JPH0894386A - ロータリーエンコーダ - Google Patents

ロータリーエンコーダ

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JPH0894386A
JPH0894386A JP6226628A JP22662894A JPH0894386A JP H0894386 A JPH0894386 A JP H0894386A JP 6226628 A JP6226628 A JP 6226628A JP 22662894 A JP22662894 A JP 22662894A JP H0894386 A JPH0894386 A JP H0894386A
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Hirozo Tagami
博三 田上
Keiichi Fujikawa
恵市 冨士川
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ACサーボモータに用いるインクリメンタル
エンコーダは、従来インクリメンタル信号A,Bと基準
信号Zと3相励磁切り替え信号CS1,CS2,CS3
の各信号伝送のため6回線必要としていた。そのため量
産性が悪く、誤配線、信号線の断線も起こりやすいとい
う問題点があった。本発明はこの出力信号数を減らし、
量産性が高く信頼性の高いインクリメンタルエンコーダ
を提供することを目的とする。 【構成】 原信号を出力する原信号出力部11と原信号
をカウントするための方向弁別回路12、アップダウン
カウンタ13、初期値検出回路14とデータ出力および
データ変換のためのデータラッチ回路15、Z信号変換
回路16、パラレルシリアル変換回路17と電源ON/
OFF検出回路18により構成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回転体の回転位置を検出
するためのロータリーエンコーダに関するものであり、
特に3相ACサーボモータに組み込まれて使用されるイ
ンクリメンタルエンコーダに関するものである。
【0002】
【従来の技術】各種機械の駆動用に使われるサーボモー
タにはブラシ付きのDCサーボモータとブラシのないA
Cサーボモータ(DCブラシレスサーボモータ)があ
り、近年モータ保守の容易さからACサーボモータの需
要が増している。
【0003】サーボ系の位置検出器にもさまざまな種類
があるが、近年サーボモータに組み込まれて使用される
ロータリーエンコーダが普及している。ACサーボモー
タに組み込まれるエンコーダはインクリメンタルエンコ
ーダとアブソリュートエンコーダに大別される。インク
リメンタルエンコーダは各種機械のACサーボモータに
取付けられ広く使用されており、ACサーボ用エンコー
ダとして主流を占めている。一方、アブソリュートエン
コーダは1回転内の絶対位置が判別できるエンコーダ
で、原点復帰動作が不要なことから多関節ロボットをは
じめとする大型のロボット用サーボモータなどに普及し
ている。
【0004】以下に従来のインクリメンタルエンコーダ
について説明する。図8は従来のインクリメンタルエン
コーダの構成を示すものであり、81は発光素子、82
は回転スリット板、83は受光素子、84は波形整形回
路、85は信号伝送回路である。
【0005】出力信号は図9に示すように、回転方向が
判別できるように互いに90度位相差を有するA,B2
相の信号と、1回転1パルスの原点基準Z信号と、AC
サーボモータの相励磁切り替えのためのコミュテーショ
ン信号CS1,CS2,CS3を備えている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、出力信号の数が多いので配線の数が多いた
め量産性が悪く、機器への誤配線、信号線自身の断線も
起こりやすいという問題点があった。
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、エンコーダの出力信号数を減らし、量産性が高く信
頼性が高いインクリメンタルエンコーダを提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインクリメンタルエンコーダは、 1、互いに90度位相差を有するA,B2相のインクリ
メンタル信号と、1回転中の原点を示す基準信号Zと、
3相ACサーボモータの相励磁切り替え信号(コミュテ
ーション信号)CS1,CS2,CS3相とを出力する
原信号出力部と、 2、エンコーダ主電源のオン,オフ状態を検出する電源
ON/OFF検出回路と、 3、A,B2相の変化エッジを検出しA,B2相の位相
によりカウントアップパルスおよびダウンパルスを出力
する方向弁別回路と、 4、前記電源ON/OFF検出回路の出力によりカウン
ト初期データをプリロードし前記方向弁別回路の出力パ
ルスをカウントするアップ・ダウンカウンタと、 5、A,B2相のレベルにより前記アップ・ダウンカウ
ンタにプリロードする初期データを出力する初期値検出
回路と、 6、前記原信号出力部からのZ相およびCS1,CS
2,CS3相と前記アップ・ダウンカウンタからのデー
タをラッチするデータラッチ回路と、 7、前記原信号出力からのZ相をサンプリングしてZ相
の状態を出力するZ信号変換回路と、 8、前記データラッチ回路から出力されるカウントデー
タ,CS1,CS2,CS3相と前記Z信号変換回路か
ら出力されるデータとエンコーダの仕様状態を示すモー
ド設定値とからなるパラレルデータをシリアルデータに
変換し出力するパラレルシリアル変換回路とを備えてい
る。
【0009】
【作用】この構成によって、A,B,Z,CS1,CS
2,CS3相の信号をシリアルデータとして1回線で伝
送できるため、エンコーダからの出力信号数を減らすこ
とができ、量産性に優れた信頼性の高いロータリーエン
コーダを得ることができる。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
【0011】図1は本発明の一実施例のロータリーエン
コーダ構成図である。図1において11は原信号出力
部、12は方向弁別回路、13はアップダウンカウン
タ、14は初期値検出回路、15はデータラッチ回路、
16はZ信号変換回路、17はパラレルシリアル変換回
路、18は電源ON/OFF検出回路である。
【0012】原信号出力部11は従来のインクリメンタ
ルエンコーダと同様に図8に示す発光素子81、回転ス
リット板82、受光素子83、波形整形回路84より構
成され、出力信号の代表例としては図9のようなインク
リメンタル信号および3相励磁切り替えコミュテーショ
ン信号が出力される。
【0013】図2は方向弁別回路12の動作波形例であ
り、A相がB相より進み位相のときはアップパルスが出
力され、A相がB相より遅れ位相のときはダウンパルス
が出力される。このアップパルス、ダウンパルスはアッ
プダウンカウンタ13に入力されパルスを計数しカウン
トデータが変化する。
【0014】図3(a)は初期値検出回路14の動作波
形例、図3(b)はその回路例であり、A,B相の信号
“H”,“L”により2ビットの初期値D1,D0が出
力される。
【0015】図4(a)はアップダウンカウンタ13の
動作波形例であり、ここでは16ビットカウンタの動作
例を示す。このアップダウンカウンタは主電源ON/O
FF検出回路18の出力により、データプリロード動作
とカウント動作が切り替えられるパルスカウンタになっ
ている。
【0016】図4(b)はアップダウンカウンタ13の
全体動作波形例である。図5はパラレルシリアル変換回
路17より出力されるシリアルデータの構成例であり、
データ1フレームはスタートビット、モードビット、デ
ータビット、パリティビット、ストップビット、アイド
ルビットなどで構成される。また、データラッチ回路1
5でデータを更新するためのデータラッチ信号は図5の
ようにシリアルデータのフレームに同期して出力され
る。
【0017】図6はZ信号変換回路16の構成例であ
り、Z相レベル検出回路71、Z相通過検出回路72、
カウント変化量検出回路73、データシフト回路74よ
り構成される。
【0018】図7はZ信号変換回路16の動作説明例で
あり、図7(a)はシリアルデータの1フレームごとに
A,B,Z相出力が変化したときのZ信号変換状態を示
しており、図7(b)はシリアルデータの1フレーム内
でA,B,Z相出力が変化したときのZ信号変換状態を
示した図である。
【0019】以下、上記構成のロータリーエンコーダに
ついてその動作説明をする。まず、主電源が投入される
と原信号出力部11よりA,B,Z,CS1,CS2,
CS3信号が出力される。例えば、図4(a)の位置で
主電源ONした場合、カウント値には初期値検出回路1
4で検出した初期値“3”がデータプリロードされ、軸
がCWに回転すると方向弁別回路12からのダウンパル
スをカウントし、カウント値は3→2→1→0→655
35と変化し、以後カウンタは図4(b)のようにサイ
クリックカウンタとして動作を継続する。
【0020】次に、カウンタデータおよび原信号出力部
のZ相およびCS1,CS2,CS3信号はデータラッ
チ回路15でシリアルデータの伝送周期ごとにデータラ
ッチされる。また、Z相については前記Z相とデータラ
ッチ回路15の出力Z′相とアップダウンカウンタの値
よりZ信号変換回路16にて2ビットの状態情報Z1,
Z0に変換される。以上のカウントデータ,CS1,C
S2,CS3およびZ1,Z0はパラレルシリアル変換
回路17に入力され、図5に示す構成でシリアルデータ
として外部システムへ情報が伝達される。このシリアル
データの出力周期は制御対象モータの電気時定数の2倍
以上の速さで伝送される。また、パラレルシリアル変換
回路17に入力されるモード設定値は、エンコーダ仕様
例えばパルス数やエンコーダの種類などの情報が設定さ
れる。
【0021】このように、エンコーダ内の情報はすべて
シリアルデータとして所定時間ごとに繰り返し外部シス
テムへ転送される。
【0022】一方外部システム側では、上記シリアルデ
ータを受信し、カウントデータ、CSデータ、Z状態情
報、モード設定値などのパラレルデータに変換したの
ち、カウントデータおよびZ状態情報は位置制御用デー
タに、CSデータはモータ励磁用として使用される。
【0023】次にZ信号変換回路16について、図6,
図7を用いて動作説明をする。Z相レベル検出回路71
はシリアルデータの伝送周期ごとにZ相の“H”,
“L”を検出する回路である。
【0024】Z相通過検出回路72はシリアルデータの
伝送周期内でのZ相の変化を検出し、周期内でZ相が通
過したかどうかを検出する回路である。
【0025】カウント変化量検出回路73はシリアルデ
ータの伝送周期ごとにカウンタデータの変化量を検出す
る回路であり、変化量が所定量以下の場合、上記Z相通
過検出回路のZ相通過情報のキャンセルをする。
【0026】データシフト回路74は、上記Z相レベル
検出回路とZ相通過検出回路よりZ相状態情報Z1,Z
0信号を生成する回路である。ここでZ相状態情報2ビ
ットZ1,Z0の内、Z1は1フレーム前のZ相の
“H”,“L”またはZ相“通過あり”,“通過なし”
を“1”,“0”で示し、Z0は今のフレームでのZ相
の“H”,“L”またはZ相“通過あり”,“通過な
し”を“1”,“0”で示す。
【0027】図7(a)はZ相レベル検出回路とデータ
シフト回路の動作を示した図であり、シリアルデータの
1フレームごとにA,B,Z相出力が変化したときのZ
信号変換状態を示している。h点ではZ相が“L”のた
めデータシフト回路の出力Z1,Z0は0,0、i点で
はZ相が“H”のためZ1,Z0は0,1、j点ではZ
相が“H”のためZ1,Z0は1,1、k点ではZ相は
“L”のためZ1,Z0は1,0となる。
【0028】図7(b)はZ相通過検出回路とカウント
変化量検出回路とデータシフト回路の動作を示した図で
あり、シリアルデータの1フレーム内でA,B,Z相出
力が変化したときのZ信号変換状態を示している。m点
ではZ相通過検出回路によりZ相が通過したと検出する
がカウント変化量検出回路によりカウント値が変化して
いないため位置が元に戻ったことになり、よって“通
過”情報はキャンセルされZ1,Z0は0,0となる。
一方q点ではZ相通過検出回路によりZ相が通過したと
検出し、またカウント変化量検出回路ではカウント値が
変化しているため“通過”情報はキャンセルせずにZ
1,Z0は0,1となる。
【0029】ここでZ相が通過したときはカウント変化
量は必ず3以上であるため、変化量検出回路の判定はカ
ウント変化量2以下はキャンセル、変化量3以上はキャ
ンセルなしとなる。
【0030】このようにZ相状態情報を2ビットにし、
かつ現在のフレームと1つ前のフレームの2フレームの
状態を情報化することにより、ノイズなどによるデータ
抜けに対しても前・後のシリアルデータで情報の判別が
できる。
【0031】以上のような構成により、カウントデータ
やコミュテーションデータ、Z情報などをシリアル伝送
することにより信号数を1回線にでき、機器の配線工数
の削減や信号線の断線に対して信頼性を向上させること
ができる。また、A,B相のカウントデータおよびZ相
情報を2ビットで伝送することにより、上位システムと
の間にてシリアルデータが外来ノイズにより受信ミスに
なっても次のデータを正常受信すれば正規の情報が得ら
れるため、信頼性の高い省配線システムが構築できる。
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明は、A,B,Z,C
S1,CS2,CS3信号をシリアルデータとしてデー
タ伝送することにより、従来14本必要としていた信号
線の数を4本にまで削減することができ、量産性の向上
と信頼性の高いロータリーエンコーダを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるロータリーエンコー
ダ構成図
【図2】本発明の一実施例における方向弁別回路の動作
波形説明図
【図3】(a)本発明の一実施例における初期値検出回
路の動作波形説明図 (b)本発明の一実施例における初期値検出回路の動作
回路説明図
【図4】(a)本発明の一実施例におけるアップダウン
カウンタの動作波形説明図 (b)本発明の一実施例におけるアップダウンカウンタ
の全体動作波形説明図
【図5】本発明の一実施例におけるシリアルデータ構成
【図6】本発明の一実施例におけるZ信号変換回路の構
成図
【図7】本発明の一実施例におけるZ信号変換回路の動
作説明図
【図8】従来のロータリーエンコーダ構成図
【図9】従来のロータリーエンコーダ動作波形図
【符号の説明】
11 原信号出力部 12 方向弁別回路 13 アップダウンカウンタ 14 初期値検出回路 15 データラッチ回路 16 Z信号変換回路 17 パラレルシリアル変換回路 18 電源ON/OFF検出回路 61,71 Z相レベル検出回路 62,72 Z相通過検出回路 63,73 カウント変化量検出回路 64,74 データシフト回路 81 発光素子 82 回転スリット板 83 受光素子 84 波形整形回路 85 信号伝送回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01D 5/36 G H02P 6/16

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに90度位相差を有するA,B2相
    のインクリメンタル信号と、1回転中の原点を示す基準
    信号Zと、3相ACサーボモータの相励磁切り替え信号
    (コミュテーション信号)CS1,CS2,CS3相と
    を出力する原信号出力部と、エンコーダ主電源のオン,
    オフ状態を検出する電源ON/OFF検出回路と、A,
    B2相の変化エッジを検出しA,B2相の位相によりカ
    ウントアップパルスおよびダウンパルスを出力する方向
    弁別回路と、前記電源ON/OFF検出回路の出力によ
    りカウント初期データをプリロードし前記方向弁別回路
    の出力パルスをカウントするアップ・ダウンカウンタ
    と、A,B2相のレベルにより前記アップ・ダウンカウ
    ンタにプリロードする初期データを出力する初期値検出
    回路と、前記原信号出力部からのZ相およびCS1,C
    S2,CS3相と前記アップ・ダウンカウンタからのデ
    ータをラッチするデータラッチ回路と、前記原信号出力
    からのZ相をサンプリングしてZ相の状態を出力するZ
    信号変換回路と、前記データラッチ回路から出力される
    カウントデータ,CS1,CS2,CS3相と前記Z信
    号変換回路から出力されるデータとエンコーダの仕様状
    態を示すモード設定値とからなるパラレルデータをシリ
    アルデータに変換し出力するパラレルシリアル変換回路
    とを備えたロータリーエンコーダ。
  2. 【請求項2】 シリアルデータの周期に同期してZ相の
    状態を検出するZ相レベル検出回路と、シリアルデータ
    の周期内での原信号出力部のZ相の状態を検出するZ相
    通過検出回路と、シリアルデータの周期ごとのアップ・
    ダウンカウンタの変化量を検出し変化量が設定値以下の
    場合は前記Z相通過検出回路の通過情報をキャンセルす
    るカウント変化量検出回路と、前記Z相レベル検出回路
    とZ相通過検出回路よりZ相の状態情報を2ビットで出
    力するデータシフト回路からなるZ信号変換回路を備え
    た請求項1記載のロータリーエンコーダ。
  3. 【請求項3】 Z相の状態情報2ビットはシリアルデー
    タの現在の周期で検出したZ相の状態0/1と1つ前の
    周期で検出した状態0/1より構成されている請求項
    1、又は請求項2記載のロータリーエンコーダ。
  4. 【請求項4】 カウント変化量が2以下の場合はZ相通
    過情報をキャンセルするようにしたカウント変化量検出
    回路を備えた請求項1、又は請求項2記載のロータリー
    エンコーダ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2346441A (en) * 1998-05-13 2000-08-09 Hohner Automation Ltd Incremental optical encoder with absolute output and serial communication system
JP2001034309A (ja) * 1999-07-23 2001-02-09 Mitsubishi Electric Corp 位置決めコントローラ操作用周辺操作機器および位置決めコントローラ

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