JP4953589B2 - エンコーダの原点信号生成方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インクリメンタルパターンと原点パターンが形成されたスケールを有するエンコーダの原点信号生成方法及び装置に係り、特に、原点パターンから得られる原点波形によらず、高精度の原点信号を生成することが可能なエンコーダの原点信号生成方法及び装置に関する。
図１に例示する如く、インクリメンタルパターン１２が形成されたスケール１０を用いてインクリメンタルな変位信号（主信号と称する）を得るエンコーダにおいては、スケール１０の原点を知る必要がある場合には、インクリメンタルパターン１２に原点パターン１４を併設し、図２に示す如く、該原点パターン１４から原点波形を得て、原点パルス波形信号を得るようにしている（特許文献１乃至４参照）。
図１において、２０は、光源２２、前記インクリメンタルパターン１２及び原点パターン１４に対応するパターン３２、３４が形成されたインデックススケール３０、例えば方向弁別用及び分割用に４相の出力を得るための４個の主信号用受光素子４２、原点用受光素子４４を含む検出ヘッドである。
しかしながら、この方法は、スケール１０に対して検出ヘッド２０のギャップ、配置や姿勢等、取付けや相対移動のガタ付きの許容度が高いものの、繰り返しや双方向性等、使用上の性能において劣るという問題点を有していた。
一方近年、エンコーダの高分解能化・高精度化が進む中で、原点信号の精度に対しても要求が高まり、主信号と同等の分解能・精度や、タイミングも主信号と同期して出すことが要求として上がってきており、特許文献５には、主信号に同期した原点信号を得ることが記載されている。
特開２０００−９７７２６号公報 特開２０００−２７５０６３号公報 特開２００３−２９４４９４号公報 特開２００４−１６３３０号公報 特開２００３−８３７７１号公報
しかしながら、特許文献５に記載の技術であっても、必要な原点パルス幅に対応可能な原点パルスを出力することはできなかった。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、取付け調整し易さを維持しながら、繰り返し性、Ｓ／Ｎ比（パルス幅）、双方向性に優れた原点検出を可能にすることを課題とする。
本発明は、インクリメンタルパターンと原点パターンが形成されたスケールと、該スケールに対して相対移動可能で、前記インクリメンタルパターンにより生成される主信号波形を用いて相対移動方向及び相対移動量を検出するための検出ヘッドと、該検出ヘッドの相対移動方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンされる内部カウンタとを有するエンコーダの原点信号生成に際して、前記原点パターンから得られる原点波形に基づき、前記インクリメンタルパターンから得られる主信号波形と同期させて、前記検出ヘッドが第１の方向に相対移動する時は、前記内部カウンタのアップパルスの立上りに応じて所定幅の原点信号をソフトウェアで生成し、一方、前記検出ヘッドが第１の方向とは逆の方向に相対移動する時は、前記内部カウンタのダウンパルスの立上りに応じて所定幅の原点信号をソフトウェアで生成するようにして、前記課題を解決したものである。
又、前記原点信号を、電源投入後の初期動作で検出した原点位置に基づいて発生するようにしたものである。
本発明は、又、インクリメンタルパターンと原点パターンが形成されたスケールと、該スケールに対して相対移動可能で、前記インクリメンタルパターンにより生成される主信号波形を用いて相対移動方向及び相対移動量を検出するための検出ヘッドと、該検出ヘッドの相対移動方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンされる内部カウンタとを有するエンコーダの原点信号生成装置において、前記インクリメンタルパターンから主信号波形を得る手段と、前記原点パターンから原点波形を得る手段と、原点信号の幅を記憶する手段と、前記原点波形に基づき、前記インクリメンタルパターンから得られる主信号波形と同期させて、前記検出ヘッドが第１の方向に相対移動する時は、前記内部カウンタのアップパルスの立上りに応じて所定幅の原点信号をソフトウェアで生成し、一方、前記検出ヘッドが第１の方向とは逆の方向に相対移動する時は、前記内部カウンタのダウンパルスの立上りに応じて所定幅の原点信号をソフトウェアで生成する手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
又、電源投入後の初期動作で検出した原点位置を記憶する手段を更に備えるようにしたものである。
本発明によれば、電源投入後には、ユーザが必要な位置、幅に原点をフレキシブルに設定可能であり、必要な幅の原点信号を得て、Ｓ／Ｎ比を確保すると共に、双方向性の原点を確立することが可能となる。
即ち、実際の原点トラックの検出動作は最初だけで、以降は仮想的に原点信号をソフトウェアで生成出力することで、従来あった毎回原点検出を行なうと僅かに位置がずれるという問題や、原点信号の幅が変化するといった問題が解消する。又、ソフトウェアで原点信号を生成出力するので、右移動時、左移動時の原点信号の位置ずれを完全に無くすことができる。更に、初期動作時に検出した原点位置から任意の距離オフセットした位置を原点位置に設定して、そこを毎回通過時に原点信号を生成出力するようにすることも可能である（任意位置原点設定機能の実現）。
本来原点検出は最初に１回だけ検出すれば十分であるが、エンコーダと接続しているＮＣコントローラ側の仕様で原点信号を原点通過時に毎回チェックする機能があり、それに対応するためにソフトウェアで原点信号を生成して出力すれば、従来のエンコーダと互換性を保ちつつ原点信号の位置ずれを解消することが可能となる。又、ＮＣコントローラの仕様に合わせて原点信号の位置や幅を自由にソフトウェアで設定することができる。
特に、スケール原点の立上りエッジを減速ドック信号（原点復帰動作用のトリガ信号）として使用し、その後の原点若しくは反転し同一原点の立上りを使用する場合には、システムの都合の良い位置及びパルス幅で原点をプログラマブルに設定可能となり、原点復帰時間の最適化（短縮）を図ることが可能となる。
又、スケール側の原点が１点の場合でも、図３に示す如く、その１点の原点を減速ドック用として使用し、必要な位置に、原点座標確立用原点をプログラマブルに設定可能となる。
又、図４に示す如く、生原点と０座標の出力原点をＡＮＤ処理することで、ミスカウントチェックをすることもできる。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態は、図５に示す如く、インクリメンタルパターン１２及び原点パターン１４が形成されたスケール１０と、インクリメンタルパターン３２及び原点パターン３４が形成されたインデックススケール３０、主信号用受光素子４２及び原点用受光素子４４を有する検出ヘッド２０と、前記主信号用受光素子４２の出力を位相分割して、例えば図６（Ａ）に示すような、信号ピッチ１０μｍの主信号波形を生成する位相分割回路４６と、該位相分割回路４６出力の主信号波形に対応してカウントアップ又はカウントダウンされる内部カウンタ４８と、前記原点用受光素子４４の出力を波形整形して、図６（Ａ）に示すような原点波形（原波形）を生成する波形整形回路５０と、該波形整形回路５０から得られる原点波形がオンである範囲の主信号波形の最初のゼロクロス点で、例えば主信号２パルス分のパルス幅Ｐを有する原点パルスをソフトウェアで生成して出力するための、例えばＣＰＬＤ等のプログラマブルデバイスを用いて構成された原点信号生成回路５２とを備えている。
以下作用を説明する。まず、同一位置原点の場合の初期動作時に、検出ヘッド２０が右方向に移動する場合には、図６（Ａ）に示す如く、原点波形と主信号ゼロクロスを同期して出力原点波形を生成する。この原点パルス波形は、必要な原点パルス幅Ｐ（図では内部カウンタ２パルス分）に対応可能である。以降、電源オン状態中の出力原点波形は、生信号によらず、内部カウンタ４８の計測値に応じて、原点信号生成回路５２でソフトウェアにより生成された原点（ソフト原点と称する）となる。
そして、検出ヘッド２０が図の左方向に移動する時には、図６（Ｂ）に示す如く、内部カウンタ４８のダウンパルスの立上りに応じて、パルス幅Ｐの原点パルスがソフトウェアで出力される。
一方、検出ヘッド２０が逆に図の右方向に移動する時には、図６（Ｃ）に示す如く、内部カウンタ４８のアップパルスの立上りに応じて、同じパルス幅Ｐの原点パルスがソフトウェアで出力される。
このように、左右いずれの側からの移動に対しても、内部カウンタ４８の計数値に応じて、原点波形をソフトウェアで生成しているため、位置及びパルス幅は変わらない。
次に、双方向位置原点の場合には、検出ヘッド２０が図の右方向に移動する時は、図７（Ａ）に示す如く、内部カウンタ４８のアップパルスの立上りに同期して、必要なパルス幅Ｐの原点パルスがソフトウェアで出力される。
一方、検出ヘッド２０が逆に図の左方向に移動する時には、図７（Ｂ）に示す如く、内部カウンタ４８のダウンパルスの立上りに同期して、同じ位置に立上り位置を合わせて同じパルス幅Ｐの原点パルスがソフトウェアで出力され、検出ヘッド２０の左右移動時共、同一の位置で原点波形が得られる。
なお、図６に示した同一位置原点、図７に示した双方向位置原点のいずれの場合も、検出ヘッド２０の計数方向は、主信号用受光素子４２の出力から得られるアナログＡ相、Ｂ相の位相の進相関係で決定される。
前記実施形態においては、本発明が、反射式の光学式リニアエンコーダに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、透過型や、磁気式、電磁誘導式、静電誘導式等の他の方式のリニアエンコーダ、あるいは、ロータリエンコーダにも同様に適用できる。
又、主信号受光素子４２から必要な分解能のインクリメンタル信号が直接得られる場合には、位相分割回路４６を省略できる。
従来のエンコーダの原点検出装置を説明するための斜視図 同じく信号波形図 本発明で初期原点を減速ドックとして使用する場合の仮想原点出力説明図 本発明におけるシステム誤計数チェックの説明図 本発明の実施形態の構成を示すブロック図 前記実施形態で同一位置原点の場合の動作を示す各部波形図 同じく双方向位置原点の場合を示す各部波形図
符号の説明
１０…スケール
１２、３２…インクリメンタルパターン
１４、３４…原点パターン
２０…検出ヘッド
２２…光源
３０…インデックススケール
４２…主信号用受光素子
４４…原点用受光素子
４６…内挿回路
４８…内部カウンタ
５０…波形整形回路
５２…原点信号生成回路

Claims (4)

  1. インクリメンタルパターンと原点パターンが形成されたスケールと、該スケールに対して相対移動可能で、前記インクリメンタルパターンにより生成される主信号波形を用いて相対移動方向及び相対移動量を検出するための検出ヘッドと、該検出ヘッドの相対移動方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンされる内部カウンタとを有するエンコーダの原点信号生成に際して、
    前記原点パターンから得られる原点波形に基づき、前記インクリメンタルパターンから得られる主信号波形と同期させて、
    前記検出ヘッドが第１の方向に相対移動する時は、前記内部カウンタのアップパルスの立上りに応じて所定幅の原点信号をソフトウェアで生成し、
    一方、前記検出ヘッドが第１の方向とは逆の方向に相対移動する時は、前記内部カウンタのダウンパルスの立上りに応じて所定幅の原点信号をソフトウェアで生成することを特徴とするエンコーダの原点信号生成方法。
  2. 前記原点信号を、電源投入後の初期動作で検出した原点位置に基づいて発生することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダの原点信号生成方法。
  3. インクリメンタルパターンと原点パターンが形成されたスケールと、該スケールに対して相対移動可能で、前記インクリメンタルパターンにより生成される主信号波形を用いて相対移動方向及び相対移動量を検出するための検出ヘッドと、該検出ヘッドの相対移動方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンされる内部カウンタとを有するエンコーダの原点信号生成装置において、
    前記インクリメンタルパターンから主信号波形を得る手段と、
    前記原点パターンから原点波形を得る手段と、
    原点信号の幅を記憶する手段と、
    前記原点波形に基づき、前記インクリメンタルパターンから得られる主信号波形と同期させて、前記検出ヘッドが第１の方向に相対移動する時は、前記内部カウンタのアップパルスの立上りに応じて所定幅の原点信号をソフトウェアで生成し、一方、前記検出ヘッドが第１の方向とは逆の方向に相対移動する時は、前記内部カウンタのダウンパルスの立上りに応じて所定幅の原点信号をソフトウェアで生成する手段と、
    を備えたことを特徴とするエンコーダの原点信号生成装置。
  4. 電源投入後の初期動作で検出した原点位置を記憶する手段を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載のエンコーダの原点信号生成装置。
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