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JPH1137790A - 準絶対位置検出装置 - Google Patents

準絶対位置検出装置

Info

Publication number
JPH1137790A
JPH1137790A JP10137861A JP13786198A JPH1137790A JP H1137790 A JPH1137790 A JP H1137790A JP 10137861 A JP10137861 A JP 10137861A JP 13786198 A JP13786198 A JP 13786198A JP H1137790 A JPH1137790 A JP H1137790A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
absolute position
code wheel
quasi
unique
track
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10137861A
Other languages
English (en)
Inventor
Prasad V Venugopal
プラサド・ブイ・ベヌゴパル
Nan Jiang
ナン・ジアング
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Co filed Critical Hewlett Packard Co
Publication of JPH1137790A publication Critical patent/JPH1137790A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/30—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental
    • H03M1/308—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental with additional pattern means for determining the absolute position, e.g. reference marks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2454—Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2455—Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on the same encoder

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶対位置エンコーダよりも簡単な構成で、絶対
位置エンコーダに準じた位置検出を行うことができるエ
ンコーダを提供すること。 【解決手段】２方向のトラックと、インデックストラッ
クとを備えたコード・ホイールを使用し、インデックス
トラックの２進シーケンス内の各数を、コード・ホイー
ルの固有位置に対応させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３チャネル・イン
クリメンタル光学エンコーダを用いた、回転絶対位置検
出に関するものである。とりわけ、本発明は、絶対位置
を求めるための高解像度インデックストラック（例え
ば、ＣＨ（チャンネル）Ａ及びＣＨ Ｂの直角位相信号
のサイクル毎に低・低状態で１つのインデックスパルス
が可能な）を備えた３チャネル・インクリメンタル・エ
ンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】透過性光学エンコーダは、回転運動の検
出に広く用いられている。該エンコーダは、その運動を
モニタする必要のある回転部材に取り付けられた「コー
ド・ホイール」から構成される。コード・ホイールは、
発光装置と検出器の間におかれる。コード・ホイールに
は、異なる「トラック」、すなわち、光を遮断するパタ
ーンまたは光を通すパターンが設けられている。発光装
置からの光ビームの遮断は、検出器によって検出され、
回転運動を判定するための信号が発生する。ヒューレッ
ト・パッカード社を含むいくつかのメーカから、発光装
置と検出器をパッケージに納めた「モジュール」が入手
できる。
【０００３】絶対位置エンコーダは、運動を伴わない、
始動時における回転シャフトの絶対位置を表示する。
【０００４】固有（ユニーク、特有、特徴的）パターン
のインデックスパルスが用いられる場合、２つの直角位
相信号と高解像度インデックス信号を備えたインクリメ
ンタル３チャネル・エンコーダを用いて、多少の運動範
囲内において絶対位置を検出することが可能である。始
動後、絶対位置を求めることが可能になる前には、多少
の運動を必要とするので、該エンコーダは「準絶対位
置」エンコーダと呼ばれる。一度、絶対位置が見つかれ
ば、エンコーダは、高精度でインクリメンタル運動を常
に把握することができる。
【０００５】例えば、３チャネル発光装置及び検出器モ
ジュールと、３チャネル・コード・ホイールを含んでい
るヒューレット・パッカード社の製品番号ＨＥＤＳ ９
１４０のような３チャネル光学エンコーダは、チャネル
Ａ（ＣＨ Ａ）、チャネルＢ（ＣＨ Ｂ）、及び、チャ
ネルＩ（ＣＨ Ｉ）信号を発生する。信号ＣＨ Ａ及び
ＣＨ Ｂは、直角位相をなし、位相が互いに９０゜オフ
セットして（ずれて）いる。これら２つの信号は、位置
及び運動方向のインクリメンタル変化を検出するために
利用される。チャネルＣＨ Ｉは、一般に、コード・ホ
イールが回転する毎に生じる信号として用いられ、「絶
対ゼロ」（または基準）位置を表す。高解像度のインデ
ックストラックは、信号ＣＨ ＡまたはＣＨ Ｂのサイ
クル毎にインデックスパルスの発生を可能にする。固有
シーケンスをなすインデックスパルスを用いて、回転部
材の絶対位置が求められる。
【０００６】例えば、ブラシレス・モータ整流及びロボ
ットの短いローカル・ホーミング・シーケンスといった
多くの用途において、絶対位置の検知が必要とされる。
インクリメンタル３チャネル・エンコーダは絶対位置エ
ンコーダより安価であり、絶対位置が見つかると、イン
クリメンタル信号を用いて、高精度の位置トラッキング
が可能になるので、このような絶対位置検出に準じた解
決法は望ましいものと言える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、絶対位置検出装置よりも簡単な構成によって絶
対位置検出装置と同様の用途に使用することができる、
準絶対位置検出装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】例えば、３チャネル・エ
ンコーダ・モジュール及び特殊コード・ホイールといっ
た準絶対エンコーダは、１回転以内に絶対位置を求め
る。信号ＣＨ Ｉのインデックスパルス・パターンは、
本出願明細書に解説の方法を用いて設計されており、コ
ード・ホイールは、このパターンで設計されている。コ
ード・ホイールは、シャフトに取り付けられ、ちょうど
単一インデックス３チャネル・エンコーダに関して実施
されるのと同様に、所定のインデックスパルスと基準ま
たは「絶対ゼロ」位置のアライメントがとられる。次
に、復号化テーブルに基づいて、コード・ホイールの運
動によって生じるインデックスパルス・シーケンスから
絶対位置を求めることが可能である。
【０００９】準絶対位置符号化システムには、プログラ
マブル論理装置（ＰＬＤ）及び読み取り専用メモリ（Ｒ
ＯＭ）が含まれている。エンコーダからの３つの信号
は、チャネルＡ（ＣＨ Ａ）、チャネルＢ（ＣＨ
Ｂ）、及び、チャネルＩ（ＣＨ Ｉ）である。信号ＣＨ
Ａ及びＣＨ Ｂの各サイクル（位相で３６０゜）毎
に、４つの状態がある。信号ＣＨ Ｂは、信号ＣＨ Ａ
から位相が９０゜オフセットしている。信号ＣＨ Ｉ
は、サイクル毎に１回の頻度で発生することが可能であ
り、固有のシーケンスを備えている。ＰＬＤは、インデ
ックスパルスの固有パターンを復号化して、運動方向を
判定し、ＲＯＭに対して固有アドレスを与える。ＲＯＭ
におけるこの固有アドレスには、コード・ホイールの絶
対位置が記憶される。
【００１０】固有シーケンスは、提示のフローチャート
に基づいて決定される。
【００１１】
【発明の実施例】図１には、固有（ユニーク、特有、特
徴的）シーケンスを決定するためのプロセス図が示され
ている。ステップ１１０において、所望の解像度が、２
進数、２のＮ乗で表され、ｉが０に初期設定される。ス
テップ１１２において、ｘが所望の解像度より低くなる
ように選択され、数Ａ(番号i)がｘにセットされる。ス
テップ１１４において、シーケンスにおける次の数Ａ
(番号i+1)が、２のＮ乗と係数、および、シーケンスに
おける先行数Ａ（番号i）の２倍を掛けた値になる。ス
テップ１１６において、次の数Ａ(番号i+1)は、シーケ
ンスにおける数Ａ(番号R)と比較される（Ｒ＝０からｉ
までに関して）。次の数Ａ(番号i+1)が固有の場合、ｉ
は１だけインクリメントされる（ステップ１１８）。ス
テップ１２０において、ｉは２のＮ乗未満であり、ステ
ップ１１４に戻る。ｉが２のＮ乗を超えると、停止する
（ステップ１２２）。
【００１２】次の数Ａ(番号i+1)が繰り返しの場合、{数
Ａ(番号i+1)＋１}ｍｏｄ（２のＮ乗）がシーケンスにお
ける数Ａ（番号r）と比較される（ｒ＝０からｉまでに
関して）（ステップ１２４）。 数Ａ(番号i+1)が固有の
場合、数Ａ(番号i+1)は１だけインクリメントされる
（ステップ１２６）。該手順は、ステップ１１８を続け
る。数Ａ(番号i+1)＋１が繰り返しの場合、数Ａ(番号i)
が奇数であるか否かがチェックされる（ステップ１２
８）。奇数でなければ、{数Ａ(番号i)＋１}ｍｏｄ（２
のＮ乗）が、シーケンスにおける数Ａ(番号R)と比較さ
れる（Ｒ＝０からｉ-１までに関して）（ステップ１２
９）。数Ａ（番号i）が奇数か、または、数Ａ(番号i+1)
が繰り返しの場合、ｉは１だけデクリメントされる（ス
テップ１３０）。ステップ１２８に戻る。数Ａ(番号i+
1)が固有の場合、Ａ(番号i)は、{数Ａ(番号i)＋１}ｍｏ
ｄ（２のＮ乗）にセットされ、ｉは１だけデクリメント
される（ステップ１３２）。ステップ１１４に戻る。
【００１３】図２には、Ｎ＝３の場合の、８カウント／
回転（ＣＰＲ）の所望の解像度に関する結果が示されて
いる。このプロセスによって、所望の解像度に関する固
有シーケンスが決定されるが、このシーケンスは、多少
注意して切り捨て、例えば、所望の解像度が６の、より
解像度が低いコード・ホイールに利用することも可能で
ある。
【００１４】図３Ａ及び３Ｂには、図２に示す例に関す
る光学エンコーダ・モジュールの３つのチャネルが示さ
れている。ＣＨ Ｉは、ＣＨ ＡまたはＣＨ Ｂのいず
れかにおける３サイクルについてサンプリングされ、Ｃ
Ｈ Ｉが発生するシリアルパターンは、サンプリングが
行われるコード・ホイールの各位置毎に異なる。このシ
リアルパターンと、運動の１つの直角位相状態内におけ
るＣＨ Ａ及びＣＨＢから得られた方向情報とを組み合
わせて用いることによって、テーブルに示される絶対位
置が求められる。従って、ＣＨ ＡまたはＣＨ Ｂにお
ける３サイクル最大値（１３５機械度に相当する）内に
おいて、絶対位置を見つけることが可能である。
【００１５】従って、１０２４ビットの解像度を有する
エンコーダは、方向情報が与えられると、ＣＨ Ａまた
はＣＨ Ｂにおける各サイクル毎に１つずつ、１０のサ
ンプル内における絶対位置を得ることが可能になる。方
向情報は、１つの直角位相状態内において、位置情報よ
り先に見つけることが可能である。１０２４ＣＰＲの準
絶対位置エンコーダの場合、これは、１２ビット絶対位
置エンコーダに相当する。５１２ＣＰＲの準絶対位置エ
ンコーダの場合、これは、１１ビット絶対位置エンコー
ダに相当する。２５６ＣＰＲの準絶対位置エンコーダの
場合、これは、１０ビットの絶対位置エンコーダに相当
する。
【００１６】図４には、切り捨てられたシーケンスに関
する最適のエンコーダ・モジュールの３チャネルが示さ
れている。この例の場合、Ｎは３になるように選択され
たが、所望の解像度は、６であり、もとの固有シーケン
スのサブセットである。
【００１７】図５には、前述のコード・ホイールを用い
たシステムが示されている。コード・ホイール１０は、
さらに、デコーダ１４に接続される。
【００１８】サンプリングの復号化は、ソフトウェアま
たはハードウェアによって実施される。ソフトウェア・
デコーダの場合、テーブル探索手順を利用して、絶対位
置が求められる。多くの場合、絶対位置を初期設定する
ことにより、開始点を定める。エンコーダ・モジュール
の回転速度は、ソフトウェア・デコーダの総合性能に比
べて遅いことが望ましい。
【００１９】図６には、図６に示すデコーダのハードウ
ェア実施例が示されている。プログラマブル論理素子１
６が、入力として、ＣＨ Ａ、ＣＨ Ｂ、ＣＨ Ｉ、及
び、ＣＬＯＣＫ信号を受信する。読み取り専用メモリ・
モジュール（ＲＯＭ）１８は、絶対角度を有している。
【００２０】プログラマブル論理素子１６は、アドレ
ス、回転方向、及び、象限カウントに対応する信号を出
力する。アドレスは、図３に示すようにＣＨ Ｉ信号を
サンプリングすることによって求められる。このアドレ
スは、長さがＮビットである。ＵＰ／ＤＯＷＮ信号と組
み合わせたアドレスによって、絶対位置アドレスが記憶
されている、ＲＯＭ１８内のアドレス位置が指示され
る。ＲＯＭの記憶容量は、２の（Ｎ＋１）乗である。象
限カウント及びＵＰ／ＤＯＷＮ信号は、オプションのカ
ウンタによって象限によるカウントに利用することが可
能である。
【００２１】以下に、本発明の実施態様の一部を列挙す
る。
【００２２】(実施態様１)２方向のトラックと、インデ
ックストラックとを備えたコード・ホイールを有し、前
記２方向のトラックは、４状態を有しており、前記２方
向のトラックの一方が、もう一方のトラックより９０゜
だけ進んでおり、前記インデックストラックは、２進シ
ーケンスを備えており、該２進シーケンス内の各数が、
コード・ホイールの固有位置に対応していることを特徴
とする、準絶対位置検出装置。
【００２３】（実施態様２）前記コード・ホイールをそ
の内部に配置しており、前記２進シーケンスに対応する
インデックストラック信号、及び、前記コード・ホイー
ルの回転方向を示す２方向トラック信号を発生する働き
をするエンコーダ・モジュールを備えていることを特徴
とする、実施態様１に記載の準絶対位置検出装置。
【００２４】（実施態様３）前記エンコーダ・モジュー
ルに接続されて、前記インデックストラック信号に基づ
いてコード・ホイールの絶対位置を検出する働きをする
デコーダを備えていることを特徴とする実施態様２に記
載の準絶対位置検出装置。
【００２５】（実施態様４）前記デコーダが、ルック・
アップ・テーブルからなるものであり、該ルック・アッ
プ・テーブル内の各項目がコード・ホイールの固有位置
に対応することを特徴とする、実施態様４に記載の準絶
対位置検出装置。
【００２６】（実施態様５）前記デコーダは、読み取り
専用メモリであり、各アドレスが前記コード・ホイール
の固有位置に対応することを特徴とする、実施態様３に
記載の準絶対位置検出装置。
【００２７】（実施態様６）コード・ホイールのインデ
ックストラックを作成するための方法であって、所望の
解像度の表現を２進数、２のＮ乗で表すステップと、パ
ラメータＡ（番号０）及びｉを初期化するステップと、
所望の解像度未満の数ｘを選択するステップと、２のＮ
乗を係数としてシーケンスにおける先行数Ａ（番号ｉ）
の２倍となるように、シーケンスにおける次の数Ａ（番
号ｉ＋１）を発生するステップと、２のＮ乗を係数とし
たＡ（番号ｉ＋１）が固有の場合、パラメータｉを１だ
けインクリメントし、発生ステップを繰り返すステップ
と、２のＮ乗を係数とした数が固有の場合、Ａ（番号ｉ
＋１）をインクリメントして、パラメータｉのインクリ
メント・ステップを繰り返すステップと、２のＮ乗を係
数とした数が、固有の場合、発生ステップを繰り返すス
テップと、ｉを１だけデクリメントして、Ａ（番号ｉ）
を１だけインクリメントするステップを繰り返すステッ
プと、コード・ホイールに固有シーケンスの対応する２
進パターンを配置する配置ステップを含むことを特徴と
する準絶対位置を求める方法。
【００２８】（実施態様７）前記配置ステップの前に、
２進パターンの切り捨てを行うステップが含まれている
ことを特徴とする、実施態様６に記載の準絶対位置を求
める方法。
【００２９】（実施態様８）前記コード・ホイールのト
ラックに対応する信号をサンプリングするステップと、
該信号を復号化して、コード・ホイールの絶対位置を求
めるステップが含まれていることを特徴とする、実施態
様７に記載の準絶対位置を求める方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】インデックストラックについて固有シーケンス
を求めるためのプロセスのフローチャートである。
【図２】Ｎ＝３の場合の固有シーケンスの例を示す図で
ある。
【図３Ａ】図２に示す例に関するエンコーダ信号を示す
図である。
【図３Ｂ】図２に示す例に関するエンコーダ信号を示す
図である。
【図４】切り捨てられた固有シーケンスに関するエンコ
ーダ信号を示す図である。
【図５】本発明のコード・ホイール及びモジュールを利
用したシステムを示す図である。
【図６】図５に示すデコーダを示す図である。
【符号の説明】
１０ コード・ホイール １２ エンコーダ・モジュール １４ デコーダ １６ プログラマブル論理素子 １８ ＲＯＭ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２方向のトラックと、インデックストラッ
    クとを備えたコード・ホイールを有し、 前記２方向のトラックは、４状態を有しており、 前記２方向のトラックの一方が、もう一方のトラックよ
    り９０゜だけ進んでおり、 前記インデックストラックは、２進シーケンスを備えて
    おり、該２進シーケンス内の各数が、コード・ホイール
    の固有位置に対応していることを特徴とする、 準絶対位置検出装置。
  2. 【請求項２】前記コード・ホイールをその内部に配置し
    ており、前記２進シーケンスに対応するインデックスト
    ラック信号、及び、前記コード・ホイールの回転方向を
    示す２方向トラック信号を発生する働きをするエンコー
    ダ・モジュールを備えていることを特徴とする、 請求項１に記載の準絶対位置検出装置。
  3. 【請求項３】前記エンコーダ・モジュールに接続され
    て、前記インデックストラック信号に基づいてコード・
    ホイールの絶対位置を検出する働きをするデコーダを備
    えていることを特徴とする請求項２に記載の準絶対位置
    検出装置。
  4. 【請求項４】前記デコーダが、ルック・アップ・テーブ
    ルからなるものであり、該ルック・アップ・テーブル内
    の各項目がコード・ホイールの固有位置に対応すること
    を特徴とする、請求項３に記載の準絶対位置検出装置。
  5. 【請求項５】前記デコーダは、読み取り専用メモリであ
    り、各アドレスが前記コード・ホイールの固有位置に対
    応することを特徴とする、請求項３に記載の準絶対位置
    検出装置。
  6. 【請求項６】コード・ホイールのインデックストラック
    を作成するための方法であって、 所望の解像度の表現を２進数、２のＮ乗で表すステップ
    と、 パラメータＡ（番号０）及びｉを初期化するステップ
    と、 所望の解像度未満の数ｘを選択するステップと、 ２のＮ乗を係数としてシーケンスにおける先行数Ａ（番
    号ｉ）の２倍となるように、シーケンスにおける次の数
    Ａ（番号ｉ＋１）を発生するステップと、 ２のＮ乗を係数としたＡ（番号ｉ＋１）が固有の場合、
    パラメータｉを１だけインクリメントし、発生ステップ
    を繰り返すステップと、 ２のＮ乗を係数とした数が固有の場合、Ａ（番号ｉ＋
    １）をインクリメントして、パラメータｉのインクリメ
    ント・ステップを繰り返すステップと、 ２のＮ乗を係数とした数が、固有の場合、発生ステップ
    を繰り返すステップと、 ｉを１だけデクリメントして、Ａ（番号ｉ）を１だけイ
    ンクリメントするステップを繰り返すステップと、 コード・ホイールに固有シーケンスの対応する２進パタ
    ーンを配置する配置ステップを含むことを特徴とする準
    絶対位置を求める方法。
  7. 【請求項７】前記配置ステップの前に、２進パターンの
    切り捨てを行うステップが含まれていることを特徴とす
    る、請求項６に記載の準絶対位置を求める方法。
  8. 【請求項８】前記コード・ホイールのトラックに対応す
    る信号をサンプリングするステップと、 該信号を復号化して、コード・ホイールの絶対位置を求
    めるステップが含まれていることを特徴とする、 請求項７に記載の準絶対位置を求める方法。
JP10137861A 1997-05-30 1998-05-20 準絶対位置検出装置 Pending JPH1137790A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US866,033 1997-05-30
US08/866,033 US5939712A (en) 1997-05-30 1997-05-30 Absolute position detection within 1 revolution using 3-channel incremental encoders with high resolution index track

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JP2002180635A Division JP2003050142A (ja) 1997-05-30 2002-06-20 準絶対位置検出装置

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JPH1137790A true JPH1137790A (ja) 1999-02-12

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ID=25346788

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10137861A Pending JPH1137790A (ja) 1997-05-30 1998-05-20 準絶対位置検出装置
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US (2) US5939712A (ja)
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JP (2) JPH1137790A (ja)
DE (1) DE69720970T2 (ja)

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