JP6271174B2 - Detection head, optical encoder, and adjustment method of optical encoder - Google Patents
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Description
本発明は、検出ヘッド、光学式エンコーダ、及び光学式エンコーダの調整方法に関する。 The present invention relates to a detection head, an optical encoder, and a method for adjusting an optical encoder.
光学式インクリメンタル型エンコーダは、スケール上での検出ヘッドの相対移動量を検出する変位センサである。光学式インクリメンタル型エンコーダの中でも、例えば、反射型エンコーダにおいては、検出ヘッドは、光源と受光素子とを備えている。光源から出射され、スケール上のインクリメンタルパターンにより反射された光を受光素子で検出することにより、スケールに対する検出ヘッドの相対移動量を検出する。光学式インクリメンタル型エンコーダは、原点信号発生装置を組み合わせることによりスケール上の絶対位置も測定できるため、多くの産業機器に応用されている。 The optical incremental encoder is a displacement sensor that detects the relative movement amount of the detection head on the scale. Among optical incremental encoders, for example, in a reflective encoder, the detection head includes a light source and a light receiving element. By detecting the light emitted from the light source and reflected by the incremental pattern on the scale by the light receiving element, the relative movement amount of the detection head with respect to the scale is detected. Optical incremental encoders are applied to many industrial devices because they can measure the absolute position on the scale by combining an origin signal generator.
原点信号発生装置の基本的な原理は、スケール上の原点パターンからの反射光又は透過光を受光素子で検出してアナログ信号を取得し、それを二値化したデジタル信号である原点パルスを制御システムに伝送するものである。制御システムは、原点パルスが伝送された基準位置と、エンコーダから得られる相対移動量から、スケール上の絶対位置を算出できる。 The basic principle of the origin signal generator is that the reflected light or transmitted light from the origin pattern on the scale is detected by the light receiving element to obtain an analog signal, and the origin pulse, which is a digital signal obtained by binarizing it, is controlled. To be transmitted to the system. The control system can calculate the absolute position on the scale from the reference position to which the origin pulse is transmitted and the relative movement amount obtained from the encoder.
原点信号発生装置として、光源からの光を原点パターンに照射して、反射光を受光素子で検出することにより得られるアナログ信号から、原点パルスを生成するものが開示されている(特許文献1)。また、検出ロバスト性を高めるため、原点パターン及び受光素子が複数あるエンコーダも開示されている(特許文献2)。 As an origin signal generator, an origin signal is generated from an analog signal obtained by irradiating light from a light source onto an origin pattern and detecting reflected light by a light receiving element (Patent Document 1). . An encoder having a plurality of origin patterns and light receiving elements is also disclosed in order to improve detection robustness (Patent Document 2).
図9に光学式エンコーダ800を示す。光学式エンコーダ800は、スケール110と、スケール110に対して相対移動する検出ヘッド820と、を備える。(図を見やすくするために検出ヘッド820の筐体を省略した。)検出ヘッド820は、光源121と、受光部822と、インクリメンタルパターン検出部124と、を有する。受光部822は、受光素子823を有する。
FIG. 9 shows an
図9に示すように、一般的な反射型の光学式エンコーダ800においては、光源121と受光素子823とが、スケール110の測長方向に垂直な平面P1上に乗るような設計となっている。これは、検出ヘッド820とスケール110との間隔(ギャップ)が変化しても原点位置が変わらないようにするための設計である。一方、光源121と受光部822とは同じ高さではなく、わずかに段違いに組み付けられることが多い。これは、検出ヘッド820内における部品の組み付けスペースの都合上である。図9においては、光源121と受光部822との高さの違いをΔHで示した。
As shown in FIG. 9, the general reflection type
図12は、光源121と受光部822と原点パターン111との位置関係を示す図である(図9中の矢印XIIから見た図に相当する。)。図12においては、説明の都合上、インクリメンタルパターン検出部124は図示していない。図12に示すように、検出ヘッド820内で光源121と受光部822とで高さに差(ΔH)があるので、光源121と受光部822とはスケール110からの高さが異なってくる。
FIG. 12 is a diagram showing a positional relationship among the
図9〜図11を用いて、検出ヘッド820がスケール110上を動く場合に、原点パルスがどのように生成されるか説明する。
図9のように、検出ヘッド820がスケール110上のx=x1の位置にあるときには、原点パターン111で反射された光の多くは受光素子823に到達しない。そのため、図11に示すように、原点パターン111の反射光のアナログ信号の強度が閾値以下となり、原点パルスは生成されない。
With reference to FIGS. 9 to 11, how the origin pulse is generated when the
As shown in FIG. 9, when the
図10は、検出ヘッド820が原点位置にあるときを示す。言い換えると、光源121、受光部822、原点パターン111が同じ平面P1にのっている状態にある。このときの平面P1の位置をx=x2と表すことにする。このため、原点パターン111で反射された光は受光素子823に到達する。図11に示すように、原点パターン111の反射光のアナログ信号の強度が閾値以上となり、原点パルスが生成され、原点が検出される。
FIG. 10 shows the
図12〜図14を用いて、検出ヘッド820とスケール110との間隔が変化した場合でも原点検出位置は変化しないことを説明する。図12においては、検出ヘッド820とスケール110との間隔が設計通りの間隔になっているとする。光源121と受光素子823と原点パターン111との位置関係を示す図である。図13は、検出ヘッド820とスケール110との間隔が設計値からΔDずれてしまった状態を示す図である。図13においては、図12と同様に、説明の都合上、インクリメンタルパターン検出部124は図示していない。図12及び図13は、平面P1上の光源121側(図9中の矢印XII)から、光学式エンコーダ800を見た図である。
Using FIG. 12 to FIG. 14, it will be described that the origin detection position does not change even when the distance between the
まず、図12に示すように、検出ヘッド820とスケール110との間隔を設計値として原点パルスを生成し、原点パターン111の位置を検出する。検出ヘッド820と原点パターン111との間隔が設計値の場合、前述のように、x=x2で原点パルスが生成される(図11参照)。
First, as shown in FIG. 12, an origin pulse is generated with the distance between the
次に、検出ヘッド820とスケール110との間隔が設計値からΔDだけずれたとする(図13)。図13の場合でも、光源121と受光素子823と原点パターン111とが、平面P1上に乗ったときに、原点パルスが生成されるのは図12と同じであることは当然である。図14に示すように、検出ヘッド820とスケール110との間隔が変わっても、アナログ信号の強度は弱くなるかもしれないが、x=x2で原点パルスが生成されるのは変わらない。つまり、原点のずれはない。
Next, it is assumed that the distance between the
上述のように、光源121と原点パターン111と受光素子823とが平面P1上に乗っている場合には、検出ヘッド820とスケール110との間隔が変化しても、原点パルスの発生位置にずれは生じないといえる。
As described above, when the
反射型の光学式エンコーダ800においては、光源121と受光素子823とが、平面P1上に乗るように製造されるのが理想である。なぜならば、前述のように光源121と受光素子823とが平面P1に乗っていれば、検出ヘッド820とスケール110との間隔が設計値から多少ずれたとしても、原点検出位置はずれないからである。しかし、製造誤差や組み立て時の調整誤差により、光源121と受光素子823とは平面P1上には乗らず、ずれが生じることがある。このずれを、軸ずれと呼ぶことにする。
In the reflective
図15〜図18を用いて、軸ずれをもった検出ヘッド820がスケール110上を動く場合に、原点パルスがどのように生成されるか説明する。図15において、スケール110の測長方向に垂直で、光源121が乗る平面をP2と、受光素子823の中心が乗る平面をP3とする。平面P2と平面P3とのスケール110測長方向の距離が、軸ずれ量Lとなる。
With reference to FIGS. 15 to 18, how the origin pulse is generated when the
図15では、平面P3が原点パターン111に重なっている。なお、検出ヘッド820の位置は光源121の位置で代表させることとし、図15の位置をx=x3と表すことにする。図15の状態において、光源121からスケール110を経由して受光素子823に至る光線の経路を考えると、この経路は原点パターン111を通らない。図15中、この光線の経路を一点鎖線で示した。そのため、図18に示すように、原点パターン111の反射光のアナログ信号の強度は閾値を超えず、原点パルスは生成されない。
In FIG. 15, the plane P <b> 3 overlaps the
図16では、原点パターン111が平面P2と平面P3との間にある。この図16の検出ヘッドの位置をx=x4と表すことにする。図16の状態において光源121から受光素子823に至る光線の経路を考えると、原点パターン111で反射された光が受光素子823に到達する。このため、図18に示すように、原点パターン111で反射された光が受光素子823に到達するので、受光信号強度が閾値を超え、原点パルスが生成される。
In FIG. 16, the
図17は、平面P2と原点とが重なっている状態を示す図である。この図17の検出ヘッド位置をx=x5と表すことにする。このとき、光源121からスケール110を経由して受光素子823に至る光線の経路は、原点パターン111からずれている。そのため、図18に示すように、原点パターン111の反射光のアナログ信号の強度は閾値を超えず、原点パルスは生成されない。
FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which the plane P2 and the origin overlap each other. The detection head position in FIG. 17 is represented as x = x5. At this time, the light path from the
光源121と受光素子823との軸ずれがある場合には、軸ずれがゼロの場合と比較すると、原点パルスの生成位置にずれが生じる。しかし、軸ずれ量Lが一定であれば、軸ずれに起因する原点パルスの生成位置のずれ量は同じになるはずなので、適切に校正を行えばよいと考えられる。しかし、軸ずれがあると、検出ヘッド820とスケール110との間隔の変化によって原点検出位置も変動してしまうことに本発明者らは気づいた。
When there is an axial misalignment between the
図19〜図22を用いて、光源121と受光素子823との軸ずれがある場合に、検出ヘッド820とスケール110との間隔が変化したときの、原点パルスの生成位置の変化を説明する。図19〜図21においては、説明の都合上、インクリメンタルパターン検出部124は図示していない。
A change in the origin pulse generation position when the distance between the
図19は、光源121と受光素子823と原点パターン111との位置関係を示す図である。図19は、図16の状態を光源121側から見た側面図である。この場合、図18に示すように、x=x4となるときに原点パルスが生成されるのは、前述の通りである。
FIG. 19 is a diagram showing a positional relationship among the
図20は、検出ヘッド820とスケール110との間隔が図19からΔDだけずれた状態を示す。図20を見てわかるように、検出ヘッド820とスケール110との間隔が変わると、x=x4の位置であっても、原点パターン111からの反射光が受光素子823に入射しなくなってしまう。
FIG. 20 shows a state in which the distance between the
検出ヘッド820とスケール110との間隔が、図19の状態からΔD変化した状態で、原点パターン111の位置を検出すると、この場合、図21及び図22に示すように、x=x4−Δxで原点パルスが生成されることになる。
When the position of the
ちなみに、光源121と受光部822との高さが同じであれば、検出ヘッド820とスケール110との間隔が図19からずれたとしても、原点パターン111からの反射光は同じように受光素子823に入射する。しかし、組み付けスペースの都合上、光源121と受光部822とに段差が生じることがやむを得ない場合がある。
Incidentally, if the heights of the
上述のように、光源121と受光素子823に軸ずれがあり、光源121と受光素子823とが同じ高さにない状態において、検出ヘッド820とスケール110との間隔が変化すると、幾何学的な関係から原点パルスの生成位置にずれが生じるという問題がある。これは、ユーザーがエンコーダを取付けた時の間隔によって、原点の位置が変わることを意味する。
As described above, when the distance between the
エンコーダ製造時において、光源121と受光素子823との軸ずれが十分小さくなるように検出ヘッド820を組み立てることにより、原点位置のずれをなくすことができる。しかし、高精度の組み立てを行う必要があるため、組み立ての手間がかかり、製造コストが高くなるという問題がある。
When the encoder is manufactured, the deviation of the origin position can be eliminated by assembling the
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、組み立ての手間をかけずに、原点パルスの発生位置のずれを低減できる検出ヘッド及び光学式エンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a detection head and an optical encoder that can reduce the deviation of the generation position of the origin pulse without taking the time and effort of assembly. To do.
本発明にかかる検出ヘッドは、
光源と、
スケールの測長方向に複数の受光素子が配列された受光部と、
前記受光素子により検出されたアナログ信号から原点パルスを生成する原点パルス生成手段と、
を備えた検出ヘッドであって、
前記光源との軸ずれ量が最小である前記受光素子が選択されていることを特徴とする。
The detection head according to the present invention includes:
A light source;
A light receiving section in which a plurality of light receiving elements are arranged in the length measuring direction of the scale;
Origin pulse generating means for generating an origin pulse from the analog signal detected by the light receiving element;
A detection head comprising:
The light receiving element having a minimum amount of axial deviation from the light source is selected.
本発明にかかる光学式エンコーダは、
上述の検出ヘッドと、
原点パターンを有するスケールと、
を備える。
The optical encoder according to the present invention is:
The detection head described above;
A scale having an origin pattern;
Is provided.
本発明にかかる光学式エンコーダの調整方法は、
原点パターンを有するスケールと、
光源と、前記スケールの測長方向に複数の受光素子が配列された受光部と、前記受光素子により検出されたアナログ信号から原点パルスを生成する原点パルス生成手段と、を有する検出ヘッドと、
を備えた光学式エンコーダの調整方法であって、
1以上の前記受光素子を用いて、
2以上の異なる、前記スケールと前記検出ヘッドとの間隔で原点パルスを検出することにより、
前記光源との軸ずれ量が最小である前記受光素子を求めることを特徴とする。
The adjustment method of the optical encoder according to the present invention is as follows:
A scale having an origin pattern;
A detection head having a light source, a light receiving unit in which a plurality of light receiving elements are arranged in the length measuring direction of the scale, and an origin pulse generating unit that generates an origin pulse from an analog signal detected by the light receiving element;
A method for adjusting an optical encoder comprising:
Using one or more light receiving elements,
By detecting an origin pulse at an interval of two or more different scales and the detection head,
The light receiving element having a minimum amount of axial deviation from the light source is obtained.
本発明にかかる他の光学式エンコーダの調整方法は、
原点パターンを有するスケールと、
光源と、前記スケールの測長方向に複数の受光素子が配列された受光部と、前記受光素子により検出されたアナログ信号から原点パルスを生成する原点パルス生成手段と、を有する検出ヘッドと、
を備えた光学式エンコーダの調整方法であって、
前記検出ヘッドと前記原点パターンとの間隔を第1の間隔として原点パルスを生成し、前記原点パルスの生成位置を検出する工程と、
前記検出ヘッドと前記原点パターンとの間隔を変化させて、第2の間隔として原点パルスを生成し、前記原点パルスの生成位置を検出する工程と、
前記第1の間隔での原点パルスの生成位置と、前記第2の間隔での原点パルスの生成位置とから、前記検出ヘッドと前記原点パターンとの間隔を変化させた場合の原点パルスの移動量を算出する工程と、
前記光源と前記受光素子と前記原点パターンの幾何学的な関係と、前記原点パルスの移動量とから、前記光源と前記受光素子との軸ずれ量を算出する工程と、
算出された前記軸ずれ量から、前記光源との軸ずれ量が最小である前記受光素子を選択する工程と、
を有することを特徴とする。
Other optical encoder adjustment methods according to the present invention include:
A scale having an origin pattern;
A detection head having a light source, a light receiving unit in which a plurality of light receiving elements are arranged in the length measuring direction of the scale, and an origin pulse generating unit that generates an origin pulse from an analog signal detected by the light receiving element;
A method for adjusting an optical encoder comprising:
Generating an origin pulse with an interval between the detection head and the origin pattern as a first interval, and detecting a generation position of the origin pulse;
Changing an interval between the detection head and the origin pattern, generating an origin pulse as a second interval, and detecting a generation position of the origin pulse;
The amount of movement of the origin pulse when the interval between the detection head and the origin pattern is changed from the origin pulse generation position at the first interval and the origin pulse generation position at the second interval. Calculating
Calculating the amount of axial deviation between the light source and the light receiving element from the geometric relationship between the light source, the light receiving element and the origin pattern, and the amount of movement of the origin pulse;
A step of selecting the light receiving element having the smallest amount of axial deviation with respect to the light source from the calculated amount of axial deviation;
It is characterized by having.
本発明によれば、組み立ての手間をかけずに、原点パルスの発生位置のずれを低減できる検出ヘッド及び光学式エンコーダを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the detection head and optical encoder which can reduce the shift | offset | difference of the origin pulse generation position can be provided, without taking the effort of an assembly.
[実施の形態1]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、実施の形態1にかかる光学式エンコーダ100の構成を示す斜視図である。光学式エンコーダ100は、インクリメンタル型光学式エンコーダである。光学式エンコーダ100は、スケール110と、検出ヘッド120とを備え、スケール110に対する検出ヘッド120の相対移動量を検出する。
[Embodiment 1]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an
スケール110は、インクリメンタルスケールであり、原点パターン111とインクリメンタルパターン112とを有する。スケール110の長手方向が測長方向である。
検出ヘッド120は、光源121と、受光部122と、インクリメンタルパターン検出部124と、信号処理部130と、を備える。なお、図1では検出ヘッド120の筐体は省略した。光源121と、原点パターン111と、受光部122とは、スケール110の測長方向に垂直な同一の平面上に乗るような設計となっている。
光源121は、発散光を発する。例えば、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)を用いることができる。
The
The
The
受光部122は、原点パターン111により反射された光を受光する。受光部122には、2以上の受光素子123が配列されている。受光素子123の配列方向は測長方向に平行である。受光部122は、測長方向に長さをもつ。そして、光源121と受光部122とを検出ヘッド120に組み付ける際に組み付け誤差があったとしても、複数ある受光素子123の少なくとも一つは光源121に対して軸ずれがない位置にくるようになっている。複数の受光素子123の中から、最適な受光素子123を一つ選択して用いることができる。
The
最適な一の受光素子123を選択して用いるには、種々の方法が考えられる。受光素子123が並ぶ基板上で、使用したい受光素子123に配線をはんだ付けにより接続し、受光素子123を選択してもよい。また、マイコンを組み込み、外部からの切り替え指令に従って受光素子123を選択できるようにしてもよい。
選択された受光素子123は、スケール110上の原点パターン111からの反射光を検出して、アナログ信号に変換する。なお、最適な一の受光素子123を選択する方法は具体的に後述する。
Various methods are conceivable for selecting and using the optimum single
The selected
インクリメンタルパターン検出部124は、インクリメンタルパターン112により反射された光を受光して、インクリメンタルパターン112に対応する周期的信号を検出する。検出ヘッド120が移動したときの周期的信号の変化から、検出ヘッド120の相対的な移動量を検出できる。
The incremental
信号処理部130は、原点パルス生成手段131と、受光素子選択処理部140と、を備える。
受光素子選択処理部140は、原点パルス移動量演算手段141と、軸ずれ量演算手段142と、軸ずれ最小受光素子選択手段143と、を備える。原点パルス移動量演算手段141と、軸ずれ量演算手段142と、軸ずれ最小受光素子選択手段143の具体的な動作は、図2及び図3のフローチャートの中で説明する。
図2及び図3は、光学式エンコーダ100の調整方法を示すフローチャートである。具体的には、複数ある受光素子123のうちから最適の一を選択するための手順を示す。
The
The light receiving element
2 and 3 are flowcharts showing an adjustment method of the
光学式エンコーダ100の調整においては、検出ヘッド120とスケール110との間隔及び位置関係を変化させながら、原点パルスの移動量を評価する。検出ヘッド120とスケール110との間隔及び位置関係を変化させるにあたっては、位置調整治具を用いる(不図示)。位置調整治具は、検出ヘッド120とスケール110との間隔(z方向)を変化させる機構と、検出ヘッド120を測長方向(x方向)に移動させる機構を有する。また、x方向及びz方向の変位は、変位センサにより測定する。
In the adjustment of the
図4は、受光部122をスケール110の側から見た図である。受光部122上に配置された複数の受光素子のうち、受光素子123(a)〜123(g)を示している。当初の基準となる受光素子は123(a)である。受光素子123(a)を基準として、−x方向に隣接する受光素子を123(b)、+x方向に隣接する受光素子を123(c)とする。受光素子123(a)は、受光部122の測長方向の中心に配置された受光素子である。設計値においては、光源121と受光素子123(a)とが、スケール110の測長方向に垂直な平面上にのるようになっている。
FIG. 4 is a view of the
しかし、実際の組み付け後には受光素子123(a)と光源121との間に軸ずれが生じ、両者はスケール110の測長方向に垂直な一の平面上にはのらない。図1において光源121は平面P1に、受光素子123(a)は平面P2にのっているとする。
However, after actual assembly, an axis deviation occurs between the light receiving element 123 (a) and the
図5は、光学式エンコーダ100を光源121の側から見た図である(図1中の矢印Vから見た図に相当する。)。図5においては、説明の都合上、インクリメンタルパターン検出部124は図示していない。このとき、光源121とスケール110との間隔はD1、スケール110と受光部122との間隔はD2である。受光部122上の隣り合う3つの受光素子123(a)〜123(c)を用いて、調整を行う。
FIG. 5 is a view of the
図2及び図3の流れに沿って、光学式エンコーダ100の調整方法を説明する。
まず、検出ヘッド120とスケール110との間隔を設計値として、受光素子123(a)〜123(c)を原点パルス生成手段131に接続する(ST201)。その後、検出ヘッド120をスケール110の測長方向に相対移動させる(ST202)。
The adjustment method of the
First, the light receiving elements 123 (a) to 123 (c) are connected to the origin pulse generating means 131 using the interval between the
受光素子123(a)〜123(c)は、原点パターン111からの反射光を受光し、それぞれ原点パルス生成手段131でパルスを生成する。そして、受光素子123(a)〜123(c)のそれぞれについて、生成された原点パルスの生成位置を検出する(ST203)。このときの、受光素子123(a)における原点パルスの生成位置をx=x1aと、受光素子123(b)における原点パルスの生成位置をx=x1bと、受光素子123(c)における原点パルスの生成位置をx=x1cとする。図6は、受光素子123(a)において発生したアナログ信号と、このアナログ信号から生成された原点パルスを示す図である。
The light receiving elements 123 (a) to 123 (c) receive the reflected light from the
次に、受光素子123(a)、123(b)、123(c)での原点パルスの生成位置x1a〜x1cを、原点パルス移動量演算手段141に記憶する(ST204)。
次に、検出ヘッド120とスケール110との間隔を、治具を用いてΔD変化させる(ST205)。変動量ΔDは正確に計測する必要はない。そして、検出ヘッド120とスケール110との間隔をΔD変化させた状態で、検出ヘッド120をスケール110の測長方向に相対移動させる(ST206)。
Next, the origin pulse generation positions x1a to x1c at the light receiving elements 123 (a), 123 (b), and 123 (c) are stored in the origin pulse movement amount calculation means 141 (ST204).
Next, the distance between the
その後、再び原点パルスを生成し、受光素子123(a)〜123(c)のそれぞれについて原点パルスの生成位置を検出する(ST207)。このときの、受光素子123(a)における原点パルスの生成位置をx=x2aと、受光素子123(b)における原点パルスの生成位置をx=x2bと、受光素子123(c)における原点パルスの生成位置をx=x2cとする。 Thereafter, the origin pulse is generated again, and the origin pulse generation position is detected for each of the light receiving elements 123 (a) to 123 (c) (ST207). At this time, the origin pulse generation position in the light receiving element 123 (a) is x = x2a, the origin pulse generation position in the light receiving element 123 (b) is x = x2b, and the origin pulse generation position in the light receiving element 123 (c) is Let the generation position be x = x2c.
図7に示すように、この場合、光源121とスケール110との間隔はD1+ΔD、スケール110と受光部122との間隔はD2+ΔDである。受光素子123(a)、123(b)、123(c)における原点パルスの生成位置x2a〜x2cを、原点パルス移動量演算手段141に記憶する(ST208)。図7においては、図5と同様に、説明の都合上、インクリメンタルパターン検出部124は図示していない。
As shown in FIG. 7, in this case, the distance between the
次に、原点パルス移動量演算手段141は、設計値の間隔での原点パルスの生成位置x1a〜x1cと、設計値からΔDずれた間隔での原点パルスの生成位置x2a〜x2cとから、検出ヘッド120とスケール110の間隔をΔD変化させた場合の原点パルスの移動量を算出する(ST209)。図8は、検出ヘッド120とスケール110との間隔を設計値からずらしたときの、受光素子123(a)から出力される信号を示す図である。
Next, the origin pulse movement amount calculation means 141 detects the origin head from the origin pulse generation positions x1a to x1c at the design value interval and the origin pulse generation positions x2a to x2c at an interval shifted by ΔD from the design value. The movement amount of the origin pulse when the distance between 120 and
このとき、基準となる受光素子123(a)を用いた場合の原点パルスの移動量をXA、受光素子123(b)を用いた場合の原点パルスの移動量をXB、受光素子123(c)を用いた場合の原点パルスの移動量をXCとする。XA=x2a−x1a、XB=x2b−x1b、XC=x2c−x1cと表せる。 At this time, the movement amount of the origin pulse when the reference light receiving element 123 (a) is used is XA, the movement amount of the origin pulse when the light receiving element 123 (b) is used is XB, and the light receiving element 123 (c). Let XC be the amount of movement of the origin pulse when using. XA = x2a-x1a, XB = x2b-x1b, XC = x2c-x1c.
次に、軸ずれ量演算手段142は、光源121、原点パターン111、及び受光素子123の幾何学的な関係と、原点パルスの移動量XA〜XCから、光源121と受光素子123(a)との軸ずれ量Lを算出する(ST210)。
受光素子123のピッチをPとすると、軸ずれ量Lについて、以下の式(1)が成り立つ。
Next, the axis deviation amount calculation means 142 calculates the
When the pitch of the
次に、軸ずれ最小受光素子選択手段143は、算出された軸ずれ量から、光源121と受光素子123と軸ずれが最も少なくなるように、光源121を通るスケール110に垂直な平面に最も近い受光素子123を選択する(ST211)。図5においては、光源の真下にある受光素子123(h)が選択される。
Next, the minimum misalignment light receiving
以上、説明したように、本発明にかかる光学式エンコーダ100では、受光部122上の複数の受光素子123の中から最適な受光素子を選択することにより、光源121と受光素子123との軸ずれを低減できる。製品出荷段階で軸ずれがない受光素子123を選択するようにしておけば、その後にユーザーの組み付けにより検出ヘッド120とスケール110との間隔が所期の値からずれたとしても、原点位置はずれない。したがって、ユーザーは原点校正しなくてもよい。
As described above, in the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記実施形態では適当な3つの受光素子から最適な受光素子を演算で求めたが、これに限られない。例えば、全ての受光素子について、ひとつひとつ試していけば最適な受光素子を見つけることができる。さらに、受光素子123(a)を基準としたが、基準はどの受光素子でもよく、受光素子123(b)や123(c)を基準としてもよい。また、本発明は、リニアエンコーダに限定されるものではなく、ロータリーエンコーダにも適用することができる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. In the above embodiment, the optimum light receiving element is obtained from the appropriate three light receiving elements by calculation, but the present invention is not limited to this. For example, if all the light receiving elements are tried one by one, an optimum light receiving element can be found. Furthermore, although the light receiving element 123 (a) is used as a reference, the reference may be any light receiving element, and the light receiving element 123 (b) or 123 (c) may be used as a reference. In addition, the present invention is not limited to a linear encoder, but can also be applied to a rotary encoder.
100 光学式エンコーダ
110 スケール
111 原点パターン
112 インクリメンタルパターン
120 検出ヘッド
121 光源
122 受光部
123 受光素子
124 インクリメンタルパターン検出部
130 信号処理部
131 原点パルス生成手段
140 受光素子選択処理部
141 原点パルス移動量演算手段
142 軸ずれ量演算手段
143 軸ずれ最小受光素子選択手段
DESCRIPTION OF
Claims (3)
原点パターンを有するスケールの測長方向に複数の受光素子が配列された受光部と、
前記受光素子により検出されたアナログ信号から原点パルスを生成可能に構成された信号処理部と、を備える検出ヘッドであって、
前記信号処理部は、
前記受光素子により検出された前記アナログ信号から原点パルスを生成可能に構成され、前記検出ヘッドと前記原点パターンとの間隔が第1の間隔である場合において第1の原点パルスを生成して前記第1の原点パルスの生成位置を検出し、前記検出ヘッドと前記原点パターンとの間隔が第1の間隔と異なる第2の間隔である場合において第2の原点パルスを生成して前記第2の原点パルスの生成位置を検出する原点パルス生成手段と、
前記第1の原点パルスの生成位置と前記第2の原点パルスの生成位置とから、前記検出ヘッドと前記原点パターンとの間隔を変化させた場合の原点パルスの移動量を算出する原点パルス移動量演算手段と、
前記光源と前記受光素子と前記原点パターンの幾何学的な関係と前記原点パルスの移動量とから、前記光源と前記受光素子との軸ずれ量を算出する軸ずれ量演算手段と、
算出された前記軸ずれ量から、前記光源との軸ずれ量が最小である前記受光素子を選択する軸ずれ量最小受光素子選択手段と、を備える、
検出ヘッド。 A light source;
A light receiving section in which a plurality of light receiving elements are arranged in the length measuring direction of the scale having the origin pattern;
A signal processing unit configured to be able to generate an origin pulse from an analog signal detected by the light receiving element, and a detection head comprising:
The signal processing unit
An origin pulse can be generated from the analog signal detected by the light receiving element, and when the interval between the detection head and the origin pattern is a first interval, a first origin pulse is generated and the first pulse is generated. The first origin pulse generation position is detected, and when the interval between the detection head and the origin pattern is a second interval different from the first interval, a second origin pulse is generated and the second origin pulse is generated. Origin pulse generation means for detecting the generation position of the pulse;
An origin pulse movement amount for calculating a movement amount of the origin pulse when the interval between the detection head and the origin pattern is changed from the generation position of the first origin pulse and the generation position of the second origin pulse. Computing means;
Axis deviation amount calculation means for calculating an axis deviation amount between the light source and the light receiving element from the geometric relationship between the light source, the light receiving element, and the origin pattern and the movement amount of the origin pulse,
Axis deviation minimum light receiving element selection means for selecting the light receiving element having the smallest axis deviation amount from the light source from the calculated axis deviation amount,
Detection head.
原点パターンを有するスケールと、
を備える
光学式エンコーダ。 A detection head according to claim 1;
A scale having an origin pattern;
An optical encoder comprising:
光源と、前記スケールの測長方向に複数の受光素子が配列された受光部と、前記受光素子により検出されたアナログ信号から原点パルスを生成する原点パルス生成手段と、を有する検出ヘッドと、
を備えた光学式エンコーダの調整方法であって、
前記検出ヘッドと前記原点パターンとの間隔を第1の間隔として原点パルスを生成し、前記原点パルスの生成位置を検出する工程と、
前記検出ヘッドと前記原点パターンとの間隔を変化させて、第2の間隔として原点パルスを生成し、前記原点パルスの生成位置を検出する工程と、
前記第1の間隔での原点パルスの生成位置と、前記第2の間隔での原点パルスの生成位置とから、前記検出ヘッドと前記原点パターンとの間隔を変化させた場合の原点パルスの移動量を算出する工程と、
前記光源と前記受光素子と前記原点パターンの幾何学的な関係と、前記原点パルスの移動量とから、前記光源と前記受光素子との軸ずれ量を算出する工程と、
算出された前記軸ずれ量から、前記光源との軸ずれ量が最小である前記受光素子を選択する工程と、
を有することを特徴とする
光学式エンコーダの調整方法。 A scale having an origin pattern;
A detection head having a light source, a light receiving unit in which a plurality of light receiving elements are arranged in the length measuring direction of the scale, and an origin pulse generating unit that generates an origin pulse from an analog signal detected by the light receiving element;
A method for adjusting an optical encoder comprising:
Generating an origin pulse with an interval between the detection head and the origin pattern as a first interval, and detecting a generation position of the origin pulse;
Changing an interval between the detection head and the origin pattern, generating an origin pulse as a second interval, and detecting a generation position of the origin pulse;
The amount of movement of the origin pulse when the interval between the detection head and the origin pattern is changed from the origin pulse generation position at the first interval and the origin pulse generation position at the second interval. Calculating
Calculating the amount of axial deviation between the light source and the light receiving element from the geometric relationship between the light source, the light receiving element and the origin pattern, and the amount of movement of the origin pulse;
A step of selecting the light receiving element having the smallest amount of axial deviation with respect to the light source from the calculated amount of axial deviation;
A method for adjusting an optical encoder, comprising:
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