JPS61184409A - 移動体の位置検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は工作機械、ロボッ°トその他各種産業分野に
用いて有用な移動体の位置検出装置に関する。

［従来技術の説明］ 従来より、移動体の位置検出装置としてはいわンコータ
七分けられる。

インクリメンタルエンコーダは、例えば半径方向に多数
のスリットが切られた円板を移動体の移動に伴って回転
するように設けると共にこの円板の両側面にそれぞれ投
受光器を設けておき、移動体の移動に伴って前記円板が
回転し前記スリットが通過すれば前記受光器からパルス
信号が発生するようにし、このパルス信号をエンコーダ
外部の受信装置で原点位置を基準として計数することで
前記移動体の現在位置を知るようにしである。なお、イ
ンクメンタルエンコーダからのパルス信号には移動方向
の情報が含ま札るようにしであるが、説明を容易化する
ためその説明は省略する。

又、アブンリュートエンコーダは、例えば前記円板に切
られるスリットを半径方向に複数段に形成すると共に各
段毎に前記投受器が設けてあり、これら投受光器間を各
段のスリットが通過することで各段の受光器からパルス
信号が得られるようにし、これら各段から得られる複数
段のパルス信号のビットパターンで移動体の絶対位装置
を知るようにしである。

なお、これらインクリメンタル及びアブソリュート系の
パルスエンコーダには、更に、上記例で示したロータリ
形式のものの他にリニア形式のものが有り、これらロー
タリ形式及びリニア形式いずれも各産業分野で広く使用
されているところである［昭和５７年３月２０日（第２
刷）、（株）新技術開発センター発行、サーボ技術マニ
ュアル（上巻）ＩＩＩ−５８〜７１参照］。

ところで、上記インクリメンタルエンコーダはその構成
が簡単であり、しかも、受信装置で原点位置を定めてお
けば移動体の移動領域を限定すること無く広領域の移動
体位置を検出できるが、位置データを得るためにパルス
信号を発生するようにすると共に得られたパルス信号を
計数処理する関係上、電源遮断時に原点位置を失うこと
になり、このパルスエンコーダを用いた機械では電源投
入後頁びぬ点設定作業を行わねばならないという不都合
があった。

この原点設定作業は、例えば、原点位置にリミットスイ
ッチを設け、このリミットスイッチを移動体に踏ませる
ことで行われるが、この作業は電源投入毎に行われなけ
ればならないのである。

一方、上記アブソリュートエンコーダでは、例えば、円
板に切られた複数段のスリットが常時移動体の絶対位置
を記憶しているので電源投入ごとの原点設定作業を要さ
ないが、その機械的構成は複雑であり、完成製品は高価
となる。しかも、設計されたアブソリュートエンコーダ
は移動領域に関して所定の限界を有し、より移動領域の
大ぎな他の移動体には転用することができず利用範囲を
縮減しているという不都合があった。

［発明の目的］ この発明は、上記インクリメンタルエンコーダは原点設
定作業を要し不都合であること、及び、アブソリュート
エンコーダは構成複雑で高価であり、しか°も移動領域
を限定しているため利用範囲を縮減しているという不都
合を共に改善し、移動領域を限定することなく絶対位置
を知ることができ、かつ、原点設定作業は不要であり、
しかも、簡易構成で安価に製作することができる移動体
の位置検出装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ この発明の概要を第１図にブロック図で示した。

第１図に示すように、位置検出装置１を移動体の正負移
動方向の情報を含め前記移動体の移動量に比例した数の
パルス信号を発生するパルス信号発生手段３と、前記パ
ルス信号発生手段から前記パルス信号を入力して前記正
負方向の情報に従って前記パルス信号を正負の方向に計
数し前記移動体の現在位置データを形成する位置データ
形成手段５と、前記位置データ形成手段５に形成された
位置データを外部に出力する位置データ出力手段７と、
少なくとも前記パルス信η発生手段３及び前記位置デー
タ形成手段５の電源要求部分の電源を電源遮断時にバッ
クアップする電源バックアップ手段９と、を具備せしめ
て構成し、従来のインクリメンタルエンコーダに用いら
れると同様のパルス信号発生手段で電源遮断時でも常時
移動体の移動量に比例したパルス信号を検出することと
すると共にこのパルス信号を電源遮断時でも常時計数処
理することにより移動体位置を絶対座標で検出するよう
にした。

［実施例の説明］ 以下、この発明について従来のロータリ形パルスエンコ
ーダに相当する実施例を上げ詳細に説明する。

第２図はこの発明に係る位置検出装置の構成説明図であ
る。

パルス信号発生手段３は、外縁部に磁気ストライプ１１
を備え移動体の移動量に比例して回転される円板１３と
、該円板１３に備えた前記ストライプ１１と対向する位
置に設けた磁気検出ヘッド１５と、該磁気検出ヘッド１
５で検出した電圧を増幅する増幅器１７と、で構成され
る。

前記磁気ストライプ１１は円周方向に沿って多数等間隔
に配設された多数の磁気素子で形成され、例えば円板１
３の円周に沿って３６０本の磁気素子が配設される態様
である。これはドーナツ状に形成された磁器ストライプ
を円板１１−に添着する態様であって良い。

前記磁気検出ヘッド１５は、該検出ヘッド１５の前面の
前記円板１３の磁気素子動作を電圧で検出するもので、
本例では２個の検出ヘッドの内１つを相隣り合う磁気素
子の距離１／４だけ他の検出ヘッドに対して前記円板１
３の円周方向にずらせて配設しである。２つの検出ヘッ
ドの検出値は増幅器１７でそれぞれロジックレベルまで
増幅され位置データ形成手段５に出力されるようになっ
ている。２個の検出ヘッド１５は移動体の移動方向を知
るためのＡ、８２相のパルス信号を得るためである。　
位置データ形成手段５は方向制御回路（Ｄｉｒｅｃｔｉ
ｏｎ　　Ｃｏｎｔｒｏｌ　　Ｌｏｏｉｃ）　１９とカウ
ンタ回路（Ｕｐ　　Ｄｏｗｎ　　Ｃｏｕｎｔｅｒ）　２
１とて構成される。

前記方向制御回路１９は前記増幅器１７から入力されて
くるＡ、８２相のパルス信号から移動体の正負の移動方
向を判定し計数制御の信号を形成するものである。移動
体の正負の移動方向の判定は、パルス信号が前記の通り
２個の検出ヘッド１５でＡ、Ｂ２相に検出されるもので
あるから、例えば、移動体の移動が正方向の移動であれ
ば前記円板１１も正方向に回転され、例えばＢ相はＡ相
に対し１７４周期ずれた形のパルス信号として検出され
、これにより移動体は正方向に移動していることが判定
される。一方、例えば、移動体の移動が負方向であれば
前記円板１１も負方向に回転され、Ｂ相はＡ相に対し３
／４周期ずれた形のパルス信号として検出され、これに
より移動体は負方向に移動していることが判定されるこ
とになる。

前記カウンタ回路２１は前記方向制御回路１９からの方
向制御信号に合わせて前記Ａ相又はＢ相のパルス信号を
受け、このＡ又はＢ相のパルス信号を前記方向の制御信
号に従って計数する。計数は正方向ではプラスされ負方
向ではマイナスされる。従って、カウンタ回路は常時移
動体の位置に関連した゛計数値を保持することになり、
この保持値又はこの保持値に適宜常数を乗することによ
り移動体の位置データを形成することができる。

そして、かくして形成された位置データは次の位置デー
タ出力手段７に送られる。

位置データ出力手段７は位置データ記憶回路（Ｐ　ｏｓ
ｉｓｉｏｎ　　Ｄ　ａｔａ　　Ｍ　ｅｍｏｒｙ　＞　２
３と、シリアル入出力回路（３ｅｒｉａｌ　　ｆ　ｎｐ
ｕｔ　　０ｕｔｐｕｔ　）　２５と、該シリアル入出力
回路２５に外部から入力されたデータを解析する受信デ
ータ解析回路（Ｄａｔａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　＞　２７
と、送信制御回路（ＴｒａｎＳｍｉｔｔ　　Ｃｏｎｔｒ
ｏｌｌｅｒ　）　２９とで構成される。

前記位置データ記憶回路はいわゆるバッファで形成され
、前記カウンタ回路２１から送られてくる位置データを
送信されるまでの間一時記憶するものである。

前記シリアル入出力回路２５は２つの端子Ｔ１、Ｔ２を
有している。端子Ｔ２は゛外部から位置データの要求信
号や位置データは不要である旨のデータ信号を入力する
ためのものである。又、端子Ｔ１は外部に前記位置デー
タ記憶回路２３に一時記憶されている位置データを出力
するためのものである。なお、端子Ｔ３は前記方向制御
回路１９から出力されるＡ又はＢ相のパルス信号を出力
するためのものであり、端子Ｔ３に現われるパルス信号
は速度信号を形成するために適宜外部で使用されるもの
である。端子Ｔ３からの出力信号の使用形成については
後で第３図で詳述する。

前記受信データ解析回路２７は前記シリアル入出力回路
２５を介して端子Ｔ２からの外部信号をデータの形で受
けこのデータの内容を解析し出力するものである。本例
では外部信号は前述の通り位置データの要求信号や位置
データが不要になった旨の信号である。

前記送信制御回路２９は前記受信データ解析回路２７か
ら解析結果を受け、前記位置データ記憶回路２３に位置
データの出力指令又は出力停止指令を行うものである。

電源バックアップ手段９は、バッテリ３１を用いて構成
されている。

前記バッテリ３１は、破線で示した電源要求部分３３の
バックアップ用電源端子Ｔ４　、Ｔ４に接続され、図示
しない電源が遮断された時に電源要求部分にバックアッ
プ電圧を供給する。なお、本例の図示状態では電源要求
部分３３全体の電源バックアップを行っているが、実際
にはパルス信号発生手段３の増幅器１７と位置データ形
成手段の方向制御回路１９及びカウンタ回路２１のみで
十分である。これにより、電源遮断時の位置データの喪
失やパルス信号発生手段３の検出ずれが生ずるのを防止
している。なお、以上の構造の位置検出装置の電源要求
部分３３は省電力型のＬＳｉで容易に一体的に構成でき
る。

上記構成の位置検出装置１の作用について説明する。

先ず、位置検出＠置は円板１３の回転に伴って、移動体
の位置を検出する。その際の検出ヘッド１５、増幅器１
７、方向制御回路１９、カウンタ回路２１の動作に関し
ては上述した通りである。検出された（存置データは位
置データ記憶部２３に一前記憶され送信制御回路２９の
指令に伴って端子Ｔ１を介して外部に出力される。

さて、この位置検出装置１においては電源バックアップ
回路９が設けられており、電源遮断時には電源要求部分
３３の電源バックアップが行われる。　従って、本例位
置検出装置１にＪ′３いては電源遮断時にＪ５いても常
時移動体の絶対座標上での位置データを有しており、再
度電源が投入されればシリアル通信制御回路２５を及び
端子Ｔ１を介して移動体め位置データを送信することが
できる。

そこで、本例に係る位置検出装置１を用いた機械や装置
においては従来技術で説明した原点復帰作業が不要であ
り、アブソリュート方式のエンコーダと同種の絶対位置
のデータを出力できることになるのである。しかも、本
例に示した位置検出装置１においては移動体の移動領域
の大小に拘わらず、いわば無限の領域で使用可能である
。

なお、第２図に示した実施例においてはパルス信号発生
手段を省電力型とするために磁気ストライプを用いた磁
気式の例で示したが、これはこの他、ＬＥＤ及びホトト
ランジスタを用いた光電式その他のものであっても良い
ことは勿論である。

ただ、磁気ストライプを用い、又、省電力型のＬ３ｉを
用うれば電源バックアップはいわゆる電池で十分となる
。

又、本例においては前記カウンタ２１又は位置データ記
憶回路２３でカウンタ回路２１の計数に乗数を乗じて移
動体の実際位置を求める例を示したがこの演算は外部で
行っても良いことは勿論である。

又、本例においては端子Ｔ３を設けこの端子Ｔ３からパ
ルス信号を外部に速度信号形成用の信号を提供するよう
にしているが、本例に示した位置検出装置１内に速度信
号形成手段を設け、速度信号を出力するようにすること
もできることは勿論である。この場合、上記例で示した
位置データ出力手段７はほとんど位置及び速度の検出に
そのまま共有することができることになり、受信データ
解析回路で送信要求データを解析し、位置又は速度いず
れかの信号を交互に、又は順次に、或は一方だけ、更に
或は、シリアル線を一本追加して両者同時に出力するよ
うにすることができる。

又、上記実施例ではロータリ形式のものについて示した
が、これはリニア形式のものではあっても同様に説明で
きることは勿論である。

次に、上記構成の位置検出装置１をＮＣ装置のサーボ装
置に適用した例について説明する。

第３図はＮＣ装置のサーボ装置の制御ブロック図である
。

サーボ装置３５は移動体（例えば工作機械のデープルＸ
軸）の位置及び速度制御回路３７と、この回路３７とサ
ーボモータＭとの間に設（）られるＤ　／　Ａ変換器３
つ及びサーボアンプ４１、並びに、速度帰還信号の提供
部（参照符号なし）とで構成される。

前記位置及び速度制御部３７は移動体の位置に対する速
度のパターン指令を行ってＪ５す、移動体の各位置毎の
適正速度を位置の関数として指令することができるＪ：
うになっている。

位置信号の帰還信号の提供部（参照符号なし）は位置検
出装置７と、この位置検出装置１と接続されるシリアル
通信制御回路４３、と、この回路４３に接続される制御
データ出力回路（ＣｏｎｔｒｏｌＤａｔａ　　０ｕｔｐ
ｕｔ　）　４５と、前記シリアル通信制御回路４３と位
置及び速度制御回路３７との間に位置する位置データ記
憶回路４７と、で構成される。シリアル通信制御回路４
３は位置検出装置１の端子Ｔ１及びＴ２と接続されてい
る。

速度信号の帰還信号の提供部（参照符号なし）は位置検
出装置１と、この装＠１の端子Ｔ３と接続される速度信
号形成回路４９と、この回路４つ及び前記サーボアンプ
４１とに接続されるＤ／Ａ変換器５１とで構成されてい
る。

前記制御データ出力回路４５はＮＣ装置の主制御部（図
示せず）に接続され、サーボモータＭの稼動中、例えば
、所定のサンプリングタイム毎に位置データ要求信号を
出力する。この信号はシリアル通信制御回路４３を介し
て位置検出装置の端子Ｔ２に出力され、第２図に示した
受（３デ一タ解析回路２７で解析され、位置データの要
求信号であれば端子丁１を介してシリアル通信制御回路
４３に移動体の位置データが送られてくることになる。

前記位置データ記憶部４７はシリアル通信制御回路４３
に送られてきた位置データを位置及び速度制御回路３７
に提供するバッファである。

前記速度信号形成回路４つは第２図に示した方向制御回
路１９から前記Ａ又はＢ相のパルス信号を受け、このパ
ルス信号をクロック信号と対応させて稼動体の速度信号
を形成している。Ｄ／Ａ変換器５１は速度信号形成回路
４９の出力データを電圧値に変換しこれを前記サーボア
ンプ４１に帰還させている。

第３図において、今、位置及び速度制御回路３７から所
定の速度υの指令信号が出力されたとする。この速度υ
は稼動体の位置に関連して定められ、例えば、稼動開始
点と終了点では比較的低速に、又、その途中においては
比較的高速に、そして中間地点においては等速に定めら
れる。

Ｄ／Ａ変換器３９は前記回路３７から出力された指令の
速度υに応じて電圧Ｖ１を出力しこれをサーボアンプ４
１に出力する。そして、サーボアンプ４１はＤ／Ａ変換
器３９から出力−される電圧値に比例した電圧をサーボ
モータに出力しサーボモータはこれにより所定の速度で
回転されることになる。

このとき、位置及び速度制御回路３７は位置データ記憶
部４７を介して位置検出装置１から移動体の位置データ
を適時に得ており、所定の位置で所定の速度となるよう
速度の指令値を出力する。

一方速度信号形成回路４９はサーボモータＭの回転速度
に比例する速度信号の帰ｊ＝電圧Ｖ２を形成しており、
この電圧■２をＤ／Ａ変換器５１を介してサーボアンプ
４１に帰還させている。

ところで、サーボアンプ４１は指令電圧ｖ１と帰還電圧
Ｖ２の差△Ｖ（誤差）に応じた出力電圧をサーボモータ
Ｍに与えており、サーボモータＭは前記誤差△Ｖがゼロ
となるように、即ち、稼動体の速度が指令速度υとなる
ように制御されるのである。

位置検出装置１で構成される位置データは以上のように
使用されるので、サーボ装置３５は所定の速度で円滑に
作動されることになる。

なお、第３図に示した適用例においては、位置データは
制御データ出力回路４５の位置データ要求信号によって
送られてくるように説明したが、この要求信号は、サー
ボモータＭの運転開始に先立って一度比力すれば次の位
置データネ要の旨の信号が出力されるまでの間連続して
送られてくるようにすることができることは勿論である
。又、第３図に示した速度信号形成回路４９は位置検出
装置１内に組み込むことができることは前述した通りで
ある。

［発明の効果］ Ｌｘ上の通りこの発明に係る位置検出装置は、移動体の
移動動作を検出するパルス信号発生手段及びこのパルス
信号を信号処理し前記移動体の位置データを形成する位
置データ形成手段の電源要求部分を電源遮断時に電源バ
ックアップすることを要件としているので、位置データ
を常時形成７’Ｊ至保存しておくことができ、位置ずれ
のないデータを出力することかできる。

従って、従来のインクリメンタルエンコーダの原点設定
作業を要する不便さと、従来のアブソリュートエンコー
ダは構成複雑で高価でありしかも移動領域を限定し利用
範囲を縮減しているという不都合とを共に改善し、移動
領域を限定することなく絶対位置を知ることができ、か
つ、原点設定作業は不要であり、しかも、簡易構成で安
価に製作することができる移動体の位置検出装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の概要を示す位置検出装置の構成ブロ
ック図、 第２図はこの発明の実施例を示す位置検出装置の構成説
明図、 第３図は第２図に示した位置検出装置の適用例を示すブ
ロック図である。 １・・・位置検出装置 ３・・・パルス信号発生手段 ５・・・位置データ形成手段 ７・・・位置データ出力手段 ９・・・電源バックアップ手段 ＣΣ■、こりヨ）ｊ 第１Ｉ！ｉＩ！ 第２１！Ｉ Ｌ−−−−−−−−−−２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動体の正負移動方向の情報を含め前記移動体の移動量
   に比例した数のパルス信号を発生するパルス信号発生手
   段と、前記パルス信号発生手段から前記パルス信号を入
   力して前記正負方向の情報に従って前記パルス信号を正
   負の方向に計数し前記移動体の現在位置データを形成す
   る位置データ形成手段と、前記位置データ形成手段に形
   成された位置データを外部に出力する位置データ出力手
   段と、少なくとも前記パルス信号発生手段及び前記位置
   データ形成手段の電源要求部分の電源を電源遮断時にバ
   ックアップする電源バックアップ手段と、を具備して成
   る位置検出装置。