JP7453070B2 - 信号評価機能を有するエンコーダ及び回転体制御装置 - Google Patents

信号評価機能を有するエンコーダ及び回転体制御装置 Download PDF

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本発明は、信号評価機能を有するエンコーダ及び回転体制御装置に関する。
工作機械やロボットなどに設けられるモータなどの回転体の回転位置や回転速度などの回転情報を検出するために、エンコーダが用いられる。一般に、エンコーダは、回転体に取り付けられる光学式または磁気式のセンサ部と、センサ部から出力されるアナログ信号を矩形波信号に変換する信号変換部であるコンパレータとを備える。センサ部からは、回転体の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号が出力され、回転体が特定の回転位置に到達するごとにＺ相アナログ信号（原点信号）が出力される。信号変換部は、Ａ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する。エンコーダには、各相の矩形波信号をそのままエンコーダの外部に出力するタイプと、エンコーダの内部でこれら各相の矩形波信号やアナログ信号をＡ／Ｄ変換して得られる内挿データに基づいて回転体の回転位置や回転速度などの回転情報を計算し、この回転情報をシリアル通信にてエンコーダの外部に出力するタイプがある。
Ｚ相矩形波信号のパルス（ポジティブパルスまたはネガティブパルス）が出力されるタイミングは、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に基づく回転位置（回転角度）の絶対位置を定めるための基準として用いられる。Ｚ相矩形波信号の例としては、回転体が１回転するごとにエンコーダから出力される一回転信号などがある。エンコーダに接続された計算装置（例えば回転体制御装置）は、原点信号であるＺ相矩形波信号のパルスを基準にしてＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のパルス数から回転体の回転位置（回転角度）や回転速度（回転角速度）を計算するとともに、Ａ相矩形波信号とＢ相矩形波信号との位相関係から回転体の回転方向を計算することができる。回転体制御装置の一例であるモータ制御装置では、モータ（の回転子）近傍に設けられたエンコーダから出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に基づいて、または、エンコーダ内部においてＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を元に算出された回転体の回転位置や回転速度などの回転情報に基づいて、モータの回転が制御される。
例えば、モータによって送り軸または主軸を駆動する工作機械の制御装置であって、被駆動軸またはモータの位置あるいは速度を検出するセンサから出力される矩形波または正弦波のＡ／Ｂ相信号及びモータまたは主軸が１回転するときに発生する一回転信号を取得し、前記Ａ／Ｂ相信号から生成されるフィードバックパルス数のカウント値であるフィードバックカウント値を計数するフィードバックカウンタと、２つの連続する一回転信号の間で計数されるフィードバックカウント値である一回転信号間フィードバックカウント値を記憶するフィードバックカウント値記憶部と、前記一回転信号間フィードバックカウント値に応じて異常の有無を判定するための異常判定基準値を記憶する基準値記憶部と、前記一回転信号間フィードバックカウント値を前記異常判定基準値と比較することにより異常原因を判定する異常原因判定部と、を備えることを特徴とする工作機械の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１７－１９８６２７号公報
エンコーダへの異物の付着やエンコーダの経時劣化に起因して、エンコーダ内のセンサ部から出力されるＺ相アナログ信号の信号レベルが変化したりエンコーダ内の信号変換部であるコンパレータにおいてＺ相アナログ信号と比較される基準電圧が変化することで、原点信号であるＺ相矩形波信号が消失したり不要なタイミングで出現するといったような異常が発生することがある。Ｚ相矩形波信号にこのような異常が発生すると、エンコーダに接続された計算装置は、回転体の回転情報を正確に計算することができなくなる。
また、一般に、エンコーダのＺ相アナログ信号については、エンコーダの製造時やエンコーダを回転体に取り付ける際に、作業者が測定装置を用いてその波形を観察しながら適切な信号レベルに調整している。しかしながら、測定装置を用いたＺ相アナログ信号の波形の取得作業は手間がかかる。また、取得した波形を観測しながらのＺ相アナログ信号の調整作業は、容易ではなく、作業者の経験知に頼るところが大きい。
したがって、エンコーダの異常を容易かつ迅速に検出できるとともに、エンコーダを容易に調整することができる技術が望まれている。
本開示の一態様によれば、エンコーダは、回転体の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号を出力し、回転体が特定の回転位置に到達するごとにＺ相アナログ信号を出力するセンサ部と、Ａ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する信号変換部と、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出するエッジ検出部と、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を計数する計数部と、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において計数部により計数されたエッジの数に基づいて、異常の有無を評価する評価部と、を備える。
また、本開示の一態様によれば、回転体制御装置は、上記エンコーダと、評価部による評価結果を表示する表示部と、エンコーダの出力に基づいて回転体の回転を制御する制御部と、を備える。
また、本開示の一態様によれば、回転体制御装置は、回転体の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号を出力し、回転体が特定の回転位置に到達するごとにＺ相アナログ信号を出力するセンサ部と、Ａ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する信号変換部と、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出するエッジ検出部と、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中におけるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を計数する計数部と、計数部により計数されたエッジの数を記憶する記憶部と、記憶部に記憶されたエッジの数をシリアル通信にて送信する送信部と、を有するエンコーダと、エンコーダの送信部からシリアル通信にて受信したエッジの数が予め規定された基準範囲に収まらない場合、Ｚ相アナログ信号の信号レベルが異常であることを示す異常検出信号を出力する評価部と、評価部による評価結果を表示する表示部と、エンコーダの出力に基づいて回転体の回転を制御する制御部と、を備える。
本開示の一態様によれば、異常を迅速かつ容易に検出できるとともに調整が容易なエンコーダ及び回転体制御装置を実現することができる。
本開示の第１の実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。 光学式エンコーダにおけるセンサ部を説明する図である。 磁気式エンコーダにおけるセンサ部を説明する図である。 センサ部及び信号変換部から出力される信号を例示する図であって、（Ａ）はセンサ部から出力される各相のアナログ信号を例示し、（Ｂ）は信号変換部から出力される各相の矩形波信号を例示し、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＰ内の各パルスを拡大したものである。 エンコーダにおけるＺ相アナログ信号の振幅の変化とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）はエンコーダ内のセンサ部から出力されるＺ相アナログ信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダ内の信号変換部から出力されるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。 エンコーダ内の信号変換部における基準電圧の変化とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）はエンコーダ内のセンサ部から出力されるＺ相アナログ信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダ内の信号変換部における基準電圧上昇時に出力されるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｃ）はエンコーダ内の信号変換部における基準電圧低下時に出力されるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。 本開示の第１の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。 本開示の第２の実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。 回転体の回転方向の反転とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）は回転体の回転方向の反転がない場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）は回転体の回転方向の反転によりＺ相パルス幅が広がる場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｃ）は回転体の回転方向の反転によりＺ相パルス幅が狭まる場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。 本開示の第２の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。 本開示の第３の実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。 回転体の回転速度とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）は回転体の低速時及び高速時におけるＺ相アナログ信号を例示し、（Ｂ）は回転体の低速時におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｃ）は回転体の高速時におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。 回転体の回転方向とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）は回転体の正方向回転時におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）は回転体の回転方向の負方向回転時におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。 本開示の第３の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。 Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する図であって、（Ａ）はエンコーダが正常である場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダの故障によりＺ相矩形波信号のパルスの消失する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。 本開示の第４の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。 Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する図であって、（Ａ）はエンコーダが正常である場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダの故障によりＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のうちの少なくとも１つの矩形波信号のパルスの消失する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。 本開示の第５の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。 Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する図であって、（Ａ）はエンコーダが正常である場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダの故障により予め規定された周期以外のタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。 本開示の第６の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。 本開示の一実施形態によるエンコーダを備える回転体制御装置を示すブロック図である。 Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報に基づくエンコーダの調整を説明する図（その１）であって、（Ａ）はエンコーダの第１の個体についてのＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）は（Ａ）に示す第１の個体についてのＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報の表示例を例示する。 Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報に基づくエンコーダの調整を説明する図（その２）であって、（Ａ）はエンコーダの第２の個体についてのＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）は（Ａ）に示す第２の個体についてのＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報の表示例を例示する。 本開示の一実施形態によるエンコーダと外部の計算装置との間のシリアル通信を説明する図であって、（Ａ）はエンコーダからのデータを周期的に外部の計算装置へ送信する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダからのデータを一旦保持して外部の計算装置へ送信する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。 本開示の第７の実施形態によるエンコーダを備える回転体制御装置を示すブロック図である。
以下図面を参照して、信号評価機能を有するエンコーダ及び回転体制御装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施するための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、回転位置は、回転体の回転角度を意味し、回転速度は、回転体の回転角速度を意味する。また、「矩形波信号が出力される」とは、「矩形波信号のパルス（ポジティブパルスまたはネガティブパルス）が出力される」ことを意味する。すなわち、「矩形波信号の出力」とは、「ポジティブパルスにおける矩形波信号においてロー（Ｌ）、ハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）の信号変化が発生する」または「ネガティブパルスにおける矩形波信号においてハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）、ハイ（Ｈ）の信号変化が発生する」ことを意味する。
図１は、本開示の第１の実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。また、図２は、光学式エンコーダにおけるセンサ部を説明する図であり、図３は、磁気式エンコーダにおけるセンサ部を説明する図である。
本開示の第１の実施形態によるエンコーダ１は、センサ部１１と、信号変換部１２と、エッジ検出部１３と、計数部１４と、評価部１５とを備える。
回転情報の検出対象である回転体２には、例えばモータの回転軸や、モータの回転軸に連結された物体などがある。回転体２には、センサ部１１が設置される。センサ部１１は、回転体２の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号を出力するとともに、回転体２が特定の回転位置に到達するごとにＺ相アナログ信号を出力する。Ａ相アナログ信号とＢ相アナログ信号との間で、位相は例えば約９０度異なる。Ｚ相アナログ信号は、例えば回転体２が１回転するごとに大きな振幅が１回発生する一回転信号があるが、回転体２が１回転するごとに大きな振幅が複数回発生する信号であってもよい。センサ部１１から出力されたＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号は、信号変換部１２へ送られる。
第１の実施形態及び後述する各実施形態によるエンコーダ１は、光学式であってもよく、磁気式であってもよい。
光学式のエンコーダには、発光素子と受光素子とを対向して配置し、その間にコードホイールが設けられる透過型と、発光素子と受光素子を同一の平面上に配置し、発光素子及び受光素子の上部にコードホイールが設けられる反射型がある。ここでは、一例として、透過型の光学式のエンコーダ１について図２を参照して説明する。
図２に示すように、透過型光学式のエンコーダ１において、センサ部１１は、発光素子４１と、受光素子４２と、コードホイール４３とを備える。発光素子４１の例としては、例えばＬＥＤがある。受光素子４２の例としては、例えばフォトダイオードがある。コードホイール４３は、回転スリット、スリット円板、またはロータリスケールとも称される。コードホイール４３の軸心には、モータなどの回転体２のシャフト４６が取り付けられる。コードホイール４３上には、スリットからなるＡ相／Ｂ相トラック（インクリメンタルトラック）４４及びＺ相トラック４５が設けられる。Ａ相／Ｂ相トラック４４には、コードホイール４３の円周に沿って等間隔でスリットが設けられている。また、Ｚ相トラック４５には、コードホイール４３の円周上の特定の位置にスリットが設けられている。Ｚ相アナログ信号が一回転信号である場合、Ｚ相トラック４５には、コードホイール４３の円周上の１か所にスリットが設けられる。Ｚ相アナログ信号が回転体２が１回転するごとに大きな振幅が複数回発生する信号である場合、Ｚ相トラック４５には、コードホイール４３の円周上の当該複数回と同数の箇所にスリットが設けられる。発光素子４１から発せられた光は、Ａ相／Ｂ相トラック４４及びＺ相トラック４５にて透過または遮断される。発光素子４１から発せられた光のうち、Ａ相／Ｂ相トラック４４及びＺ相トラック４５のスリットを透過した光は、受光素子４２にて受光される。受光素子４２は、受光した光の強度に応じた振幅を有する電気信号（Ａ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号）に変換して出力する。
また、エンコーダ１が磁気式である場合、センサヘッドの構成としては、Ａ相、Ｂ相及びＺ相についてのセンサヘッドを１つにまとめた１ヘッド構成のものと、Ａ相及びＢ相用のセンサヘッドとＺ相用のセンサヘッドを有する２ヘッド構成のものとがある。図３では、一例として、２ヘッド構成の磁気式エンコーダを示す。図３に示すセンサ部１１は、センサギア５１と、Ａ相／Ｂ相用センサヘッド５２と、Ｚ相用センサヘッド５３とを備える。センサギア５１は、検出リングとも称される。センサギア５１の軸心にはモータなどの回転体２のシャフト５５が取り付けられる。センサギア５１の円筒部分の表面上には、Ａ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号並びにＺ相アナログ信号の生成のための溝５４が設けられる。Ａ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号の生成のための溝５４は、センサギア５１の円筒表面上に等間隔に設けられている。また、Ｚ相アナログ信号の生成のための溝５４は、センサギア５１の円筒表面上に特定の位置に設けられている。Ｚ相アナログ信号が一回転信号である場合、センサギア５１の円筒表面上の１か所にＺ相アナログ信号の生成のための溝５４が設けられる。Ｚ相アナログ信号が回転体２が１回転するごとに大きな振幅が複数回発生する信号である場合、センサギア５１の円筒表面上の当該複数回と同数の箇所にＺ相アナログ信号の生成のための溝５４が設けられる。Ａ相／Ｂ相用センサヘッド５２及びＺ相用センサヘッド５３には、磁界を発生する磁石と、磁界を電気信号に変換する磁気センサとが設けられている。センサギア５１の回転に伴い、Ａ相／Ｂ相用センサヘッド５２及びＺ相用センサヘッド５３に対向するセンサギア５１の円筒表面上における溝５４の有無が刻々と変化するので、Ａ相／Ｂ相用センサヘッド５２及びＺ相用センサヘッド５３の近傍に発生する磁界も変化する。Ａ相／Ｂ相用センサヘッド５２及びＺ相用センサヘッド５３の磁気センサは、この磁界の変化を検出し、この変化に応じた振幅を有する電気信号（Ａ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号）に変換して出力する。
信号変換部１２は、センサ部１１から受信したＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する。信号変換部１２は、例えば各相についてのアナログ信号と基準電圧Ｖrefとを比較してアナログ信号が基準電圧Ｖrefよりも大きい場合にパルスを出力するコンパレータからなる。なお、このようなコンパレータに代えて、信号変換部１２を、センサ部１１から受信したＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号とこれら各相のアナログ信号の反転信号（以下、「アナログ反転信号」と称する。）とを比較して各相のアナログ信号が各相のアナログ反転信号よりも大きい場合にパルス信号を出力するコンパレータにて構成してもよい。
図４は、センサ部及び信号変換部から出力される信号を例示する図であって、（Ａ）はセンサ部から出力される各相のアナログ信号を例示し、（Ｂ）は信号変換部から出力される各相の矩形波信号を例示し、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＰ内の各パルスを拡大したものである。
例えばＺ相について、図４（Ａ）に例示するように、センサ部１１からは、回転体２が特定の回転位置に到達するごとに大きな振幅が発生するＺ相アナログ信号が出力される。コンパレータからなる信号変換部１２は、Ｚ相アナログ信号と基準電圧Ｖrefとを比較し、Ｚ相アナログ信号が基準電圧Ｖrefよりも大きい場合、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すようなパルスを出力する。図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）では信号変換部１２がポジティブパルスを出力する例を示しており、回転体２が特定の回転位置に到達する毎にＺ相矩形波信号には「ロー（Ｌ）、ハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）」の信号変化が発生する。なお、ここでは図示しないが、信号変換部１２がネガティブパルスを出力するものである場合は、回転体２が特定の回転位置に到達する毎にＺ相矩形波信号には「ハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）、ハイ（Ｈ）」の信号変化が発生する。
また例えばＡ相及びＢ相について、図４（Ａ）に例示するように、センサ部１１からは、回転体の回転に応じて位相が互いに異なるほぼ正弦波状のＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号が出力される。コンパレータからなる信号変換部１２は、Ａ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号のそれぞれと基準電圧Ｖrefとを比較し、Ａ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号のそれぞれについて基準電圧Ｖrefよりも大きい場合は、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すようなパルスを出力する。図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）では信号変換部１２がポジティブパルスを出力する例を示している。
各相の矩形波信号をそのままエンコーダの外部に出力するタイプのエンコーダでは、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エンコーダ１に接続された外部の計算装置（図示せず）に送られ、回転体２の回転位置、回転速度及び回転方向などの回転情報の計算に用いられる。内部で回転体の回転位置や回転速度などの回転情報を計算するタイプのエンコーダでは、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号（あるいはこれら各相のアナログ信号をＡ／Ｄ変換して得られる内挿データ）に基づいて回転情報を計算し、この回転情報をシリアル通信にてエンコーダの外部に出力する。また、いずれのタイプのエンコーダであっても、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エッジ検出部１３にも送られる。
エッジ検出部１３は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出する。
評価部１５は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジに基づいて、エンコーダ１の異常の有無を評価する。
特に、本開示の第１の実施形態では、計数部１４は、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数を計数し、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において計数部１４により計数されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数に基づいて、エンコーダ１の異常の有無を評価する。
以下、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中におけるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数に基づくエンコーダ１の異常の有無の評価について、より詳細に説明する。
コンパレータからなる信号変換部１２から出力されるＺ相矩形波信号のパルス幅、すなわちＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりの各エッジで画定されるパルス幅は、センサ部１１から出力されるＺ相アナログ信号の信号レベル（振幅）と信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧Ｖrefとに応じて決定される。ここで、Ｚ相矩形波信号のパルス幅を「Ｚ相パルス幅」と称する。信号変換部１２からポジティブパルスが出力される場合、Ｚ相パルス幅は、信号（電圧）がロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）への切り替え時の立ち上がりエッジと、ハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）への切り替え時の立ち下がりエッジとで画定される区間である。信号変換部１２からネガティブパルスが出力される場合、Ｚ相パルス幅は、信号（電圧）がハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）の切り替え時の立ち下がりエッジと、ロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）への切り替え時の立ち上がりエッジとで画定される区間である。つまり、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間が、Ｚ相パルス幅に対応する。
図５は、エンコーダにおけるＺ相アナログ信号の振幅の変化とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）はエンコーダ内のセンサ部から出力されるＺ相アナログ信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダ内の信号変換部から出力されるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。ここでは、信号変換部１２からはポジティブパルスが出力される場合について説明する。
図５（Ａ）において、破線は振幅低下前のＺ相アナログ信号を示し、実線は振幅低下後のＺ相アナログ信号を示し、一点鎖線はコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧Ｖrefを示す。図５（Ｂ）において、破線は信号変換部１２から出力される振幅低下前のＺ相矩形波信号を示し、実線は信号変換部１２から出力される振幅低下後のＺ相矩形波信号を示し、一点鎖線は信号変換部１２から出力されるＡ相矩形波信号を示し、点線は信号変換部１２から出力されるＢ相矩形波信号を示す。図５（Ａ）に示すようにＺ相アナログ信号の振幅が低下すると、図５（Ｂ）に示すようにＺ相パルス幅は狭くなる。図５（Ｂ）に示すように、Ｚ相アナログ信号の振幅低下前にはＺ相パルス幅内にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は７本存在したが、Ｚ相アナログ信号の振幅低下後にはＺ相パルス幅内にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は３本存在する。
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、Ｚ相アナログ信号の信号レベル（振幅）が変化すると、Ｚ相パルス幅内に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数も変化する。
図６は、エンコーダ内の信号変換部における基準電圧の変化とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）はエンコーダ内のセンサ部から出力されるＺ相アナログ信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダ内の信号変換部における基準電圧上昇時に出力されるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｃ）はエンコーダ内の信号変換部における基準電圧低下時に出力されるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。ここでは、信号変換部１２からはポジティブパルスが出力される場合について説明する。
図６（Ａ）において、実線はＺ相アナログ信号を示し、破線はコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる上昇・低下前の基準電圧Ｖref0を示し、一点鎖線はコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる上昇後の基準電圧Ｖref1及び低下後の基準電圧Ｖref2を示す。
図６（Ｂ）において、破線はコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧がＶref0であるときに信号変換部１２から出力されるＺ相矩形波信号を示し、実線はコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧が上昇後の値Ｖref1であるときに信号変換部１２から出力されるＺ相矩形波信号を示す。また、図６（Ｂ）において、一点鎖線は信号変換部１２から出力されるＡ相矩形波信号を示し、点線は信号変換部１２から出力されるＢ相矩形波信号を示す。図６（Ａ）に示すようにコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧がＶref0からＶref1に上昇すると、図６（Ｂ）に示すようにＺ相パルス幅は狭くなる。図６（Ｂ）に示すように、コンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧の上昇前（すなわちＶref0）にはＺ相パルス幅内にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は７本存在したが、コンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧の上昇後（すなわちＶref1）にはＺ相パルス幅内にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は３本存在する。
図６（Ｃ）において、破線はコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧がＶref0であるときに信号変換部１２から出力されるＺ相矩形波信号を示し、実線はコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧が低下後の値Ｖref2であるときに信号変換部１２から出力されるＺ相矩形波信号を示す。また、図６（Ｃ）において、一点鎖線は信号変換部１２から出力されるＡ相矩形波信号を示し、点線は信号変換部１２から出力されるＢ相矩形波信号を示す。図６（Ａ）に示すようにコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧がＶref0からＶref2に低下すると、図６（Ｃ）に示すようにＺ相パルス幅は広くなる。図６（Ｃ）に示すように、コンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧の低下前（すなわちＶref0）にはＺ相パルス幅内にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は８本存在したが、コンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧の低下後（すなわちＶref2）にはＺ相パルス幅内にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は１１本存在する。
図６（Ａ）～図６（Ｃ）に示すように、コンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧が変化すると、Ｚ相パルス幅内に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数も変化する。
このように、Ｚ相パルス幅内に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は、センサ部１１から出力されるＺ相アナログ信号の信号レベル（振幅）とコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧とに応じて、変化する。センサ部１１から出力されるＺ相アナログ信号の信号レベル（振幅）及びコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧が正常である限りにおいて、Ｚ相パルス幅はほぼ一定であるので、Ｚ相パルス幅に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数もほぼ一定である。そこで、本開示の第１の実施形態では、Ｚ相パルス幅内に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数に基づいて、エンコーダ１の異常の発生の有無を評価する。より具体的には次の通りである。
Ｚ相アナログ信号の信号レベル（振幅）及びコンパレータによる比較処理に用いられる基準電圧が正常であるときのＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を、「基準範囲」として予め規定しておく。すなわち基準範囲は、エンコーダ１が正常時にあるときのエッジの数を表すものである。基準範囲については、単一の数を規定してもよく、ある程度の幅を持たせて規定してもよく、上限値のみを規定してもよく、あるいは、下限値のみを規定してもよい。いずれの場合であっても、基準範囲を構成する個々の要素は、整数にて規定される。例えば、基準範囲について単一の数ｘにて規定する場合は、ｘ（ただし、ｘは整数）そのものが基準範囲となる。例えば、基準範囲についてある程度の幅を持たせて規定する場合は、Ｍ≦ｘ≦Ｎ（ただし、Ｍ、Ｎ、ｘは整数）で画定されるｘの取り得る範囲が基準範囲となる。例えば、基準範囲について上限値のみをもって規定する場合は、ｘ≦Ｎ（ただし、Ｎ、ｘは整数）で画定されるｘの取り得る範囲が基準範囲となる。例えば、基準範囲について下限値のみをもって規定する場合は、Ｍ≦ｘ（ただし、Ｍ、ｘは整数）で画定されるｘの取り得る範囲が基準範囲となる。基準範囲は、実験または実際の運用におけるエンコーダ１の動作結果またはコンピュータによるシミュレーションによる解析結果などに基づき、エンコーダ１が正常状態にあると判断できるような値に適宜決定すればよい。なお、基準範囲については、書き換え可能な記憶部（図示せず）に記憶されて外部機器によって書き換え可能であってもよく、これにより、基準範囲を一旦設定した後であっても、エンコーダ１の適用環境の変化など、必要に応じて適切な値に変更することができる。
エッジ検出部１３にて検出されたＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジにて、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間であるＺ相パルス幅を特定する。Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジについても、エッジ検出部１３にて検出する。Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間であるＺ相パルス幅に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を、計数部１４にて計数する。評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において計数部１４により計数されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数が予め規定された基準範囲に収まらない場合、評価部１５による評価結果としてエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
例えば、図５に示す例において、基準範囲を「７」に設定する。この場合、Ｚ相アナログ信号の振幅低下により、Ｚ相パルス幅に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は３本となる。よって、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において計数部１４により計数されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数である「３」が、基準範囲「７」ではないので（基準範囲「７」に収まらないので）、評価部１５による評価結果としてエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
例えば、図６に示す例において、基準範囲を「６～９」に設定する。この場合、図６（Ａ）に示すようにコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧がＶref0からＶref1に上昇すると、図６（Ｂ）に示すようにＺ相パルス幅は狭くなり、Ｚ相パルス幅内に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は３本となる。よって、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において計数部１４により計数されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数である「３」が、基準範囲「６～９」に収まらないので、評価部１５による評価結果としてエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
例えば、図６に示す例において、基準範囲を「上限値９まで」と設定する。この場合、図６（Ａ）に示すようにコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧がＶref0からＶref2に低下すると、図６（Ｃ）に示すようにＺ相パルス幅は広くなり、Ｚ相パルス幅内に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は１１本となる。よって、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において計数部１４により計数されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数である「１１」が、「上限値９まで」とする基準範囲に収まらないので、評価部１５による評価結果としてエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
エンコーダ１の異常の例としては、センサ部１１から出力されるＺ相アナログ信号の信号レベル（振幅）の低下や、信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧Ｖrefの変化などがある。このようなエンコーダ１の異常の原因としては、次のようなものがある。
図５（Ａ）に示すようなＺ相アナログ信号の信号レベル（振幅）の低下の原因には、光学式のセンサ部１１については、コードホイール４３のＺ相トラック４５上のスリットへの異物の付着、受光素子４２への異物の付着、発光素子４１の光量の低下、その他各種部品の劣化などがある。磁気式のセンサ部１１については、センサギア５１における溝５４の傷や溝５４への異物の付着、Ｚ相用センサヘッド５３の取り付け位置の不備、Ｚ相用センサヘッド５３への異物の付着、その他各種部品の劣化などがある。
図６（Ａ）に示すようなＺ相アナログ信号の信号レベル（振幅）とコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧Ｖrefの変化の原因には、磁気式のセンサ部１１を有するエンコーダ１における、基準電圧Ｖrefを生成する回路の異常、その他各種部品の劣化などがある。また、光学式のセンサ部１１を有するエンコーダ１においては、発光素子４１で発せられた光を受光素子４２で受光することにより、受光素子４２で生成された電圧を基準電圧Ｖrefとして用いている。したがって、光学式のセンサ部１１を有するエンコーダ１における、コードホイール４３のＺ相トラック４５上のスリットへの異物の付着、不適切なスリットの形状、受光素子４２への異物の付着、発光素子４１の光量の低下、その他各種部品の劣化などが、エンコーダ１の異常の原因となり得る。
図７は、本開示の第１の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。
本開示の第１の実施形態によるエンコーダ１が回転体２に取り付けられている場合において、ステップＳ１０１において、センサ部１１から、回転体２の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号が出力される。また、ステップＳ１０１では、回転体２が特定の回転位置に到達したときは、Ｚ相アナログ信号が出力されている。
ステップＳ１０２において、信号変換部１２は、センサ部１１から受信したＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する。信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エンコーダ１に接続された外部の計算装置（図示せず）に送られ、回転体２の回転位置、回転速度及び回転方向などの回転情報の計算に用いられる。また、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エッジ検出部１３にも送られる。エッジ検出部１３は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出し、これに合わせて、計数部１４は、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を計数する。
ステップＳ１０３において、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したか否かを判定する。Ｚ相矩形波信号がポジティブパルスである場合は、「ロー（Ｌ）、ハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）」の信号変化が発生したことをもって、「Ｚ相矩形波信号のパルスが発生した」と判定する。Ｚ相矩形波信号がネガティブパルスである場合は、「ハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）、ハイ（Ｈ）」の信号変化が発生したことをもって、「Ｚ相矩形波信号のパルスが発生した」と判定する。ステップＳ１０３において、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定された場合はステップＳ１０４へ進み、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定されなかった場合はステップＳ１０１へ戻る。ステップＳ１０１～Ｓ１０３の処理は所定の周期で実行される。
ステップＳ１０４において、計数部１４は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間であるＺパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数を計数する。計数部１４により計数されたエッジの数は、評価部１５へ送られる。
ステップＳ１０５において、評価部１５は、Ｚパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が基準範囲内であるか否かを判定する。ステップＳ１０５において、Ｚパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が、基準範囲内である場合はステップＳ１０１へ戻り、基準範囲内でない場合はステップＳ１０６へ進む。
ステップＳ１０６おいて、評価部１５は、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
続いて、本開示の第２の実施形態について説明する。Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間に回転体２の回転方向が反転すると、エンコーダ１が正常であってもＺ相矩形波信号のパルス発生期間であるＺパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が変化する場合がある。この場合、エッジの数が基準範囲内から外れ、評価部１５は、エンコーダ１が正常であるにもかかわらず異常であると誤判定してしまう。そこで、本開示の第２の実施形態では、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において回転体２の回転方向の反転が検出された場合、評価部１５による異常検出信号の出力処理を停止する。
図８は、本開示の第２の実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。
本開示の第２の実施形態によるエンコーダ１は、図１～図７を参照して説明した第１の実施形態によるエンコーダ１の構成に加え、さらに回転方向検出部１６を備える。
回転方向検出部１６は、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に基づいて、回転体２の回転方向を検出する。回転体２の回転方向は、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の位相関係に基づいて、公知の方法で検出可能である。回転方向検出部１６による回転体２の回転方向についての検出結果は、評価部１５に送られる。評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において回転方向検出部１６により回転体２の回転方向の反転が検出された場合、異常検出信号の出力処理を停止する。すなわちこの場合、評価部１５は異常検出信号を出力しない。評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において回転方向検出部１６により回転体２の回転方向の反転が検出されない場合は、第１の実施形態と同様に、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間であるＺ相パルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数が基準範囲に収まらないときは異常検出信号を出力する。第２の実施形態において、回転方向検出部１６及び評価部１５以外の回路構成要素については図１に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。
図９は、回転体の回転方向の反転とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）は回転体の回転方向の反転がない場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）は回転体の回転方向の反転によりＺ相パルス幅が広がる場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｃ）は回転体の回転方向の反転によりＺ相パルス幅が狭まる場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。
例えば、エンコーダ１が正常である場合において、図９（Ａ）に示すように、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中における回転体２の反転がない場合に、Ｚ相パルス幅にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジが７本存在するとする。エンコーダ１が正常であるにもかかわらず、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中に回転体２の反転があると、図９（Ｂ）に示すようにＺ相パルス幅が広まったり、図９（Ｃ）に示すようにＺ相パルス幅が狭まったりすることがある。図９（Ｂ）に示す例ではＺ相パルス幅に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジは８本になり、図９（Ｃ）に示す例ではＺ相パルス幅に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジは４本になる。第２の実施形態によれば、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において回転方向検出部１６により回転体２の回転方向の反転が検出された場合、評価部１５は異常検出信号を出力しないので、エンコーダ１が正常であるにもかかわらず異常であると誤判定されることは無い。
図１０は、本開示の第２の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。
本開示の第２の実施形態によるエンコーダ１が回転体２に取り付けられている場合において、ステップＳ２０１において、センサ部１１から、回転体２の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号が出力される。また、ステップＳ２０１では、回転体２が特定の回転位置に到達したときは、Ｚ相アナログ信号が出力されている。また、回転方向検出部１６は、エンコーダ１の動作中は常に回転体２の回転方向を検出する。
ステップＳ２０２において、信号変換部１２は、センサ部１１から受信したＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する。エンコーダ１が各相の矩形波信号をそのままエンコーダの外部に出力するものである場合、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エンコーダ１に接続された外部の計算装置（図示せず）に送られ、回転体２の回転位置、回転速度及び回転方向などの回転情報の計算に用いられる。エンコーダ１が内部で回転体の回転位置や回転速度などの回転情報を計算するものである場合、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号（あるいはこれら各相のアナログ信号をＡ／Ｄ変換して得られる内挿データ）に基づいて回転情報を計算し、この回転情報をシリアル通信にてエンコーダ１の外部に出力する。また、上述のいずれのタイプのエンコーダ１であっても、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エッジ検出部１３にも送られる。エッジ検出部１３は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出し、これに合わせて、計数部１４は、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を計数する。
ステップＳ２０３において、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したか否かを判定する。ステップＳ２０３において、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定された場合はステップＳ２０４へ進み、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定されなかった場合はステップＳ２０１へ戻る。ステップＳ２０１～Ｓ２０３の処理は所定の周期で実行される。
ステップＳ２０４において、評価部１５は、回転方向検出部１６により回転体２の回転方向の反転が検出されたか否かを判定する。ステップＳ２０４において回転体２の回転方向の反転が検出された場合はＳ２０１に戻る。この場合、評価部１５は、異常検出信号の出力処理を停止するので、異常検出信号が出力されることはない。一方、ステップＳ２０４において回転体２の回転方向の反転が検出されなかった場合はＳ２０５へ進む。
ステップＳ２０５において、計数部１４は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間であるＺパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数を計数する。計数部１４により計数されたエッジの数は、評価部１５へ送られる。
ステップＳ２０６において、評価部１５は、Ｚパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が基準範囲内であるか否かを判定する。ステップＳ２０６において、Ｚパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が、基準範囲内である場合はステップＳ２０１へ戻り、基準範囲内でない場合はステップＳ２０７へ進む。
ステップＳ２０７おいて、評価部１５は、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
続いて、本開示の第３の実施形態について説明する。エンコーダ１が正常であっても、回転体２の正方向の回転と負方向の回転とでは、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間であるパルス幅が異なることがある。この場合、回転体２の正方向の回転と負方向の回転とでは、Ｚパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が一致しなくなる。また、回転体２が同じ回転方向で回転していても、回転速度が異なる場合は、エンコーダ１が正常であってもＺ相矩形波信号のパルス発生期間であるパルス幅が異なることがある。この場合、回転体２の回転速度が変化すると、Ｚパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が変化する。このように、エンコーダ１が正常であっても回転体２の回転方向や回転速度が異なるとＺ相パルス幅が変化することがあり、その結果としてＺ相パルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数が基準範囲内から外れ、評価部１５は、エンコーダ１が正常であるにもかかわらず異常であると誤判定してしまう。そこで、本開示の第３の実施形態では、回転体２の回転方向及び回転体２の回転速度に応じて、評価部１５における評価処理に用いられる基準範囲を予め複数種類規定しておく。そして、Ｚ相パルス幅に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を、回転体２の回転方向及び回転体２の回転速度に応じて規定された基準範囲と比較して、エンコーダ１の故障の有無を評価する。つまり、本開示の第３の実施形態では、回転体２の回転方向及び回転体２の回転速度に適した基準範囲を用いて、エンコーダ１の異常の有無が評価される。
図１１は、本開示の第３の実施形態によるエンコーダを示すブロック図である。
本開示の第３の実施形態によるエンコーダ１は、図８～図１０を参照して説明した第２の実施形態によるエンコーダ１の構成に加え、さらに回転速度検出部１７を備える。
評価部１５における評価処理に用いられる基準範囲については、評価部１５内のメモリまたは評価部１５の外部のメモリに、回転体２の回転方向及び回転体２の回転速度に応じて複数種類予め規定しておく。例えば、回転体２の正方向回転時の高速用の基準範囲、回転体２の正方向回転時の低速用の基準範囲、回転体２の負方向回転時の高速用の基準範囲、及び回転体２の負方向回転時の低速用の基準範囲といったように、最低４種類の基準範囲を予め規定しておく。より好ましくは、回転体２の正方向回転時について高速用、中速用及び低速用といった３種類の基準範囲、回転体２の負方向回転時について高速用、中速用及び低速用といった３種類の基準範囲、の合計６種類の基準範囲を予め規定しておく。
回転速度検出部１７は、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に基づいて回転体２の回転速度を検出する。回転体２の回転速度は、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の単位時間当たりのパルスの数に基づいて、公知の方法で検出可能である。回転速度検出部１７による回転体２の回転速度についての検出結果は、評価部１５に送られる。
評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中における回転体２の回転方向を回転方向検出部１６から取得するとともに回転体２の回転速度を回転速度検出部１７から取得する。次いで、評価部１５は、予め複数種類規定された基準範囲のうち、回転体２の回転方向及び回転速度に対応した基準範囲を選択する。そして、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において計数部１４により計数されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数が、当該選択された基準範囲に収まるか否かを判定する。評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において計数部１４により計数されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数が基準範囲に収まらないと判定した場合、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。なお、第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において回転方向検出部１６により回転体２の回転方向の反転が検出された場合、異常検出信号の出力処理を停止し、評価部１５は異常検出信号を出力しないようにしてもよい。第３の実施形態において、回転方向検出部１６、回転速度検出部１７及び評価部１５以外の回路構成要素については図１に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。
図１２は、回転体の回転速度とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）は回転体の低速時及び高速時におけるＺ相アナログ信号を例示し、（Ｂ）は回転体の低速時におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｃ）は回転体の高速時におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。
図１２（Ａ）において、実線は回転体２の低速回転時のＺ相アナログ信号を示し、破線は回転体２の高速回転時のＺ相アナログ信号を示し、一点鎖線はコンパレータからなる信号変換部１２における比較処理に用いられる基準電圧Ｖrefを示す。図１２（Ａ）に示すように、回転体２の回転速度が変化すると、ＲＣフィルタ回路やその他のアナログ回路の信号経路の周波数特性に応じてセンサ部１１から出力されるＺ相アナログ信号の波形が変化する。つまり、エンコーダ１が正常であっても回転体２の回転速度が変化するとＺ相パルス幅が変化することがある。センサ部１１から出力されるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号も同様に、ＲＣフィルタ回路やその他のアナログ回路の信号経路の周波数特性に応じて波形が変化する。また、回転体２の高速回転時は、センサ部１１から出力されるＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号の周波数が高くなるが、各相の信号経路のインピーダンスの違いや波形の違いにより、波形形状の変化の程度が異なる場合がある。その結果、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）に示すように、エンコーダ１が正常であっても、Ｚパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が変化することがある。
図１２（Ｂ）において、実線は回転体２の低速回転時のＺ相矩形波信号を示し、一点鎖線は回転体２の低速回転時のＡ相矩形波信号を示し、点線は回転体２の低速回転時のＢ相矩形波信号を示す。また、図１２（Ｃ）において、実線は回転体２の高速回転時のＺ相矩形波信号を示し、一点鎖線は回転体２の高速回転時のＡ相矩形波信号を示し、点線は回転体２の高速回転時のＢ相矩形波信号を示す。図１２（Ａ）に示すように回転体２の高速回転時のＺ相アナログ信号は回転体２の低速回転時のＺ相アナログ信号よりも振幅が低下する。この結果、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）に示すように、回転体２の高速回転時のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対する相対的なＺ相パルス幅は回転体２の低速回転時のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対する相対的なＺ相パルス幅よりも小さくなる。この結果、エンコーダ１が正常であっても、Ｚ相パルス幅に含まるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号のエッジの数は、回転体２の低速回転時では例えば７本であるに対し、回転体２の高速回転時では例えば６本といったように、回転体２の回転速度に応じて異なったものとなる。
図１３は、回転体の回転方向とＺ相パルス幅の変化との関係を示す図であって、（Ａ）は回転体の正方向回転時におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）は回転体の回転方向の負方向回転時におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。なお、図１３では一例としてＡ相矩形波信号がＢ相矩形波信号に対して９０度位相が進んでいる状態を正方向としたが、Ａ相矩形波信号がＢ相矩形波信号に対して９０度位相が遅れている状態を正方向としてもよい。
図１３（Ａ）において、実線は回転体２の正方向回転時のＺ相矩形波信号を示し、一点鎖線は回転体２の正方向回転時のＡ相矩形波信号を示し、点線は回転体２の正方向回転時のＢ相矩形波信号を示す。また、図１３（Ｂ）において、実線は回転体２の負方向回転時のＺ相矩形波信号を示し、一点鎖線は回転体２の負方向回転時のＡ相矩形波信号を示し、点線は回転体２の負方向回転時のＢ相矩形波信号を示す。エンコーダ１が正常である場合において、回転体２が同じ回転速度で回転していても図１３（Ａ）に示すように正方向に回転している場合と図１３（Ｂ）に示すように負方向に回転している場合とでＺ相パルス幅が変わることがある。例えば、図１３（Ａ）ではＺ相パルス幅内にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジが６本存在し、図１３（Ｂ）では７本存在する。
このように、第３の実施形態によれば、評価部１５は、Ｚ相パルス幅に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を、回転体２の回転方向及び回転体２の回転速度に応じて予め規定された基準範囲と比較して、エンコーダ１の故障の有無を評価するので、回転体２の回転速度及び回転方向の変化に起因する誤判定を防ぐことができる。
図１４は、本開示の第３の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。
本開示の第３の実施形態では、回転体２の回転方向及び回転体２の回転速度に応じた基準範囲を、評価部１５内に予め複数種類規定しておく。本開示の第３の実施形態によるエンコーダ１が回転体２に取り付けられている場合において、ステップＳ３０１において、センサ部１１から、回転体２の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号が出力される。また、ステップＳ３０１では、回転体２が特定の回転位置に到達したときは、Ｚ相アナログ信号が出力されている。
ステップＳ３０２において、信号変換部１２は、センサ部１１から受信したＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する。信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エンコーダ１に接続された外部の計算装置（図示せず）に送られ、回転体２の回転位置、回転速度及び回転方向などの回転情報の計算に用いられる。また、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エッジ検出部１３にも送られる。エッジ検出部１３は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出し、これに合わせて、計数部１４は、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を計数する。
ステップＳ３０３において、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したか否かを判定する。ステップＳ３０３において、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定された場合はステップＳ３０４へ進み、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定されなかった場合はステップＳ３０１へ戻る。ステップＳ３０１～Ｓ３０３の処理は所定の周期で実行される。
ステップＳ３０４において、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に基づいて、回転方向検出部１６は回転体２の回転方向を検出し、回転速度検出部１７は回転体２の回転速度を検出する。回転方向検出部１６で検出された回転体２の回転方向に関する情報及び回転速度検出部１７で検出された回転体２の回転速度に関する情報は、計数部１４及び評価部１５へ送られる。
ステップＳ３０５において、評価部１５は、回転方向検出部１６により回転体２の回転方向の反転が検出されたか否かを判定する。ステップＳ３０５において回転体２の回転方向の反転が検出された場合はＳ３０１に戻る。この場合、評価部１５は、異常検出信号の出力処理を停止するので、異常検出信号が出力されることはない。一方、ステップＳ３０５において回転体２の回転方向の反転が検出されなかった場合はＳ３０６へ進む。
ステップＳ３０６において、計数部１４は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間であるＺパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数を計数する。計数部１４により計数されたエッジの数は、評価部１５へ送られる。
ステップＳ３０７において、評価部１５は、Ｚパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が基準範囲内であるか否かを判定する。ステップＳ３０７の判定処理に用いられる基準範囲は、予め複数種類規定された基準範囲のうち、ステップＳ３０４において検出された回転体２の回転方向及び回転速度に対応するものが選択されて用いられる。ステップＳ３０７において、Ｚパルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジの数が、基準範囲内である場合はステップＳ３０１へ戻り、基準範囲内でない場合はステップＳ３０８へ進む。
ステップＳ３０８おいて、評価部１５は、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
続いて、本開示の第４の実施形態について説明する。本開示の第４の実施形態は、上述の第１～第３の実施形態において、さらに、所定の期間にわたってＺ相矩形波信号のエッジが検出されない場合にも、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力するというものである。
図１５は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する図であって、（Ａ）はエンコーダ１が正常である場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダの故障によりＺ相矩形波信号のパルスの消失する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）において、太い実線は信号変換部１２から出力されるＺ相矩形波信号を例示し、細い実線は信号変換部１２から出力されるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号を例示する。一例として、図１５（Ａ）に示すようにエンコーダ１が正常である場合において周期的に発生するＺ相矩形波信号のパルスの間にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号が例えば２０４８パルス存在する場合について説明する。エンコーダ１が正常である場合は、図１５（Ａ）に示すようにＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の例えば２０４８パルスにつきＺ相矩形波信号のパルスが１回発生するとしている。図１５（Ｂ）に示すように、あるタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生し次いでＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号が２０４８パルス発生したにもかかわらず、次のＺ相矩形波信号のパルスが消失するというエンコーダ１の故障が発生することがある。本開示の第４の実施形態では、このようなＺ相矩形波信号のパルスの消失時に、評価部１５はエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
すなわち、本開示の第４の実施形態によれば、評価部１５は、所定の期間にわたってエッジ検出部１３によりＺ相矩形波信号のエッジが検出されない場合、評価部１５による評価結果としてエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。ここで、上記「所定の期間」とは、エンコーダ１が正常である場合においてＺ相矩形波信号のパルスと次のＺ相矩形波信号のパルスとの間で本来計数されるべきＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数（以下、「規定エッジ数」と称することがある。）を計数する期間で規定される。エンコーダ１が正常である場合において、あるＺ相矩形波信号のパルスと次のＺ相矩形波信号のパルスとの間で本来計数されるべきＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数（規定エッジ数）は、当該エンコーダ１の設計段階または製造段階において事前に把握できるものであるので、これを評価部１５内のメモリまたは評価部１５の外部のメモリに事前に記憶させておく。評価部１５は、あるタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生した場合、このタイミングから計時を開始して所定の期間（エンコーダ１が正常である場合において次のＺ相矩形波信号のパルスが発生するまでにＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の規定エッジ数を計数する期間）の経過時に次のＺ相矩形波信号のパルスのエッジを検出したか否かを判定する。評価部１５は、上記「所定の期間」にわたってＺ相矩形波信号のパルスのエッジを検出できなかった場合、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。なお、評価部１５による誤判定を防ぐために、上記「所定の期間」についてはある程度の幅を持たせて設定してもよい。
図１６は、本開示の第４の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。
本開示の第４の実施形態によるエンコーダ１が回転体２に取り付けられている場合において、ステップＳ４０１において、センサ部１１から、回転体２の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号が出力される。また、ステップＳ４０１では、回転体２が特定の回転位置に到達したときは、Ｚ相アナログ信号が出力されている。
ステップＳ４０２において、信号変換部１２は、センサ部１１から受信したＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する。信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エンコーダ１に接続された外部の計算装置（図示せず）に送られ、回転体２の回転位置、回転速度及び回転方向などの回転情報の計算に用いられる。また、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エッジ検出部１３にも送られる。エッジ検出部１３は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出する。
ステップＳ４０３において、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したか否かを判定する。ステップＳ４０３において、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定された場合はステップＳ４０４へ進み、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定されなかった場合はステップＳ４０１へ戻る。ステップＳ４０１～Ｓ４０３の処理は所定の周期で実行される。
ステップＳ４０４において、評価部１５は、本来計数されるべきＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数（規定エッジ数）を計数（検出）したか否かを判定する。ステップＳ４０４においてＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の規定エッジ数を計数したと判定された場合はステップＳ４０５へ進む。Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の規定エッジ数が計数されるまで、ステップＳ４０４は繰り返し実行される。
ステップＳ４０５において、評価部１５は、エッジ検出部１３によりＺ相矩形波信号のエッジを検出したか否かを判定する。ステップＳ４０５において、Ｚ相矩形波信号のエッジを検出したと判定された場合はステップＳ４０４へ戻り、Ｚ相矩形波信号のエッジを検出したと判定されなかった場合はステップＳ４０６へ進む。
ステップＳ４０６において、評価部１５は、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
上述の本開示の第４の実施形態における評価部１５の評価処理は、第１～第３の実施形態における評価部１５の評価処理と併せて実行される。この変形例として、本開示の第４の実施形態における評価部１５の評価処理を単独で実行してもよい。
続いて、本開示の第５の実施形態について説明する。本開示の第５の実施形態は、上述の第１～第４の実施形態において、さらに、所定の期間にわたってＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のうちの少なくとも１つの矩形波信号のエッジが検出されない場合にも、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力するというものである。
図１７は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する図であって、（Ａ）はエンコーダが正常である場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダの故障によりＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のうちの少なくとも１つの矩形波信号のパルスの消失する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）において、太い実線は信号変換部１２から出力されるＺ相矩形波信号を例示し、細い実線は信号変換部１２から出力されるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号を例示する。一例として、図１７（Ａ）に示すようにエンコーダ１が正常である場合において周期的に発生するＺ相矩形波信号のパルスの間にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号が例えば２０４８パルス存在する場合について説明する。すなわち、エンコーダ１が正常である場合は図１７（Ａ）に示すようにＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の例えば２０４８パルスにつきＺ相矩形波信号のパルスが１回発生するとしている。図１７（Ｂ）に示すように、あるタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生して次のＺ相矩形波信号のパルスが発生する前に、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の両方のパルスが消失するというエンコーダ１の故障が発生することがある。あるいは、ここでは図示しないが、あるタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生して次のＺ相矩形波信号のパルスが発生する前に、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のうちのいずれか一方の矩形波信号のパルスが消失するというエンコーダ１の故障が発生することがある。本開示の第５の実施形態では、このようなＡ相矩形波信号及びＢ相アナログ信号のうちの少なくとも１つの矩形波信号のパルスの消失時に、評価部１５はエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
すなわち、本開示の第５の実施形態によれば、評価部１５は、所定の期間にわたってエッジ検出部１３によりＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のうちの少なくとも１つの矩形化信号のエッジが検出されない場合、評価部１５による評価結果としてエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。ここで、上記「所定の期間」とは、「あるタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生してから次のＺ相矩形波信号のパルスが発生するまでの期間」として規定される。評価部１５は、あるタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生した場合、このタイミングから次のＺ相矩形波信号のパルスが発生するまでの期間の経過時に、計数部１４により本来計数されるべきＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数（規定エッジ数）が計数（検出）されたか否かを判定する。評価部１５は、上記「所定の期間」にわたって計数部１４によりＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のうちの少なくとも１つの矩形波信号について規定エッジ数を計数（検出）できなかった場合、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。例えば、エンコーダ１の正常時におけるＡ／Ｂ相矩形波信号が２０４８パルス存在する場合は、規定エッジ数は４０９６である。この例において、上記「所定の期間」に計数部１４により規定エッジ数である４０９６に満たないＡ／Ｂ相矩形波信号のエッジしか計数されなかった場合、直ちに、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。なお、評価部１５による誤判定を防ぐために、異常判定処理に用いられるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の規定エッジ数については、本来計数されるべきＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの「厳密な」数よりも、ある程度小さい値に設定してもよい。例えば、本来計数されるべきＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジが４０９６である場合、規定エッジ数を、４０９６よりも小さい値（例えば３９００など）に設定してもよい。
図１８は、本開示の第５の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。
本開示の第５の実施形態によるエンコーダ１が回転体２に取り付けられている場合において、ステップＳ５０１において、センサ部１１から、回転体２の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号が出力される。また、ステップＳ５０１では、回転体２が特定の回転位置に到達したときは、Ｚ相アナログ信号が出力されている。
ステップＳ５０２において、信号変換部１２は、センサ部１１から受信したＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する。信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エンコーダ１に接続された外部の計算装置（図示せず）に送られ、回転体２の回転位置、回転速度及び回転方向などの回転情報の計算に用いられる。また、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エッジ検出部１３にも送られる。エッジ検出部１３は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出する。
ステップＳ５０３において、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したか否かを判定する。ステップＳ５０３において、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定された場合はステップＳ５０４へ進み、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定されなかった場合はステップＳ５０１へ戻る。ステップＳ５０１～Ｓ５０３の処理は所定の周期で実行される。
ステップＳ５０４において、評価部１５は、次のＺ相矩形波信号のパルスが発生したか否かを判定する。ステップＳ５０４において次のＺ相矩形波信号のパルスが発生したと判定された場合はステップＳ５０５へ進む。次のＺ相矩形波信号のパルスの発生が検出されるまで、ステップＳ５０４は繰り返し実行される。
ステップＳ５０５において、評価部１５は、計数部１４により本来計数されるべきＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数（規定エッジ数）が計数（検出）されたか否かを判定する。ステップＳ５０５において、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号についての規定エッジ数を計数したと判定された場合はステップＳ５０４へ戻り、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号についての規定エッジ数を計数したと判定されなかった場合はステップＳ５０６へ進む。
ステップＳ５０６において、評価部１５は、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
上述の本開示の第５の実施形態における評価部１５の評価処理は、第１～第４の実施形態における評価部１５の評価処理と併せて実行される。この変形例として、本開示の第５の実施形態における評価部１５の評価処理を単独で実行してもよく、あるいは本開示の第４の実施形態及び第５の実施形態における評価部１５の２種類の評価処理のみを実行してもよい。
続いて、本開示の第６の実施形態について説明する。本開示の第６の実施形態は、上述の第１～第５の実施形態において、さらに、予め規定された周期以外のタイミングでエッジ検出部１３によりＺ相矩形波信号のエッジが検出された場合にも、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力するというものである。
図１９は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する図であって、（Ａ）はエンコーダが正常である場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダの故障により予め規定された周期以外のタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。
図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）において、太い実線は信号変換部１２から出力されるＺ相矩形波信号を例示し、細い実線は信号変換部１２から出力されるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号を例示する。一例として、図１９（Ａ）に示すようにエンコーダ１が正常である場合において周期的に発生するＺ相矩形波信号のパルスの間にＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号が例えば２０４８パルス存在する場合について説明する。すなわち、エンコーダ１が正常である場合は図１５（Ａ）に示すようにＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号の例えば２０４８パルスにつきＺ相矩形波信号のパルスが１回発生するといったようにＺ相矩形波信号は周期的に発生している。図１９（Ｂ）に示すように、あるタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生し次いでＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号が２０４８パルス発生する前に、次のＺ相矩形波信号のパルスが発生するというエンコーダ１の故障が発生することがある。本開示の第６の実施形態では、このような予め規定された周期以外のタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生する場合に、評価部１５はエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
すなわち、本開示の第６の実施形態によれば、評価部１５は、予め規定された周期以外のタイミングでエッジ検出部１３によりＺ相矩形波信号のエッジが検出された場合、評価部１５による評価結果としてエンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。ここで、上記「予め規定された周期」とは、エンコーダ１が正常である場合においてＺ相矩形波信号のパルスが出力される周期である。エンコーダ１が正常である場合においてＺ相矩形波信号のパルスが出力される周期は、当該エンコーダ１の設計段階または製造段階において事前に把握できるものであるので、これを評価部１５内のメモリまたは評価部１５の外部のメモリに事前に記憶させておく。評価部１５は、あるタイミングでＺ相矩形波信号のパルスが発生した場合、このタイミングから計時を開始して規定の周期（エンコーダ１が正常である場合においてＺ相矩形波信号のパルスが出力される周期）の経過前にＺ相矩形波信号のパルスのエッジを検出したか否かを判定する。評価部１５は、上記「規定の周期」の経過前にＺ相矩形波信号のパルスのエッジを検出した場合、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
図２０は、本開示の第６の実施形態によるエンコーダにおける異常判定処理の動作フローを示すフローチャートである。
本開示の第６の実施形態によるエンコーダ１が回転体２に取り付けられている場合において、ステップＳ６０１において、センサ部１１から、回転体２の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号が出力される。また、ステップＳ６０１では、回転体２が特定の回転位置に到達したときは、Ｚ相アナログ信号が出力されている。
ステップＳ６０２において、信号変換部１２は、センサ部１１から受信したＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する。信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エンコーダ１に接続された外部の計算装置（図示せず）に送られ、回転体２の回転位置、回転速度及び回転方向などの回転情報の計算に用いられる。また、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号は、エッジ検出部１３にも送られる。エッジ検出部１３は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出する。
ステップＳ６０３において、評価部１５は、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したか否かを判定する。ステップＳ６０３において、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定された場合はステップＳ６０４へ進み、Ｚ相矩形波信号のパルスが発生したと判定されなかった場合はステップＳ６０１へ戻る。ステップＳ６０１～Ｓ６０３の処理は所定の周期で実行される。
ステップＳ６０４において、評価部１５は、規定の周期分の時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ６０４において、規定の周期分の時間が経過したと判定された場合はステップＳ６０１へ戻り、規定の周期分の時間が経過したと判定されなかった場合はステップＳ６０５へ進む。
ステップＳ６０５において、評価部１５は、エッジ検出部１３によりＺ相矩形波信号のエッジを検出したか否かを判定する。ステップＳ６０５において、Ｚ相矩形波信号のエッジを検出したと判定された場合はステップＳ６０６へ進み、Ｚ相矩形波信号のエッジを検出したと判定されなかった場合はステップＳ６０４へ戻る。
ステップＳ６０６において、評価部１５は、エンコーダ１が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
上述の本開示の第６の実施形態における評価部１５の評価処理は、第１～第５の実施形態における評価部１５の評価処理と併せて実行される。この変形例として、本開示の第６の実施形態における評価部１５の評価処理を単独で実行してもよく、あるいは本開示の第４の実施形態及び第６の実施形態における評価部１５の２種類の評価処理のみを実行してもよく、あるいは本開示の第４の実施形態及び第６の実施形態における評価部１５の２種類の評価処理のみを実行してもよく、あるいは本開示の第４～第６の実施形態における評価部１５の３種類の評価処理のみを実行してもよい。
続いて、上述の本開示の第１～第６の実施形態によるエンコーダを備える回転体制御装置について説明する。
図２１は、本開示の一実施形態によるエンコーダを備える回転体制御装置を示すブロック図である。
回転体制御装置１００は、本開示の第１～第６の実施形態のうちのいずれかの実施形態によるエンコーダ１から出力されるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に基づいて、回転体２の回転を制御するものである。ここでは一例として、回転体制御装置１００内に設けられるエンコーダ１が、回転方向検出部１６及び回転速度検出部１７を備える第３の実施形態によるものであり、なおかつ各相の矩形波信号をそのままエンコーダの外部に出力するものである場合について説明する。第１～第６の実施形態のうちのいずれかの実施形態によるエンコーダ１が回転体制御装置１００に設けられるかによって、エンコーダ１内の回転方向検出部１６、回転速度検出部１７及び位相情報取得部１８のうちのいくつかが省略される。
エンコーダ１は、評価部１５による評価結果を記憶する記憶部１９と、記憶部１９に記憶された評価部１５による評価結果をエンコーダ１の外部にある機器へシリアル通信にて送信する送信部２０とをさらに備える。エンコーダ１は、外部にある機器とは送信部２０を介してシリアル通信を行うが、記憶部１９はシリアル通信に際して送信データを一時的に記憶（保持）するために用いられる。また、記憶部１９は、計数部１４により計数されたエッジの数を記憶し、送信部２０は、記憶部１９に記憶された評価部１５による評価結果をエンコーダ１の外部にある機器へシリアル通信にて送信するようにしてもよい。
エンコーダ１は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の各エッジに基づいて、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報を取得する位相情報取得部１８をさらに備えてもよい。位相情報取得部１８により取得された位相情報は、記憶部１９に一旦記憶され、送信部２０は、記憶部１９に記憶された位相情報をエンコーダ１の外部にある機器へシリアル通信にて送信する。詳細については後述するが、外部にある機器を用いて、位相情報に基づくエンコーダ１の調整を行うことができる。
回転体制御装置１００は、エンコーダ１と、エンコーダ１の出力に基づいて回転体２の回転を制御する制御部３２と、エンコーダ１の送信部２０から送られてきたデータを受信する受信部３３と、受信部３３が受信したデータに基づき表示を行う表示部３１とを備える。
制御部３２は、エンコーダ１に接続された計算装置内に設けられる。計算装置の例としては、例えば、モータが設けられた工作機械を制御するための数値制御装置、モータが設けられたロボットを制御するためのロボットコントローラなどがある。図２１に示す例では、エンコーダ１が各相の矩形波信号をそのままエンコーダ１の外部に出力するタイプとしたので、制御部３２は、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に基づき、回転体２の回転位置、回転速度及び回転方向などの回転情報を算出し、この計算情報に基づき回転体２の回転を制御する。なお、エンコーダ１が内部で回転体の回転位置や回転速度などの回転情報を計算するタイプである場合は、制御部３２は、エンコーダ１からシリアル通信にて受信した回転情報に基づき回転体２の回転を制御する。
なお、回転体２を駆動するにあたっては駆動電力が必要であるが、図２１では、駆動電力を供給するための電源装置については図示を省略している。
表示部３１は、エンコーダ１内の評価部１５による評価結果として異常検出信号を、受信部３３を経由して受信した場合は、エンコーダ１が異常である旨を表示する。これにより、作業者は、表示部３１による表示内容に基づき、エンコーダ１の異常の有無を容易に把握することができる。
表示部３１及び受信部３３は、例えば、エンコーダ１の外部の計算装置内に設けられてもよい。また例えば、表示部３１及び受信部３３は、エンコーダ１の外部の計算装置とは独立した計算装置内に設けられてもよく、この場合、この計算装置は、エンコーダ１を検査したいときに接続されるエンコーダ検査装置として構成することができる。例えば、作業者は、エンコーダ１の製造時やメンテナンス時に、エンコーダ１にエンコーダ検査装置を接続し、エンコーダ検査装置内の表示部３１による表示内容から、エンコーダ１の異常の有無を容易に把握することができる。
表示部３１は、評価部１５により取得されたＺ相パルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数に関する情報を、受信部３３を経由して受信した場合は、Ｚ相パルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を表示する。作業者は、表示部３１に表示されるエッジの数を確認しながら、エッジの数が基準範囲に収まることになるように、エンコーダ１の調整を行うことができる。
また、位相情報取得部１８により取得されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報を表示部３１に表示させ、作業者はこの表示内容に基づいてエンコーダ１についてより詳細に調整することもできる。
図２２は、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報に基づくエンコーダの調整を説明する図（その１）であって、（Ａ）はエンコーダの第１の個体についてのＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）は（Ａ）に示す第１の個体についてのＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報の表示例を例示する。図２３は、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報に基づくエンコーダの調整を説明する図（その２）であって、（Ａ）はエンコーダの第２の個体についてのＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）は（Ａ）に示す第２の個体についてのＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報の表示例を例示する。
図２２（Ａ）及び図２３（Ａ）において、実線は信号変換部１２から出力されるＺ相矩形波信号を示し、一点鎖線はＡ相矩形波信号を示し、点線はＢ相矩形波信号を示す。図２２（Ａ）に示す第１の個体であるエンコーダ１と、図２３（Ａ）に示す第２の個体であるエンコーダ１とでは、Ｚ相パルス幅内に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は同じ７本である。しかしながら、第１の個体では、図２２（Ａ）に示すようにＺ相矩形波信号の立ち上がりエッジが出力される時点では、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号はともにハイ（Ｈ）であるが、第２の個体では、図２３（Ａ）に示すようにＺ相矩形波信号の立ち上がりエッジが出力される時点では、Ａ相矩形波信号はハイ（Ｈ）でありＢ相矩形波信号はロー（Ｌ）である。また、第１の個体では、図２２（Ａ）に示すようにＺ相矩形波信号の立ち下がりエッジが出力される時点では、Ａ相矩形波信号はハイ（Ｈ）でありＢ相矩形波信号はロー（Ｌ）であるが、第２の個体では、図２３（Ａ）に示すようにＺ相矩形波信号の立ち下がりエッジが出力される時点では、Ａ相矩形波信号はともにロー（Ｌ）である。このように、第１の個体と第２の個体とでは、Ｚ相パルス幅内に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数は同じであっても、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相が異なる。
そこで、図２２（Ｂ）及び図２３（Ｂ）に示すように、Ａ相矩形波信号の信号レベルを横軸にとり、Ｂ相矩形波信号の信号レベルを縦軸にとった仮想平面上にＺ相矩形波信号のエッジの位相を表示する。
例えば、第１の個体については、Ｚ相矩形波信号の立ち上がりエッジが出力される時点ではＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号はともにハイ（Ｈ）であるので図２２（Ａ）に示すように仮想平面上の第１象限にＺ相矩形波信号の立ち上がりエッジの位相が表示される。第２の個体については、Ｚ相矩形波信号の立ち上がりエッジが出力される時点ではＡ相矩形波信号がハイ（Ｈ）でありＢ相矩形波信号はロー（Ｌ）であるので図２２（Ｂ）に示すように仮想平面上の第４象限にＺ相矩形波信号の立ち上がりエッジの位相が表示される。
また、第１の個体については、Ｚ相矩形波信号の立ち下がりエッジが出力される時点ではＡ相矩形波信号はハイ（Ｈ）でありＢ相矩形波信号はロー（Ｌ）であるので図２２（Ａ）に示すように仮想平面上の第４象限にＺ相矩形波信号の立ち下がりエッジの位相が表示される。第２の個体については、Ｚ相矩形波信号の立ち下がりエッジが出力される時点ではＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号はともにロー（Ｌ）であるので図２２（Ｂ）に示すように仮想平面上の第３象限にＺ相矩形波信号の立ち上がりエッジの位相が表示される。
図２２（Ｂ）及び図２３（Ｂ）に示すように、エンコーダ１の第１の個体と第２の個体とでは、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相がずれている。図２２（Ｂ）及び図２３（Ｂ）に示すような仮想平面を表示部３１に表示させることで、作業者は、エンコーダ１の個体間の位相のずれを容易に把握することができる。例えば図２２（Ｂ）及び図２３（Ｂ）に表示された第１の個体及び第２の個体の各Ｚ相矩形波信号の立ち上がりエッジの位相が一致し、かつ第１の個体及び第２の個体の各Ｚ相矩形波信号の立ち下がりエッジの位相が一致するように、第１の個体及び第２の個体をそれぞれ調整すれば、個体ごとのエンコーダ１の原点位置の検出精度のばらつきをなくすことができる。図２２（Ｂ）及び図２３（Ｂ）に示すような仮想平面を表示部３１に生じさせることで、作業者は、エンコーダ１の個体間のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相のずれを容易に把握し、エンコーダ１を容易に調整することができる。
ここで、エンコーダ１の調整の仕方について、いくつか列記する。光学式エンコーダの場合は、例えば、コードホイール４３と発光素子４１及び受光素子４２との位置関係の変更、各アナログ信号及び基準電圧を生成する回路の回路定数の変更、各部品の交換などにより、エンコーダ１の調整を行うことができる。磁気式エンコーダの場合は、例えば、センサギア５１とＡ相／Ｂ相用センサヘッド５２及びＺ相用センサヘッド５３との位置関係の変更、センサギア５１上に設けられる溝５４の形状の変更、各アナログ信号及び基準電圧を生成する回路の回路定数の変更、各部品の交換などにより、エンコーダ１の調整を行うことができる。作業者は、エンコーダ１の製造時またはメンテナンス時に、表示部３１に表示されるＺ相パルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数が基準範囲に収まるように、上述の調整を行うことができる。また作業者は、エンコーダ１の製造時またはメンテナンス時に、表示部３１に表示される図２２（Ｂ）及び図２３（Ｂ）に表示されるような仮想平面のエンコーダ１の位相情報に基づき、エンコーダ１の個体間のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相のずれがなくなるよう、上述の調整を行うことができる。
このように、本開示の一形態によれば、従来のような測定装置を用いたＺ相アナログ信号の波形の取得作業は不要であり、取得した波形を観測しながらのＺ相アナログ信号の調整作業が不要となるので、未熟練者であっても容易にエンコーダ１の調整を行うことができる。
続いて、エンコーダ１と外部の計算装置との間で行われるシリアル通信について説明する。
図２４は、本開示の一実施形態によるエンコーダと外部の計算装置との間のシリアル通信を説明する図であって、（Ａ）はエンコーダからのデータを周期的に外部の計算装置へ送信する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示し、（Ｂ）はエンコーダからのデータを一旦保持して外部の計算装置へ送信する場合におけるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号を例示する。
ここでは、Ｚ相パルス幅に収まるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数及びＺ相矩形波信号のパルスの消失により発生する異常検出信号を、エンコーダ１の送信部２０から外部の計算装置内の受信部３３へ、シリアルデータにて送信する場合を例にとり説明する。
例えば図２４（Ａ）に示すように、計数部１４から出力されるＺ相パルス幅に収まるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数に関する情報と、評価部１５から出力されるＺ相矩形波信号のパルスの消失により出力される異常検出信号とが、単純に出力順にシリアルデータとしてエンコーダ１の送信部２０から外部の計算装置内の受信部３３に送信される場合、Ｚ相矩形波信号のパルス消失のタイミング如何によっては、異常検出信号をシリアルデータとして送信部２０から受信部３３へ送信できないことがある。例えば、送信部２０から受信部３３へ、シリアルデータＰ～Ｓが順次送信される場合、シリアルデータＰとして送信されるのは計数値Ａであり、シリアルデータＱとして送信されるのは計数値Ｄであり、シリアルデータＲとして送信されるのは計数値Ｇであり、シリアルデータＳとして送信されるのは計数値Ｊである。一方、計数値Ｂ、計数値Ｂ及び計数値Ｄの各計数のタイミング間で出力される異常検出信号、計数値Ｅ，計数値Ｆ、計数値Ｇ及び計数値Ｉの各計数のタイミング間で出力される異常検出信号、計数値Ｉ、並びに計数値Ｋについては、シリアルデータの送信タイミングに合わないため、送信部２０から受信部３３へは送信できない。このように、シリアルデータとして送信部２０から受信部３３へ送信できないデータの中に異常検出信号が含まれてしまうのは適切ではない。
そこで、本開示の一実施形態では、計数部１４から出力されるＺ相パルス幅に収まるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数に関する情報、及び評価部１５から出力されるＺ相矩形波信号のパルスの消失により出力される異常検出信号については、記憶部１９に一旦記憶する。送信部２０は、記憶部１９に記憶されたデータを、シリアル通信にて外部の計算装置内の受信部３３へ逐次送信する。ただし、送信部２０は、記憶部１９に記憶されたデータの中に異常検出信号が含まれていた場合には、異常検出信号を、エッジの計数値よりも優先してシリアル通信にて外部の計算装置内の受信部３３へ送信する。
例えば図２４（Ｂ）に示すように、本開示の一実施形態によれば、Ｚ相パルス幅に収まるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの計数値Ａ、計数値Ｂ、計数値Ｂ及び計数値Ｄの各計数のタイミング間で出力される異常検出信号、計数値Ｄ、計数値Ｅ，計数値Ｆ、計数値Ｇ及び計数値Ｉの各計数のタイミング間で出力される異常検出信号、計数値Ｉ、計数値Ｊ、並びに計数値Ｋは、それぞれ計数部１４または評価部１５から出力された後、記憶部１９に一旦記憶される。送信部２０は、記憶部１９に記憶されたデータを、シリアル通信にて外部の計算装置内の受信部３３へ逐次送信するが、その際は異常検出信号の送信を優先的に行う。例えば図２４（Ｂ）に示すように、送信部２０から受信部３３へ、シリアルデータＰ～Ｓが順次送信される場合、シリアルデータＰとして送信されるのは計数値Ａである。また、シリアルデータＱとして送信されるのは計数値Ｂ及び計数値Ｄの各計数のタイミング間で出力される異常検出信号である。また、シリアルデータＲとして送信されるのは計数値Ｇである。また、シリアルデータＳとして送信されるのは計数値Ｇ及び計数値Ｉの各計数のタイミング間で出力される異常検出信号である。このように、本開示の一実施形態によれば、評価部１５から出力された異常検出信号が送信部２０から受信部３３へ送信されない事態を防ぐことができる。
続いて、本開示の第７の実施形態によるエンコーダ及びこれを備える回転体制御装置について説明する。
上述した第１～第６の実施形態によるエンコーダでは、内部に評価部を備えていた。本開示の第７の実施形態では、エンコーダの外部に、評価部を設ける。
図２５は、本開示の第７の実施形態によるエンコーダを備える回転体制御装置を示すブロック図である。ここでは一例として、回転体制御装置２００内に設けられるエンコーダ３が、各相の矩形波信号をそのままエンコーダの外部に出力するものである場合について説明する。
回転体制御装置２００は、本開示の第７の実施形態によるエンコーダ３と、エンコーダ３とは別体の外部の計算装置とを備える。回転体制御装置２００は、エンコーダ３から出力されるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に基づいて、回転体２の回転を制御する。エンコーダ３に接続される外部の計算装置には、評価部２１と、表示部３１と、制御部３２と、受信部３３とが設けられる。
エンコーダ３は、センサ部１１と、信号変換部１２と、エッジ検出部１３と、計数部１４と、回転方向検出部１６と、回転速度検出部１７と、位相情報取得部１８と、記憶部１９と、送信部２０と、を備える。ここでは一例として、回転体制御装置２００内に設けられるエンコーダ３が、回転方向検出部１６、回転速度検出部１７及び位相情報取得部１８を備えるものとしたが、回転方向検出部１６、回転速度検出部１７及び位相情報取得部１８のうちのいくつかについては省略されてもよい。
センサ部１１、信号変換部１２、エッジ検出部１３、計数部１４、回転方向検出部１６、回転速度検出部１７、及び位相情報取得部１８は、第１～第６の実施形態にて説明したものと同様である。すなわち、センサ部１１は、回転体２の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号を出力し、回転体２が特定の回転位置に到達するごとにＺ相アナログ信号を出力する。信号変換部１２は、Ａ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号及びＺ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する。エッジ検出部１３は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出する。計数部１４は、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中におけるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を計数する。回転方向検出部１６は、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に基づいて、回転体２の回転方向を検出する。回転速度検出部１７は、信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に基づいて回転体２の回転速度を検出する。位相情報取得部１８は、Ａ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号の各エッジに基づいて、Ａ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報を取得する。
エンコーダ３内の記憶部１９は、計数部１４により計数されたＺ相パルス幅内に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数、回転方向検出部１６により検出された回転体２の回転方向、回転速度検出部１７により検出された回転体２の回転速度、並びに、位相情報取得部１８により取得されたＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号に対するＺ相矩形波信号の位相情報を記憶する。送信部２０は、記憶部１９に記憶された各種情報をエンコーダ３の外部にある機器へシリアル通信にて送信する。
エンコーダ３が接続される外部の計算装置には、評価部２１と、表示部３１と、制御部３２と、受信部３３とが設けられる。計算装置の例としては、例えば、モータが設けられた工作機械を制御するための数値制御装置、モータが設けられたロボットを制御するためのロボットコントローラなどがある。
受信部３３は、シリアル通信にてエンコーダ３の送信部２０から送られてきたデータを受信する。
評価部２１は、エンコーダ３の異常の有無の評価に用いられるＺ相パルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数が、受信部３３が受信したものである点以外は、上述の第１～第６の実施形態と同様である。すなわち、評価部２１は、受信部３３が受信したＺ相パルス幅内のＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数が予め規定された基準範囲に収まらない場合、エンコーダ３が異常であることを示す異常検出信号を出力する。
また、エンコーダ３内の回転方向検出部１６及び回転速度検出部１７が省略されない場合は、上述した第２及び第３の実施形態と同様、評価部２１は、受信部３３が受信した回転体２の回転情報に基づき、Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において回転体２の回転方向の反転が検出された場合は評価部１５による異常検出信号の出力処理を停止する。また、回転体２の回転方向及び回転体２の回転速度に応じて、評価部１５における評価処理に用いられる基準範囲を予め複数種類規定しておけば、評価部２１は、Ｚ相パルス幅に含まれるＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のエッジの数を、受信部３３が受信した回転体２の回転方向及び回転体２の回転速度に応じた基準範囲と比較して、エンコーダ３の故障の有無を評価することもできる。
さらに、評価部２１は、所定の期間にわたってＺ相矩形波信号のエッジが検出されない場合や所定の期間にわたってＡ相矩形波信号及びＢ相矩形波信号のうちの少なくとも１つの矩形波信号のエッジが検出されない場合にも、エンコーダ３が異常であることを示す異常検出信号を出力してもよい。この場合、回転体制御装置２００内の制御部３２による回転体２の回転の制御に用いられるＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に関する情報を流用すればよい。
表示部３１は、評価部２１による評価結果を表示する。作業者は、表示部３１による表示内容に基づき、エンコーダ３の異常の有無を容易に把握することができる。
図２５に示す例では、エンコーダ３が各相の矩形波信号をそのままエンコーダ３の外部に出力するタイプとしたので、制御部３２は、エンコーダ３の信号変換部１２から出力されたＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に基づいて、回転体２の回転を制御する。なお、エンコーダ３が内部で回転体の回転位置や回転速度などの回転情報を計算するタイプである場合は、制御部３２は、エンコーダ３からシリアル通信にて受信した回転情報に基づき回転体２の回転を制御する。
上述した信号変換部１２、エッジ検出部１３、計数部１４、評価部１５、回転方向検出部１６、回転速度検出部１７、位相情報取得部１８、評価部２１、及び制御部３２は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、ＬＳＩ、ＦＰＧＡ、ＭＰＵ、及びＤＳＰなどの演算処理装置を、このソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、信号変換部１２、エッジ検出部１３、計数部１４、評価部１５、回転方向検出部１６、回転速度検出部１７、位相情報取得部１８、評価部２１、及び制御部３２を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。
また、送信部２０及び受信部３３は、シリアル通信インタフェースを有する回路にて構成される。表示部３１は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイなどによって構成されるが、計算装置に付属のディスプレイであってもよく、あるいは計算装置とは独立したパソコン、携帯端末及びタッチパネルなどのディスプレイなどであってもよい。記憶部１９は、ＬＳＩやＦＰＧＡなどの集積回路内の記憶領域にて構成される。また、記憶部１９は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成されてもよい。
１、３ エンコーダ
２ 回転体
１１ センサ部
１２ 信号変換部
１３ エッジ検出部
１４ 計数部
１５ 評価部
１６ 回転方向検出部
１７ 回転速度検出部
１８ 位相情報取得部
１９ 記憶部
２０ 送信部
２１ 評価部
３１ 表示部
３２ 制御部
３３ 受信部
４１ 発光素子
４２ 受光素子
４３ コードホイール
４４ Ａ相／Ｂ相トラック
４５ Ｚ相トラック
４６ シャフト
５１ センサギア
５２ Ａ相／Ｂ相用センサヘッド
５３ Ｚ相用センサヘッド
５４ 溝
５５ シャフト
１００、２００ 回転体制御装置

Claims (12)

  1. 回転体の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号を出力し、前記回転体が特定の回転位置に到達するごとにＺ相アナログ信号を出力するセンサ部と、
    前記Ａ相アナログ信号、前記Ｂ相アナログ信号及び前記Ｚ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する信号変換部と、
    前記Ａ相矩形波信号、前記Ｂ相矩形波信号及び前記Ｚ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出するエッジ検出部と、
    前記Ａ相矩形波信号及び前記Ｂ相矩形波信号の前記エッジの数を計数する計数部と、
    前記Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において前記計数部により計数された前記エッジの数に基づいて、異常の有無を評価する評価部と、
    を備える、エンコーダ。
  2. 前記評価部は、前記Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において前記計数部により計数された前記エッジの数が予め規定された基準範囲に収まらない場合、前記評価部による評価結果として前記エンコーダが異常であることを示す異常検出信号を出力する、請求項１に記載のエンコーダ。
  3. 前記Ａ相矩形波信号及び前記Ｂ相矩形波信号に基づいて前記回転体の回転方向を検出する回転方向検出部をさらに備え、
    前記評価部は、前記Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中において前記回転方向検出部により前記回転体の回転方向の反転が検出された場合、前記異常検出信号を出力しない、請求項２に記載のエンコーダ。
  4. 前記Ａ相矩形波信号及び前記Ｂ相矩形波信号に基づいて前記回転体の回転速度を検出する回転速度検出部をさらに備え、
    前記基準範囲は、前記回転体の回転方向及び前記回転体の回転速度に応じて、複数規定される、請求項３に記載のエンコーダ。
  5. 前記評価部は、所定の期間にわたって前記エッジ検出部により前記Ｚ相矩形波信号の前記エッジが検出されない場合、前記評価部による評価結果として前記エンコーダが異常であることを示す異常検出信号を出力する、請求項１～４のいずれか一項に記載のエンコーダ。
  6. 前記評価部は、所定の期間にわたって前記エッジ検出部により前記Ａ相矩形波信号及び前記Ｂ相矩形波信号のうちの少なくとも１つの矩形波信号の前記エッジが検出されない場合、前記評価部による評価結果として前記エンコーダが異常であることを示す異常検出信号を出力する、請求項１～５のいずれか一項に記載のエンコーダ。
  7. 前記評価部は、予め規定された周期以外のタイミングで前記エッジ検出部により前記Ｚ相矩形波信号の前記エッジが検出された場合、前記評価部による評価結果として前記エンコーダが異常であることを示す異常検出信号を出力する、請求項１～６のいずれか一項に記載のエンコーダ。
  8. 前記エッジに基づいて前記Ａ相矩形波信号及び前記Ｂ相矩形波信号に対する前記Ｚ相矩形波信号の位相情報を取得する位相情報取得部をさらに備える、請求項１～７のいずれか一項に記載のエンコーダ。
  9. 前記評価部による評価結果を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記評価部による評価結果を外部機器へシリアル通信にて送信する送信部と、
    を備える、請求項１～８のいずれか一項に記載のエンコーダ。
  10. 前記計数部により計数された前記エッジの数を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記エッジの数を外部機器へシリアル通信にて送信する送信部と、
    を備える、請求項１に記載のエンコーダ。
  11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載のエンコーダと、
    前記評価部による評価結果を表示する表示部と、
    前記エンコーダの出力に基づいて前記回転体の回転を制御する制御部と、
    を備える、回転体制御装置。
  12. 回転体の回転に応じて位相が互いに異なるＡ相アナログ信号及びＢ相アナログ信号を出力し、前記回転体が特定の回転位置に到達するごとにＺ相アナログ信号を出力するセンサ部と、前記Ａ相アナログ信号、前記Ｂ相アナログ信号及び前記Ｚ相アナログ信号を、それぞれＡ相矩形波信号、Ｂ相矩形波信号及びＺ相矩形波信号に変換して出力する信号変換部と、前記Ａ相矩形波信号、前記Ｂ相矩形波信号及び前記Ｚ相矩形波信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検出するエッジ検出部と、前記Ｚ相矩形波信号のパルス発生期間中における前記Ａ相矩形波信号及び前記Ｂ相矩形波信号の前記エッジの数を計数する計数部と、前記計数部により計数された前記エッジの数を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記エッジの数をシリアル通信にて送信する送信部と、を有するエンコーダと、
    前記エンコーダの前記送信部からシリアル通信にて受信した前記エッジの数が予め規定された基準範囲に収まらない場合、前記エンコーダが異常であることを示す異常検出信号を出力する評価部と、
    前記評価部による評価結果を表示する表示部と、
    前記エンコーダの出力に基づいて前記回転体の回転を制御する制御部と、
    を備える、回転体制御装置。
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JP2013257165A (ja) 2012-06-11 2013-12-26 Denso Corp 回転角検出装置

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