JPH0382916A - 位置検出器及び位置検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ロータリーエンコーダやリニアスケールなど
インクリメンタル方式の位置検出器及び位置検出回路に
関する。

（従来の技術） 一般に、ロータリーエンコーダやリニアスケールなどイ
ンクリメンタル方式の位置検出装置にあっては、回転な
いし移動方向に沿って等間隔で多数配置されたスリット
などマークを９０°位相差を持たせた検出素子にて検出
することにより、検出素子から得られる２相（Ａ相、Ｂ
相）の信号を処理し、方向弁別及び位置カウントする。

また、回転ないし移動域に対して１ケ所にゼロ点マーク
が設けられ、このマークの検出信号（２相）に基いて原
点設定する。

原点設定方式の一例を示すと、レールに沿って移動する
移動体にロータリーエンコーダを設けた場合、該ローへ
タリーエンコーダは移動に伴い適宜数回転するので、前
記レールの原点位置付近に設けたりリミットスイッチの
作動に次いでのゼロ点検出にてそこを機械原点に設定す
るが如くである。

ところが、これらインクリメンタル式の位置検出装置に
あっては、各マークを検出するフォトダイオード及びフ
ォトトランジスタの検出信号を波形処理し増幅する波形
整形回路及び増幅回路、該回路から出力された信号を受
信し弁別回路に供給するレシーブ回路などの多数の回路
を有しており、マークの汚れ、信号ノイズ、回路の故障
などの原因で検出ミスが生し得る。

そこで、従来は複数回線の比較により断線による事故を
防止したり、エンコーダにおける１回転のパルス数の規
定値ＰＯを記憶しておき、Ｚ招待に検出パルス数Ｐが規
定値ｐｏであるかをチエツクし、Ｐ−０またはＰＯでな
いとき異常を判別するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のエンコーダにおける１回転分のパ
ルス数Ｐを規定値ｐｏと比較する異常判別方式では、１
相（Ａ相またはＢ相）が連続して同一状態（ハイレベル
ＨまたはローレベルＬ）を保ち続けるような異常状態を
仮定するとき、この異常状態を検出できないという問題
点があった。

例えば、検出回路の一部の故障によりＡ相またはＢ相が
連続して同一状態を保つような異常が発生したとき、例
えばロータリエンコーダが１一回転したとするとＰ＝０
となるので正常と見做してしまい、異常を判別できない
。

また、従来のエンコーダの１回転分のパルス数Ｐを規格
値ＰＯと比較する方式では、１回転毎ひ判別であるので
、その途中での異常を判別できない。

さらに、リニアスケールによってはゼロ点が１ケ所しか
設けられないので、移動パルス数を規格値と比較するに
しても判別距離が長きにすぎ、異常を迅速に判別するこ
とができない。

そこで、本発明はインクリメンタル方式の位置検出装置
において、位置マーク及びゼロ点マークの検出信号に若
干の規則性を与えることにより、異常判別を有効に行う
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決する本発明の位置検出器は、移動しない
回転方向に沿って等間隔で配置された位置マーク及びゼ
ロ点位置を示すゼロ点マーク並びに各マークの移動状態
を検出する検出素子を有し、前記位置マークの検出によ
り方向弁別及び移動位置算出を行うと共に前記ゼロ点マ
ークの検出によりゼロ点位置を割り出す位置検出器にお
いて、前記ゼロ点マークを、当該検出器の１回転ないし
全移動域に対しその検出信号の状態が少なくとも１回反
転させると共に反転時の前記位置マークの状態も反転し
ている態様で移動域ないし回転域全体に亘って設けたこ
とを特徴とする。

また、上記位置検出器を用いて位置検出する回路におい
て、前記位置マークを該マークの間隔に対し９０°位相
をずらせて配置した２つの検出素子により検出した信号
から方向弁別及び位置算出を行う方向弁別回路及び位置
カウンタと、前記ゼロ点マークの状態変化の検出により
ゼロ点を検出すると共に、この変化の状態とこのときの
前記位置マークの状態が所定の関係にあるとき検出位置
を有効とし所定の関係から外れたとき異常と判別する判
別回路を備えたことを特徴とする。

（作用） 上記位置検出器及び位置検出回路から成る本発明の位置
検出装置にあっては、ゼロ点マークの状態変化が全移動
域ないし回転域に対し少なくとも交互に２回現われる。

また、このときの位置マークの変化の状態も交互に変化
する。

したがって、ゼロ点マークの状態変化（Ｈ−ＬまたはＬ
−４Ｈ）に応じて位置マークの状態が所定の状態（Ｈま
たはＬ）にあることで異常を判別できるので、位置マー
クの１相（Ａ相またはＢ相）か連続して一定であるとい
う異常が生してもロータリエンコーダの半回転内で状態
が所定状態でないことから異常判別できる。

また、リニアスケールにあってもスケール上に複数設け
た判別点において、位置判別できる。

さらに、本発明の異常判別のための状態信号はゼロ点マ
ークを用いて形成されるので位置検出器の構成を複雑と
しない。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）にロータリーエンコーダの実施例を、第１
図（ｂ）にリニアスケールの実施例を示した。検出素子
としては一般的な光学式のものが利用されることとし、
図には被検出体のみを示す。

第１図（ａ）において、円板１には、位置マークとして
多数のスリット２が等間隔で多数段けられている。また
、ゼロ点マークとして、本例では円板外形部３の丁度半
分を切欠き、切込み部３Ａ。

３Ｂにてゼロ点を示すようになっている。各切込み部３
Ａ、３Ｂに対しスリット２は、検出信号が丁度反転する
よう、図上方のスリット２はその中間位置が切込み部３
Ａに対応し、図下方のスリット２は、スリット位置が切
込み部３Ｂに対応するようになっている。

よって、円板１が一方向に回転するとき、切込み部３Ａ
の検出信号の変化の状態は切込み部３Ｂの場合に対し丁
度反転する（Ｈ−ＬまたはＬ−Ｈ）。また、各切込み部
３Ａ、３Ｂが検出されているときのスリット２の検出信
号も丁度反対状態（ＨまたはＬ）となる。

一方、第１図（ｂ）に示すリニアスケールでは、スケー
ル基板４に等間隔で多数の位置マーク７５（溝ないしプ
リント）を設け、また、この位置マク５に並行して位置
マーク５の間隔よりは十分大きな等間隔で複数のゼロ点
マーク６が設けられている。

只 ゼロ点マークの一端及び他端６Ａ、６Ｂは、この位置に
対応する位置マーク５の検出状態が丁度反転するように
なっている。

したがって、前記基板４上で検出素子が移動するとき、
ゼロ点マーク６の一端６Ａ及び他端６Ｂで検出信号の状
態が反転する（Ｈ−＋Ｌ、またはＬ−Ｈ）。また、一方
向の移動に対する検出において各端６Ａ、６Ｂがそれぞ
れ検出されるときの位置マークの信号状態は丁度反対（
ＨまたはＬ）となる。

第２図に第１図（ａ）に示すロータリエンコダについて
の検出信号のタイムチャートを示した。

図示のように、ロータリーエンコーダの１回転により、
Ａ相及びＢ相はＨまたはＬのレベル変化を示すが、Ｚ相
は１／２回転毎にＡ部及びＢ部として示すようにレベル
変化する。また、Ａ部の変化点において、例えばＡ相は
Ｈレベルにあり、Ｂ部の変化点ではＬレベルである。Ｂ
相については、これと逆の関係になる。

第３図に第１図（ａ）に示す位置検出器に用いられる位
置検出回路のブロック図を示した。

図示のように、本例の位置検出回路は、第２図に示す各
相の信号を人力する端子７Ａ、７Ｂ、７Ｚと、各相の信
号を絶縁して入力するアイツレジョン回路８Ａ、８Ｂ、
８Ｚと、Ａ、Ｂ２１［−入力して方向弁別しアップまた
はダウン信号を出力する方向弁別回路つと、アップまた
はダウン信号を入力して位置算出をＣＰＵｌ０に与える
カウンタ１１を有している。

また、アイソレーションされたＺ相信号を微分しゼロ点
検出してＣＰＵｌ０に割込み信号を出力する微分器にと
、この割り込み信号に同期してアイソレーションされた
Ａ相信号の状態（ＨまたはＬ）を読み込むフリップフロ
ップ回路１３を有している。ＣＰＵｌ０には、カウンタ
１↑、微分器１２、フリップフロップ回路１３よりの信
号を入力し、正常または異常を判別する判別回路を有し
ている。

第４図にこの判別回路の判別処理方式を示した。

ステップ４０１では従来通りのカウント処理が続けられ
る。すなわち、カウンタ１１にて方向弁別された信号に
より位置検出が行われる。

ステップ４０２では、微分器１２から割り込みがあると
、カウンタ１１の内容移動量文を読み込み、フリップフ
ロップ回路１３よりの入力信号が同一時の前回値交、に
対する相対値△斐が計算される。

次いでのステップ４０３では、Ａ相状態（ＨまたはＬ）
を読み込み、Ｈならばステップ４０４へ、Ｌならば４０
９へ移行する。第２図に示すように、Ａ相の状態がＨな
らばＡ部、ＬならばＢ部に位置する筈である。

ステップ４０３でＡ相状態がＨであるとすると、ステッ
プ４０４では、相対値△斐が従来例に示したと同様の規
定値ＰＯであるかまたはゼロ（０）であるかを判別し、
正（ＹＥＳ）であればステップ４０６へ、否（Ｎｏ）で
あればステップ４０５へ移行する。

ステップ４０６では、△ｕ−Ｐｏ、または０であること
に鑑みて、次回の判別のための準備として前回値交いに
今回読み込みのカラン値を代入し、ステップ４０７で正
常を判別する。

一方、ステップ４０５では、△１−Ｐｏまたは０でない
ことに鑑みて、△丈＝Ｐ○を算出し、この値がパラメー
タで設定された許容値内なら正常と見做して前記のステ
ップ４０６へ移行すると共に、そうでない場合には、ス
テップ４０８で異常判別する。

次に、ステップ４０９では、Ａ相状態がＬであることに
鑑みて、第２図に示すＢ部を判定すべく、△（１＝Ｐｏ
／２であるか否かを判別する。ΔＵ−Ｐ　ｏ　／　２で
あればステップ４１２で正常を判別する。また、△、１
ｌ−Ｐｏ／２でない場合にはステップ４０５と同様にそ
の差が許容値内ではない場合のみステップ４１１へ移行
して異常を判別する。

以上により、本例では、第２図に示す相関において、Ａ
部及びＢ部において信号状態の正常及び異常を判別し適
宜アラームを出力したり、機械に非常停止をかけるなど
の処理を行うことができる。

因みに、今、Ａ相が連続して同一レベルの信号１ となる信号異常では、第２図の関係が成立せず、ステッ
プ４０８またはステップ４１１で異常が判別できる。

また本例では、ステップ４０５，４１０を設け、パルス
１ヶ〜３ヶ分程度の小さな誤差では異常と見做されない
ようにして感度調節できるようにした。したがって、例
えばノイズの関係で微小なずれが生じても異常とせず、
精度を害さない範囲で機械の動作を続けさせることがで
きる。

ところで、本例では、第３図において、Ａ相のみにより
判別をしたかのようである。しかし、Ｂ相については同
図に示されるように方向弁別回路９に入力されており、
この場合Ｂ相異室にて方向弁別が異なり、第４図に示す
カウント値の相対値△吏がＰｏ、またはＰＯ／２と異な
るので、ステップ４０９またはステップ４０９で異常判
別できるものである。

以上、第１図（ａ）に示すロータリーエンコーダについ
て異常または正常の判別方式を示したが、第１図（ｂ）
に示すリニアスケールについても同　２ 様である。

すなわち、ゼロ点マーク６の一端６Ａ、６Ｂの検出にて
、第３図及び第４図に示すと同様の処理にて信号異常状
態を検出することができる。

上記実施例では、第１図（ａ）に示すロータリーエンコ
ーダにつき、ゼロ点検出を２ケ所で行う好適例を示した
が、４ケ所、６ケ所などより多点で検出することもでき
る。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、適宜の
設計的変更を行うことにより、適宜態様で実施し得るも
のである。

［発明の効果コ 以上のとおり、本発明は、特許請求の範囲に記載の通り
の位置検出器及び位置検出回路であるので、検出異常を
有効に判別でき、各種電気素子の異常を検出する事がで
きる。また検出用の基本となる信号としてゼロ点マーク
の検出信号を利用するので機械的な構成を複雑化しない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るバルスエンコダの説明
図、第２図は本発明の一実施例に係るリニアスケールの
説明図、第２図は上記パルスエンコーダの検出信号のタ
イムチャート、第３図は上記パルスエンコーダに適用さ
れる位置検出回路のブロック図、第４図はその作用を示
すフローチャートである。 １・・・円板　　　　　　２・・・スリット３・・・円
板外形部　　　３Ａ、３Ｂ・・・切込み部４・・・基板
　　　　　　５・・・位置マーク６・・・ゼロ点マーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動ないし回転方向に沿って等間隔で配置された
   位置マーク及びゼロ点位置を示すゼロ点マーク並びに各
   マークの移動状態を検出する検出素子を有し、前記位置
   マークの検出により方向弁別及び移動位置算出を行うと
   共に前記ゼロ点マークの検出によりゼロ点位置を割り出
   す位置検出器において、前記ゼロ点マークを、当該検出
   器の１回転ないし全移動域に対しその検出信号の状態が
   少なくとも１回反転させると共に反転時の前記位置マー
   クの状態も反転している態様で移動域ないし回転域全体
   に亘って設けたことを特徴とする位置検出器。
2. （２）請求項１に記載の位置検出器を用いて位置検出す
   る回路において、前記位置マークを該マークの間隔に対
   し９０°位相をずらせて配置した２つの検出素子により
   検出した信号から方向弁別及び位置算出を行う方向弁別
   回路及び位置カウンタと、前記ゼロ点マークの状態変化
   の検出によりゼロ点を検出すると共に、この変化の状態
   とこのときの前記位置マークの状態が所定の関係にある
   とき検出位置を有効とし所定の関係から外れたとき異常
   と判別する判別回路を備えたことを特徴とする位置検出
   回路。