JPH0486513A - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH0486513A JPH0486513A JP2201715A JP20171590A JPH0486513A JP H0486513 A JPH0486513 A JP H0486513A JP 2201715 A JP2201715 A JP 2201715A JP 20171590 A JP20171590 A JP 20171590A JP H0486513 A JPH0486513 A JP H0486513A
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- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
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- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
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- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/366—Particular pulse shapes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、例えば旋盤、フライス盤等の工作機械や半導
体製造装置の位置計測に利用することかできる位置検出
装置に関する。
体製造装置の位置計測に利用することかできる位置検出
装置に関する。
(従来の技術)
第3図は従来の位置検出装置である光学式エンコーダの
一例を示す斜視構造図であり、第1の回折格子(以下、
第1格子という)1に対して図示矢印方向に相対移動す
る第2の回折格子(以下、第2格子という)2が第1格
子lの後方に配置され、光電変換素子3が第2格子2の
後方に配置されている。第1格子1及び第2格子2には
、光を透過させる部分(以下、透過部という)及び透過
させない部分(以下、非透過部という)が所定の長さ(
以下、格子ピッチという)て綬返されている格子部か設
けられており、特に第2格子2には所定の位相差を有す
る2つの格子部か設けられている。そして、光電変換素
子3にはデータ変換部5か接続さねており、光電変換素
子3の出力が位置データに変換されて出力されるように
なっている。
一例を示す斜視構造図であり、第1の回折格子(以下、
第1格子という)1に対して図示矢印方向に相対移動す
る第2の回折格子(以下、第2格子という)2が第1格
子lの後方に配置され、光電変換素子3が第2格子2の
後方に配置されている。第1格子1及び第2格子2には
、光を透過させる部分(以下、透過部という)及び透過
させない部分(以下、非透過部という)が所定の長さ(
以下、格子ピッチという)て綬返されている格子部か設
けられており、特に第2格子2には所定の位相差を有す
る2つの格子部か設けられている。そして、光電変換素
子3にはデータ変換部5か接続さねており、光電変換素
子3の出力が位置データに変換されて出力されるように
なっている。
このような構成において、平行光束りを第1格子1に照
射すると、第1格子1及び第2t8子2を透過した光が
光電変換素子3に入射する。そして、光電変換素子3は
入射光をその光強度に応した電気信号に変換する。゛こ
の電気信号は、vJ1格子1と第2格子2との相対変位
によって第1格子1及び第2格子2を透過する光量が変
化することにより得られるものてあり、その基本周期か
格子ピッチの変位信号である。また、この変位信号は、
本来第1格子1と第2格子2との重なり具合により発光
側から見た見掛は上の透過部の変化に比例した三角波信
号となるはずであるが、実際には光の回折等により三角
波か鈍って疑似正弦波となっている。変位信号の歪率は
第1格子1と第2格−f2との格子間隙か変化すると犬
きく変動してしまい、変位信号は第4図のように変化す
る。なお、この図では格子間隙を0.04X p2/λ
〜0.275 XP2/λまて変化させているく但し、
P 格子定数、λ 光臨の波長)。この歪率の変動は主
に変位信号に含まれる基本波の周期のl/3倍の周期信
号や175倍の周期信号(以下、3次高調波成分55次
高調波成分という)によるものである。これら変位信号
の基本波成分3次高調波成分、5次高調波成分の格子間
隙に対する振幅比を第5図に、その部分拡大図を第6図
に示す。これらの各成分は、変位信号をf(x)とした
とき次式(1)で近似される。
射すると、第1格子1及び第2t8子2を透過した光が
光電変換素子3に入射する。そして、光電変換素子3は
入射光をその光強度に応した電気信号に変換する。゛こ
の電気信号は、vJ1格子1と第2格子2との相対変位
によって第1格子1及び第2格子2を透過する光量が変
化することにより得られるものてあり、その基本周期か
格子ピッチの変位信号である。また、この変位信号は、
本来第1格子1と第2格子2との重なり具合により発光
側から見た見掛は上の透過部の変化に比例した三角波信
号となるはずであるが、実際には光の回折等により三角
波か鈍って疑似正弦波となっている。変位信号の歪率は
第1格子1と第2格−f2との格子間隙か変化すると犬
きく変動してしまい、変位信号は第4図のように変化す
る。なお、この図では格子間隙を0.04X p2/λ
〜0.275 XP2/λまて変化させているく但し、
P 格子定数、λ 光臨の波長)。この歪率の変動は主
に変位信号に含まれる基本波の周期のl/3倍の周期信
号や175倍の周期信号(以下、3次高調波成分55次
高調波成分という)によるものである。これら変位信号
の基本波成分3次高調波成分、5次高調波成分の格子間
隙に対する振幅比を第5図に、その部分拡大図を第6図
に示す。これらの各成分は、変位信号をf(x)とした
とき次式(1)で近似される。
(2)て表わされる。
・・・・・・(1)
(但し、× 変位、Z・格子間隙)
尚、偶数次高調波成分及びオフセ・ント成分は光学配置
により一般にキャンセルされ、また7次9次以上の高調
波成分もほとんど検出精度に影響しないため0とするこ
とかできる。そして、光源に LED等の低コヒーレン
トなものを使用すると、格子間隙が増すにつれて変位信
号f (x)の振幅が減衰してしまうカ釈その基本的な
特質は上式(1)に等しい。
により一般にキャンセルされ、また7次9次以上の高調
波成分もほとんど検出精度に影響しないため0とするこ
とかできる。そして、光源に LED等の低コヒーレン
トなものを使用すると、格子間隙が増すにつれて変位信
号f (x)の振幅が減衰してしまうカ釈その基本的な
特質は上式(1)に等しい。
光電変換素子3から出力される信号Wa、W、の位相差
を1/2(rad) とすると、各信号り、vlbは
次式データ変換部5は信号wa、W、の位相をシフトさ
せる抵抗アレイやコンパレータを有しており、位置デー
タP。Sを求めて出力する。
を1/2(rad) とすると、各信号り、vlbは
次式データ変換部5は信号wa、W、の位相をシフトさ
せる抵抗アレイやコンパレータを有しており、位置デー
タP。Sを求めて出力する。
(発明か解決しようとする課題)
従来は上述した特質を示す変位(8号を最も正弦波に近
い歪率(波形)で使用していたか、基本波成分か充分に
得られ、かつ3次、5次高調波成分の両方か0になる格
子間隙は存在しない為、少なからずある3次、5次高調
波成分により変位検出量に誤差を生しさせていた。例え
は第6図に示すように格子間隙を22’ に設定して変
位信号の3次高調波成分を0として歪みの少ない波形と
なるように設定しても、少なからずある5次高調波成分
により誤差をまねいていた。
い歪率(波形)で使用していたか、基本波成分か充分に
得られ、かつ3次、5次高調波成分の両方か0になる格
子間隙は存在しない為、少なからずある3次、5次高調
波成分により変位検出量に誤差を生しさせていた。例え
は第6図に示すように格子間隙を22’ に設定して変
位信号の3次高調波成分を0として歪みの少ない波形と
なるように設定しても、少なからずある5次高調波成分
により誤差をまねいていた。
本発明は上述した事情から成されたものてあリ、本発明
の目的は、変位検出量に誤差を生しさせない位置検出装
置を提供することにある。
の目的は、変位検出量に誤差を生しさせない位置検出装
置を提供することにある。
(課題を解決するだめの手段)
本発明は、相対変位物体の変位に応じて出力される少な
くとも2つの周期的な信号に基ついて位置データを出力
する位置検出装置に関するものであり、本発明の上記目
的は、前記信号にその周期の1/3倍の成分及び115
倍の成分をほぼ同士含ませて出力する変位検出機構と、
この変位検出機構からの信号を入力して逆正接演算を行
なって、位置データを求めて出力する演算手段とを具備
することによって達成される。
くとも2つの周期的な信号に基ついて位置データを出力
する位置検出装置に関するものであり、本発明の上記目
的は、前記信号にその周期の1/3倍の成分及び115
倍の成分をほぼ同士含ませて出力する変位検出機構と、
この変位検出機構からの信号を入力して逆正接演算を行
なって、位置データを求めて出力する演算手段とを具備
することによって達成される。
(作用)
本発明にあっては、少なくとも2つの周期的な変位信号
に含まれる信号周期の173倍の成分及び175倍の成
分か同振幅、同位相たけ含まれるようにして、これらの
変位信号の逆正接演算を行なって位置データを求めるよ
うにしているので、信号周期の1/3倍の成分及び11
5倍の成分か互いに打消されるように作用して誤差の全
く無い位置ブタを得ることができる。
に含まれる信号周期の173倍の成分及び175倍の成
分か同振幅、同位相たけ含まれるようにして、これらの
変位信号の逆正接演算を行なって位置データを求めるよ
うにしているので、信号周期の1/3倍の成分及び11
5倍の成分か互いに打消されるように作用して誤差の全
く無い位置ブタを得ることができる。
(実施例)
第1図は本発明の位置検出装置の一例を示すブロック図
であり、変位検出機構10は、相対変位する物体11と
の相対変位に応じて少なくとも2つの周期的な信号wa
’9w’、を出力する。なお、相対変位物体11は変位
検出機構10と明確に区別できない場合もあるか、第1
図では区別しである。そして、演算手段12は、これら
の信号WA’J、、’ により逆正接演算を行なう。
であり、変位検出機構10は、相対変位する物体11と
の相対変位に応じて少なくとも2つの周期的な信号wa
’9w’、を出力する。なお、相対変位物体11は変位
検出機構10と明確に区別できない場合もあるか、第1
図では区別しである。そして、演算手段12は、これら
の信号WA’J、、’ により逆正接演算を行なう。
ここて、まずW、′ とWboの比を求める(次式なお
、変位検出機構10で3次高調波成分と5次高調波成分
か同量になるように設定されているのてに−1となり、
これを上式(3)に代入して展開i−ると次式(4)と
なる。
、変位検出機構10で3次高調波成分と5次高調波成分
か同量になるように設定されているのてに−1となり、
これを上式(3)に代入して展開i−ると次式(4)と
なる。
そして、逆正接ン寅算を行なうと、
となり、全く誤差のない変位Xを求めることか可能とな
る。
る。
第2図は本発明の位置検出装置である光学式エンコータ
の一例を第3図に対応させて示す斜視構造図であり、同
一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。この光学
式エンコーダは第1格子1と第2格子2の間隙を0.1
7319 xp2/λに設定することにより3次高調波
成分と5次高調波成分の振幅値か同量かつ同位相となる
のて、第1図で説明したと同様に全く誤差のない変位X
を求めることが可能となる。
の一例を第3図に対応させて示す斜視構造図であり、同
一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。この光学
式エンコーダは第1格子1と第2格子2の間隙を0.1
7319 xp2/λに設定することにより3次高調波
成分と5次高調波成分の振幅値か同量かつ同位相となる
のて、第1図で説明したと同様に全く誤差のない変位X
を求めることが可能となる。
上述した実施例ては誤差を0にする手段とじて格子間隙
を0.17319P2/λにする構成をとることを示し
たか、この格子間隙は第6図に示すように2、−Z4ま
て存在するのていずれの値を設定しても同様の効果を呈
する。たたし、基本波の振幅か充分にとれる領域を考邊
すると、zlもしくはz2に設定することか望ましい。
を0.17319P2/λにする構成をとることを示し
たか、この格子間隙は第6図に示すように2、−Z4ま
て存在するのていずれの値を設定しても同様の効果を呈
する。たたし、基本波の振幅か充分にとれる領域を考邊
すると、zlもしくはz2に設定することか望ましい。
また、光臨に半導体レーザ等を使用すると26,277
、、・・・の設定も可能ではあるか、光源に 1.ED
等を使用すると格子間隙か太きいため振幅か減衰してし
まい、充分なコントラストは得られにくい。
、、・・・の設定も可能ではあるか、光源に 1.ED
等を使用すると格子間隙か太きいため振幅か減衰してし
まい、充分なコントラストは得られにくい。
なお、上述した実施例においては、直線変位を検出する
光学式エンコーダについて記述したか、光学式ロータリ
エンコーダや6n気式エンコーダやレゾルバについても
本発明を適用することか可能である。
光学式エンコーダについて記述したか、光学式ロータリ
エンコーダや6n気式エンコーダやレゾルバについても
本発明を適用することか可能である。
(発明の効果)
以上のように本発明の位置検出装置によれば、誤差の発
生しない高精度な位置検出を行なうことかできるので、
例えば工作機械において精度の高い加工を容易に行なう
ことか可能となり、生産効率の向上を図ることがてきる
。
生しない高精度な位置検出を行なうことかできるので、
例えば工作機械において精度の高い加工を容易に行なう
ことか可能となり、生産効率の向上を図ることがてきる
。
第1図は本発明の位置検出装置の一例を示すブロック図
、第2図は本発明の位置検出装置である光学式エンコー
ダの一例を示す斜視構造図、第3図は従来の位置検出装
置である光学式エンコーダの一例を示す斜視構造図、第
4図は光学式エンコータの格子間隙に対する変位信号を
示す図、第5図は光学式エシコーダの格子間隙に対する
変位信号の基本波成分、173周期成分、175周期成
分の振幅を示す区、第6図はその部分拡大図である。 1・・・第1格子、2・・・第2格子、3・・・光電変
換素子、4.12・・・演算手段、5・・・データ変換
部、lO・・・変位検出機構、11・・・相対変位物体
。
、第2図は本発明の位置検出装置である光学式エンコー
ダの一例を示す斜視構造図、第3図は従来の位置検出装
置である光学式エンコーダの一例を示す斜視構造図、第
4図は光学式エンコータの格子間隙に対する変位信号を
示す図、第5図は光学式エシコーダの格子間隙に対する
変位信号の基本波成分、173周期成分、175周期成
分の振幅を示す区、第6図はその部分拡大図である。 1・・・第1格子、2・・・第2格子、3・・・光電変
換素子、4.12・・・演算手段、5・・・データ変換
部、lO・・・変位検出機構、11・・・相対変位物体
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、相対変位物体の変位に応じて出力される少なくとも
2つの周期的な信号に基づいて位置データを出力する位
置検出装置において、前記信号にその周期の1/3倍の
成分及び1/5倍の成分をほぼ同量含ませて出力する変
位検出機構と、この変位検出機構からの信号を入力して
逆正接演算を行なって、位置データを求めて出力する演
算手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。 2、前記変位検出機構は、波長λの光を発する光源装置
と、この光源装置により照射され、格子定数Pを有する
回折格子から成る第1スケールと、この第1スケールと
相対変位し、所定の位相差を有する数個の回折格子群か
ら成る第2スケールとを備え、前記第1スケールと第2
スケールとの間隙は前記信号に含まれる当該信号の周期
の1/3倍の成分及び1/5倍の成分かほぼ同量となる
距離に設定されている請求項1に記載の位置検出装置。 3、前記第1スケールと第2スケールとの間隙が0.0
5777P^2/λ、0.17319P^2/λ、0.
28814P^2/λ、0.40178P^2/λのい
ずれかの近傍である請求項2に記載の位置検出装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2201715A JP2575935B2 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | 位置検出装置 |
US07/735,908 US5182613A (en) | 1990-07-30 | 1991-07-25 | Position detecting apparatus generating periodic detection signals having equal third and fifth harmonic components |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2201715A JP2575935B2 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | 位置検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0486513A true JPH0486513A (ja) | 1992-03-19 |
JP2575935B2 JP2575935B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=16445731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2201715A Expired - Lifetime JP2575935B2 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | 位置検出装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5182613A (ja) |
JP (1) | JP2575935B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08145719A (ja) * | 1994-09-22 | 1996-06-07 | Canon Inc | 位置または角度の検出方法 |
JP2695623B2 (ja) * | 1994-11-25 | 1998-01-14 | 株式会社ミツトヨ | 光学式エンコーダ |
JP3215289B2 (ja) * | 1995-04-17 | 2001-10-02 | オークマ株式会社 | スケール及びエンコーダ |
DE19532246A1 (de) * | 1995-09-01 | 1997-03-06 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Vorrichtung zur Filterung von Oberwellen-Signalanteilen |
US6094307A (en) * | 1996-05-17 | 2000-07-25 | Okuma Corporation | Optical grating and encoder |
WO2004008201A2 (en) | 2002-07-11 | 2004-01-22 | Hymite A/S | Accurate positioning of components of an optical assembly |
JP2007076027A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Seiko Epson Corp | 位置検出装置およびこの位置検出装置を備える液体吐出装置 |
JP5378316B2 (ja) * | 2009-07-29 | 2013-12-25 | 山洋電気株式会社 | 光学式エンコーダ装置 |
GB201301186D0 (en) | 2012-12-20 | 2013-03-06 | Renishaw Plc | Optical element |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4346447A (en) * | 1979-12-28 | 1982-08-24 | Nippon Kogaku K.K. | Divisional reading device for sine signals |
KR900004269B1 (ko) * | 1986-06-11 | 1990-06-18 | 가부시기가이샤 도시바 | 제 1물체와 제 2 물체와의 위치 맞추는 방법 및 장치 |
JPS6449914A (en) * | 1987-08-20 | 1989-02-27 | Fanuc Ltd | Signal processor for pulse encoder |
US4943716A (en) * | 1988-01-22 | 1990-07-24 | Mitutoyo Corporation | Diffraction-type optical encoder with improved detection signal insensitivity to optical grating gap variations |
JP2539269B2 (ja) * | 1989-07-17 | 1996-10-02 | オークマ株式会社 | 光学式エンコ―ダ |
-
1990
- 1990-07-30 JP JP2201715A patent/JP2575935B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-07-25 US US07/735,908 patent/US5182613A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5182613A (en) | 1993-01-26 |
JP2575935B2 (ja) | 1997-01-29 |
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