JPH0690049B2 - アブソリユ−トエンコ−ダ - Google Patents

アブソリユ−トエンコ−ダ

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JPH0690049B2
JPH0690049B2 JP62020106A JP2010687A JPH0690049B2 JP H0690049 B2 JPH0690049 B2 JP H0690049B2 JP 62020106 A JP62020106 A JP 62020106A JP 2010687 A JP2010687 A JP 2010687A JP H0690049 B2 JPH0690049 B2 JP H0690049B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は工作機械等において、位置計測に利用される光
学式のアブソリュートエンコーダに関する。
(技術的背景と解決すべき問題点) 位置計測に利用される光学式エンコーダには一般的にイ
ンクレメンタル方式とアブソリュート方式とがあり、両
方式に共通する概略構造を第7図に示す。
光学式エンコーダ100は発光素子101と、コリメータレン
ズ102と、光が透過できる部分及びできない部分が一定
のピッチで繰返されている第1スケール103及び第2ス
ケール104と、光電変換素子105と、信号処理回路106と
で構成されている。
この光学式エンコーダ100の動作を説明すると、発光素
子101から出た光はコリメータレンズ102で平行光にさ
れ、第1スケール103及び第2スケール104を透過した光
が光電変換素子105でその光量に応じた電気信号に変換
される。また、第1スケール103がスケールの長手方向
に移動すると光電変換素子105に入射する光量が周期的
に変化し、それに応じて電気信号も周期的に変化する。
この電気信号は、信号処理回路106で所定の形の変位デ
ータや位置データに変換され出力される。特にアブソリ
ュートエンコーダ200においては第1スケール103の絶対
位置データが出力される。
次に、従来のアプソリュートエンコーダ200の概略構造
を第7図に対応させて第8図に示す。
アブソリュートエンコーダ200は、第1スケール103の絶
対位置を検出するため第1スケール103上に2進符号を
表す複数の第1格子トラックt1,t2,t3と、第2スケール
104上にこれら複数の第1格子トラックに対応した複数
の第2格子トラックt1,t2,t3とが新たに設けられてい
る。また、信号処理回路106は位置信号を2進数のデジ
タル信号にする波形成形回路201と、この信号を純2進
符号などの形に変換する符号変換回路202とで構成され
る。
このアブソリュートエコーダ200の動作を説明すると、
発光素子101から出た光はコリメータレンズ102で平行光
にされ、第1スケール103及び第2スケール104上の第1
及び第2格子トラックt1,t2,t3を透過した光が、これら
格子トラックt1,t2,t3に対応した複数の光電変換素子10
1,105,105で、その光量に応じた電気信号に変換され
る。通常、これら格子トラックt1,t2,t3,…,tnは第9図
に示す様な交番2進符号(グレイコード)と呼ばれるパ
ターンが用いられる。これは、純2進符号では複数のト
ラックの符号は同時に変化することがあり、そこで読違
いが起こりやすいためである。先の変換された電気信号
は、信号処理回路106内の波形整形回路201で2進数で位
置データを表すデジタル信号に変換される。第10図は、
第9図に示す交番2進符号のパターンで得られた位置デ
ータを表すデジタル信号を示す。このデジタル信号は符
号変換回路202で純2進符号やBCDコード等の所望の形式
に変換される。
しかし、上述した方式は絶対位置検出ストロークに対し
多くの格子トラックが必要であるため、第1スケール10
3及び第2スケール104が大きくなると共に多くの光電変
換素子105を設けねばならず、装置が大形になるという
問題があった。例えば、第1スケール103上の最も短い
ピッチが10μmの格子トラックの場合、絶対位置検出ス
トローク1mmに対し最低8列の格子トラックが必要とな
る。また、別の問題点として、2進符号による格子パタ
ーンでは長ピッチ側のトラックの符号の変わり目が短ピ
ッチ側のトラックの符号の変わり目と同じく重要である
ため、特に長ピッチ側の符号の読取りに厳しい精度が要
求されていた。
(発明の目的) 本発明は上述のような事情からなされたものであり、本
発明の目的は、少数の格子トラック及び光電変換素子で
構成できると共に、複数の格子トラックのデータが同時
に変わるときに起りやすい読取りミスをせずに絶対位置
検出ができるようにしたアブソリュートエンコーダを提
供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明はアブソリュートエンコーダに関するもので、上
記本発明の目的は、ピッチの異なる複数の第1格子トラ
ックが設けられ、光源からの平行光を受けて長手方向に
移動する第1スケールと、前記複数の第1格子トラック
に対応した複数の第2格子トラックが設けられ、前記第
1スケールに対向するように設けられた第2スケール
と、前記第1及び第2スケールを透過した光を読取る複
数の光電変換素子と、前記第1及び第2格子トラックの
各格子ピッチの関係が1:N(Nは3以上の整数)で、前
記光電変換素子からの各電気信号を各格子1ピッチ内で
内挿N分割して前記各格子1ピッチ内の絶対位置データ
とする信号内挿回路と、前記絶対位置データを論理的に
組合せて前記第1スケールの移動量の絶対位置データを
求めるデータ処理論理回路とを設けることによって達成
されるものである。
(発明の作用) 本発明は、第1及び第2格子トラックの各格子ピッチの
関係が1:N(Nは3以上の整数)になっているアブソリ
ュートエンコーダの信号内挿回路が、第1及び第2格子
トラックに対応する電気信号を各格子1ピッチ内で内挿
N分割して、各格子1ピッチ内の絶対位置データを作成
すると共に、データ処理論理回路が各格子1ピッチ内の
絶対位置データを論理的に組合せて、第1スケールの移
動量の絶対位置データを作成するものである。
(発明の実施例) 第1図は本発明によるアブソリュートエンコーダ300の
概略構造図を第8図に対応させて示すものであり、本発
明では、波形整形回路201の代りに信号内挿回路301が、
符号変換回路202の代りにデータ処理論理回路302が設け
られている。
本発明のアブソリュートエンコーダ300は第1スケール1
03の絶対位置(この紙面に垂直な移動方向)を検出す
る。この動作を説明すると、発光素子101から出た光は
コリメータレンズ102で平行光にされ、第1スケール103
に入射する。第1スケール103には、それぞれピッチの
異なる複数の格子トラックt1,t2,t3が設けられている。
従来のそれぞれの格子トラックのピッチの関係は互いに
1:2であったが、本発明の関係は互いに1:N(Nは3以上
の整数)となっている。第2図はそれぞれの格子トラッ
クの関係が1:10のときのパターンを示し、即ち3列の格
子トラックt1,t2,t3のピッチP1:P2:P3が1:10:100の関係
になっている。このとき、最大のピッチを持つ格子トラ
ックt3のピッチが、このアブソリュートエンコーダ300
の絶対位置検出範囲となる。
先の第1スケール103を透過した光は、第1スケール103
の格子トラックt1,t2,t3それぞれに対応した複数の格子
トラックt1,t2,t3が設けられている第2スケール104を
透過し、複数設けられた光電変換素子105,105,105で透
過してきた光それぞれが電気信号に変換される。なお、
第1スケール103上の1つの格子トラックに対応する第
2スケール104上の格子トラック及び光電変換素子105の
個数は1つと限らず、内挿方式によっては複数個の場合
もある。
先の変換された電気信号は、信号処理回路106内の信号
内挿回路301でそれぞれが格子1ピッチ内で内挿分割
(分割数は第1スケール103上のそれぞれの格子トラッ
クのピッチの比Nである)されて絶対位置データとな
る。例えば、第2図に示す内挿分割数10の第1スケール
103及び内挿10分割の能力を持つ信号内挿回路301を使用
した場合、第1スケール103の移動によって信号内挿回
路301から得られるデータを第3図に示す。
先のそれぞれの信号内挿回路301,301,301からの格子1
ピッチ内の絶対位置データはデータ処理論理回路302で
第1スケール移動量の絶対位置データとしてまとめられ
出力される。
上述したアブソリュートエンコーダ300は、被測定物の
移動が格子ピッチと同期したある決まった長さでステッ
プ状に行なわれる場合は有効であるが、複数の格子トラ
ックの絶対位置データが同時に変化する境界上の微小な
範囲の測定には誤ったデータを出力するときがある。な
お、以下説明の便宜上、複数の格子トラック中で格子ピ
ッチ長の近い2つの格子トラックに着目したとき、格子
ピッチの大きい方を上位桁、小さい方を下位桁という。
第4図は本発明のアブソリュートエンコーダ300で得ら
れたデータの一部を示し、上位桁の内挿分割が均等に行
なわれなかった場合、同図中のP,Qの様に2つの格子ト
ラック間で数値の変化する場所が異なる。例えば同図中
のPでは19と読まれるべきものが29と、またQでは30と
読まれるべきものが20という様に誤ったデータを出力す
るときがある。
そこで、上述した点を除くため第5図(A)及び(B)
を参照して説明する。
格子ピッチの比が1:Nである2つの格子トラックの上位
桁の内挿分割数を3Nとすることで下位桁1ピッチに相当
する長さをさらに3つの部分A,B,Cに等分し、同時に下
位桁は3以上の内挿分割を行なう。次に、データ処理論
理回路302で下位桁の絶対位置データと、上位桁の絶対
位置データ中の3つの部分A,B,Cとの重なり具合を判定
して上位桁の正しい値を決定する。
第5図(A)は下位桁の内挿分割数が10であるとき、上
位桁が図の右方向にずれた場合を、同図(B)は左方向
にずれた場合を示す。同図(A)において下位桁の値が
0,1,2の部分の上位桁は1になっているが、本来は2で
ある。同様に同図(B)において下位桁の値が7,8,9の
部分の上位桁は3になっているが、本来は2である。そ
こで、各格子トラックの格子1ピッチ内の絶対位置デー
タを組合わせるデータ処理論理回路302内に、下位桁が
0,1,2であり上位桁がCであるとき上位桁のデータに
“1"を加算する機能及び下位桁が7,8,9であり上位桁A
であるとき上位桁のデータに“−1"を加算する機能を組
み込む。この結果、左右両方向のずれに対して下位桁の
ピッチの30%ずつの余裕度を持たせることができ、下位
桁の内挿分割を3の倍数に設定すれば余裕度は左右両方
向について下位桁のピッチの1/3に相当する長さに増加
する。
さらに別の実施例を説明する。
従来の複数の格子トラックを含むアブソリュートエンコ
ーダ200は各格子間で信号の位相を正確に合わせるた
め、スケール103,104の製造及び取付け精度が非常に厳
しく、また各格子トラックの信号毎に機械的電気的調整
が必要であった。
そこで、上述した点を除くため第6図(A)及び(B)
を参照して説明する。
第6図(A)は、格子トラック間の位相に注意せずに製
作されたアブソリュートエンコーダ200のデータを、先
の変形例と同様に複数の格子トラック中で格子ピッチ長
の近い2つの格子トラックに着目して示し、上位桁の1
から2への変化点が下位桁の5の部分になっている。実
際にはどの部分になるか限定されないが、変化点の場所
は第1スケールを移動させながら各格子トラックの絶対
位置データを読むことで簡単にできる。即ち第6図
(A)に示すデータのすべての下位桁に“5"を加算する
か、“−5"を加算するオフセット値加減算機能をデータ
処理論理回路302内に設けることで同図(B)に示すデ
ータを得ることができる。
(発明の効果) 以上のように本発明のアブソリュートエンコーダによれ
ば、少ない格子トラックで絶対位置検出ができると共
に、上位桁の内挿に厳しい精度を必要とせず、かつ複数
の格子トラック間の位相合せも必要としないためコスト
低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による装置の概略を示す図、第2図は本
発明の装置に使用される格子パターンの一例を示す図、
第3図及び第4図はその出力データの例を示す図、第5
図(A)及び(B)は本発明の他の実施例を説明する出
力データを示す図、第6図(A)及び(B)は本発明の
更に別の実施例を説明する出力データを示す図、第7図
は一般的な光学式エンコーダの装置の概略を示す図、第
8図は従来の装置の概略を示す図、第9図は従来の装置
に使用される格子パターンの一例を示す図、第10図はそ
の出力データの例を示す図である。 101……発光素子、102……コリメータレンズ、103……
第1スケール、104……第2スケール、t1,t2,…,tn……
格子トラック、105……光電変換素子、106……信号処理
回路、301……信号内挿回路、302……データ処理論理回
路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いにピッチの異なる複数の第1格子トラ
    ックが設けられ、光源からの平行光を受けて長手方向に
    移動する第1スケールと、前記複数の第1格子トラック
    と同じピッチを持った複数の第2格子トラックが設けら
    れ、前記第1スケールに対向するように設けられた第2
    スケールと、前記第1及び第2スケールを透過した光を
    読取る複数の光電変換素子と、前記光電変換素子から得
    られる電気信号を内挿分割する信号内挿回路と、前記信
    号内挿回路からの位置データを組み合わせて前記第1ス
    ケールの絶対位置データを求めるデータ処理論理回路と
    からなるアブソリュートエンコーダにおいて、前記複数
    の第1格子トラックのピッチの関係が互いに1:N(Nは
    3以上の整数)であり、前記信号内挿回路は、前記複数
    の第1格子トラックのそれぞれについて、前記光電変換
    素子から得られる電気信号を同時にサンプルし、それぞ
    れの格子トラックの1ピッチ内を3N以上に内挿分割した
    トラック毎の1ピッチ内絶対位置データを求める機能を
    有し、前記データ処理論理回路は、前記信号内挿回路か
    ら得られた前記1ピッチ内絶対位置データのうち、任意
    の2つのトラックから得られた1ピッチ内絶対位置デー
    タについて、ピッチの大きいトラックとピッチの小さい
    トラックの1ピッチ内絶対位置データを比較判定し、前
    記ピッチの大きいトラックの1ピッチ内絶対位置データ
    の変わり目で前記比較判定の結果によって前記ピッチの
    大きいトラックの1ピッチ内絶対位置データに定数を加
    算もしくは減算することで、前記ピッチの小さいトラッ
    クの1ピッチ内絶対位置データと論理的に組合わせて前
    記第1スケールの絶対位置をあらわす絶対位置データを
    求めることにより電源投入直後から絶対位置を検出でき
    る機能を有することを特徴とするアブソリュートエンコ
    ーダ。
  2. 【請求項2】前記データ処理論理回路は、前記任意の2
    つのトラックから得られた1ピッチ内絶対位置データに
    オフセット値を加減算することで、前記任意の2つのト
    ラックから得られた1ピッチ内絶対位置データの間の位
    相を任意に設定できる機能を有する特許請求の範囲第1
    項記載のアブソリュートエンコーダ。
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