JPS5927221A - デジタル計数装置 - 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】 本発明は測長器、特にデジビル測長器における多分割、
高速度読取りのデジタル計数装置に係るものである。リ
ニアスケール、或はロータリーエンコーダ等を用いて長
さを電気的に検出し、デジタル的に表示する測長器は周
知であるが２分解能を高める為にスケールピッチ間の分
割数を多くする事と、読取速度を速くする事とは互に相
反する関係にあり、従来方法において実用可能な回路を
構成する事は著しく困難であった。

本発明は上記問題点を解決し、簡単外回路構成で高分解
能、高速度読取、誤動作の無いデジタル計数装置を提供
するものである。

デジタル・スケールは一定ピッチ毎の出力信号を発生さ
せ、これを計数して測長を行なうものであるが、このピ
ッチは機械的な構造により制約される。そこで必要とす
る最小読取値を得る為には、このピンチ間を電気的な手
段を用いて分割することが一般に行なわれている。この
分割の手法としては、■２相信号より４分割するゼロク
ロス法、■２相信号を抵抗器を用いて演算し電気的に多
相信号に変換し、それぞれのゼロクロス点でパルスを発
生させる抵抗分割法。

■搬送波をスケール信号で位相変調し、この位相差ヲク
ロソク・パルスを用いて計数する位相変調分割法などが
知られている。分割数が比較的少ない場合１例えば１０
〜２０　程度の場合には２通常行なわれている様な分割
方式を用いて得られる全パルスをカウンターで計数し表
示する事が可能であるが２分割数が大きい場合は分割の
為の処理時間、カウンターの応答速度、に限界があり計
数ミスの無い高速測定ができない。

本発明は分割数が太きく、シかも高速測定を可能にする
事が目的であり、具体的にはスケールピッチ　Ｐ−１０
μｍ、　　ｌピッチ間の分割数Ｎ＝１００．　　最小読
取値Ｐハニ０．１μｍ、として本発明の詳細な説明する
が、これに限定されるものではない。

第１図は本発明の前提となる測定の基本概念を示すもの
である。長さＸをデジタルスケールを用いて測定する場
合、測定の起点Ｐｓはスケール上の任意の位置にあり２
図１においてはスクール信号ゼロクロス点よυＭ、の所
にある。

このＭ、の値は起点時は停止又は低速状態であるから位
相変調分割法により読み取る事ができる。測定の開始時
にとのＭｌを記憶する。次いでスケールに沿って変位す
る事により、スケール信号が検出され、スケールの１ピ
ンチ毎にゼロクロス点を通過し、パルスを発生させる。

高速時にあってはこのパルス数ｎを計数し記憶する。測
定の終点Ｐｅにおいては起点時と同様に停止または低速
の状態になるので、最後に通過したゼロクロス点からの
値Ｍ２を位相変調分割方式により読み取り測定を終了す
る。この測定で得られた値から　Ｘ二ｎ　ｐ　＋Ｍ２−
　Ｍ、を計算して変位量Ｘを知る事ができる。

この様な測定方法を用いれば、測定の起点及び終点部の
停止又は低速移動時のみ分割回路は正常に動作すればよ
く、この中間の移動時には分割動作は不要であり、スケ
ールピンチのみの計数を行なうので充分な高速移動が可
能である。

しかし実際にこの表示装置全製作し動作させると次の様
な問題が発生する。

同一スケールを読みとって得られる同一なスケール信号
を用いても、２つのパルス発生回路を用いた場合、パル
ス発生位置を厳密に一致させる事はできない。本実施例
においてはスケール信号の１ピツチ毎のゼロクロス点で
発生させる１０μｍ毎のパルス信号と、１ピンチ間を位
相変調分割法によって１００分割し発生させる０、１μ
ｍ毎のパルスの１００番目とは寸法的にも、また時間的
にも一致するとは限らない。一般に１０μｍ毎に発生す
るパルス列の精度に０．１μｍ以上を期待することは出
来ない。

この具体例を第２図、第３図に示す。第２図において（
イ）はスケール信号であって、（ロ）はそのゼロクロス
点においてパルスを発する正しい波形を示す。そして左
側のゼロクロス点Ａから終点Ｐｅまでの長さを求める。

ここでＡＢ、Ｐｅ間はＰ＝１０μｍである。Ｐｅ間を１
００分割したところを略示したものが（ハ）であって、
Ｂ−Ｐｅ間で９９パルス計数したとすれば、１パルスは
０．１μｍでおるからＢ　−Ｐｅ間は０．１ｔｔｍ　Ｘ
　９９　＝＝　９．９μｍであり、Ａ−Ｐｅ間において
　Ｂ点におけるゼロクロス信号を１回計数することによ
り１０μｍＸ１となり、これに９．９μｍ′ｊｆ：加算
１７て１９．９　μｍが正しい距離である。ところかい
−！ＩＣにおいて発生すべきパルスが←）に示すように
ＰｅＯ前に発生したとする。すなわちゼロクロス信号が
正しい発生位置より０．２μｍ以上（→方向誤差を有し
た場合を考えると、八からＰｅ０間においてゼロクロス
信号の読取υは２回計数し、　　１０μｍ×２−２０μ
ｍとなり、−万（ハ）は９９計数しているため１０１１
ｍ　Ｘ　２　＋Ｑ、１μｍ　Ｘ　９９−＝　’；！、９
．９１１ｍとなる。

すなわち正しい値に対して１０μｍの誤差を生ずる０ 逆にゼロクロス信号が０．２μ専以上発生遅れを生ずる
と、第３図（ホ）に示す波形となる。なお終点Ｐｅは０
点よＩ）０．１μｍ（ト）した点とする。この場合、正
しい値としてはＡＣ間が２Ｐであるので　１０μｍ×２
２−２０ＩＪ、Ｃ−Ｐｅ間は０．１μｙｘ　　で。

あるから計２０．１μｍである。しかし、０点のゼロク
ロス信号が遅れているため、Ａ−Ｐｅ間では１回しか計
数せず　１０μ７７ＬＸ１．　＝１０μｍとなる。

そして分割計数においてはＣで９９から０に入！；＋、
Ｐｅでは０−Ｉ　Ｊｉｍ　Ｘ　１．　＝＝　ｏ、１　μ
ｍを示す。（りだし分割計数は累積方式ではなく、９９
の次に０と計数する方式をとる）そこでＡ−Ｐｅ全１０
μｚ＋〇、１μｙｒＬ＊　１０−１μｍ　を示してＬｌ
。

なお２図２及び図３は終点時のみを示したが起点時にも
同じ現象の発生する可能性は同じであり、最悪の場合は
スケール２ピツチに相当する誤差の発生する可能性を持
ち実用にならない。

この発明はこのような誤差の発生が起らないように、前
記Ｘ　＝　ｎ　ｐ　十Ｍ２−　Ｍ、におけるｎの計数パ
ルスを正確にとらえるようにしたものである。

第４図において、２相のスケール信号 いて、これを公知の方法による位相変調１００分割回路
１に加えて、１０μｍの１ピツチ間隔を０．１μｍ毎の
１００パルスに変換し２分割値カラ／り２にて計数する
。この系を精糸とする。ただしカウントの方法は累積方
式ではなく９９パルス毎にリフレッシュする方式により
、これにより１０μｍ間の端数（００μｒｎ〜９．９μ
ｍの数）のみを表示している。そして測定の起点Ｐｓ及
び終点Ｐｅにおいてはこれによって示される値Ｍ、。

Ｍ２を記憶回路３に入れ、これを計算表示回路４に送る
。このカウンターの値はデジタル比較回路５（コンパレ
ータ）により、三つの（精）領域に区分される。すなわ
ち 第１（精）領域　０．０〜ａ、α 第■（精）領域　α、α＋１〜ｂ、ｂ　−１第１（精）
領域　ｂ、ｂ〜９．９ 以上の区分の条件として第１（精）領域には０．０を含
み、第■（精）領域には最大カウント値の９．９ヲ含む
ことでα、α。　ｂ、ｂ値はその間の任意の数でよい。

例えば第５図に示すように。

α、α二３．３．　ｂ、ｂ　＝　６．６と三等分する。

デジタル比較回路５は常にカウンターの内容が上記のど
の領域にあるかをカウンターの領域信号として出力する
。

また前記の２相のスケール信号はスケール信号のゼロク
ロス信号回路６に入って領域区分回路７に接続され、こ
れを粗系とする。ついで１０μｍ毎の計数パルス点を一
つの境界として。

−例として第６図に示す三つの（粗）領域に区分する。

第１（粗）領域　計数パルス発生点を越えた直後の部分
を含む領域 第１＋　（粗）領域　第１．第■の領域の中間領域第■
（粗）領域　計数パルス発生点の直前の部分を含む領域 第６図においてＡ１．Ａ２の点が計数パルス発生点であ
って、Ａ１．Ａ２を含む領域が第■（粗）領域、その直
前の領域が第■（粗）領域である。

そして第■領域の幅は任意に定めることができるが、第
６図に示すようにｃｏｓ信号のゼロクロス点によって定
めると簡単であるが１区分の方法はこれに限定されるも
のではない。そして以上精、粗２つの系は常にスケール
のどの領域にあるかを信号として出力し、領域信号切替
回路８に入れる。

また前記２相のスケール信号は、第４図の速度検出回路
９に送られ、ここでスケール信号の繰返し周波数からス
ケールに対する移動速度を検知し、予め設定された位相
変調１００分割回路が正確に動作しうる低速度になった
か否かを判定し、現在低速域と高速域とのいずれで移動
しているかの信号を速度状態信号として領域信号切換回
路に送る。領域信号切換回路においては、高低速の速度
状態信号を受けて、低速状態ではＩ（精）　　ＩＩ（精
）Ｉ（精）の信号を、高速状態ではＩ（粗）　　ＩＩ（
粗）■（粗）の信号を次ノ１０μｍ　ハ／ｌ／　ス発生
回路（スケールピンチパルス発生回路）１０に送る。

ここで１０μｍパルス発生回路は低速時には次の動作を
行なう。すなわち領域ＩＩＩ（Ｉｌｌ（精）であるが以
下（精）を省略する）から領域Ｉに変イししたときＩＵ
Ｐパルスを発生する。そしてＩがら■に変化したときＩ
　ＤＯＷＮパルスを発生し、他の領域の変化（Ｉ＋＋Ｉ
Ｉ　、　　ｌＩ４−＋Ｉｎ　）に対してはパルスを発生
しない。すなわちＩＵＰパルスにょつて分割値カウンタ
の内容が９．９からｏ、ｏに変った時点で上位桁（１０
μｍの桁）にＩＵＰの信号が送られて計数され、ＩＤ０
ＷＮパルスによって０．０から９．９に変った時点で上
位桁がＩ　ＤＯＷＮされる。

一方高速時にはスケール領域信号Ｉ（粗）。

ＩＩ　（粗）　ｌ１ｌ（粗）（以下（粗）を省略する）
が１０μｍパルス発生回路に入り、■から■になったと
き、（精）の場合と同様にＩＵＰパルスを発生し＋１０
μｍとする。逆に■から■の変化に対してＩＤ０ＷＮパ
ルスを発生し１表示値を１０μｍ減少させる。

なお、この１０μｍパルス発生回路の動作は領域の１．
１の変化に対応してＩ　ＵＰ、ＩＤ０ＷＮのパルス発生
を行なうもので（精）、（粗）に拘わりなく行なわれる
のが特長である。すなわち■（精）→■（粗）でも、Ｉ
（粗）→■（精）の変化でも同じＩＤ０ＷＮパルスを発
生し。

■（精）→■（粗）、■（粗）→■（精）のいずれでも
同じＩＵＰのパルスを出す。ここでこのような動作を行
なう１０μｍパルス発生回路１ｏは公知のフリップフロ
ップ回路及びゲートの組合せによって容易に構成するこ
とができる。そして１０μｍパルス発生回路１０からの
信号はカウンタ１１に入９．計算表示回路４に送られる
。

以上に示す本発明において、先に第２図、第３図に示し
た計数ミスの発生が如何にして防止できるかを説明する
。第２図において粗から精を単に切換えるだけではＣ点
の前で１０μｍパルスが発生した場合に、真正値１９．
９μｍであるのに対して２９．９μｍとカウントするこ
とが起きることは前に説明した。そこで第７図において
。

いま１９．９μｍの位置で高速から急停止したとすると
、終点Ｐｅにおいて高速から低速に切９替えられる。し
かし粗系において誤差のため１０μｍ　パルスの発生点
を過ぎているので粗の部域区分は■（粗）→Ｉ（粗）の
変化によりＩＵＰとなる。しかしＰ古亭止して低速に切
替えられるので領域信号は精糸の信号が入力される。精
糸では計数値は９．９でありこれは領域Ｉ（精）である
。低速切替により領域信号はＩ（粗）→■（精）に変り
、前記１０μｍパルス発生回路はＩＤ０ＷＮのパルスを
発生するので高速時における誤った表示２９．９μｍは
低速に切替った時（又は停止した時）正しい値１９．９
μｍを表示する事になる。

なお第３図に示す場合も、ｌ［（粗）がＩ（精）に変化
してＩＵＰのパルスが出て１０μｍ加えられ２０．１μ
ｍの正しい数値となる。すなわち精・粗に拘りなく、■
→ＩはｌＵＰ、　　）→■は　ＩＤ０ＷＮすることによ
って精、粗系のいずれのときにもｎｐのピンチパルスｎ
は１０μｍパルス発生回路の作る信号によってピッチパ
ルスカウンターが動作して、これを計算表示回路に送る
。

以上の説明でも明白な様に１本発明によれば測定の起点
及び終点において分割カウンターの動作の可能な低速度
、又は停止状態における精度が得られれば、その中間の
ゼロクロスノくルスの発生には誤差が含まれても最終表
示は常に正確な値となるように常時補正されるだけでな
く。

途中ではピンチ間の多分割計数が不要であるから高速度
での測定が可能である。そして、これによってスケール
ピンチパルスの発生誤差の許容範囲も広くすることが可
能で、これは上述の１０μｍピッチにおいて領域１（ａ
、）及びＩｌｌ　（粗）の設定範囲によって決まる。す
なわち領域を３等分したとすると許容誤差は１ピツチの
１／３＝３．３μｍ、　第６図の示す方式で決めると１
、／４　＝　２．５μｍとなり、ゼロクロス計数パルス
の発生回路の製作が安価で容易となり、かつ高精度が十
分期待できる特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定の概要を示す説明図。 第２図、第３図は読取ミス発生に関する説明図。 第４図は本発明の構成を示すブロック図、第５図は相系
における領域設定の一例の説明図、第６図は粗系におけ
る領域設定の一例の説明図。 第７図は本発明による読取順序説明図。 １、位相変調分割回路　　５．デジタル比較回路７、ス
ケール信号領域区分回路 ８、領域信号切替回路　　　　１０．ｎ相パルス発生回
路 特許出願人 株式会社　東京精密

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 変位に対して周期的信号を出力するデジタルスケールを
   、スケールのピッチ数を数える系（以下粗系と呼ぶ）と
   、スケールの１ピツチ内を分割して内挿値を計数する系
   （以下相系と呼ぶ）の２系列に分け、変位速度の検出信
   号により高速時には粗系を、低速時には精糸を用いるよ
   うに切替えて使用するカウンターにおいて、粗系から精
   糸、又は精糸から粗系への切替時点での計数誤差を防ぐ
   為、粗系スケール信号の１ピツチ内をスケール・ピッチ
   計数パルス発生点を１つの境界とし、３ヶ以上の領域に
   区分し、パルス発生点を越えた直後の部分を含む領域（
   以、下ｌの領域と呼ぶ）、゛パルス発生点の直前の部分
   を含む領域（以下■の領域と呼ぶ）、　ｌ及び■の領域
   以外の領域（以下Ｈの領域と呼ぶ）とし。 また１ピツチ内の分割値を計数する精糸のカウンターの
   内容についても同様に、計数値０を１つの境界として３
   ヶ以上の領域に区分し、計数値０を含む領域（以下Ｉの
   領域と呼ぶ）、最大計数値を含む領域（以下■の領域と
   呼ぶ）、Ｉ及び■以外の領域（以下Ｉｔの領域と呼ぶ）
   とし。 精糸・粗系いずれで計数している時においても。 また精糸から粗系へ、あるいは粗系から精糸に切替えた
   時点においても■の領域から１の領域に変った時にスケ
   ールピッチ数のカウンターを１アツプの計数を行ない、
   逆に１の領域から■の領域に変った時にスケールピッチ
   数カウンターを１ダウン計数することによって切替時点
   における計数誤差の発生を防ぐことを特長としたデジタ
   ル計数装置。