JP2000278994A - ステッピングモータの回転位置制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ステッピングモータの回転軸に円
板状のエンコーダを取付け、スリットを上記エンコーダ
に設け、ステッピングモータの回転によりスリットをフ
ォトインターラプタで検出して得た回転位置と、別にス
テッピングモータを駆動するパルスを計数して得た回転
位置との整合をとるステッピングモータの回転位置制御
方法において、エンコーダのスリットの数及びフォトイ
ンターラプタの数を増すことなく、ステッピングモータ
の回転位置の検出分解能を高めること、フォトインター
ラプタの出力の立下りと立上りのエッジの乱れの影響を
防ぐことを課題とする。 【解決手段】 エンコーダのスリットをフォトインター
ラプタで検出して得るステッピングモータの回転位置
を、フォトインターラプタの出力の立下り及び立上りの
双方の情報から得るようにし、またステッピングモータ
の停止位置が、フォトインターラプタがスリットを検出
していない位置になるようにした回転位置制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ソフトウエアによ
って制御されるステッピングモータを用いた装置、例え
ば自動組立機等の装置に用いられるステッピングモータ
の制御部で、ステッピングモータの回転位置を検出する
ために、該ステッピングモータの回転軸に円板状のエン
コーダを取付け、該回転軸の同心円上に等間隔のスリッ
トを上記エンコーダに設け、ステッピングモータの回転
に伴なってエンコーダのスリットをフォトインターラプ
タで検出して得たステッピングモータの回転位置情報を
用いて、別に当該ステッピングモータを駆動するパルス
を計数して得た回転位置情報との整合をとり、ステッピ
ングモータの回転位置を確認するステッピングモータの
回転位置制御方法において、ステッピングモータの回転
位置の検出分解能を高めることが可能なステッピングモ
ータの回転位置制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータは駆動パルスの数に
よってその回転位置を自由に制御できるが、その特性
上、駆動時にステッピングモータに加わる負荷条件ある
いは駆動パルスの条件等によって、駆動パルスの数と回
転位置の関係に不一致を生ずる場合があり、駆動パルス
の数を計数することのみによりその回転位置を求める
と、誤差を生ずることになる。

【０００３】図５は従来のステッピングモータの回転位
置制御関係要部のブロック図、図６は図５におけるステ
ッピングモータの制御パルスのタイミング関係を説明す
る図である。

【０００４】図５において、１はステッピングモータ、
２１は中央処理部、２２は出力ポート、２３はステッピ
ングモータドライブ回路、２４はエンコーダ出力検出
部、２５は入力ポートである。

【０００５】図５及び図６を用いて従来の技術によるス
テッピングモータの回転位置の制御方法を説明する。

【０００６】図５において、図示していない外部からの
起動信号により中央処理部２１から出力ポート２２を介
して駆動パルスを出力し、該駆動パルスを受信したステ
ッピングモータドライブ回路２３は該駆動パルスをステ
ッピングモータ１を駆動するに適したパルスに電力増幅
してステッピングモータ１に供給し、ステッピングモー
タ１は該パルスを受けて回転すると、ステッピングモー
タ１の回転軸２（図１）に取付けたエンコーダ３（図
１）が回転し、該エンコーダ３の回転に伴ってエンコー
ダ３の有するスリット４（図１）がフォトインターラプ
タ５（図１）の間を通るたびにエンコーダ出力検出部２
４からパルスを出力する。その波形を図６のエンコーダ
出力検出部出力波形に示す。

【０００７】エンコーダ出力検出部２４からの出力パル
スは入力ポート２５に送付され、入力ポート２５は該出
力パルスを受信して該出力パルスの立下りを検出して該
立下り信号を中央処理部２１へ送付する。該立下り信号
のタイミングを図６の入力ポート出力（以下、第１のパ
ルスという）タイミングに示す。中央処理部２１は該第
１のパルスを受信してこれをカウントし、該カウント数
から求めた回転位置情報と、別にステッピングモータ１
を駆動するパルス（以下、第３のパルスという）を計数
して得た回転位置情報とを下記の方法で整合をとる。

【０００８】即ち、ステッピングモータの回転に伴なっ
て、フォトインターラプタがエンコーダに設けたスリッ
トを検出して得た第１のパルスの数と、ステッピングモ
ータを駆動する第３のパルスの数とは一定の関係を有
し、第１のパルスにある定まった計算を行えば、第３の
パルスのカウント数との整合が得られるので、第１のパ
ルスを検出するたびに、第１のパルスの数と第３のパル
スの数との整合をとる。

【０００９】上記のように、第１のパルスの数と第３の
パルスの数との整合がとれている場合は、ステッピング
モータは正常に回転していると判断し、正常な制御を行
い、第３のパルスの数から回転位置情報が所定の回転位
置に達すると同時に出力ポート２２からの駆動パルスを
停止してステッピングモータを停止するように制御す
る。

【００１０】第１のパルスの数と第３のパルスの数との
整合がとれない場合は、ステッピングモータの駆動に誤
差が生じたと判断して、ステッピングモータを一旦停止
させた後原点に戻し、改めて再駆動を行う。

【００１１】従ってエンコーダに設けられたスリットの
数によりその回転位置の検出分解能が決まるので、従来
の技術によって回転位置の検出分解能を高めるために
は、エンコーダのスリットの数を増す必要がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ステッピングモータの回転位置制御方法を用いて回転位
置の確認を行って、ステッピングモータの回転位置の検
出分解能を高めることが要求される場合は、エンコーダ
のスリットの数を増す必要があり、そのためにスリット
の幅と間隔を狭くすることになり、構造上及び経済的に
限界を生ずるという問題がある。またフォトインターラ
プタの数を増加する方法もあるが、フォトインターラプ
タ及びその関係する回路が増加して経済的ではない。

【００１３】さらにステッピングモータが駆動されて回
転を開始する際及び回転を停止する際に、フォトインタ
ーラプタがスリットを検出した出力の立下りと立上りの
エッジは、ステッピングモータの特性から駆動時及び停
止時の振動によって乱れ、スリットの検出が不安定とな
ることがあり、フォトインターラプタがエンコーダのス
リットを検出する位置の近傍にステッピングモータが停
止した場合は、ステッピングモータの回転位置制御が不
安定になることがあるという問題がある。

【００１４】上記のような問題を解決するため本発明
は、エンコーダのスリットの数及びフォトインターラプ
タの数を増すことなく、ステッピングモータの回転位置
の検出分解能を高めることを第１の目的とし、ステッピ
ングモータの駆動時のフォトインターラプタの出力の立
下りと立上りのエッジの乱れの影響を防ぐことを第２の
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１では、ソフトウエアによって制御さ
れるステッピングモータを用いた装置の制御部で、ステ
ッピングモータの回転位置を検出するために、該ステッ
ピングモータの回転軸に円板状のエンコーダを取付け、
該回転軸の同心円上に等間隔のスリットを上記エンコー
ダに設け、ステッピングモータの回転に伴なってエンコ
ーダのスリットをフォトインターラプタで検出して得た
ステッピングモータの回転位置情報を用いて、別に当該
ステッピングモータを駆動するパルスを計数して得た回
転位置情報との整合をとり、ステッピングモータの回転
位置を確認するステッピングモータの回転位置制御方法
において、上記ステッピングモータの回転に伴なって、
エンコーダのスリットをフォトインターラプタで検出し
て得るステッピングモータの回転位置情報を、上記フォ
トインターラプタの出力の立下り及び立上りの双方の情
報から得るようにしたステッピングモータの回転位置制
御方法であることを特徴としている。

【００１６】上記第１及び第２の目的を達成するため
に、請求項２では、請求項１に記載のステッピングモー
タの回転位置制御方法において、該ステッピングモータ
を駆動した後の停止位置が、フォトインターラプタがス
リットを検出していない位置になるように制御するよう
にしたステッピングモータの回転位置制御方法であるこ
とを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１８】図１はステッピングモータの回転位置検出
関係要部の外観図、図２は本発明の実施の形態を示すス
テッピングモータの回転位置制御関係要部のブロック
図、図３は図２に示す波形整形回路２６の一例を示す回
路図、図４は図２におけるステッピングモータの制御パ
ルスのタイミング関係を説明する図である。

【００１９】図１において、１はステッピングモータ、
２はステッピングモータの回転軸、３はステッピングモ
ータの回転軸２に取付けた円板の周辺部に回転軸２と同
心円状で且等間隔にスリット４を設けたエンコーダ、４
はエンコーダ３に設けたスリット、５はスリット４を検
出するためエンコーダ３を挟み込む凹形状をなし、スリ
ット４を検出する度にパルスを出力するフォトインター
ラプタを示す。

【００２０】図２において、１はステッピングモータ、
２１乃至２５は図５に示す２１乃至２５と同様な機能を
有するブロック、２６は波形整形回路である。

【００２１】図３においてＩＣ１はインバータゲート、
ＩＣ２はＥＸＯＲ（エックスクルーシブオア）ゲート、
Ｒ１及びＲ２は抵抗、Ｃ１はコンデンサである。

【００２２】本発明の実施の形態について、図１、図
２、図３及び図４を用いて説明する。

【００２３】図２において、図示していない外部からの
起動信号により中央処理部２１から出力ポート２２を介
して駆動パルスを出力してから、エンコーダ３（図１）
の回転に伴って、該エンコーダ３の有するスリット４
（図１）がフォトインターラプタ５（図１）の間を通る
たびにエンコーダ出力検出部２４からパルスを出力する
ところまでは上記従来の技術と同様なので説明を省略す
る。

【００２４】エンコーダ出力検出部２４からの出力は波
形整形回路２６へ送付される。該出力波形を図４のエン
コーダ出力検出部出力波形に示す（図６のエンコーダ出
力検出部出力波形と同様である）。

【００２５】波形整形回路２６の動作を、該波形整形回
路２６の実施の形態である図３を用いて説明する。上記
エンコーダ出力検出部出力波形を受信すると、図３の入
力端子に該出力波形が加えられ、一部はそのままＥＸＯ
Ｒ回路であるＩＣ２の一方の端子に与えられ、他の一部
は抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ１からなる積分
回路を経て積分波形としてインバータ回路であるＩＣ１
に加えられて、その波形がＩＣ１で反転されてＩＣ２の
他の一方の端子に与えられ、ＩＣ２ではそのエクスクル
ーシブオア機能により、入力端子に加えられるパルスが
変化する度に抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ１か
らなる積分回路の時定数で決まるパルス幅を有するパル
スが出力端子に出力される。

【００２６】該出力端子に出力されるパルスを図４の波
形整形回路出力波形に示す。即ち該波形整形回路出力波
形はエンコーダ出力検出部出力波形の２倍のパルス数と
なり、これが波形整形回路２６から出力される。

【００２７】該波形整形回路２６からの出力パルスは入
力ポート２５に送付され、入力ポート２５は該出力パル
スを受信して該出力パルスの立下りを検出して該立下り
信号を中央処理部２１へ送付する。該立下り信号のタイ
ミングを図４の入力ポート出力（以下、第２のパルスと
いう）タイミングに示す。

【００２８】中央処理部２１は該第２のパルスを受信し
てこれをカウントし、該カウント数から求めた回転位置
情報と、第３のパルス（ステッピングモータを駆動する
パルス）を計数して得た回転位置情報との整合をとり、
整合がとれればステッピングモータ１は正常に駆動され
たとして所定の回転位置に達すると、中央処理部２１で
は入力ポート２５からの立下り信号を受信した後、第３
のパルスを一定数計数して、フォトインターラプタ５が
隣接するスリット４相互の中央まで回転した位置になる
ときに、出力ポート２２からの第３のパルスを停止して
ステッピングモータ１を停止するように制御する。

【００２９】第２のパルスの数と第３のパルスの数との
整合をとったとき、整合がとれない場合は、ステッピン
グモータ１の駆動に誤差が生じたと判断して、ステッピ
ングモータ１を一旦停止させた後原点に戻し、改めて再
駆動を行う。上記、再駆動の後、連続して第２のパルス
の数と第３のパルスの数との整合がとれない場合は、制
御装置そのものの異常と判断して、ステッピングモータ
１を停止し、アラームを発生させる等の制御を行う。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ステッピングモータの回転位置制御方法によれば、入力
ポート出力タイミングは同一のスリット数に対して倍加
され、従ってその回転位置の検出分解能は倍となり、ス
テッピングモータの回転位置制御の精度を高めることが
出来る。

【００３１】またフォトインターラプタ４が常にスリッ
トとスリットの間になるようにステッピングモータが停
止するので、ステッピングモータの駆動時におけるエン
コーダ出力検知部の出力波形の立下りと立上りのエッジ
の乱れの影響を受けないようにして、ステッピングモー
タの回転位置制御を安定させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステッピングモータの回転位置検出関係要部の
外観図。

【図２】本発明の実施の形態を示すステッピングモータ
の回転位置制御関係要部のブロック図。

【図３】図２に示す波形整形回路の一例を示す回路図。

【図４】図２におけるステッピングモータの制御パルス
のタイミング関係を説明する図。

【図５】従来のステッピングモータの回転位置制御関係
要部のブロック図。

【図６】図５におけるステッピングモータの制御パルス
のタイミング関係を説明する図。

【符号の説明】

１…ステッピングモータ ２…回転軸 ３…エンコーダ ４…スリット ５…フォトインターラプタ ２１…中央処理部 ２２…出力ポート ２３…ステッピングモータドライブ回路 ２４…エンコーダ出力検出部 ２５…入力ポート ２６…波形整形回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソフトウエアによって制御されるステッ
   ピングモータを用いた装置の制御部で、ステッピングモ
   ータの回転位置を検出するために、該ステッピングモー
   タの回転軸に円板状のエンコーダを取付け、該回転軸の
   同心円上に等間隔のスリットを上記エンコーダに設け、
   ステッピングモータの回転に伴なってエンコーダのスリ
   ットをフォトインターラプタで検出して得たステッピン
   グモータの回転位置情報を用いて、別に当該ステッピン
   グモータを駆動するパルスを計数して得た回転位置情報
   との整合をとり、ステッピングモータの回転位置を確認
   するステッピングモータの回転位置制御方法において、
   上記ステッピングモータの回転に伴なって、エンコーダ
   のスリットをフォトインターラプタで検出して得るステ
   ッピングモータの回転位置情報を、上記フォトインター
   ラプタの出力の立下り及び立上りの双方の情報から得る
   ようにしたことを特徴とするステッピングモータの回転
   位置制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のステッピングモータの
   回転位置制御方法において、該ステッピングモータを駆
   動した後の停止位置が、フォトインターラプタがスリッ
   トを検出していない位置になるように制御することを特
   徴とするステッピングモータの回転位置制御方法。