JP2014112067A - Rotation angle measuring apparatus and rotation angle measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転角度測定装置及び回転角度測定方法に係り、特に、工作機械の回転移動軸の回転角度の割り出し精度を向上させることが可能な回転角度測定装置及び回転角度測定方法に関する。 The present invention relates to a rotation angle measurement device and a rotation angle measurement method, and more particularly, to a rotation angle measurement device and a rotation angle measurement method capable of improving the accuracy of determining the rotation angle of a rotational movement shaft of a machine tool.
従来より、工作機械の回転移動軸の回転角度を測定する方法として、例えば、旋盤の主軸やマシニングセンタの回転テーブルなどの回転移動軸に多面鏡を固定し、回転移動軸を多面鏡の分割角度に相当する角度ずつ割り出して、ある一定の方向を向いた反射鏡からの反射光の振れを、例えばオートコリメータなどで計測する方法（以下、「多面鏡を用いる方法」という。）が知られている。 Conventionally, as a method of measuring the rotation angle of a rotary movement axis of a machine tool, for example, a polygon mirror is fixed to a rotary movement axis such as a lathe spindle or a rotary table of a machining center, and the rotation movement axis is set to a division angle of the polygon mirror. A method is known in which the angle of the corresponding angle is determined, and the fluctuation of the reflected light from the reflecting mirror directed in a certain direction is measured by, for example, an autocollimator (hereinafter referred to as “method using a polygon mirror”). .
多面鏡を用いる方法では、測定できる角度が多面鏡の分割角度によって決定される。例えば６面鏡であれば６０度毎、８面鏡であれば４５度毎に測定することになる。より細かく設定する場合は面数を増す必要があるが、多面鏡が高価になるという問題があり、実施は難しい。このように多面鏡を用いる方法では測定は比較的容易であるが、細かく設定するには問題がある。 In the method using a polygon mirror, the measurable angle is determined by the division angle of the polygon mirror. For example, the measurement is performed every 60 degrees for a 6-sided mirror and every 45 degrees for an 8-sided mirror. When setting more finely, it is necessary to increase the number of surfaces, but there is a problem that the polygon mirror becomes expensive, and implementation is difficult. In this way, the method using a polygon mirror is relatively easy to measure, but there is a problem with fine setting.
かかる問題に対して、ハースカップリングを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この方法では、ハースカップリングが取り付けられた工作機械の回転移動軸を所定の単位角度で回転し、ハースカップリングの結合を外した後に単位角度の分だけハースカップリングを逆回転し、レーザ干渉計で測定された回転角度の合計が回転移動軸の目標変位角度となるまでハースカップリングの正転及び逆転が繰り返される。 For such a problem, a method using Hearth coupling has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this method, the rotational movement axis of the machine tool to which the hearth coupling is attached is rotated at a predetermined unit angle, the hearth coupling is reversely rotated by the unit angle after the hearth coupling is disconnected, and laser interference is performed. The forward rotation and reverse rotation of the hearth coupling are repeated until the total rotation angle measured by the meter reaches the target displacement angle of the rotational movement axis.
しかしながら、ハースカップリングを用いる方法では、回転移動軸の目標変位角度となるまでハースカップリングの正転及び逆転を繰り返す首振り動作が必要であるため、全体の測定時間が長くなる問題がある。また、角度測定の精度がハースカップリングの歯の分解能に依存するとともに、正回転及び逆回転の繰り返し時にハースカップリングの歯で伝達誤差が発生するので、測定精度の向上には限界がある。 However, the method using the hearth coupling requires a swing operation that repeats forward and reverse rotation of the hearth coupling until the target displacement angle of the rotational movement axis is reached, so that there is a problem that the entire measurement time becomes long. In addition, the accuracy of angle measurement depends on the resolution of the hearth coupling teeth, and a transmission error occurs in the teeth of the hearth coupling when the forward rotation and the reverse rotation are repeated. Therefore, there is a limit to improving the measurement accuracy.
これに対して、工作機械の回転移動軸の回転角度を測定する手段としてロータリエンコーダを用いる方法が考えられる。ロータリエンコーダは、回転移動軸に取り付けられるエンコーダ軸に同軸状態で固定された目盛板を備える。目盛板の周囲には周方向に沿って等角度間隔で目盛が刻まれており、回転移動軸と共に回転する目盛板の目盛を光学的又は磁気的な手段で読み取り、その回転角度に応じた回転角度データを電気信号に変換して出力する。この方法によれば、目盛板の目盛の分解能を高めることにより、回転移動軸の回転角度を高精度に測定することが可能となる。また、ハースカップリングを用いる方法のような首振り動作が不要であり、全体の測定時間を短縮化することが可能となる。 On the other hand, a method using a rotary encoder as a means for measuring the rotation angle of the rotational movement shaft of the machine tool is conceivable. The rotary encoder includes a scale plate that is coaxially fixed to an encoder shaft that is attached to the rotational movement shaft. Scales are engraved around the scale plate at equal angular intervals along the circumferential direction. The scale of the scale plate that rotates together with the rotary movement shaft is read by optical or magnetic means and rotated according to the rotation angle. The angle data is converted into an electrical signal and output. According to this method, it is possible to measure the rotation angle of the rotary moving shaft with high accuracy by increasing the resolution of the scale on the scale plate. Further, the swinging operation as in the method using the hearth coupling is unnecessary, and the entire measurement time can be shortened.
しかしながら、ロータリエンコーダを用いる方法では、次のような技術的な課題がある。 However, the method using the rotary encoder has the following technical problems.
まず、ロータリエンコーダを用いて回転移動軸の回転角度を測定する場合、回転移動軸の回転開始時ないしは回転停止時に伴う慣性力により微量な角度ずれが生じることがある。これは、回転移動軸に取り付けられるエンコーダ軸の回転につられてエンコーダ本体が共回りしてしまい、目盛板の読取位置（読み取りヘッドが設けられる位置）に微小な位置ずれが生じるためである。この場合、ロータリエンコーダから出力される回転角度データには、回転移動軸の回転開始ないしは回転停止時に起因した角度誤差（以下、「初期オフセット誤差」という。）が発生することになり、測定精度の低下を招く要因となる。 First, when measuring the rotation angle of the rotary moving shaft using a rotary encoder, a slight angular deviation may occur due to the inertial force at the time of starting or stopping the rotation of the rotary moving shaft. This is because the encoder body rotates together with the rotation of the encoder shaft attached to the rotational movement shaft, and a minute position shift occurs in the reading position of the scale plate (position where the reading head is provided). In this case, in the rotation angle data output from the rotary encoder, an angle error (hereinafter referred to as “initial offset error”) due to the start or stop of rotation of the rotary moving shaft occurs, and the measurement accuracy is reduced. This is a factor that causes a decline.
また、回転移動軸とエンコーダ軸との間に軸ずれ（軸偏心）がある状態で測定が行われると、エンコーダ軸と共に回転する目盛板は中心から偏心した位置を回転中心として回転することになる。このため、ロータリエンコーダから出力される回転角度データには、例えば図１３に示すように、回転移動軸の１周分、すなわち、３６０度の範囲にわたってエンコーダ軸の軸偏心に起因した角度誤差（偏心誤差）が発生することになり、測定精度の低下を招く要因となる。 Further, if measurement is performed in a state where there is an axial deviation (shaft eccentricity) between the rotational movement shaft and the encoder shaft, the scale plate that rotates together with the encoder shaft rotates around the position eccentric from the center. . For this reason, the rotation angle data output from the rotary encoder includes, for example, as shown in FIG. 13, an angular error (eccentricity) caused by the shaft eccentricity of the encoder shaft over one rotation of the rotationally moving shaft, that is, 360 degrees. Error), which causes a reduction in measurement accuracy.
したがって、ロータリエンコーダを用いて回転移動軸の回転角度を高精度に測定するためには、初期オフセット誤差の影響を排除することが必要であるとともに、軸偏心が生じないようにエンコーダ軸を回転移動軸に精密に取り付ける作業が必要となる。しかし、このような取り付け作業は作業者にとって大きな負担となり、作業効率の低下を招く要因となる。このため、実際にはある程度の偏心誤差が含まれた状態でエンコーダ軸を取り付けざるを得ないが、かかる場合には、上述のとおり、ロータリエンコーダから出力される回転角度データには偏心誤差が含まれることになってしまい、高精度な測定を妨げる要因となっている。 Therefore, in order to measure the rotational angle of the rotational movement shaft with high accuracy using a rotary encoder, it is necessary to eliminate the influence of the initial offset error, and the encoder shaft is rotationally moved so as not to cause shaft eccentricity. Work to attach to the shaft precisely is required. However, such attachment work is a heavy burden on the operator and causes a reduction in work efficiency. Therefore, in practice, the encoder shaft must be attached in a state where a certain amount of eccentricity error is included, but in such a case, as described above, the rotation angle data output from the rotary encoder includes the eccentricity error. This is a factor that hinders high-precision measurement.
また、ロータリエンコーダから出力される回転角度データには、図１３の下段に一部を拡大して示すように、回転移動軸の１周分の周期にわたって発生する偏心誤差だけでなく、それよりも短い周期で発生する内挿誤差が含まれている。このような内挿誤差が発生する要因としては、回転移動軸を回転させるための歯車の形状誤差がある。すなわち、回転移動軸には、モータから出力される回転駆動力を伝達するために歯車が設けられるが、製造上、歯車の各歯には少なからず形状誤差が存在する。このため、歯車の一歯あたりの回転角度（回転ピッチ）を周期とする内挿誤差が発生する要因となる。例えば、３６０歯からなる歯車の場合には、一歯あたりの回転角度（回転ピッチ）は１度となるが、この回転ピッチに相当する周期で内挿誤差が発生する。また、各種要因によって局所的な誤差が発生することもある。このような誤差は、回転移動軸の回転角度の割り出し精度の低下を招く要因となっている。 In addition, the rotation angle data output from the rotary encoder includes not only the eccentricity error that occurs over the period of one rotation of the rotational movement shaft, but also more than that as shown in the lower part of FIG. Interpolation errors that occur in short cycles are included. As a factor causing such an interpolation error, there is a shape error of a gear for rotating the rotational movement shaft. That is, the rotational movement shaft is provided with a gear for transmitting the rotational driving force output from the motor. However, there is a considerable shape error in each tooth of the gear in manufacturing. For this reason, it becomes a factor which the interpolation error which makes the rotation angle (rotation pitch) per gear tooth a period generate | occur | produces. For example, in the case of a gear having 360 teeth, the rotation angle (rotation pitch) per tooth is 1 degree, but an interpolation error occurs at a period corresponding to this rotation pitch. In addition, local errors may occur due to various factors. Such an error is a factor that causes a decrease in the accuracy of determining the rotational angle of the rotational movement shaft.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回転移動軸の回転角度の割り出し精度を向上させるとともに、回転移動軸に対する取り付け作業を簡単に行うことができる回転角度測定装置及び回転角度測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to improve the accuracy of calculating the rotational angle of the rotational movement shaft and to easily perform the mounting operation on the rotational movement shaft and the rotational angle. An object is to provide a measurement method.
本発明に係る回転角度測定装置は、上記目的を達成するために、支持基準体と、支持基準体に連結され、支持基準体に対し全周回転自在に軸支された回転体とを有し、支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度を検出する相対角度検出手段と、回転体及び支持基準体に接触しない位置を基準として、支持基準体の回転角度を検出する絶対角度検出手段と、相対角度検出手段による回転角度の検出と非接触式角度検出手段による回転角度の検出とを同期させる同期制御手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a rotation angle measuring apparatus according to the present invention includes a support reference body and a rotation body that is coupled to the support reference body and is pivotally supported by the support reference body so as to be rotatable around the entire circumference. A relative angle detecting means for detecting a relative rotation angle of the rotating body with respect to the support reference body, and an absolute angle detecting means for detecting the rotation angle of the support reference body with reference to a position not contacting the rotating body and the support reference body. And a synchronous control means for synchronizing the detection of the rotation angle by the relative angle detection means and the detection of the rotation angle by the non-contact angle detection means.
本発明によれば、相対角度検出手段による回転角度の検出と非接触式角度検出手段による回転角度の検出が同期して行われるので、回転体の回転状態に左右されることなく、例えば回転体を回転させた状態でも測定を行うことができ、計測範囲にわたって連続的に回転角度を検出する動的測定（ダイナミック測定）を行うことが可能となり、これによって局所的に発生する誤差を検出することが可能となる。また、相対角度検出手段によって支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度が検出される際、回転体と共に支持基準体が回転してしまう場合でも、非接触式角度検出手段によって回転体の回転角度が検出されるので、回転体の回転角度を正確に求めることが可能となる。したがって、回転移動軸の回転角度の割り出し精度が向上するとともに、回転移動軸に対する取り付け作業を簡単に行うことが可能となる。 According to the present invention, the detection of the rotation angle by the relative angle detection means and the detection of the rotation angle by the non-contact type angle detection means are performed in synchronization, so that, for example, the rotation body does not depend on the rotation state of the rotation body. Measurement can be performed even when the is rotated, and dynamic measurement (dynamic measurement) that continuously detects the rotation angle over the measurement range can be performed, thereby detecting locally occurring errors. Is possible. Further, when the relative rotation angle of the rotating body relative to the support reference body is detected by the relative angle detecting means, even if the support reference body rotates together with the rotating body, the non-contact angle detecting means rotates the rotating body. Since the angle is detected, the rotation angle of the rotating body can be accurately obtained. Therefore, the accuracy of determining the rotation angle of the rotational movement shaft is improved, and the attachment work to the rotational movement shaft can be easily performed.
本発明に係る回転角度測定装置では、同期制御手段は、相対角度検出手段による回転角度の検出と非接触式角度検出手段による回転角度の検出を同一タイミングにすることが好ましい。 In the rotation angle measuring apparatus according to the present invention, it is preferable that the synchronization control means sets the detection of the rotation angle by the relative angle detection means and the detection of the rotation angle by the non-contact angle detection means at the same timing.
上記態様によれば、相対角度検出手段による回転角度の検出と非接触式角度検出手段による回転角度の検出を同一タイミングで行うことにより、回転体を回転させながら測定が行われる場合でも、回転体の回転角度を高精度に求めることができる。 According to the above aspect, even when measurement is performed while rotating the rotating body by detecting the rotation angle by the relative angle detecting means and detecting the rotation angle by the non-contact type angle detecting means at the same timing, the rotating body Can be obtained with high accuracy.
本発明に係る回転角度測定装置では、相対角度検出手段が検出した回転角度を、非接触式角度検出手段で検出した回転角度に基づいて補正する補正手段を備えることが好ましい。 The rotation angle measuring device according to the present invention preferably includes a correction unit that corrects the rotation angle detected by the relative angle detection unit based on the rotation angle detected by the non-contact type angle detection unit.
上記態様によれば、支持基準体の回転に伴って発生する誤差を補正することが可能となる。 According to the above aspect, it is possible to correct an error generated with the rotation of the support reference body.
本発明に係る回転角度測定装置では、相対角度検出手段は、ロータリエンコーダであることが好ましい。 In the rotation angle measuring device according to the present invention, the relative angle detecting means is preferably a rotary encoder.
上記態様によれば、支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度を、回転体の回転可能な全範囲にわたって安定して求めることが可能となる。 According to the said aspect, it becomes possible to obtain | require stably the relative rotation angle of the rotary body with respect to a support reference body over the whole range which can rotate a rotary body.
本発明に係る回転角度測定装置では、非接触角度検出手段は、レーザ干渉を利用したものであることが好ましい。 In the rotation angle measuring apparatus according to the present invention, it is preferable that the non-contact angle detecting means uses laser interference.
本発明に係る回転角度測定方法は、上記目的を達成するために、支持基準体と、支持基準体に連結され、支持基準体に対し全周回転自在に軸支された回転体との相対的な回転角度を検出する相対角度検出ステップと、回転体及び支持基準体に接触しない位置を基準として、支持基準体の回転角度を検出する絶対角度検出ステップと、相対角度検出ステップによる回転角度の検出と非接触式角度検出ステップによる回転角度の検出とを同期させる同期制御ステップと、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the rotational angle measuring method according to the present invention is a relative relationship between a support reference body and a rotary body connected to the support reference body and pivotally supported by the support reference body so as to be rotatable around the entire circumference. A relative angle detection step for detecting a rotation angle, an absolute angle detection step for detecting a rotation angle of the support reference body with reference to a position not in contact with the rotation body and the support reference body, and detection of the rotation angle by the relative angle detection step. And a synchronization control step for synchronizing the detection of the rotation angle by the non-contact type angle detection step.
本発明によれば、相対角度検出ステップによる回転角度の検出と非接触式角度検出ステップによる回転角度の検出が同期して行われるので、回転体の回転状態に左右されることなく、例えば回転体を回転させた状態でも測定を行うことができ、計測範囲にわたって連続的に回転角度を検出する動的測定（ダイナミック測定）を行うことが可能となり、これによって局所的に発生する誤差を検出することが可能となる。また、相対的角度検出ステップによって支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度が検出される際、回転体と共に支持基準体が回転してしまう場合でも、非接触式角度検出ステップによって回転体の回転角度が検出されるので、回転体の回転角度を正確に求めることが可能となる。したがって、回転移動軸の回転角度の割り出し精度が向上するとともに、回転移動軸に対する取り付け作業を簡単に行うことが可能となる。 According to the present invention, the detection of the rotation angle by the relative angle detection step and the detection of the rotation angle by the non-contact type angle detection step are performed in synchronization, so that, for example, the rotation body is not affected by the rotation state of the rotation body. Measurement can be performed even when the is rotated, and dynamic measurement (dynamic measurement) that continuously detects the rotation angle over the measurement range can be performed, thereby detecting locally occurring errors. Is possible. Further, when the relative rotation angle of the rotating body relative to the support reference body is detected by the relative angle detection step, even if the support reference body rotates together with the rotating body, the non-contact angle detection step causes the rotation body Since the rotation angle is detected, the rotation angle of the rotating body can be accurately obtained. Therefore, the accuracy of determining the rotation angle of the rotational movement shaft is improved, and the attachment work to the rotational movement shaft can be easily performed.
本発明に係る回転角度測定方法では、同期制御ステップは、相対角度検出ステップによる回転角度の検出と非接触式角度検出ステップによる回転角度の検出を同一タイミングにすることが好ましい。 In the rotation angle measuring method according to the present invention, it is preferable that the synchronization control step sets the detection of the rotation angle by the relative angle detection step and the detection of the rotation angle by the non-contact angle detection step at the same timing.
上記態様によれば、相対角度検出ステップによる回転角度の検出と非接触式角度検出ステップによる回転角度の検出を同一タイミングで行うことにより、回転体を回転させながら測定が行われる場合でも、回転体の回転角度を高精度に求めることができる。 According to the above aspect, even when measurement is performed while rotating the rotator by performing detection of the rotation angle by the relative angle detection step and detection of the rotation angle by the non-contact type angle detection step at the same timing, the rotator Can be obtained with high accuracy.
本発明に係る回転角度測定方法では、相対角度検出ステップで検出した回転角度を、非接触式角度検出ステップで検出した回転角度に基づいて補正する補正ステップを含むことが好ましい。 The rotation angle measurement method according to the present invention preferably includes a correction step of correcting the rotation angle detected in the relative angle detection step based on the rotation angle detected in the non-contact type angle detection step.
上記態様によれば、支持基準体の回転に伴って発生する誤差を補正することが可能となる。 According to the above aspect, it is possible to correct an error generated with the rotation of the support reference body.
本発明によれば、回転移動軸の回転角度の割り出し精度が向上するとともに、回転移動軸に対する取り付け作業を簡単に行うことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the indexing accuracy of the rotational angle of the rotational movement shaft and to easily perform the mounting operation on the rotational movement shaft.
＜第１発明＞
以下、添付図面に従って第１発明の好ましい実施の形態について説明する。
<First invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the first invention will be described with reference to the accompanying drawings.
＜第１の実施形態＞
図１は、第１発明に係る回転角度測定装置の構成例を示した全体概略図である。また、図２は、ロータリエンコーダの内部構造を示した断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing a configuration example of a rotation angle measuring device according to the first invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the rotary encoder.
図１に示すように、回転角度測定装置１０は、工作機械の回転移動軸２０の回転角度を測定するロータリエンコーダ１２と、ロータリエンコーダ１２上に配置される反射ユニット３８と、ロータリエンコーダ１２とは独立した部分に固定されるレーザ干渉ユニット４０と、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０が接続されるデータ処理装置１８と、から主に構成される。なお、データ処理装置１８は、回転移動軸２０の回転制御を行う制御装置９０との間で各種データの送受信が行われるようになっている。
As shown in FIG. 1, the rotation
図１及び図２に示すように、ロータリエンコーダ１２は、回転移動軸２０に連結されるエンコーダ軸２２と、エンコーダ軸２２を回転自在に軸支するエンコーダ本体２６とから主に構成される。なお、エンコーダ本体２６は、任意の回転軸方向において、一定範囲に回転に回転規制された支持基準体である。また、エンコーダ軸２２は、支持基準体としてのエンコーダ本体２６に連結され、エンコーダ本体２６に対し全周回転自在に軸支された回転体である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
エンコーダ軸２２の一端（図２の左端）には、エンコーダ本体２６の外部に配置された大径部２３が設けられている。大径部２３は、回転移動軸２０をエンコーダ軸２２に連結するための取付部であり、ねじなどの固定手段によって回転移動軸２０が大径部２３に固定される。
At one end of the encoder shaft 22 (left end in FIG. 2), a large-
エンコーダ軸２２は、エンコーダ本体２６の内部に設けられる軸受２４を介して回転自在に構成されている。すなわち、回転移動軸２０にエンコーダ軸２２が連結された状態で回転移動軸２０が回転すると、エンコーダ軸２２が回転移動軸と一体となって回転する。また、エンコーダ本体２６は、エンコーダ軸２２の周りで回転自在に構成されており、後述するように回転止治具１６によって回転可能範囲が所定範囲に規制されている。
The
エンコーダ軸２２には、図２に示すように、目盛板３４が同軸状態で固定されている。目盛板３４は、エンコーダ本体２６の内部に配置されており、目盛板３４の周囲には周方向に沿って所定の角度間隔で複数の目盛が刻まれている。また、目盛板３４の外周部には、目盛板３４を挟み込むように配置されたＵ字状の読み取りヘッド３６が設けられている。読み取りヘッド３６は、目盛板３４の目盛を光学的又は磁気的に読み取る検出センサを備え、目盛板３４の回転角度（回転変位量）を示す回転角度データをデータ処理装置１８に対して出力する。なお、読み取りヘッド３６は、エンコーダ本体２６の内部に固定されており、エンコーダ本体２６と一体となって回転する。
As shown in FIG. 2, a scale plate 34 is fixed to the
エンコーダ本体２６の外周面には、径方向外側に向かって伸びる棒状のアーム部材２８が設けられている。すなわち、アーム部材２８は、エンコーダ本体２６からエンコーダ軸２２に対して垂直な方向に突設されている。なお、アーム部材２８が設けられる方向は、エンコーダ軸２２に対して垂直な方向な方向に限らず、所定角度斜めに傾いた方向であってもよい。アーム部材２８は、回転止治具１６の先端に所定の間隔をあけて並設される一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂの間に介挿されており、エンコーダ本体２６の回転可能範囲は所定範囲に規制されている。なお、回転止治具１６は、エンコーダ本体２６とは異なる部分に固定されている。
On the outer peripheral surface of the encoder
図３は、反射ユニット３８とレーザ干渉ユニット４０との配置関係を示した概略図である。図３に示すように、エンコーダ本体２６上に固定されている反射ユニット３８には、２個のコーナーキューブ４２Ａ、４２Ｂが並べて配設されている。各コーナーキューブ４２Ａ、４２Ｂは、後述するレーザ干渉ユニット４０の光ヘッド４４から平行に照射された第１及び第２のレーザ光を逆方向に反射する反射部材である。反射ユニット３８は、エンコーダ本体２６と一体となって回転する。すなわち、エンコーダ本体２６の回転角度は反射ユニット３８の回転角度と等しく、例えば図４に示すように、エンコーダ本体２６が反時計方向にα（但し、α＞０とする。）度回転すると、反射ユニット３８も反時計方向にα度だけ回転する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the positional relationship between the reflection unit 38 and the
図３に示すように、レーザ干渉ユニット４０は、反射ユニット３８に対向する位置に配置される光ヘッド（角度測定干渉ヘッド）４４と、光ヘッド４４に第１の光ファイバ４８Ａを介して接続されるレーザ光源５０と、光ヘッド４４に第２の光ファイバ４８Ｂを介して接続される光検出器４６と備えて構成される。なお、レーザ干渉ユニット４０は、エンコーダ軸２２及びエンコーダ本体２６に接触しない位置を基準として、エンコーダ本体２６の回転角度を検出する非接触式角度検出手段である。
As shown in FIG. 3, the
レーザ光源５０としては、波長安定性に優れたＨｅ−Ｎｅレーザ光源が好適であるが、波長安定化が行われなくても、測定精度に大きな影響は大きな影響を与えないことから、他のレーザ光源を用いることも可能である。
As the
光ヘッド４４には偏光ビームスプリッタ５２及び直角プリズム５４が隣接して配置されている。レーザ光源５０から発光されたレーザ光は、第１の光ファイバ４８Ａを介して光ヘッド４４に入射されると、まず始めに、偏光ビームスプリッタ５２に入射され、偏光ビームスプリッタ５２で２つのレーザ光に分割される。分割された一方のレーザ光（第１のレーザ光）は、第１のコーナーキューブ４２Ａに入射して逆方向に戻り、再び偏光ビームスプリッタ５２に入射する。分割されたもう一方のレーザ光（第２のレーザ光）は、直角プリズム５４で反射され、第１のレーザ光の光軸と平行な平行光となって第２のコーナーキューブ４２Ｂに入射して逆方向に戻り、再び直角プリズム５４及び偏光ビームスプリッタ５２で反射されて、第１のコーナーキューブ４２Ａで反射された光と干渉し、干渉したレーザ光（干渉光）は第２の光ファイバ４８Ｂを介して光検出器４６に対して出力される。
A polarizing beam splitter 52 and a right angle prism 54 are disposed adjacent to the optical head 44. When the laser light emitted from the
光検出器４６は、光ヘッド４４から出力される干渉光に基づき、各コーナーキューブ４２Ａ、４２Ｂで反射されて戻ってきた光（第１及び第２のレーザ光）の光路長差（位相差）を検出し、検出した光路長差を示す光路長差データをデータ処理装置１８に対して出力する。なお、光路長差の検出原理は公知であるため、ここでは詳しい説明を省略するが、エンコーダ本体２６の微小な回転運動に伴って反射ユニット３８の回転角度が変化すると、第１のコーナーキューブ４２Ａで反射されて戻る経路と第２のコーナーキューブ４２Ｂで反射されて戻る経路の光路長が変化する。このとき、干渉光の縞数が変化するので、この干渉光の縞数の変化をカウントすることにより、第１及び第２のレーザ光の光路長差を求めることができる。
The
また、光路長差の検出方式としては、例えば、マイケルソン干渉計によるフリンジカウント方式やヘテロダイン方式などを用いることが可能である。ヘテロダイン方式の場合、レーザ光源５０は直交２周波の必要があり、例えば、ゼーマンレーザやＡＯＭ（音響光学素子）が使われる。
Further, as the optical path length difference detection method, for example, a fringe count method using a Michelson interferometer, a heterodyne method, or the like can be used. In the case of the heterodyne method, the
図５は、データ処理装置１８の構成を示した機能ブロック図である。図５に示すように、データ処理装置１８は、入出力ＩＦ５６、メモリ５８、制御部６０、及びデータ処理部６２を備えて構成される。
FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the
入出力ＩＦ５６は、操作者による入力操作に用いられるキーボードやマウス、タッチパネルなどの入力装置７２や各種情報の表示出力に用いられるモニタやプリンタなどの出力装置７４との間でデータ入出力を行うためのインターフェースである。
The input / output IF 56 performs data input / output with an input device 72 such as a keyboard, a mouse, and a touch panel used for an input operation by an operator, and an
メモリ５８は、データ処理装置１８の各部を動作させるためのプログラムや各種データが記憶される記憶部であり、ＲＯＭやＲＡＭなどにより構成される。制御部６０は、データ処理装置１８の各部の制御を行う。
The
データ処理部６２は、回転移動軸２０の回転角度の補正データを生成するための処理部であり、エンコーダ軸回転角度算出部６４、エンコーダ本体回転角度算出部６６、回転角度補正部６８、及び補正データ生成部７０を備えて構成される。
The
エンコーダ軸回転角度算出部６４は、ロータリエンコーダ１２（読み取りヘッド３６）から出力された回転角度データを取得し、取得した回転角度データに基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を算出する。エンコーダ軸回転角度算出部６４で算出された回転角度θ１は、回転角度補正部６８に対して出力される。
The encoder shaft rotation
エンコーダ本体回転角度算出部６６は、レーザ干渉ユニット（光検出器４６）から出力された光路長差データを取得し、取得した光路長差データに基づいてエンコーダ本体２６の回転角度θ２を算出する。エンコーダ本体回転角度算出部６６で算出された回転角度θ２は、回転角度補正部６８に対して出力される。
The encoder body
回転角度補正部６８は、エンコーダ本体回転角度算出部６６で算出された回転角度θ２に基づいて、エンコーダ軸回転角度算出部６４で算出された回転角度θ１を補正する。具体的には、回転角度θ１に回転角度θ２を加算することにより、回転角度θ１の補正を行う。回転角度補正部６８で補正された補正後の回転角度（補正回転角度）θ１´は、補正データ生成部７０に対して出力される。
The rotation
補正データ生成部７０は、回転角度補正部６８から出力された補正回転角度θ１´に基づいて、回転移動軸２０の回転角度（設定角度）と実際の回転角度（補正回転角度θ１´）との誤差が打ち消されるように補正データを生成する。補正データ生成部７０で生成された補正データは、工作機械の制御装置９０又は出力装置７４に対して出力される。
Based on the corrected rotation angle θ1 ′ output from the rotation
なお、補正データ生成部７０は、制御装置９０から補正データを回転角度の補正量に変換するための換算係数を取得し、取得した換算係数に応じて補正データを生成する。例えば回転角度の補正量が１度である場合、補正データ生成部７０は、制御装置９０から取得した換算係数が０．１のときは補正データとして１０を出力し、換算係数が１のときは補正データとして１を出力する。
The correction
ここで、本実施形態で行われる回転角度の補正原理について説明する。 Here, the principle of correction of the rotation angle performed in this embodiment will be described.
図６は、エンコーダ軸２２とエンコーダ本体２６との相対的な位置関係を示した概略図である。ここでは、図６に示すように、エンコーダ軸２２の中心Ｏから所定距離離れた位置に回転中心Ｃが配置されるものとする。なお、回転中心Ｃは回転移動軸２０の軸心と一致している。また、図６（ａ）の状態を初期位置とし、そのときの回転移動軸２０の回転角度θを０度とする。回転角度θは、反時計周り方向を正方向、その反対側の時計周り方向を負方向とする。
FIG. 6 is a schematic view showing the relative positional relationship between the
まず、回転移動軸２０が初期位置から９０度回転したとき、図６（ｂ）に示すように、エンコーダ軸２２の中心Ｏは回転中心Ｃに対して上側に移動する。このとき、エンコーダ本体２６は、アーム部材２８の先端部分が回転止治具１６の一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂによって（図６における上下方向の）動きが規制されているので、その先端部分を中心として振り子のように時計周り方向に微小角度回転する。これにより、エンコーダ本体２６は中心Ｏの周りを−α度だけ回転した位置に移動する。このため、ロータリエンコーダ１２（読み取りヘッド３６）からは、エンコーダ軸２２が実際に回転した回転角度よりもα度だけ多い回転角度、すなわち、（９０＋α）度を示す回転角度データが出力される。
First, when the rotational movement shaft 20 rotates 90 degrees from the initial position, the center O of the
次に、回転移動軸２０が初期位置から１８０度回転したとき、図６（ｃ）に示すように、エンコーダ軸２２の中心Ｏは回転中心Ｃに対して左側に移動する。この移動に伴って、エンコーダ本体２６は初期位置と同じ状態（図６（ａ）の状態）となる。したがって、ロータリエンコーダ１２からは、エンコーダ軸２２が実際に回転した回転角度、すなわち、１８０度を示す回転角度データが出力される。
Next, when the rotary movement shaft 20 rotates 180 degrees from the initial position, the center O of the
次に、回転移動軸２０が初期位置から２７０度回転したとき、図６（ｄ）に示すように、エンコーダ軸２２の中心Ｏは回転中心Ｃに対して下側に移動する。この移動に伴って、エンコーダ本体２６は、アーム部材２８の先端部分を中心として反時計周り方向に微小角度回転する。これにより、エンコーダ本体２６は中心Ｏの周りをα度だけ回転した位置に移動する。このため、ロータリエンコーダ１２からは、エンコーダ軸２２が実際に回転した回転角度よりもα度だけ少ない回転角度、すなわち、（２７０−α）度を示す回転角度データが出力される。
Next, when the rotational movement shaft 20 rotates 270 degrees from the initial position, the center O of the
次に、回転移動軸２０が初期位置から３６０度回転したとき、図６（ｅ）に示すように、エンコーダ本体２６は初期位置と同じ状態（図６（ａ）の状態）となる。したがって、ロータリエンコーダ１２からは、エンコーダ軸２２が実際に回転した回転角度、すなわち、３６０度を示す回転角度データが出力される。
Next, when the rotational movement shaft 20 is rotated 360 degrees from the initial position, the
すなわち、本実施形態では、回転移動軸２０に対してエンコーダ軸２２が軸ずれした状態で連結されたとき、エンコーダ本体２６は、アーム部材２８の先端部分、すなわち、一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂによって挟持される部分を支点（中心）として、エンコーダ軸２２の回転角度に応じて振り子のように揺動し、偏心誤差に相当する角度分だけエンコーダ軸２２の周りを回転可能に構成される。このため、ロータリエンコーダ１２から出力される回転角度データに含まれる偏心誤差はエンコーダ本体２６の回転角度から求めることが可能となる。したがって、エンコーダ本体２６の回転角度に基づいてエンコーダ軸２２の回転角度を補正することにより、エンコーダ軸２２の軸偏心に起因する偏心誤差の影響をキャンセルすることができ、エンコーダ軸２２の回転角度を精度良く検出することが可能となる。
In other words, in this embodiment, when the
次に、本実施形態の回転角度測定装置１０を用いた回転角度測定方法について説明する。図７は、本実施形態の回転角度測定方法の手順の一例を示したフローチャート図である。
Next, a rotation angle measurement method using the rotation
まず始めに、回転角度測定装置１０を用いて測定を行うための準備作業を行う（ステップＳ１０）。具体的には、回転移動軸２０に対してエンコーダ軸２２を連結する。また、エンコーダ本体２６上に反射ユニット３８を取り付け、これに対向する位置に光ヘッド４４を固定する。光ヘッド４４には、第１及び第２の光ファイバ４８Ａ、４８Ｂを介してレーザ光源５０及び光検出器４６を接続する。そして、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０を不図示のケーブルを介してデータ処理装置１８に接続する。また、エンコーダ本体２６の外周面から突設されるアーム部材２８を回転止治具１６の一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂの間に介挿する。
First, preparatory work for performing measurement using the rotation
次に、データ処理装置１８の電源をオンにして、回転角度測定用プログラムを起動する（ステップＳ１２）。その際、データ処理装置１８以外の各部の電源もオンにして、測定を開始できる状態にしておく。
Next, the
次に、回転角度の測定条件の設定を行う（ステップＳ１４）。具体的には、回転角度の測定条件として、計測開始位置、計測終了位置、計測間隔、データ取得方法などを設定する。例えば、計測開始位置を０度、計測終了位置を３６０度、計測間隔を４５度として設定した場合、回転移動軸２０の１周分、すなわち３６０度の範囲にわたって４５度毎に９個の測定点が計測位置となる。また、計測間隔の代わりに測定点の個数を入力してもよいし、各測定点の位置を示す回転角度を直接入力できるようにしてもよい。データ取得方法としては、各測定点の測定回数や各測定点の移動シーケンス（測定開始位置から測定終了位置に向かう方向選択や繰り返し方法）などが含まれる。これらの測定条件は、データ処理装置１８に接続される入力装置７２から入力される。
Next, measurement conditions for the rotation angle are set (step S14). Specifically, a measurement start position, a measurement end position, a measurement interval, a data acquisition method, and the like are set as measurement conditions for the rotation angle. For example, when the measurement start position is set to 0 degrees, the measurement end position is set to 360 degrees, and the measurement interval is set to 45 degrees, nine measurement points are set for every 45 degrees over the range of one rotation of the rotary moving shaft 20, that is, 360 degrees. Is the measurement position. Further, the number of measurement points may be input instead of the measurement interval, or a rotation angle indicating the position of each measurement point may be directly input. The data acquisition method includes the number of measurements at each measurement point, the movement sequence of each measurement point (direction selection or repetition method from the measurement start position to the measurement end position), and the like. These measurement conditions are input from an input device 72 connected to the
次に、回転移動軸２０を計測開始位置まで回転させる（ステップＳ１６）。続いて、回転移動軸２０が停止したか否か判断が行われ（ステップＳ１８）、回転移動軸２０が停止したと判断されるまで待機状態となる。回転移動軸２０が停止したと判断された場合には、次のステップＳ２０及びステップＳ２４に進む。 Next, the rotational movement shaft 20 is rotated to the measurement start position (step S16). Subsequently, it is determined whether or not the rotary moving shaft 20 has been stopped (step S18), and a standby state is entered until it is determined that the rotary moving shaft 20 has stopped. When it is determined that the rotary moving shaft 20 has stopped, the process proceeds to the next step S20 and step S24.
回転移動軸２０が停止した後、エンコーダ軸回転角度算出部６４は、ロータリエンコーダ１２から出力される回転角度データを取得し（ステップＳ２０）、取得した回転角度データに基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を算出する（ステップＳ２２）。
After the rotational movement shaft 20 stops, the encoder shaft rotation
また、ステップＳ２０及びステップＳ２２の各処理と並行して、エンコーダ本体回転角度算出部６６は、光検出器４６から出力される光路長差データを取得し（ステップＳ２４）、取得した光路長差データに基づいてエンコーダ本体２６の回転角度θ２を算出する（ステップＳ２６）。
In parallel with the processes of Step S20 and Step S22, the encoder main body rotation
このとき、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の算出方法としては、図４に示すように、２個のコーナーキューブ４２Ａ、４２Ｂの間隔（中心間距離）をＬとし、レーザ干渉ユニット４０（光検出器４６）で検出された光路長差をｘとしたとき、次式（１）によって求められる。
At this time, as a calculation method of the rotation angle θ2 of the
θ２＝ｓｉｎ-1（ｘ／２Ｌ） ・・・（１）
なお、光路長差ｘは２Ｌに比べて十分に小さいことから、次式（２）を用いてもよい。
θ2 = sin −1 (x / 2L) (1)
Since the optical path length difference x is sufficiently smaller than 2L, the following equation (2) may be used.
θ２≒ｘ／２Ｌ ・・・（２）
次に、回転角度補正部６８は、エンコーダ本体２６の回転角度θ２が閾値εよりも大きいか否かの判断を行う（ステップＳ２８）。そして、エンコーダ本体２６の回転角度θ２が閾値εよりも大きい場合には、ステップＳ２６で算出されたエンコーダ本体２６の回転角度θ２に基づき、ステップＳ２２で算出されたエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正する（ステップＳ３０）。具体的には、エンコーダ軸２２の回転角度θ１にエンコーダ本体２６の回転角度θ２を加算することにより、エンコーダ軸２２の軸偏心に起因する偏心誤差が取り除かれた補正後の回転角度θ１’を算出し、現在の測定点（計測位置）における割り出し角度を補正後の回転角度θ１’とし、次のステップＳ３２に進む。
θ2≈x / 2L (2)
Next, the rotation
一方、エンコーダ本体２６の回転角度θ２が閾値ε以下の場合には、エンコーダ軸２２の回転角度θ１の補正は行わずに、現在の測定点における割り出し角度を回転角度θ１とし、次のステップＳ３２に進む。
On the other hand, when the rotation angle θ2 of the
なお、図７に示した方法では、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさに応じてエンコーダ軸２２の回転角度θ１の補正は行わないようにしているが、これに限らず、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさにかかわらず、全ての測定点についてエンコーダ軸２２の回転角度を補正するようにしてもよい。ただし、図７に示した方法によれば、全ての測定点についてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正しなくてもすむので、全ての測定点についてエンコーダ軸２２の回転角度を補正する態様に比べて、回転角度の割り出し精度の測定に伴う処理を簡略化することが可能となる。特に、エンコーダ本体２６の回転角度θ２が測定範囲の全体にわたって十分に小さく無視できる場合には、全ての測定点についてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正することが不要となり、各測定点におけるエンコーダ軸２２の回転角度θ１をそのまま割り出し角度として利用することが可能となる。
In the method shown in FIG. 7, the rotation angle θ1 of the
次に、全ての測定点の測定が指定回数行われたか否かが判断される（ステップＳ３２）。全ての測定点の測定が指定回数行われていない場合には、ステップＳ１４で設定されたデータ取得条件に従って回転移動軸２０を次の測定点まで回転させる（ステップＳ３４）。そして、全ての測定点の測定が指定回数行われるまでステップＳ１８以降の処理を繰り返す。ステップＳ３２にて全ての測定点の測定が指定回数行われたと判断された場合には、次のステップＳ３６に進む。 Next, it is determined whether or not all measurement points have been measured a specified number of times (step S32). If all the measurement points have not been measured a specified number of times, the rotary moving shaft 20 is rotated to the next measurement point according to the data acquisition conditions set in step S14 (step S34). And the process after step S18 is repeated until the measurement of all the measurement points is performed a designated number of times. If it is determined in step S32 that all the measurement points have been measured the designated number of times, the process proceeds to the next step S36.
次に、補正データ生成部７０は、各測定点の回転角度（設定角度）と割り出し角度（すなわち、ステップＳ３０で算出された補正回転角度θ１’）との誤差を算出し、この誤差が打ち消されるように回転角度の補正量を示す補正データを生成し（ステップＳ３６）、工作機械の制御装置９０又は出力装置７４に補正データを出力する（ステップＳ３８）。
Next, the correction
以上のとおり、本実施形態によれば、回転移動軸２０に対してエンコーダ軸２２が軸ずれした状態で取り付けられた場合でも、エンコーダ本体２６のエンコーダ軸２２周りにおける絶対的な回転角度を検出し、その検出された回転角度に基づいてロータリエンコーダ１２によって検出された回転角度が補正される。これにより、ロータリエンコーダ１２によって検出された回転角度、すなわち、エンコーダ軸２２の回転角度に含まれる偏心誤差を取り除くことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the absolute rotation angle around the
特に本実施形態では、レーザ干渉ユニット４０を用いてエンコーダ本体２６の回転角度が検出されるため、回転移動軸２０に対するエンコーダ軸２２の軸ずれが微量である場合でも、エンコーダ本体２６の微小な回転角度を高精度に検出することができる。したがって、エンコーダ軸２２の回転角度に含まれる偏心誤差を確実に取り除くことができる。その結果、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることができる。
In particular, in this embodiment, since the rotation angle of the
また、本実施形態では、エンコーダ軸２２が軸ずれした状態で取り付けられた場合でも偏心誤差による影響を取り除くことができるため、ロータリエンコーダ単独で測定が行われる場合に比べて、回転移動軸２０に対するエンコーダ軸２２の許容偏心量（最大偏心量）を拡大することができる。このため、ロータリエンコーダ１２の取り付け作業が簡単となり、作業者の負担が大幅に軽減し、作業効率が向上する。
Further, in this embodiment, even when the
また、本実施形態では、エンコーダ本体２６の回転可能範囲は、レーザ干渉ユニット４０によってエンコーダ本体２６の回転角度を精度良く検出できる範囲（例えば±１０度前後）に制限されていることが好ましい。なお、エンコーダ本体２６の回転可能範囲は、回転止治具１６に設けられる一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂの間隔を調整することによって変化させることができる。これにより、エンコーダ本体２６の回転角度を高精度に検出することができ、偏心誤差を確実に取り除くことが可能となる。
In the present embodiment, the rotatable range of the
また、本実施形態によれば、回転移動軸２０の回転開始時ないしは回転停止時に伴う慣性力により、エンコーダ軸２２の回転につられてエンコーダ本体２６が共回りすることによって、ロータリエンコーダ１２によって検出された回転角度に微小な角度ずれ（以下、「初期オフセット誤差」という。）が生じた場合でも、上記補正を行うことにより、偏心誤差と初期オフセット誤差の影響を同時にキャンセルすることができる。
Further, according to the present embodiment, the
なお、本実施形態では、エンコーダ本体２６の絶対的な回転角度を検出する手段として、レーザ干渉ユニット４０を用いているが、これに限定されず、補正対象となる誤差の大きさ（オーダ）に応じて各種方式（例えば、水準器やオートコリメータなど）を適宜採用することができる。但し、本実施形態の如く、レーザ干渉ユニット４０を用いてエンコーダ本体２６の回転角度を検出する態様が好ましく、偏心誤差や初期オフセット誤差の影響を受けることなく、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることができる。
In the present embodiment, the
＜第２発明＞
次に、第２発明の実施形態について説明する。以下、上述した実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
<Second invention>
Next, an embodiment of the second invention will be described. Hereinafter, description of parts common to the above-described embodiment will be omitted, and description will be made focusing on characteristic parts of the present embodiment.
図８は、第２発明の実施形態に係る回転角度測定方法の手順の一例を示したフローチャート図である。図８中、図７と共通する処理には同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図８に示したフローチャートは、第１発明の実施形態で示した回転角度測定装置１０を用いて行われる。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the procedure of the rotation angle measurement method according to the embodiment of the second invention. In FIG. 8, processes that are the same as those in FIG. 7 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The flowchart shown in FIG. 8 is performed using the rotation
図８に示すように、本実施形態では、ステップＳ２６で算出されたエンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさに応じて、ステップＳ２２で算出されたエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正した後（ステップＳ２８、Ｓ３０）、現在の測定点の周辺部を計測対象とした内挿誤差測定が行われる（ステップＳ４０）。
As shown in FIG. 8, in this embodiment, after correcting the rotation angle θ1 of the
ここで、ステップＳ４０で行われる内挿誤差測定について説明する。図９は、内挿誤差測定で行われる処理内容を示したフローチャート図である。 Here, the interpolation error measurement performed in step S40 will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the contents of processing performed in the interpolation error measurement.
まず始めに、内挿誤差の測定処理が開始されると、回転移動軸２０を微小角度回転させる（ステップＳ４２）。ここでは、回転移動軸２０を回転させることが可能な最小単位角度だけ回転させる。なお、ステップＳ４２で回転させる微小角度は、最小単位角度に限定されず、少なくとも内挿誤差の周期、すなわち、回転移動軸２０に設けられている歯車の一歯あたりの回転角度（回転ピッチ）よりも小さい角度であればよく、内挿誤差の周期の４分の１以下の角度であることが好ましい。 First, when the measurement process of the interpolation error is started, the rotational movement shaft 20 is rotated by a minute angle (step S42). Here, the rotary moving shaft 20 is rotated by the minimum unit angle that can be rotated. Note that the minute angle to be rotated in step S42 is not limited to the minimum unit angle, but at least from the period of the interpolation error, that is, the rotation angle (rotation pitch) per gear tooth provided on the rotary moving shaft 20. The angle may be a small angle, and is preferably an angle of ¼ or less of the period of the interpolation error.
ステップＳ４４からステップＳ５４までの処理については、図７及び図８に示したステップＳ１８からステップＳ３０までの処理と同様にして行われる。すなわち、回転移動軸２０が停止した後、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０から取得した回転角度データ及び光路長差データに基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１及びエンコーダ本体２６の回転角度θ２を算出し、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさに応じてエンコーダ軸２２の回転角度θ１の補正を行う（ステップＳ４４〜Ｓ５６）。なお、上述した実施形態と同様に、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさにかかわらず、エンコーダ本体２６の回転角度θ２に基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正するようにしてもよい。
The processing from step S44 to step S54 is performed in the same manner as the processing from step S18 to step S30 shown in FIGS. That is, after the rotary moving shaft 20 is stopped, the rotation angle θ1 of the
次に、内挿誤差測定が終了したか否かが判断される（ステップＳ５８）。ここでは、内挿誤差測定が開始された位置（測定点）から現在の位置までの回転範囲が所定の閾値を超えているか否かを判断することにより、内挿誤差測定が終了したか否かを判断する。このとき、判断の基準となる閾値（角度範囲）は、検出対象とする内挿誤差の周期と等しいか、それよりも広い範囲とする。なお、閾値を大きく設定しすぎると内挿誤差の測定に要する時間が長くなることから、内挿誤差の周期に応じて適正な範囲に設定することが望ましい。 Next, it is determined whether or not the interpolation error measurement is completed (step S58). Here, whether or not the interpolation error measurement is completed by determining whether or not the rotation range from the position (measurement point) where the interpolation error measurement is started to the current position exceeds a predetermined threshold value. Judging. At this time, the threshold value (angle range) serving as a criterion for determination is set to be equal to or wider than the period of the interpolation error to be detected. If the threshold value is set too large, the time required for measuring the interpolation error becomes long. Therefore, it is desirable to set the threshold within an appropriate range according to the period of the interpolation error.
内挿誤差測定が終了していないと判断される場合には、ステップＳ４２に戻って回転移動軸２０を微小角度回転させた後、ステップＳ４４以降の処理を繰り返す。一方、内挿誤差測定が終了したと判断される場合には、図８のステップＳ３２に戻る。 If it is determined that the interpolation error measurement has not been completed, the process returns to step S42 to rotate the rotary moving shaft 20 by a minute angle, and then repeats the processing from step S44. On the other hand, when it is determined that the interpolation error measurement has been completed, the process returns to step S32 in FIG.
図８のステップＳ３２では、全ての測定点の測定が指定回数行われるまでステップＳ１８からステップＳ４０までの処理が繰り返される（ステップＳ３２）。これにより、例えば図１０の上段に示すように、各測定点毎に測定された内挿誤差が得られる。なお、図１０では、４５度毎に設定された複数の測定点（０度、４５度、９０度、１３５度）の周辺部で測定された内挿誤差を一例として示している。 In step S32 of FIG. 8, the processes from step S18 to step S40 are repeated until all the measurement points are measured a specified number of times (step S32). Thereby, for example, as shown in the upper part of FIG. 10, an interpolation error measured for each measurement point is obtained. Note that FIG. 10 shows an example of interpolation errors measured at the periphery of a plurality of measurement points (0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees) set every 45 degrees.
次に、補正データ生成部７０は、第１の実施形態と同様にして各測定点の回転角度（設定角度）と割り出し角度（ステップＳ３０で算出された補正回転角度θ１’、又は、補正前の回転角度θ１）との誤差を算出し、この誤差が打ち消されるように回転角度の補正量を示す補正データを生成する（ステップＳ３４）。
Next, as in the first embodiment, the correction
その際、補正データ生成部７０は、各測定点で得られた内挿誤差に基づいて、内挿誤差がキャンセルされるように補正データを生成する。具体的には、例えば図１０の下段に示すように、各測定点で得られた内挿誤差の平均値を内挿誤差補正値として内挿誤差の周期毎に補正データに反映させる。
At this time, the correction
そして最後に、工作機械の制御装置９０又は出力装置７４に補正データを出力する（ステップＳ３６）。
Finally, the correction data is output to the
以上のとおり、本実施形態によれば、回転移動軸２０に対してエンコーダ軸２２が軸ずれした状態で連結される場合でも、軸ずれに起因する偏心誤差の影響を受けることなく、回転移動軸２０に設けられる歯車に起因する内挿誤差を精度良く測定することができる。これにより、内挿誤差を補正するための補正データを生成することが可能となり、この補正データを用いて回転移動軸２０の回転角度を補正することにより、内挿誤差の影響を受けることなく、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることが可能となる。また、ロータリエンコーダ１２の簡単な取り付けが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, even when the
なお、本実施形態では、ステップＳ１４で設定された全ての測定点を対象にして内挿誤差の測定が行われているが、これに限らず、これらの測定点のうち一部の測定点を対象にして内挿誤差を測定するようにしてもよい。 In the present embodiment, the measurement of the interpolation error is performed for all the measurement points set in step S14. However, the present invention is not limited to this, and some of the measurement points are measured. The interpolation error may be measured for the target.
＜第３発明＞
次に、第３発明の実施形態について説明する。以下、上述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
<Third invention>
Next, an embodiment of the third invention will be described. Hereinafter, description of parts common to the above-described embodiments will be omitted, and description will be made focusing on characteristic parts of the present embodiment.
第１及び第２発明の実施形態では、回転移動軸２０の回転が停止してから回転角度を測定する静的測定（スタッティック測定）が行われるのに対し、第３発明の実施形態では、回転移動軸２０を一定の回転速度で等速回転させながら所定の時間間隔毎に回転角度を検出する動的測定（ダイナミック測定）が行われる。 In the first and second embodiments, static measurement (static measurement) is performed to measure the rotation angle after the rotation of the rotary moving shaft 20 stops, whereas in the third embodiment, Dynamic measurement (dynamic measurement) is performed in which the rotation angle is detected at predetermined time intervals while rotating the rotary moving shaft 20 at a constant rotation speed.
図１１は、第３発明の実施形態に係るデータ処理装置１８の構成を示した機能ブロック図である。図１１中、図５と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of the
図１１に示すように、データ処理装置１８は、同期信号を生成する同期信号を生成する同期信号生成部７６を備えている。同期信号生成部７６の同期信号の発生回数、発生間隔などは制御部６０により制御される。同期信号生成部７６で生成された同期信号は、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０に対して出力される。
As shown in FIG. 11, the
図１２は、第３発明の実施形態に係る回転角度測定方法の手順の一例を示したフローチャート図である。図１２中、図７又は図８と共通する処理には同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 12 is a flowchart showing an example of the procedure of the rotation angle measuring method according to the embodiment of the third invention. In FIG. 12, processes that are the same as those in FIG. 7 or FIG.
図１２に示すように、回転移動軸２０を計測開始位置まで回転させた後（ステップＳ１６）、回転移動軸２０の回転を開始する（ステップＳ５０）。このとき、回転移動軸２０を一定の回転速度で等速回転させる。また、同期信号生成部７６は、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０に対して同期信号を出力する。なお、同期信号生成部７６では、所定の時間間隔毎に検出タイミングを示す同期信号が生成される。
As shown in FIG. 12, after the rotational movement shaft 20 is rotated to the measurement start position (step S16), the rotation of the rotational movement axis 20 is started (step S50). At this time, the rotational movement shaft 20 is rotated at a constant rotational speed at a constant speed. The
次に、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０は、同期信号生成部７６から出力された同期信号に基づいて、所定時間が経過するまで待機した後（ステップＳ５２）、同一タイミングで回転角度及び光路長差の検出を行い、これらに対応する回転角度データ及び光路長差データを出力する。
Next, the
ステップＳ２０からステップＳ３０までの処理については、上述した実施形態と同様であり、エンコーダ軸回転角度算出部６４及びエンコーダ本体回転角度算出部６６は、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０から計測時間間隔毎に出力される回転角度データ及び光路長差データを取得すると、取得した回転角度データ及び光路長差データに基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１及びエンコーダ本体２６の回転角度θ２を算出する。そして、回転角度補正部６８は、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさに応じてエンコーダ軸２２の回転角度θ１の補正を行う。なお、上述した実施形態と同様に、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさにかかわらず、エンコーダ本体２６の回転角度θ２に基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正するようにしてもよい。
The processing from step S20 to step S30 is the same as in the above-described embodiment, and the encoder shaft rotation
次に、全ての測定が終了したか否かが判断される（ステップＳ３２）。ここでは、回転移動軸２０が計測終了位置まで移動したか否かの判断が行われる。回転移動軸２０が計測終了位置まで移動していない場合には、ステップＳ２０からからステップＳ２８までの処理が繰り返される。回転移動軸２０が計測終了位置まで移動した場合には、次のステップＳ３６に進む。 Next, it is determined whether or not all measurements have been completed (step S32). Here, it is determined whether or not the rotational movement shaft 20 has moved to the measurement end position. If the rotary moving shaft 20 has not moved to the measurement end position, the processing from step S20 to step S28 is repeated. When the rotational movement axis 20 has moved to the measurement end position, the process proceeds to the next step S36.
ステップＳ３６で行われる補正データの生成処理は上述した実施形態と同様であり、計測が行われた各位置における回転角度（設定角度）と割り出し角度との誤差を算出し、この誤差が打ち消されるように回転角度の補正量を示す補正データを生成する（ステップＳ３６）。そして、ステップＳ３６で生成した補正データを工作機械の制御装置９０又は出力装置７４に出力する（ステップＳ３８）。
The correction data generation process performed in step S36 is the same as in the above-described embodiment, and an error between the rotation angle (set angle) and the index angle at each measured position is calculated, and this error is canceled out. Then, correction data indicating the correction amount of the rotation angle is generated (step S36). Then, the correction data generated in step S36 is output to the
以上のとおり、本実施形態では、回転移動軸２０を一定の回転速度で等速回転させながら、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０は、同期信号生成部７６から出力される同期信号に従って、所定の時間間隔毎に同一タイミングで回転角度及び光路長差を検出する動的測定（ダイナミック測定）が行われる。したがって、計測範囲にわたって連続的に回転角度の測定を行うことができるため、局所的に発生する角度誤差を確実に検出することが可能となる。これにより、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the
＜第４発明＞
次に、第４発明の実施形態について説明する。以下、上述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
<Fourth Invention>
Next, an embodiment of the fourth invention will be described. Hereinafter, description of parts common to the above-described embodiments will be omitted, and description will be made focusing on characteristic parts of the present embodiment.
図１４は、第４発明の実施形態に係る回転止治具の先端部分の構成例を示した構成図である。図１４中、図３と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 14 is a configuration diagram showing a configuration example of the tip portion of the rotation stopping jig according to the embodiment of the fourth invention. In FIG. 14, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図１４に示すように、回転止治具１６の先端に配置される回転規制部材３８Ａ又は３８Ｂには、アーム部材２８の変位を検出する変位センサ１４０が設けられている。変位センサ１４０は、アーム部材２８の変位を検出すると、その検出結果をデータ処理装置１８に対して出力する。
As shown in FIG. 14, the rotation restricting member 38 </ b> A or 38 </ b> B disposed at the tip of the rotation stop
変位センサ１４０としては、アーム部材２８の変位を検出することができるものであれば各種公知のセンサを適用することが可能であり、例えば、静電容量式、渦電流式、光学式（３角測距式、反射光量式）、レーザ式、接触式（差動トランス式、プランジャ式、歪ゲージを用いた方式）を使用することができる。また、光学スケールを用いてアーム部材２８の変位を検出してもよい。これらの方式については公知の構成が適用されるため、ここでは説明を省略する。
As the
図１５は、第４発明の実施形態に係るデータ処理装置の構成を示したブロック図である。図１５中、図５と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the data processing apparatus according to the embodiment of the fourth invention. In FIG. 15, the same components as those in FIG.
図１５に示すように、変位センサ１４０で検出されたアーム部材２８の変位は、エンコーダ本体回転角度算出部６６に入力される。エンコーダ本体回転角度算出部６６は、変位センサ１４０で検出されたアーム部材２８の変位に基づき、エンコーダ本体２６の回転角度を算出する。
As shown in FIG. 15, the displacement of the
ここで、エンコーダ本体２６の回転角度をα、アーム部材２８の変位をｄ、エンコーダ本体２６の回転中心からアーム部材２８の先端部分（変位計測位置）までの距離をｌとしたとき、エンコーダ本体２６の回転角度αは、次式α＝ｓｉｎ−１（ｄ／ｌ）により求めることができる。他の処理については、上述した各実施形態と同様に行われる。
Here, when the rotation angle of the
以上のとおり、本実施形態によれば、エンコーダ本体２６のアーム部材２８の変位を検出する変位センサ１４０を備えたので、変位センサ１４０によって検出されるアーム部材２８の変位からエンコーダ本体２６の回転角度を求めることができる。したがって、回転移動軸２０の回転開始時ないしは回転停止時に伴う慣性力により、エンコーダ軸２２の回転につられてエンコーダ本体２６が共回りしてしまう場合でも、上述した各実施形態に比べてより簡易な構成で、エンコーダ本体２６の回転角度に基づいてロータリエンコーダ１２によって検出された回転角度を補正することができ、初期オフセット誤差による影響をキャンセルすることができる。これにより、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the
なお、上述した各実施形態では、ロータリエンコーダ１２の出力方式は特に限定されず、測定開始位置からの回転変位量（回転角度）に応じたパルス信号（相対角度信号）を出力するインクリメンタル方式でもよいし、基準点に対して絶対的な角度位置に対応したコード信号（絶対角度信号）を出力するアブソリュート方式でもよい。
In each of the embodiments described above, the output method of the
また、ロータリエンコーダ１２の検出方式は特に限定されず、光学式、磁気式、レーザ式、機械式、光ファイバ式、静電容量式などの各種方式のものを採用することができる。
The detection method of the
また、ロータリエンコーダ１２には、エンコーダ軸２２と回転移動軸２０を機械的に連結するカップリング部材が設けられていてもよい。カップリング部材としては、回転移動軸２０と回転移動軸２０との間の軸ずれを吸収可能なフレキシブルカップリングが好ましい。その際、フレキシブルカップリングの種類に応じて、吸収可能な偏心量が異なることから、測定精度に応じて使用するフレキシブルカップリングを選定する必要がある。
Further, the
また、上述した各実施形態では、相対角度検出手段としてロータリエンコーダ１２が用いられた構成を一例として示したが、本発明はこれに限らず、例えば、レゾルバを用いた角度センサを用いてもよい。なお、レゾルバを用いた角度センサについては公知のものが適用されるため、ここでは説明を省略する。
Moreover, in each embodiment mentioned above, although the structure which used the
以上、本発明の回転角度測定装置及び回転角度測定方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 The rotation angle measuring device and the rotation angle measuring method of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course you can go.
最後に、本発明の課題の１つとして、回転体の回転角度をリアルタイムに精度良く検出することもある。その上で、必要な前提としては、回転体の精度を精度良く検出する上では、次の前提条件を踏まえて検出する必要がある。本検出するステップが一つでも欠けると全体として意味のないものになってしまう。 Finally, as one of the problems of the present invention, there is a case where the rotation angle of the rotating body is accurately detected in real time. In addition, as a necessary premise, in order to detect the accuracy of the rotating body with high accuracy, it is necessary to detect based on the following preconditions. If even one detection step is missing, it will be meaningless as a whole.
回転体の回転角度を精度良く測定する上では、回転体の外側から回転体の回転角度を検出することは不可能である。なぜならば、回転体は回転に伴う回転系全体の微小変位や回転系の振動などが発生するため、外部から検出しようとしても、それが微小変位や振動によるものか、真の回転による角度変化であるかの見分けがつかないからである。 In order to accurately measure the rotation angle of the rotating body, it is impossible to detect the rotation angle of the rotating body from the outside of the rotating body. This is because the rotating body generates minute displacement of the entire rotating system or vibration of the rotating system accompanying rotation, so even if it is detected from the outside, whether it is due to minute displacement or vibration, or the angle change due to true rotation. This is because there is no way to tell if it is.
例えば、レーザ光で角度検出する方法の場合、レーザ光を照射し、回転角度を測定する対象が回転規制されておらず、まさに回転体に対して、回転体の軸ないしは軸受け部分より離れた点から回転体に向けて測定しているため、回転体自身の振動や微小平行変位など、回転以外の運動による誤差も回転とみなしてしまうことがある。よって、回転系以外の地点から回転体へ光を投射して検出する機構は、高精度に回転角を検出する機構として意味をなさないものになる。 For example, in the case of a method of detecting an angle with a laser beam, the object to be measured by irradiating the laser beam and measuring the rotation angle is not restricted in rotation, and is exactly a point away from the shaft or bearing part of the rotor. Therefore, errors due to motions other than rotation, such as vibration of the rotator itself and minute parallel displacement, may be regarded as rotation. Therefore, a mechanism that detects light by projecting light from a point other than the rotating system does not make sense as a mechanism that detects the rotation angle with high accuracy.
よって、回転系の回転角度を測定するためには、まず、基準となる支持体（支持基準体）が回転体と同じ回転系に属する必要がある。すなわち、回転体が支持基準体に対して軸支された状態、つまり、軸と軸受けによって結合された状態で回転角度を測定しなくてはならない。同じ軸によって結合された状態で回転を測定する場合、すなわち、同一の回転系に属しながら回転角度を検出する場合は、支持基準体と回転体は同じ回転系であるため、回転体の回転に伴う振動や回転系の変位はキャンセルされ、相対的に精度良く回転角度のみを測定することが可能となる。 Therefore, in order to measure the rotation angle of the rotation system, first, the reference support body (support reference body) needs to belong to the same rotation system as the rotation body. That is, the rotation angle must be measured in a state where the rotating body is pivotally supported with respect to the support reference body, that is, in a state where the rotating body is coupled to the shaft and the bearing. When measuring rotation with the same shaft connected, that is, when detecting the rotation angle while belonging to the same rotation system, the support reference body and the rotation body are the same rotation system. The accompanying vibration and displacement of the rotating system are canceled, and only the rotation angle can be measured with relatively high accuracy.
さらに、回転体の回転角度を求めるためには、微小ピッチで連続したエンコードを等間隔で刻んでいる必要がある。等間隔で刻まれたエンコードからパルスが発せられ、それぞれの回転角度を読み取ることができる。例えば、エンコードピッチは直径５０ｍｍの部分に２０μｍピッチ程度で刻まれているものなどがある。これは全周で刻まれている必要がある。 Furthermore, in order to obtain the rotation angle of the rotating body, it is necessary to engrave continuous encoding at a minute pitch at equal intervals. Pulses are emitted from the encodes that are engraved at equal intervals, and the respective rotation angles can be read. For example, there is an encode pitch that is engraved at a pitch of about 20 μm in a 50 mm diameter portion. This must be carved all around.
全周を等間隔で微小ピッチでエンコードを刻むことによって、多少偏心があったとしても、パルスの等間隔性とパルスの連続性から一周させることで校正（較正）することが可能となる。すなわち、エンコーダが中心からずれて固定されていたとしても、角度のずれ方はサインカーブを描くようにずれて一周させることで元の位置に戻るので、パルスの等間隔性と微小パルスの連続性から回転角を正確に修正することが可能となる。 By encoding the entire circumference at equal intervals and at a minute pitch, even if there is a slight eccentricity, it is possible to perform calibration (calibration) by making one round from the equal spacing of pulses and the continuity of pulses. In other words, even if the encoder is fixed off the center, the angle shifts so as to draw a sine curve and returns to the original position by making one round. Thus, the rotation angle can be accurately corrected.
また、一周にわたって円板ないしはリング状のエンコーダを形成することで、軸周りにおいて摩擦熱の影響があったとしても、熱は軸と軸受けの間で発生するため、軸に対して円対称、半径方向に分布するため、エンコーダ内で熱応力におけるせん断的な熱応力は働かない。すなわち、熱応力によって変形する際に、ポアソン比の影響を受けることなく、円周方向は同じ角度を維持することが可能となる。 In addition, by forming a disk or ring-shaped encoder over the entire circumference, even if there is an influence of frictional heat around the shaft, heat is generated between the shaft and the bearing, so it is circularly symmetric with respect to the shaft. Since it is distributed in the direction, shearing thermal stress in the thermal stress does not work in the encoder. That is, when deforming due to thermal stress, the circumferential direction can be maintained at the same angle without being affected by the Poisson's ratio.
一方、同じ回転系で測定する場合、回転体内で測定すれば全て精度良く検出できるかといえば、そうではない。それは、回転体内で測定する場合、回転規制している部分に対して、少なからず軸と軸受けの間で発生する摩擦力、また、急に回転するないしは急に静止することによって生まれる慣性力などの力が加わるからである。こうした力が加わる系においては、回転の基準になる基準部分が、摩擦力、慣性力などによって変位してしまう。そのため、回転の基準位置がどの程度角度が変化したかを検出しておかなければならない。 On the other hand, when measuring in the same rotating system, it is not true if all can be detected accurately if measured in the rotating body. When measuring in a rotating body, there are not a few frictional forces generated between the shaft and the bearing, and inertial force generated by suddenly rotating or suddenly stopping against the part where rotation is restricted. This is because power is added. In a system to which such a force is applied, a reference portion that becomes a reference for rotation is displaced by a frictional force, an inertial force, or the like. Therefore, it is necessary to detect how much the angle of the rotation reference position has changed.
これは同じ回転系にいる状態では測定することはできない。なぜなら、同一回転系の中ではどうしても摩擦力、慣性力が作用してしまうからである。 This cannot be measured while in the same rotating system. This is because a frictional force and an inertial force always act in the same rotating system.
例えば、水準器を用いて回転体の回転角度を検出しようとすると、その水準器は同じ回転系に取り付けなければならない。このような場合、水準器は回転体の摩擦力や慣性力を受けることになる。例えば、回転体が急激に回転駆動する場合、又は回転体が急激に静止する場合、その摩擦力・慣性力の影響をまともに受ける。 For example, if an attempt is made to detect the rotation angle of a rotating body using a level, the level must be attached to the same rotating system. In such a case, the spirit level receives the frictional force and inertial force of the rotating body. For example, when the rotating body suddenly rotates or when the rotating body suddenly stops, the frictional force / inertial force is detrimentally affected.
その結果、リアルタイムに、かつ即座に角度を検出することは不可能となる。なぜならば、回転体に接触して測定する場合、多かれ少なかれ、摩擦力、慣性力の影響を受けるためである。また、水準器は、位置を即座に検知するのではなく、重力によって静止する部分を基準に水準を定義する。すなわち、重力のみが作用する力学系のバランスで位置が決まることになる。こうした場合、回転体が回転することに伴う摩擦力や慣性力が働く系において、重力で基準を設定しても、リアルタイムに、すなわち即座に角度を検出できないことは自明である。 As a result, it is impossible to detect the angle in real time and immediately. This is because when the measurement is performed in contact with the rotating body, it is more or less influenced by the frictional force and inertial force. In addition, the level does not detect the position immediately, but defines the level based on the part that is stationary due to gravity. That is, the position is determined by the balance of the dynamic system in which only gravity acts. In such a case, it is obvious that the angle cannot be detected in real time, that is, immediately, even if the reference is set by gravity in a system in which a frictional force or inertial force accompanying rotation of the rotating body works.
また、仮にリアルタイムに、かつ即座に角度を検出できなかったとして、リアルタイムではなくても水準器の場合、正確な角度を検出することはできない。 Also, assuming that the angle could not be detected immediately in real time, an accurate angle cannot be detected in the case of a spirit level even if it is not in real time.
なぜならば、回転体の回転によって摩擦力や慣性力が作用し、その結果、理想的な水準位置でない位置で止まった場合において、理想的な水準位置に戻すために、逆回転させる必要があるからである。逆回転させて戻した場合、正回転した際の角度ずれの量と逆回転させて補正するとした場合の角度戻しの量は、厳密には異なる。これは回転体を駆動させるためのギアの影響があるからであり、ギアのバックラッシの影響やギア一つ一つのかみ合わせによって生じる内挿誤差の影響により、回転角度は行きと帰りで微小に変化するからである。そうしたことから、水準器のような重力のバランスで位置が決まる方式では、逆戻りする工程を必要とするため、本発明の課題である、即座に角度検出することや、精度よく角度検出するという目的を到底達成することはできない。 Because, when the rotating body rotates, frictional force or inertial force acts, and as a result, when it stops at a position other than the ideal level position, it is necessary to reversely rotate to return to the ideal level position. It is. When returning by reverse rotation, the amount of angle shift when correcting by reverse rotation and the amount of angle deviation when rotating forward is strictly different. This is because there is an influence of the gear for driving the rotating body, and the rotation angle slightly changes between going and returning due to the influence of the backlash of the gear and the interpolation error caused by the meshing of each gear. Because. For this reason, a method in which the position is determined by the balance of gravity, such as a spirit level, requires a step of reversing, so the object of the present invention is to immediately detect the angle and to accurately detect the angle. Can never be achieved.
また、水準器の場合、本発明のような任意の回転軸方向に対応することはできず、例えば回転軸が鉛直方向の場合においては、重力が作用しないため、動作すらしない。よって、本質的な観点で本発明とは解決すべき課題の点で相容れるものではない。 Further, in the case of a level, it is not possible to correspond to an arbitrary rotation axis direction as in the present invention. For example, when the rotation axis is in the vertical direction, gravity does not act, so even operation does not occur. Therefore, the present invention is not compatible with the present invention in terms of problems to be solved.
したがって、同じ回転系の回転角度を正確に検出するためには、まずは、回転系全体の変位や振動をキャンセルしながら正確に測定するために、同一回転系に軸支された状態で測定する必要がある。 Therefore, in order to accurately detect the rotation angle of the same rotating system, it is first necessary to measure in a state where it is pivotally supported by the same rotating system in order to accurately measure the displacement and vibration of the entire rotating system. There is.
しかし、同じ回転系で測定する場合は、軸と軸受け間の摩擦力、慣性力などの力が加わる。そのため、回転における支持基準となる側に対し、回転系とは接触しない位置から非接触で回転変位を測定するとよい。そうすれば、回転運動の影響を受けることなく、非接触で精度良く回転変位を測定することが可能となる。 However, when measuring with the same rotating system, a force such as a frictional force and an inertial force between the shaft and the bearing is applied. Therefore, it is preferable to measure the rotational displacement in a non-contact manner from a position not in contact with the rotation system with respect to the support reference side in rotation. If it does so, it will become possible to measure a rotational displacement accurately with non-contact, without being influenced by rotational motion.
なお、回転系に組み込む軸支した状態で測定する相対的な回転角度測定手段と、回転系とは接触しない位置からの非接触での回転角度測定手段とは、互いに独立した基準を基に、独立して測定することが可能なものであって、互いの測定結果が互いに干渉するものではない。 In addition, the relative rotation angle measuring means for measuring in a state of being supported by the shaft incorporated in the rotating system and the non-contact rotating angle measuring means from a position not in contact with the rotating system are based on mutually independent standards. Measurements can be made independently, and the measurement results do not interfere with each other.
また、相互の測定結果をつなぎあわせる上で、例えば逆回転しなくてはならなかったり、機構的に嵌めこまなくてはならなかったりなど、別の機構的な外乱要素が入り込む余地も存在しない。 In addition, there is no room for another mechanical disturbance element to enter, such as having to reversely rotate, or having to fit mechanically, to connect the measurement results.
その結果、トータルとして回転運動による回転角度を簡便かつ精度良く検出し、測定することが可能となる。 As a result, it is possible to detect and measure the rotation angle due to the rotational movement as a total with ease and accuracy.
以上より、本発明の構成、すなわち、支持基準体と、支持基準体に連結され、支持基準体に対し全周回転自在に軸支された駆動する回転体とを有し、支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度を検出する相対角度検出手段と、回転体及び支持基準体に接触しない位置を基準として、支持基準体の回転角度を検出する非接触式角度検出手段と、相対角度検出手段による回転角度の検出と非接触式角度検出手段による回転角度の検出とを同期させる同期制御手段を備えることは、当業者が容易に想到し得るものではない。 As described above, the configuration of the present invention, that is, the support reference body, and the drive rotation body that is connected to the support reference body and is pivotally supported by the support reference body so as to be rotatable around the entire circumference. Relative angle detection means for detecting the relative rotation angle of the body, non-contact type angle detection means for detecting the rotation angle of the support reference body based on the position where the rotation body and the support reference body do not contact, and relative angle detection It is not easily conceivable by those skilled in the art to provide a synchronization control means for synchronizing the detection of the rotation angle by the means and the detection of the rotation angle by the non-contact type angle detection means.
１０…回転角度測定装置、１２…ロータリエンコーダ、１６…回転止治具、１８…データ処理装置、２０…回転移動軸、２２…エンコーダ軸、２３…大径部、２４…軸受、２６…エンコーダ本体、２８…アーム部材、３４…目盛板、３６…読み取りヘッド、４０…レーザ干渉ユニット、４４…光ヘッド、４６…光検出器、５０…レーザ光源、５２…偏光ビームスプリッタ、５４…直角プリズム、５６…入出力ＩＦ、５８…メモリ、６０…制御部、６２…データ処理部、６４…エンコーダ軸回転角度算出部、６６…エンコーダ本体回転角度算出部、６８…回転角度補正部、７０…補正データ生成部、７２…入力装置、７４…出力装置、７６…同期信号生成部、１３８…水準器ユニット、１４０…変位センサ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記回転体及び前記支持基準体に接触しない位置を基準として、前記支持基準体の回転角度を検出する非接触式角度検出手段と、
前記相対角度検出手段による回転角度の検出と前記非接触式角度検出手段による回転角度の検出とを同期させる同期制御手段と、
を備えたことを特徴とする回転角度測定装置。 A relative rotation of the rotating body relative to the support reference body, the support reference body including a support reference body, and a driving rotary body coupled to the support reference body and pivotally supported by the support reference body so as to be rotatable around the entire circumference. A relative angle detecting means for detecting an angle;
Non-contact angle detection means for detecting a rotation angle of the support reference body with reference to a position not in contact with the rotary body and the support reference body;
Synchronization control means for synchronizing detection of the rotation angle by the relative angle detection means and detection of the rotation angle by the non-contact angle detection means;
A rotation angle measuring device comprising:
前記回転体及び前記支持基準体に接触しない位置を基準として、前記支持基準体の回転角度を検出する非接触式角度検出ステップと、
前記相対角度検出ステップによる回転角度の検出と前記非接触式角度検出ステップによる回転角度の検出とを同期させる同期制御ステップと、
を含むことを特徴とする回転角度測定方法。 A relative angle detection step of detecting a relative rotation angle between a support reference body and a rotary body connected to the support reference body and pivotally supported with respect to the support reference body so as to be rotatable around the entire circumference;
A non-contact angle detection step of detecting a rotation angle of the support reference body with reference to a position where the rotation body and the support reference body do not contact;
A synchronization control step of synchronizing the detection of the rotation angle by the relative angle detection step and the detection of the rotation angle by the non-contact type angle detection step;
A rotation angle measuring method comprising:
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|---|---|---|---|---|
| KR20190117569A (en) * | 2017-02-28 | 2019-10-16 | 쥐.디 에스.피.에이. | Methods and kits for adjusting the machine for wrapping or packing goods |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11211427A (en) * | 1998-01-29 | 1999-08-06 | Fuji Xerox Co Ltd | Surface form measuring device |
| JP2012093252A (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-17 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Angle measuring method and angle measuring system |
| JP5224206B2 (en) * | 2013-01-23 | 2013-07-03 | 株式会社東京精密 | Angle measuring method and angle measuring system |
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Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5887401A (en) * | 1981-11-19 | 1983-05-25 | Mitsubishi Electric Corp | Coupling for angle detector |
| JP2605362B2 (en) * | 1988-07-04 | 1997-04-30 | 松下電器産業株式会社 | Rotary encoder |
| JPH02216401A (en) * | 1989-02-17 | 1990-08-29 | Fujitsu Ltd | Rotational displacement measuring instrument |
| GB9119304D0 (en) * | 1991-09-10 | 1991-10-23 | Renishaw Transducer Syst | Method and apparatus for calibration of angular displacement |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11211427A (en) * | 1998-01-29 | 1999-08-06 | Fuji Xerox Co Ltd | Surface form measuring device |
| JP2012093252A (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-17 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Angle measuring method and angle measuring system |
| JP5682802B2 (en) * | 2012-02-15 | 2015-03-11 | 株式会社東京精密 | Rotation angle measurement device and rotation angle measurement method |
| JP5224206B2 (en) * | 2013-01-23 | 2013-07-03 | 株式会社東京精密 | Angle measuring method and angle measuring system |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190117569A (en) * | 2017-02-28 | 2019-10-16 | 쥐.디 에스.피.에이. | Methods and kits for adjusting the machine for wrapping or packing goods |
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