JP5021244B2 - 変位検出エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、変位検出エンコーダに係り、特に、擬似ランダムコードを用いた絶対測長型エンコーダに用いるのに好適な、冗長なコードを追加することなく、最小のコードで誤り訂正を実現可能な変位検出エンコーダに関する。

図１にＭ系列の場合を例示するような擬似ランダムコードに相当する格子を検出パターンとして形成したスケールを用いて絶対（ＡＢＳ）位置を検出する変位検出エンコーダ（ＡＢＳエンコーダとも称する）が知られている。

この擬似ランダムコードを用いたＡＢＳエンコーダにおいて、スケール上にゴミ等が付着することにより、擬似ランダムコードの検出に誤りが生じるため、ＡＢＳ位置信号生成の信頼性が低下するという問題がある。

このような問題を解決するべく、特許文献１には、冗長パターンを含むスケールから読み取った検出コードを順次シフトしながら絶対位置データを演算し、当該シフトしつつ演算された各絶対位置データが連続しているか否かにより読み取り誤りが発生しているか否かを検出することが記載されている。

又、特許文献２には、汚れ等により、補完的に構成された部分領域を走査することによって生成されるアナログ走査信号の差（通過光のコントラストに相当）が低下した場合に、計算から外すことが記載されている。

特開２００１−２９６１４５号公報 特開２００４−１１７３６０号公報

しかしながら特許文献１に記載の技術では、冗長パターンを追加する必要があるだけでなく、検出コードをシフトしながら絶対位置データを演算する必要があり、演算負荷が大きい。

又、特許文献２に記載の技術は、通過光のコントラストで判断しているだけであり、誤り検出の精度が低い。

更に、特許文献１、２のいずれも、誤りを検出するのみで、誤りの訂正はできない等の問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、冗長なコードを追加することなく、最小のコードで擬似ランダムコード検出の誤りを検出すると共に、訂正も可能として、ＡＢＳ位置信号生成の信頼性を向上させることを課題とする。

本発明は、所定桁目の擬似ランダム数Ｐ０が、擬似ランダムコードの初期値の所定桁に設定した４つのタップ位置のデータＤ０〜Ｄ３を用いて、次式
Ｐ０＝Ｄ０ xor Ｄ１ xor Ｄ２ xor Ｄ３
により算出されたＭ系列擬似ランダムコードを位置コードとして備えたスケールと、このスケールに対して相対移動可能に配設されると共に、前記スケールに備えられた前記位置コードの少なくとも一部を検出する検出部と、この検出部で検出された位置コードの一部を処理して、位置情報を出力する処理部と、前記式に基づいて、前記擬似ランダム数Ｐ０を発生するための位置コード生成手段とを備え、検出された擬似ランダム数Ｐ０が、前記位置コード生成手段により発生された擬似ランダム数Ｐ０と一致する場合に、誤りは無いと判定し、検出された擬似ランダム数Ｐ０が、前記位置コード生成手段により発生された擬似ランダム数Ｐ０と一致しない場合に、次式
Ｅ＝Ｄ０ xor Ｄ１ xor Ｄ２ xor Ｄ３ xor Ｐ０
により定義される複数の誤り検出ビットＥ０〜Ｅ４の値により、誤り発生ビットを特定して、その誤りを訂正し、訂正されたデータを用いて絶対位置を求めるようにして、前記課題を解決したものである。

前記位置コード生成手段は、位置情報と位置コードとの対応テーブルを備えることができる。
前記位置コードにより検出された位置情報を補間して、分解能を高めるためのインクリメンタル位置検出手段を更に備えることができる。

本発明によれば、冗長なコードを追加することなく、最小のコードで検出コード中の誤りビットの存在を検出することができる。更に、検出コード中の誤りビットを特定することにより、訂正することが可能となり、ＡＢＳ位置信号生成の信頼性を向上させることができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

まず、図２を参照して、Ｍ系列擬似ランダムコードの生成方法を説明する。

初期値を１１１０００１００００１０１００の１６桁、タップ位置を、その１桁目、５桁目、７桁目及び１４桁目と置くと、擬似ランダム数Ｐ０は次式で定義される。

Ｐ０＝Ｄ０ xor Ｄ１ xor Ｄ２ xor Ｄ３ …（１）

ここで、Ｄ０はタップ位置１のデータ、Ｄ１はタップ位置５のデータ、Ｄ２はタップ位置７のデータ、Ｄ３はタップ位置１４のデータである。

各タップ位置１、５、７、１４のデータＤ０〜Ｄ３と（１）式により、１７桁目の擬似ランダム数Ｐ０が得られる。

更に、この演算を繰り返し行なうことで（図２の場合右側に進む）、図２に示すようなＭ系列擬似ランダムコードが得られるので、得られたＭ系列擬似ランダムコードを図３に示すようなスケール（透過型で例示）１０上にパターンとして配置する。

そして、図３に示した発光素子２０によりスケール１０を照明し、透過光を、レンズ２２を介して、例えば５８桁分が受光可能な受光素子アレイ２４により検出し、信号処理装置３０により演算して絶対位置を求める。

前記信号処理装置３０は、例えば、測定軸方向に沿って受光素子アレイ２４の出力信号を掃引して得られた信号に対し、ローパスフィルタで高周波ノイズをカットすると共に、所定ゲインで増幅するノイズフィルタ増幅回路３２と、該ノイズフィルタ増幅回路３２出力のアナログ信号を信号処理のためデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路３４と、該Ａ／Ｄ変換回路３４の出力を所定の閾値により２値化する２値化回路３６と、擬似ランダムコードの生成式（１）を用いて、本発明により誤りの検出及び訂正を行なう誤り検出・訂正回路３８と、スケールパターン設計値と検出信号の相関演算によりＡＢＳ位置を検出するＡＢＳ位置検出回路４０と、ＡＢＳ位置を補間して分離能を高めるため、図示しない９０度位相差の４相正弦波より、９０度位相差の２相正弦波を生成し、アークタンジェント演算することによりインクリメンタル位置を検出するインクリメンタル位置検出回路４２と、前記ＡＢＳ位置検出回路４０から入力されるＡＢＳ位置信号を前記インクリメンタル位置検出回路４２から入力されるインクリメンタル位置信号で補間して、高分解能の絶対位置を出力する位置合成回路４４で構成される。

前記ＡＢＳ位置検出回路４０の相関演算で用いる相関関数は、差分法あるいは乗算法の両方が適用できる。

図２に示したようなスケール１０上のパターンを検出する際に、ゴミの付着等の原因により検出に誤りが生じる場合がある。

そこで、本発明においては、擬似ランダムコード生成方法を用いて、検出された擬似ランダムコードに対して検算を行なう。即ち、図４に示すような例えば５８桁のＭ系列擬似ランダムコードが検出された時に、枠のビットを検算する場合には、タップ位置１、５、７、１４のデータＤ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を用いて（１）式により計算されたデータと１７桁目の実際のデータＰ０を比較する。

そして、図４の上段に示す如く、両者が一致する場合には誤りは無いと判定する。

一方、図４の下段に示す如く、検算結果が不一致の場合には、検算対象ビットＤ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｐ０のいずれかに誤りがあるため、誤りを訂正するか、若しくは、ＡＢＳ位置信号生成には用いない。

あるいは、次のような方法により検算することも可能である。この方法では、（１）式から、次式に示すように誤り検出ビットＥを定義する。

Ｅ＝Ｄ０ xor Ｄ１ xor Ｄ２ xor Ｄ３ xor Ｐ０ …（２）

そして、図５の上段に示す如く、誤り検出ビットＥが０の場合には、Ｐ０と（１）式の演算結果が両方１又は０で一致するため、誤り無しと判定する。

一方、図５の下段に示す如く、誤り検出ビットＥが１の場合には、検算対象ビットのいずれかに誤りがあるため、誤りの訂正を行なうか、ＡＢＳ位置信号生成に用いない。

なお、図４又は図５の方法では、誤り検出ビットが存在することは分かるが、特定することができず、訂正できない。そこで、次のような方法で誤り検出ビットを特定する。

即ち、検出誤りを訂正するには、誤りがどのビットに発生しているか検出する必要があるため、図６中の検算対象ビットに対して、誤り検出ビットＥ０〜Ｅ４を定義する。

そして、誤り検出ビットＥ０〜Ｅ４が全て１になる場合、検算対象ビットＰｘが誤りと分かるので、検算対象ビットＰｘの値を訂正する。この例の場合、図中の検算対象ビットＰｘを０から１に訂正する。

なお、前記実施形態においては、前記の演算式を使用して得られた演算結果に基づいて誤り検出と訂正を行っていたが、これに代えて、各位置における検出ビットの組み合わせを予め前記の演算式で算出しておき、この検出ビットの組み合わせと位置情報とをセットにして対応テーブルに記憶させておいてもよい。そして、検出された検出位置ビットで対応テーブルを参照して誤りを検出すれば、演算処理が不要となるので、誤り検出と訂正の処理の高速化を図ることができる。

又、前記実施形態においては、本発明が透過型スケールに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、図７に示すような反射型スケールにも同様に適用できる。擬似ランダムコードの種類もＭ系列に限定されず、初期値の段数や、タップ位置や、検出コードの桁数も実施形態に限定されない。

又、高い分解能を要求されない場合にはインクリメンタル位置検出を省略して、ＡＢＳ位置検出のみとすることも可能である。

Ｍ系列擬似ランダムコードの例を示す図 Ｍ系列擬似ランダムコードの生成方法を示す図 本発明を実施するための装置の実施形態を示す図 本発明により擬似ランダムコードを検算する方法の一つを示す図 他の方法を示す図 検査誤りの訂正方法を示す図 装置の変形例を示す図

符号の説明

１０…スケール
２０…発光素子
２２…レンズ
２４…受光素子アレイ
３０…信号処理装置
３８…誤り検出・訂正回路
４０…ＡＢＳ位置検出回路

Claims (3)

1. 所定桁目の擬似ランダム数Ｐ０が、擬似ランダムコードの初期値の所定桁に設定した４つのタップ位置のデータＤ０〜Ｄ３を用いて、次式
   Ｐ０＝Ｄ０ xor Ｄ１ xor Ｄ２ xor Ｄ３
   により算出されたＭ系列擬似ランダムコードを位置コードとして備えたスケールと、
   このスケールに対して相対移動可能に配設されると共に、前記スケールに備えられた前記位置コードの少なくとも一部を検出する検出部と、
   この検出部で検出された位置コードの一部を処理して、位置情報を出力する処理部と、
   前記式に基づいて、前記擬似ランダム数Ｐ０を発生するための位置コード生成手段とを備え、
   検出された擬似ランダム数Ｐ０が、前記位置コード生成手段により発生された擬似ランダム数Ｐ０と一致する場合に、誤りは無いと判定し、
   検出された擬似ランダム数Ｐ０が、前記位置コード生成手段により発生された擬似ランダム数Ｐ０と一致しない場合に、次式
   Ｅ＝Ｄ０ xor Ｄ１ xor Ｄ２ xor Ｄ３ xor Ｐ０
   により定義される複数の誤り検出ビットＥ０〜Ｅ４の値により、誤り発生ビットを特定して、その誤りを訂正し、訂正されたデータを用いて絶対位置を求めることを特徴とする変位検出エンコーダ。
2. 前記位置コード生成手段は、位置情報と位置コードとの対応テーブルを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の変位検出エンコーダ。
3. 前記位置コードにより検出された位置情報を補間して、分解能を高めるためのインクリメンタル位置検出手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の変位検出エンコーダ。

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