JPH0360042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光電式変位検出装置に係り、特に一
定ピツチの測長スリツト列を備えるメインスケー
ルと、このメインスケールの測長スリツト列と同
一ピツチの測長ゲートスリツト列を備え、前記メ
インスケールに対して、スリツト列方向に平行に
相対移動可能に配置されたインデツクススケール
と、これらメインスケール及びインデツクススケ
ールを透過又は反射した光を受光し、該メインス
ケールとインデツクススケールの相対移動時に、
各々のスリツトの重なりの繰返しにより形成され
る前記光の明暗の繰返し数から測長信号を発生す
る測長光電変換器と、を有してなる光電式変位検
出装置の改良に関する。

上記のような光電式変位検出装置は、非接触且
つ高精度に変位を検出できるので多くの分野で採
用されているが、測長方向に対して検出信号が増
加減少を繰返す関数曲線を描くために、検出信号
を例えばデジタル信号に処理してデジタル表示し
た場合であつても、この信号のみからでは物理的
絶対原点が不明であり、従つて、絶対原点を特定
する他の手段が必要であつた。

かかる光電式変位検出装置における絶対原点を
特定する手段としては、従来次のようなものがあ
つた。

まず、メインスケールとインデツクススケール
とが任意相対位置にある時、他の検出手段、例え
ばダイヤルゲージ、を利用してカウンタ等を含む
デジタル表示器の表示値を強制的に零セツトする
方法がある。

この方法は簡便ではあるが、μｍの単位の精度
で絶対原点を定めることは、困難な場合がある。

又、測定中に電源が遮断された場合、再度の零
クリア作業が必要となり、更に、再度の零クリア
によつても先の原点と一致して零セツトをするこ
とが困難であるという問題点があつた。

次に、メインスケールに、測長スリツト列とは
別に参照マークを該測長スリツト列と並列して設
け、且つ、インデツクススケール側には該参照マ
ークを検知すべき対応マークを測長ゲートスリツ
ト列とは別個に設けて、この対応マークにより前
記参照マークを検出して、その位置を絶対原点と
する方法がある。

この方法によれば、絶対原点を正確に得ること
はできるが、参照マークは測長スリツトに沿つて
多数配置されていて、実際の測定時には、これら
の複数の参照マークの一つにインデツクススケー
ルの対応マークを重ねて位置させ、これによつて
参照マークを読込んで絶対原点を設定しなければ
ならず、従つて、複数の参照マークから一つの参
照マークを特定する作業が必要となり、容易迅速
に絶対原点を設定することができないという問題
点がある。

又、他の手段として、特公昭58−406845公報に
記載されるように、メインスケールに測長スリツ
ト列と並列して多数の参照マークを設けると共
に、該メインスケールに沿つて、変位可能な参照
マーク選択スイツチを設け、予めこの参照マーク
選択スイツチを所望の参照マークと対応する位置
に固定し、インデツクススケール側の対応マーク
が参照マークを検出すると同時に参照マーク選択
スイツチが作動された時、該参照マークを絶対原
点としてセツトする方法がある。

しかしながら、この方法においても、参照マー
ク選択スイツチをどの参照マークに対応する位置
に固定するか、あるいは、複数の対応マーク選択
スイツチのうちいずれを使用すべきかの判定作業
が必要であり、自動的に且つ迅速に絶対原点を設
定することができないという問題点がある。

又、上記のように参照マーク選択スイツチを設
ける場合は、変位検出装置自体が長大となるのみ
ならず、コストが増大するという問題点もある。

この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされた
ものであつて、容易迅速且つ自動的に絶対原点を
設定することができるようにした光電式変位検出
装置を提供することを目的とする。

又この発明は、装置の重量及び長さの増大並び
にコストの増加を伴なうことなく確実に絶対原点
を設定且つ検出できるようにした光電式変位検出
装置を提供することを目的とする。

この発明は、一定ピツチの測長スリツト列を備
えるメインスケールと、このメインスケールの測
長スリツト列と同一ピツチの測長ゲートスリツト
列を備え、前記メインスケールに対して、スリツ
ト列方向と平行に相対移動可能に配置されたイン
デツクススケールと、これらメインスケール及び
インデツクススケールを透過又は反射した光を受
光し、該メインスケールとインデツクススケール
の相対移動時に、各々のスリツト列におけるスリ
ツトの重なりの繰返しにより形成される前記光の
明暗の繰返し数から測長信号を発生する測長光電
変換器と、を有してなる光電式変位検出装置にお
いて、前記メインスケールに、前記測長スリツト
列と並行して不等ピツチで配設された複数の参照
マークと、前記インデツクススケールに設けら
れ、前記参照マークを検出するマーク検出手段
と、これら各参照マーク位置の間の前記測長スリ
ツトを、測長スリツト群とした時、前記マーク検
出手段の検出信号で作動され、該参照マークと次
の参照マーク間における前記測長スリツト群のス
リツト数を計数するスリツト計数手段と、このス
リツト計数手段により計数されたスリツト数を、
参照マーク選択設定器で予め設定されたスリツト
数と比較して、両スリツト数が合致したか否かを
確認してその信号を出力する測長スリツト数確認
手段からの合致信号、及び、前記マーク検出手段
からの前記合致信号の入力直後のマーク検出信号
を条件に該検出された参照マーク位置を測長原点
とする原点設定手段とを備えることにより上記目
的を達成するものである。

又この発明は、前記スリツト計数手段を、前記
測長光電変換器から出力される測長信号を計数す
る測長用カウンタから構成することにより上記目
的を達成するものである。

又この発明は、前記スリツト計数手段を、前記
測長用光電変換器から出力される測長信号を計数
する測長用カウンタとは別個に設けられた補助カ
ウンタから構成するこにより上記目的を達成する
ものである。

又この発明は、前記各参照マーク間の測長スリ
ツト列のスリツト数を、メインスケールの一端側
から他端側に順次増大させることにより上記目的
を達成するものである。

又この発明は、前記各参照マーク間の測長スリ
ツト列のスリツト数を、メインスケールの略中央
位置を中心として、両端方向に対称位置の測長ス
リツト群において同数とすることにより上記目的
を達成するものである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

一定ピツチの測長スリツト列１２を備えるメイ
ンスケール１０と、このメインスケール１０の測
長スリツト列１２と同一ピツチの測長ゲートスリ
ツト列１４を備え、前記メインスケール１０に対
して、スリツト列方向と平行に相対移動可能に配
置されたインデツクススケール１６と、これらメ
インスケール１０及びインデツクススケール１６
を透過又は反射した光を受光し、該メインスケー
ル１０とインデツクススケール１６の相対移動時
に、各々のスリツトの重なりの繰返しにより形成
される前記光の明暗の繰返し数から測長信号を発
生する測長光電変換器１８と、を有してなる光電
式変位検出装置において、前記メインスケール１
０に、前記測長スリツト列１２と並行して、不等
ピツチで配設された複数の参照マーク２２Ａ，２
２Ｂ，２２Ｃ，…と、前記インデツクススケール
１６に設けられ、前記参照マーク２２を検出する
マーク検出手段２４と、このマーク検出手段２４
の検出信号で作動され、前記各参照マーク２２
Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，…間の測長スリツト列１２
を、順次測長スリツト群１２Ａ，１２Ｂ，１２
Ｃ，…とした時、該検出された参照マークと次の
参照マーク間の前記測長スリツト群１２Ａ、又は
１２Ｂ、又は１２Ｃ，…のスリツト数を読取るカ
ウンタからなるスリツト計数手段２６と、このス
リツト計数手段２６により読取られたスリツト数
を、参照マーク設定器２８で予め設定されたスリ
ツト数と比較して、両スリツト数が合致したか否
かを確認してその信号を出力する比較器からなる
測長スリツト数確認手段３０と、この測長スリツ
ト数確認手段３０からの合致信号、及び、前記マ
ーク検出手段２４からの前記合致信号の入力直後
のマーク検出信号、を条件に該検出された参照マ
ーク２２位置を測長原点とする原点設定手段３２
と、を備えてなるものである。

前記参照マーク２２はランダムパターンのスリ
ツトとされ、又、前記マーク検出手段２４は、前
記参照マーク２２に対応するランダムパターンの
スリツトからなる基準ゲートスリツト３４、及
び、この基準ゲートスリツト３４と前記参照マー
ク２２との重なり合いを検知する光電変換器３６
とから構成されている。

又、前記測長ゲートスリツト列１４は、相互に
半ピツチ位相をずらして形成された一対の第１、
及び第２の測長ゲートスリツト列１４Ａ，１４Ｂ
から構成されている。

これら第１及び第２の測長ゲートスリツト列１
４Ａ，１４Ｂは、インデツクススケール１６のメ
インスケール１０に対する相対移動方向に離間し
て配置されると共に、一方の測長ゲートスリツト
列に対して他方の測長スリツト列のスリツトのピ
ツチが、半ピツチずらされている。

又、前記測長光電変換器１８は、前記第１及び
第２の測長ゲートスリツト列１４Ａ，１４Ｂに対
応して、第１及び第２の測長光電変換器１８Ａ，
１８Ｂから構成されている。

ここで、前記メインスケール１０における測長
スリツト列１２の測長スリツトは、その明部及び
暗部の幅がそれぞれ4μｍとされ、従つて、１ピ
ツチは8μｍとされている。

又、該測長スリツト列における測長スリツト数
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，…のスリツト数は、例
えば、第１図において左端の測長スリツト群１２
Ａは12500ピツチ（10cm相当）、次の測長スリツト
群１２Ｂは13000ピツチ（10cm＋４mm相当）、…と
定め、メインスケール１０の左端から右端に向か
つて順次そのピツチ数即ちスリツト数が増大され
るようにして形成する。

前記スリツト数選択設定器２８は、前記各参照
マーク間の測長スリツト群に対応するピツチ数に
より、いずれかの測長スリツト群を選択できるよ
うにされている。

第２図の符号３８は信号処理部を示し、その信
号処理部３８は、前記第１の測長光電変換器１８
Ａからのアナログ入力信号をデジタルパルス信号
に変換して、前記スリツト計数手段２６に出力す
ると共に、前記第１及び第２の測長光電変換器１
８Ａ，１８Ｂからの入力信号の位相差によつてイ
ンデツクススケール１６が図において右方向ある
いは左方向に進んでいるかを判別して、その方向
に応じて前記スリツト計数手段２６にプラス又は
マイナスの信号を出力するものである。

又、図の符号４０は表示部を示し、前記スリツ
ト計数手段２６からの出力即ちパルスカウント数
に対応して測定寸法を表示又は記録するようにさ
れている。

次に上記実施例の作用を、第３図を参照して説
明する。

まず、第１図において、左端から５番目の参照
マーク２２Ｅを絶対原点とする場合は、測長スリ
ツト群１２Ｄのスリツト数又はピツチ数をスリツ
ト数選択設定器２８によつて設定する。

測長スリツト数確認手段３０は、第３図に示さ
れるように、ステツプ101で前記スリツト数選択
設定器２８による設定値即ち、スリツト群を識別
する信号を読取る。

この状態で、メインスケール１０に対してイン
デツクススケール１６を第１図において右方向に
相対的に移動させると、該インデツクススケール
１６に設けられたマーク検出手段２４が、参照マ
ーク２２Ｂを、次いで、参照マーク２２Ｃを、更
には参照マーク２２Ｄ、参照マーク２２Ｅを順次
走査してくる。

この場合、マーク検出手段２４における基準ゲ
ートスリツト３４が、参照マーク２２に合致する
時に、光電変換器３６の出力に応じて、原点設定
手段３２に基準ゲート信号が出力される（ステツ
プ102参照）。

一方、スリツト計数手段２６は、信号処理部３
８から出力されるデジタルパルス信号の数をカウ
ントし、これを測長スリツト数確認手段３０に出
力する。

この測長スリツト数確認手段３０は、スリツト
数選択設定器２８からの設定値とスリツト計数手
段２６からの出力信号を比較して、信号処理部３
８からのパルス数即ち予めスリツト数選択設定器
２８によつて設定されたスリツト群１２Ｄのスリ
ツト数と比較して、両者の一致又は不一致の信号
を原点設定手段３２に出力する（ステツプ103） この原点設定手段３２は、測長スリツト数確認
手段３０からの合致信号の正否に応じて、否の時
はスリツト計数手段２６をクリアする信号を出力
して該スリツト計数手段２６を零クリアする（ス
テツプ104）。なお、スリツト計数手段２６は、当
然手動でも零クリアできる。

スリツト計数手段２６はクリアされた後再度信
号処理部３８からのパルス信号をカウントする。

合致信号が正の場合、即ち、測長ゲートスリツ
ト列１４Ａ，１４Ｂが測長スリツト群１２Ｄを通
過した時に、参照マーク２２Ｅの位置を絶対原点
として設定すると共に、測長スリツト数確認手段
３０に原点設定完了信号を出力し、更に、スリツ
ト計数手段２６にカウンタクリア信号を出力する
（ステツプ105）。この時から、スリツト計数手段
２６は測長モードに切換えられ（ステツプ106）
通常の測定時の状態となる。

従つて、表示部４０には、この測定モードに切
換えられた後に前記設定された絶対原点からの距
離が表示又は記録されることになる。

又、他の位置の参照マーク２２を絶対原点とす
る場合は、前述と同様に、スリツト数選択設定器
２８によつて該当する測長スリツト群を選び、そ
れを、測長スリツト数確認手段３２に読取らせる
ことによつて当該測長スリツト群に隣接する参照
マーク２２を絶対原点とすることができる。

ここで、前記スリツト数選択設定器２８を予め
決定されたプログラムに応じて絶対原点を順次変
更して選択できるようにしておけば、例えばNC
工作機械等の制御装置に連動させることにより、
機械加工の順序に従つて、順次絶対原点を変更し
て、最適の測定を行うことが自動的にできる。

又、絶対原点を機械加工によつて加工すべき材
料の形状大きさに応じて迅速且つ容易に変更する
ことができる。

ここで、前記測長スリツト群１２Ａ，１２Ｂ，
１２Ｃ，…は、１２Ａ側からそのピツチ数が順次
500ピツチづつ増大されるように形成されている
が、これは、ランダムに増減されるようにしても
よく、又、その増加ピツチ数は、最低１ピツチあ
ればよい。

即ち、測長スリツト列１２における測長スリツ
ト列１２及び測長ゲートスリツト列１４における
測長スリツトの明部及び暗部の幅を、前述の如
く、各々例えば4μｍとして、測長光電変換器１
８から得られたアナログ信号を８分割すれば、信
号処理部３８から導出されるパルス信号は、その
１パルス分が1μｍとなり、この変位測定器は1μ
ｍの分解能を有するので、前記測長スリツト群の
差が測長スリツトの１ピツチ分づつであつてもこ
れを判別できる。

なお、前記実施例においては、測長スリツト群
の指定は、該測長スリツト群相当のパルス数によ
つてスリツト数選択設定器２８により行うように
しているが、これは、他の指定手段例えば、メイ
ンスケール１０の端部からの絶対長さとして指定
するようにしてもよく、又、前述の如くNC工作
機械等において、順次絶対原点が変更されるよう
な場合、第２図において２点鎖線で示されるよう
に、該工作機械等の制御装置２９の制御信号を用
いて測長スリツト群を指定するようにしてもよ
い。

又、上記実施例の場合、インデツクススケール
１６がメインスケール１０に対して第１図の左方
向から右方向へ相対移動する場合について述べた
が、測長スリツト群との関係で参照マーク２２を
特定する手段として、当該参照マーク２２の図に
おいて右側の測長スリツト群あるいは両側の測長
スリツト群を利用して絶対原点を特定するように
してもよい。

又、上記実施例は、前述の如く、測長スリツト
群のスリツト数を、図において左側から右方向に
向かつて順次増加するように配置したものである
が、これは、順次減少させるようにしてもよく、
又、例えば、メインスケール１０の中心部から左
右方向に左右対象位置の測長スリツト群を同一の
スリツト数とするようにしてもよい。

更に、前記測長スリツト群は、そのスリツト数
を、順次循環して増減するように配置してもよ
い。

又、前記参照マーク２２は、スリツトをランダ
ムに形成したランダムパターンとしたものである
が、本発明はこれに限定されるものでなく、例え
ば、参照マーク２２は、スリツトとは全く別個の
マークであつてもよい。これらの場合、前記基準
ゲートスリツト３４は、当然、参照マーク２２と
対応するパターンの検出マークとする。

又、上記実施例において、前記測長スリツト数
確認手段３０は、スリツト数選択設定器２８によ
り指定されたパルス数と、スリツト計数手段２６
から入力されるパルス数とを比較して、両者が一
致した時に合致信号を出力するようにされている
が、両パルス数が、正確に一致した時にのみ合致
信号を出力するとした場合は、その正確な作動が
時間的に困難な場合があるために、設定値の上下
に一定の許容範囲を設け、この許容範囲内で両パ
ルス数が一致した時に合致信号を出力するように
設定するとよい。但し、この場合は、各測長スリ
ツト群間のスリツト数の差を、前記許容範囲より
も多くしなければならない。

又、上記実施例は、測長作業時に利用されるカ
ウンタをスリツト計数手段２６として利用したも
のであるが、本発明はこれに限定されるものでな
く、第４図に示されるように、測長用カウンタ４
２とは別に補助カウンタを設けこれをスリツト計
数手段２６としてもよい。

この場合、主カウンタ４２と信号処理部３８と
の間に切換装置４４を設けこの切換装置４４を前
記原点設定手段３２によつて、原点設定時に切換
えることにより、信号処理部３８からの出力信号
が主カウンタ４２側とスリツト計数手段２６側と
に切換えて出力されるようにする。

この実施例の場合、スリツト計数手段２６は、
測長に使用する主カウンタ４２よりも分解能の粗
いものであつてもよいので、構造が簡単である。

但し、第２図に示されるように、主カウンタを
スリツト計数手段２６として利用する場合は、よ
り構成が簡単となるという利点がある。

又、カウンタが複数台直列に配設された光電式
変位検出装置においても、各々の原点設定を容易
に行うことができる。

本発明は上記のように構成したので、簡単な構
成で、且つ、装置の大型化、重量増大及び大幅な
コスト増大を伴なうことなく、絶対原点を容易確
実にしかも、自動的に設定することができるとい
う優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光電式変位検出装置の要
部を示す分解平面図、第２図は同実施例を示す一
部断面図を含むブロツク図、第３図は同実施例の
作用を説明する流れ図、第４図は本発明の他の実
施例を示すブロツク図である。 １０……メインスケール、１２……測長スリツ
ト列、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２
Ｅ，１２Ｆ……測長スリツト群、１４，１４Ａ，
１４Ｂ……測長ゲートスリツト列、１６……イン
デツクススケール、１８，１８Ａ，１８Ｂ……測
長光電変換器、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，
２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ……参照マーク、２４…
…マーク検出手段、２６……スリツト計数手段、
２８……スリツト数選択設定器、３０……測長ス
リツト数確認手段、３２……原点設定手段、３４
……基準ゲートスリツト、３６……光電変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定ピツチの測長スリツト列を備えるメイン
   スケールと、このメインスケールの測長スリツト
   列と同一ピツチの測長ゲートスリツト列を備え、
   前記メインスケールに対して、スリツト列方向と
   平行に相対移動可能に配置されたインデツクスス
   ケールと、これらメインスケール及びインデツク
   ススケールを透過又は反射した光を受光し、該メ
   インスケールとインデツクススケールの相対移動
   時に、各々のスリツト列におけるスリツトの重な
   りの繰返しにより形成される前記光の明暗の繰返
   し数から測長信号を発生する測長光電変換器と、
   を有してなる光電式変位検出装置において、前記
   メインスケールに、前記測長スリツト列と並行し
   て不等ピツチで配設された複数の参照マークと、
   前記インデツクススケールに設けられ、前記参照
   マークを検出するマーク検出手段と、これら各参
   照マーク位置の間の前記測長スリツトを、測長ス
   リツト群とした時、前記マーク検出手段の検出信
   号で作動され、該参照マークと次の参照マーク間
   における前記測長スリツト群のスリツト数を計数
   するスリツト計数手段と、このスリツト計数手段
   により計数されたスリツト数を、参照マーク選択
   設定器で予め設定されたスリツト数と比較して、
   両スリツト数が合致したか否かを確認してその信
   号を出力する測長スリツト数確認手段と、この測
   長スリツト数確認手段からの合致信号及び前記マ
   ーク検出手段からの前記合致信号の入力直後のマ
   ーク検出信号を条件に該検出された参照マーク位
   置を測長原点とする原点設定手段と、を有してな
   る光電式変位検出装置。 ２ 前記スリツト計数手段は、前記測長光電変換
   器から出力される測長信号を計数する測長用カウ
   ンタから構成さた特許請求の範囲第１項記載の光
   電式変位検出装置。 ３ 前記スリツト計数手段は、前記測長用光電変
   換器から出力される測長信号を計数する測長用カ
   ウンタとは別個に設けられた補助カウンタから構
   成された特許請求の範囲第１項記載の光電式変位
   検出装置。 ４ 前記各参照マーク間の測長スリツト列のスリ
   ツト数は、前記メインスケールの一端側から他端
   側に順次増大されてなる特許請求の範囲第１項乃
   至第３項のうちいずれかに記載の光電式変位検出
   装置。 ５ 前記各参照マーク間の測長スリツト列のスリ
   ツト数は、メインスケールの略中央位置を中心と
   して、両端方向に対称位置の参照マーク間におい
   て同数とされた特許請求の範囲第１項乃至第６項
   のうちいずれかに記載の光電式変位検出装置。