JPS6025407A - 座標位置検出装置 - Google Patents

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、座標位置検出装置、特にＸ−Ｙテーブルや、
工作機械の送り装置等の水平基盤上を移動する移動台の
水平基板に対する座標を、移動台上に設置した加速度計
を用いて検出する座標位置検出装置に関するものである
。

従来、この種の装置に於ける座標系の検出には、エンコ
ーダ、リニアエンコーダ、マグネスケール、レーザ光等
を利用した装置等が用いられている。

然し乍ら、エンコーダやマグネスケール等は、その検出
精度に限界があり、更に移動台の移動距離が長い場合、
装置のコストが高くなる。又、レーザ光を用いた装置は
、検出精度は高いが、そのコストも高いと云う欠点があ
る。

従って、本発明の主目的は．上記した従来装置の欠点を
一掃した、高精度且つ廉価な座標位置検出装置を提供せ
んとするにある。

本発明による座標位置検出装置の要旨は、略々水平な平
面を有する基台上を移動する移動台の上記基合に対する
座標を検出する装置に於て、入力軸を略々水平にして上
記移動台上に配置した加速度計と、該加速度計の出力を
時間に関して２回積分し上記基台に対する上記移動台の
座標位置検出出力信号を発生する積分装置と、上記移動
台及び上記基台に関連して設けた基準位置信号先住装置
とより成り、該基準位置信号発生装置の出力により上記
積分装置の出力を再設定するようになしたことに在る。

本発明の更に他の要旨は、略々水平な平面を有する基台
上を移動する移動台の上記基台に対する座標を検出する
装置に於て、入力軸を略々水平にして上記移動台上に配
置した加速時計と、該加速度計の出力を時間に関して２
回植分し上記基台に対する上記移動台の座標位置検出出
力信号を発生する積分装置と、上記加速度計の出力を積
分する系に設けたスパン設定器と、上記移動台の上記基
台に対する移動範囲の略々両端近傍に夫々設けた第１及
び第２の基準位置信号発生装置と、該第１及び第２の基
準位置信号発生装置の出力により上記積分装槓の出力を
ラッチする第１及び第２のラッチ装置と、該第１及び第
２のラッチ装置の出力値及び上記第１及び第２の基準位
置信号発生装置間の距離からスパン演算値を演算するス
パン演算部とより成り、該スパン演算部の出力を上記ス
パン設定器に入力するようになしたことを特徴とする座
標位置検出装置に在る。

以下、図面を参照して上述した要旨を有する本発明の一
例を説明しよう。

第１図は、本発明による座標位置検出装置の一例を、Ｘ
−Ｙステージに適用した場合を示す斜視図である。同図
に於て、（１）は基盤で、この基盤（１）上に、水平案
内面（２′）を上方に有する、例えばＸ−軸方向に伸び
るＸ−基台（２）を取り付ける。（３）はＸ−移動台で
、これは、Ｘ−基台（２）の案内面（２′）に沿ってＸ
−軸方向に移動し得る如く、案内面（２′）と嵌合して
いる。Ｘ−移動台（３）上に、Ｙ−基台（４）を取り付
ける。このＹ−基台（４）は、Ｘ−軸と直交するＹ−軸
方向に伸び、その上面は水平案内面（４′）となってい
る。Ｙ−基台（４）の案内面（４′）に、Ｙ−移動台（
５）を嵌合させ、Ｙ−軸方向に移動し得るようになす。

図に示す如く、Ｘ−及びＹ−基台（２）及び（４）は、
夫々Ｘ−及びＹ−軸方向に伸びるスリット（２″）及び
（４″）を有し、それ等の内部に、Ｘ−及びＹ−軸方向
に伸びる送りネジ（６）及び（７）が、回転し得るよう
に支持されている。これ等送りネジ（６）及び（７）は
、モータの如き駆動装置（８）及び（９）により、夫々
回転される。図示せずも、Ｘ−及びＹ−移動台（３）及
び（５）は、夫々送りネジ（６）及び（７）と螺合する
ネジを有しているので、送りネジ（６）及び（７）が駆
動装置（８）及び（９）により回転されると、×−及び
Ｙ−移動台（３）及び（５）が、夫々×−及びＹ−軸方
向に移動し、結局、Ｙ−移動台（５）を、基盤（１）上
の所望の位置に移動させることができる。

因て、上述は、従来周知の構成であるが、本発明の座標
位置検出装置は、第１図に示す如く、Ｙ−移動台（５）
上に取り付けた×−及びＹ−加速度計（１０）及び（１
１）を有する。この場合、これ等Ｘ−及びＹ−加速度計
（１０）及び（１１）の夫々の入力軸は、図に於て矢印
で示す如く、Ｘ−及びＹ−移動台（３）及び（５）の移
動方向、即ちＸ−及びＹ−軸方向と平行となるように整
合されている。

因て、本発明に於ては、その原理構成を示す第２図の如
く、Ｙ−移動台（５）上に、夫々の入力軸を、Ｘ−及び
Ｙ−移動台（３）及び（５）の移動方向、即ちＸ−及び
Ｙ−軸方向に正しく整合したＸ−及びＹ−加速度計（１
０）及び（１１）の出力を、夫々Ｘ−及びＹ−速度積分
装置又は速度積分器（１２）及び（１３）とＸ−及びＹ
位置積分装置又は位置積分器（１４）及び（１５）を通
すことにより、これ等出力を、時間に関して２回積分し
、Ｙ−移動台（５）の座標位置検出信号Ｘ及びＹを得る
。尚、この場合、速度の初期値Ｘｎ０、Ｙｎ０及び位置
の初期値Ｘ０、Ｙ０を、予じめ、速度積分器（１２）、
（１３）及び位置積分器（１４）、（１５）に供給する
必要がある。

ところで、加速度計の出力を時間に関して２回積分する
ことにより、加速度計が載置されている移動台の座標位
置を決定することは、理論的に可能である。しかしなが
ら、実際には、加速度計自身のバイアス誤差や、水平案
内面の微小な傾斜誤差は、出力位置信号に時間の２乗に
比例した発散性の誤差をもたらし、上述の原理のまゝで
は、実用には供し得ない。

上述した如き誤差を除くため、第１図に示す本発明の例
に於ては、Ｘ−移動台（３）のＸ−軸方向に沿った一方
の側面のＸ−軸方向の略々中央部に、不透明材の薄板よ
りなるＸ−可動片（２０）を固定すると共に、後述の如
く、このＸ−可動片（２０）と共動するＸ−基準位置信
号発生装置又は器（２１）を、基盤（ｌ）上に於て、Ｘ
−移動台（３）がＸ−軸方向に移動する長さの略々半分
（基準）の位置に設ける。同様に、Ｙ−移動台（５）の
Ｙ−軸方向に沿った一方の側面のＹ−軸方向の略々中央
部に、不透明材の薄板よりなるＹ−可動片（２２）を固
定すると共に、後述の如く、このＹ−可動片（２２）と
共動するＹ−基準位置信号発生器置又は器（２３）を、
Ｙ−基台のＹ−移動台（５）がＹ−軸方向に移動する長
さの黙々半分（基準）の位置に設ける。Ｘ−及びＹ−移
動台（３）及び（５）が夫々移動し、それ等に固定した
Ｘ−及びＹ−可動片（２０）及び（２２）が、Ｘ−及び
Ｙ−基準位置信号装置発生器（２１）及びの所定位置（
基準位置）を通過すると、その瞬間、これ等は信号を発
生する。

Ｘ−及びＹ−基準位置信号発生器（２１）及び（２３）
が、Ｘ−及びＹ−可動片（２０）及び（２２）との関連
に於て夫々信号を発生する機構は、両者とも実質的に同
一なので、第３図Ａ及びＢを参照して、前者の場合を説
明する。ごのＸ−基準位置信号発生器（２１）は、同図
に示す如く、コ宇状の凹部（２１ａ）を有する基盤（１
）に植立された支持台（２１ｂ）と、凹部（２１ａ）の
例えば上面（２１ｃ）に設けた発光素子（２１ｄ）と、
これと対向して凹部（２１ａ）の下面（２１ｅ）に、Ｘ
−可動片（２０）の移動方向に沿って離間して設けた一
対の受光素子（２１ｆ）及び（２１ｇ）とより成る。尚
、（２１ｈ）は、差動的に接続されている一対の受光素
子（２１ｆ）及び（２１ｇ）の出力端子である。又、発
光素子（２１ｄ）は、装置の動作時は、図示せずも電源
により駆動されることは、勿論である。

第３図Ａ及びＢより明らかな如く、Ｘ−基準位置信号発
生器（２１）の各素子の形状、寸法及び配列等は、Ｘ−
移動台（３）がＸ−軸方向に移動して、それに取り付り
たＸ−可動片（２０）がＸ−位置基準信号発生器（２１
）を通過する際は、Ｘ−可動片（２０）は、第３図Ａ及
びＢに示す如く、コ宇状の凹部（２１ａ）の上面（２１
ｃ）に取り付けた発光素子（２１ｄ）と、凹部（２１ａ
）の下面（２１ｅ）に取り付りた一対の受光素子（２１
ｆ）及び（２１ｇ）との間を、両者に接触することなく
、通過するように選択されているものである。この場合
、不透明材より成るＸ−可動片（２０）が、第３図Ａに
示す如く、一対の受光素子（２１ｆ）及び（２１ｇ）の
Ｘ−軸方向に関して中央に位置している時、即ち基準位
置に在る時は、両者に照射される発光素子（２１ｄ）よ
りの光量は等しい。又、この時、両者は差動的に接続さ
れているので、出力端子（２１ｈ）には、出力は現われ
ない。しかし、Ｘ−可動片（２０）、即ちＸ−移動台（
３）がこの位置から、Ｘ−軸方向に於ていづれの向きに
移動しても、発光素子（２１ｄ）より受光素子（２１ｆ
）及び（２１ｇ）に照射される光量は相互に異なるので
、出力端子（２１ｈ）には、Ｘ−可動片（２０）の上述
の基準位置よりの移動量に対応した電圧が発生する。

次に、本発明の位置検出系のブロック図である第４図を
参照して、本発明の詳細な説明しよう。

第４図に示す如く、Ｘ−基準位置信号発生器（２１）の
出力を、パルス発生器（２４）に供給し、これより、Ｘ
−可動片（２０）が基準位置を通過する瞬間毎に、パル
スを発生し、このパルスをリセット信号として、第２図
に示した、Ｘ−加速度計（１０）、Ｘ−速度積分器（１
２）及びＸ−位置積分器（１４）にり成るＸ−位置検出
系のＸ−位置積分器（１４）に供給し、これを基準位置
に対応する所定の値に再設定する。換言すれば、第２図
のＸ−位置検出糸に加えて、基準位置信号発生器（２１
）及びパルス発生器（２４）から成る位置リセット系を
設け、×−移動台（３）が所定の位置（基準位置）を通
過する度毎に、位置積分器（１４）の出力の値を、所定
位置に対応する値に再度設定することにより、前述した
発散性の加速度計のバイアス誤差や水平案内面の傾斜に
起因する位置誤差などをゼロになす。かくして、装置は
、高精度で位置の検出を行い得ると共に、長時間に亘っ
て作動しても、位置検出の誤差を抑制することができる
。

尚、上述はＸ−位置検出系に就いて説明したが、前述の
如く、Ｙ−可動片（２２）とＹ−基準位置信号発生器（
２３）との関係は、Ｘ−可動片（２０）とＸ−基準位置
信号器（２１）との関係と晴々同様であるので、Ｙ−基
準位置信号発生器（２２）の出力を、図示せずも、パル
ス発生器（２４）と同様の機能を有するパルス発生器に
供給し、それよりの出カパルスをリセット信号として、
Ｙ−位置積分器（１５）に供給し、その出力値を、上述
のＸ−位置積分器（１４）の場合と同様に再設定すれば
、Ｙ−位置検出系に就いても、Ｘ−位置検出系と全く同
様の作用効果が得られることは、明らかであろう。

次に、本発明による座標位置検出装置の移動台のスパン
調整機構を説明しよう。先づ、Ｘ−軸方向のスパン調整
機構に就いて説明する。第３図Ａ及びＢに就いて説明し
たと全く同様構成の基準位置信号発生器（２５）及び（
２６）を、第１図に示す如く、基盤（１）上に於て、Ｘ
−移動台（３）のＸ−軸方向の移動範囲の両端位置近傍
に夫々設ける。この場合、両基準位置信号発生器（２５
）及び（２６）とＸ−可動片（２０）との関係は、基準
位置装置信号発生器（２１）とＸ−可動片（２０）との
関係と同様で、Ｘ−可動片（２０）が、両基準位置信号
発生器（２５）及び（２６）の所定位置（基準位置）を
通過する瞬曲、両者は夫々出力を発生する。これ等出力
を、第４図に示す如く、夫々パルス発生器（２４）と同
様な機能を有するパルス発生器（２７）及び（２８）に
夫々供給する。パルス発生器（２７）及び（２８）の出
力パルスを、夫々ラッチ回路（２９）及び（３０）に送
ると共に、Ｘ−位置積分器（１４）の出力も、ラッチ回
路（２９）及び（３０）に供給する。ごれ等ラッチ回路
（２９）及び（３０）の出力を、共にスパン演算部（３
１）に供給する。このスパン演算部（３１）には、両基
準位置信号発生器（２５）及び（２６）間の真の距離（
基準スパン長Ｘ）に対応する信号が供給されている。ス
パン演算部（３１）の出力を、Ｘ−加速度計（１０）と
Ｘ−速度積分器（１２）との間に挿入したスパン設定器
（３２）に供給する。

次に、上述した構成のスパン調節機構によるスパン調整
を説明しよう。先づ、パルス発生器（２４）よりのリセ
ットパルスのＸ−位置積分器（１４）への供給を、開示
せずも、例えばスイッチ等で遮断し、その出力をリセッ
トしないでおく。次に、Ｘ−移動台（３）を、一方、例
えば基準位置信号発生器（２５）を越えて、更に駆動装
置（８）側に移動させた後、この駆動装置（８）に移動
命令を与えて、Ｘ−移動台（３）を、再びＸ−軸方向に
沿って、基準位置信号発生器（２５）方向に移動させる
。すると、Ｘ−可動片（２０）が基準位置信号発生器（
２５）の所定位置を通過する瞬間、パルス発生器（２７
）がラッチ回路（２９）へラッチパルスを送る。このラ
ッチ回路（２９）には、上述の如く、Ｘ−位置積分器（
１４）の検出位置出力が供給されているので、このラッ
チ回路（２９）は、Ｘ−移動台（３）、即ちＸ−可動片
（２０）が基準位置信号発生器（２５）の所定位置を通
過した瞬間のＸ−移動台（３０）のＸ−位置に対応する
信号（Ｘ１）をラッチして、これをスパン演算部（３１
）に送る。Ｘ−移動台（３）、即ちＸ−可動片（２０）
が更に基準位置信号発生器（２６）側に移動し、その所
定位置を通過した瞬間、そのＸ−位置に対応する信号（
Ｘ２）が、パルス発生器（２８）よりのラッチパルスに
より、ラッチ回路（３０）でラッチされ、その出方がス
パン演算部（３１）に供給される。このスパン演算部（
３１）は、信号（Ｘ１）及び（Ｘ２）の差（Ｘ２−Ｘ１
）と基準スパン長（Ｘ）との比Ｋを演算し、これを、ス
パン設定器（３２）に供給し、Ｘ−位置検出系全体のス
パンを正しい値に補正する。

次に、Ｙ−軸方向のスパン調整機構に就いて説明する。

この場合も、Ｘ−軸方向のスパン調整機構と全く同様で
、第１図に示す如く、第３図に示すと全く同様構成の基
準位置信号発生器（３３）及び（３４）を、Ｙ−移動台
（５）のＹ−軸方向の移動範囲の両端近傍に於ける位置
に於て、Ｙ−基台（４）に夫々取り付ける。両基準位置
信号発生器（３３）及び（３４）は、夫々、Ｙ−可動片
（２２）が、第３図Ａに示すＸ−可動片（２０）の基準
位置信号発生器（２１）に対すると同様な位置（基準位
置）を過ぎた瞬間毎に、出力を発生する。これ等出力を
、図示せずも、第４図に示したＸ−位置検出系と全く同
様な構成のＹ−位置検出系で処理して、Ｙ−位置検出系
全体のスパンを正しい値に補正する。

尚、例えばＹ−移動台（５）の走行に伴う回動が、位置
検出精度に悪影響を与える恐れがある場合は、Ｙ−可動
片（２２）をＹ−移動台（２３）の中心に近く、又、こ
れと共動する各基準位置信号発生器（２３）、（３３）
及び（３４）を、Ｙ−軸方向の送りネジ（７）近傍に配
置位すればよい。例えば、各基準位置信号発生器（２３
）、（３３）及び（３４）を、Ｙ−基台（４）に対し、
そのスリット（４″）内の第１図に示した位置と対応す
る位置に夫々取り付け、Ｙ−可動片（２２）を、Ｙ−移
動片（５）の下面で、その中心に可及的に近く、且つ各
基準位置信号発生器（２３）。

（３３）及び（３４）を上述の如く通過し得る位置に取
り付ければ、Ｙ−移動台（５）の回動の検出精度に与え
る影響を、小さく抑えることができる。

同様のことは、Ｘ−移動台（３）に就いても可能である
。即ち、基盤（１）に設けた、基準位置信号発生器（２
１）、（２５）及び（２６）を、Ｘ−基台（２）に対し
、そのスリット（２″）内の第１図に示した位置と対応
する夫々取り付ける一方、Ｘ−可動片（２０）をＸ−移
動台（３）の下面で、その中心に可及的に近く、且つ各
基準位置信号発生器（２１）。

（２５）及び（２６）を上述の如く通過し得る位置に取
り付ければ、Ｘ−移動台（３）の回動が検出精度に与え
る影響を、極力抑え得る。

尚、基準位置信号発生器としては、第３図に示す光遮蔽
板（不透明薄板より成る可動片）、発光素子及び光電変
換素子を使用する代りに、永久磁石とホール素子との組
合せ、磁性体と電磁コイルとの組合せ等、種々の変形が
使用可能なことは、明らかであろう。

尚、上述に於ては、例えばＸ−軸方向の基準位置信号発
生器（２５）及び（２６）を、スパン調整用のみに使用
したが、これ等に関するパルス発生器（２７）及び（２
８）の出力パルスを、図示せずも、切換スイッチ等を介
して、Ｘ−位置積分器（１４）にリセットパルスとして
供給して、その値を再設定して、位置検出粘度を更に上
げるごともできる。

上述は、Ｙ−軸方向に関しても同様に実施し得ることは
、明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による座標位置検出装置の一例の斜視図
、第２図は本発明の原理を示す系統的ブロック図、第３
図Ａ及びＢは本発明に使用する基準位置信号発生器の一
例の正面図及び側面図、第４図は本発明による位置検出
系の一方のブロック図である。 図に於て，（１）は基盤、（２）はＸ−基台、（３）は
Ｘ−移動台、（４）はＹ−基台、（５）はＹ−移動台、
（６）及び（７）は送りネジ、（８）及び（９）は駆動
装置、（１０）及び（１１）はＸ−及びＹ−加速度計、
（１２）及び（１３）はＸ−及びＹ−速度積分器、（１
４）及び（１５）はＸ−及びＹ−位置積分器、（２０）
及び（２２）はＸ−及びＹ−可動片、（２１）、（２３
）、（２５）、（２６）。 （３３）及び（３４）は基準位置信号発生器、（２４）
。 （２７）及び（２８）はパルス発生器、（９）及び（３
０）はラッチ回路、（３１）はスパン演算部、（３２）
はスパン設定器を夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、略々水平な平面を有する基台上を移動する移動台の
   上記基台に対する座標を検出する装置に於て、入力軸を
   略々水平にして上記移動台上に配置した加速度計と、該
   加速度計の出力を時間に関して２回積分し上記基台に対
   する上記移動台の座標位置検出出力信号を発生する積分
   装置と、上記移動台及び上記基台に関連して設けた基準
   位置信号発生装置とより成り、該基準位置信号発生装置
   の出力により上記積分装置の出力を再設定するようにな
   したことを特徴とする座標位置検出装置。 ２、略々水平な平面を有する基台上を移動する移動台の
   上記基台に対する座標を検出する装置に於て、入力軸を
   略々水平にして上記移動台上に配置した加速度計と、該
   加速度計の出力を時間に関して２回積分し上記基台に対
   する上記移動台の座標位置検出出力信号を発生する積分
   装置と、上記加速度計の出力を積分する系に設りたスパ
   ン設定器と、上記移動台の上記基台に対する移動範囲の
   略々両端近傍に夫々設りた第１及び２の基準位置信号発
   生装置と、該第１及び第２の基準位置信号発生装置の出
   力により上記積分装置の出力をラッチする第１及び第２
   のラッチ装置と、該第１及び第２のラッチ装置の出力値
   及び上記第１及び第２の基準位置信号発生装置間の距離
   からスパン調整値を演算するスパン演算部とより成り、
   該スパン演算部の出力を上記スパン設定器に入力するよ
   うになしたことを特徴とする座標位置検出装置。