JPH0749971B2 - 測定装置 - Google Patents

測定装置

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JPH0749971B2
JPH0749971B2 JP3085131A JP8513191A JPH0749971B2 JP H0749971 B2 JPH0749971 B2 JP H0749971B2 JP 3085131 A JP3085131 A JP 3085131A JP 8513191 A JP8513191 A JP 8513191A JP H0749971 B2 JPH0749971 B2 JP H0749971B2
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    • 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
    • G01D5/36—Forming the light into pulses

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は特許請求の範囲の上位概
念による測定装置に関する。
【従来の技術】この種の測定装置では参照マークによっ
て発生する電気的制御パルスは種々の方法で、例えばカ
ウンタにおける零位置の再生のために、測定の開始時に
所定の位置への到達のため、及び妨害パルスの測定値の
監視のため並びに後続の制御装置の附勢のために使用さ
れることができる。相異なる格子定数を備えた複数の目
盛トラックを有する参照マークなしの測定装置では、目
盛トラックと所属の走査フィールドとの間の相異なる距
離を設けることが公知であり、その際距離は目盛トラッ
クの格子定数及び照明装置の光の波長から決定される
（西独国特許公開公報１５４８８７４号）。西独国特許
明細書２９５２１０６にはインクリメンタル長さ又は角
度測定装置が記載されており、その際測定尺上に測定目
盛の他、これとは異なる直線群を有する参照マークが設
けられている。個々の参照マークは走査装置における走
査フィールドによって走査され、その際参照マークに各
走査フィールドが付設されており、各参照マークは同一
の直線群を有する。この参照マークの明らかな走査のた
めの不規則な直線群のために測定尺と走査板との間の距
離は高々４ｄ２／λでよく、その際ｄは参照マークの直
線群の直線の幅を、λは光の波長を表わす。更に測定尺
の規則的な周期的なインクリメンタル目盛の走査のため
に測定尺と走査板との間に単一の特定距離のみが保持さ
れるだけでよく、種々の大きさの特定距離が可能であ
る。測定尺の目盛が平行光線によって透過されると、測
定尺の目盛平面の後方の特定平面に測定尺の目盛で回折
された光線の干渉によって、測定尺の目盛の回折像が生
じ、回折像は同一格子定数の走査目盛によって走査され
ることができる。これらの平面は測定尺の目盛の格子定
数ＰＭ及び光の波長λの場合測定尺の目盛平面から距離
ｎ・ＰＭ ２／λ（ｎ＝０、１、２・・・）を有する。従
って最適の電気的走査信号は測定尺の目盛平面から走査
板の目盛平面までの距離ｎ・ＰＭ ２／λの場合に生じる
（「Ｍａｃｈｉｎｅ Ｓｈｏｐ Ｍａｇａｚｉｎｅ」１
９６２年４月発行、２０８頁）。測定尺と走査板との間
の距離が大きい場合、測定装置は切屑等の機械的影響に
対して敏感であり、一方切屑は測定尺と走査板との間の
距離が小さい場合には締めつけられて測定尺の目盛と走
査板の損傷に通じうる。更に測定尺及び走査板は汚れた
ら容易に洗浄される。大きな距離とした場合の第２の利
点は走査公差が度々大きく、その結果測定尺に関する走
査板の低い案内精度しか課される必要がないことに見ら
れる。更に大きい距離では測定尺のインクリメンタル目
盛の走査の際に生じる周期的走査信号も正弦信号波形を
有し、その結果補間のための走査信号の信号周期が良好
に分割される。インクリメンタル目盛の走査で測定尺と
走査板との間の非常に大きな距離の設定は中間接続され
た結像光学系なしに測定尺が参照マークを有しない測定
装置でのみ可能である、そのわけは上記の如く参照マー
クの明白な走査のために測定尺と走査板との間の小さい
所定距離を越えることは許されないからである。
【発明が解決しようとする課題】本発明では測定尺上に
参照マークを備えた測定装置で、参照マークの明白な走
査と測定尺の目盛の最適な走査を可能にするような装置
の創造を課題とする。
【課題を解決するための手段】本発明の課題は特許請求
の範囲第１項の特徴部に記載された構成によって解決さ
れる。その際第５図による本発明の最も好適あ実施形態
を参照すれば明らかなように、走査板が測定尺に対して
傾けられることにより、測定目盛のための走査板の走査
フィールドの中心が光線方向において参照マークのため
の走査フィールドの中心に対して所定の距離だけ、測定
尺からの距離が大きくようにずらされている。これは通
常参照マーク線幅ｄが測定目盛の格子定数ＰＭよりも大
きいことを前提とするためである
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明
する。第１図に本発明の原理を示す電気的インクリメン
タル長さ測定装置が記載されており、この装置は測定尺
Ｍと走査装置Ａとから成り、かつ図示しない方法で被測
定物、例えば工作機械の機械部分と結合している。測定
尺Ｍ上に線格子（第２図）の形のインクリメンタル目盛
Ｔが設けられている、目盛Ｔは照射によって接触なしに
走査装置Ａによって光電的に走査される。目盛Ｔの他に
２つの参照マークＲ１、Ｒ２が配設されており、参照マ
ークＲ１、Ｒ２は目盛Ｔに絶対的に付設されており、そ
れぞれ不規則の線部分を備えた直線群から成り、両参照
マークＲ１、Ｒ２の線群部分はできる限り類似しないよ
うなものでなければならない。測定方向Ｘに移動可能な
走査装置Ａによる目盛Ｔの走査によって発生し、走査装
置Ａにおいて増幅されかつ矩形波に変形される走査信号
Ｓ１’、Ｓ２’はデジタル形の測定値を示す電子カウン
タＺを制御する。目盛Ｔの格子定数ＰＭの１／４だけず
らされた矩形信号Ｓ１’、Ｓ２’は走査方向の弁別に役
立つ。参照マークＲ１、Ｒ２で発生する参照信号Ｒ
Ｓ１、ＲＳ２は同様に走査装置Ａで増幅され、矩形波Ｒ
Ｓ１’、ＲＳ２’に変形されかつ同様にカウンタＺに供
給される。得られた参照信号ＲＳ１、ＲＳ２によって種
々の機能が始動される。参照信号ＲＳ１、ＲＳ２の評価
によって例えばインクリメンタル測定装置から不変に零
点に関する絶対的位置を示す数が各参照マークＲ１、Ｒ
２に付設される場合に略絶対的測定装置が得られる。更
に特定の参照マークＲ１、Ｒ２は特定の参照マーク
Ｒ１、Ｒ２から得られる参照信号ＲＳ１、ＲＳ２が生じ
た場合にカウンタＺを値「ゼロ」にセットするために役
立つ。測定尺Ｍの走査のために装置装置Ａに第３図によ
る走査板ＡＰが設けられており、走査板ＡＰは目盛Ｔの
走査のために目盛Ｔの格子定数ＰＭの１／４だけずらさ
れた２つの走査フィールドＡＴ１、ＡＴ２を有し、走査
フィールドＡＴ１、ＡＴ２は目盛Ｔと同一であり、走査
フィールドＡＴ１、ＡＴ２のための図示しない光電要素
が付設されている。参照マークＲ１、Ｒ２の走査のため
に走査板ＡＰ上に走査フィールドＡＲ１、ＡＲ２が設け
られ、個々の走査フィールドＡＲ１、ＡＲ２の直線群は
所属の参照マークＲ１、Ｒ２の直線群と同一であり，そ
の結果参照マークＲ１、Ｒ２と所属の走査フィールドＡ
Ｒ１、ＡＲ２との重なりの際参照信号ＲＳ１、ＲＳ２が
惹起される。参照マークＲ１及び走査フィールドＡＲ１
の直線群又は参照マークＲ２及び走査フィールドＡＲ２
の直線群の同一性によって各参照マークＲ１、Ｒ２に対
してのみ属する走査フィールドＡＲ１、ＡＲ２は大きい
利用／妨害信号比をもった参照信号ＲＳ１、ＲＳ２を惹
起することができる。例えば走査フィールドＡＲ１が所
属の参照マークＲ２に動かされると、参照信号は惹起さ
れない。測定尺Ｍの周期的インクリメンタル目盛が平行
光線を透過されると、測定尺Ｍの目盛Ｔの平面の後方の
所定の平面に測定尺Ｍの目盛Ｔでの散乱された光の干渉
によって測定尺Ｍの目盛Ｔの回折像が生ずる。この平面
は測定尺Ｍの目盛Ｔの格子定数ＰＭ光の波長λの場合測
定尺Ｍの目盛Ｔの平面からの距離＝ｎ・ＰＭ ２／λ（ｎ
＝０、１、２・・・）を有する。第４図に於いて２つの
同一格子定数の目盛の間の相対運動で生じた光変調の振
幅が対向距離ａに関して示されている。最適の電気的走
査信号Ｓ１、Ｓ２は測定尺Ｍの目盛Ｔの平面から走査板
ＡＰの走査フィールドＡＴ１、ＡＴ２までの平面の距離
ｎ・ＰＭ ２／λの場合にのみ生ずる。測定尺Ｍ上の参照
マークＲ１、Ｒ２の明白な走査のためにその不規則な直
線群のために参照マークＲ１、Ｒ２と走査板ＡＰ上の所
属の走査フィールドＡＲ１、ＡＲ２との間の距離は光線
方向において高々４ｄ２／λとなり、その際ｄは参照マ
ークＲ１、Ｒ２の線部分の狭い線の幅を意味する。これ
に対して測定尺Ｍの目盛Ｔの最適の走査のためには目盛
Ｔと走査板ＡＰ上の所属の走査フィールドＡＴ１、ＡＴ
２との間の距離は光線の方向において略ｎ・ＰＭ ２／λ
（ ｎ＝０、１、２・・・）となる。本発明によれば測
定尺のピッチと走査板ＡＰ上の所属の走査フィールドＡ
Ｔ１、ＡＴ２との間の最適光路長及び測定尺Ｍの参照マ
ークＲ１、Ｒ２との走査板ＡＰの所属の走査フィールド
ＡＲ１、ＡＲ２の間の光学的路長は位相差ｈを有し、そ
の際ｈは選択された距離ｎ・ＰＭ ２／λと４ｄ２／λと
の間の差である。第５図は、測定尺と走査板とが、測定
目盛の範囲よりも参照目盛の範囲で相互間隔が小さい実
施形態ではなく、測定目盛の範囲よりも参照目盛の範囲
で相互間隔が大きい実施形態を示す。これは通常参照マ
ークＲ１、Ｒ２の直線群の線の幅ｄの方が測定目盛Ｔの
ピッチＰＭよりも大きいからであり、勿論この逆の場合
には測定尺と走査板との傾きを第５図とは逆にすること
ができる。位相差ｈ＝ｃ””×ｌ””を得るために第５
図によれば、走査板ＡＰ””の第１の走査フィールドＡ
Ｔ１””、ＡＴ２””及び第２の走査フィールドＡ
Ｒ１、ＡＲ２は一平面内にそして測定尺Ｍ””の目盛
Ｔ””及び参照マークＲ１””、Ｒ２””の平面に対し
て測定方向Ｘを向いた回転軸線のまわりに傾けられ、す
なわち第１の走査フィールドＡＴ１””、ＡＴ２””の
中心Ｍ１””が光線方向において距離ｌ””だけ走査フ
ィールドＡＲ１””、ＡＲ２””の中心点Ｍ２””に対
してずらされており、その際ｃ””は光が透過する媒質
の屈折率である。本発明は他の測定方法、即ち測定尺の
目盛と走査板の走査フィールドが同一ではない場合、走
査フィールドの目盛が測定尺の目盛の二倍であるような
三格子測定方法でも特別有利に使用される。非平行光線
によるこの種の三格子測定方法（西独国特許明細書２５
１１３５０号）では比較的大きな許容公差を有する非常
に大きな距離が得られる。
【発明の効果】本発明によって得られる利点は特に上記
の種類の測定装置で、簡単な手段によってインクリメン
タル目盛と参照マークの安全な走査のためのその都度必
要な最適の距離が選択されることができ、その結果測定
値の補間の際に精度と分解能が高められることにある。
測定尺の目盛と走査板の所属の走査フィールドの間の大
きい距離の存在によって測定尺に関する走査板の案内精
度に高い要請は課されない、そのわけはこの大きい距離
では距離公差も増大するからである。従って参照マーク
と所属の走査フィールドとの間の所定の小さい距離を越
えることが許されないような測定装置では高い精度が設
定される必要がなく、従って簡単に構成されかつ安価な
測定装置が得られる。本発明による手段は外形寸法にい
かなる変化ももたらさず、機械における測定装置の使用
のフレキシビリテが保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は本発明の原理を示すインクリメンタル
測定装置の図である。
【図２】第２図は第１図に示す測定装置に使用する参照
マークを有する測定を示す図である。
【図３】第３図は第１図に示す測定装置に使用する走査
フィールドを有する走査板を示す図である。
【図４】第４図は第１図に示す測定装置に使用する光変
調の振幅のグラフである。
【図５】第５図は本発明による測定装置の実施例を示す
図である。
【符号の説明】
ＡＰ”” 走査板 ＡＲ１”” 走査フィールド ＡＲ２”” 走査フィールド ＡＴ１”” 走査フィールド ＡＴ２”” 走査フィールド Ｍ”” 測定尺 Ｒ１”” 参照マーク Ｒ２”” 参照マーク Ｔ”” 目盛 ｃ”” 測定尺と走査板との間の光線の通る媒体の屈折
率 １”” 走査フィールドＡＴ１””、ＡＴ２””の中心
Ｍ１””の走査フィールドＡＲ１””、ＡＲ
２””の中心点Ｍ２””に対する光線方向のずれ（距
離）

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】測定尺の目盛に沿って測定方向に設けられ
    た参照マークを備え、参照マークは目盛に絶対的に付設
    されており、かつ参照マークで走査装置と共働して再生
    可能な電気的パルスが発生され、電気的パルスは測定装
    置のカウンタ及び又は制御装置を附勢し、測定尺の目盛
    と参照マークとの走査のための走査装置は少なくとも１
    つの走査板を備え、その際光線方向において所定の距離
    にある測定尺と走査板とは相対的に移動可能である、２
    つの対象物の相対的位置の測定のための測定装置におい
    て、 位相差ｈ＝ｃ””・ｌ””を得るために、走査板（Ａ
    Ｐ””）が測定尺（Ｍ””）に対して傾けられることに
    より、一平面内に位置する走査板（ＡＰ””）の第１の
    走査フィールド（ＡＴ１””、ＡＴ２””）及び第２の
    走査フィールド（ＡＲ１””、ＡＲ２””）は測定尺
    （Ｍ””）の目盛（Ｔ””）及び参照マーク
    （Ｒ１””、Ｒ２””）に対して、第１の走査フィール
    ド（ＡＲ１””、ＡＲ２””）の中心（Ｍ１””）が光
    線方向において第２の走査フィールド（ＡＲ１””、Ａ
    Ｒ２””）の中心（Ｍ２””）に対して距離（ｌ””）
    だけずらされており、その際前記ｃ””が測定尺
    （Ｍ””）と走査板（ＡＰ””）との間の光線の通る媒
    体の屈折率であることを特徴とする前記測定装置。
JP3085131A 1983-07-16 1991-04-17 測定装置 Expired - Lifetime JPH0749971B2 (ja)

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