JPH0136565B2 - - Google Patents

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JPH0136565B2
JPH0136565B2 JP57020294A JP2029482A JPH0136565B2 JP H0136565 B2 JPH0136565 B2 JP H0136565B2 JP 57020294 A JP57020294 A JP 57020294A JP 2029482 A JP2029482 A JP 2029482A JP H0136565 B2 JPH0136565 B2 JP H0136565B2
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JP
Japan
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scale
speed
pulse
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JP57020294A
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Shozo Takai
Hideo Ando
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Seimitsu Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471Error correction
    • G01D5/24476Signal processing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/24471Error correction
    • G01D5/2448Correction of gain, threshold, offset or phase control

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はデジタルスケールの目盛を電気的に
多分割して高速度にて読取り、これをデジタル表
示する装置に係るものである。
デジタルスケールを読取る公知の方法において
は1ピツチPの分割数と読取速度とは互に相反す
る間係にあり、分割数を多くした場合には読取速
度が制限を受けるのは避けられなかつた。本発明
は多分割で移動速度が早い場合でも読取ミスのな
いスケール読取方法を提供するものである。
分割方法としては従来一般的によく知られてい
るいくつかの方法がある。
まず、その分割方法の1つであるゼロクロス方
式(波数測定分割方式)について第1図により説
明する。図のイおよびロで示す波形は相互に位相
がP/4ずれたスケール信号で、この信号のゼロ
クロス点でパルス信号を発生することにより、
1P間を4分割した信号ハが得られる。この方式
は高速読取りには極めて有効である通常4分割以
上は不可能である。
従来の他の分割方式として抵抗分割による方法
がある。これは抵抗器により電気的に位相のずれ
た信号を作り、そのゼロクロス点で分割する方式
であつて、比較的速い読取りに対応できるが、実
用上は最大20分割程度である。
20分割以上の多分割方式としては通常位相変調
分割方式が用いられる。この方式では読取信号は
次のようにして求められる。
スケールから得られる2つの信号波を E1=A1・sin2π/Px、E2=A2・cos2π/Pxとし (xは変位量、Pはスケールピツチ)、これをキヤ
リヤ信号e1=e0・cosωt、e2=e0・sinωtによつて
変調し加算すると、 E0=E1・e1+E2・e2=A・sin(ωt+2π/Px)の 位相変調信号となる。これによつて変位信号が時
間の関数となり、位相差の検出によつて変位を知
ることができる。
第2図にこれらの関係を示す。図においてニに
示す波形E0は上記式により求められた位相変調
信号波で、ホに示すEsはE0の整形波で、変位x
=0のときの波形である。ヘはクロツクパルス信
号CKを示す。ここでxが△x変位するとホの波
形はトに示す波形Eとなり、ESとEとの間に△x
の位相差を生ずる。この間にCKを内挿すること
によりP/N単位の読取(カウント)信号が得ら
れる。この△xはsinωtの周期毎に現れ、その
まゝでは△xの内挿パルスがくり返して計数され
るので、通常の位相変調分割方式を用いたカウン
タではsinωtの周期毎に変位差を合わせる工夫が
なされている。この方式によれば多分割が可能で
あるが既述のように分割数が多くなる程読取速度
に制限が加わり高速読取りが出来ないのが実情で
あつた。
本発明はこれらの問題点を解決して、多分割で
しかも高速読取りを可能としたスケール読取方法
を提供する。
以下スケールピツチP=10μm、1ピツチ間の
分割数N=100、最小読取値P/N=0.1μmとし
て本発明の実施例を説明するが、本発明の方法は
これに限定されるものではない。
第3図は本発明の基本概念を示すものである。
長さxを測定する場合測定の起点Psはスケール上
の任意の位置にあり、図においては最後に通過し
たスケール信号のゼロクロス点よりM1の所にあ
る。このM1の値は前記した位相変調分割方式に
より読み取ることができる。測定の開始時にこの
M1を読取り記憶する。次いでスケールに沿つて
変位する事によりsin波計のスケール信号が検出
され、スケールのピツチによりゼロクロス点を通
過する毎にパルスを発生させる。このパルス数
(n)を計数して記憶する。測定の終点(Pe)に
おいては起点時と同様に最後に通過したゼロクロ
ス点からの値M2を位相変調分割方式により読み
取り測定を終了する。この測定で得られた2つの
記憶値(M1,n)と最後の測定値M2とからX=
nP+M2−M1を計算し変位量Xを知る事ができ
る。ただし位相変調分割回路の動作速度および上
記計算処理速度が充分応答できるような低速度で
変位している場合には測定の終了時にのみ上記の
計算を行なうのではなく、時々刻々の変位に追従
した計数値nおよびM2を用いて計算し表示する
ことも可能である。
この方法を実現するための回路を第4図に示
す。2つのスケール信号Sin2π/Px、cos2π/Pxは 位相変調100分割回路に加えられる。ここでは前
記した位相変調分割方式によりスケール信号の1
ピツチ内での変位量に比例したパルス信号が
sinωtの周期毎に出力される。このパルス信号は
次の第2カウンタにてsinωtの周期毎にリフレツ
シユカウントされ、本実施例において1μmおよび
0.1μmの桁の表示信号となる。測定の開始時にお
いては測定起点設定信号を外部より加え、この第
2カウンタの内容をM1記憶回路の中に記憶する。
さらにスケール信号sin2π/Pxはゼロクロス検出回 路にも加えられスケール信号電圧が1ピツチ(本
実施例において10μm)毎に1コのパルス信号を
発生せしめる、変位速度が定めた限界より速い場
合AB信号切換回路はB信号、すなわちゼロクロ
ス検出回路からの10μm毎のパルス信号を通過さ
せるように設定されており、10μm毎のパルス信
号は次の第1カウンタにて計数される。測定開始
時に記憶されたM1記憶回路の内容と現時点にお
ける第1カウンタ、第2カウンタの内容を計算部
に導き、簡単な加減算計算を行つて結果を表示部
にて表示させると現時点の変位量を知る事ができ
る。
しかし、高速移動時には前述したように位相変
調分割方式は正しい値を示さないため第2カウン
タの内容は信頼できず、この結果高速時における
読取り精度は、この実施例において10μmしか得
られないが、高速移動時には1μmおよび0.1μm表
示は常に変動し目視による読み取りは不可能であ
り実用上問題にならない。
0.1μm精度での測定を必要とする場合、通常は
測定の起点および終点部では停止または微速状態
である。中間の移動時において速度が増大し第2
カウンタの内容に誤りを生じて第2カウンタはリ
フレツシユカウンタであるため終点部において低
速になつた時再び正しい値を示す事ができるのが
本発明の大きな特長である。
従つてこの方式にて重要な役目をする高低速切
換の方法について次に述べる。
同一スケール信号を用いてもゼロクロス検出回
路より出力される10μm毎のパルス信号と位相変
調100分割回路のパルス信号出力が9.9μmから
0.0μmに切替る時期とは必ず一致するとは限らな
い。このため単純にこの二系列の信号を加算する
と大きな誤差を生じる。例えばゼロクロス検出回
路からのパルスが0.1μm早く出力されると表示は
0.0、0.1、0.2……9.8、19.9、10.0、10.1………と
なり、また逆に0.1μm遅れて出力されると表示は
0.0、0.1、0.2………9.8、9.9、0.0、10.1となり非
常に大きな誤差を生じる事になる。これを防ぐた
め第2カウンタのラツチ出力を桁上げ桁下げパル
ス発生回路に導きUP方向の場合9.9が0.0に変化
したときに桁上信号を、DOWN方向の場合0.0が
9.9に変化した時に桁下信号を発生させ位相変調
100分割回路が正常に動作をしている低速時には
この桁上げ桁下げ信号を第1カウンタに送り
10μmの桁信号として用いる。
また、高速時には位相変調100分割回路の信号
は正しい値を示さないのでゼロクロス検出回路か
らの10μm毎の信号を用いる。このための回路が
AB信号切替回路である。これにより例で示した
ような大きな誤りを生じる事なく0.0、0.1、0.2…
……9.8、9.9、10.0、10.1………の如く正しい表
示が得られる。
次に問題となるのがこの切替のタイミンであ
る。例えば高速から低速に切替つた場合すなわち
ゼロクロス検出信号から桁上げ桁下げ信号に切替
る場合、ゼロクロス検出信号が微かに早く出力し
第1カウンタに計数した後切替り、遅れて桁上げ
信号が出力されると同一スケール点が二重に計数
されたことになる。
第5図にこの関係を示す。図においてリはスケ
ール信号、ヌはゼロクロス検出信号、ルはクロツ
クパルス信号、オは桁上げ桁下げ信号である。こ
のゼロクロス検出信号ヌと桁上げ桁下げ信号オと
は必ずしも一致していないのが普通である。そこ
でこの2つのパルス信号の間でワに示す切替え信
号によつて切替えが行なわれるとカで示すように
両方のパルスを計数することになりミスカウント
となる。そこでカの信号の初めのパルスの立上り
と後のパルスの立下りの間を切替禁止の区間ヨと
し、従来計数していた方のパルス(例えば高速か
ら低速への切替信号の場合はゼロクロス検出信号
ヌ)を計数し、実際の切替えは切替禁止区間終了
後にタの信号で示す位置にて行うためオのパルス
は計数しないことになる。
このように切替禁止区間を設けることによつて
高速、低速の切替えに際してミスカウントのない
切替えが可能となる。
以上詳述したように本願発明によれば従来不可
能視されていた多分割でしかも高速の読取りがで
きるという成果をもたらし、高速度・高精度で実
用的なデジタル測定器の提供が可能となつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のゼロクロス分割方式の説明図、
第2図は従来の位相変調分割方式の説明図、第3
図は本願発明の読取方法説面図、第4図は本願発
明のブロツク図、第5図は切替禁止区間の説面
図。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 変位に対して周期的信号を出力するデジタル
    スケールの読取方法において、スケールの周期ピ
    ツチPをゼロクロス点で計数する第1カウンタ
    と、1周期内の端数位置を位相変調分割方式で内
    挿して計数する第2カウンタとを有し、計測の起
    点において第2カウンタの数値M1を記憶し、変
    位によつて得られる第1カウンタの計数値nと終
    点において第2カウンタに示されている数値M2
    とから変位量X=nP+M2−M1を計算して表示す
    る高速・多分割のスケール読取方法。 2 特許請求の範囲第1項の記載において速度検
    出を行つて速度区分し、低速時においては第2カ
    ウンタのオーバフローパルスをもつて第1カウン
    タの計数信号とし、高速時においてはスケールピ
    ツチのゼロクロス点を計数信号としたスケール読
    取方法。 3 特許請求の範囲第1項、第2項の記載におい
    て、スケール信号sin2π/Px、cos2π/Px(xは変
    位 量)および基準波形sinωtより移動波形sin(ωt+
    2π/Px)を作り、基準波形と移動波形との位相差 にN分割するためのパルス信号CKを内挿し、こ
    れを基準波形周期毎にリフレツシユする第2カウ
    ンタによりリフレツシユカウントして1ピツチ以
    下の計数値とし、移動速度の高速・低速の区分に
    よる切換えを行い、高速においてはスケールピツ
    チ毎のゼロクロス信号を第1カウンタの計数値と
    し、低速においては第2カウンタのオーバフロー
    パルスによる桁上げ桁下げ信号を第1カウンタの
    計数値とするスケール読取方法。 4 特許請求の範囲第2項・第3項の記載におい
    て、高速・低速における入力信号の切換えに際し
    てゼロクロス信号と桁上げ桁下げパルスの間を切
    換中止区域として設定したスケール読取方法。
JP2029482A 1982-02-10 1982-02-10 スケ−ル読取方法 Granted JPS58137709A (ja)

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JPS58137709A JPS58137709A (ja) 1983-08-16
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