JPH05133732A - 読取ヘツド - Google Patents
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- JPH05133732A JPH05133732A JP4125125A JP12512592A JPH05133732A JP H05133732 A JPH05133732 A JP H05133732A JP 4125125 A JP4125125 A JP 4125125A JP 12512592 A JP12512592 A JP 12512592A JP H05133732 A JPH05133732 A JP H05133732A
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- 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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- G01D5/12—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 using electric or magnetic means
- G01D5/244—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 using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/245—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 using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
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Abstract
取ヘッドの移動方向およびスケールに対する読取ヘッド
の離間距離をモニタできるようにする。 【構成】 読取ヘッド10はスケール12に沿って横送
りして、ライン24,26に正弦波状の出力をクアドラ
チュア(直角位相関係)に発生する。これらの信号を外
部カウンタ28により計数してスケールに沿う位置を指
示する。正弦波状のクアドラチュア信号はスケール12
に対する読取ヘッドの移動方向およびスケールに対する
離間距離をモニタすることができないため、読取ヘッド
10内の回路で正弦波状のクアドラチュア信号をモニタ
し、これらの信号から方形波を発生させ、方形波信号が
許容振幅値を有し、しかも許容可能なクアドラチュア関
係にある場合にLED62に簡単な良/不良の指示を与
えるようにする。
Description
相関係にある)出力を発生するデバイスをセットアップ
するのに役立つ装置に関するものである。斯種の装置
は、座標測長機または工作機械に用いて斯種機械の固定
部に対する可動部の位置を測定するような、スケールと
読取ヘッドをセットアップするのに有効である。
取ヘッドが2つの正弦波出力をクアドラチュアに発生す
るようにしたものは周知である。これらの出力は、クア
ドラチュア出力信号のサイクルを計数するための他の回
路に供給して、位置を測定することができる。上記他の
回路は、どちらのクアドラチュア信号が他方の信号より
も先行しているかを求めることにより読取ヘッドの移動
方向を求めたりおよび/または出力の1サイクル内で位
置の補間をとったりすることもできる。良好な結果を得
るために、例えばスケールから適当な距離離れた所で読
取ヘッドをスケールに対して正確に整列するようにセッ
トアップして、良好な信号レベルを達成すべきことは勿
論である。
いては本願人の先の出願に係る国際特許出願公開明細書
WO90/02956号に開示されている。実際上、こ
のような装置は読取ヘッドの外側に設けて、読取ヘッド
からの2つの正弦波状のクアドラチュア出力を受信する
ようにしている。
状でなく、方形波のクアドラチュア出力を発生する読取
ヘッドの需要がある。これは読取ヘッド内にゼロ交差検
出器を設けて、正弦波状の信号を読取ヘッドから出力す
る前にこれらの信号を方形波にすることにより達成する
ことができる。しかしこの場合、前記WO90/029
56号に開示されている外部セットアップ装置は斯様な
方形波出力信号では作動しないために問題がある。
って横送りされるときに信号を発生する読取ヘッドであ
って、ハウジングと;このハウジングに内蔵され、前記
スケールの目盛を検知すると共にこれに応答してクアド
ラチュアの信号を発生する目盛検知手段と;前記ハウジ
ングに内蔵され、読取ヘッドの適切なセットアップを示
す前記クアドラチュア信号のレベルを検出するためのセ
ットアップ検出手段とを具え、前記セットアップ検出手
段により前記信号レベルが所定レベル以上か、以下であ
るかを識別して、所定レベル以下では前記信号は使用で
きるも、最適な信号ではない旨のそれ相当の指示を与え
るようにしたことを特徴とする。
なセットアップを示す信号レベルを検出するための回路
を一様に内蔵した読取ヘッドにある。読取ヘッドにはス
ケールの目盛を検出し、それに応答してクアドラチュア
信号を発生する検知手段を設けることができ、この場合
に前記信号レベルを検出する回路は検知手段の出力に作
用して、スケールに対する読取ヘッドの適切なセットア
ップの指示を与える。検知手段のクアドラチュア出力は
読取ヘッドから方形波クアドラチュア出力を発生するス
クエアリング手段に供給することもできる。
設けるのが好適であるが、これは必ずしもそのようにす
る必要はなく、本発明の或る実施例では斯様な回路を読
取ヘッドの外部に設けるようにする。
ールの目盛を検知すると共にそれからクアドラチュア信
号を発生する目盛検知手段と、セットアップ検出手段
(読取ヘッドの内部または外部に設けられる)とを具え
ている読取ヘッドであって、前記セットアップ検出手段
が:前記クアドラチュア信号の内の第1クアドラチュア
信号に作用し、この第1クアドラチュア信号と、しきい
値とを比較し、このしきい値以下では前記第1信号は使
用できるも、最適な信号ではないものとして、第1クア
ドラチュア信号が前記しきい値以下の場合に出力を発生
する第1比較器と;前記クアドラチュア信号の内の第2
クアドラチュア信号に作用し、この第2クアドラチュア
信号と、しきい値とを比較し、このしきい値以下では前
記第2信号は使用できるも、最適な信号ではないものと
して、第2クアドラチュア信号が前記しきい値以下の場
合に出力を発生する第2比較器と;前記2つの比較器の
出力端子に接続され、双方のクアドラチュア出力が同時
にそれぞれ前記しきい値以下となる場合に指示を与える
手段と;を具えていることを特徴とする。
に説明する。
(CMM)の相対的可動部11に固着したハウジング1
0を有している読取ヘッドを示す。この読取ヘッドのハ
ウジング10は図に矢印にて示すようにスケール12に
沿って横送り可能である。スケール12は工作機械また
は座標測長機の相対的固定部14に取付けられている。
スケール12は、その長さ方向に沿って例えば20μm
の間隔で離間させた周期的な目盛を有しており、読取ヘ
ッドハウジング10は目盛が読取ヘッドを通過するとき
にこれらの目盛を検出すると共に読取ヘッドを動かすと
直角位相関係(正弦および余弦)にある(クアドラチュ
アの)2つの正弦波状出力信号を発生するためのセンサ
15(図2)を収容している。このようなセンサは周知
であり、例えば米国特許第4,959,542号および
第4,949,289号に開示されている。
路の回路図であり、センサ15からのクアドラチュアの
2つの正弦波状の出力をそれぞれライン16,18を経
てスクエアリング回路20,22に供給する。これらの
スクエアリング回路は慣例のものであり、これらはそれ
ぞれのライン24,26にクアドラチュアの方形波出力
を発生するようにゼロ交差検出器を具えている。前記方
形波出力は読取ヘッド10の主出力であり、図1に示す
ように外部カウンタ28に取り出される。カウンタ28
は全く慣例のものであり、これは工作機械またはCMM
の制御部34内に入れる。カウンタ28はライン24,
26に現われる方形波のサイクル数を計数し、それに応
じて出力を発生し、この出力は読取ヘッド10がスケー
ル12に沿って横送りした距離を示す。カウンタ28は
上向きに計数するのか、下向きに計数するのかを決める
ために方形波の相対位相から読取ヘッドの移動方向も検
出する。
ドラチュアの方形波を発生するということは、必要に応
じて方形波入力を期待する既存の機械の制御部34に斯
種の読取ヘッドを適用するのが容易であることを意味し
ている。ライン24,26に本来ディジタル信号を用い
ても、このような信号は雑音に対する免疫(immun
ity)が良好なため、相互接続配線を容易に、しかも
安価に行うことができる。
これは読取ヘッドの正常の作動時にライン16,18の
正弦波および余弦波信号のレベルが信頼できないか、ま
たは使用できないような低レベルにある場合に読取ヘッ
ド10から機械の制御部34にライン32で誤差信号を
供給する。この誤差信号が発生する状況は図3から理解
することができる。図3はライン16,18における正
弦波および余弦波信号をオシロスコープのxおよびy入
力端子にそれぞれ供給した場合に得られる円形のリサー
ジュ図形36を示している。この仮想リサージュ図形3
6は、読取ヘッド10がスケール12に対して正しく整
列している場合にだけ図示のように完全な円となるので
ある。さらに、読取ヘッドとスケールとの離間距離が正
確にセットアップされていない場合には、リサージュ図
形36の半径が図示のものよりも小さくなる。誤差検出
回路30の効果は、図3のリサージュ線図に小さな正方
形として表わした誤差領域40を規定することにある。
ライン16,18の信号により発生される仮想リサージ
ュ図形が、例えば線42で示すように誤差領域40内に
完全に、または部分的に落ちる場合には、ライン32に
誤差信号が発生して、機械の制御部34が運転を停止し
たり、アラームを作動させたりする。線42で示すよう
にリサージュ図形がくずれるのは、読取ヘッドがスケー
ルに対して誤整列したり、またはスケールからの離間距
離の調整が誤ったりする場合に生ずる。
器を具えている。第1ウィンドウ比較器は2個のしきい
値比較器44を具えており、これらの比較器はライン1
8の正弦波信号を正方形40の対向する2辺の電圧に相
当する正および負の基準しきい値電圧Vpos およびV
neg とそれぞれ比較する。同様に、第2ウィンドウ比較
器も2個のしきい値比較器46を具えており、これらの
比較器はライン16の余弦波信号を正方形40の他の2
辺の電圧に相当する同じ基準しきい値電圧Vposおよび
Vneg とそれぞれ比較する。4個の比較器44,46の
出力端子をワイヤード・オア構造に一緒に接続して、ラ
イン32に誤差信号を与える。ワイヤード・オア構造と
は、ライン18の正弦波信号がしきい値電圧Vpos とV
neg との狭い範囲内にあり、また同時にライン16の余
弦波信号が同じくVpos とVneg との間の範囲内にある
場合にだけライン32の信号が高レベルとなるようなも
のである。このようにライン32の信号が高レベルとな
るのは、図3の線42が方形波40内に位置する瞬時に
相当する。読取ヘッドが満足に機能している時には常に
仮想リサージュ図形が小さな正方形40の外にあり、ラ
イン32に誤差信号は現われない。
作動における誤りを検出するのにだけ有効であり、この
ためには比較的小さな誤差領域40に相当する比較的小
さなしきい値が必要である。このような回路は読取ヘッ
ドをスケールに対して初期設定(セットアップ)するの
にはあまり使用されない。その理由は、リサージュ図形
が丁度正方形の誤差領域40の外側に落ちるように読取
ヘッドをセットアップしても、ライン16,18の正弦
波および余弦波信号が所望な大きさの最適値を有するよ
うになり、しかもこれらの信号が使用時に誤差領域40
内にあまり急速に押し戻されないようにすることはでき
ないからである。
ッドはセットアップ回路52を具えている。この回路は
2個の別のウィンドウ比較器を具えており、これらの比
較器もライン16,18から到来する正弦波および余弦
波信号を受信する。しかし、誤差検出回路30とは異な
り、このセットアップ回路52は抵抗分圧器54を具え
ており、これは到来する正弦波および余弦波信号をこの
特定の例では約1/3にする。なお、一般にこの値は電
源電圧;信号のダイナミックレンジ(誤差領域);許容
可能な信号の限定サイズに応じて変えることができる。
上記2つのウィンドウ比較器の内で最初のものは2個の
しきい値比較器56を具えており、これらの比較器は正
弦波信号(ライン18の正弦波信号の1/3)を正およ
び負の基準しきい値電圧Vpos およびVneg とそれぞれ
比較する。第2ウィンドウ比較器は2個のしきい値比較
器58を具えており、これらの比較器はライン16の信
号を1/3にした余弦波信号を基準しきい値電圧Vpos
およびVneg と比較する。誤差検出器30の比較器と同
様に比較器56,58の出力端子をワイヤード・オアの
形態に接続して、正弦波および余弦波信号の双方が図3
の正方形48によって規定される領域内に入る場合にだ
けセットアップ回路52から高レベルの出力を発生させ
るようにする。ライン16,18の正弦波および余弦波
信号を1/3にするために、正方形48は誤差領域40
の大きさの3倍となる。しきい値Vpos およびVneg の
大きさの3倍の基準しきい値電圧を用いることにより同
じ結果を達成することができることは明らかである。
バッファ60を介して読取ヘッドのハウジングに設けた
2色に発光するダイオード(LED)62の形態の可視
表示器に供給する。このLED62は一方の方向にバイ
アスされる場合に赤色に発光し、逆方向にバイアスされ
る場合に緑色に発光する。LED62の双方の端子をバ
ッファ60の出力端子により駆動させ、一方の端子はイ
ンバータ64を介して駆動させる。このようにすること
により仮想リサージュ図形36が正方形48の外側にあ
る期間中は緑色光を放ち、リサージュ図形が正方形48
の中にある場合には赤色光を放つことになる。
できる。読取ヘッド10を据え付ける人は、その読取ヘ
ッドに設けてあるLED62を見ながら読取ヘッドをス
ケールに沿って単に横送りするだけである。最初はたぶ
ん仮想リサージュが図3に円51で示すように正方形4
8内に完全に入っていることを示す赤色光に発光するこ
とになる。読取ヘッドをスケールに対して離間させて整
列させ、スケールに沿う読取ヘッドの横送りを繰り返
す。スケールに対する読取ヘッドのセットアップが改善
されると、LEDはこれが或る時間は赤色光に発光し、
或りの時間には緑色光を発光したりするために赤でなく
黄色に見えるようになる。これは例えば図3のリサージ
ュ図形50に相当する。スケールに対する読取ヘッドの
セットアップをさらに調整するとLEDが完全な緑色光
を放つようになり、これはリサージュ図形が図3に36
で示すように正方形48の外に完全に位置し、従ってセ
ットアップが満足のいくものであることを示す。
読取値に従って読取ヘッドとスケールとの整合およびこ
れら両者間の距離(スタンド−オフ)を調整することも
できる。メータはLEDの出力が次のようなことを表わ
すべくセットアップすることができる。即ち、
きない場合に有効である。
使用したことにより、セットアップがやがてドリフトを
生ずる場合に、リサージュ図形の一部が再度正方形48
内に落ちてしまい、LED62が緑色でなく、再び黄色
に発光してしまう。このようなことは、セットアップが
問題を提起するよりもずっと前に、すなわちリサージュ
図形が誤差領域40内に落ちるずっと前に観測される。
このようなことが最もありがちな原因は、スケールがよ
く用いられて汚れたために、ライン16および18に現
われる正弦波および余弦波信号の振幅が低くなることに
起因している。従って、LED62の色をモニタするこ
とによって、ライン32の誤差信号により指示されるこ
とになる実際の問題が生ずる前に、スケールをきれいに
するようなメインテナンスを必要とする旨の早期警告を
機械のユーザに与えるようにする。
方形48内に位置させる。このようにすれば、正方形の
緑を規定するのに簡単なウィンドウ比較器を使用できる
という利点がある。しかし、セットアップ領域は図3に
示した以外の形状、例えば円50の半径と円36の半径
との間の半径を有している円によって規定することもで
きる。このようにすれば、セットアップ領域からこの円
の外側の許容領域までの移行をより速く、より公正にす
ることができるという利点がある。しかし、この場合に
は電子回路が一層複雑となり、例えばマルチプライヤの
使用を伴うことになる。
位置にスケールに並べて立上がり突起物68を設けるこ
とができる。これはゼロまたは基準位置を示し、読取ヘ
ッド10は突起物の通過を検出する突起検出器70を内
蔵している。回路71は突起検出器70の出力を処理し
て、ライン72でカウンタ28に基準マーカパルスを供
給する。従って、カウンタ28が例えば電源不良のため
にその計数値を失う場合に、そのカウンタをゼロにリセ
ット(または既知の値にプリセット)することができ
る。このマーカパルスは、突起物68の前縁が検出器7
0を通過する時でなく、むしろ次の正弦波および余弦波
信号が双方共に「高」となる場合、即ちライン24,2
6の信号が共に低となる場合に発生させて、安定性およ
び精度をさらに高めるようにする。このようにするため
に、NOR−ゲート73はライン24,26の信号が共
に低となる場合に出力を発生し、この出力を回路71の
突起検出器70の出力でゲートして、マーカパルスを形
成する。
物68は、その前縁が、ライン24,26の双方の信号
が低となる際の方形波の前縁に近付かないように設定す
るのが好適である。これは、突起物68の位置に僅かの
ドリフトがある場合に、マーカパルスが意図したサイク
ルでなく、むしろ方形波の隣りのサイクルの前縁にてト
リガされてしまうことのないようにするのに役立つ。従
って、突起物を設定するには、ライン24,26の信号
が共に「高」である間に突起物の前縁が生ずるようにす
るのが望ましい。
は次のような追加の回路によって容易に行うことができ
る。単安定回路74は突起物の前縁の通過によりトリガ
されて、幅狭パルスを発生する。このパルスをライン2
4および26における直角位相関係にあるクアドラチュ
ア信号と共にNANDゲート76にてゲートし、ライン
24および26の双方の信号が「高」である場合に、突
起物の前縁が通過したことにする。この状態が現われる
場合に、別の単安定回路78が長目の出力パルスを発生
する。このパルスをゲート80でバッファ60の出力と
共にゲートして、突起物が通過するとLED62を赤色
に閃光させ、突起物の位置の正しいセットアップを指示
させる。
回路および指示器用のスペースがある場合に、読取ヘッ
ドハウジング10の外部にセットアップ回路を設けるよ
うにする場合にとりわけ有効である。しかし、セットア
ップ回路は必要に応じて読取ヘッドハウジング10内に
設けることができる。この変形例ではライン24,26
のクアドラチュア方形波出力をクアドラント(象限)デ
コーダ回路82に供給する。これは図3の4象限のリサ
ージュ線図のどこをいずれの瞬時に信号が占めて、4つ
の出力ライン84のそれぞれの信号を「高」とするのか
を決める簡単なゲート回路を内蔵している。4つの出力
ライン84の各信号は図2のバッファ60の出力を4つ
の各ゲート回路86でゲートするのに用いられる。これ
らの各ゲート回路は、クアドラチュア信号が1サイクル
を通過する度毎にエネーブル状態となることは明らかで
ある。バッファ60の出力がいずれかの所定の象限にて
「高」となり、不満足な信号レベルを示す場合に、4個
の赤色発光するLED88の内の対応するものが発光す
る。バッファ60の出力が所定の象限にて「低」となる
場合には、対応する緑色発光のLED92がインバータ
90を介して発光する。読取ヘッドのセットアップは、
この例の場合には全ての緑LED92を発光させ、且つ
全ての赤LED88を消すようにすること以外は前例と
同じように処置する。この場合、ユーザにはリサージュ
が円形でなく、楕円形となる場合に、リサージュのどこ
の象限に問題があるかについての情報が与えられるた
め、これによりユーザにはスケールからの読取ヘッドの
離間距離だけでなく、読取ヘッドとスケールとの整合に
ついての調整に役立つより多くの情報が与えられる。
ルを読取る読取ヘッドだけでなく、角度エンコーダに見
られるような環状スケールを読取る読取ヘッドにも用い
ることができることは勿論である。
略的に示す線図である。
図である。
る。
Claims (10)
- 【請求項1】 スケールに沿って横送りされるときに信
号を発生する読取ヘッドであって、ハウジングと;この
ハウジングに内蔵され、前記スケールの目盛を検知する
と共にこれに応答してクアドラチュアの信号を発生する
目盛検知手段と;前記ハウジングに内蔵され、読取ヘッ
ドの適切なセットアップを示す前記クアドラチュア信号
のレベルを検出するためのセットアップ検出手段とを具
え、前記セットアップ検出手段により前記信号レベルが
所定レベル以上か、以下であるかを識別して、所定レベ
ル以下では前記信号は使用できるも、最適な信号ではな
い旨のそれ相当の指示を与えるようにしたことを特徴と
する読取ヘッド。 - 【請求項2】 前記セットアップ検出手段が:前記クア
ドラチュア信号の内の第1クアドラチュア信号に作用
し、この第1クアドラチュア信号と、しきい値とを比較
し、このしきい値以下では前記第1信号は使用できる
も、最適な信号ではないものとして、第1クアドラチュ
ア信号が前記しきい値以下の場合に出力を発生する第1
比較器と;前記クアドラチュア信号の内の第2クアドラ
チュア信号に作用し、この第2クアドラチュア信号と、
しきい値とを比較し、このしきい値以下では前記第2信
号は使用できるも、最適な信号ではないものとして、第
2クアドラチュア信号が前記しきい値以下の場合に出力
を発生する第2比較器と;前記2つの比較器の出力端子
に接続され、双方のクアドラチュア出力が同時にそれぞ
れ前記しきい値以下となる場合に指示を与える手段と;
を具えていることを特徴とする請求項1に記載の読取ヘ
ッド。 - 【請求項3】 スケールに沿って横送りされるときに信
号を発生する読取ヘッドであって、前記スケールの目盛
を検知すると共にこれに応答してクアドラチュアの信号
を発生する目盛検知手段と、セットアップ検出手段とを
具え、該セットアップ検出手段が:前記クアドラチュア
信号の内の第1クアドラチュア信号に作用し、この第1
クアドラチュア信号と、しきい値とを比較し、このしき
い値以下では前記第1信号は使用できるも、最適な信号
ではないものとして、第1クアドラチュア信号が前記し
きい値以下の場合に出力を発生する第1比較器と;前記
クアドラチュア信号の内の第2クアドラチュア信号に作
用し、この第2クアドラチュア信号と、しきい値とを比
較し、このしきい値以下では前記第2信号は使用できる
も、最適な信号ではないものとして、第2クアドラチュ
ア信号が前記しきい値以下の場合に出力を発生する第2
比較器と;前記2つの比較器の出力端子に接続され、双
方のクアドラチュア出力が同時にそれぞれ前記しきい値
以下となる場合に指示を与える手段と;を具えているこ
とを特徴とする読取ヘッド。 - 【請求項4】 前記目盛検知手段からのクアドラチュア
信号を受信し、且つ読取ヘッドからクアドラチュア方形
波出力を供給するスクエアリング手段を具えていること
を特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の
読取ヘッド。 - 【請求項5】 前記セットアップ検出手段が前記指示を
与えるための可視表示器を具えていることを特徴とする
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の読取ヘッド。 - 【請求項6】 前記可視表示器が前記指示を与えるのに
色を変えるようにしたことを特徴とする請求項5に記載
の読取ヘッド。 - 【請求項7】 前記読取ヘッドの不確定作動を示す前記
クアドラチュア信号のレベルを検出する誤差検出手段を
具え、この誤差検出手段によって検出されるレベルが前
記セットアップ検出手段によって検出されるレベルより
も低くなるようにしたことを特徴とする請求項1ないし
6のいずれか一項に記載の読取ヘッド。 - 【請求項8】 前記クアドラチュア信号に対応するリサ
ージュ図形の四象限の内のどこでクアドラチュア信号の
レベルが、まだ使用できるも、最適ではないレベル以下
に降下するのかを示す手段を具えていることを特徴とす
る請求項1ないし7のいずれか一項に記載の読取ヘッ
ド。 - 【請求項9】 前記スケールにおけるゼロまたは基準位
置の通過を検出する手段を具えていることを特徴とする
請求項1ないし8のいずれか一項に記載の読取ヘッド。 - 【請求項10】 前記ゼロまたは基準位置の通過が、ク
アドラチュア信号のサイクルの所望部分にて生ずるか、
否かを示す手段を具えていることを特徴とする請求項9
に記載の読取ヘッド。
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