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    公开号:WO1985004710A1
    申请号:PCT/JP1985/000200
    申请日:1985-04-15
    公开日:1985-10-24
    发明作者:Hiroyuki Uchida
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G01D5-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 香
    [0002] 光学式 β—タ ーェン 3 —ダ装置
    [0003] Γ 技街分野 J
    [0004] 本発明はエ コーダ装置に関する ものであ ] 、 さ らに錚し《 言えば、 光フ ァイ バを用 てイ ン ク リ メ ンタ ル彤ェン -ーダ装置を構成させ、、該ヱンコーダ装 置の出力をアブゾ 9 »— ト形式で出力する よ うにし、 さ らに該エ ン コーダ装置の出力が回転軸の回転回数 及び園転方向をア ブ ソ 9 ー 形式で出力すること が可能な光学式ロ ータ 9 一 ンコーダ装置に関する。
    [0005] Γ 背絷技術 J
    [0006] 光学式 β—タ リ 一エ コーダは数値制御装置 （NC) 等の移動する作業機械の精密な位置検出等に広く 用 られて る β ェ 3—ダはその用途上、 一般に温 度条件が悪く また慮埃等が多^と う環境が必ずし も 良 く な 現場に設置される場合が多 》 また、 ェ ン -ーダから、 その位置検出信号を制御等に用 る
    [0007] N eの制御装置等までの間は数十メー ト ル ¾上も維 れて る場合が多 · 在来のエ ン コーダは、 例えば 発光ダイ ォー からの射出光を回転板に設けられた ス ， トを通してプ ォ ト ダイ ォー P等の受光素子で 受け、 受光素子の信号を信号 ^理して回転板の回転 位置信号と して出力するため、 検出現場に設置され たエ ン コーダ内に上記発光ダイ オー 、 7 オ トダイ ォー P及び信号 ¾理するための回路が驭容されて る · このよ な在来のエンコーダにお ては、 上記 信号 理闥路が一般に半導体素子で^成されて D， エ —ダの設置場所が高溫度になると、 信号 理 回路が正常に作動しなく なると う問題がある β
    [0008] また信号 ½理回路 らの出力は一 « IC、 例えば 5 VDC程度の低レペ の信号であるから、 制裤装置ま での钜離が長 と、 特に «力ケーブル等からの、 電 気的雑音を受ける可能性が高 と う問 Sがあ ¾ · の問題に対しては徒来計装の問題と して種 *の対 策、 锊ぇぱ対よ シール Ρケーブ を用 、 且つ « 力ケーブル等から離す等の対策が採られて るが、 錢费がかか 、 また相当底介である。
    [0009] 一方ェ 3—ダにはィ ンタ メ タ 彤のものと ア ブヅ 9 *一 ト彤のものがある， 前者は前述したよ うに、 作業捩械の移動を検出するための回転轴に固 定 れた園転梗に、 回転板の周囲に沿って等間隔で 遮光部及び透光部 （ス 9 ， ) を設け、 園転梗のー 方の «から発光ダイ オー を発光させ、 回転梗の他 方の镅に : 7 * ト ダイ ォー を設け、 回転軸の回転と 共に回転板の透光部を通した発光ダイ ォー からの 射 ¾光を 7 * トダイ オー で受け、 回転板が正回転 の場合はイ ク 9 メ ンタルな僂号、 逆回転の場合は デタ メ タ な信号を ffi力するよ $にして る · —方後者は、 回転板の半径方向にそれぞれ所定の ター の透光チ ャ ネルを複数列、 円周に沿クて設け —方の镅に発光ダイ ォー を設け、 それぞれの透光 チ ャ ネルを通して発光ダイ ォー の射出光を透光チ ネルに等し フ ォ ト ダイ オー 列で受けて、 フ ： ί· ト ダイ ォー の受光信号の組合せによ 函転軸の位 置を一義的に、 すなわちァズソ 》— ト形式で出力 するものである。
    [0010] ィ ン タ メ ン タル形エン コ ーダは一殺に回転梗等 の構造が簡単で、 信号 理回路も簡単になると う 利点がある。 しかしながら、 通常、 制御装置おから 黧潔が供給されて 、 制御 ¾潔のしゃ蹐又は俘止 と共 IC回転板の位置信号が喪失し、 電潔再投入時に お て再度基準位置から計数し直さな と回転梗の 位 gが判らな と ^問題がある · 一方アブゾ リ * 一 ト形エン コーダは鴛涿しゃ新後の再投入時であつ ても フ ォ トダイ ォー 列の受光 ター によ ]>回転 板の位置が即座に判ると う利点を有するが、 回転 板の構造が複雑であ 、 受光素子数が多 <、 信号 ½ 理回路が複雑になると 問題がある ·
    [0011] また ずれのエ コーダにお ても、 発光素子と して例えば発光ダイォー P、 受光素子と してプ * ト ダイ オー ト *等を用 るが、 発光ダイ オー は指向性 が強く 、 プ ォ ト ダイ ォー にお て良好な受光特性 得られるよ うにするため、 シンク Bス 3—： 7*等で 観察しながら、 三 ¾元的に儲 詞筘しなければな = らず、 組立調整が厄介で ると う問題がある * 同 様に回耘梗が釉心に対して橱心して な tとを検
    [0012] 5 査するための顕微鏡検査、 固定ス 9 ， トの位招合せ のための顕锼鏞検査等の調整 ， 検査が必要である。
    [0013] さ らに上述の在来のィ ノ、 タ 9 メ ^ ル形及びアブ ク 》— ト形ェ —ダの両者の ずれも、 回転板 の 1 回転内の回転位置のみそ検出するよ にして ιβ 、 ェン = ーダの出力と して回転梗の囫耘回数その ものを記億 （保持 ） して な ので、 作業機械の全 体的な移動钜孃を算出する場合は、 饲ぇぱ N Cの制 銜装置镅で行なわなければならず、 エンコーダから の出力信号のみでは必要とする位置信号が得られな と $問題がある * 徒って、 総合的な信号 理と 観点から問題が提起されて る。
    [0014] また、 比較的髦カ消費が大き と う問題がある *
    [0015] '発 與 の 開 示,
    [0016] 本発钥の第一の目的は、 温度、 電気的雑音等の影 28 謇を受け難 射環境性に富むェ 3—ダ装置を提供 する 2：とにある。
    [0017] 本発明の第二の目的は、 容易に組立調整が可能な エンコーダ装置を提供することにある。
    [0018] 2* 本発明の第 の目的は、 簡単な構造且つ比較的筒 単な回路にょ 乡回転梗の位置、 回転回数及び回転方 向がア ソ »— ト形式で出力し得るェン =»—ダ装 置を提供する とにある *
    [0019] 本発明の他の目的は、 ま 電力消鱟の少な ェン コーダを提供するとと * ある ·
    [0020] 本発钥のさ らに他の目的は、 保守性に富むェン 3 ーダ装置を提供する とにある - 本発明の上 S目的を達成するため、 本発明は下記 に举げるよ うな技術的思想に基づ て る。
    [0021] まず第 1 の点は、 ェ yコーダ機構都は上述の如く イ タ メ ン タル形式の構造の筒単なものとし、 圆 路技術に基づ て、 実質的にアブソ »— ト形式の 出力を得るよ うにする *
    [0022] 第 2の点と しては、 在来の発光ダイオー 及びプ * ト ダイ ォ一 P等 発光素子及び受光素子を回転板 の両僳に直接対向して設けず、 組立調整が容易な形 態で光 7 ア イバケー ズ を介して発光 · 受光を行な わせる とと し、 光： 7アイパケーブルをェン 3—ダ 装置の機構部内に回転板をはさんで対向的に装着す る * また発光素子、 受光素子及び信号 理 Θ路を光 フ ァ イ バ · ケーブルを用いることによ ]> 、 ェン 3 — ダ機構部が設置される現場から隔てた、 例えば制御 装置内に設置し得るよ にす
    [0023] その他と しては、 回路技街に基づいて、 回転板の 回転囫数、 回転方向 得られるょ にし、 さらに、 電力消費の少な ものとする · さらに、 エ ン コーダ シ スチ Aと して総合 ¾な観点から、 轻済的、 保守性 信頼性にすぐれたシスチ A構成を構桀する と等で s ある ·
    [0024] 锭つて本発明の基本形態と して、 回転輸に固定さ れ円周に沿 て所定 間隔で複教の透光域及び遮光 域が連読して設けられた園転梗、 該回転板の一方の 倒から発光素子からの光を導びき銪記透光域及び速 ιβ 光 ¾を照光するよ うに設けられた第 1 の光フ τィパ 手段、 前記回転板の他方の镯に設けられ銪¾回転板 の透光 ¾を通過した光を厨定のス リ - トを介して受 ける第 2及ぴ翥 3の光 7アイバ手段であ て第 3 光フ ァ イ バ手段が第 2 の光 7 ア イ バ手段に ¾し所定
    [0025] 15 の位相差をも て翁 ¾翳転板の回転位置を検出する よ うに £置されて るもの、 を具傢するエ ン コーダ 装置が提供される《
    [0026] 図 面 の 簡 单 な 説 明，
    [0027] 第 1 図は本発明の一実歲^と して《D ェ 3 —ダ装 2 & 置の概珞図、 、
    [0028] 第 2図は第 1 図エ ン コーダの回転梗及び光: r Tィ バケーズルの取付位置関係を示す図、
    [0029] 第 a図は第 1 図の信号 理回路の一锊を示す図、
    [0030] M 第 4 図は複数の僂号 ¾理回路を示す図、 第 5 図は第 i 図の僂号 理回路の他の例を示す図 第 6 図は第 5 図の回路のタ イ ミ ング図、
    [0031] 第 7図は第 5 図に図示のデコーダの回路図、 第 8 図は第 5 図回路の変形例を示す図、
    [0032] 第 9 図は第 8 図回路のタ イ ί ン グ図、
    [0033] 第 1 0 図は複教の信号処理回路を用 た場合の接 続図、 である》
    [0034] 「 発明を実施するための最良の形態 J
    [0035] 本発明の好適実施例につ て添付図面を参照して 下記に述べる *
    [0036] 第 1 図は本発明の実旛例と してのエ コーダ装置 の概略的な構成図を示す · 第 1 図にお て当該ェン 3—ダ装置は機構部 1 、 信号 理回路 3 0、 及び電 源 2 0から構成されて る · 機構部 i は、 第 i 図に その新面図を示すよ うに、 位置を検出すべき N C等 の作業機械の移動に応じて回転する回転シ ャ フ ト 2 該圔転 ャ ； 7 トに固定された回転板 S 、 回転シ ャ 7 ト 2が貫通する穴が設けられたフ ラ ン ヅ 3 、 該 7 ラ に装着された環状固定ス リ ， ト台 4 、 該固定ス 9 サ ト 台上に設けられた固定ス y ト * 、 及び、 回転梗 S を挟んで環状固定ス ， ト合 4 と対向して 設けられた環状光 7 τィパ固定合 5から成る ·
    [0037] 第 2 図に回転板 6の正面図を示す · 回転板 βは中 心軸 0から半径 Rの円周に沿 て一定の間痛で透光 部（ ス ， ト ) 6 1 と遮光蓀 6 2 とが ¾耪して設け られて る β
    [0038] 光フアイバ固定合 5には、 回転 ¾ 6の透光部 6 1 及び遮光部 6 2の上記円周上に対 Sして 彤貫通穴 5 1 1 が穿孔されてお 、 該貫通穴に光ファイバケー ブルの先端部 7 . 8が嵌入されて Wる。 また固定ス 9 支持台 4 にも、 前記円形貫通穴 1 1 , 1 2 と 同 じ円周上に霣通穴 1 1 , 1 2 と対向するよ に 2 つの円形貫通穴 1 3 , 1 4が穿孔されて る * 円形 β 荑通穴 1 3 , 1 4 には光フ ァ イ バケーブルの先端部
    [0039] 9 , 1 0が嵌入されて る · 円彩貫通穴 1 3 . 1 4 は、 第 2図に図示の如く、 i 対の透光部 s 1 及び速 光部 6 2 ¾r 1 , チ又は 1 サイ ク と した場合、 貫 通穴 , 1 2傷から射出され、 透光籙 6 1 を通過
    [0040] 1 S して固定ス - ト 4 » を通して入射される光が、 回 転板 sを第 2 a矢印▲の鉬く 翳転させた場合（ の 場合を正回転とする ） 、 貫通穴 ί 4 で受ける光が貢 通穴 1 3で受ける光よ も、 位 ¾ 9 0βおくれである よ うな関係を保って けられて る ·
    [0041] 28 第 iの光ファイバケー ル先端部 7 , Sは光 7ァ ィバケ一 ί 5 , によ 信号 ½理回路 3 0に 接耪されて る · 第 2及び第 3の光ファイバケー 先端蘀 9 , 1 0 も光 7 ア イ パケー ル 1 § , 1 7
    [0042] 2* によ 信号 理園路 3 0に接続されて^る》 信号 ½ 理回路 3 0 には髦源 2 0が印加されて る。 第 1 図 に て図の表現上、 ケー ブル 1 5 〜 1 7 は、 光フ ア イパケーブル先端部 7 〜 1 0 よ 1 細《表わしたが れらはそれぞれ一本のものである 光フ τィバケ 一プルと しては在来の、 例えば石英光プ アィ パケ一 ルを用 v る β
    [0043] 第 1 図に図示の信号 ½理回路 3 Gの第 1 の実施例 と しての画路図を第 3 図に示す · この囿路は、 第 1 図に図示のエン コ ーダをィ ンタ 9 メ ン タル形のェン コーダと して働かせるためのものである ·
    [0044] 信号処理園路 3 0 には、 光ヌ アイ バケーブル 1 5 の一端に集光レンズ （ 図示せず） を介して光を入射 させる発光ダイ ォー 3 3 & , 3 3 及び、 該発光 ダイ ォー の射出光が光フ ァ イ バケーブ 1 5 , 1 6 を伝播しその先端部 7 , 8から射出され、 囫転 板 6 の透光部を通過した光と光フ ァイバケー
    [0045] 1 6 , 1 7 の先端部 9 , 1 0 で受光し、 該受光信号 を光 7 アイパケーブ 1 6 , 1 7の泡端からの射出 光を集光レンズ（ 図示せず） を介して光電変換する フ ォ ト ダイ オー ド 3 4 , 3 6が設けられて る · フ * ト ダイ ォー 4 · 3 6 の出力侰号はそれぞれ抵 抗器と ト ラ ン ス タとが図示の如 < 接続されて成る 增幅回路 3 5 , 3 7 で增幅され、 钼信号 8 及び 該▲相信号と 9 0 の位相差を持った B相信号 S Bが 回転位置算出回路 3 8に印加されて る · 回転位置 算出回路 3 8は在来のィ ク メ タル形のものと 同様の回路であ -て、 A钼信号 S A及び B相信号
    [0046] S Bに基づ て園転 ¾ 6の 1 プ チ毎の変化を、 正 5 回転の場合はイ ン タ 9 メ ン タルな ス信号と して, 逆回転の場合はデク メ ンタルな ルス信号と して 出力する ·
    [0047] 上述のェン 3—ダの組立方法につ て述べる》 第
    [0048] 1 図に図示の璣構部 1 の各部品 2 · 3 , 4 , 5 · 6Q はそれぞれ事翁に製造して く * 固定ス プ ト支持 台 4 の貫通穴 1 3 , 1 4 、 及び光ヌア イ バ固定台 5 の貫通穴 1 iは、 それぞれ回転中心轴 0から半径 R 上の円周上にある よ うに穿孔する とは前述の通 である * 篾通穴 1 1 , 1 3 , 1 4はそれぞれ園転中5 心軸 0 と平行する轴上にあるよ うに穿孔する《» 貫通 穴 1 1 〜： I 4 のそれぞれの直径は光フ ァ イ バケープ の先端截 7 〜 1 0が面着嵌合するよ うな大きさで ある 2：のよ に製遣された各部品を下記の如く組 立てる《
    [0049] » 先ず回転梗の心出 しを顕徵镜観察の下で行な 、 回転梗 6 を園転 ャ フ ト 2に固定する * 次に固定ス 9 サ ト 4 * を貫通穴位置に合わせて固定ス 9 ， ト支 持台に固定する * さらに回転锒の透光 ¾と固定ス 94 ， ト 4 *の位相合わせを行な 、 固定ス y ト支持 台 4 をプ ラ ヅ 3 に固定する · この場合フ ラ ン 3 に対する固定ス 9 , ト支持台 4 への装置誤差は充分 小さなものとするが位相合わせに充分な可動範囲を 有する ものとする * れらの作業は在来の発光ダイ ォー Pと受光素子を直接対向させた形態のェ コー ダ装置の場合とほほ同様である · しかる後、 光プ ア ィ パ固定台 5 を固定ス ， ト支持台 4 にはめ込み、 光 7 Tィ バケープルをそれぞれ貫通穴 1 1 〜 1 4 に 挿入する · 光フ τィバケ一ズル先端部 7 を発光倒、 対向する光フ ァイバケー ブル先端部 9を受光镅と し て、 受光信号、 例えば増幅回路 3 5 の出力信号を ン ク n ス コーズで観察しながら、 出力が最大となる よ うに光プ アィ パ固定台 5 を回転させ、 出力が最大 となる位置で光プ アィ パ固定台 5 を固定ス リ ， ト支 持合 4 に固定する。 の場合光フ ァイバ固定合 5 と 固定ス リ y ト支持台 4 との間の嵌合面の精度は光フ ア イ パ固定台 4 が回転可能な範囲で高 精度を有す る ものとする。
    [0050] の最後の調整作業を、 在来の回転板の両髑に発 光ダイ ォー Pと 7ォ ト ダィ ォー を直接対向させた 場合と比較する と、 在来の場合発光ダイ オー は指 向性が強く三次元的に出力が最大になる位置調整を 行なわなければな らな と 作業上の複雑さがあ るが、 本発明に基づく 実施例にお ては、 光フ ア イ パ固定台 5 を回転させるだけ、 すなわち、 一方向の みの位置調整でよ く調整作業が著しく容易になる。
    [0051] のことは上述の貫通穴 1 1 〜 1 4 通常 機械加 ェによ乡充分精度よ く穿孔されて るから、 該貫通 s 穴に挿入された光 7アイパケー ズル先端部自体は最 早調整する必要がな からである *
    [0052] 次に、 園転板および固定ス リ ， トの両镯に、 単に 光ファイバを対向させた場合のエン コーダ装置を想 定すると、 一定の精度をも つて正镶な A相 ， B相信8 号を得る とは、 徒来の発光ダイ ォー P よび受光 素子につ て Ξ次无的に位置調整するのと同様に、 組立調整することが難し 。 れを解決するため、 対向する光プアィバが取付けられる部材を、 Θ転梗 および固定ス ？ を挟んだ形態で一体型の構造物5 に固定する とが考えられる · これによれぱ、 光 7 アイバ対の対向精度が向上する とが期待される β しかしながら のよ うな形態と しても、 光ファイバ と固定ス 9 ， ト との位置決めが難し と う問題が 依然と して残る · また光 7 Τィパ対の対向精度も上8 述の一体型構逢物の加工精度に依存すると 5問題 を有して る ·
    [0053] tれに対し本発明に基づく実埯例によれば、 下記 に述ぺるよ うに容易に位置調整 可能である ·
    [0054] * 貫通穴 1 3 · 1 4 に合わせて固定ス ， 4 骞 を 固定ス リ ， ト支持台 4 に固定することによ ^、 固定 ス リ y ト 4 * と光ファイバ端 9 , 1 0の位置が自動 的に一致する。 フ ラ ンヅ 3 と固定ス リ - ト支持合 4 の嵌め合 は充分な可 1 /範囲を持つから、 従来同様 顕微鏡を使用して、 回転板 6の透光部に対して固定 ス リ ， ト 4 » を位置決めするととによ ！）、 回転板 6 固定ス リ ク h 4 » よび光プ アィパ端 9 * 1 0がー 体的に位置決めされる * 光フ ァイ バ固定台 5 を固定 ス ， ト台 4 の嵌め合 部に嵌め込んだ場合、 itフ アイ バ固定合 5 よび固定ス 9 ， ト台 4 の嵌め合 部は共に円筒機械加工で製作されて るから、 半径 方向の寸法精度は充分に高 ものとなって る · 従 つて光ファイバ端 7 , 8 に対する回転板 6 、 固定ス 9 ， ト 4 « 対向する光フ ァイ バ端 9 , 1 0 の半径 方向の位置决めが正確に行なわれる。 次 で光： 7ァ ィバ端 9 , 1 0からの出力を監視しながら光フアイ バ固定台 5 を回転させて円周方向の位置決めを行う とによ 、 光 7アイパ端 7 , 8 回転板 6、 固定 ス リ ， ト 4 »および対向する光ファイバ端 9 , 1 0 が正確に位置決めされる *
    [0055] すなわち、 従来の位置調整は全てフ ラ ン ^を基準 と して考えられて たのであるが、 本発明に基づく 実旌例にお ては、 回転板 6 を回転軸 2の中心轴 0 に対して芯出しする とが不可欠であることに塞み、 光学系を回転板 6 を基準と して行う よ うにして る》 かかる観点から、 固定ス リ , ト 4 * を固定ス リ ， ト ュ 合 4 に固定し、 ^れらを回転梗 S に対して位置決め し、 さ らに、 光フ ァイ バ固定合 5 を固定ス リ タ ト合 4 に嵌合させて る。 また寸法精度上重要な部分が 円镩璣械加工によ 高精度で製作されるよ うにして お ] 、 容易な機械加工によ ！？高 位置合せ精庋を得 る とができる》
    [0056] 以上に述べた とから、 本発明^基づく 工ン 3 — ダの璣構部の組立は在来のイ ン ク メ ン タ 形のも のに比して容易にな ^、—且つ高精度に組立可能とな る ·
    [0057] また信号 理回路をエ ン コーダ機構部のハ ン グ内に設ける必要がな から、 信号迅理回路の検査、 部品交換等の保守が容易 なる。
    [0058] さ らに光フ ァイバケーブル 1 5 〜 1 7 を介して検 出現場に設置される機構部 1 と信号 理回路 3 0 、 電濛 2 0 とを、 電気的雑音を受ける ことな く 、 又鼋 気信号 滅衰 せ ^く 、 相当長钜雜にわたつて 隔てる とが可能となる · これによ ] 、 在来の計装 によ る場合に比し、 計装が 単とな 、 また高品質 の検出データを得ることができ る · 信号 理回路
    [0059] 3 0は制御装置内等の瓖塊の良 場所に置く ことが でき、 信号逃理回路 3 0が安定して動作し得ると共 に、 信号処理回路等、 射環境牲に劣る ものが機構部 ' 1 に含まれな とから、 璣構部 1 は相当環境の良 く な 場所にも設置することが可能とな ！？、 本発明 によ るエンコーダ装置の活用分野が拡大する ·
    [0060] ^上はエンコーダ装置が 1 つの場合について述べ たが、 複数のエンコーダを用 る場合、 例えば第 4 図に図示の如く 制御装置内に複数の信号^理回路
    [0061] 3 0 1 〜 3 0 a を設置し、 とれらに鼋源 2 0 ι , 2 0 2 から成る二重系の共通の電源 2 0 を接緣し、 エ ン コーダシス テムと しての電源系铳の信頼佺を経 済的に向上させる とができ る · 特に電源 2 0 I 又 は 2 0 » の電漯の両者又は ずれか一方を電池にす ると、 在来のよ うに制御電湄が停止しても シス テ ム の電源は常に活きてお！？、 イ ン ク リ メ タ ル形ェン コ ー ダの出力は常に保持され、 実質的にア ブ ゾ 9 * 一 ト形式の出力を提供することが可能となる。
    [0062] 次に、 第 1 図に図示のイ ン ク メ ン タ ル形式の機 構部 1 であって、 回転板 6 の回転回数、 回転方向、 及ぴ回転位置が検出でき、 且つ電力消夔の泜滅を図 つた他の実施例につ て、 第 5 図を参照して述べる · 第 5 図は信号 理回路 3 0 '及び電湄 2 0の回路図を 示す * 機構部は第 1 図の場合と同じであ ¾ ·
    [0063] 第 5 図において、 信号処理回路 3 0-は、 発振回路 3 1 、 単安定マ ルチパイ プ レーク 3 2 、 第 3 図に図 示と同様の発光ダイ オー 3 3 * , 3 3 fe 、 フ ォ ト ダイ 才ー 4 , 3 6 、 増幅回路 3 5 , 3 7の他、 = 立上 · 立下！？検出回路 4 2、 オア画路 3 9 , 4 0、 及びァ - ダウ ンカ ウ ンタ 4 1 が図示の ¾く 接続さ れて成る · 電源 2 0はこれらの回路素子に印加され て る a 立上 · 立下 ] 検出回路 4 2は、 A相信号 S ▲を受ける二連の D形フ リ y 7* 7 a y 7* 4 2 1 ,
    [0064] 4 2 2 , Β枏信号 S Β を受ける二連の！）形 7 9 y 7 B y 7* 4 2 3 , 4 2 4 、 及びこれらフ リ ズフ a - ズ 4 2 i 〜 4 2 4 のセ ク ト 出力信号 S A 1 ,
    [0065] 5 A 2 , S B 1 , S B 2 を受けて 4 ラ イ y→ l S ラ ィ ンに変換するデコ ーダ （ DECDR ) 4 2 5から成 ] 、 該デコーダの出力が、 立上 計数又は立下 計数を 行なわせる出力と してそれぞれオアダー ト 3 9 , 4 0 に出力されて る。
    [0066] 第 6 図 (·）に図示の如く 、 例えば回転板 6 の 1 周当 !> 1 0 0 0 儸の透光部と遮光部が設けられてお 、 回転板 6 が最高速度 1 2 0 0 RPMで回転すると した 場合、 その回転周波数 /は 2 0 kH* とな 1 ビプ チ 当 の周期は τ - 5 0 i"e となる」（第 6 図（a 参照 ） 。
    [0067] れに対して発振回路 3 1 の ルス CL * は第 6 図 ）に図示の如く 、 τ 〉 t なる闋係の ス周期、 こ の実施例では t i 2.5 であ 、 そのオン時間 t 1 は発光ダイ オー 3 3 * , 3 3 b 、 フ ォ ト ダイ オ ー ド 3 4 , 3 6 、 增橱回路 3 5 , 3 6等の回路が 充分に作動し得る時間、 例えば = 2. 5 /«·» と する · 単安定マ ルチパイ プレーク 3 2 は の よ うな ルス CL , を入力して、 第 S 図（c)に図示の如く 、 ルス CL · の立下 でス ト ローブ ルスを発生さ せ、 回路要素 4 2 1 〜 4 2 4 » 4 2 5 , 4 1 のク 》 サ ク ルス とする。
    [0068] CLK 9 を上述の如くすると、 発光ダイ ォー p等に供給する電力が、 在来の如く 常時供給して た塌合に比し、 オン時間 だけで良 とから、 相当低滅で る。 またこのよ うに電力消費が低滅さ れる ことによ ！？、 電潔 2 0 と して、 電泄、 例えぱ チ ウ ム電池を用 ても相当長時間使用することがで き 、 制御電源とは独立な電源とすることが可能とな if , また信号 ½理回路の値が制御鴛源の活殺に左右 されなくなる。
    [0069] 第 5 図回路の動作を説明する
    [0070] 前述の ルス CL · を発光ダイ ォー P 3 3 a , 3 3 に印加すると、 ルス CL * 及び回転板 6の 回転に応じて、 A相信号 S A及び B相信号 S Bが得 られる （第 6 図 こ 2：で B相信号 S Bは正 回転の場合、 A相信号 S A よ 9 0°の位相お《れが ある β Α相信号 S Aは フ リ サ サフ ， ナ 4 2 1 に印 加され、 ク β タ ク ルス CLK I によ フ リ ズ フ Β プ プ 4 2 1 は セ プ ト され出力 S A 1 がハ イ レ ベル と ¾る。 次のク ロ タ ク ルス によ U ffi力 S A 1 によ フ リ プ プフ ロ プ プ 4 2 2 がセ プ ト され、 出力 S A 1 よ U 1 サ イ ク ル （CLKi ) お ぐれて出力 S A 2 がハィ レ ベル に る （第 6 図（f) , (g) ) 。 B相信号 S B につ い て も 同様に、 出力 S B 1 , S B 2 が得られる （ 第 6 図（h) , (i) ) 。 これらの信号は、 それぞれハ イ レ ぺ ルの場合、 S A 1 = 1 ， S A 2 = 2 , S B 1 = 4 , S B 2 = 8 と して重みづけ られてデコーダ (DECDR) 4 2 5 の端子 A O , A 1 , A 2 ， A 3 に印加され、 1 6 ライ ン の ァ プ ズダ ウ ン信号 SuD と して出力され る （ 第 6 図（j) ) 。
    [0071] デコーダ (DECDR) 4 2 5は第 7 図の如 く グー十
    [0072] G 1 〜 G 1 4 で構成されてお 、 この実施例では正 回転してお j A相信号 S Aが B相信号 S B よ ] 90° 位相が逸んでいるか ら、 了 プ ： 7°ダ ウ ン信号 SUD は全 て ァ タ ナ' ルス信号 と i 、 図示の如 く 、 信号の 和 ： 8 1 + 8 入 2 + 8 3 1 + 8 3 2が 1 , 7 , 8， 1 4 とまる場合にそれぞれグー ト G 1 , G 7 , G 8 , (3 1 4 からア ツプ ルス信号が ίϋ力される · 若し Β相 信号 S Β が Α相信号 S A よ 位相が進んだ場合、 す ¾わちエ ン コーダが逆回転した場合は上記と は反対 に信号の和 ： S A 1 + S A 2 + S B 1 + S B 2 が 2， 4 , 1 1 , 1 3 と ¾ る場合グー ト 0 2 , 0 4 , 0 11, G 1 3 からダ ウ ン ル ス信号 S D のみが出力され。 正 逆転する場合は、 これ らァ タ ： ^ ル ス信号 Sひ とダウ ン ル ス信号 s D と が出力される こ と に ¾る。
    [0073] 尚、 第 7 図におい てデコ ーダ 4 2 5 の 出 力を負論 理と したので、 オ アダー ト 3 9 , 4 0 の入口部で反 転 している こと が第 5 図の場合と異なる ことに留意 されたい β
    [0074] ア ツ ズダ ウ ン信号 S TO は、 回転板 6 が 1 ビ グ チ正 回転した場合才ァグー ト 3 9 を介してァ グ ズダ ウ ン カ ウ ン タ 4 1 の增加計数端子 U P へ、 逆回転した場 合オ アグー ト 4 0 を介 して ァ グ ズダ ウ ン カ ウ ン 41 の滅少計数端子 DWNに印加される よ う に接続されて いる。 こ の よ う に してア ジ ズダ ウ ン カ ウ ン タ 4 1 か ら回転板 6 の回転位置を示す信号を出力する ことが でき る。 この出力は、 前述したよ う に、 電源 2 0 が 断にな る ことは ¾いよ う にされている こ と から実質 的にア ブ ソ リ Λ — ト 形式の出力 と して考える こと が でき る。
    [0075] ァ グ °ダ ウ ン カ ウ ン タ 4 1 は上記計数の外、 上記 計数値が回転板の透光域の数に応 じた値に る毎に、 正回転又は逆回転に応 じた回転回数を示す信号を発 生させる。 これによ 、 回転回数がその回転方向と 併せて得る ことがで き 、 上記回転位置も含めて、 作 業機械の総合的る位置信号をエ ン コーダ装 Sと して 提供する ことができ る，
    [0076] 以上は爵転板 6 が最高速度 1 2 0 0 RPMで回転する 場合について述べたが、 回転板 6 が半分の速度で回 転する場合、 するわち 6 0 0 RPMの場合は、 第 6 図 の周期 τ は 1 0 0 Asec と る る。 従って発振回路から 前述の ル ス周期のパ ル スを出力する と、 1 サイ ク ル当 i 、 A相 ， B 相信号 S A , S B と も に 8個の ル スを得る こ と と るが、 前述の回転信号を得るに は、 4 個の ルス で充分である。 このため、 第 8 図 に図示の如 く 、 回転板の回転速度に応じて発振回路 の'"？ル ス周期を変化させるよ う にする。 すなわち、 デコーダ 4 2 5 のァ グ ブダ ウ ン信号は回転板の回転 速度をも意味 しているからこの信号を ル ス周波数 変更回路 4 3 に入力する。 該 Ϊ!路 4 3 では、 回転数 が 6 0 0 RPMである こと を算出 し、 少 く と も透光域 1 ピ グ チ回転する毎に、 前述の周期 t を 2倍するよ う ¾制御信号を発振回路 3 1 'に出力する。 一方発振 回路 3 I 7はその制御信号に応 じて周波数が可変るも のと しておく 。 これによ 、 第 9 図（*)に図示の如 く, 周期で'が前述の倍に ったと して も 、 この 1 サイ ク ル内のク ロ ッ ク ルス は 4 ルス のま まに 1 、 これによ つて得られる信号 S A , S B も 4 ル スに ¾ る。
    [0077] これによ 1 、 ル ス CLK の発生する数は少 く ¾ ] 、 第 8 図に図示の信号処理回路 3 0 *で消費され る電力は著 しく 低滅させる ことがで き る。 尚、 ル ス周期 は変化するが、 オ ン時間 は前述通 の値 で良い。
    [0078] 電力消費の観点か らは、 第 3 図、 第 5 図、 第 7 図 およ び第 8 図に示した信号処理回路を電力消費の少 ¾い CMOS デバイ スで構成する こ とができ る。
    [0079] 第 5 図に示した回路はエ ン コーダ 1 台の場合につ いて述べたが、 複数のエ ン コーダを用いる場合であ ク て 、 回転板の回転数によ ^ ル ス周期を変化させ い場合には、 第 1 0 図に図示の如 く 、 発振回路 31、 単安定マ ル チ バ イ プ レ ー タ 3 2 、 及び電源 2 0 'を共 通に し、 上記要素を除いた複数の信号処理回路 3 0 〜 3 0 に提供する こと によ j 、 経済的 ¾効果が生ず る。 また電源 2 0 'に電池を用い、 二重系に し、 交換 可能又は高信賴性にする こ と がで き る。
    [0080] 以上述べたよ う に本発明によれば、 温度等の環境 及び電気的雑音等の影響を受け難い、 耐琿境性、 高 信頼性 エ ン コーダ装置が得 られる。 また、 本発明 のエ ン コーダ装置は組立調整が容易である。 さ らに ァ プ ソ リ ^ー ト 形式で回転板の回転位置、 回転方向 及び回転回数を得る こ とができ 、 しかも 電力消蘩が 少 ¾ く 、 保守性に富むものが得 られる。
    [0081] 尚、 光フ ァ イ バケー ブ ルを適用 して耐ノ イ ズ性、 耐環境性を向上させる こ と は、 イ ン ク リ メ ン タ ル形 式のエ ン コーダ装置に限 らず、 ア ブソ リ ュー ト形式 の機構部を有するエ ン コーダ装置にも適用 し得る。
    [0082] 本発明は、 上述の実施例に限定されるも のでは ¾ く 、 本発明の技術的思想およ び添付の請求の範囲に 記載事項の範囲を逸脱する こと る く 、 当業者が種々 の変形形態き採る こ とができ る。
    [0083] 「 産業上の利用可能性 」
    [0084] 本発明に基づく エ ン コーダ装置は、 種々の移動機 械の精密 位置検出に用いる とができ る。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. 回転軸 （ 2 ) に固定され円周に沿って所定の 間隔で複数の透光域 （ 6 1 ) 及び適光域 （ 6 2 ) が 連続 して設け られた回転板 （ 6 ) 、
    該回転板 （ 6 ) の一方の側か ら、 発光素子 （ 33*， 3 3 b ) か らの光を導びき前記透光域及び遨光域を 照光するよ う に設け られた第 1 の光フ r ィ パ手段
    ( 7 , 8 ) 、 及び、
    前記回転板 （ 6 ) の他方の側に設けられ、 前記回 転板の透光域を通過 した光を所定のス リ ッ ト （ 4 a ) を介して受ける第 2及び第 3 の光フ ァ イ バ手段であ つ て第 3 の光フ ァ イ バ手段が第 2 の光フ 7 ィ パ手段 に対し所定の位相差を も つて前記回転板の回転位置 を検出するよ う に配置されている もの （ 9 , 1 0 )、 を具傭する ヱ ン コ ーダ装置。
    2. 該エ ン コ ーダ装置が、 前記第 2及び第 3 の光 フ ァ イ バ手段 （ 9 , 1 0 ) か らの受光信号に応答し て少 く と も前記回転板 （ 6 ：) の回転位置をアブソ リ ュ一 ト形式で出力する信号処理回路 （ 30 , 30 30*) を具傭する請求の範囲第 1 項に記載のヱン コ ーザ装 置 9
    3. 前記回転板 （ 6 ) が設けられた機構部 （ 1 ) と前記信号処理回路 （ 3 0 ) と が前記第 1 〜第 3 の 光フ ア イ パ手段 （ 7〜 1 0 ) を介して隔てて設けら れ得ること ¾特徴とする、 請求の範囲第 1 項に記載 のエ ン コーダ装置。
    4. 前記信号処理回路 （ 3 0 ) が、
    前記回転板 （ 6 ) の透光域 （ 6 1 ) の 1 つ及び前 記所定のス リ タ ト （ 4 ) を通 した前記第 1 の光フ 7 ィ パ手段 （ 7 , 8 ) か らの射出光が前記第 2及び 第 3 の光フ ァ イ バ手段 （ 9 , 1 0 ) を照射する時間 よ 1 短かい周期のパ ル スを発生する発振回路 （ 31 )、 及び、
    前記第 2 及び第 3 の光フ ア イ パ手段 （ 9 , 1 0 ) か らの受光信号を受け入れ光電変換し、 該変換信号 に応答して、 前記回転板の回転位置、 及び前記変換 信号の立上 J 及び立下 の少 < と も いずれか一方を 検出 して前記画転板の回転方向及び回転数を算出す る計数回路 （ 4 2 ， 3 9 , 4 0 , 4 1 ；) を有し、 前記第 1 の光フ ァ イ バ手段 （ 7 , 8 ) の光源と し ての前記発光素子 （ 3 3 * , 3 3 b ) 、 前記第 2及 び第 3 の光フ ア イ パ手段 （ 9 , 1 0 ) に接続された 光電変換素子 （ 3 4 , 3 6 ) 、 及び前記計数回路が 前記発振回路の ル ス に応答して作動させる よ うに したこと を特徵とする、 請求の範囲第 2項に記載の ェ ン コーダ装置。
    5. 前記発搨回路において発生させるパ ル ス の周 期を前記回転板の回転速度に応答して変化させるよ うに したこと を特徵とする、 請求の範囲第 4 項に記 載のエ ン コ ー ダ装置 o
    6. 前記発振回路 （ 3 1 ) において発生させる ルス の オ ン時間が前記発光素子 （ 33 a , 33 b ) 、 前 記光電変換素子 （ 3 4 , 3 6 ) 及び前記計数回路等 の作動時間によ i 規定される最小の一定時間である， 請求の範囲第 4項に記載のエ ン コ ーダ装置。
    7. 前記計数回路が、 第 2 及び第 3 の光フ ァ イ バ 手段からの信号の立上 ] 及び立下 ] の少 く と も 一方 を検出する回路 （ 4 2 ) 、 及び該検出回路からの信 号に応答して前記回転板の回転方向及び回転回数を 箕出する よ う にァ 'ノ ズダ ウ ン計数機能を有する計数 器 （ 4 1 ) 、 を包含する、 請求の範囲第 6項に記載 のェ ン コ ーダ装置 β
    8. 前記発振回路 （ 3 1 ) において発生させる ルス の 才 ン時間が前記発光素子 （ 33 * , 33 b ) 、 前 記光電変換素子 （ 34 ， 36 ) 及び前記計数 回路等の 作動時間によ D 規定される最小の一定時閫である、 請求の範囲第 4項に記載のェ ンコーダ装置 β
    9. 前記計数回路が、 第 2及び第 3 の光フ ァ イ バ 手段からの信号の立上 及び立下 i の少 く と も 一方 を検出する回路 （ 4 2 ) 、 及び該検出回路か らの信 号に応答して前記回転板の回転方向及び回転回数を 算出するよ うにア ッ プダ ウ ン計数機能を有する計数 器 （ 4 1 ) 、 を包含する、 請求の範囲第 8項に記載 のエ ン コーダ装置。
    10. 前記信号処理回路が （ 30 , 30 30 、 複数 の前記計数回路、 1 つの前記発搔回路及び 1 つの前 記電源を有し、 共通の前記発振回路及び前記電源に よ 1 複数の前記計数回路を作動させるよ う に したこ と を特徵とする、 請求の範囲第 4 項に記載のェ ン コ ーダ装置。
    11. 前記信号処理回路 （ 3 0
    前記回転板 （ 6 ) の透光域 （ 6 1 ) の 1 つ及び前 記所定のス リ ク ト （ 4 a ) を通した前記第 1 の光フ 7 ィ 手段 （ 7 , 8 ) からの射出光が前記第 2 及び 第 3 の光フ ア イ パ手段 （ 9 , 1 0 ) を照射する時間 よ 短かい周期の ル ス ¾発生する発振回路 （ 31)、 及び、
    前記第 2 及び第 3 の光フ ァ イ バ手段 （ 9 , 1 0 ) からの受光信号を受け入れ光電変換し、 該変換信号 に応答して、 前記回転板の回転位置、 及び前記変換 信号の立上 及び立下 i の少く と もいずれか一方を 検出 して前記回転板の回転方向及び回転数を算出す る計数回路 （ 42 ， 39 , 40 , 41 ) 、 を有し、
    前記第 1 の光フ ァ イ バ手段 （ 7 , 8 ) の光源と し ての前記発光素子 （ 33 a , 33 b ) 、 前記第 2及び第 3 の光フ ァ イ バ手段 （ 9 , 1 0 ) に接続された光電 変換素子（ 3 4 , 3 6 ) 、 及び前記計数回路が前記 発振回路の ル ス に応答して作動させるよ う に した こと を特徵とする、 請求の範囲第 3 項に記載のェ ン コーダ装置。
    12. 前記発振回路において発生させるパル ス の周 期を前記回転板の回転速度に応答して変化させるよ うにしたこと を特徵とする、 請求の範囲第 1 1 項に 記載のェ ン コ一ダ装置
    13. 篛記発振回路 （ 3 1 ) において発生させる ル ス の オ ン時間が前記発光素子 （ 33 a , 33 b ) 、 前 記光電変換素子 （ 3 4 , 3 6 ) 及び前記計数回路等 の作動時間によ 1 規定される最小の一定時間である， 請求の範囲第 1 1 項記載のエ ン コーダ装置 ·
    14. 前記計数回路が、 第 2及び第 3 の光フ ァ イ バ 手段からの信号の立上 及び立下 ] の少く と も 一方 を検 aする回路 （ 4 2 ) 、 及び該検 fa回路からの信 号に応答して前記回転板の回転方向及び回転回数を 算出するよ うにァ ズダウ ン計数機能を有する計数 器 （ 4 1 ) 、 を包含する、 請求の範囲第 1 3 項に記 載のエ ン コーダ装置。
    15. 前記発捩回路 （ 3 1 ) に いて発生させる ルス の オ 時間が前記発光素子 （ 33 » , 331» ) 、 前 記光電変換素子（ 3 4 , 3 6 ) 及び前記計数回路等 の作動時間によ 規定される最小の一定時間である、 請求の範 S第 1 1 項に記載のェ ン コーダ装置。
    16. 前記計数回路が、 第 2及び第 3 の光フ ァ イ バ 手段からの信号の立上 U及び立下 の少 ぐ と も一方 を検出する回路 （ 4 2 ) 、 及び該検出回路からの信 号に S答して前記回転板の回転方向及び回転回数を 算出する よ う にァ ッ ブダウ ン計数機能を有する計数 器 （ 4 1 ) 、 ¾包含する、 請求の範囲第 1 5項に記 載のェ ン コーダ装置。
    17. 前記信号迅理回路が、 複数の前記計数回路、 1 つの前記発振回路及び 1 つの前記電滠を有し、 共 通の前記発振回路及び前記電潔によ 複数の前記計 数回路を作動させるよ うにしたこと を特徵とする、 請求の範囲第 1 6項に記載のエ ン コーダ装置 *
    18. 前記信号処理回路 （ 3 0 , 3 0 ' , 3 0*)が CMOS デバイ スで形成された、 請求の範囲第 2項に記載の エ ン コーダ装置。
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    EP2080987B1|2008-01-18|2012-06-06|Siemens Aktiengesellschaft|Messsystem und Verfahren zur Überwachung eines Messsystems|
    EP2080988B1|2008-01-18|2012-01-04|Siemens Aktiengesellschaft|Messsystem und Verfahren zur Überwachung des Messsystems|
    EP2080989B1|2008-01-18|2012-06-06|Siemens Aktiengesellschaft|Messsystem und Verfahren zur Überwachung eines Messsystems|
    法律状态:
    1985-10-24| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1985-10-24| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1985-12-04| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1985902119 Country of ref document: EP |
    1986-05-07| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1985902119 Country of ref document: EP |
    1992-12-30| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1985902119 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP59/73868||1984-04-14||
    JP7386884A|JPS60218028A|1984-04-14|1984-04-14|Encoder|DE19853586937| DE3586937D1|1984-04-14|1985-04-15|Optischer rotierender enkodierer.|
    DE19853586937| DE3586937T2|1984-04-14|1985-04-15|Optischer rotierender enkodierer.|
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