JPS6383612A - 多回転式絶対値エンコ−ダ - Google Patents
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、1回転以上の回転数と回転方向を検出する磁
気式1パルスエンコーダと1回転以内の絶対角度を検出
する光学式絶対値エンコーダとが、同一シャフト上に組
み合わせてなり、それぞれの検出信号をもとにして、シ
ャフトの多回転の絶対角度を検出し、エンコーダに供給
される電源がなくなった場合には、外部からの電池電源
等の補助電源より、1パルスエンコーダと1パルスエン
コーダの検出量を計測する電子回路等に電源が供給され
る多回転式絶対値エンコーダに関する。
気式1パルスエンコーダと1回転以内の絶対角度を検出
する光学式絶対値エンコーダとが、同一シャフト上に組
み合わせてなり、それぞれの検出信号をもとにして、シ
ャフトの多回転の絶対角度を検出し、エンコーダに供給
される電源がなくなった場合には、外部からの電池電源
等の補助電源より、1パルスエンコーダと1パルスエン
コーダの検出量を計測する電子回路等に電源が供給され
る多回転式絶対値エンコーダに関する。
(従来の技術)
第10図はこの種の多回転式絶対値エンコーダの従来例
の構成図である。
の構成図である。
1回転以内の絶対角度を検出する光学式絶対値エンコー
ダは、シャフト1に取付けられ、1回転以内の絶対角度
を検出するための回転ディスク2と、これに投光するた
めの発光部LED 4゜と、投光レンズ3と、信号を検
出するための固定スリット5および受光素子61〜61
5と、これらの検出信号を矩形波に波形整形するための
波形整形回路7!〜7,5で構成され、多回転を検出す
る磁気式1パルスエンコーダは、シャフト1に取付けら
れ回転部に磁石82を具備した回転ディスク8Iと、こ
の回転数を検出するための磁気抵抗素子9と、波形整形
回路IOと、電源の供給が無くなった場合には、外部か
らの電池電源等の補助電源に電源切り換えを行なう電源
切換回路11とで構成されていた。そして、多回転検出
用の磁気1パルスエンコーダは、回転方向を検出するた
め、電気的に90°の位相差がある2相の矩形波信号M
l、 M2を出力し、これを受側回路のカウンタ(図示
せず)にて計数することにより多回転を検出していた。
ダは、シャフト1に取付けられ、1回転以内の絶対角度
を検出するための回転ディスク2と、これに投光するた
めの発光部LED 4゜と、投光レンズ3と、信号を検
出するための固定スリット5および受光素子61〜61
5と、これらの検出信号を矩形波に波形整形するための
波形整形回路7!〜7,5で構成され、多回転を検出す
る磁気式1パルスエンコーダは、シャフト1に取付けら
れ回転部に磁石82を具備した回転ディスク8Iと、こ
の回転数を検出するための磁気抵抗素子9と、波形整形
回路IOと、電源の供給が無くなった場合には、外部か
らの電池電源等の補助電源に電源切り換えを行なう電源
切換回路11とで構成されていた。そして、多回転検出
用の磁気1パルスエンコーダは、回転方向を検出するた
め、電気的に90°の位相差がある2相の矩形波信号M
l、 M2を出力し、これを受側回路のカウンタ(図示
せず)にて計数することにより多回転を検出していた。
また、1回転内の絶対角度を検出する光学式絶対値エン
コーダは、分解能に応して 61〜G、5(15ビツト
、32768パルス検出の場合)までの出力とし、この
信号から絶対値を検出していた。
コーダは、分解能に応して 61〜G、5(15ビツト
、32768パルス検出の場合)までの出力とし、この
信号から絶対値を検出していた。
上述した従来の多回転式絶対値エンコーダは、これをロ
ボット等の位置検出器として使用する場合、下記のよう
な問題点がある。
ボット等の位置検出器として使用する場合、下記のよう
な問題点がある。
(1)出力回路の信号数に関する問題点絶対値信号は通
常ダレイコードで各ビットごとに出力されるが、例えば
15ヒツト(32768パルス)を検出する場合、出力
信号線か15本、多回転検出信号2本、電源2本、電池
電源1木と、最低でも20本の電線が必要で、最近の多
関節型ロボットにおいては検出器を6軸分(6台)必要
とするため、検出器の電線数だけ、すなわち20本×6
台=120本のリードが最低必要であり、耐ノイズ向上
のため出力方式を第12図に示すように平衡型ライント
ライバ−回路16.〜165を採用した場合には絶対値
検出信号数が2倍になるのて35本×6台=2IO木も
の電線が必要になり、受側回路との結線に要する時間が
大幅に増加することやロボットの小型化、信頼性の向」
二において大きな問題点となる。
常ダレイコードで各ビットごとに出力されるが、例えば
15ヒツト(32768パルス)を検出する場合、出力
信号線か15本、多回転検出信号2本、電源2本、電池
電源1木と、最低でも20本の電線が必要で、最近の多
関節型ロボットにおいては検出器を6軸分(6台)必要
とするため、検出器の電線数だけ、すなわち20本×6
台=120本のリードが最低必要であり、耐ノイズ向上
のため出力方式を第12図に示すように平衡型ライント
ライバ−回路16.〜165を採用した場合には絶対値
検出信号数が2倍になるのて35本×6台=2IO木も
の電線が必要になり、受側回路との結線に要する時間が
大幅に増加することやロボットの小型化、信頼性の向」
二において大きな問題点となる。
(2)電池電源かなくなった場合の問題点従来の多回転
式絶対値エンコーダの特徴は、停電時においても電池電
源により、多回転したエンコーダの位置を記憶している
ことであるが、エンコーダと受側回路の電池用電線の断
線かあった場合には、電源か供給されず、従来の絶対値
エンコーダと同様多回転を検出できない。
式絶対値エンコーダの特徴は、停電時においても電池電
源により、多回転したエンコーダの位置を記憶している
ことであるが、エンコーダと受側回路の電池用電線の断
線かあった場合には、電源か供給されず、従来の絶対値
エンコーダと同様多回転を検出できない。
(3)外径寸法に関する問題点
絶対値検出精度を向」ニさせるには絶対値エンコーダの
ビット数を増加させ分解能を向上させる必要かあるか、
ビット数を増加させるには回転ディスクのトラック数を
増加させる必要があり、回転ディスク径が大きくなり、
絶対値エンコーダの外径が大きくなって小型化が難しい
。
ビット数を増加させ分解能を向上させる必要かあるか、
ビット数を増加させるには回転ディスクのトラック数を
増加させる必要があり、回転ディスク径が大きくなり、
絶対値エンコーダの外径が大きくなって小型化が難しい
。
(4)長さ寸法温度変動に関する問題点絶対値エンコー
ダの投光部の構成としては第10図に示したようにLE
D 4゜と平行光線にするためのコリメータレンズ3を
用いる方式と第11図のように絶対値エンコーダの1ビ
ツトに一対ずつの発受光素子4Iと6..4.と62゜
・・・、4.5と615を用いる方式の2通りがある。
ダの投光部の構成としては第10図に示したようにLE
D 4゜と平行光線にするためのコリメータレンズ3を
用いる方式と第11図のように絶対値エンコーダの1ビ
ツトに一対ずつの発受光素子4Iと6..4.と62゜
・・・、4.5と615を用いる方式の2通りがある。
前者の方式は、1つのLEDで発光するためLEDの温
度に対する光量変化が受光素子に影響するので、LED
の温度に対する光量変化を検出し制御を行なえば温度の
影響を小さくすることができるが、全受光素子をカバー
するために、外径寸法の大きなレンズが必要となる。こ
れはレンズの焦点距離が長くなる原因となり、その結果
絶対値エンコーダの長さ寸法か短くできない。
度に対する光量変化が受光素子に影響するので、LED
の温度に対する光量変化を検出し制御を行なえば温度の
影響を小さくすることができるが、全受光素子をカバー
するために、外径寸法の大きなレンズが必要となる。こ
れはレンズの焦点距離が長くなる原因となり、その結果
絶対値エンコーダの長さ寸法か短くできない。
後者の方式においては長さ寸法の問題はなくなるが、各
対になった発受光素子の温度変化を一定にすることがで
きず各検出した信号の温度変化かバラバラになり温度補
償を行なうのがきわめて難しい。
対になった発受光素子の温度変化を一定にすることがで
きず各検出した信号の温度変化かバラバラになり温度補
償を行なうのがきわめて難しい。
(5)周波数特性に関する問題点
従来の絶対値エンコーダは、第10図に示したように1
5ヒツトの場合、各ビット毎の受光素子61〜6 I5
と波形整形回路71〜715の計15組ずつ必要である
が光量や受光素子の感度にバラツキがあるため、各検出
信号の周波数特性か一致せず、シャフトが高速回転した
場合、ダレイコードの位相かずれたり、信号かなくなる
ということかあり、絶対値エンコーダは停止状態に近い
低速回転数でしか使用できず絶対値エンコーダをサーボ
コントロールループに入れコントロールすることは難し
い。
5ヒツトの場合、各ビット毎の受光素子61〜6 I5
と波形整形回路71〜715の計15組ずつ必要である
が光量や受光素子の感度にバラツキがあるため、各検出
信号の周波数特性か一致せず、シャフトが高速回転した
場合、ダレイコードの位相かずれたり、信号かなくなる
ということかあり、絶対値エンコーダは停止状態に近い
低速回転数でしか使用できず絶対値エンコーダをサーボ
コントロールループに入れコントロールすることは難し
い。
このように従来の多回転絶対値エンコーダは、(1)〜
(5)に述べたようにさまざまの問題点があり、小型で
、高速回転、高信頼性の多回転式絶対値エンコーダを製
作することが困難であった。
(5)に述べたようにさまざまの問題点があり、小型で
、高速回転、高信頼性の多回転式絶対値エンコーダを製
作することが困難であった。
本発明の多回転式絶対値エンコーダは、電源投入時に、
電源電圧が所定の電圧値に到達したかどうか検出する電
源電圧検出回路と、所定電圧以上の7「課電圧になった
時、初めに多回転の回転数を受側回路にシリアル伝送し
、その後、1回転以内の絶対角度を電気的に90°位相
差をもった2相矩形波信号で送る制御回路を有する。
電源電圧が所定の電圧値に到達したかどうか検出する電
源電圧検出回路と、所定電圧以上の7「課電圧になった
時、初めに多回転の回転数を受側回路にシリアル伝送し
、その後、1回転以内の絶対角度を電気的に90°位相
差をもった2相矩形波信号で送る制御回路を有する。
本発明の多回転式絶対値エンコーダは、電池電源と並列
に大容量コンデンサを有する。
に大容量コンデンサを有する。
本発明の多回転式絶対値エンコーダは、光学式絶対値エ
ンコーダの回転ディスクには1スリットの最少スリット
(MSB)がなく、2スリット目からコードパターンが
構成されており、最少スリットの1スリットは磁気エン
コーダで検出したパルスを使用することを特徴とする。
ンコーダの回転ディスクには1スリットの最少スリット
(MSB)がなく、2スリット目からコードパターンが
構成されており、最少スリットの1スリットは磁気エン
コーダで検出したパルスを使用することを特徴とする。
本発明の多回転式絶対値エンコーダは、光学式絶対値エ
ンコーダの回転ディスクの各スリットトラックが、LE
Dか発光できる面積に相当するグループに分割され、そ
のグループ内に透明部だけのリファレンストラックが設
けられ、検出信号を矩形波に変換する場合には、このリ
ファレンストラックの出力信号を基準にして、矩形波出
力に変換することを特徴とする。
ンコーダの回転ディスクの各スリットトラックが、LE
Dか発光できる面積に相当するグループに分割され、そ
のグループ内に透明部だけのリファレンストラックが設
けられ、検出信号を矩形波に変換する場合には、このリ
ファレンストラックの出力信号を基準にして、矩形波出
力に変換することを特徴とする。
本発明の多回転式絶対値エンコーダは、最大分解能のス
リットを検出する回路が差動型電流電圧変換回路にて構
成されていることを特徴とする。
リットを検出する回路が差動型電流電圧変換回路にて構
成されていることを特徴とする。
本発明の多回転式絶対値エンコーダは、光学式絶対値エ
ンコーダの検出信号とインクリメンタルエンコーダとし
て動作する最大分解能をもつ信号から1回転に1回の基
準パルスを合成し、出力することを特徴とする。
ンコーダの検出信号とインクリメンタルエンコーダとし
て動作する最大分解能をもつ信号から1回転に1回の基
準パルスを合成し、出力することを特徴とする。
(作用〕
(1)電源没入時、電源電圧か所定の電圧に到達したか
どうかを検出し、所定の電圧以上になったとき多回転の
回転数と絶対値検出信号を受側回路にシリアル伝送(調
歩同期式、独立同期式)することにより、イ言号数がA
、Bチャンネルのみで良いので、今までの絶対値エンコ
ーダに比へ大幅に電線の本数を少なくすることかてき、
その結果、リート断線や結線ミスか減少し、信頼性か向
上する。
どうかを検出し、所定の電圧以上になったとき多回転の
回転数と絶対値検出信号を受側回路にシリアル伝送(調
歩同期式、独立同期式)することにより、イ言号数がA
、Bチャンネルのみで良いので、今までの絶対値エンコ
ーダに比へ大幅に電線の本数を少なくすることかてき、
その結果、リート断線や結線ミスか減少し、信頼性か向
上する。
(2)大容量コンデンサを使用することにより、電池電
源の断線やとりはずしがあっても、例えば4日間以上駆
動が可能になり、生産ラインの変更によるロホットの移
動においても、すみやかに再スタートが可能となる。
源の断線やとりはずしがあっても、例えば4日間以上駆
動が可能になり、生産ラインの変更によるロホットの移
動においても、すみやかに再スタートが可能となる。
(3)絶対値エンコーダの最少スリット部のトラックを
なくし、磁気エンコーダ部の1パルスを流用することに
より、絶対値エンコーダの回転ディスク径を小さくでき
、エンコーダを小型にすることができる。
なくし、磁気エンコーダ部の1パルスを流用することに
より、絶対値エンコーダの回転ディスク径を小さくでき
、エンコーダを小型にすることができる。
(4)光学式絶対値エンコーダの回転ディスクの芥スリ
ットトラックをLEDが発光できる面積に相当するグル
ープに分割し、そのグループ内に透明部だけのリファレ
ンストラックをもうけ、この検出電圧と信号電圧を比較
することにより、温度変動の影晋か小さく、エンコーダ
の長さ寸法も短くすることができる。
ットトラックをLEDが発光できる面積に相当するグル
ープに分割し、そのグループ内に透明部だけのリファレ
ンストラックをもうけ、この検出電圧と信号電圧を比較
することにより、温度変動の影晋か小さく、エンコーダ
の長さ寸法も短くすることができる。
(5)絶対値エンコーダの波形整形回路の方式を2種類
にし、絶対値信号を伝送した後インクリメンタル信号を
出力する回路に差動入力型電流電圧変換回路を採用する
ことにより、高速回転においても使用てきるエンコーダ
が得られる。
にし、絶対値信号を伝送した後インクリメンタル信号を
出力する回路に差動入力型電流電圧変換回路を採用する
ことにより、高速回転においても使用てきるエンコーダ
が得られる。
(6)光学式絶対値エンコーダの検出信号とインクリメ
ンタルエンコーダとして動作する最大分解能をもつ信号
から1回転に1回の基準パルスを合成し、出力すること
により、従来のインクリメンタルエンコーダにて使用さ
れていた基準パルスは不用となる。
ンタルエンコーダとして動作する最大分解能をもつ信号
から1回転に1回の基準パルスを合成し、出力すること
により、従来のインクリメンタルエンコーダにて使用さ
れていた基準パルスは不用となる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第1図は本発明の多回転式絶対値エンコーダの一実施例
の構成図、第2図は第1図の実施例におけるAチャンネ
ル出力、Bチャンネル出力の信号形態を示す図である。
の構成図、第2図は第1図の実施例におけるAチャンネ
ル出力、Bチャンネル出力の信号形態を示す図である。
1回転以内の絶対角度を検出する光学式絶対値エンコー
ダは、シャフト1に取付けられ、1回転以内の絶対角度
を検出するための回転ディスク2と、これに投光するた
めのLED 4と、固定スリット5と、受光素子のフォ
トダイオードアレイ6と、これらの検出信号を矩形波に
波形整形するための波形整形回路7.〜7 Isから構
成され、多回転を検出するための磁気エンコーダは、回
転部に磁石82を具備した回転ディスク8□と、この回
転数を検出するだめの磁気抵抗素子9と、波形整形回路
10と、電源の供給かなくなった場合には外部からの電
池電源に切り換えを行なう電源切換回路I4と、電池電
源が無くなった場合には蓄電した電気により回路を駆動
する大容量コンデンサ15と、電源電圧を検出する電圧
検出回路13と、多回転の検出信号をカウントし、数値
を保持しておくためのマイクロコンピュータを内蔵した
制御回路12と、電源投入後には、多回転検出信号と1
回転以内の絶対値信号をAチャンネル、Bチャンネル、
Zチャンネルの信号としてそれぞれシリアル伝送するた
めのゲートアレイを含む制御回路17と、これらの信号
を受側回路に送るための平衡形ラインドライバー回路1
6から構成されている。
ダは、シャフト1に取付けられ、1回転以内の絶対角度
を検出するための回転ディスク2と、これに投光するた
めのLED 4と、固定スリット5と、受光素子のフォ
トダイオードアレイ6と、これらの検出信号を矩形波に
波形整形するための波形整形回路7.〜7 Isから構
成され、多回転を検出するための磁気エンコーダは、回
転部に磁石82を具備した回転ディスク8□と、この回
転数を検出するだめの磁気抵抗素子9と、波形整形回路
10と、電源の供給かなくなった場合には外部からの電
池電源に切り換えを行なう電源切換回路I4と、電池電
源が無くなった場合には蓄電した電気により回路を駆動
する大容量コンデンサ15と、電源電圧を検出する電圧
検出回路13と、多回転の検出信号をカウントし、数値
を保持しておくためのマイクロコンピュータを内蔵した
制御回路12と、電源投入後には、多回転検出信号と1
回転以内の絶対値信号をAチャンネル、Bチャンネル、
Zチャンネルの信号としてそれぞれシリアル伝送するた
めのゲートアレイを含む制御回路17と、これらの信号
を受側回路に送るための平衡形ラインドライバー回路1
6から構成されている。
次に、本実施例の動作を説明する。
まず、この多回転式磁気エンコーダに電池電源により電
圧を供給する。この電圧はダイオードD1を通り、多回
転を検出するための磁気エンコーダと多回転数信号をカ
ウント保持しておくためのマイクロコンピュータを内蔵
した回路12等に電源電圧として供給される。つまり電
源が入っていない状態(たとえば停電時の状態も含む)
においてもシャフト1の回転数を検出していることにな
る。
圧を供給する。この電圧はダイオードD1を通り、多回
転を検出するための磁気エンコーダと多回転数信号をカ
ウント保持しておくためのマイクロコンピュータを内蔵
した回路12等に電源電圧として供給される。つまり電
源が入っていない状態(たとえば停電時の状態も含む)
においてもシャフト1の回転数を検出していることにな
る。
次に、電源電圧か供給されると絶対値エンコーダ等の各
回路には電源電圧として供給されるとともにダイオード
D2より大容量コンデンサI5に充電される。また、タ
イオードD3を通って磁気エンコーダ回路の各回路に電
源が供給される。ここで、電源電圧を5(V)、電池電
源電圧を3〔V〕、各ダイオードD1〜D3の順方向電
圧降下を0.7(V)とすれば、磁気エンコーダに加わ
る電源電圧v1は、5−0.7 X2=3.6 (V
)となり′賀池電圧3〔V〕より大きくなって、ダイオ
ードD1は逆バイアス状態になり、電源が加わっている
状態においては、電池電源から電流を供給しなくても良
くなるので電池寿命が長くなるという特徴を持った回路
構成になっている。
回路には電源電圧として供給されるとともにダイオード
D2より大容量コンデンサI5に充電される。また、タ
イオードD3を通って磁気エンコーダ回路の各回路に電
源が供給される。ここで、電源電圧を5(V)、電池電
源電圧を3〔V〕、各ダイオードD1〜D3の順方向電
圧降下を0.7(V)とすれば、磁気エンコーダに加わ
る電源電圧v1は、5−0.7 X2=3.6 (V
)となり′賀池電圧3〔V〕より大きくなって、ダイオ
ードD1は逆バイアス状態になり、電源が加わっている
状態においては、電池電源から電流を供給しなくても良
くなるので電池寿命が長くなるという特徴を持った回路
構成になっている。
次に、各部について詳細に説明する。
(信号伝送)
電源電圧が供給されると電圧検出回路13が動作し、制
御回路17と12に信号を送り、制御回路17が動作し
て、初めにシャフト1の多回転検出信号を調歩同期信号
でAチャンネル信号にシリアルデータとして受側回路に
伝送する。本実施例においては8キwラクタノアスキー
(ASll:[)コード、9[i00ボーにて伝送して
いる。そして2番目に絶対値エンコーダで検出した絶対
値信号をA、Bチャンネルのインクリメンタルパルスと
して、受側回路に伝送するく第2図)。受側回路におい
ては、この2つの信号から多回転した絶対位置が検出で
きるわけである。また、伝送後は従来どうり、A、
Bチャンネルの2相パルスて伝送することによりインク
リメンタルエンコーダによる位置決めを行なうことがで
きる。
御回路17と12に信号を送り、制御回路17が動作し
て、初めにシャフト1の多回転検出信号を調歩同期信号
でAチャンネル信号にシリアルデータとして受側回路に
伝送する。本実施例においては8キwラクタノアスキー
(ASll:[)コード、9[i00ボーにて伝送して
いる。そして2番目に絶対値エンコーダで検出した絶対
値信号をA、Bチャンネルのインクリメンタルパルスと
して、受側回路に伝送するく第2図)。受側回路におい
ては、この2つの信号から多回転した絶対位置が検出で
きるわけである。また、伝送後は従来どうり、A、
Bチャンネルの2相パルスて伝送することによりインク
リメンタルエンコーダによる位置決めを行なうことがで
きる。
〔磁気エンコーダの検出部および大容量コンデンサ15
〕 第3図は磁気エンコーダの波形整形回路の回路図、第4
図はその出力パルスMl、 M2の波形図である。図か
られかるように、パルスMl(M2)は磁気抵抗素子2
MR、4MR(IMR3MR’)の差動出力を検出した
もので、消費電力か非常に小さいプログラマブル演算増
幅器11G、 21Cにて波形整形を行なっている。
〕 第3図は磁気エンコーダの波形整形回路の回路図、第4
図はその出力パルスMl、 M2の波形図である。図か
られかるように、パルスMl(M2)は磁気抵抗素子2
MR、4MR(IMR3MR’)の差動出力を検出した
もので、消費電力か非常に小さいプログラマブル演算増
幅器11G、 21Cにて波形整形を行なっている。
また、消費電力を小さくするために磁気抵抗素子IMR
〜4MRも数百にΩという高抵抗のものを使用し、さら
に直列に高抵抗R,,R2を接続し、回路の消費電力化
をはかり、電池寿命をのばすように工夫か施されている
。また、制御回路12についても消費電流を極力押える
ためCMO5型のマイクロコンピュータをはじめ[:M
OS型の制御素fを駆使して低消費電流化を行なったた
め消費電流が停止時にlOμA程度になっている。また
、大容量コンデンサ15を用いているため、コンデンサ
容量として2〔F〕という大容量を用いれば。
〜4MRも数百にΩという高抵抗のものを使用し、さら
に直列に高抵抗R,,R2を接続し、回路の消費電力化
をはかり、電池寿命をのばすように工夫か施されている
。また、制御回路12についても消費電流を極力押える
ためCMO5型のマイクロコンピュータをはじめ[:M
OS型の制御素fを駆使して低消費電流化を行なったた
め消費電流が停止時にlOμA程度になっている。また
、大容量コンデンサ15を用いているため、コンデンサ
容量として2〔F〕という大容量を用いれば。
電源や電池電源かなくなっても100時間以上動作か可
能である。このことは、4日間以上工場のライン変更に
よるロボットの移動があっても絶対値を保持しているか
ら、たたちに再スタートがてきる。
能である。このことは、4日間以上工場のライン変更に
よるロボットの移動があっても絶対値を保持しているか
ら、たたちに再スタートがてきる。
発光素子はLEDを使用しているか、第10図、第11
図で述べた方式ては、それぞれ問題かあるため、第1図
に示したように15ビツトの場合、3つのLED 4を
用いて発光場所をグループ化して発光している。また、
グループ化した場合、発光の中心部と周辺部において光
が平行でないと、正確な検出信号か得られないため、レ
ンズ部に非球面レンズを用いて平行光線が得られるよう
にしている。したがって、光が平行光線で、しかも、グ
ループごとに発光すれば良いことがらLEDに使用する
レンズの大きさも小さくて良い。つまり、焦点の短い発
光源になるので、エンコーダの長さ寸法が短くなる。
図で述べた方式ては、それぞれ問題かあるため、第1図
に示したように15ビツトの場合、3つのLED 4を
用いて発光場所をグループ化して発光している。また、
グループ化した場合、発光の中心部と周辺部において光
が平行でないと、正確な検出信号か得られないため、レ
ンズ部に非球面レンズを用いて平行光線が得られるよう
にしている。したがって、光が平行光線で、しかも、グ
ループごとに発光すれば良いことがらLEDに使用する
レンズの大きさも小さくて良い。つまり、焦点の短い発
光源になるので、エンコーダの長さ寸法が短くなる。
第5図は絶対値エンコーダのパターンを示す図、第6図
は第1図の絶対値エンコーダの部分の回路図である。第
11図、第12図に示した発受光素子のバラツキによる
欠点をなくすため、絶対値エンコーダのパターンは、前
述のように、3グループ化され、しかもグループ内には
第5図に示したように、透明なリファレンストラックD
、 、D2゜D3が設けである。また、受光素子6には
ワンチップのシリコンフォトダイオードアレイを用し)
ている。第5図中破線の円SA、 Sa、 Scはそれ
ぞれ発光ダイオード LEJ 、 LED2. L
ED3 (第1図の3個の非球面レンズ付LED4を
指す)が発光する領域を示している。このようにするこ
とにより、同一シリコンウェハー上に受光素子が形成さ
れているため、フォトダイオードの温度特性がきわめて
そろっている。したがって、第6図に示したようにスリ
ット SIの検出信号vSI とリファレンストラック
から得られた基準信号V。、とを比較して波形整形すれ
ば、LEDやフォトダイオードの温度は同時に変化し、
しかもこの差電圧にて波形整形するため、温度的にきわ
めて安定した出力波形を得ることができる。また、絶対
値エンコーダの最少スリット(MS8. 1スリット)
は、磁気エンコーダの1スリットを流用することにより
、絶対値エンコーダ部にスリットを設けなくてもよいの
で、絶対値エンコーダ部のトラック数が減少し、エンコ
ーダの径方向について小型化にできるという特徴がでて
くる。また、磁気エンコーダの出力波形と絶対値エンコ
ーダの出力波形の位相関係か正確に合っていなければダ
レイコートとして使用できないという問題が発生ずるが
、この補正方法については特願昭61−108484に
示した方法で解決している。
は第1図の絶対値エンコーダの部分の回路図である。第
11図、第12図に示した発受光素子のバラツキによる
欠点をなくすため、絶対値エンコーダのパターンは、前
述のように、3グループ化され、しかもグループ内には
第5図に示したように、透明なリファレンストラックD
、 、D2゜D3が設けである。また、受光素子6には
ワンチップのシリコンフォトダイオードアレイを用し)
ている。第5図中破線の円SA、 Sa、 Scはそれ
ぞれ発光ダイオード LEJ 、 LED2. L
ED3 (第1図の3個の非球面レンズ付LED4を
指す)が発光する領域を示している。このようにするこ
とにより、同一シリコンウェハー上に受光素子が形成さ
れているため、フォトダイオードの温度特性がきわめて
そろっている。したがって、第6図に示したようにスリ
ット SIの検出信号vSI とリファレンストラック
から得られた基準信号V。、とを比較して波形整形すれ
ば、LEDやフォトダイオードの温度は同時に変化し、
しかもこの差電圧にて波形整形するため、温度的にきわ
めて安定した出力波形を得ることができる。また、絶対
値エンコーダの最少スリット(MS8. 1スリット)
は、磁気エンコーダの1スリットを流用することにより
、絶対値エンコーダ部にスリットを設けなくてもよいの
で、絶対値エンコーダ部のトラック数が減少し、エンコ
ーダの径方向について小型化にできるという特徴がでて
くる。また、磁気エンコーダの出力波形と絶対値エンコ
ーダの出力波形の位相関係か正確に合っていなければダ
レイコートとして使用できないという問題が発生ずるが
、この補正方法については特願昭61−108484に
示した方法で解決している。
絶対値エンコーダの波形整形回路71〜715はダレイ
コードのビット数によって回路方式を2種類使用してい
る。前述したように今までの絶対値エンコーダは各ビッ
トの周波数特性が異フているので高速回転では使用でき
ないという問題があった。しかし、木方式によれば、停
止時において絶対値信号をシリアル伝送し、その後は従
来どうりインクリメンタル信号で信号を送るので、高速
回転になっても問題がないという特徴かでてくる。
コードのビット数によって回路方式を2種類使用してい
る。前述したように今までの絶対値エンコーダは各ビッ
トの周波数特性が異フているので高速回転では使用でき
ないという問題があった。しかし、木方式によれば、停
止時において絶対値信号をシリアル伝送し、その後は従
来どうりインクリメンタル信号で信号を送るので、高速
回転になっても問題がないという特徴かでてくる。
第7図は第6(71の回路部を!スリ98分だけの回路
を示したものである。この回路は、高分解能の最大スリ
・ソトを除く2スリット以上のスリットの波形整形回路
に用いられる。各スリットの信号レベルの大きさは可変
抵抗VRにて調整する。フォトタイオードの周波数特性
は負荷抵抗が大きくなる程悪くなるので、信号出力か小
さく可変抵抗VRが大きく調整されるスリット程、特性
が悪くなるが、前述のように停止時に絶対値を検出する
ので信号レベルのバラツキはエンコーダの特性に影習を
及ぼずことかない。
を示したものである。この回路は、高分解能の最大スリ
・ソトを除く2スリット以上のスリットの波形整形回路
に用いられる。各スリットの信号レベルの大きさは可変
抵抗VRにて調整する。フォトタイオードの周波数特性
は負荷抵抗が大きくなる程悪くなるので、信号出力か小
さく可変抵抗VRが大きく調整されるスリット程、特性
が悪くなるが、前述のように停止時に絶対値を検出する
ので信号レベルのバラツキはエンコーダの特性に影習を
及ぼずことかない。
第8図は15ヒツト、32768パルスを出力するため
の回路図である。本実施例においては、絶対値を検出す
るための回転ディスク2のトラック数を減少させるため
、最も分解能の高いスリットは、4096スリットを用
いている(一般には8192スリットを使用)。このス
リットで検出した信号を差動入力型電流電圧変換回路2
0に入れて4096スリットの近似正弦信号を得ている
。この信号を抵抗分割30にて電気的に45°ずつ位相
の異なる近似正弦波形を得て、こわを波形整形回路40
にて整形して矩形波信号を得ている。
の回路図である。本実施例においては、絶対値を検出す
るための回転ディスク2のトラック数を減少させるため
、最も分解能の高いスリットは、4096スリットを用
いている(一般には8192スリットを使用)。このス
リットで検出した信号を差動入力型電流電圧変換回路2
0に入れて4096スリットの近似正弦信号を得ている
。この信号を抵抗分割30にて電気的に45°ずつ位相
の異なる近似正弦波形を得て、こわを波形整形回路40
にて整形して矩形波信号を得ている。
第9図は第8図の矩形波出力GRI 、GI(00,G
R2。
R2。
GROIの位相関係を示す図である。
各出力GRI、GI+00.GR2,GROI (い
ずれも4096バルス)はそれぞれ同図(2) 、 (
4) 、 (3) 、 (5)となる。そしてGnlと
GR2,GIlooとGROIとをそれぞれ制御回路1
7内の排他的オア回路(図示せず)に入力すると、同図
(8) 、 (9)の8192パルスの2相矩形波出力
信号(Aチャンネル、Bチャンネル)が得られる。同図
(10)、 (II)はそれぞれZチャンネル、Zチャ
ンネルの信号である。なお、差動入力型電流電圧変換回
路20を用いているため周波数特性も向上し、高速回転
しても十分特性を満足することができる(差動入力型電
流電圧変換回路の詳細は特願昭58−61564を参照
)。
ずれも4096バルス)はそれぞれ同図(2) 、 (
4) 、 (3) 、 (5)となる。そしてGnlと
GR2,GIlooとGROIとをそれぞれ制御回路1
7内の排他的オア回路(図示せず)に入力すると、同図
(8) 、 (9)の8192パルスの2相矩形波出力
信号(Aチャンネル、Bチャンネル)が得られる。同図
(10)、 (II)はそれぞれZチャンネル、Zチャ
ンネルの信号である。なお、差動入力型電流電圧変換回
路20を用いているため周波数特性も向上し、高速回転
しても十分特性を満足することができる(差動入力型電
流電圧変換回路の詳細は特願昭58−61564を参照
)。
第1図の実施例は、1回転に1回の基準パルス(2,2
チヤンネル)を追加した例である。本来、絶対値を検出
できるため従来のインクリメンタルエンコーダにて使用
されていた基準パルスは不要となる。本例においては、
制御回路17にて基準パルスを合成し、受側回路に送っ
ている。このパルス数を常時チェックすることにより、
伝送途中のノイズによって誤動作しているかどうか検出
することができ、信頼性の向上につながるという効果が
ある。すなわち、ZチャンネルパルスはA、Bチャンネ
ルに比べ1回転に1パルスしか出ないので、ノイズかの
るチャンスが少なく、したがってA、Bチャンネルパル
スをカウントする際、Zチャンネルパルスにてパルス数
を常時、確認しながら動作させれば信頼性が向上したパ
ルス伝送を行なうことができる。
チヤンネル)を追加した例である。本来、絶対値を検出
できるため従来のインクリメンタルエンコーダにて使用
されていた基準パルスは不要となる。本例においては、
制御回路17にて基準パルスを合成し、受側回路に送っ
ている。このパルス数を常時チェックすることにより、
伝送途中のノイズによって誤動作しているかどうか検出
することができ、信頼性の向上につながるという効果が
ある。すなわち、ZチャンネルパルスはA、Bチャンネ
ルに比べ1回転に1パルスしか出ないので、ノイズかの
るチャンスが少なく、したがってA、Bチャンネルパル
スをカウントする際、Zチャンネルパルスにてパルス数
を常時、確認しながら動作させれば信頼性が向上したパ
ルス伝送を行なうことができる。
以上説明したように本発明は、次のような効果かある。
(1)電源役人時、電源電圧を検出し、多回転の回転数
と絶対値検出信号を受側回路にシリアル伝送することに
より、信号数がA、Bチャンネルのみで良いので、今ま
での絶対値エンコーダに比へ大幅に′心線の本数を少な
くすることができ、分解能か高い絶対値エンコーダ程そ
の効果が大きい。その結果、リード断線や結線ミスが減
少し、信頼性が向上する。また、使用台数が多いロボッ
トにおいてもリード本数が減少し組立て時間か短縮され
る。
と絶対値検出信号を受側回路にシリアル伝送することに
より、信号数がA、Bチャンネルのみで良いので、今ま
での絶対値エンコーダに比へ大幅に′心線の本数を少な
くすることができ、分解能か高い絶対値エンコーダ程そ
の効果が大きい。その結果、リード断線や結線ミスが減
少し、信頼性が向上する。また、使用台数が多いロボッ
トにおいてもリード本数が減少し組立て時間か短縮され
る。
(2)暖気エンコーダの駆動回路か低消費電力化され、
また大容量コンデンサを使用することにより、電池電源
の断線やとりはずしかあっても、例えば4日間以上駆動
か可能になり、生産ラインの変更によるロボットの移動
においても、すみやかに再スタートが可能となる。
また大容量コンデンサを使用することにより、電池電源
の断線やとりはずしかあっても、例えば4日間以上駆動
か可能になり、生産ラインの変更によるロボットの移動
においても、すみやかに再スタートが可能となる。
(3)絶対値エンコーダの1スリット部のトラックをな
くし、磁気エンコーダ部の1パルスを流用することによ
り、絶対値エンコーダの回転ティスフ径を小ざくでき、
エンコーダを小型にすることができる。
くし、磁気エンコーダ部の1パルスを流用することによ
り、絶対値エンコーダの回転ティスフ径を小ざくでき、
エンコーダを小型にすることができる。
(4)絶対値エンコーダの回転ディスクの各スリットト
ラックをLEDか発光できる面積に相当するグループに
分割し、そのグループ内に透明部たけのリファレンスト
ラックをもうけ、この検出電圧と信号電圧を比較するこ
とにより、温度変動のHE’EJが小さい絶対値エンコ
ーダかてきる。
ラックをLEDか発光できる面積に相当するグループに
分割し、そのグループ内に透明部たけのリファレンスト
ラックをもうけ、この検出電圧と信号電圧を比較するこ
とにより、温度変動のHE’EJが小さい絶対値エンコ
ーダかてきる。
また、光源を分割することにより、エンコーダの長さ寸
法も短くすることができる。
法も短くすることができる。
(5)絶対値エンコーダの波形整形回路の方式を2種類
にし、絶対値信号を伝送した後インクリメンタル信号を
出力する回路に差動入力型電流電圧変換回路を採用する
ことにより、高速回転においても使用できるエンコーダ
か得られる。
にし、絶対値信号を伝送した後インクリメンタル信号を
出力する回路に差動入力型電流電圧変換回路を採用する
ことにより、高速回転においても使用できるエンコーダ
か得られる。
第1図は本発明の多回転式絶対値エンコーダの一実施例
の構成図、第2図は第1図の実施例におけるAチャンネ
ル出力、Bチャンネル出力の信号形態を示す図、第3図
は磁気エンコーダの波形整形回路10の回路図、第4図
は波形整形回路IOの出力パルスM1. M2の波形図
、第5図は絶対値エンコーダのパターンを示す図、第6
図は第1図の絶対値エンコーダの部分の拡大図、第7図
は第6図の回路部を1スリット分だけ示す図、第8図は
15ビツト3276Bパルスを出力するための回路図、
第9図は矩形波出力信号の位相関係を示す図、第10図
、第11図、第12図は多回転式絶対値エンコーダの従
来例の構成図である。 1・・・・・・・・・・・・シャフト、2・・・・・・
・・・・・・絶対値エンコーダ用回転ディスク、4 、
LDE、 、1.ED、 、LDE3・・・・・・・・
・・・・LED、5・・・・・・・・・・・・固定スリ
ット、6・・・・・・・・・・・・フォトダイオードア
レイ、7I〜7,5.10・・・・・・波形整形回路、
81・・・・・・・・・磁気エンコーダ周回転ティスク
、82・・・・・・・・・磁石、 9・・・・・・・・・・・・磁気抵抗素子、12、17
・・・・・・制御回路、 I3・・・・・・・・・・・・電圧検出回路、14・・
・・・・・・・・・・電源切換回路、I5・・・・・・
・・・・・・大容量コンデンサ、16・・・・・・・・
・・・・平衡型ラインドライバー回路、DI、D2+D
3・・・・・・ダイオード。
の構成図、第2図は第1図の実施例におけるAチャンネ
ル出力、Bチャンネル出力の信号形態を示す図、第3図
は磁気エンコーダの波形整形回路10の回路図、第4図
は波形整形回路IOの出力パルスM1. M2の波形図
、第5図は絶対値エンコーダのパターンを示す図、第6
図は第1図の絶対値エンコーダの部分の拡大図、第7図
は第6図の回路部を1スリット分だけ示す図、第8図は
15ビツト3276Bパルスを出力するための回路図、
第9図は矩形波出力信号の位相関係を示す図、第10図
、第11図、第12図は多回転式絶対値エンコーダの従
来例の構成図である。 1・・・・・・・・・・・・シャフト、2・・・・・・
・・・・・・絶対値エンコーダ用回転ディスク、4 、
LDE、 、1.ED、 、LDE3・・・・・・・・
・・・・LED、5・・・・・・・・・・・・固定スリ
ット、6・・・・・・・・・・・・フォトダイオードア
レイ、7I〜7,5.10・・・・・・波形整形回路、
81・・・・・・・・・磁気エンコーダ周回転ティスク
、82・・・・・・・・・磁石、 9・・・・・・・・・・・・磁気抵抗素子、12、17
・・・・・・制御回路、 I3・・・・・・・・・・・・電圧検出回路、14・・
・・・・・・・・・・電源切換回路、I5・・・・・・
・・・・・・大容量コンデンサ、16・・・・・・・・
・・・・平衡型ラインドライバー回路、DI、D2+D
3・・・・・・ダイオード。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)1回転以上の回転数と回転方向を検出する磁気式1
パルスエンコーダと1回転以内の絶対角度を検出する光
学式絶対値エンコーダとが同一シャフト上に組み合わせ
てなり、それぞれの検出信号をもとにして、シャフトの
多回転の絶対角度を検出し、エンコーダに供給される電
源がなくなった場合には、外部からの電池電源等の補助
電源より、1パルスエンコーダと1パルスエンコーダの
検出量を計測する電子回路等に電源が供給される多回転
式絶対値エンコーダにおいて、 電源投入時に、電源電圧が所定の電圧値に到達したかど
うか検出する電源電圧検出回路と、所定電圧以上の電源
電圧になった時、初めに多回転の回転数を受側回路にシ
リアル伝送し、その後、1回転以内の絶対角度を電気的
に90°位相差をもった2相矩形波信号で送る制御回路
を有することを特徴とする多回転式絶対値エンコーダ。 2)1回転以上の回転数と回転方向を検出する磁気式1
パルスエンコーダと1回転以内の絶対角度を検出する光
学式絶対値エンコーダとが同一シャフト上に組み合わせ
てなり、それぞれの検出信号をもとにして、シャフトの
多回転の絶対角度を検出し、エンコーダに供給される電
源がなくなった場合には、外部からの電源等の補助電源
より、1パルスエンコーダと1パルスエンコーダの検出
量を計測する電子回路等に電源が供給される多回転式絶
対値エンコーダにおいて、 電池電源と並列に大容量コンデンサを有することを特徴
とする多回転式絶対値エンコーダ。 3)1回転以上の回転数と回転方向を検出する磁気式1
パルスエンコーダと1回転以内の絶対角度を検出する光
学式絶対値エンコーダとが同一シャフト上に組み合わせ
てなり、それぞれの検出をもとにして、シャフトの多回
転の絶対角度を検出し、エンコーダに供給される電源が
なくなった場合には、外部からの電池電源等の補助電源
より、1パルスエンコーダと1パルスエンコーダの検出
量を計測する電子回路等に電源が供給される多回転式絶
対値エンコーダにおいて、 光学式絶対値エンコーダの回転ディスクには1スリット
の最少スリットがなく、2スリット目からコードパター
ンが構成されており、最少スリットの1スリットは磁気
エンコーダで検出したパルスを使用することを特徴とす
る多回転式絶対値エンコーダ。 4)1回転以上の回転数と回転方向を検出する磁気式1
パルスエンコーダと1回転以内の絶対角度を検出する光
学式絶対値エンコーダとが同一シャフト上に組み合わせ
てなり、それぞれの検出信号をもとにして、シャフトの
多回転の絶対角度を検出し、エンコーダに供給される電
源がなくなった場合には、外部からの電池電源等の補助
電源より、1パルスエンコーダと1パルスエンコーダの
検出量を計測する電子回路等に電源が供給される多回転
式絶対値エンコーダにおいて、 光学式絶対値エンコーダの回転ディスクの各スリットト
ラックが、LEDが発光できる面積に相当するグループ
に分割され、そのグループ内に透明部だけのリファレン
ストラックが設けられ、検出信号を矩形波に変換する場
合には、このリファレンストラックの出力信号を基準に
して矩形波出力に変換することを特徴とする多回転式絶
対値エンコーダ。 5)光学式絶対値エンコーダの光源としてLEDが用い
られ、集光レンズとして非球面レンズが用いられている
特許請求の範囲第4項の記載の多回転式絶対値エンコー
ダ。 6)1回転以上の回転数と回転方向を検出する磁気式1
パルスエンコーダと1回転以内の絶対角度を検出する光
学式絶対値エンコーダとが同一シャフト上に組み合わせ
てなり、それぞれの検出信号をもとにして、シャフトの
多回転の絶対角度を検出し、エンコーダに供給される電
源がなくなった場合には、外部からの電池電源等の補助
電源より、1パルスエンコーダと1パルスエンコーダの
検出量を計測する電子回路等に電源が供給される多回転
式絶対値エンコーダ多回転式絶対値エンコーダにおいて
、 最大分解能のスリットを検出する回路が差動型電流電圧
変換回路にて構成されていることを特徴とする多回転式
絶対値エンコーダ。 7)1回転以上の回転数と回転方向を検出する磁気式1
パルスエンコーダと1回転以内の絶対角度を検出する光
学式絶対値エンコーダとが同一シャフト上に組み合わせ
てなり、それぞれの検出信号をもとにして、シャフトの
多回転の絶対角度を検出し、エンコーダに供給される電
源がなくなった場合には、外部からの電池電源等の補助
電源より、1パルスエンコーダと1パルスエンコーダの
検出量を計測する電子回路等に電源が供給される多回転
式絶対値エンコーダにおいて、 光学式絶対値エンコーダの検出信号とインクリメンタル
エンコーダとして動作する最大分解能をもつ信号から1
回転に1回の基準パルスを合成し、出力することを特徴
とする多回転式絶対値エンコーダ。
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