JP3596942B2 - 速度検出装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、サーボモータの回転速度、製造ラインのライン速度などをデジタル的に検出する速度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、メカトロニクスなどの分野においては、サーボモータなどの検出対象物の速度を正確に検出して制御を行うことが要求される。
【0003】
このため、従来より、ロータリエンコーダを回転検出部として検出対象物に取り付け、このロータリエンコーダからの出力パルスのパルス数をカウンタでカウントすることで検出対象物の速度を検出するようにした速度検出装置が提供されている。
【0004】
すなわち、この速度検出装置では、図10に示すように、一定のサンプリング期間T内に到来するパルス数Nをカウントとし、次式によって速度Vを検出する。
【0005】
V=p・N/T (a)
ただし、pは1パルスあたりの検出対象物の移動量(回転量)である。
【0006】
このような速度検出装置が備えるロータリエンコーダの内、特にインクリメンタル型のロータリエンコーダは、小型かつ比較的安価であるために回転検出部として広く用いられている。
【0007】
このインクリメンタル型のロータリエンコーダ(以後、単にエンコーダと称する)は、検出対象物の正転と逆転とが分かるように、90°位相の異なるA相とB相の2相のパルスP−A,P−Bが同時に出力されるようになっている。そして、通常、検出対象物の低速域での分解能を高めるために、逓倍回路を設けてA相パルスP−AとB相パルスP−Bの立ち上がりおよび立ち下がりのエッジをそれぞれ微分することで、4逓倍されたパルスP−N(以降、これを単に位置パルスと称する)が得られるようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記のエンコーダにおいては、従来、次の2つの問題点がある。
【0009】
問題点1
上記のエンコーダにおいて、A相とB相の両パルスP−A,P−Bの位相差が正確に90°(1/4ピッチ)に設定されておれば、位置パルスP−Nのパルス数Nは検出対象物の移動量(回転量)に比例する。
【0010】
しかし、エンコーダを実装する際には、その位相差を正確に90°に設定するのが困難で、通常、位相誤差が含まれる。このため、A相パルスP−AとB相パルスP−Bの位相差は、90°±45°の範囲になっている。このような位相誤差を生じる原因には、エンコーダ製作時の許容誤差、エンコーダの取り付け精度、エンコーダからの出力パルスを処理する信号処理回路の誤差等が挙げられる。
【0011】
いま、図11に示すように、A相とB相の両パルスP−A,P−Bの位相差が正確に90°(1/4ピッチ)に設定されているとした場合、これを4逓倍して得られる理想の位置パルスP−Nのパルス間隔は、図中の破線で示すようになり、また、A相とB相の両パルスP−A,P−Bに位相誤差が生じている場合、これを4逓倍して得られる位置パルスP−Nのパルス間隔は、図中の実線で示すようになる。
【0012】
ここで、位相誤差のない理想の位置パルスP−Nの各間隔に対応する検出対象物の移動量をpとし、また、位相誤差がある場合の位置パルスP−Nの各間隔に対応する検出対象物の移動量をp0,p1,p2,p3としたとき、各移動量p0,p1,p2,p3は、次式の関係になる。
【0013】
ここに、δ0,δ1,δ2,δ3は、理想の位置パルス(破線)からの実際の位置パルス(実線)のずれに対応する検出対象物の移動量の偏位であり、これらの各偏位δ0〜δ3は、位置パルスP−Nの4パルス(A相パルスまたはB相パルスの1周期に相当)ごとに周期性をもって定まる。
【0014】
このように、エンコーダに位相誤差が生じている場合において、検出対象物の速度Vを(a)式に基づいて検出しようとすると、検出対象物の移動量とパルス数Nとが比例しないために、検出速度に誤差を生じることになる。
【0015】
これを図12に基づいてさらに詳しく説明する。
【0016】
いま、サンプリング期間T中にN個の位置パルスP−Nの入力があった場合の検出対象物の移動量をL、各々の位置パルスP−Nの間隔に対応する検出対象物の移動量をpi,pi+1,…,pi+N−1としたとき、Lは、
L=pi+pi+1+……+pi+N−1 (c)
で与えられる。
【0017】
ここで、各々の位置パルスP−Nごとに生じる偏位δi〜δi+Nは、中間の偏位δi+1〜δi+N−1は相殺されて、最初と最後の偏位δi,δi+Nの項のみが残る。したがって、(c)式は、次のようになる。
【0018】
L=p・N+(δi+N−δi) (d)
したがって、エンコーダの位相誤差を考慮した場合の検出対象物の速度Vは、
つまり、エンコーダに位相誤差が生じているときには、本来、検出対象物の速度Vを(e)式に基づいて算出すべきであるのに、従来技術では、(a)式に基づいて速度Vを算出しているから、(δi+N−δi)/(p・N)の誤差を含むことになる。
【0019】
前述のように、各偏位δi〜δi+Nは、位置パルスP−Nの4パルスごとに周期性をもつから、パルス数Nが4の倍数である場合には、δi+N=δiとなり、誤差(δi+N−δi)/(p・N)は零となる(たとえば、(b)式参照)。
【0020】
しかし、パルス数Nが4の倍数以外の場合には、誤差の発生が避けられない。特に、検出対象物の速度が低くなってサンプリング期間T内に到来するパルス数Nが小さくなると、(e)式の関係からも分かるように誤差の影響が大きくなる。たとえば、N=1の場合には、最大±50%の誤差に達する。
【0021】
この問題点1に対処するため、特開平2−201269号公報に開示された従来技術では、パルス数Nが4の倍数の場合に速度誤差が零になる点に着目し、4パルスおきにデータをサンプリングして(a)式に基づいて速度検出を行うようにしている。
【0022】
しかしながら、この従来技術では、パルス数Nが4の倍数以外の場合には検出対象物の速度を検出することができないので、検出対象物の速度がその途中で変動した場合でもそれを知ることができない。さらに、検出対象物の速度が低くなってN≦3となった場合には、速度を全く検出することができない。
【0023】
また、特開平4−69079号公報に開示された従来技術では、検出対象物の速度の高低、したがって入力されるパルス数の大小に応じてパルスカウント法と周期カウント法の2つの方法を切り替えるようにし、特に、パルス数が少ない場合には、補正値を用いてパルス周期を補正して速度を検出するようにしている。
【0024】
しかし、この従来技術のように、入力されるパルス数の大小に応じてパルスカウント法と周期カウント法とを切り替えてデータ処理を行う場合には、データ処理の回路が2系統必要となり、回路構成が複雑化する。しかも、いずれの時点で方法を切り替えるべきかの基準を設定するのが困難である。
【0025】
問題点2
前回と今回の各サンプリング時点で得られたカウンタのカウント値をそれぞれNi,Nj、サンプリング期間をTとしたとき、サンプリング期間T中に到来するパルス数Nは、両カウント値Ni,Njの差、すなわち、
N=Nj−Ni
により得ることができる。
【0026】
しかし、前回のサンプリング時点と今回のサンプリング時点との間に検出対象物の移動(回転)方向が反転した場合には、±1パルス分に相当する移動量の誤差を生じる。
【0027】
これを図13に基づいてさらに詳しく説明する。
【0028】
いま、カウンタがリセットされた状態から検出対象物が正転されて順次位置パルスP−Nが発生された場合、カウンタのカウント値は、1→2→3→…と次第に増大する。そして、カウント値がN+2に達した直後に検出対象物の回転方向が反転したとする。このとき、エンコーダにおいては、カウント値N+2を発生させたのと同じスリットによってカウンタが1つカウントダウンされるためにカウント値はN+1となり、引き続いて、反転が継続すると、カウント値は、N→N−1と変化する。そして、N−1の時点でサンプリング期間が経過して計測が終了したとすれば、検出対象物の移動量(回転量)は本来p・Nであるのに、カウンタのカウント値はN−1となっているから、このカウント値N−1に基づいて算出される移動量Lは、p・(N−1)となる。つまり、検出対象物の回転がサンプリングの途中で反転することでp×1パルス分の移動量の誤差が生じる。
【0029】
この現象は、A相パルスP−AとB相パルスP−Bに位相誤差が生じている場合だけでなく、両パルスP−A,P−Bの位相差が正確に90°に設定されていて位相誤差のない場合においても起こり得る問題である。
【0030】
本発明は、上記の問題点1,2を解決するためになされたもので、エンコーダの出力に位相誤差が含まれていたとしても、この位相誤差の影響を有効に排除し、また、移動方向が途中で反転した場合の悪影響も除いて、検出対象物の速度が低速から高速の全範囲にわたって精度良くかつ短時間の内に検出できるようにすることを課題とする。
【0031】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の原理について説明する。
【0032】
図1において、いま、位相誤差がある場合に得られる位置パルスP−N(図中、実線で示す)に対して、i,i+1,…,j,j+1というように順次符号を付し、また、位相誤差のない理想的な位置パルスP−N(図中、破線で示す)に対して、i0,i0+1,…,j0,j0+1というように順次符号を付すものとする。
【0033】
このとき、検出対象物が正方向に移動(正転)する場合には、位置パルスP−Nが番号でi→i+1→…→j→j+1というように順次入力されるのに伴ってカウンタのカウント値は、Ni→Ni+1→…→Nj→Nj+1というように次第に増加する。また、検出対象物が負方法に移動(逆転)する場合には、位置パルスP−Nが番号でj+1→j→…→i+1→iというように順次入力されるのに伴ってカウンタのカウント値は、Nj+1→Nj→…→Ni+1→Niというように、次第に減少する。
【0034】
ここで、カウンタのカウント値がたとえばNiを継続して示すのは、位置パルスP−Nの番号iからi+1までの区間である。そして、検出対象物が正方向に移動(正転)している場合に、カウント値がNi−1からNiに変化するのは、番号iに対応する位置パルスP−Nの入力時点である。一方、検出対象物が負方向に移動(逆転)している場合に、カウント値がNi+1からNiに変化するのは、番号i+1に対応する位置パルスP−Nの入力時点である。つまり、カウント値が同じNiを示しても、その変化時点は検出対象物の移動方向の正負によって異なるタイミングとなる。
【0035】
したがって、番号i0,i0+1,…,j0,j0+1で示す理想的な位置パルスの各1ピッチあたりの検出対象物の移動量をp、番号i,i+1,…,j,j+1で示す位相誤差のある場合の位置パルスP−Nとの各偏位をそれぞれδi,δi+1,…,δj,δj+1としたとき、番号i0の位置パルスP−Nの入力時点を基準として、この時点からカウント値がNiになった時点までの偏位Δiは、次式で与えられる。
【0036】
同様に、j0の位置パルスの入力時点を基準として、この時点からカウント値がNjになった時点までの偏位Δjは、次式で与えられる。
【0037】
上記の各偏位δi,δi+1,…δj,δj+1は、従来技術において説明したように、位置パルスP−Nの4パルスごとに周期性をもって定まるものである。したがって、図1において、今回のサンプリング時点で得られたカウンタのカウント値をNj、前回のサンプリング時点で得られたカウント値をNiとすれば、検出対象物の移動量Lは、前述の(d)式を求めたのと同様にして、次式で与えられる。
【0038】
L=p・(Nj−Ni)+(Δj−Δi) (3)
(3)式において、右辺の第1項p・(Nj−Ni)は位相誤差がない場合の検出対象物の移動量であり、第2項(Δj−Δi)は検出対象物の移動方向を考慮した位相誤差の補正量に相当し、所謂、本発明の移動量補正値である。そして、この補正値(Δj−Δi)は、(1)、(2)式の関係からも分かるように、検出対象物の移動方向(回転方向)によって異なる値をとる。
【0039】
たとえば、図2に示すように、前回と今回のサンプリング時点でいずれも検出対象物が正方向に移動しておれば、Δj−Δi=δj−δiとなる。また、前回のサンプリング時点で正方向、今回のサンプリング時点で逆方向に移動しておれば、Δj−Δi=(p+δj+1)−δiとなる。
【0040】
ここで、ある一つの関数αを、次式のように定義する。
【0041】
α(N,UD)=Δ/p (4)
ただし、NとΔは、あるサンプリング時点で決まるカウント値および偏差、UDは、そのサンプリング時点で得られる検出対象物の移動方向(正負)の情報である。
【0042】
この(4)式で与えられる関数αを用いると、(3)式を次のように表現することができる。
【0043】
L=p・[(Nj−Ni)+{α(Nj,UDj)−α(Ni,UDi)}] (5)
(5)式の右辺第2項の{}内のα(Nj,UDj)とα(Ni,UDi)とは、共に移動方向を考慮した位相誤差の補正値であり、これらの補正値α(Nj,UDj),α(Ni,UDi)を具体的に求めることができれば、エンコーダに位相誤差が生じているときでも、検出対象物の移動方向を考慮した速度Vを精度良く求めることができる。
【0044】
すなわち、両カウント値Ni,Njが得られる時間間隔をTとすれば、検出対象物の速度Vは、
となる。
【0045】
そこで、次に、上記の補正値α(Nj,UDj),α(Ni,UDi)の決定の仕方について説明する。なお、以降、表記を簡略化する上で、α(Nj,UDj)はαj、α(Ni,UDi)はαiというように記載する。
【0046】
図11に示したように、いま、位置パルスP−Nの4パルス分(A相パルスまたはB相パルスの1周期分)に着目すると、理想的な位置パルスP−Nとの偏位δ0〜δ3はA相パルスとB相パルスの各変化点x0〜x3ごとに決まる固有の値をとり、かつ、4パルスごとに周期性をもって定まる。
【0047】
そこで、図3に示すように、A相パルスとB相パルスの各変化点x0〜x3に挟まれた各々の区間x0〜x1,x1〜x2,x2〜x3,x3〜x0について、それぞれ“0”〜“3”までの番号を付け、また、
α0=δ0/p,α1=δ1/p、α2=δ2/p,α3=δ3/p (7)
とすれば、各変化点x0〜x3ごとに必要な補正値は、(1),(2)式および(4)式の関係からも分かるように、図4に示す対応関係となる。
【0048】
たとえば、区間が“0”のときで、検出対象物が正方向に移動するときには補正値としてα0を、負方向に移動するときには補正値としてα1+1を用いればよいことが分かる。
【0049】
このように、図4の関係を用いれば、必要な補正値を決定することができるが、そのためには、検出対象物の移動方向と、区間“0”〜”3”とを共に特定する必要がある。つまり、検出対象物の移動方向、および今回と前回の各サンプリング時刻で得られる各カウント値Nj,Niがいずれの区間“0〜3”で得られたものであるかを特定することができれば、図4の関係から必要な補正値が決まるので、速度Vを求めることができる。
【0050】
次に、検出対象物の移動方向と、各区間“0”〜“3”を特定するための手法について説明する。
【0051】
検出対象物が正方向(正転)と負方向(逆転)のいずれに移動しているかを知るには、エンコーダから出力されるA相パルスP−Aに対するB相パルスP−Bの位相が進んでいるか、あるいは遅れているかを論理演算を用いて調べることで判別することができる。
【0052】
また、区間“0”〜“3”を特定するためには、たとえば、図4に示すように、カウンタのカウント値の下位2ビットの値n1,n0に着目したとき、“n1,n0”が区間“0”の箇所では“0,0”、区間“1”の箇所では“0,1”、区間“2”の箇所では“1,0”、区間“3”の箇所では“1,1”となるような手段を設ければ、各区間“0”〜“3”を容易に特定することができる。
【0053】
次に、図4に示した補正値α0〜α3の具体的な数値の決定の仕方について説明する。
【0054】
図5に示すように、A相パルスP−AまたはB相パルスP−Bの1周期分に相当する数の位置パルスP−Nが得られるように、検出対象物を一定の低速でかつ一方向(ここでは正方向とする)に移動させる。その場合、位置パルスP−Nのパルス間隔は、検出対象物の移動量に比例したものとなる。また、補正値α0〜α3は、(7)式からも分かるように、位相誤差のない理想的な位置パルスP−Nに基づく検出対象物の移動量pを基準として決まるものである。さらに、各変化点x0〜x3は、検出対象物の絶対的な位置を示すものではなく、相対的な位置を示すものである。したがって、最初の変化点x0に対応する補正値α0を基準点とみなせば、α0=0と考えてよい。
【0055】
よって、α1,α2,α3の各補正値は、
となる。
【0056】
つまり、一般式として、αi(i=0〜3)は、次式で与えられる。
【0057】
そして、この(8)式に基づいて補正値α0〜α3の具体的な数値を決定してから、図4に示すテーブルを作成して、これを初期データとして予めメモリ等に登録しておけば、これらのデータを速度を演算する上での補正データとして利用することができる。
【0058】
本発明は、上述の原理に基づいてなされたもので、次の構成を採用した。
【0059】
すなわち、本発明の速度検出装置は、検出対象物の移動量と移動方向に応じた個数と位相とを有する2相のパルスを出力するパルス出力手段と、前記2相のパルスを入力して検出対象物の位置を検出する位置検出手段と、前記2相のパルスを入力して検出対象物の移動方向を判別する方向判別手段と、今回サンプリングした検出対象物の位置の変化が発生した時刻と前回サンプリングした検出対象物の位置の変化が発生した時刻とから両時刻の時間間隔を計測する時間間隔計測手段と、前回のサンプリング時点において前記方向判別手段と位置検出手段でそれぞれ検出された移動方向と位置の両情報、および位置の情報を補正するための位置補正値をそれぞれ記憶する記憶手段と、今回のサンプリング時点において前記方向判別手段と位置検出手段でそれぞれ検出された移動方向と位置の両情報、および時間間隔計測手段で計測された時間間隔の情報、ならびに前記記憶手段に記憶されている前回のサンプリング時点において得られた移動方向と位置の両情報、および位置補正値の情報に基づいて検出対象物に関する速度を演算する演算手段とを備える。
【0060】
【作用】
上記構成において、演算手段は、時間間隔内の検出対象物の移動量に基づいて速度を算出するときに、検出対象物の移動量を補正値で補正し、補正された移動量に基づいて2相パルスの位相誤差を排除した速度を検出する。
【0061】
このため、エンコーダの出力に位相誤差が含まれていたとしても、この位相誤差の影響を有効に排除することができる。しかも、移動方向が途中で反転した場合の悪影響も除くことができるので、検出対象物の速度が低速から高速の全範囲にわたって精度良くかつ短時間の内に検出できるようになる。
【0062】
【実施例】
図6は、本発明の実施例に係る速度検出装置の構成を示すブロック図、図7は同装置の動作説明に供するタイミングチャートである。
【0063】
図6において、符号1は速度検出装置の全体を示し、2はパルス出力手段、4は位置検出手段、6は方向判別手段、8は時間間隔計測手段、10は記憶手段、12は演算手段である。
【0064】
パルス出力手段2は、図示しないサーボモータなどの検出対象物に取り付けられて、検出対象物の移動量と移動方向に応じた個数と位相とを有する2相のパルスを出力するものであり、本例では、互いに90°の位相差を有するA相とB相の両パルスP−A,P−Bを出力するエンコーダで構成される。
【0065】
位置検出手段4は、エンコーダ2からのA相,B相の両パルスP−A,P−Bを入力して検出対象物の位置を検出するものであって、本例では、逓倍回路4aとカウンタ4bとからなる。
【0066】
上記の逓倍回路4aは、A相,B相の両パルスP−A,P−Bを微分して4逓倍された位置パルスP−N、および、A相,B相の両パルスP−A,P−Bの1周期内の原点位置(本例では区間0の開始点)を示す原点パルスP−Zを、次の論理演算式に基づいて作成して出力する。
【0067】
P−N=P−A↑+P−A↓+P−B↑+P−B↓
P−Z=(P−A)・P−B↓+P−A↓・(P−B)
(9)
ここに、符号↑はパルスの立ち上がり、↓はパルスの下がりエッジの各タイミングを、また、括弧()はローレベルを意味する。
【0068】
また、カウンタ4bは、本例では、2進のアップ/ダウンカウンタで構成され、逓倍回路4aで得られる位置パルスP−Nをクロックとして入力し、方向判別手段6からの方向判別結果に基づいてアップカウントあるいはダウンカウントするとともに、逓倍回路4aからの原点パルスP−Zを下位2ビットn0,n1のみの出力データをリセットするパルスとして入力するようになっている。
【0069】
すなわち、原点パルスP−Zが入力されるたびに、カウンタ4bのカウント値の下位2ビットn0,n1は必ずリセットされるため、原点パルスP−Zの入力時点と区間0の開始点の位置とが常に同期し、したがって、図4に示すように、カウンタ4bの下位2ビットn0,n1の内容によって、各区間0〜3を特定できることになる。つまり、カウンタ4bは、位置の情報をもつことになる。
【0070】
方向判別手段6は、A相,B相の各パルスP−A,P−Bを入力して検出対象物の移動方向を判別するものであって、論理回路6aとRSフリップフロップ6bとからなる。
【0071】
論理回路6aは、A相パルスP−Aに対するB相パルスP−Bの位相が進んでいるか、あるいは遅れているかを判別し、B相パルスP−Bの位相が遅れているときにはアップパルスP−UPを、また、これとは逆のときにはダウンパルスP−DOWNをそれぞれ出力するものである。すなわち、各パルスP−UP,P−DOWNは、次の論理演算式に基づいて発生される。
【0072】
RSフリップフロップ6bは、論理回路6aからのアップパルスP−UPをセットパルスとして、ダウンパルスP−DOWNをリセットパルスとしてそれぞれ入力し、アップパルスP−UPが入力されるときには検出対象物が正方向に移動(正転)していると判断してハイレベル、ダウンパルスP−DOWNが入力されるときには負方向に移動(逆転)していると判断してローレベルの判別信号をそれぞれ出力する。
【0073】
時間間隔計測手段8は、今回サンプリングした検出対象物の位置の変化が発生した時刻と、前回サンプリングした検出対象物の位置の変化が発生した時刻とから両時刻の時間間隔Tを計測するものであり、本例では、発振器8a、時刻カウンタ8b、時刻レジスタ8c、および後述のCPU12で構成される。
【0074】
発振器8aは、計時用の一定の基準パルスを発生するものである。また、時刻カウンタ8bは、発振器8aからの基準パルスを順次カウントするもので、そのカウント値は時刻情報をもつことになる。
【0075】
時刻レジスタ8cは、逓倍回路4aからの位置パルスP−Nが入力されるたびに、時刻カウンタ8bからのカウント値をラッチするものであり、したがって、各々の位置パルスが入力された時点の各時刻の情報を発生する。
【0076】
したがって、CPU12においては、前回のサンプリング時点で得られた時刻レジスタ8bの値と、今回のサンプリング時点で得られた時刻レジスタ8bの値との差から時間間隔Tを求める。
【0077】
記憶手段10は、位置検出手段4と方向判別手段6とでそれぞれ検出される位置と移動方向の各情報、ならびにサンプリング時刻における時刻レジスタ8cの内容をそれぞれ記憶するとともに、位置の情報を補正するための各位置補正値(図4に示したテーブル)を記憶するものであって、本例ではICメモリで構成される。なお、図4に示したテーブルは、前述のように、予め(8)式に基づいて補正値α0〜α3の具体的な数値を決定することにより作成される。
【0078】
演算手段12は、今回のサンプリング時点において位置検出手段、方向判別手段、時間間隔検出手段でそれぞれ検出された検出対象物の移動方向、位置、および時刻の各情報、ならびにICメモリ10に格納されている前回のサンプリング時点の時刻、その時刻における検出対象物の移動方向、位置の各情報、ならびに位置補正値の情報に基づいて検出対象物に関する速度を前述の(6)式に基づいて演算するもので、本例ではマイクロコンピュータで構成される。なお、マイクロコンピュータは、上記の各手段4〜10の構成の全部または一部を含んだものであてもよい。
【0079】
次に、上記構成の速度検出装置により検出対象物の速度を検出する場合の動作について、図7に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【0080】
エンコーダ2からは、検出対象物の移動量と移動方向に応じてA相パルスP−AとB相パルスP−Bが出力される。この場合、両パルスP−A,P−Bには位相誤差が含まれているものとする。
【0081】
方向判別手段6は、A相,B相の各パルスP−A,P−Bを入力して検出対象物の移動方向を判別する。
【0082】
すなわち、論理回路6aは、A相パルスP−Aに対して、B相パルスP−Bの位相が遅れているときにはアップパルスP−UPを、また、これとは逆のときにはダウンパルスP−DOWNをそれぞれ(10)に基づいて発生して出力する
RSフリップフロップ6bは、論理回路6aからのアップパルスP−UPが入力されるときには検出対象物が正方向に移動(正転)していると判断してハイレベルの判別信号を、ダウンパルスP−DOWNが入力されるときには負方向に移動(逆転)していると判断してローレベルの判別信号をそれぞれ出力する。そして、この判別信号が位置検出手段4のカウンタ4bに与えられるとともに、演算手段12に取り込まれる。
【0083】
位置検出手段4は、エンコーダ2からのA相,B相の両パルスP−A,P−Bを入力して検出対象物の位置の情報を出力する。
【0084】
すなわち、逓倍回路4aは、A相,B相の両パルスP−A,P−Bを微分して4逓倍された位置パルスP−N、および、A相,B相の両パルスP−A,P−Bの1周期内の原点位置(区間0の開始点)を示す原点パルスP−Zを(9)式に基づいて作成して出力する。
【0085】
カウンタ4bは、逓倍回路4aで得られる位置パルスP−Nをクロックとして入力し、方向判別手段6からの方向判別結果に基づいてアップカウントあるいはダウンカウントするとともに、逓倍回路4aからの原点パルスP−Zを下位2ビットn0,n1のみの出力データをリセットするパルスとして入力する。これにより、原点パルスP−Zの入力時点と区間0の開始点の位置とが常に一致するため、カウンタ4bのカウント値が位置の情報として演算手段12に取り込まれる。
【0086】
一方、発振器8aから発生される計時用の基準パルスは、時刻カウンタ8bによって順次カウントされ、そのカウント値が時刻情報として時刻レジスタ8cに出力される。時刻レジスタ8cは、逓倍回路4aからの位置パルスP−Nが入力されるたびに、時刻カウンタ8bからのカウント値をラッチする。したがって、時刻レジスタ8cからは、各々の位置パルスが入力された時点の各時刻の情報が発生される。
【0087】
演算手段12は、所定のサンプリング時刻が到来するたびに、位置検出手段4、方向判別手段6および時刻レジスタ8cからの各情報を取り込んで、これらの情報をICメモリ10に格納する。
【0088】
さらに、演算手段12は、今回のサンプリング時刻が到来したときに位置検出手段4、方向判別手段6および時刻レジスタ8cから取り込んだ各情報と、ICメモリ10に既に格納されている前回のサンプリング時刻により得られた位置、方向、時刻の各情報、ならびに図4のテーブルとから、(6)式に基づいて検出対象物の速度を算出し、その算出結果を出力する。
【0089】
このように、この実施例の速度検出装置は、エンコーダ2に含まれる位相誤差と検出対象物の移動方向の反転を考慮して、速度Vを求めるので、エンコーダ2の位相誤差や反転の影響を有効に排除することができ、低速から高速の全範囲にわたって精度良くかつ短時間の内に速度を検出することができる。
【0090】
【変形例】
位置検出手段の変形例
図6に示した位置検出手段4に代えて、図8に示す構成の位置検出手段4’を設けることもできる。
【0091】
すなわち、この位置検出手段4’は、逓倍回路4a’、カウンタ4b’、および組合回路4c’からなる。
【0092】
逓倍回路4a’は、A相,B相の両パルスP−A,P−Bを微分して4逓倍された位置パルスP−Nを前記(9)式に基づいて出力するとともに、A相パルスP−AまたはB相パルスP−Bの1周期(本例では区間3→0または区間0→3の変化時点)を示す周期パルスP−N’を、次の論理演算式に基づいて作成して出力する。
【0093】
ここに、符号↑はパルスの立ち上がり、↓はパルスの下がりエッジの各タイミングを、また、括弧()はローレベルを意味する。
【0094】
また、カウンタ4b’は、2進のアップ/ダウンカウンタで構成され、逓倍回路4a’で得られる周期パルスP−N’をクロックとして入力し、方向判別手段6からの方向判別結果に基づいてアップカウントあるいはダウンカウントするものであって、上記の実施例のカウンタ4bの下位2ビットn0,n1を除いた上位ビットn2〜の出力が得られるようになっている。
【0095】
また、組合回路4c’は、A相とB相の両パルスP−A,P−Bを入力し、これらのパルスP−A,P−Bに基づいて2ビットからなる1周期内の位置の情報n0,n1を、図9に示す条件に基づいて作成して出力する。
【0096】
この変形例の場合にも、位置検出手段4’の出力をマイクロコンピュータ12に取り込んだ後、その下位2ビットn0,n1の値によって区間0〜3を特定できるから、方向判別手段6からの方向の情報と併せれば、図4のテーブルの各補正値を利用することが可能となる。
【0097】
その他の変形例
本発明は、A相パルスP−AとB相パルスのP−Bの1周期内での位相誤差を補正するだけでなく、エンコーダにおける1回転を周期とした位相誤差に対しても有効である。
【0098】
すなわち、エンコーダの場合、1回転内の位置の情報は、1回転ごとに1回発生する。エンコーダの回転軸の機械的な原点位置を表すために発生されるZ相パルスによって、その時のカウンタ4a,4a’の値を基準に現在の位置を知ることができる。したがって、1回転内の変化点の補正値αi(iはエンコーダのZ相パルスからのパルス数)を、(8)式の関係を求めたのと同様の手法によって予め算出しておき、(6)式に基づいて速度Vを得ることも可能である。
【0099】
さらに、本発明は、1相のエンコーダやアブソリュート型のロータリエンコーダに対しても有効である。すなわち、1相のエンコーダの場合は、方向判別はできないので、方向反転に起因した誤差は除けないものの、この場合でも正方向の回転のみが生じるものとみなして(1),(2)式を適用し、(4)式の関数を定めればよい。
【0100】
アブソリュート型のロータリエンコーダの場合は、出力データから一意的に現在の位置を知ることができる。また、出力データとしてはグレイコードが使用されることが多いが、この場合は、最下位ビットの変化を時間間隔計測手段8のタイミング信号とし、方向および位置の変化量はグレイコードをストレートコードに変換した後の差分をとることにより求めればよい。
【0101】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を奏する。
【0102】
(1) エンコーダの出力に位相誤差が含まれていたとしても、この位相誤差の影響を有効に排除することができる。しかも、移動方向が途中で反転した場合の悪影響も除くことができる。
【0103】
このため、検出対象物の速度が低速から高速の全範囲にわたって精度良くかつ短時間の内に検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するために供する図である。
【図2】検出対象物の移動方向によって位相誤差の偏差を補正するための適正な補正値を選択する場合の説明図である。
【図3】位置パルスの各変化点x0〜x3と、それらの各変化点x0〜x3ごとに必要な補正値との関係を示す説明図である。
【図4】エンコーダに位相誤差がある場合に、速度を演算する上で利用する補正値のデータテーブルである。
【図5】図4の補正値を具体的に決定する場合の説明図である。
【図6】本発明の実施例に係る速度検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図7】同装置の動作説明に供するタイミングチャートである。
【図8】本発明の速度検出装置において、位置検出手段の変形例を示すブロック図である。
【図9】図8の位置検出手段による位置検出情報の説明図である。
【図10】パルスカウント法によって速度を求める場合の説明図である。
【図11】エンコーダの出力に位相誤差が含まれている場合の各パルス間隔および偏差の関係を示すタイミングチャートである。
【図12】エンコーダの出力に位相誤差が含まれている場合に、検出される速度に誤差を生じることを説明するための図である。
【図13】検出対象物の移動方向が途中で逆転する場合に、検出される速度に誤差を生じることを説明するための図である。
【符号の説明】
1…速度検出装置、2…パルス発生手段(エンコーダ)、4…位置検出手段、4a…逓倍回路、4b…カウンタ、6…方向判別手段、6a…論理回路、6b…RSフリップフロップ、8…時間間隔計測手段、8a…発振器、8b…時刻カウンタ、8c…時刻レジスタ、10…記憶手段(ICメモリ)、12…演算手段(マイクロコンピュータ)。
Claims (1)
- 検出対象物の移動量と移動方向に応じた個数と位相とを有する2相のパルスを出力するパルス出力手段と、
前記2相のパルスを入力して検出対象物の位置を検出する位置検出手段と、
前記2相のパルスを入力して検出対象物の移動方向を判別する方向判別手段と、
今回サンプリングした検出対象物の位置の変化が発生した時刻と前回サンプリングした検出対象物の位置の変化が発生した時刻とから両時刻の時間間隔を計測する時間間隔計測手段と、
前回のサンプリング時点において前記方向判別手段と位置検出手段でそれぞれ検出された移動方向と位置の両情報、および位置の情報を補正するための位置補正値をそれぞれ記憶する記憶手段と、
今回のサンプリング時点において前記方向判別手段と位置検出手段でそれぞれ検出された移動方向と位置の両情報、および時間間隔計測手段で計測された時間間隔の情報、ならびに前記記憶手段に記憶されている前回のサンプリング時点において得られた移動方向と位置の両情報、および位置補正値の情報に基づいて検出対象物に関する速度を演算する演算手段と、
を備え、前記時間間隔内の検出対象物の位置の変化である移動量に基づいて速度を算出するときに、検出対象物の移動量を検出対象物の移動方向を考慮した位相誤差を打ち消す移動量補正値で補正することにより、補正された移動量に基づいて2相のパルスの位相誤差を排除し、かつ、移動方向が途中で反転した場合でも正確な速度を検出することを特徴とする速度検出装置。
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