JPH0752108B2 - ロータリエンコーダを用いた位置決め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ロータリエンコーダを用いた位置決め装置に
関し、特に、定速回転時及び速度変化時の双方共に虚偽
の信号の存在を検出し、補正することによって、正確な
位置決めをすることができるロータリエンコーダを用い
た位置決め装置に関する。

［従来の技術］ 従来のロータリエンコーダ、リニアスケールを使用した
位置決め装置においては、ロータリエンコーダ等から得
られたパルス信号をカウンタで計数し、この計数値に対
応する距離だけ移動するものと仮定して使用している。

ところで、現実のシステムにおいては、ロータリエンコ
ーダ等から得られるパルス信号と類似した信号がカウン
タに入力されることがあった。そこで、このような虚偽
の信号がカウンタに入力されないようにフィルタ等を設
置していた。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように、従来のロータリエンコーダ、リニアス
ケールを使用した位置決め装置においては、ロータリエ
ンコーダ等から得られたパルス信号をフィルタ等を通し
た上でカウンタで計数し、この計数値に対応する距離だ
け移動するものと仮定して使用していた。しかしなが
ら、フィルタ等による虚偽信号の除去は、完全を期する
ことはできなかった。このため、カウンタは、正規のパ
ルス信号だけでなく虚偽の信号を計数してしまい、結果
的に、正しい目的位置に到達することができない欠点が
あった。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明の目的は、定速回転時及び速度変化時の
双方ともに、虚偽の信号の存在を検出し、補正すること
によって、正確な位置決めをすることができるロータリ
ーエンコーダを用いた位置決め装置を提供することにあ
る。

本発明の第一の態様においては、パルス信号を計数する
ことにより目的の位置まで移動するロータリーエンコー
ダを用いた位置決め装置において、 円周に沿って、かつ各円周方向中央部と回転中心とを結
ぶ隣接する仮想線間の間隔が等間隔となるように設けら
れたスリットであって、所定数の特異幅及び多数の等幅
のスリットを有すると共に、隣接するスリット間に設け
られるインタラップ部であって、特異幅のスリットの円
周方向両側に隣接する特異幅のインタラップ部及び隣接
する等幅のスリット間に設けられる等幅のインタラップ
部を有する円板と、 前記円板のスリットを通して光の送受を行なう発光素子
及び受光素子と、 前記受光素子にて受光される光のパターンとして、特異
幅のインタラップ部、特異幅のスリット及び特異幅のイ
ンタラップ部に対応する信号が連続することにより、定
速回転時において前記特異幅のスリットを特定する制御
手段と、 を有することを特徴とする。

本発明の第二の態様においては、円周に沿って、かつ各
円周方向中央部と回転中心とを結ぶ隣接する仮想線間の
間隔が等間隔となるように設けられたスリットであっ
て、所定数の特異幅及び多数の等幅のスリットを有する
と共に、隣接するスリット間に設けられるインタラップ
部であって、特異幅のスリットの円周方向両側に隣接す
る特異幅のインタラップ部及び隣接する等幅のスリット
間に設けられる等幅のインタラップ部を有する円板と、 前記円板のスリットを通して光の送受を行なう発光素子
及び受光素子と、 前記受光素子と前記円板との間に設けられた小孔を有す
る遮蔽板と、 前記受光素子の出力電圧を入力とし、所定の第一のトリ
ガ電圧で作動される第一のシュミット回路と、 同じく前記受光素子の出力電圧を入力とし、所定の第二
のトリガ電圧で作動される第二のシュミット回路と、 前記第一及び第二のシュミット回路におけるトリガ電圧
の差により、前記円板のスリットの一側面が前記遮蔽板
の小孔を通過するのに要する時間を計算すると共に、前
記円板のスリットが前記遮蔽板の小孔を通過するのに要
する時間を別途計測し、これらの比率から、速度変化時
において、前記円板のスリットのうちの特異幅のスリッ
トを特定するCPU手段と、 を有することを特徴とする。

本発明の好ましい実施態様においては、ロータリーエン
コーダを用いた位置決め装置は、さらに、パルスの計数
により計算される前期円板の特異幅のスリット位置と、
前記CPU手段によって特定された前記円板の特異幅のス
リットとの位置が相違している場合に、パルスの計数値
を前記CPU手段によって特定された前記円板の特異幅の
スリットの位置に対応するよう修正する手段を含んでい
る。

［作用］ 本発明の第一の態様において、発光素子から発せられた
光は、円板の円周に沿って、かつ各円周方向中央部と円
板の回転中心とを結ぶ隣接する仮想線間の間隔が等間隔
となるように設けられたスリットを通して受光素子に受
光される。スリットは、所定数の特異幅及び多数の等幅
のスリットからなり、またインタラップ部は、特異幅の
スリットに隣接両側にある特異幅のインタラップ部と多
数の等幅のインタラップ部よりなる。これらにより、定
速時、発光素子から発せられた光は受光素子にそれぞれ
のスリット幅に比例した受光時間で観測され、インタラ
ップ部についてはそれぞれの幅に比例した非受光時間で
観測される。即ち、インタラップ部の大、スリット部の
小、インタラップ部の大の順で連続して検出され、これ
により、特異幅スリットの特定を正確に行なうことがで
きる。

本発明の第二の態様において、発光素子から発せられた
光は、円板の円周に沿って、かつ各円周方向中央部と円
板の回転中心とを結ぶ隣接する仮想線間の間隔が等間隔
となるように設けられたスリット及び遮蔽板の小孔を通
過して受光素子に受光される。受光素子からの出力は、
トリガ電圧の異なる二つのシュミット回路にそれぞれ送
られる。二つのシュミット回路の出力はCPU手段に送ら
れ、円板のスリットの一側面が遮蔽板の小孔を通過する
のに要する時間を計算する。CPU手段は、さらに、これ
と円板のスリットが遮蔽板の小孔を通過するのに要する
時間との比率から円板のスリットの内の特異幅のスリッ
トを特定する。

［実施例］ 以下、本発明のロータリエンコーダを用いた位置決め装
置について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の位置決め
装置の一実施例の概略図、第１図（ａ）に図示された円
板の正面図、及び第１図（ａ）に図示された発光素子及
び受光素子の信号パターンを表わした図、である。

第１図（ｂ）に図示されているように、円板10は、円周
に沿って、かつそれぞれの円周方向中央部と該円板10の
回転中心とを結ぶ隣接する仮想線間の間隔が等間隔とな
るように設けられたスリット10b,10d,10f……とその間
のインタラップ部10a,10c,10e……を有している。各ス
リットの幅は、スリット10dを除いて等幅となってい
る。そこで、スリット10dを特異幅のスリット、そし
て、その他のスリット10b,10f……を等幅のスリットと
称する。また、10c,10eを特異幅のインタラップ部そし
てその他のインタラップ部10a,10g……を等幅のインタ
ラップ部と称する。円板10を挟んで発光素子11及び受光
素子12が設置されている。発光素子11からでた光は、円
板10の各スリットを通して受光素子12に受光される。

第１図（ｃ）において、円板10の定速回転時には、スリ
ット10b,10d,10f……は、それぞれのスリット幅に比例
した受光時間で観測され、また10a,10c,10e,10g……は
インタラップ部の幅に比例した非受光時間として観測さ
れる。そして、特異幅部分においては、特異幅のインタ
ラップ部10cの大、特異幅のスリット10dの小、特異幅の
インタラップ部10eの大の順で連続して検出され、これ
により、特異幅のスリット10dの特定を正確に行うこと
ができる。なお、この定速回転時において、検出した信
号が特異幅部分か否かは、例えば、多数の等幅のスリッ
トの幅及び多数の等幅のインタラップ部の幅を予め別途
計測して記憶しておくと共に、スリット及びインタラッ
プ部のそれぞれの幅を常に測定し、それらをそれぞれの
等幅部の幅と比較することにより判定することができ
る。

ところで、円板10の加速回転時及び減速回転時には、各
スリットは、その時の速度によって受光時間が相違する
ため、受光時間の絶対値あるいは前後のスリットの受光
時間との比較によっては特異幅のスリット10dを特定す
ることはできない。速度変化時には、定速時とは異なる
方法により特異幅のスリットを検出しなければならな
い。

第２図は、本発明に係るロータリエンコーダを用いた位
置決め装置の他の実施例の構成図であり、定速時はもち
ろんのこと、速度変化時においても特異幅スリットを検
出できる構成である。

図において、円板10、発光素子11及び受光素子12は、第
１図（ａ）に図示されたものと同様の構成を有してい
る。

本実施例においては、円板10と受光素子12の間に、小孔
8aを有する遮蔽板８が設けられている。第３図（ａ）〜
（ｉ）は、遮蔽板８の小孔8aを任意のスリットが通過す
るときの両者の相対位置を示しており、また、第３図
（ｊ）は、その時の受光素子12の出力を表わす。第３図
（ｊ）中の記号ａ〜ｉは、第３図（ａ）〜（ｉ）の位置
に対応する。

受光素子12の出力は、所定の第一のトリガ電圧で作動さ
れる第一のシュミット回路１と、第一のトリガ電圧とは
相違する第二のトリガ電圧で作動される第二のシュミッ
ト回路２とにそれぞれ送られる。シュミット回路１の出
力は、NOT回路３を介して、シュミット回路２の出力と
ともにAND回路５に送られる。また、シュミット回路２
の出力は、NOT回路４を介して、シュミット回路１の出
力とともにAND回路６に送られる。

例えば、シュミット回路１のトリガ電圧を、立上り時3/
4V_DD、立下り時1/4V_DDとし、一方、シュミット回路２の
トリガ電圧を、立上り時2/3V_DD、立下り時1/3V_DDと設定
しておくと、受光素子12、第一のシュミット回路１、第
二のシュミット回路２、第一のAND回路５及び第二のAND
回路６の出力は、それぞれ、第４図（ａ）〜（ｅ）のよ
うになる。

第４図（ｄ）において、C₁で示したＨ部は立上り時に2/
3V_DDから3/4V_DDに達するまでの時間を表わし、一方、第
４図（ｅ）において、D₁で示したＨ部は立下り時の1/3V
_DDから1/4V_DDに達するまでの時間を表わしている。これ
らの時間は、それぞれ、第３図（ｆ）〜（ｉ）及び
（ａ）〜（ｄ）に至る時間の1/12に相当する。即ち、円
板10のスリットの一側面が遮蔽板８の小孔8aを通過する
のに要する時間の1/12に相当する。

一方、第４図（ｂ）に図示されているように、円板10の
スリットが遮蔽板８の小孔8aを通過するのに要する時間
（A₁〜A₂）が別途測定される。この時間を、第４図
（ｅ）のD₁で表わしたパルス幅及び第４図（ｄ）のC₁で
表わしたパルス幅の相加平均で除算する。同様にして、
別途計測した円板10のインタラップ部が遮蔽板８の小孔
8aを通過するのに要する時間（A₂〜A₃）を第４図（ｄ）
のC₁で表わしたパルス幅及び第４図（ｅ）のD₂で表わし
たパルス幅の相加平均で除算する。

これらの値は、円板10の回転速度が速く（遅く）なれ
ば、円板10のスリットが遮蔽板８の小孔8aを通過するの
に要する時間（A₁〜A₂）も短く（長く）なるが、それと
呼応して、パルス幅C₁、D₁及びD₂も短く（長く）なるた
め、円板10の回転速度にかかわりなく、円板10の特異幅
のスリット10dを特定するのに利用することができる。

本実施例は、また、立上り時及び立下り時のパルス幅
C₁、D₁の相加平均を用いているため、円板10が等加速度
運動をする場合にも有効である。

なお、第３図（ａ）〜（ｉ）及び第３図（ｊ）の如く、
遮蔽板の小孔を任意のスリットが通過するときの受光素
子の出力を決定した後、本発明の構成を利用すれば、円
板10のスリット10b,10d,10f……とその間のインタラッ
プ部10a,10c,10e……の絶対長さを推測することもでき
る。

このようにして、本発明のロータリエンコーダを用いた
位置決め装置により、円板10の特異幅のスリット10dを
特定することができる。

ところで、前述のように現実のシステムにおいては、ロ
ータリエンコーダ等から得られるパルス信号と類似した
信号、即ち虚偽信号がカウンタに入力しないように、フ
ィルタ等が設置されていたが、完全に期することはでき
なかった。

次に、本発明のロータリエンコーダを用いた位置決め装
置を用いて、カウンタが虚偽の信号を計数してしまった
場合の検出法について説明する。

特異幅スリットの特定による計数誤り検出法。

初めに、カウンタが虚偽の信号を計数してしまったか否
かの検出方法は、以下のとおりである。

円板10の特異幅のスリット10dを検出したときのスター
ト時からの計数パルス数Ｘは、ｎを一回転当りのパルス
数、ｍをスタート時からの円板10の回転数、そして、ａ
をスタート時（ｍ＝０）の原点から特異幅のスリット10
dまでのパルス数とすると、Ｘ＝nm＋ａとなる。

そこで、本発明のロータリエンコーダを用いた位置決め
装置を用いて特異幅のスリット10dを検出した時点で、
計数パルス数Ｘをｎで割り、その「余り」がａに等しく
ない場合、カウンタが虚偽の信号を計数したか、又は正
規信号の欠落が起こったことを意味する。例えば、ｎ＝
50、ａ＝８とし、パルス数で「０→200→50→300」の移
動を行なうものとする。

第５図は、各移動の様子とその間に検出すべき特異幅の
スリット10dのパルス数を表わした図である。

第５図の「特異幅のスリットを検出したパルス数」の欄
にそれぞれ記載されているような計数パルス数が検出さ
れれば、カウンタは虚偽の信号を計数していない。

ところで、実際の「50→300」の移動において、計数パ
ルス数Ｘが、58、108、158、209及び259となったものと
する。計数パルス数209及び259を、一回転当りのパルス
数50で割ると、余りは、それぞれ９となる。カウンタが
虚偽の信号を計数していない場合には、余りは、８にな
らなければならない。したがって、このような場合、パ
ルス数を計数する例えばCPU等の電気回路が、実際の移
動量とは無関係のノイズ等をエンコーダからのパルスと
誤って計数してしまったことを意味する。

その結果、エンコーダの出力が駆動部に対してメカ的に
固定されているため、パルス数の計数誤りは、そのまま
移動量の誤りを生じさせることになる。本例の場合、最
終的にパルス数300の移動量を得るべきところ、実際
は、パルス数299の位置で停止してしまっていることに
なる。

次に、本発明のロータリエンコーダを用いた位置決め装
置により、カウンタが虚偽の信号を計数したことが検出
された場合の補正方法を説明する。

計数誤りの補正方法。

計数パルス数を一回転当りのパルス数ｎで割り算したと
きの余りが、本来「ａ」となるべきところが「ｂ」とな
ったものとする。その場合の補正は、以下のとおりとす
る。

（Ｉ） ｂ＞ａ、ｂ−ａ＜n/2の時、 ｂ→ａとする。

（II） ｂ＞ａ、ｂ−ａ＞n/2の時、 ｂ→ｎ＋ａとする。

（III） ｂ＞ａ、ａ−ｂ＜n/2の時、 ｂ→ａとする。

（IV） ｂ＞ａ、ａ−ｂ＞n/2の時、 ｂ→−ｎ＋ａとする。

（Ｖ） ｂ＝ａ又は|b−a|＝n/2の時、 補正なし。

例えば、ｎ＝50の場合、 （Ｉ） ａ＝８、ｂ＝９ならば、ｂ＝８と補正する。つ
まり、Ｘ→Ｘ−１とする。

（II） ａ＝８、ｂ＝48ならば、ｂ＝58と補正する。つ
まり、Ｘ→Ｘ＋10とする。

（III） ａ＝８、ｂ＝７ならば、ｂ＝８と補正する。
つまり、Ｘ→Ｘ＋１とする。

（IV） ａ＝45、ｂ＝３ならば、ｂ＝45と補正する。つ
まり、Ｘ→Ｘ−８とする。

第６図は、上記（Ｉ）〜（Ｖ）の補正方法を図式化した
ものである。

第６図より明らかなように、上述した補正方法は、結局
その時のパルス計数値に最も近いａ点の計数値に補正し
ようとするものである。

このように、上述した補正方法は、カウンタが虚偽の信
号を計数したことを検出した場合にも、原点復帰を行な
って補正するのではなく、所定の移動を継続しつつパル
ス計数値の補正を行なう点に特徴を有する。

これにより、所定の移動を初めから繰り返す、あるい
は、原点復帰を行なうまでの一連の移動において所定の
移動量からズレてしまう等の欠点を回避することができ
る。

尚、現実の位置決め装置においては、電気的ノイズによ
る計数値の誤りは、多くて、一回転当り一個程度であ
り、ｎに比べて十分小さい場合には、上記補正方法は極
めて有効な方法である。

また、上記補正方法は、特異幅のスリットを検出するご
とに補正動作を行なうため、誤差が累積して大きな移動
量のズレを生じさせることを防止できる。

最後に、スタート時の原点から特異幅のスリットまでの
パルス数ａの決定方法について説明する。

特異幅スリットの初期値の決定方法。

第一の方法は、スタート時の原点から特異幅のスリット
10dまでのパルス数ａを、テンキー等を用いて入力し、
不揮発性のメモリに記憶する方法である。第二の方法
は、円板10を複数回回転させ、計数パルス数Ｘを一回転
当りのパルス数ｎで割算し、それぞれの余りを比較し、
それらが一致していれば、その値を不揮発性のメモリに
記憶する方法である。この方法は、スタート時点におけ
る円板10の停止位置、従って、特異幅のスリット10dの
停止位置が目視できない場合に有効である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のロータリエンコーダを用
いた位置決め装置においては、円周に沿って等間隔に設
けられたスリットであって、所定数の特異幅及び多数の
等幅のスリットを有すると共に、隣接するスリット間に
設けられるインタラップ部であって、特異幅のスリット
の円周方向両側に隣接する特異幅のインタラップ部及び
隣接する等幅のスリット間に設けられる等幅のインタラ
ップ部を有する円板と、円板のスリットを通して光の送
受を行なう発光素子及び受光素子と、そして、受光素子
にて受光される光のパターンによって、特異幅のスリッ
トを特定する制御手段とを有するため、定速時、特異幅
スリットの特定を正確に行なうことができる効果があ
る。

また、本発明のロータリエンコーダを用いた位置決め装
置においては、第一及び第二のシュミット回路における
トリガ電圧の差により、円板のスリットの一側面が遮蔽
板の小孔を通過するのに要する時間を計算すると共に、
円板のスリットが遮蔽板の小孔を通過するのに要する時
間を別途計測し、これらの比率から、円板のスリットの
内の特異幅のスリットを特定することができる。従っ
て、定速回転時はもちろんのこと、加速回転時及び減速
回転時にも、特異幅のスリット位置を特定でき、ひいて
は、正確な位置決めをすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の位置決め
装置の一実施例の概略図、第１図（ａ）に図示された円
板の正面図、及び第１図（ａ）に図示された受光素子の
信号パターンを表わした図、である。 第２図は、本発明に係るロータリエンコーダを用いた位
置決め装置の他の実施例の構成図である。 第３図（ａ）〜（ｉ）及び（ｊ）は、それぞれ、遮蔽板
の小孔を任意のスリットが通過するときの両者の相対位
置を示す図、及び遮蔽板の小孔を任意のスリットが通過
するときの受光素子の出力を表わす図である。 第４図（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、受光素子、第一の
シュミット回路、第二のシュミット回路、第一のAND回
路及び第二のAND回路の出力を表わす図である。 第５図は、各移動の様子とその間に検出すべき特異幅の
スリットパルス数を表わした図である。 第６図は、カウンタが虚偽の信号を計数したことが検出
された場合の補正方法を示す図である。 1,2……シュミット回路 3,4……NOT回路 5,6……AND回路 ７……CPU ８……遮蔽板 8a……小孔 10……円板 10b,10d,10f……スリット 10a,10c,10e……インタラップ部 11……発光素子 12……受光素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス信号を計数することにより目的の位
   置まで移動するロータリーエンコーダを用いた位置決め
   装置において、 円周に沿って、かつ各円周方向中央部と回転中心とを結
   ぶ隣接する仮想線間の間隔が等間隔となるように設けら
   れたスリットであって、所定数の特異幅及び多数の等幅
   のスリットを有すると共に、隣接するスリット間に設け
   られるインタラップ部であって、特異幅のスリットの円
   周方向両側に隣接する特異幅のインタラップ部及び隣接
   する等幅のスリット間に設けられる等幅のインタラップ
   部を有する円板と、 前記円板のスリットを通して光の送受を行なう発光素子
   及び受光素子と、 前記受光素子にて受光される光のパターンとして、特異
   幅のインタラップ部、特異幅のスリット及び特異幅のイ
   ンタラップ部に対応する信号が連続することにより、定
   速回転時において前記特異幅のスリットを特定する制御
   手段と、 を有することを特徴とするロータリーエンコーダを用い
   た位置決め装置。
2. 【請求項２】円周に沿って、かつ各円周方向中央部と回
   転中心とを結ぶ隣接する仮想線間の間隔が等間隔となる
   ように設けられたスリットであって、所定数の特異幅及
   び多数の等幅のスリットを有すると共に、隣接するスリ
   ット間に設けられるインタラップ部であって、特異幅の
   スリットの円周方向両側に隣接する特異幅のインタラッ
   プ部及び隣接する等幅のスリット間に設けられる等幅の
   インタラップ部を有する円板と、 前記円板のスリットを通して光の送受を行なう発光素子
   及び受光素子と、 前記受光素子と前記円板との間に設けられた小孔を有す
   る遮蔽板と、 前記受光素子の出力電圧を入力とし、所定の第一のトリ
   ガ電圧で作動される第一のシュミット回路と、 同じく前記受光素子の出力電圧を入力とし、所定の第二
   のトリガ電圧で作動される第二のシュミット回路と、 前記第一及び第二のシュミット回路におけるトリガ電圧
   の差により、前記円板のスリットの一側面が前記遮蔽板
   の小孔を通過するのに要する時間を計算すると共に、前
   記円板のスリットが前記遮蔽板の小孔を通過するのに要
   する時間を別途計測し、これらの比率から、速度変化時
   において、前記円板のスリットのうちの特異幅のスリッ
   トを特定するCPU手段と、 を有することを特徴とするロータリーエンコーダを用い
   た位置決め装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載のロータリーエンコーダを
   用いた位置決め装置において、さらに、 パルスの計数により計算される前記円板の特異幅のスリ
   ット位置と、前記CPU手段によって特定された前記円板
   の特異幅のスリットとの位置が相違している場合に、パ
   ルスの計数値を前記CPU手段によって特定された前記円
   板の特異幅のスリットの位置に対応するよう修正する手
   段を含んでいるロータリーエンコーダを用いた位置決め
   装置。