JP2008224592A - 同期計数装置、同期計数方法およびプログラム - Google Patents
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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】P1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、P2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
【解決手段】P1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、P2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TSに発生するパルス数meを計数して、このパルス数meをサンプリング周期TS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Te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、P1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、P2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。
(1)本発明は、P1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、P2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、P1とP2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vn、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TSとしたときに、P1またはP2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P1とP2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vn、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TSとしたときに、P1またはP2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TS1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TS2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TS1とTS2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vnとしたときに、TS1またはTS2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TS1とTS2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vnとしたときに、TS1またはTS2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me1(i)およびme2(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Ta1およびTa2にサンプリング周期Ts1およびTs2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ms1およびms2に前記カウントしたパルス数me1(i)およびme2(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me1(i)およびme2(i)と前回カウントしたパルス数me1(i−1)およびme2(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ms1およびms2をパルス数変動時間Ta1およびTa2で除算して、速度値をv1およびv2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v1、v2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me1(i)およびme2(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Ta1およびTa2にサンプリング周期Ts1およびTs2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ms1およびms2にカウントしたパルス数me1(i)およびme2(i)を加え、カウントしたパルス数me1(i)およびme2(i)と前回カウントしたパルス数me1(i−1)およびme2(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ms1およびms2をパルス数変動時間Ta1およびTa2で除算して、速度値をv1およびv2に更新して、速度値v1、v2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me1(i)およびme2(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Ta1およびTa2にサンプリング周期Ts1およびTs2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ms1およびms2に前記カウントしたパルス数me1(i)およびme2(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me1(i)およびme2(i)と前回カウントしたパルス数me1(i−1)およびme2(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ms1およびms2をパルス数変動時間Ta1およびTa2で除算して、速度値をv1およびv2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v1、v2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me1(i)およびme2(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Ta1およびTa2にサンプリング周期Ts1およびTs2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ms1およびms2にカウントしたパルス数me1(i)およびme2(i)を加え、カウントしたパルス数me1(i)およびme2(i)と前回カウントしたパルス数me1(i−1)およびme2(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ms1およびms2をパルス数変動時間Ta1およびTa2で除算して、速度値をv1およびv2に更新して、速度値v1、v2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。
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。
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、P1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、P2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。
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、P1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、P2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P1個あるいはP2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(P1個あるいはP2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。
本実施形態においては、異なる数(P1個あるいはP2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me1(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)。
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me1(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Ta1にサンプリングクロックの周期Ts1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ms1にme1(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me1(i)と前回のサンプリングクロックのパルス数me1(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{me1(i)−me1(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{me1(i)−me1(i−1)}が「0」でない場合には、パルス数me1(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ms1をパルス数変動時間Ta1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Ts1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msa等を用いて、速度値v1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ms1とパルス数変動時間Ta1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me2(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Ta2にサンプリングクロックの周期Ts2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ms2にme2(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me2(i)と前回のサンプリングクロックのパルス数me2(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{me2(i)−me2(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{me2(i)−me2(i−1)}が「0」でない場合には、パルス数me2(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ms2をパルス数変動時間Ta2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Ts2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msa等を用いて、速度値v2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ms2とパルス数変動時間Ta2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Ta1と光エンコーダ10bにおけるパルス数変動時間Ta2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Ta1が光エンコーダ10bにおけるパルス数変動時間Ta2よりも大きい場合(ステップS301の「Yes」)には、v2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Ta1が光エンコーダ10bにおけるパルス数変動時間Ta2よりも小さい場合(ステップS301の「No」)には、v1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。
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vnおよび最長計測時間Tmaxは、以下の数1、数2で表される。なお、ここで、Ts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、v1とv2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P1、P2およびカウンター12a、12bのサンプリング周期Tsにより、数3のように表される。また、スリット数P1、P2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P1、P2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、P1:P2=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。
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、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。
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。
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Tmaxおよびパルス無変動速度vnは、以下の数7、数8で表される。なお、ここで、Ts1は、カウンター12cのサンプリング周期であり、Ts2は、カウンター12dのサンプリング周期である。
なお、ここで、v1とv2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Ts1およびTs2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Ts1およびTs2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Ts1、Ts2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、Ts1:Ts2=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。
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。
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)
- P1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、
P2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。 - 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TS1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TS2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。 - 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。 - 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me1(i)およびme2(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Ta1およびTa2にサンプリング周期Ts1およびTs2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ms1およびms2に前記カウントしたパルス数me1(i)およびme2(i)を加える第3のステップと、
カウントしたパルス数me1(i)およびme2(i)と前回カウントしたパルス数me1(i−1)およびme2(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ms1およびms2をパルス数変動時間Ta1およびTa2で除算して、速度値をv1およびv2に更新する第6のステップと、
速度値v1、v2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。 - 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me1(i)およびme2(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Ta1およびTa2にサンプリング周期Ts1およびTs2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ms1およびms2に前記カウントしたパルス数me1(i)およびme2(i)を加える第3のステップと、
カウントしたパルス数me1(i)およびme2(i)と前回カウントしたパルス数me1(i−1)およびme2(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ms1およびms2をパルス数変動時間Ta1およびTa2で除算して、速度値をv1およびv2に更新する第6のステップと、
速度値v1、v2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。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007066728A JP2008224592A (ja) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | 同期計数装置、同期計数方法およびプログラム |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101907633A (zh) * | 2010-06-29 | 2010-12-08 | 浙江大学 | 一种高分辨率转速测量装置 |
JP2013020127A (ja) * | 2011-07-12 | 2013-01-31 | Canon Inc | 画像形成装置 |
CN107610564A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-01-19 | 苏畅 | 一种自由落体实验装置 |
-
2007
- 2007-03-15 JP JP2007066728A patent/JP2008224592A/ja active Pending
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