JP2005292078A - インクリメンタル型変位測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクリメンタル測定の基準位置取り（つまり原点取り）を、往き方向からした場合と戻り方向からした場合とで基準位置（つまり原点）を揃えることが可能なインクリメンタル型変位測定装置を提供する。
【解決手段】 インクリメンタル型変位測定装置に係る光学式エンコーダの基準位置取り操作において、往き方向は参照信号φＲ２をトリガにしてカウンタ回路をゼロセットしている（Ｓ１）。一方、戻り方向は、参照信号φＲ２よりも遅れてアクティブとなる参照信号φＲ３をトリガにしてカウンタ回路をゼロセットしている（Ｓ２）。
【選択図】 図５

Description

本発明は、インクリメンタル型変位測定装置に係り、例えばゼロセットやプリセットの機能の改良に関する。

従来から直線変位等の精密な測定に、エンコーダのような変位測定装置が利用されている。変位測定装置の方式には、光学式、電磁誘導式、静電容量式等がある。光学式で説明すると光学式エンコーダは、例えば、光学格子が設けられたメインスケール及びこのスケール上を移動可能なセンサヘッドを備える。センサヘッドには、メインスケールと対向して配置されると共に光学格子が設けられたインデックススケールと、発光ダイオードを有する光源と、フォトダイオードを有する受光部と、が含まれる。

発光ダイオードを点灯させた状態でセンサヘッドを移動させると、メインスケールに設けられた光学格子とインデックススケールに設けられた光学格子とにより光の明暗パターンが生成される。この明暗パターンをフォトダイオードで検出して電気信号に変換し、この信号を基にして変位量を算出する。

変位測定装置のうちインクリメンタル型は、上記電気信号（主信号）を内挿処理等して生成されたパルスをカウントすることにより変位量を測定する。このため、センサヘッドをメインスケール上の原点を通過させて、原点を検出してからでなければ測定を開始できない。この原点を検出する操作を原点取りという。

センサヘッドは、往き方向及びこれと逆の戻り方向にメインスケール上を移動することが可能であるが、片方の方向からしか原点取りができないエンコーダがある（特許文献１）。例えば、往き方向からしか原点取りができない場合、センサヘッドを往き方向に動かしてメインスケール上の原点を通過させなければ、測定を開始できない。
特開２０００-９７７２６号公報（図４）

往き方向及び戻り方向の両方から原点取り（以下、「インクリメンタル測定の基準位置取り」という。）ができれば便利である。しかし、往き方向と戻り方向とで原点の検出にずれが生じると、往き方向から測定した場合と戻り方向から測定した場合とで変位量が異なるという不都合が生じる。

本発明は、インクリメンタル測定の基準位置取りを、一方の方向からした場合とこれと逆の他方の方向からした場合とで基準位置を揃えることが可能なインクリメンタル型変位測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係るインクリメンタル型変位測定装置の一態様は、メインスケールと、一方の方向及びこれと逆の他方の方向に測定軸に沿って前記メインスケールに対して相対移動可能であると共に前記メインスケールと対向して配置されたインデックススケールと、前記メインスケール及び前記インデックススケールに設けられると共にインクリメンタル測定のカウント用のパルスの基になる主信号を生成するための主信号用光学格子と、前記メインスケール及び前記インデックススケールに設けられると共に前記インクリメンタル測定における基準位置の特定用の参照信号を生成するための参照信号用光学格子と、前記メインスケールに対する前記インデックススケールの相対移動により、前記参照信号用光学格子を基にして主信号と非同期の参照信号である第１参照信号を生成する第１参照信号生成回路と、前記一方の方向と前記他方の方向とでアクティブとなる位置が異なる参照信号である第２参照信号を第１参照信号のアクティブ中に主信号と同期するように生成する第２参照信号生成回路と、第２参照信号と同期すると共に第２参照信号がアクティブになるよりも遅れてアクティブとなる参照信号である第３参照信号を生成する第３参照信号生成回路と、主信号を基に生成された前記インクリメンタル測定のカウント用のパルスの数をカウントすると共に前記インクリメンタル測定の基準位置を示す基準値のセットのトリガが前記一方の方向から変位を測定する場合は第２又は第３参照信号であり、前記他方の方向から変位を測定する場合は第３参照信号であるカウンタ回路と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、カウンタ回路の基準値セットのトリガを、一方の方向の場合は第２又は第３参照信号とし、他方の方向の場合は第３参照信号にしている。第３参照信号は、第２参照信号がアクティブになるよりも遅れてアクティブとなるので、一方の方向と他方の方向とで基準位置を揃えることが可能となる。

本発明の一態様において、前記一方の方向から変位を測定する場合、第２参照信号が前記基準値のセットのトリガとなり、第２参照信号をトリガとした場合における前記一方の方向の前記基準値セットの位置と前記他方の方向の前記基準値セットの位置との間のカウント数を予め求めておき、このカウント数を基にして第３参照信号の遅れを設定する、ようにすることができる。さらに具体的には、第２参照信号がトリガになると共に第３参照信号の遅れに相当する数をカウントするとアクティブの第３参照信号を出力するＵＰ／ＤＯＷＮカウンタを備えるようにすることができる。これによれば、基準位置取り中に、振動等が原因でインデックススケールの相対移動の方向が逆の方向に変わっても、その影響をなくすことができる。

本発明に係るインクリメンタル型変位測定装置の他の態様は、メインスケールと、一方の方向及びこれと逆の他方の方向に測定軸に沿って前記メインスケールに対して相対移動可能であると共に前記メインスケールと対向して配置されたインデックススケールと、前記メインスケール及び前記インデックススケールに設けられると共にインクリメンタル測定のカウント用のパルスの基になる主信号を生成するための主信号用光学格子と、前記メインスケール及び前記インデックススケールに設けられると共に前記インクリメンタル測定における基準位置の特定用の参照信号を生成するための参照信号用光学格子と、前記メインスケールに対する前記インデックススケールの相対移動により、前記参照信号用光学格子を基にして主信号と非同期の参照信号である第１参照信号を生成する第１参照信号生成回路と、前記一方の方向と前記他方の方向とでアクティブとなる位置が異なる参照信号である第２参照信号を第１参照信号のアクティブ中に主信号と同期するように生成する第２参照信号生成回路と、主信号を基に生成された前記インクリメンタル測定のカウント用のパルスの数をカウントすると共に第２参照信号をトリガにして初期値がセットされるカウンタ回路と、を備え、前記一方の方向から変位を測定する場合の前記初期値は、前記インクリメンタル測定の基準位置を示す基準値又は前記基準値から後戻りした値であり、前記他方の方向から変位を測定する場合の前記初期値は、前記基準値から後戻りした値である、ことを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、カウンタ回路にセットされる初期値を、一方の方向の場合は基準値又はこれより後戻りした値とし、他方の方向の場合は基準値より後戻りした値にしている。このため、一方の方向と他方の方向とで基準位置を揃えることが可能となる。

本発明の他の態様において、前記一方の方向から変位を測定する場合の前記初期値は前記基準値であり、前記他方の方向から変位を測定する場合の前記初期値である前記後戻りした値は、前記一方の方向のトリガ発生と前記他方の方向のトリガ発生との間の予め求められていたカウント数を基にして設定される、ようにすることができる。

本発明の一態様及び他の態様において、前記メインスケール及び前記インデックススケールを部品として組み立てられたアセンブリと、前記カウンタ回路が組み込まれると共に前記アセンブリとケーブルにより接続可能なカウント装置と、を備える、ようにすることができる。また、前記メインスケール及び前記インデックススケールを部品として組み立てられたアセンブリに、前記カウンタ回路が組み込まれている、ようにすることもできる。

本発明に係るインクリメンタル型変位測定装置によれば、インクリメンタル測定の基準位置取りを一方の方向からした場合とこれと逆の他方の方向からした場合とで基準位置を揃えること、つまり基準位置を同じにすることが可能となる。したがって、基準位置取りの操作を片方の方向からに制限する必要がないため、測定の利便性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本実施形態に係るインクリメンタル型変位測定装置（「変位測定装置」と記載する場合もある。）について説明する。なお、図において、既に説明した図中の符号で示すものと同一のものについては、同一符号を付すことにより説明を省略する。

まず、本明細書で用いられる基準位置及び基準値について説明する。原点取りにはゼロセットとプリセットがある。ゼロセットは、任意の位置で表示値をゼロにすることである。プリセットは、表示部に任意の数値をセットすることである。したがって、ゼロセットはゼロを原点とし、プリセットは上記任意の数値を原点として測定が開始される。このように原点取りにおける原点は必ずしもゼロではないので、本明細書では、「原点」の替りに、「インクリメンタル測定における基準位置」という表現を用い、「原点取り」の替わりに「基準位置取り」という表現を用いる。基準位置に対応する値が基準値であり、ゼロセットではゼロ、プリセットでは上記任意の数値が、それぞれ基準値となる。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光学式のインクリメンタル型変位測定装置１の概略構成を示す斜視図である。変位測定装置１の具体例としては、例えばリニヤスケール、リニヤゲージ、デジタル表示付ダイヤルゲージがある。変位測定装置１は、装置１の測定軸Ｘに沿って延びた長尺状のメインスケール３と、スケール３に対して往き方向（一方の方向の一例）及びこれと逆の戻り方向（他方の方向の一例）に測定軸Ｘに沿って移動可能なセンサヘッド５と、を備える。

メインスケール３は、ガラス等の透明材料で構成される。スケール３には、所定ピッチの光学格子７（主信号用光学格子の一例）がスケール３の長手方向に沿って形成されている。また、スケール３のインクリメンタル測定における基準位置には、光学格子９（参照信号用光学格子の一例）が形成されている。

センサヘッド５は、メインスケール３の一方の面側に、スケール３と対向するように配置されたインデックススケール１１を備える。スケール１１はセンサヘッド５に配置されているため、往き方向及び戻り方向に測定軸Ｘに沿ってメインスケール３上を移動可能となる。スケール１１は、ガラス等の透明材料で構成される。スケール１１には、光学格子７と同じピッチの四つの光学格子１３（主信号用光学格子の一例）が光学格子７と対向するように形成されている。

光学格子１３ａの位相空間を０度とすると、光学格子１３ｂの位相空間が９０度、光学格子１３ａａの位相空間が１８０度、光学格子１３ｂｂの位相空間が２７０度となるように、これらの格子のピッチが規定されている。また、スケール１１には、メインスケール３の光学格子９と対応する光学格子１５（参照信号用光学格子の一例）が形成されている。

センサヘッド５は、スケール３，１１を挟んで互いに向かい合うように配置された光源１７と受光部１９を備えている。光源１７は発光ダイオードを含み、メインスケール３側に配置されている。受光部１９はインデックススケール１１側に配置されている。受光部１９は、四つのフォトダイオード２１及び一つのフォトダイオード２３により構成される。ダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ａａ，２１ｂｂは、それぞれ、光学格子１３ａ，１３ｂ，１３ａａ，１３ｂｂと対向している。また、ダイオード２３はインデックススケール１１の光学格子１５と対向している。

さて、光源１７からの光Ｌがメインスケール３を介してインデックススケール１１に照射された状態で、センサヘッド５を測定軸Ｘに沿ってメインスケール３上を移動させることにより、変位の測定が実行される。このとき、光Ｌが光学格子７及び光学格子１３ａに照射されることにより生成された正弦波状の光の明暗パターンは、フォトダイオード２１ａで受光され、主信号φａとして出力される。

同様に、光Ｌが光学格子７及び光学格子１３ｂ（１３ａａ，１３ｂｂ）に照射されることにより生成された正弦波状の光の明暗パターンは、ダイオード２１ｂ（２１ａａ，２１ｂｂ）で受光され、主信号φｂ（φａａ，φｂｂ）として出力される。また、光Ｌが光学格子９及び光学格子１５に照射されることにより生成された光の明暗パターンは、フォトダイオード２３で受光され、参照信号φｒとして出力される。

主信号は、インクリメンタル測定のカウント用のパルスの基になる信号であり、光学格子７，１３（主信号用光学格子の一例）を利用して生成される。パルス数から変位量が演算される。主信号φａはａ相（０度）の信号である。主信号φｂはａ相より９０度だけ位相がずれたｂ相（９０度）の信号であり、主信号φａａはａ相より１８０度だけ位相がずれたａａ相（１８０度）の信号であり、主信号φｂｂはａ相より２７０度だけ位相がずれたｂｂ相（２７０度）の信号である。

ａ相及びｂ相の信号を利用するのは、これらのどちらが相手に対して９０°進んでいるかによって、センサヘッド５の移動方向が往き方向か戻り方向かを判断するためである。また、ａ相やｂ相以外にこれらを反転させた、ａａ相やｂｂ相を利用するのは、ａ相やｂ相の信号に含まれる直流成分の除去、並びに、信号の信頼性及び高速追従性の確保のためである。

参照信号は、インクリメンタル測定における基準位置の特定用の信号であり、光学格子９，１５（参照信号用光学格子の一例）を利用して生成される。参照信号のうち参照信号φｒは、メインスケール３に対するインデックススケール１１の相対移動により、光学格子９，１５を基にして主信号と非同期に生成される信号である。

図２は主信号及び参照信号の波形図である。主信号φＡ１は主信号φａと主信号φａａを合成した正弦波状の信号である。また、主信号φＢ１は主信号φｂと主信号φｂｂを合成した正弦波状の信号であり、主信号φＡ１と位相が９０度ずれている。

参照信号φＲ１（第１参照信号の一例）は、参照信号φｒが二値化処理された信号である。信号φＲ１も信号φｒと同様に、メインスケール３に対するインデックススケール１１の相対移動により、光学格子９，１５を基にして主信号と非同期に生成される信号である。

参照信号φＲ２（第２参照信号の一例）は、参照信号φＲ１のアクティブ中に主信号φＡ１，φＢ１と同期するように生成される信号である。詳しくは、信号φＲ２は、信号φＲ１がアクティブになった後（立ち上がった後）、主信号φＡ１，φＢ１のいずれかが最初に最大値になった時にアクティブとなり（立ち上り）、次に最大値になった時にノンアクティブとなる（立ち下がる）。

参照信号φｒ，φＲ１，φＲ２は、図１のメインスケール３の光学格子９上をインデックススケール１１の光学格子１５が通過することにより得られる信号である。参照信号は、インクリメンタル型の変位測定装置において、電源投入時や任意の時点でインクリメンタル測定における基準位置取りをする際のトリガとして主に利用される。つまり、主信号を基に生成されたパルスの数をカウントするカウンタ回路に、基準位置を示す基準値（例えばゼロセットの場合はゼロ）をセットする際のトリガとして参照信号が用いられる。

次に、変位測定装置１に備えられる回路部のブロックについて説明する。図３はこれを示すブロック図である。主信号φａと主信号φａａは合成回路２５に入力して合成処理されて、主信号φＡ１として出力される。同様に、主信号φｂと主信号φｂｂは主信号φＢ１として出力される。

これら２相の正弦波からなる主信号φＡ１，φＢ１はそれぞれアンプ回路２７で増幅された後、内挿回路２９に入力する。ここで、主信号φＡ１，φＢ１の周期が所定数分割されて２相のパルスφＡ２，φＢ２（インクリメンタル測定のカウント用のパルスの一例）が生成される。例えば、図１のスケール３，１１の光学格子７，１３の格子ピッチが２０μｍであると、内挿回路２９はこれを１００分割することにより、０．２μｍピッチで分解能０．０５μｍのパルスφＡ２，φＢ２が生成される。パルスφＡ２，φＢ２はカウンタ回路３１に入力し、ここでパルス数がカウントされる。

一方、参照信号φｒは、参照信号φＲ１の生成回路３３（第１参照信号生成回路の一例）に入力する。この回路３３はコンパレータ回路を含み、これにより、参照信号φｒが二値化処理されて、参照信号φＲ１として出力される。この信号φＲ１は、参照信号φＲ２の生成回路３５（第２参照信号生成回路の一例）に入力する。回路３５は同期処理回路を含み、図２に示すように、参照信号φＲ１（第１参照信号の一例）のアクティブ中に主信号φＡ１，φＢ１と同期するように、参照信号φＲ２（第２参照信号の一例）が生成される。

ところで、図２に示すように、参照信号φＲ１はパルスなので、アクティブ状態において幅が不可避的に生じる。したがって、参照信号φＲ１を基にして生成される参照信号φＲ２（第２参照信号の一例）は、往き方向と戻り方向とでアクティブとなる位置が異なる。カウンタ回路３１（図３）の基準値セットのトリガには、参照信号の立ち上りエッジが利用されるため、トリガを参照信号φＲ２にした場合、往き方向の立ち上りエッジと戻り方向の立ち上りエッジとの距離Ｄだけ、基準位置にずれが生じる。よって、往き方向から測定した場合と戻り方向から測定した場合とで測定値に差が生じる。

第１実施形態の比較として、往き方向及び戻り方向ともに参照信号φＲ２をトリガとして、カウンタ回路３１をゼロセットした場合について、図３及び図４を用いて説明する。図４は、この比較形態において、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２の立ち上げとの関係を示す図である。往き方向のゼロセットの位置と戻り方向のゼロセットの位置との距離が、カウンタ回路３１の１２カウント分に相当する。このように往き方向と戻り方向とで参照信号φＲ２の立ち上げ位置が異なるため、ゼロセットの位置が異なる。したがって、ゼロセット操作は片方の方向に統一しなければならないという制限が生じる。

これに対して、第１実施形態では、往き方向のトリガに参照信号φＲ２（第２参照信号の一例）、戻り方向のトリガに参照信号φＲ３（第３参照信号の一例）を用いることにより、往き方向と戻り方向とで、ゼロセットした際の測定軸Ｘ上の位置が同じになるようにしている。つまり、戻り方向のゼロセットの位置を補正する処理をしているのである。

図５は、第１実施形態において、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２，φＲ３の立ち上げとの関係を示す図であり、図４と対応する。往き方向では、比較形態と同様に参照信号φＲ２をトリガにしてゼロセットしている（Ｓ１）。一方、戻り方向では、参照信号φＲ２がアクティブになるよりも遅れてアクティブとなる参照信号φＲ３をトリガにしてゼロセットしている（Ｓ２）。

参照信号φＲ３の遅れは、カウンタ回路３１の１１カウント分に相当する。これは、図４に示すように、参照信号φＲ２をトリガとした場合における往き方向のゼロセットの位置と戻り方向のゼロセットの位置との間のカウント数（１２カウント）を予め求めておき、このカウント数を基にして決定されたものである。これにより、戻り方向のゼロセット（Ｓ２）の位置を往き方向のゼロセット（Ｓ１）の位置に揃えることができる。なお、アクティブの参照信号φＲ２をトリガにして、１１カウントの計測が開始され、１１カウント計測により、参照信号φＲ３をアクティブにしている。したがって、参照信号φＲ３は参照信号φＲ２と同期していることになる。

参照信号φＲ３の遅れ（１１カウント分）は、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタでカウントする。このＵＰ／ＤＯＷＮカウンタは、参照信号φＲ２がトリガになると共に参照信号φＲ３の遅れに相当する数をカウントするとアクティブの参照信号φＲ３を出力する。参照信号φＲ３の遅れに相当する１１カウントの設定は、メーカが変位測定装置の出荷前に行う。この１１カウントは、ディップスイッチにより設定してもよいし、マイコンのメモリに記憶させてもよい。また、参照信号φＲ３のアクティブ期間はＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ等により任意に設定することができる。

参照信号φＲ３の遅れをカウントするＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ３７は、図３に示す参照信号φＲ３の生成回路３９（第３参照信号生成回路の一例）に含まれる。カウンタ３７には主信号φＡ２，φＢ２が加えられ、ＵＰ／ＤＯＷＮカウントを行う。出力端子からは参照信号φＲ３が出力される。カウンタ３７は、参照信号φＲ２がトリガとなってカウントを開始し、「＋１１」をカウントすると参照信号φＲ３をアクティブにする。

ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ３７を用いることにより、基準位置取りのために、図１のセンサヘッド５を戻り方向に移動させている際に振動等が原因で往き方向に移動しても、その分はＤＯＷＮカウントされることになる。これにより、往き方向のゼロセット（Ｓ１）の位置の手前で、戻り方向のゼロセット（Ｓ２）がされるのを防止できる。つまり、振動等の影響をなくすことができる。

参照信号φＲ３の生成回路３９は、カウント方向弁別回路４１を備える。弁別回路４１は図６に示すようなＤフリップフロップ等のロジック回路やマイコンで構成できる。図６の例では、Ｄ入力端子に主信号φＡ２が加えられ、クロックＣＫ入力端子に主信号φＢ２が加えられる。

図６のように主信号φＡ２の位相が主信号φＢ２の位相より９０度だけ進んでいる場合、出力端子ＱからはＨレベルの信号が出力される。これはφＡ２進相であり、通常、図１のセンサヘッド５が往き方向（カウンタ回路３１がＵＰカウント）に移動していることを表す。逆に、主信号φＢ２の位相が主信号φＡ２の位相より９０度だけ進んでいる場合、出力端子ＱからはＬレベルの信号が出力される（φＢ２進相）。φＢ２進相は、通常、センサヘッド５が戻り方向（カウンタ回路３１がＤＯＷＮカウント）に移動していることを表す。

弁別回路４１の出力信号により、スイッチ回路４３が制御される。スイッチ回路４３は、参照信号φＲ２が加わる入力端子４５、参照信号φＲ３が加わる入力端子４７及びカウンタ回路３１のクリアＣＬＲ端子（なお、プリセットの場合はプリセット端子）に接続された出力端子４９を備える。

図１のセンサヘッド５が往き方向に移動している場合、弁別回路４１の出力信号により、入力端子４５が出力端子４９と接続される。これにより、参照信号φＲ２がカウンタ回路３１のクリアＣＬＲ端子に入力される。逆に、センサヘッド５が戻り方向に移動している場合、弁別回路４１の出力信号により、入力端子４７が出力端子４９と接続される。したがって、カウンタ回路３１のクリアＣＬＲ端子には、参照信号φＲ３が入力される。

往き方向が参照信号φＲ２、戻り方向が参照信号φＲ３をトリガにしてゼロセットされたカウンタ回路３１でカウントされたパルスを基にして測定値を演算する。この結果がＬＣＤ５１に表示される。基準位置取りとしてゼロセットの場合で説明したが、プリセットの場合、図５のゼロセットＳ１，Ｓ２において、カウンタ回路にゼロの替わりに、任意の数値がセットされる。

以上説明したように第１実施形態では、カウンタ回路３１のゼロセットのトリガを往き方向及び戻り方向ともに参照信号φＲ２にするのではなく、往き方向を参照信号φＲ２とし、戻り方向を参照信号φＲ３にしている。参照信号φＲ３は、参照信号φＲ２がアクティブになるよりも遅れてアクティブとなるので、往き方向と戻り方向でゼロセットの位置を揃えることができる。したがって、基準位置取り操作を片方の方向からに制限する必要がないため、測定の利便性を向上させることができる。

なお、図５に示すように、参照信号φＲ３は、アクティブの参照信号φＲ２を基にしてアクティブになるため、戻り方向から基準位置取り操作する場合、参照信号φＲ２がアクティブになる位置より、さらに手前（戻り方向）から基準位置取りの操作を開始しなければならない。

また、ゼロセットのトリガを往き方向について参照信号φＲ３とし、戻り方向について参照信号φＲ２にしてもよい。さらに、ゼロセットのトリガを往き方向、戻り方向とも参照信号φＲ３にすることもできる。これを図７で説明する。図７は、第１実施形態の変形例であり、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２，φＲ３の立ち上げとの関係を示す図であり、図５と対応する。往き方向はＵＰ／ＤＯＷＮカウンタが５カウントすると参照信号φＲ３がアクティブになるようし、戻り方向は６カウントすると参照信号φＲ３がアクティブになるようしている。この変形例によっても、往き方向と戻り方向でゼロセットの位置を揃えることができる。
［第２実施形態］
第２実施形態では、往き方向、戻り方向ともに、ゼロセットのためのトリガを参照信号φＲ２にしている。参照信号φＲ２をトリガにしてカウンタ回路にセットする値（初期値）は、往き方向をゼロとし、戻り方向をゼロから後戻りした値としている。第１実施形態のカウンタ回路にセットされる値はゼロであるが、第２実施形態のカウンタ回路にはゼロ以外の値もセットされる。したがって、第２実施形態では、カウンタ回路にセットされる値を初期値という表現を用いる。以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違を中心に説明する。

図８は、第２実施形態において、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２の立ち上げとの関係を示す図であり、図５と対応する。往き方向のトリガ発生と戻り方向のトリガ発生との間のカウント数（１２カウント）を予め求めておく。そして、変位測定装置をゼロセットする場合、往き方向についてはカウンタ回路にゼロが初期値としてセットされるように設定し、一方、戻り方向については、カウンタ回路にゼロでなく、ゼロから後戻りした値である「＋１１」が初期値としてセットされるように設定する（往き方向のトリガ発生と戻り方向のトリガ発生との間の距離に相当する数を差し引く）。これにより、戻り方向から変位を測定する際のゼロセットの位置を補正し、往き方向のゼロセットの位置に揃えることができる。また、戻り方向からのゼロセットでは、往き方向でのゼロセットの位置まで到達しなくても往き方向のゼロセットの位置に揃えることができる（つまり、「＋１１」が初期値としてセットされた段階でゼロセットが完了し、測定を開始できる。）。よって、基準位置取り操作を片方の方向からに制限する必要がないため、測定の利便性が向上する。

後戻りした値とは、戻り方向の場合、カウンタ回路がカウントダウンするので、ゼロ（基準値）より大きい値である。逆に、往き方向の場合、カウンタ回路がカウントアップするので、ゼロ（基準値）より小さい値である。

図９は、第２実施形態に係る変位測定装置に備えられる回路部のブロック図であり、図３と対応する。図３のブロック図と相違する点を主に説明する。カウント方向弁別回路４１からの出力信号は、初期値選択回路５３に入力する。回路４１からの出力信号が往き方向を示す場合は基準値（図８の場合はゼロ）を選択し、戻り方向を示す場合は基準値から後戻りした値である後戻値（図８の場合は「＋１１」）を選択する。

参照信号φＲ２の立ち上りがカウンタ回路３１のＬＯＡＤ端子に入力すると、往き方向から基準位置取りしている場合はカウンタ回路３１にゼロがセットされ、戻り方向の場合は「＋１１」がセットされて、計測が開始される。したがって、第２実施形態も往き方向と戻り方向でゼロセットの位置を同じにすることができる。

なお、往き方向、戻り方向ともに、ゼロ（基準値）から後戻りした値を初期値にすることができる。これを変形例として説明する。図１０は、第２実施形態の変形例において、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２の立ち上げとの関係を示す図である。

往き方向から測定する場合、参照信号φＲ２をトリガにしてカウンタ回路３１に「−５」をセットする。この場合、カウンタ回路３１がカウントアップするので、ゼロ（基準値）より小さい値が後戻りした値となる。一方、戻り方向から測定する場合、「＋６」をセットする。以上により、往き方向の場合のゼロセットの位置と、戻り方向の場合のそれとを同じにすることができる。
［本発明が適用可能な態様］
カウンタ回路３１は、メインスケール及びセンサヘッドで構成されるアセンブリと分離していてもよいし（分離型）、アセンブリに組み込まれていてもよい（一体型）。図１１は、分離型の変位測定装置を示す図であり、図１と対応する。変位測定装置１は、メインスケール３及びセンサヘッド５を部品として組み立てられたアセンブリ５５と、ケーブル５７によりアセンブリ５５に接続可能なカウント・表示装置５９（カウント装置の一例）と、を備える。装置５９には、図３（第１実施形態）に示すカウンタ回路３１及びＬＣＤ５１が組み込まれるようにしてもよいし、また、図９（第２実施形態）に示すカウンタ回路３１、カウント方向弁別回路４１、初期値選択回路５３及びＬＣＤ５１が組み込まれるようにしてもよい。

一方、図１２は、一体型の変位測定装置を示す図であり、図１と対応する。センサヘッド５に、図３や図９に示すカウンタ回路３１及びＬＣＤ５１が組み込まれている。

また、図１に示すように、インデックススケール１１を含むセンサヘッド５がメインスケール３の上を移動する場合で説明した。この逆、つまり、メインスケール３がセンサヘッド５の上を移動する態様でもよい。よって、本発明では、インデックススケールはメインスケールに対して相対移動可能と言うことができる。

また、光源１７からの光Ｌはメインスケール３を透過して、インデックススケール１１に照射されるタイプ（透過型）で説明した。しかしながら、本発明は、光源からの光をメインスケールで反射させて、インデックススケールに照射するタイプ（反射型）にも適用することができる。

第１実施形態に係る光学式のインクリメンタル型変位測定装置の概略構成を示す斜視図である。 第１実施形態に係る主信号及び参照信号の波形図である。 第１実施形態に係る変位測定装置に備えられる回路部のブロック図である。 比較形態において、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２の立ち上げとの関係を示す図である。 第１実施形態において、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２，φＲ３の立ち上げとの関係を示す図である。 第１実施形態に係る参照信号φＲ３の生成回路に含まれるＤフリップフロップを示す図である。 第１実施形態の変形例において、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２，φＲ３の立ち上げとの関係を示す図である。 第２実施形態において、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２の立ち上げとの関係を示す図である。 第２実施形態に係る変位測定装置に備えられる回路部のブロック図である。 第２実施形態の変形例において、測定軸Ｘ上の位置と参照信号φＲ２の立ち上げとの関係を示す図である。 第１及び第２実施形態に係るカウンタ回路分離型の変位測定装置の概略構成を示す斜視図である。 同カウンタ回路一体型の変位測定装置の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１・・・インクリメンタル型変位測定装置、３・・・メインスケール、５・・・センサヘッド、７・・・光学格子（主信号用光学格子の一例）、９・・・光学格子（参照信号用光学格子の一例）、１１・・・インデックススケール、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ａａ，１３ｂｂ・・・光学格子（主信号用光学格子の一例）、１５・・・光学格子（参照信号用光学格子の一例）、１７・・・光源、１９・・・受光部、２１ａ，２１ｂ，２１ａａ，２１ｂｂ，２３・・・フォトダイオード、２５・・・合成回路、２７・・・アンプ回路、２９・・・内挿回路、３１・・・カウンタ回路、３３・・・参照信号φＲ１生成回路（第１参照信号生成回路の一例）、３５・・・参照信号φＲ２生成回路（第２参照信号生成回路の一例）、３７・・・ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ、３９・・・参照信号φＲ３生成回路（第３参照信号生成回路の一例）、４１・・・カウント方向弁別回路、４３・・・スイッチ回路、４５，４７・・・入力端子、４９・・・出力端子、５１・・・ＬＣＤ、５３・・・初期値選択回路、５５・・・アセンブリ、５７・・・ケーブル、５９・・・カウント・表示装置、Ｘ・・・測定軸、Ｌ・・・光、φａ，φｂ，φａａ，φｂｂ・・・主信号（合成処理前）、φｒ・・・参照信号（二値化処理前）、φＡ１，φＢ１・・・主信号（合成処理後）、φＲ１・・・参照信号（第１参照信号の一例）、φＲ２・・・参照信号（第２参照信号の一例）、φＡ２，φＢ２・・・パルス（インクリメンタル測定のカウント用のパルスの一例）、Ｄ・・・参照信号φＲ２の往き方向の立ち上りエッジと戻り方向の立ち上りエッジとの距離、φＲ３・・・参照信号（第３参照信号の一例）、Ｓ１・・・参照信号φＲ２をトリガにしたゼロセット、Ｓ２・・・参照信号φＲ３をトリガにしたゼロセット

Claims (7)

1. メインスケールと、
   一方の方向及びこれと逆の他方の方向に測定軸に沿って前記メインスケールに対して相対移動可能であると共に前記メインスケールと対向して配置されたインデックススケールと、
   前記メインスケール及び前記インデックススケールに設けられると共にインクリメンタル測定のカウント用のパルスの基になる主信号を生成するための主信号用光学格子と、
   前記メインスケール及び前記インデックススケールに設けられると共に前記インクリメンタル測定における基準位置の特定用の参照信号を生成するための参照信号用光学格子と、
   前記メインスケールに対する前記インデックススケールの相対移動により、前記参照信号用光学格子を基にして主信号と非同期の参照信号である第１参照信号を生成する第１参照信号生成回路と、
   前記一方の方向と前記他方の方向とでアクティブとなる位置が異なる参照信号である第２参照信号を第１参照信号のアクティブ中に主信号と同期するように生成する第２参照信号生成回路と、
   第２参照信号と同期すると共に第２参照信号がアクティブになるよりも遅れてアクティブとなる参照信号である第３参照信号を生成する第３参照信号生成回路と、
   主信号を基に生成された前記インクリメンタル測定のカウント用のパルスの数をカウントすると共に前記インクリメンタル測定の基準位置を示す基準値のセットのトリガが前記一方の方向から変位を測定する場合は第２又は第３参照信号であり、前記他方の方向から変位を測定する場合は第３参照信号であるカウンタ回路と、を備える
   ことを特徴とするインクリメンタル型変位測定装置。
2. 前記一方の方向から変位を測定する場合、第２参照信号が前記基準値のセットのトリガとなり、
   第２参照信号をトリガとした場合における前記一方の方向の前記基準値セットの位置と前記他方の方向の前記基準値セットの位置との間のカウント数を予め求めておき、このカウント数を基にして第３参照信号の遅れを設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインクリメンタル型変位測定装置。
3. 第２参照信号がトリガになると共に第３参照信号の遅れに相当する数をカウントするとアクティブの第３参照信号を出力するＵＰ／ＤＯＷＮカウンタを備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載のインクリメンタル型変位測定装置。
4. メインスケールと、
   一方の方向及びこれと逆の他方の方向に測定軸に沿って前記メインスケールに対して相対移動可能であると共に前記メインスケールと対向して配置されたインデックススケールと、
   前記メインスケール及び前記インデックススケールに設けられると共にインクリメンタル測定のカウント用のパルスの基になる主信号を生成するための主信号用光学格子と、
   前記メインスケール及び前記インデックススケールに設けられると共に前記インクリメンタル測定における基準位置の特定用の参照信号を生成するための参照信号用光学格子と、
   前記メインスケールに対する前記インデックススケールの相対移動により、前記参照信号用光学格子を基にして主信号と非同期の参照信号である第１参照信号を生成する第１参照信号生成回路と、
   前記一方の方向と前記他方の方向とでアクティブとなる位置が異なる参照信号である第２参照信号を第１参照信号のアクティブ中に主信号と同期するように生成する第２参照信号生成回路と、
   主信号を基に生成された前記インクリメンタル測定のカウント用のパルスの数をカウントすると共に第２参照信号をトリガにして初期値がセットされるカウンタ回路と、を備え、
   前記一方の方向から変位を測定する場合の前記初期値は、前記インクリメンタル測定の基準位置を示す基準値又は前記基準値から後戻りした値であり、
   前記他方の方向から変位を測定する場合の前記初期値は、前記基準値から後戻りした値である、
   ことを特徴とするインクリメンタル型変位測定装置。
5. 前記一方の方向から変位を測定する場合の前記初期値は前記基準値であり、
   前記他方の方向から変位を測定する場合の前記初期値である前記後戻りした値は、前記一方の方向のトリガ発生と前記他方の方向のトリガ発生との間の予め求められていたカウント数を基にして設定される、
   ことを特徴とする請求項４に記載のインクリメンタル型変位測定装置。
6. 前記メインスケール及び前記インデックススケールを部品として組み立てられたアセンブリと、
   前記カウンタ回路が組み込まれると共に前記アセンブリとケーブルにより接続可能なカウント装置と、を備える
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクリメンタル型変位測定装置。
7. 前記メインスケール及び前記インデックススケールを部品として組み立てられたアセンブリに、前記カウンタ回路が組み込まれている、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクリメンタル型変位測定装置。

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