JP2009288125A - Absolute encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リニアエンコーダやロータリエンコーダ等のエンコーダとして使用して好適な磁気式や光学式、その他の方式のアブソリュートエンコーダに関するものである。 The present invention relates to an absolute encoder of a magnetic type, an optical type, or other type suitable for use as an encoder such as a linear encoder or a rotary encoder.
アブソリュートエンコーダは、検出対象であるサーボモータの回転軸の絶対位置や直線運動するリニアモータの移動体の絶対位置などを検知してこれらの制御に使用する絶対位置情報を得るために使用されている。絶対位置とは検出対象の所定の原点位置を基準とした位置のことである。こうしたアブソリュートエンコーダには、検出対象の絶対位置を示す絶対位置情報をバイナリデータに変換すると共に、そのバイナリデータをサーボモータやリニアモータを制御する上位コントローラにシリアル出力する機能を備えたものがある(特許文献1参照)。そして上位コントローラではアブソリュートエンコーダからの絶対位置情報を受信すると、内蔵CPUにて上記バイナリデータを処理して検出対象の絶対位置を知り、これにより検出対象を制御するようになっている。しかしながら、このバイナリデータによる絶対位置情報は、絶対位置分解能を高くするべく、例えば多ビット列構成としてシリアル送信する形態では、位置情報を送信するために多くの時間がかかることと、次々に送信される絶対位置情報を処理し制御対象を制御する上記内蔵CPUの負荷が大きい、という課題がある。
したがって、本発明により解決すべき課題は、アブソリュートエンコーダから位置情報を出力するに係る時間を短くすることと、アブソリュートエンコーダからの位置情報を処理する上位コントローラ側CPUの負荷を軽減することができるようにすることである。 Therefore, the problems to be solved by the present invention are that the time required for outputting the position information from the absolute encoder can be shortened, and the load on the host controller side CPU that processes the position information from the absolute encoder can be reduced. Is to do.
本発明第1によるアブソリュートエンコーダは、検出対象の絶対位置情報をバイナリデータに変換すると共に、そのバイナリデータをシリアル出力する機能を備えたアブソリュートエンコーダにおいて、上記検出対象の絶対位置からの所定の位置変化分を示すインクリメンタル情報をパルスデータでもって出力する機能を備えたことを特徴とするものである。 The absolute encoder according to the first aspect of the present invention is an absolute encoder having a function of converting absolute position information of a detection target into binary data and serially outputting the binary data, and a predetermined position change from the absolute position of the detection target. The present invention is characterized in that it has a function of outputting incremental information indicating minutes as pulse data.
検出対象には、回転軸や駆動軸等の回転体、ソレノイドシャフト、X−Yテーブル、リニア台車等の移動体、等を含む。またアブソリュートエンコーダには、光電式、磁気式、電磁誘導式、機械式等の各方式を含むことができる。 The detection target includes a rotating body such as a rotating shaft and a driving shaft, a moving body such as a solenoid shaft, an XY table, and a linear carriage. The absolute encoder can include various types such as a photoelectric type, a magnetic type, an electromagnetic induction type, and a mechanical type.
本発明第1では、検出対象の位置の検出信号からその検出対象の絶対位置情報をバイナリデータに変換すると共に、そのバイナリデータをシリアル出力すると共に、上記検出対象の絶対位置からの所定の位置変化分を示すインクリメンタル情報をパルスデータでもって出力することができるので、上位コントローラでは、絶対位置情報を一度受信した後は、その絶対位置情報が示す絶対位置からの検出対象の位置変化については、上記インクリメンタル情報のパルスデータから判るようになり、当該アブソリュートエンコーダに接続される上位コントローラのCPUでは、そのインクリメンタル情報により制御対象の絶対位置からの位置変化を判断して制御対象を制御することができ、従来のように次々に到来する絶対位置を示すバイナリデータによる絶対位置情報の受信とそれに対応する制御対象の制御と比較して、通信にかかる時間とその処理負荷を大きく軽減することができるようになる。 In the first aspect of the present invention, the absolute position information of the detection target is converted into binary data from the detection signal of the position of the detection target, the binary data is serially output, and a predetermined position change from the absolute position of the detection target is performed. Since incremental information indicating the minute can be output as pulse data, the host controller, once receiving the absolute position information, for the position change of the detection target from the absolute position indicated by the absolute position information, As can be seen from the pulse data of the incremental information, the CPU of the host controller connected to the absolute encoder can control the control target by determining the position change from the absolute position of the control target by the incremental information, Binary data indicating the absolute position that arrives one after another as before. Compared to the control of the reception control object corresponding to that of the absolute position information by the data, so it is possible to greatly reduce the time and processing load on the communication.
本発明第2によるアブソリュートエンコーダは、検出対象の位置を検出する検出手段と、上記検出手段の検出出力に基づき上記検出対象の絶対位置情報をバイナリデータに演算する演算手段と、この演算手段からのバイナリデータをシリアルに出力する出力手段とを備えたアブソリュートエンコーダにおいて、上記演算手段は、上記検出対象の絶対位置からの所定の位置変化分を示すインクリメンタル情報をパルスデータに演算すると共に、上記出力手段は、モード切り替えに応じてバイナリデータまたはパルスデータを出力することを特徴とするものである。 An absolute encoder according to a second aspect of the present invention includes a detection unit that detects a position of a detection target, a calculation unit that calculates the absolute position information of the detection target to binary data based on a detection output of the detection unit, In an absolute encoder comprising output means for serially outputting binary data, the computing means computes incremental information indicating a predetermined position change from the absolute position of the detection target into pulse data, and the output means Is characterized by outputting binary data or pulse data in accordance with mode switching.
本発明第2では、上位コントローラ側ではモード切り替えに応じて、絶対位置情報のバイナリデータまたはインクリメンタル情報のパルスデータを取り込むことができるので、上位コントローラでは、絶対位置情報を一度受信して制御対象の絶対位置を判断し、その判断した後は、その絶対位置情報が示す絶対位置からの検出対象の位置変化については上記インクリメンタル情報のパルスデータから判断することができるようになり、本発明第1と同様に、従来と比較して通信にかかる時間と内蔵CPUの処理負荷を大きく軽減することができるようになる。 In the second aspect of the present invention, since the host controller side can take in binary data of absolute position information or pulse data of incremental information in accordance with mode switching, the host controller receives the absolute position information once and controls the control target. After the absolute position is determined, the position change of the detection target from the absolute position indicated by the absolute position information can be determined from the pulse data of the incremental information. Similarly, the time required for communication and the processing load on the built-in CPU can be greatly reduced as compared with the prior art.
本発明において、好ましい態様は、上記演算手段は、検出対象の位置変化に応じてA、B相両信号を生成することである。 In the present invention, a preferred aspect is that the calculation means generates both A and B phase signals in accordance with a change in the position of the detection target.
本発明によれば、当該アブソリュートエンコーダからの位置情報出力時間の短縮と当該アブソリュートエンコーダに接続された上位コントローラのCPUにおいて、当該CPUによる当該アブソリュートエンコーダからのデータ処理負荷を軽減することができる。 According to the present invention, it is possible to shorten the position information output time from the absolute encoder and reduce the data processing load from the absolute encoder by the CPU of the host controller connected to the absolute encoder.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るアブソリュートエンコーダを説明する。 Hereinafter, an absolute encoder according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、実施の形態にかかるアブソリュートエンコーダ10と、それに接続される上位コントローラ20とのブロック構成、図2はその各部のタイムチャートを示す。
FIG. 1 is a block diagram of an
アブソリュートエンコーダ10は、磁気エンコーダ11と、演算回路12と、シフトレジスタ13と、出力回路14とを備える。上位コントローラ20は、CPU21と、記憶回路22とを備える。S1−S8は上記各部を相互に接続する信号線を示す。
The
アブソリュートエンコーダ10において、磁気エンコーダ11は、検出対象と同期回転するマグネット11aと、ホール素子を内部に含みマグネットに対してその周囲に90度位相をずらして配置した2つのホールIC11b,11cとを備える。検出対象は例えば上位コントローラ20のCPU21により回転制御される、サーボモータの回転軸等である。
In the
ホールIC11b,11cは、マグネット11aの図中矢印P1,P2方向の回転に伴いサイン信号sinとコサイン信号cosとを出力することができるようになっている。この場合、例えばホールIC11bはサイン信号sinを出力し、ホールIC11cはコサイン信号cosを出力することができるようになっている。
The
これらサイン信号sinとコサイン信号cosは演算回路12に入力される。演算回路12は、上記信号sin,cosからsin/cosの演算をしてタンジェント(正接)信号tanを演算する。正接信号tanは制御対象の絶対位置情報を含むものであり、演算回路12では、上記正接信号tanを、例えば10ビット列からなるバイナリデータBD(D0−D9)に変換する。演算回路12は、エンコーダ1回転360度を10ビットすなわち1024に分解し、1ビット当たり回転角度検出分解能360/1024度とし、この10ビットのバイナリデータBDを、信号線S4を介して10桁のシフトレジスタ13に入力する。このシフトレジスタ13に入力したバイナリデータBDは、上位コントローラ20のCPU21からの信号線S5を介するクロックCLKにより、信号線S7、出力回路14、信号線S8を介して、上位コントローラ20のCPU21にシリアルに送信される。
These sine signal sin and cosine signal cos are input to the
一方、演算回路12は、制御対象の絶対位置に対して、マグネット11aの回転角度が例えば、ホールIC11b,11cの回転角度検出分解能分に対応して増減した場合は、上位コントローラ20のCPU21からの信号線S6,S2を介するクロックCLKに同期したパルスデータPD1,PD2を信号線S7を介して出力回路14に出力する。
On the other hand, when the rotation angle of the
出力回路14は、上位コントローラ20のCPU21からの信号線S3を介するモード信号MDに応答して、シフトレジスタ13からのバイナリデータBD、または、演算回路12からのパルスデータPD1,PD2を、信号線S8を介して該CPU21に選択出力することができるようになっている。ここでモード信号MDは、ハイレベルのときは絶対位置情報送信モードであり、ローレベルではインクリメンタル情報送信モードである。
In response to the mode signal MD from the
上位コントローラ20のCPU21は、図2で示すようにモード信号MDをハイレベルにして絶対位置情報送信モードとし、出力回路14から信号線S8を介してシフトレジスタ13からのバイナリデータBD(D0−D9)を選択して受信すると共に、受信したバイナリデータBDを絶対位置情報として記憶回路22に記憶し、次に、モード信号MDをローレベルにしてインクリメンタル情報送信モードとし、出力回路14からは信号線S8を介して演算回路12からのパルスデータPD1,PD2を選択して受信すると共に、上記記憶回路22に記憶していた絶対位置情報に上記受信したパルスデータPD1,PD2に対応する回転角度分だけ位置情報を正負に更新させ、これら更新した位置情報に従い、制御対象を制御する。実施の形態では、一例として、パルスデータPD1は3分解能分だけ正方向に絶対位置が変化した場合、また、パルスデータPD2は2分解能分だけ負方向に絶対位置が変化した場合を示す。もちろん、制御対象の制御はさまざまであり、図2で示すタイムチャートに限定されない。
As shown in FIG. 2, the
図3ないし図5を参照して本発明の他の実施の形態にかかるアブソリュートエンコーダ10を説明する。図3は実施の形態にかかるアブソリュートエンコーダ10と、それに接続される上位コントローラ20とのブロック構成、図4は切り替え回路15、図5はその各部のタイムチャートを示す。これらの図において、図1および図2と対応する部分には同一の符号を付している。この実施の形態では、演算回路12により、クロックCLKからB相信号を生成し、パルスデータPD1,PD2からA相信号を生成し、その生成したA相、B相信号を上位コントローラ20のCPU21に入力するようにしたものである。
An
実施の形態では、演算回路12により生成したA相信号は信号線S1を介して出力回路14に、また、B相信号は信号線S2を介して切り替え回路15にそれぞれ出力させるようにしている。切り替え回路15は、演算回路12からのB相信号をCPU21に入力させるか、またはCPU21からのクロックCLKを演算回路12に入力させるかを信号線S3を介して与えられるモード信号MDにより切り換えるものである。さらに、演算回路12が生成したA相信号またはシフトレジスタ13からのバイナリデータBDのいずれを出力回路14からCPU21に入力させるかをモード信号MDにより選択できるようになっている。
In the embodiment, the A-phase signal generated by the
切り替え回路15は、図4で示すように3つの第1ないし第3ゲート15a−15cを備え、モード信号MDは第1ゲート15aの非反転出力部から第2ゲート15bの反転入力部に入力され、第1ゲート15aの反転出力部から第3ゲート15cの反転入力部に入力される。モード信号MDがハイレベルのときは、第3ゲート15cは、導通してCPU21からのクロックCLKをシフトレジスタ13に入力させ、モード信号MDがローレベルのときは、第2ゲート15bは導通して演算回路12からのB相信号を上位コントローラ20のCPU21に入力させることができるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
図5で示すようにCPU21によりモード信号MDがハイレベルになって絶対位置情報送信モードであるときは、CPU21のクロックCLKは、切り替え回路15を介してシフトレジスタ13に入力され、また、シフトレジスタ13からのバイナリデータBDは出力回路14からCPU21に入力される。
As shown in FIG. 5, when the mode signal MD is set to the high level by the
次に、CPU21によりモード信号MDがハイレベルの絶対位置情報送信モードからローレベルのインクリメンタル情報送信モードになったときは、演算回路12は、切り替え回路15を介してB相信号を、また、出力回路14を介してA相信号を、それぞれ、上位コントローラ20のCPU21に出力するようになっている。
Next, when the
すなわち、インクリメンタル情報送信モードになったとき、演算回路12は、信号線S1をローレベル状態とし、制御対象の絶対位置が正方向に1分解能分変化した場合、信号線S2の状態をローレベルとし、その後、規定時間t分(例えば1回転1024分解能のエンコーダが6000rpm回転した場合のA相、B相信号のずれ時間10/(1024×4)msec)経過後に信号線S1をハイレベル状態に変化させ、さらにt分経過後に信号線S2をハイレベル状態とし、そのt分後に信号線S1をローレベル状態とする。位置が負方向に1分解能変化した場合は上記の逆となる。このようにして、信号線S1からはA相信号、信号線S2からはB相信号を出力するようになっている。図2で示す例は制御対象が正方向に2分解能移動し、その後、負方向に2分解能移動した例である。
That is, when the incremental information transmission mode is entered, the
なお、信号線S3がハイレベルである絶対位置情報送信モードでは、CPU21側からは信号線S2にクロックCLKが出力され、これに同期して、アブソリュートエンコーダ10側から、信号線S1に絶対位置情報が出力される。信号線S3がローレベルであるインクリメンタル情報送信モードでは、アブソリュートエンコーダ10側から信号線S2にB相信号を出力する。これにより、信号線S3がハイレベル状態のときは、信号線S2はCPU21側からの出力となり、信号線S3がローレベル状態のときは信号線S2はアブソリュートエンコーダ10側からの出力となる。
In the absolute position information transmission mode in which the signal line S3 is at the high level, the
以上説明したように、実施の形態のアブソリュートエンコーダ10においては、上位コントローラ20のCPU21に対して、バイナリデータBDで構成された絶対位置情報の代わりとして、必要に応じて、A相、B相信号のようなインクリメンタル情報を短時間で送信することができ、CPU21の処理負荷を軽減することができるようになる。
As described above, in the
10 アブソリュートエンコーダ
11 磁気エンコーダ
12 演算回路
13 シフトレジスタ
14 出力回路
20 上位コントローラ
21 CPU
22 記憶回路
DESCRIPTION OF
22 Memory circuit
Claims (3)
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JP2008142135A JP2009288125A (en) | 2008-05-30 | 2008-05-30 | Absolute encoder |
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