JPS58218603A

JPS58218603A - リニヤスケ−ル

Info

Publication number: JPS58218603A
Application number: JP10265582A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yoshida; 哲夫吉田; Kazuaki Owada; 大和田　一暁; Tetsuo Takahashi; 哲雄高橋
Original assignee: NIPPON FUENOOLE KK
Current assignee: NIPPON FUENOOLE KK
Priority date: 1982-06-15
Filing date: 1982-06-15
Publication date: 1983-12-19
Also published as: DE3321480A1

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】本発明は数値制御Ｔ作機械りとに使用される直線寸法を
検出するリニ）フスケールに関するものである。

従来、リニャス）１−ルと１・［非１４１竹材料に極性
を異にする磁気素子を直線方向に交Ｌ１に多数配列して
スケール本体を構成１．／　、　ｌ１ｆｌ　Ｆｌｉ！　
Ｓｉ％気素子とほぼ同間隔に巻線方向を興にする攬数−
の１！１１気ヘツドを配列してなるマルチギ１ｊツブ検
出ｌ＼ツドを前記スケール本体の磁気素子夕１１にＨ１
〕（移動さぼることによって、検出ヘラ１：の移動量り
゛なわらスケール本体の目盛を計測するものが、例えば
マグネスケール（登録商１ＩＩ）と称呼る商品と１ノで
実用に供されている。

また、ｎ穀からｔ、うスケール本体の直線方向に矩形波
状の導電回路（コイル）をエツチングなどの加工によっ
て形成し、前記矩形波状の導電回路と同形の導電回路を
有する検出ヘッドに交流電圧を加え、前記スケール本体
の導電回路との電磁結合度の変化による誘起電圧の変化
から、検出ヘッドの移動量すなわち長さを計測するもの
も公知である。

しかし、前者のりニヤスケールは磁気素子をスケール本
体に配設するための加工が複雑であり、また、後者のも
のはスケール本体に矩形波状の導電回路を構成するため
に化学的な処理を必要とし、何れもコスト高となるとい
う欠点があり、特に後者の場合には矩形波の導電回路に
欠損部分があると、リニヤスケールとしての機能を果さ
なくなる。

そこで、本出願人には先に磁性材料からなる金属板に簡
単な機械加工により多数のスリットまたは正弦波状の凹
凸を設けてなる検出ヘッドが前記スリットまたは凹凸に
沿って移動するときの磁気抵抗のの変化から長さを計測
するようにしたりニヤスケールを出願した。その概略を
以下に説明する。リニＰス’ｒ　−）目、１１Ｍ１図に
示すように、スケール本体１０と構出ｌ＼ツド２とから
なる。スケール本体１０は！１いに自交する壁部６ａ　
、６１１を有する断面［−字形の磁性体の板材からなり
、壁部６１）には長手方向に延びる案内部（４としての
溝４が設番−Ｊられ、壁部６ａに１．１艮手方向と直角
に延びるＰｋ７Ｊ形のスリット７が一定の間隔を存して
多数穿設される。

そして、検出ヘッド２が前記スリット７に対向するよう
に保）８　ｆｔ　ｎ　ｔＪ点持され、この保持台３が満
４に沿つ−ＣＰＩＩＩＩｌ川能に支持され用。

また、陪２図に示りＪ、うに、磁性体の板材をははＵ字
形に折り曲げ（；…活部６０によって連結される互いに
平行な壁部６ａ、６ｂを形成し、壁部６ａの縁部に正弦
波状の凹凸８を設ける一方、壁部６ｂに長手方向に延び
るＷ４５を設けてスケール本体１０を構成し、前記溝５
に保持台３を移動可能に支持し、保持台３に前記凹凸８
に対向する検　　　　　　　　１出ヘツド２を支持した
構成としてもよい。

第３．４図に示１．１．うに、検出ヘッド２はエポキシ
樹脂などの非磁性材料からなるプローブないし外枠３１
の内部に電気絶縁板２０を配設し、これに板状の永久磁
石４３を接着し、該永久磁石４３に電気絶縁膜を介して
それぞれ第５図に示す磁気抵抗素子２２．２３を接着し
て、１対の磁気センサ３２が所定の間隔Ｓをもって配設
される。そして、各磁気センサ３２から導線２４，２５
．２６．２７が引き出される。

各磁気センサ３２は、第５図に示すように、１対の磁気
抵抗素子２２．２３と抵抗３３．３５とでブリッジ回路
を構成し、磁気抵抗素子２２と抵抗３３の接続端子Ｖａ
と、磁気抵抗素子２３と抵抗３５の接続端子ｖｂとの間
に所定の直流電圧が加えられ、検出ヘッド２とスケール
本体１０との磁気的ギャップに対応して磁気抵抗素子２
２．２３の抵抗値が変化し、磁気抵抗素子２２．２３の
接続端子ＶＯと抵抗３３．３５の接続端子■「との間に
出力電圧が得られる。この出力電圧をＡＤ変換器でデジ
タル信号に変換し、計数表示させれば、検出ヘッド２の
移動量をデジタル表示するこ５− とができる。

なお、磁気抵抗素子２２．２３の特性のバラ付きを補償
するために、抵抗３３に補正抵抗３４が並列に、また抵
抗３５に補正抵抗３６が並列にそれぞれ接続される。こ
の特性のバラ付きの調整は、最初抵抗３３．３５を磁気
抵抗素子２２．２３と一緒に組付けておき、−子Ｖａ　
、Ｖｂ間に適当な直流電圧（交流でもよい）を加え、端
子ＶＯの出力をオシロスコープなどで観測する。次に、
端子ｖＯの出力レベルが端子Ｖ「の電圧Ｖ「と一致する
ように（第６図参照）、補正抵抗３４．３６の値を選択
して組付・Ｊればよい。

上述のような方法で１．Ｌ、リニヤスケールの測定最小
−位がスリット７０間隔により決定されることになる。

そこで、ｌ１１定最小単位をより微小にするためには、
スリット７の間隔をできるだけ小さくする必要があるが
、それは加工などの問題から限度がある。まＩこ、磁気
抵抗素子２２．２３の特性が周囲ｍ度に影響されること
なく常に一定であると１れば、１１気センリ３２の出ツ
ノ電圧の分析に′−６＝よってスリット７とスリット７との間の移動距離も測定
できるが、周知のように、磁気抵抗素子は周囲温度によ
りその特性が大きく影響を受ける。

したがって、温度補償をしない限り正確な磁気センサ３
２の移動距離の測定は不可能となる。また、温度補償に
も種々の方法があるが、いずれも完全な補償は技術的な
問題を含み、コストも高くなる。

そこで、本発明の目的は磁気センサの出力電圧のレベル
変化に影響を受けることなく、スケール本体のスリット
ないし凹凸のピッチ間の微小な寸法を磁気センサの移動
から正確に測定し得るようにしたりニヤスケールを提供
することにある。

このため、本発明は検出ヘッドに１対の磁気センサを、
その出力電圧が相互にほぼ９０’位相がずれるように、
スリットの間隔λに対してほぼλ／′４の間隔に配置し
、各磁気センサからの出力を単純な抵抗で分割し、その
分割した出力をベルクトル合成することによって、複数
の合成出力を作成し、この合成出力をＡＤ変換して計数
することによって、磁気センサのスリット７の相互間の
微小な移動距離を正確に測定するとともに、同時に移動
方向を判別しようとするものである。

すなわち、本発明の構成はＷ間隔にスリットを設けたス
ケール本体と、該スケール本体のスリット列上を移動す
る検出ヘッドとを有し、該検出ヘッドからの出力なｇ＋
　Ｉｔ　！することによって前記検出ヘッドの移動距離
を計測するリニヤスケールにおいて、前記検出ヘッドに
２−の検出センサを所定の間隔をおいて配設４るどども
に、該検出センサからの出力電圧を分圧Ｊる分ＩＥｆｉ
ど、該分圧器からの出力電圧を適宜合成１ノで合成出力
電圧を作出する合成回路とを備え、ｌＮ！！’Ｉ成１！
！ｌ　ｆｌからの出力パルスを計数することにまり前記
検出ヘッドの移動量を測定“ダることを特徴とするもの
である。

次に、本発明の一寅論例−ｆｉ−図面により詳細に説明
する。第７図は検出ヘッド２の移動方向を判別するＮｌ
ｌ！を訳明瑠るための図で、同図＜ａ　＞は検出ヘッド
２に内蔵され／；：　１　幻の磁気センサ３２からの出
力電ローＡ、Ｂの波形を表わし、Ｌは検出ヘッド２の移
動距離を示り。図示の１対の磁気センサ３２の出力波形
はほぼ正弦波となり、かつ１対の磁気センサ３２の間隔
Ｓをスリット７のピッチλの１／４としたので、磁気セ
ンサ３２の出力電圧へと８はほぼ９０″の位相差を有し
ている。

同図（ｂ）は出力電圧Ａ、ＢをＡＤ変換したパルスＡｏ
　、Ｂｏの波形を表わす。このパルスＡｏ。

Ｂｏを計数表示すれば、検出ヘッド２の移動距離はスリ
ツ１−７のピッチλの１７″４単位でデジタル表示でき
ることになる。

しかしながら、このようなλ／４間隔のパルスを単に加
算計数するだけでは、検出ヘッド２の移動が左右いずれ
の方向に移動したのか判別できず、原点からの移動量を
正確に知ることができない。

正確な移動量を知るためには、左から右に移動した場合
のパルスは加算、右から左へ移動した場合は減算という
ように計数表示することが必要となる。

そこで、本発明に係るリニヤスケールでは、次のような
処理を行う。まず、第７図（ｂ）において、パルスＢＤ
を検出ヘッド２が左から右へ移動９− する場合（矢印り向）番、二微分すると、その出力パル
スＯＲは同図（に）のＪ二うになる。このパルスＣＲと
パルスＡ「Ｉの論理積ＡＤ’ＯＲを取ると、同図（ｄ）
のようなパルス波形が得られる。したがって、このパル
スを加綽器にて８１数すれば、検出ヘッド２がｋから１
３へ移動した墨を知ることができる。

次に、検出ヘッド２がイ１から左へ移動した場合、パル
スＢｏの微分パルスＯＬは同図（θ）のようになり、ち
ょうど左から６へ移動した場合の微分パルスＣｎの逆極
性のパルス刈が得られる。このパルスＣＬとパルスＡｌ
ｌの論理積を取っても、パルスＡｏとパルスＣ１，の揄
性が輿なるから出力パルスは得られない。

しかしながら、パルスＡｏを反転させ、パルスＡＤとパ
ルスＯＬの論理ｆｌｌｌ＆ｎ　・（ＣＬを取れば、同図
（ｆ）に示す」、うなパルス波形が得られる。

このパルスを先の検出ヘッド２がｋから右へ移動した場
合のパルスＡ＋＋　−Ｃｎの加Ｖ＃鎗より減算すれば、
検出ヘッド２がＫから右へ移動し、さらに１０− 右から左に戻った場合の絶対移動量が計数表示できるこ
とになる。以上が本発明に係るリニヤスケールの方向判
別である。

第８図は検出ヘッド２の１対の磁気センサ３２のピッチ
λ／′４より微小な移動距離を測定する原理を説明する
ための線図である。同図（ａ　）において、Ａ、Ｂは検
出ヘッド２の１対の磁気センサ３２の出力電圧であり、
この出力電圧をＡＤ変換したパルスＡｏ　、Ｂｏの波形
を同図（ｂ）、（ｅ）に示す。パルスＡＤ　、ＢＤを計
数するだけでは、前述のように検出ヘッド２の１対の磁
気センサ３２の間隔Ｓ以下の微小な移動は計測できない
。

そこで、位相差のある磁気センサ３２の出力電圧Ａ、Ｂ
をなんらかの方法でベクトル合成し、ＸＩ　、Ｘａ　、
Ｘ３・・・・・・の合成出力を得れば、そのＡＤ変換出
力は同図（ｃ　）、　　（ｄ　＞、　　（ｆ　）。

（Ｑ　）　・・−・−に：示ｔＸ＋ｐ、　Ｘ２Ｄ、　Ｘ
３Ｄ、　Ｘ４Ｄ−・＝となる。このＸＩｏ、　Ｘ２Ｄ、
　Ｘ３Ｄ、　Ｘ４Ｄ・・・・・・を微分すれば、検出ヘ
ッド２が左から右へ移動するかあるいは右から左へ移動
するかによって、同図（ｈ）。

（１）に示づようなパルス列ＸＲ，ＸＬとなる。

このパルス数を加綽あるい（１減綽すると検出ヘッド２
の移動量を測定でき、かっぞの測定単位は検出ヘッド２
の磁気センサ３２の間隔Ｓに左右されることなく、合成
出力Ｘｌ　、　Ｘａ　、　Ｘ３　、　Ｘ４・・・・・・
を多くづれば多くするほど、微小にできるのである。

また、第７図４５示しＩ、二と同じ原理でパルスＸＲと
パルスＡｕの論理積パルスを加締、パルスＸＬとパルス
Ａｏの論理積パルスを減算とすれば、同時に検出方面の
移１１１ｈ＋〜ｂ判別したことになる。

以上が本発明に係るり二Ａ／スケールの測定単位を磁気
［ン＋Ｊ“３２の間隔８Ｊ−リｂ微小にする原理である
。

第９図は本発明に係るリニヤスケールのブロック図であ
る。同図においで、２は２個の磁気センサ３２をスリッ
ト７のビッヂλの１／４のピッチで配冒した検出ヘッド
２【゛、３０は直流電源である。３７は増Ｎ器で、磁に
むンリ゛３２の出力を増幅する。３９は第８図に示１１
Ｊ：う／、ｌ原理で１対の磁気センサ３２からの出力電
圧Ａ、Ｂをベクトル合成して合成出力電圧を作成する合
成回路である。

４０はＡＤ変換回路であり、各磁気センサ３２の出力電
圧Ａ、Ｂおよび合成出力電圧Ｘ　）　ｌ　Ｘ　２１Ｘ３
．Ｘａから第８図（ｂ）〜（０）に示すような変換パル
スを作出する。

４１は方向判別回路であり、第８図（ｈ）で示すパルス
列ＸＲと同図（ｂ）のパルス列ＡＤの論理積パルスより
左から右への検出ヘッド２の移動を、同図（ｉ）のパル
ス列ＸＬと同図（ｂ）のパルス列Ａｏの否定Ａｏの論理
積パルスより右から左への検出ヘッド２の移動をそれぞ
れ判別し、計数器４２に加綽パルスあるいは減算パルス
を送出する。計数器４２は判別器４１からのパルスを加
減して、検出ヘッド２の絶対移動量を計数表示する。

第１０図は各磁気センサ３２の出力電圧Ａ、Ｂから合成
出力を作出する合成回路３９の一例を示す図である。同
図において、４４は増幅器であり、磁気センサ３２から
の出力電圧Ａ、Ｂを増幅する。

１３− ４５Ｉ、五反転増幅器であり、増幅１１４４の出力Ａを
受ＩＪで出力電圧へを作出づる。Ｒｔ　、　Ｒ２、Ｒ３
はＩＩＫ抗であり、増幅器４４および反転増幅器４５の
出力電圧Ａ、Ｆ１．Ａを分割するためのものである。４
６１．１演眸増幅器【゛、１＠幅器４４．４５らの出ノ
」電圧へ、８．Ｎが抵抗Ｒ＋　、Ｒ２、Ｒ３で分割され
た債、てれらを退官組合せて合成比：／）ＸＩ　。

Ｘａ　、）ｈ　、Ｘ４を作るためのものである。また、
演呻増幅器４６は入７３が零点を通過するごとに反転す
るいわ＃３するＡＤＩ！換作用も有し、矩形波パルスＡ
［ｌ　、　ＸＩＤ、　Ｘ２Ｄ、　［−３［＋　、　Ｘ３
Ｄ・Ｘ４ＤのようにＩＩ形されたパルスを１１出リ−る
。４７はバッファ回路である。

ｌｌ１１１０図（１１）は磁気センサ３２の出力電圧Ａ
。

Ｂのベクトル軌跡警示（図である。同図において、出力
電圧Ａ、１３はほぼ９０°位相がずれているから、合成
比／ＪＸ１．Ｘ２はＡ、Ｂの単純なベクトル合成から１
．Ｌ轡ることができず、Ａ、Ｂを抵抗Ｒ＋　、Ｒ２、Ｒ
ｓで５）削してベタ１〜ル合成することによって得られ
る。　いま、Ａ、ＸＩ　、Ｘａ　。

１４− Ｂのそれぞれ位相差αを３０°とすれば、Ｒ＋＋Ｒ２、
Ｒ３の割合は０．１４　　：　　０，３６　：　　０，
５の割合となる。したがって、Ｒ＋　、Ｒ２、Ｒ３の直
列合成抵抗をＲＯとすると、同図（ａ）の合成回路の抵
抗Ｒ＋　、Ｒ２、Ｒ３の値はＲ＋　−０，１４Ｒｏ、Ｒ
２＝　０，３６　Ｒｏ　、Ｒ３−０，５ＲＯということ
になる。

第１１図は本発明に係るリニヤスケールに用いる方向判
別して７Ｉｌ算パルスあるいは減算パルスを発生する判
別回路４１の一例を示す線図である。

同図（ａ）は検出ヘッド２が左から右へ移動した場合の
方向を判別する方向判別回路、同図（ｂ）は検出ヘッド
２が右から左へ移動した場合の方向判別回路である。

同図において、４８はＡＮＤ回路、４９は反転バッファ
回路である。５０も同じく反転バッファ回路である。合
成回路３９からの出力ＡＤ　、　Ｘ＋ｏ。

Ｘ２Ｄ、　ＢＤ　、　Ｘ３Ｄ、　Ｘ４Ｄが入力端子に印
加されると、もし検出ヘッド２が左から右へ移動してい
るとすれば、ＡＤ　＋　ＸＩＤＩ　Ｘ２Ｄ、　ＢＤ　、
　Ｘ３Ｄ、　Ｘ４Ｄを微分したパルス＋ＩＪ　ＩＪ　＠
　８図（１１）のようになり、ＡＮＤ回路４８から順次
パルスを発生し、計数器４２に加締パルスを送る。検出
ヘッド２が右から左へ移動している場合は、合成回路３
９からの出ツノＡｒＩ、　ＸＩＤ、　Ｘ２Ｄ、　１−３
Ｄ　、　Ｘ３Ｄ、　Ｘ４Ｄは反転バッファ回路５０１反
転され、その微分パルス列は第８図（１）に承りらＪ２
うと反転したパルス列となり、Ａ　Ｎ　Ｄ回路４８から
パルス列を発生し、計数器４２に滅神パルスを送る。

上述の爽ｔｋ＠　Ｆ　ｉ、Ｌ、検出ヘッド２の磁気セン
サ３２の相互の間隔８を、第８図（ａ）に示すように、
スリンｌ−７のピッチλの１７′４に限定されることな
く、例えばＥｌ　、・４にしτらよい。

また、上述の実施例では、磁気センサ３２からの出／Ｊ
電圧の位相！［３分割しているが、合成回路３００分割
抵ｒＡＲ＋　、ｒ（２，Ｒ３の数を増し、その緒を過官
選’ｉｌ：　１１４１４Ｊ　、　８１１定甲位番よ理論
的にはいくらでも微小にりることができる。

以上説明したＪ、）に、本発明に係るリニヤスケール１
１．検出ヘッドの剛気ｔ！ンリを適当な間隔をもたせて
配置し、この磁気センサからの位相の異なる出力電圧を
単純に抵抗で分割し、その分割された出力を適宜合成す
ることにより、複数の合成出力電圧を作成し、この合成
出力をＡＤ変換し、計数することによって、測定単位を
スリットの間隔に制限されることなく自由に微小に選定
できるとともに、２１１の位相の異なる磁気センサから
の出ｊ［圧を分析することにより検出ヘッド２の移動方
向も判別できるから、検出ヘッド２の絶対移動を極めて
精度良く測定できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るリニヤスケールの斜視図、第２図
は本発明に係る他のりニヤスケールの正面断面図、第３
図は本発明に係るリニヤスケール検出ヘッドの斜視図、
第４図は同検出ヘッドの断面図、第５図は同検出ヘッド
を構成する磁気センサの回路図、第６図は検出ヘッドの
移動距離と磁気センサからの出力電圧との関係を示す縮
図、第７図は検出ヘッドの移動方向を判別する原理を説
明１７− するための縮図、第８図１」すｌ気［ンリの出力および
その出ツノからｆ″ｇ成出力出力出しハ検出ヘッドの移
動ｖＩ！離を測定りる胤ｊｌｌ！を示′ＩＪ練図、第９
図は本発明に係るリニＩノスリ・−ルのＩＩＩ測部のブ
ロック回路図、第１０図ＩＪ同合成回路図、第１１図は
同方向判別回路図に″ある。２：構出ヘツ１−７：スリツＩ・８：凹凸　１０ニスケ
ール本体　２０：絶縁根　２２．２３：磁気抵抗率子　
３１；外枠　３２：磁気センサ　３３゜３５；抵抗　３
４．３６：補正抵抗　４０：ＡＤ変換回路　４１ニアｊ
内判別回路　４３：永久磁石４４：増幅器　４５：反転
増幅器　４６：１１１棹増幅器　／Ｉ７：バツフアＩＩ
！回路　４８：ＡＮＤ回路４９．５０：反転バラ”ノア
上１１路特Ｉ出願人　［１本７■ンＡ−ル株式会社代即人　　弁
理１゛　山本疫夫 −’Ｉ　８− 第５図　ｖｏｖｒ ″！心≠ト沫第７図く　　　　　　　　の（３０シー派 −２３＝（０）第（ｂ）１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　等間隔にスリットを設番プたスケール本体と、
該スケール本体のスリット列上を移動する検出ヘッドと
を有し、該検出ヘッドからの出力を計数することによっ
て前記検出ヘッドの移動距離を計測するりニヤスケール
において、前記検出ヘッドに２個の検出センサを所定の
間隔をおいて配設するとともに、該検出センサからの出
力電圧を分圧する分圧器と、該分圧器からの出力電圧を
適宜合成して合成出力電圧を作出する合Ｊｉ１２０路と
を錫え、該合成回路からの出力パルスを計数することに
より前記検出ヘッドの移動量を測定することを特徴とす
るりニヤスケール。
（２）　前記検出ヘッドに所定の間隔をおいて配設した
２１１Ｍの検出センサと、該検出センサからの出力電圧
を分圧する分圧器と、該分圧器からの出力電圧を適宜合
成して合成出力電圧を作出する合成回路と、該合成回路
からの出力パルスから前記検出ヘッドの移動方向を判別
１ノ方向別のパルスを計数器に送出する判別回路とを備
λ、該合成回路からの出力パルスを３１数づることによ
り前記検出ヘッドの移動−を測定りる（−とを１１１徴
とする特許請求の範囲＋　１　）　Ｇ；二記載のリニ゛
、〜シス））−ル。