JPH03202713A - 位置検出装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はリニアエンコーダを用いた位置検出装置に関す
る。

（従来の技術） 例えば移動するテーブルの位置を検出する場合、リニア
エンコーダを用いて行なうと高分解能に位置を検出でき
てナノメータ（ｎｍ）オーダで高精度に位置決めができ
る。このリニアエンコーダを用いた場合の測定方法につ
いて説明すると、リニアエンコーダからは第３図に示す
ようなそれぞれ９０″位相差のある正弦波に近いの２相
信号ＥＡ、ＥＢが出力される。これら２相信号Ｅ　Ａ　
＋ＥＢはそれぞれＡ／Ｄ変換されてマイクロコンピュー
タに送うれ、このマイクロコンピュータにおいて２相信
号Ｅ＾、ＥＢのレベルから次表に示すＩ状態〜■状態の
どの状態にあるかが判断される。

ＥＡ、ＥＢはそれぞれテーブルの変位とレベルとが比例
する区間（第３図実線）となっている。

又、マイクロコンピュータはＡ／Ｄ変換された２相信号
Ｅ　Ａ　＋　　Ｅ　Ｂを所定間隔でサンプリングしてｊ
ａｎ−’　（Ｅａ　／　ＥＡ）を演算して１ピッチスケ
ール内におけるテーブルの位置を求める。かくして、各
Ｉ状態〜■状態においてｔａｎ−’　（Ｅ　ａ　／ＥＡ
）の演算が行われてテーブルの位置が検出される。ここ
で、例えば、リニアエンコーダの１ピッチが１０μｍの
スケールで、８０００分の１のサンプリング間隔でｔａ
ｎ−’　（Ｅａ　／　ＥＡ）を演算すると、１．２５ｎ
　ｍの変位まで検出可能となる。

ところが、以上のような方法では、２相信号ＥＡ、ＥＢ
を所定間隔でサンプリングしているので、テーブルが高
速で移動して１サンプリング期間に１ピッチ以上の変位
すると、上記ｔａｎ〜１（ＥＢ／ＥＡ）の演算が不可能
となってテーブルの位置を検出することが困難となる。

実際には１サンプリング期間に２相信号ＥＡ＋ＥＢが隣
の状態、例えば夏状態から■状態に移る程度の速度が許
される。そこで、高速に移動するテーブルに対して検出
可能とするためにはサンプリング間隔を短くすることが
行なわれ、例えば１ピッチが１μｍのスケールを有する
リニアエンコーダを用いて１００＋ｎ／ｓの精度の位置
検出を得ようとすると、サンプリング期間を２５μｓ以
下に設定しなければならない。ところが、このようにサ
ンプリング期間を短くしてもＡ／Ｄ変換やＤ／Ａ変換に
時間がかかるので、ただ単にサンプリング期間を短くし
ても無駄となってしまう。

（発明が解決しようとする課題） 以上のようにリニアエンコーダを用いた場合にテーブル
が高速に移動すると、テーブルの位置を検出することが
困難となる。

そこで本発明は、リニアエンコーダを用いた場−合にテ
ーブルが高速に移動しても高精度にテーブルの位置を検
出できる位置検出装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、それぞれ位相差の異なる２相信号を被測定体
の移動量に応じて出力するリニアエンコーダと、このリ
ニアエンコーダからの２相信号をディジタル変換してこ
れら２相信号を短ピッチで検出して１ピッチ間における
被測定体の位置を求めるＡ／Ｄ変換制御手段と、リニア
エンコーダからの２相信号の各加減算信号等を求めこれ
ら加減算信号のゼロクロス点をカウントして被測定体の
位置を求めるパルス制御手段と、このパルス制御手段で
求められたカウント数によりＡ／Ｄ変換制御手段とパル
ス制御手段とを切替えて被測定体の位置に前記パルス制
御手段で求められた被測定体の位置を加算して被測定体
の実際の位置を求める位置算出手段とを備えて上記目的
を達成しようとする位置検出装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、リニアエンコーダ
からの２相信号がＡ／Ｄ変換制御手段に送られ、この手
段により２相信号を短ピッチで検出して１ピッチ内にお
ける被測定体の位置を求め、これとともにパルス制御手
段により２相信号の各加減算信号等を求めこれら加減算
信号のゼロクロス点をカウントして被測定体の位置を求
める。

そして、位置算出手段によりパルス制御手段で求められ
たカウント数によりＡ／Ｄ変換制御手段とパルス制御手
段とを切替えて被測定体の位置にパルス制御手段で求め
られた被測定体の位置を加算して被測定体の実際の位置
を求める。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は位置検出装置の構成図である。被測定体である
テーブル１にはスライダ２が設けられ、このスライダ２
には各ローラ３，４がスライダ２を挾んで配置されてい
る。これらローラ３，４のうちローラ３にはサーボモー
タ５が連結されている。従って、サーボモータ５の駆動
により各ローラ３１，４が回転してテーブル１を矢印（
イ）方向に移動させるようになっている。なお、サーボ
モータ５はサーボアンプ６から供給される電力によって
駆動する。

又、テーブル１にはリニアエンコーダ１０が備えられて
いる。このリニアエンコーダ１０は第３図に示すように
それぞれ９０°位相差のある正弦波に近いの２相信号Ｅ
Ａ、Ｅ、を出力するものである。この２相信号ＥＡ、Ｅ
Ｂはそれぞれ波形演算回路１１に送られている。この波
形演算回路１１は２相信号ＥＡ、ＥＢを受けてこの２相
信号ＥＡ、ＥＢをそのままＡ／Ｄ変換器１２に送る機能
と、２相信号ＥＡ、Ｅ、からＥＡ＋ＥＢ信号及びＥＡ−
Ｅ、信号を作成してパルス発生回路１３に送る機能とを
備えたものである。

前記Ａ／Ｄ変換器１２の変換出力はマイクロプロセッサ
］４に送られている。このマイクロプロセッサ１４はデ
ィジタル２相信号ＥＡ、ＥＢを受けてこれらディジタル
２相信号ＥＡ、ＥＢにおけるテーブル１の変位とレベル
とが比例する部分を８０００分の１のピッチでサンプリ
ングしてｔａｎ−’（ＥＢ／ＥＡ）を演算し求め、この
演算結果から１ピッチ内におけるテーブル１の位置を求
めるＡ／Ｄ変換制御機能を有している。

又、パルス発生回路１３はＥＡ＋ＥＢ信号及びＥ　Ａ　
　Ｅ　ｓ信号における各ゼロクロス点を検出してこのゼ
ロクロス点に同期したパルス信号ＰＡ。

Ｐ８を発生する機能を有するものである。このパルス発
生回路１３で発生した各パルス信号Ｐ　Ａ　ｒＰＢは方
向弁別回路１５に送られており、この方向弁別回路１５
は各パルス信号ＰＡ、ＰＢの発生タイミングからテーブ
ル１の移動方向を判別する機能を有するものである。各
パルス信号Ｐ　Ａ　ｒＰＢは方向弁別回路１５を通って
カウンタ１６に送られており、このカウンタ１６のカウ
ント値がマイクロプロセッサ１４に送られている。この
マイクロプロセッサ１４は上記機能の他にカウンタ１６
のカウント値からテーブル１の位置を求めるパルス制御
機能を有している。

さらにマイクロプロセッサ１４は、上記ｔａｎ−’（Ｅ
Ｂ／ＥＡ）を演算してテーブル１の位置を検出するＡ／
Ｄ変換制御機能とカウンタ１６のカウント値からテーブ
ル１の位置を求めるパルス制御機能とを切替える機能を
有している。この場合、切替えはテーブル１の移動速度
が所定速度以上のときにパルス制御機能とし、テーブル
１の移動速度が所定速度以下のときにＡ／Ｄ変換制御機
能としている。なお、第１及びパルス制御機能を常に作
動させていてもよい。そして、マイクロプロセッサ１４
はパルス制御機能で求めたカウント値から求めたテーブ
ル１の原点からの距離とＡ／Ｄ変換制御機能で求めたテ
ーブル１の位置とを加算して実際のテーブル１の位置を
算出する機能を有している。

次に上記の如く構成された装置の作用について図面を参
照して説明する。

テーブル１が移動すると、リニアエンコーダ１９からは
第２図に示すような２相信号ＥＡＥＢが出力される。こ
れら２相信号ＥＡ、ＥＢは波形演算回路１１に送られ、
この波形演算回路１１は２相信号ＥＡ、ＥＢを通してＡ
／Ｄ変換器１２に送るとともに２相信号ＥＡ、ＥＢから
ＥＡ＋ＥＢ信号及びＥＡ−ＥＢ信号を作成してパルス発
生回路１３に送る。これにより、Ａ／Ｄ変換器１２は２
相信号ＥＡ、ＥＢをディジタル２相信号ＥＡ、Ｅ、に変
換してマイクロプロセッサ１４に送られる。一方、パル
ス発生回路１３はＥＡ＋ＥＢ信号及びＥ　Ａ　　Ｅ　ａ
、信号における各ゼロクロス点を検出してこのゼロクロ
ス点に同期した各パルス信号Ｐ□Ｒ＋　　ＰＡ−８を発
生する。これらパルス信号Ｐ□１１．ＰＡ−Ｂは方向弁
別回路１５に送られてテーブル１の移動方向が判別され
るとともにパルス信号Ｐ　Ａ　＋　Ｂ＋　　ＰＡ　−ｓ
をカウンタ１６に送る。これによりカウンタ１６はパル
ス信号Ｐ　Ａ＋Ｂ　ＩＰ　Ａ−Ｂのうちいずれか一方の
パルス信号例えばＰいＢをカウントする。

この状態にマイクロプロセッサ１４はカウンタ１６のカ
ウント速度からテーブル１の移動速度を求め、この移動
速度が所定速度以上であればパルス制御機能を作動させ
る。又、マイクロプロセッサ１４はカウンタ１６のカウ
ントタイミングを捕らえて例えば！状態から■状態への
移行を制御する。これにより、マイクロプロセッサ１４
はカウンタ１６のカウント値からテーブル１の位置を求
める。そして、テーブル１の移動速度が所定速度以下と
なると、マイクロプロセッサ１４はＡ／Ｄ変換制御機能
を作動させる。これにより、マイクロプロセッサ１４は
ディジタル２相信号ＥＡ、ＥＢを受けてこれらディジタ
ル２相信号ＥＡ、ＥＢにおけるテーブル１の変位とレベ
ルとが比例する部分を８０００分の１のピッチでサンプ
リングしてｔａｎ−’　（ＥＢ／　ＥＡ　）を演算し求
め、この演算結果から１ピッチ内におけるテーブル１の
位置を求める。かくして、テーブル１が所定速度以上の
高速で移動し、この後に所定速度以下で移動した場合、
マイクロプロセッサ１４は高速で移動しているときにカ
ウンタ１６のカウント値からテーブル１の位置を求め、
この後に所定速度以下で移動しているときにｔａｎ−’
　（ＥＢ　／ＥＡ　）を演算して１ピッチ内におけるテ
ーブル１の位置を求め、そしてこれらテーブル１の位置
を加算して実際のテーブル１の原点からの位置を算出す
る。

このように上記一実施例においては、Ａ／Ｄ変換制御機
能によりリニアエンコーダからの２相信号における変位
とレベルとが比例する部分を短ピッチで検出して１ピッ
チ内におけるテーブル１の位置を求めるとともにパルス
制御機能により２相信号の加減算信号のゼロクロス点を
カウントしてテーブルｌの位置を求め、テーブル１の移
動速度に応じてＡ／Ｄ変換制御機能とパルス制御機能と
を切替えてテーブル１の実際の位置を求めるようにした
ので、テーブル１が高速で移動したとしても短時間で高
精度にテーブル１の位置を検出できる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、パ
ルス発生回路１３はＥＡ＋ＥＢ信号及びＥＡ−ＥＢ倍信
号ゼロクロス点でパルス信号Ｐ　Ａ＋Ｂ　＊　ＰＡ−８
を発生しているが、これに加えて２相Ｆ号ＥＡ、Ｅａの
各ゼロクロス点でパルス信号ｐＡ、ｐＢを発生させてカ
ウンタ１６に送るようにしてもよい。これにより、パル
ス制御機能の精度を高くできる。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、リニアエンコーダ
を用いた場合にテーブルが高速に移動しても高精度にテ
ーブルの位置を検出できる位置検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる位置検出装置の一実施例を示す
構成図、第２図は同装置の動作タイミング図、第３図は
Ａ／Ｄ変換制御の作用を説明するための図である。 １・・・テーブル、２・・・シリンダ、３，４・・・ロ
ール、５・・サーボモータ、６・・・サーボアンプ、１
０・・・リニアエンコーダ、１１・・・波形演算回路、
１２・・・Ａ／Ｄ変換器、１３・・・パルス発生回路、
１４・・・マイクロプロセッサ、１５・・・方向弁別回
路、１６・・・カウンタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれ位相差の異なる２相信号を被測定体の移動量に
   応じて出力するリニアエンコーダと、このリニアエンコ
   ーダからの２相信号をディジタル変換してこれら２相信
   号を短ピッチで検出して１ピッチ間における前記被測定
   体の位置を求めるＡ／Ｄ変換制御手段と、前記リニアエ
   ンコーダからの２相信号の各加減算信号等を求めこれら
   加減算信号のゼロクロス点をカウントして前記被測定体
   の位置を求めるパルス制御手段と、このパルス制御手段
   で求められたカウント数により前記Ａ／Ｄ変換制御手段
   と前記パルス制御手段とを切替えて前記被測定体の位置
   に前記パルス制御手段で求められた前記被測定体の位置
   を加算して前記被測定体の実際の位置を求める位置算出
   手段とを具備したことを特徴とする位置検出装置。