JP4535414B2

JP4535414B2 - リニヤスケールにおける原点信号の自動設定装置

Info

Publication number: JP4535414B2
Application number: JP2000359189A
Authority: JP
Inventors: 貴久上平
Original assignee: ハイデンハイン株式会社
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: JP2002162253A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二物体間の相対移動量を測定するリニヤスケールにおける原点信号の自動設定装置及び調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械等において、被加工物に対する工具の相対移動量を正確に測定することは、精密加工を行う上で極めて重要であり、このための測定装置が種々製品化されている。
そのひとつとして、光学格子を２枚重ね合わせることにより得られるモアレ縞を利用した光学式スケールが従来から知られている。この光学式スケールは、図７に示すように透明のガラススケール１００の一面に透光部と非透光部が所定のピッチで配列するよう格子（刻線）を設けたメインスケール１０１と、透明のガラススケール１０２の一面に透光部と非透光部が所定のピッチで配列するよう格子（刻線）を設けたインデックススケール１０３とを有し、同図（ａ）に示すように、このメインスケール１０１にインデックススケール１０３を微小間隔を持って対向させるとともに、同図（ｂ）に示すように、メインスケール１０１の格子に対し微小角度傾けられるようにインデックススケール１０３の格子を配置している。
【０００３】
なお、メインスケール１０１及びインデックススケール１０３に設けた格子は、ガラススケール１００、１０２にクロムを真空蒸着し、エッチングすることにより形成された同一ピッチの格子により形成されている。
このように配置すると、図７（ｃ）に示すモアレ縞が発生する。このモアレ縞の間隔はＷとなり、間隔Ｗ毎に暗い部分あるいは明るい部分が発生する。この暗い部分あるいは明るい部分は、メインスケール１０１に対し、インデックススケール１０３が相対的に左右に移動する方向に応じて上から下、あるいは下から上に移動していく。この場合、メインスケール１０１及びインデックススケール１０３の格子のピッチをＰ、相互の傾斜角度をθ［ｒａｄ］とすると、モアレ縞の間隔Ｗは、
Ｗ＝Ｐ／θ
と示され、モアレ縞の間隔Ｗは、光学的に格子間隔Ｐを１／θ倍に拡大した間隔とされていることになる。このため、格子が１ピッチＰ移動すると、モアレ縞はＷだけ変位することになり、Ｗの上下方向の変化を読み取ることにより、ピッチＰ内の移動量を精密に測定することができるようになる。
【０００４】
例えば、図８に示すようにモアレ縞の変化を光学的に検出する光電変換素子１１０をインデックススケールに設け、メインスケールの反対側に光源を設けるようにして、メインスケール１０１に対しインデックススケール１０３を相対的に移動させながら、この光電変換素子１１０に流れる電流の変化を読み取る。
すなわち、モアレ縞のパターンがＡの状態となっていると、光電変換素子１１０に照射される光量は最も多くなり、光電変換素子１１０に流れる電流は最大値Ｉ１となる。次に、相対的に移動してＢの状態になると光電変換素子１１０に照射される光量はやや減少し、その電流はＩ２となり、更に、移動してＣの状態になると光電変化素子１１０には最も少ない光量が照射され、その電流も最も小さいＩ３となる。そして、更に移動してＤの状態になると光電変換素子１１０に照射される光量はやや増加し、その電流はＩ２となり、Ｅの状態になるまで移動すると、再び最も光量の多い位置となり、その電流は最大値Ｉ１となる。
このように、光電変換素子１１０に流れる電流は正弦波状に変化するとともに、その変化が１周期経過した時に、格子間隔Ｐだけメインスケール１０１とインデックススケール１０３とが相対的に移動したことになる。
【０００５】
図８においては、光電変換素子１１０を一つだけ設けるようにしたが、図９に示すように、一周期（間隔Ｗ）と９０゜ずらせて２つの光電変換素子１１１、１１２を設けるようにすると、Ａ相の光電変換素子１１１に流れる電流に対してＢ相の光電変換素子１１２に流れる電流は、図１０に示すように９０゜偏移した電流となる。すなわち、Ａ相の光電変換素子１１１に流れる電流をサイン波とすると、Ｂ相の光電変換素子１１２に流れる電流はコサイン波となる。
この場合、メインスケール１０１とインデックススケール１０３との相対的な移動方向により、Ａ相の光電変換素子１１１に流れる電流に対するＢ相の光電変換素子１１２に流れる電流の位相は９０゜進相あるいは９０゜遅相となるため、９０゜ずらせて配置した２つの光電変換素子を設けると、両者の間の位相を検出することにより相対的な移動方向を検出することができる。
なお、Ａ相信号及びＢ相信号を１８０°反転した−Ａ相信号及び−Ｂ相信号も同時に出力されるようになっている。反転した信号を利用するのは、検出信号に含まれる直流成分を除去すると共に、信号の信頼性及び高速追従性の確保のためである。
【０００６】
以上説明した原理を利用した光学式スケールの斜視図の概要を図１１に示す。
この図において、細長いメインスケール１０１の一面には蒸着されたクロムにより形成された同一ピッチの格子が刻線されており、このメインスケール１０１を抱持するコの字形ホルダ１０４の一面にインデックススケール１０３が固着されている。このインデックススケール１０３のメインスケールに対向する面には、メインスケール１０１と同様に蒸着されたクロムにより形成された同一ピッチの格子が刻線されており、このインデックススケール１０３の裏側には光電変換素子１１３が設けられている。
【０００７】
さらに、図１２に示すようにコの字形ホルダ１０４のメインスケール１０１の反対側に位置する面には、光源１０５を配置してメインスケール１０１とインデックススケール１０３を透過する光を光電変換素子１１３によって検出するように構成している。
そして、メインスケール１０１とインデックススケール１０３とは互いに移動可能とされている。
なお、前記したようにメインスケール１０１の格子（刻線）に対してインデックススケール１０３の格子（刻線）は微小間隔を持って対向しているとともに、微小角度傾けられるようにされている。
【０００８】
このように構成された光学式スケールの原理構造の横断面図１２から、光源１０５から照射された光はガラス製のメインスケール１０１を透過し、さらにガラス製のインデックススケール１０３を透過した後、光電変換素子１１３によりモアレ縞として受光される。
この光電変換素子１１３からは前記図１０に示す互いに９０゜の位相差を有するＡ相の信号とＢ相の信号とが出力され、この２つの信号から前記のように移動方向及び移動距離を測定することができる。
なお、光電変換素子１１３には３個の光電変換素子が設けられているが、そのうちの２つは上記Ａ相の信号とＢ相の信号とを出力し、残る一つは基準レベルの信号を出力している。そして、この基準レベルの光電変換素子により受光された光量を、正弦波状に変化しているＡ相、またはＢ相の平均信号レベル（ゼロレベル）となるように設定することにより、さらに精度の高い検出信号とすることができるようになる。
【０００９】
ところで、このように構成された光学式スケールは、ＮＣ工作機械に取りつけられて被加工物と工具との相対的移動量を測定しているが、一般に数値制御する場合は原点からの移動量としてプログラムされるため、この相対的移動量は原点からの移動量として測定する必要がある。そこで、通常メインスケールに予め原点位置が設けられ、この原点位置をインデックススケールが通過した時に原点が検出され、この原点検出信号はＮＣ装置に供給されてＮＣ装置をリセットすることにより、原点位置をＮＣ装置にセッティングするようにしていた。
そこで、上記したような光電式リニヤスケールにおいて図１３（ａ）に示すようにメインスケール１０１の刻線位置とは異なる所定のトラック位置に、基準点となる原点Ｚを示す刻線（格子）１０９を設け、この原点となる格子１０９、及びインデックススケール１０３を通過する光をモアレ縞として検出する光電変換素子を配置しておくと、メインスケール１０１とインデックススケール１０３が特定の位置関係になっているときだけを原点の信号として検出することができるようになる。
【００１０】
すなわち、図１３（ｂ）に示すように、この原点Ｚの位置においてもメインスケール１０１の１ピッチＰの間で１１の場合と同様に変化する太線の信号Ｓｚが原点位置検出信号として検出されるから、この原点位置検出信号Ｓｚの波形のピーク点を、例えば同図（ｂ）に示すように所定のレベルＴＨでクリップして原点パルス信号Ｐｚを形成すると、この原点パルス信号Ｐｚの立ち上がり点をメインスケールの原点Ｚとするか、原点パルス信号Ｐｚのピーク位置を検出してメインスケールの原点Ｚとすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この原点の位置検出信号Ｓｚ（以下、「原点信号Ｚ」という。）は、一般的にメインスケール１０１とインデックススケール１０３の相対的な移動によって検出されるが、原点信号Ｚは前記Ａ相信号、またはＢ相信号に対して非同期で動作していたので、図１３（ｃ）に示すように、Ａ相信号とＢ相信号の１ピッチの間の位相領域（１、２、３、４で表示される４つの位相エリア）のどこで原点信号ＺのピークＰ（以下、「Ｚ相」ともいう）が検出されるかは、原点信号Ｚを出力させてからでなければ分からなかった。図１３（ｃ）では、１ピッチ内の位相エリア１で原点信号ＺのピークＰが検出されている。
【００１２】
アナログ出力型スケールにおいては、Ｚ相が、Ａ相、Ｂ相に対して、図１３（ｃ）に示すようにある決まった位相エリア１〜４（同期）で出力せることがほぼ規格化されている。このため、スケールを調整する際、通常はｚ相の検出タイミングを調整するという手法をとり、タイミングを合わせている。
しかし、ｚ相の検出素子を調整することはかなり困難であるため、本出願人は先に、フォトセルで検出されたＡ（−Ａ）相信号、及びＢ（−Ｂ）相信号を入れ替えることを提案した。
しかしながら、この調整作業は、手作業により信号の選択をするためのチップジャンパー等を付け替えて変更することによって行われるため、かなり困難な作業であった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の原点位置設定装置はかかる問題点を解消することを目的としてなされたもので、
請求項１の発明は、移動方向に対して等間隔な目盛を設けたスケールと、
前記スケールの相対的な移動量を正弦波状のＡ相信号、該Ａ相信号を反転した−Ａ相信号、前記Ａ相信号に対して９０度移相されているＢ相信号、該Ｂ相信号を反転した−Ｂ相信号からなる４組の計測信号として検出すると共に、前記スケールの原点通過位置を示す原点信号を検出する検出手段と、前記４組の計測信号の極性をそれぞれ２値信号に変換する変換手段と、前記４組の計測信号から相互に９０度の位相差を有するＡ相計測信号、及びＢ相計測信号形成する信号合成手段と、前記信号合成手段に対して前記４組の計測信号を選択的に供給するスイッチング手段と、前記変換手段の出力データに基づいて前記スイッチング手段を切換制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は前記信号合成手段から出力される前記Ａ相計測信号、またはＢ相計測信号の所定の位相領域と、前記原点信号の出力タイミングが一致するように前記スイッチング手段を制御するように構成した。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明では、移動方向に対して等間隔な目盛を設けたスケールと、前記スケールの相対的な移動量を正弦波状のＡ相信号、該Ａ相信号を反転した−Ａ相信号、前記Ａ相信号に対して９０度移相されているＢ相信号、該Ｂ相信号を反転した−Ｂ相信号からなる４組の計測信号として検出すると共に、前記スケールの原点通過位置を示す原点信号を検出する検出手段と、
前記４組の計測信号から相互に９０度の位相差を有するＡ相計測信号、及びＢ相計測信号形成する信号合成手段と
前記Ａ相計測信号、及びＢ相計測信号の極性を２値信号に変換する変換手段と、
前記信号合成手段に対して前記４組の計測信号を選択的に供給するスイッチング手段と、前記変換手段の出力データに基づいて前記スイッチング手段を切換制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は前記信号合成手段から出力される前記Ａ相計測信号、またはＢ相計測信号の所定の位相領域と、前記原点信号の出力タイミングが一致するように前記スイッチング手段を制御するように構成した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のリニヤスケールにおける原点信号の自動設定装置の実施の態様を以下の図面に従い説明する。
【００１６】
図１は、本発明の原点信号の自動設定装置の実施の態様の第１の例を示し、Ａ相、−Ａ相、Ｂ相、−Ｂ相用の検出素子１１〜１５からなるフォトセルと、原点検出用のフォートセル１５からなる検出手段１０、検出された各相の信号を所定のレベルとなるように増幅する電流／電圧増幅器２１，２２，２３，２４（以下、Ｉ／Ｖ変換器）を備えている増幅手段２０、各相用の信号の極性を２値信号に変換するコンパレータ３１〜３４、アナログマトリックススイッチ（以下、ＡＭスイッチという）４０、差動増幅器６０ａ、６０ｂより構成されている。ＡＭスイッチ４０は、４入力１出力のものを使用する。
【００１７】
検出手段１０からの各信号は、Ｉ／Ｖ変換器２１〜２４によって電流／電圧変換され所定のレベルとされた後、ＡＭスイッチ４０に入力されるとともに、コンパレータ３１〜３４によって信号の極性は２値信号に変換され、ＣＰＵ５０に入力される。ＡＭスイッチ４０に入力された各相の信号は、出力信号ＳＡ、−ＳＡ、ＳＢ、−ＳＢとして出力され、出力信号ＳＡ、−ＳＡは、差動増幅器６０ａによって加算されて計測用のＡ相信号として出力され、ＳＢ、−ＳＢは、差動増幅器６０ｂによって加算されて計測用のＢ相信号として出力される。
【００１８】
原点信号Ｚは、Ａ／Ｄ変換器５０ｂによってアナログ／デジタル変換後、ＣＰＵ５０に入力され、ＣＰＵ（制御部）５０は原点信号Ｚの発生タイミングをサンプリングして記憶する、そしてこのタイミングで、Ｚ相ピーク時のＡ相、−Ａ相、Ｂ相、−Ｂ相の位相の状態を上記コンパレータ３１〜３４の出力データから判別する。
【００１９】
ＣＰＵ５０は、Ｚ相の発生タイミングが図３に示す各相信号のピッチＰのどの位相エリアと同期しているかを検知し、Ｚ相の発生タイミングが出力されている位相エリアと次の位相エリアが共に正である信号を出力信号ＳＡ相信号とし、原点信号のピークが出力されている位相エリアが正で、次の位相エリアが負となる信号を出力ＳＢ相信号となるように、ＡＭスイッチ４０の接続状態を変更する。
なお、選択したＡＭスイッチ４０の切り換え制御データは、ＥＥＰＲＯＭ５０ａに記憶させておく。
【００２０】
図２は、本発明の実施の態様の原点信号の自動設定の概念を示す波形図である。
この図のおいて、各リサージュ波形は、先に示したようにスケールが移動することによって検出される正弦波状の信号を示しており、１Ｐはスケールの刻線間を通過する周期を示す。
Ａ相信号（以下、Ａ相という）、Ａ相信号を反転させた−Ａ相信号（以下、−Ａ相という。）、Ｂ相信号（以下、Ｂ相という。）、Ｂ相信号を反転させた−Ｂ相信号（以下、−Ｂ相という。）は、時間ｔ０〜ｔ１及び時間ｔ１〜ｔ２の間に１ピッチの信号として出力されたもので、１ピッチ（以下、１Ｐという。）間のＡ相、−Ａ相、Ｂ相、−Ｂ相の信号を４つの位相エリア（０〜９０度，９０〜１８０度，１８０〜２７０度，２７０〜３６０度）に分け、次の図３にで示すように０〜９０度の位相エリアを▲１▼、９０〜１８０度の位相エリアを▲２▼、以下同様に▲３▼、▲４▼の位相エリアを設定する。図２の波形パターンＰ１〜Ｐ４はこの位相エリアの特定のエリア、例えばＡ相信号及びＢ相信号が共に正となる極性で斜線で示したＺ相信号が出力されるていることを示す。
【００２１】
図３は、Ａ相信号に対してＢ相信号進んでいるときに、Ａ相、−Ａ相、Ｂ相、−Ｂ相の信号が、１Ｐ内の各位相エリアで正の信号の場合を１、負の信号の場合を０とし、図２に示したように各位相エリアに原点信号Ｚ１〜Ｚ４が出力された場合を２値信号１，０でパターン化したものである。
【００２２】
前述のように、アナログ出力型スケールにおいては、Ｚ相が、計測信号となるＡ相、Ｂ相に対して、Ａ相、Ｂ相が共に正の位相エリアで出力させることがほぼ規格化されている。
このため、スケールを調整する際、検出されたＡ（−Ａ）相、Ｂ（−Ｂ）相の信号をＺ相信号のタイミングに合わせて選択するという手法をとることができる。つまり、Ｚ相の出るタイミングにあわせて、フォトセルから検出されたＡ相、−Ａ相、Ｂ相、−Ｂ相の信号を入れ替えることで、Ｚ相の原点信号が計測用のＡ相信号、及びＢ相信号の決められた位相領域に入るようにしている。
【００２３】
各発生タイミングを示す原点信号をＺ１〜Ｚ４とすると、この信号の出力発生タイミングと図２の波形パターンＰ１〜Ｐ４、および図３の極性パターンとの関係は、次の通りに表記される。

【００２４】
Ｚ相の出力のタイミングで計測用のＡ相、Ｂ相が共に正の位相エリアとなるように調整するには、Ａ（−Ａ）相、Ｂ（−Ｂ）相の信号を入れ替えることで位相を変化させるようにする。
つまり、図３から明らかなように、位相エリア▲１▼では原点信号のピークが出力されているタイミングで位相エリヤが正となり、次の位相エリアも正である信号を計測用のＡ相信号とし、この信号を形成するために差動増幅器の６０ａに入力されるＳＡ信号としてＡ相信号を、−ＳＡ信号として−Ａ相信号を選択する。
また、この位相エリアでは計測用のＢ相信号を形成する差動増幅器６０ｂには、ＳＢ信号としてＢ相信号を、−ＳＢ信号として−Ｂ相信号を取り込むようにＡＭスイッチを制御する。
【００２５】
このように、波形パターン１は、原点信号Ｚ１の発生タイミングが位相エリア１と同期している場合であり、位相エリア▲１▼で出力されたＡ相、Ｂ相は共に正であるので、各相の信号をそのまま出力信号ＳＡ、ＳＢとして取り込み、その反転信号を−ＳＡ信号、−ＳＢとして取り込めばよいことになる。
Ａ→ＳＡ −Ａ→−ＳＡ、Ｂ→ＳＢ −Ｂ→−ＳＢ
【００２６】
波形パターン２は、原点信号Ｚ４の発生タイミングが位相エリア▲４▼と同期している場合である。各相の信号中で、原点信号のピークが出力されている位相エリアと次の位相エリアが共に正の信号は、検出されたＢ相の信号であるので、Ｂ相信号を出力信号ＳＡ相信号として取り込み、原点信号のピークが出力されている位相エリアが正で、次の位相エリアが負の信号は、−Ａ相信号であるのでこの信号を出力信号ＳＢ相信号として取り込めばよいことになる。
Ｂ→ＳＡ −Ｂ→−ＳＡ、−Ａ→ＳＢＡ→−ＳＢ
【００２７】
波形パターン３は、原点信号Ｚ２の発生タイミングが位相エリア▲２▼と同期している場合である。各相の信号中で、原点信号のピークが出力されている位相エリアと次の位相エリアが共に正の信号は検出された−Ｂ相であるので、−Ｂ相信号を出力信号ＳＡ相信号として取り込み、原点信号のピークが出力されている位相エリアが正で、次の位相エリアが負の信号は、Ａ相信号であるので出力信号ＳＢとして取り込めばよいことになる。
−Ｂ→ＳＡＢ→−ＳＡ、Ａ→ＳＢ −Ａ→−ＳＢ
【００２８】
波形パターン４は、原点信号Ｚ３の発生タイミングが位相エリア▲３▼と同期している場合である。各相の信号中で、原点信号のピークが出力されている位相エリアと次の位相エリアが共に正の信号は、検出された−Ａ相であるので、−Ａ相信号を出力信号ＳＡ相信号として取り込み、原点信号のピークが出力されている位相エリアが正で、次の位相エリアが負の信号は、−Ｂ相信号であるので出力信号ＳＢとして取り込めばよいことになる。
−Ａ→ＳＡＡ→−ＳＡ、−Ｂ→ＳＢＢ→−ＳＢ
なお、パターン４は、このまま使用すると、極性が逆転してしまうので、後の処理で、−Ａ相、−Ｂ相を入れ替えて使う必要がある。
【００２９】
図４は、上記したように検出されるＢ相の信号がＡ相の信号に対して位相が進んでいるときに適応されるＡＭスイッチ４０の切り換え回路を示し、４１〜４６は連動してＰ１〜Ｐ４を選択するように制御されるものである。
初期設定を示している図４の各スイッチ４１〜４４の位置は波形パターンＰ１の接続状態とされる。ＣＰＵ５０によって検知された各相の位相の状態がこのパターン１であれば、スイッチの接続は変更されず、そのまま、出力信号ＳＡ、−ＳＡ、ＳＢ、−ＳＢとして出力され、差動増幅器６０ａ、６０ｂによって加算されて、計測用のＡ相信号、Ｂ相信号として出力される。
【００３０】
同様に、検出された各相信号の位相の状態が、波形パターン２の状態であれば、各スイッチ４１〜４４は、Ｐ２の接点に切り替えられ、同様にパターンＰ３であれば、各スイッチ４１〜４４は、Ｐ３の接点に切り替えられ、パターンＰ４であれば、各スイッチ４１〜４４は、Ｐ４の接点を選択して切り替えられ、Ｚ相の発生タイミングが、常にＡ相信号、Ｂ相信号が正である位相の位相エリアと同期することになる。
【００３１】
図５は、実施の態様の第１の例の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１１において、まずＡ相信号、−Ａ相信号、Ｂ相信号、−Ｂ相信号の４つの各相信号を検出し、ステップＳ１２において原点信号を検出する。次いで、ステップＳ１３において４つの各相信号を、図３に示されているような極性に対応したデジタル信号化を行い、ステップＳ１４においては、原点信号のデジタル信号化を行う。
【００３２】
次いで、ステップ１５において、原点信号の発生タイミングを検出して、原点信号の発生タイミングが、図３に示す、Ｚ１〜Ｚ４の何れのタイミングと同期しているか検出する。ステップＳ１６では、ステップ１５で検出された原点信号の発生タイミングが１Ｐ内のどの位相エリア（４つの各相信号の４つの極性タイミング）であるかを特定する。つまり、４つの各相信号の極性タイミングがパターンＰ１〜Ｐ４の何れかを特定することになる。
【００３３】
各相信号と原点信号の同期タイミングが特定されると、ステップ１７において、同期している各相信号の極性タイミングを、予めＣＰＵ５０に記憶されている所定の各相信号の極性タイミング（本例の場合は、パターンＰ１の極性タイミング）と一致するように、ＣＰＵ５０はＡＭスイッチ４０のスイッチを切替えるよう制御するため、ＡＭスイッチ４０は、所定の極性タイミングを持つＡ相信号、−Ａ相信号、Ｂ相信号、−Ｂ相信号を出力することができる（ステップＳ１８）。
【００３４】
図６は、本発明の第２の実施の形態を示すブロック図であり、図１と同一機能の部材は、同一の図番が付されている。
図６においてＡＭスイッチ４０は、先に示した図１の例と同様にマトリックス接続を使用した４個のスイッチにより構成される。
本実施の形態では差動増幅器６０ａ、６０ｂから出力された計測用のＡ相信号、Ｂ相信号の極性をコンパレータ７０ａ、７０ｂにより２値化し、デジタル信号Ａ_D、Ｂ_DとしてＣＰＵ５０に取り込んでいる。
【００３５】
スケールが移動することによって変化する計測用のＡ相信号、Ｂ相信号を２値化されたＡ_D信号、Ｂ_D信号のパターンは、「１１」→「１０」→「００」→「１０」と変化するので、この変化の中で原点信号が出力されたタイミングで「１１」のパターンとなるようにＡＭスイッチ４０を制御し、選択されたＡ（−Ａ）相信号、Ｂ（−Ｂ）相信号を差動増幅器６０（ａ、ｂ）に供給する。
なお、ＡＭスイッチ４０の構成は、図４と同様なので説明は、省略する。
【００３６】
ところで、原点信号Ｚが出力されるＺ相の信号タイミングと、９０度移相しているＡ相信号とＢ相信号の各位相エリヤ▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼の関係は、先に図３で示したように、４つのパターン以外に考えられないから、この実施例の場合も結果的にはＡＭスイッチ４０の切換回路は図１の場合と特に変更されることはない。
【００３７】
したがって、ＣＰＵ５０は先に示したＡＭスイッチ４０の切換マトリックス回路を使用して切り換え制御を行えば良く、例えば、スケールを動かして原点信号が出力されたタイミングで、上記２値化された信号ＡＤ、ＢＤが共に１．１となるまでＡＭスイッチ４０の接点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を切り換えて行けば、少なくとも３回の切り換え制御を実行するだけで、原点位置の設定が自動的に行われる筈である。
【００３８】
なお、原点信号の発生タイミングと、Ａ相信号、Ｂ相信号の位相位置は、上記例に限らず、ＡＭスイッチのマトリックス接続回路を変更することにより１ピッチ内のどの位相エリアにも設定できることはいうまでもない。
また光学式リニアスケールに限定されることなく、例えば磁気的に相対的な移動量を検出するスケールに適応することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したように、スケールが原点信号を通過するだけで、最適な原点信号の発生タイミングとＡ相信号、Ｂ相信号の位相位置とを自動的に調整ができるので、調整作業が簡単になる。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様を示す原点設定の装置のブロック図である。
【図２】本発明の原点信号の発生タイミングをＡ相信号とＢ相信号で示した波形図である。
【図３】各相信号の１ピッチの位相エリア毎の極性と、Ｚ相の発生タイミングの位置するタイミングの関係を極性パターンとして示すパターン図である。
【図４】本発明の実施の態様のアナログマトリックススイッチの回路構成を示す回路図である。
【図５】本発明の原点設定を行う際、ＣＰＵに関わる信号処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の態様の第２の例を示す原点設定装置のブロック図である。
【図７】光学式スケールの原理図、及びモアレ縞を示す図である。
【図８】モアレ縞の移動を示す図である。
【図９】光電変換素子を設置する位置を示す図である。
【図１０】−Ａ相信号と−Ｂ相信号との波形図である。
【図１１】光学式スケールの斜視図である。
【図１２】光学式スケールの断面図である。
【図１３】原点位置を検出する格子と、その検出波形を示す説明図である。
【符号の説明】
１０フォトセル、３１〜３４コンパレータ、４０アナログマトリックススイッチ、５０ＣＰＵ、６０差動増幅器

Claims

移動方向に対して等間隔な目盛を設けたスケールと、
前記スケールの相対的な移動量を正弦波状のＡ相信号、該Ａ相信号を反転した−Ａ相信号、前記Ａ相信号に対して９０度移相されているＢ相信号、該Ｂ相信号を反転した−Ｂ相信号からなる４組の計測信号として検出すると共に、前記スケールの原点通過位置を示す原点信号を検出する検出手段と、
前記４組の計測信号の極性をそれぞれ２値信号に変換する変換手段と、
前記４組の計測信号から相互に９０度の位相差を有するＡ相計測信号、及びＢ相計測信号形成する信号合成手段と
前記信号合成手段に対して前記４組の計測信号を選択的に供給するスイッチング手段と、
前記変換手段の出力データに基づいて前記スイッチング手段を切換制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は前記信号合成手段から出力される前記Ａ相計測信号、またはＢ相計測信号の所定の位相領域と、前記原点信号の出力タイミングが一致するように前記スイッチング手段を制御するように構成したことを特徴とするリニヤスケールにおける原点自動設定装置。
移動方向に対して等間隔な目盛を設けたスケールと、
前記スケールの相対的な移動量を正弦波状のＡ相信号、該Ａ相信号を反転した−Ａ相信号、前記Ａ相信号に対して９０度移相されているＢ相信号、該Ｂ相信号を反転した−Ｂ相信号からなる４組の計測信号として検出すると共に、前記スケールの原点通過位置を示す原点信号を検出する検出手段と、
前記４組の計測信号から相互に９０度の位相差を有するＡ相計測信号、及びＢ相計測信号形成する信号合成手段と
前記Ａ相計測信号、及びＢ相計測信号の極性を２値信号に変換する変換手段と、
前記信号合成手段に対して前記４組の計測信号を選択的に供給するスイッチング手段と、
前記変換手段の出力データに基づいて前記スイッチング手段を切換制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は前記信号合成手段から出力される前記Ａ相計測信号、またはＢ相計測信号の所定の位相領域と、前記原点信号の出力タイミングが一致するように前記スイッチング手段を制御するように構成したことを特徴とするリニヤスケールにおける原点自動設定装置。