JPH0552589A - 絶対値エンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出器インタフェースの信号数を減らす。高
分解能化しても高速回転可能にする。 【構成】 回転数検出器１と、絶対値エンコーダ４と、
相対値エンコーダ６とを備えると共に、相対値エンコー
ダ６の出力信号の１周期内の絶対位置を検出しカウント
データに変換する内挿回路２０を有する。 【効果】 検出器インタフェースの信号数を減らすこと
が出来る。分解能を上げても高速回転で使用できる。相
対値エンコーダの分解能で絶対位置の検出が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶対値エンコーダ装置
に関し、さらに詳しくは、工作機の絶対位置を高精度で
検出する絶対値エンコーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】絶対値エンコーダ装置は、モータ等の回
転軸に取り付けられ、モータ等の回転軸の原点からの回
転数および１回転内の位置（角度）を検出し、そのデー
タをモータ等の制御装置へ出力するユニットである。

【０００３】図６は、従来の絶対値エンコーダ装置（５
００）のブロック図である。回転数の検出は、回転数検
出器（１）でモータ等の回転軸の１回転あたり１パルス
の信号を出力し、回転数カウンタ（２）でカウントす
る。回転数カウンタ（２）は、回転方向によりカウント
アップまたはカウントダウンを行う。回転数検出器
（１）および回転数カウンタ（２）は、充電式のバッテ
リ（３）によりバックアップされており、電源オフ時で
も動作する。そして、電源投入時にカウントデータを検
出器インタフェース（１０）に送る。

【０００４】１回転内の絶対位置の検出は、絶対値エン
コーダ（４）がグレーコード等の特殊コードを出力し、
その特殊コードを信号変換回路（５）が２進データに変
換する。絶対値エンコーダ（４）および信号変換回路
（５）は、電源投入時に動作し、２進データを検出器イ
ンタフェース（１０）に送る。

【０００５】相対位置の検出は、相対値エンコーダ
（６）でモータ等の回転軸の１回転につき所定サイクル
のＳＩＮ波，ＣＯＳ波を出力し、それらＳＩＮ波，ＣＯ
Ｓ波から逓倍回路（７）で整数倍周波数のＡ相矩形波，
Ｂ相矩形波を作り、そのＡ相矩形波，Ｂ相矩形波からパ
ルス列変換器（８）で４倍周波数のパルス列を作り、そ
のパルス列をアップダウンカウンタ（９）でカウントす
る。相対値エンコーダ（６），逓倍回路（７），パルス
列変換器（８），アップダウンカウンタ（９）は、電源
オン時に動作し、カウントデータを検出器インタフェー
ス（１０）に送る。

【０００６】検出器インタフェース（１０）は、回転数
カウンタ（２）のカウントデータおよび信号変換回路
（５）の２進データをモータ等の制御装置に送信する。
また、アップダウンカウンタ（９）のカウントデータを
モータ等の制御装置に送信する。

【０００７】モータ等の制御装置は、回転数カウンタ
（２）のカウントデータおよび信号変換回路（５）の２
進データにより現在位置を認識する。これらより得られ
るデータは、分解能が低いため、制御には使用できな
い。そこで、その後は、アップダウンカウンタ（９）の
カウントデータを使用して、モータ等の位置制御を行っ
ている。

【０００８】図７は、図６における相対値エンコーダ
（６），逓倍回路（７），パルス列変換器（８）を取り
出して詳細に示したブロック図である。また、図８は、
図７の各部の信号のタイムチャートである。

【０００９】図７において、相対値エンコーダ（６）の
ＳＩＮ波，ＣＯＳ波出力（図８のア，イ）を基に、それ
らの周期の１／ｎ単位で位相を遅らせた信号を位相変調
回路（１１ａ）〜（１１ｎ）にて作り、それらの位相を
遅らせた信号をコンパレータ（１２ａ）〜（１２ｎ）に
てディジタル回路用矩形波（図８のウ〜キ）に変換す
る。次に、ディジタル回路用矩形波を位相合成回路（１
３）にて合成しインクリメンタルエンコーダのＡ相信
号，Ｂ相信号に相当する９０゜位相差のＡ相信号，Ｂ相
信号（図８のク，ケ）を作る。そのＡ相信号，Ｂ相信号
をパルス列変換回路（８）にて極性別のパルス列（図８
のコ，サ）に変換する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の絶対値エンコー
ダ装置（５００）は、以上のように構成されているの
で、検出器インタフェース（１０）の信号数が多い問題
がある。また、パルス列の高周波数化に限界があるた
め、分解能を上げると、高速回転できない問題がある。

【００１１】この発明は、上記問題を解決するためにな
されたもので、検出器インタフェースの信号数を減らす
と共に、高分解能化しても高速回転できる絶対値エンコ
ーダ装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の観点では、回転数
検出器と、絶対値エンコーダと、相対値エンコーダとを
備えた絶対値エンコーダ装置において、相対値エンコー
ダの出力信号の１周期内の絶対位置を検出しカウントデ
ータに変換する内挿回路を有することを特徴とする絶対
値エンコーダ装置を提供する。

【００１３】第２の観点では、上記絶対値エンコーダ装
置において、内挿回路が、相対値エンコーダのアナログ
信号出力をノコギリ波信号に変換する変換回路と、その
変換回路の出力を２進数データに変換するＡ／Ｄ変換器
とを有することを特徴とする絶対値エンコーダ装置を提
供する。

【００１４】

【作用】この発明の第１の観点にかかる絶対値エンコー
ダ装置は、相対値エンコーダのデータを出力周期でのカ
ウントデータと出力周期内の内挿データとに分け、内挿
データを絶対値データとして取り出す。

【００１５】この発明の第２の観点にかかる絶対値エン
コーダ装置は、相対値エンコーダの信号をノコギリ波に
変換し、さらにデジタル信号に変換し、信号が高周波と
なる部分を無くしている。

【００１６】

【実施例】以下、図に示す実施例によりこの発明をさら
に詳細に説明する。なお、これによりこの発明が限定さ
れるものではない。図１は、この発明の一実施例の絶対
値エンコーダ装置（１００）のブロック図である。 （１）は、モータ等の回転軸の１回転あたり１パルスの
信号を出力する回転数検出器である。 （２）は、前記回転数検出器（１）の出力パルスをカウ
ントする回転数カウンタである。 （３）は、電源オン時には電源から充電され、電源オフ
時には前記回転数検出器（１）および前記回転数カウン
タ（２）に電力を供給するバッテリである。

【００１７】（４）は、モータ等の回転軸の１回転内の
絶対位置を検出し、特殊コードで出力する絶対値エンコ
ーダである。 （５）は、前記絶対値エンコーダ（４）の出力の特殊コ
ードをｎビットの２進数データに変換する信号変換回路
である。

【００１８】（６）は、モータ等の回転軸の１回転あた
り所定サイクルの正弦波信号（ＳＩＮ波，ＣＯＳ波）を
出力する相対値エンコーダである。 （２０）は、前記相対値エンコーダ（６）の出力するＳ
ＩＮ波，ＣＯＳ波からそれらの１サイクル内の絶対値デ
ータを作成する内挿回路である。

【００１９】図２は、図１の内挿回路（２０）の詳細構
成を示すブロック図である。 （２１）は、基準高周波の発振器である。 （２２）は、前記発振器（２１）の出力する基準高周波
の立上りに同期して１／２周波数のパルス信号を出力す
る立ち上がり１／２分周器である。 （２３）は、前記発振器（２１）の出力する基準高周波
の立下りに同期して１／２周波数のパルス信号を出力す
る立ち下がり１／２分周器である。 （２４）は、前記立ち上がり１／２分周器（２２）の出
力パルスと同期したノコギリ波を作るノコギリ波作成回
路である。

【００２０】（２５ａ）は、前記立ち上がり１／２分周
器（２２）の出力がＨｉのときにオンとなり，相対値エ
ンコーダ（６）の出力するＳＩＮ波（図２のｄ）を出力
するスイッチである。 （２５ｂ）は、前記立ち下がり１／２分周器（２３）の
出力がＨｉのときにオンとなり，前記相対値エンコーダ
（６）の出力するＣＯＳ波（図２のｅ）を出力するスイ
ッチである。

【００２１】（２６）は、前記スイッチ（２５ａ）（２
５ｂ）の出力信号を電圧加算する加算器である。 （２７）は、前記加算器（２６）の出力信号から基本波
成分のみを取り出すフィルタである。 （１２）は、前記フィルタ（２７）の出力信号をパルス
信号に変換するコンパレータである。 （２８）は、前記コンパレータ（１２）の出力パルス信
号の立上りでパルスを出力する立ち上がり微分回路であ
る。

【００２２】（２９）は、前記ノコギリ波作成回路（２
４）の出力するノコギリ波を、前記立ち上がり微分回路
（２８）の出力パルスでサンプリングするサンプルホー
ルドである。このサンプルホールド（２９）の出力は、
相対値エンコーダ（６）の出力と同一周波数のノコギリ
波となる。 （３０）は、前記サンプルホールド（２９）の出力のノ
コギリ波をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であ
る。

【００２３】次に、内挿回路（２０）の動作を説明す
る。基準高周波の発振器（２１）の出力信号から、立ち
上がり１／２分周器（２２）および立ち上がり１／２分
周器（２３）は、９０゜位相差のパルス信号（図３の
ａ，ｂ）を作成する。

【００２４】立ち上がり１／２分周器（２２）の出力す
るパルス信号（図３のａ）により、スイッチ（２５ａ）
は、相対値エンコーダ（６）の出力するＳＩＮ波（図３
のｄ）をスイッチングし、スイッチングＳＩＮ波（図３
のｆ）を出力する。立ち上がり１／２分周器（２２）の
出力パルスの位相をｃｏｓωｔとし、相対値エンコーダ
（６）の出力するＳＩＮ波の位相をｓｉｎθとすると、
スイッチングＳＩＮ波の位相はｃｏｓωｔ・ｓｉｎθと
なる。

【００２５】立ち下がり１／２分周器（２３）の出力す
るパルス信号（図３のｂ）により、スイッチ（２５ｂ）
は、相対値エンコーダ（６）の出力するＣＯＳ波（図３
のｅ）をスイッチングし、スイッチングＣＯＳ波を出力
する。立ち下がり１／２分周器（２３）の出力パルスの
位相をｓｉｎωｔとし、相対値エンコーダ（６）の出力
するＣＯＳ波の位相をｃｏｓθとすると、スイッチング
ＣＯＳ波の位相はｓｉｎωｔ・ｃｏｓθとなる。

【００２６】前記スイッチングＳＩＮ波とスイッチング
ＣＯＳ波とを加算器（２６）で加算し、フィルタ（２
７）を通し、基本波（図３のｇ）を得る。基本波の位相
は、ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθ＋ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθよ
り、ｓｉｎ（ωｔ＋θ）となる。

【００２７】そこで、コンパレータ（１２）の出力パル
スの位相は、立ち上がり１／２分周器（２２），立ち下
がり１／２分周器（２３）の出力パルスの位相に対し、
θずれた位相となる。

【００２８】立ち上がり微分回路（２８）は、コンパレ
ータ（１２）の出力パルスを基にしてパルス（図３の
ｈ）を出力するが、その位相は、立ち上がり１／２分周
器（２２），立ち下がり１／２分周器（２３）の出力パ
ルスの位相に対し、θずれた位相となる。

【００２９】一方、ノコギリ波作成回路（２４）は、立
ち上がり１／２分周器（２２）の出力パルスからノコギ
リ波（図３のｃ）を作成し、サンプルホールド（２９）
へ出力している。

【００３０】サンプルホールド（２９）は、上記立ち上
がり微分回路（２８）の出力パルス（図３のｈ）にて、
前記ノコギリ波（図３のｃ）をサンプルホールドする。
サンプルホールド（２９）の出力は、相対値エンコーダ
（６）の出力と同じ周期のノコギリ波（図３のｉ）とな
る。

【００３１】従って、Ａ／Ｄ変換器（３０）の出力する
２進数コードは、相対値エンコーダ（６）の出力の１周
期内の位置を示すこととなる。

【００３２】次に、絶対値エンコーダ装置（１００）の
動作について説明する。回転数の検出は、回転数検出器
（１）でモータ等の回転軸の１回転あたり１パルスの信
号を出力し、回転数カウンタ（２）でカウントする。回
転数カウンタ（２）は、回転方向によりカウントアップ
またはカウントダウンを行う。回転数検出器（１）およ
び回転数カウンタ（２）は、充電式のバッテリ（３）に
よりバックアップされており、電源オフ時でも動作す
る。そして、電源投入時にカウントデータを検出器イン
タフェース（１０）に送る。

【００３３】１回転内の位置の検出は、絶対値エンコー
ダ（４）がグレーコード等の特殊コードを出力して、そ
の特殊コードを信号変換回路（５）が２進データへと変
換する。絶対値エンコーダ（４）および信号変換回路
（５）は、電源オン時に動作し、２進データを検出器イ
ンタフェース（１０）に送る。これと共に、先に述べた
ように、内挿回路（２０）の出力として相対値エンコー
ダ（６）の出力の１周期内の絶対位置が得られる。相対
値エンコーダ（６）および内挿回路（２０）は、電源オ
ン時に動作し、出力を検出器インタフェース（１０）に
送る。

【００３４】モータ等の制御装置は、回転数カウンタ
（２）のカウントデータ，信号変換回路（５）の２進数
データ，内挿回路（２０）の２進数データを合せて現在
位置を認識し、モータ等の位置制御を行う。

【００３５】この絶対値エンコーダ装置（１００）で
は、信号変換回路（５）の２進数データと，内挿回路
（２０）の２進数データとを合せたビット数が，従来の
アップダウンカウンタ（９）のカウントデータのビット
数と同じになればよい。このため、検出器インタフェー
ス（１０）の信号数が、信号変換回路（５）の２進数デ
ータのビット数分だけ少なくなる。また、内挿回路（２
０）の出力はカウンタデータと同一のため、他にカウン
タを要しない。

【００３６】次に、三角波出力の相対値エンコーダと，
その三角波出力の相対値エンコーダ用の内挿回路を用い
た実施例を説明する。これら以外の構成要素は上記実施
例と同一なので説明は省略する。図４において、相対値
エンコーダ（６’）は、図５のＡ，Ｂのような９０゜位
相が異なる三角波信号を出力する。内挿回路（２０’）
の反転増幅器（４０ａ）（４０ｂ）は、相対値エンコー
ダ（６’）の出力する三角波信号をそれぞれ反転増幅
し、図８のＣ，Ｄのような三角波信号を出力する。

【００３７】コンパレータ（１２ｆ）（１２ｇ）（１２
ｈ）（１２ｅ）は、図５のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つの三角
波信号から図５のＦ，Ｇ，Ｈ，Ｅのような１／４周期幅
のパルス信号を作る。スイッチ（２５ｆ）（２５ｇ）
（２５ｈ）（２５ｅ）は、それぞれ前記コンパレータ
（１２ｆ）（１２ｇ）（１２ｈ）（１２ｅ）の出力パル
スがＨｉのときにオンになり、入力信号を出力する。

【００３８】その結果、スイッチ（２５ｆ）（２５ｇ）
（２５ｈ）（２５ｅ）（２５ｃ）の出力の合成であるＡ
／Ｄ変換器（３０）の入力は、図５のＩのようなノコギ
リ波となる。これは、図３のｉに相当する（なお、図３
と図５は時間スケールが異なっている）。このノコギリ
波は、Ａ／Ｄ変換器（３０）により２進数データに変換
されて出力される。以上の構成の絶対値エンコーダ装置
によっても、図１の絶対値エンコーダ装置（１００）と
同様の効果を得ることが出来る。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明の絶対値エンコ
ーダ装置によれば、相対値エンコーダのデータを内挿回
路の出力データのみにしたので、検出器インタフェース
の信号数を減らすことが出来る。また、信号が高周波と
なる逓倍回路等の部分を無くしたので、分解能を上げて
も高速回転で使用できる。

【００４０】さらに、内挿回路を絶対値データ方式にし
たので、相対値エンコーダの分解能で絶対位置の検出が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の絶対値エンコーダ装置の一実施例の
ブロック図である。

【図２】図１の絶対値エンコーダ装置の内挿回路のブロ
ック図である。

【図３】図２の内挿回路の各部の信号のタイムチャート
である。

【図４】この発明の絶対値エンコーダ装置の他の実施例
の要部ブロック図である。

【図５】図４の各部の信号のタイムチャートである。

【図６】従来の絶対値エンコーダ装置の一例のブロック
図である。

【図７】図６の絶対値エンコーダ装置の要部の詳細ブロ
ック図である。

【図８】図７の各部の信号のタイムチャートである。

【符号の説明】

１ 回転数検出器 ２ 回転数カウンタ ４ 絶対値エンコーダ ５ 信号変換回路 ６ 相対値エンコーダ ６’ 相対値エンコーダ ２０ 内挿回路 ２０’ 内挿回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転数検出器と、絶対値エンコーダと、
   相対値エンコーダとを備えた絶対値エンコーダ装置にお
   いて、相対値エンコーダの出力信号の１周期内の絶対位
   置を検出しカウントデータに変換する内挿回路を有する
   ことを特徴とする絶対値エンコーダ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の絶対値エンコーダ装置
   において、内挿回路が、相対値エンコーダのアナログ信
   号出力をノコギリ波信号に変換する変換回路と、その変
   換回路の出力を２進数データに変換するＡ／Ｄ変換器と
   を有することを特徴とする絶対値エンコーダ装置。