JP4672894B2 - Photoelectric linear encoder - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電式リニヤエンコーダに係り、特に、長い測定範囲を確保するために、複数のメインスケールをつなぎ合わせた際に、単一の検出部で、格子が不連続なつなぎ部も検出することが可能な光電式リニヤエンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光電式リニヤエンコーダは、図1に示すような2格子構成の透過型と、図2に示すような3格子構成の反射型がよく知られている。図において、10は、変位方向(図の左右方向)と略垂直方向(図の上下方向)に延びる多数の光学格子(主格子と称する)12が形成された、変位方向に配設されるメインスケール、20は、前記主格子12と対応する、移動方向を識別するために、90°毎位相が異なる、例えば4つの光学格子(副格子と称する)24A、24B、24C、24Dが配設されたインデックススケール、30は、コリメータレンズ32(図1の場合)又はインデックススケール20上の光学格子(副格子と称する)22(図2の場合)を介して、前記リニヤスケール10及びインデックススケール20に平行光又は拡散光を照射するための光源、34A、34B、34C、34Dは、前記主格子12及び各副格子24A、24B、24C、24Dの関与を受けた光を検出するための受光素子であり、前記メインスケール10以外の光源30、コリメートレンズ32、インデックススケール20等は、メインスケール10の長手方向に相対移動可能な、図示しないスライダに配設され、検出部と称する。
【0003】
このような光電式リニヤエンコーダは、図1に示すような透過型、図2に示すような反射型のいずれにおいても、その測定範囲は、主格子12が配設されているメインスケール10の長さに制限される。一方、メインスケールの長さは、ラップ機の加工長さや表面処理用の蒸着機の真空炉の長さ等により制限を受ける。そこで、複数のスケールをつなぎ合わせて測定範囲を広げるために、次の方法が提案されている。
【0004】
即ち、特開平2−64405には、図3に示す如く、複数のメインスケール10A、10Bを、所定の間隔で変位方向に並べ、それらを、移動テーブル40上に所定の間隔で変位方向に配置した、検出部を含む複数のスライダ42A、42Bで検出することが記載されている。
【0005】
又、特開平6−137899には、図4に示す如く、複数のメインスケール10A、10Bを、所定の狭い間隔で変位方向に並べ、そのつなぎ部での検出を支障なく行うために、スライダ42上に近接配置した2つの検出部44A、44Bが、つなぎ部を跨いで検出することが記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの方法によっても、複数のメインスケール10A、10Bを所定の間隔で配置し、且つ、複数の検出部が必要になり、構成が複雑になるだけでなく、コストも高くなるという問題点を有していた。
【0007】
そこで、単一の検出部でつなぎ部が検出できれば、構成が簡単化されるので好ましい。しかし、つなぎ部10Cにおいては、左右の主格子12A、12Bの連続性が保たれねばならず、図5に示すような位相ずれδPがあってはならない。例えば格子ピッチPが20μmで位相ずれδPが10μmである場合、検出部がつなぎ部10Cに来ると、左右の主格子から得られる干渉縞が互いに逆位相になるので、信号が無くなってしまう。特に、計数値を積算していくインクリメンタルエンコーダにおいて、そのような場所が1箇所でもあると、そこで積算が中断してしまい、そこを通過した後の測定ができなくなる。
【0008】
そのため、位相ずれδPが格子ピッチPの半分の10μmにならない保証を確保しつつ、複数のメインスケールをつなげる必要から、数mの長さのメインスケールを数μmの精度でつなぎ合わせる複雑な機構や組立方法が必要である。更に、温度が変化すると、スケールと本体ベースの熱膨張係数の違いにより、つなぎ部での目盛ピッチ精度が変化してしまう等の問題点を有していた。
【0009】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、特に左右のスケールのずれを管理しないでつなぎ合わせをしたメインスケールと、単一の検出部を組み合わせて、信号が消失しないように検出することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、変位方向と略垂直方向に延びる多数の主格子が形成され、変位方向に沿って略一直線状に配設される複数のメインスケールと、該メインスケールに沿って移動するインデックススケールと、前記メインスケールに形成された主格子とインデックススケールに形成された副格子の相互作用による受光量の変化を読み取って電気信号に変換する検出部とを有する光電式リニヤエンコーダにおいて、前記メインスケールに形成された主格子に対して、インデックススケールに形成された副格子を少し傾け、傾きによる副格子の変位方向のずれを、該副格子の有効な範囲内に設けることにより、単一の検出部で、メインスケールのつなぎ目における信号強度低下の少ない出力信号を得るようにして、前記課題を解決したものである。
【0011】
又、前記傾きによる格子の変位方向のずれが、メインスケールのつなぎ目における位相ずれより大となるようにしたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0013】
本発明の第1実施形態は、図1に示したような、光源30から発生させた光が、メインスケール10に形成された主格子12及びインデックススケール20に形成された副格子24を通過して受光素子34に至る、2格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダに本発明を適用したもので、図6に示す如く、メインスケール10に形成された主格子12に対して、インデックススケール20に形成された副格子24を角度θだけ少し傾けることにより、隣り合うメインスケール10A、10Bのつなぎ目10Cにおける検出信号の落ち込みを小さくしたものである。
【0014】
前記傾きによる副格子24の変位方向のずれは、該副格子24の有効な範囲内に設けられ、メインスケールのつなぎ部10Cにおける位相ずれδPよりも大きくして、逆相になって消えるのを防ぐ。
【0015】
ピッチずれが約3μmの場合における、つなぎ部付近の出力振幅電圧と傾き角θの関係の実測例を図7に示す。傾き角θを0°から0.15°、0.24°、0.34°、0.40°へと増やしていくに連れて、つなぎ部における出力信号の落ち込みが小さくなっていることが明らかである。この実測例では、副格子24の有効な範囲の高さが1000μmであったので、傾き角の設定における変位方向のずれは、それぞれ、0、2.6μm、4.2μm、5.9μm、7.0μmとなる。
【0016】
図8から明らかなように、約3μmのピッチずれと同じ程度の変位方向のずれ(3〜4μm)を設定すれば、傾けないときよりも2倍程度の信号が得られている。又、変位方向のずれを6μm(ピッチずれ(3μm)の約2倍程度)に設定すれば、つなぎ部でない所で得られる出力の50%以上の出力を得ることができる。
【0017】
次に、メインスケール12の受光素子34側に2枚の副格子24、26が配置された、3格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダに適用した本発明の第2実施形態を図9に示す。
【0018】
本実施形態においては、メインスケール10に形成された主格子12に対して、インデックススケール20に形成された2枚の副格子24、26を共に傾けている。傾きによる変位方向のずれは、2枚の副格子24と26のうちの有効範囲が広い方(拡散であれば副格子26)の格子の有効範囲の上端と下端とのずれで規定され、つなぎ部10Cにおける位相ずれδPよりも大きくする。
【0019】
次に、メインスケール10の両側に2枚の副格子22、24が配置された、3格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダに適用した本発明の第3実施形態を図10に示す。
【0020】
本実施形態においても、メインスケール10に形成された主格子12に対して、インデックススケール20に形成された2枚の副格子22、24を共に傾けている。傾きによる変位方向のずれは、2枚の副格子22と24のうちの有効範囲が広い方の格子の有効範囲の上端と下端とのずれで規定され、つなぎ部10Cにおける位相ずれδPよりも大きくする。
【0021】
次に、図2に示したような、メインスケール10が反射型である3格子構成の反射型光電式リニヤエンコーダに適用した本発明の第4実施形態を図11に示す。
【0022】
本実施形態においても、メインスケール10に形成された主格子12に対して、インデックススケール20に形成された2枚の副格子22、24を共に傾けている。他の点に関しては、第3実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【0023】
次に、メインスケール10の光源30側に2枚の副格子22、24が配置された、3格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダに適用した本発明の第5実施形態を図12に示す。
【0024】
本実施形態においても、メインスケール10に形成された主格子12に対して、インデックススケール20に形成された2枚の副格子22、24を共に傾けている。他の点に関しては、第3実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば、精密に調整することなく、簡易につなぎ合わせたスケールを単一の検出部で検出しても、つなぎ部における信号変動を低減できる。従って、長い測定範囲を有する光電式リニヤエンコーダを、安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の2格子構成の透過型光電式リニヤエンコーダの構成を示す斜視図
【図2】従来の3格子構成の反射型光電式リニヤエンコーダの構成を示す斜視図
【図3】特開平2−64405で提案された光電式リニヤエンコーダの複数のメインスケールのつなぎ部の構成を示す断面図
【図4】同じく特開平6−137899で提案された光電式リニヤエンコーダの複数のメインスケールのつなぎ部の構成を示す断面図
【図5】単一の検出部でつなぎ部を検出する際の問題点を説明するための正面図
【図6】本発明の第1実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【図7】本発明の原理を説明するための、つなぎ部近傍の位置と出力信号振幅の関係の例を示す線図
【図8】同じく格子の変位方向のずれと出力変化率の関係の例を示す線図
【図9】本発明の第2実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【図10】本発明の第3実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【図11】本発明の第4実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【図12】本発明の第5実施形態の構成を示す断面図及び正面図
【符号の説明】
10、10A、10B…メインスケール
10C…つなぎ目
12、12A、12B…主格子
20…インデックススケール
22、24、26…副格子
30…光源
32…コリメートレンズ
34…受光素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric linear encoder, and in particular, when a plurality of main scales are connected to detect a long measurement range, a single detection unit also detects a discontinuous lattice. The present invention relates to a photoelectric linear encoder that can be used.
[0002]
[Prior art]
As a conventional photoelectric linear encoder, a transmission type having a two-grating structure as shown in FIG. 1 and a reflection type having a three-grating structure as shown in FIG. 2 are well known. In the figure,
[0003]
Such a photoelectric linear encoder has a measurement range of either the transmission type as shown in FIG. 1 or the reflection type as shown in FIG. Limited. On the other hand, the length of the main scale is limited by the processing length of the lapping machine, the length of the vacuum furnace of the vapor deposition machine for surface treatment, and the like. Therefore, in order to connect a plurality of scales to widen the measurement range, the following method has been proposed.
[0004]
That is, in Japanese Patent Laid-Open No. 2-64405, as shown in FIG. 3, a plurality of
[0005]
In Japanese Patent Laid-Open No. 6-137899, as shown in FIG. 4, a plurality of
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in any of the methods, a plurality of
[0007]
Therefore, it is preferable that the connecting portion can be detected by a single detection unit because the configuration is simplified. However, in the connecting
[0008]
Therefore, since it is necessary to connect a plurality of main scales while ensuring that the phase shift δP is not 10 μm, which is half of the grating pitch P, a complicated mechanism for connecting main scales with a length of several meters with accuracy of several μm An assembly method is required. Furthermore, when the temperature changes, there is a problem that the scale pitch accuracy at the joint portion changes due to the difference in thermal expansion coefficient between the scale and the main body base.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. In particular, the main scale that is connected without managing the shift of the left and right scales is combined with a single detection unit so that the signal is not lost. It is an object to detect in the following.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a plurality of main scales formed in a plurality of main lattices extending in a direction substantially perpendicular to the displacement direction, and arranged in a substantially straight line along the displacement direction, and an index scale that moves along the main scale. A photoelectric linear encoder having a detection unit that reads a change in received light amount due to an interaction between a main lattice formed on the main scale and a sub-lattice formed on the index scale and converts the change into an electric signal. against formed main grid, slightly tilt the sub-grating formed in the index scale, the displacement of the displacement direction of the sublattice due to inclination, by Rukoto provided within the valid range of the sub lattice, single detector Therefore, the above-mentioned problem is solved by obtaining an output signal with little decrease in signal intensity at the joint of the main scale.
[0011]
Further, deviation in the displacement direction of the grating by said inclination is obtained by a so larger than the phase shift in the main scale joint.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
In the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the light generated from the
[0014]
The displacement in the displacement direction of the
[0015]
FIG. 7 shows an actual measurement example of the relationship between the output amplitude voltage near the joint and the inclination angle θ when the pitch deviation is about 3 μm. As the inclination angle θ is increased from 0 ° to 0.15 °, 0.24 °, 0.34 °, and 0.40 °, it is clear that the drop in the output signal at the joint portion becomes smaller. It is. In this actual measurement example, since the height of the effective range of the
[0016]
As is apparent from FIG. 8, if a displacement in the displacement direction (3 to 4 μm) is set to the same extent as the pitch deviation of about 3 μm, a signal about twice as much as that obtained when the tilt is not obtained is obtained. If the displacement in the displacement direction is set to 6 μm (about twice as large as the pitch displacement (3 μm)), an output of 50% or more of the output obtained at a place other than the connecting portion can be obtained.
[0017]
Next, FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention applied to a three-grating configuration transmission type photoelectric linear encoder in which two
[0018]
In the present embodiment, the two sub-lattices 24 and 26 formed on the
[0019]
Next, FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention applied to a transmissive photoelectric linear encoder having a three-grating structure in which two
[0020]
Also in the present embodiment, the two sub-lattices 22 and 24 formed on the
[0021]
Next, FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention applied to a reflective photoelectric linear encoder having a three-grid configuration in which the
[0022]
Also in the present embodiment, the two sub-lattices 22 and 24 formed on the
[0023]
Next, FIG. 12 shows a fifth embodiment of the present invention applied to a three-grating transmissive photoelectric linear encoder in which two
[0024]
Also in the present embodiment, the two sub-lattices 22 and 24 formed on the
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to reduce the signal fluctuation in the connecting portion even if the single connected detecting portion detects the scale that is easily connected without precisely adjusting. Therefore, a photoelectric linear encoder having a long measurement range can be provided at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a conventional transmissive photoelectric linear encoder having a two-grid configuration. FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a conventional reflective photoelectric linear encoder having a three-grid configuration. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a connecting portion of a plurality of main scales of a photoelectric linear encoder proposed in Japanese Patent No. 2-64405. FIG. 5 is a front view for explaining a problem in detecting a connecting portion with a single detection unit. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the position in the vicinity of the connecting portion and the output signal amplitude for explaining the principle of the present invention. FIG. Diagram showing examples of relationships [Fig. 9 Sectional view and front view showing the configuration of the second embodiment of the present invention FIG. 10 is a sectional view and front view showing the configuration of the third embodiment of the present invention. FIG. 11 shows the configuration of the fourth embodiment of the present invention. FIG. 12 is a sectional view and a front view showing the configuration of the fifth embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該メインスケールに沿って移動するインデックススケールと、
前記メインスケールに形成された主格子とインデックススケールに形成された副格子の相互作用による受光量の変化を読み取って電気信号に変換する検出部とを有する光電式リニヤエンコーダにおいて、
前記メインスケールに形成された主格子に対して、インデックススケールに形成された副格子を少し傾け、傾きによる副格子の変位方向のずれを、該副格子の有効な範囲内に設けることにより、単一の検出部で、メインスケールのつなぎ目における信号強度低下の少ない出力信号を得ることを特徴とする光電式リニヤエンコーダ。A plurality of main grids are formed that extend in a direction substantially perpendicular to the displacement direction, and are arranged in a substantially straight line along the displacement direction;
An index scale that moves along the main scale;
In a photoelectric linear encoder having a detection unit that reads a change in received light amount due to an interaction between a main lattice formed on the main scale and a sub-lattice formed on the index scale and converts it into an electric signal,
The main grating formed on the main scale, slight angle sublattice formed in the index scale, the displacement of the displacement direction of the sublattice due to inclination, by Rukoto provided within the valid range of the sub lattice, A photoelectric linear encoder characterized in that an output signal with little decrease in signal strength at the joint of the main scale is obtained by a single detection unit.
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