JPH0540045A - Linear encoder - Google Patents
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- JPH0540045A JPH0540045A JP3197715A JP19771591A JPH0540045A JP H0540045 A JPH0540045 A JP H0540045A JP 3197715 A JP3197715 A JP 3197715A JP 19771591 A JP19771591 A JP 19771591A JP H0540045 A JPH0540045 A JP H0540045A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING 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
- G01D5/00—Mechanical 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
- G01D5/26—Mechanical 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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical 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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical 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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical 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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34746—Linear encoders
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、リニアエンコーダに関
する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a linear encoder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、リニアエンコーダを検出方式で大
きく分類すると、その第一の方式として平行スリット
式、その第二の方式としてモアレ縞式、その第三の方式
としてバーニア縞式、その第四の方式としてホログラフ
スケール式などがある。そこで、今、第四の方式の一例
として、図８及び図９に示すようなリニアエンコーダを
例にとって説明する。リニアエンコーダ用スケール１上
には、その長手方向に沿って垂直な直線回折格子すなわ
ち短冊状の格子パターン２ａをもった短尺スケール２が
千鳥状に配列され、しかも、この場合、それら隣合う短
尺スケール２の格子パターン２ａは互いに若干重なりを
もって配列されている。また、それら隣同士の重なりを
もった格子パターン２ａの上部に位置して２個の検出器
３，４が配置されている。図９は、それら検出器３，４
の内部構成を詳しく描いたものであり、それぞれ半導体
レーザ５、ハーフミラー６、反射ミラー７、受光素子８
等からなっている。2. Description of the Related Art Conventionally, when linear encoders are roughly classified by detection method, a parallel slit method is the first method, a moire fringe method is the second method, a vernier fringe method is the third method, and a fourth method is the moiré fringe method. There is a holographic scale type as a method of. Therefore, a linear encoder as shown in FIGS. 8 and 9 will now be described as an example of the fourth method. On the linear encoder scale 1, short scales 2 having a vertical linear diffraction grating, that is, a strip-shaped grating pattern 2a along the longitudinal direction thereof are arranged in a zigzag pattern, and in this case, the adjacent short scales are arranged. The two lattice patterns 2a are arranged so as to overlap each other. Further, two detectors 3 and 4 are arranged above the lattice pattern 2a having the adjacent portions overlapping each other. FIG. 9 shows those detectors 3, 4
2 is a detailed drawing of the internal structure of the semiconductor laser 5, the half mirror 6, the reflection mirror 7, and the light receiving element 8 respectively.
Etc.
【０００３】このような構成において、常にどちらかの
検出器３，４が格子パターン２ａからの反射光又は透過
光を検出するように格子パターン２ａの重なり部分で使
用する検出器３，４の切換えを行い、かつ、この時の両
検出器３，４からの信号の位相差を検出するか、又は、
予め測定し記憶しておいた位相差を用いることによっ
て、両者が同期するように新たに選択される側の位置を
補正するようにしたものである。In such a configuration, switching of the detectors 3 and 4 used at the overlapping portion of the grating pattern 2a so that one of the detectors 3 and 4 always detects the reflected light or the transmitted light from the grating pattern 2a. And detect the phase difference between the signals from both detectors 3 and 4 at this time, or
By using the phase difference measured and stored in advance, the position on the newly selected side is corrected so that they are synchronized.
【０００４】また、第三の方式であるバーニア縞式の例
としては、特開昭６４−７４４１４号公報に開示されて
いるようなものがある。これは、スケールに対して光源
からの光束をコリメータレンズにより平行光にして照明
し、その透過光とバーニアとが作るモアレ縞により位置
情報を検出していた従来の検出方式に対して、光源から
の拡散光をスケールに照明することで周期的な位置信号
を得ることを可能としたものである。しかし、いずれの
場合にしても、スケールには高い精度で等間隔の格子を
刻む必要があり、特に長尺化するためには高精度で大が
かりな製造装置が必要となる。Further, as an example of the vernier fringe type which is the third type, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-74414. This is because the collimator lens illuminates the light flux from the light source on the scale in parallel, and the position information is detected by the moire fringes formed by the transmitted light and vernier. It is possible to obtain a periodic position signal by illuminating the scale with diffused light. However, in any case, it is necessary to engrave the grids at equal intervals with high accuracy on the scale, and in particular, to increase the length, a highly accurate and large-scale manufacturing apparatus is required.
【０００５】上述したような４つの方式は、いずれの場
合もスケール上に刻まれた格子線から作られるモアレ縞
や干渉縞を用いて位置情報を得るものであり、また、検
出分解能を上げるためには格子ピッチを狭くすれば良
く、第四の方式を除くエンコーダでは回折現象による信
号出力の低下を考慮して４μｍピッチの格子が限界とさ
れている。これに対して、第四の方式は、微細な回折格
子が用いられ、高い分解能での測長が可能である。市販
のホログラフスケールでは格子ピッチ０．５μｍ、分解
能０．０１μｍのものも実現される。ただし、ホログラ
フスケールの加工精度はホログラム製造装置に用いる光
学部品の良否により決定される。例えば、図示しない２
枚の放物面鏡の大きさとその面精度でスケールの有効長
と精度とが決まる。従ってホログラフスケールでは長尺
スケールといっても２５０ｍｍ程度のものまでしか実現
されていない。In each of the four methods described above, position information is obtained using moire fringes or interference fringes formed from grid lines engraved on the scale, and in order to increase the detection resolution. In order to reduce the signal output due to the diffraction phenomenon, the limit of the grating pitch is 4 μm for encoders other than the fourth method. On the other hand, the fourth method uses a fine diffraction grating and can measure the length with high resolution. A commercially available holographic scale having a grating pitch of 0.5 μm and a resolution of 0.01 μm can be realized. However, the processing accuracy of the holographic scale is determined by the quality of the optical components used in the hologram manufacturing apparatus. For example, 2 not shown
The effective length and accuracy of the scale are determined by the size of the parabolic mirror and its surface accuracy. Therefore, in the holographic scale, even a long scale is realized only up to about 250 mm.
【０００６】リニアエンコーダで用いられるスケールに
は、高精度に加工された格子が刻まれている。エンコー
ダの検出精度と分解能とは検出方法が決まればこの格子
の加工精度と格子間隔とによってほとんど決定される。
従って、この格子を製作するために、ルーリングエンジ
ンを用いたり、ＬＳＩ製造用の縮小露光装置を用いた
り、高精度な光学素子を用いて２光束干渉により製作す
るなどしてしているが、いずれの場合にも、製作するス
ケールの長さが長くなると加工装置の大型化と高精度化
とが要求され、その結果非常に高価なものとなってい
る。特に、ホログラフスケールによる場合は長尺のもの
ができず問題となっていた。The scale used in the linear encoder is engraved with a highly processed grating. If the detection method is determined, the detection accuracy and resolution of the encoder are almost determined by the processing accuracy of the grid and the grid spacing.
Therefore, in order to manufacture this grating, a ruling engine is used, a reduction exposure apparatus for manufacturing an LSI is used, or a high-precision optical element is used to manufacture it by two-beam interference. Also in this case, if the scale to be manufactured becomes long, it is required to increase the size and accuracy of the processing apparatus, and as a result, it is very expensive. In particular, in the case of using a holographic scale, a long one cannot be produced, which is a problem.
【０００７】このような問題に対処したものとして、前
述した図８及び図９に示したように、リニアエンコーダ
用スケール１上に短尺スケール２を千鳥状に配列させて
長尺のスケールを形成させた信号検出方式なるものがあ
る。しかし、この場合、その製作の精度上、千鳥状に配
列する場合、短尺スケール２同士が互いに平行とならず
傾きをもって配列されてしまうことがあり、このため見
かけ上のスケールのピッチが異なってしまい、位置測定
に誤差が発生し正確な位置検出を行うことができないと
いう問題がある。As a solution to such a problem, as shown in FIGS. 8 and 9, the short scales 2 are arranged in a staggered pattern on the linear encoder scale 1 to form a long scale. There is also a signal detection method. However, in this case, due to the manufacturing precision, when they are arranged in a staggered pattern, the short scales 2 may be arranged with an inclination instead of being parallel to each other, so that the apparent scale pitches are different. However, there is a problem that an error occurs in the position measurement and accurate position detection cannot be performed.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、短冊状の格子パターンからなる短尺スケールが千鳥
状に配列されると共に、それら隣合う格子パターン同士
が若干の重なり部分をもって配列されたリニアエンコー
ダ用スケールと、このリニアエンコーダ用スケールから
の反射光又は透過光を検出するように前記格子パターン
の重なり部分の上部に位置して配設された少なくとも２
個の検出器とを備え、前記リニアエンコーダ用スケール
の前記短尺スケール上に形成された前記格子パターンの
情報を切換え可能な２個の検出器を用いて光学的に読取
ることにより位置検出を行うリニアエンコーダにおい
て、予め設定された読取方向に対して前記短尺スケール
が傾くことによる測定誤差を前記検出器からの信号の位
相量として検出する位相検出回路と、予め前記各短尺ス
ケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶すると共
にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み出す第１
メモリと、前記位相検出回路にて検出された位相量を前
記第１メモリから読み出された傾き角度の余弦成分で除
算する除算器とを備えた傾き補正回路を設け、隣合う前
記短尺スケール間の傾き補正後の位相差を予め求め記憶
させた第２メモリを設け、傾き補正後の位相を前記第２
メモリから読み出した位相差を用いて加算若しくは減算
して位相差補正を行う算術手段を設けた。According to the first aspect of the invention, short scales composed of strip-shaped lattice patterns are arranged in a zigzag pattern, and adjacent lattice patterns are arranged with some overlapping portions. A linear encoder scale, and at least 2 arranged so as to detect reflected light or transmitted light from the linear encoder scale and above the overlapping portion of the grating patterns.
Linear detector for detecting the position of the linear encoder scale by optically reading the information of the grating pattern formed on the short scale of the linear encoder. In the encoder, a phase detection circuit that detects a measurement error due to the inclination of the short scale with respect to a preset reading direction as a phase amount of a signal from the detector, and an inclination angle measured in advance for each short scale. Storing the cosine component of the and reading out the value corresponding to each of the short scales.
A tilt correction circuit including a memory and a divider that divides the phase amount detected by the phase detection circuit by the cosine component of the tilt angle read from the first memory is provided, and between the adjacent short scales. Is provided with a second memory in which the phase difference after the tilt correction is obtained and stored in advance, and the phase after the tilt correction is stored in the second memory.
Arithmetic means is provided for performing phase difference correction by adding or subtracting using the phase difference read from the memory.
【０００９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、傾き補正回路を、検出器に対してそれぞ
れ独立して設けた。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the tilt correction circuit is provided independently of each detector.
【００１０】請求項３記載の発明では、短冊状の格子パ
ターンからなる短尺スケールが千鳥状に配列されると共
に、それら隣合う格子パターン同士が若干の重なり部分
をもって配列されたリニアエンコーダ用スケールと、こ
のリニアエンコーダ用スケールからの反射光又は透過光
を検出するように前記格子パターンの重なり部分の上部
に位置して配設された少なくとも２個の検出器とを備
え、前記リニアエンコーダ用スケールの前記短尺スケー
ル上に形成された前記格子パターンの情報を切換え可能
な２個の検出器を用いて光学的に読取ることにより位置
検出を行うリニアエンコーダにおいて、各隣接する前記
格子パターンの重なり部分で傾き補正された検出器から
の信号の位相差を求める位相差検出手段と、予め前記各
短尺スケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶す
ると共にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み出
す第１メモリとを備え前記検出器に対してそれぞれ独立
して配置された傾き補正回路を設け、これにより求めた
位相差を記憶する書換え可能なメモリを設け、傾き補正
後の信号に対して前記メモリから読み出された位相差を
用いて加算若しくは減算して位相差補正を行う算術手段
を設けた。According to the third aspect of the present invention, the short scales composed of strip-shaped grid patterns are arranged in a zigzag pattern, and the adjacent grid patterns are arranged with some overlapping portions, and a linear encoder scale is provided. At least two detectors arranged above the overlapping portion of the grating pattern so as to detect reflected light or transmitted light from the linear encoder scale, In a linear encoder that performs position detection by optically reading the information of the grid pattern formed on a short scale using two detectors that can be switched, a tilt correction is performed at the overlapping portion of each adjacent grid pattern. Phase difference detection means for obtaining the phase difference between the signals from the detected detectors, and the measurement in advance for each of the short scales. A cosine component of the tilt angle is stored and a first memory for reading a value corresponding to each of the short scales is provided, and a tilt correction circuit independently arranged for the detector is provided. A rewritable memory for storing the phase difference is provided, and arithmetic means for performing the phase difference correction by adding or subtracting the signal after the tilt correction using the phase difference read from the memory is provided.
【００１１】[0011]
【作用】請求項１記載の発明においては、傾き補正回路
を具備するため、千鳥状に配置される短尺スケールが読
取り方向に対して傾いた時、見かけのリニアスケールの
ピッチが変化することにより生じる誤差を実時間で補正
することが可能となる。According to the first aspect of the present invention, since the tilt correction circuit is provided, when the short scales arranged in a zigzag pattern are tilted with respect to the reading direction, the apparent pitch of the linear scale changes. The error can be corrected in real time.
【００１２】請求項２記載の発明においては、２つの検
出器からの信号に対してそれぞれ傾き補正を行っている
ため、位置検出分解能を向上させるためにサンプリング
時間を位置検出時間まで短くした場合にも、出力信号の
切換えに要する時間損失によりサンプリング間隔が不等
間隔になることなく信号の検出を行うことが可能とな
る。According to the second aspect of the present invention, since the inclinations of the signals from the two detectors are respectively corrected, when the sampling time is shortened to the position detection time in order to improve the position detection resolution. Also, the signals can be detected without the sampling intervals becoming unequal due to the time loss required for switching the output signals.
【００１３】請求項３記載の発明においては、検出器の
切換え時に補正すべき位相差を毎回求めるため、予めす
べての隣接する短尺スケール間の位相差を測定する手間
と位相補正量を記憶しておくメモリとを省くことが可能
となる。According to the third aspect of the present invention, since the phase difference to be corrected is obtained every time the detector is switched, the labor and the phase correction amount for measuring the phase difference between all adjacent short scales are stored in advance. It is possible to omit the memory to be stored.
【００１４】[0014]
【実施例】本発明の第一の実施例を図１〜図５に基づい
て説明する。なお、ここでは前述した図８及び図９のリ
ニアエンコーダにおけるリニアスケールの部分に関する
ものであり、その同一部分についての説明は省略し、そ
の同一部分については同一符号を用いる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. It should be noted that the description here is related to the linear scale portion in the linear encoders of FIGS. 8 and 9 described above, and the description of the same portions is omitted and the same reference numerals are used for the same portions.
【００１５】すなわち、ここでは、短冊状の格子パター
ン２ａからなる短尺スケール２が千鳥状に配列されると
共に、それら隣合う格子パターン２ａ同士が若干の重な
り部分をもって配列されたリニアエンコーダ用スケール
１と、このリニアエンコーダ用スケール１からの反射光
又は透過光を検出するように前記格子パターン２ａの重
なり部分の上部に位置して配設された少なくとも２個の
検出器３，４とを備え、前記リニアエンコーダ用スケー
ル１の前記短尺スケール２上に形成された前記格子パタ
ーン２ａの情報を切換え可能な２個の検出器３，４を用
いて光学的に読取ることにより位置検出を行うリニアエ
ンコーダに関するものである。That is, here, the short scales 2 made up of strip-shaped grid patterns 2a are arranged in a zigzag pattern, and the adjacent grid patterns 2a are arranged with a slight overlap with the linear encoder scale 1. And at least two detectors 3 and 4 disposed above the overlapping portion of the grating pattern 2a so as to detect reflected light or transmitted light from the linear encoder scale 1, A linear encoder for position detection by optically reading information of the grating pattern 2a formed on the short scale 2 of the linear encoder scale 1 by using two detectors 3 and 4 capable of switching. Is.
【００１６】図１は、そのリニアエンコーダのリニアス
ケールの検出回路の様子を示すものである。この場合、
予め設定された読取方向に対して前記短尺スケール２が
傾くことによる測定誤差を前記検出器３，４からの信号
の位相量を検出する位相検出回路９と、予め前記各短尺
スケール２毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶する
と共にそれら各短尺スケール２毎に対応した値を読み出
す第１メモリとしてのＲＯＭ１０と、前記位相検出回路
９にて検出された位相量を前記ＲＯＭ１０から読み出さ
れた傾き角度の余弦成分で除算する除算器１１とを備え
た傾き補正回路１２を設けた。また、隣合う前記短尺ス
ケール２間の傾き補正後の位相差を予め求め記憶させた
第２メモリとしてのＲＯＭ１３を設け、傾き補正後の位
相を前記ＲＯＭ１３から読み出した位相差を用いて減算
しこれにより位相差補正を行う算術手段としての減算器
１４が設けられている。FIG. 1 shows a state of a linear scale detection circuit of the linear encoder. in this case,
A measurement error due to the inclination of the short scale 2 with respect to a preset reading direction is measured for each of the short scales 2 by a phase detection circuit 9 for detecting the phase amount of the signal from the detectors 3 and 4. The ROM 10 as the first memory for storing the cosine component of the tilt angle and reading the value corresponding to each of the short scales 2, and the phase amount detected by the phase detection circuit 9 are read from the ROM 10. A tilt correction circuit 12 including a divider 11 that divides the cosine component of the tilt angle is provided. Further, a ROM 13 is provided as a second memory in which a phase difference after inclination correction between the adjacent short scales 2 is obtained and stored in advance, and the phase after inclination correction is subtracted by using the phase difference read from the ROM 13. A subtractor 14 is provided as an arithmetic means for correcting the phase difference.
【００１７】このような構成において、今、短尺スケー
ル２が読取り方向に対して図２に示すように角度φだけ
傾いた場合を考える。格子パターン２ａの重なり部分に
おいて、Ｘ方向にリニアスケールを検出器３により読み
取った時の出力波形Ａを図３（ａ）に示し、検出器４に
より読み取った時の出力波形Ｂを図３（ｂ）に示す。こ
の場合、両波形の信号は、周期と初期位相にずれが発生
している。このような状態のままで信号の出力を検出器
３から検出器４に切換えると、信号が不連続となり位置
検出に誤差が発生する。そこで、図３（ｂ）のような周
期の異なる出力波形Ｂを電気的に周波数変換を行いこれ
により図４（ｂ）に示すような出力波形Ｂに変換し、さ
らに、位相バイアスを与えて補正を行うことにより図５
（ｂ）に示すような出力波形Ｂを得るようにする場合を
考える。なお、図３（ａ）の出力波形Ａは、図４
（ａ）、図５（ａ）の出力波形Ａと何ら変わりはない。Consider the case where the short scale 2 is tilted with respect to the reading direction by an angle φ as shown in FIG. 3A shows an output waveform A when the linear scale is read by the detector 3 in the X direction in the overlapping portion of the lattice pattern 2a, and FIG. 3B shows an output waveform B when the linear scale is read by the detector 4. ). In this case, the signals of both waveforms have a deviation between the cycle and the initial phase. If the output of the signal is switched from the detector 3 to the detector 4 in such a state, the signal becomes discontinuous and an error occurs in the position detection. Therefore, an output waveform B having a different period as shown in FIG. 3B is electrically frequency-converted to be converted into an output waveform B as shown in FIG. 4B, and a phase bias is applied to correct the output waveform B. Figure 5
Consider a case where an output waveform B as shown in (b) is obtained. The output waveform A in FIG.
There is no difference from the output waveform A shown in FIGS.
【００１８】傾きがない場合の短尺スケール２の格子パ
ターン２ａの格子ピッチをλ0 、その周波数ω0 、ｉ番
目の短尺スケール２の傾き誤差による見かけの格子ピッ
チをλi 、その周波数をωi （λ0 ＜λi 、ω0 ＞ωi
)、傾き角度をφi とすると、 λi ＝λ0 ／cosφi ωi ＝２π／λi ＝（２π／λ0）・cosφi ＝ω0・cosφi 従って、ｔをサンプリング時間とすると時刻における位
相は、 ω0ｔ＝ωi・ｔ／cosφi …（１） となる。When there is no inclination, the lattice pitch of the lattice pattern 2a of the short scale 2 is λ 0 , its frequency is ω 0 , the apparent lattice pitch due to the inclination error of the i-th short scale 2 is λ i, and its frequency is ω i (λ 0 <λi, ω 0 > ωi
), And the inclination angle is φi, λi = λ 0 / cosφi ωi = 2π / λi = (2π / λ 0 ) ・ cosφi = ω 0 · cosφi Therefore, when t is the sampling time, the phase at time is ω 0 t = Ωi · t / cosφi (1)
【００１９】すなわち、傾き誤差が発生している出力信
号の位相ωi・ｔを求め、予め求めておいた傾き角φi
を用いて（１）式を計算することにより、傾きの誤差を
補正することができる。That is, the phase ωi · t of the output signal in which the tilt error is generated is calculated, and the tilt angle φi is calculated in advance.
The error of the inclination can be corrected by calculating the equation (1) using
【００２０】そこで、上述したような算術を行うことに
より傾きの誤差を補正する検出回路を図１に基づいて説
明する。今、検出器３，４からの出力信号Ａ，Ｂは、位
相検出回路９に入力され、これにより検出信号の位相ω
iｔ＋εiの値が求められる。なお、ｉはスタート位置か
ら数えた短尺スケール２の番号であり、εi はｉ−１番
目の短尺スケール２との初期位相差である。次に、ｉ番
目の短尺スケール２の傾き角φi を予め求め、ＲＯＭ１
０に書き込んでおいたｃｏｓφi の値を用いて、（ωi
ｔ＋εi）／cosφiの演算を除算器１１により行う。Therefore, a detection circuit for correcting the inclination error by performing the above arithmetic will be described with reference to FIG. Now, the output signals A and B from the detectors 3 and 4 are input to the phase detection circuit 9, whereby the phase ω of the detection signal is detected.
The value of it + εi is obtained. Note that i is the number of the short scale 2 counted from the start position, and εi is the initial phase difference from the i−1th short scale 2. Next, the inclination angle φi of the i-th short scale 2 is obtained in advance, and the ROM 1
Using the value of cosφi written in 0, (ωi
The divider 11 calculates t + εi) / cosφi.
【００２１】ここで、あらたにεi≡εi／cosφiとおく
と、 ωi・ｔ／cosφi＋εi …（２） と書きなおすことができる。Here, by newly setting εi≡εi / cosφi, it can be rewritten as ωi · t / cosφi + εi (2).
【００２２】そして、そのεi の値を予め求めＲＯＭ１
３上に書き込んでおき、（２）式の値からεi を減算器
１４により減じることにより、短尺スケール２の傾き及
び隣合うスケール同士の位置ずれを補正することができ
る。Then, the value of εi is obtained in advance and the ROM1
It is possible to correct the inclination of the short scale 2 and the positional deviation between the adjacent scales by writing it on the table 3 and subtracting ε i from the value of the expression (2) by the subtractor 14.
【００２３】また、重なり部分において信号がＡからＢ
に切換わる場合には、スイッチＳ１の切換えと共に短尺
スケール２の番号ｉを読取り方向に応じてインクリメン
ト又はデクリメントする。さらに、短尺スケール２の番
号は図示しない副スケール等の手段によって求められる
ものとする。In addition, the signals from A to B in the overlapping portion
In the case of switching to, the number i of the short scale 2 is incremented or decremented in accordance with the reading direction when the switch S1 is switched. Furthermore, the number of the short scale 2 is obtained by means such as a subscale (not shown).
【００２４】なお、本実施例では、算術手段として減算
器１４を用いて計算を行ったが、これに限るものではな
く図示しない加算器を用いて計算することも可能であ
る。Although the subtracter 14 is used as the arithmetic means in the present embodiment, the calculation is not limited to this. It is also possible to use an adder (not shown).
【００２５】次に、本発明の第二の実施例を図６に基づ
いて説明する。ここでは、傾き補正回路１２を２つの検
出器３，４に対してそれぞれ独立して設けた場合につい
て述べるものである。今、信号のサンプリング間隔が位
相検出に要する積分時間に等しい場合、図１に示した第
一の実施例のようにＡ側から傾き補正された位相が出力
された後、スイッチＳ１をＡからＢへ切換えるとスイッ
チングに要する時間だけ次に出力される位相信号が送れ
ることになる。このような現象を避けるために、第１メ
モリとしてのＲＯＭ１５には検出器３側の短尺スケール
２の傾き成分であるｃｏｓφi を、第１メモリとしての
ＲＯＭ１６には検出器４側の短尺スケール２の傾き成分
であるｃｏｓφi をそれぞれ独立に書き込んでおき、途
中のあるタイミングで信号の切換えを行う。これによ
り、スイッチング時間が位相検出時間よりも短い限り等
しいサンプリング間隔で信号を出力することができる。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the case where the inclination correction circuit 12 is provided independently for the two detectors 3 and 4 will be described. Now, when the sampling interval of the signal is equal to the integration time required for phase detection, the slope-corrected phase is output from the A side as in the first embodiment shown in FIG. When switched to, the next output phase signal can be sent for the time required for switching. In order to avoid such a phenomenon, cosφi, which is the inclination component of the short scale 2 on the detector 3 side, is stored in the ROM 15 as the first memory, and the short scale 2 on the detector 4 side is stored in the ROM 16 as the first memory. The gradient components cosφi are written independently, and the signal is switched at a certain timing in the middle. As a result, signals can be output at equal sampling intervals as long as the switching time is shorter than the phase detection time.
【００２６】次に、本発明の第三の実施例を図７に基づ
いて説明する。ここでは、出力信号の切換えごとに傾き
補正を行うようにしたものである。すなわち、各隣接す
る格子パターン２ａの重なり部分で傾き補正された検出
器３，４からの信号の位相差を求める位相差検出手段と
しての位相差検出回路１７は、位相検出回路９と除算器
１１とからなっている。この位相差検出回路１７と、第
１メモリとしてのＲＯＭ１５（又はＲＯＭ１６）とは、
傾き補正回路１２を構成している。この場合、傾き補正
回路１２は、検出器３，４に対してそれぞれ独立して配
置された形となっている。また、傾き補正回路１２によ
り求めた位相差を記憶する書換え可能なメモリとしての
ＲＡＭ１８，１９が設けられている。さらに、傾き補正
後の信号に対して前記ＲＡＭ１８，１９から読み出され
た位相差を用いて、加算を行う加算器２０と、減算を行
う減算器１４，２１とが設けられている。これら加算器
２０と減算器１４，２１とは算術手段を構成している。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the inclination is corrected every time the output signal is switched. That is, the phase difference detecting circuit 17 as the phase difference detecting means for obtaining the phase difference between the signals from the detectors 3 and 4 whose inclinations have been corrected at the overlapping portions of the adjacent grid patterns 2a includes the phase detecting circuit 9 and the divider 11. It consists of The phase difference detection circuit 17 and the ROM 15 (or ROM 16) as the first memory are
The tilt correction circuit 12 is configured. In this case, the inclination correction circuit 12 is arranged independently of the detectors 3 and 4. Further, RAMs 18 and 19 as rewritable memories for storing the phase difference obtained by the inclination correction circuit 12 are provided. Further, an adder 20 for performing addition and subtractors 14, 21 for performing subtraction are provided for the signals after the inclination correction by using the phase difference read from the RAMs 18, 19. The adder 20 and the subtractors 14 and 21 constitute arithmetic means.
【００２７】このような構成において、ＡからＢへ信号
を切換える時、短尺スケール２の重なり部分において、
Ａ，Ｂの出力信号は各々独立した傾き補正回路１２によ
り傾き角度の補正を行った後、減算器１４により位相差
を求め、Ｂ側の位相補正用ＲＡＭ１８に書込みを行う。
書込み終了後、スイッチＳ１をＡ側へ、スイッチＳ２を
Ｂ側へ切換える。また、ＢからＡへ信号を切換える時は
この逆を行う。In such a structure, when the signal is switched from A to B, in the overlapping portion of the short scale 2,
The output signals of A and B are subjected to inclination angle correction by the independent inclination correction circuit 12, then the phase difference is obtained by the subtractor 14, and written in the phase correction RAM 18 on the B side.
After the writing is completed, the switch S1 is switched to the A side and the switch S2 is switched to the B side. When the signal is switched from B to A, the opposite is done.
【００２８】また、Ａ側の傾き傾き補正された位相信号
をφａ、Ｂ側の傾き補正された位相信号をφｂとした
時、両者の位相差を求めるための減算器２１においてφ
ａ−φｂの演算を行った場合には、Ａ側の位相補正のた
めには減算器１４を用い、Ｂ側の位相補正を行うために
は加算器２０を用いる。Further, when the inclination-corrected phase signal on the A side is φa and the inclination-corrected phase signal on the B side is φb, the subtractor 21 for obtaining the phase difference between the two is φ.
When the calculation of a−φb is performed, the subtractor 14 is used for the phase correction on the A side, and the adder 20 is used for the phase correction on the B side.
【００２９】これにより、すべての短尺スケール２に対
する位相誤差を測定する手間と位相補正料を記憶してお
くメモリを省くことが可能となる。This makes it possible to omit the trouble of measuring the phase error for all the short scales 2 and the memory for storing the phase correction charge.
【００３０】[0030]
【発明の効果】請求項１記載の発明は、短冊状の格子パ
ターンからなる短尺スケールが千鳥状に配列されると共
に、それら隣合う格子パターン同士が若干の重なり部分
をもって配列されたリニアエンコーダ用スケールと、こ
のリニアエンコーダ用スケールからの反射光又は透過光
を検出するように前記格子パターンの重なり部分の上部
に位置して配設された少なくとも２個の検出器とを備
え、前記リニアエンコーダ用スケールの前記短尺スケー
ル上に形成された前記格子パターンの情報を切換え可能
な２個の検出器を用いて光学的に読取ることにより位置
検出を行うリニアエンコーダにおいて、予め設定された
読取方向に対して前記短尺スケールが傾くことによる測
定誤差を前記検出器からの信号の位相量として検出する
位相検出回路と、予め前記各短尺スケール毎に測定した
傾き角度の余弦成分を記憶すると共にそれら各短尺スケ
ール毎に対応した値を読み出す第１メモリと、前記位相
検出回路にて検出された位相量を前記第１メモリから読
み出された傾き角度の余弦成分で除算する除算器とを備
えた傾き補正回路を設け、隣合う前記短尺スケール間の
傾き補正後の位相差を予め求め記憶させた第２メモリを
設け、傾き補正後の位相を前記第２メモリから読み出し
た位相差を用いて加算若しくは減算して位相差補正を行
う算術手段を設けたので、千鳥状に配置される短尺スケ
ールが読取り方向に対して傾いた時、見かけのリニアス
ケールのピッチが変化することにより生じる誤差を実時
間で補正することが可能となり、高精度な位置測定がで
きるものである。According to the first aspect of the present invention, the short scale composed of strip-shaped grid patterns is arranged in a zigzag manner, and the adjacent grid patterns are arranged with some overlapping portions. And at least two detectors disposed above the overlapping portion of the grating pattern so as to detect reflected light or transmitted light from the linear encoder scale, the linear encoder scale In a linear encoder that performs position detection by optically reading information of the grating pattern formed on the short scale by using two detectors that can be switched, A phase detection circuit that detects a measurement error due to the inclination of the short scale as the phase amount of the signal from the detector, and A first memory for storing a cosine component of the tilt angle measured for each of the short scales and reading out a value corresponding to each of the short scales, and a phase amount detected by the phase detection circuit from the first memory. A tilt correction circuit provided with a divider for dividing by the cosine component of the read tilt angle is provided, and a second memory is provided in which the phase difference after the tilt correction between the adjacent short scales is obtained in advance and stored. Since the arithmetic means for correcting the phase difference by adding or subtracting the corrected phase using the phase difference read from the second memory is provided, the short scales arranged in a zigzag pattern are inclined with respect to the reading direction. At this time, an error caused by a change in the apparent pitch of the linear scale can be corrected in real time, and highly accurate position measurement can be performed.
【００３１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、傾き補正回路を検出器に対してそれぞれ独
立して設けたので、それら２つの検出器からの信号に対
してそれぞれ傾き補正を行うことにより、位置検出分解
能を向上させるためにサンプリング時間を位置検出時間
まで短くした場合にも、出力信号の切換えに要する時間
損失によりサンプリング間隔が不等間隔になることなく
信号の検出を行うことが可能となり、これにより高精度
及び高分解能な信号検出ができるものである。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, since the inclination correction circuits are provided independently for the detectors, the inclination correction circuits are provided for the signals from the two detectors, respectively. By doing so, even if the sampling time is shortened to the position detection time in order to improve the position detection resolution, the signal is detected without the sampling intervals becoming unequal due to the time loss required for switching the output signals. This makes it possible to detect signals with high accuracy and high resolution.
【００３２】請求項３記載の発明は、短冊状の格子パタ
ーンからなる短尺スケールが千鳥状に配列されると共
に、それら隣合う格子パターン同士が若干の重なり部分
をもって配列されたリニアエンコーダ用スケールと、こ
のリニアエンコーダ用スケールからの反射光又は透過光
を検出するように前記格子パターンの重なり部分の上部
に位置して配設された少なくとも２個の検出器とを備
え、前記リニアエンコーダ用スケールの前記短尺スケー
ル上に形成された前記格子パターンの情報を切換え可能
な２個の検出器を用いて光学的に読取ることにより位置
検出を行うリニアエンコーダにおいて、各隣接する前記
格子パターンの重なり部分で傾き補正された検出器から
の信号の位相差を求める位相差検出手段と、予め前記各
短尺スケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶す
ると共にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み出
す第１メモリとを備え前記検出器に対してそれぞれ独立
して配置された傾き補正回路を設け、これにより求めた
位相差を記憶する書換え可能なメモリを設け、傾き補正
後の信号に対して前記メモリから読み出された位相差を
用いて加算若しくは減算して位相差補正を行う算術手段
を設けたので、検出器の切換え時に補正すべき位相差を
毎回求めることができるため、予めすべての隣接する短
尺スケール間の位相差を測定する手間と位相補正量を記
憶しておくメモリとを省くことができるものである。According to a third aspect of the present invention, short scales composed of strip-shaped grid patterns are arranged in a zigzag manner, and adjacent grid patterns are arranged with some overlapping portions, and a linear encoder scale is provided. At least two detectors arranged above the overlapping portion of the grating pattern so as to detect reflected light or transmitted light from the linear encoder scale, In a linear encoder that performs position detection by optically reading the information of the grid pattern formed on a short scale using two detectors that can be switched, a tilt correction is performed at the overlapping portion of each adjacent grid pattern. Phase difference detecting means for obtaining the phase difference between the signals from the detected detectors, and measuring in advance for each of the short scales And a first memory for storing the cosine component of the tilt angle and reading the value corresponding to each of the short scales, and the tilt correction circuit independently arranged for the detector is provided. Since a rewritable memory for storing the phase difference is provided, and arithmetic means for performing the phase difference correction by adding or subtracting the phase difference read out from the memory to the signal after the tilt correction is provided, Since it is possible to obtain the phase difference to be corrected each time the instrument is switched, it is possible to omit the time and effort of measuring the phase difference between all adjacent short scales and the memory for storing the phase correction amount. is there.
【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図２】短尺スケールが読取り方向に対して角度φだけ
傾いた場合の様子を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a state in which a short scale is tilted by an angle φ with respect to a reading direction.
【図３】２つの検出器により検出された出力信号の様子
を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing a state of output signals detected by two detectors.
【図４】角度誤差補正後の出力信号の様子を示す波形図
である。FIG. 4 is a waveform diagram showing a state of an output signal after angle error correction.
【図５】位相差補正後の出力信号の様子を示す波形図で
ある。FIG. 5 is a waveform diagram showing a state of an output signal after phase difference correction.
【図６】本発明の第二の実施例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第三の実施例を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図８】リニアエンコーダの外観構成を示す斜視図であ
る。FIG. 8 is a perspective view showing an external configuration of a linear encoder.
【図９】検出器の内部構成を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing an internal configuration of a detector.
【符号の説明】 １ リニアエンコーダ用スケール ２ 短尺スケール ２ａ 格子パターン ３，４ 検出器 ９ 位相検出回路 １０ 第１メモリ １１ 除算器 １２ 傾き補正回路 １３ 第２メモリ １４ 算術手段 １５，１６ 位相検出回路 １７ 位相差検出手段 １８，１９ メモリ ２０，２１ 算術手段 Ｘ 読取方向[Explanation of Codes] 1 Linear encoder scale 2 Short scale 2a Lattice pattern 3, 4 Detector 9 Phase detection circuit 10 First memory 11 Divider 12 Slope correction circuit 13 Second memory 14 Arithmetic means 15, 16 Phase detection circuit 17 Phase difference detection means 18, 19 Memory 20, 21 Arithmetic means X Reading direction
Claims (3)
ールが千鳥状に配列されると共に、それら隣合う格子パ
ターン同士が若干の重なり部分をもって配列されたリニ
アエンコーダ用スケールと、このリニアエンコーダ用ス
ケールからの反射光又は透過光を検出するように前記格
子パターンの重なり部分の上部に位置して配設された少
なくとも２個の検出器とを備え、前記リニアエンコーダ
用スケールの前記短尺スケール上に形成された前記格子
パターンの情報を切換え可能な２個の検出器を用いて光
学的に読取ることにより位置検出を行うリニアエンコー
ダにおいて、予め設定された読取方向に対して前記短尺
スケールが傾くことによる測定誤差を前記検出器からの
信号の位相量として検出する位相検出回路と、予め前記
各短尺スケール毎に測定した傾き角度の余弦成分を記憶
すると共にそれら各短尺スケール毎に対応した値を読み
出す第１メモリと、前記位相検出回路にて検出された位
相量を前記第１メモリから読み出された傾き角度の余弦
成分で除算する除算器とを備えた傾き補正回路を設け、
隣合う前記短尺スケール間の傾き補正後の位相差を予め
求め記憶させた第２メモリを設け、傾き補正後の位相を
前記第２メモリから読み出した位相差を用いて加算若し
くは減算して位相差補正を行う算術手段を設けたことを
特徴とするリニアエンコーダ。1. A linear encoder scale in which short scales composed of strip-shaped lattice patterns are arranged in a zigzag pattern, and adjacent lattice patterns are arranged with some overlapping portions, and from this linear encoder scale, And at least two detectors disposed above the overlapping portion of the grating pattern so as to detect reflected light or transmitted light of the linear encoder scale formed on the short scale of the linear encoder scale. In a linear encoder that performs position detection by optically reading the information of the grid pattern using two detectors that can be switched, a measurement error due to the short scale tilting with respect to a preset reading direction. A phase detection circuit for detecting the phase amount of the signal from the detector, and for each of the short scales in advance. A first memory for storing the cosine component of the measured tilt angle and reading a value corresponding to each of the short scales, and a tilt angle for reading the phase amount detected by the phase detection circuit from the first memory. A slope correction circuit provided with a divider that divides by the cosine component of
A second memory is provided in which the phase difference after inclination correction between the adjacent short scales is obtained in advance and stored, and the phase difference after inclination correction is added or subtracted by using the phase difference read from the second memory. A linear encoder provided with an arithmetic means for performing correction.
れ独立して設けられていることを特徴とする請求項１記
載のリニアエンコーダ。2. The linear encoder according to claim 1, wherein the tilt correction circuit is provided independently of each detector.
ールが千鳥状に配列されると共に、それら隣合う格子パ
ターン同士が若干の重なり部分をもって配列されたリニ
アエンコーダ用スケールと、このリニアエンコーダ用ス
ケールからの反射光又は透過光を検出するように前記格
子パターンの重なり部分の上部に位置して配設された少
なくとも２個の検出器とを備え、前記リニアエンコーダ
用スケールの前記短尺スケール上に形成された前記格子
パターンの情報を切換え可能な２個の検出器を用いて光
学的に読取ることにより位置検出を行うリニアエンコー
ダにおいて、各隣接する前記格子パターンの重なり部分
で傾き補正された検出器からの信号の位相差を求める位
相差検出手段と、予め前記各短尺スケール毎に測定した
傾き角度の余弦成分を記憶すると共にそれら各短尺スケ
ール毎に対応した値を読み出す第１メモリとを備え前記
検出器に対してそれぞれ独立して配置された傾き補正回
路を設け、これにより求めた位相差を記憶する書換え可
能なメモリを設け、傾き補正後の信号に対して前記メモ
リから読み出された位相差を用いて加算若しくは減算し
て位相差補正を行う算術手段を設けたことを特徴とする
リニアエンコーダ。3. A linear encoder scale in which short scales composed of strip-shaped lattice patterns are arranged in a zigzag pattern, and adjacent lattice patterns are arranged with a slight overlapping portion, and from this linear encoder scale, And at least two detectors disposed above the overlapping portion of the grating pattern so as to detect reflected light or transmitted light of the linear encoder scale formed on the short scale of the linear encoder scale. In a linear encoder that performs position detection by optically reading the information of the lattice pattern using two detectors that can be switched, the linear encoder from the detector whose inclination is corrected at the overlapping portion of the adjacent lattice patterns is detected. Phase difference detection means for obtaining the phase difference between the signals, and the cosine component of the tilt angle measured in advance for each of the short scales And a first memory for reading out a value corresponding to each of the short scales, and a tilt correction circuit independently arranged for the detector is provided, and the phase difference obtained thereby is rewritten. A linear encoder characterized in that it is provided with a possible memory and provided with arithmetic means for performing phase difference correction by adding or subtracting the phase difference read out from the memory to the signal after inclination correction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03197715A JP3124972B2 (en) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | Linear encoder |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP03197715A JP3124972B2 (en) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | Linear encoder |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH0540045A true JPH0540045A (en) | 1993-02-19 |
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ID=16379151
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3124972B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6521885B1 (en) | 1999-06-24 | 2003-02-18 | Mitutoyo Corporation | Linear scale measuring device and position detection method using the same |
| WO2020094179A1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Linear guide comprising a length measuring device |
-
1991
- 1991-08-07 JP JP03197715A patent/JP3124972B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN112805538A (en) * | 2018-11-09 | 2021-05-14 | 舍弗勒技术股份两合公司 | Linear guide comprising a length measuring device |
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| JP3124972B2 (en) | 2001-01-15 |
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