JPH06137899A - 光学式リニアエンコーダ - Google Patents

光学式リニアエンコーダ

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JPH06137899A
JPH06137899A JP31286492A JP31286492A JPH06137899A JP H06137899 A JPH06137899 A JP H06137899A JP 31286492 A JP31286492 A JP 31286492A JP 31286492 A JP31286492 A JP 31286492A JP H06137899 A JPH06137899 A JP H06137899A
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JP
Japan
Prior art keywords
slider
position information
linear encoder
optical
main scale
Prior art date
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Pending
Application number
JP31286492A
Other languages
English (en)
Inventor
Keiji Matsui
圭司 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Machinery Works Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学式リニアエンコーダにおいて、長い移動
ストロークを持った機械の位置検出を簡単に行なう。 【構成】 メインスケール6を変位方向に複数個配設す
る。スライダ20が前記変位方向に離れた2点で前記メ
インスケール6の位置情報を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械等のテーブル
等が直線運動したときの位置を検出して位置データを出
力する光学式リニアエンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の光学式リニアエンコーダの
一例を示す概略斜視構造図である。光学式リニアエンコ
ーダは、メインスケール1と、メインスケール1に対し
て相対変位するスライダ10とからなる。メインスケー
ル1には透過部と非透過部の繰り返しからなる透過型格
子がその長手方向の測定長にわたって施されている。一
方、スライダ10には発光素子2とレンズ3からなる光
源部と、インデックススケール4と、受光器5が備えら
えている。インデックススケール4にはメインスケール
1と同じピッチの透過部と非透過部の繰り返しからなる
透過型格子が施されている。
【0003】この光学式リニアエンコーダの動作を簡単
に説明すると、発光素子2から出てレンズ3で平行光束
となった光が、メインスケール1とインデックススケー
ル4を透過した後、受光器5に入射し光電変換される。
ここでスライダ10とメインスケール1とが相対的に変
位すると2つのスケールの透過部、非透過部の対向関係
が変化する。従って受光器5に入射する光量が周期的に
変化し、変位信号を得ることができる。通常、周期的に
変化する変位信号をさらに細かく内挿分割して位置検出
の分解能を上げるため、1つの位置情報を得るのに2つ
ないしは4つの互いに位相の異なった変位信号を使う。
例えばa=cos(2πx/p)とb=sin(2πx
/p)に相当するような2つの変位信号から位置を算出
する。ここで、xは位置、pは変位信号の周期を示す。
あるいは、これら2つの変位信号にそれぞれの反転信号
a/=−cos(2πx/p)、b/=−sin(2π
x/p)を加えた4つの変位信号から位置を算出するこ
とも一般的である。
【0004】このように互いに位相の異なった複数の変
位信号を作り出すため、インデックススケール4には変
位方向に互いに位相をずらせた複数の光学格子が設けら
れている。図6にその一例を示す。インデックススケー
ル4には4つの互いに位相の異なった信号を発生させる
4つの光学格子Ga,Gb,Ga/,Gb/からなる光
学格子群GPが設けられている。また、インデックスス
ケール4に対応して、インデックススケール4を透過し
た光を受光して電気信号に変換する受光器5にも、4つ
の光学格子に対応した4つの受光面Sa,Sb,Sa
/,Sb/からなる受光部SPが設けられている。つま
り、4つの光学格子からなる1組の光学格子群GPと、
4つの受光面からなる1組の受光部SPを使って1つの
位置情報を求めることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光学式
リニアエンコーダにおいては、テーブルの移動ストロー
クが長くなるとメインスケールもその移動ストロークに
合わせて長くする必要がある。しかしながら、長いメイ
ンスケールを高精度に製作するのは製造上困難であると
いう問題があった。この問題を解決するものとして、複
数のメインスケールを所定の間隔で変位方向に並べ、そ
れらを所定の間隔で変位方向に配置された複数のスライ
ダで検出する光学式リニアエンコーダが本出願人によっ
て提案されている(特開平2−64405号公報参
照)。しかし、複数のスライダを使うため設置に時間が
かかったりコストが余分にかかるなどの問題があった。
本願発明は上述の事情から成されたものであり、本発明
の目的は、長い移動ストロークを持った機械の位置検出
を簡単に行うことができる光学式リニアエンコーダを提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、メインスケー
ルと相対的に変位するスライダにより前記メインスケー
ルの位置情報を読取る光学式リニアエンコーダに関する
ものであり、本発明の上記目的は、前記変位方向に複数
個配設したメインスケールと、前記変位方向に離れた2
点で前記メインスケールの位置情報を検出する手段が含
まれたスライダとを具備することによって達成される。
【0007】
【作用】本発明にあっては、比較的長さの短いメインス
ケールを変位方向に複数並べ、それらを2つの位置情報
を出力できるように構成された1つのスライダで位置検
出するようにしているので、移動ストロークの長い位置
検出を容易に行なうことができる。
【0008】
【実施例】図1は本発明の光学式リニアエンコーダの一
例を図5に対応させて示す概略斜視構成図であり、同一
箇所は同符号を付して説明を省略する。この光学式リニ
アエンコーダにおいては、変位方向に距離dだけ離れた
2つの位置情報を検出できるようにスライダ20内の光
学系が構成されている。まず、インデックススケール7
については、1枚の基板上に2組の光学格子群GP1と
GP2が変位方向にdだけ離れて設けられている。ま
た、受光器8についても1枚の基板上に2組の受光部S
P1とSP2が変位方向にdだけ離れて設けられてい
る。したがって、光学格子群GP1と受光部SP1から
1つの位置情報S1、同様にGP2とSP2とからもう
1つの位置情報S2が得られる。
【0009】さらに詳細に説明するため、図6に対応さ
せて本実施例によるインデックススケールを図2に示
す。インデックススケール7の上に設けられた光学格子
群GP1の中には、4つの光学格子Ga,Gb,Ga
/,Gb/が含まれている。これら4つの光学格子は、
前述のように互いに位相の異なった4つの変位信号が得
られるように配置されており、それら4つの変位信号か
ら1つの位置情報S1が得られる。また、もう1つの光
学格子群GP2は、GP1をそのまま変位方向にdだけ
移動させたものである。したがって、GP2の中にある
4つの光学格子からも4つの変位信号が得られ、もう1
つの位置情報S2が得られる。
【0010】一方、メインスケール6については、図1
に示すように複数(図では2つだけ記載)のメインスケ
ール6が変位方向に並べられている。この時隣合うメイ
ンスケール6は接触していてもよいし、図のように間隙
Cをもっていてもよい。ただし、インデックススケール
7上の2つの光学格子群GP1、GP2の間の間隙C′
よりもメインスケール6間の間隙Cは小さくなければな
らない。上述のように構成されたスライダ20とメイン
スケール6によれば、スライダ20がメインスケール6
のつなぎ目を通る場合でも、インデックススケール7上
の2組の光学格子群GP1,GP2のうちどちらかが、
必ずメインスケール6のつなぎ目ではない部分と向き合
うので、スライダ20から出力される2つの位置情報S
1、S2の内どちらかは正常な位置情報となっている。
【0011】次に得られる2つの位置情報S1、S2か
ら、スライダ20の位置を表す1つの位置データを作成
する信号処理手段について説明する。第1の手段として
スライダ位置データを使ったものがあり、図3及び図4
を用いて説明する。図3は信号処置の一例を示すブロッ
ク図であり、使用組合せ判定部41は、外部からのスラ
イダ位置データPSLDにより、使用する位置情報S
1,S2及びメインスケール6a、6bの組合せを判定
する。信号選択部44は、この使用組合せ判定部41か
らの使用位置情報指令Osにより、位置情報S1、S2
のうち必要な電気信号Ssを選択する。位置演算部43
は、この信号選択部44からの電気信号Ssをデジタル
化して位置演算を行い、所定の位置データPosを求め
る。位置オフセット記憶部42は、位置情報S1、S2
及びメインスケール6a、6bの組合せに対する位置の
オフセットを予め記憶しておき、使用組合せ判定部41
からの使用組合せ指令Ouに対応する位置オフセットP
ofsを出力する。加算器45は、位置演算部43から
の位置データPosと位置オフセット記憶部42からの
位置オフセットPofsとを加算してスライダ20の位
置データPを求める。
【0012】このような構成において、その動作例を図
4で説明すると、例えばスライダ20の中心がA0→A
1→A2→A3→A4まで移動したとき、移動中のスラ
イダ位置データPSLDを求める。例えば外部の上位検
出器によりスライダ20の位置検出をフルストロークに
わたり絶対位置で検出し、あるいはリミットスイッチ等
によりスライダ20がどの範囲にあるかを判定し、もし
くはインクレメンタル式にした本発明のリニアエンコー
ダの原点復帰により初期の位置設定をして位置データを
カウントしてスライダ位置データPSLDを求める。
【0013】このようにして求めたスライダ位置データ
SLDにより、使用組合せ判定部41にて、使用する
位置情報S1、S2及びメインスケール6a、6bの組
合せを判定する。例えばスライダ20の中心が判定範囲
A0〜A1の範囲内にある場合は使用する位置情報はS
1、使用するメインスケールは6aの組合せであると判
定する。この使用位置情報指令Osにより、信号選択部
44にて、必要な位置情報S1を選択して電気信号Ss
として位置演算部43に出力し、位置演算部43にて、
選択された電気信号Ssをデジタル化して位置演算を行
なって所定の位置データPを求める。なお、位置オフセ
ットPofsを求めるための正確なdの値は、スライダ
20が1本のメインスケール6a又は6bに対向してい
るときに2つの位置情報の差を見ることによってわか
り、正確なCの値は、スライダ20が2本のメインスケ
ール6a、6bに完全にまたがった状態での2つの位置
情報の差を見ることによってわかる。第2の手段として
は、2つの位置情報に適当な重みをかけて合成するもの
がある。この信号処理手段によれば、スライダが1本の
メインスケールの中央にあるときは2つの位置情報に同
じ重みがかかるようにし、メインスケールのつなぎ目に
かかったときは重みが0となるように連続的な重みの変
化を予め設定しているので、より滑らかに連続する位置
データPを得ることができる。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明の光学式リニアエン
コーダによれば、移動ストロークが長い場合でも1つの
スライダと、比較的短いメインスケールを複数配置する
ことによって位置検出ができるため、低コストで長スト
ロークの位置検出が可能となる。また、スライダが1つ
であるため機械に取付ける時間も削減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学式リニアエンコーダの一例を示す
概略斜視構造図である。
【図2】本発明の光学式リニアエンコーダのインデック
ススケールの詳細例を示す図である。
【図3】本発明の光学式リニアエンコーダの信号処理手
段の一例を示すブロック図である。
【図4】図3に示す信号処理手段の動作を説明するため
の図である。
【図5】従来の光学式リニアエンコーダの一例を示す概
略斜視構造図である。
【図6】従来の光学式リニアエンコーダのインデックス
スケールの詳細例を示す図である。
【符号の説明】
1、6 メインスケール 4、7 インデックススケール 5、8 受光器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メインスケールと相対的に変位するスラ
    イダにより前記メインスケールの位置情報を読取る光学
    式リニアエンコーダにおいて、前記変位方向に複数個配
    設したメインスケールと、前記変位方向に離れた2点で
    前記メインスケールの位置情報を検出する手段が含まれ
    たスライダとを備えたことを特徴とする光学式リニアエ
    ンコーダ。
  2. 【請求項2】 前記スライダには、前記2点の位置情報
    を得るのに必要な2組の光学格子群を含んだ1つのイン
    デックススケールが備えられている請求頁1に記載の光
    学式リニアエンコーダ。
  3. 【請求項3】 前記スライダには、前記2点の位置情報
    を得るのに必要な2組の受光部が1枚の基板上に形成さ
    れた受光器が備えられている請求項1に記載の光学式リ
    ニアエンコーダ。
  4. 【請求項4】 前記スライダとメインスケールとの位置
    関係を表す別の位置検出器からの位置情報により、前記
    2点の位置情報を選択あるいは合成して1つの位置デー
    タとする手段を備えた請求項1に記載の光学式リニアエ
    ンコーダ。
JP31286492A 1992-10-28 1992-10-28 光学式リニアエンコーダ Pending JPH06137899A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006149024A (ja) * 2004-11-17 2006-06-08 Yaskawa Electric Corp 平面サーボモータ装置および平面サーボモータ装置用プラテン
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