JPH03225225A - インクリメンタル型エンコーダ - 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） 本発明は駆動源によって操作端を駆動制御するようにし
た工作機械、射出成形機、ロボット等の自動機械におけ
る前記操作端の位置検出に適用されるインクリメンタル
型エンコーダに関するものである。

（従来の技術） 近年、あらゆる産業分野で自動化が進められ、特に各種
ロボットや、工作機械、射出成形機等ではその進展が著
しい。

これらの自動機械では操作部における位置制御が特に重
要であり、そのための位置検出装置として各種エンコー
ダが採用されている。

従来、最も多く使われているエンコーダには構造が簡単
で価格が安く、かつ配線数の少ないことから信頼性が高
いインクリメンタル型のエンコーダがある。しかし、こ
のインクリメンタル型エンコーダでは、例えばロボット
の位置制御を行う場合、電源を投入した時点で最初に行
う作業は、基準点を検知することであり、この検知点を
基準として動作させる処理が必要となる。この基準点復
帰処理のための作業は極めて正確さが要求されるもので
あり、電源投入時毎に行う作業としては極めて負担の大
きなものとなる。これを回避しようとしてアブソリュー
ト型エンコーダを使用することも考えられるが、アブソ
リュート型エンコーダは一般に高価であり、更には配線
数が多いために信頼性が低いという問題がある。

そこで開発されたものに、例えば特開昭６３１１８６１
３号公報に開示されたアブソリュート型エンコーダがあ
る。これは、基本部分をインクリメントタイプで構成し
、回転円板の位置情報から同円板の絶対位置情報を生成
記憶させ外部からはアブソリュートタイプとして機能さ
れたもので、アブソリュートタイプエンコーダにおける
低コスト化を図ろうとするものである。

また、特開昭６３−１１８６１３号公報、特開昭６１−
４８７１７号公報、及び特開昭６３−３００９１１号公
報に見られるように、停電時においても、内蔵するバッ
テリが働いて回転数を検出し、蓄積保存するバッテリハ
ックアンプ手段を持つエンコーダ装置も提案されている
。

（発明が解決しようとする課題） 上記特開昭６３−１１８６１３号の技術では高精度な情
報としてのディジタルな位置情報が外部へ出力されるが
、同公報で明らかな如（出力位置情報が並列（パラレル
）出力であるため配線数が多く、可動部の多い機械にお
いては信頼性に欠けるものとなり、一方の特開昭６１−
４８７１７号の技術においては、出力配線数は少ないが
出力がアナログ信号であって高精度な位置決めは期待で
きないと同時に、電源投入時における出力が不定となる
欠点があった。

更に、特開昭６３−３００９１１号公報に記載されてい
るものは、構成部品に絶対値型エンコーダを使用するこ
とにより、高価となる等の欠点を持っている。

そこで、本発明はエンコーダ全体を大型化することなく
、高精度な回転角度又は直線位置等が検出できるように
したインクリメンタル型エンコーダを提供しようとする
ものである。

（課題を解決するための手段） この目的を達成すべく本発明は、回転軸に装着された高
分解能回転ディスクと、このディスクに対向配置された
高分解能回転角度検出センサを有し、前記回転検出セン
サにより２個の電気信号を波形整形し、位相差を持っ２
相信号としてドライバを介して外部へ出力するインクリ
メンタル型エンコーダにおいて、前記回転軸に低分解能
回転ディスクを装着すると共に、この低分解能回転ディ
スクに対向して低電力式の低分解能角度検出センサを配
置し、更に前記低分解能角度検出センサからの２個の電
気信号を波形整形し、位相差を持つＡ相、Ｂ相の２相信
号とする波形整形回路と、前記波形整形回路からの信号
を入力して回転方向を判別する回転方向判別回路を含む
４逓倍回路と、同４逓倍回路からの信号を入力する可逆
カウンタとを備え、前記低分解能角度センサと波形整形
回路と回転方向判別回路を含む４逓倍回路と可逆カウン
タとは外部電源又は電池で付勢されるようになっており
、かつ外部電源投入時には、低分解能角度センサの信号
の１つをＡ／Ｄ変換し、このデータと前記可逆カウンタ
のデータとをコード変換し、外部に伝送することができ
るようにした構成を有してなるもので、これを前記課題
解決のための手段とするものである。

（作用） 一般に磁気抵抗素子は、検出磁極の着磁ピッチが小さく
なると低消費電力化が困難となり、また検出分解能が高
くなると低消費電力化のためには形状を大きくする必要
がある等の問題が生しる。このため、本発明は低消費電
力化を図り、かつ装置の小型化を図るために、低分解能
検出センサとしての低電力型磁気抵抗素子の抵抗値を大
きくとり、検出磁極の着磁ピッチを粗くし、ネ■くなっ
た分を前記磁気抵抗素子の出力をＡ／Ｄ変換して内挿す
ることにより、他の高分解能回転角度検出センサの検出
分解能と同等に高めることができる。また、電源遮断時
には、前記磁気抵抗素子と、増幅器、比較器からなる波
形整形回路、回転方向判別回路を含む４逓倍回路、可逆
カウンタを電池により電力付勢し、電源遮断時の回転軸
の角度変化等を可逆カウンタに計数蓄積し、電源投入時
に可逆カウンタの内容と前記Ａ／Ｄ変換データを通信イ
ンターフェースを介して伝送路に送出し、エンコーダの
外部にデータを伝送し、高精度に回転角度等の検出がで
きるようにする。

（実施例） 以下、本発明の代表的な実施例について、添付図面を参
照しつつ詳細に説明する。

第１図は本発明のインクリメンタル型エンコーダのブロ
ック図であり、第２図は同エンコーダの信号状態図であ
る。このエンコーダは回転軸１に高分解能回転ディスク
としての高保持力磁性材料からなる高着磁密度磁気ディ
スク２と、低分解能回転ディスクとしての低着磁密度磁
気ディスク３とが装着されている。前記各ディスク２，
３には、それらと所定の間隔をもって、高分解能回転角
度検出センサとしての磁電変換用磁気抵抗素子４と、低
分解能回転角度検出センサとしての低電力型磁気抵抗素
子５とが対向配置されている。各々の磁気抵抗素子４．
５から出力される９０°位相差を持った２つの信号は、
各名僧幅器６，７及び比較器８，９からなる波形整形回
路により波形整形され、各々第２図ａ、ｂ、ｃ、ｄに示
す信号に変換される。第１図、第２図中のａ、ｂ信号は
、ドライバ１０を介してエンコーダ２２の外部にＡ、Ｂ
相信号１９として出力される。

一方、第１図、第２図中の磁気抵抗素子５、増幅器７、
比較器９を介して得られるｃ、ｄ信号は、回転方向を判
別する回転方向判別回路としての機能を含む４逓倍回路
１１を介して、１つの方向に対し第２図に示すｅ信号が
可逆カウンタ１２に入力され計数される。また低電力型
磁気抵抗素子５の出力信号は、増幅器７の出力ｇにおい
て、第２図中に示されているｇ信号を得る。

ｇ信号は、ここでは簡単のため三角波で示されているが
、正弦波等の区分可能な信号であればよいことは自明で
ある。増幅器７からの出力信号ｇは、Ａ／Ｄ変換器１３
にてＡ／Ｄ変換され、その出力として第２図中のｈに示
すコードデータを得て、制御部１４に入力される。ｈコ
ードデータは制御部１４においてコード変換され、第２
図中ｉに示すコードを得る。また前記制御部１４は、前
記可逆カウンタに計数蓄積されたデータＮと、コード値
ｉを基本にして回転軸１の現在位置を計算する。

以下、その計算例を示す。

Ａ、Ｂ相　　１０２４パルス／回転 Ｃ，Ｄ相　　　６４パルス／回転 可逆カウンタ値−−−一−−Ｎ ｉ　コー　ド値−一−−ｉ とすると、現在値ＣＰは、 ＣＰ　＝　（１０２４／６４）　Ｘ　Ｎ　＋ｉ　　　　
　−−−−−・−（１）式によって得られる。

前記制御部１４で得られたＣＰデータは伝送回路１５、
及び伝送路２０を介してエンコーダ２２の外部に伝送さ
れる。また第１図中に示されているブロック１８は、外
部電源２１及びバッテリ托により電力が付勢されており
、ブロック１７は外部電源２１のみにより電力が付勢さ
れている。従って、外部電源２１が遮断された時は、ブ
ロック１８はバッテリ動作され、外部電源遮断時の回転
軸１の移動は磁気抵抗素子５により検出され、可逆カウ
ンタ１２により計数蓄積される。

電源２１が復帰投入された状態において、前記磁気抵抗
素子よりの信号ｇは、制御部よりのへ／Ｄ変換及びコー
ド変換に基づく内挿により高分解能データが得られる。

従って前記と同様に電源再投入時にも伝送回路１５、伝
送路２ｏを介してエンコーダ２２の外部に（１）式のデ
ータが伝送できる。

なお、バッテリ１６はエンコーダ２２以外の外部より得
た場合も同様である。

本実施例に係るインクリメンタル型エンコーダは、以上
の構成により電源遮断時には、低電力型磁気抵抗素子と
、増幅器、比較器からなる波形整形回路、４逓倍回路、
可逆カウンタを電池により電力付勢し、電源遮断時の回
転軸の角度変化等を可逆カウンタに計数蓄積し、電源投
入時に可逆カウンタの内容と、前記へ／Ｄ変換データを
通信インターフェースを介して伝送路に送出し、エンコ
ーダの外部にデータを伝送し、これによって高精度に回
転角度等の検出ができる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明に係るインクリメ
ンタル型エンコーダでは、低電力型磁気抵抗素子と低着
磁密度磁気ディスクを従来型インクリメンタル型エンコ
ーダに付加し、低電力型磁気抵抗素子の抵抗値を大きく
とり、検出磁極の着磁ピッチを粗くし、粗くなった分を
前記磁気抵抗素子の出力をＡ／Ｄ変換して内挿すること
により、検出分解能を高めることができ、エンコーダ全
体を大型化することなく、高精度な回転角度又は直流位
置等を検出することができる。また、外部電源遮断時に
おいては、低電力型磁気抵抗素子、波形整形回路、４逓
倍回路、可逆カウンタが内蔵電池で電力付勢され、外部
電源遮断時でも回転軸の回転角は可逆カウンタに計数蓄
積され、その後の外部電源復帰時に外部電源によって動
作状態に入ると、通信機能も復帰し、可逆カウンタの計
数蓄積データは、制御装置を介して外部に伝送され、回
転軸の回転角が確認できる。

従って本発明によれば、従来のインクリメンタル型エン
コーダでは欠かせない動作電源復帰毎の毎回の基準点復
帰動作が省略できる等の操作性の向上が図れると同時に
、高精度な回転軸の回転角の計測が可能となり、安価で
ありながら、高精度な小型軽量のインクリメンタル型エ
ンコーダが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の代表的なインクリメンタル型エンコー
ダのブロック図、第２図は同エンコーダの信号状態図で
ある。 図の主要部分の説明 １−回転軸 ２〜高分解能回転ディスク ３−低分解能回転ディスク ４−高分解能回転角度検出センサ ５−低電力式低分解能角度検出センサ １１・−４逓倍回路 １２−可逆カウンタ １５−伝送回路 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸に装着された高分解能回転ディスクと、このディ
   スクに対向配置された高分解能回転角度検出センサを有
   し、前記回転検出センサにより２個の電気信号を波形整
   形し、位相差を持つ２相信号としてドライバを介して外
   部へ出力するインクリメンタル型エンコーダにおいて、
   前記回転軸に低分解能回転ディスクを装着すると共に、
   この低分解能回転ディスクに対向して低電力式の低分解
   能角度検出センサを配置し、更に前記低分解能角度検出
   センサからの２個の電気信号を波形整形し、位相差を持
   つＡ相、Ｂ相の２相信号とする波形整形回路と、前記波
   形整形回路からの信号を入力して回転方向を判別する回
   転方向判別回路を含む４逓倍回路と、同４逓倍回路から
   の信号を入力する可逆カウンタとを備え、前記低分解能
   角度センサと波形整形回路と回転方向判別回路を含む４
   逓倍回路と可逆カウンタとは外部電源又は電池で付勢さ
   れるようになっており、かつ外部電源投入時には、低分
   解能角度センサの信号の１つをＡ／Ｄ変換し、このデー
   タと前記可逆カウンタのデータとをコード変換し、外部
   に伝送することができるようにしたことを特徴とするイ
   ンクリメンタル型エンコーダ。