JPS58118905A - 線分又は弧の長さを測定する方法及び装置 - 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】 本発明は、特許請求の範囲第１項および第１２項のプレ
アンブルに記載の長さ測定法および装置に関する。

この種の方法または装置は、工業分野において。

例えば１機械の１つの部材が、残余の部材に対して、直
線軌道上を往復運動するか、１つの軸線のまわりに回転
する場合、且つまた。可動の機械部材の任意に定めた点
と所定の不動のゼロ点または任意に定めた瞬間的基準点
との間の直線距離または角度距離を測定することによっ
て、可動の機械部材の瞬間位置を連続的にまたは所定の
時点に表わしたい場合に、使用される。

何れの場合も、相対運動する双方の部材の１つには、マ
ーク担体（例えば、場合によっては長さ数ｍの物差、概
ね円形の目盛盤）が結合しである。

この場合、マーク担体には、相対運動の方向へ。

即ち、直線的にまたは角度的に相互に離隔した。

一般に、相対運動の方向に垂直に延びるスジの形のマー
クを附す。この場合、別の部材には、マークを検知し、
マークの通過時には常に信号を発生するセンサを含む走
査機構を設ける。

この走査機構によって、上記走査機構を取付けた部材の
上述の点、即−ち、別の部材に定めた基準点またはゼロ
点に対する＠線距離または角度距離を測定すべき点を定
めることができる。走査機構によって定めた１つの部材
の点から、相対運動の方向に対して垂直な直線（回転運
動の場合は回転中心から半径方向へ延びる直線）ヲ引け
ば、この方法において測定すべき相対運動のゼロ点と上
記直線（以下、測定法線と呼ぶ）との間の距離が正確に
知られる。

この種の測定法において、できる限り高い精度およびで
きる限り大きい解像力を得るため、以前には、線巾がで
きる限り細く、線間距離ができる限り均一で、相対運動
の方向へできる限り垂直に延びる目盛線を物差または円
形目盛盤に引く必要がめった。

従って、製造コストが高くなるが、このコスト増を避け
るため、走査すべきマーク担体および走査機構を、双方
の部材の相対運動に無関係に回転運動せしめ、その角速
度を定常的に演１１定する形式の、角度または角度距離
および直線距離を測定する冒頭に述べた種類の方法は、
西独公開第３　、０１８．４９６号および第３．０１８
．５２７号から公知である。この場合、相互間距離およ
び方向め正確さに関して特殊な要求は課されてなく、巾
が比較的大きい比較的少数のマークを附した簡単で安価
なマーク担体を使用しているにも拘らず、マーク＃Ｊを
個別に検知し、較正操作において、走査機構のセンサが
発生する電気信号の時間間隔を測定して、マーク線の間
隔を正確に測定することによって、高い精度および大き
な解像力が得られる。かく求めて記憶した較正値全運転
中に測定した対応する時間間隔値と比較し、瞬間的回転
速度を考慮すれば、求めるべき距離を時間測定の精度で
知ることができる。

しかしながら、特に、西独公開第３．０１８．５２７号
に記載の、上記方式にもとづく長さ測定法は、極めて正
確な測定結果ヲ与えるが、技術上の所定要件に関して２
．３の欠点を有する。この場合、走査すべき物差は、必
然的に固定でなければならないので、上述の相対回転運
動を得るＫは、走査機構のセンサ全絶えず円軌道上を運
動させて、物差の問題の個所を周期的に通過させる必要
がある。

所望の高い測定精度を得るには、測定中、センサの回転
速度を特に一定に保持し、正確に知る必要があるので、
一方では、等速性の良い高価なモータを使用する必要が
あり、他方では、多数のマークを有しセンサとともに回
転する目盛盤を使用し。

走査機構を設けた部材に固定した第２センナで上記マー
クを走査して、西独公開第３．０１８．５２８号から公
知の方法で角速度を定常的に測定して、角速度の一定性
全監視する必要がある。この方法を実施するには、回転
−する目盛盤のマークを個別に特定し、定常的に反覆さ
れる較正操作においてマークの相互角度距離を測定し１
次いで、かくして得られた較正値を時間間隔の瞬間的１
１ｊｌ定値と比較する必要があるので、比較的大容量の
データ処理装置が必要となる。更に、直線距離の代わり
に角度距離を測定することに伴う測定誤差をできる限り
小さくするため、即ち、修正演算操作を附加する必要の
ないよう１回転センサが通過する円軌道の半径はできる
限り大きく選択するのが目的に適う、従って、走査機構
が比較的太きくなるので、場合によっては長さ数ｍの物
差を含む全装＃ヲ、苛酷な条件においても使用できるよ
う、ターストおよび水分に対して隔離することが困難と
なる。更に、長期の運転時間にわたって高い信頼性が得
られるよう１回転する電気コンポーネントＴｈ運動しな
い他の回路に電気的に接続するのが困難である。本事例
では１回転センサの等速性ができる限り妨害されないこ
とが必須条件であるので、上記の一般的問題が更に尖鋭
化する。

西独公開第３．０１８．４９６号に記載の角度測定法で
は、目盛盤は高速で回転するので、上記の問題は現れな
いが、この場合も１回転運動の等速性はできる限り良好
にする必要がるる。更に、この方法においても、２種の
マーク群を２つの走査装置で走査するのが合目的である
が、この場合、データ処理装置・経費がかさみ、且つま
た。双方のマーク群は、それぞれ、固有の目盛盤に配置
するのが好ましいので、構造上も大きくなる。

従って１本発明の目的は、高い測定精度および大きな解
像力を保持するとともに、技術的要件およびデータ処理
装置・経費負担がより低く、従って、より低摩でより簡
単な測定機構を使用できる。

冒頭に述べた種類の方法および装置を創生ずることにあ
る。

この目的は１本発明にもとづき、特許請求の範囲第１項
（方法）および第１２項（装置）に記載の特徴によって
達成される。

本発明に係る方法では、ます、双方の部材のｉつに固定
したマーク担体（物差または円盤）の各マークと所定の
ゼロ点との間の距離が正確に既知であることから出発す
る。この場合、上記マーク担体は特に精密に作製してな
くてもよい。即ち。

マーク担体に設けたマークは、巾が比較的広い線であっ
てよく、線間距離は同一でなくともよい。

各マークを個別に特定し、各マークと当該の隣接マーク
との間の距離を１本発明に係る装置自体によって行う較
正測定によって、採用した計時方法の精度に対応する精
度でｆｉｌｌ定し１次いで、上記距離の測定値から、各
マークと相対運動のゼロ点との間の距離を求める。角度
または角度距離を測定する場合、マーク担体の各マーク
は３６０の目盛盤周縁に分布させて設けであるので、絶
対値が得られ、一方、直線距離の測定の場合は、１回の
干渉式測定によって全長全測定することができる。

マークの特定、較正値の形成、相対運動の方向へ有限の
巾と一目標の測定精度から云って一不規則な輪郭とを有
する実際のマークから時間的に゛点状の”理想的マーク
の形成、ならびに、基準信号とマーク信号との間の時間
間隔の極めて正確な測定に関連する問題点の解決法は、
前記の諸公開公報に詳述してろ”す１本発明に係る方法
においても同様に適用できる。

本質的差異は、公知の方法における回転運動に代わり、
角度測定の場合も含め双方の部材のうち別の部材に剛に
結合したマーク担体に関する相対運動の方向と平行に走
査機構のセンサを往復運動せしめることにある。この振
動運動は、公知の回転運動とは異なり、走査機構のセン
サを取付けた振動要素が静止状態となる２つの反転点の
間で不等の速度で推移する。即ち、この振動運動は、ま
ず、別の反転点の方向へ加速され１次いで、別の反転点
において速度が短時間ゼロとなるよう、再び強く制動さ
れる。

条件をできる限り簡単とするため、振動センサの測定中
心線が、振動運動の方向で見て、振動系の中心を通り、
更に、　ｆＡｌｌ定法線が、振動運動の中心、即ち、測
定中心線の反転点の対称中心をなす点を通るよう、上記
センサを配置すれば有利である。

さて１時点ｔ１において、センサの測定中心線が。

測定法線から被測距離ｄだけ離れたマークを通過して、
センサが信号を発生し、センサの測定中心線が測定法線
に一致した場合に（即ち１時点ｔ２における振動系のフ
レがゼロの場合）、正確に基準信号が発生されるとすれ
ば、求めるべき距離は（１）式で表わきれる。

ｄ”　（ｔ２−ｔ＋　）ｖ＝△ｔ　＠ｖ　　　　　　　
（１，１ここで、ＶＵ、時間間隔△ｔにおける振動系の
実効平均速度？表わす。即ち、υを正確に知れば。

求めるべき距離ｄを実施した時間測定の精度で求めるこ
とができる。

さて１本発明に係る振動系は、各振動ストローク毎に正
弦波励起信号で励起した場合は特に、加速段階と制動段
階との間の時間間隔内では、振動系の速度は、極めて良
い近似で一定とみなし得ると云うことが判明した。振動
運動について十分に大きい最大振幅を与え、マーク担体
上のマークの最大間隔を上記振幅に適合させれば、（１
１式の時間間隔△ｔは、振動速度が一定である時間間隔
内にある。従って、（１１式の実効平均値ｉは一定速度
Ｖ。

と胃換えることができる。

この場合１本発明にもとづき、速度Ｖ。を直接に測定す
るか、上記速度を表わす各振動ストロークの別の量を別
個に測定し、（１）式にもとづきｄを計算するための対
応する数値と上記振動ストロークにおいて測定した時間
間隔△ｔとを組合せることができるので、ｖｏの数値が
長時間一定である必要はない。

基準信号を形成するには、第２マーク担体を振動センサ
とともに振動させ、走査機構を設けた部材に不動に取付
けた第２センサによって走査するのが有利である。この
第２マーク担体は、公知の方法とは異なり、多数のマー
クを有する大きな目盛盤ではなく１例えば、基準信号の
形成に役立つ少くとも１つのマークを有する小さい板状
のガラス製物差である。上記物差に、更に、別の２つの
マークを設け、これらマークに関連し第２セツサから発
出される信号の間の時間間隔、即ち、上述の一定振動速
度Ｖ。の正確な尺度をなす時間間隔を測定できるように
すれば、有利である。

基準信号の形成に役立つマークを共に振動するマーク担
体の中心に設け、振動センサの測定中心線ができる限り
正確に上記マークと一致するよう。

上記マーク担体を振動系に取付ければ有利である。

共に振動するマーク担体を走査するセンサは、その測定
中心線が振動運動中心を通る測定法線と一致するよう、
走査機構を設けた部材に取付けるのが好ましい。

共に振動するマーク担体を上述の如く軽量の小プレート
として構成したことによって、全振動系の質量を小さく
でき、従って、高い振動周波数が得られ、平均値を条め
るだめの測定値の単位時間当りに得られる数が対応して
増加し、　ｆｕｌｌ定精度が更に向上する。

振動運動を発生するために使用する電磁コイルおよび振
動系の受け・案内装置も極めて小さくできるので、全体
として極めてコン、Ｃクトで、防塵・防湿処置を簡単に
施し得る装置が得られる。更に。

往復運動するセンサおよび関連の光源は１問題なく、静
止の電子回路に接続できる。共に振動するマーク担体は
、特定容易な極〈少数のマークを有するにすぎず、更に
、速度Ｖ。を表わす時間間隔を求めるには、２つのマー
クの間隔を正確に求めて記憶するだけでよいので１本発
明に係る方法にもとづき作動する装置の場合に必要なデ
ータ処理装置・経費は、従来技術の場合よりも小である
。

既述の如く、速度Ｖ。を表わす数値を求めるの役立つ２
つのマークは、共に振動するマーク担体上に、振動体の
中心に対して対称に且つ上記中心から下記の距離だけ離
して設置すれば１利でおる。

即ち、上記距離は、振動運動の振幅が所定の最大値でる
る場合、振動ストローク時に、慟該の運動方向で見て前
のマークが第２セツサ會通過し且つ後のマークが第２セ
ンサを通過する間に経過する時間間隔において、振動系
の速［？一定とみなし得るよう１選択する。静止のマー
クに関連し、上記振動ストローク中に発生される双方の
信号について１時間間隔ｔ＠　￥ｔ＃１１定すれは１問
題の速ｔ　Ｖ。

祉（２；式で与えられる。

■、−拐　　　　　　　　　　（２１ ことで、易。扛、同時振動するマーク担体上の双方の！
−りの、Ｉｉめで正確に一定した既知の立体距離である
。（２１式ｔ　（１）式に代入すれは：（３１式が得ら
れる。

△ｔ１３１ ｄ″″１・ＴＥ 上式から直ちに、マーク間距ｗｉ　ｔｚｏおよび時間間
隔△１　、１０　の測定精度で問題の距離ｄを求めるこ
とができる。

既述の如く、関連する双方のマークの間でＶ。の一定性
が保証されるのは、振動運動の最大振幅が所定の最小値
を下回らない場合に限られるので。

この条件が順守されるよう常に監視を行うのが有利であ
る。この監視は１本発明にもとづき、共に振動するマー
ク担体上に設けた別の２つのマークを用いて行う。この
場合、これらのマークは、振動系の中心位萱からの最大
フレが所定の最小量に達した場合に限り、当該の反転点
の通過直前および通過直後に夫々第２センサを通過する
よう、マーク担体の中心から離隔して配置する。

上記双方のマークは、１つのマークが関連する反転点を
通過した際に発生する双方のノζルスが。

別のマークが関連の反転点を通過した際に発生する双方
の二重パルスとは異なる時間間隔を有するよう、振動系
の中心からそれぞれ異なる距離に設けることができる。

上記の異なる時間間隔は１次の振動ストロークの運動方
向を表わす信号とじて役立つ。この運動力向は、　１ｌ
１１定法線と相対運動のゼロ点との間の距離を得るため
に、測定せる距離ｄを、第１マーク担体の走査せるマー
クと相対運動のゼロ点との間の既知の距離に加算すべき
か。

上記距離から減算すべきかを決定するので１重要である
。

振動系の速［ｖ。が一定である時間間隔内に振動センサ
が常に上記の２つのマーク全通過するよう。

第１マーク担体上にマークを密着して配置すれは。

特に正確な測定結果が得られる。この場合、基準信号の
双方の対応する時間間隔をｉ１１＋＋定する。この場合
、測定法線について、２つの距離ｄ、、ｄ２が得られる
。これら２つの距離の和は、１ＩｉｌｌＩ定中に双方の
部材が相対運動しない場合、通過せる双方のマークの距
離に等しくなる。この基準は、得られた測定値のチェッ
クにまたは丁度始まった双方の部材の相対運動の速度を
求めるのに使用できる。

基準信号を形成し、瞬間的振動速度を測定し。

振動運動の最大振幅を監視する上述の考え力では。

常に、小さい第２マーク担体は第１センサとともに振動
させ、第２マーク担体を走査する第２センサは、走査機
構を設けた部材に固定する。更に。

本発明に係る方式を変更することなく、逆に、２つのセ
ンサ（有利には、　１ｌｌｌ＋定中心線が一致する２つ
のセンサ）を振動系に固定し１部材に固定した第２マー
ク担体を第２センサで走査することもできる。

第１マーク担体が、既述の如く、場合によっては用成り
長い物差である場合は、防塵・防湿のため１本質的にＵ
字状の中窒部材内に物差を配置し。

上記中空部材の両端を１例えば、側板で密閉し。

−力、中空部材内部へのダストまたは水分の侵入が防吐
されるような圧力で相互に当接するよう高圧媒体を充填
した２つの密封部材によって中９部材の開放側を閉鎖で
きるようにすれば、有利である。この場合、走査機構を
取付ける部材には、アームを設け、上記アームの尖端に
本発明に係る走査機構を取付ける。アームに対応するク
サビ状面を設ければ、双方の密封部材の外面も完全に密
着し、中空部材の内部スペースの密封状態を破ることな
く、中空部材の縦方向へアームを移動させることができ
る。

本発明を１図示の実施例を参・照して以下に説明する。

第１図および第２図に、双方矢印Ｆの方向へ相対直線運
動できる部材２．３を示した。この場合。

第１部材は、双方矢印Ｆの方向へ延びる本質的にＵ字状
の長い中空部材４から成り、第２部材は。

中空部材４の内部スペース内に突出する自由端５を有し
中空部材の縦方向に垂直に延びるアーム６から成る。上
記自由端Ｓには、物差（スケール）９の形に構成したマ
ーク担体を走査する走査機構８が取付けである。この物
差９は１本質的に中９部材４の全長にわたって延びてお
り、走査機構８全取付けたアーム６の方向へ突出するよ
う、Ｕ字状中空部材の双方の脚１０．１１’ｅ相互に結
合する中９部材底壁■２に固定しである。物差９上には
、アーム６とともに運動する測定法ｍ’ｔ６と直線運動
のゼロ点（図示し７てない）との間の距離または直線運
動時に部材３が通過した区間の長さを測定するのに役立
つマーク１４が、＠線運動の方向へ間隔を置いて設けで
ある。

実際には１例えば、中９部材４は長い機械フレームに結
合し、アームは機械フレームに沿って可動のスライダに
剛に結合すればよい。

マーク１４は、それぞれ、マーク担体９のマーク周囲の
部分とは異なる透光性を有し、直線運動の方向に本質的
に垂直をなす細長いスノの形金取る。

即ち、上記マーク１４は９図示の例では、走査機構８の
、差動フォトダイオードとして構成したセンサ１８によ
って走査できる。上記センサは。

特に第２図から明らかな如く、物差９をフォーク状に囲
むセンサホルダ１９の１つの脚に取付けてあり、−力、
上記センサボルダの別の脚には、／ｌ：。

源２０とセンサ１８とを結ぶ直線が、直線状マーク担体
９のマーク１４を設けた表面に対してほぼ垂直をなすよ
う、光源２ｏが設けである。

センサホルダ１９は、上下に配置した真直ぐな２つのロ
ット”２３．２４の中央部に固定しである（第２図）。

上記ロッドの自由端は、すべり軸受を介して１本質的に
Ｕ字状の軸受ブロック２７（第１図）に支持してあり、
従って、双方のロット’２３゜２４は、直線運動の方向
に平行に延びる。この場合、アーム６の前端５に剛に取
付けた軸受ブロック２フの、センサボルダ１９にフォー
ク状に囲む脚２５．２６ｕ、センサボルダ１９がロッド
２３゜２４から成るすべり軸受に支持されて上記脚の間
で直線運動の方向へ振動運動できるよう、相互に離隔し
である。

この振動運動を誘起するため、軸受ブロック２７の脚２
５．２６の、センサボルダ１９とは逆の側には、電磁コ
イル２９．３０が設けてあり１強磁性材料から成る上部
ロッド２３の自由端は、コアとして上記双方のコイル内
へ突出しており、従って、対応する電気信号によって上
記双方のコイル２９．３０を励起すると、上記上部ロッ
ドは、矢印Ｆの方向へ往復運動するようになっている。

コイル２９．３０を励起するための電気接続ならびに光
源２０およびセンサ！８に至るリード線は。

図示してない。

センサホルダ１９は矢印Ｆの方向へ定常的に振動に従い
、双方の部材２．３が相対運動を行わない場合は、光源
２０からセンサ１８に至る光束は。

非運１元性のマーク１４および透光性のマーク間スペー
スに入射し、変調される。

図示の例では、下部ロッド２４は、センサホルダ１９お
よび上部ロッド２３から成る振動要素２２の案内のみに
使用される。しかしながら、下部ロッドも強硼性材料か
ら構成し、少くともその自由端を、振動要素２２の実際
の振動運動を反映する電気信号を発生する別の電磁コイ
ル内にコアとして挿入することができる。この場合、上
記信号を評価して１例えば、各振動ストロークの所定部
分の実効平均振動速度Ｖ、ｆ求めることができる。

軸受ブロック２７Ｙｃは、アーム６の前端５とセンサホ
ルダ１９との間の範囲に、直線運動の方向へ延びる水平
なスリット３２が設けてあり、このスリット内には、第
１マーク担体９に平行に延び。

センサホルダ１９に固定してあって上記ホルダとともに
振動する第２マーク担体３５が設けである。

小プレートとして構成したこの第２マーク担体３５には
、以下に詳述する如く、振動運動の方向、即ち、直線運
動の方向に対し垂直に延びる細いスンとして構成してろ
って１周囲の担体部分とは異なる透光性を有するマーク
４５〜４９が設けである。

これらのマーク４５〜４９は、同じく差動フォトダイオ
ードから構成した第２センサ３６によって走査する。第
２センサ３６は、第２センサと軸受ブロック２７内にス
リット３２の上刃に設けた光源３７とを結ぶ直線が、マ
ーク４５〜４９を設けた第２マーク担体３５の表面に対
してほぼ垂直をなすよう、軸受ブロック２７内にスリッ
ト３２の下方に設けである。

第２マーク担体３５が矢印Ｆの方向へ振動すると、第２
センサ３６および光源３７がら成り部材３に固定した第
２走査機構の測定光束が、透光性のマーク４５〜４９お
よび非透光性のマーク間スペースに交互に入射し、変調
される。

光源２０．３７としては１発光ダイオード（即ち、ＬＥ
Ｄまたはレーザダイオード）を使用するのが好ましい。

中９部材４の脚１０．ＩＬのアーム６に向く端部には、
対向する脚に向く内面に、それぞれ、高圧流体を充填で
きるチューブ３９．４０が固定しである。これらのチュ
ーブは、中空部材４の全長にわたって延びており、チュ
ーブの左右の端部（図示してない）は、中空部材の横断
面を被う端面に密着している。チューブ３９．４０の横
断面寸法は、充填状態では、上記チューブが、アーム６
に隣接する範囲において面４，１　　に沿って接触し、
従って、中空部材４の内部スペースを気密に閉塞するよ
う、設計しである。双方のチューブ３９．４０の間を通
過するアーム６の部分は、クサビ状面（第１図に破線で
示しである）を有する。これらのクサビ状面は、鋭いエ
ツジを生ずることなく、アーム６の上下の面（第２図）
に移行しており、アーム６の厚さは、アーム６の左右の
側縁（第１図）において最小でおり、アーム６の中央へ
向って増加して最大となる。

チューブ３９．４０は、上記のクサビ状面によって、ア
ーム６が上記チューブ間を通過する範囲において相互に
押圧され、第２図に示した如く変形する。この場合、チ
ューブ３９．４０は、アーム６のクサビ状面に当接する
ので、中空部材４の内部スペースは完全に密閉されるが
、アーム６は。

中空部材４の全長にわたって矢印Ｆの方向へ自由に移動
できる。この構成には１本発明に係る方法にもとづき長
い物差を走査する装置は、マーク担体または走査ユニッ
トが汚染されることがないので、粉塵作用の強い環境に
も使用できると云う利点がある。

第１図において１判り易いよう、上部チューブ３９はア
ーム６の範囲で切ってあり、下部チューブ４０のみが示
しである。

軸受ブロック２７の双方Ｏ脚２５．２６の上下端は、そ
れぞれ、直線運動の方向へ延びる結合ウェブ７０．７１
（第２図〕によって相互に結合されている。上記の各ウ
ェブには、直線運動の方向へ延びるＶ字状ミゾ７６、’
１９が、これら双方のミゾを結ぶ線が双方のロンｌ−”
２３．２４の中心を結ぶ線と一致するよう、構成、配置
しである。双７ｊ１７）ミソ７６．７９は、複数のボー
ル（第２図には、上部ボール７４および下部ボール７５
のみが示しである）を受容し、アーム６の直線運動時に
上記ボールが軸受ブロック２７によって矢印Ｆの方向へ
駆動されるよう、上記ボールを保持する。

結合ウェブ７０．７１の外面に直接に且つ極く小さい間
隔を置いて対向する脚１０．１１の内面には、かくして
形成された線形ころがシ軸受７２゜７３のボールを案内
する別の２つのＶ字状ミゾ７７゜７８が構成しである。

中空部材４のミゾ’１７．７８の頂角は、軸受ブロック
２７のミゾ７６．７９の頂角よりも大きい。

従って、ボール７４．７５は、所望の如く、軸受ブロッ
ク２７のミゾ７６．７９内でスリップし。

−力、ポール７４．７５は、中空部材４のミゾク７゜７
８内で完全に転動する。かくして１部材３から自由に突
出する軸受ブロックは、別の部材２に固定した中空部材
４に対して、特別に正確且つ容易に案内される。

角度変位を測定する本発明に係る装置では、２つの部材
２．３の直線相対運動全測定するだめの上述の装置とは
異なり、物差９の代わりに、双方の部材の１つに相対運
動の回転軸線に同心に取付けた円形目盛盤を走査する。

この場合、２つの部材のうちの別の部材には、上述の走
査機構８と同一の構造であってよい走査機構を取付ける
。この走査機構は、第２センサの測定中心線によって決
まる半径方向線として測定法線１６が相対運動の回転軸
＃を切るよう、配置する。構造を小さくするだめに目盛
盤の半径を小さくした場合、振動系の＠線振動に際して
測定した。目盛盤のマークと測定法線との間の直線距離
を角度距離に換算しなくてもよいよう、第１センサが、
相対運動の回転軸線に中心を有する部分内軌道上を往復
運動するよう、上述の走査機構を改造できる。この場合
。

固定のマーク担体と走査機構とは直線相対運動を行わな
いので、装置全体を閉じたハウジング内に設置して環境
因子に対して遮蔽することができる。

この場合、目盛盤および小寸法の振動走査機構のみを使
用するので、ハウジングの寸法は極く小さくできる。

第３図に、相対運動する２つの部材２．３．１つの部材
に固定したマーク担体９および別の部材に固定した走査
機構８の略拡大図を示した。マーク担体９のマーク１４
のうち、２つのマーク、即ち、マーク１４　ｎ　、　１
４ｎｔ＄のみを示した。

部材３は１部材２に第２センサ３６として固定した差動
フォトダイオードの分離ウェブによって規定された測定
法線１６がマーク１４ｎ土１から距離ｄだけ離れるよう
１部材２に対して配置しである。

センサ３６の上刃には、振動系（第３図には。

振動センサ！８および上記センサに結合した第２マーク
和体３５のみを示した）が設けである。判り易いよう、
振動系の軸受機構及び駆動機構は省いである。

振動系１８の測定中心＠４２は、センサ１８および第２
マーク担体３５がら成る振動系の中心を定める。振動系
の幾何学的形状は、上記中心に関して対称に構成しであ
る。

図示の例では、第２マーク担体３５には、振動センサ１
８の測定中心線上に位置する第１マーク４５が設けてろ
る。この第１マーク４５は、このマークの光学的中心が
、振動系の振動運動にもとづき、不動のセンサ３６の測
定中心線を通過した場合に常に、振動系のゼロ位置を表
わす基準信号を形成するのに役立つ。

振動力向を示す双方矢印Ｆの方向で見て、基準信号形成
に役立つ第１マーク４５の左右Ｉ’ｌｔ、別の２つのマ
ーク４６．４７が、それぞれ第１７−り４５から距離Ｓ
。／２だけ離して設けてあり、双方のマーク４６．４７
の距離はＳ。に等しい。この距離Ｓ。は、少くとも１回
、顕微鏡を使用して、有利には、西独公開第３．Ｏ１２
，５２８号に記載の装＃を使用して、任意の公知の方法
（例えば、干渉法）にもとづき正確に測定する。後者の
事例では、まず、多数のマークを有する円形目盛盤全体
を正確に測定し１次いで５本発明に係る方法を実施する
のに必要な、マーク間距離が正確に既知のマークをそれ
ぞれ有する部分に目盛盤を分割する。この距離は、正弦
振動運動の振幅が所定の最大値である場合、各撮動スト
ロークにおいて双方のマーク４６．４’ｌのうち前のマ
ークが不動のセンサ３６の測定中心線を通過し且つ双方
のマーク４６　、４７のうち後のマークが上記測定中心
線を通過する間に経過する時間間隔内では、振動速度が
極めて良い近似で一定とみなし得るよう１選択する。

更に、マーク担体３５の左右の縁には、２つのマーク４
８．４９が設けである。これらマークは。

振動系が、上述の時間間隔内で振動速度の一定性を保証
する最小の最大フレを示した場合に限り。

振動系が反転点を通過する直前および直後にこれらのマ
ークが不動のセンサ３６のｉ＋＋　ｙ中心線全通過する
よう、配置しである。

更に、双方のマーク４８．４９は、１つのマーク４８が
関連の反転点を通過した際に発生する２重信号が、別の
マーク４９が別の反転点を通過した際に発生する２重信
号とは異なる間隔を有するよう、マーク担体３５の中心
に関して非対称に配置することもできる。この場合、上
記の時間差から後続の振動運動の方向を知ることができ
る。

第４図のグラフにおいて、不動のセンサ（ＭＦ）３６の
信号を第１行に示し、振動センサ（ＭＦ）１８の信号を
第２行に示した。これらの信号は、振動系が第３図の位
置から右方の反転点に向って振動した場合に発生する。

この場合、第４図の破線５１が、第３図の瞬間的時点に
対応する。

第４図の第１行の破線５１の左側に、振動系が先行の反
転点を通過した際にマーク４９の通過にもとづき不動の
センサ３６または後置の発生器から発生される２つの信
号５３．５４ｔ−示した。

振動系が第３図の位置から左方へ運動すると。

まず、このストロークにおいて双方のマーク４６゜４７
のうち前のマーク、即ち、マーク４７が、不動のセンサ
３６の測定中心線を通過する。この場合、第４図の第１
行の破Ｉｗ５１の左側に示したパルス状信号５６が発生
する。次の信号５７は、中央のマーク４５がセンサ３６
を通過した場合に発生する。即ち、この信号５７は、上
述の基準信号である。基準信号には、上記振動ヌトロー
クにおいて双方のマーク４６．４７のうち後のマーク。

即ち、マーク４６によって発生される別のパルス状信号
５８が続く。信号５６．５７の間で、振動センサ１Ｂが
マークｌ　４ｎＴｈ通過し、対応するパルス５５（第２
行）が発生する。信号５７の発生後、振動センサ１８は
、不動のマーク担体９のマーク１４　　　’に通過し、
第４図の第２行に示したｎ＋１ センサ信号６０が発生する。

既述の如く、基準信号５７とセンサ信号６０との間の時
間間隔Δｔおよび双方のパルス状信号５６゜５８の間の
時間間隔ｔ。を測定する。上記の測定値と、信号５６．
５８に関連するマーク４’６　、４７の既知の幾何学的
距離Ｓ。とから、上述の（３１式にもとづき、求めるべ
き距離ｄが得られる。

双方の部材２．３の相対運動のゼロ点（図示してない〕
が第３図の左側にるると仮定して、マーク１４ｎ＋ｔと
上記ゼロ点との間の既知の距離から数値ｄを減算すれば
、測定法［１６と上記ゼロ点との間の距離が得られる。

第４図の第１行の右側に、振動系が第２反転点を通過す
る直前および直後にセンサ３６がマーク４８を通過した
際に発生する別の２つのパルス状信号６２．６３を示し
た。第４図から明らかな如く、双方のパルス状信号６２
．６３の間の時間間隔は、双方のパルス状信号５３．５
４の間の対応する時間間隔よりも小さい。何故ならば、
関連のマーク４９．４８が、振動系の中心にあるマーク
４５から異なる距離に位置しているからである。

上記の時間間隔を評価すれば１次の振動ストロークの方
向を示す信号が得られる。

更に、振動系が１時間間隔ｔ。におけるＶ。の一定性を
保証する最大振幅で振動するよう、信号５３゜５４と信
号６２．６３との間の時間間隔は所定の最小値を下回っ
てはならない。

１つの実施例（図示してない）にもとづき、センサホル
ダＩ９に、第２マーク担体ではなく、第２センサを、そ
の′ｆｉ１１定中心線が第１センサ１８の演１１定中心
線と一致するよう、設けることができる。

この場合、第２マーク担体は、振動系の振動時に第２セ
ンサによって走査されるよう、軸受ブロック２７または
アーム６の別の部分に固定する。上記第２マーク担体上
にあり基準信号を形成するだめのマークは、振動系がゼ
ロ位置または中心位置を通過した際に正確に基準信号が
形成されるよう。

配置するのが好ましい。この場合、上記マークは。

同時に、測定法線も定める。この実施例の他の機能およ
び構造は１図示の実施例と完全に一致する。

特に第３図から明らかな如く、本発明に係る装ｒ１は、
角度距離または角度の測定に使用することもできる。こ
の場合、第３図において、双方の部材２．３を相対運動
せしめる回転軸＃！（紙面に垂直をなす）は、上部にら
っても下部にあってもよい。第１の場合１例えば、第１
マーク担体９は。

完全な円盤として構成し、この円盤のまわりを走査機構
８を回転させることができる。第２の場合。

第１マーク担体９は、センサホルダによって内縁を囲ん
だ円環形状として構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、物差を走査する本発明に係る機構の部分切欠
平面図、第２図は、第１図の線■−■に沿う拡大断面図
、第３図は、物差および走査機構の拡大部分略図、第４
図は、第３図の装置全説明するだめの時間−パルス線図
である。 ２・・第１部材（中空部材４）、３・・第２部材（アー
ム６）、８・・・走査機構、９．３５・・マーク担体（
物差又は円盤）、１４．４５〜４９・・・マーク。 １６・・測定法線、１８．３６・・・センサ、２０．３
７・・光源、２２・・・振動要素。 出願人　ヴアルター・メーネルト 代理人　弁理±　７′ＪＤ　　藤　朝　道ｍｍの浄書（
内容に変更なし） ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　２ η ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ 手続補正書（自発） 昭和５８年２月ＩＬＦ日 特許庁長官　着膨　和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許　願第２３４９３８　　号（昭和５７年
１２月２９日　出願） ２、発明の名称 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 ５、　補正命令の日付　　自　発 ８、補正の内容　　別紙の通り 原明細書第４２員第１０行〜第４３頁第１行（昭和５８
年２月１４日付浄書明細書第３８頁第１３行〜第３９頁
４行）の「振動系が第３図の・・・・・・・・・信号５
８が続く。」を削除し、次文を挿入する。 ［振動系が第３図の位置から最も左方へ運動したとき、
マーク４９が第４図の第１行のパルス（センサ３６のパ
ルス）５３．５４を発する。 この最左方位置から振動系が右方へ移行すると、まずマ
ーク４７がセンサ３６を横切り、第４図のパルス５６を
発する。寸時の後、次いでマーク４５がセンサ３６を横
切り第４図のパルス５７を発する。第３図は、第２マー
ク担体３５が、第４図の点線５１で示す時点における状
態、即ち、パルス５６と５７の間に位置する状態を示す
。換言すると、第３図は（第４図と関連させた場合）、
第２マーク担体３５が最左方位置から右方へ移行してマ
ーク４９及び４７がセンサ３６を横切ってその右に米だ
所を示す。第２マク担体３５がさらに右へ移行すると、
マーク４５（１） の後マーク４Ｂ、４８がセンサ３６を横切り、その都度
パルス５８．６２を発ｒる。その後第２マーク担体３５
が反転して再び生方へ動き始めると、直ちにマーク４８
がセンサ３６を横切ってパルス６３を発する。なお、パ
ルス５７は既述の基準信号である。」 （２） 手続補正書（自発） 昭和５８年２月１午日 特許庁長官　着膨和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許　願第２３４９３８号 事件との関係　特許出願人 住　　所 氏　　名（名称）　ヴアルター・メーネルト４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　　２つの部材の相対運動の際に通過する線分また
   は弧の長さ全測定する方法であって、１つの部材には、
   相対運動の方向へ相互に離隔した多数のマークを有する
   マーク担体全同定し、別の部材には、マークの走査のた
   めに双方の部材の相対運動とは無関係の運動を行うセ／
   すを備えた走査機構を設け、センサの測定中心線がマー
   クの光学的中心を横切った場合には常に、センサに接続
   した発生器から信号を発生せしめ、　７１１１定すべき
   線分または弧の少くとも１つの終点において、可動上ン
   サを設けた部材に定めてあって相対運動の方向に垂直を
   なす１１１１定法線に対する上記センサの所定位置を表
   わす少くとも１つの基準信号と、マーク担体の特定され
   たマーク、即ち、その光学的中心と線分または弧の別の
   終点との間の距離が既知であるマークに関連する少くと
   も１つのセンサ信号との間の時間間隔全測定し、該所定
   の位置と、ｆＡ１１定した該時間間隔と、上記センサを
   設けた部材に対する上記セッサの瞬間速度を表わす址と
   から、測定法線と特定されたマークの光学的中心との間
   の距離を計算する形式のものにおいて、センサの運動が
   双方の部材の相対運動の方向に対してほぼ平行に又は接
   線方向に向く振動運動であり、基準信号が発生されるセ
   ンサの所定位置が、振動運動の軌道に平行に測定した。 センサの測定中心線と上記測定法線との間の距離にある
   ことを特徴とする方法。 ２）振動運動が、正弦振動であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３）測定法線が、振動運動の中心を通ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４）振動センサの測定中心線と測定法線との間の所定距
   離がゼロである場合に、基準信号が発生されることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５）第２センサおよび第２マーク担体のうちの１つが、
   走査機構を設けた部材に結合してありかつ別の１つが、
   第１センサとともに振動し、第２センサが５第２マ一ク
   担体に配設されかつ振動運動に基づき第２センサを通過
   するマークを走査した場合常に、上記センサに接続した
   廃生器から基準信号が発生されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１〜４項の１つに記載の方法。 ６）センサの瞬間振動速度を表わす量を得るため。 第２マーク担体上に相対運動の方向へ相互に離隔して且
   つ基準信号発生マークに関して対称に配置した２つのマ
   ークに関連し第２センサから発出される２つの信号の間
   の時間間隔を測定することを特徴とする特許請求の範囲
   第５項記載の方法。 ７）瞬間振動速度を表わす量の作成に役立つ２つのマー
   クの間隔が、振動運動の最大振幅に依存して、第２セン
   サの、上記マークに関連し且つ相互に関連するこれら２
   つの信号の間の測定せる時間間隔内では振動速度が十分
   な近似で一定であるよう９選択してちることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の装置。 ８）振動運動の最大振幅が所定値を下回らないことを常
   に監視することを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の装置。 ９）振動運動の瞬間的方向を表わす信号を発生すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１〜・８項の１つに記載
   の方法。 １０）振動センサが、相対運動する双方の部材の任意の
   位置において、振動速度が十分に近似的に一定である時
   間間隔内に少くとも２つのマークを通過するよう、第１
   マーク担体上にマークを密に配置したことを特徴とする
   特許請求の範囲第！〜９珈の１つに記載の方法。 １１）少くとも１つの基準信号と、第１マーク担体の１
   つのマークに関連し上記基準信号の直前に発生する振動
   センサの信号との間の時間間隔ならびに上記基準信号と
   、第１マーク担体の別のマークに関連し上記基準信号の
   直後に発生する振動センサの信号との間の時間間隔を測
   定することを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の
   方法。 １２）２つの部材の相対運動に際して通過する線分また
   は弧の長さ’ｉ　７１１＋１定する装置であって、１つ
   の部材に剛に固定したマーク担体と、マーク走査時に時
   間表示信号を発生する発生器に前置してあって双方の部
   材の相対運動とは無関係に運動するセンサを含み、別の
   部材に設けた走査機構と、センサを設けた部材に定めた
   測定法線に対する上記センサの所定位＃を表わす基準信
   号を発生する装置と、センサによって走査した。マーク
   担体のマークを検知する特定製電と、特定されたマーク
   に関連する信号と基準信号との間の時間間隔を測定する
   計時装置と、各マークと所定のゼロ点との間の長さ距離
   または角度距離並びに基準信号の発生時点における測定
   法線に対するセンサの位置を含む記憶装置と、センサを
   設けた部材に対する上記センサの瞬間速度を表わす量を
   形成する装置と、上記量から、　ｉｌｌ＋ｌｌ縁と、少
   くとも１つの特定された走査ずみのマークとの間及び相
   対運動のゼロ点との間の瞬間的距離を計算する装置とを
   備えた形式のものにおいて、センサ（１８）が、双方の
   部材（２，３）の相対運動の方向にほぼ平行な振動運動
   を行う振動要素（２２）を介して部材（３１に支持しで
   あることを特徴とする装置。 １３）振動要素（２２）が、振動運動の方向へ延びる少
   くとも１つのロット°（２３）と、ロッド（２３）の中
   央部に固定したセンサホルダ（１９）とを備え。 ロット１２３）の自由端が、それぞれ、すべり軸受を介
   して、走査機構（８１ヲ設けた部材（３）に固定した軸
   受ブロック（２７）に軸支してあり、振動運動を行い得
   るよう案内しであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １２項記載の装置。 １４）ロット”（２３）が１強磁性材料から成り、振動
   運動の誘起のために制御できる少くとも、１つの電磁石
   の接片として構成しであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１３項記載の装置。 １５）ロット（２３）の少くとも１つの端部が、コアと
   して１つの電磁コイル（２９、３０）内に突出している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の装置。 １６）ロット”（２３）の両端が、それぞれ、コアとし
   て、固有の［Ｈｉミコイル２９．３０）内に突出してお
   り、振動要素（２２）が、第１０ツト”（２３）に平行
   に配置しセンサホルダ（１９）に結合した第２案内ロン
   ド（２４）　Ｖ有し、上記ロンド（２４）の両端は。 同じく、軸受ブロック（２７）　Ｋ摺動自在に軸支。 案内しであることを特徴とする特許請求の範囲第１５項
   記載の装置。 １７）振動センサ（１８）が、振動要素（２２）がその
   フレのない中心位Ｉｉｉを通過する際にセンサの測定中
   心線が振動運動のゼロ点を通るよう、振動要素（２２）
   　ｌ’ｃ固定しであること全特徴とする特許請求の範囲
   第１３〜１７項の１つに記載の装置。 １８）センサホルダ（１９）には、共に振動する第２マ
   ーク和体（３５）が固定してあり、上記マーク担体上に
   は、基準信号発生に役立つマーク（４５）が。 振動センサ（１８）の測定中心線がセンサの運動軌道の
   中心を通る際には常に上記マークの光学的中心が、走査
   機構（８）を設けた部材（３）に剛に固定した第２セン
   サ（３６）の測定中心＃！ヲ丁度通過するよう、配置し
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１３〜・１７
   項の１つに記載の装置。 １９）第２マーク担体（３５）が、基準信号形成に役立
   つマーク（４５）に対して対称に且つ上記マークから振
   動運動の方向へ離隔して配置してあって瞬間振動速度を
   表わす量を求めるのに役立つ別の２つのマーク（４Ｆ４
   ７）　７！ｉ−有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１８項記載の装置。 ２０）第２マーク担体（３５）が、最大振幅の所要最小
   値の達成の監視に役立つ別の２つのマーク（４８゜４９
   ）を有し、上記マークは、第２センサの測定中心線が、
   振動運動の１つの反転点の通過直前および通過直後に、
   それぞれ、上記マークの１つを通過するよう、配置しで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１９項記載の装
   置。 ２１）振動運動の方向を表わす信号の形成のため。 反転点の通過直前および通過直後にそれぞれ走査される
   双方のマーク（４８，４９）は、上記マークに１関連す
   る２重信号が異なる時間間隔を有するよう。 配置しであることを特徴とする特許請求の範囲第２０項
   記載の装置。 ２、特許請求の範囲第１２〜２１項の１つに記載の装置
   であって、第１マーク担体を線形の物差とじて構成した
   形式のものにおいて、物差（９１が、一端を閉じた本質
   的にＵ字状の中空部材（４）の内部に配置してあり、中
   空部材（４１の双方の脚（１０，１１）の自由端には、
   それぞれ、中空部材（４）の全長にわたって延び、中空
   部材の端部の７一ル部分に密着していて、高圧媒体を充
   填できるチューブ状密封部材（３９，４０）が設けてあ
   り、双方の密封部材（３９゜４０）の横断面寸法は、上
   記密封部材が、充填状態では相互に当接して中空部材（
   ４１の内部スペース全密閉するよう配設してロシ、走査
   機構（８１が、中空部材（４）の内部に配置してｌ）双
   方の密封部材（３９゜４０）の間を通って延びる部材（
   ３）のアーム（６１に固定しであることを特徴とする装
   置。 ２３）軸受ブロック（２７）が、中９部材（４１に設は
   六少くとも１つの線形ころがり軸受（７２，７３）によ
   って案内しであることを特徴とする特許請求の範囲第２
   ２項記載の装置。 ２４）　ｍ形ころがり軸受（，７２，７３）が、軸受ブ
   ロック（２７）の１つの面に設けてらって直線運動の方
   向へ延びボール（７４，７５）　’ｅ保保持連連行るほ
   ぼＶ字状のミゾ（７６，７９）と、軸受ブロック（２７
   ）の上記面に対向する中９部材（４１の内面に設けてあ
   って直線運動の方向へ直線運動の全長にわたって延びボ
   ール（７４，７５）　ｋ案内するほぼＶ字状のミゾ（７
   ７，７８）と全盲することを特徴とする特許請求の範囲
   第２３項記載の装置。 ２５）軸受ブロック（２７）のミゾ（７６，７９）の頂
   角が、中空部材（４１のミゾ（７７，７８）の頂角より
   も小さいことを特徴とする特許請求の範囲第２４項記載
   の装置。 ２６）２つの線形ころがり軸受（７２，７３）が、直線
   運動の方向およびアームの縦方向に垂直な方向へ相互に
   離隔して、第１センサ（８）および第２マーク担体（３
   ５）の振動運動面の両側に配置しであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２３〜２５項の１つに記載の装置。