JP2004132912A - Absolute value encoder - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an absolute encoder having a signal processing circuit for highly accurately and easily determining the position of movement of a vernier type absolute value encoder at high resolution. <P>SOLUTION: The absolute value encoder comprises a main scale and a vernier scale each having a different number of slits, detects the phases of the main scale and the vernier scale, and determines the absolute position of a moving scale plate by the combination of the two determined phases. When the moving scale plate is moved to a position θ, signals of the moving main scale and the moving vernier scale are detected by light receivers 41-44. When values A1, B1, C1, and D1 converted by A/D converters 61-64 are outputted, the phase I of the main scale is acquired by using a phase conversion table 81 from the combination of the values (A1 and B1), and the phase J of the vernier scale is acquired by using a phase conversion table 82 from the combination of the value (C1 and D1). The position θ is acquired by using a table 90 for converting two phases into the amount of displacement from the values I and J. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００５】
【数２】

【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１１６５９１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２１３９５８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した特許文献１の副尺式の絶対値エンコーダの信号処理方法では、１回転で１周期になる正弦波信号Ｅ及び余弦波信号Ｆを合成するため、このＥ及びＦを逓倍して得られる絶対位置θは合成前の信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが持つオフセット電圧、高調波電圧や振幅変動等の理想的な正弦波信号および余弦波信号が持つ誤差要因の影響を受ける。その誤差要因が大きい場合、波形Ｅ及び波形Ｆはそれぞれ理想的な正弦波信号からずれたものとなり、波形Ｅと波形Ｆを用いて逓倍を行う場合、その逓倍数には限界が生じる。
【０００８】
逓倍数を大きくするためには、合成前の信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを正弦波信号に近づける必要があり、信号が正弦波信号に近い場合に限って［数１］及び［数２］の式が成立して大きな逓倍数を得ることができ、求める絶対値位置を高分解能・高精度に求めることができるようになる。
しかし、信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは正弦波に対する誤差を持ちこの誤差要因のため絶対値エンコーダの性能が低下する。誤差要因を補正する方法も、例えば特許文献２（特開２０００−２１３９５８号公報）等において提案されているが回路構成が複雑となるという問題点がある。
そこで本発明の課題は、副尺式絶対値エンコーダの移動位置を、高分解能、高精度かつ簡便に求めることができる信号処理回路をもつ絶対値エンコーダを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、主尺スリットを有する移動主尺と、前記主尺スリットとスリット数が異なる副尺スリットを有する移動副尺と、前記主尺スリット信号を検出する第１の主尺信号検出手段と、前記主尺スリットの間隔の１／４の距離だけ異なる位置に配置された第２の主尺信号検出手段と、前記副尺スリットの信号を検出する第１の副尺信号検出手段と、前記副尺スリットの間隔の１／４の距離だけ異なる位置に配置された第２の副尺信号検出手段と、前記第１の主尺信号検出手段で検出された信号と前記第２の主尺信号検出手段で検出された信号に基づいて前記主尺スリット内の位相を検出する第１の位相検出手段と、前記第１の副尺信号検出手段で検出された信号と前記第２の副尺信号検出手段で検出された信号に基づいて前記副尺内の位相を検出する第２の位相検出手段と、前記第１の位相検出手段と第２の位相検出手段により得られた主尺スリット内の位相と副尺スリット内の位相を、前記移動主尺および移動副尺が取り付けられる移動体の位置に換算する位相変位量変換テーブルとを有する絶対値エンコーダである。
この第１の構成においては、主尺スリットと副尺スリットの位相が与えられると、その組み合わせから絶対位置を求めることができ、エンコーダの主尺と副尺の正弦波信号と余弦波信号から計算により絶対位置を求める作業は不要となる。主尺と副尺の位相の組み合わせから得られる絶対位置のテーブルをあらかじめ作成しておくことにより、２つの位相の組み合わせからあらかじめ作成したテーブルを利用することにより絶対位置を得ることができる。その結果、絶対位置を計算するための高速の計算処理装置は不要となり、絶対位置を高速かつ高精度に得られる絶対値エンコーダを簡単に構成することができる。
【００１０】
本発明の第２の構成は、主尺スリットを有する移動主尺と、前記主尺スリットとスリット数が異なる第１の副尺スリットを有する第１の移動副尺と、前記主尺スリット及び前記第１の副尺スリットとスリット数が異なる第２の副尺スリットを有する第２の移動副尺と、前記主尺スリット信号を検出する第１の主尺信号検出手段と、前記主尺スリットの間隔の１／４の距離だけ異なる位置に配置された第２の主尺信号検出手段と、前記第１の副尺スリットの信号を検出する第１の副尺信号検出手段と、前記第１の副尺スリットの間隔の１／４の距離だけ異なる位置に配置された第２の副尺信号検出手段と、前記第２の副尺スリットの信号を検出する第３の副尺信号検出手段と、前記第２の副尺スリットの間隔の１／４の距離だけ異なる位置に配置された第４の副尺信号検出手段と、前記第１の主尺信号検出手段で検出された信号と前記第２の主尺信号検出手段で検出された信号に基づいて前記主尺スリット内の位相を検出する第１の位相検出手段と、前記第１の副尺信号検出手段で検出された信号と前記第２の副尺信号検出手段で検出された信号に基づいて前記第１の副尺内の位相を検出する第２の位相検出手段と、前記第３の副尺信号検出手段で検出された信号と前記第４の副尺信号検出手段で検出された信号に基づいて前記第２の副尺内の位相を検出する第３の位相検出手段と、前記第１の位相検出手段と第２の位相検出手段と第３の位相検出手段により得られた主尺スリット内の位相と第１の副尺スリット内の位相と第２の副尺スリット内の位相を、前記移動主尺および第１の移動副尺並びに第２の移動副尺が取り付けられる移動体の位置に換算する位相変位量変換テーブルとを有する絶対値エンコーダである。
この第２の構成では、副尺を２つ設け、主尺スリットと第１および第２の副尺スリットの３つのスリット内の位相に基づいて移動体の絶対位置を求めるようにしている。そして、位相変位量変換テーブルを作成する際に、各スリット間の位相誤差等が発生した場合も含めた位相変位量変換テーブルの構成とすることにより、スリット間の位相誤差等の発生が許容値以内の場合には確実に位相変位量変換テーブルにより移動体の絶対位置が求まる。
【００１１】
本発明の第３の構成は、第１または第２の構成において、前記各位相検出手段を、それぞれの位相検出手段に入力される検出信号をそれぞれデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、それぞれの前記デジタル値に基づいて各スリット内の位相を求めるための予め設定された位相変換テーブルとで構成したものである。
この第３の構成においては、位相信号に対応するデジタル値に対し、主尺スリットと副尺スリットの位相の組み合わせに応じた絶対位置を求める位相変換テーブルを予めオフラインで作成しておき、検出時には、検出信号をデジタル信号に変換してそのデジタル値に対する位相を位相変換テーブルで求めて位相変位量変換テーブルから絶対位置を求める。
【００１２】
本発明の第４の構成は、第１または第２の構成において、前記各位相検出手段を、位相差検出方式位相検出器としたものである。
この第４の構成においては、各スリット内の位相を、位相差検出法により検出して、位相変位量変換テーブルから絶対位置を求める。
ここで、位相差検出法は、エンコーダの２相信号と正弦波信号と余弦波信号を発生する２相発振器の２つの信号の合計４つの信号の積和をとることにより発振器の正弦波信号からスリット内の位相に比例した位相差を有する正弦波信号を生成し、この２つの正弦波信号の位相差を、両信号のゼロクロス点の時間差を高周波のクロック信号等を用いて計数することにより、現在のエンコーダスリット内の位相を検出する方法である。
本発明において、スリット内の位相を高精度に求めるためには、２つの正弦波信号の位相差を高精度に求めることが要求されるが、位相差検出法を用いると、本発明の第３の構成において高分解能かつ高精度の逓倍を行う際に必要になる高分解能のＡ／Ｄ変換器等は必要なくなり、第３の構成において高精度、高分解能化するよりも容易かつ安価に回路を構成することができる。
【００１３】
本発明の第５の構成は、第１または第２の構成において、前記各位相検出手段を、トラッキング方式位相検出器としたものである。
この第５の構成においては、各スリット内の位相を、トラッキング方式位相検出法により検出して、位相変位量変換テーブルから絶対位置を求める。
トラッキング方式位相検出法は、エンコーダの変位に伴って変化する１ピッチ内の位相を常に追いかけることにより現在のエンコーダの位相を求めるものである。求められた１ピッチ内の位相から得られる正弦波信号および余弦波信号をエンコーダの正弦波信号および余弦波信号に近づくようにフィードバックループをかけて、求められる位相を変更する。そして、ループの偏差が一定値以下に収束した場合に、この位相を現在のエンコーダの位相とする。
このトラッキング方式位相検出法は、ループのゲインを大きくすることにより収束速度を上げることができ、かつ逓倍精度を向上させることができる。そのため、トラッキング方式位相検出法を用いることにより、現在の１ピッチ内の位相を簡単でかつ安価な回路により構成することができる。
【００１４】
本発明の第６の構成は、第１または第２の構成において、前記各位相検出手段を、アークタンジェント方式位相検出器としたものである。
この第６の構成においては、各スリット内の位相をアークタンジェント方式により検出して、位相変位量変換テーブルから絶対位置を求める。
アークタンジェント方式は、エンコーダから得られる正弦波信号と余弦波信号から正弦正接信号を計算してその値の逆正接をとることにより現在のスリット内の位相を求める方法である。
このアークタンジェント方式位相検出器を用いることにより、簡単でかつ逓倍精度の高い位相検出を行うことができる。
【００１５】
本発明の第７の構成は、第１または第２の構成において、前記主尺スリット内の位相を検出する第１の位相検出手段を位相差検出方式位相検出器又はトラッキング方式位相検出器又はアークタンジェント方式位相検出器とし、前記副尺スリット内の位相を検出する位相検出手段を、Ａ／Ｄ変換器と位相変換テーブルとにより構成したものである。
この第７の構成においては、主尺スリット内の位相は位相差検出方式位相検出器又はトラッキング方式位相検出器又はアークタンジェント方式位相検出器とすることで、エンコーダの分解能および精度を決定する主尺の位相検出精度を高める。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る信号処理回路のブロック図である。
ここで、本実施形態ではロータリエンコーダを想定しているが、図１４の副尺式リニアエンコーダの符号にあわせて動作を説明する。ロータリエンコーダにおいては、移動主尺１１及び移動副尺１２が円周状に形成された移動スケール板１０を用い、これが回転体に取り付けられて回転位置を測定することになるが、原理としては、リニアエンコーダと同じである。
【００１７】
本実施形態の絶対値エンコーダにおいては、スリット数の異なる主尺と副尺を有しており、主尺と副尺の位相をそれぞれ検出し、求められた２つの位相の組み合わせにより移動スケール板１０の絶対位置を求めるようにしている。そのため、移動スケール板１０上には移動主尺１１と移動副尺１２が形成されており、移動主尺１１および移動副尺１２にはスリット数の異なるスリットが形成されている。また、移動主尺１１に対応する固定スケール板２０上には固定主尺２１，２２が形成されていて、移動副尺１２に対応して固定副尺２３，２４が形成されている。すなわち主尺は移動主尺１１と固定主尺２１，２２により構成され、副尺は移動副尺１２と固定副尺２３，２４により構成されている。
本例においては、移動主尺１１のスリット数はｎ個であり、移動副尺１２のスリット数はｎ−１個であるとする。投光部３０から出射された光は移動主尺１１を透過した後、一部は第１の固定主尺２１を透過して第１の主尺用受光部４１で受光され、他の一部は固定主尺２２を透過して第２の主尺用受光部４２で受光される。
また、投光部３０から出射された光は移動副尺１２を透過した後、一部は第１の固定副尺２３を透過して第１の副尺用受光部４３で受光され、他の一部は固定副尺２４を透過して第２の副尺用受光部４４で受光される。
移動主尺１１、移動副尺１２、第１の固定主尺２１、第２の固定主尺２２、第１の固定副尺２３、第２の固定副尺２４の光学的寸法は、受光部４１〜４４の信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが、次の［数３］に示されるような位相関係となるように設計されている。
【００１８】
【数３】

【００１９】
受光部４１，４２からの信号Ａ，ＢをＡ／Ｄ変換器６１，６２によりデジタル信号Ａ１，Ｂ１として取り込み、位相変換テーブル８１により移動主尺１１の位相Ｉに変換する。同様に、受光部４３，４４からの信号Ｃ，ＤをＡ／Ｄ変換器６３，６４によりデジタル信号Ｃ１，Ｄ１として取り込み、位相変換テーブル８２により移動副尺１２の位相Ｊに変換する。
例えば、デジタル値として取り込まれた信号Ａ１及びＢ１はＸ−Ｙの位相面上で図２のようにプロットされる。ここではＡ／Ｄ変換器６１，６２は５ビット、位相の分割数は８としている。位相面上で８分割された位相をＩ０、Ｉ１、Ｉ２、・・・、Ｉ７とすると（Ａ１，Ｂ１）は８分割されたどこかの位置にプロットされる。それが現在の移動主尺１１の位相Ｉとなる。
【００２０】
振幅，オフセット電圧，位相差，高調波等の条件が理想的な場合においては、移動スケール板１０の位置θの変化に伴い（Ａ１，Ｂ１）の軌跡は幅を持たない円周上を移動するが、振幅変動やオフセット変動等が生じる場合、図２の位相面上の（Ａ１，Ｂ１）の軌跡は幅を持つことになる。図２上で（Ａ１，Ｂ１）＝（５，１０）の点は位相Ｉ１にプロットされる。逆に（Ａ１，Ｂ１）の組み合わせが現れた場合、それから移動主尺１１の位相Ｉを求める位相テーブル８１を作成することができ、（Ａ１，Ｂ１）の組み合わせにより位相Ｉを位相テーブル８１から読み取ることができる。
同様に、Ａ／Ｄ変換器６３，６４の出力である（Ｃ１，Ｄ１）の点から移動副尺１２の位相Ｊを求める位相テーブル８２を作成することができ、この位相テーブル８２から移動副尺の位相Ｊを読み取ることができる。
【００２１】
図３に位相変換テーブル８１の一例を示す。図示しないが、位相変換テーブル８２も同様に作成する。
位相変換テーブル８１，８２により読み取られた位相Ｉ，Ｊの組に対して移動スケール板１０の位置θを求める２位相→変位量変換テーブル９０は次のように構成されている。位置θの変化とともに主尺の位相Ｉと副尺の位相Ｊは図４のように変化する。ここで、移動主尺１１のスリット数ｎは３、移動副尺１２のスリット数は２、１スリットは８分割されたものとする。
【００２２】
移動主尺１１のスリットは３スリットであるため移動スケール板１０の１回転の位置θは２４分割されそれぞれの点に対して位相Ｉ，Ｊの組（Ｉ，Ｊ）が対応する。図４の場合、θ＝６に対して（Ｉ，Ｊ）＝（５，３）となる。逆に（Ｉ，Ｊ）＝（５，３）となるθは６のみとなり、Ｉ，Ｊの組み合わせが求まると移動スケール板１０の位置θが一意に求まることになる。この（Ｉ，Ｊ）の組み合わせから位置θを求める２位相→変位量変換テーブル９０の一例を図５に示している。この２位相→変位量変換テーブル９０は、あらかじめオフラインで位相Ｉ、Ｊの組み合わせに対して絶対位置θを求め、ＥＥＰＲＯＭ等に格納して作成される。
【００２３】
移動スケール板１０が移動して位置θにあるとき移動主尺１１及び移動副尺１２の信号がＡ／Ｄ変換器６１，６２，６３，６４により変換された値Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１が出力されると、（Ａ１，Ｂ１）の値の組から位相変換テーブル８１を用いることにより主尺の位相Ｉを得ることができ、（Ｃ１，Ｄ１）の値の組から位相変換テーブル８２を用いて副尺の位相Ｊを得ることができる。このＩ，Ｊの値から２位相→変位量変換テーブル９０を用いて位置θを得ることができる。
ここで［数３］により理想的な４つの正弦波信号を仮定したが、信号が誤差を含む場合も許容値以内であれば、位相変換テーブル８０及び８１のテーブルから位相Ｉ，Ｊを求めることができ、２位相→変位量変換テーブル９０を用いて位置θを得ることができる。
【００２４】
（第２実施形態）
図６に本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態においては移動スケール板１０の位置θにおいて理想的な信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが得られる場合、主尺と副尺の信号の位相Ｉ及びＪから２位相→変位量変換テーブル９０を用いることにより位置θを求めることができる。しかし、移動主尺１１及び移動副尺１２の位相の組み合わせから位置θを求める場合、２つのテーブル８１と８２を用いて、（Ｉ，Ｊ）＝（１，０）からθ＝２を求めるときと（Ｉ，Ｊ）＝（１，６）からθ＝１０を求めるときに、第１の固定副尺２３と第２の固定副尺２４の位相がずれることによって（Ｉ，Ｊ）＝（１，７）の値の組が得られた場合、位置がθ＝２かθ＝１０かの区別がつかなくなるという問題がある。そのため、本実施形態では副尺を２つにする構成としている。
【００２５】
すなわち、本実施形態においては、第１実施形態の構成に対し、主尺スリット及び第１の副尺スリット間隔とは異なる間隔の第２の副尺スリットを有する第２の移動副尺（図示せず）と、第２の副尺スリットの信号を検出する第３の固定副尺２５および受光部４５からなる第３の副尺信号検出手段と、第２の副尺スリットの間隔の１／４の距離だけ異なる位置に配置された第４の固定副尺２６および受光部４６からなる第４の副尺信号検出手段を有しており、受光部４５，４６からの信号Ｇ，ＨをＡ／Ｄ変換器６５，６６によりデジタル信号Ｇ１，Ｈ１として取り込み、位相変換テーブル８３により第２の移動副尺位相Ｋに変換するようにしている。
図７に本実施形態における３つのスリットの変位θに対する主尺、第１の副尺、第２の副尺の位相を示す。ここでは、移動主尺のスリット数は３個、第１の移動副尺のスリット数は２個、そして第２の移動副尺のスリット数は１個の構成としている。また、位相の分割数は８分割としている。
【００２６】
図８に３位相→変位量変換テーブル９１の一例を示す。この構成により主尺の位相Ｉ、第１の副尺の位相Ｊ、第２の副尺の位相Ｋによる組み合わせから位置θを求めることができる。このとき上で述べた２つの点（Ｉ，Ｊ）＝（１，０）及び（Ｉ，Ｊ）＝（１，６）はそれぞれ第２の副尺の値Ｋを含めて（Ｉ，Ｊ，Ｋ）＝（１，０，０）と（Ｉ，Ｊ，Ｋ）＝（１，６，３）という２つの整数の組となり第１の副尺の位相Ｊに変動が生じて７となった場合においても第２の副尺の位相Ｋを参照することによりθ＝２かθ＝１０かの区別をつけることが可能となる。許容される各スリット間の位相から３位相→変位量変換テーブル９１は図９に示すテーブルように拡張することができる。ここでは、位相Ｊのずれが全体の±１／１２存在する場合である。この位相ずれの拡張は（Ｊ，Ｋ）の誤差の許容値から決められテーブル３を容易に拡張することができる。
この第２実施形態においては、スリット間の位相誤差等の発生が許容値以内の場合には確実に３位相→変位量テーブル９１により絶対位置θを求めることができる。
【００２７】
（第３実施形態）
図１０に本発明の第３実施形態を示す。本実施形態においては第１実施形態のＡ／Ｄ変換器６１，６２及び位相変換テーブル８１，８２の代わりに位相差検出法により、主尺、副尺の位相Ｉ，Ｊを求めるようにしたものである。これは位相変換テーブルによる位相検出法の場合、位相Ｉ，Ｊの逓倍精度を上げるためにはＡ／Ｄ変換器６１〜６４の精度を上げる必要があり、Ａ／Ｄ変換器の精度により位相精度が制限を受けるためである。位相差検出方式位相検出器８１０，８１１で求められた主尺のスリットの位相Ｉ、副尺のスリットの位相Ｊは、第１実施形態と同様に２位相→変位量変換テーブル９０により変位量θが求められる。
なお、第３実施形態は、第２実施形態の主尺、第１の副尺、第２の副尺の位相Ｉ，Ｊ，Ｋの算出についても拡張することができる。
【００２８】
（第４実施形態）
図１１に本発明の第４実施形態を示す。本実施形態においては第１実施形態のＡ／Ｄ変換器６１，６２及び位相変換テーブル８１，８２の代わりにトラッキング方式位相検出器８２０，８２１により、主尺、副尺の位相Ｉ，Ｊを求める。
すなわち、信号Ａと信号Ｂから位相Ｉを、信号Ｃと信号Ｄから位相Ｊをトラッキング方式位相検出器８２０，８２１により算出するようにしている。トラッキング方式位相検出器８２０，８２１により算出された位相Ｉ及び位相Ｊの値の組み合わせから２位相→変位量変換テーブル９０により絶対位置θを求めることができる。
なお、第４実施形態は、第２実施形態の主尺、第１の副尺、第２の副尺の位相Ｉ，Ｊ，Ｋの算出についても拡張することができる。
【００２９】
（第５実施形態）
図１２に本発明の第５実施形態を示す。本実施形態においては第１実施形態のＡ／Ｄ変換器６１，６２及び位相変換テーブル８１，８２の代わりに逆正接（アークタンジェント）方式位相検出器８３０，８３１により、主尺，副尺の位相Ｉ，Ｊを求める。
アークタンジェント方式位相検出器を用いることにより、簡単でかつ高精度の位相検出を行うことができる。
なお、第５実施形態は、第２実施形態の主尺、第１の副尺、第２の副尺の位相Ｉ，Ｊ，Ｋの算出についても拡張することができる。
【００３０】
（第６実施形態）
図１３に本発明の第６実施形態を示す。本実施形態においては主尺の位相検出にはトラッキング方式の位相検出器８２０を用い、副尺にはＡ／Ｄ変換器６３および６４と変換テーブル８２を用いる。
これはエンコーダの分解能及び精度を決定するのは主尺の逓倍精度であるためである。
【００３１】
以上の実施形態において、多位相→変位量変換テーブル９０，９１を多回転式絶対値エンコーダに適用することもできる。一般に、多回転を検出する方法としてギヤ比の異なる複数のギヤにより回転数を落としその複数の回転数をそれぞれインクリメンタルエンコーダで検出する方法が提案されている。それぞれのインクリメンタルエンコーダに、本発明を適用することにより、容易に多回転式絶対値エンコーダを構成することができる。
【００３２】
以上、各実施形態は、本発明の絶対値エンコーダをロータリエンコーダに適用した例を示したが、リニアエンコーダに適用することができることはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の構成によれば、主尺の１スリット内の位相と副尺の１スリット内の位相の組み合わせから位相変位量変換テーブルを用いて変位量の絶対位置を検出するようにしているため、絶対位置を計算するための高速の計算処理装置は不要となり、絶対位置を高速かつ高精度に得られる絶対値エンコーダを簡単な構成により得ることができる。
本発明の第２の構成によれば、第２の副尺を設けることにより第２の副尺の１スリット内位相を測定し、３つの位相の組み合わせから移動体の絶対位置を求めるようにしたことにより、第１及び第２の副尺の位相が主尺の位相の間に位相ずれを起こした場合においても、移動体の変位量の絶対位置を簡単にかつ正確に検出することができる。
本発明の第３の構成によれば、位相信号に対応するデジタル値に対し、主尺スリットと副尺スリットの位相の組み合わせに応じた絶対位置を求める位相変換テーブルを予めオフラインで作成しておき、検出時には、検出信号をデジタル信号に変換してそのデジタル値に対する位相を位相変換テーブルで求めて位相変位量変換テーブルから絶対位置を求めるようにしたことにより、そのエンコーダのスリットの誤差を考慮した正確な位相変換テーブルを作成して高精度の絶対位置検出が可能となる。
本発明の第４の構成によれば、主尺及び副尺の位相を位相差検出方式位相検出器により検出することにより、主尺の位相及び副尺の位相を高分解能に検出することができる。
本発明の第５の構成によれば、主尺及び副尺の位相をトラッキング方式位相検出器により検出することにより、主尺の位相及び副尺の位相を高分解能に検出することができる。
本発明の第６の構成によれば、主尺及び副尺の位相をアークタンジェント方式位相検出器により検出することにより、主尺の位相及び副尺の位相を高分解能に検出することができる。
本発明の第７の構成によれば、主尺の位相を位相差検出方式位相検出器又はトラッキング方式位相検出器又はアークタンジェント方式位相検出器により検出することにより、エンコーダの分解能および精度を決定する主尺の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における位相変換テーブルを説明するための説明図である。
【図３】第１実施形態における位相変換テーブルの一例を示す図である。
【図４】第１実施形態における２位相→変位量変換テーブルを説明するための図である。
【図５】第１実施形態における２位相→変位量変換テーブルの一例である。
【図６】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態における３位相→変位量変換テーブルを説明するための図である。
【図８】第２実施形態における３位相→変位量変換テーブル（理想的な場合）の一例である。
【図９】第２実施形態における３位相→変位量変換テーブル（拡張した場合）の一例である。
【図１０】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５実施形態を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第６実施形態を示すブロック図である。
【図１４】副尺式エンコーダを説明するための構成を示す図である。
【図１５】従来の副尺式エンコーダの信号処理回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０　移動スケール板
１１　移動主尺
１２　移動副尺
２０　固定スケール板
２１　第１の固定主尺
２２　第２の固定主尺
２３　第１の固定副尺
２４　第２の固定副尺
２５　第３の固定副尺
２６　第４の固定副尺
３０　投光部
４１　第１の主尺用受光部
４２　第２の主尺用受光部
４３　第１の副尺用受光部
４４　第２の副尺用受光部
４５　第３の副尺用受光部
４６　第４の副尺用受光部
６１〜６６　Ａ／Ｄ変換器
７０　演算器
８１　主尺用位相変換テーブル
８２　第１の副尺用位相変換テーブル
８３　第２の副尺用位相変換テーブル
９０　２位相→変位量変換テーブル
９１　３位相→変位量変換テーブル
８１０　主尺用位相差検出方式位相検出器
８１１　副尺用位相差検出方式位相検出器
８２０　主尺用トラッキング方式位相検出器
８２１　副尺用トラッキング方式位相検出器
８３０　主尺用アークタンジェント方式位相検出器
８３１　副尺用アークタンジェント方式位相検出器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vernier-type absolute value encoder having a main scale and a sub-scale having a different number of slits from the main scale.
[0002]
[Prior art]
As a signal processing method of a conventional vernier-type absolute value encoder, there is one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-116591. FIG. 14 is a schematic diagram of the conventional vernier absolute value encoder. FIG. 15 is a diagram showing the signal processing circuit.
In FIG. 14, a moving main scale 11 and a moving sub-scale 12 having different numbers of slits are arranged on a moving scale plate 10, and light from a light projecting unit 30 configured by an LED or the like is transmitted to the moving main scale 11. The light amount is detected by the four light receiving sections 41 to 44 through the two fixed main scales 21 and 22 and the fixed sub scales 23 and 24 arranged on the fixed scale plate 20 corresponding to the movable vernier 12.
The fixed main scale 21 and the light receiving section 41, and the fixed main scale 22 and the light receiving section 42 constitute first and second main scale signal detecting means, respectively. The light receiving section 44 constitutes first and second vernier signal detecting means, respectively.
[0003]
In the arithmetic unit 70 in the signal processing circuit of FIG. 15, the four light receiving signals sinθ, cosθ, sinθ (n-1) / n, and cosθ (n-1) / n are converted into the following [Equation 1] and [Equation 2]. The absolute position is detected by synthesizing a sine wave E and a cosine wave F of one cycle per rotation and calculating the phase θ of the sine wave E and the cosine wave F by the phase / displacement conversion unit 71 for one rotation. Is performed, and the display 80 outputs the detection result.
[0004]
(Equation 1)

[0005]
(Equation 2)

[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-16591 A
[Patent Document 2]
JP 2000-213958 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the signal processing method of the vernier-type absolute value encoder described in Patent Document 1 described above, since the sine wave signal E and the cosine wave signal F that make one cycle per rotation are synthesized, the E and F are multiplied. The obtained absolute position θ is affected by error factors of the ideal sine wave signal and cosine wave signal such as offset voltage, harmonic voltage and amplitude fluctuation of the signals A, B, C, and D before synthesis. When the error factor is large, the waveform E and the waveform F deviate from the ideal sine wave signal, respectively. When the waveform E and the waveform F are used for multiplication, the number of multiplications is limited.
[0008]
In order to increase the multiplication number, the signals A, B, C, and D before synthesis need to be close to a sine wave signal. Only when the signal is close to a sine wave signal, [Equation 1] and [Equation 2] Is satisfied, a large multiplication factor can be obtained, and the absolute value position to be obtained can be obtained with high resolution and high accuracy.
However, the signals A, B, C, and D have an error with respect to the sine wave, and the performance of the absolute value encoder deteriorates due to the error factor. A method of correcting an error factor is also proposed in, for example, Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-213958), but has a problem that the circuit configuration becomes complicated.
Therefore, an object of the present invention is to provide an absolute value encoder having a signal processing circuit that can easily and easily determine a moving position of a vernier-type absolute value encoder with high resolution.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first configuration of the present invention includes a moving main scale having a main scale slit, a moving vernier having a vernier slit having a different number of slits from the main scale slit, and a main scale slit signal. First major scale signal detecting means, second major scale signal detecting means arranged at a position different by a distance of 1/4 of the interval of the main scale slit, and detecting a signal of the minor scale slit The first vernier signal detecting means, the second vernier signal detecting means arranged at a position different by a distance of 1/4 of the interval between the vernier slits, and the first main measuring signal detecting means. A first phase detector for detecting a phase in the main scale slit based on the detected signal and a signal detected by the second main scale signal detector; and a first vernier signal detector. The detected signal and the signal detected by the second vernier signal detecting means Second phase detecting means for detecting a phase in the vernier scale based on the obtained signal, and a phase in the main measuring slit and a vernier slit obtained by the first phase detecting means and the second phase detecting means. And a phase displacement conversion table for converting the phase in the above into a position of a moving body to which the moving main scale and the moving sub scale are attached.
In the first configuration, when the phases of the main scale slit and the vernier slit are given, the absolute position can be obtained from the combination thereof, and the absolute position can be calculated from the sine wave signal and the cosine wave signal of the main scale and the sub scale of the encoder. Accordingly, the operation for obtaining the absolute position becomes unnecessary. By preparing in advance a table of the absolute position obtained from the combination of the phases of the main scale and the vernier scale, the absolute position can be obtained by using the table prepared in advance from the combination of the two phases. As a result, a high-speed calculation processing device for calculating the absolute position is not required, and the absolute value encoder that can obtain the absolute position at high speed and with high accuracy can be easily configured.
[0010]
The second configuration of the present invention includes a moving main scale having a main measuring slit, a first moving sub-scale having a first sub-measuring slit having a different number of slits from the main measuring slit, the main measuring slit and the main measuring slit. A second moving vernier having a second vernier slit having a different number of slits from the first vernier slit, first main scale signal detecting means for detecting the main measuring slit signal, A second main scale signal detecting means arranged at a position different by a distance of １ ／ of the interval, a first vernier signal detecting means for detecting a signal of the first vernier slit, and a first main scale signal detecting means; A second vernier signal detecting means arranged at a position different from the vernier slit by a distance of 1/4 of a distance, a third vernier signal detecting means for detecting a signal of the second vernier slit, Arranged at a position different by a distance of 1/4 of the interval between the second vernier slits. Fourth vernier signal detecting means, a signal detected by the first main measuring signal detecting means, and a signal detected by the second main measuring signal detecting means. First phase detecting means for detecting a phase, and the first vernier scale based on a signal detected by the first vernier signal detecting means and a signal detected by the second vernier signal detecting means. A second phase detecting means for detecting a phase in the first and second signals based on a signal detected by the third vernier signal detecting means and a signal detected by the fourth vernier signal detecting means. A third phase detecting means for detecting a phase in the vernier scale; a phase in the main scale slit obtained by the first phase detecting means, the second phase detecting means, and the third phase detecting means; Between the phase in the vernier slit and the phase in the second vernier slit, It is an absolute value encoder with a phase displacement amount conversion table for converting the position of the dynamic vernier and second moving mobile body vernier is mounted.
In the second configuration, two vernier scales are provided, and the absolute position of the moving body is obtained based on the phases in the three slits of the main scale slit and the first and second vernier slits. When the phase shift amount conversion table is created, the phase shift amount conversion table including the case where a phase error between the slits and the like occurs also allows the occurrence of the phase error between the slits to be an allowable value. If it is within the range, the absolute position of the moving body can be obtained reliably from the phase displacement amount conversion table.
[0011]
According to a third configuration of the present invention, in the first or second configuration, each of the phase detection units is an A / D converter that converts a detection signal input to each of the phase detection units into a digital value. And a preset phase conversion table for obtaining a phase in each slit based on each digital value.
In the third configuration, for a digital value corresponding to a phase signal, a phase conversion table for obtaining an absolute position corresponding to a combination of the phases of the main scale slit and the sub scale slit is created in advance offline, and at the time of detection, Then, the detection signal is converted into a digital signal, the phase corresponding to the digital value is obtained by a phase conversion table, and the absolute position is obtained from the phase displacement amount conversion table.
[0012]
According to a fourth configuration of the present invention, in the first or second configuration, each of the phase detection units is a phase difference detection type phase detector.
In the fourth configuration, the phase in each slit is detected by the phase difference detection method, and the absolute position is obtained from the phase displacement amount conversion table.
Here, the phase difference detection method uses the sum of four signals of a two-phase oscillator that generates a two-phase signal of an encoder, a sine wave signal, and a cosine wave signal, thereby obtaining a sum of four signals from the sine wave signal of the oscillator. A sine wave signal having a phase difference proportional to the phase in the slit is generated, and the phase difference between the two sine wave signals is counted by counting the time difference between the zero cross points of the two signals using a high-frequency clock signal or the like. This is a method of detecting the current phase in the encoder slit.
In the present invention, in order to obtain the phase in the slit with high accuracy, it is required to obtain the phase difference between two sine wave signals with high accuracy. In the third configuration, a high-resolution A / D converter, etc., which is required when performing high-resolution and high-precision multiplication, is not required. Can be configured.
[0013]
According to a fifth configuration of the present invention, in the first or second configuration, each of the phase detection units is a tracking type phase detector.
In the fifth configuration, the phase in each slit is detected by the tracking phase detection method, and the absolute position is obtained from the phase displacement amount conversion table.
In the tracking phase detection method, the current phase of the encoder is obtained by always following the phase within one pitch that changes with the displacement of the encoder. A sine wave signal and a cosine wave signal obtained from the obtained phase within one pitch are subjected to a feedback loop so as to approach the sine wave signal and the cosine wave signal of the encoder, and the obtained phase is changed. Then, when the deviation of the loop converges to a certain value or less, this phase is set as the current encoder phase.
In the tracking phase detection method, the convergence speed can be increased by increasing the gain of the loop, and the multiplication accuracy can be improved. Therefore, by using the tracking phase detection method, the current phase within one pitch can be configured by a simple and inexpensive circuit.
[0014]
According to a sixth configuration of the present invention, in the first or second configuration, each of the phase detectors is an arctangent type phase detector.
In the sixth configuration, the phase in each slit is detected by the arc tangent method, and the absolute position is obtained from the phase displacement conversion table.
The arc tangent method is a method of calculating a sine tangent signal from a sine wave signal and a cosine wave signal obtained from an encoder and taking the arc tangent of the value to obtain the current phase in the slit.
By using this arc tangent type phase detector, it is possible to perform a simple and highly accurate phase detection.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, in the first or the second aspect, the first phase detecting means for detecting the phase in the main scale slit is a phase difference detection type phase detector, a tracking type phase detector, or an arc. The tangent type phase detector is used, and the phase detecting means for detecting the phase in the vernier slit is constituted by an A / D converter and a phase conversion table.
In the seventh configuration, the phase in the main scale slit is a phase difference detection type phase detector, tracking type phase detector, or arc tangent type phase detector to determine the resolution and accuracy of the encoder. Phase detection accuracy is improved.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of a signal processing circuit according to the first embodiment of the present invention.
Here, in the present embodiment, a rotary encoder is assumed, but the operation will be described according to the reference numerals of the vernier linear encoder in FIG. In the rotary encoder, the moving main scale 11 and the moving sub-scale 12 use a moving scale plate 10 formed in a circular shape, and this is attached to a rotating body to measure the rotational position. Same as linear encoder.
[0017]
The absolute value encoder of the present embodiment has a main scale and a vernier scale having different numbers of slits, detects the phases of the main scale and the vernier scale, respectively, and moves the movable scale plate 10 based on a combination of the two obtained phases. The absolute position is determined. Therefore, a moving main scale 11 and a moving vernier 12 are formed on the moving scale plate 10, and the moving main scale 11 and the moving vernier 12 are formed with slits having different numbers of slits. The fixed main scales 21 and 22 are formed on the fixed scale plate 20 corresponding to the moving main scale 11, and the fixed sub-scales 23 and 24 are formed corresponding to the moving sub-scale 12. That is, the main scale is constituted by the movable main scale 11 and the fixed main scales 21 and 22, and the vernier scale is constituted by the movable sub-scale 12 and the fixed sub-scales 23 and 24.
In the present example, it is assumed that the number of slits of the moving main scale 11 is n and the number of slits of the moving sub-scale 12 is n-1. After the light emitted from the light emitting unit 30 passes through the movable main scale 11, a part of the light passes through the first fixed main scale 21 and is received by the first main scale light receiving unit 41, and the other part of the light is received. Are transmitted through the fixed main scale 22 and received by the second main scale light receiving section 42.
Further, after the light emitted from the light projecting unit 30 passes through the movable vernier scale 12, a part of the light passes through the first fixed vernier scale 23 and is received by the first light receiving unit 43 for the vernier scale. Part of the light passes through the fixed vernier 24 and is received by the second vernier light receiving unit 44.
The optical dimensions of the moving main scale 11, the moving vernier scale 12, the first fixed main scale 21, the second fixed main scale 22, the first fixed vernier 23, and the second fixed vernier 24 are as follows. The signals A, B, C and D of .about.44 are designed to have a phase relationship as shown in the following [Equation 3].
[0018]
[Equation 3]

[0019]
The signals A and B from the light receiving units 41 and 42 are fetched as digital signals A1 and B1 by A / D converters 61 and 62, and are converted into a phase I of the main scale 11 by a phase conversion table 81. Similarly, the signals C and D from the light receiving units 43 and 44 are fetched as digital signals C1 and D1 by the A / D converters 63 and 64, and are converted into the phase J of the movable scale 12 by the phase conversion table 82.
For example, the signals A1 and B1 captured as digital values are plotted on the XY phase plane as shown in FIG. Here, the A / D converters 61 and 62 have 5 bits and the number of phase divisions is 8. Assuming that the phases divided into eight on the phase plane are I0, I1, I2,..., I7, (A1, B1) is plotted at some position divided into eight. This is the current phase I of the main moving scale 11.
[0020]
When the conditions such as the amplitude, the offset voltage, the phase difference, and the harmonics are ideal, the locus of (A1, B1) moves on a circle having no width as the position θ of the moving scale plate 10 changes. However, when amplitude fluctuations, offset fluctuations, and the like occur, the locus of (A1, B1) on the phase plane in FIG. 2 has a width. The point of (A1, B1) = (5, 10) on FIG. 2 is plotted on the phase I1. Conversely, when the combination of (A1, B1) appears, a phase table 81 for obtaining the phase I of the main moving scale 11 can be created from the combination, and the phase I is read from the phase table 81 by the combination of (A1, B1). be able to.
Similarly, a phase table 82 for calculating the phase J of the moving vernier 12 from the point (C1, D1) output from the A / D converters 63 and 64 can be created. Can be read.
[0021]
FIG. 3 shows an example of the phase conversion table 81. Although not shown, the phase conversion table 82 is created similarly.
The two-phase-to-displacement conversion table 90 for obtaining the position θ of the moving scale plate 10 with respect to the set of the phases I and J read by the phase conversion tables 81 and 82 is configured as follows. As the position θ changes, the phase I of the main scale and the phase J of the vernier scale change as shown in FIG. Here, it is assumed that the number n of slits of the main moving scale 11 is 3, the number of slits of the moving sub-scale 12 is 1, and each slit is divided into eight.
[0022]
Since the moving main scale 11 has three slits, the position θ of one rotation of the moving scale plate 10 is divided into 24, and a pair (I, J) of phases I and J corresponds to each point. In the case of FIG. 4, (I, J) = (5, 3) for θ = 6. Conversely, θ when (I, J) = (5, 3) is only 6. When the combination of I and J is determined, the position θ of the movable scale plate 10 is uniquely determined. FIG. 5 shows an example of a two-phase → displacement conversion table 90 for obtaining the position θ from the combination of (I, J). The two-phase to displacement amount conversion table 90 is created by previously finding the absolute position θ for the combination of the phases I and J off-line and storing it in an EEPROM or the like.
[0023]
When the moving scale plate 10 is moved to the position θ and the signals of the moving main scale 11 and the moving sub-scale 12 are converted by the A / D converters 61, 62, 63, 64, the values A1, B1, C1, D1 are converted. When output, the main scale phase I can be obtained by using the phase conversion table 81 from the set of (A1, B1) values, and using the phase conversion table 82 from the set of (C1, D1) values. Thus, the phase J of the vernier scale can be obtained. The position θ can be obtained from the values of I and J using the two-phase → displacement amount conversion table 90.
Here, four ideal sinusoidal signals are assumed by [Equation 3], but if the signal includes an error but within an allowable value, the phases I and J are obtained from the tables of the phase conversion tables 80 and 81. The position θ can be obtained using the two-phase → displacement amount conversion table 90.
[0024]
(2nd Embodiment)
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, when ideal signals A, B, C, and D are obtained at the position θ of the moving scale plate 10, two phases → displacement amount conversion tables are obtained from the phases I and J of the signals of the main scale and the sub-scale. By using 90, the position θ can be obtained. However, when obtaining the position θ from the combination of the phases of the moving main scale 11 and the moving sub-scale 12, when obtaining θ = 2 from (I, J) = (1, 0) using two tables 81 and 82. When θ = 10 is obtained from (I, J) = (1, 6), the phase of the first fixed vernier 23 and the second fixed vernier 24 are shifted to obtain (I, J) = (1). , 7), there is a problem that it cannot be distinguished whether the position is θ = 2 or θ = 10. For this reason, the present embodiment has a configuration in which the number of verniers is two.
[0025]
That is, in the present embodiment, in contrast to the configuration of the first embodiment, a second moving vernier (shown in the drawing) having a main vernier slit and a second vernier slit having an interval different from the first vernier slit interval. ), A third vernier signal detecting means comprising a third fixed vernier 25 for detecting a signal of the second vernier slit and a light receiving section 45, and １ ／ of the interval between the second vernier slits. And a fourth vernier signal detecting means comprising a fourth fixed vernier scale 26 and a light receiving section 46 arranged at positions different by a distance from each other, and the signals G and H from the light receiving sections 45 and 46 are detected by A / The digital signals G1 and H1 are taken in by the D converters 65 and 66, and are converted into the second moving vernier phase K by the phase conversion table 83.
FIG. 7 shows the phases of the main scale, the first vernier, and the second vernier with respect to the displacement θ of the three slits in the present embodiment. Here, the number of slits in the main moving scale is three, the number of slits in the first moving scale is two, and the number of slits in the second moving scale is one. The number of phase divisions is eight.
[0026]
FIG. 8 shows an example of the three-phase → displacement amount conversion table 91. With this configuration, the position θ can be obtained from a combination of the phase I of the main scale, the phase J of the first vernier scale, and the phase K of the second vernier scale. At this time, the two points (I, J) = (1, 0) and (I, J) = (1, 6) described above include (I, J, K) = (1,0,0) and (I, J, K) = (1,6,3), which is a set of two integers, and the phase J of the first vernier scale fluctuates to become 7. Also in this case, it is possible to distinguish θ = 2 or θ = 10 by referring to the phase K of the second vernier scale. The three-phase-to-displacement conversion table 91 based on the allowable phase between the slits can be expanded as shown in FIG. In this case, the phase J has a deviation of ± 1/12 of the whole. The expansion of the phase shift is determined from the allowable value of the error of (J, K), and the table 3 can be easily expanded.
In the second embodiment, when the occurrence of a phase error or the like between slits is within an allowable value, the absolute position θ can be reliably obtained from the three-phase → displacement amount table 91.
[0027]
(Third embodiment)
FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the phases I and J of the main scale and the vernier scale are obtained by a phase difference detection method instead of the A / D converters 61 and 62 and the phase conversion tables 81 and 82 of the first embodiment. It is. In the case of the phase detection method using the phase conversion table, it is necessary to increase the accuracy of the A / D converters 61 to 64 in order to increase the multiplication accuracy of the phases I and J, and the phase accuracy depends on the accuracy of the A / D converter. Is subject to restrictions. The phase I of the main scale slit and the phase J of the sub-scale slit obtained by the phase difference detection type phase detectors 810 and 811 are the displacement amount θ by the two-phase to displacement amount conversion table 90 as in the first embodiment. Is required.
Note that the third embodiment can be extended to the calculation of the phases I, J, and K of the main scale, the first vernier, and the second vernier of the second embodiment.
[0028]
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of the A / D converters 61 and 62 and the phase conversion tables 81 and 82 of the first embodiment, the tracking system phase detectors 820 and 821 are used to obtain the main scale and sub scale phases I and J. .
That is, the phase I is calculated from the signals A and B, and the phase J is calculated from the signals C and D by the tracking type phase detectors 820 and 821. From the combination of the values of the phase I and the phase J calculated by the tracking type phase detectors 820 and 821, the absolute position θ can be obtained from the two-phase to displacement amount conversion table 90.
Note that the fourth embodiment can be extended to the calculation of the phases I, J, and K of the main scale, the first vernier, and the second vernier of the second embodiment.
[0029]
(Fifth embodiment)
FIG. 12 shows a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the phases of the main scale and the vernier scale are measured by arc tangent (arc tangent) type phase detectors 830 and 831 instead of the A / D converters 61 and 62 and the phase conversion tables 81 and 82 of the first embodiment. Find I and J.
By using the arctangent phase detector, simple and highly accurate phase detection can be performed.
Note that the fifth embodiment can be extended to the calculation of the phases I, J, and K of the main scale, the first vernier, and the second vernier of the second embodiment.
[0030]
(Sixth embodiment)
FIG. 13 shows a sixth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a phase detector 820 of a tracking system is used for phase detection of the main scale, and A / D converters 63 and 64 and a conversion table 82 are used for secondary scale.
This is because the resolution and accuracy of the encoder are determined by the multiplication accuracy of the main scale.
[0031]
In the above embodiment, the multi-phase → displacement amount conversion tables 90 and 91 can be applied to a multi-rotation type absolute value encoder. In general, as a method for detecting multiple rotations, a method has been proposed in which the number of rotations is reduced by a plurality of gears having different gear ratios, and each of the plurality of rotations is detected by an incremental encoder. By applying the present invention to each incremental encoder, a multi-turn absolute value encoder can be easily configured.
[0032]
As described above, each embodiment shows an example in which the absolute value encoder of the present invention is applied to a rotary encoder. However, it is needless to say that the absolute value encoder can be applied to a linear encoder.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the first configuration of the present invention, the absolute position of the displacement is calculated from the combination of the phase in one slit of the main scale and the phase in one slit of the sub-scale using the phase displacement conversion table. Therefore, a high-speed calculation processing device for calculating the absolute position is not required, and an absolute value encoder that can obtain the absolute position at high speed and with high accuracy can be obtained with a simple configuration.
According to the second configuration of the present invention, the phase in one slit of the second vernier is measured by providing the second vernier, and the absolute position of the moving body is obtained from the combination of the three phases. Accordingly, even when the phase of the first and second vernier scales is out of phase with the main scale phase, the absolute position of the displacement of the moving body can be easily and accurately detected.
According to the third configuration of the present invention, a phase conversion table for obtaining an absolute position corresponding to a combination of the phases of the main scale slit and the sub scale slit with respect to the digital value corresponding to the phase signal is created in advance offline. At the time of detection, the detection signal was converted into a digital signal, the phase for the digital value was obtained by a phase conversion table, and the absolute position was obtained from the phase displacement amount conversion table, thereby taking into account the slit error of the encoder. An accurate phase conversion table is created to enable highly accurate absolute position detection.
According to the fourth configuration of the present invention, the phase of the main scale and the phase of the vernier scale can be detected with high resolution by detecting the phase of the main scale and the phase of the vernier scale by the phase difference detection type phase detector. .
According to the fifth configuration of the present invention, the phase of the main scale and the phase of the vernier scale can be detected with high resolution by detecting the phase of the main scale and the phase of the vernier scale by the tracking type phase detector.
According to the sixth configuration of the present invention, the phase of the main scale and the phase of the vernier scale can be detected with high resolution by detecting the phase of the main scale and the phase of the vernier scale using the arctangent type phase detector.
According to the seventh configuration of the present invention, the resolution and accuracy of the encoder are determined by detecting the phase of the main scale with the phase difference detection type phase detector, tracking type phase detector, or arctangent type phase detector. The accuracy of the main scale can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a phase conversion table in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a phase conversion table according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining a two-phase → displacement amount conversion table in the first embodiment.
FIG. 5 is an example of a two-phase → displacement amount conversion table in the first embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a three-phase → displacement amount conversion table in the second embodiment.
FIG. 8 is an example of a three-phase → displacement amount conversion table (ideal case) in the second embodiment.
FIG. 9 is an example of a three-phase → displacement amount conversion table (when extended) in the second embodiment.
FIG. 10 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration for explaining a vernier encoder.
FIG. 15 is a diagram showing an example of a signal processing circuit of a conventional vernier encoder.
[Explanation of symbols]
10 Moving scale plate
11 Moving main scale
12 Moving vernier scale
20 Fixed scale plate
21 First fixed main scale
22 Second fixed main scale
23 First fixed vernier
24 Second fixed vernier
25 Third fixed vernier
26 Fourth fixed vernier
30 Emitter
41 First main scale light receiving unit
42 Second main scale light receiving unit
43 First Vernier Light Receiver
44 Second Vernier Light Receiver
45 Third Vernier Light Receiver
46 Fourth light receiving unit for vernier scale
61-66 A / D converter
70 arithmetic unit
81 Main scale phase conversion table
82 first vernier phase conversion table
83 second vernier phase conversion table
90 2 phase → displacement conversion table
91 3 phase → displacement conversion table
810 Phase difference detection type phase detector for main scale
811 Phase difference detector phase detector for vernier scale
820 Tracking type phase detector for main scale
821 Tracking type phase detector for vernier scale
830 Arctangent type phase detector for main scale
831 Arctangent type phase detector for vernier scale

Claims (7)

A moving main scale having a main scale slit,
A moving vernier scale having a vernier slit having a different number of slits from the main scale slit,
First main scale signal detecting means for detecting the main scale slit signal,
A second main scale signal detecting means arranged at a position different from the main scale slit by a distance of 1/4 of a distance between the main scale slits;
First vernier signal detection means for detecting a signal of the vernier slit,
Second vernier signal detection means arranged at a position different by a distance of 1/4 of the interval between the vernier slits;
First phase detection means for detecting a phase in the main scale slit based on a signal detected by the first main scale signal detection means and a signal detected by the second main scale signal detection means;
A second phase detecting means for detecting a phase in the vernier scale based on a signal detected by the first vernier signal detecting means and a signal detected by the second vernier signal detecting means;
The phase in the main scale slit and the phase in the vernier slit obtained by the first phase detecting means and the second phase detecting means are converted into the position of the moving body to which the moving main scale and the moving vernier are attached. Absolute value encoder having a phase displacement amount conversion table that performs the conversion. A moving main scale having a main scale slit,
A first moving vernier having a first vernier slit having a different number of slits from the main measuring slit;
A second moving vernier having a second vernier slit having a different number of slits from the main vernier slit and the first vernier slit;
First main scale signal detecting means for detecting the main scale slit signal,
A second main scale signal detecting means arranged at a position different from the main scale slit by a distance of 1/4 of a distance between the main scale slits;
First vernier signal detection means for detecting a signal of the first vernier slit;
A second vernier signal detecting means disposed at a position different by a distance of 1/4 of the interval between the first vernier slits;
Third vernier signal detection means for detecting a signal of the second vernier slit,
Fourth vernier signal detection means arranged at a position different by a distance of 1/4 of the interval between the second vernier slits;
First phase detection means for detecting a phase in the main scale slit based on a signal detected by the first main scale signal detection means and a signal detected by the second main scale signal detection means;
A second phase detecting means for detecting a phase in the first vernier based on a signal detected by the first vernier signal detecting means and a signal detected by the second vernier signal detecting means; When,
Third phase detecting means for detecting a phase in the second vernier scale based on a signal detected by the third vernier signal detecting means and a signal detected by the fourth vernier signal detecting means When,
The phase in the main scale slit, the phase in the first vernier slit, and the phase in the second vernier slit obtained by the first phase detecting means, the second phase detecting means, and the third phase detecting means. An absolute value encoder having a phase displacement amount conversion table for converting a phase into a position of a moving body to which the main moving scale, the first moving vernier, and the second moving vernier are attached. An A / D converter for converting each of the phase detection means into a digital value of a detection signal input to each of the phase detection means; and an A / D converter for obtaining a phase in each slit based on each of the digital values. 3. The absolute value encoder according to claim 1, wherein the absolute value encoder comprises a set phase conversion table. 3. The absolute value encoder according to claim 1, wherein each of the phase detection means is a phase difference detection type phase detector. 3. The absolute value encoder according to claim 1, wherein each of said phase detecting means is a tracking type phase detector. 3. An absolute value encoder according to claim 1, wherein each of said phase detecting means is an arctangent type phase detector. The first phase detecting means for detecting the phase in the main scale slit is a phase difference detection type phase detector or a tracking type phase detector or an arc tangent type phase detector, and the phase for detecting the phase in the sub-size slit is 3. The absolute value encoder according to claim 1, wherein said detecting means is constituted by an A / D converter and a phase conversion table.

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