JP4668396B2 - Origin signal generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二物体間の相対移動量を測定するリニヤスケールに関するものであり、特にこのようなスケールにおいて、基準位置を原点信号として出力することにより、例えば、工作機械等の移動量を絶対値で知ることができるようにした測長装置の原点信号発生装置に関するものである。
【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相対移動量を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、このための測定装置が種々製品化されている。
そのひとつとして、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が従来から知られている。この光学式スケールは、図4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。
【0003】
なお、メインスケール101及びインデックススケール103に設けた格子は、ガラススケール100,102にクロムを真空蒸着し、エッチングすることにより形成された同一ピッチの格子により形成されている。
このように配置すると、図5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方向に応じて上から下、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、モアレ縞の間隔Wは、光学的に格子間隔Pを1/θ倍に拡大した間隔とされていることになる。このため、格子が1ピッチP移動すると、モアレ縞はWだけ変位することになり、Wの上下方向の変化を読み取ることにより、ピッチP内の移動量を精密に測定することができるようになる。
【0004】
例えば、図6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。
すなわち、モアレ縞のパターンが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。
【0005】
図6においては、光電変換素子110を一つだけ設けるようにしたが、図7に示すように、一周期(間隔W)と90゜ずらせて2つの光電変換素子111,112を設けるようにすると、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8に示すように90゜偏移した電流となる。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(A相信号)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(B相信号となる。
このように、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相信号に対するB相信号の位相は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スケールの相対的な移動方向を検出することができる。
【0006】
以上説明した原理を利用した光学式スケールの斜視図の概要を図9に示す。 この図において、細長いメインスケール101の一面には蒸着されたクロムにより形成された同一ピッチの格子が刻線されており、このメインスケール101を抱持するコの字形ホルダ104の一面にインデックススケール103が固着されている。このインデックススケール103のメインスケールに対向する面には、メインスケール101と同様に蒸着されたクロムにより形成された同一ピッチの格子が刻線されており、このインデックススケール103の裏側には光電変換素子113が設けられている。
【0007】
さらに、図10に示すようにコの字形ホルダ104のメインスケール101の反対側に位置する面には、光源105を配置してメインスケール101とインデックススケール103を透過する光を光電変換素子113によって検出するように構成している。
そして、メインスケール101とインデックススケール103とは互いに移動可能とされている。
なお、前記したようにメインスケール101の格子(刻線)に対してインデックススケール103の格子(刻線)は微小間隔を持って対向していると共に、微小角度傾けられるようにされている。
【0008】
このように構成された光学式スケールの原理構造の横断面図10から、光源105から照射された光はガラス製のメインスケール101を透過し、さらにガラス製のインデックススケール103を透過した後、光電変換素子113によりモアレ縞として受光される。
この光電変換素子113からは前記図8に示す互いに90゜の位相差を有するA相の信号とB相の信号とが出力され、この2つの信号から前記のように移動方向及び移動距離を測定することができる。
なお、光電変換素子113には通常4個の光電変換素子が設けられ、そのうちの2個で上記A相信号とB相信号、他の2個でこれらの信号を反転したA相信号とB相信号を出力し、A相同志とB相同志を加算器に入力することによって振幅が2倍となっているA相信号、及びB相信号を得るようにしている。
【0009】
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原点からの移動量としてプログラムされるため、この相対的移動量は原点からの移動量として測定する必要がある。
そこで、通常メインスケールに予め原点位置が設けられ、この原点位置をインデックススケールが通過した時に原点が検出され、この原点検出信号はNC装置に供給されてNC装置をリセットすることにより、原点位置をNC装置にセッテイングするようにしていた。
そこで、上記したような光電式リニヤスケールにおいて図11(a)に示すようにメインスケール101の刻線位置とは異なる所定のトラック位置に、基準点となる原点Zを示す刻線(格子)109、または反射板を設け、この原点となる格子109または反射板を通過する、または反射する光をモアレ縞として検出する光電変換素子を配置しておくと、メインスケール101とインデックススケール103が特定の位置関係になっているときだけを原点の信号として検出することができるようになる。
【0010】
すなわち、図11(b)に示すように、この原点Zの位置においてもメインスケール101の1ピッチPの間で図6の場合と同様に振幅が変化する太線の信号Szが原点位置信号として検出されるから、この原点位置検出信号Szの波形のピーク点を、例えば同図(b)に示すように所定のレベルTHでクリップして原点パルス信号Pzを形成すると、この原点パルス信号Pzの立ち上がり点をメインスケールの原点Zとすることができる。
なお、検出方法によっては原点信号の極性は正の値とすることができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この原点位置の信号は、一般的にメインスケール101とインデックススケール103の相対的な移動によって検出されるが、原点Zを通過する方向や、そのときのスケールの相対的な移動速度によって検出信号のレベルが図の点線、または一点差線で示すように変化し、原点信号波形に基づいて形成される原点パルス信号の位置(Pz1,Pz2)も変化するという問題が生じる。
【0012】
そのため、原点を決定する際はこの原点信号のレベルを調整して所定のパルス幅となるように、例えば、所定の治具とオシロスコープ等を使用し調整する作業が必要になる。
しかし、スケールを完成して原点位置を設定する際に熟練した作業者が念入りに調整を行う必要があり、作業効率が悪いという問題が生じる。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる問題点を低減することを目的としてなされたもので第1の発明では、少なくとも原点位置を示す第1の刻線と、長さ方向に等間隔で目盛られている第2の刻線が設けられてい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、前記第1の刻線から所定の位置で出力される原点信号を検出すると共に、前記第2の刻線からスケールの相対的な移動量を示すA相、及びB相信号波形を検出する検出手段と、前記A相、及びB相信号波形の1周期を所定の数で分割した内挿パルス信号を出力する内挿パルス発生部とを備え、前記原点信号の基準点から所定の幅を有する内部原点信号を発生する内部原点信号発生部と、前記基準点のタイミングが前記A相、またはB相信号波形のどの位相領域(象限)に属するかを判別するパターン検出部と、前記パターン検出部によって判別された前記第1の位相領域より遅れた第2の位相領域内の所定の位置で前記内挿パルス信号に基づいて基準原点信号を生成するタイミングデータ部と、前記基準原点信号と前記内部原点信号の一致により原点位置を決定する一致検出部を有するようにしたものである。
【0014】
また、上記原点信号の基準点は、ピーク検出部が原点信号Zin波形のピーク点を検出した時点から所定の電圧ΔVだけ低下した時点で基準信号ZDが出力されるよう構成し、前記内部原点信号発生部は、前記基準信号ZD波形の立ち下がり点から所定のパルス幅の信号を得る回路によって構成され、前記タイミングデーター部は、原点信号が得られた位相領域から2つ先の領域を設定して基準原点信号を出力するタイミング期間を定める。また、上記内挿パルス信号発生部は前記メインスケールの刻線間を分割したアブソリュート値を示す計数パルスとして出力され、スケール移動量を示すA/B相パルス信号を形成するように構成されている。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を光学式リニヤケールに適応したときの実施の形態を示すブロック図である。
以下、この図1と、図2に示されているタイミング波形を参照して、基準点の設定動作を説明する。
これらの図において、アナログA、およびBは前記した図8に示すように90度の位相差を有する正弦波状のA相信号及びB相信号がリサージュ波形として入力されていることを示し、このリサージュ波形を例えばその位相で20分割して内挿パルス信号を出力する内挿パルス発生部11に供給されている。
【0016】
この内挿パルス発生部11は、本出願人が先に提案した(特願2000-148330号)にも記載されているように、A/D変換器、サンプリング回路等によって構成することができ、それぞれ入力されたA相信号(B相信号)の1周期の位相を少なくとも20分割するようなサンプリングクロックによって標本化し、その標本化レベルを所定の値と比較して1または0を繰り返す2値信号を発生する。
したがって、スケールの1ピッチが20μmの場合は内挿パルス信号の周期は1μmのA1信号と、このA1信号と90度移相しているB1信号が出力されるように構成されている。
【0017】
また、12は同じく入力されたA/B信号を例えば象限別に分割する位相分割部であり、例えば、スケールの移動量を示す前記正弦波状のリサージュ波形の1周期を4分割したA5信号、およびB5信号を出力する。
したがって、スケールの1ピッチの刻線が20μmの場合は、位相分割部12の出力は図2のA5、及びB5に見られるようにその1周期が5μmの移動量を示す波形となる。
【0018】
13はリニヤスケールにおいてA相信号とB相信号の位相状態を検出してリニヤスケールが移動している方向を判別する方向判別部であり、例えばA相信号がB相信号に対して90度移相が進んでいる時を順方向、B相信号の方が90度進んでいるときは逆方向にスケールが移動していることを示す。
【0019】
14は前記したようにスケールの特定の位置から検出される原点信号Zinの信号波形のピーク検出部であり、図2の原点信号Zinに示されているように波形のピーク点を検出した時点から所定の電圧ΔVだけ低下した時点で基準信号ZDが出力されるように構成している。このような回路は例えば後で述べるように図3に示すような回路によって構成することができる。
そしてこの立ち下がり信号のエッジで次の内部原点信号発生部15がトリガされ、所定のパルス幅の内部原点信号SYNC1が出力されるようにしている。
【0020】
内部原点信号発生部15は図2のSYNC1信号に見られるように基準信号ZD波形の立ち下がり点から所定のパルス幅の信号を得る回路によって構成される。
このような回路は基準信号ZDの立ち下がりエッジでセットされ、2領域先のA5信号のエッジでリセットされるような相安定マルチバイブレータによって構成することができる。
【0021】
16は前記内挿パルス信号発生部11の出力であるA1相信号、またはB1相信号のパルス数をカウントしているABSカウンタであり、その計数値が次のシンク生成部17に供給される。
ABSカウンタ16は、図示されていないがリサージュ波形の0度でリセットされ1サイクルで計数を繰り返すように構成されている。
例えば、本実施例の場合は0〜19の計数を繰り返すようにしている。
【0022】
18は位相分割部12の出力信号であるA5信号、及びB5信号の極性に基づいて基準信号ZDがA5信号(B5信号)のどのような極性パターンの領域で発生しているかを検出し、図2のように▲1▼▲2▼▲3▼▲4▼の位相領域と基準信号ZDの発生位相の関係を検知するパターン検出部である。
【0023】
パターン検出部18からタイミングデータ部19に供給されたタイミング情報は、同時に不揮発性のメモリ19aに記憶するように構成することによってスケールが設置された工作機械で最初に設定した基準データ、または始動時に設定された基準データを保存することができる。
【0024】
タイミングデータ部19は原点信号が入力された時点で、前記A5信号(B5信号)の位相領域(象限)から2つ先の移相領域を設定してこのタイミングを前記シンク生成部17に入力し、シンク生成部17はこのタイミング期間内でのABSカウンタ16の計数値の変化をパルス信号として出力する。例えば、図2の場合は原点信号が得られたい位相領域は▲2▼であり、この領域から2つ先の領域▲4▼を設定して原点信号を出力するタイミング期間を定める。そして、このタイミング期間に入力されたABSカウンタ16の計数値が12,13,14の場合はそのほぼ中央となる計数値13となっている期間に基準原点信号SYNCが形成される。
【0025】
したがって、スケールによって検出され原点信号の基準信号ZDがA/B相信号に対して非同期となっているのに対し、この基準原点信号SYNCは、スケールが相対的に移動量として検出しているA/B相信号に同期した信号となる。
これは基準信号ZDが前記位相領域▲2▼の範囲内でバラツイて出力されても、基準原点信号SYNCは、常にA/B相信号に同期して一定の位置で出力されることを示す。
【0026】
このように、原点信号が入力された時点から先の領域に基準原点信号SYNCが形成されるようにすることによって、原点通過時のスケールの移動速度が速い場合でも、基準原点信号はバラツクことがないようにしている。
なお、本願発明の実施例とされているピーク検出では、スケールが逆送り状態で、原点位置を検出すると原点信号の発生位置が異なることになるので、原点位置調整はスケールの移動方向を決めておくことが好ましい。
【0027】
なお、前記位相領域▲1▼▲2▼▲3▼▲4▼は、リサージュ波形の0〜90度、90〜180度、180度〜270度、270度〜360度毎に設定する。したがって、図2に示すようにA5信号に対してB5信号の位相が90度遅れているときは、位相領域▲1▼で「10」のパターンが出力され、90〜180度の位相領域▲2▼の範囲では「11」のパターンが出力される。
このようにして入力されているリサージュ波形の現時点での位相領域を、例えば4象限の位相データ(00〜11)によって検出することができる。
【0028】
20は上記内部原点信号SYNC1と基準原点信号SYNCとの一致を検出する一致検出部であり、例えば両者の論理積をとる回路によって構成することができる。
したがって、この一致検出部17からは原点信号Zinが検出されたときのみスケールの刻線ピッチ間を内挿している内挿パルス信号に同期した原点の基準となる信号を得ることができるようにしている。
なお、内挿パルス信号によってスケールの移動量を高精度に内挿したA1相信号、及びB1相信号を作り、この信号がNCマシン等に供給され自動制御により加工を施すことができる。
【0029】
図3(a)は上記ピーク検出部14の原理図を示す回路であり、原点信号を検出するディテクタPDの出力はアンプA1により所定のゲインで増幅される。
アンプA1の出力はダイオードDを介してコンデンサCをピークレベルまで充電すると共に、ΔVの電位がオフセット電圧と印加されているアンプA3を介してコンパレータA4の正相入力端子に供給される。
コンデンサCの端子電圧はユニティゲインに設定されているバッフアアンプA2を介して上記コンパレータA4の逆相入力端子に供給される。
【0030】
この回路は原点信号が発生すると、図3(b)に示すようにコンデンサCの電位Vcはピーク点pにおいて一定値になるが、コンパレータA4の正相端子は原点信号波形に対してΔv高い信号が供給されているので、その出力はHレベルとなっている。しかし、ピーク点pから正相入力端子の電圧は低下することになり、この電圧がΔv低下するとコンパレータA4の出力はLレベルに変化して基準信号ZDの立ち下がり点が検出できるようにしている。そして図示されていない回路によって原点信号のレベルが0になると元のレベルに復帰する。
【0031】
本発明の実施例の場合は前記したように原点位置を示す基準原点信号SYNCは、スケールの移動方向によってその位置がずれることになるので、原点位置を表示するときは、方向判別部13の出力が順方向を示しているときに出力するようにする。
但し、スケールが逆送しているときでも同様な信号処理により、A/B相信号の同期した基準原点信号が得られるので、パターン検出部18と方向検出部13のデータから、スケールが逆送しているときでも、別に設けた逆送時の原点信号を順送時の基準原点信号となるように変換して、出力できるように制御することは可能になる。
なお、原点位置はA相信号のHレベルと、B相レベルのHレベルとなる点で得られるようにすることが好ましいが、スケールの機種によってはA相信号とB相信号の他のレベル位置同志を基準とするように設定することもできる。
【0032】
上記実施例はスケールの1ピッチを20分割する場合のデータをA/B相パターンデータとして読み出すようにしているが、より高いクロック周期でサンプリングする事によって、リサージュ波形の標本化数を増加すると、さらに高い分解能でスケールの測長単位を定めることができ、原点位置の解像度も高くすることができる。
【0033】
また検出された原点信号からピーク点を検出し、このピーク点から所定のレベル下がった点を原点の基準信号とするようにしたが、原点信号Zinのピーク点を演算してその時点を原点位置とするような原点検出方法を適応することもできる。
【0034】
【発明の効果】
本発明は以上のように原点の位置信号を格子間を分割した位置を示す信号に同期して確定するようにしているので、メインスケールが原点を通過するときの速度が大きく変化するような場合でも、安定した原点位置を出力することができるという効果がある。
特に反射型の光電変換素子によって原点位置を検出するような場合、原点信号の出力波形の幅が広くなり、原点位置の誤差が拡大するが、このような場合に採用されるピーク検出方法において、ほぼ無調整で同期化された原点信号が得られるので、作業性が著しく改善されるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原点信号発生装置の概要を示すブロック図である。
【図2】原点信号発生装置における信号処理をのタイミング波形図である。
【図3】原点を検出波形のピーク点に基づいて検出する原点信号発生回路の回路図である。
【図4】光学式スケールの原理図である。
【図5】モアレ縞を示す図である。
【図6】モアレ縞の移動を示す図である。
【図7】光電変換素子を設置する位置を示す図である。
【図8】A相信号とB相信号との波形図である。
【図9】光学式スケールの斜視図である。
【図10】光学式スケールの断面図である。
【図11】原点位置を検出する格子と、その検出波形を示す説明図である。
【符号の説明】
11 内挿パルス信号発生部、12 位相分割部、13 方向判別部、
14 ピーク検出部、15 内部原点信号発生部、16 ABSカウンタ、
17 シンク生成部、18 パターン検出部、19 タイミングデータ部、
20 一致検出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear scale for measuring a relative movement amount between two objects. In particular, in such a scale, by outputting a reference position as an origin signal, for example, the movement amount of a machine tool or the like is an absolute value. It is related with the origin signal generator of the length measuring device which became possible to know by this.
[0002]
[Prior art]
In a machine tool or the like, it is extremely important to accurately measure the relative movement amount of a tool with respect to a workpiece, and various measuring apparatuses for this purpose have been commercialized.
As one of them, an optical scale using moire fringes obtained by superposing two optical gratings is conventionally known. As shown in FIG. 4, the optical scale includes a
[0003]
Note that the grids provided on the
When arranged in this manner, moire fringes shown in FIG. 5 are generated. The interval between the moire fringes is W, and a dark portion or a bright portion is generated for each interval W. The dark part or the bright part moves from the top to the bottom or from the bottom to the top according to the direction in which the
W = P / θ
The interval W of the moire fringes is an optically expanded
[0004]
For example, as shown in FIG. 6, a photoelectric conversion element 110 that optically detects a change in moire fringes is provided on the index scale, and a light source is provided on the opposite side of the main scale so that the index scale (103 ) Is moved relatively, and a change in the current flowing through the photoelectric conversion element 110 is read.
That is, when the moire fringe pattern is in the A state, the amount of light applied to the photoelectric conversion element 110 is the largest, and the current flowing through the photoelectric conversion element 110 is the maximum value I 1 . Next, when the light is relatively moved to the B state, the amount of light applied to the photoelectric conversion element 110 is slightly reduced, and the current becomes I 2. Further, when the light is moved to the C state, the photoelectric conversion element 110 Is irradiated with the least amount of light, and its current is the smallest I 3 . Further, when the light is further moved to the D state, the amount of light applied to the photoelectric conversion element 110 is slightly increased, and the current becomes I 2 . The current has a maximum value I 1 .
As described above, the current flowing through the photoelectric conversion element 110 changes in a sine wave shape, and the
[0005]
In FIG. 6, only one photoelectric conversion element 110 is provided. However, as shown in FIG. 7, when two photoelectric conversion elements 111 and 112 are provided with a 90 ° shift from one cycle (interval W). 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 a current shifted by 90 ° as shown in FIG. That is, if the current flowing through the A-phase photoelectric conversion element 111 is a sine wave (A-phase signal), the current flowing through the B-phase photoelectric conversion element 112 is a cosine wave (B-phase signal).
As described above, the phase of the B phase signal with respect to the A phase signal is advanced by 90 ° or delayed by 90 ° depending on the relative moving direction of the
[0006]
FIG. 9 shows an outline of a perspective view of an optical scale using the principle described above. In this figure, one surface of an elongated
[0007]
Furthermore, as shown in FIG. 10, a light source 105 is disposed on the surface of the U-shaped holder 104 on the opposite side of the
The
Note that, as described above, the lattice (engraved line) of the
[0008]
From the cross-sectional view 10 of the principle structure of the optical scale configured as described above, the light emitted from the light source 105 passes through the glass
The photoelectric conversion element 113 outputs an A-phase signal and a B-phase signal having a phase difference of 90 ° as shown in FIG. 8, and the moving direction and moving distance are measured from the two signals as described above. can do.
The photoelectric conversion element 113 is usually provided with four photoelectric conversion elements, two of which are the A phase signal and the B phase signal, and the other two are an A phase signal and a B phase obtained by inverting these signals. By outputting a signal and inputting the A homology and B homology into the adder, an A phase signal and a B phase signal whose amplitude is doubled are obtained.
[0009]
By the way, the optical scale configured in this way is mounted on an NC machine tool and measures the relative movement amount of the workpiece and the tool. In general, when the numerical control is performed, the movement amount from the origin is used. Since it is programmed, this relative movement must be measured as the movement from the origin.
Therefore, the origin position is usually provided in the main scale in advance, and when the index scale passes through this origin position, the origin is detected, and this origin detection signal is supplied to the NC device to reset the NC device, thereby setting the origin position. I was trying to set up the NC unit.
Therefore, in the above-described photoelectric linear scale, as shown in FIG. 11A, a marking (grid) 109 indicating the origin Z serving as a reference point is located at a predetermined track position different from the marking position of the
[0010]
That is, as shown in FIG. 11 (b), a thick line signal Sz whose amplitude changes at the position of the origin Z within one pitch P of the
Depending on the detection method, the polarity of the origin signal can be a positive value.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, this origin position signal is generally detected by the relative movement of the
[0012]
For this reason, when determining the origin, it is necessary to adjust the level of the origin signal by using, for example, a predetermined jig and an oscilloscope so as to obtain a predetermined pulse width.
However, when a scale is completed and an origin position is set, a skilled worker needs to make careful adjustments, resulting in a problem of poor work efficiency.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention was made for the purpose of reducing such problems, and in the first invention, at least a first score line indicating the origin position and a second score scaled at equal intervals in the length direction. A main scale provided with a line, and an origin signal which is arranged to be movable with respect to the main scale and is output at a predetermined position from the first score line, and from the second score line Detection means for detecting the A phase and B phase signal waveforms indicating the relative amount of movement of the scale, and an interpolation pulse signal obtained by dividing one period of the A phase and B phase signal waveforms by a predetermined number An internal pulse generator, and an internal origin signal generator for generating an internal origin signal having a predetermined width from a reference point of the origin signal, and the timing of the reference point of the A phase or B phase signal waveform Which phase region (quadrant) belongs to A pattern detection unit for determination, and a timing for generating a reference origin signal based on the interpolated pulse signal at a predetermined position in a second phase region delayed from the first phase region determined by the pattern detection unit A data portion and a coincidence detecting portion for determining an origin position by coincidence of the reference origin signal and the internal origin signal are provided.
[0014]
Further, the reference point of the origin signal is configured such that the reference signal ZD is output when the peak detection unit drops a predetermined voltage ΔV from the time when the peak point of the origin signal Zin waveform is detected. The generation unit is configured by a circuit that obtains a signal having a predetermined pulse width from the falling point of the reference signal ZD waveform, and the timing data unit sets a region two points ahead from the phase region from which the origin signal is obtained. The timing period for outputting the reference origin signal is determined. The interpolation pulse signal generation unit is configured to output an A / B phase pulse signal indicating the amount of scale movement, which is output as a counting pulse indicating an absolute value obtained by dividing the engraving line of the main scale. .
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment when the present invention is applied to an optical linear scale.
Hereinafter, the reference point setting operation will be described with reference to FIG. 1 and the timing waveform shown in FIG.
In these figures, analogs A and B indicate that sinusoidal A-phase signals and B-phase signals having a phase difference of 90 degrees are input as Lissajous waveforms as shown in FIG. For example, the waveform is divided into 20 by its phase and supplied to an interpolation pulse generator 11 which outputs an interpolation pulse signal.
[0016]
This interpolated pulse generator 11 can be constituted by an A / D converter, a sampling circuit, etc. as described in (Japanese Patent Application No. 2000-148330) previously proposed by the applicant. A binary signal that is sampled by a sampling clock that divides at least 20 phases of one phase of each input A-phase signal (B-phase signal), compares the sampling level with a predetermined value, and repeats 1 or 0 Is generated.
Therefore, when one pitch of the scale is 20 μm, the period of the interpolated pulse signal is 1 μm, and the B1 signal that is 90 degrees phase-shifted from the A1 signal is output.
[0017]
Therefore, when the pitch of one pitch of the scale is 20 μm, the output of the
[0018]
[0019]
The next internal
[0020]
The internal
Such a circuit can be configured by a phase-stable multivibrator that is set at the falling edge of the reference signal ZD and reset at the edge of the A5 signal that is two areas ahead.
[0021]
Although not shown, the
For example, in this embodiment, the counting of 0 to 19 is repeated.
[0022]
[0023]
The timing information supplied from the
[0024]
The
[0025]
Therefore, the reference signal ZD of the origin signal detected by the scale is asynchronous with respect to the A / B phase signal, whereas this reference origin signal SYNC is detected by the scale as a relative movement amount. The signal is synchronized with the / B phase signal.
This indicates that the reference origin signal SYNC is always output at a fixed position in synchronization with the A / B phase signal even if the reference signal ZD is output in a range of the phase region (2).
[0026]
As described above, the reference origin signal SYNC is formed in the area ahead from the time when the origin signal is input, so that the reference origin signal may vary even when the moving speed of the scale when passing the origin is high. I am trying not to.
In peak detection, which is an embodiment of the present invention, since the origin position is different when the origin position is detected when the scale is in the reverse feed state, the origin position adjustment determines the moving direction of the scale. It is preferable to keep it.
[0027]
The phase regions (1), (2), (3), and (4) are set every 0 to 90 degrees, 90 to 180 degrees, 180 degrees to 270 degrees, and 270 degrees to 360 degrees of the Lissajous waveform. Therefore, as shown in FIG. 2, when the phase of the B5 signal is delayed by 90 degrees with respect to the A5 signal, a pattern of “10” is output in the phase region {circle around (1)}, and the phase region of 90 to 180 ° {circle around (2)}. In the range of ▼, the pattern “11” is output.
The current phase region of the Lissajous waveform input in this way can be detected by, for example, phase data (00 to 11) in four quadrants.
[0028]
Accordingly, the
An A1 phase signal and a B1 phase signal in which the amount of movement of the scale is highly accurately interpolated by the interpolated pulse signal are generated, and this signal is supplied to an NC machine or the like and can be processed by automatic control.
[0029]
FIG. 3A is a circuit diagram showing the principle of the
The output of the amplifier A1 charges the capacitor C to the peak level via the diode D, and is supplied to the positive phase input terminal of the comparator A4 via the amplifier A3 to which the potential of ΔV is applied as the offset voltage.
The terminal voltage of the capacitor C is supplied to the negative phase input terminal of the comparator A4 through the buffer amplifier A2 set to unity gain.
[0030]
When the origin signal is generated in this circuit, the potential Vc of the capacitor C becomes a constant value at the peak point p as shown in FIG. 3B, but the positive phase terminal of the comparator A4 is a signal higher by Δv than the origin signal waveform. Is supplied, the output is at the H level. However, the voltage at the positive phase input terminal decreases from the peak point p, and when this voltage decreases by Δv, the output of the comparator A4 changes to L level so that the falling point of the reference signal ZD can be detected. . Then, when the level of the origin signal becomes 0 by a circuit not shown, the original level is restored.
[0031]
In the embodiment of the present invention, as described above, the reference origin signal SYNC indicating the origin position is shifted depending on the moving direction of the scale. Therefore, when displaying the origin position, the output of the
However, since the reference origin signal in which the A / B phase signal is synchronized is obtained by the same signal processing even when the scale is reversely transmitted, the scale is reversely transmitted from the data of the
It should be noted that the origin position is preferably obtained at the point where the A phase signal is at the H level and the B phase level is at the H level, but depending on the scale model, other level positions of the A phase signal and the B phase signal may be obtained. It can also be set to be based on comrade.
[0032]
In the above embodiment, the data when dividing one pitch of the scale into 20 is read as A / B phase pattern data. However, by sampling at a higher clock period, the number of samples of the Lissajous waveform is increased. Furthermore, the length measurement unit of the scale can be determined with higher resolution, and the resolution of the origin position can be increased.
[0033]
In addition, the peak point is detected from the detected origin signal, and the point that is lower than the peak point by a predetermined level is used as the reference signal for the origin. It is also possible to apply an origin detection method such as
[0034]
【The invention's effect】
In the present invention, as described above, the origin position signal is determined in synchronization with the signal indicating the position obtained by dividing the lattice, so that the speed when the main scale passes through the origin greatly changes. However, there is an effect that a stable origin position can be output.
Especially when the origin position is detected by a reflective photoelectric conversion element, the width of the output waveform of the origin signal is widened, and the error of the origin position is enlarged, but in the peak detection method employed in such a case, Since a synchronized origin signal can be obtained with almost no adjustment, there is an advantage that workability is remarkably improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an origin signal generator of the present invention.
FIG. 2 is a timing waveform diagram of signal processing in the origin signal generator.
FIG. 3 is a circuit diagram of an origin signal generation circuit that detects an origin based on a peak point of a detected waveform.
FIG. 4 is a principle diagram of an optical scale.
FIG. 5 is a diagram showing moire fringes.
FIG. 6 is a diagram illustrating movement of moire fringes.
FIG. 7 is a diagram illustrating a position where a photoelectric conversion element is installed.
FIG. 8 is a waveform diagram of an A phase signal and a B phase signal.
FIG. 9 is a perspective view of an optical scale.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an optical scale.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a grid for detecting an origin position and a detected waveform thereof;
[Explanation of symbols]
11 interpolation pulse signal generation unit, 12 phase division unit, 13 direction discrimination unit,
14 peak detector, 15 internal origin signal generator, 16 ABS counter,
17 sync generation unit, 18 pattern detection unit, 19 timing data unit,
20 Match detection unit
Claims (4)
前記原点信号の基準点から所定の幅を有する内部原点信号を発生する内部原点信号発生部と、
前記基準点のタイミングが前記A相、またはB相信号波形のどの位相領域(象限)に属するかを判別するパターン検出部と、
前記パターン検出部によって判別された前記第1の位相領域より遅れた第2の位相領域内の所定の位置で前記内挿パルス信号に基づいて基準原点信号を生成するタイミングデータ部と、
前記基準原点信号と前記内部原点信号の一致により原点位置を決定する一致検出部を有する原点信号発生装置。A main scale provided with at least a first score line indicating the origin position, a second score line graduated at equal intervals in the length direction, and arranged to be movable with respect to the main scale, Detecting means for detecting an origin signal output at a predetermined position from the first score line, and detecting A-phase and B-phase signal waveforms indicating a relative movement amount of the scale from the second score line; the a-phase, and a interpolation pulse generator for outputting a interpolation pulse signal of one period is divided by a predetermined number of B-phase signal waveform,
An internal origin signal generator for generating an internal origin signal having a predetermined width from a reference point of the origin signal;
A pattern detection unit for determining which phase region (quadrant) of the phase A or phase B signal waveform the timing of the reference point belongs to;
A timing data unit for generating a reference origin signal based on the interpolated pulse signal at a predetermined position in a second phase region delayed from the first phase region determined by the pattern detection unit;
An origin signal generator having a coincidence detection unit that determines an origin position based on a coincidence of the reference origin signal and the internal origin signal .
前記タイミングデーター部は、原点信号が得られた位相領域から2つ先の領域を設定して基準原点信号を出力するタイミング期間を定める請求項1または2の原点信号発生装置。 The internal origin signal generator is configured by a circuit that obtains a signal having a predetermined pulse width from a falling point of the reference signal ZD waveform,
3. The origin signal generator according to claim 1, wherein the timing data section sets a timing period in which a reference origin signal is output by setting a second area from the phase area where the origin signal is obtained .
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