JP2010249720A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】インクリメンタル信号が全く出力されない場合であっても、絶対角度位置情報に誤りがあるか否かを検出することができ、より安全なエンコーダを提供する。
【解決手段】エンコーダが、回転軸の絶対角度位置を示す符号が記録されている符号盤から読み取られた符号に基づく第１絶対角度位置を算出する絶対角度位置生成部と、符号盤が回転することに応じて入力されるインクリメンタル信号に基づいて、第１絶対角度位置を更新させる更新部と、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する第１の異常検出部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば産業用ロボットにおいて位置センサや回転角度センサとして用いられるエンコーダに関する。

エンコーダの一例として、アブソリュートエンコーダがある。従来のアブソリュートエンコーダの基本動作、及び絶対角度位置の誤り検出の技術として、特許文献１に記載されたものが知られている。このような従来のアブソリュートエンコーダにおいて、Ｍ系列パターンが予め記録されている符号盤から、電源投入時にＭ系列パターンを複数ビットスキャンする。スキャンしたデータはＭ系列データであるためバイナリデータに変換した後、絶対角度位置を確定することができる。絶対値が確定したあとはインクリメンタル信号の変化によって計数動作が行われる。従来の計数動作をする回路ブロックの一例を図５に示す。

たとえば、電源投入時Ｍ系列パターンを複数ビットスキャンしたデータは回路内のシフトレジスタに、Ｍ系列パターン上の情報（複数ビット）としてコピー（格納）する。回路内に格納されたＭ系列データはインクリメンタル信号の変化によってシフト方向を変えながらＭ系列生成多項式のような多項式により、次のデータ（１ビット）を生成している。

一方、絶対角度位置確定後のＭ系列パターンからは絶対角度位置の誤り検出用として１ビットを検出している。

そして、このＭ系列パターンからスキャンした１ビットと回路内で生成した１ビットとを比較して、両者一致なら異常なし、不一致の場合は異常として検出している。この場合の絶対値の誤りを検出する原因としては、たとえば、符号盤上に異物があった場合やノイズが重畳された場合などが考えられる。

両者の比較タイミングはインクリメンタル信号のＢ相が「Ｈ」でＡ相の立上り、もしくは立下りからＢ相が「Ｌ」でＡ相の立上り、もしくは立下りの範囲で行われ、範囲内で一度も両者が一致せず、かつ一致しない状態がインクリメンタル信号２周期分に渡る（２回続けて）場合に絶対角度位置の誤りとして検出している。一例としての検出タイミングを図６に示す。

特開平５−１１８８７２号公報

ところで近年、産業用ロボットにおいて、より安全性能を高めたアブソリュートエンコーダの要求が高まっている。しかしながら、上述した従来のアブソリュートエンコーダにおいて、仮にインクリメンタル信号が全く出力されない（変化をしない）場合には、従来の絶対角度位置誤り検出では不可能な場合がある。これは、絶対角度位置の誤り検出にインクリメンタル信号の変化を利用しているためである。

すなわち、従来のエンコーダにあっては、インクリメンタル信号が出力されていない場合においては、絶対角度位置に誤りがあってもその異常を検出することができない場合があるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、インクリメンタル信号が全く出力されない場合であっても、絶対角度位置情報に誤りがあるか否かを検出することができ、より安全なエンコーダを提供することにある。

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の第１の実施態様であるエンコーダは、回転軸の絶対角度位置を示す符号が記録されている符号盤から読み取られた符号に基づく第１絶対角度位置を算出する絶対角度位置生成部と、前記符号盤が回転することに応じて入力されるインクリメンタル信号に基づいて、前記第１絶対角度位置を更新させる更新部と、前記符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と前記第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する第１の異常検出部と、を備える。

この発明によれば、インクリメンタル信号が全く出力されない場合であっても、絶対角度位置情報に誤りがあるか否かを検出することができ、より安全となる効果を奏する。

この発明の一実施形態によるエンコーダの構成を示すブロック図である。 図１のシフトレジスタ部と符号生成部との一例としての動作を示す模式図である。 本実施形態によるエンコーダの動作を示す第１のフローチャートである。 本実施形態によるエンコーダの動作を示す第２のフローチャートである。 従来の計数動作をする回路ブロックの一例を示す構成図である。 図５に示す従来の計数動作をする回路ブロックによる一例としての検出タイミングを示すタイミング図である。

＜本実施形態によるエンコーダの原理＞
まず、本実施形態によるエンコーダの原理について説明する。電源投入時に、Ｍ系列パターンを複数ビットスキャンし、絶対角度位置を確定する。絶対角度位置を確定すると同時に回路内のシフトレジスタに、Ｍ系列パターン上の情報（複数ビット）がコピーされる。絶対角度位置確定後はインクリメンタル信号の変化によって計数動作が行われる。

絶対角度位置確定後のＭ系列パターンは絶対角度位置誤り検出用として１ビットのみを検出している。また、回路内に格納されたＭ系列データはインクリメンタル信号の変化によってシフト方向を変えながら多項式により、次のデータ（１ビット）を生成している。

ここで、仮にインクリメンタル信号が何らかの影響で出力しない場合を考える。例えば、インクリメンタル信号を検出する回路が故障した場合や、インクリメンタル信号を増幅する回路が故障した場合を想定する。

電源投入時はＭ系列パターンを読み取って絶対角度位置を確定し、その後インクリメンタル信号の変化によって上述の計数動作が行われる。しかし、インクリメンタル信号が出力しない場合、符号盤が回転しているにも関わらずインクリメンタル信号が出力（変化）されないので、回路側は符号盤の回転（ひいては、回転軸の回転）が停止している状態と誤認する。つまり、インクリメンタル信号の変化に応じた計数により得られる第１絶対角度位置は変化しなければならないはずが、常に同じ値を保持したままとなる。

この状態は絶対角度位置情報として誤りであるので異常として検出しなければならないが、従来の検出では、上述したようにインクリメンタル信号を利用して絶対角度位置の誤りを検出しているため、インクリメンタル信号が出力されないと正しく検出することができない場合があるという問題があった。

ここで、上述した問題を解決するための手段として、インクリメンタル信号が出力しない場合でも絶対角度位置に誤りがあるものとして検出できるように、電源投入時以外においても、電源投入時と同様のスキャン動作を追加し、電源投入時にスキャンしてインクリメンタル信号の変化に応じて更新された絶対角度位置と、電源投入時以外にスキャンして得られた絶対角度位置とを比較して、一致している場合は正常（絶対角度位置に誤りなし）、不一致（絶対角度位置に誤りあり）の場合は異常と判断する比較回路（後述する第１の異常検出部）を追加する。

つまり、電源投入時にスキャンして得られ、電源投入後はインクリメンタル信号の変化によって得られる第１絶対角度位置と、今回追加する電源投入時以外にもスキャンし得られた第２絶対角度位置とを比較することで、絶対角度位置情報に誤りがあるのか否かを判断することが出来る。

なお、上述の比較回路では、従来の絶対角度位置情報の誤り検出のように比較タイミングを設ける必要がなく、スキャン動作が完了した時点で比較を行えばよいので誤り検出にインクリメンタル信号を必要としない。また、従来の絶対角度位置情報の誤り検出のようにシフトレジスタの方向を変える必要がないのでこちらもインクリメンタル信号を必要としない。

電源投入時以外にスキャン動作を行う場合、符号盤が回転している場合もあるため、符号盤が高速回転中は正常にスキャン動作を行うのが比較的難しい。そのため、インクリメンタル信号をモニタし符号盤が低速回転中である場合にスキャン動作を行うようにすることが望ましい。

そうすることで、正常時は、電源投入時にスキャンして得られた第１絶対角度位置情報と電源投入時以外にスキャンして得られた絶対角度位置情報とが一致する。

異常時の場合、仮に符号盤が高速回転時でインクリメンタル信号は出力していない場合を考える。インクリメンタル信号が出力されていないため、停止時と誤認してスキャン動作を行うが、符号盤が高速回転しているためＭ系列パターンのデータを正常にスキャンできないので絶対角度位置情報に誤りがあると判断する。

次に、符号盤が低速回転時、もしくはある程度符号盤が回転したあとに停止した状態でインクリメンタル信号が出力されていない場合を考える。電源投入時にスキャンして得られた絶対角度位置は、インクリメンタル信号が出力されていないため、電源投入時にスキャンした絶対角度位置から変化はない。一方、電源投入時以外にスキャンして得られた絶対角度位置は、既に符号盤が回転したあとであるため、電源投入時のスキャンした絶対角度位置と異なり両者が不一致となり絶対角度位置情報に誤りがあると判断できる。

以上、上述した本実施の形態では、インクリメンタル信号が出力されていなくても、電源投入以降もスキャンを実行し、電源投入時の得られた絶対角度位置と比較することで、絶対角度位置情報に誤りがあるか否かを検出することが可能となり、より安全なアブソリュートエンコーダを提供することができる。

＜本実施形態によるエンコーダの原理の一例としての構成＞
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態によるエンコーダ１００の構成を示す概略ブロック図である。

ここでは符号盤に記録されている回転軸の絶対角度位置を示す符号がＭ系列パターンであり、このＭ系列パターンのうち連続する８ビットを変換することにより絶対角度位置が得られるものとして説明する。またエンコーダ１００は、上位制御装置により制御されており、この上位制御装置に検出した絶対角度位置を出力するものとして説明する。

エンコーダ１００は、インクリメンタル信号入力部１と、符号読取部２と、回転速度検出部３と、読取判定部４と、更新部５と、絶対角度位置生成部６と、第１の異常検出部８と、第２の異常検出部９と、初期設定部と、制御部とを備えている。

絶対角度位置生成部６は、回転軸の絶対角度位置を示す符号が記録されている符号盤から読み取られた符号に基づく第１絶対角度位置を求め、インクリメンタル信号に基づいて絶対角度位置を更新する。

インクリメンタル信号入力部１は、符号盤が回転することに応じて符号盤からインクリメンタル信号が入力されて、入力されたインクリメンタル信号を出力する。たとえば符号盤にインクリメンタルトラックが記録されている場合には、インクリメンタル信号入力部１は、インクリメンタルトラックを読み取ってインクリメンタル信号を出力する。また、符号盤に磁石が取り付けられている場合には、インクリメンタル信号入力部１は、磁気検出素子（例、ホール素子）などの検出装置により、符号盤に取り付けられている磁石が回転することに応じてインクリメンタル信号を出力する。このインクリメンタル信号は、たとえばＡ相とＢ相との二相矩形波信号である（図６参照）。

符号読取部２は、符号盤に記録されている符号を読み取る複数個の素子を有し、当該複数個の素子のそれぞれにより符号盤に記録されている複数個の符号を読み取る。この複数個の素子は、符号盤に記録されている複数個の符号を読み取ることができるように、順に並べられて予め配置されている。上記それぞれの素子は、たとえば受光センサである。

そして、符号読取部２は、順に並べられて配置されている複数個の素子により、絶対角度位置に対応する複数個の符号（複数ビット）を符号盤から読み取ることができる。

また、符号読取部２は、順に並べられて配置されている複数個の素子のうち予め定められている特定の一部の素子により、絶対角度位置に対応する複数の符号のうちの一部の符号（たとえば１ビット分の符号）を第２符号として符号盤から読み取ることができる。たとえば、順に並べられて配置されている複数個の素子のうち、第１の端部に配置されている素子および第２の端部に配置されている素子が、この特定の一部の素子に対応する。

なお、上記第１の端部に配置されている素子および第２の端部に配置されている素子のうち、いずれの素子により一部の符号を読み出すかは、後述するように、インクリメンタル信号に基いた符号盤の回転方向により定められる。

回転速度検出部３は、符号盤の回転速度を検出する。たとえば回転速度検出部３は、インクリメンタル信号入力部１から出力されるインクリメンタル信号の単位時間における変化数またはインクリメンタル信号が変化する周期に基づいて、符号盤の回転速度を検出する。

読取判定部４は、符号盤から符号を正常に読み取れたか否かを判定する。たとえば、符号読取部２は複数個の符号（複数ビット）を符号盤から読み取るが、この複数個の符号には予め定められている多項式の関係がある。読取判定部４は、符号読取部２が符号盤から読み取った複数個の符号（複数ビット）が、予め定められている多項式の関係を満たしているか否かを判定することにより、符号読取部２が符号盤から符号を正常に読み取れたか否かを判定する。

また、読取判定部４は、回転速度検出部３が検出した回転速度が予め定められている回転速度よりも遅い場合に、符号読取部２符号盤から符号を正常に読み取れたか否かを判定する。

更新部５は、符号盤が回転することに応じて入力されるインクリメンタル信号に基づいて、絶対角度位置生成部６に第１絶対角度位置を更新させる。

なお、更新部５は、インクリメンタル信号が変化したことに応じて、符号読取部２が有する複数個の素子により読み取られている複数個の符号とインクリメンタル信号の変化とに基づいて、複数個の符号を更新する符号であって、符号読取部２が有する複数個の素子のうちの一部の素子により読み取られる符号に対応する第１符号を生成する。そして、更新部５は、当該生成した第１符号に基づいて、絶対角度位置生成部６に第１絶対角度位置を更新させて記憶させる。つまり、更新部５は、当該第１符合を絶対角度位置生成部６に出力する。

絶対角度位置生成部６は、符合読取部２が読み出した第１絶対角度位置（絶対角度位置生成部６に記憶した第１絶対角度位置、又は上記第１符合に基づく第１絶対角度位置）と、インクリメンタル信号入力部１から入力されるインクリメンタル信号とに基づいて、絶対角度位置を生成して上位制御装置に出力する。

第１の異常検出部８は、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する。

また、第１の異常検出部８は、回転速度検出部３が検出した回転速度が予め定められている回転速度よりも遅い場合に、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する。

また、第１の異常検出部８は、回転速度検出部３が検出した回転速度が予め定められている回転速度よりも遅い場合であり、かつ、読取判定部４により符号盤から符号を正常に読み取れたと判定された場合に、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する。

また、第１の異常検出部８は、異常を判定するタイミングであるか否かを判定し、異常を判定するタイミングである場合に、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する。

たとえば第１の異常検出部８が、予め定められた所定の周期毎に、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定するようにしてもよい。この場合、予め定められた所定の周期であるか否かという判定が、異常を判定するタイミングであるか否かを判定することになる。

また、入力されるインクリメンタル信号に基づいて、絶対角度位置生成部６の第１絶対角度位置が更新部５により更新された回数が、予め定められている値を超えたか否かという判定により、上記タイミングを判定してもよい。

第２の異常検出部９は、更新部５により第１符号が生成されたことに応じて、当該生成された第１符号と符号読取部２が有する複数個の素子のうちの一部の素子により読み取られる第２符号とが一致するか否かを判定する。

また、第２の異常検出部９は、回転速度検出部３が検出した回転速度が予め定められている回転速度より速い場合に、符号生成部５２により第１符号が生成されたこと応じて、当該生成された第１符号と符号読取部２が有する複数個の素子のうちの一部の素子により読み取られる第２符号とが一致するか否かを判定する。

初期設定部は、エンコーダ１００本体が起動された場合、または、第１絶対角度位置を絶対角度位置生成部６に記憶させることを示す制御信号が上位制御装置から入力された場合に、符号盤から読み取られた符号に基づく第１絶対角度位置を絶対角度位置生成部６に記憶させる。

なお、初期設定部は、エンコーダ１００本体が起動された場合または第１絶対角度位置を絶対角度位置生成部６に記憶させることを示す制御信号が入力された場合に、更新部５と同様の処理をする。そのため、更新部５が初期設定部の機能を有するようにしてもよい。図１に構成図においては、更新部５と初期設定部とを一体とした場合の構成を示している。

制御部は、エンコーダ１００が有する各構成を制御している。すなわち、制御部はエンコーダ１００全体を制御している。

＜更新部５の構成＞
次に、更新部５の一例としての構成について説明する。更新部５は、シフトレジスタ部５１と符号生成部５２と第２の変換部５３とを有している。

シフトレジスタ部５１には、符号読取部２により符号盤から読み取られた複数個の符号が記憶されている。ここでは、シフトレジスタ部５１には、８ビット分の符号が記憶されている。

符号生成部５２は、インクリメンタル信号が変化したことに応じて、符号読取部２が有する複数個の素子により読み取られている複数個の符号と入力されたインクリメンタル信号の変化とに基づいて、複数個の符号を更新する符号であって、符号読取部２が有する複数個の素子のうちの一部の素子により読み取られる符号に対応する第１符号を生成する。

また、符号生成部５２は、インクリメンタル信号が変化したことに応じて、シフトレジスタ部５１に記憶されている複数個の符号を読み出し、この読み出した複数個の符号とインクリメンタル信号の変化とに基づいて、読み出した複数個の符号のうちの複数の符号に基づいて予め定められている多項式により上述した第１符号を算出して生成する。なお、符号生成部５２が読み出した複数個の符号のうちのいずれの複数の符号に基づいて第１符号を算出するかは、入力されるインクリメンタル信号による符号盤の回転方向に基づいて決定される。

そして、符号生成部５２は、生成した符号に基づいて、シフトレジスタ部５１に記憶されている複数個の符号を更新する。たとえば符号生成部５２は、生成した符号に基づいて、シフトレジスタ部５１に記憶されている複数個の符号を右シフトまたは左シフトして更新する。なお、符号生成部５２が右シフトまたは左シフトするかは、入力されるインクリメンタル信号による符号盤の回転方向に基づいて決定される。

第２の変換部５３は、シフトレジスタ部５１から読み出した複数個の符号を第１絶対角度位置に変換し、この変換した第１絶対角度位置を絶対角度位置生成部６に記憶させることにより、絶対角度位置生成部６に記憶されている第１絶対角度位置を更新させる。たとえば第２の変換部５３は、シフトレジスタ部５１から読み出した複数個の符号であるＭ系列データを、バイナリデータである第１絶対角度位置に変換する。

＜第１の異常検出部８の構成＞
次に、第１の異常検出部８の一例としての構成について説明する。第１の異常検出部８は、バッファ部８１と、第１の変換部８２と、判定部８３とを有している。

バッファ部８１には、符号読取部２が有する複数個の素子により読み取られた複数個の符号が記憶される。

第１の変換部８２は、符号読取部２が有する複数個の素子により読み取られた複数個の符号であって、バッファ部８１に記憶されている複数個の符号を、第２絶対角度位置に変換する。たとえば第１の変換部８２は、第２の変換部５３と同様に、バッファ部８１に記憶されている複数個の符号であるＭ系列データを、バイナリデータである第２絶対角度位置に変換する。

判定部８３は、第１の変換部８２が変換した第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する。

＜符号盤と符号読取部２と更新部５との一例としての具体例＞
次に図２を用いて、符号盤と符号読取部２と更新部５との一例としての具体例について説明する。同図において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。

符号盤には、Ｍ系列パターンとして、たとえば「Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｊ」という符号が順に記録されている。それぞれの符号は、「０」または「１」を示し、その値は色などにより区別されている。またこの１つの符号が、１ビットに対応する。

この各符号には多項式による関係があり、たとえば、符号Ａと符号Ｂと符号Ｄとから予め定められている多項式により生成される符号が、符号Ｇと一致するような関係にある。この符号の順序における相対的な関係を一定として、符号盤に記録されている全ての符号には、この多項式による関係がある。

符号読取部２は、順に並べられて配置されている複数個の素子として、素子ｍ１、素子ｍ２、素子ｍ３、素子ｍ４、素子ｍ５、素子ｍ６、素子ｍ７および素子ｍ８の８個の素子を備えている。各素子はそれぞれの素子が配置されている位置に対応する符号盤に記録されている１ビット分のＭ系列パターンの符号を読み取る。

ここでエンコーダ１００本体が起動された場合には、符号読取部２の各素子が読み取った符号が、シフトレジスタ部５１が有する複数の記憶部に対応して記憶される。たとえば符号読取部２の素子ｍ１が読み取った符号Ａが、シフトレジスタ部５１が有する１番目の記憶部に記憶される。

同様に、符号読取部２の素子ｍ２が読み取った符号Ｂが、シフトレジスタ部５１が有する２番目の記憶部に記憶される。このようにして符号読取部２の８個の素子により読み取られた符号が、シフトレジスタ部５１が有する８個の記憶部に記憶される。

その後、符号盤が回転してＡ相とＢ相とのインクリメンタル信号が入力されたことに応じて、符号生成部５２が、複数個の符号を更新する符号であって、符号読取部２が有する複数個の素子のうちの一部の素子により読み取られる符号に対応する第１符号を生成する。

たとえば、符号盤が第１の方向に回転したことを示すインクリメンタル信号が入力された場合には、次に読み取られる符号が符号Ｊであるとする。この場合、符号生成部５２は、符号Ｊを生成できるシフトレジスタ部５１に記憶されている符号に基づいて、上述した多項式により符号Ｊに対応する第１符号を生成する。そして、符号生成部５２は、生成した第１符号に基づいて、シフトレジスタ部５１に記憶されている複数個の符号を、この図２の場合には左シフトして更新する

また、符号読取部２は、符号盤が第１の方向に回転したことを示すインクリメンタル信号が入力されたことに応じて、複数個の素子のうち予め定められている特定の一部の素子である素子ｍ８により、符号盤から符号Ｊを読み取る。

その後、第２の異常検出部９が、更新部５の符号生成部５２により生成された第１符号と、符号読取部２の素子ｍ８により読み取られた符号とが一致するか否かを判定する。

逆に、たとえば符号盤が第２の方向に回転した場合には、次に読み取られる符号が符号Ｚであるとすると、符号生成部５２は、同様に上述した多項式により符号Ｚを生成できるシフトレジスタ部５１に記憶されている符号に基づいて、符号Ｚに対応する第１符号を生成する。そして符号生成部５２は、生成した第１符号に基づいて、シフトレジスタ部５１に記憶されている複数個の符号を、図２の場合には右シフトして更新する。

また、符号読取部２は、符号盤が第２の方向に回転したことを示すインクリメンタル信号が入力されたことに応じて、複数個の素子のうち予め定められている特定の一部の素子である素子ｍ１により、符号盤から符号Ｚを読み取る。

その後、第２の異常検出部９が、符号盤が第１の方向に回転した場合と同様に、更新部５の符号生成部５２により生成された第１符号と、符号読取部２の素子ｍ１により読み取られた符号とが一致するか否かを判定する。

このようにして、第２の異常検出部９は、符号盤が第１の方向に回転した場合でも第２の方向に回転した場合でも、同様に、検出している絶対角度位置の異常を検出することができる。

また、上述したように符号盤に記録されている全ての符号には多項式による関係がある。従って、読取判定部４は、読み取った符号がこの多項式による関係を満たしているか否かを判定することにより、符号盤から符号を正常に読み取れたか否かを判定することができる。

＜本実施形態によるエンコーダの原理の一例としての動作＞
次に、図３と図４とを用いてエンコーダ１００の異常を検出する場合の動作について説明する。ここではエンコーダ１００が既に起動されていて、絶対角度位置生成部６には第１絶対角度位置が予め記憶されているものとして説明する。また更新部５は、符号盤が回転することに応じて入力されるインクリメンタル信号に基づいて、絶対角度位置生成部６に記憶されている第１絶対角度位置を更新しているものとして説明する。

まず、回転速度検出部３が、符号盤の回転速度を検出する（ステップＳ１０１）。次に回転速度検出部３が、検出した回転速度が予め定められている回転速度よりも速いか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

このステップＳ１０２において回転速度検出部３により検出した回転速度が予め定められている回転速度よりも遅いと判定された場合には、第１の異常検出部８により異常を判定するタイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。たとえば制御部が、第１の異常検出部８により異常を判定するタイミングであるか否かを判定する。

また、ステップＳ１０３において第１の異常検出部８により異常を判定するタイミングでないと判定された場合には、ステップＳ１０１からの処理が繰り返される。

一方、ステップＳ１０３において、第１の異常検出部８により異常を判定するタイミングであると判定された場合には、符号読取部２が、符号盤に記録されている複数個の符号を読み取る（ステップＳ１０４）。この符号読取部２により読み取られた複数個の符号は、第１の異常検出部８のバッファ部８１に記憶されるとともに、読取判定部４に出力される。

次に、読取判定部４が、符号盤から符号を正常に読み取れたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。このステップＳ１０５において、読取判定部４が符号盤から符号を正常に読み取れなかったと判定した場合には、読取判定部４は異常を検出する（ステップＳ１０９）。たとえば読取判定部４は、異常を検出した場合、符号盤から符号を正常に読み取れなかったことを示すエラー信号を上位制御装置に出力する。

一方、ステップＳ１０５において、読取判定部４が符号盤から符号を正常に読み取れた場合には、第１の異常検出部８の第１の変換部８２が、バッファ部８１に記憶されている複数個の符号を第２絶対角度位置に変換する（ステップＳ１０６）。

次に、第１の異常検出部８の判定部８３は、符号盤から読み取った符号に基づく第１絶対角度位置を絶対角度位置生成部６から読み出す（ステップＳ１０７）。

次に、第１の異常検出部８の判定部８３は、ステップＳ１０６にて第１の異常検出部８の第１の変換部８２が変換した第２絶対角度位置と、ステップＳ１０７にて絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

このステップＳ１０８において、第１の異常検出部８が、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致しないと判定した場合には、第１の異常検出部８は異常を検出する（ステップＳ１０９）。たとえば第１の異常検出部８は、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致しないことを示すエラー信号を上位制御装置に出力する。

一方、このステップＳ１０８において、第１の異常検出部８が、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致すると判定した場合には、ステップＳ１０１からの処理が繰り返される。

一方、上述したステップＳ１０２において、回転速度検出部３により検出した回転速度が予め定められている回転速度よりも遅くない（速い）と判定された場合には、インクリメンタル信号入力部１から出力されるインクリメンタル信号に変化があったか否かを判定する（ステップＳ１２０）。このステップＳ１２０の判定は、たとえば制御部（不図示）が判定する。

なお、このステップＳ１２０において、インクリメンタル信号入力部１から出力されるインクリメンタル信号に変化がなかったと判定された場合には、ステップＳ１０１からの処理が繰り返される。

一方、このステップＳ１２０において、インクリメンタル信号入力部１から出力されるインクリメンタル信号に変化があったと判定された場合には、符号読取部２は、絶対角度位置情報のうちの一部の符号（たとえば１ビット分の符号）を第２符号として符号盤から読み取る（ステップＳ１２２）。

次に、符号生成部５２は、インクリメンタル信号が変化したことに応じて、シフトレジスタ部５１に記憶されている複数個の符号を読み出す（ステップＳ１２３）。

そして、符号生成部５２は、このステップＳ１２３で読み出した複数個の符号とインクリメンタル信号の変化とに基づいて、予め定められている多項式により上述した第１符号を算出して生成する（ステップＳ１２４）。

次に、第２の異常検出部９は、ステップＳ１２２で符号読取部２により読み取られた第２符号と、ステップＳ１２４で更新部５が有する符号生成部５２により生成された第１符号とが一致するか否かを判定する（ステップＳ１２４）。

このステップＳ１２４で、読み取られた第２符号と生成された第１符号とが一致しない場合には、第２の異常検出部９は、異常を検知する（ステップＳ１２６）。たとえば、第２の異常検出部９は、読み取られた第２符号と生成された第１符号とが一致しないことを示すエラー信号を上位制御装置に出力する。

一方、このステップＳ１２４において、読み取られた第２符号と生成された第１符号とが一致する場合には、ステップＳ１０１からの処理が繰り返される。

また、上述したステップＳ１０３からステップＳ１０９の処理により、すなわち、符号盤の回転速度が遅い場合の処理により、インクリメンタル信号が出力されていない場合であっても、本実施形態によるエンコーダ１００は、第１絶対角度位置と第２絶対角度位置とが一致するか否かを判定し、両者が不一致となる場合には異常であると判定することができる。

つまり、インクリメンタル信号が出力されていない場合には、電源投入時にスキャンして得られた第１絶対角度位置は、電源投入時にスキャンした第１絶対角度位置から変化はない。これに対して、電源投入時以外にスキャンして得られた第２絶対角度位置は符号盤の回転に応じて変化しているために、本実施形態におけるエンコーダ１００は異常であると判定することができるである。

また、上述したステップＳ１２１からステップＳ１２６の処理により、すなわち、符号盤の回転速度が速い場合の処理により、本実施形態によるエンコーダ１００は、インクリメンタル信号により生成される第１符号と、符号読取部２が有する複数個の素子のうちの一部の素子により読み取られる第２符号とが一致するか否かを判定することにより、検出している絶対角度位置の異常を検出することができる。

このように、本実施形態によるエンコーダ１００は、インクリメンタル信号が出力されていないように符号盤の回転速度が遅い場合でも、符号盤の回転速度が速い場合でも、検出している絶対角度位置の異常を検出することができる。

なお、符号盤の回転速度が速い場合に、本実施形態によるエンコーダ１００が、上述したステップＳ１０３からステップＳ１０９の処理により第１絶対角度位置と第２絶対角度位置とが一致するか否かを判定しないのは、次の理由による。

第１の理由として、符号盤の回転速度が速い場合には、符号読取部２が、符号盤から複数個の符号を正常に読み取れなくなる可能性がある。

第２の理由として、符号盤の回転速度が速い場合に符号読取部２が符号盤から複数個の符号を正常に読み取れたとしても、第１の変換部８２が、この読み取った複数個の符号を第２絶対角度位置に変換するのに時間を要してしまう可能性がある。一般に第１の変換部８２による第２絶対角度位置に変換には、所定の時間を要する。そのために符号盤の回転速度が速い場合には、判定部８３が判定を実行する前に第１の変換部８２が第２絶対角度位置に変換できない可能性がある。この場合には、判定部８３は、第１の変換部８２が変換した第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定できない。

上記の理由により符号読取部２は、符号盤の回転速度が速い場合には、絶対角度位置情報のうちの一部の符号（たとえば１ビット分の符号）のみを符号盤から読み取り、ステップＳ１２１からステップＳ１２６で説明した符号盤の回転速度が速い場合の処理により、絶対角度位置の異常を検出している。

このように、本実施形態によるエンコーダ１００は、インクリメンタル信号が出力されていないように符号盤の回転速度が遅い場合でも、符号盤の回転速度が速い場合でも、符号読取部２の読取性能の限界および第１の変換部８２の変換処理の限界に依存することなく、検出している絶対角度位置の異常を検出することができる。

なお、上記の説明においては、第１の変換部８２は、変換した第２絶対角度位置を直接に判定部８３に出力していた。しかし、これに限られるものではなく、第１の変換部８２は、変換した第２絶対角度位置をバッファ回路などの記憶回路に一端記憶させてもよい。そして、判定部８３は、この記憶回路から第２絶対角度位置を読み出してから、この読み出した第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定してもよい。

ところで、インクリメンタル信号が変化するタイミングにおいては、上述した更新部５が、絶対角度位置生成部６に記憶されている第１絶対角度位置を更新してしまう。そのため第１の異常検出部８は、図３のステップＳ１０３において判定するタイミングであったとしても、インクリメンタル信号が変化するタイミングにおいては、インクリメンタル信号が変化するタイミングにおいては、第２絶対角度位置と第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定しないことが望ましい。

すなわち、第１の異常検出部８は、判定するタイミングであるか否かを判定するとともにインクリメンタル信号が変化しているか否かを判定し、判定するタイミングであり、かつ、インクリメンタル信号が変化していない場合に、符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と絶対角度位置生成部６から読み出した第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定することが望ましい。

なお、図３のステップＳ１０３またはステップＳ１０３の直前または直後においてインクリメンタル信号が変化するか否かを判定するようにして、インクリメンタル信号が変化する場合には、インクリメンタル信号の変化に応じて絶対角度位置生成部６に記憶されている第１絶対角度位置が更新されることを考慮して、第１の異常検出部８が、第２絶対角度位置と第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定するようにしてもよい。

なお、上記実施形態の説明においては、符号盤に記録されている回転軸の絶対角度位置を示す符号がＭ系列パターンの場合について説明したが、これに限られるものではない。符号盤に記録されている回転軸の絶対角度位置を示す符号は、バイナリコードであってもよいし、グレイコードであってもよい。

また、インクリメンタル信号についても、符号盤に記録されている回転軸の絶対角度位置を示す符号に対応するそれぞれのインクリメンタルコードを用いてもよい。また、いずれの絶対角度位置を示す符号がいずれの系列またはコードの場合であっても、符号盤には磁石が取り付けられており、磁気検出素子（例、ホール素子や磁気抵抗素子）などの検出装置により、この磁石が取り付けられている符号盤が回転することに応じてインクリメンタル信号が生成されて出力されるようにしてもよい。

なお、このインクリメンタルコードは、符号盤に記録されている回転軸の絶対角度位置を示す符号よりも微細なピッチを有していることが望ましい。また、更新部５と第２の異常検出部９とは、従来技術と同様の判定をしてもよい。

なお、絶対角度位置生成部６は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリや、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のような揮発性のメモリ、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、あるいはこれらの組み合わせにより構成される記憶部を有する構成であってもよい。

また、図１における回転速度検出部３、読取判定部４、更新部５、絶対角度位置生成部６、第１の異常検出部８、第２の異常検出部９、初期設定部または制御部の各構成は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。

また、これらの各構成は、メモリおよびマイクロプロセッサなどのコンピュータにより構成され、各構成の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態を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。

１…インクリメンタル信号入力部、２…符号読取部、３…回転速度検出部、４…読取判定部、５…更新部、６…絶対角度位置生成部、８…第１の異常検出部、９…第２の異常検出部、５１…シフトレジスタ部、５２…符号生成部、５３…第２の変換部、８１…バッファ部、８２…第１の変換部、８３…判定部、１００…エンコーダ

Claims (7)

1. 回転軸の絶対角度位置を示す符号が記録されている符号盤から読み取られた符号に基づく第１絶対角度位置を算出する絶対角度位置生成部と、
   前記符号盤が回転することに応じて入力されるインクリメンタル信号に基づいて、前記第１絶対角度位置を更新させる更新部と、
   前記符号盤から読み取った符号に基づく第２絶対角度位置と前記第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する第１の異常検出部と、
   を備えることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記符号盤の回転速度を検出する回転速度検出部
   を備え、
   前記第１の異常検出部は、
   前記回転速度検出部が検出した回転速度が予め定められている回転速度よりも遅い場合に、前記第２絶対角度位置と前記第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記符号盤から符号を正常に読み取れたか否かを判定する読取判定部
   を備え、
   前記読取判定部は、
   前記回転速度検出部が検出した回転速度が予め定められている回転速度よりも遅い場合に、前記符号盤から符号を正常に読み取れたか否かを判定し、
   前記第１の異常検出部は、
   前記回転速度検出部が検出した回転速度が予め定められている回転速度よりも遅い場合であり、かつ、前記読取判定部により前記符号盤から符号を正常に読み取れたと判定された場合に、前記第２絶対角度位置と前記第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記符号盤に記録されている符号を読み取る複数個の素子を有し、当該複数個の素子それぞれにより前記符号盤に記録されている複数個の符号を読み取る符号読取部
   を備え、
   前記第１の異常検出部は、
   前記符号読取部が有する複数個の素子により読み取られた複数個の符号を前記第２絶対角度位置に変換する第１の変換部と、
   前記第１の変換部が変換した前記第２絶対角度位置と前記第１絶対角度位置とが一致するか否かを判定する判定部と
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンコーダ。
5. 前記更新部は、
   前記インクリメンタル信号が変化したことに応じて、前記符号読取部が有する複数個の素子により読み取られている複数個の符号と前記インクリメンタル信号の変化とに基づいて、前記複数個の符号を更新する符号であって、前記符号読取部が有する複数個の素子のうちの一部の素子により読み取られる符号に対応する第１符号を生成し、
   前記更新部により前記第１符号が生成されたことに応じて、当該生成された第１符号と前記符号読取部が有する複数個の素子のうちの一部の素子により読み取られる第２符号とが一致するか否かを判定する第２の異常検出部、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
6. 前記第２の異常検出部は、
   前記回転速度検出部が検出した回転速度が予め定められている回転速度より速い場合に、前記符号生成部により前記第１符号が生成されたこと応じて、当該生成された第１符号と前記符号読取部が有する複数個の素子のうちの一部の素子により読み取られる第２符号とが一致するか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項５に記載のエンコーダ。
7. エンコーダ本体が起動された場合または前記第１絶対角度位置を前記絶対角度位置生成部に記憶させることを示す制御信号が入力された場合に、前記符号盤から読み取られた符号に基づく前記第１絶対角度位置を前記絶対角度位置生成部に記憶させる初期設定部
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のエンコーダ。

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