JPS60120216A

JPS60120216A - 光電式変位検出装置

Info

Publication number: JPS60120216A
Application number: JP22785983A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Sakamoto; 仁坂本; Etsuo Nagashima; 長島　悦夫; Makoto Nagai; 長井　良
Original assignee: Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1983-12-02
Filing date: 1983-12-02
Publication date: 1985-06-27
Also published as: JPH0360042B2

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】この発明は充電式変位検出装置に係り、特に一定ピツチ
の測長スリット列を備えるメインスケールと、このメイ
ンスケールの測長スリット列と同一ピッチの測長ゲート
スリット列を備え、前記メインスケールに対して、スリ
ット列方向に平行に相対移動可能に配置されたインデッ
クススケールと、これらメインスケール及びインデック
ススケールを透過又は反射した光を受光し、該メインス
ケールとインデックススケールの相対移動時に、各々の
スリットの重なりの繰返しにより形成される前記光の明
暗の繰返し数から測長信号を発生する測長光電変換器と
、を有してなる光電式変位検出装置の改良に関する。

上記のような光電式変位検出装置は、非接触且つ高精度
に変位を検出できるので多くの分野で採用されているが
、副長方向に対して検出信号が増加減少を繰返す関数曲
線を描くために、検出信号を例えばデジタル信号に処理
してデジタル表示した場合であっても、この信号のみか
らでは物理的絶対原点が不明であり、従って、絶対原点
を特定する他の手段が必要であった。

かかる光電式変位検出装置における絶対原点を特定する
手段としては、従来法のようなものがあった。

まず、メインスケールとインデックススケールとが任意
相対位置にある時、他の検出手段、例えばダイヤルゲー
ジ、を利用してカウンタ等を含むデジタル表示器の表示
値を強制的に零セットする方法がある。

この方法は簡便ではあるが、μ−の単位の精度で絶対原
点を定めることは、困難な場合がある。

又、測定中に電源が遮断された場合、再度の零クリア作
業が必要となり、更に、再度の零クリアによっても先の
原点と一致して零セットをすることが困難であるという
問題点があった。

次に、メインスケールに、副長スリット列とは別に参照
マークを該測長スリット列と並列して設け、且つ、イン
デックススケール側には該参照マークを検知すべき対応
マークを測長ゲートスリット列とは別個に設けて、この
対応マークにより前記参照マークを検出して、その位置
を絶対原点とする方法がある。

この方法によれば、絶対原点を正確に得ることはできる
が、参照マークは測長スリットに沿って多数配置されて
いて、実際の測定時には、これらの複数の参照マークの
一つにインデックススケールの対応マークを重ねて位置
させ、これによって参照マークを読込んで絶対原点を設
定しなければならず、従って、複数の参照マークから一
つ、の参照マークを特定する作業が必要となり、容易迅
速に絶対原点を設定することができないという問題点が
ある。

又、他の手段として、特公昭５Ｂ−４０６８４５公報に
記載されるように、メインスケールに測長スリット列と
並列して多数の参照マークを設けると共に、該メインス
ケールに沿って、変位可能な参照マーク選択スイッチを
設け、予めこの参照マーク選択スイッチを所望の参照マ
ークと対応する位置に固定し、インデックススケール側
の対応マークが参照マークを検出すると同時に参照マー
ク選択スイッチが作動された時、該参照マークを絶対原
点としてセットする方法がある。

しかしながら、この方法においても、参照マーク選択ス
イッチをとの参照マークに対応する位置に固定するか、
あるいは、複数の対応マーク選択スイッチのうちいずれ
を使用すべきかの判定作業が必要であり、自動的に且つ
迅速に絶対原点を設定することができないという問題点
がある。

又、上記のように参照マーク選択スイッチを設ける場合
は、変位検出装置自体が長大となるのみならず、コスト
が増大するという問題点もある。

この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、容易迅速且つ自動的に絶対原点を設定することが
できるようにした充電式変位検出装置を提供することを
目的とする。

又この発明は、装置のｌ１ｆｆｉ及び長さの増大並びに
コストの増加を伴なうことなく確実に絶対原点を設定且
つ検出できるようにした光電式変位検出装置を提供する
ことを目的とする。

この発明は、一定ピツチの測長スリット列を備えるメイ
ンスケールと、このメインスケールの副長スリット列と
同一ピッチの測長ゲートスリット列を備え、前記メイン
スケールに対して、スリット列方向と平行に相対移動可
能に配置されたインデックススケールと、これらメイン
スケール及びインデックススケールを透過又は反射した
光を受光し、該メインスケールとインデックススケール
の相対移動時に、各々のスリット列におけるスリットの
重なりの繰返しにより形成される前記光の明暗の繰返し
数から測長信号を発生する測長光電変換器と、を有して
なる光電式変位検出装置において、前記メインスケール
に、前記測長スリット列と並行して不等ピッチで配設さ
れた複数の参照マークと、前記インデックススケールに
設けられ、前記参照マークを検出するマーク検出手段と
、これら各参照マーク位置の閣の前記測長スリットを、
測長スリット群とした時、前記マーク検出手段の検出信
号で作動され、該参照マークと次の参照マーク間におけ
る前記測長スリット群のスリット数を計数するスリット
計数手段と、このスリット計数手段により計数されたス
リット数を、参照マーク選択設定器で予め設定されたス
リット数と比較して、両スリット数が合致したか否かを
確認してその信号を出力する測長スリット数確認手段か
らの合致信号、及び、前記マーク検出手段からの前記合
致信号の入力直模のマーク検出信号を条件に該検出され
た参照マーク位置を測長原点とする原点設定手段とを備
えることにより上記目的を達成するものである。

又この発明は、前記スリット計数手段を、前記測長光電
変換器から出力される測長信号を計数する測長用カウン
タから構成することにより上記目的を達成するものであ
る。

又この発明は、前記スリット計数手段を、前記測長用光
電変換器から出力される測長信号を計数する副長用カウ
ンタとは別個に設けられた補助カウンタから構成するこ
により上記目的を達成するものである。

又この発明は、前記各参照マーク園の測長スリット列の
スリット数を、メインスケールの一端側から他端側に順
次増大させることにより上記目的を達成するものである
。

又この発明は、前記各参照マーク間の副長スリット列の
スリット数を、メインスケールの略中央位置を中心とし
て、両端方向に対称位置の測長スリット群において同数
とすることにより上記目的を達成するものである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

一定ピツチの測長スリット列１２を備えるメインスケー
ル１０と、このメインスケール１０の副長スリット列１
２と同一ピッチの測長ゲートスリット列１４を備え、前
記メインスケール１０に対して、スリット列方向に平行
に相対移動可能に配置されたインデックススケール１６
と、これらメインスケール１０及びインデックススケー
ル１６を透過又は反射した光を受光し、該メインスケー
ル１０とインデックススケール１６の相対移動時に、各
々のスリットの重なりの繰返しにより形成される前記光
の明暗の繰返し数から測長信号を発生する測長光電＊換
器１８と、を有してなる光電式変位検出装置において、
前記メインスケール１０に、前記副長スリット列１２と
並行して、不等ピッチで配設された複数の参照マーク２
２Ａ、２２８１２２Ｃ，・・・と、前記インデックスス
ケール１６に設けられ、前記参照マーク２２を検出する
マーク検出手段２４と、このマーク検出手段２４の検出
信号で作動され、前記各参照マーク２２Ａ１２２Ｂ、２
２Ｃ，・・・間の測長スリット列１２を、順次副長スリ
ット群１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ１・・・とじた時、該検
出された参照マークと次の参照マーク間の前記測長スリ
ット群１２Ａ１又は１２Ｂ、又は１２Ｃ１・・・のスリ
ット数を読取るカウンタからなるスリット計数手段２６
と、このスリット計数手段２６により読取られたスリッ
ト数を、参照マーク設定器２８で予め設定されたスリッ
ト数と比較して、両スリット数が合致したか否かを確認
してその信号を出力する比較器からなる副長スリット数
確認手段３０と、この測長スリット数確認手段３０から
の合致信号、及び、前記マーク検出手段２４からの前記
合致信号の入力直後のマーク検出信号、を条件に該検出
された参照マーク２２位置を測長原点とする原点設定手
段３２と、を備えてなるものである。

前記参照マーク２２はランダムパターンのスリットとさ
れ、又、前記マーク検出手段２４は、前記参照マーク２
２に対応するランダムパターンのスリットからなる基準
ゲートスリット３４、及び、この基準ゲートスリット３
４と前記参照マーク２２との重なり合いを検知する光電
変換器３６とから構成されている。

又、前記測長ゲートスリット列１４は、相互に半ピツチ
位相をずらして形成された一対の第１、及び第２の測長
ゲートスリット列１４Ａ、１４Ｂから構成されている。

これら第１及び第２の副長ゲートスリット列１４Ａ１１
４Ｂは、インデックススケール１６のメインスケール１
０に対する相対移動方向に離間して配置されると共に、
一方の測長ゲートスリット列に対して他方の副長スリッ
ト列のスリットのピッチが、半ピツチずらされている。

又、前記測長光電変換器１８は、前記第１及び第２の測
長ゲートスリット列１４Ａ、１４Ｂに対応して、第１及
び第２の測長光電変換器１８Ａ１１８Ｂから構成されて
いる。

ここで、前記メインスケール１０における副長スリット
列１２の測長スリットは、その明部及び暗部の幅がそれ
ぞれ４μ和とされ、従って、１ピツチは８μｍとされて
いる。

又、該副長スリット列における副長スリット数１２Ａ、
１２Ｂ、１２Ｃ１・・・のスリット数は、例えば、第１
図において左端の副長スリット群１２Ａは１２５００ピ
ツチ（１０ｃｍ相当）、次の測長スリット群１２Ｂは１
３０００ピツチ（１０印＋４ｎ相当）、・・・と定め、
メインスケール１０の左端から右端に向かって順次その
ピッチ数即ちスリット数が増大されるようにして形成す
る。

前記スリット数選択設定器２８は、前記各参照マーク間
の副長スリット群に対応するピッチ数により、いずれか
の副長スリット群を選択できるようにされている。

第２図の符＠３８は信号処理部を示し、その信号処理部
３８は、前記第１の測長光電変換器１８Ａからのアナロ
グ入力信号をデジタルパルス信号に変換して、前記スリ
ット計数手段２６に出力すると共に、前記第１及び第２
の測長光電変換器１８Ａ、１８Ｂからの入力信号の位相
差によってインデックススケール１６が図において右方
向あるいは左方向に進んでいるかを判別して、その方向
に応じて前記スリット計数手段２６にプラス又はマイナ
スの信号を出力するものである。

又、図の符号４０は表示部を示し、前記スリット計数手
段２６からの出力即ちパルスカウント数に対応して測定
寸法を表示又は記録するようにされている。

次に上記実施例の作用を、第３図を参照して説明する。

まず、第１図において、左端ＴｏＸら５番目の参照マー
ク２２Ｅを絶対原点とする場合は、測長スリット群１２
Ｄのスリット数又はピッチ数をスリット数選択設定器２
８によって設定する。

副長スリット数確認手段３０は、第３図に示されるよう
に、ステップ１０１で前記スリット数選択設定器２８に
よる設定値即ち、スリット群を識別する信号を読取る。

このＶ態で、メインスケール１０に対してインデックス
スケール１６を第１図において右方向に相対的に移動さ
せると、該インデックススケール１６に設けられたマー
ク検出手段２４が、参照マーク２２Ｂを、次いで、参照
マーク２２Ｃを、更には参照マーク２２Ｄ１参照マーク
２２Ｅを順次走査してくる。

この場合、マーク検出手段２４における基準ゲートスリ
ット３４が、参照マーク２２に合致する時に、光電変換
器３６の出力に応じて、原点設定手段３２に基準ゲート
信号が出力される（ステップ１０２参照）。

一方、スリット計数手段２６は、信号処理部３８から出
力されるデジタルパルス信号の数をカウントし、これを
副長スリット数確認手段３０に出力する。

この副長スリット数確認手段３０は、スリット数選択設
定器２８からの設定値とスリット計数手段２６からの出
力信号を比較して、信号処理部３Ｂからのパルス数即ち
予めスリット数選択設定器２８によって設定されたスリ
ット群１２Ｄのスリット数と比較して、両者の一致又は
不一致の信号を原点設定手段３２に出力する（ステップ
１０３）この原点設定手段３２は、測長スリット数確認
手段３０からの合致信号の正否に応じて、否の時はスリ
ット計数手段２６をクリアする信号を出力して該スリッ
ト計数手段２６を零クリアする（ステップ１０４）、な
お、スリット計数手段２６は、当然手動でも零クリアで
きる。

スリット計数手段２６はクリアされた後再度信号処理部
３８からのパルス信号をカウントする。

合致信号が正の場合、即ち、測長ゲートスリット列１４
Ａ、１４Ｂが測長スリット群１２Ｄを通過した時に、参
照マーク２２Ｅの位置を絶対原点として設定すると共に
、測長スリット数確認手段３０に原点設定完了信号を出
力し、更に、スリット計数手段２６にカウンタクリア信
号を出力する（ステップ１０５）。この時から、スリッ
ト計数手段２６は測長モードに切換えられ（ステップ１
０６）通常の測定時の状態となる。

従って、表示部４０には、この測定モードに切換えられ
た後に前記設定された絶対原点からの距離が表示又は記
録されることになる。

又、他の位置の参照マーク２２を絶対原点とする場合は
、前述と同様に、スリット数選択設定器２８によって該
当する測長スリット群を選び、それを、副長スリット数
確認手段３２に読取らせることによって当該測長スリッ
ト群に隣接する参照マーク２２を絶対原点とすることが
できる。

ここで、前記スリット数選択設定器２８を予め決定され
たプログラムに応じて絶対原点を順次変更して選択でき
るようにしておけば、例えばＮＣ工作機械等の制ｔＩｌ
装置に連動させることにより、機械加工の順序に従って
、順次絶対原点を変更して、最適の測定を行うことが自
動的にできる。

又、絶対原点を機械加工によって加工すべき材料の形状
大きさに応じて迅速且つ容易に変更することができる。

ここで、前記測長スリット群１２Ａ、１２Ｂ。

１２Ｃ１・・・は、１２Ａ側からそのピッチ数が順次５
００ピツチづつ増大されるように形成されているが、こ
れは、ランダムに増減されるようにしてもよく、又、そ
の増加ピッチ数は、最低コピツチあればよい。

即ち、測長スリット列１２における副長スリット列１２
及び測長ゲートスリット列１４における副長スリットの
明部及び暗部の幅を、前述の如く、各々例えば４μ−と
して、測長光電変換器１８から得られたアナログ信号を
８分割すれば、信号処理８ＩＸ３８から導出されるパル
ス信号は、その１パルス分が１μ−となり、この変位測
定器は１μｍの分解能を有するので、前記測長スリット
群の差が副長スリットの１ピッチ分づつであってもこれ
を判別できる。

なお、前記実施例においては、測長スリット群の指定は
、該測長スリット群相当のパルス数によってスリット数
選択設定器２８により行う寿うにしているが、これは、
他の指定手段例えば、メインスケール１０の端部からの
絶対長さとして指定するようにしてもよく、又、前述の
如＜ＮＣ工作機械等において、順次絶対原点が変更され
るような場合、第２図において２点鎖線で示されるよう
に、該工作機械等の制御装置２９の制御信号を用いて測
長スリット数を指定するようにしてもよい。

又、上記実施例の場合、インデックススケール１６がメ
インスケール１０に対して第１図の左方向から右方向へ
相対移動する場合について述べたが、測長スリット群と
の関係で参照マーク２２を特定する手段として、当該参
照マーク２２の図において右側の測長スリット群あるい
は両側の測長スリット群を利用して絶対原点を特定する
ようにしてもよい。

又、上記実施例は、前述の如く、副長スリット群のスリ
ット数を、図において左側から右方向に向かって順次増
加するように配置したものであるが、これは、順次減少
させるようにしてもよく、又、例えば、メインスケ、−
ル１０の中心部から左右方向に左右対象位置の測長スリ
ット群を同一のスリット数とするようにしてもよい。

更に、前記測長スリット群は、そのスリット数を、順次
循環して増減するように配置してもよい。

又、前記参照マーク２２は、スリットをランダムに形成
したランダムパターンとしたものであるが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、例えば、参照マーク２２は
、スリットとは全く別個のマークであってもよい。これ
らの場合、前記基準ゲートスリット３４は、当然、参照
マーク２２と対応するパターンの検出マークとする。

又、上記実施例において、前記測長スリット数確認手段
３０は、スリット数選択設定器２８により指定されたパ
ルス数と、スリット計数手段２６から入力されるパルス
数とを比較して、両者が一致した時に合致信号を出力す
るようにされているが、両パルス数が、正確に一致した
時にのみ合致信号を出力するとした場合は、その正確な
作動が時間的に困難な場合があるために、設定値の上下
に一定の許容範囲を設け、この許容範囲内で両パルス数
が一致した時に合致信号を出力するように設定するとよ
い。但し、この場合は、各測長スリット群間のスリット
数の差を、前記許容範囲よりも多くしなければならない
。

又、上記実施例は、測長作業時に利用されるカウンタを
スリット計数手段２６として利用したものであるが、本
発明はこれに限定されるものでなく、第４図に示される
ように、測長用カウンタ４２とは別に補助カウンタを設
けこれをスリット計数手段２６としてもよい。

この場合、主カウンタ４２と信号処理部３８との間に切
換装置４４を設けこの切換装置４４を前記原点設定手段
３２によって、原点設定時に切換えることにより、信号
処理部３８からの出力信号が主カウンタ４２側とスリッ
ト計数手段２６側とに切換えて出力されるようにする。

この実施例の場合、スリット計数手段２６は、副長に使
用する主カウンタ４２よりも分解能の粗いものであって
もよいので、構造が簡単である。

但し、第２図に示されるように、主カウンタをスリット
計数手段２６として利用する場合は、より構成が簡単と
なるという利点がある。

又、カウンタが複数台直列に配置された光電式変位検出
装置においても、各々の原点設定を容易に行うことがで
きる。

本発明は上記のように構成したので、簡単な構成で、且
つ、装置の大型化、重量増大及び大幅なコスト増大を伴
なうことなく、絶対原点を容易確実にしかも、自動的に
設定することができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る充電式変位検出装置の要部を示す
分解平面図、第２図は同実施例を示す一部断面図を含む
ブロック図、第３図は同実施例の作用を説明する流れ図
、第４図は本発明の他の実施例を示すブロック図である
。１０・・・メインスケール、１２・・・副長スリット列、１２Ａ、１２８１１２０１１２Ｄ。１２Ｅ１１２Ｆ・・・測長スリット群、１４．１４Ａ、
１４Ｂ・・・測長ゲートスリット列、１６・・・インデ
ックススケール、１８．１８Ａ、１８Ｂ・・・測長光電変換器、２２．２
２Ａ、２２８，２２０，２２Ｄ。２２Ｅ、２２Ｆ・・・参照マーク、２４・・・マーク検出手段、２６・・・スリット計数手段、２８・・・スリット数選択設定器、３０・・・副長スリット数確認手段、３２・・・原点設定手段、３４・・・基準ゲートスリット、３６・・・光電変換器。代理人　松　山　圭　佑（ほか１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一定ピツチの副長スリット列を備えるメインスケ
ールと、このメインスケールの測長スリット列と同一ピ
ッチの測長ゲートスリット列を備え、前記メインスケー
ルに対して、スリット列方向と平行に相対移動可能に配
置されたインデックススケールと、これらメインスケー
ル及びインデックススケールを透過又は反射した光を受
光し、該メインスケールとインデックススケールの相対
移動時に、各々のスリット列におけるスリットの重なり
の轢返しにより形成される前記光の明暗の繰返し数から
副長信号を発生する測長光電変換器と、を有してなる光
電式変位検出装置において、前記メインスケールに、前
記副長スリット列と並行して不等ピッチで配設された複
数の参照マークと、前記インデックススケールに設けら
れ、前記参照マークを検出するマーク検出手段と、これ
ら各参照マーク位置の間の前記副長スリットを、−長ス
リツト群とした時、前記マーク検出手段の検出信号で作
動され、該参照マークと次の参照マーク間における前記
測長スリット群のスリット数を計数するスリット計数手
段と、このスリット計数手段により計数されたスリット
数を、参照マーク選択設定器で予め設定されたスリット
数と比較して、両スリット数が合致したか否かを確認し
てその信号を出力する副長スリット数確認手段と、この
副長スリット数確認手段からの合致信号及び前記マーク
検出手段からの前記合致信号の入力直後のマーク検出信
号を条件に該検出された参照マーク位置を測長原点とす
る原点設定手段と、を有してなる光電式変位検出装置。
（２）前記スリット計数手段は、前記測長光電変換器か
ら出力される測長信号を計数する測長用カウンタから構
成ざた特許請求の範囲第１項記載の光電式変位検出装置
。
（３）前記スリット計数手段は、前記副長用光電変換器
から出力される測長信号を計数する測長用カウンタとは
別個に設けられた補助カウンタから構成された特許請求
の範囲第１項記載の光電式変位検出装置。
（４）前記各参照マーク間の副長スリット列のスリット
数は、前記メインスケールの一端側から他端側に順次増
大されてなる特許請求の範囲第１項乃至第３項のうちい
ずれかに記載の光電式変位検出装置。
（５）前記各参照マーク間の測長スリット列のスリット
数は、メインスケールの略中央位置を中心として、両端
方向に対称位置の参照マーク間において同数とされた特
許請求の範囲第１項乃至第６項のうちいずれかに記載の
光電式変位検出装置。