JP3725632B2 - Incremental encoder - Google Patents

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JP3725632B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータ等の回転体の変位量、速度の検出に使用されるインクリメンタルエンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光学式インクリメンタルエンコーダの構成を図9に示す。このインクリメンタルエンコーダはLED等の発光素子1と、符号板2、検出素子3、波形整形回路4、電源電圧監視回路5、方向判別回路6、アップダウン(U/D)カウンタ7、データラッチ回路17、シリアル信号変換回路18とから構成されている。
【0003】
発光素子1はLED等の半導体発光素子や白熱球等から成り、符号板2はA相、B相の位相差信号やZ相の原点信号等を与えるスリット、切欠を有する金属、合成樹脂等の円盤で、被測定物である回転体の動作に追従して動作する。検出素子3はフォトダイオード、フォトトランジスタ等から成り、符号板2のスリット/切欠を透過した光を検出する。波形整形回路4は検出素子3の出力波形を、その後の処理に適当な波形に調整する。
【0004】
また、方向判別回路6は位相差2信号であるA相パルスとB相パルスとから回転方向を判別し、その回転方向に応じてアップカウント(UPP)あるいはダウンカウント(DOP)のパルスを出力する。アップダウン(U/D)カウンタ7は入力されたアップカウント(UPP)あるいはダウンカウント(DOP)パルスに応じて内部データをインクリメントあるいはデクリメントする。また、電源電圧監視回路からのリセット信号により、内部データをゼロクリアする。データラッチ回路17は、アップダウン(U/D)カウンタ7の出力信号(DI)や原点信号Zをシリアルデータの転送周期に応じて保持する。シリアルデータ変換回路18は、データラッチ回路17からのカウントデータ(DIo)、原点信号(Zo)をシリアルデータ(SD)に変換して出力すると共に、ラッチタイミングパルス(LTS)をデータラッチ回路に与える。
【0005】
次にこのようなインクリメンタルエンコーダの動作を説明する。
【0006】
図10は図9のインクリメンタルエンコーダの動作を示すタイムチャートである。符号板2が回転すると、回転方向に応じて位相状態の異なるA相とB相のパルスが現れる。いま、符号板2が逆方向(CCW)に回転している場合を考えると、図10のCCW領域で示されるA,B相パルスが生じる。
【0007】
ここで、方向判別回路6はA相、B相パルスの立ち上がり、立ち下がりエッジとレベルの論理積(AND)で出力信号を生じるものとする。そして、(1)の例では前記論理積(AND)の処理時間を非常に短くした場合を、(2)の例ではAND処理時間にTF 要した場合を示す。また、(イ)で示す区間は正常な位相状態を、(ロ)、(ハ)で示す区間は位相がずれたため一方の区間(ロ)の信号幅が規格の最小値にまで短くなった場合を、(二)で示される区間はノイズが生じた場合をそれぞれ示す。
【0008】
そして、(1)の例では処理時間が短いため、ノイズにも追従してミスカウントを生じている(・・・n+4、n+3、n+4、n+3・・・)。但し、この場合、見かけ上A相とB相の位相関係が逆転するので、アップカウントとダウンカウントの信号がそれぞれ1つずつ生じ、結果としてはカウンタの内容は正常値となっている。(2)の例では、処理時間にTF だけ遅れが生じるので、ノイズには追従しなくなるものの、区間(ロ)のB相の立ち上がりにも追従できなくなり、規格値内の信号を読み落とし、ミスカウントを生じている
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のインクリメンタルエンコーダではA,B相信号の位相差精度は、信号周期Tを1としたときに、位相差精度は、位相差Xn≧0.125T(n=1、2、3、4・・・)で表される。そして、このような位相差のA,B相信号の個々のエッジを検出して、信号周期(応答周波数)の4逓倍カウントを行う場合、その処理速度は信号周期(応答周波数)の8倍以上必要であり、このためノイズ成分にも追従しやすくなる。
【0010】
また、Z相信号をシリアル信号に変換して出力する場合、シリアル信号の転送周期Tcyc よりZ相の信号幅が短い場合(高速回転時等)、Z相を検出できず、シリアル信号を送出できない状態が生じる。一方、シリアル信号転送中に伝送ラインにノイズが乗った場合、Z相信号のデータが受信側で認識できない場合があり、原点未確認による重大な誤動作の生じる原因となっていた。
【0011】
また、個々のデータがシリアル信号で間欠的に出力されるため、受信側の機器での信号処理(データの判別、演算等)が煩雑となり、回路が複雑となるという不都合があった。
【0012】
さらに、電源投入毎に移動位置に対するアップダウンカウンタのデータが異なり、受信側の機器でのデータ処理を困難にしていた。
【0013】
この発明の目的はノイズによるカウントミスを防止し、しかも応答処理速度の早いインクリメンタルエンコーダを提供することにある。
【0014】
また、他の目的は受信側の機器で受信したデータの処理、あるいは電源投入時のデータの処理が容易なインクリメンタルエンコーダを提供することにある。
【0015】
また、他の目的は受信側の機器に対してZ相を確実に検出し、認識させることの可能なインクリメンタルエンコーダを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は以下の構成により達成される。
(1) 少なくとも被測定物の回転に応じて位相差2信号と原点信号を与えるコード信号発生部と、前記コード信号発生部からの位相差2信号により得られるインクリメンタルデータのカウントを行うデータカウント部を有し、
前記データカウント部は位相差2信号により回転方向を判別しかついずれか一方の信号の変化点に対してカウント信号を発生する方向判別手段と、前記方向判別手段からのカウント信号を計数する計数手段と、位相差2信号から下位2ビットのデータを作製する下位データ作製手段と、位相差2信号のいずれかの信号の変化点から次の変化点までの時間が所定の時間TF 以上の場合にのみ読込タイミングを与えるタイミング手段と、前記計数手段のデータに最下位ビットから3ビット以上の重みを与えて前記下位2ビットのデータと一体とし、かつこのデータを前記タイミング手段からの読込タイミングにより読み込みカウントデータとするデータ保持手段とを備えたインクリメンタルエンコーダ。
(2) 前記タイミング手段の所定の時間TF はその最大値が位相差2信号であるA相、B相パルスの1/4周期未満である上記(1)のインクリメンタルエンコーダ。
(3) 少なくとも被測定物の回転に応じて位相差2信号と原点信号を与えるコード信号発生部と、前記コード信号発生部からの位相差2信号により得られるインクリメンタルデータのカウントを行うデータカウント部と、カウントデータを転送する際のデータの連続性を判断するデータ連続性判断部を有し、
前記データ連続性判断部は前回転送したデータと現在転送するデータとを保持するデータ保持手段と、このデータ保持手段から得られる前回転送したデータと現在転送するデータとを比較し、その差が所定の基準値K以下か否かを判断しその結果を出力するデータ比較手段とを有するインクリメンタルエンコーダ。
(4) 前記データカウント部は上記(1)または(2)のデータカウント部である上記(3)のインクリメンタルエンコーダ。
(5) さらに、前記原点信号の信号幅が所定の信号幅N+1未満である場合には所定の信号幅N+1として送出する原点信号正規化部を備えた上記(1)のインクリメンタルエンコーダ。
(6) 前記原点信号正規化部はZ相信号をA,B相信号の4分割領域のいずれかに同期させるZ相信号同期手段と、カウントデータをシリアル信号として転送するためのサンプリング信号とを入力し前記Z相信号同期手段からの出力が前記サンプリング信号により認識される回数が所定の回数N以下である場合には所定回数N+1に相当する信号長として出力するZ0 信号処理手段とを備えた上記(5)のインクリメンタルエンコーダ。
(7) 前記Z0 信号処理手段はA,B相信号から得られる回転方向データを入力し、回転方向が変化した場合には原点信号の送出を停止する上記(6)のインクリメンタルエンコーダ。
(8) 上記(3)のデータ連続性判断部を有し、前記原点信号正規化部は前記データ連続性判断部からの出力により転送データの連続性が無いと認識した場合には原点信号の送出を停止する上記(7)のインクリメンタルエンコーダ。
(9) 外部からカウンタクリア信号CLRとZ相/あるいはこれに代わる信号とを入力したとき、またはカウンタクリア信号CLR入力後Z相/あるいはこれに代わる信号を入力したときに計数手段のデータをゼロクリアするカウントデータ一致手段13を備えた上記(1)ないし(8)いずれかのインクリメンタルエンコーダ。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明のインクリメンタルエンコーダは、被測定物の回転に応じて位相差2信号と原点信号を与えるコード信号発生部21と、前記コード信号発生部からの位相差2信号により、回転方向に応じアップダウンのカウント信号、UPP(論理否定/反転記号を省略する)またはDOP(論理否定/反転記号を省略する)を出力する方向判別手段6と、この信号のカウントを行いカウントデータを出力する計数手段7と、位相差2信号から下位2ビットのデータを作製する下位データ作製手段9と、位相差2信号のいずれかの信号の変化点から次の変化点までの時間が所定の時間TF 以上の場合にのみ読込タイミングである読込信号を与えるタイミング手段8と、前記計数手段7のデータに最下位ビットから3ビット以上の重みを与えて前記下位2ビットのデータと一体とし、かつこのデータを前記タイミング手段からの読込信号により読み込み、カウントデータとするデータ保持手段12とを備えたデータカウント部22を有する。また、前記タイミング手段の所定の時間TF はその最大値が位相差2信号であるA相、B相パルスの一周期の1/4未満である。
【0018】
また、前回転送したデータDAと現在転送するデータDBとを保持するデータ保持手段14,15と、このデータ保持手段14、15から得られる前回転送したデータと現在転送するデータとを比較し、その差が所定の基準値K以下か否かを判断しその結果を出力するデータ比較手段16とを備えたデータ連続性判断部24を有する。
【0019】
また、前記原点信号(Z相信号)の信号幅が所定の信号幅以下(≦N)である場合には所定の信号幅(N+1)として送出する原点信号正規化部23を有し、この原点信号正規化部23はZ相信号をA,B相信号の4分割領域のいずれかに同期させるZ相信号同期手段10と、カウントデータをシリアル信号として転送するためのサンプリング信号LTSとを入力し前記Z相信号同期手段10からの出力が前記サンプリング信号LTSにより認識される回数が所定の回数N以下である場合には所定回数N+1に相当する信号長Z1 として出力するZ0 信号処理手段11とを備える。
さらに、外部からカウンタクリア信号CLRとZ相信号同期手段10からのZ0 信号(Z相信号に代わる信号)とを入力したとき、あるいはカウンタクリア信号CLR入力後Z0 信号を入力したときに計数手段のデータをゼロクリアするカウントデータ一致手段13を備える。
【0020】
【実施例】
次に本発明のより具体的な構成について説明する。
【0021】
図1は本発明にかかるインクリメンタルエンコーダの基本構成を示したブロック図である。このインクリメンタルエンコーダは、コード信号発生部21としての発光素子1と、符号板2、検出素子3、波形整形回路4とを備え、電源電圧監視回路5と、データカウント部22としての方向判別回路6、アップダウン(U/D)カウンタ7、タイミング処理回路8、符号変換回路9、データラッチ回路12とを備え、原点信号正規化部23としてのZ0信号同期ゲート10、Z0 信号処理回路11とを備え、データ連続性判断部24としてのデータラッチ回路14、データラッチ回路15、データ比較回路16とを備え、シリアル信号送出部25としてデータラッチ回路17、シリアル信号変換回路18とを備え、さらにカウンタクリア回路13を備える。
【0022】
発光素子1はLED、LD等の半導体発光素子や白熱球、冷陰極管、プラズマ発光素子、蛍光発光体等から成り、符号板2はA相、B相の位相差信号やZ相の原点信号等を与えるスリット/切欠を有する金属、合成樹脂等から成る円盤で、被測定物である回転体の動作に追従して動作する。検出素子3はフォトダイオード、フォトトランジスタ等の光/電気変換素子から成り、符号板2を介して前記発光素子と対応する位置にあり、符号板2のスリット/切欠を透過した光を検出する。波形整形回路4は検出素子3の出力波形を、その後の処理に適当なレベルの波形に調整する。
【0023】
また、方向判別回路6は位相差2信号であるA相パルスとB相パルスとから回転方向を判別し、その回転方向に応じて、A相(あるいはB相)1パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりに対応してアップカウント(UPP:論理否定/反転記号を省略する。以下同)あるいはダウンカウント(DOP)のパルスを出力する。アップダウン(U/D)カウンタ7は入力されたアップカウント(UPP)あるいはダウンカウント(DOP:論理否定/反転記号を省略する。以下同)パルスに応じて内部データをインクリメントあるいはデクリメントする。また、電源電圧監視回路5からのリセット信号RES、あるいは後述のように外部からのカウンタクリア信号CLRと原点信号Z0 を処理するカウンタクリア回路13からのデータクリア信号CLDにより内部データをゼロクリアする。なお、電源電圧監視回路5は電源電圧が所定値以下になったとき、あるいは電源投入時にリセット信号RESを出力する。
【0024】
符号変換回路9はA相、B相パルスの符号を変換し、LSB側からの2ビットのデータDLSB として出力する。タイミング処理回路8はA相、B相パルスの各変化エッジを検出し、ある変化点から次の変化点までの時間が所定の時間TF 以上の時にのみ読込信号LTIを出力する。データラッチ回路12はアップダウン(U/D)カウンタ7からの出力DCを22 の位のデータとし、符号変換回路DLSB からの出力を20 と、21 の位のデータとして、タイミング処理回路からの読込信号LTIによりラッチする。
【0025】
データラッチ回路14はシリアル信号の転送周期に同期して、データラッチ回路12からの出力DIを信号LTSによりラッチする。さらにデータラッチ回路15はデータラッチ回路14からの出力DBをデータラッチ信号LTSによりラッチする。データ比較回路16はデータラッチ回路14の出力データDBと、データラッチ回路15の出力データDAとを比較し、その差が基準値K以下か、K+1以上かを判別し、その結果を連続性確認信号SCとして出力する。ここで基準値KはK≧0であって、シリアル信号の転送周期による遅れ量を判別するのに適当な値で、予め設定されるものである。
【0026】
Z0 信号同期ゲート10は、例えば図2に示すようにZ相信号をA,B相の位相差パルスによって得られる4領域(X1,X2,X3,X4)の、いずれか一つの領域と同期した信号Z0 を出力する。Z0 信号処理回路は、Z0 信号同期ゲート10の出力Z0 方向判別回路からの出力DIR、およびシリアル信号の転送周期に同期したサンプリングパルスLTSを入力し、このサンプリングパルスLTSによりZ0 信号を検出し、全回転速度域で検出したZ0 信号を検出回数長のパルス2Z0 とし、所定の高回転速度領域で設定回数N以下検出したZ0 信号をN+1検出回数長のパルス1Z0 とし、前記サンプリングパルスLTSの間隙にのみ検出したZ0 信号をN+1検出回数長のパルス0Z0 とし、かつ回転方向の変化を前記DIR入力により判断して前記各入力条件をキャンセルし、前記各パルス2Z0 ,1Z0 ,0Z0 の論理和(OR)信号Z1 を出力する。つまり、Z0 信号検出時には最も近いサンプリングパルスLTSのタイミングよりN+1回シリアル信号により原点検出情報が転送される。さらに、原点復帰動作時等に前記連続性確認信号SCを入力し、連続性以上のSC信号を検出した場合にはZ1 信号の送出を停止し、確実な原点復帰動作を行えるようにする。
【0027】
データラッチ回路17はアップダウン(U/D)カウンタからのデータであるデータラッチ回路14の出力信号DBや、データ比較回路16の出力信号SC、Z0 信号処理回路11の出力Z1 をシリアル信号の転送周期に同期したサンプリングパルスLTSによりラッチし、それぞれラッチ信号DIo、SCo、Z1oとして出力する。シリアル信号変換回路18は、所定の転送周期Tcyc ごとに入力した信号をシリアル信号SDに変換して送出すると共に、転送するデータの入力(ラッチ)タイミングを与えるサンプリング信号LTSを出力する。
【0028】
次に本発明のエンコーダ各部の動作について、より詳細に説明する。
【0029】
<データカウント部>
図3はデータカウント部22の動作を示すタイミングチャートである。
【0030】
ここで符号変換回路9により与えられるLSBからの2ビットの信号DLSB は図2に示すようにA相、B相パルスの位相差より得られ、絶対位置データbit0、bit1の符号に変換したものである。そして、この2ビットの信号DLSB が下位2ビット、つまり20 と、21 の位のデータとなる。方向判別回路6からの出力であるUPPあるいはDOP(論理否定/反転記号は省略する。以下同)は、この例では位相差信号の一方であるA相パルスの変化点に対応し、回転方向に応じていずれか一方が出力される。そしてUPPあるいはDOP信号を入力し、カウントするアップダウン(U/D)カウンタ7の出力データDCは、下位2ビットであるDLSB 以上の信号として扱われる。つまり、22 の位以上の重みが与えられる。従って、図3はエンコーダがCCW方向に回転しているので、上記データDLSB 、DCともに減少する。
【0031】
ここで、(イ)で示す区間は正常な位相状態を、(ロ)、(ハ)で示す区間は、位相がずれたために一方の区間(ロ)の信号幅が規格の最小値にまで短くなってしまった場合を、(二)で示される区間はノイズが生じた場合をそれぞれ示す。そして、タイミング処理回路8の出力LTIは、A相、B相いずれかの変化点から次の変化点まで所定の時間TF 以上のときに出力される。従って、区間(二)で生じたノイズによるA相の誤動作信号では、アップダウン(U/D)カウンタ7の出力DC、符号変換回路9の出力DLSB はそれぞれ変化するものの、データラッチ信号LTIが出力されないため(信号幅がTF 以下)データラッチ回路12には入力されない。そして、正常な信号状態に復帰するとアップダウン(U/D)カウンタ7の出力DC、符号変換回路9の出力DLSB はそれぞれ正常値になり、このときデータラッチ信号LTIが出力され、正常なデータが出力される。
【0032】
また、区間(ロ)で規格値最小限の信号幅となった場合、データラッチ信号LTIは出力されないものの、符号変換回路9の出力DLSB は変化し(3→2)、次のデータラッチ信号LTIにおいてはさらに変化した状態のデータ(n+3→n+1)がラッチされる。
【0033】
このように、従来は0.125T未満と規定されていた信号処理の遅れ時間が、0.25T未満となり、アップダウン(U/D)カウンタ7の誤動作レベルの許容値を大きくできる(ここでTはA,B相パルスの信号周期である)。
【0034】
また、データDIの総計数量は、A,B相信号の1回転以内のパルス数をP(パルス/回転)、最高回転数をM(r/min )としたとき、最高応答周波数をFAB(Hz)、このときの信号周期をTAB(s)、シリアル信号のデータ転送周期をTCYC (s)、シリアル信号が連続してノイズにより誤動作しても問題のない回転数をNとすると、
総計数量>TCYC ・N・2/TAB
(TAB=1/FAB=60/P・M・4)
により求まる。このデータDIの総計数量を持つデータラッチ回路12(アップダウン(U/D)カウンタ総計数量は1/4)、およびシリアル信号変換回路18を用意することにより、N回連続してシリアル信号がノイズ等により誤動作しても、シリアル信号の受信側で、その前後のデータから正常値を判断できる。
【0035】
<データ連続性判断部>
図4はデータ連続性判断部24の動作を示したタイミングチャートである。
【0036】
アップダウン(U/D)カウンタ7のデータを有するデータラッチ回路12の出力DIは、シリアル信号変換回路18のサンプリングパルスLTS毎にサンプリングされ、シリアルデータSDとして出力されるとともに、データラッチ回路14に保持されデータDBとなる。また、このデータラッチ回路14の出力DBについて、前回のシリアル転送時のデータはデータラッチ回路15に保持されデータDAとなる。そして前回の送信データであるデータラッチ回路15の出力DAと現在の送信データとなるデータラッチ回路14の出力DBとをデータ比較回路16により比較する。このデータ比較回路16には、予め許容範囲となる基準値Kが設定されている。そして、2つのデータDB,DAの差がK以下であれば、データには連続性があると判断し、その差がK+1以上の場合には連続性がないと判断し、その結果をデータ連続性信号SCとして出力する。この例では、連続性がない場合(K+1以上の場合)を、ハイレベルとしている。このように、基準値Kに適当な値を選ぶことにより、簡単にシリアルデータの転送周期TCYC の遅れ量、遅れ時間が予測できる。
【0037】
<原点信号正規化部>
図5、図6は原点信号正規化部23の動作を示すタイミングチャートで、図5は回転方向判別回路6からの回転方向判別信号DIRが変化しない場合、図6は回転方向判別信号DIRが変化した場合を示している。
【0038】
図5において、通常A相、B相パルスとZ相信号とは同期していない。しかし、図2で示したようにA,B相のパルスとその位相差により規定される4領域(X1,X2,X3,X4)のいずれかに、同期させることはできる。これを、Z0 信号同期ゲート10により行い、Z相信号を同期させてZ0 信号とする。そして、Z0 信号処理回路11により、シリアル信号の転送周期に同期したサンプリングパルスLTSを用いてZ0 信号を検出する。ここでエンコーダの全速度領域においては〔領域(1)の例〕、サンプリングパルスLTSの検出タイミングに同期したZ0 の信号を2Z0 と規定する。また、予め決められた回転数以上では〔領域(2)の例〕 、サンプリングパルスLTSで検出される一連のZ0 信号が、規定値N回の検出回数以下である場合にはN+1回のサンプリングパルスLTSに同期した信号長の信号を1Z0 と規定する。また、サンプリングパルスLTSの間隙でのみZ相信号を検出した場合には〔領域(3)の例〕、最も近い次のサンプリングパルスLTSからN+1回のサンプリングパルスLTSに同期した信号長の信号を0Z0 と規定する。
【0039】
このようにして規定された各信号2Z0 、1Z0 、0Z0 の論理和(OR)をZ相のデータ信号Z1 として出力する。さらに、図6に示すように、図5と同様な動作条件でも回転方向判別信号DIRにより、回転方向の変化を検出した場合には、その時点で入力条件をキャンセルする。従って、信号Z1 は次のサンプリングパルスのタイミングLTSで消滅する。
【0040】
このような、Z0 信号処理回路のより具体的な構成例を図7に示す。この例ではZ0 信号検出回路111、N回以下検出回路112、LTS間検出回路113、N+1同期回路114、N+1同期回路115、方向判別信号検出回路116およびORゲート117により構成されている。
【0041】
Z0 信号検出回路111は、入力したZ0 信号をLTS信号に同期して検出し、2Z0 信号を出力する。N回以下検出回路112はZ0 の信号長がLTSのタイミングでN回以下の場合に1Z01信号を出力し、これをN+1同期回路114にてN+1の信号長1Z0 にして出力する。LTS間検出回路113は、LTS信号のタイミングの間隙にあるZ0 信号を検出して0Z01信号を出力し、N+1同期回路115にてN+1の信号長0Z0 にして出力する。方向判別信号検出回路116は、方向判別信号DIRの変化を検出するとCL信号を送出し、N回以下検出回路112、LTS間検出回路113をクリアリセットする。ORゲート117は前記0Z0 、1Z0 、2Z0 の論理和(OR)を出力する。
【0042】
さらに、図8に示すようにデータ比較回路16からのデータ連続性信号SCを入力し、論理否定(NOT)ゲート118を介して前記論理和(OR)ゲート117の出力とを論理積(AND)ゲート119に入力して出力信号Z1 とすることもできる。このようにすることで、データの連続性を喪失した場合には原点信号Z1 を禁止し、連続性を喪失して信頼性の乏しい原点信号Z1が、受信側機器に認識されるのを防止できる。
【0043】
以上のように、回転数が速くなり、Z相信号の見かけの信号幅が短くなった場合や、ノイズの影響を受けた場合でも、一定の信号幅(N+1)を確保することにより確実に原点を認識させることができ、原点の見落としによる誤動作を防止できる。また、低速動作では検出する信号幅が大きいので、そのままでも問題を生じることはなく、精度も確保できる。
【0044】
<カウンタクリア回路>
カウンタクリア回路13は外部からカウンタクリア信号CLRとZ相信号同期手段10からのZ0 信号(Z相信号に代わる信号)とを入力したとき、その論理積(AND)、あるいはカウンタクリア信号CLRを保持し、Z0 信号信号を入力したときにその論理積であるデータクリア信号CLDを出力し、アップダウン(U/D)カウンタ7のデータをゼロクリアする。これにより、電源投入時やリセット時等の後、Z相を検出するとカウントデータDIはゼロにリセットされ、その後の原点からの位置データは常に一定の値となり、データ受信側での処理が容易となる。
【0045】
なお、上記インクリメンタルエンコーダは光学式を例に挙げたが、コード信号発生部21の構成はこれに限定されるものではなく、接触式や、磁気式、その他回転運動を所定の位相差信号と1回転に1回出力される原点信号を規定可能なものであればよい。また、上記インクリメンタルエンコーダはA相、B相およびZ相を扱うものとして記載したが、例えば、ACサーボモータのように磁極位置を(U,V,W)検出し、上記A相、B相およびZ相パルスとともに回転位置、あるいはこれを正弦波信号として制御を行う場合等の正規化手段、あるいは補助手段として用いるタイプのエンコーダにも適用可能である。
【0046】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ノイズによるカウントミスを防止し、しかも応答処理速度の早いインクリメンタルエンコーダを提供できる。
【0047】
また、受信側の機器で受信したデータの処理、あるいは電源投入時のデータの処理が容易なインクリメンタルエンコーダを提供できる。
【0048】
また、受信側の機器に対してZ相を確実に検出し、認識させることの可能なインクリメンタルエンコーダを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインクリメンタルエンコーダの基本構成を示したブロック図である。
【図2】A相、B相パルスとZ0信号およびDLSB 信号の関係を示したタイミングチャートである。
【図3】カウントデータ正規化部の動作を示したタイミングチャートである。
【図4】データ連続性確認部の動作を示したタイミングチャートである。
【図5】Z0 信号処理部の動作を示したタイミングチャートで、DIR信号が変化しない場合である。
【図6】Z0 信号処理部の動作を示したタイミングチャートで、DIR信号が変化した場合である。
【図7】Z0 信号処理部のより詳細な構成を示したブロック図である。
【図8】Z0 信号処理部のより詳細な構成を示したブロック図で、連続性確認信号を入力する場合の構成例を示した図である。
【図9】従来のインクリメンタルエンコーダの構成を示したブロック図である。
【図10】図9のインクリメンタルエンコーダの動作を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 発光素子
2 符号板
3 検出素子
4 波形整形回路
5 電源電圧監視回路
6 方向判別回路
7 アップダウン(U/D)カウンタ
8 タイミング処理回路
9 符号変換回路
10 Z0 信号処理ゲート
11 Z0 信号処理回路
12 データラッチ回路
13 カウンタクリア回路
14 データラッチ回路
15 データラッチ回路
16 データ比較回路
17 データラッチ回路
18 シリアル信号変換回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an incremental encoder used for detecting a displacement amount and speed of a rotating body such as a motor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 shows the configuration of a conventional optical incremental encoder. The incremental encoder includes a light emitting element 1 such as an LED, a code plate 2, a detection element 3, a waveform shaping circuit 4, a power supply voltage monitoring circuit 5, a direction determination circuit 6, an up / down (U / D) counter 7, and a data latch circuit 17. And the serial signal conversion circuit 18.
[0003]
The light emitting element 1 is composed of a semiconductor light emitting element such as an LED, an incandescent bulb, etc., and the code plate 2 is made of a slit, a metal having a notch, a synthetic resin, or the like that provides an A phase, B phase phase difference signal, a Z phase origin signal, The disk operates following the operation of the rotating body that is the object to be measured. The detection element 3 includes a photodiode, a phototransistor, and the like, and detects light transmitted through the slits / notches of the code plate 2. The waveform shaping circuit 4 adjusts the output waveform of the detection element 3 to a waveform suitable for the subsequent processing.
[0004]
Further, the direction discriminating circuit 6 discriminates the rotation direction from the A-phase pulse and the B-phase pulse which are two phase difference signals, and outputs an up count (UPP) or down count (DOP) pulse according to the rotation direction. . The up / down (U / D) counter 7 increments or decrements internal data in accordance with the input up count (UPP) or down count (DOP) pulse. Further, the internal data is cleared to zero by a reset signal from the power supply voltage monitoring circuit. The data latch circuit 17 holds the output signal (DI) of the up / down (U / D) counter 7 and the origin signal Z in accordance with the serial data transfer cycle. The serial data conversion circuit 18 converts the count data (DIo) and the origin signal (Zo) from the data latch circuit 17 into serial data (SD) and outputs it, and also gives a latch timing pulse (LTS) to the data latch circuit. .
[0005]
Next, the operation of such an incremental encoder will be described.
[0006]
FIG. 10 is a time chart showing the operation of the incremental encoder of FIG. When the code plate 2 rotates, A-phase and B-phase pulses having different phase states appear according to the rotation direction. Considering the case where the code plate 2 is rotating in the reverse direction (CCW), A and B phase pulses shown in the CCW region of FIG. 10 are generated.
[0007]
Here, it is assumed that the direction discriminating circuit 6 generates an output signal by the logical product (AND) of the rising and falling edges of the A-phase and B-phase pulses and the level. In the example of (1), the case where the processing time of the logical product (AND) is very short is shown, and in the example of (2), the case where TF is required for the AND processing time is shown. In addition, the section indicated by (A) is in a normal phase state, and the sections indicated by (B) and (C) are out of phase, so the signal width of one section (B) is shortened to the standard minimum value. The sections indicated by (2) show the cases where noise occurs.
[0008]
In the example of (1), since the processing time is short, miscounting occurs following the noise (... N + 4, n + 3, n + 4, n + 3...). However, in this case, since the phase relationship between the A phase and the B phase is apparently reversed, one up count signal and one down count signal are generated, and as a result, the contents of the counter are normal values. In the example of (2), since the processing time is delayed by TF, it will not follow the noise, but it will not be able to follow the rise of the B phase in the section (b), and the signal within the standard value will be missed. Producing a count
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in the conventional incremental encoder, when the signal period T is 1, the phase difference accuracy of the A and B phase signals is the phase difference Xn ≧ 0.125T (n = 1, 2, 3). 4 ...). When detecting individual edges of the phase difference A and B phase signals and counting the signal period (response frequency) by four, the processing speed is at least eight times the signal period (response frequency). It is necessary, and therefore it is easy to follow the noise component.
[0010]
Also, when the Z-phase signal is converted into a serial signal and output, if the Z-phase signal width is shorter than the serial signal transfer cycle Tcyc (such as during high-speed rotation), the Z-phase cannot be detected and the serial signal cannot be transmitted. A state arises. On the other hand, if noise occurs on the transmission line during serial signal transfer, the Z-phase signal data may not be recognized on the receiving side, causing a serious malfunction due to unidentified origin.
[0011]
In addition, since individual data is intermittently output as serial signals, signal processing (data discrimination, calculation, etc.) at the receiving device is complicated, and there is a disadvantage that the circuit becomes complicated.
[0012]
Furthermore, the data of the up / down counter with respect to the moving position is different every time the power is turned on, making it difficult to process data in the receiving device.
[0013]
An object of the present invention is to provide an incremental encoder that prevents counting errors due to noise and that has a high response processing speed.
[0014]
Another object of the present invention is to provide an incremental encoder that can easily process data received by a receiving device or process power-on data.
[0015]
Another object of the present invention is to provide an incremental encoder capable of reliably detecting and recognizing a Z phase with respect to a receiving device.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the following configuration.
(1) A code signal generation unit that provides a phase difference 2 signal and an origin signal according to at least the rotation of the object to be measured, and a data count unit that counts incremental data obtained from the phase difference 2 signal from the code signal generation unit Have
The data counting unit discriminates the rotational direction based on the phase difference 2 signal and generates a count signal for the change point of one of the signals, and the counting unit counts the count signal from the direction discriminating means. Low-order data generation means for generating low-order 2-bit data from the phase difference 2 signal, and when the time from the change point of one of the phase difference 2 signals to the next change point is equal to or longer than a predetermined time TF Timing means for providing only the read timing, and giving the weight of 3 bits or more from the least significant bit to the data of the counting means so as to be integrated with the data of the lower 2 bits, and reading this data at the read timing from the timing means An incremental encoder comprising data holding means for counting data.
(2) The incremental encoder according to (1), wherein the predetermined time TF of the timing means has a maximum value less than a quarter cycle of the A-phase and B-phase pulses which are two phase difference signals.
(3) A code signal generation unit that provides a phase difference 2 signal and an origin signal according to at least the rotation of the object to be measured, and a data count unit that counts incremental data obtained from the phase difference 2 signal from the code signal generation unit And a data continuity determination unit for determining the continuity of data when transferring the count data,
The data continuity determination unit compares data holding means for holding previously transferred data and data to be transferred at the present time with data transferred at the previous time obtained from the data holding means and the data to be transferred at present. Incremental encoder having data comparison means for judging whether or not the value is equal to or less than a reference value K and outputting the result.
(4) The incremental encoder according to (3), wherein the data count unit is the data count unit according to (1) or (2).
(5) The incremental encoder according to (1), further including an origin signal normalization unit that sends out the signal as the predetermined signal width N + 1 when the signal width of the origin signal is less than the predetermined signal width N + 1.
(6) The origin signal normalization unit includes a Z-phase signal synchronization means for synchronizing the Z-phase signal to one of the four divided areas of the A and B phases, and a sampling signal for transferring the count data as a serial signal. Z0 signal processing means for outputting as a signal length corresponding to the predetermined number N + 1 when the number of times the input and the output from the Z-phase signal synchronizing means are recognized by the sampling signal is less than or equal to the predetermined number N The incremental encoder according to (5) above.
(7) The incremental encoder according to (6), wherein the Z0 signal processing means inputs rotational direction data obtained from the A and B phase signals and stops sending the origin signal when the rotational direction changes.
(8) The data continuity determining unit of (3) is provided, and the origin signal normalizing unit recognizes that there is no continuity of the transfer data based on the output from the data continuity determining unit. The incremental encoder according to (7), which stops sending.
(9) The counter means data is cleared to zero when the counter clear signal CLR and the Z-phase / or alternative signal are input from the outside, or when the Z-phase / or alternative signal is input after the counter clear signal CLR is input. Incremental encoder according to any one of (1) to (8), further comprising count data matching means 13 for performing the above.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The incremental encoder according to the present invention includes a code signal generation unit 21 that provides a phase difference 2 signal and an origin signal in accordance with the rotation of the object to be measured, and a phase difference 2 signal from the code signal generation unit. Direction discriminating means 6 for outputting a count signal, UPP (logical negation / inversion symbol omitted) or DOP (logical negation / inversion symbol omitted), and counting means 7 for counting this signal and outputting count data And lower data generating means 9 for generating lower 2 bit data from the phase difference 2 signal, and the time from the change point of any one of the phase difference 2 signals to the next change point is a predetermined time TF or more Timing means 8 for providing a read signal as a read timing only to the data, and giving the weight of 3 bits or more from the least significant bit to the data of the counting means 7 in the lower order And integral with the bit data, and has read the data count unit 22 and a data holding means 12 for the count data with this data by reading the signal from the timing means. The predetermined time TF of the timing means has a maximum value less than 1/4 of one cycle of the A-phase and B-phase pulses, which are two phase difference signals.
[0018]
Further, the data holding means 14 and 15 for holding the previously transferred data DA and the currently transferred data DB are compared with the previously transferred data obtained from the data holding means 14 and 15 and the currently transferred data. It has a data continuity determination unit 24 that includes data comparison means 16 that determines whether or not the difference is equal to or less than a predetermined reference value K and outputs the result.
[0019]
In addition, when the signal width of the origin signal (Z-phase signal) is equal to or less than a predetermined signal width (≦ N), the origin signal normalization unit 23 that transmits the signal as a predetermined signal width (N + 1) is provided. The signal normalization unit 23 inputs the Z-phase signal synchronization means 10 for synchronizing the Z-phase signal to one of the four divided regions of the A and B phases, and the sampling signal LTS for transferring the count data as a serial signal. Z0 signal processing means 11 for outputting the signal length Z1 corresponding to the predetermined number N + 1 when the number of times the output from the Z-phase signal synchronizing means 10 is recognized by the sampling signal LTS is equal to or less than the predetermined number N; Prepare.
Further, when the counter clear signal CLR and the Z0 signal from the Z-phase signal synchronization means 10 (signal replacing the Z-phase signal) are input from the outside, or when the Z0 signal is input after the counter clear signal CLR is input, the counting means Count data matching means 13 for clearing data to zero is provided.
[0020]
【Example】
Next, a more specific configuration of the present invention will be described.
[0021]
FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of an incremental encoder according to the present invention. This incremental encoder includes a light emitting element 1 as a code signal generation unit 21, a code plate 2, a detection element 3, and a waveform shaping circuit 4, a power supply voltage monitoring circuit 5, and a direction determination circuit 6 as a data count unit 22. , An up / down (U / D) counter 7, a timing processing circuit 8, a sign conversion circuit 9, and a data latch circuit 12, and a Z0 signal synchronization gate 10 and a Z0 signal processing circuit 11 as an origin signal normalization unit 23. A data latch circuit 14, a data latch circuit 15, and a data comparison circuit 16 as a data continuity determination unit 24; a data latch circuit 17 and a serial signal conversion circuit 18 as a serial signal transmission unit 25; and a counter A clear circuit 13 is provided.
[0022]
The light-emitting element 1 is composed of a semiconductor light-emitting element such as an LED or LD, an incandescent bulb, a cold cathode tube, a plasma light-emitting element, a fluorescent light emitter, etc., and the code plate 2 is a phase difference signal of A phase or B phase or an origin signal of Z phase. It is a disk made of a metal having a slit / notch for providing the like, a synthetic resin, etc., and follows the operation of the rotating body as the object to be measured. The detection element 3 is composed of a light / electric conversion element such as a photodiode or a phototransistor, is located at a position corresponding to the light emitting element via the code plate 2, and detects light transmitted through the slit / notch of the code plate 2. The waveform shaping circuit 4 adjusts the output waveform of the detection element 3 to a waveform having a level suitable for the subsequent processing.
[0023]
Further, the direction discriminating circuit 6 discriminates the rotation direction from the A-phase pulse and the B-phase pulse which are two phase difference signals, and at the rising or falling edge of the A-phase (or B-phase) 1 pulse according to the rotation direction. Correspondingly, an up-count (UPP: logic negation / inversion symbol is omitted; the same applies hereinafter) or down-count (DOP) pulses are output. The up / down (U / D) counter 7 increments or decrements the internal data according to the input up count (UPP) or down count (DOP: logic negation / inversion symbol is omitted; the same applies hereinafter) pulses. Further, the internal data is cleared to zero by a reset signal RES from the power supply voltage monitoring circuit 5 or a data clear signal CLD from a counter clear circuit 13 for processing an external counter clear signal CLR and an origin signal Z0 as will be described later. The power supply voltage monitoring circuit 5 outputs a reset signal RES when the power supply voltage becomes lower than a predetermined value or when the power is turned on.
[0024]
The code conversion circuit 9 converts the codes of the A-phase and B-phase pulses and outputs them as 2-bit data DLSB from the LSB side. The timing processing circuit 8 detects each change edge of the A-phase and B-phase pulses, and outputs the read signal LTI only when the time from one change point to the next change point is equal to or longer than a predetermined time TF. The data latch circuit 12 outputs the output DC from the up / down (U / D) counter 7 to 2 2 The output from the sign conversion circuit DLSB is 2 0 And 2 1 Is latched by the read signal LTI from the timing processing circuit.
[0025]
The data latch circuit 14 latches the output DI from the data latch circuit 12 with the signal LTS in synchronization with the serial signal transfer cycle. Further, the data latch circuit 15 latches the output DB from the data latch circuit 14 by the data latch signal LTS. The data comparison circuit 16 compares the output data DB of the data latch circuit 14 with the output data DA of the data latch circuit 15, determines whether the difference is the reference value K or less, or K + 1 or more, and confirms the result for continuity. Output as signal SC. Here, the reference value K is K ≧ 0, and is a value appropriate for determining the amount of delay due to the serial signal transfer cycle, and is set in advance.
[0026]
For example, as shown in FIG. 2, the Z0 signal synchronization gate 10 synchronizes the Z phase signal with any one of the four regions (X1, X2, X3, X4) obtained by the phase difference pulses of the A and B phases. The signal Z0 is output. The Z0 signal processing circuit receives the output DIR from the output Z0 direction discriminating circuit of the Z0 signal synchronization gate 10 and the sampling pulse LTS synchronized with the serial signal transfer cycle, and detects the Z0 signal by this sampling pulse LTS. The Z0 signal detected in the rotation speed range is set as a pulse 2Z0 having a detection count length, and the Z0 signal detected in a predetermined high rotation speed range is equal to or less than the set count N is set as a pulse 1Z0 having an N + 1 detection count length, and only in the gap of the sampling pulse LTS. The detected Z0 signal is set to a pulse 0Z0 having a length of N + 1 detection times, a change in rotation direction is judged by the DIR input, the input conditions are canceled, and a logical sum (OR) signal of the pulses 2Z0, 1Z0, 0Z0 Z1 is output. That is, when the Z0 signal is detected, the origin detection information is transferred by the serial signal N + 1 times from the timing of the nearest sampling pulse LTS. Further, the continuity confirmation signal SC is input during the origin return operation or the like, and when the SC signal exceeding the continuity is detected, the sending of the Z1 signal is stopped so that the reliable origin return operation can be performed.
[0027]
The data latch circuit 17 transfers the output signal DB of the data latch circuit 14, which is data from the up / down (U / D) counter, the output signal SC of the data comparison circuit 16, and the output Z1 of the Z0 signal processing circuit 11 as serial signals. The signal is latched by a sampling pulse LTS synchronized with the period, and output as latch signals DIo, SCo, and Z1o, respectively. The serial signal conversion circuit 18 converts a signal input every predetermined transfer cycle Tcyc into a serial signal SD and sends it out, and outputs a sampling signal LTS that gives input (latch) timing of data to be transferred.
[0028]
Next, the operation of each part of the encoder of the present invention will be described in more detail.
[0029]
<Data count part>
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the data count unit 22.
[0030]
Here, the 2-bit signal DLSB from the LSB given by the code conversion circuit 9 is obtained from the phase difference between the A-phase and B-phase pulses as shown in FIG. 2, and is converted into the sign of the absolute position data bit0, bit1. is there. And this 2-bit signal DLSB is the lower 2 bits, that is, 2 0 And 2 1 It becomes the data of the place. The output from the direction discriminating circuit 6 is UPP or DOP (the logic negation / inversion symbol is omitted. The same applies hereinafter) corresponds to the change point of the A-phase pulse which is one of the phase difference signals in this example, and in the rotational direction. Either one is output in response. The output data DC of the up / down (U / D) counter 7 that receives and counts the UPP or DOP signal is handled as a signal that is equal to or higher than the DLSB that is the lower 2 bits. That is, 2 2 A weight greater than or equal to is given. Accordingly, in FIG. 3, since the encoder rotates in the CCW direction, both the data DLSB and DC decrease.
[0031]
Here, the section indicated by (A) is in a normal phase state, and the sections indicated by (B) and (C) are short of the signal width of one section (B) to the standard minimum value because the phase is shifted. The section indicated by (2) indicates the case where noise occurs. The output LTI of the timing processing circuit 8 is output when a predetermined time TF or more from the change point of either the A phase or the B phase to the next change point. Therefore, in the A phase malfunction signal due to the noise generated in the section (2), the output DC of the up / down (U / D) counter 7 and the output DLSB of the sign conversion circuit 9 change, but the data latch signal LTI is output. Since it is not performed (signal width is TF or less), it is not input to the data latch circuit 12. When the normal signal state is restored, the output DC of the up / down (U / D) counter 7 and the output DLSB of the sign conversion circuit 9 become normal values. At this time, the data latch signal LTI is output and normal data is stored. Is output.
[0032]
In addition, when the signal width of the standard value is minimum in the section (b), the data latch signal LTI is not output, but the output DLSB of the sign conversion circuit 9 changes (3 → 2), and the next data latch signal LTI In FIG. 5, data (n + 3 → n + 1) in a further changed state is latched.
[0033]
As described above, the delay time of the signal processing, which has been conventionally defined as less than 0.125 T, is less than 0.25 T, and the allowable value of the malfunction level of the up / down (U / D) counter 7 can be increased (here, T Is the signal period of the A and B phase pulses).
[0034]
The total count of the data DI is such that the maximum response frequency is FAB (Hz) when the number of pulses within one rotation of the A and B phase signals is P (pulse / revolution) and the maximum rotation number is M (r / min). ), The signal period at this time is TAB (s), the data transfer period of the serial signal is TCYC (s), and the number of revolutions where there is no problem even if the serial signal continues to malfunction due to noise is N,
Total count> TCYC · N · 2 / TAB
(TAB = 1 / FAB = 60 / P · M · 4)
It is obtained by. By preparing the data latch circuit 12 (up / down (U / D) counter total count is ¼) having the total count of the data DI and the serial signal conversion circuit 18, the serial signal is noised N times continuously. Even if malfunction occurs due to the above, the normal value can be determined from the data before and after the serial signal receiving side.
[0035]
<Data continuity determination unit>
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the data continuity determination unit 24.
[0036]
The output DI of the data latch circuit 12 having the data of the up / down (U / D) counter 7 is sampled for each sampling pulse LTS of the serial signal conversion circuit 18 and output as serial data SD, and also to the data latch circuit 14. The data DB is retained. As for the output DB of the data latch circuit 14, the data at the previous serial transfer is held in the data latch circuit 15 and becomes data DA. The data comparison circuit 16 compares the output DA of the data latch circuit 15 as the previous transmission data with the output DB of the data latch circuit 14 as the current transmission data. A reference value K that is an allowable range is set in advance in the data comparison circuit 16. If the difference between the two data DB and DA is equal to or less than K, it is determined that the data has continuity. Is output as a sex signal SC. In this example, when there is no continuity (when K + 1 or more), the level is high. Thus, by selecting an appropriate value for the reference value K, the delay amount and delay time of the serial data transfer cycle TCYC can be easily predicted.
[0037]
<Origin signal normalization unit>
5 and 6 are timing charts showing the operation of the origin signal normalization unit 23. FIG. 5 shows a case where the rotation direction determination signal DIR from the rotation direction determination circuit 6 does not change, and FIG. Shows the case.
[0038]
In FIG. 5, the normal A-phase, B-phase pulse and Z-phase signal are not synchronized. However, as shown in FIG. 2, it is possible to synchronize with any of the four regions (X1, X2, X3, X4) defined by the A and B phase pulses and their phase differences. This is performed by the Z0 signal synchronization gate 10, and the Z phase signal is synchronized to become the Z0 signal. Then, the Z0 signal processing circuit 11 detects the Z0 signal using the sampling pulse LTS synchronized with the serial signal transfer cycle. Here, in the entire speed region of the encoder [example of region (1)], the Z0 signal synchronized with the detection timing of the sampling pulse LTS is defined as 2Z0. In addition, when the number of rotations is higher than a predetermined value (example of region (2)), when the series of Z0 signals detected by the sampling pulse LTS is equal to or less than the predetermined number of detections N, N + 1 sampling pulses. A signal having a signal length synchronized with LTS is defined as 1Z0. When a Z-phase signal is detected only in the gap between the sampling pulses LTS [example of region (3)], a signal having a signal length synchronized with N + 1 sampling pulses LTS from the nearest next sampling pulse LTS is set to 0Z0. It prescribes.
[0039]
The logical sum (OR) of the signals 2Z0, 1Z0 and 0Z0 thus defined is output as a Z-phase data signal Z1. Furthermore, as shown in FIG. 6, when a change in the rotational direction is detected by the rotational direction determination signal DIR even under the same operating conditions as in FIG. 5, the input condition is canceled at that time. Therefore, the signal Z1 disappears at the timing LTS of the next sampling pulse.
[0040]
A more specific configuration example of such a Z0 signal processing circuit is shown in FIG. In this example, it is constituted by a Z0 signal detection circuit 111, a detection circuit 112 or less N times, an inter-LTS detection circuit 113, an N + 1 synchronization circuit 114, an N + 1 synchronization circuit 115, a direction discrimination signal detection circuit 116, and an OR gate 117.
[0041]
The Z0 signal detection circuit 111 detects the input Z0 signal in synchronization with the LTS signal and outputs a 2Z0 signal. The N times or less detection circuit 112 outputs a 1Z01 signal when the signal length of Z0 is N times or less at the timing of LTS, and outputs it as an N + 1 signal length 1Z0 by the N + 1 synchronizing circuit 114. The inter-LTS detection circuit 113 detects the Z0 signal in the gap of the timing of the LTS signal, outputs the 0Z01 signal, and outputs the signal with the N + 1 signal length 0Z0 by the N + 1 synchronizing circuit 115. When the direction discrimination signal detection circuit 116 detects a change in the direction discrimination signal DIR, it sends a CL signal, and clears and resets the detection circuit 112 and the inter-LTS detection circuit 113 N times or less. The OR gate 117 outputs a logical sum (OR) of the above 0Z0, 1Z0 and 2Z0.
[0042]
Further, as shown in FIG. 8, the data continuity signal SC from the data comparison circuit 16 is inputted, and the output of the logical sum (OR) gate 117 via the logical negation (NOT) gate 118 is logically ANDed. The output signal Z1 can also be input to the gate 119. By doing so, the origin signal Z1 is prohibited when the continuity of the data is lost, and the origin signal Z1 having a low reliability due to the loss of continuity can be prevented from being recognized by the receiving side device. .
[0043]
As described above, even if the rotation speed is increased and the apparent signal width of the Z-phase signal is shortened or affected by noise, it is ensured by ensuring a constant signal width (N + 1). Can be recognized, and malfunction due to oversight of the origin can be prevented. Further, since the detected signal width is large in the low-speed operation, there is no problem even if it is as it is, and the accuracy can be ensured.
[0044]
<Counter clear circuit>
The counter clear circuit 13 holds the logical product (AND) or the counter clear signal CLR when the counter clear signal CLR and the Z0 signal from the Z phase signal synchronizer 10 (signal replacing the Z phase signal) are input from the outside. When the Z0 signal signal is input, the data clear signal CLD which is the logical product of the signals is output, and the data of the up / down (U / D) counter 7 is cleared to zero. As a result, when the Z phase is detected after power-on or reset, the count data DI is reset to zero, and the subsequent position data from the origin always becomes a constant value, facilitating processing on the data receiving side. Become.
[0045]
The above-mentioned incremental encoder is an optical type, but the configuration of the code signal generation unit 21 is not limited to this, and a contact type, a magnetic type, and other rotational movements are performed with a predetermined phase difference signal and 1 Any signal can be used as long as the origin signal output once per rotation can be defined. Moreover, although the said incremental encoder described as what handles A phase, B phase, and Z phase, for example, a magnetic pole position (U, V, W) is detected like an AC servomotor, and the said A phase, B phase, and The present invention can also be applied to a rotation position together with a Z-phase pulse, or a type of encoder used as a normalizing means or an auxiliary means in the case of controlling this as a sine wave signal.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an incremental encoder that prevents counting errors due to noise and that has a high response processing speed.
[0047]
In addition, it is possible to provide an incremental encoder that can easily process data received by a device on the receiving side or process data when power is turned on.
[0048]
Further, it is possible to provide an incremental encoder capable of reliably detecting and recognizing the Z phase with respect to the receiving device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an incremental encoder of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing the relationship between A-phase and B-phase pulses, a Z0 signal, and a DLSB signal.
FIG. 3 is a timing chart showing an operation of a count data normalization unit.
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the data continuity confirmation unit.
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the Z0 signal processing unit when the DIR signal does not change.
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the Z0 signal processing unit when the DIR signal changes.
FIG. 7 is a block diagram showing a more detailed configuration of a Z0 signal processing unit.
FIG. 8 is a block diagram showing a more detailed configuration of a Z0 signal processing unit, showing a configuration example when a continuity confirmation signal is input.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a conventional incremental encoder.
10 is a timing chart showing the operation of the incremental encoder of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1 Light emitting element
2 Code plate
3 detector elements
4 Waveform shaping circuit
5 Power supply voltage monitoring circuit
6 Direction discrimination circuit
7 Up / Down (U / D) counter
8 Timing processing circuit
9 Code conversion circuit
10 Z0 signal processing gate
11 Z0 signal processing circuit
12 Data latch circuit
13 Counter clear circuit
14 Data latch circuit
15 Data latch circuit
16 Data comparison circuit
17 Data latch circuit
18 Serial signal conversion circuit

Claims (9)

少なくとも被測定物の回転に応じて位相差2信号と原点信号を与えるコード信号発生部と、前記コード信号発生部からの位相差2信号により得られるインクリメンタルデータのカウントを行うデータカウント部を有し、
前記データカウント部は位相差2信号により回転方向を判別しかついずれか一方の信号の変化点に対してカウント信号を発生する方向判別手段と、前記方向判別手段からのカウント信号を計数する計数手段と、位相差2信号から下位2ビットのデータを作製する下位データ作製手段と、位相差2信号のいずれかの信号の変化点から次の変化点までの時間が所定の時間TF 以上の場合にのみ読込タイミングを与えるタイミング手段と、前記計数手段のデータに最下位ビットから3ビット以上の重みを与えて前記下位2ビットのデータと一体とし、かつこのデータを前記タイミング手段からの読込タイミングにより読み込みカウントデータとするデータ保持手段とを備えたインクリメンタルエンコーダ。
A code signal generating unit for providing a phase difference 2 signal and an origin signal according to at least rotation of the object to be measured; and a data counting unit for counting incremental data obtained from the phase difference 2 signal from the code signal generating unit. ,
The data counting unit discriminates the rotational direction based on the phase difference 2 signal and generates a count signal for the change point of one of the signals, and the counting unit counts the count signal from the direction discriminating means. Low-order data generation means for generating low-order 2-bit data from the phase difference 2 signal, and when the time from the change point of one of the phase difference 2 signals to the next change point is equal to or longer than a predetermined time TF Timing means for providing only the read timing, and giving the weight of 3 bits or more from the least significant bit to the data of the counting means so as to be integrated with the data of the lower 2 bits, and reading this data at the read timing from the timing means An incremental encoder comprising data holding means for counting data.
前記タイミング手段の所定の時間TF はその最大値が位相差2信号であるA相、B相パルスの1/4周期未満である請求項1のインクリメンタルエンコーダ。  2. The incremental encoder according to claim 1, wherein the predetermined time TF of the timing means has a maximum value less than a quarter period of the A-phase and B-phase pulses which are two phase difference signals. 少なくとも被測定物の回転に応じて位相差2信号と原点信号を与えるコード信号発生部と、前記コード信号発生部からの位相差2信号により得られるインクリメンタルデータのカウントを行うデータカウント部と、カウントデータを転送する際のデータの連続性を判断するデータ連続性判断部を有し、
前記データ連続性判断部は前回転送したデータと現在転送するデータとを保持するデータ保持手段と、このデータ保持手段から得られる前回転送したデータと現在転送するデータとを比較し、その差が所定の基準値K以下か否かを判断しその結果を出力するデータ比較手段とを有するインクリメンタルエンコーダ。
A code signal generator for providing a phase difference 2 signal and an origin signal in accordance with at least the rotation of the object to be measured; a data count unit for counting incremental data obtained from the phase difference 2 signal from the code signal generator; It has a data continuity judgment unit that judges the continuity of data when transferring data,
The data continuity determination unit compares data holding means for holding previously transferred data and data to be transferred at the present time with data transferred at the previous time obtained from the data holding means and the data to be transferred at present. Incremental encoder having data comparison means for judging whether or not the value is equal to or less than a reference value K and outputting the result.
前記データカウント部は請求項1または2のデータカウント部である請求項3のインクリメンタルエンコーダ。  The incremental encoder according to claim 3, wherein the data count unit is the data count unit according to claim 1. さらに、前記原点信号の信号幅が所定の信号幅N+1未満である場合には所定の信号幅N+1として送出する原点信号正規化部を備えた請求項1のインクリメンタルエンコーダ。  2. The incremental encoder according to claim 1, further comprising an origin signal normalization unit that transmits the origin signal as a prescribed signal width N + 1 when a signal width of the origin signal is less than a prescribed signal width N + 1. 前記原点信号正規化部はZ相信号をA,B相信号の4分割領域のいずれかに同期させるZ相信号同期手段と、カウントデータをシリアル信号として転送するためのサンプリング信号とを入力し前記Z相信号同期手段からの出力が前記サンプリング信号により認識される回数が所定の回数N以下である場合には所定回数N+1に相当する信号長として出力するZ0 信号処理手段とを備えた請求項5のインクリメンタルエンコーダ。  The origin signal normalization unit inputs Z-phase signal synchronization means for synchronizing the Z-phase signal to one of four divided areas of A and B-phase signals, and a sampling signal for transferring count data as a serial signal. 6. A Z0 signal processing means for outputting as a signal length corresponding to the predetermined number N + 1 when the number of times the output from the Z-phase signal synchronizing means is recognized by the sampling signal is equal to or less than the predetermined number N. Incremental encoder. 前記Z0 信号処理手段はA,B相信号から得られる回転方向データを入力し、回転方向が変化した場合には原点信号の送出を停止する請求項6のインクリメンタルエンコーダ。  7. An incremental encoder according to claim 6, wherein said Z0 signal processing means inputs rotational direction data obtained from A and B phase signals, and stops sending the origin signal when the rotational direction changes. 請求項3のデータ連続性判断部を有し、前記原点信号正規化部は前記データ連続性判断部からの出力により転送データの連続性が無いと認識した場合には原点信号の送出を停止する請求項7のインクリメンタルエンコーダ。  4. The data continuity determination unit according to claim 3, wherein the origin signal normalization unit stops sending the origin signal when the output from the data continuity determination unit recognizes that there is no continuity of the transfer data. The incremental encoder according to claim 7. 外部からカウンタクリア信号CLRとZ相/あるいはこれに代わる信号とを入力したとき、またはカウンタクリア信号CLR入力後Z相/あるいはこれに代わる信号を入力したときに計数手段のデータをゼロクリアするカウントデータ一致手段13を備えた請求項1ないし8いずれかのインクリメンタルエンコーダ。  Count data that clears the data of the counting means to zero when the counter clear signal CLR and the Z phase / or a signal replacing it are input from the outside, or when the Z phase / or a signal replacing it is input after the counter clear signal CLR is input The incremental encoder according to claim 1, further comprising a matching unit 13.
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