JP4290405B2 - Anomaly detection device for location information - Google Patents

Anomaly detection device for location information Download PDF

Info

Publication number
JP4290405B2
JP4290405B2 JP2002311585A JP2002311585A JP4290405B2 JP 4290405 B2 JP4290405 B2 JP 4290405B2 JP 2002311585 A JP2002311585 A JP 2002311585A JP 2002311585 A JP2002311585 A JP 2002311585A JP 4290405 B2 JP4290405 B2 JP 4290405B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
code
encoder
bit
output
sequence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002311585A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004144667A (en
Inventor
康一 林
和隆 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Okuma Corp filed Critical Okuma Corp
Priority to JP2002311585A priority Critical patent/JP4290405B2/en
Priority to DE2003149327 priority patent/DE10349327B4/en
Publication of JP2004144667A publication Critical patent/JP2004144667A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4290405B2 publication Critical patent/JP4290405B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2454Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2455Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on the same encoder
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0617Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
    • H03M1/0675Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence using redundancy
    • H03M1/0687Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence using redundancy using fault-tolerant coding, e.g. parity check, error correcting codes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/22Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/282Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding of the pattern-shifting type, e.g. pseudo-random chain code
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/22Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/30Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アブソリュートエンコーダが出力する位置情報の異常検出装置に関するものであり、例えば工作機械の送り軸の位置をアブソリュートに検出するリニア型アブソリュートエンコーダの信頼性を向上させる異常検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、高速化高精度化のため、工作機械等にリニアモータを使用した駆動システムが盛んに使用されるようになってきた。リニアモータを使用した駆動システムでは、可動部の位置や速度及びモータ磁極位置検出用として、可動部の位置をアブソリュートに検出するリニア型アブソリュートエンコーダが使用されている(特許文献1参照)。
【0003】
従来のリニア型アブソリュートエンコーダとしては、図6のブロック図に示すように、位置の変化に応じて90度位相の異なる信号を出力するインクリメンタル位置センサと位置の変化に応じてM系列等の不規則循環乱数コード信号を出力するアブソリュート位置センサを備えたアブソリュートエンコーダがある。同図で図示されていないが、LED3とレンズ2と受光素子4とリニアイメージセンサ5は同一部材に固定され、スケール1に対して相対移動できるようになっている。LED3が発した光はレンズ2により平行光に変換され、スケール1に照射される。スケール1には20μm間隔で明暗が繰り返すインクリメンタルパターン11と20μmで1ビットのコードを示す循環周期215−1のM系列パターン12が形成されている。
【0004】
インクリメンタルパターン11を通過した光は、受光素子4により電気信号に変換され、スケールとの相対位置の変化に応じて、変位量の正弦値に比例した信号SAと余弦値に比例した信号CAとして出力される。信号SAと信号CAは、AD変換器6,7により、それぞれデジタル値SD,CDに変換される。デジタル値SDとCDは、内挿処理手段10により逆正接演算が行われ、20μm内の相対位置をアブソリュートに示す数値PALに変換する。また、信号SAと信号CAは、コンパレータ8,9により、それぞれパルス信号SPとパルス信号CPに変換される。パルス信号SPとパルス信号CPは、アップダウンカウンタ13により、パルス信号SPとパルス信号CPの位相変化に応じて、相対位置の変化を5μm単位でインクリメンタルに示す数値PCHとしてカウントされる。桁合わせ手段14では、数値PCHを数値PALの変化に同期して変化する20μm単位の数値に修正し、修正後の数値PIHを上位桁とし数値PALを下位桁とするインクリメンタル位置情報PIとして出力する。ここで、インクリメンタルパターン11、受光素子4、信号SAと信号CAからインクリメンタル位置情報PIを出力するまでの構成要素全体をインクリメンタル位置センサと呼ぶことにする。
【0005】
一方、循環周期215−1のM系列パターン12を通過した光はリニアイメージセンサ5により、循環周期215−1のM系列パターンの15ビットを越える範囲の光量変化を循環周期215−1のM系列の1ビットに相当するピッチの半分以下の分解能で検出し、光量データVOとして出力する。リニアイメージセンサ信号処理手段15では、リニアイメージセンサ5が検出した循環周期215−1のM系列パターンから得られた光量データのうち、数値PALの値に応じて最もコード化に適した箇所のデータを20μmおきに選択し、これを2値化することにより、15ビット以上の循環周期215−1のM系列コードMHに変換する。ここで、M系列コードMHを出力するまでの構成要素全体をアブソリュート位置センサと呼ぶことにする。
【0006】
復号化器16では、スケール1の原点位置で読み出されるコードを初期値として、循環周期215−1のM系列コード生成演算を繰り返して得たM系列コードがコードMHと一致するまでM系列生成演算を繰り返し、一致したときの演算繰り返し回数を示す数値PHを出力する。このとき数値PHは、原点からの相対移動量をアブソリュートに示す数値となる。減算器17では、アブソリュート位置を示す数値PHから、インクリメンタル位置情報PIの上位桁PIHを減算することにより、両者のオフセット位置量を示す数値POFを出力する。数値POFは、リニア型アブソリュートエンコーダの電源投入直後又はリセット直後に記憶器18に設定される。加算器19では、インクリメンタル位置情報PIに記憶器18が記憶するオフセット位置量を示す数MOFを加算することにより、スケール1との相対移動量を補正してアブソリュートに示す位置情報PAOを出力する。
【0007】
また、単位変換手段20は、位置情報PAOをアブソリュート位置センサのビット単位の値に単位変換し、数値PAMとして出力する。M系列変換手段21は、予め位置情報に対応する循環周期215−1のM系列を記憶するルックアップテーブルを有し、数値PAMに対応する循環周期215−1のM系列コードであるコードMPを出力する。異常判定器22では、コードMPとリニアイメージセンサ信号処理手段15が出力したコードMHとの一致状態を比較し、両者のコードに大きな違いがあれば、異常信号ERを出力し、位置情報PAOに異常があることを外部に知らせる。
【0008】
なお、図6のリニア型アブソリュートエンコーダでは、電源投入直後やリセット直後のみ、アブソリュート位置センサからの信号に基づきアブソリュート位置情報を検出し、以降は、インクリメンタル位置センサの出力信号に基づき、インクリメンタル処理によって位置情報の更新を行っている。このように位置情報の更新に、アブソリュート位置センサからの信号を使用せずインクリメンタル位置センサの信号を使用する理由としては、リニアイメージセンサの信号出力やM系列コードのデコード処理に多大な時間を要し、リニアモータ等の制御には不適切な位置情報の更新サイクルとなるためである。しかしながら、インクリメンタル位置センサの出力信号に基づく位置情報では、アブソリュート位置情報としての信頼性が低くなる。このため、位置情報の更新サイクルよりも長いサイクルで、位置情報とアブソリュート位置センサ信号に基づくデータの違いを比較することで、位置情報の異常を検知できるようにし、位置情報の信頼性を確保している。
【0009】
【特許文献1】
特許第3111546号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の位置情報の異常検出装置では、位置情報をM系列コードに変換する上で、ルックアップテーブルの実現に大きな記憶容量のメモリ(例えば215−1のM系列の場合:32,767バイト)を必要とし、異常検出回路が大きくなる上、コストもアップしていた。また、位置情報をM系列コードに変換する方法としては、M系列コード演算回路を位置情報に対応する回数だけ演算を繰り返して、位置情報に対応するM系列コードを求める方法もある。ただし、この方法では、ルックアップテーブルを必要としない反面、M系列コードを求めるための処理時間が長く、異常検出する周期が長くなるため、リニアモータ等の制御に必要な位置情報の信頼性を確保できないという問題があった。
【0011】
本発明は、上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、不規則循環乱数コード信号を出力するアブソリュート位置センサとインクリメンタル位置センサを備えたアブソリュートエンコーダにより検出した位置情報の信頼性を確保するための異常検出装置に関し、特に異常検出をローコストかつ高速に行うことができる位置情報の異常検出装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる位置情報の異常検出装置は、位置の変化に応じて循環周期が互いに素な関係の循環周期2i−1のM系列と循環周期2j−1のM系列の排他論理和からなり、両者の循環周期の積であって、各M系コードの循環周期のいずれよりも大きな循環周期を有する不規則循環乱数コード信号を出力するアブソリュート位置センサと、位置の変化に応じて周期的な信号を出力するインクリメンタル位置センサと、前記インクリメンタル位置センサの出力信号に基づき得た位置情報を前記アブソリュート位置センサのビット単位の値に単位変換する単位変換器と、前記単位変換後の位置情報を循環周期2i−1で除算した余りKと循環周期2j−1で除算した余りLを求める演算手段と、循環周期2 i −1のM系列コードのK番目に相当するNビット(N≧i+j)のコードM i を出力する一方の符号器と、循環周期2 j −1のM系列コードのL番目に相当するNビットのコードM j を出力する他方の符号化器と、一方の符号化器が出力するNビットのコードM i と他方の符号化器が出力するNビットのコードM j と前記アブソリュート位置センサが出力するNビットの不規則循環乱数コード信号により前記位置情報の異常を検出する異常判定器とを含む位置情報の異常検出装置である。
【0013】
【作用】
本発明は、以上のように位置情報からアブソリュート位置センサが出力する不規則循環乱数コードの循環周期よりも小さな循環周期の2つのM系列コードを求めるだけで、アブソリュート位置センサが出力する不規則循環乱数コードの異常を検出することができる。このため、従来装置よりも容量の小さなルックアップテーブルを用いることが可能である。また、M系列コード演算回路を用いて2つのM系列コードを求める場合でも、小さな循環周期のため、比較的高速にM系列コードを求めることが可能である。以上から、本装置によれば、位置情報の異常検出を小型ローコストかつ高速に行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
【0015】
図1は、本発明の位置情報の異常検出装置を適用したリニア型アブソリュートエンコーダのブロック図である。同図で図6と同じ機能のものは同じ符号とし、その説明を省略する。図2は、スケール101に形成された不規則循環乱数コード及びその元となる2つのM系列を示す表である。図3は、図1の符号化器103のルックアップテーブルを示す表である。図4は、図1の符号化器105のルックアップテーブルを示す表である。図5は、復号化器116の動作を示すブロック図である。
【0016】
図1で、スケール101には、20μm間隔で明暗が繰り返すインクリメンタルパターン11と20μmで1ビットのコードを示す不規則循環乱数コードパターン112が形成されている。図2の表に、不規則循環乱数コードパターン112の20μm間隔の光透過部を1、遮光部0として示す。同表を見て理解できるように、この不規則循環乱数コードは、27−1循環周期のM系列と28−1循環周期のM系列との排他論理和となるコードとなっている。このように、循環周期が互いに素な関係のM系列の排他論理和によるコードはゴールド系列と呼ばれ、循環周期が両者のM系列循環周期の積となることが知られている。したがって、不規則循環乱数コードパターン112の循環周期は32,385となり、図6の215−1循環周期(32,768)のM系列とほとんど変わらず、ほぼ同等範囲のアブソリュート位置検出が可能である。
【0017】
リニアイメージセンサ5では、不規則循環乱数コードパターン112を通過した光のうち、パターン112の1ビット換算で16ビット以上の範囲の光量変化を光量データVGOとして出力する。リニアイメージセンサ信号処理手段15では、リニアイメージセンサ5が検出した不規則循環乱数コードパターンから得られた光量データVGOのうち、数値PALの値に応じて最もコード化に適した箇所のデータを20μmおきに選択し、これを2値化することにより、16ビットの不規則循環乱数コードGHに変換する。コードGHは復号化器116に入力される。
【0018】
復号化器116では、図5のブロック図に示すように、循環周期27−1のM系列発生器24と、循環周期28−1のM系列発生器25と、これらのM系列発生器が出力する信号M7、M8の排他論理和演算を行う排他論理演算器26と、排他論理和演算後のシリアルに出力される信号X15を16ビットのパラレルコードGDに変換する16ビットシフトレジスタ23から構成されるゴールド系列発生部30を有する。このゴールド系列発生部30は、コードGHが入力されると、スケール101の原点位置で読み出されるコードに相当する値に一旦コードGDを初期化する。比較器27は16ビットのコードGHとGDを比較し、両者の値が一致するまで、クロック信号発生器28に対してクロック発生指令STを出力する。クロック信号発生器28は、クロック発生指令STが入力されている間、循環周期27−1のM系列発生器24と循環周期28−1のM系列発生器25と16ビットシフトレジスタ23とカウンタ29へ、シフト及びカウント用のクロック信号CKを一定間隔で出力する。以上から、復号化器116は、不規則循環乱数コードGHとゴールド系列コードGDが一致するまで、ゴールド系列生成演算を繰り返し、一致したときの演算繰り返し回数を示す数値PHがカウンタ29によって出力される。このとき数値PHは、原点からの相対移動量をアブソリュートに示す数値となる。
【0019】
単位変換器20は、インクリメンタル位置センサの出力信号に基づき得た位置情報PAOをアブソリュート位置センサのビット単位の値に単位変換し、数値PAMとして出力する。なお、図1や図6のようなインクリメンタル位置センサにより得た数値PALがアブソリュート位置センサのビット単位と等しい場合などは、単位変換手段20は位置情報PAOの下位データを切り捨て20μm以上の上位データのみを出力するだけで良く、単位変換手段20をブロック図から削除して表現することも可能である。
【0020】
除算手段102は、数値PAMを127(27−1)で除算した余りKを出力する。符号化器103は、図3に示すK番目の循環周期27−1のM系列先頭8ビットを示すルックアップテーブルを有し、入力された数値Kから、K番目を上位コードとし、K+8番目(K+8>126のみ、K+8−127番目)を下位コードとする16ビットのコードMiを出力する。これにより、16ビットコードMiは、K番目の循環周期27−1のM系列コードとなる。排他論理和演算器106は、16ビットの不規則循環乱数コードGHと16ビットの27−1のM系列コードMiとの排他論理和を演算し、16ビットのコードGXを出力する。
【0021】
一方、除算手段104は、数値PAMを255(28−1)で除算した余りLを出力する。符号化器105は、図4に示すL番目の循環周期28−1のM系列先頭8ビットを示すルックアップテーブルを有し、入力された数値Lから、L番目を上位コードとし、L+8番目(L+8>255のみ、L+8−255番目)を下位コードとする16ビットのコードMjを出力する。これにより、16ビットコードMjは、L番目の循環周期28−1のM系列コードになる。異常判定器122は、16ビットのコードGXと16ビットコードMjの一致状態を比較し、両者のコードに大きな違いがあれば、異常信号ERを出力し、位置情報PAOに異常があることを外部に知らせる。以上から、符号化器103と符号化器105が有するルックアップテーブルに必要とするメモリ容量は、それぞれ127バイトと255バイトの合計382バイトとなり、従来の32,767バイトより遙かに少ない容量のメモリで異常検出が可能となる。
【0022】
なお、図1の実施形態では、16ビットコードMiと16ビットの不規則循環乱数コードGHとの排他論理演算後の結果GXと16ビットコードMjの比較を行っているが、16ビットコードMiと16ビットコードMjの排他論理演算後の結果に対して、16ビットの不規則循環乱数コードGHとの比較を行っても異常検出は可能である。
【0023】
また、符号化器103と符号化器105は、それぞれ図5の循環周期27−1のM系列発生器24と循環周期28−1のM系列発生器25を用いて実現することも可能である。
【0024】
また、本実施形態ではアブソリュート位置センサからの不規則循環乱数コードGHを16ビットのサイズで処理を行ったが、原理的には最低15ビットあれば良い。しかし、本実施形態のように、ビットサイズを大きくとることにより、異常検出の信頼性を高めることが可能である。さらには、ビットサイズをより多くすることにより、スケールが部分的に汚れた場合などに対する、冗長性を高めることも可能である。
【0025】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のアブソリュート位置の異常検出装置によれば、高速な異常検出を小型ローコストな実現手段で達成することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の異常検出方法を適用したリニア型アブソリュートエンコーダのブロック図である。
【図2】 スケール101に形成された不規則循環乱数コードを示す表である。
【図3】 図1の符号化器103のルックアップテーブルを示す表である。
【図4】 図1の符号化器105のルックアップテーブルを示す表である。
【図5】 図1の復号化器116の内部ブロック図である
【図6】 従来のリニア型アブソリュートエンコーダのブロック図である。
【符号の説明】
1,101 スケール、2 レンズ、3 LED、4 受光素子、5 リニアイメージセンサ、6,7 AD変換器、8,9 コンパレータ、10 内挿手段、11 インクリメンタルパターン、12,112 不規則循環乱数コードパターン、13 アップダウンカウンタ、14 桁合わせ手段、15 リニアイメージセンサ信号処理手段、16,116 復号化器、17 減算器、18 記憶器、19 加算器、20 単位変換器、21,103,105 符号化器、22,122 異常判定器、23 シフトレジスタ、24,25 M系列発生器、26,106 排他論理和演算器、27 比較器、28 クロック信号発生器、29カウンタ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an abnormality detection device for position information output from an absolute encoder, and for example, relates to an abnormality detection device that improves the reliability of a linear absolute encoder that detects the position of a feed axis of a machine tool in an absolute manner.
[0002]
[Prior art]
In recent years, drive systems using linear motors have been actively used for machine tools and the like for high speed and high accuracy. In a drive system using a linear motor, a linear absolute encoder that detects the position of the movable part in an absolute manner is used for detecting the position and speed of the movable part and the motor magnetic pole position (see Patent Document 1).
[0003]
As a conventional linear absolute encoder, as shown in the block diagram of FIG. 6, an incremental position sensor that outputs a signal having a phase difference of 90 degrees according to a change in position and an irregularity such as an M series according to a change in position. There is an absolute encoder equipped with an absolute position sensor that outputs a cyclic random number code signal. Although not shown in the figure, the LED 3, the lens 2, the light receiving element 4, and the linear image sensor 5 are fixed to the same member and can move relative to the scale 1. The light emitted from the LED 3 is converted into parallel light by the lens 2 and irradiated to the scale 1. On the scale 1, there are formed an incremental pattern 11 in which light and dark repeats at intervals of 20 μm and an M-sequence pattern 12 having a circulation period 2 15 -1 indicating a 1-bit code at 20 μm.
[0004]
The light that has passed through the incremental pattern 11 is converted into an electrical signal by the light receiving element 4, and is output as a signal SA proportional to the sine value of the displacement and a signal CA proportional to the cosine value in accordance with a change in the relative position with respect to the scale. Is done. The signals SA and CA are converted into digital values SD and CD by AD converters 6 and 7, respectively. The digital values SD and CD are subjected to arc tangent calculation by the interpolation processing means 10 to convert the relative position within 20 μm into a numerical value PAL indicating absolute. The signals SA and CA are converted by the comparators 8 and 9 into a pulse signal SP and a pulse signal CP, respectively. The pulse signal SP and the pulse signal CP are counted by the up / down counter 13 as a numerical value PCH indicating the change of the relative position in increments of 5 μm in accordance with the phase change of the pulse signal SP and the pulse signal CP. The digit aligning means 14 corrects the numerical value PCH to a numerical value in units of 20 μm that changes in synchronization with the change of the numerical value PAL, and outputs it as incremental position information PI with the corrected numerical value PIH as the upper digit and the numerical value PAL as the lower digit. . Here, the entire components from the incremental pattern 11, the light receiving element 4, the signal SA and the signal CA to the output of the incremental position information PI will be referred to as an incremental position sensor.
[0005]
On the other hand, the circulation period 2 15 light passing through the M-sequence pattern 12 -1 by the linear image sensor 5, the light amount change range exceeding the 15-bit M-sequence pattern of the circulating period 2 15 -1 circulation period 2 15 -1 Are detected with a resolution equal to or less than half the pitch corresponding to one bit of the M series and output as light amount data VO. In the linear image sensor signal processing means 15, among the light quantity data obtained from the M-sequence pattern of the circulation cycle 2 15 -1 detected by the linear image sensor 5, the location most suitable for encoding is determined according to the value of the numerical value PAL. Data is selected every 20 μm and binarized to convert it into an M-sequence code MH having a circulation period of 2 15 -1 of 15 bits or more. Here, the entire component until the M-sequence code MH is output is referred to as an absolute position sensor.
[0006]
The decoder 16 uses the code read out at the origin position of scale 1 as an initial value, and generates an M sequence until the M sequence code obtained by repeating the M sequence code generation operation of the circulation period 2 15 -1 matches the code MH. The calculation is repeated, and a numerical value PH indicating the number of repetitions of the calculation when they coincide is output. At this time, the numerical value PH is a numerical value indicating the relative movement amount from the origin in an absolute manner. The subtracter 17 subtracts the upper digit PIH of the incremental position information PI from the numerical value PH indicating the absolute position, thereby outputting a numerical value POF indicating the offset position amount of both. The numerical value POF is set in the storage device 18 immediately after the linear absolute encoder is turned on or reset. The adder 19 adds the number MOF indicating the offset position amount stored in the storage unit 18 to the incremental position information PI, thereby correcting the relative movement amount with respect to the scale 1 and outputting the absolute position information PAO.
[0007]
Further, the unit conversion means 20 converts the position information PAO into a bit unit value of the absolute position sensor and outputs it as a numerical value PAM. The M-sequence conversion means 21 has a look-up table that stores in advance the M-sequence of the circulation cycle 2 15 -1 corresponding to the position information, and is a code that is an M-sequence code of the circulation cycle 2 15 -1 corresponding to the numerical value PAM. MP is output. The abnormality determiner 22 compares the coincidence state between the code MP and the code MH output from the linear image sensor signal processing means 15, and if there is a large difference between the two codes, outputs an abnormality signal ER to the position information PAO. Inform the outside that there is an abnormality.
[0008]
The linear absolute encoder shown in FIG. 6 detects absolute position information based on a signal from an absolute position sensor only immediately after power-on or reset, and thereafter performs position processing by incremental processing based on an output signal from the incremental position sensor. Information is being updated. As described above, the reason for using the incremental position sensor signal without using the signal from the absolute position sensor to update the position information is that it takes a lot of time to output the signal from the linear image sensor and to decode the M-sequence code. This is because the position information update cycle is inappropriate for controlling the linear motor or the like. However, the position information based on the output signal of the incremental position sensor is not reliable as absolute position information. For this reason, by comparing the difference between the position information and the data based on the absolute position sensor signal in a cycle longer than the position information update cycle, it is possible to detect an abnormality in the position information and ensure the reliability of the position information. ing.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 311546 [0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the position information abnormality detection device of the conventional example, when converting the position information into the M-sequence code, a memory having a large storage capacity for realizing the lookup table (for example, 2 15 -1 M sequence: 32,767 bytes) ), The abnormality detection circuit becomes larger and the cost is increased. Further, as a method of converting position information into an M-sequence code, there is a method of obtaining an M-sequence code corresponding to position information by repeating the operation of the M-sequence code calculation circuit a number of times corresponding to the position information. However, this method does not require a look-up table, but the processing time for obtaining the M-sequence code is long and the period for detecting an abnormality is long. Therefore, the reliability of position information necessary for controlling a linear motor or the like is increased. There was a problem that it could not be secured.
[0011]
The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to detect position information detected by an absolute encoder having an absolute position sensor that outputs an irregular cyclic random number code signal and an incremental position sensor. The present invention relates to an abnormality detection apparatus for ensuring reliability, and in particular, to provide an abnormality detection apparatus for position information that can perform abnormality detection at low cost and at high speed.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The position information abnormality detection device according to the present invention is based on the exclusive OR of the M sequence of the circulation cycle 2 i −1 and the M sequence of the circulation cycle 2 j −1 having a relatively simple circulation cycle according to the change in position. Do Ri, a product of the circulation cycle of both the absolute position sensor than any of circulation cycles of the M series code and outputs the irregular circulation random code signals that have a large circulation period, depending on a change in the position An incremental position sensor that outputs a periodic signal, a unit converter that converts the position information obtained based on the output signal of the incremental position sensor into a value in bit units of the absolute position sensor, and a unit converter after the unit conversion a remainder K obtained by dividing the positional information in a circulating cycle 2 i -1 and calculating means for calculating a remainder L divided by the circulation cycle 2 j -1, to correspond to the K-th M sequence code of the circulating cycle 2 i -1 N bits (N ≧ i + j) one of an encoder for outputting a code M i of the, other encoder for outputting a code M j of N bits corresponding to the L-th M sequence code of the circulating cycle 2 j -1 The N-bit code M i output from one encoder, the N-bit code M j output from the other encoder, and the N-bit irregular cyclic random code signal output from the absolute position sensor. An abnormality detection apparatus for position information including an abnormality determination device for detecting an abnormality in position information.
[0013]
[Action]
As described above, according to the present invention, the irregular circulation output from the absolute position sensor can be obtained simply by obtaining two M-sequence codes having a circulation period smaller than the circulation period of the irregular cyclic random number code output from the absolute position sensor from the position information. Abnormality of the random number code can be detected. For this reason, it is possible to use a lookup table having a smaller capacity than the conventional apparatus. Even when two M-sequence codes are obtained using an M-sequence code calculation circuit, it is possible to obtain an M-sequence code at a relatively high speed because of a small circulation cycle. As described above, according to the present apparatus, position information abnormality detection can be performed at low cost and at high speed.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a block diagram of a linear type absolute encoder to which the position information abnormality detection device of the present invention is applied. In the figure, components having the same functions as those in FIG. FIG. 2 is a table showing an irregular cyclic random number code formed on the scale 101 and two M sequences that are the basis thereof. FIG. 3 is a table showing a lookup table of the encoder 103 in FIG. FIG. 4 is a table showing a lookup table of the encoder 105 of FIG. FIG. 5 is a block diagram illustrating the operation of the decoder 116.
[0016]
In FIG. 1, the scale 101 is formed with an incremental pattern 11 that repeats light and dark at intervals of 20 μm and an irregular cyclic random code pattern 112 that indicates a 1-bit code at 20 μm. In the table of FIG. 2, the light transmissive portions at intervals of 20 μm of the irregular cyclic random number code pattern 112 are shown as 1 and the light shielding portion 0. As can be understood from the table, the irregular cyclic random number code is a code that is an exclusive OR of the M sequence having 2 7 -1 cycles and the M sequence having 2 8 -1 cycles. In this way, a code based on an exclusive OR of M sequences having a relatively simple circulation cycle is called a Gold sequence, and it is known that the circulation cycle is the product of both M sequence circulation cycles. Therefore, the cyclic cycle of the irregular cyclic random number code pattern 112 is 32,385, which is almost the same as the M series of 2 15 -1 cyclic cycle (32,768) in FIG. is there.
[0017]
The linear image sensor 5 outputs a light amount change in a range of 16 bits or more in 1 bit conversion of the pattern 112 out of the light passing through the irregular circulation random number code pattern 112 as the light amount data VGO. In the linear image sensor signal processing means 15, among the light quantity data VGO obtained from the irregular circulation random number code pattern detected by the linear image sensor 5, the data of the most suitable place for encoding according to the value of the numerical value PAL is 20 μm. By selecting every other and binarizing it, it is converted into a 16-bit irregular cyclic random number code GH. The code GH is input to the decoder 116.
[0018]
In the decoder 116, as shown in the block diagram of FIG. 5, the M-sequence generator 24 of the circulation cycle 2 7 -1, the M-sequence generator 25 of the circulating cycle 2 8 -1, these M-sequence generator From an exclusive logic unit 26 that performs an exclusive OR operation on the signals M7 and M8 output from the signal 16 and a 16-bit shift register 23 that converts the serially output signal X15 after the exclusive OR operation into a 16-bit parallel code GD. It has a gold series generator 30 configured. When the code GH is input, the gold series generation unit 30 once initializes the code GD to a value corresponding to the code read at the origin position of the scale 101. The comparator 27 compares the 16-bit codes GH and GD, and outputs a clock generation command ST to the clock signal generator 28 until both values match. Clock signal generator 28, while the clock generation command ST is input, the M-sequence generator 25 and 16-bit shift register 23 with the M sequence generator 24 of the circulation cycle 2 7 -1 circulation cycle 2 8 -1 A clock signal CK for shifting and counting is output to the counter 29 at regular intervals. From the above, the decoder 116 repeats the gold sequence generation calculation until the irregular cyclic random number code GH and the gold sequence code GD match, and the counter 29 outputs a numerical value PH indicating the number of repetitions of the calculation when the match occurs. . At this time, the numerical value PH is a numerical value indicating the relative movement amount from the origin in an absolute manner.
[0019]
The unit converter 20 converts the position information PAO obtained based on the output signal of the incremental position sensor into a value in bit units of the absolute position sensor and outputs it as a numerical value PAM. When the numerical value PAL obtained by the incremental position sensor as shown in FIG. 1 or FIG. 6 is equal to the bit unit of the absolute position sensor, the unit conversion means 20 discards the lower data of the position information PAO and only the upper data of 20 μm or more. The unit conversion means 20 can also be expressed by deleting it from the block diagram.
[0020]
The dividing means 102 outputs a remainder K obtained by dividing the numerical value PAM by 127 (2 7 −1). The encoder 103 has a look-up table indicating the first 8 bits of the M-sequence of the K-th cycle 2 7 −1 shown in FIG. 3, and from the input numerical value K, the K-th is an upper code and the K + 8-th A 16-bit code Mi having a lower code of (K + 8> 126 only, K + 8-127th) is output. As a result, the 16-bit code Mi becomes an M-sequence code of the Kth circulation cycle 2 7 -1. The exclusive OR calculator 106 calculates the exclusive OR of the 16-bit irregular cyclic random number code GH and the 16-bit 2 7 −1 M-sequence code Mi, and outputs a 16-bit code GX.
[0021]
On the other hand, the dividing means 104 outputs a remainder L obtained by dividing the numerical value PAM by 255 (2 8 −1). The encoder 105 has a lookup table indicating the first 8 bits of the M-sequence of the L-th circulation period 2 8 −1 shown in FIG. 4, and from the input numerical value L, the L-th is an upper code, and the L + 8-th A 16-bit code Mj having a lower code of (L + 8> 255 only, L + 8-255th) is output. As a result, the 16-bit code Mj becomes the M-sequence code of the Lth circulation cycle 2 8 -1. The abnormality determiner 122 compares the coincidence state of the 16-bit code GX and the 16-bit code Mj, and if there is a large difference between the two codes, outputs an abnormality signal ER to indicate that the position information PAO is abnormal. To inform. From the above, the memory capacity required for the lookup table of the encoder 103 and the encoder 105 is 382 bytes in total of 127 bytes and 255 bytes, respectively, which is much smaller than the conventional 32,767 bytes. Anomaly detection is possible with memory.
[0022]
In the embodiment of FIG. 1, the result GX after the exclusive logical operation of the 16-bit code Mi and the 16-bit irregular cyclic random number code GH is compared with the 16-bit code Mj. Anomaly detection is possible even if the result after the exclusive logical operation of the 16-bit code Mj is compared with the 16-bit irregular cyclic random number code GH.
[0023]
Further, the encoder 103 and the encoder 105 can be implemented using a circulating cycle 2 7 -1 M-sequence generator 24 and the circulation period of 2 8 -1 M sequence generator 25 of FIG. 5, respectively It is.
[0024]
Further, in this embodiment, the irregular cyclic random number code GH from the absolute position sensor is processed with a size of 16 bits. However, the reliability of abnormality detection can be improved by increasing the bit size as in the present embodiment. Furthermore, by increasing the bit size, it is possible to increase redundancy in the case where the scale is partially dirty.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the absolute position abnormality detection device of the present invention, it is possible to achieve high-speed abnormality detection with a small and low-cost realization means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a linear absolute encoder to which an abnormality detection method of the present invention is applied.
FIG. 2 is a table showing irregular cyclic random number codes formed on a scale 101;
FIG. 3 is a table showing a lookup table of the encoder 103 in FIG. 1;
FIG. 4 is a table showing a look-up table of the encoder 105 of FIG.
5 is an internal block diagram of the decoder 116 of FIG. 1. FIG. 6 is a block diagram of a conventional linear absolute encoder.
[Explanation of symbols]
1,101 scale, 2 lens, 3 LED, 4 light receiving element, 5 linear image sensor, 6,7 AD converter, 8,9 comparator, 10 interpolation means, 11 incremental pattern, 12,112 irregular cyclic random code pattern , 13 Up / down counter, 14 digit alignment means, 15 linear image sensor signal processing means, 16,116 decoder, 17 subtractor, 18 memory, 19 adder, 20 unit converter, 21, 103, 105 encoding , 22, 122 abnormality determination unit, 23 shift register, 24, 25 M-sequence generator, 26, 106 exclusive OR calculator, 27 comparator, 28 clock signal generator, 29 counter.

Claims (4)

位置の変化に応じて循環周期が互いに素な関係の循環周期2i−1のM系列と循環周期2j−1のM系列の排他論理和からなり、両者の循環周期の積であって、各M系コードの循環周期のいずれよりも大きな循環周期を有する不規則循環乱数コード信号を出力するアブソリュート位置センサと、
位置の変化に応じて周期的な信号を出力するインクリメンタル位置センサと、
前記インクリメンタル位置センサの出力信号に基づき得た位置情報を前記アブソリュート位置センサのビット単位の値に単位変換する単位変換器と、
前記単位変換後の位置情報を循環周期2i−1で除算した余りKと循環周期2j−1で除算した余りLを求める演算手段と、
循環周期2 i −1のM系列コードのK番目に相当するNビット(N≧i+j)のコードM i を出力する一方の符号化器と、
循環周期2 j −1のM系列コードのL番目に相当するNビットのコードM j を出力する他方の符号化器と、
一方の符号化器が出力するNビットのコードM i と他方の符号化器が出力するNビットのコードM j と前記アブソリュート位置センサが出力するNビットの不規則循環乱数コード信号とにより前記位置情報の異常を検出する異常判定器とを含む位置情報の異常検出装置。
It consists of the exclusive OR of the M sequence of the circulation cycle 2 i −1 and the M sequence of the circulation cycle 2 j −1 whose circulation cycles are relatively disjoint according to the change in position , and absolute position sensor than any of circulation cycles of the M series code and outputs the irregular circulation random code signals that have a large circulation period,
An incremental position sensor that outputs a periodic signal in response to a change in position;
A unit converter for converting the position information obtained based on the output signal of the incremental position sensor into a value in bit units of the absolute position sensor;
Calculating means for obtaining a remainder K obtained by dividing the position information after the unit conversion by a circulation cycle 2 i −1 and a remainder L obtained by dividing the position information by a circulation cycle 2 j −1;
One encoder that outputs a code M i of N bits (N ≧ i + j) corresponding to the Kth of the M-sequence code of the cycle period 2 i −1 ;
The other encoder that outputs an N-bit code M j corresponding to the L-th of the M-sequence code of the circulation period 2 j −1 ;
The position is determined by an N-bit code M i output from one encoder, an N-bit code M j output from the other encoder, and an N-bit irregular cyclic random code signal output from the absolute position sensor. An apparatus for detecting an abnormality in position information, including an abnormality determiner for detecting an abnormality in information.
アブソリュート位置センサが出力するNビットの不規則循環乱数コード信号と一方の符号化器が出力するNビットのコードM i とを排他論理和演算する演算器と、前記排他論理和演算後のコードと他方の符号化器が出力するNビットのコードM j とを比較することにより異常検出する異常判定器とを含む請求項1記載の位置情報の異常検出装置。An arithmetic unit that performs an exclusive OR operation on an N-bit irregular cyclic random number code signal output from the absolute position sensor and an N-bit code M i output from one encoder, and a code after the exclusive OR operation The position information abnormality detection device according to claim 1, further comprising: an abnormality determination unit that detects abnormality by comparing an N-bit code M j output from the other encoder . 一方の符号化器が出力するNビットのコードM i と他方の符号化器が出力するNビットのコードM j とを排他論理和演算する演算器と、前記排他論理和演算後のNビットのコードと前記アブソリュート位置センサが出力するNビットの不規則循環乱数コードとを比較することにより異常検出する異常判定器とを含む請求項1記載の位置情報の異常検出装置。An arithmetic unit that performs an exclusive OR operation on an N-bit code M i output from one encoder and an N-bit code M j output from the other encoder, and an N-bit code after the exclusive OR operation. The position information abnormality detection device according to claim 1, further comprising: an abnormality determination unit that detects an abnormality by comparing a code and an N-bit irregular cyclic random number code output from the absolute position sensor. K番目に相当するNビットの循環周期2i−1のM系列コードを出力する一方の符号化器又はL番目に相当するNビットの循環周期2j−1のM系列コードを出力する他方の符号化器として、ルックアップテーブルを使用することを特徴とする請求項1記載の位置情報の異常検出装置。 Other for outputting the M-sequence code of N bits of the circulating cycle 2 j -1 corresponding to one encoder or L-th outputs the M-sequence code of N bits of the circulating cycle 2 i -1 corresponding to K th The position information abnormality detection apparatus according to claim 1, wherein a lookup table is used as the encoder .
JP2002311585A 2002-10-25 2002-10-25 Anomaly detection device for location information Expired - Fee Related JP4290405B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002311585A JP4290405B2 (en) 2002-10-25 2002-10-25 Anomaly detection device for location information
DE2003149327 DE10349327B4 (en) 2002-10-25 2003-10-23 Position information error detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002311585A JP4290405B2 (en) 2002-10-25 2002-10-25 Anomaly detection device for location information

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004144667A JP2004144667A (en) 2004-05-20
JP4290405B2 true JP4290405B2 (en) 2009-07-08

Family

ID=32105316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002311585A Expired - Fee Related JP4290405B2 (en) 2002-10-25 2002-10-25 Anomaly detection device for location information

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4290405B2 (en)
DE (1) DE10349327B4 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4253501B2 (en) * 2002-12-27 2009-04-15 オークマ株式会社 Absolute position detector
US7605992B2 (en) 2008-01-28 2009-10-20 International Business Machines Corporation Robust LPOS detection with predictor and bit verifier
JP5155223B2 (en) * 2009-03-17 2013-03-06 株式会社ミツトヨ Absolute linear encoder and position adjustment method thereof
JP5948023B2 (en) * 2011-07-08 2016-07-06 オークマ株式会社 Absolute position detector with abnormality detection function
JP6486097B2 (en) * 2014-12-19 2019-03-20 キヤノン株式会社 POSITION DETECTION DEVICE, LENS DEVICE, IMAGING SYSTEM, MACHINE DEVICE, POSITION DETECTION METHOD, PROGRAM, AND STORAGE MEDIUM
JP6611672B2 (en) * 2016-06-02 2019-11-27 日本電産サンキョー株式会社 Rotary encoder
JP2020100214A (en) * 2018-12-20 2020-07-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 Steering device
CN109883348B (en) * 2019-03-14 2021-01-12 哈尔滨工程大学 PDH multi-sensor strain measuring device using pseudo-random code division multiplexing
CN111426339B (en) * 2020-06-10 2020-09-25 北京云迹科技有限公司 Code detection method and device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH669457A5 (en) * 1986-02-18 1989-03-15 Mettler Instrumente Ag
DE19532903A1 (en) * 1995-09-07 1997-03-13 Teves Gmbh Alfred Steering angle sensor with absolute value measurement
DE10244547B4 (en) * 2002-09-25 2010-11-11 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Method and position measuring device for determining an absolute position

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004144667A (en) 2004-05-20
DE10349327B4 (en) 2009-08-27
DE10349327A1 (en) 2004-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101218028B1 (en) Rotation angle detection apparatus
JP4290405B2 (en) Anomaly detection device for location information
JP3136317B2 (en) Absolute encoder
CN112117079B (en) Encoder magnet structure, encoder, motor, electrical equipment and vehicle
KR910004640B1 (en) Image size converter
JP2001183173A (en) Measured value transmitter and method of measuring position of sensor head
JP6149740B2 (en) Absolute encoder
WO2014061380A1 (en) Position detection unit
JP2008241345A (en) Phase detector and position detector
JP3596942B2 (en) Speed detector
US5565864A (en) Absolute encoder
JP3171485B2 (en) Creating a high-resolution absolute signal
JP2006322764A (en) Absolute angle detection system
CN113686365B (en) Absolute position measuring device
JP2010249720A (en) Encoder
JP5531638B2 (en) Encoder device
US7973583B2 (en) A/B-phase signal generator, RD converter and angle detection unit
JP3241138B2 (en) Absolute encoder output signal abnormality detection method
JP3283188B2 (en) Pulse count circuit
WO2023028967A1 (en) Absolute position measurement device
CN113447051B (en) Single code channel absolute position measuring device
US20220107208A1 (en) Position-measuring device for measuring an absolute position
JP3077095B2 (en) Digital converter for position detection
JP3303472B2 (en) Absolute encoder
JP3070109B2 (en) Absolute position detection method and device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050513

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071001

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080930

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090317

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090401

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120410

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120410

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150410

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees