症状：特定の角度で振幅が急に落ちる――局所欠陥と汚れの位置特定

毎回同じ角度に来ると信号振幅が一段落ちる場合、多くはコード板上の局所的な欠陥か汚れです。落ち込みの深さはほぼ遮られた面積を検出窓面積で割った値、継続する弧長はほぼ欠陥長さと窓幅の和です。本稿ではオシロスコープの読みから欠陥の寸法と角度位置を逆算する方法、3種類の欠陥の波形の特徴、許容できる振幅低下の判定基準を示します。

コード板を一定速度で回すと、ほとんどの角度で振幅は正常なのに、ある決まった位置に来るたびに一段へこみ、それが数度続きます。へこみの位置はZパルスと照らし合わせるとぴたりと一致します。これは問題がコード板上のある局所に固定されていることを示しています。傷、クロム残り、パーティクル、指紋のいずれかです。顕微鏡でディスク全面を探すより、まずオシロスコープ上のへこみから欠陥の大きさ、性質、位置を計算し、そのうえで狙った場所を確認するほうが得策です。

へこみの深さと幅

単一フィールド検出（各位相が同じ検出エリア内に交互に配置される方式）を例にとります。欠陥がピッチより大きい場合、それが覆った部分の検出窓は変調を生まなくなり、四つの位相が同じ比率で影響を受けるため、A、Bの振幅は同じ比率で低下します。

d = A_overlap / (W·H)

ここでA_overlapは欠陥と検出エリアの重なり面積、W、Hは検出窓の接線方向の幅と半径方向の高さです。欠陥の接線方向の長さをL、半径方向の幅をhとすると、検出窓を通過する弧長はL + Wで、継続角は

Δθ ≈ (L + W) / r

へこみは一般に台形になります。両側の斜面がそれぞれmin(L, W)、平らな底が|L − W|を占め、最大深さはmin(L, W)·min(h, H)/(W·H)です。楕円形の欠陥ではさらに約π/4を掛けます。欠陥がピッチより小さい場合、結果はそれがクロム線上にあるか透過スリット上にあるかで変わり、単独の欠陥で0から約2倍の間で変動します。

計算例：r = 20 mm、5000本（p ≈ 25.1 μm）、検出窓1.0 × 0.5 mm（仮定）：

オシロスコープから欠陥寸法を逆算する

時間の読みは回転速度の変動の影響を受けるので、信号周期を数えるほうが確実です。へこみ全体の継続をN_tot周期、平らな底をN_f周期、片側の斜面をN_r周期、ピッチをpとすると

L + W = N_tot·p、|L − W| = N_f·p、min(L, W) = N_r·p

N_r·pが検出窓幅Wに近ければL ≥ Wであり、欠陥長さはL = (N_tot − N_r)·pです。そうでなければL = N_r·pです。さらに深さから半径方向寸法h ≈ d·W·H/min(L, W)が求まります。検出窓の照度が不均一だとへこみの縁が丸くなるので、斜面の長さは深さ10%から90%までの周期数をとり、適宜外挿するとよいでしょう。

角度位置：Zパルスからへこみ中心までの周期数n_cを数えると、回転角はΔφ = n_c·360°/Nです。コード板上の欠陥の位置は、Z目盛線から回転方向と逆向きにΔφだけ数えた所で、そこから読取りヘッド図面上のZ検出器とインクリメンタル検出窓中心との接線方向のずれを差し引きます。顕微鏡下でZ目盛線を基準にその角度まで回し、読取り半径r ± H/2の帯の中を探せば、たいてい1視野で見つかります。

3種類の欠陥の波形の特徴

交流振幅だけでは欠陥の性質は分からず、直流も同時に見る必要があります。差動出力では直流が打ち消されるので、読取りヘッドのシングルエンドのテストポイント、または四つの位相の和を使います（図3）。

• クロム層を貫通した傷：欠陥部は全透過になり、交流はf低下する一方で直流はむしろ上昇し、コード板のデューティ比50%では約f上昇する。縁は急峻で、接線方向の傷は長く浅く、半径方向の傷は短く角張る。
• クロム残りまたは不透明なパーティクル：交流と直流が同じ比率で低下する。へこみの形は欠陥の外形で決まり、単独の点として現れることが多い。
• 指紋や油膜：主に散乱による。散乱の比率をs、散乱光のうち依然として受光素子に届く割合をηとすると、交流はs低下し、直流はs·(1 − η)しか低下せず、交流の落ち方が直流より大きい。縁はなだらかで、継続角が長く、形は不規則で、まとまって現れることが多い。散乱の定量モデルは本ライブラリの汚れの記事を参照。

見た目は似ていても角度にロックしない場合もあります。汚れが読取りヘッドの窓やインデックススケールに付いている場合です。このときは全周にわたって一定の振幅低下やオフセットになり、Zとの位相関係も固定されないので、コード板上の欠陥と区別できます。

許容できる振幅低下の判定基準

単一フィールド検出では、へこみはA、Bの同相変化なので、atan2による内挿そのものは誤差を生みません。判定は主に余裕で見ます。最小振幅A·(1 − d − η_other)がアラーム閾値を上回り、かつ余裕を残していること、矩形波出力ではさらにコンパレータのヒステリシスを上回っていることが必要です。固定オフセットの相対値は1/(1 − d)倍に拡大されます。一般にdが10%以内なら大きな問題はなく、20%を超えたら対処すべきです（判定基準は一例で、製品のアラーム閾値に応じて調整）。

分割フィールド検出（A+、B+、A−、B−がそれぞれ独立した検出窓をもつ方式）ではずっと厳しくなります。欠陥が一つのフィールドにだけかかると、約f/(2M)のオフセットが生じます。Mは変調度です。M = 0.5、許容オフセット1%（2048本で約1″）のとき、一つのフィールドで許される遮蔽面積は約1%しかありません。

速度の影響にも注意が必要です。低速では自動ゲインや自己校正がへこみに追従し、へこみを「ならす」代わりにオフセットの跳びを生じることがあります。高速ではへこみはごく短時間しか続きません。測定は一定の低速で行い、自動ゲインはオフにするか記録しておきます。

設計上のポイント

• まずへこみがZにロックしているかを確認する。コード板にロックしていれば欠陥、ロックしていなければ読取りヘッド側を調べる。
• 寸法の逆算には時間ではなく周期数を使う：L + W = N_tot·p、|L − W| = N_f·p、深さから半径方向寸法が求まる。
• シングルエンドの直流も同時に見る。直流が上昇すればクロム層貫通、同じ比率で低下すれば不透明物、交流が直流より大きく落ちれば散乱による汚れ。
• 顕微鏡で確認するときはZ目盛線を基準に回転方向と逆向きにΔφを数え、Zとインクリメンタル検出窓の接線方向のずれを差し引く。
• 分割フィールド検出は単一フィールドの交互配列に比べて局所欠陥への許容度がはるかに低い。受入検査の欠陥寸法限度は読取りヘッドの構成ごとに定めること。
• 清掃後に同じ角度でへこみの深さを再測定し、浅くなれば汚れ、変わらなければパターン欠陥。

まとめ

決まった角度に現れる振幅のへこみは、一種のものさしとして使えます。深さは遮蔽面積が検出窓に占める割合に、周期数は欠陥と検出窓の接線方向寸法の和に対応し、Zが角度位置を与えます。さらにシングルエンド直流の上下で欠陥の性質を判断すれば、コード板上の指定位置を直接確認でき、読取りヘッドの構成に応じた許容振幅低下の限度も示せます。

中国語原文記事の翻訳 (0204). ENC7 コード板メーカー（お問い合わせ） · 技術記事 · https://enc7.com

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