と同様の
式が求められる。グレイコードのピッチ数はＮ＝２k だ
から
【００５０】
【数１７】
【００５１】ここにｋはグレイコードのビット数であ
る。
る。
【００５２】
【発明が解決しようとする課題】図５に示す例に於い
て、最大測定長Ｌは、数９の式から、第１のピッチλ1
と第２のピッチλ2 の関数として定められる。数９の式
より明らかなように、第１のピッチλ1 と第２のピッチ
λ2 の差λ1 −λ2 の値を小さくすると最大測定長Ｌは
大きな値となる。例えば、第１のピッチをλ1 ＝５ｍｍ
とし、最大測定長をＬ＝１０００ｍｍ付近に設定する
と、数９の式から第２のピッチはλ2 ＝４．９７５ｍｍ
となり、二つのピッチ差λ1 −λ2 は０．０２５ｍｍと
なる。
て、最大測定長Ｌは、数９の式から、第１のピッチλ1
と第２のピッチλ2 の関数として定められる。数９の式
より明らかなように、第１のピッチλ1 と第２のピッチ
λ2 の差λ1 −λ2 の値を小さくすると最大測定長Ｌは
大きな値となる。例えば、第１のピッチをλ1 ＝５ｍｍ
とし、最大測定長をＬ＝１０００ｍｍ付近に設定する
と、数９の式から第２のピッチはλ2 ＝４．９７５ｍｍ
となり、二つのピッチ差λ1 −λ2 は０．０２５ｍｍと
なる。
【００５３】しかしながら、二つの磁気目盛の形成精
度は各々０．０５ｍｍ程度であり、変位量ｘの分解能
は、数１１の式より、ｘr ＝５ｍｍ×１／５００＝０．
０１ｍｍであり、かかる変位量ｘの量子化誤差は０．０
２ｍｍ程度である、ことを考慮すると、二つのピッチ差
λ1 −λ2 は０．１２ｍｍ程度の値であることが望まし
い。
度は各々０．０５ｍｍ程度であり、変位量ｘの分解能
は、数１１の式より、ｘr ＝５ｍｍ×１／５００＝０．
０１ｍｍであり、かかる変位量ｘの量子化誤差は０．０
２ｍｍ程度である、ことを考慮すると、二つのピッチ差
λ1 −λ2 は０．１２ｍｍ程度の値であることが望まし
い。
【００５４】かくして、第２のピッチはλ2 ＝４．８８
ｍｍ以下に制限される。即ち、最大測定長はＬ＝５×
４．８８／０．１２＝２０３ｍｍ程度が実現限界であ
る。
ｍｍ以下に制限される。即ち、最大測定長はＬ＝５×
４．８８／０．１２＝２０３ｍｍ程度が実現限界であ
る。
【００５５】図７に示す実施例によると、変位量ｘの測
定精度を上げるためには、数１３及び数１４の式より明
らかなように、磁気目盛のピッチλの値を小さくする必
要がある。
定精度を上げるためには、数１３及び数１４の式より明
らかなように、磁気目盛のピッチλの値を小さくする必
要がある。
【００５６】しかしながら、磁気目盛のピッチλを小さ
くすると、数１５の式よりグレイコードのピッチ（即ち
分解能ｘr ）も小さくしなければならず、グレイコード
の分解能を小さくすると、数１７の式より最大測定長が
制限される。例えば、最大測定長が１０００ｍｍでグレ
イコードのビット数をｋ＝６とすれば、分解能はｘr ＝
１５．６２５ｍｍとなる。
くすると、数１５の式よりグレイコードのピッチ（即ち
分解能ｘr ）も小さくしなければならず、グレイコード
の分解能を小さくすると、数１７の式より最大測定長が
制限される。例えば、最大測定長が１０００ｍｍでグレ
イコードのビット数をｋ＝６とすれば、分解能はｘr ＝
１５．６２５ｍｍとなる。
【００５７】
【課題を解決するための手段】本発明による測尺装置
は、第１のピッチにて周期的パターンが形成された第１
の目盛と第１のピッチと異なる第２のピッチにて周期的
パターンが形成された第２の目盛と非周期的パターンが
形成された第３の目盛とを有するスケールと、第１の目
盛に対する相対変位を示す第１の位相変調信号を発生す
る第１の検出装置と、第２の目盛に対する相対変位を示
す第２の位相変調信号を発生する第２の検出装置と、第
３の目盛に対する絶対変位を示す第３の絶対位置信号を
発生する第３の検出装置とを有し、第１の位相変調信号
と第２の位相変調信号とを受け入れて、第１の位相変調
信号と第２の位相変調信号との位相差より第３のピッチ
に基ずく位相差信号を発生する手段と、第１の位相変調
信号より第１のピッチ内での絶対位置を示す第１の絶対
位置を演算する第１の演算手段と、第２の位相変調信号
より第３のピッチ内での絶対位置を示す第２の絶対位置
を演算する第２の演算手段と、第３の絶対位置信号より
第３の目盛に対する絶対位置を示す第３の絶対位置を演
算する第３の演算手段と、を有し、第１の絶対位置と第
２の絶対位置と第３の絶対位置とに基ずいてスケールに
対する相対的変位量を測定するように構成されている。
は、第１のピッチにて周期的パターンが形成された第１
の目盛と第１のピッチと異なる第２のピッチにて周期的
パターンが形成された第２の目盛と非周期的パターンが
形成された第３の目盛とを有するスケールと、第１の目
盛に対する相対変位を示す第１の位相変調信号を発生す
る第１の検出装置と、第２の目盛に対する相対変位を示
す第２の位相変調信号を発生する第２の検出装置と、第
３の目盛に対する絶対変位を示す第３の絶対位置信号を
発生する第３の検出装置とを有し、第１の位相変調信号
と第２の位相変調信号とを受け入れて、第１の位相変調
信号と第２の位相変調信号との位相差より第３のピッチ
に基ずく位相差信号を発生する手段と、第１の位相変調
信号より第１のピッチ内での絶対位置を示す第１の絶対
位置を演算する第１の演算手段と、第２の位相変調信号
より第３のピッチ内での絶対位置を示す第２の絶対位置
を演算する第２の演算手段と、第３の絶対位置信号より
第３の目盛に対する絶対位置を示す第３の絶対位置を演
算する第３の演算手段と、を有し、第１の絶対位置と第
２の絶対位置と第３の絶対位置とに基ずいてスケールに
対する相対的変位量を測定するように構成されている。
【００５８】本発明による測尺装置の実施例によると、
第３の目盛の非周期的パターンは第３のピッチを自然数
で除した値に相等するピッチにて形成されている。
第３の目盛の非周期的パターンは第３のピッチを自然数
で除した値に相等するピッチにて形成されている。
【００５９】
【作用】本発明によれば、第１のピッチλa の周期的パ
ターンが形成された第１の目盛を読み取って第１の位相
変調信号が得られ、第２のピッチλb の周期的なパター
ンが形成された第２の目盛を読み取って第２の位相変調
信号が得られ、第１の位相変調信号と第２の位相変調信
号より位相差信号が生成され、非周期的パターンが形成
された第３の目盛を読み取って絶対位置コード信号が得
られ、第１の位相変調信号より第１のピッチλa 内での
絶対変位量即ち下位絶対変位量ｘ1 が演算され、位相差
信号より合成ピッチλc 内での絶対変位量即ち中位絶対
変位量ｘ2 が演算され、絶対位置コード信号より第３の
目盛に対する絶対位置即ち上位絶対変位量ｘ3 が演算さ
れ、かかる下位絶対変位量ｘ1 と中位絶対変位量ｘ2 と
上位絶対変位量ｘ3 とよりスケールの原点からの絶対変
位量ｘが求められる。
ターンが形成された第１の目盛を読み取って第１の位相
変調信号が得られ、第２のピッチλb の周期的なパター
ンが形成された第２の目盛を読み取って第２の位相変調
信号が得られ、第１の位相変調信号と第２の位相変調信
号より位相差信号が生成され、非周期的パターンが形成
された第３の目盛を読み取って絶対位置コード信号が得
られ、第１の位相変調信号より第１のピッチλa 内での
絶対変位量即ち下位絶対変位量ｘ1 が演算され、位相差
信号より合成ピッチλc 内での絶対変位量即ち中位絶対
変位量ｘ2 が演算され、絶対位置コード信号より第３の
目盛に対する絶対位置即ち上位絶対変位量ｘ3 が演算さ
れ、かかる下位絶対変位量ｘ1 と中位絶対変位量ｘ2 と
上位絶対変位量ｘ3 とよりスケールの原点からの絶対変
位量ｘが求められる。
【００６０】
【実施例】以下、本発明による測尺装置の実施例につい
て、図１〜図４を参照して説明する。
て、図１〜図４を参照して説明する。
【００６１】図１は本発明の測尺装置を示しており、ス
ケールの基台１０と、該基台上に配置された第１のスケ
ール１２と、該第１のスケールを覆うように配置された
第２のスケール１４と、該二つのスケールに隣接して配
置された検出ヘッド２０とを含むように構成されてい
る。尚第１のスケールと第２のスケールは、前記特開平
３−４８７２３号の実施例に示されているように、基台
の互に異る面に配置されてもよい。
ケールの基台１０と、該基台上に配置された第１のスケ
ール１２と、該第１のスケールを覆うように配置された
第２のスケール１４と、該二つのスケールに隣接して配
置された検出ヘッド２０とを含むように構成されてい
る。尚第１のスケールと第２のスケールは、前記特開平
３−４８７２３号の実施例に示されているように、基台
の互に異る面に配置されてもよい。
【００６２】第１のスケール１２は、磁性材より構成さ
れてよく、第２のスケール１４の一部を切欠いて示す如
く、第２のスケールとの対接面に二本の周期的パターン
が形成された目盛１６ａ，１６ｂを有する。かかる目盛
は、各々ピッチλa ，λb の周期的な磁気パターンとし
て構成された磁気目盛であってよい。
れてよく、第２のスケール１４の一部を切欠いて示す如
く、第２のスケールとの対接面に二本の周期的パターン
が形成された目盛１６ａ，１６ｂを有する。かかる目盛
は、各々ピッチλa ，λb の周期的な磁気パターンとし
て構成された磁気目盛であってよい。
【００６３】第２のスケール１４は、ステンレスシート
の如き非磁性材より成り、その外側面には非周期的パタ
ーンの光学目盛、例えばｋビットの（即ちトラック数が
ｋ個の）グレイコード１８が形成されてよい。グレイコ
ード１８の分解能ｘr （即ちトラックの１ピッチ長さ）
は、後に説明するように合成ピッチλc を自然数ｍで除
した値λc ／ｍに設定されてよい。
の如き非磁性材より成り、その外側面には非周期的パタ
ーンの光学目盛、例えばｋビットの（即ちトラック数が
ｋ個の）グレイコード１８が形成されてよい。グレイコ
ード１８の分解能ｘr （即ちトラックの１ピッチ長さ）
は、後に説明するように合成ピッチλc を自然数ｍで除
した値λc ／ｍに設定されてよい。
【００６４】第２のスケールに形成されたグレイコード
は、スケールの外面が反射性を有する場合には、ハイレ
ベル“１”に相当する部分を除いて反射防止膜を蒸着し
又はエッチング等により粗面化するとこにより形成され
てよく、スケールの外面が反射性を有しない場合には、
ハイレベル“１”に相当する部分に反射性の金属膜を蒸
着することにより形成されてよい。
は、スケールの外面が反射性を有する場合には、ハイレ
ベル“１”に相当する部分を除いて反射防止膜を蒸着し
又はエッチング等により粗面化するとこにより形成され
てよく、スケールの外面が反射性を有しない場合には、
ハイレベル“１”に相当する部分に反射性の金属膜を蒸
着することにより形成されてよい。
【００６５】検出ヘッド２０は、図２に示されているよ
うに、磁気目盛を読み取るための磁気ヘッド２２ａ，２
２ｂとグレイコード１８を読み取るための光学ヘッド２
４を含んでおり、検出ヘッド２０がスケールに対して相
対的に変位するとき、磁気ヘッドと光学ヘッドの各々は
対応する磁気目盛とグレイコードに対して変位する。検
出ヘッド２０は、前記特開平３−４８７２３号に記載さ
れたものと同様の型式のものでよい。
うに、磁気目盛を読み取るための磁気ヘッド２２ａ，２
２ｂとグレイコード１８を読み取るための光学ヘッド２
４を含んでおり、検出ヘッド２０がスケールに対して相
対的に変位するとき、磁気ヘッドと光学ヘッドの各々は
対応する磁気目盛とグレイコードに対して変位する。検
出ヘッド２０は、前記特開平３−４８７２３号に記載さ
れたものと同様の型式のものでよい。
【００６６】図２は、本発明による測尺装置を示すブロ
ック図である。図２では、第１のスケール１６と第２の
スケール１８は同一平面上に並列に配置されて示されて
いるが、実際には図１に示されているように二つのスケ
ールは互に重ねられて配置さてよい。
ック図である。図２では、第１のスケール１６と第２の
スケール１８は同一平面上に並列に配置されて示されて
いるが、実際には図１に示されているように二つのスケ
ールは互に重ねられて配置さてよい。
【００６７】図６について説明したのと同様に、第１の
磁気ヘッド２２ａは互に（ｎ＋１／４）λa だけ離れた
一対のヘッド部を有しており、各ヘッド部には数１の式
により表わされる励磁信号が供給される。第１の磁気ヘ
ッド２２ａから第１の位相検出回路２６に対して、数２
の式により表わされる位相検出信号が供給され、該第１
の位相検出回路２６にて数３の式により表わされる位相
変調信号が発生される。
磁気ヘッド２２ａは互に（ｎ＋１／４）λa だけ離れた
一対のヘッド部を有しており、各ヘッド部には数１の式
により表わされる励磁信号が供給される。第１の磁気ヘ
ッド２２ａから第１の位相検出回路２６に対して、数２
の式により表わされる位相検出信号が供給され、該第１
の位相検出回路２６にて数３の式により表わされる位相
変調信号が発生される。
【００６８】同様に、第２の磁気ヘッド２２ｂから第２
の位相検出回路２８に対して、数２の式により表わされ
る位相検出信号が供給され、該第２の位相検出回路２８
にて数３の式により表わされる位相変調信号が発生され
る。
の位相検出回路２８に対して、数２の式により表わされ
る位相検出信号が供給され、該第２の位相検出回路２８
にて数３の式により表わされる位相変調信号が発生され
る。
【００６９】第１の位相検出回路より発生された位相変
調信号と第２の位相検出回路より発生された位相変調信
号に基ずいて、位相差演算回路３２では数６の式により
表される位相差Δθが演算される。
調信号と第２の位相検出回路より発生された位相変調信
号に基ずいて、位相差演算回路３２では数６の式により
表される位相差Δθが演算される。
【００７０】ここで、第１の磁気目盛のピッチλa と第
２の磁気目盛のピッチλb の値を適当な値に設定する。
例えば、λa とλb の値を次式のように定める。
２の磁気目盛のピッチλb の値を適当な値に設定する。
例えば、λa とλb の値を次式のように定める。
【００７１】
【数１８】
【００７２】これを数６の式に代入して次の式を得る。
【００７３】
【数１９】
【００７４】こうして合成ピッチλc は第１のピッチλ
a により表わすことができる。
a により表わすことができる。
【００７５】
【数２０】
【００７６】ここにｎは任意の数であってよいが、好ま
しくは整数である。
しくは整数である。
【００７７】次に図３を参照して、下位絶対変位量
ｘ1 、中位絶対変位量ｘ2 、上位絶対変位量ｘ3 、及び
絶対変位量ｘの計算手順を説明する。
ｘ1 、中位絶対変位量ｘ2 、上位絶対変位量ｘ3 、及び
絶対変位量ｘの計算手順を説明する。
【００７８】図３Ａは、第１のピッチλa を有する磁気
目盛１６ａと第２のピッチλb を有する磁気目盛１６ｂ
を示す。図３Ｂは、５ビットのグレイコード１８を示
す。図３Ｃは、位相変調量θa と変位量ｘの関係を表す
数１２の式のグラフであり、第１のピッチλa に相当す
る周期を有する周期関数として表わされている。
目盛１６ａと第２のピッチλb を有する磁気目盛１６ｂ
を示す。図３Ｂは、５ビットのグレイコード１８を示
す。図３Ｃは、位相変調量θa と変位量ｘの関係を表す
数１２の式のグラフであり、第１のピッチλa に相当す
る周期を有する周期関数として表わされている。
【００７９】図３Ｄは、位相変調量θb と変位量ｘの関
係を表す数１２の式のグラフであり、第２のピッチλb
に相当する周期を有する周期関数として表わされてい
る。
係を表す数１２の式のグラフであり、第２のピッチλb
に相当する周期を有する周期関数として表わされてい
る。
【００８０】図３Ｅは、位相差Δθと変位量ｘの関係を
示す数１９の式のグラフであり、合成ピッチλc に相等
する周期を有する周期関数として表わされている。
示す数１９の式のグラフであり、合成ピッチλc に相等
する周期を有する周期関数として表わされている。
【００８１】磁気目盛１６ａ，１６ｂとグレイコード１
８の左端を原点とし、検出ヘッド２０が原点より変位し
て変位量ｘの位置Ｐに存在すると仮定する。
８の左端を原点とし、検出ヘッド２０が原点より変位し
て変位量ｘの位置Ｐに存在すると仮定する。
【００８２】図３Ｃに示すように、位置Ｐの第１のピッ
チλa 内での絶対変位量を下位絶対変位量としてｘ1 で
表わし、位置Ｐが存在する第１のピッチλa の合成ピッ
チλ c 内での絶対変位量を中位絶対変位量としてｘ2 で
表わし、位置Ｐが存在する合成ピッチλc の原点からの
絶対変位量を下位絶対変位量としてｘ3 で表わすと、位
置Ｐの原点からの絶対変位量ｘは、これら三つの絶対変
位量の和として次の式により求められる。
チλa 内での絶対変位量を下位絶対変位量としてｘ1 で
表わし、位置Ｐが存在する第１のピッチλa の合成ピッ
チλ c 内での絶対変位量を中位絶対変位量としてｘ2 で
表わし、位置Ｐが存在する合成ピッチλc の原点からの
絶対変位量を下位絶対変位量としてｘ3 で表わすと、位
置Ｐの原点からの絶対変位量ｘは、これら三つの絶対変
位量の和として次の式により求められる。
【００８３】
【数２１】
【００８４】ここに下位絶対変位量ｘ1 は数１４の式に
λ＝λaを代入して求められる。即ち、
λ＝λaを代入して求められる。即ち、
【００８５】
【数２２】
【００８６】中位絶対変位量ｘ2 は、位置Ｐが存在する
第１のピッチλa が対応する１合成ピッチλc 内で左か
らｐ番目（ｐ＝０，１，２，３，‥‥）に相当すると
き、
第１のピッチλa が対応する１合成ピッチλc 内で左か
らｐ番目（ｐ＝０，１，２，３，‥‥）に相当すると
き、
【００８７】
【数２３】
【００８８】で表わされる。
【００８９】上位絶対変位量ｘ3 は、位置Ｐが存在する
合成ピッチλc が左からｑ番目（ｑ＝０，１，２，‥
‥）であるとき、
合成ピッチλc が左からｑ番目（ｑ＝０，１，２，‥
‥）であるとき、
【００９０】
【数２４】
【００９１】で表わされる。
【００９２】数２２〜数２４の式を数２１に代入して、
次の式を得る。
次の式を得る。
【００９３】
【数２５】
【００９４】図３Ｆ〜図３Ｈは、数２４の式に於けるｑ
を求める手順を示しており、図８Ｃ〜図８Ｅを参照して
従来技術について説明した手順と同様なので詳細な説明
は省略する。
を求める手順を示しており、図８Ｃ〜図８Ｅを参照して
従来技術について説明した手順と同様なので詳細な説明
は省略する。
【００９５】図３に示された実施例は、数１５の式でｍ
＝１の場合に該当し、従って、グレイコードの分解能ｘ
r ＝λc である。図４は、図３と同様の本発明の他の実
施例を示す。この実施例は、数１５の式でｍ＝２の場合
に該当し、グレイコードの分解能はｘr ＝λc ／２であ
る。
＝１の場合に該当し、従って、グレイコードの分解能ｘ
r ＝λc である。図４は、図３と同様の本発明の他の実
施例を示す。この実施例は、数１５の式でｍ＝２の場合
に該当し、グレイコードの分解能はｘr ＝λc ／２であ
る。
【００９６】次に図３に示す実施例について実際に計算
してみる。λa ＝５ｍｍとし、数１８の式でｎ＝４０と
すれば、数２０の式より、合成ピッチはλc ＝２００ｍ
ｍとなる。グレイコードのビット数をｋ＝３とすれば、
最大測定長Ｌは、数１７の式より、Ｌ＝１６００ｍｍと
なる。
してみる。λa ＝５ｍｍとし、数１８の式でｎ＝４０と
すれば、数２０の式より、合成ピッチはλc ＝２００ｍ
ｍとなる。グレイコードのビット数をｋ＝３とすれば、
最大測定長Ｌは、数１７の式より、Ｌ＝１６００ｍｍと
なる。
【００９７】
【発明の効果】本発明によると、合成ピッチλc に基ず
いてグレイコードの分解能ｘr 即ちピッチが定められる
から、グレイコードのピッチが大きな値となり、従って
グレイコードの形成が容易化される。
いてグレイコードの分解能ｘr 即ちピッチが定められる
から、グレイコードのピッチが大きな値となり、従って
グレイコードの形成が容易化される。
【００９８】本発明によると、最大測定長は数１７と数
１５の式より、
１５の式より、
【００９９】
【数２６】
【０１００】として求められ、一方、変位量ｘの測定分
解能は第１の磁気目盛のピッチλa に依存し、最大測定
長により制限されない。従って、本発明による測尺装置
は、測定分解能を犠牲にすることなく最大測定長を大き
く構成することができる。
解能は第１の磁気目盛のピッチλa に依存し、最大測定
長により制限されない。従って、本発明による測尺装置
は、測定分解能を犠牲にすることなく最大測定長を大き
く構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測尺装置の一実施例を示す概略図であ
る。
る。
【図２】本発明の測尺装置の概略を示すブロック図であ
る。
る。
【図３】本発明の実施例の動作を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例の動作を示す図である。
【図５】従来技術の一例を示す図である。
【図６】図５の従来技術の動作を示す図である。
【図７】従来技術の他の例の動作を示す図である。
１ スケール ２，３ 磁気目盛 ４ 磁気ヘッド ５ 位相検出回路 ６ 磁気ヘッド ７ 位相検出回路 ８ 絶対位置検出回路 ９ 表示器 １０ 基台 １２ 第１のスケール １４ 第２のスケール １６ 磁気目盛 １８ グレイコード ２０ 検出ヘッド ２２ 磁気ヘッド ２４ 光学ヘッド ２６〜３０ 位相検出回路 ３２ 位相差演算回路 ３４ 絶対位置演算回路 ３６ 表示器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−189415（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−182521（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−53113（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−53114（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−48723（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−39522（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−108914（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−23618（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 21/00 G01D 5/245 102 G01D 5/249 G01D 5/30
Claims (2)
- 【請求項１】 第１のピッチにて周期的パターンが形成
された第１の目盛と上記第１のピッチと異なる第２のピ
ッチにて周期的パターンが形成された第２の目盛と非周
期的パターンが形成された第３の目盛とを有するスケー
ルと、上記第１の目盛に対する相対変位を示す第１の位
相変調信号を発生する第１の検出装置と、上記第２の目
盛に対する相対変位を示す第２の位相変調信号を発生す
る第２の検出装置と、上記第３の目盛に対する絶対変位
を示す第３の絶対位置信号を発生する第３の検出装置、
とを有し、更に、 上記第１の位相変調信号と上記第２の位相変調信号とを
受け入れて、上記第１の位相変調信号と第２の位相変調
信号との位相差より第３のピッチに基ずく位相差信号を
発生する手段と、 上記第１の位相変調信号より上記第１のピッチ内での絶
対位置を示す第１の絶対位置を演算する第１の演算手段
と、 上記位相差信号より上記第３のピッチ内での絶対位置を
示す第２の絶対位置を演算する第２の演算手段と、 上記第３の絶対位置信号より上記第３の目盛に対する絶
対位置を示す第３の絶対位置を演算する第３の演算手段
と、を有し、 上記第１の絶対位置と上記第２の絶対位置と上記第３の
絶対位置とに基ずいて上記スケールに対する相対的変位
量を測定するように構成された測尺装置。 - 【請求項２】 上記第３の目盛の非周期的パターンは、
上記位相差信号に対応する上記第３のピッチを自然数で
除した値に相等するピッチにて形成されていることを特
徴とする請求項１の測尺装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181119A JP3021805B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 測尺装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181119A JP3021805B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 測尺装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0526658A JPH0526658A (ja) | 1993-02-02 |
| JP3021805B2 true JP3021805B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=16095186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3181119A Expired - Fee Related JP3021805B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 測尺装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3021805B2 (ja) |
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| WO2004099724A2 (en) * | 2003-05-06 | 2004-11-18 | Sri International | Hydraulic cylinder with piston and a magnetic layer on the piston rod for piston position determination |
| JP2006337321A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Mitsutoyo Corp | 光学スケール、及び、その製造方法 |
| JP5226619B2 (ja) * | 2009-07-06 | 2013-07-03 | 株式会社東海理化電機製作所 | 位置検出装置及びシフト装置 |
| SI24975A (sl) * | 2015-04-22 | 2016-10-28 | Rls Merilna Tehnika D.O.O. | Inkrementalni magnetni dajalnik pomika ali zasuka z referenčnim impulzom |
| JP2016217783A (ja) * | 2015-05-15 | 2016-12-22 | 日本電産サンキョー株式会社 | 位置検出装置 |
| JP2016217782A (ja) * | 2015-05-15 | 2016-12-22 | 日本電産サンキョー株式会社 | 位置検出装置 |
| JP2017075884A (ja) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | 日本電産サンキョー株式会社 | 直動回転検出器 |
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| JP7118809B2 (ja) * | 2018-08-27 | 2022-08-16 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置およびこれを備えた装置、位置検出方法およびコンピュータプログラム |
-
1991
- 1991-07-22 JP JP3181119A patent/JP3021805B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0526658A (ja) | 1993-02-02 |
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