独立行政机构国立产业技术综合研究所[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）测量标准研究部[研究部部长千叶浩一]长度测量部几何标准实验室高级研究员渡边司与Magnescale Co, Ltd[代表董事兼社长藤森彻]（以下简称“Magnescale”）合作开发超高精度和超高分辨率旋转编码器
新开发的旋转编码器是AIST为Magnescale开发的高分辨率旋转编码器SelfA（具有自校准功能的角度检测器）技术，可以以2的33次方（约86亿）的360度超高分辨率和±003英寸（角秒）的超高精度测量角度，这是传统商业产品无法实现的。发动机叶片不仅提高了形状精度，而且还提高了加工表面的表面粗糙度，无需抛光镜面它还有望提高需要大尺寸和精密加工的零件的加工精度和生产率，例如涡轮机零件和风力发电齿轮。
该结果的详细内容请参考英国科学杂志《测量科学与技术'' 在线发布。
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| 超高精度和高分辨率角度测量开启未来，这将为日本制造业做出贡献 |
高精度、高分辨率、快速响应的旋转编码器对于机床、半导体直写设备、精密测量仪器、光学零件加工机械等的高分辨率角度测量至关重要。然而，除了刻度误差之外，旋转编码器还受到安装在设备旋转轴上时出现的偏心误差的影响。角度误差系数安装后使用旋转编码器进行超过01英寸（角秒）的高精度角度测量和控制被认为是困难的。
在 Magnescale，我们正在开发一种可以快速响应的超高分辨率旋转编码器。旋转编码器的圆盘形刻度尺（直径167毫米）输出的角度信号的分辨率（角度信号脉冲数）通常为每360°旋转数万至10万个脉冲，但Magnescale的旋转编码器可以获得超过200万个脉冲的模拟信号，并且插值除法数字角度信号的分辨率超过100亿个脉冲。然而，由于分度尺和检测分度的检测单元是分离的，因此当将其安装到装置（例如电机或机床）的旋转轴上时，装置的旋转轴的中心和分度尺的旋转轴的中心之间会产生轴向偏差（偏心）。由于偏心导致角度误差，因此在使用过程中很难估计精度，虽然具有超高分辨率，但并不能说是高精度。
产业技术研究所此前曾利用SelfA技术开发出精度为01英寸（角秒）的旋转编码器，但目标是分辨率为数十万脉冲以下，并且没有针对超高分辨率旋转编码器的SelfA技术进行实证研究。
因此，双方决定共同研究将SelfA应用于超高分辨率旋转编码器。
具有SelfA功能的旋转编码器是使用图1（左）所示的Magnescale新开发的直径为167mm的刻度尺（每转模拟正弦波信号数：2的21次方=2,097,152）和图1（右）所示的多个独立检测单元制造的。凭借SelfA的自校准功能，旋转编码器本身可以高精度地检测并校正检测单元输出的角度信号中包含的角度误差。该旋转编码器可以检测的角度误差不仅包括刻度误差，还包括安装时偏心引起的角度误差，这是单独的旋转编码器难以做到的，因此也可以检测安装后的误差。刻度尺上的刻度间隔为 1 µm。当检测单元检测到该刻度时，将其作为周期为250nm且刻度间隔进一步减小至四分之一的模拟信号(正弦波信号)输出。检测单元的检测原理是光栅干涉仪法，模拟信号的信号失真很小，可以利用插值电路对模拟信号进行高精度插值和分割，转换为数字信号。在本实验中，8个检测单元分别附加插值电路，将模拟信号除以4096倍，转换为数字信号。此外，通过将SelfA的自校准功能应用于八个角度信号，可以高精度检测数字角度信号的角度误差。
为了评估这种角度误差检测能力，我们将开发的旋转编码器附加到AIST持有的国家角度标准（如图2所示）并评估其精度。结果，我们发现旋转编码器本身通过自校准检测到的角度误差是正确的，在整个360°角度范围内精度为±003英寸（角秒）。即使旋转编码器的安装方式不同，也能获得相同的精度，因此即使将该编码器安装在机床、半导体直写设备、精密测量仪器、光学零件加工机等中，通过SelfA进行自校准，这意味着在整个角度范围内可以获得±003"的精度。此外，在本研究中，我们不仅测量了整体精度，还单独测量了插值信号在一格范围内的角度误差，发现它小于即使检测位置改变，也能达到±00015"（角秒）。
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| 图1“具有自校准功能的旋转编码器”，使用Magnescale新开发的167毫米直径标尺（每转约200万个脉冲）（左）和8个Magnescale检测单元（右） |
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| 图2 将新开发的旋转编码器附加到国家角度标准并评估精度的实验 |
由于这项研究的原理开发已经完成，Magnescale现在将考虑将检测头和插值电路组合成一个单元的整个系统商业化，以方便用户。我们还将致力于进一步提高精度，目标是将当前的角度误差检测能力从±003英寸（角秒）提高到±001英寸（角秒）。