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JP7762584B2 - Contact displacement measuring instrument, scale for contact displacement measuring instrument, manufacturing method for scale for contact displacement measuring instrument, and manufacturing device for scale for contact displacement measuring instrument - Google Patents
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JP7762584B2 - Contact displacement measuring instrument, scale for contact displacement measuring instrument, manufacturing method for scale for contact displacement measuring instrument, and manufacturing device for scale for contact displacement measuring instrument - Google Patents

Contact displacement measuring instrument, scale for contact displacement measuring instrument, manufacturing method for scale for contact displacement measuring instrument, and manufacturing device for scale for contact displacement measuring instrument

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JP7762584B2 JP2022008655A JP2022008655A JP7762584B2 JP 7762584 B2 JP7762584 B2 JP 7762584B2 JP 2022008655 A JP2022008655 A JP 2022008655A JP 2022008655 A JP2022008655 A JP 2022008655A JP 7762584 B2 JP7762584 B2 JP 7762584B2
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Description

本発明は、接触式変位測定器、接触式変位測定器用スケール、接触式変位測定器用スケールの製造方法、及び、接触式変位測定器用スケールの製造装置に関する。 The present invention relates to a contact-type displacement measuring instrument, a scale for a contact-type displacement measuring instrument, a method for manufacturing a scale for a contact-type displacement measuring instrument, and an apparatus for manufacturing a scale for a contact-type displacement measuring instrument.

対象物の表面に当接されるとともに、一方向に直線的に移動可能な接触子を有する接触式変位測定器が知られている。 A contact-type displacement measuring instrument is known that has a contactor that is brought into contact with the surface of an object and can move linearly in one direction.

このような接触式変位測定器として、特許文献1には、「筺体と、一方向に移動可能に前記筺体に支持された接触子と、前記一方向に並ぶ第1の数の透光部を有し、前記接触子とともに前記一方向に移動可能に構成されたスケールと、前記スケールに非平行光を照射する投光部と、前記スケールの前記第1の数よりも小さい第2の数の透光部を透過した前記非平行光を受光し、受光量分布を示す受光信号を出力する受光部と、前記受光部から出力された受光信号に基づいて、前記受光部での受光量分布において受光量が極大または極小となる前記第2の数の位置を前記第2の数のピーク位置として検出する検出部と、前記スケールの前記第1の数の透光部のうち、前記検出部により検出された少なくとも1つのピーク位置に対応する少なくとも1つの透光部の位置と基準位置との距離を算出する算出部とを備え、前記投光部、前記スケールおよび前記受光部は、前記一方向と交差する方向に並ぶように前記投光部および前記受光部が前記筺体に設けられ、前記算出部は、予め定められた範囲内に属する3つ以上のピーク位置間の間隔と当該3つ以上のピーク位置間に対応する3つ以上の透光部間の間隔との比を倍率として少なくとも2つ算出し、算出された少なくとも2つの倍率を互いに等しいとみなし、前記第1の数の透光部間の間隔および前記第2の数のピーク位置間の間隔に基づいて、前記検出部により検出された少なくとも1つのピーク位置に対応する少なくとも1つの透光部を識別する、接触式変位計。」が記載されている。 Patent Document 1 describes such a contact displacement measuring instrument as including: "a housing; a contact supported on the housing so as to be movable in one direction; a scale having a first number of light-transmitting portions aligned in the one direction and configured to be movable in the one direction together with the contact; a light-emitting unit that irradiates non-parallel light onto the scale; a light-receiving unit that receives the non-parallel light that has passed through a second number of light-transmitting portions of the scale that is smaller than the first number and outputs a light-receiving signal indicating a distribution of the amount of received light; a detection unit that detects, based on the light-receiving signal output from the light-receiving unit, the second number of positions where the amount of received light in the distribution of the amount of received light at the light-receiving unit is a maximum or minimum as the second number of peak positions; and a detection unit that detects at least one peak position of the first number of light-transmitting portions of the scale detected by the detection unit." and a calculation unit that calculates the distance between a reference position and the position of at least one light-transmitting portion corresponding to the at least one peak position detected by the detection unit, wherein the light-projecting unit, the scale, and the light-receiving unit are provided on the housing so as to be aligned in a direction intersecting the one direction, and the calculation unit calculates at least two magnifications that are ratios between the spacing between three or more peak positions that belong to a predetermined range and the spacing between three or more light-transmitting portions that correspond to the three or more peak positions, and considers the calculated at least two magnifications to be equal to each other, and identifies at least one light-transmitting portion that corresponds to at least one peak position detected by the detection unit based on the spacing between the first number of light-transmitting portions and the spacing between the second number of peak positions."

特開2015-169559号公報JP 2015-169559 A

特許文献1に記載されたような、従来の接触式変位計は、複雑な透光部をスケール上に形成し、光照射によって得られる固有の受光量分布(以下「パターンイメージ」ともいう。)と絶対位置との対応を記憶部(メモリ)のデータベースに記憶させ、これと測定結果を照合することで、絶対位置を決定している。
この場合、絶対位置の決定手順には、スケール上の絶対位置に対応した光学「パターン」をセンサが読み取り、その信号にについてデータベースに問い合わせ、対応する絶対位置を返す、という通信動作が必要だった。
Conventional contact displacement meters such as those described in Patent Document 1 form complex light-transmitting sections on a scale, store in a database in a storage section (memory) a correspondence between a specific distribution of received light amounts (hereinafter also referred to as a "pattern image") obtained by irradiating light and the absolute position, and determine the absolute position by comparing this with the measurement results.
In this case, the procedure for determining absolute position required a communication operation in which a sensor reads an optical "pattern" corresponding to the absolute position on the scale, queries a database about that signal, and returns the corresponding absolute position.

上記のような接触式変位計では、パターンイメージに対応する、絶対位置のデータベースへの問い合わせ、及び、読み出しの通信に時間がかかり、応答速度が不十分だった。そのため、対象物の表面形状をリアルタイム、かつ、連続的に測定することは困難だった。 With contact-type displacement sensors like those mentioned above, it took time to query the absolute position database corresponding to the pattern image and to communicate the readout, resulting in insufficient response speed. This made it difficult to measure the surface shape of an object in real time and continuously.

そこで、本発明は、より高速に絶対位置の測長ができる、接触式変位測定器を提供することを課題とする。また、本発明は、接触式変位測定器用スケール、接触式変位測定器用スケールの製造方法、及び、接触式変位測定器用スケールの製造装置を提供することも課題とする。 An object of the present invention is to provide a contact-type displacement measuring instrument that can measure absolute position at higher speeds. Another object of the present invention is to provide a scale for a contact-type displacement measuring instrument, a method for manufacturing a scale for a contact-type displacement measuring instrument, and an apparatus for manufacturing a scale for a contact-type displacement measuring instrument.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を解決することができることを見出した。 As a result of extensive research into resolving the above-mentioned problems, the inventors have discovered that the following configuration can solve the above-mentioned problems.

[1] 筐体と、一方向に移動可能に上記筐体に支持された接触子と、上記接触子とともに、上記一方向に移動可能に構成されたスケールであって、その一方端から他方端へと向かう、上記一方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを有する、スケールと、上記スケールの表面に平行光を照射する光源部と、上記スケールからの反射光を取り込み、上記反射光による光信号をその輝度に応じた電気信号に変換する受光部と、上記電気信号に対応する上記スケール上の絶対位置を決定する演算部と、を有し、上記演算部は、上記電気信号と上記絶対位置との関係を規定する、予め記憶された関数に基づいて、上記絶対位置を決定する、接触式変位測定器。
[2] 上記スケールは、対向する主面の双方に、それぞれ上記表面パターンを有し、上記光源部は、それぞれの上記主面に上記平行光を照射し、上記受光部は、それぞれの上記主面からの上記反射光を取り込む、[1]に記載の接触式変位測定器。
[3] 上記演算部は、それぞれの上記主面から得られた上記電気信号を合算し、上記関数に基づいて上記絶対位置を決定する、[2]に記載の接触式変位測定器。
[4] それぞれの上記主面が有する上記表面パターンが同一である、[2]又は[3]に記載の接触式変位測定器。
[5] 平板状の基材の少なくとも一方の主面に、その一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを有する、接触式変位測定器用スケール。
[6] 上記基材の対向する主面のそれぞれに、上記表面パターンを有する、[5]に記載の接触式変位測定器用スケール。
[7] それぞれの上記主面における上記表面パターンが同一である、[6]に記載の接触式変位測定器用スケール。
[8] 平板状の上記基材の少なくとも一方の上記主面に、その一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、照射位置を移動させながらレーザを照射し、上記表面パターンを形成することを含む、[5]~[7]のいずれかに記載の接触式変位測定器用スケールの製造方法。
[9] 上記基材上における上記照射位置の移動速度を、漸増、又は、漸減させる、[8]に記載の製造方法。
[10] 上記レーザの照射エネルギを、漸増、又は、漸減させる、[8]に記載の製造方法。
[11] 平板状の基材の少なくとも一方の主面にレーザを照射するためのレーザ照射部と、上記基材の一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、上記レーザの照射位置を移動させるための移動機構と、制御装置と、を有し、上記制御装置は、上記照射位置の移動速度を漸増、又は、漸減させ、上記基材の少なくとも一方の主面に、その一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを形成する、接触式変位測定用スケールの製造装置。
[12] 平板状の基材の少なくとも一方の主面にレーザを照射するためのレーザ照射部と、上記基材の一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、上記レーザの照射位置を移動させるための移動機構と、制御装置と、を有し、上記制御装置は、上記レーザの照射エネルギを漸増、又は、漸減させ、上記基材の少なくとも一方の主面に、その一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを形成する、接触式変位測定用スケールの製造装置。
[1] A contact displacement measuring instrument comprising: a housing; a contactor supported by the housing so as to be movable in one direction; a scale configured to be movable in the one direction together with the contactor, the scale having a surface pattern whose roughness gradually increases along the one direction from one end to the other end of the scale; a light source unit that irradiates a surface of the scale with parallel light; a light receiving unit that takes in light reflected from the scale and converts an optical signal of the reflected light into an electrical signal corresponding to the brightness of the light; and a calculation unit that determines an absolute position on the scale corresponding to the electrical signal, wherein the calculation unit determines the absolute position based on a pre-stored function that defines the relationship between the electrical signal and the absolute position.
[2] The scale has the surface pattern on each of the opposing main surfaces, the light source unit irradiates the parallel light onto each of the main surfaces, and the light receiving unit captures the reflected light from each of the main surfaces. The contact displacement measuring instrument described in [1].
[3] The contact displacement measuring instrument according to [2], wherein the calculation unit sums up the electrical signals obtained from each of the main surfaces and determines the absolute position based on the function.
[4] The contact displacement measuring instrument according to [2] or [3], wherein the surface patterns of the respective main surfaces are the same.
[5] A scale for a contact displacement measuring instrument, comprising a flat substrate, at least one main surface of which has a surface pattern whose roughness gradually increases along the longitudinal direction from one end to the other end.
[6] The scale for a contact displacement measuring instrument according to [5], having the surface pattern on each of the opposing main surfaces of the substrate.
[7] The scale for a contact displacement measuring instrument according to [6], wherein the surface pattern on each of the main surfaces is the same.
[8] A method for manufacturing a scale for a contact displacement measuring instrument according to any one of [5] to [7], which includes irradiating at least one of the main surfaces of the flat substrate with a laser while moving the irradiation position along the longitudinal direction from one end to the other end of the main surface, thereby forming the surface pattern.
[9] The manufacturing method according to [8], wherein the moving speed of the irradiation position on the substrate is gradually increased or gradually decreased.
[10] The manufacturing method according to [8], wherein the irradiation energy of the laser is gradually increased or decreased.
[11] A manufacturing device for a contact displacement measurement scale, comprising: a laser irradiation unit for irradiating at least one main surface of a flat substrate with a laser; a movement mechanism for moving the irradiation position of the laser along the longitudinal direction from one end of the substrate to the other end; and a control device, wherein the control device gradually increases or decreases the movement speed of the irradiation position to form a surface pattern on at least one main surface of the substrate whose roughness gradually increases along the longitudinal direction from one end to the other end.
[12] A manufacturing device for a contact displacement measurement scale, comprising: a laser irradiation unit for irradiating at least one main surface of a flat substrate with a laser; a movement mechanism for moving the irradiation position of the laser along the longitudinal direction from one end to the other end of the substrate; and a control device, wherein the control device gradually increases or decreases the irradiation energy of the laser to form a surface pattern on at least one main surface of the substrate whose roughness gradually increases along the longitudinal direction from one end to the other end.

本発明によれば、より高速に絶対位置の測長ができる、接触式変位測定器を提供できる。また、本発明によれば、接触式変位測定器用スケール、接触式変位測定器用スケールの製造方法、及び、接触式変位測定器用スケールの製造装置も提供できる。 The present invention provides a contact displacement measuring instrument that can measure absolute position at higher speeds. The present invention also provides a scale for a contact displacement measuring instrument, a method for manufacturing a scale for a contact displacement measuring instrument, and a manufacturing device for a scale for a contact displacement measuring instrument.

本発明の実施形態に係る変位測定器の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of a displacement measuring instrument according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る変位測定器の測定ヘッドの説明図である。1 is an explanatory diagram of a measurement head of a displacement measuring instrument according to an embodiment of the present invention. 測定ヘッド12の内部構造の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the internal structure of the measuring head 12. 本発明の実施形態に係るスケールの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a scale according to an embodiment of the present invention. 光源部、及び、受光部、並びに、スケールの相互の位置関係を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relative positions of a light source unit, a light receiving unit, and a scale. 表裏の各主面に同一の表面パターンを有するスケールを備える変位測定器による測長の一形態の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of one form of length measurement using a displacement measuring instrument equipped with a scale having the same surface pattern on each of the front and back principal surfaces. 表裏の各主面に同一の表面パターンを有するスケールを備える変位測定器による測長の一形態の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of one form of length measurement using a displacement measuring instrument equipped with a scale having the same surface pattern on each of the front and back principal surfaces. 本発明の実施形態に係る接触式変位測定器用スケールの製造方法のフローチャートである。1 is a flowchart of a method for manufacturing a scale for a contact displacement measuring instrument according to an embodiment of the present invention. 表面パターン形成に使用可能な接触式変位測定用スケールの製造装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing device for a contact type displacement measurement scale that can be used to form a surface pattern. 接触式変位測定用スケールの製造装置の変形例の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a modified example of the manufacturing device for the contact displacement measuring scale.

以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に制限されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
The present invention will be described in detail below.
The following description of the components may be based on a representative embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to such an embodiment.
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.

また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化した一例であって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、及び、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なる場合があり、また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なることがある。 The embodiment shown below is an example that embodies the technical concept of the present invention, and the technical concept of the present invention does not limit the materials, shapes, structures, and arrangements of the components to the embodiment shown below. The drawings are schematic. Therefore, the relationship and ratio between thickness and planar dimensions may differ from the actual ones, and the dimensional relationships and ratios may also differ between the drawings.

また、本明細書では、方向の定義に直交座標系を用いる。接触式変位測定器用スケール(以下、単に「スケール」ともいう。)を中心として、スケールの上側の方向を「Z+方向」といい、その反対方向を「Z-方向」という。また、Z+方向と直交する一の方向(スケールの長手方向)を「X+方向」といい、その反対方向を「X-方向」という。また、Z+方向及びX+方向と直交する一の方向(スケールの幅方向)を「Y+方向」といい、その反対方向を「Y-方向」という。各図面には、必要に応じてこの直交座標系を併記し、方向を明確化している。なお、単に「X方向」、「Y方向」、及び、「Z方向」という場合は、それぞれの(+)方向、及び/又は、(-)方向を意味するものとする。 In addition, this specification uses a Cartesian coordinate system to define directions. With the scale for a contact-type displacement measuring instrument (hereinafter simply referred to as "scale") at the center, the direction toward the top of the scale is referred to as the "Z+ direction," and the opposite direction is referred to as the "Z- direction." One direction perpendicular to the Z+ direction (the longitudinal direction of the scale) is referred to as the "X+ direction," and the opposite direction is referred to as the "X- direction." One direction perpendicular to the Z+ and X+ directions (the width direction of the scale) is referred to as the "Y+ direction," and the opposite direction is referred to as the "Y- direction." This Cartesian coordinate system is also shown in each drawing as necessary to clarify directions. The terms "X direction," "Y direction," and "Z direction" simply refer to the respective (+) and (-) directions.

[接触式変位測定器]
本発明の実施形態に係る接触式変位測定器(以下、「本変位測定器」ともいう。)は、筐体と、一方向に移動可能に上記筐体に支持された接触子と、上記接触子とともに、上記一方向に移動可能に構成されたスケールであって、その一方端から他方端へと向かう、上記一方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを有する、スケールと、上記スケールに平行光を照射する光源部と、上記スケールからの反射光を取り込み、上記反射光による光信号をその輝度に応じた電気信号に変換する受光部と、上記電気信号に対応する上記スケール上の絶対位置を決定する演算部と、を有し、上記演算部は、上記電気信号と上記絶対位置との関係を規定する、予め記憶された関数に基づいて、上記絶対位置を決定する。
[Contact-type displacement measuring instrument]
A contact-type displacement measuring instrument according to an embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as "this displacement measuring instrument") comprises a housing, a contactor supported by the housing so as to be movable in one direction, a scale configured to be movable in the one direction together with the contactor, the scale having a surface pattern whose roughness gradually increases along the one direction from one end to the other end of the scale, a light source unit that irradiates the scale with parallel light, a light-receiving unit that takes in light reflected from the scale and converts an optical signal of the reflected light into an electrical signal according to the brightness of the light, and a calculation unit that determines an absolute position on the scale corresponding to the electrical signal, wherein the calculation unit determines the absolute position based on a pre-stored function that defines the relationship between the electrical signal and the absolute position.

本発明者は、従来の接触式変位計の応答速度が不十分な(遅い)原因について検討してきた。その結果、従来の接触式変位計は、絶対位置の算出のために、センサによって検出されたパターンイメージについて、データベースに問い合わせ、そのパターンイメージに一致する絶対位置を取得するという手順を必要とし、これが測長プロセス全体の律速(ボトルネック)となっていることを突き止めた。 The inventors have investigated the reasons for the insufficient (slow) response speed of conventional contact displacement meters. As a result, they have discovered that in order to calculate absolute position, conventional contact displacement meters require a procedure of querying a database about the pattern image detected by the sensor and obtaining the absolute position that matches that pattern image, and that this procedure is the bottleneck in the entire length measurement process.

上記新たな課題を発見した本発明者は、これを解消するために鋭意検討した。その結果、一方端から他方端へと向かって、移動(可能)方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを有するスケールを用いれば、上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成させた。 Having discovered the above new problem, the inventors conducted extensive research to find a solution. As a result, they discovered that the above problem could be solved by using a scale with a surface pattern in which the roughness gradually increases from one end to the other along the (possible) direction of movement, and thus completed the present invention.

上記スケールは、移動方向(X+方向、又は、X-方向)に沿って粗さが漸増する表面パターンを有するため、これに平行光が照射されると、反射光により得られるイメージは、スケール上の位置に応じて、すなわち、その位置のスケール表面の粗さに応じて、輝度が変化する。上記スケール全体を見ると、反射光により得られるイメージの輝度は、一方端から他方端へと向かって、漸減する。 The above scale has a surface pattern in which roughness gradually increases along the direction of movement (X+ direction or X- direction). Therefore, when parallel light is irradiated onto it, the brightness of the image obtained by the reflected light changes depending on the position on the scale, i.e., depending on the roughness of the scale surface at that position. Looking at the entire scale, the brightness of the image obtained by the reflected light gradually decreases from one end to the other.

この反射光により得られるイメージ(以下「反射光による光信号」ともいう。)の輝度に基づく電気信号(例えば、電圧)と、スケール上の位置(絶対位置)との関係を予め関数として記憶することで、測定によって得られた電気信号の大きさから、上記関数によって、瞬時にスケール上の位置(絶対位置)が算出できる。 By storing the relationship between the electrical signal (e.g., voltage) based on the brightness of the image obtained by this reflected light (hereinafter referred to as the "optical signal from reflected light") and the position on the scale (absolute position) as a function in advance, the position on the scale (absolute position) can be instantly calculated using this function from the magnitude of the electrical signal obtained by measurement.

本変位測定器によれば、パターンイメージをデータベースに問い合わせる(通信する)必要がなく、簡単な計算だけで絶対位置を算出できるため、従来技術と比較して、顕著に応答速度が向上する。以下では、高速に絶対位置の測長ができる、本変位測定器について、図面を参照して詳述する。 This displacement measuring device eliminates the need to query (communicate) a database for pattern images and can calculate absolute position with simple calculations, significantly improving response speed compared to conventional technology. Below, we will explain in detail this displacement measuring device, which can measure absolute position at high speed, with reference to the drawings.

図1は、本変位測定器1の構成を示すブロック図である。変位測定器1は、大別すると、接触子10、及び、スケール11等を含む測定ヘッド12と、測定ヘッド12と電気的に接続され、その各部を制御するコントロール部13とから構成されている。 Figure 1 is a block diagram showing the configuration of the displacement measuring instrument 1. The displacement measuring instrument 1 is broadly composed of a measuring head 12 including a contactor 10 and a scale 11, and a control unit 13 that is electrically connected to the measuring head 12 and controls each part of the measuring head 12.

測定ヘッド12は、一方向(X+方向、X-方向)に移動可能に筐体に支持された接触子10と、接触子10とともに、一方向に移動可能に構成されたスケール11と、スケール11の表面に平行光CLを照射する光源部14と、スケール11からの反射光RLを取り込み、反射光RLによる光信号をその輝度に応じた電気信号に変換する受光部15とを有する。 The measurement head 12 has a contact 10 supported on the housing so that it can move in one direction (X+ direction, X- direction), a scale 11 that is configured to move in one direction together with the contact 10, a light source unit 14 that irradiates the surface of the scale 11 with parallel light CL, and a light receiving unit 15 that captures reflected light RL from the scale 11 and converts the optical signal generated by the reflected light RL into an electrical signal corresponding to its brightness.

一方、コントロール部13は、光源部14、及び、受光部15等に電源を供給し、制御する、電源/制御部16と、受光部15からのアナログの電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換部17と、電気信号に対応するスケール上の絶対位置を決定する演算部18とを有している。
また、変位測定器1は、演算部18により決定された絶対値を表示する表示部19を更に備えている。
On the other hand, the control unit 13 has a power supply/control unit 16 that supplies power to and controls the light source unit 14, the light receiving unit 15, etc., an A/D conversion unit 17 that converts the analog electrical signal from the light receiving unit 15 into a digital signal, and a calculation unit 18 that determines the absolute position on the scale corresponding to the electrical signal.
The displacement measuring instrument 1 further comprises a display unit 19 for displaying the absolute value determined by the calculation unit 18 .

測定ヘッド12、及び、表示部19は、コントロール部13と有線、又は、無線で接続されている。コントロール部13は、ハードウェアとして、CPU(Central Processing Unit)、又は、FPGA(Field Programmable Gate Array)、メモリ、電源、A/Dコンバータ、及び、インタポレータ等を含む。 The measuring head 12 and display unit 19 are connected to the control unit 13 via wired or wireless connection. The control unit 13 includes, as hardware, a CPU (Central Processing Unit) or FPGA (Field Programmable Gate Array), memory, a power supply, an A/D converter, an interpolator, etc.

光源部14は、例えば、LED(Light Emitting Diode)、及び、検出用に出力を抑えたレーザ等を含んで構成される。更に、平行光を出射できるよう、コリメータレンズ等の光学素子を有する。
変位測定器1において、光源部14から出射した平行光CLは、スケール11表面で反射され、反射光RLが受光部15に取り込まれる。
スケール11表面では、その位置での表面の粗さに応じた拡散反射が起こり、受光部15で得られるイメージの輝度は、粗さに応じて変化する(粗さが増加すると、輝度は低下する)。
The light source unit 14 includes, for example, an LED (Light Emitting Diode), a laser with reduced output for detection, etc. Furthermore, the light source unit 14 has an optical element such as a collimator lens so as to emit parallel light.
In the displacement measuring instrument 1 , parallel light CL emitted from the light source unit 14 is reflected by the surface of the scale 11 , and reflected light RL is taken in by the light receiving unit 15 .
Diffuse reflection occurs on the surface of the scale 11 according to the surface roughness at that position, and the brightness of the image obtained by the light receiving unit 15 changes according to the roughness (as the roughness increases, the brightness decreases).

光源部14として使用できるLEDとしては、出射光が平行光となるよう、レンズ等の光学素子があらかじめ組み込まれたものが利用できる。このようなLEDとしては、市販品を用いることができ、例えば、光学式エンコーダ用平行光LEDとして、浜松ホトニクス株式会社製の赤外LED(例えば、品名「L9437」等)、及び、株式会社京都セミコンダクター製の平行光LED(例えば、品名「KED358-H23」等)等が利用できる。
また、レンズ等の光学素子が組み込まれていないものを利用することもでき、そのような場合、平行光を出射できるよう、コリメータレンズ等の光学素子と合わせて光源部14を構成する。このようなLEDとしては、例えば、浜松ホトニクス株式会社製の高出力赤色発光ダイオード(例えば、品名「L3882」「L6108」、及び、「L6112」等)等を用いることもできる。
The LED that can be used as the light source unit 14 may be one that has optical elements such as lenses pre-installed so that the emitted light is parallel. Such an LED may be a commercially available product, and for example, an infrared LED manufactured by Hamamatsu Photonics K.K. (e.g., product name "L9437") and a parallel light LED manufactured by Kyoto Semiconductor Co., Ltd. (e.g., product name "KED358-H23") may be used as a parallel light LED for optical encoders.
It is also possible to use an LED that does not incorporate an optical element such as a lens, and in such a case, an optical element such as a collimator lens is used in combination with the LED to emit parallel light to form the light source unit 14. As such an LED, for example, a high-output red light-emitting diode manufactured by Hamamatsu Photonics K.K. (e.g., product names "L3882,""L6108," and "L6112") can be used.

なお、光源部14から出射される光の波長は特に制限されず、受光部15との関係で最適化されていればよい。言い換えれば、受光部15が、光源部14から出射される光の波長域に対応していればよい。 The wavelength of the light emitted from the light source unit 14 is not particularly limited, as long as it is optimized in relation to the light receiving unit 15. In other words, the light receiving unit 15 needs to be compatible with the wavelength range of the light emitted from the light source unit 14.

また、光源部14から出射される光の波長は、後述するスケールの材質との関係で、適宜選択されてもよい。例えば、スケールの表面(反射面)がクロム(Cr)パターンであれば、光源部14としては、赤色~(近)赤外領域の平行光LEDを用いるのが好ましい。
他の形態として、スケールの表面(反射面)がSiであれば、可視光~近赤外領域で、透過や吸収の影響で出力(受光部15の感度)を阻害しないものが好ましい。
The wavelength of the light emitted from the light source unit 14 may be selected appropriately in relation to the material of the scale, which will be described later. For example, if the surface (reflective surface) of the scale is a chrome (Cr) pattern, it is preferable to use a parallel light LED in the red to (near) infrared region as the light source unit 14.
Alternatively, if the surface (reflective surface) of the scale is made of Si, it is preferable that the output (sensitivity of the light receiving section 15) is not impaired by the influence of transmission or absorption in the visible light to near infrared region.

変位測定器1は、スケール11表面の絶対位置を、その位置における粗さに由来する輝度から計算して求める。そのため、スケール11表面での反射の際、粗さ以外の要因による散乱(迷光)を、光源部14が平行光CLを出射できるように構成して抑制している。 The displacement measuring instrument 1 calculates the absolute position of the surface of the scale 11 from the brightness resulting from the roughness at that position. Therefore, when light is reflected from the surface of the scale 11, scattering (stray light) caused by factors other than roughness is suppressed by configuring the light source unit 14 to emit parallel light CL.

受光部15は、一形態として、スケール11の幅方向(Y方向)、及び、長手方向にマトリクス状に配列される複数の受光素子(画素)からなる受光面を有するセンサである。受光部15としては、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ、及び、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等を用いることができる。なお、受光部15は、スケール11の幅方向に配列される受光素子からなるラインセンサであってもよい。
受光部15の受光面からは、受光面での受光量分布を表すアナログの電気信号が出力される。この電気信号は、光源部14からの平行光CLが照射された照射面(反射面)の粗さに応じた輝度値を有している。
In one form, the light receiving unit 15 is a sensor having a light receiving surface made up of a plurality of light receiving elements (pixels) arranged in a matrix in the width direction (Y direction) and the longitudinal direction of the scale 11. As the light receiving unit 15, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor, or the like can be used. Note that the light receiving unit 15 may also be a line sensor made up of light receiving elements arranged in the width direction of the scale 11.
An analog electrical signal representing the distribution of the amount of light received on the light receiving surface is output from the light receiving surface of the light receiving unit 15. This electrical signal has a luminance value corresponding to the roughness of the irradiation surface (reflection surface) onto which the parallel light CL from the light source unit 14 is irradiated.

コントロール部13に入力されたアナログの電気信号は、A/D変換部17に取り込まれ、一定のサンプリング周期でサンプリングされて、デジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された輝度データは、メモリに順次蓄積される。
なお、本変位測定器1は、受光部15とA/D変換部17とをそれぞれ有しているが、受光部15(イメージセンサ)がA/D変換回路を備えていてもよい。この場合、コントロール部13はA/D変換部を有していなくてもよい。
The analog electrical signal input to the control unit 13 is taken in by the A/D conversion unit 17, sampled at a fixed sampling period, and converted into a digital signal. The brightness data converted into a digital signal is sequentially stored in memory.
Although the displacement measuring instrument 1 has the light receiving unit 15 and the A/D conversion unit 17, the light receiving unit 15 (image sensor) may have an A/D conversion circuit. In this case, the control unit 13 does not need to have an A/D conversion unit.

コントロール部13は、メモリに記憶されたプログラムをCPU(又はFPGA)が実行することにより実現される機能として、電源/制御部16、及び、演算部18を有する。
電源/制御部16は、光源部、及び、受光部等に電力を供給するとともに、これらを制御する。
The control unit 13 has a power supply/control unit 16 and a calculation unit 18 as functions realized by the CPU (or FPGA) executing a program stored in the memory.
The power supply/control unit 16 supplies power to the light source unit, the light receiving unit, etc., and controls them.

演算部18は、メモリに蓄積された輝度データをもとに、平行光CLが照射されたスケール11表面(照射面)の絶対位置の計算処理を実行する。
この計算は、既知の絶対位置と、その位置に対応した輝度データ(例えば電圧)との関係を規定する関数に基づいて行われる。スケール11は一方向(X+方向)に沿って粗さが漸増する表面パターンを有しているため、得られる輝度は、一方向(X+方向)に沿って漸減する。
上記によれば、測定された輝度データを上記関数に当てはめて単純な計算するだけで、絶対位置を算出することができる。従来、測定されたパターンイメージをデータベースに問い合わせて照合し、対応する絶対位置の情報を呼び出していたのと比較すると、著しく処理を高速化できる。
The calculation unit 18 performs a calculation process for calculating the absolute position of the surface (irradiation surface) of the scale 11 irradiated with the parallel light CL based on the brightness data stored in the memory.
This calculation is performed based on a function that defines the relationship between a known absolute position and the brightness data (e.g., voltage) corresponding to that position. Since the scale 11 has a surface pattern with gradually increasing roughness along one direction (X+ direction), the resulting brightness gradually decreases along one direction (X+ direction).
According to the above, the absolute position can be calculated simply by applying the measured brightness data to the above function, which significantly speeds up processing compared to the conventional method of querying and matching the measured pattern image against a database and retrieving the corresponding absolute position information.

演算部18によって計算された絶対位置は、表示部19へと送られ、表示される。表示部19は、例えば7セグメント表示器によって構成される。 The absolute position calculated by the calculation unit 18 is sent to and displayed on the display unit 19. The display unit 19 is configured, for example, by a seven-segment display.

次に、測定ヘッド12、及び、これに含まれるスケール11について詳述する。
図2は、本変位測定器の測定ヘッド12の説明図であり、図2(a)は外観図であり、図2(b)は縦断面図である。
測定ヘッド12は、筐体20と、一方向(X方向)に移動可能に筐体20に支持された接触子10とを有する。
Next, the measuring head 12 and the scale 11 included therein will be described in detail.
2A and 2B are explanatory diagrams of the measuring head 12 of the displacement measuring instrument, with FIG. 2A being an external view and FIG. 2B being a longitudinal sectional view.
The measuring head 12 has a housing 20 and a contact 10 supported by the housing 20 so as to be movable in one direction (X direction).

接触子10には、丸棒状の軸21が取り付けられており、軸受22によってX方向に摺動可能に支持されている。この軸受22のX-方向の先端と、接触子10との間には、蛇腹ブーツ23が取り付けられている。
筐体20は、軸受22のX+方向の先端と接続する円筒状のケース24、ケース24に嵌合する円筒状のカバー25、更に、この外側を覆う円筒状の外カバー26とにより構成され、測定ヘッド12の全体を気密に構成している。なお、図2(b)では、外カバー26の図示は省略されている。
A round rod-shaped shaft 21 is attached to the contact 10 and is supported by a bearing 22 so as to be slidable in the X direction. A bellows boot 23 is attached between the tip of the bearing 22 in the X direction and the contact 10.
The housing 20 is made up of a cylindrical case 24 connected to the tip of the bearing 22 in the X+ direction, a cylindrical cover 25 fitted to the case 24, and a cylindrical outer cover 26 that covers the outside of these, thereby making the entire measuring head 12 airtight. Note that the outer cover 26 is not shown in Figure 2(b).

カバー25のX+方向の端部には、コントロール部13との接続のための信号線27、及び、電線28が接続されるターミナル部30が配設されており、ターミナル部30とカバー25とは、Oリング等の機械的な封止手段、又は、接着等の方法で気密化されている。なお、ターミナル部30には、コントロール部13へと延びるケーブルが接続されているが、図示は省略されている。 A terminal section 30 is provided at the X+ end of the cover 25 to which a signal line 27 and an electrical wire 28 for connection to the control unit 13 are connected. The terminal section 30 and the cover 25 are sealed airtight using a mechanical sealing means such as an O-ring, or by adhesive bonding. A cable extending to the control unit 13 is connected to the terminal section 30, but is not shown in the figure.

次に、軸21のX+方向の下端には、段付き軸部31が接続されている。段付き軸部31の周方向の一か所には、外周側に突出した回り止め32が配設されている。段付き軸部31の下端には、コイルバネ33を巻回するために、段付き軸部31よりも小径の保持部34が接続されている。 Next, a stepped shaft portion 31 is connected to the lower end of the shaft 21 in the X+ direction. A rotation stopper 32 that protrudes outward is disposed at one circumferential position on the stepped shaft portion 31. A retaining portion 34 with a smaller diameter than the stepped shaft portion 31 is connected to the lower end of the stepped shaft portion 31 in order to wind a coil spring 33 around it.

図3は、測定ヘッド12の内部構造の説明図であり、図3(a)は、カバー25、及び、ケース24を取り除いた状態の段付き軸部31、保持部34、及び、スケール11等(以下、まとめて「可動部」ともいう。)を表す斜視図である。図3(b)は、カバー25を取り除いた状態のケース24等(以下、「固定部」ともいう。)を表す斜視図である。 Figure 3 is an explanatory diagram of the internal structure of the measuring head 12. Figure 3(a) is a perspective view showing the stepped shaft portion 31, holding portion 34, scale 11, etc. (hereinafter collectively referred to as "movable portion") with the cover 25 and case 24 removed. Figure 3(b) is a perspective view showing the case 24, etc. (hereinafter also referred to as "fixed portion") with the cover 25 removed.

保持部34は、段付き軸部31側から、X+方向の中間部までは円柱形上(中実軸状)であるが、中間部からX+方向の軸端までは、水平面で切り落とした断面半円状の切り落とし部35、及び、36を形成している。 The retaining portion 34 is cylindrical (solid shaft-like) from the stepped shaft portion 31 to the middle portion in the X+ direction, but from the middle portion to the end of the shaft in the X+ direction, cut-off portions 35 and 36 are formed, which have a semicircular cross section cut off in the horizontal plane.

Z+方向側の切り落とし部35のX+方向側には、スケール11を配置するため、スケール11の厚さだけ、半円形状から水平面で更に切り込まれ、スケール11の表面、及び、裏面の受光面をZ+方向、及び、Z-方向に露出するように開口部37が切り込まれた、桁枠38が形成されている。桁枠38には、接着剤等を用いてスケール11が取り付けられており、切り落とし部35の上面と、スケール11の上面とが一致するよう形成されている。 To accommodate the scale 11, a girder frame 38 is formed on the X+ side of the cutout 35 on the Z+ side. The girder frame 38 is cut horizontally from the semicircular shape by the thickness of the scale 11, and has openings 37 cut into it to expose the light-receiving surfaces on the front and back of the scale 11 in the Z+ and Z- directions. The scale 11 is attached to the girder frame 38 using adhesive or the like, and is formed so that the top surface of the cutout 35 is flush with the top surface of the scale 11.

一方、開口部37のZ-方向は、断面半円状の切り落とし部36が形成され、開口部37を介して、桁枠38に支持されたスケール11のZ-方向側の主面が、Z-方向側に露出するよう形成されている。上記により構成される可動部が固定部内をX方向に移動する。なお、図3(a)ではコイルバネ33の図示を省略しているが、コイルバネ33は、段付き軸部31のX+方向の下端から巻回されている。 On the other hand, a cutout portion 36 with a semicircular cross section is formed in the Z- direction of the opening 37, and the main surface of the scale 11 supported by the girder frame 38 on the Z- direction side is exposed through the opening 37. The movable portion configured as described above moves in the X direction within the fixed portion. Note that although the coil spring 33 is not shown in Figure 3(a), the coil spring 33 is wound around the lower end of the stepped shaft portion 31 in the X+ direction.

一方、固定部を構成するケース24には、ワイヤ放電加工等で複雑形状の複数の切り欠き部を有するように形成されている。固定部の左半分の部分は、内部にコイルバネ33を収容できるよう、中空円筒形上に形成されて、可動部を受け入れる形状になっている。そして、Z+方向の上面には、長円形の溝が形成されており、可動部の回り止め32が長手方向に移動できる回り止め用溝となっている。 On the other hand, the case 24 that constitutes the fixed part is formed with multiple complexly shaped cutouts created by wire electric discharge machining or the like. The left half of the fixed part is formed in a hollow cylindrical shape to accommodate the coil spring 33 inside, and is shaped to accept the movable part. An oval groove is formed on the top surface in the Z+ direction, which acts as a stop groove that allows the movable part's stop 32 to move longitudinally.

ケース24の下側は、穴が形成されており、調整等に使用される。コイルバネ33は、可動部の段付き軸部31の壁面との間で保持される。コイルバネ33は、本変位測定器1を使用した後の、接触子10をX-方向へと戻すためのものである。 A hole is formed on the underside of the case 24, which is used for adjustments, etc. The coil spring 33 is held between the wall surface of the stepped shaft portion 31 of the movable part. The coil spring 33 is used to return the contact 10 to the X-direction after using the displacement measuring instrument 1.

ケース24の中央には、スケール11の上側(Z+方向)と、下側(Z-方向)とにそれぞれ台状の基板受け部39、及び、40が形成されており、X+方向の軸端に形成された基板受け部41とで、光源部14、及び、受光部15とを含む検出系42、及び、43がそれぞれ搭載された電子基板44、及び、45とをそれぞれ搭載する。
電子基板44、及び、45は、スケール11を挟んで対向する位置にそれぞれ設けられ、それぞれの検出系42、43は、スケール11との間の距離が略同一となるよう配置されている。
In the center of the case 24, platform-shaped board receiving portions 39 and 40 are formed on the upper side (Z+ direction) and lower side (Z- direction) of the scale 11, respectively, and electronic boards 44 and 45, on which detection systems 42 and 43 including a light source unit 14 and a light receiving unit 15 are mounted, are mounted together with a board receiving portion 41 formed at the end of the axis in the X+ direction.
The electronic boards 44 and 45 are provided at positions facing each other with the scale 11 in between, and the detection systems 42 and 43 are arranged so that the distances between them and the scale 11 are approximately the same.

電子基板44は、基板受け部39、及び、41に載置され、ネジ46、及び、47によって固定される。電子基板45も同様に、基板受け部40、及び、41に固定される。 Electronic board 44 is placed on board receiving portions 39 and 41 and secured in place by screws 46 and 47. Electronic board 45 is similarly secured to board receiving portions 40 and 41.

電子基板44、及び、45を基板受け部39、及び、40、並びに、41に固定した状態で、検出系42、及び、43に含まれるそれぞれの受光部の受光面と可動部に取り付けられたスケール11の上面、及び、下面との間の距離が、光学式測定に適切な距離となるよう、基板受け部39、及び、40、並びに、41の水平面高さが設定されている。
また、電子基板44、及び、45には、ターミナル部30から信号線27、及び、電線28が取り付けられている。
With the electronic boards 44 and 45 fixed to the board receiving portions 39, 40, and 41, the horizontal heights of the board receiving portions 39, 40, and 41 are set so that the distance between the light receiving surfaces of the light receiving portions included in the detection systems 42 and 43 and the upper and lower surfaces of the scale 11 attached to the movable portion is an appropriate distance for optical measurement.
Furthermore, the signal line 27 and the electric wire 28 are attached to the terminal portion 30 on the electronic boards 44 and 45 .

次に、本変位測定器が有するスケールについて説明する。
図4は、スケール11の説明図である。図4(a)は、スケール11の斜視図であり、図4(b)、(c)は、スケール11の平面図、及び、底面図であり、図4(d)~(g)はスケール11の表面パターンを表す図である。
Next, the scale of this displacement measuring instrument will be described.
4A and 4B are explanatory diagrams of the scale 11. Fig. 4A is a perspective view of the scale 11, Fig. 4B and Fig. 4C are a plan view and a bottom view of the scale 11, and Fig. 4D to Fig. 4G are diagrams showing the surface pattern of the scale 11.

スケール11は、平板状の基材からなり、その一方側の主面(表面a)、及び、他方側の主面(裏面b)には、それぞれ、一方端から他方端へと向かう、長手方向(X+方向)に沿って粗さが漸増する表面パターンが形成されている。図4(b)(c)において、より粗い部分は黒で、より平坦な部分は白で表されている。 The scale 11 is made of a flat substrate, and on one of its main surfaces (front surface a) and the other main surface (back surface b), a surface pattern is formed in which the roughness gradually increases along the longitudinal direction (X+ direction) from one end to the other. In Figures 4(b) and (c), rougher areas are represented in black, and flatter areas are represented in white.

スケール11の表面パターンの粗さの範囲は特に制限されない。測長の感度、及び、スケールの長さ等に応じて適宜定めればよい。一形態としては、例えば、算術平均粗さRaとして、10~1000nmであることが好ましい。このようなスケールは、後述する方法のほか、エッチング、研磨、及び、レーザ照射等を使って、又は、これらを組み合わせて作成することができる。
特にレーザ照射によれば、鏡面を荒らすこともでき、研削後やエッチング後の表面であれば、これを平坦にすることもできる。
また、スケールの材質の加工閾値を超えるレーザを照射すれば、アブレーションで表面を粗化することもできる。上記のように、レーザ照射を用いれば、算術平均粗さRaの数十nm以上の範囲において、任意の表面パターンを容易に作製できる。
There are no particular restrictions on the range of roughness of the surface pattern of the scale 11. It may be determined appropriately depending on factors such as the sensitivity of the length measurement and the length of the scale. In one embodiment, for example, the arithmetic mean roughness Ra is preferably 10 to 1000 nm. Such a scale can be produced by the methods described below, as well as by etching, polishing, laser irradiation, or a combination of these.
In particular, laser irradiation can roughen the mirror surface, and can also make the surface smooth after grinding or etching.
Furthermore, by irradiating the scale with a laser beam exceeding the processing threshold of the material, it is possible to roughen the surface by ablation. As described above, by using laser irradiation, any surface pattern can be easily produced in the range of arithmetic mean roughness Ra of several tens of nanometers or more.

なお、スケール11は、X+方向に沿って粗さが漸増しているが、本発明の実施形態に係る変位測定器における、スケール11の配置は上記に制限されない。スケール11は、X-方向に沿って粗さが漸増するよう配置されてもよい。すなわち、図4(b)(c)におけるスケール11を、Z軸を中心に180度回転させた状態で変位測定器にセットしてもよい。 Note that while the roughness of the scale 11 gradually increases along the X+ direction, the arrangement of the scale 11 in the displacement measuring instrument according to the embodiment of the present invention is not limited to this. The scale 11 may also be arranged so that the roughness gradually increases along the X- direction. In other words, the scale 11 in Figures 4(b) and (c) may be rotated 180 degrees around the Z axis and set on the displacement measuring instrument.

図4(d)は、X方向の距離(スケール上の位置)を横軸に、対応する位置における表面の粗さを縦軸とする、スケール11の表面パターンを説明する図である。
図に示されるとおり、Xの増加に従って(絶対位置がX+方向となるに従って)、対応する位置における表面の粗さは増加していく。
FIG. 4D is a diagram illustrating the surface pattern of the scale 11, with the horizontal axis representing the distance in the X direction (position on the scale) and the vertical axis representing the surface roughness at the corresponding position.
As shown in the figure, as X increases (as the absolute position moves in the X+ direction), the surface roughness at the corresponding position increases.

本変位測定器1におけるスケール11は、上記のように、絶対位置とその位置における表面の粗さとに対応関係がある。この表面に平行光が照射されると、表面の粗さに応じて拡散反射が起こり、得られるイメージの輝度が変化する。この位置と輝度(電圧)との関係を予め関数として記憶しておけば、測定される輝度を上記関数に当てはめるだけで、絶対位置を算出でき、応答速度が著しく向上する。 As described above, the scale 11 in this displacement measuring instrument 1 has a correspondence between absolute position and the surface roughness at that position. When parallel light is irradiated onto this surface, diffuse reflection occurs according to the surface roughness, and the brightness of the resulting image changes. If the relationship between this position and brightness (voltage) is stored in advance as a function, the absolute position can be calculated simply by applying the measured brightness to the function, significantly improving response speed.

なお、絶対位置とその位置における表面の粗さとが対応関係を有するためには、表面パターンは、一方端から他方端へと向かう一方向(X+方向、又は、X-方向)に沿って、粗さが漸増することが必要となる。 In order for there to be a correspondence between the absolute position and the surface roughness at that position, the surface pattern must have a gradually increasing roughness along one direction (X+ direction or X- direction) from one end to the other.

本スケールにおける表面パターンの形態の一つは、図4(d)のように、一方向に向かう粗さの増加が連続的であるものが挙げられる。
また、他の形態としては、図4(e)(f)のように、粗さの増加が連続的ではなく、階段状に、不連続であるものが挙げられる。
また、他の形態としては、図4(g)のように、位置の変化量に対する粗さの変化量が連続的に変化しながら、全体としては粗さが増加していくものであってもよい。
One form of surface pattern on this scale is one in which the roughness increases continuously in one direction, as shown in FIG. 4(d).
Another example is one in which the increase in roughness is not continuous but step-like and discontinuous, as shown in FIGS. 4(e) and 4(f).
As another example, as shown in FIG. 4G, the amount of change in roughness relative to the amount of change in position may change continuously, while the roughness increases overall.

本明細書において、「漸増する」とは、スケールの一方端から他方端に向かって、粗さが増加する状態を意味する。具体的には、図4(d)(f)(g)のように、距離(位置)の変化量に対する粗さの変化量の割合が、全領域にわたって常に0以上であるか、又は、図4(e)のように、上記に加えて、Xの変化量が0のときに、粗さの変化量が0より大きい領域があってもよい。
なお、「全領域にわたって」とは、スケールとして使用される(測定範囲に該当する)全領域にわたることを意味し、主面の全領域より狭い領域であってよい。
In this specification, "gradually increasing" means that the roughness increases from one end of the scale to the other. Specifically, as shown in Figures 4(d), (f), and (g), the ratio of the change in roughness to the change in distance (position) may always be 0 or greater over the entire region, or, in addition to the above, there may be a region where the change in roughness is greater than 0 when the change in X is 0, as shown in Figure 4(e).
The term "over the entire area" means over the entire area used as a scale (corresponding to the measurement range), and may be an area smaller than the entire area of the main surface.

なお、スケールの表面パターンにおける距離の変化量に対する粗さの変化量の割合は、0以上であることが好ましく、0より大きいことが好ましい。上記のように構成することにより、より高い分解能で測長が可能になる。 The ratio of the change in roughness to the change in distance in the surface pattern of the scale is preferably equal to or greater than 0, and more preferably greater than 0. By configuring it as described above, it becomes possible to measure length with higher resolution.

スケール11の大きさは特に制限されないが、一形態として、幅0.5~2mmが好ましく、長さは測定長に応じて適宜定められる。 There are no particular restrictions on the size of the scale 11, but in one form, a width of 0.5 to 2 mm is preferable, and the length is determined appropriately depending on the measurement length.

図5は、光源部、及び、受光部、並びに、スケールの相互の位置関係を示す説明図であり、図5(a)は斜視図、図5(b)は側面図、図5(c)は平面図である。
スケール11の上側(Z+方向)には、光源部14-1、及び、受光部15-1を含む検出系42が配置されており、下側(Z-方向)には、光源部14-2、及び、受光部15-2を含む検出系43が配置されている。
平面視では、光源部14-1、及び、光源部14-2、並びに、受光部15-1、及び、受光部15-2が、それぞれ、スケール11を挟んで対向する(重なる)位置に配置されている。
また、受光部15-1、及び、15-2からスケール11表面までの距離は略同一となるよう構成されている。
5A, 5B, and 5C are explanatory diagrams showing the relative positions of the light source unit, the light receiving unit, and the scale, where FIG. 5A is a perspective view, FIG. 5B is a side view, and FIG. 5C is a plan view.
A detection system 42 including a light source unit 14-1 and a light receiving unit 15-1 is arranged on the upper side (Z+ direction) of the scale 11, and a detection system 43 including a light source unit 14-2 and a light receiving unit 15-2 is arranged on the lower side (Z- direction).
In plan view, the light source units 14-1 and 14-2, and the light receiving units 15-1 and 15-2 are arranged at positions facing each other (overlapping) with the scale 11 interposed therebetween.
The distances from the light receiving sections 15-1 and 15-2 to the surface of the scale 11 are configured to be approximately the same.

スケール11の上側(Z+方向側)では、光源部14-1から出射された平行光CLは、スケール11表面(表面)で(少なくとも一部が)反射し、反射光RLは、受光部15-1に取り込まれる。一方、スケール11の下側(Z-方向側)では、光源部14-2、及び、受光部15-2が上記と同様に配置され、光源部14-2から出射された平行光は、スケール裏面で反射し受光部15-2に取り込まれる。 On the upper side (Z+ direction side) of the scale 11, the collimated light CL emitted from the light source unit 14-1 is reflected (at least partially) by the surface (front side) of the scale 11, and the reflected light RL is captured by the light receiving unit 15-1. On the other hand, on the lower side (Z- direction side) of the scale 11, the light source unit 14-2 and the light receiving unit 15-2 are arranged in the same manner as above, and the collimated light emitted from the light source unit 14-2 is reflected by the back surface of the scale and captured by the light receiving unit 15-2.

すでに説明したとおり、スケール11は、X+方向において粗さが漸増するため、反射光の照射面(スケール11表面)からの反射光により得られる撮像イメージは、上記粗さに応じて輝度が変化する。すなわち、スケール11が移動して、反射面の粗さが変化すると、撮像イメージの輝度も、これに応じて変化していく。 As already explained, the roughness of the scale 11 gradually increases in the X+ direction, so the brightness of the captured image obtained by the light reflected from the irradiated surface (surface of the scale 11) changes according to this roughness. In other words, as the scale 11 moves and the roughness of the reflective surface changes, the brightness of the captured image also changes accordingly.

この輝度とスケール11上の絶対位置との関係を規定する関数を予め定め、記憶しておくことで、この関数に基づき、測定された輝度に対応する絶対位置を算出することができる。この方法によれば、得られたパターンイメージをデータベースに問い合わせて、対応する位置を呼び出す(通信する)必要がないため、顕著な高速応答が可能となる。 By predetermining and storing a function that defines the relationship between this brightness and the absolute position on the scale 11, the absolute position corresponding to the measured brightness can be calculated based on this function. This method enables significantly faster response because it is not necessary to query a database for the obtained pattern image and retrieve (communicate) the corresponding position.

次に、本変位測定器1の動作について説明する。
まず、測定ヘッド12の接触子10が測定対象物に接触して、X+方向に移動すると、それに応じでスケール11もX+方向に移動する。この際、コントロール部13は、光源部14を制御して、スケール11に平行光を照射し、受光部15はその反射光を取り入れる。受光部15は、反射光による光信号を輝度に応じた電気信号に変換する。
Next, the operation of the displacement measuring instrument 1 will be described.
First, when the contact 10 of the measuring head 12 comes into contact with the object to be measured and moves in the X+ direction, the scale 11 also moves in the X+ direction accordingly. At this time, the control unit 13 controls the light source unit 14 to irradiate the scale 11 with parallel light, and the light receiving unit 15 receives the reflected light. The light receiving unit 15 converts the optical signal generated by the reflected light into an electrical signal corresponding to the brightness.

上述のとおり、スケール11は、X+方向に沿って粗さが漸増する(漸減してもよい)表面パターンを有しているため、受光部15において得られるイメージの輝度は、表面の粗さ、すなわち、絶対位置に対応した値となる。 As described above, the scale 11 has a surface pattern whose roughness gradually increases (or may gradually decrease) along the X+ direction, so the brightness of the image obtained by the light receiving unit 15 corresponds to the surface roughness, i.e., the absolute position.

A/D変換部17で変換された電気信号をもとに、演算部18では、スケール上における絶対位置を計算する。この計算には、電気信号と絶対位置との関係を規定する関数が用いられる。この関数はすでに説明したとおり、予め定義されたうえで、メモリに記憶されているため、演算部18は、A/D変換部17から得た電気信号を、上記関数にあてはめることにより、簡単に絶対位置を算出することができる。算出された絶対位置は、表示部19に表示される。 The calculation unit 18 calculates the absolute position on the scale based on the electrical signal converted by the A/D conversion unit 17. This calculation uses a function that defines the relationship between the electrical signal and the absolute position. As already explained, this function is pre-defined and stored in memory, so the calculation unit 18 can easily calculate the absolute position by applying the electrical signal obtained from the A/D conversion unit 17 to the above function. The calculated absolute position is displayed on the display unit 19.

更に、本変位測定器1は、スケール11の対向する主面に、それぞれ同一の表面パターンを有しており、このため、従来技術と比較して、種々の優れた効果を有する。以下では、上記優れた効果について説明する。 Furthermore, this displacement measuring instrument 1 has the same surface pattern on each of the opposing main surfaces of the scale 11, which provides various excellent advantages over conventional technology. These excellent advantages are explained below.

スケール11は、2つある主面(表面/裏面)にそれぞれ同一の表面パターンを有する。すでに説明したとおり、変位測定器1は、スケール11の一方の主面に平行光を照射可能な2つの光源部14-1、及び、14-2と、スケール11の一方の主面からの反射光を取り込み可能な2つの受光部15-1、及び、15-2とを、それぞれスケール表側、及び、裏側にそれぞれ有しているため、2つある主面のそれぞれからの反射光を受光して、その信号をもとに絶対位置を演算することもできる。 The scale 11 has two main surfaces (front and back) that each have the same surface pattern. As already explained, the displacement measuring instrument 1 has two light source units 14-1 and 14-2 that can irradiate one main surface of the scale 11 with parallel light, and two light receiving units 15-1 and 15-2 that can receive reflected light from one main surface of the scale 11, located on the front and back sides of the scale, respectively. Therefore, it is possible to receive reflected light from each of the two main surfaces and calculate absolute position based on the signals received.

この効果の1つとして冗長化が挙げられる。いずれか一方の受光部15-1、又は、15-2から出力される電気信号だけでも、絶対位置の演算を行うことができるため、通常はいずれか一方の検出系を使用し、その一方に何らかの故障が発生した場合には、他方の検出系に切り替えて、変位測定器1の機能を維持できる。 One of the benefits of this is redundancy. Absolute position can be calculated using only the electrical signal output from either light-receiving unit 15-1 or 15-2. Therefore, one of the detection systems is normally used, and if a malfunction occurs in one of them, the other detection system can be used to maintain the functionality of the displacement measuring instrument 1.

なお、スケール11は、2つある主面(表面/裏面)の双方にそれぞれ同一の表面パターンを有しているが、表面パターンは表裏で異なっていてもよい。例えば、表面に図4(d)又は(g)の表面パターン、裏面に図4(f)又は(e)の表面パターンを有していてもよい。
図4(d)又は(g)の表面パターンは、位置Xの増加に対して、粗さが連続的に増加するため、より分解能の高い測定が可能である。一方、図4(f)又は(e)の表面パターンは、位置Xの変化に対して、粗さの増加が連続的でない部分が存在するため、前者と比較すると分解能がやや低くなる。上記のようにすることで、必要な分解能に応じてスケールを切り替えることもできる。
The scale 11 has the same surface pattern on both of its two main surfaces (front and back), but the surface patterns may be different on the front and back. For example, the front surface may have the surface pattern shown in Fig. 4(d) or (g) and the back surface may have the surface pattern shown in Fig. 4(f) or (e).
The surface pattern in Figure 4(d) or (g) allows for measurement with higher resolution because the roughness increases continuously with increasing position X. On the other hand, the surface pattern in Figure 4(f) or (e) has some areas where the increase in roughness is not continuous with changes in position X, resulting in slightly lower resolution compared to the former. By doing as described above, it is also possible to switch the scale depending on the required resolution.

図5(b)、(c)の記載からも理解されるとおり、光源部14-1、14-2、及び、受光部15-1、15-2は、スケール11を挟んでそれぞれ対向する位置に配置されている。スケール11の表面と裏面とが同一の表面パターンを有していると、2つの検出系42、及び、検出系43にそれぞれ同一の素子等を使用すれば(同一のものとすれば)、スケール11の両面の受光部から略同一の電気信号が得られることになる。これらを用いて絶対位置を計算すれば、より正確な測長が可能になる。 As can be seen from Figures 5(b) and (c), the light source units 14-1 and 14-2 and the light receiving units 15-1 and 15-2 are arranged in opposing positions across the scale 11. If the front and back surfaces of the scale 11 have the same surface pattern, and the two detection systems 42 and 43 use the same elements (if they are identical), then approximately the same electrical signals will be obtained from the light receiving units on both sides of the scale 11. Using these to calculate the absolute position will enable more accurate length measurements.

図6は、表裏の各主面に同一の表面パターンを有するスケール11を備える変位測定器1による測長の一形態の説明図である。
図6(a)は、スケール11、及び、2枚の対向する電子基板44、45の側面図であり、(b)は、その際に各受光部から得られる電気信号(イメージ光量、電圧等)を表している。
FIG. 6 is an explanatory diagram of one form of length measurement using a displacement measuring instrument 1 equipped with a scale 11 having the same surface pattern on both the front and back principal surfaces.
FIG. 6(a) is a side view of the scale 11 and the two opposing electronic boards 44, 45, and (b) shows the electrical signals (image light amount, voltage, etc.) obtained from each light receiving section at that time.

スケール11の上側(Z+方向)では、光源部14-1から出射された平行光は、スケール11の表面で反射し、反射光は受光部15-1に取り込まれる。同様に、スケール11の下側(Z-方向)では、光源部14-2から出射された平行光は、スケール11の裏面で反射し、反射光は受光部15-2に取り込まれる。 On the upper side of the scale 11 (Z+ direction), the parallel light emitted from the light source unit 14-1 is reflected by the surface of the scale 11, and the reflected light is captured by the light-receiving unit 15-1. Similarly, on the lower side of the scale 11 (Z- direction), the parallel light emitted from the light source unit 14-2 is reflected by the back surface of the scale 11, and the reflected light is captured by the light-receiving unit 15-2.

このとき、受光部15-1からスケール11の表面(上側反射面)、受光部15-2からスケール11の裏面(下側反射面)とは、それぞれ略同一の距離となるよう構成されている。
図6(a)のように、スケール11の姿勢が正しく保たれている場合、反射面から、受光部15-1の左端部分への距離L1_out、及び、反射面から、受光部15-2の左端部分への距離L2_outと、反射面から、受光部15-1の右端部分への距離L1_in、及び、反射面から、受光部15-2の右端部分への距離L1_outとの距離は、それぞれ略同一となる。
At this time, the distance from the light receiving unit 15-1 to the surface (upper reflecting surface) of the scale 11 and the distance from the light receiving unit 15-2 to the rear surface (lower reflecting surface) of the scale 11 are configured to be approximately the same.
As shown in Figure 6(a), when the posture of the scale 11 is maintained correctly, the distance L1_out from the reflecting surface to the left end portion of the light receiving unit 15-1, the distance L2_out from the reflecting surface to the left end portion of the light receiving unit 15-2, the distance L1_in from the reflecting surface to the right end portion of the light receiving unit 15-1, and the distance L1_out from the reflecting surface to the right end portion of the light receiving unit 15-2 are approximately the same.

スケール11上の反射面は、受光部15-1、及び、15-2に対しては、光源ととらえることもでき、各光源(反射面)から、受光部15-1、15-2の各部への距離が等しい図6(a)の場合には、受光部の幅方向の全体にわたってイメージ光量は(各画素)同程度である(図6(b))。
なお、図6(b)は、横軸に各受光部のY方向の幅(画素の位置)を、縦軸にイメージ光量を表している。
The reflective surface on the scale 11 can be regarded as a light source for the light receiving sections 15-1 and 15-2, and in the case of Figure 6(a) where the distance from each light source (reflective surface) to each of the light receiving sections 15-1 and 15-2 is equal, the amount of image light (for each pixel) is approximately the same across the entire width of the light receiving section (Figure 6(b)).
In FIG. 6B, the horizontal axis represents the width of each light receiving section in the Y direction (pixel position), and the vertical axis represents the amount of image light.

上記の場合、受光部15-1、及び、受光部15-2の幅方向の各部における光量が等しくなるため、これを合算すると、受光部の幅方向で、個別の受光部において得られる光量のおよそ2倍の光量が得られることがわかる。 In the above case, the amount of light at each part of the width of light receiving section 15-1 and light receiving section 15-2 is equal, so when these are added together, it can be seen that the amount of light obtained in the width direction of the light receiving section is approximately twice the amount of light obtained at each individual light receiving section.

一方、スケール11は、X方向に稼働する必要があるため、不可避的に各部品の「はめあい」等にはある程度の余裕が必要である。これにより、スケール11の姿勢が、変位測定器1の使用中、意図せず傾くことがある。スケールが傾くと、光源(反射面)と受光部との距離が変化し、イメージ光量が変化し、測長の精度を低下させる要因となり得る。 On the other hand, because the scale 11 needs to move in the X direction, a certain amount of leeway is inevitably required for the "fit" of each part. This can cause the scale 11 to tilt unintentionally while the displacement measuring instrument 1 is in use. When the scale tilts, the distance between the light source (reflective surface) and the light receiving unit changes, which changes the amount of image light and can reduce the accuracy of length measurements.

図6(c)は、スケール11に対してX軸まわりに回転モーメント(ローリング)が発生し、スケール11が右下がりに傾いた場合を示している。このとき、L1_outは、L1_inより小さくなり、一方で、L2_outは、L1_inより大きくなっている。 Figure 6(c) shows a case where a rotational moment (rolling) occurs around the X-axis with respect to the scale 11, causing the scale 11 to tilt downward to the right. At this time, L1_out is smaller than L1_in, while L2_out is larger than L1_in.

受光部15-1、及び、15-2におけるイメージ光量は反射面(光源とみなせる)からの距離により変化するため、受光部15-1、及び、受光部15-2の幅方向(Y方向)におけるイメージ光量は図6(d)のようになる。
すなわち、受光部15-1では、左端から右端に向かってイメージ光量は小さくなり、受光部15-2では、左端から右端に向かってイメージ光量は大きくなる。
Since the amount of image light at the light receiving sections 15-1 and 15-2 varies depending on the distance from the reflecting surface (which can be considered as the light source), the amount of image light in the width direction (Y direction) of the light receiving sections 15-1 and 15-2 is as shown in Figure 6 (d).
That is, in the light receiving section 15-1, the image light amount decreases from the left end to the right end, and in the light receiving section 15-2, the image light amount increases from the left end to the right end.

しかし、受光部15-1、及び、受光部15-2のイメージ光量を合算すると結果として、図6(d)のように、ローリング発生前と同程度の量となっていることがわかる。
これは、上述のとおりイメージ光量は光源(反射面)からの距離と関係するところ、ローリングが発生した場合においても、L1_outとL2_outとの和、L1_inとL2_inとの和は、ローリング発生前と同程度であるためである。
However, when the image light amounts of the light receiving sections 15-1 and 15-2 are added together, it is found that the total amount is approximately the same as that before the occurrence of rolling, as shown in FIG. 6(d).
This is because, as mentioned above, the amount of image light is related to the distance from the light source (reflective surface), and even when rolling occurs, the sum of L1_out and L2_out and the sum of L1_in and L2_in are approximately the same as before rolling occurred.

なお、本変位測定器1では、受光部15-1とスケール11表面との距離、及び、受光部15-2とスケール11表面との距離をそれぞれ略同一としているが、上記の効果は、距離が同一でなくても得ることができる。すなわち、どちらかの検出系がスケールにより近い場合でも上記の効果を得ることができる。 In this displacement measuring instrument 1, the distance between the light receiving unit 15-1 and the surface of the scale 11 and the distance between the light receiving unit 15-2 and the surface of the scale 11 are approximately the same, but the above effect can be obtained even if the distances are not the same. In other words, the above effect can be obtained even if one of the detection systems is closer to the scale.

本変位測定器1は、受光部をスケールの表裏に配置しているため、ローリングが発生した場合であっても、上下の各受光部から得られる信号を合計すると、強度に変化はなく、より安定的に、より精度よく、測長が可能となっている。 This displacement measuring instrument 1 has light receiving elements located on both the front and back of the scale. Therefore, even if rolling occurs, when the signals obtained from the upper and lower light receiving elements are added together, there is no change in intensity, making it possible to measure distance more stably and accurately.

この関係は、スケール11に対して、Y軸まわりに回転モーメント(ピッチング)が発生した場合も同様である。図7は、図6と同様に、表裏の各主面に同一の表面パターンを有するスケール11を備える変位測定器1による測長の一形態の説明図である。 This relationship also applies when a rotational moment (pitching) occurs around the Y axis with respect to the scale 11. Similar to Figure 6, Figure 7 is an explanatory diagram of one form of length measurement using a displacement measuring instrument 1 equipped with a scale 11 having the same surface pattern on both the front and back principal surfaces.

図7(a)、及び、図7(b)は、スケール11の姿勢が正しく保たれている場合のイメージ光量を表している。受光部15-1、及び、受光部15-2の後端(back)と前端(front)では、イメージ光量が、X方向に並ぶ各画素について、略等しい。一方、図7(c)は、Y軸まわりに回転モーメント(ピッチング)が発生した場合を示している。この場合も、図6(c)(d)と同様に、受光部15-1、及び、受光部15-2のイメージ光量を合算すると、正しい姿勢の状態において得られるイメージ光量と変わらないことがわかる。 Figures 7(a) and 7(b) show the image light intensity when the scale 11 is properly oriented. At the back and front ends of light-receiving units 15-1 and 15-2, the image light intensity is approximately equal for each pixel aligned in the X direction. On the other hand, Figure 7(c) shows the case where a rotational moment (pitching) occurs around the Y axis. In this case, as with Figures 6(c) and (d), the sum of the image light intensities of light-receiving units 15-1 and 15-2 is the same as the image light intensity obtained when the scale 11 is properly oriented.

なお、スケール11に対して、Z軸まわりに回転モーメント(ヨーイング)が発生することもあるが、この場合、各検出系とスケール11との距離は変化しないため、測定精度への影響はローリング、及び、ピッチングと比較すると小さい。一般に、スケール11の意図しない傾きは、スケール11の大きさと比較すると、はるかに小さいため、ヨーイングが起こっても、照射位置が平面方向(XY方向)に微小にシフトするのみであるため、影響はより小さい。 Note that a rotational moment (yawing) may occur around the Z axis for the scale 11, but in this case, the distance between each detection system and the scale 11 does not change, so the impact on measurement accuracy is smaller than that of rolling and pitching. Generally, unintended tilt of the scale 11 is much smaller than the size of the scale 11, so even if yawing occurs, the irradiation position only shifts slightly in the planar direction (X and Y directions), so the impact is smaller.

変位測定器1によれば、演算部18が使用する関数を、予め、上下の受光部から得られる電気信号の合算により定義しておくことで、ローリングやピッチングが発生したような場合でも、この影響を最小限に抑制し、より高精度な測長が可能になる。 In the displacement measuring instrument 1, the function used by the calculation unit 18 is defined in advance by adding up the electrical signals obtained from the upper and lower light receiving units. This minimizes the effects of rolling or pitching, even if they occur, enabling more accurate measurements.

[接触式変位測定器用スケールの製造方法]
次に、本変位測定器において使用されるスケール11の製造方法について説明する。スケール11は所望の表面パターンを有していればよく、公知の方法により製造することができる。
より効率的に製造できる観点では、平板状の基材の少なくとも一方の主面に、その一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、照射位置を移動させながらレーザを照射し、一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを形成することを含む、接触式変位測定器用スケールの製造方法(以下、「本製造方法」ともいう。)が好ましい。
以下では、本製造方法の各工程について詳述する。
[Method of manufacturing a scale for a contact-type displacement measuring instrument]
Next, a method for manufacturing the scale 11 used in this displacement measuring instrument will be described. The scale 11 only needs to have a desired surface pattern, and can be manufactured by a known method.
From the viewpoint of enabling more efficient production, a method for producing a scale for a contact displacement measuring instrument (hereinafter also referred to as "this production method") is preferred, which includes irradiating at least one main surface of a flat substrate with a laser along the longitudinal direction from one end to the other end while moving the irradiation position, thereby forming a surface pattern in which the roughness gradually increases along the longitudinal direction from one end to the other end.
Each step of this manufacturing method will be described in detail below.

図8は、本製造方法のフローチャートである。
まず、ステップS1として、基材表面の前処理を行う。基材の材質としては特に制限されず、金属、及び、セラミックス等の無機材料、プラスチック等の有機材料、及び、これらの複合材料等が使用できる。無機材料としては、金属、金属酸化物、グラファイト等の炭素材料、ケイ素、及び、ゲルマニウム等の半金属、並びに、ガラス等が挙げられ、なかでも、熱に対する寸法の安定性がより高い(低膨張率である)観点では、金属メッキ(クロムメッキが好ましい)被膜を有する石英ガラス等が好ましい。
FIG. 8 is a flowchart of this manufacturing method.
First, in step S1, the substrate surface is pretreated. The material of the substrate is not particularly limited, and inorganic materials such as metals and ceramics, organic materials such as plastics, and composite materials thereof can be used. Examples of inorganic materials include metals, metal oxides, carbon materials such as graphite, semi-metals such as silicon and germanium, and glass. Among them, quartz glass coated with a metal plating (preferably chrome plating) is preferred from the viewpoint of higher dimensional stability against heat (low expansion coefficient).

前処理方法としては特に制限されないが、研削、及び、エッチング等が挙げられる。前処理を行うことで表面を平坦化し、後段の工程において形成される表面パターンがより均一になる。研削、及び、エッチングの方法としては特に制限されず、公知の方法が使用できる。 Pretreatment methods are not particularly limited, but include grinding and etching. Pretreatment flattens the surface, making the surface pattern formed in subsequent steps more uniform. There are no particular limitations on the grinding and etching methods, and known methods can be used.

なお、予め表面処理された基材を使用する場合等は、本工程は省略されてよい。また、変位測定器に求められる精度によっては、本工程を省略することもできる。 This step may be omitted if a substrate that has been surface-treated in advance is used. Also, depending on the accuracy required of the displacement measuring device, this step may also be omitted.

次に、ステップS2として、前処理後の基材の表面を洗浄・乾燥する。洗浄・乾燥の方法としては特に制限されず、公知の方法が使用できる。例えば、前処理後の表面を水、有機溶剤、及び、これらの混合物等により洗浄し、減圧乾燥する等の方法が使用できる。なお、本製造方法は、本工程を有していなくてもよい。 Next, in step S2, the surface of the pretreated substrate is washed and dried. There are no particular limitations on the washing and drying method, and any known method can be used. For example, a method can be used in which the pretreated surface is washed with water, an organic solvent, or a mixture thereof, and then dried under reduced pressure. Note that this manufacturing method does not necessarily have to include this step.

次に、ステップS3として、基材表面にレーザを照射し、主面の一方端から他方端へと向かう、一方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを形成する。
詳細には、平板状の基材の少なくとも一方の主面に、その一方端から他方端へと向かう長手方向に沿って、レーザの照射位置(ビームスポット位置)を移動させながらレーザを照射して、上記所定の表面パターンを形成する。
Next, in step S3, the surface of the substrate is irradiated with a laser to form a surface pattern in which the roughness gradually increases along one direction from one end of the main surface to the other end.
In detail, the predetermined surface pattern is formed by irradiating at least one main surface of a flat substrate with a laser along the longitudinal direction from one end to the other end of the substrate while moving the laser irradiation position (beam spot position).

照射位置を移動させながらレーザを照射することで、所定の表面パターンを形成する方法としては特に制限されず、公知の方法が使用できる。なかでも、
より効率的にスケールが形成できる観点では、照射位置の移動速度を漸増、又は、漸減させる方法(移動速度制御法)、及び、照射エネルギを漸増、又は、漸減させる方法(照射エネルギ制御法)が挙げられる。
There are no particular limitations on the method for forming a predetermined surface pattern by irradiating the laser while moving the irradiation position, and known methods can be used.
From the viewpoint of forming the scale more efficiently, methods include gradually increasing or decreasing the moving speed of the irradiation position (movement speed control method) and gradually increasing or decreasing the irradiation energy (irradiation energy control method).

まず、移動速度制御法による表面パターン形成について説明する。図9は、表面パターン形成に使用可能な接触式変位測定用スケールの製造装置の説明図である。図9(a)は接触式変位測定用スケールの製造装置の構成の説明図であり、図9(b)は、加工される基材の平面図であり、図9(c)は、レーザ光学系の説明図である。 First, we will explain surface pattern formation using the movement speed control method. Figure 9 is an explanatory diagram of a manufacturing device for contact-type displacement measurement scales that can be used for surface pattern formation. Figure 9(a) is an explanatory diagram of the configuration of the manufacturing device for contact-type displacement measurement scales, Figure 9(b) is a plan view of the substrate to be processed, and Figure 9(c) is an explanatory diagram of the laser optical system.

接触式変位測定用スケールの製造装置50は、基材51の主面を挟んで対向するレーザ光学系52、及び、53からなるレーザ照射部と、基材51をX方向(図中「XD」に移動させるための移動機構54と、制御装置55とを有し、制御装置55は、基材51の移動速度を制御する基材速度制御部56、及び、レーザ照射のエネルギ(密度)を制御するエネルギ制御部57とを有している。制御装置55は、CPU及びメモリ等を有する典型的にはコンピュータであり、メモリに記憶されたプログラムをCPUが実行することにより基材速度制御部56、及び、エネルギ制御部57の機能が実現される。 The contact displacement measurement scale manufacturing device 50 has a laser irradiation unit consisting of laser optical systems 52 and 53 that face each other across the main surface of the substrate 51, a movement mechanism 54 for moving the substrate 51 in the X direction ("XD" in the figure), and a control device 55. The control device 55 has a substrate speed control unit 56 that controls the movement speed of the substrate 51, and an energy control unit 57 that controls the energy (density) of the laser irradiation. The control device 55 is typically a computer having a CPU, memory, etc., and the functions of the substrate speed control unit 56 and energy control unit 57 are realized by the CPU executing programs stored in the memory.

レーザ光学系52、及び、53は、基材51を挟んで対向するように配置されており、それぞれがエネルギ制御部57によって同期して制御されることが好ましい。すなわち、2つのレーザ光学系52、及び、53からは、同一のエネルギ密度のレーザ60を照射したり、エネルギ密度が同一の割合で変化するレーザ60を照射したりできる。このように構成されることで、基材51の対向する2つの主面に同一の表面パターン58、59を形成しやすくなる。 The laser optical systems 52 and 53 are preferably arranged to face each other across the substrate 51, and are each synchronously controlled by the energy control unit 57. That is, the two laser optical systems 52 and 53 can emit lasers 60 with the same energy density, or lasers 60 whose energy density changes at the same rate. This configuration makes it easier to form identical surface patterns 58 and 59 on the two opposing main surfaces of the substrate 51.

一方で、レーザ光学系52、及び、53はそれぞれ別に制御されてもよい。その場合、2つの主面に異なるパターンを形成することもできる。また、接触式変位測定用スケールの製造装置50は、レーザ光学系を2つ有しているが、基材51の少なくとも一方の表面処理ができればよい観点では、レーザ光学系は1つであってもよい。 On the other hand, the laser optical systems 52 and 53 may be controlled separately. In this case, different patterns can be formed on the two main surfaces. Furthermore, although the contact displacement measurement scale manufacturing device 50 has two laser optical systems, it may only need to have one laser optical system, as long as it is possible to perform surface treatment on at least one side of the substrate 51.

レーザ60の出力は、特に制限されず、基材51の種類等に応じて適宜選択されればよいが、例えば、基材51がセラミックスである場合、50~4,000Wであってよい。レーザ60の出力は、照射位置61の移動速度によって適宜調整されればよく、照射位置の移動速度が速い場合、レーザ60の出力を大きくすればよい。
例えば、照射位置61の移動速度が、7,500~10,000mm/secであれば、一形態として、レーザの出力は、50~500Wであってよい。
また、照射位置61におけるエネルギ密度は、基材の種類等に応じて適宜選択されればよいが、一形態として、3~1500MW/cmであってよい。
なお、接触式変位測定用スケールの製造装置50では、照射位置61の移動は、移動機構54によって基材51を移動させることで実現される。
The output of the laser 60 is not particularly limited and may be selected appropriately depending on the type of the substrate 51, for example, if the substrate 51 is ceramic, it may be 50 to 4,000 W. The output of the laser 60 may be adjusted appropriately depending on the moving speed of the irradiation position 61, and if the moving speed of the irradiation position is fast, the output of the laser 60 may be increased.
For example, if the moving speed of the irradiation position 61 is 7,500 to 10,000 mm/sec, the laser output may be 50 to 500 W in one embodiment.
The energy density at the irradiation position 61 may be appropriately selected depending on the type of substrate, etc., but may be 3 to 1500 MW/cm 2 in one embodiment.
In the contact displacement measurement scale manufacturing apparatus 50, the irradiation position 61 is moved by moving the substrate 51 using the moving mechanism 54.

レーザ60のスポット径(ビームスポット径)は、特に制限されないが、基材51の長手方向と略直交する方向の幅(基材の幅)に応じて選択されることが好ましい。一形態として、ビームスポット径は、1μm~10mmである。
また、レーザ照射の繰り返し回数(パス回数)は、特に制限されないが、一形態として、1~30回であってよい。
The spot diameter (beam spot diameter) of the laser 60 is not particularly limited, but is preferably selected according to the width of the substrate 51 in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction (width of the substrate). In one embodiment, the beam spot diameter is 1 μm to 10 mm.
The number of repetitions (number of passes) of laser irradiation is not particularly limited, but may be 1 to 30 times in one embodiment.

レーザスポットの形状は特に制限されないが、例えば、基材51の主面が矩形である場合、レーザスポットも矩形であると、効率的な表面パターンの形成を行うことができる。矩形のレーザスポットを得る方法は特に制限されず、公知の方法が使用できる。なかでも、より効率的に所望の形状のレーザスポットが得られる点で、レーザ光源と、ビームエキスパンダと、マスクと、ホモジナイザとをこの順に有するレーザ光学系を使用することが好ましい。 The shape of the laser spot is not particularly limited, but for example, if the main surface of the substrate 51 is rectangular, a rectangular laser spot will allow for efficient formation of a surface pattern. There are no particular restrictions on the method for obtaining a rectangular laser spot, and any known method can be used. In particular, it is preferable to use a laser optical system having a laser light source, beam expander, mask, and homogenizer in this order, as this will allow for more efficient formation of a laser spot of the desired shape.

図9(c)は、接触式変位測定用スケールの製造装置50のレーザ光学系52(及び53)を表す模式図である。レーザ光学系52は、光源62と、ビームエキスパンダ63と、マスク64と、ホモジナイザ65と、集光レンズ(平凸シリンドリカルレンズ)66とを有する。
光源62から出射されたレーザ67(一形態としてガウシアン型のエネルギプロファイルを有する)は、ビームエキスパンダ63によって径が拡大(図中、レーザ68)され、マスク64に入射する。
9(c) is a schematic diagram showing the laser optical system 52 (and 53) of the contact displacement measurement scale manufacturing apparatus 50. The laser optical system 52 has a light source 62, a beam expander 63, a mask 64, a homogenizer 65, and a condenser lens (plano-convex cylindrical lens) 66.
A laser beam 67 (having a Gaussian energy profile as one form) emitted from a light source 62 has its diameter expanded by a beam expander 63 (laser beam 68 in the figure) and is incident on a mask 64 .

入射したレーザ68は、マスク64によって所望の形状、例えば矩形に成形される(レーザ69)。このとき、マスク64に入射するレーザ68はビームエキスパンダ63を介して拡大されており、エネルギ密度が低下しているため、マスク64がより劣化しにくいという利点がある。 The incident laser 68 is shaped into the desired shape, for example, a rectangle, by the mask 64 (laser 69). At this time, the laser 68 incident on the mask 64 is expanded via the beam expander 63, reducing its energy density, which has the advantage of making the mask 64 less susceptible to deterioration.

マスク64によって成形されたレーザ69は、次に、ホモジナイザ65によってフラットトップのプロファイルに変換(均質化)される。均質化することで、幅方向にわたってより均一な粗さ表面パターンを有するスケール11を製造しやすい。 The laser 69 shaped by the mask 64 is then converted (homogenized) into a flat-top profile by the homogenizer 65. Homogenization facilitates the production of a scale 11 with a more uniform roughness surface pattern across its width.

ホモジナイザ65によって均質化されたレーザ70は、集光レンズ(平凸シリンドリカルレンズ)によって集光され、かつ、基材の幅方向(又は、検出範囲)に即した幅を有するスポット形状へと加工される(レーザ60)。
上記のようなレーザ光学系52(及び53)を有する接触式変位測定用スケールの製造装置50によれば、幅方向にわたってより均一な粗さを有し、かつ、長手方向には粗さが漸増(又は漸減)するスケール11が得られやすい。
The laser 70 homogenized by the homogenizer 65 is focused by a focusing lens (plano-convex cylindrical lens) and processed into a spot shape (laser 60) having a width that corresponds to the width direction of the substrate (or the detection range).
The manufacturing apparatus 50 for a contact displacement measurement scale having the above-described laser optical system 52 (and 53) makes it easier to obtain a scale 11 having a more uniform roughness across the width and a gradual increase (or decrease) in roughness along the length.

なお、使用するレーザ60の波長は特に制限されないが、一形態として、500~1200nmが好ましい。
連続波レーザは公知のものを使用することができ、例えば、YVO4レーザ、ファイバーレーザ、エキシマレーザ、炭酸ガスレーザ、紫外線レーザ、YAGレーザ、半導体レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、He-Neレーザ、窒素レーザ、キレートレーザ、及び、色素レーザ等が使用できる。
The wavelength of the laser 60 used is not particularly limited, but in one embodiment, it is preferably 500 to 1200 nm.
Known continuous wave lasers can be used, such as YVO4 lasers, fiber lasers, excimer lasers, carbon dioxide lasers, ultraviolet lasers, YAG lasers, semiconductor lasers, glass lasers, ruby lasers, He—Ne lasers, nitrogen lasers, chelate lasers, and dye lasers.

次に、移動速度制御法を実施する際の接触式変位測定用スケールの製造装置50の動作について説明する。
まず、ステージである移動機構54に基材51がセットされると、エネルギ制御部57は、レーザ光学系52、及び、53からなるレーザ照射部を制御して、所定のエネルギ密度でレーザ照射を開始する。これにあわせて、基材速度制御部56は、基材を一方向(図中ではXD方向)に移動させる。
このようにすることで、基材51上の照射位置61は、X-方向へと(相対的に)移動していく。
Next, the operation of the contact displacement measuring scale manufacturing apparatus 50 when implementing the moving speed control method will be described.
First, when the substrate 51 is set on the moving mechanism 54, which is a stage, the energy control unit 57 controls the laser irradiation unit consisting of the laser optical systems 52 and 53 to start laser irradiation at a predetermined energy density. In conjunction with this, the substrate speed control unit 56 moves the substrate in one direction (the XD direction in the drawing).
By doing so, the irradiation position 61 on the substrate 51 moves (relatively) in the X-direction.

基材速度制御部56は、基材51の移動を開始すると、移動速度を漸増させていく。一方で、エネルギ制御部57は、レーザ照射のエネルギ(密度)を一定に維持する。基材51の移動速度が遅い場合には、基材の表面は粗く、基材の移動速度が速くなるにつれて、表面の粗さは漸減していく。これにより、一方向に粗さが漸減する(漸増する)表面パターンを有する基材51(すなわちスケール11)が製造できる。 When the substrate 51 starts to move, the substrate speed control unit 56 gradually increases the movement speed. Meanwhile, the energy control unit 57 maintains the energy (density) of the laser irradiation constant. When the movement speed of the substrate 51 is slow, the surface of the substrate is rough, and as the movement speed of the substrate increases, the surface roughness gradually decreases. This makes it possible to produce a substrate 51 (i.e., scale 11) with a surface pattern in which roughness gradually decreases (increases) in one direction.

なお、上記では、基材速度制御部56が照射位置61の(すなわち、基材51の)移動速度を漸増させていく形態について説明したが、基材速度制御部56が移動速度を漸減させていく形態であってもよい。この場合でも一方向に粗さが漸増する(漸減する)表面パターンを有する基材51(スケール11)が製造できる。 In the above, we have described a configuration in which the substrate speed control unit 56 gradually increases the movement speed of the irradiation position 61 (i.e., the substrate 51), but the substrate speed control unit 56 may also gradually decrease the movement speed. Even in this case, it is possible to manufacture a substrate 51 (scale 11) having a surface pattern in which the roughness gradually increases (decreases) in one direction.

また、上記では、エネルギ制御部57は、レーザ照射のエネルギ(密度)を一定に維持する形態について説明したが、エネルギ制御部は、レーザ照射のエネルギを漸増、又は、漸減させてもよい。照射位置61の移動速度に加えて、レーザ照射のエネルギを漸増、又は、漸減させることで、より多種の表面パターンを形成することができる。すでに説明したとおり、表面パターンは、測定の目的、所望の測定精度等によって適宜選択されればよい。 In addition, although the above describes a configuration in which the energy control unit 57 maintains a constant laser irradiation energy (density), the energy control unit may also gradually increase or decrease the laser irradiation energy. By gradually increasing or decreasing the laser irradiation energy in addition to the movement speed of the irradiation position 61, a wider variety of surface patterns can be formed. As already explained, the surface pattern may be selected appropriately depending on the purpose of the measurement, the desired measurement accuracy, etc.

次に、エネルギ密度制御法を実施する際の接触式変位測定用スケールの製造装置50の動作について説明する。
まず、移動機構54に基材51がセットされると、基材速度制御部56は、所定の速度で一定方向(図中XD方向)に基材51を移動させる。これにあわせてエネルギ制御部57はレーザ照射のエネルギ(密度)を漸増させる。これにより、エネルギ(密度)が増加するにつれて、基材51の表面がより粗くなり、一方向に粗さが漸減する(漸増する)表面パターンを有する基材51(スケール11)が製造できる。
Next, the operation of the contact type displacement measuring scale manufacturing apparatus 50 when implementing the energy density control method will be described.
First, when the substrate 51 is set on the moving mechanism 54, the substrate speed control unit 56 moves the substrate 51 in a fixed direction (the XD direction in the figure) at a predetermined speed. In response to this, the energy control unit 57 gradually increases the energy (density) of the laser irradiation. As a result, as the energy (density) increases, the surface of the substrate 51 becomes rougher, and it is possible to produce a substrate 51 (scale 11) having a surface pattern in which the roughness gradually decreases (increases) in one direction.

なお、上記では、エネルギ制御部57が照射位置61におけるエネルギ(密度)を漸増させていく形態について説明したが、エネルギ制御部57が照射エネルギを漸減させていく形態であってもよい。この場合でも一方向に粗さが漸増する(漸減する)表面パターンを有する基材51(スケール11)が製造できる。 In the above, we have described a configuration in which the energy control unit 57 gradually increases the energy (density) at the irradiation position 61, but the energy control unit 57 may also gradually decrease the irradiation energy. Even in this case, it is possible to manufacture a substrate 51 (scale 11) having a surface pattern in which the roughness gradually increases (decreases) in one direction.

また、上記では、基材速度制御部56は、基材51の移動速度を一定に維持する形態について説明したが、基材速度制御部56は、基材51の移動速度を漸増、又は、漸減させてもよい。エネルギ密度に加えて、基材51の移動速度を漸増、又は、漸減させることで、より多種の表面パターンを形成することができる。すでに説明したとおり、表面パターンは、測定の目的、所望の測定精度等によって適宜選択されればよい。 In addition, although the above description has been given of a configuration in which the substrate speed control unit 56 maintains a constant movement speed of the substrate 51, the substrate speed control unit 56 may also gradually increase or decrease the movement speed of the substrate 51. By gradually increasing or decreasing the movement speed of the substrate 51 in addition to the energy density, a wider variety of surface patterns can be formed. As already described, the surface pattern may be selected appropriately depending on the purpose of the measurement, the desired measurement accuracy, etc.

図10は、接触式変位測定用スケールの製造装置の変形例の説明図である。接触式変位測定用スケールの製造装置80は、基材51を固定した状態で、レーザ60を走査して、照射位置61を移動するよう構成されたところが、接触式変位測定用スケールの製造装置50とは異なっている。 Figure 10 is an explanatory diagram of a modified example of a manufacturing device for contact displacement measurement scales. The manufacturing device 80 for contact displacement measurement scales differs from the manufacturing device 50 for contact displacement measurement scales in that the substrate 51 is fixed, and the laser 60 is scanned to move the irradiation position 61.

接触式変位測定用スケールの製造装置80は、基材51の主面を挟んで対向するレーザ光学系81、及び、82を含むレーザ照射部と、基材51を保持するための保持具83を有する保持機構84、レーザ60の照射位置61に基材51を搬送するためのベルト85を有する搬送機構86と、制御装置55とを有し、制御装置55は、レーザ照射位置の走査速度を制御する走査速度制御部87、及び、レーザ照射のエネルギ(密度)を制御するエネルギ制御部57とを有している。
接触式変位測定用スケールの製造装置80において、レーザ照射部は、レーザ光学系81、及び、82に加えて、更に、ポリゴンミラー等によって構成される走査機構を有し、基材51上で照射位置61をXD方向に移動できるよう構成されている。
The contact displacement measurement scale manufacturing device 80 has a laser irradiation unit including laser optical systems 81 and 82 that face each other across the main surface of the substrate 51, a holding mechanism 84 having a holder 83 for holding the substrate 51, a conveying mechanism 86 having a belt 85 for conveying the substrate 51 to the irradiation position 61 of the laser 60, and a control device 55, and the control device 55 has a scanning speed control unit 87 that controls the scanning speed of the laser irradiation position, and an energy control unit 57 that controls the energy (density) of the laser irradiation.
In the manufacturing device 80 for contact displacement measurement scales, the laser irradiation section has, in addition to laser optical systems 81 and 82, a scanning mechanism composed of a polygon mirror or the like, and is configured to be able to move the irradiation position 61 in the XD direction on the substrate 51.

次に、移動速度制御法を実施する際の接触式変位測定用スケールの製造装置80の動作について説明する。
まず、基材51が保持具83に保持されると、走査速度制御部87は、照射位置61をXD方向へと移動させ、この移動速度を漸増させる。これにあわせてエネルギ制御部57はレーザ照射のエネルギ(密度)を照射位置61において一定となるよう制御する。これにより、走査速度が速くなるにつれて、基材51の表面の粗さはより小さくなり、一方向に粗さが漸減する(漸増する)表面パターン58を有する基材51(スケール11)が製造できる。
Next, the operation of the contact displacement measuring scale manufacturing apparatus 80 when implementing the moving speed control method will be described.
First, when the substrate 51 is held by the holder 83, the scanning speed control unit 87 moves the irradiation position 61 in the XD direction and gradually increases the moving speed. In accordance with this, the energy control unit 57 controls the energy (density) of the laser irradiation so that it is constant at the irradiation position 61. As a result, as the scanning speed increases, the roughness of the surface of the substrate 51 becomes smaller, and it is possible to manufacture the substrate 51 (scale 11) having a surface pattern 58 in which the roughness gradually decreases (increases) in one direction.

なお、上記では、走査速度制御部87が照射位置61の移動速度(すなわち、レーザ走査速度)を漸増させていく形態について説明したが、走査速度制御部87が照射位置61の移動速度を漸減させていく形態であってもよい。この場合でも一方向に粗さが漸増する(漸減する)表面パターン58を有する基材51が製造できる。 In the above, we have described a configuration in which the scanning speed control unit 87 gradually increases the movement speed of the irradiation position 61 (i.e., the laser scanning speed), but the scanning speed control unit 87 may also gradually decrease the movement speed of the irradiation position 61. Even in this case, it is possible to manufacture a substrate 51 having a surface pattern 58 in which the roughness gradually increases (decreases) in one direction.

また、上記では、エネルギ制御部57は、レーザ照射のエネルギ(密度)を一定に維持する形態について説明したが、エネルギ制御部57は、レーザ照射のエネルギを漸増、又は、漸減させてもよい。照射位置61の移動速度に加えて、レーザ照射のエネルギを漸増、又は、漸減させることで、より多種の表面パターンを形成することができる。すでに説明したとおり、表面パターンは、測定の目的、所望の測定精度等によって適宜選択されればよい。 In addition, although the above describes a configuration in which the energy control unit 57 maintains a constant laser irradiation energy (density), the energy control unit 57 may also gradually increase or decrease the laser irradiation energy. By gradually increasing or decreasing the laser irradiation energy in addition to the movement speed of the irradiation position 61, a wider variety of surface patterns can be formed. As already explained, the surface pattern may be selected appropriately depending on the purpose of the measurement, the desired measurement accuracy, etc.

次に、エネルギ密度制御法を実施する際の接触式変位測定用スケールの製造装置80の動作について説明する。
まず、基材51が保持具83に保持されると、走査速度制御部87は、照射位置61をXD方向へと一定の速さで移動させる。これにあわせて、エネルギ制御部57はレーザ照射のエネルギ(密度)を照射位置61で漸増するよう制御する。これにより、照射位置61におけるエネルギ密度が増加するにつれて、基材51の表面の粗さが漸増する(漸減する)表面パターン58を有する基材51(スケール11)が製造できる。
Next, the operation of the contact type displacement measuring scale manufacturing apparatus 80 when implementing the energy density control method will be described.
First, when the substrate 51 is held by the holder 83, the scanning speed control unit 87 moves the irradiation position 61 in the XD direction at a constant speed. In conjunction with this, the energy control unit 57 controls the energy (density) of the laser irradiation so as to gradually increase at the irradiation position 61. In this way, it is possible to manufacture the substrate 51 (scale 11) having a surface pattern 58 in which the surface roughness of the substrate 51 gradually increases (decreases) as the energy density at the irradiation position 61 increases.

なお、上記では、エネルギ制御部57が照射位置61におけるエネルギ(密度)を漸増させていく形態について説明したが、エネルギ制御部57がエネルギを漸減させていく形態であってもよい。この場合でも一方向に粗さが漸増する(漸減する)表面パターン58を有する基材51(スケール11)が製造できる。 In the above, we have described a configuration in which the energy control unit 57 gradually increases the energy (density) at the irradiation position 61, but the energy control unit 57 may also gradually decrease the energy. Even in this case, it is possible to manufacture a substrate 51 (scale 11) having a surface pattern 58 in which the roughness gradually increases (decreases) in one direction.

また、上記では、走査速度制御部87は、照射位置61の移動速度(すなわち走査速度)を一定に維持する形態について説明したが、走査速度制御部87は、走査速度を漸増、又は、漸減させてもよい。エネルギ密度に加えて、走査速度を漸増、又は、漸減させることで、より多種の表面パターンを形成することができる。すでに説明したとおり、表面パターンは、測定の目的、所望の測定精度等によって適宜選択されればよい。 In addition, although the above description has been given of a configuration in which the scanning speed control unit 87 maintains a constant movement speed (i.e., scanning speed) of the irradiation position 61, the scanning speed control unit 87 may also gradually increase or decrease the scanning speed. By gradually increasing or decreasing the scanning speed in addition to the energy density, a wider variety of surface patterns can be formed. As already described, the surface pattern may be selected appropriately depending on the purpose of the measurement, the desired measurement accuracy, etc.

1:変位測定器、10:接触子、11:スケール、12:測定ヘッド、13:コントロール部、14、14-1、14-2:光源部、15、15-1、15-2:受光部、16:制御部、17:A/D変換部、18:演算部、19:表示部、20:筐体、21:軸、22:軸受、23:蛇腹ブーツ、24:ケース、25:カバー、26:外カバー、27:信号線、28:電線、30:ターミナル部、31:段付き軸部、32:回り止め、33:コイルバネ、34:保持部、35、36:切り落とし部、37:開口部、38:桁枠、39、40、41:基板受け部、42、43:検出系、44、45:電子基板、46、47:ネジ、50、80:製造装置、51:基材、52、53、81、82:レーザ光学系、54:移動機構、55:制御装置、56:基材速度制御部、57:エネルギ制御部、58、59:表面パターン、60、67、68、69、70:レーザ、61:照射位置、62:光源、63:ビームエキスパンダ、64:マスク、65:ホモジナイザ、83:保持具、84:保持機構、85:ベルト、86:搬送機構、87:走査速度制御部 1: Displacement measuring instrument, 10: Contactor, 11: Scale, 12: Measuring head, 13: Control unit, 14, 14-1, 14-2: Light source unit, 15, 15-1, 15-2: Light receiving unit, 16: Control unit, 17: A/D conversion unit, 18: Calculation unit, 19: Display unit, 20: Housing, 21: Shaft, 22: Bearing, 23: Bellows boot, 24: Case, 25: Cover, 26: Outer cover, 27: Signal line, 28: Electric wire, 30: Terminal unit, 31: Stepped shaft portion, 32: Anti-rotation, 33: Coil spring, 34: Holding portion, 35, 36: Cut-off portion, 37: Opening, 38: Girder frame 39, 40, 41: Substrate receiving unit, 42, 43: Detection system, 44, 45: Electronic board, 46, 47: Screw, 50, 80: Manufacturing equipment, 51: Substrate, 52, 53, 81, 82: Laser optical system, 54: Movement mechanism, 55: Control device, 56: Substrate speed control unit, 57: Energy control unit, 58, 59: Surface pattern, 60, 67, 68, 69, 70: Laser, 61: Irradiation position, 62: Light source, 63: Beam expander, 64: Mask, 65: Homogenizer, 83: Holder, 84: Holding mechanism, 85: Belt, 86: Conveyor mechanism, 87: Scanning speed control unit

Claims (12)

筐体と、
一方向に移動可能に前記筐体に支持された接触子と、
前記接触子とともに、前記一方向に移動可能に構成されたスケールであって、その一方端から他方端へと向かう、前記一方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを有する、スケールと、
前記スケールの表面に平行光を照射する光源部と、
前記スケールからの反射光を取り込み、前記反射光による光信号をその輝度に応じた電気信号に変換する受光部と、
前記電気信号に対応する前記スケール上の絶対位置を決定する演算部と、を有し、
前記演算部は、前記電気信号と前記絶対位置との関係を規定する、予め記憶された関数に基づいて、前記絶対位置を決定する、接触式変位測定器。
The housing and
a contact supported by the housing so as to be movable in one direction;
a scale configured to be movable in the one direction together with the contact, the scale having a surface pattern whose roughness gradually increases along the one direction from one end to the other end of the scale;
a light source unit that irradiates a surface of the scale with parallel light;
a light receiving unit that receives reflected light from the scale and converts an optical signal of the reflected light into an electrical signal corresponding to the brightness of the reflected light;
a calculation unit that determines an absolute position on the scale corresponding to the electrical signal,
The calculation unit determines the absolute position based on a pre-stored function that defines the relationship between the electrical signal and the absolute position.
前記スケールは、対向する主面の双方に、それぞれ前記表面パターンを有し、
前記光源部は、それぞれの前記主面に前記平行光を照射し、
前記受光部は、それぞれの前記主面からの前記反射光を取り込む、請求項1に記載の接触式変位測定器。
the scale has the surface pattern on each of opposing main surfaces,
the light source unit irradiates the parallel light onto each of the main surfaces,
The contact displacement measuring instrument according to claim 1 , wherein the light receiving section receives the reflected light from each of the main surfaces.
前記演算部は、それぞれの前記主面から得られた前記電気信号を合算し、前記関数に基づいて前記絶対位置を決定する、請求項2に記載の接触式変位測定器。 The contact displacement measuring instrument of claim 2, wherein the calculation unit sums the electrical signals obtained from each of the principal surfaces and determines the absolute position based on the function. それぞれの前記主面が有する前記表面パターンが同一である、請求項2又は3に記載の接触式変位測定器。 The contact displacement measuring instrument according to claim 2 or 3, wherein the surface patterns on each of the principal surfaces are identical. 平板状の基材の少なくとも一方の主面に、その一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを有する、接触式変位測定器用スケール。 A scale for contact displacement measuring instruments, having a surface pattern on at least one main surface of a flat substrate, the roughness of which gradually increases along the longitudinal direction from one end to the other. 前記基材の対向する主面のそれぞれに、前記表面パターンを有する、請求項5に記載の接触式変位測定器用スケール。 The scale for a contact displacement measuring instrument according to claim 5, wherein the surface pattern is provided on each of the opposing main surfaces of the substrate. それぞれの前記主面における前記表面パターンが同一である、請求項6に記載の接触式変位測定器用スケール。 The scale for a contact displacement measuring instrument according to claim 6, wherein the surface pattern on each of the main surfaces is the same. 平板状の前記基材の少なくとも一方の前記主面に、その一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、照射位置を移動させながらレーザを照射し、前記表面パターンを形成することを含む、請求項5~7のいずれか1項に記載の接触式変位測定器用スケールの製造方法。 The method for manufacturing a scale for a contact displacement measuring instrument according to any one of claims 5 to 7, further comprising: irradiating at least one of the main surfaces of the flat substrate with a laser while moving the irradiation position along the longitudinal direction from one end to the other end of the substrate, thereby forming the surface pattern. 前記基材上における前記照射位置の移動速度を、漸増、又は、漸減させる、請求項8に記載の製造方法。 The manufacturing method described in claim 8, wherein the movement speed of the irradiation position on the substrate is gradually increased or decreased. 前記レーザの照射エネルギを、漸増、又は、漸減させる、請求項8に記載の製造方法。 The manufacturing method described in claim 8, wherein the laser irradiation energy is gradually increased or decreased. 平板状の基材の少なくとも一方の主面にレーザを照射するためのレーザ照射部と、
前記基材の一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、前記レーザの照射位置を移動させるための移動機構と、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記照射位置の移動速度を漸増、又は、漸減させ、前記基材の少なくとも一方の主面に、その一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを形成する、接触式変位測定用スケールの製造装置。
a laser irradiation unit for irradiating a laser onto at least one main surface of the flat substrate;
a moving mechanism for moving the laser irradiation position along a longitudinal direction from one end of the base material to the other end thereof;
a control device;
The control device is a manufacturing device for a contact displacement measurement scale, and the control device gradually increases or decreases the movement speed of the irradiation position to form a surface pattern on at least one main surface of the substrate whose roughness gradually increases along the longitudinal direction from one end to the other end.
平板状の基材の少なくとも一方の主面にレーザを照射するためのレーザ照射部と、
前記基材の一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、前記レーザの照射位置を移動させるための移動機構と、制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記レーザの照射エネルギを漸増、又は、漸減させ、前記基材の少なくとも一方の主面に、その一方端から他方端に向かう、長手方向に沿って、粗さが漸増する表面パターンを形成する、接触式変位測定用スケールの製造装置。
a laser irradiation unit for irradiating a laser onto at least one main surface of the flat substrate;
a moving mechanism for moving the laser irradiation position along a longitudinal direction from one end of the base material to the other end thereof, and a control device;
The control device is a contact displacement measurement scale manufacturing device, in which the control device gradually increases or decreases the irradiation energy of the laser to form a surface pattern on at least one main surface of the substrate, the roughness of which gradually increases along the longitudinal direction from one end to the other end.
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