JP2004233339A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】 電源切断中に動いたシャフトの位置、エンコーダの最初の起動時点でのホイールの位置、について適切に更新を行うエンコーダを提供すること。
【解決手段】 本発明のエンコーダには、１つまたは複数の基準標識を含む検知面上のエンコーディング標識を検知し、第１および第２エンコーダ信号を生成する検知装置が含まれている。第２エンコーダ信号は、検知装置に対する検知面の移動方向に応じて、第１エンコーダ信号よりも先行または遅行する。エンコーダには、第１基準標識が基準標識検出器を通過した場合に第１基準標識信号を生成する基準標識検出器も含まれている。エンコーダがこの第１基準標識信号を受信した場合に、コントローラはデジタル値を第１基準値にリセットする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンコーダに関するものである。

以下の説明をわかりやすくするために、本発明について、シャフトエンコーダの観点から説明する。シャフトエンコーダは、既知の基準位置に対するシャフトの位置を示すデジタル信号を出力する。アブソリュートシャフトエンコーダの場合には、通常、シャフトに連結された円盤上の複数のトラックを利用している。それぞれのトラックは、観測対象の領域の明暗に応じて１または０のデジタル値を出力する検出器によって観測される一連の明暗ストライプから構成されている。Ｎビットの２進エンコーダの場合には、通常、ビット当たりＮ個のこの種のトラックを利用している。

しかしながら、Ｎが大きい場合には、様々なコンポーネントのアライメントが大きな問題となる。トラックのアライメント問題に加え、光検出器も互いにアライメントしなければならない。このコンポーネントのアライメント精度要件のため、Ｎが大きい場合には、エンコーダのコストが大きく上昇することになる。

これとは対照的に、インクリメンタルエンコーダは比較的安価である。Ｎビットのインクリメンタルエンコーダは、Ｎビットのアブソリュートエンコーダの最下位ビットに対応するトラックと見なすことができる。即ち、このトラックは、明暗が交互に変化する２^Ｎ個の領域から構成されている。このエンコーダは、エンコーディングトラックに関連付けられた光検出器の出力が、当該光検出器に対するそのトラックの移動方向に応じて変化するたびにカウンタを増分または減分することにより、絶対距離を判定する。エンコーディングトラックの移動方向は、相互に位置をずらせた２つの光検出器を利用することにより、検知する。インクリメンタルエンコーダの場合、アライメントを要する多数のトラックが存在しないため、前述のアライメントコストを回避可能である。装置が計数を失わない限り、カウンタの値は、計数が０であったエンコーディングホイール上の地点に対する位置の尺度として機能する。但し、残念ながら、電力の供給が停止すると、計数は失われ、この結果、位置が不明となる。又、計数の誤りや検出器の雑音によるエラーによっても、位置計測にエラーが発生する。

本発明には、エンコーダが含まれており、このエンコーダには、１つまたは複数の基準標識を含む検知面上のエンコーディング標識を検知する検知装置が含まれている。この検知装置は、エンコーディング標識が検知装置を通過した場合に、第１および第２エンコーダ信号を生成する。第２エンコーダ信号は、検知装置に対する検知面の移動方向に応じて、第１エンコーダ信号よりも先行または遅行する。エンコーダには、検知装置に対するエンコーディング面の位置を示すデジタル値を保存するためのレジスタが含まれている。コントローラが第１および第２エンコーダ信号を受信し、受信した第１および第２エンコーダ信号に基づいてレジスタを増分または減分する。エンコーダには、第１基準標識が基準標識検出器を通過した場合に第１基準標識信号を生成する基準標識検出器も含まれている。エンコーダがこの第１基準標識信号を受信した場合に、コントローラはデジタル値を第１基準値にリセットする。本発明の一実施例においては、エンコーダには、レジスタ値を保存するための不揮発性メモリと電源ライン上の電位が低下しているか上昇しているかを判定するための電源検出回路も含まれている。この実施例においては、電源ライン上の電位が低下していると電源検出回路が判定した場合に、コントローラはレジスタ内のデジタル値を不揮発性メモリに保存する。一方、電源ライン上の電位が上昇していると電源検出回路が判定した場合には、コントローラは、不揮発性メモリ内に保存されている値をレジスタに保存する。

本発明がその利点を提供する方法については、本発明によるエンコーダ１０の一実施例を示す図１を参照することにより、容易に理解することができる。エンコーダ１０は、時計回りまたは反時計回りに回転可能なシャフト１７に装着されたエンコーディングホイール１６を利用している。エンコーディングホイール１６は、位相が９０度ずれた２つの信号を生成する直交センサ１１によって検知される複数のエンコーディングバンド１８を有している。このタイプの直交センサは、当技術分野においては一般的なものであるため、本明細書においては説明を省略する。以下の説明においては、直交センサ１１に、エンコーディングバンドの１／４周期だけ互いにオフセットされた参照符号３１および３２によって示されている２つの光検出器が含まれていることに留意するだけで十分である。これらのセンサの出力を利用し、ライン２０および２１上に信号を生成する。シャフト１７の回転方向に応じて、ライン２０上の信号は、ライン２１上の信号よりも９０度だけ先行または遅行することになる。尚、この図面において、エンコーディングバンドは放射上のラインで示されているが、これらのバンドは、通常、幅の等しい交互に変化する黒と白の帯である。

この直交センサ１１からの信号は、コントローラ１５によって受信される。コントローラ１５には、ライン２０上の信号のそれぞれのリーディングエッジによって増分または減分されるレジスタ２２が含まれている。ライン２０上の信号と関連してライン２１上の信号の状態を利用し、エンコーディングホイール１６の移動方向を判定する。この模範的な実施例においては、レジスタ２２は、エンコーディングホイールが時計回りの方向に回転している場合に増分され、エンコーディングホイールが反時計回りの方向に回転している場合には、減分される。次に、コントローラ１５がこの判定を行う方法について詳細に説明する。

エンコーダ１０には、停電が発生しつつあると電源検出回路１４が判定した場合に、レジスタ２２内の計数を保存するための不揮発性メモリ１３も含まれている。エンコーダ１０に電源が再度供給された場合には、電源検出回路１４によって検出され、メモリ１３内に保存されている値がレジスタ２２に再度読み込まれる。従って、通常、インクリメンタルエンコーダに付随している停電に伴う信頼性問題が、本発明により、大幅に軽減される。

前述の停電システムにより、エラーは大幅に軽減されるが、依然として、レジスタ２２はエラー状態に陥る場合がある。例えば、電源が切断されている際に、エンコーディングホイールまたはこれが取り付けられているシャフトが動いた場合には、レジスタ２２が適切に更新されないため、エンコーディングホイールの表示位置が誤ったものになる。又、エンコーダの最初の起動時点で、ホイールの位置（即ち、レジスタ２２のゼロ位置）が不明である。

本発明によれば、エンコーディングホイール１６上に１つまたは複数の絶対基準標識を設けることにより、この問題を克服している。図１に示されている実施例において、これらの基準標識は、直交センサ１１の一部を構成するセンサ３３によって検知されるが、この基準センサは、直交センサ１１から独立した別個の装置であってもよい。図１に示されている実施例においては、４つの基準標識が利用されており、模範的な基準標識の１つが、参照符号２３によって示されている。

複数の基準標識を利用する場合には、個々の基準標識をコントローラが識別できるように、それぞれの基準標識が固有の信号を供給することが好ましい。図１に示されている実施例においては、基準標識は放射状の標識である。個々の基準標識は、一緒にグループ化されている放射状の標識の数によって識別される。以下の説明においては、基準センサが検出する最初の放射状標識の位置が、それぞれの基準標識が示すエンコーディングホイール上の基準点となることを前提としている。この基準標識の正確な位置は、図１に示されている例においては、移動の方向に応じて変化する。

コントローラ１５には、基準標識を検出した場合に、レジスタ２２内の予測計数の観点においてそれぞれの基準標識の絶対位置を保存するテーブルが含まれていることが好ましい。前述のように、基準標識の幅が広い場合には、このテーブルには、それぞれの標識とエンコーディングホイールの回転方向の項目が含まれることになる。

基準標識が基準センサを通過すると、信号がコントローラ１５に送信され、テーブルの項目と照らし、その基準標識と移動方向についてレジスタ２２の内容がチェックされる。そして、予測レジスタ値が検出されない場合には、コントローラ１５は、次の基準標識を検出した際にレジスタ２２が予測値を読み取ることができるよう、レジスタ２２内の値を訂正する。即ち、エラーが発生した場合、そのエラーは、エンコーダによって迅速に訂正されることになる。図１に示されている実施例においては、エラーは、エンコーダが１／４回転する間に訂正される。

最終的に、コントローラ１５は、レジスタ２２の内容によって判定された２進数を出力することが好ましいことに留意されたい。本発明の好適な実施例においては、出力は、従来のアブソリュートエンコーダの代替品として本発明を使用できるよう、従来のアブソリュートエンコーダが供給するものと同一になっている。

前述のように、本発明においては、好ましいことに、電源の供給停止と再供給を判定するべく、電源検出器回路１４を利用している。電源電圧の低下を検出すると、検出器はこれをコントローラに通知し、コントローラは、これに応答してレジスタ２２内の値をメモリ１３に保存する。この方式は、電源検出器信号が停電を通知した際に、コントローラ１５がこれらの動作を実行するに十分な電力蓄積機能を有する電源をコントローラ１５が具備していることを前提としている。これには、コンデンサまたは電池に基づいた電力蓄積装置を利用可能である。

次に、図２を参照すれば、本発明に使用可能な電源検出器回路８０の一実施例の概略図面が示されている。電源検出器回路８０は、ＬＥＤやフォトダイオードなどのエンコーディングホイールに関連する電子部品への電力供給に使用するVccバスから電力の供給を受けている。電力は、ダイオード８２を介してVccによって充電されるコンデンサ８１からコントローラおよびメモリに供給されており、このダイオードによって、電力供給が中断した際のコンデンサ８１からの電荷の漏洩が防止されている。電力の供給が中断すると、Vccはコンデンサ８１の電圧よりも早く接地電位に移行するため、比較器８７は、この入力の差を検出してトリガ信号を生成する。そして、コントローラ１５が、このトリガ信号を受信し、これを使用してレジスタ２２内の計数の不揮発性メモリ１３内への保存をトリガする。比較器８７への入力は、８３、８４および８５、８６に示されている２つの抵抗分割器によって生成されている。

尚、本発明のこの停電検出機能は、前述の基準標識システムを利用する場合には、任意選択であることに留意されたい。即ち、装置の電源が切断され、レジスタ２２の内容が失われた場合にも、この装置は、エンコーディングホイールが基準標識の１つを通過した際に即時に正しい値を再取得することができる。

前述のように、本発明は、直交センサ１１の出力からエンコーディングホイール１６の移動方向を判定可能であるという事実に基づいたものである。このためには、単純な状態機械を利用可能である。ライン２０上の信号をＸ、ライン２１上の信号をＹと表記する。これらＸおよびＹは、信号がハイであるかローであるかに応じて、０または１の値を取ることができる。ＸＹには、４つの可能な状態が存在する。一方向において、状態は、０１→００→１０→１１である。もう一方の移動方向においては、状態は、０１→１１→１０→００と進行する。従って、コントローラ１５による移動方向の判定に必要とされるのは、前の状態と現在の状態を追跡することだけである。

前述の本発明の実施例では、円形のエンコーディングホイールを利用し、回転するシャフトの位置を追跡している。しかしながら、リニアアクチュエータの位置を追跡するリニアエンコーディングストリップ上で動作する本発明の実施例も構築可能である。次に、図３を参照すれば、本発明の別の実施例によるリニアエンコーダ１００が示されている。以下の説明を容易にするべく、図１の対応する要素と同一の機能を実行するエンコーダ１００の各要素には、同一の参照符号が割り当てられており、再度の説明は省略する。この実施例においては、エンコーディングバー１０１と基準標識１０２は、図１に示されている実施例を参照して前述したものと類似の直交センサ１０４の下方で移動するリニアストリップ１０３上に配列されている。ストリップ１０３が前後に移動すると、コントローラ１５は、前述のものと同様にレジスタ２２の内容を増分または減分する。

本発明の前述の実施例は、直交検出器を利用し、検出器に対する検知面の移動の角度とその移動方向の両方を示す一対の信号を生成している。この本発明の好適な実施例においては、一般的な直交検出器を利用しているが、この情報を提供する２つの信号を生成する検出器であれば、どのようなものでも利用可能である。

当業者には、前述の説明および添付の図面から、本発明に対する様々な変更が明らかであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。

本発明によるエンコーダ１０の一実施例。 電源検出器回路８０の一実施例の概略図。 本発明の別の実施例によるリニアエンコーダ。

符号の説明

１０ エンコーダ
１１ 検知装置
１３ 不揮発性メモリ
１４、８０ 電源検出回路
１５ コントローラ
１６ 検知面
１８ エンコーディング標識
２２ レジスタ
３３ 基準標識検出器

Claims (6)

1. 第１および第２エンコーダ信号を生成する検知装置と、
   複数の等間隔のエンコーディング標識を有する検知面を含み、該検知面は、前記エンコーディング標識が前記検知装置を通過した際に前記第１および第２エンコーダ信号が生成されるよう、前記検知装置に対して移動し、前記検知装置に対する前記検知面の前記移動の方向に応じて、前記第２エンコーダ信号が前記第１エンコーダ信号よりも先行または遅行し、
   第１基準標識を検出し、該検出を示す第１基準標識信号を生成する基準標識検出器と、
   デジタル値を保存するためのレジスタと、
   前記第１および第２エンコーダ信号を受信し、前記受信した第１および第２エンコーダ信号に基づいて、前記レジスタを増分あるいは減分するコントローラを含み、該コントローラは、前記エンコーダが前記第１基準標識信号を受信した場合に、前記コントローラは前記デジタル値を第１基準値にリセットする、エンコーダ。
2. レジスタ値を保存するための不揮発性メモリと、
   電源ライン上の電位が低下しているか上昇しているかを判定する電源検出回路と、を更に備え、
   前記電位が低下していると前記電源検出回路が判定した場合に、前記コントローラは、前記デジタル値を前記不揮発性メモリ内に保存する請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記電位が上昇していると前記電源検出回路が判定した場合に、前記コントローラは、前記保存されているレジスタ値を前記レジスタ（２２）内に読み込む請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記エンコーディング面は、第２エンコーディング標識を更に有し、前記基準標識検出器は、前記第２エンコーディング標識が検出された場合に第２基準標識信号を生成し、前記第２基準標識信号が生成された場合に、前記コントローラは、前記デジタル値を第２基準値にリセットする請求項１に記載のエンコーダ。
5. 前記エンコーディング面は、シャフトが回転した場合に前記検知装置に対して回転する前記シャフトに接続された円盤を有する請求項１に記載のエンコーダ。
6. 前記エンコーディング面は、前記面が既定の方向に平行移動した場合に前記検知装置に対して移動するストリップを有する請求項１に記載のエンコーダ。

Images