JPH0861979A - 回転エンコーダの偏心誤差補正装置 - Google Patents
回転エンコーダの偏心誤差補正装置Info
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- JPH0861979A JPH0861979A JP19509494A JP19509494A JPH0861979A JP H0861979 A JPH0861979 A JP H0861979A JP 19509494 A JP19509494 A JP 19509494A JP 19509494 A JP19509494 A JP 19509494A JP H0861979 A JPH0861979 A JP H0861979A
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Abstract
付けられた軸がc′を中心に偏心して回転し、ピックア
ップ3−1,3−2,3−3が夫々円板周縁の突起2
a,2b,・・・の通過を検出して出力するパルス2
1,22,23にタイミングのずれが生じても、このパ
ルスから正確な回転角を検出する回転エンコード出力を
得る。 【構成】ピックアップ出力パルス21〜23の平均のタ
イミングが真のパルス位置を表わす、しかしこのタイミ
ングは既出力のパルスと未出力のパルスから作られるの
で現実には検出できない。そこで偏心誤差補正装置6は
真のタイミングから一定の遅延時間Tだけ遅れたタイミ
ングを求めて平均パルス30を発生させ、真のパルスの
代わりの回転エンコード出力とする。
Description
大型回転体の回転軸に同軸的に取り付けられて該回転体
の回転角度に比例するパルス信号を出力する回転エンコ
ーダ(パルスエンコーダとも略す)に関するものであ
り、更に詳しくは、該回転エンコーダを構成する回転円
板の偏心に起因して、時間位相的に正しい出力信号が得
られないとき、これを補正した出力信号を作成して出力
する回転エンコーダの偏心誤差補正装置に関するもので
ある。
もしくは相当部分を示す。
軸に同軸的にパルスエンコーダを取り付け、該回転体の
回転に応じてパルスエンコーダから出力されるパルス列
から前記回転体の回転数や回転速度を知り、それに従っ
て回転体の回転を制御することが行われている。回転体
が発電機の回転子である場合には、パルスエンコーダの
出力を用いて回転子の回転を制御することになるので、
結局発電機からの出力電圧や出力電流を制御することに
なる。
理説明のための概念図である。同図において、1は回転
円板、cはその回転中心、2a〜2fはそれぞれ突起、
3a,3bはそれぞれピックアップ(パルスセンサとも
いう)である。突起2aと2bは、回転中心cから見て
相互に角度180度だけ離れた位置にある(換言すれ
ば、突起2aと回転中心cと突起2bは一直線上に存在
する)。突起2cと2dの組についても、また突起2e
と2fの組についても、全く同様である。ピックアップ
3a,3bは円板1から離れた或る固定位置にあるわけ
であるが、その相対配置は、やはりピックアップ3a,
回転中心c,ピックアップ3bが一直線上に揃うように
配置されている。
付けられ、中心cを回転中心として回転すると、突起2
a〜2fは順次、ピックアップ3a,3bの近傍を通過
し、ピックアップ3a,3bはそれを検出する都度、パ
ルスを出力する。ピックアップと突起の関係は、突起が
磁石でピックアップがコイルであってもよく、或いは突
起が光の反射体でありピックアップが光電変換素子であ
って、突起がピックアップに接近したとき、或る光源か
らの光を反射してピックアップに入射するような構成で
あってもよい。
と、突起2cがピックアップ3aに接近してピックアッ
プ3aがパルスを出力するとき、その同じタイミングに
おいて、突起2dがピックアップ3bに接近してピック
アップ3bもパルスを出力する。突起2aと2bの組,
突起2eと2fの組についても全く同様である。このよ
うにして、ピックアップ3aと3bは同じタイミングで
パルスを出力しており、このパルス列から回転体の回転
速度,回転数などを知ることができる。
板の回転中心が偏心していると問題が生じる。図9はパ
ルスエンコーダにおける回転中心の偏心状況を示す説明
図である。同図に見られるように、円板1の物理的中心
がcであるにもかかわらず、何らかの理由で偏心が発生
し、実際の回転中心c′が偏心を起こして円板中心cか
らずれたとする。このずれた範囲5がふれ回りを起こす
範囲である。
3bが出力するパルスのタイミング図である。円板1が
偏心を起こしておらず、その回転中心c′が物理的中心
cと一致しているときには、ピックアップ3aが出力す
るパルスaのタイミングと、ピックアップ3bが出力す
るパルスbのタイミングは、図10(イ)に見られるよ
うに全く一致しており問題はない。
的中心cよりずれていると、そのずれ具合により、ピッ
クアップ3bが出力するパルスbの方がピックアップ3
aが出力するパルスaよりも、図10(ロ)に見られる
ように時間Δtだけ先行したり、或いは図10(ハ)に
見られるように時間Δtだけ遅れたりする。このよう
に、ピックアップ3aから出力されるパルスとピックア
ップ3bから出力されるパルスとは、回転円板に偏心が
なければタイミング的に一致するのに、偏心があるが故
に時間的にずれてしまい、どちらのパルスを採用しても
タイミング的に正確なものとはいえなくなる。すなわ
ち、回転体が一定角速度で回転している場合を考える
と、偏心がなければピックアップ3a(又は3b)から
出力されるパルスは一定間隔を置いて常に同じタイミン
グで出力されるのに偏心があると、ピックアップ3aと
3bの何れの出力パルスを見ても遅れ,進みがあり、回
転体が一定角速度で回転している状況を表わすことがで
きない。
になる特開平1−113614号において、ピックアッ
プ3aから出力されるパルスとピックアップ3bから出
力されるパルスとの丁度中間に位置するパルスに相当す
るパルスを人為的に作り出し、真に相当するパルスとし
て出力する装置が提案されている。
の装置では、軸の1次回転振動(1サイクル/回転)に
基づく偏心誤差しか補正できず、例えば現代制御理論に
基づく軸の高次の振動も考慮した発電機の高精度の制御
には適用ができないという問題が残っている。そこで本
発明は軸の高次の回転振動(多サイクル/回転)の偏心
誤差も補正でき、軸の高精度の回転角検出ができるよう
な回転エンコーダの偏心誤差補正装置を提供することを
課題とする。
めに、請求項1の偏心誤差補正装置は、偏心して回転し
得る回転円板(1など)の回転に伴い前記回転円板の円
周上に等間隔に設けられた位置識別子(突起2a,2
b,・・・など)が近傍を通過することを検出して位置
検出信号(ピックアップ出力パルス20など)を発生す
る3つ以上の(ピックアップ3−1,3−2,3−3な
ど)を、回転円板の周辺近傍の固定位置に、回転円板の
中心から見てほぼ等間隔に、かつ回転円板の偏心が無い
とき各検出器の発生する前記位置検出信号(21,2
2,23など)の位相が一致するように配置し、且つ前
記位置識別子の総数を検出器の総数の整数倍とし、前記
の各検出器から、回転円板の偏心に起因し、位相のずれ
(位相差時間t 1 ,t2 ,t3 )を生じて出力された
位置検出信号から偏心誤差補正後の位置検出信号(平均
パルス出力30など、以下補正位置検出信号という)を
生成し、回転エンコード出力とする回転エンコーダの偏
心誤差補正装置(6など)であって、前記検出器ごと1
つづつの位置検出信号の発生後の経過時間の平均値
((T+t1 )/3+(T+t2 )/3+(T+t3 )
/3)が1つの検出器から出力される位置検出信号の周
期より小さい所定の遅延時間(T)に一致した時点(平
均パルス位置33など)に前記補正位置検出信号を出力
するものとする。
請求項1に記載の偏心誤差補正装置は、前記補正位置検
出信号の出力ごとにリセットされ、前記検出器ごと1つ
づつの位置検出信号の発生のつど、この発生数(ピック
アップ出力パルス到来数N)に計時用の所定の原クロッ
ク周波数(fc )を前記検出器の総数(n)で除してな
るクロック周波数(fc /n)を乗じた周波数(fc ×
N/n)の可変クロック(43aなど)を生成する周波
数逓倍手段(ラッチ41,加算器42,プログラマブル
カウンタ43など)と、同じく前記補正位置検出信号の
出力ごとにリセットされ、前記周波数逓倍手段によって
順次周波数が逓倍される前記可変クロックを計数積算
し、この積算値(総クロック数31など)が前記の原ク
ロック周波数と遅延時間(T)との積(f c ×T)に一
致した時点に前記補正位置検出信号を出力する手段(f
c ×Tカウンタ44,モノステーブルFF45など)と
を備えたものであるようにする。
請求項1に記載の偏心誤差補正装置は、計時用の所定の
原クロック周波数(fc )の各パルスを、所定の順番を
附した前記の全ての検出器に、その順番に1対1に、か
つ検出器の順番の末尾が先頭に続くようにサイクリック
に割当てる手段(1/nカウンタ51,デコーダ52な
ど)と、前記補正位置検出信号の出力ごとにリセットさ
れ、前記検出器ごと1つづつの位置検出信号の発生後、
夫々、当該の検出器に割当てられた原クロック周波数の
各パルスを有効とする手段(ラッチ41,ANDゲート
61〜63など)と、同じく前記補正位置検出信号の出
力ごとにリセットされ、原クロック周波数の前記のよう
に有効とされたパルスのみを計数積算し、この積算値が
前記の原クロック周波数と遅延時間との積(fc ×T)
に一致した時点に前記補正位置検出信号を出力する手段
(ORゲート53,fc ×Tカウンタ44,モノステー
ブルFF45など)とを備えたものであるようにする。
エンコーダの回転円板の周縁に対向する固定位置に周縁
に沿いほぼ等間隔に、かつ回転円板に偏心がないときは
各ピックアップの出力パルスの位相が一致するように3
個以上のピックアップを設け、回転円板の偏心に起因し
この各ピックアップから出力される位相のずれたパルス
の平均のタイミングを真のパルスのタイミングとする。
3個とした場合における、一次振動の偏心軸に取付けら
れた回転エンコーダの円板の回転角θとピックアップの
検出する回転角度誤差Δθの関係の例を示す。このよう
に検出角度誤差Δθは恰も3相交流のようになるが、3
つのピックアップの角度誤差の平均値は0となることが
判る。
も最も早く検出された既発生のピックアップ出力パルス
と最も遅く検出される未発生のピックアップ出力パルス
との中間にあり、概念上は存在しても現実には検出でき
ない。このため、この真の平均のタイミングから一定の
遅延時間T(但し1つのピックアップの出力パルスの周
期より充分短い時間とする)だけ遅れ、かつ最も遅く検
出されるピックアップ出力パルスの発生後となる時点に
回転エンコード出力としてのパルスを発生させ、真の平
均タイミングのパルスの代わりとする。
体の構成図である。本発明においては、回転円板1の円
周に沿いほぼ等間隔に3つ以上のピックアップを設けて
パルス平均化の効果を高めるようにする。この例では3
(3−1,3−2,3−3)の3つのピックアップを設
けた例を示す。回転円板1の円周上に設けられた突起2
a,2b,・・・は等間隔に配置され、円板中心cと回
転中心c′が一致している場合、各ピックアップ3−
1,3−2,3−3からは常に同位相のピックアップ出
力パルス20(21,22,23)が発生するように構
成されている。偏心誤差補正装置6は、円板中心cと回
転中心c′との不一致に起因する位相のずれたピックア
ップ出力パルス21〜23の平均タイミング(真のパル
ス位置)から一定の遅延時間Tだけ遅れたパルス(平均
パルス出力という)30を生成し出力する。
である。図3において、真のパルス位置32に対する各
ピックアップ3−1,3−2,3−3の夫々の出力パル
ス21,22,23の時間差(位相差時間という)tを
t1 ,t2 ,t3 (但しこの例ではt1 ,t3 >0,t
2 <0)とすると、次式(1)の関係にある。
23の到来時間差(位相差時間)の合計が0となる時点
が真のパルス位置32となる。そして偏心誤差補正装置
6は、真のパルス位置32から一定の遅延時間Tだけ遅
れた位置33に平均パルス出力30を発生する。但し、
遅延時間Tは1つのピックアップからの出力パルス周期
より充分小さいものとする。
形できる。
ス21,22,23の発生後の経過時間(T+t1 ),
(T+t2 ),(T+t3 )の平均が遅延時間Tである
ような位置が平均パルス位置33であることを示し、さ
らに換言すればこの2(式)は各ピックアップ3−1,
〜3−3のチャンネルごとに、パルス到来後の経過時間
を1/3の時計進度でカウントしたとき、その計数値の
和が遅延時間Tに一致した点が、真のパルス位置32か
らT時間遅れの平均パルス位置33となることを表わし
ている。
ロック周波数fc を乗じ、かつピックアップ3を3個
(3チャンネル)から一般にnチャンネルとして(2)
式を書換えると下記(3)式が得られる。
状図形Fの面積は(3)式の左辺の値、すなわちピック
アップ出力パルス21,22,・・・2nの発生後の平
均パルス位置33までの経過時間(T+t1 ),(T+
t2 ),・・・(T+tn )の各々とクロック分周周波
数fc /nとの積であるクロック計数値の総和(総クロ
ック数)31を示しており、この総クロック数31の値
は(3)式の右辺の値T×fc に等しい。
ス30を出力する本発明の第1の実施例としての偏心誤
差補正装置6の構成を示すブロック回路図である。この
図5において、ラッチ41はピックアップ出力パルス2
1,22,・・・2nのパルスエッジの到来時、到来し
た各パルスを保持し、その保持ごとに1本づつ出力信号
としてのパルスラッチ出力81〜8nを有効化する。加
算器42はラッチ41の有効な出力本数を加算し、この
加算値としてのピックアップ出力パルスの到来数Nを出
力してプログラマブルカウンタ43にプログラム入力と
して与える。クロック周波数fc を原入力のクロックと
するプログラム可能な分周カウンタとしてのプログラマ
ブルカウンタ43は、与えられたピックアップパルス到
来数Nの値に応じてクロック周波数fc を分周してなる
周波数fc ×N/nの可変クロック43aを出力する。
fc ×Tカウンタ44はこの可変クロック43aを計数
し、この計数値がfc ×Tに達するとカウントアップ信
号44aを出力し、モノステーブルフリップフロップ
(フリップフロップをFFとも略記する)45に与え
る。モノステーブルFF45はカウントアップ信号44
aの入力後、一定時間、Hレベルの出力信号としての平
均パルス出力30を発生する。この平均パルス出力30
はラッチ41,fc ×Tカウンタ44にも与えられてこ
れらをリセットする。
21〜2nについて、再び上記と同様な動作が繰返され
る。この図5の回路では実際上、プログラマブルカウン
タ43の応答速度の制限からクロック周波数fc を高め
ることが難しく、ピックアップ3の個数を増加させ、よ
り高精度の回転角度測定を行うことが難しい。
施例としての偏心誤差補正装置6の回路構成を示す。図
6においては図5の加算器42,プログラマブルカウン
タ43に代わり、1/nカウンタ51、デコーダ52、
ANDゲート61,62,63,・・・、ORゲート5
3が用いられている。但し、図6のfc ×Tカウンタ4
4はカウンタイネーブル信号90の入力期間のみクロッ
クfc を計数する。
である。次に図7を参照しつつ図6の動作を説明する。
1/nカウンタはクロック周波数fc を1/nに分周す
るカウンタで、この周波数fc を計数し、n(=ピック
アップ3の総個数)をカウントアップ値とする形で、1
からnまでの計数を繰返し、その計数値をfc /nコー
ドとして出力する。
し、fc /nの周波数で、かつ1周期中の1/n期間づ
つ順番にHレベルであるような、位相が順にずれた信号
としてのfc /nクロック位相信号71,72,73,
・・・を出力し、夫々ANDゲート61,62,63,
・・・に与える。一方、各ANDゲート61,62,6
3,・・・6n(但し6nは図外)にはピックアップパ
ルス21,22,23,・・・2nの到来時、夫々を保
持してHレベルとして出力する信号(パルスラッチ出
力)81,82,83,・・・8nが与えられる。従っ
て、ANDゲート61,62,63,・・・は夫々ピッ
クアップパルス21,22,23,・・・の到来後、f
c /nクロック位相信号71,72,73,・・・がH
レベルの期間のみ、Hレベルの信号61a,62a,6
3a,・・・を出力し、ORゲート53は入力信号61
a,62a,63a,・・・の何れかがHレベルである
期間、Hレベルであるようなカウンタイネーブル信号9
0を出力する。これによりfc ×Tカウンタ44はカウ
ンタイネーブル信号90がHレベルである期間のみクロ
ックfc を計数し、この計数値がfc ×Tに達するとカ
ウントアップ信号44aを出力する。
る、例えば(T+t1 )×fc /nの値を計数する際、
クロックfc を分周することなくそのまま計数する代わ
りに、fc /nクロック位相信号71で割当てられた
(T+t1 )/nに相当する期間のみ計数することと
し、この(T1 +t1 )/nの期間を時分割で作ってい
ることになる。
板1の突起2の通過を検出するピックアップ3を3個以
上とし、ピックアップ出力パルスの真の平均のタイミン
グ位置から一定の遅延時間Tだけ遅れた位置33に回転
円板1の偏心を補正した回転エンコード出力としての平
均パルス出力30を生成出力するようにしたので、次の
ような効果を得ることができる。
偏心誤差はキャンセルできる。 (2)回転エンコーダのピッチ誤差、又はピックアップ
(パルスセンサ)の設置誤差により生じる測定誤差は、
一ケ所に対し平均化され1/nとなる。 (3)回転エンコーダ自身が巨大で動的歪みの発生する
ものでも、パルスセンサの総数nを増せば、同様に平均
化の効果が得られる。
周波数fc を可変分周するプログラマブルカウンタ43
を用い、ピックアップ出力パルスの到来ごとに、このプ
ログラマブルカウンタ43からこの到来数Nに比例した
周波数fc ×N/n(nはピックアップの総数)の可変
クロック43aを出力させ、fc ×Tカウンタ44にこ
の可変クロック43aを計数させて平均パルス出力30
を発生させるようにしたので、ピックアップの多チャン
ネル化ができるほか、入力チャンネル数の多くない回路
においてプログラマブルカウンタの分周でクロック周波
数を可変できるので、回路を小型化することができる。
周波数fc を1/nに分周するカウンタ51とこのカウ
ンタ出力をデコードするデコーダ52によりクロック周
波数fc の各パルスを各ピックアップに割付け、ピック
アップ出力パルス到来後の経過時間をfc ×Tカウンタ
44を介しこの割付けパルスの計数によって、つまりク
ロック周波数fc の時分割の計数によって計時し、平均
パルス出力を得るようにしたので、3チャンネル以上の
ピックアップ出力パルスの検出チャンネルを容易に得る
ことができるほか、この検出チャンネル数の多い偏心誤
差補正装置の回路において、高周波クロックでカスケー
ド接続の困難なプログラマブルカウンタを使用しないた
め回路設計が容易にできる。
図
角度誤差との関係の例を示す図
装置の出力する平均パルスとの関係を示すタイムチャー
ト
ャート
路図
路図
ミング図
出力パルス 30 平均パルス出力 31 総クロック数 32 真のパルス位置 33 平均パルス位置 T 遅延時間 fc クロック周波数(クロック) t(t1 ,t2 ,t3 ) 位相差時間 41 ラッチ 42 加算器 43 プログラマブルカウンタ 43a 可変クロック 44 fc ×Tカウンタ 45 モノステーブルFF N ピックアップ出力パルス到来数 n 検出器の総数 51 1/nカウンタ 52 デコーダ 53 ORゲート 61,62,63,・・・ ANDゲート 71,72,73,・・・7n fc /nクロック位
相信号 81,82,83,・・・8n パルスラッチ出力 90 カウンタイネーブル信号
Claims (3)
- 【請求項1】偏心して回転し得る回転円板の回転に伴い
前記回転円板の円周上に等間隔に設けられた位置識別子
が近傍を通過することを検出して位置検出信号を発生す
る3つ以上の検出器を、回転円板の周辺近傍の固定位置
に、回転円板の中心から見てほぼ等間隔に、かつ回転円
板の偏心が無いとき各検出器の発生する前記位置検出信
号の位相が一致するように配置し、 且つ前記位置識別子の総数を検出器の総数の整数倍と
し、前記の各検出器から、回転板の偏心に起因し、位相
のずれを生じて出力された位置検出信号から偏心誤差補
正後の位置検出信号(以下補正位置検出信号という)を
生成し、回転エンコード出力とする回転エンコーダの偏
心誤差補正装置であって、 前記検出器ごと1つづつの位置検出信号の発生後の経過
時間の平均値が1つの検出器から出力される位置検出信
号の周期より小さい所定の遅延時間に一致した時点に前
記補正位置検出信号を出力することを特徴とする回転エ
ンコーダの偏心誤差補正装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の偏心誤差補正装置は、 前記補正位置検出信号の出力ごとにリセットされ、前記
検出器ごと1つづつの位置検出信号の発生のつど、この
発生数に計時用の所定の原クロック周波数を前記検出器
の総数で除してなるクロック周波数を乗じた周波数の可
変クロックを生成する周波数逓倍手段と、 同じく前記補正位置検出信号の出力ごとにリセットさ
れ、前記周波数逓倍手段によって順次周波数が逓倍され
る前記可変クロックを計数積算し、この積算値が前記の
原クロック周波数と遅延時間との積に一致した時点に前
記補正位置検出信号を出力する手段とを備えたものであ
ることを特徴とする回転エンコーダの偏心誤差補正装
置。 - 【請求項3】請求項1に記載の偏心誤差補正装置は、 計時用の所定の原クロック周波数の各パルスを、所定の
順番を附した前記の全ての検出器に、その順番に1対1
に、かつ検出器の順番の末尾が先頭に続くようにサイク
リックに割当てる手段と、 前記補正位置検出信号の出力ごとにリセットされ、前記
検出器ごと1つづつの位置検出信号の発生後、夫々、当
該の検出器に割当てられた原クロック周波数の各パルス
を有効とする手段と、 同じく前記補正位置検出信号の出力ごとにリセットさ
れ、原クロック周波数の前記のように有効とされたパル
スのみを計数積算し、この積算値が前記の原クロック周
波数と遅延時間との積に一致した時点に前記補正位置検
出信号を出力する手段とを備えたものであることを特徴
とする回転エンコーダの偏心誤差補正装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19509494A JP3166496B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 回転エンコーダの偏心誤差補正装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19509494A JP3166496B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 回転エンコーダの偏心誤差補正装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0861979A true JPH0861979A (ja) | 1996-03-08 |
JP3166496B2 JP3166496B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=16335434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19509494A Expired - Lifetime JP3166496B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 回転エンコーダの偏心誤差補正装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3166496B2 (ja) |
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- 1994-08-19 JP JP19509494A patent/JP3166496B2/ja not_active Expired - Lifetime
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