JPH08219754A - 測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化、安価とした３相のＵＶＷ信号を出力
できる測長装置とする。 【構成】 スケール回路１から出力されるＡＢ信号をパ
ルス化してカウンタ３により計数する。カウンタ３が所
定値になったことをデコーダ４が検出することにより、
デコーダ４から３相のＵＶＷ信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二物体間の移動量等の
偏位量を測定する測長装置に関するものであり、特にリ
ニアモータ用スケールに適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等において、被加工物に対する
工具の移動量を正確に測定することは、精密加工を行う
上で極めて重要であり、このための測定装置が種々製品
化されている。そのひとつとして、光学格子を２枚重ね
合わせることにより得られるモアレ縞を利用した光学式
スケールが従来から知られている。この光学式スケール
は、図４（ａ）（ｂ）に示すようにガラスの一面に透光
部と非透光部が所定のピッチで配列するよう格子が設け
られたメインスケール１０１と、ガラスの一面に透光部
と非透光部が所定のピッチで配列するよう格子が設けら
れたインデックススケール１０２とを有し、このメイン
スケール１０１にインデックススケール１０２を微小間
隔を持って対向させると共に、メインスケール１０１の
格子に対し微小角度傾けてインデックススケール１０２
の格子を配置している。

【０００３】なお、メインスケール１０１及びインデッ
クススケール１０２に設けた格子は、ガラスの一面にク
ロム（Ｃｒ）を真空蒸着し、エッチングすることにより
形成された同一ピッチの刻線により形成されている。こ
のようにメインスケール１０１及びインデックススケー
ル１０２を微少間隔を持って対向配置すると、図６に示
すようなモアレ縞が発生する。このモアレ縞の周期はＷ
となり、周期Ｗ毎に暗い部分あるいは明るい部分が発生
する。この暗い部分あるいは明るい部分は、メインスケ
ール１０１に対し、インデックススケール１０２が相対
的に左右に移動する方向に応じて上から下、あるいは下
から上に移動していく。

【０００４】この場合、メインスケール１０１及びイン
デックススケール１０２の格子のピッチをＰ、相互の傾
斜角度をθ［ｒａｄ］とすると、モアレ縞の周期Ｗは、 Ｗ＝Ｐ／θ と示され、モアレ縞の周期Ｗは、光学的に格子ピッチＰ
を１／θ倍に拡大した周期とされていることになる。こ
のため、格子がＰ移動するとモアレ縞はＷ移動すること
になり、拡大されたＷの変化を読み取ることにより、格
子の移動量を精密に測定することができるようになる。

【０００５】そこで、図５（ａ）に示すようにモアレ縞
の変化を光学的に検出するために、発光素子１０３と受
光素子１０５をインデックススケール１０２が設けられ
たヘッド本体１０６に備えるようにする。すなわち、同
図（ｂ）に示すようにメインスケール１０１の反対側に
発光素子（光源）１０３を設け、モアレ縞を透過した発
光素子１０３よりの光を受光素子（光電変換素子）１０
５で受光するようにして、モアレ縞の変化を光学的に検
出するようにしている。

【０００６】この場合、メインスケール１０１に対しイ
ンデックススケール１０２を相対的に移動させながら、
光電変換素子１０５に流れる電流の変化を読み取ると、
図７に示すように正弦波状に変化するようになる。そこ
で、図６に示すように、一周期Ｗと９０°ずらせて２つ
の光電変換素子１０７，１０８を設けるようにすると、
図７に示すようにｓｉｎ波とされたＡ相の光電変換素子
１０７に流れる電流波形に対して、Ｂ相の光電変換素子
１０８に流れる電流はｃｏｓ波の電流波形となる。

【０００７】この場合、メインスケール１０１とインデ
ックススケール１０２との相対的な移動方向により、Ａ
相の光電変換素子１０７に流れる電流に対するＢ相の光
電変換素子１０８に流れる電流の位相は、９０゜進相あ
るいは９０゜遅相となるため、９０゜ずらせて配置した
２つの光電変換素子を設けると、両者の間の位相を検出
することにより相対的な移動方向を検出することができ
る。また、この２つのＡ相信号およびＢ相信号の一周期
Ｐは、格子のピッチＰだけインデックススケール１０２
が移動したことに相当するものとなり、Ａ相信号および
Ｂ相信号を波形整形してカウンタで計数することによ
り、インデックススケール１０２の移動距離を測定する
ことができる。

【０００８】ところで、工作機械等において、被加工物
に対する工具の移動をリニアモータで行うものがある
が、この場合には３相のモータ磁極センサ信号（Ｕ，
Ｖ，Ｗ）が一般に必要となる。この場合における従来の
測長装置のスケールの構成の一例を図８に示す。この図
に示すスケール２００において、原点刻線２０１は、前
記したモアレ縞の検出は基本的にインクレメンタルとさ
れ、測定を継続的に行わない場合は座標が変化するよう
になるため、原点を検出して元の座標系を再現するため
に設けられた刻線である。

【０００９】また、２０２はＡ相，Ｂ相の２つの信号を
出力するためのＡＢ信号用刻線、２０３はモータ磁極セ
ンサ信号である３相のＵＶＷ信号を得るためのＵＶＷ信
号用刻線である。このようにスケール２００に設けられ
た各刻線の情報を、前記図５に示すような光学的なセン
サ２０４により検出することにより、センサ２０４から
原点信号、ＡＢ信号およびＵＶＷ信号を得るようにして
いる。この構成によれば、モータ磁極センサ信号である
３相のＵＶＷ信号を得ることができるが、ＵＶＷ信号用
の刻線が必要なことからスケール２００の外形が大きく
なると共に、リニアモータの種類毎に磁極ピッチが異な
る場合が多く、磁極ピッチに応じたスケール原版が必要
になるという欠点を有しているものである。

【００１０】また、従来の他の測長装置のスケールの構
成の一例を図９に示す。このスケール２１０には原点刻
線２０１とＡＢ信号用刻線２０２とが設けられており、
モータ磁極センサ信号である３相のＵＶＷ信号を得るた
めのＵＶＷ信号用センサライン２０６は別に設けられて
いる。そして、センサ２０５からは原点信号、ＡＢ信号
が得られるようにされており、センサ２０７からはＵＶ
Ｗ信号が得られるようにされている。この構成によれ
ば、スケール外形を大きくすることなく３相のＵＶＷ信
号を得ることができる。また、ＵＶＷ信号用センサライ
ンのピッチを替えるだけで磁極ピッチの異なるリニアモ
ータに対応させることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
９に示す測長装置によれば、２種類の位置センサが必要
とされるため、取り付けスペースが大きくなると共に、
コストが上昇するという問題点があった。そこで、本発
明は取り付けスペースが大きくならない共に、３相のＵ
ＶＷ信号を得ることができる安価な測長装置を提供する
ことを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の測長装置は、偏位量に応じて周期的に変化
する信号を出力するスケール回路と、該スケール回路か
ら出力される信号をパルス化して計数するカウンタと、
該カウンタの計数値が複数の所定値のそれぞれに到達し
たことを検出することにより、３相信号を出力するデコ
ーダとを備えるようにしたものである。また、上記測長
装置において、前記デコーダに複数の任意の所定値を設
定する設定手段を設けるようにしてもよいものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、リニアモータ磁極センサ信号
である３相のＵＶＷ信号を得るための刻線等を設けるこ
となく３相のＵＶＷ信号を得ることができるため、測長
装置のスケールの外形を小型にすることができる。ま
た、従来のインクリメント型のスケールと同じスケール
を使用することができ、安価に製造するこことができ
る。さらに、デコーダの所定値を任意に設定することが
できるようにすると、リニアモータの磁極ピッチが変わ
っても簡単に対応することができるようになる。

【００１４】

【実施例】本発明の測長装置の一実施例の構成を示すブ
ロック図を図１に示す。この図において、１は前記図４
に示すようなスケールを備え、Ａ相およびＢ相の２つの
信号からなるＡＢ信号を出力するスケール回路、２はス
ケール回路１およびカウンタ３をバックアップする電
池、３は波形整形されたパルス状のＡＢ信号を計数する
カウンタ、４はカウンタ３の計数値をデコードすること
により３相のＵＶＷ信号を出力するデコーダである。

【００１５】このように構成された測長装置において、
測定すべき偏位量は、偏位に応じてスケール回路１から
出力されるＡＢ信号を利用して、従来と同じ方法により
測定することができる。この場合、スケール回路１をバ
ックアップする電池２により、基本的にはインクメンタ
ルな検出を行うスケール回路１がアブソリュートスケー
ルとして動作するようにできる。

【００１６】また、スケール回路１から出力されるＡＢ
信号は波形整形されてパルス状とされてカウンタ３によ
り計数されている。この計数値は偏位量、すなわちリニ
アモータのロータの移動量に比例しているので、この計
数値をデコーダ４においてデコードすることにより３相
のＵＶＷ信号を作成することができる。さらに、図２を
参照しながら詳細に説明すると、図２に示すカウンタ３
に入力される波形整形後のパルス状とされたＡＢ信号を
カウンタ３は計数し、その計数値は時点ｔ１でａ、時点
ｔ２でｂ、時点ｔ３でｃ、時点ｔ４でｄ、時点ｔ５で
ｅ、時点ｔ６でｆ、時点ｔ７でｇ、時点ｔ８でｈ、時点
ｔ９でｉとなる。

【００１７】そして、図２に示すようにデコーダ４は計
数値ａを検出してＵ相信号を立ち上げ、計数値ｄを検出
してＵ相信号を立ち下げる。さらに、デコーダ４は計数
値ｃを検出してＶ相信号を立ち上げ、計数値ｆを検出し
てＶ相信号を立ち下げると共に、計数値ｅを検出してＷ
相信号を立ち上げ、計数値ｈを検出してＷ相信号を立ち
下げる。以降同様に、デコーダ４はカウンタ３の計数値
を検出して、図２に示すようにＵＶＷ信号を作成して出
力している。これにより、ＵＶＷ信号を得るための格別
の刻線等をスケールに設けることなく３相のＵＶＷ信号
を得ることができる。また、ＵＶＷ信号を得るための格
別のセンサを必要とすることもない。なお、電池２はカ
ウンタ３の計数値もバックアップしており、これにより
位相がずれることなく正確な３相のＵＶＷ信号を得るよ
うにしている。

【００１８】次に、本発明の測長装置の変形例を図３に
示すが、この図にはＵＶＷ信号を得る部分の構成だけを
示している。この変形例は、図１に示す構成と異なり設
定手段５をデコーダ４に設けるようにしている。このよ
うにすると、ＵＶＷ信号を得るための計数値の検出値を
任意に設定することができるようになるため、リニアモ
ータの磁極ピッチが変わっても設定手段５により設定値
を変更するだけで簡単に対応することができるようにな
る。なお、設定手段５としてはディジタル信号を出力す
るロータリスイッチ等を用いることができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、リニアモ
ータ磁極センサ信号である３相のＵＶＷ信号を得るため
の刻線等を設けることなく３相のＵＶＷ信号を得ること
ができるため、測長装置のスケールの外形を小型にする
ことができる。また、従来のインクリメント型のスケー
ルと同じスケールを使用することができ、安価に製造す
ることができる。さらに、デコーダの所定値を任意に設
定することができるようにすると、リニアモータの磁極
ピッチが変わっても簡単に対応することができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測長装置の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明の測長装置がＵＶＷ信号を作成できるこ
とを説明するための波形図である。

【図３】本発明の測長装置の変形例の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】従来の光学的スケールのスケールの概略を示す
図である。

【図５】従来の光学的スケールの原理構造を示す図であ
る。

【図６】光学的スケールで生じるモアレ縞を説明するた
めの図である。

【図７】メインスケールとインデックススケールの相対
位置と出力電流との関係を示す図である。

【図８】従来のＵＶＷ信号を得るためのスケールの一例
を示す図である。

【図９】従来のＵＶＷ信号を得るためのスケールの他の
例を示す図である。

【符号の説明】

１ スケール回路 ２ 電池 ３ カウンタ ４ デコーダ ５ 設定手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏位量に応じて周期的に変化する信号を出
   力するスケール回路と、 該スケール回路から出力される信号をパルス化して計数
   するカウンタと、 該カウンタの計数値が複数の所定値のそれぞれに到達し
   たことを検出することにより、３相信号を出力するデコ
   ーダとを備えることを特徴とする測長装置。
2. 【請求項２】前記デコーダに複数の任意の所定値を設定
   する設定手段が設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の測長装置。