JP5892844B2 - Position detection device - Google Patents

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Description

本発明は、産業機械や工作機械などに装備される位置検出装置に関し、特に機能安全化を図った位置検出装置に関する。   The present invention relates to a position detection device installed in an industrial machine, a machine tool, or the like, and more particularly to a position detection device designed to achieve functional safety.

近年、計算機内蔵の数値制御装置(CNC)を用いた工作機械(数値制御工作機械)が普及し、加工分野における自動化、省力化が推進されている。   In recent years, machine tools (numerical control machine tools) using a numerical control device (CNC) with a built-in computer have become widespread, and automation and labor saving have been promoted in the machining field.

数値制御工作機械は、対象物を移動させる駆動機構と、その対象物の現在位置を測定するポジションセンサと、その位置情報により駆動機構を制御するCNCコントローラで構成されている。   The numerically controlled machine tool includes a drive mechanism that moves an object, a position sensor that measures the current position of the object, and a CNC controller that controls the drive mechanism based on the position information.

ポジションセンサには、直線位置や移動距離を検出するリニアエンコーダと回転角度を検出するロータリーエンコーダがある。   The position sensor includes a linear encoder that detects a linear position and a moving distance, and a rotary encoder that detects a rotation angle.

磁気式スケールを例にすると、スケール材の磁気パターン上に磁界強度で抵抗値が変化するMR素子を設けた検出ヘッドを配置し移動させる。検出ヘッドには、移動方向判別のため1/4波長離して2つのMR素子が設けられる。この二つの信号出力は正弦波と余弦波の関係を持ち、XY軸にプロットすると磁気パターン一目盛分の移動距離で一周する円を描く。この円の回転方向で移動方向を検出し、累積回転数で移動距離を検出することができる。   Taking a magnetic scale as an example, a detection head provided with an MR element whose resistance value varies with the magnetic field strength is arranged and moved on the magnetic pattern of the scale material. The detection head is provided with two MR elements separated by a quarter wavelength to determine the moving direction. These two signal outputs have a relationship between a sine wave and a cosine wave, and when plotted on the XY axes, a circle that makes a round with a moving distance of one division of the magnetic pattern is drawn. The moving direction can be detected based on the rotational direction of the circle, and the moving distance can be detected based on the accumulated rotational speed.

また更に円周上の現在角度をデジタル信号処理による内挿処理で求めることで、目盛間の更に詳細な位置検出が可能となり、分解能をあげている。この内挿処理の分割数によって、最少分解能=磁気パターン1目盛/分割数 が決定される。   Further, by obtaining the current angle on the circumference by interpolation processing by digital signal processing, it becomes possible to detect more detailed positions between the scales and increase the resolution. Depending on the number of divisions in this interpolation process, the minimum resolution = the magnetic pattern 1 scale / the number of divisions is determined.

近年の重大危険事故回避/機能安全/信頼性向上の要求により、特に位置決め制御の基本情報となるポジションセンサ(位置検出装置)には、検出動作とその位置情報に対する機能安全/信頼性確保が必要となっている。   Due to recent demands for avoiding serious danger accidents / functional safety / reliability improvement, especially position sensors (position detection devices), which are the basic information for positioning control, need to ensure detection safety and functional safety / reliability for the position information. It has become.

電気機器の異常動作は重大な事故につながる場合があるので、各メーカは安全機能の充実が求められている。また、製品の開発,設計,生産,保守,廃棄の各段階において人体への危険性を許容範囲内に抑えるために厳しい安全規格が設けられている。例えば、IEC(International Electrotechnical Commission:国際電気標準会議)により制定された機能安全規格(IEC61508)などが策定されている。   Since abnormal operation of electrical equipment can lead to serious accidents, manufacturers are required to enhance safety functions. In addition, strict safety standards have been established in order to keep the danger to the human body within an acceptable range at each stage of product development, design, production, maintenance, and disposal. For example, a functional safety standard (IEC61508) established by IEC (International Electrotechnical Commission) has been established.

そこで、産業機械や工作機械などに装備される位置決め機構では、機能安全/信頼性を確保するために、ポジションセンサの内部処理を2重化し、それぞれの位置検出結果を比較して異常検出を行うようにしている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, in the positioning mechanism equipped in industrial machines and machine tools, in order to ensure functional safety / reliability, the internal processing of the position sensor is duplicated, and each position detection result is compared to detect an abnormality. (For example, refer to Patent Document 1).

WO2010/023896号公報WO2010 / 023896

ところで、産業機械や工作機械などに装備される位置決め機構において、機能安全/信頼性を確保するために、ポジションセンサの内部処理を2重化する場合、ヘッドから内挿処理回路、カウンタ、通信制御部まですべてを2重化するのが理想的だが内挿処理回路から通信制御部は規模が大きくコストも高いので、2重化はポジションセンサの大きさと価格に大きく影響する。   By the way, in order to ensure functional safety / reliability in positioning mechanisms equipped in industrial machines and machine tools, when the internal processing of the position sensor is duplicated, the interpolation processing circuit, counter, and communication control from the head. It is ideal to duplicate everything up to the part, but since the interpolation control circuit to the communication control unit are large and expensive, the duplication greatly affects the size and price of the position sensor.

また、機能安全の見地からはマイクロメートルオーダの誤差が人体に危険を及ぼすことは無く、ミリメートルオーダの異常検知で十分である。   Moreover, from the viewpoint of functional safety, errors in the micrometer order do not pose a danger to the human body, and detection of abnormalities in the millimeter order is sufficient.

そこで、本発明は、上述の如き従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、機能安全性を確保し、しかも、異常検出を行うための回路構成を簡略化した位置検出装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and the object of the present invention is to secure functional safety and simplify the circuit configuration for detecting an abnormality. It is to provide a detection device.

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。   Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become more apparent from the description of embodiments described below.

本発明では、第1のスケールから第1の検出ヘッドにより第1の測長目盛を読み取ることにより得られる第1の波長の検出信号から、上記第1の波長の1波長を内挿した最小分解能単位の第1の位置信号を生成し、第2のスケールから第2の検出ヘッドにより第2の測長目盛を読み取ることにより得られる第2の波長の検出信号から第2の位置信号を生成するとともに、上記第1の検出ヘッドにより得られる第1の波長の検出信号から第3の位置信号を生成して上記第2の位置信号と上記第3の位置信号とを比較することにより異常検出を行う。   In the present invention, the minimum resolution obtained by interpolating one wavelength of the first wavelength from the detection signal of the first wavelength obtained by reading the first measurement scale from the first scale by the first detection head. A first position signal of the unit is generated, and a second position signal is generated from the detection signal of the second wavelength obtained by reading the second length measurement scale from the second scale by the second detection head. A third position signal is generated from the detection signal of the first wavelength obtained by the first detection head, and abnormality detection is performed by comparing the second position signal and the third position signal. Do.

すなわち、本発明に係る位置検出装置は、第1のスケールから第1の検出ヘッドにより第1の測長目盛を読み取ることにより得られる第1の波長の検出信号から、上記第1の波長の1波長を内挿した最小分解能単位の第1の位置信号を生成して出力する第1の信号処理部と、第2のスケールから第2の検出ヘッドにより第2の測長目盛を読み取ることにより得られる第2の波長の検出信号から第2の位置信号を生成して出力する第2の信号処理部と、上記第1の検出ヘッドにより得られる上記第1の波長の検出信号から第3の位置信号を生成して出力する第3の信号処理部と、上記第2の信号処理部より得られる第2の位置信号と上記第3の信号処理部より得られる第3の位置信号とを比較する第1の比較処理部とを備え、上記第1の比較処理部による比較結果に基づいて異常を検出することを特徴とする。   That is, the position detection apparatus according to the present invention is configured to detect 1 of the first wavelength from the detection signal of the first wavelength obtained by reading the first length measurement scale from the first scale by the first detection head. A first signal processing unit that generates and outputs a first position signal in the minimum resolution unit interpolating the wavelength, and a second measurement scale that is obtained by reading the second measurement scale from the second scale by the second detection head. A second signal processing unit that generates and outputs a second position signal from the detection signal of the second wavelength, and a third position from the detection signal of the first wavelength obtained by the first detection head. A third signal processing unit that generates and outputs a signal, a second position signal obtained from the second signal processing unit, and a third position signal obtained from the third signal processing unit are compared. And a first comparison processing unit. And detecting an abnormality based on the comparison result by parts.

本発明に係る位置検出装置は、例えば、上記第1の信号処理部より得られる第1の位置信号と上記第3の信号処理部より得られる第3の位置信号とを比較する第2の比較処理部を備え、上記第1の信号処理部により得られる第1の位置信号と上記第2の信号処理部により得られる第2の位置信号を出力するとともに、上記第1の比較処理部及び第2の比較処理部による両比較結果に基づいて異常を検出するものとすることができる。   For example, the position detection device according to the present invention compares the first position signal obtained from the first signal processing unit with the third position signal obtained from the third signal processing unit. And a first position signal obtained by the first signal processor and a second position signal obtained by the second signal processor, and the first comparison processor and the second An abnormality can be detected based on both comparison results by the two comparison processing units.

また、本発明に係る位置検出装置において、上記第2の信号処理部では、上記第2の検出ヘッドにより得られる上記第2の波長の検出信号について、自然数で上記第2の波長を除した単位長さ毎に第1のカウント値を累積加算することにより上記第2の位置信号を生成し、上記第3の信号処理部では、上記第1の検出ヘッドにより得られる上記第1の波長の検出信号について、自然数で上記第1の波長を除した単位長さ毎に第2のカウント値を累積加算することにより上記第3の位置信号を生成し、上記第1のカウント値に対応する単位長さを該第1のカウント値で除した結果得られた長さと、上記第2のカウント値に対応する単位長さを該第2のカウント値で除した結果得られた長さとが同一となるものとすることができる。   In the position detection device according to the present invention, the second signal processing unit may be a unit obtained by dividing the second wavelength by a natural number with respect to the detection signal of the second wavelength obtained by the second detection head. The second position signal is generated by cumulatively adding the first count value for each length, and the third signal processing unit detects the first wavelength obtained by the first detection head. For the signal, the third position signal is generated by accumulating and adding the second count value for each unit length obtained by dividing the first wavelength by a natural number, and the unit length corresponding to the first count value The length obtained by dividing the length by the first count value is the same as the length obtained by dividing the unit length corresponding to the second count value by the second count value. Can be.

また、本発明に係る位置検出装置において、上記第3の信号処理部では、上記第1の検出ヘッドにより得られる上記第1の波長の検出信号について、上記最小分解能単位の倍数となるように上記第1の波長を自然数で除した波長毎に当該第1の波長を除した該自然数を累積加算することにより上記第3の位置信号を生成し、上記第2の比較処理部では、上記第1の信号処理部による上記第1の位置信号の最小分解能単位毎のカウント結果と上記第3の信号処理部より得られる第3の位置信号の累積加算結果とを比較するものとすることができる。
上記第3の信号処理部では、上記第1の検出ヘッドにより得られる上記第1の波長の検出信号について、上記第1の波長を自然数で除した長さ毎に第2のカウント値を累積加算することにより上記第3の位置信号を生成し、上記第2の比較処理部では、上記第1の信号処理部による上記第1の位置信号の最小分解能単位毎のカウント結果と上記第3の信号処理部より得られる第3の位置信号の累積加算結果とを比較し、上記第2のカウント値に対応する単位長さを該第2のカウント値で除した結果得られた長さが上記最小分解能の整数倍と同一となるものとすることができる。
Further, in the position detection apparatus according to the present invention, the third signal processing unit is configured so that the detection signal of the first wavelength obtained by the first detection head is a multiple of the minimum resolution unit. The third position signal is generated by cumulatively adding the natural number obtained by dividing the first wavelength for each wavelength obtained by dividing the first wavelength by the natural number, and the second comparison processing unit generates the first comparison signal. The count result of the first position signal for each minimum resolution unit by the signal processing unit and the cumulative addition result of the third position signal obtained from the third signal processing unit can be compared.
The third signal processing unit cumulatively adds a second count value for each length obtained by dividing the first wavelength by a natural number for the detection signal of the first wavelength obtained by the first detection head. The third position signal is generated, and the second comparison processing unit counts the minimum position unit of the first position signal by the first signal processing unit and the third signal. The result obtained by comparing the cumulative addition result of the third position signal obtained from the processing unit and dividing the unit length corresponding to the second count value by the second count value is the minimum It can be the same as an integral multiple of the resolution.

さらに、本発明に係る位置検出装置において、各信号処理部は、2進数の位置情報として表現した位置信号を出力し、上記比較部は、上記2進数の位置情報として表現した位置信号の最上位から所定の桁数のみを抽出した数値に位置信号の比較を行うものとすることができる。   Further, in the position detection device according to the present invention, each signal processing unit outputs a position signal expressed as binary position information, and the comparison unit is the highest position signal expressed as the binary position information. The position signal can be compared with a numerical value obtained by extracting only a predetermined number of digits from

本発明では、第1のスケールから第1の検出ヘッドにより第1の測長目盛を読み取ることにより得られる第1の波長の検出信号から、第1の信号処理部により上記第1の波長の1波長を内挿した最小分解能単位の第1の位置信号を生成し、第2のスケールから第2の検出ヘッドにより第2の測長目盛を読み取ることにより得られる第2の波長の検出信号から第2の信号処理部により第2の位置信号を生成するとともに、上記第1の検出ヘッドにより得られる第1の波長の検出信号から第3の信号処理部により第3の位置信号を生成して上記第2の位置信号と上記第3の位置信号とを第1の比較部で比較することにより異常検出を行うので、異常検出を行うための回路構成を簡略化することができる。さらに、上記第1の信号処理部より得られる第1の位置信号と上記第3の信号処理部より得られる第3の位置信号とを比較する第2の比較処理部を備え、上記第1の比較処理部及び第2の比較処理部による両比較結果に基づいて異常を検出することができ、簡単な構成で機能安全性を高めることができる。   In the present invention, from the detection signal of the first wavelength obtained by reading the first length measurement scale from the first scale by the first detection head, the first signal processing unit 1 of the first wavelength is obtained. A first position signal in the minimum resolution unit in which the wavelength is interpolated is generated, and the second wavelength detection signal obtained by reading the second length measurement scale from the second scale by the second detection head is used. The second position signal is generated by the second signal processing unit, and the third position signal is generated by the third signal processing unit from the detection signal of the first wavelength obtained by the first detection head. Since abnormality detection is performed by comparing the second position signal and the third position signal with the first comparison unit, the circuit configuration for performing abnormality detection can be simplified. And a second comparison processing unit that compares the first position signal obtained from the first signal processing unit and the third position signal obtained from the third signal processing unit. Abnormalities can be detected based on both comparison results by the comparison processing unit and the second comparison processing unit, and functional safety can be improved with a simple configuration.

本発明を適用した位置検出装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the position detection apparatus to which this invention is applied. 上記位置検出装置における信号処理部の具体的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structural example of the signal processing part in the said position detection apparatus. 上記位置検出装置における信号処理部の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the signal processing part in the said position detection apparatus. 内挿処理の最小分解能からくる第1の位置信号POS1のバイナリカウント表現と、測長目盛のカウント値である第2の位置信号POS2の表現単位が異なる状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state from which the expression unit of the 2nd position signal POS2 which is the count value of 1st position signal POS1 which comes from the minimum resolution of an interpolation process, and the count value of a length measurement scale differs. 上記位置検出装置における信号処理部の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the signal processing part in the said position detection apparatus. 上記信号処理部における具体的な処理内容を付して示したブロック図である。It is the block diagram which attached | subjected and showed the specific processing content in the said signal processing part. 内挿処理の最小分解能からくる第1の位置信号POS1のバイナリカウント表現と、測長目盛のカウント値である第2の位置信号POS2の表現単位を一致させた状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state which made the binary count expression of 1st position signal POS1 which comes from the minimum resolution of an interpolation process, and the expression unit of 2nd position signal POS2 which is a count value of a length measurement scale correspond. .

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、例えば図1のブロック図に示すような構成の位置検出装置100に適用される。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The present invention is applied to, for example, a position detection apparatus 100 configured as shown in the block diagram of FIG.

この位置検出装置100は、スケール部10の第1のスケール10Aに記録されている第1の測長目盛をヘッド部20の第1の検出ヘッド20Aにより読み取って信号処理部30により第1の位置信号POS1を生成し、生成した第1の位置信号POS1を位置情報として外部のCNCコントローラ200に送るもので、上記第1のスケール10Aから第1の測長目盛を第1の検出ヘッド20Aにより読み取ることにより得られる第1の波長λ1の検出信号S1から、上記第1の波長λ1の1波長をN分割内挿して最小分解能単位λ1/Nの第1の位置信号POS1を生成する第1の信号処理部31Aを上記信号処理部30に備える。   The position detection device 100 reads the first length measurement scale recorded on the first scale 10A of the scale unit 10 with the first detection head 20A of the head unit 20 and reads the first position by the signal processing unit 30. A signal POS1 is generated, and the generated first position signal POS1 is sent as position information to an external CNC controller 200. The first length measurement scale is read from the first scale 10A by the first detection head 20A. A first signal for generating a first position signal POS1 having a minimum resolution unit λ1 / N by interpolating one wavelength of the first wavelength λ1 into N divisions from the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained as described above. The signal processing unit 30 includes a processing unit 31A.

そして、この位置検出装置100は、2重化により機能安全性を確保するようにしたもので、上記スケール部10には、第2の測長目盛が記録された第2のスケール10Bが上記第1のスケール10Aと併設されており、また、上記ヘッド部20には、上記第2のスケール10Aに記録されている測長目盛を読み取る第2の検出ヘッド20Bが設けられている。さらに、上記信号処理部30には、上記第2の検出ヘッド20Bにより上記第2のスケール10Bから上記第2の測長目盛を読み取ることにより得られる第2の波長λ2の検出信号S2から第2の位置信号POS2を生成して出力する第2の信号処理部31Bと、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1から第3の位置信号POS3を生成して出力する第3の信号処理部31Cと、上記第1の信号処理部31Aにより得られる第1の位置信号POS1、第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2、第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3が供給される位置情報比較部32と、生成した第1の位置信号POS1と第2の位置信号POS2を外部のCNCコントローラ200に送る通信制御部33を備える。   The position detecting device 100 is configured to ensure functional safety by duplication, and the scale unit 10 includes a second scale 10B on which a second length measurement scale is recorded. In addition, the head unit 20 is provided with a second detection head 20B that reads a length measurement scale recorded on the second scale 10A. Further, the signal processing unit 30 receives the second detection signal S2 having the second wavelength λ2 obtained by reading the second length measurement scale from the second scale 10B by the second detection head 20B. A third position signal POS3 is generated from the second signal processing unit 31B that generates and outputs the position signal POS2 and the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. The third signal processing unit 31C to output, the first position signal POS1 obtained by the first signal processing unit 31A, the second position signal POS2 obtained by the second signal processing unit 31B, and the third signal The position information comparison unit 32 to which the third position signal POS3 obtained by the processing unit 31C is supplied, and the generated first position signal POS1 and second position signal POS2 are converted to an external CNC controller. A communication control unit 33 for sending to the roller 200 is provided.

この位置検出装置100における信号処理部30では、上記第1の信号処理部31Aにより、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1からN分割内挿処理を施して最少分解能λ1/Nの精密位置情報である第1の位置信号POS1を生成し、また、上記第2の信号処理部31Bにより、上記第2の検出ヘッド20Bにより得られる上記第2の波長λ2の検出信号S2からラフなリダンダント位置情報である第2の位置信号POS2を生成するととともに、第3の信号処理部31Cにより、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1からラフなリダンダント位置情報である第3の位置信号POS3を生成する。   In the signal processing unit 30 in the position detection device 100, the first signal processing unit 31A performs N-division interpolation processing from the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. The first position signal POS1, which is precise position information with the minimum resolution λ1 / N, is generated, and the second wavelength λ2 obtained by the second detection head 20B by the second signal processing unit 31B. The second position signal POS2, which is rough redundant position information, is generated from the detection signal S2, and the third signal processing unit 31C detects the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. A third position signal POS3, which is rough redundant position information, is generated from the signal S1.

そして、生成した第1の位置信号POS1、第2の位置信号POS2、第3の位置信号POS3に基づいて、位置情報比較部32において、機能安全に求められる誤差範囲であることを検証して、精密位置情報である第1の位置信号POS1とリダンダント位置情報である第2の位置信号POS2を通信制御部33を経由してシリアル通信により外部のCNCコントローラ200に送る。   Based on the generated first position signal POS1, second position signal POS2, and third position signal POS3, the position information comparison unit 32 verifies that the error range is required for functional safety. The first position signal POS1 that is precise position information and the second position signal POS2 that is redundant position information are sent to the external CNC controller 200 by serial communication via the communication control unit 33.

外部のCNCコントローラ200では、精密位置情報である第1の位置信号POS1とリダンダント位置情報である第2の位置信号POS2で異常判定を行うことができる。   The external CNC controller 200 can make an abnormality determination using the first position signal POS1 that is precise position information and the second position signal POS2 that is redundant position information.

この位置検出装置100における信号処理部30には、例えば、図2のブロック図に示すような構成の信号処理部30Aを用いることができる。   As the signal processing unit 30 in the position detection apparatus 100, for example, a signal processing unit 30A configured as shown in the block diagram of FIG. 2 can be used.

この信号処理部30Aにおいて、上記第1の信号処理部31Aは、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1から、上記第1の波長λ1の1波長をN分割内挿して最小分解能単位λ1/Nの第1の位置信号POS1を生成して出力する内挿処理回路311Aからなる。   In the signal processing unit 30A, the first signal processing unit 31A generates N wavelengths of the first wavelength λ1 from the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. It comprises an interpolation processing circuit 311A that generates and outputs a first position signal POS1 having a minimum resolution unit λ1 / N by divisional interpolation.

また、上記第2の信号処理部31Bは、上記第2の検出ヘッド20Bにより得られる上記第2の波長λ2の検出信号S2から上記第2の波長λ2の1波長当たり1回の第1のトリガ信号TG1を生成して出力する第1のトリガ信号生成部311Bと、この第1のトリガ信号生成部311Bから出力される第1のトリガ信号TG1をカウントすることにより上記第2の波長λ2を分解能単位とする第2の位置信号POS2を生成して出力する第1のカウンタ312Bからなる。   The second signal processing unit 31B performs the first trigger once per wavelength of the second wavelength λ2 from the detection signal S2 of the second wavelength λ2 obtained by the second detection head 20B. A first trigger signal generation unit 311B that generates and outputs a signal TG1, and a resolution of the second wavelength λ2 by counting the first trigger signal TG1 output from the first trigger signal generation unit 311B It comprises a first counter 312B that generates and outputs a second position signal POS2 as a unit.

さらに、上記第3の信号処理部31Cは、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1から上記第1の波長λ1の1波長当たり1回の第2のトリガ信号TG2を生成して出力する第2のトリガ信号生成部311Cと、この第2のトリガ信号生成部311Cから出力される第2のトリガ信号TG2をカウントすることにより上記第1の波長λ1を分解能単位とする第3の位置信号POS3を生成して出力する第2のカウンタ32Cからなる。   Further, the third signal processing unit 31C performs the second trigger once per wavelength of the first wavelength λ1 from the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. A second trigger signal generation unit 311C that generates and outputs a signal TG2, and the second trigger signal TG2 output from the second trigger signal generation unit 311C is counted to resolve the first wavelength λ1. It comprises a second counter 32C that generates and outputs a third position signal POS3 as a unit.

また、この信号処理部30Aにおいて、上記位置情報比較部32は、上記第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2と上記第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3が供給される第1の比較処理部321Aと、上記第1の信号処理部31Aにより得られる第1の位置信号POS1が供給される第1の位置信号出力部322Aと、上記第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2が供給される第2の位置信号出力部322Bとを備え、上記第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2と上記第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3が一致している場合に上記第1の信号処理部31Aにより得られる第1の位置信号POS1を第1の位置信号出力部322Aから出力する。   In the signal processing unit 30A, the position information comparison unit 32 includes the second position signal POS2 obtained by the second signal processing unit 31B and the third position obtained by the third signal processing unit 31C. The first comparison processing unit 321A to which the signal POS3 is supplied, the first position signal output unit 322A to which the first position signal POS1 obtained by the first signal processing unit 31A is supplied, and the second A second position signal output unit 322B to which a second position signal POS2 obtained by the signal processing unit 31B is supplied, and the second position signal POS2 obtained by the second signal processing unit 31B and the third position signal POS2 When the third position signal POS3 obtained by the signal processing unit 31C matches, the first position signal POS1 obtained by the first signal processing unit 31A is changed to the first position signal POS3. Output from the signal output section 322A.

上記第1の比較処理部321Aは、上記第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2と上記第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3が不一致の場合に異常状態と判断して、異常状態を示す異常検出信号を上記第1の位置信号出力部322Aに出力して、上記第1の位置信号出力部322Aから上記第1の位置信号POS1が出力されるのを防止する。   When the second position signal POS2 obtained by the second signal processing unit 31B and the third position signal POS3 obtained by the third signal processing unit 31C do not match, the first comparison processing unit 321A It is determined as an abnormal state, and an abnormality detection signal indicating an abnormal state is output to the first position signal output unit 322A, and the first position signal POS1 is output from the first position signal output unit 322A. To prevent.

上記第1の位置信号出力部322Aは、上記第1の比較処理部321Aにより得られる異常検出信号が異常状態を示していない場合に、上記第1の信号処理部31Aより得られる第1の位置信号POS1を上記通信制御部33に出力する。また、上記第2の位置信号出力部322Bは、上記第2の信号処理部31Bより得られる第2の位置信号POS2を上記通信制御部33に出力する。   The first position signal output unit 322A receives the first position obtained from the first signal processing unit 31A when the abnormality detection signal obtained by the first comparison processing unit 321A does not indicate an abnormal state. The signal POS1 is output to the communication control unit 33. The second position signal output unit 322B outputs the second position signal POS2 obtained from the second signal processing unit 31B to the communication control unit 33.

ここで、λ1=λ2、すなわち、上記第1のスケール10Aと第2のスケール10Bに記録されている各測長目盛の波長が等しい場合には、上記第2のスケール10Bから第1のカウンタ312Bまでの系及び上記第1のスケール10Aから第2のカウンタ312Cまで系に異常がなければ、上記第1のカウンタ312Bと第2のカウンタ312Cの各カウント結果は一致するので、上記第1の比較処理部321Aは、上記第2の信号処理部31Bより得られる第2の位置信号POS2と上記第3の信号処理部31Cより得られる第3の位置信号POS3とを直接比較して、不一致の場合に異常検出信号を出力することができる。   Here, when λ1 = λ2, that is, when the wavelength of each length measurement scale recorded on the first scale 10A and the second scale 10B is equal, the second counter 10B to the first counter 312B. If the system up to and the system from the first scale 10A to the second counter 312C are not abnormal, the count results of the first counter 312B and the second counter 312C match, so the first comparison The processing unit 321A directly compares the second position signal POS2 obtained from the second signal processing unit 31B with the third position signal POS3 obtained from the third signal processing unit 31C. An abnormality detection signal can be output.

また、λ1≠λ2、すなわち、上記第1のスケール10Aと第2のスケール10Bに記録されている各測長目盛の波長が等しくない場合には、例えば、α=λ2/λ1として、第2のカウンタ312Cによるカウント結果に乗算器313により係数α乗じた結果を上記第1のカウンタ312Bによるカウント結果と比較することにより、不一致の場合に異常検出信号を出力することができる。   Further, when λ1 ≠ λ2, that is, when the wavelengths of the length measurement scales recorded on the first scale 10A and the second scale 10B are not equal, for example, α = λ2 / λ1, The result of multiplying the count result by the counter 312C by the coefficient α by the multiplier 313 is compared with the count result by the first counter 312B, so that an abnormality detection signal can be output in the case of mismatch.

また、図3に示す信号処理部30Bのように、上記第2の信号処理部31Bでは、上記第2の検出ヘッド20Bにより得られる上記第2の波長λ2の検出信号S2について、第1のトリガ信号生成部311Bにおいて、上記第2の波長λ2を自然数mで除した単位長さλ2/m毎に第1のトリガ信号TG1を生成し、第1のトリガ信号TG1毎に第1のカウント値(例えば自然数m)を累積加算して上記第2の位置信号POS2を生成し、第3の信号処理部31Cでは、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1について、第2のトリガ信号生成部311Cにおいて、上記第1の波長λ1を自然数nで除した単位長さλ1/n毎に第2のトリガ信号TG2を生成し、第2のトリガ信号TG2毎に第2のカウント値(例えば自然数n)を累積加算して上記第3の位置信号POS3を生成することにより、第1の比較処理部321Aにおいて、上記第2の信号処理部31Bより得られる第2の位置信号POS2と上記第3の信号処理部31Cより得られる第3の位置信号POS3とを比較して、不一致の場合に異常検出信号を出力することができる。   Further, like the signal processing unit 30B shown in FIG. 3, the second signal processing unit 31B uses a first trigger for the detection signal S2 of the second wavelength λ2 obtained by the second detection head 20B. In the signal generator 311B, the first trigger signal TG1 is generated for each unit length λ2 / m obtained by dividing the second wavelength λ2 by the natural number m, and the first count value (for each first trigger signal TG1) For example, the second position signal POS2 is generated by accumulating the natural number m), and the third signal processing unit 31C generates the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. The second trigger signal generation unit 311C generates the second trigger signal TG2 for each unit length λ1 / n obtained by dividing the first wavelength λ1 by the natural number n, and for each second trigger signal TG2, 2 counts The second position signal POS2 obtained from the second signal processing unit 31B in the first comparison processing unit 321A is generated by accumulating values (for example, a natural number n) to generate the third position signal POS3. Can be compared with the third position signal POS3 obtained from the third signal processing unit 31C, and an abnormality detection signal can be output in the case of a mismatch.

上記信号処理部30A,30Bでは、上記第1の信号処理部31Aにより生成される最小分解能単位λ1/Nの第1の位置信号POS1よりも粗い上記第2の波長λ2及びその自然数分の1を分解能単位とする第2の位置信号POS2と上記第1の波長λ1及びその自然数分の1を分解能単位とする第3の位置信号POS3を上記第1の比較処理部321Aで比較することにより、異常検出を行うことができ、機能安全性を確保し、しかも、異常検出のための構成を簡略化することができる。   In the signal processing units 30A and 30B, the second wavelength λ2 that is coarser than the first position signal POS1 of the minimum resolution unit λ1 / N generated by the first signal processing unit 31A and its natural number are reduced. The first comparison processing unit 321A compares the second position signal POS2 having a resolution unit with the third position signal POS3 having the first wavelength λ1 and a natural fraction thereof as a resolution unit. Detection can be performed, functional safety can be ensured, and a configuration for detecting an abnormality can be simplified.

ここで、信号処理部30Aにおける乗算器313による乗算処理には膨大な乗算器を必要とするが、この信号処理部30Bでは、膨大な乗算器を必要とすることなく、異常検出を行うことができ、異常検出のための構成をさらに簡略化することができる。   Here, the multiplication processing by the multiplier 313 in the signal processing unit 30A requires an enormous number of multipliers, but the signal processing unit 30B can detect an abnormality without requiring an enormous number of multipliers. The configuration for detecting an abnormality can be further simplified.

なお、機能安全の見地からはマイクロメートルオーダの誤差が人体に危険を及ぼすことは無く、ミリメートルオーダの異常検知で十分である。したがって、上記信号処理部30A,30Bのように、内挿回路を省いた測長目盛の変化点をカウントすることにより得られる第2の位置信号POS2と第3の位置信号POS3の比較で機能安全を満たせばよい。この場合、危険側故障率低減を目的とする機能安全では、第2の位置信号POS2と第3の位置信号POS3の生成と比較の単純化と簡単化を求めるので、測長目盛の波長の選択範囲は大きくなく、殆どの場合、同一波長を採用することになる。   From a functional safety standpoint, micrometer-order errors do not pose a danger to the human body, and millimeter-order abnormality detection is sufficient. Therefore, as in the signal processing units 30A and 30B, functional safety is obtained by comparing the second position signal POS2 and the third position signal POS3 obtained by counting the change points of the length measurement scale without the interpolation circuit. Should be satisfied. In this case, in functional safety for the purpose of reducing the dangerous failure rate, it is required to simplify and simplify the generation and comparison of the second position signal POS2 and the third position signal POS3. The range is not large and in most cases the same wavelength will be employed.

しかしながら、一般にポジションセンサの最少分解能は1、2、5、10といった切りの良い数字が求められ、精密位置情報である第1の位置信号POS1の数値表現は、最少分解能単位のバイナリカウントとなる一方で、測長目盛の波長は、そのポジションセンサの方式、信頼性、使用環境、製造都合など別の要因で決定されるため、測長目盛のカウント値である第2の位置信号POS2の最少分解能は第1の位置信号POS12のべき乗の関係となるとは限らない。   However, generally, the minimum resolution of the position sensor is required to be a good number such as 1, 2, 5, 10 and the numerical expression of the first position signal POS1 which is precise position information is a binary count in the minimum resolution unit. Since the wavelength of the length measurement scale is determined by other factors such as the position sensor method, reliability, use environment, and manufacturing convenience, the minimum resolution of the second position signal POS2 that is the count value of the length measurement scale. Is not necessarily a power relationship of the first position signal POS12.

したがって、図4に示すように、内挿処理の最小分解能からくる第1の位置信号POS1のバイナリカウント表現と、測長目盛のカウント値である第2の位置信号POS2の表現単位が異なることになり、その数値比較には、数値単位の統一が必要となりポジションセンサまたはCNCコントローラでの乗算または除算の数学的処理が必要になる。   Therefore, as shown in FIG. 4, the binary count representation of the first position signal POS1 that comes from the minimum resolution of the interpolation process and the representation unit of the second position signal POS2 that is the count value of the length measurement scale are different. Therefore, the numerical comparison requires unification of numerical units, and mathematical processing of multiplication or division by a position sensor or a CNC controller is required.

この位置検出装置100では、上記信号処理部30として、例えば図5のブロック図に示すような構成の信号処理部30Cを用いることにより、第1の位置信号POS1のバイナリカウント表現と、測長目盛のカウント値である第2の位置信号POS2の表現単位を統一することができる。   In the position detection apparatus 100, by using, for example, a signal processing unit 30C configured as shown in the block diagram of FIG. 5 as the signal processing unit 30, a binary count expression of the first position signal POS1 and a length measurement scale are used. The unit of expression of the second position signal POS2, which is the count value, can be unified.

この信号処理部30Cにおいて、第1の信号処理部31Aは、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる第1の波長λ1の検出信号S1から、上記第1の波長λ1の1波長をN分割内挿して最小分解能単位λ1/Nの第1の位置信号POS1を生成して出力する内挿処理回路311Aからなる。   In the signal processing unit 30C, the first signal processing unit 31A subtracts one wavelength of the first wavelength λ1 within N division from the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. And an interpolation processing circuit 311A that generates and outputs a first position signal POS1 having a minimum resolution unit λ1 / N.

また、第2の信号処理部31Bは、上記第2の検出ヘッド20Bにより得られる上記第2の波長λ2の検出信号S2から上記第2の波長λ2の1波長当たり1回の第1のトリガ信号TG1を生成して出力する第1のトリガ信号生成部311Bと、この第1のトリガ信号生成部311Bから出力される第1のトリガ信号TG1毎に、上記第2の波長λ2を上記最小分解能単位λ1/Nの波長で除した数Kを加算値として累積加算することにより上記第2の位置信号POS2を生成して出力する第1のカウンタ312Bからなる。   The second signal processing unit 31B performs the first trigger signal once per one wavelength of the second wavelength λ2 from the detection signal S2 of the second wavelength λ2 obtained by the second detection head 20B. For each first trigger signal TG1 output from the first trigger signal generation unit 311B that generates and outputs TG1, and for each first trigger signal TG1 output from the first trigger signal generation unit 311B, the second resolution λ2 is set to the minimum resolution unit. It comprises a first counter 312B that generates and outputs the second position signal POS2 by cumulatively adding the number K divided by the wavelength of λ1 / N as an added value.

この第2の信号処理部31Bでは、上記第1のトリガ信号TG1毎に、上記加算値Kを累積加算することにより、上記第2の検出ヘッド20Bにより得られる上記第2の波長λ2の検出信号S2から、上記第2の波長λ2を上記最小分解能単位λ1/Nの波長で除した数Kの倍数で位置情報を表現した第2の位置信号POS2を生成する。   In the second signal processing unit 31B, the detection signal of the second wavelength λ2 obtained by the second detection head 20B is obtained by accumulating the addition value K for each first trigger signal TG1. From S2, a second position signal POS2 expressing position information by a multiple of a number K obtained by dividing the second wavelength λ2 by the wavelength of the minimum resolution unit λ1 / N is generated.

また、第3の信号処理部31Cは、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1から上記第1の波長λ1の1波長当たり1回の第2のトリガ信号TG3を生成して出力する第2のトリガ信号生成部311Cと、この第2のトリガ信号生成部311Cから出力される第2のトリガ信号TG2毎に、加算値Nを累積加算することにより上記第3の位置信号POS3を生成して出力する第2のカウンタ312Cからなる。   In addition, the third signal processing unit 31C performs one second trigger signal per one wavelength of the first wavelength λ1 from the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. For each second trigger signal generation unit 311C that generates and outputs TG3, and for each second trigger signal TG2 output from the second trigger signal generation unit 311C, the addition value N is cumulatively added to the second trigger signal generation unit 311C. And a second counter 312C that generates and outputs a third position signal POS3.

この第3の信号処理部31Cでは、上記第2のトリガ信号生成部311Cから出力される第2のトリガ信号TG2毎に、上記第2のカウンタ312Cにより、上記第1のカウンタ312Aにおける上記第1の波長λ1の1波長当たりのカウント値N、すなわち、上記第1の信号処理部31Aにおける上記第1の波長λ1の1波長の分割内挿数Nを累積加算して上記第3の位置信号POS3を生成する。   In the third signal processing unit 31C, for each second trigger signal TG2 output from the second trigger signal generation unit 311C, the second counter 312C causes the first counter 312A to perform the first operation. The third position signal POS3 by accumulatively adding the count value N per wavelength of the first wavelength λ1, that is, the divided interpolation number N of one wavelength of the first wavelength λ1 in the first signal processing unit 31A. Is generated.

すなわち、上記第3の信号処理部31Cでは、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1から、上記第1の波長λ1を上記最小分解能単位λ1/Nの波長で除した数Nの倍数で位置情報を表現した第3の位置信号POS3を生成する。   That is, in the third signal processing unit 31C, the first wavelength λ1 is converted into the wavelength of the minimum resolution unit λ1 / N from the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. A third position signal POS3 expressing the position information by a multiple of the number N divided by is generated.

さらに、この信号処理部30Aにおいて、上記位置情報比較部32は、上記第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2と上記第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3が供給される第1の比較処理部321Aと、上記第1の信号処理部31Aにより得られる第1の位置信号POS1と上記第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3が供給される第2の比較処理部321Bと、上記第1の信号処理部31Aにより得られる第1の位置信号POS1が供給される第1の位置信号出力部322Aと、上記第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2が供給される第2の位置信号出力部322Bとを備え、上記第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2と上記第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3が一致している場合に上記第1の信号処理部31Aにより得られる第1の位置信号POS1を第1の位置信号出力部322Aから出力する。   Further, in the signal processing unit 30A, the position information comparison unit 32 includes a second position signal POS2 obtained by the second signal processing unit 31B and a third position obtained by the third signal processing unit 31C. The first comparison processing unit 321A to which the signal POS3 is supplied, the first position signal POS1 obtained by the first signal processing unit 31A, and the third position signal POS3 obtained by the third signal processing unit 31C. Is supplied with the second comparison processing unit 321B, the first position signal output unit 322A supplied with the first position signal POS1 obtained by the first signal processing unit 31A, and the second signal processing. And a second position signal output unit 322B to which a second position signal POS2 obtained by the unit 31B is supplied, and the second position signal obtained by the second signal processing unit 31B. When the POS2 and the third position signal POS3 obtained by the third signal processing unit 31C coincide with each other, the first position signal POS1 obtained by the first signal processing unit 31A is output as the first position signal. Output from the unit 322A.

上記第1の比較処理部321Aは、上記第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2と上記第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3が不一致の場合に異常状態と判断して、異常状態を示す異常検出信号を上記第1の位置信号出力部322Aに出力して、上記第1の位置信号出力部322Aから上記第1の位置信号POS1が出力されるのを防止する。   When the second position signal POS2 obtained by the second signal processing unit 31B and the third position signal POS3 obtained by the third signal processing unit 31C do not match, the first comparison processing unit 321A It is determined as an abnormal state, and an abnormality detection signal indicating an abnormal state is output to the first position signal output unit 322A, and the first position signal POS1 is output from the first position signal output unit 322A. To prevent.

なお、この位置検出装置100において、第1、第2のスケール10A,10Bの測長目盛は、完全に正しく作成することは不可能で極微小な誤差を持って作成されている。さらに、検出ヘッド20A,20Bの側にも測定時の姿勢の変化などから完全な測定を行うことはできないという誤差要因がある。この位置検出装置100における異常検出では、これらの製造上、測定機構の構成の変化要因等を加味した想定の範囲内で一致するかどうかを比較する。また、波長λ1,λ2の異なる例の場合、2つの波長λ1,λ2は比較する時点でのトリガ位置が異なることになるため、測定の場所によっては値がずれるのが正常であり、この方法の場合はその範囲も設定しての異常検出になる。しかしながら、冒頭に説明したように機能安全上必要なレベルからは十分に小さい範囲での設定となる。   In the position detection device 100, the length measurement scales of the first and second scales 10A and 10B cannot be completely correctly created and are created with extremely small errors. Furthermore, there is an error factor on the detection heads 20A and 20B side that a complete measurement cannot be performed due to a change in posture at the time of measurement. In the abnormality detection in the position detection apparatus 100, whether or not they are matched within an assumed range that takes into account the change factors of the configuration of the measurement mechanism and the like in terms of manufacturing is compared. Further, in the case of different examples of the wavelengths λ1 and λ2, the trigger positions at the time of comparison are different between the two wavelengths λ1 and λ2, and therefore it is normal that the values are shifted depending on the measurement location. In this case, the range is also set and abnormality is detected. However, as described at the beginning, the setting is within a sufficiently small range from the level necessary for functional safety.

上記第2の比較処理部321Bは、上記第1の信号処理部31Aにより得られる第1の位置信号POS1と上記第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3が不一致の場合に異常状態と判断して、異常状態を示す異常検出信号を上記第1の位置信号出力部322Aに出力して、上記第1の位置信号出力部322Aから上記第1の位置信号POS1が出力されるのを防止する。   The second comparison processing unit 321B determines that the first position signal POS1 obtained by the first signal processing unit 31A and the third position signal POS3 obtained by the third signal processing unit 31C do not match. It is determined as an abnormal state, and an abnormality detection signal indicating an abnormal state is output to the first position signal output unit 322A, and the first position signal POS1 is output from the first position signal output unit 322A. To prevent.

上記第1の位置信号出力部322Aは、上記第1の比較処理部321A及び第2の比較処理部321Bにより得られる各異常検出信号がともに異常状態を示していない場合に、上記第1の信号処理部31Aより得られる第1の位置信号POS1を上記通信制御部33に出力する。また、上記第2の位置信号出力部322Bは、上記第2の信号処理部31Bより得られる第2の位置信号POS2を上記通信制御部33に出力する。   The first position signal output unit 322A receives the first signal when each abnormality detection signal obtained by the first comparison processing unit 321A and the second comparison processing unit 321B does not indicate an abnormal state. The first position signal POS1 obtained from the processing unit 31A is output to the communication control unit 33. The second position signal output unit 322B outputs the second position signal POS2 obtained from the second signal processing unit 31B to the communication control unit 33.

この信号処理部30Cにおいて、上記第1の信号処理部31Aにより得られる第1の位置信号POS1の位置情報のバイナリ表現と、上記第2の信号処理部31Bにより得られる第2の位置信号POS2の位置情報のバイナリ表現は統一されたものとなっている。また、上記第1の信号処理部31Aにより得られる第1の位置信号POS1の位置情報のバイナリ表現と、上記第3の信号処理部31Cにより得られる第3の位置信号POS3の位置情報のバイナリ表現は統一されたものとなっている。そして、上記位置情報比較部32は、上記第1の信号処理部31Aにより生成した第1の位置信号POS1、上記第2の信号処理部31Bにより生成した第2の位置信号POS2、上記第3の信号処理部31Cにより生成した第3の位置信号POS3に基づいて、機能安全に求められる誤差範囲であることを検証する。そして、精密位置情報である第1の位置信号POS1とリダンダント位置情報である第2の位置信号POS2を上記通信制御部33を経由してシリアル通信により外部のCNCコントローラ200に送る。   In this signal processing unit 30C, the binary representation of the position information of the first position signal POS1 obtained by the first signal processing unit 31A and the second position signal POS2 obtained by the second signal processing unit 31B. The binary representation of location information is unified. Further, the binary representation of the position information of the first position signal POS1 obtained by the first signal processor 31A and the binary representation of the position information of the third position signal POS3 obtained by the third signal processor 31C. Are unified. The position information comparing unit 32 includes the first position signal POS1 generated by the first signal processing unit 31A, the second position signal POS2 generated by the second signal processing unit 31B, and the third position signal. Based on the third position signal POS3 generated by the signal processing unit 31C, the error range required for functional safety is verified. Then, the first position signal POS1 that is precise position information and the second position signal POS2 that is redundant position information are sent to the external CNC controller 200 by serial communication via the communication control unit 33.

ここで、上記信号処理部30Cにおける具体的な処理内容を付して図6のブロック図に示すように、この位置検出装置100において、第1のスケール10Aと第2のスケール10Bに異なる波長λ1,λ2の測長目盛が記録されており、例えば、第1の波長λ1が160μmで第2の波長λ2が80μmであるとし、第1の信号処理部30Aにおける分割内挿数Nを16000として16000分割内挿処理を施して、第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1から、最小分解能λ1/N=160μm/16000=10nmの第1の位置信号POS1を生成するものとした場合、
上記信号処理部30Cでは、上記各加算値N,Kを
N=16000
K=8000
として、上記第2の信号処理部30Bにより第2の位置信号POS2を生成し、上記第3の信号処理部30Cにより第3の位置信号POS3を生成する。
Here, as shown in the block diagram of FIG. 6 with specific processing contents in the signal processing unit 30C, in the position detecting device 100, different wavelengths λ1 for the first scale 10A and the second scale 10B. , Λ2 are recorded, for example, the first wavelength λ1 is 160 μm and the second wavelength λ2 is 80 μm, and the division interpolation number N in the first signal processing unit 30A is 16000, 16000. A division interpolation process is performed to generate a first position signal POS1 with a minimum resolution of λ1 / N = 160 μm / 16000 = 10 nm from the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 20A. If it is supposed to
In the signal processing unit 30C, the addition values N and K are set to N = 16000.
K = 8000
As described above, the second position signal POS2 is generated by the second signal processing unit 30B, and the third position signal POS3 is generated by the third signal processing unit 30C.

すなわち、上記第3の信号処理部30Cにおいて、例えば、上記第2のトリガ信号生成部311Cから上記第1の波長λ1の1波長毎に第2のトリガ信号TG2を1回出力し、上記第1の波長λ1の1波長毎に加算値N=16000を第2のカウンタ312Cにより累積加算して上記第3の位置信号POS3を生成することにより、上記第3の信号処理部30Cにより生成される上記第3の位置信号POS3と上記第1の信号処理部30Cにより生成される上記最小分解能単位の第1の位置信号POS1の単位表現を一致させることができ、上記第2の比較処理部40Bでは、上記第1の信号処理部30Aによる最小分解能単位のカウント結果として得られる上記第1の位置信号POSの最小分解能単位毎のカウント結果と上記第3の信号処理部30Cよる累積加算結果と得られる第3の位置信号POS3を比較することにより、異常検出信号を生成して出力することができる。   That is, in the third signal processing unit 30C, for example, the second trigger signal TG2 is output once from the second trigger signal generation unit 311C for each wavelength of the first wavelength λ1, and the first trigger signal TG2 is output once. The added value N = 16000 is cumulatively added by the second counter 312C for each wavelength of the wavelength λ1 to generate the third position signal POS3, thereby generating the third signal processing unit 30C. The unit representation of the first position signal POS1 of the minimum resolution unit generated by the third position signal POS3 and the first signal processing unit 30C can be matched, and in the second comparison processing unit 40B, The count result for each minimum resolution unit of the first position signal POS obtained as the count result in the minimum resolution unit by the first signal processing unit 30A and the third signal processing. By comparing the cumulative addition result by the unit 30C with the obtained third position signal POS3, an abnormality detection signal can be generated and output.

また、上記第2の信号処理部30Bでは、上記第1のトリガ信号生成部311Bから上記第2の波長λ2の1波長毎に第1のトリガ信号TG1を1回出力し、上記第2の波長λ2の1波長毎に加算値K=8000を第1のカウンタ312Bにより累積加算して上記第2の位置信号POS2を生成することにより、上記第3の信号処理部30Cにより生成される上記第3の位置信号POS3と単位表現を一致させることができ、上記第1の比較処理部40Bにおいて、上記第2の信号処理部30Bにより得られる上記第2の位置信号POS2と上記第3の信号処理部30Cより得られる第3の位置信号POS3を比較することにより、異常検出信号を生成して出力することができる。   The second signal processing unit 30B outputs the first trigger signal TG1 once for each wavelength of the second wavelength λ2 from the first trigger signal generation unit 311B, and outputs the second wavelength. The third value processor 30C generates the second position signal POS2 by cumulatively adding the added value K = 8000 for each wavelength of λ2 by the first counter 312B to generate the second position signal POS2. The second position signal POS2 and the third signal processing unit obtained by the second signal processing unit 30B in the first comparison processing unit 40B. An abnormality detection signal can be generated and output by comparing the third position signal POS3 obtained from 30C.

ここで、上記第3の信号処理部30Cでは、倍数を2として、上記第2の信号生成部311Cから上記第1の波長λ1の1波長毎に第2のトリガ信号を2回出力し、上記第1の波長λ1の1/2波長毎に自然数8000を第2のカウンタ312Cにより累積加算することにより上記第3の位置信号POS3を生成するようにしても、上記第3の信号処理部30Cにより生成される上記第3の位置信号POS3と上記第1の信号処理部30Cにより生成される上記最小分解能単位の第1の位置信号POS1の単位表現を一致させることができ、上記第1の検出ヘッド20Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号について、上記最小分解能単位の倍数となるように上記第1の波長λ1を自然数で除した波長毎に上記最小分解能単位の倍数を累積加算することにより上記第3の位置信号POS3を生成することにより、上記第3の信号処理部30Cにより生成される上記第3の位置信号POS3と上記第1の信号処理部30Cにより生成される上記最小分解能単位の第1の位置信号POS1の単位表現を一致させて、上記第2の比較処理部40Bにおいて、上記第1の信号処理部30Aによる上記第1の位置信号POSの最小分解能単位毎のカウント結果と上記第3の信号処理部30Cより得られる第3の位置信号POS3の累積加算結果とを比較することができる。   Here, the third signal processing unit 30C outputs a second trigger signal twice for each wavelength of the first wavelength λ1 from the second signal generation unit 311C, with a multiple of 2. Even if the third position signal POS3 is generated by accumulating and adding the natural number 8000 by the second counter 312C for every half wavelength of the first wavelength λ1, the third signal processing unit 30C may generate the third position signal POS3. The unit representation of the generated third position signal POS3 and the first position signal POS1 of the minimum resolution unit generated by the first signal processing unit 30C can be matched, and the first detection head For the detection signal of the first wavelength λ1 obtained by 20A, a multiple of the minimum resolution unit is set for each wavelength obtained by dividing the first wavelength λ1 by a natural number so as to be a multiple of the minimum resolution unit. By generating the third position signal POS3 by performing product addition, the third position signal POS3 generated by the third signal processing unit 30C and the first signal processing unit 30C are generated. The unit representation of the first position signal POS1 in the minimum resolution unit is matched, and in the second comparison processing unit 40B, every minimum resolution unit of the first position signal POS by the first signal processing unit 30A. And the cumulative addition result of the third position signal POS3 obtained from the third signal processing unit 30C can be compared.

すなわち、この第3の信号処理部30Cでは、上記位置情報比較部40において、上記第1の位置信号POS1、第2の位置信号POS2、第3の位置信号POS3が機能安全に求められる誤差範囲であることの検証のため各位置信号POS1、POS2、POS3の比較を実施するに当り、本来の装置制御に使用される最少分解能からくる上記第1の位置信号POS1の数値単位と、機能安全のため測長目盛のカウント数値で表現された第2の位置信号POS2及び第3の位置信号POS3の単位を統一するために、波長λ1、λ2そのものをカウントして第2の位置信号POS2及び第3の位置信号POS3を生成するのではなく、測長目盛の波長を上記第1の位置信号POS1の最少分解能の倍数K(=N×λ2/λ1)および倍数N(=N×λ1/λ1)で表現し、測長目盛を検出する度に、その倍数Kまたは倍数Nを累積加減算させることで、第2の位置信号POS2及び第3の位置信号POS3の位置情報を得る処理を行うことにより、図7に示すように、第1の位置信号POS1、第2の位置信号POS2、第3の位置信号POS3の単位表現を統一でき、その後の正常運転を判断するための位置情報比較を単純な回路で容易に行い、機能安全性を確保することができる。   That is, in the third signal processing unit 30C, in the position information comparison unit 40, the first position signal POS1, the second position signal POS2, and the third position signal POS3 are within an error range required for functional safety. When comparing the position signals POS1, POS2, and POS3 to verify the existence, the numerical unit of the first position signal POS1 that comes from the minimum resolution used for the original device control, and for functional safety In order to unify the units of the second position signal POS2 and the third position signal POS3 expressed by the count value of the length measurement scale, the wavelengths λ1 and λ2 themselves are counted and the second position signal POS2 and the third position signal POS2 are counted. Instead of generating the position signal POS3, the wavelength of the length measurement scale is set to a multiple K (= N × λ2 / λ1) and a multiple N (= N ×) of the first resolution of the first position signal POS1. N × λ1 / λ1), and each time a length measurement scale is detected, the position information of the second position signal POS2 and the third position signal POS3 is obtained by cumulatively adding or subtracting the multiple K or multiple N. By performing the processing, as shown in FIG. 7, the unit expressions of the first position signal POS1, the second position signal POS2, and the third position signal POS3 can be unified, and the position for determining the subsequent normal operation. Information comparison can be easily performed with a simple circuit, and functional safety can be ensured.

なお、上記位置検出装置100における測長方式には、従来より知られている光学/磁気/誘導/レーザなどの各種方式を採用することができる。その測長方式によらず、測長目盛と内挿処理をもつ測長システムであれば本発明を適用することができる。また、この発明の実施の形態における実施例の説明においては、異常検出の際に、第1の位置信号POS1、第2の位置信号POS2が出力されるのを防止する構成を用いて説明したが、信号の出力を防止せず、別途アラーム信号を出力するなど他の方法にて異常検出を後段のCNCコントローラ200に情報出力するなど、本発明は上記実施例に限定されず機能安全の要求仕様、CNCコントローラとの通信仕様等により決定すればよい。また、測長目盛が記録されたトラックすなわち上記スケール部10に備えられるスケールの数、測長目盛を検出するヘッドの数すなわち上記ヘット部20に備えられる検出ヘッド数は、限定されることは無く、機能安全の要求仕様により決定すれば良い。   As the length measuring method in the position detecting device 100, various methods such as optical / magnetic / guide / laser known in the art can be employed. The present invention can be applied to any length measurement system having a length measurement scale and interpolation processing regardless of the length measurement method. Further, in the description of the examples in the embodiment of the present invention, the description has been given using the configuration that prevents the first position signal POS1 and the second position signal POS2 from being output when an abnormality is detected. The present invention is not limited to the above-described embodiments, such as outputting an abnormality detection to the subsequent CNC controller 200 by other methods such as outputting an alarm signal separately without preventing the output of the signal. And may be determined according to communication specifications with the CNC controller. Further, the number of tracks on which the length measurement scale is recorded, that is, the number of scales provided in the scale unit 10 and the number of heads that detect the length measurement scale, that is, the number of detection heads provided in the head unit 20 are not limited. It may be determined according to the functional safety requirement specification.

さらに、トリガ信号の生成に関しては、一波長あたりトリガ信号を一回生成するだけでなく、測長回路構成によって、多くのトリガ数/波長を生成することも可能である。   Furthermore, regarding the generation of the trigger signal, it is possible not only to generate the trigger signal once per wavelength, but also to generate a large number of triggers / wavelengths by the length measurement circuit configuration.

例えば、上記第3の信号処理部30Cは、上記第1の検出ヘッド10Aにより得られる上記第1の波長λ1の検出信号S1について、上記最小分解能単位λ1/Nの倍数となるように上記第1の波長λ1の1波長を自然数nで除した波長毎λ1/nに該自然数nを累積加算することにより上記第3の位置信号POS3を生成することにより、上記第2の比較処理部30Bにおいて、上記第1の信号処理部30Aによる上記第1の位置信号POS1の最小分解能単位毎のカウント結果と上記第3の信号処理部30Cより得られる第3の位置信号POS3の累積加算結果とを比較することができる。   For example, the third signal processing unit 30C sets the first signal so that the detection signal S1 of the first wavelength λ1 obtained by the first detection head 10A is a multiple of the minimum resolution unit λ1 / N. In the second comparison processing unit 30B, the third position signal POS3 is generated by cumulatively adding the natural number n to each wavelength λ1 / n obtained by dividing one wavelength of the wavelength λ1 by the natural number n. The count result for each minimum resolution unit of the first position signal POS1 by the first signal processing unit 30A is compared with the cumulative addition result of the third position signal POS3 obtained from the third signal processing unit 30C. be able to.

また、測長目盛が複数の場合、その波長は同一のものである必要はなく、第1の位置信号POS1の最少分解能単位の倍数であれば良く、機能安全用累積カウンタにおいて、その波長ごとにその倍数を加減算すれば良い。この加減算される倍数が2のM乗の最大公約数を持つ時は、加減算の数値の下位Mビットと累積カウンタの下位Mビットが常に0となるので、加減算の数値と累積カウンタ下位Nビットを省略しても良い。すなわち、上記第1の波長λ1は、上記最小分解能の波長λ0の整数N倍の波長であり、上記第2の波長λ2は、上記最小分解能の波長λ0の整数M倍の波長であり、N/Mは2のべき乗とすることにより、第1の位置信号POS1、第2の位置信号POS2、第3の位置信号POS3の単位表現を簡単な処理で統一して比較することができる。したがって、上記第1の信号処理部30A、第2の信号処理部30B及び第3の信号処理部30Cから、それぞれ2進数の位置情報としてバイナリ表現した第1の位置信号POS1、第2の位置信号POS2及び第3の位置信号POS3を出力し、上記位置情報比較部32において、第2の比較処理部321Bにより、上記2進数の位置情報として表現した第1の位置信号POS1の最上位から所定の桁数のみを抽出した数値と上記2進数の位置情報として表現した第3の位置信号POS3とを比較して、不一致の場合に異常検出信号を出力することができる。   Further, when there are a plurality of measurement scales, the wavelengths do not have to be the same, and may be a multiple of the minimum resolution unit of the first position signal POS1. What is necessary is just to add / subtract the multiple. When the multiple to be added or subtracted has the greatest common divisor of M to the power, the lower M bit of the addition / subtraction value and the lower M bit of the accumulation counter are always 0, so the addition / subtraction value and the lower N bit of the accumulation counter are May be omitted. That is, the first wavelength λ1 is a wavelength that is an integer N times the wavelength λ0 of the minimum resolution, the second wavelength λ2 is a wavelength that is an integer M times the wavelength λ0 of the minimum resolution, and N / By setting M to a power of 2, the unit expressions of the first position signal POS1, the second position signal POS2, and the third position signal POS3 can be unified and compared by a simple process. Accordingly, the first position signal POS1 and the second position signal expressed in binary as binary position information from the first signal processing unit 30A, the second signal processing unit 30B, and the third signal processing unit 30C, respectively. The POS2 and the third position signal POS3 are output, and the position information comparison unit 32 performs a predetermined comparison from the highest position of the first position signal POS1 expressed as the binary position information by the second comparison processing unit 321B. A numerical value obtained by extracting only the number of digits is compared with the third position signal POS3 expressed as the binary position information, and an abnormality detection signal can be output in the case of mismatch.

また、通信制御部33からCNCコントローラ200に送る第2の位置信号POS2の分解能は第1の位置信号POS1と同一である必要はなく、量子化誤差として±1ビットを容認できれば、CNCコントローラ200との通信負荷と、機能安全要求仕様に応じて第2の位置信号POS2の下位ビットを省略しても良い。   Further, the resolution of the second position signal POS2 sent from the communication control unit 33 to the CNC controller 200 does not have to be the same as that of the first position signal POS1, and as long as ± 1 bit can be accepted as a quantization error, The lower bits of the second position signal POS2 may be omitted according to the communication load and the functional safety requirement specification.

10 スケール部、10A 第1のスケール、10B 第2のスケール、20 ヘッド部、20A 第1の検出ヘッド、20B 第2の検出ヘッド、30,30A,30B,30C 信号処理部、31A 第1の信号処理部、31B 第2の信号処理部、31C 第3の信号処理部、32 位置情報比較部、33 通信制御部、100 位置検出装置、200 CNCコントローラ、311A 内挿処理回路、311B 第1のトリガ信号生成部、311C 第2のトリガ信号生成部、312B 第1のカウンタ、312C 第2のカウンタ、321A 第1の比較処理部、321B 第2の比較処理部、322A 第1の位置信号出力部、322B 第2の位置信号出力部、313 乗算器   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Scale part, 10A 1st scale, 10B 2nd scale, 20 head part, 20A 1st detection head, 20B 2nd detection head, 30, 30A, 30B, 30C Signal processing part, 31A 1st signal Processing unit, 31B second signal processing unit, 31C third signal processing unit, 32 position information comparison unit, 33 communication control unit, 100 position detection device, 200 CNC controller, 311A interpolation processing circuit, 311B first trigger Signal generation unit, 311C second trigger signal generation unit, 312B first counter, 312C second counter, 321A first comparison processing unit, 321B second comparison processing unit, 322A first position signal output unit, 322B Second position signal output unit, 313 multiplier

Claims (5)

第1のスケールから第1の検出ヘッドにより第1の測長目盛を読み取ることにより得られる第1の波長の検出信号から、上記第1の波長の1波長を内挿した最小分解能単位の第1の位置信号を生成して出力する第1の信号処理部と、
第2のスケールから第2の検出ヘッドにより第2の測長目盛を読み取ることにより得られる第2の波長の検出信号から第2の位置信号を生成して出力する第2の信号処理部と、
上記第1の検出ヘッドにより得られる上記第1の波長の検出信号から第3の位置信号を生成して出力する第3の信号処理部と、
上記第2の信号処理部より得られる第2の位置信号と上記第3の信号処理部より得られる第3の位置信号とを比較する第1の比較処理部と
を備え、
上記第1の比較処理部による比較結果に基づいて異常を検出することを特徴とする位置検出装置。
The first of the minimum resolution units obtained by interpolating one wavelength of the first wavelength from the detection signal of the first wavelength obtained by reading the first length measurement scale from the first scale by the first detection head. A first signal processing unit that generates and outputs a position signal of
A second signal processing unit that generates and outputs a second position signal from the detection signal of the second wavelength obtained by reading the second length measurement scale from the second scale by the second detection head;
A third signal processing unit that generates and outputs a third position signal from the detection signal of the first wavelength obtained by the first detection head;
A first comparison processing unit that compares the second position signal obtained from the second signal processing unit and the third position signal obtained from the third signal processing unit;
A position detection device that detects an abnormality based on a comparison result by the first comparison processing unit.
上記第1の信号処理部より得られる第1の位置信号と上記第3の信号処理部より得られる第3の位置信号とを比較する第2の比較処理部を備え、
上記第1の比較処理部及び第2の比較処理部による両比較結果に基づいて異常を検出することを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
A second comparison processing unit that compares the first position signal obtained from the first signal processing unit and the third position signal obtained from the third signal processing unit;
2. The position detection apparatus according to claim 1, wherein an abnormality is detected based on both comparison results by the first comparison processing unit and the second comparison processing unit.
上記第2の信号処理部では、上記第2の検出ヘッドにより得られる上記第2の波長の検出信号について、自然数で上記第2の波長を除した単位長さ毎に第1のカウント値を累積加算することにより上記第2の位置信号を生成し、
上記第3の信号処理部では、上記第1の検出ヘッドにより得られる上記第1の波長の検出信号について、自然数で上記第1の波長を除した単位長さ毎に第2のカウント値を累積加算することにより上記第3の位置信号を生成し、
上記第1のカウント値に対応する単位長さを該第1のカウント値で除した結果得られた長さと、上記第2のカウント値に対応する単位長さを該第2のカウント値で除した結果得られた長さとが同一となる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2の何れか1項に記載の位置検出装置。
The second signal processing unit accumulates a first count value for each unit length obtained by dividing the second wavelength by a natural number for the detection signal of the second wavelength obtained by the second detection head. The second position signal is generated by adding,
The third signal processing unit accumulates a second count value for each unit length obtained by dividing the first wavelength by a natural number with respect to the detection signal of the first wavelength obtained by the first detection head. The third position signal is generated by adding,
The length obtained by dividing the unit length corresponding to the first count value by the first count value and the unit length corresponding to the second count value are divided by the second count value. The position detection apparatus according to claim 1, wherein the obtained length is the same.
上記第3の信号処理部では、上記第1の検出ヘッドにより得られる上記第1の波長の検出信号について、上記第1の波長を自然数で除した長さ毎に第2のカウント値を累積加算することにより上記第3の位置信号を生成し、
上記第2の比較処理部では、上記第1の信号処理部による上記第1の位置信号の最小分解能単位毎のカウント結果と上記第3の信号処理部より得られる第3の位置信号の累積加算結果とを比較し、
上記第2のカウント値に対応する単位長さを該第2のカウント値で除した結果得られた長さが上記最小分解能の整数倍と同一となることを特徴とする請求項2記載の位置検出装置。
The third signal processing unit cumulatively adds a second count value for each length obtained by dividing the first wavelength by a natural number for the detection signal of the first wavelength obtained by the first detection head. To generate the third position signal,
In the second comparison processing unit, a cumulative addition of the count result for each minimum resolution unit of the first position signal by the first signal processing unit and the third position signal obtained from the third signal processing unit. Compare the results with
3. The position according to claim 2, wherein a length obtained by dividing a unit length corresponding to the second count value by the second count value is the same as an integral multiple of the minimum resolution. Detection device.
各信号処理部は、2進数の位置情報として表現した位置信号を出力し、
上記比較部は、上記2進数の位置情報として表現した位置信号の最上位から所定の桁数のみを抽出した数値に位置信号の比較を行うことを特徴とする請求項3又は請求項4の何れか1項に記載の位置検出装置。
Each signal processing unit outputs a position signal expressed as binary position information,
5. The comparison unit according to claim 3, wherein the comparison unit compares the position signal with a numerical value obtained by extracting only a predetermined number of digits from the most significant position signal represented as the binary position information. The position detecting device according to claim 1.
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