WO1987005101A1 - Pulse distribution type position detector - Google Patents

Description

明 細 書

パル ス分 配型位置検出装置

技 術 分 野

本発明 は 、 パルス分配型位置検出装置に 関 し 、 特 に Ν C 等の工作機械の可動部あ るい は ロ ボ ッ 卜 の腕等の移動 位置を 高分解能で検出 す るパルス 型位置検出装置に 関 す る 。

背 景 技 術

従来、 各種機械の制御 に は各種位置検出 器が用 い ら れ 典形的 に は 、 被検出対象の 可動部の変位 に応 じ て 互い に 9 0 度の位相差を持 っ た 2 相の正弦波信号 （ 以下 、 符号 V a , V b を付 し て示す ） を 発生 さ て該可動部の変位 量及び変位方向 を検出 す る タ イ プの位置検出器例 え ば ェ ン コ ー ダが知 ら れて い る 。

そ し て 、 在来の エ ン コ ー ダ は 、 冽 え ば 2 つ の発光ダ イ オ ー ド か ら の射出光を 、 被検出対象で あ る機械の所定 の 回転軸 に 取付け ら れ た 回 転 コ ー ド板 に 当 て 、 該回 転 コ ー ド板及びこ れに対向 す る 固定板 に 夫々 設け ら れた ス リ ッ 卜 を通過 し た 光を 2 つ の受光素子で夫々受光 し て 電圧 に 変換 し 、 そ れ に よ つ て該回転コ ー ド板の 回転に 応 じ て 該 回転 コ ー ド板 に 設け ら れ た ス リ ツ 卜 の間隔に 対応す る周 期を有する正弦波信号 V a ， V b を得る 。

なお 、 こ の場合 、 該 2 つ の 正弦波信号 V a , V に 9 0 度の位相差を持たせる た め に （ 第 6 図参照 ） 、 該固 定 ス リ ツ 卜 板に 、 該回転 コ ー ド 板 に 設け ら れた ス リ ツ 卜 間 隔の 1 ノ 4 に 等 し い間隔を お い て 2 個 の ス リ ツ 卜 を設 け て い る 。

次いで 、 こ れ ら の各正弦波信号 V a ， V b をそ れぞれ ェ ン コ ー ダ内 の コ ンパ レ ー タ に 入力 し て そ の 出力 側 か ら は該正弦波信号の正 ♦ 負 に応 じ て そ れぞれ八 ィ レ ベル及 び ロ ウ レ べノレ と な る出力信号 A P 及び B P を作 り 、 こ れ を ェ ン コ ー ダの 出力信号 と：し て 外部へ送出 す る 。 N C ェ 作機械等を制御 する制御装置 は 、 ェ ン コ ーダ出力信号を 受.信 し て 、 両信号 A P. , B P 間 に後述の所定の関係の い ず れかが成立 し た と き 、 制御装置内 の ア ッ プダ ウ ン カ ヴ ン タ を カ ウ ン 卜 ア ッ プ又は カ ウ ン 卜 ダ ゥ ン さ せ 、 被 ίϋ 対象の 回転位置を検出 し 、 そ の検出位置を用 い て フ ィ ー ドバ ッ ク 制御方法な ど に よ り サ一ボ モ ー タ を駆動 し 、 動体の位置を制御 す る よ > に し て い る 。 よ り 詳 し < は 、 回転 コ - ド板が 正方向例え ば時計方向 に 回転 し て い る 間 に所定の回転位置 に 到達 し た と ぎ 、 す なわ ち 、 ①該出力 信号 A P の立上 り 時 に 出力信号 B P が八 ィ レ ベル と な つ て い る と き 、 ②該出力 信号 B P の立下 り 時に 出力 信号 A P がハ ィ レベル と な つ て い る と き 、 ③該出力 信号 A P の 立下 り 時に 出力信号 B P が ロ ウ レ ベル と な っ て い る と さ ま た は④該出力信号 B P の立上 り 時 に 出力 信号 A P が 口 ウ レ べル と な つ て い る と き （ 第 7 図参照 ） に は ァ ッ プ ダ ゥ ン カ ゥン タ を逐次力 ヴ ン 卜 ァ ッ プさ せる所謂プラスパ ルス を生 じ さ せ る 。 一方、 該回 転 コ ー ド板が反対方向例 えば反時計方向 に 回乾 し て い る 間 に所定の回転位置 に 到 達 し た と き 、 す なわち 、 ①該出力 信号 A Pの立上 り 時 に 出力信号 B Pが ロ ウ レ ベル と な っ て い る と き 、 ②該出力 信号 B Pの立下 り 時に 出力 信号 A Pが ロ ウ レベル と な つ て い る と き 、 ③該出力 信号 A Pの 立下 り 時に 出力 信号 B Pがハ イ レベル と な っ て い る と き 、 ま た は 、 ④該出力 信 号 B Pの立上 り 時 に 出力 信号 A Pがハ イ レ ベル と な っ て いる と き （ 第 8 図参照 ） に は 、 該 ア ッ プダ ウ ン カ ウ ン タ を逐次カ ウ ン 卜 ダ ウ ン さ せ る所謂 マ イ ナ スパルス を生 じ さ せ る 。 こ れ に よ つ て 、 該回転 コ ー ド板の 回 転角度 、 従 つ て 該回 転 コ ー ド板が取付け ら れ た 回転軸 の 回 転位置 ( 直線状に移動 す る移動体の場合 は 、 直線運動 を回転コ ー ド板の 回 転運動 に 変換 し て 得 た 移 動 位 置 ） を検出 す る よ に し て い る 。

し か し な が ら 、 かかる従来の位置 検出方 法 に お い て は . 上述 し た よ う に 回転 コ ー ド板の 回転 に 応 じ て 該 出 力 信 号 A Pま た は B Pの Ί サイ ク ル （ 回 転 コ ー ド板 に ¾け ら れ た ス リ ツ 卜 の 間 隔 に 相 当 ） 中 に 、 ア ッ プ ダ ゥ ン カ ウ ン タ を カ ウ ン 卜 動作さ せ る た め のパルス （ 上記プ ラ ス パ ルス ま た は マ イ ナ スパルス ） を 4回発生 さ せ て 回 転 コ ー ド 板 の回転位置を Ί サイ ク ル中 に 4回検出 し 得 るに すぎない 従 っ て 、 仮 り に 回 転 コ ー ド板の周縁 に 2 0 0 0個 の ス リ ッ 卜 が設け ら れて い る と す れば 、 そ の 回転角度検出 に つ い て の分解能 は Ί / 2 0 0 (Ρ Χ 4 = Ί / 8 0 0 0回 転 に すぎな い 。 要する に 、 従来 ¾位置検出法 に は 回転 コ ー ド 板の 円 周 を ス リ ッ 卜 数の 4倍で 除 し た 値 に 対応 す る分解 能以上の高い検出分解能が得 ら れな い と い う 問題点が あ つ た 。

そ こ で 、 本出願人 は 、 回転 コ ー ド板 に 設け た ス リ ツ 卜 の 間 隔の例 え ば 1 ひ 0 0 分の 1 に対応 す る周期で 上述の 正弦波信号 V a , V b に基づい て位置検出を行 う よ う に し た位置検出方法及び装置を提案 し た （ 日 本国特開 昭 6 1 - 1 1 0 0 0 5号 ） 。 こ れ に よ れば、 上述 し た よ う な 従来形の移動位置検出方法 に比較 し て 格段に 高い検出分 解能 （ 例え ば 1 Z 2 0 0 0 X 1 0 0 0 回転 ） で 、 回転体 さ ら に 一般的 に い えば移動体の移動位置を検出可 能で あ る 。 し か し なが ら 、 こ の提案 に係る検出方法及び装置 は 回 転体のス リ ッ 卜 の間 隔内 の初期位置か ら の移動量を上 記周期で検出 し 、 こ の検出結果を メ モ リ 又 は レ ジ ス タ に 記億 さ せ 、 位置検出 を行 う 毎 に 当 該記億結果を更新 す る もので 、 従 っ て 、 こ のも の を N C工作機械等の制御装置 と 共 に用 い る場合に は前述の ア ッ プダ ウ ン カ ウ ン タ のか わ り に検出記憶結果を読出 し て情報処理を別途行う 必要 が あ り 、 検出装置 と制御装置間 の イ ン タ ー フ ェ ー ス信号 は従来の エ ン コ ー ダの信号 A P , B Pに較べ 、 かな り 複 雑な も の に な っ て し ま う ので 、 こ の検出装置の応用 を 困 難な も の に し て い た 。

発 明 の 開 示

本発明 の 目 的 は 、 制御装置 に対するイ ン タ ー フ ヱ ー ス 信号 を従来の エ ン コ ーダ と周 じ ょ う に し な が ら 髙分解能 で位置検出を行え るパルス分配型位置検出装置を提供す る こ と に δる 。

上記 目 的を達成す る た め に 、 本発明のパルス分配型位 置検出 装置 は 、 移動体の移動 に 応 じ て 9 0 度の位相差 を 有する 2 相の正弦波信号を発生 さ せ る 手段 と 、 両該正弦 波信号の周期 よ り 短い所定 の周 期 で 上記 2 相 の正弦信号 の電圧値 V a , V b を夫々 サンプル ホ ー ル ド す る 手段 と 、 該サ ン プルホ ール ド さ れ た 2 相 の 正弦波 '信号の電圧値

V a , V をデ ジ タ ル信号値 V a , V に 夫々 変換す る A D 変換器 と 、 該 A / D 変換器 か ら の デ .ジ タ ル信 号値

V a ， V b を入力 し 、 V = V a · c o s 一 V b * s i n a の値を 0 に す る ひ の値を上記所定 の周期 で 算出 す る と 共 ' に 、 今回の算出値 と 前回 の算出値 と の 差 Δ ひ を 算出 する 演算手段 と 、 該差 厶 α に 対応 し かつ 上記所定 の周期 内 の 上記移動体の移動量を表 す数のパルス を 出力 す る パ ルス 発生器 と を備え て い る 。

こ の よ う に 、 '本発明 は 、 移動体の移動 に 応 じ て 発生 す る 2 つ の正弦波信号の周期 よ り 短い 所定 の周期 で サ ン プ リ ング し た 両 ^信号の電圧値 に 基づい て 、 所定の周期 に お け る移動体の移動 量を表わ す数の パル ス を 出力 す る よ う に し た ので 、 従来の エ ン コ ー ダを 使用 し て いる制御装 置に対 し 、 制御装置側 の 回路 を変更す る こ と な く 、 本検 出装置を接続 し 、 移動体の移動量を 高分解能で正確に 制 御 す る こ と が で き る 。

図面 の簡単 な説明

第 Ί 図 は 、 本発明 の 一実施例 に よ るパルス分配型位置 検出装置を示すプ ロ グ ク 図 、 第 2 図 は第 1 図 の装置の各 部の動作 タ イ ミ ン グを示す タ イ ミ ング チ ヤ一 卜 、 第 3 図 は第 1 図 に お けるパルス発生器の 詳細ブ ロ ッ ク 図 、 第 4 図 は第 1 図 の演算器に コ ン ピ ュ ー タ を用 い た別 の実施例 に よ る装置を示すブ ロ ッ ク 図 、 第 5 図 は第 4 図 の装置の 動作を表 す フ ロ ー チ ヤ一 卜 、 第 6 図 は従来技術の位置検 出方法を説明 する た め の波形図 、 第 7 図 は第 6図 と 同様 の図 、 第 8 図 は第 7 図 と 様の 図で あ る 。

発明 を実施する た め の最良の形態 . ま ず 、 本発明 のパルス分配型位置検出 回路の動作原理 を説明 する と 、 ½開昭 6 1 — Ί 1 0 0 0 5号に 開 示 し た よ う に 、 回転コ ー ド板の 回転角度 （ 一般的 に は移動体の 移動位置 ） に応 じ て 出力 さ れる 2相 の正弦波信号の電圧 値 V a , V を 一定周期 （ 例 え ば 5 0 マ イ ク ロ 秒 ） 毎 に 読取 り 、 次式 すなわ ち

V = V a ♦ cos α - V b ♦ sin« { 1 ) を 0 に す る αを求め 、 こ の よ う に し て 求め た αを 、 該 正弦波 1 サイ クル （ す なわ ち 回転 コ ー ド板上に お いて相 隣接す るス リ ツ 卜 の 間 隔 に対応す る ） 内を所定 の分割数 で直線的 に 補間分割 （ 等分割 ） し た位置情報 （ こ の 場合 は 回転角度を表わ す情報 ） を得て 、 一定周期毎の こ の位 置情報の変化量をパルス数 に変換 し て 高分解能で位置検 出 す るも ので ある 。 こ の よ う な方法 に よ っ て位置情報を 求め る 理由 を詳述す れば 、 上記第 （ 1 ) 式 におい て 、

V a = V 0 ♦ sin^ , V b = V 0 ♦ cos^ ( た だ し V 0 は 2 相の正弦波信号の振幅 、 0 は 回転 コ ー ド板の 回転位置 （ 回転角 ） ）

で あ る か ら 、 こ れ ら を上記第 （ 1 ) 式 に代入す れば 、 V = V 0 ( s i n ^ · cos α - cos 5 · s i n α )

= V 0 s i n ( 5 - a ) ( 2〉 と な り 、

し た が っ て 、 該 V の値を ◦ と す る ひ の値 は 、

ひ = 0 ± 2 η π ( た だ し n は整数 ）

と な る 。

な お 、 上記 V の値が 0 と な る ひ の値 は正弦波で あ る か ら 、 a = S 土 η τι と な る が 、 a を限定 す る た め に si nひ = s i n ^ , cosひ = GO s6 と い う 条件を設定 すれば、 V a ， V の符号 と si na , cosa の符号が各々 等 し く な り 、 こ れを考量す る こ と に よ り ひ = 0 ± 2 η π と し た も ので 、 ま た η の値 も 、 何波長 目 かを 限定 す る た め の も ので一度固定 す る （ 例 えば電源投入時 に η = 0 に す る ） と そ の値を使用 し て そ れ以降の 回転 コ ー ド板の 回 転 に つ れて 変化する ひ を一意的 に 顒次求め る こ と ができ る 。

し た が っ て 、 回転 コ ー ド板が 回転 し て Θ が変化 し た 場 合 、 該 3 の変化速度 に 比較 し て所定 の短いサンプル周期 で （ 具体的 に は回 転 コ ー ド板の 回転 に 伴 っ て 上記正弦波 信号 が π だけ変化す る時間 よ り 短い周期で 〉 上記 α を求 め て い け ば 、 該 α の 変化 厶 ひ に よ り 0 す なわ ち 回転角の 変位量 Δ 5 ( そ の初期位置か ら の移動量 〉 を正 し く 検出 す る こ と が で き る 。 す なわ ち 、 今回 の 回 転位置 0 が と仮定する と 、 そ の と き得 ら れた上記 0： の値 ひ 1 は ひ 1 = Θ 1 ± 2 η π で あ る 。 そ し て 、 次のサ ンプル周期で得 ら れた の値を c¾ 2 と する と 、 2 ^ Θ 2 ± 2 η πで あ り 、 該 の変化量 厶 （¾ は次式 に 示す よ う に 、

厶 α = ひ 2 - a 1

= ( 0 2 ± 2 η π ) — ( 0 1 ± 2 η π )

= θ 2 - θ \

= 厶 ( 3 ) と な り 、 上記 ひ の変化量が Ί サ ンプル周期 間の 回転位 置 の変化量厶 を意味する こ と と な る 。 そ こ で 、 こ の a の変化量厶 α を求め る こ と に よ っ て 回転位置 0 の変化 量 が求め ら れ、 .初期位置か ら の移動量が求め ら れる こ と とな る 。 （ 2) 式 か ら分る と お り 、 V - 0 の 関係か ら得 ら れる ひ の値に は振幅 V 0 の変動 は影響を与えない こ の結果、 回転 コ ー ド板の回転 に 伴 う 該 コ ー ド板 と 固定 ス リ ッ ト 板 と の 間 の ギ ャ ッ プの変動 と 、 発光ダイ オ ー ド の発光量及び電源電圧等の変動 に 伴 う 上記正弦波信号 V a , V の振幅 V O の変動 と の いず れに あ影響される こ と な く 回転位置が検出 さ れ 、 従 っ て 、 こ れ ら 誤差要因 に よ る検出誤差の発生がな く 、 回転位置を高分解能で し かも 正確に検出 す る こ と が でき る こ と と なる 。

そ こで 、 上記第 （ 2 ) 式の方程式 を特開昭 6 1 — 1 1 0 0 0 5 号で述べ た よ う に ニ ュ ー ト ン · オ イ ラ ー法等の 適当 な数値解法を使 っ て 解 く 。 こ の た め 、 移動体が微小 量だけ変化可能な一定周期毎 に 正弦波'信号 V a , V b を サ ンプ リ ン グ し 、 サ ンプ リ ン グする毎 に 前回サ ンプ リ ン グ値 に 基づい て 求め た ひ の値を今回 の初期値 と し て 使用 し て数値解法を行う こ と に よ り α の値ひい て は位置の変 化量厶 0 ( = = - a η - 1 ) を 求め る 。 そ し て 、 本発明 は 、 該変化量厶 5 をパルス数 と し て 出力 す る 。

第 Ί 図 は 、 本発明 を実施 す る一実施例 に よ る位置検出 装置のブ ロ ッ ク 図で 、 該検出装置 は第 2 図 に示す よ う な 各種指令の タ イ ミ ン グパル ス a 〜 e を 出力 す る た め の タ イ ミ ン グ制御 回路 1 と 、 タ イ ミ ン グ制御 回路 1 か ら一定 周期毎に 送出 さ れるホ ー ル ド指令 a に 従い正弦波信号 V a , V を夫 々 サ ンプルホ ー ル ド す る た めのサ ンプル ホ ール ド 回路 2 , 3 と 、 サ ン プルホ ー ル ド さ れた 正弦波 信号 V a , V の値を タ イ ミ ン グ制御回路 Ί か ら のマル' チプ レ ク サ選択指令 b に 従 っ て A Z D 変換器 5 に選択的 に 入力 さ せ る た め のマルチプ レ ク サ 4 と 、 回路 1 か ら の A Z D 変換指令 c に従 っ て 各正弦波信号 V a , V の値 をデジ タ ル信号 に変換 し て 演算器 6 に 入力 す る た め の A / D 変換器 5 と を備え て い る 。 こ の 演算器 6 は数値獰 法演算指令 d に従 っ て 第 （ 2〉 式 の右辺を 0 に す る ひ の 値を数値解法 に よ っ て 求め 、 次い で 上記 ひ の変化量厶 ひ を求め 、 こ れ に よ り 回転位置の変化量 を求める よ う に 構成 さ れ て い る 。 又 、 7 は演算器 6 に よ っ て 求め ら れ た 回転位置の変化量 をパルス発生 開始指令 e に よ り 次の周期 間 にパルス数 と し て 出力 す るパルス発生 器で あ る 。 次 に 、 本実施例の検出装置の動作を説明 する 。

タ イ ミ ング制御 回路 Ί か ら 第 2 図 に 示す よ う な ホ ー ル ド指令 a が出力 さ れ、 サンプルホ ー ル ド 回路 2 , 3 は各 々 上記正弦波信号 V a , V をサンプルホ ー ル ド す る 。 —方 、 タ イ ミ ン グ制御回路 1 か ら の し レ ベルのマルチプ レ ク サ選択指令 b に よ っ て マル チプ レ ク サ 4 はサ ン プ リ ング周期 の前半 にサンプル ホ ール ド 回路 2 の 出力 （ サン プルホ ー ル ド さ れた 正弦波信号 V a ) を選択 し て A / D 変換器 5 に 出力 し 、 A / D変換器 5 は回路 1 か ら の A Z D変換指令 c に 基づき 、 信号 V a をデジ タ ル信号 に 変換 し て 演算器 6 に 出力 す る 。 ま た 、 タ イ ミ ング制御 回路 1 か ら の H レ ベル に ¾換え ら れ た マル チプ レ ク サ選択指令 b に従いマルチプ レ ク サ 4 はサ ンプルホ ール ド回路 3 の 出力 （ 正弦波信号 V b ) を選択 し て A Z D変換器 5 に 出 力 し 、 A Z D変換器 5 は A Z D変換指令 c に従い信号 V b をデ ジ タ ル信号 に変換 し て 演算器 6 に 出力 す る 。 そ こ で 、 演鼻器 6 は タ イ ミ ン グ制御回路 1 か ら の数値解法 演算指令 d に よ っ て演算を 開始 す る 。 そ こ で 、 演算器 6 は A Z D 変換器 5 か ら 入力 さ れた デジ タ ル信号の正弦波 信号 V a , V をも と に し て 、 上記 に翳す る第 （ 1 ) 式 の非線形方式

V = V a ♦ cos a - V b ♦ s i n a = 0

を 、 特開昭 6 1 — 1 1 0 0 0 5号で述べ た よ う に 、 前 回求め た ひ の値を初期値 と し て適当 な数値解法で解い て 新 し い ひ の値を求め 、 前回 と今回の aの値の差を求め て 位置の変化量 と し て 出力 するも ので あ る 。

例 え ば 、 ニ ュ ー 卜 ン * オ イ ラ ー 法で解 く 場合、

V ( ) = V a ♦ cos - V b ♦ s i η α

と す る と 、 上式 の o: に つ い て の微分値 V ' ( α ) は 、

V ' ( α ) = - V a ♦ s i η α - V b ♦ cos a

と な り 、 該非線形方程式 の近似解 は次の 演算を反復す る こ と に よ っ て 求め、ら れる 。

今 、 あ る検出周期 に お け る位置情報 を求め よ う と する と き に は 、 ま ず 、 そ の 1 周期前 に求め た位置情報

i-1 を も と に し て 、 こ れを該 i の最初 の近似値 （ 第 0近似 と い う 意味で ひ i- 1 - a iOと する ） と し 、

a i 1 = o: i0 + 厶 a iO を求め 、 該 を該 α ί の第 1 近似 と す る 。

た だ し 、

厶 a iO^— i V i a zv' ( a iO) }

V a ♦ cos a i 0 - V b ♦ s t n a i 0

V a ♦ s i n ct i 0 + V b ♦ cos a i 0 以下 、 こ の演算過程を繰 り 返 し 、 そ の第 n 近似を cc i n と する と 、 第 （ n + ) 近似は 、 次式で与え ら れる 。

i ( n + 1 ) = a i n + 厶 α ί η

( η = 0 , 1 , 2 … ）

た だ し 、

Δ a i η = - { V ( I n ) / M ' ( ひ i n) }

V a · cos o: i n- V b ♦ s i n a i n

V a s i n a i n + V b cos a: I n そ し て 、 該 Δ ひ inの絶対値 I Δ α ίη Ι が | 厶 a in l く ε ( た だ し 、 s は要求精度に 応 じ た所定 の微小量 ） と な つ た と き 上記反復を止め 、 該近似解 a i を該 検出周期 に お け る位置情報 i と し 、 1 周期前 に 求め た 位置情報 cH- 1 と の差 （ a i - « i-1 ) = 厶 ひ = 厶 5を 回転位置の変化量 と し て 求め る も の で あ る 。 こ う し て 求 め た 厶 α = 厶 は該 Δ αの符号 と共 に 演算器 6か ら パル ス発生器 7 に入力 さ れ、 該発生 器 7 は 、 タ イ ミ ン グ制御 回路 Ί か ら のパルス発生開始指令 e に 基づき 、 次の周期 時に 回転位置の変化量厶 0 に対応す る数のパルス と 、 回 転位置の荬化方向を表わ す符号を 、 従来のエ ン コ ー ダ出 力 と同等な信号 A P , B Pに 変換 し 位置情報 と し て-出力 す る 。 こ の位置情報の分解能 は A / D変換器 ' 5の ビ ッ 卜 数 に応 じ て決 ま る も ので 、 正弦波信 号 V a , V の電圧 値を所定 ビ ッ 卜 の A Z D変換器を用 い る こ と に よ り 高精 度 に 読取る こ と がで き る 。 本発明 の装置は 、 A / D変換 器 5の ビ ッ 卜 数 と上述のサンプ リ ン グ周期 と を適正 な も の に し て 正弦波信号の 1 サイ ク ル （ 回 転 コ ー 板上の相 隣接する ス リ ッ ト 間の ピ ッ チ に相当 ） を所要の分割数 ( 例 え ば 1 0 0 0 ) で分割 し 、 当該 1 サイ ク ル内 に おい て も 時々 刻々変化する位置を いわ ば内挿補間 す る こ と に よ り 高分解能の位置情報を得る も ので あ る 。

第 3図 は上記パルス発生器の例 と し て 、 D D A方式の パルス発生器のプ ロ ッ ク 図 を示す も ので 、 演算器 6か ら 出力 さ れた 回転位置の変化量の絶対値 I Δ α | が レ ジス タ 8 に 記憶さ れ、 ま た 、 該 Δ αの符号 は レ ジ ス タ 1 2 に 記億さ れる 。 そ し て 、 タ イ ミ ン グ制御 回 路 1 か ら のパル ス発生開始指令 e に応 じ て 、 各 レ ジ ス タ 8 , 1 2 に 記憶 さ れた 値は各々 レ ジ ス タ 9 , 1 3 に 転送さ れて 記億さ れ る 。 そ し て 、 図示 し ない ク ロ ッ ク パルス発生源か ら ク ロ ッ ク パル ス が発生 す る毎に 、 加算器 1 0 に おい て レ ジ ス タ 9 に 記憶 し た値 |Δ α|と レ ジ ス タ 1 の記憶値 と が加算 さ れ、 加算結果が レ ジ ス タ 1 Ί に 記憶さ れる 。 こ こ で 、 レ ジス タ 9 , 1 及び加算器 1 0のそ れぞれの ビ ッ 卜 数. を η と し 、 1 周期 間 に発生 す る ク ロ ッ クパルス数を 2 ^η と する と （ な お 、 タ イ ミ ン グ制御 回路 1 か ら発生 する各 指令パルス は ク ロ ッ クパルス を適宜の分周比 に 分周等 し て 得て い る 。 ） 、 Ί 周期 に おいて ク ロ ッ ク パルス の数 2 ^η に 等 し い 回数 だけ加算演算が行われ 、 加算器 1 0か ら の オ ーバ ー フ ロ ー が生ず る 回数 は レ ジ ス タ 9 に設定さ れ た I 厶 α I の数 と周一 に な る （ 2 ^η X I 厶 ひ I / 2 ^η - I 厶 ひ | ) 。 そ の結果 、 回転位置の変位量 | Δ α | = I Θ I に 等 し い数の オ ーバ ー フ ロ ー パルス が加算器 1 0か ら 出力 さ れる こ と と なる 。 ま た 、 上記 Δ ひ の符号は レ ジ ス タ 1 3 か ら 出力 さ れ る ので 、 プ ラ ス ， マ イ ナ ス の 方向を と も な っ た 回転位置の変化量厶 ひ = 厶 0 が出力 さ れる こ と と なる 。 例 え ば 、 回転 コ ー ド板の相 隣接す る ス リ ツ 卜 間 隔 （ Ί ピ ッ チ 〉 を補間分割す る数を し （ 例 えば 1 0 0 0 ) と す る と 、 ス リ ツ 卜 Ί サイ クルの の値 は 2 πラ ジ ア ンであ る か ら 、 S TT Z L i S TT Z I O O O ) 単位で補間分割さ れ 、 回転位置の変化量厶 ひ - 厶 は高 分解能 に検出 さ れる こ と と な る 。 加算器 1 0 の オ ー バ ー フ ロ ーパルス と レジス タ 1 3 の符号 は 、 変換器 1 4 に よ り 通常の エ ン コ ー ダ と周様な信号 A P , B P に 変換さ れ て 出力 される 。

第 4 図 は 、 上記演算器 6 に コ ン ピ ュ ー タ を用 い る と き の一実施例 のプ ロ 、グ ク 図で 、 該 コ ン ピ ュ ー タ 内 の マイ ク ロ ヲ ロ セ ッ サ 2 0 は タ イ ミ ン グ制御回路 Ί か ら一定周期 毎に 入力さ れる タ イ ミ ン グ信号 に基づい て各種指令 を発 生 するも ので 、 一定周期毎に 各サ ンプルホー ル ド 回路 2 , 3 ( 該サンプルホ ール ド 回 路 2 , 3 に はそ れぞれ上記正 弦波信号 V a , V が入力 さ れる ） に ホ ー ル ド指令 a を *力 し て各正弦波信号 V a , V b の 馗を サ ンプルホ ー ル ドさ せ 、 又、 マルチプ レ ク サ 4 にマ ルチプ レ ク サ選択指 令を出力 し て サ ン プルホ ール ド 回路 2 及び 3 に そ れぞれ サンプルホ ール ド さ れた サ ンプ リ ン グ値を共通の A / D 変換器 5 に頭次選択的に 入力 さ せ 、 該変換器 5 の デ ジ タ ル:出力 を照次に入力 する う に 設け ら れて い る 。

し て 、 こ れ ら の デ ジ タル入力 を上記第 （ 1 ) 式 の V a 及び V b の値 と し て用 い 、 各周顯每に該マ イ ク ロプ 口 セ ッ サ 2 0 に お い て 該第 （ 1 ) 式 す なわ ち V の値を 0 と する α の値を演算する 。 なお 、 そ の各周期毎の演算結 果、 す なわ ち 、 該周期毎の位置情報 α: は逐次コ ン ピ ュ ー タ のメ モ リ に記憶す る と共に 、 前回 のサ ンプル周期で求 め た位置情報 ひ と の差厶 ά をパルス発生器 7 に 出力 す る よ う に し て い る 。

第 5 図 は 、 マ イ ク ロ プ ロ セ ッ サ 2 0が上記ニ ュ ー 卜 ン • オ イ ラ ー 法 に よ っ て 演算処理を行 う 場合の フ ロ ー チ ヤ 一 卜 を示すも ので 、 タ イ ミ ン グ制御 回路 Ί か ら一定周期 で タ イ ミ ン グ信号が発生 し 、 そ れ に よ り 、 該マ イ ク ロ プ 口 セ ッ サ 2 0 は該 タ イ ミ ング信号 が入力 さ れる毎に次の 処理を始め る 。

すなわ ち 、 ス テ ッ プ S 1 でス タ ー 卜 後 、 ステ ッ プ S 2 で サ ンプルホ ー ル ド 回路 2 , 3 に ホ ール ド指令 a を 出 し その時点で の 2つ の正弦波信号 V a , V の値をサンプ ルホ ー ル ド し 、 ス テ ッ プ S 3 でマル チプ レ ク サ選択指令 b を 出 す こ と に よ り 、 サ ンプルホ ー ル ドさ れた 正弦波信 号 V a , V の各々 の値 （ ア ナ ロ グ値 ） を A Z D変換器 5 に 通 し て 所定 の精度のデシ タ ル値 V a , V b を読取る 次 に 、 ス テ ッ プ S 4 に お い て 、 そ の 1 周期前 に 求め ら れた検出値 （ 位置情報 〉 α θ を取 り 出 し こ れを a n と す る 。

そ し て 、 ステ ッ プ S 5 に おい て 、

V a ♦ cosa n - V b ♦ s i n of n 厶 oi

V a ♦ sinひ n + V b ♦ cos α n 及び a n + 1 = a n + 厶 a n

( た だ し 、 n = ひ ， 1 , 2 , … と し 、 最初 は n = ◦ か ら ス タ ー 卜 す る 〉 を 計算 す る 。

次いで 、 ス テ ッ プ S 6 に お い て 、 I 厶 a n | が ε ( た だ し 、 s は検出精度誤差 を規定 す る量で 予め与え ら れて いる と する ） よ り 小か否かを判 断 し 、 小 に な っ て い な け れぱ該 a n + 1 を新た な cx n と し て （ ス テ ッ プ S 7 ) 、 周様の演算を繰 り 返 し 、 該 I 厶 a n I が該 ε よ り 小 と な ればス テ ッ プ S 8 に お い て 該 a η 4- 1 をそ の周期 に お け る新 し い検出位置情報 a: と し て前回 の 出位置情報 《 0 と の差 厶 a - ひ 一 の絶対値 I 厶 《 | と 該厶 ひ の符号 と をパルス発生器 7 の各々 の レ ジ ス タ 8 , 1 2 に 出力 し 、 ス テッ プ S 9 で新 し い検出位置情報 ひ を コ ン ピ ュ ー タ 内 の メ モ .リ に 記億する と共 に ホ ー ル ド指令 a を解除 し 、 そ の周期 に お け る 演算処理を終了 す る （ ス テ ッ プ S 1 0 ) 。

そ し て 、 次の周期 の処理を再び開始 す る が 、 こ の 間パ ルス発生器 7 は タ イ ミ ング制御 回 路 1 か ら のパルス発生 指令 e に従い 、 前述 し た よ う に 回転 位置の変化値 Δ « = 厶 5 に対応す る数のパルス A P , B P を 出力 す る 。 こ の 結果、 回転 コ ー ド板の ス リ ツ 卜 間 隔内 に お い て も位置情 報が補間 的 に 高分解能で検出 さ れ て 出 力 さ れ る こ と と な る 。

Claims

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請 求 の 範 囲

移動体の移動 に 応 じ て 9 0 度の位相差を有 す る 2 相 の正弦波信号を発生さ せ る手段 と 、 両該正弦波信 号の周期 よ り 短い所定の周期 で 、 上記 2 相 の 正弦波 信号の電圧値 V a , V を夫々 サンプルホ ール ド す る手段 と 、 該サ ンプルホ ー ル ド さ れ た 2 相 の正弦波 信号の電圧値 V a ， V b をデジ タ ル信号値 V a ,

V b に 夫々変換する A D 変換器 と 、 該 A Z D 変換 器か ら の 2 相 の正弦波信号のデジ タ ル信号値 V a ,

V を入力 し V = V a ♦ co a a - V b * s i n a の値 を 0 に す る a の値を上記所定の周期で算出す る と共 に今回の算出値 と 前回の算出値 と の差厶 ひ を算出 す る演算手段 と 、 該差 Δ α に 対応 し かつ 上記所定の周 期内の 上記移動体の移動量を表 す数のパ ル ス を 出力 す るパルス発生器 と を有す る こ と を特徴 と するパル ス分配型位置検出装置。

前記演算手段は 、 前回求め た前記 ひ の値を初期値 と し て ニ ュ ー 卜 ン ♦ オ イ ラ ー 法で新 し い ひ の値を両 者の差が所定 の微小量に な る ま で繰返 し演算する讓 求の範囲第 1 項記載のパルス分配型位置検出装置。

前記パルス発生器 は 、 前記 a の絶対値を記億す る た め の第 1 の レ ジ ス タ と 、 第 2 の レ ジス タ と 、 両該 レ ジス タ の記憶値を加算 し加算結果を前記第 2 の レ ジ ス タ に 出力 す る加算器 と を備え 、 前記加算器か ら 才 一バ ー フ ロ ー が生 じ た と き オ ーバ ー フ ロ ーパルス が出力 さ れ、 前記 の符号を記憶する第 3の レ ジ ス タ の 出力 と 前記才 ー パ ー フ ロ ー パル ス と か ら 位相 が 9 0度異な るパルス信号 A P， B Pを 出力 する変換 器を有す る こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 Ί 項又 は 第 2項記載のパルス分配型位置検出装置。