JP5005968B2 - 位置測定装置と位置測定装置の組立及び調整をするための方法 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、請求項１の上位概念による位置測定装置と、請求項５の上位概念による位置測定装置の組立及び調整をするための方法に関する。

位置測定装置の位置に依存した走査信号のコントロールは、できるだけ長い測定運動を保証するために、特に位置測定装置の組立を行なった後に必要である。信号品質及び測定精度は、著しくスケールに対して相対的な走査ヘッドの正確な調整に依存している。増分式の位置測定装置の場合高い測定精度を保証するため、走査ヘッドによって発生される走査信号は、大きくて等しい振幅並びに９０°の相互の位相ズレφを備える。振幅は、走査ヘッドとスケール間の間隔によって影響を受け、位相ズレは、測定方向に対して相対的な走査ヘッドの傾きによって影響を受ける。

アナログの走査信号のこれらのパラメータは、オシロスコープによって非常に良好に表現することができる。このため、９０°だけ互いに位相のずれた２つの走査信号は、ダブルビームオシロスコープの２つのポートに供給されるので、画面には、リサジューの図形が発生される。リサジューの図形の半径は、両走査信号の振幅並びに位相関係のための尺度である。

位置に依存した走査信号の点検を簡略化するため、特許文献１では、アナログの走査信号の振幅をコントロールするために装置される位置測定装置が提案されている。位置測定装置は、振幅が所定のレベルの上又は下にあるかを識別する第１のコントロール装置を有し、このレベルは、その下では走査信号が不確実であるが、その上では走査信号が確実であり、位置測定装置のために使用可能であるエラーレベルに相当する。このエラーレベルによって正確な取付けのコントロールが不可能であることが知られている。従って、正確な取付けのコントロールのために走査信号の振幅と比較するためのレベルが使用されており、この振幅は、このレベルとの比較に際して、取付けのコントロールをするために適当である指摘を発生させるためにエラーレベルよりも著しく大きい。このため、第２のコントロール装置が設けられている。従って、後の測定操作中に、スケールに対して相対的な操作ヘッドの取付けの後に操作信号の振幅をコントロールするため、即ち基本調整をコントロールするために、２つのコントロール装置が必要である。

本発明の基本にある課題は、走査信号の振幅を簡単な手段によって実現可能にする、位置測定装置と位置測定装置の組立及び調整をするための方法とを提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴を有する位置測定装置と請求項５の特徴を有する方法とによって解決される。

本発明の利点は、唯一のコントロール装置によって位置測定装置の取付け並びに測定操作を最適にコントロールすることができることにある。市販の位置測定装置への追加装備は容易に行うことができる。

本発明は、第１のモードで、エラーレベルとその時点での振幅を比較することにより測定操作の作動中に走査信号をコントロールすることを可能にする。エラーレベルは、位置測定が未だ確実である振幅の最下限を定義する。測定操作ができるだけ長い時間にわたってエラーメッセージなく保証されるべきであるので、運転開始が行なわれた後の、即ち組立が行なわれた後の振幅とエラーレベル間の間隔は、できるだけ大きく選択することができる。振幅も基本調整により最適にコントロールすることができるように、第２のモードが設けられている。この場合、光路内に介入手段を導入することによって、振幅は著しく低減されるので、所定のエラーレベルを比較のために使用することができる。振幅がこの状態でエラーレベル以下に下がらない場合、介入手段を取り除いた後の走査信号が、測定操作の作動中にエラーレベルに対して十分な安全間隔を有する必要な最適振幅を備えることが保証されている。従って、最適な基本調整が得られる。できるだけ大きな間隔で調整もしくは組立をすることが保証され、測定操作に対して十分に大きな誤差を提供する。エラーレベルとの比較にもかかわらず、短い測定操作の後で既に振幅がエラーレベルに達することが回避される。

本発明の有利な形成は、従属請求項に記載されている。

図面に図示された本発明の実施例を基にして本発明を詳細に説明する。

図１に図示された光電式の位置測定装置は、スケール１並びに走査ヘッド２から成る。スケール１は、例えばスチールから成るスケールベルトであり、このスケールベルトは、その表面に、交互に反射領域３．２と非反射領域３．１とから成る目盛３を備える。走査ヘッド２は、光束Ｌが光源４から出てスケール１に整向され、この光束Ｌが、目盛３で位置に依存して変調され、検出器５に整向されることによって、スケール１の目盛３を測定方向Ｘに走査する。検出器５は、複数の検出要素５．１，５．２，５．３，５．４から成り、これら検出要素は、公知のように９０°だけ互いに位相のずれた複数の周期的なアナログの走査信号Ｓ１〜Ｓ４が発生されるように、寸法設定及び配設されている。互いに位相のずれた走査信号Ｓ１〜Ｓ４を発生させるため、光路Ｌ内の走査グリッドを有する図示されてない走査プレートも寄与することができる。

アナログの走査信号Ｓ１〜Ｓ４は、前処理をするために回路６に供給される。この回路６は、それぞれ１８０°だけ互いに位相のずれた２つの走査信号から差が求められることによって、オフセットのない走査信号Ｓ５及びＳ６を発生させる。即ち、
Ｓ５＝Ｓ１−Ｓ３
Ｓ６＝Ｓ２−Ｓ４
であり、この場合、
Ｓ１＝Ａｓｉｎωｔ
Ｓ２＝Ａｃｏｓωｔ
Ｓ３＝−Ａｓｉｎωｔ
Ｓ４＝−Ａｃｏｓωｔ
である。
このアナログの走査信号Ｓ５，Ｓ６は、デジタル化ユニット７に供給され、このデジタル化ユニットでは、その解読が増分式の目盛３の目盛周期よりも良好である位置測定値を受けるために、これら走査信号が補完される。デジタル化ユニット７の出力部には、９０°だけ互いに位相のずれた２つの矩形波信号Ｄ５，Ｄ６が溜り、これら矩形波信号は、後続の電子機器、例えばカウンタ又は数値制御装置に供給される。

アナログの走査信号Ｓ１〜Ｓ４又はＳ５及びＳ６から、モジュール８で振幅に比例した信号Ａが求められる。このためモジュール８は、公知の整流回路を含んでいる。振幅Ａは、Ａ＝Ｓ５^２＋Ｓ６^２を求めるか、走査信号の一方Ｓ５がゼロと交差した際に９０°だけこの走査信号に対して位相のずれた走査信号Ｓ６の瞬間値が振幅Ａとして受け取ることにより走査信号Ｓ５，Ｓ６の最大値を決定するかによって、モジュール８で計算で求めることもできる。この振幅に比例した走査信号Ａは、以下で振幅Ａとのみ呼ばれる。

コントロール装置１１では、振幅Ａが正確な大きさであるかを点検される。コントロール装置１１では、振幅Ａが所定のレベルＶと比較される。このレベルは、その下では走査信号Ｓ１〜Ｓ６が不確実であるが、その上では走査信号Ｓ１〜Ｓ６が確実であり、作動中の位置測定装置のために使用可能であるエラーレベルに相当する。その時点での振幅Ａが値に関して所定のレベルＶ以下にあることが確定された場合、エラー信号Ｆが発生され、このエラー信号は、外部に転送されるか、振幅Ａが正確な測定操作のために不確実な値、即ち位置測定が不確実になってしまう値に達したことに操作員に気付かせる指摘を発生させるために、走査ヘッド２の警報装置１３に供給される。図示した例では、警報装置１３が光源である。

従来技術から公知のこのような位置測定装置を、正確な取付けもしくは基本調整のコントロールをするためにも、従って走査間隔Ｄのコントロールをするためにも使用することができるように、本発明によれば、光路Ｌ内に介入手段２０が導入可能である。正確な取付けのコントロールをするため、このモードでは、光路Ｌ内に介入手段２０を導入することによって走査信号Ｓ１〜Ｓ６の振幅Ａが低減される。この低減された振幅Ａ’は、行なわれるスケール１に対して相対的な走査ヘッド２の取付けのコントロールをするために適当である指摘を発生させるために、同様に所定のレベルＶと比較される。振幅Ａの低減は、特に少なくとも５０％だけ行なわれるので、Ａ’≦０．５Ａである。

この措置により、同じコントロール装置１１と同じ所定のレベルＶによって、第１のモードでは、位置測定装置の正確な測定操作を点検することができ、第２のモードでは、本来の測定操作の前の基本調整をコントロールすることができる。

振幅Ａが標準的な運転操作で−光路Ｌ内に介入手段２０を有さずに−１００％の高さ、例えば０．５ボルトを有する場合で、正確な測定操作を保証するために、許容の６０％の低減が行なわれる場合、所定のレベルＶは、約０．２ボルトにされる。振幅Ａが０．２ボルト以下に下がった場合、走査信号Ｓ１〜Ｓ６が位置測定のために不確実であるという指摘が発生される。

位置測定装置の正確な組立のコントロールをするため、介入手段２０が光路Ｌ内に導入される。この介入手段は、約５０％だけ光を減衰し、これにより５０％だけ振幅Ａを低減させる。正確な取付けの場合、減衰なしでＡ＝０．５ボルトの規定振幅であり、減衰有りでＡ’＝０．２５ボルトである。この減衰された振幅Ａ’が０．２ボルトよりも小さい場合、不適切な取付けを指摘する指摘が発生される。従って、取付けのために、２０％の誤差が許容可能である。この措置によって、振幅Ａが操作のために０．４ボルト〜０．５ボルトの範囲に調整され、即ち所定のレベルＶとしての０．２ボルトの最下限の著しく上に調整される。従って、このようにして、第２のモードにおけるコントロールにより、第１のモード（測定操作中のコントロール）のために振幅Ａの大きな安全間隔が保証される。

介入手段２０は、図１によれば、光源４から出て検出器５に当たる光Ｌを減衰する光フィルタである。光フィルタ２０は、走査ヘッド２とスケール１間に取外し可能に導入されており、このため、図１により走査ヘッド２にスライドガイド９が設けられているか、図２により光フィルタ２０がスケール１の表面に取外し可能に配設されている。

振幅Ａを低減するため、光路Ｌは、ネジ又は同等の遮蔽要素が導入可能であること、例えばスライド可能、回転可能、又は旋回可能であることによって、局所的にカバーされてもよい。

走査ヘッド２とスケール１間の光フィルタ２０は、この光フィルタが厚さＤを備えることによって、同時に、走査間隔Ｄを調整するためのスペーサ要素の機能を有していてもよい。

本発明は、長さ及び角度用の測定装置の場合でも使用可能である。

本発明により形成された第１の位置測定装置を示す。 本発明により形成された第２の位置測定装置を示す。 位置測定装置の走査信号を示す。

符号の説明

１ スケール
２ 走査ヘッド
３ 目盛
３．１ 反射領域
３．２ 非反射領域
４ 光源
５ 検出器
５．１〜５．４ 検出要素
６ 回路
７ デジタル化ユニット
８ モジュール
９ スライドガイド
１１ コントロール装置
１３ 警報装置
２０ 介入手段
Ａ 振幅（信号）
Ａ’ 低減された振幅
Ｄ 走査間隔
Ｄ５，Ｄ６ 矩形波信号
Ｆ エラー信号
Ｌ 光路（光束）
Ｓ１〜Ｓ４ 走査信号
Ｓ５，Ｓ５ 走査信号
Ｖ 所定のレベル
Ｘ 測定方向

Claims (6)

1. −光電走査可能な目盛（３）を備えるスケール（１）と、
   −スケール（１）が光源（４）と検出器（５）間の光路（Ｌ）内に配設され、検出器（５）が走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）を発生させる、光源（４）と検出器（５）とを有する走査ヘッド（２）と、
   −振幅が所定のレベル（Ｖ）の上又は下にあるかを識別するように、コントロール装置（１１）が形成されている、所定のレベル（Ｖ）と走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）の振幅を比較するためのコントロール装置（１１）と
   を有する位置測定装置において、
   振幅（Ａ）を少なくとも５０％だけ低減する、光路（Ｌ）内に導入可能な介入手段（２０）が設けられており、コントロール装置（１１）が、走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）が位置測定のために確実であるかの点検と、走査間隔（Ｄ）のコントロールのために、第１のモードで、光路（Ｌ）内に介入手段（２０）を導入しないで得た走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）の振幅（Ａ）を所定のレベル（Ｖ）と比較し、第２のモードで、光路（Ｌ）内に介入手段（２０）を導入して得た走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）の振幅である低減された振幅（Ａ’）を同じ所定のレベル（Ｖ）と比較し、第１のモードでは、振幅（Ａ）が所定のレベル（Ｖ）を下回った場合に警報を発し、第２のモードでは、低減された振幅（Ａ’）が同じ所定のレベル（Ｖ）を下回った場合に警報を発するように形成されていることを特徴とする位置測定装置。
2. 介入手段が、光（Ｌ）を減衰させるための光フィルタ（２０）であることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
3. 光フィルタ（２０）が、走査ヘッド（２）に取外し可能に配設されており、走査ヘッド（２）とスケール（１）間の走査間隔（Ｄ）よりも小さい厚さを備えることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
4. 光フィルタ（２０）が、スケール（１）の表面に取外し可能に配設されており、走査ヘッド（２）とスケール（１）間の走査間隔（Ｄ）よりも小さい厚さを備えることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
5. 走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）が、所定のレベル（Ｖ）と走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）の振幅を比較し、振幅が所定のレベル（Ｖ）の上又は下にあるかを識別するコントロール装置（１１）に供給される、請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電式の位置測定装置の組立及び調整をするための方法において、
   走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）が位置測定のために確実であるかの点検のために、第１のモードで、光路（Ｌ）内に少なくとも５０％だけ振幅を低減するための介入手段（２０）を導入しないで得た走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）の振幅（Ａ）がコントロール装置（１１）によって所定のレベル（Ｖ）と比較され、走査間隔（Ｄ）のコントロールのために、第２のモードで、光路（Ｌ）内に少なくとも５０％だけ振幅を低減するための介入手段（２０）を導入して得た走査信号（Ｓ１〜Ｓ６）の振幅である低減された振幅（Ａ’）がコントロール装置（１１）によって同じ所定のレベル（Ｖ）と比較され、第１のモードでは、振幅（Ａ）が所定のレベル（Ｖ）を下回った場合に警報が発せられ、第２のモードでは、低減された振幅（Ａ’）が同じ所定のレベル（Ｖ）を下回った場合に警報が発せられることを特徴とする方法。
6. 走査ヘッド（２）とスケール（１）間の走査間隔（Ｄ）よりも小さい厚さを備える光フィルタ（２０）が光路（Ｌ）内に導入されることによって、振幅（Ａ）が低減されることを特徴とする請求項５に記載の方法。

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