変位検出装置、目盛の校正方法及び目盛の校正プログラム
【課題】容易且つ安価に構成でき、高精度な目盛の測定誤差の校正を可能とする。
【解決手段】光電式エンコーダ１００は、スケール１０、検出ユニット２０、演算部３０を有する。検出ユニット２０は、少なくとも３つの検出部２１〜２３を有する。各検出部は、第１検出部２１及び第２検出部２２間の測定点の間隔が、物理的に配置可能な最小間隔ｄとなるように配置され、第２検出部２２及び第３検出部２３間の測定点の間隔が、最小間隔ｄよりも大きな間隔となるように配置される。第１検出部２１の測定点の出力を１ステップ前の他の検出部の測定点に合わせるように制御しつつ検出ユニット２０をステップさせてサンプリングを行う。各検出部の測定点の間隔がすべてｄ以上となるにもかかわらず、ｄ以下のサンプリング間隔で測定誤差を算出し、自律校正曲線を得てスケールの位置情報を補正することができる。
【解決手段】光電式エンコーダ１００は、スケール１０、検出ユニット２０、演算部３０を有する。検出ユニット２０は、少なくとも３つの検出部２１〜２３を有する。各検出部は、第１検出部２１及び第２検出部２２間の測定点の間隔が、物理的に配置可能な最小間隔ｄとなるように配置され、第２検出部２２及び第３検出部２３間の測定点の間隔が、最小間隔ｄよりも大きな間隔となるように配置される。第１検出部２１の測定点の出力を１ステップ前の他の検出部の測定点に合わせるように制御しつつ検出ユニット２０をステップさせてサンプリングを行う。各検出部の測定点の間隔がすべてｄ以上となるにもかかわらず、ｄ以下のサンプリング間隔で測定誤差を算出し、自律校正曲線を得てスケールの位置情報を補正することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リニアエンコーダやロータリエンコーダ等に応用される、変位検出装置、目盛の校正方法及び目盛の校正プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンコーダ等の変位測定装置の測定誤差は出荷前に評価される。誤差評価の基準には、レーザ干渉計などの高精度な変位センサが用いられる。得られた誤差データは出荷前検査表という形でエンコーダと共に出荷され、エンコーダの性能を保証する重要な資料となる。
しかしながら、工作機械や測定機などのアプリケーションにエンコーダのスケールを取り付ける時、スケールの材質や長さ、及び固定方法によってスケールが撓むことがある。場合によっては、生じたスケールの撓みによって要求仕様に対して無視できないレベルで測定誤差が発生し、予め評価された誤差データの信頼性が損なわれる。
この問題を解決する手段としては、ユーザのアプリケーションにおいて基準の変位センサをセットアップし、エンコーダの測定誤差を機上校正することが考えられる。しかし、変位センサのセットアップの手間や高精度変位センサの価格を考えると、ユーザに負担がかかるため好ましくない。
【０００３】
一方、この種の変位検出装置において、例えばスケールの目盛の測定誤差を自律校正するものが知られている（特許文献１及び非特許文献１）。これらの自律校正の手法を利用することにより、高精度変位センサをアプリケーションにセットアップすることなく、エンコーダの測定誤差を校正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２４５７８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】清野 慧、「知的精密測定」、精密工学会誌、２００９年、Ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．１、ｐ．８９−９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１及び非特許文献１に開示されたもののように、複数のセンサを所定間隔で配置した構成である場合、測定誤差のサンプリング間隔はセンサ間の配置ピッチとなる。このため、配置ピッチの２倍以下の周期の測定誤差は正しく復元できず、校正可能な測定誤差の周波数には制限がかかることとなる。
【０００７】
また、センサ間の配置ピッチを狭めてこれを解決しようとすることも考えられるが、配置ピッチはセンサ同士が物理的に干渉しない最小間隔が必要となるため、これを狭めることには限界がある。
【０００８】
更に、レーザ干渉計などの高精度な変位センサを用いたり、リファレンススケールなどを用意したりすると、いたずらに高価な構成となってしまうため、望ましくない。そして、スケールが取付時などに撓んで無視できないレベルの測定誤差が発生するような場合は、基準の変位センサの再セットアップなどが必要となることがあり、やはりコストや手間がかかることとなる。
【０００９】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、レーザ干渉計やリファレンススケールなどが不要で容易且つ安価に構成でき、高精度な目盛の測定誤差の校正を可能とする変位検出装置、目盛の校正方法及び目盛の校正プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る変位検出装置は、光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を前記走査方向に配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備え、前記検出ユニットは、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔と、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔とが、互いに異なり且つ整数倍でなく、前記演算部は、前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返し、前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得ることを特徴とする。
【００１１】
このような構成においては、出力データの取得間隔であるサンプリング間隔を、検出ユニットの検出部同士の間隔よりも小さくすることができ、より細かな精度の目盛の自律校正曲線を得ることができるので、高精度な測定誤差の補正を、安価な構成で可能とすることができる。
【００１２】
本発明の１つの実施形態においては、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔と、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔との差分が、前記ｎ個の検出部同士が物理的に配置可能な最小間隔ｄよりも小さい。
【００１３】
また、本発明の他の実施形態においては、前記演算部が、前記検出ユニットを前記走査方向に往復動させて前記位置情報を取得する。
【００１４】
また、本発明の更に他の実施形態においては、前記自律校正曲線を記憶する記憶手段を更に備え、前記演算部が、前記記憶手段に記憶された自律校正曲線を参照して前記目盛の測定誤差を補正する。
【００１５】
本発明に係る目盛の校正方法は、光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔が、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔と異なり且つ整数倍でないように配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備えた変位検出装置における目盛の校正方法であって、前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返す検出ステップと、前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算ステップと、得られた自律校正曲線を参照して、前記光学格子の位置情報を補正する補正ステップとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る目盛の校正プログラムは、光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子の位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔が、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔と異なり且つ整数倍でないように配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備えた変位検出装置における目盛の校正方法をコンピュータにより実行可能な目盛の校正プログラムであって、前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向まで移動させる動作を繰り返す検出ステップと、前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算ステップと、得られた自律校正曲線を参照して、前記光学格子の位置情報を補正する補正ステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、容易且つ安価に構成でき、高精度な目盛の測定誤差の校正を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る変位検出装置を構成する光電式エンコーダの構成を示す概略図である。
【図２】スケールの目盛の自律校正の基本原理を説明するための図である。
【図３】同基本原理を説明するための図である。
【図４】同光電式エンコーダの検出ユニットの構成を説明するための図である。
【図５】同検出ユニットのステップを説明するための図である。
【図６】本発明の実施例及び比較例に係る検出ユニットのシミュレーションモデルによる作用を説明するための図である。
【図７】同実施例に係る検出ユニットのシミュレーションモデルによる作用を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る変位検出装置を構成する光電式エンコーダの検出ユニットの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る変位検出装置、目盛の校正方法及び目盛の校正プログラムを詳細に説明する。
【００２０】
［実施形態に係る変位検出装置である光電式エンコーダの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置を構成する光電式エンコーダの構成を示す概略図である。光電式エンコーダ１００は、図１に示すように、スケール１０と、検出ユニット２０と、演算部３０とを有する。ここで、光電式エンコーダ１００は、本実施形態では例えば反射型として構成されている。
【００２１】
スケール１０は、例えばテープスケールからなり、検出ユニット２０を構成する複数の検出部（第１〜第３検出部）２１，２２，２３の測定点の位置を検出するための位置情報を有する。スケール１０は、検出ユニット２０の各検出部２１〜２３から照射された光を、各検出部２１〜２３に反射させる。なお、複数の検出部は、ｎ個（ｎは３以上の整数）設けられているとよい。
【００２２】
スケール１０は、図１に示すように、矩形フィルム状の基板１１と、この基板１１上に設けられたトラック１２とを有する。基板１１の長手方向は、測定時にスケール１０が検出ユニット２０に対して相対的に移動する方向（走査方向Ｘ）である。
【００２３】
トラック１２は、パターン１２ａにて構成されている。パターン１２ａは、走査方向Ｘに沿って一定のピッチ（例えば、μｍオーダー）をもって配列され、明部又は暗部が一定周期に配置されたパターンである。
【００２４】
検出ユニット２０は、スケール１０に対して走査方向Ｘに相対移動可能に構成されている。各検出部２１〜２３は、スケール１０から位置情報を検出する。各検出部２１〜２３は、例えば第１検出部２１及び第２検出部２２間の測定点の間隔が、物理的に配置可能な最小間隔ｄとなるように配置されている。また、第２検出部２２及び第３検出部２３間の測定点の間隔が、最小間隔ｄよりも大きな間隔αｉｄ（αｉ（ｉ＝２，３，．．．，ｎ−１））となるように配置されている。なお、αｉは、１より大きく整数ではない定数である。
【００２５】
具体的には、各検出部２１〜２３は、スケール１０（トラック１２）に対して光を照射し、その反射光を受光する。そして、検出ユニット２０は、各検出部２１〜２３が受光した光に基づき、各検出部２１〜２３の測定点の位置情報を検出する。
【００２６】
演算部３０は、検出された位置情報に基づき、各検出部２１〜２３の測定点の位置を特定する。また、演算部３０は、各検出部２１〜２３により検出されたスケール１０の目盛の測定誤差を算出して精度曲線（自律校正曲線）を得る。演算部３０は、例えばコンピュータに組み込まれたＣＰＵによって構成され、得られた自律校正曲線を記憶部３１に記憶すると共に、記憶部３１から目盛の校正プログラムを読み出し、このプログラムを実行することによって、例えば自律校正曲線を参照してスケール１０の目盛の測定誤差の補正処理を行ったり、各種動作を実現する。
【００２７】
［目盛の自律校正の基本原理の説明］
図２及び図３は、スケールの目盛の自律校正の基本原理を説明するための図である。図２に示すように、まず、撓みによるピッチずれを有するスケール２０９に沿って並設された、２つの検出部２０１，２０２を有する検出ユニット２００を準備する。各検出部２０１，２０２の測定点の間隔を例えばｄとし、各検出部２０１，２０２のそれぞれの出力をｍ１（ｘ），ｍ２（ｘ）とする。ここで、ｆ（ｘ）を測定誤差とすると、出力ｍ１（ｘ）はｍ１（ｘ）＝ｘ＋ｆ（ｘ）と表され、出力ｍ２（ｘ）はｍ２（ｘ）＝（ｘ＋ｄ）＋ｆ（ｘ＋ｄ）と表される。
【００２８】
そして、測定に当たっては、検出ユニット２００を走査方向Ｘに沿って一定間隔で移動（ステップ）させ、各ステップ毎に検出部２０１，２０２の出力ｍ１（ｘ），ｍ２（ｘ）をサンプリングする。スケール２０９の全長を走査するのに要するステップ数をｎとし、検出ユニット２００に与えるステップ量をＤＳＴＥＰとすると、ｉ番目（ｉ＝０，１，．．．，ｎ）のステップにおける各検出部２０１，２０２の出力ｍ１（ＤＳＴＥＰ・ｉ），ｍ２（ＤＳＴＥＰ・ｉ）は、次式（１）及び（２）のように表される。
【００２９】
[数１]
ｍ１（ＤＳＴＥＰ・ｉ）＝ＤＳＴＥＰ・ｉ＋ｆ（ＤＳＴＥＰ・ｉ）・・・（１）
【００３０】
[数２]
ｍ２（ＤＳＴＥＰ・ｉ）＝ＤＳＴＥＰ・ｉ＋ｄ＋ｆ（ＤＳＴＥＰ・ｉ＋ｄ）・・・（２）
【００３１】
従って、出力ｍ２（ＤＳＴＥＰ・ｉ）には、出力ｍ１（ＤＳＴＥＰ・ｉ）と比べてｄだけオフセットが存在することが分かる。なお、各検出部２０１，２０２の測定点の間隔ｄは、予め何らかの方法で求めておく必要がある。
【００３２】
検出ユニット２００を走査方向Ｘの一方（例えば図中右方向）に向けてステップさせるときは、図３に示すように、進行方向の後ろ側に配置された検出部２０１の出力ｍ１（ＤＳＴＥＰ）を、１つ前のステップの進行方向の先行側に配置された検出部２０２の出力ｍ２（０）に合わせるようにステップ量を制御する。このとき、各検出部２０１，２０２間の測定点の間隔ｄは既知のものであるため、検出部２０１の出力が１つ前のステップの検出部２０２の出力と等しくなったときに、ステップ量は測定点の間隔ｄと等しくなり、次式（３）が成り立つこととなる。
【００３３】
[数３]
ＤＳＴＥＰ＝ｄ・・・（３）
【００３４】
なお、最初に検出ユニット２００をステップさせるとき（ｉ＝１のとき）、検出部２０１の出力は初期位置での検出部２０２の出力に合わせる必要がある。従って、スケール２０９はアブソリュートスケールであることが望ましいが、位置情報の検出方法によってはインクリメンタルスケールでもよい。
【００３５】
そして、ｉ番目（ｉ＝０，１，．．．，ｎ）のステップにおける測定誤差ｆ（ｄ・ｉ）は、上記式（１）及び式（３）より、次式（４）のように表すことができる。
【００３６】
[数４]
ｆ（ｄ・ｉ）＝ｍ１（ｄ・ｉ）−ｄ・ｉ・・・（４）
【００３７】
上記式（４）では、サンプリング位置を測定基準にして、検出部２０１の出力から測定誤差を求めている。こうして、各ステップが完了した後に検出部２０１の出力を取得しておき、それぞれの出力に対して上記式（４）を演算すれば、スケール２０９の全長にわたる測定誤差ｆ（ｄ・ｉ）を求めることができ、これに基づく自律校正曲線を得ることができる。
【００３８】
この自律校正曲線をスケール２０９の目盛の補正に用いれば、エンコーダの正確性の向上を望めるが、測定点の間隔ｄの低減には限界があるため、上記基本原理の構成ではより高周波で高精度な目盛の測定誤差の校正をすることができないこととなる。従って、本実施形態に係る変位検出装置は、少なくとも３つの検出部を有する検出ユニット２０を採用し、次のように自律校正を行うこととした。
【００３９】
［本実施形態に係る目盛の自律校正の説明］
図４は、光電式エンコーダの検出ユニットの構成を説明するための図である。図５は、検出ユニットのステップを説明するための図である。図１に示した検出ユニット２０は、第１〜第３検出部２１〜２３を有する構成としたが、検出ユニット２０はこれより多くの検出部を有する構成とすることができるので、ここではｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を有することとして説明する。
【００４０】
図４に示すように、検出ユニット２０は、第１検出部２１〜第ｎ検出部ｎのｎ個の検出部を有し、各検出部間の測定点の間隔は、第１検出部２１から第ｎ検出部に向かってｄ，α２ｄ，α３ｄ，．．．，αｎ−１ｄと設定されている。αｉは、１より大きく整数ではない定数であり、予め求めておく。
【００４１】
まず、初期位置で各検出部２１〜ｎの測定点での出力データを取得する。次に、初期位置で取得した出力データに基づき、例えば第１ステップにおいて第１検出部２１の測定点の出力が初期位置での第２検出部２２の測定点の出力に合うように、ステップ量を制御して検出ユニット２０を走査方向Ｘにステップさせ、第１ステップにおける測定点の出力データを取得する。
【００４２】
その後、第１ステップで取得した出力データに基づき、例えば第２ステップにおいて第１検出部２１の測定点の出力が第１ステップでの第２検出部２２の測定点の出力に合うように、ステップ量を制御して検出ユニット２０を同様にステップさせ、第２ステップにおける測定点の出力データを取得する。
【００４３】
更に、初期位置で取得した出力データに基づき、例えば第３ステップにおいて第１検出部２１の測定点の出力が初期位置での第３検出部２３の測定点の出力に合うように、ステップ量を制御して検出ユニット２０を同様にステップさせ、第３ステップにおける測定点の出力データを取得する。
【００４４】
このように、各ステップ毎に取得した第２検出部２２〜第ｎ検出部ｎの測定点の出力データに基づいて、例えば第１検出部２１の測定点の出力をこれらの測定点に合わせるようにステップ量を制御しながら検出ユニット２０をステップさせると、サンプリング間隔が間隔ｄよりも小さくなる区間（例えば、間隔（α２−１）・ｄ＜ｄ）が出現する。
【００４５】
更に、上記のようなステップをスケール全長にわたって繰り返し行うことで、ランダムに間隔ｄよりも小さなサンプリング間隔を得ることができる。このため、各検出部２１〜ｎの測定点の間隔がすべてｄ以上となるように構成されているにもかかわらず、ｄ以下のサンプリング間隔で測定誤差を算出し、自律校正曲線を得てスケールの位置情報を補正することが可能となる。
【００４６】
なお、測定誤差を求めるための測定基準はサンプリング位置であるが、すべてのサンプリング位置は既知の測定点の間隔ｄ〜αｎ−１ｄから逆算することができる。このように、本実施形態に係る変位検出装置によれば、高価な構成が不要で容易且つ安価に、高精度な目盛の測定誤差の校正を行うことが可能となる。
【実施例】
【００４７】
次に、実施例により上記構成について具体的に説明する。図６は、本発明の実施例及び比較例に係る検出ユニットのシミュレーションモデルによる作用を説明するための図である。また、図７は、実施例に係る検出ユニットのシミュレーションモデルによる作用を説明するための図である。
【００４８】
図６に示すように、実施例に係る検出ユニット２０は、３つの検出部を備え、第１検出部２１及び第２検出部２２間の測定点の間隔ｄを１０ｍｍとし、第２検出部２２及び第３検出部２３間の測定点の間隔α２ｄを１２．５ｍｍとして構成した。
【００４９】
一方、比較例に係る検出ユニット２０Ａは、２つの検出部を備え、第１検出部２１及び第２検出部２２間の測定点の間隔ｄを１０ｍｍとして構成した。従って、検出ユニット２０は上記パラメータｎ＝３，ｄ＝１，α２＝１．２５の構成であり、検出ユニット２０Ａはｎ＝２，ｄ＝１の構成である。
【００５０】
そして、各検出ユニット２０，２０Ａ毎に、第１検出部２１の測定点の出力を第２及び第３検出部２２，２３の測定点の出力に合うようにステップさせて、得られるサンプリング位置を１００ｍｍにわたってシミュレートした。その結果、比較例の検出ユニット２０Ａでは全域にわたってサンプリング間隔が１０ｍｍとなったのに対し、実施例の検出ユニット２０では６０ｍｍ以降の移動領域からサンプリング間隔が２．５ｍｍとなっていることが明らかとなった。
【００５１】
これは、比較例のサンプリング間隔に比べて１／４のサンプリング間隔である。つまり、測定点の間隔が１０ｍｍ以上であるにもかかわらず、１０ｍｍ以下のサンプリング間隔で測定誤差を演算することが可能であることを表している。従って、比較例よりも高精度な目盛の測定誤差の校正を行うことができる。
【００５２】
なお、図６に示した例では、実施例においても０〜６０ｍｍまでの移動領域においてはサンプリング間隔が必ずしも２．５ｍｍとはならないので、更なる高精度化が望めることが分かる。このため、図７に示すように、検出ユニット２０をスケール１０の検出範囲内で往復動させ、サンプリング位置を補う構成とすることが望ましい。
【００５３】
具体的には、往路においては上記のようにサンプリング位置を得て、例えば復路において第３検出部２３の測定点の出力を、往路で得た第１及び第２検出部２１，２２の測定点の出力に合わせるように検出ユニット２０をステップさせて、サンプリング位置を補完する。このようにすれば、スケールの検出範囲全長にわたってサンプリング間隔を２．５ｍｍとすることができる。
【００５４】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、光電式エンコーダはリニア型のみならず、ロータリ型であってもよい。また、図８に示すように、検出ユニット２０の少なくとも３つ以上の検出部２１，２２，２３は、例えば測定点の間隔ｄ〜αｎ−１ｄ（図８ではｄ，α２ｄ）が上述した構成となるように、３つ以上の受光領域に分けた１つの受光素子アレイで構成するようにしてもよい。更に、本発明は、一定周期の光学格子を有するインクリメンタルスケールのみならず、疑似ランダムコードパターンからなるアブソリュートスケール、及びこれらのスケールの両方又はどちらか一方を複数備えたマルチトラックスケールにも適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ スケール
１１ 基板
１２ トラック
１２ａ パターン
２０ 検出ユニット
２１ 第１検出部
２２ 第２検出部
２３ 第３検出部
３０ 演算部
３１ 記憶部
１００ 光電式エンコーダ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リニアエンコーダやロータリエンコーダ等に応用される、変位検出装置、目盛の校正方法及び目盛の校正プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンコーダ等の変位測定装置の測定誤差は出荷前に評価される。誤差評価の基準には、レーザ干渉計などの高精度な変位センサが用いられる。得られた誤差データは出荷前検査表という形でエンコーダと共に出荷され、エンコーダの性能を保証する重要な資料となる。
しかしながら、工作機械や測定機などのアプリケーションにエンコーダのスケールを取り付ける時、スケールの材質や長さ、及び固定方法によってスケールが撓むことがある。場合によっては、生じたスケールの撓みによって要求仕様に対して無視できないレベルで測定誤差が発生し、予め評価された誤差データの信頼性が損なわれる。
この問題を解決する手段としては、ユーザのアプリケーションにおいて基準の変位センサをセットアップし、エンコーダの測定誤差を機上校正することが考えられる。しかし、変位センサのセットアップの手間や高精度変位センサの価格を考えると、ユーザに負担がかかるため好ましくない。
【０００３】
一方、この種の変位検出装置において、例えばスケールの目盛の測定誤差を自律校正するものが知られている（特許文献１及び非特許文献１）。これらの自律校正の手法を利用することにより、高精度変位センサをアプリケーションにセットアップすることなく、エンコーダの測定誤差を校正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２４５７８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】清野 慧、「知的精密測定」、精密工学会誌、２００９年、Ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．１、ｐ．８９−９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１及び非特許文献１に開示されたもののように、複数のセンサを所定間隔で配置した構成である場合、測定誤差のサンプリング間隔はセンサ間の配置ピッチとなる。このため、配置ピッチの２倍以下の周期の測定誤差は正しく復元できず、校正可能な測定誤差の周波数には制限がかかることとなる。
【０００７】
また、センサ間の配置ピッチを狭めてこれを解決しようとすることも考えられるが、配置ピッチはセンサ同士が物理的に干渉しない最小間隔が必要となるため、これを狭めることには限界がある。
【０００８】
更に、レーザ干渉計などの高精度な変位センサを用いたり、リファレンススケールなどを用意したりすると、いたずらに高価な構成となってしまうため、望ましくない。そして、スケールが取付時などに撓んで無視できないレベルの測定誤差が発生するような場合は、基準の変位センサの再セットアップなどが必要となることがあり、やはりコストや手間がかかることとなる。
【０００９】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、レーザ干渉計やリファレンススケールなどが不要で容易且つ安価に構成でき、高精度な目盛の測定誤差の校正を可能とする変位検出装置、目盛の校正方法及び目盛の校正プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る変位検出装置は、光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を前記走査方向に配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備え、前記検出ユニットは、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔と、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔とが、互いに異なり且つ整数倍でなく、前記演算部は、前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返し、前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得ることを特徴とする。
【００１１】
このような構成においては、出力データの取得間隔であるサンプリング間隔を、検出ユニットの検出部同士の間隔よりも小さくすることができ、より細かな精度の目盛の自律校正曲線を得ることができるので、高精度な測定誤差の補正を、安価な構成で可能とすることができる。
【００１２】
本発明の１つの実施形態においては、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔と、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔との差分が、前記ｎ個の検出部同士が物理的に配置可能な最小間隔ｄよりも小さい。
【００１３】
また、本発明の他の実施形態においては、前記演算部が、前記検出ユニットを前記走査方向に往復動させて前記位置情報を取得する。
【００１４】
また、本発明の更に他の実施形態においては、前記自律校正曲線を記憶する記憶手段を更に備え、前記演算部が、前記記憶手段に記憶された自律校正曲線を参照して前記目盛の測定誤差を補正する。
【００１５】
本発明に係る目盛の校正方法は、光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔が、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔と異なり且つ整数倍でないように配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備えた変位検出装置における目盛の校正方法であって、前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返す検出ステップと、前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算ステップと、得られた自律校正曲線を参照して、前記光学格子の位置情報を補正する補正ステップとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る目盛の校正プログラムは、光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子の位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔が、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔と異なり且つ整数倍でないように配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備えた変位検出装置における目盛の校正方法をコンピュータにより実行可能な目盛の校正プログラムであって、前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向まで移動させる動作を繰り返す検出ステップと、前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算ステップと、得られた自律校正曲線を参照して、前記光学格子の位置情報を補正する補正ステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、容易且つ安価に構成でき、高精度な目盛の測定誤差の校正を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る変位検出装置を構成する光電式エンコーダの構成を示す概略図である。
【図２】スケールの目盛の自律校正の基本原理を説明するための図である。
【図３】同基本原理を説明するための図である。
【図４】同光電式エンコーダの検出ユニットの構成を説明するための図である。
【図５】同検出ユニットのステップを説明するための図である。
【図６】本発明の実施例及び比較例に係る検出ユニットのシミュレーションモデルによる作用を説明するための図である。
【図７】同実施例に係る検出ユニットのシミュレーションモデルによる作用を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る変位検出装置を構成する光電式エンコーダの検出ユニットの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る変位検出装置、目盛の校正方法及び目盛の校正プログラムを詳細に説明する。
【００２０】
［実施形態に係る変位検出装置である光電式エンコーダの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置を構成する光電式エンコーダの構成を示す概略図である。光電式エンコーダ１００は、図１に示すように、スケール１０と、検出ユニット２０と、演算部３０とを有する。ここで、光電式エンコーダ１００は、本実施形態では例えば反射型として構成されている。
【００２１】
スケール１０は、例えばテープスケールからなり、検出ユニット２０を構成する複数の検出部（第１〜第３検出部）２１，２２，２３の測定点の位置を検出するための位置情報を有する。スケール１０は、検出ユニット２０の各検出部２１〜２３から照射された光を、各検出部２１〜２３に反射させる。なお、複数の検出部は、ｎ個（ｎは３以上の整数）設けられているとよい。
【００２２】
スケール１０は、図１に示すように、矩形フィルム状の基板１１と、この基板１１上に設けられたトラック１２とを有する。基板１１の長手方向は、測定時にスケール１０が検出ユニット２０に対して相対的に移動する方向（走査方向Ｘ）である。
【００２３】
トラック１２は、パターン１２ａにて構成されている。パターン１２ａは、走査方向Ｘに沿って一定のピッチ（例えば、μｍオーダー）をもって配列され、明部又は暗部が一定周期に配置されたパターンである。
【００２４】
検出ユニット２０は、スケール１０に対して走査方向Ｘに相対移動可能に構成されている。各検出部２１〜２３は、スケール１０から位置情報を検出する。各検出部２１〜２３は、例えば第１検出部２１及び第２検出部２２間の測定点の間隔が、物理的に配置可能な最小間隔ｄとなるように配置されている。また、第２検出部２２及び第３検出部２３間の測定点の間隔が、最小間隔ｄよりも大きな間隔αｉｄ（αｉ（ｉ＝２，３，．．．，ｎ−１））となるように配置されている。なお、αｉは、１より大きく整数ではない定数である。
【００２５】
具体的には、各検出部２１〜２３は、スケール１０（トラック１２）に対して光を照射し、その反射光を受光する。そして、検出ユニット２０は、各検出部２１〜２３が受光した光に基づき、各検出部２１〜２３の測定点の位置情報を検出する。
【００２６】
演算部３０は、検出された位置情報に基づき、各検出部２１〜２３の測定点の位置を特定する。また、演算部３０は、各検出部２１〜２３により検出されたスケール１０の目盛の測定誤差を算出して精度曲線（自律校正曲線）を得る。演算部３０は、例えばコンピュータに組み込まれたＣＰＵによって構成され、得られた自律校正曲線を記憶部３１に記憶すると共に、記憶部３１から目盛の校正プログラムを読み出し、このプログラムを実行することによって、例えば自律校正曲線を参照してスケール１０の目盛の測定誤差の補正処理を行ったり、各種動作を実現する。
【００２７】
［目盛の自律校正の基本原理の説明］
図２及び図３は、スケールの目盛の自律校正の基本原理を説明するための図である。図２に示すように、まず、撓みによるピッチずれを有するスケール２０９に沿って並設された、２つの検出部２０１，２０２を有する検出ユニット２００を準備する。各検出部２０１，２０２の測定点の間隔を例えばｄとし、各検出部２０１，２０２のそれぞれの出力をｍ１（ｘ），ｍ２（ｘ）とする。ここで、ｆ（ｘ）を測定誤差とすると、出力ｍ１（ｘ）はｍ１（ｘ）＝ｘ＋ｆ（ｘ）と表され、出力ｍ２（ｘ）はｍ２（ｘ）＝（ｘ＋ｄ）＋ｆ（ｘ＋ｄ）と表される。
【００２８】
そして、測定に当たっては、検出ユニット２００を走査方向Ｘに沿って一定間隔で移動（ステップ）させ、各ステップ毎に検出部２０１，２０２の出力ｍ１（ｘ），ｍ２（ｘ）をサンプリングする。スケール２０９の全長を走査するのに要するステップ数をｎとし、検出ユニット２００に与えるステップ量をＤＳＴＥＰとすると、ｉ番目（ｉ＝０，１，．．．，ｎ）のステップにおける各検出部２０１，２０２の出力ｍ１（ＤＳＴＥＰ・ｉ），ｍ２（ＤＳＴＥＰ・ｉ）は、次式（１）及び（２）のように表される。
【００２９】
[数１]
ｍ１（ＤＳＴＥＰ・ｉ）＝ＤＳＴＥＰ・ｉ＋ｆ（ＤＳＴＥＰ・ｉ）・・・（１）
【００３０】
[数２]
ｍ２（ＤＳＴＥＰ・ｉ）＝ＤＳＴＥＰ・ｉ＋ｄ＋ｆ（ＤＳＴＥＰ・ｉ＋ｄ）・・・（２）
【００３１】
従って、出力ｍ２（ＤＳＴＥＰ・ｉ）には、出力ｍ１（ＤＳＴＥＰ・ｉ）と比べてｄだけオフセットが存在することが分かる。なお、各検出部２０１，２０２の測定点の間隔ｄは、予め何らかの方法で求めておく必要がある。
【００３２】
検出ユニット２００を走査方向Ｘの一方（例えば図中右方向）に向けてステップさせるときは、図３に示すように、進行方向の後ろ側に配置された検出部２０１の出力ｍ１（ＤＳＴＥＰ）を、１つ前のステップの進行方向の先行側に配置された検出部２０２の出力ｍ２（０）に合わせるようにステップ量を制御する。このとき、各検出部２０１，２０２間の測定点の間隔ｄは既知のものであるため、検出部２０１の出力が１つ前のステップの検出部２０２の出力と等しくなったときに、ステップ量は測定点の間隔ｄと等しくなり、次式（３）が成り立つこととなる。
【００３３】
[数３]
ＤＳＴＥＰ＝ｄ・・・（３）
【００３４】
なお、最初に検出ユニット２００をステップさせるとき（ｉ＝１のとき）、検出部２０１の出力は初期位置での検出部２０２の出力に合わせる必要がある。従って、スケール２０９はアブソリュートスケールであることが望ましいが、位置情報の検出方法によってはインクリメンタルスケールでもよい。
【００３５】
そして、ｉ番目（ｉ＝０，１，．．．，ｎ）のステップにおける測定誤差ｆ（ｄ・ｉ）は、上記式（１）及び式（３）より、次式（４）のように表すことができる。
【００３６】
[数４]
ｆ（ｄ・ｉ）＝ｍ１（ｄ・ｉ）−ｄ・ｉ・・・（４）
【００３７】
上記式（４）では、サンプリング位置を測定基準にして、検出部２０１の出力から測定誤差を求めている。こうして、各ステップが完了した後に検出部２０１の出力を取得しておき、それぞれの出力に対して上記式（４）を演算すれば、スケール２０９の全長にわたる測定誤差ｆ（ｄ・ｉ）を求めることができ、これに基づく自律校正曲線を得ることができる。
【００３８】
この自律校正曲線をスケール２０９の目盛の補正に用いれば、エンコーダの正確性の向上を望めるが、測定点の間隔ｄの低減には限界があるため、上記基本原理の構成ではより高周波で高精度な目盛の測定誤差の校正をすることができないこととなる。従って、本実施形態に係る変位検出装置は、少なくとも３つの検出部を有する検出ユニット２０を採用し、次のように自律校正を行うこととした。
【００３９】
［本実施形態に係る目盛の自律校正の説明］
図４は、光電式エンコーダの検出ユニットの構成を説明するための図である。図５は、検出ユニットのステップを説明するための図である。図１に示した検出ユニット２０は、第１〜第３検出部２１〜２３を有する構成としたが、検出ユニット２０はこれより多くの検出部を有する構成とすることができるので、ここではｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を有することとして説明する。
【００４０】
図４に示すように、検出ユニット２０は、第１検出部２１〜第ｎ検出部ｎのｎ個の検出部を有し、各検出部間の測定点の間隔は、第１検出部２１から第ｎ検出部に向かってｄ，α２ｄ，α３ｄ，．．．，αｎ−１ｄと設定されている。αｉは、１より大きく整数ではない定数であり、予め求めておく。
【００４１】
まず、初期位置で各検出部２１〜ｎの測定点での出力データを取得する。次に、初期位置で取得した出力データに基づき、例えば第１ステップにおいて第１検出部２１の測定点の出力が初期位置での第２検出部２２の測定点の出力に合うように、ステップ量を制御して検出ユニット２０を走査方向Ｘにステップさせ、第１ステップにおける測定点の出力データを取得する。
【００４２】
その後、第１ステップで取得した出力データに基づき、例えば第２ステップにおいて第１検出部２１の測定点の出力が第１ステップでの第２検出部２２の測定点の出力に合うように、ステップ量を制御して検出ユニット２０を同様にステップさせ、第２ステップにおける測定点の出力データを取得する。
【００４３】
更に、初期位置で取得した出力データに基づき、例えば第３ステップにおいて第１検出部２１の測定点の出力が初期位置での第３検出部２３の測定点の出力に合うように、ステップ量を制御して検出ユニット２０を同様にステップさせ、第３ステップにおける測定点の出力データを取得する。
【００４４】
このように、各ステップ毎に取得した第２検出部２２〜第ｎ検出部ｎの測定点の出力データに基づいて、例えば第１検出部２１の測定点の出力をこれらの測定点に合わせるようにステップ量を制御しながら検出ユニット２０をステップさせると、サンプリング間隔が間隔ｄよりも小さくなる区間（例えば、間隔（α２−１）・ｄ＜ｄ）が出現する。
【００４５】
更に、上記のようなステップをスケール全長にわたって繰り返し行うことで、ランダムに間隔ｄよりも小さなサンプリング間隔を得ることができる。このため、各検出部２１〜ｎの測定点の間隔がすべてｄ以上となるように構成されているにもかかわらず、ｄ以下のサンプリング間隔で測定誤差を算出し、自律校正曲線を得てスケールの位置情報を補正することが可能となる。
【００４６】
なお、測定誤差を求めるための測定基準はサンプリング位置であるが、すべてのサンプリング位置は既知の測定点の間隔ｄ〜αｎ−１ｄから逆算することができる。このように、本実施形態に係る変位検出装置によれば、高価な構成が不要で容易且つ安価に、高精度な目盛の測定誤差の校正を行うことが可能となる。
【実施例】
【００４７】
次に、実施例により上記構成について具体的に説明する。図６は、本発明の実施例及び比較例に係る検出ユニットのシミュレーションモデルによる作用を説明するための図である。また、図７は、実施例に係る検出ユニットのシミュレーションモデルによる作用を説明するための図である。
【００４８】
図６に示すように、実施例に係る検出ユニット２０は、３つの検出部を備え、第１検出部２１及び第２検出部２２間の測定点の間隔ｄを１０ｍｍとし、第２検出部２２及び第３検出部２３間の測定点の間隔α２ｄを１２．５ｍｍとして構成した。
【００４９】
一方、比較例に係る検出ユニット２０Ａは、２つの検出部を備え、第１検出部２１及び第２検出部２２間の測定点の間隔ｄを１０ｍｍとして構成した。従って、検出ユニット２０は上記パラメータｎ＝３，ｄ＝１，α２＝１．２５の構成であり、検出ユニット２０Ａはｎ＝２，ｄ＝１の構成である。
【００５０】
そして、各検出ユニット２０，２０Ａ毎に、第１検出部２１の測定点の出力を第２及び第３検出部２２，２３の測定点の出力に合うようにステップさせて、得られるサンプリング位置を１００ｍｍにわたってシミュレートした。その結果、比較例の検出ユニット２０Ａでは全域にわたってサンプリング間隔が１０ｍｍとなったのに対し、実施例の検出ユニット２０では６０ｍｍ以降の移動領域からサンプリング間隔が２．５ｍｍとなっていることが明らかとなった。
【００５１】
これは、比較例のサンプリング間隔に比べて１／４のサンプリング間隔である。つまり、測定点の間隔が１０ｍｍ以上であるにもかかわらず、１０ｍｍ以下のサンプリング間隔で測定誤差を演算することが可能であることを表している。従って、比較例よりも高精度な目盛の測定誤差の校正を行うことができる。
【００５２】
なお、図６に示した例では、実施例においても０〜６０ｍｍまでの移動領域においてはサンプリング間隔が必ずしも２．５ｍｍとはならないので、更なる高精度化が望めることが分かる。このため、図７に示すように、検出ユニット２０をスケール１０の検出範囲内で往復動させ、サンプリング位置を補う構成とすることが望ましい。
【００５３】
具体的には、往路においては上記のようにサンプリング位置を得て、例えば復路において第３検出部２３の測定点の出力を、往路で得た第１及び第２検出部２１，２２の測定点の出力に合わせるように検出ユニット２０をステップさせて、サンプリング位置を補完する。このようにすれば、スケールの検出範囲全長にわたってサンプリング間隔を２．５ｍｍとすることができる。
【００５４】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、光電式エンコーダはリニア型のみならず、ロータリ型であってもよい。また、図８に示すように、検出ユニット２０の少なくとも３つ以上の検出部２１，２２，２３は、例えば測定点の間隔ｄ〜αｎ−１ｄ（図８ではｄ，α２ｄ）が上述した構成となるように、３つ以上の受光領域に分けた１つの受光素子アレイで構成するようにしてもよい。更に、本発明は、一定周期の光学格子を有するインクリメンタルスケールのみならず、疑似ランダムコードパターンからなるアブソリュートスケール、及びこれらのスケールの両方又はどちらか一方を複数備えたマルチトラックスケールにも適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ スケール
１１ 基板
１２ トラック
１２ａ パターン
２０ 検出ユニット
２１ 第１検出部
２２ 第２検出部
２３ 第３検出部
３０ 演算部
３１ 記憶部
１００ 光電式エンコーダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学格子を有するスケールと、
前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を前記走査方向に配列してなる検出ユニットと、
前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備え、
前記検出ユニットは、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔と、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔とが、互いに異なり且つ整数倍でなく、
前記演算部は、前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返し、前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔と、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔との差分は、前記ｎ個の検出部同士が物理的に配置可能な最小間隔ｄよりも小さい
ことを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記検出ユニットを前記走査方向に往復動させて前記位置情報を取得することを特徴とする請求項１又は２記載の変位検出装置。
【請求項４】
前記自律校正曲線を記憶する記憶手段を更に備え、
前記演算部は、前記記憶手段に記憶された自律校正曲線を参照して前記目盛の測定誤差を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の変位検出装置。
【請求項５】
光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔が、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔と異なり且つ整数倍でないように配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備えた変位検出装置における目盛の校正方法であって、
前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返す検出ステップと、
前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算ステップと、
得られた自律校正曲線を参照して、前記光学格子の位置情報を補正する補正ステップとを備えた
ことを特徴とする目盛の校正方法。
【請求項６】
光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔が、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔と異なり且つ整数倍でないように配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備えた変位検出装置における目盛の校正方法をコンピュータにより実行可能な目盛の校正プログラムであって、
前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返す検出ステップと、
前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算ステップと、
得られた自律校正曲線を参照して、前記光学格子の位置情報を補正する補正ステップとを備えた
ことを特徴とする目盛の校正プログラム。
【請求項１】
光学格子を有するスケールと、
前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を前記走査方向に配列してなる検出ユニットと、
前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備え、
前記検出ユニットは、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔と、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔とが、互いに異なり且つ整数倍でなく、
前記演算部は、前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返し、前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔と、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔との差分は、前記ｎ個の検出部同士が物理的に配置可能な最小間隔ｄよりも小さい
ことを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記検出ユニットを前記走査方向に往復動させて前記位置情報を取得することを特徴とする請求項１又は２記載の変位検出装置。
【請求項４】
前記自律校正曲線を記憶する記憶手段を更に備え、
前記演算部は、前記記憶手段に記憶された自律校正曲線を参照して前記目盛の測定誤差を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の変位検出装置。
【請求項５】
光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔が、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔と異なり且つ整数倍でないように配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備えた変位検出装置における目盛の校正方法であって、
前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返す検出ステップと、
前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算ステップと、
得られた自律校正曲線を参照して、前記光学格子の位置情報を補正する補正ステップとを備えた
ことを特徴とする目盛の校正方法。
【請求項６】
光学格子を有するスケールと、前記スケールに対して走査方向に相対移動可能に配置されると共に、前記光学格子から位置情報を検出する少なくとも第１の検出部、第２の検出部及び第３の検出部を有するｎ個（ｎは３以上の整数）の検出部を、前記第１の検出部と前記第２の検出部の間隔が、前記第２の検出部と前記第３の検出部の間隔と異なり且つ整数倍でないように配列してなる検出ユニットと、前記検出ユニットにより検出された前記位置情報に基づいて、前記検出部の位置を特定すると共に測定誤差を算出して前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算部とを備えた変位検出装置における目盛の校正方法をコンピュータにより実行可能な目盛の校正プログラムであって、
前記第１〜第３の検出部のうちの１つの検出部が検出した位置情報を他の検出部が検出するまで前記検出ユニットを前記走査方向に移動させる動作を繰り返す検出ステップと、
前記検出された位置情報と当該位置情報を検出した検出部の間隔とから測定誤差を演算し、前記スケールの目盛の自律校正曲線を得る演算ステップと、
得られた自律校正曲線を参照して、前記光学格子の位置情報を補正する補正ステップとを備えた
ことを特徴とする目盛の校正プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９２４１４（Ｐ２０１３−９２４１４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３７４８（Ｐ２０１１−２３３７４８）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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