WO1994029673A1 - Procede pour detecter une position absolue en utilisant un codeur, et codeur ainsi utilise - Google Patents

Procede pour detecter une position absolue en utilisant un codeur, et codeur ainsi utilise Download PDF

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Mitsuyuki Taniguchi
Hiroshi Yamaguchi
Yukio Toyozawa
Shunsuke Matsubara
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Mitsuyuki Taniguchi
Hiroshi Yamaguchi
Yukio Toyozawa
Shunsuke Matsubara
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/30—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental
    • H03M1/308—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental with additional pattern means for determining the absolute position, e.g. reference marks
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/2454—Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2455—Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on the same encoder
    • G01D5/2457—Incremental encoders having reference marks

Definitions

  • the present invention relates to an absolute position detecting method using an encoder used to detect a rotational position of a motor or a position of a table of a machine tool, and an encoder device having means for executing the method.
  • a code plate which is divided into equal parts around the circumference and forms a slit, is attached to the rotor shaft of the motor, etc., and its shaft, that is, while the code plate makes one rotation
  • An encoder that generates a pair of a large number of rectangular pulse signals having a phase difference with one rotation signal is known as an incremental type encoder. This incremental encoder generates an incremental signal for each rotation direction based on the pair of rectangular pulses described above, and this is integrated by the counter. This is to obtain the amount of rotational movement (rotational position) during rotation.
  • the absolute encoder uses a code plate with a multi-channel pattern as shown in Fig. 1 so that the rotational position can be changed in the form of a code. To output. That is, since the code board shown in FIG. 1 has eight channels, the absolute value of the position is output as an eight-digit binary code.
  • An object of the present invention is to provide a conventional incremental-type encoder having a relatively simple structure without using an absolute-type encoder having the above-mentioned disadvantages.
  • the absolute position detection method for the encoder that enables absolute position detection and the encoder device that implements the method are described. To provide.
  • an absolute position detecting method using an encoder detects an rotation of a rotating plate attached to a detection target shaft, and divides one rotation signal and one rotation into a plurality of equal parts.
  • an encoder of the type that generates a mental signal and counts the increment signal by a counter, it is generated first after the detection operation of the encoder starts.
  • the count value of the counter is cleared by one rotation signal, and after the counter is cleared, the counter is rotated by the counter and the increment is performed by the counter.
  • the count value of the count is not cleared by the 1st rotation signal issued from the second time and thereafter, so that the count of the count is counted.
  • Numerical value the count is one rotation No. and received a Kino position or Rasono Obtained as a value corresponding to the distance moved to the position when counting.
  • the incremental signal obtained by equally dividing the one rotation into a plurality of rotations is generated based on two kinds of signals that are emitted from the rotating plate with a phase difference of 90 ° from each other, and thus the rotation is generated.
  • counting up or counting down is performed at the countdown.
  • one rotation signal from the encoder is shaped into a rectangular wave, and the rising or falling of the rectangular wave is detected according to the rotation direction of the encoder, thereby detecting the rotation of the counter. It tries to clear the value.
  • said incremental signal is such that 2 @ n (n: a positive integer) numbers are emitted per revolution, while the counter is By counting this incremental signal by the binary counting method, the last n digits indicate the position within one rotation, and the (n + 1) th digit and other digits indicate the rotation. A binary output is generated and output.
  • the encoder device of the present invention detects a rotating plate fixedly mounted on a detected rotating shaft, a signal generated by rotation of the rotating plate, and detects the signal based on the detected signal.
  • a rotation signal generating circuit for generating one rotation signal of the rotation shaft and an incremental signal obtained by equally dividing one rotation of the rotation shaft into a plurality of rotations, and the rotation signal generation circuit generating the rotation signal; Counts when one of the 1 rotation signals is detected.
  • a counter clear signal generation circuit that generates a clear signal but does not generate a count clear signal for the other one rotation signal. The main signal is counted, and when the counter clear signal is received from the clear signal generation circuit, the count value is cleared.
  • the rotating plate when it is rotated, it sends two kinds of signals, which are 90 ° out of phase with each other, to the rotation signal signal generation circuit, and the signal generation circuit receives the two kinds of signals.
  • a function is provided for generating the incremental signal for each rotation direction based on the signal.
  • the rotation signal generation circuit shapes the one rotation signal into a square wave, while the countdown clear signal generation circuit adjusts the shape of the selected one rotation signal to a rising edge of the square wave.
  • the counter clear signal is generated by detecting the falling edge.
  • the rotation signal generation circuit generates 2 n (n: a positive integer) number of incremental signals for each rotation of the rotating plate, while This evening signal counts the increment signal by the binary count method.
  • the last n digits indicate the position within one rotation, and the n + 1st digit and the The above digits are used to generate and output a binary output that is the number of rotations.
  • Figure 1 shows a typical example of a multi-channel pattern formed on a code board of an absolute encoder. Plan view,
  • FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of each part of the encoder device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a main block diagram showing an example of an encoder device provided with a means for performing the absolute position detecting method according to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a main part of an example of an encoder device for implementing an absolute position detecting method according to the present invention. is there.
  • the encoder's sensor section has 90 rotations with one rotation signal (Z-phase signal) generation code in one rotation.
  • a code plate 1 having a code forming portion for generating a pair of A-phase and B-phase signals having the same phase difference.
  • the code is formed with the density as input to the incremental position counter 15 described later.
  • a code signal generated according to the rotation of the code plate 1 is detected by a detection circuit 11 provided with optical or magnetic detector means.
  • the code detection circuit 11 receives a signal from the rotating code plate 1 and outputs A-phase, B-phase and Z-phase signals in the form of a sine wave.
  • the waveform shaping circuit 1 2 includes the A phase obtained from the code detection circuit 1,
  • the B-phase and Z-phase signals are each shaped into a rectangular pulse.
  • the conversion circuit 13 can be of a normal type incorporating a D flip-flop, a clock pulse generator, and the like.
  • the Z-phase signal shaped into a rectangular wave by the waveform shaping circuit 12 is output to the specific-side edge detection circuit 14.
  • the position count 15 is counted up by the D + pulse signal (incremental signal output in the clockwise direction) from the conversion circuit 13, Count down in D-pulse signal (incremental signal output at the time of counterclockwise rotation). In other words, "D-ten"-"D-" is accumulated in this one-country evening.
  • the position counter 15 outputs the moving distance from the specific position when the clear signal CLR2 is received, that is, the absolute position as the binary signal ABS.
  • the specific side edge detection circuit 14 Each time an edge on the specific side of the Z-phase signal shaped into a square wave is detected (a rising edge in the clockwise direction, and a falling edge in the counterclockwise direction), 1 Outputs pulse signals ZEG.
  • the pulse signal ZEG is output to each input terminal of the OR circuit 18 and the AND circuit 19.
  • the other input terminal of the OR circuit 18 and the other input terminal of the AND circuit 19 constitute a latch circuit! ) These are connected to the Q output terminal of flip-flop 17 and the Q 'output terminal of the inverted output, respectively.
  • the D input terminal of the D free probe 17 is connected to the output terminal of the OR circuit 18, and the T input terminal receives a signal from the clock pulse generation circuit.
  • the clock pulse generation circuit 16 inputs a clock pulse to the T input terminal of the D flip-flop 17 and, if necessary, It plays the role of a control clock for other parts.
  • the clock pulse generating circuit 16 first receives the D flip-flop 1 Starts clock pulse transmission at a predetermined cycle toward the 7 T input terminal. Then, when the code plate 1 starts rotating (here, for the sake of convenience, the rotation direction is assumed to be a clockwise rotation (CW)), the sine wave signals of the ⁇ phase, the B phase and the Z phase are generated. The signal is sent to the shaping circuit 12 and is converted into a rectangular pulse by the shaping circuit 12.
  • the A-phase and B-phase rectangular pulse signals are sent to an AB / D + D-conversion circuit 13 to generate a D + pulse signal (in contrast, a counterclockwise rotation (CCW Sometimes, a D-pulse signal is generated.)
  • the D +, L-pulse signal and the D-pulse signal are input to the position counter 15 which performs incremental counting, and “D + In this state, the accumulated value of position counter 15 is the same as that of position counter 15 remaining when power was turned on (ST). Therefore, since the count value corresponding to the amount of movement from the position at the time of turning on the power is added, the integrated value is not a value representing an absolute value.
  • the specific side edge detection circuit 14 After the power is turned on, when the first Z-phase signal is sent to the specific side edge detection circuit 14, the specific side edge (the rising edge here) EG1 is detected.
  • the pulse signal ZEG from the specific edge detection circuit 14 is input to the OR circuit 18 and the AND circuit 19 at the same time. At this point, since the pulse signal ZEG has a finite width that is appropriately set, one of the input terminals of the AND circuit 19 is kept in the 1 state (high level) during that time.
  • the count value of position counter 15 receiving the clear signal CLR 2 has been counted up (or down) since the power was turned on.
  • the count value NB (0) is cleared to 0 immediately. Immediately after that, the incremental counting operation is restarted. From this point on, the output ABS of the position counter 15 accurately represents the absolute position with the origin at the position of the first specific edge detection (P 1).
  • position counter 15 is cleared halfway by the one rotation signal.
  • the absolute position is not determined at the time of power-on (indicated by ST in Fig. 2) for encoders that have an incremental count mechanism. . This is because no operation to designate the position at the time of power-on as the origin of the absolute position is performed on the position counter 15. Therefore, the count value of the position count is incremented sequentially as the code board 1 rotates after the power is turned on, but the integrated value is the distance from the specified point, that is, It does not represent an absolute position.
  • the position count is not cleared. Therefore, when the code plate 1 continues to rotate, as shown in FIG. 2, the integrated value of the position counter 15 increases monotonously after the time point P1.
  • the increment count per rotation of the position counter 15 is 2 n (n; positive).
  • N B (1) 0000000001 0000000000
  • N B (2) 0000000010 0000000000
  • N B (3) 0000000011 0000000000
  • N B (4) 0000000100 0000000000
  • the incremental count per rotation of the position counter is 2 to the power of ⁇ ( ⁇ ; a positive integer), and the count is a normal binary count. If you execute in the The last n digits represent the absolute position within one revolution, and the n + 1st digit and more digits represent the absolute position in rotation units. According to such a method, since the absolute position in one rotation and the absolute position in the number of rotations can be completely separated by the digit of the binary count value, the position signal is transmitted as a temporal pulse signal. This is extremely useful for using the transmitted position signal in various forms.
  • the binary output ABS from the position count indicates the absolute position within one rotation with the last 10 digits.
  • the first digit and the digits above it can be used to represent the absolute position in rotation speed units. In this way, a binary signal in which the absolute position within one rotation and the absolute position in units of rotation are clearly separated from each other by digits is not only easy to transmit using a temporal pulse train, but also an encoder device. It is extremely suitable for handling in digital servo circuits that use absolute position detection signals.
  • the absolute position of the encoder can be accurately detected without using an absolute unit type encoder which has a complicated code plate structure and requires an advanced processing circuit. You can do this.
  • the encoder device of the present invention is capable of detecting an absolute position exceeding the amount of one rotation only by adding simple circuit means to the conventional incremental type encoder. Compared to the conventional encoder of the complex type with an absolute structure, measurement errors do not occur and it is economically advantageous. In addition, the simple structure is advantageous in incorporating it into control systems such as machine tools and mouth bots.
  • the position count output as a binary output in which the absolute position within one rotation and the absolute position in rotation speed units are clearly separated by digits
  • the time-dependent pulse signal transmission of the position signal is performed.

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Description

明 細 書
エンコーダによ る絶対位置検出方法及びエンコーダ装置 技 術 分 野
本発明は、 モー夕の回転位置あるいは工作機械のテー ブルの位置等を検出する為に用い られるエンコーダによ る絶対位置検出方法、 及び該方法を実行する手段を備え たエンコーダ装置に関する。
背 景 技 術'
モー夕のロータ軸等に円周に等分に分割 してス リ ヅ ト を形成 したコー ド板を取 り付け、 その口一夕軸、 すなわ ち コー ド板が 1 回転する間に、 1 回転信号と と も に、 互 い にある位相差を有する一対の多数矩形パルス信号を発 生するエンコーダは、 イ ンク リ メ ンタル型のエンコーダ と して知 られて いる。 このイ ンク リ メ ンタル型ェンコ一 ダは、 上記一対の矩形パルス に基づいて回転方向別にィ ンク リ メ ンタル信号を生成 し、 これをカ ウ ン夕が積算す る こ と によ り、 1 回転内の回転移動量 （回転位置） を得 るものである。
—方、 アブゾ リ ユー ト型のェンコ一ダは、 図 1 に示す よ う な多チャ ンネルのパターンが形成されたコー ド板を 用 いる こ と によ り、 回転位置をコ一 ドの形で出力する。 すなわち、 図 1 に示すコ 一 ド板は 8 チャ ンネルであるの で、 位置の絶対値は 8桁の 2進数の符号と して出力され る。
以上のよ う に、 一般にアブソ リ ュー ト型のエンコーダ はイ ン ク リ メ ン タル型のエンコーダに比べ、 コー ド板自 体の構造が複雑とな るばか り でな く.、 その信号検出/処 理回路も簡便なものでは済ま ない と いう問題点があった。
発 明 の 開 示
本願発明の目的は、 上記の如き短所を有 して いるアブ ソ リ ュー ト型のエンコーダを利用するこ とな く、 構造が 比較的簡単な従来のィ ンク リ メ ンタル型のエンコーダに お いて採用されいる信号処理方式を *礎に しつつ、 これ に簡潔な信号処理プロセス を加える こ と によって、 絶対 位置検出を可能に したエンコーダにおける絶対位置検出 方法、 及びその方法が実施されるエンコーダ装置を提供 する こ と にある。
上記目的を達成するため、 本発明のエンコーダによ る 絶対位置検出方法は、 検出対象軸に取り付けられた回転 板の回転を検出 して、 1 回転信号と 1 回転を複数等分割 したイ ンク リ メ ンタル信号と を生成 し、 そのイ ンク リ メ ン夕ル信号をカ ウ ンタ によ り計数するよ う に したタイ プ のエンコーダを用 いて、 ま ずエンコーダの検出動作開始 後最初に生成される 1 回転信号によって前記カ ウ ン夕の 計数値をク リ ア し 、 か く ク リ ア した後に検出対象軸の回 転に と もなって前記カ ウ ンタ によ り前記イ ンク リ メ ン夕 ル信号をカ ウ ン 卜 ア ップ し続け、 第 2回目及びそれ以降 に発せられる 1 回転信号で前記カ ウ ン夕の計数値をク リ ァ しない こ と によって、 前記カウ ン夕の計数値を、 前記 カ ウ ン夕が 1 回転信号を受け取った と きの位置か らその 計数 した と きの位置ま でに移動 した距離に対応する値と して得る。
好ま し く は、 前記 1 回転を複数等分割 したイ ンク リ メ ンタル信号は、 前記回転板から互いに 9 0 ° 位相がずれ て発せられる 2種の信号に基づいて生成される こ とで、 回転方向に応 じて前記カウ ン夕 にお いてカ ウ ン ト アップ ま たはカ ウ ン ト ダウ ンされる。 ま た、 前記エンコーダに よる 1 回転信号は矩形波に整形され、' そのエンコーダの 回転方向に応 じてその矩形波の立ち上が り または立ち下 がり を検出する こ と によって前記カ ウ ンタの値をク リ ア するよ う に して いる。
さ ら に好ま し く は、 前記イ ンク リ メ ンタル信号は 1 回 転につき 2の n乗 （ n ： 正の整数） の数が発せられるよ う にする と と も に、 一方、 カ ウンタ はこのイ ンク リ メ ン タル信号ををバイ ナ リ カウ ン ト方式で計数する こ とで、 下 n桁は 1 回転内の位置を、 また第 n + 1 桁及びそれ以 上の桁は回転の数とするバイ ナ リ 出力を生成出力するよ に して いる。
また、 本発明のエ ン コーダ装置は、 被検出回転軸に固 定的に取 り付け られた回転板、 この回転板の回転によつ て発生せられる信号を検出 しその検出信号に基づいて前 記回転軸の 1 回転信号及び前記回転軸の 1 回転を複数等 分割 したイ ン ク リ メ ン タ ル信号と を生成する回転信号生 成回路、 前記回転信号生成回路によ り発生される 1 回転 信号のう ち選択された一つを感知 した と きはカ ウ ンタ ク リ ア信号を生成するが、 それ以外の 1 回転信号ではカ ウ ン夕 ク リ ア信号を生成 しないよ う に.したカウ ンタ ク リ ア 信号発生回路、 前記回転信号生成回路からのイ ンク リ メ ン夕ル信号を計数 し、 また前記ク リ ア信号発生回路から カ ウ ンタ ク リ ア信号を受け取る とその計数値がク -リ アさ れるカ ウ ンタか らなる。
好ま し く は、 上記回転板は回転する と互いに 9 0 ° 位 相がずれた 2種の信号を前記回転信号信号生成回路に対 して送 り、 その信号生成回路はその受け取った 2種の信 号に基づいて前記イ ン ク リ メ ンタル信号を回転方向別に 生成する機能を備えて いる。 また、 前記回転信号生成回 路は前記 1 回転信号を矩形波に整形 し、 一方、 前記カ ウ ン夕 ク リ ア信号発生回路は前記選択された 1 回転信号の 整形された矩形波の立ち上がり ま たは立ち下がり を検出 する こ と によってカ ウ ンタ ク リ ア信号を発する。
さ ら に好ま し く は、 前記回転信号生成回路は前記回転 板 1 回転につきイ ンク リ メ ンタル信号を 2 の n乗 （ n : 正の整数） の数生成 し、 一方、 前記カウ ン夕はこのイ ン ク リ メ ン夕ル信号をバイ ナ リ カウ ン ト方式で計数する夕 イ ブのものであって、 下 n桁は 1 回転内の位置を、 ま た 第 n + 1 桁及びそれ以上の桁は回転の数とするバイ ナ リ 出力を生成出力する よ う に している。
図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1 はアブソ リ ュー ト型のエンコーダが備えるコー ド 板に形成された多チャ ンネルパター ンの典型例を示す部 分平面図、
図 2 は本発明に従ったエンコーダ装置の各部の動作を 説明するためのタ イ ムチャー ト、 及び、
図 3 は本発明に従った絶対位置検出方法を実施する手 段を備えたエンコーダ装置の例を示す要部ブロ ッ ク図で ある。
発 明 を 実 施 す る た め の 最良 の 形態 図 3 は、 本願発明に従った絶対位置検出方法を実施す るためのエン コーダ装置の一例を要部ブロ ッ ク図で示 し たものである。
エンコーダのセンサ部は、 通常のイ ンク リ メ ンタル型 のエンコーダの場合と同様に、 1 回転信号 （ Z相信号） 発生用コー ド と共に、 一回転のう ち に互いに 9 0 。 の位 相差を有する一対の A相、 B相の各信号を発生するため のコー ド形成部を備えたコー ド板 1 を含む。 このコー ド 板 1 には、 時計回転方向ま たは反時計回転方向に 1 回転 した時はいずれも、 上記 A相及び B相の信号に基づいて 2 : : = 1 0 2 4個のパルスが後述するイ ンク リ メ ンタル 位置カ ウ ン夕 1 5 に入力されるよ う な密度でコ一 ドが形 成されて いる。 コー ド板 1 の回転に従って生成されるコ ー ド信号は、 光学的あるいは磁気的な検出器手段を備え た検出回路 1 1 によって検出される。 コー ド検出回路 1 1 は回転するコー ド板 1 からの信号を受け取って A相、 B相及び Z相の信号を正弦波の形で出力する。
波形整形回路 1 2 は、 コー ド検出回路 1 から得た A相、 B相及び Z相の信号 （正弦波） をそれぞれ矩形パルスの 形態に整形する。 か く 変換された A.相、 B相の両矩形パ ルス は A B / D + D - 変換回路 1 3へ出力されて、 こ こ で回転方向別に 1 回転あた り 2 :。 = 1 0 2 4個のパルス (時計回転方向のと きは D + パルス信号、 反時計回転方 向の と きは D - パルス信号） に変換され、 それぞれイ ン ク リ メ ンタル位置カ ウ ンタ 1 5へ出力される。 なお、 こ の変換回路 1 3 は Dフ リ ップフ ロ ップ、 ク ロ ッ クパルス ジェネ レータ等を組み込んだ通常の型を用 いる こ とがで ぎる。
また、 上記波形整形回路 1 2で矩形波に整形された Z 相信号は特定側エッ ジ検出回路 1 4へ出力される。
位置カ ウ ン夕 1 5 は、 上記変換回路 1 3からの D + パ ルス信号 （時計回転方向の と き に出力されるイ ンク リ メ ン夕ル信号） によ り カ ウン ト アップ し、 D - パルス信号 (反時計回転方向の と きの と き に出力されるィ ンク リ メ ン夕ル信号） ではカ ウ ン ト ダウ ンする。 すなわち、 この 1 カウ ン夕 1 5 で 「 D十」 — 「 D -」 が積算される。 なお、 後述するよう に、 ク リ ア信号 C L R 2がこの位置カウ ン 夕 1 5 に入力される と、 位置カウ ン夕 1 5 の保持する力 ゥ ン ト値はク リ アされゼロ になる。 よって位置カ ウ ン夕 1 5 は、 ク リ ア信号 C L R 2 を受け取った と きの特定位 置からの移動距離、 すなわち、 絶対位置をバイ ナ リ信号 A B Sでもって出力する。
特定側エッ ジ検出回路 1 4は、 上記波形整形回路 1 2 で矩形波に整形された Z相信号の特定側エッ ジ （時計回 転方向時では立ち上が り ェッ ジ、 反.時計回転方向時では 立ち下が り エッ ジ） を検出する毎に 1個のパルス信 Z E Gを出力する。 このパルス信号 Z E Gは O R回路 1 8 と A N D回路 1 9のそれそれ一方入力端子に向けて出力 される。 この 0 R回路 1 8の他方入力端子及び A N D回 路 1 9 の他方入力端子は、 ラ ッチ回路を構成する！） フ リ ップフ ロ ッブ 1 7の Q出力端子及び反転出力の Q ' 出力 端子にそれぞれ接続 して いる。 一方、 この Dフ リ ヅブフ ロ ヅブ 1 7の D入力端子は O R回路 1 8の出力端子と接 続 し、 ま た T入力端子はク ロ ッ クパルス発生回路からの 信号を受け取る。
ク ロ ッ クパルス発生回路 1 6 は、 上記のよう に、 Dフ リ ッブフ ロ ヅブ 1 7 の T入力端子にク ロ ヅ クパルスを入 力するものであ り、 ま た、 必要に応 じて他の部分の制御 ク ロ ッ クの役割を果たすものである。
以上の構成 と各部機能を有するエンコーダ装置の動作 を、 図 2のタ イ ムチャー ト を参照 して更に説明する。 こ こでは、 前回運転時終了時にフ リ ップフ ロ ップ 1 7のク リ ア端子にク リ ア信号 C L R 1が入力され、 Q = 0、
Q ' = 1 の状態で電源が新た にオンされたもの とする。 ( ク リ ア信号 C L R 1 が未入力であれば、 電源 0 N時に 改めて リ セ ッ ト を行なえば良い。 ）
さて、 この状態で電源をオンする と （時点 S T ) 、 先 ずク ロ ヅ クパルス発生回路 1 6が Dフ リ ップフ ロ ップ 1 7の T入力端子に向けて所定周期のク ロ ッ クパルス送出 を開始す る。 そ し て、 コ ー ド板 1 が回転 を開始する と ( こ こでは説明の便宜上、 回転方向は時計回転方向 （ C W ) とする。 ） 、 Α相、 B相及び Z相の正弦波信号が整 形回路 1 2へ送 られ、 整形回路 1 2 によ り矩形パルス に 変換される。 A相、 B相の矩形パルス信号は、 A B一/ D + D - 変換回路 1 3へ送られ、 D + パルス信号が生成 される （なお、 これに反 して、 反時計回転方向 （ C C W の時には D - パルス信号が生成される） 。 この D + ノ、'ル ス信号と D - パルス信号は、 イ ン ク リ メ ンタル計数を行 なう位置カウ ンタ 1 5 に入力され、 「 D +」 一 「 D -」 が 積算される。 この状態にある位置カ ウン夕 1 5 の積算値 は、 電源オンの時点 （ S T ) に位置カウ ンタ 1 5 に残つ て いたカウ ンタ値に対 して電源オンの時点の位置からの 移動量に相当するカ ウ ン ト値が加わったものであるか ら、 その積算値は絶対値を表す値とはな らない。
電源オン後、 最初の Z相信号が特定側エッ ジ検出回路 1 4 に送られる と、 特定側ェ ヅ ジ （ こ こでは立ち上がり 側のエッ ジ） E G 1 が検出される。 特定側エッ ジ検出回 路 1 4か らのパルス信号 Z E Gは、 O R回路 1 8 と A N D回路 1 9 に同時に入力される。 と ころで、 パルス信号 Z E Gは適宜設定された有限の幅を有しているから、 そ の間 A N D回路 1 9 の一方の入力端子は 1状態 （ハイ レ ベル ） に保た れ る。
—方、 0 R回路 1 8 にパルス信号 Z E Gが入力される と、 直ち に Dフ リ ッ プフ ロ ッ プ 1 7の D入力端子は 1 状 態となる。 そ して、 T入力端子に新.たなク ロ ッ クパルス ( C n ) が入力されるのを待って、 Dフ リ ップフ ロ ップ 1 7の出力 Qが 0状態から 1 状態に反転する と同時に、 それまで 1状態を保持 して いた Dフ リ ップフロ ップ 1 7 の Q， 出力が 0 に反転する。 そ して、 Dフ リ ヅプフ ロ ヅ ブ 1 7の Q出力は O R回路 1 8の一方の入力端子に戻さ れるよ う に回路が構成されて いるから、 以後ク リ ア信号 C R L 1 が入力されない限 り、 Q = l、 Q， = 0の状態 が保持される こ と になる c
結局、 図 2のタイ ムチャー ト に示 したよ う に、 Z E G 信号が O R回路 1 8及び A N D回路 1 9 に送り 出されて から、、 ク ロ ッ ク周期 T以下の小さな有限時間（5の遅れを 以て、 Dフ リ ップフ ロ ップ 1 7の出力 Q， Q， が、 Q = 0 ； Q ' = .1 の状態から、 Q = 1 ； Q， = 0の状態に変 ィ匕する こ と になる。
従って、 A N D回路 1 9の 2つの入力端子に、 最初の Z E G信号が入力された時点においては、 Dフ リ ヅブフ ロ ッブ 1 7の Q ' 出力は未反転 （ 1状態） であるから、 A N D回路 1 9 の出力は 1 状態となる。 そ して、 上記小 時間 δの経過後には Dフ リ ップフ ロ ップ 1 7の出力 Q ' が 0の状態に変転 し、 A N D回路 1 9の出力 C L R 2 は 直ち に 0 に戻る。
ク リ ア信号 C L R 2 を受けた位置カウ ン夕 1 5 の計数 値は、 電源オン以来カ ウ ン ト ァヅプ （ ま たはダウ ン ） さ れた計数値 N B ( 0 ) から直ちに 0 にク リ アされる。 そ して、 その直後に改めてイ ン ク リ メ ンタル計数動作を再 開する。 この時点か ら位置カ ウ ン夕 1 5 の出力 A B S は. 第 1 回目の特定側エッ ジ検出時点 （ P 1 ) の位置を原点 とする絶対位置を正確に表わ したものとなる。
エンコーダがさ ら に同一方向に回転を続け、 2度目の Z相信号特定側エッ ジ E G 2が特定側エ ッ ジ検出回路 1 4 によって検出される と、 再び Z E G信号が O R回路 1 8 と A N D回路 1 9 に同時入力される。 する と、 A N D 回路 1 9 の一方の入力端子は再び 1状態となる。 と こ ろ が、 Dフ リ ップフロ ップ 1 7の出力側は前回の 1 回転信 号検出時から Q = l、 Q ' = 0の状態が保持されたま ま ( ラ ッチ状態） であ り、 この状態は 0 R回路 1 8 に 2度 目の Z E G信号が入力されても変化する こ とはないか ら, A N D回路 1 9 の一方の入力は◦状態のま まであ り、 従 つて、 ク リ ア信号 C R L 2が位置カ ウ ン夕 1 5 に送られ る こ と はない。
以後、 3回目， 4回目， 5 回目 · · · の 1 回転信号が 検出されても全 く 同様の動作が行われるから、 位置カウ ン夕 1 5 は、 途中、 1 回転信号によって ク リ アされる こ とな く、 最初の 1 回転信号を受け取った時の位置を原点 とする絶対位置を正確に表わ したバイ ナ リ信号 A B S を 連続 して出力する こ とが出来る。
こ こで、 図 2のタ イ ムチャー ト を用 いて、 本発明の信 号処理のシ ー ケ ンス を説明する こ と とする。 なお、 コ ー ド板は時計方向の回転 （ C W ) を開始する もの と して説 明するが、 反時計回転方向 （ C C W ) に回転する場合で も基本的な点は変わ らない。
[ 1 ] 電源オンか ら最初の 1 回転信号 （ Z相信号） 検 出まで
1 回転内の位置検出 に関 してィ ンク リ メ ンタルカウ ン ト方式の機構部を有するエンコーダにお いては、 電源ォ ン時点 （図 2 中符号 S Tで表示） では絶対位置は確定さ れない。 これは電源オ ン時点での位置を絶対位置の原点 と指定するよ う な操作を位置カウ ン夕 1 5 に対 して行わ ないからである。 したがって、 位置カウ ン夕の計数値は 電源オ ンの後、 コ一 ド板 1が回転するにつれて逐次イ ン ク リ メ ン ト さ れるが、 その積算値は指定 した地点からの 距離、 すなわち、 絶対位置を表すものではない。
[ 2 ] 最初の Z相信号検出
最初の Z相信号の特定側エッ ジ E G 1 を検出 した ら、 これに同期させて （ P l ) 、 位置カ ウ ン夕 1 5 の計数値 をク リ アする。 こ の時点か ら、 絶対位置検出が開始され る。
[ 3 ] 2回目以降の ： Z相信号検出
2回目以降の Z相信号の特定側エッ ジ E G 2， E G 3 - - · の検出時には、 位置カ ウ ン夕のク リ アは行なわな い。 従って、 コー ド板 1が回転を続行 した場合、 図 2 に 示 したよ う に、 位置カ ウ ンタ 1 5 の積算値は、 時点 P 1 以降は単調に増加 して ゆ く。 以上が、 本願発明 における信号処理のシーケ ンスであ るが、 こ こで、 位置カ ウ ンタ 1 5 の 1 回転当 り のイ ンク リ メ ン夕ル計数量が 2の n乗 （ n ; 正の整数） となるよ う にェンコ—ダを構成 した場合の利点について、 説明す る。
位置力 ゥン夕の 1 回転当 り のイ ンク リ メ ンタル計数量 が 2の n乗である とする と、 i回転目 （最初の Z相検出 時は 0回転目 と する。 ） の Z相信号検出時の位置カウ ン 夕計数値は、 N ( i ) = i X 2 n となる。
例えば、 n = 1 0 とすれば、 Ν ( 1 ) = 1 0 2 4， Ν ( 2 ) = 2 0 4 8， Ν ( 3 ) = 3 0 7 2 · · · Ν ( i ) = i x l O 2 4 となる。 これを 2進法 Ν ·Β で 2 0桁を 1 0桁で区切つて表記すれば、 次のよ う になる。
N B ( 1 ) = 0000000001 0000000000
N B ( 2 ) = 0000000010 0000000000
N B ( 3 ) = 0000000011 0000000000
N B ( 4) = 0000000100 0000000000
Ν Β ( 1022 ) = 1111111110 0000000000
Ν Β ( 1023 ) = 1111111111 0000000000
この例から判るよ う に、. 位置カ ウ ンタの 1 回転当 り の イ ンク リ メ ンタル計数量を 2の η乗 （ η ; 正の整数） と し、 計数を通常のバイ ナ リ カウ ン ト方式で実行すれば、 下 n桁で 1 回転内の絶対位置を表わ し、 第 n + 1 桁及び それ以上の桁で回転数単位の絶対位置を表わすこ と にな る。 このよ う な方式によれば、 1 回転内の絶対位置と回 転数単位の絶対位置がバイ ナ リ計数値の桁で完全に分離 出来るから、 位置信号を経時パルス信号で伝送 し、 また, 伝送された位置信号を種々の形で利用する上で極めて有 利となる。
そ こで、 図 3 のコー ド板 1 のコー ド形成部には、 コー ド板 1 が 1 回転 した時、 2 :： = 1 0 2 4個の D + パルス あるいは D - パルスが位置カウ ン夕 1 5 に入力されるよ う にする と、 前述の説明の通り、 位置カウ ン夕からのバ イ ナ リ 出力 A B S は、 下 1 0桁で 1 回転内の絶対位置を 表わ し、 第 1 1 桁目及びそれよ り上記の桁で回転数単位 の絶対位置を表わすこ とが可能になる。 このよ う に、 1 回転内絶対位置と回転数単位の絶対位置が明確に桁分離 された形のバイ ナ リ 信号は、 絰時パルス列によ る伝送が 容易であるだけでな く、 エンコーダ装置の絶対位置検出 信号を利用するデジタルサ一ボ回路内での取り扱いにも 極めて適合性が高い。
以上のよ う に本発明によれば、 コー ド板構造が複雑で 高度な処理回路を要するアブゾ リ ユ ー ト型のエンコーダ を使用する こ とな く、 エンコーダの絶対位置を正確に検 出する こ とが出来る。
即ち、 比較的構造が簡単な従来のイ ン ク リ メ ンタ ル型 のエンコーダにおける信号処理方式を基礎に しつつ、 こ れに簡潔な信号処理プロセス を加えた簡単な方法によつ て、 マルチター ン を含めた絶対位置検出が常時可能とな つた。
また本願発明のエンコーダ装置は、 従来のイ ンク リ メ ン夕ル型のエンコーダに簡潔な回路手段を付加するだけ で、 1 回転の量を越えた絶対位置検出を可能と したもの であるから、 従来の複雑な構造のアブソ リ ュー ト型のェ ンコーダ装置と比べて、 計測誤差が生 じに く く、 経済的 にも有利である。 ま た、 構造が簡潔な為に工作機械、 口 ボッ ト等の制御系に組み込む上でも有利である。
更に、 位置カ ウン夕の出力を、 1 回転内の絶対位置と 回転数単位の絶対位置が明確に桁分離されたバイ ナ リ 出 力 とする こ と によ り、 位置信号の経時パルス信号伝送等 の取扱が簡単となる利点がある。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 検出対象軸に取 り 付け られた回転板の回転を検出 し て、 1 回転信号と 1 回転を複数等分割 したイ ンク リ メ ンタル信号と を生成 し、
そのィ ンク リ メ ンタル信号をカ ウ ン夕 によ り計数する よ う に したエンコーダを用 いての絶対位置検出方法で あって、
前記エンコーダの検出動作開始後最初に生成される
1 回転信号に よって前記カ ウ ン夕の計数値をク リ ア し か く ク リ ア した後に検出対象軸の回転に と もなって 前記カ ウ ン夕 によ り前記イ ンク リ メ ンタル信号をカウ ン ト ア ップ し続け、 第 2 回目及びそれ以降に発せられ る 1 回転信号で前記カウ ンタの計数値をク リ ァ しない こ と によって、
前記カ ウ ンタの計数値を、 前記カウ ン夕が 1 回転信 号を受け取った と きの位置からその計数 した と きの位 置までに移動 した距離に対応する値と して得る、 エンコーダに よる絶対位置検出方法。
2 . 前記 1 回転を複数等分割 したイ ンク リ メ ンタル信号 は、 前記回転板から互いに 9 0 ° 位相がずれて発せら れる 2種の信号に基づいて生成される こ とで、 回転方 向に応 じて前記カ ウ ン夕 においてカウ ン トア ップま た はカ ウ ン ト ダウ ン さ れる こ とを特徴とする、 請求の範 囲第 1 項記載のエン コーダによ る絶対値検出方法。
3 . 前記エン コ ーダに よる 1 回転信号は矩形波に整形さ れ、 前記エン コーダの回転方向に応じてそ.の矩形波の 立ち上がり ま たは立ち下がり を検出する こ と によって 前記カ ウ ン夕の値を ク リ アするよ う に した請求の範囲 第 1 項または 2項記載の、 エンコーダによる絶対値検 i i¾S
4 . 前記イ ンク リ メ ンタル信号は 1 回転につき 2 の n乗 ( n ： 正の整数） の数が発せられるよ う にする と と も に、 一方、 カ ウ ンタ はこのイ ンク リ メ ンタル信号をバ イ ナ リ カ ウ ン ト方式で計数する こ とで、 下 n桁は 1 回 転内の位置を、 ま た第 n + 1桁及びそれ以上の桁は回 転の数とするバイ ナ リ 出力を生成出力するよ う に した、 請求の範囲第 1項記載のエンコーダによる絶対値検出 法0
5 . 以下の構成からなるエンコーダ装置 ；
被検出回転軸に固定的に取 り付けられた回転板、 この回転板の回転によって発生せられる信号を検 出 し、 その検出信号に基づいて前記回転軸の 1 回転信 号及び前記回転軸の 1 回転を複数等分割 したィ ンク リ メ ンタル信号と を生成する回転信号生成回路、
前記回転信号生成回路によ り 発生される 1 回転信 号のう ち選択された一つを感知 した と きはカウ ンタ ク リ ア信号を生成するが、 それ以外の 1 回転信号では力 ゥ ンタ ク リ ア信号を生成 しないよ う に したカ ウ ンタ ク リ ア信号発生回路、 前記回転信号生成回路からのィ ンク リ メ ンタル信 号を計数 し、 ま た前記ク リ ア信号発生回路からカウ ン タ ク リ ア信号を受け取る とその計数値がク リ アされる カ ウ ン夕。
. 上記回転板は回転する と互い に 9 0 ° 位相がずれた 2種の信号を前記回転信号信号生成回路に対 して送 り . その信号生成回路はその受け取った 2種の信号に基づ いて前記ィ ン ク リ メ ンタル信号を回転方向別に生成す る機能を備えている こ と を特徴とする、 請求の範囲第 5項記載のエ ン コーダ装置。
前記回転信号生成回路は前記 1 回転信号を矩形波に 整形 し、 一方、 前記カウ ンタ ク リ ア信号発生回路は前 記選択された 1 回転信号の整形された矩形波の立ち上 がり ま たは立ち下が り を検出する こ と によってカウ ン タ ク リ ア信号を発するものである、 請求の範囲第 5項 または 6項記載のエ ンコーダ装置。
前記回転信号生成回路は前記回転板 1 回転につきィ ンク リ メ ンタル信号を 2 の n乗 （ n : 正の整数） の数 生成 し、 一方、 前記カ ウ ン夕はこのイ ンク リ メ ンタル 信号をバイ ナ リ カ ウ ン ト方式で計数するタイ プのもの であって、 下 n桁は 1 回転内の位置を、 また第 n 十 1 桁及びそれ以上の桁は回転の数とするバイ ナ リ 出力を 生成出力する よ う に した、 請求の範囲第 5項記載のェ ンコーダ装置。
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