JPS6396503A - 変位測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、相対移動する２つの物体の相対移動変位量を
測定する変位測定装置に係り、例えば工作機械や各種測
定機における相対移動部材の変位量の検出に利用できる
。

〔背景技術とその問題点〕

工作機械や各種測定機では、自動的な位置決め制御に当
たって、機械の位置、例えばベッドに対するテーブルの
座標位置を正確に検出することが要求される。

従来、このような２つの物体の相対移動変位量を検出す
るものとしては、相対移動する２つの物体の対向面にス
ケールとスライダとを対向配置し、スケール側に励磁電
流を印加する一方、スライダ側に誘起される信号から両
物体の相対移動変位量を検出するインダクトシン、ある
いは２つの物体の対向面に光学格子を有するインデック
ススケールとメインスケールとを対向配置し、これらス
ケ−ルの透過光または反射光を電気的信号として検出し
、この信号を所定処理して両物体の相対移動変位量を検
出する光学スケール、等が知られている。

前者のインダクトシンは、長尺で使用できるものの、内
挿誤差が大きい欠点がある。一方、後者の光学スケール
は、内挿誤差が小さいものの、長尺には使用できない欠
点がある。このように、従来のものは、それぞれ一長一
短があり、全ての要求を満足できるものではない。

特に、両者共、高精度測定を達成するためには、スケー
ル等の加工に当たって、スケールのピッチ間隔をできる
だけ小さく、かつ精密に仕上げなければならないので、
多大な時間と労力を要し、高価となる欠点がある。

〔発明の目的〕

ここに、本発明の目的は、このような従来の欠点を解消
すべくなされたもので、内挿誤差が小さく、しかも長尺
にも使用できる上、製造が容易でかつ安価な変位測定装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕そのため、
本発明では、相対移動するいずれか一方の物体に、相対
移動方向に等間隔で刻線を刻むとともに、他方の物体に
、複数の光電変換素子を相対移動方向に沿って等間隔に
配列し、この光電変換素子列上で検出された刻線の原点
からの距離と、光電変換素子列上の基準素子から前記光
電変換素子列上で検出された刻線までの距離とを用いて
２つの物体の相対移動変位量を算出することにより、上
記目的を達成しようとするものである。

具体的には、相対移動する２つの物体の相対移動変位量
を測定する装置であって、いずれか一方の物体に、前記
相対移動方向に等間隔で刻まれた刻線と、いずれか他方
の物体に、前記一方の物体の刻線に対向して複数の光電
変換素子が前記相対位相方向に沿って等間隔に配列され
かつ全体の検出長さが刻線間隔より長い光電変換素子列
と、この光電変換素子列上で検出された刻線の原点から
の距離データと、光電変換素子列上の基準素子から前記
光電変換素子列上で検出された刻線までの距離とを用い
て２つの物体の相対移動変位量を算出する手段と、を具
備したことを特徴とする。

Ｃ実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、相対移動する２つの物体、ここではヘ
ッド１１とこれに沿って図中左右方向へ移動するスライ
ダ１２とのうち、ベッド１１側の摺動面には、その相対
移動方向に刻線１３．〜１３、、が等間隔で刻まれてい
る。各刻線１３１〜１３７は、他の部分に対して光の明
暗で区別できればよ（、例えば一定の光源に対して反射
光の明度が均一とならないようなマーク等でもよい。

一方、スライダ１２側には、光電変換素子列上４がベッ
ド１１の刻線１３＋　〜１３７に対向してかつ相対移動
方向と平行に配置されている。光電変換素子列１４は、
前記相対移動方向に沿って等間隔に配列された例えば１
６個のＣＣＤからなる光電変換素子１４．〜１４１ｈに
よって構成され、かつ全体の検出長さが刻線１３．〜１
３４の間隔より長くなるように形成されている。従って
、スライダ１２が移動する任意の位置において、常に、
１以上の刻線１３．〜１３．．が光電変換素子列１４の
いずれかの光電変換素子１４．〜１４１６により電気的
に検出されるようになっている。

第２図において、前記スライダ１２側にはドッグ２１が
取り付けられているとともに、前記ベッド１１側にはド
ック２１と対向したときオンされる例えば近接スイッチ
等からなる検出器２２が取り付けられている。ドッグ２
１と検出器２２との関係は、スライダ１２の移動によっ
て両者が対向したとき、ｋ番目の刻線１３ｘが光電変換
素子列１４の基準素子、ここでは図中最左端の光電変換
素子１４．に対して図中右側に位置するように、予め設
定されている。

第３図において、前記光電変換素子列１４の各光電変換
素子１４１〜１４Ｉ６からの信号は、信号読込回路３１
を通じて予め設定されたスキャンタイムΔ【毎にスキャ
ンされ、信号処理回路３２へ読み込まれる。４＠号処理
回路３２は、その信号を基に基準素子１４１　から光電
変換素子列１４上でそれに最も近い刻線１３＋　〜１３
７までの距離ａ、を求める。これには、基準素子１４．
から刻線を検出している素子までの素子数ｉと素子間隔
δとの積として求めることができる（第１図参照）。

そして、変位量メモリ３３に記憶されているｌスキャン
タイム前の距離データａ、′　を読み出し、この距離デ
ータａＮ′　　の代わりに距離データａ。

を変位量メモリ３３に記憶させる。

続いて、加算部３４で距離データａ、Ｉに対する距離デ
ータａ、°　の差Δａを求め、この差Δａとスライダ１
２の１スキヤンタイムΔｔにおける最大移動ｌＶｍａｘ
　、　　−”　Ｖｍａｘとを比較器３５Ａ、３５Ｂで比
較する。なお、スライダ１２の１スキヤンタイムΔｔに
おける最大移動量Ｖｍａｘ　、　−ＶｍａＸと検出素子
全長βとの関係が、β＞　Ｖｍａｘ　ｏｒ　−Ｖ　ｍａ
ｘ　となるように、最大移動量またはスキャンタイムΔ
ｔが規定されている。信号処理回路３２は、Δａ＞Ｖｍ
ａｘのとき刻線数メモリ３６の値Ｎを１アツプし、Δａ
　＜　−Ｖｍａｘのとき刻線数メモリ３６の値Ｎを１ダ
ウンさせる。その後、刻線数メモリ３６の値Ｎに１を加
え、これと予め記憶されている刻線間隔距離Ａとの積を
求め、この積から変位量メモリ３３の距離データａ７′
　　を滅じてスライダ１２の移動ｉＬを求める。つまり
、Ｌ＝　（Ｎ＋　１）Ａ−ａ、Ｉ’ である、この移動ＩＬを現在値として表示器３８に表示
する。

次に、本実施例の作用を説明する。

測定に当たっては、まず、原点を確立する。これには、
スライダ１２を予め決められた方向へ移動させて原点に
接近させる。やがて、スライダ１２例のドッグ２１が検
出器２２に対向すると、検出器２２がオンされ原点位置
信号が信号処理回路３２へ与えられる。すると、信号処
理回路３２は、刻線数メモリ３６にに−１の値をセット
する。

測定では、スキャンタイムΔを毎に光電変換素子列１４
の各光電変換素子１４．〜１４１．からの信号を読み込
み、信号処理回路３２で基準素子１４Ｉから光電変換素
子列１４上でそれに最も近い刻線までの距離ａｍ（−４
ｘδ）を求める。そして、変位量メモリ３３に記憶され
ている１スキヤンタイム前の距離データａ、′を読み出
し、この距離データａ、゛の代わりに距離データａ、を
変位量メモリ３３に記憶させる。

続いて、加算部３４で距離データａ、に対する距離デー
タａ、′の差Δａを求め、この差Δａと最大移動量Ｖ　
ｗａｘ、　−Ｖ　ｌｌ１ａｘ　とを比較器３５Ａ、３５
Ｂで比較し、移動方向および基準素子１４１に対する刻
線の通過の有無を判別する。

いま、第４図に示す如く、時刻ｔにおける距離ａ、、を
ａｏとし、時刻ｔ＋Δを後における距離ａヨをａ、とす
ると、 Ｑ＞ａ、　　−ａ６２ニ−Ｖｍａｘ であれば、スライダ１２は図中布へ移動し、かつ基準素
子１４．に対して刻線の通過が無かったことを意味する
。また、時刻ｔ＋２Δを後における距離ａ８を８２　と
すると、 ａｆｉ　　　ａ、＞Ｖｍａｘ であれば、スライダ１２は図中布へ移動し、かつ基準素
子１４１に対して刻線が左へ通過したことを意味する。

また、時刻ｔ＋３Δを後における距離ａ。をａ、とする
と、 ＶｍａＸ＞ａｚ　　　ａｔ であれば、スライダ１２は図中左へ移動し、かつ基準素
子１４＋　に対して刻線が右へ通過したことを意味する
。さらに、時刻ｔ＋４Δを後における距離ａ、をａ、と
すると、 Ｖｍａｘ　＞ａ４−ａ、　＞０ であれば、スライダ１２は図中左へ移動し、かつ基準素
子１４１に対して刻線の通過が無かったことを意味する
。

従つて、比較器３５Ａの比較結果がΔＢ＞ＶｍａＸであ
れば、スライダ１２は図中布へ移動し、かつ基準素子１
４．に対して刻線が左へ通過したことになるので、刻線
数メモリ３６の値Ｎが＋１される。また、比較器３５Ｂ
の比較結果がΔａ＜−Ｖ　ｍａｘであれば、スライダ１
２は図中左へ移動し、かつ基準素子１４＋　に対して刻
線が右へ通過したことになるので、刻線数メモリ３６の
値Ｎが−１される。

この後、刻線数メモリ３６の値Ｎに１を加え、これと予
め記ｔαされている刻線間隔距離Ａとの積を求め、つま
り原点から光電変換素子列１４上で検出されている刻線
までの距離を求め、この積から距離データａ、１′　を
減じてＬ＝　（Ｎ＋１）Ａ−，１を求め、これを表示器
３８に表示する。

従って、ベッド１１に対してスライダ１２が静止したま
まの状態では、ａ、　−３、’　で、かつ刻線数メモリ
３６の値Ｎは増減しない。しかし、ベッド１１に対して
スライダ１２が移動すると、その移動に伴って変位量メ
モリ３３の値が更新されるとともに、移動方向および刻
線の通過の有無の判別を経て刻線数メモリ３６の値Ｎが
増減される。

よって、刻線数メモリ３６の値Ｎを基に光電変換素子列
１４上で検出される刻線の原点からの距離を求め、これ
から変位量メモリ３３の距離データを減じれば、スライ
ダ１２の原点からの移動量を求めることができる。

従って、本実施例によれば、ベッド１１に等間隔で刻線
１３．〜１３．ｌを刻むとともに、スライダ１２に光電
変換素子列１４を相対移動方向に沿って設け、この光電
変換素子列１４上の基準素子１４、を通過した刻線数を
基に光電変換素子列１４上で検出される刻線の原点から
の距離を求め、この距離より基準素子１４＋　から光電
変換素子列１４上で検出される刻線までの距離を減じて
スライダ１２の移動量を算出するようにしたので、内挿
誤差が小さく、しかも長尺に使用できる。

特に、ベッド１１側には他の部分と光の明暗で区別でき
る刻線１３．〜１３７を刻むだけでよいので、製造が容
易でかつ安価にできる。しかも、非接触型であるので、
測定面を傷つけることがない。このことは、材質が比較
的軟質な材料でも高精度に測定できる利点がある。

なお、上記実施例では、光電変換素子列１４を１６個の
光電変換素子１４．〜１４．６で構成したが、光電変換
素子数もこれに限られるものでなく、少なくとも全体の
検出長さが刻線間隔より長ければ任意でよい。

また、上記実施例では、移動方向の判別を距離データａ
ｌｌ＋ａｌｊ°　の差Δａを用いて行うようにしたが、
必ずしもこれに限られるものではない。

また、上記実施例では、直線的に移動する２つの物体の
相対移動量を検出するようにしたが、例えば回転体の回
転面に沿って光電変換素子列１４を対向配置すれば、回
転体の回転面の移動距離、つまり円周移動量あるいは角
度変位を測定することができる。なお、外周面（内周面
）に沿って円弧状に素子を配列することは困難でもあり
、また測定直径毎に測定素子の配列を変えなければなら
なく不都合なので、直線配列の素子列を使っても、素子
列の中央が測定面に近くなるように位置させれば誤差を
生じさせない。さらに、回転体が１回転する間の円周移
動距離、つまり回転体の円周を求め、これを円周率πで
割れば、回転体の直径を求めることができる。

さらに、上記実施例では、ベッド１１とスライダ１２と
の相対移動変位量を検出する例について述べたが、本発
明の変位測定装置では、２つの物体の距離が略一定に保
たれた状態で相対移動するもの全てに適用することがで
きる。

（発明の効果〕 以上の通り、本発明によれば、内挿誤差が小さく、しか
も長尺にも使用できる上、製造が容易でかつ安価な変位
測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は相対移動
部を示す図、第２図はその原点確立時の状態を示す図、
第３図は回路構成を示すブロック図、第４図はスライダ
の移動方向を判別する際の説明図である。 １１・・・ベッド、１２・・・スライダ、１３．〜１３
゜・・・刻線、１４．〜１４．６・・・光電変換素子、
１４・・・光電変換素子列、３２・・・信号処理回路、
３３・・・変位量メモリ、３６・・・刻線数メモリ。 代理人　弁理士　木下　実三（ばか１名）第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対移動する２つの物体の相対移動変位量を測定
   する装置であって、 いずれか一方の物体に、前記相対移動方向に等間隔で刻
   まれた刻線と、 いずれか他方の物体に、前記一方の物体の刻線に対向し
   て複数の光電変換素子が前記相対位相方向に沿って等間
   隔に配列されかつ全体の検出長さが刻線間隔より長い光
   電変換素子列と、 この光電変換素子列上で検出された刻線の原点からの距
   離と、光電変換素子列上の基準素子から前記光電変換素
   子列上で検出された刻線までの距離とを用いて２つの物
   体の相対移動変位量を算出する手段と、 を具備したことを特徴とする変位測定装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記光電変換素
   子をＣＣＤとしたことを特徴とする変位測定装置。