DE102019116914A1

DE102019116914A1 - Codierer, verarbeitungsvorrichtung, verarbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE102019116914A1
Application number: DE102019116914.3A
Authority: DE
Inventors: Yuji MATSUZOE; Tomoharu Nakayama; Hiroyuki Matsumoto; Hirotomo Hisama
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-03-05
Also published as: JP2020034392A; CN110873582B; CN110873582A

Abstract

[Kurzdarstellung][Aufgabe] Die Bereitstellung eines Codierers oder dergleichen, der in der Lage ist, die Auflösung der Interpolation ungeachtet der Auflösung einer AD-Wandlerschaltung oder dergleichen zu verbessern.[Mittel zur Lösung]Ein Codierer 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Signalverarbeitungsschaltung 170, die dafür konfiguriert ist, ein erstes periodisches Signal und ein zweites periodisches Signal, die eine zuvor festgelegte Phasendifferenz aufweisen, in Reaktion auf eine Rotation eines zu messenden Objekts auszugeben, eine AD-Wandlungsschaltung 174, die dafür konfiguriert ist, das erste periodische Signal in ein digitales Signal von einer ersten Datenlänge zu konvertieren, eine AD-Wandlungsschaltung 176, die dafür konfiguriert ist, das zweite periodische Signal in ein digitales Signal von einer zweiten Datenlänge zu konvertieren, und eine Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung, die dafür konfiguriert ist, einen interpolierten Wert, der über einen Zeitraum des ersten periodischen Signals und des zweiten periodischen Signals interpoliert wird, auf der Basis eines Quotienten eines Wertes des ersten periodischen Signals und eines Wertes des zweiten periodischen Signals, die als konvertierte digitale Signale durch die AD-Wandlungsschaltungen 174 und 176 gegeben sind, zu berechnen, wobei die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung dafür konfiguriert ist, den interpolierten Wert auf der Basis des Quotienten zu berechnen, der eine dritte Datenlänge hat, die länger ist als die erste Datenlänge und die zweite Datenlänge.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Codierer und dergleichen.
[Allgemeiner Stand der Technik]
Es gibt eine Art von Codierer, die im Stand der Technik bekannt ist und die zwei periodische Signale verwendet (d. h. Pseudosinuswellen), die eine Phasendifferenz von 90 Grad haben und die in Verbindung mit der Rotation eines zu messenden Objekts ausgegeben werden, und einen Interpolationswert berechnet, der zwischen den Zyklen der zwei periodischen Signale interpoliert wird, wodurch elektrisch die Messung einer Rotationsposition mit einer feineren Auflösung ermöglicht wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
[Dokumente des Standes der Technik]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldungspublikation Nr. 2005-24281
[Kurzdarstellung der Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösendes Problem]
Man kann sagen, dass diese zwei periodischen Signale durch eine AD (Analog-Digital)-Wandlerschaltung oder dergleichen in digitale Signale umgewandelt werden, bevor der Interpolationsprozess ausgeführt wird. Aufgrund dessen kann die Größe des Quantisierungsschrittes von zwei periodischen Signalen, d. h. die Auflösung der Interpolation, durch die Auflösung der AD-Wandlerschaltung oder dergleichen begrenzt werden.
In Anbetracht der oben dargelegten Problematik besteht die Aufgabe in der Bereitstellung eines Codierers oder dergleichen, der in der Lage ist, die Auflösung der Interpolation ungeachtet der Auflösung einer AD-Wandlerschaltung oder dergleichen zu verbessern.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Um die oben dargelegte Aufgabe zu erfüllen, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Codierer bereitgestellt, der Folgendes enthält:

eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein erstes periodisches Signal und ein zweites periodisches Signal, die eine zuvor festgelegte Phasendifferenz aufweisen, in Reaktion auf eine Rotation eines zu messenden Objekts auszugeben,
eine erste Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das erste periodische Signal in ein digitales Signal von einer ersten Datenlänge zu konvertieren;
eine zweite Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das zweite periodische Signal in ein digitales Signal von einer zweiten Datenlänge zu konvertieren; und
eine Interpolationseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen interpolierten Wert, der über einen Zeitraum des ersten periodischen Signals und des zweiten periodischen Signals interpoliert wird, auf der Basis eines Quotienten eines Wertes des ersten periodischen Signals und eines Wertes des zweiten periodischen Signals, die als konvertierte digitale Signale durch die erste Konvertierungseinheit und die zweite Konvertierungseinheit gegeben sind, zu berechnen,
wobei die Interpolationseinheit dafür konfiguriert ist, den interpolierten Wert auf der Basis des Quotienten zu berechnen, der eine dritte Datenlänge hat, die länger ist als die erste Datenlänge und die zweite Datenlänge.

Des Weiteren wird gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Verarbeitungsvorrichtung für einen Codierer bereitgestellt, der Folgendes enthält: eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein erstes periodisches Signal und ein zweites periodisches Signal, die eine zuvor festgelegte Phasendifferenz aufweisen, in Reaktion auf eine Rotation eines zu messenden Objekts auszugeben, eine erste Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das erste periodische Signal in ein digitales Signal von einer ersten Datenlänge zu konvertieren, und eine zweite Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das zweite periodische Signal in ein digitales Signal von einer zweiten Datenlänge zu konvertieren. Die Verarbeitungsvorrichtung enthält:

eine Interpolationseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen interpolierten Wert, der über einen Zeitraum des ersten periodischen Signals und des zweiten periodischen Signals interpoliert wird, auf der Basis eines Quotienten eines Wertes des ersten periodischen Signals und eines Wertes des zweiten periodischen Signals, die als konvertierte digitale Signale durch die erste Konvertierungseinheit und die zweite Konvertierungseinheit gegeben sind, zu berechnen,
wobei die Interpolationseinheit dafür konfiguriert ist, den interpolierten Wert auf der Basis des Quotienten zu berechnen, der eine dritte Datenlänge hat, die länger ist als die erste Datenlänge und die zweite Datenlänge.

Des Weiteren wird gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verarbeitungsverfahren zur Ausführung durch eine Verarbeitungsvorrichtung für einen Codierer bereitgestellt, der Folgendes enthält: eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein erstes periodisches Signal und ein zweites periodisches Signal, die eine zuvor festgelegte Phasendifferenz aufweisen, in Reaktion auf eine Rotation eines zu messenden Objekts auszugeben, eine erste Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das erste periodische Signal in ein digitales Signal von einer ersten Datenlänge zu konvertieren, und eine zweite Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das zweite periodische Signal in ein digitales Signal von einer zweiten Datenlänge zu konvertieren. Das Verarbeitungsverfahren enthält:

einen Interpolationsschritt zum Berechnen eines interpolierten Wertes über einen Zeitraum des ersten periodischen Signals und des zweiten periodischen Signals auf der Basis eines Quotienten eines Wertes des ersten periodischen Signals und eines Wertes des zweiten periodischen Signals, die als konvertierte digitale Signale durch die erste Konvertierungseinheit und die zweite Konvertierungseinheit gegeben sind,
wobei der Interpolationsschritt den interpolierten Wert auf der Basis des Quotienten berechnet, der eine dritte Datenlänge hat, die länger ist als die erste Datenlänge und die zweite Datenlänge.

[Vorteil der Erfindung]
Gemäß den oben dargelegten Ausführungsformen wird ein Codierer oder dergleichen bereitgestellt, der in der Lage ist, die Auflösung der Interpolation ungeachtet der Auflösung einer AD-Wandlerschaltung oder dergleichen zu verbessern.
Figurenliste

1A und 1B sind Zeichnungen, die ein Beispiel eines Codierers gemäß einer Ausführungsform veranschaulichen.
2 ist ein Blockschaubild, das ein Beispiel der Konfiguration des Codierers gemäß der Ausführungsform in Verbindung mit einem Messungsprozess veranschaulicht.

[Modus zum Ausführen der Erfindung]
Im Folgenden werden Ausführungsformen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
[Konfiguration und Aufbau des Codierers]
Konfiguration und Aufbau eines Codierers 100 gemäß einer vorliegenden Ausführungsform werden mit Bezug auf die 1A und 1B und 2 beschrieben.
1A und 1B sind Zeichnungen, die ein Beispiel des Codierers 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen. Konkret gesagt, ist 1A eine Draufsicht, die das Beispiel des Codierers 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht, und 1B ist eine seitliche Querschnittsansicht (entlang der Linie A-A in 1A), die das Beispiel des Codierers 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist ein Blockschaubild, das ein Beispiel der Konfiguration des Codierers 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Verbindung mit einem Messungsprozess veranschaulicht. Im Folgenden wird der Aufbau des Codierers 100 unter Bezug auf das dreidimensionale orthogonale Koordinatensystem (d. h. XYZ-Koordinatensystem) beschrieben, das in der Figur nach Bedarf gezeigt ist. Aus Gründen der Einfachheit kann die positive Z-Achsen-Richtung als „obere“ bezeichnet werden, und die negative Z-Achsen-Richtung kann als „untere“ bezeichnet werden. Außerdem können die positive und die negative X-Achsen-Richtung, die positive und die negative Y-Achsen-Richtung und die positive und die negative Z-Achsen-Richtung zusammen als die „X-Achsen-Richtung“, die „Y-Achsen-Richtung“ bzw. die „Z-Achsen-Richtung“ bezeichnet werden.
In 1A sind ein Substrat 140, ein optisches Modul 150, das auf dem Substrat 140 montiert ist, und dergleichen in Strich-Punkt-Linien veranschaulicht, dergestalt, dass eine Nabe 110 und eine Skalenplatte 120 usw. in der Draufsicht, d. h. der positiven Z-Achsen-Richtung, sichtbar sind. In den 1A und 1B ist das Gehäuse (d. h. die Umfassung) zum Aufnehmen der Komponenten des Codierers 100 weggelassen.
Der Codierer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält die Nabe 110, die Skalenplatte 120 und das Substrat 140. Der Codierer 100 enthält außerdem das optische Modul 150, eine Signalverarbeitungsschaltung 170, eine Verarbeitungsschaltung 172 höherer Ordnung, AD-Wandlerschaltungen (Analog-Digital-Wandler: ADW) 174 und 176, eine Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung, eine Signalverarbeitungsschaltung 180, und eine Schnittstelle 190 als Konfigurationen im Zusammenhang mit einem Messungsprozess, die montiert sind auf dem Substrat 140.
Die Nabe 110 ist an einem Ende einer Drehwelle 200 eines Objekts (zum Beispiel eines Drehservomotors usw.) montiert, für das eine Rotationsposition (d. h. ein Drehwinkel) oder dergleichen durch den Codierer 100 während einer Rotation gemessen wird.
Die Nabe 110 kann eine allgemein zylindrische Form haben, deren Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Drehwelle 200, mit Blick in der Richtung entlang der Achse der Drehwelle 200 (d. h. in der Z-Achsen-Richtung), d. h. in einer Draufsicht. Die Endfläche der Nabe 110, die in Richtung der negativen Z-Achsen-Richtung (d. h. der unteren Endfläche) weist, hat eine Aussparung um ihre axiale Mitte, dergestalt, dass die Aussparung mit der Nabe 110 koaxial ist und einen Innendurchmesser aufweist, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der Außendurchmesser der Drehwelle 200 (oder geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Drehwelle 200, um genau zu sein). Die Drehwelle 200 ist in der Aussparung dergestalt in Eingriff genommen, dass die axiale Mitte der Nabe 110 und eine axiale Mitte 200AX der Drehwelle 200 übereinstimmen. Außerdem ist ein Gewindeloch, das zwischen den Endflächen der Nabe 110 verläuft, an der axialen Mitte der Nabe 110 angeordnet. Eine Schraube 115 ist von der Endfläche der Nabe 110 her, die in Richtung der positiven Z-Achsen-Richtung (d. h. der oberen Endfläche) weist, in Richtung der Drehwelle 200, die in der Aussparung in Eingriff genommen ist, die in ihrer unteren Endfläche ausgebildet ist, in das Loch eingeschraubt, wodurch die Nabe 110 an der Drehwelle 200 montiert wird. Mit dieser Anordnung dreht sich die Nabe 110 im Zusammenspiel mit der Rotation der Drehwelle 200 des zu messenden Objekts.
Die Schraube 115 hat einen Senkkopf. Die Schraube 115 kann zum Beispiel eine flache Schraube sein. Mit dieser Anordnung können der Senkkopf der Schraube 115 und die obere Endfläche (d. h. die flache Oberfläche) der Nabe 110 miteinander bündig abschließen, d. h. sie können in einer flachen Ebene aufeinander ausgerichtet sein.
Die Skalenplatte 120 ist zum Beispiel durch einen anaeroben Klebstoff oder dergleichen an der Endfläche der Nabe 110 montiert, die gegenüber der Endfläche liegt, an der die Drehwelle 200 montiert ist, d. h. sie ist auf der oberen Endfläche montiert. Die Skalenplatte 120 kann zum Beispiel aus Glas bestehen. Die Skalenplatte 120 kann alternativ aus Metall, Polycarbonat, einem PET (Polyethylen-Terephthalat)-Film oder dergleichen bestehen. Konkret gesagt, hat die Skalenplatte 120 eine Scheibenform, deren Mitte mit der axialen Mitte 200AX der Drehwelle 200 in einer Draufsicht übereinstimmt. Des Weiteren hat die Fläche der Skalenplatte 120, die in Richtung der positiven Z-Achsen-Richtung (d. h. der Oberseite) weist, eine inkrementelle Struktur 122 und eine absolute Struktur 123, die entlang des gesamten Umfangs an jeweiligen radialen Positionen nahe dem Außenumfang (äußeren Rand) angeordnet sind.
Die inkrementelle Struktur 122 reflektiert Licht, das von dem optischen Modul 150 ausgesendet wird, um ein zuvor festgelegtes Muster in Reaktion auf die Rotationsposition der Skalenplatte 120 zu erzeugen, dergestalt, dass das zuvor festgelegte Muster einen Drehwinkel (d. h. einen relativen Winkel) von einer gegebenen Winkelposition aus repräsentiert. Die inkrementelle Struktur 122 kann 2^N Reflektoren enthalten (N: eine ganze Zahl von mindestens 2, beispielsweise 9), die in gleichen Umfangsintervallen entlang des gesamten Umfangs angeordnet sind, um das ausgesendete Licht zu reflektieren, und kann Nicht-Reflektoren enthalten (oder Abschnitte von geringem Reflexionsvermögen, die ein geringeres Reflexionsvermögen besitzen als die Reflektoren), die jeweils zwischen benachbarten Reflektoren angeordnet sind. Mit dieser Anordnung ist die inkrementelle Struktur 122 in der Lage, einen relativen Winkel in Winkelschritten zu darzustellen, durch die eine Rotation (360 Grad) der Drehwelle 200 gleichmäßig in 2^N (was im Fall von N=9 512 ist) Sektionen unterteilt wird. Eine Lichtempfangsvorrichtung 154 kann ein empfangenes Lichtmuster detektieren, das abwechselnden Reflektoren und Nicht-Reflektoren (oder Abschnitten von geringem Reflexionsvermögen) der inkrementellen Struktur 122 entspricht, um ein periodisches Signal (zum Beispiel ein Sinussignal) auszugeben. Die Reflektoren und die Nicht-Reflektoren oder Abschnitte von geringem Reflexionsvermögen der inkrementellen Struktur 122 werden zum Beispiel durch einen bekannten Photoätzprozess ausgebildet. Das Gleiche gilt im Fall der Reflektoren und der Nicht-Reflektoren oder Abschnitte von geringem Reflexionsvermögen der absoluten Struktur 123.
Die absolute Struktur 123 reflektiert ausgesendetes Licht von dem optischen Modul 150, um eine zuvor festgelegte Struktur in Reaktion auf die Rotationsposition der Skalenplatte 120 zu erzeugen, dergestalt, dass das zuvor festgelegte Muster eine absolute Drehwinkelposition darstellt. Die absolute Struktur 123 enthält mehrere Reflektoren, die umfänglich so angeordnet sind, dass sie einen N-Bit-M-Serien-Code repräsentieren, der die Winkelposition der Skalenplatte 120 widerspiegelt. Mit dieser Anordnung ist der M-Serien-Code in der Lage, einen absoluten Winkel in Winkelschritten darzustellen, durch die eine Rotation (d. h. 360 Grad) der Drehwelle 200 gleichmäßig in 2^N Sektionen unterteilt wird. In dieser Anordnung kann ein Nicht-Reflektor oder ein Abschnitt von geringem Reflexionsvermögen zwischen den Reflektoren der absoluten Struktur 123 in der Umfangsrichtung angeordnet werden.
Das Substrat 140 hat zum Beispiel eine Scheibenform und ist senkrecht zur axialen Mitte 200AX der Drehwelle 200, d. h. parallel zur Skalenplatte 120, in einer zuvor festgelegten Distanz von der Nabe 110 (wie zum Beispiel der Skalenplatte 120) fort in der positiven Z-Achsen-Richtung, d. h. in der Aufwärtsrichtung, positioniert. Des Weiteren ist das Substrat 140 dergestalt angeordnet, dass die axiale Mitte der Scheibenform mit der axialen Mitte 200AX der Drehwelle 200 übereinstimmt. Konkret gesagt, ist das Substrat 140 an einer Umfassung (nicht gezeigt) befestigt, in der die Komponenten des Codierers 100 untergebracht sind. Da sich das Substrat 140 nicht mit der Drehwelle 200 dreht, sind verschiedene Sensoren (zum Beispiel das optische Modul 150 und dergleichen), die auf dem Substrat 140 montiert sind, in der Lage, den Rotationszustand der Skalenplatte 120 zu detektieren, die sich mit der Drehwelle 200 dreht. Das Substrat 140 ist zum Beispiel ein Verbindungssubstrat gemäß dem FR-4 (Flame Retardant Type 4)-Standard. Wie zuvor beschrieben wurde, sind auf dem Substrat 140 elektronische Komponenten montiert, die mit einem Messungsprozess zu tun haben und zu denen das optische Modul 150, die Signalverarbeitungsschaltung 170, die Verarbeitungsschaltung 172 höherer Ordnung, die ADWs 174 und 176, die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung, die Signalverarbeitungsschaltung 180, die Schnittstelle 190 usw. gehören. Auf dem Substrat 140 sind noch weitere elektronische Komponenten montiert, wie zum Beispiel ein Stromversorgungs-IC, der die elektronischen Komponenten ansteuert, die auf dem Substrat 140 montiert sind.
Das optische Modul 150 ist auf der Fläche des Substrats 140, die in Richtung der negativen Z-Achsen-Richtung weist, d. h. auf der Unterseite, an der radialen Position angeordnet, die der inkrementellen Struktur 122 und der absoluten Struktur 123 der Skalenplatte 120 entspricht, wobei die radiale Position mit Bezug auf die axiale Mitte 200AX der Drehwelle 200 definiert ist. Das optische Modul 150 enthält die Leuchtvorrichtung 152 und die Lichtempfangsvorrichtungen 154 und 156.
Die Leuchtvorrichtung 152 sendet Licht in Richtung der Skalenplatte 120 aus. Die Leuchtvorrichtung ist zum Beispiel eine Lambertsche LED (Leuchtdiode).
Die Lichtempfangsvorrichtung 154 empfängt Licht, das an den Reflektoren der inkrementellen Struktur 122 reflektiert wird. Die Lichtempfangsvorrichtung 154 kann ein PD-Array sein, in dem zum Beispiel mehrere Photodioden (PD) in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Lichtempfangsvorrichtung 154 gibt zwei sinusförmige Strom (Photostrom)-Signale aus, die den abwechselnden Reflektoren und Nicht-Reflektoren der inkrementellen Struktur 122 entsprechen. In dieser Konfiguration gibt die Lichtempfangsvorrichtung 154 zwei Sinussignale aus, die jeweils 2^N Zyklen in einer einzelnen Rotation haben. Die zwei Sinussignale haben den gleichen Zeitraum und eine Phasendifferenz von 90 Grad. Die von der Lichtempfangsvorrichtung 154 ausgegebenen zwei Sinussignale werden in die Signalverarbeitungsschaltung 170 eingespeist.
Die Lichtempfangsvorrichtung 156 empfängt Licht, das von den Reflektoren der absoluten Struktur 123 reflektiert wird. Ähnlich der Lichtempfangsvorrichtung 154 kann die Lichtempfangsvorrichtung 156 zum Beispiel ein PD-Array sein, in dem mehrere Photodioden in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Lichtempfangsvorrichtung 156 gibt ein Strom (Photostrom)-Signal aus, das dem Array von Reflektoren und Nicht-Reflektoren der absoluten Struktur 123 entspricht, d. h. den M-Serien-Code. Das von der Lichtempfangsvorrichtung 156 ausgegebene Stromsignal wird in die Signalverarbeitungsschaltung 180 eingespeist.
Die Signalverarbeitungsschaltung 170 (ein Beispiel einer Signalausgabeeinheit) gibt zwei Sinussignale (ein Beispiel eines ersten periodischen Signals und eines zweiten periodischen Signals), die eine Phasendifferenz von 90 Grad (ein Beispiel einer zuvor festgelegten Phasendifferenz) haben, als analoge Spannungssignale in Reaktion auf die Rotation eines zu messenden Objekts aus. Zum Beispiel enthält die Signalverarbeitungsschaltung 170 eine Strom-Spannung-Konvertierungsschaltung, welche die von der Lichtempfangsvorrichtung 154 ausgegebenen Stromsignale (d. h. Sinussignale) in Spannungssignale konvertiert, eine Verstärkungsschaltung, die Sinussignale verstärkt, die als die konvertierten Spannungssignale gegeben werden, und dergleichen. Die zwei Sinussignale, die Spannungssignale sind, die von der Signalverarbeitungsschaltung 170 ausgegeben werden, werden in die Verarbeitungsschaltung 172 höherer Ordnung eingespeist. Die zwei Sinussignale, die Spannungssignale sind, die von der Signalverarbeitungsschaltung 170 ausgegeben werden, werden ebenfalls in die ADWs 174 und 176 eingespeist.
Die Signalverarbeitungsschaltung 170 kann alternativ ein Nicht-Sinus-Spannungssignal als ein periodisches Signal ausgeben, das den Zyklen der inkrementellen Struktur 122 entspricht und als Musterinformation dient, die eine periodische Wiederholung darstellt. Es ist anzumerken, dass sich die Phasendifferenz zwischen den von der Signalverarbeitungsschaltung 170 ausgegebenen zwei periodischen Signalen von 90 Grad unterscheiden kann, solange ein interpolierter Wert auf der Basis des Quotienten von Werten der zwei periodischen Signale berechnet werden kann, wie später noch beschrieben wird.
Die Verarbeitungsschaltung 172 höherer Ordnung binarisiert die zwei Sinussignale, die von der Lichtempfangsvorrichtung 154 ausgegeben werden, d. h. sie wandelt sie in Rechteckimpulssignale um, gefolgt von einem Zählen der Rechteckimpulse, um Daten höherer Ordnung zu generieren und auszugeben, die einen relativen Winkel angeben.
Der ADW 174 (ein Beispiel einer ersten Konvertierungseinheit) konvertiert das erste Sinussignal (das im Folgenden der Einfachheit halber als ein „sinθ-Signal“ bezeichnet wird) unter den von der Lichtempfangsvorrichtung 154 ausgegebenen zwei Sinussignalen in ein digitales Signal. Der ADW 176 kann eine L1-Bit-Auflösung haben (L1: eine ganze Zahl von mindestens 2, beispielsweise 14) und gibt ein konvertiertes digitales Signal aus, das eine Datenlänge von L1 Bits hat (ein Beispiel einer ersten Datenlänge). Das sin0-Signal, das durch den ADW 174 in ein digitales Signal konvertiert wurde, wird in die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung eingespeist.
Der ADW 176 (ein Beispiel einer zweiten Konvertierungseinheit) konvertiert das zweite Sinussignal (das im Folgenden der Einfachheit halber als eine „cosθ-Signal“ bezeichnet wird) unter den von der Lichtempfangsvorrichtung 154 ausgegebenen zwei Sinussignalen in ein digitales Signal. Der ADW 176 kann eine L2-Bit-Auflösung haben (L2: eine ganze Zahl .. von mindestens 2, beispielsweise 14) und gibt ein konvertiertes digitales Signal aus, das eine Datenlänge von L2 Bits hat (ein Beispiel einer zweiten Datenlänge). Das cosθ-Signal, das durch den ADW 176 in ein digitales Signal konvertiert wurde, wird in die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung eingespeist.
Die Auflösungen der ADWs 174 und 176, d. h. L1 und L2, können die gleichen sein oder können unterschiedliche sein.
Die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung (ein Beispiel einer Interpolationseinheit und einer Verarbeitungsvorrichtung) berechnet einen interpolierten Wert eines Phasenwinkels θ, der über den Zeitraum des sinθ-Signals und des cosθ-Signals interpoliert wird, auf der Basis des sinθ-Signals und des cosθ-Signals, die als die konvertierten digitalen Signale durch die ADWs 174 und 176 gegeben sind. Und zwar berechnet die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung einen interpolierten Wert, der einen Phasenwinkel θ in einer feineren Auflösung anzeigt als der Wiederholungszyklus abwechselnder Reflektoren und Nicht-Reflektoren (oder Abschnitte von geringem Reflexionsvermögen) der inkrementellen Struktur 122, die entspricht dem Zeitraum des sinθ-Signals und des cosθ-Signals. Konkret gesagt, berechnet die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung den Quotienten des sinθ-Signals und des cosθ-Signals, die als konvertierte digitale Signale durch die ADWs 174 und 176 gegeben sind, und berechnet zum Beispiel einen interpolierten Phasenwinkel θ, der als ein Wert der inversen Tangentialfunktion mit Bezug auf einen Wert erhalten wird, der durch Dividieren eines Wertes des sinθ-Signals durch einen Wert des cosθ-Signals erhalten wird, d. h. den Wert einer Tangentialfunktion, gefolgt vom Ausgeben von Daten niederer Ordnung, die einen relativen Winkel anzeigen. Details des Interpolationsprozesses durch die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung werden später beschrieben.
Die Signalverarbeitungsschaltung 180 erzeugt - und gibt aus - M-Serien-Code-Daten auf der Basis eines Strom (Photostrom)-Signals, das dem M-Serien-Code der absoluten Struktur 123 entspricht, der von der Lichtempfangsvorrichtung 156 bereitgestellt wird.
Die Schnittstelle 190 gibt die Ergebnisse der Verarbeitung aus, die durch die Verarbeitungsschaltung 172 höherer Ordnung, die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung und die Signalverarbeitungsschaltung 180 ausgeführt wird, an eine externe Vorrichtung aus (zum Beispiel einen Servoverstärker, der einen Servomotor steuert, dessen Rotationsposition oder dergleichen durch den Codierer 100 gemessen wird). Die Schnittstelle 190 kann zum Beispiel einen Aufnahmeverbinderanschluss haben, der mit einem Einschubverbinderanschluss gekoppelt ist, der mit einem Ende eines Kabels verbunden ist, das sich von der externen Vorrichtung erstreckt, wodurch die Verarbeitungsergebnisse (Messergebnisse) an die externe Vorrichtung gesendet werden. Mit dieser Anordnung kann zum Beispiel ein Servoverstärker oder dergleichen die Rotationsposition (d. h. die absolute Position) eines gesteuerten Objekts während einer einzelnen Rotation des Objekts auf der Basis der Messergebnisse beurteilen, die durch den Codierer 100 bereitgestellt werden, wodurch der Servomotor gesteuert wird.
[Interpolationsprozess]
Im Folgenden werden Details des Interpolationsprozesses, der durch die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung ausgeführt wird, beschrieben.
Die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung kann einen Quotienten berechnen, der erhalten wird, indem zum Beispiel ein Wert des sinθ-Signals durch einen Wert des cosθ-Signals dividiert wird, die einem zuvor festgelegten Normalisierungsprozess (zum Beispiel einem Prozess des Subtrahierens von Gleichstrom) unterzogen wurden. Und zwar wird ein Wert der Tangentialfunktion (tanθ) berechnet. In diesem Moment berechnet die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung einen Quotienten, dessen Datenlänge (ein Beispiel einer dritten Datenlänge) L3 Bits (zum Beispiel L3=17) beträgt, was länger ist als die Datenlängen von Werten des sinθ-Signals und des cosθ-Signals, d. h. länger als eine Datenlänge von L1 Bits und eine Datenlänge von L2 Bits (genauer gesagt, die größere einer Datenlänge von L1 Bits oder einer Datenlänge von L2 Bits). Das liegt daran, dass selbst dann, wenn die Werte von sinθ- und cosθ-Signalen relativ kurze Datenlängen haben, die Divisionsoperation ein Berechnungsergebnis erbringt, das eine Datenlänge hat, welche die Datenlängen von Werten der sinθ- und cosθ-Signale.
In Frage kommende Phasenwinkelwerte (ein Beispiel der Interpolation in Frage kommender Werte) werden für eine zuvor festgelegte Anzahl von Sektionen erstellt, d. h. 2^L3 Sektionen, in die der Zeitraum des sinθ-Signals und des cosθ-Signals gleichmäßig unterteilt wird, dergestalt, dass die zuvor festgelegte Anzahl einer Datenlänge von L3 Bits entspricht. Die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung wählt aus diesen in Frage kommenden Werten einen interpolierten Wert (d. h. Phasenwinkel θ) aus, der dem Quotienten entspricht, der als das Berechnungsergebnis erhalten wird.
Zum Beispiel eine Datentabelle, welche die Entsprechung zwischen den 2^L3 interpolierten Werten (d. h. den Phasenwerten, die die Werte einer inversen Tangentialfunktion sind) und den Quotienten (d. h. den Werten einer Tangentialfunktion) angibt, wird im Voraus erstellt (definiert). Die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung sieht in der Datentabelle nach, um den interpolierten Wert auszuwählen, der dem berechneten Quotienten entspricht. Eine solche Verarbeitung kann durch eine bekannte Tabellennachschlageschaltung (d. h. eine Hardware-Nachschlagetabelle) implementiert werden, die Multiplexierer und dergleichen enthält. Alternativ kann eine solche Verarbeitung durch einen Mikrocomputer implementiert werden, der einen eingebetteten nichtflüchtigen Speicher enthält, in dem die oben erwähnte Datentabelle gespeichert wird.
In der oben beschriebenen Weise kann die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung die ADWs 174 und 176 mit einer relativ niedrigen Auflösung verwenden, um Interpolationswerte mit einer relativ hohen Auflösung über einen einzelnen Zeitraum der inkrementellen Struktur 122 zu berechnen, wodurch ein Interpolationsprozess mit einer relativ hohen Auflösung ermöglicht wird. Und zwar ist die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung in der Lage, die Auflösung des Interpolationsprozesses ungeachtet der Auflösung der AD-Wandlungsschaltung oder dergleichen zu verbessern.
In dem Interpolationsprozess kann die Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung den Quotienten verwenden, der durch Dividieren eines Wertes des cosθ-Signals durch einen Wert des sinθ-Signals erhalten wird, oder kann den Dividend und den Divisor gegeneinander vertauschen, je nachdem, welcher des Wertes des sinθ-Signals und des Wertes des cosθ-Signals größer ist, welche Vorzeichen vorhanden sind, und dergleichen. In diesem Fall können die Einträge der erstellten Datentabelle gemäß einer Änderung mit Bezug auf den Divisor und den Dividend geändert werden.
[Variation und Modifizierung]
Obgleich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Variationen und Modifizierungen können vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.
Zum Beispiel wurde der Codierer 100 in den oben beschriebenen Ausführungsformen als ein absoluter Typ beschrieben, doch er kann alternativ auch vom inkrementellen Typ sein. In diesem Fall werden die absolute Struktur 123 der Skalenplatte 120, die Lichtempfangsvorrichtung 156, die der absoluten Struktur 123 des optischen Moduls 150 entspricht, die Signalverarbeitungsschaltung 170 zum Generieren des M-Serien-Codes, der der absoluten Struktur 123 entspricht, und dergleichen weggelassen.
Außerdem wurde der Codierer 100 in den oben beschriebenen Ausführungsformen und Variationen als ein reflektierender Typ beschrieben, aber er kann alternativ auch ein durchlässiger Typ sein. In diesem Fall enthalten die inkrementelle Struktur 122 und die absolute Struktur 123 der Skalenplatte 120 durchlässige Abschnitte, um Licht durchzulassen, und nicht-durchlässige Abschnitte, um Licht nicht durchzulassen, anstelle von Reflektoren und Nicht-Reflektoren oder Abschnitten von geringem Reflexionsvermögen. Des Weiteren ist die Leuchtvorrichtung, die Licht zu der Skalenplatte 120 aussendet, in einer zuvor festgelegten Distanz von der Skalenplatte 120 auf der Seite der Skalenplatte 120 angeordnet, die der Seite gegenüberliegt, auf der sich das optische Modul 150 (einschließlich der Lichtempfangsvorrichtung) befindet, d. h. in einer zuvor festgelegten Distanz in der negativen Z-Achsen-Richtung (d. h. Abwärtsrichtung) der Skalenplatte 120.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen und Variationen können des Weiteren die Funktionen der Verarbeitungsschaltung 172 höherer Ordnung, der Verarbeitungsschaltung 178 niederer Ordnung und der Signalverarbeitungsschaltung 180 alternativ außerhalb des Codierers 100 angeordnet sein, d. h. in einer externen Vorrichtung (ein Beispiel einer Interpolationseinheit und einer Verarbeitungsvorrichtung), die mit dem Codierer 100 durch die Schnittstelle 190 verbunden werden kann.
Außerdem kann das Interpolationsverfahren der oben beschriebenen Ausführungsformen und Variationen auf einen Interpolationsprozess im Allgemeinen angewendet werden, ohne auf den einen beschränkt zu sein, der durch den Codierer 100 ausgeführt wird.
Bezugszeichenliste

100: Codierer
110: Nabe
120: Skalenplatte
140: Substrate
150: Optisches Modul
152: Leuchtvorrichtung
154, 156: Lichtempfangsvorrichtung
170: Signalverarbeitungsschaltung (Signalausgabeeinheit)
172: Verarbeitungsschaltung höherer Ordnung
174, 176: AD-Wandlungsschaltung (erste Konvertierungseinheit, zweite Konvertierungseinheit)
178: Verarbeitungsschaltung niederer Ordnung (Interpolationseinheit, Verarbeitungsvorrichtung)
180: Signalverarbeitungsschaltung
190: Schnittstelle
200: Drehwelle
200AX: axiale Mitte

Claims

Codierer, der Folgendes umfasst: eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein erstes periodisches Signal und ein zweites periodisches Signal, die eine zuvor festgelegte Phasendifferenz aufweisen, in Reaktion auf eine Rotation eines zu messenden Objekts auszugeben; eine erste Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das erste periodische Signal in ein digitales Signal von einer ersten Datenlänge zu konvertieren; eine zweite Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das zweite periodische Signal in ein digitales Signal von einer zweiten Datenlänge zu konvertieren; und eine Interpolationseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen interpolierten Wert, der über einen Zeitraum des ersten periodischen Signals und des zweiten periodischen Signals interpoliert wird, auf der Basis eines Quotienten eines Wertes des ersten periodischen Signals und eines Wertes des zweiten periodischen Signals, die als konvertierte digitale Signale durch die erste Konvertierungseinheit und die zweite Konvertierungseinheit gegeben sind, zu berechnen, wobei die Interpolationseinheit dafür konfiguriert ist, den interpolierten Wert auf der Basis des Quotienten zu berechnen, der eine dritte Datenlänge hat, die länger ist als die erste Datenlänge und die zweite Datenlänge.
Codierer nach Anspruch 1, wobei die Interpolationseinheit dafür konfiguriert ist, den interpolierten Wert, der dem Quotienten entspricht, aus in Frage kommenden Interpolationswerten auszuwählen, wobei die in Frage kommenden Interpolationswerte für eine zuvor festgelegte Anzahl von Sektionen erstellt werden, in die der Zeitraum des ersten periodischen Signals und des zweiten periodischen Signals gleichmäßig unterteilt wird, dergestalt, dass die zuvor festgelegte Anzahl einer dritten Datenlänge entspricht.
Codierer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Interpolationseinheit als eine Verarbeitungsvorrichtung realisiert ist, die direkt oder indirekt mit anderen Einheiten des Codierers verbunden werden kann.
Codierer nach Anspruch 1, wobei die Interpolationseinheit als eine externe Verarbeitungsvorrichtung realisiert ist.
Verarbeitungsvorrichtung für einen Codierer, der enthält: eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein erstes periodisches Signal und ein zweites periodisches Signal, die eine zuvor festgelegte Phasendifferenz aufweisen, in Reaktion auf eine Rotation eines zu messenden Objekts auszugeben, eine erste Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das erste periodische Signal in ein digitales Signal von einer ersten Datenlänge zu konvertieren, und eine zweite Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das zweite periodische Signal in ein digitales Signal von einer zweiten Datenlänge zu konvertieren, und die umfasst: eine Interpolationseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen interpolierten Wert, der über einen Zeitraum des ersten periodischen Signals und des zweiten periodischen Signals interpoliert wird, auf der Basis eines Quotienten eines Wertes des ersten periodischen Signals und eines Wertes des zweiten periodischen Signals, die als konvertierte digitale Signale durch die erste Konvertierungseinheit und die zweite Konvertierungseinheit gegeben sind, zu berechnen, wobei die Interpolationseinheit dafür konfiguriert ist, den interpolierten Wert auf der Basis des Quotienten zu berechnen, der eine dritte Datenlänge hat, die länger ist als die erste Datenlänge und die zweite Datenlänge.
Verarbeitungsverfahren zur Ausführung durch eine Verarbeitungsvorrichtung für einen Codierer, der enthält: eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein erstes periodisches Signal und ein zweites periodisches Signal, die eine zuvor festgelegte Phasendifferenz aufweisen, in Reaktion auf eine Rotation eines zu messenden Objekts auszugeben, eine erste Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das erste periodische Signal in ein digitales Signal von einer ersten Datenlänge zu konvertieren, und eine zweite Konvertierungseinheit, die dafür konfiguriert ist, das zweite periodische Signal in ein digitales Signal von einer zweiten Datenlänge zu konvertieren, und das umfasst: einen Interpolationsschritt zum Berechnen eines interpolierten Wertes über einen Zeitraum des ersten periodischen Signals und des zweiten periodischen Signals auf der Basis eines Quotienten eines Wertes des ersten periodischen Signals und eines Wertes des zweiten periodischen Signals, die als konvertierte digitale Signale durch die erste Konvertierungseinheit und die zweite Konvertierungseinheit gegeben sind, wobei der Interpolationsschritt den interpolierten Wert auf der Basis des Quotienten berechnet, der eine dritte Datenlänge hat, die länger ist als die erste Datenlänge und die zweite Datenlänge.