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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Codierer mit einer Funktion zum Erfassen eines Betrags von Störsignalen, die die internen Signale des Codierers beeinflussen können.
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2. Stand der Technik
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Gemäß dem Stand der Technik ist zum Messen eines Betrags von Störsignalen in einem Codierer eine zum Messen der Störsignale ausgebildete Vorrichtung außerhalb des Codierers oder einen vorbestimmten Schaltkreis zum Messen der Störsignale innerhalb des Codierers anzuordnen. Zum Beispiel offenbart
12 der
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2005-172523 eine Anordnung mit einem Spannungsmessungsmittel
104, das zum Messen eines Störsignalpotentials zwischen einem Motorgehäuse
13 und einer Platine (0 V) innerhalb eines Codierers ausgebildet ist.
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Ferner offenbart
1 der
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2005-172523 einen Codierer
1, der ein zum Erfassen der Bewegung eines verlagerbaren Körpers
10 ausgebildetes Erfassungsmittel
2, eine zum Verarbeiten eines Erfassungssignals von dem Erfassungsmittel
2 und zum Ausgeben eines Codierersignals ausgebildete Signalverarbeitungsschaltung
3, und ein Störsignalerfassungsmittel
4 umfasst, das zum Erfassen einer Störsignalkomponente in dem erfassten Signal ausgebildet ist. Das Erfassungsmittel
2, das Signalverarbeitungsmittel
3 und das Störsignalerfassungsmittel
4 sind in der gleichen Vorrichtung angeordnet. In dem Codierer
1 wird ein Störsignal mittels eines Verknüpfungskondensators bestimmt, der zum Extrahieren einer Wechselstromkomponente von dem erfassten Signal und eine A/D-Wandlungsschaltung, die zum Bestimmen des Störsignalniveaus basierend auf der extrahierten Wechselstromkomponente ausgebildet ist.
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Bei der in
12 gezeigten Anordnung gemäß der
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2005-172523 muss ein Spannungsmessungsmittel außerhalb des Codierers angeordnet werden, um das Störsignalpotential des Codierers zu messen. Es ist schwierig, das Störsignalpotential immer zu messen.
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Andererseits wird der Codierer durch Anordnen der vorbestimmten Schaltung zum Messen der Störsignale innerhalb des Codierers vergrößert und die Kosten für den Codierer erhöht.
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Abriss der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Codierer mit einer Funktion zum Erfassen der Störsignale bereitzustellen, die ein internes Signal des Codierers beeinflussen können, ohne eine Störsignalerfassungsschaltung oder ähnliches innerhalb des Codierers vorzusehen. Dadurch können die Kosten und die Größe des Codierers verringert werden.
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Dementsprechend stellt die Erfindung einen an einem Elektromotor oder einen von dem Elektromotor angetriebenen Körper anzubringenden Codierer bereit, wobei der Codierer aufweist: einen Erfassungsabschnitt, der zum Erfassen der Bewegung des Elektromotors oder des angetriebenen Körpers ausgebildet ist; einen zum Verarbeiten eines erfassten Signals von dem Erfassungsabschnitt ausgebildeten Signalverarbeitungsabschnitt, um Positionsdaten des Elektromotors oder des angetriebenen Körpers zu erhalten; und ein Übertragungsmittel, das zum Übertragen einer Fluktuationskomponente zu einer externen Ausrüstungskomponente ausgebildet ist, wobei die Fluktuationskomponente basierend auf den Positionsdaten (P(n)) bestimmt wird, die von dem Signalverarbeitungsabschnitt in regelmäßigen Zeitintervallen erhalten werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fluktuationskomponente ein absoluter Wert eines Differentialwerts (X(n)), der durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der Positionsdaten (P(n)) erhalten wird, wobei Positionsdaten (P(n)) die von dem Signalverarbeitungsabschnitt in regelmäßigen Zeitintervallen erhalten werden.
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In diesem Fall kann die Fluktuationskomponente ein gleitender Durchschnittswert eines absoluten Werts eines Differentialwerts (X(n)) sein, der durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der Positionsdaten (P(n)) erhalten wird, die von dem Signalverarbeitungsabschnitt in regelmäßigen Zeitintervallen in Relation zu früheren, mehrfachen, kontinuierlichen Daten erhalten werden, oder die Fluktuationskomponente kann ein Wert sein, der durch Ausführen eines Filterverfahrens in Bezug auf den absoluten Wert ermittelt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Fluktuationskomponente eine Differenz zwischen einem gleitenden Durchschnittswert eines absoluten Werts eines Differentialwerts (X(n)), der durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der Positionsdaten (P(n)) in regelmäßigen Intervallen in Relation zu früheren, mehrfachen, kontinuierlichen Daten erhalten wird, oder einen Wert, der durch Ausführen eines Filterverfahrens in Relation zu einem Differentialwert (X(n)) ermittelt wird und dem Differentialwert (X(n)), der durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der Positionsdaten (P(n)) erhalten wird.
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In diesem Fall kann ein Filterverfahren ferner mit Bezug auf einen gleitenden Durchschnittswert der absoluten Werte der Fluktuationskomponente der früheren, mehrfachen, kontinuierlichen Daten oder in Relation zu absoluten Werten der Fluktuationskomponenten der früheren, mehrfachen, kontinuierlichen Daten ausgeführt werden, wobei ein durch das Filterverfahren erhaltener Wert, als neue Fluktuationskomponente festgelegt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden unter den Werten (X(n)), die durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der mittels dem Signalverarbeitungsabschnitt in regelmäßigen Intervallen erhaltenen Positionsdaten (P(n)) ermittelt werden, zwei Punkte (X(n – m), X(n + k)) bestimmt, die zusammen eine Linie festlegen, wobei ein Zeitintervall zwischen den beiden Punkten länger ist als jedes Zeitintervall, in dem die Signalverarbeitungseinheit die Positionsdaten berechnet, und eine Differenz zwischen dem ersten Wert (X'(n)) auf der Linie und einem zweiten Wert (X(n)), der durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der Positionsdaten zu der gleichen Zeit des ersten Werts (X'(n)) erhalten wird, als Fluktuationskomponente bestimmt wird.
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In diesem Fall kann ein Filterverfahren ferner in Relation mit einem Durchschnittswert von absoluten Werten der Fluktuationskomponente der früheren, mehrfachen, kontinuierlichen Daten oder mit Bezug zu absoluten Werten der Fluktuationskomponente der früheren, mehrfachen, kontinuierlichen Daten ausgeführt werden, wobei ein durch das Filterverfahren ermittelter Wert, als neue Fluktuationskomponente bestimmt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Spitzenwert der Werte (X(n)), die durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der Positionsdaten (P(n)), die durch den Signalverarbeitungsabschnitt in regelmäßigen Zeitintervallen erhalten werden, als Fluktuationskomponente bestimmt, wobei der Spitzenwert in jeder vorbestimmten Zeitspanne bestimmt wird, und jede vorbestimmte Zeitspanne für den Spitzenwert länger als die regulären Zeitintervalle ist.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die voranstehend beschriebenen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Figuren ersichtlich, wobei:
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1 eine schematische Anordnung eines Codierers der Erfindung zeigt, der eine Funktion zum Erfassen eines Betrags von Störsignalen aufweist;
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2 ein Graph ist, der ein Beispiel von in regelmäßigen Zeitintervallen erhaltenen Positionsdaten darstellt;
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3 eine vergrößerte Ansicht ist, in der ein Teil des Graphs gemäß 2 in Richtung der Zeitachse vergrößert ist; und
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4 ein Graph ist, der die durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der Positionsdaten gemäß 2 erhaltenen Werte darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt eine schematische Anordnung eines Codierers 10 gemäß der Erfindung, der eine Funktion zum Erfassen eines Betrags von Störsignalen aufweist. Als Codierer 10 können verschiedene Codierer, wie z. B. Drehcodierer oder Linearcodierer verwendet werden. Der Codierer 10 umfasst einen Erfassungsabschnitt 14, der zum Erfassen der Bewegung eines zu messenden Objekts, d. h. eines Elektromotors oder eines angetriebenen Körpers oder eines von dem Elektromotor angetriebenen Objekts 12, ausgebildet ist; einen Signalverarbeitungsabschnitt oder Signalverarbeitungsschaltung 16 zum Verarbeiten eines erfassten Signals von dem Erfassungsabschnitt 14 und die Positionsdaten des Elektromotors oder des angetriebenen Objekts 12 ermittelt (z. B. Winkelpositionsdaten des Elektromotors oder Positionsdaten des angetriebenen Objekts); und einen Übertragungsabschnitt oder eine Übertragungsschaltung 18 zum Übertragen der von der Signalverarbeitungsschaltung (16) in regelmäßigen Zeitintervallen empfangenen Positionsdaten und einer Fluktuationskomponente zu der externen Ausrüstung, wie z. B. einer externen Steuerung 20, wobei die Fluktuationskomponente auf Basis der Positionsdaten berechnet wird.
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Die Signalverarbeitungsschaltung 16 ist ausgebildet, um die Positionsdaten des Elektromotors oder des angetriebenen Objekts 12 von dem Erfassungsabschnitt 14 in regelmäßigen Intervallen zu berechnen, und gibt die berechneten Positionsdaten an den Übertragungsabschnitt 18 aus. Der Signalverarbeitungsabschnitt 16 weist eine Fluktuationskomponenten-Erfassungsschaltung 22 auf, die zum Erfassen einer in den berechneten Positionsdaten enthaltenen Fluktuationskomponente ausgebildet ist. Die von der Fluktuationskomponente-Erfassungsschaltung 22 erfasste Fluktuationskomponente wird an den Übertragungsabschnitt 18 ausgegeben und dann von dem Übertragungsabschnitt 18 zu der externen Steuerung 20 als Störsignalbetrag übermittelt. In dieser Ausführungsform können der die Fluktuationskomponenten-Erfassungsschaltung umfassende Signalverarbeitungsabschnitt 16 und der Übertragungsabschnitt 18 an einer Schaltungsplatte 24 angeordnet werden.
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Die externe Steuerung 20 ist zum Erzeugen eines Alarms ausgebildet, falls der Betrag der Störsignale vom Übertragungsabschnitt 18 einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wobei ein Nutzer die geeigneten Maßnahmen treffen kann, bevor das den Codierer 10 umfassende System aufgrund der Beeinflussungen durch die Störsignale angehalten wird. Die externe Steuerung kann einen Anzeigeabschnitt 26, wie z. B. ein Display, umfassen, das zum Anzeigen des Betrags der Störsignale ausgebildet ist, wobei der Betrag der Störsignale überwacht und der Schutz gegen die Störsignale bestätigt wird.
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Im Folgenden wird eine konkrete Berechnung in der Signalverarbeitungsschaltung erklärt. Wie in 2 gezeigt, fluktuieren die Positionsdaten P(n), die durch die Signalverarbeitungsschaltung 16 in regelmäßigen Zeitintervallen berechnet werden, aufgrund der Einflüsse der Störsignale. In dieser Ausführungsform ist eine Fluktuationskomponente der Positionsdaten ein Wert X(n), der basierend auf dem durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der durch die Signalverarbeitungsschaltung in regelmäßigen Zeitintervallen berechneten Positionsdaten P(n) berechnet wird.
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Wie in 3 gezeigt, in der ein Teil der Positionsdaten gemäß 2 in Richtung der Zeaachse (oder horizontalen Achse) vergrößert ist, bedeutet ein ”Differential der ersten Ordnung” die Berechnung der Differentialdaten V(n) zwischen einem Positionsdatum P(n) und kurz bevor dem Positionsdatum P(n – 1) (z. B. vor der Aufnahmeperiode). Dementsprechend bedeutet ein Differential der zweiten Ordnung die Berechnung der Differenz zwischen V(n) und V(n – 1), die der Differenz zwischen P(n – 1) und P(n – 2) kurz vor P(n – 1) entspricht. In ähnlicher Weise können Differentiale der dritten Ordnung, Differentiale der vierten Ordnung und Differentiale von höheren Ordnungen durch Wiederholen der gleichen Berechnung berechnet werden.
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Es ist möglich, die Differentialdaten V(n), die durch das Differential der ersten Ordnung erhalten werden, als Betrag der Störsignale zu verwenden. Wenn der Elektromotor oder das angetriebene Objekt jedoch bewegt wird, können die Fluktuation aufgrund der Störsignale und die Veränderung eines Werts durch die Bewegung nicht auf Basis eines durch ein Differential der ersten Ordnung erhaltenen Werts unterschieden werden. Dementsprechend ist es notwendig, einen absoluten Wert eines Werts (nachfolgend als X(n) bezeichnet) zu verwenden, der durch ein Differential der zweiten oder einer höheren Ordnung (oder durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren ermittelt wird.
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Als Alternative ist es möglich, absolute Werte der Werte X(n) zu berechnen, die durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der durch die Signalverarbeitungsschaltung 16 in regelmäßigen Zeitintervallen berechneten Positionsdaten P(n) erhalten werden, und einen gleitenden Durchschnittswert der kontinuierlichen absoluten Werte zu berechnen oder ein Filterverfahren mit Bezug auf die kontinuierlichen absoluten Werte auszuführen, und den gleitenden Durchschnittwert oder einen Wert als Fluktuationskomponente festzulegen, der durch das Filterverfahren bestimmt wird. Wenn der gleitende Durchschnittswert verwendet wird, wird ein Durchschnitt der früheren m-maligen absoluten Werte als Fluktuationskomponente oder Betrag der Störsignale festgelegt. Andererseits kann als ein Beispiel für ein Filterverfahren die folgende Gleichung (1) verwendet werden. Y(n) = |X(n)|/m + Y(n – 1) × (m – 1)/m (1)
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In diesem Zusammenhang ist Y(n) eine in dieser Zeitspanne zu berechnende Fluktuationskomponente, Y(n – 1) eine in der vorherigen Periode berechnete Fluktuationskomponente, |X(n)| ein absoluter Wert eines durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der Positionsdaten P(n) in dieser Periode erhaltenen Werts.
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In X(n), der durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der durch die Signalverarbeitungsschaltung 16 in regelmäßigen Zeitintervallen berechneten Positionsdaten P(n) erhalten wird, ist ein Beschleunigungswert während der Beschleunigung oder Verzögerung eingeschlossen. Da eine Frequenz des Beschleunigungswerts niedriger ist als die der zu berechnenden Störsignale, kann der Beschleunigungswert von den Störsignalen durch Berechnen des gleitenden Durchschnittswerts oder durch ein Filterverfahren mit Bezug zu den früheren kontinuierlichen Daten unterschieden werden. Wenn ein Wert, der durch Abziehen des gleitenden Durchschnittswerts oder der durch das Filterverfahren von X(n) erhaltener Wert als Fluktuationskomponente festgelegt wird, dann können die Einflüsse der voranstehend beschriebenen Beschleunigung eliminiert und der Betrag der Störsignale korrekt berechnet werden. In ähnlicher Weise kann mit Bezug auf einen durch dreimaliges Differenzieren der Positionsdaten P(n) erhaltenen Wert X(n), der einen Ruckwert (englisch: jerk value) umfasst, der Einfluss des Ruckwerts durch ein ähnliches, wie das voranstehend beschriebene Verfahren, eliminiert werden. Ferner kann, da es sich bei der Berechnung des gleitenden Durchschnittswerts und des auszuführenden Filterverfahrens um bekannte Verfahren handelt, auf Details hierzu verzichtet werden.
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Der voranstehend beschriebene Beschleunigungswert kann durch das folgende Verfahren berechnet werden. Erstens werden, wie in 4 gezeigt, unter den Werten X(n), die durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der mittels der Signalverarbeitungsschaltung 16 in regelmäßigen Intervallen berechneten Positionsdaten P(n) erhaltenen Werte, zwei Punkte oder Daten X(n – m) und X(n + k) bestimmt, die zusammen eine Linie ”L” festlegen, wobei ein Zeitintervall ”T” zwischen den beiden Punkten länger als jedes Intervall (z. B. zwischen X(n) und X(n – 1)) ist, in dem die Signalverarbeitungsschaltung die Positionsdaten berechnet und anschließend einen Wert X(n) auf der Linie ”L” bestimmt. Wenn eine Differenz zwischen X'(n) und X(n), der durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der Positionsdaten zu derselben Zeit wie X(n) erhalten wird, als Fluktuationskomponente bestimmt wird, kann der Einfluss der Beschleunigung eliminiert werden.
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Mit Bezug auf die absoluten Werte der Fluktuationskomponente, die durch Subtrahieren des Durchschnittswerts oder des durch das Filterverfahren von X(n) erhaltenen Werts, oder des absoluten Werts der Fluktuationskomponente, die durch Abziehen von X'(n) von X(n) erhalten werden, wird die Berechnung der Durchschnittswerte oder der Filterverfahren weiter ausgeführt und die erhaltenen Werte als neue Fluktuationskomponente festgelegt werden. Die Berechnung des Durchschnittswerts und der Filterverfahren kann also durch bekannte Verfahren ausgeführt werden.
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Andererseits kann ein Spitzenwert (oder Maximalwert) von X(n), der durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der von der Signalverarbeitungseinheit 16 in regelmäßigen Zeitintervallen berechneten Positionsdaten P(n) erhalten wird, als Fluktuationskomponente bestimmt werden. Konkreter kann das Halten (oder Speichern) und Zurücksetzen jedes Spitzenwerts in einer vorbestimmten Zeitspanne wiederholt werden, und ein Spitzenwert in jeder Zeitspanne als Fluktuationskomponente bestimmt werden. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, dass die Zeitspanne zum bestimmen des Spitzenwerts entsprechend länger ist als das vorbestimmte Zeitintervall zum Berechnen der Positionsdaten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Fluktuationskomponente basierend auf den Positionsdaten berechnet, die durch die Signalverarbeitungsschaltung berechnet werden, und die Fluktuationskomponente wird an die externe Ausrüstungskomponente als Störsignalbetrag ausgegeben. Dementsprechend sind externe Spannungsmessungsmittel oder vorbestimmte Störsignalerfassungsschaltungen nicht notwendig, wodurch der Betrag der Störsignale immer und korrekt unter Verwendung eines kostengünstigen kompakten Codierers gemessen werden kann.
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Als Fluktuationskomponente kann ein Wert verwendet werden, der unter Verwendung des Wertes berechnet wird, der durch zwei- oder mehrmaliges Differenzieren der von dem Signalverarbeitungsabschnitt in regulären Zeitintervallen berechneten Positionsdaten erhaltenen wird. Dementsprechend sind keine komplexen Berechnungen notwendig, wobei die Verarbeitungslast des Signalverarbeitungsabschnitts nicht exzessiv erhöht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005-172523 [0002, 0003, 0004]
