专利名称：编码器的计数错误检测电路及计数错误检测方法
技术领域：
本发明涉及主要安装在马达等回转体和工作机械的移动台等的移动体即被测定物上的、检测被测定物的位移量即回转和/或回转角度和移动距离的编码器，特别涉及检测进行移动量计数的计数器的计数错误的电路。
背景技术：
一般，编码器分为回转编码器和线性编码器，回转编码器还分为增量编码器和绝对值编码器。特别是绝对值编码器中，还有进行回转数的检出的多回转式编码器。多回转式编码器，例如特公平6-41853号公报等中公开，除了检测1个回转内的位移量、位移角的机构以外，还有检测1个回转以上的回转数的机构。
该文献记载的多回转式编码器中设有检测1个回转以内的绝对角度的光学绝对值编码器和用以检测多回转的磁力编码器。检测1个回转以内的绝对角度的光学绝对值编码器装在转轴上，由检测1个回转以内的绝对角度的回转盘、对该回转盘投射光的LED、经由固定狭缝从上述LED受光的受光元件即光电二极管阵列以及将来自该光电二极管阵列的检测信号整形为矩形波的波形整形电路等构成。另外，检测多回转的磁力编码器由其回转部中设有环形磁铁的回转盘、检测该回转盘的回转的磁阻元件、将来自该磁阻元件的信号整形的波形整形电路、对多回转的检测信号计数并将数值保持的控制电路(计数器)等构成。
上述环形磁铁在1个回转期间磁极反相，该磁极的变化由磁阻元件检出，能够进行1个回转的检测。再有，这种编码器的1个回转检测用机构、多回转检测用机构，有光学系统的，有磁力系统的，还有其部件的结构和安装位置等因编码器的种类而呈现各种形态的。例如，特开平7-218290号公报所公开的装置，该装置采用光学系统的检测机构，其多回转检测用的信号也通过光学系统生成。另外，如特开平10-325740号公报公开的装置，该装置只采用光学系统的检出机构，并将绝对信号的上位比特用作多回转检测用的信号。一般，多回转检测部采用磁力式，能够小功率化，并有利于后备电源的长寿命化。
在采用任一种方式时，一般，多回转检测用的基本信号由1个回转成为1周期的A相、B相信号构成，如图6所示在电角上有90°相位差。通过采用这样的相位差2信号，能够检测出回转方向，并能够计算对应于回转方向的回转数。这里，图6是表示多回转检测用的各基本信号的状态的时序图。
采用这样的基本信号进行回转数计数时，1个回转计数1次即可，因此，通常用A相或B相信号的变化点来计算回转数。图7是用A相、B相信号和计数器的输出下位3比特Count(0)～Count(2)的输出表示这种多回转计数动作的时序图。此例中，检测A相信号的上升沿来进行计数。现在，若回转方向为顺时针(CW)方向，计数器的计数输出Count(0)～Count(2)按每个A发送信号的上升沿增加，如0、1、2、3··这样进行回转数的计数。
但是，因噪声和振动造成的脉冲裂缝等而不能检测出A相的上升沿时，会出现图8所示的计数错误，存在这样的情况不能从A相、B相信号和计数输出Count(0)～Count(2)的状态识别计数错误，将计数错误忽略过去。这里，图8是表示图7中A相的边沿检测错误NG发生时的状态的时序图。
即如表1所示，A相、B相信号的电平有了变化时，与其对应的计数输出Count(0)的状态有0和1两种情况，不能根据它们的关系检测出计数错误。
表1
如此，若多回转编码器的多回转部产生检测错误，则会造成1个回转的错误，作为位置控制数据这是极大的数字误差，因而可能造成致命性的问题。
并且，在上述增量编码器和绝对值编码器的1个回转内的位移量中同样用A相、B相信号进行计数，此时也会产生同样的计数错误。因此，为了改善编码器的可靠性，必须防止这样的计数错误。
专利文献1特公平6-41853号公报专利文献2特开平7-218290号公报专利文献3特开平10-325740号公报发明内容本发明的目的在于提供能够实现高可靠性编码器的编码器的计数错误检测电路和编码器的计数错误检测方法，以使位移量检测用的计数信号的计数错误检测成为可能。
上述目的通过下述的本发明的结构实现。
(1)输出对应于被测定物的位移量的脉冲串的编码器的计数错误检测电路，其中将位移量测量用的1个或2个以上的基本信号2、3或4倍增后作为计数信号，将对该计数信号计数的计数器的输出信号与上述基本信号的电平进行比较，检测出计数信号的计数错误。
(2)将多回转型绝对值编码器的回转检测部的计数错误检出的上述(1)的编码器的计数错误检测电路。
(3)编码器的计数错误检测电路，其中设有位移量测量用的1个或2个以上的基本信号2、3或4倍增的倍增电路；将倍增的基本信号作为计数用计数信号的计数信号变换电路；对计数信号进行计数的计数器；根据上述基本信号生成用以与计数器的输出信号进行比较的比较信号的比较信号加工选择电路；将比较信号和计数器的输出信号的电平进行比较，并在预定的关系时产生计数错误输出信号的比较器。
(4)输出与被测定物的位移量对应的脉冲串的编码器的计数错误检测方法，其中将位移量测量用的1或2以上的基本信号2、3或4倍增后作为计数信号，将对该计数信号计数的计数器的输出信号和上述基本信号的电平进行比较，在预定的关系时确定计数信号的计数错误。
依据本发明，能够提供编码器的计数错误检测电路及编码器的计数错误检测方法，能够以简单的结构检测出测量时的计数错误，只要对传统的电路作少量的变更来实现可靠性极高的编码器。
图1是表示本发明实施例1的动作的时序图，用A相、B相信号和计数器的输出下位3比特的输出表示对位移量计数的动作。
图2是表示图1中发生A相上升沿的检出错误NG时的状态的时序图。
图3是表示本发明实施例3的动作的时序图，用A相、B相信号和计数器的输出下位3比特的输出表示对位移量计数的动作。
图4是表示图3中发生A相上升沿的检出错误NG时的状态的时序图。
图5是表示本发明的编码器的计数错误检测电路的基本结构的框图。
图6是表示传统编码器的多回转检测用的各基本信号的状态的时序图。
图7是用A相、B相信号和计数器的输出下位3比特的输出表示对图6的编码器的多回转进行计数的动作的时序图。
图8是表示图7中发生A相的上升沿的检出错误NG时的状态的时序图。
2n倍增电路3计数信号变换电路4计数器5比较信号加工选择电路6比较器具体实施方式
本发明的编码器的计数错误检测电路是将与回转量、移动量等被测定物的位移量对应的脉冲串输出的编码器的计数错误检测电路，其中根据位移量将输出的位移量测量用的1个或2个以上的基本信号2、3或4倍增后作为计数信号，将对该计数信号进行计数的计数器的输出信号和上述基本信号的电平进行比较，检测出计数信号的计数错误。
另外，本发明的编码器的计数错误检测方法是将对应于被测定物的位移量的脉冲串输出的编码器的计数错误检测方法，其中将位移量测量用的1个或2个以上的基本信号2、3或4倍增后作为计数信号，将对该计数信号进行计数的计数器的输出信号和上述基本信号的电平作比较，在预定的关系时确定计数信号的计数错误。
这样，通过将位移量测量用的基本信号2、3或4倍增后作为计数信号，使得该计数信号与计数器的输出信号中的任一个，特别是下位2比特的任一个的电平具有预定的关系。因此，将两者进行比较，判断正常时的关系和异常时的关系，能够检测出计数错误。
接着，参照附图就本发明装置的动作进行具体说明。图1是表示本发明实施例1的动作的时序图，用A相、B相信号和计数器的输出下位3比特Count(0)～Count(2)的输出表示对位移量即回转角、回转数、移动量等计数的动作。本例中，回转编码器的回转检出中，检测出A相信号的上升沿和下降沿，作为计数信号。再有，线性编码器的场合，将回转方向设为移动方向即可作同样处理。
图中，将A相、B相的基本信号中例如上升沿和下降沿检测出以生成计数信号(未图示)，并形成A相信号的2倍增信号。现在，设回转方向为顺时针方向，计数器的计数输出Count(0)～Count(2)，按每个A相信号的上升沿、下降沿增加，按回转数为0、1、2、3··计数。为此，进行此计数的计数器的最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)，与该2倍增计数信号的接收信号相一致，成为A相信号的反相信号。即如下表2所示，最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)的电平与A相信号的反相即逻辑反电平相一致。
表2
接看，如图2所示，发生A相的上升沿检测错误NG，发生计数错误时最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)的电平不变化，与A相信号的电平相一致。因此，将信号电平稳定后的适当位置作为检测点DP进行两个信号电平的比较，通过确认该电平一致就能检测出计数错误。更具体地说，能够通过得到两个信号电平的“与”AND或者“异”XOR运算来简单地作出判断。
再有，上例中，检测出A相信号的上升沿和下降沿，作为2倍增计数信号，但是，同样可采用B相信号，还有，也可将A、B相信号的上升沿或A、B相信号的下降沿作为2倍增信号。即，将基本信号中的任一个2倍增，例如用于回转编码器的多回转部的场合，只要生成每1个回转2个计数的计数信号，就可用相同的方法进行处理。并且，增量信号的计数中也一样。
图3是表示本发明实施例2的动作时序图，本例中，通过检测A相信号的上升沿和下降沿以及B相信号的上升沿和下降沿来进行计数。
图中，通过检测A相、B相的基本信号中A相信号的上升沿和下降沿以及B相信号的上升沿和下降沿来生成计数信号(未图示)，形成A相信号或B相信号的4倍增信号。现在，设回转方向为顺时针方向，计数器的计数输出Count(0)～Count(2)，按每个A相信号的上升沿、下降沿和B信号的上升沿、下降沿增加，位移量按0、1、2、3、··进行计数。因此，将此计数的计数器的最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)与此4倍增的计数信号相一致。
然后，上述计数器的最下位+1比特的输出信号Count(1)的电平与A相信号的逻辑反电平相一致。因此，如下述表3所示，最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)的电平与A相和B相的信号电平的“异”或者其“非”相一致，输出信号Count(1)的电平与A相信号或B信号的电平相一致，或与其反相即逻辑反电平相一致。
表3
接着，如图4所示，发生A相的上升沿的检测错误NG，计数错误发生时最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)的电平不改变。因此，最下位比特+1的输出信号Count(1)的电平与A相信号的电平相一致。并且，最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)的电平与A相信号和B相信号的电平的“异”相一致。
因此，将信号电平稳定后的适当位置作为检测点DP，将A相信号和B相信号的电平与最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)的电平和最下位比特+1的输出信号Count(1)的电平进行比较，确认最下位比特+1的输出信号Count(1)的电平与A相信号的电平相一致，或是最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)与电平A相信号和B相信号的电平的“异”相一致，从而能够检测出计数错误。作为这些检测手段，也可以检测最下位比特+1的输出信号Count(1)的电平和最下位比特(LSB)的输出信号Count(0)的电平这二者中的任一方，也可以双方都检测。通过双方检测这样的双重检测，可以提高装置的安全性级别。
再有，上述例中，检测出A信号和B信号的上升沿和下降沿，设置4倍增的计数信号，但是，也可用A相信号或B相信号的上升沿和下降沿以及A、B相信号的上升沿或下降沿等3处来设置3倍增的信号。即，将基本信号之一3、4倍增，例如用于回转编码器的多回转部时，只要生成每1个回转3、4次计数的计数信号，就可用同样的方法进行处理。
并且，回转编码器和线性编码器中的位移量即回转角、移动量检测用的增量信号的场合也一样。另外，也可适用于绝对信号的最下位比特和回转检测用的上位比特。
接着，就本发明的具体结构进行说明。图5是表示本发明的编码器的计数错误检测电路的基本结构的框图。图中，计数错误检测电路含有将从位移量检测部(未图示)输出的A相、B相信号2、3或4倍增的n倍增电路2；从该n倍增的A相、B相信号生成相加(Up)或相减(Down)的计数信号的计数信号变换电路3；对上述计数信号进行计数并生成对应于计数值的计数输出的计数器4；从上述A相、B相信号生成与计数输出进行比较的比较信号的比较信号加工选择电路5；以及将上述计数器输出的计数输出信号和比较信号进行比较并将其结果作为计数错误信号输出的比较器6。
如上所述，n倍增电路2检测A相或B相，或A相和B相的上升沿和下降沿，并从这些基本信号生成n倍增的信号。n倍增电路2采用例如在上升沿、下降沿动作的触发器等现有的数字电路元件，通过应用这样的元件能够容易地构成电路。
计数信号变换电路3从n倍增的基本信号根据A相和B相的相位关系判别回转方向或移动方向，并生成对应于该回转方向、移动方向的相加(Up)或相减(Down)的计数信号。例如，上述例中，顺时针方向的回转时按B相、A相的顺序出现脉冲，逆时针针(CCW)方向时则与此相反。因此，B相、A相的顺序出现脉冲时设为加法信号，与此相反时设为减法信号即可。另外，线性编码器的场合，将回转方向换为移动方向即可。这样的计数信号变换电路也可用公知的电路构成。
计数器4对输入的计数信号进行计数。该场合，输入加法(Up)信号时将计数值加一，输入减法(Down)信号时减一。该计数器4也可容易地用通常的计数器元件和逻辑元件组合而成。这里，为了使计数信号成为基本信号的n倍增，多回转容量(输出比特数)需要增加倍增部分的比特数。例如，输出比特数为16位的2倍增时，倍增部分的比特数需要1比特，计数器容量成为17比特。
比较信号加工选择电路5从上述A相、B相的基本信号选择能够与计数器4的计数输出比较的信号，对这些信号进行“非”、“与”、“异”等逻辑运算，变换成能够与计数输出比较的比较信号。这些运算容易通过将通常采用的逻辑元件等组合来实现。
比较器6将计数器4的最下位比特(LSB)的计数信号Count(0)或最下位比特+1的计数信号Count(1)与来自上述比较信号加工选择电路5的比较信号相比较，生成能够判断检出错误的有无的计数错误输出信号OUT。可避开进行比较的信号在位移量检测信号在上升沿、下降沿等处变化、计数器变化时的不稳定状态，将位移量检测信号和计数器输出信号稳定后的部分的电平进行比较。比较器可采用例如比较电路等公知的比较元件，但也可采用例如具有“与”“异”等逻辑运算功能的逻辑元件来简单地构成。
这种结构的计数错误检测电路适用于例如多回转式绝对值编码器的多回转检测部，对于多回转的错误计数的检测有效。作为多回转式绝对值编码器，最好采用例如上述特公平6-41853号公报等中公开的结构。该编码器设有检测1个回转以内的绝对角度的光学绝对值编码器和检测多回转的磁力编码器。检测1个回转以内的绝对角度的光学绝对值编码器由安装在转轴上的检测1个回转以内的绝对角度的回转盘、对该盘投射光的LED、经由固定狭缝从上述LED受光的受光元件即光电二极管阵列、将来自该光电二极管阵列的检测信号整形为矩形波的波形整形电路等构成。另外，检测多回转的磁力编码器由其回转部中设有环形磁铁的回转盘、检测该回转盘的回转的磁阻元件、将来自该磁阻元件的信号整形的波形整形电路、对多回转的检测信号计数并将数值保持的控制电路(计数器)等构成。
而且，将来自上述磁阻元件的信号整形的波形整形电路输出的输出信号相当于本发明的A相、B相的基本信号，控制电路相当于计数器。
另外，不仅这样的多回转式编码器的多回转部，增量编码器和线性编码器也能用同样的手段采用计数错误检测电路、检测方法。关于这些编码器的详细结构，已在各种文献中公开，文中省略。
本发明的绝对值编码器的计数错误检测电路、检测方法，能够适用于各种编码器，不论其种类如何，只要是能够对应于位移量输出预定的脉冲串通过测量该脉冲串来检测出位移量的编码器。例如，回转编码器的增量信号的计数、绝对信号的计数、多回转信号的计数、线性编码器的增量信号的计数等种种编码器的计数功能均可适用。
权利要求
1.一种输出与被测定物的位移量对应的脉冲串的编码器的计数错误检测电路，其中，将位移量测量用的1个或2个以上的基本信号2、3或4倍增而成为计数信号，将对该计数信号计数的计数器的输出信号和所述基本信号的电平进行比较，检测出计数信号的计数错误。
2.权利要求1所述的编码器的计数错误检测电路，其中，检测出多回转型绝对值编码器的回转检测部的计数错误。
3.一种编码器的计数错误检测电路，其中设有将位移量测量用的1个或2个以上的基本信号2、3或4倍增的n倍增电路；将倍增的基本信号作为计数用计数信号的计数信号变换电路；对计数信号进行计数的计数器；从所述基本信号生成用以与计数器的输出信号进行比较的比较信号的比较信号加工选择电路；以及将比较信号和计数器的输出信号的电平进行比较、并在预定的关系时产生计数错误输出信号的比较器。
4.一种输出与被测定物的位移量对应绝对编码器的脉冲串的编码器的计数错误检测方法，其中，将位移量测量用的1个或2个以上的基本信号2、3或4倍增而成为计数信号，将对该计数信号计数的计数器的输出信号和所述基本信号的电平进行比较，在预定的关系时确定计数信号的计数错误。
全文摘要
本发明提供使得位移量测量用的计数信号的计数错误的检测成为可能且能够实现高可靠性的编码器的计数错误检测电路和编码器的计数错误检测方法，其中输出对应于被测定物的位移量的脉冲串的编码器的计数错误检测电路，将位移量测量用的1个或2个以上的基本信号(A相、B相)2、3或4倍增而成为计数信号，将对该计数信号计数的计数器的输出信号(Count(O))和上述基本信号(A相、B相)的电平进行比较，检测出计数信号的计数错误。
文档编号G01D5/249GK1979097SQ20061016902
公开日2007年6月13日 申请日期2006年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者山本猛 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司