JP4273933B2 - Rotary encoder - Google Patents
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Description
本発明は、回転体の回転位置を検出するロータリーエンコーダの基幹部品の信頼性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回転位置情報や異常情報を伝達するものである。 The present invention relates to the reliability of the basic components of a rotary encoder that detects the rotational position of a rotating body. In particular, the present invention is used by being incorporated in a servo motor, and the rotational position information and abnormality information of the rotating body by bidirectional serial communication means. Is to communicate.
近年、産業機器の高信頼性化に伴い機器に組み込まれて使用されるサーボモータに内蔵されたロータリーエンコーダにも故障診断などの高信頼性化の要求が高まっている。 In recent years, with the increase in reliability of industrial equipment, there is an increasing demand for high reliability such as fault diagnosis for a rotary encoder built in a servo motor that is incorporated in the equipment and used.
このような中、モータの巻線やエンコーダに温度センサーを設け、実動作時の温度を測定することで巻線の異常やエンコーダデータの異常の有無を判断していた(例えば、特許文献1参照。)。
解決しようとする問題点は、構成部品が動作温度保証の範囲内であるか否かの異常判断が瞬時にできても、性能が劣化しやすい高温環境下での長期的な経時劣化については動作温度範囲内であっても判断ができないという点である。 The problem to be solved is that even if it is possible to instantly determine whether or not a component is within the guaranteed operating temperature range, it can operate for long-term deterioration in a high-temperature environment where performance is likely to deteriorate. Even within the temperature range, the judgment cannot be made.
特に、エンコーダ構成部品の中でも動作温度によって経時劣化が変動する基幹部品の故障診断を容易かつ正確に行えるロータリーエンコーダを提供することを目的とする。 In particular, an object of the present invention is to provide a rotary encoder capable of easily and accurately diagnosing a failure of a core part whose deterioration with time varies depending on an operating temperature among encoder components.
上記の課題を解決するために本発明のロータリーエンコーダは、回転に応じて回転位置データを出力する原信号部と、前記原信号部の動作温度を検出する温度検出部と、前記原信号部が動作している時間を計測するタイマー部と、前記タイマー部で計測した時間データを更新保持する電気的に書き込み可能な記憶部と、前記温度検出部が検知した動作温度に応じた積算順位に切替える選択部と、前記記憶部に保持した前回の時間データに新たに計測したタイマー部の時間データを加算する加算部と、前記タイマー部の動作/停止タイミングおよび記憶部での時間データの書き換えタイミングを出力する電源ON/OFF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原信号部と記憶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、前記温度検出部とタイマー部との間に設けた選択部は、前記記憶部に保持したタイマー動作設定パラメータと前記温度検出部が検知した温度とから積算順位を選択し、タイマー部は選択された積算順位に基づいて動作時間を計測し、加算部は前回の時間データと新たに計測したタイマー部の時間データを積算順位ごとに積算し、記憶部は積算した時間データを保持するものである。 In order to solve the above problems, a rotary encoder according to the present invention includes an original signal unit that outputs rotational position data in accordance with rotation, a temperature detection unit that detects an operating temperature of the original signal unit, and the original signal unit. A timer unit that measures the operating time, an electrically writable storage unit that updates and holds time data measured by the timer unit, and an integration order according to the operating temperature detected by the temperature detection unit. A selection unit, an addition unit for adding the time data of the timer unit newly measured to the previous time data held in the storage unit, operation / stop timing of the timer unit, and rewriting timing of the time data in the storage unit The power ON / OFF detection unit to output and the serial signal which is a request signal from the outside are received, and the data corresponding to the request signal is obtained from the data of the original signal unit and the storage unit A selection unit provided between the temperature detection unit and the timer unit is detected by the timer operation setting parameter stored in the storage unit and the temperature detection unit. The timer unit measures the operating time based on the selected integration order, and the addition unit integrates the previous time data and the newly measured timer unit time data for each integration order. The storage unit holds the accumulated time data.
また、積算順位に動作温度に応じて重み付けした積算係数を用いたものである。 Further, an integration coefficient weighted according to the operating temperature is used for the integration order.
さらに、積算係数は原信号部の基幹部品である発光素子の経時劣化係数を動作温度範囲ごとにパラメータ化したものである。 Furthermore, the integration coefficient is obtained by parameterizing the deterioration coefficient with time of the light emitting element, which is a basic part of the original signal portion, for each operating temperature range.
本発明のロータリーエンコーダは、記憶部には温度検出部が検知した動作温度に応じた積算順位ごとに動作時間データを積算記憶させており、容易かつ正確に基幹部品の寿命や
余命などに対する診断および解析ができる。
In the rotary encoder of the present invention, the operation time data is integrated and stored in the storage unit for each integration order corresponding to the operation temperature detected by the temperature detection unit, and the life and life expectancy of key parts can be easily and accurately diagnosed. Analysis is possible.
また、積算係数を用いることで実動作時間から常温における見掛けの延べ動作時間に置き換えることができ、基幹部品の診断や解析が容易になる。 Further, by using the integration coefficient, it is possible to replace the actual operation time with the apparent total operation time at room temperature, thereby facilitating diagnosis and analysis of basic parts.
さらに、動作温度によって経時劣化の大きな特定部品の診断が直接可能となる。 Furthermore, it is possible to directly diagnose a specific component that is greatly deteriorated with time depending on the operating temperature.
回転に応じて回転位置データを出力する原信号部と、前記原信号部の動作温度を検出する温度検出部と、前記原信号部が動作している時間を計測するタイマー部と、前記タイマー部で計測した時間データを更新保持する電気的に書き込み可能な記憶部と、前記温度検出部が検知した動作温度に応じた積算順位に切替える選択部と、前記記憶部に保持した前回の時間データに新たに計測したタイマー部の時間データを加算する加算部と、前記タイマー部の動作/停止タイミングおよび記憶部での時間データの書き換えタイミングを出力する電源ON/OFF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原信号部と記憶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、前記温度検出部とタイマー部との間に設けた選択部は、前記記憶部に保持したタイマー動作設定パラメータと前記温度検出部が検知した温度とから積算順位を選択し、タイマー部は選択された積算順位に基づいて動作時間を計測し、記憶部は計測した時間データを積算順位ごとに積算して記憶する。
An original signal unit that outputs rotational position data according to rotation, a temperature detection unit that detects an operating temperature of the original signal unit, a timer unit that measures a time during which the original signal unit is operating, and the timer unit An electrically writable storage unit that updates and holds the time data measured in
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1はロータリーエンコーダの構成図で、原信号部11はモータの回転に応じた回転位置データを出力する。温度検出部12は原信号部11の回路基板の表面温度あるいは雰囲気温度を測定し出力する。タイマー部13は原信号部11が動作している時間を計測する。記憶部14はタイマー部13で計測した時間データを保持する電気的に書き込みや消去が可能な記憶素子であるEEPROM、さらに記憶部14に動作温度範囲と積算順位とをパラメータ化したタイマー動作設定パラメータを保持させている。選択部15は温度検出部12の動作温度に応じてタイマー動作設定パラメータから積算順位を選択して切替える。加算部16は記憶部14で保持された前回の時間データにタイマー部13が計測した今回の時間データとを加算させる。電源ON/OFF検出部17のON/OFF信号はタイマー部13の動作/停止タイミングおよび記憶部14でのデータ書き換えタイミングに利用される。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原信号部11と記憶部14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。
FIG. 1 is a configuration diagram of a rotary encoder. An
図2は原信号部11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。
FIG. 2 illustrates the operation of the
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は原信号部11と記憶部14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。
FIG. 3 shows an internal configuration of the
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。 FIG. 4 illustrates the configuration of serial data. The RX signal, which is a request signal to the encoder from the outside corresponding to a servo amplifier, is composed of a command section indicating which data in the encoder is selected, while the encoder The TX signal, which is a transmission signal from the outside to the outside, includes the command part received by the encoder, a data part along the command part, a command part, and a transmission error detection data part generated from the data part.
動作環境下における構成部品の長期的な経時劣化に対して故障診断が可能な実施例1について説明する。 A description will be given of a first embodiment in which failure diagnosis can be performed against long-term deterioration of components under an operating environment.
図5に原信号部11の構成部品として発光素子の動作時間に対する発光量の経時劣化特性を示す。温度Taで連続使用した場合に光量が初期の50%に達する時間を寿命時間L1とすると、温度Taが温度Tcへと上昇すれば寿命時間L1は寿命時間L3まで短くなることを示している。
FIG. 5 shows a temporal deterioration characteristic of the light emission amount with respect to the operation time of the light emitting element as a component of the
図6は記憶部14に保持したタイマー動作設定パラメータの説明図で、このタイマー動作設定パラメータは、例えば原信号部11の動作温度範囲を満たすように動作温度範囲T1から動作温度範囲T5まで5段階に設定し、この5段階の動作温度範囲に対して5段階の積算順位をパラメータとしてあらかじめ記憶部14に保持させておく。説明の便宜上、積算順位を5段階で説明したが記憶部の記憶容量に応じて任意に設定できる。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the timer operation setting parameters stored in the storage unit 14. The timer operation setting parameters are, for example, five levels from the operating temperature range T1 to the operating temperature range T5 so as to satisfy the operating temperature range of the
選択部15は温度検出部12が検知した動作温度に応じてタイマー動作設定パラメータから積算順位が選択され、タイマー部13は選択された積算順位ごとに動作時間を計測する。このタイマー部13のON、OFFタイミングは電源ON/OFF検出部17によって決定され、タイマー部13の動作はON期間である。 The selection unit 15 selects the integration rank from the timer operation setting parameters according to the operation temperature detected by the temperature detection unit 12, and the timer unit 13 measures the operation time for each selected integration rank. The ON / OFF timing of the timer unit 13 is determined by the power ON / OFF detection unit 17, and the operation of the timer unit 13 is an ON period.
電源ON/OFF検出部17のOFFタイミングで加算部16は、タイマー部13で計測した今回の積算順位ごとの時間データに記憶部14が保持している前回の積算順位ごとの時間データを読み出して加算して記憶部14に記憶させ保持する。これにより記憶部14には新たな積算順位ごとの時間データが保持される。
At the OFF timing of the power ON / OFF detection unit 17, the
つまり、原信号部の構成部品がどのような積算順位(すなわち動作温度範囲)のもとでそれぞれ何時間動作したかを容易に把握でき、寿命や余命などの診断に利用できる。また、積算順位ごとに動作時間を積算するため、基幹部品の動作温度で経時劣化する係数が異なっていても汎用的に利用することができる。したがって、発光素子以外の電解コンデンサや電気二重層コンデンサなどにも適用することができる。 That is, it is possible to easily grasp how many hours each component of the original signal unit has operated under what order (ie, operating temperature range), and can be used for diagnosis of lifespan and life expectancy. Further, since the operation time is integrated for each integration order, it can be used for general purposes even if the coefficient of deterioration with time is different depending on the operation temperature of the basic part. Therefore, the present invention can also be applied to electrolytic capacitors other than light emitting elements, electric double layer capacitors, and the like.
実施例2は、実施例1の積算順位に動作温度による経時劣化による重み付けした積算係数を用いるもので、実施例1において説明した発光素子の寿命時間特性における劣化の加速性、つまり動作温度が高くなれば劣化が加速して寿命が短くなるという劣化の度合いと関連付けされており、常温下における見掛けの延べ動作時間に換算できる。 In the second embodiment, the weighted integration coefficient due to the deterioration with time due to the operating temperature is used for the integration order of the first embodiment. The acceleration of deterioration in the lifetime characteristic of the light emitting element described in the first embodiment, that is, the operating temperature is high. If this is the case, it is associated with the degree of deterioration in which the deterioration is accelerated and the life is shortened, and can be converted into an apparent total operation time at room temperature.
図7は各部の動作タイミングを説明するもので、エンコーダ電源71のON/OFFを印加される電源電圧波形で示しており、電源ON/OFF検出部17が出力する電源ON/OFF信号72は、エンコーダ電源71の立上りおよび立下り電圧を所定の電圧しきい値で”H/L”にて判別して得られる。
FIG. 7 illustrates the operation timing of each unit, and shows the power supply voltage waveform to which the ON / OFF of the
ON信号73およびOFF信号74は、電源ON/OFF信号72の立上り変化および立下り変化を検出して得られる。このON信号73によりタイマー部13は動作時間の計
測を開始する。また、OFF信号74により記憶部14に保持した前回の時間データと今回の時間データを加算部16で加算して記憶部14に新たな時間データとして保持する。
The
温度データ75は、原信号部11が動作している間の温度変化の例を示したものであり、選択部15では記憶部14に保持したタイマー動作設定パラメータから温度検出部12が検知した温度データに対する積算係数76を選択する。この積算係数76は、図6で説明した積算順位に相当し、動作温度範囲ごとに重み付けした係数が選択される。
The temperature data 75 shows an example of a temperature change during the operation of the
クロック77(タイマー部13)は、ON信号73により動作を開始して一定周期tで出力され、積算係数(温度範囲に対応したD1からD5)ごとにクロック77が積算され今回の積算時間データであるタイマー積算値78となる。そして記憶部14に保持された前回までの延べ動作時間データAと今回のタイマー積算値78をOFF信号74のタイミングにより加算部16で加算して記憶部14に新たな時間データである延べ動作時間79として上書き保持する。この新たな延べ動作時間79はタイマー部13が次回動作を開始する時、前回までの延べ動作時間データAとなる。
The clock 77 (timer unit 13) starts to operate in response to the
このため、記憶部14に保持した時間データから常温下での見掛けの述べ動作時間を容易に知ることができる。また、記憶部14で保持された延べ動作時間79はデータ通信部18を介してエンコーダが接続される上位の機械でも読み出すことができる。
Therefore, it is possible to easily know the apparent operation time at room temperature from the time data held in the storage unit 14. Further, the total operation time 79 held in the storage unit 14 can be read out by a host machine to which the encoder is connected via the
なお、実施例2の応用例として、最初は実施例1と同様に積算順位ごとにクロック77を積算し、この積算値を利用する段階において積算係数を乗じて、延べ動作時間とすることもできる。この場合、積算順位ごとの時間データのみ利用するため、実施例1と同様に経時劣化の係数が異なる基幹部品にも利用できる。 As an application example of the second embodiment, as in the first embodiment, the clock 77 is initially integrated for each integration rank, and the total operation time can be obtained by multiplying the integration coefficient at the stage of using this integrated value. . In this case, since only the time data for each integration rank is used, it can be used for basic parts having different coefficients of deterioration with time as in the first embodiment.
実施例1および実施例2から明らかなように、動作温度に応じて動作時間を計測し、エンコーダ単体もしくはエンコーダを内蔵したサーボモータを機械に取り付けた状態でも動作時間が読み出せるため、経時劣化する基幹部品の故障要因解析や部品寿命や余命などに対する診断がより容易にかつより正確にできるロータリーエンコーダが得られる。 As is clear from the first and second embodiments, the operation time is measured according to the operation temperature, and the operation time can be read even when the encoder alone or the servo motor incorporating the encoder is attached to the machine. It is possible to obtain a rotary encoder that can easily and accurately diagnose failure factors of core parts and diagnoses of parts life and remaining life.
動作温度によって性能や信頼性などが経時劣化する電子部品や機構部品の故障診断や部品交換のメンテナンス性向上が要求される用途にも適用できる。 It can also be applied to applications where failure diagnosis of electronic parts and mechanical parts whose performance and reliability deteriorate with time due to operating temperature and improvement in maintainability of parts replacement are required.
11 原信号部
12 温度検出部
13 タイマー部
14 記憶部
15 選択部
16 加算部
17 電源ON/OFF検出部
18 データ通信部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
The rotary encoder according to claim 2, wherein the integration coefficient is obtained by parameterizing the deterioration coefficient with time of a light emitting element that is a key component of the original signal section for each operating temperature range.
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