(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目盛り部材と、当該目盛り部材上を移動する読取りヘッド部材とを備え、密波長を示す密分解能モード及び２以上の密波長の増加値に亘る絶対位置を判別する粗分解能モードの少なくとも２つの位置決定モードを有する絶対位置エンコーダであって、
前記読取りヘッドが少なくとも１つの選択された区間において前記目盛り部材上を移動するときに、前記密分解能モードで少なくとも１つの累積位置値を読み取ると共に前記粗分解能モードで連続的に位置値を読み取る読取り手段と、
前記粗分解能モードで連続的に読み取られた位置値と前記密分解能モードで読み取られた少なくとも１つの累積位置値との差分に基づいて少なくとも１つの訂正値を取得する取得手段と、
前記粗分解能モードで読み取られた位置値を前記少なくとも１つの訂正値に基づいて更新する更新手段とを備えることを特徴とする絶対位置エンコーダ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの訂正値は、前記粗分解能モードで連続的に読み取られた位置値と前記密分解能モードで読み取られた少なくとも１つの累積位置値との差分の最大値と最小値の平均値から成ることを特徴とする請求項１記載の絶対位置エンコーダ。
【請求項３】
前記更新手段は、通常の測定中、前記粗分解能モードで読み取られた位置値を現在位置に対応する区間の前記平均値に基づいて更新することを特徴とする請求項２記載の絶対位置エンコーダ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの区間は前記絶対位置エンコーダの全範囲であり、１つの訂正値は前記全範囲に使用されることを特徴とする請求項３記載の絶対位置エンコーダ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの区間はＮ個の区間から成り、各区間は前記全範囲のＮ分の１に亘って延びると共に各区間は対応する訂正値を有することを特徴とする請求項３記載の絶対位置エンコーダ。
【請求項６】
請求項１記載の絶対位置エンコーダを備えるノギスであって、前記粗分解能モードの位置値の訂正を行う制御ルーチンはノギスの内部電子回路に組み入れられることを特徴とするノギス。
【請求項７】
前記制御ルーチンはユーザによって起動され、少なくとも１つの訂正値は前記読取りヘッドを前記目盛り上を手動で移動することによって得られることを特徴とする請求項６記載のノギス。
【請求項８】
前記読取りヘッドは前記ノギスの全範囲及び前記ノギスの範囲の一部分のうち一方の上を手動で移動させることを特徴とする請求項７記載のノギス。
【請求項９】
目盛り部材と、当該目盛り部材上を移動する読取りヘッド部材とを備え、密波長を示す密分解能モード、及び２以上の密波長の増加値に亘る絶対位置を判別する粗分解能モードの少なくとも２つの位置決定モードを有する絶対位置エンコーダのキャリブレーション方法であって、
前記読取りヘッドが少なくとも１つの選択された区間において前記目盛り部材上を移動するときに、前記密分解能モードで少なくとも１つの累積位置値を読み取ると共に前記粗分解能モードで連続的に位置値を読み取る読取りステップと、
前記粗分解能モードで連続的に読み取られた位置値と前記密分解能モードで読み取られた少なくとも１つの累積位置値との差分に基づいて得られた少なくとも１つの訂正値を取得する取得ステップと、
前記祖分解モードで読み取られた位置値を前記少なくとも１つの訂正値に基づいて更新する更新ステップとを備えることを特徴とする絶対位置エンコーダのキャリブレーション方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの訂正値は、前記粗分解能モードで連続的に読み取られた位置値と前記密分解能モードで読み取られた少なくとも１つの累積位置値との差分の最大値と最小値の平均値から成ることを特徴とする請求項９記載のキャリブレーション方法。
【請求項１１】
前記更新ステップは、通常の測定中、前記粗分解能モードで読み取られた位置値を現在位置に対応する区間の前記平均値に基づいて更新することを特徴とする請求項１０記載のキャリブレーション方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの区間は前記絶対位置エンコーダの全範囲であり、１つの訂正値は前記全範囲に使用されることを特徴とする請求項１１記載のキャリブレーション方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの区間はＮ個の区間から成り、各区間は前記全範囲のＮ分の１に亘って延びると共に各区間は対応する訂正値を有することを特徴とする請求項１１記載のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶対位置エンコーダ及び該絶対位置エンコーダを備えるノギス、並びに絶対位置エンコーダのキャリブレーション方法に関し、特に、粗分解能の測定値及び密分解能の測定値を空間的に同期させる絶対位置エンコーダ及び該絶対位置エンコーダを備えるノギス、並びに絶対位置エンコーダのキャリブレーション方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許出願第０９／２１３，２６８号及び米国特許第５，８４１，２７４号に開示されているような絶対位置エンコーダは一般に互いに相対的に移動可能な２つの部材を有する。上記出願及び特許は完全な形で本願明細書に引用される。
【０００３】
米国特許出願第０９／２１３，２６８号に開示されている絶対位置エンコーダでは、各トランスデューサが少なくとも１つの送信器巻線と少なくとも１つの受信器巻線とを含む。これらのトランスデューサでは、送信器巻線は同一数の結合ループによって受信器巻線に誘導結合される。特に、米国特許出願第０９／２１３，２６８号の出願では、第１結合ループ部２０６は第２結合ループ部２０８とは異なる波長で配列されている。従って、いずれの受信器巻線が駆動されるかに応じて、目盛りは受信器巻線２２４又は２２６に夫々異なる有効波長で結合する。このように、いずれかのトランスデューサが駆動されるかに応じて、異なる密波長測定値をとることができる。米国特許出願第０９／２１３，２６８号に述べられているように、２つのトランスデューサを順次駆動することによって得られた位相位置情報を組合せることによって粗波長位置を決定することができる。
【０００４】
米国特許第５，８４１，２７４号に開示されている絶対位置エンコーダは、２以上の位置トランスデューサを含む。米国特許第５，８４１，２７４号では、各位置トランスデューサは少なくとも１つの磁場発生用の送信器巻線と少なくとも１つの関連磁場受信用の受信器巻線とを含む。各位置トランスデューサは送信器巻線によって発生した磁場を変調する複数の磁束変調器を含む。各受信器巻線は測定軸に沿って配列された複数のループを備えている。位置トランスデューサのうち２つの位置トランスデューサの受信器巻線は互いに同一ではないが類似する２つの波長を限定する。従って、２つの位置トランスデューサの出力間の位相関係は、該２つの個々の位置トランスデューサのいずれか一方の波長よりも非常に長い粗波長を有する。よって、２つの部材間の絶対位置を粗波長の範囲で決めることができる。
【０００５】
これに代えて、絶対位置エンコーダは単一の密波長位置トランスデューサを含むことができる。このような絶対位置エンコーダもより粗い（長い）波長を有する１つ以上の位置トランスデューサを含む。２つの部材間の絶対位置は、まず粗波長位置トランスデューサを使用し測定軸に沿って粗絶対位置を判別し、それから密波長位置トランスデューサからの情報を使用してこの粗位置を細かく判別することによって求められる。粗波長トランスデューサは、例えば、正弦関数や三角関数を使用するアナログ目盛りやパラレル又はシリアルのデジタルコードトラック目盛りに基づいたものとすることができる。
【０００６】
いくつかの絶対位置トランスデューサでは、粗目盛り及び密目盛りを空間的に同期させる即ちキャリブレートする必要がある。
【０００７】
これは、例えば、目盛り上のどこか１点に読取りヘッドをおき、密目盛り及び粗目盛りを空間的に同期させる命令を作動させることによって達成された。その命令は、例えば、長い間（１秒間以上）ゼロボタンを押下することによって作動する。これがなされたときに、特定の位置で密波長位置測定値に相対的な粗波長位置測定値のオフセットに対応する値がEEPROMのような電気的にプログラム可能なメモリに格納される。その後、この単一のオフセット値が目盛り全体に使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、粗分解能及び密分解能の測定値をより正確に空間的に同期させることができる絶対位置エンコーダ及び該絶対位置エンコーダを備えるノギス、並びに絶対位置エンコーダのキャリブレーション方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記概説した方法は、例えば、大まかなキャリブレーション値をうまく求めることができることや読取りヘッドの芯ずれを補正するのに適していることが明らかになった一方、この発明は、絶対測定の粗誤差の大きさに対する感度を落として、全体の設計マージンを増やすことにより、粗波長と密波長との比をより大きくすることを可能とした。これにより、絶対測定の可能な範囲が拡大される。
【００１０】
具体的には、読取りヘッドは絶対位置エンコーダの目盛りに相対的に移動される。粗位置読取り値は１組の密波長位置測定値から得られた理想の粗位置と比較される。測定された粗位置と理想の粗位置との間の偏差が求められる。次いで、選択された区間に亘る理想の粗位置からの最大偏差及び最小偏差が抽出され、これらの平均値が測定範囲内の各選択された区間用に記憶される。その後、この情報は絶対位置トランスデューサの粗位置読取り値を密波長読取り値でキャリブレートする、即ちこれら読取り値を空間的に同期するのに使用される。
【００１１】
この発明のこれらの或いは他の特徴及び利点は、好ましい実施の形態の以下の詳細な説明で述べられる又は該説明から明らかにされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明は誘導絶対位置エンコーダの実施の形態に関して記述されているので、当業者にとり、この発明が密波長測定及び粗波長測定に基づく容量式絶対位置エンコーダ及び光学式絶対位置エンコーダにも同様に適用できることは明らかである。一般に、絶対位置を求めるために少なくとも２つの波長間の関係に依存する位置エンコーダは、いかなるものでもこの発明のキャリブレーション方法を利用することができる。
【００１３】
粗波長を生成する１つの方法はわずかに異なる波長をもった２つの密目盛りを有することである。粗波長は２つの密波長間の位相差を利用することで生成される。例えば、２つの密波長が以下の波長と位相角度を有するものとする。
密波長１：λ1＝５．４mm  位相角度１：Φ1＝ｘ／λ1−INT（ｘ／λ1）
密波長２：λ2＝５．２６８mm  位相角度２：Φ2＝ｘ／λ2−INT（ｘ／λ2）
ここで、位相角度の単位は移動量ｘが示す波長分を表すように正規化される。即ち、位相角度値１は３６０度又は２πラジアンに相当する。次に、２つの目盛りの間の位相差Φcを測定する。
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従って、粗波長位相Φcは、密波長位相Φ1又はΦ2の１つがその波長の距離に対して執る範囲値と同じ範囲値を２１５．５mmの距離に対して執る。もって、Φcは２１５．５ｍｍの粗波長を表す。
【００１４】
上記の-INT（）関数は、一つの全波長後に位相測定で生じるロールオーバを表す。つまり、一つの全波長後に位相は再び０から始まる。例えば、粗位相角度Φcを定義する（１）式について、-INT（）関数なしの数式は負の値を持った差分を有すると考えられる。-INT（）関数は正の位相関数Φcを与えるようにこれらの差分を１単位桁上げする。
【００１５】
図１は、密波長λ1を有する例示的な絶対位置エンコーダ用の理想位相関数１００及び粗波長λc＝Ｎ＊λ1用の理想位相関数２００を示す。
【００１６】
密波長及び粗波長は、読取りヘッドが目盛りに相対的に移動されたときに得られた測定値に対応する。理想密波長λ1の位相位置１００は粗波長λcに亘るＮ回の反復の間鋸歯状に位相位置を繰り返す。目盛りに相対的な絶対位置エンコーダの読取りヘッド用の絶対位置は粗波長測定により各密波長分の範囲内に決定することができる。特に、粗波長測定用の値は対応する密波長の波長数を判別するために使用される。
【００１７】
理想密波長λ1の位相位置１００は、読取りヘッドが目盛りに相対的に１つの全密波長に亘って進むまで直線的に上昇する。次いで、理想密波長λ1の位相位置１００は０に戻り、再び上昇し始める。位相位置１００は、読取りヘッドが全ての密波長に亘って目盛りを横切るにつれて、谷底１０３における０（０度）から山頂１０５における１（３６０度に対応する）まで繰り返して上昇する、図示の鋸歯パターンを呈する。理想粗波長の位相位置も理論上、読取りヘッドが粗波長に亘って目盛りに相対的に移動するにつれて、０（０度）から１（３６０度）まで直線的に上昇する。粗位相にＮを乗算すると、密位相関数１００と同じ傾きの関数２００が得られる。
【００１８】
米国特許第５，８４１，２７４号に示すような、３つの目盛りの実施の形態では、絶対位置トランスデューサはまた中間の波長を有する。中間波長は多数の密波長上に亘って延びるが粗波長の一部である。従って、粗波長は特定の中間波長を判別する一方、中間波長は特定の密波長を判別する。
【００１９】
実際には、読取りヘッドの粗波長の範囲内での位相位置を第１分解能で求め、次に、エンコーダの絶対位置を、読取りヘッドの粗位相位置に対応する密波長を判別することによって第２のより高精度の分解能で決定する。従って、どの密目盛り波長が粗波長読取り値に対応するかを求めるためには、対応する密波長数（ｎ）は、
ｎ＝INT（Ｎ＊Φc−Φ1＋０．５）              …（２）
である。
【００２０】
ここで、Ｎは密波長に対する粗波長の比であり、Φcは実際の粗波長位相位置であり、Φ1は実際の密波長位相位置であり、INT()は括弧の中の数式の値の整数部である。
【００２１】
従って、密波長数ｎが求められる。粗波長読取り値が±１／２密波長の範囲内で理想粗関数に対して正確である限り、ｎを得るこの方法は、密波長位相位置１００に対応する密位相関数の鋸歯状の変化に完全に同期する階段関数に対応する。密波長位相位置１００は密位相関数１００に対応するので、密位相関数の鋸歯状変化の効果は（２）式に含まれる。
【００２２】
従って、目盛りに相対的な読取りヘッドの絶対位置（ＰA）は
ＰA＝λf＊（ｎ＋Φ1）                        …（３）
である。ここでλfは密波長の波長である。
【００２３】
しかしながら、図２で示すように、粗位相関数が誤差を有する場合には、求めた密波長数ｎの値は粗位相関数の誤差に対応する量だけ真の密波長数から外れる可能性がある。この粗位相関数誤差量は密波長で表すことができる。粗位相関数の誤差が密波長の１／２よりも小さい場合には、（２）式に従って、求めた密波長数ｎの値を適当に丸めることによって、正しい密波長を求めることが依然可能である。従って、許容できる粗位相関数誤差の絶対限界値は密波長λfの±１／２である。
【００２４】
図２は密波長λfの±１／２よりもわずかに小さい大きさを持つ粗目盛り位相の誤差の影響を示す。特に、理想粗位相関数２００からの正偏差２２５は理想粗位相関数２００の上に示されており、理想粗位相関数２００からの負偏差２３５は理想粗位相関数２００の下に示されている。粗位相関数の誤差が密波長λfの±１／２よりも大きい場合には、（２）式により得られる密波長数ｎは不正確になる。従って、十分に安全マージンを与えるためには、絶対位置エンコーダの粗目盛り位相の誤差は密波長λfの±１／４を超えるべきではない。すなわち、密波長λfの±１／４よりも正確であると、十分な設計マージンの測定された粗位相位置から正しい密波長数が確実に決定されることになる。
【００２５】
図３は、現実の状況で遭遇し得る例示的な粗位置誤差曲線を示す。この粗位置の誤差を補正するために、従来の絶対位置エンコーダでは粗波長と密波長とを同期させる、即ち、求めるべき粗波長の誤差をキャリブレートして粗波長の誤差を補正していた。例えば、ユーザは目盛り上のどこかに絶対位置エンコーダの読取りヘッドを置き、この点で、ゼロボタンを押下すると、密読取り値と粗読取り値間のオフセットがメモリに記録され、該オフセット値は、その後、粗測定値と密測定値とを空間的に同期させるために使用される。例えば、ゼロセッティングが点Ｐ１で行われた場合、目盛りを横切るときの誤差は点Ｐ２で最大となり、０．８５mmの大きさになる。あるいは、ゼロセッティングが点Ｐ２でなされた場合には、誤差は点Ｐ１で最大となり、−０．８５mmの大きさとなる。従って、全粗位置誤差は、ゼロセッティングがなされた位置に応じて０から０．８５mmの間のいずれの値をも執ることができる。
【００２６】
例えば、絶対位置エンコーダの１つの例示的な実施の形態は５．４mmの密波長λfと２１６mm（＝４０ｘ５．４）の粗波長λcとを備える場合である。従って、Ｎは４０である。前述したように、絶対位置エンコーダがどの密波長が測定された粗波長位置に対応するかを正確に判別するため、粗目盛り測定値の誤差は密波長λfの±１／４よりも小さい範囲の誤差であるべきである。従って、この図示例では、粗波長の誤差は±５．４mm／４又は±１．３５mmよりも小さくすべきである。図３に示すように、例示的な粗位置誤差曲線２４０は所望の許容誤差限界値内にある。従って、粗波長の誤差を減少することによって、粗波長の誤差が１／４波長単位の範囲内に留まりつつ、より小さい密波長を使用することができる。これにより、粗波長と密波長との比を増加して、即ち同一長の粗波長とより細かい密波長、同一波長の密波長とより長い粗波長、又はその両者の組合せを提供することが可能となる。
【００２７】
図４は絶対位置エンコーダのトランスデューサ信号生成・処理回路から受信した例示的な信号の拡大図である。具体的には、生成された信号は、粗波長位相位置１２０と、実際の密波長位相位置１３０と、複数の粗分解能絶対位置測定値１４０と、実際の密波長位相位置測定値が取られる複数の密波長サンプリングポイント１５０と、複数の平均密波長位相位置測定値１６０とを含む。
【００２８】
密波長サンプリングポイント１５０が実際の密波長位相位置曲線１３０に沿って均等に配分されていることが示されるが、密波長サンプリングポイント１５０はランダムに配分することもできる。さらに、このシステムが組み入まれる絶対位置エンコーダのタイプに対応するようにサンプリング周波数を調整することができる。
【００２９】
例えば、ノギスを、読取りヘッドが手動で目盛り上を移動される間、毎秒１０回の頻度で生じる密読取り値及び粗読取り値の位置サンプルでキャリブレートすることができ、その結果サンプリングポイントがランダムに配分される。あるいは、運動制御を伴う直線目盛りは、例えば毎秒１００００回の頻度で生じるサンプリングポイントがより均等に配分され、読取りヘッドは運動制御システムによって制御される一定のスピードで移動されるようにしてもよい。
【００３０】
しかしながら、この発明によるキャリブレーションシステム及び方法については、キャリブレーションの分解能は実際の粗波長の補間率によって制限される。従って、特定の粗分解能絶対位置測定値１４０に対応する数個の密波長サンプリングポイント１５０があり得る。従って、特定の粗分解能絶対位置測定値１４０に対応する密波長サンプリングポイント１５０が２以上ある場合には、密波長サンプリングポイントの平均、即ち、平均密波長位相位置測定値１６０を実際の密波長位相測定値を表すものとして使用することができる。しかしながら、どのような平均技術や１つ又は多数の密波長サンプリングポイント１５０をも粗分解能絶対位置測定値に対応する実際の密波長位相位置測定値を示すために選択することができることは当業者にとり明らかである。
【００３１】
この発明によるキャリブレーションシステム及び方法においては、１つの密波長サンプリングポイント１５０か平均密波長位相位置測定値１６０のいずれか一方に基づく密波長位相位置測定値が、粗波長補間値１４０毎に唯１つのみあるものと仮定する。
【００３２】
図５はこの発明による絶対位置エンコーダ５００を示す。具体的には、絶対位置エンコーダ５００は、メモリ５１０、コントローラ５２０、Ｉ／Ｏインターフェース５１５、キャリブレーショントリガ５３０、密波長測定回路５４０、波長カウント回路５５０、位置値比較回路５６０、キャリブレーション回路５７０、ルックアップテーブル５８０、トランスデューサ信号生成・処理回路５９０、及び本エンコーダを、例えば、外部ディスプレイに接続するデータリンク５２５から成り、これらの全てがデータバス／リンク５０５を介して互いに接続されている。
【００３３】
ボタンやスイッチのようなものであるキャリブレーショントリガ５３０は、絶対位置エンコーダ５００に組み込まれており、この発明によるキャリブレーション処理を開始させる。このキャリブレーション処理は電子的なおよびコンピュータによる活動のみならず目盛りに沿ったエンコーダの読取りヘッドの物理的な移動を伴うので、キャリブレーショントリガを安易に又は偶然に作動させるべきではない。通常はキャリブレーション処理はエンコーダの最終組立に関連してなされるべきであり、しかも隠れたスイッチ又は外部からの特別の命令で起動させるべきである。キャリブレーション処理はまた、数秒間ノギス上のゼロボタン又は２以上のノギス制御ボタンのある組合せを押下することによっても起動することができる。要するに、キャリブレーショントリガ５３０は、この発明によるキャリブレーション処理が実行できさえすればどのような設計であってもよい。
【００３４】
トランスデューサ信号生成・処理回路５９０は、コントローラ５２０の制御のもと、トランスデューサから実際の出力信号を生成し、そのトランスデューサ出力信号を実際の密波長位相位置測定値及び実際の粗波長位相位置測定値に変換する。例えば、トランスデューサ信号生成・処理回路５９０としては、米国特許出願第０９／２１３，２６８号に開示されている受信器信号処理回路２４２、送信器駆動信号生成部２２０及び米国制御ユニット２４４、又は米国特許第５，８８６，５１９号に開示されているトランスデューサ信号生成・処理回路を使用することができ、これら特許は完全な形で本願明細書に引用される。
【００３５】
従って、トランスデューサ信号生成・処理回路５９０は、目盛りに相対的な読取りヘッドの粗波長位相位置及び密波長位相位置を示すデジタル信号を出力できる回路であればいかなるものでもよい。
【００３６】
従って、キャリブレーショントリガ５３０を起動すると、キャリブレーション処理が開始する。起動後、読取りヘッドは目盛りの全体に亘って目盛りに相対的に移動される。しかしながら、キャリブレーションは目盛りのある一部分に亘ってのみ実行するようにしてもよい。読取りヘッドが所望のキャリブレーション範囲に亘って目盛りに相対的に移動されるにつれて、密波長測定回路５４０はトランスデューサ信号生成・処理回路５９０によって生成された密波長位相位置測定値を監視する。そのとき、細目盛りの位相値が最大位相位置１から最小位相位置０まで変化するたびに、波長カウンタは１つ増加する。細目盛りの位相値が最小位相位置０から最大位相位置１まで変化するたびに、波長カウンタは１つ減少する。波長カウンタ値ｎfは細目盛り位相読取り値と共に粗分解能絶対位置の理想の基準位置の値を形成する。
【００３７】
ＰcI＝λf＊（ｎf＋Φf）                        …（４）
同時に、密波長測定回路は現在の粗波長補間値１４０に対応するサンプリングポイント１５０の実際の密波長位相位置測定値に対応する受信した平均密位相波長位相位置測定値１６０を監視する。次いで、コントローラ５２０は粗波長位相位置測定値に対応する実際の粗波長分解能絶対位置を求める。位置値比較回路５６０は実際の粗分解能絶対位置と理想の粗分解能絶対位置とを比較して位置差分又は位置誤差を求める。即ち、位置値比較回路５６０は各理想の粗分解能絶対位置が対応する実際の粗分解能絶対位置とを比較し、誤差として位置差分を記録する。この誤差は目盛りに沿った位置の関数であり、この誤差を各測定点毎にルックアップテーブル５８０に格納することができ、その後（３）式で密目盛りのｎ値を計算する前に実際の粗位置測定値を訂正するために使用することができる。ルックアップテーブル５８０のサイズを制限するために、目盛りを多数の区間に分割するのがよく、各区間で最大誤差と最小誤差を記録し、該最大誤差及び最小誤差の平均を各区間毎にルックアップテーブル５８０に格納する。
【００３８】
読取りヘッドが現在の部分内で目盛りに相対的に移動されるにつれて、新しい誤差値が各粗分解能絶対位置に対応して求められる。その後、各求めた誤差値は、格納されている最大誤差値及び最小誤差値と比較される。現在の誤差の大きさが格納されている最大誤差よりも大きい場合には、現在の誤差の大きさが最大誤差として格納される。しかしながら、現在の誤差の大きさが格納されている最大誤差よりも大きくない場合には、現在の誤差の大きさが最小誤差と比較される。現在の誤差の大きさが格納されている最小誤差よりも小さい場合には、現在の誤差の大きさが最小誤差として格納される。この処理は現在の区間の最後に到達するまで続く。現在の区間の最後に到達すると、位置値比較回路５６０はその部分の最大誤差値及び最小誤差値をメモリに格納し終える。
【００３９】
位置値比較回路５６０は各キャリブレーション区間又はキャリブレーション部分に対する最大偏差値及び最小偏差値の平均値を監視し、ルックアップテーブル５８０に格納する。キャリブレーション区間の長さは、絶対位置エンコーダ５００の全体範囲か絶対位置エンコーダ５００の範囲のある部分のどちらか一方になるようにキャリブレーションプログラムで規定されている。即ち、絶対位置エンコーダ５００は、その全体範囲に対して唯１つのキャリブレーション値又はその全体範囲の内の、密波長のような、複数の部分のそれぞれに対して１つの異なる組のキャリブレーション値を使用することができる。いずれにしても、１組のキャリブレーション値が全体範囲であるか又は全体範囲の１部分であるかに拘わらず、例示的な実施の形態では、キャリブレーション値は、対応部分に対する最小誤差値及び最大誤差値の平均値である。通常の測定中、キャリブレーション回路５７０はルックアップテーブル５８０から最大誤差値及び最小誤差値の格納された平均値を検索し、各区間内の測定点に対する実際の粗位置値を訂正する。訂正された粗位置は実際の粗位置に近づき、細目盛りに対する波長数の計算精度が向上する。
【００４０】
リンク５０５及び５２５はどのような有線又は無線のリンクとすることができ、或いは、それらに接続された構成要素に及びから電子データを供給することができる任意の公知の構成要素とすることができる。
【００４１】
図６、７及び８は、この発明の粗キャリブレーションシステム及び方法が図３と比較して粗波長誤差マージンをどのように向上するかを示す。図６では、絶対位置エンコーダ５００の全体範囲に延びる唯一つのキャリブレーション部分が設けられている。従って、その全体範囲に亘る絶対最大誤差値及び絶対最小誤差値の平均値に対応する唯一つのキャリブレーション値が記憶され新しいゼロライン２４４を決定するために使用される。具体的には、新しいゼロライン２４４はここでは絶対最小誤差Ｐ１と絶対最大誤差Ｐ２に２等分する。従って、この図示例では、最大粗位置誤差は、従来のシステムで生じ得る±０．８６mmの最大誤差の半分である±０．４３mmに減少した。
【００４２】
上述した処理では目盛りの全体範囲で絶対最大誤差Ｐ１及び絶対最小誤差Ｐ２に基づいて新しいゼロライン２４４を設けるが、目盛りがいくつかの小さい区間に分割され、訂正値が各区間毎に記憶され利用される場合には、この発明の方法及びシステムは粗精度のより一層の向上が可能である。
【００４３】
図７は、キャリブレーション処理が例えば密波長毎に１つの新しいゼロラインを決める場合に、ゼロライン２４５がどのように現れるかを示す。換言すれば、図７は、１つの密波長の範囲又は一部に亘り計算される粗位置誤差曲線２４０の上に重なる新しいゼロライン２４５を示す。従って、この例では、訂正値が各新しい密波長毎に独立に決められた。従って、図６と比べたときには精度はより一層向上した。しかしながら、キャリブレーション区間を粗測定の分解能区間に等しくなるように選択すると、最大精度が達成される。しかしながら、密波長毎にキャリブレーション点が１つよりも多いような密度では概して更に向上する度合いは非常に小さい。
【００４４】
図８は、図７に示した誤差曲線と密波長毎に１つ決められるゼロラインとの誤差を示す。具体的には、図８は、キャリブレーション後に残る誤差範囲、即ち、粗波長位相位置測定値が密波長の１／４以内であるかどうかを決定するときに使用されるべき誤差範囲を示す。図８に示したように、０．２９mmの誤差範囲に対して絶対最大誤差２４７は０．１２mmであり、絶対最小誤差２４９は−０．１７mmである。このように、密波長が少なくとも４＊０．１７mm又は０．６８mmに等しい限り、より短い密波長が粗誤差関数を低下させないと仮定すると、適正な密波長を正確に判別するために粗波長位相位置測定値を使用することができる。明らかに、精度は、図３で示した元のゼロラインよりも大きく向上している。
【００４５】
この方法で新しいゼロラインを設けることは前述した仮定の絶対位置エンコーダに必要とされる精度を超える。従って、この発明によるキャリブレーション処理により、絶対位置エンコーダをより短い密波長で又はより長い粗波長で、或いは粗波長及び密波長間の比をより大きくして設計することが可能になる。すなわち、図６、７、及び８の例示的な誤差曲線を使用することにより、絶対位置エンコーダをより短い密波長又はより長い粗波長のどちらか一方を使用するように改変することができる。
【００４６】
例えば、粗波長が密波長から機能的に分離している場合には、粗波長誤差が十分なる安全マージンのためにλf／４よりも小さい状態は維持しなければならないという限定要件付きで、密波長をさらに短い波長に減少することができる。図示した粗波長誤差関数にした場合には、絶対位置エンコーダの密波長を以下のように減少することができる。
【００４７】
従来のキャリブレーション方法
図１に示す場合            ４＊０．８５＝    ３．４mm
方法１                    ４＊０．４２５＝  １．７mm
方法２                    ４＊０．１７＝    ０．６８mm
ここで、方法１は目盛りの全体に亘って最大誤差及び最小誤差の平均をとる。方法２は目盛りをいくつかの区間に分割し、各区間毎にキャリブレーション処理を実行する。区間の長さは累積細目盛り測定値に関連する元の粗誤差関数の特性に適合させることができる。より短い密波長の利点は分解能に対する要求補間率がより小さいこと、或いは補間率に対する分解能が向上することである。
【００４８】
これに代えて、増加した粗波長誤差マージンをより長い粗波長を作成するために利用することができる。仮に、５．４mmの密波長及び２１５mmの粗波長に基づく上記の例では、誤差マージンを十分に利用すれば以下の増加した粗波長を得ることができる。
【００４９】
従来のキャリブレーション方法
図１に示す場合            ２１５＊１．３５／０．８５＝    ３４１mm
方法１                    ２１５＊１．３５／０．４２５＝  ６８３mm
方法２                    ２１５＊１．３５／０．１７＝  １７０７mm
ここで、１．３５は５．４mmの密波長に対する許容される粗誤差である。
【００５０】
図９及び図１０は、この発明による絶対位置エンコーダのキャリブレーション方法の例示的な実施の形態の概要を示すフローチャートである。
【００５１】
キャリブレーションコマンドが与えられたとき、制御が開始され、次いで、ステップＳ１１０で、第１の又は唯一のキャリブレーション部分が現在のキャリブレーション部分として選択される。次に、ステップＳ１２０で、読取りヘッドを絶対位置エンコーダの目盛りに相対的に移動させて位置データを得る。エンコーダが移動制御システムに組み込まれ、又は接続されている場合には、読取りヘッドの移動はコンピュータのコマンドを受けて行うことができる。しかしながら、移動がキャリブレーションプログラムによって制御されるのではなく何らかの外部手段によって制御される場合にも本キャリブレーションシステムは適正に作動する。例えば、ノギスの場合、キャリブレーションプログラムが開始した後、ノギスの読取りヘッドは手動で測定範囲に亘り移動させることができ、この間キャリブレーションプログラムがこのシステムに従ってデータを収集する。移動速度はプログラムのサンプリング周波数に対応する値に制限する必要がある。外部からの移動制御の場合には、ステップＳ１２０はコンピュータプログラムからのアクションを含まず、ステップＳ１３０にジャンプする。この場合には移動は外部制御のもと連続的に又はランダムに生じる。
【００５２】
ステップＳ１３０では、新しい密波長に到達したか否かの判別がなされる。新しい密波長に到達した場合には、制御はステップＳ１４０に移動し、到達しない場合には、制御はステップＳ１５０にジャンプする。
【００５３】
ステップＳ１４０では、前回の測定からの位相値変化の大きさ及び方向に従って密波長のカウントを増加又は減少する。位相値がほぼ最大値、即ち、ほぼ１からほぼ最小値、即ち、ほぼ０に変化した場合には、波長カウントを１だけ増加する。位相値がほぼ最小値からほぼ最大値に変化した場合には、波長カウントを１だけ減少する。その後制御はステップＳ１５０に移動する。
【００５４】
ステップＳ１５０では、密波長位相位置を記録する。これに代えて、波長カウント値に基づく目盛りに相対的な読取りヘッドの絶対位置と密波長の現在の位相位置に対応する波長の範囲内の増加位置を記憶してもよい。次に、ステップＳ１６０で、実際の粗分解能絶対位置を求める。次いで、ステップＳ１７０で、ステップＳ１５０で明らかにされた密波長位相位置（又は絶対位置）に対応する理想の粗分解能絶対位置を決定する。その後制御はステップＳ１８０に進む。
【００５５】
ステップＳ１８０では、実際の粗分解能絶対位置と理想の粗分解能絶対位置との偏差を求める。次いで、ステップＳ１９０で、今回が現在の部分に対する最初の回であるか否を判別する。最初の回でない場合には、制御はステップＳ２１０にジャンプし、最初の回であれば、制御はステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、決定された偏差を最大誤差及び最小誤差の両方であるとして記憶する。次いで、制御は選択的にステップＳ２１０にジャンプする。
【００５６】
ステップＳ２１０では、現在の偏差が記憶されている最大誤差よりも大きいか否かを判別する。最大誤差が記憶されている最大誤差よりも大きい場合には、制御はステップＳ２２０に進む。大きくない場合には、制御はステップＳ２３０にジャンプする。ステップＳ２２０では、現在の偏差をその最大誤差として記憶する。その後、制御はステップＳ２５０にジャンプする。
【００５７】
ステップＳ２３０では、現在の偏差が記憶されている最小誤差よりも小さいか否かを判別する。最小誤差が記憶されている最小誤差よりも小さい場合には、制御はステップＳ２４０に進む。小さくなければ、制御はステップＳ２５０にジャンプする。ステップＳ２４０では、現在の偏差をその最小誤差として記憶する。その後、制御はステップＳ２５０に進む。
【００５８】
ステップＳ２５０では、現在のキャリブレーション部分の終わりに到達したか否かを判別する。現在のキャリブレーション部分の終わりに到達していない場合には、制御はステップＳ１２０に戻る。達していれば、制御はステップＳ２６０に進む。
【００５９】
ステップＳ２６０では、記憶されている最大偏差及び最小偏差の平均値を現在のキャリブレーション部分の粗誤差としてルックアップテーブルに記憶する。次いで、ステップＳ２７０で、目盛りの終わりに到達したか否かを判別する。目盛りの終わりに到達していない場合には、制御はステップＳ２８０に進む。達していれば、制御はステップＳ２９０にジャンプし、本制御シーケンスを終了する。ステップＳ２８０では、新しい現在のキャリブレーション部分をセットし、最大誤差値及び最小誤差値をクリアする。その後、制御はステップＳ１２０に戻る。
【００６０】
図５に示すように、好ましくは本絶対位置エンコーダキャリブレーションシステムはプログラム化されたマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ又は周辺集積回路素子のいずれか一方により実施される。しかしながら、本絶対位置エンコーダキャリブレーションシステムを専用のコンピュータ、ASIC又は他の集積回路、デジタル信号プロセッサ、ディスクリート素子回路のようなハードワイヤード電子又は論理回路、PLD、PLA、FPGA又はPALのようなプログラム可能な論理装置等で実施することもできる。一般に、図９に示したフローチャートを実施可能な有限状態機械を実現できるどのような装置も本絶対位置エンコーダキャリブレーションシステムを実施するために使用することができる。
【００６１】
以上、この発明を上述の例示的な実施の形態に関連して説明したが、多くの代替態様、変更態様が当業者にとって明らかであることは明白である。従って、上述したように、本発明の実施の形態は例示的なものであり、これに限られるものではない。種々の変更が、本発明の精神や及び範囲から逸脱せずに遂行することが可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、少なくとも１つの累積位置値は密分解能モードから得られ、該少なくとも１つの累積位置値から得られる少なくとも１つの訂正値を使用して粗分解能モードの位置値を訂正するので、粗分解能及び密分解能の測定値をより正確に空間的に同期させることができる。
【００６３】
また、本発明によれば、粗波長と密波長との間の比を大きくすることが許容されるため、全体の設計マージンを増やすことができる。これにより絶対測定の可能な範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】例示的な絶対位置エンコーダでの理想の粗波長出力と理想の密波長出力間の関係を示すグラフである。
【図２】例示的な絶対位置エンコーダに誤差が導入されたときの理想の粗波長出力と理想の密波長出力間の関係を示すグラフである。
【図３】例示的な絶対位置エンコーダの代表的な粗誤差曲線を示すグラフである。
【図４】理想の粗波長出力と理想の密波長出力間の関係をより詳細に示すグラフである。
【図５】この発明による絶対位置エンコーダキャリブレーションシステムの例示的な実施の形態を示す機能ブロック図である。
【図６】この発明のキャリブレーション方法及びシステムに従った新しいゼロラインを示すグラフである。
【図７】この発明のキャリブレーション方法及びシステムに従って密波長毎に１回重ねられるキャリブレーション曲線を示すグラフである。
【図８】全誤差曲線と図７に示した波長毎に１回移動するキャリブレーション関数との偏差のグラフである。
【図９】この発明による絶対位置エンコーダのキャリブレーション方法の例示的な実施の形態の概要を示すフローチャートである。
【図１０】この発明による絶対位置エンコーダのキャリブレーション方法の例示的な実施の形態の概要を示すフローチャートである。
【符号の説明】
５００  絶対位置エンコーダ
５０５  データバス／リンク
５１０  メモリ
５１５  Ｉ／Ｏインターフェース
５２０  コントローラ
５２５  データリンク
５３０  キャリブレーショントリガ
５４０  密波長測定回路
５５０  波長カウント回路
５６０  位置値比較回路
５７０  キャリブレーション回路
５８０  ルックアップテーブル
５９０  トランスデューサ信号生成処理回路
【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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