CN108931261A - 编码器系统和异常检测方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及编码器系统和异常检测方法。解决难以区分异常的发生原因是在编码器内部还是在编码器与控制器之间的通信这样的问题。编码器系统具备：编码器，其输出电机的输出轴的位置数据和磁极数据；以及控制器，其以有线或者无线的方式与编码器机械能通信，编码器具备：位置数据生成电路；磁极数据生成电路；第一数据异常检测电路，其根据位置数据和磁极数据来检测有无异常并输出第一报警信号；以及并行串行变换电路，其将位置数据、磁极数据以及第一报警信号输出到控制器，控制器具备：第二数据异常检测电路，其根据位置数据和磁极数据来检测有无异常，输出第二报警信号；以及通信异常检测部，其根据第一、第二报警信号来检测通信路径有无异常。

Description

编码器系统和异常检测方法
技术领域
本发明涉及一种具备异常检测功能的编码器系统和异常检测方法。
背景技术
为了测量电机、工作台的输出轴的角度使用编码器。当编码器输出的位置数据为异常时将无法控制电机、工作台。因此，在控制电机、工作台的控制器中需要检测编码器有无异常。
目前公开了通过比较预先设定于保护单元的参数(速度范围、位置范围等)和来自编码器的反馈来对正常控制伺服马达进行监视的方法(例如，日本特开2011-192015号公报)。
另外，还报告了如下的方法(例如，日本特开平5-344775号公报)：比较编码器信号及其旋转方向信号与位置检测装置的信号及其旋转方向信号，检测出发生两者的信号之间不满足某确定的基准的状态的情况，产生使通电控制装置的通电停止的信号。
发明内容
然而，在这些方法中，在编码器内部检测到出的异常与控制器检测到出的异常之间的关系不明确，因此存在难以区分异常的发生原因是在编码器内部还是在编码器与控制器之间的通信路径这样的问题。
本公开的一个实施例所涉及的编码器系统具备：编码器，其输出电机的输出轴的位置数据和磁极数据；以及控制器，其以有线或者无线的方式与编码器进行通信，接收从编码器输出的位置数据和磁极数据。编码器具备：位置数据生成电路，其测量电机的输出轴的角度，根据测量出的角度生成位置数据；磁极数据生成电路，其生成表示电机转子的位置的磁极数据；第一数据异常检测电路，其根据位置数据和磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第一报警信号；以及并行串行变换电路，其将位置数据、磁极数据以及第一报警信号进行并行串行变换并输出到控制器。控制器具备：第二数据异常检测电路，其根据从编码器接收到的位置数据和磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第二报警信号；以及通信异常检测部，其根据第一报警信号和第二报警信号来检测编码器与控制器之间的通信路径有无异常。
本公开的一个实施例所涉及的异常检测方法，所使用的系统具备：编码器，其输出电机的输出轴的位置数据和磁极数据；以及控制器，其以有线或者无线的方式与编码器进行通信，接收从编码器输出的位置数据和磁极数据。编码器测量电机的输出轴的角度，根据测量出的角度生成位置数据，生成表示电机转子的位置的磁极数据，根据位置数据和磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第一报警信号，将位置数据、磁极数据以及第一报警信号进行并行串行变换并输出到控制器。控制器根据从编码器接收到的位置数据和磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第二报警信号，根据第一报警信号和第二报警信号来检测编码器与控制器之间的通信路径有无异常。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过与附图关联的以下的实施方式的说明变得更加清楚。在所述附图中，
图1是表示实施例所涉及的编码器系统的结构的框图。
图2是表示实施例所涉及的编码器系统的详细结构的框图。
图3A是表示在编码器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且两者为正常的情况下的例子的曲线。
图3B是表示在控制器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且两者为正常的情况下的例子的曲线。
图4A是表示在编码器或者控制器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且位置数据为异常的情况下的例子的曲线。
图4B是表示在编码器以及控制器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且磁极数据为异常的情况下的例子的曲线。
图5A是表示用于计算在编码器中判断有无异常时使用的速度数据的位置数据的例子的曲线。
图5B是表示用于计算在控制器中判断有无异常时使用的速度数据的位置数据的例子的曲线。
图6是表示从编码器发送到控制器的数据的结构的图。
图7是用于说明实施例所涉及的异常检测方法的序列的流程图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明所涉及的具备异常检测功能的编码器系统和异常检测方法。但是，本发明的技术范围不限于这些实施方式，应该注意的是技术范围扩展到权利要求书所述的发明及其等同物。
图1中表示实施例所涉及的编码器系统的结构。编码器系统100具备有：编码器1，其输出电机4的输出轴41的位置数据和磁极数据；以及控制器2，其以有线或者无线的方式与编码器1进行通信，接收从编码器1输出的位置数据和磁极数据。在图1所示的例子中，表示编码器1和控制器2经由布线3进行有线通信的例子。然而，也可以构成为编码器1和控制器2分别具备发送接收机来进行无线通信。
图2中表示实施例所涉及的编码器系统的详细结构。编码器1具备有位置数据生成电路11、磁极数据生成电路12、第一数据异常检测电路13以及并行串行变换电路14。
位置数据生成电路11测量电机4的输出轴41的角度，根据测量出的角度来生成位置数据。磁极数据生成电路12生成表示电机4的转子(未图示)的位置的磁极数据。
在电机4的输出轴41中设置旋转体15，旋转体15以输出轴41为中心旋转。旋转体15包含用于检测输出轴41的旋转角度的码道151～153。151是A相用码道，152是B相用码道，153是Z相用码道。在A相用码道151和B相用码道152上，作为检测图案分别以等间距间隔在空间上相位错开90度的位置处连续地形成A相图案的放射状的狭缝和B相图案的放射状的狭缝。在Z相用码道153中以不等间距间隔形成Z相图案的狭缝。
在旋转体15的下部设置有由LED等构成的发光部16。发光部16向旋转体15照射光。
检测部17与码道151～153对应地配置。检测部17具备由光电晶体管、光电二极管等受光元件构成的检测元件171～173。173是Z相用检测元件，其用于检测从发光部16照射的光中的、透过设置于Z相用码道153的狭缝的光。包含与所检测到的光有关的信息的Z相信号被输出到位置数据生成电路11。171是A相用检测元件，其用于检测从发光部16照射的光中的、透过设置于A相用码道151的狭缝的光。包含与所检测到的光有关的信息的A相信号被输出到磁极数据生成电路12。172是B相用检测元件，其用于检测从发光部16照射的光中的、透过设置于B相用码道152的狭缝的光。包含与所检测到的光有关的信息的B相信号被输出到磁极数据生成电路12。
位置数据生成电路11根据由检测部17生成的信号来计算输出轴41的位置数据。另一方面，磁极数据生成电路12根据由检测部17生成的信号来计算输出轴41的磁极数据。
第一数据异常检测电路13根据位置数据和磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第一报警信号。图3A中表示在编码器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且两者为正常的情况下的例子。在图3A中，横轴表示电机的输出轴的位置，纵轴表示位置数据和磁极数据的数据值。位置数据以虚线表示，磁极数据以实线表示。在位置数据与磁极数据之差ΔP超过阈值的情况下第一数据异常检测电路13判断为发生异常。
图4A中表示在编码器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且位置数据为异常的情况下的例子。如图4A的圆内所示，以虚线表示的位置数据异常，在位置数据与磁极数据之差ΔP为大于阈值的值ΔP1的情况下判断为发生异常。具体地说，在位置数据与磁极数据之差ΔP1超过阈值的情况下第一数据异常检测电路13将“1”作为第一报警信号(报警位)输出到并行串行变换电路14。另一方面，在位置数据与磁极数据之差ΔP为阈值以下的情况下，第一数据异常检测电路13判断为没有发生异常(正常)，将“0”作为第一报警信号输出到并行串行变换电路14。
图4B中表示在编码器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且磁极数据为异常的情况下的例子。如图4B的圆内所示，以实线表示的磁极数据异常，在位置数据与磁极数据之差ΔP为大于阈值的值ΔP2的情况下判断为发生异常。具体地说，在位置数据与磁极数据之差ΔP超过阈值的情况下，第一数据异常检测电路13判断为发生异常，将“1”作为第一报警信号(报警位)输出到并行串行变换电路14。另一方面，在位置数据与磁极数据之差ΔP为阈值以下的情况下，第一数据异常检测电路13判断为没有发生异常(正常)，将“0”作为第一报警信号(报警位)输出到并行串行变换电路14。
在以上的说明中表示根据位置数据与磁极数据之差来检测有无异常的例子。然而，也可以根据基于位置数据求出的速度数据来检测有无异常。图5A中表示用于计算出在编码器中判断有无异常时使用的速度数据的位置数据的例子。如图5A所示，第一数据异常检测电路13也可以如下：在根据作为基准的时刻(以下称为“本次”)检测到的位置数据P(n)和在规定时间前(以下称为“前次”)检测到的位置数据P(n-1)求出的速度数据V(n)超过阈值速度的情况下输出第一报警信号。
或者第一数据异常检测电路13也可以如下：在根据本次检测到的位置数据P(n)和前次检测到的位置数据P(n-1)求出的本次的速度数据V(n)与根据前次检测到的位置数据P(n-1)和比前次更在规定时间前(以下称为“前前次”)检测到的位置数据P(n-2)求出的前次的速度数据V(n-1)之间的差分超过阈值速度的情况下输出第一报警信号。这样，通过根据速度数据来检测有无异常，能够不使用磁极数据而根据位置数据来判断有无异常。
并行串行变换电路14将位置数据、磁极数据以及第一报警信号进行并行串行变换来输出到控制器2。图6中表示从编码器发送到控制器的数据的结构。数据中包含位置数据D1、磁极数据D2、报警信号D3以及其它数据D4。作为第一报警信号的“1”或者“0”的报警位包含于报警信号D3中。
控制器2具备第二数据异常检测电路21和通信异常检测部22。
第二数据异常检测电路21根据从编码器1接收到的位置数据和磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第二报警信号。控制器2的第二数据异常检测电路21优选是使用与编码器1的第一数据异常检测电路13判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据相同的位置数据和磁极数据来检测有无异常。
图3B中表示在控制器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且两者为正常的情况下的例子。在图3B中，横轴表示电机的输出轴的位置，纵轴表示位置数据和磁极数据的数据值。位置数据以虚线表示，磁极数据以实线表示。在位置数据与磁极数据之差ΔP超过阈值的情况下，第二数据异常检测电路21输出第二报警信号。
图4A中表示在控制器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且位置数据为异常的情况下的例子。如图4A的园内所示，以虚线表示的位置数据异常，在位置数据与磁极数据之差ΔP为大于阈值的值ΔP1的情况下判断为发生异常。具体地说，在位置数据与磁极数据之差ΔP超过阈值的情况下第二数据异常检测电路21判断为发生异常，将“1”作为第二报警信号输出到通信异常检测部22。另一方面，在位置数据与磁极数据之差ΔP为阈值以下的情况下，第二数据异常检测电路21判断为没有发生异常(正常)，将“0”作为第二报警信号输出到通信异常检测部22。
图4B中表示在控制器中判断有无异常时使用的位置数据和磁极数据、且磁极数据为异常的情况下的例子。如图4B的圆内所示，以实线表示的磁极数据异常，在位置数据与磁极数据之差ΔP为大于阈值的值ΔP2的情况下判断为发生异常。具体地说，在位置数据与磁极数据之差ΔP超过阈值的情况下第二数据异常检测电路21判断为发生异常，将“1”作为第二报警信号输出到通信异常检测部22。另一方面，在位置数据与磁极数据之差ΔP为阈值以下的情况下，第二数据异常检测电路21判断为没有发生异常(正常)，将“0”作为第二报警信号输出到通信异常检测部22。
在以上的说明中表示根据位置数据与磁极数据之差来检测有无异常的例子。然而，也可以根据基于位置数据求出的速度数据来检测有无异常。图5B中表示用于计算在控制器中判断有无异常时使用的速度数据的位置数据的例子。如图5B所示，第二数据异常检测电路21也可以如下：在根据本次检测到的位置数据P(n)和前次检测到的位置数据P(n-1)求出的速度数据V(n)超过阈值速度的情况下输出第二报警信号。
或者第二数据异常检测电路21也可以如下：在根据本次检测到的位置数据P(n)和前次检测到的位置数据P(n-1)求出的本次的速度数据V(n)与根据前次检测到的位置数据P(n-1)和前次检测到的位置数据P(n-2)求出的前次的速度数据V(n-1)之间的差分超过阈值速度的情况下输出第二报警信号。
通信异常检测部22根据第一报警信号和第二报警信号来检测作为编码器1与控制器2之间的通信路径的布线3有无异常。在第一报警信号和第二报警信号中只有任一方表示异常的情况下，通信异常检测部22判断为作为通信路径的布线3中发生异常。这基于如下原因：在作为通信路径的布线3正常的情况下，如果第一报警信号为异常(“1”)则第二报警信号也变成异常(“1”)，如果第一报警信号为正常(“0”)则第二报警信号也变成正常(“0”)。
另一方面，在第一报警信号和第二报警信号的两者表示异常的情况下，通信异常检测部22判断为编码器1发生异常。在编码器1为异常的情况下，第一报警信号表示异常。控制器2使用与编码器1相同的位置数据和磁极数据来检测有无异常，因此在第二报警信号也异常的情况下，能够判断如下：作为通信路径的布线3为正常，编码器1为异常。
在以上的说明中，编码器1的第一数据异常检测电路13和控制器2的第二数据异常检测电路21优选是以相同方法对异常进行检测。即第一数据异常检测电路13和第二数据异常检测电路21优选是使用相同的位置数据和磁极数据根据相同的异常检测方法来检测有无异常。通过这样，在根据位置数据和磁极数据检测到异常的情况下，能够容易地区分异常的原因是在编码器还是在编码器与控制器之间的通信路径中。
并且，第一数据异常检测电路13和第二数据异常检测电路21优选是将位置数据与磁极数据之差的计算周期、有无报警的判断基准的阈值设为相同。通过这样，在根据位置数据和磁极数据检测到异常的情况下，能够更容易地区分异常的原因是在编码器还是在编码器与控制器之间的通信路径中。
接着，说明实施例所涉及的异常检测方法。图7中表示用于说明实施例所涉及的异常检测方法的序列的流程图。实施例所涉及的异常检测方法使用如下系统，该系统具备：编码器1(参照图2)，其输出电机的输出轴的位置数据和磁极数据；以及控制器2，其以有线或者无线的方式与编码器1进行通信，接收从编码器1输出的位置数据和磁极数据。
首先，在步骤S101中，控制器2将请求异常检测序列的开始的请求信号发送到编码器1。在步骤S102中，编码器1接收来自控制器2的请求信号，开始异常检测序列。
接着，在步骤S103中，编码器1生成位置数据和磁极数据。具体地说，如图1和图2所示，位置数据生成电路11测量电机4的输出轴41的角度，根据测量出的角度生成位置数据，磁极数据生成电路12生成表示电机4的转子的位置的磁极数据。
接着，在步骤S104～S106中，编码器1根据位置数据和磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第一报警信号。具体地说，在步骤S104中，比较位置数据和磁极数据，在位置数据与磁极数据之差超过阈值的情况下判断为异常，在步骤S106中输出第一报警信号“1”。此外，在位置数据与磁极数据之差为阈值以下的情况下，判断为没有发生异常(正常)，在步骤S105中输出第一报警信号“0”。在此，关于有无异常的判断方法，如同使用图3A、图4A、图4B、图5A进行的说明那样。
接着，在步骤S107中，制作串行数据。具体地说，并行串行变换电路14将位置数据、磁极数据以及第一报警信号进行并行串行变换。
接着，在步骤S108中，将所制作的串行数据发送到控制器2。串行数据的结构如图6所示。
接着，在步骤S109中，控制器2接收从编码器1发送的串行数据。
接着，在步骤S110～S112中，控制器2根据从编码器1接收到的位置数据和磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第二报警信号。具体地说，比较位置数据与磁极数据，在位置数据与磁极数据之差超过阈值的情况下判断为异常，在步骤S111中输出第二报警信号“1”。此外，在位置数据与磁极数据之差为阈值以下的情况下，判断为正常，在步骤S112中输出第二报警信号“0”。在此，关于有无异常的判断方法，如同使用图3B、图4A、图4B、图5B进行说明。
接着，在步骤S113～S116中，根据第一报警信号和第二报警信号来检测作为编码器1与控制器2之间的通信路径的布线3有无异常。在步骤S113中，判断第一报警信号和第二报警信号是否相等。
在第一报警信号和第二报警信号都是等于“1”的情况下，在步骤S114中，判断为编码器有异常。这样，在第一报警信号和第二报警信号的两者表示异常的情况下，判断为编码器1发生异常。
在第一报警信号和第二报警信号不相等的情况下、即第一报警信号为“1”、且第二报警信号为“0”的情况下或者第一报警信号为“0”、且第二报警信号为“1”的情况下，在步骤S115中判断为通信路径中有异常。这样，在第一报警信号和第二报警信号中只有任一方表示异常的情况下，判断为通信路径中发生异常。
另一方面，在第一报警信号和第二报警信号都是等于“0”的情况下，在步骤S116中，判断为编码器没有发生异常(正常)。
如以上所说明，根据实施例所涉及的编码器系统和异常检测方法，在位置数据和磁极数据的至少一方为异常的情况下，能够容易地判断异常的原因是以编码器为起因还是以编码器与控制器之间的通信为起因。
根据本公开的实施例所涉及的具备异常检测功能的编码器系统和异常检测方法，能够区分异常的发生原因是在编码器内部还是编码器与控制器之间的通信路径中。

Claims (14)

1.一种编码器系统，具备：
编码器，其输出电机的输出轴的位置数据和磁极数据；以及
控制器，其以有线或者无线的方式与所述编码器进行通信，接收从所述编码器输出的所述位置数据和所述磁极数据，
其中，所述编码器具备：
位置数据生成电路，其测量电机的输出轴的角度，根据测量出的角度生成所述位置数据；
磁极数据生成电路，其生成表示电机转子的位置的所述磁极数据；
第一数据异常检测电路，其根据所述位置数据和所述磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第一报警信号；以及
并行串行变换电路，其将所述位置数据、所述磁极数据以及所述第一报警信号进行并行串行变换并输出到所述控制器，
所述控制器具备：
第二数据异常检测电路，其根据从所述编码器接收到的所述位置数据和所述磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第二报警信号；以及
通信异常检测部，其根据所述第一报警信号和所述第二报警信号来检测所述编码器与所述控制器之间的通信路径有无异常。
2.根据权利要求1所述的编码器系统，其特征在于，
在所述第一报警信号和所述第二报警信号中只有任一方表示异常的情况下，所述通信异常检测部判断为所述通信路径发生异常。
3.根据权利要求1所述的编码器系统，其特征在于，
在所述第一报警信号和所述第二报警信号两者表示异常的情况下，所述通信异常检测部判断为所述编码器发生异常。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的编码器系统，其特征在于，
所述第一数据异常检测电路和所述第二数据异常检测电路以相同方法对异常进行检测。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的编码器系统，其特征在于，
在所述位置数据与所述磁极数据之差超过阈值的情况下，所述第一数据异常检测电路和所述第二数据异常检测电路分别输出所述第一报警信号和所述第二报警信号。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的编码器系统，其特征在于，
在根据本次检测到的位置数据P(n)和前次检测到的位置数据P(n-1)求出的速度数据V(n)超过阈值速度的情况下，所述第一数据异常检测电路和所述第二数据异常检测电路分别输出所述第一报警信号和所述第二报警信号。
7.根据权利要求1～4中的任一项所述的编码器系统，其特征在于，
在根据本次检测到的位置数据P(n)和前次检测到的位置数据P(n-1)求出的本次的速度数据V(n)与根据前次检测到的位置数据P(n-1)和前前次检测到的位置数据P(n-2)求出的前次的速度数据V(n-1)之间的差分超过阈值速度的情况下，所述第一数据异常检测电路和所述第二数据异常检测电路分别输出所述第一报警信号和所述第二报警信号。
8.一种异常检测方法，所使用的系统具备：
编码器，其输出电机的输出轴的位置数据和磁极数据；以及
控制器，其以有线或者无线的方式与所述编码器进行通信，接收从所述编码器输出的所述位置数据和所述磁极数据，
在该异常检测方法中，
所述编码器进行如下处理：
测量电机的输出轴的角度，根据测量出的角度生成所述位置数据；
生成表示电机转子的位置的所述磁极数据；
根据所述位置数据和所述磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第一报警信号；以及
将所述位置数据、所述磁极数据以及所述第一报警信号进行并行串行变换并输出到所述控制器，
所述控制器进行如下处理：
根据从所述编码器接收到的所述位置数据和所述磁极数据来检测有无异常，输出表示是否发生异常的第二报警信号；以及
根据所述第一报警信号和所述第二报警信号来检测所述编码器与所述控制器之间的通信路径有无异常。
9.根据权利要求8所述的异常检测方法，其特征在于，
在检测所述编码器与所述控制器之间的通信路径有无异常的阶段中，在所述第一报警信号和所述第二报警信号中只有任一方表示异常的情况下，判断为所述通信路径中发生异常。
10.根据权利要求8所述的异常检测方法，其特征在于，
在检测所述编码器与所述控制器之间的通信路径有无异常的阶段中，在所述第一报警信号和所述第二报警信号两者表示异常的情况下，判断为所述编码器中发生异常。
11.根据权利要求8～10中的任一项所述的异常检测方法，其特征在于，
在所述编码器和所述控制器根据所述位置数据和所述磁极数据来检测有无异常的阶段中，以相同方法对异常进行检测。
12.根据权利要求8～11中的任一项所述的异常检测方法，其特征在于，
在所述编码器和所述控制器根据所述位置数据和所述磁极数据来检测有无异常的阶段中，在所述位置数据与所述磁极数据之差超过阈值的情况下分别输出所述第一报警信号和所述第二报警信号。
13.根据权利要求8～11中的任一项所述的异常检测方法，其特征在于，
在所述编码器和所述控制器根据所述位置数据和所述磁极数据来检测有无异常的阶段中，在根据本次检测到的位置数据P(n)和前次检测到的位置数据P(n-1)求出的速度数据V(n)超过阈值速度的情况下，分别输出所述第一报警信号和所述第二报警信号。
14.根据权利要求8～11中的任一项所述的异常检测方法，其特征在于，
在所述编码器和所述控制器根据所述位置数据和所述磁极数据来检测有无异常的阶段中，在根据本次检测到的位置数据P(n)和前次检测到的位置数据P(n-1)求出的本次的速度数据V(n)与根据前次检测到的位置数据P(n-1)和前前次检测到的位置数据P(n-2)求出的前次的速度数据V(n-1)之间的差分超过阈值速度的情况下，分别输出所述第一报警信号和所述第二报警信号。
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