JPH0353109A

JPH0353109A - スケール装置

Info

Publication number: JPH0353109A
Application number: JP18916789A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Onodera; 小野寺　康彦
Original assignee: Sony Magnescale Inc
Current assignee: Sony Magnescale Inc
Priority date: 1989-07-21
Filing date: 1989-07-21
Publication date: 1991-03-07
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JP2627193B2

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、例えば工作機械用の変位検出装置に使用して
好適なスケール装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、例えば工作機械用の変位検出装置に使用して
好適なスケール装置において、突当て部を形成したスケ
ール取付け用基準具をスケール取付け面に取付け、長平
方向に目盛が形成されたスケールを長手方向の一端がそ
のスケール取付け用基準具の突当て部に当接する如くそ
のスケール取付け面に取付けることにより、そのスケー
ルの取付け時のスケールの変形を抑制しスケール製造時
め測定精度がスケールのユーザにおいても確実に再現で
きるようにしたものである。

〔従来の技術〕

工作機械等において、相対変位する二部材間の相対変位
量を測定するために、一方の部材に所定の目盛が形成さ
れたスケールを取付け他方の部材にその目盛を読取るセ
ンサを有する検出ヘッドを取付けて或る変位検出装置が
使用されている。従来の変位検出装置の測定精度はｌμ
ｍ程度が一般的であるが、近時は加工精度の向上に伴い
０．０１μ一〜０．１ａ−の測定精度が要求されつつあ
る。このように高い測定精度を達或するためには機械的
誤差因子を極力取除くために、高精度な目盛を形戒した
スケールを一方の部材に取付け具を介して直接取付ける
方法が採用されている。

第６図は従来の高精度なスケールの取付け方法を示し、
この第６図において、（１）はガラスプレートより威る
スケールであり、このスケール（１）には所定ピッチの
光学格子より威る目盛（２）が形成されている．この場
合、後述の如く変位検出装置を小型化するためにスケー
ル（１）の中立軸（１ａ）に対して目盛（２）の中心軸
（２ａ）は偏位して配されている。また、（３）は例え
ば移動テーブルに連動する取付けベース、（３ａ）　．
　（３ｂ）は夫々スケール取付け用に加工された基準面
を示し、その取付けベース（３）の基準面（３ａ）にス
ケール（１）を載置して上から板ばね（４）をその取付
けベース（３）にボルト（５）で固定することにより、
スケール（１）が固定される．この場合、その取付けベ
ース（３）の基準面（３ｂ）に対してスケール（１）を
押し付けて固定する方法と、その基準面（３ｂ）からス
ケール（１）を離して固定する方法とがある。

第７図は第６図例でスケール（１）を固定した状態の側
面図を示し、この第７図において、（６）は固定ベース
、（７）はこの固定ベースに取付けられた検出ヘッドで
あり、この検出ヘッド（７）に配されているセンサがそ
のスケール（１）の目盛（２）を読取って電気信号に変
換し、図示省略した計数装置に供給する如くなされてい
る。この第７図より明らかな如く、仮にスケール（１）
を幅方向にＷだけ大きく形成すればその目盛（２）の中
心軸（２ａ）をスケール（１）の中立軸（ｌａ）に合致
させることができる。しかしながら、それではスケール
（１）のみならず検出ヘッド（７）もＷだけ突き出てし
まい全体として装置が大型化してしまうため、装置の小
型化の要請に応えるべく目ＩＩｌｔ（２）の中心軸（２
ａ）がスケール（１）の中立軸（１ａ）から偏位する構
威が採られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

例えば、取付けベース（３）の基準面（３ｂ）にスケー
ル（１）の一端を押し当ててそのスケール（１）を固定
する場合には、その基準面（３ｂ）の平面度はできるだ
け高精度に加工することが要求される．しかしながら、
一般に通常の機械加工の精度はｌＯμ一程度であるため
、その基準面（３ｂ）の平面度も全長で１０μ一程度以
下にすることは困難である。そのため、基準面（３ｂ〉
は複雑な凹凸を有しそのスケール（１）を基準面（３ｂ
）に押し当てた場合には、第８図に示す如く、スケール
（１）に変形が生じるおそれがある．第８図は力Ｆによ
ってスケール（１）が円弧状に変形した場合を誇張して
示したものであるが、中立軸（１ａ〉と目盛の中心軸（
２ａ）との偏位置をｄ，撓み角をθ、目盛（２）の圧縮
による誤差をεとすると、ε／２ξｄθ　　　　　・・
・・・・（１）の関係が近似的に戒立する。例えば有効
測定長２００ａ＋ｍのスケールにｌｔＩｆｆｌ程度の変
形が生じるだけで、偏位量ｄが大きい場合には、式（１
）より誤差εが約０．１５μ謡程度に達することがある
。実際には変形量はもっと大きいものであるため、スケ
ールの製造段階での精度が全長で０．１μ一程度以下で
あっても、スケール（１）の取付け時の締付け力等によ
っては有効測定長が２００１ＩＩｍで誤差が０．５μｍ
にも達する場合があり、取付け時の誤差を解消するため
に取付けに長時間を要する場合があった．一方、取付け
ベース（３）の基準面（３ｂ）とスケール（１）とを離
してスケール（１）を取付ける方法の場合には、作業者
の熟練度によって精度にばらつきが生じると共に、取付
け調整に長時間を要する不都合がある．また、作業者が
素手で調整するときには、調整に長時間を要するとスケ
ールが熱膨張により変形した状態で固定され、事後に歪
みによって測定誤差が生じるおそれもある．本発明は斯かる点に鑑み、スケール取付け時におけるス
ケールの変形を抑制し、スケール製造時の測定精度がス
ケールのユーザにおいても確実に再現できるようにする
ことを目的とする．〔課題を解決するための手段〕本発明によるスケール装置は、例えば第１図及び第３図
に示す如く、突当て部（１２ａ）　．　（１２ｂ）を形
成しｈスケール取付け用基準具（１２）をスケール取付
け面（３ｃ）に取付け、長手方向に目盛が形成されたス
ケール（８）を長手方向の一端（８ｂ）がそのスケール
取付け用基準具（１２）の突当て部（１２ａ）　．　（
１２ｂ）に当接する如くそのスケール取付け面（３Ｃ）
に取付けるようにしたものである．〔作用〕斯かる本発明によれば、突当て部（１２ａ）　，　（１
２ｂ）にスケール（８）の一端を当接させるだけでよい
ため取付け作業が容易である。また、従来例の如く取付
けベース（３）の基準面（３ｂ）の全面を基準とする場
合には基準面（３ｂ）の加工の状態によりどのような変
形がスケール（１）に生じるか予想が困難であるが、本
願の如く、予め突当て部（１２ａ）　．　（１２ｂ）を
形成する場合には平面の形戒が容易であると共に、スケ
ール（１）との当接部分が明確でありスケール（１）に
生じる変形が管理できるものとなる。従って、例えばス
ケール（１）には剛性があるため、その突当て部（１２
ａ）　．　（１２ｂ）の間隔を短くすることにより取付
け時にある程度の力を加えてもそのスケール（１）の変
形を抑制することができる．また、その突当て部（１２
ａ）　，　（１２ｂ）以外では付勢力を加えないように
することにより、そのスケール（１）の変形を抑制する
ことができる．従って、そのスケール（１）の変形が小さくなるように
管理できるため、スケール製造時の測定精度がスケール
のユーザにおいても確実に再現できる。

〔実施例〕

以下、本発明によるスケール装置の一実施例につき第１
図〜第５図を参照して説明しよう。本例は分解能０．０
１μ一程度で変位量を検出する変位検出装置に本発明を
適用したものである。

第１図及び第２図は本例の変位検出装置を示し、この第
１図及び第２図において、（８）は全体としてスケール
を示し、このスケール（８）はガラスより或るスケール
ベース（９）と保護プレー｝　（１０）との間に光学格
子より或る目盛（１１）を挟み込んだ形で構或する．そ
の目盛（１１）としては例えばホログラフィーの技術を
応用してピッチ０．５μ糟程度のものが製造できる。こ
の目盛（ｌ１）を読取って得られる電気信号を内拝する
ことにより分解能０６０１μｍが達或される．（１２）は基準プレートを示し、第３図に示す如く、こ
の基準プレート（１２）には２箇所に突当て基準面（１
２ａ）　，　（１２ｂ）を形成し、これら突当て基準面
（１２ａ）　，（１２ｂ）により定まる平面が取付けベ
ース（３）の機械走りの方向に対して平行になるように
その基準プレー｝　（１２）をその取付けベース（３）
のスケールの取付け面（３ｃ）に固定用のボルトを以て
固定する。そして、第１図に示す如く、そのスケール（
８）の長平方向の一端（８ｂ）がその基準プレー｝　（
１２）の２箇所の突当て基準面（１２ａ）　，　（１２
ｂ）に当接する状態で、板ばねより戒るスケールクラン
プ（１３Ａ）を以てそのスケール（８）をスケール取付
け面（３Ｃ）に押え付けてその板ばね（１３Ａ）をボル
ト（１４）でその基準プレ−　｝　（１２）に固定する
．更に、そのスケール（８）に沿ってその一端（８ｂ）
から間隔を置いてそのスケール取付け面（３ｃ）上にス
ベーサ（１５Ａ）及び（１５Ｂ）を載置し、スケールク
ランプ（１３Ｂ）及びボルトでそのスベーサ（１５Ａ）
を固定すると同時にそのスケールクランブ（１３Ｂ）の
先端部でスケール（８）の端部を固定する。同様にスケ
ールクランプ（１３ｃ）及びボルトでスペーサ（１５Ｂ
）を固定すると同時にそのスケールクランプ（１３Ｃ）
の先端部でスケール（８）の端部を固定する。

（１６）はスライダ、（ｌ７）は信号ケーブルを示し、
このスライダ（ｌ６）を固定ベースに取付け、このスラ
イダ（１６）の取付けベース（３）に対向する面に検出
ヘッド（１８）を取付ける如くなす。また、第２図は第
１図の側面図を示し、この第２図において、（１９Ａ）
はストツパであり、このストツパ（１９Ａ）は検出ヘッ
ド（１８）をスケール（８）に対して位置決めする際に
使用され、位置決め後は取除かれる。尚、第２図におい
て、スペーサ（１５Ａ）及びスケールクランブ（１３Ｂ
）は図示省略してある。

本例においてスケール（８）をスケール取付け面（３ｃ
）上に取付ける際の手順につき第４図を参照して詳細に
説明するに、先ず第４図Ａに示す如く、取付け面（３ｃ
）上にボル｝　（１４）　，　（１４）を以て基準プレ
ー｝　（１２）を仮止めする。そして、その取付けベー
ス（３）とは独立のベース上にテストインジケータ（２
０）を取付けて、そのインジケータ（２０）のブローブ
がその基準プレー｝　（１２）の一方の突当て基準面（
１２ａ）に当接するようにしてその指示値を読む。

次にその取付けベース（３）とインジケータ（２０）を
取付けたベースとを相対変位させてそのインジケータ（
２０）のブローブがその基準プレート（１２）の他方の
突当て基準面（１２ｂ）に当接する如くなして、そのイ
ンジケータ（２０）の指示値が変化しなくなるようにそ
の基準プレート（１２）を位置決めした後に、その基準
プレート（１２）をボルト（１４）　．　（１４）で固
く締付ける如くなす．次に第４図Ｂに示す如くスケール（８）の一端（８ｂ）
を基準プレート（１２）の２箇所の突当て基準面（１２
ａ）　．（１２ｂ）に当接させてスケールクランプ（１
３Ａ）でそのスケール（８》を固定する．この場合、そ
のスケール（８）に作業者が加える力がそのスケールク
ランプ（１３Ａ）の基準面（１２ａ）及び（１２ｂ）に
対抗する位置のＦよ及びＦ，であるときにはスケール（
８）には変形が生じることがなく、測定誤差が最小にな
る利益がある．また、第４図Ｃに示す如く、本例のスケール（８）も中
立軸（８ａ）に対して目盛（１ｌ）の中心軸（ｌｌａ）
が偏位して配されているが、この場合にはスケール（８
）の変形によって第８図に示すような誤差εが発生する
．そして、本例のスケール（８）の取付け時の変形が最
も大きくなるのはその基準プレート（１２）の中間部分
で力Ｆ１が作用する場合である．しかしながら、その基
準プレート（ｌ２）の突当て基準面（１２ａ）と（１２
ｂ）との間隔を略Ｍ１スケール（８）の有効測定長をＬ
とすると、本発明者の実験によれば、例えばＭが５０ｍ
ｍ程度、Ｌが２００ｍｍ程度の場合には、その力Ｆ，が
１ｋｇ重程度であってもスケール（８）の変形による誤
差は０．１ｐｍ程度に収まることが確認されている．こ
れは間隔Ｍが比較的短いためにスケール（８）の剛性に
よって変形が少なくなっているからである．一般に間隔
Ｍは有効測定長Ｌの値によって適当な値を選択する如く
なす．上連のように本例によれば、所定の突当て基準面
（１２ａ）　．　（１２ｂ）を形成した基準プレート（
１２）が使用されているため、スケール（８）の取付け
時の変形量を管理することができ、その変形量を所定値
以下に抑制することができる。従って、スケール製造時
の測定精度がスケールのユーザにおいても確実に再現で
きる利益がある．また、第６図例のように取付けベース（３）に複雑な基
準面（３ａ）　，　（３ｂ）を加工する必要がなくなり
、ユーザにおける加工が容易となり全体としてのコスト
が低減できる利益がある。

尚、上述実施例では基準プレート（ｌ２）の突当て基準
面（１２ａ）　，　（１２ｂ）は平面に仕上げているが
、例えば円弧状に形成してスケール（８）と点接触する
ようにしてもよい。また、基準プレート（１２）は第５
図に示すような基準プレー｝　（２１）でもよい．第５
図例は突当て基準面（２１ａ）　，　（２１ｔｔ）を有
しスケールクランブ（１３０）及び（１３Ｂ）が取付け
られるようにしたものである．尚、本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の構威を採り得ることは勿論であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スケール取付け時のスケールの変形を
抑制し、スケール製造時の測定精度がスケールのユーザ
においても確実に再現できる利益がある．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第１
図の矢視■方向から見た側面図、第３図及び第４図は夫
々一実施例の説明に供する線図、第５図は基準プレート
の他の例を示す斜視図、第６図〜第８図は夫々従来技術
の説明に供する線図である．（３ｃ）はスケールの取付け面、（８）はスケール、（
１２〉は基準プレート、（１２ａ）及び（１２ｂ）は夫
々突当て基準面である．代理人松隈秀盛第１図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

突当て部を形成したスケール取付け用基準具をスケール
取付け面に取付け、長手方向に目盛が形成されたスケー
ルを長手方向の一端が上記スケール取付け用基準具の突
当て部に当接する如く上記スケール取付け面に取付ける
ようにしたことを特徴とするスケール装置。