JP2555083Y2 - 回転角測定装置 - Google Patents

回転角測定装置

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JP2555083Y2 JP1991111938U JP11193891U JP2555083Y2 JP 2555083 Y2 JP2555083 Y2 JP 2555083Y2 JP 1991111938 U JP1991111938 U JP 1991111938U JP 11193891 U JP11193891 U JP 11193891U JP 2555083 Y2 JP2555083 Y2 JP 2555083Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、回転角検出用のパター
ンが形成された回転円板を使用する回転角測定装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】特開昭55ー67608号公報に開示さ
れた回転角測定装置には、円周に等角度ピッチのラジア
ル格子を有する回転円板と対向するように、回転円板と
同心にインデックス円板が設けられ、インデックス円板
の回転対称位置には、回転円板のラジアル格子と同ピッ
チの2つのインデックス格子が逆相に設けられ、2つの
インデックス格子と回転円板を挟んで、2つの光源と、
2つの光電変換素子とが設けられている。そして、2つ
の光電変換素子にそれぞれ対応させて、2つの信号処理
回路が設けられている。
【0003】2つの光電変換素子の出力信号は、それぞ
れ、対応する信号処理回路内で、パルスに変換され、カ
ウンタによって計数される。2つのカウンタの計数値
は、平均化回路で平均され、表示回路は、平均化回路の
出力値を回転角に変換して表示する。軸ガタや偏心のあ
る場合、2つのカウンタの計数値は互いに逆方向に等し
い量の位相ずれを含むことになるが、これらの計数値を
平均化回路によって加算平均することにより、偏心の影
響が除去され、正しい回転角を測定することができる。
【0004】
【考案が解決しようとする課題】従来、この種の回転角
測定装置の回転円板には、任意の1箇所にのみ基準パタ
−ンが形成され、またインデックス円板の所定位置に、
対応する基準パターンが形成されている。そして、回転
円板の基準パターンとインデックス円板の基準パターン
とが対向したときに光電変換素子から得られる基準信号
を使用して2つのカウンタをリセットしているが、回転
軸にラジアルガタがある場合、回転円板に形成されたラ
ジアル格子が偏心して回転することになり、基準信号が
誤差を含むことになる。さらに、信号処理回路でのヒス
テリシス等により誤差が増大され、その誤差量が規定値
を超えると、カウンタのリセットがパタ−ンの1ピッチ
分ずれるおそれがあり、測定誤差発生の原因となってい
た。
【0005】本考案は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、測定誤差の発生を防止できる回転角測定
装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の回転角
測定装置は、回転角検出用のパタ−ン(例えば、実施例
の図2のパターン2A)が形成された回転円板(例え
ば、実施例の回転円板2)と、この回転円板の実質的回
転対称位置に設けられ、それぞれ回転角検出用パターン
に対応した角度測定用パターン(例えば、実施例の図2
のパターン3AAおよび3BA)を有する第1と第2の
検出部材(例えば、実施例の検出部材3Aおよび3B)
と、第1検出部材の角度測定用パターンと回転円板の回
転角検出用パターンとの位置関係に応じて出力される信
号に基づいて回転円板の回転角を示す第1角度信号を求
める第1信号処理回路(例えば、実施例の信号処理回路
100A)と、第2検出部材の角度測定用パターンと回
転円板の回転角検出用パターンとの位置関係に応じて出
力される信号に基づいて回転円板の回転角を示す第2角
度信号を求める第2信号処理回路(例えば、実施例の信
号処理回路100B)と、第1および第2角度信号の示
す回転角の平均値を求める平均化回路(例えば、実施例
のマイクロコンピュータ200)とを有する回転角測定
装置であって、第1検出部材に第1基準パターン(例え
ば、実施例のパターン3AB)を形成し、第2検出部材
に第2基準パターン(例えば、実施例のパターン3B
B)を形成し、回転円板の第1位置に、第1検出部材に
形成された第1基準パターンによって検出でき且つ第2
検出部材に形成された第2基準パターンによっては検出
できない第3の基準パターン(例えば、実施例のパター
ン2AB)を形成し、回転円板の第1位置と実質的に回
転対称位置にある第2位置に、第2検出部材に形成され
た第2基準パターンによって検出でき且つ第1検出部材
に形成された第1基準パターンによっては検出できない
第4の基準パタ−ン(例えば、実施例のパターン2B
B)を形成し、第1検出部材に形成された第1基準パタ
ーンによって回転円板の第3基準パターンを検出するこ
とによって得られる信号を、第1信号処理回路に第1基
準信号(例えば、実施例のコンパレータ6ABへの信
号)として供給し、第2検出部材に形成された第2基準
パターンによって回転円板の第4基準パターンを検出す
ることによって得られる信号を、第2信号処理回路に第
2基準信号(例えば、実施例のコンパレータ6BBへの
信号)として供給するようにしたことを特徴とする。
【0007】請求項2に記載の回転角測定装置は、第1
および第3基準パターンが、同一のランダムピッチ配列
格子パターンであり、第2および第4基準パターンが、
同一のランダムピッチ配列格子パターンであることを特
徴とする。
【0008】請求項3に記載の回転角測定装置は、回転
角検出用のパタ−ンが形成された回転円板と、この回転
円板の円周均等分割位置に設けられ、それぞれ回転角検
出用パターンに対応した角度測定用パターンを有するN
個の検出部材(Nは、2以上の正の整数)と、N個の検
出部材の角度測定用パターンと回転円板の回転角検出用
パターンとの位置関係に応じて出力されるN個の信号に
それぞれ基づいて回転円板の回転角を示す角度信号を求
めるN個の信号処理回路と、これらN個の信号処理回路
が出力する角度信号が示す回転角の平均値を求める平均
化回路とを有する回転角測定装置であって、N個の検出
部材にそれぞれ互いに異なる基準パターンを形成し、回
転円板の円周均等分割位置に、N個の検出部材のそれぞ
れに対応させて、対応する検出部材に形成された基準パ
ターンによって検出でき且つ他の検出部材によって検出
できないN個の基準パターンを形成し、N個の検出部材
に形成された基準信号によって回転円板の対応する基準
パターンを検出することによって得られるN個の信号
を、それぞれN個の信号処理回路の対応する回路に基準
信号として供給するようにしたことを特徴とする。
【0009】
【作用】請求項1の構成の回転角測定装置においては、
第1検出部材に形成された第1基準パターンによって回
転円板の第3基準パターンを検出することによって得ら
れた信号が、第1信号処理回路に第1基準信号として供
給され、第2検出部材に形成された第2基準パターンに
よって回転円板の第4基準パターンを検出することによ
って得られる信号が、第2信号処理回路に第2基準信号
として供給される。従って、第1および第2信号処理回
路を独立に動作させることができ、回転円板の回転角検
出用パターンが偏心して回転しても測定誤差が生じるこ
とはない。
【0010】請求項2の構成の回転角測定装置において
は、同一のランダムピッチ配列格子パターンである第1
および第3基準パターンが対向すると、第1基準信号が
発生し、同一のランダムピッチ配列格子パターンである
第2および第4基準パターンが対向すると、第2基準信
号が発生する。従って、簡単に基準信号を発生させるこ
とができる。
【0011】請求項3の構成の回転角測定装置において
は、N個の検出部材に形成された基準信号によって回転
円板の対応する基準パターンを検出することによって得
られるN個の信号が、それぞれN個の信号処理回路の対
応する回路に基準信号として供給される。従って、測定
の累積誤差を無くすことができる。
【0012】
【実施例】 図1は、本考案の回転角測定装置の一実施
例の構成を示す。図2に示すように円周に等角度ピッチ
のラジアル格子すなわち回転角検出用パターン2Aが形
成された回転円板2は、回転軸1と同心にこの軸1に固
定されている。回転円板2の2つの回転対称位置には、
回転円板2に対向するように、第1検出部材3Aおよび
第2検出部材3Bが固定されている。図2に示されてい
るように、第1検出部材3Aには、回転円板2に形成さ
れたラジアル格子と同ピッチのインデックス格子すなわ
ち角度測定用パターン3AAが形成されている。また、
第2検出部材3Bには、回転円板2に形成されたラジア
ル格子と同ピッチのインデックス格子すなわち角度測定
用パターン3BAが形成されている。
【0013】図2に示されているように、第1検出部材
3Aには、第1基準パターン3ABが形成され、第2検
出部材には、第2基準パターン3BBが形成されてい
る。また、回転円板2の第1位置には、第1検出部材3
Aに形成された第1基準パターン3ABによって検出で
き且つ第2検出部材3Bに形成された第2基準パターン
3BBによっては検出できない第3の基準パターン2A
Bが形成されている。また、回転円板2の第1位置と回
転対称位置にある第2位置には、第2検出部材3Bに形
成された第2基準パターン3BBによって検出でき且つ
第1検出部材3Aに形成された第1基準パターン3AB
によっては検出できない第4の基準パタ−ン2BBが形
成されている。
【0014】この実施例においては、第1検出部材3A
の第1基準パターン3ABおよび回転円板2の第3基準
パターン2ABが、例えば図3の(a)に示されている
ような同一のランダムピッチ配列格子パターンで形成さ
れ、第2検出部材3Bの第2基準パターン3BBおよび
回転円板2の第4基準パターン2BBが、例えば図3
(b)に示されているような同一のランダムピッチ配列
格子パターンで形成されている。図3に示されているよ
うに、第1および第3基準パターン3ABおよび2AB
と、第2および第4基準パターン3BBおよび2BBと
は、全く異なるパターンである。
【0015】図1に戻って、回転円板2および第1検出
部材3Aを挟んで、回転円板2側に、光源4Aが配設さ
れ、第1検出部材3A側に、2つの光電変換素子5AA
および5ABが配設されている。光電変換素子5AA
は、第1検出部材3Aの角度測定用パターン3AAに対
向する位置に固定され、光電変換素子5ABは、第1検
出部材3Aの第1基準パターン3ABに対向する位置に
固定される。
【0016】また、回転円板2および第2検出部材3B
を挟んで、回転円板2側に、光源4Bが配設され、第2
検出部材3B側に、2つの光電変換素子5BAおよび5
BBが配設されている。光電変換素子5BAは、第2検
出部材3Aの角度測定用パターン3BAに対向する位置
に固定され、光電変換素子5BBは、第2検出部材3B
の第2基準パターン3BBに対向する位置に固定され
る。
【0017】上述のように、第1検出部材3Aの第1基
準パターン3ABおよび回転円板2の第3基準パターン
2ABが、同一のランダムピッチ配列格子パターンで形
成され、第2検出部材3Bの第2基準パターン3BBお
よび回転円板2の第4基準パターン2BBが、同一のラ
ンダムピッチ配列格子パターンで形成され、第1および
第3基準パターン3ABおよび2ABと、第2および第
4基準パターン3BBおよび2BBとは、全く異なるパ
ターンであるから、第1検出部材3Aの第1基準パター
ン3ABと回転円板2の第3基準パターン2ABとが対
向したときには、光電変換素子5ABは、基準パターン
検出信号すなわち基準信号を出力するが、第1検出部材
3Aの第1基準パターン3ABと回転円板2の第4基準
パターン2BBとが対向したときには、光電変換素子5
ABは、基準パターン検出信号すなわち基準信号を出力
しない。
【0018】同様に、第2検出部材3Aの第2基準パタ
ーン3BBと回転円板2の第4基準パターン2BBとが
対向したときには、光電変換素子5BBは、基準パター
ン検出信号すなわち基準信号を出力するが、第2検出部
材3Aの第2基準パターン3BBと回転円板2の第3基
準パターン2ABとが対向したときには、光電変換素子
5BBは、基準パターン検出信号すなわち基準信号を出
力しない。
【0019】光電変換素子5AAおよび5ABの出力信
号は、信号処理回路100Aに供給され、光電変換素子
5BAおよび5BBの出力信号は、信号処理回路100
Bに供給される。
【0020】信号処理回路100Aは、光電変換素子5
AAの出力信号が零以上のときに高レベル信号を発生
し、この信号を角度測定信号として出力するコンパレー
タ6AAと、光電変換素子5ABの出力信号が所定値以
上のときに高レベル信号を発生し、この信号を第1基準
パターン検出信号として出力するコンパレータ6AB
と、コンパレータ6AAから出力される角度測定信号を
計数するカウンタ7Aと、コンパレータ6AAから出力
される角度測定信号の立ち上がりを検出する立上り検出
回路8Aと、一方の入力で立上り検出回路8Aの出力信
号を受け、他方の入力でコンパレータ6ABから出力さ
れる第1基準パターン検出信号をを受け、両者が高レベ
ルのときに高レベルの信号を発生し、これをリセット信
号としてカウンタ7Aに出力するANDゲート9Aとを
備えている。
【0021】他方、信号処理回路100Bは、光電変換
素子5BAの出力信号が零以上のときに高レベル信号を
発生し、この信号を角度測定信号として出力するコンパ
レータ6BAと、光電変換素子5BBの出力信号が所定
値以上のときに高レベル信号を発生し、この信号を第2
基準パターン検出信号として出力するコンパレータ6B
Bと、コンパレータ6BAから出力される角度測定信号
を計数するカウンタ7Bと、コンパレータ6BAから出
力される角度測定信号の立ち上がりを検出する立上り検
出回路8Bと、一方の入力で立上り検出回路8Bの出力
信号を受け、他方の入力でコンパレータ6BBから出力
される第2基準パターン検出信号をを受け、両者が高レ
ベルのときに高レベルの信号を発生し、これをリセット
信号としてカウンタ7Bに出力するANDゲート9Bと
を備えている。
【0022】マイクロコンピュータ200は、信号処理
回路100Aおよび100Bの出力、すなわちカウンタ
7Aおよび7Bの計数値を受けて、両者の平均値を求
め、これを回転角のディジタル値に変換し、表示装置3
00に出力する。表示装置300は、マイクロコンピュ
ータ200が出力した回転角を表示する。軸ガタや偏心
ののある場合、2つのカウンタ7Aおよび7Bの計数値
は、互いに逆方向に等しい量の位相ずれを含むことにな
るが、これらの計数値をマイクロコンピュータ200に
よって加算平均することにより、偏心の影響が除去さ
れ、正しい回転角を測定することができる。
【0023】図4は、図1の実施例の光電変換素子5A
Aおよび5ABならびに信号処理回路100Aの各部の
信号波形を示す。以下、図4を参照して図1の実施例の
動作を説明する。回転円板2の回転に応じて光電変換素
子5AAから出力される正弦波信号は、コンパレータ6
AAによって矩形波状の角度測定信号に変換され、カウ
ンタ7Aによって計数される。そして、回転円板2の第
3基準パターン2ABが、第1検出部材3Aの第1基準
パターン3ABに対向すると、光電変換素子5ABの出
力信号が所定値以上となって、コンパレータ6ABから
矩形波状の第1基準パターン検出信号が出力される。
【0024】一方、コンパレータ6AAから出力される
矩形波状の角度測定信号の立上りが、立上り検出回路8
Aによって検出され、回路8Aの検出出力とコンパレー
タ6ABの出力である第1基準パターン検出信号との論
理積がANDゲート9Aによって求められ、ANDゲー
ト9Aの高レベル信号によってカウンタ7Aがリセット
される。
【0025】光電変換素子5BAおよび5BBならびに
信号処理回路100Bの動作は、光電変換素子5AAお
よび5ABならびに信号処理回路100Aの動作と逆相
である点を除いて同一であり、カウンタ7Bは、AND
ゲート9Bの高レベル信号によってリセットされる。
【0026】カウンタ7Aおよびカウンタ7Bは、リセ
ットされた後、それぞれ、コンパレータ6AAおよび6
BAからの角度測定信号の計数を行い、マイクロコンピ
ュ−タ200が、2つのカウンタ7Aおよび7Bの計数
値を平均化し、さらに、ディジタル回転角に変換し、表
示装置300に表示する。
【0027】上述のように、カウンタ7Aおよび7B
を、それぞれ対応する基準パターンに基づいて独立にリ
セットできるので、基準パターンが偏心して回転しても
測定誤差が生じることはない。また、検出部材3Aおよ
び3Bの位置を独立に調整でき、調整が容易になる。
【0028】なお、上記実施例においては、回転円板の
2つの回転対称位置にそれぞれ基準パターンを形成し、
対応する2つの検出部材にそれぞれ基準パターンを形成
しているが、次の様に構成してもよい。
【0029】すなわち、回転角検出用のパタ−ンが形成
された回転円板と、この回転円板の円周均等分割位置に
設けられ、それぞれ回転角検出用パターンに対応した角
度測定用パターンを有するN個の検出部材(Nは、3以
上の正の整数)と、N個の検出部材の角度測定用パター
ンと回転円板の回転角検出用パターンとの位置関係に応
じて出力されるN個の信号にそれぞれ基づいて回転円板
の回転角を示す角度信号を求めるN個の信号処理回路
と、これらN個の信号処理回路が出力する角度信号が示
す回転角の平均値を求める平均化回路とを備え、N個の
検出部材にそれぞれ互いに異なる基準パターンを形成
し、回転円板の円周均等分割位置に、N個の検出部材の
それぞれに対応させて、対応する検出部材に形成された
基準パターンによって検出でき且つ他の検出部材によっ
て検出できないN個の基準パターンを形成し、N個の検
出部材に形成された基準信号によって回転円板の対応す
る基準パターンを検出することによって得られるN個の
信号を、それぞれN個の信号処理回路の対応する回路に
基準信号として供給する。このようにすれば、N個の検
出部材に形成された基準信号によって回転円板の対応す
る基準パターンを検出することによって得られるN個の
信号が、それぞれN個の信号処理回路の対応する回路に
基準信号として供給される。従って、測定の累積誤差を
無くすことができる。
【0030】
【考案の効果】以上の説明から明かなように、請求項1
の回転角測定装置によれば、回転円板の第1位置に、第
1検出部材に形成された第1基準パターンによって検出
でき且つ第2検出部材に形成された第2基準パターンに
よっては検出できない第3の基準パターンを形成し、回
転円板の第1位置と実質的に回転対称位置にある第2位
置に、第2検出部材に形成された第2基準パターンによ
って検出でき且つ第1検出部材に形成された第1基準パ
ターンによっては検出できない第4の基準パタ−ンを形
成し、第1検出部材に形成された第1基準パターンによ
って回転円板の第3基準パターンを検出することによっ
て得られた信号を、第1信号処理回路に第1基準信号と
して供給し、第2検出部材に形成された第2基準パター
ンによって回転円板の第4基準パターンを検出すること
によって得られる信号を、第2信号処理回路に第2基準
信号として供給するようにしたので、第1および第2信
号処理回路を独立に動作させることができ、回転円板の
回転角検出用パターンが偏心して回転しても測定誤差が
生じることはない。また、第1および第2の検出部材の
位置を独立に調整すことが可能となるから、調整が容易
となる。
【0031】請求項2の回転角測定装置によれば、基準
パターンを同一のランダムピッチ配列格子パターンによ
って構成したので、ある基準パターンによって検出でき
他の基準パターンによっては検出できない基準パタ−ン
を容易に形成できる。
【0032】請求項3の回転角測定装置によれば、N個
の検出部材にそれぞれ互いに異なる基準パターンを形成
し、回転円板の円周均等分割位置に、N個の検出部材の
それぞれに対応させて、対応する検出部材に形成された
基準パターンによって検出でき且つ他の検出部材によっ
て検出できないN個の基準パターンを形成し、N個の検
出部材に形成された基準信号によって回転円板の対応す
る基準パターンを検出することによって得られるN個の
信号を、それぞれN個の信号処理回路の対応する回路に
基準信号として供給するようにしたので、測定の累積誤
差を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の回転角測定装置の一実施例の構成を示
す図である。
【図2】図1の回転円板2と、第1検出部材3Aと、第
2検出部材3Aの一例を示す図である。
【図3】第1検出部材3Aおよび回転円盤2にそれぞれ
形成される第1および第3基準パターン2ABおよび3
ABの一例、ならびに第2検出部材3Aおよび回転円盤
2にそれぞれ形成される第2および第4基準パターン2
BBおよび3BBの一例を示す図である。
【図4】図1の実施例の各部の信号波形を示す図であ
る。
【符号の説明】
2 回転円板 2A 回転角検出用パターン 2AB 第3基準パターン 2BB 第4基準パターン 3A 第1検出部材 3B 第2検出部材 3AA 角度測定用パターン 3AB 第1基準パターン 3BA 角度測定用パターン 3BB 第2基準パターン 5AA、5AB、5BB、5BA 光電変換素子 7A、7B カウンタ 100A 第1信号処理回路 100B 第2信号処理回路 200 マイクロコンピュ−タ 300 表示装置

Claims (3)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転角検出用のパタ−ンが形成された回
    転円板と、この回転円板の実質的回転対称位置に設けら
    れ、それぞれ前記回転角検出用パターンに対応した角度
    測定用パターンを有する第1と第2の検出部材と、前記
    第1検出部材の角度測定用パターンと前記回転円板の回
    転角検出用パターンとの位置関係に応じて出力される信
    号に基づいて前記回転円板の回転角を示す第1角度信号
    を求める第1信号処理回路と、前記第2検出部材の角度
    測定用パターンと前記回転円板の回転角検出用パターン
    との位置関係に応じて出力される信号に基づいて前記回
    転円板の回転角を示す第2角度信号を求める第2信号処
    理回路と、前記第1および第2角度信号の示す回転角の
    平均値を求める平均化回路とを有する回転角測定装置に
    おいて、 前記第1検出部材に第1基準パターンを形成し、 前記第2検出部材に第2基準パターンを形成し、 前記回転円板の第1位置に、前記第1検出部材に形成さ
    れた前記第1基準パターンによって検出でき且つ前記第
    2検出部材に形成された前記第2基準パターンによって
    は検出できない第3の基準パターンを形成し、 前記回転円板の第1位置と実質的に回転対称位置にある
    第2位置に、前記第2検出部材に形成された前記第2基
    準パターンによって検出でき且つ前記第1検出部材に形
    成された前記第1基準パターンによっては検出できない
    第4の基準パタ−ンを形成し、 前記第1検出部材に形成された前記第1基準パターンに
    よって前記回転円板の前記第3基準パターンを検出する
    ことによって得られる信号を、前記第1信号処理回路に
    第1基準信号として供給し、 前記第2検出部材に形成された前記第2基準パターンに
    よって前記回転円板の前記第4基準パターンを検出する
    ことによって得られる信号を、前記第2信号処理回路に
    第2基準信号として供給するようにしたことを特徴とす
    る回転角測定装置。
  2. 【請求項2】 前記第1および第3基準パターンが、同
    一のランダムピッチ配列格子パターンであり、前記第2
    および第4基準パターンが、同一のランダムピッチ配列
    格子パターンであることを特徴とする請求項1記載の回
    転角測定装置。
  3. 【請求項3】 回転角検出用のパタ−ンが形成された回
    転円板と、この回転円板の円周均等分割位置に設けら
    れ、それぞれ前記回転角検出用パターンに対応した角度
    測定用パターンを有するN個の検出部材(Nは、2以上
    の正の整数)と、前記N個の検出部材の角度測定用パタ
    ーンと前記回転円板の回転角検出用パターンとの位置関
    係に応じて出力されるN個の信号にそれぞれ基づいて前
    記回転円板の回転角を示す角度信号を求めるN個の信号
    処理回路と、これらN個の信号処理回路が出力する角度
    信号が示す回転角の平均値を求める平均化回路とを有す
    る回転角測定装置において、 前記N個の検出部材にそれぞれ互いに異なる基準パター
    ンを形成し、 前記回転円板の円周均等分割位置に、前記N個の検出部
    材のそれぞれに対応させて、対応する検出部材に形成さ
    れた基準パターンによって検出でき且つ他の検出部材に
    形成された基準パターンよって検出できないN個の基準
    パターンを形成し、 前記N個の検出部材に形成された基準パターンによって
    前記回転円板の対応する基準パターンを検出することに
    よって得られるN個の信号を、それぞれ前記N個の信号
    処理回路の対応する回路に基準信号として供給するよう
    にしたことを特徴とする回転角測定装置。
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