JP2008224592A - 同期計数装置、同期計数方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】全速度域で高い速度分解能により計測が可能であるとともに、計測時間の変動を抑制する。
【解決手段】Ｐ_１個のスリットを有する回転盤と、回転盤を回転駆動するモータと、回転盤を挟み込むように設けられたレーザ光源と、第１の光検出器とからなる第１の光エンコーダと、Ｐ_２個のスリットを有する回転盤と、回転盤を回転駆動するモータと、回転盤を挟み込むように設けられたレーザ光源と、第２の光検出器とからなる第２の光エンコーダと、第１の光検出器からのパルス信号をカウントする第１のカウンターと、第２の光検出器からのパルス信号をカウントする第２のカウンターと、第１のカウンターの出力値と第２のカウンターの出力値から速度値を算出する速度値算出手段と、速度値算出手段において算出された速度値のうち計測時間が短い速度値を選択して出力する速度選択手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期計数装置、同期計数方法およびプログラムに関し、特に、適用速度の高低に関わりなく高い速度分解能で計測が可能であるとともに、計測時間の変動を抑えた同期計数装置、同期計数方法およびプログラムに関する。

従来、電動機等の回転速度を検出する際には、Ｐ個のスリットが設けられた回転盤を回転軸により回転させるとともに、この回転盤を挟み込むように設けられたレーザ光源と光検出器とからなる光エンコーダによって、回転盤が１回転するとＰパルスを発生するパルス発生器が用いられている。ここで、このパルス発生器により発生されるパルスによって、電動機等の回転速度を計測する方法としては、以下の４つの方法が提案されている。

第１の方法は、最も簡易な方法である計数法（Ｍ Ｍｅｔｈｏｄ）であり、一定のサンプリング周期Ｔ_Ｓに発生するパルス数ｍ_eを計数して、このパルス数ｍ_eをサンプリング周期Ｔ_Ｓで除することによって速度値ωを算出する方法である。

第２の方法は、計時法（Ｔ Ｍｅｔｈｏｄ）であり、２つの連続する光学エンコーダパルス間の時間間隔Ｔ_eを計測し、パルス間の距離あるいは角度Ｒｐ（２π／Ｐ）を計測したパルス間の時間間隔Ｔｅで除することによって速度値ωを算出する方法である。

第３の方法は、Ｍ／Ｔ法（Ｍ／Ｔ Ｍｅｔｈｏｄ）であり、上記の計数法と計時法とを組み合わせて低速度域では計時法と同様な方法で、高速度域では、計数法と同様な方法で速度値ωを算出する方法であり、例えば、特許文献１には、速度によって手法を変える計測法について開示されている。

第４の方法は、同期計数法（Ｓ Ｍｅｔｈｏｄ）であり、非特許文献１に示すように、パルスの発生に同期せず速度値を算出する計数法とは異なり、パルス数の変化（以下、「パルス変動」という。）を検出し、このパルス変動に同期して速度値ωを算出する方法である。
特開昭５９−１００８６６号公報 Ｔｏｓｈｉａｋｉ Ｔｓｕｊｉ、Ｍａｒｉｋｏ Ｍｉｚｏｕｃｈｉ、Ｈｉｒｏａｋｉ Ｎｉｓｈｉ ａｎｄ Ｋｏｕｈｅｉ Ｏｈｎｉｓｈｉ "Ａ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ"、ＩＥＣＯＮ ２００５、ｔｈｅ ３１ｓｔ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｎｏｖｅｍｂｅｒ、２００５ ｐｐ．１９４３−１９４８

しかしながら、第１の方法においては、全速度域において速度値の算出を行うことができるものの、速度分解能がサンプリング周期に反比例するために、サンプリング周期が短くなると速度分解能が低下するという課題がある。

また、第２の方法においては、パルスが低速度域では、計数法と比較して高精度な速度値を算出することができるものの、高速度域では、パルス間の時間間隔が短くなるために、パルス間の時間間隔の計測がカウンター等の分解能以下となってしまうために、事実上、高速度域での速度値の算出ができないという課題がある。

また、第３の方法では、低速度域において、計時法と同様に高精度な速度値の算出が可能であるとともに、高速度域においても速度値の算出が可能あるが、高速度域での分解能が低速度域での分解能よりも著しく低いという課題がある。

さらに、第４の方法では、すべての速度域において、速度値を高い精度で得られるものの、速度に依存して計測時間が極端に長くなってしまう場合があり、これにより制御性能が劣化するという課題がある。

すなわち、図１０は、５００ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖの光学エンコーダを用いて、１ｍｓの周期でパルス数をカウントした場合の速度［ｒａｄ／ｓｅｃ］と計測時間［ｓｅｃ］との関係を示すものであるが、図１０に示すように、第４の方法である同期計数法では、パルス変動に同期して速度値ωを算出する方法であるために、このパルス変動が生じないポイントでは、極端に計測時間が長くなる場合がある。

図１０の例では、速度が１２．５６［ｒａｄ／ｓｅｃ］の付近で計測時間が長くなっているのがわかる。これは、１２．５６［ｒａｄ／ｓｅｃ］という速度が、本例のエンコーダにおいて、パルスを１ｍｓごとに発生させる速度であり、サンプル毎のパルス数が「１」で一定になるために、パルス変動が生じず、計測時間が長くなるためである。このように、各サンプルで１回ずつパルスが発生する速度を単位速度といい、この単位速度の倍数の速度で計測時間が長くなるという課題がある。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、全速度域で高い速度分解能により計測が可能であるとともに、計測時間の変動を抑制する同期計数装置、同期計数方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、Ｐ_１個のスリットを有する回転盤（例えば、図１の回転盤８ａに相当）をモータ（例えば、図１のモータ２ａに相当）により回転駆動して得られるパルス信号をカウントする第１のカウンター（例えば、図１のカウンター１２ａに相当）と、Ｐ_２個のスリットを有する回転盤（例えば、図１の回転盤８ｂに相当）をモータ（例えば、図１のモータ２ｂに相当）により回転駆動して得られるパルス信号をカウントする第２のカウンター（例えば、図１のカウンター１２ｂに相当）と、前記第１のカウンターの出力値から速度値を算出する第１の速度値算出手段（例えば、図１の速度値算出部１４ａに相当）と、前記第２のカウンターの出力値から速度値を算出する第２の速度値算出手段（例えば、図１の速度値算出部１４ｂに相当）と、該第１および第２の速度値算出手段において算出された速度値のうち計測時間の短い速度値を選択して出力する速度選択手段（例えば、図１の速度選択器２０に相当）と、を備えたことを特徴とする同期計数装置を提案している。

この発明によれば、スリット数がそれぞれ異なる２つの回転盤を用いて、それぞれの回転盤を回転することにより得られるパルス信号をカウントするとともに、第１および第２の速度値算出手段が第１および第２のカウンターの出力値から速度値を算出し、速度選択手段が算出した速度値のうち、計測時間の短い速度値を選択して出力する。つまり、各サンプルパルスが生じる速度である単位速度は、サンプリング時間とエンコーダのパルス数に依存する関係を有する。そのため、スリット数がそれぞれ異なる２つの光エンコーダを用いることによって、異なる単位速度を得るとともに、単位速度が異なることにより、計測時間が長くなる速度域も異なることから、計測時間の短い光エンコーダからの出力を適宜選択することによって、全体の計測時間が長くなることを防止することができる。

（２）本発明は、（１）の同期計数装置について、Ｐ_１とＰ_２とがｎ：ｎ＋１（ｎは２以上の正の整数）の比をなし、パルス無変動速度をｖ_ｎ、前記第１のカウンターおよび第２のカウンターのサンプリング周期をＴ_Ｓとしたときに、Ｐ_１またはＰ_２が、数１のように表されることを特徴とする同期計数装置を提案している。

計測時間の長期化を防止するためには、パルス無変動速度を高くし、最長計測時間を短くする必要がある。ここで、「パルス無変動速度」とは、２つのエンコーダがともにパルス変動を生じないために、計測時間が極端に長くなる速度をいい、「最長計測時間」とは、パルス無変動速度の倍数速度付近を除く速度域で、計測時間が最も長い時間をいう。この発明によれば、上記の事実に基づいて、スリット数Ｐ_１とＰ_２とがｎ：ｎ＋１（ｎは２以上の正の整数）の比をなし、パルス無変動速度をｖ_ｎ、第１のカウンターおよび第２のカウンターのサンプリング周期をＴ_Ｓとしたときに、Ｐ_１またはＰ_２が、数１に示すような関係にあるときに、パルス無変動速度が高く、最長計測時間が短いという条件を満足し、計測時間の長期化を防止することができる。

（３）本発明は、Ｐ個のスリットを有する回転盤（例えば、図７の回転盤８ａに相当）をモータ（例えば、図７のモータ２ａに相当）により回転駆動して得られるパルス信号をサンプリング周期Ｔ_Ｓ１でカウントする第１のカウンター（例えば、図７のカウンター１２ｃに相当）と、前記パルス信号をサンプリング周期Ｔ_Ｓ２でカウントする第２のカウンター（例えば、図７のカウンター１２ｄに相当）と、前記第１のカウンターの出力値から速度値を算出する第１の速度値算出手段（例えば、図７の速度値算出部１４ｃに相当）と、前記第２のカウンターの出力値から速度値を算出する第２の速度値算出手段（例えば、図７の速度値算出部１４ｄに相当）と、該第１および第２の速度値算出手段において算出された速度値のうち計測時間の短い速度値を選択して出力する速度選択手段（例えば、図７の速度選択器２０に相当）と、を備えたことを特徴とする同期計数装置を提案している。

この発明によれば、サンプリング周期の異なる第１および第２のカウンターを備えるとともに、第１および第２の速度値算出手段が第１および第２のカウンターの出力値から速度値を算出し、速度選択手段が、算出した速度値のうち計測時間の短い速度値を選択して出力する。つまり、各サンプルパルスが生じる速度である単位速度は、サンプリング時間とエンコーダのパルス数に依存する関係を有する。そのため、サンプリング周期の異なる２つのカウンターを用いることによって、異なる単位速度を得るとともに、単位速度が異なることにより、計測時間が長くなる速度域も異なることから、計測時間の短いカウンターからの出力を適宜選択することによって、全体の計測時間が長くなることを防止することができる。

（４）本発明は、（３）の同期計数装置について、前記サンプリング周期Ｔ_Ｓ１とＴ_Ｓ２がｎ＋１：ｎ（ｎは２以上の正の整数）の比をなし、パルス無変動速度をｖ_ｎとしたときに、Ｔ_Ｓ１またはＴ_Ｓ２が、数２のように表されることを特徴とする同期計数装置を提案している。

計測時間の長期化を防止するためには、パルス無変動速度を高くし、最長計測時間を短くする必要がある。この発明によれば、上記の事実に基づいて、サンプリング周期Ｔ_Ｓ１とＴ_Ｓ２がｎ＋１：ｎ（ｎは２以上の正の整数）の比をなし、パルス無変動速度をｖ_ｎとしたときに、Ｔ_Ｓ１またはＴ_Ｓ２が、数２に示すような関係にあるときに、パルス無変動速度が高く、最長計測時間が短いという条件を満足し、計測時間の長期化を防止することができる。

（５）本発明は、スリットを有する回転盤をモータにより回転駆動して得られるパルス信号を所定のサンプリング周期でカウントするカウンターと、前記サンプリング周期を可変するサンプリング周期可変手段と、前記カウンターからの出力値に基づいて、速度値を算出する速度値算出手段と、を備え、前記サンプリング周期可変手段が前記速度値算出手段により演算された速度値に基づいて前記サンプリング周期を可変することを特徴とする同期計数装置を提案している。

この発明によれば、サンプリング周期可変手段が速度値算出手段により演算された速度値に基づいてサンプリング周期を可変する。すなわち、各サンプルパルスが生じる速度である単位速度は、サンプリング時間とエンコーダのパルス数に依存する関係を有する。そのため、サンプリング周期可変手段が速度値算出演算手段により演算された速度値に基づいてサンプリング周期を可変することにより、異なる単位速度を得るとともに、単位速度が異なることによって、計測時間が長くなる速度域も異なることから、最適なサンプリング周期を適宜選択することにより、全体の計測時間が長くなることを防止することができる。

（６）本発明は、２つの速度計数手段と、該２つの速度計数手段の出力値を選択し、該選択した出力値に基づいて速度値を算出するする速度選択手段とを備えた同期計数装置における同期計数方法であって、前記２つの速度計数手段において、それぞれ計測したパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）をカウントする第１のステップ（例えば、図２のステップＳ１０１および図３のステップＳ２０１に相当）と、前記速度選択手段において、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形のパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２にサンプリング周期Ｔ_ｓ１およびＴ_ｓ２を加える第２のステップ（例えば、図２のステップＳ１０２および図３のステップＳ２０２に相当）と、該１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形の総パルス数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２に前記カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）を加える第３のステップ（例えば、図２のステップＳ１０３および図３のステップＳ２０３に相当）と、カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）と前回カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ−１）およびｍ_ｅ２（ｉ−１）との差分からパルス変動数を演算する第４のステップ（例えば、図２のステップＳ１０４および図３のステップＳ２０４に相当）と、該第４のステップにおける演算結果からパルス変動の有無を判別する第５のステップ（例えば、図２のステップＳ１０５および図３のステップＳ２０５に相当）と、パルス変動がある場合に、総パルス数数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２をパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２で除算して、速度値をｖ_１およびｖ_２に更新する第６のステップ（例えば、図２のステップＳ１０６、Ｓ１０７および図３のステップＳ２０６、Ｓ２０７に相当）と、速度値ｖ_１、ｖ_２のうち、計測時間の短い速度値を選択して出力する第７のステップ（例えば、図４のステップＳ３０１からＳ３０３に相当）と、を有することを特徴とする同期計数方法を提案している。

この発明によれば、２つの速度計数手段において、それぞれ計測したパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）をカウントし、速度選択手段において、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形のパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２にサンプリング周期Ｔ_ｓ１およびＴ_ｓ２を加える。次に、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形の総パルス数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２にカウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）を加え、カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）と前回カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ−１）およびｍ_ｅ２（ｉ−１）との差分からパルス変動数を演算する。そして、第４のステップにおける演算結果からパルス変動の有無を判別し、パルス変動がある場合に、総パルス数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２をパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２で除算して、速度値をｖ_１およびｖ_２に更新して、速度値ｖ_１、ｖ_２のうち、計測時間の短い速度値を選択して出力する。したがって、サンプリング周期の異なる２つのカウンターを用いることにより、異なる単位速度を得るとともに、単位速度が異なることによって、計測時間が長くなる速度域も異なることから、計測時間の短いカウンターからの出力を適宜選択することにより、全体の計測時間が長くなることを防止することができる。ここで、本発明における「パルス数」とは、パルス何個分の位置変動があったかを表す指標であり、例えば、回転盤が負の方向に回転した場合、正のパルス信号が発生するが、上記「パルス数」は負の値となり、また、回転盤がある方向に回転した後、元の位置に戻った場合、上記正の方向の回転、負の方向の回転でパルス信号が発生するが、上記「パルス数」は０となるような値である。以下、実施形態等においても、同義のものとして記載する。

（７）本発明は、２つの速度計数手段と、該２つの速度計数手段の出力値を選択し、該選択した出力値に基づいて速度値を算出するする速度選択手段とを備えた同期計数装置における同期計数方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記２つの速度計数手段において、それぞれ計測したパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）をカウントする第１のステップ（例えば、図２のステップＳ１０１および図３のステップＳ２０１に相当）と、前記速度選択手段において、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形のパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２にサンプリング周期Ｔ_ｓ１およびＴ_ｓ２を加える第２のステップ（例えば、図２のステップＳ１０２および図３のステップＳ２０２に相当）と、該１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形の総パルス数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２に前記カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）を加える第３のステップ（例えば、図２のステップＳ１０３および図３のステップＳ２０３に相当）と、カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）と前回カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ−１）およびｍ_ｅ２（ｉ−１）との差分からパルス変動数を演算する第４のステップ（例えば、図２のステップＳ１０４および図３のステップＳ２０４に相当）と、該第４のステップにおける演算結果からパルス変動の有無を判別する第５のステップ（例えば、図２のステップＳ１０５および図３のステップＳ２０５に相当）と、パルス変動がある場合に、総パルス数数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２をパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２で除算して、速度値をｖ_１およびｖ_２に更新する第６のステップ（例えば、図２のステップＳ１０６、Ｓ１０７および図３のステップＳ２０６、Ｓ２０７に相当）と、速度値ｖ_１、ｖ_２のうち、計測時間の短い速度値を選択して出力する第７のステップ（例えば、図４のステップＳ３０１からＳ３０３に相当）と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを提案している。

この発明によれば、２つの速度計数手段において、それぞれ計測したパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）をカウントし、速度選択手段において、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形のパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２にサンプリング周期Ｔ_ｓ１およびＴ_ｓ２を加える。次に、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形の総パルス数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２にカウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）を加え、カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）と前回カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ−１）およびｍ_ｅ２（ｉ−１）との差分からパルス変動数を演算する。そして、第４のステップにおける演算結果からパルス変動の有無を判別し、パルス変動がある場合に、総パルス数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２をパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２で除算して、速度値をｖ_１およびｖ_２に更新して、速度値ｖ_１、ｖ_２のうち、計測時間の短い速度値を選択して出力する。したがって、サンプリング周期の異なる２つのカウンターを用いることにより、異なる単位速度を得るとともに、単位速度が異なることによって、計測時間が長くなる速度域も異なることから、計測時間の短いカウンターからの出力を適宜選択することにより、全体の計測時間が長くなることを防止することができる。ここで、本発明における「パルス数」とは、パルス何個分の位置変動があったかを表す指標であり、例えば、回転盤が負の方向に回転した場合、正のパルス信号が発生するが、上記「パルス数」は負の値となり、また、回転盤がある方向に回転した後、元の位置に戻った場合、上記正の方向の回転、負の方向の回転でパルス信号が発生するが、上記「パルス数」は０となるような値である。以下、実施形態等においても、同義のものとして記載する。

本発明によれば、全速度域で高い速度分解能により計測が可能であるとともに、計測時間の変動を抑制することができるという効果がある。また、計測時間を短く保てることから、同期計数法を実装した制御系の性能を向上できるという効果がある。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１の実施形態＞
図１および図２を用いて、本発明の第１の実施形態について説明する。

＜同期計数装置の構成＞
図１に示すように、本実施形態に係る同期計数装置は、モータ２ａと、回転軸４ａと、Ｐ_１個からなるスリット６ａと、回転盤８ａと、レーザ１６ａと、光検出器１８ａとからなる光エンコーダ１０ａと、モータ２ｂと、回転軸４ｂと、Ｐ_２個からなるスリット６ｂと、回転盤８ｂと、レーザ１６ｂと、光検出器１８ｂとからなる光エンコーダ１０ｂと、カウンター１２ａ、１２ｂと、速度値算出部１４ａ、１４ｂと、速度選択器２０とから構成されている。

光エンコーダ１０ａ、１０ｂには、モータ２ａ、２ｂの回転軸４ａ、４ｂに取り付けられたＰ_１個あるいはＰ_２個のスリットを有する回転盤８ａ、８ｂを挟み込むように、レーザ１６ａ、１６ｂと光検出器１８ａ、１８ｂが配置されている。光検出器１８ａ、１８ｂは、レーザ１６ａ、１６ｂから射出されるレーザ光のうち、回転盤８ａ、８ｂのスリット６ａ、６ｂを通過したもののみを検出する。光エンコーダ１０ａ、１０ｂは、カウンター１２ａ、１２ｂと電気的に接続され、カウンター１２ａ、１２ｂの出力は、速度値算出部１４ａ、１４ｂに接続される。

速度値算出部１４ａ、１４ｂは、例えば、ＣＰＵにクロック発生回路とＲＡＭ、ＲＯＭがそれぞれ接続されて構成される。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されるＬＩＮＵＸ（登録商標）やＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）等のＯＳによって起動してＲＡＭに格納されるプログラムに基づいて作動する。また、速度選択器２０は、速度値算出部１４ａ、１４ｂにおいて算出された速度値のうち計測時間が短い速度値を選択する。

＜処理動作＞
本実施形態においては、異なる数（Ｐ_１個あるいはＰ_２個）のスリット６ａ、６ｂが設けられた回転盤８ａ、８ｂを備える２つの光エンコーダ１０ａ、１０ｂが用いられる。回転盤８ａ、８ｂがモータ２ａ、２ｂにより回転すると、光検出器１８ａ、１８ｂは、それぞれ、レーザ１６ａ、１６ｂから射出されるレーザ光のうち、スリット６ａ、６ｂを通過したもののみをパルス信号として検出する。それぞれの光検出器１８ａ、１８ｂにおいて検出されたパルス信号は、カウンター１２ａ、１２ｂに出力される。

それぞれのカウンター１２ａ、１２ｂは、入力したパルス信号をカウントし、そのカウント値を速度値算出部１４ａ、１４ｂに出力する。速度値算出部１４ａ、１４ｂでは、入力したカウント値からそれぞれ速度値を算出し、その算出結果を速度選択器２０に出力する。速度選択器２０は、速度値算出部１４ａ、１４ｂから入力した速度値のうち計測時間が短い速度値を選択して出力する。

以下、図２から図５を用いて、処理動作の詳細について説明する。
まず、カウンター１２ａが、それぞれのサンプル点において、その周期間に発生したパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）をカウントする。ここで、カウントされたパルス数は、速度値算出部１４ａ内のＲＡＭに格納される（ステップＳ１０１）。

そして、速度値算出部１４ａは、図５に示す回転盤８ａ、８ｂの回転によって生じた出力に対応して１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形の周期であるパルス数変動時間Ｔ_ａ１にサンプリングクロックの周期Ｔ_ｓ１を加えて、ＲＡＭに格納する（ステップＳ１０２）。さらに、速度値算出部１４ａは、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形の総パルス数ｍ_ｓ１にｍ_ｅ１（ｉ）を加えてＲＡＭに格納する（ステップＳ１０３）。

次に、速度値算出部１４ａは、今回のサンプリングクロックのパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）と前回のサンプリングクロックのパルス数ｍ_ｅ１（ｉ−１）との差分を求めることにより、パルス数変動を演算する（ステップＳ１０４）。そして、速度値算出部１４ａは、パルス数変動{ｍ_ｅ１（ｉ）−ｍ_ｅ１（ｉ−１）}が「０」であるか否かを判定し（ステップＳ１０５）、「０」である場合には、速度値を更新せずにリターンする（ステップＳ１０５の「Ｎｏ」）。

一方で、パルス数変動{ｍ_ｅ１（ｉ）−ｍ_ｅ１（ｉ−１）}が「０」でない場合には、パルス数ｍ_ｅ１（ｉ）が変動していることから速度計測を行い、速度値を更新する。具体的には、総パルス数ｍ_ｓ１をパルス数変動時間Ｔ_ａ１で除する（ステップＳ１０６）。そして、サンプリングクロックの周期Ｔ_ｓ１と、図５に示すサンプリングパルスのパルス数変動間のサンプル数であるｍ_ｓａ等を用いて、速度値ｖ_１を算出し、速度値の値を更新する（ステップＳ１０７）。そして、最後に、総パルス数ｍ_ｓ１とパルス数変動時間Ｔ_ａ１とをともに「０」にリセットする（ステップＳ１０８）。

カウンター１２ｂおよび速度値算出部１４ｂにおいても、図３に示されるように、同様な処理が行われる。具体的には、カウンター１２ｂが、それぞれのサンプル点において、その周期間に発生したパルス数ｍ_ｅ２（ｉ）をカウントする。ここで、カウントされたパルス数は、速度値算出部１４ｂ内のＲＡＭに格納される（ステップＳ２０１）。

そして、速度値算出部１４ｂは、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形のパルス数変動時間Ｔ_ａ２にサンプリングクロックの周期Ｔ_ｓ２を加えて、ＲＡＭに格納する（ステップＳ２０２）。さらに、速度値算出部１４ｂは、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形の総パルス数ｍ_ｓ２にｍ_ｅ２（ｉ）を加えてＲＡＭに格納する（ステップＳ２０３）。

次に、速度値算出部１４ｂは、今回のサンプリングクロックのパルス数ｍ_ｅ２（ｉ）と前回のサンプリングクロックのパルス数ｍ_ｅ２（ｉ−１）との差分を求めることにより、パルス数変動を演算する（ステップＳ２０４）。そして、速度値算出部１４ｂは、パルス数変動{ｍ_ｅ２（ｉ）−ｍ_ｅ２（ｉ−１）}が「０」であるか否かを判定し（ステップＳ２０５）、「０」である場合には、速度値を更新せずにリターンする（ステップＳ２０５の「Ｎｏ」）。

一方で、パルス数変動{ｍ_ｅ２（ｉ）−ｍ_ｅ２（ｉ−１）}が「０」でない場合には、パルス数ｍ_ｅ２（ｉ）が変動していることから速度計測を行い、速度値を更新する。具体的には、総パルス数ｍ_ｓ２をパルス数変動時間Ｔ_ａ２で除する（ステップＳ２０６）。そして、サンプリングクロックの周期Ｔ_ｓ２と、サンプリングパルスのパルス数変動間のサンプル数であるｍ_ｓａ等を用いて、速度値ｖ_２を算出し、速度値の値を更新する（ステップＳ２０７）。そして、最後に、総パルス数ｍ_ｓ２とパルス数変動時間Ｔ_ａ２とをともに「０」にリセットする（ステップＳ２０８）。

速度選択器２０では、光エンコーダ１０ａにおけるパルス数変動時間Ｔ_ａ１と光エンコーダ１０ｂにおけるパルス数変動時間Ｔ_ａ２とを比較する（ステップＳ３０１）。比較の結果、光エンコーダ１０ａにおけるパルス数変動時間Ｔ_ａ１が光エンコーダ１０ｂにおけるパルス数変動時間Ｔ_ａ２よりも大きい場合（ステップＳ３０１の「Ｙｅｓ」）には、ｖ_２を速度値として出力し、光エンコーダ１０ａにおけるパルス数変動時間Ｔ_ａ１が光エンコーダ１０ｂにおけるパルス数変動時間Ｔ_ａ２よりも小さい場合（ステップＳ３０１の「Ｎｏ」）には、ｖ_１を速度値として出力する。

＜スリット数の最適化＞
上記のように、スリット数の異なる光エンコーダを用いることによって、全体の計測時間が長くなることを防止することができるが、この効果をさらに高めるためには、異ならせるスリット数の比を最適化することが重要である。そこで、スリット数の比を最適化について説明する。

計測時間の長期化を防止するためには、パルス無変動速度を高くし、最長計測時間を短くする必要がある。この条件を満足するためには、スリット数の比が、ｎ：ｎ＋１であることが好ましい。なお、ここで、ｎは２以上の正の整数である。

ここで、スリット数の比が、ｎ：ｎ＋１である場合には、パルス無変動速度ｖ_ｎおよび最長計測時間Ｔ_ｍａｘは、以下の数１、数２で表される。なお、ここで、Ｔ_ｓは、カウンター１２ａ、１２ｂのサンプリング周期である。

なお、ここで、ｖ_１とｖ_２は、それぞれ光エンコーダ１０ａ、１０ｂの単位速度であり、それぞれ光エンコーダ１０ａ、１０ｂのスリット数Ｐ_１、Ｐ_２およびカウンター１２ａ、１２ｂのサンプリング周期Ｔ_ｓにより、数３のように表される。また、スリット数Ｐ_１、Ｐ_２の関係は、数４のようになる。

そして、数１および数２からｎおよびスリット数Ｐ_１、Ｐ_２は、数５、数６のように表さ、これによって、最適なスリット数の比を求めることができる。

図６は、上記の関係に基づき、ｎ＝３、すなわち、Ｐ_１：Ｐ_２＝３：４、具体的には、３７５ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖのエンコーダと５００ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖのエンコーダとを用いた場合の計測時間を示している。図中、点線部が５００ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖのエンコーダの速度と計測時間との関係を示しており、一点鎖線部が３７５ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖのエンコーダの速度と計測時間との関係を示している。また、実線部が本実施形態を適用した場合の速度と計測時間との関係を示している。

この図によれば、１回転分のエンコーダのパルス数が異なるため、それぞれの単位速度が異なり、計測時間が長くなる速度域も異なる。そのため、計測時間の短いエンコーダを選択して、速度計測を行えば、計測時間が長くなることを効果的に防止することができる。

したがって、本実施形態によれば、スリット数がそれぞれ異なる２つの光エンコーダを用いることによって、異なる単位速度を得るとともに、単位速度が異なることにより、計測時間が長くなる速度域も異なることから、計測時間の短い光エンコーダからの出力を適宜選択することによって、全体の計測時間が長くなることを防止することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、図７および図８を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。

＜同期計数装置の構成＞
本実施形態に係る同期計数装置は、第１の実施形態と同様の構成を有する１の光学エンコーダ１０ａと、このエンコーダ１０ａ内の光検出器１８ａから出力を処理する２つのカウンター１２ｃ、１２ｄおよび速度値算出部１４ｃ、１４ｄと、速度選択器２０とから構成されている。

本実施形態に係る同期計数装置は、サンプリング周期の異なる２つのカウンターを用いて、異なる単位速度を得て、計測時間の短いカウンターからの出力を適宜選択することによって、全体の計測時間が長くなることを防止するものである。

＜処理動作＞
本実施形態においては、サンプリング周期の異なる２つのカウンター１２ｃ、１２ｄが用いられる。回転盤８ａがモータ２ａにより回転すると、光検出器１８ａは、レーザ１６ａから射出されるレーザ光のうち、スリット６ａを通過したもののみをパルス信号として検出する。光検出器１８ａにおいて検出されたパルス信号は、カウンター１２ｃ、１２ｄに出力される。

それぞれのカウンター１２ｃ、１２ｄは、入力したパルス信号を異なるサンプリング周期でカウントし、そのカウント値を速度値算出部１４ｃ、１４ｄに出力する。速度値算出部１４ｃ、１４ｄでは、入力したカウント値からそれぞれ速度値を算出し、その算出結果を速度選択器２０に出力する。速度選択器２０は、速度値算出部１４ｃ、１４ｄから入力した速度値のうち計測時間が短い速度値を選択して出力する。なお、処理の詳細については、第１の実施形態とほぼ同様であるため、説明を省略する。

＜サンプリング周期の最適化＞
上記のように、サンプリング周期の異なるカウンターを用いることによって、全体の計測時間が長くなることを防止することができるが、この効果をさらに高めるためには、異なるサンプリング周期の比を最適化することが重要である。そこで、サンプリング周期の比を最適化について説明する。

計測時間の長期化を防止するためには、パルス無変動速度を高くし、最長計測時間を短くする必要がある。この条件を満足するためには、サンプリング周期の比が、ｎ＋１：ｎであることが好ましい。なお、ここで、ｎは２以上の正の整数である。

ここで、サンプリング周期の比が、ｎ＋１：ｎである場合には、最長計測時間Ｔ_ｍａｘおよびパルス無変動速度ｖ_ｎは、以下の数７、数８で表される。なお、ここで、Ｔ_ｓ１は、カウンター１２ｃのサンプリング周期であり、Ｔ_ｓ２は、カウンター１２ｄのサンプリング周期である。

なお、ここで、ｖ_１とｖ_２は、それぞれカウンター１２ｃ、１２ｄにおける単位速度であり、それぞれ光エンコーダ１０ａのスリット数Ｐおよびカウンター１２ｃ、１２ｄのサンプリング周期Ｔ_ｓ１およびＴ_ｓ２により、数９のように表される。また、カウンター１２ｃ、１２ｄのサンプリング周期Ｔ_ｓ１およびＴ_ｓ２の関係は、数１０のようになる。

そして、数７および数８からサンプリング周期Ｔ_ｓ１、Ｔ_ｓ２およびｎは、数１１、数１２のように表される。これによって、最適なサンプリング周期の比を求めることができる。

図８は、上記の関係に基づき、ｎ＝３、すなわち、Ｔ_ｓ１：Ｔ_ｓ２＝３：４、具体的には、１ｍｓのカウンターと０．７５ｍｓのカウンターとを用いた場合の計測時間を示している。図中、点線部が１ｍｓのカウンターの速度と計測時間との関係を示しており、一点鎖線部が０．７５ｍｓのカウンターの速度と計測時間との関係を示している。また、実線部が本実施形態を適用した場合の速度と計測時間との関係を示している。

この図によれば、１回転分のエンコーダのパルス数が異なるため、それぞれの単位速度が異なり、計測時間が長くなる速度域も異なる。そのため、計測時間の短いカウンターを選択して、速度計測を行えば、計測時間が長くなることを効果的に防止することができる。

したがって、本実施形態によれば、サンプリング周期の異なる２つのカウンターを用いることによって、異なる単位速度を得るとともに、単位速度が異なることにより、計測時間が長くなる速度域も異なることから、計測時間の短いカウンターからの出力を適宜選択することによって、全体の計測時間が長くなることを防止することができる。

＜第３の実施形態＞
本実施形態に係る同期計数装置は、光エンコーダと、光検出器からのパルス信号を所定のサンプリング周期でカウントするカウンターと、サンプリング周期を可変するサンプリング周期可変部と、カウンターからの出力値に基づいて、速度値を算出する速度値演算部とから構成されており、サンプリング周期可変部が速度値演算部により演算された速度値に基づいてサンプリング周期を可変する。

つまり、サンプリング周期を可変することによって、単位速度を操作することで、計測時間が長くなる速度域を変化させ、計測時間が長くなることを防止するものである。したがって、本実施形態によれば、簡易な構成で、全体の計測時間が長くなることを防止することができる。

＜シミュレーション結果＞
図９に従来の方法を用いた場合の速度応答値と第１の実施形態における方法を適用した場合の速度応答値を示す。なお、本シミュレーションでは、一方の光エンコーダのパルス間隔を５０００ＰＰＲ、もう一方の光エンコーダのパルス間隔を３７５０ＰＰＲ、制御周期を０．５ｍｓ、Ｉゲインを３０００、Ｐゲインを１４０、Ｄゲインを３としている。

図９において、点線部は指令速度を、一点鎖線部は従来法による制御の速度応答を、実線部は、第１の実施形態における方法による制御の速度応答を示している。図９に示すように、従来法による制御では、単位速度の倍数付近で計測遅延に伴う振動が発生しているのに対し、第１の実施形態における方法による制御では、このような振動が見られないという顕著な差異を示している。したがって、このシミュレーション結果からも、計測時間を短く保つことにより、制御系の性能が向上していることが実証されている。なお、図９においては、本発明の一例として、第１の実施形態による方法を例示したが、第２および第３の実施形態においても同様の効果を得ることができる。

また、同期計数装置の処理をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムを同期計数装置に読み込ませ、実行することによって本発明の同期計数装置を実現することができる。ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳや周辺装置等のハードウェアを含む。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されても良い。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、本実施形態においては、光エンコーダを用いた同期計数装置を例示して説明したが、磁気式エンコーダ等を用いた同期計数装置においても適用することができる。また、エンコーダに関しても、リニアエンコーダやＡ／Ｄ変換器を用いた微分処理を用いて、同期計数装置を実現することができる。

第１の実施形態に係る同期計数装置の構成図である。 第１の実施形態に係る同期計数装置の処理フローである。 第１の実施形態に係る同期計数装置の処理フローである。 第１の実施形態に係る同期計数装置の処理フローである。 本発明の同期計数装置における光エンコーダの出力に対応して、１サンプリング内に生じたパルス数を示す１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形とサンプリングクロックによるサンプリングパルスの動作波形図である。 第１の実施形態を適用した場合の速度と計測時間との関係を示した図である。 第２の実施形態に係る同期計数装置の構成図である。 第２の実施形態を適用した場合の速度と計測時間との関係を示した図である。 シミュレーション結果を示す図である。 従来例における速度と計測時間との関係を示した図である。

符号の説明

２ａ、２ｂ・・・モータ、４ａ、４ｂ・・・回転軸、６ａ、６ｂ・・・スリット、８ａ、８ｂ・・・回転盤、１０ａ、１０ｂ・・・光エンコーダ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ・・・カウンター、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ・・・速度値算出部、１６ａ、１６ｂ・・・レーザ、１８ａ、１８ｂ・・・光検出器、２０・・・速度選択器

Claims (7)

1. Ｐ_１個のスリットを有する回転盤をモータにより回転駆動して得られるパルス信号をカウントする第１のカウンターと、
   Ｐ_２個のスリットを有する回転盤をモータにより回転駆動して得られるパルス信号をカウントする第２のカウンターと、
   前記第１のカウンターの出力値から速度値を算出する第１の速度値算出手段と、
   前記第２のカウンターの出力値から速度値を算出する第２の速度値算出手段と、
   該第１および第２の速度値算出手段において算出された速度値のうち計測時間の短い速度値を選択して出力する速度選択手段と、
   を備えたことを特徴とする同期計数装置。
2. Ｐ_１とＰ_２とがｎ：ｎ＋１（ｎは２以上の正の整数）の比をなし、パルス無変動速度をｖ_ｎ、前記第１のカウンターおよび第２のカウンターのサンプリング周期をＴ_Ｓとしたときに、Ｐ_１またはＰ_２が、数１のように表されることを特徴とする請求項１に記載の同期計数装置。
   

   
3. Ｐ個のスリットを有する回転盤をモータにより回転駆動して得られるパルス信号をサンプリング周期Ｔ_Ｓ１でカウントする第１のカウンターと、
   前記パルス信号をサンプリング周期Ｔ_Ｓ２でカウントする第２のカウンターと、
   前記第１のカウンターの出力値から速度値を算出する第１の速度値算出手段と、
   前記第２のカウンターの出力値から速度値を算出する第２の速度値算出手段と、
   該第１および第２の速度値算出手段において算出された速度値のうち計測時間の短い速度値を選択して出力する速度選択手段と、
   を備えたことを特徴とする同期計数装置。
4. 前記サンプリング周期Ｔ_Ｓ１とＴ_Ｓ２がｎ＋１：ｎ（ｎは２以上の正の整数）の比をなし、パルス無変動速度をｖ_ｎとしたときに、Ｔ_Ｓ１またはＴ_Ｓ２が、数２のように表されることを特徴とする請求項３に記載の同期計数装置。
   

   
5. スリットを有する回転盤をモータにより回転駆動して得られるパルス信号を所定のサンプリング周期でカウントするカウンターと、
   前記サンプリング周期を可変するサンプリング周期可変手段と、
   前記カウンターからの出力値に基づいて、速度値を算出する速度値算出手段と、
   を備え、
   前記サンプリング周期可変手段が前記速度値算出手段により演算された速度値に基づいて前記サンプリング周期を可変することを特徴とする同期計数装置。
6. ２つの速度計数手段と、該２つの速度計数手段の出力値を選択し、該選択した出力値に基づいて速度値を算出するする速度選択手段とを備えた同期計数装置における同期計数方法であって、
   前記２つの速度計数手段において、それぞれ計測したパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）をカウントする第１のステップと、
   前記速度選択手段において、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形のパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２にサンプリング周期Ｔ_ｓ１およびＴ_ｓ２を加える第２のステップと、
   該１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形の総パルス数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２に前記カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）を加える第３のステップと、
   カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）と前回カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ−１）およびｍ_ｅ２（ｉ−１）との差分からパルス変動数を演算する第４のステップと、
   該第４のステップにおける演算結果からパルス変動の有無を判別する第５のステップと、
   パルス変動がある場合に、総パルス数数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２をパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２で除算して、速度値をｖ_１およびｖ_２に更新する第６のステップと、
   速度値ｖ_１、ｖ_２のうち、計測時間の短い速度値を選択して出力する第７のステップと、
   を有することを特徴とする同期計数方法。
7. ２つの速度計数手段と、該２つの速度計数手段の出力値を選択し、該選択した出力値に基づいて速度値を算出するする速度選択手段とを備えた同期計数装置における同期計数方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   前記２つの速度計数手段において、それぞれ計測したパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）をカウントする第１のステップと、
   前記速度選択手段において、１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形のパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２にサンプリング周期Ｔ_ｓ１およびＴ_ｓ２を加える第２のステップと、
   該１サンプリング内に発生するパルス数を示す波形の総パルス数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２に前記カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）を加える第３のステップと、
   カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ）およびｍ_ｅ２（ｉ）と前回カウントしたパルス数ｍ_ｅ１（ｉ−１）およびｍ_ｅ２（ｉ−１）との差分からパルス変動数を演算する第４のステップと、
   該第４のステップにおける演算結果からパルス変動の有無を判別する第５のステップと、
   パルス変動がある場合に、総パルス数数ｍ_ｓ１およびｍ_ｓ２をパルス数変動時間Ｔ_ａ１およびＴ_ａ２で除算して、速度値をｖ_１およびｖ_２に更新する第６のステップと、
   速度値ｖ_１、ｖ_２のうち、計測時間の短い速度値を選択して出力する第７のステップと、
   をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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