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    公开号:WO1986002995A1
    申请号:PCT/JP1985/000613
    申请日:1985-11-05
    公开日:1986-05-22
    发明作者:Tetsuro Sakano
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G01D5-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 位置検出方法
    [0002] 技術分野 - 本発明は位置検出方法に関し、 特に N C等の移動する作業 機械あるいはロボッ トの腕などの移動位置を精密に検出する 移動位置検出方法に関する。 背景技術
    [0003] 従来より この種の位置検出を行なうにあたっては、 空間的 に 9 0 ' の位相差をもった 2相の正弦波信号 （以下に説明す るようにこれらを V a および V b とする）、 を利用して位置検 出を行っており、 通常この種の位置検出器をエンコーダと称 している。
    [0004] そして在来のエンコ ーダは、 例えば発光ダイオー ドからの 射出光を、 その回転位置が検出されるべき所定の回転軸に取 付けられた回転コー ド板 （通常該回転コー ド板の周通には所 定間隔をおいて多数の （例えば 2000個の） ス リ ッ トが設けら れる Γに当て、 該回転コ ー ド板および該回転コ ー ド板と対向 する固定板に設けられたス リ ッ トを通過した光をフォ トダイ ォー ド等の受光素子で受光して電圧に変換し、 それによ-つて- 該回転コ ー ド板の回転に応じて該回転コー ド板に設けられた 相隣接するス リ ッ ト間隔 （ 1 ピッ チ） を 1周期とする正弦波 信号 V a , V b をう る。
    [0005] なおこの場合、 該 2 つの正弦波信号 V a , V b について.空 間的に 9 0 ' の位相差を持たせるために、 該固定スリ ッ ト板 に、 該回転コ一 ド扳に設けられたスリ ッ ト間隔 （ 1 ビッチ）
    [0006] 1
    [0007] の整数倍からーピッチだけずれた 2個のスリ ッ トを設け、 そ
    [0008] 4
    [0009] れらの各スリ ツ ト とそれぞれ対向して設けられた各受光素子 によって受光されて生じた電気信号によって該 2 つの正弦波 信号 V a , V b をう るよう にしている。 （第 1図 (a)参照） 。
    [0010] 次いでこれらの各正弦波信号 V a , V b をそれぞれコ ンパ レータに入力してその出力側からは該正弦波信号の正 · 負の 値に応じてそれぞれハイ レベルおよびロウ レベルとなる出力 信号 A Pおよび B Pをつく り、 ①該出力信号 A Pの立上り時 に出力信号 B Pがハイ レベルとなっているとき、 ②該出力信 号 B Pの立下り時に出力信号 A Pがハイ レベルとなっている とき、 ③該出力信号 A Pの立下り時に出力信号 B Pが口ウ レ ベルとなっているとき、 ④該出力信号 B Pの立上り時に出力 信号 A Pがロウ レベルとなっているとき （第 1図 参照） に はァ ップダウ ンカウ ンタを逐次カウ ン トァ ップさせる所謂プ ラスパルスを生じさせ （このことは該回転コー ド板が一方向 例えば時計方向に回転していることを意味する） 、 一方①該 出力信号 A Pの立上り時に出力信号 B Pがロウ レベルとなつ ているとき、 ②該出力信号 B Pの立下り時に出力信号 A Pが ロウ レベルとなっているとき、 ③該出力信号 A Pの立下り時 に出力信号 B Pがハイ レベルとなっているとき、 ④該出力信 号 B Pの立上り時に出力信号 A Pがハイ レベルとなっている とき （第 1図 (c)参照） には、 該ア ップダウ ンカウ ンタを逐次 カウ ン トダウ ンさせる所請マイ ナスパルスを生じさせ （この ことは該回転コ一 ド板が反対方向例えば反時計方向に回転し ていることを意味する） 、 これによつて該回転コー ド板の回 転角度、 したがって該回転コ ー ド板が取付けられた回転軸の 回転位置を検出 （場合によつては該回転コ一 ド板の回転角度 を直線状に展開することによって直線状に移動する移動体の 移動位置を検出） するようにしている。
    [0011] しかしながら、 かかる従来の位置検出方法においては、 上 述したように回転コー ド板の回転に応じて該出力信号 A P又 は B Pの 1 サイ ク ル （回転コ ー ド板に設けられた相隣接する ス リ ツ ト間隔 1 ピ ン チに相当） 中に、 その回転角度を計数す る ア ッ プダウ ンカ ウ ンタ をカ ウ ン ト させるパルス （上記プラ スパルス又はマイ ナスパルス） 4回発生させう るにすぎず 仮に回転コ — ド扳の周囲に 2000個のス リ ッ トが設けられてい るとすれば、 その回転角度検出についての分解能は
    [0012] 1 1
    [0013] 回転にすぎず、 要するに回転コー ド板が回
    [0014] 2000 4 8000
    [0015] 転するとき、 該ス リ ッ 卜による 1 回転あたりの分割数の 4倍 以上の高い検出分解能がえられないという問題点があった。
    [0016] 発明の開示
    [0017] 本発明はかかる問題点にかんがみ、 上述したような従来形 の移動位置検出方法に比較して格段に高い検出分解能
    [0018] 1
    [0019] (例えば 回転） で、 回転体更に一般的にいえば
    [0020] 2000 X 1 000 移動体の該正弦波 1 サイ クル内でのアブソ リ ユー ト位置を選 出すことを目的としている。
    [0021] またかかる考え方を更に発展させて本発明の他の形態にお いては、 該 2相の正弦波信号としてそれぞれ波長を異にする ものを複数組用いることによって、 波長の短かい正弦波の複 数サイ クルに亘るアブソ リ ユ ー ト位置を検出することができ るようにし、 これをもとにして回転板の 1回転に亘るアブソ リ ュー ト位置をも高い分解能で検出することを目的としてい る。
    [0022] そして上記問題点を解決するために、 本発明の一つの形態 によれば、 移動体の移動に応じて空間的に 9 0 ' の位相差を 有する 2.相の正弦波信号を発生させる段階、 該 2相の正弦波 信号の各電圧値 V a , V b を検出して V = V a · cos or - V b - sin の値を 0 にする o の値を算出する段階、 該箕出 された αについての sin , cos orの符号と該 V a , V b の 符号とがそれぞれ一致するように該 の値を決定する段階、 およびこのようにして決定された の値を該 2相信号 1 サイ クル内でのアブソ リ ユー ト位置情報として該移動体の移動位 置を検出する段階を具備する位置検出方法が提供される。
    [0023] また本発明の他の形態によれば、 移動体の移動に応じて空 間的に 9 0 ' の位相差を有する- 2相の正弦波信号であつ-てそ れぞれその波長を異にするものを複数組発生させる段階、 該 2相の正弦波信号のう ち一組の各電圧値 V a , V b を検出し て V = V a · cos α - V„ · sin の値を 0 にする αの値を箕出 する段階、 該箕出された αについての sin α , cos c の符号と 該 V a , V b の符号とがそれぞれ一致するよう に該 "の値を 決定する段階、
    [0024] 該 2相の正弦波信号のう ちの他の組の各電圧値 V <： , V d を検出して V = V C · cos ^ - V d · sin ^の値を 0 にする の値を算出する段階、 該算出された ^についての , cos の符号と該 V c , V d の符号とがそれぞれ一致するよ う に該 の値を決定する段階、 および以下同様にして决定さ れた o , ^ ……の値から短波長の 2 相信号の複数サイ クルに 亘るアブソ リ ユー ト位置情報を得て該移動体の移動位置を検 出する段階を具備する位置検出方法が提供される。
    [0025] 上記本発明の一形態によれば、
    [0026] V = V a · cos α - V b sin o の値を 0 にする orの値を箕出
    [0027] 3 と こよって、
    [0028] V a = V o sin 5 , V b = V o sin &
    [0029] (ただし はそのときの回転角）
    [0030] である こ とから、 結局
    [0031] V = V o (sin e - cos a. ― cos Θ ' sin )
    [0032] - V 0 · sin ( 5 一 c ) の値を 0 にする の値を算出する こ とになり 、 その解は = 5 ± η π (ただし η は整数） とな る。
    [0033] 次いでこのよう にしてえられた orについての s i η , cos a の符号と該 V a , V b の符号とがそれぞれ一致するよう に or を算出する （ただし 0 ≤ < 2 π ラ ジア ンという条件をお く） こ とによ って、 該 は該正弦波 1 サイ クル内でのアブ.ソ リ ュ 一 ト位置情報となる。 ' 更にこのような考え方を発展させて、 本発明の他の形態に よれば、 互にその波長を異にする複数組の 2相正弦波信号を 利用してこれら各 2相正弦波信号の各 1 サククル内でのアブ ソ リ ュー ト位置情報をもとにして、 短波長 2相正弦波信号の 複数サイ クルに亘るアブソ リ ユー ト位置情報が得られ、 回転 体の 1 回転に亘つてのアブソ リ ユー トな面転位置も検出され る。
    [0034] この場合、 該 Vの値を 0 にする αの値は、 検出誤差の大き な原因となる V。 の値 （この V。 の値は回転コー ド板が回転 するにつれて固定スリ ッ ト板との間のギャ ップが変動するこ となどのために回転板が 1 回転する間においても変動し、 更 に発光ダイォー ドの発光量の時間的変動などによっても変動 する） とは無関係に上記した or = ± η πの関係をみたして おり、 結局該 αの値により、 該正弦波 1 サイ クル （回転コ一 ド板上のスリ ッ トの 1 ピッチ間隔に相当する） 内を、 所要の 分割数 （例えば 1000) で直線状に補間分割 （等分割） し、 そ れによって回転コー ド板 （一般的には移動体） のアブソ リ ュ 一 ト位置情報が高い分解能で検出される。 図面の簡単な説明
    [0035] 第 1図 (a) , (b) , (c)は従来技術におけるこの種の位置検出方 法を説明するための波形図、
    [0036] 第 2図は、 本発明にかかる位置検出方法の基本概念を示す ブロ ッ ク図、
    [0037] 第 3図および第 4図は、 それぞれ本発明の第一の形態にか かる位置検出方法を実施する場合の検出装置の構成を例示し たブロ ッ ク図、
    [0038] 第 5図および第 6図は、 それぞれ本発明の第二の形態にか かる位置検出方法を実施する場合の検出装置の構成を例示し たブロ ッ ク図、
    [0039] 第？図は、 本発明方法を実施するにあたり、 コ ン ピュータ により検出位置情報を箕出する場合の制御プログラ ムの 1例 をフ ロ ーチ ヤ一 卜 によって示す図、
    [0040] 第 8図は、 第 5図または第 6図の装置を用いて本発明方法 を実施するにあたり、 コ ン ピュータにより検出位置情報を得 る場合の制御プログラムの 1 例をフ α—チ ヤ一 トによって示 す図、
    [0041] 第 9図'. a) , (b)は本発明の第二の形態を説明するための波形 図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0042] 第 2図は、 上記本発明の一形態にかかる位置検出方法の ¾ 本概念を示すブ π ッ ク図であり、 第 2図および第 3図は、 か かる位置検出方法をコ ン ピュータを用いて実施する場合の検 出装置の構成を示すプロ 'ン ク図である。
    [0043] すなわち本 ¾明 ..による位置検出方法においては、 回転コ ー ド板の回転角度 （一般的には移動体の移動位置 に応じて上 記従来技術で説明したよ う に して出力される 2相の正弦波信 号の電圧値 V a , .V b を一定周期 （例えば 5 0 マイ ロ秒） 毎に読み取り、 次式すなわち、 . V = V a cos or - V b sin を 0 にする を求める。
    [0044] このようにして求めた αは以下に説明するように、 該正弦 波 1 サイ ク ル （すなわち回転コ ー ド扳上における相隣接する ス リ ッ ト間隔に対応する） 内を所定の分割表で直線的に補間 分割 （等分割） した位置情報 （この場合は回転角度を表す情 報） であって、 = 5 η π , η = 0 , 1 , 2 ·" ヽ
    [0045] 、d は回転コ一 ド板の回転角 J の関係がある。
    [0046] この場合該 "は 毎に無数の値をとりえてその絶対的な値 が一義的に決らないため、 次にこのようにしてえられた orに ついての sin o , cos の符号と V a , V b の符号とがそれ ぞれ一致するように該 を決定する。 ただし、 0 ≤ 3 < 2 (ラジア ン） という条件をおく 。
    [0047] すなわちそのと.きの V a , V b の符号がともにプラスであ れば該 o .ま第 1象限内の角度、 またともにマイ ナスであれば 該 はそれから だけずれた第 3象限内の角度とする。 （第 1 図 (a)参照） 。
    [0048] またそのときの V a がプラス、 V b がマイ ナ スであれば該 ま第 2象限内の角度 また V a がマイ ナス、 V b がプラス であれば該 はそれから πだけずれた第 4象限内の角度とな る。 （同じ く第 1図 )参照） 。
    [0049] そしてこのようにして決定された は、 第 2相信号 1 サイ ク ル内でのアブソ リ ユ ー ト位置を表す位置情報となる。
    [0050] ここで上述した V - V a cos or - V b sin を 0 にする α が （ ± η π ) となる理由を説明すると、 上式 V = V a cos or - V b sin o (1)において、
    [0051] V a = V o sin 5 , V b = V o cos Θ
    [0052] 'ただし V。 は 2相の正弦波信号の振巾、
    [0053] Θ は回転コ一 ド板の回転角
    [0054] であるから、
    [0055] これらを上記 (1)式に代入すれば、
    [0056] V = V 0 (sin · cos α - cos θ · s in or )
    [0057] ^ V o ' sin ( Θ - ) となり、
    [0058] したがって該 Vの値を 0 とする orの値は、
    [0059] α ^ θ ± η π (ただし ηは整数） となる。
    [0060] 第 3図および第 4図は、 かかる位置検出方法をコ ン ビユー タを用いて実施する場合の検出装置の構成例を示すもので、 まず第 3図に示される検出装置においては、 該コ ンピュータ 内のマイ ク ロプロセ ッサ 2 は、 タイ マ 1 から一定周期毎に入 力されるタ イ ミ ング信号にもとづいて、 その'一定周期毎に各 サ ンプルホ ール ド回路 31 , 32 、該サ ンプルホ一ル ド回路 31 , 32にはそれぞれ上記正弦波信号 V a ， V b が入力される。 ) にホール ド指令を出力して各正弦波信号 V a V b の値をサ ン プルホールドし、 その間に該正弦波信号 V a , V b のアナコ グ値をそれぞれ A / D変換器 41 , 42によつて所定の精度のデ ィ ジタル値に変換し、 それらのディ ジタル値を上記所定の周 期毎にパスを通して該マイ ク πプロセ フ サ 2 に入力させてい る。
    [0061] そしてこれらのディ ジタル入力を上記 (1)式の V a および V„ の値として各周期毎に該マイ ク ロプロセ ッ サ 2 において
    [0062] 新た な ¾羝 該 (1)式すなわち V の値を Q とする の値を演箕する。 なおそ の各周期毎の演算結果すなわち該周期毎の位置情報 は逐次 該コ ン ピュ ータ のメ モ リ あるいは外部の出力レジスタ 5 に記 憶させることができる。
    [0063] 一方第 4図に示される装置においては， 上記第 3図におけ る 2個の A Z D変換器 41 , 42を設ける代りに、 サンプルホ一 ル ド回路 3 1 および 3 2 にそれぞれサ ンプルホ一ルドされた 出力を、 該マイ ク ロプロ セ ッ サ 2 力、らマルチプレク サ 4 3 に 入力される切換指令により各周期の途中で切換えて共通の A Z D変換器 4 4 に順次入力させ、 該変換器 4 4 の出力を順次 マイ ク ロプロセ ン サ 2 に入力させるようにして、 A / D変換 器を 1 個節約している。
    [0064] 次に該マ イ ク π プコ セ フ サ 2 において、 上記（1)式すなわち Vの値を 0 にする の値を求める場合の具体的方法について 説明する。
    [0065] すなわちその第 1 の方法は、 所請フ ィ — ドバッ ク法とで'も いうべき もので次のよう な演算過程を経て各検出周期毎の or を求める。 '.
    [0066] いま、 ある検岀周期における位置情報 を求めよう とす るときには、 先ずその 1周期前に求めた位置情報 い， と、 上述したようにして各 A Z D変換器 41 , 42又ば 4 4から新た に入力された V a および V b の各ディ ジタル値とをもとにし て、 V i = V a cos a i - 1 - V b s i n csr i . , を求め、 更にこの V i をもとにして、
    [0067] o i = i - , K V i (ただし Kは定数） （2) によって新たな位置情報 を求める。 （所謂比例補償法。 ） あるいは、 上記':2)式による代り に、 まず上記 V i を累積加 算して s i を求め、
    [0068] (すなわち S i = S i— , — V = ∑ V J 該 V i および S i を n = o
    [0069] も とにして、 ― a i = a i-1 - K P - i - K s - S i (3)
    [0070] (ただし K p , K s はそれぞれ定数で通常 K P > K s )
    [0071] によ って新たな位置情報 i を求める。 （所謂比例積分補償 法） 。
    [0072] なお上記比例補償法は実現が簡単であるが、 d が一定速度 で変化する ときその速度に比例した検出誤差が生ずるのは避 けえないのに対し、 該比例積分補償法は、 回路がやや複雑に なるが、 そのよ う な速度に比例した検出誤差を生 ない。
    [0073] またその第 2 の方法 、 上記 に関する非線形方程式 V a · cos or - V b · sin α = 0 を例えばニュ — ト ン法で解く 方 法である。 この場合には先ず
    [0074] V (： a ) = V acos or — V bs in αとする と o についての微分 値 V ' ( or ) は、 .
    [0075] V ' ( a ) = — V aSin — V bC0S となり該非線形方程式 の近似解は次の反復によって求められる。
    [0076] いま、 ある ·検出周期における位置情報 を求めよ う とす る ときには、 先ずその 1 周期前に求めた位置情報 ， をも とにして、 これを該 の最初の近似値 （第 0近似という意 味で "卜！ = or i 0とする） と し、 OT - O^ O — a i 0 v Oi0) V cos of i o ~ V sm cx ただし i 0 = ―
    [0077] V ' ( or i o) V a · s i n ατ o + V b · cos car i 0 を求め該 α £ ιを該 OT i の第 1 近似とする。
    [0078] 以下この演算過程を操返し、 その第 n近似を i nとする と、 第 （ n 1 ) 近似は、
    [0079] a i - <n* = <x i n ÷ a i n (a = 0 , 1 , 2…）
    [0080] V ( or in) V a - cos a i n - V b - sin a i n ただし i n
    [0081] V ' ( X i„) V a ' sin in + V b ' cos CX i となる。
    [0082] そして該 i nの絶対値 1 i n が ； a i n ； < ε
    [0083] (ただし s は要求精度に応じた所定の微小量）
    [0084] となったとき上記反復をやめ、 該近似解 · い を該検 出周期における位置情報 i とする ものである。
    [0085] 第 7 図は、 マイ .ク プロセ ッ サ 2 が上記ニュ ー ト ン法によ つて演算処理を行なう場合のフロ ーチャ ー トを示すもので、 タイ マ 1 から一定周期でタ イ ミ ング信号が癸生し、 それによ り 該マイ ク ロプロセ ッサ 2 は該タ イ ミ ング信号が入力される 毎に次の処理を始める。
    [0086] すなわちステ ッ プ Aでスタ ー ト後、 ステ ッ プ B でサ ンプル ホ一ル ド回路 31 , 32にホー ル ド指令を出し、 その時点での 2 つの正弦波信号 V a , V b の値をサ ンプルホール ド し、 その 間にその値 （アナログ値） を A Z D変換器 41 , 42に通して所 定の精度のディ ジタル値とし、 ステ ップ Cにおいて該ディ ジ タル値 V a , V b を読みとる。
    [0087] 次にステ ップ Dにおいてその 1周期前に求められた検出値 (位置情報） 《 i をとり 出し、 これを な i 0とする。
    [0088] そしてステ ップ Eにおいて、
    [0089] V a - c o s n - V b · s i η α„
    [0090] oc n = る、よ く n一 ' = cc n ^ a
    [0091] V a - s i n a n - V b · c o s a n
    [0092] (ただし n = 0 , 1 , 2 ， …と し、 最初は n = 0 力、らスタ ー 卜する） を計算する。
    [0093] 次いでステ ップ Fにおいて ； or n が s (ただし ε は検 出精度誤差を規定する量で予め与え られている とする） よ り 小か否かを判断し、 小になっていなければ該 。 を新たな α„ と して （ステ ップ G ) 、 同様の演算を操返し、 該 · o η が該 ミ よ り小となればステ ッ プ Ηにおいて該 η—【 をその周 期における新しい検出位置情報 i と して出力し、 次いでス テ ツブ I において該ホ―ル ド指令を解除し、 そ Ο周期におけ る演算処理を終了する。 （ステ ッ プ J ) 。
    [0094] " 上記した方法によれば、 上記 Vの値を 0 にする の値が、 上述したよ う に検出誤差の大きな原因となる 2 相の正弦波信 号それぞれの振巾の値 V。 に何等影響される こ とがないので、 該 。 にもとづ く 誤差が全く 生じないものであり 、 更に該正 弦波信号の電圧値 V a , V b は、 所定ビッ 卜の A / D変換器 を用いる こ とにより高精度に読みとる こ とができ るため、 該
    [0095] Aノ D変換器のビッ ト数に応じて該正弦波 1 サイ クル （回転 コ 一 ド扳上の相隣接するス リ ッ ト間のピ ン チに相当） を所要 の分割数 （例えば 1000 ) で直線状に補間分割した高分解能の 位置情報を検出する こ とができ る。
    [0096] このよ う にして上記した Vの値を 0 にする o の値を求めた 後、 該 αについての s i n α , co s "の符号と V a , V b の符 号とがそれぞれ一致するように該 を決定すれば、 そのよう にして决定された "の値が該 2相信号 1 サイ ク ル内でのアブ ソ リ ユ ー ト検出位置を表すことは上述したとおりである。
    [0097] 以上のようにして本発明の一形態によれば、 正弦波 1 サイ ク ル内 （すなわち回転コー ド板における相隣接する スリ ッ ト 間隔に相当する 1 ピ ッ チ内） でのアブソ リ ユ ー ト位置を求め ることができるが、 このような考え方を更に発展させて、 本 発明の他の形態によれば、 第 9図 に示されるような 1 サイ ク ル長の短い （短波長の） 2相信号 V c , V d と、 第 9図 (a) に示されるような 1 サイ クル長の長い （長波長の） 2相信号
    [0098] V a , V A とを組合せ、 該長波長の 2相信号 V a , V b の 1 サイ ク ル内でのアブソ リ ュ — ト位置と短波長の 2相信号 V c ,
    [0099] V d の 1 サイ ク ル内でのアブソ―リ ユ ー ト位置とから、 該短波 長の 2相信号 V c , V d の複数サイ ク ルに亘るアブソ リ ュー ト位置を検出する こ とができ る。
    [0100] すなわち長波長 1 サイ ク ル内でのアブソ リ ユ ー ト位置を検 出する こ とによ り 、 その検出位置がその長波長 i サ イ ク ル開 始位置から数えて、 そのとき検出されている短波長信号でみ て、 その何サイ クル目にあたるかが分る。 そしてその情報と、 該短波長 1 サイ ク ル内でのアブソ リ ュー ト位置情報とから、 該短波長複数サイ ク ルに亘るァブソ リ ュー ト位置が検出でき る。
    [0101] 同様にして、 この長波長より更に長い波長の 2相信号を用 意すれば、 該長波長複数サイ クルに亘るァブソリ ュ一 ト位置 の検出が可能になり 、 このよ う にして回転体の 1 回転に亘る ァブソ リ ュー ト位置を高分解能で検出する こ と もできる。
    [0102] 第 5 図および第 6図は、 このよう に波長を異にする 2相の 正弦波信号を 2 組用いて位置検出を行なう場合の検岀装置の 構成例を示すもので、 第 5 図に示される ものにおいては、 サ ンプルホール ド回路 31 , 32'に上記 2相の正弦波信号 V a , V b を入力させるほか、 他のサ ンプルホ ール ド 36 , 37には該 正弦波信号 V a , V„ より波長の短い （第 9 図に示される例 では 1 ノ 5 の波長となっている） 他の 2相正弦波信号 V c . V d を入力させ、 マイ ク ロプロセ ッサ 2 からのホール ド指令 によ ってこれら各正弦波信号 V a , V b , V c および V ά の 値をサ ンプルホール ド している に各正弦波信号のアナ π グ 値をそれぞれ A / D変換器 41 , 42 , 46 , 47によ つて所定の精 度のディ ジタル値に変換し、 それらの値をタ イ マ 1 で規定さ れる所定の周期毎に、 バスを通してマイ ク 口プロセ ッサ 2 に 入力させる。
    [0103] そ してこれらのディ ジタル入力をも とにして、
    [0104] V , = V a cos o - V b s i n を 0 にする の値および
    [0105] V z = V c cos ー V d s i n を 0 にする ^の値を演算し、 更にこのよう にして算出された についての sin , cos a の符号と該入力された V a , V b の符号 （ A Z D変換器 41 , 42からの入力で検出でき る） とがそれぞれ一致するよう に α を决める。
    [0106] また上記で箕出された についての sin ^ , cos /3の符号 と該入力された V c , V d の符号 （ A / D変換器 46 , 47から
    [0107] 2 - 1
    [0108] 5 o 5 16 の入力で検出できる） とがそれぞれ一致するように を决め る。
    [0109] そしてこのようにしてえられた ， j9をもとにして該短波 長の 2相信号の複数サイ ク ルに亘るアブソ リ ユ ー ト位置情報 を得る。
    [0110] また第 6図に示されるものにおいては、 4個の A D変換 器 41 , 42 , 46 , 47を用いる代りに各サンプルホールド回路 3 1 , 32 , 36 , 37にそれぞれサ ンプルホールドされた出力を、 マイ ク ロプロセ ッ サ 2 力、らマルチプレク サ 4 8 に入力される切換
    [0111] 10 指令により各周期の途中で切換えて共通の A Z D変換器 4 9 に順次入力させ、 該変漠器 4 9 の出力を順次マイ ク ロプロセ ン サ 2 に入力させるよう にして A Z D変換器を 1個に節約し ている。
    [0112] 第 8図は、 マイ.ク ロプ セ ッサ 2が上記のようにして各周 期毎に'入力された V a , V b , V c , V d をもとにして上記 および 9を演箕決定する場合のフ π—チヤ一 トを示すもの で、 タイ マ 1 から一定周期毎にタイ ミ ング信号が発生し、 そ れにより該マイ ク ロプロセ ッサ 2 は該タイ ミ ング信号が入力 される毎に次の処理を始める。
    [0113] すなわちステ ッ プ L でスタ ー ト後、 ス テ ッ プ Mでサ ンプル ホ ール ド回路 31 , 32 , 36 , 3了にホール ド指令を出し、 その時 点での V a , V b , V c , V d の値をサ ンプルホ ールドし、 その間に先ずその値 （アナログ値） を A / D変換器 4 1 , 42に 通して所定の精度のディ ジタル値とし、 ステップ Nにおいて 該デイ ジタ ル値 V a , V b を読みとる。 次いでステップ〇 に おいて V i = V a cos or - V b s i n orの値が 0 になる αを求め (その求め方は前述した） 、 更にステ ッ プ P において該 に ついての sin " , cos orの符号と該 V a , V b の符号とがそ れぞれ一致するよ う に を決める。
    [0114] 更にステ ッ プ Qにおいて、 A / D変換器 46 , 47を通して入 力されているディ ジタル値 V c , V d を読み取り 、 ステ 'ン ' フ。 Rにおいて V 2 = V c cos ー V d s i n；9 の値が 0 になる を 求め、 ステ ップ S において該 ^についての s i9 , cos /9 の 符号と該 V <： , V d の符号とがそれぞれ一致するよ う に ^を 決める。
    [0115] そ してステ ン プ Tにおいて、 上記のよ う に して決定された c , ^を出力するよ う にすれば、 それによ つて短波長の 2 相 ί言号の複数サイ ク ルに亘るァブソ リ ュ ー ト位置情報がえられ る。 そ してステ ン プじでホール ド指令が解除される。
    [0116] こ こで上記した本発明の 1 実施態様と して互に波長を異に する 2 相の正弦狻信号を複数組発生させる手段と して、 該 2 相の正弦波信号を複数チ ソネル記緑した回拳云コ — ド板を用 い、 これによつて該コ — ド板の 1 回転に亘つてのァブソ リ ュ 一 ト位置情報を得る場合について説明する。
    [0117] 先ず該回転コ 一 ド根に設けられる第 1 のチ ャ ンネル 該回 転コ — ド扳が 1 回転する毎に 1 サイ ク ルとなる 2相の正弦波 i 号がえられるよ う に形成される。 そのために：.よ第 1 のチ ヤ ンネルを洌えば該回転コ — ド扳の円周 360 ' に ¾つてそのス リ 'ン' ト 巾 （或は長さ） が漸次変化する所定数の、 あるいは連 続した帯状のス リ ソ 卜 によって形成し、 該第 1 のチ ャ ンネル および空間的に 9 0 ° ずれた固定板の各スリ ッ トをそれぞれ 通過する光によつて該回転コ一 ド板が 1 回転する間に 1 サィ ク ル変化する 2相の正弦波信号を発生させる。
    [0118] また該第 1 のチ ャ ンネルと同心的にその 1 回転につき Nサ ィ ク ル （： は 2以上の整数） の 2相正弦波信号がえられるよ う に、 第 2 のチ ャ ンネル （すなわち回転コ ー ド板の円周に沿 つて適宜形状のス リ ッ トを Nピッ チとなるように配列し、 固 定板側の各スリ ッ トはその 1 ピッチの 1 ノ 4だけずれるよう に配列する） を設け、 以下同様にしてサイ ク ル数を次第に多 く した所定数のチャ ン ネルを複数個設けた回転コ一 ド扳を用 いる。
    [0119] 以下かかる回転コ — ド板を用い、 該コ一 ド板の 1 回転に亘 つてのアブソ リ ュ一 ト位置情報を得る場合の具体例を具体的 数値を用いて説明.する。 なおこ こ で例示する回転コ - ド板に 該複数倔のチ ヤ ンネルとして第 1 から第 3 までの 3 チ ヤ ン ネルが設けられている ものとする。
    [0120] 先ず、 第 1 のチ ャ ンネルは上述したよ う にその 1 回転につ き正弦波 1 サイ ク ルを発生させる ものであり、 上述した本発 明方法により、 その 1 サイ ク ルの捕間分割数を 1000として
    [0121] (この補間分割数は A Z D変換器のビツ ト数に応じて決る） ある時点での回転コ ー ド板の該 i サイ ク ル内でのアブソ リ ュ 一 ト泣置情報 （上記 に相当） と して例えば 552という値が えられたとする。
    [0122] 次に第 1 のチ ヤ ンネルはその 1 回転につき正弦波 200サイ クルを発生させるものであり、 該丄 サイ クル内でのアブソ リ ユ ー ト位置情報 （上記 に相当） と して 201という値がえら れたと し、 更に第 3 のチ ヤ ンネルはその 1 回転につき正弦波 2000サィ クルを発生させる ものであり 、 該 1 サイ ク ル内での アブソ リ ユ ー ト ¾ S情報と して i 0 という値がえ られたとす - る。
    [0123] そこでまず第 1 のチ ャ ンネル 1 サイ ク ル内でのアブソ リ ュ 一 ト位置 552が、 第 2 のチャ ンネルにおいてその何サイ クル 目にあたるかを决める。 そのためには、 該第 2 のチャ ンネル の 1 サイ クルが第 1 のチ ャ ンネル 1 サイ クルにおける 5分割 分 （ 1000分割/ ^OO)に相当する こ とから 552.Z 5 とすれ よ く 、 その商の値 （'余り ：.よ無視する） から第 2 のチ ャ ンネルの 110サイ ク ル目にあたる こ とが分る。
    [0124] 更に該第 2 Qチ ャ ンネルの のサイ ク ル , 該第 3 レっチ ャ ンネ ..'レ （最も波長の短 、'チ ヤ ンネル） の 1100サイ クル目
    [0125] 2000 '
    [0126] (110 サイ クノレ X ) にあたる 二 と も分る。
    [0127] 200
    [0128] に該第 2 のチ ャ ンネル 1 サイ クル内でのァ ソ ユ ー ト ϋ置 201が、 第 3 のチ ャ ンネルにおいてそ G何サ イ ク ル目に あたるかを决める。 そのためには該第 3 のチ ヤ ンネルの 1 サ ィ ク ルが第 2 のチ ヤ ンネル 1 サ イ ク ルにおける 100分割分
    [0129] ( 1000分割 / 1 0 ) に相当する こ とから 201Z100 とすれば よ く 、 その商の値 （余り 無視する） から第 3 のチ ャ ンネル の 2 サイ クル目にあたる こ とが分る。
    [0130] こ Qよう にして該回転コ 一 ド板の回転位置は該第 3 のチ ヤ ンネルにおける （1100— 2 ) = 1102サイ ク ゾレ目 O範囲にあり 、 かつそのサイ クル内でのアブソ リ ユ ー ト位置は上述したよう に 1 0 である ことも検出されている。
    [0131] そして該第 3 のチ ャ ンネルにおいても、 その各 1 サイ クル 内の補間分割数を 1000としていれば、 結局上記回転位置 、 該第 3 のチ ヤ ンネルにおけるァブソ リ ユ ー ト位置として 1 102 1000 卞 10 = 1 , 102 , 010 という値によって表される。
    [0132] このよう にして回転コ ー ド板 1 回転に亘つての回転位置を 検出分解能の高いアブソ リ ュ一 ト位置情報として得ることが できる。
    [0133] 本発明によれば、 従来形の位置検出方法に比較して格段-に 高い検出分解能で移動体のアブソ リ ュ一 ト位置を検出するこ とができ、 これをもとにして回転体の i 回転に亘つての回転 位置をも検出分解能の高いァブソ リ ュー ト位置情報として得 る こ とができる。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. 移動体の移動に応じて空間的に 9 0 の位相差を有す る 2 相の正弦波 i 号を発生させる段階、 該 2 相の正弦波 ¾号
    5 の各電圧値 V a , V b を検出して V = V a · COS — V b ·
    sin "の値を 0 にする αの値を算出する段階、 該箕出された に ついての sin ' c。s の符号と該 V a , V b の符号と がそれぞれ一致するよう に該 の値を決定する段階、 および このよ う にして決定された の値を該 2相信号 1 サイ クル内 10 で Οアブソ 'J ュ一 ト位置情報と して該移動体の移動位置を検 出する段 ¾を具満する こ とを特敏とする 置 ¾出方法。
    2. 移動 *の^動に応 て空間的に 9 0 ° Ο位相差を有す る 2 ¾ £弦 ¾ ί雲号であってそれぞれその波長を異にする も のを複数組 ¾生させる段階、 該 2 相の正弦波信号のう ちの一
    15 組の各電王値 V a , V b を検出して V = V a · COS C - ' '
    3 : ^ 0碴を 0 :こする ^の値を算出する段階、 該寬出された に ついての s〖 n , c 0 s O符号と該 V a 、 V b の符号と がそれぞれ一致するよ う に該 の値を決定する S階、 該 2相 の正弦波信号のう ちの他の組 0各電圧値 V c , V d を検出し 20 て V = V c · C0S — V d · s i π の値を 0 にする の値を算出 する段； ¾fc、 該箕出された についての sin ， cos ;9 の符号 と該 V c , V d 符号とがそれぞれ一致するよ う に該 β の値 を決定する段階、 および以下同様にして决定された " ·， β ··· の値から短波長。 2相信号の複数サイ クルに亘るァブソ リ ュ • 25 — ト 位置情報を得て該移動体の移動位置を検出する設階を具 備することを特徴とする位置検出方法。
    3. 移動体の移動に応じて空間的に 9 0 ° の位相差を有す る 2相の正弦波信号であってそれぞれの波長を異にする もの を複数組発生させる手段として、 9 0 ° の位相差をもつ 2相 の正弦波信号を複数チ ャ ンネ ル記録し、 そのう ちの第 1 のチ ヤ ンネルは 1 回転につき正弦波が 1 サイ クルとなるようにし、 第 2 のチャ ンネルは 1 回転につき Nサイ クル （ Nは 2以上の 整数） となるようにし、 以下同様にしてサイ クル数を次第に 多 く した所定数のチ ヤ ンネ ルを記録した回転コ一ド板を用い るこ とを特徵とする、 請求の範囲第 2項に記載の位置検出方 法。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US4884226A|1989-11-28|
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    EP0199826A4|1989-03-29|
    EP0199826A1|1986-11-05|
    DE3585921D1|1992-05-27|
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    法律状态:
    1986-05-22| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP59/231354||1984-11-05||
    JP59231354A|JPH04524B2|1984-11-05|1984-11-05||DE8585905437A| DE3585921D1|1984-11-05|1985-11-05|Verfahren zur bestimmung der ortung.|
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