JP4797096B2 - Stepping motor rotation angle detection device - Google Patents

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Description

本発明は、ステッピングモータの回転角をロータリーエンコーダによりも高精度で検出することが可能なステッピングモータの回転角検出装置に関する。
The present invention relates to a rotation angle detecting device for a stepping motor capable of detecting the rotation angle of a stepping motor with high accuracy by a rotary encoder.

例えば、ステッピングモータを用いたサーボドライブにおいては、同モータの回転角を高精度で検出するステッピングモータの回転角検出装置が備えられている。従来は光学式のロータリーエンコーダが一般的に使用されている。ロータリーエンコーダは、複数のスリットが周方向に等間隔で形成されたディスクと、ディスクの回転に伴ってスリットを通過/遮蔽される光を検知してパルス列として出力する光学センサとを有し、ステッピングモータのシャフトに連結した状態で同モータの回転変位量を電気信号のパルス列に変換するようになっている(例えば、特許文献1等がある)。   For example, a servo drive using a stepping motor is equipped with a stepping motor rotation angle detection device that detects the rotation angle of the motor with high accuracy. Conventionally, an optical rotary encoder is generally used. The rotary encoder includes a disk in which a plurality of slits are formed at equal intervals in the circumferential direction, and an optical sensor that detects light that passes / shields through the slit as the disk rotates and outputs it as a pulse train. A rotational displacement amount of the motor is converted into a pulse train of an electric signal while being connected to the shaft of the motor (for example, there is Patent Document 1).

特開2003−284391号JP 2003-284391 A

しかしながら、ステッピングモータの高分解能駆動に伴って高分解能型のロータリエンコーダを用いた場合、スリット間隔が小さいことから、スリットの検知ミスや検知信号の遅延が生じ、これに伴って高度なエンコード処理が必要となり、全体として大幅なコスト高を招来するという問題が指摘されている。   However, when a high-resolution rotary encoder is used in conjunction with the high-resolution driving of the stepping motor, the slit interval is small, so that a detection error of the slit and a delay of the detection signal occur, and accordingly, advanced encoding processing is performed. It has been pointed out that there is a problem that it is necessary and incurs a large cost as a whole.

本発明は上記した背景の下で創作されたものであって、その主たる目的とするところは、高分解能化及び低コスト化の双方を図ることが可能なステッピングモータの回転角検出装置を提供することにある。   The present invention has been created under the above-described background, and its main object is to provide a rotation angle detection device for a stepping motor capable of achieving both high resolution and low cost. There is.

上記課題を解決するために、本発明のステッピングモータの回転角検出装置は、ステッピングモータの回転角(最小ステップ角:n)を同モータに連結されたロータリーエンコーダ(角度分解能:m)に比べて高精度で検出する装置であって、ロータリーエンコーダのエンコーダ信号をカウントするエンコーダカウンタと、ステッピングモータを動作させるための入力パルス信号をカウントするとともにエンコーダ信号が示すタイミングでリセットする入力パルスカウンタと、エンコーダカウンタのカウント値p及び入力パルスカウンタのカウント値qに基づいてステッピングモータの回転角A(A=p・m+q・n)を演算して出力する角度演算出力部とを備えている。   In order to solve the above problems, the rotation angle detection device for a stepping motor of the present invention has a rotation angle (minimum step angle: n) of the stepping motor compared to a rotary encoder (angle resolution: m) connected to the motor. An encoder that counts encoder signals of a rotary encoder, an input pulse counter that counts input pulse signals for operating a stepping motor, and resets at the timing indicated by the encoder signals And an angle calculation output unit that calculates and outputs the rotation angle A (A = p · m + q · n) of the stepping motor based on the count value p of the counter and the count value q of the input pulse counter.

この発明によると、エンコーダ信号がエンコーダカウンタにてカウントされる一方、入力パルス信号が入力パルスカウンタにてカウントされ、入力パルスカウンタがエンコーダ信号によりリセットされる。エンコーダカウンタと入力パルスカウンタとの両カウント値が角度演算部にて換算して加算され、その結果、ステッピングモータの回転角が求められる。   According to the present invention, the encoder signal is counted by the encoder counter, while the input pulse signal is counted by the input pulse counter, and the input pulse counter is reset by the encoder signal. Both count values of the encoder counter and the input pulse counter are converted and added by the angle calculation unit, and as a result, the rotation angle of the stepping motor is obtained.

このように同装置については、ロータリーエンコーダを用いたステッピングモータの回転角の計測値をステッピングモータの入力パルス信号のカウント値により補間する構成となっているので、ステッピングモータの回転角を同モータに連結されたエンコーダに比べて高精度で検出することが可能になる。そのため、低分解能型のロータリーエンコーダを使用することができ、従来とは異なり高度なエンコード処理が不要になることから、高分解能化及び低コスト化の双方を図ることが可能になる。特に、ステッピングモータを高分解能駆動するに当たり、その角度分割の均等性を保つようにすると、上記効果を一層大きくすることが可能になる。   As described above, the apparatus is configured to interpolate the measurement value of the rotation angle of the stepping motor using the rotary encoder by the count value of the input pulse signal of the stepping motor. It is possible to detect with higher accuracy than a connected encoder. For this reason, a low-resolution rotary encoder can be used, and unlike the conventional case, an advanced encoding process is not required, so that both high resolution and low cost can be achieved. In particular, when the stepping motor is driven at a high resolution, if the uniformity of the angle division is maintained, the above effect can be further increased.

ステッピングモータを双方向に回転させる場合の同装置については、ロータリーエンコーダのエンコーダ信号を回転方向信号が示す方向にカウントするエンコーダカウンタと、ステッピングモータを動作させるための入力パルス信号を回転方向信号が示す方向にカウントするとともに前記エンコーダ信号が示すタイミングでリセットする入力パルスカウンタと、エンコーダカウンタのカウント値p及び前記入力パルスカウンタのカウント値qに基づいてステッピングモータの回転角α(α=p・m+q・n)を演算して出力する角度演算出力部とを備えた構成にすると良い。   For the same device for rotating the stepping motor in both directions, the rotation direction signal indicates the encoder counter that counts the encoder signal of the rotary encoder in the direction indicated by the rotation direction signal, and the input pulse signal for operating the stepping motor. An input pulse counter that counts in the direction and resets at a timing indicated by the encoder signal, and a rotation angle α (α = p · m + q ·) of the stepping motor based on the count value p of the encoder counter and the count value q of the input pulse counter It may be configured to include an angle calculation output unit that calculates and outputs n).

この発明によると、エンコーダカウンタ及び入力パルスカウンタにおいて、ステッピングモータの回転方向に応じた正負方向にカウントされる点のみが上記装置と異なるだけで、上記装置と全く同様の作用効果を有する。   According to the present invention, the encoder counter and the input pulse counter have exactly the same operational effects as the above apparatus except that the encoder counter and the input pulse counter are different from the above apparatus only in that they are counted in the positive and negative directions according to the rotation direction of the stepping motor.

ステッピングモータの回転の異常又は同モータの緊急停止指令を示すエラー信号を利用する場合の同装置については、次のような入力パルスカウンタを用いると良い。即ち、入力パルス信号を上記の通りにカウントすることに加えて、エラー信号がアクティブになったタイミングで入力パルス信号のカウントを停止し、カウント値をエラー信号が非アクティブに戻るまで保持し、その後、カウント値からカウントを再開する機能を有した構成にする。   The following input pulse counter may be used for the apparatus in the case of using an error signal indicating an abnormal rotation of the stepping motor or an emergency stop command of the motor. That is, in addition to counting the input pulse signal as described above, the counting of the input pulse signal is stopped at the timing when the error signal becomes active, and the count value is held until the error signal returns to inactive. The configuration has a function of resuming counting from the count value.

この下位概念の発明によると、エラー信号がアクティブになると、入力パルスカウンタのカウントが停止することから、ステッピングモータの回転が停止している状態で入力パルス信号が入力されても、そのカウント値が変化せず保持される。その後、エラー信号が非アクティブになると、保持されたカウント値からカウントが再開される。   According to the invention of this subordinate concept, when the error signal becomes active, the count of the input pulse counter stops. Therefore, even if the input pulse signal is input while the rotation of the stepping motor is stopped, the count value is Retained unchanged. Thereafter, when the error signal becomes inactive, the count is restarted from the held count value.

よって、ステッピングモータの脱調やオーバヒート等により又は機械駆動系の緊急停止等により、同モータがモータ制御とは無関係に停止した場合でもっても、同モータの回転角の検出に誤差が生じることがなく、この点で高性能化を図ることが可能になる。   Therefore, even when the motor stops due to stepping motor out-of-step or overheating, or due to an emergency stop of the machine drive system, an error may occur in the detection of the rotation angle of the motor. In this respect, it is possible to improve performance.

本発明の実施の形態に係るステッピングモータの回転角検出装置のブロック図である。It is a block diagram of the rotation angle detection device of the stepping motor according to the embodiment of the present invention. 同装置の通常時の動作を説明するための主要信号のタイミングチャートである。3 is a timing chart of main signals for explaining the normal operation of the apparatus. 同装置の異常発生時の動作を説明するための主要信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of the main signal for demonstrating operation | movement at the time of abnormality occurrence of the apparatus.

以下、本発明の実施の形態に係るステッピングモータの回転角検出装置(以後、単に回転角検出装置と称する。)を図1乃至図3を参照して説明する。   A stepping motor rotation angle detection device (hereinafter simply referred to as a rotation angle detection device) according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

ここに例として挙げる回転角検出装置Aは、図1に示すようにステッピングモータBを用いたサーボモータの構成部品として使用されており、ステッピングモータBの回転角(基本ステップ角:n)を検出し、この検出結果をフィードバック値としてホストEに出力するようになっている。   The rotation angle detection device A exemplified here is used as a component of a servo motor using a stepping motor B as shown in FIG. 1, and detects the rotation angle (basic step angle: n) of the stepping motor B. The detection result is output to the host E as a feedback value.

まず、回転角検出装置Aの構成を詳しく説明する前に、ホストE、ドライバD、ステッピングモータB及びロータリーエンコーダCについて簡単に説明する。   First, before describing the configuration of the rotation angle detection device A in detail, the host E, the driver D, the stepping motor B, and the rotary encoder C will be briefly described.

ホストEについては、ステッピングモータBの駆動を負帰還制御する等の機能を有したサーボ制御装置であり、ステッピングモータBを制御するために入力パルス信号b及び回転方向信号cを生成するとともに、ステッピングモータBの回転の異常を示すエラー信号d1を生成している。なお、ホストEにはサーボモータの駆動系に設けられた異常検出用の各種センサや異常報知用のスイッチ等に生成されたステッピングモータBの緊急停止指令であるエラー信号d2が入力されている。   The host E is a servo control device having a function such as negative feedback control of the driving of the stepping motor B. The host E generates the input pulse signal b and the rotation direction signal c to control the stepping motor B, and the stepping motor B An error signal d1 indicating an abnormality in the rotation of the motor B is generated. The host E is supplied with an error signal d2 that is an emergency stop command for the stepping motor B generated by various sensors for detecting an abnormality provided in the drive system of the servo motor, an abnormality notification switch, and the like.

入力パルス信号bはステッピングモータBの回転駆動に関する指令パルス信号であり、本実施形態では、ステッピングモータBに固有の基本ステップ角NをM分割した微小角度(基本ステップ角:n=N/M)単位でステッピングモータBを高分解駆動させるための1/M分割の高分解能パルスとなっている。即ち、ホストEはステッピングモータBの角度分割の均等性が保たれるようにステッピングモータBを高分解能駆動させている。例えば、ステッピングモータBが2相ステッピングモータである場合、基本ステップ角Nがフルステップで1.8°となる。そして分割数Mを1000とすると、ステッピングモータBを高分解能駆動させる際の基本ステップ角nは0.0018°となる。   The input pulse signal b is a command pulse signal relating to the rotational drive of the stepping motor B. In this embodiment, the basic step angle N unique to the stepping motor B is divided into M (basic step angle: n = N / M). This is a 1 / M divided high resolution pulse for driving the stepping motor B in high resolution. That is, the host E drives the stepping motor B with high resolution so that the angular division uniformity of the stepping motor B is maintained. For example, when the stepping motor B is a two-phase stepping motor, the basic step angle N is 1.8 ° at a full step. When the division number M is 1000, the basic step angle n when the stepping motor B is driven with high resolution is 0.0018 °.

回転方向信号cはステッピングモータBの回転方向に関する指令デジタル信号である。エラー信号d1はホストEがステッピングモータB等の脱調、脱調兆候又はオーバヒート等の異常を検出した場合にその検出結果を回転角検出装置Aに知らせる信号である。   The rotation direction signal c is a command digital signal regarding the rotation direction of the stepping motor B. The error signal d1 is a signal for informing the rotation angle detection device A of the detection result when the host E detects an abnormality such as step out of the stepping motor B, an indication of step out, or overheating.

ドライバDについては、入力パルス信号b及び回転方向信号cを入力としてステッピングモータBを回転させるためのモータドライブ励磁信号gを生成する周知のステッピングモータ駆動装置であり、入力パルス信号bを分周する分周器40と、分周された信号を回転方向信号cが示す相回転方向に相分配する相分配回路50と、相分配された信号を各々電流増幅してモータドライブ励磁信号gを生成するモータドライブ回路60とを有している。   The driver D is a well-known stepping motor driving device that generates a motor drive excitation signal g for rotating the stepping motor B with the input pulse signal b and the rotation direction signal c as inputs, and divides the input pulse signal b. A frequency divider 40, a phase distribution circuit 50 that distributes the divided signal in the phase rotation direction indicated by the rotation direction signal c, and a current amplification of each of the phase-distributed signals to generate a motor drive excitation signal g. And a motor drive circuit 60.

ステッピングモータBについては、本実施形態では2相ステッピングモータを用いており、同モータのシャフトの片側にロータリーエンコーダCが連結されている。   As for the stepping motor B, a two-phase stepping motor is used in this embodiment, and a rotary encoder C is connected to one side of the shaft of the motor.

ロータリーエンコーダCについては、ステッピングモータBの回転の機械的変位量を電気信号に変換する回転角センサであり、ステッピングモータBに連結されたディスクc1と、ディスクc1の面上に等間隔に周方向に沿って形成されたスリットc2と、ディスクc1に対向配置された発光素子c3と、発光素子c3から出力された光をスリットc2を介して受光してエンコーダ信号aを生成する受光素子c4とを有している。   The rotary encoder C is a rotation angle sensor that converts the mechanical displacement amount of the rotation of the stepping motor B into an electrical signal, and the circumferential direction of the disk c1 connected to the stepping motor B and the surface of the disk c1 at equal intervals. , A light emitting element c3 disposed opposite to the disk c1, and a light receiving element c4 that receives the light output from the light emitting element c3 through the slit c2 and generates an encoder signal a. Have.

本実施形態ではスリットc2の数をステッピングモータBの相数の整数倍の値としている。ホストEにおける制御上のモータ角度変位の処理を専ら容易にするためである。例えば、スリットc2の数を200とすると、ステッピングモータBが1回転したとき200個のパルス列がエンコーダ信号aとして出力されることから、ロータリーエンコーダCの角度分解能mは360°/200=1.8°となる。   In the present embodiment, the number of slits c2 is set to a value that is an integral multiple of the number of phases of the stepping motor B. This is for the purpose of facilitating the processing of the motor angular displacement for control in the host E exclusively. For example, if the number of slits c2 is 200, 200 pulse trains are output as the encoder signal a when the stepping motor B makes one rotation, and therefore the angular resolution m of the rotary encoder C is 360 ° / 200 = 1.8. °.

次に回転角検出装置Aの構成を説明する。回転角検出装置Aについては、ステッピングモータBの回転角をロータリーエンコーダCに比べて高精度で検出する装置であって、ロータリーエンコーダCのエンコーダ信号aを回転方向信号cが示す方向にカウントするエンコーダカウンタ10と、ステッピングモータBを動作させるための入力パルス信号bを回転方向信号cが示す方向にカウントするとともにエンコーダ信号aが示すタイミングでリセットする入力パルスカウンタ20と、エンコーダカウンタ10のカウント値p及び入力パルスカウンタ20のカウント値qに基づいてステッピングモータBの回転角α(α=p・m+q・n)を演算して位置情報信号fとして出力する角度演算出力部30とを備えている。   Next, the configuration of the rotation angle detector A will be described. The rotation angle detection device A is a device that detects the rotation angle of the stepping motor B with higher accuracy than the rotary encoder C, and counts the encoder signal a of the rotary encoder C in the direction indicated by the rotation direction signal c. The counter 10, the input pulse signal 20 for operating the stepping motor B is counted in the direction indicated by the rotation direction signal c, and reset at the timing indicated by the encoder signal a, and the count value p of the encoder counter 10 And an angle calculation output unit 30 that calculates the rotation angle α (α = p · m + q · n) of the stepping motor B based on the count value q of the input pulse counter 20 and outputs it as a position information signal f.

エンコーダカウンタ10については、エンコーダ信号a及び回転方向信号cを入力とした正負カウンタであり、そのカウンタ値pを角度演算出力部30に出力するとともに、エンコーダ信号aに関連してクリア信号eを生成して入力パルスカウンタ20に出力している。   The encoder counter 10 is a positive / negative counter that receives the encoder signal a and the rotation direction signal c, outputs the counter value p to the angle calculation output unit 30, and generates a clear signal e in relation to the encoder signal a. And output to the input pulse counter 20.

本実施形態では、回転方向信号cがHレベルを示すときは(ステッピングモータBの正転指令を意味する)、エンコーダ信号aのパルスが入力される度にカウントアップする一方、回転方向信号cがLレベルを示すときは(ステッピングモータBの逆転指令を意味する)、エンコーダ信号aのパルスが入力される度にカウントダウンする。また、クリア信号eについては、エンコーダ信号aの立ち上がったことを示す信号となっている。   In the present embodiment, when the rotation direction signal c indicates the H level (meaning a forward rotation command of the stepping motor B), the count is incremented every time a pulse of the encoder signal a is input, while the rotation direction signal c is When the L level is indicated (which means a reverse rotation command for the stepping motor B), the countdown is performed every time a pulse of the encoder signal a is input. The clear signal e is a signal indicating that the encoder signal a has risen.

入力パルスカウンタ20については、入力パルス信号b、回転方向信号c及びクリア信号eを入力としたM進の正負カウンタであり、そのカウンタ値qを角度演算出力部30に出力するとともに、クリア信号aがアクティブになったタイミングでリセットするようになっている。また、入力パルス信号b、回転方向信号c及びクリア信号eに加えて、エラー信号d1及びエラー信号d2が入力されており、同信号に従ってカウンタ値qが保持されるようになっている。   The input pulse counter 20 is an M-ary positive / negative counter that receives the input pulse signal b, the rotation direction signal c, and the clear signal e. The counter value q is output to the angle calculation output unit 30 and the clear signal a It will be reset when becomes active. In addition to the input pulse signal b, the rotation direction signal c, and the clear signal e, an error signal d1 and an error signal d2 are input, and the counter value q is held according to the signals.

本実施形態では、エラー信号d1、エラー信号d2が何れもLレベル(異常なしを示している)である状態では、回転方向信号cがHレベルを示すときは入力パルス信号bのパルスが入力される度にカウントアップする一方、回転方向信号cがLレベルを示すときは入力パルス信号bのパルスが入力される度にカウントダウンするようになっている。また、エラー信号d1、エラー信号d2の少なくとも一方がHレベル(異常ありを示している)である状態では、同信号が立ち上がったタイミングでカウント値qを保持し、たとえ入力パルス信号bのパルスが入力されてもカウント値qが変化しないようになっている。   In this embodiment, when both the error signal d1 and the error signal d2 are at the L level (indicating no abnormality), the pulse of the input pulse signal b is input when the rotation direction signal c indicates the H level. On the other hand, when the rotation direction signal c indicates the L level, the countdown is performed every time the pulse of the input pulse signal b is input. When at least one of the error signal d1 and the error signal d2 is at the H level (indicating that there is an abnormality), the count value q is held at the timing when the signal rises, and the pulse of the input pulse signal b is The count value q does not change even if it is input.

なお、エンコーダカウンタ10のカウント値pと入力パルスカウンタ20のカウント値qとの相関を合わせるために、ステッピングモータBの回転角度が基準位置に一致した状態でエンコーダカウンタ10及びクロックカウンタ20を0クリアしている。 In order to match the correlation between the count value p of the encoder counter 10 and the count value q of the input pulse counter 20, the encoder counter 10 and the clock counter 20 are cleared to 0 with the rotation angle of the stepping motor B matching the reference position. is doing.

角度演算出力部30については、エンコーダカウンタ10のカウント値p及び入力パルスカウンタ20のカウント値qを入力としてステッピングモータBの回転角α(α=p・m+q・n)を演算する乗算加算器であり、その演算結果を位置情報信号fとしてホストEに常時出力するようになっている。例えば、上記例のとおりに基本ステップ角nが0.0018°、角度分解能mが1.8°であるとし、エンコーダカウンタ10のカウント値pが10、入力パルスカウンタ20のカウント値qが10000であるとすると、ステッピングモータBの回転角αは10×1.8+10000×0.0018=32.0000°となる。   The angle calculation output unit 30 is a multiplication adder that calculates the rotation angle α (α = p · m + q · n) of the stepping motor B with the count value p of the encoder counter 10 and the count value q of the input pulse counter 20 as inputs. The calculation result is always output to the host E as the position information signal f. For example, as in the above example, the basic step angle n is 0.0018 ° and the angular resolution m is 1.8 °, the count value p of the encoder counter 10 is 10, and the count value q of the input pulse counter 20 is 10,000. If there is, the rotation angle α of the stepping motor B is 10 × 1.8 + 10000 × 0.0018 = 32.0000 °.

上記のように構成された回転角検出装置Aの動作について図2及び図3を参照して説明する。但し、図2及び図3は、説明の都合上、スリット間パルス数MC(MC=rp/sl, rp:ステッピングモータMの1回転に要する入力パルス信号bのパルス数, sl: ロータリーエンコーダCに形成されたスリットc2の数)が10として描かれている。   The operation of the rotation angle detection device A configured as described above will be described with reference to FIGS. 2 and 3, for convenience of explanation, the number of pulses between slits MC (MC = rp / sl, rp: the number of pulses of the input pulse signal b required for one rotation of the stepping motor M, sl: the rotary encoder C The number of slits c2 formed) is drawn as 10.

まず、ホストEから出力された入力パルス信号b及び回転方向信号cに従ってステッピングモータBが駆動して正転すると、図2に示すようにエンコーダカウンタ10及び入力パルスカウンタ20がカウントアップする。例えば、時間t1では、エンコーダカウンタ10のカウント値pが(r)、入力パルスカウンタ20のカウント値qが5であることから、ステッピングモータBの回転角αが(r)・m+5・nの演算値となり、この演算値が位置情報信号fとしてホストEに転送される。   First, when the stepping motor B is driven in the forward direction according to the input pulse signal b and the rotation direction signal c output from the host E, the encoder counter 10 and the input pulse counter 20 count up as shown in FIG. For example, at time t1, since the count value p of the encoder counter 10 is (r) and the count value q of the input pulse counter 20 is 5, the rotation angle α of the stepping motor B is calculated as (r) · m + 5 · n. The calculated value is transferred to the host E as the position information signal f.

その後、入力パルス信号bのパルス入力が中止されると、ステッピングモータBが停止する。これに伴って、エンコーダカウンタ10及び入力パルスカウンタ20のカウントアップが停止して、各カウント値が保持される。例えば、時間t2ではエンコーダカウンタ10のカウント値pが(r+1)、入力パルスカウンタ20のカウント値qが7であることから、ステッピングモータBの回転角αは(r+1)・m+7・nの演算値となる。   Thereafter, when the pulse input of the input pulse signal b is stopped, the stepping motor B is stopped. Along with this, the count-up of the encoder counter 10 and the input pulse counter 20 is stopped, and each count value is held. For example, since the count value p of the encoder counter 10 is (r + 1) and the count value q of the input pulse counter 20 is 7 at time t2, the rotation angle α of the stepping motor B is the calculated value of (r + 1) · m + 7 · n. It becomes.

時間t3にて、ホストEから出力された入力パルス信号b及び回転方向信号cに従ってステッピングモータBが駆動して逆転すると、エンコーダカウンタ10及び入力パルスカウンタ20がカウントダウンする。例えば、時間t4では、エンコーダカウンタ10のカウント値pが(r)、入力パルスカウンタ20のカウント値qが8(入力パルスカウンタ20のリセット時に回転方向信号cが逆転を示しているので、カウンタ値qが負となり、図中2の補数で表示していることから−2に等しい)であることから、ステッピングモータBの回転角αは(r)・m−2・nの演算値となる。   At time t3, when the stepping motor B is driven in reverse according to the input pulse signal b and the rotation direction signal c output from the host E, the encoder counter 10 and the input pulse counter 20 count down. For example, at time t4, the count value p of the encoder counter 10 is (r) and the count value q of the input pulse counter 20 is 8 (the rotation direction signal c indicates reverse rotation when the input pulse counter 20 is reset. Since q is negative and is represented by 2's complement in the figure, it is equal to -2, and therefore the rotation angle α of the stepping motor B is an arithmetic value of (r) · m−2 · n.

また、ステッピングモータBが正転している状態で、図3に示すように時間t5にてエラー信号d1又はd2がアクティブ(Hレベル)になると、入力パルスカウンタ20のカウントアップが入力パルス信号bに関係なく停止し、そのカウント値qが保持される。エラー信号d1又はd2がアクティブになった時点でホストEによりステッピングモータBが停止されることから、エンコーダカウンタ10のカウント値pが依然として保持される。例えば、時間t6では、エンコーダカウンタ10のカウント値pが(r)、入力パルスカウンタ20のカウント値qが6であることから、ステッピングモータBの回転角αは(r)・m+6・nの演算値となる。   When the error signal d1 or d2 becomes active (H level) at time t5 as shown in FIG. 3 while the stepping motor B is rotating forward, the input pulse counter 20 counts up the input pulse signal b. The count value q is held regardless of whether or not the operation is stopped. Since the stepping motor B is stopped by the host E when the error signal d1 or d2 becomes active, the count value p of the encoder counter 10 is still held. For example, at time t6, since the count value p of the encoder counter 10 is (r) and the count value q of the input pulse counter 20 is 6, the rotation angle α of the stepping motor B is calculated as (r) · m + 6 · n. Value.

時間t7にてエラー信号d1又はd2が非アクティブ(Lレベル)になると、エンコーダカウンタ10及び入力パルスカウンタ20のカウントアップが再開され、その後は上記と全く同様の動作となる。   When the error signal d1 or d2 becomes inactive (L level) at time t7, the count-up of the encoder counter 10 and the input pulse counter 20 is restarted, and thereafter the operation is exactly the same as described above.

このように回転角検出装置Aによると、ステッピングモータBの回転角αをロータリーエンコーダCに比べて高精度で検出することができることから、ロータリーエンコーダCとして低分解能型のものを使用することができる。同装置の構成が非常にシンプルであるだけでなく、従来とは異なりホストEにおいて高度なエンコード処理が不要であることから、高分解能化及び低コスト化の双方を図ることが可能になる。特に、ステッピングモータBを高分解能駆動するに当たりその角度分割の均等性を保つようにされているので、ステッピングモータBの回転角αの検出精度が非常に高いというメリットがある。しかもステッピングモータAの脱調等の異常に伴ってステッピングモータBが停止し、その後に同モータの駆動を正常に復帰させる際、特別な設定を行うことなく、ステッピングモータBの回転角αの検出を引き続き再開できることからこの面でも高性能化を図ることが可能である。   As described above, according to the rotation angle detection device A, the rotation angle α of the stepping motor B can be detected with higher accuracy than the rotary encoder C. Therefore, a low-resolution type rotary encoder C can be used. . Not only the configuration of the apparatus is very simple, but also unlike the conventional case, since the host E does not require an advanced encoding process, both high resolution and low cost can be achieved. In particular, when the stepping motor B is driven at a high resolution, the uniformity of the angle division is maintained, so that there is an advantage that the detection accuracy of the rotation angle α of the stepping motor B is very high. In addition, when the stepping motor B stops due to an abnormality such as a step-out of the stepping motor A and then the drive of the motor is returned to normal, the rotation angle α of the stepping motor B is detected without any special setting. Since this can be resumed, it is possible to improve the performance in this respect as well.

なお、本発明に係るステッピングモータの回転角検出装置については、サーボモータだけの適用に止まらず、ステッピングモータの回転角を検出することが必要とされる装置等にも同様に適用可能である。ステッピングモータやロータリーエンコーダの種類等が上記実施形態に限定されることがないのは当然であり、同装置をロータリーエンコーダ、ホスト又はドライバと別体にするのではなく、その構成部の全部又はその一部をロータリーエンコーダ、ホスト又はドライバ等に組み込んで利用する形態であっても良い。また、ステッピングモータの回転が一方向である形態であっても回転方向信号を使用しないだけで上記と全く同様に同モータの回転角を検出可能である。   The stepping motor rotation angle detection device according to the present invention is not limited to the application of only a servo motor, but can be similarly applied to a device that needs to detect the rotation angle of a stepping motor. Of course, the types of stepping motors and rotary encoders are not limited to the above-described embodiments, and the apparatus is not separated from the rotary encoder, host, or driver, but all of the components or the components thereof. A form may be used in which a part is incorporated in a rotary encoder, a host, a driver, or the like. Even if the rotation of the stepping motor is unidirectional, the rotation angle of the motor can be detected in the same manner as described above only by not using the rotation direction signal.

エンコーダカウンタについては、ロータリーエンコーダのエンコーダ信号をカウントしてステッピングモータの回転角を低精度で検出することが可能である限り、その構成が問われない。ロータリーエンコーダが多相出力型であれば、位相の異なるエンコーダ信号での位相差を検出して回転方向信号を作成してこれを利用しても良い。   The encoder counter is not particularly limited as long as it can count the encoder signal of the rotary encoder and detect the rotation angle of the stepping motor with low accuracy. If the rotary encoder is a multi-phase output type, a rotational direction signal may be generated by detecting a phase difference between encoder signals having different phases, and this may be used.

入力パルスカウンタについては、ステッピングモータを動作させるための入力パルス信号をカウントするとともにエンコーダ信号が示すタイミングでリセットする機能を有する限り、その構成が問われない。   The configuration of the input pulse counter is not limited as long as it has a function of counting an input pulse signal for operating the stepping motor and resetting at a timing indicated by the encoder signal.

角度演算出力部については、エンコーダカウンタのカウント値p及び入力パルスカウンタのカウント値qに基づいてステッピングモータの回転角α(α=p・m+q・n)を演算して出力する機能を有する限り、その構成が問われない。   As for the angle calculation output unit, as long as it has a function of calculating and outputting the rotation angle α (α = p · m + q · n) of the stepping motor based on the count value p of the encoder counter and the count value q of the input pulse counter, The configuration is not questioned.

A 回転角検出装置
10 エンコーダカウンタ
20 入力パルスカウンタ
30 角度演算出力部
B ステッピングモータ
C ロータリーエンコーダ
D ドライバ
E ホスト
A rotation angle detector 10 encoder counter 20 input pulse counter 30 angle calculation output section B stepping motor C rotary encoder D driver E host

Claims (3)

ステッピングモータの回転角(最小ステップ角:n)を同モータに連結されたロータリーエンコーダ(角度分解能:m)に比べて高精度で検出する装置であって、前記ロータリーエンコーダのエンコーダ信号をカウントするエンコーダカウンタと、前記ステッピングモータを動作させるための入力パルス信号をカウントするとともに前記エンコーダ信号が示すタイミングでリセットする入力パルスカウンタと、前記エンコーダカウンタのカウント値p及び前記入力パルスカウンタのカウント値qに基づいて前記ステッピングモータの回転角α(α=p・m+q・n)を演算して出力する角度演算出力部とを備したことを特徴とするステッピングモータの回転角検出装置。   An apparatus for detecting a rotation angle (minimum step angle: n) of a stepping motor with higher accuracy than a rotary encoder (angle resolution: m) connected to the motor, and counting an encoder signal of the rotary encoder Based on a counter, an input pulse signal that counts an input pulse signal for operating the stepping motor and resets at a timing indicated by the encoder signal, a count value p of the encoder counter, and a count value q of the input pulse counter And an angle calculation output unit for calculating and outputting the rotation angle α (α = p · m + q · n) of the stepping motor. ステッピングモータの回転角(最小ステップ角:n)を同モータに連結されたロータリーエンコーダ(角度分解能:m)に比べて高精度で検出する装置であって、前記ロータリーエンコーダのエンコーダ信号を回転方向信号が示す方向にカウントするエンコーダカウンタと、前記ステッピングモータを動作させるための入力パルス信号を前記回転方向信号が示す方向にカウントするとともに前記エンコーダ信号が示すタイミングでリセットする入力パルスカウンタと、前記エンコーダカウンタのカウント値p及び前記入力パルスカウンタのカウント値qに基づいて前記ステッピングモータの回転角α(α=p・m+q・n)を演算して出力する角度演算出力部とを備したことを特徴とするステッピングモータの回転角検出装置。   A device for detecting a rotation angle (minimum step angle: n) of a stepping motor with higher accuracy than a rotary encoder (angular resolution: m) connected to the motor, wherein the encoder signal of the rotary encoder is a rotation direction signal. An encoder counter that counts in the direction indicated by the input signal, an input pulse counter that counts an input pulse signal for operating the stepping motor in the direction indicated by the rotation direction signal and resets at a timing indicated by the encoder signal, and the encoder counter And an angle calculation output unit that calculates and outputs the rotation angle α (α = p · m + q · n) of the stepping motor based on the count value p of the input pulse and the count value q of the input pulse counter. Stepping motor rotation angle detection device. 請求項1又は2記載のステッピングモータの回転角検出装置において、前記入力パルスカウンタは、前記ステッピングモータの回転の異常又は同モータの緊急停止指令を示すエラー信号がアクティブになったタイミングで前記入力パルス信号のカウントを停止し、当該カウント値を当該エラー信号が非アクティブに戻るまで保持し、その後、当該カウント値からカウントを再開する機能を有したことを特徴とするステッピングモータの回転角検出装置。   3. The stepping motor rotation angle detection device according to claim 1, wherein the input pulse counter receives the input pulse at a timing when an error signal indicating an abnormality in rotation of the stepping motor or an emergency stop command of the stepping motor becomes active. An apparatus for detecting a rotation angle of a stepping motor, which has a function of stopping signal counting, holding the count value until the error signal returns to inactive, and then restarting the count from the count value.
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