JPS6157811A

JPS6157811A - 光電式変位検出器

Info

Publication number: JPS6157811A
Application number: JP18007884A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hashizume; 隆橋詰; Kazuo Makishima; 一雄巻島
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 1984-08-29
Filing date: 1984-08-29
Publication date: 1986-03-24
Also published as: JPH0263168B2

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−１Ｚの」Ｉ弧淀」本発明は、軸の回動変位の検出器に関するものであり、
例えば、ロボットアームの支承軸、あるいはエンシ゛ン
等の原動機の回転軸に結合されてその回動角度の検出に
供され、この検出信号は前記検出対象の回動角位置や回
転速度の制御系における帰還信号やその表示に用いられ
る。

従−米ｑ−抹−術− この種の検出器には、ロータリエンコーダやレゾルバ算
がある。中でもレゾルバは高いご　　　　　　　分解能
をも〜にもかかわらず、比較的構造力・簡＋ｉｔで、し
かも角度情報がその１般送波の周ｊ１１１ごとに取出ぜ
る９、ｖ徴を有している。

すなわち、レゾルバはスデータの直交する２方向の極に
それぞれ第１、第２のフィルを巻装し、その内部で回転
するロータには第３のフィルを巻装し、第１、第２のコ
イルには相互に９０度位相の搬送波Ｖａ、Ｖｂ、〜７　
ａ＝　Ｖ　２ｓｉｎωｔ ■１〕二＼７２ｅＯ８ωｔここに、＼７２：搬送波の振幅　ω：搬送波の角速度を
供給して各様から搬送波Ｖ　ａ、Ｖｂに対応した磁束を
放射させるようにしたものである。したがって、このロ
ータを被測定軸と結合して回動させると、その回動角度
θに応じてそれぞれの放射磁束のうちロータと鎖交する
磁束の割合が変わり、その結果、第３のフィルには回動
角度θに応じて位相の変わる位相信号Ｖｃ＼’　ｃ＝　Ｋ　２Ｖ　２ｃｏｓωｔｓｉｎθ十に２Ｖ
２Ｓｉｎωｔｃｏｓθ ＝　Ｋ　、Ｖ　２ｓｉｎ（ωｔ＋θ）ここに、Ｋ２、Ｋ３：　　比例係数が誘起されることに
なる。しかしながら、レゾルバは−１−記のように電磁
的な信号発生手段を用いているために、そのフィルおよ
びコイルからのイ、（分取出用ロータリトランス等を必
要とし、小型化するに際して制約を受ける、：と、また
、ロータの慣性モーメントもロータリエンコーダに比べ
て大きいことなどの問題点をもつ。

また、製作に際して所定の磁束分布を得るにはコイルの
形状、配置位置に厳しい精度が要求され、結果的に高価
となる問題点もある。

このようなレゾルバの欠点は、電磁的な信号発生手段を
採用しでいることに起因したものであり、その解決には
光電的な信号発生手段の採用が考えられる。

その種のものとしては、例えば米国特許第３．３０６，
１５９号に開示されたものがある。これは、回転軸に固
着した偏光板の一部分と対向状態に、第１〜第４の４個
の静１１−偏光板を配設し、その各静止偏光板は相互に
その透過軸を４５度づつずらしておぎ、その各静止偏光
板と前記回転偏光板の各々の外側で光源と受光部を対向
配置したものである。

以上のものにおいて、光源からの光は、回転偏光板を通
り、続いて第１〜第４の静止偏光板の各一つを経由して
それぞれの受光部に達するが、このとき、各受光部に達
する光量は、回転偏光板と各第１〜第４の静止偏光板の
透過軸の交り角により変わる。すなわち、光の透過率は
、交り角の倍角のコサイン関数に対応じて変わる。した
がって、今、回転偏光板が角度θだけ回動すると、その
回転偏光板と第１〜第４のｍ　＋ｌ−偏光板との各文り
角は、それぞれθ、θ十１１５゛、θ＋９０°、θ＋１
３５°　となり、その結果、それぞれの透過率は、ｃｏ
ｓ　２θ、−５ｉｎ２θ、−ｃｏｓ　２θ、５ｉｎ２θ
１こ対応し、各受光部にもそれらと対応した出力が発生
する。ただし、上記透過率は、必ずＯより大であり、し
たがって、上記透過率を厳密に表わすと、交り角が９０
度の場合、すなわち直交位透過率と−に記した透過率の
和となり、各受光部も直交位透過率に対応した直流成分
を含む。

次に、各受光部出力には、搬送波ｓｉｎω１、ｃｏｓω
ｔ、　−５ｉｒ＋６Ｊｔ、−ｃｏｓωｔが乗算され、そ
の後加算される。したがって、前記の直流成分はこの加
算により相殺され、加算出力は、位相が回転偏光板の回
動角θの倍角に対応じて変わる５ｉｎ（ω１＋２θ）と
なる。

しかし、これにおいでは、第１〜第４の偏光板をその透
過軸が４５度づつずれた状態に正確に配置しておく必要
があるが、それには、検出器の組立、調整技術に熟練を
要し、かつ多大の作業時間を要することが避けられない
。

また、特に光源は経年変化等により特性変化を起こし易
いが、そうした場合、受光部出力の振幅も変化すること
になり、結局、その振幅情報を利用して形成する信号に
誤差が生じる問題点がある。

発−明−剋解−汰−レ支邊−とする問題点本発明は、偏
光板の配置に際して、多数の偏光板を位置決め調整しな
ければならない問題点を解決しようとするものである。

同時に、本発明は、光源の特性変化による発光量の変化
を解決しようとするものである。

問−１（（肛決するための手段本発明は、前記問題点を解決するために、偏光板の透過
軸の位置調整を２ケ所に減少したものであり、透過軸を
４５度ずらして大小２枚の偏光板を重合した重合部分と
非重合部分とを有する第１の板体と、その重合部分と対
向して配設され、透過軸を４５度ずらした第１、第２の
偏光板を有する第２の板体と、第２の板体（あるいは第
１の板体）と一体面に結合され、前記第２の板体の第１
、第２の偏光板またはそれと対向する非重合部分のいす
、れか−側と対向して配設された第１、第２の受光部お
よび重合部分と対向して配設された＝７− 第３の受光部と、前記第１、第２の板体を挟んで前記各
受光部と月向して配設された１または複数個の光源と、
その光源に一定の点灯信号を送出する点灯制御部と、前
記第１〜第３の受光部出力を演算して第１、第２の版本
の相対回動変位に対応した出力を形成する演算部と、前
記第３の受光部出力の一方または両方と設定値との偏差
に応じて前記点灯制御部の点灯信号を補正する光量補正
部とからなる。

作−１Ｗ第１、第２の板体が相対的に回動変位θを生じると、第
１の板体の非重合部分の偏光板と第２の板体の第１、第
２の各透過軸との交り角がθだけずれ、その結果、それ
ぞれの光の透過率α１、α２は次のように変化する。

ａｌ−（Ｈｏ−Ｉ］９ｏ）ｃｏｓ２θ＋Ｈ９０二に、ｃ
ｏｓ２θ十に２　・・・・■ Ｑ　２＝　（Ｈｏ−Ｈ９０）（！０３２（θ＋４５°）
＋Ｈ９０＝　Ｋ　、ｃｏｓ２　（θ＋４５°）十に２＝
−Ｋｓｉｎ２θ＋に２−−−、■ ここに、Ｉ］。：平行付透過率ｌｌ９ｏ：直交位透過率Ｋ　１＝（１／２　）（Ｈｏ−Ｈｓｏ）Ｋ　２＝　（１
／’２　）（Ｈｏ＋　Ｈｇｏ）このとき、第１の板体の
重合部分の透過率ａ３は、第２の板体の回動変位θとは
無関係に一定であり、次のとおりである。

Ｑ　３＝（Ｈｏ−１４９０）　ｃｏｓ２４５　’　＋）
Ｔ！１０二に２　　　　　・・・・・・■ したがって、第１の板体の非重合部分と第２の板体の第
１、第２の偏光板を挟んで一側に配置された光源からの
光量は、それぞれの−１０〜透過率α１、α・倍されて他側に配置された受光部に達
し、また、重合部分を挟んで−・側に配置ｄされた光源
からの児腋は、一定の透過率ａ３倍されて飢例に配設さ
れた受光部に達する。

この結果、今、その発光量をＣとおき、受光部の光量と
電気信号との変換係数をβとおくと、第１〜第３の受光
部には、次のような出力８１〜ｅ３がそれぞれ発生する
。

ｅｌ”（ＺＩＣβ＝　　Ｋ３ｃｏｓ２θ十Ｋ。

ｅ２−α２Ｃβ＝　−Ｋ　３ｓｉｎ２θ十に、　　　■
ｅ３＝Ｑ３ｃβ＝　　Ｋ。

ここに、Ｋ、＝に、Ｃβ に４＝に２Ｃβ ヂ　　　　　　　　　以下、この出力ｅ１〜ｅ３は、演
算部に導入され、先ず加減回路において、（’ｅｌ−ｅ
３Ｌ（ｅ２−ｅ３）の演算が行なわれ、ｅｌ　Ｈｅ２中
の定数項に４が除去される。続いてこれらの差は変調回
路に送られ、９０度位相の周期的信号、ｓｉｎω１、ｃ
ｏｓωｔにより変調された後、加減算回路において、そ
の各変調信号の加算が行なわれ、次のように第１、第２
の板体の相対回動変位θに対応した位相ずれをもつ出力
ｅ。が形成される。

ｅｏ”　（（’！１−　ｅ３）Ｓｉｎωｔ　＋（ｅ２−
　ｅ、）（！Ｏ８ωｔ＝　Ｋ　３ｓｉｎ（ω１．−２θ
）　　　　　　　　■尚、演算部における演算は、最初
にｅｌｓ　ｅ２ｅ３を変調した後、加減算しても全く同
様である。

次に、光源の光量Ｃが変化した場合、受光部出力ｅ、〜
ｅ、変化する。このとき、第３の受光部出力は光量補正
部にも送られており、そこで所定の光量に対応した設定
値と比較され、その偏差信号が点灯制御部に送られてい
る。

そして、点灯制御部では、この偏差に応じて１１一点灯信号の大きさを変化させることになり、これにより
常時光源の発光量を一定に保つように制御が行なわれる
。

実施秒〔実施例の機構部分を示す第１，２図において、１は回動
自在に支承された軸であり、軸１」二には大径の偏光円
板１１と小径の偏光円板１２とを相互に透過軸を４５度
ずらして同心状態で重合させた第１の板体１０が一体的
に固着されている。

その第１の板体の外周側に位置する大径の偏光円板１１
のみからなる非重合部分と対向して第２の板体４０が配
設され、第２の板体４０には、相互に透過軸を４５度ず
らして第１、第２の偏光板４．１．４２が固定されてい
る。そして、その第１、第２の偏光板４１゜４２と第１
の板体１０の非重合部分とを挟んで対向状態に第１．第
２の光源２１．２２と第１、第２の受光部３１．３２（
但し、３２は図示されていない。）が配設されている。

また、第１の板体１０の内周側に位置する大径と小径の
偏光円板１１．１２の重合部分を挟んで対向状態に第３
の光源２３と第３の受光部３３が配置されている。

しかして、この機構部においては、大小径の偏光円板１
１．１２の重合に際して透過軸を４５度に組立調整する
ことと、第２の板体において第１、第２の偏光板４１．
４２の透過軸を４５度だけずらして組立調整することの
二つの調整操作のみとなる。

次に、第３図は前記第１〜第３の光源の発光量を制御す
る点灯制御部と、前記第１〜第３の受光部の出力を演算
して第１の板体１０の回動変位を算出する演算部の実施
例であり、第１，２図と同番号を付した第１〜第３の光
源２１〜２３、受光部３１〜３３は第１，２図と同一の
ものである。

これにおいては、定電流発生器よりなる点灯制御部５０
の出力端が第１〜第３の光源２１〜２３と直列に結線さ
れ、常時、第１・〜第３の光源２１〜２３から一定のＷ
′、＝、を発范させている。

また、光量補正部７０１ｉ：、第３の受光８１；３３の
出力と設定器７２から出力されるＩｌ１票発光量に対応
した設定電気信号との偏差算出器７１からなり、その偏
差信号は点灯制御部５０に送出され、点灯制御部５０で
はその偏差に対応させて各光源２１〜２３に送出してい
る点灯信号の大きさを変化させている。

また、演算部６０は、第１、第２の受光部３１．３２の
出力ｅ１、ｅ、と第３の受光部３３の出力ｅ３とのそれ
ぞれ差を算出する第１、第２の加減回路６１，６２、そ
の加減回路６１゜６２の出力にキャリア発振器６６から
送出されるキャリアｓｉｎωｔ、　ｅＯｓωｔを乗じる
第１、第２の変調器６３．６４、その各変調器６３゜６
４の出力の和を算出する第３の加減回路６５とからなる
。

以上のものにおいて、軸１がθだけ回動変位すると、第
１の板体１０も一体的にθだけ回動し、第１、第２の偏
光板４１．４２と偏光板１１の非重合部分との透過軸の
交り角がそれぞれθ　、（θ＋４５°）となり、その透
過率α１、ａ２は前記■、■式のように回動変位θに応
じて変化したものとなる。

他方、第１の板体１０の重合部の透過率は、軸１の回動
変位θとは無関係に一定であり、前記０式のようになる
。

したがって、第１、第２、第３の光源２１．２２．２３
から発光された一定光量は、それぞれａｌ、α２．０３
倍されて各対応する受光部３１〜３３に達し、受光部３
１〜３３はその受光量に対応した前記０式に示す電気信
号ｅ１〜ｅ３を発生する。

そして、第１、第２の加減回路６１．６２において、第
１、第２の受光部出力ｅ１、ｅ２と第３の受光部出力ｅ
３との差が算出され、続いて、その差は第１、第２の変
調器６３．６４において、９０度位相の正弦波により平
衡変調された後、第３の加減回路６５により加算され、
前記０式に示す出力ｅ。が形成される。

そして、光源２３の発光量が変化した場合には、受光部
３３の出力が変化し、その結果、偏差算出器７１に偏差
が生じて点灯制御部５０から送出される点灯信号が変化
させられ、光源２１〜２３の発光量が所定量となるよう
な制御が行なわれる。

尚、上記実施例において、光源と受光部は直接発光素子
と受光素子を用いた場合を例示したが、これらと光ファ
イバーを用いて構成しても同様である。

また、演算部６０の各受光部出力に対する演算の順序は
」−記実施例に限られるものでなく、前記０式の演井式
を満たすもの、例えば、ｅｌ、ｅ２を９０度位相の周期
的信号により変調した後加算し、また、ｅ３を９０度位
相の周期的信号の和の信号により変調し、前記加ｉ１信
号からその変調信号を差引いても同様である。

また、上記実施例は第１〜第３の別の光源を各受光部と
対向させた場合を例示したが、単一の光源を各受光部と
対向させても同様である。

また、演算部６０の各受光部出力に対する演算の順序は
、」二記実施例に限られるものでなく、前記０式の演算
式を満たすもの、例えば、ｅ＋＋２２を９０度位相の周
期的信号の和の信号により変調し、前記加算信号からそ
の変調信号を差引いても同様である。

また、上記実施例においては第１の板体１０を軸１に固
着して回動変位させた場合を例示したが、第２の板体４
ｏの第１．第２の偏光板をドーナッツ状とし、円板の異
なる半径−にに設け、それを軸に固着して回動変位させ
ても同様である。

発明の効」以上のとおりであり、本発明は、２枚の偏光板を重合さ
せた部分と非重合の部分とを有する第１の板体の非重合
部分に対して第２の板体の２枚の偏光板を対向させ、そ
の開の透過光量の変化および第１の板体の重合部の透過
光量を電気信号に変換して処理し、第１と第２の板体の
回動変位に対応した出力を形成するので、偏光板の透過
軸の調整は、２対の偏光板に対して行なうだけでよく、
全体の糾立調達が簡略化され、作業性が向−１ニする。

また、光源の発光量が変化した場合には、受光部出力を
フィードバック信号とする光域補正部により自動的に発
光量の補正が行なわれるので、検出精度か向−１−する
。

【図面の簡単な説明】

−第１図は本発明の磯構部の実施例を示す正面図、第２
図は第１図の左側面図、第３図は本発明の点灯制御部、
演算部の実施例を示すブロック線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１、透過軸を４５度ずらして２枚の偏光板を重合した重
合部分と非重合部分とを有する第１の板体と、その非重
合部分と対向して配設され、透過軸を４５度ずらした第
１、第２の偏光板を有する第２の板体と、第１、第２の
板体のいずれかと一体的に結合され、前記第１、第２の
偏光板またはそれと対向する非重合部分のいずれか一側
と対向して配設された第１、第２の受光部および重合部
分と対向して配設された第３の受光部と、その第１〜第
３の受光部と一体的に結合されると共に、第１、第２の
板体を挟んで前記各受光部と対向して配設された一また
は複数個の光源と、その光源に一定の点灯信号を送出す
る点灯制御部と、前記第１〜第３の受光部出力を演算し
て第１、第２の板体の相対回動変位に対応した出力を形
成する演算部と前記第３の受光部出力の一方または両方
と設定値との偏差に応じて前記点灯制御部の点灯信号を
補正する光量補正部とからなるところの光電式変位検出
器。２、演算部は、第１、第３の受光部出力と第２、第３の
受光部出力を９０度位相の周期的信号によりそれぞれ変
調する変調回路と、その同一変調の第１、第３の受光部
出力の変調信号の差および第２と第３の受光部出力の変
調信号の差との和を算出する加減回路としたところの特
許請求の範囲第１項に記載の光電式変位検出器。３、演算部は、第１、第３の受光部出力の差および第２
、第３の受光部出力の差を算出する加減回路と、その各
差を９０度位相の同期的信号によりそれぞれ変調する変
調回路と、その各変調信号の和を算出する加減回路とし
たところの特許請求の範囲第１項に記載の光電式変位検
出器。