JPS63271116A

JPS63271116A - アブソリユ−トエンコ−ダ

Info

Publication number: JPS63271116A
Application number: JP10448587A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Miyamoto; 宮本　健彦
Original assignee: WAKO GIKEN KK; Shinano Electric Co Ltd
Current assignee: WAKO GIKEN KK; Daiichi Components Ltd
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1988-11-09

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】［産業上の利用分野コ本発明はアブソリュートエンコーダに関するものである
。

［従来の技術及びその問題点］近年、ロボット、自動機械の発達とともに、その制御の
ために回転、又は直線上の位置検出装置であるエンコー
ダ（位置符号発生装置）が広く利用され、その種類も多
種多様である。

サーボ機構の、特に回転部分の位置決めには、構造が簡
単、価格が安い等の理由で主としてインクリメンタルタ
イプのエンコーダが使用されていた。このインクリメン
タルタイプのエンコーダは、被制御対象の駆動源である
モータの駆動軸に連結して回転する回転円板上に所定間
隔で位置情報を書込み、この位置情報をセンサ部で読出
し、シリアルデータとして出力するものである。

しかし、ロボットの位置制御を行う場合、最初にホーム
ポジションを検知し、これを基準として動作させる処理
が必要である（インクリメンタルタイプを使用している
と電源再投入時ごとにこの動作が必要）。しかも、この
ホームポジョン検知のイニシャライズ処理に誤差がある
と、以後のすべての動作にこの誤差を含む事になるため
、このイニシャライズ作業は極めて神経を使う面倒な作
業である。

しかし、これがアブソリュートタイプであると、１度こ
の設定を行えば、作業内容の変化がないかぎり電源の入
断に関係なくすぐに作業を開始でき、面倒なイニシャラ
イズ処理を必要としない。このため、最近アブソリュー
トタイプのエンコーダの要求が高まってきている。電子
回路技術の発達により、エンコーダ側でシリアル出力を
パラレル出力に変換し、使用者側ではあたかもアブソリ
ュートタイプのエンコーダとして使用することができる
電子回路を組み込んだものが提案されてきている。

しかし、このような電子式アブソリュートタイプのエン
コーダにおいては、電池等により電源オフ時の動作を保
障しなければならない。この保障の無い場合には、電子
回路を構成する素子の性質上、電源がオフされた後は回
路が動作せず、その間の回転パルスのカウントが出来な
くなり、電源オン時にはインクリメンタルタイプを使用
した場合と同様、電源再投入時ごとにホームポジョン検
知のイニシャライズ作業が必要となってしまう。

電池等により電子回路の動作を保障する場合において、
その保障時間は電池等の容量及び回路全体の消費電流に
より定まる。従って、この回路の消費電流が大きい場合
には電子回路の正常動作時間が短くなり、極端な場合に
はアブソリュートエンコーダとして使用出来ない場合も
ある。このため、この消費電流を極力押える必要がある
。

一般的にこの電子回路部の回路素子を選択することによ
り極めて小さな消費電流とすることができる。しかし、
センサ部は大きな消費電流が必要であり、この消費電流
を下げることは事実上不可能であった。

［問題点を解決するための手段］本発明は上述の点に鑑み成されたもので、センサ部での
消費電流を下げたアブソリュートエンコーダを提供する
ことを目的とし、該目的を達成する一手段として本実施
例は以下の構成を備える。

即ち、駆動手段の駆動軸に連結して該駆動軸の回転に従
い回転する位置情報の記憶された回転円板と、該回転円
板の記憶位置情報をシリアル信号として読み出す読出手
段と、所定周期のクロック信号を出力するクロック発生
手段と、読出手段の読み出し情報を該クロック発生手段
よりのクロック信号に同期して整形出力する整形手段と
、該整形手段よりの出力信号を計数保持し、パラレル位
置情報として出力する計数手段と、該計数手段と読出手
段及びクロック発生手段に動作電源を供給する電源部と
、該電源部よりの供給電源のうち少なくとも読出手段へ
の供給電源を計数手段のサンプリングタイミング近傍時
間のみ供給するよう制御する電源供給制御手段とを備え
る。

［作用コ以上の構成において、少なくとも読出手段への電源供給
を必要なタイミング時のみとすることにより、低消費電
力化したアブソリュートエンコーダを提供できる。

［実施例］以下、図面を参照して本発明に係る一実施例を詳細に説
明する。

第１図は本発明に係る一実施例のブロック構成図であり
、図中、１０は本実施例の読出し可能なＭ／Ｒ素子によ
り構成された磁気ヘッド、２０は回転円板、３０は被制
御物の移動量に対応して回転する駆動源に連結された駆
動軸、４０は制御基板である０回転円板２０の所定半径
の円周面又は該円周面の対向位置には磁気ヘッド１０が
配設されており、この回転円板２０上の、少なくとも磁
気ヘッド１０対向面には高保磁力を備えた磁性材料を塗
布してあり、磁性材料面に配設されている磁気記録トラ
ックには、予め公知の方法である一定間隔（一定の角度
）β毎に位置情報（ｌｉｆｔ気目盛）が書込まれている
。

制御基板４０は、磁気ヘッド１０よりの検出信号を増幅
して２値化処理する２値化回路４２、所定周期でφ１及
びφ２のクロック信号を出力するクロック発生回路４３
．２値化回路４２で２値化された検出信号をクロック発
生回路４３よりのφ１信号に同期させて出力する同期化
回路４４、同期化回路４４よりの同期化信号を計数する
アップ／ダウンカウンタにより構成される計数回路Ａ４
５及び計数回路Ｂ４６、計数回路Ａ４５と計数回路Ｂ４
６よりの両計数出力を比較し、両出力が一致するか否か
を監視し、両値の不一致を検出すると不一致信号を出力
する不一致検出回路４７、制御基板４０の各構成に駆動
電源を供給するための電源部４８、及びクロック発生回
路４３よりのφ２に同期して磁気ヘッド１０への供給電
源を制御する駆励制御回路４９より構成される。

なお、磁気ヘッド１０よりの検出信号幅は一定ではなく
、パルス２値化回路４２の出力パルス幅そのままではパ
ルス幅の最小値を限定することができない。このため、
この信号を計数回路４５゜４６に供給しては、パルス幅
が狭すぎて誤動作を起したり、両計数回路のカウントタ
イミングがずれる場合等がある。このため同期化回路４
４でパルス信号幅の最小をクロック発生回路４３よりの
φ１信号の１周期以上と特定する。

本実施例では、計数回路４５．４６は共にまったく同じ
動作を行なうもので、同期化回路４４より出力される同
期パルス信号によりカウントを行う。そして、こめ計数
回路Ａ４５の出力が当該工ンコーダ出力となる。この時
、計数回路Ａ４５、計数回路Ｂ４６のカウント値の不一
致が発生するとエンコーダの誤動作としてその出力を無
効とするものである。

ちなみに、２つの計数回路（カウンタ）の同一ビットが
同時に誤動作する確率を算出すると以下の通りとなる。

即ち、いま仮に計数回路の誤動作発生率をｔｏ−１０と
仮定すると、２つの計数回路が同時に誤動作する確率は
、１０−”　Ｘ　１０−”　＝　１０−”　となる。

さらに、その誤動作ビットが同一となる確率はビット長
を仮に２０ビツトとした場合、１０−”　Ｘ　（１／２
０）＝５Ｘ　１０−”　となる。

したがって、１秒当り１０６皿のパルスが発生された場
合には、誤動作を検知できない平均発生時間は（５Ｘ　
１０−”　）　＋１０’秒＝５Ｘ１０Ｉ４秒となり、５
Ｘ１０”秒÷３．２Ｘ１０’秒／年＝１．５Ｘ１０’年
となる。これは実用上無視できる値である。

次に、２値化回路４２及び同期化回路４４等の詳細を第
２図に示す。

本実施例においては、磁気ヘッド１０はＭＲ素子により
構成されている。このＭＲ素子は磁界の変化に従い抵抗
値の変化するものであり、等他回路で示すと第２図に示
すＲｂとＲｓで表わせる。

ここで、非信号検出時のＲｂｉ、Ｒｓｉは、例えば、Ｒ
ｂ　ｉ　ｗＲｓ　ｉ±２０％（但し、Ｒｓ＝Ｒｓｉ、Ｒ
ｂ＝Ｒｂｉ）となり、信号検出時にはＲｂ＝Ｒｂｉ、Ｒ
ｓ　＝Ｒｓｉ　　（１−α）となり、α＝０．０２程度
の値となる。

このため、このα値の変化を有効に検出するため、この
Ｒｂ、Ｒｓと抵抗Ｒ１，Ｒ２及びＶＲＩにより公知のブ
リッジ回路を構成して、Ｒｂ及びＲｓの抵抗比の変化に
よる増幅器１０１の入力電位の変化を増幅器１０１で増
幅し、次の反転増幅器１０２で反転増幅して２値化デー
タに変換し、これをインバータ１０３で再び元の電位に
変えて同期化回路４４に出力する。同期化回路４４はＤ
タイプのフリップフロップで構成されており、インバー
タ１０３よりの２値化信号をクロック発生回路４３より
のφ１信号に同期させ、計数回路Ａ４５及び計数回路Ｂ
４６に供給する。

さらに、本実施例では磁気ヘッド１０よりの検出信号は
、同期化回路４４でφ１信号により同期化され、この同
期化されたパルス信号を計数回路４５．４６で計数し、
エンコーダ出力とするものである。従って２値化回路４
２よりのパルス信号出力は、同期化回路４４へのクロッ
ク信号φ１のサンプリングエツジの前後で安定していれ
ばよいことになる。係る点に着目して、本実施例では特
に消費電力が高い磁気ヘッド１０への駆動電源を駆動制
御回路４９により制御し、φ２信号出力時のみ供給する
ようにし、この同期化回路４４へのクロック信号φ１の
サンプリングエツジ（立ち上がりタイミング）の前後で
は出力が安定するよう制御している。

このクロック発生回路４３よりの発生クロック信号、及
び各信号間のタイミングチャートを第３図に示す。

クロック発生回路４３は、公知の発振回路構成で基準ク
ロックＭＣＬを常時発生しており、該ＭＣＬクロックの
立ち下がりに同期してφ１信号を、立ち上がりに同期し
てφ２信号がそれぞれ出力される。そして、駆動制御回
路４９はφ２信号出力時に電源部４８よりの駆動電源を
供給する。

このため、同期化回路４４でのサンプリングタイミング
であるφ１信号の立ち上がりタイミングにおいては、２
値化回路４２よりの２値化信号出力は安定している。な
お、磁気ヘッド１０への電源が供給されていない場合に
は、２値化信号は不安定であるため、第３図においては
この間を破線で示している。

このように、磁気ヘッド１０への通電を制御することに
より、消費時間を軽減することができ、バックアップ電
源として電池を用いた場合に、電子回路部の動作保持時
間を大幅に伸ばすことができる。

例えば、バックアップ用に５００　ｍ　Ａ　／　ｈの電
池を用いた場合で、磁気ヘッド１０を除いた電子回路部
の消費電流を１ｍＡ、ｉｉｉ気ヘッド１０の消費電流を
４ｍＡとした場合、駆動制御回路４９による通電制御を行わない場合には、
当該電池の有効保持時間は、５００　ｍ　Ａ　／　ｈ÷１ｍＡ＋４ｍＡ＝１００ｈ＝
４．１６日となり、磁気ヘッド１０への通電時間を本実施例の如く弼とした
場合には、５００　ｍ　Ａ　／　ｈ÷１ｍＡ＋　（４Ｘｙ２）ｍＡ
＝１６６．６ｈ＝６．９４日となる。

このため、本実施例の通電制御を行うことにより、電池
保持時間が約３日伸びることになる。

次に、磁気ヘッド１０、及び回転円板２０を組込んだ本
実施例のエンコーダの断面略図を第４図に示す。

第４図中１５は電源部４９を構成する充電可能な２次電
池であり、制御基板４０に常時電源を供給している。２
０は第１図に示した回転円板、３０は回転円板２０を回
転中心で支持し回転させる駆動軸、４０は制御基板、４
１はインタフェースケーブル、５１は制御基板４０を保
護する保護カバー、５２．５３は駆動軸３０を回転可能
に軸支する本体支持ベース、及び本体メインベースであ
る。

また５２ａ、５３ａは駆動軸３０が嵌入され、該回転軸
を本体支持ベース５２、本体メインベース５３に回転可
能に軸支するベアリング、５４は回転円板２０を磁気ヘ
ッド１０に所定の接触圧で圧接させるリング形状スポン
ジ状弾性体、５５は該弾性体５４を支持するバックプレ
ート、５８は２次電池１５の保護カバー、６０はジヨイ
ント部、６５はモータ、６６はモータ６５の駆動軸であ
る。

本実施例では、モータ６５に電源が投入されている時に
は、インタフェースケーブル４１を介して制御基板４０
に動作電源が供給されており、制御基板４０は主にこの
電源により動作する。同時にこの電源電流は不図示の充
電回路により電池１５にも供給され、電池１５の放電が
進んでいる場合にはここに充電電流が供給される。そし
て、モータ６５への電源がオフされた場合には、インタ
フェースケーブル４１を介して供給されていた動作電源
が供給されなくなり、以後は電池１５より制御基板４０
の前述した各回路に電源が供給される。したがって、計
数回路４５．４６のカウント値は電源断によってもリセ
ットされることが無くなり、この間の回転円板２０の回
転があってもこの計数回路４５．４６のカウント処理は
行われ、装置の電源再投入時には直ちに回転円板２０の
回転位置、即ち被制御対象の現在位置が認識可能となる
。

なお、２次電池１５は前述の如く、駆動源に電源が供給
されると充電状態となり、駆動源の電源未投入時には放
電状態となる。しかし、この電池１５は２次電池に限る
ものではなく、１次電池でもよいことはもちろんである
。

以上説明したように本実施例によれば、エンコーダの基
本部分はインクリメンタルタイプであっても、外部から
はアブソリリュートタイプとして機能する低価格かつ高
信頼性の、誤動作に対するプロテクトも完全なアブソリ
ュートエンコーダとすることが出来る。

［発明の効果］以上説明した様に本発明によれば、廉価かつ構成の簡単
なアブソリュートエンコーダを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の回転円板、及び磁気ヘ
ッドの位置関係及び制御基板回路構成を示す図、第２図は第１図に示す２値化回路及び同期化回路の詳細
構成を閉す図、第３図は本実施例の電源制御タイミングチャート、第４図は本実施例の断面略図である。図中、１０・・・磁気ヘッド、１５・・・２次電池、２
０・・・回転円板、３０・・・駆動軸、４０・・・制御
基板、４１・・・インタフェースケーブル、４２・・・
２値化回路、４３・・・クロック発生回路、４４・・・
同期化回路、４５．４６・・・計数回路、４７・・・不
一致検出回路、４８・・・電源部、４９・・・駆動制御
回路、５１．５８・・・保護カバー、５２・・・本体支
持ベース、５３・・・本体メインベース、５４・・・ス
ポンジ状弾性体、５５・・・バックプレート、６５・・
・モータ、６６・・・モータ駆動軸、１０１・・・増幅
器、１０２・・・反転増幅器である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）駆動手段により回転駆動される駆動軸に連結して
該駆動軸の回転量を検出するアブソリユートエンコーダ
であつて、該駆動軸の回転に従い回転する位置情報の記
憶された回転円板と、該回転円板の記憶位置情報をシリ
アル信号として読み出す読出手段と、所定周期のクロッ
ク信号を出力するクロック発生手段と、前記読出手段の
読み出し情報を該クロック発生手段よりのクロック信号
に同期して整形出力する整形手段と、該整形手段よりの
出力信号を計数保持しパラレル位置情報として出力する
計数手段と、該計数手段と前記読出手段及びクロック発
生手段に動作電源を供給する電源部と、該電源部よりの
供給電源のうち少なくとも前記読出手段への供給電源を
前記計数手段のサンプリングタイミング近傍時間のみ供
給するよう制御する電源供給制御手段とを備えることを
特徴とするアブソリユートエンコーダ。
（２）電源部は２次電池を含み、駆動手段駆動時には該
駆動手段より動作電源が供給され２次電池は当該動作電
源により充電され、前記駆動手段非駆動時には当該２次
電池より動作電源を供給することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のアブソリユートエンコーダ。