(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールと、前記スケールに沿って移動し、前記スケール上に形成されたパターンを非接触読み取りする検出部と、を有し、前記スケールと前記検出部との相対的変位を測定するリニアエンコーダの前記スケールを検査する装置であって、
前記検出部内に設けられた複数の受光素子を、前記移動方向に重複する検出幅を設けながら前記移動方向に垂直な方向に位置をずらして配置することにより、通常の取付公差で取り付けられた受光素子が読み取る幅よりも広い幅で前記パターンを非接触読み取りする検査用検出部を備えたことを特徴とするスケール検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のテーブル等の直線運動位置を検出する光学式リニアエンコーダーのスケールを検査する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の光学式リニアエンコーダの一例を示す概略構造図である。光学式リニアエンコーダは、メインスケール１０と、メインスケール１０に対して相対変位するスライダ２５とからなる。メインスケール１０には透過部と非透過部の繰り返しからなる透過型格子トラックＴ１がその長手方向の測定長にわたって設けられている。一方スライダ２５は、発光素子２４とレンズ２３からなる光源部と、インデックススケール２１ａと、フォトダイオード２０ａとを含んでなる。インデックススケール２１ａにはメインスケール１０と同じピッチの透過部と非透過部の繰り返しからなる透過型格子が設けられている。
【０００３】
この従来の光学式リニアエンコーダは、発光素子２４から放射され、レンズ２３で平行光束となった光が、メインスケール１０とインデックススケール２１ａとを透過した後、フォトダイオード２０ａに入射し、ここで光電変換される。スライダ２５とメインスケール１０とが相対的に変位するとメインスケール１０とインデックススケール２１ａの透過部、非透過部の対向関係が変化し、フォトダイオード２０ａに入射する光量が周期的に変化する。この周期的変化により、変位量を示す信号（変位信号）を得ることができる。通常、周期的に変化する変位信号をさらに細かく内挿分割して位置検出の分解能を上げるため、１つの位置情報を得るのに２つないしは４つの互いに位相の異なった変位信号を使う。具体的に、図６に示した例では、インデックススケール２１ａと、フォトダイオード２０ａは、互いに位相の異なった４つの信号を使用するため、田の字型に分割され各々独立した位置に配置されている。
【０００４】
尚、図６に示したリニアエンコーダのスケールは、その検出位置が格子ピッチ毎に一巡する、いわゆるインクリメンタル方式のスケールであるが、リニアエンコーダが接続される制御回路（図示せず）内のカウンタにより格子数をカウントする事により、スケールストローク全域において一意の位置を出力する。
【０００５】
一方、このようなメインスケール1０のトラックＴ１の製造方法としては、平板状ガラス素地の表面にクロムなどの金属薄膜を形成し、この金属薄膜表面に感光性樹脂被膜を形成した後、その感光性樹脂被膜を露光・現像して格子状のマスキングパターンを形成し、その後、金属薄膜をエッチングして光学格子を成形する方法が一般的である。このエッチングによる作成方法では、その転写精度は高いものの、液処理を伴うため、気泡の発生あるいは液だれによる、部分的なエッチング残りあるいは、パターン形状不良などのエッチング不良が発生する。
エッチング不良はその発生原理から、ごくまれに１点発生するのみであり、その不良個所以外の近傍には不良は発生しない特徴を有する。また、光学式リニアエンコーダーではエッチング不良部分では透過光量が変化することになって位置誤差の原因となる。
【０００６】
そこで、従来から、このようなエッチング不良を検査することが行われている。従来のエッチング不良の検査においては、作業者が目視によって検査したり、また画像処理装置を用いてパターンマッチング法を応用して検査を行っていた。いずれも広く行われているものであるので、その詳細を省略する。
【０００７】
また図７に示すように、スライダに実際に位置検出を行わせるとともに、このスライダが検出する位置と、別途レーザ測長機により検出する位置とを比較し、スケールの異常を検出する方法もある。
【０００８】
この場合には、メインスケール１０を内蔵するスケール４０にスライダ２５を組み合わせて、実際に位置測定を行い、一方でレーザ測長機４１を使用してスライダ位置を検出し、リニアエンコーダ側から得られた位置Ｐ１と、レーザ測長機４１から得られた位置Ｐ２とを比較し、その位置の差Ｐ１−Ｐ２の絶対値が許容範囲内であるか否かによって良・不良を判定する。すなわち、エッチング不良部で位置検出した場合、その光強度が通常状態に比較し変化するため位置が誤差を含むため、この位置誤差が所定の許容範囲を逸脱する。なお、図７は原理を示す概略図であるため、レーザ測長に必要である干渉計あるいは反射鏡などは省略している。
【０００９】
さらに、図８に示した２つのトラックＴ１及びＴ２を備えたスケールを検査する方法を説明する。図８はスケールに照射する光軸反対方向からの視図であり、スケールの格子トラックＴ１,Ｔ２およびスライダ２５ａ内のフォトダイオードの検出部１，２のみを示している。なお、図８では、受光部としてインデックススケールおよびフォトダイオードを一体としている。
【００１０】
この方法では、受光部１による位置検出値および、受光部２による位置検出値を比較し、その差が一定以上になったときにエッチング不良があったと判定する。なお、トラックＴ１，Ｔ２の格子ピッチは互いに異なるが、インクレメンタル方式の計算方法によればストローク全域での一意に決定される位置検出が可能であるため、その一意に決定された位置の比較によりエッチング不良の検出は可能である。
【００１１】
この方法では、各トラックの位置検出が高速に可能であるため、各位置の比較処理を付加したとしても、その検査速度は十分実用となる。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の各検査方法では次に述べるような問題があり、検査漏れが発生していた。
【００１２】
すなわち人間による目視による不良検査では、作業に熟練を要す上に、視認能力に大きく依存する。また、熟練した作業者が行っても直径φ０.４ｍｍ以下の検査はほとんど不可能である。また、画像処理装置を用いたパターンマッチングによる検査方法では、装置が高価な上に処理速度が遅く、検査速度が実用的でない。
【００１３】
スライダにより検出した位置と、レーザ測長の検出結果とを比較する方法では、エッチング不良を検出するためにはすべての格子のレーザ測長をする必要があって長時間を要する。またトラックが複数ある場合は測定時間も複数倍になる。さらにレーザ測長機は周囲の温度、気流の流れ、振動などの環境条件を整える必要があり、環境整備にかかるコストが大きくなる。
【００１４】
さらに、図８に示した方法では、受光部１,２の直下の光投影部のスケール検査は可能であるが、その範囲外のところは全く検査されない。すなわち、図８のスケール格子Ｔ２上の不良１２，１３は検出可能であるが、受光部の走査範囲からはずれて発生している不良１１は検出できない。ところが、光学式リニアエンコーダーは、スライダとメインスケールが非接触に取り付けられており、そのスケールスライダ間の相対位置は機械取付時に、取付公差以内であることを確認の上取り付けされるが、取付作業を容易にするため取付公差を大きくするのが普通である。このため、スケール検査時の受光部１とスケールトラックＴ２との相対位置は図８のＣ′内であるが、機械取付時は本図中の上下どちらかにずれる可能性がある。このため機械取付時は、例えば未検査のエッチング不良１１が光路内に入り、位置検出値を誤ってしまう。なお、この問題は図７に示した方法の場合も同様である。
【００１５】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、スケールのトラックの良否判定を確実に行うことができるリニアエンコーダ用スケール検査装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、スケールと、前記スケールに沿って移動し、前記スケール上に形成されたパターンを非接触読み取りする検出部と、を有し、前記スケールと前記検出部との相対的変位を測定するリニアエンコーダの前記スケールを検査する装置であって、前記検出部内に設けられた複数の受光素子を、前記移動方向に重複する検出幅を設けながら前記移動方向に垂直な方向に位置をずらして配置することにより、通常の取付公差で取り付けられた受光素子が読み取る幅よりも広い幅で前記パターンを非接触読み取りする検査用検出部を特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダのスケール検査装置は、図１に示すように、検査対象となるスケール１０と、検査用検出部２６とから基本的に構成されている。また、検査用検出部２６は、実際の位置検出に用いるのと同様のスライダ２５を複数含んでなる。複数のスライダ２５は、それぞれスケール上のトラックの正方形領域を読み取る検出部（例えば受光部）１ａ，１ｂを備えている。
【００１９】
複数のスライダ２５は、スケール１０上に形成されたトラックＴ１上の、図面上、上下方向（移動方向に垂直な方向）に所定量ｂだけずれて、それぞれ配置されている。この所定量ｂは、検出部１ａ，１ｂにより読み取られる正方形領域の各辺の長さａより短い距離とし、さらにスケール取付公差の（上限値−下限値）以上とする。ここで、ａ＝ｃ−ｂである。尚、複数のスライダ２５は、それぞれ図示しない同一の台上に取り付け固定され、それらの相対的位置関係は変化しない。本実施の形態のスケール検査装置は、以上の構成よりなり、次に、このスケール検査装置を用いてスケールの不良の有無を判別する方法を図２を用いて説明する。
【００２０】
図示しない検査部は、複数のスライダ２５の各々に含まれる検出部１ａ，１ｂから位置検出結果Ｐ１及びＰ２の入力を受けて、それらの差ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を演算して記憶する。すなわち、検査部は、スライダ２５を載せた台を所定の検査位置まで移動し、当該位置でΔＰを演算して記憶する動作を繰り返す。尚、台の移動量はエッチング不良発生時に位置検出に誤差を発生させる範囲分とする。
【００２１】
そして、各位置でのΔＰの演算結果を参照し、第１の検査位置でのΔＰと、第２の検査位置でのΔＰ′との差を演算し、その結果がどの２つの検査位置においても「０」又は所定のしきい値以下であれば、スケールを良品と判断する。
【００２２】
一方、結果が「０」でない場合、又は所定のしきい値を越える場合、いずれか検出部１ａ，１ｂで検出した位置検出値が異常値を示しており、スケール１０のトラックＴ１上にエッチング不良が発生していると判定される。これにより、スケールトラックＴ１の所定の面積（図１中の面積Ｃ）に相当する部分のエッチング不良を検出できる。すなわち、この面積Ｃによりスケール１０のトラックＴ１のうち、少なくとも取り付け公差によって読み取られる可能性のある領域のほぼ全体を検査できる。なお、この方法では、ΔＰの演算のため前回の検出値を使用する。そのため、１回の検出では異常を判定できない。つまり、少なくとも２回の測定が必要である。また、この方法によれば、スケール１０の端部では２台のスライダのどちらかは端部までの寄りつきができないため未検査部が残る。しかしながら実際の工作機械等での使用条件では、スケールの端部は衝突の危険があるため必ず不使用となる。従って、計測の必要がなく、十分な検査ができる。
【００２３】
尚、ここまでの説明では、スライダ２５が２つであり、検出部１が２つである場合について述べたが、２つの検出部１によって面積Ｃをカバーできない場合には、さらに多くの検出部１を用いて検査を行ってもよい。この場合、スライダ２５が３以上であるときには、各スライダ２５上の検出部の位置検出値の相互関係がいずれの検査位置においても所定しきい値内であるか否かを検査することによってスケールを検査することになる。あるいは、1度目の検査時には、２つの検出部１のずらす量を所定量ｂとし、2度目の検査時には所定量ｂ以上と変化させつつ検査することにより面積Ｃをカバーすることが出来る。
【００２４】
次に複数のトラックを有しているスケールを検査する、本発明の第２の実施形態に係るスケール検査装置について図２を参照しながら説明する。本実施の形態の検査装置は、第１，第２の２つのトラックＴ１，Ｔ２を有する検査対象のスケール１０と、２つのスライダ２５ａ，２５ｂとを含んでなる。各スライダ２５は、主として第１トラックの所定正方形領域を読み取る検出部１と、第２トラックの所定正方形領域を読み取る検出部２とを備えている。尚、２つのスライダ２５ａ，２５ｂは、その相対的位置関係を維持しつつ移動する。
【００２５】
スライダ２５ａ，２５ｂのそれぞれの検出部１ａ，１ｂ及び、検出部２ａ，２ｂは、いずれもスライダ２５の移動方向に垂直な向きに所定量だけずれて配置され、これにより、２つの検出部１は、第１トラック上の幅ｃを、検出部２は、第２トラック上の幅ｄをそれぞれ検査可能になっている。
【００２６】
すなわち、本実施の形態では、所定の検査位置にスライダ２５を移動し、各スライダ２５上にある検出部１及び２の各々の位置測定結果Ｐ１，Ｐ２を取得して、その差分ΔＰをスライダ２５ごとに演算して記憶する。そして、第１の検査位置で記憶されたΔＰ及び第２の検査位置で記憶されたΔＰ′について、その差ΔＰ−ΔＰ′の絶対値を演算し、この絶対値がしきい値よりも小さい場合に、正常と判断する。そして、各スライダ２５での判定の結果、どの検査位置においても、スライダ２５ａ及び２５ｂの双方で正常と判断されたときに、スケール１０を良品と判断する。
【００２７】
尚、ここでは同じスライダ２５上の検出部１及び２での位置検出結果をもとにスケール１０の良・不良を判断しているが、検出部１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂのどの２つの組み合わせを利用してもよい。例えば、１ａと１ｂ間のΔＰを用い、かつ２ａと２ｂ間のΔＰを用いてもよい。
【００２８】
さらに、第１および第２の実施形態では、位置検出結果を比較することとしたが、例えば各スライダの検出部が受光部である場合、その受光部内の複数のフォトダイオードの受光素子中での光電変換の結果出力を用いてもよい。具体的にその方法を用いる本発明の第３の実施の形態に係る検査装置について図４を用いて説明する。図４に示す本実施形態の検査装置では、検査用のスライダ２５の内部の主要部分とスケール１０とを示す。尚、従来の図６と同様の構成をとる部分については詳細な説明を省略する。本実施形態の検査用スライダ２５は、インデックススケール２１と、フォトダイオード２０とを含んでなる。
【００２９】
本実施形態において特徴的なことは、インデックススケール２１の格子及びフォトダイオード２０の各受光素子をスライダ２５の移動方向に垂直な方向にずらして配置したことである。具体的に、フォトダイオード２０の配置状態を図５を用いて説明すると、フォトダイオードの各受光素子３０ａ，３０ｂ，３０ａ′，３０ｂ′において、３０ａ，３０ｂと、３０ａ′，３０ｂ′とをｂ１だけずらして配置している。この差ｂ１は検出部の素子面積（３０ａなど）の各辺の長さ、すなわち（ｃ１−ｂ１）／２より短く、またさらにスケールとスライダの取付公差の許容されうる上限値と下限値との差（上限値−下限値）以上とする。すなわち、各検出部の検出幅（移動軌跡）を重複させながら、実際の取り付け時に取り付け公差によって検出部が読み取る可能性がある範囲をカバーするようにしておくのである。インデックススケール２１もフォトダイオード２０と相対するほぼ同位置に格子部を配置する。
【００３０】
この場合には、各素子の検出する光電変換した電圧レベルを、図示しないＡＤ変換器により数値化し、その数値を位置検出値と同様な方法により比較する。これにより、１つのスライダによりスケール検査が可能となり、複数のスライダを使用する場合に比べて、スライダ姿勢変化の影響が小さくなる。また、スケールの目盛り精度による位置誤差が小さくなるという効果も得られるため、測定精度の向上が図られ、より微細なエッチング不良の検出が可能となる。なお検査用スライダは検査時にのみ使用されるものである。
【００３１】
また、ここまでの説明では、透過型格子トラックを持つスケールについて説明したが、反射型格子トラックを持つスケールに対しても同様に適用可能である。これら第１から第３の実施形態によれば、簡単な構成により、高速なエッチング不良の検査ができ、厳しい環境条件も必要としないため、検査コスト低減を図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の光学式リニアエンコーダのスケール検査装置によれば、複数のスライダの取付位置をずらすことにより、また１台のスライダの場合は、インデックスケールおよびフォトダイオードの各素子の配置を変えることにより、スケール上の検査領域を拡大でき、エッチング不良を確実に検査できる。これにより、スケールおよびスライダが機械本体に取り付けられた時、その相対位置が検査時から変化しても、エッチング不良による位置誤差の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の検査装置の構成図である。
【図２】  第１の実施形態の検査装置の動作を説明するためのブロック図である。
【図３】  本発明の第２の実施形態の検査装置の構成図である。
【図４】  本発明の第３の実施形態の検査装置の構成図である。
【図５】  フォトダイオードの配置例を表す説明図である。
【図６】  従来の検査装置の一例を示す構成図である。
【図７】  従来の検査装置の他の例を示す構成図である。
【図８】  従来の検査装置のさらに他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１，２  検出部、１０，４０  スケール、１１，１２，１３  エッチング不良、２０  フォトダイオード、２１  インデックススケール、２３  レンズ、２４発光素子、２５  スライダ、２６  検査用検出部、３０  受光素子、４１  レーザ測長機。
【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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