JP2720642B2 - 多回転絶対値エンコーダ - Google Patents

多回転絶対値エンコーダ

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、たとえば工作機械に
おける駆動軸の絶対位置を検出する多回転絶対値エンコ
ーダに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は従来の一般的な多回転絶対値エン
コーダの構造図であり、同図において、1は外郭ケー
ス、2は入力軸、3はこの入力軸2に取りつけた多回転
検出部、4は入力軸2に取りつけた絶対値検出部、5は
これら各検出部からの出力を波形成形するための処理回
路を実装したプリント基板、6はこの処理回路出力をデ
ジタル処理する回路を実装したプリント基板である。
【0003】図8は、各プリント基板5、6に配置され
た信号処理部のブロック図を示しており、7、8は多回
転検出部3から出力された90度位相の異なる2つの検
出信号16、17の波形をそれぞれ整形する波形整形回
路、11はこの2つの信号を入力する2相パルス処理回
路、13はこの処理回路の出力を入力するnビットのア
ップダウンカウンタ、15は演算部であり、アップダウ
ンカウンタ13の出力信号及び絶対値検出部4の出力信
号をデジタル化したmビットの信号18をそれぞれ入力
している。
【0004】次に動作について説明する。入力軸2が回
転すると、その回転を多回転検出部3で検出し、90度
位相の異なる2つの多回転検出信号16、17を出力す
る。この2つの多回転検出信号16、17は、図8の波
形整形回路7、8及び2相パルス処理回路11を介して
入力軸2の回転方向に対応したアップカウントパルスあ
るいはダウンカウントパルスに変換され、nビットのア
ップダウンカウンタ13に入力される。そして、このn
ビットのアップダウンカウンタ13からはnビットカウ
ンタ値が出力され、演算部15に入力される。
【0005】すなわち、図9に示すように、入力軸2が
正転のとき、波形整形回路出力A1がHレベルで波形整
形回路出力B1が立上ると、2相パルス処理回路11か
らアップカウントパルスUPが出力され、アップダウン
カウンタ13はアップカウントする。また、入力軸2が
逆転のとき波形整形回路出力A1がHレベルで波形整形
回路出力B1が立下ると、2相パルス処理回路11から
ダウンカウントパルスDPが出力され、アップダウンカ
ウンタ13はダウンカウントする。たとえば、図9は入
力軸2が1回転と90度だけ正転した後、逆転した場合
における動作を示している。
【0006】そして、このカウント動作は、後述する回
転角度位置信号が0度に対応する位置でのみ行われるよ
うにあらかじめ多回転検出部3で調整されている。
【0007】一方、絶対値検出部4の出力信号は、波方
整形プリント基板5上の図示しないオペアンプ、コンパ
レータ等によりmビットの回転角度位置信号18、すな
わち通常0度から360度の角度に対応するグレイコー
ドと称する特殊コードに変換され、演算部15に入力さ
れる。
【0008】その結果、演算部15では、入力されたm
ビットの回転角度位置信号18をもとにmビットの回転
角度を算出し、すでに読み込んだnビットカウンタ値と
合成してm+nビットの絶対値信号としてシリアルで出
力する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のグレイコードを
用いた多回転絶対値エンコーダは以上のように構成され
ているので、アップダウンカウンタがカウント動作を行
おうとしている最中(図9の不定領域)にも、そのカウ
ンタ値が演算部に読み込まれているため、誤ったデータ
が演算部から出力される可能性があり、また、カウンタ
がカウント動作を行う点と回転角度位置信号の0点との
位置のずれが回転角度位置の分解能以上にずれてしまう
と、1回転分の誤ったデータが出力される可能性があっ
た。更に、ノイズによる誤動作を防止するために入力軸
の正転、逆転によるヒステリシスを大きくした場合で
、誤ったデータを出力する可能性があるなどの問題点
があった。
【0010】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、高精度かつ高分解能を有する
多回転絶対値エンコーダを得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる多回転
絶対値エンコーダにおいては、多回転検出部からの位相
の異なる少なくとも2つの多回転検出信号をアップカウ
ント信号またはダウンカウント信号に変換する第1のパ
ルス処理回路と、この第1のパルス処理回路からのアッ
プカウント信号またはダウンカウント信号を計数する第
1のアップダウンカウンタと、前記多回転検出部からの
多回転検出信号を反転する反転回路と、この反転回路か
らの反転された多回転検出信号をアップカウント信号ま
たはダウンカウント信号に変換する第2のパルス処理回
路と、この第2のパルス処理回路からのアップカウント
信号またはダウンカウント信号を計数する第2のアップ
ダウンカウンタと、前記絶対値検出部からの回転角度位
置信号に基づいて前記第1のアップダウンカウンタから
の信号または前記第2のアップダウンカウンタからの信
号を選択して多回転量を算出する演算部とを備えたもの
である。
【0012】また、多回転検出部は90度位相の異なる
2相の多回転検出信号を生成し、演算部が第1のアップ
ダウンカウンタからの信号を計数する回転角度位置と第
2のアップダウンカウンタからの信号を計数する回転角
度位置とを180度ずらしたものである。
【0013】さらに、演算部は第1のアップダウンカウ
ンタからの信号が変化する1回転内の回転角度位置範囲
においては第2のアップダウンカウンタからの信号を選
択し、第2のアップダウンカウンタからの信号が変化す
る1回転内の回転角度位置範囲においては第1のアップ
ダウンカウンタからの信号を選択して多回転量を算出す
るものである。
【0014】
【作用】この発明に係わる多回転絶対値エンコーダにお
いては、多回転検出部からの位相の異なる少なくとも2
つの多回転検出信号をアップカウント信号またはダウン
カウント信号に変換する第1のパルス処理回路と、この
第1のパルス処理回路からのアップカウント信号または
ダウンカウント信号を計数する第1のアップダウンカウ
ンタと、前記多回転検出部からの多回転検出信号を反転
する反転回路と、この反転回路からの反転された多回転
検出信号をアップカウント信号またはダウンカウント信
号に変換する第2のパルス処理回路と、この第2のパル
ス処理回路からのアップカウント信号またはダウンカウ
ント信号を計数する第2のアップダウンカウンタと、前
記絶対値検出部からの回転角度位置信号に基づいて前記
第1のアップダウンカウンタからの信号または前記第2
のアップダウンカウンタからの信号を選択して多回転量
を算出する演算部とを備えたので、多回転量を算出する
演算部は、絶対値検出部からの回転角度位置信号より得
られる1回転内の位置に対応して、第1のアップダウン
カウンタからの信号を読み取るかまたは第2のアップダ
ウンカウンタからの信号を読み取るかを選択することに
なる。
【0015】また、多回転検出部は90度位相の異なる
2相の多回転検出信号を生成し、演算部が第1のアップ
ダウンカウンタからの信号を計数する回転角度位置と第
2のアップダウンカウンタからの信号を計数する回転角
度位置とを180度ずらしたので、演算部は第1のアッ
プダウンカウンタからの信号を計数する回転角度位置と
正反対の位置で第2のアップダウンカウンタからの信号
を計数することになる。
【0016】さらに、演算部は第1のアップダウンカウ
ンタからの信号が変化する1回転内の回転角度位置範囲
においては第2のアップダウンカウンタからの信号を選
択し、第2のアップダウンカウンタからの信号が変化す
る1回転内の回転角度位置範囲においては第1のアップ
ダウンカウンタからの信号を選択して多回転量を算出す
るので、演算部は、第1または第2のアップダウンカウ
ンタからの信号が変化する1回転内の回転角度位置範囲
では、そのアップダウンカウンタからの信号を計数しな
いことになる。
【0017】
【実施例】実施例1. 図1はこの発明の一実施例を示す検出信号処理部のブロ
ック図であり、1〜6は従来装置と全く同一である。更
に、波形整形回路7、8、2相パルス処理回路11、ア
ップダウンカウンタ13、多回転検出部3から出力され
た入力軸2の回転に対して90度位相の異なる2つの信
号16、17、絶対値検出部4の出力信号をデジタル化
したmビットの信号18も従来装置と全く同一のもので
ある。
【0018】9、10は波形整形回路7、8で波形整形
された2つの出力信号を反転する反転回路、12はこの
反転された出力信号を入力軸2の回転方向に対応してア
ップカウントパルスあるいはダウンカウントパルスに変
換する2相パルス処理回路、14はnビットのアップダ
ウンカウンタ、15はアップダウンカウンタ13,14
およびmビットの信号18を入力する演算部であり、こ
れらはプリント基板6上に配置されている。
【0019】次に動作について説明する。入力軸2が回
転すると、この回転を多回転検出部3で検出し、1回転
1周期で入力軸2の回転に対して90度位相の異なる2
つの検出信号16、17を出力する。これらの多回転信
号16、17は、波形整形回路7、8で波形整形し、そ
のまま一方の2相パルス処理回路11に入力するととも
に反転回路9、10に入力し、位相を反転させて、他方
の2相パルス処理回路12に入力する。2種類の信号
は、更に2つの2相パルス処理回路11、12におい
て、入力軸2の回転方向に対応してアップダウンカウン
トパルスあるいはダウンカウントパルスに変換され、そ
れぞれに対応したnビットのアップダウンカウンタ1
3、14に入力され。そして、これらのアップダウン
カウンタ13、14からnビットカウンタ値が出力さ
れ、演算部15に入力される。
【0020】2相パルス処理回路11、12及びアップ
ダウンカウンタ13、14は、図2に示すように、波形
整形回路出力A1がHレベルのとき波形整形回路出力B1
が立ち上がれば、アップカウントとなり、波形整形回路
出力A1がHレベルのとき波形整形回路出力B1が立ち下
がれば、ダウンカウントとなるように構成され、各カウ
ンタ13、14のカウント点、つまり各カウンタがアッ
プカウントパルスあるいはダウンカウントパルスを発生
する入力軸の位置が、入力軸2の回転角度を図3のθで
表したとき、カウンタ13はθ=0度の近傍に、カウン
タ14はθ=180度の近傍になるように多回転検出部
3によりあらかじめ設定されている。たとえば、図2は
入力軸2が1回転と90度だけ正転した後、逆転した場
合における動作を示している。
【0021】一方、絶対値検出部4により検出された回
転角度に関する信号は、波形整形プリント基板5上の図
示しないオペアンプ、コンパレータ等によりmビットの
回転角度位置信号18に変換され、演算部15に入力さ
れる。
【0022】演算部15では、入力されたかかるmビッ
トの回転角度位置信号18をもとに入力軸2の回転角度
θを算出し、この回転角度θが図3に示すように1回転
を4等分したどの範囲に入るかを判定している。すなわ
ち、0゜≦θ<90゜をZ1ゾーン、90゜≦θ<18
0゜をZ2ゾーン、180゜≦θ<270゜をZ3ゾー
ン、270゜≦θ<360゜をZ4ゾーンとして、入力
軸2の回転角度がどのゾーンにあるかを判定し、更に、
この判定結果に従って2つのアップダウンカウンタ1
3、14のうちいずれかのカウンタのカウンタ値を読み
込むことにより、回転量を算出する。このようにして
算出された多回転量(nビット)と、回転角度(mビッ
ト)を合成してn+mビットの絶対値信号としてシリア
ルで出力する。
【0023】次に多回転量を算出する方法について説明
する。まず、Z1ゾーンでアップダウンカウンタ13、
14をリセットし、入力軸2が回転すると、回転角度
と、アップダウンカウンタ13、14のカウンタ値と、
各ゾーンとの関係は、図4に示す通りとなり、更に、こ
の関係をまとめて示すと図5のようになる。この図5に
よれば、アップダウンカウンタ13のカウンタ値C1
は、1回転目の各ゾーンでは0であり、2回転目のZ1
ゾーンから1となる。一方、アップダウンカウンタ14
のカウンタ値C2 は、1回目のZ1ゾーンからZ2ゾ
ーンまで0であり、Z3ゾーンから2回転目のZ2ゾー
ンまで1となる。以下同様にして変化する。このとき、
カウンタ13のカウンタ値が変化する点は、Z1ゾーン
の0度近傍と、Z4からZ1にゾーンが変化する位置で
あるから、この間においては、図5に示すようにカウン
タ値が変化しない他方のカウンタ14のカウンタ値C2
を読み込むことによって、従来のように変化中のカウン
タ値(図2に示す不定領域)を採用せずに多回転量を求
めることができる。同様に、カウンタ14のカウンタ値
が変化する点においては、カウンタ13のカウンタ値C
1 を読み取るようにしている。
【0024】したがって、演算部15では、この要領に
従い、Z1ゾーンではカウンタ14のカウンタ値C2
を、Z2、Z3のゾーンではカウンタ13のカウンタ値
1 を読み取り、更に、Z4ではカウンタ14のカウン
タ値C2を読み取るとともにこのカウンタ値から(C2
−1)を演算することによって、これを各回転角度に対
する多回転量としている。
【0025】このようにこの発明の構成によれば、アッ
プダウンカウンタが変化している時、すなわちカウンタ
がカウンタ動作を行っている最中にカウント値が演算部
に読み込まれるようなことがなく、それゆえ誤ったデー
タが演算部から出力されることもなくなる。また、カウ
ンタのカウンタ点と回転角度位置信号の0点にずれが回
転角度位置の分解能以上にずれていても全く誤ったデー
タを出力する恐れはない。また、ノイズによる誤動作を
防止するために入力軸の正転、逆転によるヒステリシス
を大きくした場合も同様である。
【0026】上記実施例では、2つの多回転検出信号を
用いたが、3つ以上の多回転検出信号を用いても同様の
動作を期待できる。
【0027】実施例2. 図6に示す実施例2では、波形整形回路7、8にシュミ
ットトリガインバータを用い、演算部15に2つの2相
パルス処理回路11、12と、2つのアップダウンカウ
ンタ13、14を内蔵したマイコンを使用している。図
1に示した実施例1と比較して部品点数の削減と回路の
簡素化により安価に製作できる。
【0028】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載される様な効果を奏する。
【0029】多回転検出部からの位相の異なる少なくと
も2つの多回転検出信号をアップカウント信号またはダ
ウンカウント信号に変換する第1のパルス処理回路と、
この第1のパルス処理回路からのアップカウント信号ま
たはダウンカウント信号を計数する第1のアップダウン
カウンタと、前記多回転検出部からの多回転検出信号を
反転する反転回路と、この反転回路からの反転された多
回転検出信号をアップカウント信号またはダウンカウン
ト信号に変換する第2のパルス処理回路と、この第2の
パルス処理回路からのアップカウント信号またはダウン
カウント信号を計数する第2のアップダウンカウンタ
と、前記絶対値検出部からの回転角度位置信号に基づい
て前記第1のアップダウンカウンタからの信号または前
記第2のアップダウンカウンタからの信号を選択して多
回転量を算出する演算部とを備えたので、多回転量を算
出する演算部は、絶対値検出部からの回転角度位置信号
より得られる1回転内の位置に対応して、第1のアップ
ダウンカウンタからの信号を読み取るかまたは第2のア
ップダウンカウンタからの信号を読み取るかを選択する
ことになり、多回転量を算出する演算部がアップダウン
カウンタからの信号を読み取る位置を、絶対値検出部か
らの回転角度位置に対して精度的に粗く設定しても、多
回転量を高精度で検出できる効果がある。
【0030】また、多回転検出部は90度位相の異なる
2相の多回転検出信号を生成し、演算部が第1のアップ
ダウンカウンタからの信号を計数する回転角度位置と第
2のアップダウンカウンタからの信号を計数する回転角
度位置とを180度ずらしたので、演算部は第1のアッ
プダウンカウンタからの信号を計数する回転角度位置と
正反対の位置で第2のアップダウンカウンタからの信号
を計数することになり、第1および第2のアップダウン
カウンタからの信号を計数する回転角度位置に対称性が
保たれ、信号処理の信頼性を向上できる効果がある。
【0031】さらに、演算部は第1のアップダウンカウ
ンタからの信号が変化する1回転内の回転角度位置範囲
においては第2のアップダウンカウンタからの信号を選
択し、第2のアップダウンカウンタからの信号が変化す
る1回転内の回転角度位置範囲においては第1のアップ
ダウンカウンタからの信号を選択して多回転量を算出す
るので、演算部は、第1または第2のアップダウンカウ
ンタからの信号が変化する1回転内の回転角度位置範囲
では、そのアップダウンカウンタからの信号を計数しな
いことになり、アップダウンカウンタからの安定した信
号をだけを読み取って信頼性の高い多回転量の検出がで
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1の回転検出信号処理部のブ
ロック図である。
【図2】この発明の実施例1の出力信号波形を示す図で
ある。
【図3】この発明の実施例1の入力軸の回転角度とアッ
プダウンカウンタのカウンタ点の関係を示す図である。
【図4】この発明の実施例1の入力軸の回転角度とカウ
ンタ値、角度ゾーンの関係を示す図である。
【図5】この発明の実施例1の角度ゾーンとカウンタ値
の関係を示す図である。
【図6】この発明の実施例2の回転検出信号処理部のブ
ロック図である。
【図7】従来およびこの発明の実施例1の多回転絶対値
エンコーダの構造図である。
【図8】従来の回転検出信号処理部のブロック図であ
る。
【図9】従来の出力信号波形を示す図である。
【符号の説明】
2 入力軸 3 多回転検出部 4 絶対値検出部 7 波形整形回路 8 波形整形回路 9 反転回路 10 反転回路 11 2相パルス処理回路 12 2相パルス処理回路 13 アップダウンカウンタ 14 アップダウンカウンタ 15 演算部 16 多回転検出原信号 17 多回転検出原信号 18 回転角度位置信号

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力軸の1回転内の回転角度位置を検出
    する絶対値検出部と、入力軸の回転量を検出する多回転
    検出部とを備えた多回転絶対値エンコーダにおいて、前
    記多回転検出部からの位相の異なる少なくとも2つの多
    回転検出信号をアップカウント信号またはダウンカウン
    ト信号に変換する第1のパルス処理回路と、この第1の
    パルス処理回路からのアップカウント信号またはダウン
    カウント信号を計数する第1のアップダウンカウンタ
    と、前記多回転検出部からの多回転検出信号を反転する
    反転回路と、この反転回路からの反転された多回転検出
    信号をアップカウント信号またはダウンカウント信号に
    変換する第2のパルス処理回路と、この第2のパルス処
    理回路からのアップカウント信号またはダウンカウント
    信号を計数する第2のアップダウンカウンタと、前記絶
    対値検出部からの回転角度位置信号に基づいて前記第1
    のアップダウンカウンタからの信号または前記第2のア
    ップダウンカウンタからの信号を選択して多回転量を算
    出する演算部と、を備えたことを特徴とする多回転絶対
    値エンコーダ。
  2. 【請求項2】 多回転検出部は90度位相の異なる2相
    の多回転検出信号を生成し、演算部が第1のアップダウ
    ンカウンタからの信号を計数する回転角度位置と第2の
    アップダウンカウンタからの信号を計数する回転角度位
    置とを180度ずらしたことを特徴とする請求項1記載
    の多回転絶対値エンコーダ。
  3. 【請求項3】 演算部は第1のアップダウンカウンタか
    らの信号が変化する1回転内の回転角度位置範囲におい
    ては第2のアップダウンカウンタからの信号を選択し、
    第2のアップダウンカウンタからの信号が変化する1回
    転内の回転角度位置範囲においては第1のアップダウン
    カウンタからの信号を選択して多回転量を算出すること
    を特徴とする請求項1記載の多回転絶対値エンコーダ。
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