JP2023146259A - 位置測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、位置測定装置とスケールの位置関係を高精度で測定することを目的とする。【解決手段】行選択部４０は、画像センサ１８における複数の画素行のうちいずれかを選択する。列選択読み出し部４２は、行選択部４０によって選択された画素行に属する複数の画素から、画素値を行方向に順次読み出す。制御部は、スケールに設けられたマーカペアの検出位置を、列選択読み出し部４２によって読み出された画素値に基づいて求める。行選択部４０は、複数の画素行のうちマーカペアの上側部分に対応する画素行を選択する上側選択処理と、下側部分に対応する画素行を選択する下側選択処理とを実行する。制御部は、上側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値と、下側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値とを合成した検出信号のゼロクロスポイントに基づいて検出位置を求める。【選択図】図３

Description

本発明は、位置測定装置に関し、特に、マーカまたはマーカコイルが設けられたスケールの位置を光学的または電磁気的に測定する装置に関する。

各種産業分野およびサービス業分野において用いられる製造装置、測定装置等は、処理対象物やセンサを移動させる可動部を備えている。可動部の動作を制御するため、このような装置には可動部の位置を測定する位置測定装置が用いられている。例えば、工作機械には、加工対象物がテーブルの上に載せられ、加工対象物の所望の位置にドリルが接触するようにテーブルまたはドリルを移動させるものがある。可動部としてのテーブルまたはドリルの位置を測定するため、工作機械には位置測定装置としてリニアエンコーダが設けられる。

リニアエンコーダには、例えば、光学式や磁気式のリニアエンコーダがある。光学式のリニアエンコーダでは、複数の目盛（マーカ）が直線状に配列されたスケールが可動部に固定され、光センサによって各マーカが検出される。リニアエンコーダは、検出されたマーカの位置に基づいてスケールの位置を測定する。磁気式のリニアエンコーダでは、複数の磁石が直線状に配列されたスケール、あるいはコイルが配置されたスケールが可動部に固定され、磁気センサによって各磁石またはコイルの各ループ区間が検出される。リニアエンコーダは、検出された磁石またはループ区間の位置に基づいてスケールの位置を測定する。

以下の特許文献１には、磁気式のリニアエンコーダが記載されている。特許文献３には、光学式のリニアエンコーダが記載されている。特許文献２には、磁気式および光学式のいずれにも構成し得るリニアエンコーダが記載されている。

特開２０１５－１４５８５８号公報 特開２０１１－２３２０７４号公報 特開２０１０－１４５２０１号公報

従来のリニアエンコーダでは、スケールの位置を検出するのに長時間を要することがあり、スケールが高速に移動した場合には、測定値に含まれる誤差が大きくなってしまう場合があった。

本発明は、位置測定装置とスケールの位置関係を高精度で測定することを目的とする。

本発明は、行方向および列方向に２次元配列された複数の画素を備える画像センサと、行方向に配列された複数の画素によってそれぞれが構成された複数の画素行のうち、いずれかを選択する行選択部と、前記行選択部によって選択された画素行に属する複数の画素から、画素値を行方向に順次読み出す列選択読み出し部と、スケールに設けられたマーカの検出位置であって、前記画像センサにおける検出位置を、前記列選択読み出し部によって読み出された画素値に基づいて求め、前記検出位置に基づいて、前記画像センサと前記スケールとの位置関係を測定する制御部と、を備え、前記行選択部は、複数の画素行のうち前記マーカの上側部分に対応する画素行を選択する上側選択処理と、複数の画素行のうち前記マーカの下側部分に対応する画素行を選択する下側選択処理と、を実行し、前記上側部分は、前記マーカの基準位置から行方向に沿った一方方向に向かって上側に広がる形状を有し、前記下側部分は、前記マーカの基準位置から行方向に沿った反対方向に向かって下側に広がる形状を有し、前記制御部は、前記上側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値と、前記下側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値とを合成して検出信号を生成し、前記検出信号のゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求めることを特徴とする。

望ましくは、前記制御部は、前記検出信号をリバーシブルシフトレジスタに記憶させ、前記列選択読み出し部および前記制御部は、前記リバーシブルシフトレジスタに記憶される前記検出信号のゼロクロスポイントを追従検出する処理を実行し、前記制御部は、追従検出されたゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求める。

望ましくは、前記制御部は、前記スケールに設けられた複数の前記マーカについての複数の前記検出位置を求め、複数の前記検出位置に基づいて、前記画像センサと前記スケールとの位置関係を求めるための測定値を平均化する。

また、本発明は、延伸方向を揃えて測定軸方向に並べられた複数の電磁誘導線と、複数の前記電磁誘導線のうちいずれかを前記測定軸方向に順次選択し、選択した前記電磁誘導線に電流を流す選択部と、前記電磁誘導線に交わる方向に延びる区間を有する受信コイルと、を含むスライダと、前記測定軸方向に交わる方向に延伸し、複数の前記電磁誘導線が並べられた面と対向する面で周回し、スケールに設けられたマーカコイルと、前記受信コイルに誘導起電力が発生したときに、前記選択部によって選択されていた前記電磁誘導線の前記スライダにおける検出位置に基づいて、前記スライダと前記スケールとの位置関係を測定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記誘導起電力に基づく検出信号のゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求めることを特徴とする。

望ましくは、前記制御部は、前記検出信号をリバーシブルシフトレジスタに記憶させ、前記選択部および前記制御部は、前記リバーシブルシフトレジスタに記憶される前記検出信号のゼロクロスポイントを追従検出し、前記制御部は、追従検出されたゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求める。

望ましくは、前記制御部は、前記スケールに設けられた複数の前記マーカコイルについての複数の前記検出位置を求め、複数の前記検出位置に基づいて、前記スライダと前記スケールとの位置関係を求めるための測定値を平均化する。

望ましくは、前記制御部は、前記検出信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタル化および補間された前記検出信号のゼロクロスポイントを検出する。

望ましくは、前記追従検出によって求められる前記検出位置の変動と、前記スケールが取り付けられた装置の状態と、に基づいて機械学習モデルを構築するＡＩ学習部を備える。

望ましくは、前記ＡＩ学習モデルは、前記検出位置を前記機械学習モデルに当て嵌めて、搭載先の工作機械の異常を検出する。

本発明によれば、位置測定装置とスケールの位置関係を高精度で測定することができる。

リニアエンコーダを構成する画像センサおよびスケールを示す図である。 画像センサユニットの構成を示す図である。 画像センサの構成を示す図である。 リニアエンコーダを構成する画像センサおよびスケールを示す図である。 検出信号の値と共に、マーカペアの形状を示す図である。 ４個のマーカペアが検出されるスケールおよび画像センサを示す図である。 第２実施形態に係るリニアエンコーダの構成を示す図である。 コードパターンの拡大図を模式的に示す図である。 スライダの構成を示す図である。 受信アンプから出力される検出信号を示す図である。 受信信号の時間波形の概形を示す図である。 ＡＩ学習部が設けられたリニアエンコーダを示す図である。 ４個のマーカコイルが検出されるスケールおよびスライダを示す図である。

各図を参照して本発明の実施形態について説明する。複数の図面に示された同一の事項については同一の符号を付してその説明を簡略化する。本願明細書における上下左右等の用語は、図面における方向を示す。これらの方向を示す用語は説明の便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。以下の説明では、本発明の実施形態に係るリニアエンコーダ（位置測定装置）が、可動テーブルを備える工作機械に用いられる例について述べる。ただし、本発明に係る位置測定装置は、工作機械の他、その他の製造装置、測定装置、ロボット等に用いられてもよい。この場合、位置測定装置は、搭載先の装置における可動部材を測定対象物とし、可動部材の位置を測定する。

図１には、本発明の第１実施形態に係るリニアエンコーダを構成する画像センサ１８およびスケール１０が示されている。画像センサ１８には、図の右方向をｘ軸正方向とし、下方向をｙ軸正方向とするｘｙ座標系が定義されている。画像センサ１８は、工作機械における非可動な固定部材に固定されている。ｘｙ座標系の原点は、工作機械の固定部材における基準点となる。

スケール１０は、ｘ軸方向に延伸する帯状部材１２によって形成されている。帯状部材１２は可動テーブルに固定されており、矢印２０で示されているように、可動テーブルと共にｘ軸方向に移動する。スケール１０には、ｙ軸方向に延びる基準線ＬＺが定められており、スケール１０の位置は基準線ＬＺのｘ軸座標値として定義される。スケール１０が固定された可動テーブルの位置も同様に、基準線ＬＺのｘ軸座標値として定義される。なお、基準線ＬＺは仮想的な直線であり、必ずしも帯状部材１２に表記されていなくてもよい。

帯状部材１２の上側には、第１位置検出用パターン２４が描かれている。すなわち、帯状部材１２の上側には、ｘ軸方向に等しい間隔を隔てるように複数のマーカ片１４Ｐが描かれている。各マーカ片１４Ｐの形状は、右下の角が直角であり、右側の辺がｙ軸方向に延びる直角三角形である。

各マーカ片１４Ｐの右側には、アブソリュートコード１６が描かれている。アブソリュートコード１６は、太さが異なる複数の縦線がｘ軸方向に並べられたバーコードであってよい。アブソリュートコード１６は、直近の左側に描かれたマーカ片１４Ｐと、その下方に描かれた後述のマーカ片１４Ｎに対応するアブソリュート位置を表す。マーカ片１４Ｐおよびマーカ片１４Ｎに対応するアブソリュート位置は、マーカ片１４Ｐおよびマーカ片１４Ｎが仮にｘ＝０の位置にあるとした場合における基準線ＬＺのｘ軸座標値として定義される。

帯状部材１２の下側には第２位置検出用パターン２６が描かれている。すなわち、第２位置検出用パターン２６は、第１位置検出用パターン２４からアブソリュートコード１６を取り除き、各マーカ片１４Ｐを１８０°だけ回転させてマーカ片１４Ｎとしたものに相当する。第２位置検出用パターン２６に属するマーカ片１４Ｎの斜辺上端のｘ軸上の位置は、第１位置検出用パターン２４に属するマーカ片１４Ｐの斜辺下端のｘ軸上の位置と一致している。以下の説明では、上下に近接するマーカ片１４Ｐおよびマーカ片１４Ｎの対を、マーカペア２２（マーカ）ということがある。マーカペア２２、マーカ片１４Ｐおよびマーカ片１４Ｎの位置（マーカペア２２の基準位置）は、マーカ片１４Ｐの斜辺下端のｘ軸上の位置、あるいは、マーカ片１４Ｎの斜辺上端のｘ軸上の位置として定義される。

このように、マーカ片１４Ｐおよびマーカ片１４Ｎのそれぞれの形状は、直角二等辺三角形である。マーカペア２２の上側部分であるマーカ片１４Ｐは、マーカペア２２の基準位置からｘ軸に沿った一方方向に向かって上側に広がる形状を有している。マーカペア２２の下側部分であるマーカ片１４Ｎは、マーカペア２２の基準位置からｘ軸に沿った反対方向に向かって下側に広がる形状を有している。

各マーカペア２２および各アブソリュートコード１６は、光を反射する材料で形成されてよい。帯状部材１２は、剛性の材料の他、可撓性の材料によって形成されてよい。

画像センサ１８は、画像を検出する検出面を第１位置検出用パターン２４および第２位置検出用パターン２６側に向けて、スケール１０よりも手前側に配置されている。スケール１０は、ｘ軸方向に移動する可動テーブルと共にｘ軸方向に移動する。画像センサ１８の検出面には、光を検出する複数の画素が２次元配列されており、以下に説明する処理によって、スケール１０に描かれた各位置検出パターンを認識する。

なお、画像センサ１８が各位置検出用パターンを認識するため、リニアエンコーダには、画像センサ１８とスケール１０との間に光を照射する照射装置が設けられてもよい。

図２には、リニアエンコーダにおける画像センサユニット１００の構成が示されている。画像センサユニット１００は、画像センサ１８、行選択部４０、列選択読み出し部４２、読み出し制御部５０Ａ、選択出力部５０ＢおよびＡＩ学習部５７を備えている。読み出し制御部５０Ａは、行選択部４０、列選択読み出し部４２および選択出力部５０Ｂを制御する。列選択読み出し部４２から選択出力部５０Ｂには、画像センサ１８によって得られた値が出力される。選択出力部５０Ｂは、画像センサ１８によって得られた値に基づいて、読み出し制御部５０Ａに検出信号を出力する。

読み出し制御部５０Ａは、外部から読み込まれたプログラム、または予め記憶されたプログラムを実行するプロセッサによって構成されてよい。行選択部４０および列選択読み出し部４２は、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子を含む電子回路によって構成されてよい。

読み出し制御部５０Ａおよび選択出力部５０Ｂは、マーカペア２２の検出位置を列選択読み出し部４２によって読み出された画素値に基づいて求め、検出位置に基づいて、画像センサ１８とスケール１０との位置関係を測定する制御部を構成する。行選択部４０は、複数の画素行のうちマーカ片１４Ｐ（マーカペア２２の上側部分）に対応する画素行を選択する上側選択処理を実行する。また、行選択部４０は、複数の画素行のうちマーカ片１４Ｎ（マーカペア２２の下側部分）に対応する画素行を選択する下側選択処理を実行する。制御部としての読み出し制御部５０Ａおよび選択出力部５０Ｂは、上側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値と、下側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値とを合成して検出信号を生成し、検出信号のゼロクロスポイントに基づいて検出位置を求める。読み出し制御部５０Ａは、検出信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタル化および補間された検出信号のゼロクロスポイントを検出してよい。

図３には、画像センサ１８の構成が示されている。この図では左方向がｘ軸正方向とされている。すなわち、この図には、スケール１０から画像センサ１８側を見た構成が示されている。

画像センサ１８では、画素（０，０）～画素（ｎ－１，ｍ－１）によって形成される画像の平面にｘｙ座標が定義される。画素（０，０）の位置がｘｙ座標系の原点とされている。画素（０，０）～画素（０，ｍ－１）を通る座標軸がｙ軸として定義され、画素（０，０）～画素（ｎ－１，０）を通る座標軸がｘ軸座標として定義されている。読み出し制御部５０Ａは、各画素（ｉ，ｊ）の位置をｘｙ座標系での座標値（ｘ、ｙ）＝（ｘｉ，ｙｊ）によって記憶する。

画像センサ１８には、ｙ軸方向（列方向）にｍ個の画素３０が配列され、ｘ軸方向（行方向）にｎ個の画素３０が配列されるように、ｎ×ｍ個の画素３０が２次元配列されている。画素行Ｂ_０～Ｂ_ｍ－１のそれぞれは、ｘ軸方向に配列されたｎ個の画素３０から構成されている。画素行Ｂ_０～Ｂ_ｍ－１は、上から下に向かって、すなわちｙ軸正方向に向かってこの順序で配置されている。画素列Ａ_０～Ａ_ｎ－１のそれぞれは、ｙ軸方向に配列されたｍ個の画素３０から構成されている。画素列Ａ_０～Ａ_ｎ－１は、右から左に向かって、すなわちｘ軸正方向に向かってこの順序で配置されている。

画素行Ｂ_０～Ｂ_ｍ－１に対しては、それぞれ、選択信号線β_０～β_ｍ－１が設けられている。選択信号線β_０～β_ｍ－１は行選択部４０に接続されている。画素列Ａ_０～Ａ_ｎ－１に対しては、それぞれ、読み出し線α_０～α_ｎ－１が設けられている。読み出し線α_０～α_ｎ－１の一端は、それぞれ、ノイズキャンセル回路ＮＣ_１～ＮＣ_ｎ－１の一端に接続されている。列選択読み出し部４２は、読み出しスイッチＳ_０～Ｓ_ｎ－１を備えている。ノイズキャンセル回路ＮＣ_１～ＮＣ_ｎ－１の他端は、それぞれ、読み出しスイッチＳ_０～Ｓ_ｎ－１の一端に接続され、読み出しスイッチＳ_０～Ｓ_ｎ－１の他端は、選択出力部５０Ｂの入力端子に接続されている。

各画素３０は、フォトダイオード３２および画素アンプ３４を備えている。フォトダイオード３２のアノードは接地導体に接続されている。フォトダイオード３２のカソードは、画素アンプ３４の入力端子に接続されている。画素列Ａ_ｉに属する画素３０における画素アンプ３４の出力端子は、読み出し信号線α_ｉに接続されている。画素行Ｂ_ｊに属する画素３０における画素アンプ３４の制御端子は、選択信号線β_ｊに接続されている。ここで、ｉは０～ｎ－１のうちいずれかの整数であり、ｊは０～ｍ－１のうちいずれかの整数である。また、画素アンプ３４は、制御端子の電圧がハイであるときにオンとなり、制御端子の電圧がローであるときにオフとなる。

行選択部４０は、画素行Ｂ_０～Ｂ_ｍ－１のうち、画素電圧を読み出すべき画素行に対応する選択信号線の電圧をハイとし、その他の選択信号線の電圧をローとする。画素行Ｂ_０～Ｂ_ｍ－１のうち、選択信号線の電圧がハイとなった画素行Ｂ_ｊに属する各画素３０における画素アンプ３４がオンになる。フォトダイオード３２に光が照射されると、フォトダイオード３２は画素アンプ３４に電圧（画素電圧）を出力する。画素アンプ３４は、フォトダイオード３２から出力された画素電圧を増幅し、読み出し信号線に出力する。

読み出しスイッチＳ_０～Ｓ_ｎ－１のうち、画素アンプ３４の出力電圧が読み出される画素列Ａ_ｉに対応する読み出しスイッチＳ_ｉがオンとされる。選択信号線β_ｊの電圧がハイとなった画素行Ｂ_ｊに属するｎ個の画素３０のうち、画素列Ａ_ｉに属する画素３０における画素アンプ３４の出力電圧が、ノイズキャンセル回路ＮＣ_ｉおよび読み出しスイッチＳ_ｉを介して選択出力部５０Ｂに出力される。ノイズキャンセル回路ＮＣ_ｉは、画素アンプ３４の出力電圧に含まれるノイズ電圧を低減または除去する。

行選択部４０については、上側の複数の画素行を同時に選択する上選択状態と、下側の複数の画素行を同時に選択する下選択状態が交互に繰り返される。列選択読み出し部４２は、行選択部４０が上選択状態となった後に下選択状態となる１サイクルにつき１つの列を選択する。すなわち、列選択読み出し部４２は、行選択部４０によって同時に選択された上側の複数の画素行から画素値を読み出す処理を実行し、続いて、行選択部４０によって同時に選択された下側の複数の画素行から画素値を読み出す処理を、各行について実行する。

上選択状態において選択された上側の複数行に属する複数の画素のうち、列選択読み出し部４２が選択する１列に属する複数の画素から出力される画素値が合成される。そして、合成画素値が、その１列の上側に対応する検出値として列選択読み出し部４２から選択出力部５０Ｂに出力される。ここで、合成画素値は、上選択状態において選択された上側の複数行に属し、かつ、列選択読み出し部４２が選択する１列に属する複数の画素のそれぞれにおけるフォトダイオード３２に蓄積された電荷の放電に基づく。

続いて、下選択状態において選択された下側の複数行に属する複数の画素のうち、列選択読み出し部４２が選択する１列に属する複数の画素から出力される画素値が合成される。そして、合成画素値が、その１列の下側に対応する検出値として列選択読み出し部４２から選択出力部５０Ｂに出力される。

上選択状態では、行選択部４０が、第０行目～第Ｌ－１行目までのＬ本の選択信号線β_０～β_Ｌ－１の電圧を同時にハイとし、その他の選択信号線の電圧をローとする。下選択状態では、行選択部４０が、第Ｌ行目～第２Ｌ－１行目までのＬ本の選択信号線β_Ｌ～β_２Ｌ－１の電圧を同時にハイとし、その他の選択信号線の電圧をローとする。上選択状態に続いて下選択状態となる１サイクルごとに、読み出しスイッチＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２、・・・・・、Ｓ_ｎ－１が１つずつ順に選択され、選択されたスイッチが少なくとも１サイクルの間オンとされる。このような水平方向走査が、同時に選択された複数画素行Ｂ_０～Ｂ_Ｌ－１および同時に選択された複数画素行Ｂ_Ｌ～Ｂ_２Ｌ－１について行われる。

選択出力部５０Ｂは、正極スイッチ４６Ｐ、正極アンプ４４Ｐ、負極スイッチ４６Ｎ、負極アンプ４４Ｎおよび出力アンプ４８を備えている。正極スイッチ４６Ｐは、列選択読み出し部４２の出力端子と正極アンプ４４Ｐの入力端子との間に接続されている。負極スイッチ４６Ｎは、列選択読み出し部４２の出力端子と負極アンプ４４Ｎの入力端子との間に接続されている。正極アンプ４４Ｐの出力端子は出力アンプ４８の正極端子に接続され、負極アンプ４４Ｎの出力端子は出力アンプ４８の負極端子に接続されている。

行選択部４０が、上選択状態にあるときには正極スイッチ４６Ｐがオンになり、負極スイッチ４６Ｎがオフになる。この状態で、列選択読み出し部４２から出力された検出値は、正極アンプ４４Ｐを介して出力アンプ４８の正極端子に入力される。出力アンプ４８は、正極端子に入力された検出値をその極性を維持したまま、読み出し制御部５０Ａに出力する。

行選択部４０が、下選択状態にあるときには正極スイッチ４６Ｐがオフになり、負極スイッチ４６Ｎがオンになる。この状態で、列選択読み出し部４２から出力された検出値は、負極アンプ４４Ｎを介して出力アンプ４８の負極端子に入力される。出力アンプ４８は、負極端子に入力された画素合成値をその極性を逆にして読み出し制御部５０Ａに出力する。

これによって、第０列～第ｎ－１列のそれぞれの上下の検出値が検出信号として、選択出力部５０Ｂから読み出し制御部５０Ａに順に出力される。すなわち、画素（０，０）～画素（０，Ｌ－１）の検出値および画素（０，Ｌ）～画素（０，２Ｌ－１）の検出値、画素（１，０）～画素（１，Ｌ－１）の検出値および画素（１，Ｌ）～画素（１，２Ｌ－１）の検出値、画素（２，０）～画素（２，Ｌ－１）の検出値および画素（２，Ｌ）～画素（２，２Ｌ－１）の検出値、・・・・・画素（ｎ－１，０）～画素（ｎ－１，Ｌ－１）の検出値および画素（ｎ－１，Ｌ）～画素（ｎ－１，２Ｌ－１）の検出値が検出信号として、選択出力部５０Ｂから読み出し制御部５０Ａに順に出力される。

なお、画像センサユニット１００は、ｎ×ｍ個の画素から画素値を順に取得することで、１枚の画像に対応する画像データを生成してよい。この場合、選択出力部５０Ｂにおける正極スイッチ４６Ｐはオンとされ、負極スイッチ４６Ｎはオフとされる。行選択部４０は、選択信号線β_ｊの電圧をハイとし、その他の選択信号線の電圧をローとしている間に、読み出しスイッチＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２、・・・・・、Ｓ_ｎ－１を順に一定時間だけオンとする。この水平方向走査が各画素行Ｂ_０～Ｂ_ｍ－１について順に行われる。これによって、画素（０，０）、画素（１，０）、画素（２，０）、・・・・・画素（ｎ－１，０）、画素（０，１）、画素（１，１）、画素（２，１）、・・・・・画素（ｎ－１，１）、・・・・・画素（０，ｍ－１）、画素（１，ｍ－１），画素（２，ｍ－１）、・・・・・画素（ｎ－１，ｍ－１）の画素値が画像データとして、列選択読み出し部４２から選択出力部５０Ｂを介して読み出し制御部５０Ａに順に出力される。ただし、画素（ｉ，ｊ）は、画素列Ａ_ｉに属し、かつ、画素行Ｂ_ｊに属する画素３０を示す。読み出し制御部５０Ａは、画素（０，０）～画素（ｎ－１，ｍ－１）の各画素値によって画像を認識する。

図４には、スケール１０および画像センサ１８が示されている。この図では、画像センサ１８における検出面でない反対側の面が手前側に向けられている。スケール１０におけるマーカペア２２－１～２２－４と、アブソリュートコード１６－１～１６－４が示されている。説明の便宜上、マーカペア２２－２およびアブソリュートコード１６－２は、画像センサ１８を透過させて示されている。

図４に示されている状態を測定開始の状態として、リニアエンコーダの動作について説明する。読み出し制御部５０Ａは、画像センサ１８から検出信号を読み込んでマーカペア２２－２を検出すると共に、画像センサ１８から画像データを読み込んでアブソリュートコード１６－２を読み取る。

図５には、選択出力部５０Ｂから読み出し制御部５０Ａに出力される検出信号Ｅ（ｘ）の値と共に、マーカペア２２の形状が示されている。横軸はｘ軸であり、縦軸は検出信号Ｅ（ｘ）の値を示す。列選択読み出し部４２が、時間ｔが経過すると共に、第０列、第１列、第２列、・・・・・の順に検出値を順次出力する場合、ｘ軸の正方向は、時間ｔ軸の正方向に対応する。検出信号Ｅ（ｘ）は、マーカペア２２の検出位置（マーカ片１４Ｐの斜辺下端の位置、またはマーカ片１４Ｎの斜辺上端の位置）に値が０となるゼロクロスポイントＺＰを有する。

読み出し制御部５０Ａは、行選択部４０、列選択読み出し部４２および選択出力部５０Ｂを制御して、上選択状態および下選択状態のそれぞれについて、画素列Ａ_０～Ａ_ｎ－１から検出値を取得することで検出信号Ｅ（ｘ）を取得する。読み出し制御部５０Ａは、検出信号Ｅ（ｘ）に基づいて、検出信号Ｅ（ｘ）のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘ０として求める。

次に、読み出し制御部５０Ａは、画素列Ａ_０～Ａ_ｎ－１のうち、追従位置ｘ０を含むｘ軸座標範囲にあるＫ列の画素列について追従用検出信号Ｅ０（ｘ）を求め、追従用検出信号Ｅ０（ｘ）のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘ１として求める。ここで、Ｋは、ｎよりも小さい正の整数である。同様に、読み出し制御部５０Ａは、画素列Ａ_０～Ａ_ｎ－１のうち、追従位置ｘ１を含むｘ軸座標範囲にあるＫ列の画素列について追従用検出信号Ｅ１（ｘ）を求め、追従用検出信号Ｅ１（ｘ）のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘ２として求める。・・・・・・このように、読み出し制御部５０Ａは、画素列Ａ_０～Ａ_ｎ－１のうち、追従位置ｘｑを含むｘ軸座標範囲にあるＫ列の画列について追従用検出信号Ｅｑ（ｘ）を求め、追従用検出信号Ｅｑ（ｘ）のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘｑ＋１として求める。・・・・・・。ここで、ｑは０または正の整数である。

このような追従検出処理は、読み出し制御部５０Ａが備えるＫ段のリバーシブルシフトレジスタ５２を用いて実行される。読み出し制御部５０Ａは、画素列Ａ_０～Ａ_ｎ－１のうち、ゼロクロスポイントを含むｘ軸座標範囲にあるＫ列の画素列から取得される追従用検出信号Ｅｑ（ｘ）のＫ個の離散値を、Ｋ段のリバーシブルシフトレジスタ５２に記憶させる。読み出し制御部５０Ａは、Ｋ段のリバーシブルシフトレジスタ５２に記憶されたＫ個の離散値に基づいて、ゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘｑ＋１として求める。このように、読み出し制御部５０Ａは、追従用検出信号のＫ個の離散値をＫ段のリバーシブルシフトレジスタ５２に記憶する。読み出し制御部５０Ａは、さらに、Ｋ段のリバーシブルシフトレジスタ５２に記憶されたＫ個の離散値に基づいて、ゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を求めることで追従位置を求める処理を、時間経過と共に繰り返し実行する。

読み出し制御部５０Ａは、マーカペア２２－２に対して求められた追従位置（検出位置）として、ｘ軸座標値ｘ＝Ｘｐを求める。以下の説明では、ｘ軸座標値で表されたマーカペア２２－２の位置をインクリメント位置ｘ＝Ｘｐという。

また、読み出し制御部５０Ａは、画像センサ１８によって得られた画像データに基づいて、アブソリュートコード１６－２の読み取りを、例えば次のような処理によって行う。読み出し制御部５０Ａは、画像データからバーコードとしてのアブソリュートコード１６－２を認識し、アブソリュートコード１６－２に対応する画素範囲におけるｘ軸方向の画素値の配列を２進数に置き換える。読み出し制御部５０Ａは、この２進数から、ｘ軸座標値で表されたマーカペア２２－２に対応するアブソリュート位置ｘ＝Ｘａを読み取る。アブソリュート位置は、仮にマーカペア２２－２がｘ軸座標値ｘ＝０の位置にあったとした場合における基準線ＬＺのｘ軸座標値として定義される。

読み出し制御部５０Ａは、（数１）に示されているように、アブソリュート位置ｘ＝Ｘａにインクリメント位置ｘ＝Ｘｐを加算することで、ｘ軸座標値で表された基準線ＬＺの位置、すなわち、可動テーブルの位置ｘ＝Ｕを求める。

（数１）Ｕ＝Ｘａ＋Ｘｐ

可動テーブルがｘ軸方向に移動した場合、これと共にスケール１０もｘ軸方向に移動する。スケール１０が移動したことによって、読み出し制御部５０Ａが検出するマーカペア２２が、別のマーカペア２２に入れ替わったときは、先に検出したマーカペア２２に基づいて基準線ＬＺの位置を求める処理と同様の処理によって、新たに検出したマーカペア２２に基づいて基準線ＬＺの位置を求める。このような処理によって、読み出し制御部５０Ａは、可動テーブルがｘ軸方向に移動したときにおいても、順次、ｘ座標値で表された基準線ＬＺの位置、すなわち、可動テーブルの位置を求める。

本実施形態に係るリニアエンコーダには、人工知能（ＡＩ）による機械学習によって、リニアエンコーダの搭載先の工作機械の異常を検出し、アラーム等によってユーザに注意を促すＡＩ学習部５７が設けられている。ＡＩ学習部５７は、読み出し制御部５０Ａによって求められた基準線ＬＺの位置の時間変化（変動）等と、工作機械の異常状態とを対応付けた機械学習モデルを構築する。工作機械の異常には、追従検出処理が確実に行われていないこと、歯車・ボールスクリューのバックラッシュ若しくは破損、可動テーブル摺動面の摩擦過大、可動テーブルの加工送り速度の過大、ドリルの破損、バイトの破損等がある。機械学習モデルを構築したＡＩ学習部５７は、基準線ＬＺの位置を機械学習モデルに当て嵌めることによって、工作機械に異常があるか否かを判定し、異常があると判定したときは、アラーム、光、画像表示等によってユーザに注意を促してもよい。

本実施形態に係るリニアエンコーダでは、マーカペア２２を構成するマーカ片１４Ｐおよびマーカ片１４Ｎが、ｙ軸方向を長手方向とする直角三角形状に描かれている。したがって、各マーカ片の一部に異物が付着していたとしても、マーカペア２２のゼロクロスポイントを検出することができれば、マーカペア２２のｘ座標値が求められる。したがって、本実施形態に係るリニアエンコーダによれば、スケール１０上に異物が存在する環境下においてスケール１０の位置を検出する性能が向上する。また、本実施形態に係るリニアエンコーダでは、各マーカペア２２は、光を反射する物質を帯状部材１２に設けることで構成される。例えば、反射性の塗料を帯状部材１２に塗布することで各マーカペア２２が形成されてよい。また、本実施形態に係るリニアエンコーダによれば、追従検出処理によってマーカペア２２のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置が追従的に求められる。これによって、リニアエンコーダが可動テーブルの位置を求める精度が向上する。

上記では、マーカペア２２が検出される度にアブソリュートコードを読み取り、マーカペア２２が検出される度に、インクリメント位置およびアブソリュート位置を求める処理について説明した。このような処理の他、スケール１０の移動によって、測定開始時に検出されたマーカペア２２とは異なるマーカペア２２が検出されている場合についても、測定開始時に求められたアブソリュート位置を用いる処理が実行されてもよい。

この場合、読み出し制御部５０Ａは、測定開始時に検出されたマーカペア２２を基準マーカペアとし、現時点で検出されている現時点マーカペアが、基準マーカペアから離れて何番目のマーカペア２２に対応するかを判定する。読み出し制御部５０Ａは、現時点マーカペアが基準マーカペアからｘ軸負方向に離れてＣ番目であると判定したときは、（数２）に示されているように、測定開始時に求められたアブソリュート位置ｘ＝Ｘａに、マーカペア２２の間隔ｄのＣ倍を加算し、さらに、現時点マーカペアのインクリメント位置ｘ＝Ｘｐを加算することで基準線ＬＺの位置ｘ＝Ｕを求める。ここで、マーカカウント値Ｃは正の整数、負の整数、または０である。

（数２）Ｕ＝Ｘａ＋Ｃ・ｄ＋Ｘｐ

読み出し制御部５０Ａは、このような処理を具体的に次のように実行してよい。画像センサ１８にはｘ軸方向の検出範囲ＸＬ≦ｘ≦ＸＨがあるものとする。図２～図４に示されている例ではＸＬ＝０である。読み出し制御部５０Ａは、測定開始時に検出されたマーカペア２２に対応するアブソリュートコードを読み込み、アブソリュート位置ｘ＝Ｘａを求めると共に、測定開始時のマーカカウント値をＣ＝０とする。

読み出し制御部５０Ａは、マーカペア２２を検出した後、追従検出処理によってマーカペア２２の位置を追跡する。読み出し制御部５０Ａは、マーカペア２２のｘ座標値が増加してＸＨに達した後に、ＸＬに戻って再び増加したときは、Ｃを１だけ増加させる。一方、読み出し制御部５０Ａは、マーカペア２２のｘ座標値が減少してＸＬに達した後に、ＸＨに戻って再び減少したときは、Ｃを１だけ減少させる。読み出し制御部５０Ａは、現時点でＸＬ≦ｘ≦ＸＨの範囲で検出されているマーカペア２２のインクリメント位置ｘ＝Ｘｐ、測定開始時に読み込んだアブソリュート位置ｘ＝Ｘａ、現時点におけるマーカカウント値Ｃおよびマーカペア２２の間隔ｄを用いて、基準線ＬＺの位置Ｕ＝Ｘａ＋Ｃ・ｄ＋Ｘｐを求める。

このように、読み出し制御部５０Ａは、マーカペア２２のｘ座標値で表される検出位置（インクリメント位置Ｘｐ）の変化に基づいて、現時点で検出位置が求められた現時点マーカペアが、先にアブソリュート位置が求められた基準マーカペアから離れて何番目のマーカペア２２に対応するかを判定する。読み出し制御部５０Ａは、現時点マーカペアが基準マーカペアからｘ軸負方向に離れてＣ番目であると判定したときは、判定結果（マーカカウント値Ｃ）、先に求められたアブソリュート位置Ｘａおよび検出位置Ｘｐに基づいて、測定対象物としての可動テーブルの位置（基準線ＬＺの位置）Ｕ＝Ｘａ＋Ｃ・ｄ＋Ｘｐを測定する。

このような処理によれば、読み出し制御部５０Ａは、アブソリュートコードを読み込む処理を１度行うのみでよく、新たにマーカペア２２が検出される度にアブソリュートコードを読み込まなくてもよい。これによって、基準線ＬＺの位置、すなわち、測定対象物の位置が迅速に求められる。

なお、工作機械が動作しているときに読み出し制御部５０Ａは、現時点のマーカカウント値Ｃおよびアブソリュート位置Ｘａを記憶する。工作機械の電源がオフにされた後、再びオンにされたときは、読み出し制御部５０Ａは、新たに検出された現時点マーカペアについて得られたインクリメント位置Ｘｐと、先に記憶したマーカカウント値Ｃおよびアブソリュート位置Ｘａに（数２）を適用して基準線ＬＺの位置ｘ＝Ｕを求める。また、一般に工作機械は、異常が発生した際にアラームを発生し、動作を停止する設計となっている。工作機械がアラーム発生と共に停止し、再び動作を開始したときには、工作機械の電源が一旦オフにされ、再びオンにされたときと同様の処理によって、読み出し制御部５０Ａは基準線ＬＺの位置ｘ＝Ｕを求める。

上記では、画像センサ１８によって１個のマーカペア２２が検出されるようにマーカペア２２の間隔ｄが定められた実施形態について説明した。画像センサ１８においては、２個以上のマーカペア２２が検出されてもよい。図６には、画像センサ１８によって４個のマーカペア２１－１～２１－４が検出されるスケール１０および画像センサ１８が示されている。帯状部材１２には、複数のマーカペア２１および複数のアブソリュートコード１６がｘ軸方向に沿って配列されている。画像センサ１８の検出面は、４個のマーカペア２１－１～２１－４および４個のアブソリュートコード１６－１～１６－４に対向し、画像センサ１８は、４個のマーカペア２１－１～２１－４を検出すると共に、４個のアブソリュートコード１６－１～１６－４を撮影する。

測定開始時において、読み出し制御部５０Ａは、検出下にある４個のアブソリュートコード１６－１～１６－４のうちいずれか１つを読み取り、アブソリュート位置ｘ＝Ｘａを求める。ここでは、ｘ座標値が最も小さいマーカペア２１－１に対応するアブソリュートコード１６－１を読み込む例について説明する。

読み出し制御部５０Ａは、画像センサ１８から出力された画像データに基づいてアブソリュートコード１６－１を読み取り、アブソリュート位置ｘ＝Ｘａを求める。また、読み出し制御部５０Ａは、マーカペア２１－１～２１－４のそれぞれのインクリメント位置ｘ＝Ｘｐ１、ｘ＝Ｘｐ２、ｘ＝Ｘｐ３、ｘ＝Ｘｐ４を求める。読み出し制御部５０Ａは、アブソリュート位置ｘ＝Ｘａ、インクリメント位置ｘ＝Ｘｐ１、ｘ＝Ｘｐ２、ｘ＝Ｘｐ３、ｘ＝Ｘｐ４およびマーカペア２１－１～２１－４の間隔Ｄに基づいて、基準線ＬＺの仮位置Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３およびＵ４を求める。すなわち、仮位置Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３およびＵ４は、（数３）～（数６）に従って求められる。

（数３）Ｕ１＝Ｘａ＋Ｘｐ１
（数４）Ｕ２＝Ｘａ＋Ｘｐ２－Ｄ
（数５）Ｕ３＝Ｘａ＋Ｘｐ３－２Ｄ
（数６）Ｕ４＝Ｘａ＋Ｘｐ４－３Ｄ

（数４）～（数６）における「－Ｄ」、「－２Ｄ」、「－３Ｄ」は、アブソリュートコード１６－１が読み込まれたマーカペア２１－１からのマーカペア２１－２～２１－４の距離を負極性にしたものであり、マーカペア２１－１に対応するアブソリュート位置ｘ＝Ｘａが求められたことに対する補正値である。読み出し制御部５０Ａは、仮位置Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３およびＵ４の加算平均値に基づいて、基準線ＬＺの位置を求める。基準線ＬＺの位置ｘ＝Ｕは、（数７）に従って求められる。

（数７）Ｕ＝（Ｕ１＋Ｕ２＋Ｕ３＋Ｕ４）／４

このように、読み出し制御部５０Ａは、スケール１０に設けられた複数のマーカペア２１についての複数の仮位置（検出位置）を求め、複数の仮位置に基づいて、画像センサ１８とスケール１０との位置関係を求めるための測定値を平均化する。複数のマーカペア２１に基づいて複数の仮位置を求め、複数の仮位置の加算平均値に基づいて、基準線ＬＺの位置、すなわち、可動テーブルの位置を求めることで、可動テーブルの位置の測定精度が向上する。

上記では、ｘ座標値が最も小さいマーカペア２１－１に対応するアブソリュートコード１６－１を読み込む例について説明した。その他のマーカペア２１－２～２１－４のうちいずれかに対応するアブソリュートコードを読み込む処理が実行されてもよい。この場合、各マーカペア２１によって求められたインクリメント位置に、アブソリュートコードが読み込まれたマーカペア２１によって求められたインクリメント位置からの補正値が加算または減算され、各マーカペア２１に基づく基準線の仮位置が求められる。

また、上記では、画像センサ１８によって４本のマーカペア２１－１～２１－４が検出されるスケール１０および画像センサ１８が示された。画像センサ１８によって検出されるマーカペア２１の本数は任意である。複数のマーカペア２１が画像センサ１８によって検出される場合には、読み出し制御部５０Ａは、複数のマーカペア２１のうちいずれかに対応するアブソリュートコードを読み込む。読み出し制御部５０Ａは、各マーカペア２１のインクリメント位置に補正値を加算し、各マーカペア２１に基づく基準線ＬＺの仮位置を求める。読み出し制御部５０Ａは、各マーカペア２１に基づく基準線の仮位置の加算平均値に基づいて、基準線ＬＺの位置を求める。

なお、図４に示されたマーカペア２２－１～２２－４の間隔ｄ、および図５に示されたマーカペア２１－１～２１－４の間隔Ｄは、画像センサ１８における画素の数で表現した場合に、１０００画素以上であってよい。また、マーカ片１４Ｐの右側の縦辺と、マーカ片１４Ｎの左側の縦辺との間のｘ軸方向の距離（幅）は、５００μｍ程度であってよい。マーカペア２２のインクリメント位置は、行方向の画素間隔（画素間ピッチＰ）の分解能で求められるため、基準線ＬＺの位置が高い分解能で求められる。また、上記では、アブソリュートコードがバーコードである例について説明した。アブソリュートコードは、ＱＲコード（登録商標）等、その他の規格で定められたコードであってもよい。

また、上記では、マーカペアおよびアブソリュートコードが帯状部材１２に設けられた実施形態について説明した。マーカペアおよびアブソリュートコードは、測定対象物に直接設けられ、測定対象物がスケールとしての機能を有してもよい。

上記では、スケール１０が測定対象物としての可動テーブルに固定され、画像センサ１８が固定部材に固定されたリニアエンコーダについて説明した。スケール１０上の基準線ＬＺの位置は、画像センサ１８上に定義されたｘ軸における座標値によって求められる。リニアエンコーダでは、スケール１０が固定部材に固定され、画像センサ１８が測定対象物に固定されてもよい。マーカ片１４Ｐ、マーカ片１４Ｎおよびアブソリュートコード１６は、固定部材に直接設けられ、固定部材がスケールとしての機能を有してもよい。

この場合、リニアエンコーダは、スケール１０の基準線ＬＺを基準とした画像センサ１８の位置を求める。図４および図６に示されているように、固定部材上には、ｘ軸と同一の方向に向けられたｕ軸が定義される。画像センサ１８の位置は、ｘｙ座標系の原点のｕ軸上の位置、すなわちｕ軸座標値によって表される。読み出し制御部５０Ａは、スケール１０が測定対象物に固定された上記の実施形態における処理と同様の処理を実行する。読み出し制御部５０Ａは、上記の実施形態と同様の処理によって求められた基準線ＬＺのｘ軸座標値ｘ＝Ｕに対し、ｕ軸座標値ｕ＝－Ｕとして画像センサ１８の位置を求める。

このように、本発明の第１実施形態に係る位置測定装置は、画像センサ１８とスケール１０との位置関係を求めるものである。すなわち、本発明の実施形態に係る位置測定装置は、画像センサ１８の位置を基準としたスケール１０の位置を求めてもよいし、スケール１０の位置を基準とした画像センサ１８の位置を求めてもよい。

図７には、本発明の第２実施形態に係るリニアエンコーダ１０２の構成が示されている。リニアエンコーダ１０２は、スライダ６０、スケール６２および制御部８０を備えている。スライダ６０には、右方向をｘ軸正方向（測定軸方向）とし、上方向をｙ軸正方向とするｘｙ座標系が定義されている。スライダ６０は、工作機械における非可動な固定部材に固定されている。ｘ＝０の位置は、工作機械の固定部材における基準位置となる。

スケール６２は、移動方向であるｘ軸方向に延伸する帯状部材６４、帯状部材６４上に配置された複数のマーカコイル６６および複数のコードパターン６８を備えている。帯状部材６４は、剛性の材料や可撓性の材料によって形成されてよい。帯状部材６４は可動テーブルに固定されており、矢印８２で示されているように、可動テーブルと共にｘ軸方向に移動する。スケール６２には、ｙ軸方向に延びる基準線ＬＺが定められており、スケール６２の位置は基準線ＬＺのｘ軸座標値として定義される。スケール６２が固定された可動テーブルの位置も同様に、基準線ＬＺのｘ軸座標値として定義される。なお、基準線ＬＺは仮想的な直線であり、必ずしも帯状部材６４に表記されていなくてもよい。

各マーカコイル６６は、ｙ軸方向を長手方向とする長方形のループを描く。各マーカコイル６６のｘ軸方向の幅は、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であってよい。複数のマーカコイル６６は、長手方向をｙ軸方向に揃えて、ｘ軸方向に所定の間隔を隔てて並べられている。マーカコイル６６が並べられる間隔は、例えば、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってよい。

各マーカコイル６６の右側には、コードパターン６８が配置されている。コードパターン６８は、複数の情報コイル７０によって構成されている。図８には、コードパターン６８の拡大図が模式的に示されている。情報コイル７０は、ｘ軸方向に延びる底辺を有し、ｙ軸方向を高さ方向とする三角形のループを描く。情報コイル７０には、左側の辺が底辺に対して垂直であり、右側の辺を斜辺とする第１直角三角形を描く第１情報コイル７０－１と、右側の辺が底辺に対して垂直であり、左側の辺を斜辺とする第２直角三角形を描く第２情報コイル７０－２がある。後述するように、第１情報コイル７０－１と第２情報コイル７０－２とでは、スライダ６０との間で引き起こされる電磁誘導現象に差異が生じる。そのため、第１情報コイル７０－１および第２情報コイル７０－２によってディジタル信号の「１」と「０」を表現することで、特定のコードが表現され得る。

図８に示されている例では、ｘ軸の正方向に向かって、第１情報コイル７０－１、第１情報コイル７０－１、第２情報コイル７０－２、第２情報コイル７０－２、第１情報コイル７０－１、第２情報コイル７０－２・・・・・第２情報コイル７０－２が順に配置されている。第１情報コイル７０－１にディジタル信号の「０」を対応付け、第２情報コイル７０－２にディジタル信号の「１」を対応付けた場合には、図８に示されているコードパターン６８は、２進数のコード００１１０１・・・・１を示す。

図７に戻って説明する。スライダ６０とコードパターン６８との間の電磁気的な相互作用によって、コードパターン６８が示すアブソリュートコードがスライダ６０で読み込まれ、アブソリュートコードが制御部８０に出力される。ここで、アブソリュートコードは、コードパターン６８の直近の左側に配置されたマーカコイル６６に対応するアブソリュート位置を表すコードである。アブソリュート位置は、例えば、マーカコイル６６が仮にｘ＝０の位置にあるとした場合における基準線ＬＺのｘ軸座標値として定義される。マーカコイル６６の位置は、例えば、マーカコイル６６の中心のｘ軸上の位置として定義される。

スライダ６０は、交流磁界が発生する励磁面をスケール６２側に向けて、スケール６２よりも手前側に配置されている。スライダ６０の励磁面には、交流磁界を発生する複数の電磁誘導線が配置されている。

マーカコイル６６および情報コイル７０には、スライダ６０から交流磁界が与えられると渦電流が流れる。渦電流によって、これらのコイルは、スライダ６０から与えられた交流磁界を打ち消すような応答・交流磁界を発生する。スライダ６０には、応答・交流磁界を受信する受信コイルが設けられている。受信コイルは、応答・交流磁界を受信し、応答・交流磁界に基づく検出信号を制御部８０に出力する。

制御部８０は、プログラムに応じて演算処理を実行するプロセッサによって構成されてよい。制御部８０は、検出信号に基づいてスケール６２の位置を求める。

図９には、スライダ６０の構成が示されている。スライダ６０は、選択部９０、ｎ本の電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎ、受信コイル５６および受信アンプ５８を備えている。選択部９０は、ｎ個のスイッチＷ１～Ｗｎおよび交流電力源９２を備えている。電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎは、ｘｙ座標平面に平行な平面内に配置されている。電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのそれぞれは、ｙ軸方向に延伸方向を揃えてｘ軸方向に所定の配置間隔δを隔てて並べられている。

配置間隔δは、マーカコイル６６のｘ軸方向の幅よりも小さい。すなわち、マーカコイル６６のｘ軸方向の幅は、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎの配置間隔δよりも大きい。電磁誘導線Ｈ１と電磁誘導線Ｈｎとの間の距離は、隣接するマーカコイル６６の間隔よりも短く、例えば、５０ｍｍより長く、１００ｍｍ未満であってよい。ｎは１０００以上であってよい。電磁誘導線Ｈ１はｘ＝０の位置に配置されている。

ｋを１～ｎのうちのいずれかの整数として、電磁誘導線Ｈｋの下端は接地され、上端はスイッチＷｋの一端に接続されている。スイッチＷｋの他端は、交流電力源９２の出力端子に接続されている。交流電力源９２は、スイッチＷｋがオンとなっているときに、電磁誘導線Ｈｋに交流電流を流す。交流電力源９２は、矩形の時間波形を示す電流を電磁誘導線Ｈｋに流してもよいし、正弦波の時間波形を示す電流を電磁誘導線Ｈｋに流してもよい。

受信コイル５６は、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎが配置された平面に平行な平面で略長方形状のループを描き、両端が受信アンプ５８に接続されている。受信コイル５６は、ｘ軸に沿って平行に延びる第１ｘ方向区間５６ｘ１および第２ｘ方向区間５６ｘ２を備えている。また、受信コイル５６は、第１ｘ方向区間５６ｘ１の左端と第２ｘ方向区間５６ｘ２の左端との間を結ぶ第１ｙ方向区間５６ｙ１を備えている。受信コイル５６は、さらに、第１ｘ方向区間５６ｘ１の右端に一端が接続され、ｙ軸負方向に延びて、他端が受信アンプ５８に接続された第２ｙ方向区間５６ｙ２と、第２ｘ方向区間５６ｘ２の右端に一端が接続され、ｙ軸正方向に延びて他端が受信アンプ５８に接続された第３ｙ方向区間５６ｙ３を備えている。

第１ｘ方向区間５６ｘ１のｙ軸上の位置は、マーカコイル６６の上端のｙ軸上の位置の近傍であってよい。また、第２ｘ方向区間５６ｘ２のｙ軸上の位置は、マーカコイル６６の下端のｙ軸上の位置の近傍であってよい。さらに、第１ｙ方向区間５６ｙ１と第２ｙ方向区間５６ｙ２との間隔、および第１ｙ方向区間５６ｙ１と第３ｙ方向区間５６ｙ３との間隔は、電磁誘導線Ｈ１と電磁誘導線Ｈｎとの間隔よりも大きい。

制御部８０は、時間経過と共に順次、スイッチＷ１～Ｗｎのうち１つを選択し、選択したスイッチを所定時間だけオンする。例えば、制御部８０は、スイッチＷ１、Ｗ２、・・・・・・Ｗｎ、Ｗ１、Ｗ２、・・・・・・Ｗｎ、Ｗ１、Ｗ２、・・・・・・の順序で巡回的にスイッチを選択し、選択したスイッチをオンにする。制御部８０は、１つのスイッチがオンになっているときは、他のスイッチがオンにならないように各スイッチＷｋを制御する。これによって、電磁誘導線Ｈ１、Ｈ２、・・・・・・Ｈｎ、Ｈ１、Ｈ２、・・・・・・Ｈｎ、Ｈ１、Ｈ２、・・・・・・の順序で、巡回的に交流電流が流れる。交流電流が流れている電磁誘導線の周囲には、交流磁界が発生する。

電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのそれぞれから発せられる交流磁界に基づく磁束は受信コイル５６に鎖交しないか、その磁束のうち鎖交する成分は微小である。そのため、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのそれぞれから発せられる交流磁界に基づいて受信コイル５６に現れる誘導起電力は０であるか微小である。

電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのうち交流電流が流れている電磁誘導線の近傍に、マーカコイル６６が位置している場合、その電磁誘導線から発せられた交流磁界に基づく磁束がマーカコイル６６に鎖交して、マーカコイル６６に渦電流が流れる。これによって、マーカコイル６６から応答・交流磁界が発せられる。

マーカコイル６６から発せられた応答・交流磁界に基づく磁束は、受信コイル５６に鎖交し、受信コイル５６には、応答・交流磁界に基づく受信電圧（誘導起電力）が発生し、受信電圧が受信アンプ５８に入力される。受信アンプ５８は受信電圧を増幅し、検出信号として制御部８０に出力する。

図１０には、時間経過と共にスイッチＷ１～Ｗｎのうち１つが順次選択され、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎに順次交流電流が流れる場合に、受信アンプ５８から出力される検出信号ＶＲが示されている。横軸は時間ｔを示し縦軸は検出信号ＶＲのレベルを示す。また、時間軸に対応させてｘ軸が示されている。この図に示されている例では、マーカコイル６６の往路１がｘ＝Ｘαの位置にあり、マーカコイル６６の復路３がｘ＝Ｘβの位置にある。ここで、往路１は、マーカコイル６６の左側でｙ軸方向に延びる区間であり、復路３は、マーカコイル６６の右側でｙ軸方向に延びる区間である。往路１と復路３の上端は上端路２で接続され、復路３と往路１の下端は下端路４によって接続されている。なお、往路、復路、上端路および下端路の用語は、マーカコイル６６の構造を説明するための便宜上のものであり、電圧や電流の極性を限定するものではない。また、図１０では、説明の便宜上、マーカコイル６６のｘ軸方向の幅が広く誇張して描かれている。選択部９０による選択動作によって、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・・・ｔ２９には、それぞれ、ｘ＝ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・・・ｘ２９の位置にある電磁誘導線に交流電流が流れる。

検出信号ＶＲは、ｘ＝ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・・・ｘ２９の位置にある電磁誘導線によって、それぞれ、時間ｔ＝ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・・ｔ２９に受信コイル５６に発生した誘導起電力（受信電圧）に基づく離散的な信号である。検出信号ＶＲの離散値は電磁誘導波形５９上にある。電磁誘導波形５９は、横軸を時間軸としたときは誘導起電力の時間波形と捉えられ、横軸をｘ軸としたときは、誘導起電力の空間波形として捉えられる。電磁誘導波形５９は、マーカコイル６６の往路１があるｘ＝Ｘαの位置で負の極大値を有し、マーカコイル６６の復路３があるｘ＝Ｘβの位置で正の極大値を有する。電磁誘導波形５９は、マーカコイル６６の往路１と復路３との間に挟まれる位置で０となる。ここで、電磁誘導波形５９の極性は、受信コイル５６に発生する誘導起電力の位相を示す。すなわち、電磁誘導波形５９の極性が正から負に変化すること、または負から正に変化することは、受信コイル５６に発生する誘導起電力の位相が１８０°反転することを意味する。

制御部８０は検出信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタル化および補間された検出信号のゼロクロスポイントを検出する。すなわち、制御部８０は、検出信号ＶＲの離散値を補間（内挿）した補間検出信号を求め、補間検出信号が０となるゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を求める。

制御部８０が検出信号ＶＲのゼロクロスポイントを追従する処理について説明する。最初に制御部８０は、スイッチＷ１～Ｗｎを順にオンにし、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎに順に交流磁界を発生すること得られた補間検出信号のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘ０として求める。

次に、制御部８０は、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのうち、追従位置ｘ０を含むｘ軸座標範囲にあるＫ本の電磁誘導線に交流磁界を発生させる。この処理は、スイッチＷ１～Ｗｎのうち、追従位置ｘ０を含むｘ軸座標範囲にあるＫ本の電磁誘導線に対応するＫ個のスイッチについて、１つずつ順にオンにする処理を実行することで行われてよい。制御部８０は、これによって得られた検出信号ＶＲの離散値を補間した追従用補間検出信号ＶＲ０（ｘ）を求め、追従用補間検出信号ＶＲ０（ｘ）のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘ１として求める。ここで、Ｋは、ｎよりも小さい正の整数である。

同様に、制御部８０は、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのうち、追従位置ｘ１を含むｘ軸座標範囲にあるＫ本の電磁誘導線に交流磁界を発生させる。制御部８０は、これによって得られた検出信号ＶＲの離散値を補間した追従用補間検出信号ＶＲ１（ｘ）を求め、追従用補間検出信号ＶＲ１（ｘ）のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘ２として求める。・・・・・このように、制御部８０は、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのうち、追従位置ｘｑを含むｘ軸座標範囲にあるＫ本の電磁誘導線に交流磁界を発生させる。制御部８０は、これによって得られた検出信号ＶＲの離散値を補間した追従用補間検出信号ＶＲｑ（ｘ）を求め、追従用補間検出信号ＶＲｑ（ｘ）のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘｑ＋１として求める。・・・・・・ここで、ｑは０または正の整数である。

このような追従検出処理は、制御部８０が備えるＫ段のリバーシブルシフトレジスタ５２を用いて実行される。制御部８０は、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのうち、ゼロクロスポイントを含むｘ軸座標範囲にあるＫ本の電磁誘導線に交流磁界を発生させる。制御部８０は、これによって取得される検出信号ＶＲｑ（ｘ）のＫ個の離散値を、Ｋ段のリバーシブルシフトレジスタ５２に記憶させる。制御部８０は、Ｋ段のリバーシブルシフトレジスタ５２に記憶されたＫ個の離散値に基づいて、追従用補間検出信号ＶＲｑ（ｘ）のゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を、追従位置ｘｑ＋１として求める。このように、制御部８０は、検出信号のＫ個の離散値をＫ段のリバーシブルシフトレジスタ５２に記憶し、Ｋ段のリバーシブルシフトレジスタ５２に記憶されたＫ個の離散値に基づいてゼロクロスポイントのｘ軸上の位置を求めることで、追従位置を求める処理を時間経過と共に繰り返し実行する。

制御部８０は、マーカコイル６６に対して求められた追従位置（検出位置）として、ｘ軸座標値ｘ＝Ｘｐを求める。以下の説明では、ｘ軸座標値で表された，マーカコイル６６の位置をインクリメント位置ｘ＝Ｘｐという。

次に、コードパターン６８を構成する複数の情報コイル７０とスライダ６０との間の相互作用について説明する。電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのうち交流電流が流れている電磁誘導線の近傍に情報コイル７０が位置した場合、情報コイル７０に渦電流が流れて情報コイル７０から応答・交流磁界に基づく磁束が発生し、受信コイル５６に受信電圧（誘導起電力）が発生する。これによって、受信コイル５６から受信アンプ５８に受信電圧が出力される。

図８に示されているように、第１情報コイル７０－１および第２情報コイル７０－２は、右側に斜辺があるか、左側に斜辺があるかが異なる直角三角形である。そのため、第１情報コイル７０－１または第２情報コイル７０－２によって得られる検出信号ＶＲの時間波形は正負が非対称となる。図１１（ａ）には、情報コイル７０が第１情報コイル７０－１である場合の検出信号ＶＲの時間波形の概形が示されている。図１１（ｂ）には、情報コイル７０が第２情報コイル７０－２である場合の検出信号ＶＲの概形が示されている。図１１（ａ）に示されているように、情報コイル７０が第１情報コイル７０－１である場合には検出信号ＶＲの負方向の振れ幅が、正方向の振れ幅よりも大きくなる。一方、１１（ｂ）に示されているように、情報コイル７０が第２情報コイル７０－２である場合には検出信号ＶＲの正方向の振れ幅が、負方向の振れ幅よりも大きくなる。

制御部８０は、検出信号ＶＲの負方向の振れ幅が正方向の振れ幅よりも大きい場合には、検出信号ＶＲをディジタル信号の値「０」に変換し、検出信号ＶＲの正方向の振れ幅が負方向の振れ幅よりも大きい場合には、検出信号ＶＲをディジタル信号の値「１」に変換する。制御部８０は、コードパターン６８を構成する複数の情報コイル７０から得られた検出信号ＶＲをディジタル信号に変換してコード信号を生成する。例えば、図８に示されたコードパターン６８から、制御部８０は、アブソリュートコードを示すコード信号として２進数「００１１０１・・・・１」を生成する。

制御部８０は、アブソリュートコードに基づいてアブソリュート位置ｘ＝Ｘａを求める。制御部８０は、上記（数１）に示されているように、アブソリュート位置ｘ＝Ｘａにインクリメント位置ｘ＝Ｘｐを加算することで、ｘ軸座標値で表された基準線ＬＺの位置、すなわち、可動テーブルの位置ｘ＝Ｕを求める。

可動テーブルがｘ軸方向に移動した場合、これと共にスケール６２もｘ軸方向に移動する。スケール６２が移動したことによって、制御部８０が検出するマーカコイル６６が、別のマーカコイル６６に入れ替わったときは、先に検出したマーカコイル６６に基づいて基準線ＬＺの位置を求める処理と同様の処理によって、新たに検出したマーカコイル６６に基づいて基準線ＬＺの位置を求める。このような処理によって、制御部８０は、可動テーブルがｘ軸方向に移動したときにおいても、順次、ｘ座標値で表された基準線ＬＺの位置、すなわち、可動テーブルの位置を求める。

このように、本発明の実施形態に係るリニアエンコーダ１０２は、基本的な構成としてスライダ６０、マーカコイル６６、スケール６２および制御部８０を備えている。スライダ６０は、延伸方向を揃えて測定軸方向に並べられた複数の電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎと、選択部９０と、受信コイル５６とを含む。選択部９０は、複数の電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎのうちいずれかを順次選択し、選択した電磁誘導線に電流を流す。受信コイル５６は、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎに交わる方向に延びる区間を有する。スケール６２にはマーカコイル６６が配置されている。マーカコイル６６は、測定軸方向に交わる方向に延伸し、電磁誘導線Ｈ１～Ｈｎが並べられた面と対向する面で周回する。制御部８０は、受信コイル５６に誘導起電力が発生したときに、選択部９０によって選択されていた電磁誘導線のスライダ６０におけるインクリメント位置に基づいて、スライダ６０とスケール６２との位置関係を測定する。

また、リニアエンコーダ１０２は、スケール６２に各マーカコイル６６に対応して配置されたコードパターン６８を備えている。コードパターン６８は、測定軸方向に並べられた複数の情報コイル７０を備えている。各情報コイル７０は、２種類の三角形状、すなわち、第１直角三角形および第２直角三角形のうちいずれかの形状に形成されている。複数の情報コイル７０は、それぞれの形状、すなわち第１直角三角形であるか第２直角三角形であるかに応じた情報としてアブソリュートコードを発し、コードパターン６８は、対応するマーカコイル６６のアブソリュート位置を示す情報を発する。制御部８０は、さらに、上記のインクリメント位置とアブソリュート位置とに基づいて、スライダ６０とスケール６２との位置関係を測定する。

本実施形態に係るリニアエンコーダ１０２では、電磁誘導を用いてマーカコイル６６の位置が測定される。そのため、非磁性体の異物によって測定精度が低下する可能性が低くなる。また、本実施形態に係るリニアエンコーダ１０２では、受信コイル５６に発生した誘導起電力の時間波形が、検出信号ＶＲに対する内挿によって求められる。さらに、電磁誘導波形の時間波形のゼロクロスポイントに基づいて、マーカコイル６６の位置が測定される。これによって、マーカコイル６６の往路および復路の位置を離散的に測定する場合に比べてノイズ耐性が向上すると共に、測定分解能が向上する。

上記では、マーカコイル６６が検出される度にアブソリュートコードを読み取り、マーカコイル６６が検出される度に、インクリメント位置およびアブソリュート位置を求める処理について説明した。このような処理の他、スケール６２の移動によって、測定開始時に検出されたマーカコイル６６とは異なるマーカコイル６６が検出されている場合についても、測定開始時に求められたアブソリュート位置を用いる処理が実行されてもよい。

この場合、制御部８０は、測定開始時に検出されたマーカコイル６６を基準マーカコイルとし、現時点で検出されている現時点マーカコイルが、基準マーカコイルから離れて何番目のマーカコイル６６に対応するかを判定する。制御部８０は、現時点マーカコイルが基準マーカコイルからｘ軸負方向に離れてＣ番目であると判定したときは、上記（数２）に示されているように、測定開始時に求められたアブソリュート位置ｘ＝Ｘａに、マーカコイル６６の間隔ｄのＣ倍を加算し、さらに、現時点マーカコイルのインクリメント位置ｘ＝Ｘｐを加算することで基準線ＬＺの位置ｘ＝Ｕを求める。ここで、マーカカウント値Ｃは正の整数、負の整数、または０である。

制御部８０は、このような処理を具体的に次のように実行してよい。スライダ６０にはｘ軸方向の検出範囲ＸＬ≦ｘ≦ＸＨがあるものとする。図７に示されている例ではＸＬ＝０である。制御部８０は、測定開始時に検出されたマーカコイル６６に対応するアブソリュートコードを読み込み、アブソリュート位置ｘ＝Ｘａを求めると共に、測定開始時のマーカカウント値をＣ＝０とする。

制御部８０は、マーカコイル６６を検出した後、検出信号のゼロクロスポイントの変化に基づいてマーカコイル６６の位置を追跡する。制御部８０は、マーカコイル６６のｘ座標値が増加してＸＨに達した後に、ＸＬに戻って再び増加したときは、Ｃを１だけ増加させる。一方、制御部８０は、マーカコイル６６のｘ座標値が減少してＸＬに達した後に、ＸＨに戻って再び減少したときは、Ｃを１だけ減少させる。制御部８０は、現時点でＸＬ≦ｘ≦ＸＨの範囲で検出されているマーカコイル６６のインクリメント位置ｘ＝Ｘｐ、測定開始時に読み込んだアブソリュート位置ｘ＝Ｘａ、現時点におけるマーカカウント値Ｃおよびマーカコイル６６の間隔ｄを用いて、基準線ＬＺの位置Ｕ＝Ｘａ＋Ｃ・ｄ＋Ｘｐを求める。

このように、制御部８０は、マーカコイル６６のｘ座標値で表されるインクリメント位置（検出位置Ｘｐ）の変化に基づいて、現時点でインクリメント位置が求められた現時点マーカコイルが、先にアブソリュート位置が求められた基準マーカコイルから離れて何番目のマーカコイル６６に対応するかを判定する。制御部８０は、現時点マーカコイルが基準マーカコイルからｘ軸負方向に離れてＣ番目であると判定したときは、判定結果（マーカカウント値Ｃ）、先に求められたアブソリュート位置Ｘａおよびインクリメント位置Ｘｐに基づいて、測定対象物としての可動テーブルの位置（基準線ＬＺの位置）Ｕ＝Ｘａ＋Ｃ・ｄ＋Ｘｐを測定する。

このような処理によれば、制御部８０は、アブソリュートコードを読み込む処理を１度行うのみでよく、新たにマーカコイル６６が検出される度にアブソリュートコードを読み込まなくてもよい。これによって、基準線ＬＺの位置、すなわち、測定対象物の位置が迅速に求められる。

なお、工作機械が動作しているときに制御部８０は、現時点のマーカカウント値Ｃおよびアブソリュート位置Ｘａを記憶する。工作機械の電源がオフにされた後、再びオンにされたときは、制御部８０は、新たに検出された現時点マーカコイルについて得られたインクリメント位置Ｘｐと、先に記憶したマーカカウント値Ｃおよびアブソリュート位置Ｘａに（数２）を適用して基準線ＬＺの位置ｘ＝Ｕを求める。また、一般に工作機械は、異常が発生した際にアラームを発生し、動作を停止する設計となっている。工作機械がアラーム発生と共に停止し、再び動作を開始したときには、工作機械の電源が一旦オフにされ、再びオンにされたときと同様の処理によって、制御部８０は基準線ＬＺの位置ｘ＝Ｕを求める。

リニアエンコーダ１０２には、第１実施形態に係るリニアエンコーダと同様、ＡＩ学習部５７が設けられてもよい。ＡＩ学習部５７は、制御部８０によって求められた基準線ＬＺの位置の時間変化（変動）等と、工作機械の異常状態とを対応付けた機械学習モデルを構築する。機械学習モデルを構築したＡＩ学習部５７は、基準線ＬＺの位置を機械学習モデルに当て嵌めることによって、工作機械に異常があるか否かを判定し、異常があると判定したときは、アラームを発生する。

上記では、スライダ６０によって１個のマーカコイル６６が検出されるようにマーカコイル６６の間隔が定められた実施形態について説明した。スライダ６０では、２個以上のマーカコイル６６が検出されてもよい。図１３には４個のマーカコイル６６が検出されるスケール６２およびスライダ９４が示されている。帯状部材６４には、複数のマーカコイル６６および複数のコードパターン６８がｘ軸方向に沿って配列されている。スライダ９４の検出面は、４個のマーカコイル６６および４個のコードパターン６８に対向し、スライダ９４は、４個のマーカコイル６６を検出すると共に、４個のコードパターン６８を認識する。

制御部８０は、４個のマーカコイル６６のインクリメント位置ｘ＝Ｘｐ１、ｘ＝Ｘｐ２、ｘ＝Ｘｐ３、ｘ＝Ｘｐ４を求める。また、制御部８０は、４個のコードパターン６８のうちいずれかによって、アブソリュート位置ｘ＝Ｘａを求める。

制御部８０は、アブソリュート位置ｘ＝Ｘａ、インクリメント位置ｘ＝Ｘｐ１、ｘ＝Ｘｐ２、ｘ＝Ｘｐ３、ｘ＝Ｘｐ４およびマーカコイル６６の間隔Ｄに基づいて、基準線ＬＺの仮位置Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３およびＵ４を求める。すなわち、制御部８０は、上記の（数３）～（数６）に従って、仮位置Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３およびＵ４を求め、仮位置Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３およびＵ４の加算平均値に基づいて、基準線ＬＺの位置を求める（数７）。

このように、複数のマーカコイル６６に基づいて複数の仮位置を求め、複数の仮位置の加算平均値に基づいて、基準線ＬＺの位置、すなわち、可動テーブルの位置を求めることで、可動テーブルの位置の測定精度が向上する。

本発明の第２実施形態に係る位置測定装置は、第１実施形態と同様、スライダ６０，９４とスケール６２との位置関係を求めるものである。すなわち、本発明の実施形態に係る位置測定装置は、スライダ６０，９４の位置を基準としたスケール６２の位置を求めてもよいし、スケール６２の位置を基準としたスライダ６０の位置を求めてもよい。

１ 往路、２ 上端路、３ 復路、４ 下端路、１０，６２ スケール、１２，６４ 帯状部材、１４Ｐ，１４Ｎ マーカ片、１６，１６－１～１６－４ アブソリュートコード、１８ 画像センサ、２０，８２ 矢印、２２，２２－１～２２－４ マーカペア、２４ 第１位置検出用パターン、２６ 第２位置検出用パターン、３０ 画素、３２ フォトダイオード、３４ 画素アンプ、４０ 行選択部、４２ 列選択読み出し部、４４Ｐ 正極アンプ、４４Ｎ 負極アンプ、４６Ｐ 正極スイッチ、４６Ｎ 負極スイッチ、４８ 出力アンプ、５０Ａ 読み出し制御部、５０Ｂ 出力選択部、５２ リバーシブルシフトレジスタ、５６ 受信コイル、５６ｘ１ 第１ｘ方向区間、５６ｘ２ 第２ｘ方向区間、５６ｙ１ 第１ｙ方向区間、５６ｙ２ 第２ｙ方向区間、５６ｙ３ 第３ｙ方向区間、５７ ＡＩ学習部、５８ 受信アンプ、５９ 電磁誘導波形、６０，９４ スライダ、６６ マーカコイル、６８ コードパターン、７０ 情報コイル、７０－１ 第１情報コイル、７０－２ 情報コイル、８０ 制御部、９０ 選択部、９２ 交流電力源、１００ 画像センサユニット、１０２ リニアエンコーダ、Ａ_０～Ａ_ｎ－１ 画素列、Ｂ_０～Ｂ_ｍ－１ 画素行、α_０～α_ｎ－１ 読み出し線、β_０～β_ｍ－１ 選択信号線、ＮＣ_０～ＮＣ_ｎ－１ ノイズキャンセル回路、Ｓ_１～Ｓ_ｎ－１ 読み出しスイッチ、ＬＺ 基準線。

本発明は、行方向および列方向に２次元配列された複数の画素を備える画像センサと、 行方向に配列された複数の画素によってそれぞれが構成された複数の画素行のうち、いずれかを選択する行選択部と、前記行選択部によって選択された画素行に属する複数の画素から、画素値を行方向に順次読み出す列選択読み出し部と、スケールに設けられたマーカの検出位置であって、前記画像センサにおける検出位置を、前記列選択読み出し部によって読み出された画素値に基づいて求め、前記検出位置に基づいて、前記画像センサと前記スケールとの位置関係を測定する制御部と、を備え、前記行選択部は、複数の画素行のうち前記マーカの上側部分に対応する画素行を選択する上側選択処理と、複数の画素行のうち前記マーカの下側部分に対応する画素行を選択する下側選択処理と、を実行し、前記上側部分は、前記マーカの行方向の基準位置から行方向に沿った一方方向に向かうにつれて上側に列方向の幅が広がる形状を有し、前記下側部分は、前記マーカの前記基準位置から行方向に沿った反対方向に向かうにつれて下側に列方向の幅が広がる形状を有し、前記制御部は、前記上側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値と、前記下側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値とを合成して検出信号を生成し、前記検出信号のゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求め、前記検出信号をリバーシブルシフトレジスタに記憶させ、前記列選択読み出し部および前記制御部は、前記リバーシブルシフトレジスタに記憶される前記検出信号のゼロクロスポイントを追従検出する処理を実行し、前記制御部は、追従検出されたゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求めることを特徴とする。

また、本発明は、延伸方向を揃えて測定軸方向に並べられた複数の電磁誘導線と、複数の前記電磁誘導線のうちいずれかを前記測定軸方向に順次選択し、選択した前記電磁誘導線に電流を流す選択部と、前記電磁誘導線に交わる方向に延びる区間を有する受信コイルと、を含むスライダと、前記測定軸方向に交わる方向に延伸し、複数の前記電磁誘導線が並べられた面と対向する面で周回し、スケールに設けられたマーカコイルと、前記受信コイルに誘導起電力が発生したときに、前記選択部によって選択されていた前記電磁誘導線の前記スライダにおける検出位置に基づいて、前記スライダと前記スケールとの位置関係を測定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記誘導起電力に基づく検出信号のゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求め、前記検出信号をリバーシブルシフトレジスタに記憶させ、前記選択部および前記制御部は、前記リバーシブルシフトレジスタに記憶される前記検出信号のゼロクロスポイントを追従検出し、前記制御部は、追従検出されたゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求めることを特徴とする。

このように、マーカ片１４Ｐおよびマーカ片１４Ｎのそれぞれの形状は、直角三角形である。マーカペア２２の上側部分であるマーカ片１４Ｐは、マーカペア２２の基準位置からｘ軸に沿った一方方向に向かうにつれて上側にｙ軸方向の幅が広がる形状を有している。マーカペア２２の下側部分であるマーカ片１４Ｎは、マーカペア２２の基準位置からｘ軸に沿った反対方向に向かうにつれて下側にｙ軸方向の幅が広がる形状を有している。

Claims (9)

1. 行方向および列方向に２次元配列された複数の画素を備える画像センサと、
   行方向に配列された複数の画素によってそれぞれが構成された複数の画素行のうち、いずれかを選択する行選択部と、
   前記行選択部によって選択された画素行に属する複数の画素から、画素値を行方向に順次読み出す列選択読み出し部と、
   スケールに設けられたマーカの検出位置であって、前記画像センサにおける検出位置を、前記列選択読み出し部によって読み出された画素値に基づいて求め、前記検出位置に基づいて、前記画像センサと前記スケールとの位置関係を測定する制御部と、
   を備え、
   前記行選択部は、
   複数の画素行のうち前記マーカの上側部分に対応する画素行を選択する上側選択処理と、
   複数の画素行のうち前記マーカの下側部分に対応する画素行を選択する下側選択処理と、を実行し、
   前記上側部分は、
   前記マーカの基準位置から行方向に沿った一方方向に向かって上側に広がる形状を有し、
   前記下側部分は、
   前記マーカの基準位置から行方向に沿った反対方向に向かって下側に広がる形状を有し、
   前記制御部は、
   前記上側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値と、前記下側選択処理によって選択された画素行から読み出された画素値とを合成して検出信号を生成し、
   前記検出信号のゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求めることを特徴とする位置測定装置。
2. 請求項１に記載の位置測定装置において、
   前記制御部は、
   前記検出信号をリバーシブルシフトレジスタに記憶させ、
   前記列選択読み出し部および前記制御部は、
   前記リバーシブルシフトレジスタに記憶される前記検出信号のゼロクロスポイントを追従検出する処理を実行し、
   前記制御部は、追従検出されたゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求めることを特徴とする位置測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の位置測定装置であって、
   前記制御部は、
   前記スケールに設けられた複数の前記マーカについての複数の前記検出位置を求め、
   複数の前記検出位置に基づいて、前記画像センサと前記スケールとの位置関係を求めるための測定値を平均化することを特徴とする位置測定装置。
4. 延伸方向を揃えて測定軸方向に並べられた複数の電磁誘導線と、
   複数の前記電磁誘導線のうちいずれかを前記測定軸方向に順次選択し、選択した前記電磁誘導線に電流を流す選択部と、
   前記電磁誘導線に交わる方向に延びる区間を有する受信コイルと、を含むスライダと、
   前記測定軸方向に交わる方向に延伸し、複数の前記電磁誘導線が並べられた面と対向する面で周回し、スケールに設けられたマーカコイルと、
   前記受信コイルに誘導起電力が発生したときに、前記選択部によって選択されていた前記電磁誘導線の前記スライダにおける検出位置に基づいて、前記スライダと前記スケールとの位置関係を測定する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記誘導起電力に基づく検出信号のゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求めることを特徴とする位置測定装置。
5. 請求項４に記載の位置測定装置において、
   前記制御部は、
   前記検出信号をリバーシブルシフトレジスタに記憶させ、
   前記選択部および前記制御部は、
   前記リバーシブルシフトレジスタに記憶される前記検出信号のゼロクロスポイントを追従検出し、
   前記制御部は、追従検出されたゼロクロスポイントに基づいて、前記検出位置を求めることを特徴とする位置測定装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の位置測定装置であって、
   前記制御部は、
   前記スケールに設けられた複数の前記マーカコイルについての複数の前記検出位置を求め、
   複数の前記検出位置に基づいて、前記スライダと前記スケールとの位置関係を求めるための測定値を平均化することを特徴とする位置測定装置。
7. 請求項１または請求項４に記載の位置測定装置において、
   前記制御部は、
   前記検出信号をＡ／Ｄ変換し、ディジタル化および補間された前記検出信号のゼロクロスポイントを検出することを特徴とする位置測定装置。
8. 請求項２または請求項５に記載の位置測定装置において、
   前記追従検出によって求められる前記検出位置の変動と、前記スケールが取り付けられた装置の状態と、に基づいて機械学習モデルを構築するＡＩ学習部を備えることを特徴とする位置測定装置。
9. 請求項８に記載の位置測定装置において、
   前記ＡＩ学習部は、
   前記検出位置を前記機械学習モデルに当て嵌めて、搭載先の工作機械の異常を検出することを特徴とする位置測定装置。
   

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