JP6004194B2 - 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
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SA,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から出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SA,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、エンコーダ100が、一のインクリメンタルパターンを有するスリットトラックSI2と、他のインクリメンタルパターンよりもピッチの長い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とを有する。そして、受光アレイPI2はスリットトラックSI2で反射した光を受光するように構成され、受光アレイPI1はピッチの長いスリットトラック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SI1,SI2と、それらを受光するように構成された複数の受光アレイPI1,PI2を有する。これにより、受光アレイPI1の信号の逓倍処理と受光アレイPI2の信号の逓倍処理を積み上げる逓倍積上げ方式による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。
以上、添付図面を参照しながら一実施の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。
上記実施形態では、受光アレイPAが受光アレイPI1に対し内周側(中心軸側)に配置される場合を一例として説明したが、例えば図11に示すように、受光アレイPAが受光アレイPI1に対し外周側(中心軸と反対側)に配置されてもよい。つまりこの場合、光源121及び各受光アレイは、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPI2、光源121、受光アレイPA、受光アレイPI1の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、3本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SI1,SA,SI2の順に配置されることになる。
上記実施形態では、受光アレイPI2が受光アレイPI1及び受光アレイPAに対し外周側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図12に示すように、受光アレイPI2が受光アレイPI1及び受光アレイPAに対し内周側に配置されてもよい。つまりこの場合、光源121及び各受光アレイは、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPI1、受光アレイPA、光源121、受光アレイPI2の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、3本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SI2,SA,SI1の順に配置されることになる。高インクリメンタル信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、上記実施形態の構成をとり、低インクリメンタル信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、当該構成をとることが望ましい。
上記変形例(4−2)では、受光アレイPAが受光アレイPI1に対し内周側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図13に示すように、受光アレイPAが受光アレイPI1に対し外周側に配置されてもよい。つまりこの場合、光源121及び各受光アレイは、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPA、受光アレイPI1、光源121、受光アレイPI2の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、3本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SI2,SI1,SAの順に配置されることになる。受光アレイPAの受光量を増大させる場合には、上記変形例(4−2)の構成をとり、受光アレイPI1を光源121に近接させて受光量を増大させる場合には、当該構成をとることが望ましい。
上記実施形態では、光源121が受光アレイPI1と受光アレイPI2との間に配置される場合を一例として説明したが、例えば図14に示すように、光源121が受光アレイPI1と受光アレイPAとの間に配置されてもよい。受光アレイPI2は、受光アレイPI1、受光アレイPA及び光源121よりも、外周側に配置される。本変形例では、光源121及び各受光アレイは、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPI2、受光アレイPI1、光源121、受光アレイPAの順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、3本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SA,SI1,SI2の順に配置されることになる。
上記変形例(4−4)では、受光アレイPAが受光アレイPI1よりも内周側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図15に示すように、受光アレイPAが受光アレイPI1よりも外周側に配置されてもよい。つまりこの場合、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPI2、受光アレイPA、光源121、受光アレイPI1の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、3本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SI1,SA,SI2の順に配置されることになる。
上記変形例(4−4)(4−5)では、受光アレイPI2が受光アレイPI1及び受光アレイPAよりも外周側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図16に示すように、受光アレイPI2が受光アレイPI1及び受光アレイPAよりも内周側に配置されてもよい。つまりこの場合、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPI1、光源121、受光アレイPA、受光アレイPI2の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、3本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SI2,SA,SI1の順に配置されることになる。
上記変形例(4−6)では、受光アレイPAが受光アレイPI1よりも内周側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図17に示すように、受光アレイPAが受光アレイPI1よりも外周側に配置されてもよい。つまりこの場合、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPA、光源121、受光アレイPI1、受光アレイPI2の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、3本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SI2,SI1,SAの順に配置されることになる。
上記実施形態及び以上の変形例では、受光アレイPA1,PA2の各々を構成する受光素子p1,p2が測定方向Cに沿って交互に配置されることにより2つの受光アレイPA1,PA2が単一トラックの受光アレイPAとして構成される場合を一例として説明したが、受光アレイPAを光源121を間に挟んで実質的に対称となるように配置された2トラックの受光アレイPA1,PA2として構成してもよい。
上記変形例(4−8)では、受光アレイPI1が受光アレイPI2よりも内周側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図20に示すように、受光アレイPI1が受光アレイPI2よりも外周側に配置されてもよい。つまりこの場合、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPA2、受光アレイPI1、光源121、受光アレイPI2、受光アレイPA1の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、4本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SA1,SI2,SI1,SA2の順に配置されることになる。高インクリメンタル信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、上記変形例(4−8)の構成をとり、低インクリメンタル信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、当該構成をとることが望ましい。
上記変形例(4−8)(4−9)では、受光アレイPA1,PA2が受光アレイPI1,PI2の外側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図21に示すように、受光アレイPA1,PA2が受光アレイPI1,PI2の内側に配置されてもよい。本変形例では、受光アレイPI2は受光アレイPA1,PA2の外周側に配置され、受光アレイPI1は受光アレイPA1,PA2の内周側に配置される。つまりこの場合、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPI2、受光アレイPA2、光源121、受光アレイPA1、受光アレイPI1の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、4本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SI1,SA1,SA2,SI2の順に配置されることになる。受光アレイPA1,PA2を光源121に近接させて受光量を増加させたい場合には、本変形例の構成を取り得る。
上記変形例(4−10)では、受光アレイPI1が受光アレイPI2よりも内周側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図22に示すように、受光アレイPI1が受光アレイPI2よりも外周側に配置されてもよい。つまりこの場合、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPI1、受光アレイPA2、光源121、受光アレイPA1、受光アレイPI2の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、4本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SI2,SA1,SA2,SI1の順に配置されることになる。高インクリメンタル信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、上記変形例(4−10)の構成をとり、低インクリメンタル信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、当該構成をとることが望ましい。
上記変形例(4−10)(4−11)では、受光アレイPI1と受光アレイPI2とが受光アレイPA1,PA2を挟みその両側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図23に示すように、受光アレイPI1,PI2が受光アレイPA1,PA2の外側における一方側に配置されてもよい。本変形例では、受光アレイPI1,PI2は受光アレイPA1,PA2の外周側に配置される。つまりこの場合、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPI2、受光アレイPI1、受光アレイPA2、光源121、受光アレイPA1の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、4本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SA1,SA2,SI1,SI2の順に配置されることになる。
上記変形例(4−12)では、受光アレイPI1,PI2が受光アレイPA1,PA2の外周側に配置される場合を一例として説明したが、例えば図24に示すように、受光アレイPI1,PI2が受光アレイPA1,PA2の内周側に配置されてもよい。この場合、幅方向Rの外側から内側に向けて、受光アレイPA2、光源121、受光アレイPA1、受光アレイPI1、受光アレイPI2の順に配置される。図示は省略するが、この場合、ディスク110では、4本のスリットトラックが幅方向Rの内側から外側に向けて、SI2,SI1,SA1,SA2の順に配置されることになる。インクリメンタル信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、上記変形例(4−12)の構成を取り、アブソリュート信号の偏心に対するロバスト性を高める場合には、本変形例の構成を取り得る。
以上では、ディスク110にピッチの異なるインクリメンタルパターンを有する2つのスリットトラックSI1,SI2を設ける場合を説明したが、ピッチの異なるインクリメンタルパターンを有する3以上のスリットトラックを設けてもよい。この場合にも、積上げ方式により高い分解能を実現することができる。この際、例えば受光アレイPA1,PA2の少なくとも一方をインクリメンタル信号用に使用することも可能である。
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
PA 受光アレイ
PA1,PA2 受光アレイ
PI1 受光アレイ
PI2 受光アレイ
S サーボシステム
SA スリットトラック
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 (12)
- 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、
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前記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た第1受光アレイと、
前記測定方向と略垂直な幅方向の位置が前記第1受光アレイと異なるように、前記第1受光アレイの前記点光源が配置される方向側に配置され、前記所定のピッチより長い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た第2受光アレイと、
前記第1受光アレイの前記点光源が配置される方向側に配置され、アブソリュートパターンを有する前記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た第3受光アレイと、を有する、エンコーダ。 - 前記点光源は、前記第2受光アレイ及び前記第3受光アレイと前記第1受光アレイとの間に配置される、請求項1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2受光アレイ、前記第3受光アレイ、及び前記点光源は、前記第1受光アレイよりも、前記中心軸側に配置される、請求項2に記載のエンコーダ。 - 前記点光源及び前記第1〜第3受光アレイは、円の外側から前記中心軸に向けて前記第1受光アレイ、前記点光源、前記第3受光アレイ、前記第2受光アレイの順に配置される、請求項3に記載のエンコーダ。
- 前記点光源及び前記第1〜第3受光アレイは、円の外側から前記中心軸に向けて前記第1受光アレイ、前記点光源、前記第2受光アレイ、前記第3受光アレイの順に配置される、請求項3に記載のエンコーダ。
- 前記第3受光アレイは、
前記点光源を間に挟んで実質的に対称となるように配置された2トラックの受光アレイとして構成される、請求項1〜5のいずれか1項に記載のエンコーダ。 - 前記点光源は、前記第2受光アレイと前記第3受光アレイとの間に配置される、請求項1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1受光アレイは、前記第2受光アレイ、前記第3受光アレイ、及び前記点光源よりも、円の外側に配置される、請求項7に記載のエンコーダ。 - 前記点光源及び前記第1〜第3受光アレイは、円の外側から前記中心軸に向けて前記第1受光アレイ、前記第2受光アレイ、前記点光源、前記第3受光アレイの順に配置される、請求項8に記載のエンコーダ。
- 前記点光源及び前記第1〜第3受光アレイは、円の外側から前記中心軸に向けて前記第1受光アレイ、前記第3受光アレイ、前記点光源、前記第2受光アレイの順に配置される、請求項8に記載のエンコーダ。
- 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1〜10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1〜10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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