JPH08334526A - 速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンコーダの出力に含まれる位相誤差の影響
を有効に排除し、また、移動方向が途中で反転した場合
の悪影響も除いて、検出対象物の速度が低速から高速の
全範囲にわたって精度良くかつ短時間の内に検出できる
ようにする。 【構成】 速度検出装置１を、パルス出力手段２、位置
検出手段４、方向判別手段６、時間間隔計測手段８、記
憶手段１０、および演算手段１２で構成する。演算手段
１２は、位置検出手段４、方向判別手段６、および時間
間隔計測手段８で得られる今回の情報と、これらの各手
段４，６，８で得られて記憶手段１０に格納されている
前回の情報とから、時間間隔Ｔ内の検出対象物の移動量
から速度を算出する際に、位置検出手段４によって２相
のパルスの１周期内の位置を個別に検出し、記憶手段１
０に予め格納されている検出対象物の１周期内の位置と
これに対応する補正値との関係から移動量を補正し、そ
の補正された移動量に基づいて位相誤差を排除した速度
を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータの回転速
度、製造ラインのライン速度などをデジタル的に検出す
る速度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、メカトロニクスなどの分野にお
いては、サーボモータなどの検出対象物の速度を正確に
検出して制御を行うことが要求される。

【０００３】このため、従来より、ロータリエンコーダ
を回転検出部として検出対象物に取り付け、このロータ
リエンコーダからの出力パルスのパルス数をカウンタで
カウントすることで検出対象物の速度を検出するように
した速度検出装置が提供されている。

【０００４】すなわち、この速度検出装置では、図１０
に示すように、一定のサンプリング期間Ｔ内に到来する
パルス数Ｎをカウントとし、次式によって速度Ｖを検出
する。

【０００５】 Ｖ＝p・Ｎ／Ｔ (a) ただし、pは１パルスあたりの検出対象物の移動量(回転
量)である。

【０００６】このような速度検出装置が備えるロータリ
エンコーダの内、特にインクリメンタル型のロータリエ
ンコーダは、小型かつ比較的安価であるために回転検出
部として広く用いられている。

【０００７】このインクリメンタル型のロータリエンコ
ーダ(以後、単にエンコーダと称する)は、検出対象物の
正転と逆転とが分かるように、９０°位相の異なるＡ相
とＢ相の２相のパルスＰ_-A，Ｐ_-Bが同時に出力されるよ
うになっている。そして、通常、検出対象物の低速域で
の分解能を高めるために、逓倍回路を設けてＡ相パルス
Ｐ_-AとＢ相パルスＰ_-Bの立ち上がりおよび立ち下がりの
エッジをそれぞれ微分することで、４逓倍されたパルス
Ｐ_-N(以降、これを単に位置パルスと称する)が得られる
ようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のエンコーダにお
いては、従来、次の２つの問題点がある。

【０００９】問題点１ 上記のエンコーダにおいて、Ａ相とＢ相の両パルス
Ｐ_-A，Ｐ_-Bの位相差が正確に９０°(１／４ピッチ)に設
定されておれば、位置パルスＰ_-Nのパルス数Ｎは検出対
象物の移動量(回転量)に比例する。

【００１０】しかし、エンコーダを実装する際には、そ
の位相差を正確に９０°に設定するのが困難で、通常、
位相誤差が含まれる。このため、Ａ相パルスＰ_-AとＢ相
パルスＰ_-Bの位相差は、９０°±４５°の範囲になって
いる。このような位相誤差を生じる原因には、エンコー
ダ製作時の許容誤差、エンコーダの取り付け精度、エン
コーダからの出力パルスを処理する信号処理回路の誤差
等が挙げられる。

【００１１】いま、図１１に示すように、Ａ相とＢ相の
両パルスＰ_-A，Ｐ_-Bの位相差が正確に９０°(１／４ピ
ッチ)に設定されているとした場合、これを４逓倍して
得られる理想の位置パルスＰ_-Nのパルス間隔は、図中の
破線で示すようになり、また、Ａ相とＢ相の両パルスＰ
_-A，Ｐ_-Bに位相誤差が生じている場合、これを４逓倍し
て得られる位置パルスＰ_-Nのパルス間隔は、図中の実線
で示すようになる。

【００１２】ここで、位相誤差のない理想の位置パルス
Ｐ_-Nの各間隔に対応する検出対象物の移動量をpとし、
また、位相誤差がある場合の位置パルスＰ_-Nの各間隔に
対応する検出対象物の移動量をp₀，p₁，p₂，p₃としたと
き、各移動量p₀，p₁，p₂，p₃は、次式の関係になる。

【００１３】 p₀＝p＋(δ₁−δ₀) p₁＝p＋(δ₂−δ₁) p₂＝p＋(δ₃−δ₂) p₃＝p＋(δ₀−δ₃) (b) ここに、δ₀，δ₁，δ₂，δ₃は、理想の位置パルス(破
線)からの実際の位置パルス(実線)のずれに対応する検
出対象物の移動量の偏位であり、これらの各偏位δ₀〜
δ₃は、位置パルスＰ_-Nの４パルス(Ａ相パルスまたはＢ
相パルスの１周期に相当)ごとに周期性をもって定ま
る。

【００１４】このように、エンコーダに位相誤差が生じ
ている場合において、検出対象物の速度Ｖを(a)式に基
づいて検出しようとすると、検出対象物の移動量とパル
ス数Ｎとが比例しないために、検出速度に誤差を生じる
ことになる。

【００１５】これを図１２に基づいてさらに詳しく説明
する。

【００１６】いま、サンプリング期間Ｔ中にＮ個の位置
パルスＰ_-Nの入力があった場合の検出対象物の移動量を
Ｌ、各々の位置パルスＰ_-Nの間隔に対応する検出対象物
の移動量をp_i，p_i+1，…，p_i+N-1としたとき、Ｌは、 Ｌ＝p_i＋p_i+1＋……＋p_i+N-1 (c) で与えられる。

【００１７】ここで、各々の位置パルスＰ_-Nごとに生じ
る偏位δ_i〜δ_i+Nは、中間の偏位δ_i+1〜δ_i+N-1は相殺
されて、最初と最後の偏位δ_i，δ_i+Nの項のみが残る。
したがって、(c)式は、次のようになる。

【００１８】 Ｌ＝p・Ｎ＋(δ_i+N−δ_i) (d) したがって、エンコーダの位相誤差を考慮した場合の検
出対象物の速度Ｖは、 Ｖ＝Ｌ／Ｔ ＝p・Ｎ／Ｔ＋(δ_i+N−δ_i)／Ｔ ＝(p・Ｎ／Ｔ)・{１＋(δ_i+N−δ_i)／(p・Ｎ)} (e) つまり、エンコーダに位相誤差が生じているときには、
本来、検出対象物の速度Ｖを(e)式に基づいて算出すべ
きであるのに、従来技術では、(a)式に基づいて速度Ｖ
を算出しているから、(δ_i+N−δ_i)／(p・Ｎ)の誤差を
含むことになる。

【００１９】前述のように、各偏位δ_i〜δ_i+Nは、位置
パルスＰ_-Nの４パルスごとに周期性をもつから、パルス
数Ｎが４の倍数である場合には、δ_i+N＝δ_iとなり、誤
差(δ_i+N−δ_i)／(p・Ｎ)は零となる(たとえば、(b)式
参照)。

【００２０】しかし、パルス数Ｎが４の倍数以外の場合
には、誤差の発生が避けられない。特に、検出対象物の
速度が低くなってサンプリング期間Ｔ内に到来するパル
ス数Ｎが小さくなると、(e)式の関係からも分かるよう
に誤差の影響が大きくなる。たとえば、Ｎ＝１の場合に
は、最大±５０％の誤差に達する。

【００２１】この問題点１に対処するため、特開平２−
２０１２６９号公報に開示された従来技術では、パルス
数Ｎが４の倍数の場合に速度誤差が零になる点に着目
し、４パルスおきにデータをサンプリングして(a)式に
基づいて速度検出を行うようにしている。

【００２２】しかしながら、この従来技術では、パルス
数Ｎが４の倍数以外の場合には検出対象物の速度を検出
することができないので、検出対象物の速度がその途中
で変動した場合でもそれを知ることができない。さら
に、検出対象物の速度が低くなってＮ≦３となった場合
には、速度を全く検出することができない。

【００２３】また、特開平４−６９０７９号公報に開示
された従来技術では、検出対象物の速度の高低、したが
って入力されるパルス数の大小に応じてパルスカウント
法と周期カウント法の２つの方法を切り替えるように
し、特に、パルス数が少ない場合には、補正値を用いて
パルス周期を補正して速度を検出するようにしている。

【００２４】しかし、この従来技術のように、入力され
るパルス数の大小に応じてパルスカウント法と周期カウ
ント法とを切り替えてデータ処理を行う場合には、デー
タ処理の回路が２系統必要となり、回路構成が複雑化す
る。しかも、いずれの時点で方法を切り替えるべきかの
基準を設定するのが困難である。

【００２５】問題点２ 前回と今回の各サンプリング時点で得られたカウンタの
カウント値をそれぞれＮ_i，Ｎ_j、サンプリング期間をＴ
としたとき、サンプリング期間Ｔ中に到来するパルス数
Ｎは、両カウント値Ｎ_i，Ｎ_jの差、すなわち、 Ｎ＝Ｎ_j−Ｎ_i により得ることができる。

【００２６】しかし、前回のサンプリング時点と今回の
サンプリング時点との間に検出対象物の移動(回転)方向
が反転した場合には、±１パルス分に相当する移動量の
誤差を生じる。

【００２７】これを図１３に基づいてさらに詳しく説明
する。

【００２８】いま、カウンタがリセットされた状態から
検出対象物が正転されて順次位置パルスＰ_-Nが発生され
た場合、カウンタのカウント値は、１→２→３→…と次
第に増大する。そして、カウント値がＮ＋２に達した直
後に検出対象物の回転方向が反転したとする。このと
き、エンコーダにおいては、カウント値Ｎ＋２を発生さ
せたのと同じスリットによってカウンタが１つカウント
ダウンされるためにカウント値はＮ＋１となり、引き続
いて、反転が継続すると、カウント値は、Ｎ→Ｎ−１と
変化する。そして、Ｎ−１の時点でサンプリング期間が
経過して計測が終了したとすれば、検出対象物の移動量
(回転量)は本来p・Ｎであるのに、カウンタのカウント
値はＮ−１となっているから、このカウント値Ｎ−１に
基づいて算出される移動量Ｌは、p・(Ｎ−１)となる。
つまり、検出対象物の回転がサンプリングの途中で反転
することでp×１パルス分の移動量の誤差が生じる。

【００２９】この現象は、Ａ相パルスＰ_-AとＢ相パルス
Ｐ_-Bに位相誤差が生じている場合だけでなく、両パルス
Ｐ_-A，Ｐ_-Bの位相差が正確に９０°に設定されていて位
相誤差のない場合においても起こり得る問題である。

【００３０】本発明は、上記の問題点１，２を解決する
ためになされたもので、エンコーダの出力に位相誤差が
含まれていたとしても、この位相誤差の影響を有効に排
除し、また、移動方向が途中で反転した場合の悪影響も
除いて、検出対象物の速度が低速から高速の全範囲にわ
たって精度良くかつ短時間の内に検出できるようにする
ことを課題とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の原理について説明する。

【００３２】図１において、いま、位相誤差がある場合
に得られる位置パルスＰ_-N(図中、実線で示す)に対し
て、i，i＋１，…，j，j＋１というように順次符号を付
し、また、位相誤差のない理想的な位置パルスＰ_-N(図
中、破線で示す)に対して、i₀，i₀＋１，…，j₀，j₀＋
１というように順次符号を付すものとする。

【００３３】このとき、検出対象物が正方向に移動(正
転)する場合には、位置パルスＰ_-Nが番号でi→i＋１→
…→j→j＋１というように順次入力されるのに伴ってカ
ウンタのカウント値は、Ｎ_i→Ｎ_i+1→…→Ｎ_j→Ｎ_j+1と
いうように次第に増加する。また、検出対象物が負方法
に移動(逆転)する場合には、位置パルスＰ_-Nが番号でj
＋１→j→…→i＋１→iというように順次入力されるの
に伴ってカウンタのカウント値は、Ｎ_j+1→Ｎ_j→…→Ｎ
_i+1→Ｎ_iというように、次第に減少する。

【００３４】ここで、カウンタのカウント値がたとえば
Ｎ_iを継続して示すのは、位置パルスＰ_-Nの番号iからi
＋１までの区間である。そして、検出対象物が正方向に
移動(正転)している場合に、カウント値がＮ_i-1からＮ_i
に変化するのは、番号iに対応する位置パルスＰ_-Nの入
力時点である。一方、検出対象物が負方向に移動(逆転)
している場合に、カウント値がＮ_i+1からＮ_iに変化する
のは、番号i＋１に対応する位置パルスＰ_-Nの入力時点
である。つまり、カウント値が同じＮ_iを示しても、そ
の変化時点は検出対象物の移動方向の正負によって異な
るタイミングとなる。

【００３５】したがって、番号i₀，i₀＋１，…，j₀，j₀
＋１で示す理想的な位置パルスの各１ピッチあたりの検
出対象物の移動量をp、番号i，i＋１，…，j，j＋１で
示す位相誤差のある場合の位置パルスＰ_-Nとの各偏位を
それぞれδ_i，δ_i+1，…，δ_j，δ_j+1としたとき、番号
i₀の位置パルスＰ_-Nの入力時点を基準として、この時点
からカウント値がＮ_iになった時点までの偏位Δiは、次
式で与えられる。

【００３６】 検出対象物が正方向に移動するとき： Δ_i＝δ_i 検出対象物が負方向に移動するとき： Δ_i＝p＋δ_i+1 (１) 同様に、j₀の位置パルスの入力時点を基準として、この
時点からカウント値がＮ_jになった時点までの偏位Δ
_jは、次式で与えられる。

【００３７】 検出対象物が正方向に移動するとき： Δ_j＝δ_j 検出対象物が負方向に移動するとき： Δ_j＝p＋δ_j+1 (２) 上記の各偏位δ_i，δ_i+1，…δ_j，δ_j+1は、従来技術に
おいて説明したように、位置パルスＰ_-Nの４パルスごと
に周期性をもって定まるものである。したがって、図１
において、今回のサンプリング時点で得られたカウンタ
のカウント値をＮ_j、前回のサンプリング時点で得られ
たカウント値をＮ_iとすれば、検出対象物の移動量Ｌ
は、前述の(d)式を求めたのと同様にして、次式で与え
られる。

【００３８】 Ｌ＝p・(Ｎ_j−Ｎ_i)＋(Δ_j−Δ_i) (３) (３)式において、右辺の第１項p・(Ｎ_j−Ｎ_i)は位相誤
差がない場合の検出対象物の移動量であり、第２項(Δ_j
−Δ_i)は検出対象物の移動方向を考慮した位相誤差の補
正量に相当する。そして、この補正量(Δ_j−Δ_i)は、
(１)，(２)式の関係からも分かるように、検出対象物の
移動方向(回転方向)によって異なる値をとる。

【００３９】たとえば、図２に示すように、前回と今回
のサンプリング時点でいずれも検出対象物が正方向に移
動しておれば、Δ_j−Δ_i＝δ_j−δ_iとなる。また、前回
のサンプリング時点で正方向、今回のサンプリング時点
で逆方向に移動しておれば、Δ_j−Δ_i＝(p＋δ_j+1)−δ
_iとなる。

【００４０】ここで、ある一つの関数αを、次式のよう
に定義する。

【００４１】 α(Ｎ，ＵＤ)＝Δ／p (４) ただし、ＮとΔは、あるサンプリング時点で決まるカウ
ント値および偏差、ＵＤは、そのサンプリング時点で得
られる検出対象物の移動方向(正負)の情報である。

【００４２】この(４)式で与えられる関数αを用いる
と、(３)式を次のように表現することができる。

【００４３】 Ｌ＝p・[(Ｎ_j−Ｎ_i)＋{α(Ｎ_j，ＵＤ_j)−α(Ｎ_i，ＵＤ_i)}] (５) (５)式の右辺第２項の{}内のα(Ｎ_j，ＵＤ_j)とα(Ｎ_i，
ＵＤ_i)とは、共に移動方向を考慮した位相誤差の補正値
であり、これらの補正値α(Ｎ_j，ＵＤ_j)，α(Ｎ_i，ＵＤ
_i)を具体的に求めることができれば、エンコーダに位相
誤差が生じているときでも、検出対象物の移動方向を考
慮した速度Ｖを精度良く求めることができる。

【００４４】すなわち、両カウント値Ｎ_i，Ｎ_jが得られ
る時間間隔をＴとすれば、検出対象物の速度Ｖは、 Ｖ＝Ｌ／Ｔ ＝(p／Ｔ)・[(Ｎ_j−Ｎ_i)＋{α(Ｎ_j，ＵＤ_j)−α(Ｎ_i，ＵＤ_i)}] (６） となる。

【００４５】そこで、次に、上記の補正値α（Ｎ_j，Ｕ
Ｄ_j)，α(Ｎ_i，ＵＤ_i)の決定の仕方について説明する。
なお、以降、表記を簡略化する上で、α(Ｎ_j，ＵＤ_j)は
α_j、α(Ｎ_i，ＵＤ_i)はα_iというように記載する。

【００４６】図１１に示したように、いま、位置パルス
Ｐ_-Nの４パルス分(Ａ相パルスまたはＢ相パルスの１周
期分)に着目すると、理想的な位置パルスＰ_-Nとの偏位
δ₀〜δ₃はＡ相パルスとＢ相パルスの各変化点x₀〜x₃ご
とに決まる固有の値をとり、かつ、４パルスごとに周期
性をもって定まる。

【００４７】そこで、図３に示すように、Ａ相パルスと
Ｂ相パルスの各変化点x₀〜x₃に挟まれた各々の区間x₀〜
x₁，x₁〜x₂，x₂〜x₃，x₃〜x₀について、それぞれ“０”
〜“３”までの番号を付け、また、 α₀＝δ₀／p，α₁＝δ₁／p、α₂＝δ₂／p，α₃＝δ₃／p (７) とすれば、各変化点x₀〜x₃ごとに必要な補正値は、
(１)，(２)式および(４)式の関係からも分かるように、
図４に示す対応関係となる。

【００４８】たとえば、区間が“０”のときで、検出対
象物が正方向に移動するときには補正値としてα₀を、
負方向に移動するときには補正値としてα₁＋１を用い
ればよいことが分かる。

【００４９】このように、図４の関係を用いれば、必要
な補正値を決定することができるが、そのためには、検
出対象物の移動方向と、区間“０”〜”３”とを共に特
定する必要がある。つまり、検出対象物の移動方向、お
よび今回と前回の各サンプリング時刻で得られる各カウ
ント値Ｎ_j，Ｎ_iがいずれの区間“０〜３”で得られたも
のであるかを特定することができれば、図４の関係から
必要な補正値が決まるので、速度Ｖを求めることができ
る。

【００５０】次に、検出対象物の移動方向と、各区間
“０”〜“３”を特定するための手法について説明す
る。

【００５１】検出対象物が正方向(正転)と負方向(逆転)
のいずれに移動しているかを知るには、エンコーダから
出力されるＡ相パルスＰ_-Aに対するＢ相パルスＰ_-Bの位
相が進んでいるか、あるいは遅れているかを論理演算を
用いて調べることで判別することができる。

【００５２】また、区間“０”〜“３”を特定するため
には、たとえば、図４に示すように、カウンタのカウン
ト値の下位２ビットの値n₁，n₀に着目したとき、“n₁，
n₀”が区間“０”の箇所では“０，０”、区間“１”の
箇所では“０，１”、区間“２”の箇所では“１，
０”、区間“３”の箇所では“１，１”となるような手
段を設ければ、各区間“０”〜“３”を容易に特定する
ことができる。

【００５３】次に、図４に示した補正値α₀〜α₃の具体
的な数値の決定の仕方について説明する。

【００５４】図５に示すように、Ａ相パルスＰ_-Aまたは
Ｂ相パルスＰ_-Bの１周期分に相当する数の位置パルスＰ
_-Nが得られるように、検出対象物を一定の低速でかつ一
方向(ここでは正方向とする)に移動させる。その場合、
位置パルスＰ_-Nのパルス間隔は、検出対象物の移動量に
比例したものとなる。また、補正値α₀〜α₃は、(７)式
からも分かるように、位相誤差のない理想的な位置パル
スＰ_-Nに基づく検出対象物の移動量pを基準として決ま
るものである。さらに、各変化点x₀〜x₃は、検出対象物
の絶対的な位置を示すものではなく、相対的な位置を示
すものである。したがって、最初の変化点x₀に対応する
補正値α₀を基準点とみなせば、α₀＝０と考えてよい。

【００５５】よって、α₁，α₂，α₃の各補正値は、 α₁＝δ₁／p＝{Ｔ₀₁−(Ｔ₀₀／４)×１}／(Ｔ₀₀／４) ＝Ｔ₀₁×(４／Ｔ₀₀)−１ α₂＝δ₂／p＝{Ｔ₀₂−(Ｔ₀₀／４)×２}／(Ｔ₀₀／４) ＝Ｔ₀₂×(４／Ｔ₀₀)−２ α₃＝δ₃／p＝{Ｔ₀₃−(Ｔ₀₀／４)×３}／(Ｔ₀₀／４) ＝Ｔ₀₃×(４／Ｔ₀₀)−３ となる。

【００５６】つまり、一般式として、αi(i＝０〜３)
は、次式で与えられる。

【００５７】 αi＝０ (i＝０) αi＝Ｔ_0i・(４／Ｔ₀₀)−i (i＝１，２，３) (８) そして、この(８)式に基づいて補正値α₀〜α₃の具体的
な数値を決定してから、図４に示すテーブルを作成し
て、これを初期データとして予めメモリ等に登録してお
けば、これらのデータを速度を演算する上での補正デー
タとして利用することができる。

【００５８】本発明は、上述の原理に基づいてなされた
もので、次の構成を採用した。

【００５９】すなわち、本発明の速度検出装置は、検出
対象物の移動量と移動方向に応じた個数と位相とを有す
る２相のパルスを出力するパルス出力手段と、前記２相
のパルスを入力して検出対象物の位置を検出する位置検
出手段と、前記２相のパルスを入力して検出対象物の移
動方向を判別する方向判別手段と、今回サンプリングし
た検出対象物の位置の変化が発生した時刻と前回サンプ
リングした検出対象物の位置の変化が発生した時刻とか
ら両時刻の時間間隔を計測する時間間隔計測手段と、前
回のサンプリング時点において前記方向判別手段と位置
検出手段でそれぞれ検出された移動方向と位置の両情
報、および位置の情報を補正するための位置補正値をそ
れぞれ記憶する記憶手段と、今回のサンプリング時点に
おいて前記方向判別手段と位置検出手段でそれぞれ検出
された移動方向と位置の両情報、および時間間隔計測手
段で計測された時間間隔の情報、ならびに前記記憶手段
に記憶されている前回のサンプリング時点において得ら
れた移動方向と位置の両情報、および位置補正値の情報
に基づいて検出対象物に関する速度を演算する演算手段
とを備える。

【００６０】

【作用】上記構成において、演算手段は、時間間隔内の
検出対象物の移動量に基づいて速度を算出するときに、
検出対象物の移動量を補正値で補正し、補正された移動
量に基づいて２相パルスの位相誤差を排除した速度を検
出する。

【００６１】このため、エンコーダの出力に位相誤差が
含まれていたとしても、この位相誤差の影響を有効に排
除することができる。しかも、移動方向が途中で反転し
た場合の悪影響も除くことができるので、検出対象物の
速度が低速から高速の全範囲にわたって精度良くかつ短
時間の内に検出できるようになる。

【００６２】

【実施例】図６は、本発明の実施例に係る速度検出装置
の構成を示すブロック図、図７は同装置の動作説明に供
するタイミングチャートである。

【００６３】図６において、符号１は速度検出装置の全
体を示し、２はパルス出力手段、４は位置検出手段、６
は方向判別手段、８は時間間隔計測手段、１０は記憶手
段、１２は演算手段である。

【００６４】パルス出力手段２は、図示しないサーボモ
ータなどの検出対象物に取り付けられて、検出対象物の
移動量と移動方向に応じた個数と位相とを有する２相の
パルスを出力するものであり、本例では、互いに９０°
の位相差を有するＡ相とＢ相の両パルスＰ_-A，Ｐ_-Bを出
力するエンコーダで構成される。

【００６５】位置検出手段４は、エンコーダ２からのＡ
相，Ｂ相の両パルスＰ_-A，Ｐ_-Bを入力して検出対象物の
位置を検出するものであって、本例では、逓倍回路４a
とカウンタ４bとからなる。

【００６６】上記の逓倍回路４aは、Ａ相，Ｂ相の両パ
ルスＰ_-A，Ｐ_-Bを微分して４逓倍された位置パルス
Ｐ_-N、および、Ａ相，Ｂ相の両パルスＰ_-A，Ｐ_-Bの１周
期内の原点位置(本例では区間０の開始点)を示す原点パ
ルスＰ_-Zを、次の論理演算式に基づいて作成して出力す
る。

【００６７】 Ｐ_-N＝Ｐ_-A↑＋Ｐ_-A↓＋Ｐ_-B↑＋Ｐ_-B↓ Ｐ_-Z＝(Ｐ_-A)・Ｐ_-B↓＋Ｐ_-A↓・(Ｐ_-B) (９) ここに、符号↑はパルスの立ち上がり、↓はパルスの下
がりエッジの各タイミングを、また、括弧()はローレベ
ルを意味する。

【００６８】また、カウンタ４bは、本例では、２進の
アップ／ダウンカウンタで構成され、逓倍回路４aで得
られる位置パルスＰ_-Nをクロックとして入力し、方向判
別手段６からの方向判別結果に基づいてアップカウント
あるいはダウンカウントするとともに、逓倍回路４aか
らの原点パルスＰ_-Zを下位２ビットn₀，n₁のみの出力デ
ータをリセットするパルスとして入力するようになって
いる。

【００６９】すなわち、原点パルスＰ_-Zが入力されるた
びに、カウンタ４bのカウント値の下位２ビットn₀，n₁
は必ずリセットされるため、原点パルスＰ_-Zの入力時点
と区間０の開始点の位置とが常に同期し、したがって、
図４に示すように、カウンタ４bの下位２ビットn₀，n₁
の内容によって、各区間０〜３を特定できることにな
る。つまり、カウンタ４bは、位置の情報をもつことに
なる。

【００７０】方向判別手段６は、Ａ相，Ｂ相の各パルス
Ｐ_-A，Ｐ_-Bを入力して検出対象物の移動方向を判別する
ものであって、論理回路６aとＲＳフリップフロップ６b
とからなる。

【００７１】論理回路６aは、Ａ相パルスＰ_-Aに対する
Ｂ相パルスＰ_-Bの位相が進んでいるか、あるいは遅れて
いるかを判別し、Ｂ相パルスＰ_-Bの位相が遅れていると
きにはアップパルスＰ_-UPを、また、これとは逆のとき
にはダウンパルスＰ_-DOWNをそれぞれ出力するものであ
る。すなわち、各パルスＰ_-UP，Ｐ_-DOWNは、次の論理演
算式に基づいて発生される。

【００７２】 Ｐ_-UP＝Ｐ_-A↑・(Ｐ_-B)＋Ｐ_-A・Ｐ_-B↑＋Ｐ_-A↓・Ｐ_-B＋(Ｐ_-A)・Ｐ_-B↓ Ｐ_-DOWN＝Ｐ_-A↓・(Ｐ_-B)＋Ｐ_-A・Ｐ_-B↓＋Ｐ_-A↑・Ｐ_-B＋(Ｐ_-A)・Ｐ_-B↑ (１０) ＲＳフリップフロップ６bは、論理回路６aからのアップ
パルスＰ_-UPをセットパルスとして、ダウンパルスＰ
_-DOWNをリセットパルスとしてそれぞれ入力し、アップ
パルスＰ_-UPが入力されるときには検出対象物が正方向
に移動(正転)していると判断してハイレベル、ダウンパ
ルスＰ_-DOWNが入力されるときには負方向に移動(逆転)
していると判断してローレベルの判別信号をそれぞれ出
力する。

【００７３】時間間隔計測手段８は、今回サンプリング
した検出対象物の位置の変化が発生した時刻と、前回サ
ンプリングした検出対象物の位置の変化が発生した時刻
とから両時刻の時間間隔Ｔを計測するものであり、本例
では、発振器８a、時刻カウンタ８b、時刻レジスタ８
c、および後述のＣＰＵ１２で構成される。

【００７４】発振器８aは、計時用の一定の基準パルス
を発生するものである。また、時刻カウンタ８bは、発
振器８aからの基準パルスを順次カウントするもので、
そのカウント値は時刻情報をもつことになる。

【００７５】時刻レジスタ８cは、逓倍回路４aからの位
置パルスＰ_-Nが入力されるたびに、時刻カウンタ８bか
らのカウント値をラッチするものであり、したがって、
各々の位置パルスが入力された時点の各時刻の情報を発
生する。

【００７６】したがって、ＣＰＵ１２においては、前回
のサンプリング時点で得られた時刻レジスタ８bの値
と、今回のサンプリング時点で得られた時刻レジスタ８
bの値との差から時間間隔Ｔを求める。

【００７７】記憶手段１０は、位置検出手段４と方向判
別手段６とでそれぞれ検出される位置と移動方向の各情
報、ならびにサンプリング時刻における時刻レジスタ８
cの内容をそれぞれ記憶するとともに、位置の情報を補
正するための各位置補正値(図４に示したテーブル)を記
憶するものであって、本例ではＩＣメモリで構成され
る。なお、図４に示したテーブルは、前述のように、予
め(８)式に基づいて補正値α₀〜α₃の具体的な数値を決
定することにより作成される。

【００７８】演算手段１２は、今回のサンプリング時点
において位置検出手段、方向判別手段、時間間隔検出手
段でそれぞれ検出された検出対象物の移動方向、位置、
および時刻の各情報、ならびにＩＣメモリ１０に格納さ
れている前回のサンプリング時点の時刻、その時刻にお
ける検出対象物の移動方向、位置の各情報、ならびに位
置補正値の情報に基づいて検出対象物に関する速度を前
述の(６)式に基づいて演算するもので、本例ではマイク
ロコンピュータで構成される。なお、マイクロコンピュ
ータは、上記の各手段４〜１０の構成の全部または一部
を含んだものであてもよい。

【００７９】次に、上記構成の速度検出装置により検出
対象物の速度を検出する場合の動作について、図７に示
すタイミングチャートを参照して説明する。

【００８０】エンコーダ２からは、検出対象物の移動量
と移動方向に応じてＡ相パルスＰ_-AとＢ相パルスＰ_-Bが
出力される。この場合、両パルスＰ_-A，Ｐ_-Bには位相誤
差が含まれているものとする。

【００８１】方向判別手段６は、Ａ相，Ｂ相の各パルス
Ｐ_-A，Ｐ_-Bを入力して検出対象物の移動方向を判別す
る。

【００８２】すなわち、論理回路６aは、Ａ相パルスＰ
_-Aに対して、Ｂ相パルスＰ_-Bの位相が遅れているときに
はアップパルスＰ_-UPを、また、これとは逆のときには
ダウンパルスＰ_-DOWNをそれぞれ(１０)に基づいて発生
して出力するＲＳフリップフロップ６bは、論理回路６a
からのアップパルスＰ_-UPが入力されるときには検出対
象物が正方向に移動(正転)していると判断してハイレベ
ルの判別信号を、ダウンパルスＰ_-DOWNが入力されると
きには負方向に移動(逆転)していると判断してローレベ
ルの判別信号をそれぞれ出力する。そして、この判別信
号が位置検出手段４のカウンタ４bに与えられるととも
に、演算手段１２に取り込まれる。

【００８３】位置検出手段４は、エンコーダ２からのＡ
相，Ｂ相の両パルスＰ_-A，Ｐ_-Bを入力して検出対象物の
位置の情報を出力する。

【００８４】すなわち、逓倍回路４aは、Ａ相，Ｂ相の
両パルスＰ_-A，Ｐ_-Bを微分して４逓倍された位置パルス
Ｐ_-N、および、Ａ相，Ｂ相の両パルスＰ_-A，Ｐ_-Bの１周
期内の原点位置(区間０の開始点)を示す原点パルスＰ_-Z
を(９)式に基づいて作成して出力する。

【００８５】カウンタ４bは、逓倍回路４aで得られる位
置パルスＰ_-Nをクロックとして入力し、方向判別手段６
からの方向判別結果に基づいてアップカウントあるいは
ダウンカウントするとともに、逓倍回路４aからの原点
パルスＰ_-Zを下位２ビットn₀，n₁のみの出力データをリ
セットするパルスとして入力する。これにより、原点パ
ルスＰ_-Zの入力時点と区間０の開始点の位置とが常に一
致するため、カウンタ４bのカウント値が位置の情報と
して演算手段１２に取り込まれる。

【００８６】一方、発振器８aから発生される計時用の
基準パルスは、時刻カウンタ８bによって順次カウント
され、そのカウント値が時刻情報として時刻レジスタ８
cに出力される。時刻レジスタ８cは、逓倍回路４aから
の位置パルスＰ_-Nが入力されるたびに、時刻カウンタ８
bからのカウント値をラッチする。したがって、時刻レ
ジスタ８cからは、各々の位置パルスが入力された時点
の各時刻の情報が発生される。

【００８７】演算手段１２は、所定のサンプリング時刻
が到来するたびに、位置検出手段４、方向判別手段６お
よび時刻レジスタ８cからの各情報を取り込んで、これ
らの情報をＩＣメモリ１０に格納する。

【００８８】さらに、演算手段１２は、今回のサンプリ
ング時刻が到来したときに位置検出手段４、方向判別手
段６および時刻レジスタ８cから取り込んだ各情報と、
ＩＣメモリ１０に既に格納されている前回のサンプリン
グ時刻により得られた位置、方向、時刻の各情報、なら
びに図４のテーブルとから、(６)式に基づいて検出対象
物の速度を算出し、その算出結果を出力する。

【００８９】このように、この実施例の速度検出装置
は、エンコーダ２に含まれる位相誤差と検出対象物の移
動方向の反転を考慮して、速度Ｖを求めるので、エンコ
ーダ２の位相誤差や反転の影響を有効に排除することが
でき、低速から高速の全範囲にわたって精度良くかつ短
時間の内に速度を検出することができる。

【００９０】

【変形例】位置検出手段の変形例 図６に示した位置検出手段４に代えて、図８に示す構成
の位置検出手段４'を設けることもできる。

【００９１】すなわち、この位置検出手段４'は、逓倍
回路４a'、カウンタ４b'、および組合回路４c'からな
る。

【００９２】逓倍回路４a'は、Ａ相，Ｂ相の両パルスＰ
_-A，Ｐ_-Bを微分して４逓倍された位置パルスＰ_-Nを前記
(９)式に基づいて出力するとともに、Ａ相パルスＰ_-Aま
たはＢ相パルスＰ_-Bの１周期(本例では区間３→０また
は区間０→３の変化時点)を示す周期パルスＰ_-N'を、次
の論理演算式に基づいて作成して出力する。

【００９３】 Ｐ_-N'＝(Ｐ_-A)・Ｐ_-B↓＋(Ｐ_-A)・Ｐ_-B↑ (１１) ここに、符号↑はパルスの立ち上がり、↓はパルスの下
がりエッジの各タイミングを、また、括弧()はローレベ
ルを意味する。

【００９４】また、カウンタ４b'は、２進のアップ／ダ
ウンカウンタで構成され、逓倍回路４a'で得られる周期
パルスＰ_-N'をクロックとして入力し、方向判別手段６
からの方向判別結果に基づいてアップカウントあるいは
ダウンカウントするものであって、上記の実施例のカウ
ンタ４bの下位２ビットn₀，n₁を除いた上位ビットn₂〜
の出力が得られるようになっている。

【００９５】また、組合回路４c'は、Ａ相とＢ相の両パ
ルスＰ_-A，Ｐ_-Bを入力し、これらのパルスＰ_-A，Ｐ_-Bに
基づいて２ビットからなる１周期内の位置の情報n₀，n₁
を、図９に示す条件に基づいて作成して出力する。

【００９６】この変形例の場合にも、位置検出手段４'
の出力をマイクロコンピュータ１２に取り込んだ後、そ
の下位２ビットn₀，n₁の値によって区間０〜３を特定で
きるから、方向判別手段６からの方向の情報と併せれ
ば、図４のテーブルの各補正値を利用することが可能と
なる。

【００９７】その他の変形例 本発明は、Ａ相パルスＰ_-AとＢ相パルスのＰ_-Bの１周期
内での位相誤差を補正するだけでなく、エンコーダにお
ける１回転を周期とした位相誤差に対しても有効であ
る。

【００９８】すなわち、エンコーダの場合、１回転内の
位置の情報は、１回転ごとに１回発生する。エンコーダ
の回転軸の機械的な原点位置を表すために発生されるＺ
相パルスによって、その時のカウンタ４a，４a'の値を
基準に現在の位置を知ることができる。したがって、１
回転内の変化点の補正値α_i(iはエンコーダのＺ相パル
スからのパルス数)を、(８)式の関係を求めたのと同様
の手法によって予め算出しておき、(６)式に基づいて速
度Ｖを得ることも可能である。

【００９９】さらに、本発明は、１相のエンコーダやア
ブソリュート型のロータリエンコーダに対しても有効で
ある。すなわち、１相のエンコーダの場合は、方向判別
はできないので、方向反転に起因した誤差は除けないも
のの、この場合でも正方向の回転のみが生じるものとみ
なして(１)，(２)式を適用し、(４)式の関数を定めれば
よい。

【０１００】アブソリュート型のロータリエンコーダの
場合は、出力データから一意的に現在の位置を知ること
ができる。また、出力データとしてはグレイコードが使
用されることが多いが、この場合は、最下位ビットの変
化を時間間隔計測手段８のタイミング信号とし、方向お
よび位置の変化量はグレイコードをストレートコードに
変換した後の差分をとることにより求めればよい。

【０１０１】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。

【０１０２】(１) エンコーダの出力に位相誤差が含ま
れていたとしても、この位相誤差の影響を有効に排除す
ることができる。しかも、移動方向が途中で反転した場
合の悪影響も除くことができる。

【０１０３】このため、検出対象物の速度が低速から高
速の全範囲にわたって精度良くかつ短時間の内に検出で
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するために供する図であ
る。

【図２】検出対象物の移動方向によって位相誤差の偏差
を補正するための適正な補正値を選択する場合の説明図
である。

【図３】位置パルスの各変化点x₀〜x₃と、それらの各変
化点x₀〜x₃ごとに必要な補正値との関係を示す説明図で
ある。

【図４】エンコーダに位相誤差がある場合に、速度を演
算する上で利用する補正値のデータテーブルである。

【図５】図４の補正値を具体的に決定する場合の説明図
である。

【図６】本発明の実施例に係る速度検出装置の全体構成
を示すブロック図である。

【図７】同装置の動作説明に供するタイミングチャート
である。

【図８】本発明の速度検出装置において、位置検出手段
の変形例を示すブロック図である。

【図９】図８の位置検出手段による位置検出情報の説明
図である。

【図１０】パルスカウント法によって速度を求める場合
の説明図である。

【図１１】エンコーダの出力に位相誤差が含まれている
場合の各パルス間隔および偏差の関係を示すタイミング
チャートである。

【図１２】エンコーダの出力に位相誤差が含まれている
場合に、検出される速度に誤差を生じることを説明する
ための図である。

【図１３】検出対象物の移動方向が途中で逆転する場合
に、検出される速度に誤差を生じることを説明するため
の図である。

【符号の説明】

１…速度検出装置、２…パルス発生手段(エンコーダ)、
４…位置検出手段、４a…逓倍回路、４b…カウンタ、６
…方向判別手段、６a…論理回路、６b…ＲＳフリップフ
ロップ、８…時間間隔計測手段、８a…発振器、８b…時
刻カウンタ、８c…時刻レジスタ、１０…記憶手段(ＩＣ
メモリ)、１２…演算手段(マイクロコンピュータ)。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出対象物の移動量と移動方向に応じた
   個数と位相とを有する２相のパルスを出力するパルス出
   力手段と、 前記２相のパルスを入力して検出対象物の位置を検出す
   る位置検出手段と、 前記２相のパルスを入力して検出対象物の移動方向を判
   別する方向判別手段と、 今回サンプリングした検出対象物の位置の変化が発生し
   た時刻と前回サンプリングした検出対象物の位置の変化
   が発生した時刻とから両時刻の時間間隔を計測する時間
   間隔計測手段と、 前回のサンプリング時点において前記方向判別手段と位
   置検出手段でそれぞれ検出された移動方向と位置の両情
   報、および位置の情報を補正するための位置補正値をそ
   れぞれ記憶する記憶手段と、 今回のサンプリング時点において前記方向判別手段と位
   置検出手段でそれぞれ検出された移動方向と位置の両情
   報、および時間間隔計測手段で計測された時間間隔の情
   報、ならびに前記記憶手段に記憶されている前回のサン
   プリング時点において得られた移動方向と位置の両情
   報、および位置補正値の情報に基づいて検出対象物に関
   する速度を演算する演算手段と、 を備え、前記時間間隔内の検出対象物の位置の変化であ
   る移動量に基づいて速度を算出するときに、検出対象物
   の移動量を移動量補正値で補正し、補正された移動量に
   基づいて２相のパルスの位相誤差を排除し、かつ、移動
   方向が途中で反転した場合でも正確な速度を検出するこ
   とを特徴とする速度検出装置。