JP2611099B2 - 変位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変位測定装置に係り、
特に直線誤差補正回路部を改良した変位測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】リニアスケール等の変位検出器を例えば
工作機械等に取り付けた場合、スケールの傾斜やたわ
み，周囲温度条件等によって直線的な誤差がしばしば発
生する。従来この様な直線誤差に対しては、マイコン等
によって測定結果に対して係数を乗じたり誤差データを
加減算するという演算処理を行うのが一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの様な従来の
誤差補正法では、最終的な測定値を得るまでに遅れ時間
が発生する。これは、測定データの表示リフレッシュ速
度の低下をもたらし、またリアルタイムで測定データを
使用する制御システムへの適用を困難にする。補正速度
を上げるために高速性能のマイコンを用いれば、それだ
け装置のコスト上昇をもたらす。

【０００４】本発明は、この様な事情を考慮してなされ
たもので、完全なリアルタイムでの直線誤差補正を可能
とした変位測定装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る変位測定装
置は、第１に、変位検出器と、この変位検出器の出力を
受けて計数パルスを生成するパルス生成手段と、このパ
ルス生成手段により得られるパルスを計数するための、
通常の計数，間引き計数および足し込み計数の３つの計
数モード切替えが可能なアップダウンカウンタと、外部
から設定された間引きまたは足し込みを表す符号および
誤差補正データを記憶する記憶手段と、この記憶手段に
記憶された誤差補正データと前記パルス生成手段により
得られるパルスの数をリアルタイムで比較しながら、前
記誤差補正データにより決まる間隔で前記アップダウン
カウンタに計数の補正指令を与える補正指令信号生成手
段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】本発明に係る変位測定装置は、第２に、変
位検出器と、この変位検出器の出力を受けて計数パルス
を生成するパルス生成手段と、このパルス生成手段によ
り得られるパルスを計数するための、通常の計数，間引
き計数および足し込み計数の３つの計数モード切替えが
可能なアップダウンカウンタと、外部から設定された間
引きまたは足し込みを表す符号、誤差補正データ整数部
および誤差補正データ端数部を記憶する記憶手段と、こ
の記憶手段に記憶された前記誤差補正データ整数部と前
記パルス生成手段により得られるパルスの数をリアルタ
イムで比較しながら、前記誤差補正データ整数部により
決まる間隔で前記アップダウンカウンタに計数の補正指
令を与える補正指令信号生成手段と、この補正指令信号
生成手段により得られる補正指令の数と前記記憶手段に
記憶された誤差補正データ端数部とから前記アップダウ
ンカウンタに与えられる補正指令の間隔を微調整する補
正指令調整手段とを備えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】第１の発明では、リニアスケール等の変位検出
器により検出されたパルスの計数を行うアップダウンカ
ウンタは、通常の計数動作の他、直線誤差に応じて間引
き計数または足し込み計数を行う３つの計数モードの切
替え可能としている。外部からは、予め測定された誤差
補正データと共に、その誤差の正負方向に応じてアップ
ダウンカウンタに間引きまたは足し込みを指定する符号
が与えられて、これらが記憶保持されている。そして、
記憶されている誤差補正データと検出されたパルスの数
とがリアルタイムで比較され、誤差補正データによって
決定される所定間隔でアップダウンカウンタの計数動作
に補正指令が与えられて、符号に応じて間引きまたは足
し込みの計数が行われる。従って第１の発明によれば、
検出パルス計数の段階でリアルタイムで誤差補正が同時
に行われるため、従来のように測定された値に係数を乗
じたり、誤差を加減算するという演算処理が要らなくな
る。

【０００８】第２の発明では更に、誤差補正データを整
数部と端数部に分けて記憶して、誤差補正データ整数部
によって得られる補正指令の間隔が誤差補正データ端数
部に応じて微調整されて、より高精度の直線誤差補正が
やはりリアルタイムで行われる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は、本発明の一実施例に係る変位測定装
置のブロック構成である。変位検出器１は、リニアスケ
ールを用いたもので、光電式，静電容量式，磁気式等い
ずれの形式のものでもよい。ロータリーエンコーダ等を
用いた場合にも本発明を適用できるが、本実施例ではリ
ニアスケールの場合を説明する。パルス生成部２は、変
位検出器１の出力を受けて計数パルスＣＫ、および移動
方向に応じてパルス計数のアップまたはダウンを指定す
るアップ／ダウン信号Ｕ／Ｄを出力する。

【００１０】パルス生成部２から得られるパルスＣＫお
よびアップ／ダウン信号Ｕ／Ｄは、測定値計数用のアッ
プダウンカウンタ３に入力される。このアップダウンカ
ウンタ３は、３つの計数モードが切替え可能となってい
る。即ち、制御信号入力Ｓ1，Ｓ2 により、通常の計数
モードの他、間引き計数または足し込み計数を行うこと
ができる。

【００１１】データ設定部４は、予め測定されたリニア
スケールの直線誤差の補正のためのデータを設定する部
分であり、例えばスイッチ，マイコンその他により構成
される。このデータ設定部４から入力されるデータは、
アップダウンカウンタ３に対して直線誤差の極性に応じ
て間引きまたは足し込みを指定する符号データと直線誤
差の絶対値データである。符号データは、１ビットの符
号レジスタ５に記憶保持され、直線誤差の絶対値のうち
整数部が整数部レジスタ６に、端数部が端数部レジスタ
７にそれぞれ記憶保持される。なおこれらのレジスタ
５，６，７は、実体としては例えば一つのメモリであっ
てもよい。

【００１２】符号レジスタ５は例えば、間引きの時に
“０”、足し込みの時に“１”であって、これがアップ
ダウンカウンタ３の制御入力Ｓ1 となる。またアップダ
ウンカウンタ３のもう一つの制御入力Ｓ2 は、誤差補正
データに基づいて計数動作の中でリアルタイムで間引き
または足し込みを行う補正指令信号入力で、この補正指
令信号を生成するのが、ロード入力付きアップダウンカ
ウンタ１１，コンパレータ１２，オアゲート１３等の部
分である。

【００１３】アップダウンカウンタ３の二つの制御入力
Ｓ1 ，Ｓ2 の関係は、図２のようになる。一方の制御入
力Ｓ1 は、前述のように符号レジスタ５により指定され
るもので、“０”のときに間引き、“１”のときに足し
込みの指示である。もう一方の制御入力Ｓ2 は前述のよ
うに誤差補正データに基づいて与えられる補正指令であ
って、“０”のときは補正なし、即ち通常カウントを行
い、“１”のときは補正ありの指示となる。つまり、図
２に示したように、Ｓ1 ＝０，Ｓ2 ＝１で間引きカウン
トが行われ、Ｓ1 ＝１，Ｓ2 ＝１の時に足し込みカウン
トが行われることになる。

【００１４】補正指令信号生成部を、簡単のため誤差補
正データに端数部がない場合について説明する。この場
合整数部レジスタ６に記憶保持された補正データ整数部
はインクリメンタ１０、セレクタ１４を介してアップダ
ウンカウンタ１１に補正指令信号が出る毎にロードされ
る。但しセレクタ１４を介しているためにロードされる
データは、アップカウント時には０、ダウンカウント時
には補正データ整数部に切り替わる。またアップダウン
カウンタ１１には、パルス生成部２からのパルスＣＫお
よびアップダウン制御信号Ｕ／Ｄが入り、パルス計数が
行われる。アップカウントの時はこのカウンタ１１のカ
ウント出力ＯＵＴと、整数部レジスタ６からの補正デー
タ整数部とがコンパレータ１２で比較されて、一致が検
出されると“１”出力が出される。これがオアゲート１
３を介して間引きまたは足し込みを行うための補正指令
信号として、アップダウンカウンタ３の制御入力Ｓ2 に
入力されることになる。

【００１５】アップダウンカウンタ１１がダウンカウン
トの場合には、整数部レジスタ６からこのアップダウン
カウンタ１１にロードされた補正データ整数部の値が０
になったときに出力されるボロ−出力ＢＯが補正指令信
号となる。この様に、測定値計数を行うアップダウンカ
ウンタ３の計数動作は、整数部レジスタ６に保持された
誤差補正データの間隔で、リアルタイムで間引きまたは
足し込みがなされる。

【００１６】誤差補正データに端数がある場合、即ち端
数レジスタ７に誤差補正データ端数部が記憶保持されて
いる場合に、上述の補正指令生成部からの補正指令信号
の間隔を微調整するのが、デコーダ８およびアップダウ
ンカウンタ９の部分である。アップダウンカウンタ９
は、補正指令信号をカウントする。即ち補正指令信号生
成部のアップダウンカウンタ１１がアップカウントのと
きは、コンパレータ１２から得られる補正指令信号がキ
ャリー入力ＣＡＩＮに入り、ダウンカウントのときはア
ップダウンカウンタ１１のボロー出力に得られる補正指
令信号がボロー入力ＢＯＩＮに入る。このカウンタ９の
計数結果と、端数部レジスタ７に保持された端数部デー
タとの関係で一定の論理で補正指令信号の間隔を調整す
べく、インクリメンタ１０に対してインクリメント・イ
ネーブルＩＮＣＥＮを出力するのが、デコーダ８であ
る。つまり、補正データの端数部に応じて、整数部レジ
スタ６からアップダウンカウンタ１１およびコンパレー
タ１２に与えられるデータに補正が加えられ、間引きの
間隔または足し込みの間隔が微調整されるようになって
いる。

【００１７】デコーダ８での論理処理は例えば、図３の
ような真理値表で表される。これは、端数部レジスタ７
に保持された端数部データαと、アップダウンカウンタ
９の出力の組み合わせによるデコード出力を、端数部レ
ジスタ７およびカウンタ９がいずれも４ビットであっ
て、かつカウンタ９がアップカウントの場合について例
示したのである。その具体的なデコード内容の説明は後
にする。このデコーダ８の実際の構成は、論理ゲートの
組合わせであってもよいし、或いはメモリで構成するこ
ともできる。

【００１８】このように構成された変位測定装置での直
線誤差補正の動作を、次に具体的に説明する。回路動作
説明を分かり易くするため、まず図４を用いてこの実施
例で用いている直線誤差補正の原理を説明する。図４
(a) (b) のうち(b) は、リニアスケールが正常に取り付
けられて、例えば距離１００（単位は問わない）に対し
てパルス生成部２から１００個のパルスが得られる場合
を示している。これに対して図４(a) は、リニアスケー
ルが例えばたわんだ状態で取り付けられて、距離９０で
１００パルスが得られる場合を示している。つまり図４
(a) の状態は、そのままでは測定値に＋１０％の誤差が
含まれることになる。そこで本発明では、この直線誤差
を、図４(a) に示したように計数パルスの１０カウント
毎に１パルスを間引いてカウントすることにより補正す
る。

【００１９】上述の例の間引き動作を、図１の回路に即
して説明すれば、まずデータ設定部４によって、符号レ
ジスタ５には間引きを指示するデータ“０”が与えら
れ、整数部レジスタ６には誤差補正データとして１０が
与えられる。上の例では誤差補正データに端数はない。
この時整数部レジスタ６のデータはそのまま、コンパレ
ータ１２に一方の入力端子に入る。測定動作が始まって
パルス生成部２からパルスが得られると、これはアップ
ダウンカウンタ３および１１によりカウントされ、カウ
ント数が誤差データに等しくなるか（アップカウント
時）、オール０になると（ダウンカウント時）、即ち１
０カウント毎にオアゲート１３に“１”出力が得られ
る。これが補正指令信号として測定値計数用のアップダ
ウンカウンタ３に与えられ、前述した図２の論理に従っ
てカウント動作が停止される。即ち間引きカウントがな
される。

【００２０】セレクタ１４は、二つの入力ＩＮ1 ，ＩＮ
2 のいずれかを選択するもので、ＺＥＲＯ＝“０”の時
にＩＮ1 を出力し、ＺＥＲＯ＝“１”の時にＩＮ2 を出
力する。従って補正指令信号を生成するためのアップダ
ウンカウンタ１１には、アップカウント時、補正データ
整数部と同じ値になると、セレクタ１４の出力０がロー
ドされる。ダウンカウント時には、アップダウンカウン
タ１１が０になると、セレクタ１４の出力即ち補正デー
タ整数部がロードされる。このようにしてアップダウン
カウンタ１１は、補正データ整数部と同じ周期で動作
し、以下計数パルス１０カウント毎に間引きが行われ
る。足し込みの場合は、前述のように符号レジスタ５に
設定される符号データが間引きの場合と異なり、これに
よりアップダウンカウンタ３での計数モードが足し込み
モードに切り替わるだけで、その他は間引きの場合と同
じである。こうしてこの実施例によると、リニアスケー
ルの直線誤差補正が測定値計数動作の中でリアルタイム
で行われることになる。

【００２１】次に、誤差補正データに端数部がある場合
の動作を説明する。誤差データ整数部に対して、もし端
数部を無視した状態で上述のように所定間隔で補正指令
を出して計数を行うと、その間に無視した端数部の累積
が整数部の最小単位即ち整数部の最下位ビットを越える
時点が出てくる。そこでこの実施例では、この条件が成
立した時点で補正データの調整を行う。つまり、補正デ
ータ整数部の間隔で補正指令を発生しながら、上記条件
の成立時には、補正指令信号の発生タイミングを補正デ
ータ整数部＋１に遅らせるという処理を行う。

【００２２】即ち補正データ端数部は端数部レジスタ７
に記憶保持されている。アップダウンカウンタ９が上述
した整数部に対する補正指令信号の数をカウントして、
その計数結果と端数部レジスタ７のデータに応じて、デ
コーダ８がインクリメント・イネーブル信号ＩＮＣＥＮ
をインクリメンタ１０に対して供給する。インクリメン
タ１０では、インクリメント・イネーブル信号ＩＮＣＥ
Ｎが“１”になると、整数部レジスタ６からのデータを
インクリメントして、即ち誤差補正データの整数部を＋
１に補正する形でこれをアップダウンカウンタ１１およ
びコンパレータ１２に送る。これにより、コンパレータ
１２またはアップダウンカウンタ１１から得られる補正
指令信号の発生タイミングには、誤差データ端数部に応
じた遅れが与えられる。

【００２３】図３は前述のように、端数部レジスタ７で
指示された端数データαと、アップダウンカウンタ９の
出力の組み合わせによるデコード出力を、端数部レジス
タ７およびカウンタ９がいずれも４ビットであって、か
つカウンタ９がアップカウントの場合について例示した
ものである。誤差の端数データα＝０であれば、カウン
タ９が補正指令信号をどれだけカウントしても、デコー
ダ出力は“０”、即ちインクリメント・イネーブル状態
にはならない。これは前述の誤差データが整数部のみの
場合の動作である。これに対して、例えばα＝５であれ
ば、カウンタ９のカウント値が３，６，９，１２，１５
の時にインクリメント・イネーブル信号ＩＮＣＥＮが
“１”になるように、デコーダ８の論理が組まれてい
る。

【００２４】こうしてこの実施例によれば、誤差データ
の端数部に応じて間引きまたは足し込みの補正指令信号
の間隔が微調整されて、非常に正確な直線誤差補正がな
される。なおカウンタ９がダウンカウントとなる場合
は、図３とは別の論理になるが、デコーダ８はその場合
を含めて、端数データに応じてインクリメント・イネー
ブル状態になるように論理が組まれる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、リ
ニアスケール等を用いた変位測定装置の直線誤差補正が
測定値計数動作の中で完全リアルタイムで行われる。従
って表示リフレッシュ速度の低下がなく、また測定デー
タをリアルタイムで使用する制御システム等に適用して
大きな効果が得られる。直線誤差補正の速度を上げるた
めに高価なマイコンを用いる必要もないから、測定装置
のコストダウンも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る変位測定装置のブロ
ック構成を示す図である。

【図２】 同実施例の装置の計数モードを示す図であ
る。

【図３】 同実施例の装置の端数部処理用デコーダの論
理真理値表である。

【図４】 同実施例の直線誤差補正の原理を説明するた
めの図である。

【符号の説明】 １…変位検出器、２…パルス生成部、３…測定値計数用
アップダウンカウンタ、４…誤差データ設定部、５…符
号レジスタ、６…補正データ整数部レジスタ、７…補正
データ端数部レジスタ、８…デコーダ、９…補正指令計
数用アップダウンカウンタ、１０…インクリメンタ、１
１…補正指令発生用アップダウンカウンタ、１２…コン
パレータ、１３…オアゲート、１４…セレクタ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変位検出器と、 この変位検出器の出力を受けてパルスを生成するパルス
   生成手段と、 このパルス生成手段により得られるパルスを計数するた
   めの、通常の計数，間引き計数および足し込み計数の３
   つの計数モード切替えが可能なアップダウンカウンタ
   と、 外部から設定された間引きまたは足し込みを表す符号お
   よび誤差補正データを記憶する記憶手段と、 この記憶手段に記憶された前記誤差補正データと前記パ
   ルス生成手段により得られるパルスの数をリアルタイム
   で比較しながら、前記誤差補正データにより決まる間隔
   で前記アップダウンカウンタに計数の補正指令を与える
   補正指令信号生成手段と、を備えたことを特徴とする変
   位測定装置。
2. 【請求項２】 変位検出器と、 この変位検出器の出力を受けて計数パルスを生成するパ
   ルス生成手段と、このパルス生成手段により得られるパ
   ルスを計数するための、通常の計数，間引き計数および
   足し込み計数の３つの計数モード切替えが可能なアップ
   ダウンカウンタと、 外部から設定された間引きまたは足し込みを表す符号、
   誤差補正データ整数部および誤差補正データ端数部を記
   憶する記憶手段と、 この記憶手段に記憶された前記誤差補正データ整数部と
   前記パルス生成手段により得られるパルスの数をリアル
   タイムで比較しながら、前記誤差補正データ整数部によ
   り決まる間隔で前記アップダウンカウンタに計数の補正
   指令を与える補正指令信号生成手段と、 この補正指令信号生成手段により得られる補正指令の数
   と前記記憶手段に記憶された誤差補正データ端数部とか
   ら前記アップダウンカウンタに与えられる補正指令の間
   隔を微調整する補正指令調整手段と、を備えたことを特
   徴とする変位測定装置。