JP2013002874A - Encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アブソリュート方式の位置検出技術に関する。 The present invention relates to an absolute position detection technique.
回転体の移動量、角度、位置、速度などの移動に関する物理的なアナログ量をデジタル量として検出するために、光学式のエンコーダが広く利用されている。一般的なロータリエンコーダは、必要な信号パターンを設けた回転信号板に対し、一方の側から発光ダイオードやLED等の発光素子により均一光を照射し、信号パターンを透過した後の透過光、または信号板からの反射光を、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ等の受光素子により受光し検知する。機能的に分けるとインクリメンタル方式とアブソリュート方式のロータリエンコーダがある。 Optical encoders are widely used to detect physical analog quantities relating to movements such as the movement amount, angle, position, and speed of a rotating body as digital quantities. A general rotary encoder irradiates a rotary signal plate provided with a necessary signal pattern with uniform light from one side by a light emitting element such as a light emitting diode or LED, and transmits light after passing through the signal pattern, or Reflected light from the signal plate is received and detected by a light receiving element such as a photodiode or a phototransistor. In terms of functionality, there are incremental and absolute rotary encoders.
インクリメンタル方式のロータリエンコーダは、回転軸の回転角度に応じたパルス信号を出力するものが一般的である。具体的には、等間隔の2値(明/暗)パターンや、等間隔の透過/遮蔽のスリットを同心円状に設けた回転信号板に対して光を照射し、各パターンからの反射光、もしくは各スリットからの透過光をデジタルに変換することで得られる規則的なパルス信号を積算カウントすることにより、基準点からの回転角度や回転量を相対的に検出する特徴を有している。また、このインクリメンタル方式のロータリエンコーダは、電源を入れる度に基準点を設定するための初期化が必要という特徴を有している。 Incremental rotary encoders generally output a pulse signal corresponding to the rotation angle of the rotating shaft. Specifically, light is irradiated to a binary signal (bright / dark) pattern at equal intervals or a rotating signal plate provided with equally spaced transmission / shielding slits concentrically, and reflected light from each pattern, Alternatively, the rotation angle and the rotation amount from the reference point are relatively detected by integrating and counting regular pulse signals obtained by converting the transmitted light from each slit into digital. In addition, this incremental rotary encoder has a feature that an initialization for setting a reference point is required every time the power is turned on.
一方、アブソリュート方式のロータリエンコーダは、回転軸の回転角度の絶対値を2進数値に変換して出力するものが一般的である。具体的には、同心円状に形成された複数のトラックに、所望の信号パターン(アブソリュートパターン)を形成した回転信号板に対して光を照射し、各信号パターンからの反射光、もしくは透過光から、二進ビット「0」「1」の読み取りを行うことにより、回転体の絶対的な回転角度や回転位置を検出する特徴を有している。また、このアブソリュート方式のロータリエンコーダは、電源を入れた際に前述のアブソリュートパターンを読み取ることにより現在位置を検出できるため、初期化は不要である。 On the other hand, an absolute type rotary encoder generally converts an absolute value of a rotation angle of a rotary shaft into a binary value and outputs the binary value. Specifically, a plurality of tracks formed concentrically are irradiated with light on a rotating signal plate on which a desired signal pattern (absolute pattern) is formed, and reflected light or transmitted light from each signal pattern is irradiated. , The binary bits “0” and “1” are read to detect the absolute rotational angle and rotational position of the rotating body. Further, this absolute rotary encoder can detect the current position by reading the above-mentioned absolute pattern when the power is turned on, so that initialization is unnecessary.
アブソリュート方式のロータリエンコーダは、回転信号板に同心円状に形成されたアブソリュートパターンが持つ符号ビット数によって、エンコーダの分解能が決定されている。前記符号ビット数をnとすると、一回転(360度)を2のn乗分割したエンコーダ信号が得られる。例えば、10ビットのアブソリュートパターンを用いれば、一回転を2の10乗(=1024)個に分割したエンコーダ信号が得られる。
特許文献1には、回転角度に応じて半径が変動する曲線を回転円板上に形成し、この半径を2ヶ所で測定した信号とインクリメンタル信号とに基づいて2相信号を出力する光学式アブソリュートエンコーダが開示されている。
In the absolute type rotary encoder, the resolution of the encoder is determined by the number of code bits of the absolute pattern formed concentrically on the rotation signal plate. If the number of code bits is n, an encoder signal obtained by dividing one rotation (360 degrees) by 2 to the power of n is obtained. For example, if a 10-bit absolute pattern is used, an encoder signal obtained by dividing one rotation into 2 to the 10th power (= 1024) can be obtained.
Patent Document 1 discloses an optical absolute that forms a curve whose radius varies according to a rotation angle on a rotating disk and outputs a two-phase signal based on a signal obtained by measuring the radius at two locations and an incremental signal. An encoder is disclosed.
アブソリュート方式のエンコーダは、絶対位置を検出できるといった特徴を有しているが、一方で、分解能を上げようとした場合に、より多ビットなアブソリュートパターン、及びそのパターンを検出するために多数のセンサが必要となり、構成が複雑化しコストが飛躍的に上昇してしまうという問題点があった。
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、装置全体の構成を簡素化するとともにコストを抑えたアブソリュート方式のエンコーダ技術を提供するものである。
The absolute encoder has a feature that an absolute position can be detected. On the other hand, when trying to increase the resolution, a multi-bit absolute pattern and a number of sensors are used to detect the pattern. There is a problem that the configuration is complicated and the cost is drastically increased.
The present invention has been made in view of the above problems, and provides an absolute encoder technique that simplifies the configuration of the entire apparatus and reduces the cost.
上記課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、軸の回転角の絶対値を検出するアブソリュート方式のエンコーダであって、光を照射する照射手段と、軸と連動して回転する回転部材と、前記照射手段からの光を反射し、前記軸の回転角度に応じて前記照射手段から反射面までの位置を異ならせる反射手段と、前記反射手段が反射した反射光を受光する受光手段と、前記受光手段の受光した反射光に基づいて前記照射手段から前記反射手段の反射面までの距離を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された距離に基づいて、前記軸の回転角の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a position detection device according to the present invention is an absolute encoder that detects an absolute value of a rotation angle of a shaft, and rotates in conjunction with an irradiation unit that emits light and a shaft. A rotating member, reflecting means for reflecting light from the irradiating means, and changing a position from the irradiating means to the reflecting surface according to a rotation angle of the shaft; and light receiving for receiving reflected light reflected by the reflecting means Means, a measuring means for measuring the distance from the irradiating means to the reflecting surface of the reflecting means based on the reflected light received by the light receiving means, and the rotation of the shaft based on the distance measured by the measuring means Output means for outputting the absolute value of the corner.
本発明によれば、反射板までの距離を測定することにより絶対位置を検出するようにしたため、複雑なアブソリュートパターン等を形成したり、多数の受光センサを用いたりすることなく、高い分解能で絶対位置を検出することが可能である。また、構成が簡単であるため、装置全体のコストを低減することができる。 According to the present invention, since the absolute position is detected by measuring the distance to the reflector, it is possible to obtain absolute values with high resolution without forming a complex absolute pattern or using a large number of light receiving sensors. It is possible to detect the position. Further, since the configuration is simple, the cost of the entire apparatus can be reduced.
(実施形態1)
以下、本発明の一実施形態である実施形態1について図面を参照して詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 which is one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、実施形態1の位置検出装置としてのアブソリュートエンコーダの光学センサ部110の構成を示す概略図である。光学センサ部110は、レーザダイオードやLED等を有する光源101、光源の光を反射板105の表面に集光する集光レンズ102、反射板105から反射された光を受光素子に結像する受光レンズ103、および受光レンズに結像された像の空間的な強度分布を撮像する受光素子列104を備えている。反射板についての詳細は後述するが、回転軸の回転角度に応じて受光素子列から反射面までの位置を異ならせる機能をもっているものとする。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an
図2は、受光素子列104からの出力波形を示している。
FIG. 2 shows an output waveform from the light
図2のグラフは、縦軸を「光量」、横軸を「受光素子位置」として、受光素子列104から出力される中央が最大となるピーク波形を示している。201は、ある反射位置での反射波形を示し、同様に202は、201とは違う反射位置での反射波形を示している。
The graph of FIG. 2 shows a peak waveform in which the center outputted from the light
このように、反射位置の違い(光学センサ部110から反射板105までの距離の違い)に応じて、反射光の像が受光素子列104上の違った位置に結像されるため、光源101の光が反射板105によって反射されている時の反射波形のピーク位置(中心位置)を検出することで、光学センサ部110から反射板105までの距離が計測される仕組みとなっている。なお、図1の構成、図2の仕組みは三角測量を利用しているレーザー変位計としては一般的な内容である。
Thus, the reflected light images are formed at different positions on the light
図3は、実施形態1のアブソリュートエンコーダの構成を示している。 FIG. 3 shows the configuration of the absolute encoder of the first embodiment.
図3に示すアビソリュートエンコーダは、モータの回転軸301の回転に連動して回転する回転円板部(回転部材)302、回転円板部302上に構成され回転軸の回転角度に応じて反射面の高さがリニアに変化するように形成された反射板303、光学センサ部110を有している。図3の構成では光源101は回転軸301の軸方向から反射板303へ照射する。
The absolute encoder shown in FIG. 3 is configured on a rotating disk part (rotating member) 302 that rotates in conjunction with the rotation of the
まず、モータの回転軸301が回転すると、それに連動して回転円板部302が回転する。反射板303は、回転軸301の回転角度に応じて高さがリニアに変化するため、回転のたびに光学センサ部を使用して反射板303との距離を測定する。次に、測定された距離の値を基に、後に説明する絶対位置換算テーブル510の値を参照してモータの絶対位置(回転角の絶対値)を算出する。この絶対位置換算テーブル510には、あらかじめ光学センサ部110と反射板303との距離に応じたモータの絶対位置の値が格納されている。格納方法としては、例えば製品出荷時、または定期的なキャリブレーション時に、測定した距離の値に対応したモータの絶対位置の値を絶対位置換算テーブル510へ格納しておけばよい。
First, when the rotating
図4は、光学センサ部110を含めた絶対位置検出部の構成図を示している。
FIG. 4 shows a configuration diagram of an absolute position detection unit including the
絶対位置検出部は、図4に示すように、前述の光学センサ部110と、受光素子列104から得られた反射波形をデジタル信号に変換し、デジタル信号を記憶する記憶部401、記憶部401に保存された反射波形データからモータの絶対位置を算出する信号処理部402を有している。
As shown in FIG. 4, the absolute position detection unit converts the reflection waveform obtained from the
図5は、受光素子列104によって取り込んだ反射波形データからモータの絶対位置を算出する信号処理部402の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the
ピーク検出部501は、記憶部401に記憶されている反射波形データの最も高い強度を示すピークの位置を検出する。受光素子位置検出部502は、ピーク検出部501で検出された反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置を検出する。距離算出部503は、反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置によって、光学センサ部110と反射板303との距離を算出する。絶対位置換算テーブル510は、あらかじめ光学センサ部110と反射板303との距離に応じたモータの絶対位置の値が格納されている。絶対位置算出部504は、距離算出部503で算出した距離の値を基に、絶対位置換算テーブル510に格納されている値を参照し、モータの絶対位置を算出する。
The
図6は、モータの絶対位置を検出する処理を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart showing a process for detecting the absolute position of the motor.
ステップS101では、光源101が光を照射する。ステップS102では、受光素子列104が反射光を受光する。ステップS103では、受光した反射波形データを記憶部401が記憶する。ステップS104では、ピーク検出部501が反射波形データのピークを検出する。ステップS105では、検出したピークを受光した受光素子位置を受光素子位置検出部502が検出する。ステップS106では、距離算出部503が受光素子の位置から反射面までの距離を算出する。ステップS107では、絶対位置算出部504が絶対位置換算テーブルの値を参照してモータの絶対位置を算出する。
In step S101, the
以上説明した通り、実施形態1によれば、反射板までの距離を測定することにより回転体の絶対位置を検出するようにしたため、回転円板に複雑なアブソリュートパターン等を形成したり、多数の受光センサを用いたりすることなく、高い分解能でモータの絶対位置を検出することが可能となった。 As described above, according to the first embodiment, since the absolute position of the rotating body is detected by measuring the distance to the reflecting plate, a complicated absolute pattern or the like is formed on the rotating disk, The absolute position of the motor can be detected with high resolution without using a light receiving sensor.
(実施形態2)
図7は、実施形態2におけるアブソリュートエンコーダの構成を示す概略図である。なお実施形態1と同様の構成については同じ符号を付すとともに機能的に変わらないものについては詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of an absolute encoder according to the second embodiment. In addition, about the structure similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted about what does not change functionally.
図7のアブソリュートエンコーダは、外周に反射板703を備え回転軸の回転角度に応じて回転軸から光源方向への半径がリニアに変化する回転円板部702を有している。従って、反射板703との距離を測定するために光学センサ部110は回転軸301に対して略垂直に光を照射する。
The absolute encoder shown in FIG. 7 includes a reflecting
まず、モータの回転軸301が回転すると、それに連動して回転円板部702が回転する。反射板703は、回転軸301の回転量に応じて回転半径がリニアに変化するため、回転のたびに光学センサ部を使用して、反射板703との距離を測定する。測定された距離の値を基に、絶対位置換算テーブル510の値を参照してモータの絶対位置を算出する。
実施形態1と同様に、絶対位置換算テーブル510には、あらかじめ光学センサ部110と反射板303との距離に応じた絶対位置の値が格納されていることとする。
First, when the
As in the first embodiment, the absolute position conversion table 510 stores an absolute position value corresponding to the distance between the
以上説明した通り、実施形態2ではモータの回転量に応じて回転半径がリニアに変化する回転円板を用いる構成で反射板から光学センサ部までの距離を測定し、モータの絶対位置を検出している。 As described above, in the second embodiment, the distance from the reflector to the optical sensor unit is measured and the absolute position of the motor is detected by using a rotating disk whose rotation radius changes linearly according to the rotation amount of the motor. ing.
(実施形態3)
実施形態1においては、モータの回転量に応じて高さがリニアに変化するように形成された反射板を用いる構成で、反射板から光学センサ部までの距離を測定する例を示した。しかしながら、これは回転円板部が理想的に水平回転することが前提になっており、モータの回転ムラや偏心等の影響で、回転円板部上に形成された反射板の位置が微妙に上下にブレてしまうことまでは考慮されていなかった。そこで本実施形態では反射板の位置のブレに着目している。
(Embodiment 3)
In Embodiment 1, the example which measures the distance from a reflecting plate to an optical sensor part by the structure using a reflecting plate formed so that height changes linearly according to the rotation amount of a motor was shown. However, this is based on the premise that the rotating disk part is ideally rotated horizontally, and the position of the reflector formed on the rotating disk part is delicately affected by uneven rotation and eccentricity of the motor. It was not taken into account that it would shake up and down. Therefore, in this embodiment, attention is paid to the blurring of the position of the reflecting plate.
図8は、実施形態3におけるアブソリュートエンコーダの構成図を示している。 FIG. 8 shows a configuration diagram of an absolute encoder in the third embodiment.
モータの回転軸301、回転軸301に連動して回転する回転円板部802、回転円板部802上に構成され、回転軸の回転量に応じて高さがリニアに変化するように形成された反射板303、また回転円板部802上に構成され、回転軸の回転量に関係なく高さが一定になるように形成された基準反射板803が配備される。但し、「回転軸の回転量に関係なく高さが一定であること」とは回転ムラなどの影響による反射板の位置ブレを含まないものとする。光学センサ部においては、レーザダイオード等から構成される光源101、光源の光を反射板303および基準反射板803のそれぞれの表面に分光・集光して照射する分光レンズ801、反射板303および基準反射板803から反射された光を受光素子に結像する受光レンズ103、受光レンズに結像された像の空間的な強度分布を撮像する受光素子列104によって構成されている。
The
また、図8の構成図においては、光源、分光レンズ、受光レンズ、受光素子列は共通で使用される構成を示しているが、ここでは特に構成を限定するものではなく、例えば、反射板303用と基準反射板803用に光源、集光レンズ、受光レンズ、受光素子列をそれぞれ別々に持つ構成でもよい。また、共通で使うものと別々に使うものとの組み合わせでもよいとする。
In the configuration diagram of FIG. 8, the light source, the spectroscopic lens, the light receiving lens, and the light receiving element array are shown to be used in common, but the configuration is not particularly limited here. The light source, the condensing lens, the light receiving lens, and the light receiving element array may be separately provided for the light source and the
まず、回転軸301の回転量に応じて高さがリニアに変化する反射板303と光学センサ部との距離を測定し、続いて、回転軸301の回転量に関係なく高さが一定な基準反射板803と光学センサ部との距離を測定する。そして、それぞれ測定した距離の差分をとることで、反射板303の高さが検出される。これは以下の式で表される。
First, the distance between the
「光学センサ部から基準反射板803まで距離」−「光学センサ部から反射板303までの距離」=「反射板303の高さ」
この反射板303の高さ値は、たとえモータの回転ムラや偏心等があったとしても、その影響を受けることはなく不変の値として取り扱うことが可能である。
“Distance from optical sensor unit to reference
The height value of the
次に、測定された反射板303の高さ値を基に、後に説明する絶対位置換算テーブル1010の値を参照してモータの絶対位置を算出する。この絶対位置換算テーブル1010には、あらかじめ反射板303の高さ値に応じた絶対位置の値が格納されていることとする。格納方法としては、例えば製品出荷時、または定期的なキャリブレーション時に、測定した反射板303の高さに対応したモータの絶対位置の値を、絶対位置換算テーブル1010へ格納しておけばよい。
Next, based on the measured height value of the
図9は、光学センサ部を含む絶対位置検出部の構成図を示している。 FIG. 9 shows a configuration diagram of an absolute position detection unit including an optical sensor unit.
絶対位置検出部は、図9に示すように、前述の光学センサ部(光源101、分光レンズ801、受光レンズ103、受光素子列104)と、受光素子列104から得られた反射板(第1反射板)303からの反射光(第1反射光)の波形(第1波形データ)をデジタル信号に変換し、デジタル信号を記憶する記憶部901、基準反射板(第2反射板)803からの反射光(第2反射光)の波形(第2波形データ)をデジタル信号に変換し、デジタル信号を記憶する記憶部902、記憶部901と記憶部902に保存された反射波形データから、第1反射光に対応する第1距離と第2反射光に対応する第2距離を取得し、これらの差分に基づいてモータの絶対位置を算出する信号処理部903で構成される。
As shown in FIG. 9, the absolute position detection unit includes the above-described optical sensor unit (
図10は、受光素子列104によって取り込んだ反射波形データからモータの絶対位置を算出する信号処理部903の内部ブロックを示している。
FIG. 10 shows an internal block of the
ピーク検出部1001は、記憶部901に記憶されている反射波形データの最も高い強度を示すピークの位置(第1、第2中心位置)を検出する。ピーク検出部1002は、記憶部902に記憶されている反射波形データの最も高い強度を示すピークの位置を検出する。
The
受光素子位置検出部1003は、ピーク検出部1001で検出された反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置を検出する。受光素子位置検出部1004は、ピーク検出部1002で検出された反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置を検出する。
The light receiving element
距離算出部1005は、反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置によって、光学センサ部と反射板303との距離を算出する。距離算出部1006は、反射波形データのピーク位置を撮像した受光素子の位置によって、光学センサ部と基準反射板803との距離を算出する。
The
差分検出部1007は、算出した光学センサ部と反射板303との距離と、算出した光学センサ部と基準反射板803との距離の差分を求める。
The
絶対位置換算テーブル1010は、あらかじめ反射板303の高さ値に応じたモータの絶対位置の値が格納されている。絶対位置算出部1008は、差分検出部1007で算出した反射板303の高さ値を基に、絶対位置換算テーブル1010に格納されている値を参照し、モータの絶対位置を算出する。
The absolute position conversion table 1010 stores the absolute position value of the motor corresponding to the height value of the
図11は、実施形態3におけるモータの絶対位置を検出するフローを示している。 FIG. 11 shows a flow of detecting the absolute position of the motor in the third embodiment.
ステップS201は、光源101から光を照射するステップを表す。ステップS202は、分光レンズによって照射光を分光するステップを表す。ステップS203は、受光素子列104にて反射光を受光するステップを表す。
Step S201 represents a step of irradiating light from the
ステップS204は、反射板303からの反射波形データを記憶部901にて記憶するステップを表す。ステップS205は、反射波形データのピークを検出するステップを表す。ステップS206は、検出したピークを受光した受光素子の位置を検出するステップを表す。ステップS207は、受光素子の位置によって、光学センサ部から反射板303までの距離を算出するステップを表す。
Step S204 represents a step of storing the reflected waveform data from the
ステップS208は、基準反射板803からの反射波形データを記憶部902にて記憶するステップを表す。ステップS209は、反射波形データのピークを検出するステップを表す。ステップS210は、検出したピークを受光した受光素子の位置を検出するステップを表す。ステップS211は、受光素子の位置によって、光学センサ部から反射板803までの距離を算出するステップを表す。
Step S208 represents the step of storing the reflected waveform data from the
ステップS212は、光学センサ部から反射板303までの距離と、光学センサ部から基準反射板803との距離の差分を算出するステップを表す。ここで算出された差分の値が反射板303の高さ値となる。ステップS213は、算出された反射板303の高さ値を基に、絶対位置換算テーブル1010の値を参照してモータの絶対位置を算出するステップを表す。
Step S212 represents a step of calculating a difference between the distance from the optical sensor unit to the reflecting
以上説明した通り、実施形態3によれば、光学センサ部から反射板303までの距離と、光学センサ部から基準反射板803までの距離の差分を算出し、反射板303の高さ値からモータの絶対位置を検出するようにした。これにより、例えモータの回転ムラや偏心等で回転円板部802が微妙に上下にブレてしまっても、それらに影響されることなく精度良くモータの絶対位置を検出することが可能となった。
As described above, according to the third embodiment, the difference between the distance from the optical sensor unit to the
(実施形態4)
図12は、実施形態4におけるアブソリュートエンコーダを上から見た構成図を示している。なお、図12の構成図以外は実施形態3と同様の構成であるため、図12以外の説明は省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 12 shows a configuration diagram of the absolute encoder according to the fourth embodiment as viewed from above. Since the configuration other than the configuration diagram of FIG. 12 is the same as that of the third embodiment, the description other than FIG. 12 is omitted.
モータの回転軸301、回転軸301に連動して回転する回転円板部1002、回転円板部1002の半径は、回転軸の回転量に応じてリニアに変化するように形成されおり、この回転円板部1002の外周に反射板703が配備される。また回転円板部1002上に構成され、回転軸を中心とした真円の外周に基準反射板1003が配備される。光学センサ部においては、レーザダイオード等から構成される光源101、光源の光を反射板703および基準反射板1003のそれぞれの表面に分光・集光して照射する分光レンズ801、反射板703および基準反射板1003から反射された光を受光素子に結像する受光レンズ103、受光レンズに結像された像の空間的な強度分布を撮像する受光素子列104によって構成されている。
The
また、図12の構成図においては、光源、分光レンズ、受光レンズ、受光素子列は共通で使用される構成を示しているが、ここでは特に構成を限定するものではなく、例えば、反射板703用と基準反射板1003用に光源、集光レンズ、受光レンズ、受光素子列をそれぞれ別々に持つ構成でもよい。また、共通で使うものと別々に使うものとの組み合わせでもよいとする。
In the configuration diagram of FIG. 12, the light source, the spectroscopic lens, the light receiving lens, and the light receiving element array are commonly used. However, the configuration is not particularly limited, and for example, the
まず、回転軸301の回転量に応じて半径がリニアに変化する反射板703と光学センサ部との距離を測定し、続いて、回転軸301の回転量に関係なく半径が一定な基準反射板1003と光学センサ部との距離を測定する。そして、それぞれ測定した距離の差分をとることで、基準反射板1003から反射板703までの距離が検出される。これは以下の式で表される。
First, the distance between the
「光学センサ部から基準反射板1003までの距離」−「光学センサ部から反射板703までの距離」=「基準反射板1003から反射板703までの距離」
この基準反射板1003から反射板703までの距離の値は、たとえモータの回転ムラや偏心等があったとしても、その影響を受けることはなく不変の値として取り扱うことが可能である。
“Distance from optical sensor unit to
The value of the distance from the
次に、測定された基準反射板1003から反射板703までの距離の値を基に、絶対位置換算テーブル1010の値を参照してモータの絶対位置を算出する。
実施形態3と同様に、絶対位置換算テーブル1010には、あらかじめ反射板703から基準反射板1003までの距離応じたモータの絶対位置の値が格納されていることとする。
Next, based on the measured value of the distance from the
As in the third embodiment, the absolute position conversion table 1010 stores the absolute position value of the motor corresponding to the distance from the reflecting
以上説明した通り、実施形態4によれば、光学センサ部から反射板703までの距離と、光学センサ部から基準反射板1003までの距離の差分を算出し、基準反射板1003から反射板703までの距離の値からモータの絶対位置を検出するようにした。これにより、例えモータの回転ムラや偏心等で回転円板部1002が偏心回転しても、それらに影響されることなく精度良くモータの絶対位置を検出することが可能となった。
As described above, according to the fourth embodiment, the difference between the distance from the optical sensor unit to the
上述の実施形態ではロータリエンコーダ単体について説明しているが、例えば、本発明は監視カメラ等に適用できる。 In the above-described embodiment, a single rotary encoder has been described. For example, the present invention can be applied to a surveillance camera or the like.
停電等により電源の供給が一時ストップ、再度、復旧した場合を想定すると、従来のインクリメンタル方式のロータリエンコーダを搭載している監視カメラの場合は、電源の復旧直後に初期化動作が入る。即ち、監視カメラのレンズ部を一旦初期位置まで移動させ、初期化動作をした後に電源がストップした時のレンズの位置まで戻す。そして映像の記録を再開するという手順が必須であった。 Assuming a case where the supply of power is temporarily stopped due to a power failure or the like and is restored again, in the case of a surveillance camera equipped with a conventional incremental rotary encoder, an initialization operation is performed immediately after the restoration of the power. That is, the lens part of the surveillance camera is once moved to the initial position, and after the initialization operation, the lens is returned to the position when the power is stopped. The procedure of resuming video recording was essential.
しかし、本発明のアブソリュート方式のロータリエンコーダを搭載している監視カメラの場合は、初期化の必要がないため、電源が復旧すれば現在位置のまま映像の記録を再開することが可能というメリットがある。また特許文献1のように複数の信号を用いて絶対位置を検出する必要がなく位置検出の処理が簡単であり、センサを多数設ける必要もないので装置の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。 However, in the case of a surveillance camera equipped with the absolute rotary encoder of the present invention, there is no need for initialization, so that when the power is restored, video recording can be resumed at the current position. is there. In addition, unlike Patent Document 1, it is not necessary to detect an absolute position using a plurality of signals, the position detection process is simple, and there is no need to provide a large number of sensors, so that the apparatus can be reduced in size and cost. It becomes possible.
なお、上述の実施形態では三角測距式の光学センサを用いる例について説明したが、レーザフォーカス方式の光学センサを用いてもよい。また、本願発明は回転軸の回転角度に応じて測定基準面の位置を異ならせる方式であるため、他の変位計測方式を用いても同様に適用することができる。ただ、回転体であることから非接触方式の非接触変位計であることが好ましい。 In the above-described embodiment, an example using a triangulation optical sensor has been described. However, a laser focus optical sensor may be used. Further, since the present invention is a method of changing the position of the measurement reference plane according to the rotation angle of the rotation shaft, the present invention can be similarly applied even if another displacement measurement method is used. However, since it is a rotating body, it is preferably a non-contact type non-contact displacement meter.
また、変位計は回転のたびにセンサから反射面までの距離を測定すると説明したが、単純に所定のサンプリング周期毎に測定してもよい。また、外部からのトリガ(電源オン、所定モード開始)に応じてサンプリングを開始するように構成してもよい。また、上述の説明では回転部材に用いるアブソリュートエンコーダについて説明したが、回転部材に限らず、平行移動などの移動をする他の移動部材においても移動部材の移動方向に対して垂直な報告から位置検出する位置検出技術において本発明を広く適用することができる。この場合は移動部材の移動量に応じて変位計の計測する距離を異ならせる部材を移動部材に設けれることが好ましい。 Further, although the displacement meter has been described as measuring the distance from the sensor to the reflecting surface each time it rotates, it may be measured simply at a predetermined sampling period. In addition, sampling may be started in response to an external trigger (power on, predetermined mode start). In the above description, the absolute encoder used for the rotating member has been described. However, not only the rotating member but also other moving members that move such as parallel movements are detected from reports perpendicular to the moving direction of the moving member. The present invention can be widely applied to position detection technology. In this case, it is preferable that the moving member is provided with a member that varies the distance measured by the displacement meter according to the moving amount of the moving member.
Claims (8)
光を照射する照射手段と、
軸と連動して回転する回転部材と、
前記照射手段からの光を反射し、前記軸の回転角度に応じて前記照射手段から反射面までの位置を異ならせる反射手段と、
前記反射手段が反射した反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段の受光した反射光に基づいて前記照射手段から前記反射手段の反射面までの距離を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された距離に基づいて、前記軸の回転角の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。 An absolute encoder that detects the absolute value of the rotation angle of the shaft,
Irradiating means for irradiating light;
A rotating member that rotates in conjunction with the shaft;
Reflecting means for reflecting light from the irradiating means and changing the position from the irradiating means to the reflecting surface according to the rotation angle of the shaft;
A light receiving means for receiving the reflected light reflected by the reflecting means;
Measuring means for measuring a distance from the irradiating means to the reflecting surface of the reflecting means based on the reflected light received by the light receiving means;
An absolute encoder having output means for outputting an absolute value of the rotation angle of the shaft based on the distance measured by the measuring means.
光を照射する照射手段と、
軸と連動して回転する回転部材と、
前記照射手段からの光を第1反射光として反射し、前記軸の回転角度に応じて前記照射手段から反射面までの位置を異ならせる第1反射手段と、
前記軸の回転角度によらず前記照射手段からの光を第2反射光として反射する第2反射手段と、
前記第1、第2反射手段が反射した第1、第2反射光を受光する受光手段と
前記受光手段の受光した第1、第2反射光に基づいて前記軸の回転角の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。 An absolute encoder that detects the absolute value of the rotation angle of the shaft,
Irradiating means for irradiating light;
A rotating member that rotates in conjunction with the shaft;
First reflecting means for reflecting light from the irradiating means as first reflected light, and varying a position from the irradiating means to the reflecting surface according to a rotation angle of the shaft;
Second reflecting means for reflecting light from the irradiation means as second reflected light regardless of the rotation angle of the shaft;
Light receiving means for receiving the first and second reflected lights reflected by the first and second reflecting means, and an absolute value of the rotation angle of the shaft based on the first and second reflected lights received by the light receiving means An absolute encoder.
回転角度によらず円の半径が一定になるように構成された円の外周に取り付けられた第2反射板を備えた回転円板部と、
前記第1、第2反射板に対し、光を照射する照射手段と、
前記第1、第2反射板で反射した反射光に応じた波形データを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された波形データの中心位置を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された中心位置に基づいて、前記反射板の反射位置までの距離を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された、前記第1反射板までの距離と前記第2反射板までの距離の差分に基づいて、前記軸の回転角度の絶対値を出力する出力手段とを有することを特徴とするアブソリュート方式のエンコーダ。 A first reflector attached to an outer periphery of a circle configured to rotate in conjunction with an axis and linearly change a radius of the circle according to a rotation angle;
A rotating disk portion having a second reflector attached to the outer periphery of a circle configured so that the radius of the circle is constant regardless of the rotation angle;
Irradiating means for irradiating light to the first and second reflectors;
Imaging means for imaging waveform data corresponding to reflected light reflected by the first and second reflectors;
Detecting means for detecting a center position of the waveform data imaged by the imaging means;
Measurement means for measuring the distance to the reflection position of the reflector based on the center position detected by the detection means;
Output means for outputting an absolute value of the rotation angle of the shaft based on a difference between the distance to the first reflecting plate and the distance to the second reflecting plate measured by the measuring means. An absolute encoder.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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