JPH02220111A - エンコーダ - Google Patents

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」 この発明は回転軸の回転角、あるいは直線運動をする物
体の移動量等、被測定物の変位を検出するエンコーダに
関する。

「従来の技術」 従来、回転軸の回転角あるいは回転速度を検出するエン
コーダとして、回転軸が一定角度回転する毎にパルスを
出力するインクリメンタルエンコーダと、回転軸の基準
位置からの回転角（絶対回転角）を出力するアブソリュ
ートエン５−ダとが知られている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、従来のこれらのエンコーダはいずれも、出力
信号のレベル、形式（アブソリュート／インクリメンタ
ル）、分解能等が固定であり、このため、そのエンコー
ダを使用するシステムが変更される毎に、エンコーダも
変えなければならない欠点があった。

そこでこの発明は、システムが変更された場合において
も変える必要がない、汎用のエンコーダを提供すること
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、被測定物の変位を検出する変位検山手段と
、この変位検出手段の検出結果を受け、該検出結果に予
め決められている複数の処理の内のいずれかの処理を行
って出力するデータ処理回路と、このデータ処理回路の
出力データを伝送線へ出力するドライバと、前記伝送線
を介して外部装置から供給されたモードデータを受信す
るレシーバと、前記レシーバによって受信されたモード
データを受け、該モードデータが指示する処理を前記デ
ータ処理回路へ指示する制御手段とを具備することを特
徴としている。

「作用」 この発明によれば、変位検出手段の検出結果にデータ処
理回路において特定の処理を行って、ドライバから伝送
線へ出力する。データ処理回路においてどのような処理
を行うかは、伝送線を介して供給されるモードデータに
よって決められる。

すなわち、この発明によれば、データ処理回路における
処理に応じた種々の形式のデータを出力することが可能
となる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。第１図は同実施例による回転角度検出用のエンコ
ーダｌの構成を示すブロック図、第２図はエンコーダｌ
内に設けられている変位検出回路２の詳細を示すブロッ
ク図である。

第１図において、３はシャフトによって回転自在に支持
された円盤状の磁気記録媒体゛からなるスケールであり
、被測定軸の回転に伴って回転する。

４．５はスケール３とギャップを隔てて対向配置された
磁気センサ（例えば、ＭＲ素子）である。上記スケール
３には、磁気センサ４，５と対向する円軌道に沿って波
長λの正弦波の位置情報が磁化記録されている。また磁
気センサ４，５は、スケール３上の磁界の強さに対応す
る信号を出力する。

ここで、磁気センサ５は、磁気センサ４に対し出力信号
の位相が１／４λ（９０°）ずれるように配置されてお
り、したがって、磁気センサ４，５の間隔は（ＩＩｌ±
１７４）λとなる（ただし、ｍは正整数）ように設定さ
れている。そして、上述したことから判るように、磁気
センサ４から出力される信号を正弦波とすれば、磁気セ
ンサ１５から出力される信号は余弦波となる。したがっ
て、磁化正弦波の一周期の間隔（スケール３の極から極
までの磁化区間、以下、磁化ピッチと呼ぶ）をθ＝０〜
２πとすれば、磁気センサ４および５から出力される検
出信号は各々ｓｉｎθおよびｅＯ８θとなる。そして、
これらの信号が各々変位検出回路２へ供給される。

次に、第２図に示す変位検出回路２において、。

８．９は各々磁気センサ４，５の検出信号ｓｉｎθ、ｃ
ｏｓθをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／
ディジタル）変換器であり、ディジタル化したｓｉｎθ
およびｅＯ８θをディジタル乗算器１０．１１の一方の
入力端に供給する。乗算器１０．１１の出力信号は、各
々ディジタル減算器１２の一方および他方の入力端に供
給され、減算器１２の出力信号はディジタル比較器１３
に供給される。このディジタル比較器１３は、減算器１
２の減算結果が０より大であれば“１”となり、０以下
の場合は“０”となるＵ／ｆ５信号をカウンタ１４のア
ップダウン切換端子Ｕ／１５に供給する。カウンタ１４
は、クロック信号ＣＫをカウントするものであり、アッ
プダウン切換端子Ｕ／Ｉ５に“１°′信号が供給される
とアップカウント、“０”信号が供給されるとダウンカ
ウントを行う。次に、１５は関数発生ＲＯＭであり、カ
ウンタ１４のカウント値Φに対応する正弦および余弦デ
ータを出力するものである。

すなわち、関数発生ＲＯＭ１５内には°予めｓｉｎΦお
よびｃｏｓΦのデータが記憶されており、この記憶され
たデータがカウンタ１４から出力されるカウント値Φに
応じて順次読み出されるようになっている。そして、デ
ータＣＯＳΦがデジタル乗算器１０の他方の入力端に供
給され、デジタルｓｉｎΦがデジタル乗算器１１の他方
の入力端に供給される。上記構成によると、減算器１２
の出力は、５ｉｎ（θ−Φ）となる。したがって、比較
器１３は５ｉｎ（θ−Φ）の値が正の場合はＵ／ｉ）信
号を“ｌ”負の場合はＵ／ｆ５信号を“Ｏ”とし、この
結果、カウンタ１４のカウント値Φは、５ｉｎ（θ−Φ
）の符号に応じて増減する。上述した構成要素８〜１５
によって分割回路１８が構成されている。

次に、２０．２１は、磁気センサ４，５の検出信号ｓｉ
ｎθ、　ｃｏｓθを所定のしきい値で判定することによ
り、“１”レベルと“Ｏ”レベルの２値信号に変換する
波形整形回路である。この場合、波形整形回路２０．２
１の出力信号Ｐ　ｌ＋　Ｐ　、は、各々位相がπ／２ず
れた矩形波となり、磁気センサ４，５に対してスケール
３が正方向に変位した場合は、パルスＰ、が進み、負方
向に変位した場合は、パルスＰ１が進むようになってい
る。２３は磁気センサ４，５に対するスケール３の変位
方向を判別する方向判別回路であり、例えば、パルスＰ
、の立ち上がり時におけるパルスＰ、のレベルが“１”
かＯ″かによって方向を判別するようになっている。

この方向判別回路２３の出力信号Ｓｗは、カウンタ２４
のアップダウン切換端子Ｕ／ｆ）に供給されるとともに
、外部に出力されるようになっている。

カウンタ２４は、信号Ｓｗによってアップかダウンの切
換を行いながら、パルスＰ、をカウントするようになっ
ている。この場合、磁気センサ４゜５に対してスケール
３が正方向に変位しているときにアップカウント、負方
向に変位しているときにダウンカウントが行なわれるよ
うになっている。

また、スケール３が１回転する毎に、その基準位置にお
いて出力されるＯ点信号Ｓｚが、波形整形回路２２を介
した後に０点パルスＰｚとなり、この０点パルスＰｚが
カウンタ２４のリセット端子Ｒに供給されるようになっ
ており、こ°の結果、カウンタ２４は、磁気センサ４．
５が基準位置に達する毎にリセットされる。したがって
、カウンタ２４のカウント値は、現在、磁気センサ４．
５が対向しているスケール３上の位置と、基準位置との
間において、磁気センサ４，５上を通過したスケール３
の磁化ピッチの数に対応した値となる。

そして、カウンタ２４の出力信号Ｎが絶対位置データＤ
　ｏｕｔの上位側ビットのデータを構成し、また、カウ
ンタ１４のカウント値Φが絶対位置データＤ　ｏｕｔの
下位側ビットのデータを構成する。

上述した構成によれば、スケール３が磁気センサ４，５
に対して正方向に変位すると、カウンタ２４はスケール
３のひとつの磁化ピッチが磁気センサ４，５上を通過す
る毎にアップカウントを行って行き、このカウント値が
絶対位置データＤ　ｏｕｔの上位側ビットに出力される
。したがって、絶対位置データＤ　ｏｕｔの上位側ビッ
トをみれば、磁気センサ４．Ｓ上をスケール３の磁化ピ
ッチがいくつ通過したか、すなわち、現時点において、
スケール３の磁気センサ４，５と対向している部分が、
基準位置から何ピッチ目に位置しているかが判る。

また、磁気センサ４，５から出力される検出信号ｓｉｎ
θ、Ｃｏｓθは、各々Ａ／Ｄ変換器８，９によってデジ
タル信号に変換された後、関数発生ＲＯＭ１５が出力す
る信号ｃｏｓΦ、ｓｉｎΦと乗算され、この結果、乗算
ａ１Ｏ，Ｚの各出力信号はｓｉｎθ”　ｃｏｓΦ　ｃｖ
ｏｓθｌｌ５ｉｎΦとなる。これらの乗算結果が減算器
１２に供給され、これにより減算器１２の出力信号は、
ｓｉｎθ”ｅ０８Φ−Ｃｏｓθ・ｓｉｎΦ＝ｓｉｎ（θ
−Φ）　・（１）となり、５ｉｎ（θ−Φ）が検出され
る。そして、この５ｉｎ（θ−Φ）の値の正負によって
カウンタ１４のカウント値Φが増減し、このカウント値
Φに応じて関数発生ＲＯＭの出力ｓｉｎΦ、ｃｏｓΦが
増減する。この結果、第２図に示す分割回路１８は、５
ｉｎ（θ−Φ）の値をＯとするような、すなわち、θ＝
Φとするようなディジタルフェイズロックドループとな
る。したがって、カウンタ１４のカウント値Φは、磁気
センサ４がひとつの磁化ピッチ内のどの位置にいるかを
示すデータとな石。この場合、カウンタ１４のビット数
を８〜１０ビツトとすれば、カウント値Φによる検出位
置分解能は、１磁化ピツチの１／２５６〜１／２０４８
程度の精度となる。このように、分割回路１８はひとつ
の磁化ピッチを電気的に細か（分割して高精度の位置デ
ータを得るものである。そして、上述した絶対位置デー
タＤ　ｏｕｔおよび波形整形回路２２から出力されるＯ
点パルスＰｚが第１図のデータ処理回路３０へ出力され
る。

次に、データ処理回路３０は、絶対位置データＤ　ｏｕ
ｔおよび０点パルスＰｚに基づいて、ＣＰＵ（中央処理
装置）３１から出力される処理データＳＤＩが指示する
形式の送信データを形成し、この送信データにパリティ
ビットを付加し、角度データＫＤとしてビットシリアル
に出力する。なお、詳細は後述する。ドライバ３２はデ
ータ処理回路３０から出力される角度データＫＤを、Ｃ
ＰＵ３１から出力される処理データＳＤ２が指示するフ
ォーマットのデータに変換し、伝送線３３を介して外部
制御装置へ出力する。ここで、処理データＳＤ２には次
のデータがある。

■伝送りロックの周波数を指定するデータ■同期／非同
期を指定するデータ（同期信号を別に送るか否かを指定
するデータ） ■スタートビット、ストップビットのビット数を指定す
るデータ ■通信フォーマット（Ｒ３２３２Ｃ／Ｒ３４２２Ａ）を
指定するデータ レシーバ３４は外部制御装置から伝送線３３を介してビ
ットシリアルに供給されるモードデータを受け、パラレ
ルデータに変換し、モードレジスタ３５に書き込む。こ
のモードレジスタ３５に書き込まれたモードデータＭＤ
はＣＰＵ３１へ供給されると共に、モニタ用レジスタ３
６に書き込まれる。ここで、モニタ用レジスタ３６にモ
ードレジスタ３５内のデータが書き込まれるのは、レシ
ーバ３４がモードデータＭＤをモードレジスタ３５に書
き込んだ時だけである。

パリティ形成回路３７は、モードレジスタ３５内のモー
ドデータＭＤの異常を検出す°るための回路であり、モ
ードレジスタ３５の出力データと、モニタ用レジスタ３
６内のデータとを常時比較し、両者が一致している時は
“０”を、また、両者が異なった場合、すなわち、モー
ドレジスタ３５内のデータに異常が発生した場合には“
ｌ”をパリティ信号Ｐとしてデータ処理回路３０へ出力
する。

ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３８内に記憶されているプログラ
ムに従って動作するもので、モードレジスタ３５内のモ
ードデータＭＤに対応する処理データＳＤＩ、ＳＤ２を
ＲＯＭ３８から読み出し、データ処理回路３０およびド
ライバ３２へ出力する。

次に、処理データＳＤＩおよび同データＳＤＩに応じて
データ処理回路３０において行なわれる処理を説明する
。

◇処理データＳＤＩ ■インクリメンタルタイプ／アブソリュートタイプを指
定するタイプデータＤｌｌ ■分解能を指定する分解能データＤ１２■高速パルスを
指定する高速パルスデータＤ１３■低速パルスを指定す
る低速パルスデータＤ１４■０点パルスＰｚの極性を指
定する極性データＤ■奇数パリティ／偶数パリティを指
定するパリティ指定データＤ１６ ◇処理 まず、タイプデータＤｌｌによってアブソリュートタイ
プが指定された場合、データ処理回路３０は、絶対位置
データＤ　ｏｕｔのＭＳＢから分解能データＤＩ２が指
示するビット数だけ抽出し、この抽出したデータに、パ
リティ信号Ｐをそのまま、または反転して付加し、この
パリティを付加したデータを角度データＫＤとして出力
する。この場合、パリティ信号Ｐを反転するか否かはパ
リティ指示データＤ１６の指示に応じて決まられる。−
方、インクリメンタルタイプが指定された場合は、絶対
位置データＤ　ｏｕｔの各ビットの中の、分解能データ
Ｄ１２が指示するビットの信号（Ａ相信号という）、こ
のＡ相信号とそれより１つＬＳＢ側の信号との排他的論
理和をとった信号°（Ｂ相信号という）、およびＯ点パ
ルスＰｚによって送信データを形成し、このデータにパ
リティ信号Ｐをそのまま、または反転して付加し、角度
データＫＤとして出力する。ここで、上記Ａ相信号およ
びＢ相信号は各々位相が９０°ずれた信号となり、かつ
、スケール３が正転の場合は人相信号が進み位相に、ま
た、スケール３が逆転Ｇ場合はＢ相信号が進み位相にな
る。また、０点パルスＰｚは極性データＤ１５が指定す
る極性で出力される。

次に、高速パルスデータＤ１３が供給された場合は、絶
対位置データＤ　ｏｕｔの各ビットの中の、同データＤ
１３が指示するビットの信号を高速パルスとして出力し
、低速パルスデータＤ１４が供給された場合は、絶対位
置データＤ　ｏｕｔの各ビットの中の、同データＤ１４
が指示するビットの信号を低速パルスとして出力する。

ここで、高速パルスには、絶対位置データＤｏｕｔの各
ビットの中のＬＳＢに近いビットの信号が用いられ、一
方、低速パルスには、絶対位置データＤ　ｏｕｔの各ビ
ットの中のＭＳＢに近いビットの信号が用いられる。

次に、上記構成によるエンコーダの動作を第３図に示す
フローチャートを参照して説明する。

まず、電源投入に先立って、外部制御装置の通信フォー
マット（Ｒ３２３２Ｃ／Ｒ５４２２Ａ）に合わせて、通
信フォーマット設定を手動で行う（ステップＳｌ）。次
に、電源を投入する（ステップＳ２）。電源が投入され
ると、ＣＰＵ３１がモードデータの送信要求を出力する
。この送信要求は、ドライバ３２を介して外部制御装置
へ送信される（ステップＳ３）。次に、外部制御装置か
らモードデータＭＤが受信されると（ステップＳ４）、
このモードデータＭＤがモードレジスタ３５に書き込ま
れる。次に、ＣＰＵ３１はモードレジスタ３５内のモー
ドデータＭＤに対応する処理データＳＤＩ、ＳＤ２をＲ
ＯＭ３８から読み出し、データ処理回路３０およびドラ
イバ３２へ出力する。これにより、データ処理回路３０
およびドライバ３２において各種の設定が行なわれる（
ステップＳ６）。

次に、ＣＰＵ３１はデータ処理回路３０およびドライバ
３２における設定が全て完了したか否かをチエツクする
（ステップＳ６）。そして、設定が完了していなかった
場合は、再び上記のステップ８３〜Ｓ５の処理を実行す
る。また、設定が完了していた場合は、外部制御装置へ
設定完了を通知する（ステップ３７）。以後、角度デー
タＫＤがドライバ３２を介して外部制御装置へ繰り返し
送信される（ステップＳ８）。

なお、上記実施例においては、変位検出回路２のクロッ
クパルスの周波数が一定であるが、この周波数を外部制
御装置からの指示に応じて変更できるようにしてもよい
。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、被測定物の変
位を検出する変位検出手段と、この変位検出手段の検出
結果を受け、該検出結果°に予め決められている複数の
処理の内のいずれかの処理を行って出力するデータ処理
回路と、このデータ処理回路の出力データを伝送線へ出
力するドライバと、前記伝送線を介して外部装置から供
給されたモードデータを受信するレシーバと、前記レシ
ーバによって受信されたモードデータを受け、該モード
データが指示する処理を前記データ処理回路へ指示する
制御手段とを設けたので、仕様の異なる種々のシステム
に適用できる凡用性のあるエンコーダを提供することが
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の構成を示すブロック図、
第２図は同実施例における変位検出回路２の構成を示す
ブロック図、第３図は同実施例の動作を説明するための
フローチャートである。 送線、３４・・・・・・レシーバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物の変位を検出する変位検出手段と、この変位検
   出手段の検出結果を受け、該検出結果に予め決められて
   いる複数の処理の内のいずれかの処理を行って出力する
   データ処理回路と、このデータ処理回路の出力データを
   伝送線へ出力するドライバと、前記伝送線を介して外部
   装置から供給されたモードデータを受信するレシーバと
   、前記レシーバによって受信されたモードデータを受け
   、該モードデータが指示する処理を前記データ処理回路
   へ指示する制御手段とを具備してなるエンコーダ。