JP2622130B2 - 測長測角装置 - Google Patents

測長測角装置

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JP2622130B2 JP62290779A JP29077987A JP2622130B2 JP 2622130 B2 JP2622130 B2 JP 2622130B2 JP 62290779 A JP62290779 A JP 62290779A JP 29077987 A JP29077987 A JP 29077987A JP 2622130 B2 JP2622130 B2 JP 2622130B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は−複数の等間隔マークを有する第二目盛と、
複数の等間隔マークを有する第三目盛とに対してそれぞ
れ平行な等間隔の第一インクリメンタル目盛と、 −これら第一目盛、第二目盛及び第三目盛が物理的に別
々の、平行なトラック上に配設された目盛保持体と、 −測定されるべき長さ又は角度のため前記目盛保持体に
対して相対的に移動して前記目盛を検出するセンサー装
置を備えた検出及び評価回路と、 −この検出及び評価回路によって発生しかつ前記センサ
ー装置を通過する前記第一インクリメンタル目盛のマー
クに相応するインクリメンタルパルスを数える計数器と
を有する測長測角装置に関する。
（従来の技術） 公知の装置は零位置に関して絶対的測定値を得るため
に種々のタイプの目盛を備えている。西独国特許明細書
台3039483号（ハイデンハイン・ゲーエムベーハー）は
基準マークのトラック及びコードトラックの他にインク
リメンタル目盛を有する目盛保持体が開示されている。
コードトラックのマークはそれぞれの基準マークを検定
するのに用いられる。西独国特許明細書第2416212号
（コントラベス）は絶対的マークのトラックの他にイン
クリメンタル目盛を有する保持体を開示する。絶対的マ
ークのそれぞれは、次に続くマークからそれ特有の距離
−これは零位置からこのマークまでの距離を特定する−
を有している。
（解決されるべき課題） 本発明の課題は、等間隔のマークを備えた目盛のみを
有する保持体を備えた測長測角装置を提供することであ
る。しかし、零位置からの絶対距離の決定は、コード化
されたマークで行うと同様に、目盛全体の特定部分のみ
の走査によって可能にされるべきである。
本発明は特許請求の範囲第１項、第５項及び第６項に
より特徴づけられる。
（実施例） 第１図には、ロータリーエンコーダの目盛環１の破断
図が示されている。該目盛環１は、その回転角度が測定
されることとなる回転可能な軸上に支持されている。目
盛環１上に３つの目盛、即ち第１のインクリメンタル目
盛２と、等間隔マークを備えた第二目盛３及び第三目盛
４−第２図に更に詳しく記載される−が設けられてい
る。固定して設けられたセンサ装置は目盛環１上の第一
目盛２、第二目盛３及び第三目盛４を電気光学的に検出
する。このセンサ装置は側方の僅か上方に発光ダイオー
ド５を備えている。発光ダイオード５から出る光は光軸
９上のコリメータレンズ６によって収斂される。その結
果光はプリズム７によって偏向され、そして照明レンズ
８を介して目盛環１を下から照明し、光は目盛環１の透
明部分を透過し、目盛環１の不透明目盛２、３及び４は
透過しない。
センサプレート10は、目盛２、３及び４の直ぐ上に設
けられている。センサプレート10は、センサー面11をそ
の下側に備えた透明体である。センサー面11は不透明で
あって、インクリメンタル目盛２を検出するセンサー格
子をそれぞれ備えた４つの開口12、13、14及び15を有し
ている。第二目盛３と第三目盛４とを検出するためにセ
ンサ面11に２つの開口16、17が設けられており、該開口
16及び17はそれぞれ第二目盛３又は第三目盛４のマーク
の構成に対応する構成を有する。センサプレート10を通
る光は開口12〜17にそれぞれ関連する６つの光電変換器
18〜23に入射する。
インクリメンタル目盛２は、多数の、即ちそれ自体公
知の第２図に詳細に示されるような同じ幅の4096個のス
ペースを有する等しい幅の4096個の線から成る。開口12
〜15内に設けられているセンサ格子はインクリメンタル
目盛２と同一のものである。センサ格子は相互間で位相
ずれはあるが、第一目盛２と平行である。目盛環１がそ
の軸線の回りを回転すると、開口12〜15を通って来る光
はそれぞれ開口を介して周期的で同質の変化を受ける。
変化の一周期が360゜に対応する場合、開口12の位相は
０゜であり、開口13の位相は90゜であり、開口14の位相
は180゜であり、開口15の位相は270゜である。故に光電
変換器18〜21の電気的出力信号もまたそれぞれ位相０
゜、90゜、180゜、270゜で生じる。信号が正弦曲線を描
く場合、それらはsin、cos、（−sin）、（−cos）関数
で表される。
第２図に示されるように、第二目盛３及び第三目盛４
の等間隔マーク24、25は線の組合せから成り、各マーク
は第一目盛２のインクリメンタル周期の数周期に亘って
いる。そのようなマーク24又は25がセンサ面11の開口16
又は17の下を通過する毎に光電変換器22又は23はマーク
パルスを発生する。そのようなマークパルスはそれぞれ
変換器18〜21から出てくるインクリメンタルパルスと一
致する。第２図に示されるように第三目盛４のマーク25
は、第二目盛３のマーク24に対して第一目盛２のインク
リメンタル周期の整数倍だけ相違する。それぞれの目盛
のマークは等間隔であるが、第二目盛３の間隔と第三目
盛４の間隔とはインクリメンタル周期の整数倍だけ相違
する。
第二目盛３と第三目盛４の相対的位置は第３図に概略
的に図示されている。水平軸は直線状に示されるが、零
位置60゜から360゜までの分割された目盛環１上の角度
位置が表示される。この円周全体に亘って第一目盛２は
4096個のインクリメンタル目盛を含み、第二目盛３もイ
ンクリメンタル間隔の32の等間隔マークを含み、そして
目盛４は同様に128個のインクリメンタル目盛の等間隔
の32のマークをそれぞれ含む。故に第３図に示されるよ
うに第三目盛４と第二目盛３との対応マーク間は変化し
ている。マーク51、51′間での角度間隔は127のインク
リメンタル目盛間隔、マーク52、52′間でそれは125の
インクリメンタル目盛間隔、最後の対応マークの間では
65のインクリメンタル目盛間隔まで変化する。従って等
間隔目盛である第二目盛３及び第三目盛４の対応マーク
間の角度間隔は第３図での第二目盛３及び第三目盛４の
左側に示された零位置60からの距離で決定される。第二
目盛３のマーク51、52等までの零位置60からの距離は12
7、253等、32番目のマークては4033のインクリメンタル
目盛間隔に、第三目盛４のマーク51′、52′等では12
8、256等、32番目のマークでは3968のインクリメンタル
目盛間隔である。
一例として、測定装置運転後のある時点で、第三目盛
４のマークと第二目盛３の次に続くマークとの間の距離
は123個のインクリメンタルパルスが計数される。適当
なアルゴリズムにより、第３のマークは、零位置60から
の距離として第三目盛４で256のインクリメンタル目盛
間隔、第二目盛３で379のインクリメンタル目盛間隔が
検出される。いずれの感度位置でもその後の測定は、25
6の値で開始してインクリメンタル目盛で計数される。
このような測定に対する評価回路を第４図にブロック図
で示す。第１図からの光電変換器18〜23は第１図に示さ
れた発光ダイオード５を備えたセンサユニット32内の信
号増幅器26〜29と正しく調和する。
光電変換器18、20、19、21の出力信号は差動増幅器28
と29との差で切換えられる。これは、相互に位相の90゜
ずらして純粋な交流sin信号30と交流cos信号31とを得る
ように等しい位相と直流成分を消去するそれ自体公知の
方法で行われる。これらの信号30と31とは目盛環１の回
転に従って周期的変化を受け、当該周期はインクリメン
タル計数器33によって正負の符号もって数えられる。目
盛環１の回転が測定されるべき角度位置で止まる場合、
信号30、31の定常値はインクリメンタルパルス数間での
補間のために蓄えられる。定常値はアドレスバス35を介
してマイクロプロセッサ34によって制御されるマルチプ
レクサ36から読み出される。定常値はマルチプレクス36
からデジタル変換器に対するアナログとデータ及び制御
バス38とを介してマイクロプロセッサ34に伝えられる。
正確に測定された角度はデータ及び制御バス38からの定
常値から得られる端数の周期と計数器33のインクリメン
タルパルス総数とから、マイクロプロセッサ34によって
算出される。
計数器33のインクリメンタル総数に対するゼロ基準を
得るため、光電変換器22、23の出力信号はそれぞれ信号
増幅器26、27とを介して別々にロジック39に供給され
る。ロジック39は、インクリメンタル計数器33に対する
リセット信号とインクリメンタル計数器33からバス41を
介して中間記憶装置として作用する計数器40に伝えられ
る計数値の移送信号の両方を生じる。
上記した評価回路の作用は次の通りである。
測定装置運転開始後、目盛環１は変換器22、23を備え
たセンサユニット32が第二目盛３及び第三目盛４のそれ
ぞれ少なくとも１つのマークを検出するまで回転する。
最初に検出されたマークに対応する第一目盛２のインク
リメンタルパルスは、イクリメンタル計数器33の零への
リセットをもたらし、インクリメンタル計数器33は次に
第二番目のマークが検出されるまで第一目盛２のインク
リメンタルパルスの検出を続ける。第二番目に検出され
たマークに対応する信号パルスはロジック39を介して計
数器33の瞬間インクリメンタルパルス総数の移送と蓄積
とを記憶装置40にもたらし、その一方で目盛環１の回転
は続くので、計数器33は計数を続ける。そして瞬間のイ
ンクリメンタルパルス総数は記憶装置40から制御及び制
御バス38を介してマイクロプロセッサ34に伝えられる。
固定記憶装置42からの情報と瞬間のインクリメンタルパ
ルス総数とにより最初に検出されたマーク零位置からの
距離がマイクロプロセッサ34で得られる。続いての測定
のそれぞれのために計数器33からのそれぞれのインクリ
メンタルパルスの総和は最初に検出されたマークの零位
置からの距離を用いて零に関して修正される。第３図に
示される例に対し、上記の瞬間インクリメンタルパルス
の総和は123になり、256の最初に検出されたマークの零
位置からの距離となる。
本発明は特に好適な実施形態に関して記述されるが、
本発明の範囲内の種々の実施形態は当業者にとって明ら
かである。上記の零位置に対する絶対的基準は本発明の
いろいろな実施形態の中の単なる１つに過ぎない。他の
ものはインクリメンタル計数のエラーをチェックするこ
とである。例えば１つのマーク間隔が128のインクリメ
ンタル目盛間隔に等しいような、目盛環１の第二の目盛
３又は第三目盛４のマーク間の間隔が１つのインクリメ
ンタル目盛間隔の適当な整数倍であるような場合、簡単
な電気回路によって唯一の目盛のマークパルスのそれぞ
れの発生でインクリメンタル計数のエラーチェックが可
能である。本発明の他の対象は、対応センサパルスを選
択するプロセス可能なロジックによる信号処理のため
に、第二目盛又は第三目盛のある予めプログラムされる
マークのみを選択することである。本発明の他の実施形
態は、必要ならば、第二目盛及び第三目盛のマークのあ
る群を特徴づけるために移送ジャップを伴うことを除
き、第２目盛３及び第３目盛４と等しい間隔を有する目
盛環１上に第四の目盛を備えることで絶対的零基準によ
る測定値の区域を拡大することである。そのような群
は、例えば０と4096のインクリメンタル間隔との間又は
4097と8192のインクリメンタル間隔との間の零位置から
の距離を有してもよい。
上記した目盛環１の透明照明を備えた光電センサシス
テムは例えば金属目盛保持体のための反射正面を備えた
システムであってもよく、例えば周知のインダクトシス
テムのような容量的又は誘導的システムであってもよ
い。
前記明細書中の従来技術の箇所で述べられた、検出さ
れたマークの絶対位置を同じ目盛内での隣のマークから
の距離によって特徴付けられる公知のシステムと比較し
て、本発明の１つの利点は、一定の測定長さに亘る等距
離目盛マークのより多い数のために絶対的に検出可能な
位置がより多くあることである。コードマークの絶対位
置をマークそれ自体の構成によって特徴づけられる公知
のシステムと比較して、本発明の装置は、シフトレジス
タ又は同様な装置を備えた検定回路のない簡単な評価を
行う。零位置からのマークの絶対距離を検定するため
に、位置の差異を測定するのに既に必要とされているイ
ンクリメンタル計数器が用いられる。本発明によるこの
インクリメンタル計数器は、簡単なロジックと予めプロ
グラムされる代数アルゴリズムとによってのみ完成され
る。第二目盛３及び第三目盛４が唯一の型のマークを有
するので、評価を助長する唯一のタイプの対応パルスが
存在する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による複数の測定目盛を備えた目盛保持
体と電気光学的ロータリーエンコーダのセンサ装置とを
表わす図、第２図は第１図の目盛の詳細図、第３図は第
２図に示す目盛マークの相互位置の概略図、第４図は第
１図に示す装置における検出及び評価回路のブロック図
である。 図中符号 １……目盛環 ２……第一目盛 ３……第二目盛 ４……第三目盛 ５……発光ダイオード ６……コリメータレンズ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−204314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−126422（ＪＰ，Ａ) 日本機械学会編”「メカトロニクス」 シリーズ▲Ｉ▼，入門編メカトロニクス 入門”技報堂出版，1984年11月30日, Ｐ．92〜Ｐ．107

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】−複数の等間隔マークを有する第二目盛
    と、複数の等間隔マークを有する第三目盛とに対してそ
    れぞれ平行な等間隔の第一インクリメンタル目盛と、 −これら第一目盛、第二目盛及び第三目盛が物理的に別
    々の、平行なトラック上に配設された目盛保持体と、 −測定されるべき長さ又は角度のため前記目盛保持体に
    対して相対的に移動して前記目盛を検出するセンサー装
    置を備えた検出及び評価回路と、 −この検出及び評価回路によって発生しかつ前記センサ
    ー装置を通過する前記第一インクリメンタル目盛のマー
    クに相応するインクリメンタルパルスを数える計数器と
    を有し、 その際前記第三目盛のマーク間隔は前記第二目盛の間隔
    とは異なり、その結果前記第三目盛のマークは前記第二
    目盛のマークに対して前記第一目盛のインクリメンタル
    周期の整数倍だけずらされており、 また、前記検出及び評価回路は、 −前記第二目盛のいずれかのマークのセンサー装置の通
    過と前記第三目盛の続いてのマークの少なくとも一つの
    前記センサー装置の通過との間に前記計数器によって数
    えられかつ第二目盛の前記マークの零位置からの距離と
    関係づけられた前記インクリメンタルパルスの数を得、 −前記零位置から第二目盛までの前記距離を得、 −前記零位置から第二目盛の前記マークまでの前記距離
    と、前記計数器に蓄えられたインクリメンタルパルス数
    の総和とから前記目盛保持体上の位置と前記零位置との
    間の距離を得るように構成されたことを特徴とする前記
    測長測角装置。
  2. 【請求項２】センサー装置は光電センサー装置であり、
    複数の目盛は光電センサーによって検出されるように構
    成されていて、第二目盛及び第三目盛の等間隔である前
    記マークの各々は数個の目盛線から成り、第一インクリ
    メンタル目盛の数個の間隔に渡って拡がっていて、前記
    光電センサーは前記マークに対応する光電変換器を有し
    かつ各マークの通過で対応パルスを発生させ、これらの
    対応パルスの各々は前記インクリメンタルパルスの１つ
    と同期する、特許請求の範囲第１項記載の測長測角装
    置。
  3. 【請求項３】第二目盛の各間隔が第一インクリメンタル
    目盛の間隔の整数倍である、特許請求の範囲第１項記載
    の測長測角装置。
  4. 【請求項４】第二目盛の間隔が第三目盛の間隔と相違
    し、前記インクリメンタル目盛に対して平行な第四目盛
    が目盛保持体上に設けられ、この第四目盛が前記第二目
    盛の間隔と等しい間隔を有し、第四目盛のマークが第二
    目盛のマークから分離していることによって前記第二目
    盛のマークのある群を特定するために位相ジャンプを有
    する、特許請求の範囲第１項記載の測長測角装置。
  5. 【請求項５】−複数の等間隔マークを有する第二目盛
    と、複数の等間隔マークを有する第三目盛とに対してそ
    れぞれ平行な等間隔の第一インクリメンタル目盛と、 −これら第一目盛、第二目盛及び第三目盛が物理的に別
    々の、平行なトラック上に配設された目盛保持体と、 −測定されるべき長さ又は角度のため前記目盛保持体に
    対して相対的に移動して前記目盛を検出するセンサー装
    置を備えた検出及び評価回路と、 −この検出及び評価回路によって発生しかつ前記センサ
    ー装置を通過する前記第一インクリメンタル目盛のマー
    クに相応するインクリメンタルパルスを数える計数器と
    を有し、 その際前記第三目盛のマーク間隔は前記第二目盛の間隔
    とは異なり、その結果前記第三目盛のマークは前記第二
    目盛のマークに対して前記第一目盛のインクリメンタル
    周期の整数倍だけずらされており、 また、前記検出及び評価回路は、 −前記第二目盛のいずれかのマークの前記センサー装置
    の通過と前記第三目盛の続いてのマークの少なくとも一
    つの前記センサー装置の通過との間に前記計数器によっ
    て数えられかつ第二目盛の前記マークの零位置からの距
    離と関係づけられた前記インクリメンタルパルスの数を
    得、 −前記零位置から第二目盛までの前記距離を得、 −前記零位置から第二目盛の前記マークまでの前記距離
    と、前記計数器に蓄えられたインクリメンタルパルス数
    の総和とから前記目盛保持体上の位置と前記零位置との
    間の距離を得るように構成されており、 そして前記検出及び評価回路はバッファメモリとプロセ
    ッサステージとを有し、前記装置の操作開始後前記第二
    目盛の最初に検出されたマークはインクリメンタルパル
    スの計数のための前記計数器のリセットと作動を可能に
    し、前記第三目盛の続いて検出されるマークの各々はイ
    ンクリメンタル計数器の瞬間的計数値を前記バッファメ
    モリへ移送せしめ、この瞬間的計数値は前記最初に検出
    されたマークの目盛保持体上の絶対位置を特定し、前記
    プロセッサステージはバッファメモリ内に蓄えられた瞬
    間的計数値から前記絶対位置を得てかつ前記絶対位置と
    インクリメンタル計数器から移送された計数値とから零
    位置に関する測定値を得るようにされていることを特徴
    とする前記測長測角装置。
  6. 【請求項６】−複数の等間隔マークを有する第二目盛
    と、複数の等間隔マークを有する第三目盛とに対してそ
    れぞれ平行な等間隔の第一インクリメンタル目盛と、 −これら第一目盛、第二目盛及び第三目盛が物理的に別
    々の、平行なトラック上に配設された目盛保持体と、 −測定されるべき長さ又は角度のため前記目盛保持体に
    対して相対的に移動して前記目盛を検出するセンサー装
    置を備えた検出及び評価回路と、 −この検出及び評価回路によって発生しかつ前記センサ
    ー装置を通過する前記第一インクリメンタル目盛のマー
    クに相応するインクリメンタルパルスを数える計数器と
    を有し、 その際前記第三目盛のマーク間隔は前記第二目盛の間隔
    とは異なり、その結果前記第三目盛のマークは前記第二
    目盛のマークに対して前記第一目盛のインクリメンタル
    周期の整数倍だけずらされており、 また、前記検出及び評価回路は、 −前記第二目盛のいずれかのマークの前記センサー装置
    の通過と前記第三目盛の続いてのマークの少なくとも一
    つの前記センサー装置の通過との間に前記計数器によっ
    て数えられかつ第二目盛の前記マークの零位置からの距
    離と関係づけられた前記インクリメンタルパルスの数を
    得、 −前記零位置から第二目盛までの前記距離を得、 −前記零位置から第二目盛の前記マークまでの前記距離
    と、前記計数器に蓄えられたインクリメンタルパルス数
    の総和とから前記目盛保持体上の位置と前記零位置との
    間の距離を得るように構成されており、そして目盛保持
    体上のより小さい間隔の総和とより小さい間隔とより大
    きい間隔との間の差との積が常により大きい間隔の二分
    の一よりも小さいように、第二目盛のマーク間の間隔が
    第三の目盛のマークの間の間隔とインクリメンタル目盛
    の間隔の整数倍だけ相違し、そして検出及び評価回路
    は、第二目盛のいずれかのマークと第三目盛の続いての
    マークとの間のインクリメンタルパルスの数を、正負の
    符号をもって得るように構成されていることを特徴とす
    る前記測長測角装置。
  7. 【請求項７】センサー装置は光電センサー装置であり、
    複数の目盛は光電センサーによって検出されるように構
    成されていて、第二目盛及び第三目盛の等間隔である前
    記マークの各々は数個の目盛線から成り、第一インクリ
    メンタル目盛の数個の間隔に渡って拡がっていて、前記
    光電センサーは前記マークに対応する光電変換器を有し
    かつ各マークの通過で対応パルスを発生させ、これらの
    対応パルスの各々は前記インクリメンタルパルスの１つ
    と同期する、特許請求の範囲第６項記載の測長測角装
    置。
  8. 【請求項８】前記第二目盛の各間隔が前記第一インクリ
    メンタル目盛の間隔の整数倍である、特許請求の範囲第
    ６項記載の測長測角装置。
  9. 【請求項９】前記検出及び評価回路はバッファメモリと
    プロセッサステージとを有し、前記装置の操作開始後前
    記第二目盛の最初に検出されたマークはインクリメンタ
    ルパルスを計数するための前記計数器のリセットと作動
    を可能にし、前記第三目盛の続いて検出されるマークの
    各々はインクリメンタル計数器の瞬間的計数値を前記バ
    ッファメモリへ移送せしめ、この瞬間的計数値は前記最
    初に検出されたマークの目盛保持体上の絶対位置を特定
    し、前記プロセッサステージはバッファメモリ内に蓄え
    られた瞬間的計数値から前記絶対位置を得てかつ前記絶
    対位置とインクリメンタル計数器から移送された計数値
    とから零位置に関する測定値を得るようにされている、
    特許請求の範囲第６項又は第８項記載の測長測角装置。
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