JPH0528325B2

JPH0528325B2 -

Info

Publication number: JPH0528325B2
Application number: JP2372485A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ando
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1985-02-08
Filing date: 1985-02-08
Publication date: 1993-04-26
Also published as: JPS61182504A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、複数本のスケール、例えば細分割
読取りスケールと荒分割読取りスケールとを並設
し、この両スケールを同時に読取り、それぞれの
読取値を加算して測定値とするよう構成されたデ
ジタルスケール測定装置において、両スケールを
並設したときに生ずるそれぞれのスケールの桁上
げ桁下げ切り変わり点のずれに起因するミスカウ
ントを自動的に補正するデジタルスケール読取方
法に関するものである。

通常、デジタルスケールをインクレメンタル方
式で読取る場合、分解能を高めるためにスケール
ピツチ間の分割数を多くすることが行われるが、
分割数が多い場合は分割のための処理時間を多く
要し、またカウンタの応答速度に限界があるた
め、計数ミスのない高速読取りは不可能となる。
そこで細分割読取りスケールと荒分割読取りスケ
ールとを設けておき、スケールと読取装置との相
対移動速度が遅い間、例えば測定の開始時とか終
了時には細分割読取りスケールの読取値を記憶し
ておき、また相対移動速度が早い中間域測定時に
は、荒分割読取りスケールの読取値を記憶してお
き、両記憶値を加算表示することによつて、計数
ミスのない高分割能・高速読取りが可能となる。

また、１ピツチ間を後述するように繰り返しア
ブソリユート読み可能とした細分割読取りスケー
ルと、荒分割読取りスケール、例えばリニアポテ
ンシヨメータとかあるいは２進コード符号板ある
いは電荷結合素子を用いた側長器のような絶対値
読取りスケールとを設け、これを同時に読取り、
細分割読取りスケールの１ピツチ間のアブソリユ
ート読取り値と絶対値読取りスケールの読取り値
とを加算して測定値を絶対値として読取ることも
可能である。

上記したような複数本のスケールを同時に読取
り、その読取り値を加算して測定値とするような
デジタルスケール測定装置においては、複数本の
スケールを並設し、これを読取るときの、各スケ
ールの桁上げ桁下げ切り変わり点、例えば細分割
読取りスケールの１mmから２mmへの切り変わり点
と、荒分割読取りスケールの１mmから２mmへの切
り変わり点は、正確に一致することが望ましい。
しかし、各スケールを読取つたときの各桁上げ桁
下げ切り変わり点をミクロン単位ですべて一致さ
せることは、製作上極めて難しいことである。

本発明は、上記したような複数本のスケールを
並設したときに生ずるそれぞれのスケールを読取
値を桁上げ桁下げ切り変わり点のいずれに起因す
るミスカウカトを自動的に補正するよう構成され
たデジタルスケール読取方法を提供するものであ
る。

以下図面に従つて細分割読取りスケールを第１
トラツク、荒分割読取りスケールあるいは絶対値
読取りスケールを第２トラツクとして、本願発明
の詳細を説明する。まず、第５図により、二つの
トラツクの桁上げ桁下げ切り変わり点がずれてい
る場合のミスカウントの発生の一例を説明する。
１０はピツチ１mmに正確に刻まれた第１トラツク
でこの１ピツチを公知の位相変調分割方式（１ピ
ツチを2πとし１ピツチ内の位相角を読み取る分
割方式）により1000分割して最小読取り値1μｍ
を１ピツチ毎に999μｍまでを繰り返し計数する。
１２はピツチ１mmに正確に刻まれた第２トラツク
で最小読取り値１mmで加減計数する。この第１ト
ラツク１０および第２トラツク１２に相対してこ
れを同時に読取る一体の読取装置（図示せず）が
設けられている。いま、図ａにおいて読取装置が
Ａ位置にあれば、第２トラツク１２からは２mm、
第１トラツクからは555μｍを読取ることができ、
従つて測定値はこれらを加算して２mm＋555μｍ
＝2.555mmとなる。ところが、図示のように第２
トラツク１２の１mmから２mmに、２mmから３mm
に、……と切り変わる点イ′，ロ′，ハ′……と、
第１トラツクの999から０に切り変わる点イ，ロ，
ハ……とが一致しない場合、例えば読取装置がＢ
位置にあるときは、第２トラツク１２からは３
mm、第１トラツク１０からは998μｍが読取られ、
測定値としてはその加算値3.998mmを表示するこ
ととなる。しかし、この測定値は第１トラツク１
０を基準に考えると、第２トラツク１２の桁上げ
桁下げ切り変わり点ハ′が第１トラツクの切り変
わり点ハよりも図の左にずれているために発生し
たミスカウントで、真値は2.998mmであり、１mm
のプラス測定誤差を生ずることになる。また、図
ｂの場合においては、第２トラツク１２の桁上げ
桁下げ切り変わり点ハ′が、第１トラツクの切り
換わり点ハよりも図の右にずれているために、読
取装置によつて読取られるＣ位置の測定値は、真
値3.001mmであるにもかかわらず、2.001mmとミス
カウントし、１mmのマイナス測定誤差を生ずるこ
ととなる。本願発明は上記したような場合におい
ても、ミスカウントのない測定を可能とした読取
り方法を提供するものである。尚、第１トラツ
ク、第２トラツクの切り変わり点が同一であつて
も二つの読み取り器の設置のずれによる読み取り
誤差も同様に処理できる。

次に、第１図により本願発明の読取り方法の原
理について説明する。１０は、例えば１ピツチを
１mmとし、この間を公知の位相変調分割方式によ
り、1000分割して最小読取り値1μｍで１ピツチ
毎を繰り返し読みする第１トラツク、１２は１ピ
ツチを１mmとし加減計数する最小読み取り値１mm
の第２トラツクである。第１トラツク１０は、各
ピツチの例えば中間点を境として、電気的に下領
域と上領域に区分される。すなわち、各ピツチの
000μｍから499μｍの領域の下領域、500μｍから
999μｍまでは上領域のような電気的な領域区分
信号が出力される。第１図においては、説明の便
宜上、これを領域区分信号１４として図示してい
る。第２トラツク１２においても、例えば各ピツ
チの中間点を境として、電気的に下領域と上領域
に区分し、0.0mm〜0.4mmまでは下領域、0.5mm〜
0.9mmまでは上領域のような電気的な領域区分信
号が出力される。なお、上記実施例において、第
２トラツクの最小読取値は１mmとして、それをカ
ウント表示するが、例えば第２トラツクとして、
リニアポテンシヨメータを使用した場合には、実
際にはそれ以下の桁の数値を読取つているため、
その下位桁の数値によつて、上記のような領域区
分信号を作ることができる。このようにして、図
示しない読取装置によつて、上記第１トラツク１
０および第２トラツク１２が同時に読取られると
共に、その読取値から、その位置が第１トラツク
１０および第２トラツク１２の下領域であるか上
領域であるかの領域区分信号が出力される。そし
て、読取装置が、第１トラツク１０および第２ト
ラツク１２のそれぞれの領域区分の同領域を読取
つている場合には、そのままそれぞれの読取値を
加算して測定値とする。例えば読取装置が図ａの
Ｄ位置を読取つている場合には、第１トラツク１
０および第２トラツク１２の領域区分信号は共に
同じ下領域であるので、この場合は、それぞれの
トラツクの読取値を加算して、2.001mmが測定値
となる。

また、読取装置が第１トラツク１０および第２
トラツク１２の領域区分の異なる領域を読取つて
いる場合には、第２トラツク１２の読取値から１
mm、つまり、１カウントをプラス補正もしくはマ
イナス補正した値と、第１トラツクの読取値とを
加算して測定値とする。例えば、読取装置が図ａ
のＥ位置を読取つている場合には、第２トラツク
１２の桁上げ桁下げ切り変わり点ハ′が第１トラ
ツクの切り変わり点ハより図の左にずれているた
め、第１トラツク１０の領域区分信号は上領域で
あるのに対し、第２トラツク１２の領域区分信号
は下領域である。このときのそれぞれのトラツク
の読取値を、そのまま加算すれば、3.998mmとな
り誤測定となる。そこで読取装置が第１トラツク
の上領域、第２トラツクの下領域を読取つている
場合には、第２トラツク１２の読取値から１カウ
ント分マイナス補正した値、つまり２mmと、第１
トラツク１０の読取値998μｍを加算して、真値
2.998mmを測定値とする。

また、読取装置が図ｂのＦ位置を読取つている
場合には、第２トラツク１２の桁上げ桁下げ切変
わり点ハ′が第１トラツク１０の切変わり点ハよ
り図の右にずれているため、第１トラツク１０の
領域区分信号は下領域であるのに対し、第２トラ
ツク１２の領域区分信号は上領域である。

この場合には図ａの場合とは逆に、第２トラツ
ク１２の読取値２mmに１カウント分プラス補正し
た値、つまり３mmと、第１トラツク１０の読取値
1μｍとを加算して、真値3.001mmを測定値とする。
以上が本願発明の読取方法の原理であるが、この
方法によるときは、本来マイナス補正あるいはプ
ラス補正しなくてもよい所で、その補正をしてし
まう場合が起こり得る。そこで次に、必要な所で
のみ補正し、それ以外の所では補正しないように
する方法について説明する。

いま、第１図ａにおいて第１トラツク１０およ
び第２トラツク１２の読取値から、それぞれ各ピ
ツチの中間点を境として、上領域と下領域の領域
区分信号を作り、かつ、第１トラツク１０と第２
トラツク１２の桁上げ桁下げ切変わり点、例えば
イとイ′およびロとロ′がずれていたとすれば、各
トラツクのピツチのピツチ中間点ホとホ′も当然
ずれていることになる。そこで読取装置がＧ位置
を読取ると、第１トラツク１０は下領域、第２ト
ラツク１２は上領域であるから、前述のように、
この場合には第２トラツク１２の読取り値１mmに
１カウント分プラス補正した値２mmに、第１トラ
ツク１０の読取値503μｍが加算されて、測定値
は2.503mmとなるが、真値は1.503mmであり誤測定
となる。つまり本来補正すべきでない所で補正し
たことにより誤測定を生じた事になる。そこで補
正すべき区間、つまり第１トラツク１０と第２ト
ラツク１２のそれぞれの桁上げ桁下げ切り変わり
点のずれが、測定値に影響する切り変わり点近傍
の一定区間を電気的指定し、その区間においての
みプラス補正あるいはマイナス補正を行なうよう
にする。

例えば、第１トラツクの読取値が900μｍ〜０
〜100μｍの間を補正処理区間とし、この区間に
おいて、第１トラツク１０と第２トラツク１２の
領域区分信号が異なつた場合にのみ、上記方法に
よりプラス補正あるいはマイナス補正するように
する。こうすることにより、読取装置がＧ位置の
ようにピツチの中間点近傍を読取る場合において
は、たとえ第１トラツクおよび第２トラツクの異
なる領域であつても補正を行なわず、正しい測定
値1.503mmを得ることができる。この補正処理区
間は、桁上げ桁下げ切り変わり点を中にして、上
領域および下領域の範囲内であれば適宜その区間
を設定することができる。

上記補正処理区間は、上述したように、第１ト
ラツク１０の下領域・上領域の領域区分信号を、
第１トラツク１０の読取値から作り、また第２ト
ラツク１２の領域区分信号を、第２トラツク１２
の読取値から作つたことにより、第１トラツク１
０と第２トラツク１２の下領域と上領域の切り変
わり点（図ａのホとホ′）がずれ、これに起因し
て補正誤差を生ずることを防止するために設けら
れたものである。

なお、上記実施例においては２本のトラツクを
配設し、第１トラツクにおいては１ピツチ１mmの
スケールを1000分割して1μｍ読み、第２トラツ
クは１ピツチ１mm読みとする例を示したが、トラ
ツク数あるいは分割数は１例であつて、本願発明
はこれに限られるものではない。分割数の少なく
することにより、分割処理時間を短くしてリアル
タイムの速度アツプを図るために、例えばトラツ
ク数を３本とし第１トラツクは10μｍスケールを
100分割して0.1μｍ読み、第２トラツクは100μｍ
ピツチスケールを10分割して10μｍ読み、第３ト
ラツクは100μｍ毎のアブソリユートスケールの
読み、とするような場合の桁上げ桁下げ切り変わ
り点のずれによるミスカウント防止の場合等にお
いても、本願発明は勿論適用可能である。また図
示した各トラツクの上領域と下領域区分は便宜的
なものであつて、これを逆にしてもよく、さらに
領域の切り変わり点は、中間点をもつて説明して
いるが、これも絶対的なものではなく、その近傍
であれば充分である。さらにまた、第１トラツ
ク、第２トラツク……は必ずしも平行して配設す
る必要はなく、直線上に一列に並設し、各スケー
ルの読取開始点に各読取装置を同時に移動して読
取るよう構成した場合においても本願発明は適用
可能である。

第２図は上記した本願発明の読取方法を実施す
るための電気回路であつて、２本のスケールすな
わち第１トラツクおよび第２トラツクで構成され
た例である。図のは、例えばモアレスケールあ
るいは磁気スケール等による信号を、位相変調で
1000分割した信号の位相差を検出する信号であ
り、これによりスケールピツチ間の変位をカウン
タ１６およびラツチ回路１８を介して位相差とし
て表示装置２０に表示する。すなわち、例えばモ
アレ縞の変位信号 sin2π／ｐＸ ……(1) cos2π／ｐＸ ……(2) （ｐ：スケールピツチＸ：変位量）を各々cosωt、sinωtで変調すると E₁＝sin2π／ｐＸ・cosωt ……(3) E₂＝cos2π／ｐＸ・sinωt ……(4) となり、E₁、E₂を加算すると E₁＋E₂＝sin（ωt＋2π／ｐＸ） ……(5) となる。(5)式のカツコ内の2π／ｐＸは位相の項であるので、変位は2π／ｐ×Ｎ＋2π／ｐＸ（Ｎ：モアレ縞
ピツチの回数）として得られる。2π／ｐＸはsinωtの波形より2π／ｐＸだけ位相のずれた波形である。

ゆえに１ピツチ内に分割パルスを挿入し、2π／ｐＸの量だけ読み取れば、１ピツチ内では、アブソ
リユート的に変位が読み取られ、これが表示装置
２０に、測定値の下位桁として表示される。は
第１トラツク分割パルス信号、つまり１ピツチ内
の内挿パルス信号である。は補正処理区間信号
であり、第１トラツクのピツチ間の境界付近での
み補正処理することができる領域を示す信号であ
る。は第１トラツク上・下領域を区分する領域
区分信号、は第２トラツクの信号で、アブソリ
ユート読みのアナログ信号であり、このアナログ
信号はＡ／Ｄ変換器を介してデイジタル化され、
カウンタ２４を介して表示装置２０に、測定値の
上位桁として表示される。は前記Ａ／Ｄ変換器
２２からの出力により得られた第２トラツクの
上・下領域を区分する領域区分信号である。また
図の２６，２８は、フリツプフロツプ回路、３
０，３２，３４，３６はアンド回路であつて、前
記第１トラツク領域区分信号、第２トラツク領
域区分信号等から、前述したプラス補正信号あ
るいはマイナス補正信号を作り、これを前記カウ
ンタ２４おUP端子またはDOWN端子に出力する
よう構成されている。

第３図、第４図では第２図の回路すもとにした
プラス補正例およびマイナス補正例のタイミング
図を示す。第３図においてプラス補正例を説明す
る。は補正処理を行つても良い補正処理区間信
号で、図示の例では900μｍ〜０〜100μｍの範囲
が指定され、常時アンド回路３６に入力されてい
る。は第１および第２トラツクの領域区分信
号であり、第２図に示すように、フリツプフロツ
プ回路２６および２８のそれぞれのセツト端子、
リセツト端子に入力される。いま、第２トラツク
領域区分信号が、第１領域区分信号に対し、
図のｌだけずれていたとする。第１トラツク領域
区分信号の信号が“Ｌ”レベルに下つた時、フ
リツプフロツプ回路２６の出力は“Ｌ”レベル
から“Ｈ”レベルに変化する。またフリツプフロ
ツプ回路２８の出力は、第２トラツク領域区分
信号が“Ｌ”レベルに下つた時、“Ｈ”レベル
から“Ｌ”レベルに変化する。この信号，を
アンド回路３２に入れ、の出力を得、この信号
はアンド回路３６に入力される。はＡ／Ｄ変換
器２２のサンプリング信号で、Ａ／Ｄ変換器の交
換能力により出力されるパルス信号で、アンド回
路３６に入力される。アンド回路３６において
は、前記した補正処理区間信号、アンド回路３
２からの信号、Ａ／Ｄ変換器サンプリング信号
および第２トラツク領域区分信号が入力それ
ると、補正信号がカウンタ２４のUP端子へ入
力され、１カウントプラス補正される。すなわち
第１トラツクと第２トラツクの加え合わせた計数
値に、アンド回路３２からの信号が出ている範
囲では、第２トラツクの読みに対してプラス１カ
ウント（最小読値が１mmである本実施例において
はプラス１mm）した値が測定値となる。具体的に
はＡ／Ｄ変換器２２の出力を、Ａ／Ｄ変換器のサ
ンプリング時間毎に記憶しているカウンタ２４
（Ａ／Ｄ変換器出力値をロードしている。すなわ
ちサンプリング周期毎にアブソリユート読みして
いる。）の入力にのパルス信号をUP端子へ入力
（プラス“１”加算）し補正を行う。第４図は同
様にしてマイナス補正する例でＡ／Ｄ変換器２２
の出力に接続されているカウンターのDOWN端
子にアンド回路からのパルス信号を入力（マイ
ナス“１”減算）してマイナス補正を行なう例で
ある。

以上詳述したように、本願発明によれば、複数
本のスケールを並設し、この両スケールを同時に
読取り、それぞれの読取値を加算して測定値とす
るデジタルスケール読取装置において、両スケー
ルを並設したときに生ずるそれぞれのスケールの
桁上げ桁下げ切り変わり点のずれに起因するミス
カウントを、自動的に補正することが出来、従つ
て、スケールを取り付ける際に各スケールの桁上
げ桁下げ切り変わり点を、ミクロン単位で一致さ
せるための特別煩雑な作業をする必要がなく、ま
た基準となるスケール例えば第１トラツクに用い
られるスケールさえ高精度に製作すればその他の
トラツクのスケールは格別精度を要求されず製作
が容易である等の効果を奏することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の原理説明図、第２図は本願
発明を実施するための回路のブロツク図、第３
図、第４図は第２図の各部における信号の波形
図、第５図は、ミスカウント発生説明図。１０：第１トラツク、１２：第２トラツク、１
４：領域区分信号、１６：カウンタ、１８：ラツ
チ回路、２０：表示装置、２２：Ａ／Ｄ変換器、
２４：カウンタ、２６，２８：フリツプフロツプ
回路、３０，３２，３４，３６：アンド回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１基準となる細分割読取りスケールと、これよ
り読取値の荒い荒分割読取りスケールを並設し、
前記各スケールをそれぞれ同時に読取る読取装置
と、前記各スケールの読取値を加算して測定値と
するカウンタとを備え、前記荒分割読取りスケー
ルの１ピツチの領域と、この領域に対応した前記
細分割読取りスケールの領域とを、各スケールの
出力に基づいてそれぞれ電気的に上領域と下領域
に略二等分し、前記各読取装置によつて読み取つ
た読取値における各領域が同領域であるときには
前記各スケールの読取値を加算して測定値とし、
測定値の桁上げ桁下げ切り変わり点近傍におい
て、細分割読取りスケールの読取値における領域
が下領域で、荒分割読取りスケールの読取値にお
ける領域が上領域であるときには、前記荒分割読
取りスケールの読取値に、そのスケールの最小読
取値の一単位分をプラスし、細分割読取りスケー
ルの読取値における領域が上領域で、荒分割読取
りスケールの読取値における領域が下領域である
ときには、前記荒分割読取りスケールの読取値
に、そのスケールの最小読取値の一単位分をマイ
ナスした値と前記基準となる細分割読取りスケー
ルの読取値とを加算して測定値とすることを特徴
とするデジタルスケール読取方法。