JP5386081B2 - スケール及び読み取りヘッド装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに相対的に移動可能なスケールと読み取りヘッドを備えるスケール読み取りシステムに関する。詳細には、本発明は、スケールに対する読み取りヘッドの角度合わせを決定するための手段を含むスケール読み取りシステムに関する。

２つの部材の相対的な変位を測定するためのスケール読み取り装置の周知の形態は、パターンを規定するスケールマークをもつ一方の部材のスケール、及び、他の部材に備わる読み取りヘッドを有する。光学スケール読み取り装置は、読み取りヘッド内にスケールを照らす手段及び得られた光のパターンに応ずる検出手段を有し、スケールと読み取りヘッドの相対的な変位の測定量を作り出す。周期的パターンでそのマークをもつスケールは、インクリメンタルスケールとして知られており、アップ及びダウンカウントからなる出力を与える。スケールには、基準マークが設けられてもよく、これは読み取りヘッドにより検出されるとき、読み取りヘッドの正確な位置が測定されるのを可能にする。スケールは、絶対コードマークをもっていてもよく、これはスケールのいずれの場所においても読み取りヘッドの絶対位置が測定されるのを可能にする。

スケール及び読み取りヘッドシステムは、光学システムに限定されない。磁気スケール読み取りシステムもまた知られている。

読み取りヘッドは、そのライドハイト（ｒｉｄｅｈｅｉｇｈｔ）、ピッチ、ロール、及びヨーによりスケールに対して調整され得る。スケールに対して読み取りヘッドを正しく位置合わせすることにより、最適な信号が作り出され得る。読み取りヘッドが整合しないと、信号強度は低下し、いくつかの基準マーク又は絶対コードは検出されないかもしれない。

シムを使用することにより、リニアスケールに対して読み取りヘッドを位置合わせすることは知られている。これは、スペーサであり、スケールと読み取りヘッドの間に配置され、それによって、それが適切な位置に固定される間、読み取りヘッドの位置合わせを設定する。しかしながら、いくつかのシステムでは、物理的な制約のため、シムを使用することは実用的でなく、さらには、スケールが円形の部品に搭載される回転式スケールでは、シムの使用は実用的でないかもしれない。回転式スケールでのシムの使用は、様々な直径のスケールには異なるシム設計が必要となるという不利益をもつ。さらに、小さな半径の回転式スケールでは、シムを用いた取り付けは、困難になる。

回転式システムでは、読み取りヘッドの直線的な移動は、読み取りヘッドがスケールの傾斜した部分を読み取る原因となる。この読み取りヘッドのオフセットの影響は、小さな直径をもつ回転式スケールにおいて一層大きくなる。

本発明は、スケールに対する読み取りヘッドの角度合わせを決定するための装置であって、読み取りヘッドに少なくとも一のセンサを備え、少なくとも一のセンサの少なくとも一の出力がスケールに対する読み取りヘッドの角度合わせに依存している装置を提供する。

この装置は、スケールの平面に平行な軸線回りの角度合わせを決定してもよい。非直線スケールについては、装置は、読み取りヘッドに隣接するスケールの接近平面又は読み取りヘッドに隣接するスケールの接平面に平行な軸の回りの角度合わせを決定してもよい。

少なくとも一のセンサは、少なくとも一の光学検出器を備えていてもよい。この場合に、読み取りヘッドもまた光源を含んでいる。少なくとも一の光学検出器は、分割された検出器を備えていてもよい。
少なくとも一のセンサは、少なくとも一の近接センサを備えていてもよく、例えば、キャパシタンス、インダクタンス又は磁気センサである。

スケールは、光学スケールを備えていてもよい。択一的には、スケールは磁気スケールを備えていてもよい。スケールは、リニア式又は回転式のスケールであってもよい。

スケールに対する読み取りヘッドの角度合わせは、ピッチ又はロールであってもよい。択一的には、それは、局所的なスケール平坦性であってもよい。

出力は、電気出力であってもよい。
電気出力は、電圧出力であってもよい。
電気出力は、最適な位置合わせを示す、ソフトウエア、電気メータ又はインジケータで表示されてもよく、例えば、ＬＥＤディスプレイである。択一的には、ブザーのような可聴信号が最適な位置合わせを示すのに使用されてもよい。

図１及び図２は、発明の第１の実施形態の側面及び端面図を図解しており、ｘ軸に沿ってお互いに対して移動可能であるスケール１０及び読み取りヘッド１２を示している。

読み取りヘッド１２は、光源１４、分割された検出器１６及びレンズ１８を備える。光源１４からの光は、スケール１０により反射され、そして、レンズ１８により検出器１６上に結像される。

図３Ａ，３Ｂ及び３Ｃは、それぞれ第１及び第２の方向に傾斜する互いに平行なスケール及び読み取りヘッドを図解している。図３Ａでは、読み取りヘッド１２は、スケール１０に対して平行である。したがって読み取りヘッドが角度においてスケールと正確に位置合わせされたとき、検出器上の光強度分布２０により示されるように、光は分割された検出器の２つの部分に均等に入射する。図３Ｂ及び３Ｃでは、読み取りヘッドはスケールに対して傾斜し、そして、それぞれ光強度分布２２及び２４によって示されるように、光は分割された検出器の２つの部分に偏って入射する。

分割された検出器の２つの部分の出力は、比較されて、電圧出力を作り出し、これは、ピッチの量及び方向を示す。図４は、電気系のブロック図を図解しており、これは分割された検出器からの出力をピッチ信号へ変換する。分割された検出器の２つの部分１６Ａ，１６Ｂからの出力は、増幅器３０，３２により電圧出力に変換され、電圧間の差がコンパレータ３４及びバッファ３６において決定される。ＬＥＤ４０は、ウインドウコンパレータ３８を用いて電圧差が所定の範囲内にあるときに、信号を作り出すのに使用される。電圧計４２は、電圧出力を与えるのに使用される。図４は、ＬＥＤインジケータ及び電圧計の両方を示しているが、指示手段の一形態のみが要求される。

電圧出力は、読み取りヘッド上の一以上のＬＥＤを点灯させるのに使用してもよく、それは、ピッチが許容可能な範囲内にあるときに表示する。択一的には、電圧出力は、外部の電圧計に送られてもよく、その結果、ユーザは出力電圧を使用することにより、ピッチを調整することができる。電圧出力は、ピッチインジケータを含むソフトウエアへ送られてもよい。

電圧出力は、ブザーのような可聴インジケータへ送られてもよい。ユーザは、したがって、ピッチが許容可能な範囲にあるときに指示する指示手段を使用することによりピッチを調整してもよい。

ピッチインジケータは、スケールに対する読み取りヘッドの角度位置（例えば、ピッチ又はロール）の大きさを表示してもよく、あるいは、読み取りヘッドが調整されるべき方向を指示する（例えば、関係する方向の矢印の表示）。

上記実施形態は、分割された検出器の使用を説明したけれども、結像された光の位置が検出されるのを可能にするあらゆる検出器を使用することができる。例えば、電荷結合検出器（ＣＣＤ）のようなピクセルで構成された検出器が用いられてもよい。

読み取りヘッドが組み立てられたとき、検出器の出力が読み取りヘッドのゼロピッチに対してゼロボルトとなるように、レンズの位置は調整されてもよい。したがって、読み取りヘッドは、あらゆるシステムで直ぐに使用されることができる。

図５は、非光学ピッチ検出器が使用された発明の第２の実施形態を図解している。図５は、強磁性のスケール１０、例えば、スチール、及び、読み取りヘッド１２を図解している。スケール読み取りシステムは、磁気システム又は光学システムであってもよい。２つの磁気センサ、例えば、ホールセンサ５０，５２及びバイアス磁石５１，５３は読み取りヘッドに備わっており、スケールの長さ方向に沿って間隔をあけて離れている。ホールセンサがスケールからの距離を測定するとき、スケールと読み取りヘッドが平行である場合には、ホールセンサからの電圧出力は等しくなる。読み取りヘッドとスケールは、互いに対して傾斜している場合には、２つのセンサの出力は、ピッチの方向及び量を決定するのに使用され得る。図４で説明したのと同様の電気系が使用され得る。２つのホールセンサは、差動式のホールセンサによって置き換えられ得る。

スケールからの距離を測定するあらゆる他のセンサが同じように使用され得る。例えば、ピッチは、一対のキャパシタンスセンサ又はインダクタンスセンサを用いて測定され得る。

上記実施形態は、読み取りヘッドとスケールとの間のピッチの測定を説明したけれども、分割された検出器又は２つの検出器を９０度回転させることにより（すなわち、検出器はスケールに対して直角方向に向く）、ロールを測定するのにもまた使用されることができる。この発明は、一の軸の回りの角度方向が他の軸から独立に測定されるのを許容する利益を有し、すなわち、ピッチはロール、ヨー及びライドハイトとは独立に測定され得る。

スケール平坦性は、ある読み取りヘッドにおける読み取り誤差の原因になることが知られている。

この発明はまた、表面へのスケールの適用の平坦性を測定するのに使用され得る。図６は、起伏６０がスケールの下のよごれにより生じたリニアスケール１０を図解している。本発明の読み取りヘッドは、局所的なピッチ誤差が原因で生じるスケールの凹凸を検出する装置チェックに用いてもよい。読み取りヘッドは、スケールの全長に沿って走行し、スケールのピッチがスケールの全長を通じて許容可能な限度内にあるかをチェックする。この方法は、迅速で非接触であるという利益を有する。

この発明は、キャリブレーション作業に使用されることも可能である。例えば、読み取りヘッドは、電気信号の大きさとピッチとの間の定量化できる関係をもち、そして、読み取りヘッドピッチの測定は、電気信号の大きさへの影響を補償するのに使用され得る。

この発明は、リニア式及び回転式のスケールの両方に使用するのに適している。二次元スケールに使用するのにも適している。発明は、インクリメンタル式及びアブソリュート式スケールに使用されてもよい。

図１は、光学スケール及び読み取りヘッドの側面図である。 図２は、光学スケール及び読み取りヘッドの端面図である。 図３Ａは、ゼロピッチを有する読み取りヘッドをもつ光学スケール及び読み取りヘッドの側面図である。 図３Ｂは、左へ傾斜した読み取りヘッドをもつ光学スケール及び読み取りヘッドの側面図である。 図３Ｃは、右へ傾斜した読み取りヘッドをもつ光学スケール及び読み取りヘッドの側面図である。 図４は、読み取りヘッドの電気系のブロック図である。 図５は、ホールセンサを含む光学スケール及び読み取りヘッドの側面図である。 図６は、平坦性誤差をもつスケールを示している。

Claims (13)

1. スケールに対する読み取りヘッドの角度合わせを決定するための装置であって、
   前記装置は、前記読み取りヘッド内に少なくとも一のセンサを備え、
   前記少なくとも一のセンサの少なくとも一の出力は、前記読み取りヘッドに隣接する前記スケールの表面に平行な軸線回りの前記スケールに対する前記読み取りヘッドの角度合わせにより決り、前記軸線回りの角度合わせは、他の軸線およびライドハイトとは独立に測定される、装置。
2. 前記少なくとも一のセンサは、分割された検出器を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも一のセンサは、少なくとも一の近接センサを備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記スケールは、回転式スケールを含む請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
5. 前記スケールは、リニアスケールを含む請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
6. 前記スケールに対する前記読み取りヘッドの角度合わせは、ピッチを含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
7. 前記スケールに対する前記読み取りヘッドの角度合わせは、ロールを含む、請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
8. 前記スケールに対する読み取りヘッドの前記角度合わせは、局所的なスケール平坦性を含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の装置。
9. 前記出力は、画像表示を作り出す、請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
10. 前記出力は、音響信号を作り出す、請求項１ないし９のいずれかに記載の装置。
11. 前記出力は、前記スケール及び前記読み取りヘッドの相対的な位置合わせが最適な範囲内にあるときを指示するために使用される、請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記出力は、前記スケールに対する前記読み取りヘッドの調整の所要の方向を指示するために使用される、請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
13. 前記出力は、前記スケールに対する前記読み取りヘッドの角度位置の大きさを指示するために使用される、請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。

Images