JPS58214811A - 増分形デイジタル変換器 - 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】 発明の属する技術分野 本発明は２つの反対方向に移動可能な物体の位置と方向
とを示す２つの位相がずれた、パルス発生器の位置信号
を、位置のディジタル量に変換する増分形ディジタル変
換器であって、可逆位置計数器を有し、また第１および
第２の位置信号から位置計数器の計数方向を定める方向
信号と位置計数器で計数するクロックパルスとを導出す
る信号発生器を有し、信号発生器は位置信号のそれぞれ
の縁部からクロックパルスを誘導する縁部検出器と方向
弁別器とを有し、方向信号を発生するために方向弁別器
に一方で縁部検出器のクロックパルスを供給しかつ他方
では第１および第２の位置信号を供給するようにし、ま
た方向弁別器は第１の位置信号が供給され−る第１のフ
リップフロップ回路を有する増分形ディジタル変換器に
関する。

公知技術の説明 通常の場合パルス発生器は非常に大きな分解能を有する
ので、移動可能な物体が非常に１かしか移動しなくても
多数の位置パルスが発生する。斯様な大きな分解能に基
づき、例えば移動可能な物体が停止状態における震動ま
たは振動によって所望の移動方向とは逆向きに動いた場
合でも、位置パルスが発生することがある。冒頭に述べ
た診式の公知の変換器によれば斯様な障害パルス（誤動
作パルス）は、所定の方向とは反対の運動が確認された
場合位置計数器によって計数すべきパルスの発生を阻止
して、もっばら障害パルスに対して設けられた可逆計数
器で加算し、かつ妨害運動が所定の方向に移行した後に
生じた計数パルスの数が反対方向で送出された計数パル
スの和を越える場合はじめて、計数パルスを位置計数器
で計数するようにして（・る。この場合位置計数器の計
数状態は常に正確に、移動する物体の位置に対応すると
は限らない。（・ずれにせよ移動する物体が間違った方
向に運動している間は対応しないし、また正しい移動方
向に直った場合でも物体がはじめに反転した位置に再び
来るまでは、対応関係は得られない。移動可能な物体が
動き始めて障害パルス計数器がまだパルスを計数してい
ない場合、本来の位置実際値の計数過程を開始する以前
に障害パルス計数器を先ず最初に”適正移動距離パルス
”によって計数値零にすべきである。これは多くの用途
で、飼えば回転テーブルのイ／デツクス制御装置および
多くの工作機械制御装置において、最初の移動部分が検
出されない欠点を有する。更に公知の変換器の場合クロ
ックパルスは１゛つの位置信号の縁部からだけ導出され
る。そのため移動方向を定めるために確実に位置信号を
位相弁別することができない、それは一方で位置信号の
衝撃係数百分率の公差が比較的大きい、例えば、！：１
０％に達し、また他方では２つの位置信号の位相差か平
常の位相差９０°に対して±４５°も、即、ぢ５０％も
ずれることがあるからである。斯様な公差による誤差は
直接に、位置実際値の計数に持ち込まれる。

発明の目的 本発明の基礎とする課題は、移動する物体の位置を、間
違った移動と救運動する場合でも、かなり高い精度で測
定する冒頭に述べた形式の変換器を提供することである
。

発明の構成 本発明によればこの課題は、第１のフリップフロップ回
路がＤ−人力側が遅延素子の出方側に接続されたＤ形フ
リップフロップ回路として構成し、遅延素子に第１の位
置信号を直接に供給するようにし、また方向弁別器は直
接に第２の位置信号が供給されるＤ−人力側を有する第
２のＤ形フリップフロップ回路と両り形フリップフロッ
プ回路に後置接続された加算素子とを有し、縁部検出器
は他方の位置信号のそれぞれの縁部においてもクロック
パルスを発生し、かつ縁部検出器のクロックパルスを両
り形フリップフロップ回路のクロック入力側だ供給する
ようにしたことによって解決されろ。

発明の効果 このような構成によれば、位置計数器の計数値は常に移
動可能な物体の位置に対応するようになる。障害パルス
用の計数器は省略される。

面位置信号のすべての縁部を検知するので、移動する物
体の移動方向の変化をできるだけ早い時点に高い分解能
で測定する利点を有する。移動方向の弁別は両り形フリ
ップフロップ回路と加算素子とを用（・て僅かな費用で
行われる。遅延素子を用いたことによって、確実に、第
１の位置信号の１つの縁部の前にあるこの位置信号の値
を第２の位置信号の後続する縁部の前にある第２の位置
信号の値と直接に加算素子で方間弁別のために比較でき
るようになる。また第１の位置信号の１つの縁部の前に
ある振幅値を、第２の位置信号の１つの縁部の直後にあ
る振幅値と比較できるようになる。

また縁部検出器の出力側と第１のＤ形フリップフロップ
回路のクロンク入力側との間に、Ｄ−入力端に前置接続
された遅延素子の遅延時間より小さな遅延時間を有する
遅延素子を接続すると有利である。これによって他の位
置信号の振幅値は、この位置信号の縁部の直後に標本化
される以前に安定化されるようになる。

遅延素子を集積されたＲＣ−素子として構成することか
できる。これは抵抗とコンデンサとだけから成るので構
造が非常に簡単である。

縁部検出器の出力側と位置計数器のクロックパルス入力
側との間に、パルス周波数をスに分周する分周器を接続
すると有利である。この分周器は２つの位置信号の衝撃
係数百分率の公差妬よって位置信号のすべての縁部−か
ら導出されるクロックパルスに生ずる周波数変動を除去
する。それはその場合分周器は、それぞれ４番目のクロ
ックパルスだけを計数のために位置計数器に転送し、か
つすべての第４番目のクロックパルスの時間間隔は、２
つの位置信号の衝撃係数百分率が異なっていても移動す
る物体の移動速度が一定であれば、−°定になるからで
ある。

また分局器に可逆パルス計数器を設け、可逆パルス計数
器の計数方向入力側を方向弁別器の出力側に接続するこ
とかできる。それ故このパルス計数器の計数方向は移動
する物体の移動方向が反転すると同時に反転するので、
移動方向が反転した場合の間違った計数は阻止される。

実施例の説明 次に本発明を図示の実施例につき詳しく説明する。

第１図に示した位置調整回路は調整器１とサーボモータ
２とパルス発生器３と信号発生器４と分周器５と位置計
数器６と設定値発生器７とを有する。

設定値発生器７から供給されるディジタル形の設定値は
位置計数器６から供給されるディジタル形の位置実際値
と、調整器１で比較される。

比較の際に得られた差即ち調整偏差はアナログ形の調節
信号に変換されかつ接続線８を介してサーボモータ２に
供給される。サーボモータ２は前述の調節信号に依存し
で、場合によってはかさ歯車９とスピンドル１０とを有
する伝動装置を介して、移動可能な物体１１例えば工作
機械のテーブルを双方向矢印１２によって示すように一
方または他方の移動方向に調節する。

サーボモータ２の軸１３０回転角度位置と回転数と回転
方向、ひ（・では移動可能な物体１１の位置と移動方向
とは、２つの出力線路１４と１５を有しかつ軸１３と結
合されたパルス発生器３によって、相互に約９０°の位
相差を有しかつ約５０％の衝撃係数百分率（パルス持続
時間の周期に対する比）を有する２つの方形波位置信号
ＡおよびＢＫ変換される。１つの位置信号Ａが他方の位
置信号Ｂに対して位相が進んでいるかまたは遅れている
かたしたかって、サーボモータ２および移動可能な物体
１１がいずれの方向に駆動されたかを示している。それ
に対して移動開始時期からの両位置信号声、とＢのパル
ス数は、移動可能な物体１１の、運動の初期位置を基準
としての進行距ａｔたは位置↓て対する尺度である。　
　　　　− このためにパルス発生器３はサーボモータ２によって駆
動される基準パターン１６を有し、このパターンは所望
の位置信号の９０°の位相差に応じて相互に空間的にず
らして設けられたセンサによって走査されかつパルス形
成装置１７．１８を介して方形波位置信号ＡとＢに変換
される。

位置信号ＡとＢは信号発生器４に供給される。

信号発生器４は位置信号ＡとＢの相対的位相差の符号か
ら、方向信号Ｒを出力線路１９に送出し、かつ両位置信
号ＡとＢのすべての縁部からそれぞれ１つのクロックパ
ルスＴを第２の出力線路２０に送出する。

このために信号発生器４は方向弁別器２１とパルスの縁
部検出器２２とを有する。

方向弁別器２１は２つのＤ形スリップフロップ回路２３
および２４と、フリップフロップ回路２４のＤ−入力端
に前置接続された遅延素子２５と、両フリツゾフロツ、
プ回路２３および２４のクロック入力側Ｃに前置接続さ
れた第２の遅延素子２６と、両フリップフロップ回路２
３および２４のＱ−出力Ｉ１１　（”真”出力側）に接
続された排他的ＯＲ素子の形の加算素子２７とを有する
。遅延素子２５の遅延時間ｔ□は位置信号ＡとＢのうち
の１つの最も小さな周期の半分より著しく短かく、かつ
遅延時間ｔ２はｔｌより短かい。遅延素子２５と２６は
それらの入力信号の前縁と後縁とを同じ遅延時間ｔ１ま
たはｔ２だけ遅延するように作動される。

縁部検出器２２は入力側が線路１４および１５に接続さ
れた排他的ＯＲ素子２８と、接続線２９を介して排他的
ＯＲ素子２８の出力側に接続されかつ遅延素子２５と同
じ遅延時間九〇を有する遅延素子３０と、もう１つの排
他的ＯＲ素子３１とを有し、その場合排他的ＯＲ素子３
１０１つの入力側は接続線３２を介して遅延素子３０の
出力側に接続されて２つ、かつ他方の入力側は接続線３
３と接続線２９とを介して直接に排他的ＯＲ素子２８の
出力側に接続されている。縁部検出器２２すなわち排他
的ＯＲ素子３１の出力側に生ずるクロックパルスＴは接
続線３４を介して、一方で遅延素子２６の入力側に供給
され、かつ他方では否定素子３５を介して反転されたク
ロックパルスＴとして、出力線路２０に供給される。

分周器５は可逆パルス計数器３６を有し、可逆パルス計
数器のクロック入力側に線路２０を介して供給されたク
ロックパルス〒ヲ済に分周する、即ちそれぞれ４つのク
ロックパルスＴに対して１つのクロックパルス出力Ｔ４
を、位置計数器６のクロック入力側Ｃに接続された出力
線路３γに送出する。

また分周器５はパルス計数器３６の出力信号Ｑ０とＱ３
を論理結合するＮＡＮＤ素子３８を有し、ＮＡＮＤ素子
３Ｂは遅延素子３９を介して跳躍特性を有するＮＡＮＤ
素子４００１つの入力側１（接続されている。

また出力信号Ｃ○はもう１つの遅延素子４１を介してＮ
ＡＮＤ素子４０の他方の入力側に供給される。遅延素子
３９と４１の遅延時間ｔ３はｔｌより短かいが、ｔｌに
等しく選択することもできる。

ＮＡＮＤ素子４０の出力側ぼ接続線３７を介してパルス
計数器３６のセット入力側Ｐに接続されており、セント
入力側に１−信号が加わることによって、計数器３６は
、入力側Ｐ１〜Ｐ４に２進信号の形で加わった数にプリ
セットされる。

この数は、入力側Ｐよに直接がまたは入力側Ｐ３に否定
素子４２を介して反転して供給される方向信号Ｒが１−
信号であるかまたは〇−倍信号あるかにしたがって、２
進数”０００１”即ち１０進数”１”、または２進数”
０１００”即ち１０進数“４”になる。

また方向信号Ｒは計数器６と３６の計数方向側（財）入
力側Ｕ／Ｄに供給され、それらの計数器はＲか１−信号
の場合”カウントアツプ”し、Ｒが〇−倍信号場合”カ
ウントダウン”する。

次に第１図に示した調整回路例えば信号発生器４と分周
器５と位置計数器６とで構成された増分形ディジタル変
換器の°ｉ゛作を、第２図〜第４図につき同じ参照記号
を用いて詳しく説明する。

第２図の位置信号ＡとＢは、位置計数器６がカウントダ
ウン作動をする必要がある（Ｒ−”０”）相対的位相位
置を有し、それらの位置信号から排他的ＯＲ素子２８に
よって信号Ｓ（第１図および第２図参照）が生ずる。信
号Ｓの周波数は位置信号ＡおよびＢの一方の周波数の２
倍の大きさを有しかつ衝撃係数百分率は０．５で同じで
ある。それ故遅延素子３０の出力側に、信号Ｓに対して
時間ｔ１だけ遅延した信号Ｓ／（第１図および第２図参
照）が生ずる。この信号３′はもう１度排他的○Ｒ素子
３１で遅延されてない信号Ｓと論理結合され、それによ
って接続線３４に、位置信号ＡとＢ、の周波数よりがな
り高い周波数を有するクロックパルスＴ（第１図および
第２図参照）が生ずる。クロックパルスＴの前縁部は位
置信号ＡとＢのすべての縁部に一致する。クロックパル
スＴの持続時間は遅延素子３０の遅延時間ｔ１に相応ず
石。クロックパルスＴを否定素子３５によって反転する
。それはその場合計数器３６の計数操作を、信号ＡとＢ
の縁部に対して幾分遅延してクロック入力側Ｃに供給さ
れるクロックパルス〒の前縁（０−１移行縁）で行うこ
とによって、クロック信号Ｔの前縁に同期した、方向信
号Ｒの振幅の交番変化の後で計数操作を開所する以前に
、方向信号の振幅は安定化されるからである。

またクロックパルスＴはフリソゾフロソゾ回路２３と２
４のクロック入力側Ｃに、遅延時間ｔ２だけ遅延したク
ロックパルスＴ′として供給される。位置信号Ａはフリ
ツゾフロソプ回路２３のＤ−入力端に直接に供給される
が、位置信号Ｂはフリノプフロツフ０回路２４のＤ−入
力端に、遅延素子２５によって遅延時間ｔまたけ遅延さ
れた位置信号Ｂ′として供給される。その都度り一入力
端に供給される情報の、フリツプフロツゾ回路２３と２
４への記憶は、その都度クロック入力側Ｃに供給される
クロックパルスＴ′の前縁（０−１移行縁）で行われる
、即ちＤ形フリップフロップ回路２３と２４のＤ−入力
端に１−信号が供給されかつ引き続いてクロック入力側
Ｃにクロックパルスが加わると、当該のＤ形フリップフ
ロップ回路はＱ−出力側にも１−信号が生ずるような回
路状態となる。すでにＱ−出力側に１−信号が生じてい
る場合には、その１−信号が保持される。Ｄ−人力側に
おけるそれぞれの情報変化（１−ｏの変化または〇−１
の変化）は、後続のクロックパルスＴ′によって記憶さ
れる。加算素子２７は、フリソプフロツゾ回路２３と２
４のＱ−出力側の信号か異なる場合は常に、方向信号Ｒ
＝”１”（”カウントアツプ”）を発生し、その他の場
合は方向信号Ｒ＝”Ｏ”（“カウントダウン”）か生ず
るっそれ数位置信号Ｂの１つの縁部の直前の位置信号Ｂ
が位置信号Ａの後続の縁部の前方にある位置信号Ａに一
致する場合、または位置信号Ｂの１つの縁部の後方の位
置信号Ｂが位置信号Ａの後続する縁部の直後の位置信号
Ａに一致する場合、加算素子２７は〇−倍信号゛カウン
トダウン”）を発生する。クロックパルスは位置信号の
縁部から導出され、またクロックパルスはその都度クロ
ックパルスをトリがする位置信号の縁部の直前にある位
置信号の値を検出する（記憶する）ようにするために、
位置信号Ｂを遅延素子２５によって時間ｔ１だけ遅延さ
せることによって、位置信号Ｂの縁部から導出されたり
ａツクパルスＴは常に、遅延した（実際に標本化される
）位置信号Ｂ′より時間ｔ工だけ早（生ずる（第２図の
Ｂ′とＴを参照）。またクロックパルスはそのクロック
パルスをトリガする位置信号Ａの縁部の直後に生ずる位
置信号Ａの値を検出する。それ数位置信号Ａを、当該の
クロックパルスをトリガする縁部の後でクロックパルス
Ｔ′が発生する以前に新たな値に安定化するために、実
際に位置信号ＡとＢを標本化するクロックパルスＴ′を
、直接に位置信号の縁部から導出されるクロックパルス
Ｔに対して時間−、またけ遅延させている。また前述の
ようにクロックパルスＴ′はそれをトリガす、る位置信
号Ｂの縁部の前方にあるべきなので、ｔ２はｔ工より小
さく選択している。また第２図に示した位置信号ＡとＢ
の相対的位相位置で、方向信号Ｒが供給される両方の計
数器６と３６がカウントダウンではなくカウントアツプ
をするようにすれば、回路機能（’Ａ＆Ｂ）ｖ（Ａ＆Ｂ
）にしたがって位置信号ＡとＢの（非等位）を検出する
排他的ＯＲ素子２７（その場合回路機能において”＆”
はＡＮＤ結合を示しかつ”■”はＯＲ結合を示す）の代
りに、回路Ｆｊ＆能（Ａ＆Ｂ）ｖ（Ａ＆Ｂ）を検出する
結合素子を、加算素子°２γとして用いることもできる
。

また分周器５を設けた目的を第４図面の簡単な説明する
。実際には例えばパルス発生器３の製作公差に基づき、
位置信号ＡとＢの衝撃係数百分率は５０％とは異なるこ
とがあるっわがり易くするために非対称性を誇張して示
されて（・るが、このよう九非対称な位置信号ＡとＢを
第４図に示す。その結果これらの位置信号ＡとＢの縁部
から導出されるクロックパルスＴ（ｉ４図参照）も異な
った間隔を有する。それ故軸１３が一様に回転しまた物
体１１が一様に移動した場合でも、位置計数器６におけ
る実際値検出は一様には行われな（・ので、調整過程が
不安定になるかまたは到来する設定値との正確な比較が
できなくなる。クロックパルスの周波数を４分の１に分
周すれば分局器５のクロックパルス出力Ｔ４は一様なパ
ルス間隔を有するようになる。それは実際に位置信号Ａ
とＢの衝撃係数百分率は異なることかあるか、それらの
信号の周波数または周期は、移動する物体の速度が一定
であれば、一定であるからである。更に位置計数器６は
、すべてのクロックパルスまたは１つおきのクロックパ
ルスで歩進切換えする位置計数器に対して（移動する物
体の同じ最大計数距離区間に関し）、比較的小さな計数
容量で構成される。

分周器５の２進計数器３６かそれぞれ第４番目のクロッ
クパルス〒で出力パルスＣｏ（第２図参照）を発生する
、即ち分周器５が第４番目のクロックパルス〒毎にり″
ｉミックパルス力丁。

を発生するようにするために、それぞれのクロックパル
ス出力Ｔ４によって計数器３６を再び、方向信号Ｒによ
ってプリセット入力側Ｐ工〜Ｐ４を介して与えられる初
期値即ち”０００１”＝１かまたは”０１００”＝４に
復帰させる。カウントアツプの場合、計数器３６の計数
値は１０進数で循環的に数列１．２，５，４，１，２゜
ろ、４，１．２・・・・・を形成するように変化する。

”４”から”１”に変化する場合計数器３６は一時的に
計数値”５”−”０１０１”Ｋ　すり、その場合出力信
号Ｑ０とＱ３　（第６図参照）は２つとも１”である。

このためにＮＡＮＤ素子３８によって〇−信号Ｓ３８が
生じ、〇−信号８３Ｂは遅延素子３９によって時間ｔ３
たけ遅延されかつ’、ＴＡＮＤ素子によって反転されて
、計数器３６のリセント入力側ＰＫリセットパルスＴ４
として（または分周器５の出力側にクロックパルス出力
として）供給されろ。それ友よって計数器３６は”１”
（＝”ｏ：ｏ、ｏｌ”）にリセットするので、計数過程
は１，２，３．・のように継続する。

カウントダウン（Ｒ＝”１”）の場合、計数器３６の計
数値は前述の数列を逆眞、即ち数列４．３，２，１．４
，３．・・・を形成するように変化する。“１”から４
”に変化する場合、計数器３６は０−パルスＣｏ　（第
２図参照）を発生し、０−パルスＣｏは遅延素子４１ｖ
Ｃよって時間帥だけ遅延されかつｈＶｐ−ＮＤ素子４０
によって反転される力で、ＮＡＮｐ素子４０の出力側に
リセットパルスまたはクロックパルスＴ４か生ずる。こ
のパルスは計数器３６をリセットし、ひいては０−パル
スＣｏを終了させる。その場合クロックパルス出力の期
間は遅延時間−３に相応する。

位置計数器６は、１−信号只の期間ンｃ共給されるクロ
ックパルスＴ４をカウントアツプ方向に計数し、かつカ
ウントダウン信号Ｒ＝　Ｏの期間に供給されるクロック
パルス丁、をカウントダウン方向に計数するので、位置
計数器６の計数値は常に、移動可能な物体１１の位置の
実際値に相応する。この実際値は調整器１で、設定値発
生器７で調節された設定値と比較され、調整偏差が存在
する場合、移動可能な物体１１の位置を相応して再調整
するようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による変換器を有する位置調整回路のブ
ロック図、第２図〜第４図は第１図の位置調整回路で生
ずる信号の時間変化を示す線図である。 １・・・調整器、２・・・サーボモータ、３・・・パル
ス発生器、４・・・信号発生器、５・・分周器、６・・
・位置計数器、７・・・設定値発生器、１１・・・物体
、ハ”。 （Ｃｏ　　　如　　ｃ／）′Ｃり １．−　　￥−＝　１ト　　δ　 ！　くωトト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２つの反対方向に移動可能な物体（１１）の位置と
   方向とを示す２つの位相がずれた、パル゛ス発生器（３
   ）の位置信号を、位置のディジタル量に変換する増分形
   ディジタル変換器であって、可逆位置計数器（６）を有
   し、また第１および第２の位置信号（Ａ、Ｂ）から位置
   計数器（６）の計数方向を定める方向信号（Ｒ）と前記
   位置計数器で計数するクロックパルスとを導出する信号
   発生器（４）を有し、前記信号発生器は位置信号のそれ
   ぞれの縁部からクロックパルス（Ｔ）を誘導する縁部検
   出器（２２）と方向弁別器（２１）と記方向弁別器に一
   方で縁部検出器（２２）のクロックパルス（Ｔ）を供給
   しかつ他方では第１および第２の位置信号（Ａ、Ｂ）−
   を供給するようにし、また前記方向弁別器は第１の位置
   信号（Ｂ）が供給される第１のフリップフロップ回路（
   ２４）を有する増分形ディジタル変換器において、前記
   第１のフリップフロップ回路はＤ−入力端が遅延素子（
   ２５）の出力側に接続されたＤ形フリップフロップ回路
   （２４）として礪成されており、前記遅延素子に前記第
   １の位置信号（Ｂ）を直接に供給するようにし、また方
   向弁別器（２１）は直接に第２の位置信号（Ａ）が供給
   されるＤ−入力端を有する第２のＤ形フリップフロップ
   回路（２３）と両り形フリップフロップ回路（２３，２
   ４）に後置接続された加算素子（２７）とを有し、縁部
   検出器（２２）は他方の位置信号（Ａ）のそれぞれの縁
   部においてもクロックパルス（Ｔ）を発生し、かつ前記
   縁部検出器のクロムクパルスを両り形フリップフロップ
   回路（２３，２４）のクロック入力側（Ｃ）に供給する
   ようにしたことを特徴とする増分形ディジタル変換器。