JP3212838B2 - 静電容量式変位測定装置 - Google Patents
静電容量式変位測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、静電容量式の変位測
定装置に係り、特に絶対位置測定を行ういわゆるアブソ
リュート型変位測定装置に関する。
定装置に係り、特に絶対位置測定を行ういわゆるアブソ
リュート型変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、測長機，測角機等として用い
られる静電容量式のアブソリュート型変位測定装置が知
られている。この種の測定装置の変位トランスジューサ
は、それぞれ所定パターンの電極が配列形成されて相対
移動するメインスケールとスライダとを有し、それらの
相対位置に応じ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測定を行うもの
で、少なくとも粗スケールと密スケールの二種の絶対位
置情報を含む出力信号を出すように構成される。
られる静電容量式のアブソリュート型変位測定装置が知
られている。この種の測定装置の変位トランスジューサ
は、それぞれ所定パターンの電極が配列形成されて相対
移動するメインスケールとスライダとを有し、それらの
相対位置に応じ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測定を行うもの
で、少なくとも粗スケールと密スケールの二種の絶対位
置情報を含む出力信号を出すように構成される。
【０００３】この種のアブソリュート型の変位測定装置
において、絶対位置を測定するためには、トランスジュ
ーサの出力信号から、それぞれエッジに位相情報を持っ
た粗スケールおよび密スケールの二種（通常は、粗，
中，密の三種）の変位検出用の周期信号を復調し、各復
調信号から絶対位置に相当する位相データを検出し、得
られた位相データを合成して絶対位置データを求める、
という信号処理が必要になる（例えば、特願平２−１３
２４３４号、特願平２−１６９４５４号等）。従って、
絶対位置が求められるまでに一定の時間が必要であり、
基本的にスケールが移動している間リアルタイムで絶対
位置データを出力するということはできない。
において、絶対位置を測定するためには、トランスジュ
ーサの出力信号から、それぞれエッジに位相情報を持っ
た粗スケールおよび密スケールの二種（通常は、粗，
中，密の三種）の変位検出用の周期信号を復調し、各復
調信号から絶対位置に相当する位相データを検出し、得
られた位相データを合成して絶対位置データを求める、
という信号処理が必要になる（例えば、特願平２−１３
２４３４号、特願平２−１６９４５４号等）。従って、
絶対位置が求められるまでに一定の時間が必要であり、
基本的にスケールが移動している間リアルタイムで絶対
位置データを出力するということはできない。
【０００４】これに対して本出願人は、静電容量式のア
ブソリュート型変位測定器に、光電式のインクリメンタ
ル型変位測定器を組み合わせて、スケールが動いている
間も絶対位置データを出力できるようにした装置を提案
している（特開平５−７１９３８号公報）。これは、例
えば電源投入時等に静止状態で測定される絶対位置デー
タによりプリセットされる記憶手段を備えて、この記憶
手段に保持された位置データの所定の下位桁を光電式変
位検出器から得られるインクリメンタル信号で更新する
ようにしたものである。言い換えれば、スケール移動に
伴ってリアルタイムで得られる光電式のインクリメンタ
ル信号をアブソリュートデータの一部として組み込むよ
うにしたものである。
ブソリュート型変位測定器に、光電式のインクリメンタ
ル型変位測定器を組み合わせて、スケールが動いている
間も絶対位置データを出力できるようにした装置を提案
している（特開平５−７１９３８号公報）。これは、例
えば電源投入時等に静止状態で測定される絶対位置デー
タによりプリセットされる記憶手段を備えて、この記憶
手段に保持された位置データの所定の下位桁を光電式変
位検出器から得られるインクリメンタル信号で更新する
ようにしたものである。言い換えれば、スケール移動に
伴ってリアルタイムで得られる光電式のインクリメンタ
ル信号をアブソリュートデータの一部として組み込むよ
うにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、静電容量式の
アブソリュート型変位検出器と光電式のインクリメンタ
ル型変位検出器を組み合わせることは、光学部品の追加
により装置の体積増加や消費電力増大をもたらす。従っ
て、小型のディジタルノギス等に適用する場合には問題
がある。
アブソリュート型変位検出器と光電式のインクリメンタ
ル型変位検出器を組み合わせることは、光学部品の追加
により装置の体積増加や消費電力増大をもたらす。従っ
て、小型のディジタルノギス等に適用する場合には問題
がある。
【０００６】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、体積増加や消費電力増大をもたらすことなく、
リアルタイムで絶対位置データを出力することを可能と
した静電容量式変位測定装置を提供することを目的とす
る。
もので、体積増加や消費電力増大をもたらすことなく、
リアルタイムで絶対位置データを出力することを可能と
した静電容量式変位測定装置を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る静電容量
式変位測定装置は、第１に、それぞれ所定パターンの電
極が配列形成されて相対移動するメインスケールとスラ
イダとを有し、それらの相対位置に応じて少なくとも粗
スケールと密スケールの二種の絶対位置情報を含む出力
信号を出す変位トランスジューサと、この変位トランス
ジューサの出力信号を処理して絶対位置を測定する絶対
位置測定手段と、この絶対位置測定手段により測定され
た絶対位置データを一時記憶する記憶手段と、前記メイ
ンスケールとスライダの相対位置変化がない静止状態で
前記絶対位置測定手段により測定された絶対位置データ
がプリセットされる計数手段と、前記変位トランスジュ
ーサの出力信号を処理して前記メインスケールとスライ
ダの相対位置変化にリアルタイムで追随するインクリメ
ンタル信号を生成し、このインクリメンタル信号により
前記計数手段の計数値を更新するインクリメンタル信号
生成手段と、前記計数手段の計数値を前記相対位置変化
に追随して変化するリアルタイムの位置データとして送
出する出力手段とを備えたことを特徴としている。
式変位測定装置は、第１に、それぞれ所定パターンの電
極が配列形成されて相対移動するメインスケールとスラ
イダとを有し、それらの相対位置に応じて少なくとも粗
スケールと密スケールの二種の絶対位置情報を含む出力
信号を出す変位トランスジューサと、この変位トランス
ジューサの出力信号を処理して絶対位置を測定する絶対
位置測定手段と、この絶対位置測定手段により測定され
た絶対位置データを一時記憶する記憶手段と、前記メイ
ンスケールとスライダの相対位置変化がない静止状態で
前記絶対位置測定手段により測定された絶対位置データ
がプリセットされる計数手段と、前記変位トランスジュ
ーサの出力信号を処理して前記メインスケールとスライ
ダの相対位置変化にリアルタイムで追随するインクリメ
ンタル信号を生成し、このインクリメンタル信号により
前記計数手段の計数値を更新するインクリメンタル信号
生成手段と、前記計数手段の計数値を前記相対位置変化
に追随して変化するリアルタイムの位置データとして送
出する出力手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】この発明に係る静電容量式変位測定装置
は、第２に、それぞれ所定パターンの電極が配列形成さ
れて相対移動するメインスケールとスライダとを有し、
それらの相対位置に応じて少なくとも粗スケールと密ス
ケールの二種の絶対位置情報を含む出力信号を出す変位
トランスジューサと、この変位トランスジューサの出力
信号を処理して絶対位置を測定する絶対位置測定手段
と、この絶対位置測定手段により測定された絶対位置デ
ータを一時記憶する記憶手段と、前記メインスケールと
スライダの相対位置変化がない静止状態で前記記憶手段
に保持された絶対位置データがプリセットされる計数手
段と、前記変位トランスジューサの出力信号を処理して
前記メインスケールとスライダの相対位置変化にリアル
タイムで追随するインクリメンタル信号を生成し、この
インクリメンタル信号により前記計数手段の計数値を更
新するインクリメンタル信号生成手段と、前記計数手段
による計数値を順次取り込んで比較することにより前記
相対位置変化がない静止状態にある否かを判別し、静止
状態にあること及び、前記記憶手段に保持された絶対位
置データと前記計数手段の計数値が不一致であることを
判定したときに前記計数手段を前記記憶手段に保持され
た絶対位置データにより再プリセットする比較手段と、
前記計数手段の計数値を前記相対位置変化に追随して変
化するリアルタイムの位置データとして送出する出力手
段とを備えたことを特徴としている。
は、第２に、それぞれ所定パターンの電極が配列形成さ
れて相対移動するメインスケールとスライダとを有し、
それらの相対位置に応じて少なくとも粗スケールと密ス
ケールの二種の絶対位置情報を含む出力信号を出す変位
トランスジューサと、この変位トランスジューサの出力
信号を処理して絶対位置を測定する絶対位置測定手段
と、この絶対位置測定手段により測定された絶対位置デ
ータを一時記憶する記憶手段と、前記メインスケールと
スライダの相対位置変化がない静止状態で前記記憶手段
に保持された絶対位置データがプリセットされる計数手
段と、前記変位トランスジューサの出力信号を処理して
前記メインスケールとスライダの相対位置変化にリアル
タイムで追随するインクリメンタル信号を生成し、この
インクリメンタル信号により前記計数手段の計数値を更
新するインクリメンタル信号生成手段と、前記計数手段
による計数値を順次取り込んで比較することにより前記
相対位置変化がない静止状態にある否かを判別し、静止
状態にあること及び、前記記憶手段に保持された絶対位
置データと前記計数手段の計数値が不一致であることを
判定したときに前記計数手段を前記記憶手段に保持され
た絶対位置データにより再プリセットする比較手段と、
前記計数手段の計数値を前記相対位置変化に追随して変
化するリアルタイムの位置データとして送出する出力手
段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
【作用】本発明においては、基本的に、少なくとも粗ス
ケールと密スケールの二種の絶対位置情報を含む出力信
号を出す静電容量式の絶対位置測定用の変位トランスジ
ューサ（以下、ＡＢＳトランスジューサという）が用い
られる。そしてこのＡＢＳ変位トランスジューサの出力
信号を処理して得られる絶対位置データがプリセットさ
れる計数手段を備え、一方、ＡＢＳ変位トランスジュー
サの出力信号を処理してスケール移動に追随するインク
リメンタル信号を得て、これにより計数手段の絶対位置
データを更新することにより、リアルタイムで絶対位置
データを出力できるようにしている。
ケールと密スケールの二種の絶対位置情報を含む出力信
号を出す静電容量式の絶対位置測定用の変位トランスジ
ューサ（以下、ＡＢＳトランスジューサという）が用い
られる。そしてこのＡＢＳ変位トランスジューサの出力
信号を処理して得られる絶対位置データがプリセットさ
れる計数手段を備え、一方、ＡＢＳ変位トランスジュー
サの出力信号を処理してスケール移動に追随するインク
リメンタル信号を得て、これにより計数手段の絶対位置
データを更新することにより、リアルタイムで絶対位置
データを出力できるようにしている。
【００１０】従ってこの発明によれば、静電容量式のみ
で、スケール移動時にも絶対位置を測定することがで
き、且つリアルタイムで絶対位置データを出力すること
ができる。しかも装置は、通常のＡＢＳ測定装置に僅か
の信号処理回路を付加することにより実現でき、光電式
変位検出器を組み合わせる場合のように体積増加や消費
電力増大をもたらすことがない。
で、スケール移動時にも絶対位置を測定することがで
き、且つリアルタイムで絶対位置データを出力すること
ができる。しかも装置は、通常のＡＢＳ測定装置に僅か
の信号処理回路を付加することにより実現でき、光電式
変位検出器を組み合わせる場合のように体積増加や消費
電力増大をもたらすことがない。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１はこの発明の一実施例に係る静電容量式
変位測定装置の概略構成である。ＡＢＳトランスジュー
サ１１は、後に詳細を説明するが、それぞれ所定パター
ンの電極が配列形成されて相対移動するメインスケール
とスライダとを有し、それらの相対位置に応じて決まる
メインスケールとスライダの容量結合を反映した粗スケ
ール、中スケールおよび密スケールの三種の絶対位置情
報を含む出力信号を出すものである。
説明する。図１はこの発明の一実施例に係る静電容量式
変位測定装置の概略構成である。ＡＢＳトランスジュー
サ１１は、後に詳細を説明するが、それぞれ所定パター
ンの電極が配列形成されて相対移動するメインスケール
とスライダとを有し、それらの相対位置に応じて決まる
メインスケールとスライダの容量結合を反映した粗スケ
ール、中スケールおよび密スケールの三種の絶対位置情
報を含む出力信号を出すものである。
【００１２】ＡＢＳトランスジューサ１１の出力信号
は、絶対位置測定回路１２に入力され信号処理されて絶
対位置データが合成される。合成された絶対位置データ
は、レジスタ１３に一時記憶され、またレジスタ１３に
一時記憶された絶対位置データは、プリセット機能付き
アップダウンカウンタ１４に所定のタイミング、例えば
電源投入時等にプリセットされるようになっている。
は、絶対位置測定回路１２に入力され信号処理されて絶
対位置データが合成される。合成された絶対位置データ
は、レジスタ１３に一時記憶され、またレジスタ１３に
一時記憶された絶対位置データは、プリセット機能付き
アップダウンカウンタ１４に所定のタイミング、例えば
電源投入時等にプリセットされるようになっている。
【００１３】一方、ＡＢＳトランスジューサ１１の出力
信号はまた、インクリメンタル信号生成回路１５に入力
される。ＡＢＳトランスジューサは基本的に絶対測定を
行うためのものであるが、その出力信号には密スケール
に対応する微細ピッチの信号が含まれるから、その微細
ピッチの信号を密スケールに対応するインクリメンタル
信号として抽出することができる。あるいは、絶対測定
の場合の信号処理と同様の位相検出を行い、その位相に
相当するインクリメンタル信号を生成することもでき
る。
信号はまた、インクリメンタル信号生成回路１５に入力
される。ＡＢＳトランスジューサは基本的に絶対測定を
行うためのものであるが、その出力信号には密スケール
に対応する微細ピッチの信号が含まれるから、その微細
ピッチの信号を密スケールに対応するインクリメンタル
信号として抽出することができる。あるいは、絶対測定
の場合の信号処理と同様の位相検出を行い、その位相に
相当するインクリメンタル信号を生成することもでき
る。
【００１４】そして、カウンタ１４の計数値をインクリ
メンタル信号生成回路１５で得られる信号により更新し
て、出力回路１６を介して取り出す。これにより、スケ
ールの静止状態で測定されてプリセットされた絶対位置
データを、スケール移動に追随して変化するリアルタイ
ムの位置データとして出力することができる。
メンタル信号生成回路１５で得られる信号により更新し
て、出力回路１６を介して取り出す。これにより、スケ
ールの静止状態で測定されてプリセットされた絶対位置
データを、スケール移動に追随して変化するリアルタイ
ムの位置データとして出力することができる。
【００１５】次により具体化した実施例を説明する。図
２は、具体化した実施例の装置構成であり、図３はＡＢ
Ｓトランスジューサ２０１の構成である。トランスジュ
ーサ２０１は、メインスケール２２とこれに対して僅か
の間隙を介して対向配置されたスライダ２１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上にピッチＰｒで配設され
た受信電極２４ａ，２４ｂと容量結合されている。これ
らの受信電極２４ａ，２４ｂは、その配列方向に隣接す
るピッチＰt1，Ｐt2の伝達電極２５ａ，２５ｂにそれぞ
れ１対１で接続されている。伝達電極２５ａ，２５ｂ
は、それぞれスライダ２１側に設けられた検出電極２６
ａ，２６ｂ、および２７ａ，２７ｂと容量結合してい
る。
２は、具体化した実施例の装置構成であり、図３はＡＢ
Ｓトランスジューサ２０１の構成である。トランスジュ
ーサ２０１は、メインスケール２２とこれに対して僅か
の間隙を介して対向配置されたスライダ２１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上にピッチＰｒで配設され
た受信電極２４ａ，２４ｂと容量結合されている。これ
らの受信電極２４ａ，２４ｂは、その配列方向に隣接す
るピッチＰt1，Ｐt2の伝達電極２５ａ，２５ｂにそれぞ
れ１対１で接続されている。伝達電極２５ａ，２５ｂ
は、それぞれスライダ２１側に設けられた検出電極２６
ａ，２６ｂ、および２７ａ，２７ｂと容量結合してい
る。
【００１６】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、それぞれ位相がずれた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２の駆
動信号発生回路２１２から生成出力される。なお実際に
は、駆動信号Ｓｄの８相の周期信号は、粗スケールおよ
び中スケール測定を行う場合と密スケールの測定を行う
場合とでは異なる位相関係となるように、制御ユニット
２１４により制御される。
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、それぞれ位相がずれた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２の駆
動信号発生回路２１２から生成出力される。なお実際に
は、駆動信号Ｓｄの８相の周期信号は、粗スケールおよ
び中スケール測定を行う場合と密スケールの測定を行う
場合とでは異なる位相関係となるように、制御ユニット
２１４により制御される。
【００１７】送信電極２３に駆動信号が供給されること
により生じる電場パターンのピッチＷｔは、送信電極２
３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。受信電極２４ａ，２４ｂは、三角形状又は正弦波状
の電極を相互に噛み合う形で配設している。各受信電極
２４ａ，２４ｂで受信される信号の位相は、送信電極２
３と受信電極２４ａ，２４ｂとの容量結合面積に応じて
決定されるが、これはスライダ２１とメインスケール２
２との相対位置により変化する。
により生じる電場パターンのピッチＷｔは、送信電極２
３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。受信電極２４ａ，２４ｂは、三角形状又は正弦波状
の電極を相互に噛み合う形で配設している。各受信電極
２４ａ，２４ｂで受信される信号の位相は、送信電極２
３と受信電極２４ａ，２４ｂとの容量結合面積に応じて
決定されるが、これはスライダ２１とメインスケール２
２との相対位置により変化する。
【００１８】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には、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。この実施
例では、粗，中，密の３つのレベルの絶対位置を測定す
るために、伝達電極２５ａ，２５ｂを受信電極２４ａ，
２４ｂに対してピッチを変えて、それぞれ基準位置ｘ０
から測定方向の距離ｘの関数である偏位Ｄ１（ｘ），Ｄ
２（ｘ）を与えている。
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には、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。この実施
例では、粗，中，密の３つのレベルの絶対位置を測定す
るために、伝達電極２５ａ，２５ｂを受信電極２４ａ，
２４ｂに対してピッチを変えて、それぞれ基準位置ｘ０
から測定方向の距離ｘの関数である偏位Ｄ１（ｘ），Ｄ
２（ｘ）を与えている。
【００１９】この様な偏位Ｄ１（ｘ），Ｄ２（ｘ）を与
え、且つ検出電極２６ａ，２６ｂおよび２７ａ，２７ｂ
をそれぞれピッチＷr1（＝３Ｐt1），Ｗr2（＝３Ｐt2）
の波形パターンとすることにより、検出電極２６ａ，２
６ｂおよび２７ａ，２７ｂからは、偏位Ｄ１（ｘ），Ｄ
２（ｘ）に応じた大きな周期に受信電極２４ａ，２４ｂ
のピッチで決まる小さな周期が重畳された出力信号Ｂ
１，Ｂ２およびＣ１，Ｃ２が得られる。
え、且つ検出電極２６ａ，２６ｂおよび２７ａ，２７ｂ
をそれぞれピッチＷr1（＝３Ｐt1），Ｗr2（＝３Ｐt2）
の波形パターンとすることにより、検出電極２６ａ，２
６ｂおよび２７ａ，２７ｂからは、偏位Ｄ１（ｘ），Ｄ
２（ｘ）に応じた大きな周期に受信電極２４ａ，２４ｂ
のピッチで決まる小さな周期が重畳された出力信号Ｂ
１，Ｂ２およびＣ１，Ｃ２が得られる。
【００２０】出力信号Ｃ１，Ｃ２の差を取ることによ
り、偏位Ｄ１（ｘ）により決まる粗スケールの絶対位置
情報を含む信号が得られ、出力信号Ｂ１，Ｂ２の差を取
ることにより、偏位Ｄ２（ｘ）により決まる中スケール
の絶対位置情報を含む信号が得られる。また、出力信号
Ｃ１，Ｃ２の和とＢ１，Ｂ２の和の差を取ることによ
り、受信電極ピッチで決まる密スケールの絶対位置情報
を含む信号が得られる。これらの演算は、図２に示すよ
うに、ＡＢＳトランスジューサ２０１の出力をそれぞれ
増幅器２０２で増幅した後、演算回路２０３に入力する
ことで行われる。
り、偏位Ｄ１（ｘ）により決まる粗スケールの絶対位置
情報を含む信号が得られ、出力信号Ｂ１，Ｂ２の差を取
ることにより、偏位Ｄ２（ｘ）により決まる中スケール
の絶対位置情報を含む信号が得られる。また、出力信号
Ｃ１，Ｃ２の和とＢ１，Ｂ２の和の差を取ることによ
り、受信電極ピッチで決まる密スケールの絶対位置情報
を含む信号が得られる。これらの演算は、図２に示すよ
うに、ＡＢＳトランスジューサ２０１の出力をそれぞれ
増幅器２０２で増幅した後、演算回路２０３に入力する
ことで行われる。
【００２１】演算回路２０３の出力は、それぞれ粗スケ
ール復調回路２０４Ｃ、中スケール復調回路２０４Ｍ、
密スケール復調回路２０４Ｆ、および位相検出回路２０
５Ｃ，２０５Ｍ，２０５Ｆにより処理される。復調は具
体的には、送信信号のチョップ周波数でのサンプリン
グ、ミキシング、低域ろ過、二値化等の処理を経て、エ
ッジに位相情報を持つ矩形波の周期信号を得る。位相検
出回路２０５Ｃ，２０５Ｍ，２０５Ｆは、駆動信号発生
回路２１２の基準信号発生回路２１３から出力される基
準信号を参照信号として、各スケールの周期信号の立上
がりエッジと立下がりエッジの位相情報を検出して、そ
れぞれ平均して各スケールの位相をディジタル値で出力
する。
ール復調回路２０４Ｃ、中スケール復調回路２０４Ｍ、
密スケール復調回路２０４Ｆ、および位相検出回路２０
５Ｃ，２０５Ｍ，２０５Ｆにより処理される。復調は具
体的には、送信信号のチョップ周波数でのサンプリン
グ、ミキシング、低域ろ過、二値化等の処理を経て、エ
ッジに位相情報を持つ矩形波の周期信号を得る。位相検
出回路２０５Ｃ，２０５Ｍ，２０５Ｆは、駆動信号発生
回路２１２の基準信号発生回路２１３から出力される基
準信号を参照信号として、各スケールの周期信号の立上
がりエッジと立下がりエッジの位相情報を検出して、そ
れぞれ平均して各スケールの位相をディジタル値で出力
する。
【００２２】これらの位相検出回路２０５Ｃ，２０５
Ｍ，２０５Ｆから出力されたディジタルの各位相データ
は、全て測定しようとする絶対位置に相当するものであ
るが、これらを、図４に示すように一定の重み付けを行
って、合成回路２０６で合成する。以上の静電容量式変
位測定の原理は、本出願人による特願平２−１３２４３
４号あるいは特願平２−１６９６５４号等に記載されて
いるものと同じである。こうして求められた絶対位置デ
ータは、レジスタ２０７に一時記憶される。またレジス
タ２０７に保持された絶対位置データは、プリセット機
能付きのアップダウンカウンタ２１７に所定のタイミン
グ、例えば電源オン時にプリセット信号ＰＳＥＴが
“Ｌ”となってロードされるようになっている。
Ｍ，２０５Ｆから出力されたディジタルの各位相データ
は、全て測定しようとする絶対位置に相当するものであ
るが、これらを、図４に示すように一定の重み付けを行
って、合成回路２０６で合成する。以上の静電容量式変
位測定の原理は、本出願人による特願平２−１３２４３
４号あるいは特願平２−１６９６５４号等に記載されて
いるものと同じである。こうして求められた絶対位置デ
ータは、レジスタ２０７に一時記憶される。またレジス
タ２０７に保持された絶対位置データは、プリセット機
能付きのアップダウンカウンタ２１７に所定のタイミン
グ、例えば電源オン時にプリセット信号ＰＳＥＴが
“Ｌ”となってロードされるようになっている。
【００２３】そして、このカウンタ２１７にプリセット
された計数値を、スケール移動に追随してリアルタイム
で更新するべく、ＡＢＳトランスジューサ２０１の出力
信号を処理してインクリメンタル信号を生成するため
に、図２に示すように出力信号Ｂ１，Ｂ２の和を取る演
算回路２０８が設けられている。この演算回路２０８の
出力Ｂ１＋Ｂ２は、復調回路２０９で復調され、位相検
出回路２１０で位相検出が行われる。この復調と位相検
出の動作は、この実施例の場合先の絶対位置測定の場合
と同様である。
された計数値を、スケール移動に追随してリアルタイム
で更新するべく、ＡＢＳトランスジューサ２０１の出力
信号を処理してインクリメンタル信号を生成するため
に、図２に示すように出力信号Ｂ１，Ｂ２の和を取る演
算回路２０８が設けられている。この演算回路２０８の
出力Ｂ１＋Ｂ２は、復調回路２０９で復調され、位相検
出回路２１０で位相検出が行われる。この復調と位相検
出の動作は、この実施例の場合先の絶対位置測定の場合
と同様である。
【００２４】即ち図５に示すように、密スケールの位相
情報が得られるＢ１＋Ｂ２なる演算信号を、フィルタリ
ングし、二値化して矩形波信号を得る。そして、基準信
号とこの位相検出データとにより制御されるインクリメ
ンタル信号発生回路２１１により、相対位置データとな
るインクリメンタル信号を発生する。具体的にここで生
成されるインクリメンタル信号は、図５に示すように、
各サンプリング毎に、前回サンプリングにより得られた
位相検出データＣＮＴ１と今回のサンプリングにより得
られた位相データＣＮＴ２の差分｜ＣＮＴ２−ＣＮＴ１
｜だけ生成されるカウントパルスＣＰと、ＣＮＴ２−Ｃ
ＮＴ１の演算結果の符号に応じて“Ｈ”，“Ｌ”が決ま
るアップダウン制御信号Ｕ／Ｄとからなる。
情報が得られるＢ１＋Ｂ２なる演算信号を、フィルタリ
ングし、二値化して矩形波信号を得る。そして、基準信
号とこの位相検出データとにより制御されるインクリメ
ンタル信号発生回路２１１により、相対位置データとな
るインクリメンタル信号を発生する。具体的にここで生
成されるインクリメンタル信号は、図５に示すように、
各サンプリング毎に、前回サンプリングにより得られた
位相検出データＣＮＴ１と今回のサンプリングにより得
られた位相データＣＮＴ２の差分｜ＣＮＴ２−ＣＮＴ１
｜だけ生成されるカウントパルスＣＰと、ＣＮＴ２−Ｃ
ＮＴ１の演算結果の符号に応じて“Ｈ”，“Ｌ”が決ま
るアップダウン制御信号Ｕ／Ｄとからなる。
【００２５】具体的に例えば、カウントパルスＣＰの分
解能は、絶対測定の密スケール信号周期の１／１６とす
る。カウントパルスＣＰは、プリセット信号ＰＳＥＴが
“Ｈ”の時に導通するアナログスイッチ２１６を介して
カウンタ２１７に供給される。こうしてカウンタ２１７
では、スケールが移動している場合にそのスケール移動
にともなってリアルタイムで位置データが更新され、こ
れがパラレル／シリアルシフトレジスタ２１５を介して
シリアルデータＳＯに変換されて、外部カウンタやＮＣ
装置等に出力される。シリアルデータの出力タイミング
は、外部から要求信号ＲＱが入力されたときである。
解能は、絶対測定の密スケール信号周期の１／１６とす
る。カウントパルスＣＰは、プリセット信号ＰＳＥＴが
“Ｈ”の時に導通するアナログスイッチ２１６を介して
カウンタ２１７に供給される。こうしてカウンタ２１７
では、スケールが移動している場合にそのスケール移動
にともなってリアルタイムで位置データが更新され、こ
れがパラレル／シリアルシフトレジスタ２１５を介して
シリアルデータＳＯに変換されて、外部カウンタやＮＣ
装置等に出力される。シリアルデータの出力タイミング
は、外部から要求信号ＲＱが入力されたときである。
【００２６】図６はこの発明の別の実施例の構成であ
る。図２と対応する部分には図２と同一符号を付して詳
細な説明は省く。この実施例では、インクリメンタル信
号を生成するための演算回路２０８において、ＡＢＳト
ランスジューサ２０１の全ての出力信号Ｂ１，Ｂ２，Ｃ
１，Ｃ２を用いて、（Ｂ１＋Ｂ２）−（Ｃ１＋Ｃ２）な
る演算を行うようになっている。これによっても、絶対
測定の場合の密スケール信号に対応する位相データを得
ることができる。
る。図２と対応する部分には図２と同一符号を付して詳
細な説明は省く。この実施例では、インクリメンタル信
号を生成するための演算回路２０８において、ＡＢＳト
ランスジューサ２０１の全ての出力信号Ｂ１，Ｂ２，Ｃ
１，Ｃ２を用いて、（Ｂ１＋Ｂ２）−（Ｃ１＋Ｃ２）な
る演算を行うようになっている。これによっても、絶対
測定の場合の密スケール信号に対応する位相データを得
ることができる。
【００２７】更にこの実施例では、レジスタ２０７に保
持された絶対位置データと、カウンタ２１７のデータの
不一致を検出した時にカウンタ２１７の再プリセットを
行うための比較回路２１８が設けられている。この比較
回路２１８は、スケールの静止状態において、レジスタ
２０７の絶対位置データとカウンタ２１７の位置データ
とを比較して、不一致である場合にプリセット信号ＰＳ
ＥＴを“Ｌ”として、レジスタ２０７の絶対位置データ
をカウンタ２１７にロードする。この比較回路２１８は
ハードウェア構成としてもよいが、この実施例では例え
ば、図７に示すフローのソフトウェアにより構成され
る。
持された絶対位置データと、カウンタ２１７のデータの
不一致を検出した時にカウンタ２１７の再プリセットを
行うための比較回路２１８が設けられている。この比較
回路２１８は、スケールの静止状態において、レジスタ
２０７の絶対位置データとカウンタ２１７の位置データ
とを比較して、不一致である場合にプリセット信号ＰＳ
ＥＴを“Ｌ”として、レジスタ２０７の絶対位置データ
をカウンタ２１７にロードする。この比較回路２１８は
ハードウェア構成としてもよいが、この実施例では例え
ば、図７に示すフローのソフトウェアにより構成され
る。
【００２８】即ち、カウンタ２１７の出力データＤＡＴ
Ａ１を比較回路２１８の入力端子Ｂのデータとして取り
込み（Ｓ１）、次いでレジスタ２０７の絶対位置データ
ＤＡＴＡ２を比較回路２１８の入力端子Ａのデータとし
て取り込み（Ｓ２）、続いて再度カウンタ２１７の出力
データＤＡＴＡ３を比較回路２１８の入力端子Ｂのデー
タとして取り込む（Ｓ３）。そして、ＤＡＴＡ１とＤＡ
ＴＡ３が一致しているか否かを判断し（Ｓ４）、ＮＯで
あれば、最初に戻ってデータ取り込みと比較動作を繰り
返す。ＤＡＴＡ１とＤＡＴＡ３の不一致ということは、
カウンタ２１７の内容が変化していること、即ちスケー
ルが移動中であることを意味するから、このときは再プ
リセットは行わない。
Ａ１を比較回路２１８の入力端子Ｂのデータとして取り
込み（Ｓ１）、次いでレジスタ２０７の絶対位置データ
ＤＡＴＡ２を比較回路２１８の入力端子Ａのデータとし
て取り込み（Ｓ２）、続いて再度カウンタ２１７の出力
データＤＡＴＡ３を比較回路２１８の入力端子Ｂのデー
タとして取り込む（Ｓ３）。そして、ＤＡＴＡ１とＤＡ
ＴＡ３が一致しているか否かを判断し（Ｓ４）、ＮＯで
あれば、最初に戻ってデータ取り込みと比較動作を繰り
返す。ＤＡＴＡ１とＤＡＴＡ３の不一致ということは、
カウンタ２１７の内容が変化していること、即ちスケー
ルが移動中であることを意味するから、このときは再プ
リセットは行わない。
【００２９】ＤＡＴＡ１＝ＤＡＴＡ３、即ちスケールが
静止状態にあることが判定されると、次にＤＡＴＡ２と
ＤＡＴＡ３の一致／不一致を判定する（Ｓ５）。スケー
ルが静止状態にあるとき、レジスタ２０７は正しい絶対
位置データが保持しているはずであるから、ここで不一
致が判定されたときは、プリセット信号ＰＳＥＴを
“Ｌ”とし（Ｓ６）、レジスタ２０７の絶対位置データ
をカウンタ２１７に再プリセットする。その後プリセッ
ト信号ＰＳＥＴを“Ｈ”にして（Ｓ７）、インクリメン
タル信号によるカウンタ２１７の更新動作に備える。
静止状態にあることが判定されると、次にＤＡＴＡ２と
ＤＡＴＡ３の一致／不一致を判定する（Ｓ５）。スケー
ルが静止状態にあるとき、レジスタ２０７は正しい絶対
位置データが保持しているはずであるから、ここで不一
致が判定されたときは、プリセット信号ＰＳＥＴを
“Ｌ”とし（Ｓ６）、レジスタ２０７の絶対位置データ
をカウンタ２１７に再プリセットする。その後プリセッ
ト信号ＰＳＥＴを“Ｈ”にして（Ｓ７）、インクリメン
タル信号によるカウンタ２１７の更新動作に備える。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、静
電容量式のみで、スケール移動時にも絶対位置を測定す
ることができ、且つリアルタイムで絶対位置データを出
力することができる。装置は、通常のＡＢＳ測定装置に
僅かの信号処理回路を付加することにより実現できるか
ら、光電式変位検出器を組み合わせる場合のように体積
増加や消費電力増大をもたらすことがない。
電容量式のみで、スケール移動時にも絶対位置を測定す
ることができ、且つリアルタイムで絶対位置データを出
力することができる。装置は、通常のＡＢＳ測定装置に
僅かの信号処理回路を付加することにより実現できるか
ら、光電式変位検出器を組み合わせる場合のように体積
増加や消費電力増大をもたらすことがない。
【図１】 この発明の一実施例の絶対変位測定装置の概
略構成を示す。
略構成を示す。
【図２】 同実施例の装置の具体構成を示す。
【図３】 同実施例の装置のＡＢＳトランスジューサを
示す。
示す。
【図４】 同実施例の絶対測定の動作を説明するための
図である。
図である。
【図５】 同実施例のインクリメンタル信号生成の動作
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図６】 他の実施例の絶対変位測定装置の構成を示
す。
す。
【図７】 同実施例のプリセット制御動作フローを示
す。
す。
１１…ＡＢＳトランスジューサ、１２…絶対位置測定回
路、１３…レジスタ、１４…プリセット機能付きカウン
タ、１５…インクリメンタル信号生成回路、１６…出力
回路。２０１…ＡＢＳトランスジューサ、２０２…増幅
器、２０３，２０８…演算回路、２０４Ｃ，２０４Ｍ，
２０４Ｆ，２０９…復調回路、２０５Ｃ，２０５Ｍ，２
０５Ｆ，２１０…位相検出回路、２０６…合成回路、２
０７…レジスタ、２１１…インクリメンタル信号発生回
路、２１２…駆動信号発生回路、２１３…基準信号発生
回路、２１４…制御ユニット、２１５…パラレル／シリ
アルシフトレジスタ、２１７…プリセット機能付きアッ
プダウンカウンタ、２１８…比較回路。
路、１３…レジスタ、１４…プリセット機能付きカウン
タ、１５…インクリメンタル信号生成回路、１６…出力
回路。２０１…ＡＢＳトランスジューサ、２０２…増幅
器、２０３，２０８…演算回路、２０４Ｃ，２０４Ｍ，
２０４Ｆ，２０９…復調回路、２０５Ｃ，２０５Ｍ，２
０５Ｆ，２１０…位相検出回路、２０６…合成回路、２
０７…レジスタ、２１１…インクリメンタル信号発生回
路、２１２…駆動信号発生回路、２１３…基準信号発生
回路、２１４…制御ユニット、２１５…パラレル／シリ
アルシフトレジスタ、２１７…プリセット機能付きアッ
プダウンカウンタ、２１８…比較回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 102 G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62
Claims (2)
- 【請求項１】 それぞれ所定パターンの電極が配列形成
されて相対移動するメインスケールとスライダとを有
し、それらの相対位置に応じて少なくとも粗スケールと
密スケールの二種の絶対位置情報を含む出力信号を出す
変位トランスジューサと、 この変位トランスジューサの出力信号を処理して絶対位
置を測定する絶対位置測定手段と、この絶対位置測定手段により測定された絶対位置データ
を一時記憶する記憶手段と、 前記メインスケールとスライダの相対位置変化がない静
止状態で前記 絶対位置測定手段により測定された絶対位
置データがプリセットされる計数手段と、 前記変位トランスジューサの出力信号を処理して前記メ
インスケールとスライダの相対位置変化にリアルタイム
で追随するインクリメンタル信号を生成し、このインク
リメンタル信号により前記計数手段の計数値を更新する
インクリメンタル信号生成手段と、 前記計数手段の計数値を前記相対位置変化に追随して変
化するリアルタイムの位置データとして送出する出力手
段とを備えたことを特徴とする静電容量式変位測定装
置。 - 【請求項２】 それぞれ所定パターンの電極が配列形成
されて相対移動するメインスケールとスライダとを有
し、それらの相対位置に応じて少なくとも粗スケールと
密スケールの二種の絶対位置情報を含む出力信号を出す
変位トランスジューサと、 この変位トランスジューサの出力信号を処理して絶対位
置を測定する絶対位置測定手段と、 この絶対位置測定手段により測定された絶対位置データ
を一時記憶する記憶手段と、前記メインスケールとスライダの相対位置変化がない静
止状態で前記 記憶手段に保持された絶対位置データがプ
リセットされる計数手段と、 前記変位トランスジューサの出力信号を処理して前記メ
インスケールとスライダの相対位置変化にリアルタイム
で追随するインクリメンタル信号を生成し、このインク
リメンタル信号により前記計数手段の計数値を更新する
インクリメンタル信号生成手段と、前記計数手段による計数値を順次取り込んで比較するこ
とにより前記相対位置変化がない静止状態にある否かを
判別し、静止状態にあること及び、前記記憶手段に保持
された絶対位置データと前記計数手段の計数値が不一致
であることを判定した ときに前記計数手段を前記記憶手
段に保持された絶対位置データにより再プリセットする
比較手段と、 前記計数手段の計数値を前記相対位置変化に追随して変
化するリアルタイムの位置データとして送出する出力手
段とを備えたことを特徴とする静電容量式変位測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19126895A JP3212838B2 (ja) | 1995-07-04 | 1995-07-04 | 静電容量式変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19126895A JP3212838B2 (ja) | 1995-07-04 | 1995-07-04 | 静電容量式変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0921603A JPH0921603A (ja) | 1997-01-21 |
| JP3212838B2 true JP3212838B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=16271725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19126895A Expired - Lifetime JP3212838B2 (ja) | 1995-07-04 | 1995-07-04 | 静電容量式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3212838B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE516952C2 (sv) * | 2000-09-04 | 2002-03-26 | Johansson Ab C E | Vinkelgivare |
| JP6071181B2 (ja) | 2011-10-14 | 2017-02-01 | キヤノン株式会社 | エンコーダおよびこれを備えた装置 |
| CN104089571B (zh) * | 2014-07-21 | 2017-02-01 | 中国地震局地壳应力研究所 | 用于钻孔地形变测量的钻孔形变仪的远程校准装置 |
| CN104236437B (zh) * | 2014-08-26 | 2017-09-29 | 广东盈动高科自动化有限公司 | 绝对线性位移测量装置 |
| JP6609411B2 (ja) | 2015-01-19 | 2019-11-20 | 株式会社ミツトヨ | 変位測定装置および変位測定方法 |
| CN105673714B (zh) * | 2016-02-03 | 2018-01-23 | 重庆理工大学 | 一种带绝对位置检测功能的精密转台轴承 |
| CN108981554B (zh) * | 2018-05-24 | 2020-02-18 | 河海大学 | 供电后能识别探针绝对位置的容珊式位移计电路及其方法 |
-
1995
- 1995-07-04 JP JP19126895A patent/JP3212838B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0921603A (ja) | 1997-01-21 |
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Legal Events
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