JPH02179409A - 直線変位検出器 - Google Patents

直線変位検出器

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JPH02179409A
JPH02179409A JP33505288A JP33505288A JPH02179409A JP H02179409 A JPH02179409 A JP H02179409A JP 33505288 A JP33505288 A JP 33505288A JP 33505288 A JP33505288 A JP 33505288A JP H02179409 A JPH02179409 A JP H02179409A
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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、直線変位検出器に係り、特に、校正を短時間
で且つ容易に行うことが可能であり、従って、工作機械
等と検出器を含むシステム全体の精度を向上させること
ができる直線変位検出器に関するものである。 【従来の技術1 対峙する部材の一方に、周期的な主格子を形成したメイ
ンスケールを固定し、他方の部材に、対応する周期的な
副格子を形成した光透過性のインデックススケールと、
光源を含む照明系と、前記主格子及び副格子によって変
調された前記照明系からの光を光電変換する受光素子と
を含む検出ヘッドを固定し、両部材の相対変位に応じて
周期的に変化する検出信号を生成する光電式変位検出器
が、工作機械の工具の送り量等を測定する分野で普及し
ている。 第8図は、従来の反射型光電式変位検出器の一例を示し
たもので、光源としての発光ダイオード10と、該発光
ダイオード10からtli射される光を平行照明光線と
するコリメータレンズ12と、周期的な主格子16を形
成したメインスケール14と、該メインスケール14に
対して相対移動可能に配置される、対応する周期的なり
I I@子20を形成した光透通性のインデックススケ
ール18と、前記メインスケール14の主格子16で反
射されて前記イブツクススケール18の副格子20を通
過してきた前記平行照明系からの反射光線Rを光電変換
する受光素子22とを有しており、前記メインスケール
14とインデックススケール18の相対変位に応じて周
期的な変位検出信号を生成するようにされている。ここ
で、前記メインスケール14は、例えば枠体に収容され
て、相対移動する一方の部材、例えば工作機械のベツド
に固定され、前記発光ダイオード10、コリメータレン
ズ12、インデックススケール18及び受光素子22は
、検出ヘッド24に収容されて、相対移動する他方の部
材、例えば工具等に固定される。 このような直線変位検出器は、完全に安定な状態で使用
されることは稀であり、使用環境温度の変化に伴う熱膨
張の違い(ワーク又は取付機械である測定対象とメイン
スケールとの線膨張係数の違い、測定対象とメインスケ
ールの熱容量の違い、これによる温度上昇の違い)、機
械の運動真直度の変化、機械構造体の熱変形等の制御で
きない不安定な誤差因子によって、見掛は上の精度が変
化してしまう。即ち、使用環境温度の変化に渾う熱膨張
等によって、メインスケールの熱伸縮等により直線変位
検出器の単体の精度が変化するだけでなく、測定対象で
ある工作機械等の動きの精度も変化するため、直線変位
検出器には、両者の複合誤差が生じることになる。 前記のような複合誤差を解消し、直線変位検出器と工作
機械等を合せたシステム全体の精度を改善する目的で、
次のような方法が行われている。 その1つは、信号処理段階で電気的に補正する方法であ
り、例えばNC制御装置に補正機能をもたせ、ストロク
内の絶対座標に対応させて予め設定した誤差テーブルを
用いて、第9図に示す如く、測定値に対して該補正値を
加減算することによって総合精度を向上する、いわゆる
ピッチエラー補正や、予め基準器を用いて2点間の間隔
Yを精密に測定しておき、次式に示す如く、直線変位検
出器によって得られる測定li×に、前記精密測定によ
って求めた補正係数βを乗じて直線補正を行う、いわゆ
る機械誤差補正が、これに相当する。 Y=β・X   ・・・(1) 又、直線変位検出器のメインスケールに操作を加えるこ
とで補正する方法もあり、例えば、メインスケールを、
あるピッチで調整ねじで曲げて補正する方法や、メイン
スケールを引張ったり圧縮したりして直線補正する方法
も行われている。 前記補正は、ストローク内を教区間に分けて折れ線によ
り木目細かく補正するのが望ましいが、近年工作機械の
熱対象設計が進んでいるので、直線補正だけでも実用上
充分である。 しかしながら、いずれの方法も、システム全体の精度を
求めるための、チエツクマスター、レーザ測長器等の基
準器が必要であり、直線補正をするにしても、これらを
使用して補正値を求めなければならないので、基準器と
して使用可能な高価な精と機器が必要となる。 又、例えば工作機械のテーブル上に校正具を載せ、該校
正具間の間隔を基準器で測定すると共に直線変位測定器
で測定し、両者の比から補正係数βを求める必要があり
、補正作業が大変面倒なものとなる。 更に、誤差曲線は常に変化しており、唯一絶対ではない
ので、校正作業は随時周期的に行う必要があるが、校正
作業中は、作業員も工作機械も生産を休んでいるため、
その間のコストアップの問題もあり、環境変化等によっ
てシステム精度が変っても、校正作業が行われない場合
もあった。特に、小さな工場では、校正作業の負担が大
きく、出荷時又は据付時に初期校正されるのみで、後は
校正されないまま放置され、目的とする総合精度が得ら
れていない場合が多かった。 又、ピッチエラー補正の場合には、レーザ測長器やチエ
ツマスター等の高価な基準器を用いて、予め細いピッチ
で補正データを得ておく必要があり、又、補正データの
値が変化する点では、測定値−が不連続になるという問
題点も有していた。 【発明が達成しようとする課題】 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、校正を短時間で、且つ簡単に行うことが可能とな
り、従って、システム全体の精度を向上させることがで
きる直線変位検出器を提供することを目的とする。
【課題を達成するための手段】
本発明は、相対移動する一方の部材に固定されるメイン
スケールと、相対移動する他方の部材に固定される検出
ヘッドとを有し、該検出ヘッドの変位検出用センサによ
って得られる変位検出信号により、両部材間の相対変位
を電気的に測定する直線変位検出器において、前記メイ
ンスケールと略平行に、伸縮可能な状態で取付けられた
校正用ゲージと、該校正用ゲージ上の所定位置の間隔の
変化を検出するための、前記検出ヘッドに取付けられた
校正用センサとを備え、該校正用センサで検出される前
記間隔の変化量に応じて、前記変位検出信号による測定
値を補正することにより、前記課題を達成したものであ
る。 又、本発明は同様の直線変位検出器において、メインス
ケールが固定される部材上に、メインスケール長手方向
に所定の間隔で配置された、少なくとも2つの校正用マ
ークと、該校正用マークの間隔の変化を検出するための
、検出ヘッドに取付けられた校正用センサとを備え、該
校正用センサで検出される前記間隔の変化量に応じて、
変位検出信号による測定値を補正することにより、同じ
く前記課題を達成したものである。
【作用及び効果】
本発明は、前記のような直線変位検出器において、第1
図又は第5図に示す例の如く、メインスケール14(が
収容された枠体15)と略平行に、伸縮可能な状態で校
正用ゲージ3oを取付けるか、又は、第6図に示す例の
如(、メインスケール14(が収容された枠体15)が
固定される部材(例えば工作機械のペッド40)上に、
メインスケール長手方向に所定の間隔で少なくとも2つ
の校正用マーク44を配設する一方、検出ヘッド24に
、前記校正用ゲージ30上の所定位置(センサ用マーク
30A)の間隔、又は、前記校正用マーク44の間隔の
変化を検出するための校正用センサ32を取付け、該校
正用センサ32で検出される前記間隔の変化量に応じて
、変位検出信号による測定値を補正するようにしている
。従って、チエツクマスターやレーザ副長器等の高価で
精密な基準器を用いたり、校正作業毎に工作機械のベツ
ド又はテーブル上に校正具を配置したりすることなく、
短時間で、且つ容易に校正を行うことができ、システム
精度を向上することができる。校正の周期は、システム
精度の変動状態を見て決める必要があるが、短い程、シ
ステム精度は向上する。
【実施例】
以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本発明の第1実施例は、第1図及び第2図に示す如く、
相対移動する一方の部材に固定されるメインスケール1
4(図示省略)が収容された枠体15と、相対移動する
他方の部材に固定される検出ヘッド24とを有し、該検
出ヘッド24の変位検出用センサによって得られる変位
検出信号によリ、両部材間の相対変位を電気的に測定す
る直線変位測定器において、前記枠体15に、前記メイ
ンスケールと略平行に、伸縮可能な状態で取付けられた
校正用ゲージ30と、該校正用ゲージ30上の所定位置
に配設されたセンサ用マーク30A間の間隔の変化を検
出するための、前記検出ヘッド24に取付けられた校正
用センサ32とを備え、該校正用センサ36で検出され
る前記マーク30A間の間隔の変化量に応じて、前記変
位検出信号による測定値を直線補正するようにしたもの
である。 前記枠体15は、例えばアルミニウム製とされ、その中
に、例えばガラス製のメインスケール14が固定されて
いる。この場合、ガラスとアルミニウムでは線膨張係数
が異なるので、その違いによる誤差が問題となるが、本
実施例によって補正される。 前記校正用ゲージ30は、例えば鉄、又は工作機械本体
と同じ材質、又はワークと同じ材質とされ、その中央部
に設けられた固定ねじ38によって、前記メインスケー
ルと略平行に、伸縮可能な状態で前記枠体151%:取
付けられている。なお校正用ゲージ30と枠体15の間
には、第2図に示す如(板ばね36が介装されている。 前記校正用センサ32としては、例えば磁気式センサを
用いることができる。 以下第1実施例の作用を説明する。 本実施例において、前記校正用センサ32から得られる
出力信号は、例えば第3図(A)・に示す如くとなり、
これをパルス化することによって、第3図(B)に示す
ような信号が得られる。従って、例えば校正用ゲージ3
0上のマーク30A間の寸法が500 mmであるとき
に、直線変位検出器の測定値が、第3図(C)に示す如
く、左側で零に設定したにも拘わらず、右側では500
.045となった場合には、次式に示す如く測定値を強
制的に500に合せるための補正係数βを求める。 500.045xβ−500・・・(2)このβ−0,
99991は、自動的に求めることができ、校正後は、
測定値にβを乗じて表示値とされる。 このような本実施例による補正は、第4図に実線へで示
すような直線補正であるため、システムの総合誤差が直
線的である場合に特に有効である。 しかしながら、前記マーク30Aを校正用ゲージ30上
に3個以上設けて、各マーク間の間隔を測定することに
より、第4図に破線Bで示したような折れ線による補正
を行うことも可能である。 次に、第5図を参照して、本発明の第2実施例を詳細に
説明する。 この第2実施例は、第1実施例と同様の直線変位測定器
において、校正用ゲージ30を枠体15でなく工作機械
のベツド40の側面に固定するようにしたものである。 図において、42は、枠体15をベツド40に取付ける
ための固定ねじである。 他の構成及び作用に関しては、前記第1実施例と同様で
あるので説明は省略する。 前記第1実施例及び第2実施例においては、いずれも校
正用ゲージ30が直線変位測定器に備えられているので
、工作機械への取付けが容易である。 次に、第6図及び第7図を参照して、本発明の第3実施
例を詳細に説明する。 本実施例は、前記第1実施例と同様の直線変位測定器に
おいて、メインスケール14(図示省略)が収容された
枠体15が固定される工作機械のベツド40の側面に、
メインスケール長手方向に所定の間隔で2つの校正用マ
ーク44を配置したものである。 他の構成及び作用に関しては、前記第1実施例と同様で
あるので説明は省略する。 本実施例によれば、熱容量の大きい工作機械の伸縮を基
準としてシステム誤差の補正を行うことが可能である。 又、本実施例においては、校正用マーク44を工作機械
のベツド32に直接取付けているので、別体の校正用ゲ
ージが不要である。 更に、本実施例においては、校正用マーク44を工作機
械のベツド32の側面に取付けているので、上面に加工
しなくてよく、校正用マーク44の取付けが比較的容易
である。 なお前記実施例においては、本発明が反射型の光電式直
線変位検出器に適用されていたが、本発明の適用範囲は
これに限定されず、透過型の直線変位検出器や、磁気式
等、他の方式の直線変位検出器にも同様に適用できるこ
とは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る直線変位測定器の第1実施例の
構成を示す斜視図、 第2図は、同じく検出ヘッドを外した状態を示す平面図
、 第3図は、第1実施例における校正方法を説明するため
の線図、 第4図は、同じく補正方法示す線図、 第5図は、本発明の第2実施例を示す斜視図、第6図は
、本発明の第3実施例を示す斜視図、第7図は、同じく
側面図、 第8図は、従来の反射型光電式変位検出器の一例の構成
を示す断面図、 第9図は、従来のNC装置で用いられているピッチエラ
ー補正の方法を示す線図である。 14・・・メインスケール、 15・・・枠体、 24・・・検出ヘッド、 30・・・校正用ゲージ、 30A・・・センサ用マーク、 32・・・校正用センサ、 40・・・ベツド、 44・・・校正用マーク。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)相対移動する一方の部材に固定されるメインスケ
    ールと、 相対移動する他方の部材に固定される検出ヘッドとを有
    し、 該検出ヘッドの変位検出用センサによつて得られる変位
    検出信号により、両部材間の相対変位を電気的に測定す
    る直線変位検出器において、前記メインスケールと略平
    行に、伸縮可能な状態で取付けられた校正用ゲージと、 該校正用ゲージ上の所定位置の間隔の変化を検出するた
    めの、前記検出ヘッドに取付けられた校正用センサとを
    備え、 該校正用センサで検出される前記間隔の変化量に応じて
    、前記変位検出信号による測定値を補正することを特徴
    とする直線変位検出器。
  2. (2)相対移動する一方の部材に固定されるメインスケ
    ールと、 相対移動する他方の部材に固定される検出ヘッドとを有
    し、 該検出ヘッドの変位検出用センサによつて得られる変位
    検出信号により、両部材間の相対変位を電気的に測定す
    る直線変位検出器において、前記メインスケールが固定
    される部材上に、メインスケール長手方向に所定の間隔
    で配置された、少なくとも2つの校正用マークと、 該校正用マークの間隔変化を検出するための、前記検出
    ヘッドに取付けられた校正用センサとを備え、 該校正用センサで検出される前記間隔の変化量に応じて
    、前記変位検出信号による測定値を補正することを特徴
    とする直線変位検出器。
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