JP2019158629A - Optical encoder and shift detection method - Google Patents
Optical encoder and shift detection method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019158629A JP2019158629A JP2018046288A JP2018046288A JP2019158629A JP 2019158629 A JP2019158629 A JP 2019158629A JP 2018046288 A JP2018046288 A JP 2018046288A JP 2018046288 A JP2018046288 A JP 2018046288A JP 2019158629 A JP2019158629 A JP 2019158629A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- unit
- slit
- detection
- slit row
- slider
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
Abstract
Description
本明細書では、工作機械や半導体製造装置等に組み込まれ、可動軸の位置を検出する光学式エンコーダ、および、光学式エンコーダに設けられたスライダユニットのスケールユニットに対するズレ量を検出するズレ量検出方法を開示する。 In this specification, an optical encoder that is incorporated in a machine tool, a semiconductor manufacturing apparatus, or the like and detects the position of a movable shaft, and a shift amount detection that detects a shift amount of a slider unit provided in the optical encoder with respect to a scale unit. A method is disclosed.
従来から、変位に対して正弦波状に変化し互いに９０度の位相差を持つ信号を検出する検出部を含む光学式エンコーダが知られている。かかる光学式エンコーダの中には、複数の検出部を含むアブソリュートエンコーダがある。図５、図６に、アブソリュートエンコーダの概略構造を示す。 2. Description of the Related Art Conventionally, an optical encoder including a detection unit that detects signals that change sinusoidally with respect to a displacement and have a phase difference of 90 degrees from each other is known. Among such optical encoders, there is an absolute encoder including a plurality of detection units. 5 and 6 show the schematic structure of the absolute encoder.
アブソリュートエンコーダは、スケールユニット１０と、スケールユニット１０に対して可動のスライダユニット１５と、から構成される。スケールユニット１０は、スリットピッチが互いに異なる下位桁スリット列２０と上位桁スリット列２１と、を含む２以上のスリット列を有するガラススケール１１を持っている。スライダユニット１５は、平行光を出力することのできる発光ユニット１８と、発光ユニット１８からの光を電気信号に変換する受光ユニット２４と、信号処理部として機能する信号処理回路基板１６と、を有する。ここで、スケールユニット１０とスライダユニット１５との間には、上下方向に隙間Ｃが確保されている。 The absolute encoder includes a scale unit 10 and a slider unit 15 movable with respect to the scale unit 10. The scale unit 10 has a glass scale 11 having two or more slit rows including a lower digit slit row 20 and an upper digit slit row 21 having different slit pitches. The slider unit 15 includes a light emitting unit 18 that can output parallel light, a light receiving unit 24 that converts light from the light emitting unit 18 into an electrical signal, and a signal processing circuit board 16 that functions as a signal processing unit. . Here, a gap C is secured in the vertical direction between the scale unit 10 and the slider unit 15.
ガラススケール１１には、スリット列のピッチが小さく、非常に分解能の高い検出が可能な下位桁スリット列２０（第一スリット列）と、スリット列のピッチが大きく、分解能は低いがその分絶対位置検出範囲が広い上位桁スリット列２１（第二スリット列）とが含まれ、それぞれのスリット列から位置データを検出して組合せることによって、高分解能と絶対位置検出を併せ持った位置検出が可能となっている。また、各スリット列２０，２１の長尺方向を「第一方向」とし、第一方向に直交かつガラススケール１１に平行な方向を「第二方向」とすると、各スリット列２０，２１は、ガラススケール１１の表面において、第二方向に距離Ａだけ隔てて隣接して配置されている。また、図５に示すように、前記ガラススケール１１と、前記スライダユニット１５に取り付けられた受光ユニット２４を一定の距離で組付けることで、適切な信号強度が得られる構造となっている。 The glass scale 11 has a low pitch slit row 20 (first slit row) capable of detection with a small slit row and a very high resolution, and a large slit row pitch and a low resolution, but the absolute position accordingly. The upper digit slit row 21 (second slit row) having a wide detection range is included. By detecting and combining position data from the respective slit rows, position detection having both high resolution and absolute position detection is possible. It has become. Further, when the longitudinal direction of each slit row 20, 21 is “first direction”, and the direction perpendicular to the first direction and parallel to the glass scale 11 is “second direction”, each slit row 20, 21 is On the surface of the glass scale 11, they are arranged adjacent to each other with a distance A in the second direction. Further, as shown in FIG. 5, the glass scale 11 and the light receiving unit 24 attached to the slider unit 15 are assembled at a constant distance, so that an appropriate signal intensity can be obtained.
前記受光ユニット２４には、ガラススケール１１に刻まれたスリット列２０，２１のピッチに合わせた下位桁検出部２２（第一検出部）と上位桁検出部２３（第二検出部）があり、各検出部２２，２３から信号が出力される。なお、各検出部２２，２３は、ガラススケール１１の各スリット列２０，２１と正対しており、第二方向に距離Ｂだけ隔てて隣接配置されている。スリット列２０，２１の端部を通った光が検出部２２，２３に入射しないように、距離Ｂは、距離Ａよりも大きい寸法となっている。また、スケールユニット１０とスライダユニット１５との間の上下方向に隙間Ｃは、スライダユニット１５とスケールユニット１０とが機械的に接触することの無いように、広めに確保されている。 The light receiving unit 24 includes a lower digit detection unit 22 (first detection unit) and an upper digit detection unit 23 (second detection unit) that match the pitch of the slit rows 20 and 21 carved in the glass scale 11. Signals are output from the detection units 22 and 23. In addition, each detection part 22 and 23 is facing each slit row | line | column 20, 21 of the glass scale 11, and is arrange | positioned adjacently by the distance B in the 2nd direction. The distance B is larger than the distance A so that the light passing through the ends of the slit rows 20 and 21 does not enter the detection units 22 and 23. Further, the gap C in the vertical direction between the scale unit 10 and the slider unit 15 is secured wide so that the slider unit 15 and the scale unit 10 do not mechanically contact each other.
ガラススケール１１に刻まれたスリット列２０，２１のピッチや受光ユニット２４などの概略関係図を図６に示す。発光ユニット１８から出力される平行光は、ガラススケール１１上の下位桁スリット列２０と上位桁スリット列２１を透過し、それぞれ、下位桁検出部２２と上位桁検出部２３に入射する。 FIG. 6 shows a schematic diagram of the relationship between the pitch of the slit rows 20 and 21 engraved in the glass scale 11, the light receiving unit 24, and the like. The parallel light output from the light emitting unit 18 passes through the lower digit slit row 20 and the upper digit slit row 21 on the glass scale 11 and enters the lower digit detector 22 and the upper digit detector 23, respectively.
下位桁検出部２２と上位桁検出部２３は、それぞれ、変位に対して正弦波状に変化する信号ａ１と、信号ａ１に対して１８０度位相の異なる正弦波状に変化する信号ａ２と、信号ａ１に対して９０度位相の異なる正弦波状に変化する信号ｂ１と、信号ｂ１に対して１８０度位相の異なる正弦波状に変化する信号ｂ２と、の４つの信号を出力する。下位桁検出部２２が出力する４つの検出信号をＭａ１，Ｍａ２，Ｍｂ１，Ｍｂ２とし、上位桁検出部２３が出力する４つの検出信号Ｈａ１，Ｈａ２，Ｈｂ１，Ｈｂ２とする。 The lower digit detection unit 22 and the upper digit detection unit 23 respectively convert a signal a1 that changes sinusoidally with respect to the displacement, a signal a2 that changes into a sinusoidal shape with a phase difference of 180 degrees with respect to the signal a1, and a signal a1. On the other hand, four signals are output: a signal b1 that changes in a sine wave shape having a phase difference of 90 degrees and a signal b2 that changes in a sine wave shape that has a phase difference of 180 degrees with respect to the signal b1. The four detection signals output from the lower digit detection unit 22 are Ma1, Ma2, Mb1, and Mb2, and the four detection signals Ha1, Ha2, Hb1, and Hb2 are output from the upper digit detection unit 23.
信号処理回路基板１６は、下位桁検出部２２と上位桁検出部２３から出力されるそれぞれ４つずつの信号を内挿分割して算出した位置と、各スリットピッチを４分割してカウントするカウンタの値と、から位置を演算する。位置を演算する処理の詳細は、本特許と直接の関係はないため省略する。 The signal processing circuit board 16 includes a position calculated by interpolating and dividing each of the four signals output from the lower digit detector 22 and the upper digit detector 23, and a counter that counts each slit pitch by dividing it into four. The position is calculated from the value of. Details of the processing for calculating the position are omitted because they are not directly related to this patent.
従来の技術では、スライダユニット１５（ひいては受光ユニット２４）がガラススケール１１に対して、上下方向（第二方向）にズレて取付けられた時の上下方向のズレ量を検出することができない。そのため、スケールユニット１０とスライダユニット１５の取付け精度が守られない場合には、スケールユニット１０とスライダユニット１５が接触し、最悪の場合は、スケールユニット１０やスライダユニット１５が損傷し、使用不能となるおそれがあった。また、両ユニット１０，１５が接触しない場合でも、スライダユニット１５が第二方向にズレて取り付けられた場合、受光ユニット２４で検出する信号が歪んでしまい、位置検出精度の低下を招く。しかし、従来、スライダユニットの第二方向の位置ズレを検出する技術がなかった。 In the prior art, the amount of vertical displacement when the slider unit 15 (and thus the light receiving unit 24) is attached to the glass scale 11 in the vertical direction (second direction) cannot be detected. Therefore, when the mounting accuracy of the scale unit 10 and the slider unit 15 cannot be maintained, the scale unit 10 and the slider unit 15 come into contact with each other. In the worst case, the scale unit 10 and the slider unit 15 are damaged and cannot be used. There was a risk of becoming. Even if the units 10 and 15 are not in contact with each other, if the slider unit 15 is mounted with a displacement in the second direction, the signal detected by the light receiving unit 24 is distorted, resulting in a decrease in position detection accuracy. However, heretofore, there has been no technique for detecting the displacement in the second direction of the slider unit.
そこで、本明細書では、スライダユニットのスケールユニットに対する第二方向のズレ量を検出できる光学式エンコーダ、および、ズレ量検出方法を開示する。 Therefore, the present specification discloses an optical encoder that can detect the amount of deviation in the second direction of the slider unit with respect to the scale unit, and a method of detecting the amount of deviation.
本明細書で開示する光学式エンコーダは、第一方向に長尺な第一スリット列と、前記第一方向に長尺であるとともに前記第一スリット列よりもスリットピッチが大きい第二スリット列と、が前記第一方向に直交する第二方向に隣接配置されたスケールユニットと、前記スケールユニットに対して前記第一方向に変位可能なスライダユニットであって、前記第一、第二スリット列に向かって光を照射する発光ユニットと、前記第一スリット列を透過した光を検出するべく前記第一スリット列に対向配置される第一検出部と、前記第二スリット列を透過した光を検出するべく前記第二スリット列に対向配置された第二検出部と、を有したスライダユニットと、前記第一、第二検出部それぞれの検出信号から前記スライダユニットの前記第一方向の位置を算出する信号処理部であって、少なくとも前記第一検出部の検出信号から互いに９０度位相のズレた２つの第一周期性信号を生成する信号処理部と、を備えた光学式エンコーダであって、前記信号処理部は、前記スライダユニットを第一方向に変位させた際、前記第一周期性信号に含まれるオフセット値を算出し、前記スライダユニットの変位に伴う前記オフセット値の変動量に基づいて、前記スライダユニットの前記スケールユニットに対する第二方向のズレ量を検出する、ことを特徴とする。 The optical encoder disclosed in the present specification includes a first slit row that is long in the first direction, and a second slit row that is long in the first direction and has a slit pitch larger than that of the first slit row. Is a scale unit disposed adjacent to a second direction orthogonal to the first direction, and a slider unit displaceable in the first direction with respect to the scale unit, the first and second slit rows being A light emitting unit for irradiating light, a first detection unit disposed opposite to the first slit row to detect light transmitted through the first slit row, and detecting light transmitted through the second slit row A slider unit having a second detection unit disposed opposite to the second slit row and a detection signal from each of the first and second detection units in the first direction of the slider unit. A signal processing unit for calculating a position, and a signal processing unit for generating at least two first periodic signals having a phase difference of 90 degrees from the detection signal of the first detection unit, The signal processing unit calculates an offset value included in the first periodic signal when the slider unit is displaced in the first direction, and a variation amount of the offset value due to the displacement of the slider unit. The shift amount of the slider unit in the second direction with respect to the scale unit is detected based on the above.
また、本明細書で開示するズレ量検出方法は、第一方向に長尺な第一スリット列と、前記第一方向に長尺であるとともに前記第一スリット列よりもスリットピッチが大きい第二スリット列と、が前記第一方向に直交する第二方向に隣接配置されたスケールユニットと、前記スケールユニットに対して前記第一方向に変位可能なスライダユニットであって、前記第一、第二スリット列に向かって光を照射する発光ユニットと、前記第一スリット列を透過した光を検出するべく前記第一スリット列に対向配置される第一検出部と、前記第二スリット列を透過した光を検出するべく前記第二スリット列に対向配置された第二検出部と、を有したスライダユニットと、前記第一、第二検出部それぞれの検出信号から前記スライダユニットの前記第一方向の位置を算出する信号処理部であって、少なくとも前記第一検出部の検出信号から互いに９０度位相のズレた２つの第一周期性信号を生成する信号処理部と、を備えた光学式エンコーダにおいて、前記スライダユニットの前記第二方向のズレ量を検出するズレ量検出方法であって、前記スライダユニットを第一方向に変位させる変位ステップと、前記変位ステップの実行中に得られる前記第一周期性信号に含まれるオフセット値を算出し、前記スライダユニットの変位に伴う前記オフセット値の変動量に基づいて、前記スライダユニットの前記スケールユニットに対する第二方向のズレ量を検出するステップと、を含むことを特徴とする。 Further, the displacement amount detection method disclosed in this specification includes a first slit row that is long in the first direction, and a second slit that is long in the first direction and has a slit pitch larger than that of the first slit row. A slit unit, a scale unit disposed adjacent to a second direction orthogonal to the first direction, and a slider unit displaceable in the first direction with respect to the scale unit, wherein the first and second A light emitting unit that irradiates light toward the slit row, a first detection unit disposed opposite to the first slit row to detect the light that has passed through the first slit row, and the second slit row A slider unit having a second detector disposed opposite to the second slit row to detect light, and the first of the slider units from the detection signals of the first and second detectors, respectively. A signal processing unit for calculating the position of the first encoder, and a signal processing unit for generating at least two first periodic signals having a phase difference of 90 degrees from the detection signal of the first detection unit A displacement amount detecting method for detecting a displacement amount of the slider unit in the second direction, the displacement step for displacing the slider unit in a first direction, and the first obtained during execution of the displacement step. Calculating an offset value included in the periodicity signal, and detecting a shift amount of the slider unit in the second direction with respect to the scale unit based on a variation amount of the offset value due to the displacement of the slider unit. It is characterized by including.
本明細書に開示の光学式エンコーダおよびズレ量検出方法によれば、ガラススケールとスライダユニット間の相対的な上下方向のズレ量を検出することが可能であり、スケールユニットとスライダユニットの取り付け精度が守られないことによる、スケールユニットとスライダユニットの接触を無くすことができる。また、スケールユニットとスライダユニットとの間の上下方向の距離を保つための構造を付加することなく、組込みソフトウェアで実現可能なので、新たなコストアップ分はない。 According to the optical encoder and the shift amount detection method disclosed in this specification, it is possible to detect the relative vertical shift amount between the glass scale and the slider unit, and the mounting accuracy of the scale unit and the slider unit. It is possible to eliminate contact between the scale unit and the slider unit due to the fact that is not protected. Further, since it can be realized by embedded software without adding a structure for maintaining the vertical distance between the scale unit and the slider unit, there is no new cost increase.
従来技術と同じ箇所については、説明を省略するか、簡略化して以下に説明する。図１に、位置の検出に必要なスケールユニット１０とスライダユニット１５の外観図を示す。図１において、紙面左右方向が、各スリット列２０，２１の長尺方向（第一方向）であり、紙面上下方向が、各スリット列２０，２１の隣接方向（第二方向）である。また、下位桁スリット列２０（第一スリット列）と上位桁スリット列２１（第二スリット列）を有するガラススケール１１と、下位桁検出部２２（第一検出部）と上位桁検出部２３（第二検出部）の２つ検出部を含む受光ユニット２４の構成は、図５、図６に示す従来例と変更はなく、受光ユニット２４を構成する下位桁検出部２２と上位桁検出部２３は、各４相の信号を出力する受光素子を左右に分散して配置した構造を有している。 The description of the same parts as those of the prior art will be omitted or simplified below. FIG. 1 is an external view of the scale unit 10 and the slider unit 15 necessary for detecting the position. In FIG. 1, the horizontal direction on the paper surface is the longitudinal direction (first direction) of each slit row 20, 21, and the vertical direction on the paper surface is the adjacent direction (second direction) of each slit row 20, 21. Further, a glass scale 11 having a lower digit slit row 20 (first slit row) and an upper digit slit row 21 (second slit row), a lower digit detector 22 (first detector), and an upper digit detector 23 ( The configuration of the light receiving unit 24 including the two detection units of the second detection unit is not changed from the conventional example shown in FIGS. 5 and 6, and the lower digit detecting unit 22 and the upper digit detecting unit 23 constituting the light receiving unit 24. Has a structure in which light receiving elements that output four-phase signals are distributed in the left and right directions.
ピッチの異なる２つのスリット列２０，２１を有する光学式エンコーダにおいて、受光ユニット２４に配置された下位桁検出部２２と上位桁検出部２３は、ガラススケール１１に刻まれた下位桁スリット列２０と上位桁スリット列２１にそれぞれ正対して配置される。そして、ガラススケール１１の上位桁スリット列２１を透過した光が上位桁検出部２３に入射し、下位桁スリット列２０を透過した光が下位桁検出部２２に入射することで信号が検出される。 In the optical encoder having two slit rows 20 and 21 having different pitches, the lower digit detector 22 and the upper digit detector 23 arranged in the light receiving unit 24 include the lower digit slit row 20 engraved in the glass scale 11. The upper digit slit rows 21 are arranged to face each other. Then, the light transmitted through the upper digit slit row 21 of the glass scale 11 enters the upper digit detector 23 and the light transmitted through the lower digit slit row 20 enters the lower digit detector 22 to detect the signal. .
信号処理部として機能する信号処理回路基板１６は、この二つの検出部２２，２３で検出された検出信号に基づいて、スライダユニット１５の位置を算出する。この位置算出の過程で、信号処理回路基板１６は、下位桁検出部２２で検出された４相の信号Ｍａ１，Ｍａ２，Ｍｂ１，Ｍｂ２に基づいて２つの第一周期性信号ＭＡ＝（Ｍａ１−Ｍａ２）およびＭＢ＝（Ｍｂ１−Ｍｂ２）を算出し、上位桁検出部２３で検出された４相の信号Ｈａ１，Ｈａ２，Ｈｂ１，Ｈｂ２に基づいて２つの第二周期性信号ＨＡ＝（Ｈａ１−Ｈａ２）およびＨＢ＝（Ｈｂ１−Ｈｂ２）を算出する。信号ＭＢは、信号ＭＡに対して９０度位相がズレており、信号ＨＢは、信号ＨＡに対して９０度位相がズレている。 The signal processing circuit board 16 that functions as a signal processing unit calculates the position of the slider unit 15 based on the detection signals detected by the two detection units 22 and 23. In the process of calculating the position, the signal processing circuit board 16 uses the two first periodic signals MA = (Ma1-Ma2) based on the four-phase signals Ma1, Ma2, Mb1, Mb2 detected by the lower digit detection unit 22. ) And MB = (Mb1-Mb2), and the two second periodic signals HA = (Ha1-Ha2) based on the four-phase signals Ha1, Ha2, Hb1, Hb2 detected by the high-order digit detector 23. And HB = (Hb1-Hb2) is calculated. The signal MB is 90 degrees out of phase with the signal MA, and the signal HB is 90 degrees out of phase with the signal HA.
ここで、ガラススケール１１と受光ユニット２４の位置関係を図５に示す。なお、ガラススケール１１の上下（第二方向）に配置された各スリット列２０，２１は、ある距離Ａだけ隔てて配置され、受光ユニット２４の上下（第二方向）に配置された各検出部２２，２３はある距離Ｂだけ隔てて配置されている。距離Ｂは、距離Ａよりも大きい寸法となっており、ガラススケール１１に刻まれたスリット列２０，２１の端部を通った光が検出部２２，２３に入射しないようになっている。 Here, the positional relationship between the glass scale 11 and the light receiving unit 24 is shown in FIG. In addition, each slit row | line | column 20, 21 arrange | positioned up and down (2nd direction) of the glass scale 11 is arrange | positioned at a certain distance A, and each detection part arrange | positioned up and down (2nd direction) of the light-receiving unit 24. 22 and 23 are spaced apart by a certain distance B. The distance B is larger than the distance A, and the light passing through the ends of the slit rows 20 and 21 engraved on the glass scale 11 does not enter the detection units 22 and 23.
しかし、ガラススケール１１と受光ユニット２４が相対的に上方向に約（Ｂ／２＋Ａ／２）以上の距離分だけズレて取り付けられた場合（図５の右側に記載の白矢印方向に、スライダユニット１５がガラススケール１１に対してズレて取り付けた場合）、上位桁検出部２３に入射するはずの光の一部が、下位桁検出部２２に入射してしまい、下位桁検出部２２が検出する信号が歪んでしまう。最悪の場合、信号が歪んで位置の検出精度が悪化するだけでなく、スケールユニット１０とスライダユニット１５が接触し、スケールユニット１０やスライダユニット１５が損傷し、使用不能となってしまう。 However, when the glass scale 11 and the light receiving unit 24 are mounted so as to be shifted relative to each other by a distance of about (B / 2 + A / 2) or more (in the direction of the white arrow shown on the right side of FIG. 15 is attached to the glass scale 11), a part of the light that should be incident on the upper digit detection unit 23 is incident on the lower digit detection unit 22, and is detected by the lower digit detection unit 22. The signal is distorted. In the worst case, not only the signal is distorted and the position detection accuracy is deteriorated, but also the scale unit 10 and the slider unit 15 come into contact with each other, the scale unit 10 and the slider unit 15 are damaged and become unusable.
ここで、上位桁スリット列２１を透過した光が下位桁検出部２２に入射すると、第一周期性信号ＭＡ，ＭＢのオフセット値ＯＦＤＥＴが変化する。より具体的に説明すると、上位桁スリット列２１を透過した光が下位桁検出部２２に入射すると、オフセット値ＯＦＤＥＴが、上位桁スリット列２１のスリットピッチＰｈと同じ周期で、変動（振動）する。例えば、スリットピッチＰｈが２ｍｍの場合、第一周期性信号ＭＡ，ＭＢに含まれるオフセット値ＯＦＤＥＴは、スライダユニット１５をＰｈ／２＝１ｍｍ移動させるたびに、オフセット変動量ＯＦＣＨ分だけ、変動（振動）する。本例では、このオフセット変動量ＯＦＣＨを利用してスライダユニット１５の上方向へのズレ量ＭＶを求めている。 Here, when the light transmitted through the upper digit slit row 21 enters the lower digit detector 22, the offset value OFDET of the first periodic signals MA and MB changes. More specifically, when light transmitted through the upper digit slit row 21 enters the lower digit detector 22, the offset value OFDET fluctuates (vibrates) at the same cycle as the slit pitch Ph of the upper digit slit row 21. . For example, when the slit pitch Ph is 2 mm, the offset value OFDET included in the first periodic signals MA and MB fluctuates (vibrates) by the offset fluctuation amount OFCH every time the slider unit 15 is moved by Ph / 2 = 1 mm. ) In this example, the offset amount MV in the upward direction of the slider unit 15 is obtained using the offset variation amount OFCH.
具体的に説明すると、ズレ量ＭＶを検出する際には、まず、スライダユニット１５を、スリットピッチＰｈ以上、移動させる。信号処理回路基板１６は、その間に検出される下位桁検出部２２の検出信号Ｍａ１，Ｍａ２，Ｍｂ１，Ｍｂ２から第一周期性信号ＭＡ，ＭＢを算出し、さらに、この第一周期性信号ＭＡ，ＭＢに含まれるオフセット値ＯＦＤＥＴを算出する。このオフセット値ＯＦＤＥＴは、例えば、第一周期性信号ＭＡの最大値と最小値の中間値として求めることができる。なお、こうした単純な演算に替えて、例えば、特開２００８−２３２６４９号公報に開示されているように、オフセット除去した２つの周期性信号ＭＡ，ＭＢから二乗和の平方根を半径値として算出し、この半径値をフーリエ変換した結果から、オフセット値ＯＦＤＥＴを求めてもよい。 More specifically, when detecting the deviation amount MV, first, the slider unit 15 is moved by the slit pitch Ph or more. The signal processing circuit board 16 calculates the first periodic signals MA and MB from the detection signals Ma1, Ma2, Mb1 and Mb2 of the lower digit detection unit 22 detected in the meantime, and further, the first periodic signal MA, An offset value OFDET included in the MB is calculated. This offset value OFDET can be obtained as an intermediate value between the maximum value and the minimum value of the first periodic signal MA, for example. Instead of such a simple calculation, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-232649, the square root of the sum of squares is calculated as a radius value from the two periodic signals MA and MB from which the offset is removed. The offset value OFDET may be obtained from the result of Fourier transform of this radius value.
続いて、信号処理回路基板１６は、このオフセット値ＯＦＤＥＴの変動量ＯＦＣＨを求める。オフセット変動量ＯＦＣＨは、例えば、オフセット値ＯＦＤＥＴの最大値ＯＦＤＥＴ＿ｍａｘと、最小値ＯＦＤＥＴ＿ｍｉｎとの差の絶対値として求めることができる。すなわち、ＯＦＣＨ＝｜ＯＦＤＥＴ＿ｍａｘ−ＯＦＤＥＴ＿ｍｉｎ｜である。 Subsequently, the signal processing circuit board 16 obtains the fluctuation amount OFCH of the offset value OFDET. The offset fluctuation amount OFCH can be obtained as an absolute value of a difference between the maximum value OFDET_max and the minimum value OFDET_min of the offset value OFDET, for example. That is, OFCH = | OFDET_max−OFDET_min |.
オフセット変動量ＯＦＣＨが求まれば、最後に、以下の近似式を用いてズレ量ＭＶを求める。なお、ＣＯＦＡ、ＣＯＦＢは、スケールユニット１０とスライダユニット１５の組み合わせにより決まる換算係数である。
ＭＶ ＝ ＣＯＦＡ × ＯＦＣＨ ― ＣＯＦＢ
When the offset fluctuation amount OFCH is obtained, finally, the deviation amount MV is obtained using the following approximate expression. COFA and COFB are conversion factors determined by the combination of the scale unit 10 and the slider unit 15.
MV = COFA x OFCH-COFB
オフセットの変化例を図２、図３、図４に示す。図２は、スライダユニット１５を適正位置に、図３は、スライダユニット１５を上方向に０．２ｍｍ移動させた位置に、図４はスライダユニット１５を上方向に０．４ｍｍ移動させた位置に、取り付けた際の検出信号のオフセットを取得したグラフである。図２〜図４において縦軸は、オフセット値であり、横軸は、検出位置（スライダユニット１５の移動距離）である。なお、図２〜図４では、スライダユニット１５を適正位置に取り付けた際のオフセット値がゼロになるように、縦軸の０の位置を調整している。 Examples of changes in offset are shown in FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 2 shows the slider unit 15 in the proper position, FIG. 3 shows the slider unit 15 in the position moved 0.2 mm upward, and FIG. 4 shows the slider unit 15 in the position moved 0.4 mm upward. It is the graph which acquired the offset of the detection signal at the time of attachment. 2 to 4, the vertical axis represents the offset value, and the horizontal axis represents the detection position (movement distance of the slider unit 15). 2 to 4, the position of 0 on the vertical axis is adjusted so that the offset value when the slider unit 15 is attached to an appropriate position becomes zero.
図２に示す通り、スライダユニット１５が適正位置に取り付けられている場合、第一周期性信号ＭＡ，ＭＢに含まれるオフセット値は、ほぼ変動しない。一方、スライダユニット１５が、上方向にズレており、上位桁スリット列２１を透過した光の一部が、下位桁検出部２２に入射すると、図３、図４に示すように、オフセット値が、検出位置に応じて変動する。本例では、上位桁スリット列２１のスリットピッチＰｈは、２ｍｍであるため、上位桁スリット列２１から下位桁検出部２２への入射光の影響を２ｍｍ周期で受けている。そして、図３、図４の例では、結果として、オフセット値がＰｈ＝２ｍｍ周期で変動する。このオフセット値の変動量が、オフセット変動量ＯＦＣＨとなる。なお、図３の例では、オフセット変動量ＯＦＣＨは、約３５であり、図４の例では、オフセット変動量ＯＦＣＨは、約１３０である。 As shown in FIG. 2, when the slider unit 15 is attached at an appropriate position, the offset values included in the first periodic signals MA and MB hardly change. On the other hand, when the slider unit 15 is shifted upward and a part of the light transmitted through the upper digit slit row 21 enters the lower digit detector 22, the offset value is changed as shown in FIGS. It fluctuates according to the detection position. In this example, since the slit pitch Ph of the upper digit slit row 21 is 2 mm, it is influenced by the incident light from the upper digit slit row 21 to the lower digit detector 22 at a cycle of 2 mm. In the example of FIGS. 3 and 4, as a result, the offset value fluctuates at a period of Ph = 2 mm. The fluctuation amount of the offset value becomes the offset fluctuation amount OFCH. In the example of FIG. 3, the offset fluctuation amount OFCH is about 35, and in the example of FIG. 4, the offset fluctuation amount OFCH is about 130.
ガラススケール１１上の上位桁スリット列２１から漏れた光によるオフセット変動量ＯＦＣＨは、ガラススケール１１とスライダユニット１５の上下方向の位置により変化し、光の干渉開始から徐々に増加し、ある一定量で飽和する。 The offset fluctuation amount OFCH due to the light leaked from the upper digit slit row 21 on the glass scale 11 changes depending on the vertical position of the glass scale 11 and the slider unit 15 and gradually increases from the start of the light interference, and is a certain amount. Saturates at.
この下位桁検出部２２のオフセット変動量ＯＦＣＨを検出することで、ガラススケール１１と受光ユニット２４間の相対的な上下方向の位置を把握することができ、上下方向の取り付け精度が守られないことによる接触を防止することが可能である。 By detecting the offset fluctuation amount OFCH of the lower digit detector 22, the relative vertical position between the glass scale 11 and the light receiving unit 24 can be grasped, and the vertical mounting accuracy cannot be maintained. It is possible to prevent contact due to.
なお、スライダユニット１５が、スケールユニット１０に対して下方向にズレて取り付けられ、下位桁スリット列２０の透過光の一部が、上位桁検出部２３に入射する場合も有り得る。この場合でも、各ユニット１５，１０が互いに接触して損傷するおそれがある。しかし、この場合、下位桁スリット列２０の透過光が、上位桁検出部２３の検出信号Ｈａ１，Ｈａ２，Ｈｂ１，Ｈｂ２に与える影響は、小さいため、下方向へのズレを検出することは難しい。そこで、スライダユニット１５を組み付け調整する際には、下方向へのズレが発生しないように、スライダユニット１５を、適切位置よりもやや高めの位置にまず組み付ける。そして、その状態で検出されたズレ量ＭＶに基づいて、スライダユニット１５を適正位置に調整していく。 In some cases, the slider unit 15 is attached to the scale unit 10 so as to be shifted downward, and a part of the transmitted light of the lower digit slit row 20 enters the upper digit detection unit 23. Even in this case, the units 15 and 10 may come into contact with each other and be damaged. However, in this case, since the influence of the transmitted light of the lower digit slit row 20 on the detection signals Ha1, Ha2, Hb1, and Hb2 of the upper digit detector 23 is small, it is difficult to detect the downward shift. Therefore, when the slider unit 15 is assembled and adjusted, the slider unit 15 is first assembled at a position slightly higher than the appropriate position so that downward displacement does not occur. Then, the slider unit 15 is adjusted to an appropriate position based on the amount of deviation MV detected in this state.
以上の説明から明らかなとおり、本明細書に開示の技術によれば、ガラススケール１１と受光ユニット２４を、上位桁のスリットピッチＰ分だけ相対的に移動させることで、正弦波状に変化する２つの信号ＭＡ、ＭＢのリサージュ波形の中心点ズレ量を計測することにより、上位桁側の光の一部が下位桁側の検出部に入射していることを把握することができる。 As is clear from the above description, according to the technique disclosed in this specification, the glass scale 11 and the light receiving unit 24 are moved relative to each other by the slit pitch P of the upper digit, and thus change to a sine wave shape 2. By measuring the shift amount of the center point of the Lissajous waveforms of the two signals MA and MB, it is possible to grasp that a part of the light on the upper digit side is incident on the detection unit on the lower digit side.
１０ スケールユニット、１１ ガラススケール、１５ スライダユニット、１６ 信号処理回路基板、１８ 発光ユニット、２０ 下位桁スリット列、２１ 上位桁スリット列、２２ 下位桁検出部、２３ 上位桁検出部、２４ 受光ユニット。
10 scale unit, 11 glass scale, 15 slider unit, 16 signal processing circuit board, 18 light emitting unit, 20 lower digit slit row, 21 upper digit slit row, 22 lower digit detector, 23 upper digit detector, 24 light receiving unit.
Claims (2)
前記スケールユニットに対して前記第一方向に変位可能なスライダユニットであって、前記第一、第二スリット列に向かって光を照射する発光ユニットと、前記第一スリット列を透過した光を検出するべく前記第一スリット列に対向配置される第一検出部と、前記第二スリット列を透過した光を検出するべく前記第二スリット列に対向配置された第二検出部と、を有したスライダユニットと、
前記第一、第二検出部それぞれの検出信号から前記スライダユニットの前記第一方向の位置を算出する信号処理部であって、少なくとも前記第一検出部の検出信号から互いに９０度位相のズレた２つの第一周期性信号を生成する信号処理部と、
を備えた光学式エンコーダであって、
前記信号処理部は、前記スライダユニットを第一方向に変位させた際、前記第一周期性信号に含まれるオフセット値を算出し、前記スライダユニットの変位に伴う前記オフセット値の変動量に基づいて、前記スライダユニットの前記スケールユニットに対する第二方向のズレ量を検出する、
ことを特徴とする光学式エンコーダ。 A second slit row that is long in the first direction and a second slit row that is long in the first direction and larger in slit pitch than the first slit row are perpendicular to the first direction. A scale unit arranged adjacent to the direction,
A slider unit that is displaceable in the first direction with respect to the scale unit, the light emitting unit that emits light toward the first and second slit rows, and the light that has passed through the first slit row is detected. A first detector disposed opposite to the first slit row and a second detector disposed opposite to the second slit row to detect light transmitted through the second slit row. A slider unit;
A signal processing unit that calculates the position of the slider unit in the first direction from detection signals of the first and second detection units, and at least 90 degrees of phase shift from the detection signal of the first detection unit. A signal processing unit for generating two first periodic signals;
An optical encoder comprising:
The signal processing unit calculates an offset value included in the first periodic signal when the slider unit is displaced in the first direction, and based on a variation amount of the offset value accompanying the displacement of the slider unit. Detecting the amount of deviation of the slider unit in the second direction with respect to the scale unit;
An optical encoder characterized by that.
前記スケールユニットに対して前記第一方向に変位可能なスライダユニットであって、前記第一、第二スリット列に向かって光を照射する発光ユニットと、前記第一スリット列を透過した光を検出するべく前記第一スリット列に対向配置される第一検出部と、前記第二スリット列を透過した光を検出するべく前記第二スリット列に対向配置された第二検出部と、を有したスライダユニットと、
前記第一、第二検出部それぞれの検出信号から前記スライダユニットの前記第一方向の位置を算出する信号処理部であって、少なくとも前記第一検出部の検出信号から互いに９０度位相のズレた２つの第一周期性信号を生成する信号処理部と、
を備えた光学式エンコーダにおいて、前記スライダユニットの前記第二方向のズレ量を検出するズレ量検出方法であって、
前記スライダユニットを第一方向に変位させる変位ステップと、
前記変位ステップの実行中に得られる前記第一周期性信号に含まれるオフセット値を算出し、前記スライダユニットの変位に伴う前記オフセット値の変動量に基づいて、前記スライダユニットの前記スケールユニットに対する第二方向のズレ量を検出するステップと、
を含むことを特徴とするズレ量検出方法。
A second slit row that is long in the first direction and a second slit row that is long in the first direction and larger in slit pitch than the first slit row are perpendicular to the first direction. A scale unit arranged adjacent to the direction,
A slider unit that is displaceable in the first direction with respect to the scale unit, the light emitting unit that emits light toward the first and second slit rows, and the light that has passed through the first slit row is detected. A first detector disposed opposite to the first slit row and a second detector disposed opposite to the second slit row to detect light transmitted through the second slit row. A slider unit;
A signal processing unit that calculates the position of the slider unit in the first direction from detection signals of the first and second detection units, and at least 90 degrees of phase shift from the detection signal of the first detection unit. A signal processing unit for generating two first periodic signals;
In the optical encoder comprising: a displacement amount detection method for detecting a displacement amount in the second direction of the slider unit,
A displacement step for displacing the slider unit in a first direction;
An offset value included in the first periodic signal obtained during the execution of the displacement step is calculated, and based on the amount of change in the offset value associated with the displacement of the slider unit, the slider unit relative to the scale unit is calculated. Detecting a deviation amount in two directions;
A displacement amount detection method comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018046288A JP2019158629A (en) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | Optical encoder and shift detection method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018046288A JP2019158629A (en) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | Optical encoder and shift detection method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019158629A true JP2019158629A (en) | 2019-09-19 |
Family
ID=67993363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018046288A Pending JP2019158629A (en) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | Optical encoder and shift detection method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019158629A (en) |
-
2018
- 2018-03-14 JP JP2018046288A patent/JP2019158629A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103759749B (en) | Single-code-channel absolute position encoder | |
| US9651403B2 (en) | Absolute position measurement method, absolute position measurement apparatus and scale | |
| CN105806372B (en) | Encoder for encoding a video signal | |
| US9752901B2 (en) | Scale and optical encoder | |
| JP5837201B2 (en) | Method and apparatus for determining position | |
| JP2012037392A5 (en) | ||
| US9417101B2 (en) | Optical encoder with a scale that has fine and coarse pitch patterns | |
| JP5887064B2 (en) | Optical encoder | |
| JP5128368B2 (en) | Scale and encoder for encoder | |
| EP2662668B1 (en) | Scale, vernier encoder and apparatus using the same | |
| JP5595148B2 (en) | Absolute encoder | |
| CN104457805A (en) | ENCODER AND APPARATUS USING the ENCODER | |
| JP5974329B2 (en) | Photoelectric encoder | |
| JP2011164029A (en) | Photoelectric encoder | |
| JP6114538B2 (en) | Photoelectric absolute position detector and its mounting method | |
| JP6308739B2 (en) | POSITION DETECTION DEVICE, LENS DEVICE HAVING THE SAME, IMAGE READING DEVICE, AND IMAGE FORMING DEVICE | |
| JP2019158629A (en) | Optical encoder and shift detection method | |
| JP6074672B2 (en) | Displacement detection device, displacement detection method, and displacement detection program | |
| JP6427093B2 (en) | Optical position measuring device | |
| JP2008232705A (en) | Photoelectric encoder | |
| KR101361625B1 (en) | Position Measuring Apparatus and Position Measuring Method | |
| JP2015087193A (en) | Position detection device and lens device including the same and imaging device | |
| JP6087722B2 (en) | Origin signal generator and origin signal generation system | |
| JP2011145151A (en) | Method of evaluating shape error of diffraction grating | |
| JP2016050886A (en) | Optical linear encoder |