JP2007010461A - 回転数検出装置および絶対値エンコーダ付きモータ並びに回転駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
計数値の上限を、簡単な構成と操作で任意の上限に変える。
【解決手段】
Ｎ進のシングルカウンタとＭ進の多回転カウンタからなる絶対値エンコーダ２を備えたモータ１がギアで減速してテーブル６を駆動する回転駆動装置において、絶対値エンコーダ２の検出信号を受けるとサンプリング信号ＳＰと検出信号Ｓを出力するエンコーダＩ／Ｆと、サンプリング信号ＳＰに合せて検出信号Ｓを記憶して検出信号に含まれるシングルカウント値をテーブル６の回転位置の下位データＰ_Ｌとして出力すると共に記憶した検出信号Ｓに含まれる多回転カウント値ａと１サンプリング前の多回転カウント値ｂを出力する受信バッファ１３と、受信バッファ１３の２つの多回転カウント値ａ、ｂからテーブルｂの回転位置の上位データＰ_Ｕを求める回転数演算部１２とからなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンドレスで動作するマシンの回転位置を検出する回転数検出装置に関する。

回転軸がある回転量を超えると元の状態にもどるような動作をするマシンでは、回転量の上限を設定したとき、その上限を超えて回転軸が回転して同じ状態になったときに同じ回転量として認識できると便利である。例えば、モータシャフトをギアダウンしてモータＮ回転でテーブルを１回転させるようなマシンでは、回転量がＮ−１を超えると０からカウントアップして逆に０を下回るとＮ−１からカウントダウンするようにし、モータがＮ回転を超えて回転してもモータの回転量が０〜Ｎ−１回転の値をとるように管理することができ、回転量がテーブルの位置を示すことができる。
ところで、モータに取り付けられた回転位置検出器が、シングルカウンタと多回転カウンタを持つ絶対値エンコーダであった場合、その多回転カウンタにはエンコーダの構成に制約された上限値が存在する。一般に検出器自体の多回転カウンタの上限値と、前記のようなマシンの多回転量の上限値とは異なるため、回転数検出装置ではこの違いを吸収しなければならない。

従来技術として例えば特許文献１では、多回転カウンタのカウント値が上限を超えるか下限を下回ったことを判別して補正用のカウント値を加減算し、回転数演算処理をしても端数がでないことが示されている。
また特許文献２では、インクリメントエンコーダを使って、多回転カウンタのカウント値とシングルカウンタのカウント値からマシンの位置を算出することが示されている。
特許文献３では、送り動作の前後で多回転カウンタがオーバーフローするかどうかを判定し、オーバーフローするときは多回転カウンタのカウント値をあらかじめオーバーフロー後に書き換える動作をすることが示されている。
このように、従来の回転数検出装置は、あらかじめ補正処理用の係数を演算しておいたり、オーバーフローまたはアンダーフローしたことを検出してそのときに特別の処理を行う必要があった。
特開２００４−２７９１８８号公報（Ｐ８、図４） 特許第３３２９１４２号（Ｐ７、図４） 特許第３０３７７７０号（Ｐ６、図３、Ｐ７、図４）

ところが従来のエンドレス処理装置は、上記のように定期的に回転量をチェックして上限を超えたか下限を下回った場合にのみ特別な処理を行うため、処理の乱れが起こるという問題があった。本発明はこのような問題点を解決し、単純な構成と手順でエンドレス処理を行うことができるエンドレス処理装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、第1の本発明は、Ｎ進のシングルカウンタとＭ進の多回転カウンタからなる絶対値エンコーダを備えたモータがギアで減速してテーブルを駆動する駆動系において、前記絶対値エンコーダの検出信号を受けるとサンプリング信号と前記検出信号を出力するエンコーダＩ／Ｆと、前記サンプリング信号に合せて前記検出信号を記憶し記憶した前記検出信号に含まれるシングルカウント値を前記テーブルの回転位置の下位データとして出力すると共に記憶した前記検出信号に含まれる多回転カウント値と１サンプリング前の多回転カウント値を出力する受信バッファと、前記受信バッファの２つの前記多回転カウント値から前記テーブルの回転位置の上位データを求めるエンドレス処理部とからなることを特徴としている。
第２の発明は、前記受信バッファは、前記サンプリング信号に合せて前記絶対値エンコーダの検出信号をシングルカウント値とＮ進の多回転カウント値とに分けて記憶する第１のメモリと、前記サンプリング信号に合せてそれまで前記第１のメモリに記憶された前記Ｎ進の多回転カウント値を記憶する第２のメモリを備えていることを特徴としている。
第３の発明は、前記エンドレス処理部は、前記受信バッファの２つの多回転カウント値を用いてａ＜Ｎ／４且つｂ＞３Ｎ／４であればオーバーフロー信号ＯＦをＯＮしａ＞３Ｎ／４且つｂ＜Ｎ／４であればアンダーフロー信号ＵＦをＯＮするという処理をしてオーバーフロー信号ＯＦとアンダーフロー信号ＵＦを出力する比較器と、前記オーバーフロー信号ＯＦによってカウントアップし前記アンダーフロー信号ＵＦによってカウントダウンしてカウント値を出力するＭ進のカウンタと、前記受信バッファの前記多回転カウント値と前記カウンタのカウント値を入力し｛（計数値）×Ｎ＋（多回転検出装置の出力値）｝mod Ｍという剰余演算をして前記テーブルの回転位置の上位データを出力する剰余演算部とを備えたことを特徴としている。
第４の発明の絶対値エンコーダ付きモータは、第１乃至第３ぼいずれかの発明のエンドレス処理装置を備えたことを特徴としている。
第５の発明の駆動系は、第１乃至第３のいずれかのエンドレス処理装置を備えてテーブルを回転することを特徴としている。
第６の発明は、第４の発明のモータを用いてテーブルを回転することを特徴としている。

第１の発明によると、いつも同じ操作をするだけで簡単にエンドレス処理を行うことができるので、ソフトウェアの流れを単純にできて処理時間の見積もりも一定となるという効果がある。またハードウェアで実現しやすいという利点も備えている。さらに任意のエンドレス上限値に対応する場合でも、カウンタの上限値のみを設定すればよく設定が簡単になるという効果がある。
第２の発明によると、多回転量やカウンタの上下限値を０または正の整数から正負整数に拡張することができる。
第３の発明によると、エンコーダに上限値を設定するだけで対応できるようになるという効果がある。
第４の発明によると、回転数の制限なく所望の精度の回転数検出ができるので、絶対値エンコーダ付きモータの制御範囲に制限がなくなり用途が広がるという効果がある。
第５および第６の発明によると、回転数の制限なく所望の精度の回転数検出ができるので、回転駆動装置の回転位置制御をエンドレスにして精度良いものとすることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の回転数検出装置１を含む回転テーブル駆動装置の構成を示すブロック図であり、図２は回転数検出装置の動作を説明する図、図３は回転数検出装置の構成を示すブロック図である。
図１において１はモータであり、駆動軸３を介して駆動側ギア４を駆動する。そしてギア４とかみ合っている従動側ギア５と回転テーブル６を２つのギアのギア比で減速して回転させる。
モータ１の回転数と角度は絶対値エンコーダ２で検出される。絶対値エンコーダ２はＮ進のシングルカウンタとＭ進の多回転カウンタを備えており、Ｎ進数でカウントする多回転カウンタのカウント値とシングルカウンタのカウント値がシリアルデータ伝送によって図示しない上位装置へ送信される。回転テーブル６は減速比Ｍの駆動側ギア４で減速され駆動軸３がＭ回転したときに１周するようになっている。

次に図３を用いて回転数検出装置について説明する。回転数検出装置１１は回転数演算部１２と受信バッファ１３、エンコーダＩ／Ｆから構成されている。受信バッファ１３は２つのメモリ１６、１７と２つのスイッチを備えており、回転数検出装置１２は比較器１８とカウンタ１９、剰余演算部２０を備えている。
この構成で、エンコーダＩ／Ｆが絶対値エンコーダ２に検出信号の送信を要求すると、絶対値エンコーダ２は要求された検出信号をエンコーダＩ／Ｆに送信する。その検出信号をエンコーダＩ／Ｆが受信すると、受信した検出信号Ｓと受信のタイミングを表すサンプリング信号ＳＰを出力する。

絶対値エンコーダ２からエンコーダＩ／Ｆに送信される検出信号と、エンコーダＩ／Ｆから受信バッファ１３に出力される検出信号Ｓは、多回転カウント値とシングルカウント値から構成されており、交互に送信される。エンコーダＩ／Ｆから出力された検出信号Ｓはサンプリング信号ＳＰのタイミングに合せて多回転カウント値とシングルカウント値にわけてメモリ１６に格納される。そのとき同時に、それまでメモリ１６に格納されていた多回転カウント値が出力されてメモリ１７に格納される。従ってメモリ１６の多回転カウント値が最新の検出値であり、メモリ１７の多回転カウント値がサンプリング信号ＳＰの１サンプリング前の検出値となっている。
メモリ１６のシングルカウント値はそのままテーブル位置（下位）Ｐ_Ｌとして回転数検出装置１１から出力される。

メモリ１６の多回転カウント値ａとメモリ１７の多回転カウント値ｂは回転数演算部１２に出力されて比較器１８に入力される。そして、ａ＜Ｎ／４且つｂ＞３Ｎ／４であればオーバーフロー信号ＯＦをＯＮして出力し、ａ＞３Ｎ／４且つｂ＜Ｎ／４であればアンダーフロー信号ＵＦをＯＮして出力する。
オーバーフロー信号ＯＦとアンダーフロー信号ＵＦはそれぞれＭ進のカウンタ１９のアップカウント入力ｕｐとダウンカウント入力ｄｏｗｎに入力され、パルスが出力されるとそれぞれアップカウント、ダウンカウントされる。カウンタ１９のカウント値ｃとメモリ１６の多回転カウント値ａは剰余演算部２０に入力されて
（ｃ×Ｎ＋ａ） mod Ｍ
という式で演算され、その演算結果がテーブル位置（上位）Ｐ_Ｕとなって回転数演算部１２から出力される。
なお、ｍｏｄは剰余を計算する演算子を表しており、上式の（ ）内の値は図２のモータの累積回転量２３を示している。モータがＭ回転するとテーブルは元に戻り、このことは（ ）をＭで割った余りがテーブル６の位置２２を示していることに対応している。
テーブル位置（上位）Ｐ_Ｕとテーブル位置（下位）Ｐ_Ｌは、例えば図４に示すような位置制御系で使い分けられる。速度制御ループでは１回転内位置の情報を持つテーブル位置（下位）Ｐ_Ｌをフィードバックすればよく、テーブル位置（下位）Ｐ_Ｌから速度が求められて速度情報として帰還され速度制御される。同じく位置制御の偏差をなくすため位置司令部が出力する位置指令とテーブル位置（下位）Ｐ_Ｌの差が偏差カウンタで求められてその差が小さくなるよう制御される。最も外側にある位置制御ループでは回転数検出装置１１のテーブル位置（上位）Ｐ_Ｕとテーブル位置（下位）Ｐ_Ｌがフィードバックされ位置制御に使われる。

このように、モータがＮ×Ｍ回転したときはカウンタ１９がちょうど１周してモータ１の多回転量とカウンタ１９の多回転カウント値はかならず同じ状態に戻る。このため、従来技術で示したような、カウンタのオーバーフローの判断や、オーバーフロー毎に多回転位置にオフセットを履かせる操作は不要となるのである。
なお、実際のテーブルの位置を知るには、剰余演算部２０で剰余を求め、実位置と１対１となるテーブル位置を算出しなければならない。また、多回転カウント値を０または正の整数としてきたが、任意の一定の整数値を差し引く操作、あるいは解釈を追加することにより、上限値と下限値の値を負の整数に拡張することができる。さらに、本発明の回転数検出装置は絶対値エンコーダ２の外部に置かれているが、内蔵しても良い。内蔵するときは予めマシンの多回転上限値を示す情報を絶対値エンコーダ２に設定しておけばよい。

本発明は、上限がある計数値を出力して任意の上限値の値に変換するような装置、すなわち、割り出しテーブルや、ギアやタイミングベルトを介した搬送装置の位置検出などの幅広い分野の装置に適用することができる。

回転数検出装置を含む回転駆動装置の構成を示すブロック図 回転数検出装置の動作を説明する図 回転数検出装置の構成を示すブロック図 回転数検出装置が使われたモータ位置制御装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１ モータ、 ２ 絶対値エンコーダ、 ３ 駆動軸、
４ 駆動側ギア、 ５ 従動側ギア、 ６ 回転テーブル、
７ 多回転位置、 １０ａ テーブル位置（上位）、
１０ｂ テーブル位置（下位）、 １１ 回転数検出装置、
１２ 回転数演算部、 ３ 受信バッファ、 １４ 受信データ、
１５ サンプリング信号、 １６ 今回位置格納メモリ、
１７ 前回位置格納メモリ、 １８ 比較器、 １９ カウンタ、
２０ 剰余演算部、 ２１ 多回転量データの変化、 ２２ テーブル位置、
２３ 回転数検出装置累積回転量、 ２４ 回転数検出装置カウンタ値

Claims (6)

1. Ｎ進のシングルカウンタとＭ進の多回転カウンタからなる絶対値エンコーダを備えたモータがギアで減速してテーブルを駆動する回転駆動装置において、
   前記絶対値エンコーダの検出信号を受けるとサンプリング信号と前記検出信号を出力するエンコーダＩ／Ｆと、
   前記サンプリング信号に合せて前記検出信号を記憶して前記検出信号に含まれるシングルカウント値を前記テーブルの回転位置の下位データとして出力すると共に記憶した前記検出信号に含まれる多回転カウント値と１サンプリング前の多回転カウント値を出力する受信バッファと、
   前記受信バッファの２つの前記多回転カウント値から前記テーブルの回転位置の上位データを求める回転数演算部と
   からなることを特徴とする回転数検出装置。
2. 前記受信バッファは、前記サンプリング信号に合せて前記絶対値エンコーダの検出信号をシングルカウント値とＮ進の多回転カウント値ａとに分けて記憶する第１のメモリと、前記サンプリング信号に合せてそれまで前記第１のメモリに記憶された前記Ｎ進の多回転カウント値ｂを記憶する第２のメモリを備えていることを特徴とする請求項1に記載の回転数検出装置。
3. 前記回転数演算部は、前記受信バッファの２つの多回転カウント値ａ、ｂを用いて
   ａ＜Ｎ／４且つｂ＞３Ｎ／４であればオーバーフロー信号ＯＦをＯＮし
   ａ＞３Ｎ／４且つｂ＜Ｎ／４であればアンダーフロー信号ＵＦをＯＮする
   という処理をしてオーバーフロー信号ＯＦとアンダーフロー信号ＵＦを出力する比較器と、
   前記オーバーフロー信号ＯＦによってカウントアップし前記アンダーフロー信号ＵＦによってカウントダウンしてカウント値ｃを出力するＭ進のカウンタと、
   前記受信バッファの前記多回転カウント値ａと前記カウンタのカウント値ｃを入力し
   （ｃ×Ｎ＋ａ） mod Ｍ
   という剰余演算をして前記テーブルの回転位置の上位データを出力する剰余演算部と
   を備えたことを特徴とする請求項２に記載の回転数検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載された回転数検出装置を備えたことを特徴とする絶対値エンコーダ付きモータ。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の回転数検出装置を備えてテーブルを回転することを特徴とする回転駆動装置。
6. 請求項４に記載の絶対値エンコーダ付きモータを用いてテーブルを回転することを特徴とする回転駆動装置。
   
   
   
   
   

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