JPS62298704A - Optical length measuring apparatus - Google Patents
Optical length measuring apparatusInfo
- Publication number
- JPS62298704A JPS62298704A JP14176386A JP14176386A JPS62298704A JP S62298704 A JPS62298704 A JP S62298704A JP 14176386 A JP14176386 A JP 14176386A JP 14176386 A JP14176386 A JP 14176386A JP S62298704 A JPS62298704 A JP S62298704A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- main scale
- lens array
- light
- scale
- detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title abstract description 31
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は、工作機械の移動テーブルの移動距離等を光学
的に測定する光学式測長装置に関する。Detailed Description of the Invention 3. Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical length measuring device that optically measures the moving distance of a moving table of a machine tool.
従来から、工作機械の移動テーブル等の移動量を光学的
に測定する装置として、１対の光学格子を対向配設する
とともに、前記光学格子対をはさむように光源および光
検出器を配設し、前記光学格子の相対移動量を測定する
ことにより、測定対象物の移動距離を測定する測長装置
が使用されている。Conventionally, as a device for optically measuring the amount of movement of a moving table or the like of a machine tool, a pair of optical gratings are arranged facing each other, and a light source and a photodetector are arranged so as to sandwich the pair of optical gratings. A length measuring device is used that measures the moving distance of an object by measuring the amount of relative movement of the optical grating.
第３図に前述した測長装置の光学系を概略示す。FIG. 3 schematically shows the optical system of the length measuring device described above.
第３図の光学系は、外光の影響を除去するため、図示し
ない暗箱中に収納されているものとする。The optical system shown in FIG. 3 is assumed to be housed in a dark box (not shown) in order to eliminate the influence of external light.
第３図において、発光ダイオード等の光源１からの光は
、凸、レンズ２によって平行光線に変換された後、イン
デックススケール３およびメインスケール５から成る光
学格子対に入射される。インデックススケール３および
メインスケール５は、各々透明ガラス上に設けられ紙面
に垂直な方向に延在する帯状の不透明部材４で形成され
る格子を有しており、相対的に移動可能な状態で平行に
配設されている。メインスケール５を通った光は、検出
器６で検出され、電気信号に変換出力される。In FIG. 3, light from a light source 1 such as a light emitting diode is converted into parallel light by a convex lens 2, and then enters an optical grating pair consisting of an index scale 3 and a main scale 5. The index scale 3 and the main scale 5 each have a grid formed of band-shaped opaque members 4 provided on transparent glass and extending in a direction perpendicular to the plane of the paper, and are relatively movable in parallel. It is located in The light passing through the main scale 5 is detected by a detector 6, converted into an electrical signal, and output.
検出器６は１／４格子ピツチだけピッチずれした２個の
検出器で構成されているので、前記電気信号は９０’位
相シフトした２相信号である。メインスケール５が矢印
ａ方向に移動すると、それに対応したほぼ周期的光信号
が検出器６に入射される。Since the detector 6 is composed of two detectors whose pitch is shifted by 1/4 grid pitch, the electrical signal is a two-phase signal with a phase shift of 90'. When the main scale 5 moves in the direction of arrow a, a corresponding substantially periodic optical signal is incident on the detector 6.
検出器６の出力信号は、図示しない演算部により演算処
理され、メインスケール５の相対的移動量および移動方
向が求められる。The output signal of the detector 6 is processed by an arithmetic unit (not shown), and the relative movement amount and movement direction of the main scale 5 are determined.
ところで、インデックススケール３とメインスケール５
との間に間隙が無い理想状態の場合、メインスケール５
を通過する光の量は、メインスケールの移動とともに第
４図の実線Ａの如く変化する。しかしながら実際の装置
においては、インデックススケール３とメインスケール
５との間には、不透明部４が摩擦により摩耗するのを防
止するために所定の間隙が設けられている。前記間隙を
大きくするとメインスケール５を通過する光は、第４図
破線Ｂのようになり、コントラストが低下し、測定不能
となる。したがって、実用上インデックススケール３と
メインスケール５との間隔を１０μ＋１〜５０μ−程度
の範囲内に保つ必要があり、極めて高精度且つ高価な部
品を使用する必要があった。By the way, index scale 3 and main scale 5
In an ideal state with no gap between main scale 5 and
The amount of light passing through changes as the main scale moves, as shown by the solid line A in FIG. However, in an actual device, a predetermined gap is provided between the index scale 3 and the main scale 5 in order to prevent the opaque portion 4 from being worn out due to friction. When the gap is increased, the light passing through the main scale 5 becomes as shown by the broken line B in FIG. 4, and the contrast decreases, making measurement impossible. Therefore, in practice, it is necessary to maintain the distance between the index scale 3 and the main scale 5 within a range of about 10μ+1 to 50μ−, and it is necessary to use extremely high-precision and expensive parts.
また、高精度な部品を使用した場合でも、製造過程での
寸法のばらつきは多少生じるため、最悪の場合、コント
ラスト不足による測定不能という問題もあった。これを
防止するために、部品組立時に調整を行うことも考えら
れるが、極めて熟練を要し、また生産性が良くないとい
う欠点があった。Furthermore, even when high-precision parts are used, some variation in dimensions occurs during the manufacturing process, and in the worst case, there is a problem that measurements cannot be made due to lack of contrast. In order to prevent this, it may be possible to make adjustments when assembling the parts, but this has the disadvantage of requiring extremely high skill and poor productivity.
さらに、コントラストの低下を防止するために、インデ
ックススケールとメインスケール間に投影レンズを配設
する構成も考えられるが、投影レンズの収差がコントラ
ストに影響を与えるという欠点があり、また光学系が複
雑になるという欠点があった。Furthermore, in order to prevent a decrease in contrast, a configuration in which a projection lens is disposed between the index scale and the main scale can be considered, but this has the disadvantage that the aberration of the projection lens affects the contrast, and the optical system is complicated. It had the disadvantage of becoming
本発明は、前記欠点に鑑みてなされたもので、部品のば
らつきの影響を受けず高精度な光学式測長装置を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above drawbacks, and an object of the present invention is to provide a highly accurate optical length measuring device that is not affected by variations in components.
（問題を解決するための手段〕
本発明の光学式測長装置は、レンズアレイと、前記レン
ズアレイに対向配設され、前記レンズアレイに対して相
対的に移動可能なメインスケールと、前記レンズアレイ
および前記メインスケールを介して得られる光源からの
光を検出する検出器と、前記検出器の出力信号に基づい
て前記メインスケールの相対移動量を算出する演算部と
を備えている。(Means for Solving the Problem) The optical length measuring device of the present invention includes a lens array, a main scale disposed opposite to the lens array and movable relative to the lens array, and a main scale that is movable relative to the lens array. The apparatus includes a detector that detects light from a light source obtained through an array and the main scale, and a calculation unit that calculates a relative movement amount of the main scale based on an output signal of the detector.
光源からの光は、レンズアレイによって集光され、その
結果、明暗縞が形成される。前記明暗縞をインデックス
スケールの代わりに使用し、メインスケールと相互作用
させる。これにより検出器にはメインスケールの相対移
動に応じた高コントラストの光信号が入射される。検出
器の出力信号を演算処理することにより、メインスケー
ルの相対移動量が得られる。Light from a light source is focused by a lens array, resulting in the formation of light and dark stripes. The light and dark stripes are used instead of the index scale and interact with the main scale. As a result, a high-contrast optical signal corresponding to the relative movement of the main scale is incident on the detector. By processing the output signal of the detector, the relative movement amount of the main scale can be obtained.
第１図は本発明の光学式測長装置に使用する光学系の実
施例を示す図である。第１図の光学系は、外光の影響を
除去するため、暗箱中に収納されている。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an optical system used in the optical length measuring device of the present invention. The optical system shown in FIG. 1 is housed in a dark box to eliminate the influence of external light.
第１図において、第３図と同一部分には同一符号を付し
ている。第１図においては、インデックススケールの代
わりに、レンズアレイ７を使用している。かまぼこ型レ
ンズアレイ７は第２図（ａ）に示すように、柱状の凸レ
ンズを複数併設したレンチキュラーレンズアレイである
。In FIG. 1, the same parts as in FIG. 3 are given the same reference numerals. In FIG. 1, a lens array 7 is used instead of an index scale. As shown in FIG. 2(a), the semicylindrical lens array 7 is a lenticular lens array in which a plurality of columnar convex lenses are arranged side by side.
第１図において、光源１からの光は凸レンズ２によって
平行光線に変換された後、レンズアレイ７に入射される
。レンズアレイ７に入射した光は、各凸レンズによりメ
インスケール５上に集光した後、検出器６に入射する。In FIG. 1, light from a light source 1 is converted into parallel light by a convex lens 2, and then enters a lens array 7. The light that has entered the lens array 7 is focused onto the main scale 5 by each convex lens, and then enters the detector 6.
レンズアレイ７は、複数個の柱状の凸レンズにより構成
されており、また、各凸レンズの軸は格子４と平行に配
設されているので、メインスケール５上にその格子と平
行な明暗縞が形成される。メインスケール５がレンズア
レイ７に接近および遠さがる方向に位置ずれした場合に
も高コントラストの光信号が検出器６に入射される。ま
た、光学格子としてメインスケールのみを使用している
ため、光の損失が少なく、光の利用率が従来の光学系に
比べて２倍の略１００％となる。The lens array 7 is composed of a plurality of columnar convex lenses, and since the axis of each convex lens is arranged parallel to the grating 4, light and dark stripes parallel to the grating are formed on the main scale 5. be done. Even when the main scale 5 is displaced toward or away from the lens array 7, a high-contrast optical signal is incident on the detector 6. Furthermore, since only the main scale is used as an optical grating, there is little loss of light, and the light utilization rate is approximately 100%, twice that of conventional optical systems.
ところで、光源１の直径をＡ、レンズアレイ７よってメ
インスケール５上に形成される像（明部）の直径をＢ、
凸レンズ２の焦点距離をｆｃ、レンズアレイ７の各凸レ
ンズの焦点距離をｆ［とすると、Ｂ ” Ａ−ｆＲ／
ｆ ｃの関係が成立する。また、光源１として波長λの
レーザーダイオードを使用した場合、レンズ１が無収差
であれば、像の直径Ｂをレンズアレイの開口数ＮＡの関
数として表わすと、Ｂ＝Ｋ・λ／ＮＡ（ただし、Ｋ：ｌ
：０．４）となる。By the way, the diameter of the light source 1 is A, the diameter of the image (bright part) formed on the main scale 5 by the lens array 7 is B,
If the focal length of the convex lens 2 is fc, and the focal length of each convex lens of the lens array 7 is f[, then B '' A-fR/
The relationship f c holds true. In addition, when a laser diode with a wavelength λ is used as the light source 1, and if the lens 1 has no aberration, the image diameter B can be expressed as a function of the numerical aperture NA of the lens array. , K:l
:0.4).
したがって、前記式に基づいて、メインスケール５上に
形成する明暗縞のピッチを所定値に設定できる。Therefore, based on the above equation, the pitch of the bright and dark stripes formed on the main scale 5 can be set to a predetermined value.
例えば、メインスケール５の格子ピッチよりもレンズア
レイ７による像、すなわち収束光の直径を小さく設定し
た場合、収束光のピッチが格子ピッチの整数倍であれば
、収束位置にメインスケール５を配設し、これを移動さ
せることにより、格子定数と移動距離によって決まる光
信号が、第３図に示した光学系と同様にして、より高コ
ントラストに得られる。前記光信号を検出器６により検
出し、図示しない演算することにより、メインスケール
５の相対移動量が求められる。For example, if the diameter of the image formed by the lens array 7, that is, the convergent light, is set smaller than the grating pitch of the main scale 5, and the pitch of the convergent light is an integral multiple of the grating pitch, the main scale 5 is placed at the converging position. However, by moving this, an optical signal determined by the lattice constant and the moving distance can be obtained with higher contrast, similar to the optical system shown in FIG. 3. The amount of relative movement of the main scale 5 is determined by detecting the optical signal with the detector 6 and performing a calculation (not shown).
本実施例では凸レンズアレイとしてレンチキュラーレン
ズアレイを用いて、明暗縞をメインスケールの格子と平
行に形成する例で説明したが、明暗縞をメインスケール
の格子に対して微小角度をもって形成するようにしてモ
アレ縞を発生させ、これを検出するようにしてもよい。In this example, a lenticular lens array is used as a convex lens array to form bright and dark fringes parallel to the main scale grating. Moire fringes may be generated and detected.
また、レンズアレイ７として、第２図（ｂ）に示すよう
に円形状の凸レンズ８〜１１から成るレンズアレイ７を
使用してもよい。その場合、レンズ８，９をメインスケ
ールの格子ピッチの整数倍の間隔とし、またレンズ１０
．１１をメインスケールの格子ピッチの整数倍の間隔と
するとともに、レンズ１０，１１をレンズ８．９に対し
て格子ピッチの１／４だけずらす。そしてレンズ８，９
に対応じて第１の検出器を設けるとともに、第２の検出
器をレンズ１０．１１に対応して設け、前記第１、第２
の検出器から９０°位相シフトした２つの信号を得るこ
とにより移動方向の弁別および高精度な測定が実現でき
る。また第２図（ａ）に示した柱形凸レンズアレイ７を
メインスケールの格子ピッチの１７４ピツチだけずらし
て上下２段に配設するとともに、上段、下段のレンズア
レイに対応して、相対的にピッチずれのない検出器を各
１個設けてもよい。さらに、第２図（ｂ）のレンズアレ
イにおいて、円形レンズの代わりにピラミッド型レンズ
アレイあるいはプリズム等を用いることもできる。Further, as the lens array 7, a lens array 7 consisting of circular convex lenses 8 to 11 as shown in FIG. 2(b) may be used. In that case, the lenses 8 and 9 are spaced at an integral multiple of the grating pitch of the main scale, and the lens 10
．． 11 is set to an interval that is an integral multiple of the grating pitch of the main scale, and lenses 10 and 11 are shifted from lenses 8 and 9 by 1/4 of the grating pitch. and lenses 8, 9
A first detector is provided corresponding to the lens 10.11, and a second detector is provided corresponding to the lens 10.11.
By obtaining two signals with a 90° phase shift from the detector, discrimination of the moving direction and highly accurate measurement can be realized. In addition, the columnar convex lens arrays 7 shown in FIG. 2(a) are arranged in two stages, upper and lower, shifted by 174 pitches of the lattice pitch of the main scale. One detector without pitch deviation may be provided for each. Furthermore, in the lens array shown in FIG. 2(b), a pyramid-shaped lens array, a prism, or the like may be used instead of the circular lens.
本発明の光学式測長装置は、レンズアレイによって形成
される明暗縞とメインスケールとの相互作用に基づいて
、メインスケールの相対移動量を測定するようにしてい
るので、構造が簡単で、メインスケールがレンズアレイ
に接近する方向に位置ずれした場合だけでなく、遠ざか
る方向に位置ずれした場合にも高コントラストの光信号
が得られるため、レンズアレイとメインスケールとの間
隔に関して許容値が広がり、製造」二極めて容易である
。また光学格子としてメインスケールのみを使用してい
るため、光の利用率が上がり、低感度の検出器を利用で
きる等の効果が生じる。The optical length measuring device of the present invention measures the amount of relative movement of the main scale based on the interaction between the bright and dark fringes formed by the lens array and the main scale. High-contrast optical signals are obtained not only when the scale is misaligned toward the lens array, but also when it is misaligned away from the lens array, increasing the tolerance for the distance between the lens array and the main scale. It is extremely easy to manufacture. Furthermore, since only the main scale is used as an optical grating, the efficiency of light utilization is increased and a detector with low sensitivity can be used.
第１図は、本発明に使用する光学系の概略図、第２図は
、本発明に使用するレンズアレイの斜視図、第３図は、
従来の光学式測長装置の光学系の概略図、第４図は、従
来の光学式測長装置の特性図である。
１・・・・・光 源 ２・・・・・・凸レンズ
３・・・・・インデックススケール
５・・・・・メインスケール ６・・・・・検出器７・
・・・・レンズアレイ
特許出願人 双葉電子工業株式会社
第 ２ 図
第 ３ 図
第４図FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system used in the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a lens array used in the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of an optical system used in the present invention.
FIG. 4, which is a schematic diagram of an optical system of a conventional optical length measuring device, is a characteristic diagram of the conventional optical length measuring device. 1... Light source 2... Convex lens 3... Index scale 5... Main scale 6... Detector 7.
...Lens array patent applicant Futaba Electronics Co., Ltd. Figure 2 Figure 3 Figure 4
Claims (1)
記レンズアレイに対して相対的に移動可能なメインスケ
ールと、前記レンズアレイおよび前記メインスケールを
介して得られる光源からの光を検出する検出器と、前記
検出器の出力信号に基づいて前記メインスケールの相対
移動量を算出する演算部とを備えて成る光学式測長装置
。a lens array, a main scale arranged to face the lens array and movable relative to the lens array, and a detector that detects light from a light source obtained through the lens array and the main scale. and an arithmetic unit that calculates the relative movement amount of the main scale based on the output signal of the detector.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14176386A JPS62298704A (en) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | Optical length measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14176386A JPS62298704A (en) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | Optical length measuring apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62298704A true JPS62298704A (en) | 1987-12-25 |
| JPH0418252B2 JPH0418252B2 (en) | 1992-03-27 |
Family
ID=15299614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14176386A Granted JPS62298704A (en) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | Optical length measuring apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62298704A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6703601B2 (en) | 1997-02-21 | 2004-03-09 | Fanuc, Ltd. | Motion detection of an optical encoder by converging emitted light beams |
| JP2007108089A (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Ricoh Co Ltd | Relative position detector, rotator travel detector and image forming apparatus |
| JP2013096757A (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Mitsutoyo Corp | Displacement detector, displacement detection method, and displacement detection program |
| JP2017053672A (en) * | 2015-09-08 | 2017-03-16 | 株式会社ミツトヨ | Encoder |
-
1986
- 1986-06-18 JP JP14176386A patent/JPS62298704A/en active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6703601B2 (en) | 1997-02-21 | 2004-03-09 | Fanuc, Ltd. | Motion detection of an optical encoder by converging emitted light beams |
| JP2007108089A (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Ricoh Co Ltd | Relative position detector, rotator travel detector and image forming apparatus |
| JP2013096757A (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Mitsutoyo Corp | Displacement detector, displacement detection method, and displacement detection program |
| JP2017053672A (en) * | 2015-09-08 | 2017-03-16 | 株式会社ミツトヨ | Encoder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0418252B2 (en) | 1992-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4079252A (en) | Photoelectric grating displacement measuring apparatus | |
| US5448358A (en) | Optical apparatus and displacement-information measuring apparatus using the same | |
| US3175093A (en) | Photosensitive device for digital measurement of the displacement of an object | |
| JPH063167A (en) | Encoder | |
| JPH06109484A (en) | Signal processing method and encoder using the same | |
| US3483389A (en) | Electro-optical encoder having fiber optic coupling | |
| US5113071A (en) | Encoder in which single light source projects dual beams onto grating | |
| JPS6023282B2 (en) | Relative displacement measuring device | |
| JPH0652170B2 (en) | Optical imaging type non-contact position measuring device | |
| JPH048724B2 (en) | ||
| US5066129A (en) | Optical linear encoder with light quantity calabration | |
| US5011287A (en) | Interferometer object position measuring system and device | |
| JPS62298704A (en) | Optical length measuring apparatus | |
| JP2941953B2 (en) | Reference position detection method and rotation detector | |
| US4395123A (en) | Interferometric angle monitor | |
| JPS6117016A (en) | Averaged diffraction moire position detector | |
| JP2011203273A (en) | Photoelectric incremental encoder | |
| JPS6370110A (en) | Distance measuring apparatus | |
| DE102018112204A1 (en) | Displacement detection device | |
| JPS61712A (en) | Optical scale reader | |
| JPS63263412A (en) | Noncontact displacement meter | |
| JPH04295708A (en) | Noncontact-type shape measuring apparatus | |
| SU1126812A1 (en) | Device for measuring deformations of diffuse-reflective objects | |
| JPH0212017A (en) | Detector for detecting position of averaged diffraction moire | |
| JPS6117907A (en) | Three-dimensional shape measuring instrument |