JPS63212817A - 変位変換器 - Google Patents
変位変換器Info
- Publication number
- JPS63212817A JPS63212817A JP4715187A JP4715187A JPS63212817A JP S63212817 A JPS63212817 A JP S63212817A JP 4715187 A JP4715187 A JP 4715187A JP 4715187 A JP4715187 A JP 4715187A JP S63212817 A JPS63212817 A JP S63212817A
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- JP
- Japan
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- code plate
- light
- displacement
- sine wave
- signals
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は符号板に所定ピッチの配列で形成された透光ス
リットに光を照射し、この透光スリットの通過光をもと
にして符号板の変位を検出する光学式の変位変換器の改
良に関するものである。
リットに光を照射し、この透光スリットの通過光をもと
にして符号板の変位を検出する光学式の変位変換器の改
良に関するものである。
［従来の技術］
従来、光学式の変位変換器としては、透光スリットの形
状が矩形状になったものがあった。
状が矩形状になったものがあった。
［発明が解決しようとする問題点］
しかし、矩形状の透光スリットでは、スリットの通過光
の空間的分布が矩形状になるため、通過光の検出手段に
も矩形状の光が当たり、検出信号は原理的に高調波成分
を含んだものになる。寸なわら、検出信号は第７図のｄ
に示すように矩形に近いものになる。第７図では縦軸に
検出信号、横軸に変位をとっている。ここで横軸の変位
は、光の検出手段に７オトダイオードアレイを用いた場
合は、フォトダイオードの番号に相当するものである。
の空間的分布が矩形状になるため、通過光の検出手段に
も矩形状の光が当たり、検出信号は原理的に高調波成分
を含んだものになる。寸なわら、検出信号は第７図のｄ
に示すように矩形に近いものになる。第７図では縦軸に
検出信号、横軸に変位をとっている。ここで横軸の変位
は、光の検出手段に７オトダイオードアレイを用いた場
合は、フォトダイオードの番号に相当するものである。
この検出信号は第７図のａに示ずような基本波成分とす
、ｃ・・・に示すような３次、５次・・・の高調波成分
を加えたものである。このため、検出信号は位置誤差の
要因になる高調波成分を含んだものになる。
、ｃ・・・に示すような３次、５次・・・の高調波成分
を加えたものである。このため、検出信号は位置誤差の
要因になる高調波成分を含んだものになる。
このＪ：つな変位変換器をモータの回転速度の制御装置
に用いると、位置及び速度信号にリップルが含まれるた
め、モータの回転が円滑でなくなる。
に用いると、位置及び速度信号にリップルが含まれるた
め、モータの回転が円滑でなくなる。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のであり、変位の検出信号が原Ｉｊｌｌ的に高調波成分
を含むことがなく、検出誤差が小さい変位変換器を実現
することを目的、とする。
のであり、変位の検出信号が原Ｉｊｌｌ的に高調波成分
を含むことがなく、検出誤差が小さい変位変換器を実現
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、
符号板に所定ピッチの配列で形成された透光スリットに
光を照射し、この透光スリットの通過光をもとにして前
記符号板の変位を検出する変位変換器において、 前記透光スリットが正弦波形状になっていることを特徴
とする変位変換器である。
光を照射し、この透光スリットの通過光をもとにして前
記符号板の変位を検出する変位変換器において、 前記透光スリットが正弦波形状になっていることを特徴
とする変位変換器である。
［実施例］
以下、図面を用いて本発明を説明する。
第１図は本発明にかかる変位変換器の一実施例の構成図
である。
である。
図で、１は円板状の符号板、２はこの符号板１に所定ピ
ッチで円周方向に複数個配列された正弦波形状の透光ス
リット、３は光源、４は光源３からの光ビームを平行ビ
ームにするためのレンズ、５は透光スリット２を通った
光（スリット像）を受光するイメージセンサでここでは
８個のフォトダイオード５１〜５ｅがアレイ状に配列さ
れたフォトダイオードアレイである。６は信号処理部で
あり、フォトダイオード５１〜５日の検出信号を一定の
タイミングで順次取出し符号板１の回転を検出する。
ッチで円周方向に複数個配列された正弦波形状の透光ス
リット、３は光源、４は光源３からの光ビームを平行ビ
ームにするためのレンズ、５は透光スリット２を通った
光（スリット像）を受光するイメージセンサでここでは
８個のフォトダイオード５１〜５ｅがアレイ状に配列さ
れたフォトダイオードアレイである。６は信号処理部で
あり、フォトダイオード５１〜５日の検出信号を一定の
タイミングで順次取出し符号板１の回転を検出する。
フォトダイオード５１〜５日の配列ピッチは、第２図に
示すように透光スリット２の配列ピッチＰと等しくなっ
ている。透光スリット２は実際は円周に沿って配列され
ているが、第２図では説明の都合上スリット配列の展開
図を示す。
示すように透光スリット２の配列ピッチＰと等しくなっ
ている。透光スリット２は実際は円周に沿って配列され
ているが、第２図では説明の都合上スリット配列の展開
図を示す。
ここで、透光スリット２の形状について説明する。
第３図は透光スリット２の形状を示した図である。図で
、０は符号板１の回転中心、Ｘ、Ｙは点Ｏを中心とする
直交座標系の座標軸である。
、０は符号板１の回転中心、Ｘ、Ｙは点Ｏを中心とする
直交座標系の座標軸である。
図の各記号は次のとおりである。
Ｎ：１周内のスリットの個数
Ｒニスリットの内側の円の半径
２に＝スリットの外側と内側の半径差
Ａニスリットの内側の円上の点
Ｂ：１分ＡＯの延長線と正弦波形状部分の交θ：ｌ！分
ＡＯとＸ輪のなす角 ｔ：点ＡのＸ座標 （Ｘ、Ｖ）：点Ｂの座標 （ｘ’ 、 ｙ’ ） ：点Ａの座標 ０≦θ≦π／２について考えると、 ｎｌに（冒４Ｎｏ） となる。よって、ｘ、ｙは次式で表わされる。
ＡＯとＸ輪のなす角 ｔ：点ＡのＸ座標 （Ｘ、Ｖ）：点Ｂの座標 （ｘ’ 、 ｙ’ ） ：点Ａの座標 ０≦θ≦π／２について考えると、 ｎｌに（冒４Ｎｏ） となる。よって、ｘ、ｙは次式で表わされる。
入；ｔ
】
〈；ｔ
イニル可工
点Ａと８の軌跡によって囲まれた部分が透光スリットに
なる。
なる。
これはπ／２≦θ≦２πの範囲についても同様である。
第４図は本発明にかかる変位変換器の応用例を示した図
である。第４図で第１図と同一のものは同一符号を付け
る。
である。第４図で第１図と同一のものは同一符号を付け
る。
図で、符号板１はモータの〇−タＭに取付けられている
。符号板１には所定のピッチで配列された２段の位置検
出用の透光スリット列が設けられている。これらのスリ
ット列の透光スリットは正弦波形状で、外側のスリット
列には０１個の透光スリット７が設けられ、内側の透光
スリット列には０２個の透光スリット８が設けられてい
る。そして、ｎｌ−ｎ２はモータの歯数になるように設
定されている。
。符号板１には所定のピッチで配列された２段の位置検
出用の透光スリット列が設けられている。これらのスリ
ット列の透光スリットは正弦波形状で、外側のスリット
列には０１個の透光スリット７が設けられ、内側の透光
スリット列には０２個の透光スリット８が設けられてい
る。そして、ｎｌ−ｎ２はモータの歯数になるように設
定されている。
これらの透光スリット７と８はモータのロータとステー
タの歯の位置ずれを検出するために設けられたちのであ
る。これらの透光スリット７と８の史に外側には原点検
出用の透光スリット９が設けられている。また、これら
のスリット７〜９には平行光が照射される。
タの歯の位置ずれを検出するために設けられたちのであ
る。これらの透光スリット７と８の史に外側には原点検
出用の透光スリット９が設けられている。また、これら
のスリット７〜９には平行光が照射される。
１０と１１は透光スリット７と８を通った光（スリット
像）を受光するイメージセンサであり、例えば８個のフ
ォトダイオードをアレイ状に配列フォトダイオードアレ
イである。１２は透光スリット９を通った光を検出する
検出手段で例えば２個のフォトダイオードからなる。
像）を受光するイメージセンサであり、例えば８個のフ
ォトダイオードをアレイ状に配列フォトダイオードアレ
イである。１２は透光スリット９を通った光を検出する
検出手段で例えば２個のフォトダイオードからなる。
次に信号処理回路６の構成について説明する。
信号処理回路６で、フォトダイオードアレイ１０．１１
の８個のフォトダイオードからの信号を、フォトダイオ
ードの配列順に従って一定のタイミングで取出していく
スイッチである。スイッチのオン・オフはシフトレジス
タ８１．８２がその入力周波数ｆに応じて行う。
の８個のフォトダイオードからの信号を、フォトダイオ
ードの配列順に従って一定のタイミングで取出していく
スイッチである。スイッチのオン・オフはシフトレジス
タ８１．８２がその入力周波数ｆに応じて行う。
６０１．６０２はＯＰアンプであり、各スイッチＳＷ１
〜ＳＷ８を介して印加される信号を増幅する。
〜ＳＷ８を介して印加される信号を増幅する。
６０３．６０４はＯＰアンプ６０１，６０２の出力の低
周波成分を抽出するローパスフィルタ（以下、Ｌ Ｉ）
Ｆとする）、６０５．６０６はＬＰＦ６０３．６０４
の出力を波形整形するコンパレータ、６０７，６０８は
コンパレータ６０５．６０Ｇの出力波形の周期をカウン
トする周期カウンタ、６０９はコンパレータ６０５．６
０６の出力波形の位相差をカウントする位相差カウンタ
である。
周波成分を抽出するローパスフィルタ（以下、Ｌ Ｉ）
Ｆとする）、６０５．６０６はＬＰＦ６０３．６０４
の出力を波形整形するコンパレータ、６０７，６０８は
コンパレータ６０５．６０Ｇの出力波形の周期をカウン
トする周期カウンタ、６０９はコンパレータ６０５．６
０６の出力波形の位相差をカウントする位相差カウンタ
である。
カウンタ６０７〜６０９の出力が回転検出信号となり、
この回転検出信号をもとにモータの駆動が制御される。
この回転検出信号をもとにモータの駆動が制御される。
次に、このような回路の動作について説明する。
スイッチＳＷ１〜ＳＷ８のスキャン周波数は８ｆｓ （
ｆｓはＬＰＦ６０４，６０５の出力波形の周波数）に設
定されている。
ｆｓはＬＰＦ６０４，６０５の出力波形の周波数）に設
定されている。
外側の透光スリット７を通過した光はフォトダイオード
アレイ１０で検出し、内側の透光スリット８を通過した
光はフォトダイオードアレイ１１で検出する。これらフ
ォトダイオードアレイの検出信号を８ｆｓの周波数で走
査すると、ローパスフィルタ６０３．６０４を通過した
信＠ｆ＋（ｔ）、ｆ２ （ｊ＞は次のようになる。
アレイ１０で検出し、内側の透光スリット８を通過した
光はフォトダイオードアレイ１１で検出する。これらフ
ォトダイオードアレイの検出信号を８ｆｓの周波数で走
査すると、ローパスフィルタ６０３．６０４を通過した
信＠ｆ＋（ｔ）、ｆ２ （ｊ＞は次のようになる。
ｆ＋ （ｔ）＝Ａ＋ ５ｉｎ（ωｔ＋ｒ＋、θ） ■
ｆ２ （ｔ＞−Ａ２ Ｓ ｔ ｎ （ωｔ＋ｎ２θ）
■Ａ＋、Ａ２：定数、θ：符号板の回転角ω−２πｆ５ 両方の信号の位相差φは、 φ −（ｎ＋ ｎ ２ ） θ
■となる。
ｆ２ （ｔ＞−Ａ２ Ｓ ｔ ｎ （ωｔ＋ｎ２θ）
■Ａ＋、Ａ２：定数、θ：符号板の回転角ω−２πｆ５ 両方の信号の位相差φは、 φ −（ｎ＋ ｎ ２ ） θ
■となる。
ここで、位相差φと符号板の回転角θの関係について説
明する。
明する。
例えば、外側のスリット数ｎ、が８個で内側のスリット
数ｎ２が６個の場合について説明する。
数ｎ２が６個の場合について説明する。
この場合、モータの歯数ｎは８−６から２個に設定する
。
。
この場合の７オトダイオードアレイ１０と１１の検出信
号とモータの回転角の関係は第５図（ａ）と（ｂ）のよ
うになる。
号とモータの回転角の関係は第５図（ａ）と（ｂ）のよ
うになる。
図に示すように、これらの検出信号のずれ（電気角）は
符号板１の実際の回転角θ（機械角）に比例してφ首、
φ２・・・と増えていく。
符号板１の実際の回転角θ（機械角）に比例してφ首、
φ２・・・と増えていく。
符号板がθだけ回転したときの両方の検出信号のずれφ
は、■式より、次のようになる。
は、■式より、次のようになる。
φ−（８−６）θ
一方、符号板１がθだけ回転するとモータのロータもθ
だけ回転する。モータの歯数は２個であることから、モ
ータのロータとステータの歯は電気角にして２θだけ角
度がずれたことになる。すなわち、符号板で検出された
位相差がモータのロータとステータの歯の電気角のずれ
に相当する。
だけ回転する。モータの歯数は２個であることから、モ
ータのロータとステータの歯は電気角にして２θだけ角
度がずれたことになる。すなわち、符号板で検出された
位相差がモータのロータとステータの歯の電気角のずれ
に相当する。
これをもとにしてモータのロータとステータの歯の位置
関係を検出し、さらにこの位置関係をもとにモータを転
流制御する。
関係を検出し、さらにこの位置関係をもとにモータを転
流制御する。
なお、本発明にかかる変位変換器の検出対象はモータの
回転以外であってもよい。
回転以外であってもよい。
また、本発明にかかる変位変換器は回転変位を検出する
ものに限らず直線方向の変位を検出するものであっても
よい。
ものに限らず直線方向の変位を検出するものであっても
よい。
［効果］
本発明によれば、透光スリットが正弦波形状になってい
るため、フォトダイオードアレイに当たる光も正弦波形
状になる。フォトダイオードは光が当たる面積に応じた
出力を発生するため、変位変換器の検出信号は、第６図
に示すようにフォトダイオード５１〜５８の配列に沿っ
て基本波に近い正弦波状になる。これによって、変位変
換器の検出信号は高調波成分を含まない高精度の信号に
なる。
るため、フォトダイオードアレイに当たる光も正弦波形
状になる。フォトダイオードは光が当たる面積に応じた
出力を発生するため、変位変換器の検出信号は、第６図
に示すようにフォトダイオード５１〜５８の配列に沿っ
て基本波に近い正弦波状になる。これによって、変位変
換器の検出信号は高調波成分を含まない高精度の信号に
なる。
このような変位変換器をモータの回転速度のｌす御に用
いると、モータを滑かに回転させることができる。
いると、モータを滑かに回転させることができる。
第１図は本発明にかかる変位変換器の一実施例の構成図
、第２図は第１図の変換器のフォトダイオードアレイと
透光スリットの配列関係を示した図、第３図は第１図の
変換器のスリット形状の説明図、第４図は第１図の変換
器の応用例を示した図、第５図は第４図回路の動作説明
図、第６図は本発明にかかる変位変換器の出力信号の波
形を示した図、第７図は従来の変位変換器の検出信号の
波形の一例を示した図である。 １・・・符号板、２・・・透光スリット、３・・・光源
、４・・・レンズ、５・・・イメージセンサ。 第１図 第６図 第７図
、第２図は第１図の変換器のフォトダイオードアレイと
透光スリットの配列関係を示した図、第３図は第１図の
変換器のスリット形状の説明図、第４図は第１図の変換
器の応用例を示した図、第５図は第４図回路の動作説明
図、第６図は本発明にかかる変位変換器の出力信号の波
形を示した図、第７図は従来の変位変換器の検出信号の
波形の一例を示した図である。 １・・・符号板、２・・・透光スリット、３・・・光源
、４・・・レンズ、５・・・イメージセンサ。 第１図 第６図 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 符号板に所定ピッチの配列で形成された透光スリットに
光を照射し、この透光スリットの通過光をもとにして前
記符号板の変位を検出する変位変換器において、 前記透光スリットが正弦波形状になっていることを特徴
とする変位変換器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4715187A JPS63212817A (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | 変位変換器 |
| US07/160,557 US4843292A (en) | 1987-03-02 | 1988-02-25 | Direct drive motor system |
| KR1019880002113A KR910000099B1 (ko) | 1987-03-02 | 1988-02-29 | 직접 구동 모우터 시스템 |
| GB8804822A GB2202649B (en) | 1987-03-02 | 1988-03-01 | Direct drive electric motor system |
| DE3806752A DE3806752A1 (de) | 1987-03-02 | 1988-03-02 | Direktantriebsmotoranordnung |
| FR888802659A FR2613886B1 (fr) | 1987-03-02 | 1988-03-02 | Ensemble de moteur electrique a commande directe pour robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4715187A JPS63212817A (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | 変位変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63212817A true JPS63212817A (ja) | 1988-09-05 |
Family
ID=12767091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4715187A Pending JPS63212817A (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | 変位変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63212817A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006071624A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 光学位置測定装置 |
| JP2015200676A (ja) * | 2011-10-31 | 2015-11-12 | 日本精工株式会社 | 光学スケール及び光学式エンコーダ |
| CN109769407A (zh) * | 2016-08-16 | 2019-05-17 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于估计电动机中转子位置的光学传感器和方法、及包括光学传感器的电动机 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5023618A (ja) * | 1973-07-02 | 1975-03-13 | ||
| JPS58123160A (ja) * | 1982-01-19 | 1983-07-22 | Tamagawa Seiki Kk | 光学式関数発生器 |
| JPS61182522A (ja) * | 1985-02-08 | 1986-08-15 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | リニアスケ−ル測定装置 |
-
1987
- 1987-03-02 JP JP4715187A patent/JPS63212817A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5023618A (ja) * | 1973-07-02 | 1975-03-13 | ||
| JPS58123160A (ja) * | 1982-01-19 | 1983-07-22 | Tamagawa Seiki Kk | 光学式関数発生器 |
| JPS61182522A (ja) * | 1985-02-08 | 1986-08-15 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | リニアスケ−ル測定装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006071624A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 光学位置測定装置 |
| JP2015200676A (ja) * | 2011-10-31 | 2015-11-12 | 日本精工株式会社 | 光学スケール及び光学式エンコーダ |
| US9410858B2 (en) | 2011-10-31 | 2016-08-09 | Nsk Ltd. | Optical scale having wires, method for manufacturing optical scale having wires,and optical encode |
| CN109769407A (zh) * | 2016-08-16 | 2019-05-17 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于估计电动机中转子位置的光学传感器和方法、及包括光学传感器的电动机 |
| CN109769407B (zh) * | 2016-08-16 | 2022-04-15 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于估计电动机中转子位置的光学传感器和方法、及包括光学传感器的电动机 |
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