JP4285952B2

JP4285952B2 - Optical encoder spacer and adjustment method

Info

Publication number: JP4285952B2
Application number: JP2002227568A
Authority: JP
Inventors: 浩正藤田; 英二山本
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP2004069427A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的な変位センサである光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、工作機械のステージや三次元測定器などに用いて固定部に対する可動部の位置を測定するために、いわゆる光学式エンコーダが利用されている。
【０００３】
光学式エンコーダは、移動可能に支持されるスケールと、スケールに対向して配置されるエンコーダヘッドとで構成される。スケールは、その移動方向に沿って反射率等の光学特性が周期的に変化する光学パターンを有している。エンコーダヘッドは、スケールの光学パターンに光を照射する光源と、光学パターンによって生成される干渉パターンを検出する光検出器を有している。
【０００４】
エンコーダヘッドは、例えば、スケールの移動に対して、互いに位相が９０度異なる略正弦波形の二つの信号を出力し、それらの信号に基づいてスケールの移動量とその方向とが求められる。
【０００５】
良好な検出結果あるいは測定結果を得るために、光学式エンコーダの組み付けの際、言い換えればスケールとエンコーダヘッドの取り付けすなわちセットアップの際、スケールとエンコーダヘッドは適正な間隔を置いて配置される必要がある。
【０００６】
このようなセットアップに関しては、特開平５−１３３７３２号公報などに開示されているように、セットアップ状態検出回路により、セットアップが良好な場合と、使用できるも望ましくない場合と、不良な場合とを検出する方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法では、セットアップしたときの余裕度を確認する場合、エンコーダヘッドとスケールとのギャップすなわち間隔を変更しなければならず、簡単に余裕度を確認することができない。
【０００８】
また、ギャップを変えなくてもセットアップできるようにするためには、光源の光量や光検出器の受光感度を変えるための回路が必要となり、高価となってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、スケールとエンコーダヘッドを最適な間隔で配置することを助けると共に、そのままの状態で、すなわちスケールとエンコーダヘッドの間隔を変えることなく、光検出器で検出される光強度の変動に対して正常動作する範囲の余裕度の確認といった光学調整を行なうことを可能にする、光学式エンコーダのスペーサを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、光学式エンコーダを構成するスケールとエンコーダヘッドの間隔を調整するために、光学式エンコーダの組み付けの際に前記スケールと前記エンコーダヘッドの間に配置されるスペーサであり、前記スケールは、前記エンコーダヘッドに対して相対的に移動可能に支持されており、前記スケールが移動する方向に沿って光学特性が周期的に変化する光学パターンを有しており、前記エンコーダヘッドは、前記スケールに対向して配置され、前記スケールの光学パターンに光を照射する光源と、前記光学パターンによって生成される光ビームパターンを検出する光検出器を有しており、前記スペーサは、前記スケールと前記エンコーダヘッドの間に前記光学式エンコーダが動作可能な所定の間隔を与える厚さと、光検出器で検出される光強度の変動に対して正常動作する範囲の余裕度を確認する光学的調整に適した透過率を有している。
【００１１】
本発明は、ひとつには、光学式エンコーダを構成するスケールとエンコーダヘッドの調整方法であり、前記スケールと前記エンコーダヘッドの間に前記光学式エンコーダが動作可能な所定の間隔を与える厚さと、光検出器で検出される光強度の変動に対して正常動作する範囲の余裕度を確認する光学的調整に適した透過率を有するスペーサを前記スケールと前記エンコーダヘッドの間に配置し、前記スケールと前記エンコーダヘッドが共に前記スペーサに接触するように前記スケールと前記エンコーダヘッドを位置決めし、続いて、前記スケールと前記エンコーダヘッドが共に前記スペーサに接触した状態のままで、光検出器で検出される光強度の変動に対して正常動作する範囲の余裕度を確認する光学調整を行なう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
第一実施形態
本発明の第一実施形態について図１を参照しながら説明する。
【００１４】
図１に示されるように、光学式エンコーダは、移動可能に支持されるスケール２０と、スケール２０に対向して配置されるエンコーダヘッド１０とで構成される。スケール２０は、その移動方向に沿って反射率等の光学特性が周期的に変化する光学パターン２２を有している。エンコーダヘッド１０は、図には示されていないが、スケール２０の光学パターン２２に光を照射する光源と、光学パターン２２によって生成される光ビームパターンを検出する光検出器を有している。なお、ここで言う光ビームパターンとは、反射・透過・回折・干渉パターン等を指す。
【００１５】
例えば、エンコーダヘッド１０は、スケール２０の移動に対して、略正弦波形の信号を出力する。この場合、略正弦波形のピークすなわち山や谷を、あるいはゼロ点いわゆるゼロクロスを計数することにより、略正弦波形の波長程度の分解能でスケール２０の移動量を求めることができる。
【００１６】
より好ましくは、エンコーダヘッド１０は、スケール２０の移動に対して、互いに位相が９０度異なる略正弦波形の二つの信号、いわゆるＡ相信号とＢ相信号を出力するとよい。この場合、Ａ相信号とＢ相信号からリサージュ図形を取得し、その図形上の点の位置と回転方向とに基づいて、スケール２０の移動量とその方向とを略正弦波形の波長未満の分解能で求めることができる。
【００１７】
スケール２０は、光学式エンコーダによる測定対象であるステージ等に固定される。エンコーダヘッド１０は、例えば、基板３０に固定され、基板３０はヘッド固定治具４０に固定される。ヘッド固定治具４０は、エンコーダヘッド１０とスケール２０の間隔が当該光学式エンコーダを使用するにあたって、この光学式エンコーダが動作可能な最適値となるように、例えば固定ねじ６０によりステージ台等に固定される。
【００１８】
スペーサ１００は、光学式エンコーダの組み付けの際、すなわち、スケール２０に対するエンコーダヘッド１０の相対的な位置決めの際、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に配置される。
【００１９】
スペーサ１００は、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に当該光学式エンコーダを使用するにあたって、この光学式エンコーダが動作可能な最適な間隔を与える厚さＤ、言い換えれば、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間隔の最適値に相当する厚さＤを有している。従って、スケール２０とエンコーダヘッド１０とでスペーサ１００を挟むことにより、つまり、スケール２０とエンコーダヘッド１０との間にスペーサ１００を置き、エンコーダヘッド１０でスペーサ１００をスケール２０に軽く押し当てることにより、エンコーダヘッド１０はスケール２０に対してそこから最適値の間隔を置いて配置される。
【００２０】
すなわち、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間にスペーサ１００を配置し、スケール２０とエンコーダヘッド１０が共にスペーサ１００に接触するようにスケール２０とエンコーダヘッド１０を位置決めすることにより、エンコーダヘッド１０とスケール２０の間隔が最適に調整される。
【００２１】
その後、前述したように、固定ねじ６０等によってヘッド固定治具４０をステージ台等に固定することにより、光学式エンコーダが組み付けられる。
【００２２】
さらに、スペーサ１００は、光学式エンコーダを光学的調整できる、所定の透過率を有している。すなわち、スペーサ１００は、光学式エンコーダに対して行なう光学調整に適した透過率を有している。従って、エンコーダヘッド１０とスケール２０の間にスペーサ１００を挟んだ状態のままで、すなわち光学式エンコーダの組み付け終了後直ちに、光学調整を行なえる。
【００２３】
光学調整は、エンコーダヘッド１０から出力される信号が良好なレベルに達しているかを判定することにより行なわれる。判定は、Ａ相信号とＢ相信号に基づいて得られるリサージュ図形を観察して行なっても、エンコーダヘッド１０からの出力信号を二値化して行なってもよい。
【００２４】
エンコーダヘッド１０内の光源から射出された光は、スペーサ１００を通過する際に、その光強度がスペーサ１００の透過率に対応した一定の割合だけ小さくなる。光強度は、その後、スケール２０を経た後に再びスペーサを通過する際に、更に一定割合だけ小さくなる。従って、エンコーダヘッド１０内の光検出器においては、スペーサが無いときと比較して光強度が所定の割合だけ低下した光が検出される。
【００２５】
従って、このような、エンコーダヘッド１０とスケール２０との間にスペーサ１００を挟んだ状態でエンコーダヘッドから出力される信号に対しても正常な位置検出あるいは位置測定を行なえることを確認することにより、光学式エンコーダが所望の余裕度を有していることを確認することができる。
【００２６】
このため、スペーサ１００の透過率は光学式エンコーダに要求される余裕度に対応して設定され、スペーサ１００の透過率に従って光強度が低下した光に対しても良好な位置検出を行なえることを確認することで、光学式エンコーダが要求される余裕度を有していることを確認することができる。
【００２７】
あるいは、エンコーダヘッド１０とスケール２０の間にスペーサ１００を配置した状態で良好な位置検出を行なえるように種々の調整を行なうことにより、エンコーダヘッド１０内の光源の劣化に伴う光強度の低下や、スケール２０の移動に伴って生じるヘッド１０とスケール２０の間隔の変化等により生じる干渉パターンの乱れや光強度の変動に対して、要求される余裕度を光学式エンコーダに持たせることができる。
【００２８】
光学調整は、余裕度の確認のみに限定されるものではなく、光源や光検出器の良否判定や、光源や光検出器の動作可否の判別や、光源の出力レベルの調整や、光学パターンにより適正な干渉パターンが生成されているかの判定など、他の任意の確認や調整や判定などに適用されてもよい。
【００２９】
スペーサ１００は、エンコーダヘッド１０とスケール２０の間に最適な間隔を与える厚さＤと、光学式エンコーダの組み付け直後に行なう光学調整に適した透過率を持つように、光学式エンコーダの設計に従って予め作られている。
【００３０】
あるいは、スペーサ１００は、エンコーダヘッド１０とスケール２０の間に最適な間隔を与える厚さＤを共に有し、光学式エンコーダの組み付け直後に行なうことが意図され得る光学調整毎に適した異なる透過率を持つ複数のスペーサを予め用意しておき、光学式エンコーダの組み付け直後に行なう光学調整に応じてそれらの中から選ばれてもよい。
【００３１】
このように本実施形態によれば、光学式エンコーダの組み付け直後にそのまま光学調整を行なえるので、組み付けの作業性が向上される。
【００３２】
第二実施形態
本発明の第二実施形態について図２を参照しながら説明する。
【００３３】
スペーサ２００は、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に最適な間隔を与える厚さＤを有している。
【００３４】
さらに、スペーサ２００は、光学式エンコーダの光学的調整のために、互いに異なる既知の透過率を有する複数の部分、例えば三つの部分２０２と２０４と２０６を有している。
【００３５】
このようなスペーサ２００は、例えば、異なる透過率を有する異なる材質の部材片２１２と２１４と２１６を互いに接合して作られる。ここで、部材片２１２と２１４と２１６の各々は、それぞれ一様な透過率を有しており、互いに異なる透過率を有している。
【００３６】
光学式エンコーダの組み付けの際に、このようなスペーサ２００をスケール２０とエンコーダヘッド１０の間に配置することにより、スケール２０とエンコーダヘッド１０を最適な間隔で配置できると共に、光学式エンコーダの組み付け終了後、透過率の異なる三つの部分２０２と２０４と２０６をエンコーダヘッド１０の上に順番に配置して光学調整を行なうことにより、複数の光学調整を行なえる。
【００３７】
例えば、当該光学式エンコーダが相対的に透過率の高いスペーサ２００の二つの部分に対して正常動作することを確認することにより、二段階の余裕度を確認し、スペーサ２００の透過率の最も低い部分に対して異常動作となることを確認することにより、システムの異常発生機能の動作を確認することができる。
【００３８】
このように本実施形態によれば、光学式エンコーダの組み付け直後に、複数の光学調整、例えば複数段階の余裕度の確認を行なうことができる。
【００３９】
第三実施形態
本発明の第三実施形態について図３を参照しながら説明する。
【００４０】
図３（Ａ）に示されるように、スペーサ３００は、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に最適な間隔を与える厚さＤを有している。
【００４１】
さらに、スペーサ３００は、光学式エンコーダの光学的調整のために、互いに異なる既知の透過率を有する複数の部分、例えば三つの部分３０２と３０４と３０６を有している。
【００４２】
このようなスペーサ３００は、例えば図３（Ｂ）に示されるように、基材３１２と、これに部分的に積層された部材３１４と３１６とで構成される。つまり、スペーサ３００は、基材３１２に対して、別の部材３１４と３１６を部分的に設けることにより作られる。ここで、基材３１２と部材３１４と３１６は、それぞれ一様な透過率を有しており、部材３１４と３１６は、互いに透過率が異なり、基材３１２ともそれぞれ透過率が異なる。
【００４３】
第二実施形態と同様に、光学式エンコーダの組み付けの際に、このようなスペーサ３００をスケール２０とエンコーダヘッド１０の間に配置することにより、スケール２０とエンコーダヘッド１０を最適な間隔で配置できると共に、光学式エンコーダの組み付け終了後、透過率の異なる三つの部分３０２と３０４と３０６をエンコーダヘッド１０の上に順番に配置して光学調整を行なうことにより、複数の光学調整を行なえる。
【００４４】
例えば、当該光学式エンコーダが相対的に透過率の高いスペーサ３００の二つの部分に対して正常動作することを確認することにより、二段階の余裕度を確認し、スペーサ３００の透過率の最も低い部分に対して異常動作となることを確認することにより、システムの異常発生機能の動作を確認することができる。
【００４５】
このように本実施形態によれば、光学式エンコーダの組み付け直後に、複数の光学調整、例えば複数段階の余裕度の確認を行なうことができる。
【００４６】
第四実施形態
本発明の第四実施形態について図４を参照しながら説明する。
【００４７】
スペーサ４００は、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に最適な間隔を与える厚さＤを有している。
【００４８】
さらに、スペーサ４００は、一様な透過率を有する材質で構成されており、これを貫通している開口部４０２を有している。言い換えれば、スペーサ４００は、互いに異なる既知の透過率を有する二つの部分、すなわち開口部４０２の部分とそれ以外の部分とを有している。つまり、スペーサ４００は、光学式エンコーダの光学的調整のための透過率の異なる二つの部分を有していることになる。
【００４９】
光学式エンコーダの組み付けの際に、このようなスペーサ４００を介してスケール２０とエンコーダヘッド１０とを配置することにより、スケール２０とエンコーダヘッド１０を最適な間隔で配置できると共に、光学式エンコーダの組み付け終了後、開口部４０２の部分とそれ以外の部分をエンコーダヘッド１０の上に順番に配置して光学調整を行なうことにより、二つの光学調整を行なえる。
【００５０】
例えば、当該光学式エンコーダが開口部４０２の部分とそれ以外の部分とに対して正常動作することを確認することにより、二段階の余裕度を確認することができる。
【００５１】
このように本実施形態によれば、光学式エンコーダの組み付け直後に、二つの光学調整、例えば二段階の余裕度の確認を行なうことができる。スペーサ４００は、その母材に対して単に開口部４０２を形成するだけで作られるので、安価に作製し得る。
【００５２】
第五実施形態
本発明の第五実施形態について図５を参照しながら説明する。
【００５３】
スペーサ５００は、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に最適な間隔を与える厚さＤを有している。
【００５４】
さらに、スペーサ５００は、一様な透過率を有する材質で構成されており、部分的に形成された凹部５０２を有している。すなわち、スペーサ５００は、厚さの異なる複数の部分、すなわち凹部５０２の部分とそれ以外の部分とを有している。従って、スペーサ５００は、互いに異なる既知の透過率を有する二つの部分を有していることになる。
【００５５】
光学式エンコーダの組み付けの際に、このようなスペーサ５００を介してスケール２０とエンコーダヘッド１０とを配置することにより、スケール２０とエンコーダヘッド１０を最適な間隔で配置できると共に、光学式エンコーダの組み付け終了後、凹部５０２の部分とそれ以外の部分をエンコーダヘッド１０の上に順番に配置して光学調整を行なうことにより、二段階の光学調整を行なえる。
【００５６】
例えば、当該光学式エンコーダが凹部５０２の部分とそれ以外の部分と対して正常動作することを確認することにより、二段階の余裕度を確認することができる。
【００５７】
このように本実施形態によれば、光学式エンコーダの組み付け直後に、二つの光学調整、例えば二段階の余裕度の確認を行なうことができる。スペーサ５００は、その母材に対して部分的に薄い部分すなわち凹部５０２を形成するだけで作られるので、安価に作製し得る。
【００５８】
図５においては、スペーサ５００は、一つの部分的に薄い部分すなわち凹部５０２を有しているが、互いに厚さの異なる複数の薄い部分すなわち深さの異なる複数の凹部を有していてもよい。この仕様変更に従った複数の凹部を有するスペーサは、その凹部の個数に対応する数の光学調整、すなわち凹部の個数＋１の光学調整を行なうことができる。
【００５９】
第六実施形態
本発明の第六実施形態について図６を参照しながら説明する。
【００６０】
スペーサ６００は、厚さ方向を横切って延びる空洞６１２を有する基材６１０と、基材６１０の空洞６１２に挿入可能な部材で構成されている。基材６１０は、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に最適な間隔を与える厚さＤを有している。空洞６１２に挿入される部材は、例えば、一様な透過率を有する板状の部材６２０であってもよいが、透過率の異なる複数の部分６３２と６３４と６３６を有している部材６３０であってもよい。
【００６１】
光学式エンコーダの組み付けの際に、基材６１０を間に挟んでスケール２０とエンコーダヘッド１０を位置決めすることにより、スケール２０とエンコーダヘッド１０を最適な間隔で配置できる。
【００６２】
また、光学式エンコーダの組み付け終了後、例えば、基材６１０の空洞６１２に何も挿入していない状態と基材６１０の空洞６１２に部材６２０を挿入した状態とで光学調整を行なうことにより、二段階の光学調整を行なうことができる。
【００６３】
あるいは、基材６１０の空洞６１２に何も挿入していない状態で光学調整を行なうと共に、基材６１０の空洞６１２に部材６２０を挿入し、さらに、透過率の異なる複数の部分６３２と６３４と６３６の各々を順番にエンコーダヘッド１０の上に配置して光学調整を行なうことにより、多数の光学調整、具体的には四段階の光学調整を行なうことができる。また、透過率が異なる部材６２０を複数用意し、基材６１０の空洞６１２に、それぞれ複数の部材６２０を次々に挿入して光学調整を行なってもよい。
【００６４】
このように本実施形態によれば、光学式エンコーダの組み付け直後に、複数の光学調整、例えば複数段階の余裕度の確認を行なうことができる。また、基材６１０の空洞６１２に挿入する部材を色々と入れ換えることにより、非常に多くの段階で光学調整を行なうことができる。
【００６５】
スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に存在する部材すなわち基材６１０は移動されることがないので、多数の光学調整を行なう間も、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間隔は最適値に安定に保たれる。
【００６６】
第七実施形態
本発明の第七実施形態について図７を参照しながら説明する。
【００６７】
スペーサ７００は、一様な所定の既知の透過率を有する板状の部材７１０と、その端部に取り付けられた一対の当て付け部材７２２を有している。部材７１０は、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に最適な間隔を与える厚さＤを有している。
【００６８】
当て付け部材７２２は、部材７１０の端部から当て付け部材７２２までの幅Ｗ、すなわち部材７１０の当て付け部材７２２から突出している部分の幅Ｗを定める。部材７１０の当て付け部材７２２から突出している部分の幅Ｗは、固定治具４０に設定された基準位置、例えば当て付け面４２から、スケール２０の移動方向に直交する方向に沿った、エンコーダヘッド１０の端面１０ａまでの最適な距離に対応している。
【００６９】
すなわち、部材７１０の当て付け部材７２２から突出している部分の幅Ｗは、エンコーダヘッド１０が固定治具４０に対して最適な位置すなわち設計通りの位置に配置された場合における、固定治具４０の当て付け面４２から遠い側のエンコーダヘッド１０の側面つまりエンコーダヘッド１０の端面１０ａから固定治具４０の当て付け面４２までの距離に等しく設定される。
【００７０】
光学式エンコーダの組み付けの際、スペーサ７００は、当て付け部材７２２でエンコーダヘッド１０を押しながら、部材７１０の端面が固定治具４０の当て付け面４２に当て付けられる。これにより、エンコーダヘッド１０は、固定治具４０の基準位置に対して最適な位置に、すなわち当て付け面４２から最適な距離だけ離れた位置に配置される。
【００７１】
つまり、スペーサ７００は、エンコーダヘッド１０の横方向の組み付けゲージあるいは冶具としても機能を果たしている。
【００７２】
その状態で、エンコーダヘッド１０が固定された基板３０を固定ねじなどにより固定治具４０に固定することにより、エンコーダヘッド１０は固定治具４０に対して最適な位置に固定される。
【００７３】
その後、エンコーダヘッド１０の上に、スペーサ７００の板状の部材７１０を間に置いたまま、例えば前記の板状の部材７１０の上にスケール２０を押しあてる。これにより、スケール２０とエンコーダヘッド１０が最適な間隔で位置決めされる。その状態で、固定治具４０をステージ台に固定することにより、光学式エンコーダの組み付けが完了する。
【００７４】
続いて、スペーサ７００を抜かずに、スケール２０とエンコーダヘッド１０の間に板状の部材７１０を配置したまま光学調整を行なうことにより、例えば当該エンコーダの動作の余裕度の確認を行なうことができる。
【００７５】
このように本実施形態によれば、光学式エンコーダの組み付けの際に、エンコーダヘッド１０を、その取り付け位置の基準となる部材すなわち固定治具４０に対して最適な位置に容易に配置することができる。また、光学式エンコーダの組み付け直後に光学調整、例えば余裕度の確認を行なうことができる。
【００７６】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００７７】
例えば、スペーサは平坦である必要は無く、エンコーダヘッドの基準面とスケールとのギャップつまり間隔を最適にセットアップできるようであれば、他の任意の形状であってもよい。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、スケールとエンコーダヘッドを容易に最適な間隔で配置できるとともに、そのままの状態で、すなわちスケールとエンコーダヘッドの間隔を変えることなく、光強度の変動要因に対して正常動作する余裕度の確認などの光学調整を行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に関するスペーサと光学式エンコーダとを示している。
【図２】本発明の第二実施形態によるスペーサを示している。
【図３】本発明の第三実施形態によるスペーサを示している。
【図４】本発明の第四実施形態によるスペーサを示している。
【図５】本発明の第五実施形態によるスペーサを示している。
【図６】本発明の第六実施形態によるスペーサを示している。
【図７】本発明の第七実施形態によるスペーサを示している。
【符号の説明】
１０エンコーダヘッド
２０スケール
１００スペーサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical encoder that is an optical displacement sensor.
[0002]
[Prior art]
Currently, so-called optical encoders are used to measure the position of a movable part with respect to a fixed part using a stage of a machine tool or a three-dimensional measuring instrument.
[0003]
The optical encoder includes a scale that is movably supported and an encoder head that is disposed to face the scale. The scale has an optical pattern in which optical characteristics such as reflectance change periodically along the moving direction. The encoder head includes a light source that irradiates light to the optical pattern of the scale and a photodetector that detects an interference pattern generated by the optical pattern.
[0004]
For example, the encoder head outputs two signals having a substantially sine waveform whose phases are different from each other by 90 degrees with respect to the movement of the scale, and the movement amount and the direction of the scale are obtained based on these signals.
[0005]
In order to obtain good detection or measurement results, when assembling an optical encoder, in other words, when installing or setting up the scale and encoder head, the scale and encoder head must be spaced at an appropriate distance. .
[0006]
With respect to such a setup, as disclosed in JP-A-5-133732, the setup state detection circuit detects when the setup is good, when it can be used, but when it is not desirable, and when it is bad. How to do is known.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a method, when checking the margin when set up, the gap, that is, the interval between the encoder head and the scale has to be changed, and the margin cannot be easily confirmed.
[0008]
Further, in order to enable setup without changing the gap, a circuit for changing the light amount of the light source and the light receiving sensitivity of the photodetector is required, which is expensive.
[0009]
The object of the present invention is to help arrange the scale and the encoder head at an optimum distance, and to change the light intensity detected by the photodetector as it is, that is, without changing the distance between the scale and the encoder head. It is an object to provide a spacer for an optical encoder that makes it possible to perform an optical adjustment such as checking the margin of a normal operating range.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
One aspect of the present invention is a spacer disposed between the scale and the encoder head when the optical encoder is assembled in order to adjust the distance between the scale and the encoder head constituting the optical encoder. The scale is supported so as to be movable relative to the encoder head, and has an optical pattern in which optical characteristics periodically change along a direction in which the scale moves. A light source that is disposed opposite to the scale and that irradiates light to the optical pattern of the scale, and a light detector that detects a light beam pattern generated by the optical pattern. scale and provides a predetermined spacing the optical encoder can operate between the encoder head and thickness, the light detection In has a transmittance suitable for optical adjustment to confirm the range of margin for normal operation to variations in the detected light intensity.
[0011]
The present invention relates in part to a method for adjusting the scale and encoder head constituting the optical encoder, a thickness providing a predetermined distance the optical encoder can operate between the scale and the encoder head, light A spacer having a transmittance suitable for optical adjustment for confirming a margin of a normal operation range with respect to fluctuations in light intensity detected by the detector is disposed between the scale and the encoder head, and the scale and The scale and the encoder head are positioned so that both the encoder head and the spacer are in contact with each other. Subsequently, the scale and the encoder head are both in contact with the spacer and detected by a photodetector. Optical adjustment is performed to confirm the margin of the normal operation range with respect to fluctuations in light intensity .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0014]
As shown in FIG. 1, the optical encoder includes a scale 20 that is movably supported and an encoder head 10 that is disposed to face the scale 20. The scale 20 has an optical pattern 22 in which optical characteristics such as reflectance change periodically along the moving direction. Although not shown in the drawing, the encoder head 10 includes a light source that irradiates light to the optical pattern 22 of the scale 20 and a photodetector that detects a light beam pattern generated by the optical pattern 22. The light beam pattern referred to here refers to a reflection / transmission / diffraction / interference pattern or the like.
[0015]
For example, the encoder head 10 outputs a signal having a substantially sinusoidal waveform with respect to the movement of the scale 20. In this case, the amount of movement of the scale 20 can be obtained with a resolution of about the wavelength of the substantially sine waveform by counting the peaks of the substantially sine waveform, that is, the peaks and valleys, or the zero point so-called zero cross.
[0016]
More preferably, the encoder head 10 may output two signals having substantially sinusoidal waveforms that are 90 degrees out of phase with respect to the movement of the scale 20, so-called A-phase signal and B-phase signal. In this case, a Lissajous figure is obtained from the A-phase signal and the B-phase signal, and the amount of movement of the scale 20 and its direction are determined based on the position of the point on the figure and the rotation direction, and the resolution is less than the wavelength of the substantially sine waveform. Can be obtained.
[0017]
The scale 20 is fixed to a stage or the like that is an object to be measured by the optical encoder. For example, the encoder head 10 is fixed to the substrate 30, and the substrate 30 is fixed to the head fixing jig 40. The head fixing jig 40 is fixed to a stage base, for example, with a fixing screw 60 so that the distance between the encoder head 10 and the scale 20 becomes an optimum value at which the optical encoder can operate when the optical encoder is used. Is done.
[0018]
The spacer 100 is disposed between the scale 20 and the encoder head 10 when the optical encoder is assembled, that is, when the encoder head 10 is positioned relative to the scale 20.
[0019]
When the optical encoder is used between the scale 20 and the encoder head 10, the spacer 100 has a thickness D that gives an optimum distance at which the optical encoder can operate, in other words, the distance between the scale 20 and the encoder head 10. And a thickness D corresponding to the optimum value. Therefore, by sandwiching the spacer 100 between the scale 20 and the encoder head 10, that is, by placing the spacer 100 between the scale 20 and the encoder head 10 and lightly pressing the spacer 100 against the scale 20 with the encoder head 10, The encoder head 10 is arranged at an optimum value distance from the scale 20.
[0020]
That is, the spacer 100 is disposed between the scale 20 and the encoder head 10, and the scale 20 and the encoder head 10 are positioned so that the scale 20 and the encoder head 10 are both in contact with the spacer 100. Is optimally adjusted.
[0021]
Thereafter, as described above, the optical encoder is assembled by fixing the head fixing jig 40 to the stage base or the like with the fixing screw 60 or the like.
[0022]
Furthermore, the spacer 100 has a predetermined transmittance that allows the optical encoder to be optically adjusted. That is, the spacer 100 has a transmittance suitable for optical adjustment performed on the optical encoder. Therefore, the optical adjustment can be performed with the spacer 100 being sandwiched between the encoder head 10 and the scale 20, that is, immediately after the assembly of the optical encoder.
[0023]
Optical adjustment is performed by determining whether the signal output from the encoder head 10 has reached a good level. The determination may be made by observing a Lissajous figure obtained based on the A-phase signal and the B-phase signal or by binarizing the output signal from the encoder head 10.
[0024]
When the light emitted from the light source in the encoder head 10 passes through the spacer 100, the light intensity decreases by a certain ratio corresponding to the transmittance of the spacer 100. Thereafter, the light intensity further decreases by a certain percentage when passing through the spacer again after passing through the scale 20. Therefore, the light detector in the encoder head 10 detects light whose light intensity has decreased by a predetermined rate compared to when no spacer is provided.
[0025]
Accordingly, by confirming that normal position detection or position measurement can be performed for a signal output from the encoder head with the spacer 100 sandwiched between the encoder head 10 and the scale 20 as described above. It can be confirmed that the optical encoder has a desired margin.
[0026]
For this reason, the transmittance of the spacer 100 is set in accordance with the margin required for the optical encoder, and it is possible to perform good position detection even for light whose light intensity has decreased according to the transmittance of the spacer 100. By checking, it can be confirmed that the optical encoder has a required margin.
[0027]
Alternatively, by performing various adjustments so that good position detection can be performed in a state where the spacer 100 is disposed between the encoder head 10 and the scale 20, a decrease in light intensity due to deterioration of the light source in the encoder head 10 The optical encoder can be provided with a required margin against disturbances in interference patterns and fluctuations in light intensity caused by changes in the distance between the head 10 and the scale 20 caused by the movement of the scale 20.
[0028]
Optical adjustment is not limited to checking the margin, it is possible to determine whether the light source or photodetector is good, whether the light source or photodetector is operational, adjusting the output level of the light source, or depending on the optical pattern. The present invention may be applied to other arbitrary confirmations, adjustments, and determinations such as determination of whether an appropriate interference pattern has been generated.
[0029]
In accordance with the design of the optical encoder, the spacer 100 has a thickness D that provides an optimum distance between the encoder head 10 and the scale 20 and a transmittance suitable for optical adjustment performed immediately after the optical encoder is assembled. It is made.
[0030]
Alternatively, the spacer 100 has a thickness D that provides an optimal spacing between the encoder head 10 and the scale 20 and has different transmittance suitable for each optical adjustment that may be intended to be performed immediately after assembly of the optical encoder. A plurality of spacers may be prepared in advance, and may be selected from them according to the optical adjustment performed immediately after assembly of the optical encoder.
[0031]
As described above, according to the present embodiment, the optical adjustment can be performed immediately after the optical encoder is assembled, so that the assembling workability is improved.
[0032]
Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0033]
The spacer 200 has a thickness D that provides an optimum distance between the scale 20 and the encoder head 10.
[0034]
Further, the spacer 200 has a plurality of parts having different known transmittances, for example, three parts 202, 204 and 206, for optical adjustment of the optical encoder.
[0035]
Such a spacer 200 is made, for example, by joining member pieces 212, 214, and 216 of different materials having different transmittances to each other. Here, each of the member pieces 212, 214, and 216 has a uniform transmittance, and has different transmittances.
[0036]
By arranging such a spacer 200 between the scale 20 and the encoder head 10 when assembling the optical encoder, the scale 20 and the encoder head 10 can be arranged at an optimum interval, and the assembly of the optical encoder is completed. Thereafter, a plurality of optical adjustments can be performed by optically adjusting the three portions 202, 204, and 206 having different transmittances on the encoder head 10 in order.
[0037]
For example, by confirming that the optical encoder operates normally with respect to two portions of the spacer 200 having a relatively high transmittance, a two-stage margin is confirmed, and the transmittance of the spacer 200 is the lowest. By confirming that the operation is abnormal for the part, it is possible to confirm the operation of the system abnormality occurrence function.
[0038]
As described above, according to this embodiment, immediately after the optical encoder is assembled, a plurality of optical adjustments, for example, confirmation of margins in a plurality of stages can be performed.
[0039]
Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0040]
As shown in FIG. 3A, the spacer 300 has a thickness D that provides an optimal distance between the scale 20 and the encoder head 10.
[0041]
Furthermore, the spacer 300 has a plurality of portions having different known transmittances, for example, three portions 302, 304, and 306, for optical adjustment of the optical encoder.
[0042]
For example, as shown in FIG. 3B, such a spacer 300 includes a base material 312 and members 314 and 316 partially laminated thereon. In other words, the spacer 300 is made by partially providing another member 314 and 316 with respect to the base material 312. Here, the base material 312 and the members 314 and 316 have uniform transmittance, and the members 314 and 316 have different transmittances, and the base material 312 has different transmittances.
[0043]
Similar to the second embodiment, when the optical encoder is assembled, by arranging such a spacer 300 between the scale 20 and the encoder head 10, the scale 20 and the encoder head 10 can be arranged at an optimum interval. At the same time, after the assembly of the optical encoder is completed, a plurality of optical adjustments can be performed by sequentially arranging the three portions 302, 304, and 306 having different transmittances on the encoder head 10 and performing the optical adjustment.
[0044]
For example, by confirming that the optical encoder operates normally with respect to two portions of the spacer 300 having a relatively high transmittance, a two-step margin is confirmed, and the transmittance of the spacer 300 is the lowest. By confirming that the operation is abnormal for the part, it is possible to confirm the operation of the system abnormality occurrence function.
[0045]
As described above, according to this embodiment, immediately after the optical encoder is assembled, a plurality of optical adjustments, for example, confirmation of margins in a plurality of stages can be performed.
[0046]
Fourth Embodiment A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0047]
The spacer 400 has a thickness D that provides an optimum distance between the scale 20 and the encoder head 10.
[0048]
Furthermore, the spacer 400 is made of a material having a uniform transmittance, and has an opening 402 penetrating therethrough. In other words, the spacer 400 has two parts having different known transmittances, that is, the part of the opening 402 and the other part. That is, the spacer 400 has two portions having different transmittances for optical adjustment of the optical encoder.
[0049]
When the optical encoder is assembled, the scale 20 and the encoder head 10 are arranged via the spacer 400 as described above, whereby the scale 20 and the encoder head 10 can be arranged at an optimum interval, and the optical encoder is assembled. After the completion, two optical adjustments can be performed by arranging the opening 402 and the other parts in order on the encoder head 10 for optical adjustment.
[0050]
For example, by confirming that the optical encoder operates normally with respect to the portion of the opening 402 and the other portions, it is possible to confirm the two-step margin.
[0051]
As described above, according to this embodiment, immediately after the optical encoder is assembled, two optical adjustments, for example, a two-step margin can be confirmed. Since the spacer 400 is made simply by forming the opening 402 in the base material, it can be manufactured at low cost.
[0052]
Fifth Embodiment A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0053]
The spacer 500 has a thickness D that provides an optimum distance between the scale 20 and the encoder head 10.
[0054]
Further, the spacer 500 is made of a material having a uniform transmittance, and has a concave portion 502 formed partially. In other words, the spacer 500 has a plurality of portions having different thicknesses, that is, the concave portion 502 and other portions. Therefore, the spacer 500 has two portions having known transmittances different from each other.
[0055]
When the optical encoder is assembled, the scale 20 and the encoder head 10 are arranged via the spacer 500 as described above, whereby the scale 20 and the encoder head 10 can be arranged at an optimum interval, and the optical encoder is assembled. After the completion, the two-stage optical adjustment can be performed by arranging the concave portion 502 and the other portions on the encoder head 10 in order and performing the optical adjustment.
[0056]
For example, by confirming that the optical encoder operates normally with respect to the concave portion 502 and other portions, the two-step margin can be confirmed.
[0057]
As described above, according to this embodiment, immediately after the optical encoder is assembled, two optical adjustments, for example, a two-step margin can be confirmed. Since the spacer 500 is made only by forming a thin portion, that is, the concave portion 502 with respect to the base material, the spacer 500 can be manufactured at low cost.
[0058]
In FIG. 5, the spacer 500 has one partially thin portion, that is, a recess 502, but may have a plurality of thin portions, that is, a plurality of recesses having different depths. . A spacer having a plurality of recesses according to this specification change can perform optical adjustment corresponding to the number of recesses, that is, optical adjustment of the number of recesses + 1.
[0059]
Sixth Embodiment A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0060]
The spacer 600 includes a base member 610 having a cavity 612 that extends across the thickness direction, and a member that can be inserted into the cavity 612 of the base member 610. The substrate 610 has a thickness D that provides an optimum distance between the scale 20 and the encoder head 10. The member inserted into the cavity 612 may be, for example, a plate-like member 620 having a uniform transmittance, but is a member 630 having a plurality of portions 632, 634, and 636 having different transmittances. There may be.
[0061]
When the optical encoder is assembled, the scale 20 and the encoder head 10 can be positioned at an optimum interval by positioning the scale 20 and the encoder head 10 with the base material 610 interposed therebetween.
[0062]
Further, after the assembly of the optical encoder, for example, by performing optical adjustment in a state where nothing is inserted into the cavity 612 of the base material 610 and a state where the member 620 is inserted into the cavity 612 of the base material 610, two optical adjustments are performed. Stage optical adjustments can be made.
[0063]
Alternatively, optical adjustment is performed in a state where nothing is inserted into the cavity 612 of the base material 610, the member 620 is inserted into the cavity 612 of the base material 610, and a plurality of portions 632, 634, and 636 having different transmittances are inserted. By sequentially arranging each of them on the encoder head 10 and performing optical adjustment, a large number of optical adjustments, specifically, four-stage optical adjustment can be performed. Alternatively, a plurality of members 620 having different transmittances may be prepared, and the plurality of members 620 may be sequentially inserted into the cavity 612 of the base 610 to perform optical adjustment.
[0064]
As described above, according to this embodiment, immediately after the optical encoder is assembled, a plurality of optical adjustments, for example, confirmation of margins in a plurality of stages can be performed. Further, by changing various members inserted into the cavity 612 of the substrate 610, optical adjustment can be performed in a very large number of stages.
[0065]
Since the member existing between the scale 20 and the encoder head 10, that is, the base material 610 is not moved, the distance between the scale 20 and the encoder head 10 is stably maintained at the optimum value even during many optical adjustments. It is.
[0066]
Seventh Embodiment A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0067]
The spacer 700 has a plate-like member 710 having a uniform predetermined known transmittance, and a pair of abutting members 722 attached to the ends thereof. Member 710 has a thickness D that provides an optimum spacing between scale 20 and encoder head 10.
[0068]
The abutting member 722 defines a width W from the end portion of the member 710 to the abutting member 722, that is, a width W of a portion protruding from the abutting member 722 of the member 710. The width W of the portion of the member 710 protruding from the abutting member 722 is a reference position set in the fixing jig 40, for example, from the abutting surface 42 along the direction orthogonal to the moving direction of the scale 20. It corresponds to the optimum distance to 10 end faces 10a.
[0069]
In other words, the width W of the portion of the member 710 protruding from the abutting member 722 is such that the encoder head 10 is positioned at an optimum position relative to the fixing jig 40, that is, a position as designed. It is set equal to the distance from the side surface of the encoder head 10 far from the contact surface 42, that is, the end surface 10 a of the encoder head 10, to the contact surface 42 of the fixing jig 40.
[0070]
When the optical encoder is assembled, the spacer 700 is pressed against the abutting surface 42 of the fixing jig 40 while pushing the encoder head 10 with the abutting member 722. Thereby, the encoder head 10 is disposed at an optimum position with respect to the reference position of the fixing jig 40, that is, at a position away from the abutting surface 42 by an optimum distance.
[0071]
That is, the spacer 700 also functions as an assembly gauge or jig in the lateral direction of the encoder head 10.
[0072]
In this state, the encoder head 10 is fixed at an optimal position with respect to the fixing jig 40 by fixing the substrate 30 to which the encoder head 10 is fixed to the fixing jig 40 with a fixing screw or the like.
[0073]
Thereafter, the scale 20 is pressed onto the plate-like member 710, for example, while the plate-like member 710 of the spacer 700 is placed on the encoder head 10. Thereby, the scale 20 and the encoder head 10 are positioned at an optimal interval. In this state, fixing of the fixing jig 40 to the stage base completes the assembly of the optical encoder.
[0074]
Subsequently, by performing optical adjustment while the plate-like member 710 is disposed between the scale 20 and the encoder head 10 without removing the spacer 700, for example, the margin of operation of the encoder can be confirmed. .
[0075]
As described above, according to the present embodiment, when the optical encoder is assembled, the encoder head 10 can be easily arranged at an optimum position with respect to a member serving as a reference for the mounting position, that is, the fixing jig 40. it can. In addition, optical adjustment, for example, confirmation of margin can be performed immediately after assembly of the optical encoder.
[0076]
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. May be.
[0077]
For example, the spacer does not need to be flat, and may be any other shape as long as the gap between the encoder head reference plane and the scale can be set up optimally.
[0078]
【The invention's effect】
According to the present invention, the scale and the encoder head can be easily arranged at an optimum interval, and a margin for normal operation with respect to a light intensity variation factor is left as it is, that is, without changing the interval between the scale and the encoder head. Optical adjustments such as checking the degree can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a spacer and an optical encoder according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a spacer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a spacer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a spacer according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a spacer according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a spacer according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows a spacer according to a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Encoder head 20 Scale 100 Spacer

Claims

In order to adjust the distance between the scale constituting the optical encoder and the encoder head, the spacer is disposed between the scale and the encoder head when the optical encoder is assembled, and the scale is attached to the encoder head. The optical head is supported so as to be relatively movable, and has an optical pattern in which optical characteristics periodically change along a direction in which the scale moves, and the encoder head is disposed to face the scale. A light source that irradiates light to the optical pattern of the scale, and a light detector that detects a light beam pattern generated by the optical pattern, and the spacer is disposed between the scale and the encoder head. and thickness providing the optical encoder can operate a predetermined distance, the light intensity detected by the photodetector And a transmission that is suitable for optical adjustment to confirm the range of margin for normal operation with respect to motion, the optical encoder spacer.

The spacer is made of a spacer piece having a plurality of different transmittances prepared in advance with a transmittance that is suitable for each of the optical adjustment can be intended to perform, the spacer of the optical encoder according to claim 1.

The spacer of the optical encoder according to claim 1, wherein the spacer has a plurality of portions having different transmittances.

The spacer of the optical encoder according to claim 3, wherein the spacer is made by joining member pieces of different materials having different transmittances to each other.

The spacer includes a base material having a uniform transmittance and a laminated member partially laminated thereon, and the laminated member has a uniform transmittance different from the transmittance of the base material. The spacer of the optical encoder according to claim 3.

The spacer of the optical encoder according to claim 3, wherein the spacer is made of a material having a uniform transmittance and has an opening passing through the material.

The spacer of the optical encoder according to claim 3, wherein the spacer is made of a material having a uniform transmittance and has a plurality of portions having different thicknesses.

The spacer is composed of a base material having a cavity extending across the thickness direction and a member insertable into the base material cavity, and the member insertable into the base material cavity has a uniform transmittance. The spacer of the optical encoder according to claim 3, comprising a plate-like member having a plurality of portions or a plurality of portions having different transmittances .

A spacer disposed between the scale and the encoder head when the optical encoder is assembled in order to adjust the distance between the scale and the encoder head constituting the optical encoder, and the space between the scale and the encoder head; A plate having a transmittance suitable for optical adjustment for confirming a thickness that gives a predetermined interval at which the optical encoder can operate and a margin of a range in which the optical encoder can normally operate with respect to fluctuations in light intensity detected by the photodetector. A plate-like member and an abutting member attached to an end of the plate-like member, the abutting member defines a width W of the portion of the plate-like member protruding therefrom, the width W of the portion protruding in the plate-like member is a reference plane parallel to the encoder head-side end face distance between the fixing jig, the in the scale of the movement plane Along a direction perpendicular to the moving direction of the scale corresponds to the optimal distance to the encoder head, the optical encoder spacer.

A method for adjusting a scale and an encoder head constituting an optical encoder, a thickness that provides a predetermined interval at which the optical encoder can operate between the scale and the encoder head, and a light intensity detected by a photodetector A spacer having a transmittance suitable for optical adjustment for confirming a margin of a normal operating range with respect to fluctuations in the position is disposed between the scale and the encoder head, and both the scale and the encoder head are attached to the spacer. The scale and the encoder head are positioned so that they come into contact with each other, and then the scale and the encoder head are both in contact with the spacer, and normal with respect to fluctuations in light intensity detected by a photodetector. An adjustment method that performs optical adjustment to confirm the margin of operating range .