JPH06289933A - 基準位置決め制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 光学式リニアエンコーダが取り付けられた工
作機械などにおいて、相対的に移動する２物体間の基準
位置決めを迅速に行う。 【構成】 受発光素子１１ａ，１１ｂを有する検出ヘッ
ド１０と、反射型光学格子部２１を長手方向に形成する
と共にその一部に基準点反射部とこの近傍に位置させて
基準点近接ブレーキ反射部２３とを形成した長尺なスケ
ール２０とからなる光学式リニアエンコーダＥの検出ヘ
ッド１０を、一方の物体３０に取り付けると共に、長尺
なスケール２０を他方の物体４０に取り付ける。物体３
０を物体４０に対して高速移動させ、スケール２０のブ
レーキ反射部２３に達したときの検出ヘッド１０からの
検出信号によって、高速移動を低速移動に変更し、当該
基準点反射部を検出ヘッド１０で検出することにより、
基準位置決めを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検出ヘッドとスケール
とからなる光学式リニアエンコーダが取り付けられた工
作機械などの相対的に移動する２物体を有する装置にお
いて、当該２物体間の基準位置決めを迅速に行うための
基準位置決め制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、受発光素子を有する検出ヘッ
ドと、この受発光素子に反応する反射型光学格子部と基
準点反射部（ゼロ点、基準スリットなど）を有する長尺
なスケールとからなる光学式リニアエンコーダを、工作
機械などの相対的に移動する２物体を有する装置に取り
付けて、これらの２物体間の相対移動や始動時の位置決
めなどを行っている。

【０００３】例えば工作機械を例にとると、この機械の
可動部側に光学式リニアエンコーダの検出ヘッドを取り
付けると共に、その固定部側に光学式リニアエンコーダ
の長尺なスケールを取り付け、これらの可動部および固
定部の大きな動きはリミッチスイッチなどの設置により
検出するものの、始動位置などの正確な位置決めにあた
っては、検出ヘッドの受発光素子からの照射光をスケー
ルの反射型光学格子部および基準点反射部に入力させ、
これらの部分からの反射光を受光して行っている。この
とき、基準点反射部からの反射光の検出により、工作機
械可動部の基準位置（ゼロ点）を出し、また、反射型光
学格子部からの反射光の検出により、この基準位置から
の移動距離を求めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
通常の光学式リニアエンコーダでは、基準点反射部を検
出する際、あまり速い速度で検出ヘッドを動かすと読み
取りが不能となったり、あるいは読み取り不能とまでい
かないものの、読み取り精度が低下するなどの問題があ
るため、ある一定の読み取り可能な速度で移動させる必
要があり、しかも、この速度が、上述のようにそんなに
速く設定できないため、基準位置の検出に時間がかかる
という問題があった。言い換えれば、工作機械の可動ス
ピードの向上が図れないという問題があった。また、従
来の光学式リニアエンコーダでは、スケールに対して十
分な遮光手段が施されていないため、外乱光などの影響
を受け易く、反射光の信号レベルが低下したり、あるい
は信号のＳ／Ｎ比が悪化するなどの問題もあった。

【０００５】このような従来の問題に鑑み、本出願人
は、既に、長尺なスケールの基準点反射部の近傍に、比
較的広い領域として、基準点近接指示域反射部を設け、
また、必要によりスケールの背面や各側面に遮光層を施
した改良型の光学式リニアエンコーダを提供している
（特願平０４−２１５６３２号）。

【０００６】この改良型の光学式リニアエンコーダによ
ると、基準点近接指示域反射部は、広い領域として確保
されていることから、その検出が容易に行え、しかも、
この領域の近傍には基準点反射部が存在するため、当該
領域の検出によって、基準点反射部の近いことを認識す
ることができる。したがって、この領域の検出までは、
工作機械の可動部を高速で移動させることができ、この
領域の検出時点から低速で移動させれば、狭いスリット
状の基準点反射部であっても、問題なく検出することが
できるようになる。また、スケールに遮光層を施せば、
信号レベルの低下やＳ／Ｎ比の悪化などを防止すること
ができる。

【０００７】本発明は、このような改良型の光学式リニ
アエンコーダを用いると共に、当該エンコーダの基準点
近接指示域反射部を基準点近接ブレーキ反射部として利
用することにより、迅速な位置決めを可能とする基準位
置決め制御方法を提供せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かゝる本発明の特徴とす
る点は、受発光素子を有する検出ヘッドと、該受発光素
子からの入射光を反射させる反射型光学格子部を長手方
向に形成すると共にその一部に基準点反射部と当該基準
点反射部の近傍に位置させて基準点近接ブレーキ反射部
とを形成した長尺なスケールとからなる光学式リニアエ
ンコーダの前記検出ヘッドを相対的に移動する２物体を
有する装置の一方の物体に取り付けると共に、前記長尺
なスケールを前記装置の他方の物体に取り付け、これら
の検出ヘッドおよびスケールの働きにより、前記２物体
間の位置検出ができるようにした装置において、該装置
の基準位置決め時、前記検出ヘッド装着側の物体を前記
スケール装着側の物体に対して高速移動させ、前記スケ
ールの基準点近接ブレーキ反射部に達したときの前記検
出ヘッドからの検出信号によって、前記検出ヘッド装着
側の物体の高速移動を停止させ、しかる後、当該検出ヘ
ッド装着側の物体を前記基準点近接ブレーキ反射部から
基準点反射部方向にかけて低速移動させて、当該基準点
反射部を前記検出ヘッドで検出することにより、基準位
置決めを行う基準位置決め制御方法にある。

【０００９】

【作用】この基準点近接ブレーキ反射部の形成により、
当該ブレーキ反射部の検出までは、検出ヘッド装着側の
物体を高速移動させ、その後、低速移動させて基準点反
射部を読み取る方法であるため、相対的に移動する２物
体間の位置決めを極めて迅速に行うことができる。

【００１０】

【実施例】図１〜図４は、本発明に係る基準位置決め制
御方法を実施するための装置系の一実施例を示したもの
である。図中、Ｅは光学式リニアエンコーダ、１０は複
数の受発光素子１１ａ，１１ｂを有する上記エンコーダ
Ｅの検出ヘッド、２０は例えば板状のガラス体からな
り、上段の長手方向に上記受発光素子１１ａ，１１ｂか
らの照射光（入射光）を反射させる反射型光学格子部２
１を形成すると共に、その一部（下段）に基準点反射部
２２と当該基準点反射部２２の近傍（図２中右側）に位
置する基準点近接ブレーキ反射部２３を形成した上記エ
ンコーダＥの長尺なスケールである。

【００１１】上記検出ヘッド１０の受発光素子１１ａ，
１１ｂは、発光素子と受光素子が対になった素子であっ
て、発光素子から照射された照射光がある部分に当たっ
て反射したとき、その反射光が受光素子により検出され
るようになっいる。

【００１２】上記長尺なスケール２０の反射型光学格子
部２１は、透明なガラス体２４に形成されたすだれ状の
格子部分２１ａとその背面に設けた金属蒸着層からなる
反射面２１ｂとからなり、上記検出ヘッド１０の発光素
子から照射されたリニアの照射光がデジタルの反射光と
して出力されるようになっている。

【００１３】また、このスケール２０の上記基準点反射
部２２は縦長のスリット形状とすると共に、基準点近接
ブレーキ反射部２３は比較的横幅の広い領域として形成
し、いずれも、本実施例では、図１および図３から明ら
かなように、金属蒸着層の反射面２１ｂのない部分とし
て構成してある。この反射面２１ｂがないことによっ
て、図４に示したように、反射面２１ｂの施された部分
に対して、反射光のレベルが大幅に低下するため、容易
にこれらの基準点反射部２２およびブレーキ反射部２３
が検出されるようになっている。

【００１４】さらに、このスケール２０にあっては、外
乱光による影響を最小限に抑えるため、当該スケール２
０の前面を除いた背面および各側面に黒色などの遮光層
２５を設けてある。なお、この黒色遮光層２５は、反射
面２１ｂのない上記基準点反射部２２および基準点近接
ブレーキ反射部２３部分の背面層となるから、これらの
基準点反射部２２およびブレーキ反射部２３では、入射
光の大半がが吸収される。つまり、これらの基準点反射
部２２およびブレーキ反射部２３の検出は、反射面２１
ｂのある部分に対して、その反射光量が極端に少ないこ
とによって判別されるのである。

【００１５】このように構成された検出ヘッド１０は、
図１に示したように、例えば相対的に移動する２物体を
有する装置である、工作機械の可動部３０側に取り付け
ると共に、長尺なスケール２０にあっては、その固定部
４０側に取り付けてある。この工作機械には、また、図
１に示したように、割り込みコントローラ５１の組み込
まれ（外付けなども可）、かつコンピュータや各種のイ
ンタフェースなどが内蔵された制御装置５０が接続さ
れ、上記検出ヘッド１０からの検出信号が入力されるよ
うになっている。そして、少なくとも工作機械の可動部
３０の駆動源（モータなど）は、上記制御装置５０によ
って制御されるようになっている。また、工作機械の固
定部４０側にも駆動源（モータなど）がある場合には、
この駆動源も同様にして制御装置５０によって制御する
ものとする。

【００１６】しかして、このようにしてなる本工作機械
の場合、本来の工作作業などはもちろんのこと、始動時
における可動部３０と固定部４０間の基準位置決めにあ
たっても、図５〜図６に示したような、フローチャート
にしたがって、極めて迅速に制御することができる。な
お、図５は基準位置決めのためのメインフローチャート
であり、図６は割り込みフローチャートである。

【００１７】先ず、この基準位置の位置決め制御にあた
っては、上記制御装置５０のインタフェースやコントロ
ーラ５１などのレジスタ部分などにブレーキフラグ領域
を確保し、そして、このブレーキフラグは、上記検出ヘ
ッド１０がスケール２０の基準点近接ブレーキ反射部２
３部分に達したときに得られる検出信号（ブレーキ信
号）よって、ＯＮとされるようになっている。

【００１８】したがって、このブレーキフラグは、図５
に示したように、上記工作機械の電源ＯＮによる始動時
には、リセット状態とする（ステップＳ₁ ）。この電源
ＯＮの始動時の前には、工作機械の可動部３０は、上記
図２に示したスケール２０の基準点反射部２２より図中
左側に位置していて、上記電源ＯＮによって、スケール
２０の基準点近接ブレーキ反射部２３側に高速移動する
（ステップＳ₂ ）。この高速移動はブレーキフラグがＯ
Ｎとなるまで行われる（ステップＳ₃ ）。

【００１９】この高速移動により、工作機械の可動部３
０の検出ヘッド１０は、直ぐにスケール２０の基準点近
接ブレーキ反射部２３に達するため、当該検出ヘッド１
０の受発光素子１１ｂによりブレーキ信号が得られる。
このブレーキ信号は、基準点近接ブレーキ反射部２３が
幅広い部分として設けてあるため、確実に、かつ、安定
して検出される。なお、ここで、工作機械の可動部３０
がブレーキ反射部方向に移動する場合、その手前に存在
する基準点反射部２２からも、検出ヘッド１０の受発光
素子１１ｂ側に反射光が戻るわけであるが、この信号
（光量）が、上記ブレーキ信号に比較して、基準点反射
部２２の幅がスリット状で狭く、かつ、高速移動である
ことから、微弱であるため、一種のノイズとして処理
し、カットする。例えば、初期信号から所定の時間経過
後、次の信号がないことにより、ノイズとするような処
理方法などが挙げられる。

【００２０】上記のようにして得られたブレーキ信号が
割り込みコントローラ５１に入力されると、当該割り込
みコントローラ５１が働き、図６に示したように、ブレ
ーキフラグがＯＮか否かの判断がなされ（ステップ
Ｓ₁₁）、ＮＯの場合には、工作機械の可動部３０側に停
止信号が送り出されて当該可動部３０を停止させ（ステ
ップＳ₁₂）、同時にブレーキフラグをＯＮにする（ステ
ップＳ₁₃）。

【００２１】上記割り込み処理が終わって、ブレーキフ
ラグがＯＮとなると、図５に示したように、今度は、工
作機械の可動部３０は、上記とは逆方向であるスケール
２０の基準点反射部２２側の方向へ低速移動する（ステ
ップＳ₄ ）。ここで、低速とは、検出ヘッド１０の受発
光素子１１ｂが基準点反射部２２からの反射光信号を十
分に読み取れる速度である。この低速移動中には、基準
点反射部２２からの検出信号があったか否かがチェック
され（ステップＳ₅ ）、当該基準点反射部２２部分に達
すると、基準位置の設定が行われ（ステップＳ₆ ）、工
作機械の可動部３０を停止させ、（ステップＳ₇ ）、同
時にまた、上記ＯＮとなっているブレーキフラグをリセ
ットする（ステップＳ₈ ）。

【００２２】これにより、上記工作機械の始動時におけ
る可動部３０と固定部４０間の基準位置決めは、迅速、
かつ、正確に行われる。この基準点を確定した後の工作
機械の可動部３０の移動距離は、上記基準点反射部２２
をゼロ点として、検出ヘッド１０の受発光素子１１ａと
スケール２０の反射型光学格子部２１との相互作用によ
り、やはり正確に検出し、測定することができる。ま
た、上記いずれの検出においても、スケール２０には、
その背面および各側面に黒色の遮光層２５を設けてある
ため、外乱光による影響が最小限に抑えられ、高精度の
検出が可能となる。

【００２３】なお、上記実施例の装置系においては、検
出ヘッド１０の受発光素子１１ａ，１１ｂが２個の場合
であったが、本発明は、これに限定されるものではな
い。また、基準点反射部２２および基準点近接ブレーキ
反射部２３もそれぞれ１個の場合であったが、必要によ
り増やしたり、あるいはスケール２０の端部寄りに限ら
ず、適宜箇所に設けることも可能である。また、スケー
ル２０はガラス体に限らず、光透過性の他の材料で構成
することも可能である。さらに、上記工作機械の始動時
における可動部３０の位置は、上記実施例の場合に限定
されない。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る基準位置決め制御方法によれば、次のような優れ
た効果が得られる。

【００２５】（１）先ず、スケールの基準点反射部の近
傍に別の反射部である基準点近接ブレーキ反射部を設
け、このブレーキ反射部からの検出信号をブレーキ信号
として利用しているため、この基準点近接ブレーキ反射
部までは、高速移動させることができ、この後、基準点
反射部側へ読み取り可能な低速で移動させるものである
から、極めて短時間での基準位置（ゼロ点）の位置決め
が可能となる。

【００２６】（２）また、このブレーキ信号を利用した
場合、従来大まかな終端位置などの決定に用いていたリ
ミットスイッチが不要となるため、接点部分などの損傷
によるトラブルなどの減少が期待でき、高い信頼性が得
られる。

【００２７】（３）さらに、このブレーキ信号を割り込
み処理入力として利用する場合には、確実な動作が期待
でき、メインプログラム側の不備やトラブルなどによる
装置可動部の暴走や破損などを効果的に防止することが
できる。

【００２８】（４）また、この割り込み処理により、装
置可動部を停止させる場合、基準位置決め制御中にあっ
ても、制御装置内蔵のコンピュータなどにその他の必要
な処理を適宜行わさせることができる。

【００２９】（５）また、ブレーキフラグを設けた場
合、このブレーキフラグのチェックによって、装置自体
の異常動作などを判断することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基準位置決め制御方法を実施する
ための装置系の一実施例を示した概略説明図である。

【図２】図１の装置系に用いた光学式リニアエンコーダ
のスケール部分を示した一部欠截正面図である。

【図３】図２のスケール部分におけるＩＩＩ〜ＩＩＩ線
縦断面図である。

【図４】図２のスケール部分におけるＩＶ〜ＩＶ線縦断
面図である。

【図５】本発明に係る基準位置決め制御方法を実施する
ためのメインフローチャート図である。

【図６】本発明に係る基準位置決め制御方法を実施する
ための割り込みフローチャート図である。

【符号の説明】

Ｅ 光学式リニアエンコーダ １０ 検出ヘッド ２０ 長尺なスケール １１ａ 受発光素子 １１ｂ 受発光素子 ２１ 反射型光学格子部 ２１ａ すだれ状の格子部分 ２１ｂ 反射面 ２２ 基準点反射部 ２３ 基準点近接ブレーキ反射部 ２５ 遮光層 ３０ 相対的に移動する物体（可動部） ４０ 相対的に移動する物体（固定部） ５０ 制御装置 ５１ 割り込みコントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受発光素子を有する検出ヘッドと、該受
   発光素子からの入射光を反射させる反射型光学格子部を
   長手方向に形成すると共にその一部に基準点反射部と当
   該基準点反射部の近傍に位置させて基準点近接ブレーキ
   反射部とを形成した長尺なスケールとからなる光学式リ
   ニアエンコーダの前記検出ヘッドを相対的に移動する２
   物体を有する装置の一方の物体に取り付けると共に、前
   記長尺なスケールを前記装置の他方の物体に取り付け、
   これらの検出ヘッドおよびスケールの働きにより、前記
   ２物体間の位置検出ができるようにした装置において、
   該装置の基準位置決め時、前記検出ヘッド装着側の物体
   を前記スケール装着側の物体に対して高速移動させ、前
   記スケールの基準点近接ブレーキ反射部に達したときの
   前記検出ヘッドからの検出信号によって、前記検出ヘッ
   ド装着側の物体の高速移動を停止させ、しかる後、当該
   検出ヘッド装着側の物体を前記基準点近接ブレーキ反射
   部から基準点反射部方向にかけて低速移動させて、当該
   基準点反射部を前記検出ヘッドで検出することにより、
   基準位置決めを行うことを特徴とする基準位置決め制御
   方法。