WO2007010716A1 - 異常検出装置付きエンコーダおよびその制御システム - Google Patents

異常検出装置付きエンコーダおよびその制御システム Download PDF

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Yaskawa Electric Corp
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24457—Failure detection

Definitions

  • the present invention relates to an abnormality detection circuit that detects an abnormality of an encoder, an encoder including an abnormality signal transmission circuit that transmits a signal detected by the abnormality detection circuit to the outside of the encoder, and an abnormality signal of encoder power.
  • the present invention relates to an encoder with an abnormality detection device for safely operating a control system and its control system.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an electrical configuration of the conventional encoder device described in Patent Document 1.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an electrical configuration of the conventional encoder device described in Patent Document 1.
  • reference numeral 200 denotes an encoder device, which includes a detection unit 210, an interpolation Z alarm unit 220, and a driver 230.
  • Interpolation Z alarm unit 220 interpolates the pseudo sine wave signal from detection unit 210 to generate a two-phase square wave signal with the required resolution, detects a scale error due to overspeed, and outputs an alarm signal AL It has a function to
  • the driver 230 is a tri-state buffer, and enters the high impedance state when the alarm signal is AL.
  • Reference numeral 300 denotes a control device, which is connected to the encoder device 200 via a first connector 270 and a second connector 280 connected to the first connector 270 provided at a position that can be easily visually recognized from the outside. ing.
  • the first connector 270 is provided with an alarm indicator 290 between the power line and the alarm signal line.
  • the controller 300 If the controller 300 detects that the differential force between the position command and position feedback is also abnormal, it checks whether the input signal is in high impedance. If high impedance, the alarm indicator 290 is not lit, and the cable is disconnected. If the alarm indicator 290 is lit, it is determined that the encoder device 200 is defective.
  • the conventional encoder device is an interpolation Z alarm unit provided in the encoder device, which interpolates the signal of the detection unit force, generates a two-phase square wave signal, detects a scale error, and outputs an alarm signal Was.
  • Patent Document 1 JP 2000-193489 A
  • one power source is supplied to the interpolation Z alarm unit, that is, a signal processing unit that interpolates a signal from the detection unit and outputs a position signal, and an error Because the power supply of the abnormality detection circuit that detects the alarm and outputs an alarm signal is shared, if an abnormality occurs in the power supply or if an abnormality occurs in the power supply line, the operation of the abnormality detection circuit becomes unstable. There was a problem that it was difficult to accurately determine and handle the abnormality!
  • the present invention has been made in view of such problems, and even when an abnormality occurs in the power supply of the circuit section of the encoder, the abnormality in the signal in the encoder device can be detected quickly and reliably.
  • An object is to provide an encoder with a device.
  • the present invention is configured as follows.
  • the invention according to claim 1 is an encoder that detects a displacement such as a rotation angle or a linear position of a detected object, a detection unit that detects a signal corresponding to the displacement of the detected object, and the detection unit
  • a displacement such as a rotation angle or a linear position of a detected object
  • the detection unit that detects a signal corresponding to the displacement of the detected object
  • the power source of the encoder circuit and the power source of the abnormality detection device are: Each is supplied by a separate power source.
  • the invention according to claim 2 is an encoder that detects a displacement such as a rotation angle or a linear position of a detected object, a detection unit that detects a signal corresponding to the displacement of the detected object, and the detection An encoder circuit that processes the force signal and outputs a signal corresponding to the displacement; A first wiring cable connected to the power supply and output signal section of the encoder circuit; a second wiring cable connected to the power supply and abnormality signal output section of the abnormality detection device; and detecting an abnormal state of the encoder.
  • a displacement such as a rotation angle or a linear position of a detected object
  • a detection unit that detects a signal corresponding to the displacement of the detected object
  • the detection An encoder circuit that processes the force signal and outputs a signal corresponding to the displacement; A first wiring cable connected to the power supply and output signal section of the encoder circuit; a second wiring cable connected to the power supply and abnormality signal output section of the abnormality detection device; and detecting an abnormal state of the encoder.
  • the encoder circuit power supply and the abnormality detection device power supply are supplied by separate independent power supplies, and the first wiring cable and the second wiring cable use separate cables, respectively. To do.
  • the invention according to claim 3 is an encoder that detects displacement such as a rotation angle or a linear position of a detected object, a detection unit that detects a signal corresponding to the displacement of the detected object, and the detection
  • an encoder comprising: an encoder circuit that processes a signal of a force and outputs a signal corresponding to a displacement; and an abnormality detection device that detects an abnormal state of the encoder
  • the power supply of the abnormality detection device is supplied from a power supply of the encoder circuit by a circuit that also includes a backflow prevention diode connected to the power supply and a large-capacity capacitor force that accumulates the charge obtained through the backflow prevention diode. It is characterized by that.
  • the invention described in claim 4 is characterized in that the signal for detecting an abnormal state of the encoder is a power supply voltage signal of the encoder circuit.
  • the invention described in claim 5 is characterized in that the signal for detecting an abnormal state of the encoder is a waveform voltage signal detected by the angle detector.
  • the invention described in claim 6 is characterized in that the signal for detecting an abnormal state of the encoder is an LED current signal corresponding to a current flowing through the LED of the angle detection unit.
  • the abnormality detection device includes an environmental abnormality detection element that detects an environmental state of the encoder with the abnormality detection device.
  • the invention according to claim 8 uses the environmental abnormality detection element as a temperature detection element.
  • the environmental abnormality detection element is a vibration detection element.
  • the invention according to claim 10 is provided with a function of sending a signal notifying that the abnormality detecting device is operating normally after a certain time after the power is turned on. Further, the invention according to claim 11 is characterized in that the abnormality detection device has a function of exchanging abnormality detection signals by bidirectional communication.
  • the invention according to claim 12 is a motor including the encoder with an abnormality detection device according to any one of claims 1 to 11, a control device connected to the encoder with the abnormality detection device, And a motor drive device that drives the motor in response to a control signal from the control device.
  • the control device detects an abnormality signal from the encoder with the abnormality detection device, and the motor according to an abnormal state. It is characterized by controlling.
  • the present invention has the following effects.
  • the encoder circuit and the abnormality detection device are provided independently and are supplied by separate power supplies, when a power supply abnormality of the encoder circuit occurs, the abnormality detection device promptly An abnormal signal can be sent. Therefore, the reliability of the encoder can be improved.
  • the power supply voltage of the encoder circuit is caused by the disconnection of the wiring cable to the encoder circuit. Even if an abnormality occurs, the abnormality detection device can send out an abnormal signal promptly. Therefore, the reliability of the encoder can be improved.
  • the power supply of the abnormality detection device passes through the backflow prevention diode that prevents the backflow of current from the power supply of the encoder circuit, and then is connected to the power supply of the abnormality detection device in parallel. Even if the encoder circuit power supply is cut off due to disconnection of the wiring cable to the encoder circuit, the power supply of the abnormality detection device is backed up for a short time with a large-capacitance capacitor. By sending, the encoder reliability can be improved with a simple configuration.
  • the malfunction of the encoder circuit due to the waveform voltage abnormality can be detected promptly or in advance, so that the reliability of the encoder can be improved.
  • the malfunction of the encoder circuit due to the LED current abnormality can be detected quickly or in advance, so that the reliability of the encoder can be improved. I can do it.
  • the abnormality detection device includes an environmental abnormality detection element
  • the malfunction of the encoder circuit due to the abnormal environmental condition of the encoder can be detected quickly or in advance. Can improve the reliability.
  • the abnormality detection device includes a temperature detection element, the malfunction of the encoder circuit due to the abnormality of the encoder temperature can be detected promptly or in advance. Can improve the reliability.
  • the abnormality detecting device includes a vibration detecting element, it is possible to quickly or proactively detect an encoder circuit malfunction due to a vibration abnormality of the encoder. Can improve the reliability.
  • the abnormality detection device if the abnormality detection device has a function of sending a signal notifying that it is operating normally after a certain period of time after the power is turned on, the abnormality detection device functions normally. Therefore, the reliability of the abnormality detection device is improved. Therefore, the reliability of the encoder can be improved.
  • the abnormality detection device if the abnormality detection device has a function of exchanging abnormality detection signals by bidirectional communication, it can always be verified that the abnormality detection device functions normally.
  • the reliability of the detection device is further improved. Therefore, the reliability of the encoder can be improved.
  • the control system detects an abnormality signal of the encoder with the abnormality detection device, determines how the control device should respond according to the abnormal state, and stops the motor promptly. Therefore, a safe and highly reliable control system can be configured.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 (a) Perspective view showing the configuration of the angle detector, (b) Circuit diagram of the encoder circuit
  • FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a time chart showing the operation of the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a time chart showing the operation of the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional example.
  • Receiver-side abnormal signal detection circuit block Receiver-side control circuit
  • FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • reference numeral 10 denotes an encoder with an abnormality detection device, an angle detection unit 20 that detects displacement of a rotation angle, an encoder circuit 30 that shapes a detection signal and outputs a signal corresponding to the displacement, and this encoder circuit. It consists of an anomaly detector 40 mounted on an independent board that has a power line separate from the power line to 30 boards.
  • the abnormality detection device 40 includes an abnormality detection circuit 41 and an abnormality signal transmission circuit 42.
  • the first distribution cable 81 and the second distribution cable 82 are wired with different cables.
  • FIG. 2A is a perspective view showing a configuration of the angle detection unit 20 of the present embodiment.
  • the angle detection unit 20 includes an LED 21, a fixed slit 22, and a photodiode 23, and detects a rotation angle of a detection object (not shown) by a rotating disk 25 fixed to the hub 24, a fixed slit 22, and a photodiode 23.
  • the signal is sent to the encoder circuit 30 as an electrical signal.
  • an analog signal A indicating the signal state of each part of the encoder for detecting an abnormal state of the encoder is input from the encoder circuit 30 to the abnormality detection circuit 41.
  • the abnormality detection circuit 41 detects the level of the analog signal. Is detected within a predetermined range. When it is detected that it is outside the predetermined range, an abnormal signal is generated and input to the abnormal signal transmission circuit.
  • FIG. 2B is a circuit diagram showing a part of the encoder circuit 30 of the present embodiment.
  • 31 is an operational amplifier that amplifies the signal detected by the photodiode 23, and 32 is a comparator that converts the amplified signal into a rectangular wave.
  • the output of the operational amplifier 31 is input to the abnormality detection circuit 41 as a waveform voltage signal.
  • 33 is a resistor for detecting the LED current, and the voltage across the resistor 33 is input to the abnormality detection circuit 41 as an LED current signal.
  • analog signal A indicating the encoder status include the following a), b), and c).
  • the maximum value and the minimum value of the approximate sine wave signal waveform sent from the angle detection unit are detected.
  • the abnormality detection level can be set according to the situation, and by providing a margin for the detection level, the system to which this encoder is applied can be safely installed before malfunctioning. Can be stopped.
  • the substrate of the encoder circuit 30 and the substrate of the abnormality detection device 40 have been described as separate substrates. However, in order to simplify the components, the same effect can be obtained even if the circuits are configured independently on the same substrate. is there.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
  • 51 is a backflow prevention diode
  • 52 is a large capacity capacitor
  • 83 is a wiring cable that also has the wiring power of the abnormality signal output unit 43, and does not have a power supply wiring to the abnormality detection device 40.
  • the difference between the present embodiment and the first embodiment is that the power to the encoder circuit 30 and the power to the abnormality detection device 40 in the first embodiment are different powers.
  • the encoder circuit The power source of 30 and the power source of the abnormality detection device 40 are made common, and the power source of the encoder circuit 30 also supplies power to the abnormality detection device 40 by the backflow prevention diode 51 and the large-capacitance capacitor 52.
  • the abnormality detection device 40 When the power supply wiring of the encoder circuit 30 becomes unavailable due to disconnection or the like, the abnormality detection device 40 is supplied with power for a while due to the capacity of the large-capacitance capacitor 52. While this power is supplied, the abnormality detection device 40 detects a power supply abnormality of the encoder circuit 30 and sends an abnormality signal.
  • the power supply of the encoder circuit and the power supply of the abnormality detection device are shared, there is an effect that the number of wires from the power supply is reduced and the chance of disconnection is reduced.
  • the configuration is simple because only one power source is required.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
  • 60 is an environmental abnormality detection element.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the encoder 10 with the abnormality detection device includes an environmental abnormality detection element 60.
  • a temperature detection element 61 that detects the temperature of the encoder and a vibration detection element 62 that detects the vibration of the encoder are provided as the environmental abnormality detection element 60.
  • a thermistor was used as the temperature detection element 61, and an acceleration sensor was used as the vibration detection element 62.
  • the temperature of the encoder 10 is detected by the temperature detection element 61, and an analog signal corresponding to the temperature is sent to the abnormality detection circuit 41.
  • the vibration detection element 62 The encoder 10 vibration is detected, and an analog signal corresponding to the vibration is sent to the abnormality detection circuit 41.
  • an abnormal signal is generated. These abnormal signals are sent from the abnormal signal transmission circuit 42.
  • the encoder with the abnormality detection device includes the vibration detection element. Therefore, the malfunction of the electrical component or the mechanical component due to the environmental abnormality such as the temperature rise or vibration of the encoder, or the malfunction of the circuit is prevented. This can be prevented and the reliability of the encoder can be further improved.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
  • reference numeral 71 denotes a normal signal generating circuit.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that a normal signal generation circuit 71 is provided to notify that the encoder 10 with an abnormality detection device is operating normally after a certain period of time after the abnormality detection device 40 is turned on. It is a point that has.
  • FIG. 6 is a time chart showing the operation of this embodiment.
  • reference numeral 711 denotes a power supply voltage of the abnormality detection device 40
  • reference numeral 712 denotes an output signal of the normal signal generation circuit.
  • the normal signal generation circuit 71 detects that the abnormality detection device 40 is operating normally, and after T seconds set by the normal signal generation circuit 71 from the rise of the power supply. Sends a signal that goes high. Immediately after turning on the power, if there is a possibility that the abnormality detection device 40 will break down and send a high level signal, the abnormality detection device 40 will operate normally after a certain time of T seconds. The reliability of detection has been improved by providing a function to send a signal indicating that the device is operating.
  • the abnormality detection device has a normal signal generation circuit, and when the power is turned on, it detects whether the abnormality detection device is operating normally.
  • the reliability of the encoder can be further improved.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
  • 72 is a bidirectional abnormality signal generating circuit for examining the operation of the abnormality detecting device 40 bidirectionally with a control device (not shown).
  • the difference between this embodiment and the fourth embodiment is that, in the fourth embodiment, the abnormality detection device 40 has the normal signal generation circuit 71, but in this embodiment, the abnormality detection device 40 has the bidirectional abnormality signal generation circuit 72. In other words, the operation of the abnormality detection device 40 is checked by bidirectional communication.
  • FIG. 8 is a time chart showing the operation of this embodiment.
  • reference numeral 721 denotes a signal waveform of the abnormal signal output unit.
  • a control circuit (not shown) sends an abnormality inquiry signal 722 that short-circuits the output terminal of the abnormality signal transmission circuit 42 for a short time (T1) at a constant time interval (TO).
  • the bidirectional abnormality signal generation circuit 72 outputs a low level signal 723 indicating normal operation for a short time (T2) T seconds after the short circuit is released.
  • T0 0.1 seconds
  • ⁇ 1 0.01 seconds
  • ⁇ 0.05 seconds
  • ⁇ 2 0.005 seconds
  • the normal state can be constantly monitored at a high speed of 0.1 seconds.
  • the operation of the method of short-circuiting the output terminal of the abnormal signal transmission circuit 42 for a short time has been described. However, even if this method is not used, it is possible to say “abnormality inquiry” and “normal operation” in both directions. It goes without saying that a circuit capable of exchanging communication signals is needed.
  • the abnormality detection device includes the bidirectional abnormality signal generation circuit and always checks the operation of the abnormality detection device itself, so that the reliability of the encoder can be further improved.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
  • 90 is a control device
  • 100 is a motor drive device
  • 110 is a motor mounted on an industrial machine such as a machine tool (not shown) and equipped with the encoder 10 with an abnormality detection device of the present invention.
  • the control device 90 includes a receiving side abnormal signal detection circuit unit 91 and a receiving side control circuit 92. Next, the operation of this embodiment will be described.
  • the receiving-side control circuit 92 stops the motor 110 quickly or makes an emergency stop.
  • the abnormal signal output 94 is transmitted to the motor drive device 100.
  • the control device determines how to respond according to the abnormal signal output generated by the receiving control circuit of the control device, and sends the result as the abnormal signal output.
  • a process such as quickly stopping the motor is performed, a safe and highly reliable control system can be configured.
  • the present invention can be applied to an encoder that detects the rotational position or linear displacement of a motor used in many industrial machines such as semiconductor manufacturing equipment, robots, and NC machine tools.
  • a rotary optical encoder has been described, but it is not limited to either a rotary type or a linear type, and is not limited to either an optical type or a magnetic type. Needless to say!

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Abstract

　エンコーダ回路の電源に異常が発生しても、エンコーダの異常を速やかに確実に検出できる異常検出装置付きエンコーダを提供する。 　エンコーダ回路（３０）への電源と異常検出装置（４０）への電源は別電源を用いる。エンコーダ回路（３０）から異常検出回路（４１）に、エンコーダの異常状態を検出するためのエンコーダ各部の信号の状態を示すアナログ信号Ａが入力されており、異常検出回路（４１）はこのアナログ信号のレベルが予め設定した所定の範囲内であるかどうかを検出する。所定の範囲外であることが検出されると異常信号を生成し、異常信号送信回路（４２）に入力する。

Description

明 細 書
異常検出装置付きエンコーダおよびその制御システム
技術分野
[0001] 本発明は、エンコーダの異常を検出する異常検出回路と、異常検出回路で検出し た信号をエンコーダ外部に送出する異常信号送出回路を備えたエンコーダと、ェン コーダ力 の異常信号で、制御システムを安全に運転する異常検出装置付きェンコ ーダおよびその制御システムに関する。
背景技術
[0002] 従来、エンコーダ装置力 出力されるアラーム信号によって異常報知動作を行う異 常報知手段をコネクタに内蔵した位置検出装置が開示されている。（例えば、特許文 献 1参照）
図 10は、特許文献 1に記載された従来のエンコーダ装置の電気的構成を示すプロ ック図である。
図において、 200は、エンコーダ装置で、検出部 210、内挿 Zアラームユニット 220 及びドライバ 230から構成されている。内挿 Zアラームユニット 220は、検出部 210か らの疑似正弦波信号を内挿して必要な分解能の二相方形波信号するとともに、ォー バースピードによるスケールエラーを検出し、アラーム信号 ALを出力する機能を 有している。ドライバ 230はトライステートバッファで、アラーム信号一 ALによってハイ インピーダンス状態になる。
また、 300は制御装置で、外部から容易に視認可能な位置に設けられた第 1のコネ クタ 270及び第 1のコネクタ 270と接続された第 2のコネクタ 280を介してエンコーダ 装置 200と接続されている。第 1のコネクタ 270には、電源ラインとアラーム信号線の 間にアラーム表示器 290が設けられて 、る。
[0003] 次に、制御装置 300が異常を検出した場合の動作について説明する。
制御装置 300が位置指令と位置フィードバックの差力も異常を検出した場合、入力 信号がハイインピーダンスになっていないかどうかをチェックする。もし、ハイインピー ダンスになっている場合、アラーム表示器 290が点灯していなければ、ケーブルの断 線、接続不良又は制御装置 300の異常と判断し、アラーム表示器 290が点灯してい れば、エンコーダ装置 200の不良と判断していた。
このように、従来のエンコーダ装置は、エンコーダ装置に設けられた内挿 Zアラー ムユニットで、検出部力もの信号を内挿し、二相方形波信号するとともに、スケールェ ラーを検出し、アラーム信号を出力していた。
特許文献 1 :特開 2000— 193489号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかしながら、従来のエンコーダ装置は、内挿 Zアラームユニットに 1つの電源が供 給されている、すなわち、検出部からの信号を内挿処理し位置信号を出力する信号 処理部と、エラーを検出しアラーム信号を出力する異常検出回路の電源を共通にし ているため、電源に異常が発生した場合、あるいは電源ラインに異常が発生した場 合、異常検出回路の動作が不安定になり、異常であることを正確に判断し処理するこ とが難し!/、と 、う問題があった。
[0005] 本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、エンコーダの回路部の電源 に異常が発生しても、エンコーダ装置内の信号の異常を速やかに確実に検出できる 異常検出装置付きエンコーダを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項 1に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出 するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、 前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前 記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、 前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電 源で供給されるものである。
また、請求項 2に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を 検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部 と、前記検出部力 の信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、 前記エンコーダ回路の電源及び出力信号部に接続される第 1の配線ケーブルと、前 記異常検出装置の電源及び異常信号出力部に接続される第 2の配線ケーブルと、 前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて
、前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電 源で供給され、かつ、前記第 1の配線ケーブルと、前記第 2の配線ケーブルは、それ ぞれ別ケーブルを使用するものである。
また、請求項 3に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を 検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部 と、前記検出部力 の信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、 前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて
、前記異常検出装置の電源は、前記エンコーダ回路の電源から、この電源に接続さ れた逆流防止ダイオードとこの逆流防止ダイオードを通して得られた電荷を蓄積する 大容量コンデンサ力も構成される回路にて供給されることを特徴とするものである。 また、請求項 4に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前 記エンコーダ回路の電源電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項 5に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前 記角度検出部で検出された波形電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項 6に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前 記角度検出部の LEDに流れる電流に対応した LED電流信号であることを特徴とす るものである。
また、請求項 7に記載の発明は、前記異常検出装置は、前記異常検出装置付きェ ンコーダの環境状態を検出する環境異常検出素子を備えたものである。
また、請求項 8に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、温度検出素子とする ものである。
また、請求項 9に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、振動検出素子とする ものである。
また、請求項 10に記載の発明は、前記異常検出装置は、電源投入して力 一定時 間後に正常動作している事を知らせる信号を送出する機能を具備するものである。 また、請求項 11に記載の発明は、前記異常検出装置は、異常検出信号のやり取り を双方向通信で行なう機能を具備する具備するものである。
また、請求項 12に記載の発明は、請求項 1乃至 11のいずれ力 1項に記載の異常 検出装置付きエンコーダを備えたモータと、前記異常検出装置付きエンコーダに接 続された制御装置と、前記制御装置からの制御信号によって前記モータを駆動する モータ駆動装置と、を備えた制御システムにおいて、前記制御装置は前記異常検出 装置付きエンコーダからの異常信号を検出し、異常状態に応じて前記モータを制御 することを特徴とするものである。
発明の効果
本発明によれば、次のような効果がある。
請求項 1に記載の発明によれば、エンコーダ回路と異常検出装置を独立して具備 し、別電源で供給しているので、エンコーダ回路の電源異常が発生した場合、異常 検出装置は、速やかに異常信号を送出する事が出来る。従って、エンコーダの信頼 性を向上させることが出来る。
請求項 2に記載の発明によれば、異常検出装置への配線ケーブルと、エンコーダ 回路への配線ケーブルに別ケーブルを使用すれば、エンコーダ回路への配線ケー ブルの断線により、エンコーダ回路の電源電圧に異常が発生しても、異常検出装置 は、速やかに異常信号を送出する事が出来る。従って、エンコーダの信頼性を向上 させることが出来る。
請求項 3に記載の発明によれば、異常検出装置の電源を、エンコーダ回路の電源 から、電流の逆流を防止する逆流防止ダイオード通過した後、異常検出装置の電源 に並列に接続した大容量コンデンサで供給すれば、エンコーダ回路への配線ケープ ルの断線等によりエンコーダ回路の電源が遮断されても、異常検出装置の電源が大 容量コンデンサにより短時間バックアップされ、この間に異常検出装置から異常検出 信号を送出する事により、簡単な構成でエンコーダの信頼性を向上させる事が出来 る。
請求項 4に記載の発明によれば、エンコーダ回路の電源電圧信号を検出している ので、電源電圧異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もつ て検出できる。従って、エンコーダの信頼性をさらに向上させる事が出来る。
請求項 5に記載の発明によれば、波形電圧信号を検出すれば、波形電圧の異常 によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、 エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項 6に記載の発明によれば、 LEDの電流を検出すれば、 LED電流の異常に よるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、ェ ンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項 7に記載の発明によれば、異常検出装置が環境異常検出素子を備えれば、 エンコーダの環境状態の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるい は、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項 8に記載の発明によれば、異常検出装置が温度検出素子を備えれば、ェン コーダの温度の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もつ て検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項 9に記載の発明によれば、異常検出装置が振動検出素子を備えれば、ェン コーダの振動の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もつ て検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項 10に記載の発明によれば、異常検出装置が、電源投入してから一定時間 後に正常動作している事を知らせる信号を送出する機能を具備すれば、異常検出装 置が正常に機能することを検証できるので、異常検出装置の信頼性が向上する。従 つて、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項 11に記載の発明によれば、異常検出装置が、異常検出信号のやり取りを双 方向通信で行なう機能を具備すれば、常に、異常検出装置が正常に機能することを 検証できるので、異常検出装置の信頼性がさらに向上する。従って、エンコーダの信 頼性を向上させる事が出来る。
請求項 12に記載の発明によれば、制御システムが異常検出装置付きエンコーダの 異常信号を検出し、この異常状態に応じて制御装置がどの様に対応すべき力判定し 、モータを速やかに停止させるの等の処理を行うので、安全で、高信頼性の制御シス テムを構成することができる。 図面の簡単な説明
[0008] [図 1]本発明の第 1実施例を示すブロック図である。
[図 2] (a)角度検出部の構成を示す斜視図、（b)エンコーダ回路の回路図
[図 3]本発明の第 2実施例を示すブロック図である。
[図 4]本発明の第 3実施例を示すブロック図である。
[図 5]本発明の第 4実施例を示すブロック図である。
[図 6]第 4の実施例の動作を示すタイムチャートである。
[図 7]本発明の第 5実施例を示すブロック図である。
[図 8]第 5の実施例の動作を示すタイムチャートである。
[図 9]本発明の第 6実施例を示すブロック図である。
[図 10]従来例の構成を説明するブロック図である。
符号の説明
[0009] 10 異常検出装置付きエンコーダ
20 角度検出部
21 LED
22 固定スリット
23 フォトダイオード
24 ノヽブ
25 回転ディスク
30 エンコーダ回路
31 オペアンプ
32 コンノ レータ
33 抵抗
34 出力信号部
40 異常検出装置
41 異常検出回路
42 異常信号送信回路
43 異常信号出力部 逆流防止用ダイオード 大容量コンデンサ
環境異常検出素子
温度検出素子
振動検出素子
正常信号発生回路
双方向異常信号発生回路 第 1の配線ケーブル
第 2の配線ケーブル
配線ケーブル
制御装置
受け側異常信号検出回路部 受け側制御回路
異常信号
異常信号出力
モータ駆動装置
モータ
エンコーダ装置
検出部
内挿/アラームユニット ドライバ
第 1のコネクタ
第 2のコネクタ
アラーム表示器
制御装置
電源電圧
正常信号発生回路の出力信号 異常信号出力部の信号波形 722 異常問い合わせ信号
723 正常動作を示す信号
発明を実施するための最良の形態
[0010] 以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
実施例 1
[0011] 図 1は、本発明の第 1実施例を示すブロック図である。
図において、 10は異常検出装置付きエンコーダで、回転角度の変位を検出する角 度検出部 20と、検出信号を波形整形し、変位に応じた信号を出力するエンコーダ回 路 30と、このエンコーダ回路 30の基板への電源ラインとは別の電源ラインを持つ独 立した基板上に載置された異常検出装置 40で構成されている。また、異常検出装置 40は、異常検出回路 41と異常信号送信回路 42で構成されている。
81はエンコーダ回路 30に電源を供給する配線およびエンコーダ回路 30の出力信 号部 34の配線力もなる第 1の配線ケーブルで、 82は異常検出装置 40に電源を供給 する配線および異常信号出力部 43の配線力もなる第 2の配線ケーブルで、第 1の配 線ケーブル 81と第 2の配線ケーブル 82は別ケーブルで配線されている。
図 2 (a)は本実施例の角度検出部 20の構成を示す斜視図である。
角度検出部 20は LED21、固定スリット 22、フォトダイオード 23から構成され、図示 しない被検出体の回転角度を、ハブ 24に固定された回転ディスク 25と固定スリット 2 2とフォトダイオード 23により検出して、エンコーダ回路 30に電気信号として送出して いる。
[0012] 次に、本実施例の動作について説明する。
図 1において、エンコーダ回路 30から異常検出回路 41に、エンコーダの異常状態 を検出するためのエンコーダ各部の信号の状態を示すアナログ信号 Aが入力されて おり、異常検出回路 41はこのアナログ信号のレベルが予め設定した所定の範囲内 であるかどうかを検出する。所定の範囲外であることが検出されると異常信号を生成 し、異常信号送信回路に入力する。
[0013] 次に、アナログ信号 Aの具体的例について述べる。
図 2 (b)は本実施例のエンコーダ回路 30の一部の回路を示す回路図である。 図において 31はフォトダイオード 23で検出された信号を増幅するオペアンプ、 32 はこの増幅された信号を矩形波に変換するコンパレータである。オペアンプ 31の出 力は波形電圧信号として異常検出回路 41に入力される。また、 33は LEDの電流を 検出する抵抗で、抵抗 33の両端の電圧は LED電流信号として、異常検出回路 41に 入力される。
エンコーダの状態を示すアナログ信号 Aの具体的な例として、下記の a)、 b)、 c)が 挙げられる。
a)エンコーダ回路 30の電源電圧を示す電源電圧信号。
b)角度検出部 20からエンコーダ回路 30に入力された被検出体（図示せず)の変 位に応じた信号波形の電圧を示す波形電圧信号。
本実施例では角度検出部から送出された近似正弦波状の信号波形の最大値と最 小値を検出した。
c) LED23の電流を示す LED電流信号。
このように本実施例では、エンコーダ回路へ電源を供給する配線ケーブルの断線 により、電源電圧信号に異常が発生しても、素子不良により波形電圧信号あるいは L ED電流信号に異常が発生しても、異常検出装置の基板と配線が別なので、確実に エンコーダ回路の異常を検出して異常信号検出装置から異常信号を送出するので、 信頼性が向上する。
また、アナログ信号を検出しているので、異常検出レベルを状況に合わせて設定で き、検出レベルに余裕を持たせることによって、本エンコーダを適用したシステムが誤 動作を起こす前に、安全にシステムを停止することができる。
なお、本発明では、エンコーダ回路 30の基板と異常検出装置 40の基板は別基板 として説明したが、構成部品を簡素化するため、同一基板上に独立して回路を構成 しても同じ効果がある。
また、本実施例ではエンコーダ回路においてフォトダイオードの出力を増幅し、コン パレータで矩形波にする回路の例を示したが、フォトダイオードの出力を増幅したァ ナログ信号を出力する回路であっても良い。
実施例 2 [0015] 図 3は、本発明の第 2実施例を示すブロック図である。
図において、 51は逆流防止用ダイオード、 52は大容量コンデンサである。また、 83 は異常信号出力部 43の配線力もなる配線ケーブルで異常検出装置 40への電源の 配線を持たない。
本実施例が実施例 1と異なる点は、実施例 1ではエンコーダ回路 30への電源と異 常検出装置 40への電源は、別々の電源を用いていた力 本実施例では、ェンコ一 ダ回路 30の電源と異常検出装置 40の電源とを共通化し、逆流防止用ダイオード 51 と大容量コンデンサ 52によってエンコーダ回路 30の電源力も異常検出装置 40に電 源を供給している点である。
[0016] 次に、本実施例の動作について説明する。
エンコーダ回路 30の電源配線が断線などにより、供給不能になった場合、異常検 出装置 40は、大容量コンデンサ 52の容量によってしばらくの間、電源が供給される 。この電源が供給される間に異常検出装置 40は、エンコーダ回路 30の電源異常を 検出し、異常信号を送出する。
本実施例では、エンコーダ回路の電源と異常検出装置の電源とを共通化している ので、電源からの配線数が減少し、断線の機会が少なくなるという効果がある。さらに 、 1つの電源で済むので構成が簡単になるという効果もある。
実施例 3
[0017] 図 4は、本発明の第 3実施例を示すブロック図である。
図において 60は、環境異常検出素子である。
本実施例が第 1実施例と異なる点は、異常検出装置付きエンコーダ 10が、環境異 常検出素子 60を備えている点である。
本実施例では、環境異常検出素子 60として、エンコーダの温度を検出する温度検 出素子 61と、エンコーダの振動を検出する振動検出素子 62を設けた。温度検出素 子 61としてはサーミスタを用い、振動検出素子 62としては加速度センサを用いた。
[0018] 次に、本実施例の動作について説明する。
温度検出素子 61によってエンコーダ 10の温度が検出され、温度に対応したアナ口 グ信号が異常検出回路 41に送られる。また、同様に、振動検出素子 62によって、ェ ンコーダ 10の振動が検出され、振動に対応したアナログ信号が異常検出回路 41に 送られる。エンコーダ 10の温度や振動が所定の範囲を超えると異常信号を生成する 。これらの異常信号は異常信号送信回路 42から送出される。
[0019] このように本実施例では、異常検出装置付きエンコーダが振動検出素子を備えて いるので、エンコーダの温度上昇や振動等の環境異常による電気部品や機械部品 の不具合発生および回路動作不良を未然に防止することが出来、エンコーダの信頼 性をさらに向上させる事が出来る。
実施例 4
[0020] 図 5は、本発明の第 4実施例を示すブロック図である。
図において、 71は正常信号発生回路である。
本実施例が第 1実施例と異なる点は、異常検出装置 40が、電源投入してから一定 時間後に、異常検出装置付きエンコーダ 10が正常に動作している事を知らせる正常 信号発生回路 71を備えている点である。
[0021] 次に本実施例の動作について説明する。
図 6は本実施例の動作を示すタイムチャートである。
図において、 711は異常検出装置 40の電源電圧、 712は正常信号発生回路の出 力信号である。
異常検出装置 40に電源が投入されると、正常信号発生回路 71は異常検出装置 4 0が正常に動作していることを検出し、電源の立ち上がりから正常信号発生回路 71 で設定した T秒後にハイレベルとなる信号を送出する。電源投入後、直ちにハイレべ ルにすると、異常検出装置 40が故障してハイレベルの信号を送出して 、る可能性が あるため、 T秒と言う一定時間後に異常検出装置 40から正常に動作している事を示 す信号を送出する機能を持たせることで検出の信頼性を高めた。
このように本実施例では、異常検出装置が正常信号発生回路を備え、電源投入時 に異常検出装置が正常に動作して 、るかどうかを検出して 、るので、異常検出装置 の信頼性が向上し、エンコーダの信頼性をさらに向上させる事が出来る。
実施例 5
[0022] 図 7は、本発明の第 5実施例を示すブロック図である。 図において、 72は図示しない制御装置と双方向で異常検出装置 40の動作を調べ るための双方向異常信号発生回路である。
本実施例が第 4実施例と異なる点は、第 4実施例では、異常検出装置 40が、正常 信号発生回路 71を備えていたが、本実施例では双方向異常信号発生回路 72を備 え、双方向通信で異常検出装置 40の動作をチェックしている点である。
[0023] 次に本実施例の動作について説明する。
図 8は本実施例の動作を示すタイムチャートである。
図において、 721は異常信号出力部の信号波形である。
図示しない制御回路からは、一定時間間隔 (TO)で異常信号送信回路 42の出力 端を短時間 (T1)短絡する異常問い合わせ信号 722が送出される。双方向異常信号 発生回路 72は、短絡が解放された T秒後に短時間 (T2)正常動作を示すローレベル の信号 723を出力する。
制御回路側（図示せず)ではこの信号を受け取ることによって異常検出装置 40が 正常に駆動していることを把握する。例えば T0 = 0. 1秒、 Τ1 = 0. 01秒、 Τ=0. 05 秒、 Τ2 = 0. 005秒とすれば、 0. 1秒と言う高速度で、正常状態を常時監視できる。 なお、本実施例では、異常信号送信回路 42の出力端を短時間短絡する方式の動 作を説明したが、本方式でなくても双方向で、「異常の問い合わせ」と「正常動作と言 う回答」と言う通信信号のやり取りが出来る回路を具備すれば良い事は言うまでもな い。
[0024] このように本実施例では、異常検出装置が双方向異常信号発生回路を備え、常に 異常検出装置自身の動作をチェックしているので、エンコーダの信頼性をさらに向上 させる事が出来る。
実施例 6
[0025] 図 9は、本発明の第 6実施例を示すブロック図である。
図において、 90は制御装置、 100はモータ駆動装置、 110は図示しない工作機械 等の産業機械に取り付けられ、本発明の異常検出装置付きエンコーダ 10を装備した モータである。制御装置 90は受け側異常信号検出回路部 91と、受け側制御回路 92 とを備えている。 [0026] 次に、本実施例の動作について説明する。
異常検出装置付きエンコーダ 10から受け側異常信号検出回路部 91に異常信号 9 3が送信されると、受け側制御回路 92において、モータ 110を速やかに停止させるあ るいは非常停止する等、どのように対応すべきかを判定し、異常信号出力 94をモー タ駆動装置 100に送信する。
[0027] このように本実施例では、制御装置の受け側制御回路によって生成された異常信 号出力によって、制御装置が、どの様に対応すべき力判定し、その結果を異常信号 出力として送出し、モータを速やかに停止させるの等の処理を行うので、安全で、高 信頼性の制御システムを構成することができる。
産業上の利用可能性
[0028] 半導体製造装置、ロボット、 NC工作機械など多くの産業機械に使用するモータの 回転位置又は直線変位を検出するェンコーダに適用できる。
なお、各実施例として、回転型光学式エンコーダについて述べたが、回転型、直線 型のいずれか一方に限定されず、また、光学式、磁気式のいずれか一方に限定され な!ヽことは言うまでもな!/ヽ。

Claims

請求の範囲
[1] 被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前 記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処 理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を 検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、
前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電 源で供給される事を特徴とする異常検出装置付きエンコーダ。
[2] 被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前 記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処 理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダ回路の電源及 び出力信号部に接続される第 1の配線ケーブルと、前記異常検出装置の電源及び 異常信号出力部に接続される第 2の配線ケーブルと、前記エンコーダの異常状態を 検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、
前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電 源で供給され、かつ、
前記第 1の配線ケーブルと、前記第 2の配線ケーブルは、それぞれ別ケーブルを使 用することを特徴とする異常検出装置付きエンコーダ。
[3] 被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前 記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処 理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を 検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、
前記異常検出装置の電源は、前記エンコーダ回路の電源から、この電源に接続さ れた逆流防止ダイオードとこの逆流防止ダイオードを通して得られた電荷を蓄積する 大容量コンデンサ力 構成される回路にて供給されることを特徴とする異常検出装置 付きエンコーダ。
[4] 前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記エンコーダ回路の電源電圧信 号であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか 1項に記載の異常検出装置付き エンコーダ。
[5] 前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部で検出された波 形電圧信号であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか 1項に記載の異常検 出装置付きエンコーダ。
[6] 前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部の LEDに流れる 電流に対応した LED電流信号であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか 1項 に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
[7] 前記異常検出装置は、前記異常検出装置付きエンコーダの環境状態を検出する 環境異常検出素子を備えたことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか 1項に記載 の異常検出装置付きエンコーダ。
[8] 前記環境異常検出素子が、温度検出素子であることを特徴とする請求項 7に記載 の異常検出装置付きエンコーダ。
[9] 前記環境異常検出素子が、振動検出素子であることを特徴とする請求項 7に記載 の異常検出装置付きエンコーダ。
[10] 前記異常検出装置は、電源投入して力 一定時間後に正常動作している事を知ら せる信号を送出する機能を具備する事を特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか 1項 に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
[11] 前記異常検出装置は、異常検出信号のやり取りを双方向通信で行なう機能を具備 する事を特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか 1項に記載の異常検出装置付きェン
Π ' ~"々η
[12] 請求項 1乃至 11のいずれか 1項に記載の異常検出装置付きエンコーダを備えたモ ータと、前記異常検出装置付きエンコーダに接続された制御装置と、前記制御装置 力 の制御信号によって前記モータを駆動するモータ駆動装置と、を備えた制御シ ステムにおいて、
前記制御装置は前記異常検出装置付きエンコーダ力 の異常信号を検出し、異常 状態に応じて前記モータを制御することを特徴とする制御システム。
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