JPH11325971A - Absolute linear scale - Google Patents
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、二物体間の絶対的
な移動量を測定するリニヤスケールに関するものであ
り、特に光学式のスケールにおいて、リニヤスケールの
実際の移動距離を絶対値として出力することにより、例
えば、工作機械等の工作物の移動量を絶対値で知ること
ができるようにした光学式のアブソリュートリニヤスケ
ールに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear scale for measuring an absolute amount of movement between two objects, and in particular, in an optical scale, outputs an actual moving distance of the linear scale as an absolute value. Thus, for example, the present invention relates to an optical absolute trinier scale capable of knowing a moving amount of a workpiece such as a machine tool by an absolute value.
【0002】[0002]
【従来の技術】工作機械等において、被加工物に対する
工具の移動量を高い精度で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、また、この測定値を
リクエストに応じて迅速にシリアルデータとして出力す
ることが要請されている。そのひとつの例として、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の概要を以下に述べる。この光
学式スケールは、図5に示すように透明のガラススケー
ル100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(刻線)を設けたメインスケール101
と、透明のガラススケール102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(刻線)を設け
たインデックススケール103とを有し、同図(a)に
示すように、このメインスケール101にインデックス
スケール103を微小間隔を持って対向させると共に、
同図(b)に示すように、メインスケール101の格子
に対し微小角度傾けられるようにインデックススケール
103の格子を配置している。2. Description of the Related Art In a machine tool or the like, it is extremely important to accurately measure the amount of movement of a tool relative to a workpiece with high accuracy in performing precision machining. There is a demand for quick output as serial data. As one example, an outline of an optical scale using moiré fringes obtained by superposing two optical gratings will be described below. As shown in FIG. 5, the optical scale is a main scale 101 in which a grid (notched line) is provided on one surface of a transparent glass scale 100 such that light transmitting portions and non-light transmitting portions are arranged at a predetermined pitch.
And an index scale 103 having a grid (notched line) on one surface of a transparent glass scale 102 such that light-transmitting portions and non-light-transmitting portions are arranged at a predetermined pitch, as shown in FIG. In addition, the index scale 103 is opposed to the main scale 101 at a small interval,
As shown in FIG. 2B, the grid of the index scale 103 is arranged so as to be tilted by a small angle with respect to the grid of the main scale 101.
【0003】このように配置すると、スケールの移動に
応じて図6に示すモアレ縞が発生する。このモアレ縞の
間隔はWとなり、間隔W/2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103が相対的に左右に移動すると上から下、あるい
は下から上に移動していく。この場合、メインスケール
101及びインデックススケール103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
縞の間隔Wは、 W=P/θ と示され、ピッチPは光学的にモアレ縞の間隔Wをθ倍
に拡大して検出することができる。すなわち、格子が1
ピッチ移動すると、モアレ縞はWだけ変位するが、ピッ
チPはWのθ倍となるので、モアレ縞の変化を検出する
ことによってピッチP内の移動量を高い精度で測定する
ことができるようになる。With this arrangement, moire fringes shown in FIG. 6 are generated according to the movement of the scale. The interval between the moire fringes is W, and a dark portion or a bright portion occurs at every interval W / 2. The dark portion or the bright portion moves from top to bottom or from bottom to top when the index scale 103 moves left and right relative to the main scale 101. In this case, assuming that the pitch of the grids of the main scale 101 and the index scale 103 is P, and the mutual inclination angle is θ [rad], the interval W of the moire fringes is expressed as W = P / θ, and the pitch P is Then, the interval W between the moiré fringes can be detected by enlarging it by θ times. That is, the grid is 1
When the pitch moves, the moiré fringes are displaced by W, but the pitch P becomes θ times the W. Therefore, by detecting the change in the moiré fringes, the amount of movement in the pitch P can be measured with high accuracy. Become.
【0004】そこで、図7に示すようにモアレ縞の変化
を光学的に検出する光電変換素子110をインデックス
スケールに設け、メインスケールの反対側に光源を設け
るようにして、メインスケール101に対しインデック
ススケール103を相対的に移動させながら、この光電
変換素子110に流れる電流の変化を読み取る。メイン
スケール101に対しインデックススケール103がA
の状態となっていると、光電変換素子110に照射され
る光量は最も多くなり、光電変換素子110に流れる電
流は最大値I1 となる。次に、相対的に移動してBの状
態になると光電変換素子110に照射される光量はやや
減少し、その電流はI2 となり、更に、移動してCの状
態になると光電変化素子110には最も少ない光量が照
射され、その電流も最も小さいI3 となる。そして、更
に移動してDの状態になると光電変換素子110に照射
される光量はやや増加し、その電流はI2 となり、Eの
状態になるまで移動すると、再び最も光量の多い位置と
なり、その電流は最大値I1 となる。このように、光電
変換素子110に流れる電流は正弦波状に変化すると共
に、その変化が1周期経過した時に、格子間隔Pだけメ
インスケール101とインデックススケール103とが
相対的に移動したことになる。Therefore, as shown in FIG. 7, a photoelectric conversion element 110 for optically detecting a change in moiré fringes is provided on an index scale, and a light source is provided on the opposite side of the main scale. The change in the current flowing through the photoelectric conversion element 110 is read while the scale 103 is relatively moved. Index scale 103 is A for main scale 101
In this state, the amount of light applied to the photoelectric conversion element 110 becomes the largest, and the current flowing through the photoelectric conversion element 110 becomes the maximum value I 1 . Next, when relatively moved to the state of B, the amount of light applied to the photoelectric conversion element 110 slightly decreases, and the current becomes I 2 . Is irradiated with the least amount of light, and its current is also the smallest I 3 . Then, when further moved to the state of D, the amount of light applied to the photoelectric conversion element 110 slightly increases, the current becomes I 2 , and when the state moves to the state of E, it becomes the position where the amount of light is largest again. current becomes maximum I 1. As described above, the current flowing through the photoelectric conversion element 110 changes sinusoidally, and the main scale 101 and the index scale 103 relatively move by the lattice interval P when one cycle of the change has elapsed.
【0005】また、図8に示すように、90度、または
一周期(間隔W)と90゜ずらせて2つの光電変換素子
111,112を設けると、A相の光電変換素子111
に流れる電流に対してB相の光電変換素子112に流れ
る電流は、図9に示すように90゜偏位した電流とな
る。すなわち、A相の光電変換素子111に流れる電流
をサイン波とすると、B相の光電変換素子112に流れ
る電流はコサイン波となる。この場合、メインスケール
101とインデックススケール103との相対的な移動
方向により、A相の光電変換素子111に流れる電流に
対するB相の光電変換素子112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。As shown in FIG. 8, when two photoelectric conversion elements 111 and 112 are provided at 90 ° or one cycle (interval W) and 90 ° apart, an A-phase photoelectric conversion element 111 is provided.
The current flowing through the B-phase photoelectric conversion element 112 with respect to the current flowing through is a current deviated by 90 ° as shown in FIG. That is, when the current flowing through the A-phase photoelectric conversion element 111 is a sine wave, the current flowing through the B-phase photoelectric conversion element 112 is a cosine wave. In this case, the phase of the current flowing in the B-phase photoelectric conversion element 112 with respect to the current flowing in the A-phase photoelectric conversion element 111 is 90 ° advanced or 90 ° depending on the relative movement direction of the main scale 101 and the index scale 103. If two photoelectric conversion elements are arranged shifted by 90 °, the relative movement direction can be detected by detecting the phase between the two.
【0006】ところで、このように構成された光学式ス
ケールは、NC工作機械に取りつけられて被加工物と工
具との相対的移動量を測定しているが、一般に数値制御
する場合は常に工作物、又は工作テーブルの絶対的な位
置をスケールによって把握することが要求される。以
下、A相信号とB相信号からスケールの移動量を絶対値
として検出する方法を図10に基づいて説明する。The optical scale constructed as described above is mounted on an NC machine tool and measures the relative movement amount between the workpiece and the tool. In general, when performing numerical control, the optical scale is always used. Or, it is required to grasp the absolute position of the work table by the scale. Hereinafter, a method of detecting the movement amount of the scale as an absolute value from the A-phase signal and the B-phase signal will be described with reference to FIG.
【0007】この図において 21は搬送信号CK
(a,b,c)が入力されている平衡変調器(以下、単
に変調器ともいう)、22はローパスフイルタ、23は
波形整形回路、24は波形整形された2値信号から後で
述べるように1ピッチ間を内挿するA相デジタル信号、
およびB相デジタル信号を形成するデジタル信号処理部
である。前記変調器21は、本出願人が先に特開昭62
−132104号公報として公開しているように、正弦
波状の信号レベルを変調信号として搬送波周波数を平衡
変調するものであって、信号レベルが搬送波の位相情報
として出力されるようにしており、例えば図11に示す
ように、入力されたA相信号はバッファとして動作する
オペアンプOP1を介して抵抗ネットワークRTに供給
されると共に、オペアンプOP2により反転されて抵抗
ネットワークRTに供給される。また、B相信号はバッ
ファとして動作するオペアンプOP3を介して抵抗ネッ
トワークRTに供給されると共に、オペアンプOP4に
より反転されて抵抗ネットワークRTに供給される。In this figure, 21 is a carrier signal CK
A balanced modulator (hereinafter also simply referred to as a modulator) to which (a, b, c) is input, 22 is a low-pass filter, 23 is a waveform shaping circuit, and 24 is a waveform-shaped binary signal as will be described later. A phase digital signal interpolating between one pitch to
And a digital signal processing unit for forming a B-phase digital signal. The modulator 21 has been disclosed by the present applicant in
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. -132104, a carrier signal is balanced-modulated using a sinusoidal signal level as a modulation signal, and the signal level is output as carrier phase information. As shown in FIG. 11, the input A-phase signal is supplied to the resistor network RT via the operational amplifier OP1 operating as a buffer, and is also inverted and supplied to the resistor network RT by the operational amplifier OP2. The B-phase signal is supplied to the resistor network RT via the operational amplifier OP3 operating as a buffer, and is also inverted by the operational amplifier OP4 and supplied to the resistor network RT.
【0008】すなわち、A相信号,反転A相信号,B相
信号,反転B相信号を抵抗ネットワークRTにより混合
加算し、位相が反対で同電圧の8分割された混合信号を
作成し、マルチプレクサAMの8つの入力端子(0)〜
(7)にそれぞれ供給している。このマルチプレクサA
Mの入力端子C1,C2,C3には図12(c)に示す
選択信号A,B,Cが入力され、この選択信号A,B,
CによりマルチプレクサAMの入力端子(0)〜(7)
が順次選択されて、出力端子toから図12(a)に示
す階段状の出力信号Sが出力される。このマルチプレク
サAMから出力される信号Sの周波数は、図12に図示
するように選択信号Cの周期と同一であり、結局のとこ
ろ、選択信号Cを搬送波としてその位相をA相信号(B
相信号)のレベルにより平衡変調した出力信号Sがマル
チプレクサAMから出力されるようになる。すなわち、
A相信号(B相信号)のレベルに応じて位相偏移された
搬送波が出力されるのである。That is, the A-phase signal, the inverted A-phase signal, the B-phase signal, and the inverted B-phase signal are mixed and added by the resistor network RT to generate a mixed signal having the opposite voltage and divided into eight equal voltages. 8 input terminals (0) ~
(7). This multiplexer A
Select signals A, B, and C shown in FIG. 12C are input to the input terminals C1, C2, and C3 of M.
C, the input terminals (0) to (7) of the multiplexer AM
Are sequentially selected, and a step-like output signal S shown in FIG. 12A is output from the output terminal to. The frequency of the signal S output from the multiplexer AM is the same as the period of the selection signal C as shown in FIG. 12, and after all, the selection signal C is used as a carrier and its phase is changed to the A-phase signal (B
The output signal S balanced-modulated by the level of the phase signal) is output from the multiplexer AM. That is,
The carrier wave whose phase is shifted according to the level of the A-phase signal (B-phase signal) is output.
【0009】このように平衡変調された変調波は次にロ
ーパスフイルタ22に印加されて、図12(b)に示す
ように滑らかな正弦波状とされる。The modulated wave thus balanced is applied to the low-pass filter 22 to form a smooth sinusoidal wave as shown in FIG.
【0010】この正弦波状に変換された信号は搬送波の
周波数の角速度をω、スケールの格子(刻線)間隔を
p、移動量をxとしたときに S=K・Cos(ωtー2π・x/p) によって示される信号となり、スケールの移動量xとピ
ッチpの比x/pが位相変位として示される交流信号と
なる。The signal converted into a sinusoidal wave has the following formula: S = K · Cos (ωt−2π · x) where ω is the angular velocity of the frequency of the carrier, p is the interval of the grid (notched line) of the scale, and x is the amount of movement. / P), which is an AC signal in which the ratio x / p of the scale movement amount x to the pitch p is represented as a phase displacement.
【0011】そして、この位相変調された交流信号が次
の波形整形回路23によって零レベルの点がエッジとさ
れる2値信号に変換される。この波形整形回路23より
出力される2値信号の位相と、光学手段から出力された
A相信号及びB相信号のレベルとの関係を図13に示
す。この図の左側に示す正弦波状に変化している信号が
ある刻線のスケールから出力されたA相信号及びB相信
号であり、右側に示すパルス波形は位相偏移を受けた波
形整形回路23よりの搬送波の2値信号であり、その破
線位置が変調回路21に供給される搬送波CK(a,
b,c)の零位相である。The phase-modulated AC signal is converted by the next waveform shaping circuit 23 into a binary signal having a zero-level point as an edge. FIG. 13 shows the relationship between the phase of the binary signal output from the waveform shaping circuit 23 and the levels of the A-phase signal and the B-phase signal output from the optical means. The left side of the figure shows the A-phase signal and the B-phase signal output from a scale of a sine wave, and the pulse waveform shown on the right side is a waveform shaping circuit 23 which has undergone a phase shift. Is a binary signal of the carrier, and the position of the broken line is the carrier CK (a,
b, c).
【0012】そして、この図のイに示すように、スケー
ルの停止状態で、例えば、A相信号が正の最大レベルで
B相信号が零レベルの場合は90゜位相偏移された2値
信号とされ、A相信号が零レベルでB相信号が正の最大
レベルの同図ロの場合は180゜位相偏移された2値信
号とされ、A相信号が負の最大レベルでB相信号が零レ
ベルの同図ハの場合は270゜位相偏移された2値信号
とされ、A相信号が零レベルでB相信号が負の最大レベ
ルの同図ニの場合は360゜位相偏移されて、位相偏移
されていない元の状態に戻った2値信号とされる。As shown in FIG. 1A, when the scale is stopped, for example, when the A-phase signal is at the maximum positive level and the B-phase signal is at the zero level, the binary signal is shifted by 90 ° in phase. If the A-phase signal is at zero level and the B-phase signal is at the maximum positive level, the binary signal is shifted by 180 °, and the A-phase signal is at the negative maximum level. Is a binary signal having a phase shift of 270 ° when the signal is zero level, and a phase shift of 360 ° when the signal of the phase A is zero level and the maximum level of the phase B signal is negative. Then, the binary signal is returned to the original state without phase shift.
【0013】デジタル信号処理部24はそのキャプチャ
機能を利用して、コ波形整形回路23から出力されてい
る2値信号の立ち上がり点と、点線で示す基準位相の間
隔Tを検出する。この間隔Tは、格子ピッチP内を分割
した位置の情報を示しているので、この期間Tを所定の
クロックによって計数することにより、スケールの1ピ
ッチを内挿する内挿パルス信号をを形成すると共に、こ
の内挿パルス信号を計数して1ピッチ内を分割したスケ
ールの絶対位置のデータを得ることができる。例えば、
デジタル信号処理部24から出力されている搬送波のエ
ッジによりカウンタの計数をスタートさせ、波形整形回
路23の2値出力の立ち上がりエッジによりカウンタの
計数をストップさせると、デジタル信号処理部24のカ
ウンタより格子ピッチP内を分割した内挿アブソリュー
ト値を検出できるようになる。この実施例の場合、光学
手段から出力されるモアレ縞の1ピッチは40μmを示
しているが、デジタル信号処理部24内のカウンタ機能
によって搬送波の40倍の周波数とされているクロック
によって図13に示した期間Tをカウントすると、1/
40ピッチの精度で計数パルスが得られ、光学手段のモ
アレ縞出力信号から1μmの動きを検出することができ
る。The digital signal processing unit 24 uses the capture function to detect the rising point of the binary signal output from the co-waveform shaping circuit 23 and the interval T between the reference phase indicated by the dotted line. Since the interval T indicates information on a position obtained by dividing the grid pitch P, the period T is counted by a predetermined clock to form an interpolation pulse signal for interpolating one pitch of the scale. At the same time, by counting the interpolation pulse signal, it is possible to obtain data on the absolute position of the scale obtained by dividing one pitch. For example,
When the counting of the counter is started by the edge of the carrier wave output from the digital signal processing unit 24 and the counting of the counter is stopped by the rising edge of the binary output of the waveform shaping circuit 23, the counter of the digital signal processing unit 24 An interpolation absolute value obtained by dividing the pitch P can be detected. In the case of this embodiment, one pitch of the moire fringes output from the optical means indicates 40 μm, but FIG. 13 shows a clock having a frequency that is 40 times the carrier by the counter function in the digital signal processing unit 24. When the period T shown is counted, 1 /
A counting pulse is obtained with an accuracy of 40 pitches, and a movement of 1 μm can be detected from the moire fringe output signal of the optical means.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】この内挿アブソリュー
ト値は、例えば図13の零位相点をサンプリング周期S
の始まりとし、期間Tをすぎた次の立ち下がり点をサン
プリング周期の終わりとしてカウンタで計数し、その値
をサンプリング周期tの終了点で内挿データDnとして
出力すると、単調にスケールが一定方向に移動している
場合は、図14に示すように各サンプリング点s1、s
2、s3・・・・毎にデータD1、D2、D3・・・・
読み出すことができる。そして、このデータを外部から
リクエスト信号Srが入力されたときに出力すると、リ
クエスト信号Srに対応してスケールが示しているピッ
チ内を内挿する絶対値データをデジタル信処理部24か
ら出力することができる。また、スケールの移動中は内
挿するパルスの変動分がA/B相信号として出力するこ
ともできるようになされている。The absolute value of the interpolation is obtained by, for example, setting the zero phase point in FIG.
At the end of the sampling period, and the value is output as interpolation data Dn at the end point of the sampling period t. When moving, as shown in FIG. 14, each sampling point s1, s
.., Data D1, D2, D3,.
Can be read. When this data is output when a request signal Sr is input from the outside, the digital signal processing unit 24 outputs absolute value data for interpolating within the pitch indicated by the scale corresponding to the request signal Sr. Can be. Also, during the movement of the scale, the variation of the interpolated pulse can be output as an A / B phase signal.
【0015】しかしながら、リクエスト信号Srは図1
4に示すように、一般的にサンプリング周期tnより長
い周期で到来し、かつ、このリクエスト信号Srが工作
機械側から出力されるものであるから、対象工作機械に
よってもその間隔が異なっており、一定の間隔で入力さ
れたとしてもサンプリングのタイミングとは非同期の信
号になっている。そのため、サンプリング周期に対し
て、例えばリクエスト信号Srが図示されているタイミ
ングで入力されると、この信号が入力された時点では、
まだその時点でサンプリングが終了していないので、こ
のような場合は1周期前のサンプリングが終了して保持
されているデータ(D1)を出力することになり、リク
エストがあった点Qのアブソリュート内挿信号を出力す
るができないという問題があった。However, the request signal Sr is
As shown in FIG. 4, since the request signal Sr generally arrives at a period longer than the sampling period tn and the request signal Sr is output from the machine tool side, the interval differs depending on the target machine tool. Even if the signal is input at regular intervals, the signal is asynchronous with the sampling timing. Therefore, for example, when the request signal Sr is input at the timing shown in the drawing with respect to the sampling period, at the time when this signal is input,
Since the sampling has not yet been completed at that time, in such a case, the data (D1) held after the completion of the sampling one cycle before is output, and the absolute value at the point Q at which the request was made is output. There is a problem that the insertion signal cannot be output.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
問題点を解消するために、少なくとも長さ方向に等間隔
で目盛られている刻線を有するメインスケールと前記メ
インスケールに対して、移動可能に配置され前記刻線に
対して交差する刻線が設けられているインデックススケ
ールと、前記両スケール間の刻線によって発生するモア
レ縞を検出し、相対的に単位長移動する毎に周期的に変
化する信号を発生する光電変換手段と、前記光電変換手
段から出力される刻線ピッチに対応した2値信号パルス
列を形成し、スケールの移動位置をパルス数(G)とし
て出力する上位検出手段と、前記光電変換手段で取り込
んだ信号を所定の周波数の搬送波信号によって平衡位相
変調する変調手段と、前記変調手段で位相変調された変
調信号と前記搬送波信号の位相差をサンプリング周期t
で検出し、1ピッチ内を内挿するデータ(Dn)を出力
する内挿データを生成する下位検出手段とを備え、前記
サンプリング周期のエッジと外部から供給されたリクエ
スト信号の入力タイミング期間を計測した値(ΔR)と
当該サンプリング周期(tn)の比(ΔR/tn)を計
測し、前記内挿データ数をNとしたときにNG+Dn−
1+(DnーDn-1)*(ΔR/tn)をスケールのア
ブソリュート値として出力するようにしたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a main scale having at least a ruled line graduated at equal intervals in the length direction and a main scale having the same. An index scale that is movably disposed and has an engraved line intersecting the engraved line, and detects moiré fringes generated by the engraved line between the two scales. Photoelectric conversion means for generating a signal which changes periodically, and a binary signal pulse train corresponding to the ruled line pitch outputted from the photoelectric conversion means, and a higher-order detection for outputting the moving position of the scale as the number of pulses (G) Means, modulation means for performing balanced phase modulation of the signal fetched by the photoelectric conversion means with a carrier signal of a predetermined frequency, and a modulation signal phase-modulated by the modulation means and the carrier. Sampling the phase difference of the signal period t
And lower-order detection means for generating interpolation data for outputting data (Dn) for interpolating within one pitch, and measuring an edge of the sampling period and an input timing period of a request signal supplied from the outside. The ratio (ΔR / tn) between the calculated value (ΔR) and the sampling period (tn) is measured, and NG + Dn−
1+ (Dn−Dn−1) * (ΔR / tn) is output as the absolute value of the scale.
【0017】[0017]
【作用】上記各サンプリング周期tnはスケールが停止
しているとき、またはスケールが一方の方向に移動して
いるときは、ほぼ一定値となるから、少なくとも各サン
プリング周期の期間tnには大きな変動は見られない。
したがって、リクエスト信号の到来時点で補間処理を行
うことによって、その時点で内挿されているアブソリュ
ート値のデータを出力することできるようになる。ま
た、過去のサンプリング周期の傾向を監視しておくこと
により、1周期前のサンプリング期間から現在のサンプ
リング期間を推測する補正手段を設けることによりさら
に出力データの精度を向上することができる。When the scale is stopped or when the scale is moving in one direction, each sampling period tn has a substantially constant value. At least during the period tn of each sampling period, a large fluctuation does not occur. can not see.
Therefore, by performing the interpolation processing at the time of arrival of the request signal, the data of the absolute value interpolated at that time can be output. Further, by monitoring the tendency of the past sampling period, the accuracy of the output data can be further improved by providing a correction means for estimating the current sampling period from the sampling period one period before.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】本発明のアブソリュートスケール
の一実施例の概要を図1に示す。この図において1は光
源ランプ、2はスケールを透過したA相、及びB相信号
のモアレ縞光を受光する受光素子、3は受光したA/B
相信号を所定のレベルに増幅するアンプである。FIG. 1 shows an outline of an embodiment of an absolute scale according to the present invention. In this figure, 1 is a light source lamp, 2 is a light receiving element for receiving the moire fringe light of the A-phase and B-phase signals transmitted through the scale, and 3 is the received A / B
This is an amplifier that amplifies the phase signal to a predetermined level.
【0019】この実施例の場合は、光学手段は例えば4
0μmのピッチを有するスケールによって構成され、位
相分割によって内挿される出力パルスの解像度を1μm
の単位で測長できる場合について説明する。In this embodiment, the optical means is, for example, 4
The resolution of an output pulse constituted by a scale having a pitch of 0 μm and interpolated by phase division is 1 μm.
The case where the length can be measured in units of will be described.
【0020】アンプ3によって増幅されたA相、又はB
相の基準となる方の信号は波形整形回路4に入力され、
正弦波状に変化する信号の零クロスで反転ですることに
よって2値信号に変換される。そして、この2値信号に
変換された信号をゲートアレイ回路5において、例えば
その立ち上がりエッジ間の周期を検出することにより、
スケールの1ピッチで1個のパルス信号列を形成し、こ
のパルス信号列をマイコン6によってカウントするする
ことにより、スケールの移動に伴って変化する上位の絶
対値(この場合は40μm単位)を記憶するようにして
いる。A phase amplified by the amplifier 3 or B
The phase reference signal is input to the waveform shaping circuit 4,
The signal is converted into a binary signal by inverting the signal that changes in a sinusoidal manner at a zero cross. Then, the signal converted into the binary signal is detected in the gate array circuit 5, for example, by detecting the period between the rising edges thereof.
One pulse signal train is formed at one pitch of the scale, and the pulse signal train is counted by the microcomputer 6 to store the upper absolute value (in this case, a unit of 40 μm) that changes with the movement of the scale. I am trying to do it.
【0021】また、アンプ3で増幅されたA相信号、及
びB相信号は平衡変調器7に入力され、ピッチ間を内挿
する信号処理を行うために、前記した式に示されている
ように、A相、B相のモアレ縞のレベル変化が交番信号
の位相変化なるような信号に変換され、その位相変調さ
れた信号を正弦波状にするローパスフイルタ8に供給さ
れる。また、正弦波状に変換された信号はその零クロス
ポイントで反転すようにコンパレータ9に入力され、2
値信号に変換されたデジタル出力がマイコン6に供給さ
れるようにしている。The A-phase signal and the B-phase signal amplified by the amplifier 3 are input to the balanced modulator 7 and are subjected to signal processing for interpolating between pitches as shown in the above equation. Then, the level change of the A-phase and B-phase moiré fringes is converted into a signal that changes the phase of the alternating signal, and the resulting signal is supplied to a low-pass filter 8 that makes the phase-modulated signal a sine wave. The signal converted into a sine wave is input to the comparator 9 so as to be inverted at the zero cross point,
The digital output converted to the value signal is supplied to the microcomputer 6.
【0022】マイコン6はクロック信号を分周(1/4
0)した信号から、平衡変調器7に対して前記したよう
なデジタル化された搬送波信号CK(a,b,c)を供
給すると共に、位相変調を受けているコンパレータ9の
出力位相と、搬送波信号CK(a,b,c)の基準エッ
ジ間をサンプリング周期としてクロックを計数し、スケ
ールの読み出し情報から1ピッチの刻線間をさらに細か
く分割する内挿パルス信号を形成すると共に、サンプリ
ング周期毎に内挿されたパルス数をカウントし、その値
を1ピッチ内を分割した下位の絶対位置データとして検
出する。The microcomputer 6 divides the clock signal by 1/4 ((
0), the digitized carrier signal CK (a, b, c) is supplied to the balanced modulator 7 as described above, and the output phase of the comparator 9 receiving the phase modulation and the carrier wave The clock is counted using the reference edge of the signal CK (a, b, c) as a sampling period, and an interpolation pulse signal for further dividing the interval between 1-pitch lines is formed from the readout information of the scale. Is counted, and the value is detected as lower-order absolute position data obtained by dividing one pitch.
【0023】すなわち、図2に示すように1ピッチ内の
変位がスケールの移動によって暫増しているときは、サ
ンプリング時点S1、S2、S3・・・・毎に右上がり
の変位が生じる。そしてこのサンプリング毎に変位して
いるデータD1,D2,D3・・・・を、ゲートアレイ
5から出力されている1ピッチ毎にインクリメントされ
ている上位の絶対位置データGと加算して出力すること
によりスケールの全長にわたって絶対値を出力すること
ができる。That is, as shown in FIG. 2, when the displacement within one pitch is temporarily increased due to the movement of the scale, a displacement that rises to the right occurs at each of the sampling times S1, S2, S3,. .., Which are displaced for each sampling, are added to the higher-order absolute position data G which is output from the gate array 5 and incremented for each pitch, and output. Can output an absolute value over the entire length of the scale.
【0024】ところで、本発明の場合は図2に示すよう
に、サンプリング毎に変化している1ピッチ内を内挿す
るデータD1、D2、D3、D4に対して、例えばリク
エスト信号Srが時点Qで入力された場合は、記憶され
ているサンプリング時点S3の確定データD3と、次ぎ
にデータが確定されるサンプリング時点S4のデータD
4、およびこのサンプリング期間t4、および前回のサ
ンプリング時点S3とリクエスト信号Srが入力された
時点Qまでの時間ΔRによって、リクエスト信号が来た
時点でのデータDQ3を「DQ3=D3+(D4ーD
3)*(ΔR/t4)」によって出力するようにしてい
る。In the case of the present invention, as shown in FIG. 2, for example, the request signal Sr is applied to the data D1, D2, D3, and D4 interpolating within one pitch, which changes every sampling, at the time Q. , The stored data D3 at the sampling time point S3 and the data D at the sampling time point S4 at which the next data is determined.
4, and the sampling period t4, and the time ΔR from the previous sampling time S3 and the time Q when the request signal Sr was input, the data DQ3 at the time when the request signal came is expressed as “DQ3 = D3 + (D4−D
3) * (ΔR / t4) ”.
【0025】図3は このような動作を行うためのマイ
コンのフローを示したものである。このフローに沿っ
て、マイコンはステップ100で常にリクエスト信号が
入力されたる待機状態におかれており、リクエスト信号
が入力されると、まず、その時点で上位の絶対値テータ
(ゲートアレイの出力の計測値G)をラッチする(S1
01)。そして、すでに完了している前の時点のサンプ
リングデータ(Dn−1)をステップ102で読み出
し、ステップ103で前のサンプリング時刻(Sn−
1)とリクエスト信号Srが入力された時迄の時間ΔR
を計測して記憶する。FIG. 3 shows a flow of the microcomputer for performing such an operation. In accordance with this flow, the microcomputer is always in a standby state in which a request signal is input in step 100, and when a request signal is input, first, at that time, a higher-order absolute value data (output of a gate array output) The measured value G is latched (S1).
01). Then, the sampling data (Dn-1) at the previous time point which has already been completed is read out at step 102, and the previous sampling time (Sn-
1) and the time ΔR until the request signal Sr is input
Is measured and stored.
【0026】次に、現在サンプリングして計測している
内挿されたデータが確定しているか否かを判断し(S1
04)、データが確定してラッチされるまでの周期(T
n)と、確定したデータDnをよみだす(105)。そ
して、前回サンプリングしたデータ(Dn−1)と今回
のサンプリングデータ(Dn)との差(DnーDn−
1)に対してサンプリング期間Tnと、リクエスト信号
が入力された時間ΔRの比(ΔR/Tn)を乗算した値
をステップ(106)で演算すると共に、内挿数をNと
したとき前記計測値GをN倍した値に加える補間処理を
行い(107)、GN+Dn−1+(DnーDn-1)*
(ΔR/tn)をリクエスト信号の到来時点の絶対値と
して出力するものである。Next, it is determined whether or not the interpolated data currently being sampled and measured is determined (S1).
04), the period (T
n) and the determined data Dn is read (105). Then, the difference (Dn-Dn-D) between the data (Dn-1) sampled last time and the data (Dn) sampled this time is obtained.
A value obtained by multiplying 1) by the sampling period Tn and the ratio (ΔR / Tn) of the time ΔR during which the request signal was input is calculated in step (106), and when the interpolation number is N, the measured value is calculated. Interpolation processing for adding G to the value of N times is performed (107), and GN + Dn-1 + (Dn-Dn-1) *
(ΔR / tn) is output as the absolute value of the arrival time of the request signal.
【0027】このような演算をリクエスト信号が到来す
る毎にマイコン6によって出力すると、リクエスト信号
Srが入力された時点の絶対値がラッチされ、少なくと
も次のサンプル時点までラッチして工作機械側に伝送す
ることができる。When such a calculation is output by the microcomputer 6 every time a request signal arrives, the absolute value at the time when the request signal Sr is input is latched, latched at least until the next sample time, and transmitted to the machine tool side. can do.
【0028】なお、補間処理のときに、計測値Gの取り
込みは、サンプリング周期に同期してインクリメントさ
れるように取り込むことによって、上位の絶対値が変化
したときでも上位+下位の絶対値を正確なタイミングで
出力することができるようになる。During the interpolation process, the measured value G is taken in such a manner that it is incremented in synchronization with the sampling period, so that even when the upper absolute value changes, the upper + lower absolute value can be accurately obtained. Output at an appropriate timing.
【0029】また、補間処理の際に図4に示すようにサ
ンプリング値が暫増している方向にスケールが移動して
いるときは、上位のアブソリュート値GがG+1にイン
クリメントされた直後は、下位の内挿アブソリュート値
(D4)が零になったときは0を40として補間演算
(40ー39)する。同様にサンプリング値が単調に暫
減している方向にスケールが移動しているときは、上位
のアブソリュート値GがGー1に減少するタイミング生
じるが、その直後は、下位のアブソリュート値が39に
なったときに−1を出力するようにフローのルーチンを
設け(0ー1)を補間する。Further, when the scale is moved in the direction in which the sampling value is temporarily increased as shown in FIG. 4 during the interpolation processing, immediately after the upper absolute value G is incremented to G + 1, the lower absolute value G becomes lower. When the interpolation absolute value (D4) becomes zero, 0 is set to 40 and the interpolation calculation (40-39) is performed. Similarly, when the scale moves in the direction in which the sampling value monotonously decreases, the timing occurs in which the upper absolute value G decreases to G-1, but immediately thereafter, the lower absolute value changes to 39. A flow routine is provided so as to output -1 when it becomes, and (0-1) is interpolated.
【0030】この発明では、リクエスト到来時のデータ
は補間処理によって演算することができるようになされ
ているので、サンプリング周期は前記実施例に示したタ
イミングに拘わらず、マイコンの処理速度に応じて任意
に定めることができる。According to the present invention, the data at the time of the arrival of the request can be calculated by the interpolation processing. Therefore, the sampling period can be set arbitrarily in accordance with the processing speed of the microcomputer regardless of the timing shown in the above embodiment. Can be determined.
【0031】[0031]
【発明の効果】本発明は以上説明したように従来の相対
的な移動距離を測定している位相分割による内挿パルス
出力手段を利用して、下位のアブソリュート値をリクエ
スト信号に対応して出力する場合、このリクエスト信号
が入力された時点とサンプリング周期の比を検出してリ
クエスト時点の下位の絶対値が補間されて出力できるよ
うにしているので、リクエストのタイミングに合致した
アブソリュート値を出力することができるという効果が
ある。As described above, according to the present invention, the lower absolute value is output in response to the request signal by using the conventional interpolation pulse output means by phase division which measures the relative moving distance. In this case, since the ratio between the time when the request signal is input and the sampling period is detected and the lower absolute value at the request time is interpolated and output, an absolute value that matches the request timing is output. There is an effect that can be.
【図1】 本発明のリニヤスケールの絶対値を検出する
ための一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example for detecting an absolute value of a linear scale according to the present invention.
【図2】内挿された絶対値データとリクエスト信号、及
びサンプリング周期の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of interpolated absolute value data, a request signal, and a sampling cycle.
【図3】絶対値を出力するためのマイコンの動作を示す
フローである。FIG. 3 is a flowchart showing an operation of a microcomputer for outputting an absolute value.
【図4】上位データのインクリメントされたときの下位
のデータの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of lower-order data when higher-order data is incremented;
【図5】 光学式スケールの原理図である。FIG. 5 is a principle diagram of an optical scale.
【図6】 モアレ縞を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing moire fringes.
【図7】 モアレ縞の移動を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing movement of moire fringes.
【図8】 光電変換素子を設置する位置を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing a position where a photoelectric conversion element is installed.
【図9】 A相信号とB相信号との波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram of an A-phase signal and a B-phase signal.
【図10】A相、B相信号からアブソリュート値を得る
ための説明回路図である。FIG. 10 is an explanatory circuit diagram for obtaining an absolute value from A-phase and B-phase signals.
【図11】 位相変調回路の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a phase modulation circuit.
【図12】 位相変調回路のタイミング図である。FIG. 12 is a timing chart of the phase modulation circuit.
【図13】 下位の内挿データを得るための説明波形図
である。FIG. 13 is an explanatory waveform chart for obtaining lower interpolation data.
【図14】 下位の内挿データをリクエスト信号によっ
て出力する際の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram when lower interpolation data is output by a request signal.
1 光源 2 フォーとダイオード 3 アンプ
4 波形整形回路 5 ゲートアレイ 6 マイコン 7 変調器
8 ローパスフイルタ 9 コンパレータ 101
メインスケール 103インデックスス1 light source 2 pho and diode 3 amplifier
4 Waveform shaping circuit 5 Gate array 6 Microcomputer 7 Modulator
8 Low-pass filter 9 Comparator 101
Main scale 103 indexes
Claims (2)
ている刻線を有するメインスケールと、 前記メインスケールに対して、移動可能に配置され前記
刻線に対して交差する刻線が設けられているインデック
ススケールと、 前記両スケール間の刻線によって発生するモアレ縞を検
出し、相対的に単位長移動する毎に周期的に変化する信
号を発生する光電変換手段と、 前記光電変換手段から出力される刻線ピッチに対応した
2値信号パルス列を形成し、スケールの移動位置をパル
ス数(G)として出力する上位検出手段と、 前記光電変換手段で取り込んだ信号を所定の周波数の搬
送波信号によって平衡位相変調する変調手段と、 前記変調手段で位相変調された変調信号と前記搬送波信
号の位相差をサンプリング周期tnで検出し、1ピッチ
内を内挿するデータ(Dn)を出力する内挿データを生
成する下位検出手段とを備え、 前記サンプリング周期のエッジと外部から供給されたリ
クエスト信号の入力タイミング期間を計測した値(Δ
R)と、当該サンプリング周期(tn)の比(ΔR/t
n)を計測し、前記内挿データ数をNとしたときに、 NG+Dn-1+(DnーDn-1)×(ΔR/Tn)をスケ
ールのアブソリュート値として出力することを特徴とす
るアブソリュートリニヤスケール。1. A main scale having a score line graduated at least at equal intervals in a length direction, and a score line movably disposed with respect to the main scale and intersecting the score line. Index scale, a photoelectric conversion unit that detects a moiré fringe generated by a score line between the two scales, and generates a signal that periodically changes each time the unit moves relatively unit length; and Higher-order detection means for forming a binary signal pulse train corresponding to the ruled line pitch to be output and outputting the moving position of the scale as the number of pulses (G), and a carrier signal of a predetermined frequency which is a signal fetched by the photoelectric conversion means. A phase difference between the modulation signal phase-modulated by the modulation means and the carrier signal is detected at a sampling period tn. And a lower detection means for generating interpolation data among the output interpolated data (Dn), the sampling period of the edge and the value obtained by measuring the input timing period of the external request signal supplied from the (delta
R) and the ratio (ΔR / t) of the sampling period (tn).
n), and when the number of interpolated data is N, NG + Dn-1 + (Dn-Dn-1) .times. (. DELTA.R / Tn) is output as an absolute value of the scale. .
期と同期してパルス数(G)をラッチすることを特徴と
する請求項1に記載のアブソリュートリニヤスケール。2. The absolute trinier scale according to claim 1, wherein said upper detecting means latches the number of pulses (G) in synchronization with said sampling period.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13171398A JPH11325971A (en) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Absolute linear scale |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13171398A JPH11325971A (en) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Absolute linear scale |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11325971A true JPH11325971A (en) | 1999-11-26 |
Family
ID=15064467
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13171398A Pending JPH11325971A (en) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Absolute linear scale |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11325971A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011053216A (en) * | 2009-09-01 | 2011-03-17 | Samsung Electronics Co Ltd | Method and system for measuring distance, and distance sensor |
JP2011151161A (en) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Nikon Corp | Measuring method, exposing method, aligner, and device manufacturing method |
-
1998
- 1998-05-14 JP JP13171398A patent/JPH11325971A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011053216A (en) * | 2009-09-01 | 2011-03-17 | Samsung Electronics Co Ltd | Method and system for measuring distance, and distance sensor |
JP2011151161A (en) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Nikon Corp | Measuring method, exposing method, aligner, and device manufacturing method |
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Legal Events
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---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040113 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20040312 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040420 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |