專利名稱：編碼器的計數錯誤檢測電路及計數錯誤檢測方法
技術領域：
本發明涉及主要安裝在馬達等回轉體和工作機械的移動臺等的移動體即被測定物上的、檢測被測定物的位移量即回轉和/或回轉角度和移動距離的編碼器，特別涉及檢測進行移動量計數的計數器的計數錯誤的電路。
背景技術：
一般，編碼器分為回轉編碼器和線性編碼器，回轉編碼器還分為增量編碼器和絕對值編碼器。特別是絕對值編碼器中，還有進行回轉數的檢出的多回轉式編碼器。多回轉式編碼器，例如特公平6-41853號公報等中公開，除了檢測1個回轉內的位移量、位移角的機構以外，還有檢測1個回轉以上的回轉數的機構。
該文獻記載的多回轉式編碼器中設有檢測1個回轉以內的絕對角度的光學絕對值編碼器和用以檢測多回轉的磁力編碼器。檢測1個回轉以內的絕對角度的光學絕對值編碼器裝在轉軸上，由檢測1個回轉以內的絕對角度的回轉盤、對該回轉盤投射光的LED、經由固定狹縫從上述LED受光的受光元件即光電二極管陣列以及將來自該光電二極管陣列的檢測信號整形為矩形波的波形整形電路等構成。另外，檢測多回轉的磁力編碼器由其回轉部中設有環形磁鐵的回轉盤、檢測該回轉盤的回轉的磁阻元件、將來自該磁阻元件的信號整形的波形整形電路、對多回轉的檢測信號計數并將數值保持的控制電路(計數器)等構成。
上述環形磁鐵在1個回轉期間磁極反相，該磁極的變化由磁阻元件檢出，能夠進行1個回轉的檢測。再有，這種編碼器的1個回轉檢測用機構、多回轉檢測用機構，有光學系統的，有磁力系統的，還有其部件的結構和安裝位置等因編碼器的種類而呈現各種形態的。例如，特開平7-218290號公報所公開的裝置，該裝置采用光學系統的檢測機構，其多回轉檢測用的信號也通過光學系統生成。另外，如特開平10-325740號公報公開的裝置，該裝置只采用光學系統的檢出機構，并將絕對信號的上位比特用作多回轉檢測用的信號。一般，多回轉檢測部采用磁力式，能夠小功率化，并有利于后備電源的長壽命化。
在采用任一種方式時，一般，多回轉檢測用的基本信號由1個回轉成為1周期的A相、B相信號構成，如圖6所示在電角上有90°相位差。通過采用這樣的相位差2信號，能夠檢測出回轉方向，并能夠計算對應于回轉方向的回轉數。這里，圖6是表示多回轉檢測用的各基本信號的狀態的時序圖。
采用這樣的基本信號進行回轉數計數時，1個回轉計數1次即可，因此，通常用A相或B相信號的變化點來計算回轉數。圖7是用A相、B相信號和計數器的輸出下位3比特Count(0)～Count(2)的輸出表示這種多回轉計數動作的時序圖。此例中，檢測A相信號的上升沿來進行計數。現在，若回轉方向為順時針(CW)方向，計數器的計數輸出Count(0)～Count(2)按每個A發送信號的上升沿增加，如0、1、2、3··這樣進行回轉數的計數。
但是，因噪聲和振動造成的脈沖裂縫等而不能檢測出A相的上升沿時，會出現圖8所示的計數錯誤，存在這樣的情況不能從A相、B相信號和計數輸出Count(0)～Count(2)的狀態識別計數錯誤，將計數錯誤忽略過去。這里，圖8是表示圖7中A相的邊沿檢測錯誤NG發生時的狀態的時序圖。
即如表1所示，A相、B相信號的電平有了變化時，與其對應的計數輸出Count(0)的狀態有0和1兩種情況，不能根據它們的關系檢測出計數錯誤。
表1
如此，若多回轉編碼器的多回轉部產生檢測錯誤，則會造成1個回轉的錯誤，作為位置控制數據這是極大的數字誤差，因而可能造成致命性的問題。
并且，在上述增量編碼器和絕對值編碼器的1個回轉內的位移量中同樣用A相、B相信號進行計數，此時也會產生同樣的計數錯誤。因此，為了改善編碼器的可靠性，必須防止這樣的計數錯誤。
專利文獻1特公平6-41853號公報專利文獻2特開平7-218290號公報專利文獻3特開平10-325740號公報發明內容本發明的目的在于提供能夠實現高可靠性編碼器的編碼器的計數錯誤檢測電路和編碼器的計數錯誤檢測方法，以使位移量檢測用的計數信號的計數錯誤檢測成為可能。
上述目的通過下述的本發明的結構實現。
(1)輸出對應于被測定物的位移量的脈沖串的編碼器的計數錯誤檢測電路，其中將位移量測量用的1個或2個以上的基本信號2、3或4倍增后作為計數信號，將對該計數信號計數的計數器的輸出信號與上述基本信號的電平進行比較，檢測出計數信號的計數錯誤。
(2)將多回轉型絕對值編碼器的回轉檢測部的計數錯誤檢出的上述(1)的編碼器的計數錯誤檢測電路。
(3)編碼器的計數錯誤檢測電路，其中設有位移量測量用的1個或2個以上的基本信號2、3或4倍增的倍增電路；將倍增的基本信號作為計數用計數信號的計數信號變換電路；對計數信號進行計數的計數器；根據上述基本信號生成用以與計數器的輸出信號進行比較的比較信號的比較信號加工選擇電路；將比較信號和計數器的輸出信號的電平進行比較，并在預定的關系時產生計數錯誤輸出信號的比較器。
(4)輸出與被測定物的位移量對應的脈沖串的編碼器的計數錯誤檢測方法，其中將位移量測量用的1或2以上的基本信號2、3或4倍增后作為計數信號，將對該計數信號計數的計數器的輸出信號和上述基本信號的電平進行比較，在預定的關系時確定計數信號的計數錯誤。
依據本發明，能夠提供編碼器的計數錯誤檢測電路及編碼器的計數錯誤檢測方法，能夠以簡單的結構檢測出測量時的計數錯誤，只要對傳統的電路作少量的變更來實現可靠性極高的編碼器。
圖1是表示本發明實施例1的動作的時序圖，用A相、B相信號和計數器的輸出下位3比特的輸出表示對位移量計數的動作。
圖2是表示圖1中發生A相上升沿的檢出錯誤NG時的狀態的時序圖。
圖3是表示本發明實施例3的動作的時序圖，用A相、B相信號和計數器的輸出下位3比特的輸出表示對位移量計數的動作。
圖4是表示圖3中發生A相上升沿的檢出錯誤NG時的狀態的時序圖。
圖5是表示本發明的編碼器的計數錯誤檢測電路的基本結構的框圖。
圖6是表示傳統編碼器的多回轉檢測用的各基本信號的狀態的時序圖。
圖7是用A相、B相信號和計數器的輸出下位3比特的輸出表示對圖6的編碼器的多回轉進行計數的動作的時序圖。
圖8是表示圖7中發生A相的上升沿的檢出錯誤NG時的狀態的時序圖。
2n倍增電路3計數信號變換電路4計數器5比較信號加工選擇電路6比較器具體實施方式
本發明的編碼器的計數錯誤檢測電路是將與回轉量、移動量等被測定物的位移量對應的脈沖串輸出的編碼器的計數錯誤檢測電路，其中根據位移量將輸出的位移量測量用的1個或2個以上的基本信號2、3或4倍增后作為計數信號，將對該計數信號進行計數的計數器的輸出信號和上述基本信號的電平進行比較，檢測出計數信號的計數錯誤。
另外，本發明的編碼器的計數錯誤檢測方法是將對應于被測定物的位移量的脈沖串輸出的編碼器的計數錯誤檢測方法，其中將位移量測量用的1個或2個以上的基本信號2、3或4倍增后作為計數信號，將對該計數信號進行計數的計數器的輸出信號和上述基本信號的電平作比較，在預定的關系時確定計數信號的計數錯誤。
這樣，通過將位移量測量用的基本信號2、3或4倍增后作為計數信號，使得該計數信號與計數器的輸出信號中的任一個，特別是下位2比特的任一個的電平具有預定的關系。因此，將兩者進行比較，判斷正常時的關系和異常時的關系，能夠檢測出計數錯誤。
接著，參照附圖就本發明裝置的動作進行具體說明。圖1是表示本發明實施例1的動作的時序圖，用A相、B相信號和計數器的輸出下位3比特Count(0)～Count(2)的輸出表示對位移量即回轉角、回轉數、移動量等計數的動作。本例中，回轉編碼器的回轉檢出中，檢測出A相信號的上升沿和下降沿，作為計數信號。再有，線性編碼器的場合，將回轉方向設為移動方向即可作同樣處理。
圖中，將A相、B相的基本信號中例如上升沿和下降沿檢測出以生成計數信號(未圖示)，并形成A相信號的2倍增信號。現在，設回轉方向為順時針方向，計數器的計數輸出Count(0)～Count(2)，按每個A相信號的上升沿、下降沿增加，按回轉數為0、1、2、3··計數。為此，進行此計數的計數器的最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)，與該2倍增計數信號的接收信號相一致，成為A相信號的反相信號。即如下表2所示，最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)的電平與A相信號的反相即邏輯反電平相一致。
表2
接看，如圖2所示，發生A相的上升沿檢測錯誤NG，發生計數錯誤時最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)的電平不變化，與A相信號的電平相一致。因此，將信號電平穩定后的適當位置作為檢測點DP進行兩個信號電平的比較，通過確認該電平一致就能檢測出計數錯誤。更具體地說，能夠通過得到兩個信號電平的“與”AND或者“異”XOR運算來簡單地作出判斷。
再有，上例中，檢測出A相信號的上升沿和下降沿，作為2倍增計數信號，但是，同樣可采用B相信號，還有，也可將A、B相信號的上升沿或A、B相信號的下降沿作為2倍增信號。即，將基本信號中的任一個2倍增，例如用于回轉編碼器的多回轉部的場合，只要生成每1個回轉2個計數的計數信號，就可用相同的方法進行處理。并且，增量信號的計數中也一樣。
圖3是表示本發明實施例2的動作時序圖，本例中，通過檢測A相信號的上升沿和下降沿以及B相信號的上升沿和下降沿來進行計數。
圖中，通過檢測A相、B相的基本信號中A相信號的上升沿和下降沿以及B相信號的上升沿和下降沿來生成計數信號(未圖示)，形成A相信號或B相信號的4倍增信號。現在，設回轉方向為順時針方向，計數器的計數輸出Count(0)～Count(2)，按每個A相信號的上升沿、下降沿和B信號的上升沿、下降沿增加，位移量按0、1、2、3、··進行計數。因此，將此計數的計數器的最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)與此4倍增的計數信號相一致。
然后，上述計數器的最下位+1比特的輸出信號Count(1)的電平與A相信號的邏輯反電平相一致。因此，如下述表3所示，最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)的電平與A相和B相的信號電平的“異”或者其“非”相一致，輸出信號Count(1)的電平與A相信號或B信號的電平相一致，或與其反相即邏輯反電平相一致。
表3
接著，如圖4所示，發生A相的上升沿的檢測錯誤NG，計數錯誤發生時最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)的電平不改變。因此，最下位比特+1的輸出信號Count(1)的電平與A相信號的電平相一致。并且，最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)的電平與A相信號和B相信號的電平的“異”相一致。
因此，將信號電平穩定后的適當位置作為檢測點DP，將A相信號和B相信號的電平與最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)的電平和最下位比特+1的輸出信號Count(1)的電平進行比較，確認最下位比特+1的輸出信號Count(1)的電平與A相信號的電平相一致，或是最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)與電平A相信號和B相信號的電平的“異”相一致，從而能夠檢測出計數錯誤。作為這些檢測手段，也可以檢測最下位比特+1的輸出信號Count(1)的電平和最下位比特(LSB)的輸出信號Count(0)的電平這二者中的任一方，也可以雙方都檢測。通過雙方檢測這樣的雙重檢測，可以提高裝置的安全性級別。
再有，上述例中，檢測出A信號和B信號的上升沿和下降沿，設置4倍增的計數信號，但是，也可用A相信號或B相信號的上升沿和下降沿以及A、B相信號的上升沿或下降沿等3處來設置3倍增的信號。即，將基本信號之一3、4倍增，例如用于回轉編碼器的多回轉部時，只要生成每1個回轉3、4次計數的計數信號，就可用同樣的方法進行處理。
并且，回轉編碼器和線性編碼器中的位移量即回轉角、移動量檢測用的增量信號的場合也一樣。另外，也可適用于絕對信號的最下位比特和回轉檢測用的上位比特。
接著，就本發明的具體結構進行說明。圖5是表示本發明的編碼器的計數錯誤檢測電路的基本結構的框圖。圖中，計數錯誤檢測電路含有將從位移量檢測部(未圖示)輸出的A相、B相信號2、3或4倍增的n倍增電路2；從該n倍增的A相、B相信號生成相加(Up)或相減(Down)的計數信號的計數信號變換電路3；對上述計數信號進行計數并生成對應于計數值的計數輸出的計數器4；從上述A相、B相信號生成與計數輸出進行比較的比較信號的比較信號加工選擇電路5；以及將上述計數器輸出的計數輸出信號和比較信號進行比較并將其結果作為計數錯誤信號輸出的比較器6。
如上所述，n倍增電路2檢測A相或B相，或A相和B相的上升沿和下降沿，并從這些基本信號生成n倍增的信號。n倍增電路2采用例如在上升沿、下降沿動作的觸發器等現有的數字電路元件，通過應用這樣的元件能夠容易地構成電路。
計數信號變換電路3從n倍增的基本信號根據A相和B相的相位關系判別回轉方向或移動方向，并生成對應于該回轉方向、移動方向的相加(Up)或相減(Down)的計數信號。例如，上述例中，順時針方向的回轉時按B相、A相的順序出現脈沖，逆時針針(CCW)方向時則與此相反。因此，B相、A相的順序出現脈沖時設為加法信號，與此相反時設為減法信號即可。另外，線性編碼器的場合，將回轉方向換為移動方向即可。這樣的計數信號變換電路也可用公知的電路構成。
計數器4對輸入的計數信號進行計數。該場合，輸入加法(Up)信號時將計數值加一，輸入減法(Down)信號時減一。該計數器4也可容易地用通常的計數器元件和邏輯元件組合而成。這里，為了使計數信號成為基本信號的n倍增，多回轉容量(輸出比特數)需要增加倍增部分的比特數。例如，輸出比特數為16位的2倍增時，倍增部分的比特數需要1比特，計數器容量成為17比特。
比較信號加工選擇電路5從上述A相、B相的基本信號選擇能夠與計數器4的計數輸出比較的信號，對這些信號進行“非”、“與”、“異”等邏輯運算，變換成能夠與計數輸出比較的比較信號。這些運算容易通過將通常采用的邏輯元件等組合來實現。
比較器6將計數器4的最下位比特(LSB)的計數信號Count(0)或最下位比特+1的計數信號Count(1)與來自上述比較信號加工選擇電路5的比較信號相比較，生成能夠判斷檢出錯誤的有無的計數錯誤輸出信號OUT。可避開進行比較的信號在位移量檢測信號在上升沿、下降沿等處變化、計數器變化時的不穩定狀態，將位移量檢測信號和計數器輸出信號穩定后的部分的電平進行比較。比較器可采用例如比較電路等公知的比較元件，但也可采用例如具有“與”“異”等邏輯運算功能的邏輯元件來簡單地構成。
這種結構的計數錯誤檢測電路適用于例如多回轉式絕對值編碼器的多回轉檢測部，對于多回轉的錯誤計數的檢測有效。作為多回轉式絕對值編碼器，最好采用例如上述特公平6-41853號公報等中公開的結構。該編碼器設有檢測1個回轉以內的絕對角度的光學絕對值編碼器和檢測多回轉的磁力編碼器。檢測1個回轉以內的絕對角度的光學絕對值編碼器由安裝在轉軸上的檢測1個回轉以內的絕對角度的回轉盤、對該盤投射光的LED、經由固定狹縫從上述LED受光的受光元件即光電二極管陣列、將來自該光電二極管陣列的檢測信號整形為矩形波的波形整形電路等構成。另外，檢測多回轉的磁力編碼器由其回轉部中設有環形磁鐵的回轉盤、檢測該回轉盤的回轉的磁阻元件、將來自該磁阻元件的信號整形的波形整形電路、對多回轉的檢測信號計數并將數值保持的控制電路(計數器)等構成。
而且，將來自上述磁阻元件的信號整形的波形整形電路輸出的輸出信號相當于本發明的A相、B相的基本信號，控制電路相當于計數器。
另外，不僅這樣的多回轉式編碼器的多回轉部，增量編碼器和線性編碼器也能用同樣的手段采用計數錯誤檢測電路、檢測方法。關于這些編碼器的詳細結構，已在各種文獻中公開，文中省略。
本發明的絕對值編碼器的計數錯誤檢測電路、檢測方法，能夠適用于各種編碼器，不論其種類如何，只要是能夠對應于位移量輸出預定的脈沖串通過測量該脈沖串來檢測出位移量的編碼器。例如，回轉編碼器的增量信號的計數、絕對信號的計數、多回轉信號的計數、線性編碼器的增量信號的計數等種種編碼器的計數功能均可適用。
權利要求
1.一種輸出與被測定物的位移量對應的脈沖串的編碼器的計數錯誤檢測電路，其中，將位移量測量用的1個或2個以上的基本信號2、3或4倍增而成為計數信號，將對該計數信號計數的計數器的輸出信號和所述基本信號的電平進行比較，檢測出計數信號的計數錯誤。
2.權利要求1所述的編碼器的計數錯誤檢測電路，其中，檢測出多回轉型絕對值編碼器的回轉檢測部的計數錯誤。
3.一種編碼器的計數錯誤檢測電路，其中設有將位移量測量用的1個或2個以上的基本信號2、3或4倍增的n倍增電路；將倍增的基本信號作為計數用計數信號的計數信號變換電路；對計數信號進行計數的計數器；從所述基本信號生成用以與計數器的輸出信號進行比較的比較信號的比較信號加工選擇電路；以及將比較信號和計數器的輸出信號的電平進行比較、并在預定的關系時產生計數錯誤輸出信號的比較器。
4.一種輸出與被測定物的位移量對應絕對編碼器的脈沖串的編碼器的計數錯誤檢測方法，其中，將位移量測量用的1個或2個以上的基本信號2、3或4倍增而成為計數信號，將對該計數信號計數的計數器的輸出信號和所述基本信號的電平進行比較，在預定的關系時確定計數信號的計數錯誤。
全文摘要
本發明提供使得位移量測量用的計數信號的計數錯誤的檢測成為可能且能夠實現高可靠性的編碼器的計數錯誤檢測電路和編碼器的計數錯誤檢測方法，其中輸出對應于被測定物的位移量的脈沖串的編碼器的計數錯誤檢測電路，將位移量測量用的1個或2個以上的基本信號(A相、B相)2、3或4倍增而成為計數信號，將對該計數信號計數的計數器的輸出信號(Count(O))和上述基本信號(A相、B相)的電平進行比較，檢測出計數信號的計數錯誤。
文檔編號G01D5/249GK1979097SQ20061016902
公開日2007年6月13日 申請日期2006年12月8日 優先權日2005年12月8日
發明者山本猛 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司