JPH03180717A - Encoder - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To detect the displacement state of a body to be measured with high accuracy over a wide range by arranging plural scales on a scale plate divisionally in necessary areas, and performing specific arithmetic processing. CONSTITUTION:The scale plate 11 moves as shown by, for example, an arrow 12 as a moving stage moves. At this time, a detection head 2 detect scales 1a - 1e and origin marks 6a - 6e provided to the scale plate 11. Further, signals based upon the origin marks detected by the head 2 are used by resetting count data on the scale. Consequently, the position of the head 2 is detected as an absolute position behind the origin marks. Then a counting control part 3 counts the signals from the head 2 and the current count signal and distance data l1 - l4 stored in a storage part are used to convert the movement quantity of the scale plate 11 into a digital signal of count data, which is sent to an external device 13. This device 13 utilizes the signal from the control part 3 to control, for example, the movement of the moving stage.

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は工作機械や測定器等の分野において被測定物の
直線移動状態や回転移動状態等を検出するエンコーダに
関し、特に被測定物に関して設けるスケール板上のスケ
ールの形状を適切に設定することにより被測定物の移動
状態を広範囲にわたり高精度に検出することのできるエ
ンコータに関するものである。Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an encoder for detecting the linear movement state or rotational movement state of an object to be measured in the fields of machine tools, measuring instruments, etc. The present invention relates to an encoder that can detect the moving state of an object to be measured over a wide range with high precision by appropriately setting the shape of a scale on a scale plate.

（従来の技術） 従来よりＸ−Ｙステージ等の被測定物の直線方向の位置
検出や移動量検出等にはリニアエンコーダが多く用いら
れている。特に光学式のリニアエンコーダは比較的高精
度な検出が出来る為各分封で用いられている。(Prior Art) Linear encoders have conventionally been widely used to detect the linear position and movement amount of objects to be measured, such as X-Y stages. In particular, optical linear encoders are used for each package because they can perform relatively high-precision detection.

第５図は従来の光学式のリニアエンコーダの概略構成図
である。同図において６１はスケール板であり、スケー
ル６１ａを直線方向に設けている。６８は検出手段（検
出ヘッド）であり、発光素子とスケール６１ａを読み取
る為のセンサとを内部に備えている。６９は被測定物で
矢印の如く一方向に移動する移動ステージより成ってい
る。FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional optical linear encoder. In the figure, 61 is a scale plate, and a scale 61a is provided in a linear direction. Reference numeral 68 denotes a detection means (detection head), which includes a light emitting element and a sensor for reading the scale 61a. Reference numeral 69 denotes an object to be measured, which is a moving stage that moves in one direction as shown by the arrow.

スケール板６１は移動ステージ６つに取り付けられ、又
検出手段６８は不図示の県仮に固定されている。The scale plate 61 is attached to six moving stages, and the detection means 68 is fixed to a prefecture (not shown).

同図に示すリニアエンコーダは移動ステージ６９の移動
に伴うスケール板６１上のスケール６１ａの変位量を検
出手段６８により検出することにより該移動ステージ６
９の変位状態を検出している。The linear encoder shown in FIG.
9 displacement states are detected.

この他回転物体の回転速度や回転変動量を検出する為の
ロータリーエンコーダは、例えば特開昭６２−１６３９
２２号公報は特開昭６２−１６３９２５号公報等で種々
と提案されている。In addition, a rotary encoder for detecting the rotational speed and rotational fluctuation amount of a rotating object is disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 62-1639, for example.
Various proposals have been made for the No. 22 publication in Japanese Patent Laid-Open No. 163925/1983 and the like.

（発明が解決しようとする問題点〉 第５図に示すリニアエンコーダでは移動ステージ６９の
移動量の測定範囲はスケール板６１上に設けたスケール
６１ａの長さにより制限されている。この為従来のリニ
アエンコーダにおいて被測定物の測定範囲を広範囲にわ
たり高精度に行うには長尺の高精度のスケールを用いる
必要があった。(Problems to be Solved by the Invention) In the linear encoder shown in FIG. In order to measure a measured object with high accuracy over a wide range with a linear encoder, it is necessary to use a long, high-precision scale.

しかしながら一般に高精度の長尺のスケールを製作する
ことは大変難しい。又長尺のスケールは環境変化、例え
ば温度変化によってスケールが膨張したり、リソや曲が
りが生じるという問題点があり、更にスケール板への取
付精度も息下してくる゛という問題点があった。However, it is generally very difficult to manufacture a long scale with high precision. In addition, long scales have the problem of expansion, warping, and bending due to environmental changes, such as temperature changes, and there is also the problem that the accuracy of mounting on the scale plate decreases. .

本発明は実際の測定において用いるスケールは全体の一
部分であることが多いという事を考慮し、スケール板に
設けるスケールを適切に設定することにより、被測定物
の直線移動や回転移動等の変位状態を広範囲にわたり高
精度に検出することのできるエンコーダの提供を目的と
する。The present invention takes into account that the scale used in actual measurement is often a part of the whole, and by appropriately setting the scale provided on the scale plate, it is possible to adjust the displacement state of the measured object such as linear movement or rotational movement. The purpose of the present invention is to provide an encoder that can detect over a wide range with high precision.

（問題点を解決するための手段） 本発明のエンコーダ、基板面上に複数のスケールを予め
設定された間隔を隔てて配置したスケール板と該スケー
ル板の相対的な移動状態を検出する検出ヘッドと該複数
のスケールの各スケール間の距離データを記憶した記憶
部を有する計数制御部とを有し、該計数制御部は該検出
ヘットから得られる信号と該記憶部に記憶された距離デ
ータとを用いて該スケール板と検出ヘッドとの相対的移
動状態を検出していることを特徴としている。(Means for Solving the Problems) An encoder of the present invention, a scale plate having a plurality of scales arranged at preset intervals on a substrate surface, and a detection head that detects the relative movement state of the scale plate. and a counting control section having a storage section storing distance data between each scale of the plurality of scales, and the counting control section includes a signal obtained from the detection head and the distance data stored in the storage section. It is characterized in that the relative movement state between the scale plate and the detection head is detected by using the scale plate and the detection head.

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の要部概略図である。同図
において１１はスケール板であり、不図示の被測定物で
ある移動ステージに取り付けられている。１ａ〜１ｅは
各々スケールであり、スリット状の光反射部と光吸収部
を複数個、マーキング等により等間隔に所定の長さＬ１
〜Ｌ５となるように配設されている。又スケール（ｌａ
〜ｌｅ）はスケール板１１上に予め設定された間隔旦１
〜立４を隔てて直線的に配設されている。(Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a scale plate, which is attached to a moving stage, which is an object to be measured (not shown). 1a to 1e are scales each having a plurality of slit-shaped light reflecting parts and light absorbing parts, which are arranged at equal intervals by marking etc. to a predetermined length L1.
~L5. Also scale (la
~le) is a preset interval dan 1 on the scale plate 11.
They are arranged in a straight line, separated by 4.

６ａ〜６ｅは原点マークであり、各スケール１ａ〜１ｅ
毎に１つずつ設けられている。6a to 6e are origin marks, and each scale 1a to 1e
One is provided for each.

第２図は第１図の原点マーク６ａ近傍の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the origin mark 6a in FIG. 1.

２は検出ヘッドであり、スケール側に光束を投光する発
光手段とスケール又は原点マーク、５％らの反射光束を
検出する検出手段とを有しており、固定の基板（不図示
）面上に載置されている。３は計数制御部であり、各ス
ケール（ｌａ〜ｌｅ）間の距離データ（文１〜２４）を
記憶する記憶部を有しており、検出ヘッド２からの信号
をカウントデータやカウント表示等に変換すると共に記
憶部からの距離データとを用いて所定の演算を行いスケ
ール板１１の移動状態に関する信号な外部装置１３に送
出している。Reference numeral 2 denotes a detection head, which has a light emitting means for projecting a light beam onto the scale side, a scale or origin mark, and a detection means for detecting a reflected light beam of 5%, etc., and is mounted on a fixed substrate (not shown) surface. It is placed on. 3 is a counting control unit, which has a storage unit that stores distance data (texts 1 to 24) between each scale (la to le), and converts the signal from the detection head 2 into count data, count display, etc. In addition to the conversion, a predetermined calculation is performed using the distance data from the storage section, and a signal related to the moving state of the scale plate 11 is sent to the external device 13.

本実施例では移動ステージの移動に伴いスケール板１１
が例えば矢印１２の方向に移動する。このとき検出ヘッ
ド２はスケール板１１に設けたスケール（ｌａ〜ｌｅ）
と原点マーク（６ａ〜６ｅ）を検出する。検出ヘット２
で検出される原点マークに基づく信号はスケール１のカ
ウントデータなリセットとして使用している。これによ
り検出ヘッド２の位置を該原点マークより以後を絶対位
置として検出している。計数制御部３は検出ヘッド２か
らの信号をカウントし、このときのカウント信号と記憶
部に記憶されている距離データ（ＩＬ１〜互４）とを用
いて移動ステージ（スケール板１１）の移動量をカウン
トデータとしてデジタル信号に変形し、外部装置１３に
送信している。そして外部装置１３は計数制御部３から
の信号を利用して、例えば移動ステージの移動を駆動制
御している。In this embodiment, as the moving stage moves, the scale plate 11
moves in the direction of arrow 12, for example. At this time, the detection head 2 detects the scales (la to le) provided on the scale plate 11.
and the origin marks (6a to 6e) are detected. Detection head 2
The signal based on the origin mark detected in is used as a reset for scale 1 count data. Thereby, the position of the detection head 2 is detected as an absolute position from the origin mark onward. The counting control unit 3 counts the signal from the detection head 2, and calculates the amount of movement of the moving stage (scale plate 11) using the count signal at this time and the distance data (IL1 to IL4) stored in the storage unit. is transformed into a digital signal as count data and transmitted to the external device 13. The external device 13 uses the signal from the counting control section 3 to drive and control, for example, the movement of the moving stage.

次に本実施例においてスケール板１１を矢印１２に示す
ように左方向に移動させ、スケール板１１と一体化され
た被加工物を加工する場合について第３図のブロック図
を用いて説明する。Next, a case in which the scale plate 11 is moved to the left as shown by the arrow 12 and a workpiece integrated with the scale plate 11 is machined in this embodiment will be described using the block diagram of FIG. 3.

被加工物における加工領域に相当する箇所をスケール板
１１で領域Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｈの５箇所とし、この領域
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｈの一部をスケール（ｌａ〜ｌｅ）と
検出ヘッド２との組合わせによって得られる分解能で加
工するものとする。尚、このとき領域Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、
Ｅと各スケール間に関する距離データは予め記憶部に記
憶させておく。The areas A, B, C, D, and H on the scale plate 11 correspond to the processing areas on the workpiece. ) and the detection head 2. At this time, areas A, B, C, D,
Distance data between E and each scale is stored in advance in the storage unit.

まずスケール板１１を左方向へ徐々に移動させ、検出ヘ
ッド２がスケール板１１の左端において原点マークを検
出すると同時にパルスカウンタ７をリセットする。これ
が所謂パルスカウンタ７の初期リセットに相当する。こ
れと同時に原点カウンタ８も初期リセットされる。そし
て記憶部に３己十意された距離データを用し）スケール
のカウント動作を行ないながら領域Ａに相当する被加工
物の領域の一部を加工する。First, the scale plate 11 is gradually moved to the left, and at the same time as the detection head 2 detects the origin mark at the left end of the scale plate 11, the pulse counter 7 is reset. This corresponds to what is called an initial reset of the pulse counter 7. At the same time, the origin counter 8 is also initialized. Then, a part of the area of the workpiece corresponding to area A is machined while performing a scale counting operation (using the distance data stored in the storage section).

この領域Ａでの加工か終了してスケール１ａが左方に移
動すると、やがてスケール目盛か終わり（スケールエン
ド）になるが、その場合にはカウントデータは保持され
る。そして各スケール間の距離データを記憶した記憶部
からの距離データを参照して更にスケール板１工が左方
に移動するとカウントデータは保持されたままスケール
板１１及び被加工物が左方へ移動し、該記憶部からの距
離データを参照して被加工物の次段の加工＠域Ｂ及び２
番目のスケール１ｂの検知が開始される。When the machining in this area A is completed and the scale 1a moves to the left, the scale will eventually reach the end (scale end), but in that case the count data will be retained. Then, when the scale plate 1 moves further to the left by referring to the distance data from the storage unit that stores the distance data between each scale, the scale plate 11 and the workpiece move to the left while keeping the count data. Then, referring to the distance data from the storage unit, the next machining of the workpiece @ areas B and 2 is performed.
Detection of the second scale 1b is started.

同時に２番目のスケール１ｂに対応した原点マーク６ｂ
も検知され、原点カウンタ８もインクリメントされる。At the same time, the origin mark 6b corresponding to the second scale 1b
is also detected, and the origin counter 8 is also incremented.

又パルスカウンタ７も再びリセットされる。The pulse counter 7 is also reset again.

以下被加工物の加工＠域Ｃ，Ｄ、Ｅにおいても同様な作
業により行っている。そして加工領域Ｅの位置での作業
終了後は領域Ａに戻り、再ひ同様な作業を繰り返すこと
になる。Below, the workpieces are processed in the same manner in areas C, D, and E. After completing the work in the processing area E, the operator returns to the area A and repeats the same work again.

本実施例では原点マークの数を原点カウンタ８によって
カウントして、その後パルスカウンタ７にてスケール目
盛をカウントすることによってインクリメンタルなエン
コーダでありながら長尺のアブソリュートエンコーダと
同様の効果を得ている。In this embodiment, the number of origin marks is counted by the origin counter 8, and then the scale graduation is counted by the pulse counter 7, thereby achieving the same effect as a long absolute encoder although it is an incremental encoder.

第４図は本発明の第２実施例の信号処理に関するブロッ
ク図である。本実施例では第３図に示す第１実施例にお
いて加算器９を追加した点が異っており、その他の構成
は第１実施例と基本的に同様である。FIG. 4 is a block diagram regarding signal processing according to a second embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 3 in that an adder 9 is added, and the other configurations are basically the same as the first embodiment.

本実施例ではスケール間隔長の距離データをオフセット
値として実際のカウントデータに加算してスケール１ａ
の原点マーク６ａからの長さを求めている。これにより
領域Ａ−Ｅまでの範囲にわたって測長を可能としている
。（但し、測長するポイントはスケール（ｌａ〜ｌｅ）
の存在する領域に限定されている。） 例えばスケール１ａの原点マーク６ａからスケール板１
１を移動させる場合、スケール１ａのスケールアウトと
共にカウントデータはラッチされ、次のスケール１ｂの
原点マーク６ｂの検出と共にスケール間隔長の距離デー
タ℃１か加算される。In this embodiment, the distance data of the scale interval length is added to the actual count data as an offset value to calculate the scale 1a.
The length from the origin mark 6a is calculated. This makes it possible to measure the length over the range A-E. (However, the point to measure is the scale (la to le)
is limited to the area where it exists. ) For example, from the origin mark 6a of scale 1a to scale plate 1
1, the count data is latched when the scale 1a is scaled out, and when the origin mark 6b of the next scale 1b is detected, the distance data ℃1 of the scale interval length is added.

以下スケール板１１上の各領域Ｃ，Ｄ、Ｈにおいても同
様に各スケールｌｃ、Ｉｄ、ｌｅの原点マーク６ｃ、６
ｄ、６ｅの検出毎に距離データ（Ｊ１２．ｆｉ３．ｆｉ
４）が加算される。このようにして本実施例では被加工
物の加工を高粒度に行っている。Similarly, in each area C, D, H on the scale plate 11, the origin marks 6c, 6 of each scale lc, Id, le
Distance data (J12.fi3.fi
4) is added. In this way, in this embodiment, the workpiece is processed to a high grain size.

尚、以Ｅの各実施例ではリニアエンコータについて示し
たが、本発明はロータリーエンコーダにおいても同様に
適用することができる。Incidentally, although each of the following embodiments has been described with respect to a linear encoder, the present invention can be similarly applied to a rotary encoder.

第１．箪２のいずれの実施例においてスケールを固定し
て検出ヘッド側を移動させる場合においても可能である
。1st. In any of the embodiments of the cabinet 2, this is possible even when the scale is fixed and the detection head side is moved.

（発明の効果） 本発明によればスケール板上に複数のスケールを前述の
如く必要とされる領域に分割して配置し、該複数のスケ
ールを検出ヘットで検出し、所定の演算処理を行うこと
により被ｊ！！Ｉ定物の変位状態を広範囲にわたり高粒
度に検出することかできるエンコータを達成することか
できる。(Effects of the Invention) According to the present invention, a plurality of scales are divided and arranged on a scale plate into required areas as described above, the plurality of scales are detected by a detection head, and predetermined calculation processing is performed. By the way! ! It is possible to achieve an encoder that can detect the displacement state of a constant object over a wide range with high granularity.

特に本発明によれば長尺のスケールを必要としないも、
長尺スケールの生産上の制約を受けることもなく歩留り
の高い短尺スケールのみにより長尺の被測定物の精奇測
定を可能としたエンコーダを達成することができる。In particular, according to the present invention, there is no need for a long scale;
It is possible to achieve an encoder that can measure the precision of a long object to be measured using only a short scale with high yield without being subject to the production constraints of long scales.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の第１実施例の要部概略図、第２１４１
は第１図の一部分の説明図、第３図は本発明の第１実施
例の信号処理のブロック図、第４図は本発明の第２実施
例の信″＋処理のブロック図、第５図は従来のリニアエ
ンコーダの要部概略図である。 図中、１１．６１はスケール板、ｌａ−ｍｅ。 ６１ａはスケール、２．６８は検出ヘッド、３は計数制
御部、６は原点マーク、１３は外部装置である。 鷲 ろ 西 ）　） 　　　２Ｃ 茶 回 一瓢 ｔう ７FIG. 1 is a schematic diagram of the main parts of the first embodiment of the present invention, No. 2141
is an explanatory diagram of a part of FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram of signal processing according to the first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a block diagram of signal processing according to the second embodiment of the present invention, and FIG. The figure is a schematic diagram of the main parts of a conventional linear encoder. In the figure, 11.61 is a scale plate, la-me. 61a is a scale, 2.68 is a detection head, 3 is a counting control section, 6 is an origin mark, 13 is an external device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）基板面上に複数のスケールを予め設定された間隔
を隔てて配置したスケール板と該スケール板の相対的な
移動状態を検出する検出ヘッドと該複数のスケールの各
スケール間の距離データを記憶した記憶部を有する計数
制御部とを有し、該計数制御部は該検出ヘッドから得ら
れる信号と該記憶部に記憶された距離データとを用いて
該スケール板と検出ヘッドとの相対的移動状態を検出し
ていることを特徴とするエンコーダ。(1) A scale plate with a plurality of scales arranged at preset intervals on the substrate surface, a detection head that detects the relative movement state of the scale plate, and distance data between each scale of the plurality of scales. and a counting control section having a storage section in which the scale plate and the detection head are stored, and the counting control section uses the signal obtained from the detection head and the distance data stored in the storage section to determine the relative relationship between the scale plate and the detection head. An encoder characterized in that it detects a moving state of a target.