■ ポイン

・ 高分解

・ ロータ

・ 高精度

■ 概 要

独立行

究部門【

会社 マグ

超高精度

今回開

に、産総

の市販品

（角度秒

で、複雑

粗さが改

車のよう

なお、

月 16 日

超高

－ ロ

ント ■

解能ロータリー

リーエンコー

度な角度位置決

要 ■

政法人 産業

研究部門長

グネスケール

で超高分解能

発したロータ

研が開発した

では達成でき

）の超高精度

なエンジンブ

善され、研磨

に大型化と精

この成果の詳

（英国時間）

日本のも

高精度、超

ロボットや

ーエンコーダ

ーダーを装置

決め技術を必

業技術総合研究

千葉 光一】

ル【代表取締役

能のロータリ

タリーエンコ

た SelfA(自己

きなかった 3

度で角度を計

ブレードなど

磨せずに鏡面

精密加工の両

詳細は、英国

にオンライン

ものづくりに

超高分解能

や工作機械の

ダーに産総研

置に組み込ん

必要とする工

究所【理事長

長さ計測科

役社長 藤森

ーエンコーダ

コーダーは、マ

己校正機能付

60°を 2 の

計測できる。

どの加工を行

面加工を行え

両立が必要とな

国科学雑誌「M

ン掲載された

に貢献する超高

- 1 -

のロータ

の角度制御能

独自の技術を

だ後でも角度

作機械などの

長 中鉢 良治】

幾何標準研

徹】（以下

ダーを開発し

マグネスケー

付き角度検出

33 乗（約 86

このロータリ

うと、形状精

る可能性があ

なる部品の加

Measurement

た。

高精度・高分

リーエン

能力を格段

独立行政

株 式 会

を応用して角

度誤差の検出

の精度と生産

】（以下「産

究室 渡部 司

「マグネスケ

した。

ールの高分解

器)の技術を

6 億）に分割

リーエンコー

精度が上がる

ある。またタ

加工精度と生

t Science an

分解能角度計

コーダー

に向上 －

平成

政法人 産業技

会 社 マ グ

角度位置を超高

出が可能

産性の向上に貢

産総研」とい

司 上級主任研

ケール」とい

解能ロータリー

を応用したもの

割した超高分解

ーダーを組み込

るだけではな

ービン部品や

産性の向上が

nd Technolog

は【用語

計測が開く未来

26 年 4月 23

技術総合研究

ネ ス ケ ー

高精度に検出

貢献

う）計測標準

研究員は、株

いう）と共同

ーエンコーダ

ので、これま

解能、±0.03

込んだ工作機

く加工面の表

や風力発電の

が期待される

gy」に 2014 年

語の説明】参

来

3 日

究所

ル

出

準研

株式

で、

ダー

まで

3″

機械

表面

の歯

る。

年 4

参照

■ 開発の

工作機

高精度、

ンコーダ

誤差要因

度での角

■ 研究の

マグネ

ータリー

（角度信

が、マグ

れを内挿

目盛スケ

工作機械

間に軸ズ

ることが

産総研

ーを開発

ンコーダ

そこで

こととし

■ 研究の

図 1（左

ナログ正

個用いて

とで、検

精度に検

目盛誤差

よる角度

隔は 1 µm

なった 25

格子干渉

アナログ

にそれぞ

らに 8 個

誤差を高

の社会的背景

械、半導体の

高分解能、高

ーには目盛誤

があり、取り

度計測や制御

の経緯 ■

スケールでは

エンコーダー

号パルスの数

ネスケールの

分割したデジ

ールとその目

など）の回転

レ（偏心）が

困難であり、

は、これまで

してきたが、

ーに対する S

両者は、超高

た。

の内容 ■

左）に示すマ

弦波信号数

、SelfA 機能

出ユニットが

出し、補正す

だけではなく

誤差も含まれ

である。検出

50 nm 周期のア

計方式である

信号を内挿分

れ内挿回路を

の角度信号に

精度に検出す

景 ■

の直接描画装置

高速応答のロ

誤差に加えて

り付け後のロ

御を行うこと

は、高速応答

ーの円盤状の

数）は、通常

のロータリー

ジタルの角度

目盛を検出す

転軸に取り付

が生じてしま

超高分解能

で SelfA の技

数十万パル

SelfA の技術

高分解能ロー

マグネスケー

：2 の 21 乗=

能を持つロータ

が出力する角

することができ

く、分離型の

れているため

出ユニットで

アナログ信号

るためアナロ

分割してデジ

を取り付け、

に対して Sel

することがで

置、精密測定

ロータリーエ

て、機器の回転

ロータリーエ

とは困難と考え

答できる超高分

の目盛スケール

常は 360°の一

ーエンコーダー

度信号では 10

する検出ユニ

付けるときに、

まう。偏心は角

能ではあるが高

技術により 0

ルス以下の分解

術の実証研究は

ータリーエンコ

ルが新規開発

=2,097,152）

タリーエンコ

角度信号に含

きる。このロ

のロータリー

め、取り付け後

でこの目盛ス

号（正弦波信

ログ信号の信号

ジタル信号へと

アナログ信号

fA の自己校

できた。

- 2 -

器や光学部品

ンコーダーが

転軸への取り

ンコーダーを

えられてきた

分解能ロータ

ル（直径 167

一回転で数万

ーは 200 万パ

00 億パルス以

ットが分離し

、装置の回転

角度誤差の要

高精度とはい

.1″（角度秒

解能を対象と

は行っていな

コーダーに S

発した直径 16

と、図 1（右

コーダーを製

まれる角度誤

ータリーエン

エンコーダー

後の誤差も検

ケールを検出

号）として出

号歪が非常に

と変換できる

号を 4096 倍に

正機能を適用

品加工機など

が不可欠であ

り付け時に発

を用いて 0.1

た。

タリーエンコ

7 mm）から出

万パルスから

パルス以上の

以上の分解能

しているため

転軸中心と目

要因となるた

いえなかった

秒）の精度を

としており、

なかった。

SelfA を適用

67 mm の目盛

右）に示す分

作した。Sel

誤差をロータ

ンコーダーが

ーでは困難で

検出できる。

出すると、目

出力される。

に小さく、内

る。今回の実

に分割してデ

用することで

どの高分解能角

ある。しかし、

発生する偏心誤

″（角度秒）

ーダーを開発

出力される角度

10 万パルスが

のアナログ信号

能を達成してい

め、装置（例え

盛スケールの

ため、利用時の

。

を持つロータ

超高分解能の

用するための共

盛スケール（一

分離型の検出ユ

fA の自己校正

リーエンコー

が検出できる角

であった取り付

目盛スケール

目盛間隔がさ

検出ユニッ

内挿回路を用い

験では 8 個の

デジタル信号

で、デジタル角

角度計測には

、ロータリー

誤差などの角

）を超える高

発している。

度信号の分解

が一般的であ

号が得られ、

いる。しかし

えばモーター

の回転軸中心

の精度を推定

リーエンコー

のロータリー

共同研究を行

一周あたりの

ユニットを複

正機能を持つ

ーダー自体が

角度誤差には

付け時の偏心

ル上の目盛の

らに 4 分の 1

トの検出原理

いて高い精度

の検出ユニッ

に変換した。

角度信号の角

は、

ーエ

角度

高精

ロ

解能

ある

そ

し、

ーや

心の

定す

ーダ

ーエ

行う

のア

複数

つこ

が高

は、

心に

の間

1に

理は

度で

ット

さ

角度

この角

に産総研

自体が自

しいこと

ら、この

取り付け

が得られ

号の角度

わかった

図1

マグネ

度誤差検出能

が持つ角度の

己校正により

がわかった。

エンコーダー

た後でも、S

ることになる

誤差を別途計

。

マグネスケー

ネスケールの検

目盛スケー

角度

能力を評価す

の国家標準器

り検出した角

ロータリー

ーを工作機械

SelfA による

る。さらに、

計測した結果

ールが新規開発

検出ユニットを

図 2 今回

国家標準器

ール

度の国家標準

今

するために、開

器に取り付けて

角度誤差は 36

ーエンコーダー

械、半導体の直

る自己校正を実

本研究では全

果、検出位置

発した直径167

を8個使用した

回開発したロ

器に取り付けて

準器

今回開発した

- 3 -

開発したロー

て精度評価を

60°の全角度

ーの取り付け

直接描画装置

実施すること

全体の精度だ

を変えても±

mmの目盛スケ

た「自己校正機

ータリーエン

て精度評価を

SelfA ロータ

ータリーエン

を行った結果

度領域で±0.

けを変えても

置、精密測定

とにより、全

だけでなく、

±0.0015″（

ケール（一周約

機能付きロータ

ンコーダーを

をしている実

タリーエンコ

コーダーを図

果、ロータリー

03″（角度秒

も同じ精度が得

定器や光学部品

全角度領域で±

一目盛スケー

（角度秒）以下

約200万パルス）

タリーエンコー

を角度の

実験の様子

ーダー

図 2 に示すよ

ーエンコーダ

秒）の精度で

得られたこと

品加工機など

±0.03″の精

ール内の内挿

下であること

）（左）と

ーダー」（右）

よう

ダー

で正

とか

どに

精度

挿信

とも

■ 今後の

原理開

出ヘッド

らなる精

まで向上

■ 本件問

独立行政

計測標準

上級主任

【用語

◆ロータ

分度器

角度の位

◆SelfA

角度の

校正方法

単体で行

ユニット

◆エンジ

ジェッ

の予定 ■

発は既に本研

と内挿回路を

度改善にも取

させることを

問い合わせ先

法人 産業技

研究部門 長

研究員 渡部

の説明】

リーエンコー

のようなもの

置決め制御に

（自己校正機

国家標準器は

を用いて校正

うことを可能

を等角度分割

ンブレード

ト旅客機など

研究で終了し

をユニット化

取り組み、現

をめざす。

先 ■

技術総合研究所

長さ計測科 幾

部 司

【プレス発独立行政〒305-85つくばTEL：02 株式会社〒259-1TEL：046

ーダー

ので、産業用

に用いられる

機能付き角度検

は、取り付け

正する。Self

能としている

割位置に配置

どのエンジン

しているため、

化したトータル

在±0.03″

所

幾何標準研究室

〒305-8563

TEL：029-86

E-mail：t.w

発表／取材に関政法人 産業技568 茨城県つ

ば本部・情報9-862-6216

社マグネスケー146 神奈川県63-92-2133 FA

用ロボットや工

る重要な部品で

検出器）

けられた外部

fA は角度の国

るエンコーダー

置するだけであ

ンの中に入って

- 4 -

、マグネスケ

ルシステムの

（角度秒）の角

室

茨城県つく

61-4041 FAX

watanabe@ais

関する窓口】技術総合研究所つくば市梅園 1技術共同研FAX：029-86

ール 社長室県伊勢原市鈴川AX：0463-92-

工作機械、モ

である。

ロータリーエ

国家標準器を

ーである。し

ある。

ているタービ

ケールは、ユ

の商品化をこ

角度誤差検出

ば市梅園 1-1

：029-861-4

st.go.jp

所 広報部 報1-1-1 中央第究棟 8F 62-6212 E-m

田中 卓治 川 45 -7978 E-mai

モーターなど

エンコーダー

を内蔵させる

しかし、その

ビンの羽。

ユーザーの利便

れから検討す

出能力を±0.

1-1 中央第 3

049

道室 北澤 知第 2

ail：press-m

l：info-mgs@

どの回転軸に取

ーを等分割平均

ることにより等

の構造は単純で

便性を考慮し

する。また、

01″（角度秒

3

知子

ml@aist.go.j

@magnescale.

取り付けられ

均法という自

等分割平均法

で複数個の検

し検

さ

秒）

jp

com

れ、

自己

法を

検出

◆鏡面加

鏡のよ

磨などで

ず最初か

◆角度誤

ロータ

ットが検

度誤差要

する後天

によりさ

ている偏

取り付け

軸偏心に

◆内挿分

ロータ

力する。内

作られる

コーダー

割で計算

◆格子干

格子干

子の位相

学式スケ

検出可能

工

うに表面を滑

追加工すると

ら鏡面にでき

差要因

リーエンコー

出し、目盛の

因には、メー

的偏差要因が

ら角度誤差が

心誤差は先天

る際に発生す

よる誤差は検

割

リーエンコー

内挿回路はこ

リサージュ内

の場合、正弦

しているので

渉計方式

渉計方式は、

を干渉によっ

ールで使用さ

であるため分

滑らかに加工

と鏡面状にな

きる。

ーダーは、分

の数をカウン

ーカーの製造

がある。目盛

が増大する場

天的偏差要因

する偏心誤差

検出が困難で

ーダーの検出

この信号を AD

内の角度を数

弦波出力の数

で、2 の 21 乗

スケールと

って検出する

されるモアレ

分解能が高い

工すること。通

なるが、非常

分度器のよう

ントして角度情

造過程で発生す

盛スケールの誤

場合もある。

因であるが、

差は後天的偏差

である。

出ユニットは、

D コンバータ

数値計算する

数は 2 の 21 乗

乗×2 の 12 乗

として使用す

る方式。光の波

レ方式に比べ、

いという利点が

- 5 -

通常の金属加

に分解能の高

に目盛盤上に

情報を出力し

する先天的偏

誤差は使用時

エンコーダー

ロータリーエ

差要因になる

、90 度位相の

ーでデジタル

ことで、一信

乗、リサージ

乗＝2 の 33 乗

る回折格子に

波の性質を使

、スケール格

がある。

加工では加工

高い高精度加

に描かれてい

している。ロ

偏差要因と、

時の測定環境

ーの回転軸の

エンコーダー

る。これは取

の異なる二つ

ル信号に変換

信号出力内の

ュ信号の 360

乗の分解能が得

によって回折

使って格子の

格子の波長が

工の跡が残る。

加工を行うと加

いる目盛スケー

ータリーエン

ユーザーの使

境により目盛盤

の中心と目盛盤

ーの回転軸を装

取り付け時に発

つの正弦波アナ

換し、二つのデ

の分解能を上げ

0 度を 4096

得られる。

折された光に含

の位置を検出す

が光の波長よ

。これをバフ

加工の跡を残

ールを検出ユ

ンコーダーの

使用状況に起

盤がゆがむこ

盤の中心がず

装置の回転軸

発生するため

ナログ信号を

デジタル信号

げる。（本エ

（2 の 12 乗）

含まれる回折

する。一般の

り短くなって

フ研

残さ

ユニ

の角

起因

こと

ずれ

軸に

め、

を出

号で

エン

分

折格

の光

ても