(57)【要約】【課題】  位相一致点が検出されるある幅を持った母集団の中から任意の１点を基準点として選択し、電源を切ったり、検出部交換などで回路誤差を生じたとしても、ナノメートル（ｎｍ）オーダー基準点（原点）を再現する。【解決手段】  ２種類の位相情報から位相差分を求め、任意の信号が入力された時の位相を基準位相差分値として基準位相差分値記録部６２に記録し、かつ、これと変位毎位相差分の一致検出時に、変位側の位相データを位相データ記録部６４を記録する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールから任意の周期を持った第１の位相情報と、この第１の位相情報とは周期の異なる第２の位相情報を検出ヘッドにより検出し、上記第１及び第２の位相情報から位置情報を検出する変位検出装置において、
上記第１及び第２の位相情報から上記スケールと検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度データと振幅データに変換する極座標変換部と、
上記極座標変換部により得られた第１の位相情報から得られた角度データを位相データ１とし、第２の位相情報から得られた角度データを位相データ２として、上記位相データ１と位相データ２との差分値を検出する位相差分検出部と、
任意の信号が入力されたタイミングにおける上記位相データ１と位相データ２との差分値を基準位相差分値として記録する基準位相差分値記録部と、
上記位相差分検出部により検出される変位毎の位相差分値と上記基準位相差分値記録部に記録されている基準位相差分値とが一致したことを検出する位相差一致検出部と、
上記位相差一致検出部により位相差分値の一致が検出されたタイミングにおける上記位相データ１及び／又は位相データ２を記録する位相データ記録部と、
変位毎に上記位相差一致検出部による位相差一致と上記位相データ記録部に記録されている上記位相データ１又は位相データ２と上記極座標変換部により得られた位相データ１又は位相データ２との一致を検出して基準点信号とする基準点信号検出部と
を備えることを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
上記基準位相差分値記録部に記録した基準位相差分値を外部に出力し、また、上記基準位相差分値記録部に記録した基準位相差分値を外部から変更するための機能を備えることを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
【請求項３】
上記位相差一致検出部は、位相差分一致時間≧［１／サンプリングクロック］×βｍｍ／秒以上のとき位相差分一致点として認識し、位相一致信号を出力し、上記係数βを変えることで時間毎変位量に応じた最適検出精度を可変としたことを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
【請求項４】
上記位相データ記録部に記録した位相データ１及び／又は位相データ２を外部に出力し、また、上記位相データ記録部に記録した位相データ１及び／又は位相データ２を外部から変更するための機能を備えることを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
【請求項５】
上記位相差分検出部により検出された位相差分値に対して、任意の値α１を加算した値を基準位相差分値として上記基準位相差分記録部に記録することを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
【請求項６】
上記極座標変換部により得られた位相データ１又は位相データ２に任意の値α２を加算した値を基準位相データ値として上記位相データ記録部に記録することを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
【請求項７】
上記基準点信号検出部は、変位検出毎に、上記位相差一致検出部による位相差一致を検出した後、上記位相データ記録部に記録されている上記位相データ１又は位相データ２と上記極座標変換部により得られた位相データ１又は位相データ２との一致を検出して基準点信号とすることを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
【請求項８】
上記極座標変換部により得られる上記スケールと検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度データと振幅データからインクリメンタル信号を生成して出力する変位検出部を備えることを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーニヤ式スケールの出力を用いて変位検出を行う変位検出装置に関し、特に原点検出を行う機能を備える変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バーニヤ式スケールを用いた変位検出装置は、集積回路を製造するためのＸ線露光描画装置や精密機械工作などに利用される。この種の変位検出装置では、正確な位置又は距離を測定するために、移動量を示すインクリメンタル信号とは別に、基準点又は原点が設定される必要がある。
【０００３】
一般に変位検出装置においてバーニア式のスケールを用いて、それぞれの位相を比較して原点を得ようとする場合、あるタイミングで検出した第１の位相と第２の位相の比較値を出すことは可能であるが（例えば、特許文献１参照。）、バーニア式のスケールから得られる２つの信号の波長をそれぞれλと（λ＋λ／ｎ）とすると、位相が一致する間隔は、λ（１＋ｎ）となり、測定方向に対し、周期的に複数の原点が存在し、（例えば、特許文献２参照。）、また、位相一致点はある幅を持った母集団で検出される。また、インクリメンタル信号の再生波長λよりも細かい分解能を得るために内挿処理が施されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３０４１１２号公報
【特許文献２】特公昭５０−２３６１８号公報
【特許文献３】特開平８−１２２０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の如くバーニヤ式スケールを用いた変位検出装置において、それぞれの位相を比較して原点を得ようとする場合、バーニア式のスケールから得られる２つの信号の位相が一致する間隔は、λ（１＋ｎ）となり、測定方向に対し、周期的に複数の原点が存在するので、その中から任意の点を選択しなければならない。しかし、位相一致点が検出されるある幅を持った母集団の中から任意の１点を基準点として選択し、電源を切ったり、検出部交換などで回路誤差が生じた場合にも、常に同じ１点を選択することは非常に難しい。一方、最近のＸ線露光描画装置等の記録密度の高集積化に伴い、インクリメンタル信号の波長も細かくなり、上記位相が一致する間隔も細かくなる傾向にある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、
測定方向に対し、周期的に複数存在する位相一致点の母集団の中から１つの母集団を選択し、この母集団の中から任意の１点を基準点として選択し、電源を切ったり、検出部交換などで回路誤差を生じたとしても、ナノメートル（ｎｍ）オーダー基準点（原点）を再現することができる変位検出装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、バーニヤ式スケールから出力された２種類の位相情報から位相差分を求め、任意の信号が入力された時の位相を基準位相差分値として記録し、かつ、これと変位毎位相差分の一致検出時に、変位側の位相を記録することで、基準点（原点位置）とし、変位側の位相情報から変位（移動量）を検出する。
【０００９】
すなわち、本発明は、スケールから任意の周期を持った第１の位相情報と、この第１の位相情報とは周期の異なる第２の位相情報を検出ヘッドにより検出し、上記第１及び第２の位相情報から位置情報を検出する変位検出装置において、上記第１及び第２の位相情報から上記スケールと検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度データと振幅データに変換する極座標変換部と、上記極座標変換部により得られた第１の位相情報から得られた角度データを位相データ１とし、第２の位相情報から得られた角度データを位相データ２として、上記位相データ１と位相データ２との差分値を検出する位相差分検出部と、任意の信号が入力されたタイミングにおける上記位相データ１と位相データ２との差分値を基準位相差分値として記録する基準位相差分値記録部と、上記位相差分検出部により検出される変位毎の位相差分値と上記基準位相差分値記録部に記録されている基準位相差分値とが一致したことを検出する位相差一致検出部と、上記位相差一致検出部により位相差分値の一致が検出されたタイミングにおける上記位相データ１及び／又は位相データ２を記録する位相データ記録部と、変位毎に上記位相差一致検出部による位相差一致と上記位相データ記録部に記録されている上記位相データ１又は位相データ２と上記極座標変換部により得られた位相データ１又は位相データ２との一致を検出して基準点信号とする基準点信号検出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る変位検出装置では、２種類の位相情報から位相差分を求め、任意の信号が入力された時の位相を基準位相差分値として記録し、かつ、これと変位毎位相差分の一致検出時に、変位側の位相を記録することで、基準点（原点位置）とし、変位側の位相情報から変位（移動量）を検出するので、周期的に複数存在するある幅を持った位相一致点の母集団の中から１つの母集団を選択し、この母集団の中から任意の１点を基準点として選択し、電源を切ったり、検出部交換などで回路誤差を生じたとしても、ナノメートル（ｎｍ）オーダー基準点（原点）を再現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
本発明は、例えば図１に示すような構成の変位検出装置１００に適用される。
【００１３】
この変位検出装置１００は、スケール１０、検出ヘッド部２０、信号調整部３０、Ａ／Ｄ変換部４０、位相データ検出部５０や位相データ処理部６０などからなる。
【００１４】
この変位検出装置１００は、２部材の相対移動位置を検出するもので、例えばスケール１０が２部材のうちの可動部に取り付けられ、検出ヘッド部２０が２部材のうちの固定部に取り付けられる。
【００１５】
上記スケール１０はバーニア式スケールであって２種類の位相情報を与える繰り返しピッチの異なる２種類の位置信号が記録されており、この変位検出装置１００は、上記検出ヘッド部２０が例えば工作機械等の可動部の移動に応じて、上記スケール１０に記録されている位置信号を検出して、上記工作機械等の可動部の移動位置情報を出力する。この変位検出装置１００からは、上記工作機械等の可動部の移動位置情報として、位相データによって生成されるインクリメンタル信号と、任意の信号による位相一致点の選択とそのタイミングでのインクリメンタル信号の位相情報から生成される基準点（原点）信号とが出力される。この移動位置情報は、制御装置等に伝送され、工作機械の動作制御に用いられる。
【００１６】
上記検出ヘッド部２０は、４個の検出ヘッド２１，２２，２３，２４を備え、上記スケール１０に記録されている位置信号を上記４個の検出ヘッド２１，２２，２３，２４で検出することにより得られる第１〜第４の位置検出信号を信号調整部３０に出力する。ここで、上記第１及び第２の検出ヘッド２１，２２は、上記スケールに第１の繰り返しピッチλ１で記録されている位置信号を検出して、互いに９０°の位相差を有する第１及び第２の位置検出信号（Ｓｉｎ信号１，Ｃｏｓ信号１）を得て信号調整部３０に供給する。また、上記第３及び第４の検出ヘッド２３，２４は、上記スケールに第２の繰り返しピッチλ２で記録されている位置信号を検出して、互いに９０°の位相差を有する第３及び第４の位置検出信号（Ｓｉｎ信号２，Ｃｏｓ信号２）を得て信号調整部３０に供給する。
【００１７】
上記検出ヘッド部２０により得られる第１〜第４の位置検出信号（Ｓｉｎ信号１，Ｃｏｓ信号１，Ｓｉｎ信号２，Ｃｏｓ信号２）が外部要因でオフセットやゲインに誤差を生じていると、後述する位相データ変換処理において誤差となるので、この変位検出装置１００では、第１乃至第４の調整部３１，３２，３３，３４からなる信号調整部３０において、上記第１〜第４の位置検出信号（Ｓｉｎ信号１，Ｃｏｓ信号１，Ｓｉｎ信号２，Ｃｏｓ信号２）を任意の一定値に調整するようになっている。なお、各調整部３１，３２，３３，３４では、一般的な演算増幅器を用いた可変抵抗器による抵抗値の調整により信号調整が実行される。このとき、入力信号を直接オシロスコープで確認しながら調整する方法の他に、任意の基準電圧を仮の入力信号として与えて、Ａ／Ｄ変換部から得られるデジタルデータをＲＡＭに取り込んで、基準電圧値とデジタルデータとの誤差を算出し、誤差量を基に可変抵抗器の抵抗値を自動的に調整するようにしてもよい。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換部４０は、上記検出ヘッド部２０により得られた第１〜第４の位置検出信号（Ｓｉｎ信号１，Ｃｏｓ信号１，Ｓｉｎ信号２，Ｃｏｓ信号２）が上記第１乃至第４の調整部３１，３２，３３，３４を介して供給される第１乃至第４のＡ／Ｄ変換器４１，４２，４３，４４からなる。第１のＡ／Ｄ変換器４１は、上記第１の調整部３１により信号調整された第１の位置検出信号（Ｓｉｎ信号１）をデジタルデータに変換してて位相データ検出部５０に供給する。第２のＡ／Ｄ変換器４２は、上記第２の調整部３２により信号調整された第２の位置検出信号（Ｃｏｓ信号１）をデジタルデータに変換して位相データ検出部５０に供給する。第３のＡ／Ｄ変換器４３は、上記第３の調整部３３により信号調整された第３の位置検出信号（Ｓｉｎ信号２）をデジタルデータに変換して位相データ検出部５０に供給する。第４のＡ／Ｄ変換器４４は、上記第４の調整部３４により信号調整された第４の位置検出信号（Ｃｏｓ信号２）をデジタルデータに変換して位相データ検出部５０に供給する。
【００１９】
ここで、上記Ａ／Ｄ変換部４０の第１乃至第４のＡ／Ｄ変換器４１，４２，４３，４４には、図示しないクロック発生器からサンプリングクロックが供給されている。このＡ／Ｄ変換部４０に使用されるサンプリングクロックは、位相データ検出部５０や位相データ処理部６０にも供給されており、基準クロックとして参照される。なお、このサンプリングクロックは、上記Ａ／Ｄ変換部４０の第１乃至第４のＡ／Ｄ変換器４１，４２，４３，４４の分解能、すなわち、Ａ／Ｄ変換の量子化単位分、位置検出対象となる工作機械の可動部が移動するのに必要な時間よりも、十分高い周波数のクロックとする。例えば、位置検出対象となる工作機械がＡ／Ｄ変換の量子化単位分移動するのに、最低１μ秒必要という仕様が定められていれば、それよりも十分高いサンプリングクロックとする。
【００２０】
上記Ａ／Ｄ変換部４０の第１乃至第４のＡ／Ｄ変換器４１，４２，４３，４４は、上記第１〜第４の位置検出信号（Ｓｉｎ信号１，Ｃｏｓ信号１，Ｓｉｎ信号２，Ｃｏｓ２信号２）をそれぞれ例えば１０ビットのデジタルデータに変換して位相データ検出部５０に供給する。なお、上記第１〜第４の位置検出信号（Ｓｉｎ信号１，Ｃｏｓ信号１，Ｓｉｎ信号２，Ｃｏｓ信号２）をデジタルデータに変換した各データを、以下、第１〜第４の位置検出データ（Ｓｉｎデータ１，Ｃｏｓデータ１，Ｓｉｎデータ２，Ｃｏｓデータ２）という。
【００２１】
位相データ検出部５０は、第１及び第２の位置検出データ（Ｓｉｎデータ１，Ｃｏｓデータ１）が供給される第１の位相データ検出部５０Ａと、第３及び第４の位置検出データ（Ｓｉｎデータ２，Ｃｏｓデータ２）が供給される第２の位相データ検出部５０Ｂとからなる。
【００２２】
上記第１及び第２の位相データ検出部５０Ａ，５０Ｂは、それぞれ補正演算部と極座標変換部から構成される。ここで、上記第１の位相データ検出部５０Ａにおける第１及び第２の位置検出データ（Ｓｉｎデータ１，Ｃｏｓデータ１）に対する処理内容と、上記第２の位相データ検出部５０Ｂにおける第３及び第４の位置検出データ（Ｓｉｎデータ２，Ｃｏｓデータ２）に対する処理内容は全く同じであるので、以下、補正演算部と極座標変換部の説明において、Ｓｉｎデータ１とＳｉｎデータ２をＳｉｎデータといい、また、Ｃｏｓデータ１とＣｏｓデータ２をＣｏｓデータという。
【００２３】
補正演算部は、正弦波状の信号をデジタル化したデジタルデータであるＳｉｎデータとＣｏｓデータに対して、ノイズなどの外部変動による信号の揺れを設定値の範囲内で補正し、補正済みのＳｉｎデータとＣｏｓデータを極座標変換部に入力する。
【００２４】
極座標変換部では、ＳｉｎデータとＣｏｓデータを極座標変換し、スケール１０に記録された位置信号の１波長λ内におけるスケール１０と検出ヘッド部２０との相対移動位置を示す振幅データ及び角度データを生成する。
【００２５】
すなわち、Ｃｏｓデータを横軸、Ｓｉｎデータを縦軸に取って、ベクトルを描くと、図２に示すような、スケール１０とヘッド部２０との相対移動方向に応じて左右方向に回転するリサージュ波形となる。このリサージュ波形は、１回転が位置信号の１波長λに対応しており、角度が位置信号の１波長内の絶対位置を示している。このことから、Ｓｉｎデータ及びＣｏｓデータが極座標変換を行うことによって、１波長λ内におけるスケール１０とヘッド部２０との絶対位置を表すことができる。つまり、スケール１０に記録された位置信号が周期信号であるので、その周期信号のレベルを極座標に変換することにより、１周期内の位置情報を示す角度データを生成することができる。
【００２６】
ここで、極座標変換部のブロック構成図を図３に示し、この極座標変換部について更に詳細に説明する。
【００２７】
この図３に示した極座標変換部１５０は、象限分割部１５１、第１のグレイコード化部１５２、第２のグレイコード化部１５３、極座標ＲＯＭ１５４、第１のグレイコード戻し部１５５、第２のグレイコード戻し部１５６及び象限合成部１５７を有している。
【００２８】
象限分割部１５１には、Ｓｉｎデータ（１０ビット）とＣｏｓデータ（１０ビット）とが供給される。象限分割部１５１は、Ｓｉｎデータ及びＣｏｓデータに付けられている正負の符号（例えば最上位ビットの符号）に基づき生成される２ビットの象限指示データＱＩと、各象限のＳｉｎデータを第１象限相当のデータに変換した９ビットの第１象限ＳｉｎデータＲＹと、各象限のＣｏｓデータを第１象限相当のデータに変換した９ビットの第１象限ＣｏｓデータＲＸとに分割する。象限分割部１５１は、象限指示データＱＩを象限合成部１５７に供給し、第１象限ＳｉｎデータＲＹを第１のグレイコード化部１５２に供給し、第１象限ＣｏｓデータＲＸを第２のグレイコード化部１５３に供給する。
【００２９】
第１のグレイコード化部１５２は、第１象限ＳｉｎデータＲＹをグレイコード化して、極座標ＲＯＭ１５４に供給する。第２のグレイコード化部１５３は、第１象限ＣｏｓデータＲＸをグレイコード化して、極座標ＲＯＭ１５４に供給する。
【００３０】
極座標ＲＯＭ１５４には、グレイコード化された第１象限ＳｉｎデータＲＹ及びグレイコード化された第１象限ＣｏｓデータＲＸがアドレスとして記述された極座標変換テーブルが格納されている。この極座標変換テーブルには、グレイコード化された第１象限ＳｉｎデータＲＹ及びグレイコード化された第１象限ＣｏｓデータＲＸに対応した、振幅データＬＩ及び第１象限（０°〜９０°）の角度データＰＩが記述されている。振幅データＬＩ及び第１象限の角度データＰＩは、それぞれグレイコード化されて極座標ＲＯＭに格納されている。
【００３１】
極座標変換テーブルには、第１象限内の角度データが１０ビット、振幅データが６ビットの全１６ビットのデータが格納されている。角度データは、図４に示すように、０°〜９０°を、９０°／１０２４単位で分割して表したデータである。また、振幅データは、図５に示すように、Ｓｉｎ軸上或いはＣｏｓ軸上の最大振幅時（Ｓｉｎデータ＝５１１且つＣｏｓデータ＝０のとき、或いは、Ｓｉｎデータ＝０且つＣｏｓデータ＝５１１のとき）の振幅を５６で分割して表したデータである。振幅データは、６ビットであるので、０〜６３まで表現が可能であるが、ノイズや歪みにより検出した測定値が理論値よりも大きくなることがあるので、その理論値より大きくなる場合を考慮して表現範囲にマージンを設けている。なお、測定した振幅値が６３以上になる場合には、全て６３にクリップしている。
【００３２】
極座標ＲＯＭ１５４は、極座標変換テーブルを参照して極座標変換し、入力された第１象限ＳｉｎデータＲＹ及び第１象限ＣｏｓデータＲＸに対応したグレイコード化した角度データ及び振幅データを出力する。極座標ＲＯＭ１５４は、振幅データを第１のグレイコード戻し部１５５に供給し、角度データを第２のグレイコード戻し部１５６に供給する。
【００３３】
第１のグレイコード戻し部１５５は、極座標ＲＯＭ１５４から供給された振幅データＬＩのグレイコードを戻し、通常のコードの振幅データＬＩに変換する。第２のグレイコード戻し部１５５は、極座標ＲＯＭ１５４から供給された第１象限の角度データＰＩのグレイコードを戻し、通常のコードの第１象限の角度データＰＩに変換する。
【００３４】
ここで、第１象限ＳｉｎデータＲＹ及び第１象限ＣｏｓデータＲＸから、振幅データＬＩ及び第１象限の角度データＰＩへの変換関数は、即ち、極座標ＲＯＭ１５４とその前後のグレイコード変換を含めた関数は、以下のようになる。
【００３５】
ＰＩ＝ｔａｎ−１｛ＲＹ／ＲＸ｝＊１０２４／９０
ＬＩ＝５６［（√｛（ＲＹ／５１１）２＋（ＲＸ／５１１）２｝］
但し６３以上の値は６３にクリップ。
【００３６】
象限合成部１５７は、１０ビットの第１象限角度データＰＩの更に上位ビットとして、象限分割部１５１で生成した象限指示データＱＩを付加して、合計１２ビットの全周の角度データとする。
【００３７】
このように極座標変換部１５０は、Ｓｉｎデータ及びＣｏｓデータを極座標変換して、１２ビットの全周（０°〜３６０°）の角度データＰＩ及び６ビットの振幅データＬＩを生成する。
【００３８】
以上のように極座標変換部１５０では、極座標ＲＯＭ１５４が第１象限に対応する極座標変換テーブルしか格納していないため、４象限分のデータを全て格納することなく、容量を減らしている。
【００３９】
また、極座標ＲＯＭ１５４には、アドレスとして入力される第１象限Ｓｉｎデータ及び第１象限Ｃｏｓデータと、出力する角度データ及び振幅データとを、グレイコード化して格納している。ここで、スケール１０から取得した位置情報であるＳｉｎデータ及びＣｏｓデータ、及び、このＳｉｎデータ及びＣｏｓデータを極座標変換した角度データ及び振幅データは、Ａ／Ｄのサンプリング周波数が充分高いため、ノイズが発生した場合を除き、スケール１０とヘッド部２０との相対移動に伴い必ず連続的に変換する。そのため、隣接するコード間で必ずビット変化が１つしかないグレイコードを採用することによって、メモリアクセス時においてバスライン上のビット変化が少なくなり大幅にスパイクノイズを抑えることができ、ノイズに起因する精度劣化を防止することができる。例えば、グレイコード化しない場合に比べて、スパイクノイズを平均１／２にすることができ、また、最大のビット変化が生じる位置ではビット数分の１に少なくすることができる。
【００４０】
そして、このようにして上記位相データ検出部５０の第１及び第２の位相データ検出部５０Ａ，５０Ｂにより生成された２つの全周の角度データＰＩは、位相データ処理部６０の位相差分検出部６１に供給される。また、第１の位相データ検出部５０Ａを変化検出側とした場合、この第１の位相データ検出部５０Ａにより生成された角度データＰＩと振幅データＬＩが変位検出部６６へ供給される。なお、以下、第１の位相データ検出部５０Ａにより生成された角度データＰＩを位相データ１、第２の位相データ検出部５０Ｂにより生成された角度データＰＩを位相データ２という。
【００４１】
この位置検出装置１００において、位相データ処理部６０は、位相差分検出部６１、基準位相差分記録部６２、位相差一致検出部６３、位相データ記録部６４、基準点（原点）検出部６５や変位検出部６６などからなる。
【００４２】
変位検出部６６は、上記第１の位相データ検出部５０Ａにより生成された角度データＰＩと振幅データＬＩから変位を検出する。スケール１０と検出ヘッド部２０との相対移動位置を示す角度データＰＩと振幅データＬＩから変位を検出して生成した位相データパルスをインクリメント信号という。
【００４３】
ここで、この位置検出装置１００による移動位置情報として出力される位相データは、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、互いに同一周期であって位相が１／４周期ずれた２つの信号（Ｓｉｎ信号１，Ｃｏｓ信号１）から構成される。すなわち、変位検出部６６は、スケール１０に記録された位置信号の１周期λを任意の出力分割数Ｄｉｖで分割したときの距離だけ、スケール２とヘッド部２０とが相対移動したとき、１カウント増減される位相データを生成する。換言すれば、変位検出部６６は、測定対象となる工作機械が、λ／Ｄｉｖ移動したときに、１カウント分インクリメント、あるいは、デクリメントされる位相データを生成する。この出力分割数Ｄｉｖは、４０分割１００分割、３６０分割、１０００分割といったように、任意に設定することができる。このようにして生成された位相データは、伝送する情報量が非常に少なくてよく、グレイコードを用いて移動量を示すので、移動方向も正確に伝送することができる。そして、この位置検出装置１００から移動位置情報として位相データを取得した制御装置等は、このような位相データのカウント数を累積加算（マイナス方向に移動したときには減算）することによって、工作機械の相対移動量を検出することができる。
【００４４】
また、この位相データ処理部６０において、位相差分検出部６１は、上記第１の位相データ検出部５０Ａにより生成された位相データ１と上記第２の位相データ検出部５０Ｂにより生成された位相データ２との位相差分値を検出する。
【００４５】
ここで、図７の（Ａ），（Ｂ）に示すように、位相データ１と位相データ２との位相差分値は、上記位相データ１と位相データ２のそれぞれの外来ノイズの影響などにより直線的に増加又は減少せず、ノイズ成分が重畳されている。そこで、上記位相データ１と位相データ２又は位相差分値に対してデジタルフィルタにより高周波成分を除去するフィルタ処理を施すことにより、位相差分値が直線的に変化するようにすれば、後述する位相一致検出の精度をより高めることができる。
【００４６】
この位相データ処理部６０において、基準位相差分記録部６２は、外部装置２００などからの基準位相差分値の検出信号を受けて動作する。検出信号を受けた後、任意の基準信号が入力されたタイミングで、上記位相差分検出部６１により検出された位相差分値に対して、任意の値α１を加算した値を基準位相差分値とし、基準点取得最適条件１として記録する。この基準位相差分記録部６２に供給する任意の基準信号は、タッチセンサなどにより機械的に検出される信号や外部からの信号など基準信号であれば何を使用しても良いが、ここでは、上記位置信号が記録されているスケール１０に記録されている原点信号を検出することにより与えられるものとする。
【００４７】
ここで、上記基準位相差分記録部６２において、基準信号が入力されたタイミングで、上記位相差分検出部６１により検出された位相差分値に対して任意の値α１を加算する際に、加算値α１として位相差分周期／２を加算する。これにより、スケール１０上に配置された原点が変位毎に誤差を持っても、その誤差が±位相差分周期／２以内であれば、上記誤差の影響を被ることなく基準位相差分値を基準点取得最適条件１として使用することができる。
【００４８】
また、上記基準位相差分記録部６２は、外部装置２００などからの検出信号を受けて基準位相差分値を再度検出することが可能である。そして、上記基準位相差分記録部６２は、基準位相差分値を記録するだけでなく、外部装置２００（例えばパーソナルコンピュータ）から基準位相差分値を読み出したり、基準位相差分値を任意の値に書き換えたりすることが可能である。この場合、基準位相差分値の検出後は、検出した基準位相差分値を選択し、外部装置２００から任意の値を書き込まれた後は任意の値を選択する機能を備えるものとする。
【００４９】
また、この位相データ処理部６０において、位相差一致検出部６３は、上記基準位相差分記録部６２に記録されている基準位相差分値と上記位相差分検出部６１にて検出された位相差分値の位相一致点を検出する。
【００５０】
ここで、図８示すように、上記基準位相差分記録部６２に記録されている基準位相差分値（この例では１２０°）と上記位相差分検出部６１にて検出された位相差分値が一致した位相一致検出時にハイレベルとなるＨｉ信号にて検出結果を出力すると、このＨｉ信号は１つの母集団を中心に前後に幅を持った信号となっている。この母集団の幅は時間毎変位量が大きくなると幅も増加する。このような母集団の中から１つの位相一致点を選択するために、この位相データ処理部６０における位相差一致検出部６３では、位相差分一致時間≧［１／サンプリングクロック］×βｍｍ／秒以上のとき位相差分一致点として認識し、位相一致信号を出力するようになっている。上記係数βを変えることで時間毎変位量に応じた最適検出精度を可変することができる。
【００５１】
また、この位相データ処理部６０において、位相データ記録部６４は、外部装置２００などからの位相データ値の検出信号を受けて動作し、上記位相データ１及び／又は位相データ２を記録する。この例では、検出信号を受けた後、上記位相差一致検出部６３が位相一致検出信号を検出したタイミングで、インクリメンタル側の位相データ１に任意の値α２を加算した値を基準位相データ値とし、基準点取得最適条件２として記録する。
【００５２】
ここで、上記位相データ記録部６４において、位相一致検出信号を検出したタイミングでインクリメンタル側の位相データ１に任意の値α２を加算する際に、加算値α２として位相データ１の周期／２を加算する。これにより、位相一致信号が変位毎に誤差を持っても、その誤差が±位相データ１の周期／２以内であれば、上記誤差の影響を被ることなく基準位相データ値を基準点取得最適条件２として使用することができる。
【００５３】
また、上記位相データ記録部６４は、位相一致検出信号を受けて位相データ値を再度検出することが可能である。そして、上記位相データ記録部６４は、位相データ値を記録するだけでなく、外部装置２００（例えばパーソナルコンピュータ）から位相データ値を読み出したり、位相データ値を任意の値に書き換えたりすることが可能である。この場合、位相データ値の検出後は、検出した位相データ値を選択し、外部装置２００から任意の値を書き込まれた後は任意の値を選択する機能を備えるものとする。
【００５４】
さらに、この位相データ処理部６０において、基準点（原点）検出部６５は、変位毎に上記位相差一致検出部６３による位相差一致と上記位相データ記録部６４に記録されている上記位相データ１又は位相データ２と上記極座標変換部１５０により得られた位相データ１又は位相データ２との一致を検出して基準点信号とする。この例では、位相一致信号を検出した後、上記位相データ記録部６４に記録又は設定された位相データ値と上記第１の位相データ検出部５０Ａにより変位毎に検出された位相データ１が一致したとき基準点（原点）信号を外部装置２００に出力する。
【００５５】
このような構成の位置検出装置１００では、図９のフローチャートに示すような設定処理動作Ａと検出処理動作Ｂを行う。
【００５６】
すなわち、設定処理動作Ａでは、外部装置２００から基準位相差分値及び／又は基準位相データの設定が指示されたか否かを判定し（ステップＡ１）、その判定結果がＹｅｓすなわち設定指示があった場合には既存の基準位相差分値及び／又は基準位相データを更新して、新しい基準位相差分値・基準位相データとして上記基準位相差分記録部６２及び位相データ記録部６４に記録し（ステップＡ２）、基準信号の入力があったか否かを判定する（ステップＡ３）、また、上記ステップＡ１の判定結果がＮｏすなわち設定指示がない場合には、そのままステップＡ３に移って、基準信号の入力があったか否かを判定する。
【００５７】
そして、上記ステップＡ３の判定処理を繰り返すことにより基準信号の入力を待機し、上記ステップＡ３における判定結果がＹｅｓすなわち基準信号の入力があったら、上記位相差一致検出部６３により位相差分値＝基準位相差分値の時にＨｉ信号を出力する（ステップＡ４）。
【００５８】
さらに、位相差分一致時間≧［１／サンプリングクロック］×βｍｍ／秒以上であるか否かを判定し（ステップＡ５）、その判定結果Ｙｅｓのとき位相差分一致点として認識して、位相一致信号を出力する（ステップＡ６）。
【００５９】
そして、上記位相データ記録部６４に記録又は設定された位相データ値と上記第１の位相データ検出部５０Ａにより変位毎に検出された位相データ１が一致したとき基準点（原点）信号を外部装置２００に検出する（ステップＡ７）。
【００６０】
また、検出処理動作Ｂでは、外部装置２００から入力される信号で、基準点（原点）を検出するための条件（基準位相差分値及び基準位相データ値）の取得又は再取得の時入力される検出信号の入力の有無を判定し（ステップＢ１）、その判定結果がＹｅｓすなわち入力があった場合には基準信号の入力があったか否かを判定し（ステップＢ２）、また、その判定結果がＮｏすなわち入力がない場合には設定処理動作ＡのステップＡ３に移って、基準信号の入力があったか否かを判定する。
【００６１】
そして、上記ステップＢ２における判定結果がＹｅｓすなわち基準信号の入力があったら、基準位相差分値に対して任意の値α１を加算した値を基準位相差分値として上記基準位相差分記録部６２に記録する（ステップＢ３）
次に、上記位相差一致検出部６３により位相差分値＝基準位相差分値の時にＨｉ信号を出力する（ステップＢ４）。
【００６２】
そして、位相差分一致時間≧［１／サンプリングクロック］×βｍｍ／秒以上であるか否かを判定し（ステップＢ５）、その判定結果Ｙｅｓのとき位相差分一致点として認識して、位相一致信号を出力する（ステップＢ６）。
【００６３】
さらに、位相一致信号の出力があったら位相データ１に対して任意の値α２を加算した値を基準位相データとして上記位相データ記録部６４に記録する（ステップＢ７）。
【００６４】
そして、上記位相データ記録部６４に記録された位相データ値と上記第１の位相データ検出部５０Ａにより変位毎に検出された位相データ１が一致したとき基準点（原点）信号を外部装置２００に出力する（ステップＢ８）。
【００６５】
外部装置２００は、図１０に示すように、基準変位検出部２０１とデータ出力制御部２０２と上位の外部装置３００を備える。
【００６６】
基準変位検出部２０１は、上記変位検出部６６により検出された位相データすなわちインクリメンタル信号と上記基準点（原点）検出部６５により検出された基準点（原点）信号が供給されており、上記インクリメンタル信号から上記基準点（原点）検出部６５により基準点（原点）信号が検出されたときの変位を検出する。
【００６７】
また、データ出力制御部２０２は、上記変位検出部６６により検出された位相データすなわちインクリメンタル信号、上記基準位相差分記録部６２から読み出される基準点取得最適条件１及び上記位相データ記録部６４から読み出される基準点取得最適条件２を示すデータが供給されるとともに、上記基準変位検出部２０１から変位データ及び基準変位データが供給され、上記変位データと基準変位データと基準点取得最適条件１及び基準点取得最適条件２を示すデータをさらに上位の外部装置３００などに出力する。
【００６８】
ここで、上位の外部装置３００が例えばパーソナルコンピュータのハードディスクドライブの場合、上記データ出力制御部２０２は、上記ハードディスクドライブに上記変位データと基準変位データと基準点取得最適条件１及び基準点取得最適条件２を示すデータを出力するよう、上記ハードディスクドライブとの通信手段に応じてそれぞれのデータを個々に出力することにより、それらのデータをハードディスクに記録する。
【００６９】
なお、上位の外部装置３００としては、パーソナルコンピュータのハードディスクドライブ以外に、例えば個別のＥＥＰＲＯＭに上記各種データを記録したり、上記各種データをＬＥＤ表示させ、ディップスイッチなどで直接設定する装置などであってもよい。
【００７０】
これにより、上記変位検出装置１００では、電源の遮断や回路ブロックの故障等の賞翫が発生した場合の、障害復旧時に、上記外部装置２００に記録されている基準点取得最適条件１及び基準点取得最適条件２を示すデータを用いて、上記基準位相差分記録部６２及び上記位相データ記録部６４の再設定を行うことによって、障害発生前と同条件で基準点（原点）の検出を行うことができる。
【００７１】
なお、本実施例では、上記位相データ処理部６０において、位相データ記録部６４は、外部装置２００などからの位相データ値の検出信号を受けた後、上記位相差一致検出部６３が位相一致検出信号を検出したタイミングで、第１の位相データ検出部５０Ａにより生成された角度データＰＩすなわち位相データ１に任意の値α２を加算した値を基準位相データ値とし、基準点取得最適条件２として記録するようにしたが、第２の位相データ検出部５０Ｂにより生成された角度データＰＩすなわち位相データ２に任意の値α２を加算した値を基準位相データ値とし、基準点取得最適条件２として記録するようにしてもよい。
【００７２】
また、上記位相データ処理部６０において、基準点（原点）検出部６５は、位相一致信号を検出した後、上記位相データ記録部６４に記録又は設定された位相データ値と上記第１の位相データ検出部５０Ａにより変位毎に検出された位相データ１が一致したとき基準点（原点）信号を外部装置２００に出力するようにしたが、位相一致信号を検出した後、上記位相データ記録部６４に記録又は設定された位相データ値と上記第２の位相データ検出部５０Ｂにより変位毎に検出された位相データBが一致したとき基準点（原点）信号を外部装置２００に出力するようにしてもよい。
【００７３】
さらに、位相データ検出部５０及び位相データ検出部６０をＰＬＤ（Programmable Logic Device）の構成で説明しているが、ハードウエアでも、また、ソフトウエアでも実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明を適用した変位検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記変位検出装置におけるヘッド部から出力されるＳｉｎ信号とＣｏｓ信号のリサージュ波形を説明するための図である。
【図３】上記変位検出装置における位相データ検出部を構成する極座標変換部の構成を示すブロック図である。
【図４】上記極座標変換部の極座標ＲＯＭ内に格納されている極座標変換テーブルの角度データについて説明するための図である。
【図５】上記極座標変換部の極座標ＲＯＭ内に格納されている極座標変換テーブルの振幅データについて説明するための図である。
【図６】上記位置検出装置から出力される位相データの信号波形を示す図である。
【図７】上記位置検出装置おける位相データ１と位相データ２及びその位相差分値を示す図である。
【図８】上記位置検出装置おける位相一致検出の動作を説明するための図である。
【図９】上記位置検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】上記位置検出装置に接続される外部装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  スケール、２０  検出ヘッド部、２１，２２，２３，２４  検出ヘッド、３０  信号調整部、３１，３２，３３，３４  調整部、４０  Ａ／Ｄ変換部、４１，４２，４３，４４  Ａ／Ｄ変換器、５０，５０Ａ，５０Ｂ  位相データ検出部、６０  位相データ処理部、６１  位相差分検出部、６２  基準位相差分記録部、６３  位相差一致検出部、６４  位相データ記録部、６５  基準点（原点）検出部、６６  変位検出部、１００  変位検出装置、１５０  極座標変換部、１５１  象限分割部、１５２  第１のグレイコード化部、１５３  第２のグレイコード化部、ＲＯＭ１５４  極座標、１５５  第１のグレイコード戻し部、１５６  第２のグレイコード戻し部、１５７  象限合成部、２００  外部装置、２０１  基準変位検出部、２０２  データ出力制御部、３００  上位の外部装置
【図１】
2005070029.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】
2005070029.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005070029.tif 000011
【図１０】
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