JPS63289416A

JPS63289416A - パルス・エンコ−ダ

Info

Publication number: JPS63289416A
Application number: JP12247487A
Authority: JP
Inventors: Akira Yokoyama; 横山　晃
Original assignee: Hitachi Seiko Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1988-11-25

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、工作機械等のようにサーボモータを用いた移
動を行なう装置の位置検出器に好適なパルス・エンコー
ダに関するものである。

［従来の技術］工作機械の位置検出や、ロボットアームの回転角度検出
には、従来からパルス・エンコーダが使用されている。

このようなパルス・エンコーダとしては、サーボモータ
軸等に取付けられ、回転角度を検出するロータリー型と
、直線軸上の移動距離を検出するリニア型とがある。

ここで、光学式ロータリー・パルス・エンコーダの原理
を第７図に示す。図示するように、対向する発光素子４
と受光素子５の中間には、スリット３を切った回転円板
２が配置されている。従ってその回転円板２が軸１を中
心に回転すると、スリット３部では発光素子４の発生す
る光が受光素子５に到達して電気信号を発生し、非スリ
ット部では円板２により光が遮られて受光素子５は電気
信号を発生しない。このようにして、回転円板２が１周
すると、その際に通過するスリット３数と同数の電気パ
ルス信号が得られる。

移動方向をも検出可能とする為に、第８図に示すような
、互いに２分の１（電気角で９０°）ずつ回転角が重な
り合うようなＡ相スリット３Ａ及びＢ相スリット３Ｂを
設け、回転中心からの同一直線Ｑ上に配したＡ相及びＢ
相愛光素子５Ａ、５Ｂを用いて電気パルス信号を発生さ
せる方式がある。

この方式を９０°位相差Ａ相Ｂ相方式インクリメンタル
型と通称している。この方式では、得られるＡ相及びＢ
相パルスを所定の論理回路により処理したとき、回転方
向の明らかな１回転当りのパルス数を、Ａ相パルス（ま
たはＢ相パルス）数の４倍の数で出力されるようになさ
れている。

さらに１回転内の原点信号として、１回転内に１パルス
のみを発生するＺ相スリットと称するスリット及び発、
受光素子を設け、Ａ、Ｂ、Ｚ相なる３種のパルスを発生
するようにしたパルス・エンコーダも市販されている。

また第９図に示すように、回転円板２の半径方向に多相
のスリットを設け、半径方向でのスリットの有無の組合
せを２進数などの符号に対応させ、１回転内の絶対位置
がディジタル値で出力されるような絶対値型エンコーダ
も市販されている。

［発明が解決しようとする問題点］しかし第８図に示すインクリメンタル型は、構成が単純
な為、安価に高性能の品物を作製し得るが、出力される
Ａ相、Ｂ相パルスが絶対位置に対応していないので、電
源断あるいは停電中の移動に対して情報が失われ、現在
位置が不明になるという問題点をもつ。この場合、Ｚ相
スリットをももつものならば、サーボモータを回転させ
て２相パルスを検出するという手段を用いて、絶対位置
の情報を回復することができるが、この方法では円板２
を最大１回転させなければならなかった。

一方、第９図に示す絶対値型エンコーダは、構成が複雑
なために高価になるという問題点があった。特に、分解
能を向上させると出力ビツト数が増大し、ますます複雑
かつ高価になるという問題点があった。

本発明の目的は、インクリメンタル型と比較してそれほ
ど複雑かつ高価とはならず、しかしながら、簡単な手段
で、かつ少ない移動範囲内で絶対位置情報を得ることが
可能なパルス・エンコーダを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本発明は、所定の位相差のＡ相Ｂ相方式インクリメンタ
ル型を採用するとともに、これに、Ａ相。

Ｂ相パルスよりも少ない数のＺ相パルス及びこのＺ相パ
ルスよりわずかに少ない数のＹ相パルスを移動体の移動
に伴って発生させるようにしたものである。

［作用］上述したように、Ａ相、Ｂ相パルスに加えて２相、Ｙ相
パルスを発生させるようにすれば、Ｚ相。

Ｙ相パルスの検出順序及びそれらの検出間隔の大きさく
又は間隔を複数検出させた場合のそれらの検出間隔の大
きさの順列）などによって前記移動体の現在位置（静止
位置）を絶対位置情報として得ることができる。しかも
、この絶対位置を得るために要する移動体の移動範囲は
、２相、Ｙ相パルスの各１〜２個程度の検出範囲で済む
。なお上記２相、Ｙ相パルスの検出間隔は、その間のＡ
相又はＢ相パルスの検出数により検出される。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。第１図は本発明によるパルス・エンコーダに用いられ
る回転円板の一例を示す正面図、第２図は第１図に示す
回転円板を備えた本発明によるパルス・エンコーダの一
実施例を示す側面図である。これら第１図及び第２図に
おいて、１は図示しない移動体の移動（ここでは回転体
の回転）に伴って回転する軸、２はこの軸１に取付けら
れた回転円板である。この円板２には、第８図と同様の
Ａ相及びＢ相スリット３Ａ、３Ｂと、Ｚ相スリット３Ｚ
及びＹ相スリット３Ｙが穿設されている。各相スリット
３Ａ、３Ｂ、３Ｚ、３Ｙは、各々同心円上に等間隔に配
置されており、その個数は、Ａ相及びＢ相スリット３Ａ
、３Ｂが各夕９０個、Ｚ相スリット３ｚが６個（Ｚｌ〜
Ｚ６で示す）、Ｙ相スリット３Ｙが５個（Ｙｌ〜Ｙ５で
示す）である。また、Ｚ相及びＹ相スリット３Ｚ、３Ｙ
のうちの１個については、同一回転角上に位置している
。ここでは、Ｚ相スリットｚ１とＹ相スリットＹ１とが
同一回転角上に位置しており、この位置が前記移動体の
移動位置（ここでは回転体の回転角）で００に対応付け
られている。４Ａ、４Ｂ。

４Ｚ及び４Ｙは、前記円板２のＡ相、Ｂ相、２相及びＹ
相スリット３Ａ、３Ｂ、３Ｚ及び３Ｙの穿設位置に対応
した位置に配設された発光素子である。５Ａ、５１３；
　５Ｚ及び５Ｙは、円板２を介して発光素子４Ａ、４Ｂ
、４Ｚ及び４Ｙに対向、配設された受光素子で、受光素
子５Ａ、５Ｂからは、円板２の１回転について各々９０
個のパルス（Ａ相パルス、Ｂ相パルス）が、電気角で９
０’の位相差をもって出力される。また受光素子５Ｚか
らは、円板２の１回転について回転角で６０’毎に６個
のパルス（２相パルス）が、また受光素子５Ｙからは、
同様に回転角で７２°毎に５個のパルス（Ｙ相パルス）
が、各々出力される。

第３図は上述パルス・エンコーダが適用されたサーボ機
構の一例を示すブロック図で、図中１１はサーボモータ
、１２はその回転軸である。回転軸１２の一端、ここで
は左端には、位置（回転角）検出されるムき回転体（図
示せず）が取着されている。

１３はカップリングで、サーボモータ１１の回転軸１２
右端と上述パルス・エンコーダ１４の回転軸１とを連結
している。１５はサーボモータ１１の回転角を制御する
制御装置で、Ａ相、Ｂ相パルスのパルス数を各々４倍化
する４倍化回路（図示せず）を備え、前記回転体、換言
すればサーボモータ１１の１回転でＡ相、Ｂ相パルスが
３６０個計測されるようになされている。また制御装置
１５は、パルス・エンコーダ１４による前記回転体の絶
対位置を得るためのパルス・エンコーダ１４の後述駆動
制御をも行なう。

次に動作について説明する。上述サーボ機構の電源投入
直後は、パルス・エンコーダ１４の回転角（現在位置）
情報は失われている。制御装置１５は。

この状態から、まず受光素子５Ｚ、５ＹからのＺ相又は
Ｙ相パルスを検出しながらモータ１１を微小角度送りす
る。１個目のＺ相又はＹ相パルスを検出し、さらにその
まま上記微小角度送りをして２個目のＹ相又はＺ相パル
スを検出したら、モータ１１を停止させる。この間、受
光素子５Ａ、５ＢによりＡ相又はＢ相パルスの少なくと
も一方を計測しており、したがってその計測値によって
上記１個目のパルスから２個目のパルスが検出されるま
での回転角度（これを検出パルス間隔という）が分かる
。この検出パルス間隔は各々異なるように設定されてお
り、したがってその検出パルス間隔と、２相又はＹ相パ
ルスの検出順序とが分かれば、そのＺ相又はＹ相パルス
が絶対角でどこに位置するものかが分かる。したがって
前記電源投入時のパルス・エンコーダ１４の絶対角が分
かり、さらにその後の回転時の現在位置（回転角）も分
かる。

以下、第４図を併用してその具体例を説明する。

第４図は、第１図に示したＺ相スリットｚ１〜Ｚ６、Ｙ
相スリットＹ１〜Ｙ５の各位置及びそれらの間隔を、横
軸に示した絶対角に対模させて表わした図である。いま
、主−夕１１の微小送りを第４図の左から右の方向で行
ったとする。その結果、例えばＹ相スリット３Ｙが先に
検出され、次に２相スリツト３ｚが検出されると、Ａ相
又はＢ相スリット３Ａ、３Ｂで検出される、それらＹ相
、Ｚ相スリット３Ｙ、３Ｚの間隔が４８°ならばＺ相ス
リットｚ３．３６°ならば２相スリツトｚ４というよう
に、後に検出された２相スリツト３ｚが７１〜ｚ６のど
れであるかが特定される。同様に、Ｚ相スリット３Ｚが
先に、その後にＹ相スリット３Ｙの順序で各々検出され
た場合には、それらの間隔が１２°ならばＹ相スリット
Ｙ２．２４°ならばＹ相スリットＹ３というように、後
に検出されたＹ相スリット３ＹがＹ１〜Ｙ５のどれであ
るかが特定される。すなわち、Ｙ相スリット３Ｙと２相
スリツト３Ｚの検出の先後関係とそれらの検出間隔とか
ら、検出されたＹ相スリット３Ｙ又は２相スリツト３Ｚ
の絶対角を求めることができる。Ｙ相スリット３ＹとＺ
相スリット３Ｚが同時に検出された場合には、そこが絶
対角で０°の位置であることは述べるまでもない。ここ
では、７２°以内の回転角度で絶対角を確定し得る。最
大回転角度を要する例としては、電源投入時（初期位置
）が絶対角で１〜２°、７３〜７４°あるいは１４５〜
１４６°程度であった場合で、この場合には７２°程度
の回転角度を要する。

なお上述実施例では、Ｙ相パルス３Ｙと２相パルス３Ｚ
の各１個を同−回転角上に位置させているが、必ずしも
そうする必要はなく、Ｙ相、２相スリット３Ｙ、３Ｚの
検出の先後関係と、それらの検出間隔とに基づいて演算
で絶対角Ｏ０を検出するように構成してもよい。

第５図は本発明エンコーダの他の実施例の要部（回転円
板２）を示す正面図、第６図は第５図に示す回転円板を
用いた場合の絶対角確定動作の説明図である。両図にお
いて、第１図、第４図と同一部分には同一符号を付して
説明すると、この例では、Ｙ相及びＺ相スリット３Ｙ、
３Ｚの各々の設定に当たり、スリット幅と非スリット部
の幅とを各々等しくしたものである。この例では、Ｙ相
についてのスリット３Ｙ部と非スリット部、２相につい
てのスリット３７部と非スリット部の区別と、それらの
組合せにより、回転角の領域が４種類に分類される。い
ま、Ｙ相及びＺ相の両スリット３Ｙ、３２部が重なる領
域をＣ領域、Ｙ相スリット３Ｙ部とＺ相非スリット部と
が重なる領域をｂ領域、Ｙ相及びＺ相の両弁スリット部
が重なる領域をＣ領域、Ｙ相非スリット部°とＺ相スリ
ット３７部とが重なる領域をＣ領域とすると、この例で
は回転円板２の１回転で延べ２０領域、検出される。こ
の際、ａ　”　Ｃ領域は各々５回検出されるが、それら
各領域の角度幅は、例えばＣ領域について順に３０°、
１８°、６°、　１２°及び２４°というように各々異
なる。したがってモータ１１を微小送りし、前記受光素
子５Ｚ、５Ｙからの′パルス信号によりａ〜ｄのうちの
どの領域かを特定するとともに、その領域の角度幅を前
記受光素子５Ａ、５Ｂからのパルス信号により計測すれ
ば各領域ａ　−ｄの境界の位置、すなわち絶対角が求め
られる。電源投入時（初期位置）における、ある領域か
ら微小送りして一方側の隣接領域に至ると同時に逆送り
し、他方側の領域境界の検出点で停止してその中間領域
の角度幅を求めるようにすれば、この例の場合、はぼ３
０°程度の回転範囲内で絶対角を確定し得る。

−１１＝なお、各スリット３Ａ、３Ｂ、３Ｚ、３Ｙ（７）数やス
リット幅など、上述実施例に限定されることはない。ま
た上述実施例では、１つの回転角度（第４図におけるス
リット間隔又は第６図における領域角度幅）のみの計測
で絶対角を求めるように構成したが、モータ１１の一方
向への微小送りにおいて連続して計測される２つ又はそ
れ以上の回転角度（スリット間隔又は領域角度幅）の計
測値順列（例えば１２°、４８°など）によって絶対角
を求めるようにしてもよい。この場合には、上述両実施
例に比べて絶対角を求めるための円板２の回転範囲は多
少大きくなるが、Ｚ相、Ｙ相スリット３Ｚ、３Ｙの位置
関係や各スリット幅、スリット間隔等の設定が容易にな
る。

さらに上述実施例では、本発明をロータリー型のパルス
・エンコーダに適用した場合について述べたが、リニア
型パルス・エンコーダ等、他の方式のパルス・エンコー
ダにも適用できることはもちろんである。

また上述実施例では、各相パルスの発生手段として光学
式を用いたが、磁気式等、種々の方式を用いることがで
きる。

［発明の効果コ以上述べたように本発明によれば、比較的安価な構成で
、かつ少ない移動範囲内で絶対位置情報が得られるパル
ス・エンコーダを提供することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明エンコーダに用いられる回転円板の一例
を示す正面図、第２図は同上円板を備えた本発明エンコ
ーダの一実施例を示す側面図、第３図は本発明エンコー
ダが適用されたサーボ機構の一例を示すブロック図、第
４図は本発明エンコーダにおける絶対角の確定動作の具
体例を説明するための図、第５図は本発明エンコーダの
他の実施例の要部を示す正面図、第６図は同上エンコー
ダにおける絶対角の確定動作を説明するための図、第７
図〜第９図は従来エンコーダの説明図である。１・・・軸、２・・・回転円板、３Ａ・・・Ａ相スリッ
ト、３Ｂ・・・Ｂ相スリット、３Ｚ、Ｚｌ〜Ｚ６・・・
Ｚ相スリット、３Ｙ、Ｙｌ〜Ｙ５・・・Ｙ相スリット、
４Ａ。４Ｂ、４Ｚ、４Ｙ・・・発光素子、５Ａ、５Ｂ、５Ｚ。５Ｙ・・・受光素子。特許出願人　　日立精工株式会社代理人　弁理士　　秋　本　正　実第１図＝１５− 第シ図第５図第６図第７図第８図侶ド　　０　鮎に牙プ凶

Claims

【特許請求の範囲】

移動体の直線移動又は回転移動に伴ってその現在位置の
情報を出力するパルス・エンコーダにおいて、前記移動
体の移動方向及び移動量を検出するために、移動体の移
動に伴って、所定の位相差をもつＡ相パルス及びＢ相パ
ルスを各々周期的に発生させるＡ相パルス及びＢ相パル
ス発生手段と、前記移動体の移動に伴って、前記Ａ相パ
ルス、Ｂ相パルスよりも少ない数のＺ相パルスを発生さ
せるＺ相パルス発生手段と、前記移動体の移動に伴って
、前記Ｚ相パルスよりもわずかに少ない数のＹ相パルス
を発生させるＹ相パルス発生手段とを具備することを特
徴とするパルス・エンコーダ。