JP2008014665A - 変位検出エンコーダ - Google Patents

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Abstract

【課題】冗長なコードを追加することなく、最小のコードで擬似ランダムコード検出の誤りを検出すると共に、訂正も可能として、ABS位置信号生成の信頼性を向上させる。
【解決手段】位置情報を含む位置コードが備えられたスケールと、このスケールに対して相対移動可能に配設されると共に、前記スケールに備えられた前記位置コードの少なくとも一部を検出する検出部と、この検出部で検出された位置コードの一部を処理して、位置情報を出力する処理部と、を備えた変位検出エンコーダにおいて、前記検出された位置コードについて、位置コードを生成する位置コード生成手段で評価して、誤り情報の有無を検出する。
【選択図】図6

Description

本発明は、変位検出エンコーダに係り、特に、擬似ランダムコードを用いた絶対測長型エンコーダに用いるのに好適な、冗長なコードを追加することなく、最小のコードで誤り訂正を実現可能な変位検出エンコーダに関する。
図1にM系列の場合を例示するような擬似ランダムコードに相当する格子を検出パターンとして形成したスケールを用いて絶対(ABS)位置を検出する変位検出エンコーダ(ABSエンコーダとも称する)が知られている。
この擬似ランダムコードを用いたABSエンコーダにおいて、スケール上にゴミ等が付着することにより、擬似ランダムコードの検出に誤りが生じるため、ABS位置信号生成の信頼性が低下するという問題がある。
このような問題を解決するべく、特許文献1には、冗長パターンを含むスケールから読み取った検出コードを順次シフトしながら絶対位置データを演算し、当該シフトしつつ演算された各絶対位置データが連続しているか否かにより読み取り誤りが発生しているか否かを検出することが記載されている。
又、特許文献2には、汚れ等により、補完的に構成された部分領域を走査することによって生成されるアナログ走査信号の差(通過光のコントラストに相当)が低下した場合に、計算から外すことが記載されている。
特開2001−296145号公報 特開2004−117360号公報
しかしながら特許文献1に記載の技術では、冗長パターンを追加する必要があるだけでなく、検出コードをシフトしながら絶対位置データを演算する必要があり、演算負荷が大きい。
又、特許文献2に記載の技術は、通過光のコントラストで判断しているだけであり、誤り検出の精度が低い。
更に、特許文献1、2のいずれも、誤りを検出するのみで、誤りの訂正はできない等の問題点を有していた。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、冗長なコードを追加することなく、最小のコードで擬似ランダムコード検出の誤りを検出すると共に、訂正も可能として、ABS位置信号生成の信頼性を向上させることを課題とする。
本発明は、位置情報を含む位置コードが備えられたスケールと、このスケールに対して相対移動可能に配設されると共に、前記スケールに備えられた前記位置コードの少なくとも一部を検出する検出部と、この検出部で検出された位置コードの一部を処理して、位置情報を出力する処理部と、を備えた変位検出エンコーダにおいて、前記検出された位置コードについて、位置コードを生成する位置コード生成手段で評価して、誤り情報の有無を検出するようにして、前記課題を解決したものである。
前記位置コードは、擬似ランダムコードを含むことができる。
前記位置コード生成手段は、前記擬似ランダムコードの生成式を含むことができる。
前記位置コード生成手段は、位置情報と位置コードとの対応テーブルを備えることができる。
前記誤り情報の有無を検出した結果に基づいて、検出した誤り情報を除去したり、訂正したりすることができる。
本発明によれば、冗長なコードを追加することなく、最小のコードで検出コード中の誤りビットの存在を検出することができる。更に、検出コード中の誤りビットを特定することにより、訂正することが可能となり、ABS位置信号生成の信頼性を向上させることができる。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、図2を参照して、M系列擬似ランダムコードの生成方法を説明する。
初期値を1110001000010100の16桁、タップ位置を、その1桁目、5桁目、7桁目及び14桁目と置くと、擬似ランダム数P0は次式で定義される。
P0=D0 xor D1 xor D2 xor D3 …(1)
ここで、D0はタップ位置1のデータ、D1はタップ位置5のデータ、D2はタップ位置7のデータ、D3はタップ位置14のデータである。
各タップ位置1、5、7、14のデータD0〜D3と(1)式により、17桁目の擬似ランダム数P0が得られる。
更に、この演算を繰り返し行なうことで(図2の場合右側に進む)、図2に示すようなM系列擬似ランダムコードが得られるので、得られたM系列擬似ランダムコードを図3に示すようなスケール(透過型で例示)10上にパターンとして配置する。
そして、図3に示した発光素子20によりスケール10を照明し、透過光を、レンズ22を介して、例えば58桁分が受光可能な受光素子アレイ24により検出し、信号処理装置30により演算して絶対位置を求める。
前記信号処理装置30は、例えば、測定軸方向に沿って受光素子アレイ24の出力信号を掃引して得られた信号に対し、ローパスフィルタで高周波ノイズをカットすると共に、所定ゲインで増幅するノイズフィルタ増幅回路32と、該ノイズフィルタ増幅回路32出力のアナログ信号を信号処理のためデジタル信号に変換するA/D変換回路34と、該A/D変換回路34の出力を所定の閾値により2値化する2値化回路36と、擬似ランダムコードの生成式(1)を用いて、本発明により誤りの検出及び訂正を行なう誤り検出・訂正回路38と、スケールパターン設計値と検出信号の相関演算によりABS位置を検出するABS位置検出回路40と、ABS位置を補間して分離能を高めるため、図示しない90度位相差の4相正弦波より、90度位相差の2相正弦波を生成し、アークタンジェント演算することによりインクリメンタル位置を検出するインクリメンタル位置検出回路42と、前記ABS位置検出回路40から入力されるABS位置信号を前記インクリメンタル位置検出回路42から入力されるインクリメンタル位置信号で補間して、高分解能の絶対位置を出力する位置合成回路44で構成される。
前記ABS位置検出回路40の相関演算で用いる相関関数は、差分法あるいは乗算法の両方が適用できる。
図2に示したようなスケール10上のパターンを検出する際に、ゴミの付着等の原因により検出に誤りが生じる場合がある。
そこで、本発明においては、擬似ランダムコード生成方法を用いて、検出された擬似ランダムコードに対して検算を行なう。即ち、図4に示すような例えば58桁のM系列擬似ランダムコードが検出された時に、枠のビットを検算する場合には、タップ位置1、5、7、14のデータD0、D1、D2、D3を用いて(1)式により計算されたデータと17桁目の実際のデータP0を比較する。
そして、図4の上段に示す如く、両者が一致する場合には誤りは無いと判定する。
一方、図4の下段に示す如く、検算結果が不一致の場合には、検算対象ビットD0、D1、D2、D3、P0のいずれかに誤りがあるため、誤りを訂正するか、若しくは、ABS位置信号生成には用いない。
あるいは、次のような方法により検算することも可能である。この方法では、(1)式から、次式に示すように誤り検出ビットEを定義する。
E=D0 xor D1 xor D2 xor D3 xor P0 …(2)
そして、図5の上段に示す如く、誤り検出ビットEが0の場合には、P0と(1)式の演算結果が両方1又は0で一致するため、誤り無しと判定する。
一方、図5の下段に示す如く、誤り検出ビットEが1の場合には、検算対象ビットのいずれかに誤りがあるため、誤りの訂正を行なうか、ABS位置信号生成に用いない。
なお、図4又は図5の方法では、誤り検出ビットが存在することは分かるが、特定することができず、訂正できない。そこで、次のような方法で誤り検出ビットを特定する。
即ち、検出誤りを訂正するには、誤りがどのビットに発生しているか検出する必要があるため、図6中の検算対象ビットに対して、誤り検出ビットE0〜E4を定義する。
そして、誤り検出ビットE0〜E4が全て1になる場合、検算対象ビットPxが誤りと分かるので、検算対象ビットPxの値を訂正する。この例の場合、図中の検算対象ビットPxを0から1に訂正する。
なお、前記実施形態においては、前記の演算式を使用して得られた演算結果に基づいて誤り検出と訂正を行っていたが、これに代えて、各位置における検出ピットの組み合わせを予め前記の演算式で算出しておき、この検出ピットの組み合わせと位置情報とをセットにして対応テーブルに記憶させておいてもよい。そして、検出された検出位置ピットで対応テーブルを参照して誤りを検出すれば、演算処理が不要となるので、誤り検出と訂正の処理の高速化を図ることができる。
又、前記実施形態においては、本発明が透過型スケールに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、図7に示すような反射型スケールにも同様に適用できる。擬似ランダムコードの種類もM系列に限定されず、初期値の段数や、タップ位置や、検出コードの桁数も実施形態に限定されない。
又、高い分解能を要求されない場合にはインクリメンタル位置検出を省略して、ABS位置検出のみとすることも可能である。
M系列擬似ランダムコードの例を示す図 M系列擬似ランダムコードの生成方法を示す図 本発明を実施するための装置の実施形態を示す図 本発明により擬似ランダムコードを検算する方法の一つを示す図 他の方法を示す図 検査誤りの訂正方法を示す図 装置の変形例を示す図
符号の説明
10…スケール
20…発光素子
22…レンズ
24…受光素子アレイ
30…信号処理装置
38…誤り検出・訂正回路
40…ABS位置検出回路

Claims (6)

  1. 位置情報を含む位置コードが備えられたスケールと、このスケールに対して相対移動可能に配設されると共に、前記スケールに備えられた前記位置コードの少なくとも一部を検出する検出部と、この検出部で検出された位置コードの一部を処理して、位置情報を出力する処理部と、を備えた変位検出エンコーダにおいて、
    前記検出された位置コードについて、位置コードを生成する位置コード生成手段で評価して、誤り情報の有無を検出することを特徴とする変位検出エンコーダ。
  2. 前記位置コードは、擬似ランダムコードを含むことを特徴とする請求項1記載の変位検出エンコーダ。
  3. 前記位置コード生成手段は、前記擬似ランダムコードの生成式を含むことを特徴とする請求項2記載の変位検出エンコーダ。
  4. 前記位置コード生成手段は、位置情報と位置コードとの対応テーブルを備えたものであることを特徴とする請求項1記載の変位検出エンコーダ。
  5. 前記誤り情報の有無を検出した結果に基づいて、検出した誤り情報を除去することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の変位検出エンコーダ。
  6. 前記誤り情報の有無を検出した結果に基づいて、検出した誤り情報を訂正することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の変位検出エンコーダ。
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