JP4716463B2 - 多回転型絶対値エンコーダ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度の位置検出等に使用されるロータリーエンコーダに関し、詳しくは、回転数を計数するための位置データのエラーを検出することにより、回転数の計数ミスを判別可能な多回転型絶対値エンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のロータリーエンコーダとして、例えば図10に示す構成のものが知られている。図はロータリーエンコーダの回転数を計数するための基本的な構成部分を抽出して、ブロック図に表したものである。その他エンコーダとして必要な機能についてはここでは省略している。
【0003】
図において、ロータリーエンコーダは、符号板の位置情報を検出するための検出手段1と、前記位置情報を有する符号板2と、前記検出手段により検出された符号板の位置データ信号の波形を整形する波形整形手段3と、この波形整形手段3から得られた位置データ信号を所定のクロックに同期させて処理するデータ処理手段4と、このデータ処理手段4から出力される位置データ信号の立ち上がり(HP)、立ち下がり(LP)のエッジを検出するエッジ検出手段5と、エッジ検出手段から出力される立ち上がり信号(HP)、立ち下がり信号(LP)を選択処理して+カウント信号(UP)、−カウント信号(DOWN)を発生する選択手段6と、前記+カウント信号(UP)、−カウント信号(DOWN)の入力により、アップカウントまたはダウンカウントを行うカウント手段7と、前記検出手段に検出タイミングを与えたり、データ処理手段4、エッジ検出手段5に同期のためのクロックを供給するタイミング発生手段8を有する。
【0004】
また、符号板2は、例えば図9に示すような構造となっている。すなわち、正面から見ると、大小の径が異なり、かつ180°の切り欠きを有する2枚の円板を、切り欠きの位置を90°ずらして組み合わせたような形状をしている。そして、図の斜線で示した部分がこの切り欠き、つまりスリット部分に相当し、この2つのスリットの組み合わせにより、それぞれA領域(θA°)、B領域(θB°)、C領域(θC°)、D領域(θD°)に分けられる。また、それぞれのスリットの状態は検出手段1の検出素子であるフォトセンサSA、SBにより検出される。
【0005】
次に、このような構成のエンコーダの動作について説明する。符号板2が回転すると、その検出速度により符号板のスリットに対応した位置データ信号であるパルス信号が、それぞれのフォトセンサSA,SBに発生する。このパルス信号は波形整形手段3によりノイズ等が除去され、論理回路に入力できるよう略矩形状のパルス波形DA1、DB1に整形される。
【0006】
この整形された位置データ信号DA1,DB1は、スリットの検出タイミング信号に同期して動作するデータ処理手段4に入力される。このデータ処理手段4は符号板2のスリットを検出する検出手段1の動作と同期したクロックCK1によりデータ信号をサンプリングし、それぞれのデータ信号DA1、DB1の入力状態を保持するようになっている。
【0007】
データ処理手段4により処理された位置データ信号の一方DA2は、エッジ検出手段5に入力される。このエッジ検出手段5は入力された信号の立ち上がり(HP)、立ち下がり(LP)エッジを検出し、これに応じた信号HP,LPを出力する。エッジ検出手段5の出力は、選択手段6に入力される。この選択手段6には前記データ処理手段4により処理された他方の信号DB2が入力されていて、前記エッジ検出手段5の出力とからエンコーダの回転方向が判断され、この回転方向CW/CCWに応じたUP出力、DOWN出力を1回転毎に1パルス出力する。
【0008】
すなわち、前記符号板2は90°位相がずれた180°のスリットになっているため、回転方向によって出力される位置データ信号DA1,DB1の位相が異なり、前記立ち上がり(HP)、立ち下がり(LP)エッジにより2つの信号の前後関係が把握でき、これにより回転方向の判断が可能となっている。
【0009】
このようにして、タイミング発生手段8から供給されるタイミング信号に従い、所定の周期で符号板2のスリットを検出して位置検出信号とし、これを2つの信号の位相関係からUP/DOWNの信号に変換して、カウント手段7にて回転数を計数するものである。
【0010】
ところで、このような回転数を計数するエンコーダでは、主電源OFFの時でも電池により計数回路をバックアップして、エンコーダの回転数を計数する必要がある。しかしながら、計数回路を主電源がONの時と同じように動作させるとすると、電池の消費電流が多くなり、電池の寿命が低下し実用的でない。このため、上記の如く検出手段1において、スリット検出用の発光素子LEDをタイミング発生手段8によりパルス点灯させ、これと同期してサンプリングすることにより電池の消費電流を下げている。
【0011】
しかし、このようなパルス点灯により回転数を検出する方式では、前記発光素子LEDの点灯周期により、主電源OFF時の応答速度が決められてしまう。このため、電池の寿命を考慮して平均消費電流を下げるべく、点灯周期を遅くすると応答回転数を上げられなくなってしまう。また、この応答回転数はかなりの余裕を持って設定されているが、安全率等を考慮するとその限度近くに設定するのが困難であるという問題があった。
【0012】
さらに、仮に応答速度以上の回転速度で、エンコーダが回転した場合、回転数の計数値に誤りを生じることがあるが、電源再投入時にこのような計数ミスの有無の判断ができず、誤ったデータのまま再起動すると、エンコーダのデータを利用している機器にまで障害が及んだり、エンコーダとしての基本的な機能を損なう恐れがあった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、回転数の計数ミスを判別可能として、主電源OFF時等における許容回転速度をその限度近くに設定し、消費電流の増加を伴わずに応答速度を速くすることが可能な多回転型絶対値エンコーダを提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の構成により達成される。
(1) 少なくとも3種類以上の異なる位置情報を与える符号板と、この符号板の位置情報を検出する検出手段と、この検出手段に検出タイミングを与えるタイミング発生手段と、
前記検出手段から得られた信号によりカウントを行うカウント手段と、
前記検出手段から得られた符号板の位置データから、位置データのエラーを検出するデータエラー検出手段と有し、
少なくとも前記カウント手段とデータエラー検出手段とが2組以上あり、
いずれかのデータエラー検出手段が検出した位置データーのエラー信号により、該当するカウント手段のカウント値をエラーの検出されなかったカウント手段のカウント値に補正するデータ補正手段を有し、
前記データエラー検出手段は、前記検出手段から得られた符号板の位置データを示す信号が同位相で変化したときに検出エラーとして位置データのエラーを検出する多回転型絶対値エンコーダ。
(2) 前記いずれかのデータエラー検出手段が検出した位置データーのエラー信号により、
エラーの検出されなかったカウント手段のカウント値を出力するデータ切り換え手段を有する上記(1)の多回転型絶対値エンコーダ。
(3) 前記データ補正手段は、位置情報の領域を限定して補正を行う上記(1)または(2)の多回転型絶対値エンコーダ。
(4) 前記データエラー検出手段のすべてがエラーを検出したときにのみエラー信号を出力する上記(1)〜(3)のいずれかの多回転型絶対値エンコーダ。
(5) 前記データエラー検出手段のいずれかがエラーを検出したときにエラー信号を出力する上記(1)〜(3)のいずれかの多回転型絶対値エンコーダ。
【0015】
【作用】
カウント手段7により回転数を計数(応答回転速度Nr)するには、図9に示すような符号板2の回転に対して、スリットTA,TBの各領域A〜Dが、検出素子SA、SBの位置を通過するときに、発光素子LEDのパルス点灯が1回以上あることが必要である。すなわち、各領域A〜DはスリットTA,TBの有無の組み合わせにより決まるため、各領域A〜D内でのスリットの検出が必要となる。そして、検出した各スリットに対応した検出素子の信号SA,SBをデータ処理手段4により所定のクロックに同期した位相差2信号に変換することにより、回転方向と、回転数の測定が可能となる。
【0016】
ここで、各領域の検出とエラーとの関係について検証してみる。図7は、各領域の検出とエラーとの関係を示したタイミングチャートである。
【0017】
図において、連続した領域(◎)DA,AB,BC,CDが検出されているときには、エラーは生じない。ところが、動作速度が上がるか、検出速度が遅くなると、1つの領域を飛び越して次の領域(○)AC,BDを検出してしまい、エラーとなる。さらに、動作速度が上がるか、検出速度が遅くなると、2つの領域を飛び越して次の領域(●)DC,AD,BA,CBを検出してしまう。しかし、これは、逆回転のときには隣接する領域となるので、エラーか否かの判断はできず不定の状態となる。
【0018】
図8はこのようなエンコーダ(図10の例)の各部の動作を示したタイミングチャートで、各領域A,B,C,Dに対応して、スリットTA,TBが変化している。発光素子LEDの点灯信号LEDONは、一定の周期で出力されるが、スリットTA,TBの各領域A〜Dのいずれの領域においても点灯している必要がある。データ処理手段の同期をとるために与えられるクロックCK1も、LEDの点灯信号LEDONと同期して出力される。また、エッジ検出手段5の同期を取るクロックCK2は、前記クロックCK1とも同期して所定周期で連続して出力されている。そして、符号板2の回転により、検出手段1の検出素子SA,SBの出力を波形整形手段にて整形した信号DA1,DB1は、通常の状態では、データ処理手段4により符号板2のスリットと一致した位相差2信号DA2,DB2となる。
【0019】
ここで、回転数をカウントする計数回路の応答速度Nr(r/min)は次式で求められる。
Nr=60/Ts×Pr (Pr=360°/θr)
Ts:発光素子LEDの点灯周期(S)
θr:θA〜θDの最小角度(°)
Pr:θrに対する1回転あたりの分割数
注)TA,TBのパターンとLEDON信号とは非同期の信号である。
【0020】
そして、図示例のように、応答速度Nrを越えてエンコーダが回転すると、符号板2の回転に対して、スリットTA,TBの各領域A〜Dが検出素子SA,SBを通過するときに、発光素子LEDの点灯が間に合わず次の領域まで通過してしまう(領域A⇔C、B⇔D)。このような場合、スリットTA,TBの各領域を判別できないこととなり、データ処理手段4の出力の、1パルス/回転の2信号の変化の位置に位相差が無くなり、カウント手段7のカウントに誤りが生じる。図から明らかなように、データ処理手段4の出力信号DA2,DB2が同相となっていることがわかる。そして、この2つの信号DA2、DB2の同相状態を検出して保持すると、エラー信号ERRが得られる。
【0021】
また、回転数を計数する回路の、計数ミスが検出される応答速度Nm(r/min)は次式で与えられる。
Nm=60/Ts×Pm (Pm=360°/θM)
Ts:発光素子LEDの点灯周期
θM:θA+θB,θB+θC,θC+θD,θD+θAの最小角度(°)
Pm:θMに対する1回転あたりの分割数
【0022】
以上のように、データ処理手段4から出力される2信号の同時タイミング動作を検出することで、符号板2の位置データの検出ミス、つまり計数ミスを検出することが可能となる。そして、検出手段−波形整形手段からカウント手段に至る回転計測系統を2組以上有することにより、エラーの生じた側のカウント値を他方の正常なカウント値で補正することができる。従って、発光素子LEDの点灯周期を速くしなくとも、許容回転速度をその限界近くに設定でき、許容回転速度を上げることができる。
【0023】
【実施例】
次に、本発明の代表的実施例について図に沿って説明する。図1は本発明のエンコーダの回転を測定・計数する部分の基本構成を示すブロック図である。その他の構成要素はここでは省略している。
【0024】
図において、本発明のロータリーエンコーダは、所定の符号データを有する符号板2と、この符号板2の符号データを検出するための検出手段1と、波形整形手段3a,3bと、データ処理手段4a,4bと、エッジ検出手段5a,5bと、選択手段6a,6bと、カウント手段7a,7bとを有する。また、データエラー検出手段9a,9bと、領域確認手段11と、データ補正手段12a,12bと、エラー出力手段13とを有し、さらにデータ処理手段4、エッジ検出手段5、およびデータエラー検出手段9にタイミング信号を与えるタイミング発生手段8を有する。
【0025】
そして、前記波形整形手段3a,3b、データ処理手段4a,4b、エッジ検出手段5a,5b、選択手段6a,6b、カウント手段7a,7b、およびデータエラー検出手段9a,9bを、少なくとも2組以上有している(図示例では2組)。
【0026】
検出手段1は、符号板のスリットにより与えられる位置情報を検出する。この検出手段1は、図示例のように、主に発光素子LEDと、この発光素子LEDからの光を検出する受光素子SA,SB,SC,SDにより構成されている。符号板2は、少なくとも3種類以上の位置情報を与えるものであり、この例ではスリットを用いて位置情報を形成している。また、図示例では、透過型のスリットを用いているが、反射型でもよく、磁気式に置換することもできる。
【0027】
波形整形手段3a,3bは、前記検出手段により検出された符号板2の、位置データ信号、つまり受光素子SA,SBの出力信号の波形を、論理回路による処理に適した信号波形、信号レベルに整形する。この波形整形手段3a,3bは、波形を整形したり信号レベルを調整するための周知の回路、素子により容易に構成することができる。
【0028】
データ処理手段4a,4bは、波形整形手段3a,3bから得られた位置データ信号を、タイミング発生手段8から得られる所定のクロックCK1に同期させて処理する。つまり、位置データ信号DA1,DB1,DC1,DD1を、クロックCK1に同期したパルスとして出力する。このデータ処理手段4a,4bは、例えばD形フリップフロップ等により構成することができる。
【0029】
エッジ検出手段5a,5bは、前記データ処置手段4a,4bから出力される位相差2信号である位置データ信号の、立ち上がり(HP)、立ち下がり(LP)エッジを検出する。また、エッジ検出手段5a,5bからは、立ち上がり信号、立ち下がり信号が出力される。選択手段6a,6bは、これを選択処理して+カウント信号、−カウント信号を発生する。この選択手段6a,6bは、ゲート素子(回路)の組み合わせにより構成することができる。前記+カウント信号、−カウント信号は、カウント手段7a,7bに入力される。このカウント手段7a,7bは、+カウント信号、−カウント信号により、アップカウントまたはダウンカウントを行うもので、周知のカウンター素子あるいは回路、ゲート素子やフリップフロップの組み合わせ、プロセッサ等により構成することができる。
【0030】
タイミング発生手段8は、前記検出手段1に検出タイミングである発光素子LEDの点灯信号LEDONを与えたり、データ処理手段4a,4b、エッジ検出手段5a,5b、データエラー検出手段9a,9bに同期のためのクロックCK1,CK2,CK3を供給する。このタイミング発生手段8は、発振回路および分周器、あるいはプロセッサ等により構成できる。
【0031】
データエラー検出手段9a,9bは、データ処理手段4の出力である2信号DA2,DB2の変化の位置の位相関係を監視し、この2つの信号DA2,DB2が同位相で変化したときは、検出エラーであると判断し、エラー信号ERRを出力する。
【0032】
このようなデータエラー検出手段9a,9bの詳細な構成例を図2に示す。図中データ処理手段4は、この例では2つのD型フリップフロップFF41,FF42により構成され、入力信号をクロックCK1に同期して保持するように動作する。データエラー検出手段9(9a,9b)は、2つの入力信号DA2,DB2をそれぞれ、2段のフリップフロップFF51,53、FF52,54によりクロックCK3に同期して信号を抽出し、遅延させ、フリップフロップFF53,54の前後の信号の排他的論理和をゲートEXOR51,52により求めて、信号の立ち上がり、立ち下がりを抽出する。そして、その論理積をゲートAND51により求めて同位相の位置での変化のみエラーとしてフリップフロップFF55,FF56,FF57,FF58により構成されるシフトレジスタに取り込み、信号を順次遅延させる。そして、これらのフリップフロップFF55,FF56,FF57,FF58の各出力をそれぞれ取り出し、その論理積をAND52、AND53により求めることで、エラー信号ER1(ER2)、またはL01(L02)を出力している。
【0033】
なお、フリップフロップFF55,FF56,FF57,FF58のクロックCK端子にはクロック信号CKが入力され、このクロック信号に同期したシフトレジスタとして動作する。そして、クロック信号CKに同期して遅延した各出力の論理積を求めることで、所望のパルス幅の出力信号を得ている。このような回路のタイミングチャートを図3に示す。図3から明らかなように、AND51の出力からクロック信号CKに同期して遅延し、かつ所定の信号幅のエラー信号ER1(ER2)、またはL01(L02)を出力していることがわかる。
【0034】
本発明では、前記波形整形手段3a,3b、データ処理手段4a,4b、エッジ検出手段5a,5b、選択手段6a,6b、カウント手段7a,7b、およびデータエラー検出手段9a,9bを2組以上有しているので、いずれかの組のデータエラー検出手段9a,9bでエラーが検出されると、エラーの検出されない組のカウント手段の計数値を、エラーの検出された組のカウント手段の計数値に補正することができる。このため、エンコーダーの動作速度を計数ミスが生じるぎりぎりの速度まで速めても信頼性が維持でき、低消費電力のまま動作速度を向上させることができる。
【0035】
補正動作は以下のようにして行うことができる。
カウント手段7aのデータ入力端子D1には、データバスを介してレジスタG2の出力Q2が接続されている。このレジスタG2の入力D2には、カウント手段7bのデータ出力Q2が接続されている。一方、カウント手段7bのデータ入力端子D2には、データバスを介してレジスタG1の出力Q1が接続されている。このレジスタG1の入力D1には、カウント手段7aのデータ出力Q1が接続されている。
【0036】
そして、カウント手段7aのプリセット入力L1には、データエラー検出手段9aの第2のエラー出力L01が接続され、カウント手段7bのプリセット入力L2には、データエラー検出手段9bの第2のエラー出力L02が接続されている。このため、いずれかのデータエラー検出手段9a,9bの第2のエラー出力L01,L02がアクティブになると、これに対応したカウント手段7a,7bのプリセット入力がアクティブとなり、それぞれのデータ入力端子D1,D2からデータが読み込まれプリセットされる。このとき、それぞれのデータ入力端子D1,D2には、他方のカウント手段7b,7aのデータ出力Q2,Q1が入力されているので、結果として他方のカウント手段7b,7aの計数値に補正されることとなる。
【0037】
また、各データエラー検出手段9a,9bの第1のエラー出力ER1,ER2は、エラー出力手段13の入力端子I1,I2に接続されている。このエラー出力手段13は、後述するように、その出力Oを、各入力I1,I2の論理積ANDとするか、論理和ORとするかにより、補正優先とするか、エラー出力を優先とするかを選択することができる。
【0038】
また、エラー出力手段13の出力Oを、論理積AND条件で出力して補正優先とした場合でも、論理和OR条件の信号も出力して、エラーが生じた警告信号としてもよい。
【0039】
次に、具体的に計数ミスの生じるタイミングと、エンコーダの動作について説明する。
【0040】
上記のように、2組以上の回転計測手段を用いる場合、3信号と4信号の動作が考えられる。
【0041】
先ず3信号の動作について検討する。図4は、回転計測のための3信号(位置信号=スリット)と、各領域の検出とエラーとの関係を示したタイミングチャートである。
【0042】
図において、3信号による位置検出を行っているため、用いるスリット位置情報は、TA,TB,TC=TAおよびTDの3種類である。従って、このスリットで定義される領域は、図示例のように、第1の組のA1,B1,C1,D1と、第2の組のA2,B2,C2,D2となり、各領域の大きさは一定ではない。
【0043】
各速度毎に領域の検出とエラーとの関係を検討する。
(1)連続した領域(◎)を検出する場合
D1−A1およびD2−A2,A1−A1およびA2−B2等が検出されているときには、エラーは生じない。
【0044】
(2)1つの領域を飛び越して次の領域(○)を検出する場合
D1−A1およびD2−B2のように、エラーと未検出とが混在する。このため、エラーが検出された側の組のカウント手段のカウント値を、エラーが検出されなかった組のカウント値に補正する(書き換える)ことにより、この速度での動作を補償することができる。
ここで、データ補正を行うことで回転を計測可能な応答速度Nr3 (r/min)は次式で求められる。
Nr3 =60/Ts3 ×Pr3(Pr3 =360°/θr3)
Ts3 :発光素子LEDの点灯周期(S)
θr3 :θA1,θB2,θC1,θD2,θB1+θC2,θD1+θB2の最小角度(°)
【0045】
また、従来のエンコーダと比較すると(理想値にて計算)、
θr/θr3 =90°/120°=0.75
となり、約25%応答速度が改善されることがわかる。
【0046】
(3)2つの領域を飛び越して次の領域(●)を検出する場合
D1−B1およびD2−B2のように、全ての領域でエラーが検出される。このため、全てのカウント手段で計数ミスが発生する。
ここで、計数ミスが発生する応答速度Nm3 (r/min)は次式で求められる。
Nm3 =60/Ts3 ×Pm3(Pm3 =360°/θm3)
Ts3 :発光素子LEDの点灯周期(S)
θm3 :θA1+θB1,θB1+θC1,θC1+θD1,θD1+θA1の最小角度(°)、
θA2+θB2,θB2+θC2,θC2+θD2,θD2+θA2の最小角度(°)
【0047】
また、従来のエンコーダと比較すると(理想値にて計算)、
θm/θm3 =180°/180°=1
となり、従来と変わらないことがわかる。
【0048】
(4)3つの領域を飛び越して次の領域(□)を検出する場合
エラーの検出と、逆回転のときには隣接する領域となる不定の状態とが混在するため、回転を計数するカウント手段と、データエラー検出手段共に応答することができない。従って、この状態での使用は動作が保証できない。
【0049】
次に、4信号の動作について検討する。図5は、回転計測のための4信号(位置信号=スリット)と、各領域の検出とエラーとの関係を示したタイミングチャートである。
【0050】
図において、4信号による位置検出を行っているため、用いるスリット位置情報は、TA,TB,TC,およびTDの4種類である。従って、このスリットで定義される領域は、図示例のように、第1の組のA1,B1,C1,D1と、第2の組のA2,B2,C2,D2となり、各領域の大きさは一定となるが、第1組と第2組の1回転の領域にズレが生じる。
【0051】
ここでは、カウント手段を優先として、エラー出力を全ての組でエラーが生じたときのみとし、それ以外のときは補正する場合と、データエラー検出手段を優先して、いずれかの組でエラーが生じたときにはエラー出力を行う場合とで動作が異なる。従って、以下に場合を分けて説明する。
【0052】
[カウント手段優先]
(1)連続した領域(◎)を検出する場合
D1−A1およびD2−A2,A1−B1およびD2−A2等が検出されているときには、エラーは生じない。
【0053】
(2)いずれか1つの領域を飛び越して次の領域(○)を検出する場合
D1−B1およびD2−A2のように、エラーと未検出とが混在する。このため、エラーが検出された側の組のカウント手段のカウント値を、エラーが検出されなかった組のカウント値に補正する(書き換える)ことにより、この速度での動作を補償することができる。
ここで、データ補正を行うことで回転を計測可能な応答速度Nr41(r/min)は次式で求められる。
Nr41=60/Ts4 ×Pr41(Pr41=360°/θr41)
Ts4 :発光素子LEDの点灯周期(S)
θr 41:θA1+θA2,θA2+θB1,θB1+θB2,θB2+θC1、
θC1+θC2,θC2+θD1,θD1+θD2,θD2+θA1の最小角度(°)
(ただし信号の重複領域は除く)
【0054】
また、従来のエンコーダと比較すると(理想値にて計算)、
θr/θr41=90°/135°=0.67
となり、約33%応答速度が改善されることがわかる。
【0055】
(3)いずれも1つの領域を飛び越して次の領域(●)を検出する場合
D1−B1およびD2−B2のように、全ての領域でエラーが検出される。このため、全てのカウント手段で計数ミスが発生する。
ここで、計数ミスが発生する応答速度Nm41(r/min)は次式で求められる。
Nm41=60/Ts4 ×Pm41(Pm41=360°/θm41)
Ts4 :発光素子LEDの点灯周期(S)
θm41:θA1+θB1,θB1+θC1,θC1+θD1,θD1+θA1の最小角度(°)、
θA2+θB2,θB2+θC2,θC2+θD2,θD2+θA2の最小角度(°)
【0056】
また、従来のエンコーダと比較すると(理想値にて計算)、
θm/θm41 =180°/180°=1
となり、従来と変わらないことがわかる。
【0057】
(4)いずれか2つの領域を飛び越して次の領域(□)を検出する場合
エラーの検出と、逆回転のときには隣接する領域となる不定の状態とが混在するため、回転を計数するカウント手段と、データエラー検出手段共に応答することができない。従って、この状態での使用は動作が保証できない。
【0058】
(5)いずれも2つの領域を飛び越して次の領域(◇)を検出する場合
全ての領域で逆回転のときには隣接する領域となる不定の状態となるため、回転を計数するカウント手段と、データエラー検出手段共に応答することができない。従って、この状態での使用は動作が保証できない。
【0059】
[データエラー検出手段優先]
(1)連続した領域(◎)を検出する場合
D1−A1およびD2−A2,A1−B1およびD2−A2等が検出されているときには、エラーは生じない。
【0060】
ここで、回転を計測可能な応答速度Nr42(r/min)は次式で求められる。
Nr42=60/Ts4 ×Pr42(Pr42=360°/θr42)
Ts4 :発光素子LEDの点灯周期(S)
θr 42:θA1,θB1,θC1,θD1,θA2,θB2,θC2,θD2の最小角度(°)
【0061】
また、従来のエンコーダと比較すると(理想値にて計算)、
θr/θr42=90°/90°=1
となり、従来と変わらないことがわかる。
【0062】
(2)いずれか1つの領域を飛び越して次の領域(○)を検出する場合
D1−B1およびD2−A2のように、エラーと未検出とが混在する。このため、エラーが検出された側のエラー信号を出力して計数ミスとする。
【0063】
(3)いずれも1つの領域を飛び越して次の領域(●)を検出する場合
D1−B1およびD2−B2のように、全ての領域でエラーが検出される。このため、エラー信号を出力して計数ミスとする。
【0064】
(4)いずれか2つの領域を飛び越して次の領域(□)を検出する場合
エラーの検出と、逆回転のときには隣接する領域となる不定の状態とが混在するため、計数ミスとする。
【0065】
ここで、計数ミスが発生する応答速度Nm42(r/min)は次式で求められる。
Nm42=60/Ts4 ×Pm42(Pm42=360°/θm42)
Ts4 :発光素子LEDの点灯周期(S)
θm42:θA1+θB1+θB2,θB1+θC1+θC2,θC1+θD1+θD2,θD1+θA1+θA2,θA2+θB2+θC1,θB2+θC2+θD1,θC2+θD2+θA1,θD2+θA2+θB1の最小角度(°)
(ただし信号の重複領域は除く)
【0066】
また、従来のエンコーダと比較すると(理想値にて計算)、
θm/θm42 =180°/270°=0.67
となり、約33%改善されることがわかる。
【0067】
(5)いずれも2つの領域を飛び越して次の領域(◇)を検出する場合
全ての領域で逆回転のときには隣接する領域となる不定の状態となるため、回転を計数するカウント手段と、データエラー検出手段共に応答することができない。従って、この状態での使用は動作が保証できない。
【0068】
なお、図4,図5に示すように、1回転の領域中、+1(インクリメント)、−1(デクリメント)を行う計数ポイント(1ヶ所x、または2ヶ所x,y)がある。特に、4信号を用いた場合、一方の計数ポイントxと、他方の計数ポイントyとの間にはズレがある。このため、計数ポイントx,y間の領域(A1とD2の重複領域)にて補正を行う場合、領域確認手段11によりこの領域を検出し、図1に示すように領域確認手段11からの出力Oを、それぞれのレジスタ12a,12bのインクリメント端子+1、またはデクリメント端子−1に接続し、それぞれのレジスタ12a,12bの内容をインクリメント、またはデクリメントする必要がある。
【0069】
また、この計数ポイント付近で補正を行うと、データエラー検出からデータ補正のタイミングとエンコーダ軸の位置の移動により補正値にズレが生じる場合がある。例えば、図4の領域D1でデータエラーを検出して、データ補正を行う前に、エンコーダ軸が領域A1に移動していた場合、補正データが−1ずれてしまう。このため、計数ポイントxおよびy付近(図4の場合D1およびA1の領域、図5の場合D1およびA1、D2およびA2の領域、または前記タイミングを考慮して補正値にズレが生じない余分な領域)を避けてデータの補正をするとよい。
【0070】
さらに、図6に示すように、データ切り換え手段14を設けてもよい。このデータ切り換え手段14のデータ入力DA,DBには、データバスを介してそれぞれのカウント手段7a,7bの出力Q1,Q2が入力される。また、前記データエラー検出手段9a,9bからの第1のエラー信号ER1,ER2が入力される。そして、このエラー信号ER1,ER2により、エラーが生じた側のカウント手段7a,7bのデータの出力を禁止し、他方のカウント手段7a,7bのデータを出力するようになっている。なお、通常出力する側は、優先順位等により初期設定時などで決めておけばよい。このデータ切り換え手段は、通常のスイッチング素子、ゲート素子、データセレクター等を、単独もしくは組み合わせることにより構成することができる。
【0071】
このように、スリットから得られる3信号、4信号DA2,DB2,DC2,DD2のうち、2つの信号が同位相の位置で変化した時に、スリットの検出ミスであると判断して、エラー信号を送出するためのデータエラー検出手段を設け、このエラー信号により一方の組のカウント値を他方の組のカウント値で補正したので、エンコーダの主電源がOFFの時でも回転数の検出ミスが判別でき、許容回転速度をその限度近くまで設定でき、消費電流の増大を伴わずに速くできる。また、万一エラーとなってもその状態が把握できるので、回転数の計測ミスが生じた場合には、再度原点出し等の初期化操作を行えば良く、重大な故障を併発する恐れもない。
【0072】
また、この実施例では光学式の位置検出手段について述べたが、これに限定するものではなく、磁気的に検出する方式や、機械式接点を介して検出するものにも本発明は適用可能である。
【0073】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、回転数の計数ミスを判別可能として、主電源OFF時等における許容回転速度をその限度近くに設定し、消費電流の増加を伴わずに速くすることが可能な多回転型絶対値エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるエンコーダの回転数を計数する部分の基本構成を示すブロック図である。
【図2】データエラー検出手段の詳細な構成を示した図である。
【図3】図1および図2に示す回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図4】3信号における、スリットの領域とエラーとの関係を示すタイミングチャートである。
【図5】4信号における、スリットの領域とエラーとの関係を示すタイミングチャートである。
【図6】データ切り換え手段を有するエンコーダの基本構成を示すブロック図である。
【図7】従来のエンコーダのスリットの領域とエラーとの関係を示すタイミングチャートである。
【図8】図9の各部の動作を示すタイミングチャートである。
【図9】符号板の外観構成を示す正面図である。
【図10】従来のエンコーダの回転数を計数する部分の基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 検出手段
2 符号板
3a,3b 波形整形手段
4a,4b データ処理手段
5a,5b エッジ検出手段
6a,6b 選択手段
7a,7b カウント手段
8 タイミング発生手段
9a,9b データエラー検出手段
11 領域確認手段
12a,12b レジスタ
LED 発光素子
SA,SB,SC,SD 検出素子
Claims (5)
- 少なくとも3種類以上の異なる位置情報を与える符号板と、この符号板の位置情報を検出する検出手段と、この検出手段に検出タイミングを与えるタイミング発生手段と、
前記検出手段から得られた信号によりカウントを行うカウント手段と、
前記検出手段から得られた符号板の位置データから、位置データのエラーを検出するデータエラー検出手段と有し、
少なくとも前記カウント手段とデータエラー検出手段とが2組以上あり、
いずれかのデータエラー検出手段が検出した位置データーのエラー信号により、該当するカウント手段のカウント値をエラーの検出されなかったカウント手段のカウント値に補正するデータ補正手段を有し、
前記データエラー検出手段は、前記検出手段から得られた符号板の位置データを示す信号が同位相で変化したときに検出エラーとして位置データのエラーを検出する多回転型絶対値エンコーダ。 - 前記いずれかのデータエラー検出手段が検出した位置データーのエラー信号により、
エラーの検出されなかったカウント手段のカウント値を出力するデータ切り換え手段を有する請求項1の多回転型絶対値エンコーダ。 - 前記データ補正手段は、位置情報の領域を限定して補正を行う請求項1または2の多回転型絶対値エンコーダ。
- 前記データエラー検出手段のすべてがエラーを検出したときにのみエラー信号を出力する請求項1〜3のいずれかの多回転型絶対値エンコーダ。
- 前記データエラー検出手段のいずれかがエラーを検出したときにエラー信号を出力する請求項1〜3のいずれかの多回転型絶対値エンコーダ。
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