JPS63302312A - 測長システム - 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、測長システム関する。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
を有する基準スケールを設けるとともに、いずれか他方
の部材に前記基準スケールの目盛を読み取るための検出
器を設け、この両者によって２つの部材の相対移動変位
量を検出する測長システムの改良に関する。

〔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５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１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ｇｔ３を有する基
準スケール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の移動に伴う基準スケール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、基準スケール
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、基準スケール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、基準スケール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
摺動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自
動的に補償し、高精度測定を可能とする測長システムを
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、本発明では、変位検出用の目盛を形成した基
準スケール自体の温度を直接検出し、この温度を基に測
定値を自動的に補正す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基準スケールと、この基準
スケールの目盛を読み取るだめの検出器と、この検出器
の信号から基準スケールと検出器との相対移動変位量を
求めるカウンタとを含む消長システムにおいて、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るとともに、この温
度センサからの温度データを基に前記カウンタの値を補
正する補正手段を設けた、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
接検出し、この温度を基に測定値を補正するので、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
測定値を補正するので、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４図に基づいて説
明する。

第１図に本実施例の外観を示す、同図において、相対移
動可能に設けられた細長箱状の本体ケース１と摺動体２
とのうち、本体ケース１内には基準スケール１０が前記
相対移動方向に沿って取り付けられているとともに、摺
動体２にはアーム２Ａを介して基準スケール１０の目盛
１２を読み取るための検出器９が取り付けられている。

検出器９は、第５図で述べたものと同じで、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から
構成されている。

基準スケール１０は、第２図に示すように、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、１０μｍピッチ）間隔で
形成するとともに、その目盛Ｉ２が形成された同一面の
長子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１３１．１３２
．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１３２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１３１．１３ｚ、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３図の形状に刻線したものであ
る。

各温度センサ１３．、１３ｔ、　１３，１は、第３図に
示す如く、細幅でかつ一定ピッチ毎にスケール法材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ｔが約１μｍ１
幅Ｗが約５０μｍ、全長ｆｆ１（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。

第４図に本測長システムの処理回路を示す、同回路は、
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３１＋、３１ｇ、３
１ｓ　と、これらのブリッジ回路３１、．３１．．３１
３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補正手段としての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１３＋、　１３ｚ、　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Ｗｋ（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。

なお、補正テーブルについては、スケール基材１１の温
度を変化させたときの測定値（カウンタ３７から得られ
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記
憶させておく。

よって、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。

従って、本実施例によれば、スケール基材１１自体の温
度を直接検出し、この温度を基に測定値を自動的に補正
するようにしたので、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
実際の温度を基に自動的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、高精度でかつ信頼性の高い
測定値が容易に得られる。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。

しかも、測定値の補正に当たっては、各温度センサ１３
＋、　１３ｔ、　１３ｓ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
定値に乗じるたけでよいので、簡易な演算ですむ。

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１３１，１３□、１３３をそれぞれ設けたので
、本体ケース１と摺動体２との摺動案内面や静止体１０
０と可動体２００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１３１，１３□
、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。

なお、実施に当たって、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０例えば、各温度センサ１３＋、　１３１
．１３３　によって得られたスケール基材１１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ようにしてもよい。

また、これらの補正に当たって、３つの温度センサ１３
＋、　１１．１３．でそれぞれ得られた温度の平均値を
もって検出温度するのではなく、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
ｔ３＋、ｉａｚ、ｉ３、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０例えば、スケール基材１１が長寸で、かつ静止体１
に対して可動体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１３．．１３
□、１３３を選択すれば、常に高精度な測定を行える。

また、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１３１．１３ｔ、　１３ｓ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、上記実施例は、光透過式変位検出形式の場合であ
るが、変位検出形式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個のインデックスス
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ットとしているが、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
を自動的に補償し、高精度測定を可能とする測長システ
ムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は基準
スケールを示す斜視図、第３図は基準スケールに設けら
れた温度センサを示す拡大正面図、第４図は処理回路を
示すブロック図、第５図は従来の変位検出装置を示す断
面図である。 ９・・・検出器、１０・・・基準スケール、１１・・・
スケール基材、１２・・・目盛、１３１．１３ｚ、　１
３ｓ　・・・温度センサ、３１＋、３１ｇ、３　Ｉｓ　
・・・ブリッジ回路、３２・・・マルチプレクサ、３３
・・・Ａ／Ｄ変換器、３５・・・ＣＰＵ、３７・・・カ
ウンタ。

Claims (4)

【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基準スケールと、この基準スケー
   ルの目盛を読み取るための検出器と、この検出器の信号
   から基準スケールと検出器との相対移動変位量を求める
   カウンタと、を含む測長システムにおいて、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るとともに、この温度セ
   ンサからの温度データを基に前記カウンタの値を補正す
   る補正手段を設けた、ことを特徴とする測長システム。
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システム。
3. （３）特許請求の範囲第第２項において、前記補正手段
   は、前記各温度センサを含んで構成された複数のブリッ
   ジ回路と、この各ブリッジ回路からの信号を転送するマ
   ルチプレクサと、このマルチプレクサからの信号をデジ
   タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器
   からのデータを基に前記カウンタの値を補正する演算手
   段とから構成されていることを特徴とする測長システム
   。
4. （４）特許請求の範囲第３項において、前記演算手段は
   、各温度に対応して補正係数を記憶したテーブルを備え
   、このテーブルの中から前記温度センサで得られた温度
   に対応する補正係数を読み出し、この補正係数を前記カ
   ウンタの値に乗じてカウンタの値を補正するよう構成さ
   れていることを特徴とする測長システム。