(57)【要約】【課題】より正確にアラーム状態を検出することにより、過剰なアラームを発生させず、また信頼性の高い位置を検出する。【解決手段】信号検出部２１は、２トラック以上の上位桁目盛と下位桁目盛を持ち、それぞれの検出値Ｓｉｇ．Ｈ，Ｓｉｇ．Ｌを出力する。カウンタ位置演算部２３は下位桁目盛からインクリメンタル方式により位置ＰＩＮＣを求め、絶対位置演算部２４は上位桁目盛と下位桁目盛から検出したアブソリュート方式により位置ＰＡＢＳを求める。判定値演算部６０は、２つの位置から電源投入後からスライダの所定の移動区間内は位置データ検査部２５においてアラーム判定に使用するアラーム判定値ＡｌＶＬを小さくし、所定の移動区間外において広くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピッチの異なる複数のトラックを持つスケールと、
そのスケールの上位桁目盛と下位桁目盛から得られた信号に対しアブソリュート方式の演算を行うことにより得られる位置と、下位桁目盛から得られた信号をカウントすることにより得られるカウント値の積算から求めるインクリメンタル方式の演算を行うことにより得られる位置と、を比較して、得られた２つの位置の差がアラーム判定値より大きな場合にアラームを検出するスライダと、
を備えるリニアエンコーダ装置において、
さらにアラーム判定値を変更するための判定値演算部を設け、
この判定値演算部において、インクリメンタル方式により下位桁目盛から得られた信号をカウントする場合に使用するカウンタの初期値あるいはオフセット値を書き換えた時に、前記アラーム判定値を小さく設定し、
スライダが所定距離を移動した後に、判定値を大きく設定することを特徴とするリニアエンコーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアエンコーダ装置において、
設定する判定値は、アラーム判定値を小さく設定する場合は、下位桁目盛の±半ピッチ未満とし、判定基準を広げる場合は、アラーム判定値を、下位桁目盛の±半ピッチ以上±１ピッチ未満とし、さらにアラーム判定値を変更する移動距離は上位桁目盛の１ピッチ以上とすることを特徴とするリニアエンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライス盤などの工作機械や半導体製造装置の位置計測などに利用されるリニアエンコーダ、特にリニアエンコーダの内部のアラーム検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリニアエンコーダについて図１１を用いて説明する。
【０００３】
図１１は、一般的な光学式リニアエンコーダの信号検出部の一例を表す斜視図である。工作機械などの移動軸の位置検出装置は、周期的な主格子目盛１６を形成したスケール１０と、スライダ１５から構成される。スライダ１５は、主格子目盛１６に対応する周期的な４つの副格子を田の字型に形成した光透過性のインデックススケール１３と、４つの副格子に対応した４つの受光素子１４からなる受光部と、発光素子１２と、発光素子１２から発せられた光を平行光にするコリメータレンズ１１とから構成されている。
【０００４】
スケール１０とスライダ１５との相対移動動作によって生ずる光量変化が受光素子１４によって光電変換されることによって、周期が同一で位相が異なる４つの信号ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２が得られる。
【０００５】
この４つの信号ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を、Ｓｉｇ．Ｌとすると、位置ＰＯＳは、次のようにして導出される。まず、Ａ＝ａ１−ａ２およびＢ＝ｂ１−ｂ２の演算によりオフセットが無い信号Ａ、および信号Ａに対し位相が９０度進んだ信号Ｂを得る。そして、ＰＯＳ＝Ｐ×ｔａｎ-1(Ａ／Ｂ)／２π  の内挿演算により導出する。ただし、Ｐは主格子目盛１６のピッチである。
【０００６】
本従来例では、主格子目盛（以下目盛）を１トラック持つ場合を図示したが、図示しないピッチの異なる目盛を複数もつ場合もある。
【０００７】
次に、上述したリニアエンコーダで採用される位置検出方式について説明する。一般的なリニアエンコーダにおける位置検出方式として、アブソリュート方式とインクリメンタル方式とが知られている。
【０００８】
アブソリュート方式とは、複数の異なるピッチの目盛を読みとり、任意の位置で絶対位置をもつ検出方式である。また、インクリメンタル方式とは、電源投入時の位置を基準に、目盛の格子ピッチをカウントし、ピッチ距離とカウント値の積算により位置を演算する検出方式である。ただし、アブソリュート方式の場合でも、インクリメンタル方式による検出は処理を高速で行えるため、通常は電源投入時はアブソリュート方式で絶対位置を確立し、その後は、インクリメンタル方式での検出を常時行い、適宜、アブソリュート方式による検出位置によりインクリメンタル方式による検出位置をチェックするとの併用する方法をとり、位置検出の信頼性を高める方法をとる。
【０００９】
図１０に、上述したアブソリュート方式とインクリメンタル方式を併用した、リニアエンコーダの内部演算部の概略構成図を示し、これに基づいてその位置検出について説明する。
【００１０】
図１０における信号検出部２１は、図１１に示した信号検出の構成を有するが、スケールを上位桁目盛および下位桁目盛の２トラック構成により、Ｓｉｇ．ＬとＳｉｇ.Ｈの２信号を得る。信号Ｓｉｇ．Ｌは、下位桁目盛から検出される電気信号であり、Ｓｉｇ．Ｈは上位桁目盛から検出される電気信号である。
【００１１】
内挿演算部２２は、信号Ｓｉｇ．Ｌ，Ｓｉｇ．Ｈの入力により、前記した内挿演算を行い、下位桁の位置データＰＯＳ．Ｌ、上位桁の位置データＰＯＳ．Ｈを算出し、これらを絶対位置演算部２４に出力する。
【００１２】
絶対位置演算部２４は、内挿演算により得られる各桁の位置データを合成することにより、精密な絶対位置データＰＡＢＳを算出し、位置データ検査部２５に出力する。
【００１３】
次に、インクリメンタル方式の位置検出について説明する。
【００１４】
前記信号検出部２１は、下位桁の電気信号Ｓｉｇ．Ｌをカウンタ２６に出力する。カウンタ２６は、電気信号Ｓｉｇ．Ｌをもとに下位桁のピッチ間隔ごとに計数値をカウントする。例えば、電気信号Ｓｉｇ．Ｌの立ち上がりや立ち下がりごとに、カウンタを１つ加算又は減算し、カウント結果ＣＮＴを得、これをカウンタ位置演算部２３に出力する。また、カウンタ２６には、電源投入時に絶対位置演算部２４のデータに基づいたカウンタセット信号ＣＳＥＴにより初期値がセットされる。この初期値は、絶対位置ＰＡＢＳの上位桁に相当する値である。
【００１５】
カウンタ位置演算部２３は、カウントＣＮＴと、前記内挿演算部２２より得られる下位桁の位置データＰＯＳ．Ｌとを加算することにより絶対位置データＰＩＮＣを演算する。絶対位置データＰＩＮＣは、カウンタセット信号ＣＳＥＴにより初期値がセットされた後、カウントを開始したカウント値ＣＮＴを使用し演算されるため、絶対位置演算部２４からの位置データＰＡＢＳとの整合が確保される。
【００１６】
このようにして、カウンタ位置演算部２３および絶対位置演算部２４において得られた演算結果ＰＩＮＣ、ＰＡＢＳは、位置データ検査部２５に供給される。
【００１７】
位置データ検査部２５では、絶対位置データＰＡＢＳと、位置データＰＩＮＣとを比較することによって位置検出誤りが発生しているか否かを判断する。位置データ検査部２５において位置検出誤りが検出された場合には、アラーム信号ＰＡＬＭが発生され、これが制御装置５０に出力される。
【００１８】
なお、このようなアブソリュート方式とインクリメンタル方式の位置検出を行うリニアエンコーダについては、特許文献１などに示されている。また、アラーム判定については、特許文献２などに示されている。
【００１９】
【特許文献１】特開２００３−２４０６０５
【特許文献２】特開平８−７６８４１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上述のような２方式を用いて位置検出の信頼性を高める方法を採用したリニアエンコーダにおいては、次のような問題が生ずる。
【００２１】
アブソリュート方式による検出値によりインクリメンタル方式による検出値をチェックする方法で、インクリメンタル方式は位置が正確な場合でも、アブソリュート方式が検出値を誤っていれば、アラームとなるとの問題が生ずる。
【００２２】
例えば、上位桁目盛のみに汚れが付着した場合には、アブソリュート方式の検出値が誤ったものになる。また、上位桁目盛と、下位桁目盛が均一に汚れたとしても、ピッチが広い上位桁目盛からの位置検出値は、検出原理および構成が同じ場合、分解能や精度が、下位桁目盛に対して劣り、上位桁目盛側は検出誤差が大きく、このため上位桁目盛側のみで検出位置が誤ったものになる。
【００２３】
例えば、下位桁目盛のピッチ間隔が８０μｍ周期であり、上位桁目盛のピッチ間隔が２ｍｍとした場合で、上位桁目盛と下位桁目盛に均一に汚れが付着し、３％の位置誤差が発生するとすると、上位桁目盛では０．０６ｍｍの位置誤差となり、下位桁目盛では、２．４ｕｍの位置誤差となる。
【００２４】
このとき制御装置５０に出力する位置ＰＯＳは、カウンタ２６の積算値から演算するインクリメンタル方式による位置であり、下位桁目盛の位置誤差が２．４ｕｍ程度で有れば、カウンタ２６の誤動作は起きず、正確な位置を出力できる。
【００２５】
一方、アラーム判定基準は、特許文献２に開示されているように、正確な位置検出を行う場合、下位桁目盛の±半ピッチ(例えば下位桁目盛８０ｕｍの場合±４０ｕｍ)未満に設定されるため上位桁目盛の０．０６ｍｍの位置誤差は、アラームと判定される。
【００２６】
このように、２方式を組み合わせる方式は信頼性が高い反面、原理的にアラームを検出する必要がない場合にもアラームを検出するため、過剰にアラームを検出し、機械の停止する機会を増加させる問題がある。
【００２７】
さらに、過剰にアラームを検出することを防止するため、例えばアラームの判定値をあらかじめ大きく設定し、検出感度を落とすなどの対策をとる場合は、位置を誤っても検出できないとの問題がある。
【００２８】
本発明の目的は、位置検出の信頼性を高めたまま、かつ信頼性の高いアラーム検出を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、ピッチの異なる複数のトラックを持つスケールと、そのスケールの上位桁目盛と下位桁目盛から得られた信号に対しアブソリュート方式の演算を行うことにより得られる位置と、下位桁目盛から得られた信号をカウントすることにより得られるカウント値の積算から求めるインクリメンタル方式の演算を行うことにより得られる位置と、を比較して、得られた２つの位置の差がアラーム判定値より大きな場合にアラームを検出するスライダと、を備えるリニアエンコーダ装置において、さらにアラーム判定値を変更するための判定値演算部を設け、この判定値演算部において、インクリメンタル方式により下位桁目盛から得られた信号をカウントする場合に使用するカウンタの初期値あるいはオフセット値を書き換えた時に、前記アラーム判定値を小さく設定し、スライダが所定距離を移動した後に、判定値を大きく設定することを特徴とする。
【００３０】
また、設定する判定値は、アラーム判定値を小さく設定する場合は、下位桁目盛の±半ピッチ未満とし、判定基準を広げる場合は、アラーム判定値を、下位桁目盛の±半ピッチ以上±１ピッチ未満とし、さらにアラーム判定値を変更する移動距離は上位桁目盛の１ピッチ以上とすることが好適である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、より正確にアラーム状態を検出することにより、過剰なアラームを発生させず、また信頼性の高い位置を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明の一実施形態を図面に従って説明する。なお、本リニアエンコーダの構成において従来例と同様である部分は説明を省略する。また、スライダから読みとり処理をする場合の位置演算方法も従来例と同様である部分は説明を省略する。
【００３３】
図１は、本実施形態にかかるアブソリュート位置検出方式とインクリメンタル位置検出方式の併用によるリニアエンコーダであり、図１０の従来例との相違は、位置データ検査部２５に対しアラーム判定値ＡＬＶＬを出力する判定値演算部６０が新たに追加された点である。
【００３４】
判定値演算部６０は、カウンタセット信号ＣＳＥＴによりカウンタ初期値が入力されたときに、アラーム判定範囲が狭いアラーム判定値ＡＬＶＬに変更し、このアラーム判定値を位置データ検査部２５に設定する。位置データ検査部２５では、従来例と同様に、アブソリュート位置検出方式とインクリメンタル位置検出方式の誤差がアラーム判定値ＡＬＶＬ以内であるかを検出する。そして、誤差がアラーム判定値ＡＬＶを超えた場合にアラーム信号ＰＡＬＭを発生し、これを制御装置５０に供給する。
【００３５】
次に、判定値演算部６０は、スライダが移動した場合、カウンタ位置演算部２３から供給される位置検出値ＰＩＮＣを監視し、スライダが所定距離以上を移動した場合、位置データ検査部２５におけるアラーム判定値ＡＬＶＬを大きな値に設定し、アラーム判定範囲を広くする。これにより、位置データ検査部２５は、アブソリュート位置検出方式とインクリメンタル位置検出方式の誤差の許容範囲が広がり、結果としてアブソリュート位置検出方式のトラックで発生する位置誤差の許容範囲を広げることができる。
【００３６】
アラーム判定値ＡＬＶＬの設定値は、カウンタセット信号ＣＳＥＴによりカウンタに初期値を設定する場合、初期値を誤ったことを検出するため、下位桁目盛の±半ピッチ未満とする。
【００３７】
また、カウンタの初期値を誤ったか否かは、スライダが同一位置にいる場合判断できないため、ある程度移動する期間は、同一基準でアラームを検出し続ける必要がある。このため所定距離を移動した後に、下位桁目盛の±１ピッチ未満と判定基準を変更する。
【００３８】
これにより、より正確にアラーム状態を検出することができ、過剰なアラームを発生させず、また信頼性の高い位置を検出することができる。
【００３９】
次に、以上の動作を図２および図３を用いて説明する。
【００４０】
まず、従来技術で問題であった、通常動作時に、インクリメンタル方式による位置が正常でも、アブソリュート方式による位置検出が位置誤りを起こし、アラーム検出するとの問題は、アラーム判定値を従来±半ピッチ固定であったものを、スライダの所定距離移動後において±１ピッチ未満と広げることで減少させる事ができる。
【００４１】
図２は、この場合のアブソリュート方式による検出値からインクリメンタル方式による検出値を減算して得られる位置誤差ＥＲＲと、スケール上の位置ＰＯＳの関係を表す。ここで、スケール位置ＰＯＳのＡ点近傍で、スケールが汚れ、Ｂ点，Ｃ点が汚れていない場合を示している。位置誤差ＥＲＲは、ＰＯＳのＡ点近傍で、最大＋６０ｕｍ（μｍ：以下ｕｍと表記する）を示し、その他の場所では通常の位置誤差となるため、スライダは、位置Ｂ点，Ｃ点にある場合アラームとはならず、従来技術の場合は、位置Ａ点付近で位置誤差ＥＲＲが４０ｕｍを超える部分でアラームを検出する。
【００４２】
しかし、本実施形態においては、アラーム判定値を±８０ｕｍ未満とするため、位置Ａ点でアラームを検出しない。
【００４３】
図３は、インクリメンタル方式による位置検出において、前記したスケールの汚れにより、カウントを誤り、下位桁の１ピッチ分（８０ｕｍ）の位置誤差が発生する場合を示す。図２と比較すると、位置誤差ＥＲＲが−８０ｕｍ小さくなっていることが解る。この場合、下位桁トラックの±１ピッチ未満とアラーム判定基準を設定すると、図３内で、位置Ｄ点からＦ点まではアラームを検出できないが、Ｇ点近傍の−８０ｕｍ以下の位置でアラームを検出できる。
【００４４】
すなわち、スライダが移動することによりアラームを検出できるため、アラーム判定値を±１ピッチ未満と設定しても問題ないことを表す。
【００４５】
次に、電源投入時に、アラーム判定値を下位桁目盛の±半ピッチ未満として、さらに、その基準を上位桁目盛の１周期以上の期間、継続する必要が有る理由を説明する。
【００４６】
本実施形態において対象とするスケールは、上位桁目盛と下位桁目盛をスケールにもつため、その受光部は図６に示すように、上位桁受光部と下位桁受光部の位置が距離Ｘ離れている。また、スケールとスライダは図８に示すように通常の正規状態であれば、平行に取りつけられる。しかしながら、スケールとスライダの取り付けが図９に示すように傾きを持った場合、図７に示すように、上位桁受光部と下位桁受光部の位置も傾くため、上位桁受光部と下位桁受光部の位置に距離Ｚに表される誤差が発生する。
【００４７】
以上の状態における位置検出について図４に基づいて説明する。
【００４８】
図４はスケールに汚れの付着などがないが、スライダがスケールに対し傾きをもって取りつけられた場合において、アブソリュート方式による検出値からインクリメンタル方式による検出値を減算して得られる位置誤差ＥＲＲと、スケール上の位置ＰＯＳの関係を表す。
【００４９】
この状態では、アブソリュート方式により検出した位置と、インクリメンタル方式により検出した位置との誤差は、図４に示すように誤差Ｚのオフセットを持つが、このような状態で、位置Ｋ点にスライダがいる状態で電源が投入されると、カウンタ初期値の演算が行われた際に、カウンタ初期値に１の誤りが発生する。
【００５０】
図５に、カウンタ初期値に１の誤りが発生した場合の誤差を示す。図４に対し８０ｕｍ位置がずれているが、最大でも−８０ｕｍの誤差には達しない。すなわち前記実施例にて説明した、アラーム判定値ＡＬＶＬを、下位桁目盛の±１ピッチ（８０ｕｍ）未満とすると、アラームを検出できないとの問題がある。
【００５１】
本実施形態では、カウンタ初期値の演算が行われる場合、アラーム判定値ＡＬＶＬは、±半ピッチ未満とする。
【００５２】
アラーム判定値ＡＬＶＬを±半ピッチ未満とした場合、図５の位置Ｑ点で電源投入され、カウンタ初期値に１の誤りが発生すると、スライダが移動し、位置Ｐ点近傍で位置誤差ＥＲＲが−４０ｕｍ以下となった時、アラームを検出可能である。また、誤差の発生は、上位桁目盛の誤差がほとんどであるため、誤差の変化する周期は上位桁目盛の１周期に相当する距離以内である。このため位置Ｑ点から位置Ｐ点までの距離は、必ず上位桁目盛の１ピッチ未満となるため、アラーム判定値ＡＬＶＬを±半ピッチ未満とする区間を、少なくとも上位桁目盛の１ピッチ間の距離以上とすればよい。
【００５３】
なお、本実施形態では、アラーム判定値を変更するタイミングを、カウンタの初期値を変更するタイミングとしたが、カウンタの初期値ではなく、同等の働きをするカウンタのオフセットに対して値を設定するタイミングとしても同等の効果が得られる。
【００５４】
さらに、本発明は、特許文献１などに詳細に記述されている２本のスケールを離間して配置する長尺リニアエンコーダに対しても、同様に適用でき、また同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係るリニアエンコーダの構成を示す図である。
【図２】エラー信号の状態の一例を示す説明図である。
【図３】エラー信号の状態の一例を示す説明図である。
【図４】エラー信号の状態の一例を示す説明図である。
【図５】エラー信号の状態の一例を示す説明図である。
【図６】受光部の設置状態を示す図である。
【図７】受光部の設置状態を示す図である。
【図８】スケールに対するスライダの設置状態を示す図である。
【図９】スケールに対するスライダの設置状態を示す図である。
【図１０】従来技術によるリニアエンコーダの構成を示す図である。
【図１１】従来技術によるリニアエンコーダの光学部説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  スケール、１１  コリメータレンズ、１２  発光部、１３  副格子（インデックススケール）、１４  受光素子、１５  スライダ、１６  主格子目盛、２１  信号検出部、２２  内挿演算部、２５  位置データ検査部、２６  カウンタ、２３  カウンタ位置演算部、４０  位置検出部、５０  制御装置、６０  判定値演算部。
【図１】
2006242599.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006242599.tif 000009
【図８】
2006242599.tif 000010
【図９】
2006242599.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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