JPS6057011B2 - 変位測定装置における内插装置 - Google Patents
変位測定装置における内插装置Info
- Publication number
- JPS6057011B2 JPS6057011B2 JP9028679A JP9028679A JPS6057011B2 JP S6057011 B2 JPS6057011 B2 JP S6057011B2 JP 9028679 A JP9028679 A JP 9028679A JP 9028679 A JP9028679 A JP 9028679A JP S6057011 B2 JPS6057011 B2 JP S6057011B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- phase
- scale
- displacement measuring
- variable gain
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は所定のピッチで目盛を形成したスケールと、
このスケールの目盛を読み取り、互いに位相の異なる少
なくとも２つの検出信号を出力する検出器とを有し、こ
の検出器から得られる検出信号から相対変位置を測定す
る変位測定装置における内挿装置に関する。
このスケールの目盛を読み取り、互いに位相の異なる少
なくとも２つの検出信号を出力する検出器とを有し、こ
の検出器から得られる検出信号から相対変位置を測定す
る変位測定装置における内挿装置に関する。
変位測定装置は、直線の推移量又は回転角度の量をあ
られすパルス列を発生し、該パルスを計数器により計数
して測定量を数字により示すものである。
られすパルス列を発生し、該パルスを計数器により計数
して測定量を数字により示すものである。
従つてこの変位測定装置の分解能力は、使用されている
精密尺度の格子常数（ピッチ）によつて限定される。こ
れに対し、格子ピッチ以下の推移量に関し電子的な処理
によりより小なる増分を検出する努力が払われている。
しはしは採用される公知の内挿の方法は次の様なもので
ある。互に位相がずれたアナログ信号（第１次信号）が
１つの抵抗連鎖に与えられ、該抵抗連鎖は調節可能なポ
テンシオメーターの列を形成している。ポテンシオメー
タ−の摺動接点により多数の第二次信号が形成されこれ
らは第一次信号の間にあり、従つて内挿を可能ならしめ
るものてある。（例えばスイス国特許第４０７５６吟明
細書）この種の装置では分割数が多くなるに従つて、そ
のために必要な回路の費用が著るしく増大するといつた
欠点がある。 本発明はこれらの欠点を解決し、比較的
僅かな電子装置の費用を費やして、必要なだけの分割を
精度よく得る変位測定装置における内挿装置の提供を目
的とする。 上記課題は本発明に従い、所定のピッチで
目盛を形成したスケールと、このスケールの目盛を読み
取り、互いに位相の異なる少なくとも２つの検出信号を
出力する検出器とを有し、この検出器から得られる検出
信号から相対変位置を測定する変位測定装置において、
前記検出器に接続され、前記検出信号それぞれの変換信
号を出力する可変利得増幅器と、該可変利得増幅器に接
続され、前記変換信号の位相合成信号を出力する位相合
成器と、この位相合成器に接続され、前記位相合成信号
を所定のレベルと比較し、判別信号を出力する波形整形
器と、前記位相合成信号の位相を変化させるように前記
可変利得増幅器の利得を順次変化せしめ、前記判別信号
の変化時点での前記利得に対応した信号によつて前記検
出信号を内挿する制御装置とを設けることにより解決し
ている。
精密尺度の格子常数（ピッチ）によつて限定される。こ
れに対し、格子ピッチ以下の推移量に関し電子的な処理
によりより小なる増分を検出する努力が払われている。
しはしは採用される公知の内挿の方法は次の様なもので
ある。互に位相がずれたアナログ信号（第１次信号）が
１つの抵抗連鎖に与えられ、該抵抗連鎖は調節可能なポ
テンシオメーターの列を形成している。ポテンシオメー
タ−の摺動接点により多数の第二次信号が形成されこれ
らは第一次信号の間にあり、従つて内挿を可能ならしめ
るものてある。（例えばスイス国特許第４０７５６吟明
細書）この種の装置では分割数が多くなるに従つて、そ
のために必要な回路の費用が著るしく増大するといつた
欠点がある。 本発明はこれらの欠点を解決し、比較的
僅かな電子装置の費用を費やして、必要なだけの分割を
精度よく得る変位測定装置における内挿装置の提供を目
的とする。 上記課題は本発明に従い、所定のピッチで
目盛を形成したスケールと、このスケールの目盛を読み
取り、互いに位相の異なる少なくとも２つの検出信号を
出力する検出器とを有し、この検出器から得られる検出
信号から相対変位置を測定する変位測定装置において、
前記検出器に接続され、前記検出信号それぞれの変換信
号を出力する可変利得増幅器と、該可変利得増幅器に接
続され、前記変換信号の位相合成信号を出力する位相合
成器と、この位相合成器に接続され、前記位相合成信号
を所定のレベルと比較し、判別信号を出力する波形整形
器と、前記位相合成信号の位相を変化させるように前記
可変利得増幅器の利得を順次変化せしめ、前記判別信号
の変化時点での前記利得に対応した信号によつて前記検
出信号を内挿する制御装置とを設けることにより解決し
ている。
以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。第１図
は本発明の内挿装置が適用される変位測定装置の一例の
実施例を示すものである。
は本発明の内挿装置が適用される変位測定装置の一例の
実施例を示すものである。
一定ピッチの格子縞を有するガラス製スケール１が矢印
の方向に推移する。本実施例の変位測定装置はスケール
１の推移量を格子縞が基準位置を通過したことを検出し
その数を計数することにより測定するものである。本実
施例においては格子縞の検出は光電的に行なわれるが、
例えば格子縞ピッチの１１４の間隔でスケール１の推移
方向に並置されたスリットを２つ設け、各スリットから
の光を光電式検出器２の２つの受光素子でビック・アッ
プしている。このため２つの受光素子からの光電検出信
号Ｓ１とＳ２は９００の位相差を有している。尚、本実
施例において光電検出信号Ｓ１とＳ２は単一周波数の波
、すなわち正弦波とする。光電検出信号Ｓ１とＳ２は夫
々波形整形器３と４で矩形波パルスに変換され方向判別
器５に入力される。方向判別器５において２つの光電検
出信号の位相関係からスケー．ル１の推移方向を判別し
、判別情報と矩形波パルスを前進・後退計数器６に入力
する。前進・後退計数器６においては例えば矩形波パル
スを前進方向からカウント・アップ、後退方向ならばカ
ウント・ダウンしてスケール１の終端的推移量をパル，
ス数として制御装置としてのデジタル・コンピュータ１
１に入力し、コンピュータ１１ではそのパルス数により
スケール１の推移量を計算し、その結果を表示装置１２
に表示する。本実施例の変位測定装置の構成要素１〜６
及び１２は従来の光電式一リニアエンコーダとして知ら
れているものである。本発明においてはスケール１のピ
ッチについての内挿のため即ち１つの信号周期（パルス
間隔）を多数のデジタル増分に分割するために、検出信
号Ｓ１とＳ２は夫々可変利得増幅器７と８に入力され信
号Ｓ１″とＳ２″に変換される。可変利得増幅器はコン
ピュータ１１からの指令信号によつその利得がデジタル
的に制御されているものである。この信号Ｓ１″とＳ２
″は位相合成器（アナログ加算器）９で加えられ合成信
号Ｓ３を生じさせる。信号Ｓ１″即ちＳ１の位相を基準
とすると、基準位相に対する信号Ｓ３の位相差ΔφはＳ
１″とＳ２″の振幅比に依存している。従つて、信号Ｓ
３の位相差Δφは可変利得増幅器７と８の利得によるか
ら、コンピュータ１１によつて位相差Δφを可変にする
ことができる。この場合増幅器７と８の利得は、利得の
大小及び極性について変イビされうる。詳述すれば、検
出信号Ｓｌ，Ｓ２は （但し、Ｅは定数） であつて、また変換信号Ｓ１″，Ｓ２″は（但し、Ｘ．
ｓＹはコンピュータ１１の指令信号によつて変化する変
数）である。
の方向に推移する。本実施例の変位測定装置はスケール
１の推移量を格子縞が基準位置を通過したことを検出し
その数を計数することにより測定するものである。本実
施例においては格子縞の検出は光電的に行なわれるが、
例えば格子縞ピッチの１１４の間隔でスケール１の推移
方向に並置されたスリットを２つ設け、各スリットから
の光を光電式検出器２の２つの受光素子でビック・アッ
プしている。このため２つの受光素子からの光電検出信
号Ｓ１とＳ２は９００の位相差を有している。尚、本実
施例において光電検出信号Ｓ１とＳ２は単一周波数の波
、すなわち正弦波とする。光電検出信号Ｓ１とＳ２は夫
々波形整形器３と４で矩形波パルスに変換され方向判別
器５に入力される。方向判別器５において２つの光電検
出信号の位相関係からスケー．ル１の推移方向を判別し
、判別情報と矩形波パルスを前進・後退計数器６に入力
する。前進・後退計数器６においては例えば矩形波パル
スを前進方向からカウント・アップ、後退方向ならばカ
ウント・ダウンしてスケール１の終端的推移量をパル，
ス数として制御装置としてのデジタル・コンピュータ１
１に入力し、コンピュータ１１ではそのパルス数により
スケール１の推移量を計算し、その結果を表示装置１２
に表示する。本実施例の変位測定装置の構成要素１〜６
及び１２は従来の光電式一リニアエンコーダとして知ら
れているものである。本発明においてはスケール１のピ
ッチについての内挿のため即ち１つの信号周期（パルス
間隔）を多数のデジタル増分に分割するために、検出信
号Ｓ１とＳ２は夫々可変利得増幅器７と８に入力され信
号Ｓ１″とＳ２″に変換される。可変利得増幅器はコン
ピュータ１１からの指令信号によつその利得がデジタル
的に制御されているものである。この信号Ｓ１″とＳ２
″は位相合成器（アナログ加算器）９で加えられ合成信
号Ｓ３を生じさせる。信号Ｓ１″即ちＳ１の位相を基準
とすると、基準位相に対する信号Ｓ３の位相差ΔφはＳ
１″とＳ２″の振幅比に依存している。従つて、信号Ｓ
３の位相差Δφは可変利得増幅器７と８の利得によるか
ら、コンピュータ１１によつて位相差Δφを可変にする
ことができる。この場合増幅器７と８の利得は、利得の
大小及び極性について変イビされうる。詳述すれば、検
出信号Ｓｌ，Ｓ２は （但し、Ｅは定数） であつて、また変換信号Ｓ１″，Ｓ２″は（但し、Ｘ．
ｓＹはコンピュータ１１の指令信号によつて変化する変
数）である。
したがつて、合成信号Ｓ３は
（但し、Δφ＝Ｔａｎ−１菱）
となる。
それ故、変換信号Ｓ１″とＳ２″の振幅Ｘ，Ｙを指令信
号により変化すれは位相差Δφを第３図に示したように
順次Δφ１〜Δφ１２まで変化させることができる。
号により変化すれは位相差Δφを第３図に示したように
順次Δφ１〜Δφ１２まで変化させることができる。
すなわち第３図は振幅Ｘ，Ｙを変えることにより、信号
Ｓ１″＋Ｓ２″の合成信号であるＳ，の位相がＳェ″の
位相に対して順次Δφ１〜Δφ１２まで変化することを
示している。今、スケール１が推移後被測定位置で停止
したとする。
Ｓ１″＋Ｓ２″の合成信号であるＳ，の位相がＳェ″の
位相に対して順次Δφ１〜Δφ１２まで変化することを
示している。今、スケール１が推移後被測定位置で停止
したとする。
このスケール１の停止位置について、測定基準位置とし
ての前記スリットがスケール１の格子縞の中間にある場
合を想定すると、停止時の光電出力信号Ｓ１は第２図に
示されているように一周期の位置から位相θだけずれて
Ｓｉｎ（２ｒ１π＋θ）＝Ｓｉｎθとなる（振幅を１と
する）。信号Ｓ２はＳｉｎ（２ｒ１π＋Ｏ＋Ｉ）＝ＣＯ
Ｓθである。０はスケール１の格子縞とスリットとの位
置ずれに対応する位相である。
ての前記スリットがスケール１の格子縞の中間にある場
合を想定すると、停止時の光電出力信号Ｓ１は第２図に
示されているように一周期の位置から位相θだけずれて
Ｓｉｎ（２ｒ１π＋θ）＝Ｓｉｎθとなる（振幅を１と
する）。信号Ｓ２はＳｉｎ（２ｒ１π＋Ｏ＋Ｉ）＝ＣＯ
Ｓθである。０はスケール１の格子縞とスリットとの位
置ずれに対応する位相である。
内挿とはこの位相０を測定し、測定されたθよりスリッ
トと格子縞の位置ずれを計算して（絶対値で）求めるこ
とである。停止状態において、コンピュータ１１の指令
で可変利得増幅器７と８の利得を１２個の状態で変化さ
せ、第３図で例示されているように信号Ｓ３の位相差Δ
φを１鍛階の位相差Δφ１〜Δφ１２に変化させる。
トと格子縞の位置ずれを計算して（絶対値で）求めるこ
とである。停止状態において、コンピュータ１１の指令
で可変利得増幅器７と８の利得を１２個の状態で変化さ
せ、第３図で例示されているように信号Ｓ３の位相差Δ
φを１鍛階の位相差Δφ１〜Δφ１２に変化させる。
その時の合成信号Ｓ３は、基準位相即ち信号ｓ１＝Ｓｉ
ｎθに対し位相差ΔφがΔφ１〜Δφ１。だけずれたも
の即ちＳｉｎ（θ＋Δφ１）、Ｓｉｎ（θ＋Δφ２）〜
Ｓｉｎ（０＋Δφ１。）となる。θを固定してΔφを連
続的に変化させるならば、そうして得られる合成信号Ｓ
３は、Ａを振幅としてで与えられるが、ここでは可変利
得増幅器７と８との利得を変えることによつて１サイク
ルに対してΔφを１鍛階に分けて得られる離散的な合成
信号を求めているのでｌムであり、これを図示すると第
４図のような階段状正弦波になる（θはスケール１が停
止しているので一定）。
ｎθに対し位相差ΔφがΔφ１〜Δφ１。だけずれたも
の即ちＳｉｎ（θ＋Δφ１）、Ｓｉｎ（θ＋Δφ２）〜
Ｓｉｎ（０＋Δφ１。）となる。θを固定してΔφを連
続的に変化させるならば、そうして得られる合成信号Ｓ
３は、Ａを振幅としてで与えられるが、ここでは可変利
得増幅器７と８との利得を変えることによつて１サイク
ルに対してΔφを１鍛階に分けて得られる離散的な合成
信号を求めているのでｌムであり、これを図示すると第
４図のような階段状正弦波になる（θはスケール１が停
止しているので一定）。
θはスリットと格子縞との間の位置ずれに対応する位相
であること、及び格子縞ピッチｄには１周期（位相差２
π）が対応していることに注意すれば、求める位置ずれ
はによつて得られるので、結局θを求めるとよい。この
０に対する近似値は以下のようにして求められる。合成
信号Ｓ３を入力された波形整形器（コンパレータ）１０
は、Ｓ３が０より大きいと１０Ｗレベル、０より小さい
とＨＩＧＨレベルの信号Ｓ４を出力する。
であること、及び格子縞ピッチｄには１周期（位相差２
π）が対応していることに注意すれば、求める位置ずれ
はによつて得られるので、結局θを求めるとよい。この
０に対する近似値は以下のようにして求められる。合成
信号Ｓ３を入力された波形整形器（コンパレータ）１０
は、Ｓ３が０より大きいと１０Ｗレベル、０より小さい
とＨＩＧＨレベルの信号Ｓ４を出力する。
したがつてｎ（つまりΔφｎ）をコンピュータ１１によ
つて変えながらＳ４を観察すると、（θ＋Δφｎ）がπ
を越えたところでＳ４が１０ＷレベルからＨＩＧＨレベ
ルへ、（０＋Δφｎ）が２πを越えたところでＨＩＧＨ
レベルから１０Ｗレベルへと遷移する。第４図の例で言
うと、ｎ＝４でＳ４が立上るので、このＳ，の変化時点
でＳ，がＯとなつていることがわかる。第４図ではＳ４
がπを越えたところで１０ＷレベルからＨＩＧＨレベル
に変化しているから、Ｓ４がπを横切る前後の位相であ
るθ＋Δφ３とθ＋Δφ４の間にπがあることがわかる
。これより（θ＋Δφ３）くπく（θ＋Δφ４）、つま
り（π−Δφ３）〉０〉（π−Δφ，）となることがわ
かる。
つて変えながらＳ４を観察すると、（θ＋Δφｎ）がπ
を越えたところでＳ４が１０ＷレベルからＨＩＧＨレベ
ルへ、（０＋Δφｎ）が２πを越えたところでＨＩＧＨ
レベルから１０Ｗレベルへと遷移する。第４図の例で言
うと、ｎ＝４でＳ４が立上るので、このＳ，の変化時点
でＳ，がＯとなつていることがわかる。第４図ではＳ４
がπを越えたところで１０ＷレベルからＨＩＧＨレベル
に変化しているから、Ｓ４がπを横切る前後の位相であ
るθ＋Δφ３とθ＋Δφ４の間にπがあることがわかる
。これより（θ＋Δφ３）くπく（θ＋Δφ４）、つま
り（π−Δφ３）〉０〉（π−Δφ，）となることがわ
かる。
ここでは１周期を１鍛階に分けているのでΔφｎ＝２π
喘（ｎ＝１、 １３２、
１２）であり、したがつて（２−■）〉］し １４３
０２２．〉（ンー■）、つまり？〉Σｉ＞？となり、位
置ずれ（ＤＸノ司）の範囲が求められる。
喘（ｎ＝１、 １３２、
１２）であり、したがつて（２−■）〉］し １４３
０２２．〉（ンー■）、つまり？〉Σｉ＞？となり、位
置ずれ（ＤＸノ司）の範囲が求められる。
この範囲内の適当な値が内挿値としてコンピュータ１１
で算出される（責の誤差はいわゆるデジタルエラーであ
る）。そしてこの内挿値は計算器６からの計算値と加算
され表示装置１２に出力される。合成信号Ｓ２を１鍛階
に位相変化を与えて内挿値を得ればスケール１のピッチ
１１１２の分解能を得る。以上のように本発明によれば
、比較的僅かな電子回路の追加によつて高精度の分割を
可能ならしめるという利点があるのみならず、事実上無
制限に分割数を増やすことが可能である。さらに検出器
２の後方に、サンプルを抽出しそれを保持する記憶装置
を設ければ、スケール１が移動中でも内挿が可能である
。更に本発明ではコンピュータ１１内に補正資料を記憶
することによつてＳｌ，Ｓ２の位相のずれ、スケール上
のピッチ誤差等を補正することも可能である。
で算出される（責の誤差はいわゆるデジタルエラーであ
る）。そしてこの内挿値は計算器６からの計算値と加算
され表示装置１２に出力される。合成信号Ｓ２を１鍛階
に位相変化を与えて内挿値を得ればスケール１のピッチ
１１１２の分解能を得る。以上のように本発明によれば
、比較的僅かな電子回路の追加によつて高精度の分割を
可能ならしめるという利点があるのみならず、事実上無
制限に分割数を増やすことが可能である。さらに検出器
２の後方に、サンプルを抽出しそれを保持する記憶装置
を設ければ、スケール１が移動中でも内挿が可能である
。更に本発明ではコンピュータ１１内に補正資料を記憶
することによつてＳｌ，Ｓ２の位相のずれ、スケール上
のピッチ誤差等を補正することも可能である。
本発明、上述した如き光電的変位測定装置にのみ限定さ
れるものではなく、誘導的、磁気的、容量的な変位測定
置にも適用可能である。
れるものではなく、誘導的、磁気的、容量的な変位測定
置にも適用可能である。
第１図は本発明の内挿装置が適用される変位測定装置の
一例を示すブロック図、第２図は第１図の光電検出器の
出力Ｓ１とＳ２の様子を示す図、第３図は第１図の可変
利得増幅器の利得を可変した場合の合成信号Ｓ３の位相
変化の様子を示す図、第４図は合成信号Ｓ３と、位相０
を求めるために合成信号Ｓ３を波形整形した信号Ｓ４と
を例示した図である。 〔主要部分の符号の説明〕、スケーノい・・・・・１、
光電検出器・・・・・・２、可変利得増幅器・・・・・
７，８、位相合成器・・・・・・９、波形整形器・・・
・・・１０１コンピュータ・・・・・・１１、表示装置
・・・・・・１２。
一例を示すブロック図、第２図は第１図の光電検出器の
出力Ｓ１とＳ２の様子を示す図、第３図は第１図の可変
利得増幅器の利得を可変した場合の合成信号Ｓ３の位相
変化の様子を示す図、第４図は合成信号Ｓ３と、位相０
を求めるために合成信号Ｓ３を波形整形した信号Ｓ４と
を例示した図である。 〔主要部分の符号の説明〕、スケーノい・・・・・１、
光電検出器・・・・・・２、可変利得増幅器・・・・・
７，８、位相合成器・・・・・・９、波形整形器・・・
・・・１０１コンピュータ・・・・・・１１、表示装置
・・・・・・１２。
Claims (1)
- １ 所定のピッチで目盛を形成したスケール１と、該ス
ケールの目盛を読取り、互いに位相の異なる少くとも２
つの検出信号Ｓ＿１、Ｓ＿２を出力する検出器２とを有
し、該検出器から得られる前記検出信号から相対変位量
を測定する変位測定装置において、前記検出器に接続さ
れ、前記検出信号それぞれの変換信号Ｓ＿１′、Ｓ＿２
′を出力する可変利得増幅器７、８と、該可変利得増幅
器に接続され、前記変換信号の位相合成信号Ｓ＿３を出
力する位相合成器９と、該位相合成器に接続され、前記
位相合成信号を所定のレベルと比較し、判別信号Ｓ＿４
を出力する波形整形器１０と、前記位相合成信号の位相
を変化させるように、前記可変利得増幅器の利得を順次
変化せしめ、前記判別信号Ｓ＿４の変化時点での前記利
得に対応した信号Δφによつて前記検出信号を内挿する
制御装置１１と、を有することを特徴とする内挿装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9028679A JPS6057011B2 (ja) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | 変位測定装置における内插装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9028679A JPS6057011B2 (ja) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | 変位測定装置における内插装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5614903A JPS5614903A (en) | 1981-02-13 |
| JPS6057011B2 true JPS6057011B2 (ja) | 1985-12-12 |
Family
ID=13994272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9028679A Expired JPS6057011B2 (ja) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | 変位測定装置における内插装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6057011B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62171110U (ja) * | 1986-04-22 | 1987-10-30 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5643506A (en) * | 1979-09-17 | 1981-04-22 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | Multidivided circuit of length measuring machine |
| JPH0643892B2 (ja) * | 1984-02-15 | 1994-06-08 | 旭光学工業株式会社 | 測角誤差の補正装置 |
| JPS6350719A (ja) * | 1986-08-20 | 1988-03-03 | Shicoh Eng Co Ltd | 電子アブソリユ−トエンコ−ダ |
-
1979
- 1979-07-18 JP JP9028679A patent/JPS6057011B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62171110U (ja) * | 1986-04-22 | 1987-10-30 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5614903A (en) | 1981-02-13 |
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