JP4962692B2 - アブソリュートエンコーダ、アブソリュートエンコーダの異常検出方法、モータ、ロボットおよび機械装置 - Google Patents
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図3において、回転ディスク1上には等ピッチでそれぞれピッチ数の異なる4組のスリット列2が設けられている。3は磁気センサで、MR素子とバイアス磁石で構成され、スリットピッチと等しいピッチの2相の正弦波を出力する。センサ3からの出力は、位相変調回路4に入力され、位相信号φ0〜φ3に変換される。各位相信号φ0〜φ3は、位相調整部10に入力され、調整後位相信号φ0’、φ1’、φ2’、φ3’に変換される。各調整後位相信号φ0’〜φ3’は、位相差信号生成部5へ入力され、位相信号φ0’との位相差を検出し、それぞれ位相差信号(φ−φ0’)、(φ0’−φ1’)、(φ0’−φ2’)、(φ0’−φ3’)となり、絶対値信号生成部6へ入力され、絶対値信号pを生成していた。
また、アブソリュートエンコーダ単独で、絶対値生成された絶対値信号の全ビットを常時比較し、異常検出するためには異常検出処理回路が肥大化するとともに、アブソリュートエンコーダ内部構成の中での異常要因の特定もできないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、アブソリュートエンコーダの異常検出処理回路の肥大化を防ぎ、絶対値信号の生成過程で異常を検出するとともに、アブソリュートエンコーダ内部の異常箇所を特定し、アブソリュートエンコーダの異常が特定することができる方法を提供することを目的とする。
第1の観点による発明は、スリットピッチ数の異なる複数組のトラックをもつスケールと、前記スケールに対して相対的に移動し、前記スリット位置を検出するための複数組のセンサと、前記センサからの信号を位相信号に変換する位相変調部と、前記位相変調部の出力信号に基づいて、絶対位置を表す絶対値信号を構成する複数のデータビット群を出力する絶対値信号生成部と、を備え、前記複数のデータビット群をつなぎ合わせることで、一定周期ごとに前記絶対値信号を生成するアブソリュートエンコーダにおいて、前記データビット群のつなぎ合わせ部分の特定ビットを記憶する第1メモリと、前記絶対値信号の一周期前に生成された前記データビット群のつなぎ合わせ部分の前記特定ビットを記憶する第2メモリと、前記第1メモリと前記第2メモリにそれぞれ記憶された前記特定ビットを比較して算出した増減量と所定の異常値とを比較する比較演算部と、前記比較演算部が異常と判断したときに異常検出信号を出力する異常検出出力部と、からなる異常検出手段を備えたことを特徴とするものである。
第2の観点による発明は、は、スリットピッチ数の異なる複数組のトラックをもつスケールと、前記スケールと相対的に移動し、前記スリット位置を検出するための複数組のセンサと、前記センサからの信号を位相信号に変換する位相変調部と、前記位相変調部の出力信号に基づいて、絶対位置を表す絶対値信号を構成する複数のデータビット群を出力する絶対値信号生成部と、を備え、前記複数のデータビット群をつなぎ合わせることで、前記絶対値信号を生成するアブソリュートエンコーダにおいて、前記複数のデータビット群のつなぎ合わせ部分の特定ビットをそれぞれ監視する複数の異常検出手段を備え、前記複数の異常検出手段が出力する異常検出の組み合わせに基づいて、内部の異常箇所を特定することを特徴とするものである。
第3の観点による発明は、第1又は第2の観点によるアブソリュートエンコーダを備えたことを特徴とするものである。
第4の観点による発明は、第3の観点によるモータを備えたことを特徴とするものである。
第5の観点による発明は、スリットピッチ数の異なる複数組のトラックをもつスケールと、前記スケールに対して相対的に移動し、前記スリット位置を検出するための複数組のセンサと、前記センサからの信号を位相信号に変換する位相変調部と、前記位相変調部の出力信号に基づいて、絶対位置を表す絶対値信号を構成する複数のデータビット群を出力する絶対値信号生成部と、を備え、前記複数のデータビット群をつなぎ合わせることで、一定周期ごとに絶対値信号を生成するアブソリュートエンコーダにおいて、前記複数のデータビット群のつなぎ合わせ部分の特定ビットを監視する異常検出手段を備え、前記異常検出手段は、前記一定周期毎に、前記データビット群のつなぎ合わせ部分の特定ビットと一周期前に生成された前記データビット群のつなぎ合わせ部分の前記特定ビットとを比較して増減量を算出し、前記増減量を所定の異常値と比較し、前記増減量が前記所定の異常値を超えた場合には異常と判断し、異常検出信号を出力することを特徴とするものである。
第6の観点による発明は、スリットピッチ数の異なる複数組のトラックをもつスケールと、前記スケールと相対的に移動し、前記スリット位置を検出するための複数組のセンサと、前記センサからの信号を位相信号に変換する位相変調部と、前記位相変調部の出力信号に基づいて、絶対位置を表す絶対値信号を構成する複数のデータビット群を出力する絶対値信号生成部と、を備え、前記複数のデータビット群をつなぎ合わせることで、前記絶対値信号を生成するアブソリュートエンコーダにおいて、前記複数のデータビット群のつなぎ合わせ部分の特定ビットをそれぞれ監視する複数の異常検出手段を備え、前記複数の異常検出手段が出力する異常検出の組み合わせに基づいて、内部の異常箇所を特定することを特徴とするものである。
また、絶対値信号生成周期毎に、異常検出機能が働き、確実な異常検出が可能となる。
また、第2、6の観点による発明によると、異常検出には同じ機能の異常検出機能を複数準備すればよく、多段のバーニア構成のために特別な異常検出機能を施す必要がない。
また、アブソリュートエンコーダの異常だけではなく、アブソリュートエンコーダ内部の複数組のセンサ信号の中での異常なセンサが判明することで異常要因が特定でき、メンテナンス、復旧作業を容易にすることができる。
図において、回転ディスク1上には等ピッチでそれぞれピッチ数の異なる4組のスリット列2が設けられている。3は磁気センサで、MR素子とバイアス磁石で構成され、スリットピッチと等しいピッチの2相の正弦波を出力する。センサ3からの出力は、位相変調回路4に入力され、位相信号φ0〜φ3に変換される。各位相信号φ0〜φ3は、位相調整部10に入力され、調整後位相信号φ0’、φ1’、φ2’、φ3’に変換される。各調整後位相信号φ0’〜φ3’は、位相差信号生成部5へ入力され、位相信号φ0’との位相差を検出し、それぞれ位相差信号(φ−φ0’)、(φ0’−φ1’)、(φ0’−φ2’)、(φ0’−φ3’)となり、絶対値信号生成部6(後述)へ入力され、絶対値信号pを生成することができる。
絶対値信号pは、絶対値信号生成部6(後述)で一定の生成周期ごとに生成され、絶対値信号p(n)が生成されると、絶対値信号p(n)の特定ビットをメモリ11に記憶しておくのと同時に、メモリ12に一周期前に生成された絶対値信号p(n−1)を記憶する。
異常検出出力部15は、前記異常値を超えると異常検出アラームを出力する。
(1)位相信号φ0が回転ディスク1の1回転に128ピッチ、
(2)位相信号φ1が回転ディスク1の1回転に96ピッチ、
(3)位相信号φ2が回転ディスク1の1回転に120ピッチ、
(4)位相信号φ3が回転ディスク1の1回転に127ピッチ、
の場合に生成される絶対値信号pの15ビット(d0〜d14)信号について説明する。
絶対値信号pの15ビット(d0〜d14)信号を構成する各データビット群は、以下のようにつくられる。
(1)下位8ビットd0〜d7は、(φ−φ0’)からつくられる。
(2)d8、d9は、φ0’=128ピッチを1/4した量を(φ0’−φ1’)=(128−96)=32ピッチの信号から減算した値の上位2ビットからつくられる。
(3)d10、d11は、d2〜d9=32ピッチを1/4した量を(φ0’−φ2’)=(128−120)=8ピッチの信号から減算した値の上位2ビットからつくられる。
(4)上位3ビットd12〜d14は、d4〜d11=8ピッチを1/8した量を(φ0’−φ3’)=(128−127)=1ピッチの信号から減算した値の上位3ビットからつくられる。
このように多段のバーニア構成とし、ピッチの位相信号と位相差信号を順次処理することで、d0からd14まで15ビットの絶対値信号pがつくられる。
このことにより、バーニア構成のつなぎ合わせ部分を監視するだけで、異常検出ができ、各つなぎ合わせ部分は複数組の各センサで生成していることから、どのつなぎ合わせ部分かを判定すれば、アブソリュートエンコーダの異常箇所の特定も可能となる。
各スリット列間の位相関係は、各スリットの加工精度、磁気センサの組立精度によって決まり、位相調整部10によって電気的に補正することで、絶対値信号生成における信号処理の位相余裕を確保している。
調整された位相関係においては、バーニア構成の各つなぎ合わせ部分(d6〜d8)、(d8〜d10)、(d10〜d12)は+1毎(または−1毎)の直線的に変化するが、磁気センサ自体の故障や磁気センサとの接続ケーブルの断線、ハードウエアの故障などで、原信号である正弦波が正常でなくなると、位相関係が大きくずれてバーニア構成の各つなぎ合わせ部分(d6〜d8)、(d8〜d10)、(d10〜d12)が大きく変化する現象が起こる。
と異常箇所が特定できる。
本実施例によれば、アブソリュートエンコーダ単独の異常が特定できるため、アブソリュートエンコーダの通信異常、モータ制御プログラム異常、モータパワーアンプの異常、モータ本体の異常、接続ケーブルの異常など多岐にわたる異常要因の中にアブソリュートエンコーダ単独の異常が含まることがなく、アブソリュートエンコーダ単独異常発生時の原因特定が容易となる。原因特定が容易となれば、システム停止時間が短縮されるので、装置ダウン時間短縮に貢献することとなる。
なお、モータ単体に限らず、当該モータ組み込んだロボットその他の機械装置全般ついても、同様の効果を得ることができる。
2 格子パターン
3 センサ
4 位相変調部
5 デジタル変換部
6 絶対値信号生成部
7 発振器
8 分周器
9 PLL回路
10 位相調整部
11、12 メモリ
13 比較演算部
14 異常値設定部
15 異常検出出力部
20 15ビット絶対値信号
21 φ1の異常検出ビット
22 φ1,φ2の異常検出ビット
23 φ1,φ2,φ3の異常検出ビット
Claims (6)
- スリットピッチ数の異なる複数組のトラックをもつスケールと、
前記スケールに対して相対的に移動し、前記スリット位置を検出するための複数組のセンサと、
前記センサからの信号を位相信号に変換する位相変調部と、
前記位相変調部の出力信号に基づいて、絶対位置を表す絶対値信号を構成する複数のデータビット群を出力する絶対値信号生成部と、
を備え、
前記複数のデータビット群をつなぎ合わせることで、一定周期ごとに前記絶対値信号を生成するアブソリュートエンコーダにおいて、
前記データビット群のつなぎ合わせ部分の特定ビットを記憶する第1メモリと、
前記絶対値信号の一周期前に生成された前記データビット群のつなぎ合わせ部分の前記特定ビットを記憶する第2メモリと、
前記第1メモリと前記第2メモリにそれぞれ記憶された前記特定ビットを比較して算出した増減量と所定の異常値とを比較することで、前記位相信号の位相関係の崩れによるアブソリュートエンコーダ単独の異常を検出する比較演算部と、
前記比較演算部が異常と判断したときに異常検出信号を出力する異常検出出力部と、
を有する異常検出手段を備えた、アブソリュートエンコーダ。 - 前記複数のデータビット群の2以上のつなぎ合わせ部分の特定ビットをそれぞれ監視する複数の前記異常検出手段を有し、
前記複数の異常検出手段が出力する1の異常検出信号又は複数の異常検出信号の組み合わせに基づいて、アブソリュートエンコーダ内部の異常箇所を特定可能な、請求項1記載のアブソリュートエンコーダ。 - 請求項1又は2記載のアブソリュートエンコーダを備え、
前記異常検出信号によりアブソリュートエンコーダ単独の異常を特定可能な、モータ。 - 請求項3記載のモータを備え、
前記異常検出信号によりアブソリュートエンコーダ単独の異常を特定可能な、ロボット。 - 請求項3記載のモータを備え、
前記異常検出信号によりアブソリュートエンコーダ単独の異常を特定可能な、機械装置。 - スリットピッチ数の異なる複数組のトラックをもつスケールと、
前記スケールに対して相対的に移動し、前記スリット位置を検出するための複数組のセンサと、
前記センサからの信号を位相信号に変換する位相変調部と、
前記位相変調部の出力信号に基づいて、絶対位置を表す絶対値信号を構成する複数のデータビット群を出力する絶対値信号生成部と、
を備え、
前記複数のデータビット群をつなぎ合わせることで、一定周期ごとに絶対値信号を生成するアブソリュートエンコーダにおいて、
前記複数のデータビット群のつなぎ合わせ部分の特定ビットを監視する異常検出手段を備え、
前記異常検出手段は、
前記一定周期毎に、前記データビット群のつなぎ合わせ部分の特定ビットと一周期前に生成された前記データビット群のつなぎ合わせ部分の前記特定ビットとを比較して増減量を算出し、
前記増減量を所定の異常値と比較し、
前記増減量が前記所定の異常値を超えた場合に、前記位相信号の位相関係の崩れによるアブソリュートエンコーダ単独の異常と判断し、
異常検出信号を出力する、アブソリュートエンコーダの異常検出方法。
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