JPH0686024U - 位置及び回転角度検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】主電源投入後において、絶対位置認識するため
に零点復帰を行わずに、少ない動作で絶対位置を認識で
きる位置及び回転角度検出器を提供する。 【構成】スケール１上に測定方向にインクリメンタルス
リット１０と、絶対位置を認識するためのマークスリッ
ト１１とを形成する。各マークスリットの幅は、全て異
なり、インクリメンタルスリット１周期の幅の整数倍で
形成する。走査装置がスケール１上を移動し、走査スリ
ット１３がマークスリット１１を走査する間、走査装置
より出力されるインクリメンタル信号のカウント数で絶
対位置を認識する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、簡易的に初期位置の絶対位置を検出する事が可能な位置及び回転角 度検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

組立ロボットや工作機械等において、装置の電源投入後に位置決め制御を行う 前に、制御装置内の制御座標とロボットや工作機械等の制御対象物の座標とを一 致させる必要がある。そのために制御対象物を零点に移動し、制御装置内の制御 座標と制御対象物の座標とを一致させた後、実際の作業に必要な制御を行ってい る。従来制御対象物の位置検出器は、測定方向に目盛りが設けられているスケー ルと、このスケールに対向して配置された走査装置とで構成し、この走査装置が 出力する検出信号より、位置あるいは回転角度を検出する。例えば図６のような スケールと走査視野を持つ特公平３−６１１２７に記載されている位置検出装置 がある。スケールＭにはインクメンタル目盛りＴ’、絶対位置を認識するための 基準マークＮ及び個々の基準マークＮでスケールＭ上の絶対位置を識別するため の識別マークＣが配設されている。目盛り板Ｍに対向するように配置された走査 装置の走査視野Ａには、スケール上の目盛り及びマークに対応した走査窓ＡT'、 ＡN 、ＡC 、が配設されている。走査装置は、初期位置を検出するために一般的 なインクリメンタル型の検出器のように、スケールの零点復帰をする必要はなく 、スケールＭ上の近い基準マークＮのある位置まで移動し、その位置の識別マー クＣを認識する。走査装置からの信号は、認識マークＣと絶対位置データとの相 関データが記憶されているデジタル計算器によって、絶対位置信号に変換される 。よって装置の電源投入時には、スケール上の零点への復帰動作を行わなくても 走査装置が基準マークＮを走査することにより初期位置の絶対位置を認識してい る。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】 しかしながら上述した従来方法では、基準マークと絶対位置を識別する識別マ ーク部分との走査のために走査装置の走査視野に別個の走査スリットが必要にな り、また各識別マークには固有の走査スリットが必要になることから装置が大型 化してしまう。また絶対位置を認識する箇所を増加させるとスケールや走査装置 の走査視野のスリットパターンが複雑になり、結果的にコストが高くなってしま うという問題があった。

【０００４】 本考案の目的は、インクリメンタル型の位置及び回転角度検出器において、基 準マーク及び識別マークの走査を簡略した方法を用いて、装置の電源投入後にお いて絶対位置認識するために零点復帰を行わずに、少ない動作で絶対位置認識を 可能とし、以後この初期動作で認識した絶対位置データと、インクリメンタルス リットを走査することで出力されるインクリメンタル信号とで常に絶対位置デー タを出力できる位置及び回転角度検出器を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために本考案の位置及び回転角度検出器は、スケール上 の測定方向にインクリメンタルスリットと、インクリメンタルスリットに沿って スケール上の絶対位置または角度を識別するための複数の幅の違うマークスリッ トとを形成したスケールと、スケールを走査する走査装置の走査視野上に、スケ ール上のインクリメンタルスリットに対応した走査スリットと、絶対位置または 角度を認識するためのマークスリットに対応した走査スリットとを形成し、さら にインクリメンタルスリットを走査した際に走査装置が発するパルス信号から走 査装置のスケールに対する相対的な移動方向を弁別する方向弁別回路と、同じく 走査装置が発するパルス信号をカウントするＵ／Ｄカウンタ（Ｕｐ／Ｄｏｗｎカ ウンタ）と、移動方向とＵ／Ｄカウンタのカウント数より走査装置の絶対位置デ ータを演算するＡＢＳ変換回路と、この絶対位置データを保持するホールド回路 とにより構成される。

【０００６】

【作用】 上記の構成から、電源投入後、走査装置がスケール上を測定方向に移動し、最 初に走査したマークスリットによって出力される走査信号がＬｏｗからＨｉｇｈ に変化したときから走査信号がＨｉｇｈからＬｏｗ変化するまでの間に、スケー ル上のインクリメンタルスリットを走査装置が走査した際、走査装置が発するパ ルス信号をＵ／Ｄカウンタでカウントする。同じく走査装置が発したパルス信号 から走査装置のスケールに対する相対的な移動方向を方向弁別回路により弁別し 、この時の移動方向とＵ／Ｄカウンタのカウント数より走査装置の絶対位置デー タをＡＢＳ変換回路により演算し、この位置データをホールド回路に保持する。 これによって電源投入後の初期の絶対位置を認識するために零点復帰を行わず、 絶対位置認識が可能になる。以後、この絶対位置データと、インクリメンタルス リットより検出されるパルス信号のカウント数とを結合することで常に絶対位置 を検出することが可能である。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案による実施例を図面を基に説明する。図１は本考案に係わる位置 検出器の実施例を示すものであり、図２は図１に示した実施例のスケール１のス リットパターンと走査装置２が搭載する走査視野２ａのスリットパターンを示し たものである。本実施例ではスケール１は測定対象物の固定台９に固定し、また 走査装置２は、図示していないが測定用の移動台に固定している。さらに本実施 例ではスケール１と走査装置２とを狭い間隔で平行に配置している。図示してい ないが走査装置２は、内部に走査用の発光素子及び受光素子を搭載しており、固 定台９と移動台とが相対運動するとき、スケール１に沿って移動する走査装置２ は、走査装置２内部の発光素子が照射する光によってスケール１に形成されてい る各スリットを非接触で走査する。

【０００８】 図２で示す様に、スケール１上のスリットパターンには、インクリメンタルス リット１０と、このインクリメンタルスリット１０に沿って複数（図２では３箇 所）のマークスリット１１とがある。それぞれのマークスリット１１ａ、１１ｂ 、１１ｃのスリット幅は、スケール１の零点からの絶対位置を示すために互いに 異なり、また全てインクリメンタルスリット１０の１周期分の間隔の整数倍であ る。本実施例においては、マークスリット１１の端点であるＰ点（図２における Ｐa 、Ｐb 、Ｐc ）が、スケール１の零点を基点にスケール１を４分割にする位 置になるように、マークスリット１１ａ、１１ｂ、１１ｃを設定する。

【０００９】 一方、走査装置２の走査視野２ａ上には、スケール１のインクリメンタルスリ ット１０を走査する為に９０゜位相をずらした走査スリット１２と、マークスリ ット１１を走査する為の走査スリット１３とを形成している。

【００１０】 図３は、走査装置２がインクリメンタルスリット１０を走査した際、走査装置 ２の走査視野２ａ上の９０゜位相をずらした走査スリット１２から出力されるイ ンクリメンタル信号Ｓa とＳb との位相関係を示す図である。インクリメンタル 信号Ｓa とＳb とは９０゜の位相差を持ち、走査装置２が移動する方向によって 、インクリメンタル信号Ｓa がインクリメンタル信号Ｓb より進んだり、逆にイ ンクリメンタル信号Ｓb がインクリメンタル信号Ｓa より進んだりする。

【００１１】 移動方向を判別するには、この２つのインクリメンタル信号Ｓa 、Ｓb の状態 変化を監視する必要がある。インクリメンタル信号Ｓa 、Ｓb の関係は図３よう にＳ１〜Ｓ４の４つの状態に分けることができる。Ｓ１はインクリメンタル信号 Ｓa がＨｉｇｈで、インクリメンタル信号Ｓb がＬｏｗであり、Ｓ２はインクリ メンタル信号Ｓa 、Ｓb 共にＨｉｇｈであり、Ｓ３はインクリメンタル信号Ｓa がＬｏｗで、インクリメンタル信号Ｓb がＨｉｇｈであり、Ｓ４はインクリメン タル信号Ｓa 、Ｓb 共にＬｏｗである。またＳ１〜Ｓ４の４つの状態変化は走査 装置２の移動方向によっては次の２通りある。 Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ１ Ｓ１→Ｓ４→Ｓ３→Ｓ２→Ｓ１

【００１２】 方向弁別回路６は、上記のインクリメンタル信号Ｓa 、Ｓb の４つの状態変化 を常に監視することで走査装置２の移動方向を判別し、ＡＢＳ変換回路４に判別 信号を送出する。

【００１３】 図４は、走査装置２がマークスリット１１上を通過する際、走査装置２の走査 視野２ａ上の走査スリット１３から出力するマーク信号Ｓp とインクリメンタル 信号Ｓb との位相関係を示す図である。走査装置２がマークスリット１１上を通 過する間のみ、図４のようにマーク信号Ｓp がＨｉｇｈになる。Ｕ／Ｄカウンタ ３は、マーク信号Ｓp がＨｉｇｈの状態の間に出力されるインクリメンタル信号 Ｓb をカウントする。

【００１４】 本実施例では、マークスリット１１の端点であるＰ点（図２におけるＰa 、Ｐ b 、Ｐc ）を、スケール１の零点を基点にスケール１を４分割する位置に設定し ている。そして、ＡＢＳ変換回路４は、インクリメンタル信号Ｓb のカウント数 とマークスリット１１の端点であるＰ点のスケール１上の絶対位置データとの相 関データとを記憶している。

【００１５】 マーク信号Ｓp がＨｉｇｈの状態の間にＵ／Ｄカウンタ３は、インクリメンタ ル信号Ｓb をカウントし、Ｕ／Ｄカウンタ３のカウント数からＡＢＳ変換回路４ は、カウント数と絶対位置データとの相関データにもとづき、Ｐ点の絶対位置デ ータを選択する。またＡＢＳ変換回路４は、方向弁別回路６が出力する判別信号 によって絶対位置データの補正を行い、マーク信号Ｓp の立ち下がり点の絶対位 置を演算する。例として、インクリメンタルスリット１０の１周期分のスリット 間隔を１Ｔ、インクリメンタルスリット１０のスリット幅を１／２Ｔ、マークス リット１１ａのスリット幅を１Ｔ、走査スリット１３のスリット幅を１／２Ｔと し、また、スケール１の零点基準から各マークスリット１１の端点であるＰ点ま での絶対位置を設定した際に、方向弁別回路６より出力される判別信号を用いた 絶対位置データの補正方法を次に説明する。

【００１６】 図４に示すように、走査装置２がマークスリット１１ａのＰa からマークスリ ット１１ａのもう一方の端点であるＮa の方向に通過する際、インクリメンタル 信号Ｓa 、Ｓb の位相関係から方向弁別回路６は、判別信号をＡＢＳ変換回路４ に出力し、判別信号をもとにＡＢＳ変換回路４は、走査装置２の移動方向を判別 し、またマーク信号Ｓp がＰa 点で立ち上がり、Ｎa で立ち下がることを認識す る。したがって、マーク信号Ｓp の立ち下がりＮa 点の絶対位置は、 （Ｎa 点の絶対位置）＝（Ｐa 点の絶対位置）＋（マーク信号Ｓp がＨｉ ｇｈの間にカウントされるインクリメンタル信号Ｓb のカウント数） である。つまり走査装置２がマークスリット１１ａを通過する際に、マーク信号 Ｓp がＨｉｇｈの間、インクリメンタル信号Ｓb を１回カウントできるので、Ｎ a 点の絶対位置は、 （Ｎa 点の絶対位置）＝（Ｐa 点の絶対位置）＋１ になる。

【００１７】 一方、逆方向に走査装置２が移動しマークスリット１１ａを通過した際、マー ク信号Ｓp は、Ｎa 点で立ち上がり、Ｐa で立ち下がる。したがってマーク信号 Ｓp の立ち下がり点であるＰa 点の絶対位置は、そのままＰa 点の絶対位置の値 になる。他のマーク信号においても同様な補正を行うことによって絶対位置を演 算できる。

【００１８】 ホールド回路５は、ＡＢＳ変換回路４からの出力を記録する。また、絶対位置 の演算と同時に、ＡＢＳ変換回路４は、Ｕ／Ｄカウンタ７にリセット信号を送り 、Ｕ／Ｄカウンタ７をリセットする。その後、方向弁別回路６が判別・出力した 移動方向を表した判別信号をＵ／Ｄカウンタ７により計数することでカウンタリ セット後の移動量データとする。

【００１９】 以上説明したように、装置の電源投入時には、走査装置２をスケール１の零点 に移動させる事なく、走査装置２に最も近いマークスリット１１を走査すること で絶対位置データを検出することができる。あとはホールド回路５の絶対位置デ ータとＵ／Ｄカウンタ７の移動量データとを結合回路８にて結合することで常に 絶対位置信号を出力することができる。

【００２０】 図５は、本考案による回転角度検出器の実施例を示すものである。検出軸１６ は回転ディスク１５に結合されており、発光素子１４の光は、回転ディスク１５ 上に形成されているスリットパターンに照射し、スリットパターンを透過した光 のみ、回転ディスク１５と平行に配置する固定マスク１７上の各スリットを透過 し、固定マスク１７上の各スリットを透過した光のみ受光素子１８に受光される 。

【００２１】 回転ディスク１５上の外周にはインクリメンタルスリット１９を形成しており 、そのインクリメンタルスリット１９の内側には、回転ディスク１５の回転角度 を検出するためのマークスリット２０を複数箇所（図５では４箇所）形成してい る。また、マークスリット２０のスリット幅は、全て異なり、全てインクリメン タルスリット１９の１周期分の間隔の整数倍である。

【００２２】 一方、固定マスク１７上には、インクリメンタルスリット１９を走査する為に ９０゜位相をずらした走査スリット２１と、マークスリット２０を走査する為の 走査スリット２２とを形成している。

【００２３】 回転ディスク１５が回転し、回転ディスク１５上のインクリメンタルスリット １９が固定マスク１７上の９０゜位相をずらした走査スリット２１上を移動する ことで、受光素子１８から出力されるインクリメンタル信号Ｓa 、Ｓb は９０゜ 位相差を持ち、回転ディスク１５が回転する方向によって、インクリメンタル信 号Ｓa がインクリメンタル信号Ｓb より進んだり、逆にインクリメンタル信号Ｓ b がインクリメンタル信号Ｓa より進んだりする。

【００２４】 回転方向の判別は、第一の実施例で説明した走査装置２の移動方向を判別する 方法と同様であり、受光素子１８が出力するインクリメンタル信号Ｓa 、Ｓb の 位相関係を監視することによって判別する方法を用いている。よって方向弁別回 路６は、検出軸１６の回転方向を判別し、ＡＢＳ変換回路４に判別信号を送出す る。

【００２５】 また、第一の実施例と同様に、ＡＢＳ変換回路４は、インクリメンタル信号Ｓ b のカウント数と全マークスリット２０の一方の端点の絶対角度データとの相関 データを予め記憶している。よって、回転ディスク１５上のマークスリット２０ が走査スリット２２を通過する間（マーク信号Ｓp がＨｉｇｈの状態）にＵ／Ｄ カウンタ３がカウントするインクリメンタル信号Ｓb のカウント数と、方向弁別 回路６が出力する判別信号とから、ＡＢＳ変換回路４は一回転以内の絶対角度を 演算する。

【００２６】 ホールド回路５は、ＡＢＳ変換回路４からの出力を記録する。また、絶対角度 の演算と同時にＡＢＳ変換回路４は、Ｕ／Ｄカウンタ７にリセット信号を送り、 Ｕ／Ｄカウンタ７をリセットする。その後、方向弁別回路６が判別・出力した回 転方向を表した判別信号をＵ／Ｄカウンタ７により計数することでカウンタリセ ット後の回転量データとする。

【００２７】 以上説明したように、装置の電源投入時には、走査スリット２２が、走査スリ ット２２に最も近い回転ディスク１５上のマークスリット２０を走査すれば、絶 対角度データを検出することができる。あとはホールド回路５の絶対角度データ とＵ／Ｄカウンタ７のリセット後の回転量データとを結合回路８にて結合するこ とで常に絶対角度信号を出力することができる。

【００２８】

【考案の効果】

本考案による位置及び回転角度検出器は、スケール及び回転ディスク上に相対 位置を割り出すインクリメンタルスリットの他に、複数のスリット幅の違うマー クスリットを設けるだけで、基準マークと識別マークとの組み合せで行っていた 絶対位置の識別方法を簡略し、装置の電源投入後に絶対位置認識するために零点 復帰を行わずに、少ない動作で絶対位置または回転角度を認識することで、以後 常に絶対位置データを出力できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を位置検出器に適用した際の実施例を示
す構成図である。

【図２】図１に示した実施例のスケール及び走査視野の
スリットパターン図である。

【図３】図１に示した実施例の出力信号Ｓa 、Ｓb の位
相関係を示す図である。

【図４】図１に示した実施例の出力信号Ｓp 、Ｓb の位
相関係を示す図である。

【図５】本考案を回転角度検出器に適用した際の実施例
を示す構造図である。

【図６】従来の位置検出器のスケール及び走査視野のス
リットパターン図である。

【符号の説明】

１ スケール ２ 走査装置 ２ａ 走査視野 ９ 固定台 １０ インクリメンタルスリット １１ マークスリット １１ａ マークスリット １１ｂ マークスリット １１ｃ マークスリット １２ 走査スリット １３ 走査スリット １４ 発光素子 １５ 回転ディスク １６ 検出軸 １７ 固定マスク １８ 受光素子 １９ インクリメンタルスリット ２０ マークスリット ２１ 走査スリット ２２ 走査スリット

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定尺に格子目盛りとこの格子目盛りに
   沿って配置された測定尺の絶対位置を識別するための複
   数のマークとを具備した位置検出器において、絶対位置
   を識別するマークは全て異なった幅を持った格子とする
   ことを特徴とする位置検出器。
2. 【請求項２】 回転体上に格子目盛りとこの格子目盛り
   の内側または外側に沿って配置された回転体上の絶対角
   度を識別するための複数のマークとを具備した回転角度
   検出器において、絶対角度を識別するマークは全て異な
   った幅を持った格子とすることを特徴とする回転角度検
   出器。