JPS6130859B2

JPS6130859B2 -

Info

Publication number: JPS6130859B2
Application number: JP16678879A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Inoe
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1979-12-24
Filing date: 1979-12-24
Publication date: 1986-07-16
Also published as: JPS5689455A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は作業台を送りねじで移動させると共に
その作業台の位置を表示するため必要な位置コー
ドを発信し得るエンターコード付送りねじ装置に
関する。

このような送りねじ装置は、各種工作機械用の
刃物台や作業テーブル、加工ヘツド等の送り装置
のほか、各種測定器、記録装置、製図機、事務機
等におけるキヤリツジとして広く利用されてい
る。

然しながら、従来公知のものにあつては、０〜
360度の範囲内でのみその位相角をコード化し得
る回転符号板と固定式の読取ヘツドとから成るエ
ンコーダが用いられていた（数値制御の方式で所
謂セミクローズド方式）のでその精度に限界があ
つた。

この種のエンコーダは、常に送にねじの位相角
を０ないし360度の範囲内でコード化するもので
あり、そのため、例えば作業台の可動範囲が送り
ねじのＮ回転分に相当するものとすると、一定の
角度を示す一組のコードはＮ箇所の作業台位置に
対応せしめることになる。一方、送りねじには累
積ピツチ誤差や周期ピツチ誤差、リードのよろめ
きやバツクラツシユによる誤差等があるため、上
記の如き符号器ではその符号板の分解能を一定限
度以上に高めても、エンコーダとしての総合精度
を高めることは不可能であつた。

エンコーダとしての総合精度を高めるためには
ピツチ誤差およびバツクラツシユの極めて少ない
送りねじを用いる必要があるが、このようなねじ
は高価であり、従つて激しく使用される実用機の
すべてにそのねじを装着することは適切でない。

本発明は叙上の観点に立つてなされたものであ
つて、その目的とするところは、ねじの等級とは
無関係に、その分解能と精度とを所望のレベルま
で向上せしめ得る新規なエンコーダを備えた送り
ねじ装置を提供することになる。

而して、この本発明の目的は、送りねじの積算
回転角、即ち作業台の位置と一対の一の対応をな
し、そのためねじの誤差とは無関係に正確に作業
台位置を指示し得るコード化されたマークを刻設
した符号器を用いることにより達成される。

以下図面により本発明の詳細を説明する。

第１図は本発明にかかるエンコーダ付送りねじ
装置の一実施例を示す平面図、第２図はその読取
ヘツド部の一部破断拡大図、第３図は総合光電回
路図、第４図はコードの詳細を示す拡大図、第５
図は光電変換器の構成を示す部分回路図、第６図
は他の一実施例におけるコード様式およびその回
路の説明図である。

なお、第１図に示したものは実際には測長機や
旋盤の刃物台、フライス等に利用される送りねじ
装置であるが、図面には他の部分を省略し、送り
ねじ装置部分のみを示してある。

而して、第１図中、１は機台、２は作業台、
３，３は山形断面の作業台ガイド、４は送りね
じ、５はモータ、６は送りねじ用減速機、７は符
号器、８はプランマブロツク、９，１０はベアリ
ング、１１は読取ヘツド、１２は読取ヘツドガイ
ド、１３は読取ヘツド送りねじ、１４は読取ヘツ
ド用減速機、１５は制御用配電盤、１６は作業台
の基準面をなす鏡面、１７は基準鏡面１６と直角
に設けられた第二の基準鏡面、１８はハーフミラ
ー、１９はレーザ発振器、２０は光波干渉計であ
る。

なお、ここで、ハーフミラー１８、レーザ発振
器１９および光波干渉計２０は、装置製造時、目
盛付けを行うためにのみ使用するものであり、従
つて、これらは常時取付けておく必要のないもの
である。

モータ５は、その入力に応じて正逆いずれの方
向にも回動し、減速機６を介して送りねじ４を回
動させ、作業台４をガイド３，３に沿つて往復移
動せしめ得る。

円筒状の符号器７は送りねじ４に結合せられて
おり、それと一体に回動する。符号器７の回転は
減速機１４により更に数分の一ないし数百分の一
に減速され、読取ヘツド用送りねじ１３に伝達さ
れる。従つて、読取ヘツド１１は符号器７の回動
に応じてガイド１２に沿つて移動し、符号器７の
側面がらせん状に走査され、その表面上に設けら
れている一連のらせん状トラツク７ａ，７ａ上に
刻設されているコードが読み取られる。

読取ヘツド１１には第２図に示す如く、コード
書き込み用ペンおよび読取用光源として用いられ
るレーザ発振器２１、コード検知器２２並びに制
御回路２３が設けられている。

而して、本発明の要旨とするところは、作業台
２が一方の移動終端から一方の移動終端まで移動
する間に、符号器７の符号記録面上のらせん状ト
ラツクが完全に走査されるよう構成すると共に、
作業台２の位置を光波干渉計２０等により実施測
して得た数値をコード化し、これを上記トラツク
の対応する位置に書き込んでおくことにある。

送りねじ４の長さやピツチにもよるが、減速機
１４の減速比、送りねじ１３のピツチおよび符号
器７の外径を適切に選定すれば、符号器７の長さ
を送りねじ４の10分の１ないし100分の１、また
はそれ以下とすると共に、その分解能を１ないし
10μ、またはそれ以下とすることはさして困難な
事ではない。

また、このコード書き込みは、送にねじ４を定
速で作動させ、作業台２が一定距離、例えば、１
μ、移動する都度光波干渉計２０から信号が発振
させるよう構成すると共に、この信号により読取
ヘツド１１のレーザ発振器２１を作動させること
によつて自動的に行うことができる。

以下、第３図ないし第５図により、コードの様
式や電気回路について説明する。

第３図において、２４は拡大投影器、２５はオ
プチカルフアイバー２５―１ないし２５―１２を
有する光ケーブル、２６―１ないし２６―１２は
光電変換回路、２７，２８はラツチ、２９，３０
はデコーダ、３１，３２は７セグメント数字表字
素子、３３はアツプダウンカウンタ、３４ないし
３８はアンド回路、３９および４０はオフデレイ
回路、４１，４２はデシマル信号出力端子であ
る。

拡大投影器２４は、コード検知器２２の主体部
を成すものであり、コード検知器２２の内部で、
位置コードを構成する各ビツトの排列と対応して
一列に整列せしめられているオプチカルフアイバ
２５―１ないし２５―１２の端面に、符号器７の
側面に記録されている位置コードの映像を拡大投
影する。

この位置コードは例えば第４図に示されている
ようなものである。この例では、位置コードは
C₁ないしC₁₂の12ビツトの信号であり、両端の
C₁，C₁₂は位置チエツクのためのマーク、C₂はい
しC₆、および、C₇ないしC₁₁は十進二桁の数値を
示す二組の五中二コードである。更に具体的に説
明すると、このコードC₂ないしC₆はデコーダ２
９に対応するものであり、コードC₇ないしC₁₁は
同３０に対応するものである。

これらのコードC₁ないしC₁₂の状態は光ケーブ
ル２５の端面２５ａに投影され、各ビツト毎の明
暗信号はそれぞれ対応するオプチカルフアイバ２
５―１ないし２５―１２により、それぞれ対応す
る光電変換回路２６―１ないし２６―１２に導か
れ、これらにより電気信号に変換される。

而してこれらのコード中C₁およびC₁₂は常にマ
ークであり、また、C₂ないしC₆、および、C₇な
いしC₁は、それぞれ二つのマークと三つのスペ
ースから成る。

また、これらのコードは、符号器７の側面、即
ち符号記録面に設けられた一条のらせん状トラツ
ク７ｄ上に、作業台２の位置と正しく対応づけら
れて刻設されている。マークC₁とC₁₂の間隔は一
定値ｌであるが、トラツク上で相隣るコード間の
ピツチは、送りねじのピツチ誤査等を補償したも
のとなつており、そのため各コードは対応する作
業台位置を正しく表示し得るよう位置づけられ
る。

また、各光電変換回路２６―ｉは、いずれも第
５図に示す如く、抵抗４３、フオトダイオード４
４およびシユミツトリガ回路４５から成り、対応
するオプチカルフアイバ２５―ｉがマークを検知
し、フオトダイオード４４が非導通状態となる
と、その出力が状態１となるよう構成されてい
る。

またさらに、一組のコードＣが丁度、拡大投影
器２４の視野の中心に来たときにのみ、オプチカ
ルフアイバ２５―１および２５―１２の切口に同
時にマークが投影され、かつ、それらのマークが
それぞれC₁およびC₁₂であるよう構成しておく。
然るとき光電変換回路２６―１および２６―１２
の出力が同時に状態１となるのは一組のコードＣ
が丁度拡大投影器２４の視野中心に来たときのみ
であり、かつ、このときはアンド回路３４の出力
が状態１となり、ラツチ２７，２８が作動しても
の入力をホールドし、かつそれらをそれぞれデコ
ーダ２９，３０に伝達する。

作業台２が引続き移動し、拡大投影器２４の視
野内でコードＣが移動すると、次のコードが正し
く拡大投影器２４の視野の中心に来るまでの間
は、アンド回路３４の出力が再び状態１となるこ
とはなく、ラツチ２７，２８は前記の記録値を保
持する。

デコーダ２９，３０は、その入力を解読し、７
セグメント数字表示素子３１，３２のための出力
とデシマル信号とを出力する。

また、アンド回路３５ないし３８、および、オ
フデレイ回路３９，４０から成る回路は、アツプ
ダウンカウンタ３３のドライバであり、デコーダ
２９および３０の出力が十進数９９から００に変
化したときはアンド回路３８からアツプダウンカ
ウンタ３３の加算端子にパルスが送られ、逆の場
合にはアンド回路３７から減算端子にパルスが送
られるものであり、これらにより、作業台２の位
置が完全に表示されるものである。

次に第６図について説明する。

第６図に示したものは、第１図に示した送りね
じ４と作業台２の間、送りねじ１３と読取ヘツド
１１の間、および、減速機１４の入出力軸間に
は、多小ともバツクラツシユが存在し、また、送
りねじ４，１３についてもスラスト方向に遊びが
設けられているため、モータ５が正転する場合と
逆転する場合とでは、作業台２の位置が同一であ
つても異なつた位置位置表示が行なわれるという
問題を解するため、符号器７に正転用のコードト
ラツクと共に逆転用コードトラツクを設け、か
つ、正転時には正転用コードのみが、また、逆転
時には逆転用コードのみが読み取られるよう構成
したものである。

本実施例においては、符号器７は、正転（図中
実線矢符で示す回転方向）用のコードトラツクＴ
と逆転（図中点線矢符で示す回転方向）用のコー
ドトラツクが設けられ、それぞれ軸方向にコー
ドＣ、が設けられている。このトラツクＴ、
は二条ねじ様の平行な別々のらせんである。ま
た、コードＣ；₁は、織別コードC₁、C₁₂；₁、
₁₂、および二桁の五中二コードC₂ないしC₁₁；
₂ないし₁₁から成る。また、ここではC₁と₁₂
はすべてペース、C₁₂と₁はすべてマークであ
る。

読取ヘツド１１にはコードC₁ないしC₁₂または
₁ないし₁₂を読み取り得るセンサ１１―１ない
し１１―１２が設けられている。

今、第１図において、モータ５がある位置で正
転を停止し、逆転を始めたものとする。また、こ
のようなとき、作業台２より先に、読取ヘツド１
１の逆行が始まるよう構成しておくものとする。

正転が停止したときの符号器７と読取ヘツド１
１の位置関係は例えば第６図に示す如きものであ
る。このときは、読取ヘツド１１が対向する読取
エリアＡ内にあるトラツクＴ上のコードＣ_Aが読
み取られている。而して、符号器７の逆転が始ま
つても、送りねじ等りパツクラツシユ等のため作
業台２も読取ヘツド１１もしばらくは動かない
が、やがて読取ヘツド１１の逆行が始まり、第６
図中点線で示す位置１１′に達したとき、作業台
２の逆行が始まるものとすると、このときの読取
ヘツド位置１１′に対向する読取りエリアに
は、上記コードＣ_Aを等価な、逆転用コードトラ
ツク上のコード_Aが位置するよう、コードの
位置付けが行なわれており、以後、読取ヘツド１
１はトラツクをスキヤンし、順次逆転用コード
の読み出しを行うものである。

而して、第６図中、４６，４７は限定論理回路
（ｍ and only ｍ）、４８，４９および５０はア
ンド回路、５１はオア回路、５２はモータ５の極
性制御回路、５３はもの制御入力端子である。ま
た、２７，２８は前述のラツチ２９，３０はデコ
ーダ、２９―１，３０―１は７セグメント数字表
示器用出力端子、２９―２，３０―２はデシマル
出力端子である。

制御入力端子５３の入力はモータ５を正転させ
る際は状態１であり、逆転させる際は状態０であ
るとする。トラツクＴのコードＣが読取ヘツド１
１の読取エリアＡに入り読み取られるときは、ア
ンド回路４９の出力が状態１となり、また、トラ
ツクのコードが読取りエリアに入り読み取
られるときはアンド回路５０の出力が状態１とな
る。

また、上記いずれの場合でも、限定論理回路７
６および４７の五入力のうちの二入力のみが状態
１となり、従つてこれらの出力も亦状態１となる
から、結局アンド回路４８の出力も状態１とな
り、ラツチ２７および２８が作動し、それぞれセ
ンサ１１―２ないし１１―６および１１―７ない
し１１―１１の出力をホールドし、これをデコー
ダ２９，３０に転送するものである。。

従つて、本実施例においては、送りねじが正方
向に回転し作業台が正方向に移動する際はトラツ
クＴのコードが読み取られるが、逆の場合にはト
ラツクのコードが読み取られるので、作業台の
位置は常時正しく表示されるものである。

而して、叙上の説明から、符号器の形状は叙上
の如き円筒形にのみ限定されるものでなく、これ
を円盤状とし、そのコードトラツクを一方または
両方の端面にらせん状に説けてもよいのであるこ
とは既に自明であろう。また、この符号器とし
て、送りねじに取付けたプーリと、該プーリと対
をなすガイドとの間に巻掛けられるエンドレスベ
ルトやカセツトテープ、フイルム等が用いられ得
ること、またそれらの符号器のコード記録が、レ
ーザによる書き込みのほか、磁気的方法、光学的
方法、その他の公知の方法でも可能であることも
容易に理解されよう。

また、さらに当然のことではあるが、コードの
様式やビツト数およびそれらの排列方式等は自由
であり、さらにこれを読み出す方法や装置、論理
回路や表示器の構成等も、本発明の目的の範囲内
で自由に設計変更し得るものであり、本発明はそ
れらのすべてを包摂するもである。

本発明は叙上の如く構成されるから、本発明に
よるときは、送りねじ各部の加工誤差やバツクラ
ツシユ等による誤差が完全に補償され、作業台の
位置が常に正しく表示されるエンコーダ付送りね
じ装置を安価かつ大量に提供し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるエンコーダ付送りねじ
装置の一実施例を示す平面図、第２図はその読取
ヘツド部の一部破断拡大図、第３図は総合光電回
路図、第４図はコードの詳細を示す拡大図、第５
図は光電変換器の構成を示す部分回路図、第６図
は他の一実施例におけるコード様式およびその回
路図の説明図である。１……機台、２……作業台、３，３……作業台
ガイド、４……送りねじ、５……モータ、６……
送りねじ用減速機、７……符号器、１１……読取
ヘツド、１２……読取ヘツドガイド、１３……読
取ヘツド送りねじ、１４……読取ヘツド用減速
機、１６，１７……基準鏡面、１８……ハーフミ
ラー、１９，２１……レーザ発振器、２０……光
波干渉計、２２……コード検知器、２３……制御
回路、２４……拡大投影器、２５……光ケーブ
ル、２６―１，２６―２、〜２６―１２……光電
変換回路、２７，２８……ラツチ、２９，３０…
…デコーダ、３１，３２……７セグメント数字表
示素子、３３……アツプダウンカウンタ、５２…
…極性制御回路、５３……極性制御入力端子。

Claims

【特許請求の範囲】１送りねじと、送りねじ回動装置と、上記送り
ねじに平行に設けられるガイドと、上記送りねじ
の回動により上記ガイドに沿つて移動せしめられ
る作業台と、上記送りねじに取付けられる符号器
と、上記符号器コードの読取器とから成るエンコ
ーダ付送りねじ装置において、コード読取器を作
業台の移動に対応して符号器に対し相対的に移動
せしめ得るコード読取器移動装置を設けると共
に、符号器には作業台の位置と一対一で対応する
位置コードを書き込み、これを上記コード読取器
により読み取り得るよう構成したことを特徴とす
る上記のエンコーダ付送りねじ装置。２符号器がその側面にらせん状にコードが書き
込まれる円筒状符号器である特許請求の範囲第１
項記載のエンコーダ付送りねじ装置。３符号器がその端面にらせん状にコードが書き
込まれる円盤状符号器である特許請求の範囲第１
項記載のエンコーダ付送りねじ装置。４符号器に正方向送り用コードと逆方向送り用
コードとがそれぞれ各一組宛設けられている特許
請求の範囲第１項、第２項または第３項記載のエ
ンコーダ付送りねじ装置。