JP2889664B2 - Rotation amount measurement method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は回転量測定方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for measuring the amount of rotation.
［従来の技術］ 回転運動は各種機械装置に於ける機素の運動として最
も基本的なものであり、回転状態の制御もサーボ制御等
を始めとして種々の方法が知られている。このような回
転状態の制御には回転量の測定が不可欠である。[Prior Art] Rotational movement is the most basic movement of elements in various mechanical devices, and various methods of controlling the rotation state are known, including servo control. Measurement of the amount of rotation is indispensable for controlling such a rotation state.
被検体の一般的な移動量、即ち並進的な変位量や回転
量を高精度で測定する方法として、微細な格子パターン
に光を照射することにより発生する影絵パターンを利用
する方法が提案されている。As a method for measuring a general movement amount of a subject, that is, a translational displacement amount and a rotation amount with high accuracy, a method using a shadow pattern generated by irradiating light to a fine grid pattern has been proposed. I have.
例えば特開昭63-47616号公報には微細な格子パターン
に点光源からのコヒーレントな光を照射することによ
り、格子パターンに影絵的に対応して拡大された影絵パ
ターンが得られることが開示され、特開昭64-297513号
公報には、コヒーレント光の光源として上記点光源に替
えて線状の光源を用いても格子パターンに影絵的に対応
する影絵パターンを発生させ得ることが開示されてい
る。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-47616 discloses that by irradiating a coherent light from a point light source to a fine grid pattern, a shadow picture pattern enlarged correspondingly to the grid pattern can be obtained. Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-297513 discloses that a shadow pattern corresponding to a grid pattern can be generated even when a linear light source is used instead of the point light source as a light source for coherent light. I have.
また出願人は先に、インコヒーレントな光でも極めて
細いスリットや微細な楕円形アパーチュアあるいはピン
ホール的な円形アパーチュアを通過させて格子パターン
に照射することにより、格子パターンに影絵的に対応す
る影絵パターンを発生させうることを見い出し、インコ
ヒーレント光と格子パターンの組合せによる移動量測定
方法を提案した（特願平1-333650号）。In addition, the applicant first irradiates the lattice pattern by passing an incoherent light through an extremely narrow slit, a fine elliptical aperture, or a circular aperture like a pinhole, so that a shadow pattern corresponding to the lattice pattern in a pictorial manner is obtained. And found a method of measuring the amount of movement using a combination of incoherent light and a grating pattern (Japanese Patent Application No. 1-333650).
上に説明した影絵パターンは、コヒーレント光に依る
ものであれインコヒーレント光に依るものであれ格子パ
ターンを影絵的に拡大するように発生し、格子パターン
が照射光を横切るように移動すると、この移動に応じて
影絵パターンも移動する。しかもその移動の際にも影絵
パターンの格子パターンに対する影絵的な拡大関係は保
たれる。このため格子パターンの微小な移動量が影絵パ
ターンの移動では拡大されることになり、影絵パターン
の移動量を光センサーで検知することにより極めて高精
度の移動量測定が可能になる。The shadow pattern described above, whether due to coherent light or incoherent light, occurs to enlarge the grid pattern like a shadow, and when the grid pattern moves across the irradiation light, this movement The shadow pattern moves accordingly. In addition, the shadow-like enlargement relationship of the shadow pattern with respect to the lattice pattern is maintained during the movement. For this reason, the minute movement amount of the grid pattern is enlarged by the movement of the shadow pattern, and the movement amount of the shadow pattern is detected by the optical sensor, so that the movement amount can be measured with extremely high accuracy.
このような影絵パターンを利用した回転量測定方法と
して、格子パターンを形成した円筒状の格子部材を直接
的に回転軸に装荷する方法が知られ、提案されている
（上記各公報及び特許願）。As a method of measuring the amount of rotation using such a shadow pattern, a method of directly loading a cylindrical lattice member having a lattice pattern on a rotating shaft has been known and proposed (the above publications and patent applications). .
［発明が解決しようとする課題］ 上記の如き回転量測定方法の実施には勿論、光源と光
センサーが必用であるが、これらは円筒状の格子部材を
用いる場合、共に回転軸から離れた位置に配備されるた
め測定装置が大型化し易い。光源や光センサー自体は小
型化が可能であるが、その配設位置に対する制限のた
め、装置の大型化が生ずるのである。[Problem to be Solved by the Invention] Of course, a light source and an optical sensor are necessary for implementing the rotation amount measuring method as described above. However, when a cylindrical lattice member is used, these are located at positions away from the rotation axis. Since the measuring device is provided in the measuring device, it is easy to increase the size of the measuring device. Although the light source and the optical sensor itself can be miniaturized, the size of the device is increased due to the restriction on the arrangement position.
本発明は上述の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、小型の測定装置で高精度に回転量を測定できる新規
な回転量測定方法の提供を目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a novel rotation amount measuring method capable of measuring a rotation amount with high accuracy using a small measuring device.
［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。[Means for Solving the Problems] Hereinafter, the present invention will be described.
本発明の回転量測定方法は「周面に微細な格子パター
ンを形成された円錐形状の格子部材を、その円錐軸と回
転軸芯とを合致させて回転軸に装荷し、格子パターンに
光源からの光を照射して格子部材による反射光により影
絵パターンを形成し、回転軸の回転に伴う影絵パターン
の移動量を光センサーにより検知して回転軸の回転量を
測定する」ことを特徴とする。The rotation amount measuring method of the present invention is described as follows: `` A conical lattice member having a fine lattice pattern formed on the peripheral surface is loaded on a rotation axis with its conical axis and the rotation axis aligned, and a light source is applied to the lattice pattern. Irradiate the light and form a shadow pattern by the reflected light from the lattice member, and measure the amount of movement of the rotation axis by detecting the movement amount of the shadow pattern with the rotation of the rotation axis by the optical sensor. " .
格子部材の形状の「円錐形状」は円錐形もしくは截頭
円錐形を意味する。格子部材の周面とは勿論、円錐形状
の円錐面を意味する。円錐軸とは格子部材を構成する円
錐形状の回転対称軸を意味する。また「円錐軸と回転軸
芯とを合致させる」とは、回転軸の回転軸芯と円錐軸と
を実質的に一致させることを意味する。The “conical shape” of the shape of the lattice member means a conical shape or a truncated conical shape. It means not only the peripheral surface of the lattice member but also a conical surface of a conical shape. The conical axis means a conical rotationally symmetric axis constituting the lattice member. Further, "matching the conical axis with the rotation axis" means that the rotation axis of the rotation axis substantially coincides with the conical axis.
格子パターンに照射する光はコヒーレント光・インコ
ヒーレント光を問わないが、格子部材による反射光によ
って影絵パターンが形成されることを条件とする。この
ような光の光源としては半導体レーザーやLEDを挙げる
ことができる。即ち半導体レーザーの場合、その光放射
部の短手方向を格子パターンの回転による移動方向（光
照射部に於ける移動方向）に直交的に対応させれば特開
昭63-47616号公報に開示された点状光源として本発明の
実施に適用できるし、上記光放射部の長手方向を格子パ
ターンの上記移動方向と対応させれば特開昭64-297513
号公報に開示された線状の光源として本発明に適用でき
る。The light applied to the grating pattern may be coherent light or incoherent light, provided that the shadow pattern is formed by light reflected by the grating member. Examples of such light sources include semiconductor lasers and LEDs. That is, in the case of a semiconductor laser, if the short direction of the light emitting portion is made to correspond orthogonally to the moving direction by the rotation of the grating pattern (moving direction in the light irradiating portion), it is disclosed in JP-A-63-47616. The present invention can be applied to the practice of the present invention as a point light source, and if the longitudinal direction of the light emitting portion is made to correspond to the moving direction of the grating pattern, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-297513
The invention can be applied to the present invention as a linear light source disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 10-115,036.
またLEDを用いる場合には、影絵パターンを発生させ
得るように、放射光束を所定の細幅スリットやアパーチ
ュアを介して取り出すようにしたものを光源とすればよ
い。光センサーとしては、拡大された影絵パターンの移
動を検知できるような寸法のものを適宜使用することが
できる。When an LED is used, a light source that extracts a radiated light beam through a predetermined narrow slit or aperture so as to generate a shadow pattern may be used as the light source. An optical sensor having a size capable of detecting the movement of the enlarged shadow picture pattern can be used as appropriate.
［作用］ 本発明のように円錐形状の格子部材を用いると、回転
軸方向に対して格子パターンの形成された周面が傾くの
で、例えば格子パターンを照射する光束の中心光線或は
格子パターンからの反射光束の中心光線の方向を回転軸
方向に平行にすることができる。このことは光源もしく
は光センサーの一方を回転軸の近傍に配備できることを
意味する。[Operation] When a conical grid member is used as in the present invention, the peripheral surface on which the grid pattern is formed is inclined with respect to the rotation axis direction. The direction of the central ray of the reflected light beam can be made parallel to the rotation axis direction. This means that one of the light source or the optical sensor can be arranged near the rotation axis.
格子部材の作製は種々の方法が可能である。例えば円
錐形状の格子支持体を格子パターンと別に形成し、その
周面に、レーザー光干渉やフォトリソグラフィーで形成
した所望の格子パターンを貼着して格子部材とすること
ができる。Various methods can be used for fabricating the lattice member. For example, a lattice support having a conical shape may be formed separately from the lattice pattern, and a desired lattice pattern formed by laser light interference or photolithography may be adhered to the peripheral surface to form a lattice member.
あるいは上記円錐形状の格子支持体の周面部にFe2O3
やCoCrのような磁化膜を形成し、この磁化膜に磁気ヘッ
ドで格子のパターンを書き込み、このパターンを磁性コ
ロイド流体（強磁性体の微粉末を界面活性剤中に分散さ
せたもの）の塗布により顕像化しこれを格子パターンと
して定着したものを格子部材とすることができる。上記
パターンの顕像化に、磁性コロイド流体に替えて光硬化
性磁性流体（強磁性体の微粉末を界面活性剤とともに光
硬化性樹脂に分散させたもの）や熱硬化性磁性流体（強
磁性体の微粉末を界面活性剤とともに熱硬化性樹脂に分
散させたもの）を用いると、顕像化後、光照射もしくは
加熱により顕像化パターンを容易に定着できるので好都
合である。Alternatively, Fe 2 O 3 is applied to the peripheral surface of the conical lattice support.
A magnetized film such as CoCr or CoCr is formed, a lattice pattern is written on the magnetized film with a magnetic head, and this pattern is applied with a magnetic colloid fluid (a ferromagnetic fine powder dispersed in a surfactant). Thus, what is visualized and fixed as a grid pattern can be used as a grid member. In order to visualize the pattern, a photo-curable magnetic fluid (a ferromagnetic fine powder dispersed in a photo-curable resin together with a surfactant) or a thermo-curable magnetic fluid (ferromagnetic When fine powder of the body is dispersed in a thermosetting resin together with a surfactant), the visualized pattern can be easily fixed by light irradiation or heating after the visualization, which is advantageous.
ここで、影絵パターンの発生の例を線状の光源からコ
ヒーレント光を格子パターンに照射する場合を例にとっ
て説明する。Here, an example of the generation of a shadow pattern will be described with reference to an example in which coherent light is emitted from a linear light source to a lattice pattern.
第２図に於いて、符号1Bはコヒーレント光を放射する
線状の光源を示す。符号２で示す格子パターンは光源1B
から距離b1のところに配備されている。線状の光源1Bの
長さｄは格子パターンに於ける格子ピッチと同程度が良
い。In FIG. 2, reference numeral 1B denotes a linear light source that emits coherent light. The grid pattern indicated by reference numeral 2 is the light source 1B
It is deployed at a distance b1 from. The length d of the linear light source 1B is preferably substantially the same as the grating pitch in the grating pattern.
線状の光源1Bから発散性の光束を格子パターン２に照
射すると回折光束が発生する。第２図で符号10は回折光
束の光束断面を示している。回折光束は格子パターン２
の光照射部に各部から発生するが、回折光束同士が重な
り合う領域には符号11で示すような影絵パターンが発生
する。図に示す距離b2の位置では、影絵パターン11の明
暗のピッチは格子パターンの格子ピッチを（b2/b1）倍
したものになっている。即ち影絵パターン11は恰も光源
1Bの位置に理想的な単色点光源を置いた場合の格子パタ
ーン２の幾何光学的な影に対応したパターンとなる。こ
のため影絵パターンと呼ばれるのである。When a divergent light beam is emitted from the linear light source 1B to the grating pattern 2, a diffracted light beam is generated. In FIG. 2, reference numeral 10 indicates a light beam cross section of the diffracted light beam. Diffracted light beam is grating pattern 2
Each of the light irradiating portions generates a shadow pattern as indicated by reference numeral 11 in a region where the diffracted light beams overlap each other. At the position of the distance b2 shown in the figure, the light and dark pitches of the shadow pattern 11 are (b2 / b1) times the grid pitch of the grid pattern. That is, shadow pattern 11 is just a light source
This is a pattern corresponding to the geometric optical shadow of the grid pattern 2 when an ideal monochromatic point light source is placed at the position 1B. For this reason, it is called a shadow pattern.
［実施例］ 以下、具体的な実施例を説明する。[Example] Hereinafter, a specific example will be described.
第１図（ａ）に示す実施例では、回転軸７は１対の軸
受け6A,6Bに支持され、図示されない駆動手段により回
転駆動される。In the embodiment shown in FIG. 1A, the rotating shaft 7 is supported by a pair of bearings 6A and 6B, and is driven to rotate by driving means (not shown).
円錐形状の格子部材８は円錐軸を回転軸７の回転軸芯
に合致させ、回転軸７と一体化されている。The conical lattice member 8 has a conical axis coinciding with the rotation axis of the rotation shaft 7 and is integrated with the rotation shaft 7.
発散性のコヒーレント光を放射する線状の光源１は回
転軸７に近接して設けられ、光束は格子部材８の格子パ
ターンを照射する。A linear light source 1 that emits divergent coherent light is provided close to a rotation axis 7, and a light beam irradiates a grid pattern of a grid member 8.
格子パターンによる反射光束は影絵パターンを発生す
るので、この影絵パターンの格子部材８の回転に伴う移
動を光センサー５により検出することにより、回転軸７
の回転量を測定できる。検出された回転量を時間微分す
れば回転速度を測定できるし、さらに時間微分すれば回
転の加速度を知ることもできる。The light flux reflected by the lattice pattern generates a shadow pattern, and the movement of the shadow pattern along with the rotation of the lattice member 8 is detected by the optical sensor 5, whereby the rotation axis 7 is detected.
Can be measured. The rotational speed can be measured by differentiating the detected amount of rotation with time, and the rotational acceleration can be known by further differentiating with time.
第１図（ｂ）に示す実施例では図示されない駆動手段
により回転駆動される回転軸７は単一の軸受け６に支持
され、格子部材8Aは回転軸７の先端部に一体化されてい
る。発散性のコヒーレント光を放射する線状の光源１を
回転軸７に近接して設け、格子部材８の格子パターンを
照射し、反射光束による影絵パターンの移動を光センサ
ー５により検出して回転軸７の回転量を測定する。In the embodiment shown in FIG. 1 (b), a rotating shaft 7 driven to rotate by driving means (not shown) is supported by a single bearing 6, and a lattice member 8A is integrated with the tip of the rotating shaft 7. A linear light source 1 that emits divergent coherent light is provided close to a rotation axis 7, irradiates a grid pattern of a grid member 8, and a movement of a shadow pattern caused by a reflected light beam is detected by an optical sensor 5 to rotate the light source. 7 is measured.
第１図（ｃ）に示す実施例でも、図示されない駆動手
段により回転駆動される回転軸７は単一の軸受け６に支
持され、格子部材8Bは回転軸７の先端部に一体化されて
いる。発散性のコヒーレント光を放射する線状の光源１
により格子部材８の格子パターンを照射し、反射光束に
よる影絵パターンの移動を、回転軸７に近接して設けら
れた光センサー５により検出して回転軸７の回転量を測
定する。Also in the embodiment shown in FIG. 1 (c), the rotating shaft 7 which is rotationally driven by a driving means (not shown) is supported by a single bearing 6, and the lattice member 8B is integrated with the tip of the rotating shaft 7. . Linear light source 1 that emits divergent coherent light
Illuminates the grid pattern of the grid member 8, and detects the movement of the shadow pattern by the reflected light beam by the optical sensor 5 provided close to the rotary shaft 7, and measures the amount of rotation of the rotary shaft 7.
上記の３つの実施例の何れに於いても線状の光源１の
長手方向は回転軸７の回転に伴い格子パターンの移動す
る方向に対応している。In any of the above three embodiments, the longitudinal direction of the linear light source 1 corresponds to the direction in which the grating pattern moves with the rotation of the rotating shaft 7.
光源としては、前述した点状光源を用いても良いし、
LEDからのインコヒーレント光束を第３図に示すよう
な、細幅スリット（同図（ａ））、楕円状アパーチュア
（ｂ）、ピンホール状アパーチュア（ｃ）を介して取り
出して格子パターンに照射することもできる。この場
合、スリットや楕円状アパーチュアから取り出された光
を格子パターンに照射するときは、スリットもしくは楕
円状アパーチュアの長手方向を前述の線状の光源の長手
方向と同じ方向にするのである。As the light source, the point light source described above may be used,
An incoherent light beam from the LED is extracted through a narrow slit (FIG. 3A), an elliptical aperture (b), and a pinhole aperture (c) as shown in FIG. You can also. In this case, when irradiating the light extracted from the slit or the elliptical aperture to the lattice pattern, the longitudinal direction of the slit or the elliptical aperture is set to the same direction as the longitudinal direction of the linear light source.
［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規な回転量測定方法を提供で
きる。この方法では格子パターンが円錐形状の格子部材
の周面に形成され、上記周面が回転軸に対して傾くため
光源もしくは光センサーを回転軸に近接して配備でき、
従って測定系をコンパクトに構成することができる。ま
た格子パターンを形成された面は凸の曲面となっている
ので、光源から照射される光は、上記曲面による光源の
像から放射される光と等価な光束として反射光束を発生
させる。従って光源からの照射光束は平行光束でもよ
い。また反射光束に対して上記周面による光源の像が仮
想的な光源として振る舞い、この像は実際の光源よりも
周面に近いため、影絵パターンの拡大倍率が現実の光源
・光センサーの位置関係より大きくなり測定精度を向上
させ易い。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a novel rotation amount measuring method can be provided. In this method, the lattice pattern is formed on the peripheral surface of the conical lattice member, and since the peripheral surface is inclined with respect to the rotation axis, the light source or the optical sensor can be arranged close to the rotation axis,
Therefore, the measuring system can be made compact. Further, since the surface on which the lattice pattern is formed is a convex curved surface, light emitted from the light source generates a reflected light beam as a light beam equivalent to light emitted from the image of the light source on the curved surface. Therefore, the irradiation light beam from the light source may be a parallel light beam. Also, the image of the light source by the peripheral surface acts as a virtual light source with respect to the reflected light flux, and this image is closer to the peripheral surface than the actual light source. It is larger and it is easy to improve the measurement accuracy.
第１図は本発明の実施例を３例示す図、第２図は影絵パ
ターンを説明するための図、第３図は光源にインコヒー
レント光を発するものを用いる場合に格子パターンに照
射する光を得るためのスリット・アパーチュアを説明す
るための図である。 １……線状の光源、５……光センサー、７……回転軸、
8,8A,8B……格子部材FIG. 1 is a view showing three examples of the embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view for explaining a shadow pattern, and FIG. 3 is light for irradiating a lattice pattern when a light source that emits incoherent light is used. FIG. 5 is a diagram for explaining a slit aperture for obtaining a slit. 1 ... linear light source, 5 ... optical sensor, 7 ... rotating shaft,
8,8A, 8B …… Lattice member
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明渡 純 東京都新宿区早稲田３丁目18番１号 丸 茂ハイツ203号 (72)発明者 山口 友行 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平２−57913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−40114（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−297019（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−297513（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−47616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−21972（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01D 5/26 - 5/38 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Jun Akito 3-18-1 Waseda, Shinjuku-ku, Tokyo 203 Maru Shigeru Heights 203 (72) Inventor Tomoyuki Yamaguchi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo (56) References JP-A-2-57913 (JP, A) JP-A-59-40114 (JP, A) JP-A-2-29919 (JP, A) JP-A-1-297513 (JP, A) JP-A-63-47616 (JP, A) JP-A-53-21972 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01D 5/26-5 / 38
Claims (1)
錐形状の格子部材を、その円錐軸と回転軸芯とを合致さ
せて回転軸に装荷し、 格子パターンに光源からの光を照射して格子部材による
反射光により影絵パターンを形成し、 回転軸の回転に伴う上記影絵パターンの移動量を光セン
サーにより検知して回転軸の回転量を測定することを特
徴とする回転量測定方法。1. A conical grid member having a fine grid pattern formed on its peripheral surface is loaded on a rotating shaft with its conical axis and the rotating shaft center aligned, and the grid pattern is irradiated with light from a light source. Forming a shadow pattern by light reflected by the lattice member, and measuring the rotation amount of the rotation axis by detecting the movement amount of the shadow pattern with the rotation of the rotation axis by an optical sensor. .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP19126390A JP2889664B2 (en) | 1990-07-19 | 1990-07-19 | Rotation amount measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
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| ATE215869T1 (en) * | 1993-06-04 | 2002-04-15 | Byelocorp Scient Inc | MAGNETORHEOLOGICAL POLISHING APPARATUS AND METHODS |
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1990
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