JP2632534B2 - Rotary encoder - Google Patents

Rotary encoder

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JP2632534B2
JP2632534B2 JP63041103A JP4110388A JP2632534B2 JP 2632534 B2 JP2632534 B2 JP 2632534B2 JP 63041103 A JP63041103 A JP 63041103A JP 4110388 A JP4110388 A JP 4110388A JP 2632534 B2 JP2632534 B2 JP 2632534B2
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detection
rotary encoder
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pair
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誠 梶谷
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば角度測定機に使用して好適な2物体
間の相対回転角度の検出を行なうためのロータリエンコ
ーダに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary encoder suitable for use in, for example, an angle measuring device for detecting a relative rotation angle between two objects.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は例えば角度測定機に使用して好適な2物体間
の相対回転角度の検出を行なうためのロータリエンコー
ダであって、1周期Tを等分してピッチ角λで形成され
た格子を有する格子円板と、その格子の回転に対応して
電気信号を出力する一対の検出素子を有する検出部とよ
り成り、前記格子円板と検出部との相対回転に応じて90
゜位相の異なる2相の検出信号を出力するロータリエン
コーダにおいて、その一対の検出素子を(m+1/4)λ
(mは正の整数)離して配置すると共に、これら検出素
子の出力信号の和信号と差信号とをその2相の検出信号
とする様にして、2個の検出素子を用いた簡単な構成で
検出誤差を平均化して減少させることが出来る様にした
ものである。
The present invention is, for example, a rotary encoder suitable for use in an angle measuring device for detecting a relative rotation angle between two objects, and has a grating formed at a pitch angle λ by equally dividing one cycle T. A lattice disk, and a detection unit having a pair of detection elements for outputting an electric signal in response to the rotation of the lattice.
に お い て In a rotary encoder that outputs two-phase detection signals having different phases, a pair of detection elements is (m + 1/4) λ
(M is a positive integer) and a simple configuration using two detection elements, such that the sum signal and the difference signal of the output signals of these detection elements are used as the two-phase detection signals. In this method, the detection error can be averaged and reduced.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

2物体間の相対回転角度を検出するためのロータリエ
ンコーダは、サーボモータのフィードバック要素や角度
測定機の検出要素等として広く使用されている。第7図
には従来のロータリエンコーダの一例を示す。第7図に
おいて、(1)は入力軸を示し、この入力軸(1)には
1周期T(360゜)を等分してピッチ角λで形成された
明暗パターンの格子(2)を有する格子円板(3)が固
定されている。その入力軸(1)は通常外部モータのス
ピンドル等に連結されθ方向に回動自在に保持され、入
力軸(1)の回転により格子円板(3)が回転する。
A rotary encoder for detecting a relative rotation angle between two objects is widely used as a feedback element of a servomotor, a detection element of an angle measuring device, and the like. FIG. 7 shows an example of a conventional rotary encoder. In FIG. 7, (1) shows an input axis, and this input axis (1) has a light-dark pattern grid (2) formed at a pitch angle λ by equally dividing one period T (360 °). The lattice disk (3) is fixed. The input shaft (1) is usually connected to a spindle or the like of an external motor and held rotatably in the θ direction, and the rotation of the input shaft (1) causes the lattice disk (3) to rotate.

又、(9)はその格子(2)を読み取るための検出部
を示し、この検出部(9)には格子(2)と同じパター
ンの目盛を2区画に互いに位相を90゜ずらして形成した
参照格子(4)を有する参照スケール(5)と、これら
格子(2)及び参照格子(4)を照明する発光素子(6
a)及び(6b)と、これら格子(2)及び参照格子
(4)を通り抜けた照明光を光電変換する光電素子(7
a)及び(7b)と、これら光電素子の出力を受けるバッ
ファアンプ(8a)及び(8b)とが設けられている。ここ
で格子円板(3)を光電素子(7a)及び(7b)の位置関
係を格子(2)のピッチ角λを大きく表現した第8図を
用いて説明するに、第7図の参照格子(4)は90゜(角
度でλ/4)位相の異なる2区画に別れているので、それ
らに対応する光電素子(7a)及び(7b)は角度にして
(n+1/4)λ(nは正の整数)離れていると考えるこ
とができ、得られる信号UA及びUBは位相が90゜異なって
いるため、バッファ(8a)及び(8b)からは互いに位相
が90゜異なる検出信号φ及びφが得られる。この検
出信号φ及びφは格子円板(3)のθ方向への回転
に対して、1周期がλの正弦波となっている。
Further, (9) shows a detecting portion for reading the grating (2), and the detecting portion (9) is formed with the same pattern graduation as that of the grating (2) in two sections with a phase shift of 90 ° from each other. A reference scale (5) having a reference grating (4) and a light emitting element (6) illuminating these gratings (2) and (4).
a) and (6b), and a photoelectric element (7) that photoelectrically converts illumination light passing through these grating (2) and reference grating (4).
a) and (7b), and buffer amplifiers (8a) and (8b) for receiving the outputs of these photoelectric elements. Here, the lattice disk (3) will be described with reference to FIG. 8 in which the positional relationship between the photoelectric elements (7a) and (7b) is expressed with a large pitch angle λ of the lattice (2). (4) is divided into two sections having phases different from each other by 90 ° (λ / 4 at an angle), so that the photoelectric elements (7a) and (7b) corresponding to them have an angle of (n + 1/4) λ (n is (Positive integers) apart, and the resulting signals U A and U B are 90 ° out of phase, so the detection signals φ differ from the buffers (8a) and (8b) by 90 ° from each other. A and phi B is obtained. The detection signal phi A and phi B for rotation in the θ direction of the grating disc (3), one cycle has a sine wave of lambda.

第7図においてこれら検出信号φ及びφは更に内
挿回路(10)に入力されて、方向弁別及び1周期λを細
分割したパルス生成が行なわれ、内挿回路(10)からは
アップ計数パルスUP及び逆方向の回転に対応するダウン
計数パルスDNが夫々出力される。又、(11)はこれらの
パルスを積算計数して格子円板(3)の回転角度を表示
するための可逆カウンタである。この様に方向弁別と1
周期λ内で内挿を行なうため、検出信号としては90゜位
相の異なる2つの信号が要求される。
These detection signals phi A and phi B in Figure 7 is inputted to the further interpolation circuits (10), the direction discrimination and 1 cycle λ subdivision pulses generated is performed, up from the interpolation circuit (10) A count pulse UP and a down count pulse DN corresponding to the reverse rotation are output, respectively. Reference numeral (11) denotes a reversible counter for integrating and counting these pulses and displaying the rotation angle of the lattice disk (3). In this way, direction discrimination and 1
Since interpolation is performed within the period λ, two signals having phases different by 90 ° are required as detection signals.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ロータリエンコーダにおいては高精度化が要求されて
いるが、その構成要素である格子円板(3)の偏心や格
子(2)の製作時のピッチ誤差等によってロータリエン
コーダには角位置誤差Eθが存在する。誤差Eθは格子
円板(3)の回転量がθの時の例えば第7図の可逆カウ
ンタ(11)の計数値を、入力軸(1)と偏心なく連結さ
れたマスターロータリエンコーダ(図示省略)から得ら
れた検出信号を処理して得られる計数値と比較すること
によって得ることができる。
High precision is required in the rotary encoder, but the angular position error E theta is the rotary encoder by the pitch error or the like at the time of production of eccentricity and the grating of the grating disc, which is a component of (3) (2) Exists. The error is, for example, a master rotary encoder (not shown) in which the count value of the reversible counter (11) in FIG. 7 when the amount of rotation of the lattice disk (3) is θ is connected to the input shaft (1) without eccentricity. ) Can be obtained by processing the detection signal and comparing it with the count value obtained by processing.

ここでロータリエンコーダにおいては1回転が360゜
で変位が周期的であるため、角位置誤差Eθは第9図A
に示す様に、周期Tが360゜の周期関数となっている。
従って、誤差Eθをフーリエ解析とすると、 と表わすことができる。式(1)において、FK sin(K
θ+α)は誤差EθのK次成分であり、FK及びα
夫々定数である。更に、角位置θにおける光電素子の出
力Uιは Uι=Asin〔N(θ+Eθ)〕,(N=360゜/λ) ……(2) と表わすことができ、式(2)においてAは振幅、Nは
1回転のパターン数である。例えば、第9図Aの誤差E
θは、第9図Bの様な1次成分と第9図Cの様な2次成
分との和で表わすことができる。
Here, in the rotary encoder, since one rotation is 360 ° and the displacement is periodic, the angular position error is shown in FIG.
As shown in the figure, the period T is a 360 ° periodic function.
Therefore, if the error E θ is Fourier analysis, Can be expressed as In equation (1), F K sin (K
θ + α K ) is a K-order component of the error E θ , and F K and α K are constants, respectively. Furthermore, the output U iota photoelectric elements at angular position θ U ι = Asin [N + E θ)], (N = 360 ° / lambda) can be expressed as ...... (2), A in formula (2) Is the amplitude, and N is the number of patterns in one rotation. For example, the error E in FIG.
θ can be represented by the sum of a primary component as shown in FIG. 9B and a secondary component as shown in FIG. 9C.

しかしながら、第8図に示す従来のロータリエンコー
ダでは誤差補正機能がないため、第9図Aの角位置誤差
θが補正されず、例えば第7図の可逆カウンタ(11)
には真の値に誤差Eθを加えた値が計数表示されてしま
うという不都合があった。
However, since the conventional rotary encoder shown in FIG. 8 does not have an error correction function, the angular position error Eθ in FIG. 9A is not corrected, and for example, the reversible counter (11) in FIG.
Has a disadvantage in that a value obtained by adding the error to the true value is counted and displayed.

そのためこの誤差Eθを補正するべく、従来は第10図
に示す様なロータリエンコーダも提案されている。第10
図において、(7a)は及び(7b)は第8図と同じ位置関
係にある光電素子を示し、更にそれらの光電素子から夫
々180゜離れた位置に光電素子(7c)及び(7d)が配設
してある。又、光電素子(7a)及び(7c)の出力信号UA
及びUBは和演算器(12a)で加算されA相信号φとな
り、光電素子(7b)及び(7d)の出力信号UB及びUDは和
演算器(12b)で加算されB相信号φとなる。この
時、2相信号φ及びφは夫々 φ=UA+UC =Asin〔N(θ+Eθ)〕 +Asin〔N(θ+Eθ+π)〕 =2Acos(Nαθ)sin〔N(θ+εθ)〕 ……
(3) φ=2Acos(Nαθ)cos〔N(θ+εθ)〕 ……
(4) となる。但し、 αθ=(Eθ−Eθ+π)/2, εθ(Eθ+Eθ+π)/2 ……(5) であり、Eθの添字では便宜上180゜をπと置いてい
る。ここで、式(5)に式(1)を代入すると、 となり、誤差εθの中では角位置誤差Eθ中の奇数次の
フーリエ成分が除去されていることがわかる。従って、
第10図の従来のロータリエンコーダにおいては奇数次の
誤差が除去されているが、このエコーダは光電素子とし
て(7a),(7b),(7c)及び(7d)の最低4個が必要
でエンコーダが大型化して価格が高くなるという不都合
があった。
Therefore, in order to correct the error , a rotary encoder as shown in FIG. 10 has been conventionally proposed. Tenth
In the figure, (7a) and (7b) show photoelectric elements having the same positional relationship as in FIG. 8, and further, photoelectric elements (7c) and (7d) are arranged at positions 180 ° away from those photoelectric elements. It is set up. Also, the output signals U A of the photoelectric elements (7a) and (7c)
And U B are next to be added by the add unit (12a) A phase signal phi A, the output signal U B and U D of the photoelectric element (7b) and (7d) are added by the sum calculator (12b) B-phase signal the φ B. At this time, the 2-phase signals phi A and phi B are each φ A = U A + U C = Asin [N + E θ)] + Asin [N (θ + E θ + π ) ] = 2Acos (Nα θ) sin [N + ε θ )] ......
(3) φ B = 2Acos ( Nα θ) cos [N + ε θ)] ......
(4) However, an α θ = (E θ -E θ + π) / 2, ε θ (E θ + E θ + π) / 2 ...... (5), has placed the convenience 180゜Wo [pi in subscript E theta. Here, when substituting equation (1) into equation (5), From the error ε θ , it can be seen that the odd-order Fourier components in the angular position error E θ are removed. Therefore,
In the conventional rotary encoder shown in FIG. 10, the odd-order errors are removed. However, this echo system requires at least four photoelectric elements (7a), (7b), (7c) and (7d). However, there is a disadvantage that the size is increased and the price is increased.

本発明はこのような点に鑑み成されたもので、その目
的とする所は、角位置誤差Eθを補正する機能を有する
簡易な構造のロータリエンコーダを提供するにある。
The present invention has been made in view of such problems, and an object is to provide a rotary encoder with a simple structure having a function of correcting the angular position error E theta.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明によるロータリエンコーダは、例えば第1図に
示す様に、1周期T(360゜)を等分してピッチ角λで
形成された格子(2)を有する格子円板(3)と、その
格子(2)の回転に対応して夫々電気信号VA及びVBを出
力する一対の検出素子(13a)及び(13b)を有する検出
部(9)とより成り、その格子円板(3)と検出部
(9)との相対回転に応じて90゜位相の異なる2相の検
出信号φ及びφを出力するロータリエンコーダにお
いて、その一対の検出素子(13a)及び(13b)を(m+
1/4)λ(mは正の整数)離して配置すると共に、これ
ら検出素子の出力信号VA及びVBの和信号と差信号とをそ
の2相の検出信号φ及びφとしたものである。
A rotary encoder according to the present invention comprises a grating disk (3) having a grating (2) formed at a pitch angle λ by equally dividing one period T (360 °), as shown in FIG. grating pair of detection elements for outputting in response to rotation respectively electric signals V a and V B of (2) (13a) and become more detector having (13b) and (9), the grid disc (3) In a rotary encoder that outputs two-phase detection signals φ A and φ B having a phase difference of 90 ° in accordance with the relative rotation between the detection elements (9), the pair of detection elements (13a) and (13b) are set to (m +
1/4) lambda (with m places a positive integer) apart, and the sum signal and the difference signal of the output signal V A and V B of the detection element and a detection signal phi A and phi B of the two-phase Things.

又、本発明のロータリエンコーダは例えば第2図に示
す様に、一対の検出素子(13a)及び(13b)を 離して配置したものである。
The rotary encoder of the present invention includes a pair of detecting elements (13a) and (13b) as shown in FIG. They are arranged apart.

〔作用〕[Action]

かかる本発明によれば、(m+1/4)λ(=Wとす
る)離して配置された一対の検出素子(13a)及び(13
b)の出力信号VA及びVBは角度θでの角位置誤差をEθ
としてT/λ(360゜/λ)をNとすると、 VA=Asin〔N(θ+Eθ)〕, VB=Asin〔θ+w+Eθ+w)〕 となる。従って、それらの和信号と差信号である2相の
検出信号φ及びφと表わされる。ここでA1,A2は振幅で|A1||A2|が成り
立つ。これらは角位置誤差が2相ともに(Eθ+Eθ
w)/2の形で含まれていることを意味し、平均化の効果
により角位置誤差が小さくなる。
According to the present invention, the pair of detecting elements (13a) and (13a) spaced apart from each other by (m + 1/4) λ (= W).
The angular position error in the output signal V A and V B of b) the angle theta E theta
Assuming that T / λ (360 ° / λ) is N, V A = Asin [N (θ + E θ )] and V B = Asin [θ + w + E θ + w)]. Therefore, the two-phase detection signals φ A and φ B which are the sum signal and the difference signal thereof are It is expressed as Here, A 1 and A 2 have amplitudes of | A 1 || A 2 |. These have an angular position error of (E θ + E θ +
w) / 2 means that the angular position error is reduced by the effect of averaging.

又、一対の検出素子(13a)及び(13b)を 離して配置する場合は、 より式(7)及び(8)の中の角位置誤差がφ及びφ
ともに(Eθ+Eθ+π)/2となる。この角位置誤差
は式(3)及び(4)で表わされる第10図の従来のロー
タリエンコーダの2相の検出信号に含まれている角位相
誤差εθと同一となり、式(6)より明らかな様に角位
置誤差Eθ中の奇数次の誤差成分が除去されている。
Also, a pair of detecting elements (13a) and (13b) If you place them apart, From the equations (7) and (8), the angular position error is φ A and φ
B is (E θ + E θ + π) / 2. The angular position error becomes the same as the angular phase error epsilon theta contained in the detection signals of two phases of a conventional rotary encoder of FIG. 10 of formula (3) and (4), apparent from equation (6) In this manner, the odd-order error components in the angular position error are removed.

〔実施例〕 以下、本発明のロータリエンコーダの一実施例を第1
図を参照して説明しよう。尚、図面において第7図及び
第8図に対応する部分には同一符号を付してその詳細説
明は省略する。
[Embodiment] Hereinafter, an embodiment of the rotary encoder of the present invention will be described as a first
This will be described with reference to the drawings. In the drawings, portions corresponding to FIGS. 7 and 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

第1図において、(3)は格子円板でθ方向に回動可
能に保持されている。格子円板(3)の外周部には、36
0゜(1周期T)をN等分して成るピッチ角λ(N=360
゜/λ)の明暗パターンの格子(2)が形成されてい
る。又、(9)はその格子(2)の回転に応じて2相の
検出信号φ及びφを出力する検出部を示し、検出部
(9)には一対の検出素子(13a)及び(13b)が格子円
板(3)の近傍で(m+1/4)λ(mは正の整数)だけ
離れて配設されている。この検出素子(13a)及び(13
b)は第7図の光電素子(7a)及び(7b)に対応する要
素と考えてよいが、分割数Nが大きくなった場合には、
更に従来の参照格子(4)を形成した参照スケール
(5)をも含んだ要素と考えてよい。従って、格子
(2)がθ方向に回転するとそれに対応して検出素子
(13a)及び(13b)からは出力信号VA及びVBが得られ、
角位置誤差をEθ,(m+1/4)λをWとすると、定数
Aを用いて VA=Asin〔N(θ+Eθ)〕, VB=Asin〔N(θ+W+Eθ+w)〕 ……(9) と表わすことができる。
In FIG. 1, (3) is a grid disk which is held rotatably in the θ direction. On the outer periphery of the lattice disk (3), 36
The pitch angle λ (N = 360) obtained by dividing 0 ゜ (one cycle T) into N equal parts
A grid (2) having a light / dark pattern of (゜ / λ) is formed. Also, (9) denotes a detection unit that outputs a detection signal phi A and phi B of two phases in accordance with rotation of the grating (2), a pair of detector elements in the detector (9) (13a) and ( 13b) is disposed in the vicinity of the lattice disk (3) and separated by (m + 1/4) λ (m is a positive integer). The detection elements (13a) and (13
b) may be considered as elements corresponding to the photoelectric elements (7a) and (7b) in FIG. 7, but when the division number N increases,
Further, it can be considered as an element including a reference scale (5) forming a conventional reference grating (4). Thus, the grating (2) is from detector elements correspondingly rotates in the θ direction (13a) and (13b) to obtain an output signal V A and V B,
The angular position error E theta, When W a (m + 1/4) λ , using the constants A V A = Asin [N + E θ)], V B = Asin [N (θ + W + E θ + w) ] ...... ( 9) can be expressed.

又、第1図において、出力信号VA及びVBは共に和演算
器(14a)及び差演算器(15a)に入力されている。和演
算器(14a)は2つの入力信号の和を演算してA相信号
φを出力し、差演算器(15a)は2つの入力信号の差
を演算してB相信号φを出力する。式(9)よりφ
及びφは夫々 で表され、互いに位相が90゜異なる検出信号となってい
る。但し、A1及びA2は振幅を示し、 となっており、Eθ+Eθ+wを無視すると、 が成立している。これらの2相信号φAは第1図の
端子(16)及び(17)より外部の例えば第7図に示す内
挿回路(10)等に供給される。
Also, in FIG. 1, the output signal V A and V B are inputted together add unit (14a) and a difference calculator to (15a). OR calculator (14a) outputs an A-phase signal phi A and calculates the sum of the two input signals, a difference calculator (15a) output a B-phase signal phi B by calculating the difference between the two input signals I do. From equation (9), φ A
And φ B are respectively , And the detection signals are 90 ° out of phase with each other. However, A 1 and A 2 indicate the amplitude, And ignoring E θ + E θ + w, Holds. These two-phase signals φ A and φ B are supplied from terminals (16) and (17) of FIG. 1 to an external circuit such as an interpolation circuit (10) shown in FIG.

次に本例の作用を説明するに、本例では最終的に得ら
れる2相の検出信号φ及びφの角位置誤差は式(1
0)及び(11)で示される様に、(Eθ+Eθ+w)/2
の形で含まれている。従って、角位置θでの誤差と角位
置(θ+W)での誤差が平均化されているため、誤差が
打ち消し合って小さくなる。しかも、検出素子の数は第
8図の従来例と同じ2個であり、極めて簡易な構造で誤
差補正が行なわれている。
Next, the operation of the present embodiment will be described. In the present embodiment, the angular position error of the finally obtained two-phase detection signals φ A and φ B is given by the following equation
( + + w) / 2 as shown in (0) and (11).
Included in the form. Accordingly, since the error at the angular position θ and the error at the angular position (θ + W) are averaged, the errors cancel each other out and become smaller. Moreover, the number of detection elements is two, which is the same as the conventional example shown in FIG. 8, and error correction is performed with an extremely simple structure.

ここで、第1図例のロータリエンコーダにおいてmの
値をmλがT/2即ち180゜になるように選んだ場合につい
て、第2図を参照して説明しよう。
Here, the case where the value of m is selected so that mλ becomes T / 2, that is, 180 ° in the rotary encoder of FIG. 1 will be described with reference to FIG.

第2図においては、2個の検出素子(13a)及び(13
b)が180゜+λ/4だけ離して配置してある他は、第1図
と同じ構成となっている。これはmλ=T/2(=180゜)
となるようにmの値を選んだことを意味する。この場
合、一般的な場合である分割数Nが充分大きい場合(ピ
ッチ角λ<<180゜)を考えると、 が成立するので、式(10)及び(11)より検出信号φ
及びφは夫々 で表わされる。但し、誤差εθは式(5)と同じ(Eθ
+Eθ+π)/2である。この誤差はεθは式(3)及び
(4)で表わされる第10図のロータリエンコーダによっ
て得られる検出信号の誤差と同じであり、式(6)がそ
のまま適用されるので、機械的な当初の角位置誤差Eθ
中の奇数次の成分が除去されている。
In FIG. 2, two detection elements (13a) and (13
The configuration is the same as that of FIG. 1 except that b) is arranged 180 ° + λ / 4 apart. This is mλ = T / 2 (= 180 °)
It means that the value of m was selected such that In this case, considering a general case where the number of divisions N is sufficiently large (pitch angle λ << 180 °), Holds, the detection signal φ A is obtained from Expressions (10) and (11).
And φ B are respectively Is represented by However, the error ε θ is the same as the equation (5) (E θ
+ E θ + π) / 2. This error is epsilon theta is the same as the error of the detection signal obtained by the Fig. 10 of the rotary encoder of the formula (3) and (4), since the equation (6) is applied as it is, the mechanical initial Angular position error E θ
The odd-order components therein have been removed.

一般に角位置誤差Eθの中で最も大きな成分は格子円
板(3)の偏心による1次成分であり、第2図例のエン
コーダによれば奇数次即ち1次成分の誤差が除去される
のでその効果は大である。
Generally the largest component in the angular position error E theta is the primary component due to the eccentricity of the grating disk (3), since an error of odd words primary components are removed, according to the encoder of the second illustrated example The effect is great.

ここで第2図例のエンコーダの角位置誤差の測定結果
を第4図及び第5図に示す。
Here, FIGS. 4 and 5 show the measurement results of the angular position error of the encoder of FIG.

第4図は市販の格子の分割数Nが5000のロータリエン
コーダを用いて、検出素子の配置及び処理回路を変更し
て、マスタロータリエンコーダと比較してその誤差を求
めたものであり、マスタロータリエンコーダは例えば精
密工学会誌Vol.52,10(1986)P1732で開示されている様
な手法で校正されている。この内、第4図Aは第8図の
従来方式のロータリエンコーダの構成とした時の誤差で
あり、第4図Bは第2図例のロータリエンコーダの構成
とした時の誤差である。第4図Bでは1次誤差成分が除
去されているが、2次誤差成分は残っていることがわか
る。
FIG. 4 shows the results obtained by using a commercially available rotary encoder having a grid division number N of 5,000, changing the arrangement of the detection elements and the processing circuit, and comparing the error with that of the master rotary encoder. The encoder is calibrated by a method as disclosed in, for example, Journal of Precision Engineering, Vol. 52, 10 (1986) P1732. 4A shows the error when the configuration of the conventional rotary encoder shown in FIG. 8 is used, and FIG. 4B shows the error when the configuration of the rotary encoder shown in FIG. 2 is used. In FIG. 4B, it can be seen that the primary error component has been removed, but the secondary error component remains.

第5図は格子の分割数Nが5400のロータリエンコーダ
の測定結果であり、第5図Aは第8図の従来方式,第5
図Bは第2図例の方式の構成にした場合の誤差を夫々示
す。第5図Bでは第4図Bと同様に2次成分は残ってい
る。この様に実験的にも、第2図例のロータリエンコー
ダでは奇数次の誤差成分が除去されることが確かめられ
た。
FIG. 5 shows the measurement results of a rotary encoder having a grid division number N of 5400, and FIG. 5A shows the conventional method of FIG.
FIG. B shows errors when the configuration of the system shown in FIG. 2 is used. In FIG. 5B, the secondary component remains as in FIG. 4B. In this way, it was experimentally confirmed that the rotary encoder of FIG. 2 can remove odd-order error components.

本例のロータリエンコーダは上述の様に第10図の従来
のロータリエンコーダと同様に奇数次の誤差成分を除去
できるが、その構成は検出素子が2個だけでよく、第10
図の場合と比べて、エンコーダを小型化でき更にコスト
ダウンを図ることができる。
As described above, the rotary encoder of this embodiment can remove odd-order error components in the same manner as the conventional rotary encoder of FIG. 10, but its configuration requires only two detection elements.
Compared to the case shown in the figure, the encoder can be downsized and the cost can be further reduced.

次に、本発明のロータリエンコーダの他の実施例につ
いて第3図を参照して説明しよう。
Next, another embodiment of the rotary encoder of the present invention will be described with reference to FIG.

第3図においては、第2図の検出素子から夫々T/4即
ち90゜離れた角位置に検出素子(13c)及び(13d)が配
置してある。更に処理回路には、和演算器(14a),(1
4b),(18a)及び(18b)を差演算器(15a)及び(15
b)とが設けてある。ここで各検出素子(13a),(13
b),(13c)及び(13d)の出力信号を夫々VA,VB,VC
びVDとして、和演算器(14a)及び(14b)並びに差演算
器(15a)及び(15b)の出力を夫々WA,WC,WB及びWDとす
ると、第3図の配線は WA=VA+VB,WB=VA−VB WC=VC+VD,WD=VC−VD となるように成されている。更に、信号WA及びWCは和演
算器(18a)で加算されてA相信号φとなり、信号WB
及びWDは和演算器(18b)で加算されてB相信号φ
なる。第1図例と同様に演算すると、 φ=WA+WC=4AKAsin〔N(θ+εθ+Φ〕 …(15) φ=WB+WD=4AKBcos〔N〕θ+εθ+Φ〕 …(16) となる。ここで、Φ=90゜であり εθ=Eθ+Eθ+π/2+Eθ+π+Eθ+3π/2)/4
…(17) KA=cos(Nbθ)cos(NCθ−Φ) KB=cos(Nbθ)sin(NCθ−Φ) bθ=(Eθ−Eθ+π/2)/2 Cθ=(Eθ+Eθ+π/2−Eθ+π−Eθ+3π/2
/4 である。これらの式で角位置誤差Eθの添字中では便宜
上180゜はπで表わしている。この時、式(17)のεθ
中の誤差Eθとして式(1)を代入すると、 となり、4の倍数以外の高次成分の誤差が除去されてい
る。
In FIG. 3, the detecting elements (13c) and (13d) are arranged at T / 4, that is, 90 ° apart from the detecting elements of FIG. 2, respectively. Further, the processing circuit includes a sum calculator (14a), (1
4b), (18a) and (18b) are converted to difference arithmetic units (15a) and (15
b) is provided. Here, each detection element (13a), (13
b), (13c) and (13d) as V A , V B , V C and V D , respectively, and the sum operation units (14a) and (14b) and the difference operation units (15a) and (15b) Assuming outputs W A , W C , W B, and W D , respectively, the wirings in FIG. 3 are: W A = V A + V B , W B = V A −V B W C = V C + V D , W D = V C −V D is established. Furthermore, the signal W A and W C is the sum calculator (18a) at is added A-phase signal phi A, and the signal W B
And W D is formed by adding the B-phase signal phi B by the sum calculator (18b). When calculating in the same manner as the first illustrated example, φ A = W A + W C = 4AK A sin [N + ε θ + Φ] ... (15) φ B = W B + W D = 4AK B cos [N] θ + ε θ + Φ] (16) where Φ = 90 ° and ε θ = E θ + E θ + π / 2 + E θ + π + E θ + 3π / 2 ) / 4
... (17) K A = cos (Nb θ ) cos (NC θ- φ) K B = cos (Nb θ ) sin (NC θ- φ) b θ = (E θ- E θ + π / 2 ) / 2 C θ = (E θ + E θ + π / 2 -E θ + π -E θ + 3π / 2)
/ 4. These are in subscript angular position error E theta formula represents convenience 180 ° is [pi. At this time, ε θ in equation (17)
Substituting equation (1) for the error E θ in And errors of higher-order components other than a multiple of 4 have been removed.

この第3図例のロータリエンコーダを市販のロータリ
エンコーダを変形して構成し、誤差測定を行なった結果
を第4図C及び第5図Cに示す。第4図Cは分割数N=
5000の格子を用いた場合であり、誤差は第2図例の結果
(第4図B)から2次成分を除いたものとほぼ一致し、
更に4次成分が残っている所から、理論解析の正しさが
裏付けられる。同様に第5図Cは分割数N=5400の格子
を用いた場合であるが、第5図Bと比べて2次成分が更
に除去された誤差曲線が得られており、4次成分は残っ
ている。
The rotary encoder of FIG. 3 is constructed by modifying a commercially available rotary encoder, and the results of error measurement are shown in FIGS. 4C and 5C. FIG. 4C shows the number of divisions N =
In this case, 5000 grids were used, and the error was almost the same as the result of the example in FIG. 2 (FIG. 4B) except that the secondary component was removed.
Furthermore, the correctness of the theoretical analysis is supported from the place where the fourth-order component remains. Similarly, FIG. 5C shows a case in which a grid having a division number N = 5400 is used. However, an error curve from which the secondary component has been further removed is obtained as compared with FIG. 5B, and the fourth-order component remains. ing.

以上説明した様に、第3図例のロータリエンコーダに
おいては、機械的な当初の角位置誤差Eθの内で奇数次
の成分だけでなく、4の倍数次を除く偶数次の成分まで
もが除去されているため、より高精度な角度検出が可能
である。
As described above, in the rotary encoder of the third illustrated example, not only the odd order components of the mechanical initial angular position error E theta, even even-order components except multiples next 4 Since it has been removed, more accurate angle detection is possible.

次に、本発明ロータリエンコーダを磁気式エンコーダ
に適用した例を第6図を参照して説明しよう。
Next, an example in which the rotary encoder of the present invention is applied to a magnetic encoder will be described with reference to FIG.

第6図において、(20)は磁気ディスクを示し、この
磁気ディスク(20)はθ方向に回動可能でその外周部に
は1周期T(360゜)をN分割したピッチ角λの磁気目
盛(21)が形成されている。又、(19)は検出部を全体
として示し、その中で(22a)及び(22b)は互いに 離して配置されている磁気ヘッドであり、この一対の磁
気ヘッド(22a)及び(22b)は第1図例の検出素子に対
応する。磁気ヘッド(22a)及び(22b)には発振器(2
5)から出力された励磁信号f0がV/I変換器(26)を介し
て供給されている。信号f0は振幅をI、角周波数をωと
して、 と表わせる。
In FIG. 6, reference numeral (20) denotes a magnetic disk. The magnetic disk (20) is rotatable in the .theta. Direction, and has a magnetic graduation having a pitch angle .lamda. (21) is formed. (19) shows the detection unit as a whole, in which (22a) and (22b) The magnetic heads are spaced apart from each other, and the pair of magnetic heads (22a) and (22b) correspond to the detecting element in the example of FIG. The magnetic heads (22a) and (22b) have oscillators (2
Exciting signal f 0 output from 5) is supplied via the V / I converter (26). The signal f 0 has an amplitude I and an angular frequency ω, Can be expressed as

又、磁気ヘッド(22a)及び(22b)から得られた出力
信号は夫々帯域フィルタ(23a)及び(23b)に供給さ
れ、2倍の高周波成分PA及びPBが濾波される。PA及びPB
は定数P0,角位置誤差Eθを用いて次式で表わされる。
The output signal obtained from the magnetic head (22a) and (22b) is supplied to the respective band-pass filter (23a) and (23b), 2 times the high-frequency component P A and P B are filtered. P A and P B
Is expressed by the following equation using a constant P 0 and an angular position error E θ .

PA=P0cosωt sin〔N(θ+Eθ)〕 これらの信号PA及びPBは和演算器(14a)で加算され
A相信号φ′とる。一方、信号PA及びPBは90゜移相器
(24a)及び(24b)に夫々供給され次式で表わされる信
号PA′及びPB′となる。
P A = P 0 cosωt sin [N (θ + E θ )] These signals P A and P B are taken by the A-phase signal phi A 'added by the add unit (14a). On the other hand, the signal P A and P B is 90 ° phase shifter (24a) and are respectively supplied to the (24b) signal P A represented by the following formula 'and P B'.

PA′=P0sinωt sin〔N(θ+Eθ)〕 これらの信号PA′及びPB′は差演算器(15a)でその
差が演算されB相信号φ′となる。式(10)及び(1
1)と同様の演算により で表わせ、|P1||P2|が成立する。信号φ′及び
φ′は混合回路(27)で加算され位相変調信号fθ
なる。ここでP1P2とすると、 となり、この後は例えば特公昭52−17427号公報に示さ
れる方法によって角度変位が計数値として得られる。
P A '= P 0 sinωt sin [N (θ + E θ )] The difference between these signals P A ′ and P B ′ is calculated by a difference calculator (15a) to become a B-phase signal φ B ′. Equations (10) and (1
By the same operation as 1) | P 1 || P 2 | holds. Signal phi A 'and phi B' are added in the mixing circuit (27) a phase-modulated signal f theta. Here, if P 1 P 2 Thereafter, the angular displacement is obtained as a count value by the method disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 52-17427.

この第6図例のロータリエンコーダにおいても、第2
図例と同様に角位置誤差Eθの内の奇数次成分が除去さ
れている。
In the rotary encoder of FIG. 6, the second
As in the illustrated example, the odd-order component of the angular position error is removed.

尚、実施例では本発明ロータリエンコーダを光電式及
び磁気式のエンコーダに適用した例を示したが、これら
以外にも例えば静電容量式や電磁誘導式のエンコーダに
も適用できることは明らかである。
In the embodiment, an example is shown in which the rotary encoder of the present invention is applied to a photoelectric encoder and a magnetic encoder. However, it is apparent that the present invention can be applied to, for example, a capacitive encoder or an electromagnetic induction encoder.

〔発明の効果〕 本発明のロータリエンコーダは、一対の検出素子を
(m+1/4)λ離して配置すると共に、これら検出素子
の出力信号の和信号と差信号とを2相の検出信号として
いるので、角位置誤差Eθが平均化されて減少する。
又、構成が簡易であり検出器を小型化して更にローコス
ト化することができる。
[Effect of the Invention] In the rotary encoder of the present invention, a pair of detection elements are arranged at a distance of (m + 1/4) λ, and a sum signal and a difference signal of output signals of these detection elements are two-phase detection signals. Therefore, the angular position error is averaged and reduced.
Further, the configuration is simple, and the size of the detector can be reduced to further reduce the cost.

更に、1周期をTとして一対の検出素子をT/2+λ/4
離して配置すると、角位置誤差Eθの内の奇数次の誤差
成分を除去することができる。
Further, one cycle is T, and a pair of detecting elements is T / 2 + λ / 4.
If they are arranged apart, it is possible to remove odd-order error components of the angular position error .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明ロータリエンコーダの一実施例を示す構
成図、第2図は第1図でmλ=180゜とした場合を示す
構成図、第3図は本発明ロータリエンコーダの他の実地
例を示す構成図、第4図及び第5図は従来及び本発明ロ
ータリエンコーダの検出誤差の測定結果を示す誤差曲線
図、第6図は本発明ロータリエンコーダを磁気式エンコ
ーダに適用した例を示す構成図、第7図は従来のロータ
リエンコーダを示す一部斜視図を含むブロック図、第8
図は第7図の回転円板(3)と光電素子(7a)及び(7
b)との位置関係を説明するための構成図、第9図はロ
ータリエンコーダの角位置誤差Eθの一例を示す線図、
第10図は従来のロータリエンコーダの他の例を示す構成
図である。 (2)は格子、(3)は格子円板、(9)は検出部、
(13a),(13b),(13c)及び(13)は夫々検出素
子、(14a),(14b),(18a)及び(18b)は夫々和演
算器、(15a)及び(15b)は夫々差演算器である。
1 is a block diagram showing an embodiment of the rotary encoder of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a case where mλ = 180 ° in FIG. 1, and FIG. 3 is another practical example of the rotary encoder of the present invention. FIG. 4 and FIG. 5 are error curve diagrams showing measurement results of detection errors of the conventional and present rotary encoders, and FIG. 6 is a diagram showing an example in which the present rotary encoder is applied to a magnetic encoder. FIG. 7 is a block diagram including a partial perspective view showing a conventional rotary encoder, and FIG.
The figure shows the rotating disk (3) and the photoelectric elements (7a) and (7) in FIG.
configuration diagram for explaining the positional relationship between b), the Figure 9 graph showing an example of the angular position error E theta rotary encoder,
FIG. 10 is a configuration diagram showing another example of a conventional rotary encoder. (2) is a lattice, (3) is a lattice disk, (9) is a detection unit,
(13a), (13b), (13c) and (13) are detection elements respectively, (14a), (14b), (18a) and (18b) are sum arithmetic units, respectively, and (15a) and (15b) are each It is a difference calculator.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】1周期Tを等分してピッチ角λで形成され
た格子を有する格子円板と上記格子の回転に対応して電
気信号を出力する一対の検出素子を有する検出部とを有
し、上記格子円板と上記検出部の間の相対的回転に応じ
て90゜位相が異なる2相の検出信号を出力するロータリ
エンコーダにおいて、 上記一対の検出素子を互いにT/2+(m+1/4)λ(mは
mλがT/2に比べて十分小さいな値となるゼロ又は正の
整数)離して配置し、上記検出素子の出力信号の和信号
と差信号とを上記2相の検出信号としたことを特徴とす
るロータリエンコーダ。
1. A grating disk having a grating formed at a pitch angle λ by equally dividing one period T, and a detecting unit having a pair of detecting elements for outputting an electric signal in response to rotation of the grating. A rotary encoder that outputs two-phase detection signals having a phase difference of 90 ° in accordance with the relative rotation between the lattice disk and the detection unit, wherein the pair of detection elements are connected to each other by T / 2 + (m + 1 / 4) λ (m is zero or a positive integer at which mλ is a sufficiently small value compared to T / 2), and the sum signal and difference signal of the output signals of the detection element are detected in the two phases. A rotary encoder characterized in that the signal is a signal.
【請求項2】1周期Tを等分してピッチ角λで形成され
た格子を有する格子円板と上記格子の回転に対応して電
気信号を出力する二対の対検出素子を有する検出部とを
有し、上記格子円板と上記検出部の間の相対的回転に応
じて90゜位相が異なる2相の検出信号を出力するロータ
リエンコーダにおいて、 上記二対の検出素子の各々の2つの検出素子を互いにT/
2+(m+1/4)λ(mはmλがT/2に比べて十分小さい
な値となるゼロ又は正の整数)離して配置し、上記二対
の検出素子を互いにT/4離して配置し、上記第1の対の
検出素子の出力信号の和信号と上記第2の対の検出素子
の出力信号の和信号とを加算し上記第1の対の検出素子
の出力信号の差信号と上記第2の対の検出素子の出力信
号の差信号とを加算して上記2相の検出信号としたこと
を特徴とするロータリエンコーダ。
2. A detecting section having a grating disk having a grating formed at a pitch angle λ by equally dividing one period T, and two pairs of pair detecting elements for outputting an electric signal corresponding to the rotation of the grating. And a rotary encoder that outputs two-phase detection signals having a phase difference of 90 ° according to the relative rotation between the lattice disk and the detection unit, wherein two of each of the two pairs of detection elements are provided. T /
2+ (m + 1/4) λ (m is zero or a positive integer where mλ is a sufficiently small value compared to T / 2), and the two pairs of detecting elements are disposed at a distance of T / 4 from each other. Adding the sum signal of the output signals of the first pair of detection elements and the sum signal of the output signals of the second pair of detection elements to obtain a difference signal between the output signal of the first pair of detection elements and A rotary encoder characterized in that the two-phase detection signal is obtained by adding a difference signal between the output signals of the second pair of detection elements.
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