JPH02272320A - 絶対位置計測装置 - 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】 ［発明の産業上の利用分野］ この発明は、自動機器などに使用されでいる位置計測装
置に関し、特に電源の投入と同時に位置の計測が行える
絶対位置計測装置に関する。

［従来技術とその問題点］ 各種自動機器において位置決めを行う際、モタ等の回転
角（位置）１回転、５ｔ（移動Ｈｋ）を計測し、これを
電気信号に変換する手段が必要とされる。この目的で、
エンコーダと呼ばれる装置が多用されている。

たとえば、ロータリ形のエンコーダについて説明すると
ロータリエンコーダは１回転にともなって発生するパル
ス数を計測するインクリメンタル形のものと、ロータに
記録したコードを読み収るアブソリュート形のものがあ
る。本発明においては、後者のアブソリュート形に関す
る。また、検出方式には、光学式のものと磁気式のもの
があるが１本発明は何れの方式にも用いることができる
。

−ＪＲにインクリメンタル形エンコーダは、構成が単純
で安価なことから広く用いられているが。

相対的な位置を表示するため、電源投入後に原点に復帰
させる工程が必要であり、またノイズ等によって誤った
パルス計測がされると、以後の計測値全てに誤差を含む
という問題がある。

なお、原点復帰動作を省略するために、電源遮断中も検
出器と計数部分にバッテリーから電源を供給する方法も
知られているが、電池寿命が数日と短く、また電源回路
も複雑になるという問題がある。

第７図は、現在採用されているアブソリュートエンコー
ダ１を示すもので、二進符号を記録し且つそれぞれ異な
る情報記録値を有する記録帯［トラック］２ａ、・・・
、２ｈを軸方向に複数形成したロータ２と、それぞれの
桁の情報値を有する記録帯２ａ、　　・・・、２ｈに対
向する検出センサを用いた検出器３から構成されている
。上記エンコーダ１が磁気エンコーダである場合には、
ロタ２は、多極着磁したマグネットロータあるいはロー
タドラムの外周にマグネット層を塗布し、該塗布層に多
極着磁して形成したもの何れのものであっても良い、そ
して、検出器３としては、Ｉａ気センサ、例えば、磁気
抵抗素子やポール素子を朋いると便宜である。

このよう、なアブソリュートエンコーダ１は、電源投入
と同時に絶対位置を表示することが可能であり、またノ
イズ等によって誤った信号が出力されても２次の瞬間に
ノイズが収り除かれれば、正しい信号が得られる特徴が
ある。しかしながら。

二進符号のそれぞれの桁に対応した記録をロータ２に施
すことと、それを検出する検出器３．更に検出器３の出
力を増幅するための複雑な電子回路などが必要であり、
大型で、高価になるという問題があった。

［問題点を解決する手段］ 上記の問題点は、互いに波長の異なる記録が施された２
以上の記録帯［トラック］を有する被検出体と、上記各
記録帯に対向して上記記録帯の記録を検出する検出器と
、該各検出器の信号を処理してそれぞれの記録一波長内
での絶対位置を計測する信号処理回路とから構成され、
該各信号処理回路から得られる記録一波長内での絶対位
置を減算することによって各記録波長の最小公倍数に相
当する長さの中で絶対位置を計測することによって解決
される。

被検出体を°回動自在または直線移動自在等のように上
記検出器と相対的移動するように支持されていることと
、！＆長波長と、これに次ぐ長さを有する波長が１回転
当たり１周期の差を生ずるように選択することによって
、１回転以内で絶対位置を表示することが可能である。

更にまた。被検出体として磁気記録を施した記録帯［ト
ラック］を使用することで、安価に絶対位置計測装置を
構成することが可能である。

［実施例］ 第１図は本発明を適用したアブソリュート形磁気エンコ
ーダ４で、互いに波長の異なる記録が外周に施された２
以上の記録帯［トラックコ５１．５−２を有する被検出
体となる回動自在に支承されたマグネットロータ５と、
該マグネットロータ５の各記録帯５−１．５−２に対向
して該記録を検出する磁界検出器６と、該検出器６の信
号を処理してそれぞれの記録一波長内での絶対位置を計
測する信号処理回路７から構成されている。

第２図は、第１図に示したマグネットロータ５に記録さ
れた記録帯５−１．５−２と、磁界検出器６の展開図を
示す。

マグネットロータ５は、Ｎ極とＳ極の磁極を交互に着磁
した１回転当たり１６極の記録帯５−１と、１４極の記
録帯５−２とからなり、この２種類の記録波長を有する
記録帯５−１．５−２を検出する磁界検出器６は、記録
帯５−１に対向して設けられた２つのホール素子６−１
−Ａ及び６１−Ｂと、記録帯５−２に対向して設けられ
た２つのホール素子６−２−Ａ及び６−２−Ｂとで構成
されている。ポール素子６−１−Ａと６−１−Ｂ、ホー
ル素子６−２−Ａと６−２−Ｂは、それぞれ１／２磁極
幅異なる位相位置に配設されている。

このように構成すると、マグネットロータ５［記録帯５
−１．５−２］と相対的回動をなすポール素子６−１−
Ａ、６−１−Ｂ、ホール素子６−２−Ａ、６−２−Ｂか
らは、１回転当たり８周期と７周期のコサイン、サイン
関数状のエンコーダ信号が出力される。

第３図は、信号処理回路７の詳細を示すものであって、
各ホール素子６−１−Ａ、６−１−Ｂ。

６−２−Ａおよび６−２−Ｂからの出力信号を増幅する
オペアンプ７−１−Ａ、７−１−８，７−２−Ａおよび
７−２−Ｂと、該オペアンプ７−１−Ａ、７−１−Ｂ、
７−２−Ａおよび７−２−Ｂそれぞれの信号を一時的に
保持するサンプルアンドボールド回路８−１−Ａ、８−
１−Ｂ、８２−Ａおよび８−２−Ｂと、該サンプルアン
ドボールド回路８−１−Ａ、８−１−Ｂ、８−２−Ａお
よび８−２−Ｂによってサンプリングされた４つの信号
の１つを選択するマルチプレキザー回路９．該マルチプ
レキサ−回路９からのアナログ信号をデジタル信号に変
換するＡ［アナログ］／Ｄ［デジタル］変換器１０と、
該Ａ／Ｄ変換器１０からの信号を基に記録一波長内での
絶対位置を減算する。ことによって各記録波長の最小公
倍数に相当する長さの中で絶対位置を計測し、その絶対
位置信号を図示しない表示回路などに出力するマイクロ
プロセッサ１１とで構成されている。マイクロプロセッ
サ１１からの信号は、マルチプレキサ−回路９およびサ
ンプルアンドホールド回路８−１−Ａ、８−１−Ｂ、８
−２−Ａおよび８−２−Ｂにフィードバックされている
。

第４図は、マイクロプロセッサ１１の動作順序を示すも
ので２初期化部１１−１で、必要な初期化動作を行った
後、データサンプリング部１１２で各ホール素子６−１
−Ａ、６−１−Ｂか・らの出力信号をデータ入力部１ｌ
−３−Ａ、１１３−Ｂで順次入力する。ポール素子６−
２−Ａおよび６−２−Ｂからの出力信号をデータ入力部
１ｌ−４−Ａ、１ｌ−４−Ｂで順次入力する。各ポール
素子６−１−Ａ、６−１−Ｂ、６−２−Ａおよび６−２
−Ｂからの出力信号が、コサイン関数とサイン関数で近
似されることを利用し、ブタ入力部１’ｌ−３−Ａ、１
．１−３−Ｂ、１１４−Ａ、１ｌ−４−Ｂからの１信号
の比の逆正接演算を逆正接演算部１１−５．１１−６で
行うことで、それぞれ１回転を８周期および７周期とす
る角度を得ている。次いで、逆正接演算部１１５．１１
−６からの差を減算部１１−７で求めることで、１回転
を１周期とする位置信号を測定結果出力部１１−８で得
ることができる。

［作用］・ 次に３本発明の作用原理について説明する。

本発明では１周期的な記録・を有する記録帯５−１．５
−２と、この記録帯５−１．５−２の記録を検出する検
出器６を用いて記録−周期内の位置を計測することが可
能である。

例えば、記録帯５−１．５−２の記録波長に対して９０
°位相の異なる位置に設けた２つの検出器［例えば、上
記したポール素子など］６の出力がサインおよびコサイ
ン関数状であることを利用して、これらの比の逆正接演
算を行うことで、記録−周期を２πとする絶対位置を計
測することが可能である。

このようにして得られた位置計測結果は、第５図（ｂ）
および（ｃ）のサイン、コサイン関数状の波形１２．１
３から、第５図（ａ）に示すように回転に対して鋸歯状
波状の波形１４となり、記録−周期内での絶対位置を知
ることができるが。

どの周期にあるかを知ることができない。

そこで本発明の絶対位置計測装置では、計測区間（例え
ば、１回転の範囲）で１周期だけ異なるような２種類の
波長の記録を用いて計測を行うようにしている。

このようにすると、それぞれの計測結果は、第６図に示
すように、２つの検出器からの鋸歯状波の信号波形１５
（例えばｎ［ｎは整数］周期目の波形とする）と１６（
例えばｎ−１周期目の波形とする）は、少しずつ差を広
げ、１回転したところで、再び一致する。

従って、これらの計測結果の差を求めることによって、
１回転を１周期とする位置計測結果を得ることができる
。

なお、差の演算において、Ｏ〜２πの範囲を外れる場合
は、２πを加算若しくは減算して、この範囲に収まるよ
うにすれば良い。

このようにして得られた計測結果は、単独で絶対位置を
検出することができるが１元の１回転当なり多周期の計
測値と組み合わせることで２Ｍ度の高い計測が可能であ
る。

［発明の効果コ 以上のように本発明の絶対位置計測装置は、基本的に２
つの記録帯で絶対位置の計測が可能であり、従来のアブ
ソリュートエンコーダが二進符号の桁数だけの記録帯が
必要であったものに比較して、小型且つ安価に装置を構
成することができる。なお１本発明の装置は、磁気エン
コーダに最も好適であるが、光学式エンコーダやその他
の同様な信号を出力する装置にも同様に適用可能である
。

尚上記説明では、ロータリ磁気エンコーダについて説明
したが１本発明は、リニア磁気エンコーダについても当
然適用があることは言うまでもない ４、ｌｉ！１１面の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例を示す絶対位置計測装置の概
略構成図、第２図は記録帯と検出器との展開図、第３図
は信号処理回′＃Ｉ構成図、第４図はマイクロプロセッ
サの動作順序説明図、第５図は鋸歯状波の出力信号波形
図、第６図は２つの鋸歯状波の出力信号波形が１回転し
た時に一致することの説明図、第７図は従来のアブソリ
ュートエンコーダの概略説明図である。

［符号の説明］ １・・　アブソリュートエンコーダ ２・・・ロータ、３・・・検出器、４　　・アブソリュ
ート形磁気エンコーダ、５・・・マグネット四〜り、５
−１．５−２・・・記録帯［トラック］、６・・・磁界
検出器、６−１−Ａ、６−１−９　６＝−２−Ａ、６−
２−Ｂ・・・ポール素子、７・・・信号処理回路、７−
１−Ａ、７−１−８．７−２−Ａ、７−２・−Ｂ・・・
オペアンプ　　８−１−Ａ、　　８−１−Ｂｌ、　　８
−２−Ａ、　　８−２−Ｂ・　・・・サンプルアンドボ
ールド回路９・・・マルチブレキサ−回路。

ＩＯ・・・Ａ［アナログ］／Ｄ［デジタル］変換器、１
１・・・マイクロプロセッサ。

１１−１・・・初期化部、１１−２・・・データサンプ
リング部。

１ｌ−３−Ａ、１ｌ−３−Ｂ、１１−４−Ａ１１−４−
Ｂ・・・データ入力部 １１〜５　１１−６・・・逆正接演算部減算部、１１−
８・・・測定結果 出力部、１２．・　・、１６・・　波形。

１１−７　・　・ ：菱化成株赤弐会社 代表者　鈴木　精二 第１図 第５図 第４１ 第６ 図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに波長の異なる記録が施された２以上のトラ
   ックを有する被検出体と、上記各トラックに対向して上
   記記録を検出する検出器と、該各検出器の信号を処理し
   てそれぞれの記録一波長内での絶対位置を計測する信号
   処理回路とから構成され、該各信号処理回路から得られ
   る記録一波長内での絶対位置を減算することによって各
   記録波長の最小公倍数に相当する長さの中で絶対位置を
   計測することを特徴とする絶対位置計測装置。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項記載の絶対位置計測装
   置であって、上記被検出体が回動自在または直線移動自
   在等のように上記検出器と相対的移動するように支持さ
   れていることと、最長波長と、これに次ぐ長さを有する
   波長が一回転当たり一周期の差を生ずるように選択され
   ていることを特徴とする絶対位置計測装置。