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JPS6048686B2 - position detection device - Google Patents
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JPS6048686B2 - position detection device - Google Patents

position detection device

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Publication number
JPS6048686B2
JPS6048686B2 JP4490881A JP4490881A JPS6048686B2 JP S6048686 B2 JPS6048686 B2 JP S6048686B2 JP 4490881 A JP4490881 A JP 4490881A JP 4490881 A JP4490881 A JP 4490881A JP S6048686 B2 JPS6048686 B2 JP S6048686B2
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JP
Japan
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signals
group
pattern
photocouplers
groups
Prior art date
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Expired
Application number
JP4490881A
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Japanese (ja)
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JPS57160014A (en
Inventor
康雄 江原
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IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Publication date
Application filed by Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd filed Critical Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/363Direction discrimination

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は検出対象物の移動にともなつて信号を発生さ
せその波形数をカウントすることにより該対象物の位置
を検出する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for detecting the position of an object by generating signals as the object moves and counting the number of waveforms.

検出対象物の移動にともなつて信号を発生させその波形
数をカウントすることにより該対象物のノ位置を検出す
る方法を利用した位置検出装置としてインクリメンタル
ロータリエンコーダと呼ばれるものが従来より知られて
いる。
An incremental rotary encoder has been known as a position detection device that detects the position of an object by generating signals as the object moves and counting the number of waveforms. There is.

その原理は第1図に示すように回転スリット板1に光を
透過する部分1aと遮断する部分lbを所定のピッチで
連7続的にかつ回転軸5と同心で同一周上に配置したパ
ターンを刻み込み、この回転スリット板1およびそれと
同じピッチでパターンを刻み込んだ固定スリット2をは
さんで発光グイオード3およびフォトダイオード4を配
設し、回転軸5を介して回転スリット板1を位置検出対
象物(例えば工作機械)の移動にともなつて回転させる
ことによつて、その移動量に応じた回数だけ発光ダイオ
ード3からフォトダイオード4に入射する光が遮断され
るようにし、これによりフォトダイオード4から得られ
る信号の波形数(パルス数)をカウントすることにより
前記対象物の位置を検出するようにしたものである。か
かる位置検出装置においては位置検出の分解能は回転ス
リット板1の1回転当たりに得られるパルス数によつて
決まる。
The principle is as shown in FIG. 1, in which a rotating slit plate 1 has a pattern in which light transmitting parts 1a and light blocking parts 1b are arranged consecutively at a predetermined pitch and on the same circumference concentrically with the rotating shaft 5. A light emitting diode 3 and a photodiode 4 are arranged across the rotating slit plate 1 and the fixed slit 2 with a pattern carved at the same pitch, and the position of the rotating slit plate 1 is detected via the rotating shaft 5. By rotating the object (for example, a machine tool) as it moves, the light entering the photodiode 4 from the light emitting diode 3 is blocked a number of times corresponding to the amount of movement of the object, thereby blocking the light from the photodiode 4. The position of the object is detected by counting the number of waveforms (number of pulses) of the signal obtained from 4. In such a position detection device, the resolution of position detection is determined by the number of pulses obtained per rotation of the rotary slit plate 1.

従来は回転スリット板1における明暗模様の数を多くす
る(密度を高くする)ことにより1回転回当りのパルス
数を増やして分解能を高めるようにしていた。しかし、
この方法では明暗模様の数を増やすにしたがい個々の明
暗幅は狭くしなければならないのに対し、明暗模様の刻
み精度には限界があるため、回転スリット板1の径を大
きくすることによつて広い明暗幅を確保しなければなら
なかつた。このため検出装置の形状が大型化し重くなる
欠点があつた。この発明は従来のものにおける以上のよ
うな欠.点を除去して、装置を大型化せずに分解能を高
めることができる位置検出装置を提供することを目的と
するものてある。この発明によれは明暗模様と複数のフ
ォトカプラとの組合せ等により、それぞれが位置検出対
象物の移動量に対応した信号で正あつて相互に所定の角
度ずつ位相をずらした複数本の信号をつくり、これら複
数本の信号を位相が隣りあうもの同士をそれぞれ比較し
てそれらのクロスポイントを検出しその数を累積するこ
とによつて前記対象物の位置(直線位置または角度位3
置)を検出するようにしている。すなわち、所定の角度
ずつ位相のずれた複数の信号を用いることにより該信号
をその位相角ずつに分割した情報が得られるようにして
明暗模様の密度が低いままでも高い分解能が得られるよ
うにしている。しかも、この発明では単に信号数に等し
い分解能でなく、信号数よりも高い分解能が得られるよ
うにしている。更に、この発明では以上のような信号束
を1グノループとしてグループ同士が相互に前記信号同
士の位相角より短い所定の角度すつ位相をすらした複数
グループの信号束をつくり、各グループにおいて同様に
クロスポイントを抽出し、全グループにおけるクロスポ
イントを総計することにより更に高い分解能を得るよう
にしている。
Conventionally, resolution has been improved by increasing the number of light and dark patterns on the rotating slit plate 1 (increasing the density) to increase the number of pulses per rotation. but,
In this method, as the number of bright and dark patterns increases, the width of each bright and dark pattern must be narrowed, but since there is a limit to the precision of cutting the bright and dark patterns, the diameter of the rotating slit plate 1 is increased. It was necessary to ensure a wide range of light and shade. This has resulted in the disadvantage that the detection device becomes larger and heavier. This invention solves the above-mentioned deficiencies in the conventional ones. It is an object of the present invention to provide a position detection device that can improve resolution without increasing the size of the device by removing points. According to this invention, a plurality of signals, each of which corresponds to the amount of movement of the position detection target, are positive and whose phases are shifted by a predetermined angle from each other by a combination of a light-dark pattern and a plurality of photocouplers. The position of the object (linear position or angular position
position). That is, by using a plurality of signals whose phases are shifted by a predetermined angle, information obtained by dividing the signal into each phase angle can be obtained, so that high resolution can be obtained even if the density of the bright and dark patterns remains low. There is. Moreover, in the present invention, it is possible to obtain not only a resolution equal to the number of signals but also a resolution higher than the number of signals. Furthermore, in the present invention, the signal bundle as described above is used as one gnoloop, and a plurality of groups of signal bundles are created in which the groups are out of phase with each other by a predetermined angle shorter than the phase angle between the signals, and the signal bundles in each group are similarly A higher resolution is obtained by extracting cross points and summing the cross points in all groups.

すなわち、この発明は前記各グループにおける複数の信
号により該信号の1波長をそれらの位相角で分割すると
ともに、そのように分割された1区間をグループ同士の
位相角で更に細く分割することにより高い分解能を確保
している。このように、本来得られる情報を分割して分
解能を高めるという場合各分割幅が等しいことが必要で
ある。
That is, this invention divides one wavelength of the signal by the phase angles of the plurality of signals in each group, and further divides one section thus divided into smaller sections by the phase angles of the groups. Ensures resolution. In this way, when dividing originally obtained information to improve resolution, it is necessary that each division width be equal.

このためには信号同士の位相ずれを利用して分割した各
分割幅が等しいことおよびそのようにして分割された区
間をグループ同士の位相ずれを利用して更に細く分割し
た各分割幅が等しいことの両方が必要である。前者を実
現するためには各グループにおける信号同士の位相角を
その信号数に応じた値に設定することが必要であり、後
者を実現するためにはグループ同士の位相角をそのグル
ープ数および信号同士の位相角に応じた値に設定するこ
とが必要である。具体的には1グループの信号数および
グループ数に応じてそれぞれの位相角を第1表に示す通
りに設定すれば最終的に得られる分割幅が等しくなる。
第1表によれば1グループの信号数をn)グル;−プ数
をmとした場合は2m(n −1)の分解能が得られる
ことになる。
To achieve this, it is necessary to make sure that the width of each division made by using the phase shift between the signals is equal, and that the width of each division that is further divided into narrower sections using the phase shift between the groups is equal. Both are necessary. To achieve the former, it is necessary to set the phase angle between the signals in each group to a value that corresponds to the number of signals, and to achieve the latter, it is necessary to set the phase angle between the groups to a value that corresponds to the number of groups and the number of signals. It is necessary to set the value according to the phase angle between them. Specifically, if the phase angles are set according to the number of signals in one group and the number of groups as shown in Table 1, the final division widths will be equal.
According to Table 1, if the number of signals in one group is n) and the number of groups is m, a resolution of 2m(n-1) can be obtained.

係数’゛2’’が付くのは位相が異なる2信号を比較す
る場合においては第2図に示すように信号Sl,S2(
H8O゜ごとにクロスするため、このクロスポイントX
l,X2,.X3,X4,X5,X6・・・・・・をカ
ウントする本発明ては個々の信号S1またはS2の波形
数をカウントする場合に比べてこれだけで2倍の分解能
が得られるからである。尚、n−1となるのはn本の信
号を位相が隣りあうもの同±2本すつ取る組.合せがn
−1あることによるものである。また、n=2の場合は
例外的に信号数と分解能が等しくなつて、信号数以上の
分解能を得るというこの発明の目的に反するので、n≧
3てあることをこの発明の条件とする。次にこの発明の
実施例を添付図面を参照して詳しく説明する。
The coefficient ``2'' is added when comparing two signals with different phases, as shown in Figure 2, when the signals Sl and S2 (
Since it crosses every H8O゜, this cross point
l,X2,. This is because the present invention, which counts X3, X4, X5, X6, . . . , can obtain twice the resolution compared to counting the number of waveforms of each signal S1 or S2. Note that n-1 is a set of n signals in which ±2 signals with the same phase are adjacent to each other. The combination is n
This is due to -1. Also, in the case of n=2, the number of signals and resolution are exceptionally equal, which goes against the purpose of this invention to obtain resolution greater than the number of signals, so n≧
3 is a condition of this invention. Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第3図はこの発明を適用したインクリメンタルロータリ
エンコーダの内部構成の一例を概略で示したものてある
FIG. 3 schematically shows an example of the internal configuration of an incremental rotary encoder to which the present invention is applied.

第3図の実施例は1グループの検出信号の数を3、グル
ープ数を2とした場合すなわち分解能を8倍とした場合
のものである。第3図において回転スリット板10には
光を透過する部分10aと遮断する部分10bからなる
パターンが所定のピッチで連続的にかつ軸11と同心で
同一周上に形成されている。回転スリット板10の回転
軸11は位置検出対象物(図示せす)の移動に応じて回
転される。回転スリット板10に対してはそれを挾んで
2組のフォトカプラ群Gl,G2が配設されている。こ
れら各フォトカプラ群Gl,G2は3個すつのフォトカ
プラで構成されている。フォトカプラ群G1はフォトカ
プラ群Pl,P2,P3(発光ダイオード(フィラメン
トランプ、放電管、レザーグイオード等であつてもよい
)Dl,D2,D3およびフオトタイオード(フォトト
ランジスタ、フォトセル等であつてもよい)Dl,d2
,d3)を具え、発光ダイオードDl,D2,D3から
の光が回転スリット板10の透過部分10aを介してフ
オトタイオードDl,d2,d3にそれぞれ入射するよ
うになつている。
The embodiment shown in FIG. 3 is an example in which the number of detection signals in one group is three and the number of groups is two, that is, the resolution is increased eight times. In FIG. 3, on the rotating slit plate 10, a pattern consisting of light transmitting portions 10a and light blocking portions 10b is formed continuously at a predetermined pitch, concentrically with the shaft 11, and on the same circumference. The rotation shaft 11 of the rotary slit plate 10 is rotated according to the movement of a position detection target (shown in the figure). Two photocoupler groups Gl and G2 are arranged to sandwich the rotating slit plate 10. Each of these photocoupler groups Gl and G2 is composed of three photocouplers. The photocoupler group G1 includes photocouplers Pl, P2, P3 (light emitting diodes (which may be filament lamps, discharge tubes, laser diodes, etc.)) Dl, D2, D3 and photodiodes (phototransistors, photocells, etc.). ) Dl, d2
, d3), and the light from the light emitting diodes Dl, D2, D3 is incident on the photodiodes Dl, d2, d3 through the transparent portion 10a of the rotating slit plate 10, respectively.

フォトダイオードDl,d2,d3からは第1表に従つ
て90゜ずつ位相がずれた信号を取出すようにする。こ
のためにはフォトカプラPl,P2,P3を回転スリッ
ト板10の明暗パターンの?=1ピッチずつその連続方
向(回転スリン360゜4ト板10の円周方向)にすら
して配置すれはよい。
From the photodiodes Dl, d2, and d3, signals whose phases are shifted by 90° are taken out according to Table 1. For this purpose, photocouplers Pl, P2, and P3 are rotated to determine the brightness and darkness pattern of the slit plate 10. = 1 pitch at a time in the continuous direction (circumferential direction of the rotation plate 10 at 360 degrees).

もちろん1ピッチは極めて短い距離でありその間に11
4ピッチずつずらしてフォトカプラPl,P2,P3を
並べることは困難であるため、ピッチをいくつかおきに
とびこした位置において相対的に114ピッチずつずれ
るように配置し、結果的に114ピッチずつ位相がずれ
た信号が得られるようにすればよい。フォトカプラ群G
2はフォトカプラPll,Pl2,Pl3(発光ダイオ
ードDll,Dl2,Dl3およびフォトダイオードD
ll,dl2,dl3)を具え、それら相互の位置関係
が前記フォトカプラPl,P2,P3と同様に設定され
て90゜ずつ位相がずれた信号が取出される。
Of course, one pitch is an extremely short distance, and during that time there are 11 pitches.
Since it is difficult to arrange the photocouplers Pl, P2, and P3 so that they are shifted by 4 pitches, they are arranged so that they are relatively shifted by 114 pitches at every few pitches, and as a result, they are arranged by 114 pitches. What is necessary is to obtain signals whose phases are shifted. Photocoupler group G
2 are photocouplers Pll, Pl2, Pl3 (light emitting diodes Dll, Dl2, Dl3 and photodiodes D
ll, dl2, dl3), the mutual positional relationship of which is set in the same manner as the photocouplers Pl, P2, P3, and signals whose phases are shifted by 90 degrees are extracted.

フォトカプラ群G1とフォトカプラ群G2とは第1表に
従つて45゜(すなわち明暗パターンの」区−ニ1ピッ
チ)位相がずれて配置されている。360゜8 これによりフォトカプラ群G1からの3本の信号とフォ
トカプラ群G2からの3本の信号の計6本の信号は45
゜ずつ位相がずれた関係になる(第5図参照)。
According to Table 1, the photocoupler group G1 and the photocoupler group G2 are arranged with a phase shift of 45° (that is, one pitch of the bright/dark pattern). 360°8 As a result, the total of 6 signals, 3 signals from photocoupler group G1 and 3 signals from photocoupler group G2, is 45
The relationship is such that the phase is shifted by degrees (see Figure 5).

第3図において回転スリット板10とフォトダイオード
Dl,d2,d3との間にはスリット群12−1,12
−2,12−3を形成した受光用固定スリット板12が
配置されている。
In FIG. 3, there are slit groups 12-1, 12 between the rotating slit plate 10 and the photodiodes Dl, d2, d3.
A light-receiving fixed slit plate 12 having numbers -2 and 12-3 formed therein is arranged.

この固定スリット板12はフオトタイオードDl,d2
,d3に対する斜め方向からの光の照射を遮断して、各
フォトカプラPl,P2,P3の光軸と回転スリット板
10の透過部分10aとが完全に一致した位置において
のみ発光ダイオードDl,D2,D3の光がフォトダイ
オードDl,d2,d.3に入射されるようにするため
のものである。したがつてスリット群12−1,12−
2,12−3はフォトカプラPl,P2,P3の光軸上
にそれぞれ形成されている。尚、各スリット群12−1
,12−2,12−3は前記回転スリット板1−0のパ
ターンと同じピッチで形成された複数本のスリットから
なり、大きな光量がフォトダイオードDl,d2,d3
に入射されるようにしてS/N比の向上を図つている。
受光用固定スリット板13はフォトカプラ群G2につい
て同様の作用をiするもので、各フォトカプラPll,
Pl2,Pl3に対応してスリット群13−1,13−
2,13−3がそれぞれ形成されている。第4図は第3
図の実施例における回転スリット板10の透過部分(ス
リット)10aと固定スリット板12のスリット12−
1,12−2,12−3および固定スリット板13のス
リット13−1,13−2,13−3との位置関係を概
略的に示したものである。
This fixed slit plate 12 has photodiodes Dl, d2.
, d3 from oblique directions, and the light emitting diodes Dl, D2, The light from D3 is transmitted to photodiodes Dl, d2, d. 3. Therefore, the slit groups 12-1, 12-
2 and 12-3 are formed on the optical axes of photocouplers Pl, P2, and P3, respectively. In addition, each slit group 12-1
, 12-2, 12-3 are composed of a plurality of slits formed at the same pitch as the pattern of the rotating slit plate 1-0, and a large amount of light is transmitted to the photodiodes Dl, d2, d3.
The signal-to-noise ratio is improved by making the light incident on the ground.
The light-receiving fixed slit plate 13 performs the same function for the photocoupler group G2, and each photocoupler Pll,
Slit groups 13-1 and 13- correspond to Pl2 and Pl3.
2 and 13-3 are formed, respectively. Figure 4 is the third
The transparent portion (slit) 10a of the rotating slit plate 10 and the slit 12- of the fixed slit plate 12 in the illustrated embodiment
1, 12-2, 12-3 and the positional relationship between the fixed slit plate 13 and the slits 13-1, 13-2, 13-3.

すなわち、回転スリット板12のスリット12−1,1
2−2,12−3は回転スリット板10のパターンの1
ピッチTに対ι,114ピッチずつ位相がずれており、
スリット12−1が透過部分10aに一致してから11
4T回転フした位置でスリット12−2が透過部分10
aに一致し、更に114T回転した位置でスリット12
−3が透過部分10aに一致するようになつている。固
定スリット板13のスリット13−1,13−2,13
−3も同様に114ピッチずつ位相がゝずれている。ま
た全体として前記スリット13一1,13−2,13−
3に対し118ピッチすつ位相がずれている。したがつ
てフォトカプラ群Pl,P2,P3,Pll,Pl2,
Pl3からは第5図に示すように1周期が回転スリット
板10Jの所定の回転量)すなわち位置検出対象物の所
定の移動量)Tにそれぞれ対応した信号SAI,SA2
,SA3,SAII,SAl2,SAl3がSAI,S
AII,SA2,SAl2,SA3,SAl3の順で4
5゜ずつ位相をずらして取出される。第6図は信号SA
I,SA2,SA3,SAII,SAl2,SAl3に
もとづいて検出対象物の位置を求める回路の一例を示す
ものである。
That is, the slits 12-1, 1 of the rotating slit plate 12
2-2 and 12-3 are patterns 1 of the rotating slit plate 10.
The phase is shifted by ι, 114 pitches from the pitch T,
11 after the slit 12-1 coincides with the transparent portion 10a.
At the 4T rotation position, the slit 12-2 becomes the transparent part 10
The slit 12 is aligned with a and further rotated by 114T.
-3 coincides with the transparent portion 10a. Slits 13-1, 13-2, 13 of fixed slit plate 13
Similarly, the phase of -3 is shifted by 114 pitches. Also, as a whole, the slits 13-1, 13-2, 13-
3, the phase is shifted by 118 pitches. Therefore, the photocoupler groups Pl, P2, P3, Pll, Pl2,
From Pl3, as shown in FIG. 5, one period corresponds to a predetermined amount of rotation of the rotating slit plate 10J), that is, a predetermined amount of movement of the position detection object) T, respectively, and signals SAI and SA2 are generated.
, SA3, SAII, SAl2, SAl3 are SAI, S
4 in the order of AII, SA2, SAl2, SA3, SAl3
They are taken out with a phase shift of 5°. Figure 6 shows the signal SA
This figure shows an example of a circuit for determining the position of a detection target based on I, SA2, SA3, SAII, SAl2, and SAl3.

第6図においてフォトダイオードDl,d2,d3から
出力される信号SAI,SA2,SA3は位相がとなり
あうもの同士すなわち信号SAIと信号SA2、信号S
Aと信号SA3が比較増幅器20−1,20−2でそれ
ぞれ比較される。これにより比較増幅器20−1,20
−2からは第?図B,cにそれぞれ示すパルス信号SB
I2,SB23が出力される。このパルス信号SBl2
,SB23は周期が検出信号SAI,SA2,SA3の
周期Tと同じで、デューティサイクルが50%で、位相
が相互に114周期ずれた信号である。一方、フォトダ
イオードDll,dl2,dl3から出力される信号S
AII,SAl2,SAI3も位相がとなりあうもの同
士すなわち信号SAllと信号SAl2、信号SAl2
と信号SAl3が比較増幅器30−1,30−2てそれ
ぞれ比較され、比較増幅器30−1,30−2からは第
7図D,eにそれぞれ示すパルス信号SBll2,SB
l23が出力される。
In FIG. 6, the signals SAI, SA2, and SA3 output from the photodiodes Dl, d2, and d3 are in phase with each other, that is, the signal SAI, the signal SA2, and the signal S
A and signal SA3 are compared by comparison amplifiers 20-1 and 20-2, respectively. As a result, the comparison amplifiers 20-1, 20
-2 to 2? Pulse signal SB shown in figures B and c, respectively.
I2 and SB23 are output. This pulse signal SBl2
, SB23 are signals whose period is the same as the period T of the detection signals SAI, SA2, and SA3, whose duty cycle is 50%, and whose phases are shifted from each other by 114 periods. On the other hand, the signal S output from the photodiodes Dll, dl2, dl3
AII, SAl2, and SAI3 are also in phase with each other, that is, signal SAll, signal SAl2, and signal SAl2.
and signal SAl3 are compared by comparator amplifiers 30-1 and 30-2, respectively, and from comparator amplifiers 30-1 and 30-2, pulse signals SBll2 and SB shown in FIGS.
l23 is output.

このパルス信号SBII2,SBl23は前記信号SB
l2,SB23と周期およびデューティサイクルが同じ
で位相が相互に114周期すつずれ、かつ信号SBl2
,SBl3に対し位相が118周期すれた信号である。
比較増幅器20−1,20−2,30−1,30−2の
出力信号SBl2,SB23,SBl23はエッジトリ
ガパルス発振器21−1,21−2,31−1,31−
2で各々の立上りおよび立下り(すなわち比較を行なつ
た信号同士の各クロスポイント)を抽出される。
These pulse signals SBII2 and SB123 are the same as the signal SB123.
The period and duty cycle are the same as l2 and SB23, the phases are shifted by 114 periods, and the signal SBl2
, SBl3 is a signal whose phase is shifted by 118 periods.
The output signals SBl2, SB23, SBl23 of the comparison amplifiers 20-1, 20-2, 30-1, 30-2 are output from the edge trigger pulse oscillators 21-1, 21-2, 31-1, 31-.
2, each rising edge and falling edge (that is, each cross point between the compared signals) is extracted.

抽出された信号はオア回路22でまとめられてオア回路
22からは第7図fに示す信号SBll+SBl2+S
Bll2+SBl23が取出され、アップ/ダウンカウ
ンタ23で累算される。信号SBll+SBl2+SB
ll2SBl23は第7図fから明らかなように検出信
号SAI,SA2,SA3,SAII,SAl2,SA
l3の周期118の周期であるから、検出信号の波形数
を直接累算する場合に比べて8倍の分解能で位置検出を
行なえることになる。尚、カウンタ23による累算は回
転スリット板10の回転方向に応じて(すなわち検出対
象物の移動方向に応じて)加算もしくは減算に切換えら
れる。
The extracted signals are put together by the OR circuit 22, and the OR circuit 22 outputs the signal SBll+SBl2+S shown in FIG. 7f.
Bll2+SBl23 is taken out and accumulated by the up/down counter 23. Signal SBll+SBl2+SB
As is clear from FIG. 7f, ll2SBl23 is the detection signal SAI, SA2, SA3, SAII, SAl2, SA
Since the period of l3 is 118, position detection can be performed with eight times the resolution compared to the case where the number of waveforms of the detection signal is directly accumulated. Note that the accumulation by the counter 23 is switched to addition or subtraction depending on the rotational direction of the rotary slit plate 10 (that is, depending on the moving direction of the detection object).

回転スリット板10の回転方向は比較増幅器20−1,
20−2の出力パルスSBl2,SB23を利用してそ
れらのうちいずれが先に立上るかを検出することにより
判別することがてきる。すなわち、第6図の方向識別回
路24に示すようにゲーテドモノマルチパイプレータ2
5を信号SBl2と信号SB23で駆動し、ケーテドモ
ノマルチパイプレータ26を信号SBl2とSB23て
駆動し、それらの出力でフリップフロップ回路27をセ
ット.リセットすれば、フリップフロップ回路27から
は第8図に示すように回転方向に応 ・じた信号が得ら
れる。この信号によつてアップ/ダウンカウンタ23を
アップカウントもしくはダウンカウントに切換えればそ
のカウント値は検出対象物の位置に正確に対応したもの
となる。以上はフォトカプラを3個すつ具えた2グルー
フプのものを用いて分解能を8倍にする場合について
示したがその他の場合でも同様に行なうことができる。
例えばフォトカプラを3個ずつ具えた3グループのもの
を用いる場合は第1表に示す通り各グループにおけるフ
ォトカプラを90゜ずつ位相をずらし、かつ、グループ
相互間を30゜ずつ位相をずらして配置すればよい。そ
のとき計9個のフォトカプラからは第9図aに示すよう
に第1グループの信号SCI,SC2,SC3、第2グ
ループの信号SC4,SC5,SC6、第3グループの
信号SC7,SC8,SC9がSCI,SC4,SC7
,SC2,SC5,SC8,SC3,SC6,SC9の
順て30゜ずつ位相がずれて取出される。これらの各グ
ループにおいて位相が隣りあうもの同士比較すれば第9
図b−gに示すように周期が検出信号SCI〜SC9の
周期と同じデューティサイクルが50%で、位相30゜
ずつ(すなわち1112周期ずつ)ずれた6つのパルス
信号が得られる。これらのパルス信号のエッジをそれぞ
れ抽出し、それらの論理和を取れば第9図hに示すよう
にもとの信号SCI〜SC9の周期Tを1112分割し
たパルス信号が得られる。従つてこのパルス信号をカウ
ントすれば12倍の分解能で位置検出を行なうことがて
きる。また、この発明は上記実施例て示したもの以外に
も例えば次のような様々なバリエーションが考えられる
。1 光学式以外の方法への適用 回転スリット板の透過部分を溝として形成し、そこに複
数のリミットスイッチを所定の角度すつ位相をすらして
配置し、機械的に信号をつくり出す。
The rotation direction of the rotating slit plate 10 is determined by the comparison amplifier 20-1,
This can be determined by detecting which of them rises first using the output pulses SB12 and SB23 of 20-2. That is, as shown in the direction identification circuit 24 of FIG.
5 is driven by the signal SBl2 and the signal SB23, the cated mono multipipulator 26 is driven by the signals SBl2 and SB23, and the flip-flop circuit 27 is set by their output. When reset, a signal corresponding to the rotation direction is obtained from the flip-flop circuit 27 as shown in FIG. If the up/down counter 23 is switched to up-count or down-count by this signal, the count value will accurately correspond to the position of the object to be detected. The above example shows the case where the resolution is increased by 8 times using a two-group photocoupler equipped with three photocouplers, but the same method can be used in other cases as well.
For example, when using three groups of photocouplers each having three photocouplers, as shown in Table 1, the photocouplers in each group are shifted by 90° in phase, and the groups are arranged with a phase shift of 30° between each group. do it. At that time, as shown in FIG. 9a, the nine photocouplers output the first group of signals SCI, SC2, SC3, the second group of signals SC4, SC5, SC6, and the third group of signals SC7, SC8, SC9. is SCI, SC4, SC7
, SC2, SC5, SC8, SC3, SC6, and SC9 are extracted in this order with a phase shift of 30 degrees. If we compare the adjacent phases in each of these groups, we get the 9th
As shown in FIGS. b to g, six pulse signals having a duty cycle of 50%, the period of which is the same as that of the detection signals SCI to SC9, and whose phases are shifted by 30 degrees (that is, by 1112 periods) are obtained. By extracting the edges of these pulse signals and taking their logical sum, a pulse signal obtained by dividing the period T of the original signals SCI to SC9 by 1112 can be obtained as shown in FIG. 9h. Therefore, by counting these pulse signals, position detection can be performed with 12 times the resolution. Further, the present invention may have various variations other than those shown in the above-mentioned embodiments, such as the following. 1. Application to methods other than optical methods The transparent part of the rotating slit plate is formed as a groove, and a plurality of limit switches are arranged there at a predetermined angle and phase to mechanically generate a signal.

2 リニアスケールへの適用 前述した実施例ては検出対象物の直線方向の移動を回転
スリット板1の回転運動に変換して検出を行なつたが、
直線方向の移動を直接検出することもできる。
2 Application to Linear Scale In the above-mentioned embodiment, detection was performed by converting the linear movement of the object to be detected into the rotational movement of the rotary slit plate 1.
It is also possible to directly detect movement in a straight line.

すなわち、直線状のスリット板を検出対象物の移動方向
に配し、かつフォトカプラを挾んで対向させ、それらの
位置関係が検出対象物の移動にともなつて直線的に変化
するようにすれば同様に位置検出を行なえる。この場合
も複数のフォトカプラを所定の角度すつ位相をすらして
配置すれば分解能を高めることができる。)3 角度位
置検出器としての利用 前述した実施例では直線方向の位置を検出する場合につ
いて示したが、角度が変化する機械の角度位置検出手段
として用いることもてきる。
In other words, if a linear slit plate is arranged in the direction of movement of the object to be detected, and a photocoupler is sandwiched between them so that they face each other, the positional relationship between them changes linearly as the object to be detected moves. Position detection can be performed similarly. In this case as well, the resolution can be improved by arranging a plurality of photocouplers at a predetermined angle and out of phase. )3 Use as an angular position detector In the above-described embodiment, the case of detecting a position in a linear direction was shown, but it can also be used as an angular position detecting means for a machine whose angle changes.

4 前述した実施例では各グループ内における複数の信
号の位相ずれおよびグループ相互間の位相ずれをともに
フォトカプラ相互間の位相ずれにより生じるようにして
いたが、これと逆に複数の明暗パターンを用いてそれら
の位相をずらすことにより同じように位相がずれた信号
を得ることができる。
4 In the above-mentioned embodiment, the phase shift of the plurality of signals within each group and the phase shift between the groups were both caused by the phase shift between the photocouplers. By shifting their phases, similarly phase-shifted signals can be obtained.

例えば前述した実施例のように3本ずつの信号からなる
2グループの信号束を得る場合は第10図に示すように
、ピッチTの114ずつ位相をずらした3本の明暗パタ
ーン32−1,32−2,32−3と同様にピッチTの
114ずつ位相をずらした3本の明暗パターン33−1
,33−2,33−3の2グループの明暗パターンを相
互に1I8T位相をずらして形成し、各パターンに対応
しその連続方向に対し同じ位置にフォトカプラP23〜
P28をそれぞれ配置すればよい。また、第11図に示
すようにピッチTの114ずつ位相をずらした3本の明
暗パターン34一1,34−2,34−3で各グループ
における複数の信号の位相ずれをつくり、フォトカプラ
P3l,P32,P33とフォトカプラ群P4l,P4
2,P43を118T位相をずらして配置することによ
りグループ相互の位相ずれをつくるようにして同様の信
号が得られる。
For example, when obtaining two groups of signal bundles each consisting of three signals as in the embodiment described above, as shown in FIG. Three light and dark patterns 33-1 whose phases are shifted by 114 of pitch T like 32-2 and 32-3.
, 33-2, 33-3 are formed with two groups of light and dark patterns shifted in phase by 1I8T from each other, and photocouplers P23 to P23 are placed corresponding to each pattern at the same position in the continuous direction.
P28 may be placed respectively. Further, as shown in FIG. 11, three light and dark patterns 34-1, 34-2, 34-3 whose phases are shifted by 114 pitches T are used to create a phase shift of a plurality of signals in each group. , P32, P33 and photocoupler groups P4l, P4
2. By arranging P43 with a phase shift of 118T, a similar signal can be obtained by creating a mutual phase shift between the groups.

5 第3図の実施例ではフォトカプラPl,P2,P3
をそれぞれ独立に配置したが、第12図に示すように各
グループに1個ずつの発光素子D5l,D52を用い、
各々て各グループを構成する3個すつのフォトダイオー
ドD5l−.1,d51−2,d51−3およびフォト
ダイオードD52−1,d52−2,d52−3をまと
めて照射するようにすれば、発光素子D5l,D52が
経時劣化しても各グループにおける検出信号のレベルは
全部が同じ割合で変化し−各検出信号のクロスポイント
の間隔は一定となるので検出精度が低下することがなく
、また、素子数が少なくなるので経済的でもある。
5 In the embodiment of FIG. 3, photocouplers Pl, P2, P3
were arranged independently, but one light emitting element D5l, D52 was used in each group as shown in FIG.
Three photodiodes D5l-. each constitute each group. 1, d51-2, d51-3 and photodiodes D52-1, d52-2, d52-3 are irradiated together, even if the light emitting elements D5l, D52 deteriorate over time, the detection signal in each group will be All the levels change at the same rate - the intervals between the cross points of each detection signal are constant, so there is no reduction in detection accuracy, and it is also economical because the number of elements is reduced.

以上説明したようにこの発明によれば所定の角度ずつ位
相がずれた複数の検出信号をつくり、そ?れらの信号に
よつてもとの信号の周期を分割した信号を得るようにし
、更にこれを1グループとして複数グループのものを所
定角度ずつ位相をずらして前記分割された区間を更に細
く分割するようにしたので、検出信号の周波数を高くし
なくでも(すなわち光学式エンコーダにおいては明暗パ
ターンの密度を高くしなくても)高い分解能て位置検出
を行なうことができる。
As explained above, according to the present invention, a plurality of detection signals whose phases are shifted by a predetermined angle are generated, and These signals are used to obtain signals obtained by dividing the period of the original signal, and the divided sections are further divided into thinner sections by dividing the period of the original signal into one group and shifting the phase of multiple groups by a predetermined angle. As a result, position detection can be performed with high resolution without increasing the frequency of the detection signal (that is, without increasing the density of the bright and dark pattern in the optical encoder).

また、2信号の比較にもとづき検出されるそれらのクロ
スポイントはもとの信号の1周期に2箇所検出されるの
で少ない検出信号の数で高い分解能が得られるので小型
化高信頼化、および経済性の高い検出器が実現できる。
(第1表に示すように各グループn本の検フ数信号から
なるmグループのものを用いれば加(n−1)倍の分解
能を高めることができる)。
In addition, these cross points, which are detected based on the comparison of two signals, are detected at two points in one period of the original signal, so high resolution can be obtained with a small number of detection signals, resulting in miniaturization, high reliability, and economy. A highly sensitive detector can be realized.
(As shown in Table 1, if m groups each consisting of n test frequency signals are used, the resolution can be increased by (n-1) times).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はインクリメンタルロータリエンコーダの内部構
造の概略を示す斜視図、第2図は位相のiずれた2信号
が互いにクロスする状態を示す波形図、第3図はこの発
明をインクリメンタルロータリエンコーダに適用した場
合における機械的構成部分の一実施例を示す斜視図、第
4図は第3図における回転スリット板10のスリット1
0aと固J定スリット12−1,12−2,12−3お
よび13−1,13−2,13−3の位置関係を模式的
に示した図、第5図は第3図のフォトカプラPl,P2
,P3から得られる信号波形を示す図、第6図は第3図
のフォトカプラPl,P2,P3およびPll,Pl2
,Pl3から得られる信号にもとづいて位置検出を行な
う回路の一実施例を示すブロック図、第7図は第6図の
回路の動作波形図、第8図は第6図の方向識別回路の動
作説明図、第9図は6つの検出信号にもとづいて位置検
出を行なう場合の動作波形図、第10図はフォトカプラ
を所定の角度ずつ位相をすらすかわりに複数の明暗パタ
ーンを所定の角度ずつ位相をずらして形成するようにし
たこの発明の他の実施例を示す図、第11図は各グルー
プにおける複数の信号の位相ずれを複数の明暗パターン
の位相ずれで・つくり、グループ相互間の位相ずれをフ
ォトカプラの位相ずれでつくれるようにしたこの発明の
更に別の実施例を示す図、第12図はフォトカプラの変
更例を示す斜視図である。 10・・・・・・回転スリット板、11・・・・・・回
転軸、12,13・・・・・・固定スリット板、Pl,
P2,P3,Pll,Pl2,Pl3・・・・・・フォ
トカプラ(Dl,D2,D3,Dll,Dl2,Dl3
・・・・・・発光ダイオード、Dl,d2,d3,dl
l,Dl2,dl3・・・・・・フォトダイオード)、
20一1,20−2,30−1,30−2・・・・・・
比較増幅器、21−1,21−2,31−1,31−2
・・・・・・エッジトリガパルス発信器、24・・・・
・・方向識別回路、32−1,32−2,32−3,3
3一1,33−2,33−3,34−1,34−2,3
4−3・・・・・・明暗パターン列、P23〜P28,
P3l〜P33・・・・・・フォトカプラ、D5l,D
52・・・・・・発光素子、D5l−1,d51−2,
d51−3,d52−1,d52−2,d52−3・・
・・・・受光素子。
Fig. 1 is a perspective view schematically showing the internal structure of an incremental rotary encoder, Fig. 2 is a waveform diagram showing a state in which two signals with a phase difference of i cross each other, and Fig. 3 is an application of the present invention to an incremental rotary encoder. FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the mechanical components in the case where the slit 1 of the rotary slit plate 10 in FIG.
0a and the fixed J fixed slits 12-1, 12-2, 12-3 and 13-1, 13-2, 13-3, FIG. 5 is a photocoupler shown in FIG. Pl, P2
, P3, and FIG. 6 is a diagram showing the signal waveforms obtained from the photocouplers Pl, P2, P3 and Pll, Pl2 in FIG.
, a block diagram showing an example of a circuit that performs position detection based on signals obtained from Pl3, FIG. 7 is an operation waveform diagram of the circuit of FIG. 6, and FIG. 8 is an operation of the direction identification circuit of FIG. 6. An explanatory diagram, Fig. 9 is an operation waveform diagram when position detection is performed based on six detection signals, and Fig. 10 is an operation waveform diagram when position detection is performed based on six detection signals. FIG. 11 is a diagram showing another embodiment of the present invention in which the signals are formed by shifting the signals in each group. FIG. 12 is a perspective view showing a modified example of the photo coupler. 10... Rotating slit plate, 11... Rotating shaft, 12, 13... Fixed slit plate, Pl,
P2, P3, Pll, Pl2, Pl3...Photo coupler (Dl, D2, D3, Dll, Dl2, Dl3
・・・・・・Light emitting diode, Dl, d2, d3, dl
l, Dl2, dl3... photodiode),
20-1, 20-2, 30-1, 30-2...
Comparison amplifier, 21-1, 21-2, 31-1, 31-2
...Edge trigger pulse oscillator, 24...
... Direction identification circuit, 32-1, 32-2, 32-3, 3
3-1, 33-2, 33-3, 34-1, 34-2, 3
4-3... Light and dark pattern row, P23 to P28,
P3l~P33...Photocoupler, D5l, D
52... Light emitting element, D5l-1, d51-2,
d51-3, d52-1, d52-2, d52-3...
····Light receiving element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 光線を透過する部分と遮断する部分とを所定のピッ
チで連続的に形成したパターンと、前記ピッチの[1/
{2(n−1)}](=α)ずつ位相をずらして光線を
受光するように前記パターンの連続方向に当該パターン
を挟んで各々配置され前記パターンとの相対位置が位置
検出対象物の移動に応じて変化するように配置されたn
(n≧3)組のフォトカプラを1グループとしてα/m
ずつ位相をずらして配置されたmグループのフォトカプ
ラ群と、前記各グループにおいてフォトカプラから得ら
れるn本の信号を位相が隣りあうもの同士を各々比較し
てそれらのクロスポイントを検出する回路手段と、全グ
ループにおいて検出されるクロスポイントの数を累算し
てその累算値を前記位置検出対象物の位置として求める
回路手段とを具えた位置検出装置。 2 光線を透過する部分と遮断する部分とを所定のピッ
チで連続的に形成したパターンを、前記ピッチの[1/
{2(n−1)}](=α)ずつ位相をずらしてn列ず
つ位相をずらして配列されたmグループのパターン列群
と、前記パターン列群の連続方向に対し同じ位置におい
て光線を受光するように各パターンを挟んで各々配置さ
れ、前記パターン列群の相対位置が位置検出対象物の移
動に応じて変化するように配置された各グループn(n
≧3)組ずつのフォトカプラ群と、前記各グループにお
いてフォトカプラから得られる0本の信号を位相が隣り
あうもの同士を各々比較してそれらのクロスポイントを
検出する回路手段と、全グループにおいて検出されるク
ロスポイントの数を累算してその累算値を前記位置検出
対象物の位置として求める回路手段とを具えた位置検出
装置。
[Scope of Claims] 1. A pattern in which parts that transmit light and parts that block light are continuously formed at a predetermined pitch, and [1/
{2(n-1)}] (=α) so that the light beams are received with a phase shift of each pattern, and are arranged across the pattern in the continuous direction of the pattern, and the relative position with respect to the pattern is the position of the object to be detected. n arranged to change according to movement
α/m with (n≧3) pairs of photocouplers as one group
m groups of photocouplers arranged with different phases, and circuit means for comparing n signals obtained from the photocouplers in each group with adjacent phases to detect their cross points. and circuit means for accumulating the number of cross points detected in all groups and obtaining the accumulated value as the position of the position detection object. 2. A pattern in which parts that transmit light and parts that block light are continuously formed at a predetermined pitch is formed at [1/
{2(n-1)}] (= α) m groups of pattern rows arranged with a phase shift of n columns and a light ray at the same position in the continuous direction of the pattern rows. Each group n (n
≧3) A group of photocouplers in each group, circuit means for comparing zero signals obtained from the photocouplers in each group with adjacent phases to detect their cross points, and A position detection device comprising circuit means for accumulating the number of detected cross points and obtaining the accumulated value as the position of the position detection target.
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