CN110608758A - 光学式旋转编码器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对污损的耐性更高的光学式旋转编码器。编码器(10)是具备码盘(30)的光学式旋转编码器。码盘(30)具备：用于产生M代码信号的M代码区域(31)、用于产生格雷码信号的格雷码区域(32)、以及产生增量信号的增量区域(33)。编码器(10)也可以是绝对编码器。

Description

光学式旋转编码器

技术领域

本发明涉及光学式旋转编码器。

背景技术

光学式旋转编码器用于检测旋转体的旋转位置。以往的光学式旋转编码器的结构的例子，记载于专利文献1～3。作为旋转位置的检测方式，可举出利用格雷码的方式、利用M代码的方式、利用增量信号的方式等。

特别是，在专利文献1中记载有检测机构具有冗余性的编码器的例子，在专利文献2中记载有具有错误修正/检测功能的编码器的例子，在专利文献3中记载有具有异常检测功能的编码器的例子。

专利文献1：日本特开2016－53570号公报

专利文献2：日本特开平5－252037号公报

专利文献3：日本特开平9－105646号公报

然而，以往的光学式旋转编码器存在容易污损的问题。

例如，若在编码板的一部分(狭缝、码盘、码道等)附着灰尘、污渍，则有信号发生异常，而无法进行正常的位置检测，或精度恶化的情况。

另外，也已知有使用2个信号的冗余结构，但存在在一个信号发生异常的情况下，无法判定哪个信号是正确的情况。

发明内容

本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于提供一种对于污损具有更高的耐性的光学式旋转编码器。

本发明的光学式旋转编码器是具备码盘的光学式旋转编码器，

上述码盘具备：

M代码区域，用于产生M代码信号；

格雷码区域，用于产生格雷码信号；以及

增量区域，用于产生增量信号。

根据特定的方式，上述编码器是绝对编码器。

根据特定的方式，上述M代码区域、上述格雷码区域以及上述增量区域分别配置于不同的径向范围内。

根据特定的方式，上述编码器具备控制装置，

上述控制装置构成为：

基于上述M代码信号来决定M代码位置，

基于上述格雷码信号来决定格雷码位置，

基于上述增量信号来决定增量位置，

在上述M代码位置、上述格雷码位置以及上述增量位置中的至少2个位置一致的情况下，输出表示该一致的位置的信号。

根据特定的方式，上述控制装置构成为：

在上述M代码位置和上述格雷码位置一致，上述增量位置不同的情况下，输出涉及上述增量位置的错误信息，

在上述格雷码位置和上述增量位置一致，上述M代码位置不同的情况下，输出涉及上述M代码位置的错误信息，

在上述增量位置和上述M代码位置一致，上述格雷码位置不同的情况下，输出涉及上述格雷码位置的错误信息。

本发明的光学式旋转编码器由于并用3种信号来检测旋转位置，即使在由于污损而不能利用任意一种的情况下，也能够基于剩余的两种信号来检测正确的旋转位置，针对污损的耐性更高。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的光学式旋转编码器的结构的例子的图。

图2是表示图1的光学式旋转编码器的读取窗口的结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

实施方式1.

图1中示有本发明的实施方式1的编码器10的结构的例子。编码器10是光学式的旋转编码器。另外，编码器10作为绝对编码器发挥功能。

编码器10具备发光部20、码盘30、读取窗口部40以及受光部50。用箭头L表示从发光部20输出的光。码盘30具备遮光部以及透光部(狭缝等)，从发光部20输出的光根据发光的位置和码盘30的旋转位置，被遮光部遮挡或者通过透光部。通过透光部的光的一部分进一步通过读取窗口部40到达受光部50，在受光部50转换为电信号等信号。

码盘30具备用于产生M代码信号的M代码区域31、用于产生格雷码信号的格雷码区域32以及用于产生增量信号的增量区域33。M代码区域31、格雷码区域32以及增量区域33也可以分别由一个以上的码道构成。

在M代码区域31，在周向上，按照表示M代码的特定的图案排列有遮光部和透光部，能够根据规定的周向范围内的图案唯一确定码盘30的旋转位置。具体的图案能够使用利用M代码的公知的光学式旋转编码器的图案。例如，也可以利用专利文献2所记载的图案。

在格雷码区域32，在周向以及径向上，按照表示格雷码的特定的图案排列有遮光部和透光部，能够根据规定的周方向位置的图案唯一确定码盘30的旋转位置。具体的图案能够使用利用格雷码的公知的光学式旋转编码器的图案。

在增量区域33，在周向上，沿着一定周期的反复图案排列有遮光部和透光部，能够根据规定的周向位置的图案的变化确定码盘30的旋转量(旋转角度)。虽然未特别图示，但增量区域33也可以是对相位相互相差1/4周期的2个相同形状的反复图案进行组合而成的区域。

与M代码区域31、格雷码区域32以及增量区域33对应，读取窗口部40具备M代码用窗41、格雷码用窗42以及增量用窗43。另外，与M代码区域31、格雷码区域32以及增量区域33对应，受光部50具备M代码受光部51、格雷码受光部52以及增量受光部53。

在图2中，示有码盘30以及读取窗口部40的位置关系的例子。图2是从码盘30的轴向观察到的图，例如在图2的纸面里侧方向配置有发光部20，在纸面近前侧方向配置有受光部50。

如图2所示，读取窗口部40的M代码用窗41、格雷码用窗42以及增量用窗43分别配置于不同的径向范围。与此对应，码盘30的M代码区域31、格雷码区域32以及增量区域33也分别配置于不同的径向范围。

如图2所示，各区域也可以分散地配置于多个径向范围。在图2的例子中，格雷码用窗42遍及2个径向范围，合计形成8个，由此能够读取最大8位的格雷码。

此外，虽然未特别图示出M代码用窗41以及增量用窗43的构造的详细内容，但它们的具体的结构分别能够使用利用M代码以及增量信号的公知的光学式旋转编码器的读取窗口的结构。

如图1所示，通过M代码区域31的光通过M代码用窗41到达M代码受光部51。另外，通过格雷码区域32的光通过格雷码用窗42到达格雷码受光部52。进一步，通过增量区域33的光通过增量用窗43到达增量受光部53。

这样，受光部50检测与各区域对应的光的图案，生成并输出表示它们的电信号。

作为用于处理各信号的结构，编码器10具备计数器60以及控制装置70。另外，编码器10具备与受光部50、计数器60以及控制装置70连接的信号线。

作为受光部50的输出信号线，设置有用于输出M代码信号的M代码信号线81、用于输出格雷码信号的格雷码信号线82、以及用于输出增量信号的增量信号线83。

增量信号线83与计数器60的输入连接。计数器60基于增量信号，例如通过累计脉冲数，来生成表示码盘30的旋转量(旋转角度)的计数信号。计数器60的输出连接有计数信号线84，计数信号被输出至计数信号线84。

M代码信号线81、格雷码信号线82以及计数信号线84与控制装置70的输入连接，控制装置70接收M代码信号、格雷码信号以及计数信号。

控制装置70基于输入的各信号，分别独立地决定码盘30的旋转位置。即，基于M代码信号来决定第一位置(M代码位置)，基于格雷码信号来决定第二位置(格雷码位置)，并基于增量信号来决定第三位置(增量位置)。

在这里，通常，M代码位置、格雷码位置以及增量位置全部相互一致。此外，在本说明书中，所谓的“一致”，严格来说不仅有一致的情况，还包括即使在各信号的分辨率不同的情况等也在规定的允许误差范围内匹配的情况。

在这里，在增量位置的决定需要一些绝对基准的情况(例如需要表示码盘30的初始位置的信息的情况等)下，本领域技术人员能够适当地决定绝对基准的给予方。例如，控制装置70可以在编码器10接通电源时进行初始化处理，在该初始化处理中，也可以基于M代码信号或者格雷码信号来获取码盘30的初始位置(或者使码盘30旋转到规定的初始位置)，基于距离该初始位置的变化量来计算增量位置。

控制装置70对决定出的各位置进行比较，基于多数表决的原理来选择正确的位置。控制装置70的输出连接有旋转位置信号线85以及错误信号线86，选择的结果经由这些信号线输出。

在M代码位置、格雷码位置以及增量位置全部一致的情况下，控制装置70判定该一致的位置是正确的位置，将表示该正确的位置的位置信号输出至旋转位置信号线85。在该情况下，控制装置70不向错误信号线86输出错误信号。

在M代码位置、格雷码位置以及增量位置中的2个一致，剩余的一个不同的情况下，控制装置70判定一致的位置是正确的位置，并将表示该正确的位置的位置信号输出至旋转位置信号线85。在该情况下，控制装置70将错误信号输出至错误信号线86。

若对以上进行总结，控制装置70能够在M代码位置、格雷码位置以及增量位置中的至少2个一致的情况下，将表示该一致的位置的信号输出至旋转位置信号线85。

被输出至错误信号线86的错误信号可以是仅表示错误的有无的信号，进一步也可以是包含确定不一致的信号的信息的信号。具体的如下。在M代码位置和格雷码位置一致，增量位置不同的情况下，控制装置70输出涉及增量位置的错误信息。在格雷码位置和增量位置一致，M代码位置不同的情况下，控制装置70输出涉及M代码位置的错误信息。在增量位置和M代码位置一致，格雷码位置不同的情况下，控制装置70输出涉及格雷码位置的错误信息。

如以上说明的那样，由于实施方式1的编码器10并用3种信号来检测旋转位置，所以即使在由于污损而不能利用任意一种的情况下，也能够基于剩余两种信号来检测正确的旋转位置，针对污损的耐性进一步提高。

另外，由于能够判定并输出3种信号中的哪一个信号异常，所以维护作业变得更容易。

在上述的实施方式1中，能够实施如下的变形。

码盘30中的遮光部以及透光部的图案的配置能够任意地变形，与此相对读取窗口部40的图案也能够变形。例如，格雷码用窗42的数量也可以根据所需的格雷码的位数来变更。另外，在无需检测旋转方向的情况下，也能够减少M代码用窗41、格雷码用窗42以及增量用窗43的数量。

附图标记说明

10…编码器(光学式旋转编码器)；30…码盘；31…M代码区域；32…格雷码区域；33…增量区域；70…控制装置。

Claims (5)

1.一种编码器，是具备码盘的光学式旋转编码器，其中，

上述码盘具备：

M代码区域，用于产生M代码信号；

格雷码区域，用于产生格雷码信号；以及

增量区域，用于产生增量信号。

2.根据权利要求1所述的编码器，其中，

上述编码器是绝对编码器。

3.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，

上述M代码区域、上述格雷码区域以及上述增量区域分别配置于不同的径向范围内。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的编码器，其中，

上述编码器具备控制装置，

上述控制装置构成为：

基于上述M代码信号来决定M代码位置，

基于上述格雷码信号来决定格雷码位置，

基于上述增量信号来决定增量位置，

在上述M代码位置、上述格雷码位置以及上述增量位置中的至少2个位置一致的情况下，输出表示该一致的位置的信号。

5.根据权利要求4所述的编码器，其中，

上述控制装置构成为：

在上述M代码位置和上述格雷码位置一致，上述增量位置不同的情况下，输出涉及上述增量位置的错误信息，

在上述格雷码位置和上述增量位置一致，上述M代码位置不同的情况下，输出涉及上述M代码位置的错误信息，

在上述增量位置和上述M代码位置一致，上述格雷码位置不同的情况下，输出涉及上述格雷码位置的错误信息。