JPH0431333B2 - - Google Patents

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JPH0431333B2
JPH0431333B2 JP29810685A JP29810685A JPH0431333B2 JP H0431333 B2 JPH0431333 B2 JP H0431333B2 JP 29810685 A JP29810685 A JP 29810685A JP 29810685 A JP29810685 A JP 29810685A JP H0431333 B2 JPH0431333 B2 JP H0431333B2
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は同期型のカウントパルス作成方法、特
に検出器から出力される位相の異なる複数のアナ
ログ長さ検出信号を用い、変位検出用のカウント
パルスを出力する方法に関する。
[従来の技術] 従来よりリニアスケールあるいはロータリエン
コーダなどの検出器を用いて、被測定物の長さ測
定を行う各種の変位検出技術が周知であり、三次
元測定器、工作機械の位置決め装置、小型のデジ
タルノギス、デジタルマイクロメータ及びその他
の用途に幅広く用いられている。
この種の変位検出技術としては、非同期型のも
のと同期型のものとが知られているが、非同期型
の変位検出技術はカウントパルスの幅にばらつき
が生じてカウントミスが発生しやすく、しかも装
置全体が高機能化するに従い回路全体のタイミン
グ調整が極めて難しくなるという問題がある。
このため、今日この種の変位検出技術としては
同期型のものが幅広く用いられており、この同期
型の変位測定技術は、基準クロツクに基づき回路
全体のタイミング調整を行うことができるため、
動作が安定し正確な変位検出を行うことが可能と
なる。
しかし、従来の変位検出技術では、リニアスケ
ール又はロータリエンコーダ(以下スケールなど
と記す)を高速で移動すると、検出器から出力さ
れる検出信号の周波数が極めて高くなり、検出信
号の変動速度に基準クロツクが追随できなかつ
た。従つて、このような場合には、カウントパル
スがスケールなどの変位量に正確に対応して出力
されず、測定誤差が発生してしまうという欠点が
あつた。
特に、マニユアル操作型の変位検出装置では、
操作者がスケールなどを頻繁に高速移動すること
が多いため、前述した検出誤差が発生しやすくそ
の有効な対策が望まれていた。
第9図には、従来の同期型変位検出技術を用い
て形成されたカウントパルス作成回路が示されて
おり、第10図にはそのタイミングチヤートが示
されている。
周知のように、変位検出装置では、検出器から
互いに90度位相の異なる正弦波及び余弦波がアナ
ログ長さ検出信号として出力されており、この正
弦波及び余弦波は、所定のA/D変換器を介して
デジタル信号φa,φbに変換されカウントパルス
作成回路に入力されている。
そして、このカウントパルス作成回路は、検出
信号φa及びφbを基準クロツクCP1に同期して信
号処理しアツプカウントパルス500a又はダウ
ンカウントパルス500bを出力する。なお、前
記基準クロツクCP1としては、回路全体の同期
用クロツク信号が用いられる。
すなわち、このカウントパルス作成回路は、検
出信号φa,φbがHレベルに切替わると、その後
最初に出力される基準クロツクCP1の立上がり
に同期して、素子N5又はN7からパルス信号を
出力する。そして、このパルス信号が出力される
と同時に、その立上がりに同期してアツプカウン
トパルス500a又はダウンカウントパルス50
0bを出力するよう形成されている。
従つて、スケールなどをゆつくり移動場合に
は、第9図の区間100で示すように、検出器か
ら信号φa及びφbが充分な時間的な位相ずれをも
つて出力されるため、カウントパルス500がス
ケールの変位量に対応して正確に出力されること
になる。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、このような従来装置では、スケールな
どを高速で移動すると、第9図の区間200で示
すように、信号φa及びφbが基準クロツクCP1の
出力周期より短い時間間隔で順次出力されること
となり、素子N5及びN7からの出力パルスが同
位相となつてしまう。この結果、本来2個のカウ
ントパルスを出力すべきところを、単に1個のカ
ウントパルスだけしか出力しないという出力ミス
が生じ、測定誤差が発生してしまうという問題が
あつた。
特に、スケールなどを極めて高速で移動する
と、検出器から出力される信号φa及びφbが基準
クロツクCP1の1サイクル出力周期内に複数回
変動する。この場合には、1サイクル周期内にお
いて、本来複数個カウントパルスを出力しなけれ
ばならないが、従来のカウントパルス作成技術で
は、単に1個のカウントパルスしか出力すること
ができず。測定誤差が更に大きなものとなるとい
う問題があつた。
発明の目的 本発明は、このような従来の課題に鑑み為され
たものであり、その目的は、スケールなどを高速
度で移動し、検出器から高周波の検出信号が出力
された場合でも、変位測定用のカウントパルスを
確実に出力可能な同期型カウントパルス作成方法
を提供することにある。
[問題点を解決するための手段及び作用] 第1図には、本発明に係る同期型カウントパル
ス作成方法のフローチヤートが示されている。
本発明において、検出器から位相の異なる複数
のアナログ長さ検出信号が出力されると、基準ク
ロツクに同期して基準コードの作成が行われる。
この基準コード作成工程においては、前記アナ
ログ長さ検出信号に基づき、所定のデジタル組合
せ信号を作成し、基準クロツクが出力される毎に
このデジタル組合せ信号により特定されるコード
データを基準コードとして出力する。
また、この基準コードの作成と共に、本発明に
おいては、参照コードの作成が行われる。
この参照コード作成工程においては、基準クロ
ツクが出力される毎に、1クロツク前の基準コー
ドが参照コードとして出力される。このとき、前
記検出信号の1サイクル周期内に順次出力される
コードデータ列に照らし、出力される基準コード
が参照コードに対し何ステツプ分シフトしている
か検出すれば、この検出シフト数がそのまま変位
量を表すことになる。
従つて、本発明においては、この基準コードと
参照コードとを用い、次のようにカウントパルス
の出力を行つている。
すなわち、本発明のカウントパルス出力工程に
おいては、まず基準コードと参照コードとを比較
し、両者が不一致の場合には、両者が一致するか
否かの判別を行う。そして、両者が一致するまで
所定の短クロツク周期に設定された出力クロツク
が出力される毎に、前記検出信号の1サイクル周
期内に順次出力されるコードデータ列に従い、参
照コードを1ステツプずつサイクリツクにシフト
させながらカウントパルスの出力を行う。
このようにすることにより、基準クロツクが出
力される度に、基準コードのシフト量に応じた個
数のカウントパルスを確実に出力し、各種の変位
測定を正確に行うことができる。
特に、本発明によれば、スケールなどを高速度
で移動させ、検出器から高周波のアナログ長さ検
出信号を出力させたような場合であつても、その
変位量に対応した個数のカウントパルスを確実に
出力し正確な変位検出を行うことが可能となる。
[実施例] 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明
する。
変位検出装置 第2図には本発明に用いられる変位検出装置の
好適な実施例が示されており、第3図にはその回
路各部におけるタイミングチヤートが示されてい
る。
実施例の装置では、スケールなどが移動する
と、検出器10から位相の異なるアナログ長さ検
出信号として、正弦波φa及び余弦波φbが出力さ
れる。
そして、これら各検出信号φa及びφbは2相/
4相変換回路12へ入力され、ここで次式に基づ
きφc,φdへの演算が行われ、合計4相の検出信
号φa,φb,φc,φdが出力される。
φc=φa+φb φd=φb−φb 第2図には、このような4相信号φa,φc,φb,
φcが示されており、同図からこれら各信号φa,
φc,φb,φdはそれぞれπ/4ずつ位相の異なる
信号として出力されることが理解される。
そして、信号処理回路14は、このようにして
入力される信号φa,φc,φb,φdを、所定のカウ
ントパルス作成方法に従つて信号処理し、スケー
ルなどの変位量に対応した個数のアツプカウント
パルス500a又はダウンカウントパルス500
bを出力する。
カウントパルス作成方法 第4図には、実施例のカウントパルス作成方法
の工程図が示されている。
(イ) 基準コードの作成 まず、2相/4相変換回路12から4相のア
ナログ長さ検出信号φa,φb,φc,φdが出力さ
れると、これら各信号を用いて基準コードの作
成が行われる。
本発明においては、入力される検出信号φa,
φb,φc,φdに基づきデジタル組合せ信号10
0を作成し、基準クロツクCP1が出力される
毎に、このデジタル組合せ信号100により特
定されるコードデータ200を、基準コード3
00として出力している。
実施例において、この基準コード作成工程
は、デジタル組合せ信号作成工程と、データの
変換工程と、基準コードの出力工程の順で行わ
れる。
まず、前記デジタル組合せ信号作成工程で
は、2相/4相変換回路12から出力される検
出信号φa,φb,φc,φdを所定のスレツシヨル
ドレベルと比較し、第3図に示すように4個の
パルスA,B,C,Dの組合せからなるデジタ
ル組合せ信号100を作成する。ここにおい
て、各パルス信号A,C,B,Dはそれぞれ
π/4ずつ位相が異なるため、実施例のデジタ
ル組合せ信号100は、位相θが0〜2πまで
変化する1サイクルの間に16進表記で1、3、
7、F、B、C、8、0の順にその内容が順次
変化することになる。
本発明においてはこのようなデジタル組合せ
信号100をそのままコードデータとして使用
することも可能であるが、データの信号処理を
より簡単なものとするため、この4ビツトのデ
ジタル組合せ信号100を更にデータの変換工
程において3ビツトのコードデータ200に変
換している。
すなわち、実施例のデータ変換工程において
は、4ビツトの内容で表示されるデジタル組合
せ信号100を8進表記で0、1、2、3…7
で表される8ビツトのコードデータ200に変
換出力している。
第6図には、前記デジタル組合せ信号100
とコードデータ200との対応関係が示されて
おり、同図からも明らかなように、検出信号
φa,φbの位相θが0〜2πまで変化する1サイ
クルの間に、アツプカウント時には0、1、2
…7の順(順方向)に従いコードデータが順次
出力され、またカウントパルス時には7、6、
5…0の順(逆方向)に従いコードデータが順
次出力されることになる。
そして、基準コードの出力工程においては、
このようにして出力されるコードデータ200
を、基準クロツクCP1が出力される毎にサン
プルホールドし、これを基準コード300とし
て出力している。なお、この基準クロツクCP
1としては回路全体の同期用クロツク信号が用
いられている。
このようにして、本実施例においては、デジ
タル組合せ信号作成工程、データ変換工程、基
準コードの出力工程の順に信号処理が行われ、
基準クロツクCP1が出力される毎に基準コー
ド300が出力されることになる。
なお、本発明においては、基準コードの出力
工程を特別に設けることなく、例えば基準クロ
ツクCP1に同期して入力データを(例えばφa,
φb,φc,φd又はデジタル組合せ信号100)
サンプルホールドしながらデジタル組合せ信号
100の作成やコードデータ200の作成を行
うことにより、基準コード300を作成するこ
とも可能となる。この場合には、データの変換
工程を経て出力されるコードデータがそのまま
基準コード300となる。
(ロ) 参照コードの作成 また、本発明においては、この様な基準コー
ド300の作成と共に、参照コード400の作
成が同時に行われる。
この参照コード作成工程においては、基準ク
ロツクCP1が出力される毎に、1クロツク前
の基準コードを参照コード400として出力し
ている。
従つて、このようにして出力される基準コー
ド300と参照コード400とを、第6図に示
すコードデータ列に照らして比較することによ
り、スケールなどの変位量を基準コード300
のシフト数として検出することができる。従つ
て、基準クロツクCP1に同期して、基準コー
ド300のシフト数に対応した個数のカウント
パルスを出力すれば、スケールなどの変位を正
確に測定可能であることが理解される。
(ハ) カウントパルスの出力 このため、本発明においてはカウントパルス
出力工程において、基準コード300と参照コ
ード400とを比較し、両コードが一致するか
否かの判別を行つている。
そして、両者が一致しない場合には、所定の
短クロツク周期に設定された出力クロツクCP
2が出力される毎に、第6図に示すコードデー
タ列に従い、前記参照コード400を1ステツ
プずつサイクリツクにシフトさせながらカウン
トパルスの出力を行う。そして、基準コード3
00と参照コード400とが一致した時点で、
カウントパルスの出力を停止する。
このようにすることにより、基準クロツク
CP1が出力される毎に、基準コード300と
参照コード400とのシフト数に対応した個数
のカウントパルスを正確に出力することが可能
となる。
第5図にはこのカウントパルス出力工程の具
体的な信号処理工程が示されており、実施例に
おいてこのカウントパルス出力工程は、比較工
程、カウント動作判別工程、カウントパルス作
成工程及び参照コードシフト工程とを含む。
そして、比較工程においては、基準クロツク
CP1が出力される毎に、基準コード300と
参照コード400とを比較し、両者が一致しな
い場合には、基準コード300が前回の基準コ
ードに対しシフトしていると判別する。
また、このような比較動作と連動して、カウ
ント動作判別工程においては、スケールなどが
アツプカウント方向又はダウンカウント方向の
どの方向に向け移動しているかの判別を行う。
そして、カウントパルス作成工程において
は、比較工程で不一致判別が行われたことを条
件として、所定の短クロツク周期に設定された
出力クロツクCP2が出力される毎に、カウン
トパルス500の出力を行つている。
ここにおいて、このカウントパルス500
は、スケールなどがアツプカウント方向へ移動
している場合には、アツプカウントパルス50
0aとして出力され、またスケールなどがダウ
ンカウント方向へ移動している場合には、ダウ
ンカウントパルス500bとして出力される。
そして、実施例の参照コードシフト工程は、
第6図に示すコードデータ列に従い、アツプカ
ウントパル500aが出力される場合には順方
向に沿つて前記参照コード400を1ステツプ
ずつサイクリツクにシフトさせ、またダウンカ
ウントパルス500bが出力される場合には参
照コード400を逆方向へ1ステツプずつサイ
クリツクにシフトさせる。
従つて、基準クロツク出力時に出力される基
準コード300が、参照コード400に対し、
例えば2ステツプ分アツプカウント方向へシフ
トしているようにな場合を想定すると、アツプ
カウントパルス500aが出力される毎に、参
照コード400はコードデータ列に従いアツプ
カウント方向へ1ステツプずつシフトされるこ
とになる。そして、アツプカウントパルス50
0aが2個出力された時点で、基準コード30
0と参照コード400とが一致し、カウントパ
ルス500aの出力が停止されることとなる。
以上説明したように、実施例の方法によれば、
基準クロツクCP1が出力される毎に、このクロ
ツク出力時におけるコードデータ200と1クロ
ツク前のコードデータとを比較し、両者がアツプ
カウント方向又はダウンカウント方向に何ステツ
プ分シフトしているかを判別する。そして、この
シフト数に応じた個数のアツプカウントパルス5
00a又はダウンカウントパルス500bを出力
する。このため、スケールなどを高速で移動し、
検出器10から高周波の検出信号φa及びφbが出
力されるような場合であつても、その変位量に対
応した個数のアツプカウントパルス500a又は
ダウンカウントパルス500bを確実に出力する
ことができる。
従つて、このようにして出力されるカウントパ
ルス500a又は500bをカウントすることに
より、スケールなどの変位量を正確に測定して、
例えばその値を表示器などに表示させ、またNC
機械などを正確にフイードバツク制御することが
可能となる。
カウントパルス作成動作 次に、本実施例の方法に従つて行われる具体的
なカウントパルス作成動作を、スケールなどをア
ツプカウント動作方向に移動した場合を例にとり
説明する。
(イ) スケールなどの低速移動時 前述したように、検出器10から出力される
検出信号φa及びφbはその周波数がスケールな
どの移動撰速度にほぼ比例する。
従つて、スケールなどをゆつくり移動した場
合、検出信号φa及びφbの周波数は低く、作成
されるコードデータ200は基準クロツクCP
1の出力周期より充分に長い時間間隔を以て変
化することとなる。
第7図には、作成される基準コード300
は、このようにスケールなどをゆつくり移動し
た場合におけるタイミングチヤートの一例が示
されており、基準クロツクCP1が出力される
t00、t10、t20、t30、…の各時点で、それぞれ
4、4、5、5、…のように変化する。従つ
て、この基準コード300の変化を第6図に示
すコードデータ列に照らしてみると、その変化
は基準コードの順方向に添つて1ステツプずつ
シフトしながら行われていることが理解され
る。
ここにおいて、例えば基準クロツクCP1が
出力されるt10の時点に着目してみると、その
時点において出力される基準コード300及び
参照コード400はともに「4」であり、両者
は一致するため、アツプカウントパルス500
aが出力されることはない。
しかし、次の基準クロツクCP1が出力され
るt20の時点においては、スケールなどの変位
に対応して基準コード300が「5」となり、
両コード300,400は不一致の状態とな
る。この場合には、次に出力クロツクCP2が
最初に出力されるt21のタイミングでアツプカ
ウントパルス500aが出力され、これにより
参照コード400を第6図に示すコードデータ
列に従つて順方向に1ステツプシフトさせる。
この結果、参照コード400は「5」とな
り、基準コード300の値と一致するため、ア
ツプカウントパルス500aの出力はその時点
で停止される。
このようにして、本実施例の方法によれば、
スケールなどがゆつくり移動される場合には、
基準コード300が参照コード400に対し1
ステツプ分シフトする毎に1個のアツプカウン
トパルス500aを出力する。
従つて、検出器10から出力される検出信号
φa,φbの位相θが、0〜2πの間で1サイクル
周期変化する毎に、確実に8個のカウントパル
ス500aを出力するとこととなり、スケール
などの変位量測定を正確に行うことが可能とな
る。
(ロ) スケールなどの高速移動時 これに対し、スケールなどを高速で移動する
と、検出器10からは高周波の検出信号φa,
φbが出力され、作成されるコードデータ20
0は、基準クロツクCP1の出力周期に比し相
対的に短い時間間隔で変化することとなる。
第8図には、このような場合におけるタイミ
ングチヤートの一例が示されており、このよう
な場合には、基準クロツクCP1が出力される
間に、コードデータ200が複数回に渡つて変
化することとなる。
従つて、基準クロツクCP1に同期して出力
される基準コード300は、t00、t20、t30、
t40…の各時点において、それぞれ4、7、3、
5.7…のように複数のステツプにまたがつてシ
フトする。
このような場合に、基準コード300と参照
コード400とを比較し、両者が不一致の場合
に単に1個のカウントパルスを出力するだけで
は到底正確な測定を行うことができないが、本
発明においては次のようにして基準コード30
0のシフト数に対応したカウントパルスを出力
し、正確な測定を可能としている。
例えば、基準クロツクCP1が出力されるt10
の時点に着目してみると、この時点において
は、基準コード300として「7」が出力さ
れ、参照コード400としては「4」が出力さ
れている。
従つて、そのt10の時点においては、基準コ
ード300は、前回出力された基準コードに対
し3ステツプ分順方向へシフトしていることが
理解される。
この場合には、出力クロツクCP2が出力さ
れるt11、t12、t13の各タイミングでアツプカ
ウントパルス500aが出力され、各アツプカ
ウントパルス出力毎に、参照コード400を第
6図に示すコードデータ列に従つてその順方向
へ「5」「6」「7」の順に1ステツプずつシフ
トさせる。
このようにして参照コード400をシフトし
て行くと、カウントパルス500aは、合計3
個出力された時点でその出力が停止されること
となる。
同様にして、次の基準クロツクCP1が出力
されるt20の時点で、基準コード300として
前回の基準コードに対し4ステツプ分シフトし
た「3」が出力されると、この基準コード30
0と参照コード400とが一致するよう4個の
アツプカウントパルス500aが出力される。
このようにして、本発明によれば、基準クロ
ツクCP1が出力される毎に、基準コード30
0のシフト数に対応した個数のアツプカウント
パルス500aを確実に出力することができ
る。
従つて、本発明によれば、スケールなどを高
速で移動し、検出器10から高周波の検出信号
φa及びφbが出力される場合であつても、検出
信号φa,φbの位相θが0〜2πの値で1サイク
ル変化する間に確実に8個のカウントパルスを
出力し、その変位量測定を正確に行うことが可
能となる。
なお、本実施例においては、アツプカウント
パルス500aの出力を行う場合を例にとり説
明したが、ダウンカウントパルス500bの出
力も同様にして行うことが可能であり、この場
合には、ダウンカウントパルス500bが出力
される毎に、参照コード400を前記コードデ
ータ列に従い逆方向に1ステツプずつサイクリ
ツクにシフトすれば良い。
他の実施例 なお、前記実施例においては、検出器10から
アナログ長さ検出信号として正弦波及び余弦波を
出力する場合を例にとり説明したが、本発明はこ
れに限らず、他の種類のアナログ長さ検出信号を
用いる場合にも適用可能であることはいうまでも
ない。
また、前記実施例においては、デジタル組合せ
信号100を更にコードデータ200に変換して
出力する場合を例にとり説明したが、本発明はこ
れに限らず、デジタル組合せ信号100そのもの
をコードデータとして用いることも可能である。
更に、本実施例においては、検出器から出力さ
れる検出信号φa及びφbを2相/4相変換して用
いた場合を例にとり説明したが、本発明はこれに
限らず、検出信号φa及びφbをそのままデジタル
組合せ信号に変換しても良く、またこれ以外にこ
の検出信号φa,φbから8相、16相…の多相信号
を二次的に作成し、これらの信号からデジタル組
合せ信号を作成することも可能である。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、スケー
ルなどを高速で移動し検出器から高周波の変位検
出信号を出力するような場合であつても、その変
位量に対応したカウントパルスを確実に出力し正
確な変位測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るカウントパルス発生方法
示すフローチヤート図、第2図は本発明に用いら
れる変位検出装置の好適な実施例を示すブロツク
図、第3図は本実施例において行われるコードデ
ータ作成動作のタイミングチヤート図、第4図及
び第5図は本実施例において行われるカウントパ
ルス作成手順の工程図、第6図は本実施例におい
て用いられるデジタル組み合せ信号とコードデー
タとの対応関係を示す説明図、第7図及び第8図
はカウントパルス作成手順を示すタイミングチヤ
ート図、第9図は従来のカウントパルス作成回路
の説明図、第10図は第9図に示す回路のタイミ
ングチヤート図である。 10……検出器、12……2相/4相変換回
路、14……信号処理回路、φa,φb,φc,φd…
…アナログ長さ検出信号、100……デジタル組
合せ信号、200……コードデータ、300……
基準コード、400……参照コード、500a,
500b……カウントパルス、CP1……基準ク
ロツク、CP2……出力クロツク。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 検出器から出力される位相の異なる複数のア
    ナログ長さ検出信号を、所定の基準クロツクに同
    期して信号処理することにより、変位検出用のカ
    ウントパルスを出力する同期型カウントパルス作
    成方法において、 前記アナログ長さ検出信号に基づき、所定のデ
    ジタル組合せ信号を作成し、基準クロツクが出力
    される毎にデジタル組合せ信号により特定される
    コードデータを基準コードとして出力する基準コ
    ード作成工程と、 基準クロツクが出力される毎に、1クロツク前
    の基準コードを参照コードとして出力する参照コ
    ード作成工程と、 基準コードと参照コードとを比較し、両者が一
    致するまでの間、所定の短クロツク周期に設定さ
    れた出力クロツクが出力される毎に、前記検出信
    号の1サイクル周期内に順次出力されるコードデ
    ータ列に従い参照コードを1ステツプずつサイク
    リツクにシフトしながらカウントパルスを出力す
    るカウントパルス出力工程と、 を含み、検出器のアナログ長さ検出信号の周波数
    にかかわりなく変位量に対応したカウントパルス
    の出力を行うことを特徴とするカウントパルス作
    成方法。 2 特許請求の範囲1記載の方法において、基準
    コード作成工程は、 アナログ長さ検出信号を信号処理し、所定のデ
    ジタル組み合わせ信号を作成する組合せ信号作成
    工程と、 このデジタル組み合わせ信号を所定のコードデ
    ータに変換出力する変換工程と、 基準クロツクが出力される毎にコードデータを
    基準コードとして出力する出力工程と、 を含むことを特徴とするカウントパルス作成方
    法。
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