JPH01311219A

JPH01311219A - エンコーダ用信号処理回路

Info

Publication number: JPH01311219A
Application number: JP14259788A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Hayashi; 好典林; Kenzaburo Iijima; 健三郎飯島
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1989-12-15
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: JPH073341B2

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」この発明は、産業用ロボット等において、角度や位置を
検出するロークリエンコーダに用いられるエンコーダ用
信号処理回路に関する。

「従来の技術」第３図は従来のエンコーダ用信号処理回路の構成を示し
たものである。この図において、１は磁気スケールであ
り、磁気記録媒体の所定の軌道上に波長λの正弦波状着
磁パターンが記録されている。２ａ、２ｂは磁気センサ
であり、図示してないガラス基板上に磁気抵抗素子パタ
ーンが形成されてなる。ここで、磁気抵抗素子パターン
は、磁界中に置かれた場合、その磁界の強さに応じて固
有抵抗が変化する現象、いわゆる磁気抵抗効果が生じる
素子材料によって構成されており、この磁気抵抗効果を
利用して、磁気スケールＩ上に記録された正弦波状着磁
パターンが読み取られる。また、磁気センサ２ａおよび
２ｂは、互いに（ｍ±１７４）λ（ｍは整数）離間して
磁気スケールｌに対向配置されている。そして、磁気セ
ンサ２ａおよび２ｂと磁気スケールｌとは、Ｍ方向に相
対的に移動自在になっており、いずれか一方を固定され
た場合に、他方が運動可能になっている。そして、磁気
センサ２ａおよび２ｂの磁気抵抗素子パターンは磁気ス
ケール！から受ける磁界によって抵抗値か変化し、この
結果、磁気センサ２ａおよび２ｂからは磁気スケール１
との位置関係に応じたレベルの信号が得られる。すなわ
ち、磁気スケールｌ上の正弦波状着磁パターン１周期の
区間をθ−θ〜２πとすると、磁気センサ２ａからはｓ
ｉｎθ、磁気センサ２ｂからはｃｏｓθのレベル信号か
得られる。そして、磁気スケールｌが磁気センサ２ａお
よび２ｂに対して移動すると、それに伴って磁気センサ
２ａおよび２ｂから位相がπ／２ずれた２相の変位検出
信号ｓｉｎθ（Ａ相）およびｃｏｓθ（Ｂ相）が得られ
る。

次に、３は分割回路であり、Ａ／Ｄ変換器３ａおよび３
ｂと、角度算出部３ｃとからなる。Ａ／Ｄ変換器３ａて
は、Ａ相変位検出信号（ｓｉｎθ）がＡ／Ｄ変換され、
デジタルデータＤａが出力される。

また、Ａ／Ｄ変換器３ｂでは、Ｂ相変位検出信号（Ｃｏ
ｓθ）がＡ／Ｄ変換され、デジタルデータＤｂが出力さ
れる。そして、角度算出部３ｃでは、これらデジタルデ
ータＤａおよびＤｂから、角度データθか算出されて出
力される。ここで、角度データθは、磁気スケール１の
１磁化区間内における磁気センサ２ａあるいは２ｂの位
置を示す。

次に、４は磁極計数回路であり、波形整形回路４１．４
２および４３と、方向判別回路４４と、カウンタ４５と
からなる。波形整形回路４１および４２では、各々Ａ相
およびＢ相の変位検出信号が、波形整形されて出力され
る。この場合、波形整形回路４１．４２の出力信号Ｐ１
、Ｐ、は、第４図に示すように、お互いに位相がπ／２
ずれた矩形波となり、また、磁気センサ２ａ、２ｂの移
動が正方向の場合は、パルスＰ１が進み、移動が負方向
の場合は、パルスＰ２が進むようになっている。

そして、方向判別回路４４では、例えば、パルスＰ、の
立ち上がり時にパルスＰ、のレベルが“Ｉ］″か“Ｌ″
かによって方向が判別される。この方向判別回路４４の
出力信号Ｓｗは、カウンタ４５のアップダウン切り換え
端子Ｕ／Ｄに供給される。

そして、カウンタ４５では、信号Ｓｗによってアップか
ダウンに切り換えられながら、パルス１〕１がカウント
される。この例では、磁気センサ２ａ。

２ｂが正方向に移動している時にアップカウント、負方
向に移動している時にダウンカウントが行われるように
なっている。また、図示してない原点検出用センサが原
点位置を通過する毎に、その原点位置において原点信号
Ｓｚが検出され、これが波形整形回路４３を介した後に
原点パルスＰｚとなりカウンタ４５のリセット端子Ｒに
供給されるようになっている。この結果、カウンタ９は
、原点検出用センサが原点位置に達する毎にリセットさ
れる。従って、カウンタ４５のカウント値Ｎは、磁気セ
ンサ２　ａ、　２　ｂの現在位置と原点位置との間にお
いて、磁気センサ２ａ、２ｂが通過した磁気スケールｉ
上の磁化区間の数（磁極数）に対応する値となる。そし
て、このカウンタ４５のカウント値Ｎと、角度算出部３
ｃの角度データθとが、デジタル変位データＤ　ｏｕｔ
となる。

「発明が解決しようとする課題」ところで、上述した従来のロータリエンコーダにおいて
、Ａ相およびＢ相の変位検出信号には、磁気スケールｌ
を形成する際の着磁条件、あるいは磁気スケール１に記
録された着磁パターンを読み取る磁気センサ２ａ、２ｂ
の読み取り条件等によって、第５図に示すように低周波
の雑音信号が重畳されることがある。この場合、変位検
出信号の中間電圧レベルＶＭはこの低周波雑音に伴って
変動する。しかしながら、これらＡ相およびＢ相の変位
検出信号か人力されるＡ／Ｄ変換器３ａおよび３ｂは、
基準電圧レベルＶ　ｒｅｆが常に一定しベルＶＭ、に固
定されているため、変位検出信号が低周波雑音を含んだ
状態でＡ／Ｄ変換されるので、正確なデジタル変位デー
タか得られないという問題があった。なお、この問題の
解決策として、変位検出信号に含まれる低周波雑音をフ
ィルタで除去する方法も考えられるが、変位検出信号の
周波数が０〜数１００ｋＨｚの場合はフィルタによって
変位検出信号自体がカットオフされてしまうので、解決
策として用いることが不可能であった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたしので、フィ
ルタを用いることなく変位検出信号に含まれる低周波雑
音を除去し、正確なデジタル変位データが得られるエン
コーダ用信号処理回路を提供することを目的としている
。

［課題を解決するための手段］この発明は、正弦波の位置情報が記録された記録媒体が
相対的に変位した場合に、この変位に応じて、正弦波状
であり、かつ、互いに位相が９０度ずれた第１および第
２の変位検出信号と、前記第２の変位検出信号とは位相
が１８０度ずれた第３の変位検出信号とを発生し、これ
ら第１、第２お上び第３の変位検出信号から前記変位を
表すデジタル変位データを算出して出力するエンコーダ
用信号処理回路において、基準レベルおよび前記第！の変位検出信号が入力され、
前記第１の変位検出信号のレベルを前記基準レベルによ
って判定し、互いに逆相の第１および第２のサンプリン
グクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と
、前記第２の変位検出信号のレベルを前記第１のサンプリ
ングクロックによって読み取り出力する第１のサンプル
ホールド回路と、前記第３の変位検出信号のレベルを前記第２のサンプリ
ングクロックによって読み取り出力する第２のサンプル
ホールド回路と、前記第１のサンプルホールド回路の出力レベルから前記
第２のサンプルホールド回路の出力レベルを差し引いて
第１のレベル差信号を出力する第１の比較器と、前記第２のサンプルホールド回路の出力レベルから前記
第１のサンプルホールド回路の出力レベルを差し引いて
第２のレベル差信号を出力する第２の比較器と、前記第１あるいは第２のサンプリングクロックによって
切り換えられ、前記第１あるいは第２のレベル差信号を
選択して基■レベル補正信号として出力するスイッチ手
段と、萌起基準レベル補正信号によって基準レベルの補正を行
い、基準レベルを出力する基準レベル補正手段と、前記第１および第２の変位検出信号を面記括学レベルを
基準に量子化し、この結果書られる第１および第２のデ
ジタルデータから前記デジタル変位データを算出する分
割回路とを具備することを特徴としている。

１作用」上記構成によれば、エンコーダにおいて記録媒体が相対
変位すると、この変位に伴って、正弦波状であり、かつ
、互いに位相が９０度ずれた第１および第２の変位検出
信号と、さらに第２の変位検出信号とは位相が１８０度
ずれた第３の変位検出信号が発生される。そして、サン
プリングクロック発生手段において、第１の変位検出信
号のレベルが基準レベルに対して判定され、互いに逆相
の第１および第２のサンプリングクロックが発生される
。

さて、第２の変位検出信号のレベルは、第１のサンプル
ホールド回路によって、第１のサンプリングクロックの
タイミングで読み取り出力される。

一方、第３の変位検出信号のレベルは、第２のサンプル
ボールド回路によって、第２のサンプリングクロックの
タイミングで、読み取り出力される。

そして、第１の比較器によって、これら第１のサンプル
ホールド回路の出力レベルから第２のサンプルホールド
回路の出力レベルが差し引かれて第１のレベル差信号と
して出力され、また、第２の比較器によって、第２のサ
ンプルホールド回路の出力レベルから第１のサンプルホ
ールド回路の出力レベルが差し引かれて第２のレベル差
信号として出力されろ。

これら第！および第２のレベル差信号は、第１あるいは
第２のサンプリングクロックの半周期毎にスイッチ手段
によって交互に選択され、基準レベル補正信号として出
力される。

そして、基準レベル補正手段では、エンコーダにおいて
低周波雑音がない場合の基準レベルが、スイッチ手段か
らの基準レベル補正信号によって補正され、新たな基準
レベルとしてを出力される。

そして、分割回路では、第１および第２の変位検出信号
が、基準レベル補正手段で発生された基準レベルを基準
として量子化され、デジタル変位データに変換されて出
力される。

「実施例］以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例によるエンコーダ用信号処
理回路の構成図である。なお、この図において、前述し
た第３図と対応する部分には同一の符号を付し、その説
明を省略する。

この図において、２Ｃは磁気センサである。この磁気セ
ンサ２ｃは、磁気センサ２ｂに対して（ｎ±ｌ／２〕λ
離間し、磁気スケールｌに対向配置される。

そして、磁気スケール１が相対的に変位する時に、この
磁気センサ２ｃからは、正弦波状のｎ相変位検出信号が
出力される。このｎ相変位検出信号の位相は、磁気セン
サ２ｂから出力されるＢ相変位検出信号の位相に対して
１８０度ずれたものとなる。

３０は分割回路である。この分割回路３０は、Ａ相およ
びＢ相の変位検出信号を量子化するＡ／Ｄ変換器３０ａ
および３０ｂの基準レベルＶ　ｒｅｒが、後述する比較
器６２の出力から与えられている点が、前述した第３図
におけろ分割回路３と異なっている。

５１．５２は比較器である。これら比較器５１゜５２の
反転入力端には、比較器６２の出力信号が基準レベルＶ
　ｒｅｒとして人力される。そして、この基準レベルＶ
　ｒｅｆを基準として、比較器５１ではＡ相変位検出信
号がレベル判定され、デジタルＡ相信号ＰＡが出力され
、比較器５２ではＢ相変位検出信号がレベル判定され、
デジタルＢ相信号ＰＢが出力される。ここで、デジタル
Ａ相信号ＰＡは磁極計数回路４内の波形整形回路４！（
第３図）に供給され、デジタルＢ相信号ＰＢは磁極計数
回路４内の波形整形回路４２（第３図）に供給される。

５４．５５はサンプルホールド回路である。サンプルホ
ールド回路５４では、Ｂ相変位検出信号のレベルが、サ
ンプリングクロックＣ１の立ち上がり時にサンプルボー
ルドされる。また、サンプルホールド回路５５では、ｎ
相変位検出信号のレベルが、サンプリングクロックＣ２
の立ち上がり時にサンプルホールドされる。ここで、サ
ンプリングクロックＣ１としては、比較器５１から出力
されるデジタルＡ相信号ＰＡをインバータ５３て論理反
転して得られるデジタル信号が用いられ、サンプリング
クロックＣ３としては、デジタルＡ相信号ＰＡが直接用
いられる。

５６．５７は比較器であり、非反転入力端と反転入力端
の人力レベルの差に応じたレベル差信号を出力する。す
なわち、サンプルホールド回路５４の出力信号レベルを
Ｖｘ、サンプルホールド回路５５の出力信号レベルをｖ
ｙとすると、比較器５６からはレベル差信号Ｖｘｙ＝Ｖ
ｘ−Ｖｙが出力され、比較器５７からはレベル差信号Ｖ
ｙｘ＝Ｖｙ−Ｖｘが出力される。

５８は遅延回路であり、インバータ５３から出力される
サンプリングクロックＣ１を所定時間遅延させて出力す
る。５９はインバータであり、遅延回路５８の出力信号
を論理反転させて出力する。

６０．６１はアナログスイッチである。アナログスイッ
チ６０の入力側は比較器５６の出力端に接続され、アナ
ログスイッチ６１の入力側は比較器５７の出力端に接続
されている。そして、アナログスイッチ６０および６１
の出力側は比較器６２の非反転入力端に共通接続される
。また、アナログスイッチ６０の導通制御端子は遅延回
路５８の出力端に接続され、アナログスイッチ６１の導
通制御端子はインバータ５９の出力端に接続されている
。従って、アナログスイッチ６０および６１は、サンプ
リングクロックＣ１によって導通状態が切り換えられる
。そして、比較器５６および５７から出力されるレベル
差信号ＶｘｙおよびＶｙｘがサンプリングクロックＣＩ
の半周期毎に切り換えられて、基準レベル補正信号Ｖ　
ＡＤＪとして比較器６２の非反転入力端に供給される。

６２は比較器であり、非反転入力端と反転入力端とのレ
ベル差に応じた信号を基塾信号Ｖ　ｒｅｒとして出力す
る。この比較器６２の反転入力端には基準電圧Ｖｒｅｆ
ｏが供給されている。ここで、この基Ｑ７ｔｔ圧Ｖｒｅ
ｒｏは、基準レベル補正信号Ｖ　ＡＤＪがＯＶの時に比
較器６２から出力される基準レベルＶ　ｒｅ「が、低周
波雑音が含まれていない場合の変位検出信号の中心電圧
レベルＶＭｏに一致するように設定される。

以下、このエンコーダ用信号処理回路の動作を説明する
。第２図はこのエンコーダ用信号処理回路の各部を動作
を示す波形図である。

磁気スケール！と磁気センサ２ａ、２ｂ、２Ｃとが相対
変位すると、この変位に伴って、正弦波状のＡ相、Ｂ相
および色相の変位検出信号が出力される。ここで、Ａ相
変位検出信号とＢ相変位検出信号は互いに位相が９０度
ずれており、また、Ｂ相変位検出信号と０相変位検出信
号は互いに位相が１８０度ずれている。

まず、Ａ相変位検出信号は、比較器５！によって、比較
器６２から出力される基準レベルＶ　ｒｅｒに対するレ
ベル判定が行われ、その結果、サンプリングクロックＣ
２が得られる。また、このサンプリングクロックＣ２が
、インバータ５３によって論理反転されて、サンプリン
グクロックｃｌが得られる。

そして、Ｂ相変位検出信号のレベルは、サンプリングク
ロックＣ１の立ち上がり時に、サンプルホールド回路５
４にサンプルホールドされる。この結果、サンプルボー
ルド回路５４の出力レベルＶＸは、時刻ｔ１から時刻ｔ
３まではＶい時刻ｔ、から時刻ｔ５までは■３、時刻ｔ
５からはＶ５というように変化する。一方、ｎ相変位検
出信号のレベルは、サンプリングクロックＣ７の立ち上
がり時に、サンプルホールド回路５５にサンプルホール
ドされる。この結果、サンプルホールド回路５５の出力
レベルｖｙは、時刻ｔ、から時刻ｔ４までＶ６、時刻Ｌ
４から時刻ｔ８までＶ６、時刻ｔ、からは■６というよ
うに変化する。

これと同時に、比較器５６および比較器５７によって、
サンプルホールド回路５４の出力レベルＶＸとサンプル
ホールド回路５５の出力レベルＶｙとが比較され、レベ
ル差信号Ｖ　ｘｙ（−Ｖ　Ｘ　−Ｖ　Ｖ）およびＶ　ｙ
ｘ（＝　Ｖ　ｙ−Ｖ　Ｘ）が出力される。そして、これ
らレベル差信号ＶＸＶおよびＶｙｘは、アナログスイッ
チ６０および６１の入力側に供給される。ここで、サン
プリングクロックＣ１が“■７”レベルの時は、アナロ
グスイッチ６０が導通し、レベル差信号ＶＸＹが基準レ
ベル補正信号Ｖ　ＡＤＪとして出力され、サンプリング
クロックＣ１が“■１”レベルの時は、アナログスイッ
チ６１が導通し、レベル差信号Ｖｙｘが基準レベル補正
信号Ｖ　ＡＤＪとして出力される。この結果、基準レベ
ル浦正電圧信号ＶＡＤＪのレベルは、時刻ｔ、から時刻
ｔ３まではＶ、−Ｖ７、時刻ｔ３から時刻ｔ４まではＶ
２Ｖ５、時刻ｔ４から時刻ｔ、まではＶ３−Ｖい時刻ｔ
、から時刻ｔ８までは■４−■６、時刻ｔ８からはＶ　
、−Ｖ　、となる。結局、変位検出信号の半周期毎のレ
ベル変動分が基準レベル補正信号Ｖ　ＡＤＪとして得ら
れる。

そして、比較器６２では、上記のようにして得られた基
準レベル補正信号Ｖ　ＡＤＪによって、基準レベルＶ　
ｒｅｆか補正されて出力される。

そして、分割回路３０内のＡ／Ｄ変換器３０ａおよび３
０ｂでは、Ａ相およびＢ相の変位検出信号が比較器６２
から発生された基準レベルＶ　ｒｅ「を括メとしてＡ／
Ｄ変換され、デジタルデータＤａおよびＩ）　ｂか出力
される。この時、Ａ／Ｄ変換器３０ａおよび３０１）に
入力されるＡ相およびＢ相の変位検出信号の中心電圧レ
ベルは低周波雑音によって変動しているが、基ｑレベル
Ｖ　ｒｅｆら低周波雑音によるレベル変動を含んでいる
。従って、変位検出信号に含まれる低周波雑音と基準レ
ベルＶｒｅｒに含まれる低周波雑音とが相殺し、Ａ／Ｄ
変換時の誤差発生か防止される。そして、角度算出部３
Ｃによって、デジタルデータＤａおよびＤｂから角変デ
ータθが算出されて出力される。

一方、比較器５１および５２では、Ａ相およびＢ相の変
位検出信号レベルが上記基準レベルＶｒｅｆに対してレ
ベル判定され、デジタルＡ相信号Ｐ＾およびデジタルＢ
相信号ＰＢが磁極計数回路４に供給される。そして、磁
極計数回路４では、磁気センサ２ａおよび２ｂの通過磁
極数のカウントが行われ、カウント値Ｎが出力される。

「発明の効果」以」二説明したように、この発明によれば、正弦波の位
置情報が記録された記録媒体が相対的に変位した場合に
、この変位に応じて、正弦波状であり、かつ、互いに位
置が９０度ずれた第１および第２の変位検出信号と、前
記第２の変位検出信号とは位…か１８０度ずれた第３の
変位検出信号とを発生し、これら第１１第２および第３
の変位検出信号から前記変位を表すデジタル変位データ
を算出して出力するエンコーダ用信号処理回路において
、基準レベルおよび前記第１の変位検出信号が入力され
、前記第１の変位検出信号のレベルを前記基準レベルに
よって判定し、互いに逆相の第１および第２のサンプリ
ングクロックを出力するサンプリノブクロック発生手段
と、前記第２の変位検出信号のレベルを前記第１のサン
プリングクロックによって読み取り出力する第１のサン
プルホールド回路と、前記第３の変位検出信号のレベル
を前記第２のサンプリングクロックによって読み取り出
力ずろ第２のサンプルボールド回路と、前記第１のサン
プルホールド回路の出力レベルから前記第２のサンプル
ボールド回路の出力レベルを差し引いて第１のレベル差
信号を出力する第１の比較器と、前記第２のサンプルホ
ールド回路の出力レベルから前記第１のサンプルホール
ド回路の出力レベルを差し引いて第２のレベル差信号を
出力ずろ第２の比較器と、１１７Ｉ記第１あるいは第２
のサンプリングクロックによって切り換えられ、前記第
１あるいは第２のレベル差信号を選択して基■レベルｈ
ｌｉ正信号として出力するスイッチ手段と、前記基準レ
ベル補正信号によって基準レベルの補正を行い、基準レ
ベルを出力する基準レベル補正手段と、前記第１および
第２の変位検出信号を前記基準レベルを基準にＥｉｔ子
化し、この結果得られる第１および第２のデジタルデー
タから前記デジタル変位データを算出する分割回路とを
設けたので、フィルタを用いることなく変位検出信号に
含まれる低周波雑音を除去し、正確なデジタル変位デー
タが得られるエンコーダ用信号処理回路を実現すること
かできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるエンコーダ用信号処
理回路の構成図、第２図は同実施例の動作を示す波形図
、第３図は従来のエンコーダ用信号処理回路の構成図、
第４図は第３図におけろ波形整形回路４１および４２の
出力波形の波形図、第５図は低周波雑音の含まれた変位
検出信号の波形図である。５１・・・・・・比較器、５４．５５・・・・・・サン
プルホールド回路、５６．５７・・・・・・比較器、６
０．６１　・・・アナログスイッチ、６２・・・・・比
較器、３０・・・・・分割回路。

Claims

【特許請求の範囲】正弦波の位置情報が記録された記録媒体が相対的に変位
した場合に、この変位に応じて、正弦波状であり、かつ
、互いに位相が９０度ずれた第１および第２の変位検出
信号と、前記第２の変位検出信号とは位相が１８０度ず
れた第３の変位検出信号とを発生し、これら第１、第２
および第３の変位検出信号から前記変位を表すデジタル
変位データを算出して出力するエンコーダ用信号処理回
路において、基準レベルおよび前記第１の変位検出信号が入力され、
前記第１の変位検出信号のレベルを前記基準レベルによ
って判定し、互いに逆相の第１および第２のサンプリン
グクロックを出力するサンプリングクロック発生手段と
、前記第２の変位検出信号のレベルを前記第１のサンプリ
ングクロックによって読み取り出力する第１のサンプル
ホールド回路と、前記第３の変位検出信号のレベルを前記第２のサンプリ
ングクロックによって読み取り出力する第２のサンプル
ホールド回路と、前記第１のサンプルホールド回路の出力レベルから前記
第２のサンプルホールド回路の出力レベルを差し引いて
第１のレベル差信号を出力する第１の比較器と、前記第２のサンプルホールド回路の出力レベルから前記
第１のサンプルホールド回路の出力レベルを差し引いて
第２のレベル差信号を出力する第２の比較器と、前記第１あるいは第２のサンプリングクロックによって
切り換えられ、前記第１あるいは第２のレベル差信号を
選択して基準レベル補正信号として出力するスイッチ手
段と、前記基準レベル補正信号によって基準レベルの補正を行
い、基準レベルを出力する基準レベル補正手段と、前記第１および第２の変位検出信号を前記基準レベルを
基準に量子化し、この結果得られる第１および第２のデ
ジタルデータから前記デジタル変位データを算出する分
割回路とを具備することを特徴とするエンコーダ用信号処理回路
。