JPS60222719A - 変位変換器 - Google Patents

変位変換器

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JPS60222719A
JPS60222719A JP7956484A JP7956484A JPS60222719A JP S60222719 A JPS60222719 A JP S60222719A JP 7956484 A JP7956484 A JP 7956484A JP 7956484 A JP7956484 A JP 7956484A JP S60222719 A JPS60222719 A JP S60222719A
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light
slit
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JP7956484A
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JPH0476049B2 (ja
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Hajime Kuwabara
一 桑原
Yutaka Ono
裕 小野
Mitsuhiro Nikaido
二階堂 光宏
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/366Particular pulse shapes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

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】 (発明の利用分野) 本発明は、ロボットなどに使用されてその原点復帰動作
を最小限に押えることができる変位変換器に関するもの
である。
(従来技術) 関節を直接駆動する方式のロボットでは、その関節角を
10゛s〜10−6の分解能で検出するエンコーダが不
可欠である。このようなエンコーダは特願昭58−86
391の変位変換器によって実現できるが、本質的にイ
ンクレメンタル形であるため電源投入時には原点復帰動
作が必要となる。
原点復帰動作の際に必要となる原点検出については実願
昭58−73341の原点信号発生装置などにより高精
度で行うことができる。第1図は実願昭58−7334
1の原点信号発生装置で使用される符号板の構成を示す
平面図で、1は符号板、2は位置検出用のスリット、3
は原点検出用のスリットである。位置検出用のスリット
2はスリットがn個あり、この1つのスリットを更に■
倍に内挿してmxnの高分解能を得ることができる。原
点復帰動作は符号板1を電源投入時に一定方向に回転し
、原点検出用スリット3が原点に一致した位置で停止す
ることによりなされる。
この原点信号発生装置は原点の検出を数十万分の−の高
精度で行うことができるが、原点復帰動作の際にロボッ
トの腕などを大きくスウィングするので衝突などの危険
性や時間のロスなどの問題がある。エンコーダを絶対値
型とすることにより前記の原点復帰動作を無くすことは
一つの方法であるが、上記のような高分解能のものは入
手が困難でありまたコスト的にも非常に高価となる。
(発明の目的) 本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、原点復帰動作を最小限に押えることができる変位変換
器を実現することを目的としている。
(発明の概要) 本発明の変位変換器は所定ピッチで配列するスリットと
基準位置を示すスリットを有する第1の符号板、この第
1の符号板に対して相対的に変位し所定ピッチで配列す
る複数の角度検出用スリットとこの角度検出用スリット
に対して前記変位方向にそれぞれが異なる位相のずれを
伴って配列する複数の基準位置検出用スリットとが形成
された第2の符号板、この第2の符号板の前記各スリッ
トに平行な光を投射させる光源、前記第1の符号板の所
定ピッチで配列するスリットおよび前記第2の符号板の
角度検出用スリットを通過する光を受光する複数分割し
た第1の受光素子、前記第1の符号板の基準位置を示す
スリットおよび前記第2の符号板の基準位置検出用スリ
ットを通過する光を受光する第2の受光素子、複数分割
した前記第1の受光素子からの信号を順次取り出すスイ
ッチ手段、このスイッチ手段から得られる信号から基本
波成分を抽出するバンドパスフィルタ、このバンドパス
フィルタの出力信号と前記スイッチ手段の駆動信号とを
入力し前記基本波成分の位相シフト量に基づいて前記第
2の符号板の変位をめる位相測定手段、前記第2の受光
素子からの信号に基づいて基準位置を示す信号を出力す
る基準位置信号発生回路を具備したことを特徴とする。
(実施例) 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第2図は本発明に係わる変位変換器の一実施例を示す構
成説明図である。11は第1の符号板、12はこの符号
板11に所定ピッチで円周方向に複数個配列する透光ス
リット、13は基準位置を示すスリット、21はこの第
1の符号板11に対して相対的に変位する第2の符号板
、22はこの第2の符号板21に所定ピッチで配列する
複数の角度検出用スリット、23はこの角度検出用スリ
ット22に対して前記変位方向にそれぞれが異なる位相
のずれを伴って配列する複数の基準位置検出用スリット
、4は光源、40はこの光源4からの光ビームを平行ビ
ームにし前記第2の符号板21の各スリットを投射する
ためのレンズ、51〜54は4分割したフォトダイオー
ドから成り前記第2の符号板2−1゛の角度検出用スリ
ット22および前記第1の符号板11の所定ピッチで配
列するスリット12を通過する光(スリットWA)を受
光する第1の受光素子、6は前記第2の符号板21の基
準位置検出用スリット23および前記第1の符号板11
の基準位置を示すスリット13を通過する光を受光する
フォトダイオードなどの第2の受光素子、S W +〜
S W 4は4分割したフオトダ 、イオード51〜5
4からの信号を一定のタイミングで、順次取り出すスイ
ッチ、5はフォトダイオード51〜54およびスイッチ
S W +〜S W 4からなるセンサ部、7はこのス
イッチSWI〜SW4を介して印加されるセンサ部5か
らの出力信号を増幅する増幅器、8は増幅器7からの出
力信号の基本波成分を抽出するバンドパスフィルタ、9
は前記フォトダイオード6からの信号に基づいて基準位
置を示す信号を出力する基準位置検出回路である。
第3図は符号板11に設けた透光スリット121〜12
4と、4分割したフォトダイオード51〜54の配列関
係を示す図である。この図に示すように、透光スリット
121〜124(実線で示ず)の配列ピッチは、4分割
フォトダイオード51〜54(破線で示す)の配列ピッ
チと等しく、また、符号板21に設けられた透光スリッ
ト(斜線で示す)22の配列ピッチPに対して5/4P
となるよう形成されている。なお、各スリット孔121
〜124のスリット幅はここではP/2にしである。
このように構成した装置のエンコーダ部分の動作を、次
に第4図の動作波形図を参照しながら説明する。
光源4からの光は、レンズ40で平行ビームとなり、符
号板21の透光スリット22および符号板11の透光ス
リット121〜124を通過し、4分割フォトダイオー
ド51〜54上に透光スリット22の像を結像させる。
各スイッチS W +〜S W 4は第4図(a )〜
(d )に示すようなタイミングで順次オン、オフ(オ
ン時間を王とする)し、各フォトダイオード51〜54
からの信号を順次取り出す。増幅器7はこの信号を増幅
する。
この結果、増幅器7の出力信号e7は、第4図に示すよ
うに、各スイッチS W +〜S W 4がオンとなる
時間ごとに大きさが階段状に変化する階段波形となる。
このような階段波形e7をバンドパスフィルタ8に加え
ると、第4図(f)に示すような正弦波信号e8が得ら
れる。この正弦波信号e8の基本波周波数は、各スイッ
チS W +〜SW4を順次駆動するくり返し周波数に
一致する。ここで、符号板21が測定すべき変位に応じ
て回転すると、各フォトダイオード51〜54上に結像
する像が移動し、バンドパスフィルタ8から得られる正
弦波信@e日の位相が、像の移動量、すなわち、符号板
の変位に応じて、例えば破線に示すようにΦだ【スリッ
トする。符号板21が透光スリット22の配列ピッチの
1ピッチP分だけ回転すると、正弦波信号0日の位相シ
フト量は2πとなる。
したがって、この位相のシフト量Φを測定することによ
って、符号板21に形成された透光スリット22の配列
ピッチ2以内の回転角度をめることができる。
第5図は、このような位相シフト石測定回路の一例をし
めず構成ブロック図である。この回路はバンドパスフィ
ルタ8から得られる正弦波信号0日の位相を100〜1
000程度内拝する動作をなすものである。すなわち、
正弦波信号0日を、帰還回路に1/N(Nは分周比)分
周器142を有したフェース′ロックドループ(PLL
)141に印加し、ここでN倍された信号fstgと、
基準クロック(この基準クロックはセンサ部5の駆動信
号として用いられる)fcを同時パルス禁止回路15を
通した後、アップダウンカウンタ16に与えるようにし
たものである。PLL71でN倍された信号f5□9の
周波数がt’cより高くなる方向(fc+Δf)へ符号
板21が回転すると、アップダウンカウンタ16はアッ
プカウントし、また、fsieがfcより低くなる方向
(fc−Δf〉へ符号板21が回転すると、ダウンカウ
ントする。
したがって、アップダウンカウンタ16の出力から、位
相シフト量、すなわち符号板21の回転角を、例えば、
分周比Nを1000とすれば、1Pの1/1000とい
った高い分解能で内挿することができる。
第6図は第2図の符号板21の詳細を示す平面図である
。角度検出用スリット22に対して複数の基準位置検出
用スリット23は変位方向にそれぞれが異なる位相のず
れを伴って配列する。例えば、スリット231は角度検
出用スリット22と同位相であるが、スリット232は
角度δだけずれている。スリット233は角度2δだけ
ずれて、以下同様に位相ずれが徐々に大きくなっている
基準位置検出時の動作を以下に説明する。ロボットなど
の電源投入時に符号板21を一定方向に回転し、基準位
置検出用スリット22の一つが基準位置を示すスリット
13の位置に一致した時に基準発生回路9からの出力信
号で停止する。次に角度検出用スリットの位相を測定す
る。基準位置検出用スリット231を検出して符号板2
1を停止させた場合は位相のずれはOであるが、基準位
置検出用スリット232を検出した場合はずれδにより
(δ/Δθ)x3GO°の位相のずれが検出される(Δ
θは前記ピッチPに対応する角度)。
位相のずれは基準位置検出用スリットの位置により全て
異なるから、これを検出することにより基準位置をわず
かな復帰動作で(原点からの位置を)特定できる。実験
結果によれば内挿の分解能は数1000はあるので、1
000以上の基準位置検出用スリットを設けることがで
きるが、実際には5〜100の復帰動作はほとんど問題
とならないので、50〜100のスリットがあれば十分
である。
基準位置復帰動作の際に必要となる基準位置検出につい
ては実願昭58−73341の原点信号発生装置などに
より高精度で行うことができる。
上記の変位変換器によればわずかな角度回転で基準位置
までの復帰ができるのでロボットの腕が周囲の物に干渉
するような事態が防げる。
また電源投入後すみやかに正常動作に入ることができる
なお上記の実施例では基準位置検出用スリットの位相の
ずれを順に大きくしているが、これに限らず同一の位相
ずれさえ無ければ不規則的に並んでいても構わない。
また上記の実施例ではいずれもロータリーエンコーダに
適用することを想定したものであるが、直線変位形にも
適用できる。また4分割フォトダイオードを用いたが、
分割する数は3以上の複数個であればよい。
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、原点復帰動作を最小
限に押えることができる変位変換器を簡単な構成で実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の原点信号発生装置で使用される符号板の
構成を示す平面図、第2図は本発明に係わる変位変換器
の一実施例を示す構成説明図、第3図は符号板11に設
けた透光スリットと、4分割したフォトダイオードの配
列関係を示す図、第4図は第2図のi置のエンコーダ部
分の動作を説明するための動作波形図、第5図は位相シ
フト量測定回路の一例をしめず構成ブロック図、第6図
は第2図の符号板21の詳細を示す平面図である。 4・・・光源、6・・・第2の受光素子、8・・・バン
ドパスフィルタ、9・・・基準位置検出回路、11・・
・第1の符号板、12,121〜124・・・所定ピッ
チで配列するスリット、13・・・基準位置を示すスリ
ット、21・・・第2の符号板、22・・・角度検出用
スリット、23・・・基準位置検出用スリット、51〜
54・・・第1の受光素子、S W + = S W 
4・・・スイッヂ手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 所定ピッチで配列するスリットと基準位置を示すスリッ
    トを有する第1の符号板、この第1の符号板に対して相
    対的に変位し所定ピッチで配列する複数の角度検出用ス
    リットとこの角度検出用スリットに対して前記変位方向
    にそれぞれが異なる位相のずれを伴って配列する複数の
    基準位置検出用スリットとが形成された第2の符号板、
    この第2の符号板の前記各スリットに平行な光を投射さ
    せる光源、前記第1の符号板の所定ピッチで配列するス
    リットおよび前記第2の符号板の角度検出用スリットを
    通過する光を受光する複数分割した第1の受光素子、前
    記第1の符号板の基準位置を示すスリットおよび前記第
    2の符号板の基準位置検出用スリットを通過する光を受
    光する第2の受光素子、複数分割した前記第1の受光素
    子からの信号を順次取り出すスイッチ手段、このスイッ
    チ手段から得られる信号から基本波成分を抽出するバン
    ドパスフィルタ、このバンドパスフィルタの出力信号と
    前記スイッチ手段の駆動信号とを入力し前記基本波成分
    の位相シフト量に基づいて前記第2の符号板の変位をめ
    る位相測定手段、前記第2の受光素子からの信号に基づ
    いて基準位置を示す信号を出力する基準位置信号発生回
    路を具備した変位変換器。
JP7956484A 1984-04-20 1984-04-20 変位変換器 Granted JPS60222719A (ja)

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JP7956484A JPS60222719A (ja) 1984-04-20 1984-04-20 変位変換器
US06/725,088 US4680466A (en) 1984-04-20 1985-04-19 Displacement transducer which simultaneously extracts signals via sequential switching

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JPH0476049B2 JPH0476049B2 (ja) 1992-12-02

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6454768U (ja) * 1987-09-30 1989-04-04
JPH01302110A (ja) * 1988-05-31 1989-12-06 Fanuc Ltd ロータリエンコーダ
US7329858B2 (en) 2004-04-14 2008-02-12 Sharp Kabushiki Kaisha Optical encoder and electronic equipment having same
WO2014203314A1 (ja) * 2013-06-17 2014-12-24 株式会社安川電機 エンコーダ、エンコーダ付きモータ、及びサーボシステム

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