JPS58193410A - 角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回動する物体の回動角度を検出する角度検出装
置に係り、特にインクリメント形角度検出器を用いたも
のに好適な角度検出装置に関する。

角度検出器としては従来゛からインクリメント形とアブ
ソリュート形のものが用いられている。以下、インクリ
メント形角度検出器とアブソリュート形角度検出器の概
略を説明する。

第１図は光学式インクリメント形角度検出器の検出部の
概略構成を示す斜視図である。

図で、１は角度検出の対象となる回動する物体と直接又
は間接的に結合された回転軸、２は回転軸１に取付けら
れた不透明の回転円板、３は回転円板２の川縁に等間隔
に設けられた複数のスリット、４は径方向の長さをスリ
ット３よりも長くして設けられた１個の基準スリットで
ある。５は回転円板２の後方にこれと対向して設けられ
た不透明の遮光板、６は遮光板５上において回転円板２
０基準スリツト４と対向する位置に設けられた第１のス
リット、７は遮光板５上の第１のスリット６の一方側に
回転円板２のスリット３と対向して設けられた第２のス
リット、８は遮光板５上の第１のスリット６の他方側に
回転円板２のスリット３と対向して設けられた第３のス
リットであるＯ第３のスリット８は第２のスリット７に
対してスリット３との関係において１／４だけ位相をず
らして配置される。９α、９ｂ、９ｃはそれぞれ遮光板
５上の第１のスリット６、Ｉ２のスリット７、＃Ｉ！３
のスリット８と対向して設けられた発光ダイオードであ
り、各発光ダイオード９α、９ｂ、９Ｃの光は遮光板５
により散乱することなく対応するスリットを通り抜けて
回転円板２のスリット３．４に到達スル。１０ａ、１０
ｂ、１０ｃ４ｊそれぞれ回転円板２上の基準スリット４
、基準スリット４の一力側のスリット３、および他方値
のスリット３と対向して設けられたフォトトランジスタ
であり、発光ダイオード９α＃　９　ｂ＊　９　ｃの光
が各スリットを通過してフォトトランジスタ１０Ｇ。

１０ｂ、ｌＱｃに達すると、受光したフォトトランジス
タは高レベル信号を出方し、遮光された状態では低レベ
ル信号を出方する。

Ｉ１１図に示すインクリメント形角度検出器を用いた角
度検出動作の概略を１２図の波形図を参照しながら説明
する。

例えは、物体の回動により同転円板２が時計り向Ｄ′１
に回動したとすると発光ダイオード９ｂ、９Ｃからの発
光はスリット３の存在により７オ））ランジスタ１０ｂ
、１０ｃに間欠的に受光される。

即ち、発光ダイオード９ｂの光を受光するフォトトラン
ジスタ１０ｂは１１１！２図（α）の曲１１Ａで示すパ
ルスを発生する。なお、Ｉ１２図（α）乃至（Ｃ）では
横軸に時間ｔを、縦軸に電圧■をとっである。一方、発
光ダイオード９ｃの光を受光するフォトトランジスタ１
０ｃは、遮光板５上のＩ１３のスリット８がＩ２のスリ
ット７に対してスリット３との関係で１／４λだけ位相
をずらされているため、ｔＪｓｚ図（ｋｌ）の曲線Ｂで
示すように曲線＾に比較して１／４λ位相の遅れたパル
スを発生する。回転円板２が回転し、その基準スリット
４が遮光板５上の第１のスリット６と一致する位置を通
過すると発光ダイオード９ａの光はフォトトランジスタ
１０αに達し、７オ）シランジスタ１０αはＩｓ２図（
Ｃ）の曲線０に示すパルスを発生する。今、曲ｉＡのパ
ルスをＡ相信号、曲線ＢのパルスをＢ相信号、曲線ｏ　
　　＋ｆのパルスをＯ相信号と称することとする。以上
の説明および第２図（Ｉｓ）　、　Ｃｂ＞に示す曲線＾
、Ｂがら明らかなように、回転円板２の時計方向り、の
回転によるＡ相信号とＢ相信号の各パルスの発生状部は
、必らずＡ相信号のパルスの立上りから１／４λ遅れて
Ｂ相信号のパルスが立上る状態となる。

一方、回転円板２が反時計方向ＤＩに回動したとすると
、この場合は轄２図（１１）乃至（Ｃ）とは逆に時間ｔ
が右から左へ経過する状態と同じ状態となるので、人相
信号とＢ相信号の各パルスの勤先状態は、必らずＡ相信
号のパルスの立上りからｌ／４．λ　連れてＢ相信号の
パルスが立下がる状態となる。

このことから、Ａ相信号のパルスの立上りを基準として
Ｂ相信号のパルスの変化の状態を検出すれば、同転円板
２０回転力方向検出することができることとなる。そし
て、基準スリット４の位置を基準として、回転円板２の
時計方向り、の回転の場合には例えばスリット３の通過
によるパルスの数を加算するようにし、反時計方向ＤＩ
の回転の場合には減算するようにすれば、回動角度を検
出することが可能となる。このパルスによる加算および
減算は、時計方向Ｄ１０回転の場合Ｂ相信号のノ（ルス
の立上りで加算し、反時計方向り、の同転の場合Ｂ相信
号のパルスの立下りで減算すれば、（ロ）転方向の検出
と同時にパルスの加減算を行うことができる。もし、ス
リット３が回転円板２の円周上に１０２４個設けられて
いるとすれば、隣接するスリット間は約０．３Ｓ度の角
度になり、１パルスも約０．３５度に相当することとな
る。したがって、パルスのカウントの結果が［−２００
Ｊであれば、回動体の回動角度は基準位置から反時計方
向り、へ約７０度回動したことになる。

餉２図（Ｃ）に示すＯ相信号は、齢紀パルスの加算、減
算の誤りを補正するための信号である。即ち、パルスの
加算、減算は回転円板２０回動に応じて行われるが、ノ
イズその他の原因により必ずしも正確に行われずミスカ
ウントを生ずることがある。

しかしながら、回転円板２が基準位置にある一関は遮光
板５のｌｐＨのスリット６と回転円板２０基準スリツト
４とは必ず一致してフォトトランジスタｌＱａは０相信
号を発生する。したがって、０相信号を利用してパルス
計数の結果な０にしてやればミスカウントの累積による
大きな誤差発生を防止することができる。例えば、回転
円板２０時計方向り、の回転では０相信号のパルスの立
上りで、又、反時計方向ｒ鵞の回転ではパルスの立下り
で計数結果を０にクリヤすればよい。

以上のようなインクリメント形角質検出器は、検出素子
であるフォトトランジスタの数が３個ですむので、検出
部の構造が簡単、小型となり、又、故障の発生も極めて
少ないという特徴を有する。

しかし、その反面、角度の検出を、基準位置から何個の
パルスを発生したかを計数することにより行つ１７）で
、一度電源を切断すると、切断時点での絶対角険が判ら
なくなり、次に角度を検出するためには、わざわざ角度
検出の対象となる物体を基準位置まで回動させなければ
ならないという面倒な手数を娶する。そして、このこと
は、対象となる物体が大きなもの、例えば油圧シ冒ペル
のフロント機構のようなものである場合、側底無視し去
ることのできない重大な欠点となるのは明らかである。

さらに、インクリメント形角度検出器を用いた従来の角
度検出動作にあっては、角度検出器と、前記Ａ相、Ｂ相
、０相信号によりパルスの計数および計数の補正を行う
カウンタ回路とは間隔を置いて設置されることが多く、
このため両者を接続する配線がノイズを拾ってミスカウ
ントを生じるという欠点があった。特に、前述の油圧シ
瀾ベルのような作業機械の制御装置ではフロント機構等
の駆動部分に取付けられた角度検出器からの角度信号罠
基づいて、運転席に設けられた制御装置のカウンタ回路
で角度を計数して会費な制御信号を得るようになってお
り、この場合、角度検出器と制−装置内のカウンタ回路
との間の配線は必然的に長くなり、前記ミスカウントの
発生は極めて多かった。

次に、もう−・つの角度検出器であるアブソリュート形
角度検出器について説明する。

第３図は光学式アブソリュート形角度検出器の検出部の
概略構成を示す斜視図である。

図で１１は角度検出の対象となる同動物体と結合された
回転軸、１２は回転軸ｌに取付けられた不透明の回転円
板、１３１〜１３ｎは回転円板２の円周に沿って順次層
状に配列されたスリットである。スリット１３凰〜１３
ｎの配列は、例えは、回転円板２の最外周に等間隔に配
列されたスリット１３、に対し、Ｚ＠目の−１に配列さ
れたスリット１３鵞の繰返し一波数は前者の１／２、ｓ
番目の鳩上のスリット１３畠の一波数はスリット１３雪
の一波数のさらにｌ／２、というように、所定の関連を
有する配列となっている。１４は回転円板２の後方にこ
れと対向して設けられた不透明の遮光板、１５１〜１５
ｎは遮光板１４上において回転円板２上の各層のスリッ
ト１３１〜１３．と対向する位置に設けられたスリット
、１６１〜１６ｎはスリット１５１〜１５ｎに対向して
設けられた発光ダイオード１１７１〜１７ｎはスリット
１３ｔ〜１３ｎのそれぞれの層に対向して設けられたフ
ォトトランジスタである。フォトトランジスタ１７１〜
１７ｎは各スリットを１過した発光ダイオードからの発
光が到達すると高レベル信号を出力し、遮光された状態
では低レベル信号を出力する。

＃！３図に示すアブソリュート形角度検出器な用いた角
度検出動作の概略を絹４図の波形図を参照しながら説明
する。

物体の囲動により回転円板２が回動すると発光ダイオー
ド１６１〜１６ｎからの発光はスリット１３゜〜１３ｎ
の存在によりフォトトランジスタ１７＋〜１７ｎに間欠
的に受光される。即ち、発光ダイオード１６にの発光を
受光するフォトトランジスタ１７、はスリット１３．に
より、１１１４ｂｌＪ　（’）　Ｋ示すパルスを発生す
る。なお、第４図（α）乃至（ｅ）では横軸に時間會が
、縦軸に電圧Ｖがとっである。このようなパルスは各層
のスリット１３．〜１３ｎに応じて各フォトトランジス
タ１７１〜１７ｎに発生する。

＃Ｉ４図（ｂ）はスリット１３（ｎ−ａ）に対向したフ
ォトトランジスタ１７（ｎ−Ｓ）に発生するパルス、同
じく＃！　４　ｔｌＪ　（Ｃ）　、　（ｄ）　、　（ｅ
）はそれぞれフォトトランジスタ１７（ｎ−ａ）、１７
（Ｈ−１）　、１７Ｈに発生するパルスを示すものであ
る。そこで、同転円板１２の槙々の回動位置における各
フォトトランジスタ１７１〜１７ｎに発生するパルスの
組合せが異るように各スリツ）１３．〜１３ｎを配列し
、ておけば、そのパルスの組合せをみることにより回動
位置を特定するコトカテきる。即ち、絶対角度を検出す
ることができる。

このようなアブソリュート形角度検出器は、パルスをカ
ウントして絶対角度を算出するものではないので、１１
ｉ１源を投入しさえすればいつでも絶対角度を得ること
ができ、又、ノイズにより検出を誤ることもないという
特徴を有する。しかし、その反面、角度検出の分解能【
向上させるためＫはきわめて多くの異ったパルスの組合
せを作らねばならないので、多くのスリットを設けるた
めの回転円板を大きくシ、又、発光ダイオードとフォト
トランジスタの数も飛躍的に増大し、検出器自体が大型
になるばかりでなく、それに伴って故障の発生も増大す
るという欠点があった０ 以上述べたように、インクリメント形角度検出器とアブ
ソリュート形角度検出器にはそれぞれ相反する長所と欠
点を有する。したがって、角度検出器に双方の長所を兼
ね備えるような機能を持たせるようにすれば満足すべき
角度検出装置を得ることができることとなる。

本発明の目的は、小型で故障が少なく、シかも、角度検
出開始時に基準位置合わせなすることなく絶対角度を得
ることができ、ノイズによるミスカウントをも防止する
ことができる角度検出装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、インクリメント形
角度検出器を用い、このインクリメント形角麿検出器か
らの信号を計数するカウンタ回路をインクリメント形角
度検出器に内蔵するか又はその近辺に配置し、かつ、角
度検出のための電源と並列に常時バックアップ電源を接
続したことを特徴とする。

以下、本発明を９５図に示す実施例に基づいて説明する
。

図で、２１は例えば油圧ショベル等の燵設機械に塔載さ
れたバッテリＳ２２はバッテリ２１に接続されて−ツテ
リ２１の電圧を角度検出器の作動　　゛に会費な電圧に
するとともにバッテリ２１の電圧の脈動をも防止する安
定化電源、２３は安定仕置＋１２２の′市川により作動
するインクリメント形角賓検出器である。インクリメン
ト形角賓検出器２３は、例えば油圧シロペルのブーム、
アーム、パケットに取付けられていてそれらの相対角度
を検出し、その検出角度に基づいて油圧シロベルの檎々
の制御、例えば掘削軌跡制御得が行われる。２４はイン
クリメント形角度検出器２３で発生したＡ相信号、ＢＩ
７ｆＩ信号、Ｏ相信号を導入してパルスの計算を行い、
これにより角度を算出するカウンタ回路である。カウン
タ回路２４からの角度信号はラインｂｏ−ｂｎからビッ
ト信号として外部へ出力される。カウンタ回路２４は集
積［ｇＬＭＩＣによりきわめて小型に構成することがで
きるので、図の点線で示すようにインクリメン゛ト形角
度検出器２３の近くの任意の個所に設置することができ
る。２５はバッテリ２１および安定化電源２２に並列に
接続されたバックアップ電源、２６はバッテリ２１が接
続されている状態ではバックアップ電源２５の作動を停
止し、バッテリ２１が接続されていない状態ではバック
アップ電ｍ２５を作動させるダイオードである。バック
アップ電１ｆ２５には、例えばリチウム曹つ素電池のよ
うに長期間の電力供給が可能であり、かつ、交換可能な
電源が用いられる。

油圧ショベルのブーム、アーム、パケットの駆動により
インクリメント形角度検出器２３からはＡ相信号、Ｂｗ
ｉ信号、Ｏ相信号が発生し、カウンタ回路２４はこの信
号に応じてパルスの加算又は減算あるいは計数の補正を
行って角度信号を出力し、制御装置はこの信号に基づい
て各種制御、例えば掘削軌跡制御を行う。

このように、本実施例では、カウンタ回路をインクリメ
ント彫角度検出器に接近させて設置したので、ノイ、ス
によるミスカウントを防止することができ、又、バック
アップ電源を設けたので、種々の原因によりバッテリが
接続されていない状態又はこれと等しい状態になっても
インクリメント形角度検出器とカウンター路には）（ツ
クアップ電源から電力が供給されるので、インクリメン
ト形角度検出器と納金した角度検出対象となる物体を一
度基準位筐に戻す動作を省略することができる。

なお、以上の説明においては、−例としてインクリメン
ト形角度検出器を油圧シ曹ペルに取付ける場合について
説明したが、油圧シ璽ペルに限定されることはなく、櫨
々の機械、装置に適用することができるのは当然である
。又、カウンタ回路をインクリメント形角度検出１１に
近接して設置する例について述べたが、カウンタ１ｇ１
ｍをインクリメント形角度検出器に内蔵することもでき
る。さらに、インクリメント形角度検出器の検出部とし
て光学式のものについて説明したが、その検出部として
は磁気的なもの略もあり、光学式のものに限ることはな
い。

以上述べたように、本発明では、カウンタ回路をインク
リメント形角度検出器の検出部の近辺に設電し、かつ、
バッタアップ電源を設けたので、角度検出装置を小型で
故障が少なくノイズによるミスカウントを防止する構成
とすることができ、さらに、角度検出開始時にも基準位
置合わせなすることなく絶対角度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

端１図はインクリメント形角度検出器の検出部の概略構
成の斜視図、鎖２図は＃１１図に示す検出部の出力信号
の波形図、請３図はアブソリニート形角変検出器の検出
部の概略構成の斜視図Ｓ＃１４図は鎖Ｓ図に示す検出部
の出力信号の波ｓ図、第１ｇは本発明の一実施例に係る
角度検出装置の１０ツク図である。 ２１・・・・・・バッテリ、２２・・・・・・安宕化電
源、２３・・・・・・インクリメント彫角度検出器、２
４・・・・・・カウンタ回路、２５・・・・・・バッタ
アップ電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 検出部を有し回動する物体の回動角質を検出するインク
   リメント形角度検出器と、この角度検出器からの信号を
   計数して前記回動角度に応じた信号を出力するカウンタ
   回路と、このカウンタ回路および前記角度検出器の電源
   とで構成された角度検出装置において、前記電源に並列
   に接続されたバックアップ電源を設けるとともに、前記
   カウンタ回路を前記角度検出器の検出部の近辺に配置し
   たことを特徴とする角度検出装置。