(57)【要約】  本発明はガルバノスキャナの分野に関し、具体的には、格子ディスク及びフィードバックシステムに関する。異なる直径位置において主格子と主格子に近接して配置されたゼロ格子とが設けられる格子ディスクであって、前記ゼロ格子は２Ｎ個設けられ、２Ｎ個の前記ゼロ格子は格子ディスクの中心に対して均一な角度で分布され、ただし、Ｎは正の整数である。従来技術に比べて、本発明は、格子ディスクを設計することで、複数のエンコーダと連携して使用可能になり、及び、フィードバックシステムを設けることで、格子ディスク及びエンコーダの検出精度や安定性が向上し、特にガルバノモータシステムにおいて、ガルバノモータシステムの偏心やドリフトに対する耐性が向上し、ガルバノモータの環境耐性や耐干渉性が向上しているという有益な効果がある。【選択図】図３
2021524015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる直径位置において主格子と主格子に近接して配置されたゼロ格子とが設けられる格子ディスクであって、前記ゼロ格子は２Ｎ個設けられ、２Ｎ個の前記ゼロ格子は格子ディスクの中心に対して均一な角度で分布され、ただし、Ｎは正の整数であることを特徴とする格子ディスク。
【請求項２】
前記主格子は、環状領域／弧状領域にて等幅・等ピッチに配列される複数の刻みを含むことを特徴とする、請求項１に記載の格子ディスク。
【請求項３】
前記ゼロ格子は、弧状領域にて不等間隔に配列される複数の刻みを含むことを特徴とする、請求項１に記載の格子ディスク。
【請求項４】
前記刻みの幅はすべて等しくなるようには設けられないものであることを特徴とする、請求項３に記載の格子ディスク。
【請求項５】
前記ゼロ格子は、弧状領域にて配列される複数の刻みを含み、前記刻みの幅はすべて等しくなるようには設けられないものであることを特徴とする、請求項１に記載の格子ディスク。
【請求項６】
すべての前記ゼロ格子は同様なものであり、あるいは、一部又はすべての前記ゼロ格子は異なるものであることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の格子ディスク。
【請求項７】
前記ゼロ格子は、異なる直径位置に設けられる第一ゼロ格子と第二ゼロ格子とを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の格子ディスク。
【請求項８】
回転本体に適用されるフィードバックシステムであって、
回転本体に固設され、中心が回転本体のシャフトと同軸に設けられる、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の格子ディスクと、
格子ディスクの中心に対して均一な角度で分布され、ゼロを認識するように対応するゼロ格子の位置を取得し、及び、回転角度を認識するように主格子の位置変化を取得し、ただし、Ｎは正の整数である２Ｎ個のエンコーダと、
すべてのエンコーダによりフィードバックされたゼロを取得して対応するエンコーダの位置決めを実現し、及び、格子ディスクの実際の回転角度を確認するようにすべてのエンコーダによりフィードバックされた回転角度を取得して平均回転角度を計算する処理手段と、
を備えることを特徴とするフィードバックシステム。
【請求項９】
前記エンコーダの光電受信端には、交互に配置される光透過窓と遮光窓とを含むゼロ窓群が設けられ、前記遮光窓の位置はゼロ格子の刻みに合致することを特徴とする、請求項８に記載のフィードバックシステム。
【請求項１０】
一部又はすべての前記ゼロ格子は異なるものであり、前記エンコーダ毎に一つのゼロ格子と対になることを特徴とする、請求項９に記載のフィードバックシステム。
【請求項１１】
順に設けられるフィルタモジュールとサンプリングモジュールと演算モジュールと信号出力モジュールを含む信号処理回路をさらに備え、前記フィルタモジュールはエンコーダに接続され、前記処理手段は信号出力モジュールに接続されることを特徴とする、請求項８に記載のフィードバックシステム。
【請求項１２】
前記回転本体はガルバノモータのシャフトであり、前記ガルバノモータのシャフトの中心は格子ディスクの中心と同軸に設けられることを特徴とする、請求項８に記載のフィードバックシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガルバノスキャナの分野に関し、具体的には、格子ディスク及びフィードバックシステムに関し、ガルバノモータの角度検出に適用可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
現在のレーザ加工と光走査の分野では、レーザ又は他の走査信号に対する案内制御について、一定の範囲又は夾角で往復運動可能な回転モータにより一つのミラーを動かすことで実現されることが主な手段となる。このようなミラーを高速かつ高精度で揺動させ得るモータは一般的にガルバノモータと称されている。このモータは通常のものとある程度異なり、一回転できずある角度範囲だけに揺動可能なものであるから、運動中において主格子のゼロ刻みがエンコーダの視野に現れなくてはならない。また、光線を反射するためのミラーの偏角を制御するものであるから、精度や応答性に対する要求が極めて高くなっている。
【０００３】
光線は揺動ミラーで反射された後、かなり長い距離を伝搬してから被処理面や被検面に達する。このため、最終的に、被検面や被処理面での光又は他の信号の位置決め精度は直接ミラーの揺動精度に関係している。また、ミラーから被処理面までの光の走行距離が長いほど、ミラーの揺動誤差の拡大倍率が大きくなるため、ミラーの位置決め精度に対する要求も高くなる。
【０００４】
一般に、ガルバノモータのシャフトは、一端がミラーに直結され、他端がモータ位置をフィードバックするエンコーダに直結されている。ミラーの位置決め精度や繰返し精度を高めるには、エンコーダの精度の向上を図ることになる。
【０００５】
また、エンコーダによりミラーの回転精度に影響を与える以外、運動中のシャフトのがたつきによってもミラーの回転精度に影響を与えている。
【０００６】
以上に鑑みて、ミラーの回転精度の向上を図るように、エンコーダの精度及びシャフトの径方向のがたつきという課題を一括して解決可能な格子ディスク及びフィードバックシステムを提供することが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来技術の問題点に対して、本発明は、従来のシャフトのがたつきあるいは異なる温度や振動及び環境による影響で、シャフトの回転中心にドリフトが発生することにより、ミラーの精度に影響してしまうという課題を解決した格子ディスク及びフィードバックシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、異なる直径位置において主格子と主格子に近接して配置されたゼロ格子とが設けられる格子ディスクであって、前記ゼロ格子は２Ｎ個設けられ、２Ｎ個の前記ゼロ格子は格子ディスクの中心に対して均一な角度で分布され、ただし、Ｎは正の整数である格子ディスクを提供する。
【０００９】
この格子ディスクにおいて、前記主格子は、環状領域／弧状領域にて等幅・等ピッチに配列される複数の刻みを含むことが好ましい。
【００１０】
この格子ディスクにおいて、前記ゼロ格子は、弧状領域にて不等間隔に配列される複数の刻みを含むことが好ましい。
【００１１】
この格子ディスクにおいて、前記刻みの幅はすべて等しくなるようには設けられないものであることが好ましい。
【００１２】
この格子ディスクにおいて、前記ゼロ格子は、弧状領域にて配列される複数の刻みを含み、前記刻みの幅はすべて等しくなるようには設けられないものであることが好ましい。
【００１３】
この格子ディスクにおいて、すべての前記ゼロ格子は同様なものであり、あるいは、一部又はすべての前記ゼロ格子は異なるものであることが好ましい。
【００１４】
この格子ディスクにおいて、前記ゼロ格子は、異なる直径位置に設けられる第一ゼロ格子と第二ゼロ格子とを含むことが好ましい。
【００１５】
本発明は、回転本体に適用されるフィードバックシステムであって、回転本体に固設され、中心が回転本体のシャフトと同軸に設けられる格子ディスクと、格子ディスクの中心に対して均一な角度で分布され、ゼロを認識するように対応するゼロ格子の位置を取得し、及び、回転角度を認識するように主格子の位置変化を取得し、ただし、Ｎは正の整数である２Ｎ個のエンコーダと、すべてのエンコーダによりフィードバックされたゼロを取得して対応するエンコーダの位置決めを実現し、及び、格子ディスクの実際の回転角度を確認するようにすべてのエンコーダによりフィードバックされた回転角度を取得して平均回転角度を計算する処理手段と、を備えるフィードバックシステムを提供する。
【００１６】
このフィードバックシステムにおいて、前記エンコーダの光電受信端には、交互に配置される光透過窓と遮光窓とを含むゼロ窓群が設けられ、前記遮光窓の位置はゼロ格子の刻みに合致することが好ましい。
【００１７】
このフィードバックシステムにおいて、一部又はすべての前記ゼロ格子は異なるものであり、前記エンコーダ毎に一つのゼロ格子と対になることが好ましい。
【００１８】
このフィードバックシステムにおいて、順に設けられるフィルタモジュールとサンプリングモジュールと演算モジュールと信号出力モジュールを含む信号処理回路をさらに備え、前記フィルタモジュールはエンコーダに接続され、前記処理手段は信号出力モジュールに接続されることが好ましい。
【００１９】
このフィードバックシステムにおいて、前記回転本体はガルバノモータのシャフトであり、前記ガルバノモータのシャフトの中心は格子ディスクの中心と同軸に設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
従来技術に比べて、本発明は、格子ディスクを設計することで、複数のエンコーダと連携して使用可能になり、及び、フィードバックシステムを設けることで、格子ディスク及びエンコーダの検出精度や安定性が向上し、特にガルバノモータシステムにおいて、ガルバノモータシステムの偏心やドリフトに対する耐性が向上し、ガルバノモータの環境耐性や耐干渉性が向上しており、さらには、組付け・調整の難易度を低下させることができ、組付け・調整に合格しなかった製品についても発見が容易になる。
【００２１】
以下、図面と実施例に合わせて本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による格子ディスクの同心度誤差の原理模式図である。
【図２】本発明による格子ディスクのドリフト誤差の原理模式図である。
【図３】本発明による格子ディスクの構造模式図である。
【図４】図３のＡ部分の拡大構造模式図である。
【図５】本発明による第一実施態様のゼロ格子の構造模式図である。
【図６】本発明による第二実施態様のゼロ格子の構造模式図である。
【図７】本発明による第三実施態様のゼロ格子の構造模式図である。
【図８】本発明による四つのゼロ格子に基づく格子ディスクの構造模式図である。
【図９】本発明による八つのゼロ格子に基づく格子ディスクの構造模式図である。
【図１０】本発明によるフィードバックシステムの構造模式図である。
【図１１】本発明による信号処理回路に基づくフィードバックシステムの構造模式図である。
【図１２】本発明による四つのエンコーダに基づくフィードバックシステムの構造模式図である。
【図１３】本発明による八つのエンコーダに基づくフィードバックシステムの構造模式図である。
【図１４】本発明による格子ディスクの同心度誤差の補償の原理模式図である。
【図１５】本発明による格子ディスクにおいてドリフト誤差を減らす原理模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に合わせて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００２４】
本発明は、エンコーダの精度及びシャフトの径方向のがたつきという課題を解決可能な格子ディスク及びフィードバックシステムを提供する。
【００２５】
一般に、エンコーダの精度を高める方法は二種類知られており、一つは、組付けにおいてエンコーダの同心度や横振れ等の不具合を調整することで、理想的な回転中心と実際の回転中心を可能な限り重なり合わせ、主格子と光電受信機の相対距離を一定にするようにし、位置決め精度をある程度向上させ得ることであるが、一定の組付け・調整装置では、その精度の向上には限界がある。もう一つは、エンコーダに関して円形格子の刻線数を増やすことで、分解能と電子的な細分化倍率を高めて全体の精度を向上させることである。しかし、一定の格子刻線プロセスでは、刻線数を増やすと、円形格子の直径を大きくしなければならず、円形格子の直径が大きくなることにより回転慣性質量の増加を招き、ガルバノスキャナの揺動の最高速度や加減速能力に影響をもたらすため、限界も存在する。このため、エンコーダの組付け・調整や設計精度の点から、ガルバノスキャナ全体の精度を高める方法に限界とボトルネックがあり、一定の組付け・加工プロセスでガルバノモータ製品の精度をさらに高めることは難しい課題になっている。
【００２６】
エンコーダによりミラーの回転精度に影響を与える以外、運動中のシャフトのがたつきによってもミラーの回転精度に影響を与えている。通常、シャフトは軸受との協力によりモータにおいて回転しなければいけないが、軸受内のボールと軌道は隙間嵌めとなっている。それにより、シャフトは実際に回転する際に一定の径方向のがたつきが発生し、それが原因で、ミラーの回転精度も影響を受けてしまう。がたつきの他、異なる温度や振動及び環境による影響では、シャフトの回転中心にドリフトが発生し、最終的に、ミラーの繰返し精度が影響を受けてしまう。
【００２７】
具体的には、がたつきについては図１を参照する。図１は、格子ディスク１０と回転中心との同心度に誤差がある場合の模式図である。図１では、Ａ点は理想的な格子ディスク１０の中心点と回転中心であり、両者が重なり合っており、Ａ’は組立てや加工プロセスによる実際の回転中心である。モータは一定の角度θ（例えば２５°）で回転すると、光学的半径ｄが１０ｍｍとなり、理想的には、格子ディスク１０は理想的な回転中心Ａのまわりに回転するものとなり、エンコーダ２０により読み取られた弧長Ｌは以下の式で計算される。
【数１】
2021524015.tif 000003
しかし、実際の計測では、格子ディスク１０は同心度の異なるＡ’点のまわりに回転するものとなり、仮に光学的半径ｄ１が１２ｍｍとなると、エンコーダ２０により読み取られた弧長Ｌ１は以下のとおりになる。
【数２】
2021524015.tif 000004
以上から、格子ディスク１０と回転中心との同心度に誤差がある場合、エンコーダ２０により読み出された距離が正確にならず、理想的な回転中心に応じて逆推定し続けると、最終的に算出されたモータ回転角度に大きなばらつきが発生するようになってしまうことが分かった。
【００２８】
また、ドリフトについては図２を参照する。図２は、回転中心のドリフト誤差の模式図である。仮に格子ディスク１０のトラック中心とシャフトが理想的な同心度となっていれば、理想的な回転中心はＡ点となるが、軸受内は隙間嵌めとなるため、温度や振動等の要因で実際の回転中心はＡ’点にまでドリフトしてしまう。そして、モータが実際に動いていない時、回転中心のドリフトが原因で、エンコーダ２０の読取値はいずれもある程度変化してしまう。図中の矢印Ｑはエンコーダ２０の読取値が大きくなる方向である。そして、回転中心がＡからＡ’にまでドリフトすると、エンコーダ２０の読取値が小さくなり、位置フィードバックシステムの数値にドリフトが発生してしまう。
【００２９】
図３と図４に示されるように、本発明は格子ディスクの好ましい実施例を提供する。
【００３０】
異なる直径位置において主格子２１０と主格子２１０に近接して配置されたゼロ格子２２０とが設けられる格子ディスク２００であって、前記ゼロ格子２２０は２Ｎ個設けられ、２Ｎ個の前記ゼロ格子２２０は格子ディスクの中心２０１に対して均一な角度で分布され、ただし、Ｎは正の整数である。また、主格子２１０とゼロ格子２２０は重なり合っていない。また、後で述べられる刻みについての距離やピッチ及び幅等の用語はいずれも、刻み中心同士間の変位又は弧状経路の距離と見なすことができ、他の計測手段により得られる変位又は距離であってもよい。
【００３１】
そのうち、格子ディスク２００の形状は円形であることが多いが、円形に限らず、例えば長方形とし、揺動領域のみに刻みを設け、エンコーダによる読取が不可能な外部領域については、トラックと基材とともに除去するようにしてもよく、そのうち、基材は格子ディスク２００の本体となり、トラックは基材に設けられる。また、主格子２１０やゼロ格子２２０からなる環状又は弧状構造は、格子ディスクの中心２０１を円心として設けられている。
【００３２】
まず、格子ディスク２００の二つの実施態様を提供する。実施態様１としては、前記格子ディスク２００はガラス本体を備え、ガラス本体に数多くの刻みが形成され、刻みは遮光部分となり、二つの刻みの間の滑らかな部分は光を透過可能である。この場合、刻みは金属コーティング又は他の刻み目とされてもよい。実施態様２としては、前記格子ディスク２００は金属本体を備え、金属本体の表面に数多くの刻みが形成され、二つの刻みの間の滑らかな金属面は光を反射可能である。この場合、めっきによりガラス本体に金属層を形成して金属本体とするようにしてもよい。
【００３３】
次に、主格子２１０の好ましい実施態様を提供し、図４を参照する。実施態様１としては、主格子２１０は、環状領域にて等幅・等ピッチに配列される複数の刻みを含み、幅間隔の距離は格子ピッチとなり、通常は２０μｍ又は４０μｍであり、中線の弧状軌跡の距離とされてもよく、このように、格子ディスク２００に一周の主格子２１０が設けられ、そして主格子２１０の円心は格子ディスクの中心２０１となる。実施態様２としては、主格子２１０は弧状領域にて等幅・等ピッチに配列される複数の刻みを含み、上記説明と同様であるが弧状に設けられており、好ましくは、ゼロ格子２２０を中心として両側へ伸ばして設けることができる。そして、前記弧状領域の長さは格子ディスクの適用環境、即ち、往復回転の角度により決めることができる。
【００３４】
また、ゼロ格子２２０の好ましい実施態様を提供し、図５〜図７を参照する。実施態様１としては、前記ゼロ格子２２０は弧状領域にて不等間隔に配列される複数の刻みを含む。即ち、夫々の刻みの幅及び隣接刻み間の領域の幅の両者により一つの「コード」が構築され、刻みの幅又は隣接領域の幅を変えれば、新たな「コード」が形成される。前記「コード」はゼロ格子２２０を表す唯一の識別コードであり、「コード化」の身分証明番号である。図５において、前記ゼロ格子２２０は弧状領域にて不等間隔に配列される複数の刻みを含み、前記刻みの幅はすべて同様である。図６において、前記ゼロ格子２２０は弧状領域にて不等間隔に配列される複数の刻みを含み、前記刻みの幅はすべて等しくなるようには設けられないものであり、即ち、一部が等しいものであり、あるいは、すべてが等しくないものである。
【００３５】
実施態様２としては、図７において、前記ゼロ格子２２０は弧状領域にて配列される複数の刻みを含み、前記刻みの幅はすべて等しくなるようには設けられないものであり、ここでは二つの可能性があり、第一は各刻みのピッチが等しくなることであり、第二は各刻みのピッチがすべて等しくならないことである。
【００３６】
実施態様３としては、前記ゼロ格子２２０は異なる直径位置に設けられる第一ゼロ格子２２１と第二ゼロ格子２２２とを含み、第一ゼロ格子２２１と第二ゼロ格子２２２によれば、後続するエンコーダの位置決め精度のさらなる最適化を図り、外部干渉を低減することができる。そのうち、前記第一ゼロ格子２２１と第二ゼロ格子２２２に採用される例としては、上記した実施態様１や実施態様２の例を参照することができる。
【００３７】
本実施例では、ゼロ格子２２０により一つの「コード」が構築されており、「コード」の設置について様々な可能性を検討することができ、本発明による格子ディスク２００は往復運動可能なかつ回転角度の小さい特殊な環境に適用されることが好ましいので、一つの格子ディスク２００に異なる「コード」を設置することで、格子ディスク２００の過度な回転を防止する必要がある。例えば、一部又はすべての前記ゼロ格子２２０は異なるものとされる。ここでの「異なる」は「コード」が異なることを言う。好ましくは、Ｎが１よりも大きいと、隣接するゼロ格子２２０の「コード」を異ならせるようにする。さらに例えば、すべての前記ゼロ格子は同様なものである。ここでの「同様」は「コード」が同じであることを言う。好ましくは、Ｎが１と等しい場合、二つのゼロ格子２２０のみであり、格子ディスク２００においてゼロ格子２２０を対角まで回転させにくいため、異なる「コード」を採用する必要がない。
【００３８】
エンコーダの数を継続して高める必要のある場合では、モータの実際の揺動角度とエンコーダ毎の実際の作動角度との関係を考えなければならない。モータの揺動角度が大きくなりすぎると、同一のゼロ格子２２０が異なる角度の場合で隣接する二つのエンコーダに現れることがあり、このような場合について、ゼロ格子２２０当たりの又は隣接する二つのゼロ格子２２０の「コード」を変えることが必要になる。
【００３９】
図８に示すように、格子ディスク２００に４つのゼロ格子２２０を設けてもよく、即ち、Ｎが２とされ、各ゼロ格子２２０による夾角は９０度となり、図９に示すように、格子ディスク２００に８つのゼロ格子２２０を設けてもよく、即ち、Ｎが４とされ、各ゼロ格子２２０による夾角は４５度となる。
【００４０】
図１０に示されるように、本発明はフィードバックシステムの好ましい実施例を提供する。
【００４１】
回転本体に適用されるフィードバックシステムであって、格子ディスク２００とエンコーダ４００と処理手段５００とを備え、格子ディスク２００は回転本体に固設され、前記格子ディスク２００の中心（即ち、格子ディスク中心２０１）は回転本体のシャフトと同軸に設けられ、エンコーダ４００は２Ｎ個設けられ、２Ｎ個の前記エンコーダ４００は格子ディスクの中心２０１に対して均一な角度で分布され、ゼロを認識するように対応するゼロ格子２２０の位置を取得し、及び、回転角度を認識するように主格子２１０の位置変化を取得する。ただし、Ｎは正の整数である。
【００４２】
また、回転本体を回転運転させようとすると、特にガルバノモータでは、前記ガルバノモータのシャフトの中心は格子ディスク２００の中心（即ち、格子ディスク中心２０１）と同軸に設けられ、ガルバノモータは一つの角度、通常は±１２．５°だけで揺動しなければならないため、シャフトを往復揺動させることで、格子ディスク２００を動かしてエンコーダ４００の下に揺動させながらエンコーダ４００のそれぞれに自分に対応するゼロを見出させてから、エンコーダ４００は正常に作動し始めて格子ディスク２００の回転角度を記録することが可能になる。
【００４３】
具体的には、格子ディスク２００に偏心が発生すると、同一組にある二つのエンコーダ４００の読取値には一つが大きなものとなり、もう一つが小さなものとなり、平均を行うことで、格子ディスク２００の実際の回転角度は補償により得られ、それにより、単一のエンコーダ４００による読取値の増大や減少は補正されている。また、シャフトにおいて外部の原因で回転中心に変位が発生すると、エンコーダ４００の読取値には一つが大きくなり、もう一つが小さくなり、同一組にある二つのエンコーダ４００の読取値について平均を行うことで、最終的な読取値について釣り合いを取ることができ、それにより、結果への回転中心のずれによる影響が大きく低下する。
【００４４】
さらには、前記エンコーダ４００の光電受信端には、交互に配置される光透過窓と遮光窓とを含むゼロ窓群が設けられ、前記遮光窓の位置はゼロ格子の刻みに合致する。ガルバノモータは揺動しかできず一回転することができないという特性を持つため、エンコーダ４００毎の取付け位置で個別にゼロ信号を配置することで、電源投入の後にエンコーダ４００毎にゼロを見出すことができるようにする必要がある。もちろん、前記エンコーダ４００の光電受信端に主格子窓群が設けられ、同様に、前記主格子窓群にも交互に設けられる光透過窓と遮光窓とが含まれ、そして、光透過窓と遮光窓は等幅に設けられている。
【００４５】
ここにおいて、格子ディスク２００に対するエンコーダ４００毎の配置方向は一致しなければならず、格子ディスク２００がある方向に回転すると、すべてのエンコーダ４００の読取値が同方向に変化すること、即ち、同時に増加し又は同時に減少することは保証されるようになる。増減の併存は許容されない。
【００４６】
処理手段５００は、エンコーダ４００の出力信号の値に対してデジタル加算平均を行い、すべてのエンコーダ４００の読取値を積算し和としてＡが得られ、そして、エンコーダ４００の総数２Ｎで割ることで、最終的なガルバノモータの回転角度Φが得られる。つまり、Φ＝Ａ／２Ｎの式となる。
【００４７】
そのうち、前記エンコーダ４００のゼロ窓はゼロ格子２２０の真上／真下に設けられる。
【００４８】
本実施例では、前記格子ディスク２００はガラス本体を備え、ガラス本体に数多くの刻みが形成され、刻みは遮光部分となり、二つの刻みの間の滑らかな部分は光を透過可能なものとなり、前記エンコーダ４００は透過式エンコーダ４００である。前記格子ディスク２００は金属本体を備え、金属本体の表面に数多くの刻みが形成され、二つの刻みの間の滑らかな金属面は光を反射可能なものとなり、前記エンコーダ４００は反射式エンコーダ４００である。具体的には、透過式エンコーダ４００は、光源から発したある波長域の平行光線を垂直に透過させてから、他側の光電受信機に受け入れ、最終的に、モアレ干渉縞として電気信号に変換させるものである。反射式エンコーダ４００は、光源から発したある波長域の平行光線を一定の角度で滑らかな金属面に入射させてから、滑らかな金属面にて一定の角度で反射し、最終的に、光源と同一側にある光電受信機に受け入れて電気信号とする。好ましくは、透過式エンコーダ４００の光源は発光ダイオードＬＥＤとされ、反射式エンコーダ４００の光源はレーザダイオードＬＤとされる。
【００４９】
本実施例では、前記回転本体はガルバノモータのシャフトである。
【００５０】
レーザ加工又は光信号走査中には、光線はミラーの揺動によりその伝搬方向が変えられ、最終的に被処理や被検物の表面に達するものである。ガルバノモータエンコーダ４００の取付け精度や、エンコーダ４００と格子ディスク２００及び光電受信部品の加工・生産プロセスの精度、並びに、モータのシャフトの回転による径方向のがたつきとドリフトのいずれからも、ミラーの回転精度が影響を受けており、ミラーの回転誤差が反射光路により一層拡大するため、加工用ビームや計測用ビームが被処理物の表面に達する位置は予定の位置から著しくずれることになってしまう。
【００５１】
複数のエンコーダ４００を協働させ、ガルバノモータ専用のマルチコード格子ディスク２００を新たに設計することで、揺動の場合にエンコーダ４００毎に正確にゼロを認識可能になり、さらに、エンコーダ４００を同一の格子ディスク２００において特定の位置に配置し、特定のアルゴリズムを導入することで、最終的に出力される位置の誤差は低下し、偏心や径方向のがたつきとドリフト等による影響は低減する。
【００５２】
図１１に示されるように、本発明は信号処理回路の好適な実施例を提供する。
【００５３】
前記フィードバックシステムは、順に設けられるフィルタモジュール６１０とサンプリングモジュール６２０と演算モジュール６３０と信号出力モジュール６４０とを含む信号処理回路６００をさらに備え、前記フィルタモジュール６１０はエンコーダ４００に接続され、前記処理手段５００は信号出力モジュール６４０に接続される。
【００５４】
エンコーダ４００の出力信号は、アナログ正・余弦信号、方形波ＡＢＺ信号、パルス信号、デジタルプロトコル信号等であってもよい。信号処理回路６００にて信号についてフィルタリングやサンプリング、演算を行った後、信号出力モジュールにより最終的な位置を出力するが、出力される信号にもアナログやデジタルプロトコル、方形波ＡＢＺ等のタイプの信号が含まれ、最終的に、信号は信号伝送ケーブルを介してドライバ等のバックエンド処理装置に送られる。
【００５５】
そのうち、アナログ加算法では、エンコーダ４００の出力量をアナログ量に変更し、エンコーダ４００の組付け・調整精度を厳密に管理することで、すべてのエンコーダ４００から出力される信号の位相を同様にして並列に重ね、最終的に、すべての組のエンコーダ４００の信号を同時に信号処理回路６００に入力して信号フィルタリングやサンプリングを行い、最終的な位置が計算される。
【００５６】
本実施例では、信号処理回路６００は別個の回路板とされてもよく、エンコーダ４００の回路板に統合したものとされてもよく、ドライバを統合した回路板とされてもよく、さらには、信号処理回路６００としての信号処理回路板に関わるアルゴリズムは別個のチップにより計算されてもよく、外部のモータ駆動基板におけるマスタチップにより計算されてもよく、あるいは、エンコーダ４００に内蔵されるチップにより計算されてもよい。
【００５７】
例えば、信号処理の方式にはデジタル方式とアナログ方式とが含まれる。デジタル方式の平均では、すべてのエンコーダ４００の読取値を加算してエンコーダ４００の個数で割ることで、平均値が得られる。アナログ方式の平均では、同一組のエンコーダ４００の取付け位置を厳密に管理することで、エンコーダ４００の光電受信機で得られたアナログ正・余弦信号の位相や方向を同様にする必要があり、それにより、完全な重ねが得られ、最後に、組当たりによる重ね信号を信号処理回路６００に入力する。
【００５８】
図１２と図１３に示されるように、本発明は複数のエンコーダの好適な実施例を提供する。
【００５９】
通常、一組又は二組のエンコーダ４００を配置し、組当たりは１８０度で対称的に設けられる二つのエンコーダ４００があり、また、精度の要求に応じて二組以上、ひいてはより多くのエンコーダ４００を配置するようにしてもよい。組当たりにおける二つのエンコーダ４００による夾角は１８０°の要求を満たさなければならない。合計２Ｎ個のエンコーダ４００があれば、各エンコーダ４００間の夾角θはθ＝３６０／２Ｎの式を満たすように配置される。
【００６０】
複数のエンコーダ４００を配置する際において、ガルバノスキャナの揺動角度が３６０／４Ｎより大きくなると、揺動範囲において二つのゼロが現れるリスクが生じる可能性がある。このため、各位置に対応するゼロ格子２２０を異ならせることで、異なる位置でのゼロ信号を区別し、揺動範囲において複数のゼロが現れることを防止する必要がある。
【００６１】
図１４に示されるように、本発明は格子ディスクの同心度誤差の補償の好適な実施例を提供する。
【００６２】
図中のＡ点は理想的な格子ディスク２００の中心点と回転中心であり、通常の場合において両者は重なり合っており、Ａ’は組立てや加工プロセスによる実際の回転中心である。ガルバノモータ３００が一定の角度θ（例えば２５°）で回転すると、光学的半径ｄが１０ｍｍとなり、格子ディスク２００が同心度の異なるＡ’のまわりに回転する場合、仮に光学的半径ｄ１が１２ｍｍとなると、エンコーダ４１０により読み取られた弧長Ｌ１は以下のとおりになる。
【数３】
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光学的半径ｄ２は８ｍｍとなり、対角にあるエンコーダ４２０により測定された弧長Ｌ２は以下のとおりになる。
【数４】
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Ｌ１とＬ２について平均を行ったら、最終的に、弧長Ｌ’は以下のとおりになる。
【数５】
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そのうち、理想的には、格子ディスク２００の中心点と回転中心は重なり合い、格子ディスク２００は理想的な回転中心Ａのまわりに回転するようになり、そして、エンコーダにより読み取られた弧長Ｌは以下の式で計算される。
【数６】
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以上から、ガルバノモータ３００における格子ディスク２００の同心度による誤差を良好に抑えることが可能になることが分かった。
【００６３】
図１５に示されるように、本発明は格子ディスクにおいてドリフト誤差を減らす好適な実施例を提供する。
【００６４】
仮に格子ディスク２００のトラック中心とシャフトは理想的な同心度となっていれば、理想的な回転中心はＡ点となるが、軸受内は隙間嵌めとなるため、温度や振動等の要因で実際の回転中心はＡ’点にまでドリフトしてしまう。
【００６５】
ガルバノモータ３００が実際に動いていない時、回転中心のドリフトが原因で、エンコーダ４１０とエンコーダ４２０の読取値はいずれもある程度変化してしまう。図中の矢印Ｑ１とＱ２はそれぞれエンコーダの読取値が大きくなる方向である。回転中心がＡからＡ’にまでドリフトすると、エンコーダ４１０の読取値が小さくなり、エンコーダ４２０の読取値が大きくなるため、エンコーダを一つのみ取り付ける場合、位置フィードバックシステムの数値にドリフトが発生してしまう。二つのエンコーダ（４１０、４２０）の数値について平均を行えば、増大と減少による影響を互いに相殺させて、最終的な位置データを変えないように保持することが可能になる。これは、直径方向に配置される二つのエンコーダの特殊な位置に関連するものである。
【００６６】
ある特定の方向でのドリフトについては、この方向のベクトルに垂直な組の対角線にある二つのエンコーダでしか最大限減らすことができない。このため、複数の方向でのドリフトを無くすようとすると、複数組のエンコーダを使用する必要がある。ガルバノモータ３００は運動に特殊性があり、つまり、ある一定の角度（±１２．５°の場合が多い）のみで揺動可能で一回転できないものであるため、少なくとも一組となる二つのエンコーダによれば、ドリフト誤差を大まかに減らすことができる。
【００６７】
上記はあくまでも本発明の最も好ましい実施例であり、本発明の範囲を制限するためのものではなく、本発明の特許請求の範囲に従ってなされたあらゆる等価変化又は修飾は、本発明の範囲に含まれる。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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