JPH06235608A - リニアエンコーダ - Google Patents

リニアエンコーダ

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JPH06235608A
JPH06235608A JP4576493A JP4576493A JPH06235608A JP H06235608 A JPH06235608 A JP H06235608A JP 4576493 A JP4576493 A JP 4576493A JP 4576493 A JP4576493 A JP 4576493A JP H06235608 A JPH06235608 A JP H06235608A
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phase
pulse
pickup
slit
detector
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Hidetaka Matsuura
秀毅 松浦
Tomohiro Arakawa
智広 荒川
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Toyota Auto Body Co Ltd
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動部にスリットゲージを設けることによ
り、長距離で低コストであると共に取扱いが容易なリニ
アエンコーダを提供する。 【構成】 例えばピックアップ2bおよび2cがスリッ
トゲージ1から同時に信号を重複して検出する場合が生
じ、この重複検出の場合は、ピックアップ選択器3が各
ピックアップ2bおよび2cからのZ相の信号によっ
て、ピックアップ2bおよび2cのいずれを選択するか
を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スリットゲージを移動
することにより長距離にわたってパルス信号を出力可能
としたリニアエンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】従来において、図11に示されるよう
に、スリットゲージ1が固定部5側に固定されており、
パルス検出器(以下単にピックアップという)2が可動
部6側に設けられており、ピックアップ2が移動するこ
とにより可動部6の移動量が検知されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
自動クレーンのような工場内のクレーン等の位置決めを
行う場合においては、可動部6としてのクレーンの移動
距離が長くなるので、リニア方式の場合スリットゲージ
1をその移動距離の長さの分だけ設けなければならな
い。スリットゲージ1は精密にスリットを形成して製作
されるものであるので、コスト高になるという問題があ
った。また、長いスリットゲージを製作することは精度
保持上難しく、かつ破損しやすいため、設置等の取扱い
に注意を必要とするなどの解決すべき課題があった。ま
た、回転式の場合は比較的ローコストであるが、モータ
と機械とにスベリなどの不具合があった場合、直接位置
を検出していないため、位置を誤る怖れがあった。
【0004】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、スリットゲージを可動部側に設ける
ことにより長距離で、低コストであるとともに取扱いが
容易なリニアエンコーダを提供することを第1の目的と
する。また、本発明の第2の目的は、複数のパルス検出
器からの信号を一続きの信号列に処理する精度が高いリ
ニアエンコーダを提供することにある。さらに、本発明
の第3の目的は、複数個のパルス検出器から検出器選択
手段にパルスを導く配線を簡潔に行うことを可能とする
リニアエンコーダを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の目的によ
れば、第1図に示されるように、可動部6側に1個のス
リットゲージ1を設け、固定部5側に該スリットゲージ
1長以下の間隔で複数個のパルス検出器2a〜2e…を
設けるとと共に、各パルス検出器からの出力信号を連続
的に合成して出力する検出器選択手段3を備えることを
特徴とするリニアエンコーダが提供される。そして、こ
の構成によれば、スリットゲージ1の長さは複数のパル
ス検出器2a〜2e…の間隔より長ければよく、また任
意に設定することができるため、スリットゲージ1の長
さを短くすることができる。
【0006】本発明の第2の目的によれば、図2及び図
5に示されるように前記スリットゲージ1は、A相、B
相およびZ相の出力信号を検出可能なように、A相およ
びB相にスリット部1a,1bを有するととものに、Z
相には板状のスリット無し部1zを有し、前記検出器選
択手段3は、奇数番目2a,2c,2eのZ相の信号が
ハイからロウに切替わるときには、切替った検出器以外
の偶数番目2b,2dのパルス検出器の内ハイになって
いる検出器から出力するA相1aおよびB相1bの出力
信号を選択出力し、奇数番目2a,2c,2eのパルス
検出器からZ相1zの信号がその逆にロウからハイに切
替るときには、その切替った奇数番目2a,2c,2e
検出器から出力するA相1aおよびB相1bの出力信号
を選択出力することを特徴とするリニアエンコーダが提
供される。そして、上記構成によれば、複数のパルス検
出器2a〜2e…からのA相およびB相のパルス信号を
Z相の信号により選択して一続きのパルス信号列に処理
することができる。
【0007】本発明の第3の目的によれば、図10に示
されるように、前記パルス検出器2a,2b…は、各A
相、B相およびZ相がそれぞれのA相母線22a、B相
母線22bおよびZ相母線22cに接続されるととも
に、Z相がそのZ相母線22cを経て検出器選択手段3
に結合され、また該検出器選択手段3からのコントロー
ルアドレス信号がアドレス信号母線22dを介して各パ
ルス検出器2a,2b,2c…に導入されることを特徴
とするリニアエンコーダが提供される。そして、上記構
成によれば、複数個のパルス検出器2a,2b,2c…
から検出選択手段3にパルスを導く配線をA相母線22
a、B相母線22b、Z相母線22cおよびアドレス信
号母線22dを用いて簡潔に行うことができる。
【0008】
【実施例1】図1に示されるように、スリットゲージ1
を可動部6側に設け、パルス検出器としてのピックアッ
プ2a〜2eをスリットゲージ長以下の一定間隔おきに
クレーン用レールなどの固定部5側に複数(2a〜2
e)設ける。スリットゲージ1の構造は図2に示される
通りであり、A相スリット部1aと、A相より1/2パ
ルス幅をずらしたB相スリット部1bと、スリットを設
けないZ相スリット無し部1Zとを有する。図3に示さ
れるように、スリットゲージ1を狭んで発光素子7a,
7b,7zと受光素子8a,8b,8zからなるピック
アップ2a〜2e…が設けられ、窓状にスリットゲージ
1a及び1bを穿設した部分においては、発光素子の7
a及び7bの光が受光素子8a及び8bに達し、スリッ
ト部1a及び1bを穿設しない部分においては発光素子
7a及び7bの光がスリットゲージ1で遮ぎられて受光
素子8a及び8bに達しないため該受光素子から矩形波
状のパルス出力が得られる。なお、受光素子8a及び8
bの出力信号は波形整形回路9aおよび9bにより矩形
波パルスに整形される。スリットゲージ1のZ相スリッ
ト無し部1Zは、スリットが穿設されていないため、発
光素子7zの光がスリットゲージ1の全長に渡って遮ぎ
られ、ピックアップ1がZ相スリット無し部1Zを通過
すると受光素子8zから出力が得られるため、波形整形
回路9cの出力信号としてはピックアップがスリットゲ
ージ1にかかるときにパルス信号が立ち上がり、スリッ
トゲージ1が外れるときに立ち下りZ相スリット無し部
1Zの幅のパルス長の長い矩形波パルスが得られる。
【0009】図1に示されるように、例えば2個のピッ
クアップ2bおよび2cがスリットゲージ1から同時に
信号を重複して検出する場合が生ずる。その重複検出の
場合には、ピックアップ選択器3が各ピックアップ2b
および2cからのZ相の信号によって、ピックアップ2
bおよび2cのいずれを選択するかを決定し、その選択
されたピックアップのA相およびB相の信号を出力す
る。
【0010】図4にピックアップ選択方法を示す。図4
において黒塗りのピックアップが選択されたピックアッ
プである。図4(1)に示されるように、奇数番目のピ
ックアップ2aだけがスリットゲージ1の信号を検出し
ている時は、そのピックアップ2aが選択される。図4
(2)に示されるように、奇数番目のピックアップ2a
だけでなく偶数番目のピックアップ2bがスリットゲー
ジ1の信号を検出し始めても、奇数番目のピックアップ
2aが選択されたままである。図4(3)に示されるよ
うに、偶数番目のピックアップ2bだけがスリットゲー
ジ1の信号を検出している時は、そのピックアップ2b
が選択される。図4(4)に示されるように、偶数番目
のピックアップ2bだけでなく、奇数番目のピックアッ
プ2cがスリットゲージ1の信号を検出し始めると、そ
の奇数番目のピックアップ2cが選択される。
【0011】図5にスリットゲージ1が図4(1)〜
(7)の位置にあるときの各ピックアップ2a〜2eの
Z相の信号状態とピックアップ選択方法を示す。図5に
おいて、信号HはピックアップのZ相の信号状態がハイ
であることを示し、信号LはピックアップのZ相の信号
状態がロウであることを示す。図4(2)から図4
(3)に移行するときには、奇数番目ピックアップ2a
のZ相の立ち下がりでH状態のピックアップ2bを選択
する。図4(3)から図4(4)に移行するときには、
奇数番目ピックアップ2cのZ相の立ち上がりでH状態
のピックアップ2cを選択する。図4(5)から図4
(6)に移行するときには、奇数番目ピックアップ2c
のZ相の立ち下がりでH状態のピックアップ2bを選択
する。図4(6)から図4(7)に移行するときには、
奇数番目ピックアップ2aのZ相の下ち上がりでH状態
のピックアップ2aを選択する。図5に示されるよう
に、奇数番目ピックアップ2a,2c…のZ相の立ち上
がりおよび立ち下がりでピックアップを切り換える。
【0012】図6にピックアップ選択処理のフローチャ
ートを示す。選択処理が開始されると、ステップ101
では奇数番目のピックアップのZ相の信号が立ち下がっ
たか(H→L)否かを判断し、然り(Y)のときは、ス
テップ103において他のピックアップのうちZ相がH
状態のピックアップを選択する。ステップ101が否の
ときは、ステップ102において奇数番目のピックアッ
プのZ相の信号が立ち上がったか(L→H)否かを判断
し、然り(Y)のときは、ステップ104においてその
立ち上がった(L→H)奇数番目のピックアップを選択
する。ステップ102で否(N)のときは、ステップ1
05でピックアップ選択処理がエンドになる。
【0013】図7および図4にパルス合成精度の概略に
ついて示す。図4(3)に示されるようにスリットゲー
ジ1が右方向に移動しておりかつピックアップ2bが選
択されているときは、そのピックアップ2bのB相信号
がピックアップ選択器3の出力信号である。図4(4)
に示されるようにスリットゲージ1が右方向に移動して
おりかつ奇数番目のピックアップ2cのZ相の信号が立
ち上がるときは、ピックアップ2cが選択され、そのピ
ックアップ2cのB相信号がピックアップ選択器3の出
力信号になる。図4(5)に示されるように、スリット
ゲージ1が左方向に移動しておりかつ奇数番目のピック
アップ2cが選択されているときは、そのピックアップ
2cのB相信号がピックアップ選択器3の出力信号であ
る。図4(6)に示されるように、スリットゲージ1が
左方向に移動しておりかつ奇数番目のピックアップ2c
のZ相信号が立ち下がると、ピックアップ2bのB相信
号がピックアップ選択器3の出力信号になる。ここで、
スリットゲージ1が右方向に移動する場合と左方向に移
動する場合において、図7に示されるようにピックアッ
プ2cのZ相信号の立ち上がりと立ち下がりの位置は同
じであるため、ピックアップ2bのB相信号とピックア
ップ2cのB相信号の間の最大1パルス分のずれ△Lが
パルス合成誤差になりまたその量を一定にすることがで
きる。しかしながら、多数のパルスを発生させるスリッ
トゲージ1において最大1パルス分のずれは通常累積し
ない限り要求精度を出すためには問題とはならない。こ
の場合、立上り立下り同じ位置のため問題とはならな
い。問題となる場合は、立ち上がりおよび立ち下がり位
置で誤差は一定となっているため、演算側でピックアッ
プの切替のタイミングで補正することもできる。上記の
構成により、複数のピックアップを用いてピックアップ
選択器3の出力側に連続的にパルス信号が得られ、スリ
ットゲージ1の移動量を検知することができる。
【0014】ピックアップ2a〜2e…同志の波形にず
れがないようにそのピックアップを固定部5に固定しな
いと、Z相信号の立ち上がり及び立ち下がり部分でずれ
分の誤差△Lを生じるが、累積でなければ問題とならな
い。そのため、第1実施例においては図6のフローチャ
ートに示すように、ピックアップ選択のための切り替え
はピックアップ2a〜2e…1つおきにし、奇数番目ず
つ又は偶数番目ずつのピックアップのZ相信号の立ち下
がり(H→L)及び立ち上がり(L→H)信号変化によ
り選択するピックアップを決めることにより、右方向に
進行時と左方向に進行時ともに、絶対的な同じ位置でピ
ックアップを切り替えることができ、誤差の累積をなく
している。Z相とA相およびB相いずれかの信号立ち上
がりとの同期を取るようにスリットを作製することによ
り、ピックアップ2cの誤差がなくなるため、誤差△L
が1パルス以上にならないようにすることができる。注
意点としては、ピックアップ2a〜2eからの信号が同
時に3箇所から出ないように、ピックアップ2a〜2e
を取付ることが条件である。
【0015】図8(3)に示すように、スリットゲージ
1が右方向に進行する場合は、例えば図4(3)の場合
と同様にピックアップ2bのZ相信号が立ち上っている
(Hの)ときは、B相信号がそのまま出力される。図8
(4)に示すようにピックアップ2cにスリットゲージ
1の前縁が接すると、ピックアップ2bおよび2c信号
が共に出力される。これらピックアップ2bおよび2c
信号がピックアップ選択器3により合成されると、最初
のA相及びB相出力信号は△Lのずれを含む。また、そ
の後にスリットゲージ1が左方向に進行すると、図8
(6)に示すようにピックアップ選択器3により合成後
のB相出力信号およびA相出力信号に△Lのずれを含
む。しかしながら、前述のように本発明においては1つ
おきのピックアップにより切り替えを行っているからス
リットゲージ1の右方向進行時と左方向進行時とも、絶
対的な同じ位置でZ相信号が立ち上がり及び立ち下がり
を生ずるため切り換え位置が同じであるので、例えば異
なるピックアップ2bと2cの間の往復を繰返すことに
よる誤差の累積をなくしている。
【0016】
【第2実施例】第2実施例は、図9に示すようにパルス
カウンタ手段4の内部に方向判別回路10と正負カウン
タ回路11と表示等出力回路12とを設けている。ま
た、可動部6を基準点に合わせるために基準リミットス
イッチ13が設けられている。普通のリニアエンコーダ
と同様に、1回は始めに基準リミットスイッチ13でス
リットゲージ1が基準点に合わせられ、パルスカウンタ
手段4のカウンタ回路11にリセット信号が入力され
る。カウンタ回路11はゼロクリア、または決められた
カウント数に設定された後、カウント数が正規となる。
カウントのための正負パルスは、ピックアップ選択器3
により選択したA相およびB相のパルス波形から、方向
判別回路10によって正負パルスとして得られるパルス
を用いる。方向判別回路10に入るA相およびB相パル
スはピックアップ選択器3でZ相信号により選択された
ピックアップからのA相信号およびB相信号である。ピ
ックアップ2aが発生するパルス出力は、可動部6が矢
印のように右方向に進行するときはA相信号がB相信号
より1/4周期進んだ正パルスであり、可動部6が左方
向に進行するときはA相信号がB相信号より1/4周期
遅れる負パルスである。スリットゲージ1がパルス検出
器2bに到達していないときは、そのパルス検出器2b
のパルス出力はA相信号、B相信号およびZ相信号が全
てL信号だけになる。
【0017】上記第1および第2実施例においては、A
相スリット部1aとB相スリット部1bが一般のインク
リメタルなリニアエンコーダと同様に図2に示すように
1/4周期ずれた形でスリットゲージ1に設けられてい
るから、スリットゲージ1の右方向および左方向の移動
方向の相違によりA相スリット部1aとB相スリット部
1bの波形の出力の仕方が遅れ及び進みとに異なるた
め、主に移動方向の判別のために利用することができ
る。その他Z相の立ち上がりと立ち下がりを利用して分
解能を4倍まで上げられる。 2(A相とB相)×2(Z相の立ち上がりと立ち下が
り)=4(倍) しかしながら、分解能を上げる必要がない場合は、スリ
ットゲージ1にはA相又はB相の1相だけを設けてもよ
く、またZ相の立ち上がり及び立ち下がりの一方のみを
利用してもよい。
【0018】第3実施例を図10に示す。第3実施例は
母線形式をとることにより配線数を減らすものである。
各ピックアップ2a,2b,2c…の内部にはA相,B
相およびZ相出力を発生するための発光素子および受光
素子が内蔵されており、各発光素子および受光素子から
の配線はピックアップの使用数が多くなくと膨大な数に
なる。第3実施例においては、例えばピックアップ2a
の内部にA相,B相,およびZ相パルス検出回路14
と、スイッチコントロール処理回路15,アドレス変換
回路16,アドレス比較回路17,アドレス設定回路1
8,および電子スイッチ19を設けている。また、ピッ
クアップ選択器3の内部にはアドレス読込み回路20お
よびアドレス変換回路21を設けている。パルスカウン
タ手段4の内部には方向判別回路10,正負カウンタ回
路11および表示等出力回路12が設けられている。母
線22はA相母線22a,B相母線22b,Z相母線2
2cおよびアドレス信号母線22dで構成されている。
上記構成において、各Z相パルスがH又はLに切り替わ
った時、アドレス設定回路18で、あらかじめ設定した
自己のアドレス信号を付加したアドレス付きZ相信号を
アドレス変換回路16からアドレス信号母線22dを通
して出力し、ピックアップ選択器3のアドレス読込み回
路20に送られる。アドレス読み込み回路20で読みと
ったアドレスからどのピックアップのZ相がHまたはL
に切り替わったかをピックアップ選択器3に記憶する。
ピックアップ選択器3ではどのピックアップのZ相のパ
ルスがHに切替わったか、又はLに切替わったかおよ
び、現在選択されているピックアップはどのピックアッ
プかを判断基準として、奇数番目のピックアップのうち
Z相パルス信号がHからLに切替わったときには、隣の
ピックアップのうちZ相がHのピックアップを選択し、
また、奇数番目のピックアップのZ相パルス信号がLか
らHに切替わったときには、その切替わったピックアッ
プを選択する方法により、次のピックアップを選択し、
アドレス変換回路21を通して選択したピックアップの
コントロールアドレス信号を、各ピックアップのアドレ
ス比較回路17に送られる。アドレス比較回路17で
は、あらかじめ設定された自己のアドレス信号と比較
し、等しい時のみスイッチコントロール処理回路15に
指令し内部の電子スイッチ19をONさせ、A相および
B相のパルス信号を出力する。そのため、他の選択され
ていないピックアップからの信号をカットでき、選択さ
れた特定のピックアップの信号のみ有効とできる。選択
された特定のピックアップからのA相信号およびB相信
号をパルスカウンタ手段4の方向判別回路10で正負の
パルスに変換し、カウンタ回路11で正負カウントし、
結果を表示等出力回路12に出力する。
【0019】
【効果】以上述べたように、本発明のリニアエンコーダ
は可動部側に1個のスリットゲージを設け、固定部側に
該スリットゲージ長以下の間隔で複数個のパルス検出器
を設けると共に、各パルス検出器からの出力信号を連続
的に合成して出力する検出器選択手段を備えるから、長
距離でかつ高精度の位置決め用センサとして低コストで
かつ取扱いが容易なリニアエンコーダを提供することが
できるという優れた効果がある。また、第2発明におい
ては、前記スリットゲージは、A相、B相およびZ相の
出力信号を検出可能なように、A相およびB相にスリッ
ト部を有するとともに、Z相には板状のスリット無し部
を有し、前記検出器選択手段は、奇数番目のパルス検出
器からのZ相の信号がハイからロウに切替わるときに
は、切替った検出器以外の偶数番目又は奇数番目のパル
ス選択器の内ハイになっている検出器から出力するA相
およびB相の出力信号を選択出力し、奇数番目のパルス
検出器からのZ相の信号がその逆にロウからハイに切替
るときには、その切替った奇数番目のパルス検出器から
出力するA相およびB相の出力信号を選択出力するか
ら、スリットゲージが同じパルス検出器を何回も往復移
動する場合にも誤差の累積が起きないリニアエンコーダ
を提供することができるという優れた効果がある。さら
に、第3発明においては、前記パルス検出器は、各A
相、B相およびZ相がそれぞれのA相母線、B相母線お
よびZ相母線に接続されるとともに、Z相がそのZ相母
線を経て検出器選択手段に結合され、また該検出器選択
手段からのコントロールアドレス信号がアドレス信号母
線を介して各パルス検出器に導入されるから複数個のパ
ルス検出器から検出器選択手段にパルスを導く配線を簡
潔に行うことができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例を示す正面図である。
【図2】スリットゲージの構成を示す正面図である。
【図3】スリットゲージと発光素子および受光素子との
関連構成を示す側面構成図である。
【図4】ピックアップ選択方法の概略を示すタイミング
チャートである。
【図5】各ピックアップのZ相の信号状態とピックアッ
プ選択方法を示す図である。
【図6】ピックアップ選択処理を示すフローチャートで
ある。
【図7】パルス合成精度について示すピックアップ選択
器からの出力信号の波形図である。
【図8】ピックアップ選択方法の詳細を示すタイミング
チャートである。
【図9】第2実施例を説明するための構成図である。
【図10】第3実施例を説明するための構成図である。
【図11】従来技術を示す正面図である。
【符号の説明】
1...スリットゲージ、 2a,2b,2c...ピックア
ップ、 3...ピックアップ選択器、 4...パルスカウ
ンタ手段、 6...可動部、 7a〜7c...発光素子、
8a〜8c...受光素子、 22...母線、 22
a...A相母線、22b...B相母線、 22c...Z相
母線、 22d...アドレス信号母線。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可動部の移動距離をスリットゲージと発
    光素子および受光素子とによりパルス数に変換するリニ
    アエンコーダであって、可動部側に1個のスリットゲー
    ジを設け、固定部側に該スリットゲージ長以下の間隔で
    複数個のパルス検出器を設けるとと共に、各パルス検出
    器からの出力信号を連続的に合成して出力する検出器選
    択手段を備えることを特徴とするリニアエンコーダ。
  2. 【請求項2】 前記スリットゲージは、A相、B相およ
    びZ相の出力信号を検出可能なように、A相およびB相
    にスリット部を有するとともに、Z相には板状のスリッ
    ト無し部を有し、前記検出器選択手段は、奇数番目のパ
    ルス検出器からのZ相の信号がハイからロウに切替わる
    ときには、切替った検出器以外の偶数番目又は奇数番目
    のパルス検出器の内ハイになっている検出器から出力す
    るA相およびB相の出力信号を選択出力し、奇数番目の
    パルス検出器からのZ相の信号がその逆にロウからハイ
    に切替るときには、その切替った奇数番目又は偶数番目
    のパルス検出器から出力するA相およびB相の出力信号
    を選択出力することを特徴とするリニアエンコーダ。
  3. 【請求項3】 前記パルス検出器は、各A相、B相およ
    びZ相がそれぞれのA相母線、B相母線およびZ相母線
    に接続されるとともに、Z相がそのZ相母線を経て検出
    器選択手段に結合され、また該検出器選択手段からのコ
    ントロールアドレス信号がアドレス信号母線を介して各
    パルス検出器に導入されることを特徴とするリニアエン
    コーダ。
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