编码器装置

技术领域

本发明涉及编码器装置。

背景技术

存在一种光学式的编码器装置，其具备：设有狭缝的旋转盘；具有受光发光部的编码器检测部；以及根据编码器检测部的检测结果计算旋转盘的旋转角度的编码器处理部。已知在该编码器装置的情况下，如果没有使旋转盘的旋转中心与狭缝的图案中心准确地一致，旋转一圈就会产生一个周期的误差(以下称为绝对值精度误差)。

为了消除上述的绝对值精度误差，专利文献1中提出了通过在隔着旋转盘的旋转中心对置的两处位置分别配置编码器检测部，生成相位差180°的两个角度数据，并对这两个角度数据进行平均的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60－146113号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在上述专利文献1的方法中，为了生成相位差180°的两个角度数据，需要准确地将两个编码器检测部配置在隔着旋转盘的旋转中心对置的位置。

由于这样在两处设置了编码器检测部，所以产生了编码器装置的大型化、部品件数的增加导致成本上升、两个编码器检测部的调整导致设置作业性恶化的问题。

因此，在光学地检测旋转盘的狭缝的旋转来计算旋转角度时，

希望有一种不会导致大型化和成本上升，不需要繁琐的调整就能容易地设置，能高精度地消除包含于角度数据的每旋转一圈一个周期的绝对值精度误差的编码器装置。

本发明的目的在于，在光学地检测旋转盘的狭缝的旋转来计算旋转角度时，消除包含于检测出的角度的绝对值精度误差，使编码器装置小型化，并容易地设置。

用于解决问题的方案

本发明的编码器装置通过编码器检测部检测设有狭缝的旋转盘的旋转，并通过编码器处理部计算旋转盘的旋转角度，其中，

编码器检测部在单一的受光部中通过规定的配置具有多个生成角度数据所需的受光元件组，

编码器处理部将由多个受光元件组得到的受光信号变换为旋转一圈的角度数据，根据角度数据和与配置相关的配置信息计算旋转一圈的角度数据的绝对值精度误差，使用绝对值精度误差校正旋转一圈的角度数据的绝对精度来计算旋转角度，并将计算出的所述旋转角度输出到外部。

发明效果

根据本发明，能提供一种编码器装置，在光学地检测旋转盘的狭缝的旋转来计算旋转角度时，消除包含于检测出的角度的绝对值精度误差，使装置小型化，容易地设置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的编码器装置的电路结构的结构图。

图2是表示本发明的实施方式1中的编码器装置的主要部分的结构的概要图。

图3是表示本发明的实施方式中的受光部的详细的结构的概要图。

图4是表示本发明的实施方式1中的从旋转盘的旋转中心到受光部为止的光学半径的说明图。

图5是表示现有的编码器装置的主要部分的结构的概要图。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的编码器装置的实施方式。需要说明的是，在各图中，对同一部分标注同一附图标记。

实施方式1首先，参照图1和图2说明本发明的实施方式1中的编码器装置100的基本的结构。图1是表示本发明的实施方式1中的编码器装置100的电路结构的结构图。图2是表示本发明的实施方式1中的编码器装置100的主要部分的结构的概要图。

[编码器装置100的结构]

在图1中，编码器装置100是计算旋转体1的旋转角度的装置，主要具备旋转轴110、旋转盘120、编码器检测部140以及编码器处理部150。在该编码器装置100中，在计算旋转体1的旋转角度时，对包含于角度数据的绝对值精度误差进行校正。

如图2所示，在旋转盘120形成有放射状的狭缝130。旋转盘120通过旋转轴110连接于旋转体1。因此，形成有狭缝130的旋转盘120以与旋转体1相同的旋转速度旋转。

编码器检测部140，以夹着旋转盘120的方式具有发光部141和受光部142。因此，编码器检测部140是通过发光部141照射旋转盘120的狭缝130，通过受光部142接受透射狭缝130的透射光的透射型传感器，光学地检测旋转盘120的旋转。需要说明的是，在旋转盘120形成反射型图案而不是狭缝130的情况下，能在编码器检测部140使用反射型传感器。

将编码器检测部140的受光部142的详细的结构示出于图3。图3是表示本发明的实施方式1中的受光部142的详细的结构的概要图。在编码器检测部140中，在单一的受光部142中，将第一受光部142A和第二受光部142B配置于在旋转盘120的周向上相同的位置、且在旋转盘120的半径方向上不同的位置。

需要说明的是，第一受光部142A和第二受光部142B分别通过由4个受光元件的组构成的受光元件组构成。即，在单一的受光部142中，通过规定的配置具有多个生成角度数据所需的受光元件组。

在此，构成受光元件组的4个受光元件被分配了a+、a－、b+、b－。通过对来自这些a+、a－、b+、b－的各受光元件的信号进行加减运算，能得到相位互不相同的两相角度数据计算用的受光信号。

在编码器处理部150设有角度数据变换部151A、角度数据变换部151B、误差计算部152、校正部153和输出部154。角度数据变换部151A将来自第一受光部142A的两相受光信号进行运算处理，计算第一角度数据P1。角度数据变换部151B将来自第二受光部142B的两相受光信号进行运算处理，计算第二角度数据P2。需要说明的是，也可以高速切换一个角度数据变换部来计算第一角度数据P1和第二角度数据P2。此外，也可以在角度数据变换部151A以及151B的输入配置电平校正电路。

误差计算部152参照第一角度数据P1、第二角度数据P2以及后述的配置信息来计算包含于第一角度数据P1的每旋转一圈一个周期的绝对值精度误差Δ1。校正部153从第一角度数据P1减去绝对值精度误差Δ1，校正旋转一圈的角度数据的绝对精度，计算旋转盘120的旋转角度θ。输出部154向外部设备输出旋转盘120的旋转角度θ。为了向外部设备输出旋转角度θ，输出部154也可以具备通信功能。

[编码器装置100的处理]

接着，说明在编码器装置100中在光学地检测旋转盘120的狭缝130的旋转来计算旋转角度θ时的处理。在此，在计算旋转角度θ时使用的术语，参数或数据如下。

在编码器装置100中，在旋转盘120的旋转中心与狭缝130的图案中心不一致的情况下，在旋转一圈的周期中，狭缝130在与正圆不同的状态下被编码器检测部140检测到旋转。因此，在编码器处理部150中计算出的角度数据中，相对于实际的旋转角度θ包含每旋转一圈一个周期的误差。将该每旋转一圈一个周期的误差称为绝对值精度误差。

实施方式1中的参数如下定义。

将未产生误差的旋转盘120的旋转角度设为θ(rad)，

将根据在第一受光部142A的狭缝130的受光信号由角度数据变换部151A计算出的第一角度数据设为P1(rad)＝θ+Δ1，

将根据在第二受光部142B的狭缝130的受光信号由角度数据变换部151B计算出的第二角度数据设为P2(rad)＝θ+Δ2，

将包含于第一角度数据P1的绝对值精度误差设为Δ1(rad)，

将包含于第二角度数据P2的绝对值精度误差设为Δ2(rad)。

使用图4说明旋转盘120的旋转中心与狭缝130的图案中心不一致的状态。图4是作为本发明的实施方式1中配置信息，表示从旋转盘120的旋转中心到受光部142为止的光学半径的说明图。

在图4中，C1是旋转盘120的旋转中心，C2是狭缝130的图案中心。然后，将从旋转中心C1到第一受光部142A为止的距离设为光学半径r1，将从旋转中心C1到第二受光部142B为止的距离设为光学半径r2，将旋转盘120的旋转中心C1与狭缝130的图案中心C2之间的距离设为偏差δ。

在此，光学半径r1以及r2是与构成第一受光部142A和第二受光部142B的多个受光元件组的配置相关的配置信息。需要说明的是，在配置信息中，除此之外也可以包含多个受光元件组间的距离、角度等信息。

误差计算部152以以下的方式计算绝对值精度误差Δ1。在此，绝对值精度误差Δ1可以表示为，

Δ1＝(δ/r1)·sinθ。

此外，绝对值精度误差Δ2可以表示为，

Δ2＝(δ/r2)·sinθ。

整理以上的绝对值精度误差Δ1以及Δ2的两个算式，消去sinθ则变为，

Δ1＝(r2/(r2－r1))·(Δ1－Δ2)。

然后，使用P1＝θ+Δ1、P2＝θ+Δ2，从上述Δ1的算式消去Δ2则可以表示为，

Δ1＝(r2/(r2－r1))·(P1－P2)。

即，误差计算部152可以使用第一角度数据P1、第二角度数据P2以及光学半径r1和r2来计算绝对值精度误差Δ1。

在此，计算Δ1的算式中的(r2/(r2－r1))为常数。因此，误差计算部152通过第一角度数据P1与第二角度数据P2的差分和常数，能高速地计算绝对值精度误差Δ1。

校正部153使用在误差计算部152中计算出的绝对值精度误差Δ1，如下计算旋转角度θ。

θ＝P1－Δ1

在此，校正部153仅从由角度数据变换部151A计算出的第一角度数据P1中减去由误差计算部152计算出的Δ1，因此能高速地计算旋转角度θ。

即，编码器处理部150可以使用根据第一受光部142A的受光信号计算出的第一角度数据P1、根据第二受光部142B的受光信号计算出的第二角度数据P2、第一受光部142A的光学半径r1以及第二受光部142B的光学半径r2，如下计算旋转角度θ。

θ＝P1－Δ1＝P1－(r2/(r2－r1))·(P1－P2)

在此，由于(r2/(r2－r1))为常数，所以能根据第一角度数据P1以及P2和常数，高速且高精度地计算旋转角度θ。

[比较例(编码器装置100A)的结构和动作]

在此，作为实施方式1的编码器装置100的比较例，说明现有的编码器装置100A的结构。图5是表示现有的编码器装置100A的主要部分的结构的概要图。

在图5中，设有狭缝130的旋转盘120经由旋转轴110连接于检测对象的旋转体1，以与旋转体1相同的速度旋转。两个编码器检测部140A和140B分别具备发光部和受光部，设置在隔着旋转盘120的旋转中心的对置的位置，检测由旋转的旋转盘120的狭缝130引起的光的穿过和隔断。

在旋转盘120的旋转中心与狭缝130的图案中心不一致的情况下，包含于根据编码器检测部140A的受光信号计算出的第一角度数据和根据编码器检测部140B的受光信号计算出的第二角度数据的绝对值精度误差理论上具有180°的相位差。因此，通过对第一角度数据和第二角度数据进行平均，每旋转一圈一个周期的绝对值精度误差被抵消而消失。

如上所述，由于现有的编码器装置100A需要将编码器检测部140A和140B准确地配置于隔着旋转盘120的旋转中心对置的位置，所以编码器装置100会大型化。此外，由于需要设置编码器检测部140A和140B，所以成本会由于部件件数的增加而上升。而且，为了通过进行平均来抵消绝对值精度误差，对于两个编码器检测部140A以及140B的位置，需要细致地调整以使包含于第一角度数据的绝对值精度误差与包含于第二角度数据的绝对值精度误差的相位差准确地成为180°，设置作业性恶化。

[编码器装置100与编码器装置100A的对比]

如以上说明的那样，在实施方式1的编码器装置100中，在光学地检测旋转盘120的狭缝130的旋转来计算旋转角度θ时，与现有的编码器装置100A相比，由于能使用单一的编码器检测部140，所以不会导致装置大型化和成本上升，不需要繁琐的调整就能容易地设置，能消除包含于检测出的角度数据的绝对值精度误差。

[实施方式的效果]

实施方式1的编码器装置100是通过编码器检测部140光学地检测设于旋转盘120的狭缝130，编码器处理部150计算旋转盘120的旋转角度θ的装置，编码器检测部140在旋转盘120的半径方向的不同的位置具有第一受光部142A和第二受光部142B。编码器处理部150将根据在第一受光部142A的狭缝130的受光信号由角度数据变换部151A计算出的第一角度数据设为P1＝θ+Δ1，将根据在第二受光部142B的狭缝130的受光信号由角度数据变换部151B计算出的第二角度数据设为P2＝θ+Δ2，将包含于第一角度数据P1的绝对值精度误差设为Δ1，将包含于第二角度数据P2的绝对值精度误差设为Δ2，将从旋转中心C1到第一受光部142A为止的距离设为光学半径r1，将从旋转中心C1到第二受光部142B为止的距离设为光学半径r2的情况下，将旋转角度θ计算为θ＝P1－Δ1＝P1－(r2/(r2－r1))·(P1－P2)。

在此，由于编码器装置100通过一个编码器检测部140光学地检测旋转盘120的狭缝130的旋转，检测不包含绝对值精度误差的旋转角度θ，所以不会导致装置的大型化和成本上升，能小型化。此外，由于编码器装置100通过一个编码器检测部140光学地检测旋转盘120的狭缝130的旋转，检测不包含绝对值精度误差的旋转角度θ，所以不需要使用两个编码器检测部的以往那样繁琐的调整，能容易地设置。

在实施方式1的编码器装置100中，编码器处理部150具备：根据第一受光部142A的检测结果计算第一角度数据P1的角度数据变换部151A、根据第二受光部142B的检测结果计算第二角度数据P2的角度数据变换部151B、计算绝对值精度误差Δ1的误差计算部152以及从第一角度数据P1减去绝对值精度误差Δ1来计算旋转角度θ的校正部153，误差计算部152使用绝对值精度误差Δ1、绝对值精度误差Δ2、光学半径r1以及光学半径r2，将绝对值精度误差Δ1计算为Δ1＝(r2/(r2－r1))·(P1－P2)，校正部153将旋转角度θ计算为θ＝P1－Δ1。在此，误差计算部152通过第一角度数据P1与第二角度数据P2的差分和常数(r2/(r2－r1)，能高速地计算绝对值精度误差Δ1。然后，校正部153仅从第一角度数据P1减去由误差计算部152计算出的绝对值精度误差Δ1，因此能高速且高精度地计算旋转角度θ。

[其他的实施方式]

编码器检测部140示出了将第一受光部142A和第二受光部142B配置在旋转盘120的半径方向的不同的位置的具体例子，但配置并不限定于此，可以进行各种的配置的变更。然后，在变更了第一受光部142A和第二受光部142B的配置的情况下，通过进行与该配置对应的计算，能计算绝对值精度误差Δ1，从而能高精度地计算旋转角度θ。

在编码器处理部150中，示出了从输出部154输出数据的具体例子，但是可以置换为与外部设备通信的通信部。

在图1所示的编码器装置100的结构中，也可以将编码器处理部150内的误差计算部152分为计算(P1－P2)的减法部和计算(r2/(r2－r1))·(P1－P2)的乘法部。

此外，也可以是，在图1所示的编码器装置100的结构中，将编码器处理部150内的误差计算部152和校正部153一体化，对于旋转角度θ，通过一体化后的运算处理部一次计算出θ＝P1－(r2/(r2－r1))·(P1－P2)。

附图标记说明

1：旋转体；100：编码器装置；110：旋转轴；120：旋转盘；130：狭缝；140、140A、140B：编码器检测部；141：发光部；142：受光部；142A：第一受光部(受光元件组)；142B：第二受光部(受光元件组)；150：编码器处理部；151A：角度数据变换部；151B：角度数据变换部；152：误差计算部；153：校正部；154：输出部；C1：旋转中心；C2：图案中心；r1：第一受光部的光学半径；r2：第二受光部的光学半径；δ：旋转中心与图案中心之间的距离(偏差)；θ：旋转角度。