JP2000055647A

JP2000055647A - スケール装置

Info

Publication number: JP2000055647A
Application number: JP10228291A
Authority: JP
Inventors: Takuyo Miyashita; 卓世宮下
Original assignee: Sony Precision Technology Inc
Current assignee: Sony Manufacturing Systems Corp
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】所定格子を有するスケールを複数本繋げたス
ケールと、該スケールを読み取って位相変調波を出力す
る第１及び第２検出器と、該検出器からの出力をクロッ
クパルスに基いて信号処理して被測定物の移動方向と移
動量を表す信号を出力する検出回路とを有するスケール
装置において、検出精度を改善すること。【解決手段】第１検出器がスケールの繋ぎ区間又はス
ケール格子欠落部に入ると信号を出力する第３検出器を
設け、第３検出器の信号が無出力の場合は、第１検出器
からの信号を処理した信号を出力し、第３検出器の信号
がある場合は、第２検出器からの信号を処理した信号を
出力する選別回路を設け、第１及び第２検出器の何れか
一つの検出器がスケールの繋ぎ部又はスケール格子欠落
部でない位置を確保しているようにする。

Description

【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、産業機
械等における、直線又は回転移動等の位置検出（相対位
置検出）に使用されるスケール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体の変位量を測定するのに、長尺ス
ケールと検出ヘッドを用いたスケール装置が用いられ
る。この種の装置は、移動体と固定位置のうちの一方に
スケールを取付け他方に検出ヘッドを取付けて、移動体
が動いた時、それらの間の相対的変位量を測定するもの
である。

【０００３】上記スケール装置は、移動体の移動範囲が
大きくなると、スケールも長くする必要があるが、長い
スケールを１本のスケールで高精度に製作することは製
造コストが高くなるばかりでなく、製作後の保管、運
搬、に広い場所を必要としたり取付に手間がかかる等の
不利な点があり好ましくない。そこで、短尺スケールを
複数本製作し、それらを一直線上に配列して１本の長い
スケールと同様に用いることが考えられた。

【０００４】短尺スケールを複数本用いて長い距離の変
位量検出を行う装置として、例えば、特許第２６４８１
８１号公報に記載されたリニアエンコーダがある。この
エンコーダは図１１に示すように、テーブル３の移動方
向に沿って主スケール１ａ，１ｂを配列し、テーブル３
にスライダ２ａ，２ｂを取付けて、テーブル３が駆動軸
５によってスケール長手方向に移動する時、スライダ２
ａでスケール１ａ，１ｂを読み取った出力信号Ｓ１とス
ライダ２ｂでスケール１ａ，１ｂを読み取った出力信号
Ｓ２を信号処理部４０に送り、そこでこれらの信号Ｓ
１，Ｓ２を繋げてＰ_OSDに出力するようになっている。

【０００５】この装置（エンコーダ）は、読み取った信
号Ｓ１とＳ２を切り換えて出力するために、スライダ２
ａ，２ｂが今どの位置にあるかというスライダ位置デー
タＰ _SLDを作りそれを信号処理部４０に伝える必要があ
り、スライダ位置に応じて信号Ｓ１とＳ２の中の一方を
選択して出力する回路、信号Ｓ１と信号Ｓ２が連続する
ようにオフセット値を加える回路等を必要として回路及
び動作が複雑である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記エンコ
ーダのようにスライダ（検出器）の位置検出を行う必要
のないスケール装置を提供するもので、複数の短尺スケ
ールを繋ぎ合わせて１本の長尺スケールを形成し、これ
を複数の検出器で読み取り、１つの検出器がスケールの
繋ぎ部を通過してその出力が低下する時、繋ぎ部でない
ところを読み取っている他の検出器の出力を選択して出
力するために出力の切換を行うようにしたスケール装置
を提供するものである。

【０００７】本願出願人は、上記の考えに基くスケール
装置の発明について、先に出願した。（特願平９−４６
２５３号、特願平９−１２４０６６号）、これらの出願
のスケール装置においては、上記出力の切換は、スケー
ル繋ぎ部で生じる読み取り信号の劣化を検出して、その
検出出力によって出力選択回路を動作させることよって
行っている。このため、出力の切換は検出器の出力劣化
が起こった後となり、出力への影響が考えられる。

【０００８】そこで、検出器がスケール格子を検出する
時に得られる位相変調波がどうなっているかについて下
記に説明する。信号の乱れがない位相変調波は、下記式（１）で表せ
る。但し、上記式において、ωは角周波数、ｔは時間、λは
スケール波長、ｘは移動量、Ｘは位相変化とし、Ｔ＝ω
ｔ，Ｘ＝２πｘ／λとする。

【０００９】信号の乱れを含む位相変調波は、下記の
式（５）で表せる。但し、式中、ａは第１検出回路ｃｈ
１と第２検出回路ｃｈ２の出力の振幅差である。ここで、ＳとＡを、Ｓ＝｛a²[(1 −cos 2X) ／2]＋ [(1−cos 2X) ／2]｝^1/2 ‥‥（３）Ａ＝tan ^-1(cos X／asin X) ‥‥（４）とすると、上記式（２）は下記のとおりになる。ｆ（ａＸＴ）＝Ｓ・ｓｉｎ（Ｔ＋Ａ） ‥‥（５）

【００１０】上記式（５）から明らかなとおり、２つの
検出器を使い、夫々の検出器に対して信号処理回路を設
けた２チャンネルの信号処理を行う場合には、２つのチ
ャンネル信号の間に振幅の差があるとその影響が位相変
調波の振幅部分Ｓと位相部分Ａに現れる。２つのチャン
ネルの信号の間に振幅差がないとき位相は式（１）に示
すとおりＸである。この位相Ｘから式（５）の位相部分
Ａを引くと式（６）に示すとおりになり、Δｘはチャン
ネルの振幅差により生じる量で、かつ移動量ｘの関数で
もありスケール格子を電気的に内挿する場合、内挿誤差
として現れる。 Δｘ＝Ａ−Ｘ ‥‥（６） ∵ Ａ＝Ｘ＋Δｘ

【００１１】上記先の出願に係るスケール装置では、検
出した位相変調波の振幅レベルの低下を検出してその検
出出力で出力を切り換えていたために、切換前の位相変
調波と切換後の位相変調波との間で振幅差が生じるの
で、切換時に内挿誤差を含むことになる。

【００１２】また、一般的にこの種の装置は高精度の検
出を行うために、スケール装置として複数の格子を検出
して平均化効果を増すようにしているため、検出器がス
ケールの欠落部を移動しながら検出するとき、出力が減
少するのに複数格子を必要とすることと、位相変調波は
位置の異なる２チャンネルを備えているために、１チャ
ンネルが出力低下しても、他のもう一つのチャンネルは
出力低下していない条件が成り立つ場合は、式（３）か
らも理解できるように、１格子検出毎に２回ある。

【００１３】２チャンネルとも出力が低下するまでの区
間に於いて、第１検出回路の出力と第２検出回路の出力
の切換が複数回発生する。２チャンネルとも復帰する場
合は、前記の逆で、同様の問題が生じ、やはり第１検出
回路の出力と第２検出回路の出力の切換が複数発生す
る。そして、その部分は内挿誤差が発生して累積精度を
悪くしている。

【００１４】本発明は、上記従来のスケール装置の欠点
を克服して、複数の短尺スケールを繋ぎ合わせて長尺ス
ケールを形成し、これを検出器で読み取る際に検出器は
スケールの繋ぎ部で検出信号の不連続や検出誤差が生じ
ないような検出ができるスケール装置を提供することを
課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のスケール装置は、所定波長で目盛が形成さ
れたスケールを複数本繋げて、該スケールを読み取って
位相変調波を出力する第１及び第２検出器と、第１及び
第２検出器の出力をクロックパルスに基いて信号処理し
て被測定物の移動方向と移動量を表すパルス信号を出力
する検出回路とを有するスケール装置において、該第１
検出器がスケールの繋ぎ部を検出すると動作する第３検
出器を備え、該第３検出器の出力を上記のクロックパル
スと同期動作する選別回路で、スケールの繋ぎ部中の信
号で作られるパルス信号を回避させ、常にスケールの繋
ぎ部でないパルス信号が出力されるようにする。

【００１６】即ち、本発明のスケール装置は、第１検出
器と平行して第３検出器を設け、第１検出器がスケール
格子の欠如区間を検出しているとき、第３検出器が動作
し、その動作信号で、第１検出器の信号と第２検出器の
信号を切り換えることにより、検出信号の正常な部分の
みを出力するようにして、切換が複数発生したり、内挿
誤差が増大した信号を使用しないようにして上記の点を
解決した。〔作用〕スケールの繋ぎ部で作られるアンバランス信号
に内挿誤差を含んだパルス信号が回避できるので、スケ
ール全域にわたり正常な信号を選別回路を含む検出回路
で処理されるため、高品位なパルス信号が出力される高
精度なスケール装置ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明のスケール装置の一
実施形態について、添付図面を参照して説明する。本ス
ケール装置は、図１に示すとおり、比較的短いスケール
を複数本繋いで長いスケールＢ１を形成し、このスケー
ルＢ１を第１検出器Ｂ４、第２検出器Ｂ５、及び第３検
出器Ｂ６を一体形成した検出器集成体を用いて読み取る
ように構成する。

【００１８】第１検出器Ｂ４の出力は第１検出回路Ｂ７
に接続し、第２検出器Ｂ５の出力は第２検出回路Ｂ８に
接続する。第１検出回路Ｂ７及び第２検出回路Ｂ８へ供
給するクロックパルス信号は、これらの検出回路に共通
に設けられたクロック発振器Ｂ９から供給する。

【００１９】第１検出回路Ｂ７の出力と第２検出回路Ｂ
８の出力は出力選別回路Ｂ１０に接続する。出力選別回
路Ｂ１０は第１検出回路Ｂ７の出力が良好な時はそれを
選択し、第１検出回路Ｂ７の出力が劣化した時には第２
検出回路Ｂ８からの出力を選択して出力する回路であ
る。

【００２０】出力選別回路Ｂ１０の入力には、図１に示
すとおり、第１検出回路Ｂ７の出力のＵＰ／ＤＯＷＮ信
号、及び第２検出回路Ｂ８の出力のＵＰ／ＤＯＷＮ信号
が入力するとともに、第１検出回路からの信号ｂが入力
する。また、この出力選別回路Ｂ１０の入力には第３検
出器Ｂ６の出力信号ｉが入力する。

【００２１】第１検出器Ｂ４で検出した信号は第１検出
回路Ｂ７で処理し、第２検出器Ｂ５で検出した信号は第
２検出回路Ｂ８で処理して、夫々、移動方向と移動量を
表すアップ／ダウン・パルス信号を作る。第１検出回路
Ｂ７と第２検出回路Ｂ８はほぼ同じ回路構成となってお
り、その一例を図２に示す。また、図２の回路の各部の
動作波形図を図３に示す。

【００２２】図２は第１検出回路Ｂ７（図１参照）を示
すものであるが、第２検出回路Ｂ８は出力ｂが無い点が
異なるだけで他は第１検出回路と同じである。同図の回
路において、入力Ｄ１には前記第１検出器Ｂ４の出力信
号Ｕ１が入力する。本回路はこの信号Ｕ１を位相変調信
号成形器Ｄ３で位相変調信号Ｋ（Ｘ）に変換し、波形成
形器Ｄ４に送り、そこで入力Ｄ２から送られてくるクロ
ック信号ｍｆに同期したＳ信号を作る。ここで、位相変
調信号Ｋ（Ｘ）は、下記の式で表される。ｆ（ｘｔ）＝ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ｝また、クロック信号とＳ信号は図３に示すとおりであ
る。

【００２３】波形成形器Ｄ４は位相変調信号Ｋ（Ｘ）を
整形して図３に示すような矩形波のＳ信号を作って、こ
のＳ信号を指令信号成形器Ｄ５に送る。この指令信号成
形器Ｄ５は、前記クロック発振器Ｂ９から入力Ｄ２に送
られてくるクロック信号ｍｆと上記Ｓ信号から、図３に
示す信号ａ，ｂ及びｃを作る。信号ａはカウンタＤ６に
対してロード指令を与え、信号ｂは同カウンタＤ６に対
してイネーブル（可能化）信号を与える。この信号ｂは
出力Ｄ１０を通って、前述し且つ後述するとおり、出力
選別回路Ｂ１０に送られる。なお、本回路（図２の回
路）が第２検出回路の場合は信号ｂは外部には送出され
ない。

【００２４】ここで、一例として、内挿する数を１０と
する。その場合、基本となる位相変調信号の１周期は、
周波数をｆ、周期をＬとすれば、ωｔ＝２πｆｔ，Ｌ＝
１／ｆの関係から、１０内挿する場合のクロック周波数
ｍｆは、位相変調信号の基本周波数ｆの１０倍になる。

【００２５】また、カウンタＤ６に設定する設定値のデ
ータは、次の取り決めにより決める。一般に、ｎ桁の２
進数Ｘとその数（Ｘ）の２の補数を加えた数はｎ＋１桁
になる。例えば、１０進数の１０を２進数で表した“１
０１０”と、その２の補数の“０１１０”とを加算する
と、１０１０＋０１１０＝１００００となり、５桁の数となり下４桁が“０”になる。

【００２６】図２のカウンタＤ６の計数開始時点は、図
３に、信号ｂで表すイネーブル信号のローレベル“Ｌ”
期間の開始時点から分かるように信号ａによるロード指
令より３カウント進んでいる。従って、カウンタＤ６の
計数期間の内実際に計数する期間は、１０−３＝７とな
る。そこで、１０進数の７を２進数で表すと“０１１
１”であるから、その２の補数は“１００１”となり、
それらの和は、０１１１＋１００１＝１００００となり、上記と同様５桁の数となり下４桁が０になる。
よって、設定値には、１０進数の７を２進数で表し、そ
の２の補数である“１００１”を設定する。

【００２７】図２に示すカウンタＤ６は、指令信号成形
器Ｄ５から送られてくる信号ｂでイネーブルされ、図３
に示す位相変調信号の情報を持つＳ信号の１周期毎にク
ロックパルスを計測し、そのデータを出力する。

【００２８】図２の可逆カウンタＤ７は、指令信号成形
器Ｄ５から図３に示す信号ｃを受け、そのローレベル
“Ｌ”によりロード状態になり、カウンタＤ６の出力が
ロードされる。この可逆カウンタＤ７は４ビットの可逆
バイナリ・カウンタで構成され上記ロード入力の他に、
ＵＰ／ＤＯＷＮ入力とイネーブル（Ｅｎａｂｌｅ）入力
を有する。

【００２９】Ｅｎａｂｌｅ信号入力には可逆カウンタＤ
７の出力である４ビットデータの論理和（ＯＲ）出力ｇ
が印加され、この出力のローレベル“Ｌ”で計測を停止
する。また、同可逆カウンタのＵＰ／ＤＯＷＮ入力には
同可逆カウンタの出力の４ビットデータの最上位桁の否
定出力ｆバーが印加される。この出力ｆバーがローレベ
ル“Ｌ”であれば可逆カウンタＤ７の内容をカウントア
ップさせ、同出力ｆバーがハイレベル“Ｈ”ならば同可
逆カウンタＤ７の内容をカウントダウンさせる。

【００３０】図２の可逆カウンタＤ７から出力回路Ｄ９
へ送られる信号ｈは、上記信号ｇ、信号ｆバー、及び信
号ｆを含み、図３に示す信号ｇと信号ｆとクロックの論
理積の否定出力が出力信号ＵＰを形成し、信号ｇと信号
ｆバーとクロックの論理積の否定出力が出力信号ＤＯＷ
Ｎを形成している。

【００３１】上記ＵＰ信号とＤＯＷＮ信号は位相変調信
号に依存し、検出器のスケールの相対運動が停止してい
る場合には、出力回路Ｄ９の出力にはＵＰ信号もＤＯＷ
Ｎ信号も現れない。しかし、スケールの相対運動で位相
変調信号の周期が長くなるように変調される場合は出力
回路Ｄ９の出力にはＤＯＷＮ信号を出力し、その逆に位
相変調信号の周期が短くなるように変調される場合は、
出力回路Ｄ９の出力にはＵＰ信号を出力する。このＵＰ
信号とＤＯＷＮ信号の数は移動量を表し、ＵＰ信号であ
るかＤＯＷＮ信号であるかにより移動方向を表してい
る。

【００３２】上記のとおり、図２の回路は図１の回路の
第１検出回路Ｂ７、第２検出回路Ｂ８の１つを表してい
る。換言すると、図１の第１検出回路Ｂ７と第２検出回
路Ｂ８は図２に示すように構成する。これら第１検出回
路及び第２検出回路の出力は出力選別回路Ｂ１０に導か
れる。

【００３３】出力選別回路Ｂ１０の入力には、第１検出
回路Ｂ７で作られた出力信号ＵＰ／ＤＯＷＮ及び第２検
出回路Ｂ８で作られた出力信号ＵＰ／ＤＯＷＮが夫々供
給されるとともに、第１検出回路Ｂ７で作られた信号ｂ
と第３検出器で検出された信号ｉが印加される。この出
力選別回路Ｂ１０は、第３検出器がスケールの繋ぎ部等
で信号低下を検出したとき、第１検出回路Ｂ７の出力か
ら第２検出回路Ｂ８の出力に切り換えてＵＰ信号及びＤ
ＯＷＮ信号出力を出力する。

【００３４】出力選別回路Ｂ１０の詳細は、図４に示
す。同図に示すとおり、この回路は、３段接続されたフ
リップフロップ回路ＦＦ１〜ＦＦ３を有し、入力端子Ｆ
１に入力する第３検出器Ｂ６（図１参照）からの信号ｉ
と入力端子Ｆ２に入力する第１検出回路Ｂ７からの出力
信号ｂに基いて、入力端子Ｆ３，Ｆ４に入力する第１検
出回路Ｂ７からのＵＰ／ＤＯＷＮ信号と入力端子Ｆ５，
Ｆ６に入力する第２検出回路Ｂ８からのＵＰ／ＤＯＷＮ
信号の中の一方を選別して出力する回路である。

【００３５】第３検出器Ｂ６からの信号ｉは、初段フリ
ップフロップ（以下ＦＦ１という）のプリセット入力Ｐ
Ｒに印加し、第１検出回路Ｂ７からの信号ｂは同ＦＦ１
のクリア信号入力ＣＬＲに印加するとともに、その反転
信号をＦＦ２とＦＦ３のリセット入力に印加する。ここ
で、第３検出器Ｂ６からの信号ｉは、図５に示すように
動作時はローレベル“Ｌ”で表される信号である。

【００３６】第３検出器Ｂ６（図１参照）が作動して、
信号ｉとして図５に示すローレベル信号が送られてくる
と、初段ＦＦ１がオンとなりＱ出力がローレベルに変わ
り、そのレベルを保持する。ＦＦ１は、その後入力端子
Ｆ２に送られてくる信号ｂがローレベルに変わる時にそ
のクリア端子にローレベル信号が印加するのでオフとな
って、Ｑ出力がハイレベルに復帰する。

【００３７】この時、ＦＦ１の出力で２段目のフリップ
フロップＦＦ２がオンして図５に示すようにＱ出力にロ
ーレベル出力を出す。ＦＦ２は、その後、入力端子Ｆ２
に送られてくる信号ｂがローレベルに変わる時、リセッ
トし、そのＱ出力はハイレベルになる。

【００３８】この時ＦＦ２の出力Ｑにより３段目のフリ
ップフロップＦＦ３がオンとなり図５に示すようにＱ出
力がローレベルとなる。このＦＦ３も、次に信号ｂが立
ち下がる時にリセットしてＱ出力がハイになる。

【００３９】ＦＦ１の出力ＱをインバータＩＶ１を介し
て反転した信号をＦＦ２のＤ入力に印加し、ＦＦ２で信
号ｂ（但し、信号ｂは図３から明らかなとおりＳ信号と
同一周期の信号である）の１周期分だけ時間シフトさせ
た出力ＱをＦＦ３のＤ入力に印加し、ＦＦ３でも信号ｂ
の１周期分だけ時間シフトさせた出力Ｑを出力する。

【００４０】これによって、縦続接続された３個のフリ
ップフロップＦＦ１〜ＦＦ３が相次いでハイレベル
“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に変わり、アンド回路Ａ５
によりＦＦ２の出力ＱとＦＦ３の出力Ｑの論理積を作る
と、図５に示すとおり、ＦＦ２の出力Ｑがローレベルに
なってからＦＦ３の出力Ｑがハイレベルになるまでの期
間、即ち、信号ｂの２周期にわたり、アンド回路Ａ５の
出力にローレベル“Ｌ”が出力される。

【００４１】アンド回路Ａ５の出力は、アンド回路Ａ
１，Ａ２の一方の入力に印加され、それらのアンド回路
の他方の入力に送られてくる前記第１検出回路Ｂ７から
のＵＰ／ＤＯＷＮ信号の通過か阻止かの制御に使われ
る。上記のように、アンド回路Ａ５の出力がローレベル
の時は、アンド回路Ａ１とＡ２で成るゲート回路は閉じ
て信号を通過させない。

【００４２】この時、アンド回路Ａ５の出力はインバー
タＩＶ３で反転して図５に示すようなハイレベル信号
“Ｈ”となり、アンド回路Ａ３，Ａ４の一方の入力に印
加される。従って、これらのアンド回路Ａ３，Ａ４でな
るゲート回路が開かれ、アンド回路Ａ３，Ａ４の他方の
入力に送られてくる前記第２検出回路Ｂ８からのＵＰ／
ＤＯＷＮ信号がここを通過してオア回路ＯＲ１，ＯＲ２
に向かう。

【００４３】アンド回路Ａ１の出力とアンド回路Ａ３の
出力はオア回路ＯＲ１を通って出力端子Ｆ７に出力さ
れ、アンド回路Ａ２の出力とアンド回路Ａ４の出力はオ
ア回路ＯＲ２を通って出力端子Ｆ８に出力されるように
なっているので、第１検出器Ｂ４がスケールの繋ぎ部Ｂ
３を通過して第３検出器Ｂ６が動作している場合は、第
２検出回路Ｂ８側のＵＰ／ＤＯＷＮ信号が出力され、そ
れ以外の時は第１検出回路Ｂ７のＵＰ／ＤＯＷＮ信号が
出力されるようになる。

【００４４】ここで、第３検出器の動作について説明す
る。図６は、スケール及びそれと相対的に移動する検出
器集成体Ｈ６の斜視図である。検出器集成体Ｈ６には、
第１検出器Ｈ７、第２検出器Ｈ８、及び第３検出器Ｈ９
が組み込まれている。

【００４５】スケールは、スケール本体Ｈ１上にスケー
ル格子Ｈ２を形成して成り、取付ネジＨ５によって、相
対的に移動する２つの物体の一方に取り付けられる。各
スケールＨ１は短尺で構成し、図示のように、複数のス
ケールを接続して１本の長いスケールを作る。ここでス
ケールとしては磁気スケール、光学的スケール、その他
種々のスケールを用いることができる。検出器集成体Ｈ
６に搭載する第１検出器Ｈ７、第２検出器Ｈ８は、スケ
ールに合わせて磁気センサ、光学センサ等が用いられ
る。

【００４６】尚、ここで検出器とは、２チャンネルのセ
ンサ出力が平衡変調波でこれを加算して位相変調波を出
力するものや、２チャンネルのセンサ出力はスケール信
号の正弦波および余弦波でこのスケール信号を変調回路
で変調して平衡変調波を生成しこの平衡変調波を加算し
て位相変調波を出力するものも含む。又、上記では出力
信号をＵＰ／ＤＯＷＮ信号として説明したが、９０度位
相の異なるＡ／Ｂ相のパルス信号を出力するようにして
も良い。

【００４７】検出器集成体Ｈ６に搭載した第３検出器Ｈ
９は、スケールの繋ぎ部分のギャップを検出するために
設けられた検出器であり、図６に図示するように、例え
ば３個の金属センサで構成し、スケール面に近接してい
る場合にこれを検出するようになっている。

【００４８】ここで、図７〜図９を参照して、第３検出
器の構成及び動作を説明する。図８に示すように、スケ
ール格子の欠落Ｐ１はスケールの無い区間Ｐ０よりも大
きい。検出器集成体Ｊ５上には第１検出器Ｊ２と第２検
出器Ｊ３が図示のとおりに配置され、第１検出器Ｊ２と
第２検出器Ｊ３の間はスケール格子の欠落よりも長い間
隔をあけて配列される。何故ならば、スケールＪ１と相
対的に検出器集成体Ｊ５が移動した時に、第１検出器Ｊ
２と第２検出器Ｊ３が同時にスケール格子の欠落部Ｐ１
内に入ることがないようにするためである。

【００４９】第１検出器Ｊ２と平行して第３検出器Ｊ４
が配置される。この第３検出器は３個の近接センサを有
する。これらの近接センサは既存のアンプ内蔵型の金属
検出近接センサである。各センサの動作領域はＰ６で示
す範囲である。隣接する２個の近接センサの間の間隔、
即ちピッチはＰ２で示す間隔である。第１近接センサと
第３近接センサの動作領域は第１検出器の検出範囲Ｐ３
より僅かに外側に出ている。

【００５０】検出器集成体Ｊ５が図８の矢印で示す方向
に移動するとき、第１検出器Ｊ２がスケールの繋ぎ部に
遭遇すると、先頭の近接センサ３がスケールの無いこと
を検出して図９の最上部に示すようにローレベル（論理
０）になる。この近接センサ３の出力は、スケール間の
ギャップ部を通り越して次のスケール上に達すると再び
ハイレベル（論理１）になる。近接センサ２も同様にス
ケールの繋ぎ部に到来するとローレベル（論理０）出力
を出し、通り過ぎるとハイレベル（論理１）になる。近
接センサ１も同様にしてスケールの繋ぎ部を通過すると
きに一時的にローレベル（論理０）になって再びハイレ
ベル（論理１）になる。近接センサ３，２，１がローレ
ベルになる時点はセンサ間のピッチＰ２によって決めら
れ、図９に示す波形となる。従って、これらの近接セン
サの出力信号を図７に示すアンド回路に入力すると図９
の最下段に示すような幅広い矩形波が得られ、これを第
３検出器Ｊ４の動作範囲Ｐ５とする。

【００５１】本実施形態においては、第３検出器の動作
区間Ｐ５は、第１検出器Ｊ２の検出区間Ｐ３とスケール
格子の欠落区間Ｐ１を加算した区間より広くする必要が
ある。何故ならば、第３検出器Ｊ４から前記出力選別回
路Ｂ１０へ送出する出力切換信号の期間は、第１検出器
Ｊ２の先端がスケール欠落部に入ってから後端がスケー
ル欠落部を脱出するまでの期間とする必要があるからで
ある。これを簡潔に表現するために式を使って表せば、
下記の式（７）のとおりである。Ｐ５＞Ｐ１＋Ｐ３ ‥‥（７）

【００５２】ここで、スケール本体はスケール媒体と金
属（鉄）ベースで構成され、スケール媒体上にスケール
格子が作られている。よって、スケール本体の繋ぎ部は
スケール媒体の端部にスケール格子が欠落しているた
め、スケール本体の無い区間Ｐ０よりスケール格子の欠
落区間Ｐ１が長くなり下記式（８）が成立する。Ｐ０＜Ｐ１ ‥‥（８）

【００５３】近接センサは、スケール本体の金属ベース
の有無を検出し、金属があればハイレベル出力“Ｈ”を
出力し、スケールの繋ぎ部で金属が無くなればローレベ
ル出力“Ｌ”を出力する。図８において、第３検出器Ｊ
４の１つの近接センサがスケール本体の金属が無い部分
を通過するときに出す検出出力のパルス幅Ｐ４は該近接
センサの動作領域Ｐ６とスケールの無い区間の長さＰ０
の和で与えられるので、下記の式（９）が成立する。Ｐ４＝Ｐ０＋Ｐ６ ‥‥（９）

【００５４】この近接センサの出力パルス幅Ｐ４は、図
９に示すとおり、第３検出器Ｊ４に要求される動作範囲
Ｐ５に比べて狭いパルス幅になっているので、一つの近
接センサで式（７）を満足する動作範囲Ｐ５を得ること
はできない。そこで、図８に図示するように、第３検出
器Ｊ４として小丸で示す３個の近接センサをピッチＰ２
で直列に並べた検出器を使い、図９に示す波形の３つの
パルスを一部重複する間隔で出力し、図７に示すよう
に、これら３つの近接センサの出力の論理積をとること
により、図９に示す幅の第３検出器Ｊ４の動作範囲Ｐ５
を得る。

【００５５】図６に示すように、スケール本体Ｈ１内に
スケール格子の欠落部Ｈ３がある場合には、その部分を
上記第３検出器Ｈ９で検出して、出力選別回路に伝え、
本スケール装置の出力を第１検出回路の出力から第２検
出回路の出力に切り換えて出力するようにする。この欠
落部Ｈ３を検出するには、図示のようにスケール本体Ｈ
１上に穴Ｈ４を開けて、近接センサがこの部分で金属検
出を行わないようにする。詳細な説明は省略するが、こ
れはスケールの繋ぎ部で金属検出がされないのと同じで
ある。

【００５６】スケールの繋ぎ部や格子欠落部を検出する
ために、上記の実施形態においては、近接センサ（金属
検出センサ）が用いられたが、他にも種々の方法が考え
られる。例えば図１０を参照して下記に説明する本発明
の他の実施形態においては、第３検出器にフォト、マク
ロセンサ（フォト・インターラプタ）を使用し、動作区
間は遮蔽板を使用する。

【００５７】図１０に示すスケール装置において、スケ
ール本体Ｎ１、スケール格子Ｎ２、格子欠落部Ｎ３、取
付ネジＮ５、検出器集成体Ｎ６、第１検出器Ｎ７、第２
検出器Ｎ８、第３検出器Ｎ９は、図６に示すスケール装
置におけるＨ１〜Ｈ３，Ｈ５〜Ｈ９と同じであるから、
説明は省略する。

【００５８】図１０において、スケールの繋ぎ部に遮蔽
板Ｎ４が置かれ、第３検出器Ｎ９として光学的検出器が
使われている点が図６に示すスケール装置と相違する。
光学的検出器の構成は任意の構成とすることができる
が、基本的には、遮蔽板Ｎ４のある区間と無い区間を区
別して出力することである。

【００５９】一例として、発光素子と受光素子を対向し
て設け、第３検出器Ｎ９がスケール本体Ｎ１と相対的に
移動してスケール繋ぎ部を通過する時に、発光素子と受
光素子の間を遮蔽板Ｎ４が通過してその間発光素子から
の光が受光素子に達しないような構成にすることができ
る。

【００６０】上記遮蔽板Ｎ４を位置決めするために、ス
ケールベース側（スケール本体Ｎ１）に溝を設けてその
溝の中に遮蔽板Ｎ４を植立する構成とすることができ
る。その際、遮蔽板の長さを調整して上記式（７）の条
件を満足させるようにすることができる。スケール格子
に欠落部Ｎ３がある場合には、スケールの繋ぎ部と同様
に、遮蔽板を建てて、その部分を第１検出器Ｎ７が通過
するとき、第３検出器Ｎ９によって検出して、第１検出
器Ｎ７からの出力を使わないようにし、それに代えて第
２検出器Ｎ８からの出力を使うように出力の切換を行
う。

【００６１】

【発明の効果】本発明のスケール装置は、上記の構成を
備えていることにより、下記の効果を有する。・スケールを繋ぎ合わせても、精度が保証されていると
ころのみを検出するため、１本のスケールと同等にな
る。・長尺スケールを作る設備が不要である。・繋ぎ部の煩雑な加工や取付が不要になる。（無作為の
間隙をあけて取り付ければよい）。・目的の長さのスケールを短いスケールを繋ぎ合わせて
できるため、物流、在庫、製造上の管理が容易になる。・スケール繋ぎ部の経年変化や温度変化に対して、その
影響を受けず精度を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスケール装置の全体の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】第１及び第２検出回路の詳細を示すブロック図
である。

【図３】図２の回路の動作信号波形を示す波形図であ
る。

【図４】出力選別回路の詳細を示す回路図である。

【図５】図４の回路の動作信号波形図である。

【図６】本発明の一実施形態のスケール装置の外観斜視
図である。

【図７】図６のスケール装置に用いる第３検出器の一例
を示す回路図である。

【図８】第３検出器の動作説明に用いる説明図である。

【図９】第３検出器の出力波形を示す波形図である。

【図１０】本発明の他の実施形態のスケール装置の外観
斜視図である。

【図１１】従来のスケール装置の模式図である。

【符号の説明】

Ｂ１‥‥スケール、Ｂ２‥‥スケールの格子、Ｂ３‥‥
スケールの繋ぎ部、Ｂ４‥‥第１検出器、Ｂ５‥‥第２
検出器、Ｂ６‥‥第３検出器、Ｂ７‥‥第１検出回路、
Ｂ８‥‥第２検出回路、Ｂ９‥‥クロック発振器、Ｂ１
０‥‥出力選別回路、Ｂ１１，Ｂ１２‥‥出力（端子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定格子を有するスケールを複数本繋げ
たスケールと、該スケールを読み取って位相変調波を出
力する第１及び第２検出器と、該検出器からの出力をク
ロックパルスに基いて信号処理して被測定物の移動方向
と移動量を表す信号を出力する検出回路とを有するスケ
ール装置において、第１検出器がスケールの繋ぎ区間又はスケール格子欠落
部に入ると信号を出力する第３検出器を設け、第３検出器の信号が無出力の場合は、第１検出器からの
信号を処理した信号を出力し、第３検出器の信号がある
場合は、第２検出器からの信号を処理した信号を出力す
る選別回路を設け、第１及び第２検出器の何れか一つの検出器がスケールの
繋ぎ部又はスケール格子欠落部でない位置を確保してい
るようにしたスケール装置。