光学式位置検出装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は工作機械等のテーブル等が直線運動したときの位置を検出して位置データを出力する光学式位置検出装置、特にその位置ずれを確実に検出する光学式位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は、従来の光学式位置検出装置と従来の光学式位置検出装置を使った加工機を示した概略図である。なお、紙面に垂直な方向をＸ軸、図の上下方向をＹ軸、図の左右方向をＺ軸と呼ぶ。一般的に光学式位置検出装置は、目盛の記録されたメインスケール１１０と、メインスケール１１０に対してその長手方向に相対変位してメインスケール１１０上の目盛を読み取り、メインスケール１１０の長手方向に関する位置を検出する機能を備えたスライダ１２０と、からなっている。光学式位置検出装置のメインスケール１１０は、通常、加工機のベッドと呼ばれる第１部材１に取付けられている。そして、スライダ１２０は第１部材に対してＺ方向つまりメインスケールの長手方向に相対移動する第２部材２に取り付けられている。さらに第２部材には加工用工具３が取り付けられており所望の加工を行なう。このような構成の加工機では、第１部材に対する第２部材のＺ方向の位置を光学式位置検出装置で検出し、検出した位置データを制御装置で読み込み、モータ等のアクチュエータを使って第２部材を第１部材上でＺ方向に移動させることにより、加工用工具３の加工点Ｍを所望の位置に正確に位置決めさせる。
【０００３】次に、従来の光学式位置検出装置の内部の構成を図１０に示し、以下にその機能を簡単に説明する。前述したスライダ１２０には、発光素子３１とコリメータレンズ３２とインデックススケール１３３と光電変換素子１３４とからなる検出手段が含まれており、メインスケール１１０上に記録された目盛を読み取る。動作を具体的に説明すると、発光素子３１から出てコリメータレンズ３２で平行光束となった光が，メインスケール１１０とインデックススケール１３３を透過した後、光電変換素子１３４に入射し光電変換される。メインスケール１１０の格子トラックには、図１１のように光学格子がその格子線方向がメインスケールの長手方向に垂直になるように施されている。また、インデックススケール１３３にも、メインスケール１１０の格子トラックに対応して格子トラックが設けられている。ここでメインスケール１１０に対し、スライダがメインスケール１１０の長手方向に相対的に変位すると光電変換素子１３４に入射する光量が周期的に変化し、変位信号を得ることができる。通常，この周期的な変位信号をカウントしたり、さらに細かく内挿分割して位置検出を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図９に示した加工機において、第２部材の移動をガイドするガイド機構が理想的であれば、第２部材は姿勢を変えることなしに第１部材上でＺ方向にだけ直線的に移動する。しかしながら、現実にはガイド機構の真直度誤差やガタ等によって、第２部材がわずかながらＹ方向に変位したり、Ｘ方向を軸として回転するいわゆるピッチングを発生することがある。このようなずれが発生すると、図９に示した光学式位置検出装置のスライダの検出点Ｄａは、メインスケール上で正確な位置に位置決めされているにもかかわらず、加工用工具の加工点、つまり刃先位置ＭはＺ方向やＹ方向にずれることとなり正確な加工ができなくなる。例えば、第２部材がピッチングによってＸ軸を中心に左に回転すると、刃先はＥだけずれてしまい加工誤差を発生してしまう。また、第２部材がＹ方向に変位した場合は当然加工点ＭもＹ方向にずれてしまい加工誤差を発生してしまう。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、メインスケール長手方向位置だけでなく、長手方向に垂直なずれ量やメインスケール面に垂直な方向を軸とする回転ずれを検出可能な光学式位置検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するために、本発明に係る光学式位置検出装置は、スケール長手方向に垂直な格子線を持った長手方向位置検出用格子トラックとスケール長手方向に平行な格子線を持った揺動検出用格子トラックとがそれぞれスケール長手方向に沿って施され、第１部材に取り付けられたメインスケールと、前記第１部材と相対的に前記メインスケールの長手方向のみに移動する第２部材に取り付けられ、光源と前記メインスケール上の長手方向位置検出用格子トラックに対応する格子トラックが施された位置検出用インデックススケールと前記メインスケールを透過あるいは反射した光を光電変換する光電変換素子とを備え、前記第２部材の移動に対応した前記長手方向位置検出用格子トラックの格子線と前記位置検出用インデックススケールの格子トラックとの対向関係の変化によって、前記メインスケール長手方向に関する位置を検出する長手方向位置検出手段と、前記第２部材に取り付けられ、光源と前記メインスケール上の揺動検出用格子トラックに対応する格子トラックが施された揺動検出用インデックススケールと前記メインスケールを透過あるいは反射した光を光電変換する光電変換素子とを備え、前記第２部材の移動に対応した前記揺動検出用格子トラックの格子線と前記揺動検出用インデックススケールの格子トラックとの対向関係の変化によって、前記メインスケールの長手方向に垂直な方向に関するずれ量を検出する２つの揺動検出手段と、２つの前記揺動検出手段が前記第２部材に取り付けられており、前記各揺動検出手段が検出したずれ量及び前記各揺動検出手段間のメインスケール長手方向に平行な方向の距離に基づき前記第１部材に対する前記第２部材のメインスケール面に垂直な方向を軸とする回転ずれ量を求める回転ずれ算出手段とを有することを特徴とする。また、１本のメインスケールに対し、前記長手方向位置検出手段と前記揺動検出手段のうちいずれか一方を１つ以上備えた少なくとも１つ以上のスライダを持つことを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明の光学式位置検出装置によれば、メインスケール上にはメインスケール長手方向に垂直な格子線を持った長手方向位置検出用格子トラックと長手方向に平行な格子線を持った揺動検出用格子トラックとが備えられており、長手方向の位置を位置検出用格子トラックに対向する長手方向位置検出手段によって、そして、長手方向に垂直な方向のずれ量を揺動検出用格子トラックに対向する揺動検出手段によって検出する。また、回転ずれ算出手段は、揺動検出用格子トラックに複数の揺動検出手段を対向させることによってメインスケール面に垂直な軸を中心に発生する回転ずれ量も検出する。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明の第１の実施例を示すものである。第１部材と第２部材と加工用工具との関係は図９と同じであるので説明を省略する。この実施例によれば、第１部材には１本のメインスケール１０が取り付けられており、一方の第２部材には３つのスライダ２０、２１、２２が取り付けられている。３つのスライダ２０〜２２のうち両端のスライダ２１、２２には、メインスケールの長手方向に垂直なＹ軸方向のずれを検出する揺動検出手段としての揺動検出部が具備されている。また、中央のスライダ２０にはメインスケールの長手方向に関する位置を検出する長手方向位置検出手段としての長手方向位置検出部が具備されている。
【０００８】次に、この実施例に使われるメインスケール１０、揺動検出部および長手方向位置検出部について具体的に説明する。図２は本実施例で使われるメインスケール１０を示すものである。メインスケール１０上には、揺動検出用格子トラック１１と長手方向位置検出用格子トラック１２が形成されている。揺動検出用トラック１１は、例えばエッチング等によって形成された光学格子であり格子線方向はメインスケール長手方向である。長手方向位置検出用格子トラック１２も、揺動検出用トラック１１同様な方法で形成された光学格子であるが格子線方向はメインスケール長手方向に垂直な方向である。揺動検出部を図３に示し動作を説明する。揺動検出部は発光素子３１とコリメータレンズ３２とインデックススケール３３と光電変換素子３４とからなっており、発光素子３１から出た光はコリメータレンズ３２によって平行光束となりメインスケール１０の揺動検出用格子トラック１１を透過し、さらにインデックススケール３３上の格子トラックも透過して、光電変換素子３４で光電変換される。また、インデックススケール３３上の格子トラックの格子線方向は、メインスケール１０上の揺動検出用格子トラック１１に対応してそれと平行になるように形成されている。このような構成を有する揺動検出部が、各スライダ２１、２２の移動に対応してメインスケール１０に対してＹ方向に変位するとメインスケール１０上の格子線とインデックススケール３３上の格子線との対向関係が変化して光電変換素子３４に入射する光量も変化する。この光量変化からメインスケール１０に対する揺動検出部のＹ方向のずれ量を検出することができる。長手方向位置検出部を図４に示し動作を説明する。長手方向位置検出部は、発光素子３１とコリメータレンズ３２とインデックススケール４３と光電変換素子４４とからなっており、発光素子３１から出た光はコリメータレンズ３２によって平行光束となり、メインスケール１０の長手方向位置検出用格子トラック１２を透過し、さらにインデックススケール４３上の格子トラックも透過して、光電変換素子４４で光電変換される。また、インデックススケール４３上の格子トラックの格子線方向は、メインスケール１０上の長手方向位置検出用格子トラック１２に対応してそれと平行になるように形成されている。このような構成を有する長手方向位置検出部が、スライダ２０の移動に対応してメインスケール１０に対してＺ方向に変位するとメインスケール１０上の格子線とインデックススケール４３上の格子線との対向関係が変化して光電変換素子４４に入射する光量も変化する。この光量変化からメインスケール１０に対する長手方向位置検出部のＺ方向の位置を検出することができる。
【０００９】次に、上述したメインスケール１０、揺動検出部および長手方向位置検出部を具備した光学式位置検出装置の動作を図１を用いて説明する。従来技術の説明で述べたように、図示した加工機において、第２部材２の移動をガイドするガイド機構が理想的であれば、第２部材２は姿勢を変えることなしに第１部材１上でＺ方向にだけ直線的に移動する。しかしながら、現実にはガイド機構の真直度誤差やガタ等によって、第２部材２がわずかながらＹ方向に変位したり、Ｘ方向を軸として回転するいわゆるピッチングを発生することがある。このようなずれが発生すると、光学式位置検出装置のスライダ２０の検出点Ｄａはメインスケール１０上で正確な位置に位置決めされているにもかかわらず、加工用工具３の刃先位置ＭはＺ方向やＹ方向にずれることとなり正確な加工ができなくなる。例えば、第２部材２がピッチングによってＸ軸を中心に左に回転すると、刃先はＥだけずれてしまい加工誤差を発生してしまう。また、第２部材２がＹ方向に平行に変位した場合は当然加工点ＭもＹ方向にずれてしまい加工誤差を発生してしまう。しかし、本実施例によれば、もし、第２部材２が姿勢を変えることなくＹ方向にずれた場合は、揺動検出部を備えたスライダ２１、２２には同じ向きで同じ量のＹ方向ずれ量が検出される。その場合は、Ｙ方向の位置を制御する制御装置とアクチュエータ（図示せず）によって、検出された量だけ移動させることによってずれ量は補正され、加工用工具３の加工点Ｍを正確な位置に位置決めすることができる。また、第２部材２が例えば点Ｄａを中心にＸ方向を軸として左方向に回転ずれを発生した場合、揺動検出部を備えたスライダ２１、２２には逆の向きで同じ量のＹ方向のずれが発生するが、本実施例においては、この揺動検出部から得られたずれ量から、第１部材１に対する第２部材２のメインスケール１０の面に垂直な方向を軸とする回転ずれ量を求める回転ずれ算出手段としての回転ずれ算出部１５を設けたことで、その回転ずれ量を求めることができる。例えば、そのずれ量をｄとすると傾斜の勾配は２ｄ／（Ｌ１＋Ｌ２）となり、回転中心Ｄａから加工点Ｍまでの距離をＬ０とすると、加工点Ｍのずれ量Ｅは、２ｄ・Ｌ０／（Ｌ１＋Ｌ２）で表される。ここで、回転の中心Ｄａから加工点Ｍとを結ぶ線と座標軸のなす角度が分かっていれば、このずれ量ＥのＹ方向成分とＺ方向成分である回転ずれ量Ｅy 、Ｅz をそれぞれ算出することができる。したがって、Ｙ方向の位置を制御する制御装置とアクチュエータ（図示せず）によって、加工点ＭのずれのＹ方向成分Ｅy だけ加工点を移動させることによってＹ方向ずれ量は補正され、同様にＺ方向の位置を制御する制御装置とアクチュエータ（図示せず）によって、加工点のずれのＺ方向成分Ｅz だけ加工点を移動させることによってＺ方向ずれ量は補正され加工用工具３の加工点Ｍを正確な位置に位置決めすることができる。第２部材２のＹ軸に平行なずれと、回転ずれが同時に起こった場合でも上述の方法を組み合わせれば簡単に加工点Ｍの位置を正確に位置決めすることができる。なお、上記においては、２つのスライダ２１、２２を用いて加工点Ｍのずれ量Ｅを求めたが、回転の中心Ｄａ以外の位置に設けられ１つの揺動検出部を備えた１つのスライダのみでも多少の精度は劣るが回転ずれ量を求めることができる。
【００１０】本発明の第２の実施例を図５に示し、説明する。基本的な構成は第１の実施例と同じであるので説明を省略する。本実施例では、第２部材２には２つのスライダ５０、５１が取付けられている。２つのスライダのうちスライダ５１には前述した揺動検出部が具備されており、もう一方のスライダ５０には揺動検出部と前述した長手方向位置検出部とが両方具備されている。この場合第２部材２のＺ方向の位置は、スライダ５０内の長手方向位置検出部によって検出可能である。また、第２部材２のＹ方向のずれやＸ軸を中心にしたピッチングはスライダ４０内の揺動検出部と、スライダ５１内の揺動検出部とによって検出し、第１の実施例と同じように補正することによって簡単に加工点の位置を正確に位置決めすることができる。
【００１１】本発明の第３の実施例を図６に示し、説明する。基本的な構成は第１の実施例と同じであるので説明を省略する。本実施例では、第２部材２には１つのスライダ６０が取付けられている。スライダ６０には２つの前述した揺動検出部と前述した１つの長手方向位置検出部とが両方具備されている。この場合、第２部材２のＺ方向の位置は、長手方向位置検出部によって検出可能である。また、第２部材のＹ方向のずれやＸ軸を中心にしたピッチングは２つの揺動検出部とによって検出し、第１の実施例と同じように補正することによって簡単に加工点の位置を正確に位置決めすることができる。また、このように２つの揺動検出部と長手方向位置検出部を合わせ持つ構成を簡素化したスライダの内部の構成の例を図７に示す。この構成においては、１つのインデックススケール５３上に揺動検出のための２つの格子トラックと長手方向位置検出のための格子トラックが併せて施されている。そして、一組の発光素子３１とコリメータレンズ３２で揺動検出と長手方向位置検出に必要な範囲を照らしている。メインスケール１０とインデックススケール５３上の３つの格子トラックを透過した光はそれぞれに光電変換素子で光電変換される。この実施例によれば、１のスライダで効果を得ることができるので省スペースに寄与する。また、図７のように一体化されたインデックススケール５３や、１組の発光素子３１とコリメータレンズ３２による構成によってさらにスライダ自体をコンパクトにすることができる。
【００１２】本発明の第４の実施例を図８に示し説明する。本実施例では、前述の実施例で説明したメインスケール１０を第１のメインスケールとした場合、この第１のメインスケールに対して垂直でかつ長手方向に平行になるように新たに第２のメインスケール１２０を設けたことを特徴とする。この第２のメインスケール１２０には、長手方向に平行な格子線を持つ第２の揺動検出用トラック１３が設けられている。また、スライダ側の検出手段は図示しないが第２の揺動検出用トラック１３に対応して新たに第２の揺動検出部を設ける。このように構成された実施例によれば、第２部材のＹ方向のずれだけでなくＸ方向のずれも検出することができる。また、第２の揺動検出用トラックに対して複数の揺動検出部を設けることにより第２部材がＹ軸のまわりに回転するずれ、つまり、ヨーイング成分も検出することができる。したがって、この実施例によれば、第２部材のＺ方向の位置の他に、Ｙ方向のずれ、Ｘ方向のずれ、そして、Ｘ軸を中心とした回転ずれ（ピッチング）、Ｙ軸を中心とした回転ずれ（ヨーイング）を同時に検出することが可能となる。なお、上記各実施例における検出手段では、メインスケールを透過した光を光電変換する構成にしたが、メインスケールに反射する光を光電変換するような構成にしても同等の効果を得ることができる。また、本発明は、１本のメインスケールに対し、長手方向位置検出手段と揺動検出手段のうちいずれか一方を１つ以上備えた少なくとも１つ以上のスライダを持つことを特徴とするものなので、長手方向位置検出部、揺動検出部及びこれらを備えるスライダの組合せは、上述した各実施例に限られたものではない。
【００１３】
【発明の効果】本発明の光学式位置検出装置は、第１部材上に取付けられ長手方向位置検出用格子トラックと揺動検出用トラックが両方設けられた１本のメインスケールと、第２部材上にとりつけられた長手方向位置検出手段と少なくとも１つ以上の揺動検出手段によって、第１部材上でメインスケール長手方向に移動する第２部材の位置を読み取るだけでなく、回転ずれ算出手段を設けたことにより第２部材のメインスケール長手方向に垂直な方向に関するずれ量や、メインスケール面に垂直な方向を軸とする回転ずれ量を検出することができる。従って、制御装置やアクチュエータで検出したずれ量を補正して制御することで、第２部材上の加工工具の加工点の位置を正確に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る光学式位置検出装置の第１実施例の構成を示す概略図である。
【図２】 第１実施例で使われるメインスケールを示す概略図である。
【図３】 第１実施例の揺動検出部を説明する概略図である。
【図４】 第１実施例の長手方向位置検出部を説明する概略図である。
【図５】 第２実施例の構成を示す概略図である。
【図６】 第３実施例の構成を示す概略図である。
【図７】 第３実施例の揺動検出部と長手方向位置検出部を説明する概略図である。
【図８】 第４実施例で使われるメインスケールを示す概略図である。
【図９】 従来の光学式位置検出装置と従来の光学式位置検出装置を使った加工機を示した概略図である。
【図１０】 従来のスライダの内部に設けられた検出手段の構成を示した図である。
【図１１】 従来の光学式位置検出装置で使われるメインスケールを示す概略図である。
【符号の説明】
１ 第１部材
２ 第２部材
３ 加工工具
１０、１１０、１２０ メインスケール
１１１ 格子トラック
１１、１３ 揺動検出用格子トラック
１２ 長手方向位置検出用格子トラック
１５ 回転ずれ算出部
２０、２１、２２、５０、５１、６０、１２０ スライダ
３１ 発光素子
３２ コリメータレンズ
３３、４３、５３、１３３ インデックススケール
３４、４４、１３４ 光電変換素子
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は工作機械等のテーブル等が直線運動したときの位置を検出して位置データを出力する光学式位置検出装置、特にその位置ずれを確実に検出する光学式位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は、従来の光学式位置検出装置と従来の光学式位置検出装置を使った加工機を示した概略図である。なお、紙面に垂直な方向をＸ軸、図の上下方向をＹ軸、図の左右方向をＺ軸と呼ぶ。一般的に光学式位置検出装置は、目盛の記録されたメインスケール１１０と、メインスケール１１０に対してその長手方向に相対変位してメインスケール１１０上の目盛を読み取り、メインスケール１１０の長手方向に関する位置を検出する機能を備えたスライダ１２０と、からなっている。光学式位置検出装置のメインスケール１１０は、通常、加工機のベッドと呼ばれる第１部材１に取付けられている。そして、スライダ１２０は第１部材に対してＺ方向つまりメインスケールの長手方向に相対移動する第２部材２に取り付けられている。さらに第２部材には加工用工具３が取り付けられており所望の加工を行なう。このような構成の加工機では、第１部材に対する第２部材のＺ方向の位置を光学式位置検出装置で検出し、検出した位置データを制御装置で読み込み、モータ等のアクチュエータを使って第２部材を第１部材上でＺ方向に移動させることにより、加工用工具３の加工点Ｍを所望の位置に正確に位置決めさせる。
【０００３】次に、従来の光学式位置検出装置の内部の構成を図１０に示し、以下にその機能を簡単に説明する。前述したスライダ１２０には、発光素子３１とコリメータレンズ３２とインデックススケール１３３と光電変換素子１３４とからなる検出手段が含まれており、メインスケール１１０上に記録された目盛を読み取る。動作を具体的に説明すると、発光素子３１から出てコリメータレンズ３２で平行光束となった光が，メインスケール１１０とインデックススケール１３３を透過した後、光電変換素子１３４に入射し光電変換される。メインスケール１１０の格子トラックには、図１１のように光学格子がその格子線方向がメインスケールの長手方向に垂直になるように施されている。また、インデックススケール１３３にも、メインスケール１１０の格子トラックに対応して格子トラックが設けられている。ここでメインスケール１１０に対し、スライダがメインスケール１１０の長手方向に相対的に変位すると光電変換素子１３４に入射する光量が周期的に変化し、変位信号を得ることができる。通常，この周期的な変位信号をカウントしたり、さらに細かく内挿分割して位置検出を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図９に示した加工機において、第２部材の移動をガイドするガイド機構が理想的であれば、第２部材は姿勢を変えることなしに第１部材上でＺ方向にだけ直線的に移動する。しかしながら、現実にはガイド機構の真直度誤差やガタ等によって、第２部材がわずかながらＹ方向に変位したり、Ｘ方向を軸として回転するいわゆるピッチングを発生することがある。このようなずれが発生すると、図９に示した光学式位置検出装置のスライダの検出点Ｄａは、メインスケール上で正確な位置に位置決めされているにもかかわらず、加工用工具の加工点、つまり刃先位置ＭはＺ方向やＹ方向にずれることとなり正確な加工ができなくなる。例えば、第２部材がピッチングによってＸ軸を中心に左に回転すると、刃先はＥだけずれてしまい加工誤差を発生してしまう。また、第２部材がＹ方向に変位した場合は当然加工点ＭもＹ方向にずれてしまい加工誤差を発生してしまう。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、メインスケール長手方向位置だけでなく、長手方向に垂直なずれ量やメインスケール面に垂直な方向を軸とする回転ずれを検出可能な光学式位置検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するために、本発明に係る光学式位置検出装置は、スケール長手方向に垂直な格子線を持った長手方向位置検出用格子トラックとスケール長手方向に平行な格子線を持った揺動検出用格子トラックとがそれぞれスケール長手方向に沿って施され、第１部材に取り付けられたメインスケールと、前記第１部材と相対的に前記メインスケールの長手方向のみに移動する第２部材に取り付けられ、光源と前記メインスケール上の長手方向位置検出用格子トラックに対応する格子トラックが施された位置検出用インデックススケールと前記メインスケールを透過あるいは反射した光を光電変換する光電変換素子とを備え、前記第２部材の移動に対応した前記長手方向位置検出用格子トラックの格子線と前記位置検出用インデックススケールの格子トラックとの対向関係の変化によって、前記メインスケール長手方向に関する位置を検出する長手方向位置検出手段と、前記第２部材に取り付けられ、光源と前記メインスケール上の揺動検出用格子トラックに対応する格子トラックが施された揺動検出用インデックススケールと前記メインスケールを透過あるいは反射した光を光電変換する光電変換素子とを備え、前記第２部材の移動に対応した前記揺動検出用格子トラックの格子線と前記揺動検出用インデックススケールの格子トラックとの対向関係の変化によって、前記メインスケールの長手方向に垂直な方向に関するずれ量を検出する２つの揺動検出手段と、２つの前記揺動検出手段が前記第２部材に取り付けられており、前記各揺動検出手段が検出したずれ量及び前記各揺動検出手段間のメインスケール長手方向に平行な方向の距離に基づき前記第１部材に対する前記第２部材のメインスケール面に垂直な方向を軸とする回転ずれ量を求める回転ずれ算出手段とを有することを特徴とする。また、１本のメインスケールに対し、前記長手方向位置検出手段と前記揺動検出手段のうちいずれか一方を１つ以上備えた少なくとも１つ以上のスライダを持つことを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明の光学式位置検出装置によれば、メインスケール上にはメインスケール長手方向に垂直な格子線を持った長手方向位置検出用格子トラックと長手方向に平行な格子線を持った揺動検出用格子トラックとが備えられており、長手方向の位置を位置検出用格子トラックに対向する長手方向位置検出手段によって、そして、長手方向に垂直な方向のずれ量を揺動検出用格子トラックに対向する揺動検出手段によって検出する。また、回転ずれ算出手段は、揺動検出用格子トラックに複数の揺動検出手段を対向させることによってメインスケール面に垂直な軸を中心に発生する回転ずれ量も検出する。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明の第１の実施例を示すものである。第１部材と第２部材と加工用工具との関係は図９と同じであるので説明を省略する。この実施例によれば、第１部材には１本のメインスケール１０が取り付けられており、一方の第２部材には３つのスライダ２０、２１、２２が取り付けられている。３つのスライダ２０〜２２のうち両端のスライダ２１、２２には、メインスケールの長手方向に垂直なＹ軸方向のずれを検出する揺動検出手段としての揺動検出部が具備されている。また、中央のスライダ２０にはメインスケールの長手方向に関する位置を検出する長手方向位置検出手段としての長手方向位置検出部が具備されている。
【０００８】次に、この実施例に使われるメインスケール１０、揺動検出部および長手方向位置検出部について具体的に説明する。図２は本実施例で使われるメインスケール１０を示すものである。メインスケール１０上には、揺動検出用格子トラック１１と長手方向位置検出用格子トラック１２が形成されている。揺動検出用トラック１１は、例えばエッチング等によって形成された光学格子であり格子線方向はメインスケール長手方向である。長手方向位置検出用格子トラック１２も、揺動検出用トラック１１同様な方法で形成された光学格子であるが格子線方向はメインスケール長手方向に垂直な方向である。揺動検出部を図３に示し動作を説明する。揺動検出部は発光素子３１とコリメータレンズ３２とインデックススケール３３と光電変換素子３４とからなっており、発光素子３１から出た光はコリメータレンズ３２によって平行光束となりメインスケール１０の揺動検出用格子トラック１１を透過し、さらにインデックススケール３３上の格子トラックも透過して、光電変換素子３４で光電変換される。また、インデックススケール３３上の格子トラックの格子線方向は、メインスケール１０上の揺動検出用格子トラック１１に対応してそれと平行になるように形成されている。このような構成を有する揺動検出部が、各スライダ２１、２２の移動に対応してメインスケール１０に対してＹ方向に変位するとメインスケール１０上の格子線とインデックススケール３３上の格子線との対向関係が変化して光電変換素子３４に入射する光量も変化する。この光量変化からメインスケール１０に対する揺動検出部のＹ方向のずれ量を検出することができる。長手方向位置検出部を図４に示し動作を説明する。長手方向位置検出部は、発光素子３１とコリメータレンズ３２とインデックススケール４３と光電変換素子４４とからなっており、発光素子３１から出た光はコリメータレンズ３２によって平行光束となり、メインスケール１０の長手方向位置検出用格子トラック１２を透過し、さらにインデックススケール４３上の格子トラックも透過して、光電変換素子４４で光電変換される。また、インデックススケール４３上の格子トラックの格子線方向は、メインスケール１０上の長手方向位置検出用格子トラック１２に対応してそれと平行になるように形成されている。このような構成を有する長手方向位置検出部が、スライダ２０の移動に対応してメインスケール１０に対してＺ方向に変位するとメインスケール１０上の格子線とインデックススケール４３上の格子線との対向関係が変化して光電変換素子４４に入射する光量も変化する。この光量変化からメインスケール１０に対する長手方向位置検出部のＺ方向の位置を検出することができる。
【０００９】次に、上述したメインスケール１０、揺動検出部および長手方向位置検出部を具備した光学式位置検出装置の動作を図１を用いて説明する。従来技術の説明で述べたように、図示した加工機において、第２部材２の移動をガイドするガイド機構が理想的であれば、第２部材２は姿勢を変えることなしに第１部材１上でＺ方向にだけ直線的に移動する。しかしながら、現実にはガイド機構の真直度誤差やガタ等によって、第２部材２がわずかながらＹ方向に変位したり、Ｘ方向を軸として回転するいわゆるピッチングを発生することがある。このようなずれが発生すると、光学式位置検出装置のスライダ２０の検出点Ｄａはメインスケール１０上で正確な位置に位置決めされているにもかかわらず、加工用工具３の刃先位置ＭはＺ方向やＹ方向にずれることとなり正確な加工ができなくなる。例えば、第２部材２がピッチングによってＸ軸を中心に左に回転すると、刃先はＥだけずれてしまい加工誤差を発生してしまう。また、第２部材２がＹ方向に平行に変位した場合は当然加工点ＭもＹ方向にずれてしまい加工誤差を発生してしまう。しかし、本実施例によれば、もし、第２部材２が姿勢を変えることなくＹ方向にずれた場合は、揺動検出部を備えたスライダ２１、２２には同じ向きで同じ量のＹ方向ずれ量が検出される。その場合は、Ｙ方向の位置を制御する制御装置とアクチュエータ（図示せず）によって、検出された量だけ移動させることによってずれ量は補正され、加工用工具３の加工点Ｍを正確な位置に位置決めすることができる。また、第２部材２が例えば点Ｄａを中心にＸ方向を軸として左方向に回転ずれを発生した場合、揺動検出部を備えたスライダ２１、２２には逆の向きで同じ量のＹ方向のずれが発生するが、本実施例においては、この揺動検出部から得られたずれ量から、第１部材１に対する第２部材２のメインスケール１０の面に垂直な方向を軸とする回転ずれ量を求める回転ずれ算出手段としての回転ずれ算出部１５を設けたことで、その回転ずれ量を求めることができる。例えば、そのずれ量をｄとすると傾斜の勾配は２ｄ／（Ｌ１＋Ｌ２）となり、回転中心Ｄａから加工点Ｍまでの距離をＬ０とすると、加工点Ｍのずれ量Ｅは、２ｄ・Ｌ０／（Ｌ１＋Ｌ２）で表される。ここで、回転の中心Ｄａから加工点Ｍとを結ぶ線と座標軸のなす角度が分かっていれば、このずれ量ＥのＹ方向成分とＺ方向成分である回転ずれ量Ｅy 、Ｅz をそれぞれ算出することができる。したがって、Ｙ方向の位置を制御する制御装置とアクチュエータ（図示せず）によって、加工点ＭのずれのＹ方向成分Ｅy だけ加工点を移動させることによってＹ方向ずれ量は補正され、同様にＺ方向の位置を制御する制御装置とアクチュエータ（図示せず）によって、加工点のずれのＺ方向成分Ｅz だけ加工点を移動させることによってＺ方向ずれ量は補正され加工用工具３の加工点Ｍを正確な位置に位置決めすることができる。第２部材２のＹ軸に平行なずれと、回転ずれが同時に起こった場合でも上述の方法を組み合わせれば簡単に加工点Ｍの位置を正確に位置決めすることができる。なお、上記においては、２つのスライダ２１、２２を用いて加工点Ｍのずれ量Ｅを求めたが、回転の中心Ｄａ以外の位置に設けられ１つの揺動検出部を備えた１つのスライダのみでも多少の精度は劣るが回転ずれ量を求めることができる。
【００１０】本発明の第２の実施例を図５に示し、説明する。基本的な構成は第１の実施例と同じであるので説明を省略する。本実施例では、第２部材２には２つのスライダ５０、５１が取付けられている。２つのスライダのうちスライダ５１には前述した揺動検出部が具備されており、もう一方のスライダ５０には揺動検出部と前述した長手方向位置検出部とが両方具備されている。この場合第２部材２のＺ方向の位置は、スライダ５０内の長手方向位置検出部によって検出可能である。また、第２部材２のＹ方向のずれやＸ軸を中心にしたピッチングはスライダ４０内の揺動検出部と、スライダ５１内の揺動検出部とによって検出し、第１の実施例と同じように補正することによって簡単に加工点の位置を正確に位置決めすることができる。
【００１１】本発明の第３の実施例を図６に示し、説明する。基本的な構成は第１の実施例と同じであるので説明を省略する。本実施例では、第２部材２には１つのスライダ６０が取付けられている。スライダ６０には２つの前述した揺動検出部と前述した１つの長手方向位置検出部とが両方具備されている。この場合、第２部材２のＺ方向の位置は、長手方向位置検出部によって検出可能である。また、第２部材のＹ方向のずれやＸ軸を中心にしたピッチングは２つの揺動検出部とによって検出し、第１の実施例と同じように補正することによって簡単に加工点の位置を正確に位置決めすることができる。また、このように２つの揺動検出部と長手方向位置検出部を合わせ持つ構成を簡素化したスライダの内部の構成の例を図７に示す。この構成においては、１つのインデックススケール５３上に揺動検出のための２つの格子トラックと長手方向位置検出のための格子トラックが併せて施されている。そして、一組の発光素子３１とコリメータレンズ３２で揺動検出と長手方向位置検出に必要な範囲を照らしている。メインスケール１０とインデックススケール５３上の３つの格子トラックを透過した光はそれぞれに光電変換素子で光電変換される。この実施例によれば、１のスライダで効果を得ることができるので省スペースに寄与する。また、図７のように一体化されたインデックススケール５３や、１組の発光素子３１とコリメータレンズ３２による構成によってさらにスライダ自体をコンパクトにすることができる。
【００１２】本発明の第４の実施例を図８に示し説明する。本実施例では、前述の実施例で説明したメインスケール１０を第１のメインスケールとした場合、この第１のメインスケールに対して垂直でかつ長手方向に平行になるように新たに第２のメインスケール１２０を設けたことを特徴とする。この第２のメインスケール１２０には、長手方向に平行な格子線を持つ第２の揺動検出用トラック１３が設けられている。また、スライダ側の検出手段は図示しないが第２の揺動検出用トラック１３に対応して新たに第２の揺動検出部を設ける。このように構成された実施例によれば、第２部材のＹ方向のずれだけでなくＸ方向のずれも検出することができる。また、第２の揺動検出用トラックに対して複数の揺動検出部を設けることにより第２部材がＹ軸のまわりに回転するずれ、つまり、ヨーイング成分も検出することができる。したがって、この実施例によれば、第２部材のＺ方向の位置の他に、Ｙ方向のずれ、Ｘ方向のずれ、そして、Ｘ軸を中心とした回転ずれ（ピッチング）、Ｙ軸を中心とした回転ずれ（ヨーイング）を同時に検出することが可能となる。なお、上記各実施例における検出手段では、メインスケールを透過した光を光電変換する構成にしたが、メインスケールに反射する光を光電変換するような構成にしても同等の効果を得ることができる。また、本発明は、１本のメインスケールに対し、長手方向位置検出手段と揺動検出手段のうちいずれか一方を１つ以上備えた少なくとも１つ以上のスライダを持つことを特徴とするものなので、長手方向位置検出部、揺動検出部及びこれらを備えるスライダの組合せは、上述した各実施例に限られたものではない。
【００１３】
【発明の効果】本発明の光学式位置検出装置は、第１部材上に取付けられ長手方向位置検出用格子トラックと揺動検出用トラックが両方設けられた１本のメインスケールと、第２部材上にとりつけられた長手方向位置検出手段と少なくとも１つ以上の揺動検出手段によって、第１部材上でメインスケール長手方向に移動する第２部材の位置を読み取るだけでなく、回転ずれ算出手段を設けたことにより第２部材のメインスケール長手方向に垂直な方向に関するずれ量や、メインスケール面に垂直な方向を軸とする回転ずれ量を検出することができる。従って、制御装置やアクチュエータで検出したずれ量を補正して制御することで、第２部材上の加工工具の加工点の位置を正確に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る光学式位置検出装置の第１実施例の構成を示す概略図である。
【図２】 第１実施例で使われるメインスケールを示す概略図である。
【図３】 第１実施例の揺動検出部を説明する概略図である。
【図４】 第１実施例の長手方向位置検出部を説明する概略図である。
【図５】 第２実施例の構成を示す概略図である。
【図６】 第３実施例の構成を示す概略図である。
【図７】 第３実施例の揺動検出部と長手方向位置検出部を説明する概略図である。
【図８】 第４実施例で使われるメインスケールを示す概略図である。
【図９】 従来の光学式位置検出装置と従来の光学式位置検出装置を使った加工機を示した概略図である。
【図１０】 従来のスライダの内部に設けられた検出手段の構成を示した図である。
【図１１】 従来の光学式位置検出装置で使われるメインスケールを示す概略図である。
【符号の説明】
１ 第１部材
２ 第２部材
３ 加工工具
１０、１１０、１２０ メインスケール
１１１ 格子トラック
１１、１３ 揺動検出用格子トラック
１２ 長手方向位置検出用格子トラック
１５ 回転ずれ算出部
２０、２１、２２、５０、５１、６０、１２０ スライダ
３１ 発光素子
３２ コリメータレンズ
３３、４３、５３、１３３ インデックススケール
３４、４４、１３４ 光電変換素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】 スケール長手方向に垂直な格子線を持った長手方向位置検出用格子トラックとスケール長手方向に平行な格子線を持った揺動検出用格子トラックとがそれぞれスケール長手方向に沿って施され、第１部材に取り付けられたメインスケールと、前記第１部材と相対的に前記メインスケールの長手方向のみに移動する第２部材に取り付けられ、光源と前記メインスケール上の長手方向位置検出用格子トラックに対応する格子トラックが施された位置検出用インデックススケールと前記メインスケールを透過あるいは反射した光を光電変換する光電変換素子とを備え、前記第２部材の移動に対応した前記長手方向位置検出用格子トラックの格子線と前記位置検出用インデックススケールの格子トラックとの対向関係の変化によって、前記メインスケール長手方向に関する位置を検出する長手方向位置検出手段と、前記第２部材に取り付けられ、光源と前記メインスケール上の揺動検出用格子トラックに対応する格子トラックが施された揺動検出用インデックススケールと前記メインスケールを透過あるいは反射した光を光電変換する光電変換素子とを備え、前記第２部材の移動に対応した前記揺動検出用格子トラックの格子線と前記揺動検出用インデックススケールの格子トラックとの対向関係の変化によって、前記メインスケールの長手方向に垂直な方向に関するずれ量を検出する２つの揺動検出手段と、２つの前記揺動検出手段が前記第２部材に取り付けられており、前記各揺動検出手段が検出したずれ量及び前記各揺動検出手段間のメインスケール長手方向に平行な方向の距離に基づき前記第１部材に対する前記第２部材のメインスケール面に垂直な方向を軸とする回転ずれ量を求める回転ずれ算出手段と、を有することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】 １本のメインスケールに対し、前記長手方向位置検出手段と前記揺動検出手段のうち少なくともいずれか一方を１つ以上備えた少なくとも１つ以上のスライダを持つことを特徴とする請求項１記載の光学式位置検出装置。
【請求項１】 スケール長手方向に垂直な格子線を持った長手方向位置検出用格子トラックとスケール長手方向に平行な格子線を持った揺動検出用格子トラックとがそれぞれスケール長手方向に沿って施され、第１部材に取り付けられたメインスケールと、前記第１部材と相対的に前記メインスケールの長手方向のみに移動する第２部材に取り付けられ、光源と前記メインスケール上の長手方向位置検出用格子トラックに対応する格子トラックが施された位置検出用インデックススケールと前記メインスケールを透過あるいは反射した光を光電変換する光電変換素子とを備え、前記第２部材の移動に対応した前記長手方向位置検出用格子トラックの格子線と前記位置検出用インデックススケールの格子トラックとの対向関係の変化によって、前記メインスケール長手方向に関する位置を検出する長手方向位置検出手段と、前記第２部材に取り付けられ、光源と前記メインスケール上の揺動検出用格子トラックに対応する格子トラックが施された揺動検出用インデックススケールと前記メインスケールを透過あるいは反射した光を光電変換する光電変換素子とを備え、前記第２部材の移動に対応した前記揺動検出用格子トラックの格子線と前記揺動検出用インデックススケールの格子トラックとの対向関係の変化によって、前記メインスケールの長手方向に垂直な方向に関するずれ量を検出する２つの揺動検出手段と、２つの前記揺動検出手段が前記第２部材に取り付けられており、前記各揺動検出手段が検出したずれ量及び前記各揺動検出手段間のメインスケール長手方向に平行な方向の距離に基づき前記第１部材に対する前記第２部材のメインスケール面に垂直な方向を軸とする回転ずれ量を求める回転ずれ算出手段と、を有することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】 １本のメインスケールに対し、前記長手方向位置検出手段と前記揺動検出手段のうち少なくともいずれか一方を１つ以上備えた少なくとも１つ以上のスライダを持つことを特徴とする請求項１記載の光学式位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図７】
【図８】
【特許番号】特許第３２３０７８９号（Ｐ３２３０７８９）
【登録日】平成１３年９月１４日（２００１．９．１４）
【発行日】平成１３年１１月１９日（２００１．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−１７８３８４
【出願日】平成６年７月２９日（１９９４．７．２９）
【公開番号】特開平８−４３１３４
【公開日】平成８年２月１６日（１９９６．２．１６）
【審査請求日】平成１１年４月２８日（１９９９．４．２８）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【参考文献】
【文献】特開 昭５７−１８４９１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１−２９１１０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 昭５８−２４０１２（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 平４−１１５０１７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】国際公開９２／１１５０７（ＷＯ，Ａ２）
【登録日】平成１３年９月１４日（２００１．９．１４）
【発行日】平成１３年１１月１９日（２００１．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成６年７月２９日（１９９４．７．２９）
【公開番号】特開平８−４３１３４
【公開日】平成８年２月１６日（１９９６．２．１６）
【審査請求日】平成１１年４月２８日（１９９９．４．２８）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【参考文献】
【文献】特開 昭５７−１８４９１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１−２９１１０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 昭５８−２４０１２（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 平４−１１５０１７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】国際公開９２／１１５０７（ＷＯ，Ａ２）
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