JPS6116001B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は移動体の変位量を検出しその変位量に
応じたパルスを出力する変位量検出装置に関する
もので、その目的とするところは簡単な構成で高
精度な変位量検出装置を提供することにある。

従来のかかる変位量検出装置としては、レゾル
バ、磁気スケール等の変位位相変換器によつて移
動体の変位量を位相量に変換するとともに変換さ
れた位相量をその位相量に応じた数のパルスに変
換し、所定時間によつて区切られた互いに異なる
区間内に変換されたパルスの数を順次比較してそ
のパルス数の変化分を移動体の変位量として出力
する方式が知られている。

しかしながら、かかる変位量検出装置において
は前の区間内に変換されたパルス数を記憶してお
く記憶回路とか、記憶されたパルス数と次の区間
に変換されたパルス数を比較してその差に応じた
数のパルスを送出する演算回路等が必要となるば
かりでなく一定時間毎にこのような動作を行わせ
るための制御回路が必要となり必然的に回路が複
雑で高価なものとなつてしまう欠点を有してい
た。

このため、本発明の出願人は、レゾルバ等の変
位位相変換器に基準波を送出する第１の計数手段
と、この基準波と同じ周波数の疑似波を出力する
第２の計数手段とを設け、変位位相変換器から出
力される位相変調信号と第２の計数手段から出力
される疑似波との位相を一定周期毎に比較して移
動体の変位量を検出する変位量検出装置を先に開
発した。（特開昭53−42066）このものは、従来の
ものに比べてパルス数を記憶する記憶回路とか演
算回路等を必要としないため回路が簡単となる利
点を有しているが、このものにおいては、レゾル
バ等の変位位相変換器に供給する基準波の周波数
およびデユーテイ比が変化するため、基準方形波
を正弦波に変換する波形成形回路等の設計がむず
かしく、動作が不安定となる恐れを有していた。

本発明はこのような点に鑑み、基準波の周波数
を変動させないで移動体の変位量を検出できるよ
うにしたもので、一定周波数の基準パルスを計数
して基準波を出力する第１の計数手段と、基準パ
ルスを制御ゲートを介して計数し疑似波を出力す
る第２の計数手段と、変位位相変換器から出力さ
れる位相変調信号と疑似波との位相関係を一定周
期毎に比較し位相変調信号が進相しているときに
は進相信号を出力し遅相しているときには遅相信
号を出力する位相比較器と、この位相比較器から
進相信号が出力されている間に発生される基準パ
ルスの数を計数する第３の計数手段と、位相比較
器から遅相信号が出力された場合には制御ゲート
を閉じて第２の計数手段の計数を停止し進相信号
が出力された場合には第３の計数手段によつて計
数されたパルス数を次の位相比較時までに第２の
計数手段に加算する制御手段とを設けたことを特
徴とするものである。

以下本発明にかかる変位量検出装置を数値制御
に使用されるフイードバツクパルス発生装置とし
て利用した実施例を説明する。

第１図において１０は公知の数値制御装置で、
数値制御データに応じた分配パルスを偏差カウン
タ１１に出力する。この偏差カウンタ１１は与え
られた分配パルスと移動体１２の変位量に応じて
変位量検出装置１３から送出されるフイードバツ
クパルスとの偏差を演算するもので、偏差に応じ
たデジタル信号を出力するようになつている。１
４は、偏差カウンタ１１から出力されるデジタル
信号をアナログ信号に変換するDA変換器で、こ
のDA変換器によつて変換されたアナログ信号が
サーボモータ駆動回路１５に与えられる。これに
よりサーボモータ１６は偏差に応じた速度で回転
し移動体１２を移動させる。そして、この移動体
１２の変位量が変位量検出装置１３によつて検出
される。

２０は変位量位相変換器をなすレゾルバで、こ
のレゾルバ２０には位相の90度異つた２組の固定
子巻線が設けられており、この２組の固定子巻線
に基準正弦波sinωｔと基準余弦波cosωｔとを印
加すると、回転子の絶対回転角θに応じてsin
（ωｔ−θ）なる位相の位相変調信号Ｓを出力す
る。したがつて移動体１２が変位してレゾルバ２
０が回転されると、移動体１２の位置に応じた位
相の位相変調信号がレゾルバ２０から出力され
る。

このレゾルバ２０とともに変位量検出装置１３
を構成する回路は、主に基準パルス発生回路２
１、第１カウンタ２２、第２カウンタ２３、第３
カウンタ２４、デジタル位相比較器２５、制御信
号発生回路２６、ゲートＧ１〜Ｇ４によつて構成
されている。

基準パルス発生回路２１は第２図ａに示すよう
な一定周期の基準パルスRPを出力するもので、
この基準パルス発生回路２１から出力される基準
パルスRPは、第１カウンタ２２と制御信号発生
回路２６に対しては直接、第２カウンタ２３およ
び第３カウンタ２４に対してはそれぞれＧ１，Ｇ
２を介して与えられるようになつており、またゲ
ートＧ３およびＧ４を介して正および負のフイー
ドバツクパルスFBP＋，FBP−として偏差カウン
タ１１にも与えられるようになつている。

第１のカウンタ２２は移相器２７とともに第１
の計数手段を構成するもので、基準パルスRPを
計数して分周し第２図ｂに示すような基準正弦波
sinωｔを出力する。また、この基準正弦波sinω
ｔは移相器２７によつて90度進相され、移相器２
７から基準余弦波cosωｔが出力される。そし
て、これらの基準波sinωｔ，cosωｔはそれぞれ
波形成形回路２８，２９によつて通常の交流波形
に成形され、レゾルバ２０の固定子巻線に印加さ
れる。これによりレゾルバ２０からは移動体１２
の位置に応じた位相の位相変調信号Ｓが出力され
る。この位相変調信号Ｓは波形成形回路３０によ
つて方形波に成形された後、デジタル位相比較器
２５に与えられるようになつている。

第２のカウンタ２３は移相器３１とともに第２
の計数手段を構成するもので、第１のカウンタ２
２と同一容量のカウンタで構成されている。この
第２カウンタ２３はゲートＧ１を介して基準パル
スRPを計数して第２図ｄに示すような疑似正弦
波TRsinωｔ（以下TRSと呼ぶ）を出力する。ま
た、この疑似正弦波TRSは移相器３１によつて
90度進相され、移相器３１から第２図ｅに示すよ
うな疑似余弦波TRcosωｔ（以下TRCと呼ぶ）
が出力される。そして、これらの疑似波TRSと
TRCがデジタル位相比較器２５に与えられるよ
うになつている。

デジタル位相比較器２５は第２の計数手段より
送出される疑似正弦波TRS、疑似余弦波TRCお
よびレゾルバ２０より送出される位相変調信号Ｓ
の論理積によつて疑似正弦波TRSと位相変調信
号Ｓとの位相を比較し、位相変調信号Ｓの位相が
疑似正弦波TRSよりも進んでいる場合には進相
信号ADVを出力し、遅れている場合には遅相信
号LATEを出力するもので、例えば位相変調信号
Ｓの立下りで位相比較をする場合には、・
TRS・の条件が満足された時に進相信号
ADVが出力され、Ｓ・・の条件が満足
された時に遅相信号LATEが送出される。したが
つて、レゾルバ２０が正転したときには進相信号
ADVが出力され、レゾルバ２０が逆転したとき
には遅相信号LATEが出力されることになる。な
お、このような条件判定を行う回路は第３図に示
すような２進８進デコーダによつて構成すること
ができる。このデジタル位相比較器２５から出力
される信号の内、遅相信号LATEはインバータ
INV１を介してゲートＧ１に与えるとともにゲー
トＧ４に与えられるようになつており、進相信号
ADVはゲートＧ２，Ｇ３と制御信号発生回路２
６に与えられるようになつている。

第３カウンタ２４は基準パルス発生回路２１か
ら出力される基準パルスRPをゲートＧ２を介し
て計数するもので、制御信号発生回路２６からリ
セツト信号RESETが出力されると零リセツトさ
れ、制御信号発生回路２６から第２カウンタ２３
にロード信号LOADが与えられると、第３カウン
タ２４の計数値が第２カウンタ２３にロードされ
る。制御信号発生回路２６は一例として第５図に
示すように、２個のフリツプFF１，FF２とアン
ドゲートAGとノアゲートNGとによつて構成され
ており、第６図に示すように、進相信号ADVが
与えられると基準パルスRPの立上りに同期して
フリツプフロツプFF１，FF２が順番にセツトさ
れ、進相信号ADVの送出が停止されるとフリツ
プフロツプFF１，FF２が順番にリセツトされ
る。そして、フリツプフロツプFF１，FF２のい
ずれもがリセツト状態にあるときはリセツト信号
RESETが送出され、フリツプフロツプFF２のみ
がリセツト状態になつたときにロード信号LOAD
が送出されるようになつている。

したがつて、デジタル位相比較器２５から進相
信号ADVが出力されると、第３カウンタ２４に
よつて基準パルスRPの計数が行われ、進相信信
号ADVが送出されなくなると第３カウンタ２４
の計数値が第２カウンタ２３にロードされた後、
第３カウンタ２４がリセツトされることになる。

次に上記構成による変位量検出装置１３の動作
を第２図のタイムチヤートに基づいて説明する。
今、第１カウンタ２２および第２カウンタ２３が
リセツトされた後、時刻TOから変位量の検出が
開始されたものとすると、時刻TOにおいては位
相変調信号Ｓと疑似正弦波TRSの位相は一致し
ているため、デジタル位相比較器２５からは進相
信号ADVも遅相信号LATEも出力されない。こ
のため、ゲートＧ１のみが開かれゲートＧ２〜Ｇ
４は閉じられた状態となる。

ゲートＧ１が開かれているため、第１カウンタ
２２と第２カウンタ２３は基準パルスRPを計数
して同時に歩進して行く。これにより、第１カウ
ンタ２２からは基準正弦波sinωｔが出力され、
移相器２７によつて進相された基準余弦波cosω
ｔとともにレゾルバ２０に印加される。また、第
２カウンタ２３からは疑似正弦波TRSが出力さ
れ、移相器３１によつて進相された疑似余弦波
TRCとともにデジタル位相比較器２５に与えら
れる。

このとき、レゾルバ２０が原位置、すなわち絶
対回転角θが零度の状態で停止しているものとす
ると、位相変調信号Ｓの位相は基準正弦波sinω
ｔの位相と同じであるため、基準正弦波sinω
ｔ、位相変調信号Ｓ、疑似正弦波TRSは時刻Ｔ
１で同時に立下る。したがつて、デジタル位相比
較器２５からは進相信号ADVも遅相信号LATE
も出力されず、ゲートＧ３，Ｇ４は開かれない。
このため、時刻Ｔ０からＴ１の間に偏差カウンタ
１１にフイードバツクパルスFBP＋，FBP−が送
出されることはない。

次に時刻Ｔ１からＴ１１の間にレゾルバ２０が
△θ１度だけ正転したとすると、位相変調信号Ｓ
の位相も回転角△θ１に応じた量だけ進む。これ
により、時刻Ｔ２１になると位相変調信号Ｓが疑
似正弦波TRSよりも先に立下るため、・
TRS・の条件が満足され、時刻Ｔ３になる
までデジタル位相比較器２５から進相信号ADV
が出力される。進相信号ADVが出力されるとゲ
ートＧ３が開かれるため、基準パルス発生回路２
１から送出される基準パルスRPが正のフイード
バツクパルスFEP＋として偏差カウンタ１１に
与えられるようになる。この偏差カウンタ１１に
与えられるフイードバツクパルスFBP＋の数は位
相変調信号Ｓの位相進み角△θ１に比例し、本実
施例の場合には４個のフイードバツクパルスFBP
＋が偏差カウンタに与えられる。

一方、デジタル位相比較器２５から進相信号
ADVが出力されると、この進相信号ADVは制御
信号発生回路２６とゲートＧ２に与えられるた
め、基準パルス発生回路２１から出力される基準
パルスRPが第３カウンタ２４によつて計数され
るようになる。そして、時刻Ｔ３になつて進相信
号ADVが出力されなくなると、第２カウンタ２
３にロード信号LOADが与えられて第３カウンタ
２４の計数値が第２カウンタ２３にロードされ
る。第３カウンタ２４の計数値は、偏差カウンタ
１１に送出したフイードバツクパルスFBP＋の数
と一致しており、位相変調信号Ｓの位相進み量△
θ１に比例している。しかがつて、第３カウンタ
２４の計数値が第２カウンタ２３にロードされる
と、疑似波の位相が△θ１だけ進められたことに
なり、時刻Ｔ３１においては、疑似正弦波TRS
と位相変調波Ｓが同時に立上がる。このように、
第３カウンタ２４の計数値を第２カウンタ２３に
ロードすることによつて疑似正弦波TRSと位相
変調波Ｓの位相が一致せしめられるため、疑似正
弦波TRSと位相変調波Ｓとの間には１サイクル
の間にレゾルバ２０が回転した回転量に比例した
位相差が１サイクル毎に生じ、レゾルバ２０の回
転量に比例した数のフイードバツクパルスが偏差
レジスタ１１に送出される。

次に時刻Ｔ３１からＴ４１の間にレゾルバ２０
が回転角△θ１だけ正転した状態から回転角△θ
２だけ逆転したとすると、位相変調信号Ｓの位相
は疑似正弦波TRSに対して△θ２だけ遅れる。
このため、時刻Ｔ４１になつても位相変調信号Ｓ
は立下らず、時刻Ｔ４１になるとＳ・・
の条件が満足され、時刻Ｔ４２になるまで
デジタル位相比較器２５から遅相信号LATEが出
力される。遅相信号LATEが出力されている間は
ゲートＧ４が開かれるため、遅相信号LATEが出
力されている間に基準パルス発生回路２１から出
力された基準パルスRPが負のフイードバツクパ
ルスFBP−として偏差カウンタ１１に与えられ
る。したがつて、偏差カウンタ１１には回転角△
θ２に対応した数のフイードバツクパルスFBP−
が与えられることになる。

一方、遅相信号LATEが送出されている間はゲ
ートＧ１が閉じられ、第２カウンタ２３の計数動
作が停止されるため、第２カウンタ２３から送出
される疑似波TRS，TRCの位相が△θ２だけ遅
らされる。これにより、疑似正弦波TRSと位相
変調信号Ｓとの位相が一致せしめられ、時刻Ｔ５
１においては疑似正弦波TRSと位相変調信号Ｓ
とが同時に立下る。これにより、次のサイクルの
終りにおいては、レゾルバ２０が１サイクルの間
に回転した回転角に応じた位相差が疑似正弦波
TRSと位相変調信号Ｓの間に生じ、この位相差
に応じた数のフイードバツクパルスFBPが偏差カ
ウンタ１１に与えられることになる。

なお、上記実施例においては位相変調信号Ｓの
立下りで位相比較を行つていたが、この位相比較
は位相変調信号Ｓの立上りで行つてもよく、この
場合にはＳ・・TRCの条件が満足されたと
きに進相信号ADVを出力して・TRS・TRCの
条件が満足されたときに遅相信号LATEを出力す
ればよい。したがつて第３図に示すデコーダの出
力端子３から出力される信号を進相信号ADVと
し出力端子６から出力される信号を遅相信号
LATEとすればよい。

また、位相変調信号Ｓの立上りと立下りの両方
で位相比較を行う場合には、Ｓ・・TRC＋
・TRS・の条件のときに進相信号ADV
を、・TRS・TRC＋Ｓ・・の条件の
ときに遅相信号LATEを出力するようにすればよ
く、第４図に示すようにデコーダの出力端子３，
４から出力される信号の論理和を取つて進相信号
ADVとし、出力端子１，６から出力される信号
の論理和を取つて遅相信号LATEとすればよい。
この場合には位相変調信号Ｓの半サイクルごとに
位相比較が行われるので、フイードバツクパルス
FBPも半サイクルごとに送出され、応答性のよい
変位量検出装置とすることができる。

以上述べたように本発明にかかる変位量検出装
置においては、基準パルスを計数して基準波と同
一周波数の疑似波を出力する第２の計数手段と、
この第２の計数手段から出力される疑似波とレゾ
ルバ等の変位位相変換器から出力される位相変調
信号との位相を一定周期毎に比較して位相変調信
号が進相している場合には進相信号を出力し遅相
している場合には遅相信号を出力する位相比較器
と、この位相比較器から進相信号が出力されてい
る間に発生された基準パルスを計数する第３の計
数手段と、位相比較器から進相信号が出力されて
いる場合には第２の計数手段の計数動作を停止さ
せ遅相信号が出力されている場合には第３の計数
手段によつて計数された計数値を第２の計数手段
に加算する制御手段とを設けたから、疑似波と位
相変調信号との位相が半サイクルまたは１サイク
ル毎に一致せしめられる。このため、位相比較時
に生じている位相差によつて移動体の変位量を直
接検出してパルスを送出することができる。した
がつて、従来のようにパルス数を記憶する記憶回
路とか演算回路等は不要となり、簡単な構成で高
精度な変位量検出を行うことができる。

また、本発明にかかる変位量検出装置において
は、基準波の周波数およびデユーテイ比が常に一
定に保たれているため、波形成形回路等の設計が
容易なだけでなく、動作が不安定となる恐れが全
くなく安定した変位量検出ができる利点を有して
いる。

さらに、疑似波と位相変調信号の位相を一致さ
せる方式として、基準パルスと位相の異つたパル
スを発生するパルス発生器を設け、このパルス発
生器から出力されるパルスを第２の計数手段に加
算パルスまたは減算パルスとして与える方式もあ
るが、このものにおいては、パルス発生器からの
パルスの周波数を基準パルスと同一にしても移動
体の変位によつて生じた位相差の半分しか１サイ
クルの間に補正できないため、本発明の変位量検
出装置はかかる方式のものに比べ追従精度が良い
利点も有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる変位量検出装置をフイ
ードバツクパルス発生装置として利用した実施例
を示すブロツク図、第２図は第１図における変位
量検出装置の動作を説明するためのタイムチヤー
ト、第３図は第１図におけるデジタル位相比較器
２４の具体例を示す図、第４図はその第２実施例
を示す図、第５図は第１図における制御信号発生
回路２６の具体的な構成を示す回路図、第６図は
制御信号発生回路２６の動作を説明するためのタ
イムチヤートである。 １２……移動体、２０……レゾルバ、２１……
基準パルス発生回路、２２……第１カウンタ、２
３……第２カウンタ、２４……第３カウンタ、２
５……デジタル位相比較器、２６……制御信号発
生回路、２７，３１……移相器、Ｇ１〜Ｇ４……
ゲート、INV１……インバータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定周期で基準パルスを発生する基準パルス
   発生回路と、この基準パルス発生回路から出力さ
   れる基準パルスを計数して基準波を出力する第１
   の計数手段と、この第１の計数手段から出力され
   る基準波を入力し移動体の変位量に応じて基準波
   を位相変調する変位位相変換器と、前記基準パル
   ス発生回路から出力される基準パルスを制御ゲー
   トを介して計数し前記基準波と同じ周波数の疑似
   波を出力する第２の計数手段と、この第２の計数
   手段から出力される疑似波と前記変位位相変換器
   から出力される位相変調信号との間の位相関係を
   一定周期毎に比較し位相変調信号が進相している
   ときには進相信号を出力し遅相しているときには
   遅相信号を出力する位相比較器と、この位相比較
   器から進相信号が出力されている間に出力される
   基準パルスの数を計数する第３の計数手段と、前
   記位相比較器から遅相信号が出力された場合には
   前記制御ゲートを閉じ進相信号が出力された場合
   には前記第３の計数手段によつて計数された計数
   値を次の位相比較時点までに前記第２の計数手段
   に加算する制御手段と、前記位相比較器から遅相
   信号および進相信号が出力されている間に発生さ
   れた基準パルスを移動体の正および負の方向の変
   位を表わすパルスとして送出するゲート手段とか
   ら構成されることを特徴とする変位量検出装置。