JPH0130087B2 - - Google Patents

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JPH0130087B2
JPH0130087B2 JP56055405A JP5540581A JPH0130087B2 JP H0130087 B2 JPH0130087 B2 JP H0130087B2 JP 56055405 A JP56055405 A JP 56055405A JP 5540581 A JP5540581 A JP 5540581A JP H0130087 B2 JPH0130087 B2 JP H0130087B2
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rectangular wave
counter
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Tsuneo Sasaki
Fumio Ootomo
Takashi Yokokura
Fumitomo Kondo
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Tokyo Optical Co Ltd
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Tokyo Optical Co Ltd
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Priority to AU83307/82A priority patent/AU552429B2/en
Priority to US06/453,880 priority patent/US4547667A/en
Priority to PCT/JP1982/000119 priority patent/WO1982003682A1/ja
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Priority to US06/695,892 priority patent/US4580047A/en
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24404—Interpolation using high frequency signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/489—Digital circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/30—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental
    • H03M1/303—Circuits or methods for processing the quadrature signals
    • H03M1/305—Circuits or methods for processing the quadrature signals for detecting the direction of movement

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  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は角変位測定装置に係り、特に回転軸ガ
タや偏心により生ずる測定誤差を補償し、回転体
の回転角および／または回転速度を高精度で測定
できる構成の簡単な測定装置に関する。
従来、回転軸のガタや偏心の影響を除去した回
転体の回転角測定装置として例えば第１図のブロ
ツク線図に示したような測定装置が知られてい
る。第１図に示されたものは例えば光電式回転角
測定装置のブロツク線図であり、円周に等角度ピ
ツチのラジアル格子を有する回転円板２が、回転
軸１に略同心的に固定され、この回転円板２と対
向する如く且つこれと同心的にインデツクス円板
３が設けられている。さらに第２図に示すように
インデツクス円板３の回転対称位置には回転円板
２のラジアル格子と同ピツチのインデツクス格子
Ａ，A′が互に逆相関係となるように配設されて
いる。このインデツクス格子Ａ，A′と回転円板
２を挾んで光源４，４′と光電変換素子５，５′と
がそれぞれ配設され、回転軸１が回動すると光電
変換素子５，５′からそれぞれ正弦波状の光電変
換信号が出力するようになされている。各光電変
換素子５，５′の出力信号はそれぞれの直流成分
を相殺するために直接差動接続された後にシユミ
ツトトリガー回路６、パルス発生回路７にてパル
スに変換される。パルス発生回路７より出力され
たパルスはカウンタ８にて計数され、表示器９は
この計数値を回転軸１の回転角に変換して表示す
るものである。
上記の従来装置によれば、例えば回転軸１のガ
タや回転軸１の円板２との偏心のために、光電変
換素子５，５′の出力信号が基準（０度）位相の
信号（それぞれEsin、ωt、Esin（ωt＋π）と表わ
される）から位相ずれを起しても、インデツクス
格子Ａ，A′が互に回転対称位置に配設されてい
るので、その位相ずれは互に逆方向且つ等しい量
φとなる。従つて、光電変換素子５，５′の各出
力信号は３図に５，５′として示す如くそれぞれ
Esin（ωt＋φ）、Esin（ωt＋π−φ）となり、光電
変換素子５，５′の差動信号は第３図５″として示
す如く5Ecosφsinωtとなる。それ故位相ずれの補
償された信号に基づいてデジタル処理が行なわれ
ることになる。
しかしながら上述の従来装置では光電変換素子
５，５′の出力信号の差動信号は第３図５″に示す
如くその振巾が2Ecosφとなるので、例えば回転
軸１のガタや偏心の大きさによつては、φが90゜
付近となり、差動信号の出力が殆んどなくなるの
でパルス数が誤計数されることとなる。例えば
10μピツチの格子板を用いるものにおいては、2μ
の偏心があると中心は最大4μ振れるので、10μの
１／４周期即ち2.5μ以上の偏心の影響を受ける場所
があり、そのため誤計数になることが明らかであ
る。
上記の欠点を補うために例えば第４図に第１図
と同一部分に同一符号を付して示すように、対向
に配置された光電変換素子５，５′の各光電変換
信号をそれぞれが独立にデジタル処理した後にこ
れらを平均化してなる回転角測定が知られてい
る。第４図において回転軸１は、回転円板２、イ
ンデツクス円板３、光源４，４′および光電変換
素子５，５′はそれぞれ第１図に示すものと同一
構成である。従つて、第４図に示すものは光電変
換素子５，５′の出力信号をそれぞれシユミツト
トリガ回路６０，６０′で矩形波変形して、これ
らをそれぞれパルス発生回路７０，７０′で各パ
ルスに変換し、これらの出力を各カウンタ８０，
８０′で計数し、これらの各計数値を平均化回路
１０で平均化して表示器９０にて回転体の回転角
を表示するようになされている。
しかしながら第４図図示の装置においては、例
えば前記の平均化回路をハードで構成するとその
構成が著しく複雑化する欠点がある。一方これを
ソフトで行なうようにすると、その応答性が問題
となり、従つて回転角の表示をリアルタイムでは
表示できない場合が生ずるという欠点がある。さ
らに、またこの装置では第４図から明らかな如く
パルス発生回路７０，７０′およびカウンタ８０，
８０′としてそれぞれ同一構成の回路が２組必要
となり、それだけ回路が複雑化すると共に不経済
となる欠点もある。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、
その発明の目的とするところは、上記従来装置の
欠点や煩雑さを解消し、簡単な構成により回転体
の回転軸ガタや偏心の影響を受けることなく、回
転角および／または回転速度を高精度で測定でき
る角変位測定装置を提供するにある。
本発明においては回転板の略回転対称の位置に
配設した少くとも２つの検出素子より得られる各
信号をそれぞれ独立に矩形波に変換した後に、互
いに位相差を有する同一周波数のクロツクパルス
によりそれぞれの矩形波の遷移を示すパルスを形
成するパルス発生器でパルス発生させ、共通のカ
ウンタを用いて処理するように構成することによ
り上記目的が達せられるものである。
本発明による角変位測定装置は、回転軸に略同
心的に装着され周囲に所定ピツチのラジアル符号
化パターンを有する回転部と、 前記回転部と略同心的に配設され、かつ前記ラ
ジアル符号化パターンに対抗しこれと同ピツチの
インデツクスパターンを互いに略回転対称位置に
配設してなるインデツクス部と、 前記ラジアル符号化パターンと前記インデツク
スパターンを照射する線源と、 照射された前記ラジアル符号化パターンと前記
インデツクスパターンの各々から信号を検出する
検出素子と、 前記検出素子の出力信号をそれぞれ矩形波に変
換する変換部と、 前記各矩形波信号の周波数より高い周波数を有
し且つ互いに位相差を有する同一周波数のクロツ
クパルスを発生するクロツクパルス発生部と、 前記各矩形波信号の遷移を示すパルスを前記各
クロツクパルスを用いて検出するパルス発生回路
と、 前記パルス発生回路から発生されるパルス数を
計数するカウンタとを具備してなることを特徴と
する。
以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して
詳細に説明する。
第５図は本発明の一実施例のブロツク線図であ
る。第５図において回転軸１１，回転板１２、イ
ンデツクス板１３、線源例えば光源１４，１４′、
および検出素子例えば光電変換素子１５，１５′
の構成、配置については第１図、および第４図に
示すものと略同一である。即ち、回転体の回転軸
１１に略同心的に装着された回転板１２にはその
円周に等角度ピツチの符号化パターン例えばラジ
アル格子が設けられている。インデツクス板１３
は回転板１２と略同心的に配設され、且つそのイ
ンデツクス板１３には前記符号化パターン例えば
ラジアル格子に対向し、これと同ピツチのインデ
ツクスパターン例えばインデツクス格子Ａ１，Ａ
１′が互に回転対称位置に配設されている。前記
インデツクス格子Ａ１，Ａ１′と回転板１２とを
挾んで互に対向するように線源例えば光源１４，
１４′とその情報を検出する検出素子例えば光電
変換素子１５，１５′とが配設されている。
回転板１２とインデツクス板１３とが相対的に
移動すると光電変換素子１５，１５′から正弦波
状の光電変換信号が出力信号として得られるよう
になされている。これらの出力信号は例えば増巾
器１６，１６′で増巾し、シユミツトトリガー回
路１７，１７′で各矩形波信号に変換するように
なされている。これらの矩形波信号を時分割に読
み取るために各矩形波信号の周波数より高い周波
数を有し、且つ互に位相差を有する各同一周波数
のクロツクパルスを発生するクロツクパルス発生
装置置１８が設けられている。さらに、クロツク
パルス発生装置１８から発生される各クロツクパ
ルスを用いて前記各矩形波信号の遷移を示すパル
スを形成するための単一のパルス発生回路１９が
設けられ、このパルス発生回路１９から発生され
るパルス数を計数表示する単一のカウンタ２０と
表示器２１が設けられている。
次に上記本発明の実施例の作動について説明す
る。回転体の回動により回転軸１１が回動する
と、インデツクス板１３と回転板１２との相対的
な移動により光電変換素子１５，１５′から各正
弦波状の光電変換信号が出力信号として出力され
る。この各出力信号は増巾器１６，１６′とシユ
ミツトトリガー回路１７，１７′とにより各矩形
波信号に変換される。この時の各矩形波信号は軸
のガタや偏心の影響で所定の位相差を有し、例え
ば第６図の６Ａ，６Ｂで示すような波形となる。
この６Ａ，６Ｂで示す矩形波信号は単一のパルス
発生回路１９に入力される。パルス発生回路１９
にはさらにクロツクパルス発生装置１８からの第
６図の６Ｃ，６Ｄに示すような各矩形波信号６
Ａ，６Ｂの周波数より数段高い周波数を有し、且
つ互に位相差を有する各同一周波数のクロツクパ
ルスが入力される。パルス発生回路１９はこれら
の各入力信号を受けて例えば後述するようにクロ
ツクパルス６Ｃ，６Ｄにより矩形波信号６Ａ，６
Ｂを時分割に読み取り矩形波信号の変化する時点
においてパルスを発生させる。このパルスが単一
のカウンタ２０に送られ、カウンタ２０はそのパ
ルス数を計数し、その計数値を1/2にして表示器
２１にて表示する。このように計数値を1/2にす
ることにより即ち平均化することにより、軸ガタ
や偏心による影響を除去した値が得られることと
なる。この場合計数値を1/2にしないで計数値の
ままで表示すれば見かけ上倍の分解能の値が表示
されること明らかである。
次に、上記本発明の一実施例におけるパルス発
生回路１９の一例をさらに詳細に説明する。第６
図に示す矩形波信号６Ａとクロツクパルス６Ｃと
を例えば第７図に示す論理回路のゲート３１で論
理積をとると第６図の６Ｅで示す波形となる。こ
の６Ｅをクロツクパルス６Ｃに同期したシフトレ
ジスタ３３に送り、このシフトレジスタ３３の出
力と６Ｅとをゲート３５で排他的論理和をとると
第６図の６Ｆで示す波形となる。即ち、クロツク
パルス６Ｃが“ハイ”の期間にのみ矩形波信号６
Ａの値を読み取り、且つ読み取られた値が“ハ
イ”から“ロウ”または“ロウ”から“ハイ”に
変化する時点でクロツクパルス６Ｃと同じ巾のパ
ルスを発生することになる。従つて、ここで発生
したパルスは矩形波信号６Ａの遷移を示すことと
なる。
矩形波信号６Ｂとクロツクパルス６Ｄについて
も第７図においてゲート３２、シフトレジスタ３
４、ゲート３６を介して前記と全く同様にして第
６図に６Ｇで示す波形が得られる。この場合前記
の如くクロツクパルス６Ｃ，６Ｄは“ハイ”の期
間が互に位相ずれしたパルスであるから、前記処
理で得られる２組のパルス即ち６Ｆ，６Ｇは互に
重なることはあり得なくなる。これらの２組のパ
ルスは第７図の論理和回路３７により時系列パル
スとして出力される。従つて単一のカウンタにて
計数できる出力となるものである。
以上は本発明の一実施例として回転体の回転角
を測定するものについて説明したが、本発明によ
れば回転体の回転速度をも同様にして測定できる
ものである。次に回転体の回転速度を測定する場
合の本発明の一実施例を説明する。
回転体の回転速度を測定するためには、原理的
には前記の本発明による実施例において回転角が
測定できれば、これに簡単な付加回路等を付加す
ることにより回転速度も測定できるものであり、
例えば前記のパルス発生回路で得られる角度変位
量を示すパルスとその角度変位量に要する時間を
示すクロツクパルスとを計数することにより回転
速度が測定できること明らかである。
第８図は回転速度を測定する場合の本発明の一
実施例を示すブロツク線図で、図中第５図に示す
ものと同一部分には同一符号を付してその詳細な
説明を省略する。第８図においては、第５図にお
ける回転角計測用カウンタ２０の代りに回転速度
計測用カウンタ２２が設けられている。このカウ
ンタ２２にはパルス発生回路１９の出力信号が入
力されると同時にクロツクパルス発生装置１８か
らクロツク信号が入力されるようになされてい
る。このカウンタ２２の詳細な構成の一例が第９
図に示されている。即ちクロツクパルス発生装置
１８から入力されるクロツク数をカウンタ４１に
て計数し、このカウンタ４１から一定のクロツク
数毎にパルスを発生させる。このクロツク数と周
波数により測定間隔が決まるものであつて、例え
ば200KHzの周波数のクロツクを50個毎に計数す
る場合には、250μsec毎に１個のパルスを発生す
ることになる。これに対しパルス発生回路１９か
ら出力される回転角度変位を示すパルスはカウン
タ４０にて計数され、前記のカウンタ４１にて発
生されたパルスにてラツチ回路４２にラツチされ
る。これと同時にカウンタ４０はクリアされ新た
な計数を始める。ラツチ回路４２にてラツチされ
たデータは第８図に示され回転速度変換回路２３
に送られ、これにより回転速度に変換されて表示
部２４により表示される。したがつて、ここでは
250μsecの期間の平均速度が表示されたことにな
る。
前記の実施例においては時間計数のクロツクパ
ルスを基準として角度変位量を示すパルスを計数
する場合の一例を示したが、この代りに角度変位
量を示すパルスを基準として時間を示すクロツク
パルスを計数するようにしてもよいことは勿論で
ある。この場合には例えば第１０図のブロツク線
図に示すようにクロツクを角度変位を示すパルス
をトリガーとして計数、ラツチする構成となる。
しかし乍ら、第１０図に示すものは分解能の移動
量に対する時間を計測することになるので、例え
ば回転板１２が静止している時にはトリガーとし
てのパルスが発生されなく従つてカウンタ４０は
そのまま増加し続けることになり不都合の結果を
生ずる。この場合には例えばパルス間隔の長さが
所定以上となつた時に回転速度を０と変換する等
の処理を付加すればよいこと明らかである。
以上の如く本発明によれば、回転板の略回転対
称の位置に配設した少くとも２つの検出素子より
得られる各信号をそれぞれ独立に矩形波に変換し
た後に、互いに位相差を有する同一周波数のクロ
ツクパルスに基づきパルス発生回路がそれぞれの
矩形波の遷移を示すパルスを形成し、これにより
単一のカウンタを用いて処理するうように構成さ
れているので、簡単な構成により回転体の回転軸
ガタや偏心の影響を受けることなく回転角およ
び／または回転速度を高精度で測定できる測定装
置が得られるものである。
以上は本発明の各実施例について説明したが、
本発明は前記の各実施例に示されたものに限定さ
れることなく、種々変形、変更を加えて得ること
勿論である。例えば前記実施例においてはインデ
ツクス格子Ａ１，Ａ１′としては互に回転対称位
置に配設されていることについて述べただけでそ
の詳細については説明していないが、これらのイ
ンデツクス格子Ａ１，A′１としては第１１図Ａ，
Ｂに示すように１つのインデツクス格子Ａ１、又
はＡ１′内に90度ずつ位相のずれた２つ又は４つ
の格子を配置し、２つの格子を配置するものでは
０度と90度位相の信号を得るようにし、４つの格
子を配置するものでは互に180度位相のずれた信
号を差動接続することにより直流分を除去すると
共に感度を倍にした０度と90度位相の信号を得る
ようにして、測定時における外乱例えば光源の変
動、ラジアル格子のムラ、周囲温度変化および電
源電圧の変動等による検出信号の変動を補償する
ようにしてもよい。また前記実施例においては光
透過形の角変位測定装置について説明したが、本
発明は光反射形の角変位測定装置にも同様に適用
可能である。さらに前記各実施例においては、線
源として光源、符号化パターンとしてはラジアル
格子およびインデツクス格子、検出素子としては
光電変換素子をそれぞれ使用する光電式の測定装
置について説明したが、本発明は前記の光電式に
限ることなく例えば磁気式等他の形式の測定装置
にも適用できるものである。例えば本発明を磁気
式測定装置に適用する場合にはラジアル格子やイ
ンデツクス格子として磁気格子を用い、検出素子
として磁気センサヘツドを用いればよい。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第４図は従来装置を説明するための図
面で、第１図は従来の光電式回転角測定装置のブ
ロツク線図、第２図は第１図のインデツクス円板
の概略平面図、第３図は第１図の動作波形図、第
４図は他の従来例の光電式回転角測定装置のブロ
ツク線図、第５図は本発明の一実施例の光電式回
転角測定装置のブロツク線図、第６図は第５図の
動作波形図、第７図は第６図のパルス発生回路の
構成の一例を示すブロツク線図、第８図は本発明
の他の実施例の光電式回転速度測定装置のブロツ
ク線図、第９図は第８図における回転速度計測用
カウンタの構成の一例を示すブロツク線図、第１
０図は第８図における回転速度計測用カウンタの
構成の他の例を示すブロツク線図、第１１図Ａ，
Ｂはそれぞれ第５図および第８図に示されたイン
デツクス格子の変形例を示す概略平面図である。 １……回転軸、２……回転板、３……インデツ
クス円板、４，４′……光源、５，５′……光電変
換素子、６，６０……シユミツトトリガー回路、
７，７０……パルス発生回路、８，８０……カウ
ンタ、９，９０……表示器、１０……平均化回
路、１１……回転軸、１２……回転板、１３……
インデツクス板、１４，１４′……光源、１５，
１５′……光電変換素子、１６，１６′……増巾
器、１７，１７′……シユミツトトリガー回路、
１８……クロツクパルス発生装置、１９……パル
ス発生回路、２０……カウンタ、２１……表示
器、２２……カウンタ、２３……回転速度変換回
路、２４……表示器、３１，３２……ゲート、３
３，３４……シフトレジスタ、３５，３６……ゲ
ート、３７……論理和回路、４０，４１……カウ
ンタ、４２……ラツチ回路、Ａ，A′，Ａ１，Ａ
１′……インデツクス格子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸に同心的に装着され周囲に所定ピツチ
    のラジアル符号化パターンを有する回転部と、 前記回転部と略同心的に配設され、かつ前記ラ
    ジアル符号化パターンに対抗しこれと同ピツチの
    インデツクスパターンを互いに略回転対称位置に
    配設してなるインデツクス部と、 前記ラジアル符号化パターンと前記インデツク
    スパターンを照射する線源と、 照射された前記ラジアル符号化パターンと前記
    インデツクスパターンの各々から信号を検出する
    検出素子と、 前記検出素子の出力信号をそれぞれ矩形波に変
    換する変換部と、 前記各矩形波信号の周波数より高い周波数を有
    し且つ互いに位相差を有する同一周波数のクロツ
    クパルスを発生するクロツクパルス発生部と、 前記各矩形波信号の遷移を示すパルスを前記各
    クロツクパルスを用いて検出するパルス発生回路
    と、 前記パルス発生回路から発生されるパルス数を
    計数するカウンタとを具備してなることを特徴と
    する角変位測定装置。 ２ 前記パルス発生回路から発生されるパルス数
    を計数するカウンタに、前記クロツクパルスを供
    給してなることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項記載の角変位測定装置。
JP56055405A 1981-04-13 1981-04-13 Measuring device for angular displacement Granted JPS57169611A (en)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56055405A JPS57169611A (en) 1981-04-13 1981-04-13 Measuring device for angular displacement
EP82901021A EP0076861B1 (en) 1981-04-13 1982-04-12 Displacement measuring device
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