JP2021076587A - Encoder device, use method therefor, positioning method, and position detection method - Google Patents
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- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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Abstract
Description
本発明は、エンコーダ装置、エンコーダ装置の使用方法、エンコーダ装置の位置決め方法、エンコーダ装置を用いる位置検出方法、駆動装置、ステージ装置、及びロボット装置に関する。 The present invention relates to an encoder device, a method of using the encoder device, a method of positioning the encoder device, a position detection method using the encoder device, a drive device, a stage device, and a robot device.
被検物の回転角又は回転速度等の位置情報を検出するエンコーダ装置は、ロボット装置などの各種装置に搭載されている。従来のエンコーダ装置として、パターンを発光素子で照明し、そのパターンからの光を受光素子で受光するとともに、バックアップ用の電源を備えた装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
上述のようなエンコーダ装置は、検出結果の信頼性の向上を図ることが望まれている。
Encoder devices that detect position information such as the rotation angle or rotation speed of the test object are mounted on various devices such as robot devices. As a conventional encoder device, a device is known in which a pattern is illuminated by a light emitting element, light from the pattern is received by a light receiving element, and a power source for backup is provided (see, for example, Patent Document 1).
The encoder device as described above is desired to improve the reliability of the detection result.
第1の態様によれば、移動部のパターンに光を照射し、そのパターンからの光を検出して第1検出信号と第2検出信号とを出力する第1検出部と、その第1検出部に対してその移動部の移動方向に沿った異なる位置に配置され、そのパターンに光を照射し、そのパターンからの光を検出して第3検出信号を出力する第2検出部と、その第1検出信号、その第2検出信号およびその第3検出信号のうちの、その移動部の移動に関して互いに位相の異なる2つの検出信号によりその移動部の移動情報を求める演算部と、を備えるエンコーダ装置が提供される。 According to the first aspect, the first detection unit that irradiates the pattern of the moving unit with light, detects the light from the pattern, and outputs the first detection signal and the second detection signal, and the first detection thereof. A second detection unit that is arranged at different positions along the movement direction of the movement unit with respect to the unit, irradiates the pattern with light, detects the light from the pattern, and outputs a third detection signal, and the second detection unit thereof. An encoder including a first detection signal, a second detection signal thereof, and a calculation unit for obtaining movement information of the moving portion by two detection signals having different phases with respect to the movement of the moving portion among the second detection signal and the third detection signal. Equipment is provided.
第2の態様によれば、第1の態様のエンコーダ装置と、その移動部に動力を供給する動力供給部と、を備える駆動装置が提供される。
第3の態様によれば、移動物体と、その移動物体を移動させる第2の態様の駆動装置と、を備えるステージ装置が提供される。
第4の態様によれば、第2の態様の駆動装置と、その駆動装置によって相対移動するアームと、を備えるロボット装置が提供される。
According to the second aspect, a drive device including the encoder device of the first aspect and a power supply unit for supplying power to the moving unit thereof is provided.
According to the third aspect, a stage device including a moving object and a driving device of the second aspect for moving the moving object is provided.
According to the fourth aspect, a robot device including the drive device of the second aspect and an arm that is relatively moved by the drive device is provided.
第5の態様によれば、移動部のパターンに光を照射し、そのパターンからの光を検出して第1検出信号と第2検出信号とを出力する第1検出部と、その第1検出部に対してその移動部の移動方向に沿った異なる位置に配置され、そのパターンに光を照射し、そのパターンからの光を検出して第3検出信号を出力する第2検出部と、その第1検出信号、その第2検出信号及びその第3検出信号のうちの、その移動部の移動に関して互いに位相の異なる2つの検出信号によりその移動部の移動情報を求める演算部と、を備えるエンコーダ装置の使用方法であって、その第1検出信号とその第2検出信号のうちの一方の検出信号と、その移動部の移動方向に関してその一方の検出信号と位相が異なるその第3検出信号とを用いてその移動部の移動情報を求めることを含むエンコーダ装置の使用方法が提供される。 According to the fifth aspect, the first detection unit that irradiates the pattern of the moving unit with light, detects the light from the pattern, and outputs the first detection signal and the second detection signal, and the first detection thereof. A second detection unit that is arranged at different positions along the movement direction of the movement unit with respect to the unit, irradiates the pattern with light, detects the light from the pattern, and outputs a third detection signal, and the second detection unit thereof. An encoder including a first detection signal, a second detection signal thereof, and a calculation unit for obtaining movement information of the moving portion by two detection signals having different phases with respect to the movement of the moving portion among the second detection signal and the third detection signal. A method of using the device, the detection signal of one of the first detection signal and the second detection signal, and the third detection signal whose phase is different from that of the other detection signal with respect to the movement direction of the moving portion. Provided is a method of using the encoder device, which comprises obtaining movement information of the moving portion using the above.
第6の態様によれば、回転移動する移動部の移動方向に沿って設けられたパターンからの光を検出して第1検出信号を出力する第1検出部と、その第1検出部に対してその移動部の移動方向に沿って所定角度離れた位置に配置され、そのパターンからの光を検出して第2検出信号を出力する第2検出部と、その第1検出信号及びその第2検出信号によりその移動部の回転情報を求める演算部と、その第1検出部及びその第2検出部を一体的に支持する支持部材と、を備えるエンコーダ装置の位置決め方法であって、その第1検出部及びその第2検出部をそれぞれその移動部の回転移動の半径方向に位置決めすること、を含むエンコーダ装置の位置決め方法が提供される。 According to the sixth aspect, with respect to the first detection unit that detects light from the pattern provided along the movement direction of the rotating moving unit and outputs the first detection signal, and the first detection unit thereof. A second detection unit that is arranged at a predetermined angle along the movement direction of the movement unit, detects light from the pattern, and outputs a second detection signal, the first detection signal thereof, and the second detection unit thereof. A method for positioning an encoder device including a calculation unit that obtains rotation information of the moving unit based on a detection signal, and a support member that integrally supports the first detection unit and the second detection unit. A method for positioning an encoder device is provided, which comprises positioning a detection unit and a second detection unit thereof in a radial direction of rotational movement of the moving unit, respectively.
第7の態様によれば、回転移動する移動部の移動方向に沿って設けたパターンからの光を検出してその移動部の回転移動に関して第1検出信号を出力する第1検出部と、その第1検出部に対してその移動部の移動方向に沿って所定角度離れた位置に配置され、そのパターンからの光を検出して第2検出信号を出力する第2検出部と、その第1検出信号及びその第2検出信によりその移動部の回転情報を求める演算部と、を備えるエンコーダ装置の位置検出方法であって、その第1検出信号から求められるその移動部の回転情報と、その第2検出信号から求められるその移動部の回転情報との差分からその回転情報の誤差を求めることと、その第1検出信号、その第2検出信、及びその誤差を用いてその移動部の回転情報を求めることと、を含むエンコーダ装置の位置検出方法が提供される。 According to the seventh aspect, a first detection unit that detects light from a pattern provided along the movement direction of the rotating moving unit and outputs a first detection signal regarding the rotational movement of the moving unit, and a first detecting unit thereof. A second detection unit that is arranged at a predetermined angle away from the first detection unit along the movement direction of the movement unit, detects light from the pattern, and outputs a second detection signal, and a first detection unit thereof. A position detection method for an encoder device including a calculation unit that obtains rotation information of the moving unit by a detection signal and its second detection signal, and rotation information of the moving unit obtained from the first detection signal and its rotation information. Obtaining the error of the rotation information from the difference from the rotation information of the moving part obtained from the second detection signal, and using the first detection signal, the second detection signal, and the error to rotate the moving part. A method for obtaining information and detecting the position of the encoder device including the above is provided.
[第1の実施形態]
第1の実施形態につき図1から図7を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す。図1において、エンコーダ装置ECは、モータM(動力供給部)の回転軸SF(移動部)の回転位置情報を検出する。回転軸SFは、例えばモータMのシャフト(回転子)であるが、モータMのシャフトに変速機などの動力伝達部を介して接続されるとともに負荷に接続される作用軸(出力軸)であってもよい。エンコーダ装置ECが検出した回転位置情報は、モータ制御部26に供給される。モータ制御部26の主主制御部27は、エンコーダ装置ECから供給された回転位置情報を使って、モータMの回転(例えば、回転位置、回転速度など)を制御する。モータ制御部26は、回転軸SFの回転を制御する。
[First Embodiment]
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. 1 shows an encoder device EC according to the present embodiment. In FIG. 1, the encoder device EC detects the rotation position information of the rotation axis SF (moving unit) of the motor M (power supply unit). The rotary shaft SF is, for example, a shaft (rotor) of the motor M, but is an action shaft (output shaft) connected to the shaft of the motor M via a power transmission unit such as a transmission and connected to a load. You may. The rotation position information detected by the encoder device EC is supplied to the
エンコーダ装置ECは、回転軸SFの回転位置情報を検出する位置検出系(位置検出ユニット)2を備える。エンコーダ装置ECは、いわゆる多回転アブソリュートエンコーダである。位置検出系2は、回転軸SFの回転の数及び回転方向を示す多回転情報を検出する多回転情報検出部3、及び1回転未満の角度位置(回転角)を示す角度位置情報を含む回転位置情報を検出する角度検出部4を備える。
The encoder device EC includes a position detection system (position detection unit) 2 that detects the rotation position information of the rotation axis SF. The encoder device EC is a so-called multi-rotation absolute encoder. The
位置検出系2の少なくとも一部(例えば角度検出部4)は、一例として、エンコーダ装置ECが搭載される装置(例えば駆動装置、ステージ装置、ロボット装置)の電源(以下、主電源という。)が電力を供給している状態で、その主電源から電力の供給を受けて動作する。また、位置検出系2の少なくとも一部(例えば多回転情報検出部3)は、一例として、その主電源が電力を供給している状態(電源オンの状態)、及びその主電源が電力を供給していない状態(電源オフの状態、又はバックアップ状態等)で、バッテリ15から電力の供給を受けて動作する。
As an example, at least a part of the position detection system 2 (for example, the angle detection unit 4) is a power source (hereinafter referred to as a main power source) of a device (for example, a drive device, a stage device, a robot device) on which the encoder device EC is mounted. It operates by receiving power from its main power supply while it is supplying power. Further, as an example, at least a part of the position detection system 2 (for example, the multi-rotation information detection unit 3) is in a state where the main power supply is supplying electric power (power-on state) and the main power supply is supplying electric power. It operates by receiving power from the
バッテリ15は、一例として一次電池(ボタン電池等)及び充電可能な二次電池を有する。バッテリ15には切替部16が接続されている。モータ制御部26の電源部MCEはその主電源の一部である。電源部MCEが電力を供給している状態(電源オンの状態)では、電源部MCEはバッテリ15の二次電池に充電を行っている。そして、切替部16は、二次電池からの電力を多回転情報検出部3に供給する。一方、電源部MCEが電力の供給を行っていない状態(電源オフの状態)では、その二次電池への充電は行われない。この状態で二次電池の残存電力が多いときには、切替部16はその二次電池からの電力を多回転情報検出部3に供給してもよい。また、電源オフで二次電池の残存電力が少ないときには、切替部16はその一次電池からの電力を多回転情報検出部3に供給してもよい。このため、電源オフの状態でも、位置検出系2(多回転情報検出部3)は、回転軸SFの回転位置情報の少なくとも一部(ここでは多回転情報)を検出することができる。
The
多回転情報検出部3は、一例として光学式で多回転情報を検出する。多回転情報検出部3は、回転軸SFに連結された円板状のディスク6に形成された多回転情報検出用のパターン8Sを検出する第1検出部10A、パターン8Sを異なる位置で検出する第2検出部10B、及び検出信号処理部12を有する。検出信号処理部12は、制御部13、例えば不揮発性メモリよりなる記憶部14、並びに上述のバッテリ15及び切替部16を有する。ディスク6は、回転軸SFに取り付けられた円板5にボルト17(図2(A)参照)によって固定されている。円板5は回転軸SFとともに回転するため、ディスク6は回転軸SFと連動して回転する。検出信号処理部12において、制御部13は、検出部10A,10Bの検出信号を処理して回転軸SFの多回転情報を検出する。記憶部14は、制御部13が検出した多回転情報を記憶する。
The multi-rotation
角度検出部4は、一例として光学式のエンコーダであり、ディスク6の一回転内の位置情報(角度位置情報)を検出する。例えば光学式エンコーダであるとき、角度検出部4は、ディスク6の角度位置検出用のパターン9Sからの光を検出する第1検出部11A、パターン9Sからの光を異なる位置で検出する第2検出部11B、検出部11A,11Bの検出信号を処理して回転軸SFの1回転以内の角度位置を検出する検出回路部21を有する。パターン9Sは、例えばアブソリュートスケール及びインクリメンタルスケールを含む。なお、角度検出部4に関しては、第2検出部11Bを省略することもできる。
The
検出回路部21は、例えばアブソリュートスケールからの光を検出した結果を使って第1分解能の角度位置を検出する。また、検出回路部21は、インクリメンタルスケールからの光を検出した結果を使って、第1分解能の角度位置に内挿演算を行うことにより、第1分解能よりも高い第2分解能の角度位置を検出する。また、ディスク6は、例えば円板5と一体化された部材であってもよい。また、多回転情報検出部3及び角度検出部4は、それぞれ例えば反射型の光学式であるが、それらを透過型の光学式のエンコーダで構成してもよい。
The
本実施形態において、エンコーダ装置ECは、信号合成部22を備える。信号合成部22は、位置検出系2による検出結果を演算して処理する。信号合成部22は、合成部23及びデータ通信部24を備える。合成部23は、検出回路部21が検出した第2分解能の角度位置情報を取得する。また、合成部23は、多回転情報検出部3の記憶部14から回転軸SFの多回転情報を取得する。合成部23は、検出回路部21からの角度位置情報、及び多回転情報検出部3からの多回転情報を合成して回転位置情報を算出する。例えば、検出回路部21の検出結果がθ(rad)であり、多回転情報検出部3の検出結果がn回転である場合に、合成部23は、回転位置情報として(2π×n+θ)(rad)を算出する。回転位置情報は、多回転情報と、1回転未満の角度位置情報とを組にした情報でもよい。
In the present embodiment, the encoder device EC includes a
合成部23は、回転位置情報をデータ通信部24に供給する。データ通信部24は、有線または無線によって、モータ制御部26の通信部MCCと通信可能に接続されている。データ通信部24は、デジタル形式の回転位置情報を、モータ制御部26の通信部MCCに供給する。モータ制御部26の主制御部27は、データ通信部24からの回転位置情報を例えば所定のサンプリングレートで取得する。主制御部27は、その回転位置情報を使ってモータMへ供給される電力(駆動電力)を制御することにより、モータMの回転を制御する。
The
次に、本実施形態の多回転情報検出部3につき説明する。
図2(A)は図1中のディスク6及び検出部10A,10Bを示す平面図、図2(B)は図1中の検出部10A,10B及び制御部13等を示す図である。図2(A)に示すように、ディスク6の表面には、回転中心の回りに同心円状の4つの輪帯をそれぞれ1/2にした形状の反射性の第1パターン8A、第2パターン8B、第3パターン8C、及び第4パターン8Dが形成されている。すなわち、パターン8A〜8Dはそれぞれ開き角が180°の半輪帯状のパターンであり、第1パターン8Aの直径が最も大きく、第2パターン8B、第3パターン8C、及び第4パターン8Dの順に直径が次第に小さく設定されている。また、第2パターン8Bはその回転中心の回りに第1パターン8Aを180°回転した配置であり、第3パターン8C及び第4パターン8Dはそれぞれその回転中心の回りに第1パターン8A及び第2パターン8Bを時計回りに90°回転した配置である。パターン8A〜8Dが図1のパターン8Sに対応している。パターン8A〜8Dの外側には図1の角度検出部4用のパターン9Sが形成されている。
Next, the multi-rotation
FIG. 2A is a plan view showing the
第1検出部10Aは、パターン8A〜8Dに対向するように配置され、第2検出部10Bは、第1検出部10Aをディスク6の回転中心の回りに時計回りに90°回転した位置に配置されている。
図2(B)に示すように、第1検出部10Aは、パターン8A〜8Dに検出用の光を照射する発光ダイオード(以下、LEDという)31と、パターン8A,8B,8C,8Dからの反射光を受光する受光素子32A,32B,32C,32Dとを有する。さらに、第1検出部10Aは、受光素子32A,32Bから出力される信号の差分をデジタル化した検出信号MA1を求めるアナログコンパレータ33Aと、受光素子32C,32Dから出力される信号の差分をデジタル化した検出信号MB1を求めるアナログコンパレータ33Bとを有する。検出信号MA1及びMB1は制御部13の演算制御部40に供給される。演算制御部40は計数器40a、判定部40b、及び記憶部(詳細後述)を有する。検出信号MA1及びMB1は、図3(A)に示すように、ディスク6が1回転(回転角が360°)する期間を1周期とする矩形波信号であり、検出信号MA1に対して検出信号MB1の位相は90°シフトしている。なお、図3(A)の横軸は時間tである。また、図3(A)の検出信号は、図2(A)のディスク6を反時計回り(以下、順方向という)に回転したときに得られる信号である。
The
As shown in FIG. 2B, the
同様に、第2検出部10Bは、パターン8A〜8Dに検出用の光を照射する発光ダイオード(以下、LEDという)34と、パターン8A,8B,8C,8Dからの反射光を受光する受光素子35A,35B,35C,35Dとを有する。なお、LED31,34の代わりに半導体レーザ等の任意の発光素子を使用できる。受光素子32A〜32D,35A〜35Dとしては例えばフォトダイオードを使用できる。
Similarly, the
さらに、第2検出部10Bは、受光素子35A,35Bから出力される信号の差分をデジタル化した検出信号MA2を求めるアナログコンパレータ36Aと、受光素子35C,35Dから出力される信号の差分をデジタル化した検出信号MB2を求めるアナログコンパレータ36Bとを有する。検出信号MA2及びMB2も制御部13の演算制御部40に供給される。検出信号MA2及びMB2は、図3(A)に示すように、ディスク6が1回転する期間を1周期とする矩形波信号であり、検出信号MA2に対して検出信号MB2の位相は90°シフトしている。さらに、本実施形態では、第2検出部10Bの位置が第1検出部10Aの位置に対して90°異なっている。このため、検出信号MA1,MB1に対して検出信号MA2,MB2の位相はそれぞれ90°シフトしている。本実施形態では、検出信号MA2の位相は検出信号MB1の位相とほぼ等しく、検出信号MB2の位相は検出信号MA1の位相とほぼ180°異なっている。
Further, the
図2(B)において、制御部13は、演算制御部40と、LED31及び34を発光させるための駆動信号31L,34Lを出力する発光制御部39とを有する。一例として発光制御部39は、さらに検出信号MA1〜MB2を検出するためのサンプリング信号SSを演算制御部40に供給する。演算制御部40は、サンプリング信号SSに同期して検出信号MA1〜MB2を読み込む。演算制御部40が発光制御部39に供給している発光制御信号LE1又はLE2をそれぞれハイレベル(通常はローレベル)に設定すると、発光制御部39では、LED31又は34の発光を停止することができる。
In FIG. 2B, the
第1検出部10Aが正常に動作している状態(検出信号MA1,MB1が正常な状態)では、演算制御部40内の計数器40aは、第1検出部10Aから読み込まれた検出信号MA1,MB1を用いて回転軸SFの多回転情報を求めることができる。例えば検出信号MA1がローレベルからハイレベルに変化する際に検出信号MB1がローレベルであれば、回転数を1増加させるためのアップ信号を記憶部14に供給する。一方、検出信号MA1がローレベルからハイレベルに変化する際に検出信号MB1がハイレベルであれば、回転数を1減少させるためのダウン信号を記憶部14に供給する。これに応じて記憶部14がそれまでに記憶されている回転数を増減させることで回転軸SFの回転数(多回転情報)が正確に求められる。
In the state where the
さらに、第2検出部10Bが正常に動作している状態では、演算制御部40内の計数器40aは、第2検出部10Bから読み込まれた検出信号MA2,MB2を用いても同様に回転軸SFの多回転情報を求めることができる。また、検出信号MB1,MA2の位相はほぼ等しく、検出信号MA1,MB2の位相はほぼ180°異なっている(反転している)。このため、検出信号MA1又はMB2と、検出信号MB又はMA2との組み合わせを用いても、それぞれ回転軸SFの多回転情報を求めることができる。言い替えると、検出部10A及び10Bが部分的に正常でない場合にも多回転情報を求めることができる場合がある。
Further, in the state where the
演算制御部40内の判定部40bでは、検出信号MA1〜MB2のいずれかが正常ではないが多回転情報を検出可能なときには、第1アラーム信号AS1を図1のデータ通信部24を介してモータ制御部26の主制御部27に送信する。判定部40bでは、検出信号MA1〜MB2の少なくとも2つが正常ではなく、かつ多回転情報を検出できないときには、第2アラーム信号AS2をモータ制御部26の主制御部27に送信する。主制御部27では、アラーム信号AS1,AS2に応じた処理を行うことができる。
In the
次に、本実施形態のエンコーダ装置ECの基本的な使用方法の一例につき図4のフローチャートを参照して説明する。その使用方法においては、制御部13内の演算制御部40の判定部40bは4つの検出信号MA1〜MB2がそれぞれ正常かどうか、すなわち多回転情報の検出を行うために使用可能か否かを判定する。その際に、一例として検出信号MA1,MB1及びMA2,MB2の状態の組合せ及び/又は遷移を調べる。図3(A)に示すように、正常な検出信号MA1,MB1の組み合わせには、MA1がハイレベル(以下、Hで表す)でMB1がローレベル(以下、Lで表す)となるステート1(ST1)、MA1,MB1が(H,H)となるステート2(ST2)、MA1,MB1が(L,H)となるステート3(ST3)、及びMA1,MB1が(L,L)となるステート4(ST4)がある。同様に、正常な検出信号MA2,MB2の組み合わせには、MA2,MB2が(L,L)となるステート1(ST1)、MA2,MB2が(H,L)となるステート2(ST2)、MA2,MB2が(H,H)となるステート3(ST3)、及びMA2,MB2が(L,H)となるステート4(ST4)がある。検出信号MA1,MB1の周期をT1とすると、各ステートの周期T2はT1/4である。原則として、検出信号MA1,MB1がステート1〜4であれば、検出信号MA2,MB2も同じステート1〜4である。ステート1〜4の正常な検出信号MA1〜MB2のレベルの組み合わせは図3(C)のようになる。
Next, an example of the basic usage of the encoder device EC of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In the usage method, the
図2(A)のディスク6が順方向に回転する場合には、図3(B)に示すように、検出信号MA1,MB1のステートの遷移18A及び検出信号MA2,MB2のステートの遷移18Bは、ステート1、ステート2、ステート3、ステート4、ステート1の順になる。ディスク6が逆方向(時計回り)に回転する場合には、ステートの遷移18A及び18Bは、ステート1、ステート4、ステート3、ステート2、ステート1の順になる。このステートの遷移18A,18Bのパターンは、演算制御部40内のROM等の記憶部に記憶されている。
When the
演算制御部40の判定部40bでは、検出信号MA1〜MB2が正常であるかどうかを、一例としてこれらの検出信号の状態の遷移に基づいて判定できる。例えば、図6(A)に示すように、4つの検出信号MA1〜MB2のうちで3つの検出信号MB1,MA2,MB2のレベルが変化しているのに対して、他の1つの検出信号MA1のレベルが変化していない場合(状態が遷移していない場合)、その検出信号MA1は正常でないとみなすことができる。同様に、図6(B)に示すように、4つの検出信号MA1〜MB2のうちで2つの検出信号MA1,MB2のレベルが変化しているのに対して、他の2つの検出信号MB1,MA2のレベルが変化していない場合、その検出信号MB1,MA2は正常でないとみなすことができる。
The
また、他の例として、演算制御部40の判定部では、検出信号MA1〜MB2が正常であるかどうかを、これらの検出信号の状態の組合せに基づいて判定できる。例えば、図7(A)に示すように、4つの検出信号MA1〜MB2のうちで2つの検出信号MA1,MB2のレベルが変化しているのに対して、他の2つの検出信号MB1,MA2のレベルが変化していない場合、検出信号MA1〜MB2のステート1〜4におけるレベルの組合せは図7(B)のようになる。図7(B)の検出信号のレベル(状態)の組合せと、図3(C)の正常な検出信号のレベルの組合せとを比較すると、図7(B)のステート2及び3のレベルの組合せが図3(C)の対応する部分と異なっている(検出信号MB1,MA2のレベルが異なっている)ことが分かる。この比較から検出信号MB1,MA2が正常でないと判定可能である。
Further, as another example, the determination unit of the
そして、エンコーダ装置ECの基本的な使用方法として、図4のステップ102において、発光制御部39が第1検出部10A及び第2検出部10BのLED31,34を点灯し、ステップ104において、演算制御部40が検出部10A,10Bの4つの検出信号MA1,MB1,MA2,MB2の読み込みを行う。さらにステップ108において、上述の判定方法を用いて演算制御部40の判定部は検出信号MA1が正常か否かを判定し、検出信号MA1が正常である場合にはステップ110に移行して検出信号MB1が正常か否かを判定する。検出信号MB1が正常である場合には、ステップ114に移行して、演算制御部40の計数器40aは有効(正常)な検出信号としてここでは第1検出部10Aの検出信号MA1,MB1の読み込みを行う。次のステップ116において、演算制御部40の計数器は、読み込んだ検出信号MA1,MB1を処理して回転軸SFの多回転情報(例えば上述のアップ信号又はダウン信号)(回転情報)を算出し、算出した情報を記憶部14に記憶させる。その後、ステップ114,116の動作が繰り返される。
Then, as a basic method of using the encoder device EC, in
一方、ステップ110で検出信号MB1が正常でない場合にはステップ118に移行して、演算制御部40の判定部が第2検出部10Bの検出信号MA2が正常か否かを判定する。検出信号MA2が正常である場合には、検出信号MB1の代替に検出信号MA2を使用するためステップ114に移行して、演算制御部40の計数器は有効な検出信号として第1検出部10Aの検出信号MA1及び第2検出部10Bの検出信号MA2を読み込む。そして、ステップ116において、演算制御部40の計数器は検出信号MA1,MA2を用いて多回転情報を算出し、算出した情報を記憶部14に記憶させる。
On the other hand, if the detection signal MB1 is not normal in
また、ステップ118において、検出信号MA2が正常でない場合には、多回転情報を求めるために必要な2つの検出信号が存在しないため、ステップ126に移行する。そして、演算制御部40の判定部は図1のモータ制御部26の主制御部27に、回転情報を検出できないことを示す第2アラーム信号AS2(第2アラーム情報)を送信する。これに応じて、一例として主制御部27は、オペレータ(不図示)にエンコーダ装置ECの多回転情報検出部3が正常でない旨の情報を供給し、例えばオペレータは検出部10A,10Bの交換等のメンテナンスを行う。
Further, in
また、ステップ108において、検出信号MA1が正常でない場合にはステップ130に移行して、演算制御部40の判定部は第2検出部10Bの検出信号MB2が正常か否かを判定する。検出信号MB2が正常である場合には、検出信号MA1の代わりに検出信号MB2を使用するためにステップ110に移行する。そして、検出信号MB1又はMA2が正常である場合にはステップ114に移行して、演算制御部40の計数器は有効な検出信号として検出信号MB2及び検出信号MB1(又はMA2)を読み込む。そして、ステップ116において、演算制御部40の計数器は読み込んだ検出信号を用いて多回転情報を算出し、算出した情報を記憶部14に記憶させる。
Further, in
また、ステップ130において、検出信号MB2が正常でない場合には、多回転情報を求めるために必要な2つの検出信号が存在しないため、ステップ126に移行する。そして、演算制御部40の判定部は図1のモータ制御部26の主制御部27に、回転情報を検出できないことを示す第2アラーム信号AS2を送信する。以上の動作をまとめると、正常でない検出信号が図6(C)の表の左欄の信号である場合、回転軸SFの多回転情報を検出可能な2つの検出信号の組合せはその表の右欄のようになる。図6(C)の表において、検出信号MA1のみが正常でない場合には、検出可能な検出信号の組合せは検出信号MB2及びMB1(又はMA2)であり、検出信号MB1のみが正常でない場合には、検出可能な検出信号の組合せは検出信号MA2及びMB2(又はMA1)である。
Further, in
また、検出信号MB1,MB2が正常でない場合には、検出可能な検出信号の組合せは検出信号MA1及びMA2であり、検出信号MA1,MB1が正常でない場合には、検出可能な検出信号の組合せは検出信号MA2及びMB2である。一方、検出信号MA1,MB2が正常でない場合、及び検出信号MB1,MA2が正常でない場合にはそれぞれ検出可能な検出信号の組合せは存在しない。この場合には、ステップ126において、演算制御部40の判定部(制御部13)により第2アラーム信号AS2が出力される。
If the detection signals MB1 and MB2 are not normal, the combination of the detection signals that can be detected is the detection signals MA1 and MA2, and if the detection signals MA1 and MB1 are not normal, the combination of the detection signals that can be detected is. The detection signals MA2 and MB2. On the other hand, when the detection signals MA1 and MB2 are not normal, and when the detection signals MB1 and MA2 are not normal, there is no combination of detection signals that can be detected. In this case, in
この使用方法によれば、例えば第1検出部10Aの一方の検出信号MA1が正常で他方の検出信号MB1が正常でない場合には、検出信号MA1及び第2検出部10Bの検出信号MA2を使用して回転軸SFの回転情報を求めることができる。このため、回転情報の検出結果の信頼性を向上できる。また、4つの検出信号MA1〜MB2のうちで互いに位相が90°(又は270°)異なる2つの検出信号が正常である場合、これら2つの検出信号を用いて回転情報を検出できる。
According to this usage method, for example, when one detection signal MA1 of the
次に、本実施形態の使用方法の他の例につき図5のフローチャートを参照して説明する。まず図5のステップ102において、発光制御部39によって検出部10A,10BのLED31,34が点灯され、ステップ104において、演算制御部40の判定部により検出部10A,10Bの検出信号MA1〜MB2が読み込まれ、ステップ106において、演算制御部40の判定部は、検出信号MA1〜MB2のうちにハイレベル及び/又はローレベルに複数回変化している検出信号があるか否かを確認し、複数回変化している検出信号がない場合にはステップ104に戻る。一方、ステップ106で複数回変化している検出信号がある場合にはステップ108に移行して、その判定部は検出信号MA1が正常か否かを判定する。検出信号MA1等が正常か否かは、上述のように検出信号の状態の組合せ、又はその状態の遷移に基づいて判定できる。
Next, another example of the usage method of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in
検出信号MA1が正常である場合、ステップ110に移行して演算制御部40の判定部は検出信号MB1が正常か否かを判定し、検出信号MB1が正常である場合、ステップ112に移行して、演算制御部40の判定部は発光制御信号LE2をハイレベルに設定し、これに応じて発光制御部39は第2検出部10BのLED34を消灯する。そして、ステップ114において、演算制御部40の計数器は第1検出部10Aの検出信号MA1,MB1を読み込み、ステップ116において回転軸SFの多回転情報(回転情報)の算出及び記憶を行う。この後はステップ114及び116が繰り返される。
If the detection signal MA1 is normal, the process proceeds to step 110, and the determination unit of the
また、ステップ110において、検出信号MB1が正常でない場合には、ステップ118に移行して、演算制御部40の判定部は検出信号MA2が正常か否かを判定する。検出信号MA2が正常である場合には、ステップ120に移行して、検出信号MA1〜MB2の一部(ここでは検出信号MB1)に異常があるが回転情報の検出は可能であることを示すために、演算制御部40の判定部は第1アラーム信号AS1をモータ制御部26の主制御部27に出力する。これに応じて、主制御部27は、一例として次のエンコーダ装置ECのメンテナンス時にオペレータに正常でない検出信号の情報を提供してもよい。次のステップ122において、演算制御部40は検出信号MA1,MA2を読み込み、ステップ124において、その検出信号MA1,MA2を用いて回転軸SFの多回転情報(回転情報)を算出し、算出結果を記憶部14に記憶させる。その後、ステップ122及び124が繰り返される。
If the detection signal MB1 is not normal in
また、ステップ118において、検出信号MA2が正常でない場合には、使用できる検出信号がないため、動作はステップ126に移行し、演算制御部40の判定部は主制御部27に第2アラーム信号AS2を出力し、主制御部27は上述の対応する処理を行うことができる。さらに一例として、次のステップ128において、演算制御部40の判定部は発光制御信号LE1,LE2をハイレベルに設定し、回転情報の検出を停止する。これに応じて発光制御部39はLED31,34を消灯する。
Further, in
また、ステップ108において、検出信号MA1が正常でない場合、ステップ130に移行して演算制御部40の判定部は検出信号MB2が正常か否かを判定し、検出信号MB2が正常である場合、ステップ132に移行して、演算制御部40の判定部は検出信号MB1が正常か否かを判定する。検出信号MB1が正常である場合、ステップ134に移行して、検出信号MA1〜MB2の一部(ここでは検出信号MA1)に異常があるが回転情報の検出は可能であることを示すために、演算制御部40の判定部は第1アラーム信号AS1(第1アラーム情報)をモータ制御部26の主制御部27に出力する。次のステップ136において、演算制御部40の計数器は検出信号MB2,MB1を読み込み、ステップ138において、演算制御部40の計数器はその検出信号MB2,MB1を用いて回転軸SFの多回転情報を算出し、算出結果を記憶部14に記憶させる。その後、ステップ136及び138が繰り返される。
Further, in
また、ステップ132において、検出信号MB1が正常でない場合には、ステップ140に移行して演算制御部40の判定部は検出信号MA2が正常か否かを判定する。検出信号MA2が正常である場合、ステップ142に移行して、検出信号MA1〜MB2の一部(ここでは検出信号MA1,MB1)に異常があるが回転情報の検出は可能であることを示すために、演算制御部40の判定部は第1アラーム信号AS1をモータ制御部26の主制御部27に出力する。次のステップ144において、演算制御部40の判定部は発光制御信号LE1をハイレベルに設定し、これに応じて発光制御部39は第1検出部10AのLED31を消灯する。そして、ステップ146において、演算制御部40の計数器は第2検出部10Bの検出信号MA2,MB2を読み込み、ステップ148においてその計数器は回転軸SFの多回転情報(回転情報)の算出及び記憶を行う。この後はステップ146及び148が繰り返される。
Further, in
また、ステップ140において、検出信号MA2が正常でない場合、及びステップ130において、検出信号MB2が正常でない場合には、使用できる検出信号がないため、それぞれステップ150に移行する。そして、演算制御部40の判定部は主制御部27に第2アラーム信号AS2を出力し、主制御部27は上述の対応する処理を行うことができる。さらに一例として、次のステップ152において、ステップ128と同様に回転情報の検出が停止される。
If the detection signal MA2 is not normal in
この使用方法によれば、第1検出部10A及び第2検出部10Bの検出信号のうちの一部の検出信号が正常でない場合に、別の正常な検出信号を代わりに使用することによって、回転情報を高い信頼性で求めることができる。また、正常でない検出信号があっても回転情報の検出が可能な場合には第1アラーム信号AS1を出力し、正常でない検出信号が多く回転情報の検出ができない場合には第2アラーム信号AS2を出力することによって、第1アラーム信号AS1に対しては例えばメンテナンスを延期する等の対処を行うことで、エンコーダ装置ECのメンテナンス(部分的な検出器の交換、又は全部の検出器の交換等)を効率的に行うことができる。
According to this usage method, when some of the detection signals of the
上述のように、本実施形態のエンコーダ装置ECは、回転軸SF(移動部)のディスク5のパターン8Sに光を照射し、パターン8Sからの光を検出して回転軸SFの回転(移動)に関して互いに位相の異なる第1検出信号MA1と第2検出信号MB1とを出力する第1検出部10Aと、第1検出部10Aに対して回転軸SFの回転方向(移動方向)に沿った異なる位置に配置され、パターン8Sに光を照射し、パターン8Sからの光を検出して第3検出信号MA2及び第4検出信号MB2を出力する第2検出部10Bと、第1検出信号MA1と第2検出信号MB1とにより回転軸SFの回転情報(移動情報)を求める状態と、第1検出信号MA1と第2検出信号MB1との一方と、第3検出信号MA2(又は第4検出信号MB2)とによりその回転情報を求める状態とを切り替える制御部13(又は演算制御部40内の判定部40b)と、制御部13によって切り替えた状態の検出信号によりその回転情報を求める演算制御部40内の計数器40a(演算部)とを備えている。
As described above, the encoder device EC of the present embodiment irradiates the
また、本実施形態のエンコーダ装置ECの使用方法は、判定部40bによって第1検出信号MA1と第2検出信号MB1とにより回転軸SFの回転情報(移動情報)を求める状態と、第1検出信号MA1と第2検出信号MB1との一方と、第3検出信号MA2(又は第4検出信号MB2)とによりその回転情報を求める状態とを切り替えるステップ108,110,118,130、114と、計数器40aによってその切り替えた状態の検出信号によりその回転情報を求めるステップ116とを含んでいる。本実施形態によれば、2つの検出部10A,10Bを備えており、4つの検出信号が出力されるため、仮に1つの検出信号に異常が生じても他の正常な検出信号を使用することによって、回転軸SFの回転情報の検出結果の精度又は信頼性を向上できる。
Further, the method of using the encoder device EC of the present embodiment includes a state in which the
また、本実施形態において、第1検出部10Aの検出信号MA1,MB2を用いて回転情報を求める際に、第2検出部10BのLED34を消灯し、第2検出部10Bの検出信号MA2,MB2を用いて回転情報を求める際には、第1検出部10AのLED31を消灯してもよい。この場合、消費電力を抑制して回転情報の検出結果の信頼性を向上できる。
Further, in the present embodiment, when the rotation information is obtained by using the detection signals MA1 and MB2 of the
なお、上述の実施形態では以下のような変形が可能である。まず、上述の実施形態では図2(A)に示すように、第1検出部10Aと第2検出部10Bとの間の角度は90°である。これに対して、図8(A)の変形例に示すように、ディスク6上で第1検出部10Aに対して180°の角度で第2検出部10Bを配置してもよい。この変形例では、ディスク6を回転したときに第1検出部10Aから得られる検出信号MA1,MB1が図8(B)に示す2相の矩形波信号であるとする。このとき、第2検出部10Bから得られる検出信号MA2,MB2は、図8(B)に示すように、例えば図3(A)の対応する信号の位相を90°シフトさせた矩形波信号となる。
In the above-described embodiment, the following modifications are possible. First, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 2A, the angle between the
この変形例においては、ステート1(ST1)〜ステート4(ST4)における検出信号MA1,MB1の組み合わせは図3(A)の例と同じである。これに対して、ステート1〜ステート4における検出信号MA2,MB2の組み合わせは、(L,H)、(L,L)、(H,L)及び(H,H)となり、図3(A)の例とは異なっている。この変形例においては、検出信号MA1の代わりに位相が180°異なる検出信号MA2を使用でき、検出信号MB1の代わりに位相が180°異なる検出信号MB2を使用できる。そして、例えば検出信号MA1が正常でない場合には、検出信号MB1及びMA2を用いて回転情報を求めることができる。
In this modified example, the combination of the detection signals MA1 and MB1 in the states 1 (ST1) to 4 (ST4) is the same as the example of FIG. 3 (A). On the other hand, the combinations of the detection signals MA2 and MB2 in the
次に、上述の実施形態では、4つの検出信号MA1〜MB2が生成されているが、図9の変形例のエンコーダ装置ECAで示すように、3つの検出信号MA1,MB1,MA2を生成してもよい。なお、図9において図2(B)に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図9において、第1検出部10Aの構成は図2(B)の第1検出部10Aと同じである。また、第2検出部10Cは、パターン8A,8Bに検出用の光を照射するLED34と、パターン8A,8Bからの反射光を受光する受光素子35A,35Bとを有する。さらに、第2検出部10Cは、受光素子35A,35Bから出力される信号の差分をデジタル化した検出信号MA2を求めるアナログコンパレータ36Aを有する。第1検出部10Aの検出信号MA1,MB1及び第2検出部10Cの検出信号MA2は演算制御部40に供給される。
Next, in the above-described embodiment, the four detection signals MA1 to MB2 are generated, but as shown in the encoder device ECA of the modified example of FIG. 9, the three detection signals MA1, MB1 and MA2 are generated. May be good. In FIG. 9, the parts corresponding to FIG. 2B are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
In FIG. 9, the configuration of the
検出信号MA1,MB1が正常であれば、演算制御部40では、検出信号MA1,MB1を用いて回転軸SFの多回転情報を算出できる。また、例えば検出信号MB1が正常でない場合には、演算制御部40では、検出信号MA1,MA2を用いて回転軸SFの多回転情報を算出できる。このように3つの検出信号を生成する変形例においても、正常でない検出信号の代わりに正常な検出信号を使用することによって、回転情報の検出結果の信頼性を向上できる。
If the detection signals MA1 and MB1 are normal, the
なお、この変形例では図2(C)の3つの検出信号MA1,MB1,MA2を生成しているが、図2(C)の3つの検出信号MA1,MB1,MB2を生成してもよい。
また、上述の実施形態では、図2(B)に示すように、2つの受光素子32A,32B及び32C,32Dの検出信号からアナログコンパレータ33A及び33Bを用いて2相の検出信号MA1,MB1を生成し、同様に4つの受光素子35A〜35Dの検出信号から2相の検出信号MA2,MB2を生成している。これに対して、例えば受光素子32A及び32Cの検出信号と対応する参照信号との比較から2相の検出信号MA1,MB1を生成してもよい。2相の検出信号MA2,MB2も同様に生成できる。この場合には、図2(A)のディスク6からパターン8B及び8Dを省略し、第1検出部10Aから受光素子32B,32Dを省略し、第2検出部10から受光素子35B,35Dを省略できるため、ディスク6の構成及び検出部10A,10Bの構成を簡素化できる。
In this modification, the three detection signals MA1, MB1 and MA2 shown in FIG. 2C are generated, but the three detection signals MA1, MB1 and MB2 shown in FIG. 2C may be generated.
Further, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 2B, the two-phase detection signals MA1 and MB1 are obtained from the detection signals of the two
[第2の実施形態]
第2の実施形態につき図10から図14を参照して説明する。なお、図10から図13において図1から図2(B)に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。図10(A)は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECBの角度検出部4の機構部を示す平面図、図10(B)は図10(A)の一部を断面とした側面図、図10(C)は図10(A)の要部の拡大平面図である。角度検出部4は図1の位置検出系2の一部である。角度検出部4は、図1のモータMに連結された回転軸SF(移動部)の1回転未満の回転角を示す角度位置(角度)情報を含む回転位置情報(回転情報)を検出する。角度検出部4が検出した回転情報は、図1の合成部23を介してモータ制御部26に供給される。モータ制御部26は、その回転情報等を用いてモータM(回転軸SF)の回転を制御する。
[Second Embodiment]
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 14. The parts corresponding to FIGS. 1 to 2 (B) in FIGS. 10 to 13 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. 10 (A) is a plan view showing a mechanical portion of the
図10(A)及び(B)において、回転軸SFの先端部の円板5の表面にディスク6がボルト17及びワッシャ(座金)17Aを用いて固定されている。円板状のディスク6の表面に回転軸SFの中心(回転中心)の回りに同心円状に、インクリメンタルスケール9SI及びアブソリュートスケール9SAを含む角度検出用のパターン9Sが形成されている。角度検出部4は、ディスク6のパターン9Sからの光を検出する第1検出部11A、パターン9Sからの光を異なる位置で検出する第2検出部11B、検出部11A,11Bの検出信号を処理して回転軸SF(ディスク6)の1回転以内の角度θを検出する検出回路部21(図11参照)を有する。本実施形態では、回転軸SFの回転方向(θ方向)において、第1検出部11Aに対して第2検出部11Bの位置は90°ずれている。また、検出部11A,11B及び検出回路部21は、共通の円板状の基板50のディスク6に対向する面に設けられ、基板50は、基板50とディスク6との間に配置され、不図示の本体部に固定された支持部材52に取り付けられている。一例として、基板50は、2箇所でボルト17B及びワッシャ17Cを用いて支持部材52に固定されている。
In FIGS. 10A and 10B, the
また、図10(C)に示すように、一例としてインクリメンタルスケール9SIは反射部と非反射部とを交互にディスク6の回転方向(円周方向)に所定周期で配置したパターンであり、アブソリュートスケール9SAはインクリメンタルスケール9SIの1周期の整数倍の幅を持つ多数の反射部をディスク6の回転方向に所定配列で配置したパターンである。第1検出部11Aは、スケール9SI及び9SAに検出用の光を照射する発光ダイオード(以下、LEDという)31Aと、インクリメンタルスケール9SIからの反射光を位相が互いに90°異なる参照格子53A1及び53A2を介して受光する受光素子32EA,32EBよりなる受光素子群32Eと、アブソリュートスケール9SAからの反射光を受光する第1系統の受光素子群54AX及び第2系統の受光素子群54AYよりなる受光素子群54Aとを有する。第1系統の受光素子群54AXは、アブソリュートスケール9SAを構成する反射部の最小線幅の1/2の幅aの受光素子を、ほぼその幅aの間隔でディスク6の回転方向に配置したものである。第2系統の受光素子群54AYは、第1系統の受光素子群54AXの間及び一方の端部に配置された複数の幅aの受光素子を有する。
Further, as shown in FIG. 10C, as an example, the incremental scale 9SI is a pattern in which reflective portions and non-reflective portions are alternately arranged in the rotation direction (circumferential direction) of the
同様に、第2検出部11Bは、LED31Bと、インクリメンタルスケール9SIからの反射光を位相が互いに90°異なる参照格子を介して受光する受光素子32FA,32FB(図11参照)よりなる受光素子群32Fと、アブソリュートスケール9SAからの反射光を受光する第1系統及び第2系統の受光素子群よりなる受光素子群54Bとを有する。
次に図11は、角度検出部4の検出回路部21の構成例を示し、図12(A)〜(G)はディスク6を回転した場合に検出回路部21内で発生する複数の信号を示す。なお、図12(A)〜(G)の横軸は時間tであるが、ディスク6が一定の角速度で回転している場合には、その横軸はディスク6の回転角θとみなすこともできる。
Similarly, the
Next, FIG. 11 shows a configuration example of the
図11において、検出回路部21は、第1検出部11A及び第2検出部11Bの検出信号をそれぞれ処理する互いに同じ構成の第1回路部48A及び第2回路部48Bと、第1回路部48A及び第2回路部48Bでそれぞれ検出される回転角θA及びθBから回転軸SFの回転角θT(検出される回転角)の情報を求める位置出力部80とを有する。
第1回路部48Aは、インクリメンタルスケール9SIからの反射光を受光する2つの受光素子32EA及び32EBから出力される位相が90°異なる検出信号SA及びSB(図12(A)参照)を増幅する増幅器58A,58Bと、増幅器58A,58Bの出力を2値化して絶対値処理部68に供給する2値化部60Aと、増幅器58A,58Bの出力をアナログ/デジタル変換して内挿処理部64に供給するA/D変換部62とを有する。内挿処理部64は、A/D変換部62から出力される2相のデジタル信号を内挿してインクリメンタルスケール9SIの1周期の範囲内で、その1周期の1/4より微細な分解能の回転角を求め、求めた回転角を切替信号生成部66及び合成処理部78に供給する。内挿処理部64で生成される1周期内の回転角は、図12(B)の鋸歯状の360°を1周期とする内挿信号Sθで表される。一例として、内挿信号Sθは検出信号SBが0°のときに0°になり、検出信号SBが360°のときに360°となる。
In FIG. 11, the
The
また、第1検出部11Aには、アブソリュートスケール9SAからの反射光を受光する第1系統の受光素子群54AXの検出信号と、第2系統の受光素子群54AYの検出信号とのいずれかを選択するセレクタ群56Aと、セレクタ群56Aで選択された一群の検出信号が供給されるシフトレジスタ56B(ビット切替部)56Bとが設けられている。切替信号生成部66から出力されるXY切替信号SXY(図12(C)参照)がハイレベルのときには、セレクタ群56Aで第1系統の受光素子群54AXの検出信号ABX(図12(D)参照)が選択され、XY切替信号SXYがローレベルのときには、セレクタ群56Aで第2系統の受光素子群54AYの検出信号ABY(図12(D)参照)が選択される。図12(D)において、検出信号ABX及びABYをまとめて原絶対値信号ABRで表している。第1検出部11Aの回転方向の位置が設計値通りの場合には、XY切替信号SXYは、検出信号SBが0°から180°までの期間でハイレベルとなり、それ以外の期間でローレベルとなる。しかしながら、本実施形態では、XY切替信号SXYは後述の位相差Δθだけ位相がずれている。すなわち、XY切替信号SXYは、検出信号SBが(0°−Δθ)から(180°−Δθ)までの期間でハイレベルとなり、それ以外の期間でローレベルとなる。この作用については後述する。
Further, the
また、第1検出部11Aは、シフトレジスタ56Bから出力される絶対値信号ABS(検出信号ABX及びABYをつなぎ合わせた信号)(図12(E)参照)を増幅する増幅器58Cと、増幅器58Cの出力を2値化したデジタル信号DAB(図12(F)参照)を絶対値処理部68に供給する2値化部60Bと、不揮発性メモリ74と、制御部76と、位置出力部80とを有する。制御部76はLED31Aの発光等を制御する。なお、2値化部60Aと絶対値処理部68との間、及び2値化部60Bと絶対値処理部68との間にそれぞれノイズを除去するためのフィルタを設置してもよい。絶対値処理部68は、デジタル信号DABからディスク6の1回転(360°)内の回転角の絶対値を求める処理部72と、デジタル信号DABと2値化された2相の信号SA,SBから求められる1周期内の回転角との位相差を求める位相差測定部70とを有する。
Further, the
絶対値処理部68で求められる1回転内の回転角の絶対値の情報は合成処理部78に供給される。合成処理部78では、その1回転内の回転角の絶対値に、内挿処理部64から供給されるインクリメンタルスケール9SIの1周期内の内挿された回転角を加算することで、ディスク6(回転軸SF)の1回転内の回転角θAをその1周期の1/4より微細な分解能で求め、求めた回転角θAの情報を位置出力部80に供給する。
Information on the absolute value of the rotation angle within one rotation obtained by the absolute
不揮発性メモリ74には、例えばエンコーダ装置ECBの稼働前に実測した2相の信号SA,SBとデジタル信号DABとの位相差Δθ(図12(B)参照)の情報が制御部76によって書き込まれている。絶対値処理部68で求められる角度の位相差及び角速度の位相差の情報、並びに不揮発性メモリ74から読み出される位相差Δθの情報は切替信号生成部66に供給される。切替信号生成部66では、その位相差Δθ等の情報を用いて、図12(C)に示すように、検出信号SBが(0°−Δθ)から(180°−Δθ)までの期間でハイレベルとなり、それ以外の期間でローレベルとなるXY切替信号SXYを生成する。
Information on the phase difference Δθ (see FIG. 12B) between the two-phase signals SA and SB and the digital signal DAB actually measured before the operation of the encoder device ECB is written to the
第2検出部11Bの検出信号を処理する第2回路部48Bの構成は第1回路部48Aと同様である。第2回路部48Bは、第2検出部11Bの受光素子32FA,32FBの検出信号、及び受光素子群54Bの検出信号を用いて、ディスク6(回転軸SF)の1回転内の回転角θBをインクリメンタルスケール9SIの1周期の1/4より微細な分解能で求め、求めた回転角θBの情報を位置出力部80に供給する。位置検出部80では、一例として2つの回転角θA及びθBの平均値を検出された回転角θTとして求め、求めた回転角θTを図1の合成部23に供給する。その回転角θT及び図1の多回転情報検出部3で求められる多回転情報を用いてモータMの動作が制御される。
The configuration of the
次に、本実施形態のエンコーダ装置ECBの位置決め方法及び検出方法の一例につき図14(A)のフローチャートを参照して説明する。まず、図14(A)のステップ160において、エンコーダ装置ECBを構成するディスク6、支持部材52、並びに検出部11A,11B及び検出回路部21が取り付けられた基板50等の部材の製造が行われ、ディスク6が回転軸SFの円板5の表面にボルト17によって取り付けられ、支持部材52が不図示の本体部に固定される。そして、ステップ162において、図13(A)に示すように、2つのボルト17Bを用いて基板50を支持部材52に取り付ける。この際に、第1検出部11A及び第2検出部11Bのディスク6の半径方向(R方向)の位置をパターン9Sの位置に合わせるように、第1検出部11Aの半径方向(R方向)及び第2検出部11Bの半径方向(R方向)の位置を調整する。一例として、ディスク6をθ方向に回転しながら第1検出部11Aの受光素子32EA,32EB(又は受光素子群54A)の検出信号、及び第2検出部11Bの受光素子32FA,32FB(又は受光素子群54B)の検出信号をモニタし、まずは第1検出部11Aの受光素子32EA,32EB(又は受光素子群54A)の検出信号が最大になるように支持部材52に対する基板50のR方向の位置を調整し、その後、第2検出部11Bの受光素子32FA,32FB(又は受光素子群54B)の検出信号が最大になるように支持部材52に対する基板50のR方向の位置を調整する。これらの調整のためには、一例として支持部材52に対する基板50の位置を調整しながら2箇所のボルト17Bを固定すればよい。これによって、第1検出部11Aの受光素子32EA,32EB、及び第2検出部11Bの受光素子32FA,32FBに対するインクリメンタルスケール9SIからの反射光が最適化され、第1検出部11Aの受光素子群54A、及び第2検出部11Bの受光素子群54Bに対するアブソリュートスケール9SAからの反射光が最適化される。このため、角度検出部4では高いSN比で高精度にディスク6の回転角を検出できる。
Next, an example of the positioning method and the detection method of the encoder device ECB of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 14 (A). First, in
このように検出信号の振幅をモニタしながら第1検出部11AのR方向及び第2検出部11BのR方向の位置を調整するのは比較的容易である。ところが、この場合には、図13(B)に示すように、第1検出部11A及び第2検出部11Bのθ方向の位置が目標とする位置からずれる恐れがある。一例として、第1検出部11Aの中心(例えばLED31Aの中心)がθ方向に目標位置からδ1だけずれ、第2検出部11Bの中心(例えばLED31Bの中心)がθ方向に目標位置からδ2だけずれている。そのθ方向の位置のずれには、基板50に対する検出部11A,11Bの取り付け位置及び取り付け角度の誤差等も含まれている。この結果、第1検出部11Aにおいては、図12(A)、(D)の検出信号SA,SBと検出信号ABX,ABYとの位相差が目標値(例えば0)から所定の第1角度誤差だけずれ、第2検出部11Bにおいても、インクリメンタルスケール9SIから得られる検出信号とアブソリュートスケール9SAから得られる検出信号との位相差が目標値から所定の第2角度誤差だけずれている。
In this way, it is relatively easy to adjust the positions of the
そこで、ステップ164において、第1検出部11Aに関して、不揮発性メモリ74から切替信号生成部66に供給する位相差Δθを0に設定した状態で、増幅器58Cから出力される絶対値信号ABSと、検出信号SA,SBとの位相差Δθ(第1角度誤差に相当する)を検出し、検出した位相差Δθを制御部76を介して不揮発性メモリ74に記憶させる。同様に、第2検出部11Bに関しても、受光素子32FA,32FBの検出信号と受光素子群54Bの検出信号との位相差(第2角度誤差に相当する)を検出し、検出した位相差を第2回路部48B内の不揮発性メモリに記憶させる。
Therefore, in
その後、エンコーダ装置ECBの稼働が開始され、ステップ166において、第1検出部11Aにおいて図11の切替信号生成部66から位相差Δθで補正されたXY切替信号SXYがセレクタ群56Aに供給されて、2つのABS信号ABX及びABYをつなぐ角度が補正され、補正によって常に安定した信号レベルの絶対値信号ABSを用いてディスク6の回転情報が高精度に検出される。同様に第2検出部11Bにおいても、第2回路部48B内で補正されたXY切替信号SXYを用いることで、ディスク6の回転情報が高精度に検出される。その後、ステップ168で検出を続行する場合にはステップ166が繰り返される。
After that, the operation of the encoder device ECB is started, and in
なお、本実施形態のように位相差Δθ(角度誤差)の補正を行うことなく位相差Δθを0とした場合(比較例)には、図11のシフトレジスタ56Bから出力される絶対値信号ABS’ は、図12(G)に示すように、信号レベルの変動が大きくなる。このため、絶対値信号ABS’ を2値化したときに、正しいアブソリュートスケール9SAのパターンが得られなくなり、絶対値の検出誤差が生じる恐れがある。
When the phase difference Δθ is set to 0 (comparative example) without correcting the phase difference Δθ (angle error) as in the present embodiment, the absolute value signal ABS output from the
このように本実施形態のエンコーダ装置ECBの位置決め方法は、回転移動するディスク6(移動部)の回転移動方向に沿って設けられたパターン9Sからの光を検出して第1検出信号SA,SBを出力する第1検出部11Aと、第1検出部211Aに対してディスク6の回転移動方向に沿って所定角度離れた位置に配置され、パターン9Sからの光を検出して第2検出信号を出力する第2検出部11Bと、第1検出信号SA,SB及びその第2検出信号によりディスク6の回転情報を求める検出回路部21(演算部)と、第1検出部11A及び第2検出部11Bを一体的に支持する基板50(支持部材)と、を備えるエンコーダ装置の位置決め方法であって、第1検出部11A及び第2検出部11Bをそれぞれディスク6の回転移動の半径方向に位置決めするステップ162を含むものである。
As described above, the positioning method of the encoder device ECB of the present embodiment detects the light from the
この位置決め方法によれば、ディスク6(パターン9S)に対する第1検出部11A及び第2検出部11Bの位置決めを容易に高精度に行うことができる。
また、半径方向に位置決めした際の第1検出部11A及び第2検出部11Bの回転方向の位置ずれ(角度誤差)は、例えば第1検出部11A及び第2検出部11B内のアブソリュートスケール9SAの反射光の検出信号の位相(2系統の絶対値信号ABX,ABYをつなぎ合わせる位相)を補正することで、電気的に高精度に補正できる。
なお、本実施形態における2つの第1検出部11A及び第2検出部11Bの間の角度は90°であるが、その角度は例えば180°以外の任意の角度でもよい。
According to this positioning method, the
Further, the positional deviation (angle error) in the rotational direction of the
The angle between the two
[第3の実施形態]
第3の実施形態につき図15及び図14(B)を参照して説明する。なお、図15において図10(A)から図11に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。図15は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECCの角度検出部4Aの機構部を示す。図15において、ディスク6は図10(B)の回転軸SFの円板5に取り付けられ、ディスク6の表面に回転中心の回りに同心円状に、インクリメンタルスケール9SI及びアブソリュートスケール9SAを含む角度検出用のパターン9Sが形成されている。角度検出部4は、ディスク6のパターン9Sからの光を検出する第1検出部11A、パターン9Sからの光を異なる位置で検出する第2検出部11B、検出部11A,11Bの検出信号を処理してディスク6(回転軸SF)の1回転以内の角度θを検出する検出回路部21Aを有する。検出回路部21Aの構成は図11の検出回路部21と同様である。本実施形態では、ディスク6の回転方向(θ方向)において、第1検出部11Aに対して第2検出部11Bの位置は角度φ(0°<φ<360°)だけずれているものとする。
[Third Embodiment]
The third embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 14 (B). In FIG. 15, the parts corresponding to FIGS. 10A to 11 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 15 shows the mechanical unit of the
検出回路部21A内には位置出力部80Aが設けられ、位置出力部80Aには第1検出部11A及び第2検出部11Bから出力される検出信号をそれぞれ処理して得られるディスク6の回転角θA及びθBが供給されている。位置出力部80Aは、回転角θA及びθBを処理してディスク6の回転角θTを求め、求めた回転角θTの情報を図1の合成部23に供給する。図1の合成部23で求められた回転角の情報を用いて図1のモータMが制御される。
A
次に、本実施形態のエンコーダ装置ECCの検出方法の一例につき図14(B)のフローチャートを参照して説明する。まず、図14(B)のステップ172において、エンコーダ装置の組立が行われる。次のステップ174において、例えばディスク6を1回転させながら、位置出力部80Aでは、第1検出部11A及び第2検出部11Bから出力される検出信号をそれぞれ処理して得られるディスク6の回転角θA及びθBの情報を所定のサンプリングレートで取り込む。そして、位置出力部80Aでは、取り込んだ回転角の情報を用いて以下のように検出誤差をn次高調波(nは1以上の整数)毎に算出する。回転角θA及びθBをそれぞれ関数f(θ)及びf(θ+φ)とすると、エンコーダ装置の誤差はディスク6を1回転(360°回転)することで元に戻るため、関数f(θ)及びf(θ+φ)は次のようにフーリエ級数を用いて表すことができる。
Next, an example of the detection method of the encoder device ECC of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 14 (B). First, in
本実施形態において、2つの検出部11A,11Bの角度φが90°(π/2)である場合、(3)式においてφにπ/2を代入することで次式が得られる。
In the present embodiment, when the angles φ of the two
このように各高調波での振幅と位相とを計算できることから、比較測定値δ(θ)に対して各高調波の次数nにおける位相シフト分と振幅の増減量を補正すれば、検出結果の誤差の補正が可能になる。一例としてステップ176において、位置出力部80Aは、その各高調波の振幅と位相を計算し、計算結果を検出回路部21A内の不揮発性メモリ(不図示)に記憶しておく。そして、ステップ178において、ディスク6の回転情報を検出する際には、検出結果をその記憶した各高調波の振幅と位相を用いて補正することができる。次のステップ180で検出を続行する場合にはステップ178が繰り返される。ただし、4の倍数の次数の高調波については振幅が0になるため誤差を顕在化することはできない。また、4の倍数以外の偶数次数の高調波については、各検出部11A,11Bでの角度検出値を平均化することで誤差をリアルタイムに相殺することもできる。このフーリエ変換を行う方法では、1回の計算を行うだけで済むとともに、計算を繰り返す必要がなく、誤差残差が累積することがないため、高精度な補正が可能である。
Since the amplitude and phase of each harmonic can be calculated in this way, if the phase shift and the amount of increase / decrease in amplitude at the order n of each harmonic are corrected for the comparative measurement value δ (θ), the detection result will be obtained. Error correction is possible. As an example, in
また、フーリエ変換の計算を行うことなく検出結果の誤差を高調波の次数毎に補正するために以下のようなa1)〜a8)の処理を行ってもよい。この方法では複雑な計算が不要(四則演算のみで済む)であり、検出回路部21A側の負担が軽く済む。
a1)式(3)の比較測定値δ(θ)(検出部11A,11Bの検出結果の差分)をディスク6の1回転分(1周分)だけ取得する。
a2)比較測定値δ(θ)に対して、位相が(3/4)π進んだ、+21/2 倍の振幅の波形を生成する。
a3)a2)で生成した波形から、傾斜補正用のデータを生成する。
a4)検出回路部21A内の記憶部にa3)で生成したデータを書き込む。この時点で、誤差の1次高調波成分が相殺される。同時に(8x±1)の倍数次(xは1から始まる自然数)の高調波成分についても元の誤差と位相と振幅が合うため、誤差が補正される。1次または(8x±1)の倍数次の高調波以外の誤差については元の誤差曲線と違う振幅・位相になる。
Further, the following processes a1) to a8) may be performed in order to correct the error of the detection result for each harmonic order without calculating the Fourier transform. This method does not require complicated calculations (only four arithmetic operations are required), and the burden on the
a1) The comparative measurement value δ (θ) (difference between the detection results of the
a2) Generates a waveform with an amplitude of +2 1/2 times that the phase is advanced by (3/4) π with respect to the comparative measurement value δ (θ).
Data for tilt correction is generated from the waveforms generated in a3) and a2).
a4) The data generated in a3) is written in the storage unit in the
a5)a1)〜a4)と同様に、誤差の2次高調波成分について補正を行う。この時点で、誤差の2次高調波成分が相殺されるだけでなく、(8x±2)の倍数次の高調波成分についても、上記a4)で残差となった誤差に対して位相と振幅が合うため、誤差が補正される。残った誤差時数については元の誤差曲線と異なる振幅・位相となってしまうが、1次および(8x±1)の倍数次の高調波については既に誤差が相殺されていることから、1次および(8x±1)の倍数次の高調波の誤差振幅は0のままとなる。
a6)a5)と同様に、誤差の3次高調波成分についても補正を行う。同様に、誤差の3次高調波成分が相殺される。また、(8x±3)の倍数次の高調波成分についても、a4)で残差となった誤差に対して位相と振幅が合うため、誤差が補正される。この時点で、4(の倍数)次以外の高調波成分は誤差が相殺される。
a7)4次及び4の倍数の次数の高調波については、誤差が顕在化しないことから、補正する必要がない。
In the same manner as in a5) a1) to a4), the second harmonic component of the error is corrected. At this point, not only the second harmonic component of the error is canceled out, but also the harmonic component of the multiple order of (8x ± 2) has the phase and amplitude with respect to the error remaining in a4) above. Therefore, the error is corrected. The remaining error time will have a different amplitude and phase from the original error curve, but for the first-order and (8x ± 1) multiple-order harmonics, the error has already been offset, so the first-order. And the error amplitude of the harmonics of multiples of (8x ± 1) remains zero.
Similar to a6) and a5), the third harmonic component of the error is also corrected. Similarly, the third harmonic component of the error is offset. Also, for harmonic components of multiples of (8x ± 3), the error is corrected because the phase and amplitude match the error that became the residual in a4). At this point, the errors are canceled out for harmonic components other than the 4th (multiple) order.
a7) Harmonics of the 4th order and the order of multiples of 4 do not need to be corrected because the error does not become apparent.
この方法は計算負荷が軽いため、検出回路部21Aを容易に構成できる。なお、この方法では、補正したい次数以外の誤差成分の振幅が変化するが、既に相殺した次数の誤差については、理論的には誤差振幅が0になるため、理論上では問題は発生しない。
Since this method has a light calculation load, the
このように本実施形態のエンコーダ装置ECCの位置検出方法は、回転移動するディスク6(移動部)の回転移動方向に沿って設けられたパターン9Sからの光を検出して第1検出信号SA,SBを出力する第1検出部11Aと、第1検出部211Aに対してディスク6の回転移動方向に沿って所定角度離れた位置に配置され、パターン9Sからの光を検出して第2検出信号を出力する第2検出部11Bと、第1検出信号SA,SB及びその第2検出信号によりディスク6の回転情報を求める検出回路部21A(演算部)とを備えるエンコーダ装置の位置検出方法であって、その第1検出信号から求められるディスク6の回転情報と、その第2検出信号から求められるディスク6の回転情報との差分からその回転情報の誤差を求めるステップ174,176と、その第1検出信号、その第2検出信、及びその誤差を用いてディスク6の回転情報を求めるステップ178とを含むものである。
この位置検出方法によれば、ディスク6(パターン9S)の回転情報を高精度に求めることができる。
As described above, the position detection method of the encoder device ECC of the present embodiment detects the light from the
According to this position detection method, the rotation information of the disk 6 (
なお、上述の実施形態において、位置検出系2は、移動情報として回転軸SF(移動部)の回転位置情報を検出するが、移動情報として所定方向の位置、速度、加速度の少なくとも一つを検出してもよい。エンコーダ装置EC,ECA,ECB,ECCは、ロータリーエンコーダを含んでもよいし、リニアエンコーダを含んでもよい。また、エンコーダ装置EC,ECA,ECB,ECCは、反射型のエンコーダであるが、透過型のエンコーダであってもよい。
In the above-described embodiment, the
[駆動装置]
駆動装置の一例について説明する。図16は、駆動装置MTRの一例を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。この駆動装置MTRは、電動モータを含むモータ装置である。駆動装置MTRは、回転軸SFと、回転軸SFを回転駆動する本体部(駆動部)BDと、回転軸SFの回転位置情報を検出するエンコーダ装置ECとを有している。なお、エンコーダ装置ECの代わりにエンコーダ装置ECA,ECBを備えていてもよい(以下同様)。
[Drive]
An example of the drive device will be described. FIG. 16 is a diagram showing an example of the drive device MTR. In the following description, the same or equivalent components as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals to omit or simplify the description. This drive device MTR is a motor device including an electric motor. The drive device MTR includes a rotation axis SF, a main body (drive unit) BD that rotationally drives the rotation axis SF, and an encoder device EC that detects rotation position information of the rotation axis SF. The encoder devices ECA and ECB may be provided instead of the encoder device EC (the same applies hereinafter).
回転軸SFは、負荷側端部SFaと、反負荷側端部SFbとを有している。負荷側端部SFaは、減速機など他の動力伝達機構に接続される。反負荷側端部SFbには、固定部を介してディスク6が固定される。このディスク6に対応させて、エンコーダ装置ECが取り付けられている。エンコーダ装置ECは、上述した実施形態、変形例、あるいはその組み合わせに係るエンコーダ装置である。
The rotating shaft SF has a load-side end SFa and a non-load-side end SFb. The load side end SFa is connected to another power transmission mechanism such as a speed reducer. The
この駆動装置MTRは、エンコーダ装置ECの検出結果を使って、図1に示したモータ制御部26が本体部BDを制御する。駆動装置MTRは、エンコーダ装置ECを用いて検出される回転軸SFの回転情報を用いて高精度に回転軸SFを駆動できる。なお、駆動装置MTRは、モータ装置に限定されず、油圧や空圧を利用して回転する軸部を有する他の駆動装置であってもよい。
In this drive device MTR, the
[ステージ装置]
ステージ装置の一例について説明する。図17は、ステージ装置STGを示す。このステージ装置STGは、図16に示した駆動装置MTRの回転軸SFのうち負荷側端部SFaに、回転テーブル(移動物体)TBを取り付けた構成である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
[Stage device]
An example of the stage device will be described. FIG. 17 shows the stage device STG. This stage device STG has a configuration in which a rotary table (moving object) TB is attached to the load side end SFa of the rotary shaft SF of the drive device MTR shown in FIG. In the following description, the same or equivalent components as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals to omit or simplify the description.
ステージ装置STGは、駆動装置MTRを駆動して回転軸SFを回転させると、この回転が回転テーブルTBに伝達される。その際、エンコーダ装置ECは、回転軸SFの角度位置等を検出する。従って、エンコーダ装置ECからの出力を用いることにより、回転テーブルTBの角度位置を検出することができる。なお、駆動装置MTRの負荷側端部SFaと回転テーブルTBとの間に減速機等が配置されてもよい。 When the stage device STG drives the drive device MTR to rotate the rotation shaft SF, this rotation is transmitted to the rotary table TB. At that time, the encoder device EC detects the angular position of the rotation axis SF and the like. Therefore, the angular position of the rotary table TB can be detected by using the output from the encoder device EC. A speed reducer or the like may be arranged between the load side end SFa of the drive device MTR and the rotary table TB.
ステージ装置STGは、エンコーダ装置ECを用いて高精度に回転軸SFを駆動できるため、回転テーブルTBを高精度に制御できる。なお、ステージ装置STGは、例えば、旋盤等の工作機械に備える回転テーブル等に適用できる。
[ロボット装置]
ロボット装置の一例について説明する。図18は、ロボット装置RBTを示す斜視図である。なお、図18には、ロボット装置RBTの一部(関節部分)を模式的に示した。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。このロボット装置RBTは、第1アームAR1と、第2アームAR2と、関節部JTとを有している。第1アームAR1は、関節部JTを介して、第2アームAR2と接続されている。
Since the stage device STG can drive the rotary shaft SF with high accuracy by using the encoder device EC, the rotary table TB can be controlled with high accuracy. The stage device STG can be applied to, for example, a rotary table provided in a machine tool such as a lathe.
[Robot device]
An example of a robot device will be described. FIG. 18 is a perspective view showing the robot device RBT. Note that FIG. 18 schematically shows a part (joint portion) of the robot device RBT. In the following description, the same or equivalent components as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals to omit or simplify the description. This robot device RBT has a first arm AR1, a second arm AR2, and a joint portion JT. The first arm AR1 is connected to the second arm AR2 via the joint JT.
第1アームAR1は、腕部91、軸受91a、及び軸受91bを備えている。第2アームAR2は、腕部92及び接続部92aを有する。接続部92aは、関節部JTにおいて、軸受91aと軸受91bの間に配置されている。接続部92aは、回転軸SF2と一体的に設けられている。回転軸SF2は、関節部JTにおいて軸受91aと軸受91bの両方に挿入されている。回転軸SF2のうち軸受91bに挿入される側の端部は、軸受91bを貫通して減速機RGに接続されている。
The first arm AR1 includes an
減速機RGは、駆動装置MTRに接続されており、駆動装置MTRの回転を例えば100分の1等に減速して回転軸SF2に伝達する。図18に図示しないが、駆動装置MTRの回転軸SFのうち負荷側端部SFaは、減速機RGに接続されている。また、駆動装置MTRの回転軸SFのうち反負荷側端部SFbには、エンコーダ装置ECのディスク6が取り付けられている。
The speed reducer RG is connected to the drive device MTR, and reduces the rotation of the drive device MTR to, for example, 1/100 or the like and transmits it to the rotation shaft SF2. Although not shown in FIG. 18, the load side end SFa of the rotation shaft SF of the drive device MTR is connected to the speed reducer RG. Further, a
ロボット装置RBTは、駆動装置MTRを駆動して回転軸SFを回転させると、この回転が減速機RGを介して回転軸SF2に伝達される。回転軸SF2の回転により接続部92aが一体的に回転し、これにより第2アームAR2が、第1アームAR1に対して回転する。その際、エンコーダ装置ECは、回転軸SFの角度位置等を検出する。従って、エンコーダ装置ECからの出力により、第2アームAR2の角度位置を検出することができる。 When the robot device RBT drives the drive device MTR to rotate the rotation shaft SF, this rotation is transmitted to the rotation shaft SF2 via the speed reducer RG. The rotation of the rotation shaft SF2 causes the connection portion 92a to rotate integrally, whereby the second arm AR2 rotates with respect to the first arm AR1. At that time, the encoder device EC detects the angular position of the rotation axis SF and the like. Therefore, the angular position of the second arm AR2 can be detected by the output from the encoder device EC.
ロボット装置RBTは、エンコーダ装置ECを用いて高精度に位置決めを行うことができる。なお、ロボット装置RBTは、上記の構成に限定されず、駆動装置MTRは、関節を備える各種ロボット装置に適用できる。 The robot device RBT can perform positioning with high accuracy by using the encoder device EC. The robot device RBT is not limited to the above configuration, and the drive device MTR can be applied to various robot devices having joints.
2…位置検出系、3…多回転情報検出部、4…角度検出部、6…ディスク、8A〜8D…半輪帯状のパターン、10A…第1検出部、10B…第2検出部、11A…第1検出部、11B…第2検出部、13…制御部、14…記憶部、15…バッテリ、22…信号合成部、26…モータ制御部、31,34…LED、32A〜32E,35A〜35E…受光素子、33A,33B,36A,36B…アナログコンパレータ、39…発光制御部、40…演算制御部、EC,ECA,ECB,ECC…エンコーダ装置、SF…回転軸、M…モータ、AR1…第1アーム、AR2…第2アーム、MTR…駆動装置、RBT…ロボット装置、STG…ステージ装置 2 ... Position detection system, 3 ... Multi-rotation information detection unit, 4 ... Angle detection unit, 6 ... Disc, 8A to 8D ... Half-ring band pattern, 10A ... First detection unit, 10B ... Second detection unit, 11A ... 1st detection unit, 11B ... 2nd detection unit, 13 ... control unit, 14 ... storage unit, 15 ... battery, 22 ... signal synthesis unit, 26 ... motor control unit, 31,34 ... LED, 32A to 32E, 35A to 35E ... light receiving element, 33A, 33B, 36A, 36B ... analog comparator, 39 ... light emission control unit, 40 ... arithmetic control unit, EC, ECA, ECB, ECC ... encoder device, SF ... rotary axis, M ... motor, AR1 ... 1st arm, AR2 ... 2nd arm, MTR ... drive device, RBT ... robot device, STG ... stage device
Claims (22)
前記第1検出部に対して前記移動部の移動方向に沿った異なる位置に配置され、前記パターンに光を照射し、前記パターンからの光を検出して第3検出信号を出力する第2検出部と、
前記第1検出信号と前記第2検出信号とにより前記移動部の移動情報を求める状態と、前記第1検出信号と前記第2検出信号の一方と前記第3検出信号とにより前記移動情報を求める状態とを切り替える制御部と、
前記制御部によって切り替えた状態の検出信号により前記移動情報を求める演算部と、を備えるエンコーダ装置。 A first detection unit that irradiates a pattern of the moving unit with light, detects light from the pattern, and outputs a first detection signal and a second detection signal having different phases with respect to the movement of the moving unit.
A second detection that is arranged at different positions along the moving direction of the moving unit with respect to the first detecting unit, irradiates the pattern with light, detects the light from the pattern, and outputs a third detection signal. Department and
The movement information of the moving unit is obtained from the first detection signal and the second detection signal, and the movement information is obtained from one of the first detection signal, the second detection signal, and the third detection signal. A control unit that switches between states and
An encoder device including a calculation unit that obtains movement information from a detection signal in a state of being switched by the control unit.
一方と同位相の前記第3検出信号を出力する請求項1に記載のエンコーダ装置。 The encoder device according to claim 1, wherein the second detection unit outputs the third detection signal having the same phase as one of the first detection signal and the second detection signal with respect to the movement of the moving unit.
前記第1検出部と前記第2検出部は、前記パターンの位置関係に対応した位置関係で前記移動部に対して配置されている請求項1または2に記載のエンコーダ装置。 The pattern includes a plurality of partial patterns arranged at different positions of the moving portion with respect to the moving direction of the moving portion.
The encoder device according to claim 1 or 2, wherein the first detection unit and the second detection unit are arranged with respect to the moving unit in a positional relationship corresponding to the positional relationship of the pattern.
前記第1検出信号と前記第2検出信号とは、前記位相が前記位置関係に応じて異なり、
前記演算部は、前記第1検出信号と第2検出信号により前記回転軸の多回転情報を検出する請求項1から3のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 The moving part rotates around the axis of rotation,
The first detection signal and the second detection signal have different phases depending on the positional relationship.
The encoder device according to any one of claims 1 to 3, wherein the calculation unit detects multi-rotation information of the rotation axis by the first detection signal and the second detection signal.
前記互いに位相の異なる2つの検出信号は、前記第1検出部が前記第1パターンからの光を検出して生成された前記第1検出信号と、前記第2検出部が前記第1パターンからの光を検出して生成された前記第3検出信号とを含む請求項1から4のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 The pattern includes a first pattern and a second pattern arranged at different positions along the moving direction of the moving portion.
The two detection signals having different phases are the first detection signal generated by the first detection unit detecting the light from the first pattern and the second detection unit from the first pattern. The encoder device according to any one of claims 1 to 4, which includes the third detection signal generated by detecting light.
前記第1検出信号と前記第2検出信号とにより、前記第1検出信号と前記第2検出信号の一方を前記第3検出信号に変更して前記移動部の移動情報を求める請求項1から5のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 The calculation unit
Claims 1 to 5 for obtaining the movement information of the moving unit by changing one of the first detection signal and the second detection signal to the third detection signal by the first detection signal and the second detection signal. The encoder device according to any one of the above.
前記移動部に動力を供給する動力供給部と、
を備える駆動装置。 The encoder device according to any one of claims 1 to 8, and the encoder device.
A power supply unit that supplies power to the moving unit and
A drive device equipped with.
前記移動物体を移動させる請求項9に記載の駆動装置と、を備えるステージ装置。 With moving objects
A stage device including the drive device according to claim 9, which moves the moving object.
前記駆動装置によって相対移動するアームと、を備えるロボット装置。 The drive device according to claim 9 and
A robot device including an arm that moves relative to each other by the drive device.
前記第1検出部に対して前記移動部の移動方向に沿った異なる位置に配置され、前記パターンに光を照射し、前記パターンからの光を検出して第3検出信号を出力する第2検出部と、
前記第1検出信号、前記第2検出信号及び前記第3検出信号のうちの、前記移動部の移動に関して互いに位相の異なる2つの検出信号により前記移動部の移動情報を求める演算部と、を備えるエンコーダ装置の使用方法であって、
前記第1検出信号と前記第2検出信号とにより前記移動部の位置情報を求める状態と、前記第1検出信号と前記第2検出信号の一方と前記第3検出信号とにより前記移動情報を求める状態とを切り替え、
切り替えた状態の検出信号により前記移動部の移動情報を求めることを含むエンコーダ装置の使用方法。 A first detection unit that irradiates a pattern of the moving unit with light, detects light from the pattern, and outputs a first detection signal and a second detection signal having different phases with respect to the movement of the moving unit.
A second detection that is arranged at different positions along the moving direction of the moving unit with respect to the first detecting unit, irradiates the pattern with light, detects the light from the pattern, and outputs a third detection signal. Department and
It includes a calculation unit that obtains movement information of the moving unit by two detection signals having different phases with respect to the movement of the moving unit among the first detection signal, the second detection signal, and the third detection signal. How to use the encoder device
The movement information is obtained from a state in which the position information of the moving portion is obtained from the first detection signal and the second detection signal, and one of the first detection signal, the second detection signal, and the third detection signal. Switch between states,
A method of using an encoder device, which comprises obtaining movement information of the moving portion from a detection signal in a switched state.
前記第1検出部に対して前記移動部の移動方向に沿って所定角度離れた位置に配置され、前記パターンからの光を検出して第2検出信号を出力する第2検出部と、
前記第1検出信号及び前記第2検出信号により前記移動部の回転情報を求める演算部と、
前記第1検出部及び前記第2検出部を一体的に支持する支持部材と、を備えるエンコーダ装置の位置決め方法であって、
前記第1検出部及び前記第2検出部をそれぞれ前記移動部の回転移動の半径方向に位置決めすること、
を含むエンコーダ装置の位置決め方法。 A first detection unit that detects light from a pattern provided along the movement direction of the rotating movement unit and outputs a first detection signal, and a first detection unit.
A second detection unit, which is arranged at a position separated from the first detection unit by a predetermined angle along the moving direction of the moving unit, detects light from the pattern, and outputs a second detection signal.
A calculation unit that obtains rotation information of the moving unit from the first detection signal and the second detection signal, and
A method for positioning an encoder device including a support member that integrally supports the first detection unit and the second detection unit.
Positioning the first detection unit and the second detection unit in the radial direction of the rotational movement of the moving unit, respectively.
How to position an encoder device, including.
前記第1検出信号及び前記第2検出信号はそれぞれインクリメンタル信号及びアブソリュート信号を含み、
前記演算部において、前記第1検出信号の前記インクリメンタル信号を基準として前記アブソリュート信号の位相を補正し、前記第2検出信号の前記インクリメンタル信号を基準として前記アブソリュート信号の位相を補正すること
をさらに含むエンコーダ装置の位置検出方法。 A method for detecting the position of an encoder device positioned by the positioning method according to claim 15 or 16.
The first detection signal and the second detection signal include an incremental signal and an absolute signal, respectively.
The calculation unit further includes correcting the phase of the absolute signal with reference to the incremental signal of the first detection signal, and correcting the phase of the absolute signal with reference to the incremental signal of the second detection signal. How to detect the position of the encoder device.
信号は2系統の信号を含み、前記アブソリュート信号の位相を補正することは、前記アブソリュート信号の2系統の信号をつなぎ合わせる角度を補正することを含む請求項17に記載のエンコーダ装置の位置検出方法。 The incremental signal includes a two-phase signal having a phase difference of 90 °, the absolute signal includes two signals, and correcting the phase of the absolute signal connects the two signals of the absolute signal. The position detection method for an encoder device according to claim 17, which comprises correcting an angle.
前記第1検出部に対して前記移動部の移動方向に沿って所定角度離れた位置に配置され、前記パターンからの光を検出して第2検出信号を出力する第2検出部と、
前記第1検出信号及び前記第2検出信により前記移動部の回転情報を求める演算部と、を備えるエンコーダ装置の位置検出方法であって、
前記第1検出信号から求められる前記移動部の回転情報と、前記第2検出信号から求められる前記移動部の回転情報との差分から前記回転情報の誤差を求めることと、
前記第1検出信号、前記第2検出信、及び前記誤差を用いて前記移動部の回転情報を求めることと、を含むエンコーダ装置の位置検出方法。 A first detection unit that detects light from a pattern provided along the movement direction of the rotating moving unit and outputs a first detection signal regarding the rotational movement of the moving unit.
A second detection unit, which is arranged at a position separated from the first detection unit by a predetermined angle along the moving direction of the moving unit, detects light from the pattern, and outputs a second detection signal.
A method for detecting the position of an encoder device including a calculation unit that obtains rotation information of the moving unit by the first detection signal and the second detection signal.
Obtaining the error of the rotation information from the difference between the rotation information of the moving portion obtained from the first detection signal and the rotation information of the moving portion obtained from the second detection signal.
A method for detecting the position of an encoder device, which comprises obtaining rotation information of the moving portion using the first detection signal, the second detection signal, and the error.
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