JPH071177B2 - Encoder - Google Patents
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- JPH071177B2 JPH071177B2 JP62141441A JP14144187A JPH071177B2 JP H071177 B2 JPH071177 B2 JP H071177B2 JP 62141441 A JP62141441 A JP 62141441A JP 14144187 A JP14144187 A JP 14144187A JP H071177 B2 JPH071177 B2 JP H071177B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はエンコーダに関するものであり、より特定的に
は光学式インクリメンタル形エンコーダを用いてエンコ
ーダに接続された工作機械等の移動方向、移動量及び位
置をアブソリュート形式で算出し得るエンコーダに関す
る。エンコーダとしてはロータリ形、リニヤ形がある
が、本願では特に後者を対象とする。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an encoder, and more specifically, it uses an optical incremental encoder to determine a moving direction, a moving amount, and a position of a machine tool or the like connected to the encoder. The present invention relates to an encoder that can calculate in an absolute format. The encoder includes a rotary type and a linear type, and the latter is particularly targeted in the present application.
エンコーダはNC等の移動する作業機械の精密な位置検出
等に広く用いられている。Encoders are widely used for precise position detection of moving work machines such as NC.
エンコーダには一般にインクリメンタル形のものとアブ
ソリュート形のものがある。前者は、例えばロータリィ
エンコーダを例にとると、作業機械の移動を検出するた
めの回転軸に固定された回転板に、回転板の円周に沿っ
て等間隔でしゃ光部及び透光部(スリット)を設け、回
転板の一方の側から発光素子により回転板を照射させ、
また回転板の他方の側に受光素子を設け、回転軸の回転
と共に回転する回転板の透光部を通した発光素子の光を
受光するようにしたもので、回転板が正回転である場合
にはインクリメンタルな信号、逆回転である場合はデク
リメンタルな信号を出力し、回転軸の位置を検出するよ
うにしたものである。一方後者は、回転板の半径方向に
それぞれ所定のパターン透光チャネルを複数列、円周に
沿って設け、該チャネルを通した光を複数の受光素子で
検出し、これらの受光素子の信号の組合せにより、回転
軸の位置を一義的(アブソリュート)に検出できるよう
にしたものである。インクリメンタル形エンコーダは回
転板が簡単かつ検出回路も簡単ですむという利点を有す
る一方、検出回路用の電源が通常作業機械側の電源から
供給されており、その電源が一旦オフになると電源再投
入時に回転軸の位置がすぐに判らず、再度基準位置から
の信号(インクリメンタル/デクリメンタル)を計数し
なければならないという問題がある。一方、アブソリュ
ート形エンコーダは電源が一旦オフになっても電源再投
入時に回転軸の位置が即座に判るが、回転板の構造及び
検出回路が複雑になるという問題がある。Encoders are generally classified into an incremental type and an absolute type. Taking the rotary encoder as an example, the former is a rotary plate fixed to a rotary shaft for detecting the movement of the working machine, and has a light-shielding part and a light-transmitting part at equal intervals along the circumference of the rotary plate. (Slit) is provided, and the rotary plate is illuminated from one side of the rotary plate by the light emitting element,
Further, a light receiving element is provided on the other side of the rotating plate to receive the light of the light emitting element through the light transmitting portion of the rotating plate that rotates with the rotation of the rotating shaft. Is output an incremental signal, and in the case of reverse rotation, a decremental signal is output to detect the position of the rotating shaft. On the other hand, in the latter, a plurality of rows of predetermined pattern light-transmitting channels are provided in the radial direction of the rotary plate along the circumference, the light passing through the channels is detected by a plurality of light-receiving elements, and signals of these light-receiving elements are detected. By the combination, the position of the rotary shaft can be uniquely (absolutely) detected. While the incremental encoder has the advantage that the rotating plate is simple and the detection circuit is simple, the power for the detection circuit is usually supplied from the power supply on the working machine side, and once the power is turned off, it will be restarted. There is a problem that the position of the rotation axis cannot be immediately known and the signal (incremental / decremental) from the reference position must be counted again. On the other hand, in the absolute encoder, the position of the rotary shaft can be immediately known when the power is turned on again even if the power is turned off once, but there is a problem that the structure of the rotary plate and the detection circuit become complicated.
さらに上述のインクリメンタル形エンコーダ及びアブソ
リュート形エンコーダのいずれも一般に、回転軸の1回
転内の回転位置のみを検出するようになっており、エン
コーダ自体において、回転軸の回転回数そのものが検出
できない。従って、エンコーダの外部回路において1回
転内の回転位置信号を用いて回転軸の回転回数及び回転
位置を統合化する、すなわち作業機械のトータルの移動
距離を算出する、ことを行なわなければならない。Furthermore, both the incremental encoder and the absolute encoder described above generally detect only the rotational position within one rotation of the rotary shaft, and the encoder itself cannot detect the number of rotations of the rotary shaft. Therefore, it is necessary to integrate the number of rotations and the rotational position of the rotary shaft by using the rotational position signal within one rotation in the external circuit of the encoder, that is, to calculate the total moving distance of the working machine.
上述の問題を解決するものとして、本発明の発明者によ
り発明された「回転体の回転検出用パルスエンコーダ
(特願昭59−017103号及び特願昭59−017104号)」、及
び、「パルスエンコーダ(昭和59年3月10日出願)」が
ある。これらの出願はいずれも回転体の回転回数及び回
転の向きが検出できるようになっているが、いずれもア
ブソリュート形エンコーダを用いていて回転コード板が
やや複雑である。また「回転体の回転検出用パルスエン
コーダ」の両出願は、回転体の回転回数及び回転方向を
検出するため回転コード板に付加的発信素子と固定部に
検出素子を設けねばならず、また後者の「パルスエンコ
ーダ」においても付加的な検出素子を設けており、構造
的に若干複雑となっている。さらに上述のいずれも回路
の電力の消費を低減するためにサンプリング的に電源を
印加するという手法を用いているが、電力消費の低減が
必ずしも充分でないということが見出された。In order to solve the above-mentioned problems, "a pulse encoder for detecting the rotation of a rotating body (Japanese Patent Application No. 59-017103 and Japanese Patent Application No. 59-017104)" invented by the inventor of the present invention, and "pulse There is an encoder (filed on March 10, 1984). In each of these applications, the number of rotations and the direction of rotation of the rotating body can be detected, but all of them use an absolute encoder and the rotating code plate is rather complicated. Further, both applications of "Pulse encoder for detecting rotation of rotating body" must provide an additional transmitting element on the rotating code plate and a detecting element on the fixed portion in order to detect the number of rotations and the rotating direction of the rotating body, and the latter. The “pulse encoder” of 1 is also provided with an additional detection element, and is structurally slightly complicated. Furthermore, all of the above methods use a method of applying a power source in a sampling manner in order to reduce the power consumption of the circuit, but it has been found that the reduction in power consumption is not always sufficient.
以上の問題は、従来のリニヤエンコーダについても同様
である。The above-mentioned problems also apply to the conventional linear encoder.
本発明の目的は、簡単な構造且つ比較手簡単な回路によ
り、エンコーダで検出すべき工作機械等の移動量及び移
動方向、並びに位置をアブソリュート形式で検出でき、
且つ、電力消費の少ないエンコーダを提供することにあ
る。An object of the present invention is to detect the moving amount and moving direction of a machine tool or the like to be detected by an encoder and the position in an absolute format with a simple structure and a simple circuit for comparison.
Moreover, it is to provide an encoder that consumes less power.
本発明の上記目的を達成するため、下記に挙げるような
技術的思想に基づいて本発明のエンコーダが実現され
た。すなわち、エンコーダの本体部分としては構造の簡
単なインクリメンタル形のものを用い、付加的な発光素
子、検出素子は用いない。一方、移動量及び移動方向を
検出するため、従来のインクリメンタル形の検出素子の
作動条件を本発明に基づく信号処理技法により変え、こ
れによって得られる検出信号を信号処理する。さらに、
例えば、インクリメンタル形ロータリィエンコーダの1
回転位置信号が電源断により喪失されることを防止する
ため、回路用電源は外的条件により電源断とならない電
池を用いる。但し、電池の寿命がエンコーダ供用期間、
又は保守期間充分であるように、電力消費が最小となる
ような回路設計をする、等である。In order to achieve the above object of the present invention, the encoder of the present invention has been realized based on the following technical ideas. That is, the encoder main body is of the incremental type having a simple structure, and no additional light emitting element or detecting element is used. On the other hand, in order to detect the movement amount and the movement direction, the operating condition of the conventional incremental type detection element is changed by the signal processing technique according to the present invention, and the detection signal obtained by this is processed. further,
For example, one of the incremental type rotary encoder
In order to prevent the rotation position signal from being lost due to power failure, the circuit power supply uses a battery that does not turn off due to external conditions. However, the battery life depends on the encoder service period,
Alternatively, the circuit design should be such that the power consumption is minimized so that the maintenance period is sufficient.
従って本発明においては基本的形態として、所定の間隔
で複数の透光域及び遮光域が連続して設けられた符号
板、該符号板の一方の側から前記透光域及び遮光域を照
光するように設けられた発光素子、及び、前記符号板の
他方の側に設けられ前記符号板の透光域を通過した前記
発光素子の射出光を所定のスリットを介して受ける少く
とも第1及び第2の受光素子であって第2の受光素子が
第1の受光素子に対し所定の位相差をもって前記符号板
の運動位置を検出するように配置されているもの、を具
備するエンコーダにおいて、前記符号板の透光域及び前
記所定のスリットを通した前記発光素子からの射出光が
前記いずれかの発光素子を照射する時間より短かい周期
のパルスを発生する発振回路、及び、第1及び第2の受
光素子の信号を受け入れ、該信号に応答して前記符号板
の運動位置、及び前記受光信号の立上り及び立下りの少
なくとも一方を検出して前記符号板の運動方向及び運動
量を算出する信号処理回路を設け、前記発光素子、第1
及び第2の受光素子及び信号処理回路を前記発振回路か
らのパルスに応答して作動させるようにしたことを特徴
とする、エンコーダが提供される。Therefore, in the present invention, as a basic form, a code plate in which a plurality of light-transmitting regions and light-shielding regions are continuously provided at predetermined intervals, and the light-transmitting region and the light-shielding region are illuminated from one side of the code plate. And the light emitting element provided on the other side of the code plate and receiving at least the first and the second emitted light of the light emitting element that has passed through the light transmitting region of the code plate through a predetermined slit. And a second light-receiving element arranged so as to detect the movement position of the code plate with a predetermined phase difference with respect to the first light-receiving element. An oscillation circuit that generates a pulse having a shorter period than the time that the light emitted from the light-emitting element that has passed through the light-transmitting area of the plate and the predetermined slits irradiates any one of the light-emitting elements, and the first and second Signal from the light receiving element of In response to the signal, a signal processing circuit for detecting the movement position of the code plate and at least one of rising and falling of the received light signal to calculate the moving direction and the amount of movement of the code plate is provided, and the light emission is performed. Element, first
Also, an encoder is provided, characterized in that the second light receiving element and the signal processing circuit are operated in response to a pulse from the oscillation circuit.
本発明の一実施例について添付図面を参照して下記に述
べる。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明のエンコーダを理解するための参考とし
て、本発明の基本概念が採用された光学式ロータリーエ
ンコーダ1の概略的な断面を示す図である。第1図にお
いて当該エンコーダ1は、NC等の作業機械の位置を検出
するため作業機械の移動に応じて回転する回転軸2、該
回転軸に固定され回転軸2の回転と共に回転する回転板
7、該回転板の一方の側に設けられた基板8に装着さ
れ、回転板7のスリット部(第2図)に光を照射する発
光素子9、この実施例においては発光ダイオードを備え
ている。基板8には後述する回路部10及び電池11が設け
られている。一方、回転板7をはさんで基板8と対向し
て回転軸2が貫通している穴が設けられている基台3が
設けられ、該基台には、発光ダイオード9に対向する位
置に受光素子4,5、この実施例においては、フォトダイ
オードが設けられている。回転板7とフォトダイオード
4,5との間に固定スリット6が設けられている。FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross section of an optical rotary encoder 1 in which the basic concept of the present invention is adopted as a reference for understanding the encoder of the present invention. In FIG. 1, the encoder 1 includes a rotary shaft 2 that rotates in response to movement of the work machine for detecting the position of the work machine such as NC, and a rotary plate 7 that is fixed to the rotary shaft and that rotates with the rotation of the rotary shaft 2. A light emitting element 9 mounted on a substrate 8 provided on one side of the rotary plate and irradiating the slit portion (FIG. 2) of the rotary plate 7 with light, in this embodiment, a light emitting diode. The circuit board 10 and the battery 11 described later are provided on the substrate 8. On the other hand, a base 3 having a hole through which the rotary shaft 2 penetrates is provided so as to face the substrate 8 with the rotary plate 7 interposed therebetween, and the base 3 is provided at a position facing the light emitting diode 9. Light receiving elements 4 and 5, and in this embodiment, photodiodes are provided. Rotating plate 7 and photodiode
A fixed slit 6 is provided between 4 and 5.
回転板7は第2図にその平面図を示すように円周に沿っ
て、しゃ光部71と透光部72とが一定の間隔で交互に連続
して設けられている。本実施例においては、しゃ光部71
の幅と透光部72の幅とは同じであり、1周当り、それぞ
れ2500個設けられている。また第3図に固定スリット6
の正面図を示す。固定スリット6は、フォトダイオード
4,5と回転板7のしゃ光部及び透光部との間に設けられ
ており、回転板7の透光部を通過したしゃ光をさらにス
リットを介してフォトダイオード4,5に導びく。ここで
固定スリット6は、フォトダイオード5がフォトダイオ
ード4に対して90゜位相おくれの透過光を検出するよう
に、スリットとが配置されている。As shown in the plan view of FIG. 2, the rotary plate 7 is provided with light-shielding portions 71 and light-transmitting portions 72 that are alternately and continuously arranged along the circumference at regular intervals. In the present embodiment, the light shielding unit 71
And the width of the light transmitting portion 72 are the same, and 2500 pieces are provided for each round. The fixed slit 6 is shown in FIG.
The front view of is shown. Fixed slit 6 is a photodiode
It is provided between the light-transmitting portion and the light-transmitting portion of the rotary plate 7, and guides light that has passed through the light-transmitting portion of the rotary plate 7 to the photodiodes 4,5 through slits. . Here, the fixed slit 6 is arranged with a slit so that the photodiode 5 detects the transmitted light with a phase delay of 90 ° with respect to the photodiode 4.
第4図に第1図に図示の電気回路部10の回路図を示す。
電気回路部10は、クロックパルスCLK0(第5図(a))
を発生させる発生回路100、該クロックパルスCLK0の立
下りに対応して回路駆動用クロックパルスCLK1(第5図
(b))を発生させる単安定マルチバイブレータ101、
フォトダイオード4及び5の信号を増幅するそれぞれト
ランジスタ及び抵抗器から成る増幅回路102及び103、該
増幅回路からの2つの信号SA,SBの立上り及び立下りを
検出する立上り/立下り検出回路104、該立上り又は立
下り検出信号を出力する際オアをとるオアゲート105及
び106、該オアゲート105又は106の出力信号により
“増”又は“減”の計数を行なうアップ/ダウン(可
逆)カウンタ107を備えている。FIG. 4 shows a circuit diagram of the electric circuit section 10 shown in FIG.
The electric circuit unit 10 uses the clock pulse CLK 0 (Fig. 5 (a)).
, A monostable multivibrator 101 for generating a circuit driving clock pulse CLK 1 (FIG. 5 (b)) in response to the fall of the clock pulse CLK 0 ,
Amplifying circuits 102 and 103 each comprising a transistor and a resistor for amplifying the signals of the photodiodes 4 and 5, respectively, and a rising / falling detecting circuit 104 for detecting rising and falling of two signals SA and SB from the amplifying circuit, It is provided with OR gates 105 and 106 that take an OR when outputting the rising or falling detection signal, and an up / down (reversible) counter 107 that counts “increase” or “decrease” by the output signal of the OR gate 105 or 106. There is.
立上り/立下り検出回路104は、フォトダイオード4側
の信号SA(A相信号)により作動するD形フリップフロ
ップFF1及びFF2、フォトダイオード5側の信号SB(B相
信号)により作動するD型フリップフロップFF3及びFF
4、及び、これらのフリップフロップFF1〜FF4の信号を
受け入れ、解読して立上り又は立下り信号を出力する4
ライン−16ラインデコーダDECDRから成る。すなわち、
デコーダDECDRは、フリップフロップFF1〜FF4の出力SA
1,SA2,SB1,SB2をそれぞれ「1」,「2」,「4」,
「8」の信号として受け入れ、0〜15の10進信号として
出力するものである。The rising / falling detection circuit 104 includes D-type flip-flops FF1 and FF2 operated by the signal SA (A-phase signal) on the photodiode 4 side, and a D-type flip-flop operated by the signal SB (B-phase signal) on the photodiode 5 side. FF3 and FF
4 and accepts the signals of these flip-flops FF1 to FF4, decodes them, and outputs a rising or falling signal 4
It consists of a line-16 line decoder DECDR. That is,
The decoder DECDR is the output SA of the flip-flops FF1 to FF4.
1, SA2, SB1, SB2 are "1", "2", "4",
It accepts as a signal of "8" and outputs it as a decimal signal of 0-15.
上述の回路には電源として、電池11が接続されている。
電池11は発光ダイオード9、及びフォトダイオード4及
び5の電源としても用いられる。A battery 11 is connected to the above circuit as a power source.
The battery 11 is also used as a power source for the light emitting diode 9 and the photodiodes 4 and 5.
第5図のタイミングチャートを参照して、第1図〜第4
図に図示の本発明のエンコーダの動作を説明する。1 to 4 with reference to the timing chart of FIG.
The operation of the encoder of the present invention shown in the figure will be described.
回転軸2は位置を測定すべき作業機械の移動速度に応じ
て回転速度が変化するが、ここでは、最大1200rpmで回
転するものとする。前述の如く、回転板7の透光部が1
周で2500個あるから、最大速度で正回転(例えば右回
転)した場合、その周波数は50kHzとなる。従って、常
時発光ダイオード9を点灯し続けたとした場合、固定ス
リット6を通してフォトダイオード4又は5で受ける光
は第5図(a)に図示の如く、1周期τ=20μsecの点
滅光が得られることになる。しかしながら、本発明にお
いては電池11の電力消費を最小にするという観点から、
下記に述べるように、発光ダイオード9を常時点灯させ
ることはせず、最小時間だけ点灯させるようにする。The rotation speed of the rotating shaft 2 changes according to the moving speed of the work machine whose position is to be measured, but here, it is assumed that the rotating shaft 2 rotates at a maximum of 1200 rpm. As described above, the transparent portion of the rotating plate 7 is 1
Since there are 2,500 laps, the frequency becomes 50 kHz when rotating normally at the maximum speed (for example, right rotation). Therefore, if it is assumed that the light emitting diode 9 is constantly lit, the light received by the photodiode 4 or 5 through the fixed slit 6 should be a blinking light of one cycle τ = 20 μsec as shown in FIG. 5 (a). become. However, in the present invention, from the viewpoint of minimizing the power consumption of the battery 11,
As described below, the light emitting diode 9 is not always lit, but is lit only for a minimum time.
発光ダイオード9を最小時間だけ点灯させるための励起
パルスCLK0を発振回路100により発生させる。パルスCLK
0の周期tは(第5図(b))、第5図(a)に図示の
周期τより短かくなければならない。第5図(a)に図
示の透過光を検出するには、少なくともt=τでなけれ
ばいけないが、さらに立上り及び立下りを検出するため
である。一方、周期t内のパルスをオン時間t1とオフ時
間t2とに分けると、オン時間t1は発光ダイドーオ9、フ
ォトダイオード4及び5、回路10が安定に作動可能な時
間であって、電力消費を最小にするという観点からはで
きるだけ短かい方がよい。以上の条件に鍮み、この実施
例においては、t=5μsec,t1=2μsec,t3=3μse
c、すなわちパルスCLK0の周波数を200kHzとしている。
従って、マルチバイブレータ101の出力クロックパルスC
LK1も(第5図(c))も200kHzである。The oscillation circuit 100 generates an excitation pulse CLK 0 for turning on the light emitting diode 9 for a minimum time. Pulse CLK
The period t of 0 (FIG. 5 (b)) must be shorter than the period τ shown in FIG. 5 (a). In order to detect the transmitted light shown in FIG. 5 (a), at least t = τ must be satisfied, but this is because the rising and falling edges are further detected. On the other hand, when the pulse within the cycle t is divided into the on-time t 1 and the off-time t 2 , the on-time t 1 is the time during which the light emitting diode 9, the photodiodes 4 and 5, and the circuit 10 can operate stably, From the viewpoint of minimizing power consumption, it is better to be as short as possible. Under the above conditions, brass is used, and in this embodiment, t = 5 μsec, t 1 = 2 μsec, t 3 = 3 μse.
c, that is, the frequency of the pulse CLK 0 is 200 kHz.
Therefore, the output clock pulse C of the multivibrator 101
Both LK 1 (Fig. 5 (c)) is 200kHz.
回転軸2が最高速度で回転した場合、クロックCLK0のオ
ンにより点灯した発光ダイオード9の射出光を回転板7
及び固定スリット6を介して受光したフォトダイオード
4は、クロックCLK0のオン時間に応じた透光域1ピッチ
(1サイクル)当り4個のパルスを出力し、このパルス
が増幅回路102により増幅されてA相出力SAを得る(第
5図(d))。フォドダイオード5も同様に4個のパル
スを出力するが、このパルスはフォトダイオード4の出
力パルスより位相が90゜おくれており、増幅回路103で
増幅されてB相出力SBを得る(第5図(e))。When the rotating shaft 2 rotates at the maximum speed, the light emitted from the light emitting diode 9 which is turned on when the clock CLK 0 is turned on causes the rotating plate 7 to rotate.
The photodiode 4, which receives light through the fixed slit 6 and the fixed slit 6, outputs four pulses per one pitch (one cycle) of the light transmission area according to the on-time of the clock CLK 0 , and the pulses are amplified by the amplifier circuit 102. To obtain the A-phase output SA (Fig. 5 (d)). The photodiode 5 also outputs four pulses in the same manner, but this pulse is 90 ° out of phase with the output pulse of the photodiode 4 and is amplified by the amplifier circuit 103 to obtain the B-phase output SB (fifth phase). Figure (e)).
A相信号SAがフリップフロップFF1のセット入力に印加
されることによりFF1はセットされ出力SA1がオンとなる
(第5図(f))。出力SA1はデコーダDECDRの端子A0に
印加されていると共に次段のフリップフロップFF2のセ
ット入力に印加されており、次のクロックCLK1がFF2に
印加されることによりFF2がセットされ出力SA2もオンと
なる(第5図(g))。該出力SA2もデコーダDECDRのA1
端子に印加されている。フリップフロップFF1は信号SA
が切れた次のクロックCLK1でリセットされ、FF2はその
次のクロックCLK1でリセットされる。When the A-phase signal SA is applied to the set input of the flip-flop FF1, FF1 is set and the output SA1 is turned on (FIG. 5 (f)). The output SA1 is applied to the terminal A0 of the decoder DECDR and is also applied to the set input of the next flip-flop FF2. When the next clock CLK 1 is applied to FF2, FF2 is set and the output SA2 is also turned on. (Fig. 5 (g)). The output SA2 is also A1 of the decoder DECDR
Applied to the terminal. Flip-flop FF1 is signal SA
Is reset at the next clock CLK 1 with expired, FF2 is reset by the next clock CLK 1.
B相信号SBについても上記同様、フリップフロップFF3
及びFF4を介して第5図(h)及び(i)に図示の信号S
B1及びSB2が得られ、これらの信号がデコーダDECDRのA
2,A3端子に印加される。The flip-flop FF3 is also applied to the B-phase signal SB as described above.
And signal FF shown in FIGS. 5 (h) and (i) via FF4.
B1 and SB2 are obtained, and these signals are A of the decoder DECDR.
Applied to 2, A3 terminals.
デコーダDECDRに印加された上記信号SA1,SA2,SB1,SB2に
よりデコーダは第5図(j)に図示の如きアップダウン
信号SUDに変換して出力するが、その出力は第4図に図
示の如く、適宜、回転板が正回転する場合はインクリメ
ント(加算)するように、逆回転する場合はデクリメン
ト(減算)するようにアップダウンカウンタ107に接続
されている。この実施例では正回転しておりA相信号SA
がB相信号SBより90゜位相が進んでいるから、アップダ
ウン信号SUDは全てアップパルス信号SUとなる。デコー
ダDECDRは第8図に図示の如くゲートG1〜G14で構成され
ており、SA1+SA2+SB1+SB2が1,7,8,14となる場合にゲ
ートG1,G7,G8,G14からアップパルスが出力される。若し
B相信号SBがA相信号SAより位相が進んだ場合、すなわ
ちエンコーダが逆回転した場合は上記とは反対にSA1+S
A2+SB1+SB2が2,4,11,13となる場合ゲートG2,G4,G11,G
13からダウンパルスのみが出力される。By the signals SA1, SA2, SB1 and SB2 applied to the decoder DECDR, the decoder converts into an up-down signal SUD as shown in FIG. 5 (j) and outputs it. The output is as shown in FIG. The up / down counter 107 is appropriately connected so as to increment (add) when the rotating plate rotates in the forward direction and decrement (subtract) when the rotating plate rotates in the reverse direction. In this embodiment, the A-phase signal SA is rotating normally.
Is 90 degrees ahead of the B-phase signal SB, the up-down signals SUD are all up-pulse signals SU. The decoder DECDR is composed of gates G1 to G14 as shown in FIG. 8. When SA1 + SA2 + SB1 + SB2 are 1,7,8,14, up-pulses are output from the gates G1, G7, G8, G14. If the B-phase signal SB leads the A-phase signal SA in phase, that is, if the encoder rotates in the reverse direction, SA1 + S
When A2 + SB1 + SB2 becomes 2,4,11,13 Gate G2, G4, G11, G
Only the down pulse is output from 13.
これらのアップ又はダウンパルス信号がアップダウンカ
ウンタ107で計数されていく。These up or down pulse signals are counted by the up / down counter 107.
上記回路には電池11により電圧が常時印加されているも
のとする。従って電源断、に伴う位置不明という状態は
発生せず、常に回転軸の回転位置が維持され、アップダ
ウンカウンタ107から、正転又は逆転を処理した回転位
置信号がいわゆるアブソリュート信号として出力でき
る。又は上記アップダウンカウンタ107において、回転
板の透光部の数に合せて、例えば、正転パルスが2500パ
ルス毎に正回転回数パルスを発生させる。逆転の場合は
逆回転回数パルスを発生させる。これにより、回転回数
と回転方向も判る。It is assumed that a voltage is constantly applied to the circuit by the battery 11. Therefore, the state of unknown position due to power-off does not occur, the rotational position of the rotary shaft is always maintained, and the up / down counter 107 can output a rotational position signal processed for forward rotation or reverse rotation as a so-called absolute signal. Alternatively, in the up / down counter 107, for example, a forward rotation pulse is generated every 2500 pulses in accordance with the number of light transmitting portions of the rotating plate. In the case of reverse rotation, a reverse rotation number pulse is generated. From this, the number of rotations and the direction of rotation can be known.
尚電池11は、例えばリチウム電池等比較的寿命が長く安
定したものを用いるが、回路に常時電圧を印加可能とす
るためには、上述したように、発光ダイオード9、フォ
トダイオード4,5及び増幅回路102,103には、これらの作
動及び位置検出に必要な最小時間幅(第5図(b))、
t1)のパルスを印加して電力消費の最小化を図ると共
に、回路素子として電力消費の少ない、例えば、CMOSデ
バイスを用いている。The battery 11 is, for example, a lithium battery that has a relatively long life and is stable. However, in order to always apply a voltage to the circuit, as described above, the light emitting diode 9, the photodiodes 4, 5, and the amplifiers are used. The circuits 102 and 103 have a minimum time width (Fig. 5 (b)) necessary for their operation and position detection,
The pulse of t 1 ) is applied to minimize the power consumption, and a CMOS device, which consumes less power, is used as a circuit element.
以上の動作説明は、回転軸2が最高速度で回転する場合
について述べたが、回転軸は作業機械の移動速度により
変化し、回転しない場合もある。例えば回転軸が600rpm
で回転すると1ピッチの周期τ′は上記例の倍、すなわ
ち40μsecとなる。(第7図(a))。一方、発振回路1
00が前述と同じ周波数50kHzのまゝであるとしたら1ピ
ッチ内で発光ダイオードは2倍点滅することになるが、
立上り又は立下りを検出するには上記同様4パルスで充
分である。そこで、第6図に図示の如く、回転板の回転
速度をも意味するデコーダDECDRの出力信号をオアゲー
ト109を介して入力し、該入力パルスの間のクロックパ
ルスCLK1′を計数し、回転軸の回転数に応じて発振回路
の発振周期を算出する回路108を設け、さらに発振回路1
00′は回路108の指令に応じて発振周期を変化できるよ
うにしておく。この例では、発振周期t′を2倍にする
(第7図(b))。但し、発光ダイオード等をオンする
時間t1は前の通りである。このようにすることにより、
発光ダイオード等を作動させる回数が減少するから、電
池の電力消費を著しく低減することができる。このよう
にすることにより、電池の寿命をほぼエンコーダの供用
期間と同じ程度に延ばすことが可能となる。In the above description of the operation, the case where the rotary shaft 2 rotates at the maximum speed has been described, but the rotary shaft changes depending on the moving speed of the work machine and may not rotate. For example, the rotation axis is 600 rpm
When rotated by, the one-pitch cycle τ ′ is twice that of the above example, that is, 40 μsec. (FIG. 7 (a)). On the other hand, oscillator circuit 1
If 00 has the same frequency of 50 kHz as before, the light emitting diode will blink twice in one pitch.
As in the above case, 4 pulses are sufficient to detect the rising edge or the falling edge. Therefore, as shown in FIG. 6, the output signal of the decoder DECDR, which also means the rotation speed of the rotating plate, is input through the OR gate 109, the clock pulse CLK 1 ′ between the input pulses is counted, and the rotation axis is rotated. A circuit 108 for calculating the oscillation cycle of the oscillation circuit according to the rotation speed of the
00 'is set so that the oscillation cycle can be changed according to the command from the circuit 108. In this example, the oscillation period t'is doubled (Fig. 7 (b)). However, the time t 1 for turning on the light emitting diode or the like is as before. By doing this,
Since the number of times the light emitting diode or the like is operated is reduced, the power consumption of the battery can be significantly reduced. By doing so, it becomes possible to extend the battery life to about the same as the service life of the encoder.
上述の例示においては、立上り及び立下りの両者を検出
する場合について述べたが、一方のみにすることも可能
である。また立上り・立下り回路104は上記同様の機能
を有するものならば、他の形式のものにすることができ
る。またアップダウンカウンタは、上記同様の可逆計数
を行なうものであれば、1個のアップダウンカウンタで
ある必要はなく、安価な2つのカウンタを組合せても良
い。In the above example, the case of detecting both the rising edge and the falling edge is described, but it is also possible to set only one of them. Further, the rising / falling circuit 104 may be of another type as long as it has the same function as described above. Further, the up / down counter does not need to be one up / down counter as long as it performs reversible counting similar to the above, and two inexpensive counters may be combined.
以上の説明においては、A相、B相信号について述べた
が、在来同様、反転A相、反転B相を併せて用いること
もできる。In the above description, the A-phase and B-phase signals have been described, but the inverted A phase and the inverted B phase can be used together as in the conventional case.
これまでに説明した本発明の基本概念をロータリ形では
なくリニア形のエンコーダに適用することによって、本
発明のリニアエンコーダが実現される。リニヤエンコー
ダそれ自体は良く知られており、第9図および第10図に
図示の如く、発光素子としてのLED90と4個のフォトト
ランジスタ41〜44から成る受光素子40が固定スリット板
50を介して対向して設けられ、固定スリット板50とLED9
0の間を工作機械のテーブル70に機械的に接続された直
線状(リニヤ)符号板60が設けられている。すなわち、
ロータリエンコーダの回転符号板7がリニヤ符号板60に
対応する。ロータリエンコーダの場合、工作機械のテー
ブルに接続された回転軸の回転に伴って回転符号板7が
回転させられ、その回転方向および回転量を、固定スリ
ット6および受光素子4,5を介して上述の如く検出す
る。リニヤエンコーダの場合、リニヤ符号板60が直線運
動をし、正方向又は逆方向に移動することを除けば、上
述のインクリメンタル形ロータリーエンコーダと全く同
様、インクリメンタル形エンコーダであり、上述の構成
がリニヤエンコーダにそのまゝ適用可能である。The linear encoder of the present invention is realized by applying the basic concept of the present invention described so far to a linear encoder instead of a rotary encoder. The linear encoder itself is well known, and as shown in FIGS. 9 and 10, an LED 90 as a light emitting element and a light receiving element 40 including four phototransistors 41 to 44 are fixed slit plates.
Fixed slit plate 50 and LED 9 are provided opposite to each other.
A linear code plate 60 mechanically connected to the table 70 of the machine tool between 0 is provided. That is,
The rotary code plate 7 of the rotary encoder corresponds to the linear code plate 60. In the case of the rotary encoder, the rotary code plate 7 is rotated with the rotation of the rotary shaft connected to the table of the machine tool, and the rotation direction and the rotation amount are described above via the fixed slit 6 and the light receiving elements 4 and 5. It detects like. In the case of a linear encoder, the linear encoder 60 is an incremental encoder exactly like the above-mentioned incremental rotary encoder except that the linear code plate 60 moves linearly and moves in the forward direction or the reverse direction. It is applicable as it is.
尚、第10図においては、4個のフォトトランジスタ41〜
44を用いて、A相およびB相のみならず、これら逆相信
号,も検出し得るようにしている。In addition, in FIG. 10, four phototransistors 41 to
By using 44, not only the A phase and the B phase, but also these opposite phase signals can be detected.
以上に述べたように、本発明によればインクリメンタル
形式の機構を用いて、実質的アブソリュート形式の運動
位置信号、及び、運動量及び運動方向を検出することが
でき、トータルの位置検出を行なうことの可能なエンコ
ーダが実現できる。As described above, according to the present invention, by using the incremental type mechanism, it is possible to detect the substantially absolute type motion position signal, the momentum and the motion direction, and perform total position detection. A possible encoder can be realized.
また本発明によれば、本発明のエンコーダの電力消費を
著しく低減することができる。Moreover, according to the present invention, the power consumption of the encoder of the present invention can be significantly reduced.
第1図は本発明を理解するための参考としての本発明の
基本概念が採用された光学式ロータリーエンコーダの断
面図、第2図は第1図の回転板の正面図、第3図は第1
図の固定スリットの正面図、第4図は第1図の回路の一
実施例を示す回路図、第5図(a)〜(j)は第4図回
路のタイミング図、第6図は第1図の回路の他の実施例
を示す図、第7図(a)(b)は第6図回路のタイミン
グ図、第8図は第4図および第6図に図示のデコーダの
回路図、第9図および第10図は本発明の一実施例として
の光学式リニヤエンコーダの概略構成図、である。 (符号の説明) 1……ロータリーエンコーダ、2……回転軸、 3……基台、4,5……フォトダイオード、 6……固定スリット、7……回転板、 8……基板、9……発光ダイオード、 10……電子回路、11……電池、 40……受光素子、50……固定スリット板、 60……リニヤ符号板、90……LED。1 is a sectional view of an optical rotary encoder adopting the basic concept of the present invention as a reference for understanding the present invention, FIG. 2 is a front view of a rotary plate of FIG. 1, and FIG. 1
FIG. 4 is a front view of the fixed slit shown in FIG. 4, FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of the circuit of FIG. 1, FIGS. 5 (a) to 5 (j) are timing charts of the circuit of FIG. 4, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the circuit of FIG. 1, FIGS. 7 (a) and (b) are timing diagrams of the circuit of FIG. 6, and FIG. 8 is a circuit diagram of the decoder shown in FIGS. 4 and 6. 9 and 10 are schematic configuration diagrams of an optical linear encoder as an embodiment of the present invention. (Explanation of symbols) 1 ... Rotary encoder, 2 ... Rotation axis, 3 ... Base, 4,5 ... Photodiode, 6 ... Fixed slit, 7 ... Rotating plate, 8 ... Substrate, 9 ... … Light-emitting diode, 10-electronic circuit, 11-battery, 40-light-receiving element, 50-fixed slit plate, 60-liner code plate, 90-LED.
Claims (5)
透光域及び遮光域が連続して設けられ長手方向に運動さ
せられる直線状の符号板、該符号板の一方の側から前記
透光域及び遮光域を照光するように設けられた発光素
子、及び、前記符号板の他方の側に設けられた前記符号
板の透光域を通過した前記発光素子の射出光を所定のス
リットを介して受ける少くとも第1及び第2の受光素子
であって第2の受光素子が第1の受光素子に対し所定の
位相差をもって前記符号板の運動位置を検出するように
配置されているもの、を具備するエンコーダにおいて、 前記符号板の透光域及び前記所定のスリットを通した前
記発光素子からの射出光が前記いずれかの受光素子を照
射する時間より短かい周期のパルスを発生する発振回
路、及び、 第1及び第2の受光素子の信号を受け入れ、該信号に応
答して前記符号板の運動位置、及び前記受信信号の立上
り及び立下りの少なくとも一方を検出して前記符号板の
運動方向及び運動量を算出する信号処理回路を設け、前
記発光素子、第1及び第2の受光素子及び信号処理回路
を前記発振回路からのパルスに応答して作動させるよう
にすると共に、 前記発振回路において発生させるパルスの周期を前記符
号板の運動速度に応答して変化させるようにしたことを
特徴とするエンコーダ。1. A linear code plate having a plurality of light-transmitting regions and light-shielding regions continuously provided in a long direction in a long direction on a long plate and moved in the long direction, and one side of the code plate. A light emitting element provided so as to illuminate the light transmitting area and the light shielding area, and a predetermined amount of light emitted from the light emitting element that has passed through the light transmitting area of the code plate provided on the other side of the code plate. At least the first and second light receiving elements received through the slits of the second light receiving element are arranged so as to detect the movement position of the code plate with a predetermined phase difference with respect to the first light receiving element. In the encoder provided with, a pulse having a shorter cycle than the time that the light emitted from the light emitting element through the light transmitting region of the code plate and the predetermined slit irradiates any of the light receiving elements. Generating oscillation circuit, and first and A signal for receiving the signal of the light receiving element of No. 2 and detecting the movement position of the code plate and at least one of the rising and falling of the received signal in response to the signal and calculating the moving direction and the momentum of the code plate. A processing circuit is provided to operate the light emitting element, the first and second light receiving elements, and the signal processing circuit in response to a pulse from the oscillation circuit, and a cycle of a pulse generated in the oscillation circuit is set to the above. An encoder characterized in that it is changed in response to the movement speed of the code plate.
オン時間が前記発光素子等の作動時間により規定される
最小の一定時間である、特許請求の範囲第1項に記載の
エンコーダ。2. The encoder according to claim 1, wherein an ON time of a pulse generated in the oscillation circuit is a minimum fixed time defined by an operation time of the light emitting element and the like.
素子の信号の立上り及び立下りの少なくとも一方を検出
する回路、及び該検出回路からの信号に応答して前記符
号板の運動方向及び運動量を算出するようにアップ・ダ
ウン計数機能を有する計数器、を包含する、特許請求の
範囲第2項に記載のエンコーダ。3. A circuit in which the signal processing circuit detects at least one of rising and falling of signals of the first and second light receiving elements, and movement of the code plate in response to a signal from the detecting circuit. An encoder according to claim 2 including a counter having an up / down counting function to calculate direction and momentum.
デバイスで形成された、特許請求の範囲第3項に記載の
エンコーダ。4. The oscillation circuit and the signal processing circuit are CMOS
An encoder according to claim 3 formed with a device.
特徴とする、特許請求の範囲第4項に記載のエンコー
ダ。5. The encoder according to claim 4, wherein the power source of the encoder is a battery.
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