JPH0126003B2 - - Google Patents

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JPH0126003B2
JPH0126003B2 JP13814782A JP13814782A JPH0126003B2 JP H0126003 B2 JPH0126003 B2 JP H0126003B2 JP 13814782 A JP13814782 A JP 13814782A JP 13814782 A JP13814782 A JP 13814782A JP H0126003 B2 JPH0126003 B2 JP H0126003B2
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JP
Japan
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signal
scale
coarse
pitch
pulse
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JP13814782A
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JPS5927221A (ja
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Akitoshi Kamei
Shozo Takai
Hideo Ando
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/12Mechanical 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 using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical 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 using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245Mechanical 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 using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測長器、特にデジタル測長器における
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、分解能
を高める為にスケールピツ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つた。
本発明は上記問題点を解決し、簡単な回路構成
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・スケールは一定ピツチ毎の出力信号
を発生させ、これを計数して測長を行なうもので
あるが、このピツ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、このピツ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、この位相差をクロツク・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、例えば10
〜20程度の場合には、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、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。
本発明は分割数が大きく、しかも高速測定を可
能にする事が目的であり、具体的にはスケールピ
ツチP=10μm、1ピツチ間の分割数N=100、
最小読取値P/N=0.1μm、として本発明の実施
例を説明するが、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、図1においてはスケール信
号ゼロクロス点よりM1の所にある。このM1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
にこのM1を記憶する。次いでスケールに沿つて
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ピツチ毎にゼロクロス点を通過し、パ
ルスを発生させる。高速時にあつてはこのパルス
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
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=np+M2−M1
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、スケールピツチのみの計数を行
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を製作し動作させる
と次の様な問題が発生する。
同一スケールを読みとつ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ピツチ間を位相変調分割法に
よつて100分割し発生させる0.1μm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つて、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、BC間はP=10μ
mである。BC間を100分割したところを略示した
ものがハであつて、B・Pe間で99パルス計数し
たとすれば、1パルスは0.1μmであるから、B・
Pe間は0.1μm×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10μm×1となり、これに9.9μmを加
算して19.9μmが正しい距離である。ところがい
まCにおいて発生すべきパルスがニに示すように
Peの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、AからPeの間に
おいてゼロクロス信号の読取りは2回計数し、
10μm×2=20μmとなり、一方ハは99計数して
いるため10μm×2+0.1μm×99=29.9μmとな
る。すなわち正しい値に対して10μmの誤差を生
ずる。
逆にゼロクロス信号が0.2μm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C点より0.1μm(+)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10μ
m×2=20μm、C・Pe間は0.1μmであるから計
20.1μmである。しかし、C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10μm×1=10μmとなる。そして分割計数
においてはCで99から0に入り、Peでは0.1μm×
1=0.1μmを示す。(た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を10μm+0.1μm=10.1μmを示してし
まう。
なお、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=np+M2−M1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sin2π/p x、cos2π/px、(xは変位量)を用いて、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、分割値カウンタ2にて計数する。この
系を精系とする。ただしカウントの方法は累積方
式ではなく99パルス毎にリフレツシユする方式に
より、これにより10μm間の端数(0.0μm〜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つて示される
値M1、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(精)領域 0.0〜a.a 第(精)領域 a.a+1〜b.b−1 第(精)領域 b.b〜9.9 以上の区分の条件として第(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を含むことでa.a、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、a.a=
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に入つて領域区分回路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、一例として
第6図に示す三つの(粗)領域に区分する。
第(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(粗)領域 第、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
点であつて、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
によつて定めると簡単であるが、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つたか否かを判定し、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(精)
(精)(精)の信号を、高速状態では(粗)
(粗)(粗)の信号を次の10μmパルス発生
回路(スケールピツチパルス発生回路)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((精)である
が以下(精)を省略する)から領域に変化した
とき1UPパルスを発生する。そしてからに変
化したとき1DOWNパルスを発生し、他の領域の
変化(←→、←→)に対してはパルスを発生
しない。すなわち1UPパルスによつて分割値カウ
ンタの内容が9.9から0.0に変つた時点で上位桁
(10μmの桁)に1UPの信号が送られて計数され、
1DOWNパルスによつて0.0から9.9に変つた時点
で上位桁が1DOWNされる。
一方高速時にはスケール領域信号(粗)、
(粗)(粗)(以下(粗)を省略する)が10μm
パルス発生回路に入り、からになつたとき、
(精)の場合と同様に1UPパルスを発生し+10μ
mとする。逆にからの変化に対して1DOWN
パルスを発生し、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、の変化に対応して1UP、1DOWN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、(粗)→(精)の変化でも同
じ1DOWNパルスを発生し、(精)→(粗)、
(粗)→(精)のいずれでも同じ1UP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10は公知のフリツプフロツプ回
路及びゲートの組合せによつ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に入り、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り替えられる。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領域区分は(粗)→
(粗)の変化により1UPとなる。しかしPeで停止
して低速に切替えられるので領域信号は精系の信
号が入力される。精系では計数値は9.9でありこ
れは領域(精)である。低速切替により領域信
号は(粗)→(精)に変り、前記10μmパル
ス発生回路は1DOWNのパルスを発生するので高
速時における誤つた表示29.9μmは低速に切替つ
た時(又は停止した時)正しい値19.9μmを表示
する事になる。
なお第3図に示す場合も、(粗)が(精)
に変化して1UPのパルスが出て10μm加えられ
20.1μmの正しい数値となる。すなわち精・粗に
拘りなく、→は1UP、→は1DOWNする
ことによつて精、粗系のいずれのときにもnpの
ピツチパルスnは10μmパルス発生回路の作る信
号によつてピツ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、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パルスの発生に
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
ツ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、これによつてスケー
ルピツ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ピツチにおい
て領域(粗)及び(粗)の設定範囲によつて
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ツク図、第5図は
精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桁パルス発生回
路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 変位に対して周期的信号を出力するデジタル
    スケールに対して、スケールのピツチ数を計数す
    る系(粗系とする)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(精系とする)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、低速時には精系を用いるように切り替
    えて使用するデジタル表示器を有するカウンタに
    おいて、 粗系スケール信号の1ピツチ間を、ピツチパル
    スの発生点を含む領域、ピツチパルスの発生点
    直前部分を含む領域、その中間の領域とに分
    割して粗系の、、の領域信号を出力するス
    ケール信号領域区分回路と、 精系において1ピツチ間を、計数値0を含む
    領域、最大計数値を含む領域、その中間の領
    域とに分割して精系の、、の領域信号を出
    力するデイジタル比較回路と、 精、粗系にかかわらず領域から領域に移つ
    たときスケールピツチ数のカウンタを1アツプ
    し、逆に領域から領域に移つたときスケール
    ピツチ数のカウンタを1ダウンするアツプ、ダウ
    ン信号を発信するパルス発生回路とから構成され
    るデイジタル計数装置。
JP13814782A 1982-08-09 1982-08-09 デジタル計数装置 Granted JPS5927221A (ja)

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