JPS61237013A - 光学式回転位置検出器 - Google Patents
光学式回転位置検出器Info
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- JPS61237013A JPS61237013A JP7845085A JP7845085A JPS61237013A JP S61237013 A JPS61237013 A JP S61237013A JP 7845085 A JP7845085 A JP 7845085A JP 7845085 A JP7845085 A JP 7845085A JP S61237013 A JPS61237013 A JP S61237013A
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- rotating disk
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- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING 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
- G01D5/00—Mechanical 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
- G01D5/26—Mechanical 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
- G01D5/32—Mechanical 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
- G01D5/34—Mechanical 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
- G01D5/347—Mechanical 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 using displacement encoding scales
- G01D5/34776—Absolute encoders with analogue or digital scales
- G01D5/34784—Absolute encoders with analogue or digital scales with only analogue scales or both analogue and incremental scales
Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は偏心円板と正弦波変調光とを利用して回転角度
を検出するアブソリュート形の光学式回転位置検出器に
関するものである。
を検出するアブソリュート形の光学式回転位置検出器に
関するものである。
近年、パルスゼネレータが速度や位置の検出器として、
計算機を用いた制御装置に多用されてきている。
計算機を用いた制御装置に多用されてきている。
これは、検出量がディジタル値として得られるので計算
機に入力しやすいこと、ディジタルフィルタを用いて制
御の安定化が容易に行えること。
機に入力しやすいこと、ディジタルフィルタを用いて制
御の安定化が容易に行えること。
位置検出と速度検出とに兼用できることなどの利点をも
っている。
っている。
しかしながらパルスゼネレータの分解能が低いと、リミ
ットサイクル振動によって、速度脈動や静止時の振動を
発生し易いという問題があり１分解能を高めたいという
要求がある。
ットサイクル振動によって、速度脈動や静止時の振動を
発生し易いという問題があり１分解能を高めたいという
要求がある。
パルスゼネレータとしては回転円板に多数のスリットを
設けた光学式のものが多く用いられているが、分解能は
回転円板のスリット数に依存する。
設けた光学式のものが多く用いられているが、分解能は
回転円板のスリット数に依存する。
例えば２０００個のスリットとｌＩｓの受光器を有する
パルスゼネレータは、１回転あたり２０００個の電気パ
ルスを発生し、スリットピッチに対して互に９０’の位
相差で配置された２個の受光器を持ち。
パルスゼネレータは、１回転あたり２０００個の電気パ
ルスを発生し、スリットピッチに対して互に９０’の位
相差で配置された２個の受光器を持ち。
回転方向も判別できる２相式の場合は、２０００個のス
リットによって１回転あたり８０００個のパルスを発生
させることができる。
リットによって１回転あたり８０００個のパルスを発生
させることができる。
現状の技術では、スリット数は最大２０００．１スリツ
トの分割内挿ピッチはｌ／４（電気角で９０＠）が限界
であり、１回転あたり８０００パルスが限界である。
トの分割内挿ピッチはｌ／４（電気角で９０＠）が限界
であり、１回転あたり８０００パルスが限界である。
従って制御応答を速めるためにサンプリング周期を短か
くすると十分なパルス数が得られず、高精度な制御がで
きない。
くすると十分なパルス数が得られず、高精度な制御がで
きない。
レゾルバを用いて回転位置を電気的位相角として検出す
る位相変調方式は、高分解能、小形化が可能であるが、
ノイズや温度変化による誤差が発生し易いという問題が
ある。
る位相変調方式は、高分解能、小形化が可能であるが、
ノイズや温度変化による誤差が発生し易いという問題が
ある。
〔発明の目的〕
本発明は、簡単な構造の回転円板を用いて回転角度を高
精度で検出できるアブソリュート形の光学式回転位置検
出器を提供することを目的としている。
精度で検出できるアブソリュート形の光学式回転位置検
出器を提供することを目的としている。
本発明は１回転軸に偏心して取付けられた回転円板と、
回転円板の周辺部をはさんで発光器と受光器が対向し、
回転軸の同心円上の位置に互に機械角１２０°ずつずら
して固定された３対の光学系と、上記３対め発光器に一
定周波数の正弦波電流を互に電気角１２０°ずつずらし
て供給する基準信号発生器と、上記３対の受光器の出力
を加算して回転円板の回転角だけ位相のずれた正弦波信
号を取出す演算回路と、上記加算回路の出力から上記正
弦波信号の位相差を検出する位相比較器を備え上記位相
比較器の出力する位相差によって回転軸の回転角を検出
し、二九によって簡単な回転円板を用いて回転角をアブ
ソリュート値として高分解能で検出できる光学式回転位
置検出器である。
回転円板の周辺部をはさんで発光器と受光器が対向し、
回転軸の同心円上の位置に互に機械角１２０°ずつずら
して固定された３対の光学系と、上記３対め発光器に一
定周波数の正弦波電流を互に電気角１２０°ずつずらし
て供給する基準信号発生器と、上記３対の受光器の出力
を加算して回転円板の回転角だけ位相のずれた正弦波信
号を取出す演算回路と、上記加算回路の出力から上記正
弦波信号の位相差を検出する位相比較器を備え上記位相
比較器の出力する位相差によって回転軸の回転角を検出
し、二九によって簡単な回転円板を用いて回転角をアブ
ソリュート値として高分解能で検出できる光学式回転位
置検出器である。
本発明の一実施例を第１図に示す。
第１図は本発明による光学式回転位置検出器の機械的な
構成を示すもので、（Ａ）は回転角ｏ＝ｏ”の状態を、
（Ｂ）は０＝９０°の状態を示している。
構成を示すもので、（Ａ）は回転角ｏ＝ｏ”の状態を、
（Ｂ）は０＝９０°の状態を示している。
第１図において、１は被検出回転体（図示せず）に結合
された回転軸、２は上記“回転軸１′の回転中心Ｏに対
して偏心ルて結合された中心゛０′の非透過性材料（例
えば金属板）より成る回転円板、３ａ。
された回転軸、２は上記“回転軸１′の回転中心Ｏに対
して偏心ルて結合された中心゛０′の非透過性材料（例
えば金属板）より成る回転円板、３ａ。
３ｂ、 ３ｃは回転中心Ｏの同心円上に互に１２００の
間隔で上記回転円板の周辺に沿って配置され、軸方向に
平行光線を投射する発光器、４ａ、 ４ｂ、 ４ｃはそ
れぞれ発光器３ａ、 ３ｂ、 ３ｃに上記回転円板２を
はさんで対向して設けられ、それぞれの発光器から投射
される平行光線のうち回転円板２にしゃ断さ九ない光を
受光する受光器である。
間隔で上記回転円板の周辺に沿って配置され、軸方向に
平行光線を投射する発光器、４ａ、 ４ｂ、 ４ｃはそ
れぞれ発光器３ａ、 ３ｂ、 ３ｃに上記回転円板２を
はさんで対向して設けられ、それぞれの発光器から投射
される平行光線のうち回転円板２にしゃ断さ九ない光を
受光する受光器である。
上記重心距離Ｏ−０′ をｌ／２、回転円板の半径をｒ
、回転円板の回転位置をθ、３個の発光器３ａ。
、回転円板の回転位置をθ、３個の発光器３ａ。
３ｂ、 ３ｃから投射される光の強度をそれぞれ工。。
。
■。ｂ、工。Ｃとすると、受光器４ａ、 ４ｂ、 ４ｃ
で受光する光の強度Ｉａ、Ｉゎ、工。はそれぞれ下記０
式であたえられる。
で受光する光の強度Ｉａ、Ｉゎ、工。はそれぞれ下記０
式であたえられる。
第１図において（Ａ）はθ＝０″の位置を、（Ｂ）はθ
＝９０°の位置を示している。
＝９０°の位置を示している。
１１１ａ＊ Ｉ＠Ｉ＋ｔ Ｉ。Ｃとしては、下記０式で
あたえられる一定周波数ｆの正弦波で光強度変調された
平行晃線を用いる。
あたえられる一定周波数ｆの正弦波で光強度変調された
平行晃線を用いる。
ここにω□＝２πｆである。
このため発゛光１１３ａ、 ３ｂ、 ３ｃにはそれぞれ
下記０式であ°たえられる３相電流の各相ｌａｐ ｌｂ
ｓ ｌｅを供給する。
下記０式であ°たえられる３相電流の各相ｌａｐ ｌｂ
ｓ ｌｅを供給する。
■式を０式に代入すると、受光器４ａ、 ４ｂ、 ４ｃ
で受光する光の強度Ｉ、、Ｉゎ、工。はとなる。
で受光する光の強度Ｉ、、Ｉゎ、工。はとなる。
上記受光器４ａ、 ４ｂ、 ４ｃの出力を、これに比例
した電圧信号ｅａｓ ｅｂｅ ｅｅに変換して加算する
と、加算値ｅは ｅ＝にｖ （１＋ｃｏｓ（ωを一θ）） ・・・■
であたえられる。ここにＫＶは定数である。
した電圧信号ｅａｓ ｅｂｅ ｅｅに変換して加算する
と、加算値ｅは ｅ＝にｖ （１＋ｃｏｓ（ωを一θ）） ・・・■
であたえられる。ここにＫＶは定数である。
従って上記０式から演算によって回転角θを求めること
ができる。
ができる。
上記の演算動作を実現するための回路構成の一例を第２
図に示す。
図に示す。
第２図において、５は基準信号発生器であり、前記０式
であたえられる３相電流１！ｅ ｌｂ＊ １８を出力し
、それぞれ発光器３ａ、 ３ｂ、 ３ｃに供給する。
であたえられる３相電流１！ｅ ｌｂ＊ １８を出力し
、それぞれ発光器３ａ、 ３ｂ、 ３ｃに供給する。
受光器４ａ、 ４ｂ、 ４ｃは回転円板２の回転角θに
応じて前記に）式であたえられる光強度Ｉ、、 Ｉ、、
Ｉ。に比例する電流１ａ’ ｅ ｉ、′ｔ ｉ、′
を流し、さらに電流−電圧変換器６ａ 、 ６ｂ 、
、 ６ｃを介して、それぞれ比例した電圧ｅａｔ ｅｂ
＋ ａＱに変換し、加算回路７で加算して前記０式であ
たえられる電圧ｅを出力する。
応じて前記に）式であたえられる光強度Ｉ、、 Ｉ、、
Ｉ。に比例する電流１ａ’ ｅ ｉ、′ｔ ｉ、′
を流し、さらに電流−電圧変換器６ａ 、 ６ｂ 、
、 ６ｃを介して、それぞれ比例した電圧ｅａｔ ｅｂ
＋ ａＱに変換し、加算回路７で加算して前記０式であ
たえられる電圧ｅを出力する。
電圧ｅは回転角θと光源位相角ωｔに応じて第３図に示
すように変化し、直流成分ＫＶを含んでいるので、交流
増幅器８を介して交流会ｓａｃを取出し、さらにゼロク
ロスコンパレータ９で矩形波信号ＳＩＧに変換する。
すように変化し、直流成分ＫＶを含んでいるので、交流
増幅器８を介して交流会ｓａｃを取出し、さらにゼロク
ロスコンパレータ９で矩形波信号ＳＩＧに変換する。
一方基準信号発生器５から出力される電流信号ｉａは交
流増幅器１０およびゼロクロスコンパレータ１１を介し
て矩形波信号ＲＥＦに変換され１位相比較器１２によっ
て上記ＳＩＧと位相比較され１位相差θに比例したパル
ス幅の矩形波信号Ｇを出力する。
流増幅器１０およびゼロクロスコンパレータ１１を介し
て矩形波信号ＲＥＦに変換され１位相比較器１２によっ
て上記ＳＩＧと位相比較され１位相差θに比例したパル
ス幅の矩形波信号Ｇを出力する。
矩形波信号Ｇはその立上りでゲート回路１３のゲートを
開いて、カウンタ１５はクロックパルス発生器１４から
のクロックパルスＣＰのカウントを開始する。
開いて、カウンタ１５はクロックパルス発生器１４から
のクロックパルスＣＰのカウントを開始する。
矩形波信号Ｇが立下ると、ゲート回路１３のゲートが閉
じてカウンタ１５はカウントを停止する。
じてカウンタ１５はカウントを停止する。
これによってカウンタ１５は矩形波信号Ｇのパルス幅に
比例したカウントを行い、計数値ＣＮＴを保持回路１６
に保持する。
比例したカウントを行い、計数値ＣＮＴを保持回路１６
に保持する。
単安定マルチバイブレータ１７．１８は上記カウンタ１
５のリセットと保持回路１６のラッチを制御し。
５のリセットと保持回路１６のラッチを制御し。
これによって信号Ｇが出力されるごとにカウント動作を
繰返し、保持回路Ｉ６の出力として回転角θの現在値が
検出される。
繰返し、保持回路Ｉ６の出力として回転角θの現在値が
検出される。
第４図は上記の動作における各部信号波形を示すタイム
チャートである。
チャートである。
本発明の他の実施例を第５図に示す。
第５図においては、発光器３ａ、 ３Ｊ ３ｃから投射
される光をそれぞれ光ファイバ２１ａｔ ２１ｂｔ ２
１ｃを介してセルフォックマイクロレンズ２２ａ、 ２
２ｂ。
される光をそれぞれ光ファイバ２１ａｔ ２１ｂｔ ２
１ｃを介してセルフォックマイクロレンズ２２ａ、 ２
２ｂ。
２２ｃに伝送し、遮蔽板２３ａ、 ２３ｂ、 ２３ｃの
開口部を通って受光側のセルフォックマイクロレンズに
投射し、それぞれ光ファイバ２５ａ、 ２５ｂ、 ２５
ｃを介して受光器４ａ、 ４ｂ、 ４ｃに伝送しており
、他は第２図と同じである。
開口部を通って受光側のセルフォックマイクロレンズに
投射し、それぞれ光ファイバ２５ａ、 ２５ｂ、 ２５
ｃを介して受光器４ａ、 ４ｂ、 ４ｃに伝送しており
、他は第２図と同じである。
第５図の構成を用いると、回転円板２を含む検出部２６
と１発光器、受光器を含む測定部２７を分離できるので
、検出部２６を小形化できると共に電子回路に対するノ
イズの影響を防止することが容易になる。
と１発光器、受光器を含む測定部２７を分離できるので
、検出部２６を小形化できると共に電子回路に対するノ
イズの影響を防止することが容易になる。
以上説明したように本発明によれば、偏心回転円板の回
転角度に対する光伝送量が正弦波状に変化することを利
用し、正弦波で光強度を変調した光を通して回転角度の
みの関数となる光強度を取出して回転角度を検出してい
るので、回転円板の形が簡単になり、スリットを用いる
従来の方式に比して高い分解能でアブソリュートな回転
位置を容易に検出することが可能となる。
転角度に対する光伝送量が正弦波状に変化することを利
用し、正弦波で光強度を変調した光を通して回転角度の
みの関数となる光強度を取出して回転角度を検出してい
るので、回転円板の形が簡単になり、スリットを用いる
従来の方式に比して高い分解能でアブソリュートな回転
位置を容易に検出することが可能となる。
第１図（Ａ）、 （Ｂ）は本発明の一実施例を示す検出
部の機械的な配置図、第２図は検出部および測定部を含
む回路系統図、第３図は検出信号の一例を示す波形図、
第４図は第２図における各部動作波形を示すタイムチャ
ート、第５図は本発明の他の実施例を示す構成図である
。 １ 回転軸 ２ 回転円板 ３ａ、３ｂ、３ｃ 発光器 ４ａ、４ｂ、４ｃ 受光器 ５ 基準信号発生器 ６ａ ｓ ６ｂ ｅ ６ｃ 電流−電圧変換器７
加算回路 ８．１０ 交流増幅器 ９．１１ ゼロクロスコンパレータ１２
位相比較器 １３ ゲート回路 １４ クロックパルス発生器１５
カウンタ １６ 保持回路 １フ、１８ 単安定マルチバイブレータ２１ａ、
２１ｂ、２１ｃ、 ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 光ファ
イバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ
セルフォックマイクロレンズ（８７３３） 代理
人 弁理士 猪、股 祥 晃 （ほか１名）第 １
図 第 ２ 図 第 ５ 図
部の機械的な配置図、第２図は検出部および測定部を含
む回路系統図、第３図は検出信号の一例を示す波形図、
第４図は第２図における各部動作波形を示すタイムチャ
ート、第５図は本発明の他の実施例を示す構成図である
。 １ 回転軸 ２ 回転円板 ３ａ、３ｂ、３ｃ 発光器 ４ａ、４ｂ、４ｃ 受光器 ５ 基準信号発生器 ６ａ ｓ ６ｂ ｅ ６ｃ 電流−電圧変換器７
加算回路 ８．１０ 交流増幅器 ９．１１ ゼロクロスコンパレータ１２
位相比較器 １３ ゲート回路 １４ クロックパルス発生器１５
カウンタ １６ 保持回路 １フ、１８ 単安定マルチバイブレータ２１ａ、
２１ｂ、２１ｃ、 ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 光ファ
イバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ
セルフォックマイクロレンズ（８７３３） 代理
人 弁理士 猪、股 祥 晃 （ほか１名）第 １
図 第 ２ 図 第 ５ 図
Claims (1)
- 回転軸に偏心して取付けられた回転円板と、回転円板の
周辺部をはさんで発光器と受光器が対向し、回転軸の同
心円上の位置に互に機械角１２０°ずつずらして固定さ
れた３対の光学系と、上記３対の発光器に一定周波数の
正弦波電流を互に電気角１２０°ずつずらして供給する
基準信号発生器と、上記３対の受光器の出力を加算して
回転円板の回転角だけ位相のずれた正弦波信号を取出す
加算回路と、上記加算回路の出力から上記正弦波信号の
位相差を検出する位相比較器を備え、上記位相比較器の
出力する位相差によって回転軸の回転角を検出すること
を特徴とする光学式回転位置検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7845085A JPS61237013A (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | 光学式回転位置検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7845085A JPS61237013A (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | 光学式回転位置検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61237013A true JPS61237013A (ja) | 1986-10-22 |
Family
ID=13662371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7845085A Pending JPS61237013A (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | 光学式回転位置検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61237013A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0419956A2 (en) * | 1989-09-25 | 1991-04-03 | Aerospace Controls Corporation | Encoder disc |
| WO2002060650A3 (en) * | 2001-01-29 | 2002-10-31 | Pat Technologies Ltd | Method and apparatus for determining when a fastener is tightened to a predetermined tightness by an impact tightening tool |
| WO2005053908A1 (en) * | 2003-12-01 | 2005-06-16 | Atlas Copco Tools Ab | Impulse wrench with angle sensing means |
| US20090313313A1 (en) * | 2006-07-03 | 2009-12-17 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Digital filter device, phase detection device, position detection device, ad conversion device, zero cross detection device, and digital filter program |
| JP2010101787A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Ribekkusu:Kk | 三相型回転角度検出装置 |
-
1985
- 1985-04-15 JP JP7845085A patent/JPS61237013A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0419956A2 (en) * | 1989-09-25 | 1991-04-03 | Aerospace Controls Corporation | Encoder disc |
| WO2002060650A3 (en) * | 2001-01-29 | 2002-10-31 | Pat Technologies Ltd | Method and apparatus for determining when a fastener is tightened to a predetermined tightness by an impact tightening tool |
| WO2005053908A1 (en) * | 2003-12-01 | 2005-06-16 | Atlas Copco Tools Ab | Impulse wrench with angle sensing means |
| US7453225B2 (en) | 2003-12-01 | 2008-11-18 | Atlas Copco Tools Ab | Impulse wrench with angle sensing means |
| US20090313313A1 (en) * | 2006-07-03 | 2009-12-17 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Digital filter device, phase detection device, position detection device, ad conversion device, zero cross detection device, and digital filter program |
| US8468187B2 (en) * | 2006-07-03 | 2013-06-18 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Digital filter device, phase detection device, position detection device, AD conversion device, zero cross detection device, and digital filter program |
| JP2010101787A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Ribekkusu:Kk | 三相型回転角度検出装置 |
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