DE102016006886B4

DE102016006886B4 - Drehwinkelerfasser, der den Eintritt von Fremdsubstanzen erfassen kann

Info

Publication number: DE102016006886B4
Application number: DE102016006886.8A
Authority: DE
Inventors: Akira Nishioka; Shunichi Odaka; Keisuke Imai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2036-06-04
Also published as: CN106247924A; US20160363469A1; JP6363559B2; US10527467B2; JP2017003430A; DE102016006886A1; CN106247924B

Abstract

Drehwinkelerfasser (1, 2), der umfasst:einen Drehkörper (10, 30, 60), der eine Vielzahl von Streckenteilen (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) beinhaltet, um einen Drehwinkel einer mit dem Drehkörper (10, 30, 60) gekoppelten Drehwelle (16) zu erfassen;Erfassungseinheiten (21, 22, 41, 42), die in Positionen angeordnet sind, die den Streckenteilen (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) entsprechen; undeine Anomalieerfassungseinheit (53) zum Erfassen einer Anomalie auf Basis von Signalen, die in den Erfassungseinheiten (21, 22, 41, 42) erzeugt werden, wobeider Drehkörper (10, 30, 60) einen ersten Streckenteil (11, 31) und einen zweiten Streckenteil (12, 32, 62 bis 66) beinhaltet,wobei die Erfassungseinheiten (21, 22, 41, 42) eine Mehrzahl von lichtaufnehmenden Elementen (21, 22), die den jeweiligen Streckenteilen (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) zugeordnet sind und die die Intensität von Licht detektieren, die durch Drehung der Streckenteile (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) variiert, oder eine Mehrzahl von Sensoren (41, 42) umfassen, die den jeweiligen Streckenteilen (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) zugeordnet sind und die die Magnetflussdichte detektieren, die durch Drehung der Streckenteile (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) variiert, und wobei die Erfassungseinheiten (21, 22, 41, 42) bei einer Drehung des Drehkörpers (10, 30, 60) ein erstes Signal auf Basis des ersten Streckenteils (11, 31) und ein zweites Signal auf Basis des zweiten Streckenteils (12, 32, 62 bis 66) erzeugen, undwobei die Anomalieerfassungseinheit (53) eine Schwankungsbereichberechnungseinheit (54) zum Berechnen eines Schwankungsbereichs des ersten Signals und eines Schwankungsbereichs des zweiten Signals und eine Beurteilungseinheit (55) zum Beurteilen des Auftretens einer Anomalie, wenn ein Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals größer als ein vordefinierter Schwankungsbereichbeurteilungswert ist, beinhaltet.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehwinkelerfasser zum Erfassen des Drehwinkels einer Drehwelle.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Bei Werkzeugmaschinen oder Robotern ist ein Drehwinkelerfasser z. B. an einer Ausgangswelle eines Antriebsmotors angebracht, um die tatsächliche Position eines Werkzeugs oder einer Hand zu erfassen. Als solch ein Drehwinkelerfasser ist ein optischer Erfasser oder ein magnetischer Erfasser bekannt. Der Drehwinkelerfasser umfasst einen Drehkörper. Der Drehkörper weist Streckenteile auf, in denen Schlitze oder magnetische Elemente umfangsmäßig angeordnet sind. Der Drehwinkelerfasser kann den Drehwinkel einer Drehwelle erfassen, indem er variierende Signale unter Verwendung der Streckenteile erfasst.
Auf dem Gebiet sind herkömmlicherweise Vorrichtungen zum Erfassen von Ausfällen eines Drehwinkelerfassers bekannt. Beispielsweise offenbart JP 2010 - 266 260 A eine Anomalieüberwachungsvorrichtung, die ermittelt, dass ein Ausfall vorliegt, wenn die Amplituden einer Vielzahl von Signalen unter einen vordefinierten Schwellenwert fällt. Des Weiteren offenbart JP 2005 - 147 733 A eine Anomalieerfassungsvorrichtung, die ermittelt, dass ein Ausfall vorliegt, wenn die Spannungswerte von Signalen unterschiedlicher Phasen identisch sind und sich elektrische Winkel von dem zuvor gespeicherten normalen elektrischen Winkel unterscheiden.
Bei den in diesen Veröffentlichungen offenbarten Vorrichtungen können Anomalien nur dann erfasst werden, nachdem ein normaler Betrieb nicht ausgeführt werden kann, z. B. aufgrund eines Kabelbruchs. Wenn für eine Reparatur erforderliche Teile bestellt werden, nachdem ein Drehwinkelerfasser nicht mehr korrekt arbeitet, besteht das Problem, dass eine lange Zeit bis zur Wiederherstellung des Drehwinkeler- fassers vergehen kann. Alternativ können die für eine Reparatur erforderlichen Teile vorab gelagert werden. Es besteht jedoch das Problem, dass die Verwaltung der Teile mit großem Aufwand verbunden ist oder Platz zur Lagerung vieler Reparaturteile erforderlich sein kann.
JP H06- 66 594 A hingegen offenbart einen Positionserfasser, wobei eine Vielzahl von Schwellenwerten für die Amplituden einer Vielzahl von Signalen eingestellt wird, um eine Anomalie zu erfassen. Der Positionserfasser kann die Möglichkeit von Ausfällen prognostizieren, bevor der Positionserfasser nicht mehr korrekt arbeitet.
JP 2013 - 134 203 A offenbart einen Drehwinkelerfasser umfassend eine Scheibe mit zwei Gradationsmusterbereichen zum Erzeugen einer Gradation der Intensität von transmittiertem Licht. Das Licht wird dabei von einer Lichteinheit ausgestrahlt und wird, nachdem es eines der Gradationsmuster passiert hat, mittels einer Lichtempfangseinheit aufgenommen.
DE 11 2011 104 918 T5 offenbart einen weiteren optischen Encoder zum Detektieren des absoluten Drehwinkels mittels eines optischen Musters, wobei das Muster von einem Projektor mit Licht bestrahlt wird und ein Lichtempfänger Licht, das das optische Muster passiert, empfängt.
JP 2008 - 30 897 A offenbart einen Drehwinkelerfasser, der den Drehwinkel eines Motors zur Hochpräzisionssteuerung eines wechselstromgetriebenen Elektromotors einer Aufzugtüre erfasst. Eine Amplitudenerfassungseinheit bestimmt die Amplitudendifferenz zwischen einem Sinuswellensignal und einem Cosinuswellensignal, die von dem Drehwinkelerfasser bereitgestellt werden. Eine erste Bestimmungseinheit vergleicht dann die Amplitudendifferenz und ein erster Komparator sendet ein Anomaliesignal an den Inverter aus, wenn die Amplitudendifferenz einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
JP 2006 - 266 727 A offenbart eine Vorrichtung zum Detektieren einer Abnormalität bei einem optischen Encoder.
DE 10 2004 006 268 A1 offenbart zur Messung der Drehgeschwindigkeit eines Fahrzeugsrads einen rotierenden Magnetrotor mit Magnetkörpern an dessen Außenumfang, die eine Änderung des magnetischen Flusses um einen Aufnehmer bewirken. Der Aufnehmer gibt ein dem magnetischen Fluss entsprechendes Signal aus.
US 7 882 394 B2 offenbart ein System zur Zustandsüberwachung und Fehlerdiagnose für ein robotisiertes Fertigungswerkzeug. Das System ist in der Lage, Fehler eines Encoders zu diagnostizieren, einschließlich der Verschmutzung der optischen Scheibe durch Ansammlung von Staub oder Migration von Lagerfett auf der Encoderscheibe oder dem Lesekopf, was zu einer Dämpfung des vom Encoder ausgegebenen Signals führt. Konkret werden die Maximal- und Minimalwerte der vom Encoder ausgegebenen Sinus- und Cosinus-Signale sowie eines imaginären Vektors, dessen kartesische Komponenten die Sinus- und Cosinus-Signalwerte sind, mit ihren jeweiligen vorgegebenen Schwellenwerten verglichen, um eine Anomalie zu erkennen.
Es wird bevorzugt, dass Ausfälle eines Drehwinkelerfassers schnell erfasst werden. Beispielhafte Ursachen von Ausfällen des Drehwinkelerfassers beinhalten Kabelbruch, elektrisches Rauschen und Eintritt von Fremdsubstanzen.
Auf dem Gebiet ist es herkömmlicherweise schwierig, diese Ausfallursachen zu identifizieren. Somit ist es schwierig, eine Reparatur korrekt durchzuführen, nachdem ein vollständiger Ausfall erreicht wurde. Beispielsweise ist es schwierig, die Ursache eines Ausfalls zu identifizieren und demgemäß kann der Ausfall nach Reparatur des Drehwinkelerfassers erneut auftreten. Es wird bevorzugt, dass die Möglichkeit eines Ausfalls in einem frühen Stadium erfasst werden kann, um die Ursache des Ausfalls zu identifizieren.
Insbesondere beinhalten Beispiele für Fremdsubstanzen, die in einen Drehwinkelerfasser eintreten können, flüssige Fremdsubstanzen wie z. B. Schmieröl, Schneidflüssigkeit usw. und feste Fremdsubstanzen wie z. B. Späne usw. Ein Ausfall, der durch den Eintritt von Fremdsubstanzen in einen Drehwinkelerfasser verursacht wird, kann einen wesentlichen Ausfall verursachen, wie z. B. eine Korrosion von Teilen, die durch Schneidflüssigkeit verursacht wird, oder das Brechen von Teilen, das durch Späne verursacht wird. Somit wird bevorzugt, dass der Eintritt von Fremdsubstanzen in einen Drehwinkelerfasser in einem frühen Stadium erfasst werden kann.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelerfasser gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Drehwinkelerfasser kann einen Drehkörper, der eine Vielzahl von Streckenteilen beinhaltet, um einen Drehwinkel einer Drehwelle zu erfassen, Erfassungseinheiten, die in Positionen angeordnet sind, die den Streckenteilen entsprechen, und eine Anomalieerfassungseinheit zum Erfassen einer Anomalie auf Basis von in den Erfassungseinheiten erzeugten Signalen umfassen. Der Drehkörper beinhaltet einen ersten Streckenteil und einen zweiten Streckenteil. Die Erfassungseinheiten erzeugen ein erstes Signal auf Basis des ersten Streckenteils und ein zweites Signal auf Basis des zweiten Streckenteils. Die Anomalieerfassungseinheit beinhaltet eine Schwankungsbereichberechnungseinheit zum Berechnen eines Schwankungsbereichs des ersten Signals und eines Schwankungsbereichs des zweiten Signals. Die Anomalieerfassungseinheit beinhaltet eine Beurteilungseinheit zum Beurteilen des Auftretens einer Anomalie, wenn ein Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals größer als ein vordefinierter Schwankungsbereichbeurteilungswert ist.
Der Drehwinkelerfasser kann mit einer Phasenerfassungseinheit zum Erfassen einer Phase innerhalb einer Umdrehung der Drehwelle versehen sein. Die Anomalieerfassungseinheit kann eine Phase erfassen, in der der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals einen Schwankungsbereichbeurteilungswert überschreitet. Die Beurteilungseinheit kann beurteilen, dass eine Anomalie auftritt, wenn der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals einen Schwankungsbereichbeurteilungswert in der gleichen Phase überschreitet, wenn sich die Drehwelle mehr als einmal dreht.
Die Anomalieerfassungseinheit kann eine Korrektureinheit zum Korrigieren von in den Erfassungseinheiten erzeugten Signalen und eine Speichereinheit zum Vorabspeichern eines Korrekturwerts beinhalten, der bewirkt, dass der Schwankungsbereich des ersten Signals und der Schwankungsbereich des zweiten Signals einander identisch werden, wenn der Drehwinkelerfasser in einem normalen Zustand ist. Die Korrektureinheit kann den Korrekturwert verwenden, um zumindest einen Schwankungsbereich aus dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals zu korrigieren. Die Beurteilungseinheit kann eine Beurteilung auf Basis des ersten Signals und des zweiten Signals nach einer Korrektur treffen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Schaubild eines ersten Drehwinkelerfassers gemäß einer Ausführungsform 1.
2 ist eine schematische Draufsicht auf eine Drehplatte des ersten Drewinkelerfassers gemäß einer Ausführungsform 1.
3 ist ein Zeitplan von Signalen, die in einer Erfassungseinheit des ersten Drehwinkelerfassers erzeugt werden, gemäß einer Ausführungsform 1.
4 ist ein Ablaufplan der Steuerung des ersten Drehwinkelerfassers gemäß einer Ausführungsform 1.
5 ist ein schematisches Schaubild eines zweiten Drehwinkelerfassers gemäß einer Ausführungsform 1.
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Drehtrommel des zweiten Drehwinkelerfassers gemäß einer Ausführungsform 1.
7 ist ein Blockschaubild einer Signalverarbeitungseinheit eines ersten Drehwinkelerfassers gemäß einer Ausführungsform 2.
8 ist ein Zeitplan von Signalen, die in einer Erfassungseinheit des ersten Drehwinkelerfassers erzeugt werden, gemäß einer Ausführungsform 2.
9 ist eine schematische Draufsicht auf eine Drehplatte eines zweiten Drehwinkelerfassers gemäß einer Ausführungsform 2.
10 ist ein Zeitplan von Signalen, die in einer Erfassungseinheit des zweiten Drehwinkelerfassers erzeugt werden, gemäß einer Ausführungsform 2.
11 ist ein weiterer Zeitplan von Signalen, die in einer Erfassungseinheit des zweiten Drehwinkelerfassers erzeugt werden, gemäß einer Ausführungsform 2.
12 ist ein Blockschaubild einer Signalverarbeitungseinheit eines Drehwinkelerfassers gemäß einer Ausführungsform 3.
13 ist ein Zeitplan von Signalen, die in einer Korrektureinheit eines Drehwinkelerfassers korrigiert werden, gemäß einer Ausführungsform 3.

Ausführliche Beschreibung
(Ausführungsform 1)
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 wird nachstehend ein Drehwinkelerfasser gemäß Ausführungsform 1 beschrieben. Der Drehwinkelerfasser ist ein Erfasser zum Erfassen des Drehwinkels einer willkürlichen Drehwelle. Der Drehwinkelerfasser ist an einer Drehwelle angebracht, wie z. B. einer Ausgangswelle eines Motors oder einer Welle zum Übertragen einer Drehkraft. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Drehwinkelerfasser vom Inkrementaltyp zum Erfassen des Drehwinkels anhand einer vordefinierten Position als Bei gezeigt.
1 zeigt ein schematisches Schaubild eines ersten Drehwinkelerfassers gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der erste Drehwinkelerfasser ist ein optischer Erfasser. Ein Drehwinkelerfasser 1 ist an einer Drehwelle 15 angebracht. Die Drehwelle 15 dreht sich um eine Achse 16.
Der Drehwinkelerfasser 1 beinhaltet eine Drehplatte 10, die an der Drehwelle 15 befestigt ist. Die Drehplatte 10 agiert als Drehkörper, um den Drehwinkel der Drehwelle 15 zu erfassen. Die Drehplatte 10 weist eine kreisförmige planare Form auf. Die Drehplatte 10 ist an der Drehwelle 15 befestigt, so dass eine Oberfläche der Drehplatte 10, die die maximale Fläche aufweist, senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Drehwelle 15 verläuft. Die Drehplatte 10 dreht sich gemeinsam mit der Drehwelle 15.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Drehplatte des ersten Drehwinkelerfassers gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 weist die Drehplatte 10 eine Vielzahl von Streckenteilen auf, um den Drehwinkel der Drehwelle 15 zu erfassen. Die Drehplatte 10 beinhaltet einen ersten Streckenteil 11 zum Erzeugen eines A-Phasensignals und einen zweiten Streckenteil 12 zum Erzeugen eines B-Phasensignals. Des Weiteren weist die Drehplatte 10 einen dritten Streckenteil 13 zum Erzeugen eines Z-Phasensignals auf.
Erste Schlitze 11a, die umfangsmäßig in regelmäßigen Intervallen gebildete Bohrungen sind, sind im ersten Streckenteil 11 gebildet. Zweite Schlitze 12a, die umfangsmäßig in regelmäßigen Intervallen gebildete Bohrungen sind, sind im zweiten Streckenteil 12 gebildet. Die ersten Schlitze 11a und die zweiten Schlitze 12a weichen voneinander in einer Umfangsrichtung ab. Beispielsweise sind die ersten Schlitze 11a und die zweiten Schlitze 12a so gebildet, dass sich ihre Phasen im Drehwinkel um 90° voneinander unterscheiden. Ein dritter Schlitz 13a ist in einer Umfangsrichtung im dritten Streckenteil 13 gebildet.
Der Drehwinkelerfasser 1 weist ein lichtemittierendes Element 17 zum Emittieren von Licht hin zur Drehplatte 10 auf. Der Drehwinkelerfasser 1 weist eine Erfassungseinheit auf, die Streckenteilen entspricht. Die Erfassungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Vielzahl von Erfassungselementen, die für die entsprechenden Streckenteile angeordnet sind. Die Erfassungseinheit beinhaltet ein erstes lichtaufnehmendes Element 21, ein zweites lichtaufnehmendes Element 22 und ein drittes lichtaufnehmendes Element 23, die jeweils Licht erfassen, das die Schlitze 11a, 12a und 13a der Drehplatte 10 passiert. Das erste lichtaufnehmende Element 21 erfasst die Intensität von Licht, die im ersten Streckenteil 11 variiert, um ein A-Phasensignal zu erzeugen, das als erstes Signal dient. Das zweite lichtaufnehmende Element 22 erfasst die Intensität von Licht, die im zweiten Streckenteil 12 variiert, um ein B-Phasensignal zu erzeugen, das als zweites Signal dient. Das dritte lichtaufnehmende Element 23 erfasst die Intensität von Licht, die im dritten Streckenteil 13 variiert, um ein Z-Phasensignal zu erzeugen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind ein Streckenteil zum Erzeugen eines A-Phasensignals, ein Streckenteil zum Erzeugen eines B-Phasensignals und ein Streckenteil zum Erzeugen eines Z-Phasensignals einzeln in der Drehplatte 10 gebildet. Jeder Streckenteil ist für das entsprechende der Signale in der Drehplatte 10 gebildet.
Der Drehwinkelerfasser 1 ist mit einer Signalverarbeitungseinheit 51 zum Verarbeiten von Signalen bereitgestellt, die in den lichtaufnehmenden Elementen 21, 22 und 23 gebildet werden. Die Signalverarbeitungseinheit 51 besteht aus einer arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung mit z. B. einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU). Ein A-Phasensignal, ein B-Phasensignal und ein Z-Phasensignal werden in die Signalverarbeitungseinheit 51 eingegeben. Die Signalverarbeitungseinheit 51 beinhaltet eine Winkelerfassungseinheit 52 zum Erfassen eines Drehwinkels. Die Winkelerfassungseinheit 52 empfängt Ausgabesignale des ersten lichtaufnehmenden Elements 21, des zweiten lichtaufnehmenden Elements 22 und des dritten lichtaufnehmenden Elements 23.
3 zeigt einen Zeitplan von Signalen, die von einer Signalverarbeitungseinheit empfangen werden. Im ersten Streckenteil 11 erhöht sich die erste Lichtintensität, die vom ersten lichtaufnehmenden Element 21 erfasst wird, wenn Licht, das vom lichtemittierenden Element 17 emittiert wurde, die ersten Schlitze 11a passiert. In dieser Hinsicht erhöht sich das zu erfassende A-Phasensignal. Des Weiteren wird Licht durch Abschnitte zwischen den ersten Schlitzen 11a blockiert, so dass das zu erfassende Signal abnimmt. Das A-Phasensignal variiert z. B. in einer im Wesentlichen sinusförmigen Wellenform. Ähnlich dem A-Phasensignal variiert das B-Phasensignal in einer im Wesentlichen sinusförmigen Wellenform. Bei einem Beispiel von 3 wird das B-Phasensignal erfasst, das 90° hinter dem A-Phasensignal zurückliegt.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 3 kann die Winkelerfassungseinheit 52 die Drehrichtung der Drehwelle 15 identifizieren, indem sie beurteilt, ob eine A-Phase vor einer B-Phase erfasst wird oder umgekehrt. Des Weiteren kann die Winkelerfassungseinheit 52 den Drehwinkel der Drehwelle 15 erfassen, indem sie die Anzahl von Variationen des A-Phasensignals oder des B-Phasensignals zählt.
Im dritten Streckenteil 13 passiert Licht, das aus dem lichtemittierenden Element 17 emittiert wurde, den dritten Schlitz 13a jedes Mal dann, wenn sich die Drehwelle 15 eine Umdrehung dreht. Somit erhöht sich die Stärke des Z-Phasensignals jedes Mal, wenn sich die Drehwelle 15 eine Umdrehung dreht. Die Winkelerfassungseinheit 52 kann eine Umdrehung der Drehplatte 10 durch das Z-Phasensignal erfassen. Des Weiteren kann die Winkelerfassungseinheit 52 die Position eines Referenzpunkts (des Ursprungspunkts) erfassen.
Die Signalverarbeitungseinheit 51 gibt den erfassten Drehwinkel an eine externe Vorrichtung 71 aus. Beispiele für die externe Vorrichtung 71 beinhalten eine Steuervorrichtung für eine Vorrichtung, an der der Drehwinkelerfasser 1 angebracht ist. Die externe Vorrichtung 71 ist z. B. eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine oder eine Steuervorrichtung für einen Roboter. Die externe Vorrichtung 71 kann eine vordefinierte Steuerung auf Basis des erfassten Drehwinkels der Drehwelle 15 durchführen.
Die Signalverarbeitungseinheit 51 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Anomalieerfassungseinheit 53 zum Erfassen einer Anomalie des Drehwinkelerfassers 1. Die Anomalieerfassungseinheit 53 erfasst die Anomalie auf Basis von Signalen, die in den lichtaufnehmenden Elementen 21, 22 und 23 erzeugt werden. Die Anomalieerfassungseinheit 53 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das Auftreten einer Anomalie in der Drehplatte 10 erfassen. Insbesondere kann das Anhaften von Fremdsubstanzen an der Drehplatte 10 als Anomalie erfasst werden.
Die Anomalieerfassungseinheit 53 erlangt das A-Phasensignal als erstes Signal auf Basis des ersten Streckenteils 11. Des Weiteren erlangt die Anomalieerfassungseinheit 53 das B-Phasensignal als zweites Signal auf Basis des zweiten Streckenteils 12. Die Anomlieerfassungseinheit 53 beinhaltet eine Schwankungsbereichberechnungseinheit 54 zum Berechnen eines Schwankungsbereichs des A-Phasensignals und eines Schwankungsbereichs des B-Phasensignals.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Unterschied zwischen dem maximalen Wert und dem Mindestwert des A-Phasensignals in einem normalen Zustand des Drehwinkelerfassers 1 mit dem Unterschied zwischen dem maximalen Wert und dem Mindestwert des B-Phasensignals im Wesentlichen identisch. Beispielsweise ist ein Schwankungsbereich DA1 des A-Phasensignals in einer Periode, beginnend an einem Zeitpunkt t1, mit einem Schwankungsbereich DB1 des B-Phasensignals in einer Periode, die an einem Zeitpunkt t2 beginnt, im Wesentlichen identisch. Die Schwankungsbereichberechnungseinheit 54 gemäß der vorliegenden Ausführungsform berechnet einen Schwankungsbereich für jede Phase. Des Weiteren berechnet die Schwankungsbereichberechnungseinheit 54 einen Schwankungsbereich in jeder Periode. Man bemerke, dass die Schwankungsbereiche DA und DB bei der vorliegenden Ausführungsform die Unterschiede zwischen dem maximalen Wert und dem Mindestwert von Signalen darstellen. Die Schwankungsbereiche sind jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und beispielsweise können als Schwankungsbereiche Variablen wie z. B. Amplituden je nach maximalem Wert und Mindestwert eines Signals verwendet werden.
Wenn eine Fremdsubstanz 81 in einen Drehwinkelerfasser eintritt und an einem vordefinierten Streckenteil anhaftet, nimmt die Stärke eines Signals ab. Beispielsweise wenn die Fremdsubstanz 81 an den Schlitzen 11a, 12a und 13a anhaftet, wird Licht, das die Schlitze 11a, 12a und 13a passiert, gebrochen und die Intensität des Lichts nimmt ab. Alternativ wird ein Teil des Lichts von der Fremdsubstanz 81 blockiert und die Intensität des Lichts nimmt ab. Folglich nimmt die Stärke von Signalen, die in den lichtaufnehmenden Elementen 21, 22 und 23 erzeugt werden, ab.
Beispielsweise wenn die Fremdsubstanz 81 an dem zweiten Streckenteil 12 anhaftet, um einen Teil des zweiten Schlitzes 12a zu blockieren, nimmt die Festigkeit des B-Phasensignals ab. Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Schwankungsbereich DB2 des B-Phasensignals, beginnend an einem Zeitpunkt t4, kleiner als der Schwankungsbereich DB1 in einem normalen Zustand. Beispiele für Fremdsubstanzen, die in den Drehwinkelerfasser 1 eintreten, beinhalten flüssige Fremdsubstanzen wie z. B. Schmieröl, Schneidflüssigkeit usw. einer Werkzeugmaschine und feste Fremdsubstanzen wie z. B. Späne usw., die in einer Werkzeugmaschine erzeugt werden.
Die Anomalieerfassungseinheit 53 beinhaltet eine Beurteilungseinheit 55, die beurteilt, ob eine Anomalie auftritt. Die Beurteilungseinheit 55 beurteilt, dass eine Anomalie auftritt, wenn der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich DA des ersten Signals und dem Schwankungsbereich DB des zweiten Signals größer als ein vordefinierter Schwankungsbereichbeurteilungswert ist. Die Anomalieerfassungseinheit 53 beinhaltet eine Speichereinheit 56. Die Speichereinheit 56 speichert einen Schwankungsbereichbeurteilungswert vorab.
Bei einem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, berechnet die Beurteilungseinheit 55 den Unterschied des Schwankungsbereichs zwischen dem A-Phasensignal und dem B-Phasensignal, die einander entsprechen. Und zwar werden die Schwankungsbereiche von Signalen verglichen, in denen die Phasen um 90° in Bezug aufeinander verschoben sind. Die Beurteilungseinheit 55 berechnet den Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich DA1 des A-Phasensignals, in dem das Maximum zum Zeitpunkt t1 erhalten wird, und dem Schwankungsbereich DB1 des B-Phasensignals, in dem der maximale Wert zum Zeitpunkt t2 erhalten wird. In dieser Hinsicht ermittelt die Beurteilungseinheit 55, dass der Zustand normal ist, da der Unterschied zwischen den Schwankungsbereichen gering ist. Die Beurteilungseinheit 55 berechnet andererseits den Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich DA2 des A-Phasensignals, in dem der maximale Wert zum Zeitpunkt t3 erhalten wird, und dem Schwankungsbereich DB2 des B-Phasensignals, in dem der maximale Wert zum Zeitpunkt t4 erhalten wird. In dieser Hinsicht ist der berechnete Unterschied groß und überschreitet den Schwankungsbereichbeurteilungswert. Demgemäß beurteilt die Beurteilungseinheit 55, dass eine Anomalie im Drehwinkelerfasser 1 auftritt.
Die Anomalieerfassungseinheit 53 sendet ein Warnsignal zum Informieren über eine Anomalie an die externe Vorrichtung 71, wenn die Beurteilungseinheit 55 beurteilt, dass eine Anomalie auftritt. Die externe Vorrichtung 71 kann das Auftreten der Anomalie auf dem Bildschirm einer Anzeigevorrichtung anzeigen oder kann eine Vorrichtung, die mit dem Drehwinkelerfasser 1 versehen ist, auf Basis des Warnsignals stoppen.
4 zeigt einen Ablaufplan der Steuerung eines Drehwinkelerfassers gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Ein Steuervorgang, der in 4 gezeigt ist, kann z. B. jedes Mal dann durchgeführt werden, wenn Licht einen der ersten Schlitze 11a des ersten Streckenteils 11 passiert, oder in jeder Periode eines sinusförmigen Signals, das in einem vordefinierten lichtaufnehmenden Element erzeugt wird. In Schritt 101 erfasst die Anomalieerfassungseinheit 53 das A-Phasensignal und das B-Phasensignal, die im ersten lichtaufnehmenden Element 21 und im zweiten lichtaufnehmenden Element 22 erzeugt werden. In Schritt 102 berechnet die Schwankungsbereichberechnungseinheit 54 der Anomalieerfassungseinheit 53 den Schwankungsbereich DA des A-Phasensignals und den Schwankungsbereich DB des B-Phasensignals.
In Schritt 103 berechnet die Beurteilungseinheit 55 den Unterschied (absoluter Wert) zwischen dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals und dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals. Die Beurteilungseinheit 55 beurteilt, ob der berechnete Unterschied größer als ein Schwankungsbereichbeurteilungswert ist. Wenn der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals und dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals nicht größer als der Schwankungsbereichbeurteilungswert ist, kann beurteilt werden, dass keine Anomalie auftritt. In diesem Fall wird der Steuervorgang beendet.
In Schritt 103, wenn der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals und dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals größer als der Schwankungsbereichbeurteilungswert ist, geht der Steuervorgang zu Schritt 104 über. Bei einem Beispiel, das in den 1 und 3 gezeigt ist, haftet die Fremdsubstanz 81 am zweiten Streckenteil 12 an und somit nimmt der Schwankungsbereich des B-Phasensignals, beginnend am Zeitpunkt t4, ab, und es wird beurteilt, dass eine Anomalie auftritt.
In Schritt 104 sendet die Anomalieerfassungseinheit 53 ein Warnsignal zum Informieren über das Auftreten einer Anomalie an die externe Vorrichtung 71.
Somit kann die Anomalieerfassungseinheit 53 auf Basis des Unterschieds zwischen den Schwankungsbereichen von zwei Signalen, die von zwei Streckenteilen erfasst wurden, ermitteln, dass eine Anomalie auftritt. Der Drehwinkelerfasser 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das Auftreten einer Anomalie in einem Drehkörper schnell erfassen. Insbesondere wenn der Eintritt einer Fremdsubstanz vorliegt, kann der Drehwinkelerfasser 1 das Anhaften der Fremdsubstanz schnell erfassen. Somit können mögliche wesentliche Ausfälle wie z. B. Korrosion von Teilen, die durch Schneidflüssigkeit verursacht ist, oder ein Bruch von Teilen, der durch Späne verursacht ist, schnell erfasst werden. Ein Benutzer kann einen korrekten Wartungsvorgang durchführen, bevor im Drehwinkelerfasser ein vollständiger Ausfall erreicht ist.
Bei der obigen Ausführungsform wird der Unterschied (absoluter Wert) zwischen dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals und dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals berechnet. Die Anomalieerfassungseinheit 53 kann zusätzlich zu dem obigen Steuervorgang einen Steuervorgang zum Identifizieren einer Phase durchführen, in der die Stärke eines Signals abnimmt, unter dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals und dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals. Dieser Steuervorgang kann einen Streckenteil identifizieren, in dem eine Anomalie auftritt. Beispielsweise wenn der Schwankungsbereich des A-Phasensignals kleiner als der Schwankungsbereich des B-Phasensignals ist, kann beurteilt werden, dass eine Anomalie im ersten Streckenteil auftritt.
Bei der obigen Ausführungsform berechnet die Schwankungsbereichberechnungseinheit den Unterschied zwischen den Schwankungsbereichen von kontinuierlichen A-Phasen- und B-Phasensignalen, ohne jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt zu sein. Die Schwankungsbereichberechnungseinheit kann den Unterschied zwischen den Schwankungsbereichen des A-Phasensignals und des B-Phasensignals berechnen, die einen vordefinierten Phasenunterschied aufweisen. Alternativ kann die Schwankungsbereichberechnungseinheit den Unterschied zwischen den Schwankungsbereichen auf Basis einer Vielzahl von Schwankungsbereichen des A-Phasensignals und einer Vielzahl von Schwankungsbereichen des B-Phasensignals berechnen. Beispielsweise kann die Schwankungsbereichberechnungseinheit den Unterschied zwischen dem Durchschnittswert der Schwankungsbereiche in einer Vielzahl von Perioden des A-Phasensignals und einem Durchschnittswert der Schwankungsbereiche in einer Vielzahl von Perioden des B-Phasensignals berechnen.
Bei der obigen Ausführungsform berechnet die Beurteilungseinheit den Unterschied zwischen den Schwankungsbereichen direkt, das Berechnungsverfahren ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Die Beurteilungseinheit kann beurteilen, ob eine Anomalie auftritt, indem sie die Größenordnung des Schwankungsbereichs des ersten Signals mit der Größenordnung des Schwankungsbereichs des zweiten Signals vergleicht. Beispielsweise kann die Beurteilungseinheit das Verhältnis zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals berechnen. Die Beurteilungseinheit kann beurteilen, dass der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals größer als ein Schwankungsbereichbeurteilungswert ist, wenn dieses Verhältnis einen vordefinierten Beurteilungswert überschreitet.
Bei der obigen Ausführungsform wird das A-Phasensignal als erstes Signal verwendet und wird das B-Phasensignal als zweites Signal verwendet, die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Signale auf Basis unterschiedlicher Streckenteile können als das erste Signal und das zweite Signal verwendet werden. Beispielsweise kann das B-Phasensignal als das erste Signal verwendet werden und kann das Z-Phasensignal als das zweite Signal verwendet werden.
Bei der obigen Ausführungsform wird ein optischer Drehwinkelerfasser als Beispiel beschrieben. Bei der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine ähnliche Steuerung auf einen magnetischen Drehwinkelerfasser angewandt werden.
5 zeigt ein schematisches Schaubild eines zweiten Drehwinkelerfassers gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Ein zweiter Drehwinkelerfasser 2 ist ein magnetischer Drehwinkelerfasser. Der zweite Drehwinkelerfasser 2 ist mit einer Drehtrommel 30 versehen, die als Drehkörper dient, in der eine Vielzahl von Streckenteilen gebildet ist. Ein erster Streckenteil 31 zum Erzeugen eines ersten Signals, ein zweiter Streckenteil 32 zum Erzeugen eines zweiten Signals und ein dritter Streckenteil 33 sind in der Umfangsseitenfläche der Drehtrommel 30 gebildet.
6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Drehtrommel eines zweiten Drehwinkelerfassers. Die Drehtrommel 30 ist zylindrisch geformt. Die Drehtrommel 30 beinhaltet eine erste Drehplatte 34, die den ersten Streckenteil 31 darstellt, eine zweite Drehplatte 35, die den zweiten Streckenteil 32 darstellt, und eine dritte Drehplatte 36, die den dritten Streckenteil 33 darstellt. Ein konkaver und konvexer Teil ähnlich Zahnradzähnen sind in den jeweiligen peripheren Oberflächen der ersten Drehplatte 34 und der zweiten Drehplatte 35 gebildet. Der konkave und konvexe Teil der ersten Drehplatte 34 und der konkave und konvexe Teil der zweiten Drehplatte 35 sind derart ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung voneinander abweichen. Beispielsweise sind der konkave und konvexe Teil der ersten Drehplatte 34 und der konkave und konvexe Teil der zweiten Drehplatte 35 derart ausgebildet, dass die Phasen um 90° in Bezug aufeinander abweichen. Ein Schlitz 36a ist in der dritten Drehplatte 36 in Umfangsrichtung gebildet.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beinhaltet eine Erfassungseinheit für die Streckenteile einen ersten Sensor 41, einen zweiten Sensor 42 und einen dritten Sensor 43. Der erste Sensor 41 ist dem ersten Streckenteil 31 gegenüberliegend angeordnet. Der zweite Sensor 42 ist dem zweiten Streckenteil 32 gegenüberliegend angeordnet. Der dritte Sensor 43 ist dem dritten Streckenteil 33 gegenüberliegend angeordnet. Ein Magnet 44 ist auf einer Seite des ersten Sensors 41, des zweiten Sensors 42 und des dritten Sensors 43 angeordnet, was der Drehtrommel 30 auf der anderen Seite gegenüberliegend ist. Die Sensoren 41, 42 und 43 sind ausgebildet, um Variationen der Magnetflussdichte gemäß der Form der Streckenteile zu erfassen.
Jeder Sensor kann eine Spannung ausgeben, die der Magnetflussdichte entspricht, beispielsweise unter Verwendung eines magnetischen Widerstandelements, wobei der Widerstandswert je nach Magnetflussdichte variiert.
Der erste Sensor 41 gibt ein A-Phasensignal aus und der zweite Sensor 42 gibt ein B-Phasensignal aus. Des Weiteren gibt der dritte Sensor 43 ein Z-Phasensignal aus. Im magnetischen Drehwinkelerfasser werden ähnlich dem optischen Drehwinkelerfasser das A-Phasensignal, das B-Phasensignal und das Z-Phasensignal erfasst (siehe 3). Beispielsweise wird das B-Phasensignal erfasst, wobei die Phase 90° gegenüber dem A-Phasensignal verschoben ist.
In Bezug auf den magnetischen Drehwinkelerfasser 2 können Signale ähnlich jenen des optischen Drehwinkelerfassers 1 erlangt werden. Die Konfiguration der Signalverarbeitungseinheit 51 des Drehwinkelerfassers 2 ähnelt der Konfiguration der Signalverarbeitungseinheit des ersten Drehwinkelerfassers 1 (siehe 1). Mit einem Steuervorgang ähnlich jenem des ersten Drehwinkelerfassers 1 können das A-Phasensignal, das B-Phasensignal und das Z-Phasensignal in der Signalverarbeitungseinheit 51 verarbeitet werden. Des Weiteren kann die Anomalieerfassungseinheit 53 das Auftreten einer Anomalie im Drehwinkelerfasser 2 erfassen.
Man bemerke, dass Beispiele für den magnetischen Drehwinkelerfasser nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt sind und einen beliebigen magnetischen Drehwinkelerfasser mit einem Drehkörper beinhalten. Beispielsweise ist ein magnetisches Element an jedem Streckenteil des Drehkörpers angebracht. In jedem Streckenteil sind der Südpol und der Nordpol in einem regelmäßigen Intervall in Umfangsrichtung beabstandet. Des Weiteren kann eine Vielzahl von Sensoren so angeordnet sein, dass sie den entsprechenden Streckenteilen gegenüberliegen.
(Ausführungsform 2)
Unter Bezugnahme auf die 7 bis 11 wird nachstehend ein Drehwinkelerfasser gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein optischer Drehwinkelerfasser verwendet und erläutert, es kann jedoch auch ein magnetischer Drehwinkelerfasser verwendet werden. Die Konfiguration eines Drehkörpers und einer Erfassungseinheit eines ersten Drehwinkelerfassers gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnelt der Konfiguration jener des ersten Drehwinkelerfassers gemäß Ausführungsform 1 (siehe 1 und 2). Der Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Phase einer Fremdsubstanz, die an einem Drehkörper anhaftet, um einen Steuervorgang durchzuführen.
7 zeigt ein Blockschaubild einer Signalverarbeitungseinheit eines ersten Drehwinkelerfassers gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Winkelerfassungseinheit 52 gemäß der vorliegenden Ausführungsform agiert als Phasenerfassungseinheit zum Erfassen einer Phase. Ein A-Phasensignal, ein B-Phasensignal und ein Z-Phasensignal werden in die Winkelerfassungseinheit 52 eingegeben.
Die Winkelerfassungseinheit 52 erfasst die Referenzposition (Ursprungspunkt) der Drehwelle 15 auf Basis des Z-Phasensignals. Des Weiteren zählt die Winkelerfassungseinheit 52 die Anzahl von Perioden des A-Phasensignals oder des B-Phasensignals, um die Position der Drehwelle 15 innerhalb einer Umdrehung zu erfassen. Und zwar erfasst die Winkelerfassungseinheit 52 die Phase der Drehwelle 15 innerhalb einer Umdrehung. Die von der Winkelerfassungseinheit 52 erfasste Phase wird an die Anomalieerfassungseinheit 53 gesendet.
In der Beurteilungseinheit 55 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich eines ersten Signals und dem Schwankungsbereich eines zweiten Signals einen Schwankungsbereichbeurteilungswert überschreitet, eine Phase, die den Schwankungsbereichbeurteilungswert überschreitet, an die Speichereinheit 56 gesendet. Die Speichereinheit 56 speichert die Phase. Die Beurteilungseinheit 55 beurteilt, ob der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals einen Schwankungsbereichbeurteilungswert in der gleichen Phase überschreitet, wenn sich die Drehwelle 15 mehr als einmal dreht. Des Weiteren ermittelt die Beurteilungseinheit 55, dass eine Anomalie im Drehwinkelerfasser 1 auftritt, wenn der Unterschied den Schwankungsbereichbeurteilungswert in der gleichen Phase überschreitet.
8 zeigt einen Zeitplan von Signalen, die von einem ersten Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform beurteilt die Beurteilungseinheit 55, ob der Unterschied zwischen den Schwankungsbereichen den Schwankungsbereichbeurteilungswert in jeder Periode des A-Phasensignals und jeder Periode des B-Phasensignals überschreitet. Die Beurteilungseinheit 55 erlangt eine Phase aus der Winkelerfassungseinheit 52, wenn der Unterschied den Schwankungsbereichbeurteilungswert überschreitet. Die Beurteilungseinheit 55 beurteilt, ob die Phase, die den Schwankungsbereichbeurteilungswert überschreitet, zuvor in der Speichereinheit 56 gespeichert wurde. Wenn die Phase, die den Schwankungsbereichbeurteilungswert überschreitet, zuvor gespeichert wurde, beurteilt die Beurteilungseinheit 55, ob die erlangte Phase mit der Phase identisch ist, die zuvor in der Speichereinheit 56 gespeichert wurde. Wenn diese Phasen identisch sind, wird beurteilt, dass eine Anomalie auftritt.
Bei einem Beispiel, das in 8 gezeigt ist, wird ein Z-Phasensignal in der vorliegenden Umdrehung (n-te Umdrehung) der Drehwelle 15 an einem Zeitpunkt t5 erfasst und ein Referenzpunkt wird festgelegt. Die Beurteilungseinheit 55 erfasst an einem Zeitpunkt t6, dass der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals und dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals den Schwankungsbereichbeurteilungswert überschreitet. Des Weiteren speichert eine Speichereinheit 56 eine Phase θn zum Zeitpunkt t6.
Bei der darauffolgenden Umdrehung ((n + 1)-te Umdrehung) der Drehwelle 15 wird das Z-Phasensignal an einem Zeitpunkt t7 erfasst und ein Referenzpunkt wird festgelegt. Die Beurteilungseinheit 55 erfasst an einem Zeitpunkt t8, dass der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals und dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals den Schwankungsbereichbeurteilungswert überschreitet. Die Beurteilungseinheit 55 beurteilt, ob die Phase θn an einem Zeitpunkt t6 mit einer Phase θ(n + 1) an einem Zeitpunkt t8 identisch ist. Beispielsweise wenn der Unterschied zwischen der Phase θn und der Phase θ(n + 1) kleiner als ein vordefinierter Phasenunterschied ist, beurteilt die Beurteilungseinheit 55, dass die Phasen identisch sind. Des Weiteren beurteilt die Beurteilungseinheit 55, dass eine Anomalie im Drehwinkelerfasser auftritt, wenn die Phase θn und die Phase θ(n + 1) identisch sind.
Somit beurteilt der Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform, dass eine Anomalie im Drehwinkelerfasser auftritt, wenn die Phase, die den Schwankungsbereichbeurteilungswert in der vorliegenden Drehung überschreitet, mit der Phase identisch ist, die den Schwankungsbereichbeurteilungswert in der darauffolgenden Umdrehung überschreitet. Und zwar beurteilt die Beurteilungseinheit 55, dass eine Anomalie auftritt, wenn der Schwankungsbereichbeurteilungswert in der gleichen Phase in zwei kontinuierlichen Umdrehungen der Drehwelle 15 überschritten wird.
Man bemerke, dass der Steuervorgang der Beurteilungseinheit 55 nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Dass eine Anomalie auftritt, kann beurteilt werden, wenn der Unterschied zwischen den Schwankungsbereichen einen Schwankungsbereichbeurteilungswert in der gleichen Phase in einer vordefinierten Anzahl von Umdrehungen, d. h. drei oder mehr Umdrehungen, kontinuierlich überschreitet.
Der Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann abhängig von Fehlern erfasster Signale verhindern, dass ein normaler Zustand als anomaler Zustand behandelt wird. Und zwar kann der Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterdrücken, dass eine falsche Beurteilung durchgeführt wird. Beispielsweise wird eine Fremdsubstanz, die vorübergehend angehaftet ist, in manchen Fällen schnell entfernt. In einem solchen Fall überschreitet der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals vorübergehend einen Schwankungsbereichbeurteilungswert, dieser Zustand kehrt jedoch schnell in einen normalen Zustand zurück. In einem solchen Fall kann vermieden werden, dass beurteilt wird, dass eine Anomalie im Drehwinkelerfasser auftritt.
Der Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform muss die Phase einer Drehwelle erfassen. Die Konfiguration zum Erfassen der Phase einer Drehwelle ist nicht auf die in 1 gezeigte Vorrichtung beschränkt und eine beliebige Konfiguration, die eine Phase erfassen kann, kann verwendet werden.
9 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Drehplatte eines zweiten Drehwinkelerfassers gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Eine Drehplatte 60 beinhaltet einen ersten Streckenteil 11 zum Erzeugen eines A-Phasensignals. Des Weiteren beinhaltet die Drehplatte 60 eine Vielzahl von Streckenteilen 62 bis 66 zum Erfassen einer Phase. In solchen Streckenteilen 62 bis 66 sind Schlitze 62a, 63a, 64a, 65a und 66a gebildet, die unterschiedliche Muster aufweisen. Des Weiteren ist im Drehwinkelerfasser eine Vielzahl von lichtaufnehmenden Elementen für die entsprechenden Streckenteile angeordnet. Ein solcher Typ eines Drehwinkelerfassers, der die Phase der Drehwelle 15 erfassen kann, wird auch als absoluter Drehwinkelerfasser bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Signale, die in dem lichtaufnehmenden Element erzeugt werden, auf Basis der Muster der Schlitze 62a, 63a, 64a, 65a und 66a der Streckenteile 62 bis 66 als Signale absoluter Phase bezeichnet.
10 zeigt einen Zeitplan von Signalen, die von einem zweiten Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst werden. Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 sind in einem vordefinierten Streckenteil zum Erzeugen eines Signals absoluter Phase lange Schlitze in Umfangsrichtung gebildet. Beispielsweise im Streckenteil 63 sind die Schlitze 63a, die länger als die ersten Schlitze 11a in Umfangsrichtung sind, gebildet. Ein vordefiniertes Signal absoluter Phase weist keine sinusförmige Wellenform auf und weist eine Wellenform mit Sektionen auf, in denen der maximale Wert des Signals gehalten wird, und Sektionen, in denen der Mindestwert des Signals gehalten wird.
Wenn eine Fremdsubstanz an beliebigen der Streckenteile 62 bis 66 zum Erzeugen von Signalen absoluter Phase anhaftet, kommt es in Sektionen, in denen der maximale Wert gehalten wird, zu Abschnitten, in denen die Stärke des Signals abnimmt. In dieser Hinsicht kann die Schwankungsbereichberechnungseinheit 54 einen Schwankungsbereich DAP3 eines vordefinierten Signals absoluter Phase auf Basis der Stärke des Signals bei abnehmender Stärke berechnen.
Bei einem Beispiel, das in 10 gezeigt ist, berechnet die Schwankungsbereichberechnungseinheit 54 einen Schwankungsbereich DA3 des A-Phasensignals, das von einem Zeitpunkt t9 als Ausgangspunkt abnimmt, und einen Schwankungsbereich DAP3 eines vordefinierten Signals absoluter Phase, das von einem Zeitpunkt t10 als Ausgangspunkt abnimmt. Des Weiteren kann die Beurteilungseinheit 55 auf Basis des Unterschieds zwischen den Schwankungsbereichen in zwei Strecken ermitteln, dass eine Anomalie auftritt.
10 zeigt, dass eine Fremdsubstanz am ersten Streckenteil 11 anhaftet. Ein Schwankungsbereich DA4 des A-Phasensignals, das von einem Zeitpunkt t11 als Ausgangspunkt abnimmt, ist kleiner als ein normaler Schwankungsbereich. Die Beurteilungseinheit 55 kann das Auftreten einer Anomalie auf Basis des Unterschieds zwischen dem Schwankungsbereich DA4 und einem Schwankungsbereich DAP4 eines vordefinierten Signals absoluter Phase erfassen, das von einem Zeitpunkt t12 als Ausgangspunkt abnimmt.
11 zeigt einen Zeitplan eines vordefinierten Signals absoluter Phase, die in einem zweiten Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst wird. Wie in 11 gezeigt, kann die Schwankungsbereichberechnungseinheit 54 eine Abnahmegrößenordnung gegenüber dem maximalen Wert eines Signals als Schwankungsbereich DAP4 erfassen, d. h. den Schwankungsbereich, wenn ein vordefiniertes Signal absoluter Phase abnimmt.
Wie oben beschrieben, kann eine Anomalie in einem Drehkörper auf Basis des Schwankungsbereichs des A-Phasensignals und des Schwankungsbereichs eines vordefinierten Signals absoluter Phase erfasst werden. Des Weiteren ist eine Vielzahl von Streckenteilen 62 bis 66 gebildet, um Signale absoluter Phase zu erzeugen. Eine Anomalie des Drehwinkelerfassers kann durch Auswählen beliebiger zwei dieser Streckenteile 62 bis 66 und Verwenden von Signalen, die den ausgewählten Streckenteilen entsprechen, erfasst werden.
Andere Konfigurationen, Vorgänge und Wirkungen dieser Ausführungsform ähneln jenen von Ausführungsform 1 und werden hier demgemäß nicht beschrieben.
(Ausführungsform 3)
Unter Bezugnahme auf die 12 und 13 wird nachstehend ein Drehwinkelerfasser gemäß Ausführungsform 3 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein optischer Drehwinkelerfasser verwendet und erläutert, es kann jedoch auch ein magnetischer Drehwinkelerfasser verwendet werden. Die Konfiguration eines Drehkörpers und einer Erfassungseinheit eines Drehwinkelerfassers gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnelt der Konfiguration jener des ersten Drehwinkelerfassers gemäß Ausführungsform 1 (siehe 1 und 2). Der Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform korrigiert das erfasste Signal.
12 zeigt ein Blockschaubild einer Signalverarbeitungseinheit eines Drehwinkelerfassers gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Anomalieerfassungseinheit 53 ist mit einer Korrektureinheit 57 zum Korrigieren von Signalen versehen, die in einer Erfassungseinheit erzeugt werden. Die Korrektureinheit 57 gemäß der vorliegenden Ausführungsform korrigiert ein A-Phasensignal, das im ersten lichtaufnehmenden Element 21 erzeugt wird, und ein B-Phasensignal, das im zweiten lichtaufnehmenden Element 22 erzeugt wird.
13 zeigt einen Zeitplan von Signalen, die in einem Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst werden. Sogar wenn der Drehwinkelerfasser in einem normalen Zustand ist, unterscheiden sich die Schwankungsbereiche der Signale in manchen Fällen voneinander, in Signalen auf Basis der Vielzahl von Streckenteilen 11 bis 13. Bei einem Beispiel, das in 13 gezeigt ist, ist der Schwankungsbereich des B-Phasensignals, wenn der Drehwinkelerfasser in einem normalen Zustand ist, größer als der Schwankungsbereich des A-Phasensignals. Beispielsweise ist der Schwankungsbereich DB1 des B-Phasensignals, beginnend an einem Zeitpunkt t4, größer als der Schwankungsbereich DA1 des A-Phasensignals, beginnend an einem Zeitpunkt t13. Zwischen den Schwankungsbereichen gibt es ursprünglich einen Unterschied und demgemäß kann die Beurteilungseinheit 55 manchmal keine genaue Beurteilung durchführen, wenn der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals und dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals mit einem Schwankungsbereichbeurteilungswert verglichen wird.
Unter Bezugnahme auf die 12 und 13 korrigiert die Korrektureinheit 57 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Signale, so dass, wenn der Drehwinkelerfasser in einem normalen Zustand ist, der Schwankungsbereich des A-Phasensignals mit dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals identisch ist. Die Korrektureinheit 57 korrigiert zumindest eines des Schwankungsbereichs des A-Phasensignals und des Schwankungsbereichs des B-Phasensignals. Die Speichereinheit 56 speichert vorab einen Korrekturwert, um zu bewirken, dass der Schwankungsbereich des A-Phasensignals und der Schwankungsbereich des B-Phasensignals einander identisch werden, wenn der Drehwinkelerfasser in einem normalen Zustand ist. Beispiele für den Korrekturwert beinhaltet ein Verhältnis des Schwankungsbereichs des B-Phasensignals zum Schwankungsbereich des A-Phasensignals oder einen Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals und dem Schwankungsbereich des B-Phasensignals.
Die Korrektureinheit 57 verwendet den Korrekturwert, um Signale zu korrigieren, die tatsächlich von der Erfassungseinheit erfasst werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Schwankungsbereich DB des B-Phasensignals korrigiert. Beispielsweise kann die Korrektureinheit 57 eine Korrektur durch Multiplizieren des Schwankungsbereichs DB mit einem vordefinierten Verhältnis des Schwankungsbereichs durchführen. Die von der Korrektureinheit 57 durchgeführte Korrektur kann bewirken, dass ein Schwankungsbereich DB1X des B-Phasensignals mit einem Schwankungsbereich DA1 des A-Phasensignals identisch ist, wenn der Drehwinkelerfasser in einem normalen Zustand ist.
Die Beurteilungseinheit 55 führt eine Beurteilung auf Basis des Schwankungsbereichs des A-Phasensignals und des Schwankungsbereichs des B-Phasensignals nach Korrektur durch die Korrektureinheit 57 durch. Bei einem Beispiel, das in 13 gezeigt ist, korrigiert die Korrektureinheit 57 den Schwankungsbereich des B-Phasensignals, beginnend an einem Zeitpunkt t16. Des Weiteren kann die Beurteilungseinheit 55 das Auftreten einer Anomalie auf Basis des Unterschieds zwischen dem korrigierten Schwankungsbereich und dem Schwankungsbereich des A-Phasensignals, beginnend an einem Zeitpunkt t15, beurteilen.
Der Drehwinkelerfasser gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine genaue Beurteilung durchführen, um Signale zu korrigieren, die in der Korrektureinheit erfasst werden.
Man bemerke, dass bei der obigen Ausführungsform das B-Phasensignal als zweites Signal korrigiert wird, die Ausführungsform jedoch nicht darauf beschränkt ist. Das A-Phasensignal als erstes Signal kann korrigiert werden. Des Weiteren können sowohl das A-Phasensignal als auch das B-Phasensignal korrigiert werden.
Andere Konfigurationen, Vorgänge und Wirkungen dieser Ausführungsform ähneln jenen von Ausführungsform 1 und 2 und werden hier demgemäß nicht beschrieben.
Die vorliegende Erfindung kann einen Drehwinkelerfasser bereitstellen, der den Eintritt einer Fremdsubstanz erfassen kann.
Bei den obigen Steuervorgängen kann die Reihenfolge der Schritte entsprechend geändert werden, ohne die Funktionen und Vorgänge zu verändern. Des Weiteren können die obigen Ausführungsformen kombiniert werden. In den obigen Zeichnungen sind die gleichen oder entsprechende Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen ausgewiesen. Man bemerke, dass die obigen Ausführungsformen Beispiele sind und die Erfindung nicht einschränken. Des Weiteren beinhalten die Ausführungsformen Modifikationen von in den Ansprüchen beschriebenen Aspekten.

Claims

Drehwinkelerfasser (1, 2), der umfasst: einen Drehkörper (10, 30, 60), der eine Vielzahl von Streckenteilen (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) beinhaltet, um einen Drehwinkel einer mit dem Drehkörper (10, 30, 60) gekoppelten Drehwelle (16) zu erfassen; Erfassungseinheiten (21, 22, 41, 42), die in Positionen angeordnet sind, die den Streckenteilen (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) entsprechen; und eine Anomalieerfassungseinheit (53) zum Erfassen einer Anomalie auf Basis von Signalen, die in den Erfassungseinheiten (21, 22, 41, 42) erzeugt werden, wobei der Drehkörper (10, 30, 60) einen ersten Streckenteil (11, 31) und einen zweiten Streckenteil (12, 32, 62 bis 66) beinhaltet, wobei die Erfassungseinheiten (21, 22, 41, 42) eine Mehrzahl von lichtaufnehmenden Elementen (21, 22), die den jeweiligen Streckenteilen (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) zugeordnet sind und die die Intensität von Licht detektieren, die durch Drehung der Streckenteile (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) variiert, oder eine Mehrzahl von Sensoren (41, 42) umfassen, die den jeweiligen Streckenteilen (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) zugeordnet sind und die die Magnetflussdichte detektieren, die durch Drehung der Streckenteile (11, 12, 31, 32, 33, 62 bis 66) variiert, und wobei die Erfassungseinheiten (21, 22, 41, 42) bei einer Drehung des Drehkörpers (10, 30, 60) ein erstes Signal auf Basis des ersten Streckenteils (11, 31) und ein zweites Signal auf Basis des zweiten Streckenteils (12, 32, 62 bis 66) erzeugen, und wobei die Anomalieerfassungseinheit (53) eine Schwankungsbereichberechnungseinheit (54) zum Berechnen eines Schwankungsbereichs des ersten Signals und eines Schwankungsbereichs des zweiten Signals und eine Beurteilungseinheit (55) zum Beurteilen des Auftretens einer Anomalie, wenn ein Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals größer als ein vordefinierter Schwankungsbereichbeurteilungswert ist, beinhaltet.
Drehwinkelerfasser nach Anspruch 1, der des Weiteren eine Phasenerfassungseinheit (52) zum Erfassen einer Phase innerhalb einer Umdrehung der Drehwelle (16) umfasst, wobei die Anomalieerfassungseinheit (53) die Phase erfasst, in der der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals den Schwankungsbereichbeurteilungswert überschreitet, und die Beurteilungseinheit (55) das Auftreten einer Anomalie beurteilt, wenn der Unterschied zwischen dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals den Schwankungsbereichbeurteilungswert in der gleichen Phase überschreitet, wenn sich die Drehwelle (16) mehr als einmal dreht.
Drehwinkelerfasser nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anomalieerfassungseinheit (53) eine Korrektureinheit (57) zum Korrigieren von in den Erfassungseinheiten (21, 22, 41, 42) erzeugten Signalen und eine Speichereinheit (56) zum Vorabspeichern eines Korrekturwerts beinhaltet, der bewirkt, dass der Schwankungsbereich des ersten Signals und der Schwankungsbereich des zweiten Signals miteinander identisch sind, wenn der Drehwinkelerfasser (1, 2) in einem normalen Zustand ist, die Korrektureinheit (57) den Korrekturwert verwendet, um zumindest einen Schwankungsbereich aus dem Schwankungsbereich des ersten Signals und dem Schwankungsbereich des zweiten Signals zu korrigieren, und die Beurteilungseinheit (55) eine Beurteilung auf Basis des ersten Signals und des zweiten Signals nach einer Korrektur trifft.