JP4179143B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents
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Description
本発明は、回転体の回転位置を検出するアブソリュートエンコーダの異常検出に関するものであり、特にサーボモータに組込まれて使用され、双方向シリアル通信手段により回転体の絶対位置情報や異常情報を伝達するものである。
近年、産業機器の作業性の高効率化に伴い、機器の電源がＯＦＦされても電源をＯＮすれば機器の原点復帰動作が不要で即機器の動作を再開できるアブソリュートエンコーダが多く使用されてきている。
この場合、エンコーダの内部構成は電源ＯＮ時に動作する回路と電源ＯＦＦ時に動作する回路とで構成され、電源ＯＦＦ時はエンコーダに接続されたバッテリーなどのバックアップ電源で動作する構成になっている。さらにバックアップ電源を長期使用するための消費電流の抑制として電源ＯＦＦ時には電源ＯＮ時よりも回路の動作周波数を下げるためにクロック周波数を切替える構成となっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−１４７９２４号公報
解決しようとする問題点は、機器の高速化が進むにつれサーボモータの急加速性・急減速性は高まり、一方その反動として発生する振動や衝撃に耐えうる信頼性が要求されており、使用環境によってはモータの位置検出器に使用される発振子が外部からの振動や衝撃に耐え切れなくなり発振周波数がずれたり発振が停止するなどしてエンコーダの位置検出動作が誤動作するという点である。
特に、エンコーダに使用され基準クロックの発振源となる水晶発振子が機器動作中もしくは外的要因から受ける衝撃や振動により一時的に動作不安定になってもその異常を検知することで機器の誤動作を防ぐアブソリュートエンコーダを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために本発明は、エンコーダの動作電圧を給電する主電源と、主電源ＯＮ時に一定周期のパルス列を出力する第１のクロック発生部と、第１のクロック発生部の出力で動作しモータの回転に応じて回転位置データを出力する１回転アブソデータ検出部と、主電源ＯＦＦ時にもモータの回転回数を計数し保持するためのバックアップ電源と、バックアップ電源により一定周期のパルス列を出力する第２のクロック発生部と、第２のクロック発生部の出力で動作しモータの回転回数データを出力する多回転データ検出部と、第１のクロック発生部の出力と第２のクロック発生部の出力から第１のクロック発生部の出力周期の異常もしくは出力停止の異常を検出するクロック異常検出部と、外部からの要求信号であるシリアル信号を受信し前記１回転アブソデータ検出部と多回転データ検出部とクロック異常検出部のデータから要求信号に応じたデータを選択しシリアルデータに変換し出力するデータ通信部とを備え、前記第２のクロック発生部の出力を１周期として１周期内に含まれる第１のクロック発生部の出力パルス数を計数するカウンタを２つ設けるとともにこの２つのカウンタを１周期毎に交互に動作させ、２つのカウンタの計数値が所定値内であるか否かを判別して第１のクロック発生部の出力周期異常もしくは出力停止異常を検出するものである。
本発明のアブソリュートエンコーダは、絶対位置情報の検出や位置情報のデータ転送に用いる発振子の出力である基準クロックの一時的な周波数変動や発振停止などの異常状態を検出することができ、さらに部品の動作異常や故障を機器に知らせることで機器の誤動作も未然に防ぐことができる。また、発振子の劣化など故障予兆検出としても有効である。
エンコーダの動作電圧を給電する主電源と、主電源ＯＮ時に一定周期のパルス列を出力する第１のクロック発生部と、第１のクロック発生部の出力で動作しモータの回転に応じて回転位置データを出力する１回転アブソデータ検出部と、主電源ＯＦＦ時にもモータの回転回数を計数し保持するためのバックアップ電源と、バックアップ電源により一定周期のパルス列を出力する第２のクロック発生部と、第２のクロック発生部の出力で動作しモータの回転回数データを出力する多回転データ検出部と、第１のクロック発生部の出力と第２のクロック発生部の出力から第１のクロック発生部の出力周期の異常もしくは出力停止の異常を検出するクロック異常検出部と、外部からの要求信号であるシリアル信号を受信し前記１回転アブソデータ検出部と多回転データ検出部とクロック異常検出部のデータから要求信号に応じたデータを選択しシリアルデータに変換し出力するデータ通信部とを備え、前記第２のクロック発生部の出力を１周期として１周期内に含まれる第１のクロック発生部の出力パルス数を計数するカウンタを２つ設けるとともにこの２つのカウンタを１周期毎に交互に動作させ、２つのカウンタの計数値が所定値内であるか否かを判別して第１のクロック発生部の出力周期異常もしくは出力停止異常を検出する。
以下、図１から図４を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１はアブソリュートエンコーダの構成図で、主電源１１はエンコーダの動作電圧を給電する。第１のクロック発生部１２は主電源１１がＯＮの間一定周期のパルス列を出力する。１回転アブソデータ検出部１３は第１のクロック発生部１２から出力されるクロックで動作しモータの回転に応じてモータ１回転内の絶対位置データを出力する。バックアップ電源１４は主電源１１の状態に関わらず常に位置検出動作や異常検出動作をする部分の動作電圧を給電する。第２のクロック発生部１５はバックアップ電源１４により前記第１のクロック発生部１２の出力より周波数が低い一定周期のパルス列を出力する。多回転データ検出部１６は第２のクロック発生部１５から出力されるクロックで動作しモータの回転回数データを出力する。クロック異常検出部１７は前記第１のクロック発生部１２の出力と第２のクロック発生部１５の出力から第１のクロック発生部の出力周期の異常もしくは出力停止の異常を検出する。データ通信部１８は外部からの要求信号であるシリアル信号を受信し前記１回転アブソデータ検出部と多回転データ検出部とクロック異常検出部のデータから要求信号に応じたデータを選択しシリアルデータに変換し出力する。
図２は１回転アブソデータ検出部１３および多回転データ検出部１６の動作を説明するもので、１回転３６０°内の絶対位置をｍｂｉｔの分解能でＣＣＷ回転時単調増加，ＣＷ回転時単調減少の０から２m−１のデータである１回転アブソデータとモータの回転回数でありＣＣＷ回転時増加変化、ＣＷ回転時減少変化となる多回転データを出力する。
図３はデータ通信部１８の内部構成で、ラインドライバレシーバからなる双方向性バス３１は外部とのシリアルデータの送信・受信の切替えをおこなう。受信器３２は外部からの要求信号であるシリアル信号を受信し要求内容を示すコマンドを生成する。セレクタ３３は１回転アブソデータ検出部１３と多回転データ検出部１６とクロック異常検出部１７のデータから要求信号から生成されたコマンドに応じてデータを選択する。送信器３４はコマンドとセレクタ３３で選択されたデータと前記コマンドと前記選択されたデータより生成された通信誤り検出データとをシリアルデータに変換する。
図４はシリアルデータの構成を説明するもので、サーボアンプに相当する外部からエンコーダへの要求信号であるＲＸ信号にはエンコーダ内のどのデータを選択するかを示すコマンド部で構成され、一方エンコーダから外部への送信信号であるＴＸ信号にはエンコーダで受信した前記コマンド部とコマンド部に沿ったデータ部とコマンド部とデータ部より生成された送信用誤り検出データ部より構成される。
動作環境下における構成部品の動作異常が検出可能な実施例１について説明する。
図５はクロック異常検出部１７の内部構成で、分周器５１は第２のクロック発生部１５の出力を１／２分周して”Ｈ”，”Ｌ”の論理が相反する２つの信号を出力する。第１のカウンタ５２は前記分周器５１の出力が”Ｈ”レベルのとき第１のクロック発生部１２の出力パルスをカウントし、分周器５１の出力が”Ｌ”レベルのときは第２のクロック発生部１５の出力パルスの立下り変化でカウント値をリセットする。第１のデータ保持器５３は前記分周器５１の出力が”Ｌ”レベルのときの第２のクロック発生部１５の出力パルスの立下り変化で前記第１のカウンタ５２の出力を保持する。第２のカウンタ５４および第２のデータ保持器５５は前記第１のカウンタ５２および第１のデータ保持器５３と同様な動作をする。クロック数判定器５６は第１のデータ保持器５３の出力と第２のデータ保持器５５の出力が所定のパルス数の範囲内であるか否かの判定結果を出力する。
図６はクロック異常検出部１７の動作説明図で、第１のクロックは第２のクロックより周波数が高いパルスである。また、分周器５１は第２のクロックを１／２分周して１つはそのまま第１の出力として第１のカウンタ５２と第１のデータ保持器５３に出力され、他方は第１の出力を論理反転して第２のカウンタ５４と第２のデータ保持器５５に出力される。
まず、第１のカウンタ５２は分周器５１からの出力が”Ｌ”のときの第２のクロックの立下り変化でカウント値が”０”にリセットされる。次に分周器５１からの出力が”Ｈ”になると第１のクロックパルスをカウントし分周器５１からの出力が”Ｌ”になるとカウント動作をやめカウント値”ｎ１”を保持する。さらに分周器５１からの出力が”Ｌ”の状態の第２のクロックの立下り変化でカウント値”ｎ１”は第１のデータ保持器５３で保持されると同時にカウンタ値は”ｎ１→０”にリセットされる。
第２のカウンタ５４および第２のデータ保持器５５も同様に動作しカウント値の保持値は”ｍ２””ｎ２”と変化する。
このように第１のカウンタ５２、第１のデータ保持器５３と第２のカウンタ５４、第２のデータ保持器５５が分周器５１の出力に応じて交互に動作することで第１のクロックのパルス数を連続して監視する。
監視されたパルス数は所定のパルス数の範囲内であるかを判定し、範囲内であれば正常”Ｌ”、範囲外であれば異常”Ｈ”を第２のクロック発生部１５の出力パルスの立下り変化毎に出力する。
このように第２のクロックの出力周期を基準にして第１のクロックの出力状態を監視することで第１のクロックの出力周期が長くなったり短くなったり一時的に停止した場合でも異常を検出することができる。また、逆に第１のクロックが正常で第２のクロックの周期が変動しても同様に異常を検出することができる。
さらに第１のクロック発生部１２と第２のクロック発生部１５に使用する発振子の部品構成を異なる構成とすることで衝撃や振動などの使用環境より変動する外的要因に対してその影響度合いを同時に受けないようにすることもできる。
実施例１から明らかなように、基準クロックの一時的な周波数変動や発振停止などの異常状態を検出することができるため、過度な使用環境により生じる一時的な部品の動作不良や経時劣化を容易に検知できるアブソリュートエンコーダが得られる。
クロックで動作するマイコンなどの半導体を複数用いた機器において、変動する使用環境下でも安定した機器の動作、信頼性を要求される用途にも適用できる。
１１ 主電源
１２ 第１のクロック発生部
１３ １回転アブソデータ検出部
１４ バックアップ電源
１５ 第２のクロック発生部
１６ 多回転データ検出部
１７ クロック異常検出部
１８ データ通信部
１２ 第１のクロック発生部
１３ １回転アブソデータ検出部
１４ バックアップ電源
１５ 第２のクロック発生部
１６ 多回転データ検出部
１７ クロック異常検出部
１８ データ通信部
Claims (2)
- エンコーダの動作電圧を給電する主電源と、主電源ＯＮ時に一定周期のパルス列を出力する第１のクロック発生部と、第１のクロック発生部の出力で動作しモータの回転に応じて回転位置データを出力する１回転アブソデータ検出部と、主電源ＯＦＦ時にもモータの回転回数を計数し保持するためのバックアップ電源と、バックアップ電源により一定周期のパルス列を出力する第２のクロック発生部と、第２のクロック発生部の出力で動作しモータの回転回数データを出力する多回転データ検出部と、第１のクロック発生部の出力と第２のクロック発生部の出力から第１のクロック発生部の出力周期の異常もしくは出力停止の異常を検出するクロック異常検出部と、外部からの要求信号であるシリアル信号を受信し前記１回転アブソデータ検出部と多回転データ検出部とクロック異常検出部のデータから要求信号に応じたデータを選択しシリアルデータに変換し出力するデータ通信部とを備えたアブソリュートエンコーダ。
- 第２のクロック発生部の出力を１周期として１周期内に含まれる第１のクロック発生部の出力パルス数を計数するカウンタを２つ設けるとともにこの２つのカウンタを１周期毎に交互に動作させ、２つのカウンタの計数値が所定値内であるか否かを判別して第１のクロック発生部の出力周期異常もしくは出力停止異常を検出する請求項１記載のアブソリュートエンコーダ。
Priority Applications (1)
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| JP2003393612A JP4179143B2 (ja) | 2003-11-25 | 2003-11-25 | アブソリュートエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003393612A JP4179143B2 (ja) | 2003-11-25 | 2003-11-25 | アブソリュートエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP4179143B2 true JP4179143B2 (ja) | 2008-11-12 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2003393612A Expired - Fee Related JP4179143B2 (ja) | 2003-11-25 | 2003-11-25 | アブソリュートエンコーダ |
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- 2003-11-25 JP JP2003393612A patent/JP4179143B2/ja not_active Expired - Fee Related
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