JP5999584B2 - エンコーダ、エンコーダ付きモータ、サーボシステム - Google Patents
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Description
<1−1.サーボシステム>
まず、図1を参照しつつ、本実施形態に係るサーボシステムの構成について説明する。図1に示すように、サーボシステムSは、サーボモータSMと、制御装置CTとを有する。サーボモータSMは、エンコーダ100と、モータMとを有する。
次に、本実施形態に係るエンコーダ100について説明する。図2に示すように、エンコーダ100は、ディスク110と、光学モジュール120と、位置データ生成部130とを有する。
ディスク110は、図3に示すように円板状に形成され、ディスク中心Oが軸心AXとほぼ一致するように配置される。ディスク110は、モータMのシャフトSHに連結され、シャフトSHの回転により回転する。なお、本実施形態では、モータMの回転を測定する被測定対象の例として、円板状のディスク110を例に挙げて説明するが、例えば、シャフトSHの端面などの他の部材を被測定対象として使用することも可能である。また、図2に示す例では、ディスク110がシャフトSHに直接連結されているが、ハブ等の連結部材を介して連結されてもよい。
光学検出機構は、スリットトラックSA1,SA2,SI1,SI2と光学モジュール120とを有する。各スリットトラックは、ディスク110の上面にディスク中心Oを中心としたリング状に配置されたトラックとして形成される。各スリットトラックは、トラックの全周にわたって、測定方向Cに沿って並べられた複数の反射スリット(図4における斜線ハッチング部分)を有する。1つ1つの反射スリットは、光源121から照射された光を反射する。
ディスク110は、例えば金属等の光を反射する材質により形成される。そして、ディスク110の表面における光を反射させない部分に反射率の低い材質(例えば酸化クロム等)を塗布等により配置することで、配置されない部分に反射スリットが形成される。なお、光を反射させない部分をスパッタリング等により粗面として反射率を低下させることで、反射スリットが形成されてもよい。
光学モジュール120は、図2及び図5に示すように、ディスク110と平行な一枚の基板BAとして形成される。これにより、エンコーダ100を薄型化したり、光学モジュール120の製造を容易にすることが可能である。従って、ディスク110の回転に伴い、光学モジュール120は、スリットトラックSA1,SA2,SI1,SI2に対して測定方向Cで相対移動する。なお、光学モジュール120は必ずしも一枚の基板BAとして構成される必要はなく、各構成が複数の基板として構成されてもよい。この場合、それらの基板が集約して配置されていればよい。また、光学モジュール120は基板状でなくともよい。
ε=(2G−Δd)/(G−Δd) …(式1)
位置データ生成部130は、モータMの絶対位置を測定するタイミングにおいて、光学モジュール120から、絶対位置を表すビットパターンをそれぞれ備えた2つのアブソリュート信号と、位相が90°ずつズレる4つの信号を含む高インクリメンタル信号及び低インクリメンタル信号とを取得する。そして、位置データ生成部130は、取得した信号に基づいて、これらの信号が表すモータMの絶対位置を算出し、算出した絶対位置を表す位置データを制御装置CTに出力する。
本実施形態では、複数のスリットトラックが、他のインクリメンタルパターンとピッチの異なるインクリメンタルパターンを有するスリットトラックSI1を有し、受光アレイPI1は、スリットトラックSI1で反射した光を受光するように構成される。つまり、エンコーダ100は、ピッチの異なるインクリメンタルパターンを各々有する複数種類のスリットトラックを有し、それらを受光するように構成された複数の受光アレイを有する。これにより、上述した積上げ方式により高分解能な絶対位置を表す位置データを生成することが可能となるので、高い分解能を実現することができる。
なお、図8においては乱反射成分の各矢印の長さが強度の大きさを示している。図8に示す例では、凸部112は、上面112aと、上面112aの周囲を取り囲む傾斜した側面112bとを有する。上面112aは比較的平坦な形状を有するので、斜め上方(この例ではY軸方向正側且つZ軸方向正側)からの入射光が照射される面積は大きいが、側面112bは傾斜しているので入射光が照射される面積は小さい。このため、入射光により生じる乱反射成分の強度は、図8に示すように、上面112aにより散乱される前方散乱成分Lf、上方散乱成分Lu、及び後方散乱成分Lbは相対的に大きく、側面112bによって周囲方向に散乱する側方散乱成分Lsは相対的に小さくなる。また、前方散乱成分Lf、上方散乱成分Lu、後方散乱成分Lbのうち、正反射方向に散乱する前方散乱成分Lfの強度が最も大きくなり、上方へ散乱する上方散乱成分Lu及び入射光の進行方向に逆行して散乱する後方散乱成分Lbの強度は中程度(側方散乱成分Lsよりは大きい)となる。したがって、全体として乱反射成分の分布は、Y−Z平面に沿う方向が支配的となる。
以上、添付図面を参照しながら第1実施形態について詳細に説明した。しかしながら、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲は、ここで説明した実施の形態に限定されるものではない。本実施形態の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正、組み合わせなどを行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更や修正、組み合わせなどが行われた後の技術も、当然に技術的思想の範囲に属するものである。
次に、第2実施形態について説明する。なお、以下では第1実施形態と異なる部分を主に説明し、第1実施形態と同様の部分には同符号を付して適宜説明を省略する。
次に、本実施形態に係るエンコーダ100について説明する。
(2−1−1.光学検出機構)
図12に示すように、ディスク110において、4本のスリットトラックは、幅方向Rの内側から外側に向けて、SA1,SI1,SA2,SI2の順に同心円状に配置される。また、図13に示すように、光学モジュール120は、図13に示すように、基板BAのディスク110と対向する面上に、光源121と、複数の受光アレイPA1,PA2,PI1L,PI1R,PI2とを有する。
図14に示すように、本実施形態では、第1位置特定部132は、受光アレイPI1L,PI1Rからの4つの位相それぞれの低インクリメンタル信号のうち、180°位相差の低インクリメンタル信号同士を相互に減算する。この2つの信号から、第1位置特定部132は、1ピッチ内の位置を特定する。位置データ算出部134は、絶対位置特定部131により特定された絶対位置に、第1位置特定部132により特定された1ピッチ内の位置を重畳する。
本実施形態によれば、前述の第1実施形態と同様に、上述した積上げ方式により高分解能な絶対位置を表す位置データを生成することが可能となるので、高い分解能を実現することができる。また、受光アレイPI2が光源121との間に受光アレイPA2を挟むように配置されるので、上述した高分解能化に加え、高精度化をも実現できる。なお、ここでいう「高精度化」とは、位置ずれに対するロバスト性の向上やノイズの低減等を図ることによって検出信号の信頼性を向上させることをいう。
以上、第2実施形態について説明したが、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲は、ここで説明した実施の形態に限定されるものではない。
次に、第3実施形態について説明する。なお、以下では第1実施形態及び第2実施形態と異なる部分を主に説明し、第1実施形態及び第2実施形態と同様の部分には同符号を付して適宜説明を省略する。
次に、本実施形態に係るエンコーダ100について説明する。
(3−1−1.光学検出機構)
図18に示すように、ディスク110において、4本のスリットトラックは、幅方向Rの内側から外側に向けて、SA1,SI1,SI2,SA2の順に同心円状に配置される。また、図19に示すように、光学モジュール120は、基板BAのディスク110と対向する面上に、光源121と、複数の受光アレイPA1,PA2,PI1,PI2L,PI2Rとを有する。
本実施形態の位置データ生成部130は、第1実施形態と同様の構成となる(図6)。つまり、第1位置特定部132は、受光アレイPI1からの4つの位相それぞれの低インクリメンタル信号のうち、180°位相差の2つの信号から1ピッチ内の位置を特定する。位置データ算出部134は、絶対位置特定部131により特定された絶対位置に、第1位置特定部132により特定された1ピッチ内の位置を重畳する。一方、第2位置特定部133は、受光アレイPI2L,PI2Rからの高インクリメンタル信号から1ピッチ内の高精度な位置を特定する。そして、位置データ算出部134は、上述の低インクリメンタル信号に基づいて算出された絶対位置に、第2位置特定部133により特定された1ピッチ内の位置を重畳する。位置データ算出部134は、このようにして算出した絶対位置を逓倍処理して分解能をさらに向上させた後、高精度な絶対位置を表す位置データとして制御装置CTに出力する。
本実施形態によれば、前述の第1及び第2実施形態と同様に、上述した積上げ方式により高分解能な絶対位置を表す位置データを生成することが可能となるので、高い分解能を実現することができる。また、受光アレイPI1が2つの受光アレイPA1,PA2の間に配置されるので、上述した高分解能化に加え、高精度化をも実現できる。なお、ここでいう「高精度化」とは、信号処理精度の向上やノイズの低減等を図ることによって検出信号の信頼性を向上させることをいう。
以上、第3実施形態について説明したが、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲は、ここで説明した実施の形態に限定されるものではない。
以上、第1〜第3実施形態について説明したが、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲は、ここで説明した実施の形態に限定されるものではない。
120 光学モジュール
121 光源
C 測定方向
CT 制御装置
M モータ
PA1,PA2 受光アレイ
PI1 受光アレイ
PI1L,PI1R 受光アレイ
PI2 受光アレイ
PI2L,PI2R 受光アレイ
S サーボシステム
SA1 スリットトラック
SA2 スリットトラック
SI1 スリットトラック
SI2 スリットトラック
SM サーボモータ
Claims (10)
- 測定方向に沿って並べられた複数の反射スリットをそれぞれ有する複数のスリットトラックと、
前記複数のスリットトラックに拡散光を出射するように構成された点光源と、
前記測定方向と略垂直な幅方向において前記点光源を間に挟んで配置された2つの第1受光アレイと、
前記測定方向において前記点光源を間に挟んで配置された2つの第2受光アレイと、
前記点光源を基準として前記第1受光アレイが配置される側に、当該第1受光アレイと前記幅方向の位置が異なるように配置された第3受光アレイと、
を有し、
前記複数のスリットトラックは、
所定のピッチを備えたインクリメンタルパターンを有する、第1スリットトラックと、
前記所定のピッチとは異なるピッチを備えたインクリメンタルパターンを有する、前記第1スリットトラック以外のスリットトラックと、
を含み、
前記2つの第2受光アレイは、
前記第1スリットトラック以外のスリットトラックで反射した光を受光するように構成され、
前記第3受光アレイは、
前記第1スリットトラックで反射した光を受光するように構成される、エンコーダ。 - 前記第3受光アレイは、
前記点光源との間に前記第1受光アレイを挟むように配置されており、
前記第1スリットトラック以外のスリットトラックは、
前記所定のピッチよりも短いピッチを備えたインクリメンタルパターンを有している、請求項1に記載のエンコーダ。 - 前記第3受光アレイは、
前記点光源との間に前記第1受光アレイを挟むように配置されており、
前記第1スリットトラック以外のスリットトラックは、
前記所定のピッチよりも長いピッチを備えたインクリメンタルパターンを有している、請求項1に記載のエンコーダ。 - 前記第3受光アレイは、
前記2つの第1受光アレイの間に配置される、請求項1に記載のエンコーダ。 - 前記2つの第1受光アレイは、
アブソリュートパターンを有する2つの前記スリットトラックのそれぞれで反射した光を受光するように構成される、請求項2〜4のいずれか1項に記載のエンコーダ。 - 前記測定方向は、中心軸を中心とした円周方向であり、
前記第3受光アレイは、前記点光源に対し前記中心軸側に配置されており、
前記第1スリットトラック以外のスリットトラックは、
前記所定のピッチよりも短いピッチを備えたインクリメンタルパターンを有している、請求項5に記載のエンコーダ。 - 前記測定方向は、中心軸を中心とした円周方向であり、
前記第3受光アレイは、前記点光源に対し前記中心軸と反対側に配置されており、
前記第1スリットトラック以外のスリットトラックは、
前記所定のピッチよりも長いピッチを備えたインクリメンタルパターンを有している、請求項5に記載のエンコーダ。 - 測定方向に沿って並べられた複数の反射スリットをそれぞれ有する複数のスリットトラックと、
前記複数のスリットトラックに拡散光を出射するように構成された点光源と、
前記測定方向と略垂直な幅方向において前記点光源を間に挟んで配置された2つの第1受光アレイと、
前記測定方向において前記点光源を実質的に間に挟んで配置された2つの第2受光アレイと、
前記2つの第1受光アレイの間で前記測定方向において前記点光源を実質的に間に挟んで配置され、かつ、前記第1受光アレイと前記幅方向の位置が異なるように配置された2つの第3受光アレイと、を有し、
前記複数のスリットトラックは、
所定のピッチを備えたインクリメンタルパターンを有する、第1スリットトラックと、
前記所定のピッチとは異なるピッチを備えたインクリメンタルパターンを有する、前記第1スリットトラック以外のスリットトラックと、
を含み、
前記2つの第2受光アレイは、
前記第1スリットトラック以外のスリットトラックで反射した光を受光するように構成され、
前記第3受光アレイは、
前記第1スリットトラックで反射した光を受光するように構成される、エンコーダ。 - 可動子が固定子に対して移動するリニアモータ、又は、回転子が固定子に対して回転する回転型モータと、
前記可動子又は前記回転子の位置及び速度の少なくとも一方を検出するように構成された、請求項1〜8のいずれか1項に記載のエンコーダと、を備える、エンコーダ付きモータ。 - 可動子が固定子に対して移動するリニアモータ、又は、回転子が固定子に対して回転する回転型モータと、
前記可動子又は前記回転子の位置及び速度の少なくとも一方を検出するように構成された、請求項1〜8のいずれか1項に記載のエンコーダと、
前記エンコーダの検出結果に基づいて前記リニアモータ又は前記回転型モータを制御するように構成された制御装置と、を備える、サーボシステム。
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