JP4716463B2 - Multi-turn absolute encoder - Google Patents
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Description
【0001】
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary encoder used for high-accuracy position detection and the like, and more specifically, a multi-rotation type absolute encoder capable of discriminating an erroneous counting of rotational speed by detecting an error in position data for counting the rotational speed. For value encoders.
[0002]
[Prior art]
As a conventional rotary encoder, for example, the one shown in FIG. 10 is known. In the figure, basic components for counting the number of rotations of the rotary encoder are extracted and represented in a block diagram. Other functions necessary as an encoder are omitted here.
[0003]
In the figure, the rotary encoder shapes the waveform of the position data signal of the code plate detected by the detecting means 1 for detecting the position information of the code plate, the code plate 2 having the position information, and the detecting means. The waveform shaping means 3, the data processing means 4 for processing the position data signal obtained from the waveform shaping means 3 in synchronization with a predetermined clock, and the rise (HP) of the position data signal output from the data processing means 4 ), An edge detection means 5 for detecting a falling (LP) edge, and a rising signal (HP) and a falling signal (LP) output from the edge detection means to select a + count signal (UP), − By the selection means 6 for generating the count signal (DOWN) and the input of the + count signal (UP) and the -count signal (DOWN), the up-counting is performed. Or with a counting means 7 counts down, or apply detection timing to said detecting means, data processing means 4, the edge detecting means 5 a
[0004]
Further, the code plate 2 has a structure as shown in FIG. 9, for example. That is, when viewed from the front, two discs having different diameters and 180 ° cutouts are combined so that the cutout positions are shifted by 90 °. A hatched portion in the figure corresponds to this notch, that is, a slit portion. By combining these two slits, an A region (θA °), a B region (θB °), and a C region (θC °), respectively. , And D region (θD °). The state of each slit is detected by photosensors SA and SB which are detection elements of the detection means 1.
[0005]
Next, the operation of the encoder having such a configuration will be described. When the code plate 2 rotates, a pulse signal, which is a position data signal corresponding to the slit of the code plate, is generated in each of the photosensors SA and SB by the detection speed. This pulse signal is shaped into substantially rectangular pulse waveforms DA1 and DB1 so that noise and the like are removed by the waveform shaping means 3 and can be input to the logic circuit.
[0006]
The shaped position data signals DA1 and DB1 are input to the data processing means 4 that operates in synchronization with the slit detection timing signal. The data processing means 4 samples the data signal by the clock CK1 synchronized with the operation of the detecting means 1 for detecting the slit of the code plate 2, and holds the input state of the data signals DA1 and DB1.
[0007]
One of the position data signals DA2 processed by the data processing means 4 is input to the edge detection means 5. The edge detection means 5 detects the rising (HP) and falling (LP) edges of the input signal and outputs signals HP and LP corresponding to the rising (HP) and falling (LP) edges. The output of the edge detection means 5 is input to the selection means 6. The other signal DB2 processed by the
[0008]
That is, since the code plate 2 has a 180 ° slit with a 90 ° phase shift, the phase of the position data signals DA1 and DB1 output differs depending on the rotation direction, and the rising (HP) and falling (LP) ) The front-rear relationship between the two signals can be grasped by the edge, and thereby the direction of rotation can be determined.
[0009]
In this way, according to the timing signal supplied from the timing generating means 8, the slit of the code plate 2 is detected at a predetermined period to be a position detection signal, and this is converted into a UP / DOWN signal from the phase relationship between the two signals. The number of rotation is counted by the counting means 7 after conversion.
[0010]
By the way, in such an encoder that counts the number of revolutions, it is necessary to back up the counting circuit with a battery and count the number of revolutions of the encoder even when the main power is turned off. However, if the counting circuit is operated in the same manner as when the main power supply is ON, the battery current consumption increases, and the battery life is reduced, which is not practical. For this reason, in the detection means 1 as described above, the light emission element LED for slit detection is pulse-lit by the timing generation means 8, and sampling is performed in synchronization with this to reduce the current consumption of the battery.
[0011]
However, in the method of detecting the rotation speed by such pulse lighting, the response speed when the main power supply is turned off is determined by the lighting cycle of the light emitting element LED. For this reason, if the lighting cycle is delayed to reduce the average current consumption in consideration of the battery life, the response rotation speed cannot be increased. Further, although the response rotational speed is set with a considerable margin, there is a problem that it is difficult to set the response rotational speed near the limit in consideration of the safety factor and the like.
[0012]
Furthermore, if the encoder rotates at a rotational speed that is higher than the response speed, an error may occur in the rotational speed count value. If the data is restarted as it is, the device that uses the encoder data may be damaged, or the basic function of the encoder may be impaired.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to make it possible to discriminate a counting error in the rotational speed, set an allowable rotational speed close to the limit when the main power supply is turned off, and increase the response speed without increasing current consumption. A multi-turn absolute encoder is provided.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the following configuration.
(1) a code plate that provides at least three types of different position information, a detection unit that detects position information of the code plate, a timing generation unit that provides detection timing to the detection unit,
Counting means for counting by a signal obtained from the detection means;
From the position data of the code plate obtained from the detection means, with data error detection means for detecting an error in the position data,
There are at least two sets of counting means and data error detecting means,
Data correction means for correcting the count value of the corresponding count means to the count value of the count means in which no error was detected by the error signal of the position data detected by any of the data error detection means,
The data error detection means is a multi-rotation absolute value encoder that detects an error in position data as a detection error when a signal indicating the code plate position data obtained from the detection means changes in the same phase.
(2) By an error signal of position data detected by any one of the data error detection means,
The multi-rotation type absolute value encoder according to (1), further including data switching means for outputting a count value of the counting means in which no error is detected.
(3) The multi-rotation absolute value encoder according to (1) or (2), wherein the data correction unit performs correction by limiting a region of position information.
(4) The multi-rotation absolute value encoder according to any one of (1) to (3), wherein an error signal is output only when all of the data error detection means detect an error.
(5) The multi-rotation absolute value encoder according to any one of (1) to (3), wherein an error signal is output when any of the data error detection means detects an error.
[0015]
[Action]
In order to count the number of rotations by the counting means 7 (response rotational speed Nr), the areas A to D of the slits TA and TB correspond to the detection elements SA and SB with respect to the rotation of the code plate 2 as shown in FIG. When passing through the position, it is necessary that the light emitting element LED be lit once or more. That is, since each area A to D is determined by the combination of the presence or absence of the slits TA and TB, it is necessary to detect the slit in each area A to D. The rotation direction and the number of rotations can be measured by converting the signals SA and SB of the detection element corresponding to each detected slit into a phase difference 2 signal synchronized with a predetermined clock by the data processing means 4. .
[0016]
Here, the relationship between the detection of each region and the error will be verified. FIG. 7 is a timing chart showing the relationship between detection of each region and error.
[0017]
In the figure, no error occurs when consecutive areas (◎) DA, AB, BC, CD are detected. However, when the operation speed increases or the detection speed decreases, the next area (◯) AC, BD is detected by skipping one area, resulting in an error. Further, when the operation speed increases or the detection speed decreases, the next areas (●) DC, AD, BA, and CB are detected by skipping the two areas. However, since this is an adjacent region during reverse rotation, it cannot be determined whether or not there is an error, and the state is indefinite.
[0018]
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of each part of such an encoder (example in FIG. 10). The slits TA and TB are changed corresponding to the areas A, B, C and D, respectively. The lighting signal LEDON of the light emitting element LED is output at a constant cycle, but it is necessary to light in any of the areas A to D of the slits TA and TB. A clock CK1 given to synchronize the data processing means is also output in synchronization with the LED lighting signal LEDON. The clock CK2 that synchronizes the edge detection means 5 is continuously output in a predetermined cycle in synchronization with the clock CK1. The signals DA1 and DB1 obtained by shaping the outputs of the detection elements SA and SB of the
[0019]
Here, the response speed Nr (r / min) of the counting circuit that counts the number of rotations is obtained by the following equation.
Nr = 60 / Ts × Pr (Pr = 360 ° / θr)
Ts: Light emitting element LED lighting cycle (S)
θr: Minimum angle (°) of θA to θD
Pr: Number of divisions per rotation with respect to θr
Note) The TA and TB patterns and the LEDON signal are asynchronous signals.
[0020]
Then, as shown in the example, when the encoder rotates beyond the response speed Nr, when the areas A to D of the slits TA and TB pass through the detection elements SA and SB with respect to the rotation of the code plate 2, The lighting of the light emitting element LED is not in time and passes to the next area (areas A⇔C, B⇔D). In such a case, the respective areas of the slits TA and TB cannot be discriminated, and there is no phase difference at the change position of the two signals of 1 pulse / rotation of the output of the data processing means 4, and the counting means 7 has an error in counting. Occurs. As can be seen from the figure, the output signals DA2 and DB2 of the data processing means 4 are in phase. When the in-phase state of the two signals DA2 and DB2 is detected and held, an error signal ERR is obtained.
[0021]
Further, the response speed Nm (r / min) at which a counting error is detected in the circuit for counting the number of revolutions is given by the following equation.
Nm = 60 / Ts × Pm (Pm = 360 ° / θM)
Ts: lighting cycle of light emitting element LED
θM: Minimum angle (°) of θA + θB, θB + θC, θC + θD, θD + θA
Pm: Number of divisions per rotation for θM
[0022]
As described above, by detecting the simultaneous timing operation of the two signals output from the data processing means 4, it is possible to detect a detection error of the position data of the code plate 2, that is, a counting error. By providing two or more rotation measurement systems from the detection means-waveform shaping means to the count means, the count value on the error side can be corrected with the other normal count value. Therefore, even if the lighting cycle of the light emitting element LED is not increased, the allowable rotational speed can be set near the limit, and the allowable rotational speed can be increased.
[0023]
【Example】
Next, typical embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a portion for measuring and counting the rotation of the encoder of the present invention. Other components are omitted here.
[0024]
In the figure, a rotary encoder according to the present invention includes a code plate 2 having predetermined code data, detection means 1 for detecting the code data of the code plate 2, waveform shaping means 3a, 3b, and data processing means 4a. 4b, edge detection means 5a, 5b, selection means 6a, 6b, and counting means 7a, 7b. The data error detection means 9a and 9b, the area confirmation means 11, the data correction means 12a and 12b, and the error output means 13 are further included, and the data processing means 4, the edge detection means 5, and the data error detection means. 9 has a timing generating means 8 for supplying a timing signal to 9.
[0025]
The waveform shaping means 3a, 3b, data processing means 4a, 4b, edge detection means 5a, 5b, selection means 6a, 6b, counting means 7a, 7b, and data error detection means 9a, 9b are at least two sets or more. It has (2 sets in the illustrated example).
[0026]
The detecting means 1 detects position information given by the slits of the code plate. As shown in the illustrated example, the detection means 1 is mainly composed of a light emitting element LED and light receiving elements SA, SB, SC, SD for detecting light from the light emitting element LED. The code plate 2 provides at least three types of position information. In this example, the position information is formed using slits. In the illustrated example, a transmissive slit is used, but a reflective slit may be used, and it may be replaced with a magnetic type.
[0027]
The waveform shaping means 3a and 3b convert the position data signal of the code plate 2 detected by the detection means, that is, the waveform of the output signal of the light receiving elements SA and SB into a signal waveform and signal level suitable for processing by a logic circuit. Shape it. The waveform shaping means 3a and 3b can be easily configured by known circuits and elements for shaping the waveform and adjusting the signal level.
[0028]
The data processing means 4a and 4b process the position data signal obtained from the waveform shaping means 3a and 3b in synchronization with a predetermined clock CK1 obtained from the timing generation means 8. That is, the position data signals DA1, DB1, DC1, and DD1 are output as pulses synchronized with the clock CK1. The data processing means 4a and 4b can be constituted by, for example, D-type flip-flops.
[0029]
The edge detection means 5a and 5b detect rising (HP) and falling (LP) edges of the position data signal which is the phase difference 2 signal output from the data processing means 4a and 4b. The edge detection means 5a and 5b output rising signals and falling signals. The selection means 6a and 6b select this and generate a + count signal and a -count signal. The selection means 6a and 6b can be configured by a combination of gate elements (circuits). The + count signal and -count signal are input to the counting means 7a and 7b. The counting means 7a and 7b perform up-counting or down-counting with a + count signal and a -count signal, and can be constituted by a known counter element or circuit, a combination of a gate element and a flip-flop, a processor, or the like. .
[0030]
The timing generation means 8 gives the detection means 1 a lighting signal LEDON of the light emitting element LED which is the detection timing, and is synchronized with the data processing means 4a, 4b, the edge detection means 5a, 5b, and the data error detection means 9a, 9b. Clocks CK1, CK2, and CK3 are supplied. This timing generation means 8 can be constituted by an oscillation circuit, a frequency divider, a processor, or the like.
[0031]
The data error detection means 9a and 9b monitor the phase relationship of the change positions of the two signals DA2 and DB2 which are the outputs of the data processing means 4, and detect when the two signals DA2 and DB2 change in the same phase. It is determined that there is an error, and an error signal ERR is output.
[0032]
A detailed configuration example of such data error detection means 9a, 9b is shown in FIG. The data processing means 4 in the figure is constituted by two D-type flip-flops FF41 and FF42 in this example, and operates to hold an input signal in synchronization with the clock CK1. The data error detection means 9 (9a, 9b) extracts and delays the two input signals DA2 and DB2 in synchronization with the clock CK3 by the two-stage flip-flops FF51, 53, FF52 and 54, and the flip-flops. The exclusive OR of the signals before and after the FFs 53 and 54 is obtained by the gates EXOR 51 and 52, and the rise and fall of the signal are extracted. Then, the logical product is obtained by the gate AND51, and only a change at the position of the same phase is taken as an error into the shift register constituted by the flip-flops FF55, FF56, FF57, and FF58, and the signals are sequentially delayed. Then, each output of these flip-flops FF55, FF56, FF57, and FF58 is taken out, and the logical product is obtained by AND52 and AND53, thereby outputting an error signal ER1 (ER2) or L01 (L02).
[0033]
Note that the clock signal CK is input to the clock CK terminals of the flip-flops FF55, FF56, FF57, and FF58, and operates as a shift register synchronized with the clock signal. An output signal having a desired pulse width is obtained by obtaining a logical product of the outputs delayed in synchronization with the clock signal CK. A timing chart of such a circuit is shown in FIG. As is apparent from FIG. 3, it can be seen that the output of the AND 51 is delayed in synchronization with the clock signal CK, and the error signal ER1 (ER2) or L01 (L02) having a predetermined signal width is output.
[0034]
In the present invention, two or more sets of the waveform shaping means 3a and 3b, the data processing means 4a and 4b, the edge detection means 5a and 5b, the selection means 6a and 6b, the count means 7a and 7b, and the data error detection means 9a and 9b. Therefore, when an error is detected by any one of the data error detection means 9a and 9b, the count value of the count means in which no error is detected is calculated as the count value of the count means in which the error is detected. It can be corrected to a numerical value. For this reason, reliability can be maintained even when the operation speed of the encoder is increased to a marginal speed at which counting errors occur, and the operation speed can be improved while maintaining low power consumption.
[0035]
The correction operation can be performed as follows.
The output Q2 of the register G2 is connected to the data input terminal D1 of the counting means 7a via a data bus. The data output Q2 of the counting means 7b is connected to the input D2 of the register G2. On the other hand, the output Q1 of the register G1 is connected to the data input terminal D2 of the counting means 7b via a data bus. The data output Q1 of the counting means 7a is connected to the input D1 of the register G1.
[0036]
The second error output L01 of the data
[0037]
The first error outputs ER1 and ER2 of the data error detection means 9a and 9b are connected to the input terminals I1 and I2 of the error output means 13, respectively. As will be described later, the error output means 13 gives priority to correction or gives priority to error output depending on whether the output O is the logical product AND or logical OR of the inputs I1 and I2. Can be selected.
[0038]
Even when the output O of the error output means 13 is output under the logical AND condition to give priority to correction, a signal of the logical OR condition may also be output as a warning signal in which an error has occurred.
[0039]
Next, the timing at which a counting error occurs and the operation of the encoder will be described.
[0040]
As described above, when two or more sets of rotation measuring means are used, the operation of three signals and four signals can be considered.
[0041]
First, the operation of three signals will be considered. FIG. 4 is a timing chart showing the relationship between three signals (position signal = slit) for rotation measurement, detection of each region, and error.
[0042]
In the figure, since position detection is performed using three signals, there are three types of slit position information to be used: TA, TB, TC = TA, and TD. Therefore, the areas defined by the slits are the first set of A1, B1, C1, and D1 and the second set of A2, B2, C2, and D2, as shown in the illustrated example. Is not constant.
[0043]
Consider the relationship between area detection and error at each speed.
(1) When detecting continuous areas (◎)
When D1-A1 and D2-A2, A1-A1 and A2-B2 are detected, no error occurs.
[0044]
(2) When detecting the next area (○) by skipping one area
Like D1-A1 and D2-B2, errors and non-detections are mixed. For this reason, the operation at this speed can be compensated by correcting (rewriting) the count value of the counting means of the group where the error is detected to the count value of the group where the error is not detected.
Here, the response speed Nr3 (r / min) at which rotation can be measured by performing data correction is obtained by the following equation.
Nr3 = 60 / Ts3 × Pr3 (Pr3 = 360 ° / θr3)
Ts3: Light emitting element LED lighting cycle (S)
θr3: Minimum angle (°) of θA1, θB2, θC1, θD2, θB1 + θC2, and θD1 + θB2
[0045]
In addition, compared with conventional encoders (calculated with ideal values)
θr / θr3 = 90 ° / 120 ° = 0.75
It can be seen that the response speed is improved by about 25%.
[0046]
(3) When detecting the next area (●) by skipping two areas
Like D1-B1 and D2-B2, errors are detected in all areas. For this reason, a counting error occurs in all the counting means.
Here, the response speed Nm3 (r / min) at which a counting error occurs is obtained by the following equation.
Nm3 = 60 / Ts3 × Pm3 (Pm3 = 360 ° / θm3)
Ts3: Light emitting element LED lighting cycle (S)
θm3: θA1 + θB1, θB1 + θC1, θC1 + θD1, θD1 + θA1 minimum angle (°),
θA2 + θB2, θB2 + θC2, θC2 + θD2, θD2 + θA2 minimum angle (°)
[0047]
In addition, compared with conventional encoders (calculated with ideal values)
θm / θm3 = 180 ° / 180 ° = 1
It turns out that it is not different from the conventional one.
[0048]
(4) When the next area (□) is detected by skipping three areas
Since error detection and an indeterminate state that becomes an adjacent area at the time of reverse rotation coexist, both the counting means for counting the rotation and the data error detecting means cannot respond. Therefore, the operation in this state cannot be guaranteed.
[0049]
Next, the operation of four signals will be considered. FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between four signals (position signal = slit) for rotation measurement, detection of each region, and error.
[0050]
In the figure, since position detection is performed using four signals, there are four types of slit position information to be used: TA, TB, TC, and TD. Therefore, the areas defined by the slits are the first set of A1, B1, C1, and D1 and the second set of A2, B2, C2, and D2, as shown in the illustrated example. Is constant, but there is a shift in the region of one rotation between the first set and the second set.
[0051]
Here, the counting means is prioritized and error output is only performed when an error occurs in all groups. In other cases, correction is performed, and the data error detecting means is prioritized, and errors occur in either group. When this occurs, the operation differs depending on whether an error is output. Therefore, the cases will be described separately below.
[0052]
[Counter priority]
(1) When detecting continuous areas (◎)
When D1-A1 and D2-A2, A1-B1 and D2-A2 are detected, no error occurs.
[0053]
(2) When detecting the next area (○) by skipping any one area
Like D1-B1 and D2-A2, errors and non-detections are mixed. For this reason, the operation at this speed can be compensated by correcting (rewriting) the count value of the counting means of the group where the error is detected to the count value of the group where the error is not detected.
Here, the response speed Nr41 (r / min) at which rotation can be measured by performing data correction is obtained by the following equation.
Nr41 = 60 / Ts4 × Pr41 (Pr41 = 360 ° / θr41)
Ts4: Light emitting element LED lighting cycle (S)
θr 41: θA1 + θA2, θA2 + θB1, θB1 + θB2, θB2 + θC1,
θC1 + θC2, θC2 + θD1, θD1 + θD2, θD2 + θA1 minimum angle (°)
(However, the signal overlap area is excluded)
[0054]
In addition, compared with conventional encoders (calculated with ideal values)
θr / θr41 = 90 ° / 135 ° = 0.67
It can be seen that the response speed is improved by about 33%.
[0055]
(3) When detecting the next area (●) by skipping one area
Like D1-B1 and D2-B2, errors are detected in all areas. For this reason, a counting error occurs in all the counting means.
Here, the response speed Nm41 (r / min) at which a counting error occurs is obtained by the following equation.
Nm41 = 60 / Ts4 × Pm41 (Pm41 = 360 ° / θm41)
Ts4: Light emitting element LED lighting cycle (S)
θm41: θA1 + θB1, θB1 + θC1, θC1 + θD1, θD1 + θA1 minimum angle (°),
θA2 + θB2, θB2 + θC2, θC2 + θD2, θD2 + θA2 minimum angle (°)
[0056]
In addition, compared with conventional encoders (calculated with ideal values)
θm / θm41 = 180 ° / 180 ° = 1
It turns out that it is not different from the conventional one.
[0057]
(4) When the next area (□) is detected by skipping any two areas
Since error detection and an indeterminate state that becomes an adjacent area at the time of reverse rotation coexist, both the counting means for counting the rotation and the data error detecting means cannot respond. Therefore, the operation in this state cannot be guaranteed.
[0058]
(5) When the next area (◇) is detected by skipping two areas
When the reverse rotation is performed in all the regions, an indefinite state that becomes an adjacent region is entered, so that both the counting means for counting the rotation and the data error detecting means cannot respond. Therefore, the operation in this state cannot be guaranteed.
[0059]
[Data error detection means priority]
(1) When detecting continuous areas (◎)
When D1-A1 and D2-A2, A1-B1 and D2-A2 are detected, no error occurs.
[0060]
Here, the response speed Nr42 (r / min) at which rotation can be measured is obtained by the following equation.
Nr42 = 60 / Ts4 × Pr42 (Pr42 = 360 ° / θr42)
Ts4: Light emitting element LED lighting cycle (S)
θr 42: θA1, θB1, θC1, θD1, θA2, θB2, θC2, and θD2 minimum angles (°)
[0061]
In addition, compared with conventional encoders (calculated with ideal values)
θr / θr42 = 90 ° / 90 ° = 1
It turns out that it is not different from the conventional one.
[0062]
(2) When detecting the next area (○) by skipping any one area
Like D1-B1 and D2-A2, errors and non-detections are mixed. For this reason, an error signal on the side where an error is detected is output and a counting error is determined.
[0063]
(3) When detecting the next area (●) by skipping one area
Like D1-B1 and D2-B2, errors are detected in all areas. For this reason, an error signal is output to make a counting error.
[0064]
(4) When the next area (□) is detected by skipping any two areas
Since there is a mixture of error detection and an indefinite state that becomes an adjacent area during reverse rotation, a counting error is assumed.
[0065]
Here, the response speed Nm42 (r / min) at which a counting error occurs is obtained by the following equation.
Nm42 = 60 / Ts4 × Pm42 (Pm42 = 360 ° / θm42)
Ts4: Light emitting element LED lighting cycle (S)
θm42: θA1 + θB1 + θB2, θB1 + θC1 + θC2, θC1 + θD1 + θD2, θD1 + θA1 + θA2, θA2 + θB2 + θC1, θB2 + θC2 + θD1, θC2 + θD2 + θA2 + θ1 + θA2 + θ
(However, the signal overlap area is excluded)
[0066]
In addition, compared with conventional encoders (calculated with ideal values)
θm / θm42 = 180 ° / 270 ° = 0.67
It can be seen that the improvement is about 33%.
[0067]
(5) When the next area (◇) is detected by skipping two areas
When the reverse rotation is performed in all the regions, an indefinite state that becomes an adjacent region is entered, so that both the counting means for counting the rotation and the data error detecting means cannot respond. Therefore, the operation in this state cannot be guaranteed.
[0068]
As shown in FIGS. 4 and 5, there are counting points (one place x or two places x, y) for performing +1 (increment) and -1 (decrement) in the area of one rotation. In particular, when four signals are used, there is a difference between one counting point x and the other counting point y. For this reason, when correction is performed in the region between the counting points x and y (the overlapping region of A1 and D2), this region is detected by the
[0069]
Further, if correction is performed in the vicinity of the counting point, there may be a deviation in the correction value due to the data correction timing and the movement of the encoder shaft position from the detection of the data error. For example, if a data error is detected in the area D1 in FIG. 4 and the data is corrected before the encoder axis is moved to the area A1, the correction data is shifted by -1. For this reason, in the vicinity of the counting points x and y (in the case of FIG. 4, the region of D1 and A1, in the case of FIG. 5, the region of D1 and A1, D2 and A2, or an extra amount in which the correction value does not shift in consideration of the timing) It is better to correct the data by avoiding the area.
[0070]
Further, as shown in FIG. 6, data switching means 14 may be provided. Outputs Q1 and Q2 of the respective counting means 7a and 7b are inputted to the data inputs DA and DB of the data switching means 14 through the data bus. The first error signals ER1 and ER2 from the data error detection means 9a and 9b are input. The error signals ER1 and ER2 prohibit the output of data from the counting means 7a and 7b on the side where the error has occurred and output the data from the other counting means 7a and 7b. Note that the normal output side may be determined at the time of initial setting or the like according to the priority order. This data switching means can be configured by combining or combining ordinary switching elements, gate elements, data selectors, and the like.
[0071]
Thus, when two signals change at the same phase position among the three signals, four signals DA2, DB2, DC2, and DD2 obtained from the slit, it is determined that the detection error is caused by the slit, and the error signal is determined. Data error detection means for sending out is provided, and the count value of one set is corrected with the count value of the other set by this error signal, so even when the main power of the encoder is OFF, it is possible to determine the detection error of the rotational speed The allowable rotational speed can be set close to the limit, and the speed can be increased without increasing the current consumption. In addition, even if an error occurs, the status can be grasped. Therefore, if a rotation speed measurement error occurs, initialization can be performed again, such as finding the origin, and there is no risk of a serious failure occurring. .
[0072]
In this embodiment, the optical position detection means is described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a magnetic detection method and a detection method using a mechanical contact. is there.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to determine a miscount of the rotation speed, and set the allowable rotation speed near the limit when the main power supply is turned off, and can increase the speed without increasing the current consumption. A multi-turn absolute encoder can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a portion for counting the number of rotations of an encoder according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of a data error detection unit.
3 is a timing chart showing the operation of the circuit shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
FIG. 4 is a timing chart showing a relationship between a slit area and an error in three signals.
FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between slit areas and errors in four signals.
FIG. 6 is a block diagram showing a basic configuration of an encoder having data switching means.
FIG. 7 is a timing chart showing a relationship between a slit area of a conventional encoder and an error.
8 is a timing chart showing the operation of each unit in FIG. 9;
FIG. 9 is a front view showing an external configuration of a code plate.
FIG. 10 is a block diagram showing a basic configuration of a part for counting the number of rotations of a conventional encoder.
[Explanation of symbols]
1 detection means
2 Code plate
3a, 3b Waveform shaping means
4a, 4b Data processing means
5a, 5b Edge detection means
6a, 6b selection means
7a, 7b Counting means
8 Timing generation means
9a, 9b Data error detection means
11 Area confirmation means
12a, 12b registers
LED light emitting element
SA, SB, SC, SD detector
Claims (5)
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。A code plate that provides at least three types of different position information; a detection means that detects position information of the code plate; a timing generation means that provides detection timing to the detection means;
Counting means for counting by a signal obtained from the detection means;
From the position data of the code plate obtained from the detection means, with data error detection means for detecting an error in the position data,
There are at least two sets of counting means and data error detecting means,
Data correction means for correcting the count value of the corresponding count means to the count value of the count means in which no error was detected by the error signal of the position data detected by any of the data error detection means,
The data error detection means is a multi-rotation absolute value encoder that detects an error in position data as a detection error when a signal indicating the position data of the code plate obtained from the detection means changes in the same phase.
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。By the error signal of the position data detected by any one of the data error detection means,
2. The multi-turn absolute encoder according to claim 1, further comprising a data switching means for outputting a count value of the counting means in which no error has been detected.
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