JPH03276015A - 変位検出装置 - 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、変位測定装置の変位検出器から出力される検
出信号に基づいて、測定対象物の変位を検出しそのディ
ジタル値を出力する変位検出装置に関する。

［従来の技術］ 測定対象物の変位を測定する変位測定装置としては、デ
ィジタルダイヤルゲージのような小型計測器から３次元
座標測定装置のような大型測定装置まで種々のものが知
られている。

これらの変位測定装置では、例えば光学式の位置検出器
と、この位置検出器の出力をカウントして変位量のディ
ジタル値を出力する変化検出装置とが使用される。位置
検出器は、例えばベース側に固定されたメインスケール
と、測定プローブ側に固定され前記メインスケール上を
移動するインデックススケールとを有し、両スケールに
形成された所定ピッチの光学格子間の位相差を、光学式
検出器等で検出することにより、両者の相対移動を検出
する。そして、この位置検出器から出力される検出信号
を変位検出装置で計数することにより、両者の変位量を
示すディジタル値を得るようにしている。

この種の変位測定装置では、測定プローブの操作速度に
よって、位置検出器からの検出信号の周波数が大きく変
動する。特に、測定プローブを高速に移動させると、検
出信号の周波数が極めて大きくなり、変位検出装置での
カウント動作が追い付かず、カウントミスが発生するこ
とがある。

そこで、検出信号の周波数が高くなったときにも、カウ
ントミスが生じない位置検出装置も提案されている（特
開昭５６−８２４１３号）。この装置は、検出信号を夫
々細分割及び荒分割する細分割回路及び荒分割回路と、
前記荒分割回路の出力により検出信号の速度を検出する
速度検出回路と、この速度検出回路の速度検出信号によ
り検出信号の速度が低い場合には細分割回路の出力を出
力し、検出信号の速度が高い場合には荒分割回路の出力
を出力する切換回路と、この切換回路の出力をカウント
するカウンタとを含んでいる。

この回路によれば、検出信号の速度が大きいときには、
荒分割回路の出力をカウントすることでスケールの高速
移動時のカウントミスを防止することができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、近年、高密度基板製造技術の進歩と測定精度
向上の要求とが相俟って、前述した位置検出器のスケー
ルピッチも、１μｍ乃至０．１μｍと従来の１／１０乃
至１／１００にまで微細化が進んでいる。一方、測定作
業のシステム化及び自動化の要請から、ＣＮ　Ｃ（Ｃｏ
ｍｐｕｔｅｒ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）
を利用した３次元測定装置による高速自動計測システム
の開発も進められており、この場合、測定プローブの移
動速度は１　ｍ　／　ｓｅｃにも達する。これらのこと
から、位置検出器の検出信号の周波数は今後益々増加す
る傾向にあり、数百ＫＨｚ乃至数ＭＨｚにまで達するこ
とが考えられる。

しかしながら、上述した従来の位置検出装置では、検出
信号よりも更に周波数が高い荒分割回路の出力に基づい
て速度検出を行なっており、速度検出回路の一例として
ワンショット回路が使用されている。このワンショット
回路は、外部ノイズの影響で再トリガがかかってしまう
ことがあり、速度検出精度が不安定であるという問題が
ある。

また、ワンショット回路の再トリガ周期、つまり時定数
は、外付けされた抵抗及び容量によって決定されるが、
検出信号の最高周波数が増加すると、この時定数の設定
が困難になり、温度による時定数の変動も無視できなく
なる。このため、適正な検出速度の設定が困難になると
いう問題点もある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
外部ノイズに影響されずに常に適正な速度検出を行なう
ことができ、高速動作及び高精度測定時においても、正
確な変位量を得ることができる変位検出装置を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る変位検出装置は、位置検出器から出力され
る検出信号をｍＸｎ分割（ｍ＋　　ｎは整数）して第１
のパルス信号を生成出力する高分割回路と、前記検出信
号をｎ分割して第２のパルス信号を生成出力する低分割
回路と、前記検出信号の周波数を電圧値に変換して出力
する周波数・電圧変換回路と、この周波数・電圧変換回
路の出力が所定のレベルを超えたとき前記検出信号の位
相に同期させて切換信号を第１のレベルから第２のレベ
ルに切換える切換信号発生回路と、前記切換信号が第１
のレベルのときに前記第１のパルス信号を通過させ前記
切換信号が第２のレベルのときに前記第２のパルス信号
を通過させる切換ゲート回路と、この切換ゲート回路か
ら出力される前記第１のパルス信号を計数し１／ｍ分周
された第３のパルス信号を出力する第１の計数回路と、
この第１の計数回路から出力される第３のパルス信号及
び前記切換ゲート回路から出力される第２のパルス信号
を計数する第２の計数回路とを有することを特徴とする
特 ［作用］ 本発明においては、位置検出器から出力される検出信号
は分割されることなく周波数・電圧変換回路に入力され
、この周波数・電圧変換回路でその周波数に応じた電圧
値に変換される。そして、この電圧値が所定の値を超え
たときに、検出信号を高分割してなる第１のパルス信号
から検出信号を低分割してなる第２のパルス信号へと計
数対象が切換えられる。

このように、本発明では、位置検出器からの検出信号の
周波数を周波数・電圧変換回路で検出するようにしてい
るので、ノイズの影響を受は難く、検出速度の設定も容
易になる。また、周波数・電圧変換回路には、位置検出
器からの検出信号の周波数がそのまま与えられるので、
周波数・電圧変換回路の感度領域を高周波領域まで引き
上げる必要がなく、回路の設定が容易になる。このため
、本発明によれば、従来の回路に比べて、高速動作時の
速度検出の安定性が増し、適正な速度検出が可能になる
ので、測定精度を向上させることができる。

［実施例］ 以下、添付の図面に基づいて本発明の実施例について説
明する。

第１図は本発明の実施例に係る変位検出装置の構成を示
すブロック図である。

図示しない光学位置検出器のスケールヘッドから出力さ
れるＳＩＮ波の検出信号（Ａ相）ＳＡと、これと９０°
の位相差を有するＣＯ５波の検出信号（Ｂ相）ＳＲとは
、高分割回路１及び低分割回路２に人力されている。高
分割回路１は、入力された検出信号ＳＡ、ＳＢの合成信
号を例えば抵抗分割等によってｍＸｎ　（ｍ、ｎは整数
）分割し、検出信号ＳＡ、ＳＢの位相差によって決定さ
れるスケールヘッドの移動方向に応じた出力順序で、第
１のパルス信号を複数の信号線を介して順次出力する。

また、低分割回路２は、入力された検出信号ＳＡ、ＳＢ
の合成信号を同じく抵抗分割等によってｎ分割し、スケ
ールヘッドの移動方向に応じた出力順序で、第２のパル
ス信号を複数の信号線を介して順次出力する。

高分割回路１から出力された第１のパルス信号は、Ｕ／
　Ｄ　（Ｕｐ／Ｄｏｗｎ）切換器３に入力さレテイル。

Ｕ／Ｄ切換器３は、入力された第１のパルス信号を、そ
の入力順序とクロック信号φとに基づいて、ＵＰ端子又
はＤＯＷＮ端子に出力する。このＵ／Ｄ切換器３のＵＰ
端子から出力された第１のパルス信号はＡＮＤゲート５
の一方の入力端子に入力され、ＤＯＴＩＮ端子から出力
された第１のパルス信号はＡＮＤゲート６の一方の入力
端子に入力されている。また、低分割回路２から出力さ
れた第２のパルス信号は、Ｕ　／　Ｄ　（Ｕｐ／Ｄｏｗ
ｎ）切換器４に入力されティる。Ｕ／Ｄ切換器４は、入
力された第２のパルス信号を、その入力順序とクロック
信号φとに基づいて、ＵＰ端子又はＤＯＷＮ端子に出力
する。このＵ／Ｄ切換器４のＵＰ端子から出力された第
２のパルス信号はＡＮＤゲーデーの一方の入力端子に入
力され、ＤＯＷＮ端子から出力された第２のパルス信号
はＡＮＤゲート８の一力の入力端子に入力されている。

一方、検出信号ＳＡは、第１の比較器９にも入力されて
いる。第１の比較器９は、検出信号ＳＡと、基準電圧Ｖ
ＲＥＦＩ（例えばＯＶ）とを比較して、正弦波状の検出
信号ＳＡを矩形波に整形する。この矩形波は、Ｆ／ｖ変
換回路１０に供給されている。Ｆ／Ｖ変換回路１０は、
入力された矩形波の周波数に応じた電圧値を出力する。

この電圧値は、第２の比較器１１に供給されている。第
２の比較器１１は、入力された電圧値が基準電圧ＶＲＥ
Ｆ２を超えたときに、その出力をハイレベルに反転させ
る。この第２の比較器１１の出力は、Ｄ型フリップフロ
ップからなる同期回路１２のデータ端子りに入力されて
いる。また、第１の比較器９からの矩形波は、エツジパ
ルス発生器１３にも供給されており、ここで前記矩形波
の立上がりのタイミングを示す所定幅のパルスが生成さ
れるようになっている。そして、このパルスは、同期回
路１２のクロック入力端子ＣＬＫに入力されている。こ
れら第２の比較器１１、同期回路１２及びエツジパルス
発生器１３で切換信号発生回路が構成されている。

同期回路１２からのＱ出力は、切換信号としてＡＮＤゲ
ート５，６の各他方の入力端子に供給されている。また
、同期回路１２のＱ出力も、切換信号としてＡＮＤゲー
デー、８の各他方の入力端子に供給されている。これら
のＡＮＤゲート５〜８は、上記切換信号によって第１及
び第２のパルス信号を切換えて出力する切換ゲート回路
を構成している。

ＡＮＤゲート５，６の出力は、計数回路１４のクロック
信号として供給されている。この計数回路１４は、入力
された第１のパルス信号を計数し、その計数出力を例え
ばＢＣＤコードとして図示しないディジタル表示装置の
下位表示部に供給すると共に、上記第１のパルス信号を
１／ｍに分周して、その桁上げ（ＣＡＲＲＹ）信号及び
桁借り（ＢＯＬＬＯＷ）信号を第３のパルス信号として
夫々ＯＲゲート１５．１６の一方の入力端子に出力する
。また、このＯＲアゲ−１５，ＩＦ５の他方の入力端子
には、ＡＮＤゲーデー、８で選択された第２のパルス信
号が供給されている。したがって、ＯＲゲート１５．１
６は、計数回路１４からの出力と、ＡＮＤゲーデー、８
からの出力を計数回路１７に供給する。計数回路１７は
、ＯＲゲート１５．１６からの出力を計数し、その計数
出力を例えばＢＣＤコードとして図示しないディジタル
表示装置の上位表示部に供給する。

次に、このように構成された変位検出装置の動作につい
て説明する。

第２図は、本装置における各部の波形を示す波形図であ
る。なお、ここでは説明を簡単にするため、位置検出器
のスケールヘッドが正方向に移動した場合、即ち計数回
路１４．１７がアップカウントを行なう場合についての
み説明するが、ダウンカウント時にも同様の説明が成り
立つことはいうまでもない。

いま、図示しない位置検出器のスケールヘッドの移動速
度が低速→高速→低速と変化した場合、位置検出器から
出力される検出信号ＳＡは、第２図に示すように、低周
波から高周波、更に高周波から低周波へと変化する。こ
の検出信号ＳＡは、高分割回路１及び低分割回路２にお
いて、夫々高分割及び低分割され、Ｕ／Ｄ切換器３，４
で夫々切換えられてＵＰ端子から夫々第２図に示すよう
な第１及び第２のパルス信号として出力される。

一方、検出信号ＳＡは、比較器８で第２図に示すような
矩形波に変換され、Ｆ／Ｖ変換回路１０に入力される。

Ｆ／Ｖ変換回路１０の出力は、比較器９の出力の周波数
に応じて低レベルから徐々に増加した後、徐々に減少す
る。

比較器９で整形された検出信号ＳＡの周波数が所定の周
波数以下であると、Ｆ／Ｖ変換回路１０の出力が比較器
１１の基準電圧ｖ＊ｐｐ□に達しないので、比較器１１
の出力はＬレベルであり、同期回路１２のＱ出力はＬレ
ベル、Ｑ出力はＨレベルを維持している。したがって、
ＡＮＤゲート５゜８が有効、ＡＮＤゲーデー、８が無効
となり、ＡＮＤゲート５からの第１のパルス信号が計数
回路１４に入力され、更に計数回路１４の桁上げ出力が
第３のパルス信号として計数回路１７に入力されて、第
１のパルス信号による計数動作が行なわれる。この場合
、検出信号ＳＡの周波数は、所定の周波数以下であるた
め、計数回路１４．１７におけるカウントミスが発生す
ることはない。

比較器９で２値化された検出信号ＳＡの周波数が所定の
周波数を超えると、計数回路１４．１７におけるカウン
ト動作の信頼性が低下する。この場合には、Ｆ／ｖ変換
回路１０の出力が比較器１１の基準電圧ＶＲＥＦ！２を
超えるので、比較器１１の出力は、第２図中ａで示すよ
うに、Ｈレベルに反転する。比較器１１の出力がＨレベ
ルになると、比較器９から出力される矩形波の次の立ち
上がりの際にエツジパルス発生器１３から出力されるパ
ルス信号の立ち上がりで、第２図中すで示すように、同
期回路１２のＱ出力がＨレベル、Ｑ出力がＬレベルにな
る。したがって、ＡＮＤゲート５゜８が無効、ＡＮＤゲ
ーデー、８が有効となり、ＡＮＤゲーデーからの第２の
パルス信号が計数回路１７に入力され、計数回路１４へ
のパルス供給は停止される。この場合、第２のパルス信
号は、第１のパルス信号を１／ｍ分周した信号であり、
計数回路１４も第１のパルス信号を１　／　ｍ分周する
回路であるから、計数回路１４は動作していなくても、
計数回路１４が動作しているのと同等の桁上げ信号をＡ
ＮＤゲーデーから計数回路１７に与えることができる。

そして、計数動作は、第１のパルス信号よりも１／ｍだ
け周波数が低い第２のパルス信号により行なわれるから
、計数回路１７におけるカウントミスが発生することは
ない。

また、切換信号である同期回路１２のＱ、Ｑ出力は、検
出信号ＳＡと同期がとれているので、切換え時における
計数回路１４のカウント開始及び停止タイミングがずれ
る等の不具合が発生することはない。

ところで、この種の変位測定装置において、測定プロー
ブが移動する際には、その速度は滑らかに連続的に変化
する。この回路によれば、Ｆ／Ｖ変換回路１０で、この
滑らかな速度変化を検出するようにしているので、ノイ
ズの影響を受けずに安定した速度検出を行なうことがで
きる。しかも、Ｆ／Ｖ変換回路１０は、検出信号ＳＡの
周波数をそのまま検出しているので、感度領域を高い帯
域まで引き上げる必要がなく、回路の設定が容易である
という利点かある。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、位置検出器から出
力される検出信号の周波数を周波数・電圧変換回路で検
出し、第１のパルス信号と第２のパルス信号とを切換え
るようにしたので、高速動作時の速度検出の安定性を図
ることができ、測定精度及び測定速度の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る位置検出装置のブロック
図、第２図は同装置の各部の信号波形図である。 ｌ；高分割回路、２：低分割回路、３．４；Ｕ／Ｄ切換
器、５〜８；ＡＮＤゲート、９：第１の比較器、１０　
；　Ｆ／Ｖ変換回路、１工；第２の比較器、１２；同期
回路、１３；エツジパルス発生器、１４．１７；計数回
路、１５．１６；ＯＲゲート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置検出器から出力される検出信号をｍ×ｎ分割
   （ｍ、ｎは整数）して第１のパルス信号を生成出力する
   高分割回路と、前記検出信号をｎ分割して第２のパルス
   信号を生成出力する低分割回路と、前記検出信号の周波
   数を電圧値に変換して出力する周波数・電圧変換回路と
   、この周波数・電圧変換回路の出力が所定のレベルを超
   えたとき前記検出信号の位相に同期させて切換信号を第
   １のレベルから第２のレベルに切換える切換信号発生回
   路と、前記切換信号が第１のレベルのときに前記第１の
   パルス信号を通過させ前記切換信号が第２のレベルのと
   きに前記第２のパルス信号を通過させる切換ゲート回路
   と、この切換ゲート回路から出力される前記第１のパル
   ス信号を計数し１／ｍ分周された第３のパルス信号を出
   力する第１の計数回路と、この第１の計数回路から出力
   される第３のパルス信号及び前記切換ゲート回路から出
   力される第２のパルス信号を計数する第２の計数回路と
   を有することを特徴とする変位検出装置。