JP6100337B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載のエンコーダに関する。

このようなエンコーダは、特に加工すべき被加工品に対する工具の相対位置を測定するための工作機械で使用され、検査対象の位置及び寸法を算出するための三次元座標測定機で使用され、半導体工業でも使用される。この場合、スケールが、第１物体、例えば、駆動装置（例えばリニアモータ）に直接に取り付けられるか、又は、スケールが、駆動装置によって駆動される部材に取り付けられる。エンコーダの走査装置が、当該移動するスケールに対して固定されて、位置を測定されなければならない第２物体に配置されている。

位置測定の場合、第１物体に対するスケールの熱による伸長を考慮する必要がある。このため、国際公開第２０１２／１１４１６８号パンフレットによれば、スケールの基準点に対する当該スケールの伸長が、検出装置によって直接に測定される。基準点以外の、スケールの熱による伸長を記録するため、温度センサが、当該スケールに付設されている。当該スケールの温度による伸長が、その基準点を除いた複数の位置で、測定される温度と当該スケールの材料の熱膨張率とから算出され得る。

国際公開第２０１２／１１４１６８号パンフレット

本発明の課題は、コンパクトに構成されていて、スケールの温度による伸長、すなわちスケールの長手方向の伸長が可能な限り正確に算出され得るエンコーダを提供することにある。

本発明によれば、この課題は、請求項１に記載の特徴を有するエンコーダによって解決される。

上記エンコーダは、１つの第１構成群と１つの第２構成群とから構成されている。この場合、
上記第１構成群が、１つの第１測定目盛付きの１つのスケールを支持する１つの条片部材を有し、
上記第２構成群が、１つの第１走査装置を有し、
１つの第２物体に対する１つの第１物体の位置を測定するため、前記第１構成群が、測定すべき前記第１物体に取り付け可能であり、前記第２構成群が、測定すべき前記第２物体に取り付け可能であり、前記第１走査装置が、移動経路に沿って測定方向に移動可能であり、したがって前記スケールの前記第１測定目盛を走査する。

上記スケールは、１つの第２測定目盛を有し、少なくとも１つの第２走査装置が、前記条片部材に配置されていて、前記第２測定目盛が、前記第２走査装置によって走査可能であり、前記第１走査装置の衝突しない移動が、前記移動経路に沿って前記測定方向に対して直角に前記第２走査装置から離間して可能であるように、前記第２測定目盛が、前記第１物体に対する前記スケールの変位を測定するために配置されている。

本発明は、長い測定寸法用のエンコーダで特に有益に使用可能である。この場合、測定方向に互いに離間した複数の第２走査装置が、前記条片部材に設けられている。

上記第２走査装置が、測定方向に弾性柔軟に条片部材に結合されていて、この第２走査装置が、例えば、第１物体に螺着するための孔を有することによって、この第２走査装置が、この第１物体に動かないように固定可能であるように、この第２走査装置が構成されていると有益である。この対策によって、この第１物体に対するスケールの変位が、エンコーダの測定動作中に条片部材の影響なしに測定され得る。この第２走査装置とこの条片部材との間の弾性結合が、測定方式に歪み変位可能なフレクシャーベアリングによって実現され得る。

上記第２走査装置が嵌入されている凹部を、上記条片部材が有する場合、当該第２走査装置の非常に省スペースで且つ保護された配置が保証されている。

上記条片部材は、特に中空の条片部材である。スケールが、この条片部材の内部空間内に配置されていて、当該内部空間は、第１走査装置の移動経路を形成している。この場合、第２走査装置が、当該条片部材の凹部内に嵌入されていて、シール部材が、当該条片部材と当該第２走査装置との間に設けられていると、特に有益である。このシール材は、当該内部空間を外側の環境に対して密閉する。

上記スケールが、専らただ１つの位置（固定点）で条片部材に動かないように固定されていて、このスケールが、当該条片部材に対して測定方向に相対的に伸長し得るように、このスケールが、その他の領域内で当該条片部材に配置されていると、有益である。少なくとも１つの第２走査装置が、１つの位置に配置されている。このスケールが、その位置で当該条片部材に対して測定方向に伸長し得る。スケールが、巻尺テープである場合、この巻尺テープは、一方の端部（固定点）で当該条片部材に動かないように固定され得、他方の端部で引っ張られ得る。

上記スケールが、条片部材の表面に搭載されていることによって、又は、例えば弾性の粘着物質若しくは油膜として弾性な層を中間接合させて当該条片部材に搭載されていることによって、上記固定点を除いた測定方向のスケールと条片部材との相対変位が可能になる。

さらに、上記巻尺テープが、条片部材のトレンチカット内に配置されていると、有益である。

複数の第２走査装置のうちの１つの第２走査装置、すなわち第１物体に対するスケールの変位の、本発明にしたがって構成された上記エンコーダによって測定される値が、第１走査装置によって測定される位置を補正するために使用され得る。

本発明のエンコーダの好適な構成は、従属請求項に記載されている対策によって達成される。

以下に、本発明のさらなる詳細及び利点を図面に関連する実施の形態に基づいて説明する。

本発明のエンコーダの概略図である。 図１のエンコーダのスケールの第１図である。 図１のエンコーダのスケールの第２図である。 エンコーダの詳細な横断面図である。 図４のエンコーダの正面図である。 図５の拡大図である。 スケールの別の構成を示す。

第２物体２００に対する第１物体１００の位置が、エンコーダによって測定方向Ｘに測定されなければならない。このエンコーダは、第１構成群１及び第２構成群２を有する。

上記第１構成群１は、測定目盛４１付きスケール４０を有する条片部材１０を備える。この測定目盛４１は、位置測定時に走査装置２０によって走査される。この走査装置２０は、移動経路に沿って測定方向Ｘに移動可能であり、したがって当該スケール４０の測定目盛４１を走査する。当該第１構成群１は、位置を測定するために測定すべき第１物体１００に固定されている。

上記第２構成群２は、上記走査装置２０を有する。この走査装置２０は、第２物体２００に対する第１物体１００の位置を測定するためにこの第２物体２００に固定されている。この走査装置２０は、スケール４０の測定目盛４１を非接触式に走査するために構成されている。この実施の形態では、この走査装置２０は、光電式に走査するために構成されていて、光源２２及び検出器２３を有する。この走査装置２０は、測定目盛４１の走査時に位置に応じた電気走査信号を公知の方法で生成する。

本発明によれば、上記エンコーダは、第１物体１００に対するスケール４０の変位を少なくとも１つの測定位置Ｐ１，Ｐ２でさらに記録するように構成されている。このため、当該スケール４０は、別のスケール４２を有する。上記第１構成群１は、この別の測定目盛４２を非接触式に走査するために少なくとも１つの走査装置３０を有する。

（第２走査装置３０とも記される）上記別の走査装置３０は、非接触式に、特に光電式に走査するように構成されていて、少なくとも１つの光源３１及び１つの検出器３２を有する。当該検出器３２は、測定方向Ｘに配置された複数の検出器素子を有する検出器アレイでもよく、又は測定方向Ｘに且つ測定方向Ｘに対して直角に配置された複数の検出器素子でもよい。

第１物体１００に対するスケール４０の変位を、測定方向Ｘに互いに離間した複数の位置Ｐ１及びＰ２で記録するように、上記エンコーダが構成されていることが特に有益である。このため、図１に示されているように、当該エンコーダは、複数の上記別の走査装置３０のうちの１つの走査装置を位置Ｐ１及びＰ２ごとに有する。これらの走査装置３０は、これらの位置Ｐ１及びＰ２で第１物体１００に不動に固定されるように構成されている。

測定方向Ｘに位置を測定するための測定動作中に、第１走査装置２０の衝突しない移動が、その移動経路に沿って当該測定方向Ｘに対して直角に上記第２走査装置３０から離間して可能であるように、当該少なくとも１つの別の走査装置３０が配置されている。したがって、当該測定方向Ｘに対して直角に離間しては、当該走査装置２０が当該別の走査装置３０から遠ざかり得ることを意味する。

上記測定目盛４１は、スケール４０の片面上に配置されている。正面図が、図２に示されている。上記別の測定目盛４２は、このスケール４０の裏面上に配置されている。このスケール４０の当該裏面の正面図が、図３に示されている。当該別の測定目盛４２は、上記別の走査装置３０の領域内の、当該スケール４０の位置Ｐ１，Ｐ２に少なくとも設けられている。この別の測定目盛４２は、公知のリソグラフィー法によって当該スケール４０上に製作され得る。この代わりに、この別の測定目盛４２は、ストリップ上に存在してもよい。この場合、このストリップは、当該位置Ｐ１，Ｐ２ごとに当該スケール４０に平行に固定されている、特に貼付されている。

この代わりに、別の測定目盛４２．１が、測定目盛４１の隣に配置されてもよい、すなわちこの測定目盛４１の隣から見て測定方向Ｘに対して直角方向にスケール４０．１の共通の１つの側面上に配置されてもよい。このように形成されたスケール４０．１の平面図が、図７に示されている。

本発明は、１つの位置を位置測定するためのスケール４０が、走査装置２０によって走査され得、その同じ位置で又は少なくとも可能な限りその同じ位置の近くで別の走査装置３０によって走査され得ることを可能にする。したがって、当該スケール４０の変位が、その位置で又はその位置の少なくとも可能な限り近くで記録可能である。２つの物体１００及び２００の相対位置も、当該位置で位置測定される。図１では、当該位置は、Ｐ１で示された瞬時位置である。

一方ではスケール４０のキャリアとして使用され、他方では少なくとも１つの別の走査装置３０が固定されている条片部材１０を、第１構成群１が有することによって、エンコーダの、コンパイルで且つ非常に簡単に操作可能な構成が得られる。図１には、測定方向Ｘに互いに離間した複数の別の走査装置３０が、当該条片部材１０に固定されていることが概略的に示されている。

上記条片部材１０は、スケール４０がこの条片部材１０の内部空間内に配置されている中空の条片部材である。走査装置２０が、この中空の条片部材の内部に配置されていて、測定方向Ｘに移動可能である。すなわち、当該内部空間は、この走査装置２０の移動経路を測定方向Ｘに形成している。この走査装置２０は、取付脚２１によって測定すべき第２物体２００に動かないように取り付け可能である。当該中空の条片部材１０は、当該スケール４０及びこの走査装置２０の少なくとも側面を有害な環境の影響から保護する。当該中空の条片部材１０は、その両端部側でそれぞれ１つの蓋１４によって閉鎖されている。

上記条片部材１０は、複数の凹部１２を有する。走査装置３０が、これらの凹部１２内に１つずつ嵌入されている。シール部材１３が、当該条片部材１０と当該凹部１２内に嵌入された走査装置３０との間に配置されている。

上記スケール４０は、巻尺テープとして、好ましくは金属テープとして、特にスチールテープとして形成されている。走査装置２０が、中空の条片部材１０の中空空間内に面している測定目盛４１を走査する。

上記少なくとも１つの別の走査装置３０が、スケール４０の裏面上に取り付けられた測定目盛４２を走査できるように、当該別の走査装置３０は、中空の条片部材１０に配置されている。当該走査装置３０が、測定すべき第１物体１００に動かないように固定可能である、特にねじ３３によって測定すべき第１物体１００に螺着可能である。

上記走査装置３０は、一方では測定方向Ｘに弾性柔軟に中空の条片部材１０に固定されていて、他方では当該走査装置３０が第１物体１００に動かないように固定可能であるように形成されている。これにより、当該中空の条片部材１０が、第１物体１００とスケール４０との間の変位の測定精度を落とす側面荷重を当該走査装置３０に及ぼさないことが保証されている。このため、具体的な実施の形態では、測定方向Ｘに弾性柔軟な要素が、特にフレクシャーベアリング１１として走査装置３０と中空の条片部材１０との間に配置されている。当該フレクシャーベアリング１１は、一方では走査装置３０を条片部材１０で保持し、他方では走査装置３０と条片部材１０との間の測定方向Ｘの移動を可能にする。図１及び５に示されているように、複数のフレクシャーベアリング１１が、走査装置３０の両側に１つずつ配置されている。

上記スケール４０は、様々な方法で条片部材１０上に配置され得る。当該スケール４０が、その全長にわたって当該条片部材１０から分離されていることが可能である。このことは、スケール４０が条片部材１０上に単に搭載されているか又は分離層を介して当該条片部材１０に固定されていることによって実現され得る。当該分離層は、弾性の粘着物質又は境膜でもよい。スケール４０を条片部材１０に取り付けるための特に好適な可能性は、このスケール４０が、条片部材１０のただ１つの位置Ｐ０だけに動かないように固定されていて、このスケール４０が、条片部材１０に対して測定方向Ｘに相対的に伸長し得るように、このスケール４０が、その他の領域内で当該条片部材１０に固定されている点にある。このスケール４０は、当該条片部材１０に対して測定方向Ｘに相対的に可動に、複数の第２走査装置３０の位置Ｐ１，Ｐ２で支承されている。

上記エンコーダが、非常に長い巻尺テープ用に設計されなければならない場合、スケール４０は、好ましくは条片部材１０のトレンチカット１５内に配置されている巻尺テープである。この場合、当該巻尺テープ４０が、条片部材１０の１つの端部からこのトレンチカット１５内に挿入可能であるように、このトレンチカット１５が、当該巻尺テープ４０を横で把持する。このようなトレンチカット１５の例が、図４に示されている。長い測定寸法の場合、当該巻尺テープ４０は、好ましくは一方の端部では条片部材１０に動かないように固定されていて、且つ他方の端部では当該条片部材１０に配置された引張装置によって測定方向Ｘに引っ張られている。これによって当該巻尺テープ４０に作用する引っ張り力が、図１にＦで示されている。

上記第１測定目盛４１及び上記第２測定目盛４２は、インクリメンタル測定目盛として又はアブソリュート測定目盛として構成され得る。

１ 第１構成群
２ 第２構成群
１０ 条片部材
１１ フレクシャーベアリング
１２ 凹部
１３ シール部材
１４ 蓋
１５ トレンチカット
２０ 走査装置
２１ 取付脚
２２ 光源
２３ 検出器
３０ 別の走査装置
３１ 光源
３２ 検出器
３３ ねじ
４０ スケール、巻尺テープ
４０．１ スケール
４１ 第１測定目盛
４２ 第２測定目盛
４２．１ 別の測定目盛
１００ 第１物体
２００ 第２物体

Claims (15)

1. １つの第１構成群（１）と１つの第２構成群（２）とから構成されているエンコーダであって、
   前記第１構成群（１）が、１つの第１測定目盛（４１）付きの１つのスケール（４０）を支持する１つの条片部材（１０）を有し、
   前記第２構成群（２）が、１つの第１走査装置（２０）を有し、
   １つの第２物体（２００）に対する１つの第１物体（１００）の位置を測定するため、前記第１構成群（１）が、測定すべき前記第１物体（１００）に取り付け可能であり、前記第２構成群（２）が、測定すべき前記第２物体（２００）に取り付け可能であり、前記第１走査装置（２０）が、移動経路に沿って測定方向（Ｘ）に移動可能であり、前記スケール（４０）の前記第１測定目盛（４１）を走査する当該エンコーダにおいて、
   前記スケール（４０）は、１つの第２測定目盛（４２）を有し、少なくとも１つの第２走査装置（３０）が、前記条片部材（１０）に配置されていて、前記第２測定目盛（４２）が、前記第２走査装置（３０）によって走査可能であり、前記第１走査装置（２０）の衝突しない移動が、前記移動経路に沿って前記測定方向（Ｘ）に対して直角に前記第２走査装置（３０）から離間して可能であるように、前記第２測定目盛（４２）が、前記第１物体（１００）に対する前記スケール（４０）の変位を測定するために配置されていることを特徴とするエンコーダ。
2. 測定方向（Ｘ）に互いに離間した複数の第２走査装置（３０）が、前記条片部材（１０）に固定されている請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記第２走査装置（３０）は、測定方向（Ｘ）に弾性柔軟に前記条片部材（１０）に結合されている請求項１に記載のエンコーダ。
4. 前記第２走査装置（３０）は、測定方向（Ｘ）に歪み変位可能なフレクシャーベアリング（１１）によって前記条片部材（１０）に固定されている請求項３に記載のエンコーダ。
5. 前記条片部材（１０）は、凹部（１２）を有し、前記第２走査装置（３０）が、前記凹部（１２）内に嵌入されている請求項１に記載のエンコーダ。
6. 前記条片部材（１０）は、中空の条片部材であり、前記スケール（４０）が、この条片部材（１０）の内部空間内に配置されていて、この内部空間は、前記第１走査装置（２０）の移動経路を形成している請求項１に記載のエンコーダ。
7. 前記条片部材（１０）は、中空の条片部材であり、前記スケール（４０）が、この条片部材（１０）の内部空間内に配置されていて、この内部空間は、前記第１走査装置（２０）の移動経路を形成していて、
   前記中空の条片部材は、凹部（１２）を有し、第２走査装置（３０）が、この凹部（１２）内に嵌入されていて、シール部材（１３）が、前記中空の条片部材と前記第２走査装置（３０）との間に設けられている請求項１に記載のエンコーダ。
8. 前記スケール（４０）は、前記条片部材（１０）の専らただ１つの位置（Ｐ０）に動かないように固定されていて、且つこのスケール（４０）が前記条片部材（１０）に対して測定方向（Ｘ）に相対的に伸長し得るように前記条片部材（１０）のその他の領域内に配置されている請求項１に記載のエンコーダ。
9. 前記第２測定目盛（４２）の光電式の走査が可能であるように、前記第２測定目盛（４２）及び前記第２走査装置（３０）が構成されている請求項１に記載のエンコーダ。
10. 前記第１測定目盛（４１）は、前記スケール（４０）の片面上に配置されていて、前記第２測定目盛（４２）は、このスケール（４０）の裏面上に配置されている請求項１に記載のエンコーダ。
11. 前記第１測定目盛（４１）は、前記スケール（４０）の片面上に配置されていて、第２測定目盛（４２．１）が、当該同じ片面上でこの第１測定目盛（４１）の隣に配置されている請求項１に記載のエンコーダ。
12. 前記スケール（４０）は、巻尺テープである請求項１に記載のエンコーダ。
13. 前記巻尺テープは、金属テープである請求項１２に記載のエンコーダ。
14. 前記スケール（４０）は、巻尺テープであり、この巻尺テープは、前記条片部材（１０）の１つのトレンチカット（１５）内に配置されている請求項１に記載のエンコーダ。
15. 前記スケール（４０）は、巻尺テープであり、この巻尺テープは、一方の端部で前記条片部材（１０）に動かないように固定されていて、他方の端部で引っ張られている請求項１に記載のエンコーダ。

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