DE112007002432T5

DE112007002432T5 - Codierer und Fotodetektor für Codierer

Info

Publication number: DE112007002432T5
Application number: DE112007002432T
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Hamamatsu-shi Mizuno; Hitoshi Hamamatsu-shi Inoue; Yoshitaka Hamamatsu-shi Terada
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-09-24
Also published as: KR20090065505A; WO2008044428A1; US20100006748A1; JP2008096205A; CN101517374A

Abstract

Codeumsetzer, der umfasst:
einen ersten Drehkörper und einen zweiten Drehkörper, die sich ineinandergreifend drehen, wobei in dem ersten Drehkörper und dem zweiten Drehkörper jeweils ein Schlitz ausgebildet ist;
eine Lichtquellenvorrichtung, die zu erfassendes Licht zu dem Schlitz emittiert; und
eine Fotodetektorvorrichtung, die eine erste Skala und eine zweite Skala enthält, wobei die erste Skala und die zweite Skala jeweils eine Vielzahl von Fotodetektoren aufweisen, die entlang einer ringförmigen Ausrichtlinie ausgerichtet sind, die Fotodetektorvorrichtung einen Ausgabeteil enthält, der Ausgangssignale auf Basis von Lichtintensitäten des zu erfassenden Lichts ausgibt, das durch den Schlitz auf die Fotodetektoren der ersten Skala und der zweiten Skala gerichtet wird,
sich ein Drehungsverhältnis des zweiten Drehkörpers von einem Drehungsverhältnis des ersten Drehkörpers unterscheidet, und
den Fotodetektoren bei jedem vorgegebenen Phasenwinkel Attribute zugewiesen werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Codeumsetzer und eine Fotodetektorvorrichtung für einen Codeumsetzer.
Technischer Hintergrund
Ein herkömmlicher optischer Codeumsetzer ist beispielsweise ein in Patentdokument 1 beschriebener optischer Codeumsetzer. Dieser herkömmliche Codeumsetzer weist eine optische Skala auf, auf der Gitterfenster mit unterschiedlichen Beugungsmustern angeordnet sind, und er bildet ein Beugungsmuster von zu erfassendem Licht ab, mit dem ein Gitterfenster über einen Schlitz bestrahlt wird und das durch einen Bildsensor zu erfassen ist. Dann wird das Gitterfenster anhand des abgebildeten Beugungsmusters identifiziert und auf Basis einer Position des Beugungsmusters in dem Bild wird die Position des Gitterfensters identifiziert, und ein absoluter Winkel eines zu messenden Objektes wird erfasst.

Patentdokument 1: Geprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. H8-10145 .

Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösendes Problem
Bei einem derartigen Codeumsetzer ist vorzugsweise der erfassbare Bereich absoluter Winkel (Winkelerfassungsbereich) zu messender Objekte so groß wie möglich. Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen optischen Codeumsetzer muss jedoch die Skala mit einer Vielzahl von Gitterfenstern mit unterschiedlichen Beugungsmustern versehen sein. Die Präzision der Beugungsmuster beeinflusst die Auflösung der Winkelerfassung, so dass hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung erforderlich ist, wenn die Beugungsmuster auf der Skala erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe derselben besteht darin, einen Codeumsetzer, mit dem ein Winkelerfassungsbereich vergrößert werden kann, ohne dass komplizierte Bearbeitung erforderlich ist, sowie eine Fotodetektorvorrichtung für einen Codeumsetzer zu schaffen, der als ein derartiger Codeumsetzer eingesetzt werden soll.
Mittel zum Lösen der Probleme
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, enthält ein Codeumsetzer der vorliegenden Erfindung einen ersten Drehkörper und einen zweiten Drehkörper, die sich ineinandergreifend drehen, wobei in dem ersten Drehkörper und dem zweiten Drehkörper jeweils ein Schlitz ausgebildet ist, eine Lichtquellenvorrichtung, die zu erfassendes Licht auf den Schlitz emittiert, und eine Fotodetektorvorrichtung, die eine erste Skala und eine zweite Skala enthält, wobei die erste Skala und die zweite Skala jeweils eine Vielzahl von Fotodetektoren aufweisen, die entlang einer ringförmigen Ausrichtlinie ausgerichtet sind, die Fotodetektorvorrichtung ein Ausgabeteil enthält, der Ausgangssignale auf Basis von Lichtintensitäten des zu erfassenden Lichts ausgibt, das durch den Schlitz auf die Fotodetektoren der ersten Skala und der zweiten Skala gerichtet wird, sich ein Drehungsverhältnis des zweiten Drehkörpers von einem Drehungsverhältnis des ersten Drehkörpers unterscheidet und den Fotodetektoren bei jedem vorgegebenen Phasenwinkel Attribute zugewiesen werden.
Bei diesem Codeumsetzer unterscheidet sich das Drehungsverhältnis des zweiten Drehkörpers von dem des ersten Drehkörpers, und Attribute werden den Fotodetektoren bei jedem vorgegebenen Winkel zugeordnet. Daher ändert sich zusammen mit Änderungen des Drehwinkels des ersten Drehkörpers sequenziell eine Kombination aus einem Attribut des Fotodetektors, das der Spitzenposition der Lichtintensität des zu erfassendem Lichts entspricht, das durch die erste Skala erfasst wird, und einem Attribut des Fotodetektors, das der Spitzenposition der Lichtintensität des zu erfassenden Lichts entspricht, das durch die zweite Skala erfasst wird. Daher kann bei diesem Codeumsetzer eine periodische Zahl des ersten Drehkörpers auf Basis der Kombination von Bereichen identifiziert werden, so dass der Winkelerfassungsbereich auf der ersten Skala auf nicht weniger als 360° erweitert werden kann. Bei diesem Codeumsetzer ist es nicht notwendig, eine Vielzahl von Gitterfenstern mit unterschiedlichen Beugungsmustern auf den Skalen bereitzustellen, wie dies herkömmlicherweise der Fall ist, so dass auch keine komplizierte Bearbeitung erforderlich ist.
Vorzugsweise kreuzt das zu erfassende Licht, das durch den Schlitz hindurchgetreten ist, die Ausrichtlinie an wenigstens zwei voneinander getrennten Punkten. In diesem Fall kann, wenn ein Punkt der Punkte, an denen das Ausgangssignal einen Spitzenwert erreicht, als ein Bezugspunkt zum Berechnen eines absoluten Winkels festgelegt wird, ein relativer Win kel (relativer Bezugswinkel) zwischen dem Bezugspunkt und dem anderen Punkt im Voraus aus der Form des Schlitzes erfasst werden. Daher wird, selbst wenn die Position des Schlitzes von der Skala abweicht, die Abweichung des relativen Winkels als ein Korrekturwert berechnet, und indem der Korrekturwert zu einem durch den Bezugspunkt angezeigten absoluten Winkel addiert oder von ihm subtrahiert wird, kann ein Absolutwert genau erfasst werden.
Vorzugsweise sind die Fotodetektoren in einem versetzten Muster entlang der Ausrichtlinie ausgerichtet. In diesem Fall kann die Winkelerfassungsauflösung verbessert werden, wobei gleichzeitig die Skala klein gehalten wird.
Die Fotodetektorvorrichtung für einen Codeumsetzer der vorliegenden Erfindung enthält eine erste Skala und eine zweite Skala, wobei die erste Skala und die zweite Skala jeweils eine Vielzahl von Fotodetektoren aufweisen, die entlang einer ringförmigen Ausrichtlinie ausgerichtet sind, sowie einen Ausgabeteil, der Ausgangssignale auf Basis von Lichtintensitäten von zu erfassendem Licht ausgibt, das auf die Fotodetektoren der ersten Skala und der zweiten Skala gerichtet wird, und den Fotodetektoren bei jedem vorgegebenen Phasenwinkel Attribute zugeordnet werden.
Bei dieser Fotodetektorvorrichtung für einen Codeumsetzer kann, indem der erste Drehkörper und der zweite Drehkörper, die voneinander verschiedene Drehungsverhältnisse haben und Schlitze aufweisen, zwischen der Fotodetektorvorrichtung und einer Lichtquellenvorrichtung angeordnet werden, zusammen mit Drehwinkeländerungen des ersten Drehkörpers eine Kombination aus einem Attribut des Fotodetektors, das einer Spitzenposition der Lichtintensität des zu erfassenden Lichts entspricht, das durch die erste Skala erfasst wird, und einem Attribut des Fotodetektors, das einer Spitzenposition der Lichtintensität des zu erfassenden Lichts entspricht, das durch die zweite Skala erfasst wird, sequenziell geändert werden. Daher kann bei dieser Fotodetektorvorrichtung für einen Codeumsetzer eine periodische Zahl des ersten Drehkörpers auf Basis der Kombination von Bereichen identifiziert werden, so dass der Winkelerfassungsbereich auf der ersten Skala auf nicht weniger als 360° erweitert werden kann. Bei dieser Fotodetektorvorrichtung für einen Codierer ist es nicht notwendig, eine Vielzahl von Gitterfenstern mit unterschiedlichen Beugungsmustern auf der Skala bereitzustellen, wie dies herkömmlicherweise der Fall ist, so dass auch keine komplizierte Bearbeitung erforderlich ist.
Der Ausgabeteil weist ein Schieberegister auf, das sequenziell Ausgangssignale von den Fotodetektoren ausgibt, und das Schieberegister ist vorzugsweise an der Innenseite der Ausrichtlinie angeordnet. Indem das Schieberegister in einem zusätzlichen Raum an der Innenseite der Ausrichtlinie angeordnet wird, kann die Größe der Skala reduziert werden.
Vorzugsweise sind die Fotodetektoren in einem versetzten Muster entlang der Ausrichtlinie ausgerichtet. In diesem Fall kann die Winkelerfassungsauflösung verbessert werden, wobei gleichzeitig die Skala klein gehalten wird.
Effekt der Erfindung
Bei einem Codeumsetzer und einer Fotodetektorvorrichtung für einen Codeumsetzer der vorliegenden Erfindung kann der Winkelerfassungsbereich erweitert werden, ohne dass komplizierte Bearbeitung erforderlich ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführungsform eines Codeumsetzers der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Vorderansicht einer Zahn-Schlitzplatte;
3 ist eine Vorderansicht einer Fotodetektorvorrichtung;
4 ist eine Vorderansicht, die Attribute von Fotodetektoren zeigt;
5 ist eine Ansicht, die eine Anordnungsbeziehung eines Schlitzes und einer Skala zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm, das Verarbeitung zum Erfassen eines absoluten Winkels eines zu messenden Objektes durch den in 1 gezeigten Codeumsetzer darstellt;
7 ist eine Ansicht, die eindimensionale Profile der zu erfassenden Lichtstärken zeigt;
8 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die in 7 gezeigten eindimensionalen Profile binarisiert sind;
9 ist eine Ansicht, die eine Anordnungsbeziehung zwischen einem Schlitz und einer Skala beim Auftreten von Positionsabweichung zeigt;
10 ist eine Ansicht, die ein eindimensionales Profil zu erfassender Lichtstärke beim Auftreten von Positionsabweichung zeigt;
11 ist eine Ansicht, die Kombinationen von Attributen zeigt, die in dem in 1 gezeigten Codeumsetzer auftreten;
12 ist eine Ansicht, die Kombinationen von Attributen zeigt, die auftreten, wenn die Phase einer Zahn-Schlitzplatte Voreilung aufweist;
13 ist eine Ansicht, die Kombinationen von Attributen zeigt, die auftreten, wenn die Phase einer Zahn-Schlitzplatte Verzögerung aufweist;
14 ist eine Ansicht einer Tabelle von Änderungen von Attributkombinationen;
15 ist eine Perspektivansicht, die einen Codeumsetzer eines abgewandelten Beispiels zeigt; und
16 ist eine Perspektivansicht, die einen Codeumsetzer eines weiteren abgewandelten Beispiels zeigt.
Beste Ausführungsweisen der Erfindung
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Codeumsetzers und einer Fotodetektorvorrichtung für einen Codeumsetzer der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführungsform eines Codeumsetzers der vorliegenden Erfindung zeigt. Der in 1 gezeigte Codeumsetzer 1 ist ein sogenannter Absolut-Dreh-Codeumsetzer und ist beispielsweise eine Vorrichtung, mit der ein absoluter Winkel eines zu messenden Objektes (nicht dargestellt), wie beispielsweise eines Lenkrades eines Kraftfahrzeugs, erfasst wird. Dieser Codeumsetzer 1 enthält eine Drehwelle 2, die mit einem zu messenden Objekt verbunden wird, eine Zahnscheibe 3, die an der Drehwelle 2 befestigt ist, sowie zwei optische Systeme S1 und S2, die in der Nähe der Zahnscheibe 3 voneinander getrennt angeordnet sind. Die Zahnscheibe 3 dreht sich zusammen mit Drehung der Drehwelle 2, die fest mit einem zu messenden Objekt verbunden ist, beispielsweise in der Richtung des Pfeils X.
Das optische System S1 und das optische System S2 enthalten jeweils eine LED (Lichtquellenvorrichtung) 11 als eine Punkt-Lichtquelle, die zu erfassendes Licht emittiert, eine Fotodetektorvorrichtung (Fotodetektorvorrichtung für einen Codeumsetzer) 12 (12A, 12B), die so angeordnet ist, dass sie der LED gegenüberliegt, und die zu erfassendes Licht erfasst, eine Zahn-Schlitzplatte (Drehkörper) 13 (13A, 13B), die mit der Zahnscheibe 3 in Eingriff ist, sowie ein Paar bündelnder Linsen 14 und 14, die so angeordnet sind, dass sie die Zahn-Schlitzplatte 13 einschließen.
Die Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B weisen Schlitze 15 (15A und 15B) auf, die jeweils einen Teil des von der LED 11 emittierten zu erfassenden Lichts durchlassen, wie dies in 2 dargestellt ist. Die Schlitze 15A und 15B sind wie eine gerade Linie so ausgebildet, dass sie durch die Mittelpunkte der Zahn-Schlitzplatten 13 hindurch verlaufen. Die Schlitze 15A und 15B sind so ausgebildet, dass die Schlitzbreiten von einer Endseite zur anderen Endseite hin allmählich kleiner werden, und die Schlitzbreite W1 an einer Endseite ist ungefähr doppelt so groß wie die Schlitzbreite W2 an der anderen Endseite.
Die Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B drehen sich, wie in 1 gezeigt, mit Drehung der Zahnscheibe 3 in Eingriff miteinander, jedoch unterscheidet sich das Drehungsverhältnis der Zahn-Schlitzplatte 13B von dem der Zahn-Schlitzplatte 13A. Das heißt, das Drehungs verhältnis der Zahnscheibe 3 zu der Zahn-Schlitzplatte 13A beträgt 1:1, hingegen beträgt das Drehungsverhältnis der Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B 6:10. Daher dreht sich, wenn sich die Zahnscheibe 3 um 360° in der Richtung von Pfeil X dreht, die Zahn-Schlitzplatte 13A um 360° in der Richtung von Pfeil Y, und die Zahn-Schlitzplatte 13B dreht sich um 5/3 Umdrehung in der Richtung des Pfeils Z.
Die Fotodetektorvorrichtung 12A, 12B enthält eine Skalenplatte 17 (17A, 17B) mit einer Vielzahl von Fotodetektoren (PD), die wie in 3 dargestellt ausgerichtet sind, sowie einen Ausgabeteil 18, der Signale von den jeweiligen Fotodetektoren 16 ausgibt. Auf der Skalenplatte 17A und der Skalenplatte 17B sind eine erste Ausrichtlinie L1 und eine zweite Ausrichtlinie 12 mit Durchmessern, die den Längern der Schlitze 15A und 15B der Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B entsprechen, jeweils konzentrisch angeordnet, und die Fotodetektoren 16 sind ringförmig in einem versetzten Muster auf jeder der Ausrichtlinien L1 und L2 angeordnet.
Den Fotodetektoren 16 von dem ersten Fotodetektor 16₁ (0°) bis zu dem letzten Fotodetektor 16_n (359,5°) sind Winkelinformationen im Uhrzeigersinn in Schritten von beispielsweise 0,5° zugeordnet. Den Fotodetektoren 16 sind jeweils zehn Attribute A bis J an jedem Phasenwinkel von 36° zugeordnet, wie dies in 4 dargestellt ist. Jedem Fotodetektor werden Attribut-Identifizierungsinformationen zugeordnet, die zeigen, zu welchem Bereich der entsprechende Fotodetektor gehört.
Der Ausgabeteil 18 enthält eine Vielzahl (in der dargestellten Ausführungsform vier) von Schieberegistern 19, eine Videoleitung 20 und eine Signalverarbeitungseinrichtung 21. Die Schieberegister 19 sind in einer im Wesentlichen rechteckigen Form konzentrisch zu der Skalenplatte 17 an der Innenseite jeder Ausrichtlinie L1, L2 ausgebildet und führen den jeweiligen Fotodetektoren 16 Abtastsignale zum Ausgeben von Ausgangssignalen auf Basis der zu erfassenden Lichtstärken von erfasstem Licht und Attribut-Identifizierungssignale zu, die Attribut-Identifizierungsinformationen enthalten. Die Videoleitung 20 ist konzentrisch zu der Außenseite jeder Ausrichtlinie L1 und L2 und daran angeordnet und gibt die Ausgangssignale und Attribut-Identifizierungsinformationen von den jeweiligen Fotodetektoren 16 an die Signalverarbeitungseinrichtung 21 aus. Die Signalverarbeitungseinrichtung 21 gibt die von den jeweiligen Fotodetektoren 16 empfangenen Ausgangssignale und Attribut-Identifizierungsinformationen über die Videoleitung 20 nach außen aus. Die Zuführleitungen (nicht dargestellt) zum Zuführen der Signale zu jedem Schieberegister 19 können beispielsweise zwischen den Fotodetektor 16₁ und den Fotodetektor 16_n geschaltet sein.
Bei diesem Codeumsetzer wird in dem optischen System S1 und dem optischen System S2, wenn zu erfassendes Licht von der LED 11 als Punktlichtquelle emittiert wird, das zu erfassende Licht durch eine Parallel-Bündelungslinse 14 in ein paralleles Bündel umgewandelt jeweils auf die Zahn-Schlitzplatte 13A, 13B gerichtet. Das zu erfassende Licht, das wie eine gerade Linie geformt wird, indem es durch den Schlitz 15A, 15B hindurchgeleitet wird, wird durch die Parallel-Bündelungslinse 14 gebündelt und kreuzt, wie in 5 gezeigt, an zwei Punkten einer Endseite und der anderen Endseite mit voneinander verschiedenen Schlitzbreiten jede Ausrichtlinie L1, L2 der Skalenplatte 17A, 17B und wird durch den Schlitz 15A, 15B auf die jeweiligen Fotodetektoren 16 gerichtet. Von den Fotodetektoren 16 werden jeweils Ausgangssignale auf Basis der Lichtintensitäten des zu erfassenden Lichts und Attribut-Identifizierungssignale ausgegeben und von der Signalverarbeitungseinrichtung 21 nach außen ausgegeben.
Im Folgenden wird Verarbeitung zur Erfassung eines absoluten Winkels eines zu messenden Objektes durch Codeumsetzer 1, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 6 beschrieben. Der Ablauf der Steuerverarbeitung, der unten dargestellt ist, wird von einer Computereinrichtung, wie beispielsweise einem Personalcomputer usw., ausgeführt, der beispielsweise mit dem Codeumsetzer 1 verbunden ist.
Zunächst werden Ausgangssignale und Attribut-Identifizierungssignale, die von den Fotodetektoren 16 der Skalenplatten 17A und 17B gewonnen werden, jeweils von den Signalverarbeitungseinrichtungen 21 erfasst. Dann werden eindimensionale Profile der Lichtintensitäten von zu erfassendem Licht in Bezug auf die jeweiligen Fotodetektoren 16 bestimmt (Schritt S01). Dabei wird das zu erfassende Licht, das als gerade Linien durch die Schlitze 15A und 15B hindurchgetreten ist, auf zwei der Fotodetektoren 16 gerichtet, die ringförmig ausgerichtet sind, so dass, wenn die eindimensionalen Profile der Fotodetektoren 16 der Skalenplatten 17A und 17B, wie in 7 gezeigt, analysiert werden, die Lichtintensitäts-Spitzen P1 und P2 und die Lichtintensitäts-Spitzen P3 und P4, die voneinander getrennt sind, ermittelt werden.
In dem Codeumsetzer 1 ist die Schlitzbreite W1 an einer Endseite ungefähr zweimal so groß wie die Schlitzbreite W2 an der anderen Endseite, so dass die Halbwertsbreite der Lichtintensitäts-Spitze P1, P3 ungefähr zweimal so groß ist wie die Halbwertsbreite der Lichtintensitäts-Spitze P2, P4. Daher können die Lichtintensitäts-Spitzen P1 und P2 und die Lichtintensitäts-Spitzen P3 und P4 leicht identifiziert werden. Auf Basis eines vorgegebenen Vergleichspegels werden, wie in 8 gezeigt, die ermittelten Lichtintensitäts-Spitzen P1 und P2 sowie Lichtintensitäts-Spitzen P3 und P4 binarisiert (Schritt S02).
Nach der Binarisierung wird zunächst ein Winkel auf Basis der Lichtintensitäts-Spitzen P1 und P2, die aus dem eindimensionalen Profil jedes Fotodetektors 16 an der Skalenplatte 17A ermittelt werden, berechnet. In diesem Fall wird der Fotodetektor 16, der der Halbwertsmitte der Lichtintensitäts-Spitze P1 entspricht, als ein Bezugspunkt zum Bestimmen eines absoluten Winkels festgelegt, und der Fotodetektor 16, der der Mitte der Halbwertsbreite der Lichtintensitäts-Spitze P2 entspricht, wird als ein relativer Punkt zum Bestimmen eines relativen Winkels zwischen den Lichtintensitäts-Spitzen P1 und P2 festgelegt. Dann werden auf Basis der jedem Fotodetektor 16 zugeordneten Winkelinformationen Winkel des Bezugspunktes und des relativen Punktes erfasst (Schritt S03).
Dabei ist bei dem Codeumsetzer 1 der Schlitz 15A als eine gerade Linie ausgebildet. Daher wird, wenn die Position des Schlitzes 15A nicht von der Skalenplatte 17A abweicht, der relative Winkel zwischen dem Bezugspunkt und dem relativen Punkt (im Folgenden als ”relativer Bezugswinkel” bezeichnet) eindeutig mit 180° berechnet. Wenn hingegen, wie in 9 gezeigt, die Position des Schlitzes 15A aufgrund der axialen Abweichung und Drehabweichung der Zahn-Schlitzplatte 13A, 13B usw., wie in 10 dargestellt, von der Skalenplatte 17A abweicht, weicht die Position des Bezugspunktes von einem wahren Winkel um α° ab. Daher wird der relative Winkel zwischen dem Bezugspunkt und dem relativen Punkt bei der Erfassung mit 180° + α° berechnet. Daher werden, wenn eine Differenz von α° zwischen dem relativen Bezugswinkel und dem relativen Winkel bei der Erfassung auftritt, die α° als ein Winkelabweichungs-Korrekturmaß berechnet (Schritt S04). Dann wird, indem das Korrekturmaß von α° zu dem in Schritt S03 erfassten Winkel des Bezugspunktes addiert oder von ihm subtrahiert wird, der wahre Winkel, aus dem der Einfluss der Winkelabweichung beseitigt ist, berechnet (Schritt S05).
Nachdem der wahre Winkel berechnet ist, wird eine periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A berechnet (Schritt S06). Um die periodische Zahl zu berechnen, werden zunächst Attribute der Fotodetektoren 16, die den aus den jeweiligen eindimensionalen Profilen der Skalenplatten 17A und 17B berechneten wahren Winkeln entsprechen, identifiziert. Dabei beträgt das Drehungsverhältnis der Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B bei dem Codeumsetzer 1 6:10, so dass sich mit der Drehung der Zahn-Schlitzplatte 13A die Kombination von Attributen von Fotodetektor 16, die den wahren Winkeln entsprechen, die aus den jeweili gen eindimensionalen Profilen der Skalenplatten 17A und 17B berechnet werden, über drei Perioden allmählich ändert.
11 ist eine Ansicht, die Änderungen von Attribut-Kombinationen zeigt. Wenn die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 1 ist, ist, wie in 11 gezeigt, die Attribut-Kombination eines von insgesamt 23 Mustern, d. h. A-A, A-B, B-B, B-C, B-D, C-D, C-E, D-F, D-G, E-G, E-H, E-I, F-Ι, F-J, G-A, G-B, H-B, H-C, H-D, I-D, I-E, J-F und J-G. Wen die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 2 ist, ist die Attribut-Kombination eines von insgesamt 24 Mustern, d. h. A-G, A-H, A-I, B-I, B-J, C-A, C-B, D-B, D-C, D-D, E-D, E-E, F-F, F-G, G-G, G-H, G-I, H-I, H-J, I-A, I-B, J-B, J-C und J-D. Wenn die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 3 ist, ist die Attribut-Kombination eines von insgesamt 23 Mustern, d. h. A-D, A-E, B-F, B-G, C-G, C-H, C-I, D-I, D-J, E-A, E-B, F-B, F-C, F-D, G-D, G-E, H-F, H-G, I-G, I-H, I-I, J-I und J-J. Wenn sich die Zahn-Schlitzplatte 13A dreimal dreht, wiederholen sich die Attribut-Kombinationen.
Wenn sich die Zahn-Schlitzplatte 13A, 13B umgekehrt dreht, kann es zu Spiel kommen. Unter Berücksichtigung dieses Spiels treten beispielsweise, wenn die Phase der Zahn-Schlitzplatte 13B der der Zahn-Schlitzplatte 13A um eine Spalte (einen Fotodetektor) voreilt, wie dies in 12 gezeigt ist, und die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 1 ist, vier neue Muster A-J, D-E, G-J und J-E auf. Wenn die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 2 ist, treten drei neue Muster C-J, F-E und I-J auf, und wenn die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 3 ist, treten drei neue Muster B-E, E-J und H-E auf.
Wenn sich hingegen die Phase der Zahn-Schlitzplatte 13B zur negativen Seite hin um eine Spalte (einen Fotodetektor) hinter der der Zahn-Schlitzplatte 13A verzögert, wie dies in 13 gezeigt ist, treten, wenn die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 1 ist, drei neue Muster C-F, F-A und I-F auf. Wenn die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 2 ist, treten drei neue Muster B-A, E-F und H-A auf, und wenn die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 3 ist, treten vier neue Muster A-F, D-A, G-F und J-A auf.
Daher wird die Attribut-Kombination der Fotodetektoren 16, die den wahren Winkeln entspricht, die aus den jeweiligen eindimensionalen Profilen der Skalenplatten 17A und 17B berechnet werden, identifiziert, und, indem geprüft wird, bei welcher periodischen Zahl die Kombination auftritt, kann die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A berechnet werden. Um als Beispiel den Fall in 8 zu beschreiben, so ist das Attribut des Fotodetektors 16, das dem wahren Winkel entspricht, der aus dem eindimensionalen Profil der Skalen platte 17A berechnet wird, E, und das Attribut des Fotodetektors 16, das dem wahren Winkel entspricht, der aus dem eindimensionalen Profil der Skalenplatte 17B berechnet wird, ist B, so dass die Attribut-Kombination E-B ist. Daher wird die periodische Zahl der Schlitzplatte 13A als 3 identifiziert.
Nachdem die periodische Zahl berechnet ist, wird der absolute Winkel an dem Bezugspunkt berechnet (Schritt S07). Wenn die periodische Zahl der Schlitzplatte 1 ist, ist der in Schritt S05 ermittelte wahre Winkel der absolute Winkel des zu messenden Objektes. Wenn die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 2 ist, ist ein Winkel, der ermittelt wird, indem 360° zu dem in Schritt S05 ermittelten absoluten Winkel addiert wird, der absolute Winkel des zu messenden Objektes, und wenn die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A 3 ist, ist ein Winkel, der ermittelt wird, indem 720° zu dem in Schritt S05 berechneten wahren Winkel addiert wird, der absolute Winkel des zu messenden Objektes.
14 ist eine Ansicht, die eine Tabelle von Änderungen der Attribut-Kombination zeigt. Wenn sich die Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B drehen, ändert sich, wie in 14 gezeigt, die Kombination von Attributen entsprechend den mit den Pfeilen dargestellten Bahnen von A-A zu J-J. Die schattiert dargestellten Abschnitte sind Attribut-Kombinationen, die auftreten, wenn das oben beschriebene Spiel berücksichtigt wird. Hingegen sind, wie in der Zeichnung dargestellt, insgesamt 10 Muster, d. h. A-C, B-H, C-C, D-H, E-C, F-H, G-C, H-H, I-C und J-H, Muster (NG-Muster), die prinzipiell auch dann nicht auftreten, wenn das Spiel berücksichtigt wird. Daher kann in Schritt S06, wenn die Attribut-Kombination der Fotodetektoren 16 dem NG-Muster entspricht, das Auftreten eines mechanischen Fehlers, wie beispielsweise Bruch der Zahnscheibe 3 und der Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B erfasst werden.
Bei dem Codeumsetzer 1 beträgt, wie oben beschrieben, das Drehungsverhältnis der Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B, die sich in Eingriff miteinander drehen, 6:10, und Attribute von A bis J werden den jeweiligen Fotodetektoren 16 der Skalenplatten 17A und 17B bei jedem Phasenwinkel von 36° zugeordnet. Dementsprechend kann bei dem Codeumsetzer 1 die periodische Zahl der Zahn-Schlitzplatte 13A über drei Perioden auf Basis der Kombination von Attributen der Fotodetektoren 16 identifiziert werden, die den aus den jeweiligen eindimensionalen Profilen der Skalenplatten 17A und 17B berechneten wahren Winkeln entsprechen, so dass der Winkelerfassungsbereich auf 1080° erweitert werden kann. Bei diesem Codeumsetzer 1 muss keine Vielzahl von Gitterfenstern mit unterschiedlichen Beu gungsmustern auf der Skale vorhanden sein, wie dies herkömmlicherweise der Fall ist, so dass auch keine komplizierte Bearbeitung erforderlich ist.
Bei dem Codeumsetzer 1 wird an zwei der Vielzahl von Fotodetektoren 16, die ringförmig als eine Skale ausgerichtet sind, zu erfassendes Licht, das durch den geradlinigen Schlitz 15A hindurchtritt, erfasst. Dabei kann aufgrund der Form des geradlinigen Schlitzes 15A der relative Bezugswinkel zwischen dem Bezugspunkt, der der Lichtintensitäts-Spitze P1 des zu erfassenden Lichts entspricht, und dem relativen Punkt, der der Lichtintensitäts-Spitze P2 entspricht, eindeutig mit 180° berechnet werden. Daher kann bei dem Codeumsetzer 1, selbst wenn die Position des Schlitzes 15A von der Skalenplatte 17A abweicht, indem das Korrekturmaß α aus der Abweichung zwischen dem relativen Winkel zwischen dem Bezugspunkt und dem relativen Punkt zur Zeit der Winkelerfassung und dem relativen Bezugswinkel berechnet wird, ein absoluter Winkel eines zu messenden Objektes genau erfasst werden.
Weiterhin wird auf der Seite der Fotodetektorvorrichtung 12 lediglich einfache Verarbeitung, wie Ausgabe von Ausgangssignalen auf Basis der Lichtintensitäten von zu erfassendem Licht, das auf die jeweiligen Fotodetektoren 16 gerichtet wird, nach außen durchgeführt, so dass die Signalverarbeitung schnell durchgeführt wird. Des Weiteren ist auch kein Rahmen-Speicher usw. erforderlich, und Größe sowie Kosten der Fotodetektorvorrichtung 12 werden reduziert. In der Fotodetektorvorrichtung 12 sind die Fotodetektoren 16 in einem versetzten Muster auf den ringförmigen Ausrichtlinien L1 und L2 ausgerichtet. Aufgrund dieser Anordnung der Fotodetektoren 16 kann die Winkelerfassungsauflösung verbessert werden, während gleichzeitig die Größe der Skalenplatte 17 gering gehalten wird. Des Weiteren sind die Schieberegister 19 in einer im Wesentlichen rechteckigen Form konzentrisch zu der Skalenplatte 17 an der Innenseite der Ausrichtlinien 11, 12 angeordnet. Indem die Schieberegister 19 in einem zusätzlichen Raum an der Innenseite der Ausrichtlinien L1, L2 angeordnet werden, kann so die Größe der Fotodetektorvorrichtung 12 weiter verringert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise beträgt bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Drehungsverhältnis der Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B 6 bis 10, es kann gegebenenfalls entsprechend dem erforderlichen Winkelerfassungsbereich auf 8 bis 10 und 4 bis 6 usw. geändert werden. Die Anzahl von Attributen, die den Fotodetektoren 16 zuzuordnen sind, kann gegebenenfalls auch geändert werden.
Des Weiteren sind in der oben beschriebenen Ausführungsform die Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B mit einer Seite und der anderen Seite der Zahnscheibe 3 in Eingriff, jedoch kann wie bei dem in 15 gezeigten Codeumsetzer 1A die Zahn-Schlitzplatte 13B direkt mit der Zahn-Schlitzplatte 13A in Eingriff sein. Es ist, wie bei dem in 16 gezeigten Codeumsetzer 1B auch möglich, dass Zähne 30 an der Innenseite der Zahn-Schlitzplatte 13A ausgebildet sind und die Zahn-Schlitzplatte 13B mit diesen Zähnen 30 in Eingriff ist. In diesem Fall sind Schlitze 31 getrennt an einer Endseite und der anderen Endseite in der Zahn-Schlitzplatte 13A ausgebildet, und Fotodetektoren 16 sind ringförmig so ausgerichtet, dass sie den Längen der Zahn-Schlitzplatten 13A und 13B in der Fotodetektorvorrichtung 12 entsprechen. Dementsprechend können die optischen Systeme zu einem zusammengefasst werden, und die Größe des Codeumsetzers 1 kann weiter reduziert werden.
Zusammenfassung
Codierer und Fotodetektor für Codierer
Ein Codeumsetzer enthält einen ersten Drehkörper und einen zweiten Drehkörper, in denen Schlitze ausgebildet sind und die sich ineinandergreifend drehen, eine Lichtquellenvorrichtung, die zu erfassendes Licht zu den Schlitzen emittiert, und eine Fotodetektorvorrichtung, die eine erste Skala und eine zweite Skala, die eine Vielzahl von Fotodetektoren aufweisen, die entlang ringförmiger Ausrichtlinien ausgerichtet sind, sowie einen Ausgabeteil enthält, der Ausgangssignale auf Basis von Lichtintensitäten des zu erfassenden Lichts ausgibt, das durch den Schlitz auf die Fotodetektoren der ersten Skala und der zweiten Skala gerichtet wird. Das Drehungsverhältnis des zweiten Drehkörpers unterscheidet sich von dem des ersten Drehkörpers, und den Fotodetektoren werden bei jedem vorgegebenen Phasenwinkel Attribute zugewiesen.

1: Codeumsetzer,
11: LED (Lichtquellenvorrichtung),
12A, 12B: Fotodetektorvorrichtung,
13A, 13B: Zahn-Schlitzplatte (erster Drehkörper, zweiter Drehkörper),
15A, 15B: Schlitz,
16: Fotodetektor (PD),
17A, 17B: Skalenplatte (erste Skala, zweite Skala),
18: Ausgabeteil,
19: Schieberegister,
L1: erste Ausrichtlinie,
L2: zweite Ausrichtlinie.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 8-10145 [0002]

Claims

Codeumsetzer, der umfasst: einen ersten Drehkörper und einen zweiten Drehkörper, die sich ineinandergreifend drehen, wobei in dem ersten Drehkörper und dem zweiten Drehkörper jeweils ein Schlitz ausgebildet ist; eine Lichtquellenvorrichtung, die zu erfassendes Licht zu dem Schlitz emittiert; und eine Fotodetektorvorrichtung, die eine erste Skala und eine zweite Skala enthält, wobei die erste Skala und die zweite Skala jeweils eine Vielzahl von Fotodetektoren aufweisen, die entlang einer ringförmigen Ausrichtlinie ausgerichtet sind, die Fotodetektorvorrichtung einen Ausgabeteil enthält, der Ausgangssignale auf Basis von Lichtintensitäten des zu erfassenden Lichts ausgibt, das durch den Schlitz auf die Fotodetektoren der ersten Skala und der zweiten Skala gerichtet wird, sich ein Drehungsverhältnis des zweiten Drehkörpers von einem Drehungsverhältnis des ersten Drehkörpers unterscheidet, und den Fotodetektoren bei jedem vorgegebenen Phasenwinkel Attribute zugewiesen werden.
Codeumsetzer nach Anspruch 1, wobei das zu erfassende Licht, das durch den Schlitz hindurchgetreten ist, die Ausrichtlinie an wenigstens zwei voneinander getrennten Punkten kreuzt.
Codeumsetzer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fotodetektoren in einem versetzten Muster entlang der Ausrichtlinie ausgerichtet sind.
Fotodetektorvorrichtung für einen Codeumsetzer, die umfasst: eine erste und eine zweite Skala, wobei die erste Skala und die zweite Skala jeweils eine Vielzahl von Fotodetektoren aufweisen, die entlang einer ringförmigen Ausrichtlinie ausgerichtet sind; sowie einen Ausgabeteil, der Ausgangssignale auf Basis von Lichtintensitäten von zu erfassender Licht ausgibt, das auf die Fotodetektoren der ersten Skala und der zweiten Skala gerichtet wird, und wobei den Fotodetektoren bei jedem vorgegebenen Phasenwinkel Attribute zugeordnet werden.
Fotodetektorvorrichtung für den Codeumsetzer nach Anspruch 4, wobei der Ausgabeteil ein Schieberegister enthält, das sequenziell die Ausgangssignale von den Detektoren ausgibt, und das Schieberegister an der Innenseite der Ausrichtlinie angeordnet ist.
Fotodetektorvorrichtung für den Codeumsetzer nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Fotodetektoren in einem versetzten Muster entlang der Ausrichtlinie ausgerichtet sind.