(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インデックススケールをメインスケールに予め設けられた原点位置を通過させて原点信号を出力させるステップ、
前記原点信号をアナログ／デジタル変換して、デジタル信号を得るステップ、前記デジタル信号をサンプリングし、ピーク電圧を得るステップ、
前記ピーク電圧と調整用基準値として設定されている基準ピーク電圧と比較して補正量を算出するステップ、
前記補正量を電子式ボリュームを動作させて光電変換素子自体が有している直流電圧を加算器に加算して前記ピーク電圧を補正し、基準ピーク電圧と一致させるステップと、
を有するリニヤスケールにおける原点信号のピークレべルの調整方法。
【請求項２】
メインスケールに対してインデックススケールを相対的に移動させることによってその相対的移動量を光電変換素子により光学的に読み取るリニヤスケールにおける原点信号のピークレべルの調整装置であって、
原点信号を出力する前記光電変換素子と、
この光電変換素子自体が有している直流成分の電圧を調整して加算器に与える電子式ボリュームと、
前記電子式ボリュームからの直流成分の電圧を原点信号に加算する加算器と、
前記原点信号のピーク電圧が基準ピーク電圧と一致するように前記電子式ボリュームをコントロールする制御用マイコンと、
を有するリニヤスケールにおける原点信号のピークレべルの調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等の加工時における相対移動量を測定する際に好適な光学式のリニヤスケールにおける原点信号のピークレべルの調整装置及び調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械等において、被加工物に対する工具の相対移動量を正確に測定することは、精密加工を行う上で必須の要件とされており、このための測定装置が種々製品化されている。
そのひとつとして、光学格子を２枚重ね合わせることにより得られるモアレ縞を利用した光学式スケールが従来から知られている。この光学式スケールは、図２に示すように透明のガラススケール１００の一面に透光部と非透光部が所定のピッチで配列するよう格子（刻線）を設けたメインスケール１０１と、透明のガラススケール１０２の一面に透光部と非透光部が所定のピッチで配列するよう格子（刻線）を設けたインデックススケール１０３とを有し、図４（ａ）に示すように、このメインスケール１０１にインデックススケール１０３を微小間隔を持って対向させるとともに、図４（ａ）に示すように、メインスケール１０１の格子に対し微小角度傾けられるようにインデックススケール１０３の格子を配置している。
【０００３】
このように配置すると、図５に示すモアレ縞が発生する。このモアレ縞の間隔はＷとなり、間隔Ｗ毎に暗い部分あるいは明るい部分が発生する。この暗い部分あるいは明るい部分は、メインスケール１０１に対し、インデックススケール１０３が相対的に左右に移動する方向に応じて上から下、あるいは下から上に移動し、メインスケール１０１及びインデックススケール１０３の格子のピッチをＰ、相互の傾斜角度をθ［ｒａｄ］とすると、モアレ縞の間隔Ｗは、
Ｗ＝Ｐ／θ
と示される。
モアレ縞の間隔Ｗは、光学的に格子間隔Ｐを１／θ倍に拡大した間隔とされていることになる。このため、格子が１ピッチＰ移動すると、モアレ縞はＷだけ変位することになり、Ｗの移動距離を光学的に読み取ることにより、ピッチＰ内の移動量を精密に測定することができるようになる。
【０００４】
そこで、図５に示すようにモアレ縞の変化を光学的に検出する光電変換素子１１０をインデックススケールに設け、メインスケールの反対側に光源を設けるようにして、メインスケール１０１に対しインデックススケール１０３を相対的に移動させながら、この光電変換素子１１０に流れる電流の変化を読み取る。
すなわち、メインスケール１０１に対しインデックススケール１０３がＡの状態となっていると、光電変換素子１１０に照射される光量は最も多くなり、光電変換素子１１０に流れる電流は最大値Ｉ1 となる。次に、相対的に移動してＢの状態になると、光電変換素子１１０に照射される光量はやや減少し、その電流はＩ2となり、更に、移動してＣの状態になると光電変化素子１１０には最も少ない光量が照射され、その電流も最も小さいＩ3 となる。そして、更に移動してＤの状態になると光電変換素子１１０に照射される光量はやや増加し、その電流はＩ2となり、Ｅの状態になるまで移動すると、再び最も光量の多い位置となり、その電流は最大値Ｉ１ となる。
このように、光電変換素子１１０に流れる電流はスケールの移動に応じて正弦波状に変化するとともに、その変化が１周期経過した時に、格子間隔Ｐだけメインスケール１０１とインデックススケール１０３とが相対的に移動したことになる。
【０００５】
このように構成された光学式スケールは、光源１０５から照射された光はガラス製のメインスケール１０１を透過し、さらにガラス製のインデックススケール１０３を透過した後、光電変換素子１１０によりモアレ縞として受光される。
図５においては、この光電変換素子１１０を一つだけ示しているが、２つの光電変換素子を互いに９０゜の位相差を有するＡ相の信号とＢ相の信号とが出力されるように設けると、この２つの信号からスケールの移動方向及び移動距離を測定することができる。
【０００６】
ところで、このように構成された光学式スケールは、ＮＣ工作機械に取りつけられて被加工物と工具との相対的移動量を測定しているが、一般に数値制御する場合は原点からの移動量としてプログラムされるため、この相対的移動量は原点からの移動量として測定する必要がある。そこで、図４（ａ）のように通常メインスケールに予め原点位置１０９（Ｚ）を設け、この原点位置をインデックススケールが通過した時に図４（ｂ）のような原点が検出されるようにする。
【０００７】
すなわち、図４（ｂ）に示すように、この原点Ｚの位置においてもメインスケール１０１の１ピッチＰの間で変化する信号が原点検出信号として検出されるから、この原点検出信号Ｓｚの波形のピーク点を、例えば同図（ｂ）に示すように所定のレベルＴＨでクリップして原点パルス信号Ｐｚを形成すると、この原点パルス信号Ｐｚの立ち上がり点をメインスケールの原点Ｚとすることができる。
なお、図中の一点鎖線で表される信号は、スケールの相対速度が基準より速い場合を示し、点線は、スケールの移動方向の違いから生ずる原点位置のずれを示している。
【０００８】
スケールの組立て時には、原点信号であるＺ相の信号を作業者が適正なレべルになるように機械的なボリュームを使用して調整していた。その例を図６に示す。原点信号Ｓｚは、ある一定レべルの信号としてしか出力されないため、その信号に対してオフセットをかけるという調整を行っている。前述のレべルＴＨはコモンレべルともいい、そのレべルでの信号の幅をどの程度必要であるかで、ピークレべルを決定している。
【０００９】
図６（ａ）は、原点調整装置の概要を示すブロック図であって、Ｚ相信号の信号線、光電変換素子自体が有している直流成分ＤＣの信号線、調整された原点信号（Ｚ相信号）の出力線、増幅器１１、１２、ボリュームＶＲ１３及びＺ相信号とボリュームＶＲ１３との出力を加算する加算器１４とから構成されている。
原点調整は、図６（ｂ）に示されているように、Ｚ相の信号線からの信号に光電変換素子の直流成分ＤＣのレべルをオフセット量として加算することで、Ｚ相信号のピークレべルを手動のボリュームによって作業者が調整している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この調整は、作業者がオシロスコープ（図示なし）を確認しながら、調整用のボリュームＶＲ１３を操作して調整を行っている。この機械的なボリュームを使用して作業者の視覚のみに頼って調整を行う方法は、原点信号が瞬間的にしか表示されないため、細かい操作が難しく、調整レべルも作業者により調整結果が異なる場合も生じ、時間もかかり、工数もかなりとられることになる。さらに、スケールが設置されている環境は、オシロスコープの端子を接続することすら困難な場所である場合もあり、調整用の環境を整えることすら困難な場合もある。
そこで、この調整を自動的に行い、適正な信号レべルを得られるようにすることが求められている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、インデックススケールをメインスケールに予め設けられた原点位置を通過させて原点信号を出力させるステップ、
前記原点信号をアナログ／デジタル変換して、デジタル信号を得るステップ、前記デジタル信号をサンプリングし、ピーク電圧を得るステップ、
前記ピーク電圧と調整用基準値として設定されている基準ピーク電圧と比較して補正量を算出するステップ、
前記補正量を電子式ボリュームを動作させて光電変換素子自体が有している直流電圧を加算器に加算して前記ピーク電圧を補正し、基準ピーク電圧と一致させるステップと、
を有するリニヤスケールにおける原点信号のピークレべルの調整方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、メインスケールに対してインデックススケールを相対的に移動させることによってその相対的移動量を光電変換素子により光学的に読み取るリニヤスケールにおける原点信号のピークレべルの調整装置であって、
原点信号を出力する前記光電変換素子と、
この光電変換素子自体が有している直流成分の電圧を調整して加算器に与える電子式ボリュームと、
前記電子式ボリュームからの直流成分の電圧を原点信号に加算する加算器と、
前記原点信号のピーク電圧が基準ピーク電圧と一致するように前記電子式ボリュームをコントロールする制御用マイコンと、
を有するリニヤスケールにおける原点信号のピークレべルの調整装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の原点信号のピークレべルの調整装置の実施の態様の１例のブロック図を示し、図５に示した従来例と同一機能の部材は同一図番を付している。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明のリニヤスケールにおける原点信号のピークレべルの調整装置の回路のブロック図であって、Ｚ相信号の信号線、光電変換素子自体が有している直流成分ＤＣの信号線、調整された原点信号（Ｚ相信号）の出力線、増幅器１１、１２、ＥＶＲと表記されている電子式ボリューム１５及びＺ相信号の電圧値と電子式ボリューム１５が出力する電圧値を加算する加算器１４、制御用マイコン１６、ＥＥＰＲＯＭ１７とから構成されている。
【００１５】
制御用マイコン１６は、増幅器１１から出力されるＺ相信号をＡ／Ｄ変換して取り込むためのＡ／Ｄ変換用入力端子ｔ１、電子式ボリューム１５にコントロール信号を供給するためのコントロール端子ｔ２が設けられている。
ＥＥＰＲＯＭ１７は、電子式ボリュームＥＶＲ１５がデータ保持型であれば必要はないが、データを保持できないタイプの電子式ボリュームの場合は、ＥＥＰＲＯＭ１７に制御データを記憶させる。
【００１６】
原点信号のピークレべルを調整するための方法を以下に示す。
（ａ）電子式ボリューム１５を調整して、ボリューム位置を中央付近に移動させる。（Ｚ相信号が飽和しないようにしておくため。）
（ｂ）インデックススケールを手動又は自動でゆっくり動かし、メインスケールに予め設けられた原点位置（図４（ａ）１０９）を通過させる。その際、光電変換素子１１０から微弱電流からなるＺ相信号（原点信号）が出力されるので、そのＺ相信号を制御用マイコン１６のＡ／Ｄ変換用入力端子ｔ１より取り込む。制御用マイコン１６は、そのＡ／Ｄ変換されたＺ相信号をサンプリングし、ピーク電圧（図１（ｂ）にＳ−ＰＥＡＫとして示す。）を得る。
【００１７】
（ｃ）制御用マイコン１６は、得られたピーク電圧Ｓ−ＰＥＡＫと、調整用基準値として設定されている基準ピーク電圧Ｒ−ＰＥＡＫと比較して前記ピーク電圧Ｓ−ＰＥＡＫと基準ピーク電圧Ｒ−ＰＥＡＫとが一致するように、ピーク電圧Ｒ−ＰＥＡＫの補正量を算出する。なお、電子式ボリュームＥＶＲ１５が保持型でない場合は、調整用基準値は電子式ボリュームＥＶＲ１５に記憶されている値を用いる。
【００１８】
（ｄ）次いで、制御用マイコン１６は、基準ピーク電圧Ｒ−ＰＥＡＫと比較して算出された前記ピーク電圧Ｓ−ＰＥＡＫの補正量をコントロール端子ｔ２を介して電子式ボリュームＥＶＲ１５を動作させて、加算器１４に前記補正量を加算するようにコントロールし、ピーク電圧Ｓ−ＰＥＡＫをコモンレべルＣＯＭ（基準ピーク電圧Ｒ−ＰＥＡＫ）と一致させる。コモンレべルＣＯＭは、前述のように図４（ｂ）で示すレべルＴＨにおいて必要な信号の幅を得るように、ピークレべルを決定している。
【００１９】
（ｅ）調整終了。電子式ボリューム１５がデータ保持型でないときは、ＥＥＰＲＯＭ１７に調整値を記憶させておく。
【００２０】
自動調整は、スケールの組立て時に行うのが一般的であるが、再起動時や一定期間毎に自動的に実行するように設定してもよく、また、手動で任意の時に実行するように設定しても良い。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、メインスケールの原点をインデックススケールによって通過させるだけで、自動的にピークレべルを調整することができ、工数低減、調整のバラツキを抑えることができるとともに、スケールの設置環境に左右されずに原点信号のピークレべルの調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学式スケールの原点調整装置を示し、（ａ）はその回路のブロック図、（ｂ）は原点信号（Ｚ相信号）とその調整信号の波形図。
【図２】光学式スケールの斜視図。
【図３】光学式スケールの断面図。
【図４】原点位置を検出する格子と、その検出波形を示す説明図。
【図５】モアレ縞の移動を示す図。
【図６】従来の光学式スケールの原点調整装置を示し、（ａ）はその回路のブロック図、（ｂ）は原点信号（Ｚ相信号）とその調整信号の波形図。
【符号の説明】
１１、１２  増幅器、１４  加算器、１５  電子式ボリューム、１６  制御用マイコン１６、１７  ＥＥＰＲＯＭ
【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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