JPH0682269A - エンコーダ信号逓倍回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンコーダの原信号から、ＣＰＵの演算によ
り、逓倍数の大きいエンコーダ位置データを得る。 【構成】 移動量に応じて90度の位相差がある正弦波の
信号Ａ，信号Ｂの原信号を発生するエンコーダ１と、信
号Ａ，信号Ｂを波形整形回路31で矩形波に変換して移動
方向を判別し位置カウンタ32の位置の原点からの計数値
の増減を行う位置カウンタ回路３と、原信号を任意の時
間に同時にＳ／Ｈ回路21でサンプルしたアナログ信号を
Ａ／Ｄ変換器23でディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回
路２と、前記ディジタル値の比から信号Ａ，信号Ｂの１
周期内での位置をＣＰＵ41にて計算し前記位置カウンタ
回路３から出力される位置データと合わせてＡ相の逓倍
されたエンコーダ位置を計算する演算回路４とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置検出のためのエン
コーダ信号の分解能を高度化するためのエンコーダ信号
逓倍回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットや位置決め装置などで高い位置
決め精度を得ようとすると位置を検出するセンサの分解
能を上げなけなればならないが、一般的には駆動源とな
るモータの軸に直結されたエンコーダに分解能の高いも
のを選択する。ところが、エンコーダのディスクのスリ
ットは機械的に決まった位置にあるので、単純にスリッ
トの数を増やすのは限度があり、機械的並びに光学的な
取付精度などの問題が発生し、価格も高くなる。このよ
うな問題を解決する方法としてはエンコーダから発生さ
れる正弦波信号を電気回路で逓倍する方法が一般的であ
った。その方法を以下に図面を参照しながら説明する。

【０００３】図３はエンコーダの構成を示す要部斜視図
であり、モータの回転軸(図略)に直結されたディスク30
1の外周部に放射状の位置に一定間隔にスリット302が設
けられ、発光素子303と、取付台306に取付られた受光素
子304、受光素子305がスリット302の両側に対向して配
置される。発光素子303からの光がスリット302を通過し
て受光素子304，305に入力される。ディスク301が回転
していると、光量に応じて受光素子304，305からは正弦
波状の電流が流れ、受光素子304からはＡ相正弦波の信
号Ａ、受光素子305からは前記信号Ａに対して90度位相
差のあるＢ相正弦波の信号Ｂとして出力されるよう受光
素子305が配置されている。この信号Ａ，信号Ｂを波形
整形して矩形波信号に変換すると逓倍しない形の矩形波
のＡ相信号，Ｂ相信号が得られる。

【０００４】図４は従来のエンコーダ信号を２逓倍する
回路例図を示し、400は波形整形回路でコンパレータ406
〜409で構成される。401〜404は抵抗、405はオペアンプ
でなる反転増幅回路、410，411はイクスクルーシブオア
回路［ＥＯＲ(exclusiveOR)回路］である。

【０００５】図５は図４の２逓倍する回路の正弦波信号
の時間関係を示す波形図である。ＡはＡ相正弦波の信
号、ＢはＢ相正弦波の信号で信号Ａより90°位相差があ
る。ＡＮは反転増幅回路405で生成したＡ相正弦波の反
転信号、ＡＢは信号Ａと信号Ｂの和の１／２の電圧信
号、ＡＮＢは反転信号ＡＮと信号Ｂの和の１／２の電圧
信号である。

【０００６】図６は図５の正弦波信号を変換した矩形波
の時間関係を示す波形図である。波形整形回路400によ
り、ＡＬはコンパレータ406、ＣＬはコンパレータ407、
ＢＬはコンパレータ408、ＤＬはコンパレータ409の各出
力の各矩形波信号を示す。

【０００７】図４の回路に示すように、正弦波の信号Ａ
と反転増幅回路405で信号Ａを反転した反転信号ＡＮ
と、正弦波の信号Ｂによりコンパレータ406〜409で矩形
波信号ＡＬ，ＢＬ，ＣＬ，ＤＬを生成し、この矩形波信
号ＡＬ，ＢＬをＥＯＲ回路410で２逓倍したＡ相信号２
ＡＬ、同様に矩形波信号ＣＬ，ＤＬをＥＯＲ回路411で
２逓倍したＢ相信号２ＢＬとなる。

【０００８】２ＡＬ信号と、この２ＡＬに90度位相差の
ある２ＢＬ信号を用いて進相、遅相を判別し、２ＡＬ信
号，２ＢＬ信号の立ち上がり及び立ち下がりでアップダ
ウンする位置カウンタ(図略)でカウントすると、ＡＬ信
号またはＢＬ信号に対して８逓倍された位置データがえ
られる。このような適当な分割比の抵抗401〜404を選
び、Ａ相正弦波信号とＢ相正弦波信号、並びにＢ相正弦
波信号とＡＮ相正弦波信号を分割すれば、コンパレータ
と論理回路で逓倍された信号が作り出せる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法では、逓倍数の小さい場合は簡単で比較的問題
は少ないが、逓倍数が大きくなってくると、コンパレー
タや論理回路が多数必要になる。したがって回路も大き
くなり、価格も高くなる。

【００１０】本発明はこのような従来の問題点に鑑みな
されたもので、大きな逓倍数であっても少ない回路構成
で容易に逓倍できるエンコーダ信号逓倍回路を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、移動量に応じ
て90度の位相差のある正弦波の信号Ａ，信号Ｂを発生す
るエンコーダと、前記信号Ａ，信号Ｂを波形整形し矩形
波に変換して移動方向を判別し位置カウンタの位置の原
点からの計数値の増減を行う位置カウンタ回路と、前記
信号Ａ，信号Ｂを任意の時間に同時にサンプルしたアナ
ログ信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記ディジタル値の比から前記信号Ａ，信号Ｂの１周期
内での位置を計算し前記位置カウンタ回路から出力され
る位置データを合わせてＡ相の逓倍位置を計算する演算
回路とから構成する。

【００１２】

【作用】本発明によれば、演算の信号Ａ，信号Ｂの移動
方向を判別して計数する位置カウンタで逓倍前の位置を
求める。次に、前記信号Ａ，信号Ｂの１周期のどの位置
にあるかを90度の位相差のある前記信号Ａ，信号Ｂの任
意の時間に同時にサンプルしたアナログ信号をディジタ
ル値に変換した比から計算して求め、前記逓倍前の位置
と合わせて逓倍後のＡ相の位置を計算により求めるもの
である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は本発明の一実施例の構成を
示すブロック図である。

【００１４】図１において、１はディスク301(図３参
照)の移動量に応じて互いに90度位相のずれた２つの正
弦波信号Ａ，Ｂを発生するエンコーダ、２はエンコーダ
１より出力された２つの正弦波信号Ａ，Ｂを任意の時間
にディジタル値に変換するアナログ／ディジタル(Ａ／
Ｄ)変換回路であり、この回路内の21はサンプルアンド
ホールド(Ｓ／Ｈ)回路、22はアナログスイッチ、23はア
ナログ／ディジタル(Ａ／Ｄ)変換器である。３はエンコ
ーダ１より出力された２つの正弦波信号Ａ，Ｂを波形整
形し矩形波に変換してディスク301の移動方向を判別し
計数値の増減を行う位置カウンタ回路であり、この回路
内の31は正弦波信号Ａ，Ｂを波形整形し矩形波ＡＬ，Ｂ
Ｌに変換する波形整形回路、32は波形整形回路31より出
力された90度位相の異なる矩形波ＡＬ，ＢＬからディス
ク301の移動方向を判別し計数値の増減を行う位置カウ
ンタで、アップダウンカウンタで構成される。４はアナ
ログ／ディジタル変換回路２より出力される２つの正弦
波Ａ，Ｂのディジタル値の比を計算して正弦波の１周期
内での位置を計算し位置カウンタ回路３から出力される
位置データと合わせて位置を計算する演算回路であり、
この回路内の41はＣＰＵ、42はＲＯＭ、43はＲＡＭ、44
はデータバスである。51は前記サンプルアンドホール回
路21やアナログスイッチ22を制御し位置カウンタ32の計
数値をラッチするための信号を出すＩ／Ｏ回路である。

【００１５】次にその動作を説明する。エンコーダ１か
ら出力される信号は従来例で説明したように図２のＡ，
Ｂのような90度位相のずれて正弦波信号Ａ，Ｂである。
この２つの正弦波信号Ａ，Ｂを波形整形回路31で矩形波
に変換すると図６のＡＬ，ＢＬのようになる。位置カウ
ンタ32はアップダウンカウンタで構成され、矩形波Ａ
Ｌ，ＢＬの立ち上がりまたは立ち下がりでカウントアッ
プまたはカウントダウンされる。矩形波ＡＬがＢＬより
も進相であればカウントアップし、遅相であればカウン
トダウンする。このようにして原信号を４逓倍した位置
データが得られる。

【００１６】一方エンコーダ１より出力される正弦波信
号Ａ，ＢはＲＯＭ42にプログラムされた手順に従ってＣ
ＰＵ41よりＩ／Ｏ回路51に信号が送られ、任意のタイミ
ングでサンプルアンドホールド回路21に正弦波信号Ａ，
Ｂをサンプルした後、その値をホールドするように指令
を出す。ホールドされた正弦波信号Ａの値をアナログス
イッチ22を通してアナログ／ディジタル変換器23でディ
ジタル値に変換してＲＡＭ43にデータとして格納する。
次にアナログスイッチ22を切り替えて同じように正弦波
信号Ｂの値をアナログ／ディジタル変換器23でディジタ
ル値に変換してＲＡＭ43にデータとして格納する。その
データをそれぞれＸ，Ｙとすると、

【００１７】

【数１】θ＝tan~¹（Ｘ／Ｙ） ０≦θ＜π でθは求められ、Ｎ逓倍する場合はエンコーダ１の原信
号１周期内の位置ＰＯＳは

【００１８】

【数２】Ｎθ／２πの整数部 で求められる。位置カウンタ32はサンプルアンドホール
ド回路21で２つの正弦波信号がサンプルアンドホールド
されるのと同じタイミングでデータがラッチされてい
る。そのデータは４逓倍されたデータなので最下位１ビ
ットが切捨て、右シフトしたデータを読み取る。そのデ
ータをＰＯＬとすると、Ｎ逓倍された位置データＰＯは

【００１９】

【数３】ＰＯ＝ＰＯＬ／（Ｎ×２）＋ＰＯＳ で求められる。

【００２０】以上の手順をＲＯＭ42にプログラムしてお
き順次実行していくことによりＮ逓倍された位置データ
ＰＯを計算することができる。本実施例では計算でＰＯ
Ｓを求めたが予め計算したテーブルを用いて逆三角関数
を求めると計算時間が速くなる。また、一般にはＣＰＵ
41は位置データを計算するとともにモータの位置制御を
行う。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のエンコーダ
信号逓倍回路は、逓倍数が大きくなっても部品点数を増
やすことなく逓倍でき、また逓倍数もソフトウェアによ
り任意の逓倍数が実現できるという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１のエンコーダの出力信号の時間関係を示す
波形図である。

【図３】エンコーダの構成を示す要部斜視図である。

【図４】従来のエンコーダ信号を２逓倍する回路例図で
ある。

【図５】図４の正弦波信号の時間関係を示す波形図であ
る。

【図６】図５の正弦波信号を変換した矩形波の時間関係
を示す波形図である。

【符号の説明】

１…エンコーダ、 ２…Ａ／Ｄ変換回路、 21…サンプ
ルアンドホールド回路、22…アナログスイッチ、 23…
Ａ／Ｄ変換器、 ３…位置カウンタ回路、 31…波形整
形回路、 32…位置カウンタ、 ４…演算回路、 41…
ＣＰＵ、 42…ＲＯＭ、 43…ＲＡＭ、 44…バス、
51…Ｉ／Ｏ回路、 301…ディスク、302…スリット、
303…発光素子、 304，305…受光素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動量に応じて90度の位相差のある正弦
   波の信号Ａ，信号Ｂを発生するエンコーダと、前記信号
   Ａ，信号Ｂを波形整形し矩形波に変換して移動方向を判
   別し位置カウンタの位置の原点からの計数値の増減を行
   う位置カウンタ回路と、前記信号Ａ，信号Ｂを任意の時
   間に同時にサンプルしたアナログ信号をディジタル値に
   変換するＡ／Ｄ変換回路と、該ディジタル値の比から前
   記信号Ａ，信号Ｂの１周期内での位置を計算し前記位置
   カウンタ回路から出力される位置データと合わせてＡ相
   の逓倍位置を計算する演算回路とから構成することを特
   徴とするエンコーダ信号逓倍回路。