JPH01141308A - エンコーダを用いた計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ロークリエンコーダやリニアエンコーダのよ
うな光電式エンコーダ、または、マグネスケールのよう
な磁気式エンコーダを用いて、寸法測定１回転角度測定
９位置検出などを行う計測装置に係り、特に高分解能の
計測装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、測長機や工作機械などにおいて、精密測長、回転
角度測定、位置検出などを電気的に行うためにロータリ
エンコーダやリニアエンコーダのような光電式エンコー
ダなどを用いた計測装置が広（使用−されており、特に
、この種の装置には、測定精度の向上のために高分解能
のエンコーダが要求されている。

周知のように、光電式ロータリエンコーダは、多数の格
子目盛が放射状に形成された回転スリット板を介して光
検出を行うことによって、回転スリット板の回転角度量
に応じた数のパルス信号を出力している。したがって、
ロークリエンコーダの分解能は、回転スリット板の１回
転当たりに得られるパルス数によって決まる。そこで、
高分解能を要求されるロークリエンコーダでは、回転ス
リント仮に形成される格子目盛の数を多くすることによ
り、１回転当たりのパルス数を増して、分解能を高める
ようにしていた。

しかし、同一径の回転スリット板において、格子目盛の
数を増していくと、これに伴い格子間隔を狭く設定しな
ければならないが、格子の刻み精度の関係上、格子間隔
を狭くすることには限度がある。そのため、この種のロ
ータリエンコーダでは、格子間隔をあまり狭くすること
なく、その数を増やすために、回転スリット板の径を大
きくしており、その結果、ロータリエンコーダが大型化
するという問題点がある。

一方、光電式リニアエンコーダの場合、その動作原理は
ロータリエンコーダと同様ではあるが、格子目盛が直線
状に形成されたスケールを介して光検出を行っている関
係上、ロータリエンコーダのように外径を大きくするこ
とによって分解能を上げるというわけにはいかない。そ
のため、分解能を上げるために、格子目盛の間隔を小さ
く設定せざるを得ない、しかし、格子目盛の間隔をあま
り小さくすると上述したような格子の刻み精度の問題の
みならず、光の回折現象の影♂を多く受け、信号対雑音
比（ＳＮ比）が低下するという問題点も生じる。

このように光電式エンコーダの格子目盛を細分化するこ
とにより、分解能を上げることには種々の問題があるの
で、格子目盛の間隔は適当な値に止めておき、光検出さ
れた信号を処理することによって分解能を上げる手段と
して抵抗分割法が提案されている。

抵抗分割法は、例えば機械設計第２６巻第６号（１９８
２年５月号）第４６頁図５にも記載されているように周
知の技術ではあるが、その概要を以下に述べる。なお、
ここでは、リニアエンコーダの光検出信号を抵抗分割す
る場合の例について説明するが、ロータリエンコーダの
場合も同様である。

第１２図は、リニアエンコーダの概略構成を示した斜視
図である。

同図において、■は主スケール、２１．２ｔは主スケー
ルｌと若干の間隙を隔てて相対移動可能に形成された副
スケール（インデックススケール）である、主スケール
ｌには、多数のスリットが直線状に配列された格子目盛
が形成されており、格子目盛の間隔は例えば、２０１Ｉ
ｍに設定されている。副スケール２．．２．には、主ス
ケールｌの格子目盛と対向する数個のスリットがそれぞ
れ形成されている。主スケール１と副スケール２１゜２
、とを挟んで、発光ダイオード３３，３□と受光素子４
１．４ｔとが対向して配置されている。

発光ダイオード３．．３ｇから照射さた光を、主スケー
ル１と副スケール２．．２．を介して受光素子４１，４
□が検出したときに、各光検出信号の位相差が９０度に
なるように、副スケール２１゜２□の間隔が調整されて
いる。

第１３図は、抵抗分割法を使用した従来例の回路図であ
る。

図において、１１および１２は増幅器、１３は反転増幅
器を示している。第１２図に示したリニアエンコーダか
らは、第１４図（ａ）に示すような第１光検出信号と、
第１光検出信号と９０度の位相差をもつ第１４図Φ）に
示すような第２光検出信号とが出力される。第１光検出
信号は増幅器１１に、第２光検出信号は増幅器１２にそ
れぞれ与えられる。反転増幅器１３には、増幅器１１の
出力が与えられる。増幅器１１および１２、反転増幅器
１３の各出力は、抵抗Ｒ１〜Ｒ８から構成される抵抗ラ
ダー回路１４に与えられる。これにより、第１光検出信
号は、位相が１１５周期ずつ遅れた５個の信号に、第２
光検出信号も同様な５個の信号にそれぞれ分割されて出
力される。

これらの分割された信号は、波形整形回路１５で波形整
形された後、２相変換論理回路１６に与えられて、第１
４図（Ｃ）、　（ｄ）に示すようなＡ相、Ｂ相信号にそ
れぞれ変換される。Ａ相、Ｂ相信号は、第１゜第２光検
出信号の１１５の周期で、９０度の位相差をもっている
。即ち、第１．第２光検出信号の１周期は、リニアエン
コーダの格子目盛の間隔である２０Ｉ１ｍの長さに相当
するから、Ａ相信号およびＢ相信号の１周期は４μｍに
相当する。

さらに、Ａ相、Ｂ相信号を論理回路１７に与えて、各信
号のエツジを検出することにより、第１４図（ｅ）に示
すような、周期がさらに１／４になった信号を得ること
ができる。この信号によれば、１周期が最初の光検出信
号のｌ／２０になるから、１周期は１ｔＩｍに相当する
。

このようにして分割された信号のパルス数が次のように
計数される。即ち、論理回路１７の出力信号はアップ・
ダウンカウンタ１８のクロック信号として入力される。

一方、Ａ相、Ｂ相信号は、論理回路Ｉ７とともに方向弁
別回路１９にも与えられる。

方向弁別回路１９は、リニアエンコーダのスケールの進
み方向に応じたＡ相信号とＢ相信号の位相関係により、
ＨレベルまたはＬレベルの切り換え信号を発生する。こ
の切り換え信号がアンプ・ダウンカウンタ１８の制御端
子に与えられて、アンプ／ダウンが切り換えられること
により、リニアエンコーダの進み量に応じた計数値が得
られる。したがって、アップ・°ダウンカウンタ１８の
計数値に、論理回路１７の出力信号の１周期に相当する
最小分割長さ（この例では、１μｍ）を乗算することに
よって、スケールのトタール移動量を高い精度で測定す
ることができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上述した従来例によると、次のような問
題点がある。

即ち、第１３図に示した従来装置において分解能をさら
に向上させようとすると、抵抗ラダー回路１４の段数を
増やして分割数を多くする必要があり、これに伴い、波
形整形回路１５や２相変換論理回路１６の構成も拡大さ
せる必要が生じる。このように従来装置を用いて、高い
分解能を得ようとすると、装置全体の構成が複雑化する
という問題がある。

しかも、分解能を向上させるためには、高精度の抵抗器
で抵抗ラダー回路１４を構成しなければならず、−船釣
な抵抗器の暗度を考えれば、あまり高い分解能を期待す
ることができないという問題点もある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
ものであって、比較的に簡単な構成によって高い分解能
を得ることができる、エンコーダを用いた計測装置を提
供することを目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉 第１２図において説明したような光電式エンコーダに形
成されるスリットの形状が理想的な矩形状であれば、主
スケール１のスリットＳＬ、と副スケール２１．２□の
スリットＳＬ、の重なり部分は第２図（ａ）において斜
線領域で示すようにスケールの相対移動量に比例して増
減するから、各受光素子４１．４□の光検出信号の波形
は、理想的には第２回部）に鎖線で示すような三角波形
になるはずである。しかし、実際には、各スケールのス
リ７ｌ−５Ｌ、　、ＳＬ、を通過する光の回折や光束分
布、および、受光素子４１．４ｇの感度の指向性などの
特性により、第２図０））に実線で示すように光検出信
号の波形は丸みを帯び、三角関数波形（正弦波形あるい
は余弦波形）に極めて近似した波形になる０本発明は、
このようなエンコーダの検出信号の波形が三角関数波形
に極めて近似していることに着目してなされたものであ
る。

以下、第１図を参照して、本発明の詳細な説明する。

即ち、本発明は、エンコーダ２１を用いて寸法測定１回
転角度測定１位置検出などを行う計測装置であって、計
測の開始および終了のタイミングＴ１゜Ｔ２を与えるタ
イミング発生手段２２と、前記計測開始のタイミングＴ
１が与えられてから、測定終了のタイミングＴ２が与え
られるまでの間に、エンコーダ２１から出力された検出
信号Ｓのサイクル数Ｎを計数する計数手段２３と、前記
検出信号Ｓを三角関数波形と見立てて、前記各タイミン
グＴ。

、Ｔｔが与えられたときの前記検出信号Ｓの値から、計
測開始および計測終了時における前記検出信号Ｓの１サ
イクル内の位相α３．α２　（例えば、く単位ラジアン
〉）をそれぞれ算出する位相算出手段２４と、前記検出
信号Ｓの１サイクルに相応する（ｊ″法または回転角度
の単位情報Ｐを設定する単位情報設定手段２５と、前記
サイクル数Ｎと計測終了時の位相に対応するサイクル数
との加算値（上例では、Ｎ＋α２／２π）から、計測開
始時の位相に対応するサイクル数を差し引いた値（上例
では、Ｎ十α、／２π−α１／２π）に、前記単位情報
Ｐを乗算してトータル量〔上例では、（Ｎ十α２／２π
−α１／２π）Ｐ）を算出するトータル量算出手段２６
とを具備したことを特徴としている。

〈作用〉 第２図（Ｃ）、　（ｄ）に例示的に示した波形図を参照
して、本発明の詳細な説明する。

まず、単位情報設定手段２５によって、検出信号Ｓの１
サイクルに相当する寸法または回転角度の単位情報Ｐが
設定される。例えば、寸法測定などを行う場合には、検
出信号Ｓの１サイクルに相当する寸法が入力され、回転
角度測定を行う場合などには、検出信号Ｓの１サイクル
に相当する角度が単位情報Ｐとして設定される。

そして、例えば、エンコーダ２１から、第２図（Ｃ）に
示すような検出信号Ｓが出力されているとする。

第２図（ｄ）に示すような計測開始のタイミングＴ。

が、タイミング発生手段２２から計数手段２３と位相算
出手段２４とに与えられる。計数手段２３は、タイミン
グＴ１が与えられることにより、検出信号Ｓのサイクル
数Ｎの計数を開始する。

一方、位相算出手段２４は、検出信号Ｓを三角関数波形
と見立てて、タイミングＴ１が与えられたときの検出信
号Ｓの値から計測開始時の位相α。

を算出する。これは、計測開始時において、検出信号Ｓ
の位相が必ずしも零でないから、その分だけ計数手段２
３の計数値を後に補正することが必要だからである。

次に、第２図（ｄ）に示すような計測終了のタイミング
Ｔ２がタイミング発生手段２２から与えられる。

これにより計数手段２３は検出信号Ｓのサイクル数の計
数動作を停止する。また、位相算出手段２４は、タイミ
ングＴ２が与えられたときの、検出信号Ｓの１サイクル
内の位相α２を、前記位相α１の場合と同様に算出する
。

トータル量算出手段２６は、計数手段２３によって計数
された計数値Ｎに、計測終了値の位相α２に対応するサ
イクル数を加算し、その加算値（Ｎ＋α２／２π）から
計測開始時の位相α、に対応するサイクル数を差し引く
ことによって計数値を補正し、その減算値（Ｎ＋αｔ　
／　２π−α１／２π）に単位情報Ｐを乗算してトータ
ルｆｆ１（Ｎ＋α２／２π−α、／２π）Ｐを算出する
。

このように、本発明に係るエンコーダを用いた計測装置
は、エンコーダ２１の検出信号Ｓを三角関数波形と見立
てて、計測開始時および計測終了時の位相を算出して、
計数手段２３の計数値を補正している。したがって、本
発明に係る計測装置の計測精度は、主として検出信号Ｓ
の実際の波形と理想的な三角関数波形との誤差によって
定まるが、上述したように検出信号Ｓは三角関数波形に
極めて近似しているので、本発明に係る計測装置の計測
精度は極めて高くなる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第３図は、本発明の一実施例に係るリニアエンコーダを
用いた寸法測定装置の構成の概略を示したブロック図で
ある。

図示しないリニアエンコーダからは、９０度の位相差が
ある第１光検出信号Ｓ１と第２光検出信号Ｓ２とが出力
される。第１光検出信号Ｓ、は増幅器３１に、第２光検
出信号Ｓ２は増幅器３２にそれぞれ与えられる。増幅器
３１の出力はサンプルホールド回路３３に、増幅器３２
の出力はサンプルホールド回路３４にそれぞれ与えられ
る。各サンプルホールド回路３３．３４の出力は、切り
換え回路３５を介してアナログ・デジタル変換器（Ａ／
Ｄ変換器）３６に与えられる。

各光検出信号Ｓｔ、Ｓｚをデジタル信号に変換するため
のＡ／Ｄ変換器は、各光検出信号Ｓ１゜Ｓ２ごとに設け
てもよい、しかし、二つのＡ／Ｄ変換器を使用した場合
に、それらのＡ／Ｄ変換器の間に生じ得る変換出力の差
の問題を無くするために、本実施例では、切り換え回路
３５によって、サンプルホールド回路３３．３４の各出
力を直列化し、これを一つのＡ／Ｄ変換器３６に与えて
信号変換を行っている。

また、同様に光検出信号Ｓｔ、Ｓｔのサンプリングのズ
レによる計測誤差を無くするために、本実施例では同じ
タイミングパルスをサンプルホールド回路３３．３４に
与えることによって、サンプリングのタイミングを同一
にしている。

一方、増幅器３１の出力の一部は波形整形回路３７に、
増幅器３２の出力の一部は波形整形回路３８にそれぞれ
与えられる。波形整形回路３７および３８の出力Ｓ３お
よびＳ、は、各々、方向判別部３９の入力端子Ｉｔ、Ｉ
ｍに入力され、また、方向判別部３９の出力Ｓｕおよび
Ｓｏは、各々、アップ・ダウンカウンタ４２のＵＰ端子
およびＤＯＷＮ端子に与えられる。アップ・ダウンカウ
ンタ４２の出力は、データラッチ回路４３に与えられる
。

上述したＡ／Ｄ変換器３６およびデータランチ回路４３
は入出力インターフェイス４７を介して中央演算処理装
置（ＣＰＵ）４４に接続されている。ＣＰＵ４４は、後
述するように寸法算出のために必要な種々の演算などを
行う。ＣＰＵ４４に関連してＲＡＭ４５およびＲＯＭ４
６がある。

ＲＡＭ４５は、Ａ／Ｄ変換器３６やデータラッチ回路４
３から与えれた計測データの他、キーボード４８によっ
て設定される単位情報などを記１αする。ここで、単位
情報とは、光検出信号Ｓ、、Ｓ、の１サイクルに相当す
る寸法をいう。本実施例の場合、リニアエンコーダの格
子目盛のピッチ寸法が単位情報に該当する。なお、ＲＯ
Ｍ４６には、演算処理などに必要なプログラムが格納さ
れている。

さらに、ＣＰＵ４４は、入出力インターフェイス４７を
介して、計測開始のタイミングを与えるためのスタート
スイッチＳＷｌ、計測終了のタイミングを与えるための
ストップスイッチＳＷ２、計測結果を表示するための表
示器４９などに接続されている。ＣＰ　Ｕ４４は、スイ
ッチＳＷＩ、ＳＷ２が押されたことに基づき、計測開始
および終了を示すタイミングパルスＴ、、Ｔ、や切り換
え回路３５に与える切り換え信号を出力する。このタイ
ミングパルスＴ、、Ｔｔは、サンプリングのタイミング
としてＯＲゲート５０を介してサンプルホールド回路３
３．３４に与えられる他、アップ・ダウンカウンタ４２
のリセット用およびデータラッチ回路４３のランチタイ
ミング用としても用いられる。

次に、上述したような計測装置を備えたテーブル型測長
機を、第４図および第５図を参照して説明する。

第４図において、符号６０はテーブル型側長機全体を示
し、この測長ａ６０は、基枠６１の上に設けられたテー
ブル６２と、テーブル６２上に設けられた撮像用のテレ
ビカメラ６３を搭載した移動機構６６と、移動機構６６
のＸ方向の移動量およびＸ方向の移動量を読み取り出力
する計測装置８０と、テレビカメラ６３に接続したモニ
タ用のテレビジョン６４とを具備している。

テーブル６２は、乳白色の光拡散板とその上に重ねて設
けたガラス板とを組み合わせた透光板６５と、この透光
板６５の下側に配置した複数の照明用蛍光灯（図示せず
）とを有し、透光板６５上に載置したシート状原板など
の被測定物（図示せず）を下方より照明するように構成
されている。

移動機構６６は、テーブル６２の左右両側部に並設した
１対のレール６７と、このレール６７に掛は渡され、Ｘ
方向に移動可能に設けられた架台６８と、架台６８上の
レール６９に沿ってＸ方向に移動可能に設けられ、テレ
ビカメラ６３を固定支持した基台７０と、それぞれ架台
６８および基台７０を駆動伝達機構（図示せず）を介し
て移動する駆動ハンドル７１．７２とを具備しており、
前記透光板６５と平行なＸ−Ｙ平面内でテレビカメラ６
３を移動することができるように構成されている。

計測装置８０は、駆動ｉｔＭ６６のＸ方向の移動量とＸ
方向の移動量とを読み取る二つのリニアエンコーダ（第
５図にＸ方向の取り付は図を示す）に接続されている。

計測装置８０は、第３図おいて説明した構成を備え、そ
のパネル面に測定結果を表示するための表示器４９．計
測の開始および終了のタイミングを与えるためのスイッ
チＳＷＩ、ＳＷ２・単位皆報を設定するためのキーボー
ド４８などが配置されている。

また、第５図において、符号９０はＸ方向の移動量を検
出するためのリニアエンコーダであって、主スケールが
収納されたスケール本体９１は、一方のレール６７に固
定して取り付けられており、副スケールや信号を取り出
すための回路部分が収納された移動部９２は、ブラケッ
ト９３を介して架台６８の下部に連結されている。Ｘ方
向の移動量を検出するリニアエンコーダの取り付けも同
様に行われるが、この場合、移動部が基台７０に連動す
るように取り付けられる。

次に上述した構成を備えた実施例の動作を、第６図およ
び第７図を参照して説明する。なお、この実施例では、
第３図に示した鎖線部分の構成がＸ方向およびＸ方向に
それぞれ設けられる（一方は図示を省略）。Ｘ方向およ
びＸ方向の計測は同様に行われるから、ここではＸ方向
の計測手順についてだけ説明する。第６図は、計測時に
おけるＣＰＵ４４の動作手順を示したフローチャート、
第７図は各部の動作波形図である。

計測開始に先立って、オペレータがキーボード４８を操
作することによって、単位情報が設定される。例えば、
格子目盛のピッチが２０μｍのリニアエンコーダを使用
した場合、単位情報として２０μｍが設定され、この単
位情報は、計測装置８０内のＲＡＭ４５に記憶される。

次にオペレータは、駆動ハンドル７１．７２を操作して
被測定物の位置合わせを行う。例えば、この実施例では
、テレジョン６４の中央部分に縦横のスケールが映し出
されている。オペレータは、被測定物において測定しよ
うとする例えば、画線の一端を縦方向のスケール上に一
致させる。

被測定物の位置合わせが終わると、オペレータによって
スタートスイッチＳＷＩが押される。第６図のステップ
＃ｌに示したように、ＣＰ　Ｕ４４は、スタートスイッ
チＳＷＩが押されたか否かを監視している。スタートス
イッチＳＷＩが押されたと判断した場合は、第７図（Ｃ
）に示すような計測開始のタイミングパルスＴ１を出力
する（ステップ＃２）。

タイミングパルスＴ、がアップ・ダウンカウンタ４２に
与えられると、その計数値がリセットされる。一方、タ
イミングパルスＴ１はＯＲゲート５０を介してサンプル
ホールド回路３３．３４に与えられる。これにより、第
７図（ａ）、　（ｂ）に示すような計測開始時の光検出
信号Ｓ１の値り、がサンプルホールド回路３３に、光検
出信号Ｓｔの値Ｄ１！がサンプルホールド回路３４にそ
れぞれ保持される。

次に、オペレータがハンドル７１．７２を操作して駆動
機構６６を介してテレビカメラ６３を駆動させ、テレビ
ジョン６４上のカーソルを測定対象である画線のもう一
方の端に移動させる。このとき、駆動機構６６のＸ、Ｙ
方向の移動量が二つのリニアエンコーダによってそれぞ
れ検出される。第７図（ａ）。

ら）は、そのＸ方向のリニアエンコーダから出力された
光検出信号Ｓ、、Ｓ、を示している。

以下、光検出信号Ｓ、、Ｓ、のサイクル数の計数動作に
ついて説明する。

第１光検出信号ＳＩを与えられた波形整形回路３７は、
これを波形整形して第７図（ｄ）に示すようなパルス信
号Ｓ、を出力する。一方、波形整形回路３Ｂは、第７図
（ｅ）に示すようパルス信号Ｓ、を出力する。ハンドル
７１の操作によって、テレビカメラ６３が正のＸ方向（
第４図における右方向）に移動している場合、第７図（
ｄ）、　（ｅ）のように、パルス信号Ｓ、は、パルス信
号Ｓ、よりも９０度だけ位相が進んでいる。

一方、ハンドル７１の操作によって、テレビカメラ６３
が、負のＸ方向（第４図における左方向）に移動してい
る場合は、パルス信号Ｓ４の位相が、パルス信号Ｓ、よ
りも９０度進む。

方向判別部３９は、このＳ、とＳ４の位相関係を判別し
、前者の場合はＯｕ端子よりカウントアツプのパルス信
号Ｓｕを、また、後者の場合はＯｎ端子よりカウントダ
ウンのパルス信号ＳＤを出力し、アップ・ダウンカウン
タ４２はこれらの出力パルスを計数する。

このようにして、アップ・ダウンカウンタ４２から、テ
レビカメラ６３のＸ方向移動量に応した計数値Ｎが出力
される。

次に、前述したタイミングパルスＴ１が出力されること
に基づいて行われる、計測開始時の位相算出動作につい
て説明する。

第６図に戻って、ステップ＃２においてタイミングパル
スＴ、が出力された後、ステップ＃３に進み、データ切
り換え信号がＣＰＵ４４から切り換え回路３５に出力さ
れる。この切り換え信号に基づき、切り換え回路３５は
サンプルホールド回路３３の出力を、その次にサンプル
ホールド回路３４の出力を、Ａ／Ｄ変換器３６に出力す
る。各出力は、デジタル信号に変換されて、ＣＰｔＪ４
４に出力される。

ステップ＃４において、ＣＰＵ４４はデジタル信号に変
換された、計測開始時の各光検出信号Ｓ。

、Ｓ２のサンプリングデータＤ、、、Ｄ、□を読み込む
。これらのデータＤ、、、Ｄ、□は、ＲＡＭ４５に記憶
され（ステップ＃５）、次に説明するような手順によっ
て、計測開始時の位相θ１が算出される。

以下、第８図を参照して説明する。

位相算出にあたって、第１光検出信号Ｓ、は正弦波形（
ｓｉｎ　θ）と、第２光検出信号Ｓ２は余弦波形（ｃｏ
ｓ　θ）とそれぞれ見立てられる。そして、各波形の１
サイクル内（Ｏ〜２π）を、π／４の間隔で８つの領域
Ａ１〜Ａ、に分割し、任意時刻における位相が、どの領
域に属しているかを、次のようにして判別する。

即ち、 （１）　　ｓｉｎθ≧Ｑ、ｃｏｓ　θ〉０であって、１
ｓｉｎ　θｌ　＜　ｌ　ｃｏｓ　θ１の場合は領域Ａ１
１ｓｉｎ　θ１≧Ｉ　ｃｏｓ　θ１の場合は領域Ａ２（
２）　　ｓｉｎ　θ＞０．ｃｏｓ　θ≦０であって、ｌ
　ｓｉｎ　θ１〉１・ｃｏｓ　θ１の場合は領域Ａ。

１ｓｉｎ　θ１≦ｌ　ｃｏｓ　θ１の場合は領域Ａ４（
３）　　ｓｉｎ　θ≦Ｏ，ｃｏｓ　θ〈０であって、ｌ
　ｓｉｎ　θｌ　＜　ｌ　ｃｏｓ　θ１の場合は領域Ａ
。

１ｓｉｎ　θ１≧ｌ　ｃｏｓ　θ１の場合は領域Ａ。

（４）　　ｓｉｎθ＜０．ｃｏｓ　θ≧０であって、１
ｓｉｎ　θｌ　＞　ｌ　ｃｏｓ　θ１の場合は領域Ａ。

１ｓｉｎ　θ１≦ｌ　ｃｏｓ　θ１の場合は領域Ａ。

のように判別する。

このようにして、任意時刻における位相の属する領域が
判別されると、任意時刻における位相θは、次に示すよ
うに各領域Ａ１〜Ａ、ごとに定められた演算式から容易
に求めることができる。

したがって、第６図に示すステップ＃６の位相α１の算
出過程では、ＲＡＭ４５に記憶された第１光検出信号Ｓ
１の計測開始時のサンプリングデータＤ＋＋　（ａｉｒ
ｌ　θに該当）と第２光検出信号Ｓ２のサンプリングデ
ータＤ、、（ｃｏｓ　θにｊ亥当）との大小関係に基づ
き、まず、計測開始時における位相θ、が属する領域を
判別し、該当領域の演算式のｓｉｎθに第１光検出信号
Ｓ１のサンプリングデータＤ１１を、ｃｏｓ　θに第２
光検出信号Ｓ２のサンプリングデータＤ、：を、それぞ
れ代入することによヮて、計測開始時の位相θ１を算出
することができる。第９図は、上述したような位相算出
の手順を示したフローチャートである。

以下、第６図に戻って説明を行う。

ステップ＃６において、計測開始時の位相θ１を算出す
ると、この位相θ１をＲＡＭ４５に記憶する（ステップ
＃７）。

次にストップスイッチＳＷ２が押された否かを判断する
（ステップ＃８）、オペレータは、ハンドル７１．７２
を操作してテレビジョン６４のカーソルを、測定しよう
としている線幅の終端に一致させると、ストップスイッ
チＳＷ２を押す。

ストップスイッチＳＷ２が押されたと判断すると、ＣＰ
Ｕ４４は第７図（Ｃ）に示すような計測終了を示すタイ
ミングパルスＴｔを出力する（ステップ＃９）、これに
より、計測終了時におけるアップ・ダウンカウンタ４２
の計数値Ｎがデータラッチ回路４３にラッチされる。一
方、タイミングパルスＴ雪がＯＲゲート５０を介して、
サンプルホールド回路３３、３４に与えられることによ
り、第７図（ａ）、　（ｂ）に示すような計測終了時に
おける第１光検出信号Ｓ。

および第２光検出信号Ｓ２の値Ｄ２□　Ｉ）ｔｚが保持
される。

そして、ＣＰＵ４４は、前述したステップ＃３〜ステッ
プ＃７と同様の手順によって、計測終了時の位相θ８を
算出して、これをＲＡＭ４５に記憶する（ステップ＃ｌ
Ｏ〜ステップ＃１４）。また、データラッチ回路４３に
ラッチされた計数値Ｎを読み込み（ステップ＃１５）　
、これをＲＡＭ４５に記憶する（ステップ＃１６）　。

以上のようにして、計測開始時の位相θ３．θ２および
計数値ＮがＲＡＭ４５に記憶されると、次に、これらの
位相θ１．θ２．計数値Ｎおよび先に設定された単位情
報ＰをＲＡＭ４５から読み出しくステップ＃１７）、ト
ータル量の算出を次のようにして行う（ステップ＃１８
）。

計測対象である例えば、線幅のトータル長さをＬとする
と、トータル長さしは、計数値Ｎと計測終了時の位相θ
８に対応するサイクル数との加算値から計測開始時の位
相θ、に対応するサイクル数を差し引いた値に、単位情
報Ｐを乗算した値になるから、次式から容易にＬを算出
することができる。

２π　　　　２π ただし、位相θ１．θ２は、ラジアンで算出されている
ものとする、また、位相θ１．θ２が角度で算出されて
いる場合は、当然ながらで、Ｌを算出する。

このようにして、トータル長さしを算出すると、その計
測結果を表示器４９に表示しくステップ＃９）、一連の
計測処理を終了する。なお、Ｙ方向についても同様の計
測処理が行われる。

また、計測開始時および終了時の各位相に対応するサイ
クル数の計算は、位相算出手段で行い、その値をＲＡＭ
４５に記憶し、トータル量計算時にその値を読み出すよ
うにすれば、上式では不要となる。

上述した実施例では、計測の開始および終了のタイミン
グを与える手段として、オペレークによって操作される
スイッチＳＷＩ、ＳＷ２をそれぞれ用いたが、以下のよ
うにして計測の開始および終了のタイミングを自動的に
発生させるようにしてもよい。

例えば、第４図において説明したように、テレビカメラ
６３を用いて被測定物を撮像している場合、テレビカメ
ラ６３の移動に伴って、被測定物を撮像した映像信号が
得られる。この映像信号を第１θ図に示すようなエツジ
検出回路を通すことによって、計測開始および終了のタ
イミングパルスＴ、、Ｔよを容易につくることができる
。なお、第１０図において、ｌｏｔは波形整形回路、１
０２は遅延回路、１０３は排他的論理和（Ｅｘ−ＯＲ）
回路であり、第Ｕ図に画線幅Ｗを測定した場合の各部の
動作波形を示す。

また、第３図に示した実施例では、単位情報の設定手段
としてキーボード４８を用いたが、これは例えば、デジ
タルスイッチなどによって単位情報を設定するものであ
ってもよい。

さらに、上述の実施例では、単位情報として光検出信号
の１サイクルに相当する寸法を設定したが、単位情報の
形態は、必ずしもこれに限定されるものではない０例え
ば、格子目盛のピッチが２０μｍのリニアエンコーダを
使用した場合、従来のエンコーダでよく行われるように
、１サイクルを分割して読み取り単位を設定するような
場合は、その分割態様に合わせて、単位情報として、光
検出信号の１サイクル内の分割数Ｍ（例えば、分割数２
００）と、最小単位長さＲ（例えば、分割数が２００の
場合、Ｒは０．１　ｌＩｍ）とを個別に設定してもよい
、このように分割数および最小単位長さＲを単位情報と
して設定した場合、トータル量の算出は次式に基づいて
行われる。

また、上述の実施例では、計測の開始および終了のタイ
ミングが与えられたときにのみ、光検出信号の１サイク
ル内の位相をそれぞれ算出するように説明したが、本発
明はこれに限られるものではない。例えば、計測の開始
および終了のタイミングとは別に、一定周期の繰り返し
パルスをサンプルホールド回路３３．３４などに与える
ことによって、このパルスが出力されるごとに位相を逐
次算出する。一方、例えば測長機のデープル上の任意点
を予め原点として設定しておき、この原点からの座標（
即ち、原点からの距離）を光検出信号のサイクル数と前
記算出された位相および単位情報によって逐次算出する
。そして、計測開始のタイミング与えれたときの座標値
と、計測終了のタイミングが与えられたときの座標値と
の差を取ることによって、被測定物の座標値とともに、
そのトータル長さを算出するようにしてもよい。

また、実施例では光電式リニアエンコーダを使用した寸
法測定を例にとって説明したが、本発明は、光電式のロ
ータリエンコーダを使用して回転角度を測定する場合や
、位置決め検出などを行う場合にも容易に適用すること
ができる。

さらに、本発明は光電式エンコーダだけではなく、検出
信号が三角関数波形と見立てることができるようなエン
コーダ全般、例えばマグネスケールのような磁気式エン
コーダにも適用することができる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、本発明に係るエンコー
ダを用いた計測装置は、エンコーダの検出信号を三角関
数波形と見立てて、少なくとも計測開始時および計測終
了時の位相を算出し、これらの位相によって計数手段の
計数値を補正することに基づいて、トータル量を算出し
ている。一般にエンコーダの検出信号の波形は、三角関
数波形に極めて近似しているから、計測開始時および計
測終了時の位相を精度よく算出することができる。

したがって、本発明に係るエンコーダを用いた計測装置
よれば、高い分解能を得るために従来装置のように構成
が複雑化することがなく、比較的に簡単な構成によって
、高い分解能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示したブロック図、第２図は本
発明の作用説明に供する波形図、第３図は本発明の一実
施例の概略構成を示したブロック図、第４図は第３図に
示した計測装置が適用される測長機の外観斜視図、第５
図は第４図に示した測長機におけるリニアエンコーダの
取り付は構造の説明図、第６図は前記実施例の動作手順
を示したフローチャート、第７図は前記実施例の各部の
動作波形図、第８図は前記実施例における位相算出手段
の原理を示した説明図、第９図は前記位相算出手順を示
したフローチャート、第１０図は計測開始および終了の
タイミングを発生する手段の別実施例、第１１図は第１
０図に示した実施例の動作波形図、第１２図はリニアエ
ンコーダの概略構成図、第１３図は従来例に係る抵抗分
割法を使用した装置の概略ブロック図、第１４図は第１
３図に示した従来例の動作波形図である。 ２１・・・エンコーダ ２２・・・タイミング発生手段 ２３・・・計数手段 ２４・・・位相算出手段 ２５・・・単位情報設定手段 ２６・・・トータル量算出手段 ３３、３４・・・サンプルホールド回路３６・・・Ａ／
Ｄ変換器 ３９・・・方向判別部 ４２・・・アップ・ダウンカウンタ ４３・・・データラッチ回路 ４４・・・ＣＰＵ ４５・・・ＲＡＭ ４６・・・ＲＯＭ ４８・・・キーボード ＳＷＩ・・・スタートスイッチ ＳＷ２・・・ストップスイッチ 出願人　大日本スクリーン製造株式会社同上株式会社　
ワコー技研 代理人　弁理士　　杉　　谷　　　勉 第４図 第５図 第７図 第８コ 第１０図 第１２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンコーダを用いて寸法測定、回転角度測定、位
   置検出などを行う計測装置であって、計測の開始および
   終了のタイミングを与えるタイミング発生手段と、前記
   計測開始のタイミングが与えられてから、測定終了のタ
   イミングが与えられるまでの間に、エンコーダから出力
   された検出信号のサイクル数を計数する計数手段と、前
   記検出信号を三角関数波形と見立てて、前記各タイミン
   グが与えられたときの前記検出信号の値から、計測開始
   および計測終了時における前記検出信号の１サイクル内
   の位相をそれぞれ算出する位相算出手段と、前記検出信
   号の１サイクルに相応する寸法または回転角度の単位情
   報を設定する単位情報設定手段と、前記サイクル数と、
   計測終了時の位相に対応するサイクル数との加算値から
   、計測開始時の位相に対応するサイクル数を差し引いた
   値に、前記単位情報を乗算してトータル量を算出するト
   ータル量算出手段と、を具備したことを特徴とするエン
   コーダを用いた計測装置。
2. （２）エンコーダは、９０度の位相差がある第１検出信
   号と第２検出信号とを出力し、位相算出手段は、前記第
   １検出信号を正弦波と、前記第２検出信号を余弦波と見
   立てて、計測の開始および終了のタイミングが与えられ
   たときの前記各検出信号の値から、そのときの検出信号
   の１サイクル内の位相をそれぞれ算出する特許請求の範
   囲第１項に記載のエンコーダを用いた計測装置。
3. （３）位相算出手段は、検出信号の１サイクル内を８等
   分した領域Ａ＿１〜Ａ＿８に分け、各領域ごとに位相算
   出用の演算式を次のように予め定めておき、 Ａ＿１・・・・・・θ＝ｔａｎ＾−＾１｜ｓｉｎθ／ｃ
   ｏｓθ｜ Ａ＿２・・・・・・θ＝（π／２）−ｔａｎ＾−＾１｜
   ｃｏｓθ／ｓｉｎθ｜ Ａ＿３・・・・・・θ＝（π／２）＋ｔａｎ＾−＾１｜
   ｃｏｓθ／ｓｉｎθ｜ Ａ＿４・・・・・・θ＝π−ｔａｎ＾−＾１｜ｓｉｎθ
   ／ｃｏｓθ｜ Ａ＿５・・・・・・θ＝π＋ｔａｎ＾−＾１｜ｓｉｎθ
   ／ｃｏｓθ｜ Ａ＿６・・・・・・θ＝（３／２）π−ｔａｎ＾−＾１
   ｜ｃｏｓθ／ｓｉｎθ｜ Ａ＿７・・・・・・θ＝（３／２）π＋ｔａｎ＾−＾１
   ｜ｃｏｓθ／ｓｉｎθ｜ Ａ＿８・・・・・・θ＝２π−ｔａｎ＾−＾１｜ｓｉｎ
   θ／ｃｏｓθ｜ 計測の開始および終了のタイミングが与えられたときの
   第１検出信号および第２検出信号の各値の大小関係から
   、そのときの両検出信号の位相が前記８個の領域の何れ
   にあるかをそれぞれ判断し、前記判断された領域に該当
   する演算式におけるｓｉｎθに前記第１検出信号の値を
   、ｃｏｓθに前記第２検出信号の値をそれぞれ代入して
   、位相θを算出する特許請求の範囲第２項に記載のエン
   コーダを用いた計測装置。