(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡単であり、しかも測定対象の長さにできるだけ依存しない絶対式測定装置を提供する。【解決手段】読み取りヘッド１４及び測度形成体１２を備え、測度形成体１２が少なくとも１つの部分要素を備え、各部分要素が連続配列内の他の部分要素を接続するための接続部を有する。部分要素が、部分要素上における読み取りヘッド１４の位置を能動的に決定するための制御ユニット及び記憶素子を備え、記憶素子に測度形成体１２内における部分要素自身の位置情報を保存する。【選択図】図１
2011164106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み取りヘッド（１４）及び測度形成体（１２）を備え、該測度形成体（１２）が少なくとも１つの部分要素（１８）を備え、各部分要素（１８）が連続配列内の他の部分要素（１８）を接続するための接続部（２８）を有する、長さ又は角度の絶対値を決定するための測定装置（１０）であって、
前記部分要素（１８）が、該部分要素（１８）上における前記読み取りヘッド（１４）の位置を能動的に決定するための制御ユニット（３０）、及び記憶素子（３２）を備え、該記憶素子（３２）に前記測度形成体（１２）内における前記部分要素（１８）自身の位置情報を保存することができること、
を特徴とする測定装置（１０）。
【請求項２】
自らの位置情報を、接続された他の部分要素から受け取るか、接続された他の部分要素の位置情報から導き出すように前記制御ユニット（３０）を構成することにより、測度形成体に自動設定機能を持たせたことを特徴とする、請求項１に記載の測定装置（１０）。
【請求項３】
前記読み取りヘッド（１４）は、２つの部分要素（１８）の間の移行部（３４）において両方の部分要素（１８ｃ）の測定値を出力し、２つの測定値の差から前記移行部（３４）に対応する補正量を導出可能であるように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の測定装置（１０）
【請求項４】
前記読み取りヘッド（１４）が能動的に動作し、前記測度形成体（１２）により生成される場（４２）と相互作用するような場を生成すること、又は、前記読み取りヘッド（１４）が受動的に動作し、前記測度形成体（１２）により生成される場（４２）を変化させたり、該測度形成体（１２）へ反射したりすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の測定装置（１０）。
【請求項５】
前記制御ユニット（３０）は、前記読み取りヘッド（１４）が前記部分要素（１８）上に存在するかどうか、そしてどの位置に存在するかを分析するために、該部分要素（１８）の各位置において場（４２）を生成し、前記接続部（２８）を通じてその分析結果を出力するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の測定装置（１０）。
【請求項６】
前記記憶要素（３２）には、前記部分要素（１８）の較正のために、該部分要素（１８）自身により測定された位置と基準位置との差が記憶されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の測定装置（１０）。
【請求項７】
前記測度形成体（１２）が角度測定のために曲線状の部分要素（１８）を備えること、そして特に該部分要素（１８）を異なる曲率半径に曲げることが可能であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の測定装置（１０）。
【請求項８】
前記測度形成体（１２）と電気的に結合される主制御装置（１６）が設けられ、該主制御装置（１６）が部分要素（１８）の配列の始端と終端に接続され、特にまた能動的に構成された読み取りヘッド（１４）にも接続されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の測定装置（１０）。
【請求項９】
前記部分要素（１８）の連続配列に始端要素（２０）及び終端要素（２２）が設けられ、特に該始端要素（２０）又は終端要素（２２）に前記主制御装置（１６）が少なくとも部分的に統合されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の測定装置（１０）。
【請求項１０】
前記測度形成体（１２）及び読み取りヘッド（１４）は、誘導方式、容量方式又は磁気方式で長さ又は角度を測定するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の測定装置（１０）。
【請求項１１】
少なくとも１つの読み取りヘッド（１４）と、複数の部分要素（１８）を連続配列して成る測度形成体（１２）とを用いて長さ又は角度の絶対値を決定するための方法であって、１つの部分要素（１８）により該部分要素（１８）上に位置する前記読み取りヘッド（１４）の位置を能動的に測定すること、前記連続配列内における該部分要素（１８）の位置を、該部分要素（１８）に記憶された位置情報に基づいて求めること、及び、前記部分要素（１８）内における前記測定位置及び前記連続配列内における該部分要素（１８）の位置から絶対値を求めることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記測度形成体（１２）が、第１の部分要素（１８）を起点として、各部分要素（１８）が順に自己設定モードで位置情報を自身に割り当てるか、位置情報を受け取り、続いて後段の部分要素（１８）を自己設定モードに移行させる、というように自動的に設定を行うことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記読み取りヘッド（１４）が２つの部分要素（１８）の間の移行部（３４）にあるときに両方の部分要素（１８）の測定値をそれぞれ出力し、２つの測定値の差から前記移行部（３４）に対応する補正量を推定し、その際、特に２つの部分要素（１８）の一方の位置情報を前記補正量の分だけ補正することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
各部分要素（１８）の基準量に対する差が該部分要素（１８）内に記憶され、前記測度形成体（１２）用のゼロ点が、特に前記読み取りヘッド（１４）の１つにおいて確定され、該読み取りヘッド（１４）が２つの部分要素（１８）の間の移行部（３４）を通過する際に該移行部（３４）における距離が前記ゼロ点に基づいて補正される、というようにして前記測度形成体（１２）の較正が行われることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
最初に各読み取りヘッド（１４）の位置を特定するため、前記測度形成体（１２）の各箇所において位置多重化により局所的な場（４２）を発生させることにより読み取りヘッド（１４）の有無を調べ、その後の運転においては各読み取りヘッド（１４）の周辺でのみ局所的な場を発生させることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１及び１１のプレアンブルに記載された、長さ又は角度の絶対値の測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長さの測定には長さ用の測度形成体が用いられる。増分（インクリメント）方式の測定の場合、測度形成体に分布周期が設けられ、読み取りヘッドが測定位置まで移動する際にその分布周期の数を計数する。この方法では、増分方式の測定で得られる相対位置から基準点に対する絶対位置を求めるために、まず基準走行を行わなければならない。
【０００３】
そこで、別の方法では、測度形成体に絶対符号が設けられる。これにより、較正のための最初の走行が不要となる。しかし、この方法では複数の符号軌道とそれに適合した高価な測度形成体及び読み取りヘッドが必要である。また、測定範囲が長くなればそれだけ符号化強度を高くしなければならず、符号軌道の追加が必要となり、一層コストがかかる。
【０００４】
また、複数の磁場センサを隣接して配置することにより目盛りを構成し、読み取りヘッドとしての永久磁石の位置を位置多重化により検出するという方法が知られている。各磁場センサの位置は、複数の永久磁石を互いに離間して配置し、それらの間隔を磁場センサ毎に変えることにより絶対符号化を行う。この方法の欠点は、製造の時点で前記間隔が決まり、各磁場センサの測度形成体内における位置が固定されてしまうことである。これは、設置の柔軟性を制限することになる。例えば、同様に符号化された２つの磁場センサを接続すると符号の一意性が損なわれる。従って、低コストの測度形成体又は低コストの読み取りヘッドを使用できるようにするためには、工場渡しの段階で符号を測定対象の長さに適合させておかなければならない。
【０００５】
DE 101 17 193 A1には、絶対値を把握するための同一の構成を有する少なくとも２つの部分区間を組み合わせて成る度器（スケール）を備える角度又は経路長の絶対値測定装置が記載されている。追加の絶対符号軌道を利用することにより、走査ヘッドがどの部分区間に存在するかを読み取り、その情報から該部分区間内における絶対位置とともに絶対的な測定値が得られる。しかし、この解決法では前述の諸問題は克服されない。即ち、まずスケール上に追加の符号軌道を設け、それを走査ヘッドで読み取り可能にする必要がある。それから、スケールの部分区間の最大数が追加の走査用符号の強度により決まってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】DE 101 17 193 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ゆえに、本発明の課題は、構造が簡単であり、しかも測定対象の長さにできるだけ依存しない絶対式測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の、長さ及び角度の絶対値を決定するための測定装置、又はそれに対応する請求項１１に記載の方法により解決される。本発明の解決法の基本思想は、絶対符号化がなされ、十分に自立的であり、しかも能動的である複数の部分要素をモジュール方式で組み合わせることにより測度形成体を構成するということにある。各部分要素は、その上に読み取りヘッドが配置されると、それ自身に対する絶対的な経路長情報を測定する。この測定情報と、その部分要素が測度形成体内のどこに位置するかを示す情報から、目的とする測定値を求めることができる。
【０００９】
本発明には、非常に低コストでコンパクトな小型の測定装置が得られるという利点がある。モジュール型の部分要素から成る測度形成体を用いているため、保管、梱包及び輸送が容易であり、しかも簡単に運転状態にすることができる。従来技術とは異なり、測度形成体の全体にわたって多数の符号軌道を用いた高価な絶対符号化を行う必要はない。記憶すべき位置情報は、例えばわずか３２ビットの記憶領域でも数十億個の部分要素に対応可能であり、事実上任意の長さに対応できる。そのためには、実質的に同一の構成を持つ一般的な部分要素を同一の基本システムに対して所望の個数だけカスケード方式で並べて配置し、一定の長さを超えた場合に電気的な増幅を行うだけでよい。このような長さ測定でありながら、ミリメートルレベルの高精度の位置測定が可能であり、実施の形態やガイドの精度によっては更に高い精度を達成できる。本測定装置は、非接触で摩耗のない形態や防護性の高い形態（例えばＩＰ６７規格に準拠した形態）で実施することができる。
【００１０】
部分要素は能動的に測定を行うように構成されており、使用される測定法に応じて磁場又は電場を発生させる。追加の部分要素を接続するための端子を設けることにより、所望の個数の部分要素をカスケード方式で線状に配置できる構成の測度形成体が得られる。ただし、１個の部分要素だけで構成された測度形成体でも、例えば末端要素により終端を行えば機能する。もっとも、通常は複数の部分要素が用いられ、各部分要素には前段の部分要素を接続するための第１の接続部と後段の部分要素を接続する第２の接続部が設けられる。更に、各部分要素には、制御部や記憶部など、後述の特徴的な構成要素を搭載することができる。部分要素に能動的な測定原理を用いることで複数の読み取りヘッドを認識することも可能となる。
【００１１】
接続部は部分要素を少なくとも電子的に結合させるものであり、例えば給電線と、シリアル・インターフェイス又はバス・インターフェイス等のデータ・インターフェイスとを含む。更に、部分要素を安定的に測度形成体に組み付けるために、接続部に機械的な結合手段をも含めることが好ましい。
【００１２】
前記位置情報は長さ量として記憶されることが好ましい。その場合、長さ量は、位置情報が記憶されている各部分要素と基準点との間にある全ての部分要素の長さの加算値に相当する。言い換えると、この位置情報は測度形成体のゼロ点からの各部分要素のずれ量（オフセット値）に当たる。あるいは、要素番号のような抽象的な情報でも構わない。その場合、例えば中央の主制御部において全ての部分要素の順序と型式を把握しておけば、それらの情報から、ゼロ点に対する長さ量としてのずれ量を簡単に計算できる。
【００１３】
自身の位置情報を、接続された他の部分要素から受け取るか、接続された他の部分要素の位置情報から導き出すように制御ユニットを構成することにより、測度形成体に自動設定機能を持たせることが好ましい。この場合、各部分要素は、自身の接続部に他の部分要素が結合されているかどうか連鎖的に問い合わせを行い、必要な全ての情報を鎖に沿って後段へと渡してゆく。例えば、１番目の部分要素が位置情報ゼロで始まり、次の部分要素へ移るたびに位置情報の値が加算される。あるいは、改めてゼロから始めて、その都度、部分要素の長さを加算してもよい。自動設定が完了するとすぐに、測度形成体のゼロ点を起点とする距離が各部分要素において利用可能になる。この場合、通信用のアドレスも付与すればなお一層好ましい。通信用アドレス及び位置情報は互いに同一でもよく、又は相互に導出可能であってもよい。
【００１４】
読み取りヘッドは、２つの部分要素の間の移行部において両方の部分要素の測定値を出力し、２つの測定値の差から前記移行部に対応する補正量を導出可能であるように構成されることが好ましい。部分要素を並べて配置する際には生産量や温度といった環境条件に依存して不可避的に生じる隙間による誤差が生じるが、これは上記の方法で補正される。本発明の更なる発展形態では、ゼロ点から見て後段に配置された全ての部分要素において適切に補正が行われるように、前記補正量がそれらの部分要素に通知される。
【００１５】
読み取りヘッドは、前記移行部において両方の部分要素に対する自身の位置を測定可能であり、そのために、移行部に隣接する部分要素のそれぞれに対応する２つの有効な部分領域を持つような長さを有する構成にすることがなお一層好ましい。この構成では、物理的に均一な領域において、能動的な部分要素からどのような信号が到達するかによって前記部分領域が定まるようにしてもよいし、互いに分離した専用の部分領域を形成してもよい。このように構成された読み取りヘッドは、事実上、２つの部分要素の間の移行部の広がりを精確に測定する測度形成体となる。
【００１６】
読み取りヘッドは、能動的に動作し、測度形成体により生成される場と相互作用するような場を生成することが好ましい。能動的な読み取りヘッドは、それ自身が様々な補正及び較正を実行し、自ら生成した場を通じて確実に測定を行うことができる。また、読み取りヘッドが、受動的に動作し、測度形成体により生成される場を変化させたり、場を測度形成体へ反射したりするものであってもよい。このような読み取りヘッドには、能動的な読み取りヘッドが持つような利点はないものの、非常に低コストで、外乱に強いという利点がある。
【００１７】
制御ユニットは、読み取りヘッドが部分要素上に存在するかどうか、そしてどの位置に存在するかを分析するために、該部分要素の各位置において場を生成し、接続部を通じてその分析結果を出力する、という構成にすることが好ましい。この場合、各部分要素は独立して測定を実行し、生データではなく測定値を直接出力する。この測定値はその後簡単に処理することができ、しかも専用の電気的インターフェイスを必要としない。
【００１８】
記憶要素には、部分要素の較正のために、部分要素自身により測定された位置と基準位置との差が記憶されることが好ましい。このようにすると、製造時に生じる部分要素の長さのばらつきをミリメートルレベル、マイクロメートルレベル又はそれより高い精度で考慮することができる。これにより、各部分要素が測定上の要求に応じて正確に較正され、調整される。
【００１９】
測度形成体が角度の測定に用いられる場合、該測度形成体は曲線状の部分要素を備えることが好ましい。このようにすると、直線的に伸びる区間に適用される長さエンコーダではなく、回転エンコーダが得られる。いずれの場合も測定原理は同じである。なぜなら、詰まるところ角度とは、半径を単位として長さを区分けし、ラジアンで表したものだからである。曲線状の部分要素の形態には様々なものが考えられるが、円弧状が好ましい。その場合、最後の部分要素を最初の部分要素に接続することにより、部分要素が円環状に連続配列されたものが得られる。
【００２０】
特定の読み取りヘッドがある部分要素を何回、どの方向に通過したかを示す情報を制御ユニットに記憶させれば、３６０度の何倍もの値を超える回転数又は角度であってもその絶対値を確定することができる。
【００２１】
部分要素を曲げてその曲率半径を変えることができるようにすると更に好ましい。これは、例えば部分要素の収容ケース又は支持体を弾性プラスチックで作製することにより実現できる。この形態では、複数の部分要素から成る円環の半径が少なくともある一定の制限を受けるものの、あまり高い精度を要求されない場合には使用可能である。
【００２２】
好ましい発展形態においては、測度形成体と電気的に結合される主制御装置が設けられ、該主制御装置が部分要素の配列の始端と終端に接続され、特にまた能動的に構成された読み取りヘッドにも接続される。主制御装置は、例えば測定装置へ電圧及び電力を供給するための結節点、通信マスタ、あるいは測定装置の上位にある制御装置のためのインターフェイスであって、設定モード及び較正モードを開始したり、その動作を調整したりする。また、主制御装置と部分要素の制御ユニットを協同させることも可能である。特に別段の説明がない限り、主制御装置の機能は、全ての部分要素の制御ユニット又は専用の特殊な部分要素の制御ユニット（特に始端及び／又は終端の部分要素）に移すことが可能であり、さらにその逆も可能である。
【００２３】
部分要素の連続配列に始端要素及び終端要素を設け、特に該始端要素又は終端要素に前記主制御装置を少なくとも部分的に統合すると有利である。始端要素及び／又は終端要素は同時に部分要素として、つまり絶対式の測定目盛りを有する本来の測度形成体の一部として構成することも可能である。あるいは、始端要素及び／又は終端要素を単なる終端装置としてもよい。これは、例えば通信回路や給電回路を閉じるなど、連続配列の両端にある部分要素の接続部を開放しておかないようにするために用いられる。
【００２４】
測度形成体及び読み取りヘッドは、誘導方式、容量方式又は磁気方式で長さ又は角度を測定するものであることが好ましい。測度形成体はコイル等の回路要素を備える適宜の能動的な符号軌道を有し、その電場又は磁場が、それに適合した読み取りヘッド側の対応物と相互作用を行う。特に有利なのは容量型の測定装置である。なぜなら、容量型の相互作用は磁場に影響されないため、直線駆動型のリニアモーターに特に適しているからである。一方、例えば磁場型の測定装置をリニアモーターに用いると測定に乱れが生じる。
【００２５】
本発明に係る方法は、装置の場合と同様のやり方で、更に別の特徴によって仕上げることが可能であり、それにより同様の利点を示す。そのような更に別の特徴の模範例は、装置の請求項に従属する各請求項に記載されているが、それらに限られるものではない。
【００２６】
測度形成体は、第１の部分要素を起点として、各部分要素が順に自己設定モードで位置情報を自身に割り当てるか、位置情報を受け取り、続いて後段の部分要素を自己設定モードに移行させる、というように自己設定を行うことが好ましい。このような自己設定は、例えば電源投入時に実行される。後段の部分要素がなくなれば自己設定は終了する。
【００２７】
読み取りヘッドが２つの部分要素の間の移行部にあるときに両方の部分要素の測定値をそれぞれ出力し、２つの測定値の差から前記移行部に関する補正量を推定し、その際、特に２つの部分要素の一方の位置情報を前記補正量の分だけ補正する、というようにすると有利である。位置情報が長さ量である場合、補正値を直接加算又は減算することができる。そうでない場合は、補正値を位置情報とともに記憶し、後で測定値を計算する際にその補正値を考慮する。
【００２８】
各部分要素の基準量に対する差が該部分要素内に記憶され、測度形成体用のゼロ点が、特に読み取りヘッドの１つにおいて確定され、該読み取りヘッドが２つの部分要素の間の移行部を通過する際に該移行部における距離が前記ゼロ点に基づいて補正される、というようにして測度形成体の較正が行われるようにすると有利である。この場合、較正は３つの手順を含むことになる。ただし、それらの手順をそれぞれ個別に実行することで少なくとも部分的な較正を行うことも可能である。まず、部分要素が基準器（例えばレーザ干渉計）に合わせて自ら調整を行う。次に、ユーザが測度形成体上のゼロ点又は基準点を選択する。このゼロ点は測度形成体の始点、終点又は他の点に予め設定しておくこともできる。
【００２９】
最後に、２つの部分要素の間の移行部において、機械的な許容差により部分要素の長さ方向に不可避的に生じる隙間の変動を補正する。これは読み取りヘッドが移行部にあるときならいつでも実行できる。完全な較正は、最初に測度形成体の全体にわたって読み取りヘッドを走行させることにより達成される。別の方法として、まだ完全に較正されていない段階で移行部に対する予測値を設定して装置を稼動させ、読み取りヘッドが移行部を通過するたびに予測値を動的に補正することも考えられる。なお、読み取りヘッドが１つしかなく、しかもそれが跳んだりせず、測度形成体の上を連続的に走行するのであれば、そもそも未補正の測定箇所には到達し得ない。従って、予測値が意味を持つのは、複数の読み取りヘッドを用いるか、移動が不連続である場合のみである。
【００３０】
最初に各読み取りヘッドの位置を特定するため、測度形成体の各箇所において位置多重化により局所的な場を発生させることにより読み取りヘッドの有無を調べ、その後の運転においては各読み取りヘッドの周辺でのみ局所的な場を発生させるようにすると有利である。そのためには、いずれかの場所で読み取りヘッドが応答を返すか、読み取りヘッドが検知されるまで、位置多重化により各部分要素及び部分要素内の各位置を１つずつ順番に活性化する。複数の読み取りヘッドがあっても、測度形成体を完全に探索することによりそれらを確実に見つけ出すことができる。位置多重化のためのコストは、その後の運転では必要ない。なぜなら、最初に読み取りヘッドの位置に関する情報を入手すれば、後はその周辺だけを精確に測定するだけで済むからである。
【００３１】
以下、本発明について、添付の図面を参照しつつ、実施例に基づいて、更なる利点及び特徴にも触れながら説明を行う。図面の内容は以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】複数の部分要素をモジュール方式で組み合わせて成る測度形成体を備える本発明に係る測定装置のブロック図。
【図２】図１に示した部分要素の１つを示す３次元概略外観図。
【図３】図２に示した部分要素の概略断面図。
【図４】図２に示した部分要素のブロック回路図。
【図５】図３に対応する概略的断面図であって、２つの部分要素の間の移行部において生じる誤差の補正方法を説明するために該移行部を示した図。
【図６ａ】曲線状の部分要素の３次元概略外観図。
【図６ｂ】図６ａに示した部分要素を組み合わせて円環を構成する形態を説明するための概略断面図。
【図７】本発明の測度形成体の断面を注釈付きで示した図であって、記憶された位置情報と自動設定について説明するための図。
【図８】本発明の測度形成体の断面を注釈付きで示した図であって、ゼロ点の選択の仕方を説明するための図。
【図９】本発明の測度形成体の断面を注釈付きで示した図であって、２つの部分要素の間の移行部において生じる誤差の補正方法を説明するための図。
【図１０】本発明の測度形成体の断面を注釈付きで示した図であって、読み取りヘッドの位置を特定するために最初に行われる位置多重化について説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は本発明に係る測定装置１０のブロック図である。この測定装置１０は、測度形成体１２、該測度形成体１２の長手方向に移動可能な読み取りヘッド１４、及び主制御装置１６を備えている。測度形成体１２は、順番に配列された複数のモジュール型部分要素１８ａ〜ｃとその両端の始端要素２０及び終端要素２２から構成されている。始端要素２０と読み取りヘッド１４はそれぞれ主制御装置１６に接続されているが、その代わりに、あるいはそれに加えて、始端要素２０と読み取りヘッド１４を相互に接続することも可能である。主制御装置１６は、測定装置１０を上位の制御装置へ接続するためのインターフェイス２４（例えば「Ｈｉｐｅｒｆａｃｅ」（登録商標）の名称で知られるもの）を備えている。
【００３４】
本発明では、測定装置１０は、例えば磁気方式、誘導方式又は容量方式など、任意の測定原理で動作する。測度形成体１２は能動的なスケールとして局所的な場を発生させ、この場と読み取りヘッド１４との相互作用により読み取りヘッド１４の位置の検出が可能となっている。このような測定方法そのものは、例えば誘導方式、磁気方式又は容量方式の測定として当業者に知られている。前述した能動的な読み取りヘッド１４の代わりに受動的な読み取りヘッドを用いることも可能である。例として、永久磁石又は誘電体として構成された読み取りヘッドが挙げられる。このような読み取りヘッドは、測度形成体により生成された場を受けてそれを変化させたり反射したりする。
【００３５】
図２は測度形成体１０の１つの部分要素１８を示す３次元概略外観図である。これ以降の説明において同一の符号は同一の特徴的要素を示す。読み取りヘッド１４に対向する上面には絶対位置検出のための符号化部２６がある。説明を分かりやすくするため、この例の符号化部２６は正弦軌道及び余弦軌道の形で構成されている。実用化する際には、導体板上に銅の軌道を設けて成るものなど、任意の形態の符号化部を選択できる。
【００３６】
部分要素１８の両端には接続部２８ａ〜ｂがあり、これを用いて、原理的に任意の数の部分要素１８をカスケード式に組み合わせて測度形成体１２を構成することができる。更に、一体成形されたネジや別個の結合具などの機械的な結合手段を追加してもよい。
【００３７】
各部分要素１８は、例えば６４ｍｍ、１２８ｍｍ、２５６ｍｍ、５１２ｍｍ又は１０２４ｍｍのように標準化された長さを有する。一方、断面は、例えば１０ｍｍ×１２ｍｍという小さな寸法であり、それに合った軽量の読み取りヘッド１４の使用が可能である。部分要素１８の収容ケースの材料は特に限定されず、例えば樹脂（特に射出成形によるもの）、アルミニウム又はステンレス鋼が考えられる。
【００３８】
図３は部分要素１８をブロック回路図で示したものである。制御ユニット３０が、能動的な符号化部である導体板２６と、他の部分要素１８ａ〜ｃへと通じる両端の接続部２８ａ〜ｂとに接続されている。更に、好ましくは不揮発性である記憶部３２（例えばＥＥＰＲＯＭとして構成されたもの）が設けられており、制御ユニット３０はこの記憶部３２にアクセスする。
【００３９】
各部分要素１８はレーザ干渉計等の基準器を利用して予め自ら較正を行う。その際、部分要素１８及びその目盛りの予定長さ（あるべき長さ）と、実際の長さの測定値との差が記憶部３２に保存されるため、出力される測定値の精度は１μｍ又はそれより高いレベルにまで達する。
【００４０】
また、記憶部３２には測定装置１０の内部における通信のためのアドレスも記憶される。更に、測度形成体１２を構成する部分要素１８ａ〜ｃの連続配列内における各部分要素１８ａ〜ｃの位置を符号化した位置情報も記憶部３２に保存される。これらについては後で図７から図１０を用いてそれぞれ詳しく説明する。
【００４１】
制御ユニット３０は、測度形成体１２の上における読み取りヘッド１４の位置を自力で検出する。この位置は、まず部分要素１８内において、単なる増分方式ではなく絶対方式で検出され、接続部２８ａ〜ｂを通じて出力される。従って、部分要素１８は自立的なエンコーダの機能を有している。こうして最初に部分要素１８に関連付けて求められる絶対位置が、その後、後述する処理により、測度形成体全体に関連付けられた絶対位置に変換される。
【００４２】
図４は、符号化部２６の模範的な実施形態と、それを制御ユニット３０に接続して成る回路とを簡略化して示したブロック回路図である。符号化部２６には粗い符号化部２６ａと細かい符号化部２６ｂがあるが、図ではいずれも単に象徴的に描かれている。電源が投入されると、まず粗い符号化部２６ａを用いて読み取りヘッド１４の位置が素早く見出され、その後の運転の際に細かい符号化部２６ｂを用いて真の測定値が求められる。制御ユニット３０は、符号化部２６の一部の領域を活性化し、それにより該符号化部２６上における能動的又は受動的な読み取りヘッド１４の位置を検出することができるように、適宜の数の接続を有している。別の方法として、部分領域１８、部分領域１８ａ〜ｃのうち最大のもの、あるいは複数の部分領域１８ａ〜ｃをカバーできるような強度を持つ受動的な絶対符号化部２６を使用し、能動的な読み取りヘッド１４を用いてその符号を解析することも可能である。
【００４３】
こうして求められた位置が接続部２８ａ〜ｂを通じて出力されるか、位置情報又は他の情報が測度形成体１２の複数の部分要素１８ａ〜ｃの配列に沿って順に受信され、転送される。接続部２８ａ〜ｂには更に基準信号やクロックのための接続線、あるいは給電線を含めることもできる。
【００４４】
図５は、２つの部分要素１８ａ〜ｂの間の移行部３４において許容差により部分要素の長さ方向に不可避的に生じる様々な幅の隙間を精確に測定する方法を簡略な断面図で説明したものである。この測定のために、読み取りヘッド１４は、符号化部と相互に作用することができる２つの部分領域３６ａ〜ｂと、部分領域３６ａ〜ｂの両方又はそれぞれ一方のみを選択的に活性化するための２つのスイッチ３８ａ〜ｂとを備えている。
【００４５】
移行部３４は、そこに属する部分要素１８ａ〜ｂの間に読み取りヘッド１４が配置されているとき（理想的には、ほぼ中間に位置しているとき）に精確に測定される。そのために、第１の部分領域３６ａを用いて第１の部分要素１８ａに対する位置が、また第２の部分領域３６ｂを用いて第２の部分要素１８ｂに対する位置が、逐次測定される。これら２つの位置の差が、移行部３４の幅、又は移行部３４の幅の期待値に対する誤差に相当する。この差をその後の運転時に考慮できるように、その値を部分要素１８ａ、部分要素１８ｂ、始端要素２０及び／又は主制御装置１６に記憶させる。
【００４６】
２つの部分領域３６ａ〜ｂは能動的な読み取りヘッド１４を用いる場合にのみ意味がある。能動的な読み取りヘッドと受動的な読み取りヘッドの両方で利用できる方法としては、前記のやり方と似ているものの、今度は共通の領域を１つだけ用いて、まず第１の部分要素１８ａから生じる局所的な場により、次に第２の部分要素１８ｂから生じる局所的な場によりそれぞれ位置を検出する、という方法が考えられる。
【００４７】
読み取りヘッド１４は、移行部３４において両方の部分要素１８ａ〜ｂに対する測定を同時に実行するできる程度の十分な幅を有する。この条件を確実に満たすために、特に読み取りヘッド１４の幅を部分要素１８ａ〜ｂの１つ分よりやや広くしたり、使用されている部分要素１８ａ〜ｃのうち最大のものより広くしたりしてもよい。
【００４８】
図６ａは部分要素１８の別の形態として曲線状のものを示している。この形態では、図６ｂに示したように複数の部分要素１８ａ〜ｄを結合して円環を構成することができる。この場合、測定される経路長はラジアンで表した角度に相当するため、測定装置１０を絶対式回転エンコーダとして使用することもできる。部分要素１８ａ〜ｄの収容ケースが剛性を有する場合、曲率は予め決まっているから、部分要素１８ａ〜ｄを結合して成る円環は予め決められた半径を持つことになる。一方、弾性プラスチックなどの弾性材料で作られた収容ケースを用いた場合、符号化部２６の導電性カード部材は元々弾性を有するから、少なくとも部分要素の曲率を一定の範囲内で調整することができる。この場合、マイクロメートルレベルの補正は無効となるか、実行不可能であるのが通例であるが、精度要求がそれほど高くなければ、前述のような形で測定装置１０を使用することができる。同様にして、円環とは異なる任意の曲線状の開放型又は閉鎖型軌道も形成できる。
【００４９】
次に、図７〜１０を用いて、個々の部分要素１８ａ〜ｄの内部における位置の値を測度形成体１２に対する絶対的な位置の値に変換する方法について説明する。
【００５０】
図７は測度形成体１２が最初に行う自己設定の方法を示している。始端要素２０から始まり、後続の各部分要素１８ａ〜ｄに対して、アドレス及び始端要素からのオフセット値を自身に割り当てて記憶部３２に保存するように要求が出される。あるいは、始端要素２０又は主制御装置１６から後続の部分要素１８ａ〜ｄにそれらの情報を予め与えておいてもよい。最初の部分要素１８ａには番号＃１が付与され、始端からの累積オフセット値は０ｍｍとなる。その後段には別の部分要素１８ｂが接続されているため、自己設定は部分要素１８ｂへと続き、番号＃２、累積オフセット値６４ｍｍが付与される。この累積オフセット値は、前段の部分要素１８ａの累積オフセット値（０ｍｍ）に該部分要素１８ａの長さ（６４ｍｍ）を加算した値である。以上の操作が最後の部分要素１８ｄ（番号＃１１、累積オフセット値７０４ｍｍ）まで同様に続けられる。部分要素１８ｄの後段には終端要素２２しかなく、もう部分要素は残っていないから、ここで自己設定は終了する。なお、説明を分かりやすくするため、図では全ての長さをミリメートルまでしか記載していないが、実際には小数第３位またはそれ以下の精度になり得る。
【００５１】
番号＃１〜＃１１は通信アドレスとしても利用可能であり、あくまで模範例として理解すべきものである。重要なのは、これらの番号から部分要素１８ａ〜ｄの連続配列内における各部分要素１８ａ〜ｄの位置を一意に推定できるという点のみである。累積オフセット値を記憶部３２に保存することは必須ではない。なぜなら、測度形成体１２内における各部分要素１８ａ〜ｄの位置と、部分要素１８ａ〜ｄの型式から分かる各部分要素１８ａ〜ｄの長さから、制御ユニット３０又は主制御装置１６により累積オフセット値を計算することができるからである。
【００５２】
このオフセット値を用いれば読み取りヘッド１４の位置を簡単に測度形成体１２と関連付けることができる。例えば、部分要素１８ｃ又はその制御ユニット３０により部分要素１８ｃに対する読み取りヘッド１４の位置が９９ｍｍと求められたとする。この値に部分要素１８ｃの累積オフセット値１２８ｍｍを加算すると、９９ｍｍ＋１２８ｍｍ＝２２７ｍｍとなる。これが測度形成体１２の始端要素２０に対する読み取りヘッドの絶対位置である。
【００５３】
図８はゼロ点（測度形成体１２上の基準点）の移動を示している。そのためには、例えば、ある位置に読み取りヘッド１４が存在するときに、該ヘッド上の較正用結節点を通じてその位置に新しいゼロ点４０を設定する。それにはまず読み取りヘッド１４の位置を検出する。ここでは部分要素１８ｃに対して１００ｍｍであり、従って測度形成体１２の始端要素２０に対して１００ｍｍ＋１２８ｍｍ＝２２８ｍｍである。そして、全ての部分要素１８ａ〜ｄの累積オフセット値を２２８ｍｍだけ下方に修正する。これによりゼロ点が移動する。
【００５４】
図９は先に図５を用いて説明した隙間補正の方法を示している。図を見ると、部分要素１８ａと１８ｂの間に幅３ｍｍの移行部３４ａがあり、部分要素１８ｂと１８ｃの間に幅５ｍｍの移行部３４ｂがある。実際には移行部の幅がこれほど大きくなることは機械的に回避可能であり、その値は１ｍｍをはるかに下回るが、ミリメートル尺度の使用がここまでの機能原則であるので、ここでもそれに従うことにする。
【００５５】
読み取りヘッド１４がゼロ点４０から移行部３４ｂに達するとすぐに、図５に基づいて説明した方法によりその幅が測定される。そして、ゼロ点４０から見て同じ側にある全ての部分要素１８ａ〜ｂの累積オフセット値が、この移行部３４ｂの幅である３ｍｍだけ補正される。以上の動作は各移行部３４ａ〜ｂにおいて実行される。
【００５６】
最初にゼロ点４０の補正のために全ての移行部３４ａ〜ｂを走行することにより、測度形成体１２を予め完全に較正することができる。ただし、読み取りヘッド１４を１つしか使用しないのであれば、この較正を動的に行うこともできる。なぜなら、各測定箇所に達するまでの過程で、読み取りヘッド１４はゼロ点４０からその測定箇所までの区間に存在する全ての移行部３４ａ〜ｂを通過するからである。あるいは、最初に各移行部３４ａ〜ｂの幅の予測値を仮設定しておき、読み取りヘッド１４が各移行部３４ａ〜ｂに達するたびにその予測値を補正するようにしてもよい。この場合、全ての移行部３４ａ〜ｂを考慮できる段階になって初めて測度形成体１２の較正が完了するため、それ以前に出力される測定値には誤差が含まれるが、それでも多くの用途でほぼ十分に利用可能である。
【００５７】
図１０は電源投入時に位置多重化により読み取りヘッド１４を探索する方法を示している。そのためには、全ての部分要素１８ａ〜ｄを順に活性化する。すると、部分要素１８ａ〜ｄが順に全ての位置で局所的な場４２を発生させる。従って、図１０に示した局所的な場４２は同時にではなく順々に活性化する。読み取りヘッド１４が存在する位置では、局所的な場４２との相互作用を通じてヘッドの存在が認識される。読み取りヘッド１４が１つしかない場合はこの時点で処理を中断してもよいが、そうでない場合は全ての読み取りヘッド１４が見出されるか、全ての位置が検査されるまで処理が続けられる。その後の運転時には各読み取りヘッ１４の位置が分かっているから、その周辺でのみ局所的な場４２を発生させて、各読み取りヘッド１４の移動を追跡する。
【図１】
2011164106.tif 000003
【図２】
2011164106.tif 000004
【図３】
2011164106.tif 000005
【図４】
2011164106.tif 000006
【図５】
2011164106.tif 000007
【図６ａ】
2011164106.tif 000008
【図６ｂ】
2011164106.tif 000009
【図７】
2011164106.tif 000010
【図８】
2011164106.tif 000011
【図９】
2011164106.tif 000012
【図１０】
2011164106.tif 000013