JP2020051809A - エンコーダ及びエンコーダの制御システム - Google Patents

エンコーダ及びエンコーダの制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】本発明が解決しようとする問題点は、最適な遅延補正を行うことができるエンコーダ及びエンコーダの制御システムを提供することである。【解決手段】本開示の実施例に係るエンコーダは、被検知体の位置情報を要求する位置情報要求信号を受信する第１受信部と、位置情報要求信号を受信してから所定の遅れ時間後の位置情報生成タイミングで位置情報を生成する位置情報生成部と、位置情報をシリアル通信により外部に送信する第１送信部と、を備え、第１送信部は、所定の遅れ時間を表す位置情報生成タイミング情報を少なくとも１回シリアル通信により外部に送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、エンコーダ及びエンコーダの制御システムに関する。
シリアル通信を行うエンコーダの制御システムにおいて、エンコーダは制御装置からの制御システム位置情報を要求する信号を受信し、あるタイミングで生成した位置情報をシリアルデータに載せて通信している。エンコーダが位置情報要求信号を受信してから、制御装置がシリアルデータとして位置情報を受信するまでには、一定時間を要し、その間に被検知体は移動しているため位置情報が更新されていることとなる。
この位置情報の変化に対処するため、動作条件と通信のタイミングから制御装置側で位置情報受信時の位置情報を推定し、補正することで制御の精度を上げることができる（例えば、特許文献１）。
しかしながら、複数種類存在するエンコーダの中から、１つのエンコーダを選んで使用する場合、エンコーダの位置情報生成タイミングはエンコーダごとに異なり、補正量をエンコーダごとに合わせて調整する必要があるという問題があった。
特開２０１３−９０５６７号公報
本発明の目的は、エンコーダの種類を変えた場合に最適な位置データの補正を行うための位置情報生成タイミング情報を得ることができ、位置情報生成タイミング情報を入力するための作業を省略することができるエンコーダ及びエンコーダの制御システムを提供することある。
本開示の実施例に係るエンコーダは、被検知体の位置情報を要求する位置情報要求信号を受信する第１受信部と、位置情報要求信号を受信してから所定の遅れ時間後の位置情報生成タイミングで位置情報を生成する位置情報生成部と、位置情報をシリアル通信により外部に送信する第１送信部と、を備え、第１送信部は、所定の遅れ時間を表す位置情報生成タイミング情報を少なくとも１回シリアル通信により外部に送信する。
本開示の実施例に係るエンコーダの制御システムは、エンコーダと制御装置とが通信により接続された制御システムであって、エンコーダは、被検知体の位置情報を要求する位置情報要求信号を受信する第１受信部と、位置情報要求信号を受信してから所定の遅れ時間後の位置情報生成タイミングで位置情報を生成する位置情報生成部と、位置情報をシリアル通信により外部に送信する第１送信部と、を備え、第１送信部は、所定の遅れ時間を表す位置情報生成タイミング情報を少なくとも１回シリアル通信により外部に送信し、制御装置は、位置情報要求信号を送信する第２送信部と、所定の遅れ時間を表す位置情報生成タイミング情報及び位置情報を受信する第２受信部と、位置情報及び所定の遅れ時間に基づいて、第２受信部が受信した位置情報を補正する補正部と、を備える。
本開示の実施例に係るエンコーダ及びエンコーダの制御システムによれば、エンコーダの種類を変えた場合であっても最適な位置データの補正を行うための位置情報生成タイミング情報を得ることができ、位置情報生成タイミング情報を入力するための作業を省略することができる。
実施例に係るエンコーダの制御システムの構成図である。 実施例に係るエンコーダの制御システムにおける位置情報要求信号及び位置情報生成タイミングのタイミングチャートである。 実施例の変形例に係るエンコーダの制御システムにおける位置情報要求信号及び位置情報生成タイミングのタイミングチャートである。 実施例に係るエンコーダの制御システムにおける位置情報生成タイミング情報及び位置情報のデータ構成例を示す図である。 実施例に係るエンコーダの制御システムにおける位置情報のデータ構成例を示す図である。 実施例に係るエンコーダの制御システムにおいて、通信遅延時間と補正量の関係を表す図である。
以下、図面を参照して、本発明に係るエンコーダ及びエンコーダの制御システムについて説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
図１に実施例に係るエンコーダの制御システム（以下、単に「制御システム」ともいう。）の構成図を示す。制御システム１００は、シリアル通信により接続されたエンコーダ１及び制御装置２を含む。
エンコーダ１は、第１受信部１１と、位置情報生成部１２と、第１送信部１３と、第１記憶部１４と、センサ部１５と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１６と、を有する。エンコーダ１は被検知体であるモータ１０の近傍に設けられ、モータ１０の回転軸（図示せず）の位置及び移動速度を検出する。
センサ部１５は、モータ１０の回転軸の移動を検知し、回転軸の移動距離に応じたアナログ信号を出力する。Ａ／Ｄコンバータ１６は、センサ部１５から出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を出力する。
制御装置２は、第２送信部２１と、第２受信部２２と、補正部２３と、第２記憶部２４と、を有する。
第１受信部１１は、被検知体の位置情報を要求する位置情報要求信号を受信する。図１に示した例では、エンコーダ１の第１受信部１１は、制御装置２の第２送信部２１から送信された位置情報要求信号を受信する。図２に、実施例に係るエンコーダの制御システムにおける位置情報要求信号及び位置情報生成タイミングのタイミングチャートを示す。例えば、第１受信部１１が位置情報要求信号を受信した時刻を位置情報要求信号のパルスの立下りの時刻ｒ１、ｒ２、ｒ３とすることができる。
位置情報生成部１２は、位置情報要求信号を受信してから所定の遅れ時間後の位置情報生成タイミングで位置情報を生成する。図１に示した例では、位置情報生成部１２は、Ａ／Ｄコンバータ１６から出力されたデジタル信号に基づき、被検知体の位置情報を生成する。第１記憶部１４は、位置情報及び位置情報生成タイミング情報を記憶する。
第１送信部１３は、位置情報をシリアル通信により外部に送信する。また、第１送信部１３は、所定の遅れ時間を表す位置情報生成タイミング情報を少なくとも１回シリアル通信により外部に送信する。図１に示した例では、第１送信部１３が送信した位置情報及び位置情報生成タイミング情報を、制御装置２の第２受信部２２が受信する。
図２において、例えば、時刻ｒ１において第１受信部１１が１回目の位置情報要求信号を受信した場合、所定の遅れ時間Δｔ１（＝ｔ１−ｒ１）後の時刻ｔ１において位置情報生成部１２が位置情報を生成する。同様に、時刻ｒ２において第１受信部１１が２回目の位置情報要求信号を受信した場合、所定の遅れ時間Δｔ２（＝ｔ２−ｒ２）後の時刻ｔ２において位置情報生成部１２が位置情報を生成し、時刻ｒ３において第１受信部１１が３回目の位置情報要求信号を受信した場合、所定の遅れ時間Δｔ３（＝ｔ３−ｒ３）後の時刻ｔ３において位置情報生成部１２が位置情報を生成する。以下、同様に、時刻ｒｎ（ただし、ｎは整数）において第１受信部１１がｎ回目の位置情報要求信号を受信した場合、所定の遅れ時間Δｔｎ（＝ｔｎ−ｒｎ）後の時刻ｔｎにおいて位置情報生成部１２が位置情報を生成する。このとき、それぞれの遅れ時間Δｔ１，Δｔ２，Δｔ３，…，Δｔｎは一定であることが好ましい。遅れ時間が一定であれば、最初にエンコーダ１の第１送信部１３が制御装置２に送信した遅れ時間Δｔ１を制御装置２の第２記憶部２４が記憶することにより、２回目以降は遅れ時間に関する情報（位置情報生成タイミング情報）を制御装置２に送る必要がなくなる。このように、第１送信部１３は、第１受信部１１が位置情報要求信号を受信した後に位置情報生成タイミング情報を１回だけ出力するようにしてもよい。
上記の例では、位置情報生成部１２は、図２に示すように、時刻ｒ１において位置情報要求信号を受信してから所定の遅れ時間Δｔ１後の位置情報生成タイミングである時刻ｔ１において位置情報を生成する例を示した。即ち、遅れ時間Δt１の長さを、位置情報要求信号を受信した時刻ｒ１を基準として決めている。しかしながら、このような例には限られない。図３に、実施例の変形例に係るエンコーダの制御システムにおける位置情報要求信号及び位置情報生成タイミングのタイミングチャートを示す。図３に示すように、シリアルデータの送信開始時刻ｓ１を基準として、位置情報を生成した時刻ｔ１から所定の遅れ時間Δｔｓ１（＝ｓ１−ｔ１）後にシリアルデータを送信するようにしてもよい。
図３において、時刻ｔ０において制御装置２の第２受信部２２がシリアルデータの受信を完了したとすると、通信遅延時間Ｔはｔ０−ｔ１となる。また、シリアルデータの送信期間は時刻ｓ１からｔ０である。そうすると、通信遅延時間Ｔは以下の式で求められる。
Ｔ＝ｔ０−ｔ１＝ｔ０−ｓ１＋Δｔｓ１
図４Ａに、実施例に係るエンコーダの制御システムにおける位置情報生成タイミング情報及び位置情報のデータ構成例を示す。また、図４Ｂに、実施例に係るエンコーダの制御システムにおける位置情報のデータ構成例を示す。位置情報として１２ビットの多回転データと１６ビットの一回転内位置データをシリアル通信で送信する例について説明する。図４Ａのように、例えば１６ビットの位置情報生成タイミング情報をシリアル通信で送信する場合は、２８ビットの位置情報に加えてシリアルデータで送信する。一方、位置情報を２回目以降に送信する場合には、位置情報生成タイミング情報を加えず位置情報のみを送信する。
制御装置２の第２受信部２２は、所定の遅れ時間を表す位置情報生成タイミング情報及び位置情報を受信する。ただし、上述のように、第２受信部２２が最初に受信した位置情報生成タイミング情報を第２記憶部２４が記憶することで、２回目以降は位置情報のみを受信するようにしてもよい。
制御装置２の補正部２３は、位置情報及び所定の遅れ時間に基づいて、第２受信部２２が受信した位置情報を補正する。これは、エンコーダ１の位置情報生成部１２が位置情報を生成してから第２受信部２２がその位置情報を受信するまでの期間に、被検知体が移動してしまうためである。
図５に、実施例に係るエンコーダの制御システムにおいて、通信遅延時間と補正量の関係を表す。補正部２３は、第２送信部２１が位置情報要求信号を送信した時刻ｒ１から第２受信部２２が位置情報を受信する時刻ｔ０までの期間（ｔ０−ｒ１）と、所定の遅れ時間（Δｔ１＝ｔ１−ｒ１）との差である通信遅延時間を計算する。即ち、通信遅延時間をＴとすると、Ｔは以下の式で求められる。
Ｔ＝ｔ０−ｒ１−Δｔ１
ここで、時刻ｒ１は制御装置２がエンコーダ１に位置情報要求信号を送信した時刻であり、制御装置２の第２記憶部２４に記憶することができる。また、時刻ｔ０は、制御装置２が補正量を計算する時刻であり、制御装置２の第２記憶部２４に記憶することができる。また、遅れ時間Δｔ１は制御装置２の第２受信部２２がエンコーダ１から位置情報生成タイミング情報として受信しているため、制御装置２の第２記憶部２４に記憶することができる。
補正部２３は、通信遅延時間Ｔと被検知体の移動速度ｖとの積から位置情報を補正することができる。例えば時刻ｔnにおける被検知体の位置がｐnであり、時刻ｔn+1における被検知体の位置がｐn+1であったとすると、移動速度ｖは以下の式で求められる。
ｖ＝（ｐn+1−ｐn）／（ｔn+1−ｔn）
したがって、以下の式のように、補正量Δθは移動速度ｖと通信遅延時間Ｔの積で求められる。
Δθ＝ｖ×Ｔ
従って、位置情報生成タイミングである時刻ｔ１において生成した位置がθ１であったとすると、制御装置２が位置情報を受信した時刻ｔ０における位置θは、センサ部１５が検知した位置θ１に補正量Δθを加算した値として、以下の式で求められる。
θ＝θ１＋Δθ
図５に示すように位置情報要求信号を受信してから位置情報を生成するまでの時間である遅れ時間はエンコーダの種類（例えば、エンコーダＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等）によって異なる。従来は遅れ時間をエンコーダの種類に応じて設定する必要があったが、本開示の実施例に係るエンコーダは位置情報生成タイミング情報を外部に出力するため、エンコーダの種類に応じて設定する作業を省略することができる。
１ エンコーダ
２ 制御装置
１１ 第１受信部
１２ 位置情報生成部
１３ 第１送信部
１４ 第１記憶部
１５ センサ部
１６ Ａ／Ｄコンバータ
２１ 第２送信部
２２ 第２受信部
２３ 補正部
２４ 第２記憶部

Claims (5)

  1. 被検知体の位置情報を要求する位置情報要求信号を受信する第１受信部と、
    前記位置情報要求信号を受信してから所定の遅れ時間後の位置情報生成タイミングで前記位置情報を生成する位置情報生成部と、
    前記位置情報をシリアル通信により外部に送信する第１送信部と、を備え、
    前記第１送信部は、前記所定の遅れ時間を表す位置情報生成タイミング情報を少なくとも１回シリアル通信により外部に送信する、
    エンコーダ。
  2. 前記位置情報生成タイミング情報を記憶する第１記憶部をさらに有する、請求項１に記載のエンコーダ。
  3. 前記第１送信部は、前記位置情報生成タイミング情報を、前記第１受信部が前記位置情報要求信号を受信した後に１回だけ出力する、請求項１または２に記載のエンコーダ。
  4. エンコーダと制御装置とが通信により接続された制御システムであって、
    前記エンコーダは、
    被検知体の位置情報を要求する位置情報要求信号を受信する第１受信部と、
    前記位置情報要求信号を受信してから所定の遅れ時間後の位置情報生成タイミングで前記位置情報を生成する位置情報生成部と、
    前記位置情報をシリアル通信により外部に送信する第１送信部と、を備え、
    前記第１送信部は、前記所定の遅れ時間を表す位置情報生成タイミング情報を少なくとも１回シリアル通信により外部に送信し、
    前記制御装置は、
    前記位置情報要求信号を送信する第２送信部と、
    前記所定の遅れ時間を表す前記位置情報生成タイミング情報及び前記位置情報を受信する第２受信部と、
    前記位置情報及び前記所定の遅れ時間に基づいて、前記第２受信部が受信した前記位置情報を補正する補正部と、
    を備えるエンコーダの制御システム。
  5. 前記補正部は、
    前記第２送信部が前記位置情報要求信号を送信してから前記第２受信部が前記位置情報を受信するまでの期間と、前記所定の遅れ時間との差である通信遅延時間を計算し、
    前記通信遅延時間と被検知体の移動速度との積から前記位置情報を補正する、請求項４に記載のエンコーダの制御システム。
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