JP5381754B2 - Encoder - Google Patents
Encoder Download PDFInfo
- Publication number
- JP5381754B2 JP5381754B2 JP2010018768A JP2010018768A JP5381754B2 JP 5381754 B2 JP5381754 B2 JP 5381754B2 JP 2010018768 A JP2010018768 A JP 2010018768A JP 2010018768 A JP2010018768 A JP 2010018768A JP 5381754 B2 JP5381754 B2 JP 5381754B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection
- pattern
- encoder
- code plate
- unit
- 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.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、位置検出を行うエンコーダに関する。 The present invention relates to an encoder that performs position detection.
エンコーダでは、制御対象の位置検出を行うために符号板に設けられたパターンを2次元センサを用いて検出し、検出した位置情報から絶対位置情報を検出する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
近年、エンコーダが適用される制御システムは、デジタル制御方式が適用された上位の制御システムの制御周期が短縮化することにより、エンコーダに要求される応答周期(検出サイクル)も短縮化している。
In the encoder, a method is disclosed in which a pattern provided on a code plate is detected using a two-dimensional sensor in order to detect the position of a controlled object, and absolute position information is detected from the detected position information (for example, a patent). Reference 1).
In recent years, a control system to which an encoder is applied has shortened a response cycle (detection cycle) required for the encoder by shortening a control cycle of a higher-level control system to which a digital control method is applied.
ところで、近年では、エンコーダの用途が拡大することにより、エンコーダにおける位置決め精度の向上と、位置検出のための演算処理の高速化とが望まれている。
しかしながら、位置決め精度を高める場合には、符号板に設けられる絶対位置を特定するためのパターン(アブソリュートパターン)の微細化が必要となり、絶対位置の判定に必要なパターンに含まれる指標の数が増加する。そして、パターンを識別する指標の数が増加するのに応じて、そのパターンにおける絶対位置を識別するための符号化処理(例えば、M系列符号)の次数も増加する。また、検出サイクルが短くなることにより、検出サイクル1周期の間で行う処理を高速化することが必要とされるが、処理を高速化すると電力消費が増加するという問題がある。
Incidentally, in recent years, as the use of encoders has expanded, it is desired to improve the positioning accuracy of the encoder and to increase the speed of calculation processing for position detection.
However, when increasing the positioning accuracy, it is necessary to refine the pattern (absolute pattern) for specifying the absolute position provided on the code plate, and the number of indexes included in the pattern necessary for determining the absolute position increases. To do. Then, as the number of indices for identifying a pattern increases, the order of encoding processing (for example, M-sequence code) for identifying an absolute position in the pattern also increases. Further, since the detection cycle is shortened, it is necessary to speed up the processing performed during one detection cycle. However, there is a problem that the power consumption increases when the processing speed is increased.
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、絶対位置を検出する処理を省電力化できるエンコーダを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an encoder that can save power in the process of detecting an absolute position.
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、符号板の移動方向に形成され、最低識別幅λのパターン幅を有し、絶対位置を識別するN(Nは自然数)次のアブソリュートパターンと、前記アブソリュートパターンのうち前記移動方向に連続する(N+1)個以上の連続パターンによって示される範囲を第1の検出領域と定め、該第1の検出領域を検出可能な検出部と、を備え、前記検出部は、前記符号板の移動に応じて、前記第1の検出領域から選択された選択パターンによって示される第2の検出領域を検出することを特徴とするエンコーダである。 In order to solve the above-described problem, an aspect of the present invention is an Nth-order absolute pattern (N is a natural number) that is formed in the moving direction of the code plate, has a pattern width of the minimum identification width λ, and identifies an absolute position. And a detection unit that defines a range indicated by (N + 1) or more continuous patterns continuous in the moving direction in the absolute pattern as a first detection region, and is capable of detecting the first detection region. The detection unit is an encoder that detects a second detection region indicated by a selection pattern selected from the first detection region in accordance with the movement of the code plate.
本発明によれば、絶対位置を検出する際の省電力化することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to save power when detecting an absolute position.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態によるエンコーダに用いられる符号板に示されるパターンを示す図である。
図1に示される符号板10は、パターン11を含んだアブソリュート・トラックと、パターン12を含んだインクリメンタル・トラックの双方のトラックを備える。アブソリュート・トラックに含まれるパターン11は、センサ30と符号板10との位置関係を絶対位置として示す位置情報を符号化して示すものである。また、インクリメンタル・トラックに含まれるパターン12は、同一の形状の指標を等間隔に配置したものである。
このパターンを読み取る方法には、透過式と反射式がある。
透過式は、光源からの光を符号板の裏面から照射して、センサの検出部に、そのパターンの影を作り読み取る。反射式は、符号板10の表面から光源20の光を照射し、符号板10からの反射光をセンサ30で読み取る。以下、反射式を例示して説明する。
符号板10の各トラックに設けられるパターン11と12とは、光源20から射出される光を反射する反射型のパターンである。パターン11と12とは、それらのパターンが示す情報に応じて反射量が異なるように、例えば、異なる反射率を有する状態に表面処理が施される。この図1では、反射率が低い領域を濃い色で、反射率が高い領域を白で示す。
以下、アブソリュート・トラックのパターン11に、M系列符号を用いた場合について説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a pattern shown on a code plate used in the encoder according to the present embodiment.
The
There are a transmission type and a reflection type for reading this pattern.
In the transmission type, light from a light source is irradiated from the back surface of the code plate, and a shadow of the pattern is created and read on the detection unit of the sensor. In the reflection type, light from the
The
Hereinafter, a case where an M-sequence code is used for the
図2は、本実施形態によるエンコーダの構成を示すブロック図である。
この図に示されるエンコーダ1aは、符号板10、光源20、センサ30、光源駆動部40、センサ駆動部50、増幅部60、記憶部(メモリ)70、及び、演算処理部90を備える。図1と同じ構成は同じ符号を付す。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the encoder according to the present embodiment.
The
光源20は、符号板10のトラックに設けられたパターンの検出に必要とされる光を照射する。光源20は、光源駆動部40から供給される制御信号に応じて点灯状態が制御される。
センサ30は、符号板10のトラックに設けられたパターンを検出する。
2次元の格子上に配置された光検出素子(受光素子)がセンサ30の受光面に設けられる。
センサ30の受光面は、符号板10のトラックが設けられた面と対向して配置される。また、センサ30は、符号板10のトラックが配置された位置と対向する位置であって、符号板10に設けられたトラックの接線方向と並行な方向に、又は、トラックに沿った方向に、複数の光検出素子が設けられた2次元イメージセンサである。
センサ30の各光検出素子は、受光量に応じて光電変換を行い、それぞれの光量に対応した電圧によって示されるアナログ信号に変換する。各光検出素子は、例えば、C−MOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどが適用できる。C−MOSセンサの場合における光検出素子は、フォトダイオード、電荷電圧変換部、セレクタスイッチなどを含んで構成される。センサ30の各光検出素子は、センサ駆動部50から供給される制御信号に応じて選択され、選択された光検出素子が出力する情報から受光した光量を検出できる。
The
The
Photodetecting elements (light receiving elements) arranged on a two-dimensional lattice are provided on the light receiving surface of the
The light receiving surface of the
Each light detection element of the
光源駆動部40は、符号板10のトラックに設けられたパターンの検出に必要とされる光を光源20に照射させるための制御信号を供給する。
センサ駆動部50は、演算処理部90からの指示により、センサ30の受光面において選択された領域に含まれる光検出素子の受光量を検出するための制御信号及びタイミング信号をセンサ30に供給する。
センサ駆動部50は、選択された領域に対応する範囲に含まれる光検出素子に対して、受光量に応じて蓄積された電荷に応じた信号電圧を順に出力する。
増幅部60は、センサ30における光検出素子によって検出された受光量に応じた信号を増幅する。増幅部60は、センサ30が出力した信号レベルに応じて、適当な信号レベルとなるように増幅率が調整される。
The light
The
The
The amplifying
記憶部(メモリ)70は、外部から供給された動作モードの指定情報、判定処理に用いる基準値、センサ30の状態に応じた設定情報などを変数領域に記憶する。記憶部70は、半導体メモリ素子に限らず、状態を記憶するラッチなどであってもよい。
演算処理部90は、エンコーダ1aにおける各種設定を行い、動作時には各部への制御指示を出力し、センサ30において検出された光量に基づいて検出した位置情報を生成して出力する。演算処理部90は、入出力部91、光源制御部92、センサ制御部93、信号検出部94及び位置検出部95を備える。
入出力部91は、外部から供給される設定情報に応じて、エンコーダ1aの動作を定める初期値、閾値などの設定情報を受け、メモリ70に記録する。また、入出力部91は、外部から設定状態などを参照する指示が供給されると、該当する情報を参照し出力する。
光源制御部92は、入出力部91からの指示に基づき光源20の発光状態を制御する制御信号を光源駆動部40に供給する。
センサ制御部93は、入出力部91からの指示に基づきセンサ30から出力させる情報を支持する制御信号をセンサ駆動部50に供給する。
信号検出部94は、センサ30によって検出された信号に基づいた情報が、増幅部60を経て供給される。信号検出部94は、その情報に対して信号変換処理を行う。信号変換処理として、例えば、フィルタリング処理、アナログデジタル変換処理などがある。
位置検出部95は、信号処理部94によって処理された結果に基づいて、判定処理を行う。判定処理として、予め定められた基準値と比較する判定処理などがある。
The storage unit (memory) 70 stores operation mode designation information supplied from the outside, a reference value used for determination processing, setting information according to the state of the
The
The input /
The light
The
The
The
次に、図を参照し、上記した各構成の配置を説明する。
図3は、符号板10、光源20及びセンサ30の配置を示す側面図である。
この図3に示される符号板10には、下側の面に図2に示したパターン11と12とが設けられたトラックが配置される。センサ30の受光面31は、パターン11と12とが配置された面と平行でかつ対向する状態で配置される。光源20は、光軸を符号板10の方に向けて、センサ30の受光面31上に配置される。光源20から射出される光は、符号板10に向けて照射され、符号板10のパターン11と12とを介した各反射光が、センサ30の受光面31にそれぞれ照射される。
Next, with reference to the drawings, the arrangement of each component described above will be described.
FIG. 3 is a side view showing the arrangement of the
The
図4は、センサ30の受光面31を示す上面図である。
この図4では、パターン11、12からの反射光を検出するための光検出素子が選択された領域32と33、及び、受光面31上に照射される光によって生じる光量の変化を模式的に示す。
例えば、反射率が低い部分で反射した光は、符号板10に設けられたパターン11、12によって吸収され、反射光によって受光面31上に照射される光量が低下する。この図4では、反射率の低いパターンに応じて四角い領域で示された影が形成される。
パターン11とパターン12とは、符号板10の回転軸を基準として各パターンがそれぞれ半径の異なる同周上に設けられることにより、符号板10上に並行するパターンになる。光源20は、パターン11とパターン12との間に形成される隙間部分と対向する受光面31上に、配置される。光源20の光軸は、符号板10の回転軸と平行であり、パターン11とパターン12との間に形成される隙間部分を通るように設ける。すなわち、光源20は、並行して設けられるパターン11とパターン12との間の隙間と対向する位置に設けられる。光源20をそのような位置に配置すると、図に示されるように受光面31において、光源20を挟んでパターン11とパターン12との影が投影される。
FIG. 4 is a top view showing the
In FIG. 4, the change in the amount of light caused by the light irradiated onto the
For example, light reflected by a portion having a low reflectance is absorbed by the
The
図5は、本実施形態における符号板からのパターンの検出を示す図である。
図5(a)は、パターン11とパターン12とが並行して設けられた符号板10を、センサ30によって検出する範囲を示す。
この符号板10には、パターン11として示される最低識別幅λ(最小読み取り単位)を100μm(マイクロメートル)として、絶対位置を識別可能なN次(Nは、自然数)のM系列パターンと、パターン12として示される基本ピッチ(1ピッチ)を100μmとする繰り返しパターンのインクリメンタルパターンと、が存在する。この図5に示される範囲では、パターン11とパターン12との一部をそれぞれ示しており、そのパターン11とパターン12とは、符号板10の移動方向に形成される。
N次のM系列パターンを用いて絶対位置を特定する場合には、符号板10の移動方向に連続する(N+1)個の連続パターンを検出できれば、絶対位置を特定することができる。つまり、符号板10の移動方向に連なって設けられた指標から、M系列パターンにおける絶対位置を判定できるので、その連続するパターンによって示された領域(第1の検出領域)のパターンを連続的に検出する範囲とする。センサ30は、少なくとも同時に(N+1)個の連続パターンを検出可能な検出領域を有する。以下、パターン11に示されるM系列パターンの次数が9次(N=9)の場合を示す。
FIG. 5 is a diagram showing detection of a pattern from the code plate in the present embodiment.
FIG. 5A shows a range in which the
The
When the absolute position is specified using the Nth order M-sequence pattern, the absolute position can be specified if (N + 1) continuous patterns continuous in the moving direction of the
この図5の符号板10は、作図の都合で直線的に描いているが、ロータリー型エンコーダに適用するために、一例として、円盤状の符号板10とする。符号板10に形成されたパターンの半径を19mm(ミリメートル)、最高回転速度v(移動最高速度)を6000min-1(回転毎分)であるとすれば、その円周上の最高接線速度は12m/s(メートル毎秒)となる。
一方、上位のシステムから位置情報を参照する要求が、25μs(マイクロ秒)を周期(サイクルタイム)として繰り返し供給されるとすれば、最高回転速度で回転していても1回のサイクルタイムにおける接線上における符号板10の移動量は、300μmが上限である。
つまり、最高回転速度で回転していても、検出間隔tとなる1サイクルタイムの範囲では、符号板10は、M系列パターンの3ピッチ分しか移動しない。
この最大3ピッチ分の移動を検出するために、より広い検出領域を有するセンサ30(2次元センサ)全体を活性化させることは、消費電力の低減や応答速度の向上を行うことに対して適さないことになる。
Although the
On the other hand, if a request to refer to position information from a host system is repeatedly supplied with a cycle (cycle time) of 25 μs (microseconds), even if the rotation is at the maximum rotation speed, the connection at one cycle time is performed. The upper limit of the moving amount of the
That is, even if it rotates at the maximum rotation speed, the
In order to detect the movement of the maximum three pitches, activating the entire sensor 30 (two-dimensional sensor) having a wider detection area is suitable for reducing power consumption and improving response speed. There will be no.
さらに、エンコーダ1aが検出する符号板10の移動量は、最高回転速度の6000min-1の時、1秒間に19 mm(半径)であるので、11938 mm(約12 m)である。エンコーダ1aは、25μsごとに符号板10のパターンを検出しているので、1秒間に40000回検出していることになる。そして、その間の移動量は、0.298mmである。
停止状態から100ms後に最高回転速度の6000min-1になった場合の接線加速度(最大加速度)は、(12m/s−0m/s)/0.1ms=120m/s2(メートル毎秒毎秒)となる。従って、25μsの検出間隔において、最大速度変化は、120m/s2×25μs=3mm/sとなる。その時の移動量の変化は、(3mm/s×25μs)/2=0.00004mmとなる。符号板10が最高回転速度の6000min-1で移動している時に、上記最大加速度が符号板10にかかったとしても、1区間における変動量は0.04μmである。従って、この1区間における変動量0.04μmは無視できるほど小さい値であると考えられる。ここで、あるm回目に検出した位置をDET(m)とし、次の(m+1)回目の位置をDET(m+1)とすると、25μs間隔で位置検出した場合、DET(m)とDET(m+1)との差は2区間(0.466 mm)以内に限定されることになる。
また、1回の移動差分の値は、298μmとなる。このように、1回ごとの変化は微小であるので、エンコーダ1aでは、あるm回目に検出した位置をDET(m)で示すと、次の(m+1)回目の位置DET(m+1)は、((m回目に計算された速度の移動量)±300)μmとして示される範囲内の位置にあると限定することができる。
Furthermore, the amount of movement of the
The tangential acceleration (maximum acceleration) when the maximum rotational speed reaches 6000 min −1 after 100 ms from the stop state is (12 m / s−0 m / s) /0.1 ms = 120 m / s 2 (meter per second per second). Therefore, at a detection interval of 25 μs, the maximum speed change is 120 m / s 2 × 25 μs = 3 mm / s. The amount of movement at that time is (3 mm / s × 25 μs) /2=0.00004 mm. Even if the maximum acceleration is applied to the
In addition, the value of one movement difference is 298 μm. Thus, since the change for each time is very small, when the position detected at a certain mth time is indicated by DET (m) in the
このことから、9次のM系列パターンの場合であれば、連続する11個のM系列パターンを検出することにより、次の回までに移動する符号板10の移動量を特定することができる。
本実施形態では、冗長分を加味した連続する14個分のパターン(連続パターン)が、センサ30の受光面に投影される。センサ30は、その14個のパターンの内、特定の4個のパターン(選択パターン)を検出する。従って、センサ30は、連続する14個のパターンによって示される範囲(第1の検出領域)を検出する。また、センサ30は、その14個のパターンのうち、特定の4個のパターンによって示される範囲(第2の検出領域)を検出する。
また、エンコーダ1aは、あるm回目に検出された位置情報det(m)から、(m+1)回目に検出された位置情報det(m+1)を推定できる。
位置情報det(m)及びdet(m+1)として検出されたパターンを行列として示す。
From this, in the case of the 9th order M-sequence pattern, it is possible to specify the amount of movement of the
In the present embodiment, 14 continuous patterns (continuous patterns) taking into account redundancy are projected onto the light receiving surface of the
Further, the
Patterns detected as position information det (m) and det (m + 1) are shown as a matrix.
det(m) =(1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0)
det(m+1)=(0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0)
det (m) = (1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0)
det (m + 1) = (0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0)
この2つの位置情報を比べると、2パターン分だけ右に移動していることがわかる。 Comparing the two pieces of position information, it can be seen that the two positions are moved to the right by two patterns.
次に、図を参照し、9次のM系列パターンにおける特定パターンの抽出について説明する。
図6は、9次のM系列パターンのパターン例を示す図である。
図6(a)は、符号板10の現在位置で検出されたパターン(「元」パターンという。)と、「元」パターンが次の検出サイクルまでに移動しうるパターンの状態を示す図である。
符号板10の検出は、センサ30によって、検出位置(1)から(14)で示される互いに隣接するパターンを検出できる間隔でサンプリングされる。
上述の「元」パターンの位置から次の検出サイクルまでに移動可能な範囲は、符号板10の移動方向に3パターンずつである。したがって、「元」パターンの位置から次の検出サイクルまでに移動可能な範囲は、検出位置(1)から(14)に示した範囲を一度に検出可能なセンサ30によってカバーできる。「元」パターンの位置から、右方向に1,2,3パターン移動した場合を、それぞれ「右1」、「右2」として示す。また、左方向に1,2,3パターン移動した場合を、それぞれ「左1」、「左2」として示す。
Next, extraction of a specific pattern from the 9th M-sequence pattern will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a diagram illustrating a pattern example of the 9th order M-sequence pattern.
FIG. 6A is a diagram showing a state of a pattern (referred to as “original” pattern) detected at the current position of the
The detection of the
The movable range from the position of the “original” pattern to the next detection cycle is three patterns in the moving direction of the
エンコーダ1aは、図6(b)に示すように、「元」パターンの位置から2パターンの移動範囲内において、14個の検出位置から得られる全てのパターンを比較しなくても、符号板10の移動位置を識別できる位置情報を算出することができる。つまり、センサ30の出力信号から得られる14個のパターンの内から抽出した特定のパターン(選択パターン)に基づいて、符号板10の位置情報移動先を特定可能な検出位置を定めることができる。
図6(a)の現在位置を基準にすると、検出位置(1)、(5)、(10)、(14)の4箇所のパターンを抽出(選択)する。このとき、「右1」の位置に移動した場合の「右1」パターンには、(0 1 0 1)の組合せによって検出される。また、「右2」、「元」、「左1」、「左2」の各パターンについて同様に示すと、(0 1 0 0)、(1 0 0 1)、(0 1 1 0)、(1 1 0 1)となる。
このように、現在の位置と4箇所の推定移動位置との識別は少数(例、4個)の検出位置で行えることがわかる。
なお、14個の検出位置からどの検出位置を抽出するかの選択は、現在の位置のパターン(「元」パターン)によって異なるが、それぞれの検出位置に応じて一意に特定することができる。また、上述のように、検出位置を特定する情報を、現在の位置のパターンごとにメモリ70にテーブルとして予め記憶させておき、位置検出部95が検出サイクルにおいて位置判定を行う際に、そのテーブルを基に検出位置を選択するようにしてもよい。
なお、センサ制御部93及び信号処理部94の動作は、位置検出部95がテーブルを参照して得られた検出位置を特定する情報に基づいて、制御しても良い。
例えば、位置検出部95は、センサ制御部93に対し、センサ30を活性化させる範囲を制限することができる。センサ制御部93は、位置検出部95から指示された範囲の光検出素子の情報を検出するように、センサ30に対し制御信号、タイミング信号を変更する。
また、位置検出部95は、信号処理部94に対し、検出する信号を限定することにより、必要な情報を取得させることができる。信号処理部94は、位置検出部95から指示された範囲の光検出素子の情報を検出するように、センサ30から供給される検出信号に基づいて、検出タイミングを変更して、有効な情報を検出するタイミングの場合に情報を取得する。
上記の処理により、収集される情報の量を大幅に削減することができ、収集された情報から位置検出を行う位置検出部95の演算処理も削減することが可能となる。
As shown in FIG. 6B, the
With reference to the current position in FIG. 6A, four patterns of detection positions (1), (5), (10), and (14) are extracted (selected). At this time, the “right 1” pattern when moved to the “right 1” position is detected by a combination of (0 1 0 1). Similarly, the patterns of “Right 2”, “Original”, “
Thus, it can be seen that the current position and the four estimated movement positions can be identified at a small number (for example, four) of detection positions.
The selection of which detection position to extract from the 14 detection positions differs depending on the current position pattern (“original” pattern), but can be uniquely specified according to each detection position. Further, as described above, the information for specifying the detection position is stored in advance in the
In addition, you may control the operation | movement of the
For example, the
Further, the
With the above processing, the amount of information to be collected can be greatly reduced, and the calculation processing of the
(第2実施形態)
次に、図を参照し、8次のM系列パターンにおける特定パターンの抽出について説明する。
図7は、8次のM系列パターンのパターンを示す図である。
図7(a)は、符号板10の現在位置で検出されたパターン(「元」パターンという。)と、「元」パターンが、次の検出サイクルまでに移動しうるパターンの状態を示す図である。
符号板10の検出は、センサ30によって、検出位置(1)から(11)で示される互いに隣接するパターンを検出できる間隔でサンプリングされる。
符号板10に形成されたパターンの半径を第1実施形態と同じ半径であるとすると、M系列パターンの1ピッチは0.466 mm、最大速度変化時の接線移動量は第1実施形態と同じく0.298mmなので、符号板10の移動量は1ピッチとなる。上述の「元」パターンの位置から次の検出サイクルまでに移動可能な範囲は、符号板10の移動方向に1パターンずつである。したがって、「元」パターンの位置から次の検出サイクルまでに移動可能な範囲は、検出位置(1)から(11)に示した範囲を一度に検出可能なセンサ30によってカバーできる。「元」パターンの位置から、右方向に1,2,3パターン移動した場合を、「右1」として示す。また、左方向に1パターン移動した場合を、「左1」として示す。
(Second Embodiment)
Next, extraction of a specific pattern in the 8th order M-sequence pattern will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a diagram illustrating a pattern of an 8th order M-sequence pattern.
FIG. 7A is a diagram showing a state of a pattern (referred to as “original” pattern) detected at the current position of the
Detection of the
Assuming that the radius of the pattern formed on the
図7(b)は、「元」パターンの位置から1パターンの移動範囲内において、冗長性を含め13個の検出位置から得られる全てのパターンを比較しなくても、符号板10の移動位置を識別できる位置情報を算出することができる。つまり、センサ30の出力信号から得られる13個のパターンの内から抽出した特定のパターン(選択パターン)に基づいて、符号板10の位置情報を特定可能な検出位置を定めることができる。従って、センサ30は、連続する13個のパターンによって示される範囲(第1の検出領域)を検出する。また、センサ30は、その13個のパターンのうち、特定の4個のパターンによって示される範囲(第2の検出領域)を検出する。
図7(a)の現在位置を基準にすると、検出位置(1)、(5)、(9)、(11)の4箇所を抽出(選択)する。このとき、「右1」の位置に移動した場合の「右1」パターンには、(1 1 0 1)の組合せによって検出される。また、「元」、「左1」の各パターンについて同様に示すと、(1 1 1 1)、(0 1 1 0)となる。
このように、現在の位置と2箇所の推定移動位置との識別は少数(例、4個)の検出位置で行えることがわかる。
FIG. 7B shows the movement position of the
With reference to the current position in FIG. 7A, four detection positions (1), (5), (9), and (11) are extracted (selected). At this time, the “right 1” pattern when moved to the “right 1” position is detected by a combination of (1 1 0 1). Similarly, the “original” and “left 1” patterns are (1 1 1 1) and (0 1 1 0).
Thus, it can be seen that the current position and the two estimated movement positions can be identified by a small number (for example, four) of detection positions.
(第3実施形態)
次に、図を参照し、初期化状態から稼動状態に遷移する際の演算量の削減について示す。
図8は、N次のM系列符号の場合の選択モデルを示す。
(初期化モードの処理)エンコーダ1は、初期化状態、すなわち電源投入時には、符号板10の位置を特定できていないことから、パターン11の検出は、(N+1)個以上のパターンを、検出サイクル周期t秒ごとにセンサ30を用いて検出する。この場合の検出位置は、特定に必要な連続した(N+1)個以上のパターン(連続パターン)である。
(省電力モードの処理)エンコーダ1は、電源投入後の検出パターンの数を、i個まで削減することができる。その数iは、移動最高速度v、検出サイクルの周期(検出間隔)t、パターンの最低識別幅λによって定められる次の関係によって導かれる。
iは、(((v×t/λ)の整数部分)+1)×2<2iを満たす、最小整数とする。
したがって、抽出するパターン(選択パターン)の数は、i個以上N個未満のパターンとして定めることができる。
(Third embodiment)
Next, referring to the drawing, it will be shown how to reduce the amount of calculation when transitioning from the initialization state to the operation state.
FIG. 8 shows a selection model in the case of an Nth order M-sequence code.
(Processing in initialization mode) Since the
(Processing in Power Saving Mode) The
i is a minimum integer satisfying ((integer part of (v × t / λ)) + 1) × 2 <2 i .
Therefore, the number of patterns (selected patterns) to be extracted can be determined as i or more and less than N patterns.
以下、一例をあげて説明する。例えば、8次のM系列符号のパターンである場合(N=8)を示す。エンコーダ1の要求仕様を、以下の条件とする。
Hereinafter, an example will be described. For example, the case of an 8th order M-sequence code pattern (N = 8) is shown. The required specifications of the
移動速度 : 最高速度6000 min-1(回転毎分)、(=100 s-1(回転毎秒))、
波長 : λ=360度/256、
角速度 : v=36000 度/s(度毎秒)、
検出間隔 : 100 μs
このときの、(v×t/λ)の値は、次の式から導かれる。
Travel speed: Maximum speed 6000 min -1 (per rotation), (= 100 s -1 (per rotation)),
Wavelength: λ = 360 degrees / 256,
Angular velocity: v = 36000 degrees / s (degrees per second),
Detection interval: 100 μs
The value of (v × t / λ) at this time is derived from the following equation.
v×t/λ=36000÷(1000000×360/256)=0.025 v × t / λ = 36000 ÷ (1000000 × 360/256) = 0.025
すなわち、上記の結果から、(2<2i)を満たす最小整数iは2である。
最高速度で回転していても、検出サイクルが100μsごとであれば、現在の位置に対し、1ピッチ分しか動かない。
従って、図8に示すように、検出箇所を特定する8次の数列の隣は、「0」か「1」の組み合わせで表すことができ、その組合せは、4種類である。図の記載では、8次の数列部分の記載を省略している。
That is, from the above result, the minimum integer i satisfying (2 <2 i ) is 2.
Even if rotating at the maximum speed, if the detection cycle is every 100 μs, it moves only by one pitch with respect to the current position.
Therefore, as shown in FIG. 8, the next to the eighth-order number sequence specifying the detection location can be represented by a combination of “0” or “1”, and there are four types of combinations. In the drawing, the description of the eighth-order number sequence portion is omitted.
位置検出部95は、両端のパターンのみを検出していた場合には、(0,1)であれば右に、(1,0)であれば左に移動したと判定する条件であれば検出できるが、両端が「0」同士(0,0)、「1」同士と(1,1)の組合せが検出された場合には、右か左かを判定ができない。
しかし、8次のM系列符号でコード化されていることにより、8個連続して「1」(又は「0」)となることはないことから、8個の数列の中には、「1」と「0」は、少なくとも1個以上それぞれ存在する。
したがって、両端が「0」同士、「1」同士の場合は、8個の数列部分の「1」になる部分か、「0」になる部分かを定めて、2個目の検出部にすればよい。
If only the patterns at both ends are detected, the
However, since it is encoded with an 8th order M-sequence code, it does not become “1” (or “0”) in succession, so in the 8 number sequences, “1” ”And“ 0 ”each exist at least one or more.
Therefore, if both ends are “0” s or “1s”, it is determined whether it is a part that becomes “1” or a part that becomes “0” in the 8 number sequence parts, and is passed to the second detection part. That's fine.
(第4実施形態)
図9は、本実施形態によるエンコーダの構成を示すブロック図である。
この図9に示されるエンコーダ1bは、符号板10、光源20、センサ30、光源駆動部40、センサ駆動部50、増幅部60、記憶部(メモリ)70B、及び、演算処理部90Bを備える。図1、2と同じ構成に同じ符号を付す。
記憶部(メモリ)70Bは、図1の記憶部(メモリ)70に示した構成に加え、センサ30が備える光検出素子のうち、参照する領域を定める情報を記憶する。参照する領域は、光検出素子を符号板の移動方向に並んだ複数の列を単位として定めることができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the encoder according to the present embodiment.
The
In addition to the configuration shown in the storage unit (memory) 70 in FIG. 1, the storage unit (memory) 70 </ b> B stores information for determining a reference area among the light detection elements included in the
演算処理部90Bは、入出力部91、光源制御部92、センサ制御部93、信号検出部94B、位置検出部95B及び判定部96を備える。
演算処理部90Bにおける信号検出部94Bは、センサ30によって検出された複数の光検出素子列の情報に基づいて増幅部60から供給される複数の光検出素子列の信号を検出する。
位置検出部95Bは、先に検出された現在位置の情報に基づいて、記憶部(メモリ)70Bを参照し、センサ30が備える光検出素子のうち、参照する領域を定める情報を取得する。位置検出部95Bは、取得した領域を定める情報に基づいて、符号板10の移動方向に並んだ複数の列を選択し、その複数の列に含まれる光検出素子の検出を、光源駆動部50に対して指示する。
位置検出部95Bは、信号検出部94Bにて検出された複数の光検出素子列の情報を、判定部96によって判定処理を行い、その判定結果に基づいて符号板10の回転角度位置の検出を行う。
判定部96は、センサ30によって検出された複数の光検出素子列の情報を判定した結果に基づいて多数決演算処理を行う。
The
The
The
The
The
図10は、本実施形態による符号板10に示されるパターンの検出を示す図である。
図10(a)に示される符号板10は、図1に示した構成と同じである。
その符号板10をセンサ30によって検出する範囲を、検出範囲DETで示す。
また、この図では、パターン11を含んだアブソリュート・トラックの領域を複数の検出領域に分割する。ここで、領域の分割数は3以上とする。この図では、分割検出領域DETa、DETb、DETcの3つの領域を示す。
FIG. 10 is a diagram showing detection of the pattern shown on the
The
A range in which the
In this figure, the absolute track area including the
図10(b)では、検出領域DETを検出したときに検出されるべき情報を示す。
ただし、各分割検出領域において、一部の領域におけるパターンの検出において、何らかの理由により誤検出が生じた場合を想定する。ここでは、分割検出領域DETbの左から4パターン目が誤検出されたパターンであり、本来であれば「1」と判定されるべきところを、「0」と検出したとする。したがって、同じパターンの位置を検出した分割検出領域DETaとDETcの結果は、正しく「1」と判定される。
FIG. 10B shows information to be detected when the detection area DET is detected.
However, in each divided detection area, a case is assumed in which erroneous detection occurs for some reason in detection of a pattern in a partial area. Here, it is assumed that the fourth pattern from the left of the division detection area DETb is a pattern that has been erroneously detected, and “0” is detected where it should be determined as “1”. Accordingly, the result of the division detection areas DETa and DETc in which the positions of the same pattern are detected is correctly determined as “1”.
図10(c)では、多数決演算処理について示す。
そこで、符号判定部94は、それぞれの分割検出領域で検出された結果に差が生じた場合には、多く判定された判定値を、そのパターンの真の判定値と判定する。これにより、検出された結果に基づいて、多数決演算処理が行えるので、仮に1つの分割検出領域に誤検出が生じた場合であっても、他の領域が正しく判定していれば、誤検出を除いて正しい違反結果を出力することができる。
FIG. 10C shows the majority operation processing.
Therefore, when there is a difference between the detection results in the respective divided detection areas, the
また、上述の多数決演算処理に加え、上述のように所定の6箇所の移動位置のパターンを用いて(m+1)回目の正確な位置を確定できる。本実施形態におけるエンコーダは、14個のパターンをすべて検出するよりも、推定に必要な比較回数などの演算処理を削減できることから、次の回の位置を短時間で確定できる。また、本実施形態におけるエンコーダは、センサ30における検出範囲を制限することにより、消費電力の削減が可能である。
Further, in addition to the above-described majority calculation processing, the (m + 1) th accurate position can be determined using the predetermined six movement position patterns as described above. Since the encoder according to the present embodiment can reduce calculation processing such as the number of comparisons necessary for estimation, rather than detecting all 14 patterns, the position of the next time can be determined in a short time. Further, the encoder according to the present embodiment can reduce power consumption by limiting the detection range of the
本実施形態におけるエンコーダは、符号板の移動方向に形成され、最低識別幅λのパターン幅を有し、絶対位置を識別するN(Nは自然数)次のアブソリュートパターンと、前記アブソリュートパターンのうち前記移動方向に連続する(N+1)個以上の連続パターンによって示される範囲を第1の検出領域と定め、該第1の検出領域を検出可能な検出部と、を備え、前記検出部は、前記符号板の移動に応じて、前記第1の検出領域から選択された選択パターンによって示される第2の検出領域を検出することを備える。
これにより、エンコーダは、絶対位置を検出する際の省電力化することが可能となる。
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
The encoder according to the present embodiment is formed in the moving direction of the code plate, has a pattern width of the minimum identification width λ, and identifies the absolute position of the N-th absolute pattern (N is a natural number) and the absolute pattern among the absolute patterns. A range indicated by (N + 1) or more continuous patterns continuous in the movement direction is defined as a first detection region, and a detection unit capable of detecting the first detection region is provided, and the detection unit includes the code Detecting a second detection region indicated by a selection pattern selected from the first detection region in response to movement of the plate.
As a result, the encoder can save power when detecting the absolute position.
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified without departing from the spirit of the present invention.
1a、1b エンコーダ
10 符号板
11 パターン(アブソリュートパターン)
12 パターン(インクリメンタルパターン)
30 センサ
1a,
12 patterns (incremental patterns)
30 sensors
Claims (10)
前記アブソリュートパターンのうち前記移動方向に連続する(N+1)個以上の連続パターンによって示される範囲を第1の検出領域と定め、該第1の検出領域を検出可能な検出部と、を備え、
前記検出部は、前記符号板の移動に応じて、前記第1の検出領域から選択された選択パターンによって示される第2の検出領域を検出する
ことを特徴とするエンコーダ。 An Nth-order absolute pattern (N is a natural number), which is formed in the moving direction of the code plate, has a pattern width of the minimum identification width λ, and identifies an absolute position;
A range indicated by (N + 1) or more continuous patterns continuous in the movement direction in the absolute pattern is defined as a first detection region, and includes a detection unit capable of detecting the first detection region,
The encoder detects the second detection area indicated by the selection pattern selected from the first detection area according to the movement of the code plate.
前記符号板の移動最高速度と、検出間隔と、前記最低識別幅λとのうち少なくともいずれかの変数に基づいて、前記第2の検出領域を決定する演算処理部
を備えることを特徴とするエンコーダ。 The encoder according to claim 1, wherein
An encoder comprising: an arithmetic processing unit that determines the second detection region based on at least one of a variable among a maximum moving speed of the code plate, a detection interval, and the minimum identification width λ. .
前記符号板の移動最高速度vと検出間隔tとの積を前記最低識別幅λによって除算した結果に基づいて、前記第2の検出領域を決定する演算処理部
を備えることを特徴とするエンコーダ。 The encoder according to claim 1 or 2,
An encoder comprising: an arithmetic processing unit that determines the second detection area based on a result obtained by dividing a product of a maximum moving speed v of the code plate and a detection interval t by the minimum identification width λ.
前記検出部による前記第1の検出領域の検出は、
保持する前記絶対位置を初期化する初期化動作に応じて、予め定められる所定の回数を繰り返し検出する
ことを特徴とするエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 1 to 3,
The detection of the first detection area by the detection unit is as follows:
An encoder characterized by repeatedly detecting a predetermined number of times in accordance with an initialization operation for initializing the absolute position to be held.
前記検出部による前記第2の検出領域の検出は、
前記絶対位置を初期化する初期化動作が完了した後の定常動作状態に行われる
ことを特徴とするエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 1 to 4,
The detection of the second detection area by the detection unit is as follows.
The encoder is characterized in that it is performed in a steady operation state after the initialization operation for initializing the absolute position is completed.
前記検出部は、
i個以上N個未満の前記選択パターンを検出し、
前記iは、
(v×t/λの整数部分+1)×2<2i
として示される関係式を満たす最小の整数である
ことを特徴とするエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 3 to 5,
The detector is
detecting i or more and less than N selected patterns,
I is
(Integer part of v × t / λ + 1) × 2 <2 i
An encoder characterized by being the smallest integer that satisfies the relational expression shown below.
前記検出部は、2次元の検出領域を検出可能な2次元イメージセンサを備える
ことを特徴とするエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 1 to 6,
The encoder comprising: a two-dimensional image sensor capable of detecting a two-dimensional detection region.
前記第1の検出領域において検出されうる予測パターン情報に関連付けて前記第2の検出領域の範囲を定めた選択情報を記憶する記憶部
を備え、
前記検出部は、
前記第1の検出領域において検出された前記連続パターンに基づいて、前記選択情報を参照し前記第2の検出領域の範囲を選択する
ことを特徴とするエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 1 to 7,
A storage unit that stores selection information that defines a range of the second detection region in association with prediction pattern information that can be detected in the first detection region;
The detector is
An encoder, wherein a range of the second detection area is selected with reference to the selection information based on the continuous pattern detected in the first detection area.
前記検出部からの受光画像に基づいて前記選択パターンの検出に必要とされる画素か否かを選択する選択部
を備えることを特徴とするエンコーダ。 The encoder according to claim 7 or claim 8,
An encoder comprising: a selection unit that selects whether or not the pixel is required for detection of the selection pattern based on a light reception image from the detection unit.
前記2次元イメージセンサは、前記符号板の移動方向に沿って3列以上の前記第1の検出領域を受光可能な受光領域を有し、
該受光領域においてそれぞれ検出された結果に基づく多数決によって、前記符号板の位置情報の判定を行う判定部
を備えることを特徴とするエンコーダ。 The encoder according to any one of claims 7 to 9,
The two-dimensional image sensor has a light receiving area capable of receiving the first detection areas in three or more rows along the moving direction of the code plate,
An encoder comprising: a determination unit configured to determine the position information of the code plate by a majority vote based on a result detected in each of the light receiving regions.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010018768A JP5381754B2 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Encoder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010018768A JP5381754B2 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Encoder |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011158302A JP2011158302A (en) | 2011-08-18 |
JP5381754B2 true JP5381754B2 (en) | 2014-01-08 |
Family
ID=44590381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010018768A Active JP5381754B2 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Encoder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5381754B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014106210A (en) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Canon Inc | Absolute encoder and method for finding absolute position |
JP6497848B2 (en) * | 2014-04-14 | 2019-04-10 | キヤノン株式会社 | Absolute encoder, processing method, program, drive device, and industrial machine |
CN107192407A (en) * | 2017-06-20 | 2017-09-22 | 上海岭先机器人科技股份有限公司 | A kind of code-disc, slew gear, yardstick and translation mechanism |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3555039B2 (en) * | 1993-07-07 | 2004-08-18 | 株式会社ソキア | Absolute encoder |
JP3303472B2 (en) * | 1993-09-14 | 2002-07-22 | 株式会社ニコン | Absolute encoder |
JP4846331B2 (en) * | 2005-01-18 | 2011-12-28 | 株式会社ミツトヨ | Photoelectric encoder and its scale |
JP4726220B2 (en) * | 2005-12-14 | 2011-07-20 | 株式会社 ソキア・トプコン | Absolute encoder |
-
2010
- 2010-01-29 JP JP2010018768A patent/JP5381754B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011158302A (en) | 2011-08-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11619521B2 (en) | Position measurement encoder and method of operation | |
US6867412B2 (en) | Scale structures and methods usable in an absolute position transducer | |
US8525102B2 (en) | Optical encoding system and optical encoder having an array of incremental photodiodes and an index photodiode for use in an optical encoding system | |
US9041385B2 (en) | Position detecting device and method for producing a marking arrangement for a position detecting device | |
EP1980824B1 (en) | Absolute position length-measurement type encoder | |
CN109075690B (en) | Position encoder | |
US6664535B1 (en) | Scale structures and methods usable in an absolute position transducer | |
JP5659220B2 (en) | Position encoder device | |
US4421980A (en) | Position encoder with closed-ring diode array | |
US7348545B2 (en) | System and method for optical encoding on two opposed surfaces of a pattern medium | |
US7282699B2 (en) | Optical encoder for improved detection of the absolute position of an origin point | |
US10209104B2 (en) | Absolute encoder, processing method, program, driving apparatus, and industrial machine | |
KR20110098351A (en) | Encoder | |
EP2199752B1 (en) | Absolute position encoder | |
JP5381754B2 (en) | Encoder | |
BE1007404A3 (en) | Encoder element. | |
JP2007071732A (en) | Absolute value encoder of optical type | |
KR101341804B1 (en) | Absolute Position Measuring Method, Absolute Position Measuring Apparatus, and Scale | |
CN108759878B (en) | Absolute encoder, motor control method and related components | |
WO2003006928A1 (en) | Optical encoder | |
US20070241271A1 (en) | Reflection-based optical encoders having no code medium | |
JP3441863B2 (en) | Displacement information detection device | |
JP4265929B2 (en) | Displacement measuring device | |
WO1997040345A1 (en) | A quasi-absolute encoder | |
JPH09126722A (en) | Displacement information detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130819 |
|
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: 20130903 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130916 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5381754 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |