JPH01301115A - 絶対位置エンコーダ - Google Patents

絶対位置エンコーダ

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JPH01301115A
JPH01301115A JP63132144A JP13214488A JPH01301115A JP H01301115 A JPH01301115 A JP H01301115A JP 63132144 A JP63132144 A JP 63132144A JP 13214488 A JP13214488 A JP 13214488A JP H01301115 A JPH01301115 A JP H01301115A
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    • G01D5/24409Interpolation using memories

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は絶対位置エンコーダに係り、特に工作機械等を
駆動するモータなどの回転軸の回転位置を絶対位置とし
て検出できる絶対位置エンコーダに関ずろ。
〈従来技術〉 −aにこの種の絶対位置エンコーダは、回転軸に固定さ
れた回転コード板に、バイナリ2進法あるいはグレイ2
進法に従ったスリット列(チャネル)を所望する分解能
に応じて複数チャネル設け、発光素子から該回転コード
板に形成された各チャネル及び該各チャネルに対向する
固定スリット部を通過した光の量を受光素子(光電変換
素子)で検出することによって該回転コード板の回転位
置を絶対位置として検出するように構成されている。
この場合、その検出精度(分解能)を上げるためには、
必然的にチャネル数が増加し、例えば1回転を4096
すなわち212に分割した角度情報を検出するためには
そのチャネル数を12としく12ビツトのコードを必要
とし)、それだけ大型のコード板が必要とされろ。
このような問題点を避けるために、該回転コード板に、
1回転当りのサイクル数が異なった複数の正弦波状の出
力が得られるように、複数チャネルの正弦波状のパター
ンを設け(例えば、第1チヤネルとして1回転当りに1
サイクルの正弦波状出力が得られるパターンを設け、第
2チヤネルとして1回転当りに16サイクルの正弦波状
出力が得られるパターンを設け、第3チヤネルとして1
回転当りに256サイクルの正弦波状出力が得られるパ
ターンを設け)1、各チャネルの】波長内の角度情報を
更に16個づつに内装し、このようにして得られた各チ
ャネルの内挿データを順次合成することにより、該コー
ド板の回転位置を絶対位置として検出する乙とが考えら
れている。
そして、この場合には同じ分解能を得るためのチャネル
数は上記2進法に従って形成された場合のチャネル数に
比べて少なくてすみ(例えば、1回転を212に分割し
て検出するためには、上述したような3個のチャネルに
よって達成できる)、これにより回転コード板を小型化
することが可能となる。
第2図はかかるサイクル数の異なった複数チャネルの正
弦波状パターンを形成した回転コード板を用いてその角
度情報を検出するようにした絶対位置エンコーダを例示
するものである。この第2図には、上記第1チヤネル乃
至第3チヤネル(1λ、16λ及び256^で表される
)に加えて、第4チヤネル(4096λで表わされ、1
回転当りに4096サイクルの正弦波状出力が得られる
)が設けられ、これら各チャネルからの正弦波信号1λ
sin、16λsin、256λsin及び4096λ
sin。
並びに該各正弦波信号とそれぞれ電気的に90°の位相
差を有する余弦波信号1λcos、 16λcos、 
256λcos及び4096λcosが入力される場合
が示されている。尚、余弦波信号は、正弦波信号用の固
定スリット部と電気角で90°ずらされた固定スリット
部を通過した光を受光素子で検出し光電変換することに
よって得られる。
11乃至14はそれぞれ正弦波信号1λsin乃至40
96λsinを増幅する増幅器、21乃至24はそれぞ
れ該増幅器11乃至14の出力側に接続されたチャネル
選択用のアナログスイッチ、16乃至19はそれぞれ余
弦波信号1λcos乃至4096λCO5を増幅する増
幅器、26乃至29はそれぞれ該増幅器16乃至19の
出力側に接続されたチャネル選択用のアナログスイッチ
である。
いま、回転コード板の角度情報を検出するにあたっては
、先ずスイッチ21と26とがオンとされる。これによ
り信号検出部(対応する受光素子部)からの正弦波信号
4096λsin及び余弦波信号4096λcosは対
応する増幅器11.16で増幅された後、スイッチ21
.26を通過し、それぞれAD変換器31,32に入力
される。各AD変換器31.32は入力信号を必要とす
る分解能に応じて所定ビット数のデジタルデータに変換
し、これらデジタルデータ (所謂sinデータxs及
び COSデータX0)をROM41にそのアドレス入
力(例えばロウ及びコラムアドレス入力)として供給す
る。ROM41には、指定されたアドレス(アドレス1
よsinデータX、及びcosデータxcによッテ指定
される)に応じて、t a n−’ (X、/Xc)に
適当な定数を掛けた値が2進数に変換されて記憶されて
いる。
すなわち、例えばいま入力された正弦波信号4096λ
sinが0.5Vであるとし、一方余弦波信号4096
λCOSも0.5■であるとすると、これら各信号がそ
れぞれAD変換531,32で所定のデジタル量、例え
ば”0100”に変換される(すなわち、ROM4に入
力されるsinデータxs及びcosデータX。が共に
”0100’ とされる)。従って、かかるsinデー
タ及びCOSデータがアドレス信号として入力された場
合、対応するアドレスに記憶されるROMのデータは、
jan−”1=45°に定数として1/3604!掛け
て得られた値(=1/8)を適当なビット数の2進数、
例えば10ビツトの2進数″0010000000’に
変換したものである。そして、かかる10ビツトの記憶
データのうち例えば上位4ビツトとすなわち、0010
”が読み出されてラッチ回路51にラッチされる。この
場合には、対応するチャネル(すなわち4096λ)に
ついての1波長内の角度情報が16分割された内挿デ〜
りとして取り出される。
次に上記チャネル選択用スイッチを21.26から22
,27に切り替え、その時入力される正弦波信号256
λsin及び余弦波信号256λcosを同様にAD変
換器31.32でデジタルデータに変換し、このように
して得られたsinデータ及びc。
Sデータを再びROM41のアドレス信号として上記と
同様にして該アドレスに対応するROMの10ビツトデ
ータを読出し、その上位4ビツトデータをラッチ回$5
2にラッチする。
以下同様にして、チャネル選択用スイッチを1須次23
,28更には24.29へと切り替え、そのとき入力さ
れる信号16λsin、16λcos更には1λsin
、1λcosJeA D変換して得られたsinデータ
及びCOSデータを順次ROM41のアドレス信号とし
てそのアドレスに対応するROMのデータを読出し、そ
の読出しデータの上位4ビツトを順次ラッチ回路53,
54にラッチする。
このようにして各チャネル(この場合4チヤネル)を順
次切り替え、各チャネルの2相入力信号(正弦波信号及
び余弦波信号)を所定アドレス情報として読み出された
ROMのデータを順次ラッチ回路にラッチし、該ラッチ
回路のデータを合成することにより、例えばラッチ回路
54にラッチされたデータ (上位側ビットのデータ)
からラッチ回g851にラッチされたデータ(下位側ビ
ットのデータ)に至る16ビツトのデータにより該回転
コード板の角度情報を検出することができ、この場合、
1回転当りの分割数を216として(すなわち分解能を
2167回転として)、その絶対位置を検出することが
できる。
第3図は以上により得られる絶対位置データの説明図で
あり、最下位チャネル(4096λチヤネル)における
内挿データD4の上位4ビツトの16進数値をA4.2
56λチヤネルにおける内挿データDの上位4ビツトの
16進数値をA3.16λチヤネルにおける内押データ
D2の上位4ビツトの16進数値をA2、最上位チャネ
ル(1人チャネル)における内挿データDlの16進数
値をA、とすれば、絶対位置データは16進表現で A、・16”+AgL・16−2+A3・16−3+A
4・16−4となる。尚、16進数値A、(i=1〜4
)をA=a  −2+a  −2十m  ・2+aと2
進表現すると、絶対位置データは a ・2”+a  ・2−2+a  ・2−’+a  
・2−4+a ・2+a  ・2 +a  ・2 +a
  ・2+・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
+a  −2+a  ・2  +a  ・2  +a 
 −2−”となる。
〈発明が解決しようとしている課題〉 ところで、各チャネルにおける正弦波信号1λsin、
16λsin、256λsin及び4096λsinは
理想的には、第4図に示すように(256λsinと4
096λsinのみ示している)、所定周期毎に同時に
ゼロクロスする必要がある。すなわち、(1)隣接する
2チヤネルに注目すると、下位チャネルの16サイクル
毎に上位チャネルと下位チャネルの正弦波状信号が同時
にゼロクロスする必要がある。
(11)更に各チャネルの正弦波状信号と余弦波状信号
とは正確に電気角にして90°の位相差が存在すること
が必要である。
しかし、各チャネルにおける正弦波状パターンの作成誤
差等により上記(i)、 (ii)を最初から満足する
ことはできない。すなわち、第5図に示すように隣接チ
ャネルの正弦波状信号あるいは余弦波状信号のゼロクロ
ス点間に位相P6の誤差が存在し、また正弦波状信号と
余弦波状信号間の位相を正確に90°にすることができ
ない。
このため、従来は受光素子出力である正弦波状信号及び
余弦波状信号の位相をそれぞれアナログ的にrJM整す
る手段を設け、該調整手段を用いてシンクロスコープ等
により各チャネルの正弦波状信号をI!!測しながら、
下位チャネル側(短周期側)のゼロクロス点に隣接上位
チャネル側(長周期側)のゼロクロ点が所定周期毎に(
短周期の16サイクル毎に)一致するように調整し、つ
いで同様に長周期側の余弦波状信号を正弦波状信号より
90゜位相を進ませ、しかる後隣接チャネルの余弦波状
信号のゼロクロスが一致するように調整する。
しかし、かかるアナログ調整は面倒であり、しかも調整
誤差が生じ、正確な絶対位置検出ができないという問題
がある。
以上から本発明の目的は、デジタル的に、しかも自動的
に、更には調整誤差が最小となるように位相を調整でき
る絶対位置エンコーダを提供することである。
〈課題を解決するための手段〉 第1図は本発明にかかる絶対位置エンコーダの要部ブロ
ック図である。
1はROM、2a〜2bは1λチヤネ)l、 〜409
6λチヤネルの内挿データ記憶部、3a〜3Cは隣接チ
ャネル間の角度データ補正部、4は角度データ切替部、
5aは上位6ピツト出力部、5bは下位6ビツト出力部
、6は差分演算部、7は誤差監視部、8は補正データ演
算部、9は補正データ記憶部、10は絶対位置データ出
力部である。
く作用〉 サイクル数の多い下位チャネル(たとえば4096λチ
ヤネル)における内挿データの上位6ビツトのデータと
、サイクル数の少ない上位チャネル(たとえば256λ
チヤネル)における内挿データの第5ビツト目からの6
ビツトデータとの差分ΔC1を差分演算部6で計算し、
該差分が所定値以下または最小となるような補正データ
C4を求め、該補正データC1により隣接上位チャネル
における内挿データを補正し、補正後の各チャネルの内
挿データの上位4ビツトを合成して回転軸の対位置を検
出する。
〈実施例〉 初めに、本発明の絶対位置エンコーダにかかる角度デー
タ補正方法の概略を説明する。
(1)隣接する2チヤネルの正弦波状信号のゼロクロス
点が、下位チャネルの所定サイクル(たとえば16サイ
クル)毎に一致し、しかも(iil同一チャネルの正弦
波状信号と余弦波状信号の位相が正確に900ずれてい
れば、ROM41(第2図)から読み出される各チャネ
ルの内挿データD、〜D4(第3図参照)について以下
が成立する。すなわち、 「隣接する2つのチャネルのうち、上位チャネルの第(
m+1)ピット(第5ビツト)以降の6ビツトのデータ
B、と下位チャネルの上位6ビツトのデータA、+、’
  (i=1.2.3)は一致する」が成立する。換言
すれば上記(iL (iilの位相ずれが大きくなる程
、データB、とA l + 1′の差分の絶対値が大き
くなる。
以上から、本発明においては、 (al補正データの初期値CIを零とし、所定のサンプ
リング時刻における上位チャネルの内挿データD、にお
けるデータB1と下位チャネルの内挿データD+ + 
1におけるデータA、+、’の差分ΔC4を演算し、 tbl差分の絶対値が設定値以上の場合にはC1+ΔC
5を新たな補正データとしくc、+ΔC1→C,)、(
C1該補正デ〜りC5により次のサンプリング時刻にお
ける上位チャネルの内挿データDIを補正しくり、+C
,−D、) 、以後同様な処理を行って差分ΔC1の絶
対値が所定値以下になる補正データを求め、 (dl同様にして各隣接チャネル毎に補正データを求め
、 (e1回転軸の絶対位置検出時に際しては、補正データ
C1により内挿データD、を補正し、補正後の各チャネ
ルの内挿データの上位4ビツトを合成し ′て回転軸の
絶対位置データを生成出力する。
第1図は本発明にかかる絶対位置エンコーダの要部ブロ
ック図である。
1は各チャネルの内挿データが記憶されたROMであり
、第2図におけるROM41と同一構成、同一記憶内容
を有している。2a〜2bはROM1から読み出された
所定サンプリング時刻における1人チャネル〜4096
λチャネルの内挿データ(10ビツトデータとする) 
 D4. D3. D2. Dlを記憶する内挿データ
記憶部である。尚、各チャネルの内挿データD、の詳細
は第3図を参照。
38〜3Cは隣接チャネル間の補正データC9に基づい
て上位チャネルの内挿データD、を次式0式%(1) により補正する角度データ補正部、4は各隣接チャネル
間の補正データ飢を求める際に所定の隣接チャネルの2
つの内挿データD、’pDl+1’を切り替え出力する
角度データ切替部、5aは下位チャネルの内挿データD
、+、’の上位6ビツトデータA + + 1′を出力
する上位6ビツト出力部、5bは上位チャネルの内挿デ
ータD1′の下位6ビツトデータB、を出力する下位6
ピツト出力部、6は次式0式%(2) によりデータAI+I′ とB、の差分ΔC8を演算す
る差分演算部、7は差分ΔC1の絶対値1ΔC,lが設
定値以下かどうかをチエツクする誤差監視部、8は補正
データ演算部、9は補正データ記憶部であり、補正デー
タ演算部8は各隣接チャネル間の補正データC3を次式 %式%(3) により更新して補正データ記憶部9に記憶する。
10は絶対位置データ出力部であり、各チャネルの内挿
データD、′〜D4′の上位4ピットA、〜A4を合成
して16ビツトの2進絶対位置データを出力する。
次に第1図の全体的動作を説明する。
挺ILL−九汰2朋 補正データの決定処理に際しては、各隣接チャネル間補
正データC3,C2,C,の初期値を零とし、最下位チ
ャネル側隣接チャネ/Lの補正データC5から順次決定
する。尚、第2図における従来方法と同様に所定サンプ
リング時刻毎に各チャネルの内挿データDI、D2.D
□D4がROM1から読み出されて各記憶部2a−2d
lと記憶されている。
(a)まず下位チャネルを4096^チヤネル、上位チ
ャネルを256λチヤネルとし、所定のサンプリング時
刻における上位チャネルの内挿データD、に対して、(
1)式の補正演算を施して内挿データD3′を発生する
。尚、最下位チャネルの内挿データD4には補正は施さ
れず、D4をD4′ とみなす。
(blついで、角度データ切替部4は補正後の下位チャ
ネル及び上位チャネルの内挿データD、’ 、 D3′
を上位6ビツト出力部5aと下位6ビツト出力部5bに
それぞれ選択出力する (C1上位6ビツト出力部5aは下位チャネルの内挿デ
ータD4′の上位6ビツトデータA、1′ を出力し、
下位6ピツト出力部5bは上位チャネルの内挿データD
3′の下位6ビツトデータB3を出力する。
(dl差分演算部6はデータA4′ どデータB3の差
分ΔC3を(2)式により演算して誤差監視部7と補正
データ演算部8に入力する。
(8)誤差監視部7は差分ΔC3の絶対値が設定値以下
かどうかをチエツクし、以上の場合には補正データ更新
指令RENを補正データ演算部8に入力する。
+fl補正データ更新指令RENが発生すれば、補正デ
ータ演算部は(3)式によりC3+ΔC4を新たな補正
データとしくC3+ΔC3→C3)、補正データ記憶部
9に記憶する。
以後、次のづンブリング時刻になると上記ステップ(a
l以降の処理が繰り返され、差分ΔC5が設定値以下に
なれば、補正データ更新指令RENが発生せず補正デー
タC3の決定処理が終了する。
以上により、最下位チャネルとその隣接チャネル間の補
正データC5が決定されれば、以後同様に内挿データD
3.D2を用いて補正データC2を決定し、同様に内挿
データD2. D、を用いて補正データCを決定して、
補正データ決定処理を終了する。
尚、以上では、所定のサンプリング時刻毎に各チャネル
の内挿データD4〜D、をROMから読み取って補正デ
ータを決定したが、所定時刻における各チャネルの内挿
データD4〜D、を変更することなく上記処理を行って
補正データを決定するように構成することもできる。
lb)咀−二−久共J月叱1 回転軸の絶対位置検出時に際しτ”:ま、サンプリング
時刻毎に補正データC1〜C3にJ9り各チャネルにお
ける内挿データD、〜D3を補正しくり、は補正せず)
、補正後の各チャネルの内挿データD、′〜D4′を絶
対位置データ出力部10に入力し、絶対位置データ出力
部10は各チャネルの内挿データD、′〜D4′の上位
4ビツトを従来方法と同様に合成して16ビツトの2進
数で表現した絶対位置データを出力する。
尚、以上では誤差監視部7において、1ΔG、 1が設
定値以下(ζなった時に補正データC1の決定処理を終
了するようにしているが次のようにしてもよい。すなわ
ち、差分の絶対値1ΔC,lが1サンプリング時刻前の
それより小さい場合に補正データC1を(3)式に従っ
て更新し、大きい場合には補正データ決定処理を終了す
るように構成することもできる。
又、以上では回転型の絶対位置エンコーダについて説明
したが、リニアスケールのごとき直線式の検出器に本発
明を適用することにより同様に直線式の絶対位置エンコ
ーダを構成することもできる。
く、発明の効果−゛・ 以上本発明によれば、下位チャネルにおける内挿デー・
−タの上位6ビツI・のデータど、上位チャネルにおけ
る内挿データの第5ビツト目からの6ビツトデータとの
差分ΔC2を計算し、該差分が所定値以下あるいは最小
となるような補正データC0を求め、該補正データCI
により隣接上位チャネルにおける内挿データを補正し、
補正後の各チャネルの内挿データの上位4ビツトを合成
して回転軸の絶対位置を検出するように構成したから、
デジタ)r−的に、しかも自動的に・位相を調整でき、
更には調整誤差が最小となるように位相vA整ができ、
高精度の絶対位置検出がi−J能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる絶対位置yンコーダの要部プロ
・ツク図、 第2図は絶対位置エンコーダの絶対位置検出原理を説明
するためのブロック図、 第3図は絶対位置データの構成説明図、第4図及び第5
図は本発明の背景説明図である。 1・・ROM。 2n−・2b・・内挿データ記憶部、 3 a −3c  ・角度データ補正部、4・・角度デ
ータ切替部、 6・・差分演算部、 7・・誤差監視部、 8・・補正データ演算部、 9・・補止デ・−タ記憶部、 10・・絶対位置データ出力部 特許出願人        ファナック株式会社代理人
          弁理士  齋藤千幹第4図 256λJin / 第5図 256入sin ノ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)サイクル数が互いに異なった複数チャネルにおい
    てそれぞれ正弦波状及び余弦波状出力が得られるように
    形成された移動コード板及び固定コード板と、 該移動コード板の位置情報を構成するために各チャネル
    における正弦波状及び余弦波状の出力をそれぞれAD変
    換するAD変換器と、 各チャネルの正弦波状及び余弦波状出力に対応するAD
    変換器出力を組にして順次アドレス情報とすると共に、
    該各チャネルの1波長内に位置情報を所定数内挿し、該
    内挿データをそれぞれ対応するアドレスに格納したRO
    Mを備え、 各チャネルにおける内挿データの上位mビットを用いて
    移動コード板の絶対位置を検出する絶対位置エンコーダ
    において、 サイクル数の多い下位チャネルにおける内挿データの上
    位nビットデータと、サイクル数の少ない上位隣接チャ
    ネルにおける内挿データの第(m+1)ビット目からの
    nビットデータとの差分が所定値以下あるいは最小とな
    るような補正データを求め、 該補正データにより前記隣接チャネルの一方のチャネル
    における内挿データを補正し、 補正後の各チャネルの内挿データの上位mビットを合成
    して移動コード板の絶対位置を検出することを特徴とす
    る絶対位置エンコーダ。
  2. (2)隣接するチャネル毎に補正データを求めることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の絶対位置エンコ
    ーダ。
  3. (3)補正データの初期値Cを零とし、前記差分をΔC
    とするとき、C+ΔC→Cにより補正データを更新し、
    ΔCの絶対値が所定値以下あるいは最小になる迄補正デ
    ータを更新することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の絶対位置エンコーダ。
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