JPH06288789A - 絶対値エンコーダ及び絶対値エンコーダの出力補正方法 - Google Patents
絶対値エンコーダ及び絶対値エンコーダの出力補正方法Info
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Abstract
化を図り、あるいは電子回路のオフセット補正を考慮し
て、精度の向上を図る絶対値エンコーダ及びその出力補
正方法を得る。 【構成】 複数の発光素子30a、30bを有する発光
手段30から出射される光に対して相対移動する光学ス
ケール31、32と、発光素子30a、30bに対応す
る複数の受光素子33a、33bを有する受光手段33
と、発光手段30a、30bを点灯する点灯手段37、
38とを備えた絶対値エンコーダにおいて、外部からの
リクエスト信号を解読する信号解読手段と、点灯手段3
7、38の駆動信号を作成する駆動信号作成手段とを含
み、リクエスト信号に同期して絶対値データを算出する
信号処理・制御手段35は、発光手段30a、30bが
消灯状態に於ける受光手段33からの出力と、点灯状態
に於ける受光手段33からの出力とから、絶対値データ
を算出する。
Description
置を高精度、高信頼性で検出する絶対値エンコーダ及び
絶対値エンコーダの出力補正方法に関するものである。
号公報等に開示されている従来の第1の絶対値エンコー
ダを示す構成図である。図に於いて、1は回転可能なメ
インスケールで、アブソリュートコードパターン1aと
インクリメンルタパターン1bとが並列に設けられてい
る。2はアブソリュートコードパターン1aとインクリ
メンルタパターン1bに対する共通な発光素子、3は発
光素子2の光を平行にするための非球面コリメートレン
ズ、4aはアブソリュートコードパターン検出用の受光
素子、4bはインクリメンルタパターン検出用の受光素
子、5はパターン5aを含むインクリメンタルパターン
用のインデックススケール、6はインクリメンタルパタ
ーン1bを通った光を集光する非球面コリメートレンズ
である。また、7は電流制御回路で、この電流制御回路
7は、任意のリクエスト信号が入力された時に、アブソ
リュートコードパターン1aの読み取りに必要な所定時
間だけ発光素子2を強く発光させ、その後はインクリメ
ンタルパターン1bの検出に必要な最小限の発光を継続
させる。8は信号処理回路で、受光素子4aの受光した
信号の処理回路8aと、受光素子4bの受光した信号の
処理回路8bとから構成されている。なお、9は後述の
動作を行う制御回路、10は制御回路9内のメモリ、1
1は外部から供給される電源である。
絶対値エンコーダは、アブソリュートコードパターン1
aと、受光素子4aから絶対値情報が得られる一方で、
インクリメンルタパターン1bと受光素子4bから、メ
インスケール1の回転にともなうパルス信号が得られ
る。従って、リクエスト信号が入力された時に発光素子
2を強く発光させてアブソリュートコードパターン1a
から絶対位置の初期値を読み取って蓄えた後は、受光素
子4bが検出したパルス信号を積算して刻々の絶対位置
を求めている。
ーダのチャート図で、横軸に時間軸をとり、その動作を
時系列的に示すものである。すなわち、サーボアンプ或
いは、数値制御装置のようなコントローラーからのリク
エスト信号を受けると、制御回路9から電流制御回路7
に信号が入力され、発光素子2に数秒間相対的に高い電
流が流れて強く発光する。このとき、受光素子4aの出
力は信号処理回路8aを通して絶対値信号として制御回
路9へ入力される。制御回路9では絶対値信号をメモリ
10に記録した後、インクリメンタルパターン1bを受
光素子4b、信号処理回路8bで読み込みインクリメン
タル信号をカウント開始するとともに、電流制御回路7
に終了信号を出し、電流制御回路7は発光素子2に相対
的に低い電流を継続的に流して、発光素子2はインクリ
メンタルパターン1bの読み取りに必要十分な照度を維
持するようになる。また、制御回路9は絶対値信号をメ
モリ10に記録した後の移動量も含めた絶対値信号をパ
ルス信号に変換して外部へ出力し、その後は、インクリ
メンタル信号をそのまま外部へ出力するインクリメンタ
ルエンコーダとして動作する。
置では、アップダウンカウンタを用いて、最初のパルス
信号をカウントして初期値をセットした後は、通常のイ
ンクリメンタル動作を行えばよい。すなわち、メインス
ケールの回転方向に応じてアップまたはダウンを定め
て、パルスカウントを遂行することにより刻々の絶対値
を求める。
った場合には、その都度、リクエスト信号を入力すれ
ば、上記の動作を繰り返す。
絶対値エンコーダの例を図11および図12を用いて説
明する。これらの図において、20は受光素子で、この
受光素子20に設けられている受光素子パターン部20
aは発光素子21に、受光素子パターン部20bは発光
素子22にそれぞれ対応している。また、23、24は
発光素子21、22の各々に装着された遮光性の円筒状
のキャップである。なお、その他の部分は図9と同一部
分であり、同一符号を付すことにより、その説明を省略
する。
て、各発光素子21、22から発せられた光のうち、光
軸に対して平行なものは、そのままインデックススケー
ル5およびメインスケール1を通して、対応する受光素
子パターン20a、20bに達する。一方、光軸に対し
て不平行な光は、遮光キャップ21、22に当たり反射
され、一部は対応する受光素子パターンに斜めに入射
し、一部は他の受光素子パターンに斜めに入射し、ま
た、一部は外部に発散される。受光素子20の各パター
ン20a、20bから得られる信号は、絶対値信号の上
位ビット、下位ビットに対応し、信号処理回路8および
制御回路9を通して絶対値信号として外部に出力され
る。
ーダにおいて、遮光キャップ21、22を用いない場合
においては、例えば発光素子21からの光が受光素子パ
ターン20bに作用し、あるいは発光素子22からの光
が受光素子パターン20aに作用することがある。ある
いは、エンコーダの温度変化あるいは経年変化等によ
り、本来光出力を検出するはずのない発光素子消灯時に
も電流が受光素子を流れてしまい、見掛け上、光出力が
検出されてしまったりして、検出精度の低下を来すこと
がある。このため、検出精度の向上を目的として、エン
コーダ内挿回路のオフセット補正が考慮されるが、この
補正方法として、例えば特開平3ー31720号公報
に、発光素子点灯制御による一定の周期でおこなうオフ
セット補正方法が詳細に開示されている。
ダは以上のように構成されているので、リクエスト信号
は、エンコーダ停止時のみ、その処理が可能で、エンコ
ーダの回転時にリクエスト信号を入力し、それに対応し
た動作を行なわせると、リクエスト信号の処理をしてい
る間の絶対位置、および移動(回転)速度がまったく分
からなくなる。
においては、発光手段が一つであるため、非球面コリメ
ートレンズが必要であるとともに、発光手段を消灯する
と正確な絶対位置検出ができなくなり、発光手段の光量
を制御しなければならず、複雑な電流制御回路が必要と
なる。
いては、複数の発光素子を使用しているので電力を多く
必要とし、外部に大きな電源を持たなければならない不
具合があり、また、遮光キャップからの反射光の影響に
より正確な絶対値データが求められない欠点がある。
ーダにおいて説明したオフセット補正においては、周期
的に発光素子が点灯されるので電流を多く消費する。
ためになされたもので、省電力化、電源容量の小形化、
光源の長寿命化を図り、あるいは電子回路のオフセット
補正を考慮して、精度の向上を図る絶対値エンコーダ及
び絶対値エンコーダの出力補正方法を得ることを目的と
する。
エンコーダは、複数の発光素子を有する発光手段と、上
記発光手段から出射される光に対して相対移動する光学
スケールと、上記複数の発光素子に対応する複数の受光
素子を有する受光手段と、上記発光手段を点灯する点灯
手段とを備えた絶対値エンコーダにおいて、外部からの
リクエスト信号を解読する信号解読手段と、上記信号解
読手段の解読結果に従い上記点灯手段の駆動信号を作成
する駆動信号作成手段とを含み、上記リクエスト信号に
同期して絶対値データを算出する信号処理・制御手段と
を備え、上記信号処理・制御手段は、上記発光手段が消
灯状態に於ける受光手段からの出力と、上記発光手段が
点灯状態に於ける受光手段からの出力とから、絶対値デ
ータを算出するものである。
補正方法は、外部からのリクエスト信号に同期して、第
1の発光素子を点灯させ、上記第1の発光素子に対応す
る第1の受光素子の出力を読み込み、その後、上記第1
の発光素子を消灯し、続いて同様に、第2、第3・・・
第Nの受光素子の出力を読み込むものである。
補正方法は、複数の発光素子の少なくとも一つを点灯す
るステップと、外部からのリクエスト信号を解読し、そ
の解読結果に従って上記発光素子を点灯する点灯信号の
作成ステップと、上記リクエスト信号に同期して、上記
発光素子が消灯状態に於ける受光手段からの出力を読み
込み記憶するステップと、上記発光素子を点灯させて受
光手段からの出力を読み込むステップと、上記発光素子
が消灯状態に記憶したデータと点灯状態に読み込んだデ
ータから、絶対値データを算出するステップとからな
る。
補正方法は、外部からのリクエスト信号を解読し、発光
素子消灯時に以後に必要となるデータを読み込み記憶
し、次いで、必要な発光素子のみを点灯させ、上記点灯
させた発光素子に対応する受光手段の出力を読み込み、
上記発光素子を消灯し、データを補正し、更に必要な発
光素子があるかを判断し、上記動作を繰り返して必要な
絶対値データを算出するものである。
光手段の電源に入力電流平均化手段を設けたものであ
る。
部からのリクエスト信号を解読し、発光素子の点灯命令
をおこなう手段により、複数の発光素子を独立して点
灯、消灯させる。
補正方法では、外部からのリクエスト信号を解読し、発
光素子の点灯命令をおこない、複数の発光素子を独立し
て点灯、消灯させる。
補正方法では、必要な絶対値データを読み込む際に、発
光素子を同時に2つ以上点灯させることをなくする。
補正方法では、第1の発光素子を消灯した後、第2の発
光素子を点灯する。
は、入力電流を平均化する。
図1において、30は発光素子30a、30bを有する
発光手段、31は光が透過できる部分とできない部分か
らなるインデックススケールで、発光素子30aに対応
するパターン郡31aおよび、発光素子30bに対応す
るパターン郡31bとで構成されている。32は光が透
過できる部分とできない部分が円周上に一定の周期で繰
り返されている複数のパターン(扇形のパターンでも正
弦波状のアナログパターンでも良い)を持つメインスケ
ールで、円板状の回転板で構成されている。32aは絶
対値コードに変換した時の上位ビットを表すパターン郡
であり、32bは絶対値コードに変換した時の下位ビッ
トを表すパターン郡である。33は受光素子で、発光素
子30aに対応するパターン郡33a、および発光素子
30bに対応するパターン郡33bとで構成されてい
る。なお、図2は受光素子33の詳細図である。
路34a、34b、34c、34dから構成されてい
る。35は例えばワンチップマイコンで構成され、図3
にその詳細構成を説明する信号処理・制御手段、例えば
信号処理・制御回路、36、37はスイッチング回路、
37は外部より供給される電源である。なお、インデッ
クススケール31、メインスケール32および受光素子
33から得られる信号はアナログ値(電気的に内挿可能
な信号で、例えば、エンコーダの位置とともに正弦波状
に変わる信号)である。
について説明する。図3において、40は信号選択回
路、41はA/D変換器、42はオフセット補正回路、
43はデータ合成回路、44はデータ出力回路、45は
リクエスト信号受信回路、46はリクエスト信号解読
部、47はオフセットデータ記憶部、48はコントロー
ル部、49は発光素子点灯制御回路である。
成されており、次にその動作について説明する。外部
(サーボアンプ、数値制御装置等)から、あらかじめ定
められたフォームに従った所定のリクエスト信号が信号
処理・制御回路35に入力されると、信号処理・制御回
路35は、図4に示される制御フローに従って動作す
る。すなわち、リクエスト信号受信回路45で受信され
た(S101)リクエスト信号は、リクエスト信号解読
部46で解読され(S102)、解読結果がコントロー
ル部48に送られる。コントロール部48では、リクエ
スト信号の内容に従って、必要とされる全ての信号を順
次、信号選択回路40で切り替え、発光素子30a、3
0bが消灯状態の信号をA/D変換器41によりデジタ
ル化し、オフセットデータ記憶部47に読み込ませ記憶
させる(S103)。
30a、30bを点灯させるために、発光素子点灯制御
回路49に信号を送り、スイッチング回路36、37を
制御して、電源38より発光素子30a、30bに電流
を流し、必要とされる全ての発光素子(この例では30
a、30bのいずれかあるいは両方)を点灯させる(S
104)。発光素子30a、30bより出射された光は
インデックススケール31および、メインスケール32
を通して受光素子33a、33bに入射される。受光素
子33a、33bに入射された光は電流に変換され差動
増幅回路34を通して信号選択回路40に入力される
(S105)。
信号が信号選択回路40で選択され、A/D変換器41
によりデジタル化され、オフセット補正回路42に入力
される。コントロール部48の指令によりオフセットデ
ータ記憶部47よりその信号のオフセットデータがオフ
セット補正回路42に入力される(S106)。オフセ
ット補正回路42ではA/D変換器41のデータからオ
フセットデータ記憶部47のデータを減じたデータをデ
ータ合成回路43に出力する(S106)。このオフセ
ット補正回路42におけるデータの合成の様子を図5に
示すが、この図5(a)において、破線Aで示す波形が
A/D変換器41からの出力波形で、オフセット補正回
路42により、図5(a)のBで示す発光素子30a、
30b消灯時の暗電流により表われる受光素子33a、
33bからの出力、即ち、オフセット出力が減算され、
実線Cのオフセット後の出力がオフセット補正回路42
から出力される。なお、図5(b)は図5(a)のオフ
セット補正無のエンコーダ出力値とオフセット補正有の
エンコーダ出力値の関係を、エンコーダ回転角度を基に
示したもので、破線がオフセット補正無のエンコーダ出
力値であり、実線がオフセット補正有のエンコーダ出力
値である。
48からの指令による信号選択回路40の切り替えによ
り同様に得られた他の信号のデータを合成してデータ出
力回路44に送る(S107)。データ出力回路44は
このデータを絶対値信号として外部(サーボアンプ、数
値制御装置等)に出力する(S108)。
対値信号が全て信号選択回路40で選択されると、発光
素子点灯制御回路49に全ての発光素子30a、30b
を消灯する指令を送りスイッチング回路36、37を介
して全ての発光素子30a、30bを消灯する(S10
9)。
トのみをリクエスト信号にて要求された場合、信号処理
・制御回路35は発光素子30aのみを点灯させインデ
ックススケールパターン郡31a、メインスケールパタ
ーン郡32a、受光素子パターン郡33a、および差動
増幅回路34aにより生成された信号により絶対値デー
タの上位ビットを合成し、外部に出力する。
ンコーダのチャート図で、横軸に時間軸をとり、その動
作を時系列的に示したものである。すなわち、電源38
がオンの状態で、リクエスト信号が入力された時のみ発
光素子に電流が一時的にながれ、発光素子が点灯し、絶
対値信号が読み込まれ外部に出力される。
用いたが、3つ以上の発光素子を用いても同様の効果を
湊する。
するメインスケールパターン、インデックススケールパ
ターン及び、受光素子パターンは複数としたが、パター
ンを単数にして電気的に内挿して分解能を増やしても良
い。
について説明する。構成については、第1の実施例と同
様であるが、この実施例は信号処理・制御回路35の制
御動作が異るので、この動作フローについて図7により
説明する。外部(サーボアンプ、NC装置等)から、あ
らかじめ定められたフォームに従ったリクエスト信号が
信号処理・制御回路35に入力されると、信号処理・制
御回路35は、図7に示される制御フローに従って動作
する。すなわち、リクエスト信号受信回路45で受信さ
れた(S201)リクエスト信号は、リクエスト信号解
読部46で解読され(S202)、解読結果がコントロ
ール部48に送られる。コントロール部48では、リク
エスト信号の内容に従って、必要とされる全ての信号を
順次、信号選択回路40で切り替え、発光素子30a、
30bが消灯状態の信号をA/D変換器41によりデジ
タル化し、オフセットデータ記憶部47に読み込ませ記
憶させる(S203)。
30a或いは30bを1つだけ点灯させるため、発光素
子点灯制御回路49に信号を送り、スイッチング回路3
6、37を制御して、電源38より発光素子30a或い
は30bに電流を流し、必要とされる1つの発光素子1
a或いは1bを点灯させる(S204)。発光素子30
a或いは30bより出射された光はインデックススケー
ル31及び、メインスケール32を通して受光素子33
a或いは33bに入射される。受光素子33a或いは3
3bに入射された光は電流に変換され差動増幅回路34
を通して信号選択回路40に入力される。コントロール
部48からの指令に対応した信号が信号選択回路40で
選択され、A/D変換器41によりデジタル化され、オ
フセット補正回路42に入力される。(S205)
御回路49に発光素子33a或いは33bを消灯する指
令を送りスイッチング回路7を介し発光素子33a或い
は33bを消灯する(S206)。コントロール部48
の指令によりオフセットデータ記憶部47よりその信号
のオフセットデータがオフセット補正回路42に入力さ
れ、オフセット補正回路42ではA/D変換器41のデ
ータからオフセットデータ記憶部47のデータを減じた
データをデータ合成回路43に出力する(S207)。
したがって、他に必要なデータがあるかどうかを判定し
(S208)、他に必要なデータがある場合はステップ
S204に戻り、ステップS205からステップS20
8の動作を繰り返す。ステップS208で他に必要なデ
ータがない場合はデータ合成回路43では、コントロー
ル部48からの指令により得られた信号のデータを合成
してデータ出力回路44に送る(S209)。データ出
力回路44はこのデータを絶対値信号として外部(サー
ボアンプ、NC装置等)に出力する(S210)。
リクエスト信号を解読し、複数の発光素子を独立して点
灯、消灯させ、制御手段は発光素子が消灯状態のデータ
を読み込むものであり、このようにすることにより、精
度の向上を図ることができる。
について説明する。構成については第1の実施例と同様
であるが、この実施例においても第2の実施例と同様に
信号処理・制御回路35の制御動作が異るので、この動
作フローについて図8により説明する。
リクエスト信号を解読した後、必要な絶対値データを読
み込む際に、発光素子30a、30bを同時に点灯させ
ないようにしたことである。すなわち、発光素子30a
を消灯した後、発光素子30bを点灯させるものであ
り、この第3の実施例によれば、一方の発光素子からの
光を受光する受光素子に、他方の発光素子による光が影
響するのを防止する効果がある。
について説明する。構成については第1の実施例と同様
であるが、この実施例においては、図1に破線で示すよ
うに、発光体30の電源38に入力電流平均化手段、例
えばコンデンサ39を設けたものである。このコンデン
サ39は、電源38がオンされた状態で発光素子30
a、30bが点灯されていない時、電源38からの電荷
が蓄えられる。一方、発光素子30a、30bが点灯さ
れると、コンデンサ38の電荷が放電され、発光素子3
0a、30bに流れる。
よれば、外部からのリクエスト信号を解読し、発光素子
の点灯命令をおこなう手段により、複数の発光素子を独
立して点灯、消灯させるようにしたので、絶対値エンコ
ーダの省電力化、発光素子の長寿命化が図られるととも
に、発光素子が消灯状態のデータを読み込むようにした
ので、エンコーダの検出精度を向上させる効果がある。
タを読み込む際に、発光素子を同時に2つ以上点灯させ
ることをなくしたので、第1、第2の発明における効果
をさらに高めるとともに、第1の発光素子による第2の
発光素子の影響が除去でき、検出精度を向上させる効果
もある。
消灯した後、第2の発光素子を点灯するようにしたの
で、第1、第2の発明における効果の他に、第1の発光
素子による第2の発光素子の影響が除去でき、検出精度
を向上させる効果がある。
段を設け、入力電流を平均化したので、第1、第2の発
明における効果の他に、外部の電源容量を小さくできる
効果がある。
ブロック図である。
る。
路の詳細を示す図である。
示すフロー図である。
法を説明する図である。
チャート図である。
御を示すフロー図である。
御を示すフロー図である。
図である。
である。
ク図である。
示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 複数の発光素子を有する発光手段と、上
記発光手段から出射される光に対して相対移動する光学
スケールと、上記複数の発光素子に対応する複数の受光
素子を有する受光手段と、上記発光手段を点灯する点灯
手段とを備えた絶対値エンコーダにおいて、外部からの
リクエスト信号を解読する信号解読手段と、上記信号解
読手段の解読結果に従い上記点灯手段の駆動信号を作成
する駆動信号作成手段とを含み、上記リクエスト信号に
同期して絶対値データを算出する信号処理・制御手段と
を備え、上記信号処理・制御手段は、上記発光手段が消
灯状態に於ける受光手段からの出力と、上記発光手段が
点灯状態に於ける受光手段からの出力とから、絶対値デ
ータを算出するものであることを特徴とする絶対エンコ
ーダ。 - 【請求項2】 複数の発光素子の少なくとも一つを点灯
するステップと、外部からのリクエスト信号を解読し、
その解読結果に従って上記発光素子を点灯する点灯信号
の作成ステップと、上記リクエスト信号に同期して、上
記発光素子が消灯状態に於ける受光手段からの出力を読
み込み記憶するステップと、上記発光素子を点灯させて
受光手段からの出力を読み込むステップと、上記発光素
子が消灯状態に記憶したデータと点灯状態に読み込んだ
データから、絶対値データを算出するステップとからな
る絶対エンコーダの出力補正方法。 - 【請求項3】 外部からのリクエスト信号を解読し、発
光素子消灯時に以後に必要となるデータを読み込み記憶
し、次いで、必要な発光素子のみを点灯させ、上記点灯
させた発光素子に対応する受光手段の出力を読み込み、
上記発光素子を消灯し、データを補正し、更に必要な発
光素子があるかを判断し、上記動作を繰り返して必要な
絶対値データを算出する請求項2記載の絶対エンコーダ
の出力補正方法。 - 【請求項4】 外部からのリクエスト信号に同期して、
第1の発光素子を点灯させ、上記第1の発光素子に対応
する第1の受光素子の出力を読み込み、その後、上記第
1の発光素子を消灯し、続いて同様に、第2、第3・・
・第Nの受光素子の出力を読み込むことを特徴とする請
求項2記載の絶対エンコーダの出力補正方法。 - 【請求項5】 発光手段の電源に入力電流平均化手段を
設けた請求項1記載の絶対エンコーダ。
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