JPH0571982A

JPH0571982A - 位置・速度検出方式

Info

Publication number: JPH0571982A
Application number: JP25873691A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Hirota; 光彦広田; Tadashi Inoue; 正井上
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】【目的】低速時でも高速時でも精度が高くかつ正確に
位置・速度情報を得ることができるようにする。【構成】正弦波信号ＭＡを内挿分割して２進データＤ
０〜Ｄ８をＲＯＭ１５より得る。該２進データの最上位
１乃至数ビットから正弦波信号を２以上に分割する信号
を求めこの信号をカウンタ１６でカウントする。そうす
ると、該カウンタの下位ビットの正弦波信号の１周期内
をカウントするビットは上記２進データの上位ビットと
同一値を示す。そこで、同一値を示すカウンタの下位ビ
ットか２進データの上位ビットのどちらか一方を削除
し、レジスタ１８に２進データを下位にカウンタ２０の
値を上位に入力すれば、このレジスタの値は移動体の位
置を表すことになる。その結果、２進データで正弦波信
号ＭＡを内挿分割する分割数を上げ位置精度を向上させ
たとしても、カウンタ１６でカウントする信号は、正弦
波信号を大まかに分割した信号となり、カウンタ１６が
カウント不能になることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械主軸やモータのロ
ータ軸等の回転軸及び移動体の速度及び位置を検出する
位置・速度検出方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等の機械主軸の回転速度，もし
くは位置を検出するために、従来、主軸１回転につき所
定数の矩形波パルスを発生するポジションコーダが使用
されている。また、モータのロータ軸の回転軸の回転位
置・速度を検出するために回転軸１回転でｎ波の正弦
波，余弦波を発生させ、この正弦波，余弦波信号をｍ倍
に内挿しポジション信号を作り使用していた。また、リ
ニアスケール等においては直線移動体が移動することに
よって正弦波，余弦波を発生させ、この正弦波，余弦波
信号をｍ倍に内挿し精度の高い位置・速度情報を得てい
る。

【０００３】図４は、従来から使用されている正弦波，
余弦波信号から位置・速度信号情報を得る回路のブロッ
グ図である。図４中ＭＡは正弦波信号、＊ＭＡは該正弦
波ＭＡの反転信号、ＭＢは上記正弦波信号ＭＡより９０
度位相がずれた正弦波（余弦波）信号で、＊ＭＢはこの
余弦波信号ＭＢの反転信号である。１は正弦波信号ＭＡ
とその反転信号＊ＭＡの差を増幅する差動増幅器、２は
余弦波信号ＭＢとその反転信号＊ＭＢの差を増幅する差
動増幅器である。なお、Ｒは抵抗、Ｖｍは差動増幅器
１，２より出力される正弦波，余弦波の中性点電圧を設
定する電圧である。３，４はアナログ信号をディジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５はＲＯＭでＡ／Ｄ変換
器３，４から出力されるデータに応じて正弦波を４倍に
内挿し、かつ９０度の位相差がある矩形波のＡ相信号及
びＢ送信号を発生するものである。６はＡ相信号及びこ
のＡ相信号より９０度位相差のあるＢ相信号のエッジ
（立ち上がり，立ち下がり）をカウントするカウンタ、
７はＡ相信号とＢ相信号より回転方向を検出する回転方
向検出回路、８はカウンタの値を記憶するレジスタ、９
は微分回路で当該クロック時と前回のクロック時のレジ
スタ８の値との差より速度情報を得るものである。

【０００４】以上の構成において、回転軸に取り付けら
れた信号発生部から回転軸１回転につき２５６の正弦波
信号ＭＡ，余弦波信号ＭＢが出力されているとすると、
これら正弦波信号ＭＡ，余弦波信号ＭＢと夫々の反転信
号＊ＭＡ，＊ＭＢとの差を差動増幅器１，２で増幅し、
Ａ／Ｄ変換器３，４でディジタル信号に変換し、ＲＯＭ
５のアドレスに入力する。ＲＯＭ５は入力されたアドレ
ス値に応じて正弦波１周期を４倍に内挿したＡ相，Ｂ相
の信号を出力する。この場合、回転軸１回転につき１０
２４パルス（＝２５６×４パルス）のＡ相信号とＡ相信
号より９０度位相差のあるＢ相信号が出力されることに
なる。回転方向検出回路７はこのＡ相，Ｂ相信号より回
転軸の回転方向を検出し、カウンタ６はＡ相，Ｂ相信号
のエッジをカウントする。その結果、該カウンタ６は回
転軸１回転でエッジを４０９６個（２５６×４×４＝４
０９６）カウントすることになる。４０９６＝２¹²でカ
ウンタ６は１２ビットであればよいが、さらに、回転軸
の最高速度に合わせて上位に数ビット付加することによ
り、この上位ビットにより回転軸の回転数を検出するこ
とができ、下位１２ビットの値により、１回転中の回転
位置を検出することができる。そして、このカウンタ６
の値をレジスタ８に記憶し、レジスタ８の値を読み出す
ことによって回転軸の位置情報を得ることができる。ま
た、レジスタ８の当該クロック時の値と前回のクロック
時の値との差より速度情報を得ることができる。上述し
た例では、カウンタ６は回転軸１回転で４０９６を計数
することになり、位置検出の精度は約０．０８８度（３
６０度÷４０９６＝０．０８７８９…）となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような位置・
速度検出方式であると、位置の検出精度は約０．０８８
度であり、位置の精度をこれ以上に上げることができな
い。また、回転軸が低速度で回転している場合にはカウ
ンタ６で検出するエッジの間隔が長くなり、短時間での
速度検出が不可能となり、速度制御が不安定となる。こ
の問題を解決するには、ＲＯＭ５から出力される回転軸
１回転当たりの矩形波のＡ相，Ｂ相信号のパルス数を増
やす必要があるが、パルス数を増加させると回転軸が高
速で回転している時にＡ相，Ｂ相のエッジの間隔が狭く
なり、カウンタ６でこのエッジをカウントできない状態
が生じ、回転軸の回転速度を上げることができなくな
る。

【０００６】また、回転軸の回転位置を上述したような
エッジをカウンタでカウントする方式ではない方式で得
る方式として、１回転分の位置情報を常に出力できる絶
対位置検出タイプの検出器が公知であるが、この場合で
も位置精度を０．０８８度のものを得ようとすると、１
回転を４０９６に分割する１２ビットの信号が必要とな
り、さらに精度を上げようとすれば、さらに処理しよう
とする信号の数が増加し、好ましくない。

【０００７】そこで本発明の目的は、低速時でも高速時
でも精度が高くかつ正確に位置・速度情報を得ることが
できる位置・速度検出方式を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】移動体に取り付けられた
信号発生部からから発生する正弦波信号及び余弦波信号
より移動体の位置・速度を検出する位置・速度検出方式
において、本発明は、上記正弦波信号及び余弦波信号の
値より正弦波信号を内挿分割した２進データを求め、該
２進データの上位ビットより正弦波信号を２以上に内挿
分割する信号を求め、この信号をカウンタでカウント
し、上記２進データの上位もしくは上記カウンタの下位
の内挿位置の共通位置を示す部分の内どちらか一方を切
り捨て、上記カウンタの値と上記２進データの値により
位置情報を求めるようにすることによって、カウンタの
カウント速度を上げることなく、位置精度を向上させる
ようにした。

【０００９】

【作用】正弦波信号を内挿分割して２進データで表す
と、該２進データの最上位ビットは「０」と「１」によ
って正弦波信号を２分割することになる。また、上位か
ら２ビット目は、最上位が「０」の状態で「０」と
「１」に２分割し、最上位ビットが「１」の状態で
「０」と「１」に２分割する。結局、上位２ビットで正
弦波信号を４分割する。同様に上位から３ビットをとる
と正弦波信号を８分割、４ビットをとると１６分割する
ことになる。以下同様である。そのため正弦波信号を内
挿分割した２進データの最上位１乃至数ビットから正弦
波信号を２以上に分割する信号を求めこの信号をカウン
タでカウントする。そうすると、該カウンタの下位にお
ける正弦波信号の１周期内をカウントするビットは上記
２進データの上位ビットと同一値を示す。例えば、２進
データから正弦波信号を１６分割する信号をカウンタで
カウントすれば、該カウンタの下位４ビット（２⁴＝１
６）は正弦波信号の内挿分割位置を示すことになるの
で、２進データの上位４ビットと同一の値となる。そこ
で、カウンタの下位４ビットか２進データの上位４ビッ
トどちらか一方を削除し、２進データを下位にカウンタ
の値を上位にするデータを求めれば、このデータは移動
体の位置を表すことになる。その結果、２進データで正
弦波信号を内挿分割する分割数を上げ位置精度を向上さ
せたとしても、カウンタでカウントする信号は、正弦波
信号を大まかに分割した信号となり、カウンタがカウン
ト不能になることはない。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の方式を実施する一実施例のブ
ロック図である。図１中、１１は正弦波信号ＭＡとその
反転信号＊ＭＡの差を増幅する差動増幅器、１２は余弦
波信号ＭＢとその反転信号＊ＭＢの差を増幅する差動増
幅器であり、Ｒは抵抗、Ｖｍは中性点電圧の設定値であ
る。１３，１４はＡ／Ｄ変換器、１５はＲＯＭ、１６は
カウンタ、１７は回転方向検出回路、１８はレジスタ、
１９は微分回路、２０は図１に示す従来のＡ相，Ｂ相信
号に対応する信号を生成する処理回路である。

【００１１】この図４に示す実施例と図１に示す実施例
において大きく相違する点は、ＲＯＭ１５に記憶される
データが異なっていることと、処理回路２０が設けら
れ、レジスタ１８にはカウンタ１６の値とＲＯＭ１５か
ら読み出される角度情報（Ｄ０〜Ｄ８）が格納されるよ
うになった点である。この実施例においても、図１に示
した従来例と同様に、回転軸に取り付けられた信号発生
部から回転軸１回転で２５６の正弦波信号ＭＡ，余弦波
信号ＭＢが出力されるものとしている。そして、ＲＯＭ
１５には、正弦波ＭＡの１周期を０〜５１１に５１２
（＝２⁹）に内挿分割した情報が記憶されており、Ａ／
Ｄ変換器１３，１４から出力された信号をアドレスと
し、このアドレスに記憶する内挿分割位置すなわち角度
情報を９ビット（Ｄ０〜Ｄ８）の情報で出力するように
なっている。

【００１２】図２は上記処理回路２０の詳細ブロック図
で、２１は２進数を十進数に変換するデコーダで、ＲＯ
Ｍ１５から出力される角度情報の９ビットの２進数のデ
ータＤ０〜Ｄ８の上位Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７の信号を入力
し、この信号を十進数に変換し端子Ｔ０〜Ｔ７から出力
信号を出力する。Ｇ０〜Ｇ３はアンド回路でアンド回路
Ｇ０にはデコーダ２１の出力端子Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ
７からの信号が入力され、アンド回路Ｇ１には出力端子
Ｔ０，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７からの信号が入力され、アンド
回路Ｇ２には出力端子Ｔ０，Ｔ１，Ｔ６，Ｔ７からの信
号が入力され、アンド回路Ｇ３には出力端子Ｔ０，Ｔ
１，Ｔ２，Ｔ７からの信号が入力されている。また、Ｅ
Ｘ１，ＥＸ２はイクスクルシブオア回路でイクスクルシ
ブオア回路ＥＸ１にはアンド回路Ｇ０とＧ２の出力信号
Ｑ０，Ｑ２が入力され、イクスクルシブオア回路ＥＸ２
にはアンド回路Ｇ１，Ｇ３の出力信号Ｑ１，Ｑ３が入力
されている。

【００１３】図３は上記処理回路２０の動作タイミング
チャートである。ＲＯＭ１５から出力される上位ビット
のＤ５，Ｄ６，Ｄ７の信号は、このタイミングャートの
ように変化する。ＲＯＭ１５は正弦波信号ＭＡを「５１
２」に内挿分割してＤ０〜Ｄ８の９ビットの信号を出力
するものであるから、最上位のビットＤ８が「０」から
「１」に変化し次に再び「０」になるまでが、正弦波の
一周期を意味する。その結果、図３のＤ５〜Ｄ７の信号
がすべて「０」（Ｄ０〜Ｄ４も「０」）から再びすべて
「０」（Ｄ０〜Ｄ４も「０」）になるまでが、正弦波１
／２周期をとなる。すなわち図３に示す０〜７までが正
弦波１／２周期である。そして、デーコータ２１にＲＯ
Ｍ１５の出力Ｄ５〜Ｄ７を入力すると、各端子Ｔ０〜Ｔ
７からは図３に示すように出力信号が出力される。すな
わち、（Ｄ７，Ｄ６，Ｄ５）が（０，０，０）である間
は端子Ｔ０のみが「０」（ローレベル）を出力し、（Ｄ
７，Ｄ６，Ｄ５）が（０，０，１）となると端子Ｔ１の
みが「０」となる。また（Ｄ７，Ｄ６，Ｄ５）が（０，
１，０）となると、端子Ｔ２のみが「０」となる。すな
わち（Ｄ７，Ｄ６，Ｄ５）で二進法で示される値が１０
進法に変換され、１０進数で表される値の対応する端子
Ｔ０〜Ｔ７が「０」となるものである。アンド回路Ｇ０
は端子Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７がすべて「１」（ハイレ
ベル）の時「１」の信号Ｑ０を出力し、アンド回路Ｇ１
からは端子Ｔ０，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７がすべて「１」の時
に「１」の信号Ｑ１を出力する。以下図３にＱ０〜Ｑ３
として示すように各信号が出力される。そして、イクス
クルシブオアＥＸ１からは、図３に示すように正弦波１
／２内に２周期のＡ相信号を出力する。またイクスクル
シブオアＥＸ２からは、Ａ相信号より９０と位相差のあ
るＡ相信号と同一周期のＢ相信号を出力することにな
る。

【００１４】これによって、従来と同様に正弦波信号Ｍ
Ａを４倍に内挿したＡ相，Ｂ相信号が出力されることに
なる。その結果、図３に示すようにこのＡ相，Ｂ相のエ
ッジによって正弦波信号１／２周期は８分割され、正弦
波信号１周期を１６分割することになる。そして、カウ
ンタ１６はこのＡ相，Ｂ相信号のエッジをカウントする
ことになるので、カウンタ１６の下位１２ビットの値
（２¹²＝４０９６）は回転軸一回転を４０９６（＝２５
６×４×４）に内挿分割した値を示すことになる。

【００１５】一方、Ａ相，Ｂ相のエッジによって上述し
たように正弦波信号ＭＡの一周期を１６分割したもので
あるから、カウンタ１６の下位４ビットは正弦波信号Ｍ
Ａの１周期内を分割した値を示している。また、ＲＯＭ
１５の９ビットの出力は正弦波信号ＭＡの１周期を２⁹
＝５１２に分割したものであり、該ＲＯＭ１５の上位４
ビット、Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８によって正弦波信号Ｍ
Ａ１周期を２⁴＝１６分割したものである。すなわち、
Ｄ８の「０」と「１」で正弦波信号ＭＡを１／２に分割
し、Ｄ７の信号でＤ８の信号が「０」及び「１」を夫々
２分割するから、Ｄ８，Ｄ７の信号で正弦波信号一周期
を１／４に分割し、同様にＤ８，Ｄ７，Ｄ６で１／８に
分割し、Ｄ８，Ｄ７，Ｄ６，Ｄ５で１／１６に分割する
ものである。その結果、カウンタ１５の下位４ビットの
値とＲＯＭ１５から出力されるデータの上位４ビット
（Ｄ８，Ｄ７，Ｄ６，Ｄ５）の値は同一であるので、レ
ジスタ１８の下位ビットにはＲＯＭ１５からの９ビット
の出力を格納し、１０ビット目から以上の各ビットに
は、カウンタ１６の下位４ビットを捨てた５ビット目以
上の各ビットの値を格納する。そうすれば、レジスタ１
８には回転軸一回転を２⁸×２⁹＝２¹⁷＝１３１０７２
に分割した回転位置が記憶されることになり、このレジ
スタの値を読み出すことによって精度の高い位置情報を
得ることができる。なお、カウンタ１６は従来と同様に
回転軸の最高速度に合わせて、回転軸１回転内の位置を
記憶する１２ビットよりも多いビット数を備え、この１
２ビット目以上のビットの値で回転軸の回転数を検出す
るようにしている。

【００１６】以上のようにして、回転軸の一回転を２¹⁷
に分割したので、位置精度は３６０÷２¹⁷＝０．００２
７４６…となり、約０．００２７度の精度を得ることが
できる。しかもカウンタ１６でカウントするＡ相，Ｂ相
の信号は、正弦波信号が回転軸１回転で２５６であれ
ば、これを４倍した回転軸１回転で１０２４のＡ相，Ｂ
相信号となり従来と同様であり、カウント速度が早くな
りカウント不能となることはない。

【００１７】なお、速度情報はレジスタの値を微分する
ことによって、すなわち、当該クロック時のレジスタ１
８の値と前回のクロック時のレジスタ１８の値の差によ
って求めることは従来と同様である。

【００１８】上記実施例では、処理回路２０で正弦波信
号ＭＡの１周期を４倍に内挿分割したＡ相信号及び該Ａ
相信号より９０度位相差のあるＢ相信号を作り正弦波信
号ＮＡを１６分割してカウンタ１６でカウントするよう
にしたが、正弦波信号ＭＡの１周期を２倍に内挿分割し
たＡ相信号（例えば図２，図３に示す信号Ｑ０）及び該
Ａ相信号より９０度位相差のあるＢ相信号（例えば図
２，図３の信号Ｑ２）を作り正弦波信号ＭＡを８分割し
てカウンタ１６でカウントし、レジスタ１８にはＲ０Ｍ
１５から出力される９ビットの信号を下位に入力し、上
位にはカウンタ１６の４ビット目以上の各データを入力
するようにしても良い。この場合もカウンタ１６の下位
３ビットは正弦波信号ＭＡを２³＝８に内挿分割した値
を示し、ＲＯＭ１５の出力の上位３ビットは正弦波信号
ＭＡを「８」に内挿分割した値を示すから、上述したよ
うにカウンタ１６の下位３ビット（若しくはＲＯＭ１５
からの出力の上位３ビット）を捨てれば良いことにな
る。この場合も、カウンタによって回転軸１回転を２５
６×８＝２¹¹に分割した値を示し、ＲＯＭ１５の９ビッ
トの出力は正弦波信号ＭＡを５１２＝２⁹に分割した値
を示し結局、カウンタ１６の下位３ビットを捨てるから
２⁸×２⁹＝２¹⁷に回転軸１回転を分割したことにな
り、上述した実施例と同様に約０．００２７度の位置精
度を得ることができる。しかもこの場合には、カウンタ
のカウント速度は上述した実施例の１／２となる。その
結果、回転軸１回転で発生する正弦波信号を２倍に増や
すこともでき、また、ＲＯＭ１５に記憶させる正弦波信
号を内挿分割する分割数を２倍にしても良い。

【００１９】以上のように、回転軸１回転で発生させる
正弦波の数，ＲＯＭ１５によって正弦波信号の１周期を
内挿分割する分割数、すなわち角度情報の精度を上げる
こと，さらには、カウンタでカウントするＡ相，Ｂ相の
矩形波により正弦波信号をいくつに分割するかを調整す
ることによって、カウント速度を上昇させずに、かつ、
位置精度を向上させることができる。

【００２０】なお、上記実施例では、正弦波，余弦波信
号を発生する発生部を回転軸に取り付けた例を説明した
が、この発生部を直線移動する移動体に取り付け直線移
動体の位置・速度を検出する場合にも本発明を適用でき
ることは明らかである。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、カウント速度を上げることな
く、正弦波信号の内挿分割数を増加して位置精度を格段
に向上させることができるため、回転軸の低速での速度
検出が不能になることはなく、安定した速度制御を実施
することが可能になる。また、回転軸や移動体が高速で
移動しても、カウンタによるカウントが不能になること
もなく、精度の高い位置情報を得ることができるので精
度の高い位置制御が可能となり、低速時においても高速
時においても位置・速度情報を精度が高く正確に得るこ
とができ、位置及び速度制御を安定して実施できるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方式を実施する一実施例のブロック図
である。

【図２】同実施例における処理装置の詳細ブロック図で
ある。

【図３】同実施例における処理装置の動作タイミングチ
ャートである。

【図４】従来の位置・速度検出方式のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１，２，１１，１２差動増幅器３，４，１３，１４Ａ／Ｄ変換器５，１５ＲＯＭ６，１６カウンタ７，１７回転方向検出回路８，１８レジスタ９，１９微分２０処理回路２１デコーダＧ０〜Ｇ３アンド回路ＥＸ１，ＥＸ２イクスクルシブオアＭＡ正弦波ＭＢ余弦波

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体に取り付けられた信号発生部から
発生する正弦波信号及び余弦波信号より移動体の位置・
速度を検出する位置・速度検出方式において、上記正弦
波信号及び余弦波信号の値より正弦波信号を内挿分割し
た２進データを求め、該２進データの上位ビットより正
弦波信号を２以上に内挿分割する信号を求め、この信号
をカウンタでカウントし、上記２進データの上位もしく
は上記カウンタの下位の内挿位置の共通位置を示す部分
の内どちらか一方を切り捨て、上記カウンタの値と上記
２進データの値により位置情報を求めるようにした位置
・速度検出方式。
【請求項２】移動体に取り付けられた信号発生部から
発生する正弦波信号及び余弦波信号より移動体の位置・
速度を検出する位置・速度検出方式において、上記正弦
波信号及び余弦波信号の値より正弦波信号を内挿分割し
た２進データを求め、該２進データの上位ビットより正
弦波信号を２以上に内挿分割する信号Ａ相信号及び該Ａ
相信号より９０度位相差のあるＢ相信号を求め、このＡ
相信号及びＢ相信号をカウンタでカウントし、上記２進
データの上位ビットもしくは上記カウンタの下位ビット
の内挿位置の共通位置を示す部分のビットの内どちらか
一方を切り捨て、レジスタの上位ビットに上記カウンタ
の各ビットの値を入力し、上記レジスタの下位ビットに
上記２進データの各ビットの値を入力し、このレジスタ
の値によって位置情報を求めるようにした位置・速度検
出方式。
【請求項３】移動体に取り付けられた信号発生部から
発生する正弦波信号及び余弦波信号より移動体の位置・
速度を検出する位置・速度検出方式において、上記正弦
波信号及び余弦波信号の値より正弦波信号を内挿分割し
た２進データを求め、該２進データの上位ビットより正
弦波信号を４倍に内挿分割する信号Ａ相信号及び該Ａ相
信号より９０度位相差のあるＢ相信号を求め、このＡ相
信号及びＢ相信号をカウンタでカウントし、上記２進デ
ータの上位もしくは上記カウンタの下位の４ビットのど
ちらか一方を切り捨て、レジスタの上位ビットに上記カ
ウンタの各ビットの値を入力し、上記レジスタの下位ビ
ットに上記２進データの各ビットの値を入力し、このレ
ジスタの値によって位置情報を求めるようにした位置・
速度検出方式。