JPS63302311A - 測長用スケ−ル - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、測長用スケール関する。詳しくは、相対移動
する２つの部材のいずれか一方の部材に変位検出用の目
盛を有するスケールを設けるとともに、いずれか他方の
部材に前記スケールの目盛を読み増るための変位検出器
を設け、この両者によって２つの部材の相対移動変位量
を検出する変位検出装置に利用される。

〔従来の技術〕

工作機械や精密測定機などの分野では、高精度加工や高
精度測定を達成する目的から、相対移動する２つの部材
の相対移動変位量を高精度に測定するための変位検出装
置が使用されている。

従来、かかる変位検出装置の一つとして、例えば第４図
に示す如く、相対移動する２つの部材、ここでは静止体
１００とこれに対して紙面と直交する方向へ摺動する可
動体２００とのうち、静止体１００に取り付けられた細
長箱状の本体ケースｌ内に前記相対移動方向に沿って一
定ピッチ間隔で光学格子を形成する目盛３を有するメイ
ンスケール４を設ける一方、可動体２００に取り付けら
れた摺動体２にアーム２Ａを介して前記目盛３に対向す
る目盛５を有するインデックススケール６および発受光
器７．８を含む変位検出器９を取り付けた構造の変位検
出装置が知られている。

このものは、可動体２００の移動に伴うメインスケール
４の目盛３とインデックススケール６の目盛５との位相
変化を変位検出器９によって電気信号に変換し、この電
気信号を所定処理して静止体１００と可動体２００との
相対移動変位量を検出するものであるから、メインスケ
ール４の目盛３とインデックススケール６の目盛５とは
温度変化にかかわらず常に高精度に維持しておく必要が
ある。

そのため、従来のものでは、メインスケール４およびイ
ンデックススケール６を線膨張係数の小さいガラスなど
の材料で形成し、設置環境の温度変化に対して対応して
いた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述したような温度変化に対する対応は
、設置環境の温度変化が成る範囲内とみなしてその範囲
内の温度変化に伴う誤差を無視しようとするものである
から、より高精度測定が望まれる現状では必ずしも満足
できるものではない。

特に、この種の変位測定装置は、使用環境がまちまちで
あり、その選定はユーザの任意であるから、特に工作機
械が設置される環境では温度変化が大きいことから、各
スケールの材料選定だけでは温度変化に対応できない場
合が多い。

また、メインスケール４およびインデックススケール６
は摺動移動する本体ケース１と摺動体２とに直接取り付
けられる構造である。それ故、本体ケース１と摺動体２
との摺動移動、あるいは静止体１００と可動体２００と
の相対移動によって摺動抵抗熱が発生すると、それが各
スケールに伝達される結果、設置環境以上の温度変化が
各スケールにもたらされることから、測定誤差を生じさ
せていた。

ここに、本発明の目的は、このような従来の問題を解消
すべくなされたもので、温度変化に対する測定誤差を補
償し、高精度測定を可能とする測長用スケールを提供す
ることにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

そのため、本発明では、変位検出用の目盛を形成した測
長用スケール自体の温度を直接検出し、この温度を基に
測定値を補正できるようにしたものである。

具体的には、直線状のスケール基材の長手方向に沿って
変位検出用の目盛を形成した測長用スケールにおいてζ
前記スケール基材の目盛が形成された面に、その目盛に
近接してスケール基材の伸縮に起因するスケール基材の
温度を検出する温度センサを一体的に設けたことを特徴
とする。

〔作用） 従って、温度センサによりスケール基材自体の温度を直
接検出できるから、この温度を基に測定値を補正すれば
、例えば検出温度とスケール基材の線膨張係数とを基に
測定値を補正、或いは検出温度に対応して補正係数を予
め調べておき、検出温度に対応する補正係数を測定値に
乗じて測定値を補正すれば、温度変化に伴う測定誤差を
補償することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図に基づいて説
明する。なお、これらの図の説明に当たって、前述した
第４図の装置と同一または類似部分については、同一符
号を付し、その説明を省略する。

第１図は本発明の測長用スケールを前記メインスケール
４に適用した例を示している。本実施例のメインスケー
ル１０は、断面が矩形の薄板直線状のガラスからなるス
ケール基材１１の表面に、その長手方向に沿ってスリッ
ト状の変位検出用の目盛１２を一定ピッチ（例えば、１
０μｍピ、７チ）間隔で形成するとともに、その目盛１
２が形成された同一面の長手方向所定間隔位置にその目
盛１２に近接してスケール基材１１の温度を検出する温
度センサ１３．．１３□、１３．をそれぞれ一体的に設
けたものである。なお、１４は目盛１２を挟んで温度セ
ンサ１３□と対応する位置に設けられた絶対値マークで
ある。

スリット状の目盛１２は、スケール基材１１の表面長手
方向に沿ってクロム被膜を帯状に蒸着し、これをエツチ
ング手法によってスリット状に形成したものである。ま
た、各温度センサ１３□１３２゜１３３は、前記スケー
ル基材１１の表面の所定位置に温度変化により抵抗値が
変化する白金抵抗体を矩形状に蒸着し、これを前記目盛
１２の形成と同時に第２図の形状に刻線したものである
。

各温度センサ１３．，１３□、１３．は、第２図に示す
如く、細幅でかつ一定ピッチ毎にスケール基材１１の長
手方向に対して直角方向へ蛇行する感温部２１と、この
感温部２１の両端にそれぞれ矩形状に形成された端子部
２２Ａ、２２Ｂとを有する形状に形成されている。感温
部２１は、抵抗値が予め設定された値となるような寸法
に形成されている。ここでは、厚みもが約１μｍ、幅Ｗ
が約５０μｍ、全長ｆ（１本に伸ばしたときの長さ）が
約４．７ｃｍで、抵抗値が約１００Ωである。

従って、例えば較正時や実測時などに、各温度センサ１
３．、１３！＋　１３．の抵抗値を例えばブリッジ回路
などで測定してスケール基材１１の各部の実際の温度を
測定すれば、その検出温度とスケール基材１１の線膨張
係数とを基に演算によって測定値を補正することができ
る。

あるいは、予め、スケール基材１１の温度を変化させた
ときの測定値（変位検出器９がら得られる値）と真の変
位量との誤差を求め、この誤差を打ち消す補正係数を求
め、この補正係数を各温度毎に求めておけば、各温度セ
ンサ１３．．１３□、１３３で得られた検出温度に対応
する補正係数を測定値に乗じるだけで、測定値の補正を
行うことができる。

なお、これらの補正に当たって、３つの温度センサ１３
１．１３ｇ、　１３３でそれぞれ得られた温度の平均値
をもって検出温度としてもよいが、相対移動する２つの
部材の相対位置、つまり本体ケース１に対する摺動体２
の位置に応じて摺動体２に最も近いいずれかの温度セン
サ１３１．１３□、１３３からの温度データを検出温度
として測定値を補正すれば、より高精度な測定が可能で
ある。

第３図は温度変化による測定誤差を自動的に補正するだ
めのシステムを示している。同システムは、前記各温度
センサ１３１，１３□、１３．の抵抗値をそれぞれ検出
する３つのブリッジ回路３１１゜３１゜、３１．と、こ
れらのブリッジ回路３１．．３１□、３１３に接続され
たマルチプレクサ３２と、このマルチプレクサ３２から
の信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３３と、
このＡ／Ｄ変換器３３にシステムバス３４を介して接続
されたＣＰＵ３５とを含む。

ＣＰＵ３５は、Ａ／Ｄ変換器３３からのデータつまり各
温度センサ１３１＋　１３２．１３＊で検出されたスケ
ール基材１１の各部の温度に関するデータをシステムバ
ス３４を通じて取り込み、このデータの平均値を求める
。そして、各温度に対応して前述の補正係数を記憶した
補正テーブル（図示省略）の中から検出温度に対応する
補正係数を読み出し、この補正係数をカウンタ３７の値
つまり前記変位検出器９で検出された信号を所定処理し
て得られた相対移動変位量（絶対値マーク１４からの変
位量）に乗じて測定値を補正し、その結果をシステムバ
ス３４を通じて表示器３６に表示させる。

このようなシステムでは、カウンタ３７で更新される値
、つまり相対移動によって逐次変化する相対移動変位量
は、その各時点におけるスケール基材１１の実際の温度
を基に補正されているから、測定者自らが演算を行うこ
となく、常に高精度でかつ信鎖性の高い測定値が得られ
る。

なお、このシステムでも、測定値の補正方法に関しては
、検出温度とスケール基材１１の線膨張係数とを基に演
算によって測定値を補正することも可能である。また、
摺動体２に最も近いいずれかの温度センサ１３＋、　１
３ｔ、　１３ｓからの温度データを検出温度として測定
値を補正することも可能である。

従って、本実施例によれば、スケール基材１１自体の温
度を直接検出できるから、この温度を基に測定値を補正
すれば、温度変化に伴う、測定誤差を補償することがで
きる。よって、温度変化が大きな設置環境であっても、
また、２つの部材の相対移動に伴う摺動抵抗熱によって
スケール基材１１が大きく温度変化する場合であっても
、常に高精度な測定を達成することができる。

また、スケール基材１１の長手方向の所定間隔位置に温
度センサ１３１．１３ｇ、　１３ｓをそれぞれ設けたの
で、スケール基材１１が長寸で、かつ本体ケース１に対
して摺動体２が摺動可能範囲の一部だけで常時往復摺動
することによって長手方向の温度が異なる場合でも、摺
動体２の移動位置に応じて温度センサ１３１．１３□、
１３．を選択すれば、常に高精度な測定を行える。

また、このことは、上記効果だけでなく、本体ケース１
と摺動体２との摺動案内面や静止体１００と可動体２０
０との摺動案内面の仕上げが良好でなく、一部に摺動抵
抗が大きい箇所が生じている場合にも、それに最も近い
温度センサのみが他の温度センサより温度が高くなるの
で、これらの温度センサ１３．．１３□、１３．の温度
分布から摺動案内面の良否を判定できる利点がある。

また、第３図のように、各温度センサ１３１，１３！、
１３３で検出されたスケール基材１１の各部の温度に関
するデータの平均値を求め、各温度に対応して補正係数
を記憶した補正テーブルの中から検出温度に対応する補
正係数を読み出し、この補正係数を測定値に乗じて測定
値を補正するようにすれば、相対移動によって逐次変化
する相対移動変位量はその各時点におけるスケール基材
１１の実際の温度を基に補正されているから、測定青白
らが演算を行うことなく、常に高精度でかつ信頼性の高
い測定値が得られる。

なお、上記実施例では、スケール基材１１の長手方向に
３つの温度センサ１３１，１３□、１３．を設けたが、
温度センサの数は少なくとも１以上であればよい。さら
に、温度センサの構造についても、上記実施例で述べた
白金抵抗体に限らず、温度変化を検出できるものであれ
ばいずれでもよい。

例えば、サーミスタなどでもよい。

また、検出温度を基に測定値を補正する方法に関しては
、上記実施例で述べた方法に限られるものではない。

また、上記実施例のスケール１０は、第４図に示した従
来の光透過式変位検出装置に利用した場合であるが、変
位検出装置の構造についてはいずれでもよい。例えば、
反射型１個のメインスケールに２個のインデンクススケ
ールを用いた型などでもよい。同様に、目盛１２は、光
学格子を構成するスリｙ　Ｉ・としているが、静電容量
式、電磁式のスリットの場合にも本発明は適用できる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、温度変化に伴う測定誤差
を補償し、高精度測定を可能とする測長用スケールを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測長用スケールの一実施例を示す斜視
図、第２図はその測長用スケールに設けられた温度セン
サを示す拡大正面図、第３図は前記測長用スケールを用
いた測長システムを示すブロック図、第４図は従来の変
位検出装置を示す断面図である。 １１・・・スケール基材、１２・・・目盛、１３．．１
３ｇ、１３−　・・・温度センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）直線状のスケール基材の長手方向に沿って変位検
   出用の目盛を形成した測長用スケールにおいて、前記ス
   ケール基材の目盛が形成された面に、その目盛に近接し
   てスケール基材の伸縮に起因するスケール基材の温度を
   検出する温度センサを一体的に設けたことを特徴とする
   測長用スケール。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記温度センサ
   は、前記スケール基材の長手方向所定間隔位置に複数設
   けられていることを特徴とする測長用スケール。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項において、前
   記温度センサは、温度変化によって抵抗値が変化する白
   金抵抗体によって構成されていることを特徴とする測長
   用スケール。