JP2005156496A - Speed detector - Google Patents

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敏昭 塩谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent noise generation, resulting from quantization errors, without causing lowering of responsiveness during speed control of a servomotor. <P>SOLUTION: The speed detector has a rotating substrate 27 fixed to the rotating shaft of a servomotor, on which two acceleration sensors 21 and 22 are arranged to detect acceleration in the circumferential direction. The acceleration sensors 21 and 22 are placed point symmetrically with respect to the center of turning substrate 27. Both the acceleration sensors 21 and 22 have a piezoelectric member 28, which output positive signals, when the rotating substrate 27 rotates in the CW direction. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、サーボモータの速度制御に用いられる速度検出装置に関する。   The present invention relates to a speed detection device used for speed control of a servo motor.

サーボモータは、速度や、回転方向を頻繁に変更するような高い応答性が要求される場合の駆動源として広く使用されている。このようなサーボモータの制御方法としては、サーボモータの回転軸の速度をフィードバック制御することが知られている。サーボモータを速度で制御する際には、コントローラで作成した速度指令値をドライバに入力してサーボモータを回転させ、このときのロータの回転速度をエンコーダで検出してコントローラにフィードバックしている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−6961号公報
Servo motors are widely used as drive sources when high responsiveness such as frequent changes in speed and rotation direction is required. As a control method of such a servo motor, it is known to feedback control the speed of the rotation shaft of the servo motor. When controlling the servo motor at speed, the speed command value created by the controller is input to the driver to rotate the servo motor, and the rotation speed of the rotor at this time is detected by the encoder and fed back to the controller ( For example, see Patent Document 1).
JP 2002-6961 A

しかしながら、サーボモータの回転速度の検出にエンコーダを用いると、エンコーダから出力されるアナログ信号をデジタル処理する際に、量子化に伴う誤差によってパルス状のノイズが発生することがあり、サーボモータの騒音の一因となっていた。
エンコーダの量子化誤差を防止する手段としては、エンコーダの分解能を高くすることがあげられるが、高分解能を有するエンコーダは高価である。また、エンコーダの量子化誤差を防止するために、速度制御の周期を長くすると、サーボモータの応答性能が低下してしまう。
この発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、サーボモータの速度制御を行うに際し、応答性を低下させることなく、量子化誤差に基づく騒音の発生を防止することを目的とする。
However, if an encoder is used to detect the rotation speed of a servo motor, pulse-like noise may occur due to an error accompanying quantization when the analog signal output from the encoder is digitally processed. It was one of the causes.
As a means for preventing the quantization error of the encoder, it is possible to increase the resolution of the encoder, but an encoder having a high resolution is expensive. Also, if the speed control cycle is lengthened in order to prevent quantization errors of the encoder, the response performance of the servo motor is degraded.
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to prevent the generation of noise based on a quantization error without reducing the response when performing speed control of a servo motor. .

上記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、サーボモータの回転軸に取り付けられた基板と、前記基板の回転方向に沿って振り分けて配置され、前記回転軸の回転速度を検出するために用いられる加速度センサと、前記加速度センサで検出した加速度から前記回転軸の速度を演算する演算回路とを有することを特徴とする速度検出装置とした。
この速度検出装置によれば、サーボモータの回転軸に取り付けられた基板に加速度センサを配置しているので、回転軸を回転させると、これに起因して発生する加速度を検出することができる。この加速度を演算回路で、例えば積分処理などすると回転軸の速度が得られる。
The invention according to claim 1 of the present invention for solving the above-mentioned problems is arranged such that the substrate attached to the rotation shaft of the servo motor and the substrate are distributed along the rotation direction of the substrate, and the rotation speed of the rotation shaft is detected. The speed detection device includes an acceleration sensor used to perform the calculation and a calculation circuit that calculates the speed of the rotation axis from the acceleration detected by the acceleration sensor.
According to this speed detection apparatus, since the acceleration sensor is arranged on the substrate attached to the rotation shaft of the servo motor, when the rotation shaft is rotated, the acceleration generated due to this can be detected. If this acceleration is calculated by an arithmetic circuit, for example, an integration process, the speed of the rotation axis can be obtained.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の速度検出装置において、前記加速度センサは、前記基板の回転方向の加速度を検出する圧電素子であり、前記演算回路が積分回路を含むことを特徴とする。
この速度検出装置によれば、基板が回転すると、圧電素子が回転方向と反対側に変形するので、基板の加速度を圧電素子の変形量から求めることができる。そして、得られた加速度を積分回路で積分すると基板(回転軸)の速度が得られる。
According to a second aspect of the present invention, in the speed detection device according to the first aspect, the acceleration sensor is a piezoelectric element that detects an acceleration in the rotation direction of the substrate, and the arithmetic circuit includes an integration circuit. And
According to this speed detection device, when the substrate rotates, the piezoelectric element is deformed in the direction opposite to the rotation direction, so that the acceleration of the substrate can be obtained from the deformation amount of the piezoelectric element. Then, when the obtained acceleration is integrated by an integration circuit, the speed of the substrate (rotating axis) can be obtained.

請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載の速度検出装置において、前記加速度センサは、前記基板の回転方向と直交する方向に作用する力を検出する圧電素子であり、前記演算回路は開平回路を含むことを特徴とする。
この速度検出装置によれば、基板が回転すると、圧電素子に遠心力が作用し、圧電素子が基板の外周側に変形するので、その変形量に基づいて所定の演算を行うことで基板の速度を求めることができる。
The invention according to claim 3 is the speed detection device according to claim 1 or 2, wherein the acceleration sensor is a piezoelectric element that detects a force acting in a direction orthogonal to a rotation direction of the substrate. The arithmetic circuit includes a square root circuit.
According to this speed detection device, when the substrate rotates, a centrifugal force acts on the piezoelectric element, and the piezoelectric element is deformed toward the outer peripheral side of the substrate. Therefore, by performing a predetermined calculation based on the deformation amount, the speed of the substrate Can be requested.

請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の速度検出装置において、前記加速度センサは、前記基板の回転中心に対して点対称な位置に配置されていることを特徴とする。
この速度検出装置によれば、基板の回転軸に対して点対称な位置に加速度センサが配置されているので、基板の回転に対しては同じ信号が出力されるが、基板が振動していた場合には、正負が逆転した信号が出力される。したがって、点対象な位置に配置された2つの加速度センサの信号を加算すると、基板の振動成分を除去することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the speed detection device according to any one of the first to third aspects, the acceleration sensor is disposed at a point-symmetrical position with respect to the rotation center of the substrate. It is characterized by that.
According to this speed detection device, since the acceleration sensor is arranged at a point-symmetrical position with respect to the rotation axis of the substrate, the same signal is output for the rotation of the substrate, but the substrate vibrates. In this case, a signal in which the sign is reversed is output. Therefore, when the signals of the two acceleration sensors arranged at the target positions are added, the vibration component of the substrate can be removed.

請求項5に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の速度検出装置において、前記基板に、周方向に沿って複数の光反射部を設け、前記サーボモータの筐体側に、前記光反射部に光を照射すると共に反射光を受光する光ピックアップを固定したことを特徴とする。
この速度検出装置によれば、サーボモータの回転軸と共に基板が回転したときに、光ピックアップの光路上を光反射部が通過する。基板の回転速度に応じて光反射部が光路上を通過する間隔が変化するので、反射光の受光周期を調べると、基板の回転速度を検出することができる。なお、光反射部と光ピックアップは、光反射型のエンコーダを構成する。このようなエンコーダは、例えば、加速度センサの情報を補償するために用いたり、基板の回転方向を検出するために用いたりする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the speed detection device according to any one of the first to third aspects, the substrate is provided with a plurality of light reflecting portions along a circumferential direction, and the housing of the servo motor is provided. An optical pickup for irradiating light to the light reflecting portion and receiving reflected light is fixed on the body side.
According to this speed detection device, when the substrate rotates together with the rotation shaft of the servo motor, the light reflecting portion passes on the optical path of the optical pickup. Since the interval at which the light reflecting portion passes on the optical path changes according to the rotation speed of the substrate, the rotation speed of the substrate can be detected by examining the light receiving period of the reflected light. The light reflecting portion and the optical pickup constitute a light reflecting encoder. Such an encoder is used, for example, to compensate information of an acceleration sensor or to detect the rotation direction of the substrate.

請求項6に係る発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の速度検出装置において、前記加速度センサの出力に基づく信号から低周波数成分を除去するハイパスフィルタと、前記回転軸の回転速度を検出するために用いられるエンコーダと、前記エンコーダの出力に基づく信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタ及び前記ハイパスフィルタを通過した信号を加算する加算器とを備えることを特徴とする。
この速度検出装置では、加速度センサの情報は低周波数成分をフィルタでカットし、カットした部分の情報をエンコーダから取得する情報で補償する。加速度を積分して速度を算出する場合に、誤差が発生しやすい低周波数成分をカットすることで、サーボモータの速度を正確に検出することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the speed detection device according to any one of the first to fourth aspects, a high-pass filter that removes a low-frequency component from a signal based on an output of the acceleration sensor, and the rotating shaft An encoder used to detect the rotational speed of the encoder, a low-pass filter that removes high-frequency components from a signal based on the output of the encoder, and an adder that adds the low-pass filter and the signal that has passed through the high-pass filter. It is characterized by.
In this speed detection device, the acceleration sensor information is compensated by the information obtained by cutting the low frequency component with a filter and the cut portion information from the encoder. When calculating the speed by integrating the acceleration, it is possible to accurately detect the speed of the servo motor by cutting a low frequency component that is likely to cause an error.

請求項1に記載した発明によれば、サーボモータの回転軸に基板を取り付け、この基板の回転方向に沿って加速度センサを振り分けて配置したので、簡単な構成で確実に回転軸の速度を検出することができる。このようにして得られる速度の情報は加速度を、例えば積分するなどすると得られるので、従来のような微分誤差(量子化誤差)は有しない。したがって、微分誤差に基づく騒音の発生を防止するができる。また、このような速度検出装置では、速度制御の周期を短くすることができるので、応答性を向上させることができる。
請求項2に記載した発明によれば、基板の回転方向の加速度を検出する圧電素子を用いることにより、基板の加速度を簡単に求めることができる。このため、速度制御の周期を短くすることができるので、応答性をさらに向上させることができる。
請求項3に記載した発明によれば、圧電素子を基板の回転方向と直交する方向に変形させて、遠心力を測定し、ここから回転軸の速度を演算するようにしたので、積分誤差に基づく騒音の発生を防止するができる。
請求項4に記載した発明によれば、基板の回転中心に対して点対称に配置したので、回転軸が振動した場合に、そのような振動に起因する信号が加速度センサの出力に重畳されていても簡単に除去することができるので、回転軸の速度を正確に検出することができる。
請求項5に記載した発明によれば、加速度センサを用いた速度検出と、エンコーダを用いた速度検出を併用する際に、加速度センサの配置に用いる基板を、エンコーダの光を反射する部分を配置する部材として併用するので、部品点数を少なくすることができる。したがって、速度検出装置を安価に製造できる。また、部品を共用することで速度検出装置をコンパクトにすることができる。
請求項6に記載した発明によれば、ハイパスフィルタで加速度センサの情報のうち低周波数成分をカットし、これにより不足する情報をエンコーダからの情報で補償するようにしたので、回転軸の速度を正確に検出することができる。なお、エンコーダからの情報はローパスフィルタで高周波数成分をカットするので、微分誤差による影響は生じない。
According to the first aspect of the present invention, the substrate is attached to the rotation shaft of the servo motor, and the acceleration sensors are distributed and arranged along the rotation direction of the substrate, so that the speed of the rotation shaft can be reliably detected with a simple configuration. can do. Since the speed information obtained in this way is obtained by integrating the acceleration, for example, it does not have a conventional differential error (quantization error). Therefore, the generation of noise based on the differential error can be prevented. Further, in such a speed detection device, the speed control cycle can be shortened, so that responsiveness can be improved.
According to the second aspect of the present invention, the acceleration of the substrate can be easily obtained by using the piezoelectric element that detects the acceleration in the rotation direction of the substrate. For this reason, since the cycle of speed control can be shortened, responsiveness can be further improved.
According to the third aspect of the present invention, the piezoelectric element is deformed in the direction orthogonal to the rotation direction of the substrate, the centrifugal force is measured, and the speed of the rotation shaft is calculated therefrom. The generation of noise can be prevented.
According to the invention described in claim 4, since it is arranged point-symmetrically with respect to the rotation center of the substrate, when the rotation shaft vibrates, a signal resulting from such vibration is superimposed on the output of the acceleration sensor. However, since it can be easily removed, the speed of the rotating shaft can be accurately detected.
According to the fifth aspect of the present invention, when the speed detection using the acceleration sensor and the speed detection using the encoder are used in combination, the part that reflects the light of the encoder is arranged on the substrate used for the arrangement of the acceleration sensor. Since it is used as a member to be used, the number of parts can be reduced. Therefore, the speed detection device can be manufactured at low cost. Moreover, the speed detection device can be made compact by sharing the parts.
According to the sixth aspect of the invention, the low-frequency component of the acceleration sensor information is cut by the high-pass filter, and thus the insufficient information is compensated by the information from the encoder. It can be detected accurately. The information from the encoder is not affected by the differential error because the high frequency component is cut by the low pass filter.

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図1を用いてサーボモータシステムを説明する。
サーボモータシステム1は、外部の機器で作成された速度指令信号から実測した速度の信号(速度フィードバック信号)を減じる減算器2を有している。減算器2の出力は、速度コントローラ3の入力に接続されている。速度コントローラ3は、速度の偏差に応じてサーボモータ4を駆動させる電流指令値を演算する装置であり、その出力はドライバ5に接続されている。ドライバ5は、電流指令値に基づいてサーボモータ4を回転させるスイッチング素子などからなる駆動回路である。さらに、サーボモータ4には、後述する圧電加速度計を用いでサーボモータ4の回転速度を検出する第一速度検出装置6と、後述するエンコーダを用いてサーボモータ4の回転速度を検出する第二速度検出装置7とが連係させられている。第一速度検出装置6の出力は、ハイパスフィルタ8を介して加算器9に接続されている。また、第二速度検出装置7の出力は、ローパスフィルタ10を介して加算器9に接続されている。加算器9は、前記の速度フィードバック信号を作成するもので、その出力は前記した減算器2に接続されている。
The best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the servo motor system will be described with reference to FIG.
The servo motor system 1 has a subtracter 2 that subtracts an actually measured speed signal (speed feedback signal) from a speed command signal created by an external device. The output of the subtracter 2 is connected to the input of the speed controller 3. The speed controller 3 is a device that calculates a current command value for driving the servo motor 4 in accordance with the speed deviation, and its output is connected to the driver 5. The driver 5 is a drive circuit including a switching element that rotates the servo motor 4 based on a current command value. Further, the servo motor 4 includes a first speed detection device 6 that detects the rotational speed of the servo motor 4 using a piezoelectric accelerometer described later, and a second speed detector that detects the rotational speed of the servo motor 4 using an encoder described later. A speed detection device 7 is linked. The output of the first speed detection device 6 is connected to an adder 9 through a high pass filter 8. The output of the second speed detection device 7 is connected to the adder 9 via the low-pass filter 10. The adder 9 creates the speed feedback signal, and its output is connected to the subtractor 2 described above.

さらに、図2に第一速度検出装置6の構成を示す。
図2に示すように、第一速度検出装置6は、2つの加速度センサ21,22を有し、その各々がセンサアンプ23,24に接続されている。センサアンプ23,24の出力は、加算器25に接続されており、加算された信号が演算回路である積分回路26に入力されるようになっている。積分回路26の出力は、図1に示すローパスフィルタ8に接続されている。
Further, FIG. 2 shows a configuration of the first speed detection device 6.
As shown in FIG. 2, the first speed detection device 6 includes two acceleration sensors 21 and 22, each of which is connected to sensor amplifiers 23 and 24. The outputs of the sensor amplifiers 23 and 24 are connected to an adder 25, and the added signal is input to an integration circuit 26 which is an arithmetic circuit. The output of the integrating circuit 26 is connected to the low pass filter 8 shown in FIG.

次に、第一速度検出装置の具体的な構成について、図3及び図4を参照して説明する。
第一速度検出装置6は、加速度センサ21,22が実装された回転基板27を有している。回転基板27は、サーボモータ4の回転軸41の他端部に固定されている。なお、サーボモータ4の回転軸41の一端は不図示の負荷に連係させられている。
Next, a specific configuration of the first speed detection device will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
The first speed detection device 6 has a rotating substrate 27 on which acceleration sensors 21 and 22 are mounted. The rotating substrate 27 is fixed to the other end of the rotating shaft 41 of the servo motor 4. Note that one end of the rotating shaft 41 of the servo motor 4 is linked to a load (not shown).

図3に示すように、回転基板27には、周方向に沿って2つの加速度センサ21,22が、回転基板27の中心(回転軸)に対して180度位相がずれた位置に取り付けられている。この加速度センサ21,22は、加速度の大きさに応じて変形して電圧を生じる圧電部材28を有し、圧電部材28の両端に電圧を電気信号として取り出す電極29,30を備えている。電極30は、圧電部材28に密着する長側面を持ち、回転基板27の周方向に沿って、かつ回転基板27の半径方向と直交するように配置されている。また、電極29は、回転基板27の外縁側に電極30と平行に配置されている。なお、電極29,30は、銀ペーストや、半田で回転基板27に取り付けられている。   As shown in FIG. 3, two acceleration sensors 21 and 22 are attached to the rotary substrate 27 at positions that are 180 degrees out of phase with respect to the center (rotary axis) of the rotary substrate 27 along the circumferential direction. Yes. The acceleration sensors 21 and 22 include a piezoelectric member 28 that generates a voltage by being deformed according to the magnitude of acceleration, and electrodes 29 and 30 that extract the voltage as an electrical signal at both ends of the piezoelectric member 28. The electrode 30 has a long side that is in close contact with the piezoelectric member 28, and is disposed along the circumferential direction of the rotating substrate 27 and perpendicular to the radial direction of the rotating substrate 27. Further, the electrode 29 is disposed in parallel with the electrode 30 on the outer edge side of the rotating substrate 27. The electrodes 29 and 30 are attached to the rotating substrate 27 with silver paste or solder.

圧電部材28は、前記のように配置された電極29,30に端部が固定されており、主に回転基板の回転方向に沿って変形することができる。この実施の形態では、加速度センサ21は、矢印Aに示す方向に圧電部材28が変形したときに、加速度として正の値を出力するように構成されている。また、加速度センサ22は、矢印Bに示す方向に圧電部材28が変形したときに、加速度として正の値を出力するように構成されている。つまり、加速度センサ21,22は回転基板27の中心に対して線対称に配置されており、回転基板27が時計回り(CW)に回転すると、加速度センサ21及び加速度センサ22は共に正の信号を出力し、反時計回り(CCW)に回転すると、共に負の信号を出力する。
また、図3に模式的に示すように、回転基板27には、加速度センサ21,22の電気信号を増幅するセンサアンプ23,24や、加算器25、積分回路26が実装されている。これらの構成要素は、軽量ではあるが、回転時のバランスを考慮して回転基板27の中心に対して対称に配置されることが好ましい。
なお、加速度センサ21,22、センサアンプ23,24、加算器25及び積分回路26は、回転基板27においてサーボモータ4に向かう面に実装されている。
The ends of the piezoelectric member 28 are fixed to the electrodes 29 and 30 arranged as described above, and can be deformed mainly along the rotation direction of the rotating substrate. In this embodiment, the acceleration sensor 21 is configured to output a positive value as the acceleration when the piezoelectric member 28 is deformed in the direction indicated by the arrow A. The acceleration sensor 22 is configured to output a positive value as the acceleration when the piezoelectric member 28 is deformed in the direction indicated by the arrow B. That is, the acceleration sensors 21 and 22 are arranged symmetrically with respect to the center of the rotating board 27, and when the rotating board 27 rotates clockwise (CW), both the acceleration sensor 21 and the acceleration sensor 22 output positive signals. When output and rotate counterclockwise (CCW), both output negative signals.
Further, as schematically shown in FIG. 3, sensor amplifiers 23 and 24 that amplify electric signals of the acceleration sensors 21 and 22, an adder 25, and an integration circuit 26 are mounted on the rotating substrate 27. These components are lightweight, but are preferably arranged symmetrically with respect to the center of the rotating substrate 27 in consideration of the balance during rotation.
The acceleration sensors 21 and 22, the sensor amplifiers 23 and 24, the adder 25, and the integration circuit 26 are mounted on the surface of the rotary substrate 27 that faces the servo motor 4.

一方、図3に示すように、回転基板27において加速度センサ21,22などが実装されている面と反対側の面の中央には、積分回路26から出力される速度信号を外部に取り出すために用いられる発光素子31が取り付けられている。発光素子31に対向する位置には、受光素子32が設けられている。この受光素子32は、回転基板27よりも外側に設けられた固定部材33に取り付けられている。この固定部材33は、サーボモータ4の筐体4aに固定されたカバー34に固定されている。
さらに、発光素子31の周囲には、環状溝を有するトランスコア42が取り付けられている。また、受光素子32と周囲には、トランスコア43が取り付けられている。これらトランスコア42,43は、磁性体から構成されている。環状溝は、互いに対向するように設けられており、その各々にコイル35,36が内装されている。回転基板27側の二次側コイル35は、トランスコア42の環状溝内に配置されており、センサアンプ23,24、加算器25、積分回路26、発光素子31などに接続されている。また、固定部材33側の一次側コイル36は、トランスコア43の環状溝内に配置されており、不図示の電源に接続されている。したがって、一次側コイル36に通電することで、電磁誘導により、磁路が形成され、二次側コイル35を介してセンサアンプ23などに電力が供給されるようになっている。
On the other hand, as shown in FIG. 3, in the center of the surface opposite to the surface on which the acceleration sensors 21 and 22 are mounted on the rotary substrate 27, the speed signal output from the integrating circuit 26 is taken out to the outside. A light emitting element 31 to be used is attached. A light receiving element 32 is provided at a position facing the light emitting element 31. The light receiving element 32 is attached to a fixing member 33 provided outside the rotating substrate 27. The fixing member 33 is fixed to a cover 34 fixed to the housing 4 a of the servo motor 4.
Further, a transformer core 42 having an annular groove is attached around the light emitting element 31. A transformer core 43 is attached around the light receiving element 32. These transformer cores 42 and 43 are made of a magnetic material. The annular grooves are provided so as to face each other, and coils 35 and 36 are provided in each of the annular grooves. The secondary coil 35 on the rotary substrate 27 side is disposed in the annular groove of the transformer core 42 and is connected to the sensor amplifiers 23 and 24, the adder 25, the integrating circuit 26, the light emitting element 31, and the like. The primary coil 36 on the fixing member 33 side is disposed in the annular groove of the transformer core 43 and is connected to a power source (not shown). Therefore, when the primary side coil 36 is energized, a magnetic path is formed by electromagnetic induction, and power is supplied to the sensor amplifier 23 and the like via the secondary side coil 35.

また、第二速度検出装置7は、回転基板27よりもサーボモータ4の筐体側に配置されたエンコーダ37と、エンコーダ37に接続された不図示の電気回路とから構成されている。このエンコーダ37は、磁気又は光を利用して回転軸の回転を検出するロータリエンコーダである。なお、図3には、透過型の光学式ロータリエンコーダの構成例が示してある。すなわち、エンコーダ37は、回転軸41に固定されたディスク38の周方向に沿って略等間隔にスリット(不図示)を有し、このスリットを挟むように、発光素子39と受光素子40とがカバー34側に固定された構成を有している。   The second speed detection device 7 includes an encoder 37 disposed on the housing side of the servo motor 4 with respect to the rotating substrate 27, and an electric circuit (not shown) connected to the encoder 37. The encoder 37 is a rotary encoder that detects the rotation of the rotary shaft using magnetism or light. FIG. 3 shows a configuration example of a transmissive optical rotary encoder. That is, the encoder 37 has slits (not shown) at substantially equal intervals along the circumferential direction of the disk 38 fixed to the rotating shaft 41, and the light emitting element 39 and the light receiving element 40 are sandwiched between the slits. It has the structure fixed to the cover 34 side.

次に、このサーボモータシステム1におけるサーボモータ4の回転制御について説明する。なお、回転基板27に実装された回路には、コイル35,36を通じて安定して電力が供給されているものとする。
図1に示す速度コントローラ3などによりサーボモータ4が回転を開始すると、図3に示すような回転軸41が回転し、これに伴って回転基板27が回転する。例えば、回転基板27が時計回り(CW)に回転し始めると、加速度センサ21の圧電部材28は、回転方向と反対向きに変形して、電極29,30間に変形量に応じた大きさの正の電圧が発生する。加速度センサ21に接続されているセンサアンプ23は、この電圧を増幅し、加速度信号として取り出す。同様に、加速度センサ21から180度だけ位相がずれた位置にある加速度センサ22にも加速度の大きさに応じた正の電圧が発生するので、センサアンプ24で増幅して加速度信号を取り出す。
Next, rotation control of the servo motor 4 in the servo motor system 1 will be described. It is assumed that power is stably supplied to the circuit mounted on the rotating substrate 27 through the coils 35 and 36.
When the servo motor 4 starts to rotate by the speed controller 3 shown in FIG. 1 or the like, the rotating shaft 41 as shown in FIG. 3 rotates, and the rotating substrate 27 rotates accordingly. For example, when the rotary substrate 27 starts to rotate clockwise (CW), the piezoelectric member 28 of the acceleration sensor 21 is deformed in the direction opposite to the rotation direction, and the electrode 29 and 30 have a size corresponding to the deformation amount. A positive voltage is generated. A sensor amplifier 23 connected to the acceleration sensor 21 amplifies this voltage and takes it out as an acceleration signal. Similarly, since a positive voltage corresponding to the magnitude of acceleration is also generated in the acceleration sensor 22 at a position that is 180 degrees out of phase with the acceleration sensor 21, the acceleration signal is amplified by the sensor amplifier 24 and extracted.

各センサアンプ25,26から出力される加速度信号は、加算器25で加算された後に積分回路26に入力される。ここで、サーボモータ4の回転軸41が振動するなどして、回転基板27が矢印Xに示すような半径方向の振動することがある。このような場合には、加速度センサ21,22にも振動によって変形し、センサアンプ23,24から出力される加速度信号に振動に基づくノイズが含まれることがある。しかしながら、この実施の形態では、180度位相をずらした位置にある加速度センサ21,22による加速度信号を加算器25で加算することで、このようなノイズを除去している。つまり、例えば、ある時間間隔において、X方向に回転基板27が所定の加速度で移動しながら回転していた場合には、加速度センサ21は、検出方向と逆方向に回転基板27が移動しているので、X方向への移動分だけ減少した加速度信号が出力されることになる。これに対して、加速度センサ22は、検出方向と同じ方向に回転基板27が移動しているので、X方向への移動分だけ増加した加速度信号が出力されることになる。その結果、2つの加速度信号を加算すると、X方向への移動による加速度信号の増減がキャンセルされ、回転による加速度信号を2倍した電気信号が得られる。   The acceleration signals output from the sensor amplifiers 25 and 26 are added by the adder 25 and then input to the integration circuit 26. Here, the rotary substrate 27 may vibrate in the radial direction as indicated by an arrow X due to the vibration of the rotation shaft 41 of the servo motor 4. In such a case, the acceleration sensors 21 and 22 may also be deformed by vibration, and noise based on vibration may be included in the acceleration signals output from the sensor amplifiers 23 and 24. However, in this embodiment, such noise is removed by adding the acceleration signals from the acceleration sensors 21 and 22 at positions shifted by 180 degrees by the adder 25. That is, for example, when the rotating substrate 27 is rotating while moving at a predetermined acceleration in the X direction at a certain time interval, the acceleration sensor 21 is moving the rotating substrate 27 in the direction opposite to the detection direction. Therefore, an acceleration signal reduced by the amount of movement in the X direction is output. On the other hand, the acceleration sensor 22 outputs the acceleration signal increased by the amount of movement in the X direction because the rotary substrate 27 is moving in the same direction as the detection direction. As a result, when the two acceleration signals are added, the increase / decrease in the acceleration signal due to the movement in the X direction is canceled, and an electric signal obtained by doubling the rotation acceleration signal is obtained.

そして、加算器25で加算された加速度信号が積分回路26に入力され、積分回路26において速度信号が演算される。
このようにして第一速度検出装置6から出力される速度信号は、回転基板27の中央に固定部材33に向かって取り付けられている発光素子31に入力される。発光素子31は、速度信号のプロファイルに応じて発光し、対向配置されている受光素子32が発光に応じて電気信号を出力する。この電気信号は、第一速度検出装置6で検出した速度信号として、ハイパスフィルタ8(図1参照)に入力される。
ハイパスフィルタ8では、速度信号から低周波数成分が除去される。ハイパスフィルタ8を設けたのは、加速度から速度を積分する際の積分誤差が低周波数帯域に現れやすいため、このような積分誤差を排除してサーボモータ4の速度制御を高精度で行うためである。
The acceleration signal added by the adder 25 is input to the integration circuit 26, and the speed signal is calculated in the integration circuit 26.
The speed signal output from the first speed detection device 6 in this way is input to the light emitting element 31 attached to the center of the rotating substrate 27 toward the fixed member 33. The light emitting element 31 emits light according to the profile of the speed signal, and the light receiving element 32 arranged oppositely outputs an electric signal according to the light emission. This electrical signal is input to the high-pass filter 8 (see FIG. 1) as a speed signal detected by the first speed detector 6.
The high pass filter 8 removes low frequency components from the speed signal. The reason why the high-pass filter 8 is provided is that an integration error when integrating the speed from the acceleration is likely to appear in the low frequency band, so that such an integration error is eliminated and the speed control of the servo motor 4 is performed with high accuracy. is there.

一方、第二速度検出装置7では、サーボモータ4の回転軸41の回転に伴ってエンコーダ37からパルス信号が出力される。パルス信号は、例えば、回転軸41と共に回転するディスク38のスリットが発光素子39の光路上を通過する際に、受光素子40で受光する光の光量がゼロから最大値まで連続して変化するようなアナログの情報を量子化して得られる。   On the other hand, in the second speed detection device 7, a pulse signal is output from the encoder 37 as the rotation shaft 41 of the servo motor 4 rotates. As for the pulse signal, for example, when the slit of the disk 38 that rotates together with the rotating shaft 41 passes on the optical path of the light emitting element 39, the amount of light received by the light receiving element 40 continuously changes from zero to the maximum value. Quantized analog information can be obtained.

そして、エンコーダ37から出力されるパルス信号は、不図示の電気回路に入力され、速度信号に変換される。ここで、第二速度検出装置7において生成される速度信号は、ローパスフィルタ10で、高周波数成分が除去された後に加算器9に入力される。ローパスフィルタ10を設けたのは、量子化誤差によるノイズは、高周波数帯域に現れやすいので、このような量子化誤差を排除するためである。なお、第二速度検出装置7の速度信号は、第一速度検出装置6の速度信号を補償できれば十分であるので、ハイパスフィルタ8を補償するような特性を有するフィルタが用いられる。   The pulse signal output from the encoder 37 is input to an electric circuit (not shown) and converted into a speed signal. Here, the speed signal generated in the second speed detecting device 7 is input to the adder 9 after the high frequency component is removed by the low-pass filter 10. The reason why the low-pass filter 10 is provided is that noise due to the quantization error is likely to appear in a high frequency band, so that such a quantization error is eliminated. Since the speed signal of the second speed detection device 7 is sufficient if the speed signal of the first speed detection device 6 can be compensated, a filter having characteristics that compensate the high-pass filter 8 is used.

加算器9では、第一速度検出装置6で検出した速度信号と、第二速度検出装置7で検出した速度信号とが加算される。そして、加算した速度信号が、速度フィードバック信号になる。なお、前述したように、2つの検出信号は、各速度検出装置6,7にとって精度の高い信号を出力できる周波数領域の信号からなり、かつ加算器9により全ての周波数帯域の信号が補償されることになるので、速度フィードバック信号は、ノイズが少なく、サーボモータ4の回転速度を精度良く検出した信号である。   In the adder 9, the speed signal detected by the first speed detection device 6 and the speed signal detected by the second speed detection device 7 are added. The added speed signal becomes a speed feedback signal. As described above, the two detection signals are composed of frequency domain signals that can output signals with high accuracy for the respective speed detection devices 6 and 7, and signals in all frequency bands are compensated by the adder 9. Therefore, the speed feedback signal is a signal with less noise and accurately detecting the rotation speed of the servo motor 4.

そして、この速度フィードバック信号は、減算器2に入力されて速度指令信号との偏差の演算に用いられ、つまりサーボモータのサーボ制御にフィードバックされる。これにより、サーボモータ4の速度が指令された速度に速やかに到達するように制御される。   The speed feedback signal is input to the subtracter 2 and used for calculating a deviation from the speed command signal, that is, fed back to the servo control of the servo motor. Thereby, the speed of the servo motor 4 is controlled so as to quickly reach the commanded speed.

この実施の形態によれば、サーボモータ4の回転軸41の回転方向の加速度を検出する加速度センサ21,22を振り分けて配置し、サーボモータ4の速度を検出するようにしたので、量子化に伴う微分誤差のない速度信号を得ることができる。したがって、微分誤差により発生する騒音を防止することができる。また、騒音の発生が防止されることにより、サーボモータ4に通電する電流の比例ゲインを大きくすることができるので、サーボモータ4の応答性を向上させることができる。
また、加速度センサ21,22を圧電素子から構成したので、第一速度検出装置6を安価に作製できる。さらに、加速度センサ21,22を2つ配置し、その出力信号の和をとるようにしたので、1つの場合に比べて感度を2倍に向上させることができる。そして、加速度センサ21,22を、円周方向で同じ向きになるように、180度位相がずれた位置に配置し、かつ2つの出力信号の和をとるようにしたので、サーボモータ4が振動した場合でも、振動によるノイズを除去することができる。したがって、サーボモータ4の速度を高精度で検出することができる。
According to this embodiment, since the acceleration sensors 21 and 22 for detecting the acceleration in the rotation direction of the rotation shaft 41 of the servo motor 4 are arranged separately and the speed of the servo motor 4 is detected, quantization is performed. A speed signal without the accompanying differential error can be obtained. Therefore, noise generated by the differential error can be prevented. Further, since the generation of noise can be prevented, the proportional gain of the current supplied to the servo motor 4 can be increased, so that the response of the servo motor 4 can be improved.
Moreover, since the acceleration sensors 21 and 22 are composed of piezoelectric elements, the first speed detection device 6 can be manufactured at low cost. Furthermore, since two acceleration sensors 21 and 22 are arranged and the sum of their output signals is taken, the sensitivity can be improved by a factor of two compared to a single case. Since the acceleration sensors 21 and 22 are arranged at positions that are 180 degrees out of phase so that they are in the same direction in the circumferential direction and the sum of the two output signals is taken, the servo motor 4 vibrates. Even in this case, noise due to vibration can be removed. Therefore, the speed of the servo motor 4 can be detected with high accuracy.

さらに、サーボモータ4の速度を検出する装置として、エンコーダ37を含む第二速度検出装置7を併設し、低周波数領域の速度検出に第二速度検出装置7を用いるようにしたので、低い周波数から高い周波数まで精度良く速度信号を生成することができる。なお、第二速度検出装置7を設けず、第一速度検出装置6のみでサーボモータの速度を検出することも可能である。第一速度検出装置6は、高周波数領域において精度の良い速度信号が得られるので、サーボモータ4の応答性を向上させることができるからである。   Furthermore, since the second speed detection device 7 including the encoder 37 is provided as a device for detecting the speed of the servo motor 4 and the second speed detection device 7 is used for speed detection in the low frequency region, the low frequency is used. A speed signal can be generated with high accuracy up to a high frequency. It is possible to detect the speed of the servo motor only by the first speed detection device 6 without providing the second speed detection device 7. This is because the first speed detection device 6 can improve the responsiveness of the servo motor 4 because an accurate speed signal can be obtained in a high frequency region.

次に、本発明の第2の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第1の実施の形態と同一の構成要素には同じ符号を付している。また、第1の実施の形態と重複する説明は省略する。
この実施の形態は、加速度センサを回転基板27の径方向の加速度(遠心力)が検出できるように配置したことを特徴とする。
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Embodiment. Moreover, the description which overlaps with 1st Embodiment is abbreviate | omitted.
This embodiment is characterized in that the acceleration sensor is arranged so that the radial acceleration (centrifugal force) of the rotary substrate 27 can be detected.

図5に示すように、第一速度検出装置46は、2つの加速度センサ51,52を有し、そのそれぞれにセンサアンプ23,24が接続されている。さらに、センサアンプ23,24の出力は加算器25に接続されており、加算後の信号が演算回路である開平回路(平方根回路)53に入力されるようになっている。
さらに、図6に示すように、第一速度検出装置46は、サーボモータ4の回転軸41と共に回転する回転基板27を有し、この回転基板27に2つの加速度センサ51,52を実装している。加速度センサ51,52は、圧電部材28の両端に電極29,30を設けた構成を有しており、第1の実施の形態の向きから、反時計回り(CCW)に90度回転した姿勢で取り付けられている。つまり、圧電部材28は、回転基板27が回転したときに発生する遠心力の変化を検出に応じて変形し、電圧を発生するように配置されている。
As shown in FIG. 5, the first speed detection device 46 includes two acceleration sensors 51 and 52, to which sensor amplifiers 23 and 24 are connected, respectively. Further, the outputs of the sensor amplifiers 23 and 24 are connected to an adder 25, and the signal after the addition is input to a square root circuit (square root circuit) 53 which is an arithmetic circuit.
Further, as shown in FIG. 6, the first speed detection device 46 has a rotating board 27 that rotates together with the rotating shaft 41 of the servo motor 4, and two acceleration sensors 51 and 52 are mounted on the rotating board 27. Yes. The acceleration sensors 51 and 52 have a configuration in which the electrodes 29 and 30 are provided at both ends of the piezoelectric member 28, and are rotated 90 degrees counterclockwise (CCW) from the direction of the first embodiment. It is attached. That is, the piezoelectric member 28 is disposed so as to generate a voltage by deforming a change in centrifugal force generated when the rotating substrate 27 rotates according to detection.

加速度センサ51は、矢印Bに示すような半径方向外側に圧電部材28が変形したときに、加速度として正の値を出力するように構成されている。また、加速度センサ22は、矢印Dに示す方向に圧電部材28が変形したときに、加速度として正の値を出力するように構成されている。つまり、加速度センサ51,52は回転基板27の中心に対して線対称に配置されており、回転基板27が回転すると、加速度センサ51と加速度センサ52とで同じ符号の信号が出力されるようになっている。   The acceleration sensor 51 is configured to output a positive value as an acceleration when the piezoelectric member 28 is deformed radially outward as indicated by an arrow B. The acceleration sensor 22 is configured to output a positive value as the acceleration when the piezoelectric member 28 is deformed in the direction indicated by the arrow D. That is, the acceleration sensors 51 and 52 are arranged symmetrically with respect to the center of the rotating board 27 so that when the rotating board 27 rotates, the acceleration sensor 51 and the acceleration sensor 52 output signals having the same sign. It has become.

この第一速度検出装置46を用いてサーボモータ4の回転速度を検出する処理について説明する。
回転軸41と共に回転基板27が回転し始めると、加速度センサ51,52に遠心力が作用し、圧電部材28が回転基板27の半径方向外側に向かって変形する。そして、この遠心力の大きさに応じて電極29,30間に電圧が発生し、この電圧をセンサアンプ23,24で各々増幅して遠心力信号を得る。遠心力信号は、加算器25で加算され、振動成分が除去された後に、開平回路53に入力される。遠心力は周方向の速度の2乗に比例するので、開平回路53で遠心力から周方向の速度を演算する。そして、演算結果として得られた速度信号は、回転基板27側の発光素子31から固定部材33側の受光素子32に伝達され、ハイパスフィルタ8に入力される。
このようにして得られた第一速度検出装置46の速度信号を、第二速度検出装置7で同時に検出した速度信号で補償し、速度フィードバック信号を生成する。
Processing for detecting the rotation speed of the servo motor 4 using the first speed detection device 46 will be described.
When the rotating substrate 27 starts to rotate together with the rotating shaft 41, centrifugal force acts on the acceleration sensors 51 and 52, and the piezoelectric member 28 is deformed outward in the radial direction of the rotating substrate 27. A voltage is generated between the electrodes 29 and 30 in accordance with the magnitude of the centrifugal force, and this voltage is amplified by the sensor amplifiers 23 and 24, respectively, to obtain a centrifugal force signal. The centrifugal force signals are added by the adder 25, and after the vibration component is removed, the centrifugal force signals are input to the square root circuit 53. Since the centrifugal force is proportional to the square of the circumferential speed, the square root circuit 53 calculates the circumferential speed from the centrifugal force. The speed signal obtained as the calculation result is transmitted from the light emitting element 31 on the rotating substrate 27 side to the light receiving element 32 on the fixed member 33 side and input to the high pass filter 8.
The speed signal of the first speed detection device 46 thus obtained is compensated with the speed signal simultaneously detected by the second speed detection device 7 to generate a speed feedback signal.

ここで、サーボモータ4の回転軸41が振動するなどして、回転基板27が矢印Yに示すような半径方向の振動することがある。このような場合には、加速度センサ51,52にも振動によって変形し、センサアンプ23,24から出力される加速度信号に振動に基づくノイズが含まれることがある。しかしながら、この実施の形態では、180度位相をずらした位置にある加速度センサ51,52による加速度信号を加算器25で加算することで、このようなノイズを除去している。つまり、例えば、ある時間間隔において、Y方向に回転基板27が所定の加速度で移動しながら回転していた場合には、加速度センサ51には、遠心力と同じ方向の加速度が作用するので、平行移動の加速度分だけ増加した信号が出力されることになる。これに対して、加速度センサ52は、検出方向と反対の方向に回転基板27が移動しているので、Y方向への移動分だけ減少した加速度信号が出力されることになる。その結果、2つの加速度信号を加算すると、Y方向への移動による加速度信号の増減がキャンセルされ、遠心力による信号を2倍した電気信号が得られる。   Here, the rotating substrate 27 may vibrate in the radial direction as indicated by an arrow Y, for example, due to the rotating shaft 41 of the servo motor 4 vibrating. In such a case, the acceleration sensors 51 and 52 may also be deformed by vibration, and noise based on vibration may be included in the acceleration signals output from the sensor amplifiers 23 and 24. However, in this embodiment, such noise is removed by adding the acceleration signals from the acceleration sensors 51 and 52 at the positions shifted by 180 degrees by the adder 25. That is, for example, when the rotary substrate 27 is rotating while moving at a predetermined acceleration in the Y direction at a certain time interval, the acceleration sensor 51 is subjected to acceleration in the same direction as the centrifugal force, and thus parallel. A signal increased by the movement acceleration is output. On the other hand, the acceleration sensor 52 outputs the acceleration signal reduced by the amount of movement in the Y direction because the rotary substrate 27 is moving in the direction opposite to the detection direction. As a result, when the two acceleration signals are added, the increase / decrease in the acceleration signal due to the movement in the Y direction is canceled, and an electric signal obtained by doubling the signal due to the centrifugal force is obtained.

この実施の形態によれば、前述の第1の実施の形態と同様に、量子化に伴う微分誤差のない速度信号を得ることができ、騒音を防止することができる。また、サーボモータ4の応答性を向上させることができる。
さらに、2つの加速度センサ51,52を配置したので、感度を2倍に向上できる。また、サーボモータ4が振動した場合でも、振動によるノイズを除去することができるので、サーボモータ4の速度を高精度で検出することができる。
そして、エンコーダ37を含む第二速度検出装置7を併用することで、低い周波数から高い周波数まで精度良く速度信号を生成することができる。この際に、第一速度検出装置46は、積分処理を行わないので、ハイパスフィルタ8は、第一の実施の形態よりも低周波数側の速度信号を通過させるフィルタを使用できる。したがって、エンコーダ37の情報は、さらに低周波数側の情報のみで足りるので、分解能の低いエンコーダを用いることができる。
According to this embodiment, as in the first embodiment described above, it is possible to obtain a speed signal without a differential error associated with quantization and to prevent noise. In addition, the response of the servo motor 4 can be improved.
Furthermore, since the two acceleration sensors 51 and 52 are arranged, the sensitivity can be improved by a factor of two. Further, even when the servo motor 4 vibrates, noise due to vibration can be removed, so that the speed of the servo motor 4 can be detected with high accuracy.
And by using together the 2nd speed detection apparatus 7 containing the encoder 37, a speed signal can be accurately generated from a low frequency to a high frequency. At this time, since the first speed detection device 46 does not perform integration processing, the high-pass filter 8 can use a filter that passes a speed signal on a lower frequency side than the first embodiment. Therefore, since only the information on the lower frequency side is sufficient for the information of the encoder 37, an encoder with a low resolution can be used.

なお、この加速度センサ51,52は、回転基板27の回転方向を検出できないので、回転基板27の回転方向はエンコーダ37の出力に基づいて特定される。また、図4に示すような加速度センサ21,22を少なくとも1つ配置して、回転基板27の回転方向を検出するようにしても良い。   Since the acceleration sensors 51 and 52 cannot detect the rotation direction of the rotation board 27, the rotation direction of the rotation board 27 is specified based on the output of the encoder 37. Further, at least one acceleration sensor 21, 22 as shown in FIG. 4 may be arranged to detect the rotation direction of the rotating substrate 27.

次に、本発明の第3の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第1、第2の実施の形態と同一の構成要素には同じ符号を付している。また、第1、第2の実施の形態と重複する説明は省略する。
この実施の形態は、前記の各実施の形態における第一速度検出装置と、第二速度検出装置とを一体的に構成したことを特徴とする。
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st, 2nd embodiment. Moreover, the description which overlaps with 1st, 2nd embodiment is abbreviate | omitted.
This embodiment is characterized in that the first speed detection device and the second speed detection device in each of the above-described embodiments are integrally configured.

図7に示すように、速度検出装置61は、回転軸41に取り付けられた回転基板62を有し、回転基板62の周方向に2つの加速度センサ21,22を振り分けて配置している。また、回転基板62にはセンサアンプ23,24、加算器25、及び積分回路26(図1参照)が実装されている。また、回転基板62において、加速度センサ21,22などと反対側の面には、中央に発光素子31が取り付けられており、この発光素子31を取り囲むように二次側コイル35が配置されている。さらに、図8に示すように、発光素子31が取り付けられている面の外周部分には、周方向に沿って等間隔に、光の反射率の高い材料を略四角形状に印刷した光反射部63を有している。   As shown in FIG. 7, the speed detection device 61 includes a rotating board 62 attached to the rotating shaft 41, and two acceleration sensors 21 and 22 are arranged in a distributed manner in the circumferential direction of the rotating board 62. In addition, sensor amplifiers 23 and 24, an adder 25, and an integration circuit 26 (see FIG. 1) are mounted on the rotating substrate 62. In addition, a light emitting element 31 is attached to the surface of the rotating substrate 62 opposite to the acceleration sensors 21 and 22 and the like, and a secondary coil 35 is disposed so as to surround the light emitting element 31. . Further, as shown in FIG. 8, a light reflecting portion in which a material having a high light reflectance is printed in a substantially square shape at equal intervals along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the surface to which the light emitting element 31 is attached. 63.

速度検出装置61において、サーボモータ4の筐体4a側に固定される固定板33は、中央に発光素子31に対向する受光素子32が取り付けられており、その周囲には一次側コイル36が配置されている。さらに、固定板33の外周で、回転基板62の複数の光反射部63のうちの1つの光反射部63に対向する位置には、光反射部63に光を照射し、その反射光を受光する反射型ピックアップ64が取り付けられている。この反射型ピックアップ64と光反射部63とが、第1の実施の形態におけるエンコーダ37と同様の働きを有するオプティカルエンコーダを構成している。なお、符号65は、光反射型ピックアップ64からの信号を取り出すための端子であり、符号66は、端子65を外部の機器に接続するためのケーブルである。   In the speed detection device 61, the fixed plate 33 fixed to the housing 4a side of the servo motor 4 is provided with a light receiving element 32 facing the light emitting element 31 at the center, and a primary side coil 36 is disposed around the light receiving element 32. Has been. Further, the light reflecting portion 63 is irradiated with light at a position facing the one light reflecting portion 63 of the plurality of light reflecting portions 63 of the rotating substrate 62 on the outer periphery of the fixed plate 33, and the reflected light is received. A reflective pickup 64 is attached. The reflection type pickup 64 and the light reflection portion 63 constitute an optical encoder having the same function as the encoder 37 in the first embodiment. Reference numeral 65 denotes a terminal for taking out a signal from the light reflection type pickup 64, and reference numeral 66 denotes a cable for connecting the terminal 65 to an external device.

この速度検出装置61では、サーボモータ4が回転すると、回転軸41と共に回転基板62が回転する。この際に、前述のように加速度センサ21,22が変形して周方向の加速度を検出する。また、同時に、光反射型ピックアップ64が発光すると、回転基板62と共に回転する光反射部63が光反射型ピップアップ64の光路上を順番に通過する。そして、光反射部63が光路上を通過する際に、光を反射するので、この反射光を光反射型ピックアップで受光する。回転基板62の回転速度が徐々に大きくなると、反射光を受光する時間間隔が徐々に短くなる。一方、回転速度が小さくなるにつれて反射光を受光する時間間隔が長くなる。そして、受光に伴い光反射型ピックアップ64で発生するアナログ信号を微分してデジタル信号に変換し、回転基板62、つまり回転軸41の回転速度を得る。以降の処理は、第1の実施の形態と同様である。   In the speed detection device 61, when the servo motor 4 rotates, the rotating substrate 62 rotates together with the rotating shaft 41. At this time, as described above, the acceleration sensors 21 and 22 are deformed to detect circumferential acceleration. At the same time, when the light reflecting pickup 64 emits light, the light reflecting portion 63 that rotates together with the rotating substrate 62 sequentially passes through the light path of the light reflecting pip-up 64. Since the light is reflected when the light reflecting portion 63 passes on the optical path, the reflected light is received by the light reflecting pickup. As the rotation speed of the rotating substrate 62 gradually increases, the time interval for receiving the reflected light gradually decreases. On the other hand, as the rotational speed decreases, the time interval for receiving the reflected light increases. Then, the analog signal generated by the light reflection type pickup 64 with light reception is differentiated and converted into a digital signal, and the rotation speed of the rotary substrate 62, that is, the rotary shaft 41 is obtained. Subsequent processing is the same as in the first embodiment.

この実施の形態によれば、加速度センサ21,22が配置される回転基板62を、エンコーダの構成部品として共用するようにしたので、部品点数を少なくすることができ、速度検出装置を安価に製造することができる。また、回転基板62を共用することで、速度検出装置の長さ方向(回転軸41の長さ方向)をコンパクトにすることができる。また、その他効果は、第1の実施の形態と同様である。
ここで、加速度センサ21,22の代わりに、図6に配置例を示すような、加速度センサ51,52を用いても良い。
According to this embodiment, since the rotary substrate 62 on which the acceleration sensors 21 and 22 are arranged is shared as a component part of the encoder, the number of parts can be reduced, and the speed detection device can be manufactured at low cost. can do. Further, by sharing the rotating substrate 62, the length direction of the speed detection device (the length direction of the rotating shaft 41) can be made compact. Other effects are the same as those of the first embodiment.
Here, instead of the acceleration sensors 21 and 22, acceleration sensors 51 and 52 as shown in an arrangement example in FIG. 6 may be used.

なお、この発明は、前記の各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、加速度センサ21,22,51,52は、圧電部材28を用いたセンサに限定されずに、如何なるタイプの加速度センサでも良い。
また、加速度センサの数は、2つに限定されずに3つ以上でも良い。加速度センサを3つ配置する場合には、120度ずつ位相をずらして配置することが望ましい。この場合の加算器25は、このように配置された加速度センサの出力信号から、サーボモータ4の振動に起因する加速度成分を除去し、かつ回転速度の検出感度を3倍にするようなデータ処理を行う演算回路になる。さらに、加速度センサを4つ配置する場合には、2つずつを回転基板27の中心に対して対称な位置に配置することが望ましい。この場合の回転速度の検出感度は、4倍になる。すなわち、加速度センサをn個(nは正の整数)配置すると、回転速度の検出感度をn倍にすることができる。
The present invention can be widely applied without being limited to the above embodiments.
For example, the acceleration sensors 21, 22, 51, 52 are not limited to sensors using the piezoelectric member 28, and may be any type of acceleration sensor.
Further, the number of acceleration sensors is not limited to two but may be three or more. When three acceleration sensors are arranged, it is desirable that the phases are shifted by 120 degrees. The adder 25 in this case removes the acceleration component caused by the vibration of the servo motor 4 from the output signal of the acceleration sensor arranged in this way, and performs data processing that triples the rotational speed detection sensitivity. It becomes the arithmetic circuit which performs. Further, when four acceleration sensors are arranged, it is desirable to arrange two acceleration sensors at positions symmetrical with respect to the center of the rotating substrate 27. In this case, the rotational speed detection sensitivity is quadrupled. That is, when n acceleration sensors are arranged (n is a positive integer), the detection sensitivity of the rotational speed can be increased by n times.

さらに、加速度センサを4つ配置し、回転基板27の中心に対して対称な位置、つまり180度位相がずれた位置に配置されている1組の加速度センサ21,22を、周方向の加速度を検出する向きに配置し、残りの1組の加速度センサ51,52を、半径方向の加速度を検出するように配置しても良い。このような速度検出装置は、2軸の加速度センサを擬似的に有することになるので、回転基板27の接線方向の加速度と、半径方向の加速度とを同時に測定することが可能になり、回転速度の検出精度を向上させることができる。   Furthermore, four acceleration sensors are arranged, and a set of acceleration sensors 21 and 22 arranged at positions symmetrical with respect to the center of the rotating substrate 27, that is, at positions shifted by 180 degrees, You may arrange | position in the direction to detect and arrange | position the remaining one set of acceleration sensors 51 and 52 so that the acceleration of a radial direction may be detected. Since such a speed detection device has a biaxial acceleration sensor in a pseudo manner, it becomes possible to simultaneously measure the tangential acceleration and the radial acceleration of the rotating substrate 27, and the rotational speed. Detection accuracy can be improved.

本発明の実施形態におけるサーボモータシステムのブロック図である。1 is a block diagram of a servo motor system in an embodiment of the present invention. 第一速度検出装置のブロック図である。It is a block diagram of a 1st speed detection apparatus. 第一速度検出装置及び第二速度検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a 1st speed detection apparatus and a 2nd speed detection apparatus. 加速度センサの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of an acceleration sensor. 第一速度検出装置のブロック図である。It is a block diagram of a 1st speed detection apparatus. 加速度センサの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of an acceleration sensor. 速度検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a speed detection apparatus. 回転基板を示す図である。It is a figure which shows a rotation board | substrate.

符号の説明Explanation of symbols

4 サーボモータ
8 ハイパスフィルタ(HPF)
9 加算器
10 ローパスフィルタ(LPF)
21,22 加速度センサ
26 積分回路(演算回路)
27,62 回転基板(基板)
28 圧電部材(圧電素子)
33 固定部材
37 エンコーダ
41 回転軸
51,52 加速度センサ
53 開平回路(演算回路)
63 光反射部
64 光反射型ピックアップ

4 Servo motor 8 High pass filter (HPF)
9 Adder 10 Low-pass filter (LPF)
21, 22 Acceleration sensor 26 Integration circuit (arithmetic circuit)
27, 62 Rotating substrate (substrate)
28 Piezoelectric member
33 fixed member 37 encoder 41 rotating shaft 51, 52 acceleration sensor 53 square root circuit (arithmetic circuit)
63 Light Reflector 64 Light Reflective Pickup

Claims (6)

サーボモータの回転軸に取り付けられた基板と、前記基板の回転方向に沿って振り分けて配置され、前記回転軸の回転速度を検出するために用いられる加速度センサと、前記加速度センサで検出した加速度から前記回転軸の速度を演算する演算回路とを有することを特徴とする速度検出装置。   From a substrate attached to the rotation shaft of the servo motor, an acceleration sensor that is distributed and arranged along the rotation direction of the substrate, and that is used to detect the rotation speed of the rotation shaft, and the acceleration detected by the acceleration sensor A speed detection device comprising: an arithmetic circuit for calculating the speed of the rotating shaft. 前記加速度センサは、前記基板の回転方向の加速度を検出する圧電素子からなり、前記演算回路が積分回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の速度検出装置。   The speed detection apparatus according to claim 1, wherein the acceleration sensor includes a piezoelectric element that detects acceleration in a rotation direction of the substrate, and the arithmetic circuit includes an integration circuit. 前記加速度センサは、前記基板の回転方向と直交する方向に作用する力を検出する圧電素子であり、前記演算回路が開平回路を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の速度検出装置。   3. The speed according to claim 1, wherein the acceleration sensor is a piezoelectric element that detects a force acting in a direction orthogonal to a rotation direction of the substrate, and the arithmetic circuit includes a square root circuit. Detection device. 前記加速度センサは、前記基板の回転中心に対して点対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の速度検出装置。   4. The speed detection apparatus according to claim 1, wherein the acceleration sensor is disposed at a point-symmetrical position with respect to the rotation center of the substrate. 5. 前記基板に、周方向に沿って複数の光反射部を設け、前記サーボモータの筐体側に前記光反射部に、光を照射すると共に反射光を受光する光ピックアップを固定したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の速度検出装置。   The substrate is provided with a plurality of light reflecting portions along a circumferential direction, and an optical pickup for irradiating light and receiving reflected light is fixed to the light reflecting portion on the housing side of the servo motor. The speed detection apparatus as described in any one of Claims 1-3. 前記加速度センサの出力に基づく信号から低周波数成分を除去するハイパスフィルタと、前記回転軸の回転速度を検出するために用いられるエンコーダと、前記エンコーダの出力に基づく信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタ及び前記ハイパスフィルタを通過した信号を加算する加算器とを備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の速度検出装置。

A high-pass filter that removes low-frequency components from the signal based on the output of the acceleration sensor, an encoder that is used to detect the rotational speed of the rotating shaft, and a low-pass filter that removes high-frequency components from the signal based on the output of the encoder And an adder that adds the low-pass filter and the signal that has passed through the high-pass filter.

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