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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Messungsursprungs-Detektionsverfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Referenzposition in einer Positions-Detektionseinrichtung wie z. B. einen optischen linearen Kodierer und insbesondere auf ein Ursprungs-Detektionsverfahren und eine Vorrichtung, welche für einen einfachen und kompakten Kodierer geeignet anwendbar sind.
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Die Druckschriften
JP 61-028811 A ,
JP 01-227913 A ,
DE 31 44 334 C2 und
US 4 678 908 A des Standes der Technik betreffen optische Kodierer. Die Druckschriften JP 61-028811 A und JP 01-227913 A beschreiben, dass ein optischer Kodierer ein erstes Muster zum Bezeichnen einer relativen Position und ein zweites Muster zum Bezeichnen eines Mittelbereichs aufweist. Daher spezifiziert der Kodierer der Druckschriften JP 61-028811 A und JP 01-227913 A lediglich den Mittelbereich und kann keine präzise Position spezifizieren. Die Druckschriften DE 31 44 334 C2 und US 4 678 908 A beschreiben, dass ein optische Kodierer ein erstes Muster zum Bezeichnen einer relativen Position und ein zweites Muster zum Bezeichnen einer Ausgangsposition aufweist. Daher kann der Kodierer der Druckschriften DE 31 44 334 C2 und US 4 678 908 A keine präzise Position spezifizieren, wenn das von dem zweiten Muster erhaltene Signal stumpf ist. Ein herkömmlicher Kontakt- und Transmissionstyp-Kodierer kann einen schmalen Spalt in einem Detektionsabschnitt ohne Veränderungen unter Benutzung einer Spalthaltevorrichtung eines Kontakttyps aufrechterhalten. Deshalb kann ein Ursprungs-Detektionssystem, das zufällig gemusterte Ursprungsmarkierungen mit einer feinen Grundunterteilung oder einer hohen Ortsfrequenz auf Skalen bildet, in einem derartigen Kodierer verwendet werden.
8A ist ein Diagramm einer Wellenform, das ein primäres Ursprungssignal und ein Ausgabe-Ursprungssignal zeigt, welches aus einem derartigen zufälligen Muster erhalten wurde. Das primäre Ursprungssignal weist einen scharfen Peak auf, wenn das zufällige Muster benutzt wird, und ein scharfes Ausgabe-Ursprungssignal kann durch Unterteilen des primären Ursprungssignals mit einem vorbestimmten Referenzpegel erhalten werden. Somit kann entsprechend eine ursprüngliche Position mit einer relativ höheren Reproduzierbarkeit erkannt werden.
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Ein Kodierer des kontaktlosen und Reflexionstyps ist andererseits erforderlich, um einen großen Spalt und eine zulässige Abweichungstoleranz davon in einem Detektionsabschnitt zu setzen, um einen kontaktlosen Zustand aufrecht zu erhalten. Und es ist schwierig, einen Ursprung unter Benutzung eines derartigen zufälligen Musters mit einer feinen Grundunterteilung wie der des Kontakt-Transmissionstyps zu erkennen. Daher wird oft ein Grobspaltmuster wie in 8B gezeigt verwendet.
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Ein primäres Ursprungssignal, das in 8B gezeigt ist, hat am Rand einen schwachen Gradienten. Daher kann durch ein Verfahren zum Erhalten eines Ausgabe-Ursprungssignals durch Unterteilen der Wellenform des primären Ursprungssignals, welches aus dem Grobspaltmuster erhalten wird, mit einem Referenzpegel die Position des Randes des Ausgabe-Ursprungssignals wegen einer Temperaturverschiebung und dergleichen variiert werden. Je schwächer der Gradient des primären Ursprungssignals ist, desto grösser ist eine derartige Abweichung. Die Abweichungsrate kann bis auf das 10- bis 30-fache von der in dem Fall anwachsen, dass das zufällige Muster des Kontakt- und Transmissionstyps benutzt wird. Wenn das Ausgabe-Ursprungssignal so benutzt wird wie es ist, kann die Positionsreproduzierbarkeit nachteilig relativ zum zufälligen Mustersystem um eine Größenordnung erniedrigt werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde mit Rücksicht auf derartige Probleme gemacht und hat das Ziel, ein Ursprungs-Detektionssystem zu schaffen, weiches in der Lage ist, eine herausragendere Reproduzierbarkeit als ein herkömmliches Randdetektions-Ursprungsdetekionssystem zu erzielen, während die Struktur eines einfachen und kompakten Detektionsabschnitts beibehalten wird.
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Die vorliegende Erfindung ist mit einer Ursprungs-Detektionsvorrichtung zum Detektieren einer ursprünglichen Position ausgestattet, die als eine Referenz zum Messen einer relativen Position einer Indexskala zur Hauptskala dient. Die Vorrichtung umfasst eine Positions-Detektionsvorrichtung zum Liefern eines Positions-Detektionssignals in Übereinstimmung mit einer Veränderung der relativen Position der Indexskala zur Hauptskala. Die Positions-Detektionsvorrichtung liefert auch ein primäres Ursprungssignal, welches einen variablen Pegel in Übereinstimmung mit dem Grad einer Überlappung ursprünglicher Detektionsmuster aufweist, die jeweils auf den Haupt- und Indexskalen gebildet wurden. Die Vorrichtung weist auch eine Torsignal-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Torsignals durch Unterteilen des primären Ursprungssignals mit einem vorbestimmten Referenzpegel auf. Die Vorrichtung umfasst des weiteren eine Positionsimpuls-Zählschaltung zum Beginnen des Zählens von Positionsimpulsen, die aus den Positions-Detektionssignalen abgeleitet werden, wenn das Torsignal, das von der Torsignal-Erzeugungsschaltung erzeugt wurde, aktiv wird, und zum Teilen eines Zählwerts durch zwei, wenn das Torsignal nicht aktiv wird. Ein Zählwert, der von der Positionsimpuls-Zählschaltung erhalten wurde, nachdem er durch zwei bei der Positionsimpuls-Zählschaltung geteilt wurde, gibt eine Referenz für die Ursprungsdetektion.
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Die vorliegende Erfindung ist auch mit einem Ursprungs-Detektionsverfahren zum Detektieren einer Ursprungsposition ausgestattet, die als eine Referenz für eine Positionsmessung durch eine Positions-Detektionseinrichtung dient. Das Verfahren umfasst den Schritt des Überwachens eines Positionsimpulses, der von einem Positions-Detektionssignal aus der Positions-Detektionseinrichtung erzeugt wurde, und eines Torsignals, welches durch Binarisieren eines primären Ursprungssignals mit einem vorbestimmten Referenzpegel erhalten wurde, und das Beginnen die Positionsimpulse zu zählen, nachdem das Torsignal aktiv wird. Das Verfahren umfasst auch den Schritt des Teilens eines Zählwertes durch zwei, wenn das Torsignal nicht aktiv wird. Das Verfahren umfasst des weiteren den Schritt des Lieferns eines Ausgabe-Ursprungssignals, wenn ein Zählwert, nachdem er durch zwei geteilt wurde, einen vorbestimmten Offset-Wert erreicht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Positionsimpulse gezählt, während das Torsignal, das durch Binärisieren des primären Ursprungssignals mit dem vorbestimmten Referenzpegel erhalten wurde, aktiv bleibt. Dann wird der Zählwert durch zwei geteilt, wenn die Länge des Torsignals vollkommen gezählt wurde. Somit kann ein Zählwert erhalten werden, der am richtigen Mittelpunkt zwischen dem Anstieg (oder Abfall) und Abfall (oder Anstieg) des Torsignals beginnt. Wenn das primäre Ursprungssignal langsam variiert, können Positionen von Rändern, die durch Binärisieren des Signals erhalten wurden, im allgemeinen wegen der Temperaturdrifts und dergleichen stark variieren, während der Mittelpunkt zwischen den Rändern, d. h. die Peakposition des primären Ursprungssignals, sich kaum verändert. Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Tatsache zur Kenntnis genommen und die zentrale Position zwischen den Rändern des Torsignals als eine Referenz verwendet. Daher kann, obwohl der Gradient des Randes des primären Ursprungssignals niedrig ist, dieser kaum wirksam werden. Somit kann eine Ursprungsdetektion mit einer hervorragenden Reproduzierbarkeit erreicht werden.
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Die Positionsimpuls-Zähleinrichtung zählt eine Torimpulsbreite während die Skala sich bewegt und dann wird der Zählwert durch zwei geteilt. Wenn des weiteren eine Ursprungs-Ausgabeeinrichtung vorgesehen ist, um ein Ausgabe-Ursprungssignal zu liefern, wenn ein Zählwert von der Positionsimpuls-Zähleinrichtung einen vorbestimmten Offset-Wert erreicht, nachdem er durch zwei geteilt wurde, kann die Ursprungsdetektion in Echtzeit durchgeführt werden, wenn der Detektionsabschnitt sich relativ zur Skala bewegt.
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Eine Binärisierung des primären Ursprungssignals produziert das Torsignal. In einem derartigen Pegelvergleichsprozess wird gewöhnlich vorzugsweise ein Komparator mit einer Hysteresecharakteristik verwendet, um eine Fehldetektion aufgrund von Rauschen zu verhindern. Im Fall der vorliegenden Erfindung können sich jedoch, wenn der Komparator eine Hysteresecharakteristik aufweist, die Positionen beider Ränder des Torsignals in beide Richtungen verschieben. Um ein derartiges Problem zu lösen kann die Torsignal-Erzeugungsschaltung vorzugsweise erste und zweite Komparatoren beinhalten. Der erste Komparator detektiert einen Übergang des primären Ursprungssignals von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel mit dem vorbestimmten Referenzpegel und detektiert einen Übergang des primären Ursprungssignals vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel mit einem höheren Pegel als dem vorbestimmten Referenzpegel. Der zweite Komparator detektiert den Übergang des primären Ursprungssignals vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel mit einem niedrigeren Pegel als dem vorbestimmten Referenzpegel und detektiert den Übergang des primären Ursprungssignals vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel mit dem vorbestimmten Referenzpegel. Die Torsignal-Erzeugungsschaltung beinhaltet des weiteren eine Auswahlschaltung zum Auswählen der Ausgabe vom ersten Komparator während der ersten Hälfte der Dauer, nachdem das Torsignal aktiv wurde und bevor das Torsignal nicht aktiv wird. Die Auswahlschaltung wählt des weiteren die Ausgabe des zweiten Komparators während der zweiten Hälfte der Dauer aus. Diese ausgewählten Ausgaben werden als das Torsignal geliefert.
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Wenn die Torsignal-Erzeugungseinrichtung wie oben konfiguriert ist, stimmt der Schwellwertpegel zum Detektieren des Übergangs vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel, der im ersten Komparator der zwei Komparatoren mit Hysteresecharakteristiken benutzt wird, mit dem Schwellwertpegel zum Detektieren des Übergangs vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel, der im zweiten Komparator benutzt wird, überein. Zusätzlich werden diese Übergänge jeweils an der Auswahleinrichtung ausgewählt, um das Torsignal zu erzeugen. Somit ist es möglich zu verhindern, dass die Randpositionen des Torsignals variieren, während gleichzeitig die Rauschunterdrückungsfähigkeit mit der Hysteresecharakteristik verbessert wird.
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Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlich.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen umfassend verständlich, in welchen:
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1 eine zerlegte perspektivische Ansicht eines Linear-Kodierers ist, der für ein Ursprungs-Detektionssystem gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
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2 ein Blockdiagramm eines Ursprungsdetektors gemäß der Ausführungsform ist;
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3 ein Diagramm ist, welches den Zentralwert zwischen Rändern eines primären Ursprungssignals ist, welches am Detektor detektiert wird;
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4 ein Zeitablaufdiagramm ist, welches eine Betriebsweise des Detektors veranschaulicht;
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5 ein detailliertes Schaltungsdiagramm eines Torsignalgenerators im Detektor ist;
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6 ein Wellenformdiagramm ist, welches eine Betriebsweise des Torsignalgenerators veranschaulicht;
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7 ein Flussdiagramm ist, welches einen Ablauf zeigt, um einen Ursprungs-Detektionsprozess der vorliegenden Erfindung mit Software zu verwirklichen; und
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8A und 8B Diagramme sind, die herkömmliche Ursprungs-Detektionsverfahren mit einem zufälligen Muster und einem Spaltmuster veranschaulichen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine allgemeine Anordnung eines Linear-Kodierers zeigt, der eine Positions-Detektionsvorrichtung zur Benutzung in einem Ursprungs-Detektionssystem gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Der Linear-Kodierer gibt ein primäres Ursprungssignal PHI Z und Zweiphasen-sinuswellenförmige Signale PHI A und PHI B aus, die Positions-Detektionssignale sind. Der Linear-Kodierer ist ein photoelektrischer Kodierer eines Transmissionstyps, der eine Hauptskala 1 und eine Indexskala 2 beinhaltet, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Optische Gitter 3 und 4 mit einer gegebenen Unterteilung sind auf beiden Skalen 1 und 2 gebildet. Eine Lichtquelle 5, wie z. B. eine LED, und eine photoempfindliche Vorrichtung 6, wie z. B. eine Photodiode, liegen einander gegenüber, wobei beide Skalen 1 und 2 dazwischen liegen. Die Indexskala 2, die Lichtquelle 5 und die photoempfindliche Vorrichtung 6 bilden einen Detektionsabschnitt 7, der sich relativ gegenüber der Hauptskala 1 bewegt. Licht, welches durch die optischen Gitter 3 und 4 der Skalen 1 und 2 hindurchgeht, wiederholt Helligkeit und Dunkelheit mit derselben Periode wie die Gitterunterteilung, während sich der Detektionsabschnitt 7 bewegt. Die photoempfindliche Vorrichtung 6 konvertiert die Veränderungen in elektrische Signale und gibt Positions-Detektionssignale aus mit einem Phasenunterschied von 90 DEC dazwischen, das sind die Zweiphasen-sinuswellenförmigen Signale PHI A und PHI B. Muster 8 und 9 zur Ursprungsdetektion werden an gewissen Positionen der Skalen 1 und 2 gebildet. Die photoempfindliche Vorrichtung 6 gibt das primäre Ursprungssignal PHI Z in Übereinstimmung mit dem Grad der Überlappung der Muster 8 und 9, wie in 8A oder 8B gezeigt ist, aus.
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2 ist ein Diagramm, welches einen Ursprungsdetektor zum Erzeugen eines Ausgabe-Ursprungssignals PZ von den Zweiphasen-sinuswellenförmigen Signalen PHI A, PHI B und dem primären Ursprungssignal PHI Z zeigt.
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Die Zweiphasen-wellenförmigen Signale PHI A und PHI B werden in eine Interpolationsschaltung 11 eingegeben, welche die Perioden der Zweiphasensinuswellenförmigen Signale PHI A und PHI B durch eine bestimmte Zahl teilt, um Zweiphasen-Rechteckwellensignale PA und PB zu erzeugen. Wenn die Gitterunterteilung der Skalen 1 und 2 z. B. gleich 20 μm ist, teilt die Interpolationsschaltung 11 sie durch 100, um Zweiphasen-Rechteckwellensignale PA und PB mit einer Unterteilung von 0,2 μm und einer Auflösung von 0,05 μm zu erzeugen. Diese Zweiphasen-Rechteckwellensignale PA und PB haben einen Phasenunterschied von z. B. 90 DEG dazwischen und eine vorhergehende der Anstiegsflanken kann die Bewegungsrichtung der Indexskala 2 bestimmen. Zähler 12 und 13, die eine Positionsimpuls-Zählschaltung bilden, führen die Zweiphasen-Rechteckwellensignale PA und PB hinein und detektieren die Anstiegs- und Abfallflanken der Signale PA und PB, um Positionsimpulse PULSE mit einer Unterteilung von z. B. 0,05 μm hinauf oder hinab zu zählen.
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Andererseits unterteilt ein Torsignalgenerator 14 das primäre Ursprungssignal PHI Z mit einem vorbestimmten Referenzpegel VRef um ein Torsignal Z zu erzeugen. Das Torsignal Z wird dem Zähler 12 zugeführt. Der Zähler 12 beginnt die Positionsimpulse PULSE zu zählen, wenn das Torsignal Z aktiv wird. Ein Zählwert des Zählers wird um ein Bit an einer 1/2-Schaltung 15 verschoben, um den Zählwert durch zwei zu teilen, wenn das Torsignal Z inaktiv wird und der geteilte Wert wird in den Zähler 13 voreingestellt. Alternativ kann dies durchgeführt werden, indem einfach der Zählwert mit Ausnahme des niederwertigsten Bits vom Zähler 12 in dem Zähler 13 voreingestellt wird. Der Zähler 13 zählt die Positionsimpulse PULSE, nachdem der geteilte Wert voreingestellt wurde. Ein Zählwert vom Zähler 13 wird einem Komparator 16 zugeführt, der eine Ursprungs-Ausgabeschaltung darstellt. Der Komparator 16 vergleicht einen Eingabe-Zählwert mit einem vorbestimmten Offset-Wert N und liefert ein Ausgabe-Ursprungssignal PZ, wenn beide miteinander übereinstimmen. Ein weiterer Komparator 17 vergleicht den Zählwert aus dem Zähler 12 mit einem später beschriebenen vorbestimmten Wert m und liefert ein Steuersignal CNT, wenn beide zusammenfallen. Das Steuersignal CNT wird zum Torsignalgenerator 14 vorgeschoben und wird benutzt, um das Torsignal Z zu erzeugen, wie nachfolgend beschrieben ist.
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Eine Betriebsweise eines derartig konfigurierten Ursprungsdetektors wird nachfolgend beschrieben.
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3 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem primären Ursprungssignal PHI Z, dem Referenzpegel VRef und einer Ursprungs-Detektionsposition veranschaulicht. Wenn das primäre Ursprungssignal PHI Z mit Referenzpegeln VRef, VRef', VRef'' unterteilt wird, variieren linke und rechte Randpositionen XZL, XZL', XZL'', XZR, XZR', XZR'' stark längs der Bewegungsrichtung des Detektionsabschnitts 7. Dies zeigt an, dass die Randpositionen des Torsignals Z wegen der Lichtintensität der Lichtquelle 5 und den Temperaturcharakteristiken der Lichtquelle 5 und der photoempfindlichen Vorrichtung 6 und dergleichen stark variieren können. Das Verbinden jeweiliger zentraler Punkte XZP, XZP', XZP'' der linken und rechten Randpositionen XZL-XZR, XZL'-XZR', XZL''-XZR'' bildet eine Zentralpunkt-Verbindungslinie. Die Linie fällt mit der Normalen, wie in der Zeichnung am Peak-Wert des primären Ursprungssignals PHI Z abgebildet ist, zusammen, wenn sie perfekt symmetrisch in Bezug auf eine Achse ist. Tatsächlich kann die Zentralpunkt-Verbindungslinie gegenüber der Normalen, z. B. durch Auswirkungen mangelnder Gleichförmigkeit der Lichtintensitätsverteilung, leicht geneigt sein. Der Gradient DELTA XZP/DELTA VRef ist jedoch weitaus kleiner als der Gradient DELTA XZL/DELTA VRef an jedem Unterteilungspunkt. Daher kann die Zentralpunkt-Verbindungslinie so betrachtet werden, als ob sie fast mit der Normalen am Peak-Wert des primären Ursprungssignals PHI Z zusammenfällt. Entsprechend kann die Ursprungsposition mit einer hervorragenden Reproduzierbarkeit definiert werden, wobei vielmehr die zentralen Punkte als die Unterteilungspunkte des primären Ursprungssignals PHI Z benutzt werden.
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Obwohl die Zentralachse, welche durch den Peak des primären Ursprungssignals PHI Z hindurchgeht, aus der Wellenform abgeleitet werden kann, kann der Zentralpunkt der Unterteilungspositionen nicht abgeleitet werden, bis der Detektionsabschnitt 7 tatsächlich durch die zwei Punkte hindurchgeht. Somit kann die Position des Zentralpunkts nicht direkt in Echtzeit wie das Ursprungssignal ausgegeben werden. Dann wird das Ausgabe-Ursprungssignal PZ in der Ausführungsform bei einem Positions-Offset um den gegebenen Wert N von der Peak-Position des primären Ursprungssignals PHI Z ausgegeben.
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4 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches eine Ursprungs-Detektionsoperation des Detektors von 2 veranschaulicht.
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Das Torsignal Z kann durch Unterteilen des primären Ursprungssignals PHI Z mit dem Referenzpegel VRef, welches durch Bewegen des Detektionsabschnitts 7 der linearen Skala in der gegebenen Richtung erhalten wird, nachdem er zur Normalstellung bewegt wurde, erhalten werden. Der Zähler 12 beginnt die Positionsimpulse PULSE am Anstieg XZL des Torsignals Z zu zählen. Wenn ein Zählwert des Zählers 12, der zum Abfall XZR des Torsignals Z gezählt hat, gleich 80 ist, wird der Zählwert am Abfall des Torsignals Z 80/2 = 40 und wird im Zähler 13 voreingestellt, welcher wiederum anfängt, von 41 an zu zählen. Wenn der Offset-Wert N gleich 100 ist, liefert der Komparator 16 das Ausgabe-Ursprungssignal PZ, wenn der Zählwert des Zählers 13 100 erreicht. Das Ausgabe-Ursprungssignal PZ hat in diesem Fall eine Impulsbreite, die gleich vier Impulsen der Positionsimpulse PULSE ist.
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Wenn das primäre Ursprungssignal seinen Pegel wie PHI Z → 4 PHI Z' ändert, ändert das Torsignal sich wie Z → FZ', welches seine Anstiegsposition wie XZL → XZL' und seine Abfallposition wie XZR → XZR' ändert, beide nach innen. In diesem Fall sind das Beginnen die Positionsimpulse PULSE zu zählen und die Zeitgabe, um den Zählwert durch zwei zu teilen, z. B. von denen im obigen Beispiel verschiedenen. Dennoch hat das primäre Ursprungssignal PHI Z' immer noch dieselbe Peak-Position wie die des primären Ursprungssignals PHI Z und kann als symmetrisch in Bezug auf die zentrale Achse betrachtet werden. Somit wird zum Zeitpunkt des Teilens des Zählwertes des Zählers 12 durch zwei, der geteilte Wert gleich dem, der durch Zählen derselben Gewichtungsimpulse von der Zentralposition XZP erhalten wurde. Entsprechend ist die Zeitgabe, um das Zählen auf 100 am Zähler 13 zu beenden, ziemlich ähnlich wie im zuvor genannten Beispiel.
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Wenn die Schaltung dieser Ausführungsform auf diese Weise verwendet wird, kann sogar das Spaltsystem, welches das primäre Ursprungssignal PHI Z erzeugt, mit Rändern mit relativ kleineren Gradienten, das Ausgabe-Ursprungssignal PZ mit hervorragender Reproduzierbarkeit solange erhalten, wie die axiale Symmetrie des primären Ursprungssignals PHI Z mit einem bestimmten Mass sichergestellt werden kann.
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Allgemein wird ein Komparator verwendet, um das primäre Ursprungssignal PHI Z mit dem Referenzpegel VRef zu unterteilen. Wenn die zwei zu vergleichenden Signale dieselben oder fast dieselben Pegel aufweisen, kann der Komparator instabil arbeiten. Dann wird der Komparator oft so konfiguriert, dass er im Allgemeinen eine Hysteresecharakteristik aufweist. Wenn der Komparator jedoch die Hysteresecharakteristik aufweist, sind verschiedene Unterteilungspegel zum Unterteilen des primären Ursprungssignals PHI Z erforderlich, um die Anstiegsposition XZL und die Abfallposition XZR des Torsignals Z zu erhalten. Folglich kann die Zentralposition XZP zwischen XZL und XZR mit der Peak-Position des primären Ursprungssignals PHI Z nicht zusammenfallen. Dann wird der Torsignalgenerator 14 in dieser Ausführungsform wie in 5 gezeigt konfiguriert.
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Der Torsignalgenerator 14 weist einen ersten Komparator 21, einen zweiten Komparator 22 und eine Auswähleinrichtung auf um die Ausgaben der Komparatoren 21 und 22 zu schalten, was ein UND-Gatter 23 und ein ODER-Gatter 24 umfasst. Der erste Komparator 21 verwendet Widerstände R11, R12, R13, Inverter I11, I12 und eine Diode D1. Er adaptiert einen Unterteilungspegel, der gleich dem Referenzpegel VRef ist und einen Unterteilungspegel VTH+, der höher als der Referenzpegel VRef ist, um den Abfall- und Anstiegsübergang des primären Ursprungssignals PHI Z, wie in 6 gezeigt ist, zu detektieren. Der zweite Komparator 22 verwendet Widerstände R21, R22, R23, Inverter I21, I22 und eine Diode D2. Er adaptiert einen Unterteilungspegel VTH–, der niedriger als der Referenzpegel VRef ist, und einen Unterteilungspegel, der gleich dem Referenzpegel VRef ist, zum Detektieren des Abfall- und Anstiegsübergangs des primären Ursprungssignals PHI Z, wie in 6 gezeigt ist.
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Wenn das Steuersignal CNT sich von hohen Pegel zum niedrigen Pegel ändert, während das Torsignal Z ausgegeben wird, wählt das ODER-Gatter 24 die Ausgabe vom ersten Komparator 21 zum Zeitpunkt des Anstiegs des Torsignals Z und die Ausgabe vom zweiten Komparator 22 zum Zeitpunkt des Abfalls des Torsignals Z aus. Daher wird das Torsignal Z, das schließlich vom ODER-Gatter 24 erhalten wird, dasselbe wie das Signal, das durch Unterteilen mit einem einzelnen Referenzpegel VRef erhalten wurde, dessen Zentralposition sich zwischen den Anstiegs- und Abfallpositionen nicht ändert, wie in 6 gezeigt ist.
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Das Steuersignal CNT kann aus dem Zählwert des Zählers 12 erzeugt werden. Die ersten und zweiten Komparatoren 21 und 22 sind erforderlich, um bei einer Position zu schalten, wo eine negative oder positive Flanke des primären Ursprungssignals PHI Z weit von dem Vergleichspegel VTH entfernt ist und frei von einem instabilen Zustand aufgrund von Rauschen und Vibrationen ist. Daher ist es notwendig, einen numerischen Wert m innerhalb eines Bereichs zwischen dem Zählwert des Zählers 12, der ausreichend größer als 0 ist und der ausreichend kleiner als ein Zählwert entsprechend der Breite des Torsignals Z ist, voreinzustellen. Dann wird der eingestellte Wert m mit dem Zählwert des Zählers 12 beim Komparator 17 verglichen, um das Steuersignal CNT zum Schalten zu erzeugen und um es an den Torsignalgenerator 14 zu liefern.
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Die oben genannte Ausführungsform ermöglicht es, den Ursprung mit einer extrem einfachen Konfiguration und einer hervorragenden Reproduzierbarkeit zu detektieren. Gemäß den durch die Erfinder ausgeführten Versuchen ist die Positionsvariationsbreite der Ursprungsausgabe durch das herkömmliche Rand-Detektier-Ursprungsdetektionssystem gleich 9,3 mu m, wobei angenommen wird, dass die Torsignalbreite ZX = 200 mu m und relative Veränderungen des primären Ursprungssignals PHI Z und des Referenzpegels VRef 5% sind. Im Gegensatz dazu kann die Positionsveränderungsbreite durch das vorliegende System auf 0,5 μm reduziert werden und die Reproduzierbarkeit der Ursprungsposition wird bis zu 18,6-fach verbessert, wenn die Positionsimpulsauflösung auf 0,1 μm voreingestellt wird.
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7 ist ein Flussdiagramm, welches benutzt wird, um einen Ursprungs-Detektionsprozess der vorliegenden Erfindung mit Software zu verwirklichen.
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Nachdem die Stromversorgung eingeschaltet wurde (S1), wird ein Zählwert COUNT und ein Ursprungs-Ausgabesignal PZ (S2, S3) voreingestellt. Als nächstes wird das Torsignal Z (S4) überwacht. Wenn das Torsignal Z H-Pegel (S5) hat, wird die Bewegungsrichtung DIR des Detektionsabschnitts 7 von dem Positionsimpuls PULSE geprüft. Wenn die Bewegungsrichtung DIR negativ ist, wird zum Schritt (S4) des Überwachens des Torsignals Z zurückgekehrt. Wenn es positiv ist, wird zur nächsten, zweiten Stufe (S6) übergegangen. Bei der zweiten Stufe wird der Positionsimpuls PULSE (S7) überwacht und in Übereinstimmung mit der Bewegungsrichtung (S8) wird der Zählwert COUNT hinauf (S9) oder hinab (S10) gezählt. Diese Zähloperation wird fortgesetzt, bis das Torsignal Z L-Pegel (S11, S12) hat. Wenn detektiert wurde, dass das Torsignal Z L-Pegel (S11) hat, während der Detektionsabschnitt 7 sich in die positive Richtung bewegt, wird der Zählwert COUNT durch zwei geteilt (S13) und es wird zur nächsten, dritten Stufe fortgeschritten.
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Bei der dritten Stufe wird der Positionsimpuls PULSE (S14) angezeigt und in Übereinstimmung mit seiner Richtung (S15) wird der Zählwert hinauf (S16) oder hinab (S17) gezählt. Zum Zeitpunkt des Hinaufzählens, wenn der Zählwert COUNT N erreicht oder mehr (S18), bis der Zählwert COUNT N + W erreicht (wobei W eine Impulsbreite bezeichnet) (S19), wird ein Ausgabe-Ursprungssignal PZ auf H-Pegel eingestellt (S20). Wenn der Zählwert COUNT N + W oder mehr erreicht, wird das Ausgabe-Ursprungssignal PZ auf L-Pegel (S21) eingestellt und der Zählwert COUNT auf 0 (S26). Zum Zeitpunkt des Hinabzählens wird dann, wenn der Zählwert COUNT unter N (S22) gegangen ist, das Ausgabe-Ursprungssignal PZ auf L-Pegel (S23) eingestellt. Wenn der Zählwert COUNT unter 0 (S24) gegangen ist und das Torsignal Z L-Pegel (S25) hat, wird dann der Zählwert COUNT auf 0 eingestellt (S26).
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Der obige Prozess ermöglicht es, die Ursprungsdetektion mit hervorragender Reproduzierbarkeit durchzuführen.
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Während die Positions-Detektionseinrichtung, die den kontaktlosen transparenten photoelektrischen Kodierer umfasst, in der oben genannten Ausführungsform exemplifiziert wird, ist die Positions-Detektionseinrichtung zum Erhalten des primären Ursprungssignals PHI Z und der Positionsinformation in diesem Fall nicht besonders beschränkt. Vielmehr kann die Ausgabe von einem Kontakt-Reflexionsphotoelektrischen Kodierer benutzt werden, um eine größere Wirkung der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Die Muster 8 und 9 zur Ursprungsdetektion können auch einfache Schlitze oder die zufälligen Muster, wie sie oben beschrieben wurden, sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, können das Zählen der Positionsimpulse, während das Torsignal, das durch Binärisieren des primären Ursprungssignals mit dem vorbestimmten Referenzpegel erhalten wird, aktiv bleibt, und das Teilen des Zählwertes durch zwei, wenn die Länge des Torsignals vollkommen gezählt wurde, einen Zählwert auf der Basis des richtigen Mittelpunktes zwischen dem Anstieg (oder Abfall) oder Abfall (oder Anstieg) des Torsignals liefern. Der Mittelpunkt wird durch den schwachen Gradienten des Randes des primären Ursprungssignals kaum beeinflusst. Somit wird der Effekt erreicht, dass der Ursprung mit hervorragender Reproduzierbarkeit detektiert werden kann.
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Nachdem die mit der vorliegenden Erfindung konsistenten Ausführungsformen beschrieben wurden, werden andere Ausführungsformen und Variationen, die mit der vorliegenden Erfindung konsistent sind, für Fachleute deutlich. Daher sollte die Erfindung nicht als durch die offenbarten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden, sondern sollte als nur durch die Idee und den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt angesehen werden.
