JP2632534B2 - ロータリエンコーダ - Google Patents
ロータリエンコーダInfo
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- JP2632534B2 JP2632534B2 JP63041103A JP4110388A JP2632534B2 JP 2632534 B2 JP2632534 B2 JP 2632534B2 JP 63041103 A JP63041103 A JP 63041103A JP 4110388 A JP4110388 A JP 4110388A JP 2632534 B2 JP2632534 B2 JP 2632534B2
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Description
間の相対回転角度の検出を行なうためのロータリエンコ
ーダに関する。
の相対回転角度の検出を行なうためのロータリエンコー
ダであって、1周期Tを等分してピッチ角λで形成され
た格子を有する格子円板と、その格子の回転に対応して
電気信号を出力する一対の検出素子を有する検出部とよ
り成り、前記格子円板と検出部との相対回転に応じて90
゜位相の異なる2相の検出信号を出力するロータリエン
コーダにおいて、その一対の検出素子を(m+1/4)λ
(mは正の整数)離して配置すると共に、これら検出素
子の出力信号の和信号と差信号とをその2相の検出信号
とする様にして、2個の検出素子を用いた簡単な構成で
検出誤差を平均化して減少させることが出来る様にした
ものである。
ンコーダは、サーボモータのフィードバック要素や角度
測定機の検出要素等として広く使用されている。第7図
には従来のロータリエンコーダの一例を示す。第7図に
おいて、(1)は入力軸を示し、この入力軸(1)には
1周期T(360゜)を等分してピッチ角λで形成された
明暗パターンの格子(2)を有する格子円板(3)が固
定されている。その入力軸(1)は通常外部モータのス
ピンドル等に連結されθ方向に回動自在に保持され、入
力軸(1)の回転により格子円板(3)が回転する。
を示し、この検出部(9)には格子(2)と同じパター
ンの目盛を2区画に互いに位相を90゜ずらして形成した
参照格子(4)を有する参照スケール(5)と、これら
格子(2)及び参照格子(4)を照明する発光素子(6
a)及び(6b)と、これら格子(2)及び参照格子
(4)を通り抜けた照明光を光電変換する光電素子(7
a)及び(7b)と、これら光電素子の出力を受けるバッ
ファアンプ(8a)及び(8b)とが設けられている。ここ
で格子円板(3)を光電素子(7a)及び(7b)の位置関
係を格子(2)のピッチ角λを大きく表現した第8図を
用いて説明するに、第7図の参照格子(4)は90゜(角
度でλ/4)位相の異なる2区画に別れているので、それ
らに対応する光電素子(7a)及び(7b)は角度にして
(n+1/4)λ(nは正の整数)離れていると考えるこ
とができ、得られる信号UA及びUBは位相が90゜異なって
いるため、バッファ(8a)及び(8b)からは互いに位相
が90゜異なる検出信号φA及びφBが得られる。この検
出信号φA及びφBは格子円板(3)のθ方向への回転
に対して、1周期がλの正弦波となっている。
挿回路(10)に入力されて、方向弁別及び1周期λを細
分割したパルス生成が行なわれ、内挿回路(10)からは
アップ計数パルスUP及び逆方向の回転に対応するダウン
計数パルスDNが夫々出力される。又、(11)はこれらの
パルスを積算計数して格子円板(3)の回転角度を表示
するための可逆カウンタである。この様に方向弁別と1
周期λ内で内挿を行なうため、検出信号としては90゜位
相の異なる2つの信号が要求される。
いるが、その構成要素である格子円板(3)の偏心や格
子(2)の製作時のピッチ誤差等によってロータリエン
コーダには角位置誤差Eθが存在する。誤差Eθは格子
円板(3)の回転量がθの時の例えば第7図の可逆カウ
ンタ(11)の計数値を、入力軸(1)と偏心なく連結さ
れたマスターロータリエンコーダ(図示省略)から得ら
れた検出信号を処理して得られる計数値と比較すること
によって得ることができる。
で変位が周期的であるため、角位置誤差Eθは第9図A
に示す様に、周期Tが360゜の周期関数となっている。
従って、誤差Eθをフーリエ解析とすると、 と表わすことができる。式(1)において、FK sin(K
θ+αK)は誤差EθのK次成分であり、FK及びαKは
夫々定数である。更に、角位置θにおける光電素子の出
力Uιは Uι=Asin〔N(θ+Eθ)〕,(N=360゜/λ) ……(2) と表わすことができ、式(2)においてAは振幅、Nは
1回転のパターン数である。例えば、第9図Aの誤差E
θは、第9図Bの様な1次成分と第9図Cの様な2次成
分との和で表わすことができる。
ダでは誤差補正機能がないため、第9図Aの角位置誤差
Eθが補正されず、例えば第7図の可逆カウンタ(11)
には真の値に誤差Eθを加えた値が計数表示されてしま
うという不都合があった。
に示す様なロータリエンコーダも提案されている。第10
図において、(7a)は及び(7b)は第8図と同じ位置関
係にある光電素子を示し、更にそれらの光電素子から夫
々180゜離れた位置に光電素子(7c)及び(7d)が配設
してある。又、光電素子(7a)及び(7c)の出力信号UA
及びUBは和演算器(12a)で加算されA相信号φAとな
り、光電素子(7b)及び(7d)の出力信号UB及びUDは和
演算器(12b)で加算されB相信号φBとなる。この
時、2相信号φA及びφBは夫々 φA=UA+UC =Asin〔N(θ+Eθ)〕 +Asin〔N(θ+Eθ+π)〕 =2Acos(Nαθ)sin〔N(θ+εθ)〕 ……
(3) φB=2Acos(Nαθ)cos〔N(θ+εθ)〕 ……
(4) となる。但し、 αθ=(Eθ−Eθ+π)/2, εθ(Eθ+Eθ+π)/2 ……(5) であり、Eθの添字では便宜上180゜をπと置いてい
る。ここで、式(5)に式(1)を代入すると、 となり、誤差εθの中では角位置誤差Eθ中の奇数次の
フーリエ成分が除去されていることがわかる。従って、
第10図の従来のロータリエンコーダにおいては奇数次の
誤差が除去されているが、このエコーダは光電素子とし
て(7a),(7b),(7c)及び(7d)の最低4個が必要
でエンコーダが大型化して価格が高くなるという不都合
があった。
的とする所は、角位置誤差Eθを補正する機能を有する
簡易な構造のロータリエンコーダを提供するにある。
示す様に、1周期T(360゜)を等分してピッチ角λで
形成された格子(2)を有する格子円板(3)と、その
格子(2)の回転に対応して夫々電気信号VA及びVBを出
力する一対の検出素子(13a)及び(13b)を有する検出
部(9)とより成り、その格子円板(3)と検出部
(9)との相対回転に応じて90゜位相の異なる2相の検
出信号φA及びφBを出力するロータリエンコーダにお
いて、その一対の検出素子(13a)及び(13b)を(m+
1/4)λ(mは正の整数)離して配置すると共に、これ
ら検出素子の出力信号VA及びVBの和信号と差信号とをそ
の2相の検出信号φA及びφBとしたものである。
す様に、一対の検出素子(13a)及び(13b)を 離して配置したものである。
る)離して配置された一対の検出素子(13a)及び(13
b)の出力信号VA及びVBは角度θでの角位置誤差をEθ
としてT/λ(360゜/λ)をNとすると、 VA=Asin〔N(θ+Eθ)〕, VB=Asin〔θ+w+Eθ+w)〕 となる。従って、それらの和信号と差信号である2相の
検出信号φA及びφBは と表わされる。ここでA1,A2は振幅で|A1||A2|が成り
立つ。これらは角位置誤差が2相ともに(Eθ+Eθ+
w)/2の形で含まれていることを意味し、平均化の効果
により角位置誤差が小さくなる。
Bともに(Eθ+Eθ+π)/2となる。この角位置誤差
は式(3)及び(4)で表わされる第10図の従来のロー
タリエンコーダの2相の検出信号に含まれている角位相
誤差εθと同一となり、式(6)より明らかな様に角位
置誤差Eθ中の奇数次の誤差成分が除去されている。
図を参照して説明しよう。尚、図面において第7図及び
第8図に対応する部分には同一符号を付してその詳細説
明は省略する。
能に保持されている。格子円板(3)の外周部には、36
0゜(1周期T)をN等分して成るピッチ角λ(N=360
゜/λ)の明暗パターンの格子(2)が形成されてい
る。又、(9)はその格子(2)の回転に応じて2相の
検出信号φA及びφBを出力する検出部を示し、検出部
(9)には一対の検出素子(13a)及び(13b)が格子円
板(3)の近傍で(m+1/4)λ(mは正の整数)だけ
離れて配設されている。この検出素子(13a)及び(13
b)は第7図の光電素子(7a)及び(7b)に対応する要
素と考えてよいが、分割数Nが大きくなった場合には、
更に従来の参照格子(4)を形成した参照スケール
(5)をも含んだ要素と考えてよい。従って、格子
(2)がθ方向に回転するとそれに対応して検出素子
(13a)及び(13b)からは出力信号VA及びVBが得られ、
角位置誤差をEθ,(m+1/4)λをWとすると、定数
Aを用いて VA=Asin〔N(θ+Eθ)〕, VB=Asin〔N(θ+W+Eθ+w)〕 ……(9) と表わすことができる。
器(14a)及び差演算器(15a)に入力されている。和演
算器(14a)は2つの入力信号の和を演算してA相信号
φAを出力し、差演算器(15a)は2つの入力信号の差
を演算してB相信号φBを出力する。式(9)よりφA
及びφBは夫々 で表され、互いに位相が90゜異なる検出信号となってい
る。但し、A1及びA2は振幅を示し、 となっており、Eθ+Eθ+wを無視すると、 が成立している。これらの2相信号φA,φBは第1図の
端子(16)及び(17)より外部の例えば第7図に示す内
挿回路(10)等に供給される。
れる2相の検出信号φA及びφBの角位置誤差は式(1
0)及び(11)で示される様に、(Eθ+Eθ+w)/2
の形で含まれている。従って、角位置θでの誤差と角位
置(θ+W)での誤差が平均化されているため、誤差が
打ち消し合って小さくなる。しかも、検出素子の数は第
8図の従来例と同じ2個であり、極めて簡易な構造で誤
差補正が行なわれている。
値をmλがT/2即ち180゜になるように選んだ場合につい
て、第2図を参照して説明しよう。
b)が180゜+λ/4だけ離して配置してある他は、第1図
と同じ構成となっている。これはmλ=T/2(=180゜)
となるようにmの値を選んだことを意味する。この場
合、一般的な場合である分割数Nが充分大きい場合(ピ
ッチ角λ<<180゜)を考えると、 が成立するので、式(10)及び(11)より検出信号φA
及びφBは夫々 で表わされる。但し、誤差εθは式(5)と同じ(Eθ
+Eθ+π)/2である。この誤差はεθは式(3)及び
(4)で表わされる第10図のロータリエンコーダによっ
て得られる検出信号の誤差と同じであり、式(6)がそ
のまま適用されるので、機械的な当初の角位置誤差Eθ
中の奇数次の成分が除去されている。
板(3)の偏心による1次成分であり、第2図例のエン
コーダによれば奇数次即ち1次成分の誤差が除去される
のでその効果は大である。
を第4図及び第5図に示す。
コーダを用いて、検出素子の配置及び処理回路を変更し
て、マスタロータリエンコーダと比較してその誤差を求
めたものであり、マスタロータリエンコーダは例えば精
密工学会誌Vol.52,10(1986)P1732で開示されている様
な手法で校正されている。この内、第4図Aは第8図の
従来方式のロータリエンコーダの構成とした時の誤差で
あり、第4図Bは第2図例のロータリエンコーダの構成
とした時の誤差である。第4図Bでは1次誤差成分が除
去されているが、2次誤差成分は残っていることがわか
る。
の測定結果であり、第5図Aは第8図の従来方式,第5
図Bは第2図例の方式の構成にした場合の誤差を夫々示
す。第5図Bでは第4図Bと同様に2次成分は残ってい
る。この様に実験的にも、第2図例のロータリエンコー
ダでは奇数次の誤差成分が除去されることが確かめられ
た。
のロータリエンコーダと同様に奇数次の誤差成分を除去
できるが、その構成は検出素子が2個だけでよく、第10
図の場合と比べて、エンコーダを小型化でき更にコスト
ダウンを図ることができる。
いて第3図を参照して説明しよう。
ち90゜離れた角位置に検出素子(13c)及び(13d)が配
置してある。更に処理回路には、和演算器(14a),(1
4b),(18a)及び(18b)を差演算器(15a)及び(15
b)とが設けてある。ここで各検出素子(13a),(13
b),(13c)及び(13d)の出力信号を夫々VA,VB,VC及
びVDとして、和演算器(14a)及び(14b)並びに差演算
器(15a)及び(15b)の出力を夫々WA,WC,WB及びWDとす
ると、第3図の配線は WA=VA+VB,WB=VA−VB WC=VC+VD,WD=VC−VD となるように成されている。更に、信号WA及びWCは和演
算器(18a)で加算されてA相信号φAとなり、信号WB
及びWDは和演算器(18b)で加算されてB相信号φBと
なる。第1図例と同様に演算すると、 φA=WA+WC=4AKAsin〔N(θ+εθ+Φ〕 …(15) φB=WB+WD=4AKBcos〔N〕θ+εθ+Φ〕 …(16) となる。ここで、Φ=90゜であり εθ=Eθ+Eθ+π/2+Eθ+π+Eθ+3π/2)/4
…(17) KA=cos(Nbθ)cos(NCθ−Φ) KB=cos(Nbθ)sin(NCθ−Φ) bθ=(Eθ−Eθ+π/2)/2 Cθ=(Eθ+Eθ+π/2−Eθ+π−Eθ+3π/2)
/4 である。これらの式で角位置誤差Eθの添字中では便宜
上180゜はπで表わしている。この時、式(17)のεθ
中の誤差Eθとして式(1)を代入すると、 となり、4の倍数以外の高次成分の誤差が除去されてい
る。
エンコーダを変形して構成し、誤差測定を行なった結果
を第4図C及び第5図Cに示す。第4図Cは分割数N=
5000の格子を用いた場合であり、誤差は第2図例の結果
(第4図B)から2次成分を除いたものとほぼ一致し、
更に4次成分が残っている所から、理論解析の正しさが
裏付けられる。同様に第5図Cは分割数N=5400の格子
を用いた場合であるが、第5図Bと比べて2次成分が更
に除去された誤差曲線が得られており、4次成分は残っ
ている。
おいては、機械的な当初の角位置誤差Eθの内で奇数次
の成分だけでなく、4の倍数次を除く偶数次の成分まで
もが除去されているため、より高精度な角度検出が可能
である。
に適用した例を第6図を参照して説明しよう。
磁気ディスク(20)はθ方向に回動可能でその外周部に
は1周期T(360゜)をN分割したピッチ角λの磁気目
盛(21)が形成されている。又、(19)は検出部を全体
として示し、その中で(22a)及び(22b)は互いに 離して配置されている磁気ヘッドであり、この一対の磁
気ヘッド(22a)及び(22b)は第1図例の検出素子に対
応する。磁気ヘッド(22a)及び(22b)には発振器(2
5)から出力された励磁信号f0がV/I変換器(26)を介し
て供給されている。信号f0は振幅をI、角周波数をωと
して、 と表わせる。
信号は夫々帯域フィルタ(23a)及び(23b)に供給さ
れ、2倍の高周波成分PA及びPBが濾波される。PA及びPB
は定数P0,角位置誤差Eθを用いて次式で表わされる。
A相信号φA′とる。一方、信号PA及びPBは90゜移相器
(24a)及び(24b)に夫々供給され次式で表わされる信
号PA′及びPB′となる。
差が演算されB相信号φB′となる。式(10)及び(1
1)と同様の演算により で表わせ、|P1||P2|が成立する。信号φA′及び
φB′は混合回路(27)で加算され位相変調信号fθと
なる。ここでP1P2とすると、 となり、この後は例えば特公昭52−17427号公報に示さ
れる方法によって角度変位が計数値として得られる。
図例と同様に角位置誤差Eθの内の奇数次成分が除去さ
れている。
び磁気式のエンコーダに適用した例を示したが、これら
以外にも例えば静電容量式や電磁誘導式のエンコーダに
も適用できることは明らかである。
(m+1/4)λ離して配置すると共に、これら検出素子
の出力信号の和信号と差信号とを2相の検出信号として
いるので、角位置誤差Eθが平均化されて減少する。
又、構成が簡易であり検出器を小型化して更にローコス
ト化することができる。
離して配置すると、角位置誤差Eθの内の奇数次の誤差
成分を除去することができる。
成図、第2図は第1図でmλ=180゜とした場合を示す
構成図、第3図は本発明ロータリエンコーダの他の実地
例を示す構成図、第4図及び第5図は従来及び本発明ロ
ータリエンコーダの検出誤差の測定結果を示す誤差曲線
図、第6図は本発明ロータリエンコーダを磁気式エンコ
ーダに適用した例を示す構成図、第7図は従来のロータ
リエンコーダを示す一部斜視図を含むブロック図、第8
図は第7図の回転円板(3)と光電素子(7a)及び(7
b)との位置関係を説明するための構成図、第9図はロ
ータリエンコーダの角位置誤差Eθの一例を示す線図、
第10図は従来のロータリエンコーダの他の例を示す構成
図である。 (2)は格子、(3)は格子円板、(9)は検出部、
(13a),(13b),(13c)及び(13)は夫々検出素
子、(14a),(14b),(18a)及び(18b)は夫々和演
算器、(15a)及び(15b)は夫々差演算器である。
Claims (2)
- 【請求項1】1周期Tを等分してピッチ角λで形成され
た格子を有する格子円板と上記格子の回転に対応して電
気信号を出力する一対の検出素子を有する検出部とを有
し、上記格子円板と上記検出部の間の相対的回転に応じ
て90゜位相が異なる2相の検出信号を出力するロータリ
エンコーダにおいて、 上記一対の検出素子を互いにT/2+(m+1/4)λ(mは
mλがT/2に比べて十分小さいな値となるゼロ又は正の
整数)離して配置し、上記検出素子の出力信号の和信号
と差信号とを上記2相の検出信号としたことを特徴とす
るロータリエンコーダ。 - 【請求項2】1周期Tを等分してピッチ角λで形成され
た格子を有する格子円板と上記格子の回転に対応して電
気信号を出力する二対の対検出素子を有する検出部とを
有し、上記格子円板と上記検出部の間の相対的回転に応
じて90゜位相が異なる2相の検出信号を出力するロータ
リエンコーダにおいて、 上記二対の検出素子の各々の2つの検出素子を互いにT/
2+(m+1/4)λ(mはmλがT/2に比べて十分小さい
な値となるゼロ又は正の整数)離して配置し、上記二対
の検出素子を互いにT/4離して配置し、上記第1の対の
検出素子の出力信号の和信号と上記第2の対の検出素子
の出力信号の和信号とを加算し上記第1の対の検出素子
の出力信号の差信号と上記第2の対の検出素子の出力信
号の差信号とを加算して上記2相の検出信号としたこと
を特徴とするロータリエンコーダ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63041103A JP2632534B2 (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | ロータリエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63041103A JP2632534B2 (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | ロータリエンコーダ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH01214715A JPH01214715A (ja) | 1989-08-29 |
JP2632534B2 true JP2632534B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=12599142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63041103A Expired - Lifetime JP2632534B2 (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | ロータリエンコーダ |
Country Status (1)
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WO2022131049A1 (ja) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 磁気検知システム、位置検知システム及び磁気検知モジュール |
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JPS6312915A (ja) * | 1986-07-03 | 1988-01-20 | Yamaha Corp | エンコ−ダ用検出信号処理回路 |
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- 1988-02-24 JP JP63041103A patent/JP2632534B2/ja not_active Expired - Lifetime
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