JP4702509B2 - 絶対位置検出エンコーダおよびその原点検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクリメンタル信号を出力するエンコーダにおいて、短距離の移動量で絶対値が検出できる簡易絶対値エンコーダとその原点検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の位置検出を行なうエンコーダの種類としては、絶対値エンコーダと出力信号のパルス数をカウントするインクリメンタルエンコーダがある。
インクリメンタルエンコーダは、図４に示すようにメインスリットと原点スリットを有するスケール１と、発光素子２と、Ａ，Ｂ，Ｚチャンネルを検出するための固定側スリット３と、固定側スリット３を通過した光量変化を電気信号に変換するための受光素子４と、検出信号を矩形波に変換するための波形整形回路５で構成されている。なお、Ａ，Ｂチャンネル出力信号は、電気的に９０度の位相差を有しており、移動方向の検出と移動量を検出する事ができる。
また、原点を検出する原点スリット６は、メインスリット７とは異なるスケールの１ヵ所に配置され、この位置が原点信号としてＺチャンネル出力信号で出力されることにより、この場所を基準として移動した位置を検出することができる。
インクリメンタルエンコーダは、検出構成が簡単でローコストであるが、電源投入時には、絶対位置が検出できず、機械装置などに取り付けた場合には、電源投入時に一度原点まで機械を移動させ、原点信号を検出してから改めて指定の位置までに移動しなければならないと言う原点復帰動作が不可欠であった。
そのため、原点復帰動作が不要な絶対値エンコーダが要求されているが、絶対値エンコーダは、絶対位置を検出する構成が複雑で、コストが高いという問題点があった。
【０００３】
そこで、インクリメンタルエンコーダでありながら、短距離の移動量で絶対位置が検出できる簡易絶対値エンコーダが考えられ、特許２６３４６２７号のように複数配置した原点の幅を変え、その幅の変化を検出することにより、インクリメンタルエンコーダでありながら、絶対位置を検出する簡易絶対値エンコーダが開示されている。
開示の簡易絶対値エンコーダは、あらかじめ絶対位置が検出できる多数の原点スリットを有しており、電源投入時には、配置されたどれかの原点スリットを通過すれば絶対位置が検出できるので、短距離の原点復帰動作は必要であるが、絶対値エンコーダよりもコストが安いという特徴がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術（特許２６３４６２７号）では、各原点信号の幅を正確に検出する必要があるため、温度変化や電源変動が発生すると幅が変化し、絶対原点を間違えて検出するという問題がある。
また、長距離の絶対位置を検出する場合には、多くの原点信号が必要になり、幅の広い原点信号が要求され、正確な原点信号を検出する事が難しくなると言う問題点がある。
さらに、絶対位置を検出する原点は、すべての位置決めの基準となるため確実に検出することが必要であり、信頼性の高い原点が要求されていた。
そこで、本発明は、従来の簡易絶対値エンコーダに比べ、エンコーダの原点検出方法が確実で、しかも外部ノイズなどに強い、高信頼性を有する簡易絶対値エンコーダと原点検出方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、
第１の観点による発明は、インクリメンタル信号と基準信号となる原点信号とから絶対位置を検出する絶対位置検出エンコーダにおいて、前記原点信号が少なくとも３個出力されるように構成される原点群を、少なくとも２個具備し、前記原点群からの原点信号群が絶対位置の検出機能を備えたことを特徴とする絶対位置検出エンコーダであり、
第２の観点による発明は、前記原点信号群のそれぞれの原点信号位置の間隔が同一であることを特徴とする請求項１の絶対位置検出エンコーダであり、
第３の観点による発明は、前記原点信号群が等間隔に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２の絶対位置検出エンコーダであり、
第４の観点による発明は、前記原点群の間隔が前記各原点信号群内の原点信号位置の間隔より大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の絶対位置検出エンコーダである。
また、第５の観点による発明は、前記原点信号が、２個以上組み合わせたスリットまたは磁極または電極で構成された検出部から出力されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の絶対位置検出エンコーダであり、
第６の観点による発明は、前記絶対位置検出エンコーダにおいて、各原点信号群内の原点信号位置の間隔を計数して原点信号を検出することを特徴とする絶対位置検出エンコーダの原点検出方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
本実施例の簡易絶対値エンコーダは、図１に示した内容のスケールで構成されている。
本発明の簡易絶対値エンコーダは、図４のスケール１において、原点スリット構成のみ異なるので、スリット部分の構成を示した。
また、絶対位置を検出するための原点検出方法については、図２に示したインクリメンタルエンコーダ信号を受ける制御回路で検出する。
【０００７】
スケールは、メインスリット７と原点群スリットＺ１〜Ｚ４で構成している。
原点群スリットＺ１は、３つの原点スリットＺ１１、Ｚ１２、Ｚ１３の３スリットにて構成している。また、他の原点群スリットＺ２〜Ｚ４も、同じ３つの原点スリットで構成されている。
ただし、各原点スリットの間隔は、それぞれ異なっておりメインスリット７のピッチＰに対し、Ｚ１１−Ｚ１２間は１Ｐ、Ｚ１２−Ｚ１３間は４Ｐ、そして、Ｚ２１−Ｚ２２間は２Ｐ、Ｚ２２−Ｚ２３間は３Ｐのように配置してある。
また、原点群スリットＺ１とＺ２間との間隔は、各原点スリット間隔より大きな間隔となるように配置しており、本実施例では５Ｐの間隔になっている。
つまり、原点群スリット内の各原点スリットの間隔を検出し、１Ｐ−４Ｐは、原点群スリットＺ１、２Ｐ−３Ｐは、原点群スリットＺ２と言うように、数字の十の桁と一の桁のようにして原点群スリットを検出する方式である。
なお、長距離の絶対位置を検出する場合には、Ｚ１１−Ｚ１２間およびＺ１２−Ｚ１３間の間隔を広げれば、良いことは言うまでもない。
また、各原点群内の原点スリット数を４スリットにすれば、百の桁が追加されたと同じ構成になるため、さらに長距離の絶対位置を検出する場合でも問題になることはない。
【０００８】
次に、この簡易絶対値エンコーダを使用して絶対位置を検出する方法について述べる。
まず、図２の受け側制御回路には、メインスリットピッチ（１Ｐ）と原点スリット群の数（４個）とスケール１の一端部の原点スリットの間隔（Ｚ11とＺ12間の間隔：１Ｐ、Ｚ12とＺ13間の間隔：４Ｐ）、スケール１の他端部の原点スリットの間隔（Ｚ41とＺ42間の間隔：４Ｐ、Ｚ42とＺ43間の間隔：１Ｐ）、それに原点スリット群の変化量（最小ピッチの変化量の値）（実施例の場合、１Ｐ単位で増加するため、１Ｐ）、原点スリット群の間隔（実施例の場合、５Ｐ）などをあらかじめ簡易絶対値エンコーダの初期値として制御回路内のメモリ（２１）に記憶しておく。
【０００９】
この状態で、図１のＣ点の位置に固定側が停止していた状態で電源が投入された場合には、
▲１▼電源投入後、発受光素子を含めた検出部を右に移動する（なお、スケールを左に移動してもよいが、説明の便宜上このようにする）。
▲２▼原点信号Ｚ３１を検出するまでの移動量をＡチャンネル信号として制御回路内のカウンタ（２２）にて計数（この場合、２Ｐパルス）し、数値をメモリ（２１）にて記憶する。
▲３▼次に原点Ｚ３１から原点Ｚ３２までの移動量をＡチャンネル信号として制御回路内のカウンタ（２２）にて計数（この場合、３Ｐパルス）し、数値をメモリ（２１）にて記憶する。
▲４▼次に原点Ｚ３２から原点Ｚ３３までの移動量をＡチャンネル信号として制御回路内のカウンタ（２２）にて計数（この場合、２Ｐパルス）し、数値をメモリ（２１）にて記憶する。
▲５▼この状態で、制御回路内のメモリ（２１）に設定した各初期値と移動する事で得られた各数値を演算回路（２３）によって比較判定し、検出した信号から原点群スリットＺ３を通過したことが判明する。
▲６▼従って、Ｃ点は原点群スリットＺ３の２Ｐパルス手前の位置であることが判明する。
以上のような原点検出方法で、Ｃ点が何処にあっても短距離の移動量で絶対位置を検出する事ができる。
【００１０】
次に、Ｃ点が原点スリット群内の位置にある場合について述べる。
この場合は、２個の原点信号を計数する時に、原点スリット群間の間隔５Ｐを必ず計数する事になる。従って、この５Ｐを計数した場合は、その後の２個の原点を計数すれば良いという制御を演算回路（２３）により演算を行なうことで、絶対位置を検出する事ができる。
Ｂチャンネルについても同様であるが、Ｂチャンネルは、移動方向の判別を行なう信号として用いるので、詳細説明は省く。
【００１１】
なお、電源挿入後、左側に移動した場合には、Ａ、Ｂチャンネル信号の位相差が異なるので、同じ３Ｐ、２Ｐ間隔の原点信号を検出しても原点群スリット２を通過したことが判明できることは言うまでもない。
また、原点群スリット内の２つの原点スリット間隔の和が５Ｐであることから、これ以上の信号をカウントした場合には、外部ノイズなどによる誤検出である事がチェックできる。
また、原点群スリットの間隔が５Ｐであることから、これ以上のパルスをカウントした場合は、外部ノイズなどによる誤検出である事もチェックできる。
これらの場合、再度移動して他の原点群スリットの原点信号を計数する事により信頼性の高い原点群スリットを検出する事ができる。
【００１２】
なお、実施例においては、リニアタイプのインクリメンタルエンコーダについて述べたが、ロータリタイプのインクリメンタルエンコーダについても全く同様に絶対位置（角度）を検出できることは、説明するまでもない。
【００１３】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、原点スリット幅が狭い場合の組み合わせ原点スリットの構成を示した図である。
図３（ａ）は、原点スリット幅が極めて狭い場合の原点検出信号のスリットと検出波形形状を示した。高分解能を検出する場合、スリット幅が数ミクロンになる場合があり、原点スリットを１スリットで構成すると、光量が減少して、波形整形レベルまで原点検出信号が達せず、原点出力信号が出ないと言う問題点が発生する。
そこで、図３（ｂ）のようにスリット幅の異なる複数のスリットを組み合わせて原点スリットを構成して原点信号を検出する方法の一例を示した。この場合、スリットを通過する光量が増加するため、波形整形レベル以上の原点検出信号が得られ、原点信号を得ることが出来る。
本構成は、従来の高分解能形インクリメンタルエンコーダの原点スリットとして採用されており、原点スリットの構成が複雑になるが、高分解能の場合の原点検出が可能となる。なお、本発明は、光学式のリニアエンコーダについて述べたが、磁気、電磁気、そして静電気方式のエンコーダについても、スリットを磁極ピッチや電極ピッチに変更すれば同様になり、光学式エンコーダに限定されないことは、言うまでもない。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、３個以上の原点スリットで構成した原点群スリットと原点群スリットを２個以上配置して、各原点群を構成する原点スリットの間隔を原点群同士で異なる間隔にする事により、検出構造が簡単で簡易絶対値エンコーダを提供できる効果がある。
また、原点群の間隔を各原点群とも同一にすることにより、絶対位置検出方法が簡単になるという効果がある。
【００１５】
また、原点群の間隔を当初から決めておけば、Ｚ１１とＺ１２の間のパルス数とｚ１２とＺ１３間のパルス数の和が原点群の間隔と合致するかチェックすることにより、外部ノイズにて誤検出していないかどうかのチェック機能もある。
従って、外部ノイズに影響されてもチェックできるので、従来の簡易絶対値エンコーダに比べ、信頼性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の簡易絶対値エンコーダの構成を示す図である。
【図２】 本発明の原点検出方法を示す接続図である。
【図３】 本発明の組み合わせ原点スリットの構成を示す図である。
【図４】 従来例のインクリメンタルエンコーダの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ スケール ２ 発光素子 ３ 固定側スリット
４ 受光素子 ５ 波形整形回路 ６ 原点スリット
７ メインスリット
２１ メモリ ２２ カウンタ ２３ 演算回路

Claims (6)

1. インクリメンタル信号と基準信号となる原点信号とから絶対位置を検出する絶対位置検出エンコーダにおいて、
   前記原点信号が少なくとも３個出力されるように構成される原点群を、少なくとも２個具備し、
   前記原点群からの原点信号群が絶対位置の検出機能を備え、各原点信号群内の原点信号位置の間隔を計数して原点信号を検出することを特徴とする絶対位置検出エンコーダ。
2. 前記原点信号群のそれぞれの原点信号位置の間隔が同一であることを特徴とする請求項１の絶対位置検出エンコーダ。
3. 前記原点信号群が等間隔に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２の絶対位置検出エンコーダ。
4. 前記原点群の間隔が前記各原点信号群内の原点信号位置の間隔より大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の絶対位置検出エンコーダ。
5. 前記原点信号が、２個以上組み合わせたスリットまたは磁極または電極で構成された検出部から出力されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の絶対位置検出エンコーダ。
6. インクリメンタル信号と基準信号となる原点信号とから絶対位置を検出する絶対位置検出エンコーダの原点検出方法であって、
   前記絶対位置検出エンコーダにおいて、前記原点信号が少なくとも３個出力されるように構成される原点群を、少なくとも２個具備させ、
   前記原点群からの原点信号群が絶対位置の検出機能を備え、各原点信号群内の原点信号位置の間隔を計数して原点信号を検出することを特徴とする絶対位置検出エンコーダの原点検出方法。
   

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