JP7502887B2 - 光学式位置測定装置 - Google Patents
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Description
Δt(θ):目盛円板の接線方向のシフト
θ:目盛円板の回転角
e:偏心
Δθ1:偏心に起因する回転角誤差の位相位置
φmess(θ):方位方向の走査の回転角値
Δφexz(θ):偏心に起因する回転角誤差
θ:目盛円板の回転角
e:偏心
Δθ1:偏心に起因する回転角誤差の位相位置
R:走査半径
Δrexz(θ):目盛円板の半径方向の偏位
Δt(θ):目盛円板の接線方向のシフト
θ:目盛円板の回転角
Δφexz(θ):偏心に起因する回転角誤差
Δrexz(θ):目盛円板の半径方向の偏位
R:走査半径
θ:目盛円板の回転角
φkorr(θ):回転角に応じた補正値
Δrexz(θ):目盛円板の半径方向の偏位
R:走査半径
θ:目盛円板の回転角
校正動作において格子型基準尺の少なくとも一回の全回転に渡って得られる格子型基準尺の半径方向のシフトに関する回転角に応じた測定値が更に処理されて、回転角に応じた補正値として信号処理ユニットのメモリに保存することが可能であり、
測定動作において、このメモリに保存された回転角に応じた補正値が、存在する偏心誤差及びタンブリング誤差に関して、測定された方位方向の回転角を補正するために、信号処理ユニットによって用いられる、
ように装備及び構成されることが可能である。
ここで、
φout:出力される補正された回転位置
φmess(θ):方位方向の走査の回転角値
φkorr(θ):回転角に応じた補正値
Δφtilt:タンブリングに起因する回転角誤差
b:タンブリングに起因する回転角誤差の振幅
θ:目盛円板の回転角
Δθ2:タンブリングに起因する回転角誤差の位相位置
Δφtotal:全体測定誤差
Δφexz:偏心に起因する回転角誤差
Δφtilt:タンブリングに起因する回転角誤差
a=e/R:偏心に起因する回転角誤差の振幅
b:タンブリングに起因する回転角誤差の振幅
θ:目盛円板の回転角
Δθ1:偏心に起因する回転角誤差の位相位置
Δθ2:タンブリングに起因する回転角誤差の位相位置
光学式位置測定装置において、系が中立的な回転ポイントを中心に傾斜していても、測定される位置は変わらないままであることと、
系がそれ以外の点を中心に傾斜している場合、実際の位置変化が生じていないのに、測定される位置が変化してしまうことと、
に留意することができる。この場合、傾斜は、走査ユニット又は検出ユニットの傾斜から成るか、さもなければ格子型基準尺の傾斜から成ることができる。
θ:目盛円板の回転角
φmess(θ):方位方向の走査の回転角値
φexz(θ):偏心に起因する回転角誤差
φtilt(θ):タンブリングに起因する回転角誤差
θ:目盛円板の回転角
Δφtilt(θ):タンブリングに起因する回転角誤差
R:走査半径
ΔzA:目盛円板からの方位方向の走査の中立的な回転ポイントの間隔
Ry(θ):走査箇所におけるy軸を中心にする目盛円板の傾斜
θ:目盛円板の回転角
φmess(θ):方位方向の走査の回転角値
Δφexz(θ):偏心に起因する回転角誤差
R:走査半径
ΔzA:目盛円板からの方位方向の走査の中立的な回転ポイントの間隔
Ry(θ):走査箇所におけるy軸を中心にする目盛円板の傾斜
θ:目盛円板の回転角
Δrmess(θ):半径方向の反射光式走査の測定値
Δrexz(θ):偏心に起因する半径方向の測定値
θ:目盛円板の回転角
Δrtilt(θ):タンブリングに起因する半径方向の測定値
ΔzR:目盛円板からの半径方向の走査の中立的な回転ポイントの間隔
Rx(θ):走査箇所におけるx軸を中心にする目盛円板の傾斜
θ:目盛円板の回転角
Δrmess(θ):半径方向の反射光式走査の測定値
Δrexz(θ):偏心に起因する半径方向の測定値
ΔzR:目盛円板からの半径方向の走査の中立的な回転ポイントの間隔
Rx(θ):走査箇所におけるx軸を中心にする目盛円板の傾斜
θ:目盛円板の回転角
Rx(θ):走査箇所におけるx軸を中心にする目盛円板の傾斜
Ry(θ):走査箇所におけるy軸を中心にする目盛円板の傾斜
ΔzA:目盛円板からの方位方向の走査の中立的な回転ポイントの間隔
ΔzR:目盛円板からの半径方向の走査の中立的な回転ポイントの間隔
θ:目盛円板の回転角
φkorr(θ):回転角に応じた補正値
R:走査半径
Δrmess(θ):半径方向の反射光式走査の測定値
φout:出力される補正された角度位置
φmess(θ):方位方向の走査の回転角値
φkorr(θ):回転角に応じた補正値
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下の構成も包含し得る:
1.
反射格子として構成された、回転軸の周りを回転する格子型基準尺(11;111)であって、この基準尺の走査から、回転軸の周りの方位方向の回転運動に関する位置情報も、格子型基準尺(11;111)の半径方向のシフトに関する位置情報も生成することが可能である格子型基準尺と、
方位方向の回転角(φ mess (θ))と格子型基準尺(11;111)の半径方向のシフト(Δr mess (θ))を計測するために、回転する格子型基準尺(11;111)を走査する少なくとも一つの検出ユニットと、
を有する、互いに回転運動する二つの物体の間の回転角を検出する光学式位置測定装置であって、
前記の回転角とシフトを計測するための格子型基準尺(11;111)の走査の中立的な回転ポイントが同じ面内に有り、この面が、格子型基準尺(11;111)に対して平行であるとともに、この中立的な回転ポイントは、その回転ポイントの周りに格子型基準尺(11;111)又は検出ユニットが位置のずれ無しに傾斜することが可能である箇所を表す光学式位置測定装置。
2.
上記1に記載の光学式位置測定装置において、
格子型基準尺(11)が、半径方向目盛(11.1)と、それに対して隣接して配置された円環目盛(11.2)とを有する光学式位置測定装置。
3.
上記2に記載の光学式位置測定装置において、
半径方向目盛(11.1)を走査する第一の検出ユニット(22)と、円環目盛(11.2)を走査する第二の検出ユニット(23)とを有する光学式位置測定装置。
4.
上記1に記載の光学式位置測定装置において、
格子型基準尺(111)は、長手延存方向が半径方向を向いた、円環形状に第一の基準尺周期(MV P1 )で周期的に配置されたストライプエレメント(111.1,111.2,111.3,....)から構成され、
これらのストライプエレメント(111.1,111.2,111.3,....)が、絶対位置符号化のために、それらの長手延存方向に沿って第二の基準尺周期(MV P2 )による周期的な構造を有する、
光学式位置測定装置。
5.
上記4に記載の光学式位置測定装置において、
前記の検出ユニットが、単一の光源(121)と、単一の検出器配列(122)とを有する光学式位置測定装置。
6.
上記5に記載の光学式位置測定装置において、
前記の検出器配列(122)が、複数の検出器エレメントを備えた二次元の検出器配列として構成されて、複数の検出器エレメントからそれぞれ構成された複数の検出器スリットを有し、これらの検出器スリットが、円環形状の配列方向に沿って第一の検出周期で周期的に配置されるとともに、これらの検出器エレメントが、検出器スリット内において、第二の検出周期で周期的に配置されている光学式位置測定装置。
7.
上記1から6までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置において、
前記の格子型基準尺(111)の光学走査部が、投影倍率β=2による中心投影走査部として構成されていて、拡散光源(121)と、少なくとも一つの方向に沿って周期的に構成された検出器配列(122)とを有する光学式位置測定装置。
8.
上記1から7までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置において、
本装置が信号処理ユニット(30;130)を有し、この信号処理ユニットが、
校正動作において格子型基準尺(11;111)の少なくとも1回の全回転に渡って得られる、格子型基準尺(11;111)の半径方向のシフト(Δr mess (θ))に関する回転角に応じた測定値を更に処理して、回転角に応じた補正値(φ korr )として信号処理ユニット(30;130)のメモリに保存することが可能であり、
測定動作において、この信号処理ユニット(30;130)によって、存在する偏心誤差及びタンブリング誤差に関して測定した方位方向の回転角(φ mess (θ))を補正するために、このメモリに保存された回転角に応じた補正値(φ korr )を使用する、ように装備及び構成されている、
光学式位置測定装置。
9.
上記8に記載の光学式位置測定装置において、
前記の信号処理ユニット(30;130)は、この信号処理ユニット(30;130)によって、校正動作において得られた格子型基準尺(11;111)の半径方向のシフト(Δr mess (θ))に関する回転角に応じた測定値が、測定動作において、存在する偏心誤差及びタンブリング誤差に関して、90°ずれた回転角を補正するために使用されるように装備及び構成されている光学式位置測定装置。
10.
上記8に記載の光学式位置測定装置において、
前記の信号処理ユニット(30;130)は、存在する偏心誤差及びタンブリング誤差に関して回転角を次の式の通り
φ out =φ mess -φ korr (φ mess -π/2)
ここで、
φ out :出力される補正された角度位置
φ mess (θ):方位方向の走査の回転角値
φ korr (θ):回転角に応じた補正値
補正する光学式位置測定装置。
10’ 傾斜していない目盛円板
11 格子型基準尺
11.1 半径方向目盛
11.2 円環目盛
13 第一の検出ユニットによる走査箇所
14 第二の検出ユニットによる走査箇所
20 走査ユニット
21 光源
22,23 検出ユニット
25 検出面
26 板
30 信号処理ユニット
31,32 補間ユニット
33 再処理ユニット
110 傾斜している目盛円板
110’ 傾斜していない目盛円板
111 格子型基準尺
111.1,111.2,111.3 ストライプエレメント
112 構造エレメント
114 走査箇所
120 走査ユニット
121 拡散光源
122 検出器配列
125 検出面
126 回路基板
130 信号処理ユニット
131,132 補間ユニット
133 再処理ユニット
d 走査間隔
e 偏心
x,y,z 座標軸
A~D 回転位置
AE 走査面
AEH 走査ユニット
AS 走査光ビーム
D’ 回転ポイント
DA 回転軸
DET 検出ユニット
D1,D2 検出ユニット
KL コリメータレンズ
LQ 光源
MD 回転軸
MTS 目盛円板TSの軸
MVP1 第一の基準尺周期
MVP2 第二の基準尺周期
N 法線ベクトル
P,Q,R 基準目盛板T上の点
P’,Q’,R’;P’’,Q’’,R’’ センサーS上の点
R 走査半径
Ry 傾斜角度
S センサー
S1,S2 目盛トラック
Sr 半径方向のシフトの信号
Sφ 方位方向の回転角の信号
T 基準目盛板
TS タンブリング運動しない目盛円板
TS’ タンブリング運動する目盛円板
θ 目盛円板の回転角
φkorr 回転角に応じた補正値
φout 出力される角度位置
φmess 方位方向の回転角
Δrmess 半径方向のシフト
Δφ 回転角誤差
Δφexz 偏心に起因する回転角誤差
Δφtilt タンブリングに起因する回転角誤差
Δφtotal 全体測定誤差
Claims (10)
- 反射格子として構成された、回転軸を中心に回転する格子型基準尺(11;111)であって、この基準尺の走査から、回転軸を中心に方位方向の回転運動に関する位置情報も、格子型基準尺(11;111)の半径方向のシフトに関する位置情報も生成することが可能である格子型基準尺と、
方位方向の回転角(φmess(θ))と格子型基準尺(11;111)の半径方向のシフト(Δrmess(θ))を計測するために、回転する格子型基準尺(11;111)を走査する少なくとも一つの検出ユニットと、
を有する、互いに回転運動する二つの物体の間の回転角を検出する光学式位置測定装置であって、
前記の回転角を計測するための格子型基準尺(11;111)の走査の中立的な回転ポイントとシフトを計測するための格子型基準尺(11;111)の走査の中立的な回転ポイントとが同じ面内に有り、この面が、格子型基準尺(11;111)に対して平行であるとともに、この中立的な回転ポイントは、走査により生成された光パターンがずれて前記検出ユニットに当たり、結果として変わらない位置からずれた位置を検出することなしに、格子型基準尺(11;111)又は検出ユニットが当該中立的な回転ポイントを中心にして理想的に配置された場合から傾斜可能である箇所を表す光学式位置測定装置。 - 請求項1に記載の光学式位置測定装置において、
格子型基準尺(11)が、半径方向目盛(11.1)と、当該半径方向目盛に対して同心に配置された円環目盛(11.2)とを有し、前記半径方向目盛(11.1)および前記円環目盛(11.2)は、目盛円板(10)上の二つの別個の円環形状のトラックに配置されている光学式位置測定装置。 - 請求項2に記載の光学式位置測定装置において、
半径方向目盛(11.1)を走査する第一の検出ユニット(22)と、円環目盛(11.2)を走査する第二の検出ユニット(23)とを有する光学式位置測定装置。 - 請求項1に記載の光学式位置測定装置において、
格子型基準尺(111)は、長手延存方向が半径方向を向いた、円環形状に第一の基準尺周期(MVP1)で周期的に配置されたストライプエレメント(111.1,111.2,111.3,....)から構成され、
これらのストライプエレメント(111.1,111.2,111.3,....)が、絶対位置符号化のために、それらの長手延存方向に沿って第二の基準尺周期(MVP2)による周期的な構造を有する、
光学式位置測定装置。 - 請求項4に記載の光学式位置測定装置において、
前記の検出ユニットが、単一の光源(121)と、単一の検出器配列(122)とを有する光学式位置測定装置。 - 請求項5に記載の光学式位置測定装置において、
前記の検出器配列(122)が、複数の検出器エレメントを備えた二次元の検出器配列として構成されて、複数の検出器エレメントからそれぞれ構成された複数の検出器スリットを有し、これらの検出器スリットが、円環形状の配列方向に沿って第一の検出周期で周期的に配置されるとともに、これらの検出器エレメントが、検出器スリット内において、第二の検出周期で周期的に配置されている光学式位置測定装置。 - 請求項1から6までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置において、
前記の格子型基準尺(111)の光学走査部が、投影倍率β=2による中心投影走査部として構成されていて、拡散光源(121)と、少なくとも一つの方向に沿って周期的に構成された検出器配列(122)とを有する光学式位置測定装置。 - 請求項1から7までのいずれか一つに記載の光学式位置測定装置において、
本装置が信号処理ユニット(30;130)を有し、この信号処理ユニットが、
校正動作において格子型基準尺(11;111)の少なくとも1回の全回転に渡って得られる、格子型基準尺(11;111)の半径方向のシフト(Δrmess(θ))に関する回転角に応じた測定値を更に処理して、回転角に応じた補正値(φkorr)として信号処理ユニット(30;130)のメモリに保存することが可能であり、
測定動作において、この信号処理ユニット(30;130)によって、存在する偏心誤差及びタンブリング誤差に関して測定した方位方向の回転角(φmess(θ))を補正するために、このメモリに保存された回転角に応じた補正値(φkorr)を使用する、ように装備及び構成されている、
光学式位置測定装置。 - 請求項8に記載の光学式位置測定装置において、
前記の信号処理ユニット(30;130)は、この信号処理ユニット(30;130)によって、校正動作において得られた格子型基準尺(11;111)の半径方向のシフト(Δrmess(θ))に関する回転角に応じた測定値が、測定動作において、存在する偏心誤差及びタンブリング誤差に関して、90°ずれた回転角を補正するために使用されるように装備及び構成されている光学式位置測定装置。 - 請求項8に記載の光学式位置測定装置において、
前記の信号処理ユニット(30;130)は、存在する偏心誤差及びタンブリング誤差に関して回転角を次の式の通り
φout=φmess-φkorr(φmess-π/2)
ここで、
φout:出力される補正された角度位置
φmess(θ):方位方向の走査の回転角値
φkorr(θ):回転角に応じた補正値
補正する光学式位置測定装置。
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