JP2009281913A

JP2009281913A - エンコーダ装置

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Publication number: JP2009281913A
Application number: JP2008135243A
Authority: JP
Inventors: Akimitsu Ebihara; 明光蛯原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2009-12-03

Abstract

【課題】異常通電停止後の通電再開時に動作制御部においてベース機器の動作部の位置を正確に認識し易いエンコーダ装置を提供する
【解決手段】検出用パターン３３を有してベース機器１０の動作部１５に装着されるエンコーダスケール３１を備え、検出部３５により検出用パターン３３が検出されて検出信号が生成されるエンコーダ装置３０であり、所定の通電停止時以外にベース機器１０への通電が停止する異常通電停止時を検知する異常停止検知部４５と、エンコーダスケール３１に検出用パターン３３とは別に設けられた記録領域３７と、記録領域３７への書き込み部３９及び読み取り部４１と、書き込み部３９及び読み取り部４１を制御する記録制御部４３とを備え、記録制御部４３は、異常停止検知部４５で異常通電停止時を検知したとき、異常通電停止時の動作部１５の停止位置情報を記録領域３７に書き込み、通電再開時に記録領域３７の停止位置情報を読み取るように書き込み部３９及び読み取り部４１を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンコーダスケールの検出用パターンが検出されて検出信号が生成されるエンコーダ装置に関する。

従来、モータ等の各種のベース機器では、動作部の動作量を精度良く検出するために、エンコーダ装置が多数使用されている。

エンコーダ装置は、検出用パターンを有してベース機器の動作部に装着されるエンコーダスケールと、エンコーダスケールの検出用パターンを検出して検出信号を生成する検出部とを備えている。このエンコーダ装置では、ベース機器の動作部が動作すると、検出部に対してエンコーダスケールが相対移動して検出用パターンが検出され、生成された検出信号をベース機器の動作制御部における制御に利用されることで、ベース機器の動作部の精密な動作を確保している。

近年、エンコーダスケールとしては、例えば特許文献１等に記載されているように、光磁気メディアにより構成され、動作部の作動限界範囲やタイミング信号を生成する情報などを書き込み可能にしたものや、検出用パターンを書き込み可能にしたものが提案されている。このエンコーダ装置では、書き込まれた情報を制御に利用してベース機器の動作部の精密な動作を実現している。

このようなエンコーダ装置では、稼働中には、検出信号が動作制御部で処理されることで、ベース機器の動作部の位置が動作制御部で認識されている。スイッチ操作等により通電を停止したときには、例えば、ベース機器の動作部を原点位置や所定の停止位置に配置したり、動作制御部において各種の設定を保存するなど、通電停止に伴う各種の通電停止処理を行ない、次回の稼働時に動作制御部がベース機器の動作部の位置を認識できるようにしている。
特開平０６−２６５３６９号公報

しかしながら、停電や電源の故障時等の異常通電停止時には、通常の通電停止処理を行うことが容易でなく、特に、ロボット等のように多数のベース機器を連結したような装置では、ベース機器毎の通電停止処理が必要であるため、通常の通電停止処理を行うことが困難であった。そのため、従来のエンコーダ装置では、異常通電停止後の通電再開時に、動作制御部においてベース機器の動作部の位置を正確に認識して制御を再開することが容易でないという問題点があった。

そこで、この発明では、異常通電停止後の通電再開時に動作制御部においてベース機器の動作部の位置を正確に認識し易いエンコーダ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するこの発明のエンコーダ装置は、検出用パターンを有してベース機器の動作部に装着されるエンコーダスケールを備え、検出部により前記検出用パターンが検出されて検出信号が生成されるエンコーダ装置において、所定の通電停止時以外に前記ベース機器への通電が停止する異常通電停止時を検知する異常停止検知部と、前記エンコーダスケールに前記検出用パターンとは別に設けられた記録領域と、前記記録領域に書き込みを行う書き込み部、及び読み取りを行う読み取り部と、前記書き込み部及び読み取り部を制御する記録制御部とを備え、前記記録制御部は、前記異常停止検知部で前記異常通電停止時を検知したとき、該異常通電停止時の前記動作部の停止位置情報を前記記録領域に書き込み、通電再開時に前記記録領域の前記停止位置情報を読み取るように前記書き込み部及び前記読み取り部を制御することを特徴とする。

この発明のエンコーダ装置によれば、エンコーダスケールに検出用パターンとは別に記録領域が設けられていて、異常停止検知部で異常通電停止時を検知したとき、異常通電停止時の動作部の停止位置情報を記録領域に書き込み、通電再開時にその停止位置情報を読み取るようにしたので、異常通電停止時に動作部に対応させて停止位置情報を確実に保存することができ、異常通電停止後の通電再開時にその停止位置情報により動作制御部に正確に動作部の停止位置を正確に認識させることができる。そのため、通電再開後に動作制御部により確実な動作部の制御を行うことができる。

以下、この発明の実施の形態について図１乃至図４を用いて説明する。

この発明の実施の形態は、図１に示すように、モータ１１により駆動アーム１３が駆動されるように構成された駆動装置１０に、エンコーダ装置３０を装着した例である。

ベース機器としての駆動装置１０は、モータ１１と、モータ１１の動作部としてのモータ軸１５に連結された減速機構１７と、減速機構１７に連結された駆動アーム１３と、モータ１１のモータ軸１５の回転を入力部２１からの信号に応じて制御する動作制御部２３とを備え、動作制御部２３には電源１９から電力が供給されるように構成されている。

この駆動装置１０では、動作制御部２３によりモータ軸１５の回転方向、回転速度、回転回数及び回転角度等が制御され、モータ軸１５の回転に精度良く対応して駆動アーム１３が回動する。減速機構１７がハーモニックドライブ（商標）等のように減速比の大きいものであるため、モータ軸１５が複数回或いは多数回回転することで、駆動アーム１３が３６０°未満の角度回動する。更に、モータ１１が繰り返し駆動されると、モータ軸１５が各駆動時の回転方向、回転回数、及び回転角度を累積した累積回転量で回転した状態となり、駆動アーム１３がモータ軸１５の累積回転量に対応した位置となる。

一方、エンコーダ装置３０は、図１及び図２に示すように、検出用パターン３３と記録領域３７とを有してモータ軸１５に装着されたエンコーダスケール３１と、エンコーダスケール３１の検出用パターン３３を検出して検出信号を生成する検出部３５と、記録領域３７に書き込みを行う書き込み部３９と、記録領域３７の読み取りを行う読み取り部４１とを備える。エンコーダスケール３１の検出用パターン３３と記録領域３７とは、図２に示すように、同軸で互いに別となる位置にそれぞれ略環状に設けられている。

更に、このエンコーダ装置３０は、書き込み部３９及び読み取り部４１を制御する記録制御部４３と、異常通電停止時に異常停止信号を生成して記録制御部４３に送信する異常停止検知部４５とを備えている。

エンコーダスケール３１の検出用パターン３３は、インクリメンタルパターン及びアブソリュートパターンからなる光学パターンと、磁気パターンとからなる。図２では光学パターンのみを図示している。

検出用パターン３３は何れも書き換え不能に固定して形成されている。光学パターンはエンコーダスケール３１の基板の表面の帯状の領域に高反射率材料面と低反射率材料面とが交互に配列して形成され、磁気パターンはエンコーダスケールの基板の中央側に周方向に磁極が変化するように磁石が固定されて形成されている。

検出部３５は、検出用パターン３３毎に設けられており、光学パターンからなる検出用パターン３３の検出部３５は、発光部及び受光部を有し、発光部から照射された光が検出用パターン３３を経由して受光部で受光されることで検出信号を生成する。磁気パターンからなる検出用パターン３３の検出部３５は、磁気センサからなり、磁極の変化を検出することで検出信号を生成する。

検出部３５において生成された検出信号は、動作制御部２３に伝達されることで、モータ軸１５の回転方向、回転速度、回転回数及び回転角度を精度良く検出して、モータ軸１５の回転の制御に利用される。

エンコーダスケール３１の記録領域３７は、書き込み、書き換え、消去等が可能に形成されている。この記録領域３７はエンコーダスケール３１の基板の表面の帯状の領域に相変化型材料膜や光磁気材料膜等を備えて形成されている。これらの材料膜を用いて各種情報を記録すれば、通電停止後にも記録した情報を確実に残すことができる。

書き込み部３９及び読み取り部４１は、相変化型記録や光磁気記録に使用されるレーザーピックアップや磁気ヘッド等を備え、相変化型材料膜や光磁気材料膜への書き込み及び読み取りが可能となっている。

異常停止検知部４５は、異常通電停止時を検出可能な手段であればよいが、ここでは、電源１９から動作制御部２３への電力を供給する経路において電圧を検出し、電圧が所定値以下に達したときに異常通電停止時を検知して異常停止信号を生成するように構成されている。

ここで、異常通電停止とは、通常の通電停止時以外に動作制御部２３への通電が停止されることをいう。例えば、停電や電源１９等の電力供給側の故障などがあり、動作制御部２３のスイッチ操作等により通電が停止される通常の通電停止時のような通電停止処理が行われずに、通電が停止される場合である。また、この異常通電停止時には、通電の停止原因が発生した時点から通電が完全に停止するまでの期間が含まれる。

記録制御部４３は、異常停止検知部４５から異常停止信号を受信することで、動作制御部２３から停止位置情報を取得する動作と、書き込み部３９に停止位置情報を伝達して記録領域３７に記録させる動作と、異常通電停止後の通電再開時に、記録領域３７に記録されている停止位置情報を読み取り部４１により読み取らせて、動作制御部２３に伝達する動作とを行うことが可能な構成を備えている。

次に、このような構成を有するエンコーダ装置３０を備えた駆動装置１０の動作について説明する。

通常の稼働時には、電力が動作制御部２３に供給された状態となっている。入力部２１から予め設定されたプログラム或いは操作入力等により入力信号が動作制御部２３に入力されると、動作制御部２３で駆動信号が生成されてモータ１１に供給される。モータ１１では、駆動信号に対応してモータ軸１５が回転し、この回転が減速機構１７の入力部１６に入力され、減速機構１７の減速比に対応して出力部１８が回動され、出力部１８に従動して駆動アーム１３が動作する。

エンコーダ装置３０では、モータ軸１５と共にエンコーダスケール３１が回転し、検出部３５で検出用パターン３３が検出されて検出信号が生成され、検出信号が動作制御部２３に伝達される。動作制御部２３では、検出信号に基づいてモータ１１の各種の制御が行われ、駆動信号が適切に調整される。

そして、動作制御部２３に設けられているスイッチの操作等により稼働終了の操作を行うと、動作制御部２３に供給される電力の通電が停止される。その際、稼働終了の操作後に、例えば、モータ軸１５を原点位置に配置したり、駆動アーム１３を所定の停止位置に配置したり、動作制御部２３に設定されている各種の設定を保存したり、動作制御部２３で認識されている動作状態を保存するなど、通電停止に伴う各種の通電停止処理が行われる。これにより、駆動装置１０を安全に停止でき、また、次回の稼働開始時に、動作制御部２３においてモータ軸１５の停止位置を正確に認識して、モータ軸１５の精密な制御を可能にしている。

このようなエンコーダ装置３０を備えた駆動装置１０において、モータ軸１５及び駆動アーム１３が動作中に、停電や故障等により通電が停止する異常通電停止が起こると、通常の通電停止処理が行われることなく、駆動装置１０が停止する。すると、駆動アーム１３が不特定の位置で停止した状態となり、その後の通電再開時には、駆動アーム１３が予測外の動作を行ったり、動作制御部２３がモータ軸１５の停止位置を正しく認識できずに制御不能となることが考えられる。そのため、このエンコーダ装置３０では、図３に示すような異常通電停止時の処理を実行する。

まず、この実施の形態では、電源１９から動作制御部２３に電力を供給する部位に蓄電装置４７が装着されているため、停電や故障等の異常通電停止の原因が発生すると、動作制御部２３に設けられているスイッチ等がオン状態で維持されたまま、電源１９からの電力の供給が停止する。すると、電圧降下に伴い蓄電装置４７から電力が放出され、動作制御部２３に供給される電圧が経時的に低下する。このとき、異常停止検知部４５において電圧が所定値以下を検知することで、異常通電停止時の処理が進行する（Ｓ１０１）。この異常停止検知部４５では、電圧が所定値以下を検知したとき、異常停止信号を生成し、記録制御部４３に伝達する（Ｓ１０２）。

記録制御部４３では、異常停止信号を受信すると、動作制御部２３から検出信号に基づいて生成されたモータ軸１５の停止位置情報を取得する（Ｓ１０３）。停止位置情報とは、異常通電停止時におけるモータ軸１５の動作位置を示す情報であり、モータ軸１５の原点位置からの累積回転量を含む情報である。この停止位置情報は、モータ軸１５が完全に停止した位置が望ましいが、停止直前の位置であってもよい。例えば、取得した停止位置情報の位置から、駆動アーム１３が慣性等により多少移動しても、後述する再開処理を行うことが可能である。

この実施の形態では、累積回転量は、モータ軸１５の原点位置からの累積回転回数及び回転角度と、累積回転方向とからなる。これらは、稼働期間中に、動作制御部２３に伝達されているエンコーダ装置３０からの検出信号により容易に生成できる。例えば、累積回転回数及び回転角度は磁気的な検出パターンに基づく検出信号とアブソリュートパターンに基づく検出信号から生成でき、累積回転方向は、インクリメンタルパターンに基づく検出信号と累積回転回数及び回転角度との組合せにより算出でき、動作制御部２３に一次的に記憶されている場合には、その値を利用できる。

記録制御部４３では、停止位置情報を取得した後、この停止位置情報を書き込み部３９に伝達してエンコーダスケール３１の記録領域３７に書き込む（Ｓ１０５）。書き込み時には、モータ軸１５が回転していることが必要である。モータ軸１５の回転は、異常通電停止時前の動作が継続したものであってもよいが、動作制御部２３から停止位置情報を記録制御部４３に伝達したとき、動作制御部２３により強制的にモータ軸１５を回転駆動させることも可能である。

回転方向は、予め設定された所定方向とするのが好ましい。後述する読み出し時の回転方向を特定し易いからである。なお、所定方向と逆回転で回転駆動させた状態で書き込みを行うことも可能であり、その場合には、停止位置情報と共に書き込み時の回転方向を記録領域３７に書き込むのが好適である。後述する読み出し時に停止位置情報を読み出し易くするためである。

その後、通電が完全に停止し、駆動装置１０が停止することで異常通電停止時の処理が終了する。このとき、駆動装置１０では、モータ軸１５及び駆動アーム１３がそのままの位置で停止している。動作制御部２３では、通電が停止されることで、記憶部等に保存されていない各種の情報の一部又は全部が消去されることになる。

このような異常通電停止後に通電が再開されるときには、図４に示すような通電再開時の処理が実行される。

まず、異常停止検知部４５において、電源１９から動作制御部２３に供給される電圧が所定値以上に達したとき、通電が再開されたことを検知し、処理が進行する（Ｓ１１０）。このとき異常停止検知部４５において再開処理信号が生成される（Ｓ１１１）。

再開処理信号が記録制御部４３に伝達され、更に、動作制御部２３に伝達されると、動作制御部２３では、モータ１１のモータ軸１５を低速回転させる（Ｓ１１２）。低速で回転させるのは、駆動アーム１３の動作を出来るだけ遅くして安全性を向上するためである。

回転方向は、書き込み時に予め設定された所定方向とするのが好ましい。なお、書き込み時の回転方向が逆であることを示すデータが存在する場合には、モータ軸１５を逆方向に回転させたり、読み取り時に用いるアルゴリズムを逆回転で読み取り可能なものにする。

モータ軸１５に従動してエンコーダスケール３１が回転すると、記録制御部４３において、記録領域３７の停止位置情報等の異常停止記録の有無が判定され（Ｓ１１３）。異常停止記録が存在しない場合には処理を終了するが、異常停止記録が記録制御部４３に存在する場合には、読み取り部４１により停止位置情報を読み取り、停止位置情報を記録制御部４３に入力する（Ｓ１１４）。

そして、停止位置情報が記録制御部４３から動作制御部２３に入力されることで、動作制御部２３ではモータ１１の低速回転を終了し、停止位置情報に基づく設定を行うことで、動作制御部２３にモータ軸１５の停止位置を正確に認識させ、再開処理を行う（Ｓ１１５）。

再開処理としては、例えば、動作制御部２３がモータ軸１５の停止位置を正確に認識した状態で、モータ１１及び駆動アーム１３を異常通電停止時の位置に維持させてもよく、また、動作制御部２３により、モータ１１を低速回転させてモータ軸１５及び駆動アーム１３を原点位置に配置させてもよく、駆動装置１０の種類に応じて適宜行うことが可能である。

このような再開処理が完了した後、再び、動作制御部２３によりモータ軸１５の回転が制御されて、駆動装置１０の稼働が再開される。

以上のようなエンコーダ装置３０によれば、エンコーダスケール３１に検出用パターン３３とは別に記録領域３７が設けられていて、異常停止検知部４５で異常通電停止時を検知したとき、異常通電停止時のモータ軸１５の停止位置情報を記録領域３７に書き込み、通電再開時にその停止位置情報を読み取るようにしたので、異常通電停止時にモータ軸１５に対応させて停止位置情報を確実に保存することができ、通電再開時にその停止位置情報により動作制御部２３に正確にモータ軸１５の停止位置を認識させることができる。

しかも、多数のモータ１１を連結したような場合であっても、各モータ軸１５の停止位置情報をそれぞれモータ軸１５毎に対応するエンコーダスケール３１に分散して記録することができるため、動作制御部２３における処理を複雑にすることなく、各動作制御部２３に確実にモータ軸１５の停止位置を認識させることができる。そのため、通電再開後に動作制御部２３により確実なモータ軸１５の制御を行うことが可能である。

ここでは、各エンコーダスケール３１に記録される停止位置情報が、そのエンコーダスケール３１の検出用パターン３３の検出信号に基づいて生成されたものであるので、各モータ軸１５の停止位置情報を生成するための装置が不要であり、装置構成を単純化し易い。

また、停止位置情報がモータ軸１５の原点位置からの累積回転量を含むので、モータ軸１５のように繰り返し回転可能な機器であっても、原点位置からの正確な停止位置情報を認識でき、確実な再開処理を行い易い。

更に、累積回転量が検出信号に基づいて算出された累積回転回数及び回転角度と、累積回転方向とからなるものであるので、最小限の情報でモータ軸１５の停止位置を正確に認識させることが可能である。

なお、上記実施の形態は、この発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば、上記では、動作部が回転駆動されるモータ軸１５とした例について説明したが、回転駆動されるものに限定されず、リニアエンコーダのような直線的な動作を行う装置であっても、この発明を同様に適用することが可能である。

また、上記実施の形態では、一つのモータ１１及び駆動アーム１３を備えた駆動装置１０の例について主として説明したが、一つのベース機器の動作部に他のベース機器が装着されるなどにより、複数のベース機器及び動作部が連結された装置であっても、各ベース機器の動作部にそれぞれこの発明のエンコーダスケール、検出部、書き込み部及び読み取り部を設けることで、この発明を同様に適用することが可能である。

更に、上記では、異常通電停止時の停止位置情報を検出信号に基づいて生成する例について説明したが、例えば、図５に示すように、有線或いは無線の外部センサ５０等により駆動アーム１３の位置を検出し、動作制御部２３に伝達された検出結果により停止位置情報を生成してもよい。

また、上記では、動作制御部２３、記録制御部４３、及び異常停止検知部４５はそれぞれ別体として図示しているが、これらは別体であってもよく、これらの一部又は全部が一体に形成されていてもよい。

更に、上記では、停止位置情報として、累積回転回数及び回転角度と、累積回転方向とを記録したが、これらの一部であってもよい。例えば、累積回転方向だけであっても、累積回転回数及び累積回転方向であってもよく、更に、これらの一部又は全部と共に異常通電停止時の直前の回転速度や回転方向などを記録してもこの発明を適用することは可能である。

また、上記では、蓄電装置４７を設けた例について説明したが、特に限定されるものではなく、停電や故障等の異常通電停止時に記録制御部４３により停止位置情報をエンコーダスケール３１の記録領域３７に書き込むことが可能な構成であれば、適宜変更可能である。

更に、上記では、記録領域３７を停止位置情報の記録のみに使用したが、記録領域３７には、種々の情報を書き込むことが可能である。例えば、記録領域３７の所定の位置に作動限界範囲、目標位置、タイミング信号を生成する情報などを書き込んで、読み取り部４１により常時検出するようにしてもよい。また、モータ軸１５に対する駆動装置１０の位置等を示す関数等を書き込んでおき、各種の検出信号に基づいて生成される回転量をその関数等で変換して、動作制御部２３や他のＣＰＵ等に伝達させてもよい。また、エンコーダスケール３１の検出信号の補正データ等を書き込んでおき、エンコーダスケール３１の検出信号をその補正データで補正して、動作制御部２３や他のＣＰＵ等に伝達させてもよい。更に、保守日時などの補助的な情報を記録することも可能である。

この発明の実施の形態のエンコーダ装置を備えた駆動装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態のエンコーダ装置のエンコーダスケールの平面図である。この発明の実施の形態のエンコーダ装置の異常通電停止時の処理を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態のエンコーダ装置の異常通電停止後の通電再開時の処理を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態のエンコーダ装置を備えた駆動装置の変形例を示すブロック図である。

符号の説明

１０駆動装置
１１モータ
１５モータ軸
２３動作制御部
３０エンコーダ装置
３１エンコーダスケール
３３検出用パターン
３５検出部
３７記録領域
３９書き込み部
４１読み取り部
４５異常停止検知部

Claims

検出用パターンを有してベース機器の動作部に装着されるエンコーダスケールを備え、検出部により前記検出用パターンが検出されて検出信号が生成されるエンコーダ装置において、
所定の通電停止時以外に前記ベース機器への通電が停止する異常通電停止時を検知する異常停止検知部と、
前記エンコーダスケールに前記検出用パターンとは別に設けられた記録領域と、
前記記録領域に書き込みを行う書き込み部、及び読み取りを行う読み取り部と、
前記書き込み部及び読み取り部を制御する記録制御部とを備え、
前記記録制御部は、前記異常停止検知部で前記異常通電停止時を検知したとき、該異常通電停止時の前記動作部の停止位置情報を前記記録領域に書き込み、通電再開時に前記記録領域の前記停止位置情報を読み取るように前記書き込み部及び前記読み取り部を制御することを特徴とするエンコーダ装置。
前記停止位置情報は、前記検出信号に基づいて生成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
前記ベース機器の動作部は回転可能に構成されたものであり、
前記停止位置情報は、前記異常通電停止時における前記動作部の原点位置からの累積回転量を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ装置。
前記累積回転量は、累積回転回数及び回転角度と、累積回転方向とからなることを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ装置。