JP2013190327A

JP2013190327A - ロータリーエンコーダの監視装置および監視方法

Info

Publication number: JP2013190327A
Application number: JP2012056794A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Okamoto; 和倫岡本; Akiyuki Nakayama; 晃行中山; Minoru Hashimoto; 実橋本; Daichi Kamizono; 大知神園
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-26
Also published as: EP2639557B1; US20130241570A1; EP2639557A3; US9007056B2; EP2639557A2; CN103308092A

Abstract

【課題】１つのＴＴＬタイプのロータリーエンコーダの出力信号のみにより、そのエンコーダの異常を検出可能な監視装置および方法を提供する。
【解決手段】監視装置１は、ＸＯＲ回路３２Ａ，３２Ｂと、遅延回路３３Ａ，３３Ｂと、周波数逓倍回路３５Ａ，３５Ｂと判定部３６Ａ，３６Ｂとを含む。周波数逓倍回路３５ＡおよびＸＯＲ回路３２Ａは、Ｂ相信号と比較される比較パルス信号を生成する。判定部３６Ｂは、Ｂ相信号と比較パルス信号との比較により、Ａ相信号とＢ相信号との間の位相差が９０°±３０°の範囲内であるかどうかを判定する。同様に、周波数逓倍回路３５ＢおよびＸＯＲ回路３２Ｂは、Ａ相信号と比較される比較パルス信号を生成する。判定部３６Ａは、Ａ相信号と比較パルス信号との比較により、Ａ相信号とＢ相信号との間の位相差が９０°±３０°の範囲内であるかどうかを判定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ロータリーエンコーダの監視装置および監視方法に関し、特に、ロータリーエンコーダから出力されるパルス信号の異常を検出する技術に関する。

工作機械あるいは産業用ロボット等のモーションコントロールアプリケーションをサーボシステムにより構築した場合、サーボモータが機械の駆動源となる。当該モータの動作（速度、位置、方向等）を監視するためのセンサとして、通常ではロータリーエンコーダが使用される。

一般的なロータリーエンコーダは、デジタル信号（パルス信号）を出力するＴＴＬ（Transistor Transistor Logic）タイプと、アナログ信号を出力するｓｉｎ／ｃｏｓタイプとに大別される。両者はともに、互いに位相が９０°異なる２相の信号を出力する。

ロータリーエンコーダの出力信号に異常がある場合には、モータの制御への影響が生じる。したがって、ロータリーエンコーダの出力信号の異常を検出するための方法がこれまでに提案されている。

たとえば、ｓｉｎ／ｃｏｓタイプのロータリーエンコーダの場合、２つの出力信号の電圧値に対してｓｉｎ^２＋ｃｏｓ^２＝１の関係が成立するかどうかを確認する方法が知られている。上記関係が成立しない場合、出力信号の異常が検出される。しかし、ＴＴＬタイプのロータリーエンコーダは、デジタル信号を出力するため、上記の検出方法を用いることができない。したがってＴＴＬタイプのロータリーエンコーダの場合、出力信号の異常を検出するために他の検出方法が必要となる。

たとえば特開２０１０−２０３９０３号公報（特許文献１）に開示された異常監視装置は、ロータリーエンコーダから出力されたアナログ信号の電圧レベルが所定の範囲内に存在する場合に、そのエンコーダまたは配線系統の異常を検出する。この異常監視装置は、二相のアナログ入力信号に対応するデジタル信号のパルス数の差が所定の閾値異常である場合に、エンコーダ等の異常を検出する。この異常監視装置は二相のデジタル信号の合成信号のパルス幅が過去の制御周期のパルス幅と異なる場合に、エンコーダ等の異常を検出する。

特開２０１０−２０３９０３号公報

特許文献１に開示された異常監視装置は、３種類の検出方法を実行する。このため、異常監視装置の構成が複雑となるという課題がある。異常監視装置の構成を簡単にするために、検査対象のＴＴＬタイプのロータリーエンコーダと比較用のロータリーエンコーダとを準備して、両者の出力信号を監視装置により比較することが考えられる。しかしながら、この方法ではロータリーエンコーダを２つ用意する必要があるため、検出のためのコストあるいは労力が増大する可能性が考えられる。

本発明の目的は、１つのＴＴＬタイプのロータリーエンコーダの出力信号のみにより、そのエンコーダの異常を検出可能な監視装置および方法を提供することである。

ある局面において、本発明は、回転体の回転を検出して、互いに位相差を有する第１のパルス信号および第２のパルス信号を出力するロータリーエンコーダの監視装置である。監視装置は、第１のパルス信号に含まれる第１のパルスから、特定の位相範囲に対応した部分を抽出して、比較パルス信号を生成するパルス生成部と、第２のパルス信号に含まれる第２のパルスの特定のタイミングにおける比較パルス信号のパルスの状態に基づいて、ロータリーエンコーダの異常を判定する判定部とを備える。

好ましくは、判定部は、第２のパルスの立上がりおよび立下がりの少なくとも一方の発生時に、比較パルス信号のパルスが、予め定められた状態と異なる状態である場合に、ロータリーエンコーダが異常であると判定する。

好ましくは、パルス生成部は、第１のパルス信号の周波数の（２ｎ＋１）倍（ｎは１以上の整数）の周波数を有する第３のパルス信号を生成する周波数逓倍部と、第３のパルス信号と第１のパルス信号との排他論理和を生成して、比較パルス信号を生成する排他論理和生成部とを含む。

好ましくは、判定部は、比較パルス信号をデータ入力として受けて、第２のパルス信号をクロックとして受ける第１のＤフリップフロップと、第２のパルス信号を反転させるインバータと、比較パルス信号をデータ入力として受けて、インバータの出力信号をクロックとして受ける第２のＤフリップフロップと、第１のＤフリップフロップの出力信号の状態と第２のＤフリップフロップの出力信号の状態との組み合わせが規定の組み合わせと異なる場合に、ロータリーエンコーダの異常を検出する検出部とを含む。

好ましくは、ｎは１である。
他の局面において、本発明は、回転体の回転を検出して、互いに位相差を有する第１のパルス信号および第２のパルス信号を出力するロータリーエンコーダの監視方法である。監視方法は、第１のパルス信号に含まれる第１のパルスのうち、特定の位相範囲に対応した部分を抽出して、比較パルス信号を生成するステップと、第２のパルス信号に含まれる第２のパルスの特定のタイミングにおける比較パルス信号のパルスの状態に基づいて、ロータリーエンコーダの異常を判定するステップとを備える。

好ましくは、判定するステップにおいて、第２のパルスの立上がりおよび立下がりの少なくとも一方の発生時に、比較パルス信号のパルスが、予め定められた状態と異なる状態である場合に、ロータリーエンコーダが異常であると判定する。

好ましくは、比較パルス信号を生成するステップは、第１のパルス信号の周波数の（２ｎ＋１）倍（ｎは１以上の整数）の周波数を有する第３のパルス信号を生成するステップと、第３のパルス信号と第１のパルス信号との排他論理和を生成して、比較パルス信号を生成するステップとをを含む。

好ましくは、ｎは１である。

本発明によれば、１つのＴＴＬタイプのロータリーエンコーダの出力信号のみにより、そのエンコーダの異常を検出することができる。

本発明の実施の形態に係る、ロータリーエンコーダの監視装置の適用形態の例を示した図である。図１に示したエンコーダ１６の構成を概略的に示した図である。図１に示したエンコーダ１６から出力されるＡ相信号およびＢ相信号の波形図である。Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差のずれを説明するための図である。Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が９０°から大きくずれた場合の問題点を説明するための波形図である。実施の形態１に係る監視装置の構成図である。図６に示された周波数逓倍回路３５ＡおよびＸＯＲ回路３２Ａによって生成された比較パルス信号を説明するための図である。実施の形態１に係る異常判定方法を説明するための波形図である。実施の形態１に係る異常検出方法の処理の流れを説明するフローチャートである。実施の形態２に係る監視装置の構成図である。実施の形態２に係る異常検出方法を説明するための波形図である。パルス生成部の他の構成の一例を示した図である。図１２に示したパルス生成部の動作を説明するための波形図である。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係る、ロータリーエンコーダの監視装置の適用形態の例を示した図である。図１を参照して、モーションコントロールアプリケーションは、監視装置１と、サーボドライバ２と、サーボモータ３と、機械６と、上位コントローラ１０とを含む。機械６の種類は特に限定されない。サーボモータ３は、機械６の駆動源である。

サーボモータ３は、モータ本体１５と、ロータリーエンコーダ（以下、単に「エンコーダ」と呼ぶ）１６とを有する。エンコーダ１６は、ＴＴＬタイプのロータリーエンコーダである。エンコーダ１６は、回転体であるモータ本体１５の回転変位量を検出して、互いに位相差を有する２相のデジタル信号（パルス信号）を出力する。２相のデジタル信号の間の位相差は一般に９０°である。すなわちこの実施の形態において、位相差の正常値は９０°である。

図１では、サーボモータ３にモータ本体１５とエンコーダ１６とが含まれる。ただしモータ本体１５とエンコーダ１６とは別体で構成されていてもよい。

監視装置１は、エンコーダ１６から出力されたパルス信号に基づいて、エンコーダ１６の出力信号の異常を検出する。エンコーダ１６の出力信号が異常であることは、エンコーダ１６の異常と同義である。監視装置１の検出結果は、たとえばサーボドライバ２にフィードバックされる。監視装置１によってエンコーダ１６の出力信号の異常が検出された場合、たとえばサーボドライバ２はサーボモータ３を停止させる。

サーボドライバ２は、モータ駆動回路１１と、モータ制御回路１２とを備える。モータ制御回路１２は、通信ケーブル４を介して上位コントローラ１０からの指令を受ける。モータ制御回路１２は、この指令に従うモータ本体１５の動きが実現されるように、エンコーダ１６からの信号に基づいてモータ駆動回路１１を制御する。モータ駆動回路１１は、モータ本体１５に電流を供給することによりモータ本体１５を駆動する。サーボドライバ２とサーボモータ３とはケーブル５によって接続される。

モータ制御回路１２は、通信ケーブル４を介して、サーボモータ３の動き（速度、指令トルク、位置偏差）に関するデータを上位コントローラ１０に送信する。上位コントローラ１０は、たとえばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）により実現される。

なお、図１に示された構成によれば、監視装置１は、他の装置から独立した単体の装置である。しかしながら本発明に係る監視装置の構成を上記のように限定する必要はない。たとえば監視装置１はサーボドライバ２に実装されていてもよい。すなわちサーボドライバ２がエンコーダ１６の出力信号の異常を検出する機能を有していてもよい。あるいは、サーボモータ３に監視装置１が実装されていてもよい。

図２は、図１に示したエンコーダ１６の構成を概略的に示した図である。図２を参照して、エンコーダ１６は、投光素子２０と、回転軸２１に取り付けられた回転スリット板２２と、固定スリット板２３と、受光素子２４Ａ，２４Ｂと、波形整形回路２５Ａ，２５Ｂとを備える。投光素子２０は、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）により構成される。受光素子２４Ａ，２４Ｂは、たとえばフォトダイオード（ＰＤ）により構成される。

回転軸２１はモータ本体１５（図１参照）の回転軸に結合される。モータ本体１５の回転によって回転軸２１が回転される。回転軸２１は時計方向（ＣＷ)および反時計方向（ＣＣＷ）のいずれの方向にも回転可能であるとする。回転軸２１の回転によって、回転スリット板２２が回転する。これにより、投光素子２０からの光が、通過あるいは遮断される。固定スリット板２３ではスリットが２つに分かれていて、互いに９０°位相がずれている。受光素子２４Ａ，２４Ｂは、回転スリット板２２および固定スリット板２３を通過した光を受けて電気信号を出力する。したがって受光素子２４Ａ，２４Ｂの出力信号の位相は互いに９０°ずれている。

受光素子２４Ａ，２４Ｂの出力信号の波形は、近似的な正弦波である。波形整形回路２５Ａ，２５Ｂは、それぞれ、受光素子２４Ａ，２４Ｂの出力信号の波形をパルス波形へと整形する。これにより、波形整形回路２５Ａ，２５Ｂからは、位相が互いに９０°異なるパルス信号が出力される。以下では、２つのパルス信号をＡ相信号およびＢ相信号と呼ぶ。図２では、波形整形回路２５Ａから出力される信号がＡ相信号であり、波形整形回路２５Ｂから出力される信号がＢ相信号であるが、波形整形回路２５Ａ，２５Ｂのいずれの出力信号をＡ相信号およびＢ相信号として扱うかは特に限定されるものではない。

また、本発明における「第１のパルス信号」および「第２のパルス信号」はそれぞれ、Ａ相信号およびＢ相信号の一方および他方である。すなわち「第１のパルス信号」がＡ相信号である場合、「第２のパルス信号」はＢ相信号である。逆に「第１のパルス信号」がＢ相信号である場合、「第２のパルス信号」はＡ相信号である。

図３は、図１に示したエンコーダ１６から出力されるＡ相信号およびＢ相信号の波形図である。図３（Ａ）は、回転軸の回転方向が時計方向（ＣＷ）である場合のＡ相信号およびＢ相信号の波形図である。図３（Ｂ）は、回転軸の回転方向が反時計方向（ＣＣＷ）である場合のＡ相信号およびＢ相信号の波形図である。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、回転軸２１（図２参照）が時計方向および反時計方向のいずれに回転する場合にも、Ａ相信号とＢ相信号との間の位相差は９０°である。

回転方向が時計方向である場合、Ａ相信号の状態が「Ｈ（ハイ）」レベルである間にＢ相信号が立上がる。一方、回転方向が反時計方向である場合、Ａ相信号の状態が「Ｈ」レベルである間にＢ相信号が立下がる。したがって、Ａ相信号が「Ｈ」レベルである間にＢ相信号の立上がりおよび立下りのいずれが発生したかを特定することにより、回転方向を検出することができる。

また、Ａ相信号およびＢ相信号の周波数は回転軸の回転速度に比例する。したがって、一定の時間幅の間のパルス数をカウントすることにより、回転速度を検出することができる。

エンコーダ１６の正常時には、図３に示されるように、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差は９０°である。しかし、エンコーダ１６の異常によって、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が９０°からずれることが起こり得る。

図４は、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差のずれを説明するための図である。図４を参照して、固定スリット板２３にはＡ相信号を生成するためのスリットおよびＢ相信号を生成するためのスリットが形成される。Ｂ相信号を生成するためのスリットの幅は正常時にはＷ１である。たとえば、このスリットが汚れるなどの故障によって、スリット幅が狭くなりＷ２となる。このような場合にＡ相信号およびＢ相信号の間の位相差が９０°からずれることが起こり得る。

図５は、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が９０°から大きくずれた場合の問題点を説明するための波形図である。図５を参照して、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が９０°の場合、Ａ相信号の「Ｈ」レベルの期間にＢ相信号が立上がる。したがって時計方向の回転が検出される。Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が９０°±９０°を超えた場合には、Ａ相信号の「Ｈ」レベルの期間にＢ相信号が立ち下がる。このため反時計方向の回転が検出される。しかし、実際の回転方向は時計方向である。すなわちＡ相信号およびＢ相信号の間の位相差が９０°±９０°を超えた場合には、誤った回転方向が検出される。

本発明の実施の形態によれば、監視装置１は、ＴＴＬタイプのロータリーエンコーダの出力信号の異常、具体的にはＡ相信号およびＢ相信号の間の位相差の異常を検出することができる。以下、各実施の形態について詳細に説明する。

［実施の形態１］
図６は、実施の形態１に係る監視装置の構成図である。図６を参照して、監視装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１Ａ，３１Ｂと、ＸＯＲ（排他論理和）回路３２Ａ，３２Ｂと、遅延回路３３Ａ，３３Ｂとを備える。ＣＰＵ３１Ａは、周波数逓倍回路３５Ａと判定部３６Ａとを含む。ＣＰＵ３１Ｂは、周波数逓倍回路３５Ｂと判定部３６Ｂとを含む。

周波数逓倍回路３５Ａは、Ａ相信号を受けて、Ａ相信号の周波数ｆａの３倍の周波数（３ｆａ）を有するパルス信号を発生させる。ＸＯＲ回路３２Ａは、Ａ相信号と、周波数３ｆａのパルス信号との排他論理和を生成する。遅延回路３３Ａは、周波数逓倍回路３５Ａが周波数３ｆａのパルス信号を生成する時の動作遅延時間を補正するように、Ａ相信号を遅延させる。

ＸＯＲ回路３２Ａの出力信号は、Ｂ相信号と比較される比較パルス信号となる。この比較パルス信号は、判定部３６Ｂに入力される。

同じように、周波数逓倍回路３５Ｂは、Ｂ相信号を受けて、Ｂ相信号の周波数ｆｂの３倍の周波数（３ｆｂ）を有するパルス信号を発生させる。なお、ｆｂ＝ｆａである。ＸＯＲ回路３２Ｂは、Ｂ相信号と、周波数３ｆｂのパルス信号との排他論理和を生成する。遅延回路３３Ｂは、周波数逓倍回路３５Ｂが周波数３ｆｂのパルス信号を生成する時の動作遅延時間を補正するように、Ｂ相信号を遅延させる。

ＸＯＲ回路３２Ｂの出力信号は、Ａ相信号と比較される比較パルス信号となる。この比較パルス信号は、判定部３６Ａに入力される。

判定部３６Ａは、Ａ相信号と比較パルス信号との比較により、Ａ相信号とＢ相信号との間の位相差が９０°±３０°の範囲内であるかどうかを判定する。位相差が９０°±３０°の範囲外である場合、判定部３６Ａは、Ａ相信号およびＢ相信号の異常を判定するとともに、その異常を示す信号を出力する。

判定部３６Ｂは、Ｂ相信号と比較パルス信号との比較により、Ａ相信号とＢ相信号との間の位相差が９０°±３０°の範囲内であるかどうかを判定する。この位相差が９０°±３０°の範囲外である場合、判定部３６Ｂは、Ａ相信号およびＢ相信号の異常を判定するとともに、その異常を示す信号を出力する。

図６に示されるように、監視装置１では、Ａ相信号およびＢ相信号の異常を検出するための構成が二重化されている。これにより、ロータリーエンコーダの出力信号の異常をより確実に検出することができる。この実施の形態では、本発明の監視装置に含まれる「パルス生成部」は、周波数逓倍回路３５ＡおよびＸＯＲ回路３２Ａの組み合わせによって、あるいは周波数逓倍回路３５ＢおよびＸＯＲ回路３２Ｂの組み合わせによって実現される。さらに、本発明の監視装置に含まれる「判定部」は、判定部３６Ａあるいは判定部３６Ｂによって実現される。

図６では、遅延回路およびＸＯＲ回路は、ＣＰＵとは別の回路として示されている。しかしながらＣＰＵは、遅延回路および／またはＸＯＲ回路の機能を実装していてもよい。また、判定部３６Ａ，３６Ｂは、異常時に信号を出力するものと限定されず、Ａ相信号およびＢ相信号が正常および異常のいずれであるかを示す信号を出力してもよい。

図７は、図６に示された周波数逓倍回路３５ＡおよびＸＯＲ回路３２Ａによって生成された比較パルス信号を説明するための図である。図７を参照して、入力信号（Ａ相信号）と、その入力信号の周波数の３倍の周波数を有する信号との排他論理和によって、入力信号から、特定の位相範囲に対応した部分を抽出する。この実施の形態では、９０°±３０°の位相範囲（６０°〜１２０°の位相範囲）に対応する部分がＡ相信号に含まれるパルスから抽出される。この抽出されたパルスが比較パルス信号を構成する。

図８は、実施の形態１に係る異常判定方法を説明するための波形図である。図６および図８を参照して、判定部３６Ｂは、Ｂ相信号の特定のタイミングにおける比較パルス信号の状態を確認する。この実施の形態では、判定部３６Ｂは、Ｂ相信号の立上がりあるいは立下りにおける比較パルス信号の状態を確認する。図８に示された比較パルス信号は、図７に示された比較パルス信号と同じものである。

たとえば回転方向が時計方向の場合、Ｂ相信号の立上がり時における比較パルス信号の状態が確認される。回転方向が反時計方向の場合、Ｂ相信号の立下がり時における比較パルス信号の状態が確認される。Ｂ相信号の立上がり時あるいは立上がり時に比較パルス信号の状態が「Ｈ」レベルである場合、判定部３６Ｂは、Ａ相信号およびＢ相信号が正常であると判定する。Ａ相信号およびＢ相信号が正常であるということは、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が９０°±３０°の範囲内であることを意味する。

一方、Ｂ相信号の立上がり時あるいは立上がり時に比較パルス信号の状態が「Ｌ（ロー）」レベルである場合、判定部３６Ｂは、Ａ相信号およびＢ相信号が異常であると判定する。この場合、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差は９０°±３０°の範囲外である。

判定部３６Ａによる判定方法は、上記の方法と同様であり、Ａ相信号の立上がりあるいは立下りにおける比較パルス信号の状態を確認する。判定部３６Ａによる判定に用いられる比較パルス信号は、Ｂ相信号と、Ｂ相信号の周波数の３倍の周波数を有する信号との排他論理和によって生成される。

図９は、実施の形態１に係る異常検出方法の処理の流れを説明するフローチャートである。以下では、Ｂ相信号と比較パルス信号との比較による異常判定方法を代表的に説明する。Ａ相信号と比較パルス信号との比較による異常判定方法は、以下の説明において、周波数逓倍回路３５Ａを周波数逓倍回路３５Ｂに置き換え、ＸＯＲ回路３２ＡをＸＯＲ回路３２Ｂに置き換え、判定部３６Ｂを判定部３６Ａに置き換えればよい。

図９を参照して、ステップＳ１において、周波数逓倍回路３５Ａは、Ａ相信号およびＢ相信号のうちの一方の信号（Ａ相信号）の３倍の周波数を有するパルス信号を生成する。ステップＳ２において、ＸＯＲ回路３２Ａは、そのパルス信号と、元のパルス信号（Ａ相信号）との排他論理和によって比較パルス信号を生成する。ステップＳ３において、判定部３６Ｂは、他方の信号（Ｂ相信号）の立上がりあるいは立下がりにおける、比較パルス信号の状態を確認する。この場合、判定部３６Ｂは、たとえばＢ相信号の立上がりあるいは立下がりの両方における比較パルス信号の状態を確認する。ただし、判定部３６Ｂは、Ｂ相信号の立上がりあるいは立下がりのいずれか一方における比較パルス信号の状態を確認してもよい。

Ｂ相信号の立上がりおよび立下がりの両方において比較パルス信号がＨレベルである場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、ステップＳ５において、判定部３６Ｂは、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が正常であると判定する。一方、Ｂ相信号の立上がりおよび立下がりの少なくとも一方において比較パルス信号がＬレベルである場合（ステップＳ４においてＮＯ）、ステップＳ６において、判定部３６Ｂは、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が異常であると判定する。さらにステップＳ７において、判定部３６Ｂは、検出された異常を示す信号を出力する。

ステップＳ５あるいはステップＳ７の処理が終了すると、ステップＳ１からの処理が繰り返される。

実施の形態１によれば、ロータリーエンコーダの異常を、そのロータリーエンコーダの出力信号のみによって検出することができる。したがって、もう１つのロータリーエンコーダを準備する必要がなくなる。これによりロータリーエンコーダの異常を検出するためのシステムを低コストで実現することができる。

さらに実施の形態１によれば、ロータリーエンコーダの異常を的確に検出することができる。これにより、図１に示したシステムを安全システムとして構築することができる。

［実施の形態２］
図１０は、実施の形態２に係る監視装置の構成図である。図６および図１０を参照して、監視装置１Ａは、Ｄフリップフロップ４１〜４４と、インバータ４５，４６とをさらに備える点において監視装置１と異なる。さらに、判定部３６ＡにＡ相信号が入力されない点および、判定部３６ＢにＢ相信号が入力されない点において監視装置１Ａは、監視装置１と異なる。

Ｄフリップフロップ４１は、ＸＯＲ回路３２Ａの出力信号、すなわち比較パルス信号をデータ入力（図中「Ｄ」と示される）として受け、遅延回路３３Ｂにより遅延したＢ相信号をクロックとして受ける。そしてＤフリップフロップ４１の出力信号Ｑは、判定部３６Ａに入力され、Ｄフリップフロップ４１の出力信号／Ｑ（「／」は反転を示す。以下同様）は、判定部３６Ｂに入力される。

Ｄフリップフロップ４２は、インバータ４５から出力されたＢ相信号の反転信号をクロックとして受ける点でＤフリップフロップ４１と異なる。

Ｄフリップフロップ４３は、ＸＯＲ回路３２Ｂの出力信号、すなわち比較パルス信号をデータ入力として受け、インバータ４６から出力されたＡ相信号の反転信号をクロックとして受ける。そしてＤフリップフロップ４３の出力信号Ｑは、判定部３６Ｂに入力され、Ｄフリップフロップ４３の出力信号／Ｑは、判定部３６Ａに入力される。

Ｄフリップフロップ４４は、遅延回路３３Ａにより遅延したＡ相信号をクロックとして受ける点でＤフリップフロップ４３と異なる。

この実施の形態では、本発明の監視装置に含まれる「判定部」は、判定部３６ＡとＤフリップフロップ４１，４２によって、あるいは判定部３６ＢとＤフリップフロップ４３，４４によって実現される。したがってこの実施の形態では、判定部３６Ａあるいは判定部３６Ｂは、本発明の監視装置に含まれる「検出部」を実現する。

図１１は、実施の形態２に係る異常検出方法を説明するための波形図である。図１０および図１１を参照して、Ｄフリップフロップ４１〜４４の各々は、クロックの立上がりエッジにおけるデータ入力の値を出力信号Ｑとして出力する。Ｄフリップフロップ４１の出力信号Ｑは、Ｂ相信号の立上がりにおける比較パルス信号（Ａ相）の状態を示す。Ｄフリップフロップ４２の出力信号Ｑは、Ｂ相信号を反転させた信号の立上がり（言い換えればＢ相信号の立下り）における比較パルス信号（Ａ相）の状態を示す。Ｄフリップフロップ４３の出力信号Ｑは、Ａ相信号を反転させた信号の立上がり（言い換えればＡ相信号の立下り）における比較パルス信号（Ｂ相）の状態を示す。Ｄフリップフロップ４４の出力信号Ｑは、Ａ相信号の立上がりにおける比較パルス信号（Ｂ相）の状態を示す。

判定部３６Ａは、Ｄフリップフロップ４１の出力信号Ｑ、Ｄフリップフロップ４２の出力信号Ｑ、Ｄフリップフロップ４３の出力信号／ＱおよびＤフリップフロップ４４の出力信号／Ｑを受ける。判定部３６Ｂは、Ｄフリップフロップ４１の出力信号／Ｑ、Ｄフリップフロップ４２の出力信号／Ｑ、Ｄフリップフロップ４３の出力信号ＱおよびＤフリップフロップ４４の出力信号Ｑを受ける。

Ａ相信号とＢ相信号との間の位相差が９０°±３０°の範囲内にある場合、Ｂ相信号の立上がりにおける比較パルス信号（Ａ相）の状態は「Ｈ」レベルであり、Ｂ相信号を反転させた信号の立上がり（言い換えればＢ相信号の立下がり）における比較パルス信号（Ａ相）の状態も「Ｈ」レベルである。したがって、Ｄフリップフロップ４１，４２の各々の出力信号Ｑの状態は「Ｈ」レベルであり、出力信号／Ｑの状態は「Ｌ」レベルである。さらに、Ｄフリップフロップ４３，４４の各々の出力信号Ｑの状態は「Ｈ」レベルであり、出力信号／Ｑの状態は「Ｌ」レベルである。

一方、Ａ相信号とＢ相信号との間の位相差が９０°±３０°の範囲外にある場合、Ｂ相信号の立上がりにおける比較パルス信号（Ａ相）の状態は「Ｌ」レベルであり、Ｂ相信号を反転させた信号の立上がりにおける比較パルス信号（Ａ相）の状態も「Ｌ」レベルである。したがって、Ｄフリップフロップ４１，４２の各々の出力信号Ｑの状態は「Ｌ」レベルであり、出力信号／Ｑは「Ｈ」レベルである。同様に、Ｄフリップフロップ４３，４４の各々の出力信号Ｑは「Ｌ」レベルであり、出力信号／Ｑの状態は「Ｈ」レベルである。

Ｄフリップフロップ４１，４２からの出力信号Ｑの状態がともに「Ｈ」レベルであり、Ｄフリップフロップ４３，４４からの出力信号／Ｑの状態がともに「Ｌ」レベルである場合、判定部３６Ａは、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が正常である（９０°±３０°の範囲内にある）と判定する。同様に、Ｄフリップフロップ４３，４４からの出力信号Ｑの状態がともに「Ｈ」レベルであり、Ｄフリップフロップ４１，４２からの出力信号／Ｑの状態がともに「Ｌ」レベルである場合、判定部３６Ｂは、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が正常である（９０°±３０°の範囲内にある）と判定する。

判定部３６Ａ，３６Ｂの各々は、２つのフリップフロップの出力信号の状態の組み合わせが規定の組み合わせと異なる場合に、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が正常である（９０°±３０°の範囲内にある）と判定する。この実施の形態において、「規定の組み合わせ」とは、２つの出力信号Ｑの状態の組み合わせが「Ｈ，Ｈ」であること、および、２つの出力信号／Ｑの状態の組み合わせが「Ｌ，Ｌ」であることである。

判定部３６Ａは、Ｄフリップフロップ４１，４２からの出力信号Ｑの状態がともに「Ｌ」レベルである場合、または、Ｄフリップフロップ４３，４４からの出力信号／Ｑの状態がともに「Ｈ」レベルである場合、判定部３６Ａは、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が異常であると判定する。同様に、判定部３６Ｂは、Ｄフリップフロップ４３，４４からの出力信号Ｑの状態がともに「Ｌ」レベルである場合、または、Ｄフリップフロップ４１，４２からの出力信号／Ｑの状態がともに「Ｈ」レベルである場合、判定部３６Ｂは、Ａ相信号およびＢ相信号の間の位相差が異常であると判定する。

実施の形態２に係る異常検出方法の流れは、基本的に図９に示された流れと同じである。実施の形態２では、ステップＳ３の処理において、判定部３６Ａ，３６Ｂは、Ｄフリップフロップ４１〜４４の出力に基づいて、Ａ相信号およびＢ相信号の一方を用いて生成された比較パルス信号の状態を、他方の信号の立上がりおよび立下りのタイミングで確認する。

以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、ロータリーエンコーダの異常を、そのロータリーエンコーダの出力信号のみによって検出することができる。したがって、実施の形態１と同様に、ロータリーエンコーダの異常を検出するためのシステムを低コストで実現することができる。さらに、ロータリーエンコーダの異常を的確に検出することができるので、図１に示したシステムを安全システムとして構築することができる。

なお、上記の各実施の形態では、周波数逓倍回路は、元の信号の周波数の３倍の周波数を有する信号を生成する。しかしながら、周波数の倍数は３倍に限定されるものではなく、元の信号の周波数の（２ｎ＋１）倍であればよい（ｎは１以上の整数）。整数ｎが大きくなるほど、Ａ相信号とＢ相信号との間の位相差の許容範囲を狭くすることができる。

また、パルス生成部は周波数逓倍回路およびＸＯＲ回路を含むものと限定されない。元のパルス信号から、特定の位相範囲に対応した部分を抽出することが可能であればパルス生成部は他の構成を有していてもよい。図１２は、パルス生成部の他の構成の一例を示した図である。図１２を参照して、パルス生成部は、遅延回路５１，５２と、ＡＮＤ回路５３〜５５とを備える。

図１３は、図１２に示したパルス生成部の動作を説明するための波形図である。図１２および図１３を参照して、遅延回路５１は、ノードＮ１に入力された信号を位相α（０＜α＜π／２）遅延させてノードＮ２に信号を出力する。なお、位相αに対応する時間は信号の周波数に応じて変化する。

ＡＮＤ回路５３は、ノードＮ１に入力された信号とノードＮ２に出力された信号との論理積を演算する。ノードＮ３に出力された信号は、ノードＮ１に入力された信号に比べて位相αに対応する時間幅の分、立上がりが遅れて、ノードＮ１に入力された信号と同期して立ち下がる。

遅延回路５２は、ノードＮ１に入力された信号を位相（２π−α）遅延させてノードＮ４に信号を出力する。ＡＮＤ回路５４は、ノードＮ１に入力された信号とノードＮ４に出力された信号との論理積を演算する。ノードＮ５に出力された信号は、ノードＮ１に入力された信号と同期して立ち上がり、ノードＮ１に入力された信号に比べて、位相αに対応する時間幅の分、立下がりが早くなる。

ＡＮＤ回路５５は、ノードＮ３に出力された信号とノードＮ５に出力された信号との論理積を演算する。ノードＮ６に出力された信号は、ノードＮ１に入力された信号に対して位相αに対応する時間幅の分、立上がりが遅くなるとともに、位相αに対応する時間幅の分、立下りが早くなる。したがって、ノードＮ６に出力された信号のパルスは、ノードＮ１に入力された信号のパルスと中心を一致させたまま、パルス幅が短くなる。したがって図１２に示された構成によれば、ノードＮ１に入力されたパルス信号から、元のパルスの中心付近の部分（９０°を含む位相範囲に対応する部分）を抽出することができる。

なお、第１のパルス信号に含まれる第１のパルスから、ある特定の位相範囲に対応した部分を抽出して比較パルス信号を生成し、第２のパルスの特定のタイミングで、その比較パルス信号の状態を判定することにより、ロータリーエンコーダの異常が判定できればよい。したがって、「特定の位相範囲」を、位相差の正常値を含む範囲に限定しなくてもよい。同じく、「第２のパルス信号に含まれる第２のパルスの特定のタイミング」も、第２のパルスの立上がりあるいは立下りに限定されるものではない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ監視装置、２サーボドライバ、３サーボモータ、４通信ケーブル、５ケーブル、６機械、１０上位コントローラ、１１モータ駆動回路、１２モータ制御回路、１５モータ本体、１６エンコーダ、２０投光素子、２１回転軸、２２回転スリット板、２３固定スリット板、２４Ａ，２４Ｂ受光素子、２５Ａ，２５Ｂ波形整形回路、３２Ａ，３２ＢＸＯＲ回路、３３Ａ，３３Ｂ，５１，５２遅延回路、３５Ａ，３５Ｂ周波数逓倍回路、３６Ａ，３６Ｂ判定部、４１〜４４Ｄフリップフロップ、４５，４６インバータ、５３〜５５ＮＡＮＤ回路、Ｎ１〜Ｎ６ノード。

Claims

回転体の回転を検出して、互いに位相差を有する第１のパルス信号および第２のパルス信号を出力するロータリーエンコーダの監視装置であって、
前記第１のパルス信号に含まれる第１のパルスから、特定の位相範囲に対応した部分を抽出して、比較パルス信号を生成するパルス生成部と、
前記第２のパルス信号に含まれる第２のパルスの特定のタイミングにおける前記比較パルス信号のパルスの状態に基づいて、前記ロータリーエンコーダの異常を判定する判定部とを備える、ロータリーエンコーダの監視装置。
前記判定部は、
前記第２のパルスの立上がりおよび立下がりの少なくとも一方の発生時に、前記比較パルス信号のパルスが、予め定められた状態と異なる状態である場合に、前記ロータリーエンコーダが異常であると判定する、請求項１に記載のロータリーエンコーダの監視装置。
前記パルス生成部は、
前記第１のパルス信号の周波数の（２ｎ＋１）倍（ｎは１以上の整数）の周波数を有する第３のパルス信号を生成する周波数逓倍部と、
前記第３のパルス信号と前記第１のパルス信号との排他論理和を生成して、前記比較パルス信号を生成する排他論理和生成部とを含む、請求項２に記載のロータリーエンコーダの監視装置。
前記判定部は、
前記比較パルス信号をデータ入力として受けて、前記第２のパルス信号をクロックとして受ける第１のＤフリップフロップと、
前記第２のパルス信号を反転させるインバータと、
前記比較パルス信号をデータ入力として受けて、前記インバータの出力信号をクロックとして受ける第２のＤフリップフロップと、
前記第１のＤフリップフロップの出力信号の状態と前記第２のＤフリップフロップの出力信号の状態との組み合わせが規定の組み合わせと異なる場合に、前記ロータリーエンコーダの異常を検出する検出部とを含む、請求項３に記載のロータリーエンコーダの監視装置。
前記ｎは１である、請求項３に記載のロータリーエンコーダの監視装置。
回転体の回転を検出して、互いに位相差を有する第１のパルス信号および第２のパルス信号を出力するロータリーエンコーダの監視方法であって、
前記第１のパルス信号に含まれる第１のパルスから、特定の位相範囲に対応した部分を抽出して、比較パルス信号を生成するステップと、
前記第２のパルス信号に含まれる第２のパルスの特定のタイミングにおける前記比較パルス信号のパルスの状態に基づいて、前記ロータリーエンコーダの異常を判定するステップとを備える、ロータリーエンコーダの監視方法。
前記判定するステップにおいて、前記第２のパルスの立上がりおよび立下がりの少なくとも一方の発生時に、前記比較パルス信号のパルスが、予め定められた状態と異なる状態である場合に、前記ロータリーエンコーダが異常であると判定する、請求項６に記載のロータリーエンコーダの監視方法。
前記比較パルス信号を生成するステップは、
前記第１のパルス信号の周波数の（２ｎ＋１）倍（ｎは１以上の整数）の周波数を有する第３のパルス信号を生成するステップと、
前記第３のパルス信号と前記第１のパルス信号との排他論理和を生成して、前記比較パルス信号を生成するステップとをを含む、請求項７に記載のロータリーエンコーダの監視方法。
前記ｎは１である、請求項８に記載のロータリーエンコーダの監視方法。