JPH07218239A - 回転角度検出器付軸受 - Google Patents

回転角度検出器付軸受

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JPH07218239A
JPH07218239A JP839794A JP839794A JPH07218239A JP H07218239 A JPH07218239 A JP H07218239A JP 839794 A JP839794 A JP 839794A JP 839794 A JP839794 A JP 839794A JP H07218239 A JPH07218239 A JP H07218239A
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rotation angle
bearing
light
angle detector
rotation
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JP839794A
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Hajime Onda
一 恩田
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Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 故障が少なく、寿命が長く、外観形状がよ
く、かつ安全な回転角度検出器付軸受を提供する。 【構成】 外輪１の端面に所定の角度ピッチθP で光反
射率が変化する格子パターン４を設ける。格子パターン
４に対向させて内輪２側に２組の発光ダイオードおよび
フォトダイオードＬＥＤ１，ＰＤ１；ＬＥＤ２，ＰＤ２
を設ける。２つの発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２か
らの出射光によって格子パターン４上に生ずる２つの光
スポットＳ１，Ｓ２を互いにθP ／４ずらす。フォトダ
イオードＰＤ１，ＰＤ２の出力の周期的変化の回数と位
相差から外輪１と内輪２の間の回転角度θおよび回転方
向を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は回転角度検出器付軸受
に関し、特に、軸受の回動輪の回転角度を検出する回転
角度検出器を備えた回転角度検出器付軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１６（ａ）は従来の回転角度検出器３
６の使用状態を例示する図であって多関節ロボットの関
節部３３を示す一部破断した正面図、図１６（ｂ）は図
１６（ａ）の一部破断した側面図である。この多関節ロ
ボットの関節部３３にあっては、一方のアーム３１の端
部に設けられた回転軸３１ａが他方のアーム３２の端部
に設けられた支持孔３２ａ内にベアリング３４を介して
回転自在に設けられている。また、関節部３３にはアー
ム３１，３２間の角度θを検出するための回転角度検出
器３６が設けられており、回転角度検出器３６の回転軸
３６ａはカップリング３５を介して回転軸３１ａに接続
され、回転角度検出器３６の本体は支持部材３７を介し
てアーム３２に固定されている。回転角度検出器３６内
には回転軸３６ａの回転角度θに応じて電気抵抗値が変
化する可変抵抗器（図示せず）が設けられており、この
電気抵抗値に基づいてアーム３１，３２間の角度θが検
出され、さらにはアーム３１，３２の動作が制御され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな多関節ロボットにおいては、回転角度検出器３６の
故障が多いことおよびその寿命が短いことが問題になっ
ていた。この原因は、多関節ロボットの激しい動作に
より、回転角度検出器３６に用いられている可変抵抗器
の接触子や抵抗体がすぐに摩耗してしまうことと、可
変抵抗器の出力がアナログ量であるため外部からの電気
ノイズの影響を受けやすいことにある。
【０００４】また、回転角度検出器３６および支持部材
３７が関節部３３の外側に大きく張り出しているため、
外観形状が悪いばかりでなく、張り出した部分が障害物
に当たって危険であった。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は故障
が少なく、寿命が長く、外観形状がよく、かつ安全な回
転角度検出器付軸受を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の回転角
度検出器付軸受は、軸受の回動輪側に設けられた格子パ
ターンと、前記格子パターンに対向して設けられた光源
と、前記光源とともに設けられ、前記光源から出射され
前記格子パターンによって変化した光を検出するための
光検出素子とを含むことを特徴としている。
【０００７】また、前記格子パターンは、その光反射率
が所定の角度ピッチで変化し、前記光源および前記光検
出素子は前記軸受の他方の輪に設けられていることとし
てもよい。また、前記光検出素子は複数設けられ、それ
ぞれの受光面の方向が前記格子パターンの回転方向にず
れていることとしてもよい。
【０００８】また、光源は前記光検出素子に対応して複
数設けられていることとしてもよい。
【０００９】さらに前記光検出素子の出力の周期的変化
に基づいて前記回転角度を演算する回転角度演算手段を
含めてもよい。
【００１０】また、この発明の第２の回転角度検出器付
軸受は、軸受の回動輪側に設けられ、その光反射状態が
前記回動輪の基準位置からの回転角度絶対値に応じて変
化するコードパターンと、前記コードパターンに対向し
て設けられた光源と、前記光源とともに設けられ、前記
光源から出射され前記コードパターンによって変化した
光を検出するための光検出素子とを含むことを特徴とし
ている。
【００１１】さらに前記光検出素子の出力に基づいて前
記回転角度絶対値を演算する回転角度演算手段を含めて
もよい。
【００１２】さらに前記光検出素子の出力に基づいて前
記軸受の回転異常を検出する回転異常検出手段を含めて
もよい。
【００１３】
【作用】この発明の第１の回転角度検出器付軸受にあっ
ては、軸受の回動輪側に格子パターンを設け、格子パタ
ーンに対向させて光源および光検出素子を設けたので、
軸受の回動輪が回転すると、光検出素子の出力が回転角
度に応じた回数だけ周期的に変化する。したがって、光
検出素子の出力の周期的変化の回数から回動輪の回転角
度を検出することができる。
【００１４】また、このようにデジタル的に検出できる
ので、電気ノイズの影響を受けにくく、また、非接触で
検出できるので接触部が摩耗することがない。したがっ
て、故障が少なく寿命が長い。また、回転角度検出器を
軸受に直接設けたので、たとえば多関節ロボットの関節
部に設けた場合でも、従来のように回転角度検出器が障
害物に当たることがなく安全であり、外観形状もよい。
【００１５】また、この発明の第２の回転角度検出器付
軸受にあっては、軸受の回動輪側に、その光反射状態が
回動輪の基準位置からの回転角度絶対値に応じて変化す
るコードパターンを設け、コードパターンに対向させて
光源および光検出素子を設けたので、光検出素子の出力
から回転角度絶対値を検出することができる。また、第
１の回転角度検出器付軸受と同様、故障が少なく、寿命
が長く、外観形状がよく、かつ安全である。
【００１６】
【実施例】
［実施例１］図１はこの発明の一実施例による回転角度
検出器付軸受２５の構成を示す断面図、図２（ａ）は図
１のＡ−Ａ′線断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣ部
拡大図、図３（ａ）は図１のＢ−Ｂ′線断面図、図３
（ｂ）は図３（ａ）の光学ヘッド５の拡大図、図４は図
２（ｂ）のＤ−Ｄ′線断面および図３（ｂ）のＥ−Ｅ′
線断面を含む一部破断した断面図である。
【００１７】図において、この回転角度検出器付軸受２
５は、ボール３を介して同軸的に回転する外輪１および
内輪２と、外輪１の一方端面に設けられた格子パターン
４と、格子パターン４に対向して設けられた光学ヘッド
５と、光学ヘッド５を内輪２の端部に固定するための円
環状の支持部材６とを含む。格子パターン４と光学ヘッ
ド５は、外輪１と内輪２の相対的な回転に伴って、一定
の間隔ｄA を保ちながら回転するようになっている。
【００１８】格子パターン４は、図２および図４に示す
ように、所定の角度ピッチθP ［ただし、θP は回転中
心Ｏから見た角度（ｒａｄ）である。］で暗部４ａ（光
反射率が小さな部分）と明部４ｂ（光反射率が大きな部
分）とを交互に円環状に設けたものである。したがっ
て、格子パターン４においては、その回転方向に光反射
率が一定の角度ピッチθP で変化するようになってい
る。
【００１９】一方、光学ヘッド５は、図３および図４に
示すように、２組の発光ダイオードおよびフォトダイオ
ードＬＥＤ１，ＰＤ１；ＬＥＤ２，ＰＤ２を固定部材５
ａで固定したものである。各組の発光ダイオードＬＥＤ
１，ＬＥＤ２から出射された光は格子パターン４で反射
して対応するフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２に入射す
るようになっている。また、２つの発光ダイオードＬＥ
Ｄ１，ＬＥＤ２からの出射光によって格子パターン４に
生ずる２つの光スポットＳ１，Ｓ２は、回転方向に互い
にθP ／４ずれている。
【００２０】しかして、外輪１と内輪２が相対的に回転
すると、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２の出射光に
よる光スポットＳ１，Ｓ２が格子パターン４の暗部４ａ
および明部４ｂと直交しながら移動し、フォトダイオー
ドＰＤ１，ＰＤ２への反射光強度が周期的に変化する。
ここで、光スポットＳ１，Ｓ２の半径を適当に設定する
と、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２への反射光強度が
正弦波状に変化し、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の
出力信号ｖ1 ，ｖ2 は、図６（ａ）に示すように、互い
に位相がθP ／４ずれた正弦波Ｋｓｉｎ（２πθ／
θP ），Ｋｃｏｓ（２πθ／θP ）となる。
【００２１】光スポットＳ１，Ｓ２が図２（ｂ）に示す
矢印イの方向に移動し光スポットＳ１が先行して移動す
れば、出力信号ｖ1 の位相が出力信号ｖ2 よりもθP ／
４だけ進む。逆に、光スポットＳ１，Ｓ２が矢印ロの方
向に移動し光スポットＳ２が先行して移動すれば、出力
信号ｖ2 の位相が出力信号ｖ1 よりもθP ／４だけ進
む。したがって、出力信号ｖ1 ，ｖ2 の波数をカウント
することによって回転角度θや回転角速度ωを演算で
き、出力信号ｖ1 ，ｖ2 の位相差を検出することによっ
て回転方向を検出することができる。
【００２２】図５はフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の
出力信号ｖ1 ，ｖ2 から回転角度θを演算する回転角度
演算回路７の構成を示すブロック図である。この回転角
度演算回路７は、２つのコンパレータＣｏｍｐ１，Ｃｏ
ｍｐ２と演算処理回路８とを含む。コンパレータＣｏｍ
ｐ１，Ｃｏｍｐ２は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２
の出力信号ｖ1 ，ｖ2 を受けて、図６（ｂ）（ｃ）に示
すようなデューティ比５０％の矩形波信号Ｖ1 ，Ｖ2 に
変換する。演算処理回路８は、矩形波信号Ｖ1，Ｖ2 の
立上りおよび立下りの回数と位相差からθP ／４の分解
能で回転角度θを演算する。回転角度θは、所定の電気
信号に変換されて、たとえば多関節ロボットのアーム３
１，３２の動作の制御に供される。
【００２３】図７は回転角度検出器付軸受２５のフォト
ダイオードＰＤ１，ＰＤ２の出力信号ｖ1 ，ｖ2 から回
転角度検出器付軸受２５の回転異常を検出する回転異常
検出回路９の構成を示すブロック図である。
【００２４】まず、この回路９の原理について説明す
る。たとえば軸受２５の軸方向に過大な荷重が加えられ
たり、軸に過大なモーメントが加えられて軸受２５の回
転異常が生じた場合、図１および図４に示した格子パタ
ーン４と光学ヘッド５の間隔ｄ A が正常範囲から外れて
過大または過小になる。間隔ｄA が正常範囲から外れる
と、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の出力信号ｖ1 ，
ｖ2 の振幅Ｋが正常範囲から外れる。すなわち、図８に
示すように、一般に間隔ｄA が過小になると振幅Ｋが過
大になり、間隔ｄA が過大になると振幅Ｋが過小にな
る。したがって、出力信号ｖ1 ，ｖ2 の振幅Ｋが正常範
囲から外れたことを検出することにより、軸受２５の回
動異常を検出することができる。
【００２５】次に、回転異常検出回路９について具体的
に説明する。この回転異常検出回路９は、基本波振幅検
出回路１０と比較器１１とを含む。基本波振幅検出回路
１０は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の出力信号ｖ
1 ，ｖ2 を受けてその振幅Ｋを検出し出力する。比較器
１１は、基本波振幅検出回路１０から振幅Ｋを受け、振
幅Ｋが正常範囲の上限値より大きい場合は振幅過大信号
φ1 を出力し、振幅値Ｋが正常範囲の下限値より小さい
場合は振幅過小信号φ2 を出力し、たとえば多関節ロボ
ットのアーム３１，３２の動作を緊急停止させる。
【００２６】図９は図７に示した回転異常検出回路９の
基本波振幅検出回路１０の構成を示すブロック図であ
る。この基本波振幅検出回路１０は２乗回路１２，１３
および加算器１４を含む。２乗回路１２は、出力信号ｖ
1 ＝Ｋｓｉｎ（２πθ／θP ）を２乗する。２乗回路１
３は、出力信号ｖ2 ＝Ｋｃｏｓ（２πθ／θP ）を２乗
する。加算器１４は、２乗回路１２，１３の出力ｖ1 2，
ｖ2 2を加算してｖ1 2＋ｖ 2 2＝Ｋ2 ［ｓｉｎ2 （２πθ／
θP ）＋ｃｏｓ2 （２πθ／θP ）］＝Ｋ2 を出力す
る。
【００２７】この基本波振幅検出回路１０にあっては、
出力信号ｖ1 ，ｖ2 の２乗和を演算することによって回
転角度θを消去するので、回転角度θに関係なく、すな
わち軸受２５の回転の有無に関係なく出力信号ｖ1 ，ｖ
2 の振幅の２乗値Ｋ2 を検出することができる。
【００２８】なお、この基本波振幅検出回路１０を用い
る場合は図７の比較器１１は振幅の２乗値Ｋ2 が正常範
囲から外れたときに信号φ1 ，φ2 を出力する。
【００２９】図１０は図８に示した回転異常検出回路９
の基本波振幅検出回路１０の他の構成を示すブロック図
である。この基本波振幅検出回路１０はサンプルホール
ド回路１４およびゼロクロス検出回路１５を含む。ゼロ
クロス検出回路１５は、出力信号ｖ2 の瞬時値がゼロと
なるゼロクロス点を検出してゼロクロス点検出信号φ 3
を出力する。サンプルホールド回路１４は、ゼロクロス
点検出信号φ3 に応答して出力信号ｖ1 の瞬時値（すな
わち振幅値Ｋ）をホールドし出力する。
【００３０】図１１は他の回転異常検出回路１６の構成
を示すブロック図である。たとえば軸受２５のボール３
が傷付いた場合、そのボール３がスムーズに回転しなく
なり、軸受２５の回転異常が生じる。この場合は格子パ
ターン４と光学ヘッド５の間隔ｄA が軸受２５が１回転
する間に何度も変動し、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ
２の出力信号ｖ1 ，ｖ2 は、図１２に示すように、基本
波に高調波を重畳したものとなる。したがって、出力信
号ｖ1 ，ｖ2 から高調波成分を分離し、高調波成分の振
幅ｋが正常範囲から外れたことを検出することにより、
軸受２５の回転異常を検出することができる。
【００３１】次に回転異常検出回路１６について具体的
に説明する。この回転異常検出回路１６は、高調波振幅
検出回路１７と比較器１８を含む。高調波振幅検出回路
１７は、出力信号ｖ1 ，ｖ2 から高調波成分を分離し、
高調波成分の振幅ｋを検出し、出力する。比較器１８
は、高調波振幅検出回路１７から振幅ｋを受け、振幅ｋ
が正常範囲の上限値を超える場合は振幅過大信号φ4 を
出力し、たとえば多関節ロボットのアーム３１，３２の
動作を緊急停止させる。
【００３２】この実施例においては、軸受２５の回転角
度θを非接触で検出できるので、可変抵抗器を用いてい
た従来の回転角度検出器３６のように接触部が摩耗する
ことがない。したがって、寿命が長く故障が少ない。
【００３３】また、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の
出力信号ｖ1 ，ｖ2 の周期的変化をカウントすることに
よって回転角度θをデジタル的に検出するので、可変抵
抗器の電気抵抗値に基づいて回転角度θをアナログ的に
検出していた従来に比べ電気ノイズの影響を受けにく
い。
【００３４】また、格子パターン４および光学ヘッド５
を含む回転角度検出器を軸受２５に内蔵させたので、た
とえば多関節ロボットの関節部３３に設けた場合でも、
従来のように回転角度検出器３６が障害物に当たること
がなく安全であり、外観形状もよい。
【００３５】また、回転異常検出回路９，１６を設けれ
ば、軸受２５の回転異常を検出してたとえば多関節ロボ
ットのアーム３１，３２の動作を緊急停止させることが
でき安全性が向上する。
【００３６】なお、格子パターン４は、どのような方法
で形成してもよいが、高い分解能を必要としない場合
は、所定の角度ピッチθP でスリットを切ったシールな
どを外輪１の端面に貼り付けるとよい。また、高い分解
能を必要とする場合は外輪１の端面に化学エッチングを
施したり、レーザマーキングを施して直接パターニング
するとよい。また、さらに高い分解能を必要とする場合
は、光学ヘッド５側にも放射状の透過型格子を設けると
よい。信号のＳ／Ｎ比が改善される。
【００３７】また、図５に示した回転角度演算回路７で
は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の出力信号ｖ1 ，
ｖ2 をそのままコンパレータＣｏｍｐ１，Ｃｏｍｐ２で
矩形波信号Ｖ1 ，Ｖ2 に変換したが、出力信号ｖ1 ，ｖ
2 を周知の出力補間回路によって位相分割し位相差のよ
り小さな多くの交流信号に変換した後に矩形波信号に変
換すれば、より高い分解能で回転角度θを検出すること
ができる。
【００３８】また、この実施例では、格子パターン４を
外輪１側に設け、光学ヘッド５を内輪２側に設けたが、
逆に、格子パターン４を内輪２側に設け光学ヘッド５を
外輪１側に設けてもよい。光学ヘッド５の発光ダイオー
ドＬＥＤ１，ＬＥＤ２およびフォトダイオードＰＤ１，
ＰＤ２のリード線を取扱い易い方に設けるとよい。
【００３９】また、この実施例では２つの発光ダイオー
ドＬＥＤ１，ＬＥＤ２を個別に設けたが、発光ダイオー
ドＬＥＤ１を１つだけ設けてもよい。ただし、この場合
は、２つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２が発光ダイ
オードＬＥＤ１から出射され格子パターン４で反射した
光を均等に受けるように発光ダイオードＬＥＤ１および
フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２を配置する必要があ
る。
【００４０】［実施例２］図１３（ａ）はこの発明の他
の実施例による回転角度検出器付軸受２６の構成を示す
正面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＦ−Ｆ′線断面
図である。この回転角度検出器付軸受２６にあっては、
格子パターン４と光学ヘッド５が内輪２の外周面と外輪
１の内周面に対向して設けられる（図では格子パターン
４が内輪２側に設けられており、光学ヘッド５が外輪１
側に設けられている）。他の構成は実施例１で示した回
転角度検出器付軸受２５と同じであるので説明は省略さ
れる。
【００４１】なお、軸受２６の半径方向に過大な荷重が
加えられたり、軸に過大なモーメントが加えられたり、
ボール３が傷付いたりして軸受２６の回転異常が生じる
と、格子パターン４と光学ヘッド５の間隔ｄR が変動す
るので、実施例１で示した回転異常検出回路９，１６に
よって回転異常を検出できる。
【００４２】［実施例３］図１４はこの発明のさらに他
の実施例による回転角度検出器付軸受のコードパターン
１９の構成を示す一部省略した展開図である。このコー
ドパターン１９は、外輪１または内輪２の１回転面に回
転角度ＮθP にわたって設けられており、Ｍ行Ｎ列（た
だし、Ｍ，Ｎは正の正数である。）のビット区分Ｂ
mn（ただし、ｍは１からＭまでの正数、ｎは０からＮ−
１までの正数である。）に分割されている。行方向（回
転方向）に並んだＮ個のビット区分Ｂmnはビット区分行
Ｃｍを構成し、列方向に並んだＭ個のビット区分Ｂmnは
ビット区分列Ｒｎを構成している。
【００４３】各ビット区分Ｂmnには、光反射率の大小に
よって２値信号（「０」または「１」）が書込まれてい
る。１つのビット区分列Ｒｎに含まれるＭ個のビット区
分Ｂ n 〜Ｂmnに書込まれたＭ個の２値信号は１つの２進
数コードを構成しており、その２進数コードはそのビッ
ト区分列Ｒｎの列番号ｎを表している。たとえばビット
区分列Ｒ１ではビット区分Ｂ11のみに「１」が書込ま
れ、他のビット区分Ｂ21〜ＢM1には「０」が書込まれ、
ビット区分Ｂ11〜ＢM に書込まれたＭ個の２値信号は２
進数コード「００…００１」を構成しており、２進数コ
ード「００…００１」は列番号１を表している。
【００４４】また、この回転角度検出器付軸受では各ビ
ット区分行Ｃ１〜ＣＭに対応するＭ組の発光ダイオード
ＬＥＤ１〜ＬＥＤＭおよびフォトダイオードＰＤ１，Ｐ
ＤＭ（図示せず）がコードパターン１９に対向して設け
られており、外輪１または内輪２が基準位置にある場合
は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤＭの出射光による
光スポットＳ１〜ＳＭはビット区分列Ｒ０の中心に１列
に並ぶようになっている。また、外輪１または内輪２が
基準位置からある角度θだけ回転した場合は、光スポッ
トＳ１〜ＳＭが回転角度θに応じたビット区分列Ｒｎ上
に１列に並ぶようになっている。他の構成は実施例１ま
たは２に示した回転角度検出器付軸受２５または２６と
同じであるので説明は省略される。
【００４５】しかして、外輪１または内輪２が基準位置
からある回転角度θだけ回転すると、光スポットＳ１〜
ＳＭがその回転角度θに応じたビット区分列Ｒｎ上に移
動し、そのビット区分列Ｒｎに応じた強度の反射光が受
光素子ＰＤ１〜ＰＤＭに入射する。したがって、受光素
子ＰＤ１〜ＰＤＭの出力から２進数コードを求め、２進
数コードをデコードして列番号ｎを求め、列番号ｎに角
度ピッチθP を乗算すれば回転角度θ＝ｎθP を求める
ことができる。
【００４６】図１５はフォトダイオードＰＤ１，ＰＤＭ
の出力から基準位置からの回転角度θを演算する回転角
度演算回路２０の構成を例示するブロック図である。こ
の回転角度演算回路２０は、Ｍ個のコンパレータＣｏｍ
ｐ１〜ＣｏｍｐＭとデコーダ２１と演算処理回路２２と
を含む。コンパレータＣｏｍｐ１〜ＣｏｍｐＭは、ビッ
ト区分列Ｒｎからの反射光を受けたフォトダイオードＰ
Ｄ１〜ＰＤＭの出力信号ｖ1 〜ｖM を受けて、「０」ま
たは「１」の２値信号Ｖ1 〜ＶM に変換する。デコーダ
２１は、Ｍ個の２値信号Ｖ1 〜ＶM をデコードしてビッ
ト区分列Ｒｎの列番号ｎを求める。演算処理回路２２
は、列番号ｎに角度ピッチθP を乗算して回転角度θを
求める。
【００４７】この実施例においては、軸受の基準位置か
らの回転角度θの絶対値を求めることができるので、多
関節ロボットの関節部３３に用いる軸受としては実施例
１または２に示した軸受２５，２６よりも好適である。
【００４８】なお、この実施例では、各ビット区分列Ｒ
ｎの列番号ｎを２進数コードにエンコードしたが、２進
数コードに限るものではなく、列番号ｎを２進化１０進
符号コードやグレーコードや３余り符号コードにエンコ
ードしてもよい。また、回転異常検出回路９，１６を設
けてもよい。
【００４９】
【発明の効果】以上のように、この発明の第１の回転角
度検出器付軸受にあっては、軸受の回動輪側に格子パタ
ーンを設け、格子パターンに対向させて光源および光検
出素子を設けたので、回転に伴なう光検出素子の出力の
周期的変化の回数から回動輪の回転角度を検出すること
ができる。
【００５０】また、このようにデジタル的に検出できる
ので、電気ノイズの影響を受けにくく、また、非接触で
検出できるので接触部は摩耗することがない。したがっ
て、故障が少なく寿命が長い。また、回転角度検出器を
軸受に直接設けたので、たとえば多関節ロボットの関節
部に設けた場合でも、従来のように回転角度検出器が障
害物に当たることがなく安全であり、外観形状もよい。
【００５１】また、この発明の第２の回転角度検出器付
軸受にあっては、軸受の回動輪側に、その光反射状態が
回動輪の基準位置からの回転角度絶対値に応じて変化す
るコードパターンを設け、コードパターンに対向させて
光源および光検出素子を設けたので、光検出素子のの出
力から回転角度絶対値を検出することができる。また、
第１の回転角度検出器付軸受と同様、故障が少なく、寿
命が長く、外観形状がよく、かつ安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例による回転角度検出器付軸
受の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ′線断面図、（ｂ）は
（ａ）のＣ部拡大図である。
【図３】（ａ）は図１のＢ−Ｂ′線断面図、（ｂ）は
（ａ）の光学ヘッド５の拡大図である。
【図４】図２（ｂ）のＤ−Ｄ′線断面および図３（ｂ）
のＥ−Ｅ′線断面を含む一部破断した断面図である。
【図５】図１に示した回転角度検出器付軸受のフォトダ
イオードＰＤ１，ＰＤ２の出力信号ｖ1 ，ｖ2 から回転
角度θを演算する回転角度演算回路の構成を示すブロッ
ク図である。
【図６】（ａ）はフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の出
力信号ｖ1 ，ｖ2 を示す波形図、（ｂ）（ｃ）はそれぞ
れ（ａ）に示した出力信号ｖ1 ，ｖ2 から得られる矩形
波信号Ｖ1 ，Ｖ2 を示す波形図である。
【図７】図１に示した回転角度検出器付軸受の回転異常
を検出する回転異常検出回路の構成を示すブロック図で
ある。
【図８】図７に示した回転異常検出回路の動作を説明す
るための波形図である。
【図９】図７に示した回転異常検出回路の基本波振幅検
出回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】図７に示した回転異常検出回路の基本波振幅
検出回路の他の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１に示した回転角度検出器付軸受の回転異
常を検出する他の回転異常検出回路の構成を示すブロッ
ク図である。
【図１２】図１１に示した回転異常検出回路の動作を説
明するための波形図である。
【図１３】（ａ）はこの発明の他の実施例による回転角
度検出器付軸受の構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の
Ｆ−Ｆ′線断面図である。
【図１４】この発明のさらに他の実施例による回転角度
検出器付軸受のコードパターンの構成を示す一部省略し
た展開図である。
【図１５】フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤＭの出力から
基準位置からの回転角度θを演算する回転角度演算回路
の構成を示すブロック図である。
【図１６】（ａ）は従来の回転角度検出器の使用状態を
例示する図であって、多関節ロボットの関節部を示す一
部破断した正面図、（ｂ）は（ａ）の一部破断した側面
図である。
【符号の説明】
１ 外輪 ２ 内輪 ４ 格子パターン ７，２０ 回転角度演算回路 ９，１６ 回転異常検出回路 １９ コードパターン ２５，２６ 回転角度検出器付軸受 ＬＥＤ 発光ダイオード ＰＤ フォトダイオード Ｓ 光スポット

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸受の回動輪側に設けられた格子パター
    ンと、 前記格子パターンに対向して設けられた光源と、 前記光源とともに設けられ、前記光源から出射され前記
    格子パターンによって変化した光を検出するための光検
    出素子とを含むことを特徴とする、回転角度検出器付軸
    受。
  2. 【請求項２】 前記格子パターンは、その光反射率が所
    定の角度ピッチで変化し、 前記光源および前記光検出素子は前記軸受の他方の輪に
    設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の回
    転角度検出器付軸受。
  3. 【請求項３】 前記光検出素子は複数設けられ、それぞ
    れの受光面の方向が前記格子パターンの回転方向にずれ
    ていることを特徴とする、請求項１または２に記載の回
    転角度検出器付軸受。
  4. 【請求項４】 前記光源は前記光検出素子に対応して複
    数設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の
    回転角度検出器付軸受。
  5. 【請求項５】 さらに前記光検出素子の出力の周期的変
    化に基づいて前記回転角度を演算する回転角度演算手段
    を含むことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか
    に記載の回転角度検出器付軸受。
  6. 【請求項６】 軸受の回動輪側に設けられ、その光反射
    状態が前記回動輪の基準位置からの回転角度絶対値に応
    じて変化するコードパターンと、 前記コードパターンに対向して設けられた光源と、 前記光源とともに設けられ、前記光源から出射され前記
    コードパターンによって変化した光を検出するための光
    検出素子とを含むことと特徴とする、回転角度検出器付
    軸受。
  7. 【請求項７】 さらに前記光検出素子の出力に基づいて
    前記回転角度絶対値を演算する回転角度演算手段を含む
    ことを特徴とする、請求項６に記載の回転角度検出器付
    軸受。
  8. 【請求項８】 さらに前記光検出素子の出力に基づいて
    前記軸受の回転異常を検出する回転異常検出手段を含む
    ことを特徴とする、請求項５または７に記載の回転角度
    検出器付軸受。
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