JPS61108914A - エンコ−ダ - Google Patents

エンコ−ダ

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JPS61108914A
JPS61108914A JP22962984A JP22962984A JPS61108914A JP S61108914 A JPS61108914 A JP S61108914A JP 22962984 A JP22962984 A JP 22962984A JP 22962984 A JP22962984 A JP 22962984A JP S61108914 A JPS61108914 A JP S61108914A
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phase
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signal
repetitions
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JP22962984A
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Toshitsugu Ueda
敏嗣 植田
Eiji Ogita
英治 荻田
Hiroshi Nakayama
博史 中山
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Hokushin Electric Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は変位位置あるいは回転角度などの絶対位置にか
かわる信号を出力するアブソリュート方式エンコーダに
関する。プロッタ、レコーダあるいはロボットなどに使
用されて機械的位置を出力させるサーボ装置などに利用
される。
〔従来の技術〕
従来例器具では、「1」と「0」との情報が周期的に配
列された格子パターンとこの格子パターンと配列ピッチ
が僅かに異なる格子パターンとの二種類の格子パターン
を有するコード板をセンサに対し相対的に移動すること
により、センサから見える格子パターンのパターン変化
に対応する信号を生成し、この信号の位相に基づいて「
1」とrOJの配列ピッチ内の位置が内挿された絶対位
置が算出されていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような従来例器具では、「1」とrOJの配列ピッ
チ内の位置が内挿される前の絶対位置を算出する際の誤
差に対する制限(以下、これをバーニア格子条件という
。)が厳密になる欠点があった。
本発明はこの欠点を緩和して、高精度、高分解能のエン
コーダを実現することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、rlJおよび「0」の情報が周期的に配列さ
れた複数「N」個の格子パターンを有するコード板と、
このコード板と相対的に繰返し移動し上記「N」個の格
子パターンをそれぞれ検出するセンサアレイと、このセ
ンサアレイからそれぞれ交番信号を得る駆動回路と、上
記センサアレイから得られた交番信号の位相角を測定す
る位相測定回路とを含むエンコーダで、上記「N」個は
「3」以上であり、この位相測定回路により測定された
位相角に基づいて、上記格子パターンの移動繰返しの繰
返し数の「n」分の1 (ただし「n」は自然数)の繰
返し数で繰返し変動するそれぞれ繰返し数の異なる複数
個の位相角信号を生成する位相角生成手段と、この位相
角の生成手段の出力する第一の位相角信号の位相角に基
づいて、この第一の位相角信号より多い繰返し数で繰返
し変動する第二の位相角信号の一つの繰返しを同定する
同定手段とを含むことを特徴とする。
〔作用〕
以下、ロークリエンコーダの場合の作用を説明する。n
個のスリットを存するコード板から得られる信号の位相
V、は V+ =sin  ((1) t +nθ)ただし、ω
ニスキャン周波数、 θ:入力角、 nニスリット数、 すなわち、「2π/nJ回転につき位相はrOJから「
2π」まで変化し、この位相変化が「n」回繰返される
とコード板は1回転したとこになる。
したがって、位相角信号の周期が格子パターンの基準点
から計数してrmJ番目に位置しその位相角が「α」ラ
ジアンであるとすれば、この位相角信号に対応格子パタ
ーンの移動量dは 2 πn で表される。
同定手段により繰返し数が異なる二つの位相角信号が比
較され、比較的少ない繰返し数で繰返し変動する一方の
位相角信号の位相角に基づいて、比較的多い繰返し数で
繰返し変動する他方の位相角信号の基準点から計数して
の繰返しの順位数が同定される。この同定手段では、こ
の同定動作が繰返され、格子パターンの移動量が測定さ
れる。
すなわち、r 1/2I″Jの分解能を有するアブソリ
ュートエンコーダを作成するためには「n+lJのトラ
ックを有するコード板が必要であるが、本発明に必要な
トラック数Nは 3≦N<n+1 であればよい。
〔実施例〕
以下、本発明実施例装置を図面に基づいて説明する。
第1図はこの実施例装置に用いられたコード板、センサ
アレイおよび光源の外観を模式的に示した正面図および
側面図である。第2図はこの実施例装置の電気回路の構
成を示すブロック構成図である。第3図はこの実施例装
置の動作を示す波形図である。この図の横軸はコード板
の移動角度を示し縦軸は信号φ1、φ2、φ3、φ目、
φt:Iおよびφ123の一つの周期の位相角を示す。
まず、この実施例装置のコード板およびフォトダイオー
ドの機械的構成を第1図に基づいて説明する。この実施
例装置は格子パターンを光学式としたロークリエンコー
ダであり、コード板1には光を通過させるスリット部と
、光の透過を遮断する不透明部とが交互に配置された帯
状の格子パターンがこのコード板1の中心に対しての三
つの同心円の円周に沿って配置される。その半径の最も
長い同心円の円周上の第一の格子パターン1)のスリッ
ト数は「n」 (ただし、nは自然数)であり、その半
径が第二番目に長い同心円の円周上の第二の格子パター
ン12のスリット数はrn−ml(ただし、mは自然数
)であり、その半径が最も短い同心円の円周上の第三の
格子13のスリット数は「n−m−IJ<ただし、lは
自然数)であり、自然数が「n」、rmJおよびIll
との間には次の関係が成立している。
n=km、     m=jl+1 第一の格子パターン1)に近接して第一のセンサアレイ
21が配置され、第二の格子パターン12に近接して第
二のセンサアレイ22が配置され、第三の格子パターン
13に近接して第三のセンサアレイ23が配置される。
第一のセンアレイ21は光源4から照射され第一の格子
パターン1)のスリット部と通過する光線を受光し、第
二のセンサアレイ22は光源4から照射され第二の格子
パターン12のスリット部を通過する光線を受光し、第
三のセンサアレイ23は光源4から照射され第三の格子
パターン13のスリット部を通過する光線を受光する。
ここで、コード板1は矢印aの方向に回転移動するもの
で、この移動に伴って、第一ないし第三のセンサアレイ
21〜23上に照射される光パターンが変化する。
次に、この実施例装置の電気的構成を第2図に基づいて
説明する。この実施例装置の電気的要素として、第一の
センサアレイ21と、第二のセンサアレイ22と、第三
のセンサアレイ23と、第一のスイッチ回路31と、第
二のスイッチ回路32と、第三のスイッチ回路33と、
タイミング回路40と、第一のスイッチ駆動回路41と
、第二のスイッチ駆動回路42と、第三のスイッチ駆動
回路43と、第一の信号処理回路51と、第二の信号処
理回路52と、第三の信号処理回路53と、位相測定回
路6と、演算口−路7と、表示器8とを備える。
第一のセンサアレイ21の出力は第一のスイッチ回路3
1の第一の入力に接続され、第一のスイッチ駆動回路4
1の出力は第一のスイッチ回路31の第二の入力に接続
され、第一のスイッチ回路31の出力は第一の信号処理
回路51の入力に接続される。第二のセンサアレイ22
の出力は第二のスイッチ回路32の第一の入力に接続さ
れ、第二のスイッチ駆動回路42の出力は第二のスイッ
チ回路32の第二の入力に接続され、第二のスイッチ回
路32の出力は第二の信号処理口52の入力に接続され
る。第三のセンサアレイ23の出力は第三のスイッチ回
路33の第一の入力に接続され、第三のスイッチ駆動回
路43の出力は第三のスイッチ回路33の第二の入力に
接続され、第三のスイッチ回路33の出力は第三〇信号
処理回路53の入力に接続される。
第一の信号処理回路51の出力は位相測定回路6の第一
の入力に接続され、第二の信号処理回路52の出力は位
相測定回路6の第二の入力に接続され、第三の信号処理
回路53の出力は位相測定回路6の第三の入力に接続さ
れる。タイミング回路40の第一の出力は第一のスイッ
チ駆動回路41の入力に接続され、タイミング回路40
の第二の出力は第二のスイッチ駆動回路42の入力に接
続され、タイミング回路40の第三の出力は第三のスイ
ッチ駆動回路43の入力に接続され、タイミング回路4
0の第四の出力は位相測定回路6の第四の入力に接続さ
れる。
位相測定回路6の出力は演算回路7の入力に接続され、
演算回路7の出力は表示器8の入力に接続される。
次に、この実施例装置の動作を第1図ないし第3図に基
づいて説明・する。
第一ないし第三のセンサアレイ21〜23には、いずれ
も複数個のフォトダイオードが配列されていて、移動す
るコード板1のスリットにより生成される光パターンに
対応する電気信号が複数個のフォトダイオードから出力
される。第一ないし第三のスイッチ駆動回路31〜33
はタイミング回路40から供給される一定周期のタイミ
ング信号に従い順次開閉するスイッチ群を備え、複数個
のフォトダイオードからの出力はこの第一ないし第三の
スイッチ駆動回路を経由して順次に第一ないし第三の信
号処理回路51〜53のそれぞれに入力される。第一な
いし第三の信号処理回路51〜53で、入力信号は増幅
・濾過されて方形波波形に整形され、第一ないし第三の
スイッチ回路31〜33での走査周期に対応した繰返し
を有する交番信号が生成される。
タイミング回路40から出力される基準交番信号に対す
るこれら信号処理回路51〜53から出力される交番信
号の位相差は位相測定回路6で測定される。
この位相測定回路6からの信号入力に基づいて、演算回
路8で絶対変位位置に関連した信号が生成されて表示器
8に出力され、ここで演算結果が表示される。
ここで、演算回路8の演算内容を説明すると、第一のセ
ンサアレイ21からの出力に対応する第一の信号処理回
路51から出力される交番信号の基準交番信号の位相に
対する位相を「φ、」とし、第二のセンサアレイ32か
らの出力に対応する第二の信号処理回路52から出力さ
れる交番信号の基準交番信号の位相に対する位相を「φ
2」とし、第三のセンサアレイ33からの出力に対応す
る第三の信号処理回路53から出力される交番信号の基
準交番信号の位相に対する位相を「φ3Jとすると、演
算回路7では、次の位相が算出される。
φ12;φ1−φ2、 φ23=φ2−φ3〜 φ123 =φ1□−φ2.1、 第3図に示すように、コード板1の一回転に対して位相
角「0」から位相角「2π」までの変化すなわち周期が
、位相φ、では「n」回にわたり繰返えされ、位相φ1
□ではrmJ回にわたり繰返えされ、また、位相φ、2
3は1回行われる。すなわち、コード板1の回転角は位
相φ、23の位相角に相当する。
まず、位相φ1□のrmJ個の繰返しのうちから、コー
ド板1の回転角に等価な位相φ1□3にかかわる位相角
を含む繰返しの一個が選択され、またこの選択された繰
返し内に含まれる位相φ1のrkJ個の繰返しが選択さ
れる。さらに、このrkJ個の繰返しから位相φ1□に
かかわる位相角を含む繰返しの一個が選択される。この
選択された繰返しM r n J個の繰返しに占める相
対位置と、この位相φ1にかかわる位相角との総合演算
が行われ、位相φ1□3にかかわる位相が同定され、こ
れによりコード板1の回転角が決定される。
この実施例装置で、z=1として、位相φ、23に代り
位相φ2.を用いて位相φ1□を同定しても本 。
発明を実施することができる。
また、この実施例装置で、m+j2=lとし、かつ位相
φ、23に代り位相φI3=φ、−φ、を用いて位相φ
12を同定しても本発明を実施することができる。
また、この実施例装置°でm=2のときは、第三の格子
パターンのスリット数を一個として位相φI2を同定し
ても本発明を実施することができる。
また、この実施例装置でm≧2のときは、センサアレイ
のフォトダイオードをコード板の半径方向に配列しこの
ダイオードに光パターンが照射される位置に第三の格子
パターンのスリット数を配置し、この形状はrmJ個の
同心円の「m」弁内としてこのrmJ分円か同一中心角
内に位置しないように配列しても本発明を実施すること
ができる。
さらに、この実施例装置の格子パターンの列数を増加し
ても本発明を実施することができる。
また、この実施例装置で、格子パターンを導電性の平板
にスリットを形成し、センサアレイとして平板に対向す
る電極アレイとし、電極アレイの静電容量変化を検出す
ることによっても本発明を実施すことができる。
また、この実施例装置で、格子パターンを導電性電極の
有無で形成し、センサアレイにこの導電性電極に接触す
る接点アレイを用いても本発明を実施することができる
また、この実施例装置で、第一ないし第三のスイッチ回
路を異なる周波数信号で走査させても本発明を実施する
ことができる。
さらに、この実施例装置で、格子パターンが直線状に配
列されたリニアエンコーダであっても本発明を実施する
ことができる。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように、複数個の段階を経てコ
ード板の移動位置に対応する位相角が同定されてバーニ
ヤ格子条件が緩和されるので、最小測定限度が拡張され
、高精度で高分解能のアブソリュート方式エンコーダを
実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例装置に用いられたコード板、セン
サアレイおよび光源の外観を示す模式図。 第2図は実施例装置の電気回路の構成を示すブロック構
成図。 第3図は実施例装置の動作を示す波形図。 l・・・コード板、4・・・光源、6・・・位相測定回
路、7・・・演算回路、8・・・0表示器、1).12
.13・・・格子パターン、21.22.23・・・セ
ンサアレイ、31.32.33・・・スイッチ回路、4
0・・・タイミング回路、41.42.43・・・スイ
ッチ駆動回路、51.52.53・・・信号処理回路。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)「1」および「0」の情報が周期的に配列された
    複数「N」個の格子パターンを有するコード板と、 このコード板と相対的に繰返し移動し上記「N」個の格
    子パターンをそれぞれ検出するセンサアレイと、 このセンサアレイからそれぞれ交番信号を得る駆動回路
    と、 上記センサアレイから得られた交番信号の位相角を測定
    する位相測定回路と を含むエンコーダにおいて、 上記「N」個は「3」以上であり、 この位相測定回路により測定された位相角に基づいて、
    上記格子パターンの移動繰返しの繰返し数の「n」分の
    1(ただし「n」は自然数)の繰返し数で繰返し変動す
    るそれぞれ繰返し数の異なる複数個の位相角信号を生成
    する位相角生成手段と、 この位相角の生成手段の出力する第一の位相角・信号の
    位相角に基づいて、この第一の位相角信号より多い繰返
    し数で繰返し変動する第二の位相角信号の一つの繰返し
    を同定する同定手段と を含むことを特徴とするエンコーダ。
  2. (2)コード板が回転円板である特許請求の範囲第(1
    )項に記載のエンコーダ。
  3. (3)「N」が「3」である特許請求の範囲第(1)項
    に記載のエンコーダ。
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