JP5833878B2

JP5833878B2 - Absolute length encoder

Info

Publication number: JP5833878B2
Application number: JP2011221216A
Authority: JP
Inventors: 慶顕加藤
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: JP2013079915A

Description

本発明は、絶対測長型エンコーダに係り、特にインクリメンタルトラックとアブソリュートトラックを有し、前記インクリメンタルトラックから得たインクリメンタル位置情報と前記アブソリュートトラックから得たアブソリュート位置情報を照合又は合成するようにされた絶対測長型エンコーダの改良に関する。 The present invention relates to an absolute length measurement encoder, and more particularly, to an incremental track and an absolute track, and collating or synthesizing incremental position information obtained from the incremental track and absolute position information obtained from the absolute track. The present invention relates to improvements in absolute length encoders.

測定対象の位置の変化（増分）を測定するためのインクリメンタル（以下ＩＮＣとも略する）トラックと、測定対象の絶対位置を測定するためのアブソリュート（以下ＡＢＳとも略する）トラックを備え、ＩＮＣトラック位置情報とＡＢＳトラック位置情報の組み合わせにより絶対位置を高精度で測定したり、あるいは、ＩＮＣトラック位置情報とＡＢＳトラック位置情報とを照合して測定精度を高めたエンコーダが開発されている（特許文献１乃至５）。 INC track position is provided with an incremental (hereinafter also abbreviated as INC) track for measuring a change (increment) in the position of the measurement object and an absolute (hereinafter abbreviated as ABS) track for measuring the absolute position of the measurement object. An encoder has been developed that measures the absolute position with high accuracy by combining information and ABS track position information, or collates INC track position information with ABS track position information to improve measurement accuracy (Patent Document 1). To 5).

ＩＮＣトラックとＡＢＳトラックを組合せた絶対測長型エンコーダの一例の全体構成を図１に、要部構成を図２に示す。図において、１０は、ＩＮＣトラック１２とＡＢＳトラック１４が並んで設けられたスケール、２０は、ＩＮＣトラック１２用の光源２２と、ＡＢＳトラック１４用の光源２４と、ＩＮＣトラック１２用のＩＮＣ用受光素子２６と、ＡＢＳトラック１４用のＡＢＳ用受光素子２８と、該ＡＢＳ用受光素子２８を制御するための受光素子制御装置３０とを備えた検出ヘッド、４０は、前記ＩＮＣ用受光素子２６の出力のＩＮＣパターン信号を常時計数してＩＮＣ位置を求めるＩＮＣ位置カウンタ４２と、前記受光素子制御装置３０と信号をやり取りして、必要なときにＡＢＳパターン信号を得てＡＢＳ位置を演算するＡＢＳ位置演算装置４４を含む信号処理部、４８は、検出ヘッド２０と信号処理部４０を接続するケーブルである。 FIG. 1 shows an overall configuration of an example of an absolute length measurement type encoder combining an INC track and an ABS track, and FIG. In the figure, 10 is a scale in which the INC track 12 and the ABS track 14 are provided side by side, 20 is a light source 22 for the INC track 12, a light source 24 for the ABS track 14, and a light receiving for INC for the INC track 12. A detection head 40 including an element 26, an ABS light receiving element 28 for the ABS track 14, and a light receiving element control device 30 for controlling the ABS light receiving element 28, an output of the INC light receiving element 26 An ABS position calculation that calculates the ABS position by obtaining an ABS pattern signal when necessary, by exchanging signals with the INC position counter 42 that constantly counts the INC pattern signal to obtain the INC position and the light receiving element control device 30 A signal processing unit 48 including the device 44 is a cable for connecting the detection head 20 and the signal processing unit 40.

ここで、ＩＮＣトラック位置情報は、信号処理部４０のＩＮＣ位置カウンタ４２でリアルタイムに取得することができるが、ＡＢＳトラック位置情報は常時検出されているわけではなく、信号処理部４０からのＡＢＳリクエストコマンドを、検出ヘッド２０内部の受光素子制御装置３０が受信してから検出が始まるため、ＡＢＳ位置演算装置４４でのＡＢＳリクエストコマンド送信からＡＢＳ位置情報取得迄の間に遅延が生じる。 Here, the INC track position information can be acquired in real time by the INC position counter 42 of the signal processing unit 40, but the ABS track position information is not always detected, and the ABS request from the signal processing unit 40 is not detected. Since the detection starts after the light receiving element control device 30 inside the detection head 20 receives the command, a delay occurs between the ABS request command transmission by the ABS position calculation device 44 and the acquisition of the ABS position information.

特開平５−１８０６６６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-180666 特開平１０−１１１１４６号公報JP 10-1111146 A 特開平１０−２５３３９３号公報JP-A-10-253393 特開２００３−２４０６０５号公報JP 2003-240605 A 特開２００４−１４４６６７号公報JP 2004-144667 A 特開平７−２２９７５９号公報JP-A-7-229759 特開平５−２７２９８８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-272788

しかしながら、同位置で取得されたＩＮＣトラック位置情報と、ＡＢＳトラック位置情報とを照合又は合成するとき、エンコーダが移動していて、且つ、取得したＡＢＳトラックスケールパターン情報とＩＮＣトラックの位置情報が同時刻ではなかった場合、それぞれのトラックから取得された位置にずれが生じ、照合時や合成時の誤差となってしまうという問題点を有していた。 However, when the INC track position information acquired at the same position and the ABS track position information are collated or combined, the encoder is moving, and the acquired ABS track scale pattern information and the INC track position information are the same. If it was not time, there was a problem that the position acquired from each track was shifted, resulting in an error at the time of collation or synthesis.

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、ＡＢＳパターン情報の伝送遅延によるＡＢＳトラックとＩＮＣトラック照合時又は合成時の位置誤差を低減することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to reduce a position error at the time of matching or combining an ABS track and an INC track due to a transmission delay of ABS pattern information.

なお、特許文献６には、アブソリュートエンコーダの回転速度が所定の値以上のときは、インクリメンタルパルスとの合成による現在位置の生成を不可として、位置ずれの発生を防止するようにしたロータリエンコーダが記載され、特許文献７には、複数のインクリメンタル信号から演算して得た絶対位置データをシフトレジスタに一度格納してから略同時に出力することで、絶対位置データ出力の時差を防止することが記載されているが、本発明の課題を解決するものではなかった。 Patent Document 6 describes a rotary encoder that prevents the occurrence of misalignment by prohibiting generation of the current position by combining with an incremental pulse when the rotational speed of the absolute encoder is equal to or higher than a predetermined value. Patent Document 7 describes that absolute position data obtained by calculating from a plurality of incremental signals is stored once in a shift register and then output almost simultaneously, thereby preventing a time difference in absolute position data output. However, the problem of the present invention has not been solved.

本発明は、インクリメンタルトラックとアブソリュートトラックを有し、検出ヘッドにより前記インクリメンタルトラックから得たインクリメンタル位置情報と前記アブソリュートトラックから得たアブソリュート位置情報を、信号処理部内で照合又は合成するようにされた絶対測長型エンコーダにおいて、前記信号処理部内に、前記アブソリュート位置情報を前記検出ヘッドに要求してから前記信号処理部で受信する迄の時間に応じて、該信号処理部内における前記インクリメンタル位置情報の取得を遅らせる遅延手段を備えることにより、前記インクリメンタルトラック及び前記アブソリュートトラックから同時刻の位置情報を取得して、前記信号処理部内で同時刻に照合又は合成することにより、前記課題を解決したものである。 The present invention has an absolute track and an absolute track, and an absolute position information obtained from the incremental track and an absolute position information obtained from the absolute track by a detection head are collated or synthesized in a signal processing unit. in measurement type encoder, the signal processing section, wherein in accordance with absolute position information from the request to the detector head until the time received by the signal processor, the acquisition of the incremental position information in the signal processing unit By providing delay means for delaying the above, the position information at the same time is obtained from the incremental track and the absolute track , and the above problem is solved by collating or synthesizing at the same time in the signal processing unit. .

ここで、前記信号処理部内に、前記アブソリュート位置情報を前記検出ヘッドに要求してから前記信号処理部で受信する迄の時間を計測する時間計測手段と、該時間計測手段の測定結果に応じて前記遅延手段による遅延時間を計算する演算手段とを更に備えることができる。 Here, the signal processing section, a time measurement means for measuring until the time received by the signal processing unit the absolute position information from the request to the detection head, in accordance with the measurement results of said time measuring means An arithmetic means for calculating a delay time by the delay means can be further provided.

本発明によれば、アブソリュート位置情報を検出ヘッドに要求してから信号処理部で受信するまでの時間に応じて、信号処理部内におけるインクリメンタル位置情報の取得を遅らせるようにしたので、同時刻のアブソリュート位置情報とインクリメンタル位置情報を同時刻に照合又は合成して、ＡＢＳパターン情報の伝送遅延によるＡＢＳトラックとＩＮＣトラック照合時又は合成時の位置誤差を低減することができる。 According to the present invention, according to the time from requesting the absolute position information on the detected head until received by the signal processing unit, since the delay the acquisition of the incremental position information in the signal processing unit, at the same time absolute By comparing or synthesizing the position information and the incremental position information at the same time, it is possible to reduce the position error at the time of collating or synthesizing the ABS track and the INC track due to the transmission delay of the ABS pattern information.

従来の絶対測長型エンコーダの全体構成を示す斜視図The perspective view which shows the whole structure of the conventional absolute length type encoder 同じく要部構成を示すブロック図The block diagram which similarly shows the principal part composition 本発明の第１実施形態の要部構成を示すブロック図The block diagram which shows the principal part structure of 1st Embodiment of this invention. 同じく伝送遅延時間の導出状態を示すタイムチャートA time chart showing the derived state of transmission delay time 本発明の第２実施形態の要部構成を示すブロック図The block diagram which shows the principal part structure of 2nd Embodiment of this invention.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の第１実施形態は、図１及び図２に示した従来例と同様な絶対測長型エンコーダにおいて、更に、図３に示す如く、信号処理部４０のＡＢＳ位置演算装置４４よりＡＢＳリクエストコマンドを送信してから（即ち、アブソリュート位置情報を要求してから）、ＡＢＳ位置演算装置４４がＡＢＳパターン信号を受信するまでの時間ｔ_mを計測するための時間計測装置５０と、該時間計測装置５０によって計測された時間ｔ_mに応じてＩＮＣパターン取得を遅延させる時間ｔ_INCを計算する演算装置５２と、該演算装置５２で計算されたＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCだけ前記ＩＮＣ用受光素子２６からＩＮＣ位置カウンタ４２に入力されるＩＮＣパターン信号を遅延させる遅延装置５４と、を設けたものである。 The first embodiment of the present invention is an absolute length measurement encoder similar to the conventional example shown in FIGS. 1 and 2, and further, as shown in FIG. 3, an ABS request is received from the ABS position arithmetic unit 44 of the signal processing unit 40. A time measurement device 50 for measuring a time t _m from when the command is transmitted (that is, after absolute position information is requested) until the ABS position calculation device 44 receives the ABS pattern signal, and the time measurement An arithmetic unit 52 for calculating the time t _INC for delaying the INC pattern acquisition according to the time t _m measured by the device 50, and the INC light receiving element for the INC pattern acquisition delay time t _INC calculated by the arithmetic unit 52 26, a delay device 54 for delaying the INC pattern signal input to the INC position counter 42 is provided.

本実施形態において、ＡＢＳリクエストコマンドを送信するとき、ＡＢＳトラック１４の位置情報がＩＮＣトラック１２の位置情報に対して遅延する時間を次のようにして導出する。 In the present embodiment, when an ABS request command is transmitted, the time that the position information of the ABS track 14 is delayed with respect to the position information of the INC track 12 is derived as follows.

図４は、ＡＢＳ位置演算装置４４がＡＢＳリクエストコマンドを送信してからＡＢＳパターン情報を取得するまでのタイムチャートである。ＡＢＳ位置演算装置４４から受光素子制御装置３０へＡＢＳリクエストコマンドを送信すると同時に、時間計測装置５０にて時間計測を開始し、ＡＢＳ位置演算装置４４がＡＢＳパターンを受信した時点で計測を終了する。このとき計測された時間を計測時間ｔ_mとする。 FIG. 4 is a time chart from when the ABS position calculation device 44 transmits an ABS request command to when it acquires ABS pattern information. At the same time as transmitting an ABS request command from the ABS position calculation device 44 to the light receiving element control device 30, time measurement is started by the time measurement device 50, and the measurement ends when the ABS position calculation device 44 receives the ABS pattern. The time measured at this time is defined as a measurement time t _m .

この間に、受光素子制御装置３０は、ＡＢＳリクエスト受信（所要時間ｔ₁）、前処理（所要時間ｔ₂）、スケールパターン（ＡＢＳパターン）取得（積分）（所要時間ｔ₃）、および後処理（所要時間ｔ₄）終了後、ＡＢＳ位置演算装置４４に対してＡＢＳパターン信号を送信（所要時間ｔ₅）する。 During this time, the light receiving element control device 30 receives the ABS request (required time t ₁ ), pre-processing (required time t ₂ ), obtains the scale pattern (ABS pattern) (integration) (required time t ₃ ), and performs post-processing ( After the required time t ₄ ), an ABS pattern signal is transmitted to the ABS position calculation unit 44 (required time t ₅ ).

このとき、ケーブル４８の伝送遅延時間をｔ_dとすると、計測時間ｔ_mは、次式で表すことができる。
ｔ_m＝ｔ_d＋ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃＋ｔ₄＋ｔ_d …（１） At this time, if the transmission delay time of the cable 48 is t _d , the measurement time t _m can be expressed by the following equation.
t _m = t _d + t ₁ + t ₂ + t ₃ + t ₄ + t _d (1)

このうち、ＡＢＳリクエスト送信（受信）時間ｔ₁、前処理時間ｔ₂、スケールパターン（ＡＢＳパターン）取得積分時間ｔ₃、および後処理時間ｔ₄は既知であるため、伝送遅延時間ｔ_dは、次式で導出される。
ｔ_d＝（ｔ_m−ｔ₁−ｔ₂−ｔ₃−ｔ₄）／２ …（２） Among these, since the ABS request transmission (reception) time t ₁ , pre-processing time t ₂ , scale pattern (ABS pattern) acquisition integration time t ₃ , and post-processing time t ₄ are known, the transmission delay time t _d is It is derived by the following formula.
t _d = (t _m −t ₁ −t ₂ −t ₃ −t ₄ ) / 2 (2)

ここで導出した伝送遅延時間ｔ_dを利用してＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCを求めると、次式となる。
ｔ_INC＝ｔ_d＋ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃／２
＝（ｔ_m＋ｔ₁＋ｔ₂−ｔ₄）／２ …（３） When the INC pattern acquisition delay time t _INC is obtained using the transmission delay time t _d derived here, the following equation is obtained.
_{_{_{t INC = t d + t 1}}} + t 2 + t 3/2
= (T _m + t ₁ + t ₂ -t ₄ ) / 2 (3)

照合時にはＩＮＣトラック位置情報をＡＢＳスケールパターンと同時刻に取得したいので、次回位置情報照合時には、導出されたＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCを利用して、ＡＢＳリクエストの送信からｔ_INCだけ遅れてＩＮＣトラック位置情報を取得すれば、両トラックから同時刻の位置情報を得ることができる。 Because at the time of verification want to get the INC track position information to the ABS scale pattern and the time, the next time position information collation, using the derived INC pattern acquisition delay time t _INC, with a delay from the transmission of the ABS request only t _{INC INC} If track position information is acquired, position information at the same time can be obtained from both tracks.

伝送遅延時間ｔ_dは、検出ヘッド２０と信号処理部４０を接続するケーブル４８の長さにより変化するため、ケーブル長に応じて遅延時間を設定するか、ケーブル長の違いで発生するＩＮＣトラックの位置情報とＡＢＳトラックの位置情報との照合時の位置誤差を許容しなければならない。しかし、本実施形態を用いれば、伝送遅延時間ｔ_dをその都度測定するため、ケーブル長を気にかける必要はなく、どのようなケーブル長であっても照合時の誤差を抑制することができる。また、遅延時間が異なる通信形態に変更しても、本実施形態を用いれば、遅延によるトラック照合時の位置誤差は抑制される。 Transmission delay time t _d is for changing the length of the cable 48 for connecting the detection head 20 and the signal processing section 40, to set a delay time in accordance with the cable length, the INC track generated by the difference of cable lengths A position error at the time of collating the position information with the position information of the ABS track must be allowed. However, if this embodiment is used, since the transmission delay time t _d is measured each time, there is no need to worry about the cable length, and any error can be suppressed at any cable length. . Even if the communication mode is changed to a communication mode with a different delay time, the position error at the time of track matching due to the delay can be suppressed by using this embodiment.

また、ＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCは、スケールパターン（ＡＢＳパターン）取得における積分時間ｔ₃、および伝送遅延時間ｔ_dによって変化する。従って、ｔ₃を可変とすると、ｔ_INCを設定するとき、ｔ₃を取得しなければならないが、本実施形態を用いれば、（３）式から明らかなように、ｔ₃の値によらずｔ_INCを導出することができる。 Further, the INC pattern acquisition delay time t _INC changes depending on the integration time t ₃ and the transmission delay time t _{d in} the scale pattern (ABS pattern) acquisition. Therefore, if t ₃ is variable, t ₃ must be acquired when t _INC is set. However, as is apparent from the equation (3), this embodiment does not depend on the value of t _3. t _INC can be derived.

なお、前記実施形態においては、ＩＮＣパターン取得遅延時間ｔ_INCを毎回取得するようにしていたが、ｔ_INCの変化が無視できるか小さいときには、図５に示す第２実施形態のように、（遅延）時間計測装置５０と演算装置５２を省略して、遅延装置５４のみを設ける事もできる。 In the above-described embodiment, the INC pattern acquisition delay time t _INC is acquired every time. However, when the change in t _INC is negligible or small, as in the second embodiment shown in FIG. It is also possible to omit the time measuring device 50 and the arithmetic device 52 and provide only the delay device 54.

なお、前記実施形態においては、いずれもＡＢＳトラック１４が１本とされていたが、ＡＢＳトラックが２本以上あっても良い。 In each of the above embodiments, the number of the ABS tracks 14 is one, but there may be two or more ABS tracks.

又、ＡＢＳトラック１４の位置情報と、ＩＮＣトラック１２の位置情報を照合するときだけでなく、合成する際にも本発明は有効である。 In addition, the present invention is effective not only when the position information of the ABS track 14 and the position information of the INC track 12 are collated but also when they are combined.

更に、適用対象もリニアエンコーダに限定されず、ロータリエンコーダであっても良い。 Further, the application target is not limited to the linear encoder, and may be a rotary encoder.

１０…スケール
１２…インクリメンタル（ＩＮＣ）トラック
１４…アブソリュート（ＡＢＳ）トラック
２０…検出ヘッド
２６…ＩＮＣ用受光素子
２８…ＡＢＳ用受光素子
３０…受光素子制御装置
４０…信号処理部
４２…ＩＮＣ位置カウンタ
４４…ＡＢＳ位置演算装置
４８…ケーブル
５０…時間計測装置
５２…演算装置
５４…遅延装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Scale 12 ... Incremental (INC) track 14 ... Absolute (ABS) track 20 ... Detection head 26 ... Light receiving element for INC 28 ... Light receiving element for ABS 30 ... Light receiving element control device 40 ... Signal processing part 42 ... INC position counter 44 ... ABS position calculation device 48 ... Cable 50 ... Time measuring device 52 ... Calculation device 54 ... Delay device

Claims

It has an incremental track and an absolute track,
In an absolute length measurement encoder adapted to collate or combine the incremental position information obtained from the incremental track with the detection head and the absolute position information obtained from the absolute track in a signal processing unit ,
The signal processing unit includes delay means for delaying acquisition of the incremental position information in the signal processing unit according to a time from when the absolute position information is requested to the detection head to when the signal processing unit receives the absolute position information. Thus, position information at the same time is acquired from the incremental track and the absolute track, and collation or synthesis is performed at the same time in the signal processing unit .

In the signal processing unit, a time measuring unit for measuring a time from when the absolute position information is requested to the detection head until it is received by the signal processing unit, and the delay unit according to a measurement result of the time measuring unit The absolute length measurement encoder according to claim 1, further comprising arithmetic means for calculating a delay time due to.