JPH0518711A - 位置検出方法及びその装置 - Google Patents

位置検出方法及びその装置

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JPH0518711A
JPH0518711A JP3175286A JP17528691A JPH0518711A JP H0518711 A JPH0518711 A JP H0518711A JP 3175286 A JP3175286 A JP 3175286A JP 17528691 A JP17528691 A JP 17528691A JP H0518711 A JPH0518711 A JP H0518711A
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JP
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optical fiber
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light
bracket
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JP3175286A
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Takao Mizutani
孝夫 水谷
Yukio Aoki
幸男 青木
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING 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
    • G01D5/00—Mechanical 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
    • G01D5/26—Mechanical 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
    • G01D5/32—Mechanical 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
    • G01D5/34—Mechanical 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
    • G01D5/347—Mechanical 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 using displacement encoding scales

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸方向寸法が短縮でき、サーボモータの構成
部品の機械加工精度が従来通りで分解能を向上でき、サ
ーボボータの保守点検が容易で、回転角度情報の信頼性
の高い位置検出方法及びその装置を得る。 【構成】 半導体レーザ３４、受光素子２０等を含む信
号処理回路２２をサーボモータの外に配置し、且つ、検
出体１７をサーボモータ内部に配置し、その間を光ファ
イバ３３，３７で結合し、検出体１７の表面加工時に必
然的に形成される表面性状１７ａにレーザ光を照射して
得られる反射光の信号と予め記憶している検出体の位置
信号とを比較して回転角度信号に変換することにより検
出体１７の位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、工作機械等に使用さ
れるサーボモータに設けられた検出体の位置を検出する
ことにより、その回転速度や回転角度を検出する位置検
出方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の工作機械等に使用されている高分
解能エンコーダ付サーボモータとしては、例えば、特開
平２−１８８１４５号公報に開示されているものがあ
る。図２１は、サーボモータにおけるブラケットの外部
でカップリングにより固定されるカップリング取付方式
を示した縦断面図であり、図において、１は回転子で回
転軸２に複数個の永久磁石３が固着されている。４は固
定子で固定鉄芯５にコイル６が回巻されている。また、
７は第１のブラケット、８は第２のブラケットで各々第
１の軸受９、第２の軸受１０で回転子１を支承してい
る。
【０００３】また、１１は検出器で、この例では光学式
エンコーダを採用している。１２は外枠で第２のブラケ
ット８に固定されている。１３はカバー、１４はエンコ
ーダシャフトで軸受１５、１６により支承されている。
１７はエンコーダシャフト１４に固定された検出スケー
ルで、一般にはガラスにクロム蒸着を施し所用のパター
ンのスリットをエッチングにより設けている。１８は固
定スケールで検出スケール１７と同様に作られ、所用の
パターンが設けられて検出スケール１７とは出力の変化
を大きくするため、３０〜５０μｍの隙間を設定して固
定されている。
【０００４】上記所用のパターンは、エンコーダがイン
クリメンタルタイプの場合は、検出スケール１７、固定
スケール１８には回転角度を検出するため、所用の分解
能（スリットの数）を有した電気的に９０度位相のずれ
た、ｓｉｎ、ｃｏｓの２信号と、回転角度基準となる回
転１パルスの１信号と永久磁石３の位置検出するための
３〜４信号を出力するように構成されている。また、エ
ンコーダが絶対値タイプの場合には、所用の分解能を有
した絶対値コード（グレイコード等）になっているが、
出力を電気的内挿法により分割して分解能を向上させ
る。
【０００５】また、１９は発光素子で一般的にはＬＥＤ
が用いられ、２０は複数個の受光素子である。２１はプ
リント基板で信号処理回路２２が搭載されている。２３
はフレキシブルなカップリング、２４は第１の軸受９の
軸方向に固定する押え板、２５は回転子１に軸方向の与
圧を加えるプレロードスプリングである。
【０００６】図２２は、従来のカップリングを使用しな
いモータ外部直接取付方式を示した縦断面図である。図
中、図２１と同一符号は同一、または相当部分を示し、
２６はボスで回転軸２にナット６３で固定され、ボス２
６には検出スケール１７が固着されている。２７はコの
字形状の取付枠で、発光素子１９、受光素子２０が固着
されている。該取付枠２７はプリント基板２１に取付け
られ、該プリント基板２１は第２のブラケット８の突起
部８ａに固定されている。
【０００７】図２３は、従来のカップリング取付方式の
エンコーダ部分を示す縦断面図で、光ファイバを使用し
たものであり、特開平２−１０１１３号公報に開示され
ている。図中、図２１と同一符号は同一、または相当部
分を示し、２８は多芯の光ファイバで、プリント基板２
１に取付けられた発光素子１９と光ファイバ２８の一端
２８ａを対向させ、他端２８ｂを検出スケール１７のパ
ターン、固定スケール１８のパターンを介して受光素子
２０と対向している。
【０００８】図２４は、従来の信号処理回路２２の内、
受光素子２０の出力を電気内挿法により分割して分解能
をアップする部分を示し、２０ａはｓｉｎを出力する受
光素子、２０ｂはｃｏｓを出力する受光素子、２９ａ、
２９ｂは増幅回路、３０ａ、３０ｂはＡ／Ｄ変換回路、
３１は記憶回路でありＲＯＭで構成されている。この類
の従来例は、特開昭５８−１０２１１０号公報、特開平
１−３２１３１３号公報等に開示されている。
【０００９】また、上記の従来例は高分解能に対応した
エンコーダ付サーボモータであったが、低分解能でも良
い場合は図２５に示すエンコーダをサーボモータに内蔵
する方式の従来例があり、これは実開昭６３−８８０７
５号公報に開示されている。図において同一、または相
当部分は図２１と同一であり、１７は永久磁石３に固定
された金属製円筒カップ状の検出スケールで円筒カップ
外周部１７ａに軸方向のスリット１７ｃが設けられてい
る。低分解能であるため固定スケール１８が不要で、検
出スケール１７と受光素子２０の隙間は１００μｍ以上
で構成されている。
【００１０】次に動作について説明する。発光素子１９
を点灯させると、検出スケール１７のスリットパターン
を照射する。図２３においては、光が光ファイバ２８の
一端２８ａに入射し、光ファイバ２８の中を通過して他
端２８ｂから出射し、検出スケール１７のスリットパタ
ーンを照射する。このとき、回転軸２が回転すると検出
スケール１７も回転する。従って、検出スケール１７に
設けられたスリットにより、発光素子１９の光が透過／
遮断を繰り返す。透過した光は更に固定スケール１８を
通過して受光素子２０を照射する。該受光素子２０はス
リットパターンに従って所用の信号を電気信号に変換し
て出力する。
【００１１】このとき、回転角度検出については、受光
素子２０ａからｓｉｎ波信号、受光素子２０ｂからｃｏ
ｓ波信号が出力されるので、各々信号処理回路２２の増
幅回路２９ａ、２９ｂで増幅し、Ａ／Ｄ変換回路３０
ａ、３０ｂで所用の分解能が得られるビットによりデジ
タル値に変換する。該デジタル値をアドレス信号として
記憶回路３１に入力する。
【００１２】記憶回路３１には、アドレス信号に対応し
た回転角度情報（取付けされるサーボモータに関係なく
一定の回転角度情報である）が予め記憶されてあるの
で、アドレス信号に対応した回転角度情報が記憶回路３
１から出力される。従って、受光素子２０ａ、２０ｂの
出力は電気的に内挿され分解能が向上する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来のカップリング取
付方式のサーボモータは、カップリング、軸受が必要で
あるため、非常に軸方向寸法が長くなるという問題点が
あった。
【００１４】また、モータ外部直接取付方式はカップリ
ング取付方式と比較して若干短くなるが、まだ長いとい
う問題点は解消されていない。また、検出スケールと固
定スケールの隙間を小さくしなければならないのでモー
タ外部直接取付方式においては、回転軸や第１、第２の
ブラケットの機械加工精度を向上させなければならない
という問題点があった。
【００１５】また、検出スケールは有限のスリットしか
形成することができず、分解能を向上させるためには電
気的内挿法を用いるが、回転角度情報がサーボモータの
回転による回転軸の振れに対応して記憶回路に入力され
ないため、検出スケールと固定スケールの相対関係の変
動により、受光素子の出力が変動して内挿精度が悪化
し、回転角度情報に誤差が生じる結果、分解能に限界を
生じるという問題点があった。
【００１６】また、モータ外部直接取付方式において
は、第２のブラケットの外にエンコーダが設けられてい
るため、サーボモータの保守点検により第２の軸受を交
換する場合、エンコーダ部分を分解し、取外しを行わな
ければならず、組立時に機械的、電気的に再調整しなけ
ればならないという問題点があった。
【００１７】また、第２の軸受に関しては、封入されて
いるグリースの飛散防止が実施されていないため、検出
スケールのスリットを汚染する恐れがあった。
【００１８】また、エンコーダを内蔵する方式において
は、サーボモータの回転軸、第１、第２のブラケットの
機械加工精度の限界や、サーボモータの発熱による検出
スケール等の構成機械部品の熱膨張により、また、信号
処理回路の耐熱限界により回転角度情報の信頼性が低下
し、分解能を向上させることができないという問題点が
あった。
【００１９】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、軸方向寸法の短縮ができ、サ
ーボモータの構成部品の機械加工精度を維持した状態
で、分解能を向上でき、且つ、サーボモータの軸受の保
守点検が容易にでき、回転角度情報の信頼性が高い位置
検出方法及びその装置を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る位置検
出方法は、検出体の加工時に必然的に形成される表面性
状にレーザ光を照射し、前記表面性状から反射されたレ
ーザ光を受光して、該受光した反射光の信号と予め記憶
してある前記検出体の位置信号を比較し、該比較結果に
基づいて検出体の位置を検出するものである。
【００２１】第２の発明に係る位置検出装置は、加工時
に必然的に形成される表面性状を有する検出体と、前記
検出体の表面性状にレーザ光を照射する照射手段と、前
記表面性状から反射されたレーザ光を受光する受光手段
と、前記受光手段により受光した反射光の信号と予め記
憶してある前記検出体の位置信号を比較する比較手段と
を備え、前記比較手段による比較結果に基づいて検出体
の位置を検出するものである。
【００２２】第３の発明に係る位置検出装置は、回転軸
を持った回転子と、固定鉄芯にコイルを回巻した固定子
と、前記固定子に対し第１、第２の軸受を介して前記回
転子を支承する第１、第２のブラケットと、前記回転軸
の所定箇所に固定した表面性状を有する検出体と、前記
検出体と一端を対向配置し他端を前記第２のブラケット
を貫通して該第２のブラケット外面に取付けられた検出
ユニット内に配置されている出射光用光ファイバ及び反
射光用光ファイバと、前記出射光用光ファイバの他端に
対向して配置された半導体レーザと、前記反射光用光フ
ァイバの他端に対向して配置され、前記検出体から反射
したレーザ光を受光するレーザ受光手段と、前記レーザ
受光手段からの出力を情報信号に変換する信号処理手段
とを備えている。
【００２３】第４の発明に係る位置検出装置は、１本の
光ファイバにより出射光用と反射光用を兼用し、前記半
導体レーザと光ファイバの一端との間にビームスプリッ
タを配置して、前記ビームスプリッタの分岐反射光の光
軸上に前記レーザ受光手段を配置している。
【００２４】第５の発明に係る位置検出装置は、前記光
ファイバの一端と検出体との間にシリンドリカルレンズ
を配置している。
【００２５】第６の発明に係る位置検出装置は、前記出
射光・反射光用の光ファイバが多芯構成であって、少な
くとも一端を前記検出体の回転方向に対して直角方向に
配列し、前記検出体と対向させている。
【００２６】第７の発明に係る位置検出装置は、前記検
出ユニットと第２のブラケットとの間に熱絶縁板を設
け、且つ、前記光ファイバを熱絶縁体で覆い、前記熱絶
縁体を前記熱絶縁板と一体形成している。
【００２７】第８の発明に係る位置検出装置は、前記光
ファイバの一端が対向する前記検出体の表面を防錆処理
している。
【００２８】第９の発明に係る位置検出装置は、前記信
号処理手段は記憶手段を備え、前記記憶手段は組立完了
後におけるサーボモータの実際の回転角度情報を格納し
ている。
【００２９】第１０の発明に係る位置検出装置は、前記
記憶手段が複数の第１の記憶手段と、前記第１の記憶手
段からの出力を入力とする第２の記憶手段とから構成さ
れている。
【００３０】第１１の発明に係る位置検出装置は、前記
記憶手段が、書換可能に構成されている。
【００３１】第１２の発明に係る位置検出装置は、前記
信号処理手段に温度補正手段を付加し、入力する温度情
報信号は前記固定子の温度検出素子からの信号である。
【００３２】第１３の発明に係る位置検出装置は、前記
半導体レーザをペルチェ効果素子により冷却する。
【００３３】第１４の発明に係る位置検出装置は、サー
ボモータにおける前記固定子と前記回転子は各々樹脂モ
ールドしてある。
【００３４】第１５の発明に係る位置検出装置は、前記
検出体と前記固定子との間に仕切板を配置して固定し、
前記仕切板と回転子に小さな隙間を構成してある。
【００３５】第１６の発明に係る位置検出装置は、前記
第２のブラケットに嵌合した前記第２の軸受を押え板に
より前記第２のブラケットに対し回転軸方向に固定し、
前記第２の軸受と回転軸との肩の間に油切りを配置し、
前記油切りの外周と前記押え板の内周で小さな隙間を構
成して前記押え板に油溜め溝を設けてある。
【００３６】第１７の発明に係る位置検出装置は、第２
のブラケットに点検窓を設け、該点検窓の位置を光ファ
イバの一端と検出体の隙間を構成する位置としたもので
ある。
【００３７】第１８の発明に係る位置検出装置は、前記
検出ユニットをサーボモータから別置にしたものでる。
【００３８】第１９の発明に係る位置検出装置は、出射
光・反射光用光ファイバ或いは兼用光ファイバを複数の
組に分割し、複数の方向から前記検出体と対向させたも
のである。
【００３９】第２０の発明に係る位置検出装置は、前記
熱絶縁板を電気絶縁体とし、前記検出ユニットを第２の
ブラケットに固定するネジを電気絶縁体としたものであ
る。
【００４０】第２１の発明に係る位置検出装置は、回転
軸を持った回転子と、固定鉄芯にコイルを回巻した固定
子と、前記固定子に対し第１、第２の軸受を介して前記
回転子を支承する第１、第２のブラケットと、表面加工
時に必然的に形成される表面性状を有する検出体と、前
記検出体と一端を対向配置し他端を前記第２のブラケッ
トを貫通して該第２のブラケット外面に取付けられた検
出ユニット内に配置されている出射光用光ファイバ及び
反射光用光ファイバと、前記出射光用光ファイバの他端
に対向して配置された半導体レーザと、前記反射光用光
ファイバの他端に対向して配置され、前記検出体から反
射したレーザ光を受光するレーザ受光手段と、前記レー
ザ受光手段からの出力を情報信号に変換する信号処理手
段とを備えた位置検出装置において、前記検出体として
前記回転子を用いる。
【００４１】
【作用】第１の発明においては、検出体の加工時に必然
的に形成される表面性状にレーザ光を照射し、前記表面
性状から反射されたレーザ光を受光して、該受光した反
射光の信号と予め記憶してある前記検出体の位置信号を
比較し、該比較結果に基づいて検出体の位置を検出す
る。
【００４２】第２の発明においては、検出体に形成され
た表面性状にレーザ光を照射して、その反射光と予め記
憶してある検出体の位置信号とを比較して、該比較結果
に基づき検出体の位置検出を行う。
【００４３】第３の発明においては、エンコーダがサー
ボモータの中の第２のブラケットと固定子との間に配置
されているので、軸方向寸法が短くなり、また、半導体
レーザ、受光素子、信号処理回路はサーボモータの外部
に取付けられ、検出体とは光ファイバにて結合されてい
るため、検出ユニットの温度上昇は低く熱に対する寿命
信頼性が高い。更に、半導体レーザの光が検出体の表面
で反射し、表面の凹凸状態で反射光の強弱が発生する。
反射の強弱は検出体の表面性状により異なるので、該強
弱を信号処理回路が絶対回転角度に変換する。また、半
導体レーザを利用するため光の散乱が少なく、その結
果、光ファイバと検出体のギャップを大きく構成してお
り、サーボモータの機械加工精度を従来並に保持でき
る。
【００４４】第４の発明において、ビームスプリッタは
戻ってくる反射光を分割し、受光素子を照射するので光
ファイバが１本で構成できる。
【００４５】第５の発明において、シリンドリカルレン
ズは光ファイバの出射光を直線に広げ検出体の回転角度
情報を多く取り入れ、情報の信頼性を高める。
【００４６】第６の発明において、多芯の光ファイバは
検出体の回転方向と直角方向に配列してあるため、検出
体のある角度における情報を多く取り入れ、情報の信頼
性を高める。
【００４７】第７の発明において、熱絶縁板は、サーボ
モータが発生し第２のブラケットに伝達した熱を検出ユ
ニットに対して遮断する。また、熱絶縁体はサーボモー
タが発生しサーボモータ内部の空気に伝達した熱をプラ
スチック製の光ファイバに対して遮断し、上記熱絶縁板
と一体に形成して取扱いを容易にしている。
【００４８】第８の発明において、検出体の防錆処理は
検出体の劣化を防止し、反射の強弱差を高める。
【００４９】第９の発明において、記憶回路は組立完了
後のサーボモータを実際に回転させたときの回転角度情
報を記憶し、これを出力する。
【００５０】第１０の発明において、検出体の回転角度
情報を多く取り入れ、増幅回路で増幅し、Ａ／Ｄ変換回
路でデジタル値に変換し、これを第１の記憶回路にアド
レス入力し、第１の記憶回路は複数の回転角度情報を出
力し、第２の記憶回路は第１の記憶回路の出力に基づい
て、平均化されたより正確な回転角度情報を出力する。
【００５１】第１１の発明において、書換可能メモリ
（ＥＥＰＲＯＭ）は第２の軸受交換等でサーボモータが
分解されたとき、回転角度情報の書き換えができる。
【００５２】第１２の発明において、温度補正手段はサ
ーボモータの温度検出素子の信号により受光素子出力の
温度補正を行なう。
【００５３】第１３の発明においてペルチェ効果素子は
半導体レーザを冷却し、半導体レーザの温度寿命信頼性
を高める。
【００５４】第１４の発明において、樹脂モールドされ
た固定子と回転子はクリーン化を容易にして粉塵の発生
を防止できる。また、サーボモータの発熱温度を外部に
放出し易くしている。
【００５５】第１５の発明において、仕切板は固定子と
回転子からの粉塵を防止し、固定子からの発生熱を遮断
する。
【００５６】第１６の発明において、押え板と油切りは
第２の軸受から飛び出したグリースが検出体に付着しな
いようにしている。また、回転軸の熱膨張基準が第２の
軸受となるので検出体と光ファイバの軸方向の位置ズレ
が小さくなる。
【００５７】第１７の発明において、点検窓は光ファイ
バと検出体の隙間を点検できるようになっている。
【００５８】第１８の発明において、検出ユニットがサ
ーボモータから別の場所に設置できるようになってい
る。
【００５９】第１９の発明において、各方向に分けられ
た光ファイバは検出体の各方向の表面性状を検出する。
【００６０】第２０の発明において、熱絶縁板と検出ユ
ニットを第２のブラケットに固定するネジは電気絶縁体
であるため検出ユニットとサーボモータが電気的に絶縁
される。
【００６１】第２１の発明において、回転軸の外周が検
出体になっているので、部品点数が減少する。
【００６２】
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す縦断面図で
あり、図２はエンコーダ部を示す部分横断面図であり、
図３は検出体の部分縦断面図である。図中１〜１０は上
記従来の位置検出装置（エンコーダ内蔵サーボモータ）
と同一、または相当部分を示している。図中、３２は検
出ユニットである。
【００６３】３３は出射光用の光ファイバであり、出射
光用光ファイバ３３の一端３３ａは凸レンズ３５を介し
て半導体レーザ３４と対向している。また、他端３３ｂ
は凸レンズ３６を介して検出体１７と対向している。検
出体１７の表面１７ａの表面性状は不特定な切削縞模様
を有している。尚、この検出体１７の表面１７ａにおけ
る表面性状は、例えば、ワイヤカットにより形成される
ものや、化学的生成方法により形成されるものが考えら
れるが、これらの形成方法に限定されるものではない。
【００６４】３７は反射光用の光ファイバであり、出射
光用光ファイバ３７の一端３７ａは凸レンズ３８を介し
て受光素子２０と対向している。また、他端３７ｂは凸
レンズ３９を介して検出体１７と対向している。
【００６５】４０は出射光用の光ファイバ３３、反射光
用の光ファイバ３７、凸レンズ３５、３６、３８、３９
を保持する保持具である。また、凸レンズ３６、３９と
検出体１７の隙間は大きく設けられている。４１は検出
ユニット３２と第２のブラケット８の間に備えられた熱
絶縁板、４２はプリント基板２１を取り付ける取付台
で、電気絶縁体で作られた固定ネジ４３により第２のブ
ラケット８に固定されている。また、上記保持具４０は
取付台４２に固定されている。
【００６６】４４は半導体レーザ３４の近傍のプリント
基板２１に取り付けられたペルチェ効果素子、４５は固
定子４と検出体１７の間に設けられ回転軸２と小さな隙
間を持って第２のブラケット８に固定された仕切板、２
４ａは押え板２４に設けられた油溜め溝、４６は油切り
で、第２の軸受１０と回転軸２の肩２ａの間に設けられ
ている。押え板２４の内周部２４ｂと油切り４６の外周
部４６ａには小さな隙間が設けられている。また、押え
板２４は第２の軸受１０を回転軸方向に固定している。
【００６７】４７の温度検出素子は、検出ユニット３２
の信号処理回路２２に配線（図示せず）されている。８
ｂは凸レンズ３６、３９と、検出体１７の表面１７ａの
隙間の点検窓でキャップ４８が嵌められている。
【００６８】図４は、この発明の一実施例を示す信号処
理回路２２のブロック図であり、図５は、サーボモータ
が一回転したときの受光素子２０の出力を示すグラフで
ある。図４において、２０は受光素子、２９は増幅回
路、３０はＡ／Ｄ変換回路、４７は温度検出素子、４９
は温度補正回路、５０は記憶回路であり、書換え可能な
ＥＥＰＲＯＭにより構成されている。５１は上記記憶回
路５０の書換回路である。
【００６９】次に動作について説明する。以上のように
構成されたエンコーダ内蔵サーボモータにおいては、半
導体レーザ３４を点灯させると、レーザ光は凸レンズ３
５により集光され、出射光用光ファイバ３３の一端３３
ａに入射し、出射光用光ファイバ３３の他端３３ｂから
出射され、凸レンズ３６にて集光されて検出体１７の表
面１７ａを照射する。このとき、半導体レーザ３４から
の光はコヒーレントであるため、凸レンズ３６、３９と
検出体１７の隙間は大きくても差し支えない。
【００７０】検出体１７の表面１７ａに反射され、反射
光用光ファイバ３７を介して戻ってきた光は凸レンズ３
８により集光され、受光素子２０を照射する。このと
き、回転軸２が回転すると、検出体１７も回転するが、
検出体１７の表面１７ａは切削縞目が形成されているた
め、凸レンズ３６、３９と表面１７ａとの隙間が変化
し、反射して戻ってくる光量も変化し、受光素子２０の
出力は１回転により図５に示したように変化する。
【００７１】この出力変化を増幅回路２９により増幅
し、温度検出素子４７からの情報に基づいて図５に示し
たａの変化分を温度補正回路４９により一定に制御す
る。次に、この出力を所用の分解能が得られるようなビ
ットによりＡ／Ｄ変換回路３０によりデジタル値に変換
する。該Ａ／Ｄ変換回路３０から出力されるデジタル値
をアドレス信号として、ＥＥＰＲＯＭで構成された記憶
回路５０に出力する。
【００７２】このとき、予めサーボモータを外部装置
（図示せず）にて駆動し、Ａ／Ｄ変換回路３０からの出
力を取り出し、記憶回路５０の書換回路５１でＡ／Ｄ変
換回路３０の出力と回転軸２の回転角度の関係を記憶回
路５０に入力しておく。従って、Ａ／Ｄ変換回路３０の
アドレス信号により記憶回路５０から回転角度情報が出
力される。図６は、増幅回路２９からの出力電圧とサー
ボモータにおける回転軸２の回転角度との関係（一例）
を示すグラフであり、図７は、図６に示した内容を記憶
回路５０に記憶たときのＲＯＭテーブルを示す説明図で
ある。
【００７３】また、半導体レーザ３４は、一般的には、
温度保証値が低いので、熱絶縁体４１にて断熱され、更
に、ペルチェ効果素子４４にて冷却されている。また、
仕切板４５は固定子４に付着した粉塵が検出体１７に付
着するのを防止し、固定子４の発生熱を遮断している。
【００７４】また、押え板２４の油溜め溝２４ａは第２
の軸受１０から飛散するグリースを溜め、また、内周部
２４ｂと油切り４６の外周部４６ａの小さな隙間により
グリースの検出体１７への飛散を防止している。更に、
押え板２４は第２の軸受１０を押さえている。従って、
回転軸２の熱膨張は第２の軸受を基点として膨張するの
で検出体１７の軸方向移動が小さくなる。
【００７５】また、点検窓８ｂは凸レンズ３６、３９
と、検出体１７の表面１７ａとの隙間を点検するための
窓で、隙間寸法をチェックする場合は、ゲージ（図示せ
ず）の挿入を行う。また、熱絶縁板４１と、取付台４２
を固定するネジ４３は電気絶縁体のため、プリント基板
２１が第２のブラケット８から電気的に絶縁されてい
る。このため、第２のブラケット８の接地電位が変動し
てもプリント基板２１に搭載されている信号処理回路２
２の電位は変動しない。
【００７６】上記実施例においては、出射光用の光ファ
イバ３３と反射光用の光ファイバ３７が各々設けられて
いたが、図８に示すように１本の光ファイバ３３により
出射光用と反射光用の光ファイバを兼用させ、半導体レ
ーザ３４と凸レンズ３５の間に凸レンズ５２、ビームス
プリッタ５３、ミラー５４、凸レンズ５５を設けること
により、半導体レーザ３４からの光は、凸レンズ５２に
より集光され、ビームスプリッタ５３を通過して兼用の
光ファイバ３３に入射し、検出体１７の表面１７ａを照
射する。
【００７７】検出体１７の表面１７ａからの反射光は、
兼用の光ファイバ３３に入射し、ビームスプリッタ５３
により直角方向に曲げられ、更に、ミラー５４により直
角方向に曲げられ、凸レンズ５５により集光されて受光
素子２０に入光する。従って、１本の光ファイバにより
上記第１の実施例と同様の効果が得られる。
【００７８】図９は、出射光用の光ファイバ３３の一端
３３ｂ付近の拡大横断面図であり、図１０は、図９に示
した部分の縦断面図である。５６、５７はシリンドリカ
ルレンズであり、検出体１７の表面１７ａを回転軸方向
に長い焦点を結んでいるので、検出体１７の表面１７ａ
の広範囲に渡る表面性状の検出が可能であり、信号の信
頼性が向上する。
【００７９】図１１、図１２は、出射光用の光ファイバ
３３と反射光用の光ファイバ３７を多芯構成にした実施
例であり、半導体レーザ３４側の一端３３ａと、受光素
子２０の一端３７ａは束ねてある。また、出射光・反射
光用の光ファイバ３３、３７の他端３３ｂ、３７ｂは、
検出体１７の回転方向に対して直角方向に配列し、シリ
ンドリカルレンズ５６、５７を配したもので、広範囲に
渡る表面１７ａの表面性状を検出することができる。
【００８０】また、図１３に示すように、熱絶縁体４１
の一部を伸ばし、熱絶縁体４１ａにて出射光用の光ファ
イバ３３と反射光用の光ファイバ３７を覆ったので、光
ファイバ３３、３７は温度上昇が抑制され温度上昇によ
る劣化率が低下し、その結果、安価なプラスチック製光
ファイバを使用することができる。また上記熱絶縁体４
１ａは熱絶縁板４１と一体で形成できるため安価とな
る。
【００８１】また、検出体１７の表面１７ａには、金メ
ッキ等の防錆処理を施してあるので、反射光が金メッキ
により強くなり出力が大きく取れ、更に、防錆処理によ
り表面１７ａの劣化を防止できるので信頼性が向上す
る。
【００８２】図１４は、反射光用の光ファイバ３７を多
芯構成にし、検出体１７と受光素子２０側にシリンドリ
カルレンズ５６、５８を配し、受光素子２０を２０ａ〜
２０ｄに分割したものである。
【００８３】図１５は、上記図１４に示した実施例にお
ける信号処理回路２２の構成を示し、分割された受光素
子２０ａ〜２０ｄからの出力（図１６参照）を、増幅回
路２９ａ〜２９ｄにより増幅し、該増幅された信号はＡ
／Ｄ変換回路３０ａ〜３０ｄによりデジタル値に変換さ
れ、Ａ／Ｄ変換回路３０ａ、３０ｂからの出力を第１の
記憶回路５０ａの所定のアドレスに入力し、Ａ／Ｄ変換
回路３０ｃ、３０ｄからの出力を第１の記憶回路５０ｂ
の所定のアドレスに入力し、第１の記憶回路５０ａ、５
０ｂの出力を第２の記憶回路６０の所定のアドレスに入
力して出力を得るものである。従って、上記第１の実施
例と比較して検出情報が多くなり、回転角度情報の平均
化が行われるので、回転角度情報の信頼性が向上する。
【００８４】図１７は、固定子４と回転子１を樹脂６
１、６２によりモールドしたものであり、固定子４と回
転子１の露出面積が小さくなり、クリーン化が容易にな
る。また、コイル６が樹脂６１ででモールドされている
ため、コイル６からの熱が固定子４の外被４ａから放熱
し易く、検出ユニット３２の温度上昇を抑制することが
できる。
【００８５】次に、上記第１の実施例にあっては、検出
体１７を回転軸２に固定しているが、図１８に示すよう
に、回転軸２の表面２ａを直接検出体として利用するこ
とにより、部品点数を減少させて同様の効果を得ること
ができる。
【００８６】また、上記第１の実施例にあっては、検出
ユニット３２を第２のブラケット８に固定したが、図１
９に示すように検出ユニット３２を第２のブラケット８
から取り外し、光ファイバ３３を延長することによりサ
ーボモータとは離れた場所に設置してもよい。
【００８７】図１１、図１２に示した実施例にあって
は、多芯構成の光ファイバ３３、３７を１箇所で、検出
体１７に対向させたが、図２０に示すように光ファイバ
３３を複数組３３ｃ、３３ｄ、３３ｅに分け、検出体１
７に対して各々異なる方向から、特に回転子１の振動を
相殺するような方向に光ファイバ３３を対向させれば、
更に回転角度情報の信頼性が向上する。
【００８８】なお、以上説明した実施例にあっては、磁
石式サーボモータを例にとって説明したが、誘導式のサ
ーボモータでも、直流式のサーボモータにも利用でき
る。また、上記実施例において、検出体の表面性状が不
特定としたが、不特定でなくても差し支えない。また、
受光素子として半導体位置検出器を用いることもでき
る。
【００８９】
【発明の効果】以上説明した通り、この発明による位置
検出方法及びその装置によれば、以下に示す如き効果が
得られる。
【００９０】第１の発明によれば、検出体の表面加工時
に必然的に形成される表面性状を利用して検出体の位置
検出を行うので、サーボモータの構成部品の機械加工精
度を維持した状態で、分解能を向上させることができ
る。
【００９１】第２の発明によれば、検出体に形成された
表面性状にレーザ光を照射して、その反射光と予め記憶
してある検出体の位置信号とを比較して、該比較結果に
基づき検出体の位置検出を行うので、サーボモータの構
成部品の機械加工精度を維持した状態で、分解能を向上
させることができる。
【００９２】第３の発明によれば、検出体をサーボモー
タ内部に設置し、検出ユニットを設けてこれをサーボモ
ータの第２のブラケットに固定し、この間を光ファイバ
により結合したので、軸方向寸法が短くできる。また、
半導体レーザを使用し、検出体の表面性状を検出できる
ようにしたので、分解能を高くすることができる。更に
コヒーレントな半導体レーザを使用したので、光が散乱
しにくく固定スケールが不要となり、光ファイバと検出
体との隙間が大きくでき、サーボモータの回転軸や第
１、第２のブラケット機械加工の精度を従来並みに保持
できる。
【００９３】第４の発明によれば、光ファイバを１本と
したので部品点数が減少し安価になり、出射光・反射光
用の光ファイバの一端の相対関係の調整が不要になる。
【００９４】第５の発明によれば、シリンドリカルレン
ズを光ファイバと検出体との間に配置したので、回転角
度情報が一度に多く入力され、信頼性が向上する。
【００９５】第６の発明によれば、光ファイバを多芯構
成としたので、回転角度情報が一度に多く入力され、更
に信頼性が向上する。
【００９６】第７の発明によれば、検出ユニットと第２
のブラケットとの間に熱絶縁板を設け、且つ、光ファイ
バを熱絶縁体で覆い、更に該熱絶縁体を熱絶縁板と一体
形成したので、半導体レーザの温度上昇が抑制され半導
体レーザの寿命が伸びる。また、プラスチック製の光フ
ァイバの使用が可能になり装置が安価となり、熱絶縁体
と熱絶縁板を一体形成した結果、取り扱いが容易にな
る。
【００９７】第８の発明によれば、光ファイバの一端が
対向する検出体の表面を金メッキ加工等により防錆処理
したので、反射の強弱差が大きくなり、また検出体表面
の劣化が抑制されて信号の長期に渡る信頼性が向上す
る。
【００９８】第９の発明によれば、記憶回路は組立完了
後のサーボモータを実際に回転させたときの回転角度情
報を記憶してあるので、光ファイバと検出体の相対関係
の変動があっても受光素子出力の変動が小さく内挿精度
が向上する。
【００９９】第１０の発明によれば、複数の回転角度情
報を得て、第１、第２の記憶回路にて平均化しているの
で、回転角度情報の信頼性が向上する。
【０１００】第１１の発明によれば、記憶手段が書換可
能に構成されているので、第２の軸受交換等によりサー
ボモータを分解しても回転角度情報の書き換えだけで済
み、機械的・電気的調整が不要となり、メンテナンスが
容易になる。
【０１０１】第１２の発明によれば、装置が温度補正手
段を内蔵しているため、温度変動が大きくても使用が可
能になり、また、サーボモータの温度検出素子からのデ
ータを流用するため装置が安価となる。
【０１０２】第１３の発明によれば、半導体レーザをペ
ルチェ効果素子により冷却するので、半導体レーザの温
度上昇が抑制され、更に、半導体レーザの温度寿命が伸
びる。
【０１０３】第１４の発明によれば、サーボモータ内の
固定子と回転子を各々樹脂モールドしたので、固定子と
回転子の洗浄等のクリーン化が容易で、粉塵が発生しな
いので検出体の表面が汚染されにくくなる。更に、サー
ボモータの発熱温度を外部へ放出しやすくなるので、検
出ユニット内の信号処理回路や光ファイバの温度に対す
る信頼性が向上する。また、検出体等の構成機械部品の
熱膨張による出力への影響を抑制することができる。
【０１０４】第１５の発明によれば、検出体と固定子と
の間に仕切板を配置して固定し、仕切板と回転子に小さ
な隙間を構成したので、固定子と回転子から発生した粉
塵が検出体に付着して汚染しないため、回転角度情報の
信頼性が向上する。
【０１０５】第１６の発明によれば、押え板と油切りに
より第２の軸受からのグリースの検出体への飛散付着を
防止しているので、回転角度情報の信頼性が向上する。
また、押え板は第２の軸受を固定しているので、回転軸
の熱膨張による検出体の移動が小さくなり、回転角度情
報の信頼性が向上する。
【０１０６】第１７の発明によれば、第２のブラケット
に点検窓を設けたので、光ファイバと検出体との隙間の
点検が容易となる。
【０１０７】第１８の発明によれば、光ファイバを延長
し、前記検出ユニットをサーボモータから別置にしたの
で、検出ユニットを温度の低い箇所に設置でき、温度に
対する信頼性が向上する。また、サーボモータの回転軸
と直角方向の寸法を小さくすることができる。
【０１０８】第１９の発明によれば、出射光・反射光用
光ファイバ或いは兼用光ファイバを複数の組に分割し、
複数の方向から検出体と対向させたので、回転子が振動
しても回転角度情報の信頼性が向上する。
【０１０９】第２０の発明によれば、熱絶縁板を電気絶
縁体とし、検出ユニットを第２のブラケットに固定する
ネジを電気絶縁体としたので、信号処理回路に対するノ
イズの悪影響が排除され、回転角度情報の信頼性が向上
する。
【０１１０】第２１の発明によれば、回転軸の外周を検
出体として用いるので、装置を安価に構成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例におけるサーボモータの構
成を示す縦断面図である。
【図２】この発明の一実施例におけるエンコーダ部の構
成を示す部分横断面図である。
【図３】この発明の一実施例における検出体の構成を示
す部分縦断面図である。
【図４】この発明の一実施例における信号処理回路の構
成を示すブロック図である。
【図５】この発明の一実施例における受光素子の出力を
示すグラフである。
【図６】この発明の一実施例における増幅回路出力電圧
と回転軸の回転角度との関係を示すグラフである。
【図７】図６に示した関係の情報を格納した記憶回路に
おけるＲＯＭテーブルの状態を示す説明図である。
【図８】この発明の一実施例におけるエンコーダ部の構
成を示す部分縦断面図である。
【図９】この発明の一実施例における出射光・反射光用
の光ファイバの一端近傍を示す部分横断面図である。
【図１０】この発明の一実施例における出射光用の光フ
ァイバの一端近傍を示す部分縦断面図である。
【図１１】この発明の一実施例における出射光用の光フ
ァイバの構成を示す縦断面図である。
【図１２】この発明の一実施例における反射光用の光フ
ァイバの構成を示す縦断面図である。
【図１３】この発明の一実施例におけるエンコーダ部の
構成を示す縦断面図である。
【図１４】この発明の一実施例における反射光用の光フ
ァイバの構成を示す縦断面図である。
【図１５】図１２に示した実施例の信号処理回路の構成
を示すブロック図である。
【図１６】図１２に示した実施例の分割受光素子からの
出力を示すグラフである。
【図１７】この発明の一実施例におけるサーボモータの
構成を示す縦断面図である。
【図１８】この発明の一実施例における検出体近傍の構
成を示す部分縦断面図である。
【図１９】この発明の一実施例における検出ユニット近
傍の構成を示す縦断面図である。
【図２０】この発明の一実施例における検出体近傍の構
成を示す部分縦断面図である。
【図２１】従来のカップリング取付方式サーボモータの
構成を示す縦断面図である。
【図２２】従来のモータ外部直接取付方式サーボモータ
の構成を示す縦断面図である。
【図２３】従来の光ファイバを使用したエンコーダを示
す縦断面図である。
【図２４】従来の信号処理回路を示すブロック図であ
る。
【図２５】従来のエンコーダ内蔵方式のサーボモータを
示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 回転子 ２ 回転軸 ３ 永久磁石 ４ 固定子 ５ 固定鉄芯 ６ コイル ７ 第１のブラケット ８ 第２のブラケット ８ｂ 点検窓 ９ 第１の軸受 １０ 第２の軸受 １７ 検出体 ２０ 受光素子 ２２ 信号処理回路 ２４ 押え板 ２９ 増幅回路 ３０ Ａ／Ｄ変換回路 ３２ 検出ユニット ３３ 出射光用の光ファイバ ３４ 半導体レーザ ３５ 凸レンズ ３６ 凸レンズ ３８ 凸レンズ ３９ 凸レンズ ４１ 熱絶縁板 ４１ａ 熱絶縁体 ４４ ペルチェ効果素子 ４５ 仕切板 ４７ 温度検出素子 ４９ 温度補正回路 ５０ 記憶回路 ５０ａ 第１の記憶回路 ５０ｂ 第１の記憶回路 ５２ 凸レンズ ５３ ビームスプリッタ ５４ ミラー ５５ 凸レンズ ５６ シリンドリカルレンズ ５７ シリンドリカルレンズ ５８ シリンドリカルレンズ ６０ 第２の記憶回路 ６１ 樹脂 ６２ 樹脂
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成３年１０月２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検出体の加工時に必然的に形成される表
    面性状にレーザ光を照射し、前記表面性状から反射され
    たレーザ光を受光して、該受光した反射光の信号と予め
    記憶してある前記検出体の位置信号を比較し、該比較結
    果に基づいて検出体の位置を検出することを特徴とする
    位置検出方法。
  2. 【請求項２】 加工時に必然的に形成される表面性状を
    有する検出体と、前記検出体の表面性状にレーザ光を照
    射する照射手段と、前記表面性状から反射されたレーザ
    光を受光する受光手段と、前記受光手段により受光した
    反射光の信号と予め記憶してある前記検出体の位置信号
    を比較する比較手段とを備え、前記比較手段による比較
    結果に基づいて検出体の位置を検出することを特徴とす
    る位置検出装置。
  3. 【請求項３】 回転軸を持った回転子と、固定鉄芯にコ
    イルを回巻した固定子と、前記固定子に対し第１、第２
    の軸受を介して前記回転子を支承する第１、第２のブラ
    ケットと、前記回転軸の所定箇所に固定した表面性状を
    有する検出体と、前記検出体と一端を対向配置し他端を
    前記第２のブラケットを貫通して該第２のブラケット外
    面に取付けられた検出ユニット内に配置されている出射
    光用光ファイバ及び反射光用光ファイバと、前記出射光
    用光ファイバの他端に対向して配置された半導体レーザ
    と、前記反射光用光ファイバの他端に対向して配置さ
    れ、前記検出体から反射したレーザ光を受光するレーザ
    受光手段と、前記レーザ受光手段からの出力を情報信号
    に変換する信号処理手段とを備えたことを特徴とする位
    置検出装置。
  4. 【請求項４】 １本の光ファイバにより出射光用と反射
    光用を兼用し、前記半導体レーザと光ファイバの一端と
    の間にビームスプリッタを配置して、前記ビームスプリ
    ッタの分岐反射光の光軸上に前記レーザ受光手段を配置
    したことを特徴とする前記請求項３記載の位置検出装
    置。
  5. 【請求項５】 前記光ファイバの一端と検出体との間に
    シリンドリカルレンズを配置したことを特徴とする前記
    請求項３記載の位置検出装置。
  6. 【請求項６】 前記出射光・反射光用の光ファイバは多
    芯構成であって、少なくとも一端を前記検出体の回転方
    向に対して直角方向に配列し、前記検出体と対向させた
    ことを特徴とする前記請求項３記載の位置検出装置。
  7. 【請求項７】 前記検出ユニットと第２のブラケットと
    の間に熱絶縁板を設け、且つ、前記光ファイバを熱絶縁
    体で覆い、前記熱絶縁体を前記熱絶縁板と一体形成した
    ことを特徴とする前記請求項３記載の位置検出装置。
  8. 【請求項８】 前記光ファイバの一端が対向する前記検
    出体の表面を防錆処理したとを特徴とする前記請求項３
    記載の位置検出装置。
  9. 【請求項９】 前記信号処理手段は記憶手段を備え、前
    記記憶手段は組立完了後におけるサーボモータの実際の
    回転角度情報を格納していることを特徴とする前記請求
    項３記載の位置検出装置。
  10. 【請求項１０】 前記記憶手段が複数の第１の記憶手段
    と、前記第１の記憶手段からの出力を入力とする第２の
    記憶手段とからなることを特徴とする前記請求項９記載
    の位置検出装置。
  11. 【請求項１１】 前記記憶手段は、書換可能に構成され
    ていることを特徴とする前記請求項９記載の位置検出装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記信号処理手段に温度補正手段を付
    加し、入力する温度情報信号は前記固定子の温度検出素
    子からの信号であることを特徴とする前記請求項３記載
    の位置検出装置。
  13. 【請求項１３】 前記半導体レーザをペルチェ効果素子
    により冷却することを特徴とする前記請求項３記載の位
    置検出装置。
  14. 【請求項１４】 サーボモータにおける前記固定子と前
    記回転子は各々樹脂モールドしてあることを特徴とする
    前記請求項３記載の位置検出装置。
  15. 【請求項１５】 前記検出体と前記固定子との間に仕切
    板を配置して固定し、前記仕切板と回転子に小さな隙間
    を構成することを特徴とする前記請求項３記載の位置検
    出装置。
  16. 【請求項１６】 前記第２のブラケットに嵌合した前記
    第２の軸受を押え板により前記第２のブラケットに対し
    回転軸方向に固定し、前記第２の軸受と回転軸との肩の
    間に油切りを配置し、前記油切りの外周と前記押え板の
    内周で小さな隙間を構成して前記押え板に油溜め溝を設
    けたことを特徴とする前記請求項３記載の位置検出装
    置。
  17. 【請求項１７】 第２のブラケットに点検窓を設け、該
    点検窓の位置を光ファイバの一端と検出体の隙間を構成
    する位置としたことを特徴とする前記請求項３記載の位
    置検出装置。
  18. 【請求項１８】 前記検出ユニットをサーボモータから
    別置にしたことを特徴とする前記請求項３記載の位置検
    出装置。
  19. 【請求項１９】 出射光・反射光用光ファイバ或いは兼
    用光ファイバを複数の組に分割し、複数の方向から前記
    検出体と対向させたことを特徴とする前記請求項３、４
    記載の位置検出装置。
  20. 【請求項２０】 前記熱絶縁板を電気絶縁体とし、前記
    検出ユニットを第２のブラケットに固定するネジを電気
    絶縁体としたことを特徴とする前記請求項７記載の位置
    検出装置。
  21. 【請求項２１】 回転軸を持った回転子と、固定鉄芯に
    コイルを回巻した固定子と、前記固定子に対し第１、第
    ２の軸受を介して前記回転子を支承する第１、第２のブ
    ラケットと、表面加工時に必然的に形成される表面性状
    を有する検出体と、前記検出体と一端を対向配置し他端
    を前記第２のブラケットを貫通して該第２のブラケット
    外面に取付けられた検出ユニット内に配置されている出
    射光用光ファイバ及び反射光用光ファイバと、前記出射
    光用光ファイバの他端に対向して配置された半導体レー
    ザと、前記反射光用光ファイバの他端に対向して配置さ
    れ、前記検出体から反射したレーザ光を受光するレーザ
    受光手段と、前記レーザ受光手段からの出力を情報信号
    に変換する信号処理手段とを備えた位置検出装置におい
    て、前記検出体として前記回転子を用いることを特徴と
    する位置検出装置。
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