WO2013122037A1 - 回転角度測定装置及び回転角度測定方法 - Google Patents

回転角度測定装置及び回転角度測定方法 Download PDF

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WO2013122037A1
WO2013122037A1 PCT/JP2013/053215 JP2013053215W WO2013122037A1 WO 2013122037 A1 WO2013122037 A1 WO 2013122037A1 JP 2013053215 W JP2013053215 W JP 2013053215W WO 2013122037 A1 WO2013122037 A1 WO 2013122037A1
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rotation angle
rotation
angle
encoder
relative
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PCT/JP2013/053215
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English (en)
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清水　徹
信之 大澤
藤田　隆
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株式会社東京精密
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/3473—Circular or rotary encoders

Definitions

  • the present invention relates to a rotation angle measurement device and a rotation angle measurement method, and more particularly, to a rotation angle measurement device and a rotation angle measurement method capable of improving the accuracy of determining the rotation angle of a rotational movement shaft of a machine tool.
  • a polygon mirror is fixed to a rotary movement axis such as a lathe spindle or a rotary table of a machining center, and the rotation movement axis is set to a division angle of the polygon mirror.
  • a method is known in which the angle of the corresponding angle is determined, and the fluctuation of the reflected light from the reflecting mirror directed in a certain direction is measured by, for example, an autocollimator (hereinafter referred to as “method using a polygon mirror”).
  • the measurable angle is determined by the division angle of the polygon mirror. For example, the measurement is performed every 60 degrees for a 6-sided mirror and every 45 degrees for an 8-sided mirror.
  • the method using a polygon mirror is relatively easy to measure, but there is a problem with fine setting.
  • the rotary encoder includes a scale plate that is coaxially fixed to an encoder shaft that is attached to the rotational movement shaft. Scales are engraved around the scale plate at equal angular intervals along the circumferential direction. The scale of the scale plate that rotates together with the rotary movement shaft is read by optical or magnetic means and rotated according to the rotation angle. The angle data is converted into an electrical signal and output. According to this method, it is possible to measure the rotation angle of the rotary moving shaft with high accuracy by increasing the resolution of the scale on the scale plate. Further, the swinging operation as in the method using the hearth coupling is unnecessary, and the entire measurement time can be shortened.
  • a slight angular deviation may occur due to the inertial force at the time of starting or stopping the rotation of the rotary moving shaft. This is because the encoder body rotates together with the rotation of the encoder shaft attached to the rotational movement shaft, and a minute position shift occurs in the reading position of the scale plate (position where the reading head is provided).
  • an angle error hereinafter referred to as “initial offset error” due to the start or stop of rotation of the rotary moving shaft occurs, and the measurement accuracy is reduced. This is a factor that causes a decline.
  • the rotation angle data output from the rotary encoder includes, for example, as shown in FIG. 13, an angular error (eccentricity) caused by the shaft eccentricity of the encoder shaft over one rotation of the rotationally moving shaft, that is, 360 degrees. Error), which causes a reduction in measurement accuracy.
  • the encoder shaft In order to measure the rotational angle of the rotational movement shaft with high accuracy using a rotary encoder, it is necessary to eliminate the influence of the initial offset error, and the encoder shaft is rotationally moved so as not to cause shaft eccentricity. Work to attach to the shaft precisely is required. However, such attachment work is a heavy burden on the operator and causes a reduction in work efficiency. Therefore, in practice, the encoder shaft must be attached in a state where a certain amount of eccentricity error is included, but in such a case, as described above, the rotation angle data output from the rotary encoder includes the eccentricity error. This is a factor that hinders high-precision measurement.
  • the rotation angle data output from the rotary encoder includes not only the eccentricity error that occurs over the period of one rotation of the rotational movement shaft, but also more than that as shown in the lower part of FIG. Interpolation errors that occur in short cycles are included.
  • the rotational movement shaft is provided with a gear for transmitting the rotational driving force output from the motor.
  • the interpolation error which makes the rotation angle (rotation pitch) per gear tooth a period generate
  • the rotation angle (rotation pitch) per tooth is 1 degree, but an interpolation error occurs at a period corresponding to this rotation pitch.
  • local errors may occur due to various factors. Such an error is a factor that causes a decrease in the accuracy of determining the rotational angle of the rotational movement shaft.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to improve the accuracy of calculating the rotational angle of the rotational movement shaft and to easily perform the mounting operation on the rotational movement shaft and the rotational angle.
  • An object is to provide a measurement method.
  • a rotation angle measuring device is connected to a support reference body whose rotation is regulated within a certain range in any rotation axis direction, and connected to the support reference body.
  • a relative rotational angle detecting means for detecting a relative rotational angle of the rotary body relative to the support reference body, and a position not contacting the rotary body and the support reference body
  • a non-contact type angle detecting means for detecting the rotation angle of the support reference body.
  • the relative rotation angle of the rotating body relative to the support reference body is detected by the relative angle detection means, even if the support reference body rotates together with the rotating body, the rotating body and the support reference body Since the rotation angle of the rotating body is detected on the basis of the position where the contact does not occur, the rotation angle of the rotating body can be accurately obtained. Therefore, the accuracy of determining the rotation angle of the rotational movement shaft is improved, and the attachment work to the rotational movement shaft can be easily performed.
  • the rotation angle measuring device preferably includes a correction unit that corrects the rotation angle detected by the relative angle detection unit based on the rotation angle detected by the non-contact type angle detection unit.
  • the relative angle detection means detects the relative rotation angle of the rotating body for each rotation angle smaller than the generation period of the periodic error periodically generated as the rotating body rotates. It is preferable to do.
  • a periodic error for example, an interpolation error
  • the absolute angle detection means detects the absolute rotation angle of the main body simultaneously with the detection of the relative rotation angle by the relative angle detection means.
  • the non-contact type angle detection means detects the rotation angle of the support reference body simultaneously with the detection of the relative rotation angle by the relative angle detection means, so that it is not affected by the rotation state of the rotation body. Thus, it is possible to more accurately correct an error generated with the rotation of the support reference body.
  • the relative angle detecting means is preferably a rotary encoder.
  • the relative rotation angle of the rotating body with respect to the support reference body can be stably obtained over the entire range in which the rotating body can rotate.
  • the non-contact angle detecting means uses laser interference.
  • the absolute rotation angle of the support reference body can be obtained with high accuracy.
  • the rotation angle measurement method is connected to a support reference body whose rotation is restricted within a certain range in an arbitrary rotation axis direction, and is connected to the support reference body.
  • a relative angle detection step for detecting a relative rotation angle with a rotating body that is pivotally supported so as to be rotatable around the entire circumference, and rotation of the support reference body with reference to a position that does not contact the rotating body and the support reference body.
  • a non-contact type angle detecting step for detecting an angle.
  • the present invention when the relative rotation angle of the rotating body with respect to the support reference body is detected, even if the support reference body rotates together with the rotating body, the position that does not contact the rotating body and the support reference body is used as a reference. Since the rotation angle of the rotating body is detected, the rotation angle of the rotating body can be accurately obtained. Therefore, the accuracy of determining the rotation angle of the rotational movement shaft is improved, and the attachment work to the rotational movement shaft can be easily performed.
  • the rotation angle measurement method preferably includes a correction step of correcting the rotation angle detected in the relative angle detection step based on the rotation angle detected in the non-contact type angle detection step.
  • the relative angle detection step calculates the relative rotation angle of the rotating body for each rotation angle smaller than the generation period of the periodic error periodically generated as the rotating body rotates. It is preferable to detect.
  • a periodic error for example, an interpolation error
  • the non-contact angle detection step detects the rotation angle of the support reference body simultaneously with the detection of the relative rotation angle by the relative angle detection step.
  • the non-contact type angle detection means detects the rotation angle of the support reference body simultaneously with the detection of the relative rotation angle by the relative angle detection means, so that it is not affected by the rotation state of the rotation body. Thus, it is possible to more accurately correct an error generated with the rotation of the support reference body.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a configuration of a rotation angle measuring device according to an embodiment of the first invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the rotary encoder.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an arrangement relationship between the reflection unit and the laser interference unit.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a state when the encoder body rotates.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the data processing apparatus.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the relative positional relationship between the encoder shaft and the encoder body.
  • (A) is an initial position
  • (B) to (E) are rotation angles ⁇ of 90 degrees and 180 degrees, respectively. The case of 270 degrees and 360 degrees is shown.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a configuration of a rotation angle measuring device according to an embodiment of the first invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the rotary encoder.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an arrangement
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the procedure of the rotation measuring method according to the embodiment of the first invention.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the procedure of the rotation measurement method according to the embodiment of the second invention.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an interpolation error measurement process.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing how correction data for correcting an interpolation error is created from the interpolation error obtained at each measurement point.
  • FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of the data processing apparatus according to the embodiment of the third invention.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of the procedure of the rotation measuring method according to the embodiment of the third invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which an angle error is included in the rotation angle data output from the rotary encoder.
  • FIG. 14 is a configuration diagram showing a configuration example of the tip portion of the rotation stopping jig according to the embodiment of the fourth invention.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the data processing apparatus according to the embodiment of the fourth invention.
  • FIG. 1 is an overall schematic diagram showing a configuration example of a rotation angle measuring apparatus according to the first invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the rotary encoder.
  • the rotation angle measuring device 10 includes a rotary encoder 12 that measures a rotation angle of a rotary movement axis (detected movement rotary axis) 20 of a machine tool, and a reflection unit 38 that is disposed on the rotary encoder 12. And a laser interference unit 40 fixed to a portion independent of the rotary encoder 12 and a data processing device 18 to which the rotary encoder 12 and the laser interference unit 40 are connected.
  • the data processing device 18 is configured to transmit and receive various data to and from the control device 90 that controls the rotation of the rotary moving shaft 20.
  • the rotary encoder 12 is mainly composed of an encoder shaft 22 connected to the rotational movement shaft 20 and an encoder body 26 that rotatably supports the encoder shaft 22.
  • the encoder body 26 is a support reference body whose rotation is restricted within a certain range in any rotation axis direction.
  • the encoder shaft 22 is a rotating body that is connected to an encoder main body 26 as a support reference body and is pivotally supported by the encoder main body 26 so as to be rotatable around the entire circumference.
  • the large-diameter portion 23 disposed outside the encoder body 26 is provided at one end of the encoder shaft 22 (left end in FIG. 2).
  • the large diameter portion 23 is an attachment portion for connecting the rotational movement shaft 20 to the encoder shaft 22, and the rotational movement shaft 20 is fixed to the large diameter portion 23 by a fixing means such as a screw.
  • the encoder shaft 22 is configured to be rotatable via a bearing 24 provided inside the encoder body 26. That is, when the rotary movement shaft 20 rotates with the encoder shaft 22 connected to the rotary movement shaft 20, the encoder shaft 22 rotates integrally with the rotary movement shaft.
  • the encoder body 26 is configured to be rotatable around the encoder shaft 22, and the rotatable range is restricted to a predetermined range by the rotation stopping jig 16 as will be described later.
  • a scale plate 34 is fixed to the encoder shaft 22 in a coaxial state.
  • the scale plate 34 is disposed inside the encoder body 26, and a plurality of scales are engraved around the scale plate 34 at predetermined angular intervals along the circumferential direction.
  • a U-shaped reading head 36 disposed so as to sandwich the scale plate 34 is provided on the outer peripheral portion of the scale plate 34.
  • the reading head 36 includes a detection sensor that optically or magnetically reads the scale of the scale plate 34, and outputs rotation angle data indicating the rotation angle (rotational displacement amount) of the scale plate 34 to the data processing device 18.
  • the read head 36 is fixed inside the encoder body 26 and rotates together with the encoder body 26.
  • a rod-shaped arm member 28 that extends outward in the radial direction is provided on the outer peripheral surface of the encoder body 26. That is, the arm member 28 protrudes from the encoder body 26 in a direction perpendicular to the encoder shaft 22.
  • the direction in which the arm member 28 is provided is not limited to the direction perpendicular to the encoder shaft 22 but may be a direction inclined obliquely by a predetermined angle.
  • the arm member 28 is inserted between a pair of rotation restricting members 38A and 38B arranged in parallel at a predetermined interval at the tip of the rotation stop jig 16, and the rotatable range of the encoder body 26 is a predetermined range. Is regulated.
  • the rotation stop jig 16 is fixed to a portion different from the encoder body 26.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an arrangement relationship between the reflection unit 38 and the laser interference unit 40.
  • two corner cubes 42 ⁇ / b> A and 42 ⁇ / b> B are arranged side by side on the reflection unit 38 fixed on the encoder body 26.
  • Each of the corner cubes 42A and 42B is a reflecting member that reflects the first and second laser beams irradiated in parallel from the optical head 44 of the laser interference unit 40 described later in the reverse direction.
  • the reflection unit 38 rotates integrally with the encoder body 26. That is, the rotation angle of the encoder body 26 is equal to the rotation angle of the reflection unit 38. For example, as shown in FIG. 4, when the encoder body 26 rotates ⁇ (where ⁇ > 0) degrees counterclockwise, the reflection is performed.
  • the unit 38 also rotates counterclockwise by ⁇ degrees.
  • the laser interference unit 40 is connected to an optical head (angle measurement interference head) 44 disposed at a position facing the reflection unit 38, and the optical head 44 via a first optical fiber 48A. And a photodetector 46 connected to the optical head 44 via a second optical fiber 48B.
  • the laser interference unit 40 is a non-contact angle detection unit that detects the rotation angle of the encoder body 26 with reference to the position where the encoder shaft 22 and the encoder body 26 do not contact.
  • the laser light source 50 As the laser light source 50, a He—Ne laser light source excellent in wavelength stability is suitable, but even if wavelength stabilization is not performed, the measurement accuracy does not greatly affect the other lasers. It is also possible to use a light source.
  • a polarizing beam splitter 52 and a right angle prism 54 are disposed adjacent to the optical head 44.
  • the laser light emitted from the laser light source 50 is incident on the optical head 44 via the first optical fiber 48A, the laser light is first incident on the polarization beam splitter 52, and the two laser beams are emitted by the polarization beam splitter 52. It is divided into.
  • One of the divided laser beams (first laser beam) enters the first corner cube 42A, returns in the reverse direction, and enters the polarization beam splitter 52 again.
  • the other divided laser beam (second laser beam) is reflected by the right-angle prism 54 and enters the second corner cube 42B as parallel light parallel to the optical axis of the first laser beam.
  • the laser beam returns to the opposite direction, is reflected again by the right-angle prism 54 and the polarizing beam splitter 52, and interferes with the light reflected by the first corner cube 42A.
  • the interfered laser light passes through the second optical fiber 48B. Output to the photodetector 46.
  • the photodetector 46 is based on the interference light output from the optical head 44, and the optical path length difference (phase difference) of the light (first and second laser light) reflected and returned by the corner cubes 42A and 42B. , And optical path length difference data indicating the detected optical path length difference is output to the data processing device 18. Since the detection principle of the optical path length difference is known, a detailed description is omitted here. However, when the rotation angle of the reflection unit 38 changes with the minute rotation of the encoder body 26, the first corner cube 42A. The optical path lengths of the path reflected and returned by and the path reflected by the second corner cube 42B change. At this time, since the number of fringes of the interference light changes, the optical path length difference between the first and second laser beams can be obtained by counting the change in the number of fringes of the interference light.
  • a detection method of the optical path length difference for example, a fringe count method using a Michelson interferometer, a heterodyne method, or the like can be used.
  • the laser light source 50 needs to have two orthogonal frequencies, and for example, a Zeeman laser or an AOM (acousto-optic element) is used.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the data processing device 18. As shown in FIG. 5, the data processing device 18 includes an input / output IF 56, a memory 58, a control unit 60, and a data processing unit 62.
  • the input / output IF 56 performs data input / output with an input device 72 such as a keyboard, a mouse, and a touch panel used for an input operation by an operator, and an output device 74 such as a monitor and a printer used for display output of various information. Interface.
  • an input device 72 such as a keyboard, a mouse, and a touch panel used for an input operation by an operator
  • an output device 74 such as a monitor and a printer used for display output of various information. Interface.
  • the memory 58 is a storage unit that stores a program for operating each unit of the data processing device 18 and various data, and includes a ROM, a RAM, and the like.
  • the control unit 60 controls each unit of the data processing device 18.
  • the data processing unit 62 is a processing unit for generating correction data for the rotation angle of the rotational movement shaft 20, and includes an encoder shaft rotation angle calculation unit 64, an encoder body rotation angle calculation unit 66, a rotation angle correction unit 68, and a correction.
  • a data generation unit 70 is provided.
  • the encoder shaft rotation angle calculation unit 64 acquires the rotation angle data output from the rotary encoder 12 (read head 36), and calculates the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 based on the acquired rotation angle data.
  • the rotation angle ⁇ 1 calculated by the encoder shaft rotation angle calculation unit 64 is output to the rotation angle correction unit 68.
  • the encoder main body rotation angle calculation unit 66 acquires the optical path length difference data output from the laser interference unit (light detector 46), and calculates the rotation angle ⁇ 2 of the encoder main body 26 based on the acquired optical path length difference data.
  • the rotation angle ⁇ 2 calculated by the encoder body rotation angle calculation unit 66 is output to the rotation angle correction unit 68.
  • the rotation angle correction unit 68 corrects the rotation angle ⁇ 1 calculated by the encoder shaft rotation angle calculation unit 64 based on the rotation angle ⁇ 2 calculated by the encoder body rotation angle calculation unit 66. Specifically, the rotation angle ⁇ 1 is corrected by adding the rotation angle ⁇ 2 to the rotation angle ⁇ 1. The corrected rotation angle (corrected rotation angle) ⁇ 1 ′ corrected by the rotation angle correction unit 68 is output to the correction data generation unit.
  • the correction data generation unit 70 calculates the rotation angle (set angle) of the rotational movement shaft 20 and the actual rotation angle (correction rotation angle ⁇ 1 ′). Correction data is generated so that the error is canceled out.
  • the correction data generated by the correction data generation unit 70 is output to the control device 90 or the output device 74 of the machine tool.
  • the correction data generation unit 70 acquires a conversion coefficient for converting the correction data into the correction amount of the rotation angle from the control device 90, and generates correction data according to the acquired conversion coefficient. For example, when the rotation angle correction amount is 1 degree, the correction data generation unit 70 outputs 10 as correction data when the conversion coefficient acquired from the control device 90 is 0.1, and when the conversion coefficient is 1, 1 is output as correction data.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the relative positional relationship between the encoder shaft 22 and the encoder body 26.
  • the rotation center C is arranged at a position away from the center O of the encoder shaft 22 by a predetermined distance.
  • the rotation center C coincides with the axis of the rotational movement shaft 20.
  • the state (A) in FIG. 6 is set as the initial position, and the rotation angle ⁇ of the rotary moving shaft 20 at that time is set to 0 degree.
  • the counterclockwise direction is a positive direction
  • the opposite clockwise direction is a negative direction.
  • the encoder main body 26 has its tip portion restricted by the pair of rotation restricting members 38A and 38B of the anti-rotation jig 16 (in the vertical direction in FIG. 6). As a center, it rotates a small angle clockwise like a pendulum. As a result, the encoder body 26 moves around the center O to a position rotated by ⁇ degrees. For this reason, the rotary encoder 12 (reading head 36) outputs rotation angle data indicating a rotation angle that is greater by ⁇ degrees than the rotation angle at which the encoder shaft 22 has actually rotated, that is, (90 + ⁇ ) degrees.
  • the rotary encoder 12 outputs rotation angle data indicating a rotation angle that is ⁇ degrees less than the rotation angle at which the encoder shaft 22 has actually rotated, that is, (270 ⁇ ) degrees.
  • the encoder body 26 is in the same state as the initial position (state (A) in FIG. 6), as shown in FIG. Become. Therefore, the rotary encoder 12 outputs the rotation angle at which the encoder shaft 22 has actually rotated, that is, rotation angle data indicating 360 degrees.
  • the encoder body 26 when the encoder shaft 22 is connected to the rotational movement shaft 20 in a state of being off-axis, the encoder body 26 has the tip portion of the arm member 28, that is, the pair of rotation regulating members 38A and 38B. With the portion sandwiched between them as a fulcrum (center), it swings like a pendulum according to the rotation angle of the encoder shaft 22, and is configured to be rotatable around the encoder shaft 22 by an angle corresponding to an eccentricity error. For this reason, the eccentricity error included in the rotation angle data output from the rotary encoder 12 can be obtained from the rotation angle of the encoder body 26.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the procedure of the rotation angle measurement method of the present embodiment.
  • step S10 preparation work for performing measurement using the rotation angle measuring device 10 is performed (step S10).
  • the encoder shaft 22 is connected to the rotational movement shaft 20.
  • a reflection unit 38 is attached on the encoder body 26, and the optical head 44 is fixed at a position facing the reflection unit 38.
  • a laser light source 50 and a photodetector 46 are connected to the optical head 44 via first and second optical fibers 48A and 48B.
  • the rotary encoder 12 and the laser interference unit 40 are connected to the data processing device 18 via a cable (not shown).
  • an arm member 28 protruding from the outer peripheral surface of the encoder body 26 is inserted between the pair of rotation restricting members 38 ⁇ / b> A and 38 ⁇ / b> B of the rotation stopping jig 16.
  • step S12 the data processor 18 is turned on to start the rotation angle measurement program.
  • the power of each unit other than the data processing device 18 is also turned on so that the measurement can be started.
  • measurement conditions for the rotation angle are set (step S14). Specifically, a measurement start position, a measurement end position, a measurement interval, a data acquisition method, and the like are set as measurement conditions for the rotation angle. For example, when the measurement start position is set to 0 degrees, the measurement end position is set to 360 degrees, and the measurement interval is set to 45 degrees, nine measurement points are set for every 45 degrees over the range of one rotation of the rotary moving shaft 20, that is, 360 degrees. Is the measurement position. Further, the number of measurement points may be input instead of the measurement interval, or a rotation angle indicating the position of each measurement point may be directly input.
  • the data acquisition method includes the number of measurements at each measurement point, the movement sequence of each measurement point (direction selection or repetition method from the measurement start position to the measurement end position), and the like. These measurement conditions are input from an input device 72 connected to the data processing device 18.
  • step S16 the rotary moving shaft 20 is rotated to the measurement start position. Subsequently, it is determined whether or not the rotary moving shaft 20 has been stopped (step S18), and a standby state is entered until it is determined that the rotary moving shaft 20 has stopped. When it is determined that the rotary moving shaft 20 has stopped, the process proceeds to the next step S20 and step S24.
  • the encoder shaft rotation angle calculation unit 64 acquires the rotation angle data output from the rotary encoder 12 (step S20), and the rotation angle of the encoder shaft 22 based on the acquired rotation angle data. ⁇ 1 is calculated (step S22).
  • the encoder main body rotation angle calculation unit 66 acquires the optical path length difference data output from the photodetector 46 (Step S24), and the acquired optical path length difference data. Based on the above, the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 is calculated (step S26).
  • the interval (center-to-center distance) between the two corner cubes 42A and 42B is set to L, and the laser interference unit 40 (photodetector).
  • the optical path length difference detected in 46) is x, the following equation (1) is obtained.
  • the rotation angle correction unit 68 determines whether or not the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 is larger than the threshold value ⁇ (step S28).
  • the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 calculated in step S22 is corrected based on the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 calculated in step S26.
  • Step S30 Specifically, by adding the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 to the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22, the corrected rotation angle ⁇ 1 ′ from which the eccentricity error due to the shaft eccentricity of the encoder shaft 22 has been removed is calculated. Then, the index angle at the current measurement point (measurement position) is set to the corrected rotation angle ⁇ 1 ′, and the process proceeds to the next step S32.
  • the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 is not corrected according to the magnitude of the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26.
  • the present invention is not limited to this. Regardless of the magnitude of the rotation angle ⁇ 2, the rotation angle of the encoder shaft 22 may be corrected for all measurement points.
  • the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 is sufficiently small and can be ignored over the entire measurement range, it is not necessary to correct the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 for all measurement points, and the encoder shaft at each measurement point becomes unnecessary.
  • the rotation angle ⁇ 1 of 22 can be used as it is as an index angle.
  • step S32 it is determined whether or not all the measurement points have been measured a specified number of times. If all the measurement points have not been measured a specified number of times, the rotary moving shaft 20 is rotated to the next measurement point according to the data acquisition conditions set in step S14 (step S34). And the process after step S18 is repeated until the measurement of all the measurement points is performed a designated number of times. If it is determined in step S32 that all the measurement points have been measured the designated number of times, the process proceeds to the next step S36.
  • the correction data generation unit 70 calculates an error between the rotation angle (set angle) of each measurement point and the index angle (that is, the correction rotation angle ⁇ 1 ′ calculated in step S30), and this error is canceled out.
  • the correction data indicating the correction amount of the rotation angle is generated (step S36), and the correction data is output to the control device 90 or the output device 74 of the machine tool (step S38).
  • the absolute rotation angle around the encoder shaft 22 of the encoder body 26 is detected even when the encoder shaft 22 is attached with the shaft displaced from the rotational movement shaft 20.
  • the rotation angle detected by the rotary encoder 12 is corrected based on the detected rotation angle. Thereby, it is possible to remove the eccentricity error included in the rotation angle detected by the rotary encoder 12, that is, the rotation angle of the encoder shaft 22.
  • the rotation angle of the encoder body 26 is detected using the laser interference unit 40, even if the encoder shaft 22 is slightly displaced from the rotational movement shaft 20, a slight rotation of the encoder body 26 is performed.
  • the angle can be detected with high accuracy. Therefore, the eccentricity error included in the rotation angle of the encoder shaft 22 can be reliably removed. As a result, it is possible to improve the indexing accuracy of the rotation angle of the rotary moving shaft 20.
  • the influence due to the eccentricity error can be removed, so that the measurement with respect to the rotary moving shaft 20 is performed as compared with the case where the measurement is performed by the rotary encoder alone.
  • the allowable eccentric amount (maximum eccentric amount) of the encoder shaft 22 can be increased. For this reason, the installation work of the rotary encoder 12 becomes easy, the burden on the operator is greatly reduced, and the work efficiency is improved.
  • the rotatable range of the encoder body 26 is preferably limited to a range (for example, around ⁇ 10 degrees) in which the rotation angle of the encoder body 26 can be accurately detected by the laser interference unit 40.
  • the rotatable range of the encoder body 26 can be changed by adjusting the distance between the pair of rotation restricting members 38A and 38B provided in the rotation stop jig 16. Thereby, the rotation angle of the encoder body 26 can be detected with high accuracy, and the eccentricity error can be reliably removed.
  • the encoder body 26 rotates along with the rotation of the encoder shaft 22 by the inertial force accompanying the start or stop of the rotation of the rotary moving shaft 20, so that it is detected by the rotary encoder 12. Even when a slight angle deviation (hereinafter referred to as “initial offset error”) occurs in the rotation angle, the effects of the eccentricity error and the initial offset error can be canceled simultaneously by performing the above correction.
  • initial offset error a slight angle deviation
  • the laser interference unit 40 is used as means for detecting the absolute rotation angle of the encoder body 26.
  • the present invention is not limited to this, and the magnitude (order) of the error to be corrected is used.
  • Various methods for example, a level or an autocollimator
  • a mode in which the rotation angle of the encoder body 26 is detected using the laser interference unit 40 is preferable, and the rotation angle of the rotary moving shaft 20 is determined without being affected by the eccentricity error or the initial offset error. Accuracy can be improved.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the procedure of the rotation angle measuring method according to the embodiment of the second invention.
  • processes that are the same as those in FIG. 7 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the flowchart shown in FIG. 8 is performed using the rotation angle measuring device 10 shown in the embodiment of the first invention.
  • step S40 After correcting the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 calculated in step S22 according to the magnitude of the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 calculated in step S26 ( In steps S28 and S30), an interpolation error measurement is performed on the periphery of the current measurement point as a measurement target (step S40).
  • FIG. 9 is a flowchart showing the contents of processing performed in the interpolation error measurement.
  • step S42 when the measurement process of the interpolation error is started, the rotational movement shaft 20 is rotated by a minute angle (step S42).
  • the rotary moving shaft 20 is rotated by the minimum unit angle that can be rotated.
  • the minute angle to be rotated in step S42 is not limited to the minimum unit angle, but at least from the period of the interpolation error, that is, the rotation angle (rotation pitch) per gear tooth provided on the rotary moving shaft 20.
  • the angle may be a small angle, and is preferably an angle of 1 ⁇ 4 or less of the period of the interpolation error.
  • step S44 to step S54 is performed in the same manner as the processing from step S18 to step S30 shown in FIGS. That is, after the rotary moving shaft 20 is stopped, the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 and the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 are calculated based on the rotation angle data and the optical path length difference data acquired from the rotary encoder 12 and the laser interference unit 40. Then, the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 is corrected according to the magnitude of the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 (steps S44 to S56). As in the above-described embodiment, the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 may be corrected based on the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 regardless of the magnitude of the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26.
  • step S58 it is determined whether or not the interpolation error measurement has been completed.
  • the threshold value angle range serving as a criterion for determination is set to be equal to or wider than the period of the interpolation error to be detected. If the threshold value is set too large, the time required for measuring the interpolation error becomes long. Therefore, it is desirable to set the threshold within an appropriate range according to the period of the interpolation error.
  • step S42 If it is determined that the measurement of the interpolation error has not been completed, the process returns to step S42 to rotate the rotary moving shaft 20 by a minute angle, and then repeats the processes after step S44. On the other hand, when it is determined that the interpolation error measurement has been completed, the process returns to step S32 in FIG.
  • step S32 of FIG. 8 the processing from step S18 to step S40 is repeated until the measurement of all the measurement points is performed a specified number of times (step S32). Thereby, for example, as shown in the upper part of FIG. 10, an interpolation error measured for each measurement point is obtained.
  • FIG. 10 shows an example of interpolation errors measured at the periphery of a plurality of measurement points (0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees) set every 45 degrees.
  • the correction data generation unit 70 determines the rotation angle (set angle) and index angle of each measurement point (the correction rotation angle ⁇ 1 ′ calculated in step S30, or before correction). An error with respect to the rotation angle ⁇ 1) is calculated, and correction data indicating a correction amount of the rotation angle is generated so as to cancel this error (step S34).
  • the correction data generation unit 70 generates correction data based on the interpolation error obtained at each measurement point so that the interpolation error is canceled. Specifically, for example, as shown in the lower part of FIG. 10, the average value of the interpolation error obtained at each measurement point is reflected in the correction data for each period of the interpolation error as an interpolation error correction value.
  • correction data is output to the control device 90 or the output device 74 of the machine tool (step S36).
  • the rotary movement shaft 22 is connected to the rotary movement shaft 20 in a state of being off-axis, the rotary movement shaft is not affected by the eccentric error caused by the axis deviation.
  • the interpolation error caused by the gear provided at 20 can be accurately measured. Thereby, it becomes possible to generate correction data for correcting the interpolation error, and by correcting the rotation angle of the rotary moving shaft 20 using this correction data, without being affected by the interpolation error, It becomes possible to improve the indexing accuracy of the rotation angle of the rotary moving shaft 20.
  • the rotary encoder 12 can be easily attached.
  • the measurement of the interpolation error is performed for all the measurement points set in step S14.
  • the present invention is not limited to this, and some of the measurement points are measured.
  • the interpolation error may be measured for the target.
  • static measurement is performed to measure the rotation angle after the rotation of the rotary moving shaft 20 stops
  • Dynamic measurement is performed in which the rotation angle is detected at predetermined time intervals while rotating the rotary moving shaft 20 at a constant rotation speed.
  • FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of the data processing device 18 according to the embodiment of the third invention.
  • the same reference numerals are given to components common to FIG. 5, and description thereof is omitted.
  • the data processing device 18 includes a synchronization signal generation unit 76 that generates a synchronization signal for generating a synchronization signal.
  • the number of occurrences of the synchronization signal of the synchronization signal generation unit 76 and the generation interval are controlled by the control unit 60.
  • the synchronization signal generated by the synchronization signal generator 76 is output to the rotary encoder 12 and the laser interference unit 40.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of the procedure of the rotation angle measuring method according to the embodiment of the third invention.
  • processes that are the same as those in FIG. 7 or FIG.
  • step S50 the rotation of the rotational movement shaft 20 is started (step S50).
  • the rotational movement shaft 20 is rotated at a constant rotational speed at a constant speed.
  • the synchronization signal generator 76 outputs a synchronization signal to the rotary encoder 12 and the laser interference unit 40. Note that the synchronization signal generation unit 76 generates a synchronization signal indicating the detection timing at every predetermined time interval.
  • the rotary encoder 12 and the laser interference unit 40 stand by until a predetermined time elapses based on the synchronization signal output from the synchronization signal generator 76 (step S52), and then the rotation angle and optical path length at the same timing. Differences are detected, and rotation angle data and optical path length difference data corresponding to these are output.
  • step S20 to step S30 The processing from step S20 to step S30 is the same as in the above-described embodiment, and the encoder shaft rotation angle calculation unit 64 and the encoder main body rotation angle calculation unit 66 are transmitted from the rotary encoder 12 and the laser interference unit 40 at every measurement time interval.
  • the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 and the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 are calculated based on the acquired rotation angle data and optical path length difference data.
  • the rotation angle correction unit 68 corrects the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 in accordance with the magnitude of the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26.
  • the rotation angle ⁇ 1 of the encoder shaft 22 may be corrected based on the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26 regardless of the magnitude of the rotation angle ⁇ 2 of the encoder body 26.
  • step S32 it is determined whether or not all measurements have been completed.
  • step S32 it is determined whether or not the rotational movement shaft 20 has moved to the measurement end position. If the rotary moving shaft 20 has not moved to the measurement end position, the processing from step S20 to step S28 is repeated. When the rotational movement axis 20 has moved to the measurement end position, the process proceeds to the next step S36.
  • step S36 The correction data generation process performed in step S36 is the same as in the above-described embodiment, and an error between the rotation angle (set angle) and the index angle at each measured position is calculated, and this error is canceled out. Then, correction data indicating the correction amount of the rotation angle is generated (step S36). Then, the correction data generated in step S36 is output to the control device 90 or the output device 74 of the machine tool (step S38).
  • the rotary encoder 12 and the laser interference unit 40 rotate according to the synchronization signal output from the synchronization signal generation unit 76 while rotating the rotary moving shaft 20 at a constant rotation speed at a constant speed.
  • Dynamic measurement (dynamic measurement) is performed to detect the rotation angle and the optical path length difference at the same timing for each time interval. Therefore, since the rotation angle can be continuously measured over the measurement range, it is possible to reliably detect the angle error that occurs locally. Thereby, the indexing accuracy of the rotation angle of the rotational movement shaft 20 can be improved.
  • FIG. 14 is a configuration diagram showing a configuration example of the tip portion of the rotation stopping jig according to the embodiment of the fourth invention.
  • the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • a displacement sensor 140 that detects the displacement of the arm member 28 is provided on the rotation regulating member 38 ⁇ / b> A or 38 ⁇ / b> B disposed at the tip of the rotation stop jig 16.
  • the displacement sensor 140 detects the displacement of the arm member 28, the displacement sensor 140 outputs the detection result to the data processing device 18.
  • the displacement sensor 140 various known sensors can be applied as long as they can detect the displacement of the arm member 28.
  • a capacitance type an eddy current type, an optical type (triangle)
  • a distance measuring method a reflected light amount method
  • a laser method a contact method
  • a contact method a differential transformer method, a plunger method, a method using a strain gauge
  • the displacement of the arm member 28 may be detected using an optical scale. Since a known configuration is applied to these methods, description thereof is omitted here.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the data processing apparatus according to the embodiment of the fourth invention.
  • the same components as those in FIG. 15 are identical to FIG. 15 and the same components as those in FIG. 15;
  • the displacement of the arm member 28 detected by the displacement sensor 140 is input to the encoder body rotation angle calculation unit 66.
  • the encoder body rotation angle calculation unit 66 calculates the rotation angle of the encoder body 26 based on the displacement of the arm member 28 detected by the displacement sensor 140.
  • the rotation angle of the encoder body 26 is determined from the displacement of the arm member 28 detected by the displacement sensor 140. Can be requested. Therefore, even when the encoder main body 26 rotates together with the rotation of the encoder shaft 22 due to the inertial force accompanying the start or stop of the rotation of the rotary moving shaft 20, it is simpler than the above-described embodiments. With the configuration, the rotation angle detected by the rotary encoder 12 can be corrected based on the rotation angle of the encoder body 26, and the influence of the initial offset error can be canceled. Thereby, the indexing accuracy of the rotation angle of the rotational movement shaft 20 can be improved.
  • the output method of the rotary encoder 12 is not particularly limited, and may be an incremental method that outputs a pulse signal (relative angle signal) corresponding to the rotational displacement amount (rotation angle) from the measurement start position.
  • an absolute system that outputs a code signal (absolute angle signal) corresponding to an absolute angular position with respect to the reference point may be used.
  • the detection method of the rotary encoder 12 is not particularly limited, and various types such as an optical type, a magnetic type, a laser type, a mechanical type, an optical fiber type, and a capacitance type can be adopted.
  • the rotary encoder 12 may be provided with a coupling member that mechanically connects the encoder shaft 22 and the rotary moving shaft 20.
  • a coupling member a flexible coupling capable of absorbing an axial deviation between the rotational movement shaft 20 and the rotational movement shaft 20 is preferable. At that time, since the amount of eccentricity that can be absorbed varies depending on the type of flexible coupling, it is necessary to select a flexible coupling to be used depending on the measurement accuracy.
  • the object to be measured by irradiating the laser beam and measuring the rotation angle is not restricted in rotation, and is exactly a point away from the shaft or bearing part of the rotor. Therefore, errors due to motions other than rotation, such as vibration of the rotator itself and minute parallel displacement, may be regarded as rotation. Therefore, a mechanism that detects light by projecting light from a point other than the rotating system does not make sense as a mechanism that detects the rotation angle with high accuracy.
  • the reference support body (support reference body) needs to belong to the same rotation system as the rotation body. That is, the rotation angle must be measured in a state where the rotating body is pivotally supported with respect to the support reference body, that is, in a state where the rotating body is coupled to the shaft and the bearing.
  • the support reference body and the rotation body are the same rotation system. The accompanying vibration and displacement of the rotating system are canceled, and only the rotation angle can be measured with relatively high accuracy.
  • Pulses are emitted from the encodes that are engraved at equal intervals, and the respective rotation angles can be read.
  • the level For example, if the rotation angle of a rotating body is detected using a level, the level must be attached to the same rotation system. In such a case, the spirit level receives the frictional force and inertial force of the rotating body. For example, when the rotating body suddenly rotates or when the rotating body suddenly stops, the frictional force / inertial force is detrimentally affected.
  • the level does not detect the position immediately, but defines the level based on the part that is stationary due to gravity. That is, the position is determined by the balance of the dynamic system in which only gravity acts. In such a case, it is obvious that the angle cannot be detected in real time, that is, immediately, even if the reference is set by gravity in a system in which a frictional force or inertial force accompanying rotation of the rotating body works.
  • the present invention is not compatible with the present invention in terms of problems to be solved.
  • the relative rotation angle measuring means for measuring in a state of being supported by the shaft incorporated in the rotating system and the non-contacting rotation angle measuring means from a position not in contact with the rotating system are based on mutually independent standards. Measurements can be made independently, and the measurement results do not interfere with each other.
  • the configuration of the present invention that is, the support reference body whose rotation is restricted within a certain range in any rotation axis direction, and the support reference body connected to the support reference body so as to be rotatable around the support reference body.
  • a relative angle detection means for detecting a relative rotation angle of the rotating body with respect to the support reference body, and a position of the support reference body that is not in contact with the rotation body and the support reference body. It is not easily conceivable by those skilled in the art to include the non-contact type angle detecting means for detecting the rotation angle.

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Abstract

　回転角度測定装置であって、任意の回転軸方向において、一定範囲内に回転が規制された支持基準体２６と、前記支持基準体２６に連結され、前記支持基準体２６に対し全周回転自在に軸支された駆動する回転体２２とを有し、前記支持基準体２６に対する前記回転体２２の相対的な回転角度を検出する相対角度検出手段１２と、前記回転体２２及び前記支持基準体２６に接触しない位置を基準として、前記支持基準体２６の回転角度を検出する非接触式角度検出手段４０とを備える回転角度測定装置。回転移動軸の回転角度の割り出し精度を向上させるとともに、回転移動軸に対する取り付け作業を簡単に行うことを可能とする。

Description

回転角度測定装置及び回転角度測定方法
　本発明は、回転角度測定装置及び回転角度測定方法に係り、特に、工作機械の回転移動軸の回転角度の割り出し精度を向上させることが可能な回転角度測定装置及び回転角度測定方法に関する。
　従来より、工作機械の回転移動軸の回転角度を測定する方法として、例えば、旋盤の主軸やマシニングセンタの回転テーブルなどの回転移動軸に多面鏡を固定し、回転移動軸を多面鏡の分割角度に相当する角度ずつ割り出して、ある一定の方向を向いた反射鏡からの反射光の振れを、例えばオートコリメータなどで計測する方法（以下、「多面鏡を用いる方法」という。）が知られている。
　多面鏡を用いる方法では、測定できる角度が多面鏡の分割角度によって決定される。例えば６面鏡であれば６０度毎、８面鏡であれば４５度毎に測定することになる。より細かく設定する場合は面数を増す必要があるが、多面鏡が高価になるという問題があり、実施は難しい。このように多面鏡を用いる方法では測定は比較的容易であるが、細かく設定するには問題がある。
　かかる問題に対して、ハースカップリングを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この方法では、ハースカップリングが取り付けられた工作機械の回転移動軸を所定の単位角度で回転し、ハースカップリングの結合を外した後に単位角度の分だけハースカップリングを逆回転し、レーザ干渉計で測定された回転角度の合計が回転移動軸の目標変位角度となるまでハースカップリングの正転及び逆転が繰り返される。
特表平６－５０２７２７号公報
　しかしながら、ハースカップリングを用いる方法では、回転移動軸の目標変位角度となるまでハースカップリングの正転及び逆転を繰り返す首振り動作が必要であるため、全体の測定時間が長くなる問題がある。また、角度測定の精度がハースカップリングの歯の分解能に依存するとともに、正回転及び逆回転の繰り返し時にハースカップリングの歯で伝達誤差が発生するので、測定精度の向上には限界がある。
　これに対して、工作機械の回転移動軸の回転角度を測定する手段としてロータリエンコーダを用いる方法が考えられる。ロータリエンコーダは、回転移動軸に取り付けられるエンコーダ軸に同軸状態で固定された目盛板を備える。目盛板の周囲には周方向に沿って等角度間隔で目盛が刻まれており、回転移動軸と共に回転する目盛板の目盛を光学的又は磁気的な手段で読み取り、その回転角度に応じた回転角度データを電気信号に変換して出力する。この方法によれば、目盛板の目盛の分解能を高めることにより、回転移動軸の回転角度を高精度に測定することが可能となる。また、ハースカップリングを用いる方法のような首振り動作が不要であり、全体の測定時間を短縮化することが可能となる。
　しかしながら、ロータリエンコーダを用いる方法では、次のような技術的な課題がある。
　まず、ロータリエンコーダを用いて回転移動軸の回転角度を測定する場合、回転移動軸の回転開始時ないしは回転停止時に伴う慣性力により微量な角度ずれが生じることがある。これは、回転移動軸に取り付けられるエンコーダ軸の回転につられてエンコーダ本体が共回りしてしまい、目盛板の読取位置（読み取りヘッドが設けられる位置）に微小な位置ずれが生じるためである。この場合、ロータリエンコーダから出力される回転角度データには、回転移動軸の回転開始ないしは回転停止時に起因した角度誤差（以下、「初期オフセット誤差」という。）が発生することになり、測定精度の低下を招く要因となる。
　また、回転移動軸とエンコーダ軸との間に軸ずれ（軸偏心）がある状態で測定が行われると、エンコーダ軸と共に回転する目盛板は中心から偏心した位置を回転中心として回転することになる。このため、ロータリエンコーダから出力される回転角度データには、例えば図１３に示すように、回転移動軸の１周分、すなわち、３６０度の範囲にわたってエンコーダ軸の軸偏心に起因した角度誤差（偏心誤差）が発生することになり、測定精度の低下を招く要因となる。
　したがって、ロータリエンコーダを用いて回転移動軸の回転角度を高精度に測定するためには、初期オフセット誤差の影響を排除することが必要であるとともに、軸偏心が生じないようにエンコーダ軸を回転移動軸に精密に取り付ける作業が必要となる。しかし、このような取り付け作業は作業者にとって大きな負担となり、作業効率の低下を招く要因となる。このため、実際にはある程度の偏心誤差が含まれた状態でエンコーダ軸を取り付けざるを得ないが、かかる場合には、上述のとおり、ロータリエンコーダから出力される回転角度データには偏心誤差が含まれることになってしまい、高精度な測定を妨げる要因となっている。
　また、ロータリエンコーダから出力される回転角度データには、図１３の下段に一部を拡大して示すように、回転移動軸の１周分の周期にわたって発生する偏心誤差だけでなく、それよりも短い周期で発生する内挿誤差が含まれている。このような内挿誤差が発生する要因としては、回転移動軸を回転させるための歯車の形状誤差がある。すなわち、回転移動軸には、モータから出力される回転駆動力を伝達するために歯車が設けられるが、製造上、歯車の各歯には少なからず形状誤差が存在する。このため、歯車の一歯あたりの回転角度（回転ピッチ）を周期とする内挿誤差が発生する要因となる。例えば、３６０歯からなる歯車の場合には、一歯あたりの回転角度（回転ピッチ）は１度となるが、この回転ピッチに相当する周期で内挿誤差が発生する。また、各種要因によって局所的な誤差が発生することもある。このような誤差は、回転移動軸の回転角度の割り出し精度の低下を招く要因となっている。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回転移動軸の回転角度の割り出し精度を向上させるとともに、回転移動軸に対する取り付け作業を簡単に行うことができる回転角度測定装置及び回転角度測定方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る回転角度測定装置は、上記目的を達成するために、任意の回転軸方向において、一定範囲内に回転が規制された支持基準体と、支持基準体に連結され、支持基準体に対し全周回転自在に軸支された駆動する回転体とを有し、支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度を検出する相対角度検出手段と、回転体及び支持基準体に接触しない位置を基準として、支持基準体の回転角度を検出する非接触式角度検出手段と、を備える。
　本発明によれば、相対角度検出手段によって支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度が検出される際、回転体と共に支持基準体が回転してしまう場合でも、回転体及び支持基準体に接触しない位置を基準として回転体の回転角度が検出されるので、回転体の回転角度を正確に求めることが可能となる。したがって、回転移動軸の回転角度の割り出し精度が向上するとともに、回転移動軸に対する取り付け作業を簡単に行うことが可能となる。
　本発明に係る回転角度測定装置では、相対角度検出手段が検出した回転角度を、非接触式角度検出手段で検出した回転角度に基づいて補正する補正手段を備えることが好ましい。
　上記態様によれば、本体部の回転に伴って発生する誤差を補正することが可能となる。
　本発明に係る回転角度測定装置では、相対角度検出手段は、回転体の回転に伴って周期的に発生する周期誤差の発生周期よりも小さな回転角度毎に回転体の相対的な回転角度を検出することが好ましい。
　上記態様によれば、回転体の回転に伴って周期的に発生する周期誤差（例えば、内挿誤差）を補正することが可能となる。
　本発明に係る回転角度測定装置では、絶対角度検出手段は、相対角度検出手段による相対的な回転角度の検出と同時に本体部の絶対的な回転角度を検出することが好ましい。
　上記態様によれば、非接触式角度検出手段は、相対角度検出手段による相対的な回転角度の検出と同時に支持基準体の回転角度を検出するので、回転体の回転状態に左右されることなく、支持基準体の回転に伴って発生する誤差をより正確に補正することが可能となる。
　本発明に係る回転角度測定装置では、相対角度検出手段は、ロータリエンコーダであることが好ましい。
　上記態様によれば、支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度を、回転体の回転可能な全範囲にわたって安定して求めることが可能となる。
　本発明に係る回転角度測定装置では、非接触角度検出手段は、レーザ干渉を利用したものであることが好ましい。
　上記態様によれば、支持基準体の絶対的な回転角度を精度良く求めることが可能となる。
　本発明に係る回転角度測定方法は、上記目的を達成するために、任意の回転軸方向において、一定範囲内に回転が規制された支持基準体と、支持基準体に連結され、支持基準体に対し全周回転自在に軸支された回転体との相対的な回転角度を検出する相対角度検出ステップと、前記回転体及び前記支持基準体に接触しない位置を基準として、前記支持基準体の回転角度を検出する非接触式角度検出ステップと、を含む。
　本発明によれば、支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度が検出される際、回転体と共に支持基準体が回転してしまう場合でも、回転体及び支持基準体に接触しない位置を基準として回転体の回転角度が検出されるので、回転体の回転角度を正確に求めることが可能となる。したがって、回転移動軸の回転角度の割り出し精度が向上するとともに、回転移動軸に対する取り付け作業を簡単に行うことが可能となる。
　本発明に係る回転角度測定方法では、相対角度検出ステップで検出した回転角度を、非接触式角度検出ステップで検出した回転角度に基づいて補正する補正ステップを含むことが好ましい。
　上記態様によれば、本体部の回転に伴って発生する誤差を補正することが可能となる。
　本発明に係る回転角度測定方法では、相対角度検出ステップは、回転体の回転に伴って周期的に発生する周期誤差の発生周期よりも小さな回転角度毎に前記回転体の相対的な回転角度を検出することが好ましい。
　上記態様によれば、回転体の回転に伴って周期的に発生する周期誤差（例えば、内挿誤差）を補正することが可能となる。
　本発明に係る回転角度測定方法では、非接触式角度検出ステップは、相対角度検出ステップによる相対的な回転角度の検出と同時に支持基準体の回転角度を検出することが好ましい。
　上記態様によれば、非接触式角度検出手段は、相対角度検出手段による相対的な回転角度の検出と同時に支持基準体の回転角度を検出するので、回転体の回転状態に左右されることなく、支持基準体の回転に伴って発生する誤差をより正確に補正することが可能となる。
　本発明によれば、回転移動軸の回転角度の割り出し精度が向上するとともに、回転移動軸に対する取り付け作業を簡単に行うことが可能となる。
図１は、第１発明の実施形態に係る回転角度測定装置の構成を示した全体構成図である。 図２は、ロータリエンコーダの構成を示した断面図である。 図３は、反射ユニットとレーザ干渉ユニットとの配置関係を示した概略図である。 図４は、エンコーダ本体が回転したときの様子を示した概略図である。 図５は、データ処理装置の構成を示した機能ブロック図である。 図６は、エンコーダ軸とエンコーダ本体との相対的な位置関係を示した概略図であり、（Ａ）は初期位置、（Ｂ）から（Ｅ）は、それぞれ回転角度θが９０度、１８０度、２７０度及び３６０度の場合を示す。 図７は、第１発明の実施形態に係る回転測定方法の手順の一例を示したフローチャート図である。 図８は、第２発明の実施形態に係る回転測定方法の手順の一例を示したフローチャート図である。 図９は、内挿誤差の測定処理を示したフローチャート図である。 図１０は、各測定点で得られた内挿誤差から内挿誤差補正用の補正データが作成される様子を示した概略図である。 図１１は、第３発明の実施形態に係るデータ処理装置の構成を示した機能ブロック図である。 図１２は、第３発明の実施形態に係る回転測定方法の手順の一例を示したフローチャート図である。 図１３は、ロータリエンコーダから出力される回転角度データに角度誤差が含まれる様子を示した図である。 図１４は、第４発明の実施形態に係る回転止治具の先端部分の構成例を示した構成図である。 図１５は、第４発明の実施形態に係るデータ処理装置の構成を示したブロック図である。
　＜第１発明＞
　以下、添付図面に従って第１発明の好ましい実施の形態について説明する。
　図１は、第１発明に係る回転角度測定装置の構成例を示した全体概略図である。また、図２は、ロータリエンコーダの内部構造を示した断面図である。
　図１に示すように、回転角度測定装置１０は、工作機械の回転移動軸（被検出移動回転軸）２０の回転角度を測定するロータリエンコーダ１２と、ロータリエンコーダ１２上に配置される反射ユニット３８と、ロータリエンコーダ１２とは独立した部分に固定されるレーザ干渉ユニット４０と、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０が接続されるデータ処理装置１８と、から主に構成される。なお、データ処理装置１８は、回転移動軸２０の回転制御を行う制御装置９０との間で各種データの送受信が行われるようになっている。
　図１及び図２に示すように、ロータリエンコーダ１２は、回転移動軸２０に連結されるエンコーダ軸２２と、エンコーダ軸２２を回転自在に軸支するエンコーダ本体２６とから主に構成される。なお、エンコーダ本体２６は、任意の回転軸方向において、一定範囲に回転に回転規制された支持基準体である。また、エンコーダ軸２２は、支持基準体としてのエンコーダ本体２６に連結され、エンコーダ本体２６に対し全周回転自在に軸支された回転体である。
　エンコーダ軸２２の一端（図２の左端）には、エンコーダ本体２６の外部に配置された大径部２３が設けられている。大径部２３は、回転移動軸２０をエンコーダ軸２２に連結するための取付部であり、ねじなどの固定手段によって回転移動軸２０が大径部２３に固定される。
　エンコーダ軸２２は、エンコーダ本体２６の内部に設けられる軸受２４を介して回転自在に構成されている。すなわち、回転移動軸２０にエンコーダ軸２２が連結された状態で回転移動軸２０が回転すると、エンコーダ軸２２が回転移動軸と一体となって回転する。また、エンコーダ本体２６は、エンコーダ軸２２の周りで回転自在に構成されており、後述するように回転止治具１６によって回転可能範囲が所定範囲に規制されている。
　エンコーダ軸２２には、図２に示すように、目盛板３４が同軸状態で固定されている。目盛板３４は、エンコーダ本体２６の内部に配置されており、目盛板３４の周囲には周方向に沿って所定の角度間隔で複数の目盛が刻まれている。また、目盛板３４の外周部には、目盛板３４を挟み込むように配置されたＵ字状の読み取りヘッド３６が設けられている。読み取りヘッド３６は、目盛板３４の目盛を光学的又は磁気的に読み取る検出センサを備え、目盛板３４の回転角度（回転変位量）を示す回転角度データをデータ処理装置１８に対して出力する。なお、読み取りヘッド３６は、エンコーダ本体２６の内部に固定されており、エンコーダ本体２６と一体となって回転する。
　エンコーダ本体２６の外周面には、径方向外側に向かって伸びる棒状のアーム部材２８が設けられている。すなわち、アーム部材２８は、エンコーダ本体２６からエンコーダ軸２２に対して垂直な方向に突設されている。なお、アーム部材２８が設けられる方向は、エンコーダ軸２２に対して垂直な方向な方向に限らず、所定角度斜めに傾いた方向であってもよい。アーム部材２８は、回転止治具１６の先端に所定の間隔をあけて並設される一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂの間に介挿されており、エンコーダ本体２６の回転可能範囲は所定範囲に規制されている。なお、回転止治具１６は、エンコーダ本体２６とは異なる部分に固定されている。
　図３は、反射ユニット３８とレーザ干渉ユニット４０との配置関係を示した概略図である。図３に示すように、エンコーダ本体２６上に固定されている反射ユニット３８には、２個のコーナーキューブ４２Ａ、４２Ｂが並べて配設されている。各コーナーキューブ４２Ａ、４２Ｂは、後述するレーザ干渉ユニット４０の光ヘッド４４から平行に照射された第１及び第２のレーザ光を逆方向に反射する反射部材である。反射ユニット３８は、エンコーダ本体２６と一体となって回転する。すなわち、エンコーダ本体２６の回転角度は反射ユニット３８の回転角度と等しく、例えば図４に示すように、エンコーダ本体２６が反時計方向にα（但し、α＞０とする。）度回転すると、反射ユニット３８も反時計方向にα度だけ回転する。
　図３に示すように、レーザ干渉ユニット４０は、反射ユニット３８に対向する位置に配置される光ヘッド（角度測定干渉ヘッド）４４と、光ヘッド４４に第１の光ファイバ４８Ａを介して接続されるレーザ光源５０と、光ヘッド４４に第２の光ファイバ４８Ｂを介して接続される光検出器４６と備えて構成される。なお、レーザ干渉ユニット４０は、エンコーダ軸２２及びエンコーダ本体２６に接触しない位置を基準として、エンコーダ本体２６の回転角度を検出する非接触式角度検出手段である。
　レーザ光源５０としては、波長安定性に優れたＨｅ－Ｎｅレーザ光源が好適であるが、波長安定化が行われなくても、測定精度に大きな影響は大きな影響を与えないことから、他のレーザ光源を用いることも可能である。
　光ヘッド４４には偏光ビームスプリッタ５２及び直角プリズム５４が隣接して配置されている。レーザ光源５０から発光されたレーザ光は、第１の光ファイバ４８Ａを介して光ヘッド４４に入射されると、まず始めに、偏光ビームスプリッタ５２に入射され、偏光ビームスプリッタ５２で２つのレーザ光に分割される。分割された一方のレーザ光（第１のレーザ光）は、第１のコーナーキューブ４２Ａに入射して逆方向に戻り、再び偏光ビームスプリッタ５２に入射する。分割されたもう一方のレーザ光（第２のレーザ光）は、直角プリズム５４で反射され、第１のレーザ光の光軸と平行な平行光となって第２のコーナーキューブ４２Ｂに入射して逆方向に戻り、再び直角プリズム５４及び偏光ビームスプリッタ５２で反射されて、第１のコーナーキューブ４２Ａで反射された光と干渉し、干渉したレーザ光（干渉光）は第２の光ファイバ４８Ｂを介して光検出器４６に対して出力される。
　光検出器４６は、光ヘッド４４から出力される干渉光に基づき、各コーナーキューブ４２Ａ、４２Ｂで反射されて戻ってきた光（第１及び第２のレーザ光）の光路長差（位相差）を検出し、検出した光路長差を示す光路長差データをデータ処理装置１８に対して出力する。なお、光路長差の検出原理は公知であるため、ここでは詳しい説明を省略するが、エンコーダ本体２６の微小な回転運動に伴って反射ユニット３８の回転角度が変化すると、第１のコーナーキューブ４２Ａで反射されて戻る経路と第２のコーナーキューブ４２Ｂで反射されて戻る経路の光路長が変化する。このとき、干渉光の縞数が変化するので、この干渉光の縞数の変化をカウントすることにより、第１及び第２のレーザ光の光路長差を求めることができる。
　また、光路長差の検出方式としては、例えば、マイケルソン干渉計によるフリンジカウント方式やヘテロダイン方式などを用いることが可能である。ヘテロダイン方式の場合、レーザ光源５０は直交２周波の必要があり、例えば、ゼーマンレーザやＡＯＭ（音響光学素子）が使われる。
　図５は、データ処理装置１８の構成を示した機能ブロック図である。図５に示すように、データ処理装置１８は、入出力ＩＦ５６、メモリ５８、制御部６０、及びデータ処理部６２を備えて構成される。
　入出力ＩＦ５６は、操作者による入力操作に用いられるキーボードやマウス、タッチパネルなどの入力装置７２や各種情報の表示出力に用いられるモニタやプリンタなどの出力装置７４との間でデータ入出力を行うためのインターフェースである。
　メモリ５８は、データ処理装置１８の各部を動作させるためのプログラムや各種データが記憶される記憶部であり、ＲＯＭやＲＡＭなどにより構成される。制御部６０は、データ処理装置１８の各部の制御を行う。
　データ処理部６２は、回転移動軸２０の回転角度の補正データを生成するための処理部であり、エンコーダ軸回転角度算出部６４、エンコーダ本体回転角度算出部６６、回転角度補正部６８、及び補正データ生成部７０を備えて構成される。
　エンコーダ軸回転角度算出部６４は、ロータリエンコーダ１２（読み取りヘッド３６）から出力された回転角度データを取得し、取得した回転角度データに基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を算出する。エンコーダ軸回転角度算出部６４で算出された回転角度θ１は、回転角度補正部６８に対して出力される。
　エンコーダ本体回転角度算出部６６は、レーザ干渉ユニット（光検出器４６）から出力された光路長差データを取得し、取得した光路長差データに基づいてエンコーダ本体２６の回転角度θ２を算出する。エンコーダ本体回転角度算出部６６で算出された回転角度θ２は、回転角度補正部６８に対して出力される。
　回転角度補正部６８は、エンコーダ本体回転角度算出部６６で算出された回転角度θ２に基づいて、エンコーダ軸回転角度算出部６４で算出された回転角度θ１を補正する。具体的には、回転角度θ１に回転角度θ２を加算することにより、回転角度θ１の補正を行う。回転角度補正部６８で補正された補正後の回転角度（補正回転角度）θ１´は、補正データ生成部７０に対して出力される。
　補正データ生成部７０は、回転角度補正部６８から出力された補正回転角度θ１´に基づいて、回転移動軸２０の回転角度（設定角度）と実際の回転角度（補正回転角度θ１´）との誤差が打ち消されるように補正データを生成する。補正データ生成部７０で生成された補正データは、工作機械の制御装置９０又は出力装置７４に対して出力される。
　なお、補正データ生成部７０は、制御装置９０から補正データを回転角度の補正量に変換するための換算係数を取得し、取得した換算係数に応じて補正データを生成する。例えば回転角度の補正量が１度である場合、補正データ生成部７０は、制御装置９０から取得した換算係数が０．１のときは補正データとして１０を出力し、換算係数が１のときは補正データとして１を出力する。
　ここで、本実施形態で行われる回転角度の補正原理について説明する。
　図６は、エンコーダ軸２２とエンコーダ本体２６との相対的な位置関係を示した概略図である。ここでは、図６に示すように、エンコーダ軸２２の中心Ｏから所定距離離れた位置に回転中心Ｃが配置されるものとする。なお、回転中心Ｃは回転移動軸２０の軸心と一致している。また、図６中の（Ａ）の状態を初期位置とし、そのときの回転移動軸２０の回転角度θを０度とする。回転角度θは、反時計周り方向を正方向、その反対側の時計周り方向を負方向とする。
　まず、回転移動軸２０が初期位置から９０度回転したとき、図６中の（Ｂ）に示すように、エンコーダ軸２２の中心Ｏは回転中心Ｃに対して上側に移動する。このとき、エンコーダ本体２６は、アーム部材２８の先端部分が回転止治具１６の一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂによって（図６における上下方向の）動きが規制されているので、その先端部分を中心として振り子のように時計周り方向に微小角度回転する。これにより、エンコーダ本体２６は中心Ｏの周りを－α度だけ回転した位置に移動する。このため、ロータリエンコーダ１２（読み取りヘッド３６）からは、エンコーダ軸２２が実際に回転した回転角度よりもα度だけ多い回転角度、すなわち、（９０＋α）度を示す回転角度データが出力される。
　次に、回転移動軸２０が初期位置から１８０度回転したとき、図６中の（Ｃ）に示すように、エンコーダ軸２２の中心Ｏは回転中心Ｃに対して左側に移動する。この移動に伴って、エンコーダ本体２６は初期位置と同じ状態（図６中の（Ａ）の状態）となる。したがって、ロータリエンコーダ１２からは、エンコーダ軸２２が実際に回転した回転角度、すなわち、１８０度を示す回転角度データが出力される。
　次に、回転移動軸２０が初期位置から２７０度回転したとき、図６中の（Ｄ）に示すように、エンコーダ軸２２の中心Ｏは回転中心Ｃに対して下側に移動する。この移動に伴って、エンコーダ本体２６は、アーム部材２８の先端部分を中心として反時計周り方向に微小角度回転する。これにより、エンコーダ本体２６は中心Ｏの周りをα度だけ回転した位置に移動する。このため、ロータリエンコーダ１２からは、エンコーダ軸２２が実際に回転した回転角度よりもα度だけ少ない回転角度、すなわち、（２７０－α）度を示す回転角度データが出力される。
　次に、回転移動軸２０が初期位置から３６０度回転したとき、図６中の（Ｅ）に示すように、エンコーダ本体２６は初期位置と同じ状態（図６中の（Ａ）の状態）となる。したがって、ロータリエンコーダ１２からは、エンコーダ軸２２が実際に回転した回転角度、すなわち、３６０度を示す回転角度データが出力される。
　すなわち、本実施形態では、回転移動軸２０に対してエンコーダ軸２２が軸ずれした状態で連結されたとき、エンコーダ本体２６は、アーム部材２８の先端部分、すなわち、一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂによって挟持される部分を支点（中心）として、エンコーダ軸２２の回転角度に応じて振り子のように揺動し、偏心誤差に相当する角度分だけエンコーダ軸２２の周りを回転可能に構成される。このため、ロータリエンコーダ１２から出力される回転角度データに含まれる偏心誤差はエンコーダ本体２６の回転角度から求めることが可能となる。したがって、エンコーダ本体２６の回転角度に基づいてエンコーダ軸２２の回転角度を補正することにより、エンコーダ軸２２の軸偏心に起因する偏心誤差の影響をキャンセルすることができ、エンコーダ軸２２の回転角度を精度良く検出することが可能となる。
　次に、本実施形態の回転角度測定装置１０を用いた回転角度測定方法について説明する。図７は、本実施形態の回転角度測定方法の手順の一例を示したフローチャート図である。
　まず始めに、回転角度測定装置１０を用いて測定を行うための準備作業を行う（ステップＳ１０）。具体的には、回転移動軸２０に対してエンコーダ軸２２を連結する。また、エンコーダ本体２６上に反射ユニット３８を取り付け、これに対向する位置に光ヘッド４４を固定する。光ヘッド４４には、第１及び第２の光ファイバ４８Ａ、４８Ｂを介してレーザ光源５０及び光検出器４６を接続する。そして、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０を不図示のケーブルを介してデータ処理装置１８に接続する。また、エンコーダ本体２６の外周面から突設されるアーム部材２８を回転止治具１６の一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂの間に介挿する。
　次に、データ処理装置１８の電源をオンにして、回転角度測定用プログラムを起動する（ステップＳ１２）。その際、データ処理装置１８以外の各部の電源もオンにして、測定を開始できる状態にしておく。
　次に、回転角度の測定条件の設定を行う（ステップＳ１４）。具体的には、回転角度の測定条件として、計測開始位置、計測終了位置、計測間隔、データ取得方法などを設定する。例えば、計測開始位置を０度、計測終了位置を３６０度、計測間隔を４５度として設定した場合、回転移動軸２０の１周分、すなわち３６０度の範囲にわたって４５度毎に９個の測定点が計測位置となる。また、計測間隔の代わりに測定点の個数を入力してもよいし、各測定点の位置を示す回転角度を直接入力できるようにしてもよい。データ取得方法としては、各測定点の測定回数や各測定点の移動シーケンス（測定開始位置から測定終了位置に向かう方向選択や繰り返し方法）などが含まれる。これらの測定条件は、データ処理装置１８に接続される入力装置７２から入力される。
　次に、回転移動軸２０を計測開始位置まで回転させる（ステップＳ１６）。続いて、回転移動軸２０が停止したか否か判断が行われ（ステップＳ１８）、回転移動軸２０が停止したと判断されるまで待機状態となる。回転移動軸２０が停止したと判断された場合には、次のステップＳ２０及びステップＳ２４に進む。
　回転移動軸２０が停止した後、エンコーダ軸回転角度算出部６４は、ロータリエンコーダ１２から出力される回転角度データを取得し（ステップＳ２０）、取得した回転角度データに基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を算出する（ステップＳ２２）。
　また、ステップＳ２０及びステップＳ２２の各処理と並行して、エンコーダ本体回転角度算出部６６は、光検出器４６から出力される光路長差データを取得し（ステップＳ２４）、取得した光路長差データに基づいてエンコーダ本体２６の回転角度θ２を算出する（ステップＳ２６）。
　このとき、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の算出方法としては、図４に示すように、２個のコーナーキューブ４２Ａ、４２Ｂの間隔（中心間距離）をＬとし、レーザ干渉ユニット４０（光検出器４６）で検出された光路長差をｘとしたとき、次式（１）によって求められる。
　　θ２＝ｓｉｎ-1（ｘ／２Ｌ）　　・・・（１）
　なお、光路長差ｘは２Ｌに比べて十分に小さいことから、次式（２）を用いてもよい。
　　θ２≒ｘ／２Ｌ　　　　　　　 ・・・（２）
　次に、回転角度補正部６８は、エンコーダ本体２６の回転角度θ２が閾値εよりも大きいか否かの判断を行う（ステップＳ２８）。そして、エンコーダ本体２６の回転角度θ２が閾値εよりも大きい場合には、ステップＳ２６で算出されたエンコーダ本体２６の回転角度θ２に基づき、ステップＳ２２で算出されたエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正する（ステップＳ３０）。具体的には、エンコーダ軸２２の回転角度θ１にエンコーダ本体２６の回転角度θ２を加算することにより、エンコーダ軸２２の軸偏心に起因する偏心誤差が取り除かれた補正後の回転角度θ１’を算出し、現在の測定点（計測位置）における割り出し角度を補正後の回転角度θ１’とし、次のステップＳ３２に進む。
　一方、エンコーダ本体２６の回転角度θ２が閾値ε以下の場合には、エンコーダ軸２２の回転角度θ１の補正は行わずに、現在の測定点における割り出し角度を回転角度θ１とし、次のステップＳ３２に進む。
　なお、図７に示した方法では、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさに応じてエンコーダ軸２２の回転角度θ１の補正は行わないようにしているが、これに限らず、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさにかかわらず、全ての測定点についてエンコーダ軸２２の回転角度を補正するようにしてもよい。但し、図７に示した方法によれば、全ての測定点についてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正しなくてもすむので、全ての測定点についてエンコーダ軸２２の回転角度を補正する態様に比べて、回転角度の割り出し精度の測定に伴う処理を簡略化することが可能となる。特に、エンコーダ本体２６の回転角度θ２が測定範囲の全体にわたって十分に小さく無視できる場合には、全ての測定点についてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正することが不要となり、各測定点におけるエンコーダ軸２２の回転角度θ１をそのまま割り出し角度として利用することが可能となる。
　次に、全ての測定点の測定が指定回数行われたか否かが判断される（ステップＳ３２）。全ての測定点の測定が指定回数行われていない場合には、ステップＳ１４で設定されたデータ取得条件に従って回転移動軸２０を次の測定点まで回転させる（ステップＳ３４）。そして、全ての測定点の測定が指定回数行われるまでステップＳ１８以降の処理を繰り返す。ステップＳ３２にて全ての測定点の測定が指定回数行われたと判断された場合には、次のステップＳ３６に進む。
　次に、補正データ生成部７０は、各測定点の回転角度（設定角度）と割り出し角度（すなわち、ステップＳ３０で算出された補正回転角度θ１’）との誤差を算出し、この誤差が打ち消されるように回転角度の補正量を示す補正データを生成し（ステップＳ３６）、工作機械の制御装置９０又は出力装置７４に補正データを出力する（ステップＳ３８）。
　以上のとおり、本実施形態によれば、回転移動軸２０に対してエンコーダ軸２２が軸ずれした状態で取り付けられた場合でも、エンコーダ本体２６のエンコーダ軸２２周りにおける絶対的な回転角度を検出し、その検出された回転角度に基づいてロータリエンコーダ１２によって検出された回転角度が補正される。これにより、ロータリエンコーダ１２によって検出された回転角度、すなわち、エンコーダ軸２２の回転角度に含まれる偏心誤差を取り除くことが可能となる。
　特に本実施形態では、レーザ干渉ユニット４０を用いてエンコーダ本体２６の回転角度が検出されるため、回転移動軸２０に対するエンコーダ軸２２の軸ずれが微量である場合でも、エンコーダ本体２６の微小な回転角度を高精度に検出することができる。したがって、エンコーダ軸２２の回転角度に含まれる偏心誤差を確実に取り除くことができる。その結果、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることができる。
　また、本実施形態では、エンコーダ軸２２が軸ずれした状態で取り付けられた場合でも偏心誤差による影響を取り除くことができるため、ロータリエンコーダ単独で測定が行われる場合に比べて、回転移動軸２０に対するエンコーダ軸２２の許容偏心量（最大偏心量）を拡大することができる。このため、ロータリエンコーダ１２の取り付け作業が簡単となり、作業者の負担が大幅に軽減し、作業効率が向上する。
　また、本実施形態では、エンコーダ本体２６の回転可能範囲は、レーザ干渉ユニット４０によってエンコーダ本体２６の回転角度を精度良く検出できる範囲（例えば±１０度前後）に制限されることが好ましい。なお、エンコーダ本体２６の回転可能範囲は、回転止治具１６に設けられる一対の回転規制部材３８Ａ、３８Ｂの間隔を調整することによって変化させることができる。これにより、エンコーダ本体２６の回転角度を高精度に検出することができ、偏心誤差を確実に取り除くことが可能となる。
　また、本実施形態によれば、回転移動軸２０の回転開始時ないしは回転停止時に伴う慣性力により、エンコーダ軸２２の回転につられてエンコーダ本体２６が共回りすることによって、ロータリエンコーダ１２によって検出された回転角度に微小な角度ずれ（以下、「初期オフセット誤差」という。）が生じた場合でも、上記補正を行うことにより、偏心誤差と初期オフセット誤差の影響を同時にキャンセルすることができる。
　なお、本実施形態では、エンコーダ本体２６の絶対的な回転角度を検出する手段として、レーザ干渉ユニット４０を用いているが、これに限定されず、補正対象となる誤差の大きさ（オーダ）に応じて各種方式（例えば、水準器やオートコリメータなど）を適宜採用することができる。但し、本実施形態の如く、レーザ干渉ユニット４０を用いてエンコーダ本体２６の回転角度を検出する態様が好ましく、偏心誤差や初期オフセット誤差の影響を受けることなく、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることができる。
　＜第２発明＞
　次に、第２発明の実施形態について説明する。以下、上述した実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
　図８は、第２発明の実施形態に係る回転角度測定方法の手順の一例を示したフローチャート図である。図８中、図７と共通する処理には同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図８に示したフローチャートは、第１発明の実施形態で示した回転角度測定装置１０を用いて行われる。
　図８に示すように、本実施形態では、ステップＳ２６で算出されたエンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさに応じて、ステップＳ２２で算出されたエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正した後（ステップＳ２８、Ｓ３０）、現在の測定点の周辺部を計測対象とした内挿誤差測定が行われる（ステップＳ４０）。
　ここで、ステップＳ４０で行われる内挿誤差測定について説明する。図９は、内挿誤差測定で行われる処理内容を示したフローチャート図である。
　まず始めに、内挿誤差の測定処理が開始されると、回転移動軸２０を微小角度回転させる（ステップＳ４２）。ここでは、回転移動軸２０を回転させることが可能な最小単位角度だけ回転させる。なお、ステップＳ４２で回転させる微小角度は、最小単位角度に限定されず、少なくとも内挿誤差の周期、すなわち、回転移動軸２０に設けられている歯車の一歯あたりの回転角度（回転ピッチ）よりも小さい角度であればよく、内挿誤差の周期の４分の１以下の角度であることが好ましい。
　ステップＳ４４からステップＳ５４までの処理については、図７及び図８に示したステップＳ１８からステップＳ３０までの処理と同様にして行われる。すなわち、回転移動軸２０が停止した後、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０から取得した回転角度データ及び光路長差データに基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１及びエンコーダ本体２６の回転角度θ２を算出し、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさに応じてエンコーダ軸２２の回転角度θ１の補正を行う（ステップＳ４４～Ｓ５６）。なお、上述した実施形態と同様に、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさにかかわらず、エンコーダ本体２６の回転角度θ２に基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正するようにしてもよい。
　次に、内挿誤差測定が終了したか否かが判断される（ステップＳ５８）。ここでは、内挿誤差測定が開始された位置（測定点）から現在の位置までの回転範囲が所定の閾値を超えているか否かを判断することにより、内挿誤差測定が終了したか否かを判断する。このとき、判断の基準となる閾値（角度範囲）は、検出対象とする内挿誤差の周期と等しいか、それよりも広い範囲とする。なお、閾値を大きく設定しすぎると内挿誤差の測定に要する時間が長くなることから、内挿誤差の周期に応じて適正な範囲に設定することが望ましい。
　内挿誤差測定が終了していないと判断される場合には、ステップＳ４２に戻って回転移動軸２０を微小角度回転させた後、ステップＳ４４以降の処理を繰り返す。一方、内挿誤差測定が終了したと判断される場合には、図８のステップＳ３２に戻る。
　図８のステップＳ３２では、全ての測定点の測定が指定回数行われるまでステップＳ１８からステップＳ４０までの処理が繰り返される（ステップＳ３２）。これにより、例えば図１０の上段に示すように、各測定点毎に測定された内挿誤差が得られる。なお、図１０では、４５度毎に設定された複数の測定点（０度、４５度、９０度、１３５度）の周辺部で測定された内挿誤差を一例として示している。
　次に、補正データ生成部７０は、第１の実施形態と同様にして各測定点の回転角度（設定角度）と割り出し角度（ステップＳ３０で算出された補正回転角度θ１’、又は、補正前の回転角度θ１）との誤差を算出し、この誤差が打ち消されるように回転角度の補正量を示す補正データを生成する（ステップＳ３４）。
　その際、補正データ生成部７０は、各測定点で得られた内挿誤差に基づいて、内挿誤差がキャンセルされるように補正データを生成する。具体的には、例えば図１０の下段に示すように、各測定点で得られた内挿誤差の平均値を内挿誤差補正値として内挿誤差の周期毎に補正データに反映させる。
　そして最後に、工作機械の制御装置９０又は出力装置７４に補正データを出力する（ステップＳ３６）。
　以上のとおり、本実施形態によれば、回転移動軸２０に対してエンコーダ軸２２が軸ずれした状態で連結される場合でも、軸ずれに起因する偏心誤差の影響を受けることなく、回転移動軸２０に設けられる歯車に起因する内挿誤差を精度良く測定することができる。これにより、内挿誤差を補正するための補正データを生成することが可能となり、この補正データを用いて回転移動軸２０の回転角度を補正することにより、内挿誤差の影響を受けることなく、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることが可能となる。また、ロータリエンコーダ１２の簡単な取り付けが可能となる。
　なお、本実施形態では、ステップＳ１４で設定された全ての測定点を対象にして内挿誤差の測定が行われているが、これに限らず、これらの測定点のうち一部の測定点を対象にして内挿誤差を測定するようにしてもよい。
　＜第３発明＞
　次に、第３発明の実施形態について説明する。以下、上述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
　第１及び第２発明の実施形態では、回転移動軸２０の回転が停止してから回転角度を測定する静的測定（スタッティック測定）が行われるのに対し、第３発明の実施形態では、回転移動軸２０を一定の回転速度で等速回転させながら所定の時間間隔毎に回転角度を検出する動的測定（ダイナミック測定）が行われる。
　図１１は、第３発明の実施形態に係るデータ処理装置１８の構成を示した機能ブロック図である。図１１中、図５と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図１１に示すように、データ処理装置１８は、同期信号を生成する同期信号を生成する同期信号生成部７６を備えている。同期信号生成部７６の同期信号の発生回数、発生間隔などは制御部６０により制御される。同期信号生成部７６で生成された同期信号は、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０に対して出力される。
　図１２は、第３発明の実施形態に係る回転角度測定方法の手順の一例を示したフローチャート図である。図１２中、図７又は図８と共通する処理には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図１２に示すように、回転移動軸２０を計測開始位置まで回転させた後（ステップＳ１６）、回転移動軸２０の回転を開始する（ステップＳ５０）。このとき、回転移動軸２０を一定の回転速度で等速回転させる。また、同期信号生成部７６は、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０に対して同期信号を出力する。なお、同期信号生成部７６では、所定の時間間隔毎に検出タイミングを示す同期信号が生成される。
　次に、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０は、同期信号生成部７６から出力された同期信号に基づいて、所定時間が経過するまで待機した後（ステップＳ５２）、同一タイミングで回転角度及び光路長差の検出を行い、これらに対応する回転角度データ及び光路長差データを出力する。
　ステップＳ２０からステップＳ３０までの処理については、上述した実施形態と同様であり、エンコーダ軸回転角度算出部６４及びエンコーダ本体回転角度算出部６６は、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０から計測時間間隔毎に出力される回転角度データ及び光路長差データを取得すると、取得した回転角度データ及び光路長差データに基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１及びエンコーダ本体２６の回転角度θ２を算出する。そして、回転角度補正部６８は、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさに応じてエンコーダ軸２２の回転角度θ１の補正を行う。なお、上述した実施形態と同様に、エンコーダ本体２６の回転角度θ２の大きさにかかわらず、エンコーダ本体２６の回転角度θ２に基づいてエンコーダ軸２２の回転角度θ１を補正するようにしてもよい。
　次に、全ての測定が終了したか否かが判断される（ステップＳ３２）。ここでは、回転移動軸２０が計測終了位置まで移動したか否かの判断が行われる。回転移動軸２０が計測終了位置まで移動していない場合には、ステップＳ２０からステップＳ２８までの処理が繰り返される。回転移動軸２０が計測終了位置まで移動した場合には、次のステップＳ３６に進む。
　ステップＳ３６で行われる補正データの生成処理は上述した実施形態と同様であり、計測が行われた各位置における回転角度（設定角度）と割り出し角度との誤差を算出し、この誤差が打ち消されるように回転角度の補正量を示す補正データを生成する（ステップＳ３６）。そして、ステップＳ３６で生成した補正データを工作機械の制御装置９０又は出力装置７４に出力する（ステップＳ３８）。
　以上のとおり、本実施形態では、回転移動軸２０を一定の回転速度で等速回転させながら、ロータリエンコーダ１２及びレーザ干渉ユニット４０は、同期信号生成部７６から出力される同期信号に従って、所定の時間間隔毎に同一タイミングで回転角度及び光路長差を検出する動的測定（ダイナミック測定）が行われる。したがって、計測範囲にわたって連続的に回転角度の測定を行うことができるため、局所的に発生する角度誤差を確実に検出することが可能となる。これにより、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることができる。
　＜第４発明＞
　次に、第４発明の実施形態について説明する。以下、上述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
　図１４は、第４発明の実施形態に係る回転止治具の先端部分の構成例を示した構成図である。図１４中、図３と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図１４に示すように、回転止治具１６の先端に配置される回転規制部材３８Ａ又は３８Ｂには、アーム部材２８の変位を検出する変位センサ１４０が設けられている。変位センサ１４０は、アーム部材２８の変位を検出すると、その検出結果をデータ処理装置１８に対して出力する。
　変位センサ１４０としては、アーム部材２８の変位を検出することができるものであれば各種公知のセンサを適用することが可能であり、例えば、静電容量式、渦電流式、光学式（３角測距式、反射光量式）、レーザ式、接触式（差動トランス式、プランジャ式、歪ゲージを用いた方式）を使用することができる。また、光学スケールを用いてアーム部材２８の変位を検出してもよい。これらの方式については公知の構成が適用されるため、ここでは説明を省略する。
　図１５は、第４発明の実施形態に係るデータ処理装置の構成を示したブロック図である。図１５中、図５と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図１５に示すように、変位センサ１４０で検出されたアーム部材２８の変位は、エンコーダ本体回転角度算出部６６に入力される。エンコーダ本体回転角度算出部６６は、変位センサ１４０で検出されたアーム部材２８の変位に基づき、エンコーダ本体２６の回転角度を算出する。
　ここで、エンコーダ本体２６の回転角度をα、アーム部材２８の変位をｄ、エンコーダ本体２６の回転中心からアーム部材２８の先端部分（変位計測位置）までの距離をｌとしたとき、エンコーダ本体２６の回転角度αは、次式α＝ｓｉｎ－１（ｄ／ｌ）により求めることができる。他の処理については、上述した各実施形態と同様に行われる。
　以上のとおり、本実施形態によれば、エンコーダ本体２６のアーム部材２８の変位を検出する変位センサ１４０を備えたので、変位センサ１４０によって検出されるアーム部材２８の変位からエンコーダ本体２６の回転角度を求めることができる。したがって、回転移動軸２０の回転開始時ないしは回転停止時に伴う慣性力により、エンコーダ軸２２の回転につられてエンコーダ本体２６が共回りしてしまう場合でも、上述した各実施形態に比べてより簡易な構成で、エンコーダ本体２６の回転角度に基づいてロータリエンコーダ１２によって検出された回転角度を補正することができ、初期オフセット誤差による影響をキャンセルすることができる。これにより、回転移動軸２０の回転角度の割り出し精度を向上させることができる。
　なお、上述した各実施形態では、ロータリエンコーダ１２の出力方式は特に限定されず、測定開始位置からの回転変位量（回転角度）に応じたパルス信号（相対角度信号）を出力するインクリメンタル方式でもよいし、基準点に対して絶対的な角度位置に対応したコード信号（絶対角度信号）を出力するアブソリュート方式でもよい。
　また、ロータリエンコーダ１２の検出方式は特に限定されず、光学式、磁気式、レーザ式、機械式、光ファイバ式、静電容量式などの各種方式のものを採用することができる。
　また、ロータリエンコーダ１２には、エンコーダ軸２２と回転移動軸２０を機械的に連結するカップリング部材が設けられていてもよい。カップリング部材としては、回転移動軸２０と回転移動軸２０との間の軸ずれを吸収可能なフレキシブルカップリングが好ましい。その際、フレキシブルカップリングの種類に応じて、吸収可能な偏心量が異なることから、測定精度に応じて使用するフレキシブルカップリングを選定する必要がある。
　また、上述した各実施形態では、相対角度検出手段としてロータリエンコーダ１２が用いられた構成を一例として示したが、本発明はこれに限らず、例えば、レゾルバを用いた角度センサを用いてもよい。なお、レゾルバを用いた角度センサについては公知のものが適用されるため、ここでは説明を省略する。
　以上、本発明の回転角度測定装置及び回転角度測定方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
　最後に、本発明の課題の１つとして、回転体の回転角度をリアルタイムに精度良く検出することもある。その上で、必要な前提としては、回転体の精度を精度良く検出する上では、次の前提条件を踏まえて検出する必要がある。本検出するステップが一つでも欠けると全体として意味のないものになってしまう。
　回転体の回転角度を精度良く測定する上では、回転体の外側から回転体の回転角度を検出することは不可能である。なぜならば、回転体は回転に伴う回転系全体の微小変位や回転系の振動などが発生するため、外部から検出しようとしても、それが微小変位や振動によるものか、真の回転による角度変化であるかの見分けがつかないからである。
　例えば、レーザ光で角度検出する方法の場合、レーザ光を照射し、回転角度を測定する対象が回転規制されておらず、まさに回転体に対して、回転体の軸ないしは軸受け部分より離れた点から回転体に向けて測定しているため、回転体自身の振動や微小平行変位など、回転以外の運動による誤差も回転とみなしてしまうことがある。よって、回転系以外の地点から回転体へ光を投射して検出する機構は、高精度に回転角を検出する機構として意味をなさないものになる。
　よって、回転系の回転角度を測定するためには、まず、基準となる支持体（支持基準体）が回転体と同じ回転系に属する必要がある。すなわち、回転体が支持基準体に対して軸支された状態、つまり、軸と軸受けによって結合された状態で回転角度を測定しなくてはならない。同じ軸によって結合された状態で回転を測定する場合、すなわち、同一の回転系に属しながら回転角度を検出する場合は、支持基準体と回転体は同じ回転系であるため、回転体の回転に伴う振動や回転系の変位はキャンセルされ、相対的に精度良く回転角度のみを測定することが可能となる。
　さらに、回転体の回転角度を求めるためには、微小ピッチで連続したエンコードを等間隔で刻んでいる必要がある。等間隔で刻まれたエンコードからパルスが発せられ、それぞれの回転角度を読み取ることができる。例えば、エンコードピッチは直径５０ｍｍの部分に２０μｍピッチ程度で刻まれているものなどがある。これは全周で刻まれている必要がある。
　全周を等間隔で微小ピッチでエンコードを刻むことによって、多少偏心があったとしても、パルスの等間隔性とパルスの連続性から一周させることで校正（較正）することが可能となる。すなわち、エンコーダが中心からずれて固定されていたとしても、角度のずれ方はサインカーブを描くようにずれて一周させることで元の位置に戻るので、パルスの等間隔性と微小パルスの連続性から回転角を正確に修正することが可能となる。
　また、一周にわたって円板ないしはリング状のエンコーダを形成することで、軸周りにおいて摩擦熱の影響があったとしても、熱は軸と軸受けの間で発生するため、軸に対して円対称、半径方向に分布するため、エンコーダ内で熱応力におけるせん断的な熱応力は働かない。すなわち、熱応力によって変形する際に、ポアソン比の影響を受けることなく、円周方向は同じ角度を維持することが可能となる。
　一方、同じ回転系で測定する場合、回転体内で測定すれば全て精度良く検出できるかといえば、そうではない。それは、回転体内で測定する場合、回転規制している部分に対して、少なからず軸と軸受けの間で発生する摩擦力、また、急に回転するないしは急に静止することによって生まれる慣性力などの力が加わるからである。こうした力が加わる系においては、回転の基準になる基準部分が、摩擦力、慣性力などによって変位してしまう。そのため、回転の基準位置がどの程度角度が変化したかを検出しておかなければならない。
　これは同じ回転系にいる状態では測定することはできない。なぜなら、同一回転系の中ではどうしても摩擦力、慣性力が作用してしまうからである。
　例えば、水準器を用いて回転体の回転角度を検出しようとすると、その水準器は同じ回転系に取り付けなければならない。このような場合、水準器は回転体の摩擦力や慣性力を受けることになる。例えば、回転体が急激に回転駆動する場合、又は回転体が急激に静止する場合、その摩擦力・慣性力の影響をまともに受ける。
　その結果、リアルタイムに、かつ即座に角度を検出することは不可能となる。なぜならば、回転体に接触して測定する場合、多かれ少なかれ、摩擦力、慣性力の影響を受けるためである。また、水準器は、位置を即座に検知するのではなく、重力によって静止する部分を基準に水準を定義する。すなわち、重力のみが作用する力学系のバランスで位置が決まることになる。こうした場合、回転体が回転することに伴う摩擦力や慣性力が働く系において、重力で基準を設定しても、リアルタイムに、すなわち即座に角度を検出できないことは自明である。
　また、仮にリアルタイムに、かつ即座に角度を検出できなかったとして、リアルタイムではなくても水準器の場合、正確な角度を検出することはできない。
　なぜならば、回転体の回転によって摩擦力や慣性力が作用し、その結果、理想的な水準位置でない位置で止まった場合において、理想的な水準位置に戻すために、逆回転させる必要があるからである。逆回転させて戻した場合、正回転した際の角度ずれの量と逆回転させて補正するとした場合の角度戻しの量は、厳密には異なる。これは回転体を駆動させるためのギアの影響があるからであり、ギアのバックラッシの影響やギア一つ一つのかみ合わせによって生じる内挿誤差の影響により、回転角度は行きと帰りで微小に変化するからである。そうしたことから、水準器のような重力のバランスで位置が決まる方式では、逆戻りする工程を必要とするため、本発明の課題である、即座に角度検出することや、精度よく角度検出するという目的を到底達成することはできない。
　また、水準器の場合、本発明のような任意の回転軸方向に対応することはできず、例えば回転軸が鉛直方向の場合においては、重力が作用しないため、動作すらしない。よって、本質的な観点で本発明とは解決すべき課題の点で相容れるものではない。
　したがって、同じ回転系の回転角度を正確に検出するためには、まずは、回転系全体の変位や振動をキャンセルしながら正確に測定するために、同一回転系に軸支された状態で測定する必要がある。
　しかし、同じ回転系で測定する場合は、軸と軸受け間の摩擦力、慣性力などの力が加わる。そのため、回転における支持基準となる側に対し、回転系とは接触しない位置から非接触で回転変位を測定するとよい。そうすれば、回転運動の影響を受けることなく、非接触で精度良く回転変位を測定することが可能となる。
　なお、回転系に組み込む軸支した状態で測定する相対的な回転角度測定手段と、回転系とは接触しない位置からの非接触での回転角度測定手段とは、互いに独立した基準を基に、独立して測定することが可能なものであって、互いの測定結果が互いに干渉するものではない。
　また、相互の測定結果をつなぎあわせる上で、例えば逆回転しなくてはならなかったり、機構的に嵌めこまなくてはならなかったりなど、別の機構的な外乱要素が入り込む余地も存在しない。
　その結果、トータルとして回転運動による回転角度を簡便かつ精度良く検出し、測定することが可能となる。
　以上より、本発明の構成、すなわち、任意の回転軸方向において、一定範囲内に回転が規制された支持基準体と、支持基準体に連結され、支持基準体に対し全周回転自在に軸支された駆動する回転体とを有し、支持基準体に対する回転体の相対的な回転角度を検出する相対角度検出手段と、回転体及び支持基準体に接触しない位置を基準として、支持基準体の回転角度を検出する非接触式角度検出手段と、を備えることは、当業者が容易に想到し得るものではない。
　１０…回転角度測定装置、１２…ロータリエンコーダ、１６…回転止治具、１８…データ処理装置、２０…回転移動軸、２２…エンコーダ軸、２３…大径部、２４…軸受、２６…エンコーダ本体、２８…アーム部材、３４…目盛板、３６…読み取りヘッド、４０…レーザ干渉ユニット、４４…光ヘッド、４６…光検出器、５０…レーザ光源、５２…偏光ビームスプリッタ、５４…直角プリズム、５６…入出力ＩＦ、５８…メモリ、６０…制御部、６２…データ処理部、６４…エンコーダ軸回転角度算出部、６６…エンコーダ本体回転角度算出部、６８…回転角度補正部、７０…補正データ生成部、７２…入力装置、７４…出力装置、７６…同期信号生成部、１４０…変位センサ

Claims (10)

  1. 　任意の回転軸方向において、一定範囲内に回転が規制された支持基準体と、前記支持基準体に連結され、前記支持基準体に対し全周回転自在に軸支された駆動する回転体とを有し、前記支持基準体に対する前記回転体の相対的な回転角度を検出する相対角度検出手段と、
    　前記回転体及び前記支持基準体に接触しない位置を基準として、前記支持基準体の回転角度を検出する非接触式角度検出手段と、
    　を備える回転角度測定装置。
  2. 　前記相対角度検出手段が検出した回転角度を、前記非接触式角度検出手段で検出した回転角度に基づいて補正する補正手段を
    　さらに備える請求項１に記載の回転角度測定装置。
  3. 　前記相対角度検出手段は、前記回転体の回転に伴って周期的に発生する周期誤差の発生周期よりも小さな回転角度毎に前記回転体の相対的な回転角度を検出する請求項１又は２に記載の回転角度測定装置。
  4. 　前記非接触式角度検出手段は、前記相対角度検出手段による相対的な回転角度の検出と同時に前記支持基準体の回転角度を検出する請求項１～３のいずれか１項に記載の回転角度測定装置。
  5. 　前記相対角度検出手段は、ロータリエンコーダである請求項１～４のいずれか１項に記載の回転角度測定装置。
  6. 　前記非接触式角度検出手段は、レーザ干渉を利用したものである請求項１～５のいずれか１項に記載の回転角度測定装置。
  7. 　任意の回転軸方向において、一定範囲内に回転が規制された支持基準体と、前記支持基準体に連結され、前記支持基準体に対し全周回転自在に軸支された回転体との相対的な回転角度を検出する相対角度検出ステップと、
    　前記回転体及び前記支持基準体に接触しない位置を基準として、前記支持基準体の回転角度を検出する非接触式角度検出ステップと、
    　を含む回転角度測定方法。
  8. 　前記相対角度検出ステップで検出した回転角度を、前記非接触式角度検出ステップで検出した回転角度に基づいて補正する補正ステップを
    　さらに含む請求項７に記載の回転角度測定方法。
  9. 　前記相対角度検出ステップは、前記回転体の回転に伴って周期的に発生する周期誤差の発生周期よりも小さな回転角度毎に前記回転体の相対的な回転角度を検出する請求項７又は８に記載の回転角度測定方法。
  10. 　前記非接触式角度検出ステップは、前記相対角度検出ステップによる相対的な回転角度の検出と同時に前記支持基準体の回転角度を検出する請求項７～９のいずれか１項に記載の回転角度測定方法。
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