(57)【要約】【課題】変位検出装置用スケールの累積変位量誤差を低減する変位検出装置を提供する。【解決手段】変位検出装置は、複数のマークを備えたスケール１１５と、マーク１１０の位置を検出する第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２と、第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２からの出力信号を演算処理する処理部と４０９を有し、第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２は、スケール１１５に対し相対移動可能であるように相対移動方向に互いに距離Ｌだけ離れて配置され、処理部４０９は、距離Ｌ、複数のマークのうちＫ個のマークが第１の位置検出センサ１１１による検出位置を通過するのに必要な第１の時間ＴＰＫ、及び、第１の時間と同時に計測された、複数のマーク１１０のうち特定のマークが距離Ｌを移動するのに必要な第２の時間ＴＬを用いてマーク１１０のマークピッチＰの補正値Ｐ’を算出する。【選択図】図１
2011169893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマークが周期的に配置されたスケールと、
前記マークの位置を検出する第１の位置検出センサ及び第２の位置検出センサと、
前記第１の位置検出センサ及び前記第２の位置検出センサのそれぞれからの出力信号を演算処理する処理部と、を有し、
前記第１の位置検出センサ及び前記第２の位置検出センサは、前記スケールに対し相対移動可能なように、相対移動方向に互いに距離Ｌだけ離れて配置されており、
前記処理部は、前記距離Ｌ、前記複数のマークのうちＫ個のマークが前記第１の位置検出センサ又は前記第２の位置検出センサによる検出位置を通過するのに必要な第１の時間ＴＰＫ、及び、該第１の時間ＴＰＫと同時に計測された、該複数のマークのうち特定のマークが該距離Ｌを移動するのに必要な第２の時間ＴＬを用いて、該複数のマークのマークピッチＰの補正値Ｐ’を算出することを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記マークピッチＰの補正値Ｐ’は、前記第２の時間ＴＬの間の移動速度Ｌ／ＴＬで前記第１の時間ＴＰＫの間に移動した距離ＴＰＫＬ／ＴＬを１／Ｋ倍して前記マークピッチＰの補正値Ｐ’を算出することを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項３】
前記処理部は、所定のマークピッチＰの通過時間ＴＰを用いて、前記第１の時間ＴＰＫの間に移動した距離ＴＰＫＬ／ＴＬをＴＰ／ＴＰＫ倍して前記マークピッチＰの補正値Ｐ’を算出することを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項４】
前記処理部は、第ｎ番目のマークが前記第１の位置検出センサを通過してから第ｎ＋ｉ番目のマークが該第１の位置検出センサを通過するまでの時間ＴＰｉが前記時間ＴＬに最も近いときのｉを前記Ｋとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記Ｋが２ｍ（ｍは正の整数）のとき、第ｎ＋ｍ番目のマークピッチＰｎ＋ｍ、又は、第ｎ＋ｍ−１番目のマークピッチＰｎ＋ｍ−１に前記補正値Ｐ’を適用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項６】
前記処理部は、前記Ｋが２ｍ（ｍは正の整数）のとき、第ｎ番目のマークから第ｎ＋２ｍ番目のマークが前記第１の位置検出センサを通過する時間ＴＰ２ｍがＴＰ２ｍ≦ＴＬの関係を満たす場合には前記第ｎ＋ｍ番目のマークピッチＰｎ＋ｍに前記補正値Ｐ’を適用し、ＴＰ２ｍ＞ＴＬの関係を満たす場合には前記第ｎ＋ｍ−１番目のマークピッチＰｎ＋ｍ−１に前記補正値Ｐ’を適用することを特徴とする請求項５に記載の変位検出装置。
【請求項７】
前記処理部は、前記Ｋが２ｍ＋１（ｍは正の整数）のとき、第ｎ＋ｍ番目のマークピッチＰｎ＋ｍに前記補正値Ｐ’を適用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項８】
前記処理部は、前記Ｋが１又はＬ＜Ｐのとき、第ｎ番目のマークが前記第１の時間ＴＰＫ（Ｋ＝１）の間に移動した距離ＴＰＫＬ／ＴＬ（Ｋ＝１）を算出して前記スケールの上の任意の位置の位置誤差を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項９】
前記スケールの上又は該スケールに隣接して配置された原点マークと、
前記原点マークの位置を検出する原点検出センサと、を更に有し、
前記処理部は、前記原点検出センサにより前記原点マークの位置が検出された後、前記第１の位置検出センサにより最初に検出されたマークのマークナンバｎを１とし、その後連続して検出されるマーク順に該マークナンバｎを１ずつ加算することにより、前記複数のマークの位置を特定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項１０】
前記原点マークは、発光体、反射体、磁性体、又は、帯電体により構成されていることを特徴とする請求項９に記載の変位検出装置。
【請求項１１】
前記変位検出装置は、絶対値エンコーダとして用いられ、
前記処理部は、前記特定のマークを、前記絶対値エンコーダの絶対位置に対応させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項１２】
前記変位検出装置は、前記第１の位置検出センサ及び前記第２の位置検出センサと前記スケールとの相対移動を繰り返し往復動作させて誤差補正を行い、複数の補正結果の平均値を前記補正値Ｐ’として用いることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項１３】
前記第１の時間ＴＰＫは、前記Ｋ個のマークが前記第１の位置検出センサによる検出位置を通過するのに必要な時間であり、
前記処理部は、前記距離Ｌ、前記Ｋ個のマークが前記第２の位置検出センサによる検出位置を通過するのに必要な第３の時間ＴＰＫ２、及び、前記特定のマークが該距離Ｌを移動するのに必要な第４の時間ＴＬ２を用いて該複数のマークのマークピッチＰの補正値Ｐ’’を算出し、前記補正値Ｐ’と該補正値Ｐ”との平均値を該マークピッチＰに適用することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項１４】
前記スケールは無端スケールであり、
前記処理部は、前記無端スケールに配置された同一マークの通過回数に応じて、複数の誤差見積量の平均値を前記補正値Ｐ’として用いることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項１５】
前記処理部は、前記第１の位置検出センサ及び前記第２の位置検出センサの材料の熱膨張係数に基づいて該距離Ｌを補正して前記補正値Ｐ’を決定することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項１６】
複数のマークが周期的に配置された変位検出装置用スケールの誤差補正方法であって、
前記変位検出装置用スケールに対し相対移動可能なように相対移動方向に互いに距離Ｌだけ離れて配置された第１の位置検出センサ及び第２の位置検出センサを用いて前記マークの位置を検出し、
前記第１の位置検出センサ及び前記第２の位置検出センサのそれぞれからの出力信号を演算処理し、
前記距離Ｌ、前記複数のマークのうちＫ個のマークが前記第１の位置検出センサ又は前記第２の位置検出センサによる検出位置を通過するのに必要な第１の時間ＴＰＫ、及び、該第１の時間ＴＰＫと同時に計測された、該複数のマークのうち特定のマークが該距離Ｌを移動するのに必要な第２の時間ＴＬを用いて該複数のマークのマークピッチＰの補正値Ｐ’を算出する、ことを特徴とする変位検出装置用スケールの誤差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケールの累積位置誤差を低減する変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダ（変位検出装置）は、予め周期的に刻まれているマークを読み取り、マークピッチとそのマークピッチの数の積から相対的な変位量を演算するデバイスである。マークピッチの精度がそのまま変位誤差に転換されるため、エンコーダの高精度化には、マークピッチの寸法誤差を小さくすることが重要である。しかしながら、マークピッチの寸法誤差を小さくしても、マークを記録したスケールを機器へ実装する過程で傾いて装着され、また、スケールを固定、装着する際の機械的なストレスや温度変化によりマークピッチが伸縮するという問題がある。このため、エンコーダの累積位置精度を向上させることは困難である。
【０００３】
従来から、エンコーダで計測された変位計測値に対して補正処理を行って精度を向上させることが行われている。例えば特許文献１では、高精度な標準スケールの計測値に対して、補正対象となるスケール実測値のずれを累積計算し、その累積量が一定値を越えると検出装置の分解能分だけスケールピッチを補正する累積誤差補正方法が開示されている。また特許文献２には、既知の区間だけ離れた２つの位置検出センサから、マークピッチの誤差を含む速度情報を補正する検出速度補正方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６３５９７号公報
【特許文献２】特開２００６−３４５２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２に開示された構成において、変位検出装置用スケールのマークピッチの累積位置誤差を較正するには、予め高精度な標準スケールを別途用意しておく必要がある。また、装置へ実装された状態でのスケールのマークピッチ誤差や累積位置誤差値を見積もるには、この装置に併設する形態で高精度な標準スケールを備えた変位検出装置を構成する必要がある。すなわち、標準スケールによる装置自体の補正が必要となる。特に、スケールを安価な薄膜素材で作成すると、スケールの直線性が維持できずにマークピッチ誤差が大きくなる。これは、スケールの実装過程によっては、スケールが可動方向に対して蛇行することや、張力の加減によって伸縮することなどに起因する。さらに、素材の熱容量によっては、環境温度変化に依存して伸縮するため、常にマークピッチが変動する場合もある。従って、一般的に、マークピッチ誤差を最小限に抑制可能な材質を使用してマークピッチが高精度に記録されたスケールを用いる必要がある。
【０００６】
そこで本発明は、変位検出装置用スケールの累積位置誤差を低減する変位検出装置及び誤差補正方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての変位検出装置は、複数のマークが周期的に配置されたスケールと、前記マークの位置を検出する第１の位置検出センサ及び第２の位置検出センサと、前記第１の位置検出センサ及び前記第２の位置検出センサのそれぞれからの出力信号を演算処理する処理部とを有し、前記第１の位置検出センサ及び前記第２の位置検出センサは、前記スケールに対し相対移動可能であるように、相対移動方向に互いに距離Ｌだけ離れて配置されており、前記処理部は、前記距離Ｌ、前記複数のマークのうちＫ個のマークが前記第１の位置検出センサ又は前記第２の位置検出センサによる検出位置を通過するのに必要な第１の時間ＴＰＫ、及び、該第１の時間ＴＰＫと同時に計測された、該複数のマークのうち特定のマークが該距離Ｌを移動するのに必要な第２の時間ＴＬを用いて該複数のマークのマークピッチＰの補正値Ｐ’を算出する。
【０００８】
本発明の他の側面としての変位検出装置用スケールの誤差補正方法は、複数のマークが周期的に配置された変位検出装置用スケールの誤差補正方法であって、前記変位検出装置用スケールに対し相対移動可能なように相対移動方向に互いに距離Ｌだけ離れて配置された第１の位置検出センサ及び第２の位置検出センサを用いて前記マークの位置を検出し、前記第１の位置検出センサ及び前記第２の位置検出センサのそれぞれからの出力信号を演算処理し、前記距離Ｌ、前記複数のマークのうちＫ個のマークが前記第１の位置検出センサ又は前記第２の位置検出センサによる検出位置を通過するのに必要な第１の時間ＴＰＫ、及び、該第１の時間ＴＰＫと同時に計測された、該複数のマークのうち特定のマークが該距離Ｌを移動するのに必要な第２の時間ＴＬを用いて該複数のマークのマークピッチＰの補正値Ｐ’を算出する。
【０００９】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、変位検出装置用スケールの累積位置誤差を低減する変位検出装置及び誤差補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例における変位検出装置の概略構成図である。
【図２】本実施例において、スケールの実装精度によりマークピッチが変動することを示す説明図である。
【図３】本実施例における変位検出装置のブロック図である。
【図４】本実施例における変位検出装置用スケールの誤差補正方法のフローチャートである。
【図５】本実施例における累積誤差演算処理部による誤差演算処理の説明図である。
【図６】本実施例において、マークピッチの補正値の割り付け方法の説明図である。
【図７】本実施例において、マークピッチの累積誤差とその補正効果を示すグラフである。
【図８】本実施例において、マークピッチ変動と速度変動がある場合のマークピッチの誤差補正効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
まず、本発明の実施例における変位検出装置の概略について説明する。本実施例における変位検出装置は、複数のマークが周期的に配置された変位検出装置用スケールの誤差補正方法を実行可能に構成されている。図１は、本実施例における直線型変位検出装置１００の概略構成図である。本実施例において、第１の位置検出センサ１１１、第２の位置検出センサ１１２、及び、原点検出センサ１０８は、全て光学式反射型センサである。第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２は、第１の発光素子１０１及び第２の発光素子１０３から光線を射出する。そして、対象となるマーク上での反射光を検出し、光電変換された信号を後述の信号処理部４０５により処理することで、マークの位置を検出することができる。ただし、本実施例における位置検出センサは光学式反射型センサに限定されるものではなく、静電容量式や磁気式、音波式等の他の検出方法に基づく位置検出センサを採用してもよい。また、それらの組み合わせでも構わない。
【００１４】
直線型変位検出装置１００において、スライダ１０９は直線案内機能付ステージ上を図１中の矢印方向に直線往復移動する。スライダ１０９の上には、長尺方向に始点１０５から終点１０６まで周期的に配置されたマーク１１０が記されたスケール１１５（変位検出装置用スケール）が貼付されている。マーク１１０は、光源からの光線を効率的に反射する反射域と非反射域とが交互に配置された構成要素である。マーク１１０に対して、第１の発光素子１０１から照射された光の反射光は、第１の受光素子１０２により光電変換され、第１の位置検出信号Ｓ１として出力される。第１の発光素子１０１及び第１の受光素子１０２により第１の位置検出センサ１１１が構成される。同様に、マーク１１０に対して第２の発光素子１０３から照射された光の反射光は、第２の受光素子１０４により光電変換され、第２の位置検出信号Ｓ２として出力される。第２の発光素子１０３及び第２の受光素子１０４により第２の位置検出センサ１１２が構成される。
【００１５】
第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２は、不図示の機構により直線案内機能付ステージに固定される。一方、スライダ１０９は、可動部として、第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２に対して相対的に移動する。スライダ１０９の移動は、第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２により検出される。また、スライダ１０９の移動時間は、第１の位置検出信号Ｓ１及び第２の位置検出信号Ｓ２に基づいて、信号処理部４０５のエンコーダ処理部１１３と区間検出処理部１１４により算出される。
【００１６】
本実施例では、図１に示されるように、マークピッチをＰ（公称値）、第１の位置検出センサ１１１と第２の位置検出センサ１１２との間の距離をＬと定義する。第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２は、スケール１１５に対して相対移動可能なように、相対移動方向（Ｘ方向）に互いに距離Ｌだけ離れて配置されている。マークピッチＰ及び距離Ｌの値は、変位量を演算する際の参照値として、予め記憶部４０８に記憶されている。本実施例において、距離Ｌは、工具顕微鏡などによる測長計測機器で予め高精度に実測されているが、その測長手段は限定されるものではない。そして、距離Ｌを定義する直線が可動方向と平行になるように、第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２は直線型変位検出装置１００の固定部に固定されている。
【００１７】
図１に示されるように、マークの始点１０５の直前には別途基準位置を示す原点マーク１０７が配置されている。原点マーク１０７の位置は、原点検出センサ１０８により検出され、マーク１１０上の基準位置を特定できるように構成されている。また原点マーク１０７は、例えば、発光体、反射体、磁性体、又は、帯電体により構成されている。
【００１８】
原点検出センサ１０８は、第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２と同様に、不図示の機構により、直線案内機能付ステージに固定されている。原点マーク１０７は、スケール１１５上に付されており、マーク１１０と同様に光学的に読み取り可能なマークである。ただし、原点マーク１０７を他のマーク１１０と区別するため、そのマークピッチを既知の変動パターンとして、原点検出センサ１０８で検出される信号パターンＳ０の形状から判断できるようにしている。なお、原点マーク１０７は、スケール１１５上ではなくその隣接位置に配置されていてもよい。マーク１１０は、基準位置に対して、始点１０５から終点１０６まで順番に１から番号を付与されて構成されている。また、原点検出センサ１０８が第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２と同じ検出原理のセンサである場合、原点検出センサ１０８の代わりに第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２を使用して原点を検出してもよい。
【００１９】
次に、本実施例におけるスケール１１５の具体的構成について説明する。マーク１１０は、スケール１１５の基材となるポリエステル樹脂に、アルミニウム蒸着した薄膜をエッチング処理して加工されている。このような加工によりマーク１１０を形成したスケール１１５は、スライダ１０９に両面テープや接着材などで固定される。なお、マークの形成方法としては、レーザーを照射して、蒸着膜層を蒸発又は昇華させて形成する方法でもよい。
【００２０】
次に、信号処理部４０５及び原点検出処理部４０４（処理部）について説明する。処理部は、第１の位置検出センサ１１１、第２の位置検出センサ１１２、及び、原点検出センサ１０８のそれぞれから光電変換された信号を２値化し、各センサの検出時刻を計測し、マークが各センサを通過する時刻差を演算する。まず、第１の位置検出センサ１１１は、２値信号である第１の位置検出信号Ｓ１を検出する。そして信号処理部４０５を構成するエンコーダ処理部１１３は、第１の位置検出信号Ｓ１のパルス周期Ｔｎを演算する。また、第２の位置検出センサ１１２は、２値信号である第２の位置検出信号Ｓ２を検出する。そして信号処理部４０５を構成する区間検出処理部１１４は、第１の位置検出信号Ｓ１及び第２の位置検出信号Ｓ２に基づいて同一のマークを通過する時間ＴＬ（第２の時間ＴＬ）を演算する。時間ＴＬは、複数のマークのうち特定のマークが距離Ｌを移動するのに必要な時間（距離Ｌの通過時間）である。また時間ＴＬは、後述の時間ＴＰＫと同時に計測されることが好ましく、時間ＴＬと時間ＴＰＫの計測時刻の少なくとも一部は重複している。
【００２１】
原点検出センサ１０８は、原点マーク１０７を取得するための信号パターンＳ０を検出する。そして原点検出処理部４０４は、予め設定された原点マーク１０７のパターンと原点検出センサ１０８で検出された信号パターンＳ０とが一致した位置を基準として、第１の位置検出センサ１１１が検出した最初のマークから順番に１から番号を付与する。例えば、第１の位置検出センサ１１１と第２の位置検出センサ１１２との間の距離Ｌにマーク１１０がＫ本含まれるとすると、第２の位置検出センサ１１２は、処理部の指示に従い、第１の位置検出センサ１１１にマークＫ個分だけ遅れて順番に１から番号を付与する。なお、必ずしも原点検出センサ１０８が、原点マーク１０７を検出した直後に第１の位置検出センサ１１１が検出した先頭部のマークを１番から順に番号を付与する必要はない。先頭位置をどこに設定するかは、各位置検出センサの配置によって自由に変更可能である。また、第１の位置検出センサ１１１を原点検出センサ１０８の代わりに使用し、原点マーク１０７を検出後最初にとらえたマークを第１番目のマークとし、順次、全領域のマークを走査してもよい。
【００２２】
次に、スケール１１５の実装精度によりマークピッチＰが変動することについて説明する。図２は、その説明図であり、第１の位置検出センサ１１１と第２の位置検出センサ１１２の位置、距離Ｌ、スライダの進行方向、及び、マーク１１０の相対的な関係を示している。ここでは、スライダ１０９に対して蛇行して装着されたスケール１１５の様子が示されている。図２に示されるように、スライダ１０９上にスケール１１５を実装する過程によっては、スケール１１５がその可動方向に対して蛇行し、また張力の加減によっては伸縮し、マークピッチＰが一様にならない場合がある。また、スライダ１０９の熱容量によっては、膨張のためにマークピッチＰが変動する場合もある。従って、マーク１１０を用いたエンコーダシステムでは、このようなマークピッチ誤差が生じることを予め予測している。そして一般的には、マークピッチのプロファイルを利用してマークピッチの計測後にそれを補正するか、又は、マークピッチ誤差を最小限に抑制可能な材質のスケールに高精度にマークピッチを記録したものを用いている。
【００２３】
一方、本実施例のエンコーダシステム（変位検出装置）では、前述したように、特に安価に作成可能な樹脂製のスケールを対象としている。そして、前述した実装過程でのマークピッチ誤差が大きくなる問題が発生しても、その誤差を直接計測して補正することで、位置累積誤差を軽減することができる。
【００２４】
次に、本実施例における直線型変位検出装置１００による補正処理について説明する。図３は、直線型変位検出装置１００のブロック図である。原点検出センサ１０８は、前述のようにスケール上の基準位置である原点マーク１０７を検出するために設けられており、その出力信号は原点検出処理部４０４に入力される。また、第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２は、前述のように距離Ｌの通過時間を検出するために設けられており、それらの出力信号は信号処理部４０５に入力される。４０６は、信号処理部４０５の出力からマークピッチＰの累積誤差を演算する累積誤差演算処理部である。４０８は、累積誤差演算処理部４０６の演算結果をマーク位置に対応させて記憶する記憶部である。４０７は、記憶部４０８から読み出された補正値を適用し、補正後の変位量を演算する変位量演算処理部である。原点検出処理部４０４、信号処理部４０５、累積誤差演算処理部４０６、変位量演算処理部４０７、及び、記憶部４０８により処理部４０９が構成される。処理部４０９は、第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２のそれぞれからの出力信号を演算処理する。
【００２５】
次に、図４を参照して、本実施例の直線型変位検出装置１００による補正処理動作について説明する。図４は、本実施例における変位検出装置用スケールの誤差補正方法（変位量測定方法）のフローチャートである。図４の各ステップは、直線型変位検出装置１００の制御部（不図示）の指示に基づいて実行される。全体の補正処理の流れとしては、まず、マーク１１０のマークナンバｎを決定するため、原点信号の検出を行う。次に、原点位置検出後から直ちに個々のマークのマークナンバｎを決定する。すなわち処理部４０９は、原点検出センサ１０８により原点マーク１０７の位置が検出された後、第１の位置検出センサ１１１により最初に検出されたマークのマークナンバｎを１とする。そして、その後連続して検出されるマーク順にマークナンバｎを１ずつ加算することにより、複数のマークの位置を特定する。また処理部は、各マークのマークナンバｎ毎にマーク通過時刻計測データを付与し、マークナンバｎ毎に付与された時刻データから演算処理により最終的な補正値を決定する。各マークナンバの補正値Ｐ’は、記憶部４０８に記憶される。以下、図４のフローチャートに示される記号を用いて詳述する。
【００２６】
まずステップＳ４−１において、直線型変位検出装置１００の制御部は、変位量測定の際に誤差補正を行う否か、すなわち補正動作を開始するか否かを判定する。誤差補正を行わない場合にはステップＳ４−９に進む。一方、誤差補正を行う場合には、制御部は補正動作を開始し、原点検出を行う。すなわちステップＳ４−２において、制御部は原点つきあて処理を行い、スライダ１０９を機構付き当て原点等の機械的原点位置に移動する。続いてステップＳ４−３において、制御部は、原点マークを検出したか否かを判定する。具体的には、スライダ１０９は一方向への移動動作を開始し、原点マーク１０７が原点検出センサ１０８を通過するときの原点検出センサ１０８の出力信号を原点検出処理部４０４にて処理を行い、原点マーク１０７を検出して特定する。
【００２７】
ステップＳ４−３において原点マークが検出されない場合には、ステップＳ４−２に戻る。一方、原点マークが検出された場合にはステップＳ４−４において、スケール上の各マークのナンバリングが行われる。具体的には、第１の位置検出センサ１１１が出力する出力信号を信号処理部４０５にて処理し、マークの通過時刻を検出する。ここで、信号処理部４０５は各位置検出センサにおいて光電変換された検出信号を所定閾値にて２値化し、２値化信号のエッジ信号を検出処理し、マーク通過時刻を検出処理する。このようなマーク通過時刻検出と共に、累積誤差演算処理部４０６は、通過した各マークにナンバリング処理を行う。また、累積誤差演算処理部４０６は、第２の位置検出センサ１１２で通過時刻を検出したマークに対して、同一マークが第１の位置検出センサ１１１にて通過した時刻を検出しナンバリングした番号と同じ番号になるようにナンバリング処理を行う。
【００２８】
続いてステップＳ４−５において、累積誤差演算処理部４０６は、マークピッチＰの補正値Ｐ’を演算する。具体的には、累積誤差演算処理部４０６では、信号処理部４０５にて検出された信号から、各マークの同一箇所に相当する検出信号上の時刻の検出を行い、前述したようにナンバリングしたマークに対応して検出時刻を記録する。この検出時刻の記録は、第１の位置検出センサ１１１及び第２の位置検出センサ１１２の検出信号のそれぞれに対して実施される。累積誤差演算処理部４０６で得られた各マークの検出時刻と、各マークにナンバリングされたマークナンバとから、各マークピッチＰの補正値Ｐ’が演算される。この演算方法については、図５を参照して後述する。そしてステップＳ４−６において、累積誤差演算処理部４０６は補正値Ｐ’の割り付け処理を行い、補正値Ｐ’をいずれのマークピッチＰに割り付けるかを決定する。これについては、図６を参照して後述する。
【００２９】
続いてステップＳ４−７において、補正値Ｐ’を記憶部４０８に記憶する。決定されたマークピッチＰと補正値Ｐ’は、マークナンバｎに関連付けられて記憶部４０８に記憶される。そしてステップＳ４−８において、制御部は全てのマークピッチＰの補正が完了したか否かを判定する。マークピッチＰの一連の補正処理は、スケール上の全てのマークに対して適用しても、可動区間に限定して適用してもよい。適用されるマークピッチＰの全ての補正処理が完了するまで、ステップＳ４−５〜Ｓ４−８の各ステップは繰り返される。ステップＳ４−５〜Ｓ４−８ではマークピッチ誤差の演算動作が行われ、これらの一連の動作ではスライダ１０９が等速移動するように速度制御が行われる。
【００３０】
一方、適用される全てのマークピッチＰの補正が完了した場合には、ステップＳ４−９に進み、通常の変位量演算モードに移行する。ステップＳ４−１０、Ｓ４−１１では、前述のステップＳ４−２、Ｓ４−３と同様に、原点つきあて処理及び原点マークの検出が行われる。ステップＳ４−１１において原点マークが検出されない場合、ステップＳ４−１０に戻る。一方、原点マークが検出された場合には、ステップＳ４−１２において、変位量演算処理部４０７は変位量を実測する。またステップＳ４−１３において、変位量演算処理部４０７は、記憶部４０８に記憶された補正値Ｐ’を読み出す。そしてステップＳ４−１４において、変位量演算処理部４０７は、変位量の実測値に補正値Ｐ’を適用して累積変位量を演算する。すなわち、補正値Ｐ’を用いて最初のマークから順にマークピッチＰを加算し、累積変位量を演算する。ステップＳ４−１５において、制御部は変位量測定が終了したか否かを判定する。変位量測定が終了していない場合にはステップＳ４−１２〜Ｓ４−１５を繰り返す。一方、変位量測定が終了した場合には変位量測定の処理を終了する。
【００３１】
次に、累積誤差演算処理部４０６の誤差演算処理について詳述する。まず、本実施例における誤差演算処理の基本概念を簡単に説明する。一般に、物体の移動速度を求める場合、物体が距離Ｌだけ離れた２つの位置検出センサの間を通過する時間ＴＬを計測し、この通過時間と２つの位置検出センサの距離Ｌから物体の移動速度を正確に求める区間速度検出方法が知られている。本実施例では、この区間速度検出方法における物体を、変位検出装置用スケールのマークに当てはめ、マークの移動速度、すなわち移動体の速度を求め、同時に、１つ又は複数のマークの通過時間を計測する。そして、これら移動体の速度と、１つ又は複数のマークの通過時間とから、計数した１つ又は複数のマークの累積した長さを算出する。本実施例の誤差演算処理は、この算出結果を利用して、マークピッチの誤差算出、又は、補正されたマークピッチ算出を行い、スケール長全域における累積位置誤差を低減することを基本概念としている。
【００３２】
以下、上記概念に基づき、累積誤差演算処理部４０６の誤差演算処理である、補正マークピッチを算出する処理方法に関して、図５を参照して詳述する。まず、移動体の移動速度を正確に求めるために、第ｎのマークが第１の位置検出センサ１１１を通過する時刻Ｔｎと第ｎのマークが第２の位置検出センサ１１２を通過する時刻Ｔｎ＋ＴＬとの時刻差（時間ＴＬ）を測定する。時間ＴＬの間に移動した距離は距離Ｌであるから、このときの平均速度をＶＬとすると、ＶＬ＝Ｌ／ＴＬが成立する。同時に、時間ＴＬの間に、第１の位置検出センサ１１１では第ｎのマークから第ｎ＋ＫのマークまでのＫ＋１個のマークが通過した状態となる。
【００３３】
ここで、マークピッチの公称値をＰと定義し、第ｎのマークと第ｎ＋１のマークとの間の距離を第ｎのマークピッチＰｎと定義する。ここで、第１の位置検出センサ１１１が第ｎのマークを検出してから第ｎ＋１のマークを検出するまでの時間、すなわちマークピッチＰｎを検出する時間をＴｎとする。このとき、第ｎのマークを通過してから第ｎ＋Ｋのマークを通過するまでの時間ＴＰＫ（第１の時間ＴＰＫ）は、Ｔｎ＋Ｔｎ＋１＋・・・＋Ｔｎ＋Ｋ−１で表される。時間ＴＰＫは、複数のマークのうちのＫ個のマークが第１の位置検出センサ１１１による検出位置を通過するのに必要な時間である。Ｋ個のマークは、例えば距離Ｌの間に含まれるマークであるが、これに限定されるものではない。また、このときの平均速度（移動速度）をＶｐとすると、マークピッチＰｎからマークピッチＰｎ＋Ｋ−１までの累積距離は、以下の式（１）のように表される。
【００３４】
【数１】
2011169893.tif 000003
【００３５】
ここで、前述のように、このときの平均速度Ｖｐ（移動速度）はＶｐ＝ＶＬ＝Ｌ／ＴＬで表されるため、前記の式（１）は、以下の式（２）のように表される。
【００３６】
【数２】
2011169893.tif 000004
【００３７】
さらに、前記の式（２）は、Ｋ個のマークピッチの累積値であるため、マーク１個当たりの平均ピッチは、以下の式（３）のように表される。
【００３８】
【数３】
2011169893.tif 000005
【００３９】
上記の式（３）のように、マークピッチＰの補正値Ｐ’は、時間ＴＬの間の移動速度Ｌ／ＴＬで時間ＴＰＫの間に移動した距離ＴＰＫＬ／ＴＬを１／Ｋ倍して算出される。このため、ピッチ変動がある場合にも、距離Ｌとその区間を通過する時間ＴＬとから、各平均ピッチを逐次演算することができる。
【００４０】
ここで、距離Ｌと前記のＫ個のマークが通過した距離は厳密には一致しない。このため、実際の系で制御上速度変動が存在した場合に、平均速度Ｖｐ、ＶＬは厳密には一致しない。しかしながら、本発明者のシミュレーション結果によれば、図７を参照して後述しているように、効果的に累積位置誤差を低減することが認められる。
【００４１】
また本実施例において、マークピッチＰの補正値Ｐ’は、所定のマークピッチＰの通過時間ＴＰを用いて、時間ＴＰＫの間に移動した距離ＴＰＫＬ／ＴＬをＴＰ／ＴＰＫ倍して算出することもできる。なお本実施例では、第１の位置検出センサを用いてＫ個のマーク通過時間を検出しているが、第２の位置検出センサを用いて同様の検出が可能である。
【００４２】
以上のとおり、位置検出センサ間の距離Ｌと同一のマークが位置検出センサ間を移動する時間ＴＬ、及び、Ｋ個のマークが位置検出センサを通過する時間ＴＰＫを用いた演算処理から、Ｋ個のマークピッチＰの累積演算が可能である。したがって、ナンバリングされた各マークの各位置検出センサによる検出時刻から、位置検出センサ間の距離Ｌと同一のマークが位置検出センサ間を移動する時間ＴＬ、及び、同時刻にＫ個のマークが位置検出センサを通過する時間を演算できる。このため、処理部は、距離Ｌ、時間ＴＰＫ、及び、時間ＴＬを用いて、複数のマークのマークピッチＰの補正値Ｐ’を算出することが可能である。この演算処理、すなわち前述の式（３）の演算処理は、累積誤差演算処理部４０６にて行われる。得られた演算結果は、ナンバリングされたマークに対応して記憶部４０８に記憶される。以上の処理を、移動動作に伴い検出されるマーク周期に対応し逐次処理を行い、スケール上のマークの始点から終点までの位置検出センサの任意の通過位置のマークピッチを全て記録する。
【００４３】
以上、本実施例における補正処理動作及び補正処理に関して説明した。なお、実際に変位検出装置として用いる場合、図３の変位量演算処理部４０７において、変位検出装置のスライダ１０９が復帰し、再度の原点検出時に、第１番目のマークピッチから既に記憶されているマークピッチの補正値を、実際のマークピッチとして用いる。
【００４４】
次に、マークピッチの補正値を適用するときに、いずれのマークピッチに対して補正値を適用するのかという割り当て方法に関し、図６（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。図６は、マークピッチの補正値の割り付け方法の説明図である。一般的に、一定速制御された移動物体の所定区間通過時の速度は、移動物体が所定区間中心に位置するときの速度に対して区間内前後位置での速度が平均化され、所定区間の１／２の距離の遅延を持って検出される。したがって、式（３）で与えられる平均化されたマークピッチは、距離Ｌの中央位置に対応するマークピッチ、すなわち、ＰｎとＰｎ＋Ｋ−１の中心のマークピッチに割り当てることが、誤差を最小化する上で最も良い構成となる。
【００４５】
図６（Ａ）、（Ｂ）を参照して、前述したマークピッチの補正値を適用するマーク位置の選定方法について説明する。理解を容易にするため、Ｋ＝２ｍ（ｍは正の整数）の場合には代表値Ｋ＝６（ｍ＝３）を、Ｋ＝２ｍ＋１（ｍは正の整数）の場合には代表値Ｋ＝７（ｍ＝３）を用いる。図６（Ａ）に示されるようにＫ＝６の場合、距離Ｌがほぼ１つのマークピッチに相当する。このため、唯一のマークピッチが補正値の適用対象となる。
【００４６】
ここで、ＬとＫの関係を説明する。図５を参照して説明したように、距離Ｌを第ｎ番目のマークが通過する時間ＴＬの間に、第１の位置検出センサを通過する最終マークを第ｎ＋Ｋ番目のマークとした。これは、マークピッチの累積値がＰｎ＋Ｐｎ＋１＋…＋Ｐｎ＋Ｋ―１であり、これが図６に示されるように距離Ｌに近い場合がある。また、最終マークの次に位置する第ｎ＋Ｋ＋１番目のマークまでの累積値Ｐｎ＋Ｐｎ＋１＋…＋Ｐｎ＋Ｋの方が、距離Ｌにより近い場合もある。例えば、時間ＴＬの間に第ｎ番目のマークから第ｎ＋Ｋ番目のマークが第１の位置検出センサを通過したときを考える。このとき、ＰｎからＰｎ＋Ｋ−１までのマークピッチの総和と、ＰｎからＰｎ＋Ｋまでのマークピッチの総和のうち距離Ｌに近い方が、マークピッチの累積値として選定されることが望ましい。
【００４７】
しかしながら、実際には、ＰｎからＰｎ＋Ｋ−１は測定前には未知数であるため、距離Ｌの実測値と公称値であるマークピッチＰとの関係において、距離Ｌに最も近い値となるＫ×Ｐの値からＫを決定することが考えられる。例えば、第ｎ番目のマークが第１の位置検出センサ１１１を通過してから第ｎ＋ｉ番目のマークが第１の位置検出センサ１１１を通過するまでの時間ＴＰｉが時間ＴＬに最も近いときのｉをＫとする。また、距離Ｌに最も近い値となるＫ×Ｐ値から決定したＫを使用して一旦補正処理を行い、得られた補正ピッチの平均値を用いて、再度、距離Ｌに最も近い値となるようにＫを選定し、最終的な補正処理を行うことも考えられる。
【００４８】
本実施例では、マークピッチＰと距離Ｌとの関係により累積数Ｋを決定する方式を説明する。ただし、マークピッチＰの変動が大きくゆらぐ場合などは累積精度に影響する可能性があるため、状況に応じて、適切な方式を選択することが好ましい。また、ＬとＫＰ’の関係がリアルタイムで変わりうる場合には、累積数Ｋを予め固定するのではなく、常時、実測値Ｐｎを連続Ｋ＋１個分取得し、距離Ｌに最も近い累積数Ｋをマークが通過する毎に決定してもよい。
【００４９】
以下、図６を参照して、累積数Ｋが偶数である場合と奇数である場合の補正ピッチの割当に関して説明する。図６（Ａ）は、Ｋが偶数の場合（Ｋ＝２ｍ＝６）を示す。ｎからｎ＋６までの７個のマークが第１の位置検出センサを通過し、ＰｎからＰｎ＋５までの６周期のマークピッチが検出された場合の累積平均値（Ｐｎ＋Ｐｎ＋１＋・・＋Ｐｎ＋５）／６を、中央のマークピッチであるＰｎ＋２又はＰｎ＋３の補正結果とする。この補正結果は、中央のマークピッチであるＰｎ＋２又はＰｎ＋３のいずれか一方に割り当てられる。Ｐｎ＋２又はＰｎ＋３のいずれに割り当てるかは、距離Ｌと上記Ｋ×Ｐとの大小関係により判定することが望ましい。すなわち、Ｌ＞Ｋ×Ｐの場合には、距離Ｌの中心により近いＰｎ＋３に割り当て、Ｌ≦Ｋ×Ｐの場合には、距離Ｌの中心により近いＰｎ＋２に割り当てる。
【００５０】
これを一般化すると、累積数Ｋが２ｍ（ｍは正の整数）のとき、第ｎ＋ｍ番目のマークピッチＰｎ＋ｍ、又は、第ｎ＋ｍ−１番目のマークピッチＰｎ＋ｍ−１に補正値Ｐ’を適用するということになる。より好ましくは、第ｎ番目のマークから第ｎ＋２ｍ番目のマークが第１の位置検出センサ１１１を通過する時間ＴＰ２ｍがＴＰ２ｍ≦ＴＬの関係を満たす場合、第ｎ＋ｍ番目のマークピッチＰｎ＋ｍに補正値Ｐ’を適用する。一方、ＴＰ２ｍ＞ＴＬの関係を満たす場合、第ｎ＋ｍ−１番目のマークピッチＰｎ＋ｍ−１に補正値Ｐ’を適用する。
【００５１】
本実施例では、公称値であるマークピッチＰを用いて判定しているが、マークピッチＰにおいて一旦補正処理を行い、補正処理の結果から補正ピッチである補正値Ｐ’を算出し、補正値Ｐ’から上述の判定手法により、累積数Ｋ及び割当マーク位置を見直してもよい。
【００５２】
図６（Ｂ）は、Ｋが奇数の場合（Ｋ＝２ｍ＋１＝７）を示す。ｎからｎ＋７までの８個のマークが第１の位置検出センサを通過し、ＰｎからＰｎ＋６までの７周期のマークピッチが検出された場合の累積平均値（Ｐｎ＋Ｐｎ＋１＋・・＋Ｐｎ＋６）／７を中央のマークピッチＰｎ＋３の補正結果として割り当てる。これを一般化すると、累積数Ｋが２ｍ＋１（ｍは正の整数）のとき、第ｎ＋ｍ番目のマークピッチＰｎ＋ｍに補正値Ｐ’を適用するということになる。累積数Ｋが奇数の場合には、基本的に距離Ｌの中心に周期マークが来るため、特に偶数の場合のような対応は必要ない。このようにして、式（３）により、算出された補正値Ｐ’を中央のマークピッチに割り当てる。以上、本実施例におけるピッチ補正処理方法に説明した。
【００５３】
続いて、上記の補正処理方法における累積位置補正のシミュレーションによる検証結果について説明する。シミュレーション条件として、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｐ＝１００μｍ、Ｋ＝１００を想定し、各マークピッチに最大１μｍの誤差が含まれる場合に２００ｍｍ移動した場合に発生する累積位置誤差を算出した。また、補正処理動作時、移動速度２００ｍｍ／ｓに対して、０．５ｍｍ／ｓの高周波変動をしているという条件とした。
【００５４】
累積位置誤差は、連続する１００本のマークピッチ累積値から１００×Ｐの差分を演算し、これを第１番目のマークから累計したものである。図７（Ａ）は累積位置誤差を示し、図７（Ｂ）は本実施例のピッチ補正処理を行って補正値を適用したことによる累積位置誤差の改善効果を示すグラフである。図７（Ａ）、（Ｂ）において、横軸はマークナンバｎ（ｎ＝１で１００μｍ相当）を示し、縦軸は原点検出後に第２０００番目のマークが通過するまでの累積位置誤差（μｍ）を示している。このとき、速度変動は２００ｍｍ／ｓに対して、０．５ｍｍ／ｓの高周波変動をしている。このシミュレーション結果により、マークピッチ誤差による変位量の累積誤差が本実施例の方法により半減していることがわかる。
【００５５】
前述の式（３）から得られた累積マークピッチを平均化して得た補正値を単一のマークピッチＰの補正値Ｐ’としているため、個々においては真のピッチ情報ではない。しかしながら、以下の式（４）のように表されるＫ個分の累積値は、実際の値より近い近似値になるため、長区間における変位量を比較すると、真値に近い値となる。
【００５６】
【数４】
2011169893.tif 000006
【００５７】
また、２つの位置検出センサは、数十ミクロン程度のサイズの受光素子を隣接配置させることにより、技術的にＬをＰと同じにすることは可能である。すなわち、累積演算を行わない（Ｋ＝１）ことで、前述のようにピッチ誤差を平均化しない構成を考えることができる。この場合、処理部４０９は、Ｋが１又はＬ＜Ｐのとき、第ｎ番目のマークが時間ＴＰＫ（Ｋ＝１）の間に移動した距離ＴＰＫＬ／ＴＬ（Ｋ＝１）を算出してスケール１１５上の任意の位置の位置誤差を補正する。
【００５８】
次に、図８を参照して、マークピッチ変動と速度変動が同時に存在する場合について説明する。図８は、マークピッチ変動と速度変動がある場合のマークピッチの誤差補正効果を示すグラフである。図８では、ＬとＰの関係が、Ｌ＝１．５Ｐ、Ｌ＝１０．５Ｐ、Ｌ＝１００．５Ｐである場合における累積誤差補正効果を比較している。ここで、ＬとＰの関係を整数倍にしないのは、図６を参照して説明したように、一般的にはＬがＰの整数倍にならない現実に即したものであり、この場合にＫの選定により誤差が生じることを考慮するためである。図８において、横軸は左から、Ｌ＝１．５Ｐ、Ｌ＝１０．５Ｐ、Ｌ＝１００．５Ｐを示し、縦軸は補正前後での改善率（補正後累積誤差残差／補正前累積誤差（％））を示す。数値が小さい方がより補正効果があるといえる。
【００５９】
図８において、実線Ａは、速度２００ｍｍ／ｓに対して２ｍｍ／ｓの振幅で２ｋＨｚの変動がある場合の結果を示す。破線Ｂは、速度２００ｍｍ／ｓに対して１０ｍｍ／ｓの振幅で２００Ｈｚの変動がある場合の結果を示す。点線Ｃは、速度２００ｍｍ／ｓに対して０．５ｍｍ／ｓの振幅でホワイトノイズで高周波変動（１ＭＨｚ）している場合の結果を示す。ピッチ変動は、Ｐ＝１００μｍに対して１μｍの振幅であり、２００ｍｍ区間で２周期の緩やかな正弦波変動である。その結果、変動パラメータによっては、距離Ｌに対しての良否判定結果が変わるため、ピッチ変動、速度変動等、変位検出装置の系の状態に応じて距離Ｌを設定することが望ましい。
【００６０】
以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。
【００６１】
例えば、補正処理時の等速速度制御における速度変動が非常に小さな計測系を前提にすれば、マークピッチを通過する時間に応じて誤差を配分し、加算平均よりも個々のマークピッチＰｎを真値に近づけることができる。
【００６２】
また本実施例では、マークナンバｎを定義するために原点検出センサ１０８とそれに付随する原点検出処理部４０４を用いたが、マーク１１０自体に絶対位置を特定するコードが関連付けられた絶対値エンコーダを用いてマークナンバｎを定義する構成でもよい。このとき処理部４０９は、特定のマークを、絶対値エンコーダの絶対位置に対応させることができる。なお絶対値エンコーダを用いた場合、位置を特定するための原点マーク１０７、原点検出センサ１０８、原点検出処理部４０４は不要になる。
【００６３】
また、本実施例において直線型変位検出装置１００を参照したが、スライダ１０９を往復動作させ、各補正マークピッチを複数回計測しそれらの平均をとる手法で速度変動に起因する誤差を軽減することが可能となる。また、複写機やＬＢＰの転写ベルトの周回運動のように、同一位置を繰り返し測定するエンコーダや周回運動する円盤状スケールのロータリエンコーダなど、繰り返し同じマーク１１０を通過する場合も同一マークピッチの複数の補正値の平均化で誤差を低減できる。さらに、ラインプリンタにみられるように、ヘッドの往復動作で、印刷状態と非印刷状態が２分されている場合に、安定速度で運動する方向で前記の補正データを蓄積し、逐次更新した補正データを適用し位置検出を行うことができる点でも誤差低減効果が期待できる。
【００６４】
また、繰り返し動作がない場合でも、前述したように第１の位置検出センサで累積補正値を得るのと同様に第２の位置検出センサで累積補正値を得ることができるため、この平均化による誤差低減効果を図ることもできる。このとき処理部４０９は、距離Ｌ、Ｋ個のマークが第２の位置検出センサ１１２による検出位置を通過するのに必要な時間ＴＰＫ２（第３の時間ＴＰＫ２）、及び、特定のマークが距離Ｌを移動するのに必要な時間ＴＬ２（第４の時間ＴＬ２）を用いる。処理部４０９は、距離Ｌ、時間ＴＰＫ２、及び、時間ＴＬ２を用いて複数のマークのマークピッチＰの補正値Ｐ’’を算出し、補正値Ｐ’と補正値Ｐ”との平均値をマークピッチＰに適用する。また、異なる時刻での同一マークピッチの複数の補正値の平均化による誤差低減効果は、補正処理動作中に想定以上の速度変動が生じたために適切な誤差補正が行われない場合にも有効となる。
【００６５】
また、マークピッチＰを記憶する記憶部４０８は、各位置検出センサの信号処理装置上に配置される揮発性メモリ上にあっても、外部に接続されたＰＣのような外部記憶装置であってもよい。この記憶エリアは書き換えが自由にできて変位検出装置の環境が変化しても、常時、前述の補正処理方法により最新の補正値に更新することができるため、高精度変位検出装置を提供することが可能となる。
【００６６】
また、熱膨張により位置検出センサの距離Ｌ自体の伸縮やスケールのマークピッチの伸縮が生じても、距離Ｌに寄与する熱膨張温度係数から区間の温度補正をすることも可能である。２つの位置検出センサが搭載された固定基板の線膨張係数（熱膨張係数）をＣｓ／℃とする。位置検出センサ区間Ｌは、初期温度Ｔ０でＬ０であり、計測時点の温度ＴＳでＬ０（１＋Ｃｓ（ＴＳ−Ｔ０））になる。これを、式（３）に適用することで、位置検出センサ区間Ｌの温度依存を考慮した真のマークピッチＰ’が補正処理により得られる。
【００６７】
また、本実施例のスケールは無端変位検出装置用スケール（無端スケール）でもよい。このとき処理部は、無端変位検出装置用スケールに配置された同一マークの通過回数に応じて、複数の誤差見積量の平均値をマークピッチの補正量として用いることができる。
【００６８】
また、各位置検出センサや隣接部品が、熱膨張する材質のために伸縮して距離Ｌが変動することにより、補正値Ｐ’の精度が低下する場合がある。このため、距離Ｌに寄与する各位置検出センサや隣接部品の材質の熱膨張率係数を、距離Ｌに対して温度差分だけ加算し補正することにより、補正値Ｐ’の温度依存の誤差残差を低減させることが望ましい。このとき処理部は、第１の位置検出センサ、第２の位置検出センサ、又は隣接部品の材料の熱膨張係数に基づいて距離Ｌを補正して補正値Ｐ’を決定することができる。
【００６９】
本実施例によれば、スケールの加工精度や実装精度による誤差因子や、温度、湿度等の環境変化に伴うスケール材の伸縮による誤差因子の蓄積から生じる、変位量の累積誤差を、予め実測された２つの位置検出センサの距離Ｌから見積もることが可能になる。このため、マークピッチ精度が高精度である理想的な評価系を構築する必要がなく、実施系システム上で、直接エンコーダの累積誤差値を距離Ｌを基準として計測することができる。また、熱膨張により距離Ｌ自体の伸縮やスケールのマークピッチの伸縮が生じても、距離Ｌに寄与する熱膨張温度係数から区間の温度補正をすることができる。このため、安価で高精度の変位検出装置及び変位検出装置用スケールの誤差補正方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、例えば、長ストロークの直線変位検出を高精度に検出する必要がある機器に適用可能である。具体的には、大型加工物を加工する工作機器、液晶パネル製造装置、部品製造工場における自動化ラインの搬送ベルトの位置決め装置、直交座標型３軸ロボット、また、大判サイズのインクジェットプリンタの印字ヘッドに利用される。また、キャリッジ送り駆動の位置制御装置や無端ベルトを用いた装置として、複写機、プリンタ等におけるベルトを用いた給紙搬送駆動の位置制御部分などにも利用される。
【符号の説明】
【００７１】
１００：直線型変位検出装置
１１０：マーク
１１１：第１の位置検出センサ
１１２：第２の位置検出センサ
１１５：スケール
４０９：処理部
【図１】
2011169893.tif 000007
【図２】
2011169893.tif 000008
【図３】
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【図４】
2011169893.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【図７】
2011169893.tif 000013
【図８】
2011169893.tif 000014