特開 2024-125735 計測装置及び計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125735

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】計測装置及び計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20240911BHJP

【ＦＩ】

G01D5/244 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033757

(22)【出願日】2023-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100134511

【弁理士】

【氏名又は名称】八田 俊之

(72)【発明者】

【氏名】田中 駿丞

(72)【発明者】

【氏名】小林 博和

【テーマコード（参考）】

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F077CC02

2F077NN04

2F077NN16

2F077PP06

(57)【要約】

【課題】複数の検出部を備えたロータリーエンコーダを備えた計測装置において、検出部によるスケールに対する読み取り動作時のピークの消費電力を低減することを目的とする。
【解決手段】計測装置は、回転軸回りに配置され、複数のパターンが周方向に沿って配列されて形成されたスケールパターンを有するロータリースケールと、それぞれロータリースケールと対向させて配置され、スケールパターンからパターンを読み取る複数の検出部とを備えたロータリーエンコーダと、ロータリーエンコーダを制御する制御装置とを備える。制御装置は、第１のタイミングで一部の検出部にパターンの第１の読み取りを実行させ、前記第１のタイミングと異なる他のタイミングで他の検出部にパターンの他の読み取りを実行させる。そして、第１の読み取りにおける読み取り結果と、他の読み取りにおける読み取り結果とに基づいて計測結果を算出する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸回りに配置され、複数のパターンが周方向に沿って配列されて形成されたスケールパターンを有するロータリースケールと、前記回転軸回りに広がり、それぞれ前記ロータリースケールと対向させて配置され、それぞれ前記スケールパターンから前記パターンを読み取る複数の検出部とを備えたロータリーエンコーダと、
当該ロータリーエンコーダを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、第１のタイミングで前記複数の検出部に含まれる検出部のうちの一部の検出部に前記パターンの第１の読み取りを実行させるとともに、前記第１のタイミングと異なる他のタイミングで前記複数の検出部に含まれる検出部のうちの前記一部の検出部と異なる他の検出部に前記パターンの他の読み取りを実行させ、前記第１の読み取りにおける読み取り結果と、前記他の読み取りにおける読み取り結果とに基づいて計測結果を算出する、
計測装置。

【請求項2】

前記第１の読み取りを実行する前記一部の検出部は、複数の検出部を含み、
当該複数の検出部は、前記ロータリースケールの一回転分をｎ等分（ｎは２以上の自然数）した位置に配置された、
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記他の読み取りを実行する前記他の検出部は、複数の検出部を含み、
当該複数の検出部は、前記ロータリースケールの一回転分をｎ等分（ｎは２以上の自然数）した位置に配置された、
請求項１に記載の計測装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記第１の読み取りを実行する前記一部の検出部を読み取り可能にする状態と、前記他の読み取りを実行する前記他の検出部を読み取り可能にする状態とを切り替える切替回路を備えた、
請求項１に記載の計測装置。

【請求項5】

回転軸回りに配置され、複数のパターンが周方向に沿って配列されて形成されたスケールパターンを有するロータリースケールと、前記回転軸回りに広がり、それぞれ前記ロータリースケールと対向させて配置され、それぞれ前記スケールパターンから前記パターンを読み取る複数の検出部とを備えたロータリーエンコーダを有する計測装置を用いた計測であって、
第１のタイミングで前記複数の検出部に含まれる検出部のうちの一部の検出部によって前記パターンの第１の読み取りを実行する工程と、
前記第１のタイミングと異なる他のタイミングで前記複数の検出部に含まれる検出部のうちの前記一部の検出部と異なる他の検出部によって前記パターンの他の読み取りを実行する工程と、
前記第１の読み取りにおける読み取り結果と、前記他の読み取りにおける読み取り結果とに基づいて計測結果を算出する工程と、
を含む計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本件は、計測装置及び計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特定の軸回りの回転角度を検出したり、回転速度を検出したりすることができる計測装置が知られている。このような計測装置にはロータリーエンコーダを備えている。ロータリーエンコーダは、複数のパターンが周方向に配列されたスケールと、このスケールと対向配置された検出部（検出ヘッド）を備えている。検出部は、計測装置における検出精度を高めるために、複数設けられる場合がある（例えば、特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開２０１９／０３９３４４

【特許文献2】特開２００１－０１２９６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、複数の検出部を備える従来のロータリーエンコーダでは、装備された複数の検出部が同時にスケールに対する読み取り動作（サンプリング）を行う。そして、各検出部で読み取られた検出値の平均値を算出する等して計測装置における計測値を得ている。

【0005】

しかしながら、このような従来のロータリーエンコーダでは、スケールに対する読み取り動作時におけるピークの消費電流が大きくなるという問題があった。

【0006】

１つの側面では、本発明は、複数の検出部を備えたロータリーエンコーダを備えた計測装置において、検出部によるスケールに対する読み取り動作時のピークの消費電力を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

１つの態様では、計測装置は、回転軸回りに配置され、複数のパターンが周方向に沿って配列されて形成されたスケールパターンを有するロータリースケールと、前記回転軸回りに広がり、それぞれ前記ロータリースケールと対向させて配置され、それぞれ前記スケールパターンから前記パターンを読み取る複数の検出部とを備えたロータリーエンコーダと、当該ロータリーエンコーダを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、第１のタイミングで前記複数の検出部に含まれる検出部のうちの一部の検出部に前記パターンの第１の読み取りを実行させるとともに、前記第１のタイミングと異なる他のタイミングで前記複数の検出部に含まれる検出部のうちの前記一部の検出部と異なる他の検出部に前記パターンの他の読み取りを実行させ、前記第１の読み取りにおける読み取り結果と、前記他の読み取りにおける読み取り結果とに基づいて計測結果を算出する。

【0008】

上記構成の計測装置において、前記第１の読み取りを実行する前記一部の検出部は、複数の検出部を含み、当該複数の検出部は、前記ロータリースケールの一回転分をｎ等分（ｎは２以上の自然数）した位置に配置された態様とすることができる。

【0009】

また、上記構成の計測装置において、前記他の読み取りを実行する前記他の検出部は、複数の検出部を含み、当該複数の検出部は、前記ロータリースケールの一回転分をｎ等分（ｎは２以上の自然数）した位置に配置された態様とすることができる。

【0010】

さらに、上記構成の計測装置において、前記制御装置は、前記第１の読み取りを実行する前記一部の検出部を読み取り可能にする状態と、前記他の読み取りを実行する前記他の検出部を読み取り可能にする状態とを切り替える切替回路を備えた態様とすることができる。

【0011】

また、１つの態様では、計測方法は、回転軸回りに配置され、複数のパターンが周方向に沿って配列されて形成されたスケールパターンを有するロータリースケールと、前記回転軸回りに広がり、それぞれ前記ロータリースケールと対向させて配置され、それぞれ前記スケールパターンから前記パターンを読み取る複数の検出部とを備えたロータリーエンコーダを有する計測装置を用いた計測であって、第１のタイミングで前記複数の検出部に含まれる検出部のうちの一部の検出部によって前記パターンの第１の読み取りを実行する工程と、前記第１のタイミングと異なる他のタイミングで前記複数の検出部に含まれる検出部のうちの前記一部の検出部と異なる他の検出部によって前記パターンの他の読み取りを実行する工程と、前記第１の読み取りにおける読み取り結果と、前記他の読み取りにおける読み取り結果とに基づいて計測結果を算出する工程とを含む。

【発明の効果】

【0012】

複数の検出部を備えたロータリーエンコーダを備えた計測装置において、検出部によるスケールに対する読み取り動作時のピークの消費電力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は第１実施形態の計測装置の構成を例示するブロック図である。

【図2】図２（Ａ）は第１実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおける検出ヘッドの配置の一例を示す図である。図２（Ｂ）は第１実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの一例である。

【図3】図３（Ａ）は第２実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおける検出ヘッドの配置の一例を示す図である。図３（Ｂ）は第２実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの一例である。図３（Ｃ）は第２実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの他の例である。

【図4】図４（Ａ）は第３実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおける検出ヘッドの配置の一例を示す図である。図４（Ｂ）は第３実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの一例である。図４（Ｃ）は第３実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの他の例である。

【図5】図５（Ａ）は第４実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおける検出ヘッドの配置の一例を示す図である。図５（Ｂ）は第３実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの一例である。

【図6】図６は実施例の計測装置の構成を示す図である。

【図7】図７は実施例の計測装置における信号の流れを例示するタイムチャートである。

【図8】図８は実施例の計測装置において、切替信号に応じて切り替わる切替回路の状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。

【0015】

（第１実施形態）
［計測装置の構成］
まず、図１、図２（Ａ）及び図６を参照して、第１実施形態の計測装置５０の概略構成について説明する。図１は実施形態の計測装置５０の構成を例示するブロック図である。図２（Ａ）は第１実施形態の計測装置５０が備えるロータリーエンコーダ１における検出ヘッド５－０～５－３の配置の一例を示す図である。図６は、後に説明する実施例の計測装置５０の構成を示す図であるが、実施例は、第１実施形態を具体化した例として説明されるものであるため、第１実施例の説明においても、図６を適宜参照する。

【0016】

計測装置５０は、計測対象となる回転体（不図示）の回転角度、回転速度を計測することができる。

【0017】

図１を参照すると、計測装置５０は、ロータリーエンコーダ１と制御装置１０を備えている。制御装置１０には、電源２０が接続されている。制御装置１０は、電源から電力の供給を受けて、ロータリーエンコーダ１による計測を実施する。

【0018】

＜ロータリーエンコーダ＞
ロータリーエンコーダ１は、ロータリースケール２と、ｎ個（ｎは２以上の整数）の検出ヘッド５－０～５－（ｎ－１）とを含んでいる。各検出ヘッドは、それぞれ、検出部に相当する。図２（Ａ）を参照すると、第１実施形態では、第１検出ヘッド５－０～第４検出ヘッド５－３が設けられている。第１検出ヘッド５－０～第４検出ヘッド５－３は、ロータリースケール２の回転中心となるＺ軸を中心軸としてその周囲に配置されている。検出ヘッド５－０～５－（ｎ－１）には、それぞれ、送信コイル５ａと受信コイル５ｂが設けられている。４個の検出ヘッドは、第１検出ヘッド５－０が設けられた位置を基準位置（０°）として反時計回りに９０°ずつ隔てられた状態で設置されている。

【0019】

送信コイル５ａは、円周方向に長さ方向を有する扇形コイルを構成している（図６参照）。受信コイル５ｂは、送信コイル５ａの内側において、基本周期λの正負の正弦波形パターンによって、円周方向に基本周期λで繰り返される検出ループを構成している（図６参照）。

【0020】

ロータリースケール２は、図６に示すように、円盤状の部材であり、図示しない計測対象となる回転体の回転軸と回転中心（Ｚ軸）とを一致させてその回転体に装着される。ロータリースケール２は、ロータリースケール２の周方向に沿って基本周期λで配列された複数のパターン３ａを含むスケールパターン３を有している。パターン３ａは、閉ループコイルである。各パターン３ａは、送信コイル５ａと電磁結合するとともに、受信コイル５ｂと電磁結合している。

【0021】

各送信コイル５ａには、送信回路６が接続されている。送信回路６は、単相交流の駆動信号を生成し、送信コイル５ａに供給する。この場合、送信コイル５ａに磁束が発生する。それにより、複数のパターン３ａに起電流が発生する。当該複数のパターン３ａは、送信コイル５ａが発生する磁束と電磁結合することで、円周方向に所定の空間周期で変化する磁束を発生する。送信コイル５ａが発生する磁束は、受信コイル５ｂに起電流を生じさせる。ロータリースケール２の変位量に応じて各コイル間の電磁結合が変化し、基本周期λと同じ周期の正弦波信号が得られる。

【0022】

受信コイル５ｂは、例えば、平板状の部材に形成されている。平板状の部材は、例えば、基板である。各受信コイル５ｂは、正弦波形パターン正負の切り替え部がある。そのため、受信コイル５ｂは平板状の部材の表面上だけでなく、厚みを有する。受信コイル５ｂは、プリント配線基板に形成することもできる。この場合では、正弦波波形パターンは絶縁体を挟んで配置され、切り替え部にはスルーホールが配置されて両者を電気的に接続している。各受信コイル５ｂは、それぞれ制御装置１０が備える切替回路１４に接続されている。切替回路から出力された切替回路出力ａ１，ａ２は、演算部１５における演算に供される。切替回路出力ａ１，ａ２や、演算部１５における演算については、後に詳述する。各受信コイル５ｂと切替回路１４とは有線接続されているが、無線接続するようにしてもよい。

【0023】

本実施形態では、検出ヘッド毎に送信コイル５ａを装備しているが、例えば、一つの送信コイルを単独で備え、この送信コイルからロータリースケール２に向かって送信された信号を各受信コイル５ｂで受信する態様としてもよい。

【0024】

本実施形態のロータリーエンコーダ１では、ロータリースケール２を計測対象物となる回転体側に装着する態様であるが、検出ヘッド５－０～５－（ｎ－１）を回転体側に設定するようにしてもよい。要は、ロータリーエンコーダ１は、計測対象物において、ロータリースケール２と検出ヘッド５－０～５－（ｎ－１）とが対向した状態で配置されていればよい。

【0025】

本実施形態のロータリーエンコーダ１は、電磁誘導式であるが、静電容量式や光電式等、他の検出原理を用いた形態としてもよい。他の形式のロータリーエンコーダとする場合、送信コイル及び受信コイルは、それぞれ、ロータリーエンコーダが採用する形式に応じた送信部や受信部が採用される。

【0026】

なお、各図における各検出ヘッド間の距離や、各検出ヘッドの寸法及びロータリースケール２の寸法を正確に表すものではない。また、各図におけるパターン３ａの寸法や、パターン３ａ間の距離は正確に表されたものではない。

【0027】

＜制御装置＞
制御装置１０は、切替制御部１１と、演算部１５を備える。切替制御部１１は、スケールパターン２からパターン３ａを読み取る検出ヘッドの切り替えを行う。本実施形態の計測装置５０は、後に詳説するように、第１のタイミングで検出ヘッド５－０～５－（ｎ－１）のうちの一部の検出ヘッドにパターン３ａの読み取りを実行させる第１の読み取りを行う。また、計測装置５０は、第１のタイミングと異なる第２のタイミングで第１の読み取りを行った検出ヘッドと異なる他の検出ヘッドにパターン３ａの読み取りを実行させる第２の読み取りを行う。切替制御部１１は、第１の読み取りを行う検出ヘッドと、第２の読み取りを行う検出ヘッドとの切り替えを行う。なお、第２の読み取りは、第１の読み取りとは異なる他の読み取りに相当する。本実施形態では、第１の読み取りにおいて、第１検出ヘッド５－０と第３検出ヘッド５－２による読み取りが行われる。また、第２の読み取りにおいて、第２検出ヘッド５－１と第４検出ヘッド５－３による読み取りが行われる。

【0028】

切替制御部１１は、リクエスト信号送信部１２、タイミング生成回路１３及び切替回路１４を含む。

【0029】

リクエスト信号送信部１２は、ロータリーエンコーダ１による計測の実行を指示するリクエスト信号を発信する。リクエスト信号は、予め設定された周期に従って一定の間隔で発信される。リクエスト信号が発信される周期は、計測対象である回転体の回転速度とは、無関係に、計測装置５０の機種毎に、その仕様として予め設定されている。つまり、計測装置５０が作動している状態において、リクエスト信号が発信される周期は一定である。

【0030】

タイミング生成回路１３は、所定のタイミングで切替回路１４の状態を指定する切替信号Ｇを発信する。切替回路１４は、後に詳細に説明するように、第１の読み取りを行う状態、第２の読み取りを行う状態、いずれの読み取りも行わない状態など、その接続状態を種々変更することができる。切替回路１４は、タイミング生成回路１３によって発信された切替信号Ｇに応じて内部の接続状態を切り替える。なお、計測装置５０は、同時にパターン３ａの読み取りを行う検出ヘッドの組み合わせの数に応じて切替信号Ｇの種類を準備しておくことができる。例えば、第１の読み取り、第２の読み取りに加えて第３の読み取りを行う計測装置においては、切替回路１４の接続状態を第３の読み取りを行う状態とするための切替信号Ｇが準備される。

【0031】

切替回路１４は、スイッチ機能を備えており、検出ヘッド５－０～５－（ｎ－１）の接続状態と未接続状態とを切り替える。接続状態と未接続状態との切り替えは、検出ヘッド毎に行うことができる。第１の読み取りを行うタイミングでは、切替回路１４は、第１の読み取りを行う検出ヘッドを接続状態としてパターン３ａの読み取りを行う。第２の読み取りを行うタイミングでは、切替回路１４は、第２の読み取りを行う検出ヘッドを接続状態としてパターン３ａの読み取りを行う。第１の読み取りと第２の読み取りが行われない期間では、切替回路１４は、すべての検出ヘッドを未接続状態とする。

【0032】

＜演算部＞
演算部１５は、第１の読み取りにおける読み取り結果と、第２の読み取りにおける読み取り結果とに基づいて計測結果を算出する。本実施形態では、第１検出ヘッド５－０～第４検出ヘッド５－３によってそれぞれ取得された角度データの平均を算出し、その結果が計測結果として出力される。

【0033】

［サンプリングのタイミング］
次に、図２（Ｂ）を参照して、各検出ヘッドがパターン３ａを読み取るサンプリングのタイミングについて説明する。図２（Ｂ）は第１実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの一例である。

【0034】

本実施形態では、第１検出ヘッド５－０～第４検出ヘッド５－３が９０°ずつ隔てて設けられている。これにより、第１検出ヘッド５－０と第３検出ヘッド５－２とが１８０°隔てられ、対向して配置された状態となっている。また、第２検出ヘッド５－１と第４検出ヘッド５－３とが１８０°隔てられ、対向して配置された状態となっている。つまり、第１検出ヘッド５－０と第３検出ヘッド５－２は、ロータリースケール２の一回転分、つまり、３６０°を２等分した位置に配置されている。また、第２検出ヘッド５－１と第４検出ヘッド５－３は、同様に、３６０°を２等分した位置に配置されている。

【0035】

本実施形態では、このように配置された４個の検出ヘッドのうちの第１検出ヘッド５－０と第３検出ヘッド５－２が第１のタイミングｔ１で第１の読み取りを行う。そして、第２検出ヘッド５－１と第４検出ヘッド５－３が第２のタイミングｔ２で第２の読み取りを行う。

【0036】

ここで、本実施形態における測定精度について説明する。ロータリースケール２の回転中心と４個の検出ヘッド５－０～５－３の配置中心とが偏心誤差ΔＣだけずれている場合を想定する。ここでは説明を分かり易くするために、回転中心（Ｚ軸）は、第２検出ヘッド５－１と第４検出ヘッド５－３とを結ぶ線分上に位置しているものとする。このため、ロータリースケール２のスケールパターン３の配置中心線を結んで描かれる円の半径がＲであるときに、第１検出ヘッド５－０の検出値には、ＡＴＡＮ（ΔＣ／Ｒ）の誤差が含まれることになる。同様に、第３検出ヘッド５－２の検出にも、ＡＴＡＮ（ΔＣ／Ｒ）の誤差が含まれる。但し、第１検出ヘッド５－０の検出値と第３検出ヘッド５－２の検出値は、その絶対値は同じであるが、正負の符号は逆である。

【0037】

このように第１検出ヘッド５－０と第３検出ヘッド５－２は、偏心誤差ΔＣの影響を受ける。これに対し、第２検出ヘッド５－１と第４検出ヘッド５－３は、偏心誤差ΔＣの影響を受けない。

【0038】

本実施形態では、第１の読み取りと、この第１の読み取りと異なるタイミングで実施する第２の読み取りを実施する。そして、第１の読み取りのタイミングで読み取った検出値の平均値を算出する。また、第２の読み取りのタイミングで読み取った検出値の平均値を算出する。

【0039】

ここで、仮に、第１検出ヘッド５－０と第２検出ヘッド５－１で第１の読み取りを行い、第３検出ヘッド５－２と第４検出ヘッド５－３で第２の読み取りを行うこととする。この場合、第１検出ヘッド５－０の検出値と第２検出ヘッド５－１の検出値の平均値が算出される。同様に、第３検出ヘッド５－２の検出値と第４検出ヘッド５－３の検出値の平均値が算出される。

【0040】

この場合、第１検出ヘッド５－０の検出値は偏心誤差ΔＣの影響を受けており、第２検出ヘッド５－１の検出値は偏心誤差ΔＣの影響を受けていない。このため、これらの検出値の平均値は、偏心誤差ΔＣの影響を受ける。第３検出ヘッド５－２の検出値と第４検出ヘッド５－３の検出値の平均値も、同様に偏心誤差ΔＣの影響を受ける。

【0041】

これに対し、本実施形態では、正負の符号が逆である第１検出ヘッド５－０の検出値と第３検出ヘッド５－２の検出値の平均値を算出する。このため、偏心誤差ΔＣの影響が相殺され、偏心誤差ΔＣの影響を排除することができる。なお、第２検出ヘッド５－１の検出値と第４検出ヘッド５－３の検出値は、偏心誤差ΔＣの影響を受けていない。このため、これらの検出値の平均値は精度の高いものである。

【0042】

このように、それぞれのタイミングにおいて、検出ヘッドが２個ずつ作動する。このため、同じタイミングで４個の検出ヘッドを作動させる場合と比較して、ピークの消費電流の値を下げることができる。そして、計測精度を維持することができる。

【0043】

本実施形態によれば、第１のタイミングで２個の検出ヘッドによる読み取りを行い、第２のタイミングで残りの２個の検出ヘッドによる読み取りを行う。このため、それぞれのタイミングでの消費電流を抑えることができる。また、それぞれのタイミングでの読み取り結果を用いて計測結果を得るため、計測結果の精度を確保することができる。

【0044】

（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態について図３（Ａ）～図３（Ｃ）を参照して説明する。図３（Ａ）を参照すると、第２実施形態は、第１検出ヘッド５－０～第８検出ヘッド５－７の８個の検出ヘッドを備えている。各検出ヘッドは４５°ずつ隔てて配置されている。

【0045】

第１検出ヘッド５－０と第５検出ヘッド５－４が１８０°隔てた位置に配置されて、対向した状態とされている。第２検出ヘッド５－１と第６検出ヘッド５－５が１８０°隔てた位置に配置されて、対向した状態とされている。第３検出ヘッド５－２と第７検出ヘッド５－６が１８０°隔てた位置に配置されて、対向した状態とされている。第４検出ヘッド５－３と第８検出ヘッド５－７が１８０°隔てた位置に配置されて、対向した状態とされている。

【0046】

図３（Ｂ）を参照すると、１８０°隔てた位置に配置され、対向した状態とされている検出ヘッドの組が同じタイミングでサンプリングを行う。つまり、第１検出ヘッド５－０と第５検出ヘッド５－４が第１のタイミングｔ１で第１の読み取りを行う。第２検出ヘッド５－１と第６検出ヘッド５－５が第２のタイミングｔ２で第２の読み取りを行う。第３検出ヘッド５－２と第７検出ヘッド５－６が第３のタイミングｔ３で第３の読み取りを行う。第４検出ヘッド５－３と第８検出ヘッド５－７が第４のタイミングｔ４で第４の読み取りを行う。

【0047】

本実施形態では、それぞれのタイミングで２個の検出ヘッドによる読み取りが行われる。このため、同一のタイミングですべての検出ヘッドによる読み取りを行う場合と比較して消費電流を抑えることができる。また、それぞれのタイミングでの読み取り結果を用いて計測結果を得るため、第１実施形態と同様に、計測結果の精度を確保することができる。

【0048】

なお、図３（Ａ）に示すような検出ヘッドの配置とした場合、図３（Ｃ）に示すようなサンプリングを行うようにしてもよい。つまり、第１検出ヘッド５－０、第３検出ヘッド５－２、第５検出ヘッド５－４及び第７検出ヘッド５－６が第１のタイミングｔ１で読み取りを行う。また、第２検出ヘッド５－１、第４検出ヘッド５－３、第６検出ヘッド５－５及び第８検出ヘッド５－７が第２のタイミングｔ２で読み取りを行う。このようなサンプリングを行う場合も、同一のタイミングですべての検出ヘッドによる読み取りを行う場合と比較して消費電流を抑えることができる。また、それぞれのタイミングでの読み取り結果を用いて計測結果を得るため、計測結果の精度を確保することができる。

【0049】

（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態について図４（Ａ）～図４（Ｃ）を参照して説明する。図４（Ａ）を参照すると、第３実施形態は、第１検出ヘッド５－０～第６検出ヘッド５－５の６個の検出ヘッドを備えている。ただし、他の実施形態と異なり、各検出ヘッドは等間隔の配置とはされていない。

【0050】

第１検出ヘッド５－０が基準位置（０°）の位置に配置されている。第２検出ヘッド５－１は、第１検出ヘッド５－０に対し、反時計回りに９０°回転した位置に配置されている。第３検出ヘッド５－２は、第１検出ヘッド５－０に対し、反時計回りに１２０°回転した位置に配置されている。第４検出ヘッド５－３は、第１検出ヘッド５－０に対し、反時計回りに１８０°回転した位置に配置されている。第５検出ヘッド５－４は、第１検出ヘッド５－０に対し、反時計回りに２４０°回転した位置に配置されている。第６検出ヘッド５－５は、第１検出ヘッド５－０に対し、反時計回りに２７０°回転した位置に配置されている。

【0051】

図４（Ｂ）を参照すると、第１検出ヘッド５－０、第２検出ヘッド５－１、第４検出ヘッド５－３及び第６検出ヘッド５－５が第１のタイミングｔ１で第１の読み取りを行う。第１検出ヘッド５－０、第３検出ヘッド５－２及び第５検出ヘッド５－４が第２のタイミングｔ２で第２の読み取りを行う。

【0052】

このようなサンプリングを行う場合も、同一のタイミングですべての検出ヘッドによる読み取りを行う場合と比較して消費電流を抑えることができる。また、それぞれのタイミングでの読み取り結果を用いて計測結果を得るため、計測結果の精度を確保することができる。

【0053】

なお、図４（Ａ）に示すような検出ヘッドの配置とした場合、図４（Ｃ）に示すようなサンプリングを行うようにしてもよい。つまり、第１検出ヘッド５－０、第４検出ヘッド５－３が第1のタイミングｔ１で読み取りを行う。第２検出ヘッド５－１と第６検出ヘッド５－５が第２のタイミングｔ２で読み取りを行う。第1検出ヘッド５－０、第３検出ヘッド５－２及び第５検出ヘッド５－４がタイミングｔ３で読み取りを行う。このようなサンプリングを行う場合も、同一のタイミングですべての検出ヘッドによる読み取りを行う場合と比較して消費電流を抑えることができる。また、それぞれのタイミングでの読み取り結果を用いて計測結果を得るため、計測結果の精度を確保することができる。

【0054】

（第４実施形態）
つぎに、第４実施形態について、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して説明する。第４実施形態では、図５（Ａ）に示すように、検出ヘッドの配置自体は、第３実施形態と共通している。

【0055】

図５（Ｂ）を参照すると、第４実施形態では、第１検出ヘッド５－０と第４検出ヘッド５－３が第１のタイミングｔ１で第１の読み取りを行う。第３検出ヘッド５－２と第５検出ヘッド５－４が第２のタイミングｔ２で第２の読み取りを行う。そして、第２検出ヘッド５－１と第６検出ヘッド５－５が第３のタイミングｔ３で第３の読み取りを行う。

【0056】

ここで、第２のタイミングｔ２で行われる第２の読み取りに着目する。第２の読み取りでは、第１の読み取りにおける第１検出ヘッド５－０の検出値に基づいて算出された仮想角度計算値が用いられる。このため、第２のタイミングｔ２において、第１検出ヘッド５－０による検出は、実際には行われない。このため、消費電流を抑えることができる。

【0057】

第１検出ヘッド５－０は、３６０°を２等分した組と、３６０°を３等分した組に属している。このため、第３実施形態において、第１検出ヘッド５－０は、一周期の中で複数のタイミングで検出値の読み取りが行われている。そこで、本実施形態では、一周期の中で、先に読み取られた検出値を、その後の読み取りにおいて利用する。

【0058】

図５（Ｂ）に示されたＰ１（ｔ１）は第1のタイミングｔ１で実際に検出された第１検出ヘッド５－０の検出値に基づく角度計算値である。これに対し、Ｐ２（ｔ２）は、角度計算値Ｐ１（ｔ１）に基づいて算出された仮想角度計算値である。ここで、第１のタイミングｔ１と第２のタイミングｔ２との間隔であるサンプリング間隔をΔＴとする。また、ロータリースケール回転速度をＶとする。この場合、仮想角度計算値Ｐ２（ｔ２）は、
式１ Ｐ２（ｔ２）＝Ｐ１（ｔ１）＋ΔＴ×Ｖ
によって求めることができる。

【0059】

このように、第２のタイミングｔ２で第１検出ヘッド５－０の検出を行わないことで、消費電流を抑えることができる。

【0060】

（実施例）
つぎに、図６～図８を参照して、実施例の計測装置５０について説明する。実施例は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照して説明した第１実施形態を基礎として各部を具体化し、実機に近い形としたものである。

【0061】

計測装置５０は、ロータリーエンコーダ１と制御装置１０を備えている。ロータリーエンコーダ１は、ロータリースケール２と、４個の検出ヘッド５－０～５－３とを含んでいる。４個の検出ヘッドは、第１検出ヘッド５－０が設けられた位置を基準位置（０°）として反時計回りに９０°ずつ隔てられた状態で設置されている。各検出ヘッドには、それぞれ、送信コイル５ａ、受信コイル５ｂ及び送信回路６が設けられている。

【0062】

制御装置１０は、切替制御部１１と、演算部１５を備える。切替制御部１１は、リクエスト信号送信部１２、タイミング生成回路１３及び切替回路１４を含む。切替回路１４には、第１検出ヘッド５－０の受信コイル５ｂが受信した信号Ｓ１が入力され、第２検出ヘッド５－１の受信コイル５ｂが受信した信号Ｓ２が入力される。また、切替回路１４には、第３検出ヘッド５－２の受信コイル５ｂが受信した信号Ｓ３が入力され、第４検出ヘッド５－３の受信コイル５ｂが受信した信号Ｓ４が入力される。

【0063】

図８を参照すると、切替回路１４が備える第１スイッチ部１４ａと第２スイッチ部１４ｂが示されている。第１スイッチ部１４ａは、信号Ｓ１と信号Ｓ２のいずれか一方を選択し、選択した信号を切替回路出力ａ１として出力する。第２スイッチ部１４ｂは、信号Ｓ３と信号Ｓ４のいずれか一方を選択し、選択した信号を切替回路出力ａ２として出力する。切替回路１４には、タイミング生成回路１３によって生成された切替信号Ｇによって信号Ｓ１と信号Ｓ２の切り替えと、信号Ｓ３と信号Ｓ４との切り替えを行う。切替信号Ｇと第１スイッチ部１４ａの状態との関係、切替信号Ｇと第２スイッチ部１４ｂの状態との関係については、後に説明する。

【0064】

切替回路１４と演算部１５とは、第１増幅器１６ａと第１ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換部）１７ａが設けられた接続線と、第２増幅器１６ｂと第２ＡＤＣ１７ｂが設けられた接続線とによって接続されている。第１増幅器１６ａは、切替回路出力ａ１を増幅し、第１ＡＤＣ１７ａは、これをアナログ／デンタル変換してＡＤＣデータｄ１を出力する。第２増幅器１６ｂは、切替回路出力ａ２を増幅し、第２ＡＤＣ１７ｂは、これをアナログ／デンタル変換してＡＤＣデータｄ２を出力する。

【0065】

演算部１５は、第１角度計算部１８ａ、第２角度計算部１８ｂ及び平均値計算部１９を備える。

【0066】

第１角度計算部１８ａには、第１ＡＤＣ１７ａが出力したＡＤＣデータｄ１が入力される。第１角度計算部１８ａは、ＡＤＣデータｄ１に基づいて角度計算値Ｐ１及び角度計算値Ｐ２を算出する。なお、第１スイッチ部１４ａが信号Ｓ１を選択する状態とされているときは、角度計算値Ｐ１が算出され、第１スイッチ部１４ａが信号Ｓ２を選択する状態とされているときは、角度計算値Ｐ２が算出される。

【0067】

第２角度計算部１８ｂには、第２ＡＤＣ１７ｂが出力したＡＤＣデータｄ２が入力される。第２角度計算部１８ｂは、ＡＤＣデータｄ２に基づいて角度計算値Ｐ３及び角度計算値Ｐ４を算出する。なお、第２スイッチ部１４ｂが信号Ｓ３を選択する状態とされているときは、角度計算値Ｐ３が算出され、第２スイッチ部１４ｂが信号Ｓ４を選択する状態とされているときは、角度計算値Ｐ４が算出される。

【0068】

平均値計算部１９は、角度計算値Ｐ１～Ｐ４の平均値を算出する。つまり、角度計算値Ｐ１～Ｐ４を足し合わせた値を４で除する。平均値計算部１９によって算出された角度平均値は、一回のリクエスト信号に対する計測結果とされる。

【0069】

つぎに、以上の構成を備えた計測装置５０を用いた計測方法の一例について説明する。図７は、実施例の計測装置５０における信号の流れを例示するタイムチャートである。

【0070】

まず、切替信号Ｇについて説明する。図８を参照すると、本実施例の切替信号Ｇは、Ｇ＝０、Ｇ＝１及びＧ＝２の３種類の信号を含んでいる。切替信号Ｇ＝１は、第１スイッチ部１４ａを、切替回路出力ａ１として信号Ｓ１を選択する状態とすると共に、第２スイッチ部１４ｂを、切替回路出力ａ２として信号Ｓ３を選択するための信号である。切替信号Ｇ＝２は、第１スイッチ部１４ａを、切替回路出力ａ１として信号Ｓ２を選択する状態とすると共に、第２スイッチ部１４ｂを、切替回路出力ａ２として信号Ｓ４を選択するための信号である。切替信号Ｇ＝０は、第１スイッチ部１４ａを、切替回路出力ａ１が発信されない、つまり、信号１と信号Ｓ２のいずれも選択されない状態とすると共に、第２スイッチ部１４ｂを、切替回路出力ａ２が発信されない、つまり、信号Ｓ３と信号Ｓ４のいずれも選択されない状態とするための信号である。このときはアナログ信号処理をしない期間なので、第１増幅器１６ａ、第１ＡＤＣ１７ａ、第２増幅器１６ｂ、第２ＡＤＣ１７ｂの電源をオフにすることができ、消費電流を下げることが可能となる。切替信号Ｇは、一定の周期でＧ＝０、Ｇ＝１及びＧ＝２の発信が繰り返される。

【0071】

なお、切替信号Ｇと、リクエスト信号の周期は、一致するように設定されている。本実施例では、リクエスト信号が立ち上がるタイミングで切替信号ＧがＧ＝１からＧ＝２に切り替わるタイミングとなるように設定されている。このことにより、平均値計算部１９によって算出された角度平均値は等価的にリクエスト信号が立ち上がるタイミング時点での、すなわち計測装置として計測が必要とされている時点での角度データとなる。

【0072】

計測装置５０は、リクエスト信号が立ち上がったタイミングにおける角度データを算出する。本実施形態では、リクエスト信号が立ち上がる直前に切替信号ＧがＧ＝１となっている。このため、その時点において、切替回路１４からは、切替回路出力ａ１として信号Ｓ１が出力され、切替回路出力ａ２として信号Ｓ３が出力される。

【0073】

切替回路出力ａ１は、第１増幅器１６ａと第１ＡＤＣ１７ａを経てＡＤＣデータｄ１に変換され、第１角度計算部１８ａに入力される。第１角度計算部１８ａは、ＡＤＣデータｄ１に基づいて角度計算値Ｐ１を算出する。切替回路出力ａ２は、第２増幅器１６ｂと第２ＡＤＣ１７ｂを経てＡＤＣデータｄ２に変換され、第２角度計算部１８ｂに入力される。第２角度計算部１８ｂは、ＡＤＣデータｄ２に基づいて角度計算値Ｐ３を算出する。

【0074】

リクエスト信号が立ち上がったタイミングで切替信号ＧがＧ＝２に切り替わる。このため、切替回路１４からは、切替回路出力ａ１として信号Ｓ２が出力され、切替回路出力ａ２として信号Ｓ４が出力される。

【0075】

切替回路出力ａ１は、第１増幅器１６ａと第１ＡＤＣ１７ａを経てＡＤＣデータｄ１に変換され、第１角度計算部１８ａに入力される。第１角度計算部１８ａは、ＡＤＣデータｄ１に基づいて角度計算値Ｐ２を算出する。切替回路出力ａ２は、第２増幅器１６ｂと第２ＡＤＣ１７ｂを経てＡＤＣデータｄ２に変換され、第２角度計算部１８ｂに入力される。第２角度計算部１８ｂは、ＡＤＣデータｄ２に基づいて角度計算値Ｐ４を算出する。

【0076】

角度計算値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、それぞれ平均値計算部１９に入力される。平均値計算部１９は、これらの値の角度平均値を算出する。算出された角度平均値が、このタイミングでの計測値とされる。

【0077】

このような検出及び演算が周期的に立ち上がるタイミング信号毎に実行される。

【0078】

本実施例は、第１のタイミングで複数の検出部に含まれる検出部のうちの一部の検出部によってパターン３ａの第１の読み取りが実行される。また、第１のタイミングと異なる他のタイミングで複数の検出部に含まれる検出部のうちの他の検出部によってパターン３ａの他の読み取りが実行される。これにより、消費電流を抑えることができる。

【0079】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0080】

１ ロータリーエンコーダ
２ ロータリースケール
３ スケールパターン
３ａ パターン
５－０ 第１検出ヘッド
５－１ 第２検出ヘッド
５－２ 第３検出ヘッド
５－３ 第４検出ヘッド
５－ｎ－１ 第ｎ検出ヘッド
５ａ 送信コイル
５ｂ 受信コイル
１０ 制御装置
１１ 切替制御部
１５ 演算部
５０ 計測装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-06-18

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

【図1】図１は第１実施形態の計測装置の構成を例示するブロック図である。

【図2】図２（Ａ）は第１実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおける検出ヘッドの配置の一例を示す図である。図２（Ｂ）は第１実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの一例である。

【図3】図３（Ａ）は第２実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおける検出ヘッドの配置の一例を示す図である。図３（Ｂ）は第２実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの一例である。図３（Ｃ）は第２実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの他の例である。

【図4】図４（Ａ）は第３実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおける検出ヘッドの配置の一例を示す図である。図４（Ｂ）は第３実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの一例である。図４（Ｃ）は第３実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの他の例である。

【図5】図５（Ａ）は第４実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおける検出ヘッドの配置の一例を示す図である。図５（Ｂ）は第４実施形態の計測装置が備えるロータリーエンコーダにおけるサンプリングタイミングを示すタイムチャートの一例である。

【図6】図６は実施例の計測装置の構成を示す図である。

【図7】図７は実施例の計測装置における信号の流れを例示するタイムチャートである。

【図8】図８は実施例の計測装置において、切替信号に応じて切り替わる切替回路の状態を示す説明図である。