WO1991000499A1 - Encoder - Google Patents

Description

明 細 書 エン コーダ

技 術 分 野

本発明は物体の位置や速度を検出する ために用い ら れるエン コ ーダに関する。

背 景 技 術

従来、 この種のエン コーダは、 例えばロータ リ エン コ ーダの場合、 モータ等の回転角度や回転速度を検出 する ために用い られる もので、 大き く 分けてイ ン ク リ メ ン タルエン コ ーダと絶対値エン コ ーダと がある。 ィ ン ク リ メ ン タルエン コーダはモータ等の 1 回転範囲を 等間隔に分割し た分割数分のパルスを発生し、 こ のパ ルス数を信号処理回路でカ ウ ン 卜 する こ と によ り モー 夕等の回転位置や回転速度を知る こ と ができ る 。 イ ン ク リ メ ン タルエン コーダは通常、 9 0 ° の位相差を有す る A ， B 2 相のパルス信号を出力 し 、 その位相関係 (進み， 遅れ） によ り モータ等の回転方向 （正転ま た は逆転） が判別される。 ま た、 1 回転を示す基準信号 と して、 1 回転中に 1 個の原点パルス （ Z相パルス信 号） を出力する こ とが一般的である 。 絶対値ェン コ 一 ダはモータ等の 1 回転範囲の絶対位置を 2 進符号で表 わ した符号板を ,弔いる もので、 出力形式と してはパラ レル出力のものや A , B相出力の ものなどがある 。 ま た、 ノ ッ テ リ をバッ ク ア ッ プ用電源と するメ モ リ を用 いてモ一タ等の回転数を記録するメ モ リ バッ ク ア ッ プ 方式やギヤによ る減速機構などを用いてモータ等の 1 回転以上の絶対位置をも生成する多回転式絶対値ェ ン コーダもある。

発 明 の 開 示

上述し た従来のエ ン コーダは、 内部で一部の信号が 欠落し た り する異常が起き た場合に一般に出力信号は 異常と なるが、 エ ン コーダの外部か らは異常が起き た かど う かの見分けがつかず、 ま た、 まれには出力信号 に異常が現われないこ と もあ り 、 さ らに、 電源の瞬時 停電が起き た場合に も一般に出力信号は異常 と な る が、 通常、 出力信号の異常は一瞬でその後は疑似的に 正常な信号と なるので、 外部からはエ ン コーダの異常 が検出できず、 これらの場合結果的に装置の暴走、 さ らには破壊を引 き起こす と い う 欠点がある 。 特に、 ノ ッ テ リ によ るメ モ リ バッ ク ア ッ プ方式の多回転式絶対 値エ ン コーダにおいては、 バ ヅ テ リ の断線等によ り メ モ リ の内容が破壊される と 、 誤 り 量が大き く な り 重大 な結果を招 く 欠点がある 。

本発明の目的は、 異常発生時に異常発生を外部に通 報する こ と によ り 、 装置の暴走、 破壊を未然に防止で き るエ ン コーダを提供する こ と である。

本発明の第 1 のエ ン コ ーダは、 物体の直線移動や回 転に伴なつて複数の相のパルス信号を生成し、 出力す るエン コーダ本体と、 前記エン コーダ本体の異常を検 出し、 異常検出信号を出力する異常検出回路と、 前記 パルス信号のう ちある相のパルス信号を入力し、 前記 エン コーダ本体の正常時には該パルス信号を出力し、 前記異常検出信号が出力される と、 該パルス信号を反 転して出力するゲ一 卜回路を有している。

本発明の第 2 のエン コーダは、 物体の直線移動や回 転に伴なつて複数の相のパルス信号を生成し、 出力す るエンコーダ本体と、 前記エンコーダ本体の異常を検 出し、 異常検出信号を出力し、 外部指令信号を入力す る と、 該信号が示す処理を行なう異常検出回路と、 前 記パルス信号'のう ちある相のパルス信号を入力し、 前 記エン コーダ本体の正常時には出力モー ド と なって該 パルス信号を出力し、 前記異常検出信号が出力される と、 入力モー ド となって、 該パルス信号の出力信号線 に外部指令信号が現われる と、 該信号を入力し、 前記 異常検出回路に出力する ト ラ ンシーバ回路を有してい る。

本発明の第 3のエンコーダは、 物体の直線移動や回 転に伴なつて複数の相のパルス信号を生成し、 出力す るエンコーダ本体と、 前記エンコーダ本体の異常を検 出し、 異常検出信号と異常の内容を示す異常識別信号 を出力する異常検出回路と、 前記パルス信号のう ちあ る相のパルス信号を入力し、 前記エンコーダ本体の正 常時には該パルス信号を出力し、 前記異常検出信号が 出力される と、 該パルス信号の代り に前記異常識別信 号を出力するセレクタ回路を有している。

エンコーダ本体の異常が異常検出回路で検出される と、 エン コーダ本体から出力されたパルス信号のいず れかを反転した り 、 いずれかのパルス信号の出力を停 止する こ と によ り 、 エン コーダ本体の外部よ り ェン コ ーダ本体の異常を知る こ と ができ、 操作者は装置を停 止させ、 装置の暴走、 破壊を防止でき る。 また、 異常 識別信号を出力する こ と によ り 、. 異常の内容を知るこ とができる。 さ らに、 外部から異常状態に対する処理 の指令を入力する こ とができ る。 また、 異常状態の処 理後に、 電源の再投入動作を利用して リ セッ ト信号を 発生し、 異常検出信号を リ セ、ソ 卜 する こ と もでき る。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明のエンコーダの第 1 の実施例の構成 を示す回路図、 第 2 図は第 1 図中のエンコーダ本体 1 の構成図、 第 3図は第 1 図中の異常検出回路 2 の構成 を示すブロ ッ ク図、 第 4図は第 2図中のマイ クロコ ン ピュータ 2 1の内部処理を示す流れ図、 第 5 図は本発明 のエンコーダの第 2 の実施例の構成を示す回路図、 第 6図は第 5 図中の異常検出回路 7の回路図である。

発明を実施するための最良の形態 エン コーダ本体 1 は従来のエン コ ーダに相当する部 分で、 第 2 図 （1) , (2) に示すよ う に、 シ ャ フ ト 11に取 付け られたデ ィ ス ク 12、 LED 13 、 フ ォ ト ダイ オー ド 14、 コ ンノ レ一タ 15, 16, 17と か らなる周知の構成を 有してお り 、 A相， B相および Z相の各パルス信号を 出力する。 異常検出回路 2 は、 第 3 図に示すよ う に、 シ リ アル通信機能付のマイ ク ロ コ ン ピュータ 21 (イ ン テル 8051等） と バッ テ リ 電圧検出器 22と R-S 型フ リ 、ソ プフ コ ッ プ 23と か ら な る 。 マイ ク ロ コ ン ピ ュータ 21 は、 第 4図に示すよ う に、 エン コーダ本体 1 か ら出力 された A相， B相， Z相の各パルス信号を入力して、 A相パルス信号と B相パルス信号から計数し た原点が Z相パルス信号を示す原点と一致するかど う かによ り 信号の欠落がないかど う か監視し、 ま たェン コ一ダ本 体 1 のメ モ リ バッ ク ア ッ プ用バッ テ リ の電源電圧の低 下がバッ テ リ 電圧検出器 22で検出されて R-S 型フ リ プフ ロ ッ プ 23がセ ッ ト されたか （ア ラーム状態か） 調 ベ、 信号の欠落お よびノま たはバ ッ テ リ 電源電圧の 低下が検出 さ れる と 、 ア ラ ーム信号 ALARM を レベル " 1 " にする と と もに、 異常の内容を示す異常識別信 号 S iをシ リ アルに出力 し、 その後外部よ り 外部指令信 号 S₂を入力する と 、 入力 し た外部指令信号 S₂に対応す る 処理 （例えば R-S 型フ リ ッ プフ ロ ッ プ 23の リ セ ッ 卜 ） を行な う 。 セ レク タ回路 3 はア ン ドゲー ト 31， 32 と オアゲー 卜 33と ィ ンノ 一夕 34と からなる 。 ィ ンバ一 タ 34は異常検出回路 2 か らの異常検出信号 ALARM の論 理レベルを反転させ、 アン ドゲー ト 31は A相パルス信 号と イ ンバータ 34の出力 と を入力 し、 ア ン ドゲー ト 32 は異常識別信号 Siと異常検出信号 ALARM と を入力 し、 オアゲ一 卜 33はア ン ド ゲー 卜 31および 32の出力を入力 して、 アラーム信号 ALARM がレベル " 0 " 、 すなわち エン コーダ本体 1 の正常時に A相パルス信号を、 異常 検出信号 ALARM がレベル " 1 " 、 すなわちエン コ ーダ 本体 1 の異常時に異常識別信号 S！を出力する 。 卜 ラ ン シ一バ回路 4 はイ ンバータ 43と 、 外部からの信号入力 用の 3 ステー ト ノ ッ フ ァ 41と、 エン コーダ本体 1 から の B相パルス信号の出力用の 3 ステ一 ト バッ フ ァ 42と か ら な り 、 ス リ 一ステー ト ノ、' ッ フ ァ 41 , 42はそれぞ れ、 異常検出回路 2 からの異常検出信号 ALARM 、 イ ン バ一タ 43を介するその反転信号によ り オン Zオフ制御 される。 ェクスクルーシブオア回路 5 はエン コ ーダ本 体 1 からの Z相パルス信号と異常検出信号 ALARM を入 力して、 異常検出信号 ALARM がレベル " 0 " の と き Z 相パルス信号を出力し、 異常検出信号 ALARM がレベル " 1 " の と き Z相パルス信号を反転して出力する。 次に、 本実施例の動作を説明する 。

エン コーダ本体 1 が正常に動作している と き 、 異常 検出回路 2 の出力する異常検出信号 ALARM は レベル " 0 " である 。 したがっ て、 エン コーダ本体 1 か ら出 力された A相パルス信号がセ レク タ回路 3 内のアン ド ゲ一 卜 31と オアゲ一 卜 33を介して出力される 。 ま た、 3 ステー ト ノ ヅ フ ァ 42がオ ン される ので ト ラ ン シーバ 回路 4 が出力モー ド と な り 、 エン コーダ本体 1 か ら出 力された B相パルス信号が ト ラ ン シーバ回路 4から出 力される 。 さ らに、 エン コ ーダ本体 1 か ら出力された Z相パルス信号がェクスクルーシブオア回路 5 か ら出 力される 。 こ の よ う に、 エン コーダ本体 1 が正常に動 作している と き は A相， B相， Z相の各パルス信号が 不図示の信号処理回路に出力され、 位置ま たは速度の 検出が行われる。

次に、 メ モ リ バッ ク ア ッ プ用バッ テ リ の電圧が異常 に低下する と 、 バッ テ リ 電圧検出器 22によ り これが検 出され、 R-S 型フ リ ッ プフ ロ ッ プ 23がセ ヅ 卜 される。 マイ ク ロ コ ン ピュータ 21は R-S 型フ リ ッ プフ 口 ッ プ 23 がセ ッ 卜 される と異常検出信号 ALARM を レベル " 1 " とする と と も に、 異常の内容を示す異常識別信号 Stを 出力する 。 この と きセ レク タ回路 3 ではア ン ドゲー ト 31によ り A相パルス信号の出力が停止され、 代っ てァ ン ドゲー ト 32およびオアゲ一 ト 33を介して異常識別信 号 S が信号処理回路に出力される 。 したがっ て、 外部 でエ ン コ ーダ本体 1 の異常の内容を知る こ と がで き る 。 ま た、 異常検出信号 ALARM がレベル " 1 " と なる と 、 ト ラ ン シーバ回路 4 は入力モー ド と な り 、 外部か らシ リ アルな外部指令信号 を B相出力信号線を用い て異常検出回路 2 に入力させる こ と ができ る。 マイ ク 口 コ ン ピュータ 2 1は外部指令信号 S ₂が入力される と、 異常状態解除 （ R - S 型フ リ ッ プフ ロ ッ プ 2 3の リ セ 、ソ 卜 ） や、 多回転式絶対値エン コーダにおける回転数の プ リ セ 、ソ 卜 （計数している回転量の初期値を外部から 与える ） をエン コーダ本体 1 に指令する こ と等、 外部 指令信号 S ₂に応じた処理を行な う 。 さ らに、 異常検出 信号 A L A R M がレベル " 1 " の と き 、 エン コーダ本体 1 か ら出力された Z相パルス信号はェクスクルーシブォ ァ回路 5 によ り 反転される。 これによ り 、 エン コーダ 本体 1 に異常が発生し た場合に外部で異常発生を直ち に検出する こ とが可能と なる。

以上、 A , B , Z相出力を有するエン コ ーダの例に ついて述べたが、 本発明の他のエン コーダ （一般的な 絶対値エン コ ーダ） にも適用でき、 セ レク タ回路 3 、 ト ラ ンシーバ回路 4 、 ェクスクル一シブオ ア回路 5 の 出力信号線を各相のパルス信号の出力信号線と共用で き るので、 エン コーダ本体 1 の外部に出ている信号線 の数は全く 従来と変わ らない。

次に、 本発明の第 2 の実施例について第 5 図， 第 6 図によ り 説明する 。

エン コ ーダ本体 6 は従来のエン コーダに相当する部 分で、 出力と して A相および B相のパルス信号を出力 する。 異常検出回路 7 は上述した第 1 の実施例の異常 検出回路 2 と同様にエン コーダ本体 1 の内部の異常を 検出する回路で、 異常検出器 71とパワーオン リ セッ ト 回路 72と R-S 型フ リ ップフロ ップ 73からな り 、 正常時 にはレベル " 0 " 、 異常時にはレベル " 1 " の異常検 出信号 ALARM を出力する。 フ リ ッ プフロ ップ 73は異常 検出器 71でエン コーダ本体 6 の異常が検出され、 レべ ル " 1 " の信号が出力されたと きセッ 卜 され、 ノ ヮ一 オン リ セッ ト回路 72からエンコーダの電源投入時に一 定パルス幅の リ セッ ト信号が出力される と、 リ セッ ト される。 3ステー トバッ フ ァ 8 , 9 はいずれも、 異常 検出回路 7 の出力する異常検出信号 ALARM によ り ォ ンノオフ制御され、 異常検出信号がレベル " 0 " のと きオ ン して、 それぞれエン コーダ本体 6から出力され た A相パルス信号と B相パルス信号を出力する。

次に、 本実施例の動作を説明する。

エン コーダ本体 6が正常に動作している と きは異常 検出回路 7 の出力する異常検出信号 ALARM の レベルは " 0 " であるので、 エンコーダ本体 6から出力された A相および B相のパルス信号がそれぞれ 3ステー 卜バ ッ フ ァ 8 , 9 を経て信号処理回路に出力され、 位置ま たは速度検出が行なわれる。

次に、 異常検出回路 7がエン コーダ本体 6 の何らか の異常を検出する と 、 異常検出信号 A L A R M の レベルが " 1 " と なるので、 3 ステ一 卜 ノ 'ッ フ ァ 8 , 9 はいず れもノヽィ イ ン ピーダンス と な り 、 A相， B相のパルス 信号の出力が停止され、 外部からエン コーダ本体 6 の 異常を検出する こ とができ る 。 異常検出信号 A L A R M の レべソレ " 0 " は、 フ リ ッ プフ ロ ッ プ 7 3が次に リ セ ヅ 卜 される まで保持されるので、 A相， B相のパルス信号 出力が疑似的に正常信号に復帰して も装置が誤動作を 起こすこ と がない。 エン コーダ本体 6 が異常状態から 復旧 し た場合には、 一度、 電源を切っ た後電源を再投 入してパワーオン リ セ ヅ 卜 回路 7 2から リ セ ッ 卜信号を 出力 し、 フ リ ッ プフ ロ ッ プ 7 3を リ セッ ト する こ と によ り 、 A相， B相のパルス信号が 3 ステー ト ノ X ヅ フ ァ 8 , 9 を経て信号処理回路に入力される。

なお、 本実施例の 3 ステー ト バ ッ フ ァ 8 および 9 の 代 り にェクスクルーシブオ ア回路を用いて も よ く 、 ま た、 異常検出回路 7 はマイ ク ロ コ ン ピューを用いてソ フ 卜 ウェア的に実現する こ と も可能である。 さ らに、 エン コーダと してはイ ン ク リ メ ン タルエン コ ーダにも 絶対値エン コーダに も適用可能なこ と はい う までもな い

Claims

物体の直線移動や回転に伴なつて複数の相のパル ス信号を生成し、 出力するエン コーダ本体と、

前記エン コーダ本体の異常を検出し、 異常検出信 号を出力するョ -。異常検出回路と、

前記パルス信号のう ちある相のパルス信号を入力 し、 前記エン コーダ本体の正常時には該パルス信号 の

を出力し、 前記異常検出信号が出力される と、 該パ ルス信号を反転して出力するゲー ト回路を有するェ ンコーダ。 囲

前記パルス信号のう ち前記ゲ一 ト回路に入力され るパルス信号と異なる相のパルス信号を入力し、 前 記エン コーダ本体の正常時には出力モー ド となって 該パルス信号を出力し、 前記異常検出信号が出力さ れる と、 入力モー ド となって、 該パルス信号の出力 信号線に外部指令信号が現われる と、 これを入力し 前記異常検出回路に出力する ト ラ ン シーバ回路を有 し、 前記異常検出回路は前記外部指令信号が示す 処理を行なう請求項 1 記載のエン コーダ。

物体の直線移動や回転に伴なつて複数の相のパル ス信号を生成し、 出力するエン コーダ本体と、

前記エン コーダ本体の異常を検出し、 異常検出信 号を出力し、 外部指令信号を入力する と、 該信号が 示す処理を行なう異常検出回路と、

前記パルス信号のう ちある相のパルス信号を入力 し、 前記エン コーダ本体の正常時には出力モー ド と なって該パルス信号を出力し、 前記異常検出信号が 出力される と、 入力モー ド となって、 該パルス信号 の出力信号線に外部指令信号が現われる と、 該信号 を入力し、 前記異常検出回路に出力する 卜 ラ ンシー バ回路を有するエン コーダ。

4. 物体の直線移動や回転に伴なつて複数の相のパル ス信号を生成し、 出力するエン コーダ本体と、

前記エン コーダ本体の異常を検出し、 異常検出信 号と異常の内容を示す異常識別信号を出力する異常 検出回路と、

前記パルス信号のう ちある相のパルス信号を入力 し、 前記エン コーダ本体の正常時には該パルス信号 を出力し、 前記異常検出信号が出力される と、 該パ ルス信号の代り に前記異常識別信号を出力する セ レ クタ回路を有するエン コーダ。

5. 前記パルス信号のう ち前記セレク タ回路に入力さ れるパルス信号と は異なる相のパルス信号を入力 し、 前記エン コーダ本体の正常時には該パルス信号 を出力し、 前記異常検出信号が出力される と、 該パ ルス信号を反転して出力するゲ一 卜回路を有する請 求項 4記載のエン コーダ。 前記パルス信号の う ち前記セ レク タ回路に入力さ れる パルス信号 と は異な る相のパルス信号を入力 し、 前記エン コーダ本体の正常時には出力モー ド と なっ て該パルス信号を出力 し、 前記異常検出信号が 出力される と 、 入力モー ド と なっ て、 該パルス信号 の出力信号線に外部指令信号が現われる と 、 該信号 を入力 し、 前記異常検出回路に出力する ト ラ ン シー バ回路を有し、 前記異常検出回路は前記外部指令信 号を入力する と、 該信号が示す処理を行な う 請求項 4記載のエン コーダ。

前記パルス信号の う ち前記セ レク タ回路および前 記 卜 ラ ン シーバ回路 と は異な る パルス信号を入力 し、 前記エン コーダ本体の正常時には、 該パルス信 号を出力 し、 前記異常検出信号が出力される と 、 該 パルス信号を反転して出力するゲー ト回路と を有す る請求項 6記載のエン コーダ。

ノ ヮ一オ ン リ セ ッ ト 回路を有し、 ノ ヮ一オ ン リ セ ッ 卜信号によ り 前記異常検出信号の リ セ 、:/ ト を行な う 、 請求項 1 か ら 7 のいずれか 1 項に記載のェ ン コ ーダ。