JP4246538B2

JP4246538B2 - Encoder data transmission / reception method and apparatus

Info

Publication number: JP4246538B2
Application number: JP2003118691A
Authority: JP
Inventors: 幹也寺口; 雅美岡本
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: JP2004326338A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンプリング時にエンコーダで検出した位置データを所定周期で制御装置と送受信するためのエンコーダのデータ送受信方法及び装置に係り、特に、３次元座標測定機、工作機械、画像測定装置、形状測定装置等の制御装置のリニアエンコーダ又はロータリエンコーダ（以下、エンコーダと総称する）に用いるのに好適な、一定時間間隔で位置や速度を制御するサンプリング制御系を用いた計測装置において、制御周期内に位置データを送信可能なエンコーダのデータ送受信方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３次元座標測定機、工作機械、画像測定装置、形状測定装置等の制御装置において、位置や速度を検出するためのエンコーダの信号出力形態は、図１に示す如く、位置変化がある毎にエンコーダ１０から計数パルスとして伝送路３０にインクリメンタルパルスを出力し、制御装置２０のアップダウン（ＵＰ／ＤＮ）カウンタ２２で、計数パルスが出力される度に計数値を更新する、いわゆるインクリメンタルパルス方式が主体であったが、インクリメンタルパルスを伝送する伝送路３０の制約から、実用的には、インクリメンタルパルスの周波数が４ＭＨｚ（エッジ間隔は１／８ＭＨｚ）程度に制限されている。
【０００３】
このインクリメンタルパルス方式では、制御装置２０の最大駆動速度とエンコーダ１０の計数分解能の関係は、次式で示されるようになり、エンコーダ１０における計数の分解能を上げると、制御装置２０の最大駆動速度が制約される。
【０００４】
８［ＭＨｚ］≦最大駆動速度／計数分解能 …（１）
【０００５】
このように、インクリメンタルパルス方式では、駆動速度／計数分解能の制約が発生する。
【０００６】
このため、近年のデジタル制御装置用のエンコーダでは、図２に示す如く、エンコーダ１０内に、ＵＰ／ＤＮカウンタ１２と、データラッチ回路１４と、パラレル信号をシリアル信号に変換するデータ変換回路１６とを設け、制御装置２０の制御に必要な位置データを、所定時間（制御周期）毎にエンコーダ１０からシリアル列で送信し、制御装置２０のシリアルデータ受信回路２４で所定時間毎に受信するシリアルデータ伝送方式が普及しつつある（特許文献１、２、３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−５１１４号公報
【特許文献２】
特開平８−２４７７８８号公報
【特許文献３】
特開平１０−１６０５１６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前者のインクリメンタルパルス伝送方式の場合、エンコーダ１０のエラーやノイズ等でパルスが一度でも正しく伝送されないと、以後の計測位置は誤差を含んだ値となってしまう。これを防ぐためには、後者のシリアルデータ伝送方式を採用し、位置データそのものを伝送すればよい。このシリアルデータ伝送方式を採用すると、制御周期毎に必要な位置や速度のデータをシリアル通信で受信するため、データ伝送路の制約が無くなり、エンコーダの最大能力での位置検出が可能となり、高速駆動、且つ、高分解能が実現できる。
【０００９】
一方、偏差に対応するインクリメンタルな位置の最大値は、エンコーダの許容最大速度と最大サンプリング時間間隔の積により決定される。通常、位置情報を伝送する場合に、図３に示す如く、例えば４８ｂｉｔバイナリが必要な位置データを伝送するよりも、例えば８ｂｉｔバイナリで済む偏差データを伝送する方が、伝送するビット長が少なくて済む。逆に言えば、位置データを伝送する場合は、偏差データを伝送する場合より転送時間が増えてしまうという問題点を有していた。
【００１０】
なお、偏差データをシリアル伝送方式で送ることも考えられるが、一度でも正しく伝送されないと、以後の計測位置は誤差を含んだ値となってしまうという、インクリメンタルパルス伝送方式と同様の問題点を抱えてしまう。
【００１１】
又、偏差データを伝送する場合は、少なくとも一度は位置データを伝送していないと、受け取った側で、エンコーダが計測した位置を偏差データから算出することができない。従って、周期的に偏差データを送信する場合、偏差データの送信の合間に位置データを送信する必要がある。そのため、その時間を十分にとることができず、偏差データの送信を止めている場合に送るか、又は、偏差データの送信間隔を十分長くとる必要があるという問題点を有していた。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、一定時間間隔で位置や速度を制御するサンプリング制御系を用いた計測装置において、制御周期内に絶対位置データを制御装置に送信可能とすると共に、照合可能とし、データの信頼性を高めることを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、サンプリング時にエンコーダで検出した位置データを所定周期で制御装置と送受信する際に、前記位置データを減算により時分割し、該時分割された位置データを、前回サンプリング時からの変位を示す偏差データと共に制御装置に毎回出力すると共に、前記時分割された位置データを制御装置側で加算して再構成し、該再構成された位置データを、前回サンプリング時の位置データに偏差データを積算して求めた位置と照合するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１４】
又、サンプリング時にエンコーダで検出した位置データを所定周期で制御装置に送信する際に、前記位置データを減算により時分割し、該時分割された位置データを、前回サンプリング時からの変位を示す偏差データと共に制御装置に毎回出力するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１５】
又、前記の方法でエンコーダから送信されてきた位置データを制御装置で受信する際に、前記時分割された位置データを制御装置側で加算して再構成し、該再構成された位置データを、前回サンプリング時の位置データに偏差データを積算して求めた位置と照合するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１７】
本発明は、又、サンプリング時にエンコーダで検出した位置データを所定周期で制御装置と送受信するためのエンコーダのデータ送受信装置において、エンコーダ側で前記位置データを減算により時分割する手段と、該時分割された位置データを、前回サンプリング時からの変位を示す偏差データと共に制御装置に毎回出力する手段と、前記時分割された位置データを制御装置側で加算して再構成する手段と、該再構成された位置データを、前回サンプリング時の位置データに偏差データを積算して求めた位置と照合する手段と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１８】
又、サンプリング時にエンコーダで検出した位置データを所定周期で制御装置に送信するためのエンコーダのデータ送信装置において、エンコーダ側で前記位置データを減算により時分割する手段と、該時分割された位置データを、前回サンプリング時からの変位を示す偏差データと共に制御装置に毎回出力する手段と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１９】
又、前記の送信装置により送られてきた位置データを制御装置で受信するためのエンコーダのデータ受信装置において、前記時分割された位置データを制御装置側で加算して再構成する手段と、該再構成された位置データを、前回サンプリング時の位置データに偏差データを積算して求めた位置と照合する手段と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
【００２２】
本実施形態は、図２に示した従来例と同様のシリアルデータ伝送方式のエンコーダ１０と制御装置２０において、図４に示す如く、エンコーダ１０内に位置データ分割のための減算回路１８を設けて、位置データを、図５に示すように時分割（ここでは４分割）し、該時分割された位置データを、図６に示す如く、毎回出力される偏差データと共に出力すると共に、制御装置２０内に位置データ再構成（合成）用の加算回路２６を設けて、シリアルデータ受信回路２４で受信した位置データを再構成し、偏差データから算出した位置と照合するようにしたものである。
【００２３】
具体的には、制御装置２０が制御周期に対応する一定時間毎に転送要求を発行すると、エンコーダ１０は、その出力データに、図６に示した如く、時分割した位置データと、前回サンプリング時の位置からの偏差データを載せて、伝送路３０に送信する。
【００２４】
これにより、制御装置２０では、偏差データを毎回、位置データを時分割した回数ごとに取得できる。なお、分割回数は、システムに要求される位置の確認頻度や伝送速度により、最適な数を設定すればよく、４分割に限定されない。
【００２５】
制御装置２０は、図７に示す如く、分割された位置データを再構成し、偏差データから算出した位置と照合して確認する。
【００２６】
この例では、位置データを４分割しており、位置は、次式で合成できる。
【００２７】
位置１＝位置１＿１＊２＾３６＋位置１＿２＊２＾２４＋位置１＿３＊２＾１２＋位置１＿４ …（２）
位置５＝位置５＿１＊２＾３６＋位置５＿２＊２＾２４＋位置５＿３＊２＾１２＋位置５＿４ …（３）
ここで、位置１＿１、位置１＿２、位置１＿３、位置１＿４は、位置１を４分割した各データである。又、２＾３６、２＾２４、２＾１２は、対応する分割位置データを、それぞれ３６桁、２４桁、１２桁だけ桁上げすることを表わす。
【００２８】
又、偏差から位置データ（積算位置）の算出は、次式で行なえる。
【００２９】
積算位置２＝位置１＋偏差１ …（４）
積算位置３＝積算位置２＋偏差２ …（５）
積算位置４＝積算位置３＋偏差３ …（６）
積算位置５＝積算位置４＋偏差４ …（７）
【００３０】
この（７）式で計算された積算位置５と（３）式で再構成した位置５が同じであるか照合する。
【００３１】
偏差から位置データを算出するには、基準となる位置データが必要になる。位置データを取得するためには、別の伝送フォーマットで１回だけ先に４８bit分転送するか、若しくは、この伝送フォーマットで４回伝送して位置データを合成する。この位置データを用いて、偏差より算出した位置データが正しいかどうかの確認ができる。
【００３２】
本発明は、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ等、エンコーダの種類を問わず適用できる。データのｂｉｔ数も実施形態に限定されない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、一定時間間隔で位置や速度を制御するサンプリング制御系を用いた計測装置において、制御周期内に位置データを送信できる。従って、高速駆動、高分解能の計測装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のインクリメンタルパルス伝送方式による位置データの送信例を示すブロック図
【図２】従来のシリアルデータ伝送方式による位置データの送信例を示すブロック図
【図３】偏差データと位置データの長さの例を比較して示す図
【図４】本発明の実施形態の構成を示すブロック線図
【図５】前記実施形態における位置データの分割方法を示す図
【図６】同じく出力フォーマットの例を示す図
【図７】同じく検出位置と送信位置データ、及び、再構成位置データの関係の例を示す図
【符号の説明】
１０…エンコーダ
１２、２２…アップダウン（ＵＰ／ＤＮ）カウンタ
１４…ラッチ回路
１６…データ変換回路
１８…減算（分割）回路
２０…制御装置
２４…シリアルデータ受信回路
２６…加算（合成）回路
３０…伝送路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an encoder data transmission / reception method and apparatus for transmitting / receiving position data detected by an encoder at the time of sampling to / from a control apparatus, and in particular, a three-dimensional coordinate measuring machine, machine tool, image measuring apparatus, and shape measurement. In a measuring device using a sampling control system that controls position and speed at regular time intervals, suitable for use in a linear encoder or a rotary encoder (hereinafter collectively referred to as an encoder) of a control device such as a device. The present invention relates to a data transmission / reception method and apparatus for an encoder capable of transmitting position data.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a control device such as a three-dimensional coordinate measuring machine, a machine tool, an image measuring device, or a shape measuring device, the signal output form of an encoder for detecting the position and speed is as shown in FIG. Incremental pulses are output from the encoder 10 to the transmission line 30 as count pulses, and the count value is updated each time the count pulses are output by the up / down (UP / DN) counter 22 of the control device 20. However, the frequency of the incremental pulse is practically limited to about 4 MHz (edge interval is 1/8 MHz) due to the restriction of the transmission path 30 for transmitting the incremental pulse.
[0003]
In this incremental pulse method, the relationship between the maximum driving speed of the control device 20 and the counting resolution of the encoder 10 is expressed by the following equation. When the counting resolution in the encoder 10 is increased, the maximum driving speed of the control device 20 is increased. Be constrained.
[0004]
8 [MHz] ≤ maximum drive speed / counting resolution (1)
[0005]
As described above, in the incremental pulse method, there is a restriction on driving speed / counting resolution.
[0006]
Therefore, in recent encoders for digital control devices, as shown in FIG. 2, an encoder 10 includes an UP / DN counter 12, a data latch circuit 14, and a data conversion circuit 16 that converts a parallel signal into a serial signal. Serial data received by the serial data receiving circuit 24 of the control device 20 at a predetermined time is transmitted in a serial string from the encoder 10 every predetermined time (control cycle). Transmission systems are becoming widespread (see Patent Documents 1, 2, and 3).
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-5114 [Patent Document 2]
JP-A-8-247788 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-160516
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the former incremental pulse transmission method, if the pulse is not correctly transmitted even once due to an error or noise of the encoder 10, the subsequent measurement position has a value including an error. In order to prevent this, the latter serial data transmission method may be adopted to transmit the position data itself. By adopting this serial data transmission method, the data of the required position and speed is received by serial communication every control cycle, so there is no restriction on the data transmission path, position detection with the maximum capacity of the encoder is possible, and high speed driving In addition, high resolution can be realized.
[0009]
On the other hand, the maximum value of the incremental position corresponding to the deviation is determined by the product of the maximum allowable speed of the encoder and the maximum sampling time interval. Normally, when transmitting position information, as shown in FIG. 3, for example, transmission of deviation data that requires only 8-bit binary is less than transmission of position data that requires 48-bit binary, for example. That's it. In other words, when the position data is transmitted, there is a problem that the transfer time is longer than when the deviation data is transmitted.
[0010]
Although it is conceivable to send deviation data using the serial transmission method, there is a problem similar to the incremental pulse transmission method that if the data is not correctly transmitted even once, the subsequent measurement position will contain an error. End up.
[0011]
When transmitting deviation data, if the position data is not transmitted at least once, the position measured by the encoder cannot be calculated from the deviation data on the receiving side. Therefore, when transmitting deviation data periodically, it is necessary to transmit position data between transmissions of deviation data. For this reason, there is a problem in that it is not possible to take sufficient time, and it is necessary to transmit when deviation data transmission is stopped, or to make the transmission interval of deviation data sufficiently long.
[0012]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. In a measuring apparatus using a sampling control system that controls position and speed at regular time intervals, absolute position data is transmitted to the control apparatus within a control cycle. It is an object to improve the reliability of data by making it possible to collate .
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, when the control unit and reception at a predetermined cycle position data detected by the encoder at the time of sampling, the position data divided time by subtracting the position data divided at said, the displacement from the previous sampling The deviation data is output to the control device each time , and the time- division position data is added and reconstructed on the control device side, and the reconstructed position data is converted into deviation data in the previous sampling position data. The above-mentioned problem is solved by collating with the position obtained by integration .
[0014]
Further, the deviation shown in transmitting position data detected by the encoder at the time of sampling to the control device at a predetermined period, time division by subtracting the position data, the position data divided at said, the displacement from the previous sampling The above problem is solved by outputting the data to the control device every time .
[0015]
Further, when the position data transmitted from the encoder by the above method is received by the control device, the time- division position data is added and reconfigured on the control device side, and the reconstructed position data is The above-mentioned problem is solved by collating the position data obtained by integrating the deviation data with the position data obtained at the previous sampling .
[0017]
The present invention is also in the data transmitting and receiving apparatus of the encoder for the controller and the transceiver in a predetermined cycle position data detected by the encoder at the time of sampling, means for dividing time by subtracting the position data at the encoder side, the time division Means for outputting the position data, together with deviation data indicating displacement from the previous sampling, to the control device each time, means for adding the time- division position data on the control device side, and reconfiguring the reconfiguration The above-mentioned problem is solved by providing means for collating the obtained position data with a position obtained by adding deviation data to the position data at the time of previous sampling .
[0018]
Further, in the data transmission apparatus of an encoder for transmitting position data detected by the encoder at the time of sampling to the control device at a predetermined period, means for dividing time by subtracting the position data at the encoder side, the time-division position data Is provided each time together with deviation data indicating the displacement from the previous sampling, to the control device .
[0019]
Further, the data receiving apparatus of an encoder for receiving the location data sent by the transmission device in the control device, and means for reconstructing by adding the time-division position data in the control apparatus, the The resolving position data is provided with means for collating the reconstructed position data with the position obtained by adding deviation data to the position data at the time of previous sampling .
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0022]
In the present embodiment, in the encoder 10 and the control device 20 of the serial data transmission system similar to the conventional example shown in FIG. 2, a subtracting circuit 18 for dividing position data is provided in the encoder 10 as shown in FIG. The position data is time-divided as shown in FIG. 5 (here, divided into four), and the time-divided position data is output together with the deviation data output every time as shown in FIG. An adder circuit 26 for position data reconstruction (combination) is provided therein, and the position data received by the serial data receiving circuit 24 is reconstructed and collated with the position calculated from the deviation data.
[0023]
Specifically, when the control device 20 issues a transfer request at regular time intervals corresponding to the control cycle, the encoder 10 includes time-division position data and its previous sampling time in its output data as shown in FIG. The deviation data from the position is put and transmitted to the transmission line 30.
[0024]
Thereby, in the control apparatus 20, deviation data can be acquired every time and the position data is acquired every time. The number of divisions may be set to an optimum number according to the position confirmation frequency required for the system and the transmission speed, and is not limited to four divisions.
[0025]
As shown in FIG. 7, the control device 20 reconstructs the divided position data and checks the position data by checking the position calculated from the deviation data.
[0026]
In this example, the position data is divided into four, and the position can be synthesized by the following equation.
[0027]
Position 1 = Position 1_1 * 2 ^ 36 + Position 1_2 * 2 ^ 24 + Position 1_3 * 2 ^ 12 + Position 1_4 (2)
Position 5 = Position 5_1 * 2 ^ 36 + Position 5_2 * 2 ^ 24 + Position 5_3 * 2 ^ 12 + Position 5_4 (3)
Here, the position 1_1, the position 1_2, the position 1_3, and the position 1_4 are data obtained by dividing the position 1 into four. 2 ^ 36, 2 ^ 24, and 2 ^ 12 indicate that the corresponding division position data is carried by 36 digits, 24 digits, and 12 digits, respectively.
[0028]
The position data (integrated position) can be calculated from the deviation using the following equation.
[0029]
Accumulated position 2 = Position 1 + Deviation 1 (4)
Integrated position 3 = Integrated position 2 + Deviation 2 (5)
Integrated position 4 = Integrated position 3 + Deviation 3 (6)
Integrated position 5 = Integrated position 4 + Deviation 4 (7)
[0030]
It is verified whether the integrated position 5 calculated by the equation (7) is the same as the reconstructed position 5 by the equation (3).
[0031]
In order to calculate the position data from the deviation, reference position data is required. In order to acquire position data, 48 bits are transferred only once in another transmission format, or transmitted four times in this transmission format to synthesize position data. Using this position data, it can be confirmed whether the position data calculated from the deviation is correct .
[0032]
The present invention can be applied regardless of the type of encoder such as a linear encoder and a rotary encoder. The number of data bits is not limited to the embodiment.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, position data can be transmitted within a control cycle in a measuring apparatus using a sampling control system that controls position and speed at regular time intervals. Therefore, a high-speed drive and high-resolution measuring device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of position data transmission by a conventional incremental pulse transmission method. FIG. 2 is a block diagram showing an example of position data transmission by a conventional serial data transmission method. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a method of dividing position data in the embodiment. FIG. FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the detected position, transmission position data, and reconstructed position data.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Encoder 12, 22 ... Up / down (UP / DN) counter 14 ... Latch circuit 16 ... Data conversion circuit 18 ... Subtraction (division) circuit 20 ... Control device 24 ... Serial data receiving circuit 26 ... Addition (synthesis | combination) circuit 30 ... Transmission line

Claims

When transmitting / receiving position data detected by the encoder at the time of sampling to / from the control device at a predetermined cycle,
The position data is time- divided by subtraction ,
The divided position data at said, and outputs each to the control device together with deviation data indicating the displacement from the previous sampling,
The time- division position data is added and reconfigured on the control device side ,
An encoder data transmission / reception method characterized by collating the reconstructed position data with a position obtained by adding deviation data to position data at the time of previous sampling .

When transmitting the position data detected by the encoder during sampling to the control device at a predetermined cycle,
The position data is time- divided by subtraction ,
Data transmission method for an encoder, characterized in that the divided position data at the outputs each to the controller together with the deviation data indicating the displacement from the previous sampling.

When the position data transmitted from the encoder by the method according to claim 2 is received by the control device ,
The time- division position data is added and reconfigured on the control device side ,
A method for receiving data of an encoder, wherein the reconstructed position data is collated with a position obtained by adding deviation data to position data at the time of previous sampling .

In the encoder data transmitter / receiver for transmitting / receiving position data detected by the encoder at the time of sampling to / from the control device at a predetermined cycle,
Means for time- dividing the position data by subtraction on the encoder side ;
The divided position data at said, and outputting every control device together with deviation data indicating the displacement from the previous sampling,
Means for adding and reconstructing the time- divided position data on the controller side ;
Means for collating the reconstructed position data with a position obtained by adding deviation data to position data at the time of previous sampling;
An encoder data transmitting / receiving apparatus comprising:

In the encoder data transmission device for transmitting the position data detected by the encoder during sampling to the control device at a predetermined cycle,
Means for time- dividing the position data by subtraction on the encoder side ;
The divided position data at said, and outputting every control device together with deviation data indicating the displacement from the previous sampling,
An encoder data transmission device comprising:

In the data receiving device of the encoder for receiving the position data transmitted by the transmitting device according to claim 5 by the control device ,
Means for adding and reconstructing the time- divided position data on the controller side ;
Means for collating the reconstructed position data with a position obtained by adding deviation data to position data at the time of previous sampling;
An encoder data receiving apparatus comprising: