JP5833878B2

JP5833878B2 - 絶対測長型エンコーダ

Info

Publication number: JP5833878B2
Application number: JP2011221216A
Authority: JP
Inventors: 慶顕加藤
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: JP2013079915A

Description

本発明は、絶対測長型エンコーダに係り、特にインクリメンタルトラックとアブソリュートトラックを有し、前記インクリメンタルトラックから得たインクリメンタル位置情報と前記アブソリュートトラックから得たアブソリュート位置情報を照合又は合成するようにされた絶対測長型エンコーダの改良に関する。

測定対象の位置の変化（増分）を測定するためのインクリメンタル（以下ＩＮＣとも略する）トラックと、測定対象の絶対位置を測定するためのアブソリュート（以下ＡＢＳとも略する）トラックを備え、ＩＮＣトラック位置情報とＡＢＳトラック位置情報の組み合わせにより絶対位置を高精度で測定したり、あるいは、ＩＮＣトラック位置情報とＡＢＳトラック位置情報とを照合して測定精度を高めたエンコーダが開発されている（特許文献１乃至５）。

ＩＮＣトラックとＡＢＳトラックを組合せた絶対測長型エンコーダの一例の全体構成を図１に、要部構成を図２に示す。図において、１０は、ＩＮＣトラック１２とＡＢＳトラック１４が並んで設けられたスケール、２０は、ＩＮＣトラック１２用の光源２２と、ＡＢＳトラック１４用の光源２４と、ＩＮＣトラック１２用のＩＮＣ用受光素子２６と、ＡＢＳトラック１４用のＡＢＳ用受光素子２８と、該ＡＢＳ用受光素子２８を制御するための受光素子制御装置３０とを備えた検出ヘッド、４０は、前記ＩＮＣ用受光素子２６の出力のＩＮＣパターン信号を常時計数してＩＮＣ位置を求めるＩＮＣ位置カウンタ４２と、前記受光素子制御装置３０と信号をやり取りして、必要なときにＡＢＳパターン信号を得てＡＢＳ位置を演算するＡＢＳ位置演算装置４４を含む信号処理部、４８は、検出ヘッド２０と信号処理部４０を接続するケーブルである。

ここで、ＩＮＣトラック位置情報は、信号処理部４０のＩＮＣ位置カウンタ４２でリアルタイムに取得することができるが、ＡＢＳトラック位置情報は常時検出されているわけではなく、信号処理部４０からのＡＢＳリクエストコマンドを、検出ヘッド２０内部の受光素子制御装置３０が受信してから検出が始まるため、ＡＢＳ位置演算装置４４でのＡＢＳリクエストコマンド送信からＡＢＳ位置情報取得迄の間に遅延が生じる。

特開平５−１８０６６６号公報特開平１０−１１１１４６号公報特開平１０−２５３３９３号公報特開２００３−２４０６０５号公報特開２００４−１４４６６７号公報特開平７−２２９７５９号公報特開平５−２７２９８８号公報

しかしながら、同位置で取得されたＩＮＣトラック位置情報と、ＡＢＳトラック位置情報とを照合又は合成するとき、エンコーダが移動していて、且つ、取得したＡＢＳトラックスケールパターン情報とＩＮＣトラックの位置情報が同時刻ではなかった場合、それぞれのトラックから取得された位置にずれが生じ、照合時や合成時の誤差となってしまうという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ＡＢＳパターン情報の伝送遅延によるＡＢＳトラックとＩＮＣトラック照合時又は合成時の位置誤差を低減することを課題とする。

なお、特許文献６には、アブソリュートエンコーダの回転速度が所定の値以上のときは、インクリメンタルパルスとの合成による現在位置の生成を不可として、位置ずれの発生を防止するようにしたロータリエンコーダが記載され、特許文献７には、複数のインクリメンタル信号から演算して得た絶対位置データをシフトレジスタに一度格納してから略同時に出力することで、絶対位置データ出力の時差を防止することが記載されているが、本発明の課題を解決するものではなかった。

本発明は、インクリメンタルトラックとアブソリュートトラックを有し、検出ヘッドにより前記インクリメンタルトラックから得たインクリメンタル位置情報と前記アブソリュートトラックから得たアブソリュート位置情報を、信号処理部内で照合又は合成するようにされた絶対測長型エンコーダにおいて、前記信号処理部内に、前記アブソリュート位置情報を前記検出ヘッドに要求してから前記信号処理部で受信する迄の時間に応じて、該信号処理部内における前記インクリメンタル位置情報の取得を遅らせる遅延手段を備えることにより、前記インクリメンタルトラック及び前記アブソリュートトラックから同時刻の位置情報を取得して、前記信号処理部内で同時刻に照合又は合成することにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記信号処理部内に、前記アブソリュート位置情報を前記検出ヘッドに要求してから前記信号処理部で受信する迄の時間を計測する時間計測手段と、該時間計測手段の測定結果に応じて前記遅延手段による遅延時間を計算する演算手段とを更に備えることができる。

本発明によれば、アブソリュート位置情報を検出ヘッドに要求してから信号処理部で受信するまでの時間に応じて、信号処理部内におけるインクリメンタル位置情報の取得を遅らせるようにしたので、同時刻のアブソリュート位置情報とインクリメンタル位置情報を同時刻に照合又は合成して、ＡＢＳパターン情報の伝送遅延によるＡＢＳトラックとＩＮＣトラック照合時又は合成時の位置誤差を低減することができる。

従来の絶対測長型エンコーダの全体構成を示す斜視図同じく要部構成を示すブロック図本発明の第１実施形態の要部構成を示すブロック図同じく伝送遅延時間の導出状態を示すタイムチャート本発明の第２実施形態の要部構成を示すブロック図

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図１及び図２に示した従来例と同様な絶対測長型エンコーダにおいて、更に、図３に示す如く、信号処理部４０のＡＢＳ位置演算装置４４よりＡＢＳリクエストコマンドを送信してから（即ち、アブソリュート位置情報を要求してから）、ＡＢＳ位置演算装置４４がＡＢＳパターン信号を受信するまでの時間ｔ_mを計測するための時間計測装置５０と、該時間計測装置５０によって計測された時間ｔ_mに応じてＩＮＣパターン取得を遅延させる時間ｔ_INCを計算する演算装置５２と、該演算装置５２で計算されたＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCだけ前記ＩＮＣ用受光素子２６からＩＮＣ位置カウンタ４２に入力されるＩＮＣパターン信号を遅延させる遅延装置５４と、を設けたものである。

本実施形態において、ＡＢＳリクエストコマンドを送信するとき、ＡＢＳトラック１４の位置情報がＩＮＣトラック１２の位置情報に対して遅延する時間を次のようにして導出する。

図４は、ＡＢＳ位置演算装置４４がＡＢＳリクエストコマンドを送信してからＡＢＳパターン情報を取得するまでのタイムチャートである。ＡＢＳ位置演算装置４４から受光素子制御装置３０へＡＢＳリクエストコマンドを送信すると同時に、時間計測装置５０にて時間計測を開始し、ＡＢＳ位置演算装置４４がＡＢＳパターンを受信した時点で計測を終了する。このとき計測された時間を計測時間ｔ_mとする。

この間に、受光素子制御装置３０は、ＡＢＳリクエスト受信（所要時間ｔ₁）、前処理（所要時間ｔ₂）、スケールパターン（ＡＢＳパターン）取得（積分）（所要時間ｔ₃）、および後処理（所要時間ｔ₄）終了後、ＡＢＳ位置演算装置４４に対してＡＢＳパターン信号を送信（所要時間ｔ₅）する。

このとき、ケーブル４８の伝送遅延時間をｔ_dとすると、計測時間ｔ_mは、次式で表すことができる。
ｔ_m＝ｔ_d＋ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃＋ｔ₄＋ｔ_d …（１）

このうち、ＡＢＳリクエスト送信（受信）時間ｔ₁、前処理時間ｔ₂、スケールパターン（ＡＢＳパターン）取得積分時間ｔ₃、および後処理時間ｔ₄は既知であるため、伝送遅延時間ｔ_dは、次式で導出される。
ｔ_d＝（ｔ_m−ｔ₁−ｔ₂−ｔ₃−ｔ₄）／２ …（２）

ここで導出した伝送遅延時間ｔ_dを利用してＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCを求めると、次式となる。
ｔ_INC＝ｔ_d＋ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃／２
＝（ｔ_m＋ｔ₁＋ｔ₂−ｔ₄）／２ …（３）

照合時にはＩＮＣトラック位置情報をＡＢＳスケールパターンと同時刻に取得したいので、次回位置情報照合時には、導出されたＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCを利用して、ＡＢＳリクエストの送信からｔ_INCだけ遅れてＩＮＣトラック位置情報を取得すれば、両トラックから同時刻の位置情報を得ることができる。

伝送遅延時間ｔ_dは、検出ヘッド２０と信号処理部４０を接続するケーブル４８の長さにより変化するため、ケーブル長に応じて遅延時間を設定するか、ケーブル長の違いで発生するＩＮＣトラックの位置情報とＡＢＳトラックの位置情報との照合時の位置誤差を許容しなければならない。しかし、本実施形態を用いれば、伝送遅延時間ｔ_dをその都度測定するため、ケーブル長を気にかける必要はなく、どのようなケーブル長であっても照合時の誤差を抑制することができる。また、遅延時間が異なる通信形態に変更しても、本実施形態を用いれば、遅延によるトラック照合時の位置誤差は抑制される。

また、ＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCは、スケールパターン（ＡＢＳパターン）取得における積分時間ｔ₃、および伝送遅延時間ｔ_dによって変化する。従って、ｔ₃を可変とすると、ｔ_INCを設定するとき、ｔ₃を取得しなければならないが、本実施形態を用いれば、（３）式から明らかなように、ｔ₃の値によらずｔ_INCを導出することができる。

なお、前記実施形態においては、ＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCを毎回取得するようにしていたが、ｔ_INCの変化が無視できるか小さいときには、図５に示す第２実施形態のように、（遅延）時間計測装置５０と演算装置５２を省略して、遅延装置５４のみを設ける事もできる。

なお、前記実施形態においては、いずれもＡＢＳトラック１４が１本とされていたが、ＡＢＳトラックが２本以上あっても良い。

又、ＡＢＳトラック１４の位置情報と、ＩＮＣトラック１２の位置情報を照合するときだけでなく、合成する際にも本発明は有効である。

更に、適用対象もリニアエンコーダに限定されず、ロータリエンコーダであっても良い。

１０…スケール
１２…インクリメンタル（ＩＮＣ）トラック
１４…アブソリュート（ＡＢＳ）トラック
２０…検出ヘッド
２６…ＩＮＣ用受光素子
２８…ＡＢＳ用受光素子
３０…受光素子制御装置
４０…信号処理部
４２…ＩＮＣ位置カウンタ
４４…ＡＢＳ位置演算装置
４８…ケーブル
５０…時間計測装置
５２…演算装置
５４…遅延装置

Claims

インクリメンタルトラックとアブソリュートトラックを有し、
検出ヘッドにより前記インクリメンタルトラックから得たインクリメンタル位置情報と前記アブソリュートトラックから得たアブソリュート位置情報を、信号処理部内で照合又は合成するようにされた絶対測長型エンコーダにおいて、
前記信号処理部内に、前記アブソリュート位置情報を前記検出ヘッドに要求してから前記信号処理部で受信する迄の時間に応じて、該信号処理部内における前記インクリメンタル位置情報の取得を遅らせる遅延手段を備えることにより、前記インクリメンタルトラック及び前記アブソリュートトラックから同時刻の位置情報を取得して、前記信号処理部内で同時刻に照合又は合成することを特徴とする絶対測長型エンコーダ。
前記信号処理部内に、前記アブソリュート位置情報を前記検出ヘッドに要求してから前記信号処理部で受信する迄の時間を計測する時間計測手段と、該時間計測手段の測定結果に応じて前記遅延手段による遅延時間を計算する演算手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の絶対測長型エンコーダ。