JP3404647B2 - スケール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スケール装置に関
するもので、工作機械、自動倉庫、エレベータや無人搬
送車の精密な位置決め及び液面や機械位置のストローク
検出に適用することができる。

【０００２】

【従来の技術】［スケールシステムの概要］従来のスケ
ール装置の構造を図９に示す。インクリメンタルスケー
ルシステムとしてのスケール装置９０は、基本的にスケ
ール９６と、スケールヘッド９１と、ディテクター９４
で構成される。さらに、後述するようにディテクター９
４の出力部において、カウンタ９５を設けることによ
り、変位をカウント値で計数できる。

【０００３】図９ａは、スケール９６とスケールヘッド
９１の構造を示す。スケール９６は、磁石媒体に一定間
隔でＮ極とＳ極を交互に着磁したものであり、着磁面の
空間に正弦波状の磁束密度分布を発生する。図９におい
て、λが目盛の１波長を表す。λを大きくするほど磁束
の広がりが大きくなり、スケールヘッド９１の検出距離
を大きく設定することができる。図９におけるスケール
９６の場合、λは２０ｍｍ、検出距離は３〜１２ｍｍで
ある。このため、スケール９６とスケールヘッド９１
は、完全に非接触で使用できる。

【０００４】スケールヘッド９１は、２組の磁気センサ
ー（Ａ，Ｂ）９２と調整回路９３で構成されている。磁
気センサー（Ａ，Ｂ）９２は、スケール９６上の磁束密
度を電圧信号に変換する。各磁気センサー（Ａ，Ｂ）９
２は、出力信号の位相差が９０°( λ／４) になるよう
配置してある。調整回路９３は、各磁気センサー（Ａ，
Ｂ）９２のゲインをそろえオフセット電圧をゼロにす
る。また、電気的に位相の微調整を行い、正確に９０°
の位相差にあわせる。このようにしてスケールヘッド９
１は、スケール９６との位置に対応したサインとコサイ
ンの関数で表される２相の電圧信号を出力する。

【０００５】ディテクター９４は、図１０ａに示すサイ
ンとコサインの２相電圧信号を入力して、電気的な細分
化を施し、図１０ｂ，ｃに示す２相パルス信号に変換す
る装置である。

【０００６】図１０ａに示す２相パルス信号は、Ａ相と
Ｂ相の2 つの位相差を持つ信号からなる。Ａ相とＢ相の
位相差は、スケールヘッド９１の移動方向に応じて９０
°または−９０°になる。また、各信号のそれぞれの立
ち上がりと立ち下がりの両エッジでパルス数の分解能を
定義する。

【０００７】スケール９６の目盛の細分化を内挿と呼
び、細分化の分解能を内挿数と呼ぶ。ディテクター９４
は、必要な内挿数に設定された内挿回路で構成される。
ディテクター９４からの出力パルスを可逆カウンタ９５
に接続することで、スケールヘッド９１の移動距離をス
ケール９６の目盛より高分解能で測定できる。

【０００８】［内挿回路の概要］図９において、スケー
ルヘッド９１がスケール９６上を移動するときのＡ相出
力電圧ＶａとＢ相出力電圧Ｖｂは、次式で表される。

【０００９】

【数１】Ｖａ＝Ａｃｏｓθ

【００１０】

【数２】Ｖｂ＝Ａｓｉｎθ ただし、

【００１１】

【数３】θ＝２πｘ／λ， Ａ＝振幅定数 ｘ＝スケールヘッドの位置 λ＝スケール目盛の１波長

【００１２】ＶａとＶｂの合成ベクトルは、スケールヘ
ッド９１の移動に応じて図９ｂに示す円の軌跡を描く。
図９ａにおいてスケールヘッド９１が左から右に移動す
ると、図９ｂの矢印で示す合成ベクトルは、反時計方向
に回転する。円の半径は出力電圧の大きさ「Ａ」を表
し、検出距離が小さいほど大きくなる。また、位相
「θ」は、ＶａとＶｂの比率が保たれていれば出力電圧
の大きさ「Ａ」に影響されない。

【００１３】内挿回路は、図１０ａに示す入力信号Ｖａ
とＶｂから逆に位相θを検出し、次にθの変化に対応し
て図１０ｂまたは図１０ｃに示す２相パルス信号を出力
する。この位相θを検出する手段には各種方式がある
が、上述したディテクター９４は、位相変調方式を採用
している。通信技術で用いる位相変調方式とは厳密な点
で異なるが、類似した技術である。位相変調は、次のよ
うに行う。

【００１４】先ず、内挿回路内でキャリヤ信号、ｓｉｎ
ωｔ，ｃｏｓωｔ、ただし、ω= ２πＦｃｒｙ、Ｆｃｒ
ｙ＝キャリヤ周波数、を生成する。

【００１５】次に、三角関数の加法定理を用いて入力信
号Ｖａ＝ｃｏｓθ，Ｖｂ＝ｓｉｎθ（Ａ＝１とした）と
の間で次の演算を行う。

【００１６】

【数４】ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ−ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθ
＝ｓｉｎ（ωｔ−θ）

【００１７】数４式の演算結果が位相変調信号（ｓｉｎ
（ωｔ−θ））である。即ち、スケールヘッド９１の位
置がキャリヤ信号と位相変調信号との位相差（時間差）
に変換できたことになる。また、スケール９６とスケー
ルヘッド９１間の相対位置に対して位相θの値は、λの
周期で同じ値を示すが、λの波長内では一義的な値が定
まる。

【００１８】内挿回路は、位相変調信号の位相θを内挿
数で決まる所定の分解能で検出する。内挿数をＮとする
と、位相の分解能は、２π／Ｎである。

【００１９】最後に内挿回路は、位相θの変化量に比例
した２相パルス信号を出力する。スケールヘッド９１の
変位ΔＸに対する２相パルス信号のパルス数Ｐｘは、以
下の数５式となる。

【００２０】

【数５】Ｐｘ＝ＮΔＸ／λ

【００２１】ただし、パルス数は、２相パルス信号の
Ａ，Ｂ各相の立ち上がりと立ち下がりの両エッジを数え
る。また、変位の方向に応じてＡ，Ｂ相の位相差が反転
する。

【００２２】［内挿回路の動作原理（従来型）］図１１
は、従来の位相変調方式内挿回路の構成を示すブロック
図である。上述した位相変調方式内挿回路の具体的動作
原理を図１１を用いて説明する。なお、内挿数は、Ｎ＝
１６と仮定する。

【００２３】［キャリヤ信号の生成］２相のキャリヤ信
号（ｓｉｎωｔ、ｃｏｓωｔ）は、クロック周波数Ｆｃ
ｌｋを分周回路（ＤＩＶ）１０４で分周したデジタル信
号である。内挿数Ｎ、キャリヤ周波数Ｆｃｒｙ、クロッ
ク周波数Ｆｃｌｋの関係は次の数６式のように設定す
る。

【００２４】

【数６】Ｎ＝Ｆｃｌｋ／Ｆｃｒｙ

【００２５】数６式が示すように、図１１に示す位相変
調方式内挿回路は、キャリヤ周波数とクロック周波数の
比率だけで任意の内挿数を設定できる。

【００２６】［位相変調信号の生成］数４式の演算は、
乗算回路（１）（ＭＵＬ１）１０２，乗算回路（２）
（ＭＵＬ２）１０３と減算回路（１）（ＳＵＢ１）１０
５で行う。乗算回路１０２，１０３は、アナログ信号
（Ａ入力）とデジタル信号（Ｂ入力）の掛け算を行う。
前者は、スケールヘッド９１から端子１００，１０１を
介した入力信号であり、後者は、キャリヤ信号である。
具体的には、入力信号をキャリヤ信号の周期で交互に極
性反転する（１と−１を交互に掛けることに相当する）
スイッチング回路で構成している。デジタル信号（矩形
波）との掛け算により高調波が発生するので、ローパス
フィルター（ＬＰＦ）１０６を通して基本波成分のみ取
り出し、位相変調信号（ｓｉｎ（ωｔ−θ））を得る。
位相変調信号は、ゼロクロスコンパレータ（ＣＯＭＰ）
１０７とフリップフロップ（ＦＦ）１０８により、クロ
ックＣＬＫに同期したデジタル信号に変換する。フリッ
プフロップ（ＦＦ）１０８の出力信号の立ち上がり点
が、位相変調信号における位相比較の基準点（サンプリ
ング点）である。

【００２７】［位相検出］キャリヤ信号は位相変調信号
を生成するためだけに使用し、位相比較をするための基
準信号には、別に用意したＮ進カウンタ（ＣＮＴ）１０
９を使用する。Ｎ進カウンタは、クロック信号ＣＬＫに
同期してカウントアップし、計数値は０からＮ−１の値
を取る。また、計数値は、数６式の関係からキャリヤ信
号と同じ周期で循環する。即ち、Ｎ進カウンタの計数値
は、図１２ａに示すように、１／Ｎの分解能でキャリヤ
信号の位相を表している。その一方で、レジスタ（１）
（ＲＥＧ１）１１０は、位相変調信号のサンプリング毎
に、Ｎ進カウンタの計数値をラッチする。従って、レジ
スタ（１）（ＲＥＧ１）１１０が保持する計数値
（Ｄ’）は、位相変調信号の位相θに比例した値を示
す。

【００２８】［位相変位の検出］レジスタ（２）（ＲＥ
Ｇ２）１１１は、レジスタ（１）（ＲＥＧ１）１１０の
前回の値を保持する。このため、レジスタ（１）とレジ
スタ（２）の差を演算することで、位相θの変化Δθに
対応する差分データΔＤ’が求まる。差の演算は、減算
回路（２）（ＳＵＢ２）１１２で行う。図１２を参照し
ながら動作を検証してみよう。

【００２９】先ず、図１２ａに示すＡ点で、図１２ｄに
示すようにレジスタ（１）（ＲＥＧ１）１１０は、Ｎ進
カウンタの計数値４をセットする。次のサンプリングで
レジスタ（１）（ＲＥＧ１）１１０は、Ｂ点の計数値２
をセットする。この時点で図１２ｆに示す減算回路
（２）（ＳＵＢ２）１１２による差の演算値ΔＤ’は、
−２となる。

【００３０】前回のサンプリングから位相の変化がなか
ったと仮定すると、次のサンプリング点は、Ａ’点であ
る。従って、これに対して−２カウント位相変調信号の
位相が進んだという判断になり、図から読みとれる値と
演算結果が一致する。

【００３１】更に位相が進み、図１２ａに示すＣ点でサ
ンプリングを行い、図１２ｄに示すレジスタ（１）（Ｒ
ＥＧ１）１１０は１３を、図１２ｅに示すレジスタ
（２）（ＲＥＧ２）１１１は２をセットする。また、こ
のときの図１２ｆに示す減算値ΔＤ’は、１１となる。
前回のサンプリングを仮定する点がＢ’点であるから、
図１２ｂに示すように、Ｃ点との間の時間的な差は、−
５カウントである。この場合、期待値が−５であるの対
して演算値が１１となり不整合が生じた。これは、図を
見て判断できるように、Ｎ進カウンタの桁上がりを含め
て演算したのが原因である。また、このケースとは逆
に、位相変調信号の位相が遅れる場合でも、同様の問題
が生じる。

【００３２】［差分データの補正］この問題を解決する
ために、補正回路（ＡＤＪ）１１３を設け、次のように
補正する。図１３に補正回路（ＡＤＪ）１１３のフロー
チャートを示す。

【００３３】位相変化Δθが、数７式の範囲にあること
を前提にすると、差分データΔＤ’が、数８式の範囲な
ら、ステップＳ１からステップＳ３へ進み、さらにステ
ップＳ５で入力値を出力値とするので、補正は必要な
い。

【００３４】

【数７】−π≦△θ＜π

【００３５】

【数８】−Ｎ／２≦△Ｄ’＜Ｎ／２

【００３６】差分データΔＤ’が数８式の範囲を超える
場合は、Ｎ進カウンタの桁上がりが原因なので、ステッ
プＳ１からステップＳ２へ進み入力値に−Ｎのオフセッ
トを加算して出力値とするか、またはステップＳ１から
ステップＳ３へ進み、さらにステップＳ４で入力値にＮ
のオフセットを加算して出力値とする。以上のことをま
とめると、図１３に示すアルゴリズムになる。

【００３７】この結果、補正後の差分データΔＤは、数
９式の範囲に収まる。

【００３８】

【数９】−Ｎ／２≦△Ｄ＜Ｎ／２

【００３９】レジスタ（１）（ＲＥＧ１）１１０が更新
する値は、位相θが２πの整数倍だけ離れた位置でも同
じになる。例えば、図１２ａのＣ点を通り過ぎてＣ’点
でサンプリングする遅れ位相（図１２ｃの破線）の場合
がこれに当たる。Ｃ’点の場合、前回のサンプリングを
仮定するＢ’点からの時間的な差（ΔＤ’）は、１１で
ある。この値は、位相変化Δθに換算すると数７式の範
囲を超えている。しかし、レジスタ（１）（ＲＥＧ１）
１１０とレジスタ（２）（ＲＥＧ２）１１１はＣ点の場
合と同じ値を保持しているため、Ｃ点とＣ’点の区別は
付かない。従って、補正回路は、Ｃ’点に対してＣ点と
同じ補正結果を返す。この結果、本来の位相変化に比較
して、２πの誤差（位置変位に換算するとλの誤差）が
生じる。図１２ｇに補正回路（ＡＤＪ）１１３の出力を
示す。

【００４０】［２相パルス信号の生成］補正後の差分デ
ータΔＤは、並列直列変換回路（Ｐ／Ｓ）１１４で２相
パルス信号に変換する。並列直列変換回路の具体例を図
１４に示す。

【００４１】微分回路（ＤＩＦ）１４３において端子
（ＬＤ）１４１に入力されるフリップフロップ１０８の
出力信号から立ち上がり微分信号を生成し、アップダウ
ンカウンタ（ＣＮＴ）１４４に差分データΔＤをＬＯＡ
Ｄ端子にロードする。ΔＤ＝０の場合は、ゼロ検出回路
（ＺＥＲＯ）１４５が１を出力し、アップダウンカウン
タ（ＣＮＴ）１４４は停止したままである。ΔＤ≠０の
場合は、ΔＤの符号をアップダウンカウンタ（ＣＮＴ）
１４４の最上位ビット（ＭＳＢ）から判別して、アップ
ダウンカウンタ（ＣＮＴ）１４４がアップまたはダウン
カウントを開始する。ΔＤの値だけカウントした後、ア
ップダウンカウンタ（ＣＮＴ）１４４の値がゼロにな
り、カウントを停止する。アップダウンカウンタ（ＣＮ
Ｔ）１４４の動作と同期して、ステートマシン（ＳＭ）
１４７も動作の開始と停止を実行する。ステートマシン
（ＳＭ）１４７は、図１５に示す１５０〜１５３の４つ
の状態を持ち、アップダウンカウンタ（ＣＮＴ）１４４
に同期して２相パルス信号を出力する。図１２ｈ，１２
ｉに並列直列変換回路（Ｐ／Ｓ）１１４の出力を示す。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】［従来の内挿回路の問
題点］上述した通常のスケールシステムの用途では、ス
ケール９６とスケールヘッド９１の検出距離はなるべく
大きく取れることが望ましい。従って、微少な信号レベ
ルに対応するため、位相検出回路のコンパレータ１０７
は、高感度に設計してある。ところが、スケール分散配
置の用途では、スケール９６からスケールヘッド９１が
離れるため、この高感度コンパレータ１０７が動作不安
定の原因となる。

【００４３】即ち、コンパレータ１０７は、ノイズレベ
ルにまで低下した位相変調信号に対して位相検出を試み
る。この結果、図１１の内挿回路は無意味な位相データ
を検出し、不要な２相パルス信号を出力してしまう。再
度信号レベルが上昇し、内挿回路の動作が確実になった
場合でも、誤差を累積しているため、元の状態には復元
できないという不都合があった。

【００４４】［スケール分散配置技術］ ［定点位置決めへの応用］立体自動倉庫を例に、スケー
ル装置を用いた位置決め技術の問題点と課題を検討して
みよう。図１６は、スタッカークレーン式立体自動倉庫
の例である。駆動装置１６３を用いてスタッカークレー
ン１６０が横方向に移動し、荷台１６５を昇降して物品
１６６をラック１６７に収納する。ハッチングで示して
あるのが横用スケール１６１および縦用スケール１６２
である。スタッカークレーン１６０の横方向と荷台１６
５の上下方向を制御装置１６４で制御して物品１６６の
移載位置を位置決めする。図９に示したスケール装置９
０の採用によって、リミットスイッチとドグを使用した
従来の方式と比較して格段に位置決め精度が向上する。
また、機械的摩耗による破損と経年変化の問題もなくな
りメンテナンスが不要になる。しかしながら、図１６に
示すようにラック１６７の全長にわたって横用スケール
１６１および縦用スケール１６２を敷設する必要があ
り、コストの問題が生じるという不都合があった。

【００４５】［スケール分散配置の考え方］スケールの
コストを抑える手段として、位置決めの必要な範囲だけ
スケールを配置する方法が考えられる。例えば、棚が縦
横とも２ｍピッチで４×８個配置されていると仮定す
る。また、荷台の位置決め範囲が幅で１００ｍｍ必要と
仮定する。この場合、従来の方法では縦用が約６．１ｍ
（２ｍ×（４−１）＋０．１）、横用が約１４．１ｍ
（２ｍ×（８−１）＋０．１）の各スケールを用意する
必要がある。ところが前述の考え方を適用すれば、有効
長１００ｍｍのスケールを２ｍピッチで４×８個配置す
るだけですみ、スケールの総延長を大幅に短縮できる。
実際の位置に対して計数値も大幅に短縮されるが、この
問題は換算を行うことで容易に解決できる。即ち、制御
装置側では、縦用約４００ｍｍ、横用約８００ｍｍの連
続した各スケール上に１００ｍｍピッチで位置決め点が
存在するようにプログラムする。このように、スケール
を分散して配置する方式は、定点位置決め箇所が多数存
在する用途で効果を発揮する。

【００４６】［従来技術を用いたスケール分散配置の問
題点］しかし、従来のディテクター９４を用いた場合、
スケール９６の途切れたところで動作が不安定になり、
再現性のある位置制御は不可能である。通常のスケール
装置の使い方は、スケール９６からスケールヘッド９１
が離れることを想定していない。このためディテクター
９４は、スケールヘッド９１からの信号が極端に低下し
たとき動作が不安定になる。

【００４７】この問題を解決するために、次の方法を考
察してみよう。インクリメンタルスケールシステムでは
位置の初期値を決めるために原点設定を行うが、これを
分散した各スケール毎に実施することを考える。具体的
には、スケールの近くに原点磁石を設け、スケールヘッ
ド９１側に配置した原点検出スイッチ（磁気近接スイッ
チ）の信号で毎回カウンタの初期化を行う。この方法は
従来から多く用いられているが、次に述べる問題があ
る。

【００４８】第１に、ディテクター９４の出力パルスと
原点検出スイッチの信号は非同期であり、移動速度によ
って原点位置がずれる。

【００４９】第２に、原点磁石と原点検出スイッチの検
出距離が変動すると原点位置がずれる。

【００５０】第３に、毎回原点設定が必要になり、制御
装置側の処理が煩雑になる。特に、両方向から位置決め
を行う場合は、原点磁石がスケール９６の両端に２個必
要になる。このため、位置決め方向に対応して原点設定
値を選択的に２種類持つ必要がある。

【００５１】第４に、原点磁石と原点検出スイッチが別
途必要となり、コストと配置スペースが増大する。

【００５２】以上のことから、多くの問題が残り、完全
な方法とは言えない。前述した考え方、つまり、スケー
ルを分散して配置する方法を完璧に実現するためには、
ディテクターの不安定動作を解決し、不連続なスケール
を連続的なスケールとして扱えるような技術が必要であ
る。

【００５３】［スケール分散配置技術の必要性］複数の
常に決まった点で位置決めを行う用途（定点位置決め）
は、立体自動倉庫の例に限らず、多数存在する。例え
ば、軌道台車の位置決め、コンベア上を移動するパレッ
トの位置決め、エレベータの昇降口の位置決めなどであ
る。

【００５４】そこで、本発明は、これらの用途・目的に
対して効果的な解決方法を提供するために、スケールの
分散配置を可能にするとともに、不要な２相パルス信号
を出力することがなく検出精度を向上させるスケール装
置を提案することを課題とする。

【００５５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明のスケール装置は、所定の周期で周囲の環境に
対して識別可能な目盛を形成したスケールと、その目盛
を読み取り目盛の周期で正弦波状の２相電圧信号を出力
する検出ヘッドと、２相電圧信号を入力して目盛の周期
に対して検出ヘッドの相対位置を表す位相情報を１／Ｎ
の分解能で検出し検出ヘッドの移動方向と移動距離に相
対したパルス信号を出力する内挿回路とを有するスケー
ル装置において、内挿回路は、検出ヘッドの移動経路上
に複数分散して配置されたスケールに対して、分散スケ
ールの存在しない場所で不要なパルス信号を出力するこ
となく、１のスケール端部の目盛と他の１のスケール端
部の目盛を累積誤差が生じ無いよう接合し、複数の分散
スケールを目盛の周期が連続した一本のスケールと同等
に扱えるようにしたものである。

【００５６】この発明のスケール装置によれば、以下の
作用をする。分散スケール検出手段は、スケールの存在
しないところで、内挿回路における累積誤差となる不要
な出力パルスを出さないように作用する。また、分散ス
ケール検出手段は、内挿回路に対して、不連続に配置さ
れているスケールをあたかも1 本の連続したスケールで
あるかのように、スケールの端ともう一方のスケールの
端が電気的に連結するように処理させる。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態のスケール装置の構成および動作を詳
述する。

【００５８】［概略説明］図１は、本実施の形態のスケ
ール装置の概略構成および動作を示す図である。本実施
の形態のスケール装置の新機能を回路技術的な側面と利
用技術の面から簡単に説明するとそれぞれ次のようにな
る。

【００５９】第１に、スケール目盛連結機能である。こ
れは、図１Ａに示すように、被計測面８上で物理的に離
れている分散スケール６（Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎ：
有効目盛長、検出波長λの整数倍）の目盛を分散スケー
ル検出手段４により電気的に連結し、分割されたスケー
ル６を、図１Ｂに示す、検出されるスケール７（Ｌ１＋
Ｌ２＋・・・＋Ｌｎ）のように、連続した1 本のスケー
ルとして認識する技術である。

【００６０】また第２に、スケール分散配置技術であ
る。即ち、スケール６を分割可能にして必要な範囲だけ
配置できる技術である。例えば、２ｍ毎に５カ所位置決
めポイントがあり、それぞれのポイントで幅１００ｍｍ
の計測範囲が必要と仮定する。従来ならば、約８．１ｍ
（２ｍ×（５−１）＋０．１）のスケール長が必要であ
るが、この機能を使うと長さ１００ｍｍのスケールを２
ｍ毎に５カ所配置するだけでよい。このように、スケー
ル分散配置技術は、複数箇所の定点位置決めに効果を発
揮する。スケールとスケールヘッドが非接触・分離型で
ある特徴を生かした使い方と言える。

【００６１】なお、図１Ａにおけるヘッド２は図９ａの
スケールヘッド９１に対応し、ディテクターを構成する
内挿回路３はディテクター９４に対応し、カウンタ５は
カウンタ９５に対応する。本実施の形態のスケール装置
の新機能を理解する上で、内挿回路３の基礎知識は不可
欠である。このため、従来技術の図１１において詳しく
解説した内挿回路の構成および動作を適宜参照された
い。

【００６２】［スケール分散配置技術に必要な機能］ス
ケール分散配置技術に必要な機能を以下にまとめた。ま
ず、スケールとスケールヘッドについては以下の第１〜
第３の機能が必要である。第１に、スケールとスケール
ヘッドは完全に分離できる構造であること。第２に、ス
ケールとスケールヘッドは実用上ある程度以上の検出距
離が必要である。第３に、スケールヘッドはスケールの
存在しないところを通過するので、スケールの目盛は周
辺の環境に対して識別容易な媒体であること。

【００６３】次に、ディテクター（内挿回路）について
は以下の第１〜第２の機能が必要である。第１に、スケ
ールの存在しないところで不要な（累積誤差となる）出
力パルスを出さないこと。第２に、不連続に配置されて
いるスケールをあたかも1 本の連続したスケールである
かのように取り扱えること。即ち、スケールの端ともう
一方のスケールの端が電気的に連結する機能を持つこ
と。

【００６４】上記の中で、スケールとスケールヘッドの
項目は、すでに図９で述べた従来の磁気スケールとスケ
ールヘッドが必要機能を満たしている。ディテクターの
機能に関しては、従来の内挿回路に対して後述する分散
スケール検出手段を付加することにより対処可能とし
た。具体的内容は、以下に詳しく述べる。

【００６５】［スケール目盛連結機能に対応した内挿回
路］ ［信号レベル検出機能］以下、本実施の形態の分散スケ
ール検出手段４を内挿回路３における信号レベル検出機
能として構成した場合について説明する。

【００６６】図２は、本実施の形態の内挿回路および分
散スケール検出手段の構成を示すブロック図である。図
２は、図１１の内挿回路に対応する。図２の内挿回路３
において、分散スケール検出手段４が付加された以外
は、図１１の構成と同様である。

【００６７】分散配置されたスケール６が存在しない箇
所でディテクターを構成する内挿回路３が誤動作しない
ようにするためには、信号レベル検出機能が必要であ
る。図２において破線で示した部分が従来の内挿回路に
追加したものであり、分散スケール検出手段４を構成す
る信号レベル検出回路である。

【００６８】まず、この分散スケール検出手段４を構成
する信号レベル検出回路の接続関係を説明する。コンパ
レータ（ＣＯＭＰ）１７の出力端子はダイオード（Ｄ
１）１８のアノードに接続され、ダイオード（Ｄ１）１
８のカソードは抵抗器（Ｒ２）１９の一端と接続され、
抵抗器（Ｒ２）１９の他端はコンパレータ（ＣＯＭＰ）
１７の非反転入力端子（＋）に接続される。また、抵抗
器（Ｒ２）１９の他端は抵抗器（Ｒ１）２０の一端と接
続され、抵抗器（Ｒ１）２０の他端はアースに接続され
る。

【００６９】これにより、抵抗器（Ｒ１）２０、抵抗器
（Ｒ２）１９、ダイオード（Ｄ１）１８は、コンパレー
タ（ＣＯＭＰ）１７にしきい値電圧とヒステリシスを与
える。ダイオード（Ｄ１）の効果により、しきい値電圧
は、０〔Ｖ〕とＶｔｈ〔Ｖ〕とに設定される。即ち、コ
ンパレータ（ＣＯＭＰ）１７の出力がハイレベル（Ｈ）
の場合、ダイオード（Ｄ１）１８は順方向にバイアスさ
れ、コンパレータ（ＣＯＭＰ）１７の出力電圧を抵抗器
（Ｒ１）２０と抵抗器（Ｒ２）１９で分圧してＶｔｈ
〔Ｖ〕を発生する。また、コンパレータ（ＣＯＭＰ）１
７の出力がローレベル（Ｌ）の場合、ダイオード（Ｄ
１）１８は逆方向にバイアスされ、抵抗器（Ｒ１）２０
と抵抗器（Ｒ２）１９の中点は、ゼロボルトになる。し
きい値Ｖｔｈ〔Ｖ〕は、信号レベルの低下を判定する値
であり、この値以下の信号レベルで位相検出の機能を停
止する。しきい値０Ｖは、位相検出の基準点（サンプリ
ング点）を定める。

【００７０】図３は、位相変調信号（ｓｉｎ（ωｔ−
θ））とコンパレータ（ＣＯＭＰ）１７の動作波形を示
す。図３ａおよび図３ｂに示す実線は、信号レベル低下
時の動作波形を示している。また、参考のために図３ａ
および図３ｃに通常動作時の波形を破線で示した。図３
ｂに示すコンパレータ（ＣＯＭＰ）１７の出力波形にお
いて、矢印の立ち上がり点は、位相検出のサンプリング
点である。コンパレータ（ＣＯＭＰ）１７のしきい値が
０〔Ｖ〕であるため、信号レベルが低下してもサンプリ
ング点が変動することはない。図３ａに示す信号レベル
がしきい値Ｖｔｈ〔Ｖ〕より低下すると、コンパレータ
（ＣＯＭＰ）１７の出力はハイレベル（Ｈ）を保ったま
まになる。従って、信号レベルが低下している間、図３
ｂにおけるａ点に示す付近の区間ではレジスタ（１）
（ＲＥＧ１）２３は更新されない。図３ａに示す信号レ
ベルがしきい値Ｖｔｈ〔Ｖ〕を越えると、内挿回路は通
常の動作を再開する。

【００７１】要するに、通常内挿回路は位相変調信号の
周期で毎回サンプリングを行っているが、図３ａに示す
信号レベルが低下している間だけサンプリングを中断す
ると言うことである。また、コンパレータ（ＣＯＭＰ）
１７以降の回路は、サンプリングに同期して信号の処理
をするため、サンプリングが実行されない限り動作を停
止している。

【００７２】［スケール目盛連結の詳細］ ［スケール目盛の連結］スケール目盛の連結とは、スケ
ールの端ともう一方のスケールの端が連続した目盛波長
λの延長上にあるかのように内挿回路３が機能すること
である。これは、前述した信号レベル検出機能によって
実現できる。即ち、スケールから離れたときサンプリン
グ（位相検出）を一時保留にし、次のスケールに進入し
たときにサンプリングを再開することによって、スケー
ル目盛の連結が完了する。

【００７３】この問題に関しては、スケール端部の加工
法、配置方法や、スケール端部におけるスケールヘッド
出力信号の乱れを考慮する必要がある。この点をふまえ
て、以下に個々の例を示しながら詳しく説明する。

【００７４】［スケール上でスケールヘッドが一旦離れ
る場合］第１に、スケールヘッドがスケールから一旦離
れ再び復帰する場合の動作を図４を使用して説明する。
図４ｂは、スケールヘッドが移動する経路を示す。図９
で示したスケールヘッド検出面の中央部がたどる経路で
ある。図４ａで示す粗い斜線で示す範囲は、信号レベル
がしきい値Ｖｔｈ以下になる領域である。図４ｄは、ス
ケールヘッド出力信号のベクトル軌跡である。Ａ相用磁
気センサーが図４ｃで示すＮ極磁気目盛の中央部、Ｂ相
用磁気センサーが図４ｂにおけるａ点で示す目盛の境界
部になる点を始点とした。また、各図で相対する点に
は、同じ記号を使用した。

【００７５】先ず、図４ｂにおける実線で示すスケール
ヘッドの経路を説明する。ａ点からｂ点までの変位（計
測方向の変位を指し、検出距離方向（スケールから離隔
する方向）の変位は含まない、以下同様）は、５λ／８
であり、通常の動作範囲である。内挿回路３は、数５式
により５Ｎ／８個の２相パルス信号を変位に応じて順次
出力する。図４ａで示す信号レベルがしきい値Ｖｔｈ以
下になるｂ点でサンプリングを保留し、ｂ点の位相デー
タをレジスタ（１）（ＲＥＧ１）２３に保持する。ｂ−
ｃ−ｄの区間ではλ／４移動しているが、図４ａで示す
信号レベルがしきい値Ｖｔｈ以下になるため、サンプリ
ングを保留しているので、２相パルス信号は出力しな
い。図４ａで示す信号レベルがしきい値Ｖｔｈ以上にな
るｄ点でサンプリングを再開し、ｂ−ｃ−ｄの区間で図
４ｄの実線で示す位相変位＋θ１を得る。内挿回路３
は、目盛波長λ内では位相の絶対値を検出できるので、
スケールから一旦スケールヘッドが離れたとしても位相
θを正しく再現できる。＋θ１はλ／４の変位を示すの
で、この点でＮ／４個の２相パルス信号を瞬時に（内挿
回路３のクロックＣＬＫ周期で）出力する。続いて、ｄ
点からｅ点まで５λ／８変位し、５Ｎ／８個の２相パル
ス信号を変位に応じて順次出力する。ａ点からｅ点まで
の総変位は３λ／２である。また、２相パルス信号のパ
ルス総数は３Ｎ／２となり、変位とパルス数の関連が一
致する。

【００７６】次に、図４ｂにおける破線で示したスケー
ルヘッドの経路を説明する。ａ点からｂ点までは、実線
の経路と同じ動作である。ｂ−ｃ−ｆの区間では５λ／
８移動しているが、図４ａで示す信号レベルがしきい値
Ｖｔｈ以下になるため、サンプリングを保留しているの
で、２相パルス信号は出力しない。この区間の移動距離
に相当する位相変位は、図４ｄの破線で示す＋θ２であ
るが、内挿回路３は、ｂ点とｆ点の位相変位を−θ２’
( ＋θ２−２π) であると判断する。

【００７７】これは、上述した図１１に示した補正回路
（ＡＤＪ）１１３，図２に示した補正回路（ＡＤＪ）２
６の問題と同じである。即ち、図１２ａのＣ点とＣ’点
の関係は、図２ｄにおける−θ２’と＋θ２の関係に一
致する。内挿回路３は、図４ａで示す信号レベルがしき
い値Ｖｔｈ以上になるｆ点でサンプリングを再開すると
き、ｂ点から＋θ２の経路をたどったのか、または−θ
２’の経路をたどったのか判別できない。つまり、図４
ｄで示すｂ点とｆ点で示す位相の値だけを問題にし、こ
の値を元に位相変位を演算する。この場合、補正回路
（ＡＤＪ）２６は、数７式の前提条件に合致する−θ
２’を出力する。図４ｄで示すようなベクトル軌跡上で
２点間の位相変位を考えるとき、補正回路（ＡＤＪ）２
６が判定するのは、常に中心角が小さい方である。

【００７８】この結果、内挿回路３は、ｆ点で図４ｄで
示す＋θ２−２π＝−θ２’の位相差に相当する５Ｎ／
８−Ｎ＝−３Ｎ／８個（−符号はＡ相とＢ相が逆位相で
あることを表す）の２相パルス信号を瞬時に出力する。
続いて、ｆ点からｇ点までλ／４変位し、Ｎ／４個の２
相パルス信号を変位に応じて順次出力する。結局、ａ点
からｇ点までのパルス総数はＮ（５／８−３／８＋１／
４）＝Ｎ／２となり、変位とパルス数の関連が不一致に
なる。上記で示した実線の経路と比較すると、パルス数
の差は、Ｎ／２−３Ｎ／２＝−Ｎである。

【００７９】破線の経路で２相パルス信号の出力数に誤
差が生じたのは、スケールヘッドが離れている間の変位
が数７式の条件を超えたためである。言い換えれば、ス
ケールヘッドが離れている間の位相変位（移動距離）が
数７式の条件を超えない限り、位相情報が正しくに再現
され、誤差が生じることはない。また、このときの誤差
は、図１３に示す補正アルゴリズムにより必ずＮまたは
−Ｎのパルス数（λまたは−λの変位に相当）になる。

【００８０】［スケール目盛連結（対向する目盛の極性
が逆の場合）］第２に、分割されたスケールの間をスケ
ールヘッドが移動する場合の対向する目盛の極性が逆の
場合の動作を図５を用いて説明する。図５ｃに示すよう
に、２つのスケールは、対向する磁極が逆極性になるよ
うに目盛の配列を決めてある。その他の条件は、上述し
た図４に関する記述と同じである。

【００８１】図４に示したようにスケールヘッドが垂直
方向に移動してスケールから離れる場合と、図５に示す
ように水平方向に移動してスケールから離れる場合とで
は、空間的な経路は異なるものの、スケールヘッド出力
信号の振る舞いは類似している。即ち、どちらも信号レ
ベルが徐々に小さくなることでサンプリングを停止する
ことに変わりはない。言い換えれば、図４で示した動作
解析を図５のケースに適用することで理解を容易にでき
る。そこで、図５ｃに示すスケール１の端とスケール２
の端を連結した、図５ｆに示す仮想の連結スケールを定
義し、これと図４を対比しながら動作説明をする。

【００８２】スケール１とスケール２を通過するスケー
ルヘッド出力信号の図５ｈに示すベクトル軌跡は、図５
ｄに示す磁束密度分布から次のようになる。先ず、図５
ｂに示すスケールヘッドの移動経路におけるｂ点付近の
図５ｈに示すベクトル図は、Ａ，Ｂ相共にマイナス電圧
の状態からＡ相からＢ相の順でゼロに向かうので、図５
ｈにおけるｂ点を通過する。次に、ｃ点付近の図５ｈに
示すベクトル図は、Ａ，Ｂ相共にゼロからＡ相からＢ相
の順で徐々にプラス電圧に向かうので、図５ｈにおける
ｃ点を通過する。このようにして、図５ｈに示す実線の
ベクトル軌跡を得る。図形が乱れているのは、目盛が途
切れることによる、磁束密度分布の乱れが原因である。

【００８３】一方、図５ｆに示す仮想連結スケール上で
図５ｅに示す仮想連結スケールヘッドの移動経路が次の
ようになる場合を考える。即ち、図５ｆに示す仮想連結
スケール上でＰ点の手前で検出距離が大きくなり、Ｐ点
を過ぎた点で検出距離が近付くと仮定する。このように
考えると、スケールヘッド出力信号は、図５ｈに示す濃
い破線のベクトル軌跡を描く。

【００８４】図５ｈにおける２つのベクトル軌跡の類似
性から判断して、スケールヘッドが図５ｃに示すスケー
ル１とスケール２の間を図５ｂに示すスケールヘッドの
移動経路上でａ−ｂ−ｃ−ｄの経路で移動する問題は、
図５ｅに示す仮想連結スケール上の移動経路上でａ’−
ｂ’−ｃ’−ｄ’の経路で移動する問題に置き換えるこ
とができる。即ち、後者が正しく動作することを説明で
きれば、前者の問題は、解決したことになる。

【００８５】ところで、後者の問題は、図４で扱った問
題と同じである。このため、内挿回路３は誤差を生じな
いで図５ｈに示すｂ’点とｃ’点の位相変位を正しく認
識できる。従って、前者の問題は、連続したスケール上
でスケールが一旦離れた場合と同様に機能し、スケール
の連結が正しく行われたことになる。

【００８６】内挿回路３は、あくまでも目盛波長の１周
期を１／Ｎに分割するのであって、目盛波長の実際の長
さを問題としない。ただし、目盛波長の長さが、前提と
している波長からずれた場合は、２相パルス信号の出力
間隔が不均一になる。図５ｆに示す仮想連結スケールの
Ｐ点（連結部）付近では、見かけの目盛波長が図５ｄに
示す磁束密度分布の乱れによって変化するであろうが、
目盛そのものが消失したり増えたりはしない。つまり、
内挿回路３は、Ｐ点付近の目盛に対しても１波長当たり
必ずＮ個の２相パルス信号を出力する。例えば、図５ｅ
におけるａ’点とｄ’点の間の目盛波長は図５ｆにおけ
る３λ／２に相当するので、この区間の出力パルス数
は、３Ｎ／２となる。このように、内挿回路３が出力す
る２相パルス信号は、図５ｆに示す仮想連結スケールの
Ｐ点付近（実際にはスケールの端の部分）では出力間隔
が不均一になるが、スケールの目盛に対するパルス数で
は再現性が確保できている。

【００８７】［スケール目盛連結（対向する目盛の加工
精度が不正確な場合）］第３に、対向する目盛の加工精
度が不正確な場合の動作を図６を用いて説明する。図６
は、図５のケースと同じであるが、スケールの端を目盛
ピッチに対して不正確に加工した場合を想定している。
その他の条件は、図４に関する記述と同じである。

【００８８】図６ｃに示すようにスケール１の端部とス
ケール２の端部を目盛ピッチより短く加工したスケール
について、同様に図６ｅに示す仮想の連結スケールを考
える。この場合、図６ｅに示すように、連結部分の目盛
波長が短縮された形になる。しかし、内挿回路３は、こ
の短縮された目盛に対しても１波長当たりＮ個の２相パ
ルス信号を出力するので、２つのスケール間の連結は問
題なく達成される。

【００８９】このように、スケール端部の加工精度がス
ケールピッチに対して不正確であってもスケール間の連
結は正しく機能する。ただし、2 相パルス信号の出力パ
ルス間隔は、上述した図５の場合より不均一になる。

【００９０】［スケール目盛連結（対向する目盛の極性
が同じ場合）］第４に、２つのスケールの対向する目盛
が同極性で連結する場合について図７を用いて考察す
る。その他の条件は、図４に関する記述と同じである。

【００９１】図７ｂに示すスケールヘッドの移動経路に
おけるａ点からｂ点までの経路の図７ｃに示すスケール
の磁極は、図５ｂにおけるａ点からｂ点までの経路の図
５ｃに示すスケールの磁極に対して目盛が逆極性であ
る。このため、図７ｈにおけるａ点からｂ点までのベク
トル軌跡は、図５ｈにおけるａ点からｂ点までのベクト
ル軌跡に対してπだけ位相がずれる。このようにして、
図７ｈに示すベクトル軌跡を得る。

【００９２】スケールヘッドがスケール２へ進入すると
きに検出する図７ｄに示す磁束密度分布のＰ点は、スケ
ール１の磁束密度分布Ｑ点と同じ傾向を示す。即ち、Ｐ
点でサンプリングを再開したときに検出する位相は、Ｑ
点に相当する値になる。図７ｆで示す仮想の連結スケー
ルを考えれば、スケール１とスケール２の両端の目盛が
オーバーラップした形で連結されることになる。また、
スケール１の端とスケール２の端で磁束密度分布の合成
を考えれば、図７ｇに示す合成した磁束密度分布のよう
になる。従って、図７ｂに示すスケールヘッドの移動経
路ａ−ｂ−ｃ−ｄは、図７ｅで示す仮想連結スケール上
の移動経路ａ’−ｂ’−ｃ’−ｄ’に置き換えることが
できる。このため、内挿回路３は、図７ｈに示すように
位相が戻る方向に位相変位を判定し、ｃ点で逆方向の２
相パルス信号を出力する。この結果、図７ｂにおけるａ
点からｄ点までの出力パルス総数は、図５のケースと比
較して、目盛のオーバーラップ分と等しいＮ／２個だけ
少なくなる。

【００９３】このようにスケールの端と端の目盛が同極
性であっても、目盛の連結は正しく行われる。つまり、
スケール連結時におけるパルス数の再現性が確保されて
いる。ただし、連結部で瞬間的に逆方向の２相パルス信
号を発生する。また、逆極性の目盛で連結する場合に比
べて、Ｎ／２個だけパルス数が少なくなる。

【００９４】［スケール目盛連結（スケールの存在しな
い箇所で外乱磁界がある場合）］第５に、スケールの存
在しない箇所で外乱磁界がある場合について、図８を用
いて説明する。スケールヘッドの移動する経路には、磁
気を発生するもの、例えばモーターや電力ケーブルな
ど、を近付けてはならない。測定精度に影響を与えた
り、測定値にふらつきが生じたりするだけでなく、スケ
ールの目盛に恒久的なダメージを与えかねないからであ
る。しかしながら、これらのことを考慮して周囲環境に
注意を払ったとしても意図しないところで不要な磁界が
発生している場合がある。即ち、強磁性体の残留磁化に
よる不要磁界である。鉄板などの強磁性体に電気溶接を
したり、マグネットスタンドを接触させたりすることで
部分的に磁石が形成される現象である。

【００９５】以上のことを想定して、スケールヘッドの
移動経路に外乱磁界がある場合を検討する。図８ｃに示
すように、スケール１とスケール２の間に配置した外乱
磁石は、外乱磁界を想定したものである。また、スケー
ル１とスケール２の連結方法は図５と同じである。

【００９６】スケール１とスケール２の連結方法が同じ
であるため、図８ｈに示すベクトル軌跡において、ａ点
からｂ点までとｅ点からｆ点までの軌跡は、図５ｈにお
けるａ点からｂ点までとｃ点からｄ点までの軌跡と同じ
である。また、図８ｃの外乱磁石によって図８ｈにｃ点
からｄ点のベクトル軌跡が追加されている。その他の条
件は、図５に関する記述と同じである。

【００９７】図８ｂにおいてｃ点に向けて図８ｃの外乱
磁石に進入するときの状況は、スケール２のｅ点に向か
うときと同じである。このため、図８ｈにおけるｃ点付
近のベクトル軌跡はｅ点におけるものと類似する。ま
た、図８ｃの外乱磁石から抜け出る図８ｂにおけるｄ点
付近は、図８ｂにおけるｂ点付近と類似である。従っ
て、図８ｈにおけるｄ点付近は、図８ｈにおけるｂ点付
近と類似であって位相のみがπだけ異なる。このように
して、外乱磁石を通り過ぎるときのベクトル軌跡は、図
８ｈに示すようにループを描く。

【００９８】図８ｃにおけるスケール１の端と外乱磁石
は、逆極性間の目盛連結と同じ状況である。このため、
この部分は、図５と同様に目盛の端と外乱磁石の端を連
結できる。また、外乱磁石とスケール２の端の部分は、
図７における同極性間の目盛連結と同じ状況である。こ
のため、外乱磁石とスケール２の端の目盛は、図７と同
様にオーバーラップして連結できる。この状況を図８ｄ
に示す磁束密度分布上で考えると、図８ｄのＰ，Ｑ，
Ｒ，Ｓの各点は、図８ｆの合成した磁束密度分布に示す
ように合成できる。これらの状況は、図５と図７で解説
したとおり正しく連結が機能する。このように、外乱磁
石を目盛の一部として考え次々と連結を行い、最終的に
外乱磁石が存在しなかったのと同様にスケールの連結が
完了する。即ち、図８ｃにおけるｂ点から直接ｅ点に連
結したのと同じ結果が得られる。以上のように、スケー
ルヘッド移動経路の途中に外乱磁界がある場合でも最終
的にその存在が無視される形でスケールの連結が行われ
る。外乱磁界はその途中経路にいくつあってもかまわ
ず、また、Ｎ極でもＳ極の外乱磁界であってもかまわな
い。ただし、Ｎ極とＳ極の外乱磁界がスケールの目盛と
区別付かないように分布した場合は、その波長λ分に相
当する誤差が生じる。

【００９９】本実施の形態のスケール装置は、所定の周
期で周囲の環境に対して識別可能な目盛を形成したスケ
ール６と、その目盛を読み取り目盛の周期で正弦波状の
２相電圧信号を出力する検出ヘッド２と、２相電圧信号
を入力して目盛の周期に対して検出ヘッドの相対位置を
表す位相情報を１／Ｎの分解能で検出し検出ヘッドの移
動方向と移動距離に相対したパルス信号を出力する内挿
回路３とを有するスケール装置１において、内挿回路３
は、検出ヘッド２の移動経路上に複数分散して配置され
たスケール６に対して、分散スケール６の存在しない場
所で不要なパルス信号を出力することなく、１のスケー
ル端部の目盛と他の１のスケール端部の目盛を累積誤差
が生じ無いよう接合し、複数の分散スケール６を目盛の
周期が連続した一本のスケールと同等に扱えるようにし
たので、不要な２相パルス信号を出力することがなく検
出精度を向上させることができ、特に、定点位置決め箇
所が多数存在する位置決め検出においてスケールを分散
配置して検出精度を向上させることができる。

【０１００】また、本実施の形態のスケール装置は、上
述において、内挿回路３は、位相情報を検出するために
必要な２相電圧信号の所定信号レベルを検出する分散ス
ケール検出手段を有し、分散スケール検出手段が、所定
信号レベルに対して２相電圧信号の信号レベルの低下を
検出したとき位相情報の更新を停止させると共に、パル
ス信号の出力を停止させ、分散スケール検出手段が、所
定信号レベルに対して２相電圧信号の信号レベルの上昇
を検出したとき位相情報の更新を開始させると共にパル
ス信号の出力を開始させ、位相情報の更新の再開によっ
て検出された位相変位に比例したパルス信号を出力させ
るようにしたので、信号レベルがしきい値より低下する
と、信号レベルが低下している間だけサンプリングを中
断し、サンプリングが実行されない限り動作を停止し
て、信号レベルがしきい値を越えると、所定周期で毎回
サンプリングを行って動作を再開することにより、信号
レベルを検出することにより分散スケールを検出するこ
とができる。

【０１０１】また、本実施の形態のスケール装置は、上
述において、スケール６の目盛がＮ極とＳ極を交互に配
置した磁石であるので、分散されたスケールが、たとえ
同じ極が対向したりまたは外乱磁界があっても、分散さ
れたスケール目盛を端部で連結して分散スケールを検出
することができる。

【０１０２】

【発明の効果】本発明のスケール装置は、所定の周期で
周囲の環境に対して識別可能な目盛を形成したスケール
と、その目盛を読み取り目盛の周期で正弦波状の２相電
圧信号を出力する検出ヘッドと、２相電圧信号を入力し
て目盛の周期に対して検出ヘッドの相対位置を表す位相
情報を１／Ｎの分解能で検出し検出ヘッドの移動方向と
移動距離に相対したパルス信号を出力する内挿回路とを
有するスケール装置において、内挿回路は、検出ヘッド
の移動経路上に複数分散して配置されたスケールに対し
て、分散スケールの存在しない場所で不要なパルス信号
を出力することなく、１のスケール端部の目盛と他の１
のスケール端部の目盛を累積誤差が生じ無いよう接合
し、複数の分散スケールを目盛の周期が連続した一本の
スケールと同等に扱えるようにしたので、不要な２相パ
ルス信号を出力することがなく検出精度を向上させるこ
とができ、特に、定点位置決め箇所が多数存在する位置
決め検出においてスケールを分散配置して検出精度を向
上させることができるという効果を奏する。

【０１０３】また、本発明のスケール装置は、上述にお
いて、内挿回路は、位相情報を検出するために必要な２
相電圧信号の所定信号レベルを検出する分散スケール検
出手段を有し、分散スケール検出手段が、所定信号レベ
ルに対して２相電圧信号の信号レベルの低下を検出した
とき位相情報の更新を停止させると共に、パルス信号の
出力を停止させ、分散スケール検出手段が、所定信号レ
ベルに対して２相電圧信号の信号レベルの上昇を検出し
たとき位相情報の更新を開始させると共にパルス信号の
出力を開始させ、位相情報の更新の再開によって検出さ
れた位相変位に比例したパルス信号を出力させるように
したので、信号レベルがしきい値より低下すると、信号
レベルが低下している間だけサンプリングを中断し、サ
ンプリングが実行されない限り動作を停止して、信号レ
ベルがしきい値を越えると、所定周期で毎回サンプリン
グを行って動作を再開することにより、信号レベルを検
出することにより分散スケールを検出することができる
という効果を奏する。

【０１０４】また、本発明のスケール装置は、上述にお
いて、上記スケールの目盛がＮ極とＳ極を交互に配置し
た磁石であるので、分散されたスケールが、たとえ同じ
極が対向したりまたは外乱磁界があっても、分散された
スケール目盛を端部で連結して分散スケールを検出する
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のスケール装置の構成およ
び動作を示す図であり、図１Ａは分散スケールを検出す
るスケール装置、図１Ｂは検出されるスケールである。

【図２】本発明の実施の形態の内挿回路および分散スケ
ール検出手段の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態のコンパレータの信号レベ
ル検出動作を示す波形図である。

【図４】本発明の実施の形態のスケール上でヘッドが一
旦離れる場合の動作を示す図であり、図４ａは信号レベ
ル、図４ｂはスケールヘッドの移動経路、図４ｃはスケ
ール、図４ｄはベクトル軌跡である。

【図５】本発明の実施の形態の対向する目盛の極性が逆
の場合のスケール目盛連結動作を示す図であり、図５ａ
は信号レベル、図５ｂはスケールヘッドの移動経路、図
５ｃはスケール、図５ｄは磁束密度分布、図５ｅは仮想
連結スケール上の移動経路、図５ｆは仮想連結スケー
ル、図５ｇは仮想連結スケール上の磁束密度分布、図５
ｈはベクトル軌跡である。

【図６】本発明の実施の形態の対向する目盛の加工精度
が不正確な場合のスケール目盛連結動作を示す図であ
り、図６ａは信号レベル、図６ｂはスケールヘッドの移
動経路、図６ｃはスケール、図６ｄは磁束密度分布、図
６ｅは仮想連結スケール、図６ｆはベクトル軌跡であ
る。

【図７】本発明の実施の形態の対向する目盛の極性が同
じ場合のスケール目盛連結動作を示す図であり、図７ａ
は信号レベル、図７ｂはスケールヘッドの移動経路、図
７ｃはスケール、図７ｄは磁束密度分布、図７ｅは仮想
連結スケール上の移動経路、図７ｆは仮想連結スケー
ル、図７ｇは合成した磁束密度分布、図７ｈはベクトル
軌跡である。

【図８】本発明の実施の形態のスケールの存在しない箇
所で外乱磁界がある場合のスケール目盛連結動作を示す
図であり、図７ａは信号レベル、図７ｂはスケールヘッ
ドの移動経路、図７ｃはスケール、図７ｄは磁束密度分
布、図７ｅは仮想連結スケール上の移動経路、図７ｆは
仮想連結スケール、図７ｇは合成した磁束密度分布、図
７ｈはベクトル軌跡である。

【図９】従来のスケール装置の構成および動作を示す図
であり、図９ａはスケール装置の構成、図９ｂはスケー
ルヘッド出力信号のベクトル図である。

【図１０】従来のディテクターの入力信号と出力信号を
示す図であり、図１０ａはディテクターの入力信号、図
１０ｂは内挿数４の２相パルス信号出力、図１０ｃは内
挿数１６の２相パルス信号出力である。

【図１１】従来の位相変調方式の内挿回路の構成を示す
ブロック図である。

【図１２】従来の位相変調方式の内挿回路のタイミング
チャートであり、図１２ａはアップダウンカウンタ（Ｃ
ＮＴ）係数値（Ｄ’）、図１２ｂはクロックＣＬＫ、図
１２ｃはフリップフロップ（ＦＦ）出力、図１２ｄはレ
ジスタ（１）（ＲＥＧ１）出力（Ｄ’）、図１２ｅはレ
ジスタ（２）（ＲＥＧ２）出力（Ｄ’）、図１２ｆは減
算回路（２）（ＳＵＢ２）出力（△Ｄ’）、図１２ｇは
補正回路（ＡＤＪ）（△Ｄ）、図１２ｈは並列直列変換
回路（Ｐ／Ｓ）のＱＢ出力、図１２ｉは並列直列変換回
路（Ｐ／Ｓ）のＱＡ出力である。

【図１３】従来の補正回路（ＡＤＪ）のフローチャート
である。

【図１４】従来の並列直列変換回路（Ｐ／Ｓ）の回路例
を示す図である。

【図１５】従来のステートマシン（ＳＭ）の状態遷移図
である。

【図１６】従来のスタッカークレーン式立体自動倉庫を
示す図である。

【符号の説明】

１……スケール装置、２……ヘッド、３……内挿回路、
４……分散スケール検出手段、５……カウンタ、６……
分散スケール、７……検出されるスケール、８……被計
測面、１０，１１……端子、１２，１３……乗算回路
（ＭＵＬ１，２）、１５，２５……減算回路（ＳＵＢ
１，２）、１６……ＬＰＦ、１７……コンパレータ（Ｃ
ＯＭＰ）、１８……ダイオード（Ｄ１）、１９，２０…
…抵抗器（Ｒ１，Ｒ２）、２１……フリップフロップ
（ＦＦ）、２２……アンプダウンカウンター（ＣＮ
Ｔ）、２３，２４……レジスタ（ＲＥＧ１，２）、２６
……補正回路（ＡＤＪ）、２７……並列直列変換回路
（Ｐ／Ｓ）、２８，２９……端子、

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−178459（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−224621（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−180717（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−239105（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−104908（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の周期で周囲の環境に対して識別可
   能な目盛を形成したスケールと、 その目盛を読み取り上記目盛の周期で正弦波状の２相電
   圧信号を出力する検出ヘッドと、上記 ２相電圧信号を入力して上記目盛の周期に対して上
   記検出ヘッドの相対位置を表す位相情報を１／Ｎの分解
   能で検出し上記検出ヘッドの移動方向と移動距離に相対
   したパルス信号を出力する内挿回路とを有するスケール
   装置において、上記内挿回路は、 上記検出ヘッドの移動経路上に複数分
   散して配置されたスケールに対して、 上記分散スケールの存在しない場所で不要なパルス信号
   を出力することなく、 １のスケール端部の目盛と他の１のスケール端部の目盛
   を累積誤差が生じ無いよう接合し、 複数の上記分散スケールを目盛の周期が連続した一本の
   スケールと同等に扱えるようにしたことを特徴とするス
   ケール装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスケール装置において、上記内挿回路は、上記位相情報を検出するために必要な
   上記２相電圧 信号の所定信号レベルを検出する分散スケ
   ール検出手段を有し、上記分散スケール検出手段が、 上記所定信号レベルに対
   して上記２相電圧信号の信号レベルの低下を検出したと
   き上記位相情報の更新を停止させると共に、上記パルス
   信号の出力を停止させ、上記分散スケール検出手段が、
   上記所定信号レベルに対して上記２相電圧信号の信号レ
   ベルの上昇を検出したとき上記位相情報の更新を開始さ
   せると共に上記パルス信号の出力を開始させ、上記位相
   情報の更新の再開によって検出された位相変位に比例し
   たパルス信号を出力させるようにしたことを特徴とする
   スケール装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のスケール装置に
   おいて、 上記スケールの目盛がＮ極とＳ極を交互に配置した磁石
   であることを特徴とするスケール装置。