JP3054753B2 - Absolute value type multi-turn encoder - Google Patents
Absolute value type multi-turn encoderInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、絶対値型多回転エ
ンコーダに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an absolute value type multi-rotation encoder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、エンコーダの入力軸と計測部との
間に減速機を設け、多回転化したロータリーエンコーダ
がある。しかし、この従来の方法では、計測部の構造が
精密で、かつ複雑になる問題を有している。2. Description of the Related Art Conventionally, there is a rotary encoder provided with a speed reducer between an input shaft of an encoder and a measuring section to make a multi-rotation. However, this conventional method has a problem that the structure of the measuring unit is precise and complicated.
【０００３】また、単回転の絶対値エンコーダを複数回
転し、その回転数のインクリメンタルデータをバッテリ
ーでバックアップする絶対値方式の多回転ロータリーエ
ンコーダがある。しかし、この方法では、計測部の構造
がバッテリーがないと多回転化ができない問題を有して
いる。Further, there is an absolute value type multi-rotation rotary encoder in which a single rotation absolute value encoder is rotated a plurality of times, and incremental data of the rotation speed is backed up by a battery. However, this method has a problem that the number of rotations cannot be increased unless the structure of the measurement unit has a battery.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、バッテリー
を必要としない簡単な構造の絶対値型多回転エンコーダ
を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an absolute value type multi-turn encoder having a simple structure which does not require a battery.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも第
１の絶対値エンコーダと第２の絶対値エンコーダとを減
速機で連結し、第１の絶対値エンコーダのステップ値を
減速比で減速して第２の絶対値エンコーダに伝達し、第
１の絶対値エンコーダと第２の絶対値エンコーダの各々
のステップ値を用いて多回転の計測値を演算装置で算出
する絶対値型多回転エンコーダにおいて、第１の絶対値
エンコーダのステップ値が第１の絶対値エンコーダの最
大ステップ値に近いか、初期値に近いかを判断し、最大
ステップ値に近い場合、第１の絶対値エンコーダが次の
１回転をする前の回転数と第１の絶対値エンコーダのス
テップ値とから計測値を算出し、初期値に近い場合、第
１の絶対値エンコーダが次の１回転をした後の回転数と
第１のエンコーダのステップ値とから計測値を算出する
絶対値型多回転エンコーダにある。According to the present invention, at least a first absolute value encoder and a second absolute value encoder are connected by a speed reducer, and the step value of the first absolute value encoder is reduced by a reduction ratio. In the absolute value type multi-rotation encoder, an arithmetic unit calculates a multi-rotation measurement value using a step value of each of the first absolute value encoder and the second absolute value encoder. , It is determined whether the step value of the first absolute value encoder is close to the maximum step value of the first absolute value encoder or close to the initial value. If the step value is close to the maximum step value, the first absolute value encoder A measurement value is calculated from the number of revolutions before one rotation and the step value of the first absolute value encoder, and when the measured value is close to the initial value, the number of revolutions after the first absolute value encoder makes the next one revolution is calculated. First encoder In absolute value type multi-revolution encoder for calculating a measured value from the step value.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【０００７】＜イ＞絶対値型多回転エンコーダ 絶対値型単回転エンコーダを減速機で連結し、多回転の
計測を可能にした絶対値型多回転エンコーダを構成す
る。即ち、絶対値型の複数の単回転エンコーダを相互に
ギアボックスなどの減速機で連結し、一方のエンコーダ
が回転すると、他方のエンコーダには、所定の減速比で
回転が伝達される。なお、単回転に限らず、多回転エン
コーダを減速機で連結する場合も可能である。<A> Absolute value type multi-rotation encoder An absolute value type multi-rotation encoder is constructed by connecting an absolute value type single-rotation encoder with a reduction gear to enable measurement of multiple rotations. That is, a plurality of absolute value type single-rotation encoders are connected to each other by a speed reducer such as a gear box, and when one of the encoders rotates, the rotation is transmitted to the other encoder at a predetermined reduction ratio. In addition, not only single rotation but also a case where a multi-rotation encoder is connected by a reduction gear is possible.
【０００８】例えば、図１に被測定体４が矢印の方向に
移動すると、第１エンコーダ１が回転して被測定体の移
動距離に応じた回転角のステップ信号が演算装置５に出
力される。それと共に、第１エンコーダ１の回転は減速
機３の減速比で第２エンコーダ２を回転し、第２エンコ
ーダ２の回転角のステップ信号が演算装置５に出力され
る。For example, when the object 4 moves in the direction of the arrow in FIG. 1, the first encoder 1 rotates and a step signal of a rotation angle corresponding to the moving distance of the object is output to the arithmetic unit 5. . At the same time, the rotation of the first encoder 1 rotates the second encoder 2 at the reduction ratio of the speed reducer 3, and a step signal of the rotation angle of the second encoder 2 is output to the arithmetic unit 5.
【０００９】演算装置５では、第１エンコーダ１が多回
転しても、第２エンコーダ２のステップ信号も利用し
て、これらステップ信号を演算処理して被測定体４の移
動距離を算出し、表示装置６に表示することができる。
なお、３個以上のエンコーダでも相互に減速機３で連結
し、多回転エンコーダを構成することもできる。In the arithmetic unit 5, even if the first encoder 1 makes multiple rotations, the step signals of the second encoder 2 are also used to calculate the moving distance of the object 4 by calculating these step signals. It can be displayed on the display device 6.
Note that three or more encoders can be connected to each other by the speed reducer 3 to constitute a multi-rotation encoder.
【００１０】＜ロ＞演算処理の概要 例えば、図２のように、第１エンコーダが１回転する前
後、即ち、最大ステップ値と初期値の境界前後では第２
エンコーダのステップ値（出力値）が変化しない場合が
ある。例えば、第１エンコーダの最大ステップ値が減速
比の倍数にない場合、又は減速機にバックラッシュなど
のガタがあり、減速比にバラつきがある場合がある。そ
のような場合、１回転付近では、１回転前か１回転後か
を第１エンコーダのステップ値から判断する。<B> Overview of the calculation process For example, as shown in FIG. 2, before and after the first encoder makes one rotation, that is, before and after the boundary between the maximum step value and the initial value, the second process is performed.
The step value (output value) of the encoder may not change. For example, the maximum step value of the first encoder may not be a multiple of the speed reduction ratio, or the speed reduction ratio may vary due to backlash or other play in the speed reducer. In such a case, in the vicinity of one rotation, it is determined from the step value of the first encoder whether it is before or after one rotation.
【００１１】更に、１回転前なら、今までに何回転した
かを第２エンコーダのステップ値から判断し、第１と第
２のエンコーダのステップ値からトータルの回転角度を
算出することができる。Further, if it is one rotation before, the number of rotations so far is determined from the step value of the second encoder, and the total rotation angle can be calculated from the step values of the first and second encoders.
【００１２】１回転後でも、同様に、第２エンコーダの
ステップ値から全回転数を判断できるので、トータルの
回転角度を算出することができる。Even after one rotation, the total number of rotations can be similarly determined from the step value of the second encoder, so that the total rotation angle can be calculated.
【００１３】＜ハ＞減速機にガタがない場合の演算処理 第１エンコーダが最大ステップ値Ｍで一回転するとし、
ガタのない一定値の減速比Ｒとすると、第１エンコーダ
が減速比Ｒのステップ数進む毎に第２エンコーダが１ス
テップ進む。最大ステップＭが減速比Ｒで割り切れない
場合、図２のように第１エンコーダのステップ値Ｆが最
大ステップ値Ｍ付近と初期値（零）付近で第２エンコー
ダの出力はステップＳで同一となる。したがって、この
ままでは、第２エンコーダのステップ値Ｓを第１エンコ
ーダのトータルの回転角度の検出には使用できない。な
お、演算にはエンコーダのステップの立上がりを使用し
ている。<C> Calculation processing when there is no backlash in the speed reducer Assuming that the first encoder makes one rotation with the maximum step value M,
Assuming a constant reduction ratio R without play, the second encoder advances by one step each time the first encoder advances by the number of steps of the reduction ratio R. When the maximum step M cannot be divided by the reduction ratio R, the output of the second encoder becomes the same in step S when the step value F of the first encoder is near the maximum step value M and near the initial value (zero) as shown in FIG. . Therefore, in this state, the step value S of the second encoder cannot be used for detecting the total rotation angle of the first encoder. In addition, the rise of the step of the encoder is used for the calculation.
【００１４】しかしながら、第１エンコーダのステップ
値が正確に分かるので、第１エンコーダのステップ値か
ら１回転前か後かを論理判断し、１回転前ならステップ
値Ｓを用い、１回転後ならステップ値Ｓに１を加算し
て、桁上がりのステップ値とすることで解決することが
できる。However, since the step value of the first encoder is accurately known, it is logically determined whether the rotation is one rotation before or after the step value of the first encoder. If the rotation is one rotation before, the step value S is used. This can be solved by adding 1 to the value S to obtain a carry step value.
【００１５】具体的には、式５を満足する比較値Ｃを用
いて、第１エンコーダのステップ値と比較値Ｃとの大小
を比較し、１回転の前後を判断する。なお、この比較値
Ｃが式５を満足するためには、減速比Ｒは、最大ステッ
プ値Ｍの半分以下（Ｒ＜Ｍ／２）にする必要がある。Specifically, using the comparison value C that satisfies Equation 5, the magnitude of the step value of the first encoder and the comparison value C are compared to determine before and after one rotation. In order that the comparison value C satisfies Expression 5, the reduction ratio R must be equal to or less than half of the maximum step value M (R <M / 2).
【００１６】１回転前の場合、式３を用いて、第２エン
コーダのステップ値Ｓに減速比Ｒを掛けて第１エンコー
ダの最大ステップ値Ｍで割り、その整数値から第１エン
コーダの回転数を知ることができる。更に回転数に最大
ステップ値Ｍを掛け、第１エンコーダのステップ値Ｆを
加算することにより、計測値、即ちトータルの回転角を
算出できる。また、１回転後の場合も、式４により、ス
テップ値Ｓ＋１を用いて、トータルの回転角を算出でき
る。Before one rotation, the step value S of the second encoder is multiplied by the reduction ratio R and divided by the maximum step value M of the first encoder by using Expression 3, and the rotation speed of the first encoder is calculated from the integer value. You can know. Further, by multiplying the rotation speed by the maximum step value M and adding the step value F of the first encoder, the measured value, that is, the total rotation angle can be calculated. Also, in the case of one rotation, the total rotation angle can be calculated by using the step value S + 1 according to Expression 4.
【００１７】[0017]
【式３】 (Equation 3)
【式４】 (Equation 4)
【式５】 (Equation 5)
【００１８】＜ニ＞減速機にガタがあり、バラつきが減
速比以内の場合の演算処理 減速機のガタによる減速比のバラつきが減速比以内の場
合、図３に示すように、第１エンコーダが１回転する間
に、第２エンコーダの出力が６ステップ以上必要であ
る。即ち、比較値Ｃの前後に、ガタ分を含めて３ステッ
プ必要であるので、６ステップ以下にできない。その結
果、減速比は第１エンコーダの最大ステップＭの６分の
１（Ｍ／６）以下に設定する。<D> Calculation processing when the reduction gear has backlash and the variation is within the reduction ratio When the reduction in the reduction ratio due to the play of the reduction gear is within the reduction ratio, as shown in FIG. During one rotation, the output of the second encoder needs at least six steps. That is, three steps are required before and after the comparison value C, including the play, so that the number of steps cannot be reduced to six or less. As a result, the reduction ratio is set to 1/6 (M / 6) or less of the maximum step M of the first encoder.
【００１９】詳細には、図３を例にとって説明すると、
１回転後の場合、最大の遅れでも、（Ａ）のように、ガ
タのない本来のステップにガタ分遅れたステップにな
る。そこで、第２エンコーダのステップ値Ｓに２を加算
することにより、１回転後のステップ値に補正すること
ができる。また、最大進んでも、（Ｂ）や（Ｃ）のよう
に、第１エンコーダの１回転以内に入るので、２を加算
して補正しても、問題はない。More specifically, taking FIG. 3 as an example,
In the case of one rotation, even at the maximum delay, as shown in (A), the step is delayed by the play to the original step without play. Then, by adding 2 to the step value S of the second encoder, it is possible to correct the step value after one rotation. Further, even if the maximum advance is made, since it falls within one rotation of the first encoder as shown in (B) and (C), there is no problem even if 2 is added and corrected.
【００２０】１回転前の場合、最大進んでも、（Ｄ）の
ように、ガタのない本来のステップにガタ分進んだステ
ップになる。そこで、第２エンコーダのステップ値Ｓに
１を減算することにより、１回転前のステップ値に補正
することができる。また、最大遅れても、（Ｅ）や
（Ｆ）のように、第１エンコーダの１回転以内に入るの
で、１を減算して補正しても、問題はない。In the case before one rotation, even if the maximum advance is made, the step is advanced to the original step without play as shown in FIG. Therefore, by subtracting 1 from the step value S of the second encoder, the step value can be corrected to the step value one rotation before. Further, even if the maximum delay occurs, since it falls within one rotation of the first encoder as shown in (E) and (F), there is no problem even if it is corrected by subtracting one.
【００２１】以上のことを考慮して、多回転の回転角度
を算出するには、第１エンコーダのステップ値を、式８
を満たす比較値Ｃで条件分けし、式６及び式７を使用す
る。In consideration of the above, in order to calculate the rotation angle of multiple rotations, the step value of the first encoder is calculated by the following equation (8).
Expression 6 and Expression 7 are used by dividing the condition by the comparison value C satisfying the following.
【００２２】[0022]
【式６】 (Equation 6)
【式７】 Equation 7
【式８】 (Equation 8)
【００２３】＜ホ＞減速機にガタがあり、バラつきが減
速比以上の場合の演算処理 減速比のガタによる減速比のバラつきが減速比以上で２
倍の減速比以内の場合、第１エンコーダが１回転する間
に、第２エンコーダの出力が１０ステップ以上必要であ
る。即ち、比較値Ｃの前後に、ガタ分を含めて５ステッ
プ必要であるので、１０ステップ以下にできない。その
結果、減速比は第１エンコーダの最大ステップＭの１０
分の１（Ｍ／１０）以下に設定する。この場合も、式９
乃至式１１を使用して、トータルの回転角を算出する。[0023] There is play in the <e> reduction gear, variation in the reduction ratio variation is due to play in the computation processing speed reduction ratio of not less than the reduction ratio in the above reduction ratio 2
When the speed reduction ratio is within the double speed ratio, the output of the second encoder needs at least 10 steps while the first encoder makes one rotation. That is, before and after the comparison value C, five steps including the play are required, so that the number of steps cannot be reduced to 10 steps or less. As a result, the reduction ratio is set to 10 of the maximum step M of the first encoder.
Set to 1 / M (M / 10) or less. Also in this case, Equation 9
The total rotation angle is calculated using Expressions 11 to 11.
【００２４】[0024]
【式９】 [Equation 9]
【式１０】 (Equation 10)
【式１１】 [Equation 11]
【００２５】＜ヘ＞減速機にガタがある場合の一般式の
演算処理 減速比のガタによる減速比のバラつきが減速比のＢ倍か
ら（Ｂー１）倍の間にある場合、第１エンコーダが１回
転する間に、第２エンコーダの出力が２×（２Ｂ＋１）
ステップ以上必要である。即ち、比較値Ｃの前後に、ガ
タ分を含めて（２Ｂ＋１）ステップ必要であるので、２
×（２Ｂ＋１）ステップ以下にできない。その結果、減
速比は第１エンコーダの最大ステップＭの（Ｍ／２×
（２Ｂ＋１））以下に設定する。この場合も、式１２乃
至式１４を使用して、トータルの回転角を算出する。<F> Arithmetic processing of general formula when there is backlash in the speed reducer If the reduction in the reduction ratio due to the play of the reduction ratio is between B times and (B-1) times the reduction ratio, the first encoder Is rotated once, the output of the second encoder is 2 × (2B + 1)
Need more than a step. That is, (2B + 1) steps including the play before and after the comparison value C are required,
× (2B + 1) steps or less. As a result, the reduction ratio is (M / 2 ×) of the maximum step M of the first encoder.
(2B + 1)) is set as follows. Also in this case, the total rotation angle is calculated using Expressions 12 to 14.
【００２６】[0026]
【式１２】 (Equation 12)
【式１３】 (Equation 13)
【式１４】 (Equation 14)
【００２７】[0027]
【発明の効果】本発明は、次のような効果を得ることが
できる。 ＜イ＞安価な絶対値型エンコーダを減速機で連結するだ
けで、絶対値型多回転エンコーダを得ることができる。 ＜ロ＞バッテリーを必要としない簡単な構造で、絶対値
型多回転エンコーダを得ることができる。According to the present invention, the following effects can be obtained. <A> An absolute value type multi-rotation encoder can be obtained only by connecting an inexpensive absolute value type encoder with a reduction gear. <B> An absolute value type multi-turn encoder can be obtained with a simple structure that does not require a battery.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】絶対値型多回転エンコーダの構成図FIG. 1 is a configuration diagram of an absolute value type multi-rotation encoder.
【図２】第１エンコーダと第２エンコーダのステップ値
の関係図FIG. 2 is a relationship diagram of step values of a first encoder and a second encoder.
【図３】第２エンコーダのステップ値の補正を示す説明
図FIG. 3 is an explanatory diagram showing correction of a step value of a second encoder.
【符号の説明】 １・・第１エンコーダ ２・・第２エンコーダ ３・・減速機 ４・・被測定体 ５・・演算装置 ６・・表示装置[Explanation of Signs] 1. First encoder 2. Second encoder 3. Reducer 4. Measurement object 5. Calculation device 6. Display device
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01D 5/00-5/252 G01D 5/39-5/62
Claims (2)
の絶対値エンコーダとを減速機で連結し、第１の絶対値
エンコーダのステップ値を減速比で減速して第２の絶対
値エンコーダに伝達し、第１の絶対値エンコーダと第２
の絶対値エンコーダの各々のステップ値を用いて多回転
の計測値を演算装置で算出する絶対値型多回転エンコー
ダにおいて、 第１の絶対値エンコーダのステップ値が第１の絶対値エ
ンコーダの最大ステップ値に近いか、初期値に近いかを
判断し、 最大ステップ値に近い場合、第１の絶対値エンコーダが
次の１回転をする前の回転数と第１の絶対値エンコーダ
のステップ値とから計測値を算出し、 初期値に近い場合、第１の絶対値エンコーダが次の１回
転をした後の回転数と第１のエンコーダのステップ値と
から計測値を算出することを特徴とする、 絶対値型多回転エンコーダ。A first absolute value encoder and a second absolute value encoder;
Is connected to the absolute value encoder by a reduction gear, and the step value of the first absolute value encoder is reduced by the reduction ratio and transmitted to the second absolute value encoder.
An absolute value type multi-rotation encoder for calculating a multi-rotation measurement value by a computing device using each step value of the absolute value encoder of the first embodiment, wherein the step value of the first absolute value encoder is the maximum step of the first absolute value encoder It is determined whether the value is close to the value or the initial value. If the value is close to the maximum step value, the first absolute value encoder determines the rotation speed before the next one rotation and the step value of the first absolute value encoder. Calculating a measured value, and when the measured value is close to the initial value, calculating the measured value from the number of revolutions after the first absolute value encoder makes the next rotation and the step value of the first encoder. Absolute value type multi-turn encoder.
の絶対値エンコーダとを減速機で連結し、第１の絶対値
エンコーダのステップ値を減速比で減速して第２の絶対
値エンコーダに伝達し、第１の絶対値エンコーダと第２
の絶対値エンコーダの各々のステップ値を用いて多回転
の計測値を演算装置で算出する絶対値型多回転エンコー
ダにおいて、 第１の絶対値エンコーダのステップ値が第１の絶対値エ
ンコーダの最大ステップ値に近いか、初期値に近いかを
判断し、 最大ステップ値に近い場合、式１を用いて計測値を算出
し、 初期値に近い場合、式２を用いて計測値を算出すること
を特徴とする、 絶対値型多回転エンコーダ。 【式１】 【式２】 2. The method according to claim 1, wherein at least a first absolute encoder and a second absolute encoder are provided.
Is connected to the absolute value encoder by a reduction gear, and the step value of the first absolute value encoder is reduced by the reduction ratio and transmitted to the second absolute value encoder.
An absolute value type multi-rotation encoder for calculating a multi-rotation measurement value by a computing device using each step value of the absolute value encoder of the first embodiment, wherein the step value of the first absolute value encoder is the maximum step of the first absolute value encoder It is determined whether the measured value is close to the value or the initial value. If the value is close to the maximum step value, the measured value is calculated using Equation 1, and if the value is close to the initial value, the measured value is calculated using Equation 2. Characteristic: Absolute value type multi-turn encoder. (Equation 1) (Equation 2)
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