JP2006029996A - エンコーダカウンタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アップダウンカウンタ3と、ラッチ回路4を備えたエンコーダカウンタ1において、更に、A相ディジタルフィルタ21とB相ディジタルフィルタ22を備え、A相信号11はA相ディジタルフィルタに入力しノイズを取り除いてアップダウンカウンタへ出力し、B相信号12はB相ディジタルフィルタに入力しノイズを取り除いてアップダウンカウンタへ出力し、アップダウンカウンタは各相ディジタルフィルタの出力信号に基づいて、パルス数を計数するものである。
【選択図】 図1
Description
エンコーダカウンタは、A相信号およびB相信号のエッジを検出して、カウンタをアップダウンさせるアップダウンカウンタを備え、一定間隔でそのカウンタの値を出力する。A相信号およびB相信号はデューティ比50%で互いに90度の位相差をもって出力されるパルス信号である。各相信号に対応する例えばLEDからなる発光素子および例えばフォトダイオードからなる受光素子は、エンコーダのスリットを挟んで対向するように配設されている。A相信号のエッジを検出すると、そのときのB相信号のレベルでアップまたはダウンを判断して、カウント値を変更する。
しかし、各相の信号は、パルス抜けが生じたり、電気的なノイズが重畳されたりして、本来の物理状態量(位置や速度を意味する信号)が正しく伝送されないことが間々あり、電動機の制御に悪影響を及ぼすことが知られている。
図において、57は異常検出信号56を出力する異常検出手段である。制御手段53が変位体51(たとえば電動機)に対して変位指令(図示省略)を出力すると共に、変位指令の変位方向が連続して一定である場合に一方向指令中信号52を出力するものであり、異常検出手段57は、この制御手段53が一方向指令中信号52を出力している間に、位置データ出力手段54(アップダウンカウンタ)が出力するアップダウン信号55が示すカウント動作のアップ、ダウンが切替わった場合(すなわち、変位指令の変位方向と、エンコーダで検出された速度の方向が異なる場合)には、異常検出信号56を出力するものである。
そこで、本発明の第1の目的は、各相の信号にパルス抜けが生じたり、電気的なノイズが重畳されたりして、本来の物理状態量(位置や速度を意味する信号)が正しく伝送されないような場合でも、これを修正して正しい計測のもとで安定した制御を継続させることができるエンコーダカウンタを提供することにある。
そこで、本発明の第2の目的は、高加減速で繰り返し往復動作をさせるような場合でも、確実に異常を認識して、安定した制御を継続させることができるエンコーダカウンタを提供することにある。
そこで、本発明第3の目的は、上位の制御装置の過速度状態検出機能に対する演算負荷を軽減させ、また、エンコーダが故障したときには、その故障通知を上位の装置に対して知らせることで、システムの故障原因を特定させることができるエンコーダカウンタを提供することにある。
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のエンコーダカウンタにおいて、前記アップダウンカウンタがさらにZ相信号のパルス数を計数する場合には、前記エンコーダカウンタの内部にさらに、Z相ディジタルフィルタを備え、前記Z相信号は前記Z相ディジタルフィルタに入力されて前記Z相信号のノイズを取り除いたのちに前記アップダウンカウンタへ出力され、前記アップダウンカウンタは、前記各相ディジタルフィルタの出力信号に基づいてパルス数を計数することを特徴としている。
また、請求項3記載の発明は、請求項1または2記載のエンコーダカウンタにおいて、前記エンコーダカウンタの内部にさらに、十分に短い一定周期で該時刻を発するクロックを備え、t1を前記クロックの時刻、t0をt1より1周期前の前記クロックの時刻、A=input(t0)、B=output(t0)、C=input(t1)、D=output(t1)、input(t)=時刻tにおける前記各相ディジタルフィルタの入力信号、output(t)=時刻tにおける前記各相ディジタルフィルタの出力信号、and、orをそれぞれ論理積、論理和を行う二項演算子としたとき、前記各相ディジタルフィルタは、前記該時刻になるたびに、D=(AandB)or(BandC)or(CandA)なる演算を行い、その演算処理結果Dを、前記アップダウンカウンタへ出力することを特徴としている。
また、請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項記載のエンコーダカウンタにおいて、前記エンコーダカウンタの内部にさらに、前記クロックと、前記各相ディジタルフィルタの出力信号を監視するエラー検出回路を備え、前記エラー検出回路は、前記A相信号のアップまたはダウン信号が検出された時刻と、前記B相信号のアップまたはダウン信号が検出された時刻との時間間隔が一定時間以下であった場合には位相エラー信号を出力することを特徴としている。
また、請求項6に記載の発明は、請求項4または5記載のエンコーダカウンタにおいて、前記エラー検出回路は、前記ハイパルス幅エラー信号、前記ローパルス幅エラー信号及び前記位相エラー信号の論理和をとり一つのエラー信号として出力することを特徴としている。
以下、本発明第1の実施例を図1および図2に基づいて説明する。
図1は本発明のエンコーダカウンタの構成を示す説明図であり、図2は各相のディジタルフィルタの機能を示す説明図である。
図1において、エンコーダカウンタ1は、A相信号11およびB相信号12からなる、互いに位相の異なるパルス信号のパルス数を計数するアップダウンカウンタ3と、ラッチ信号14に基づいてアップダウンカウンタ3の値をラッチし、エンコーダカウント信号15を出力するラッチ回路4と、A相ディジタルフィルタ21と、B相ディジタルフィルタ22を備える。
A相信号11はA相ディジタルフィルタ21に入力されて、A相信号11のノイズを取り除いたのちに、A相ディジタルフィルタ出力信号24として、アップダウンカウンタ3へ出力され、B相信号12はB相ディジタルフィルタ22に入力されて、B相信号12のノイズを取り除いたのちに、B相ディジタルフィルタ出力信号25として、アップダウンカウンタ3へ出力される。
ここで、A相信号11およびB相信号12は、デューティ比50%で互いに90度の位相差をもって出力されるパルス信号であり、Z相信号13は、エンコーダが回転型である場合は回転体が一回転する毎に出力され、エンコーダがリニア型である場合は移動体がある一点(複数点ということもある)を通過する毎に出力されるパルス信号であり、アップダウンカウンタ3は、Z相信号13の変化に応じてそのカウント値をリセットすることが一般的である。
各相ディジタルフィルタ21〜23は、ノイズとして考えられる高い周波数をカットできるような演算処理を設定し、その処理結果を各相ディジタルフィルタ出力信号24〜26として、アップダウンカウンタ3へ送るようにすればよい。
アップダウンカウンタ3がカウントした値は、ラッチ信号14のタイミングでラッチ回路4によりラッチされ、エンコーダカウント信号15として出力される。
エンコーダカウンタ1の内部に、さらに、クロック2を備えており、これは十分に短い一定周期(たとえば、数マイクロ秒〜数十マイクロ秒程度の周期)で該時刻(クロックパルス27)を発するものである。
t1を該時刻、t0を該時刻t1より1クロック前の時刻、A=input(t0)、B=output(t0)、C=input(t1)、D=output(t1)、input(t)=時刻tにおける各相ディジタルフィルタ21〜23の入力信号、output(t)=時刻tにおけるディジタルフィルタ21〜23の出力信号、and、orをそれぞれ論理積、論理和を行う二項演算子、としたとき、各相ディジタルフィルタ21〜23は、該時刻になるたび(クロックパルス27が発せられるたび)に、D=(AandB)or(BandC)or(CandA)なる演算でノイズを取り除き、その演算処理結果Dを、アップダウンカウンタ3へ送るようにしている。
図2は、そのフィルタの機能を示す一例であり、横軸に時刻をとって、一定周期Tz毎に発せられるクロックパルス27、ディジタルフィルタ入力信号10およびディジタルフィルタ出力信号20の関係を示している。時刻Taでディジタルフィルタ入力信号10がアップし、時刻Taの1クロック後である時刻Tb以降でもディジタルフィルタ入力信号10がアップしたままにあるときは、ディジタルフィルタ出力信号20が時刻Tbでアップし、それ以降もアップを継続する。
このような演算処理で、ディジタルフィルタ入力信号10に対して、ディジタルフィルタ出力信号20が1クロック分だけ遅れて出力するようになる。
一方、時刻Tcでディジタルフィルタ入力信号10がダウンし、時刻Tcの1クロック後である時刻Tdでディジタルフィルタ入力信号10がアップした場合には、時刻Tdでもディジタルフィルタ出力信号20がダウンせず、それ以降もアップを継続する。
次に、本発明第2の実施例を図1、図3および図4に基づいて説明する。
なお、第1の実施例の説明と同じ機能を有するものについては、重複する説明を省略する。
図3はハイパルス幅エラーおよびローパルス幅エラーの状態を示す説明図であり、図4は位相エラーの状態を示す説明図である。
図1において、エンコーダカウンタ1は、その内部にさらに、クロック2と、各相ディジタルフィルタ出力信号24〜26を監視するエラー検出回路5を備えている。
エラー検出回路5は、各相信号11〜13のノイズを取り除いた各相ディジタルフィルタ出力信号24〜26のそれぞれにおいて、アップ信号が検出された時刻からダウン信号が検出されるまでの時間間隔が一定時間以下であった場合にはハイパルス幅エラー信号16を出力し、ダウン信号が検出された時刻からアップ信号が検出されるまでの時間間隔が一定時間以下であった場合にはローパルス幅エラー信号17を出力する。
また、エラー検出回路5は、A相信号11のノイズを取り除いたA相ディジタルフィルタ出力信号24のアップまたはダウン信号が検出された時刻と、B相信号12のノイズを取り除いたB相ディジタルフィルタ出力信号25のアップまたはダウン信号が検出された時刻との時間間隔が一定時間以下であった場合には位相エラー信号18を出力する。
図3はそのエラー状態を示す一例である。
図において、横軸に時刻をとって、一定周期Tz毎に発せられるクロックパルス27、ディジタルフィルタ出力信号20の関係を示している。各相のディジタルフィルタ出力信号20について、そのアップまたはダウンの状態が継続している時間をクロックパルス27により計数して、その計数した時間が閾値4クロック以下であるにもかかわらずディジタルフィルタ出力信号20に変化があったとき、すなわち時刻Tf、Tiの時点で、それぞれハイパルス幅エラー、ローパルス幅エラーと判断する。
閾値4クロックを超えた後でディジタルフィルタ出力信号20に変化があったとき、すなわち時刻Tg、Thの時点では、エラーとしない。なお、この処理は、A相信号11、B相信号12およびZ相信号13それぞれにおいて行うことが望ましい。
図4は、そのエラー状態を示す一例である。
図において、横軸に時刻をとって、一定周期Tz毎に発せられるクロックパルス27、A相ディジタルフィルタ出力信号24、B相ディジタルフィルタ出力信号25の関係を示している。A相ディジタルフィルタ出力信号24およびB相ディジタルフィルタ出力信号25について、そのアップまたはダウンの状態が継続している時間をクロックパルス27により計数して、その計数した時間が閾値3クロック以下であるにもかかわらずA相ディジタルフィルタ出力信号24あるいはB相ディジタルフィルタ出力信号25に変化があったとき、すなわち時刻Tj、Tlの時点で、位相エラーと判断する。
閾値3クロックを超えた後でA相ディジタルフィルタ出力信号24あるいはB相ディジタルフィルタ出力信号25に変化があったとき、すなわち時刻Tk、Tmの時点では、エラーとしない。
このように、各相ディジタルフィルタ出力信号24〜26を用いてエラーの判断を行っているのは、エラー検出回路5に電気的なノイズ等が入力されないようにするためであって、各相信号11〜13のノイズが問題にならない場合あるいは別の手段によりノイズがすでに取り除かれている場合であれば、各相ディジタルフィルタ出力信号24〜26の替わりに、各相信号11〜13をそのままエラー検出回路5に入力するような形としてもよい。
なお、この実施例では、各エラー要因を、区別してエラー信号を出力していたが、各エラーの論理和をとって、一つのエラー信号として出力させる形態としていてもよい。
また、回転型エンコーダ、リニア型エンコーダは、いずれも、エンコーダカウンタ1へ送信するパルス信号が同じ形態であるから、本実施形態は、回転型、リニア型などといったエンコーダの種類の別を特に意識したものではない。
さらに、本実施形態は電動機制御に限らず、油圧制御や、ボイスコイルモータ制御など、サーボ系で位置や速度を検出する等の目的でエンコーダを用いているものであれば、どのような制御対象であっても同じ形態で、適用可能である。
2 クロック
3 アップダウンカウンタ
4 ラッチ回路
5 エラー検出回路
10 ディジタルフィルタ入力信号
11 A相信号
12 B相信号
13 Z相信号
14 ラッチ信号
15 エンコーダカウント信号
16 ハイパルス幅エラー信号
17 ローパルス幅エラー信号
18 位相エラー信号
20 ディジタルフィルタ出力信号
21 A相ディジタルフィルタ
22 B相ディジタルフィルタ
23 Z相ディジタルフィルタ
24 A相ディジタルフィルタ出力信号
25 B相ディジタルフィルタ出力信号
26 Z相ディジタルフィルタ出力信号
27 クロックパルス
Claims (6)
- 少なくともA相信号およびB相信号からなる、互いに位相の異なるパルス信号のパルス数を計数するアップダウンカウンタと、ラッチ信号に基づいて前記アップダウンカウンタの値をラッチし、エンコーダカウント信号を出力するラッチ回路と、を備えるエンコーダカウンタにおいて、その内部にさらに、A相ディジタルフィルタおよびB相ディジタルフィルタを備え、前記A相信号は前記A相ディジタルフィルタに入力されて前記A相信号のノイズを取り除いたのちに前記アップダウンカウンタへ出力され、前記B相信号は前記B相ディジタルフィルタに入力されて前記B相信号のノイズを取り除いたのちに前記アップダウンカウンタへ出力され、前記アップダウンカウンタは、前記各相ディジタルフィルタの出力信号に基づいてパルス数を計数することを特徴としたエンコーダカウンタ。
- 前記アップダウンカウンタがさらにZ相信号のパルス数を計数する場合には、前記エンコーダカウンタの内部にさらに、Z相ディジタルフィルタを備え、前記Z相信号は前記Z相ディジタルフィルタに入力されて前記Z相信号のノイズを取り除いたのちに前記アップダウンカウンタへ出力され、前記アップダウンカウンタは、前記各相ディジタルフィルタの出力信号に基づいてパルス数を計数することを特徴とした請求項1記載のエンコーダカウンタ。
- 前記エンコーダカウンタの内部にさらに、十分に短い一定周期で該時刻を発するクロックを備え、t1を前記クロックの時刻、t0をt1より1周期前の前記クロックの時刻、A=input(t0)、B=output(t0)、C=input(t1)、D=output(t1)、input(t)=時刻tにおける前記各相ディジタルフィルタの入力信号、output(t)=時刻tにおける前記各相ディジタルフィルタの出力信号、and、orをそれぞれ論理積、論理和を行う二項演算子としたとき、前記各相ディジタルフィルタは、前記該時刻になるたびに、D=(AandB)or(BandC)or(CandA)なる演算を行い、その演算処理結果Dを、前記アップダウンカウンタへ出力することを特徴とした請求項1または2記載のエンコーダカウンタ。
- 前記エンコーダカウンタの内部にさらに、前記クロックと、前記各相ディジタルフィルタの出力信号を監視するエラー検出回路を備え、前記エラー検出回路は、前記各相信号それぞれにおいて、アップ信号が検出された時刻からダウン信号が検出されるまでの時間間隔が一定時間以下であった場合にはハイパルス幅エラー信号を出力し、ダウン信号が検出された時刻からアップ信号が検出されるまでの時間間隔が一定時間以下であった場合にはローパルス幅エラー信号を出力することを特徴とした請求項1〜3のいずれか1項記載のエンコーダカウンタ。
- 前記エンコーダカウンタの内部にさらに、前記クロックと、前記各相ディジタルフィルタの出力信号を監視するエラー検出回路を備え、前記エラー検出回路は、前記A相信号のアップまたはダウン信号が検出された時刻と、前記B相信号のアップまたはダウン信号が検出された時刻との時間間隔が一定時間以下であった場合には位相エラー信号を出力することを特徴とした請求項1〜4のいずれか1項記載のエンコーダカウンタ。
- 前記エラー検出回路は、前記ハイパルス幅エラー信号、前記ローパルス幅エラー信号及び前記位相エラー信号の論理和をとり、一つのエラー信号として出力することを特徴とする請求項4又は5記載のエンコーダカウンタ。
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