JP2011158275A - Encoder attached to motor or apparatus driven by motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットまたは工作機械に備えられた電動機またはそのような電動機によって駆動される機器に取付けられるエンコーダに関する。 The present invention relates to an electric motor provided in a robot or a machine tool or an encoder attached to a device driven by such an electric motor.
ロボットまたは工作機械は一つまたは複数の電動機により駆動されている。そして、電動機またはそのような電動機によって駆動される機器(以下、単に「電動機」と称する)にはエンコーダが取付けられていて、出力軸などの位置検出を行うのに使用される。 The robot or machine tool is driven by one or more electric motors. An encoder is attached to an electric motor or a device driven by such an electric motor (hereinafter simply referred to as “electric motor”), and is used to detect the position of an output shaft or the like.
ところで、エンコーダは、プレス機の電動機にも取付けられており、そのような場合にはエンコーダが過大な振動および/または衝撃(以下、単に「振動」と称する)を受けることが多い。エンコーダは通常、多数の電子部品から構成されているので、電動機がプレス機の過大な振動に耐えられる場合であっても、エンコーダがそのような振動に耐えられず破損する可能性がある。 By the way, the encoder is also attached to the electric motor of the press machine. In such a case, the encoder is often subjected to excessive vibration and / or shock (hereinafter simply referred to as “vibration”). Since the encoder is usually composed of a large number of electronic components, even if the electric motor can withstand excessive vibration of the press machine, the encoder may not withstand such vibration and may be damaged.
このため、エンコーダには、振動に対する許容値が予め設定されている。エンコーダが、この許容値以上の振動を受け続ける場合には、エンコーダが破損し、重要な局面でエンコーダからの情報が取得できない事態が生じうる。このため、エンコーダに振動が掛かっていることを使用者が認識できることが求められている。 For this reason, an allowable value for vibration is preset in the encoder. If the encoder continues to receive vibrations exceeding this allowable value, the encoder may be damaged, and information from the encoder may not be acquired in an important aspect. For this reason, it is required that the user can recognize that the encoder is vibrated.
例えば特許文献1は、エンコーダが取付けられた電動機に加速度センサを設けた構成を開示している。また、特許文献2は、そのような加速度センサをエンコーダ内部に備えた構成を開示している。 For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which an acceleration sensor is provided in an electric motor to which an encoder is attached. Patent Document 2 discloses a configuration in which such an acceleration sensor is provided inside an encoder.
しかしながら、特許文献1の構成においては、加速度センサ自体はエンコーダから離れているので、エンコーダに掛かる振動を直接的に検出することができない。また、特許文献2の構成においては、加速度センサおよび関連する回路をエンコーダ内部に取付ける必要があるので、エンコーダを小型化するのが困難であり、またエンコーダの製造費用も増大することになる。 However, in the configuration of Patent Document 1, since the acceleration sensor itself is separated from the encoder, the vibration applied to the encoder cannot be directly detected. Further, in the configuration of Patent Document 2, since it is necessary to mount the acceleration sensor and related circuits inside the encoder, it is difficult to reduce the size of the encoder, and the manufacturing cost of the encoder also increases.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、エンコーダに直接的に掛かる振動を検出することのできる、小型でかつ安価なエンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a small and inexpensive encoder capable of detecting vibration directly applied to the encoder.
前述した目的を達成するために1番目の発明によれば、ハウジングに取付けられたプリント回路基板を有するエンコーダにおいて、所定の基準値以上の振動が加わった際に導通状態が変化する部品を含む振動検出部を具備し、該振動検出部は前記ハウジング、前記プリント回路基板、および前記ハウジングと前記プリント回路基板との間のうちの少なくとも一つに設置されており、さらに、前記振動検出部に含まれる部品の導通状態の変化に基づいて異常状態を判断する異常判断部を具備する、エンコーダが提供される。 In order to achieve the above-described object, according to a first invention, in an encoder having a printed circuit board attached to a housing, vibration including a component whose conduction state changes when vibration exceeding a predetermined reference value is applied. A vibration detection unit, the vibration detection unit is installed in at least one of the housing, the printed circuit board, and between the housing and the printed circuit board, and further included in the vibration detection unit An encoder is provided that includes an abnormality determination unit that determines an abnormal state based on a change in the conduction state of a component.
2番目の発明によれば、1番目の発明において、前記振動検出部に含まれる前記部品は、前記所定の基準値以上の振動が加わった際に疲労破壊により破断して非導通状態になるようにした部品である。 According to a second invention, in the first invention, the component included in the vibration detection unit is broken by fatigue failure and becomes non-conductive when vibration exceeding the predetermined reference value is applied. It is the part made.
3番目の発明によれば、1番目の発明において、前記振動検出部に含まれる前記部品は、互いに非接触状態にある二つの構成要素から形成されており、前記部品は、これら構成要素が前記所定の基準値以上の振動が加わった際に互いに接触して導通状態になるようにした部品である。 According to a third aspect, in the first aspect, the component included in the vibration detection unit is formed of two components that are in a non-contact state with each other, and the component includes the component as described above. This is a component that is brought into contact with each other and brought into a conducting state when vibrations exceeding a predetermined reference value are applied.
4番目の発明によれば、1番目の発明において、さらに、前記異常判断部により異常状態が判断された場合には、異常状態を通知する通知部を具備する。 According to a fourth aspect, in the first aspect, the information processing apparatus further includes a notification unit for notifying an abnormal state when the abnormal state is determined by the abnormality determining unit.
5番目の発明によれば、4番目の発明において、複数の前記振動検出部と該複数の振動検出部のそれぞれに対応する複数の前記異常判断部とを具備しており、前記複数の振動検出部に含まれる部品のそれぞれの前記基準値は互いに異なるようにした。 According to a fifth aspect, in the fourth aspect, the apparatus includes a plurality of vibration detection units and a plurality of abnormality determination units corresponding to the plurality of vibration detection units, respectively. The reference values of the parts included in the part are made different from each other.
1番目の発明においては、振動がエンコーダに加わると、振動検出部には振動に伴う応力が発生する。そして、振動検出部に所定のレベルの応力が複数回にわたって発生すると、振動検出部の部品の導通状態が変化するようになる。振動検出部の部品の導通状態は、例えば部品に掛かる電位を通じて判断でき、振動検出部の部品の導通状態が変化した場合には、異常状態であると判断することができる。また、振動検出部の部品は、エンコーダのハウジングおよび/またはプリント回路基板に取付けられているので、エンコーダに直接的に掛かる振動を検出できる。さらに、1番目の発明では、加速度センサを必要とせず、振動判断部の部品も安価であるので、エンコーダを小型でかつ安価にすることも可能である。 In the first invention, when vibration is applied to the encoder, stress associated with the vibration is generated in the vibration detection unit. When a predetermined level of stress is generated in the vibration detection unit a plurality of times, the conduction state of the components of the vibration detection unit changes. The conduction state of the component of the vibration detection unit can be determined, for example, through a potential applied to the component. If the conduction state of the component of the vibration detection unit changes, it can be determined that the component is in an abnormal state. Further, since the components of the vibration detector are attached to the encoder housing and / or the printed circuit board, vibrations directly applied to the encoder can be detected. Furthermore, in the first invention, an acceleration sensor is not required, and parts of the vibration determination unit are inexpensive. Therefore, the encoder can be made small and inexpensive.
2番目の発明においては、比較的簡易な構成で、振動検出部を形成することができる。この場合には、振動検出部の部品に掛かる電位が概ねゼロになったときに、異常状態であると判断できる。 In the second invention, the vibration detection unit can be formed with a relatively simple configuration. In this case, when the potential applied to the components of the vibration detection unit becomes approximately zero, it can be determined that the state is abnormal.
3番目の発明においては、比較的簡易な構成で、振動検出部を形成することができる。この場合には、振動検出部の部品に流れる電位が所定の正の値を超えたときに、異常状態であると判断できる。 In the third aspect of the invention, the vibration detector can be formed with a relatively simple configuration. In this case, when the potential flowing through the component of the vibration detection unit exceeds a predetermined positive value, it can be determined that the state is abnormal.
4番目の発明においては、通知部により、使用者は、エンコーダが異常状態にあることを認識することができる。通知部は、使用者が視覚的および/または聴覚的に認識可能な信号を出力する。従って、使用者は、通知部からの信号によって、エンコーダが故障するおおよその時期を予測することができる。 In the fourth aspect of the invention, the notification unit allows the user to recognize that the encoder is in an abnormal state. The notification unit outputs a signal that can be visually and / or audibly recognized by the user. Therefore, the user can predict the approximate time when the encoder will fail based on the signal from the notification unit.
5番目の発明においては、複数の異常判断部のそれぞれにより判断される振動の大きさが異なるので、通知部はそれぞれの異常判断部に応じて緊急度を異ならせた通知を行うことができる。 In the fifth aspect of the invention, the magnitude of vibration determined by each of the plurality of abnormality determination units is different, so that the notification unit can perform notification with different urgency levels depending on each abnormality determination unit.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図1は本発明の第一の実施形態に基づくエンコーダの断面図である。図1に示されるように、エンコーダ10は、ハウジング11に取付けられたプリント回路基板12を含んでいる。プリント回路基板12は、種々の構成要素からなる電子部品15を備えている。なお、図面には示さないものの、エンコーダ10はロボットまたは工作機械の電動機または電動機を駆動させる機器に備えられているものとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. In order to facilitate understanding, the scales of these drawings are appropriately changed.
FIG. 1 is a sectional view of an encoder according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the encoder 10 includes a printed
図1に示される実施形態においては、振動検出部20はハウジング11とプリント回路基板12との間に配置されている。具体的には、プリント回路基板の頂面図である図2および図1から分かるように、振動検出部20はプリント回路基板12の上面と、ハウジング11の或る面とを接続している。なお、振動検出部20はエンコーダ10のプリント回路基板12にのみ設置されているか、またはハウジング11にのみ設置されていてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
振動検出部20は所定の基準値以上の振動が加わった際に導通状態が変化する、導電性材料からなる部品を少なくとも含んでいるか、または振動検出部20全体が導電性材料から形成されていて、そのような特性を有していてもよい。図3は、図1に示されるエンコーダの回路図である。図3においては、振動検出部20の一端Cはプリント回路基板12の高電位部、例えば電位5Vの部分に接続されており、振動検出部20の他端Bはプリント回路基板12の低電位部、例えば電位0Vの部分に接続されている。
The
図3に示されるように、エンコーダ10は、主にコンパレータ31からなる異常判断部30を含んでいる。コンパレータ31の一方の入力端はプリント回路基板12の前述した低電位部に接続されており、他方の入力端は基準電位Eに接続されている。また、コンパレータ31の出力端は通知部40に接続されている。
As shown in FIG. 3, the encoder 10 includes an
基準電位Eは、プリント回路基板12の高電位部よりも小さくて、低電位部よりも大きい値であり、振動検出部20の特性に応じて異なる。図3から分かるように、コンパレータ31は振動検出部20に関連するA点の分圧と基準電位Eとを比較する。そして、A点の電位が大きい場合にはローレベル信号を出力し、基準電位Eが大きい場合にはハイレベル信号を出力する。
The reference potential E is smaller than the high potential portion of the printed
前述したように本発明に基づくエンコーダ10は、ロボットまたは工作機械の電動機に取付けられている。従って、ロボットまたは工作機械の動作時には、ロボットまたは工作機械で生じた振動がエンコーダ10に加わる場合がある。このような場合には、プリント回路基板12とハウジング11とが相対的に運動して、応力が振動検出部20に発生する。そして、所定の基準値以上の振動が振動検出部20に所定回数にわたって加わると、振動検出部20または振動検出部20の部品は疲労破壊により破断する(図3の「X」印を参照されたい)。
As described above, the encoder 10 according to the present invention is attached to an electric motor of a robot or a machine tool. Therefore, during the operation of the robot or machine tool, vibrations generated by the robot or machine tool may be applied to the encoder 10. In such a case, the printed
エンコーダ10が正常動作している場合には、振動検出部20に関連するA点の電位が基準電位Eよりも大きいのでローレベル信号が出力される。しかしながら、振動検出部20が破断すると、A点の電位は基準電位Eより小さくなるので、コンパレータ31からの出力はハイレベル信号になる。
When the encoder 10 is operating normally, since the potential at the point A related to the
このハイレベル信号によって通知部40は起動し、エンコーダ10が異常状態にあること(第一の実施形態では振動検出部20が破断したこと)を使用者に通知する。通知部40は、ランプや液晶ディスプレイなどを用いた視覚的な警報および/またはスピーカなどを用いた聴覚的な警報を出力する。その結果、使用者は、エンコーダ10が異常状態にあること、つまりエンコーダ10に許容値以上の振動が掛かっていることを認識できる。
The
この段階では、エンコーダ10自体は未だ故障していないものの、使用者はエンコーダ10を継続的に使用する場合にエンコーダ10が故障するおおよその時期を予測できる。従って、使用者は、エンコーダ10が故障する前に取替、修理を事前に行うことが可能である。 At this stage, although the encoder 10 itself has not yet failed, the user can predict an approximate time when the encoder 10 will fail when the encoder 10 is continuously used. Therefore, the user can perform replacement and repair in advance before the encoder 10 breaks down.
このように本発明においては、振動検出部20の導通状態の変化を通じて、エンコーダ10が異常状態にあるか否かを判断することができる。また、振動検出部20はエンコーダ10のハウジング11および/またはプリント回路基板12に取付けられているので、本発明においては、エンコーダ10に直接的に掛かる振動を検出できるのが分かるであろう。このことは、電動機が過大な振動に耐えられるものの、エンコーダ10がそのような振動に耐えられない場合に特に有利である。
Thus, in the present invention, it is possible to determine whether or not the encoder 10 is in an abnormal state through a change in the conduction state of the
さらに、本発明では、従来技術のような加速度センサを必要とせず、振動検出部20が導電性材料からなる部品を含むのみで足りる。従って、エンコーダ10を小型でかつ安価に製造できるのが分かるであろう。
Furthermore, in the present invention, an acceleration sensor as in the prior art is not required, and it is sufficient that the
図4は本発明の他の実施形態に基づくエンコーダの部分斜視図である。図4においては簡潔にする目的で、エンコーダ10のプリント回路基板12および異常判断部30の図示を省略している。そのような異常判断部30はハウジング11またはプリント回路基板12上に取付けられるものとする。
FIG. 4 is a partial perspective view of an encoder according to another embodiment of the present invention. In FIG. 4, illustration of the printed
図4に示されるように、フレーム状のハウジング11の上面に二つの凹部11a、11bが互いに対向して形成されている。そして、細長状の振動検出部20が両端支持梁のように凹部11a、11bに配置されており、振動検出部20の両端部は固定具16によってこれら凹部11a、11bに固定されている。つまり、図4に示される実施形態においては、振動検出部20はハウジング11のみに取付けられている。
As shown in FIG. 4, two
図4に示される実施形態において振動がエンコーダ10に加わると、ハウジング11と振動検出部20とが相対的に運動して、応力が振動検出部20に発生する。そして、所定の基準値以上の振動が振動検出部20に所定回数にわたって加わると、振動検出部20は同様に破断する。従って、図4には示さない異常判断部30を用いて、前述したのと同様に、エンコーダ10が異常状態にあることを判断することができる。
In the embodiment shown in FIG. 4, when vibration is applied to the encoder 10, the
図5は本発明のさらに他の実施形態に基づくエンコーダの部分斜視図である。図5においては簡潔にする目的で、エンコーダ10のハウジング11および異常判断部30の図示を省略している。そのような異常判断部30はハウジング11またはプリント回路基板12上に取付けられるものとする。
FIG. 5 is a partial perspective view of an encoder according to still another embodiment of the present invention. In FIG. 5, the
図5に示されるように、振動検出部20は、本体21と、本体21およびプリント回路基板12を接続する脚部28、29とを含んでいる。本体21の底面はプリント回路基板12に接触していないことに注意されたい。また、振動検出部20の本体21および脚部28、29は導電性材料から形成されている。つまり、図5に示される実施形態においては、振動検出部20はプリント回路基板12のみに取付けられている。
As shown in FIG. 5, the
図5に示される実施形態において振動がエンコーダ10に加わると、プリント回路基板12と振動検出部20とが相対的に運動して、応力が振動検出部20に発生する。そして、所定の基準値以上の振動が振動検出部20に所定回数にわたって加わると、振動検出部20は同様に破断する。従って、図5には示さない異常判断部30を用いて、前述したのと同様に、エンコーダ10が異常状態にあることを判断することができる。それゆえ、図4および図5に示される実施形態においても、前述したのと同様な効果が得られることが分かるであろう。
In the embodiment shown in FIG. 5, when vibration is applied to the encoder 10, the printed
図6は本発明の第二の実施形態に基づくエンコーダの断面図である。図6においては簡潔にする目的で、エンコーダ10のプリント回路基板12および異常判断部30の図示を省略している。そのような異常判断部30はハウジング11またはプリント回路基板12上に取付けられるものとする。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an encoder according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, illustration of the printed
図6に示されるように、振動検出部20はエンコーダ10のハウジング11にのみ取付けられている。そして、振動検出部20は、ハウジング11に固定された固定部25と、一端がハウジング11に固定された略L字形状の可動片23と、から構成されている。図6から分かるように、可動片23の他端は自由端24であり、固定部25の上方に位置決めされている。
As shown in FIG. 6, the
図7は図6に示されるエンコーダの回路図である。図7から分かるように、振動検出部20の自由端24はプリント回路基板12の高電位部、例えば電位5Vの部分に接続されており、振動検出部20の固定部25はプリント回路基板12の低電位部、例えば電位0Vの部分に接続されている。また、コンパレータ31を備えた異常判断部30は前述したのと同様に配置されている。この場合には、コンパレータ31は振動検出部20に関連するA点の分圧と基準電位Eとを比較する。そして、A点の電位が小さい場合にはローレベル信号を出力し、基準電位Eが小さい場合にはハイレベル信号を出力する。
FIG. 7 is a circuit diagram of the encoder shown in FIG. As can be seen from FIG. 7, the
第二の実施形態においては、振動がエンコーダ10に加わると、ハウジング11と振動検出部20とが相対的に運動する。そして、所定の基準値以上の振動が生ずると、自由端24は上下方向に振動して、固定部25に接触するようになる。
In the second embodiment, when vibration is applied to the encoder 10, the
これにより、A点の電位は基準電位Eより大きくなるので、コンパレータ31からの出力はハイレベル信号になる。その結果、通知部40が起動し、エンコーダ10が異常状態にあること(第二の実施形態では振動検出部20の自由端24が固定部25に接触したこと)を使用者に通知する。このような場合にも前述したのと同様な効果が得られることは明らかであろう。
As a result, the potential at the point A becomes larger than the reference potential E, so that the output from the
図8は本発明の第三の実施形態に基づくエンコーダの部分斜視図である。図8においては、三つの振動検出部20a、20b、20cがプリント回路基板12上に配置されている。図8においては簡潔にする目的で、エンコーダ10のハウジング11および異常判断部30の図示を省略している。
FIG. 8 is a partial perspective view of an encoder according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 8, three
図8に示される振動検出部20a、20b、20cのそれぞれは、図5の振動検出部20と同様に、本体21a、21b、21cと、脚部28a、29a、28b、29b、28c、29cとから構成されている。脚部28b、29bのプリント回路基板12に対する接触面積は、脚部28a、29aのプリント回路基板12に対する接触面積よりも大きくて、脚部28c、29cのプリント回路基板12に対する接触面積よりも小さいものとする。さらに、図8においては、三つの振動検出部20a、20b、20cに対応する三つの異常判断部30a、30b、30cがハウジング11またはプリント回路基板12上に取付けられているものとする。
Each of the
図8に示される実施形態において、振動がエンコーダ10に加えられると、はじめに振動検出部20aに関連する異常判断部30aが異常を判断する。そして、さらに大きい振動がエンコーダ10に加えられると、振動検出部20bに関連する異常判断部30bが異常を判断し、さらに大きい振動がエンコーダ10に加えられると、振動検出部20cに関連する異常判断部30cが異常を判断する。
In the embodiment shown in FIG. 8, when vibration is applied to the encoder 10, the abnormality determination unit 30a related to the
図8には示さない通知部40は、異常判断部30a、30b、30cが異常を判断するたびに、それぞれの異常判断部30a、30b、30cに応じた信号を発令する。つまり、通知部40からの通知内容を異常判断部30a、30b、30cのそれぞれに応じて、例えば注意、警告、緊急などのように異ならせることができる。従って、図8に示される実施形態においては、使用者は、通知部40が発令した信号の緊急度に応じた処置をとることが可能となる。
The
10 エンコーダ
11 ハウジング
11a、11b 凹部
12 プリント回路基板
15 電子部品
16 固定具
20、20a、20b、20c 振動検出部
21、21a、21b、21c 本体
23 可動片
24 自由端
25 固定部
28a、29a、28b、29b、28c、29c 脚部
30、30a、30b、30c 異常判断部
31 コンパレータ
40 通知部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (5)
所定の基準値以上の振動が加わった際に導通状態が変化する部品を含む振動検出部を具備し、該振動検出部は前記ハウジング、前記プリント回路基板、および前記ハウジングと前記プリント回路基板との間のうちの少なくとも一つに設置されており、
さらに、
前記振動検出部に含まれる部品の導通状態の変化に基づいて異常状態を判断する異常判断部を具備する、エンコーダ。 In an encoder having a printed circuit board attached to a housing,
A vibration detection unit including a component whose conduction state changes when vibration of a predetermined reference value or more is applied, the vibration detection unit including the housing, the printed circuit board, and the housing and the printed circuit board; Installed in at least one of the
further,
An encoder comprising an abnormality determination unit that determines an abnormal state based on a change in a conduction state of a component included in the vibration detection unit.
前記部品は、これら構成要素が前記所定の基準値以上の振動が加わった際に互いに接触して導通状態になるようにした部品である請求項1に記載のエンコーダ。 The component included in the vibration detection unit is formed of two components in a non-contact state with each other,
2. The encoder according to claim 1, wherein the components are components that are brought into contact with each other and are brought into a conductive state when vibrations greater than the predetermined reference value are applied.
前記複数の振動検出部に含まれる部品のそれぞれの前記基準値は互いに異なるようにした、請求項4に記載のエンコーダ。 A plurality of vibration detection units and a plurality of the abnormality determination units corresponding to each of the plurality of vibration detection units,
The encoder according to claim 4, wherein the reference values of components included in the plurality of vibration detection units are different from each other.
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