JPS5994012A - 位置測定方法及びこの方法を実施するための装置 - Google Patents

位置測定方法及びこの方法を実施するための装置

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JPS5994012A
JPS5994012A JP58196283A JP19628383A JPS5994012A JP S5994012 A JPS5994012 A JP S5994012A JP 58196283 A JP58196283 A JP 58196283A JP 19628383 A JP19628383 A JP 19628383A JP S5994012 A JPS5994012 A JP S5994012A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインクリメント又は絶対測定装置の高ｐ４波の
ない周期的信号を得るための方法に関する。
二つの対象物、例えば工作機械のベットに関する往復台
の相対位置の測定のために光電的、磁気的、誘導的又は
容量的測定装置を使用することが公知である。
光電的長さ測定装置では対象物と結合されている目盛担
体（測定尺）の目盛は他の対象物と結合されている走査
ユニットによって走査される。走査ユニットはこの目的
で照明装置と、例えば相互に９０°位相のずらされかつ
目盛相体の目盛と正確に一致する二つの目盛格子を備え
た一つの走査板と、それぞれ一つの目盛格子に付設され
た二つの光飽要素とを有する。走査板及び目盛相体の同
様な目盛は矯光性測定方法では光透逼性及び光不透過性
のし寸から成り、しまけ目盛担体の長手方向において交
互に並んでいる。目盛担体及び走査板の目盛を通り、続
いて両光電要素上に入射する１６明装置の光喰は両対象
物の相対運動の際に目盛で変調され、その結果各々一つ
の目盛格子に属する両光電要素は二つの周期的なアナロ
グ電気信号をおくり、これらの信号は相互に９０°位相
がずれている。
これらの正弦状のアナログ電気信号は位置測定値の形成
のための評価装置に供給される。
得られたアナログ信号の周期（ピッチ）は目盛ヒツチ又
は目盛担体の目盛のインクリメントによって決定はれる
。インクリメントは測定方向における光透過性及び光不
透過性のしまの巾によって形成される。走査ユニットと
目盛担体の目盛との間の相対運動の際走査された各イン
クリメントは計数パルスによって杷握式れかつ表示され
る。
光電的、磁気的、誘導的及び容量的測定装置における目
盛担体の目盛から得られる周期的アナログ信号は一般に
純粋な正弦曲線を有さす、むしろ、例えば目盛の不正確
のために高調波を伴う。目盛の不正確な例えば光透過及
び光不透過のしまの相異なる間隔によって又はこのしま
のエツジに帰因する。得られたアナログ信号を史に高調
波なしに保つために、目盛の精度に高い要求が過されな
ければならない各目盛ピッチの正確な位置測定値の形成
のため及び測定精度の向上のために目盛の目盛ピッチを
補間値の形成によって正確に細分すると２ができるため
にこの目盛から得られたアナログ信号は高調波のないも
のでなければならない。例えば計算器による補間値の形
成は***間特許２７２９６９７に記載されている。
憂に常に高調波を伴う三角形又は台形のアナログ信号を
供給する測定装置が公知である。
***国特許公報１９４１７３１から目盛担体の目盛の走
査の際に高調波のないアナログ信号を得るために正弦状
の透過曲線を備えた周波数フィルタ絞りが設けられてい
る。この測定装置では特別の周波数フィルタ絞りがつく
られ、組込まれなければならない。このた次）この測定
装置は光電的透光測定原理に制限嘔′れる。
本発明は小さい特別な要素は７返要とされず、また汎用
的に使用可能なインクリメント測定における高調波のな
い一周期的信号を得るための方法及び装置を提供するこ
とを課題の基礎とする。
この課題は本発明によれば特許請求の範囲第１項及び第
４項の特徴によって解決される。
本発明によって得られる利点は特に簡単な方法で、周波
数フィルターのような追加的要素が必要なく、また目盛
の精度への特別な要求が必要とされることもなく、高調
波のない周期的信号の取得が公知の位置測定装置の従来
からの手数のみを以って可能にされることにある。
従ってコストの安い、従来のように構成された測定装置
が得られ、しかも支承部は簡単化される。
本発明の他の有利な構成は実施態様項に記載されている
。
本発明の実絢例を図面に基いて詳しく説明する。
第１図中長さ測定装置は横断面図で示され、その中空形
材の形のノ・ウジング１は図示しない工作機械のペッド
２にねじ結合５によって固定場れている。工作機械の往
復台４には取付台ブロック５が連結部６によって任意の
方法で固定されており、連結部は剣形収縮部７を介して
スリット８を通って通常の完全密閉ノーウジング１に係
入しており、その際スリット８に設けられｔシーリング
グリップ９けノλウジング１内への汚染物の進入を目止
する。−・ウジング１の内面に測定尺１０が弾性接着層
１１によって取付けられており、測定尺には走査ユニッ
ト１２がローラ１３を介して支持され、ペッド２に関す
る往復台４の相対運動は連結部６によって走査ユニット
１２上に伝えられる。
第２図によれば走査ユニット１２における測定尺１０の
目盛１４の走査のために光源１５、コンデンサー１６、
目盛１８を備えた走査板１７及び光電要素１９が配設さ
れている。走査板１８の目盛１８は測定尺１０の目盛１
４と同一である。光源１５から出た光線はコンデンサ１
６によって平行光線に烙れ、測定尺１０と走査板１７の
目盛１４．１８を貫いて光１！要素１９に入射する。固
定した測定尺１０１１１：対する測定方向Ｘへの走査板
１７を備えた走査ユニット１２の運動の際、光は目盛１
４．１８で変調され、その結果光電要素１９は周期的・
電気的アナログ信号（Ｘ）を発し、この信号は評価式れ
、計数され、そして位置測定値としてデジタルの形で表
示される。光電要素１９から送られた周期的アナログ信
号日（Ｘ）は一般的に例えば目盛１４．１８の不正確性
に基いて高調波を伴いかつ、フーリエ係数により測定経
路Ｘの函数として表わされることができる。
Ｂ　（Ｘ）　＝　ａ（１／２＋Σ（ａＫｃｏｓＫＸ　＋
ｂＫ−ｓｉｎＫＸ　）Ｋ雲１ 積分定数には波の次数又は周波数（基本波二に：１，１
、高調波：に＝２等々）及びａＫ。
１）Ｋ　けフーリエ係数である。
高調波のない周期的信号を得るために本発明によればア
ナログ信号Ｓ　（Ｘ）の卒中Ｎ（周波数又は波の数）を
検出し、目盛１４の目盛ピッチＰ全その都度少なくとも
２Ｎ走査要素Ｔ１〜Ｔ２Ｎによって走査し、走査要素Ｔ
Ｉ＝−Ｔ２ＮＩＣよって供給された周１ｔＪＩ的アナロ
グ信号Ｓｔ　−Ｓ２ｗ　ｋアナログ信号Ｓα）の基本波
のフーリエ係数ａｌ　、　ｂｌ　：　Ｕａ。
Ｕａ　　の決定のためにフーリエ解析し、そしてフーリ
エ係数ａＩ、ｂＩ：Ｕａ、Ｕｂ　　を位置測定値の形成
のための高調波のない周期的信号として評価することが
提案される。
をもった波の数）の検出のために目盛１４が例えば基準
測定系の参照の下に走査要素によって走査され、得られ
たアナログ信号日（１）はフーリエ解析される。卒中Ｎ
け一列の同一目盛の場合唯一度だけ検出されればよい。
第３ｂ図において測定尺１０′は磁性材料”から成り、
測定尺は第３ａ図によればピッチＰ′の磁気目盛１４′
ヲ有する。目盛１４′から得られるアナログ信号Ｓ′は
卒中Ｎ＝３１に有する。従って本発明によれば６個の等
価の走査要素ｒｒ、Ｉ〜Ｔ６′が一つの目盛ピッチＰ′
に所用している。図式的に示されたホール素子の形の走
査要素ＴＩ′〜ｒｒ　ａ’　１は目盛１４’の走査の際
に周期的なアナログ信号Ｓ　、／〜Ｓ、／を送シ、周期
的アナログ信号はフーＩＪ工解析される。走査要素Ｔ、
／〜Ｔ６′は相互間隔Ｐ７’６−１−ＺＰ’　　（Ｚ＝
Ｑ、１，２．　　・・・）Ｋ配置されており、その際各
走査要素＋ｒ　、Ｉ〜ｒｒ、Ｉ　　は小さいＰ′／６の
巾Ｂ′を有する。
第４図に第２図による測定尺１０が示されてｉｌ　Ｎ　
＝　３を有する。従って本発明によれば走査ユニット１
２における６個の走査要素Ｔ１〜Ｔ６が測定方向Ｘにお
いて距離Ｂ＋ＺＰ＋Ｐ／６　（Ｚ＝０．１．２・・・）
に配設されている、そのわけは走査要素ＴＩ”””Ｔ６
の巾Ｂは目盛ピッチＰよりも太きいからである。光電要
素の形の走査要素’ｌ’、−Ｔ６には走査板１７′上の
各目盛格子Ｆｔ−Ｆａが付設されており、走査要素は同
時に間隔Ｂ　＋　ＺＰ　＋Ｐ／６に配設されている。目
盛１４の走査の際に走査要素’ｆ’ｔ−’］’ａから送
られるアナログ信号ｓ、−８，けフーＩＪ工解析される
。
目盛格子Ｆ１〜Ｆ６の目盛は目盛ピッチＰｉ有しかつ相
互に光透過性能動しま２０（地＠）と巾ｐ　／　２の光
不透過性受動し−１２１（地帯）　ｉ−ら成る。
第５図によればデジタル評価のために走査要素Ｔ１〜Ｔ
６　のアナログ信号８１〜Ｓ６　がアナログ／デジタル
変換器Ｕ、〜■６　　によってデジタル化され、デジタ
ル計数器Ｒに供給される。デジタル計数器は高調波のな
い周期的信号として基本波（Ｋ＝１）のフーリエ係数ａ
ｌ＋　ｔｇ　　を検出する。
計数器は位相角ψ＝＝　ｔａｎ　−’　ａｌ　／　ｂｌ
　　’ｔ：検出し、８−計数器は目盛１４の目盛ピッチ
Ｐの内方の走査ユニット１２の絶対的位置のための寸法
ケ示す。
位相角ψから目盛ピッチＰの内方の走査ユニット１２の
絶対的位置測定値Ｘ＝ψ・Ｐ／２Ｋが計算され機械の制
御のため及び又はデジタル表示のための制御及び又は指
示装置に供給される。
走査ユニット１２が目盛ピッチＰ上を動くと、計数器は
位相角ψを２πから０へ、０から２にへかえるか否を検
知する。ユニットＡの計数器表示はそのような変化によ
りそれぞれ目盛ピッチＰの単位だけ高められ、又は低下
され、その結果両対象物２，４の相対位置のがたのない
検知が可能にされる。
第６図によればアナログ評価のために走査ユニット１２
の走査要素Ｔ１〜Ｔ６の周期的アナログ信号８ｉ　−８
６がフーリエ係数Ｕａ＋Ｕｂの検出のための評価装置Ｗ
に供給でれ、アナログ信号は続いて位置測定値の形成の
ための評価装置２に導かれる。この評価装置２は測定方
向の検出のための方向弁別器及び加算／減算カウンタか
ら成りカウンタは方向分別器から送られるパルスを正負
符号正しく計数する。制御及び又は指示装置Ａ′に接続
されている評価回路２は例えば***国特許公開公報２７
２９６９７に記載されているような目盛１４の信号ピッ
チＰ内で補間値の形成のための補間装置を有することが
できる。補間は区分回路による目盛１４の目盛ピッチＰ
の内方での位相角ψ＝　ｔａｎ”−’　Ｔ−／Ｕｂの検
出によっても行われることができる。
第７図による評価装ｆｆｗにおいて、走査ユニット１２
における走査要素Ｔ１〜Ｔ６　　のアナログ信号Ｓ、　
％　ｓａは増巾器Ｖｌ−Ｖ６　　と抵抗Ｒ１′〜Ｒ６′
。
Ｒ２’　、　Ｒｓ’　、　Ｒ，’　、　　５ａ’　（ｉ
＋介して二つの差動増巾器Ｄｌ＋Ｄ２　　の両入力に導
入される。等しい大きさの抵抗Ｒｆ　を介して、差動増
巾器り、、Ｄ。
の出力は反転された入力と帰還結合され、そして差動増
巾器Ｄ１．Ｄ２の反転されない入力は質１’１Ｍと結合
される。増巾されたアナログ信号ＳＩ　ｙ　Ｓ！　＃　
”６は抵抗Ｒ、’、　Ｒ，’、　Ｒ６／を介して差動増
巾器Ｄ１　　の反転てれた入力に、そして増ｒｌｊされ
たアナログ信号８３　ｍ　”４　ｒ　８５は抵抗Ｒ３′
。
Ｒ４’　＋　”ｓ’　　ｋ介して差動増巾器Ｄ１　　の
反転されない入力に、増巾されたアナログ信号Ｊｓ日、
。
は抵抗Ｒ，’、　Ｒｓ−′　を介して差動増巾器Ｄ２　
　の反転された入力に、そして増巾されたアナログ信号
Ｓ５　＋　”６　は抵抗Ｒ，’、　Ｒ，’を介して差動
増巾器Ｄ２　　の反転されない入力にそれぞれ達す・る
。
抵抗Ｒｎ’、Ｒｎ’は抵抗Ｒｆ　　と結合して、因子ｃ
ｏｏπ（ｎ　　１）／３及びｓｉｎπ（、ｎ７１）１５
？備えたアナログ信号Ｓｎの倍率を作用する。アナログ
信号Ｓｎ　　のための抵抗比Ｒｆ／Ｒｎ′　　及びＲｆ
／ＲｎＩの測定は表に表わされている。
負のａｏｓ−及びθ１ｎ−因子に対応する抵抗Ｒ１け差
動増巾器ＤＩ　＋　Ｄ雪の反゛転されない入力に接続さ
れている。差動増巾器Ｄｌ　　はイ１＾５ｎ−ＣＯθπ
（ｎ−１）１５　　を積算し、差動増巾器Ｄ２　け値ａ
ｎ・ｓｉｎπ（ｎ−１）／３を積゛算し、その結果差動
増［（］器Ｄ１　　の出力に高調波のない周期的アナロ
グ信号Ｕａ。
そして差動増巾器Ｄ２　　の出力には高調波のない周期
的アナログ信号１１ｂ　　が 前記と同様な方法で禎３図によるアナログ信号Ｓｎ′も
評価され、る。
提案され産方法は銹導、容量的測定装置でも並びにイン
クリメントトラック９１１えげ絶対測定装置の微細イン
ク１ノメン゛ト・トラックの走査のためにも使用可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は長さ測定装置の横断面図、 第４図は走査要素の別の構成、 第５図はデジタル評価回路そして 第６図及び第７図はアナログ評価回路を示す。 図中符号 １４　　　　　　　目盛 ＴＩ　”　Ｔ’ｚｔｒ　　　　　走査要素Ｓ、〜８２Ｎ
　　　　　アナログ信号 ａ１　＋　ｂｌ　ｐ　”ｌｌ＋　Ｕｌ）　　　フーリエ
係数Ｐ　　　　　　　ピッチ 」阿１２ □暇ｒ３．３ｂ 」π？５ ５Ｆηｆ 二ｊＥ４７

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　　インクリメント又は絶対測定装置の高調波の
    ない周期的信号を得るための方法において、目盛（１４
    ）の走査で得られるアナログ信号日の周波数帯巾Ｎ（周
    波数）が検出され、目盛（１４）の目盛ピッチＰ（イン
    クリメント）は各々少なくとも２Ｎ走査要素（Ｔｌ　−
    ＴｚＮ　）によって走査され、走査要素（Ｔ１〜Ｔｚｙ
    　）から送られた、同期的アナログ信号（８，〜Ｂｆｆ
    ｉｗ　）は周期的アナログ信号日の基本波のフーリエ係
    数ａｌ、　ｂ、’；　Ｕａ、　Ｕｂ１！を求めるために
    フーリエ解析され、そしてフーリエ係数’ｌ＋ｂｌ＊Ｕ
    ａ、Ｕｂｉｊ：高調波のない周期的信号として位置測定
    値の形成のために評価されることを特徴とする位置測定
    方法。
  2. （２）　　デジタル評価のために走査要素（Ｔｓ〜Ｔｉ
    ｎ　）のアナログ信号（８ｓ〜８２Ｎ）がデジタル化さ
    れ、かつフーリエ係数ａｌ　ｒ　　ｂｌが高調波のない
    周期的信号として；そして続いて位相角ψ＝ｔａｎ　−
    ｔ　ａＩ／ｂ１が目盛（１４）の目盛ピッチ（Ｐ）内で
    フーリエ係数ａ１　ｐ　ｂｌ　から計算的に求められる
    、特許請求の範囲第１項記載の位置測定方法。
  3. （３）　　アナログ評価のためにアナログ信号（日、。 ・・・１８ｎｔ　　・・・ｒ　　’ｚＭ　）　　が因子
    ＣＯθπ（ｎ　−，１）　／　Ｎによって掛算され、か
    つアナログ信号Ｕａの形成のために加算され、アナログ
    信号（８亀　　・・・、８ｎ、・・・ＥｈＮ）は因子θ
    １ｎπ（ｎ−１）／Ｈによって掛算され、かつアナログ
    信号Ｕｂ　の形成のために加算され、そして位相角ψ＝
    ｔａｎ″″’Ｕａ／Ｕｂが、目盛（１４）の目盛ピッチ
    Ｐ内で高調波のない周期的アナログ信号Ｕａ、　　Ｕｂ
    から求められる、特許請求の範囲第１項記載の位置測定
    方法。
  4. （４）　　インクリメント又は絶対測定装置の高調波の
    ない周期的信号を得るための方法において、目盛（１４
    ）の走査で得られるアナログ信号Ｓの周波数卒中Ｎ（周
    波数）が検出され、目盛（１４）の目盛ピッチＰ（イン
    クリメント）は各々少なくとも２Ｎ走査要素（Ｔ１〜Ｔ
    ＩＮ　）によって走査され、走査要素（Ｔｌ〜Ｔａｎ）
    から送られた、周期的アナログ信号（Ｓｔ　−８！Ｎ）
    は周期的アナログ信号Ｂの基本波のフーリエ係数ａｔ＋
    　　ｂｌ　：　Ｕａ、　Ｕｔ＋を求めるためにフーリエ
    解析され、そしてフーリエ係数ａｌ　ｒ　ｂｌ　ｒＵａ
    、Ｕｂけ高調波のない周期的信号として位置測定値の形
    成のために評価でれる位置測定方法全実施するための装
    置において、走査ユニット（１２）内の目盛（１４）の
    目盛ピッチＰの走査のために少なくとも周波数卒中Ｎ（
    アナログ信号Ｓの周波数）だけの走査要素（Ｔ？−Ｔｎ
    ｉ　）が２倍設けられており、走査要素（ＴｏｍＴ２Ｎ
    　）によって送られる周期的アナログ信号（Ｓｌ−８２
    Ｎ）は基本波のフーリエ係数ａｌ。 ｂｒ　Ｓ　Ｕ　＆　＃　Ｕｂ　　１に求めるため及びフ
    ーリエ係数ａｌ　ｐ　　ｂｌ　；　Ｕａ　、　Ｕｂから
    の位置測定値の形成のための評価装置（Ｕ、ＲＡＷ、Ｚ
    ）に入力され、評価装置は制御及び又は指示装＃（Ａ）
    と接続していることを特徴とする、位置測定装置。
  5. （５）走査要素ＣＴ、−Ｔ雪Ｎ）の巾Ｂがｐ　／　２　
    Ｎより小さく、走査要素（Ｔ！〜ＴＩＮ　）が走査ユニ
    ット（１２）内で相互間隔Ｐ／２Ｎ＋ＺＰ（Ｚ＝ｏ、１
    ．２・・・）に配列されている、特許請求の範囲第４項
    記載の位置測定装置。
  6. （６）　　走査要素（Ｔｒ　−ＴｔＮ）の巾Ｂが少なく
    とも目盛ピッチＰであ多、各走査要素ＣＴｌ−Ｔｎｉ　
    ）が交互に信号能動地帯（２ｏ）と信号受動地帯（２１
    ）を有し、走査要素（ＴＩ　−Ｔｏｍ　）が走査ユニッ
    ト（１２）内で相互間隔Ｂ＋ＺＰ十Ｐ／２Ｎ（ｚ＝ｏ、
    １．２・・・）に配設されている、特許請求の範囲第４
    項記載の位置測定装置。
  7. （７）評価装置（Ｕ、Ｒ）が周期的アナログ信号（Ｅ１
    １〜日ａＮ）を負荷されるアナログ／デジタル変換器（
    Ｕｉ　＝　Ｕｔｉｉ）とこ′れに後続される計算器（Ｒ
    ）とを有する、特許請求の範囲第４項記載の位置測定装
    置。
  8. （８）　　フーリエ係ｆｉＵａ、Ｕｂ５ｃ求めるための
    評価装置（Ｗ）が周期的アナログ信号（８１，・・・・
    Ｓｎ、・・・８２Ｎ）を負荷される増巾器（■１．・・
    ・Ｖ　・・・Ｖｅｘ　）　’ｆｚ有し、増巾器は抵抗（
    ＲＨ’、Ｒｎ’）Ｔｈ介して差動増巾器（ＤＩｌｌｈ）
    の入力に接続されている、特許請求の範囲が４項記載の
    位置測定装置。
  9. （９）位置？１Ｉｌｌ宇値の形成のための評ｆｆｆｉ装
    置（Ｚ）はフーリエ係数Ｕａ、ＴＪｂを負荷される方向
    弁別器を有し、方向弁別器は加Ｍ／減算カウンタに接続
    されている、特許請求の範囲第４項記載の位置測定装置
    。 ０１　　評価装置（Ｚ）け目盛（１４）の信号ピッチＰ
    内での補間値の形成のための補間装置を有する、特許請
    求の範囲第４項記載の位置測定４・延性。
JP58196283A 1982-10-22 1983-10-21 位置測定方法及びこの方法を実施するための装置 Granted JPS5994012A (ja)

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DE19823239108 DE3239108A1 (de) 1982-10-22 1982-10-22 Positionsmessverfahren und einrichtungen zur durchfuehrung des verfahrens
DE32391080 1982-10-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5994012A true JPS5994012A (ja) 1984-05-30
JPH0125010B2 JPH0125010B2 (ja) 1989-05-16

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ID=6176331

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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EP (1) EP0106951B1 (ja)
JP (1) JPS5994012A (ja)
AT (1) ATE13779T1 (ja)
BR (1) BR8305798A (ja)
DE (2) DE3239108A1 (ja)

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