JPS63111417A - 測定装置の分割回路 - Google Patents

測定装置の分割回路

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JPS63111417A
JPS63111417A JP25754686A JP25754686A JPS63111417A JP S63111417 A JPS63111417 A JP S63111417A JP 25754686 A JP25754686 A JP 25754686A JP 25754686 A JP25754686 A JP 25754686A JP S63111417 A JPS63111417 A JP S63111417A
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俊隆 下村
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Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用骨!I!F1 本発明は、測定装置の分割回路に係り、特に、直線変位
や角度変位を検出器によって電気信号に変換して相対変
位量を電気的に測定する測定装置に用いるのに好適な、
互いに位相の異なる複相の1次信号を抵抗連鎖の異なる
節点に印加して、別の節点に位相のずれた2次信号を生
成すると共に、これら抵抗連鎖の節点を対応するコンパ
レータと接続して、1次信号又は2次信号を基準レベル
と比較することにより、1次信号よりもピッチの細分化
された計数信号を出力する測定装置の分割回路の改良に
関する。 【従来の技術】 工作機械、測定Uttから携帯型電子測定機等の広い分
野において、例えば第7図に示す直線変位測定機の如く
、検出器10から相対変位に応じて周期的に変化する2
相の検出信号(1次信号)を出力し、その信号を処理し
て前進後退の情報を含む計数信号を生成してカウンタ1
4に入力することにより、相対変位量をデジタルで測定
できる測定装置が普及している。この測定装置において
は、通常、1次信号のピッチでは分解能が粗いため、細
分化されたピッチの計数信号を得るための分割回路12
が用いられる。 分割回路12としては、例えばスイス国特許第4075
69号に示されるように抵抗連鎖を用いる分割回路が周
知である。この分割回路は、原理的には、第8図に示す
如く、抵抗R1とR2とからなる抵抗連鎖16の両端の
節点に1次信号として例えばA sinθ、A CO3
θ(=A 5irl(θ+90°))で近似される信号
が印加された場合、中央の節点からはA’  5in(
θ+α)で近似される信号が生成されることを利用して
いる。ここで、合成された2次信号の振幅A′及び位相
差αはそれぞれ次式で表わされる。 A’ =Aff+R22/ (R1+R2)・・・・・
・・・・(1) α=arctan(R1/R2)   =12)即ち、
抵抗値R1とR2の選択で、位相差αを、0°から90
°までの任意の値に設定することができ、A sinθ
とA COSθとの間の任意の位相を有する信号が得ら
れる。従って、この信号が零レベルを横切るときに計数
信号を出力することで、細分化されたピッチの計数信号
が得られる。なお、検出信号が正弦波でない場合には、
抵抗値をこれに合わせて変化させることで、やはり任意
の位相の信号を得ることができる。 第9図に、1次信号のピッチを16分割することができ
る従来の抵抗分割回路の例を示す0図において、2OA
は、1次信号A sinθのバッファアンプ、20Bは
、1次信号A CO3θのバッファアンプ、22は、バ
ッファアンプ2OAの出力を反転した信号−A sin
θを抵抗連鎖16の節点に印加するための反転アンプ、
24A〜24Hは、抵抗連ff116の各節点に対応し
てそれぞれ説けられた計8個のコンパレータ、26は、
各コンパレータに比較用の参照電圧■「を供給するため
の参照電圧設定器、28A〜28Fは、前記コンパレー
タ24A〜24Hの出力を合成するための排他的ORゲ
ート、30は、方向弁別回路、32は、発振器である。 この分割回路12においては、抵抗R1、R2、R3、
R4の値が、それぞれ1:0.707:0.707:1
の比率に設定されており、180°を8分割しているの
で、360°では16分割がなされる。 なお、この抵抗分割回路は、スイス国特許第40756
9号明細書に詳細に開示されているので詳細な説明は省
略する。
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、第9図に示した従来の抵抗分割回路にお
いては、抵抗3!!鎖16の各節点とコンパレータ24
A〜24Hが1=1に結線されているため、一般に1次
信号のピッチを2N分割する場合にはN個のコンパレー
タが必要となり、分割数に比例してコンパレータの数が
増加する。 従って、コンパレータを含む回路全体を@積回路(IC
)化する場合、コンパレータの出力が反転する際の比較
入力信号と基準レベルとの電位差等のコンパレータの特
性がばらつき易く、応答速度が悪化する。更に、コンパ
レータには個々に発振防、止用のヒステリシス設定抵抗
等を付加する必要があるため、集積化しても他の回路に
比較して大きくなるので、特に分割数が大きくなるとI
C全体が大型化する等の問題点を有していた。 又、IC化とは別に、コンパレータを並列に多く設ける
回路は、1次信号が瞬間的に変化する場合等に誤計数す
る等、応答速度が悪いという問題点も有していた。
【発明の目的】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、コンパレータの数が減少されてIC化に適すると
共に、1次信号が瞬間的に変化しても追従できる応答速
度の改善された測定装置の分割回路を提供することを目
的とする。
【問題点を解決するための手段】
本発明は、互いに位相の異なる複相の1次信号を抵抗連
11の異なる節点に印加して、別の節点に位相のずれた
2次信号を生成すると共に、これら抵抗連鎖の節点を対
応するコンパレータと接続して、1次信号又は2次信号
を基準レベルと比較することにより、1次信号よりもピ
ッチの細分化された計数信号を出力する測定装置の分割
回路において、前記抵抗連鎖の各節点を、アナログスイ
ッチを介して節点より少数のコンパレータに接続し、該
コンパレータの出力の日延に応じて、クロックパルスに
同期した計数信号を得ると共に、該計数信号をフィード
バックして前記アナログスイッチの選択を切替えるサー
ボ回路を設けることにより、前記目的を達成したもので
ある。 又、本発明の実施R様は、前記コンパレータとして、1
個のコンパレータを共用したものである。
【作用】
本発明は、測定装置の分割回路において、抵抗連鎖の各
節点を、アナログスイッチを介して節点より少数のコン
パレータに接続し、該コンパレータの出力の日延に応じ
て、クロックパルスに同期した計数信号を得ると共に、
該計数信号をフィードバックして前記アナログスイッチ
の選択を切替えるサーボ回路を設けている。従って、コ
ンパレータの数が減少し、IC化に適している。又、1
次信号が瞬間的に変化しても追従でき応答精度が改善さ
れる。 又、前記コンパレータとして、1個のコンパレータを共
用した場合には、コンパレータの数を最少とすることが
できる。
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に及明す
る。 本発明の第1実施例は、前記従来例と同様の16分割の
分割回路に本発明を適用したもので、第1図に示す如く
、前記従来例と同様のバッファアンプ20A、20Bと
、反転アンプ22と、抵抗連鎖16と、参照電圧設定器
26と、発振器32とを有する分;・;す回路12にお
いて、前記抵抗3!!鎖16の各節点a〜hを、それぞ
れ対応するアナログスイッチ40A〜40Hを介して共
用化された1個のコンパレータ42に接続し、該コンパ
レータ42の出力の比較信号J1の日延に応じて、方向
反転回路44、方向弁別回路46及びANDゲート48
A、48Bとラッチ回路48Cとにより、前記発振器3
2出力のクロックパルスCPに同期した計数信号(UP
計数パルス及びDOWN計数パルス)を得ると共に、該
計数信号をフィードバックして前記アナログスイッチ4
0A〜40Hの選択を切替えるサーボ回路としての8進
リングカウンタ50を設けたものである。 検出器から入力される検出信号(1次信号)としては、
三角波や台形波に近い信号もあり得るが、便宜上正弦波
で近似して考え、位相差も90°であると仮定して説明
する。従って、検出器からはA sinθ、As1n(
θ+90” ) =A CO3θの1次信号が分割回路
12に出力されていると考える。 ここでθは変位に対応した位相である。 検出器から入力される1次信号A sinθ、AcO3
θは、それぞれバッファアンプ20A、20Bを介して
入力され、A sinθからは更に反転アンプ22で位
イ■が180@ずれた1次信号A 5in(θ+180
°)=−Asinθが生成されている。 前記抵抗連鎖16は計89の抵抗で構成されており、1
次信号はそれぞれ節点a、e、iに印加されている。抵
抗R1、R2、R3、R4の抵抗値は、その比率が1:
0.707:0.707:1になるように設定されてお
り、これによって、他の節点b −hに発生する2次信
号の位相は、節点aから180’/8=22.5°ずつ
次第にずれるように設定されている。このときの各節点
の信号を第2図に示す、1次信号が測定対象物の変位に
応じて図のように変化すると、2次信号はそれに従って
位相がずれた状態で変化する。この第1実施例では位相
差180゛を8等分しているので、後で述べるように3
60°で16等分になり、16分割が達成される。なお
、検出信号が正弦波でない場合には、抵抗値を調節する
ことで対応できる。 前記抵抗連鎖16の各節点a−hは、対応して設けられ
た計8個のアナログスイッチ40A〜40Hを介して1
個のコンパレータ42の一方の入力に接続され、該コン
パレータ42の他方の入力には基準電圧Vr、この場合
はO■が印加されている。 前記アナログスイッチ40A〜40Hは、例えばMO3
型FETE:″構成されており、いずれも、選択された
状態では抵抗がほぼ零となり、非選択の状態では高抵抗
となって結線が切り離されたと見做される機能を有して
いる。 前記アナログスイッチ40A〜40Hの選択は、サーボ
回路として用いられるている可逆の8進リングカウンタ
50の出力で行われる。このリングカウンタ50は、入
力に応じて出力「1」が移動するものであり、8個のア
ナログスイッチ40A〜40Hは、常に1個だけが選択
されることになる。第2図右側の数字は、左の節点を選
択するためのリングカウンタ50の出力端子の番号を示
したものである。 ある節点と前記コンパレータ42とが導通されていると
きには、その節点の信号レベルが零レベルよりも大きい
とき、比較信号J1が「1」となり、信号レベルが零レ
ベルよりも小さいとき、比較信号J1は「0」となる。 前記8進リングカウンタ50の出力1、出力8は、前記
方向反転回路44にも入力されている。 これは、後で述べるように、出力1から出力8へ、又は
逆に切換わる場合には、コンパレータ42の比較信号J
1が反転するため、該J1が反転しても、前進、後退の
判別が反転しないように反転信号Kを発生ずるなめであ
る。 前記方向反転回路44は、前記8進リングカウンタ50
の出力1が入力されるパルス拡大器44Aと、前記8進
リングカウンタ50の出力8が入力されるパルス拡大器
44Bと、該パルス拡大器44A及び44Bの論理積を
出力するANDゲート44Cと、該ANDゲート44C
の出力に基づいて8進リングカウンタ50の出力が1か
ら8へ又は逆に切替わった場合に反転信号Kを発生する
Tフリップフロップ44Dとから構成されている。 従って、この方向反転回路44からは、8進リングカウ
ンタ50の出力が1から8へ又は逆に切換わった際に、
これを識別するための反転信号Kが出力される。 前記方向弁別回路46は、前記コンパレータ42から入
力される比較信号J1と前記方向反転回路44から入力
される反転信号にの論理積を出力するANDゲート46
Aと、前記比較信号J1の否定及び前記反転信号にの否
定の論理積を出力するANDゲート46Bと、該AND
ゲート46A及び46Bの論理和を加算信号L1として
出力するORゲート46Cと、該ORゲート46Cの出
力を反転し減算信号L2として出力するインバータ46
Dとから構成されている。従って、この方向弁別回路4
6においては、前記比較信号J1及び反転信号Kから、
加算信号L1と減算信号L2が作成される。この方向弁
別回路46の真理値表を下記第1表に示す。 一方、前記発振器32からは、例えば500に七又は4
M)tzのクロックパルスCPが供給されている。従っ
て、加算信号L1が「1」のときにはUPP数パルスが
、減算信号L2が「1」のときにはDOWN計数パルス
が出力される。このUPP数パルスとDOWN計数パル
スとが計数信号を構成している。 前記8進リングカウンタ50には、tJP計数パルスと
DOWN計数パルスとがそれぞれ逆にDN端子、UP端
子に入力されているので、UP計計数パル大入力時はリ
ングカランタラ0の出力が8→7→・・・→1→8のよ
うに回転し、一方、DOWN計数パルス入力時には、8
進リングカウンタ50の出力が1→2→・・・→8→1
のように回転する。 以下、第2図及び第3図を参照して、第1実施例の作用
を説明する。 1次信号が第2図のイ→ロ→イ(停止)→ハ→二−ホの
ように変化するときの分割回路12の各部の信号のタイ
ムチャートを第3図に示す。 イの状態では、リングカウンタ50は端子3が「1」で
、反転信号には「1」とする、この場合、第2図より節
点信号が零以下なので、比較信号J1は「0」であり、
真理値表より加算信号L1は「0」、減算信号L2は「
1」となる。 この後、イ→口の過程で、第2図より節点信号が零以上
となり、比較信号J1は「1」となるため、第3図のよ
うに加算信号L1と減算信号L2が反転する。ここでク
ロックパルスCPが入力されると、UP計数パルスが出
力される。これがリングカウンタ50のDN端子に入力
するので、リングカウンタ50の出力は端子2が「1」
となり、第2図より節点信号が零以下のため、加算信号
L1は「0」、減算信号L2は「1」になるが、変位が
口に達すると再び加算信号L1と減算信号L2が反転す
るので、up′tF数パルスが出力され、リングカウン
タ50の出力は端子1に回転する。 逆に口→イと変位するときは、DOWN計数パルスが出
力され、リングカウンタ50のツカは1→2−3と回転
する。 次に、イで停止しているときは、リングカウンタ50の
出力が端子3、端子4で切替わる毎に、第2゛図より節
点信号が零を横切るため、比較信号L1が「0」と「1
」を繰返し、UP計数パルスとDOWN計数パルスとが
交互に出力されることがわかる。第3図のA部のパルス
が停止時の交互のパルスを示す、このパルスはカウンタ
においては積算されないなめ、計数誤差は計数パルスの
1ピツチ以下となる。 この後、1次信号がイ叫ハ→二と変化するときは、同様
にDOWN計数パルスが出力されて(タイミングによっ
てはUP計数パルスが出力されることもある)、リング
カウンタ50の出力も端子3−4→・・・−8と回転す
る。 ここで更にDOWN計数パルスが出力されて、リングカ
ウンタ50の出力が端子8から端子1に回転すると、第
1図の方向反転回路44が動作して、反転信号Kが第3
図のに1で示すように信号レベル「0」となる、この位
置では、第2図より節点信号は零以上で比較信号J1は
「1」であるが、反転信号Kが「0」であるため、真理
値表より加算信号L1は「0」、減算信号L2は「1」
となり、クロックパルスCPの入力によってDOWN計
数パルスが出力される。従って、反転信号Kが無い場合
には変位が後退しているにも拘らず、リングカウンタ5
0の出力が8から1に回転する際にはUP計数パルスが
出力されて誤計数することがわかる。これは、リングカ
ウンタ5oの出力がUP計数パルスの入力によって端子
1から端子8に回転する際にも同様であり、反転信号K
が重要な役割を果していることがわかる。更に、計数パ
ルスは、位相が180’/8変化する毎に1パルス出力
されるので、全体で16分割されているのがわかる。 次に、1次信号の位40が瞬間的に90°程度変化した
場合を考えてみる。この場合は、クロックパルスCPの
入力毎に計数パルスが出力されて、リングカウンタ50
の出力を回転してコンパレータ42の出力を反転するま
で続けるだけであり、計数は追従できることがわかる。 但し、瞬間的な変化が180°を超える場合には追従で
きなくなる。 更に、応答速度はクロックパルスCPの周波数まで許容
できることがわかる。 この第1実施例においては、コンパレータ42が最少a
1個とされているため、特にIC化に適している。 又、アナログスイッチ40A〜40HがMOS型FET
で構成されているため、IC化には最適であり、分割数
が100程度でもそれほど大きくならない。 更に、8進リングカウンタ50からなるサーボ回路で計
数信号をフィードバックしてアナログスイッチ40A〜
40Hを切替えているので、瞬間的な1次信号の変化に
も追従でき、応答速度もクロックパルスCPの周波数ま
で許容できる。 なお、この第1実施例では、停止時にもtJP計数パル
スとDOWN計数パルスが交互に出力されてしまうが、
分割回路12の出力側に付加して、これを除去するため
のダンパ回路の例を第4図に示す。 このダンパ回路60は、負論理入力でエツジトリガをの
R−Sフリップフロップ60Aを用いたもので、該R−
Sフリップフロップ60Aと、該R−Sフリップフロッ
プ60Aの端子Qの出力とUP計数パルスの論理積を新
たなUP計数パルスUP′とじて出力するANDゲート
60Bと、前記R−Sフリップフロップ60Aの端子Q
の出力とDOWN計数パルスの論理績を新たなり OW
N計数パルスDOWN’として出力するANDゲート6
0Cとから構成されている。 このダンパ回路60の作用は第5図に示す如くであり、
停止時でUP計数パルスとDOWN計数パルスとが交互
に入力される場合には、パルスの立ち下がりでR−Sフ
リップフロップ60Aがセット、リセットを繰返すので
、出力側では交互のパルスが除去されていることがわか
る。 このダンパ回路60を前記第1実施例の分割回路12の
出力(11’に付加した場合には、停止時に計数パルス
が交互に出力されるのを防止することができる。 次に、本発明の第2実施例として、検出信号(1次信号
)のピッチを8分割した計数信号を出力する分割回路の
例をm6図に示す。 この第2実施例においては、前記第1実施例と同様のバ
ッファアンプ2OAの出力を反転するバッファアンプ2
2Aの他にバッファアンプ20Bの出力を反転するバッ
ファアンプ22Bを追加し、1次信号としてA sin
θ、A COSθ、−A s”inθ、−Acosθの
41fflの信号を抵抗連鎖16に印加している点、更
に、A sinθは2つの節点に印加している点、又、
コンパレータが2個(42A、42B>設けてあり、サ
ーボ回路としては、3ビツトの可逆2進カウンタ62と
デコーダ64を用いている点が前記第1実施例と異・な
る。 又、8分割では90°を2分割すればよいので、抵抗連
fii16の抵抗値は全て同一値Rとされている。 更に、第1実施例の方向反転回路が省略されている。こ
れは、抵抗連鎖16の各節点の信号がOo、45°、・
・・360°=0°と変わっているため、デコーダ64
の出力が端子8から端子1に切替わっても位相が変化せ
ず、方向弁別回路66に位相反転信号を送出する必要が
ないためである。 又、コンパレータ42A、42Bの出力は一■にプルダ
ウンしであるため、アナログスイッチ40A〜40Hが
選択されていない場合でも、比較信号J1、J2は「0
」になる、従って、方向弁別回路66においては、比較
信号J1とJ2の論理積をとり、その「1」又は「0」
に応じて加算信号L1又は減算信号L2を「1」に設定
することによって、計数信号であるUP計数パルス又は
DOWN計数パルスが得られる。 なお前記実施例においては、いずれも、1次信号は位相
が90°異なる2相伝号とされていたが、1次信号の数
及び位相差はこれに限定されず、2相以上であればよい
。 又、分割数も、前記第1実施例では16分割、第2実施
例では8分割とされていたが、分割数はこれらに限定さ
れず、2分割以上のH分割であってもよい。 更に、前記実施例においては、いずれも1次信号が正弦
波とされていたが、1次信号の形はこれに限定されず、
例えば三角波や台形波等信の形状であってもよい、この
ように形状が異なる場合には、抵抗連鎖の抵抗値をyJ
ilBすることで容易に対応できる。 【発明の効果] 以上説明した通り、本発明によれば、抵抗連鎖の複数の
節点を、アナログスイッチを介して節点より少数のコン
パレータに入力するようにしたので、コンパレータの数
を抵抗連鎖の節点の数より少なくすることができ、特に
IC化に適している。 又、計数信号をサーボ回路によりフィードバックしてア
ナログスイッチを選択するようにしているので、1次信
号が瞬間的に変化しても追従でき、応答速度を改善する
ことができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る測定装置の分割回路の第1実施
例の構成を示す回路図、第2図は、第1実施例における
抵抗連鎖の各節点での信号波形の例を示す線図、第3図
は、第1実施例における各部信号波形の例を示す線図、
第4図は、第1実施例に付加するのに好適なダンパ回路
の構成を示す回路図、第5図は、前記ダンパ回路の各部
信号波形の例を示す線図、第6図は、本発明の第2実施
例の構成を示す回路図、第7図は、本発明が適用される
測定装置の全体糀成の例を示すブロック線図、第8図は
、抵抗連鎖を用いた分割回路の原理を示す回路図、第9
図は、従来の抵抗分割回路の例を示す回路図である。 10・・・検出器、 12・・・分割回路、 14・・・カウンタ、 16・・・抵抗連鎖、 a−h・・・節点、 32・・・発振器、 CP・・・クロックパルス、 40A〜40H・・・アナログスイッチ、42.42A
、42B・・・コンパレータ、Jl、J2・・・比較信
号、 50・・・8進リングカウンタ、 Ll・・・加算信号、 L2・・・減算信号、 62・・・2!!カウンタ、 64・・・デコーダ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)互いに位相の異なる複相の1次信号を抵抗連鎖の
    異なる節点に印加して、別の節点に位相のずれた2次信
    号を生成すると共に、これら抵抗連鎖の節点を対応する
    コンパレータと接続して、1次信号又は2次信号を基準
    レベルと比較することにより、1次信号よりもピッチの
    細分化された計数信号を出力する測定装置の分割回路に
    おいて、前記抵抗連鎖の各節点を、アナログスイッチを
    介して節点より少数のコンパレータに接続し、該コンパ
    レータの出力の日延に応じて、クロックパルスに同期し
    た計数信号を得ると共に、 該計数信号をフィードバックして前記アナログスイッチ
    の選択を切替えるサーボ回路を設けたことを特徴とする
    測定装置の分割回路。
  2. (2)前記コンパレータとして、1個のコンパレータが
    共用されている特許請求の範囲第1項記載の測定装置の
    分割回路。
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JP (1) JPH0812081B2 (ja)

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JPH0812081B2 (ja) 1996-02-07

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