CN101153807A - 编码器通信电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种编码器通信电路，在对从编码器(20)输出的数据进行反馈、通过控制装置(10)进行控制的加工装置中，在编码器(20)与通信电路装置(14)之间发生了通信异常时，代替编码器(20)使用编码器通信电路(50)来确定异常发生位置。编码器通信电路(50)当经由通信线缆(13)与控制装置(10)连接时，向所述控制装置输出由预先决定的位置数据和警报数据、或速度数据和警报数据组成的编码器数据。

Description

编码器通信电路

技术领域

本发明涉及一种编码器通信电路，其用于在使用编码器的装置中发生了异常时代替编码器，以确定异常位置。

背景技术

近年，将位置及速度信息作为电信号取出的编码器，在高分辨率化、以及可对应高速旋转方面取得了进展。来自编码器的信号输出方式也从现有的A/B相输出方式转变为以不被分辨率或旋转速度所左右的串行通信来传输数据的方式。以串行通信进行传输的数据，除了位置信息之外还包括表示在编码器内检测到的异常的警报信息，编码器自身的异常可通过该警报信息来进行分析(参照特开2005-233720号公报)。

编码器在通过异常检测电路检测出异常时，作为警报信息对控制装置通知异常。由此，可确定编码器内的异常位置。但是，在发生了编码器的通信电路故障、通信线缆的断线、控制装置的通信电路故障等时，控制装置检测出通信异常并显示警报，但是由于通信中断，所以需要时间来确定故障位置。此外，当确定故障位置错误时在部件交换后还要重发警报信息，在装置恢复中需要进一步花费时间。

一直以来，在通信中断的情况下，将其它编码器与通信线缆连接，通过其是否正常进行通信来判断在原编码器中是否有异常。但是在此方法中，因为其它编码器为初始状态所以对控制装置发送表示没有确立绝对位置的初始状态警报。控制装置当识别出编码器为初始状态时，为了显示原编码器的绝对位置而将存储的原点信息设为无效。因此，在确定了异常位置后进行恢复时，必须进行重新设定原点的操作。

有时连接其它编码器来进行通信检查的结果是原编码器不是造成通信异常的原因，而该原因例如是由通信线缆断线所造成的。在原编码器不是造成通信异常的原因时，交换成新的通信线缆后，在伺服电动机上安装原编码器。但是，当将原编码器重新连接到控制装置时原点信息为无效，所以必须重新设定原点。

该原点设定操作需要再现预先决定的工作台或者机械的原点位置，所以需要根据机械结构，使用作为基准的夹具或度盘式指示器(dial gauge)等测量器来进行复杂、精密的作业。。

另外，为了探查异常原因而进行交换的其它编码器价格较高，因此采用这样的方法是不经济的。另外，当连接其它编码器时，有可能使机械误成为运转状态，在作业时伴随有危险。

发明内容

本发明鉴于上述这样的问题，以提供如下的编码器通信电路来作为目的，该编码器通信电路，可以在通信异常时确定异常位置，并且缩短恢复异常状态的时间。

本发明的编码器通信装置，具备：通信部，其具有与连接在控制装置上的编码器接口相同的接口；和编码器数据生成部，其生成包含位置数据和警报数据或速度数据和警报数据的、预先决定的编码器数据，在与所述控制装置连接时，经由所述通信接口，向所述控制装置输出所述预先决定的编码器数据。

所述编码器数据具有一个模式，反复输出该一个模式，以此向所述控制装置输出所述编码器数据。所述编码器数据具有多个模式，反复输出该多个模式，以此向所述控制装置输出所述编码器数据。

所述警报数据可以包含表示编码器不是初始状态的数据，另外，还可以包含至少一个使所述伺服电动机不可进行动作的数据。

所述接口还可以作为串行接口。

在使用编码器的装置或者系统发生通信异常时使用本发明，由此可确定故障位置，可缩短恢复装置的时间。另外，在对编码器不是初期状态的数据进行发送时，控制装置不输出使机械原点位置的记忆为无效的警报。因此，在判明编码器以外的不良而继续使用原编码器时，不需要进行重新设定原点的作业。此外，当输出使机械不动作的警报数据时，可防止使机械误成为运转状态，可安全地进行故障位置的确认作业。

附图说明

图1是表示应用本发明的一般加工装置的图。

图2是表示在图1中使用的编码器的概要图。

图3是对编码器的传感器部进行说明的图。

图4是表示本发明编码器通信电路的概要图。

图5是表示应用本发明一个实施方式的例图。

图6是对一般的编码器数据进行说明的图。

图7是表示作为本发明一个实施方式的编码器通信电路的编码器数据的一个例图。

图8是表示作为本发明一个实施方式的编码器通信电路的编码器数据的另一例图。

图9是表示使用作为本发明一个实施方式的编码器通信电路来确定异常位置的动作流程图。

图10是表示应用本发明一个实施方式的其它例图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，首先参照图1对作为应用本发明一例的一般加工装置进行说明。加工装置利用来自编码器20、30的信息对伺服电动机16进行反馈控制，使工作台17移动。

控制装置10通过动力线12与作为控制对象的伺服电动机16连接。另外，控制装置10通过控制装置10的通信电路14、19、第1以及第2信号线13、15，与内置于伺服电动机16的第1编码器20以及对工作台17的位置进行检测的第2编码器30连接。

控制装置10利用通信电路14经由第1通信线缆13与第1编码器20进行通信。编码器20对伺服电动机16的轴的位置或者速度进行检测，将检测信号发送到控制装置10。同时，控制装置10通过通信电路19经由第2通信线缆15与第2编码器30进行通信。第2编码器30对工作台17的位置进行检测，并将检测信号发送到控制装置10。控制装置10反馈由编码器20以及编码器30发送的检测信号，经由动力线12对伺服电动机16进行控制。

伺服电动机16的轴与滚珠螺杆18连结。滚珠螺杆18与设置在工作台17中的内螺纹部螺合，以使工作台17平动。滚珠螺杆18根据伺服电动机16的旋转而旋转，与滚珠螺杆18螺合的工作台17在图面左右方向上移动，将放置到工作台17的被加工部件(未图示)移动到预定位置。虽然没有图示，但工作台17即使相对于与滚珠螺杆18正交的其它2轴，也可同样地进行移动。

图2表示在图1的加工装置中使用的编码器20的框图。编码器20具有如下各部：传感器部21，其对电动机轴的旋转进行检测，取得位置或者速度的信息；信号处理部23，其对由传感器部21检测出的信号进行处理；通信部27，其与控制装置10进行通信，并向控制装置10发送由信号处理部23过处理的信号。

信号处理部23具有如下各部：A/D转换部24，其对由传感器部发送的模拟信号进行A/D转换，取得数字信号；位置/速度数据计算部25，其根据A/D转换部24所转换的数字信号，计算表示位置或者速度的数据；检测异常状态的异常检测部26。将由信号处理部23计算或检测出的数据作为数字信号发送到通信部27，转换为串行数据，作为通信信号发送到控制装置10。

在图3中表示图2编码器的传感器部21的一例。传感器部21具有：一个或者多个发光元件41；在外圆部具有狭缝的旋转狭缝圆板42；与透光狭缝对置配置的固定狭缝板43；与一个或者多个发光元件41对应的受光元件45。当从发光元件41射出的光通过旋转狭缝圆板42与固定狭缝板43时，入射到受光元件45。

旋转狭缝圆板42的旋转轴44与伺服电动机16的轴相结合。当旋转轴44随着伺服电动机16的旋转而旋转时，旋转狭缝圆板42进行旋转，在旋转狭缝圆板42周围形成为同心状的用于编码的狭缝图案的位置周期性变化。与此对应，与在固定狭缝板43上形成为同心状的狭缝图案的开口部的重叠周期性变化，从而向受光元件45的光入射量周期性变化。根据向该受光元件45的光入射量的周期性变化，取得具有电动机旋转速度或位置的信息的模拟信号、例如A相以及B相的正弦波信号。将具有电动机旋转速度或位置的信息的模拟信号输入到信号处理部23，进行预定的信号处理，取得数字数据，进而经由通信部27作为串行数据发送到控制部10。

此外，编码器30是求进行直线移动的移动体的移动量及位置的线性编码器。在线性编码器中，通过输出与安装在工作台17的移动部上的主刻度(mainscale)以及安装在工作台17的固定部上的指针刻度(index scale)的相对位置变化对应的位置检测信号，来求移动量及位置。主刻度与指针刻度可彼此相对自由移动，隔着主刻度和指针刻度在一方的一侧配置发光元件和受光元件。这样，编码器30的传感器部在原理上与编码器20的传感器部相同，信号处理部、通信部也相同，因此省略说明。以下对编码器20进行说明，对于对编码器30也一样。

编码器20具有异常检测部26，在异常检测部26中具有多个异常检测电路。例如，在通过传感器部21对传感器信号的异常进行检测的电路中，例如对于A相以及B相的正弦波信号，计算各相的振幅值、偏移量值、波形失真及各相间的相位差等，检查是否已脱离了预先决定的允许范围。其结果是，当值没有进入允许范围时设为存在异常，将警报发送到控制装置10。除此之外，可通过异常检测部26对伺服电动机16的温度异常等多个异常进行检测，并通知控制装置10。

这样，当对控制装置10发送来自异常检测部26的异常数据时，确定异常位置，但是在发生了编码器20的通信电路故障、通信线缆11、13断线、控制装置10的通信电路14、19故障等情况时，由于通信中断所以不能确定故障的原因。因此一直以来，如上所述将其它编码器与通信线缆连接，通过是否能正常进行通信来判断在原编码器中是否存在异常。本发明为了在通信异常时确定异常位置，而提供编码器通信电路。

图4表示本发明编码器通信电路的一个实施方式的概要图，图5表示代替图1所示的第1编码器20使用编码器通信电路的情况。也可以代替第2编码器30使用编码器通信电路，不过首先将编码器20作为对象进行说明。

如图4所示，编码器通信电路50具有：数据模式生成部或者编码器数据生成部51、和通信部53。编码器数据生成部51生成作为编码器数据的数据模式，该编码器数据包含预先决定的位置信息和警报信息、或速度信息和警报信息。通信部53具有与编码器20相同的接口，当通信部53经由通信线缆13与控制部10连接时，可以进行预定的串行通信。因为编码器通信电路50不具有对伺服电动机位置及速度进行检测的检测电路，所以可构成简单、廉价的结构。

当发生通信异常导致通信中断时，控制装置10检测通信异常、并显示通信异常警报。在这样的情况下如图5所示，工作人员将编码器通信电路50与编码器20进行交换，探查通信异常的原因。

当经由通信线缆13将交换后的编码器通信电路50与控制部10连接时，经由通信部53输出包含预先决定的位置信息和警报信息、或速度信息和警报信息的编码器信息与连接了其它编码器时一样，可以探查通信异常的原因。

图6是对来自控制装置的数据请求信号、和编码器发送的串行数据的一例进行说明的图。在图中将信号的H电平设为1，将信号的L电平设为0，用一个区域来表示1位。

编码器20当接收来自控制装置10的数据请求信号(i)时，向控制装置10发送编码器数据、即串行数据(ii)。编码器数据由24位的串行列组成，其中，将位b1至b6的6位设为表示异常的警报数据，将位b7至b24的18位设为表示位置或速度信息的位置/速度数据。定期发送数据请求信号，因此也定期地发送编码器数据。

图7表示在本实施方式的编码器通信电路中生成的数据的一例。编码器通信电路仅用于确定发生了通信异常的异常位置，所以发送预先决定的数据模式作为编码器数据。

在图7例中，固定从编码器通信电路50向控制装置10发送的一个编码器数据(k)，并对其进行重复。即，数据(k)＝数据(k+1)＝数据(k+2)＝数据(k+3)＝…。数据(k)除了警报位中的位b5为H以外其它全是L。

这里，对位b6中L的意思进行说明。位b6表示编码器20是否是初始状态。由编码器通信电路50发送的数据位b5的L表示编码器不是初始状态。因此，如果将位b6设置为L，则在连接了编码器通信电路50时不会判断为是初始状态。因此，控制装置10不使原编码器20原点位置的位置信息为无效。由此，作为替代而连接编码器通信电路50进行检查的结果为，在原编码器20中没有异常，即使是再次使用原编码器20时，也不需要进行繁琐的原点位置重新设定作业。

此外，在如现有技术那样代替原编码器20使用其它编码器时，因为位b5为H，所以已接收了编码器数据的控制装置10，将控制装置10存储的原点位置的位置信息值设为无效，显示编码器20为初期状态，并显示提醒重新进行机械或工作台17的原点位置的设定操作。此外，代替数据请求信号发送用于将表示是否为初期状态的位设为L的信号(警报复位信号)。如此来请求原点位置的再设定操作。

接着，对警报位的位b5中H的意思进行说明。在使用了编码器通信电路50时发送到控制装置10的数据导致控制装置误使伺服电动机16为运转状态，在此情况下是非常危险的。在本例中将位b5设为H，强制性地使伺服电动机16不动作。位b5是表示编码器异常的位，当控制装置10接收位b5为H的警报数据时，控制装置10显示警报的内容，并且进行使伺服电动机16不动作的处理。因此，可以避免伺服电动机16成为运转状态的误动作。

此外，当另外还存在几个使伺服电动机16不动作的警报位时，将使伺服电动机不动作的其它警报位设置为H，这样能可靠地防止伺服电动机16的动作。

图8表示在本实施方式的编码器通信电路中生成的数据模式的其它例。图8的例中，使从编码器通信电路50发送到控制装置10的解码器数据为各不相同的数据(k)、数据(k+1)、数据(k+2)、数据(k+3)。将该数据(k)～(k+3)作为一个组，重复该数据组。警报数据b1～b6与图7中的b1～b6相同，因此参照图7说明过的警报数据所具有的效果也是相同的。

图8的数据关于位置/速度数据，数据(k)的位b7为H，数据(k+1)的位b7、b8为H，数据(k+2)的位b7～b9为H，数据(k+3)的位b7～b10为H，各个数据不同。当将这些不同的数据发送到控制装置10时，控制装置10的显示画面(未图示)的信号状态发生变化，所以可明确地判断是否正常接收信号。图7的数据没有在显示画面上的变化，由此存在难以判断信号接收状态的情况。

参照图9对第1编码器20存在通信异常时使用编码器通信电路50来确定异常位置的动作流程进行说明。

当编码器20显示通信警报时，代替编码器20将编码器通信电路50与控制装置10连接(步骤S1)。此时，如果不再发生通信异常警报(步骤S2)，则可以判断为在编码器20中存在异常原因，因此将编码器20与其它编码器进行交换并结束(步骤S3)。

当即使连接编码器通信电路50进行使用也依然发生通信警报时，将通信线缆13与正常的其它通信线缆交换(步骤S4)。此时，如果不再发生通信警报(步骤S5)，则可以判断为通信线缆13存在异常，因此使用交换过的正常的其它通信线缆并结束(步骤S6)。当即使将通信线缆13更换为正常的线缆也继续发生通信警报时(步骤S5)，可判断为在控制装置10的通信电路14中存在故障，因此交换通信电路14并结束(步骤S7)。

这样，当判断为在编码器20中没有异常时，进行通信线缆13的交换或者控制装置10的通信电路14的交换。编码器通信电路50使警报位的位b6为L，不发送表示在初期状态没有确定绝对位置的初期状态警报。因此，控制装置10没有将存储的原点信息设为无效。由此，不用再设定工作台或者机械的原点就可以进行运转。另外，编码器通信电路50将警报位的位b5设为H，发送表示编码器20异常的警报。因此，不会误使工作台动作，这样可以进行安全地确定异常位置的作业。

如图10所示，在第2编码器30发生了通信异常时代替编码器30使用编码器通信电路50，由此可进行异常位置的判定。代替第2编码器30使用编码器通信电路50来判定异常位置的情况，与代替第1编码器20使用编码器通信电路50的情况是相同的，所以省略说明。

当连接在第2编码器30上的第2线缆连接器与连接在第1编码器20上的第1线缆连接器不同、不适合编码器通信电路50时，可以使用连接器转换线缆55进行连接。

另外，参照图9进行了说明的异常位置确定作业也是相同的。由此可以判断第2编码器30、通信线缆15、第2通信电路19中的哪个出现了异常或者故障。

此外，在以上说明的本实施方式中，作为编码器通信电路发送的数据中的警报数据，对包含表示编码器不是初期状态的数据、以及使伺服电动机不动作的数据为例进行了说明，但在其它实施方式中根据情况也可以进行省略。例如，作为简单的数据结构，还可以使全部位为L来构成编码器数据。此时，不包含使伺服电动机进行动作的数据。

Claims (6)

1.一种编码器通信电路，用于在通信异常时确定异常位置，其具备：

通信部(53)，其具有与连接在控制装置(10)上的编码器的接口相同的接口；和

编码器数据生成部(51)，其生成包含位置数据和警报数据或速度数据和警报数据的、预先决定的编码器数据，

在与所述控制装置(10)连接时，经由所述通信部(53)的接口，向所述控制装置(10)输出所述预先决定的编码器数据。

2.根据权利要求1所述的编码器通信电路，其特征在于，

所述编码器数据具有一个模式，反复输出该一个模式，以此向所述控制装置(10)输出所述编码器数据。

3.根据权利要求1所述的编码器通信电路，其特征在于，

所述编码器数据具有多个模式，反复输出该多个模式，以此向所述控制装置(10)输出所述编码器数据。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的编码器通信电路，其特征在于，

所述警报数据包含表示编码器不是初始状态的数据。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的编码器通信电路，其特征在于，

所述警报数据包含至少一个使伺服电动机不可进行动作的数据，该伺服电动机由所述控制装置(10)进行控制。

6.根据权利要求1所述的编码器通信电路，其特征在于，

所述接口是串行接口。

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