JPS63249017A - パルスエンコ−ダの光学系調整装置 - 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〕 本発明は、パルスエンコーダの光学系調整装置に関する
。

〔従来の技術〕

ＮＣ工作機械等において移動物の精密位置検出のために
パルスエンコーダが用いられる。パルスエンコーダは、
発光源、受光量検出器、該発光源と該受光量検出器との
間に設けられた複数の固定スリット、および、等間隔で
並び、測定対象物の移動に応じて、該固定スリット上を
重なるようにして移動する複数のスリットからなる移動
スリットを有するものであり、上記固定スリット上を移
動スリットが横切ることにより、受光量検出器上に達す
る光量に周期的な変化が生じ、この周期的変化を計数す
ることにより、上記測定対象物の移動量を検出するよう
にしたものである。

ところで、このようなパルスエンコーダにおける前記固
定スリットおよび移動スリットは、該移動スリーットの
移動方向に垂直な方向に長く、該移動方向の幅は通常数
１０ｕｍ（例えば、２０ｕｍ）と極めて狭い。また、前
記発光源は通常は発光ダイオード（以下ではり、　Ｅ　
Ｄと称す）であるが、■、ＥＤは一般にその強度分布に
関して方向性を有している上に、レンズの形状が一定で
ない等の原因により光軸の傾きに個体差を有している。

また、フォトダイオード等の受光量検出器表面も感度分
布を有している。このため、上記のようなパルスエンコ
ーダの光学系においては、前記スリットの幅方向、すな
わち前記移動スリットの移動方向における、前記固定ス
リットに対する、ＬＥＤおよび受光量検出器の位置の変
化により、該受光量検出器において検出される受光量が
変化し、該受光量検出器の出力レベルが変化する。した
がって、一般にパルスエンコーダの製作時には、前記ス
リットの幅方向、すなわち前記移動スリットの移動方向
における、前記固定スリットに対する、ＬＥＤおよび受
光量検出器の位置の微妙な調整が必要となる。

しかしながら、従来、この調整は、人間がパルスエンコ
ーダの出力波形をシンクロスコープ等で観測しながらマ
ニュアル操作で行っていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のように、従来は、スリットの幅方向、すなわち移
動スリットの移動方向における、固定スリットに対する
、ＬＥＤおよび受光量検出器の位置は、共に、マニュア
ル操作により調整していたため、大変手数も時間もかか
り、また調整の誤差にもばらつきがあるという問題点が
あった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、なされたもので、パル
スエンコーダの光学系の位置調整が、マニュアル操作に
よらずとも、容易、且つ、高精度に行うことができるよ
うにすることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明によるパルスエンコーダの光学系調整装
置の基本的構成を示す図である。本図において、■は波
形解析部、２はコンピュータ、３はサーボアンプ、４は
光学系駆動部、そして５は光学系を調整すべきパルスエ
ンコーダである。本発明のパルスエンコーダの光学系調
整装置？ｆ　１００は、上記の波形解析部１、コンピュ
ータ２、サーボアンプ３、そして光学系駆動部４からな
る。

パルスエンコーダ５は、第１図には図示しないが、発光
部、発光部からの光を通過させる複数の固定スリット、
該固定スリットの各々を通過した光量を検出する複数の
受光量検出器、および等間隔で並び、測定対象量の変動
に対応して前記固定スリット上を移動することにより前
、足受光検出器の各々において検出される受光量に周期
的変化を与える移動スリットを有する移動スリット部か
らなる光学系の構成を有している。

波形解析部１はパルスエンコーダ５の出力波形の理想波
形とのずれに関する情報を検出する。光学系駆動部４は
、パルスエンコーダ５における前記発光部あるいは受光
量検出器を前記移動スリットの移動方向に移動させる。

サーボアンプ３は上記光学系駆動部に駆動電流を供給す
る。コンピュータ２は前記波形解析部１において検出し
た情報に基づいて演算を行い、上記サーボアンプ３に対
し前記発光部あるいは受光量検出器を移動させるための
位置修正指令を出力する。

〔作　用〕

波形解析部１は、パルスエンコーダ５の移動スリット部
を移動させたときのパルスエンコーダ５の出力波形から
、該出力波形の理想波形からのずれに関する情報を検出
する。コンピュータ２はこの情報から、パルスエンコー
ダ５の出力波形を理想の波形に近づけるために前記発光
部または受光！を検出器をどのように移動させるべきか
を演算して前記発光部または受光量検出器を移動させる
ための位置修正指令を出力する。サーボアンプ３は該位
置修正指令に応じた駆動電流を出力し、光学系駆動部４
は該駆動電流によって前記発光部または受光量検出器を
駆動し、移動させる。

ところで、先に、パルスエンコーダの光学系においては
、固定スリットに対する発光部および受光量ヰ★出器の
位置、特に移動スリットの移動方向の位Ｗの変化が共に
パルスエンコーダの出力レベルを変化させることを述べ
たが、本発明によるパルスエンコーダの光学系調整装Ｎ
　ｔｏＯは、上記発光部あるいは受光量検出器の一方の
位置を適当な位置に固定した後、他方の位置を動かして
、パルスエンコーダの出力波形が理想的な波形になるよ
うに調整するために用いられる。

本発明のパルスエンコーダの光学系調整装置１００によ
れば、従来のようにシンクロスコープによりパルスエン
コーダ５の出力波形を観察しながらマニュアル操作によ
って発光部や受光量検出器の位置を調整する必要がなく
、容易、且つ高精度に位置を調整することが可能となる
。

［実施例］ 第４図は、上述のようなパルスエンコーダの光学系の構
成の例を示す図である。第４図において９は発光部、例
えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、８は固定スリット部、
７は等間隔に並んで移動する多数の移動スリット７０を
有する移動スリット部、そして、６は受光部であり、例
えばフォトダイオード等の受光素子からなるものである
。

第５Ａ図においては、上記の固定スリット部８が４つの
同定スリット群８１　、８２　、８３　、８４を有して
いることが示され、また、第５Ｂ図においては、受光部
６が上記の４つの固定スリット群８１　、８２　。

８３　、８４の各々に対応して４つの受光素子Ａ、Ｂ。

τ、Ｔを有していることが示されている。４つの受光素
子は、上記の移動スリット７０の移動する方向に垂直な
方向に並ぶ１対の受光素子ＡおよびＢ、および、該１対
の受光素子に隣接して、同じく移動スリット７０の移動
方向に垂直な方向に並ぶ、もう一対の受光素子丁および
τからなる。４つの同定スリット群８１　、８２　、８
３　、８４は、それぞれを通過した光が、上記のように
配置された対応する受光素子Ａ、Ｂ、τ、Ｔに受光され
るような位置にある。第４図および第５Ａ図に示される
移動スリット７０がこれらの図における左右方向に移動
すると、等間隔に並んだ移動スリット７０の各々は、順
に前記固定スリット群８１　、８２　、８３　、８４の
それぞれのスリットの上を重なるように通過して、発光
源であるＬＥＤ９からの光をさえぎって、各固定スリッ
ト群における光の通過量を周期的に変化させる。ここで
、第５Ａ図の各スリットの幅および間隔は共に２０μｍ
である。受光素子Ｂにおける受光量の周期的変化の位相
は、受光素子Ａにおける受光量の周期的変化の位相より
、測定量の増加に対して９０°遅れるように、゛固定ス
リット群８２の各スリットは固定スリット群８１の対応
工 する各スリットよりスリット幅の□、つまり１０μｍだ
け移動スリット部７の移動方向にずれた位置にある。そ
して、固定スリット群８３および８４は受光素子τおよ
び■によって受光されるように位置しており、上記固定
スリット群８１および８２より移動スリット７０の移動
方向に約１〜２龍離れて位置しているが、受光素子−入
−における受光量の周期的変化の位相は受光素子Ａにお
ける位相より、測定量の増加に対して１８０６遅れ、受
光素子丁における受光量の周期的変化の位相は受光素子
Ｂにおける受光量の周期的変化の位相より、測定量の増
加に対して１８０　”遅れるように配置されている。

第６図は、上に述べたパルスエンコーダの出力波形を、
測定量が増加する場合について示す図である。（１）〜
（４）は前述の第５Ｂ図の受光素子Ａ、Ｂ、τ、Ｔの出
力レベルを示すものである。

前述のように、各受光索子Ａ、Ｂ、τ、Ｔの出力は、そ
の位相が９０″ずつずれた正弦波形状を有している。各
波形のピークは、該受光素子に対応する固定スリット群
の各スリ゛ットが移動スリット７０のうちの対応する１
つに完全に重ったときに対応し、各波形の谷の部分は、
逆に、該受光素子に対応する固定スリット群の各スリッ
トが移動スリット７０のスリットとスリットとの間の部
分に完全に重なったときに対応する。

上記のような受光素子Ａ、Ｂ、τ、Ｔのアナログ出力か
ら、測定対象物の移動量に対応するタイミング情報を取
り出すために、第６図（５）に示すように、受光素子Ａ
の出力と受光素子τの出力との差（第６図ではＡ−τで
示す）を求め、この値を零レベルと比較することにより
、第６図（７）に示されるようなデユーティ比ｌの周期
的なディび受光素子■の出力からも同様にして第６図（
６）に示すようになり−Ｂ信号の形成゛を経て第６図（
８）に示すようなデユーティ比１の周期的なデ上述の説
明は、パルスエンコーダの移動スリット部７の移動スリ
ット７０を一定速度で移動させた場合を前提としており
、第６図の横軸は時間としている。もちろん、横軸を測
定対象物の位置と考□えれば、前記移動スリット部７の
移動スリット７０の移動速度に無関係に一般に成立する
。

ところで、第７図はＬＥＤあるいは受光素子の位置のず
れによるパルスエンコーダ出力への影響の１例を示すも
のである。本図′においては、受光素子Ａの出力レベル
が受光素子τの出力レベルより低いために前述のＡ−τ
Φ値が正となる時間が、負となる時間より長くなり、こ
の値を零レベルと比較することにより得られるディジタ
ルパルスある時間と″０ルベルにある時間との比）が１
より大きくなっている。すなわち、この場合、パルスエ
ンコーダのディジタルパルスの出力の１０″レベルの継
続時間が短くなっている。パルスエンの（７）および（
８））は、それぞれの立上りおよび立下りを、読取り側
に備えるクロックパルスに同期して読取られるものであ
るが、測定対象物の移動が高速で行われる場合、パルス
エンコーダの出力パルスＤ　−およびＤ　−の周期は、
読取り側のクロックパルスの周期にかなり近づく。この
ためパルスエンコーダ出力のデユーティ比の１からのず
れが大きくなると、読取り側において続落しが発生する
という問題がある。

第２図および第３図に示される本発明によるパルスエン
コーダの光学系調整装置の実施例は、第４図、第５Ａ図
、および第５Ｂ図に示されるようなパルスエンコーダの
光学系において発光部９あるいは受光部６の位置、特に
移動スリット部７の移動方向の位置を調整するためのも
のである。第２図は本発明によるパルスエンコーダの光
学系調整装置の実施例の構成図であり、第３図は第２図
の波形解析部１の構成例を示す図である。

第２図において、１は波形解析部、２はコンピュータ、
３はサーボアンプ、６は受光部、７は移動スリット部、
８は固定スリット部、９は発光部、１０は上記移動スリ
ット部７の回転駆動軸、１１は上記移動スリット部７を
駆動する駆動モータ、４２は上記受光部６が取付けられ
ていて、回転する回転板、４１は該回転板４２を駆動す
るサーボモータである。第２図における受光部６、固定
スリット部８、および発光部９の構成および配置は第４
図に示されるとおりであり、固定スリット部８および発
光部９は固定されている。移動スリット部７は駆動モー
タ１１および回転駆動軸１０によって回転する回転スリ
ット板となっており、第５Ａ図に示したような移動スリ
ット７０はこの回転スリット板に円周状に設けられてお
り、回転スリット板の回転によって移動スリット７０が
移動するようになっている。回転板４２に取付けられて
いる受光部６は、コンピュータ２からの位置修正指令に
応じてサーボアンプ３を介して駆動されるサーボモータ
４１によって、移動スリット７０の移動方向に移動可能
であって、この方向でのコンピュータ２の制御による位
置の修正が可能となっている。

第２図および第３図に示される本発明の実施例において
は、先に第７図とその説明において述べた問題点に着目
して、第６図の（７）および（８）で示されるパルスエ
ンコーダの出力Ｄ　−およびＤ　−のデユーティ比を１
としたものを、前述の第１図の波形解析部ｌにおける理
想波形としている。

第３図は第２図の波形解析部１の構成例を示す図である
。第３図において、１８は比較器、１２はインバータ、
１３および１４はアンド回路、１５はクロック発生回路
、■６および１７はカウンタである。比較器１１は、第
６図（１）および（３）に示した受光素子Ａおよびτか
らのアナログ出力から第６図（７）に示したディジタル
信号アンド回路１３、および、カウンタ１６からなるを
検出するためのものであり、アンド回路１４およびカウ
ンタ１７からなる構成は信号Ｄ　−の“１”レベルの継
続時間Ｔｏをヰ★出するためのものである。

なお、比較器１８は通常のパルスエンコーダの出力回路
に含まれるものであるので、第６図の（７）または（８
）の出力Ｄ　＝またはＤ　−をそれぞれ第３図の比較器
１８の出力側の０点に印加することもできる。

第３図の波形解析部ｌからの出力Ｔ１１およびＴ　＋−
はコンピュータ２に入力され、ここで１Ｔｕ−Ｔｔ　　
Ｉの値が所定の限度以下であるかどうかが比較され、所
定の限度を超えているときは、コンピュータ２はサーボ
アンプ３に対し、Ｔ、−Ｔ、の値に応じた位置修正指令
を出力する。ここで第２図のパルスエンコーダの移動ス
リット部７、スナわち回転スリット板は、上記のＴ９お
よびＴＬの検出中は駆動モータ１１によって一定速度で
回転される。コンピュータ２においてＩＴＭ　　Ｔｔ　
　ｌが所定の限度以下であることが確認されると、これ
で受光部６の取付は位置の調整は終了し、回転板４２は
その位置で固定されサーボモータ４１、および、駆動モ
ータ１１は取りはずされる。

上述のパルスエンコーダの光学系調整装置における位１
ｉＪｌ整の精度は１μｍのオーダであって、受光部６や
発光部９の取付は位置の精度としては十分なものである
。

また、第２図に示される構成においては、発光部９の位
置は予め別の手段で（例えばマニュアル操作で）固定し
た上で、受光部６の位置を上記のパルスエンコーダの光
学系調整装置により調整するものである。先に述べたよ
うに、パルスエンコーダの光学系においては、スリット
を通過する光の量は、発光部９の位置にも、受光部６の
位置にも影響されるが、微調整に関しては、取付けの最
終段階で発光部９または受光部６の一方で行えばよい。

ところで、第２図において、発光部９と受光量検出器６
の位置を逆転して、先に受光部６を固定し、発光部９を
回転板４２に取付けて発光部９の位置を移動させること
により微調整を行うこともできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、パルスエンコーダ夕゛の光学系の微調
整を、マニュアル操作によらずに、容易、且つ高精度に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパルスエンコーダの光学系調整装
置の基本的構成を示す図、 第２図はパルスエンコーダの光学系調整装置の実施例の
構成図、 第３図は第２図の波形解析部の構成例を示す図、第４図
はパルスエンコーダの光学系の構成図、第５Ａ図は移動
スリットおよび固定スリットの配置図、 第５Ｂ図は受光部６の構成図、 第６図はパルスエンコーダの出力波形を示す図、第７図
は調整前の状態のパルスエンコーダの出力波形の１例を
示す図である。 （符号の説明） ｌ・・・波形解析部、　　　２・・・コンピュータ、３
・・・サーボアンプ、　４・・・光学系駆動部、５・・
・パルスエンコーダ、 ６・・・受光部、　　　　　７・・・移動スリット部、
８・・・固定スリット部、９・・・発光部、１０・・・
回転駆動軸、　１１・・・駆動モータ、１２・・・イン
バータ、　１３．１４・・・アンド回路、１５・・・ク
ロック発生器、 １６　、１７・・・カウンタ、　　１８・・・比較器、
７０・・・移動スリット、 ８１　、８２　、８３　、８４・・・固定スリットの群
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光部（９）、該発光部（９）からの光を通過させ
   る複数の固定スリット（８１、８２、８３、８４）該固
   定スリット（８１、８２、８３、８４）の各々を透過し
   た光の量を検出する複数の受光量検出器（Ａ、Ｂ、＠Ａ
   ＠、＠Ｂ＠）、等間隔で並び、測定対象量の変動に対応
   して前記固定スリット（８１、８２、８３、８４）上を
   移動することにより、前記受光量検出器（Ａ、Ｂ、＠Ａ
   ＠、＠Ｂ＠）の各々において検出される受光量に周期的
   変化を与える移動スリット（７０）を有する移動スリッ
   ト部（７）とからなるパルスエンコーダ（５）の光学系
   調整装置であって、 パルスエンコーダの出力波形の理想波形とのずれに関す
   る情報を検出する波形解析部（１）、前記パルスエンコ
   ーダ（５）の発光部（９）または受光量検出器（Ａ、Ｂ
   、＠Ａ＠、＠Ｂ＠）を前記移動スリット（７０）の移動
   方向に移動させる光学系駆動部（４）、該光学系駆動部
   （４）に対して駆動電流を供給するサーボアンプ（３）
   、および、前記波形解析部（１）にて検出した情報に基
   づいて演算を行い、該サーボアンプ（３）に対して前記
   発光部（９）または受光量検出器（Ａ、Ｂ、＠Ａ＠、＠
   Ｂ＠）、を移動させるための位置修正指令を出力するコ
   ンピュータ（２）を備えてなり、前記パルスエンコーダ
   の出力波形と理想波形との差が所定の限度以下となるよ
   うに前記発光部（９）あるいは前記受光量検出器（Ａ、
   Ｂ、＠Ａ＠、＠Ｂ＠）の位置を調整することを特徴とす
   るパルスエンコーダの光学系調整装置。 ２、前記光学系駆動部（４）は、前記サーボアンプ（３
   ）からの駆動電流によって駆動されるサーボモータ（４
   １）および、該サーボモータ（４１）によって回転する
   回転板（４２）からなり、前記受光量検出器（Ａ、Ｂ、
   ＠Ａ＠、＠Ｂ＠）は、該回転板（４２）と共に回転する
   ように取付けられている特許請求の範囲第１項記載のパ
   ルスエンコーダの光学系調整装置。 ３、前記光学系駆動部（４）は、前記サーボアンプ（３
   ）からの駆動電流によって駆動されるサーボモータ（４
   １）および、該サーボモータ（４１）によって回転する
   回転板（４２）からなり、前記発光部（９）は、該回転
   板（４２）と共に回転するように取付けられている特許
   請求の範囲第１項記載のパルスエンコーダの光学系調整
   装置。 ４、前記複数の受光量検出器（Ａ、Ｂ、＠Ａ＠、＠Ｂ＠
   ）は前記移動スリット（７０）の移動方向に並んで隣接
   する２つの群を形成し、各群は前記移動スリット（７０
   ）の移動方向に垂直な方向に並ぶ各群において同数の受
   光量検出器からなり、該２つの群を構成する受光量検出
   器同士は互いに１対１に対応し、対応する受光量検出器
   における受光量の周期的変化の位相差は１８０°であり
   、前記波形解析部（１）は、前記パルスエンコーダの出
   力波形のデューティ比を求めるための情報を検出するも
   のであり、前記コンピュータ（２）は前記波形解析部（
   １）からの情報に基づきデューティ比を求め該デューテ
   ィ比と１との差が所定の限度以下になるように前記位置
   修正指令を出力する特許請求の範囲第１項から３項のい
   ずれか１項記載のパルスエンコーダの光学系調整装置。 ５、前記波形解析部（１）は、前記パルスエンコーダ出
   力波形の１周期の間における高レベル状態の継続時間、
   および低レベル状態の継続時間を検出するものである特
   許請求の範囲第４項記載のパルスエンコーダの光学系調
   整装置。