WO2013018168A1 - エンコーダ - Google Patents

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WO2013018168A1
WO2013018168A1 PCT/JP2011/067490 JP2011067490W WO2013018168A1 WO 2013018168 A1 WO2013018168 A1 WO 2013018168A1 JP 2011067490 W JP2011067490 W JP 2011067490W WO 2013018168 A1 WO2013018168 A1 WO 2013018168A1
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position detection
detection signal
rotation
position data
unit
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大村　陽一
庫宇祐 社本
岡室　貴士
倫康 長谷川
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an encoder that calculates a position within one rotation of a rotating body.
  • Patent Document 1 includes a magnetic pole position estimated from the number of pulses of the position detection signals PA and PB and the number of motor poles P and actual magnetic pole position data PU, PV, and PW. In comparison, a technique is disclosed in which a failure is determined if the position difference is outside the allowable range.
  • the magnetic pole position data is not used for position detection purposes, the resolution is generally lower than that of the position detection signal. Therefore, the conventional technique has a problem that the detection accuracy of the failure is low.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an encoder capable of detecting a failure as accurately as possible without adding a position detection signal.
  • the present invention is an encoder that calculates a position within one rotation of a rotating body, and a plurality of systems that respectively generate position detection signals for the rotating bodies with different periods.
  • a first calculation unit for calculating a first in-rotation position based on position detection signals generated by the plurality of position detection signal generation systems, and the first calculation unit.
  • a second calculation unit that calculates a second in-revolution position based on position detection signals generated by a few system position detection signal generation systems, the first in-revolution position, and the second one rotation
  • a failure determination unit that determines whether or not the own encoder has failed based on the comparison with the inner position.
  • the encoder according to the present invention can create position data for comparison for failure detection based on a part of position detection signals among a plurality of existing position detection signals. There is an effect that a failure can be detected with high accuracy.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an encoder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the positional relationship among the light source, the track, and the light receiving element unit.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an electrical signal generated by the light receiving element unit based on the transmitted light from the track.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the mechanical angle indicated by the truck and the electrical angle generated by the electrical angle first calculation unit.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining how the first rotation position data first creation unit synthesizes electrical angles.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating how the second rotation position data second generation unit generates second position data.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another configuration example of the encoder according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an encoder according to an embodiment of the present invention.
  • the encoder according to the embodiment includes a light source 1, a rotating shaft 2 as a rotating body of a motor, and a scale attached to the rotating shaft 2 to form three tracks (tracks 3a, 3b, and 3c). And a light receiving element unit 4a to 4c.
  • the light source 1 is, for example, an LED, and the light emitted from the light source 1 is incident on each of the tracks 3a to 3c.
  • the light incident on each of the tracks 3a to 3c is modulated by each of the tracks 3a to 3c and enters the light receiving element units 4a to 4c, respectively.
  • the light receiving element units 4a to 4c convert incident light into electrical signals (position detection signals) by photoelectric conversion.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the positional relationship among the light source 1, the tracks 3a to 3c, and the light receiving element units 4a to 4c.
  • the track 3a will be described as a representative of the tracks 3a to 3c
  • the light receiving element unit 4a will be described as a representative of the light receiving element units 4a to 4c.
  • a track 3a and a light receiving element unit 4a are disposed on the optical axis of the light source 1, and transmitted light from the track 3a enters the light receiving element unit 4a.
  • the track 3a is configured by alternately providing a light transmitting portion that transmits light and a light blocking portion that blocks light in the rotation direction.
  • the light transmitting part and the light shielding part are arranged based on, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) system so that the intensity of the transmitted light changes according to the sine wave according to the rotation of the scale.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • An electric signal that changes according to a sine wave is generated from light.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining electric signals generated by the light receiving element units 4a to 4c based on the transmitted light from the tracks 3a to 3c.
  • the light receiving element unit 4a can generate a signal of one cycle (one wave) per one rotation of the scale.
  • the light receiving element unit 4b can generate signals of 16 periods (16 waves) per one rotation of the scale.
  • the light receiving element unit 4c generates a signal of 256 periods (256 waves) per one rotation of the scale.
  • a position detection signal generation system configured by the light source 1, the track 3a, and the light receiving element unit 4a
  • a position detection signal generation system configured by the light source 1, the track 3b, and the light receiving element unit 4b, the light source 1, the track
  • the period of the position detection signal to be generated is different from that of the position detection signal generation system constituted by 3c and the light receiving element unit 4c.
  • a position detection signal generation system composed of the light source 1, the track 3a, and the light receiving element unit 4a is defined as one system, and a position detection signal generation composed of the light source 1, the track 3b, and the light receiving element unit 4b.
  • the system and the position detection signal generation system constituted by the light source 1, the track 3c, and the light receiving element unit 4c are defined as different systems.
  • the MCU 6 includes a first electrical angle calculation unit (electrical angle calculation unit) 8, a first rotation position data first generation unit (one rotation internal position generation unit) 9, a comparison unit (failure detection unit) 10, and a threshold storage unit. 13 and a communication control unit 14 are provided.
  • the MCU 6 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an I / O. By causing the CPU to execute a predetermined program stored in the ROM.
  • the functions of the above-described functional components are realized.
  • the threshold value storage unit 13 may be secured on the ROM, and a threshold value (described later) may be set in the threshold value storage unit 13 in advance. Further, the threshold value storage unit 13 may be secured on the RAM, and the threshold value may be externally input to the threshold value storage unit 13 at a predetermined timing such as when the operation is started.
  • the first electrical angle calculation unit 8 calculates the electrical angle for each track based on the electrical signals from the light receiving element units 4a to 4c input via the amplifier circuits 5a to 5c.
  • the electrical angle refers to a signal that is 360 degrees (that is, 2 ⁇ radians) in one cycle of the sine wave.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the mechanical angle indicated by the tracks 3a to 3c and the electrical angle generated by the electrical angle first calculation unit 8. As shown in the figure, an electrical angle corresponding to the mechanical angle is generated from the electrical signal applied to the track 3a. From the electrical signal applied to the track 3b, an electrical angle of 16 rotations is generated while the mechanical angle rotates once. From the electrical signal applied to the track 3c, an electrical angle of 256 rotations is generated while the mechanical angle rotates once.
  • the electrical angle first calculation unit 8 In order to allow the electrical angle first calculation unit 8 to obtain the electrical angle with high accuracy, two types of the sine wave (PA) and the cos wave (PB) can be generated on each of the tracks 3a to 3c. Each pattern may be formed, and the light receiving element units 4a to 4c may be provided with a light receiving element array so that two electric signals can be generated from two kinds of patterns of transmitted light.
  • the first electrical angle calculator 8 can obtain the electrical angle by applying the arctan function to the value obtained by dividing the value of the electrical signal applied to the sine wave by the value of the electrical signal applied to the cosine wave. The electrical angle can be obtained with higher accuracy than when the arcsin function is applied to the electrical signal applied to the wave to obtain the electrical angle.
  • each position detection signal generation system needs to set a correction coefficient for correcting the amplitude and offset to ideal values. 1 is assumed to be preset in the calculation unit 8.
  • the electrical angle 2nd calculation part 11 mentioned later calculates the electrical angle concerning the track 3b
  • the correction coefficient concerning the track 3b shall also be preset by the electrical angle 2nd calculation part 11.
  • FIG. It goes without saying that the correction coefficient for the track 3b can be shared by the electrical angle first calculation unit 8 and the electrical angle second calculation unit 11.
  • the first rotation position data first generation unit 9 combines the electrical angles applied to the tracks 3a to 3c generated by the first electrical angle calculation unit 8 to generate position data within one rotation.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining how the first rotation position data first creation unit 9 synthesizes electrical angles.
  • the electrical angles applied to the tracks 3a to 3c are described with a resolution of 10 bits, respectively, and position data with a resolution of 18 bits can be obtained by combining the electrical angles.
  • the electrical angle applied to the track 3a, the electrical angle applied to the track 3b, and the electrical angle applied to the track 3c are the MSB of the position data, the 5th bit from the MSB, and the 9th bit from the MSB, respectively.
  • Each has a total of 10 bits of data.
  • the first rotation position data first generation unit 9 obtains the MSB to the 4th bit from the electrical angle applied to the track 3a, obtains the 5th to 8th bits from the electrical angle applied to the track 3b, and obtains 9 bits.
  • Position data is generated by acquiring the first to 18th bits from the electrical angle applied to the track 3c.
  • the upper bits have better detection accuracy than the lower bits.
  • position data with high resolution and high detection accuracy can be obtained at any bit.
  • the amplified electric signal applied to the track 3a is branched into two, and the branch destinations are input to the MCU 6 and the MCU 7, respectively.
  • the electrical signal input to the MCU 6 is used by the first rotation position data first generation unit 9 to generate position data.
  • the electric signal input to the MCU 7 is used to create position data for failure detection separately from the position data.
  • the position data generated by the first rotation position data first generation unit 9 is referred to as first position data
  • the position data generated by the MCU 7 is referred to as second position data.
  • the MCU 7 includes an electrical angle second calculation unit 11 and an intra-rotation position data second creation unit 12.
  • the MCU 7 includes a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O similarly to the MCU 6, and causes the CPU to execute a predetermined program stored in the ROM so that the electrical angle second calculation unit 11 and the one rotation are included.
  • the function of the position data second creation unit 12 is realized.
  • the electrical angle second calculation unit 11 calculates the electrical angle applied to the track 3b from the electrical signal applied to the track 3b sent from the amplifier circuit 5b.
  • the electrical angle applied to the track 3b may be the same as the electrical angle applied to the track 3b calculated by the electrical angle first calculation unit 8, or the electrical angle applied to the track 3b calculated by the electrical angle first calculation unit 8. It may be described by a different number of bits (for example, 14 bits).
  • the one-rotation position data second creation unit 12 generates second position data based on the electrical angle applied to the track 3b.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the second rotation position data second generation unit 12 generates the second position data from the electrical angle applied to the track 3b.
  • 16 electrical angles applied to the track 3b correspond to 1 mechanical angle. Therefore, as shown in the figure, the electrical angle second calculation unit 11 counts the cumulative number of electrical angles rotated to create a count value, and the electrical value applied to the track 3b generated from the count value and the input electrical signal. Second position data is generated based on the signal.
  • the electrical angle first calculation unit 8 generates the first position data by acquiring the upper 4 bits from the electrical angle applied to the track 3a, while the electrical angle second calculation unit 11 calculates the electrical angle applied to the track 3b.
  • the upper 4 bits of the second position data are obtained by counting the number of rotations.
  • the electrical angle second calculator 11 may reset the count value to zero when the count value reaches 16, or uses only the lower 4 bits of the count value without resetting the count value to zero. It may be.
  • the comparison unit 10 provided in the MCU 6 detects a failure of its own encoder based on a comparison between the difference between the first position data and the second position data and a threshold value stored in advance in the threshold value storage unit 13. I do. Specifically, the comparison unit 10 notifies the communication control unit 14 that a failure has not been detected when the difference between the first position data and the second position data does not exceed the threshold value. If the difference between the first position data and the second position data exceeds the threshold value, the communication control unit 14 is notified that a failure has been detected.
  • the communication control unit 14 generates serial communication data by attaching the notification received from the comparison unit 10 to the first position data, and transmits the generated serial communication data to an external control device.
  • the control device that has received the serial communication data can determine whether or not the present encoder has failed by referring to the notification included in the received data.
  • the second position data is used for failure detection and the first position data is transmitted to an external control device.
  • the first position data is used for failure detection
  • the second position data is used. May be transmitted to the outside.
  • a plurality of position data for failure detection may be generated, and a failure may be detected based on a comparison between the first position data and the plurality of position data for failure detection.
  • the comparison unit 10 indicates that a failure has been detected when at least one difference between the position data for failure detection and the first position data exceeds the threshold value.
  • a notification may be issued, or a notification that a failure has been detected is issued when the difference between two or more failure detection position data and the first position data exceeds a threshold value. May be. If two or more fault detection position data match each other and the difference between the two or more fault detection position data and the first position data is equal to or greater than a threshold value, the two fault detections are detected. It is also possible to configure to transmit the position data for use outside.
  • a functional component for generating the first position data (electrical angle first calculation unit 8, one-rotation position data first generating unit 9) and a functional component for generating the second position data (electrical angle The second calculation unit 11 and the one-rotation position data second creation unit 12) are configured to be realized by different MCUs, but may be realized by using the same MCU 6 as shown in FIG. Good.
  • the functional component for generating the first position data and the functional component for generating the second position data with different MCUs, the reliability of the respective position data is improved, and as a result The reliability of the failure determination result can be improved.
  • the functional configuration unit of the encoder according to the embodiment is realized using the MCU, a part or all of the functional configuration unit may be realized by a hardware circuit.
  • the second position data has been described as being generated based on the electrical signal applied to the track 3b, but may be generated based on the electrical signal applied to the track 3a or the track 3c.
  • the second rotation position data second generating unit 12 When generating based on the electric signal applied to the track 3a, the second rotation position data second generating unit 12 outputs the electric angle generated by the electric angle second calculating unit 11 as it is as the second position data. May be. Further, the second position data may be generated by synthesizing any two of the electric signals applied to the tracks 3a to 3c.
  • the tracks 3a to 3c have been described as having a pattern from which an electric signal of a sine wave can be obtained, but a serial code represented by binary codes of 0 and 1 such as an M-sequence random number code can be obtained. You may comprise so that a pattern may be comprised. In that case, the electrical angle first calculation unit 8 and the electrical angle second calculation unit 11 may be configured to decode the received electrical signal and calculate the electrical angle, respectively.
  • the position detection signal (electric signal) generation method has been described as adopting an optical generation method using the light source 1 and the light receiving element units 4a to 4c.
  • a magnetic type or electromagnetic induction type generation method is used. You may make it employ
  • the position detection signal may be generated by a different generation method for each track.
  • the magnetic generation method is resistant to disturbances related to temperature
  • the optical generation method is resistant to disturbances related to a magnetic field.
  • the comparison unit 10 is not particularly mentioned, the comparison is performed for each calculation cycle of the first position data (or second position data). Alternatively, the comparison may be performed every plural calculation cycles.
  • first position data and the second position data are set as the positions within one rotation, and the comparison unit 10 performs the comparison.
  • the position data within one rotation first creation unit 9 and the position data within one rotation second creation unit 12 are both. By counting the cumulative number of rotations, the multiple rotations can be compared.
  • the communication control unit 14 creates the serial communication data by adding the notification received from the comparison unit 10 to the first data. However, the communication control unit 14 adds the second data to the serial communication data received from the comparison unit 10. The serial communication data including the notification received from the comparison unit 10 without including the first data or the second data may be generated.
  • a plurality of position detection signal generation systems (light source 1, tracks 3a to 3c, light receiving element units) that respectively generate electrical signals as position detection signals having different periods.
  • 4a to 4c) and an electrical angle first calculation unit 8 that functions as a first calculation unit that calculates first position data based on position detection signals generated by a plurality of position detection signal generation systems and one rotation
  • An electrical angle second functioning as a second calculation unit that calculates second position data based on an electrical signal generated by the position data first generation unit 9 and a position detection signal generation system of a system smaller than the first calculation unit.
  • Comparing unit as a failure determining unit that determines whether or not the own encoder has failed based on the comparison between the calculating unit 11 and the second rotation position data second creating unit 12 and the first position data and the second position data 0, so that position data for comparison for fault detection can be created based on the signal for position detection, and a position detection signal is newly added from a plurality of existing position detection signals. Failure detection can be performed without additional installation. Therefore, a failure can be detected as accurately as possible without adding a position detection signal.
  • the second arithmetic unit generates a position detection signal generated by a position detection signal generation system (light source 1, track 3b, and light receiving element unit 4b) that generates a position detection signal of a plurality of periods (16 periods) per one rotation of the scale. Is counted every time the position detection signal makes one round, and the second position within one rotation is calculated based on the electrical angle indicated by the position detection signal and the count value applied to the position detection signal. Therefore, the failure detection can be performed based on the comparison of the position data created by different methods, so that the reliability of the failure detection can be improved.
  • a position detection signal generation system light source 1, track 3b, and light receiving element unit 4b
  • the second calculation unit performs the first operation based on the position detection signal generated by the position detection signal generation system (the light source 1, the track 3a, and the light receiving element unit 4a) that generates a position detection signal of one cycle per one rotation of the scale.
  • Two-position data can be generated. By doing so, it is not necessary to count every time the position detection signal makes one round. Therefore, the position detection signal generated by the position detection signal generation system that generates a position detection signal having a plurality of cycles per one rotation of the scale is used.
  • the failure detection can be performed with a simple configuration.
  • the comparison unit 10 determines that the own encoder has failed, and the difference exceeds the threshold value. If it does not exceed, the configuration is such that it is determined that the own encoder has not failed, so the failure can be detected with high accuracy.

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Abstract

　位置検出信号を増設することなく可及的に精度よく故障を検出するために、エンコーダは、周期が異なる位置検出信号としての電気信号を夫々発生させる複数系統の位置検出信号発生系（光源１、トラック３ａ～３ｃ、受光素子ユニット４ａ～４ｃ）と、複数系統の位置検出信号発生系が夫々発生させた位置検出信号に基づいて第１位置データを算出する第１演算部として機能する電気角第１算出部８および１回転内位置データ第１作成部９と、第１演算部よりも少ない系統の位置検出信号発生系が発生させた電気信号に基づいて第２位置データを算出する第２演算部として機能する電気角第２算出部１１および１回転内位置データ第２作成部１２と、第１位置データと第２位置データとの比較に基づいて自エンコーダが故障しているか否かを判定する故障判定部としての比較部１０と、を備える。

Description

エンコーダ
　本発明は、回転体の１回転内位置を演算するエンコーダに関する。
　エンコーダの故障を検出するための技術として、特許文献１には、位置検出信号ＰＡ、ＰＢのパルス数とモータ極数Ｐとから推定した磁極位置と実際の磁極位置データＰＵ、ＰＶ、ＰＷとを比較し、その位置の差が許容範囲外で有れば故障と判定する技術が開示されている。
特開平９－１０５６４４号公報
　しかしながら、磁極位置データは、位置検出の目的に使用されるものではないため、一般に、位置検出信号よりも分解能が低い。したがって、上記従来の技術は、故障の検出精度が低いという問題がある。
　また、故障検出の目的のために位置検出信号を増設する構成も考え得るが、そのような構成を採用すると、増設する位置検出信号毎に検出系などのハードウェアを追加する必要が生じる上に、増設した位置検出信号に対して振幅とオフセットとを理想の値に補正する補正係数を設定する必要が生じるため、製造面でのデメリットが大きくなるという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置検出信号を増設することなく可及的に精度よく故障を検出することができるエンコーダを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転体の１回転内位置を演算するエンコーダであって、周期が異なる前記回転体にかかる位置検出信号を夫々発生させる複数系統の位置検出信号発生系と、前記複数系統の位置検出信号発生系が夫々発生させた位置検出信号に基づいて第１の１回転内位置を算出する第１演算部と、前記第１演算部よりも少ない系統の位置検出信号発生系が発生させた位置検出信号に基づいて第２の１回転内位置を算出する第２演算部と、前記第１の１回転内位置と前記第２の１回転内位置との比較に基づいて自エンコーダが故障しているか否かを判定する故障判定部と、を備えることを特徴とする。
　本発明にかかるエンコーダは、既存の複数の位置検出信号のうちの一部の位置検出信号に基づいて故障検出のための比較用の位置データを作成できるので、位置検出信号を増設することなく可及的に精度よく故障を検出することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態のエンコーダの構成例を示す図である。 図２は、光源とトラックと受光素子ユニットとの間の位置関係を説明する図である。 図３は、受光素子ユニットがトラックからの透過光に基づいて生成する電気信号を説明する図である。 図４は、トラックが示す機械角と電気角第１算出部が生成する電気角との関係を示す図である。 図５は、１回転内位置データ第１作成部が電気角を合成する様子を説明する図である。 図６は、１回転内位置データ第２作成部が第２位置データを生成する様子を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態のエンコーダの別の構成例を示す図である。
　以下に、本発明にかかるエンコーダの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態のエンコーダの構成を示す図である。図示するように、実施の形態のエンコーダは、光源１と、モータの回転体としての回転軸２と、回転軸２に取り付けられ、３つのトラック（トラック３ａ、３ｂ、３ｃ）が形成されたスケールを有する回転板３と、受光素子ユニット４ａ～４ｃとを備えている。光源１は、例えばＬＥＤが採用され、光源１が放射する光はトラック３ａ～３ｃの夫々に入射する。トラック３ａ～３ｃの夫々に入射した光は、トラック３ａ～３ｃの夫々によって変調せしめられ、夫々受光素子ユニット４ａ～４ｃに入射する。受光素子ユニット４ａ～４ｃは、入射した光を光電変換によって電気信号（位置検出信号）に変換する。
　図２は、光源１とトラック３ａ～３ｃと受光素子ユニット４ａ～４ｃとの間の位置関係を説明する図である。なお、ここでは、煩雑を避けるために、トラック３ａ～３ｃを代表してトラック３ａを、受光素子ユニット４ａ～４ｃを代表して受光素子ユニット４ａを夫々挙げて説明する。図示するように、光源１の光軸上にトラック３ａおよび受光素子ユニット４ａが配設されており、トラック３ａからの透過光が受光素子ユニット４ａに入射するようになっている。トラック３ａは、光を透過する透光部と光を遮光する遮光部とが回転方向に交互に設けられて構成されている。透光部と遮光部とは、スケールの回転に従って透過光の強度がｓｉｎ波に従って変化するように例えばＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）方式に基づいて配設されており、受光素子ユニット４ａは、入射する光からｓｉｎ波に従って変化する電気信号を生成する。
　トラック３ａ～３ｃからスケールの１回転によって生成される電気信号の周期は、夫々異なっている。図３は、受光素子ユニット４ａ～４ｃがトラック３ａ～３ｃからの透過光に基づいて生成する電気信号を説明する図である。図示するように、受光素子ユニット４ａは、スケール１回転当たり１周期（１波）の信号を生成することができる。受光素子ユニット４ｂは、スケール１回転当たり１６周期（１６波）の信号を生成することができる。受光素子ユニット４ｃは、スケール１回転当たり２５６周期（２５６波）の信号を生成する。
　即ち、光源１、トラック３ａ、および受光素子ユニット４ａにより構成される位置検出信号発生系と、光源１、トラック３ｂ、および受光素子ユニット４ｂにより構成される位置検出信号発生系と、光源１、トラック３ｃ、および受光素子ユニット４ｃにより構成される位置検出信号発生系とは、夫々発生させる位置検出信号の周期が異なる。ここで、光源１、トラック３ａ、および受光素子ユニット４ａで構成される位置検出信号発生系を１つの系統と定義し、光源１、トラック３ｂ、および受光素子ユニット４ｂにより構成される位置検出信号発生系、ならびに光源１、トラック３ｃ、および受光素子ユニット４ｃにより構成される位置検出信号発生系を、夫々別の系統と定義する。
　図１に戻り、受光素子ユニット４ａ～４ｃからの電気信号は、増幅回路５ａ～５ｃによって夫々増幅され、増幅された夫々の電気信号はマイクロコンピュータユニット（ＭＣＵ）６に入力される。ＭＣＵ６は、電気角第１算出部（電気角算出部）８、１回転内位置データ第１作成部（１回転内位置作成部）９、比較部（故障検出部）１０、しきい値記憶部１３、通信制御部１４を備えている。なお、ＭＣＵ６は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、Ｉ／Ｏを備えており、ＲＯＭ内に格納された所定のプログラムをＣＰＵに実行させることによって上述の機能構成部（電気角第１算出部８、１回転内位置データ第１作成部９、比較部１０、および通信制御部１４）の機能を実現する。なお、しきい値記憶部１３をＲＯＭ上に確保し、しきい値記憶部１３に予めしきい値（後述する）が設定されるようにしてもよい。また、しきい値記憶部１３をＲＡＭ上に確保するようにし、動作開始時など所定のタイミングでしきい値記憶部１３にしきい値が外部入力されるようにしてもよい。
　電気角第１算出部８は、増幅回路５ａ～５ｃを介して入力された受光素子ユニット４ａ～４ｃからの電気信号に基づいて、トラック毎の電気角を算出する。ここで、電気角とは、正弦波１周期で３６０度（即ち２πラジアン）となる信号をいう。例えば１６波の信号の場合、スケールが機械角で３６０／１６＝２２．５度回転するたびに１周期分の電気角が生成される。
　図４は、トラック３ａ～３ｃが示す機械角と電気角第１算出部８が生成する電気角との関係を示す図である。図示するように、トラック３ａにかかる電気信号からは機械角と一対一で対応する電気角が生成される。トラック３ｂにかかる電気信号からは機械角が１回転する間に１６回転する電気角が生成される。トラック３ｃにかかる電気信号からは機械角が１回転する間に２５６回転する電気角が生成される。
　なお、電気角第１算出部８が精度よく電気角を求めることができるように、トラック３ａ～３ｃの夫々に、ｓｉｎ波（ＰＡ）およびｃｏｓ波（ＰＢ）をともに生成できるように２種類のパターンを夫々形成せしめ、受光素子ユニット４ａ～４ｃに、夫々２種類のパターンの透過光から２つの電気信号を生成できるように受光素子アレイを具備せしめるようにしてもよい。これにより、電気角第１算出部８は、ｓｉｎ波にかかる電気信号の値をｃｏｓ波にかかる電気信号の値で除した値にａｒｃｔａｎ関数を作用させることによって電気角を求めることができ、ｓｉｎ波にかかる電気信号にａｒｃｓｉｎ関数を作用させて電気角を求める場合に比して精度よく電気角を求めることができる。
　また、前述のように、個々の位置検出信号発生系は、振幅とオフセットとを理想の値に補正する補正係数の設定を必要とするが、位置検出信号発生系毎の補正係数は電気角第１算出部８に予め設定されているものとする。なお、後述の電気角第２算出部１１は、トラック３ｂにかかる電気角を演算するが、電気角第２算出部１１にもトラック３ｂにかかる補正係数が予め設定されているものとする。トラック３ｂにかかる補正係数は、電気角第１算出部８と電気角第２算出部１１とで共用することができることはいうまでもない。
　１回転内位置データ第１作成部９は、電気角第１算出部８が生成したトラック３ａ～３ｃにかかる電気角を合成して、１回転内の位置データを作成する。
　図５は、１回転内位置データ第１作成部９が電気角を合成する様子を説明する図である。ここでは、一例として、トラック３ａ～３ｃにかかる電気角は夫々１０ビットの分解能で記述され、電気角の合成によって１８ビットの分解能の位置データが得られるものとしている。
　図５に示すように、トラック３ａにかかる電気角、トラック３ｂにかかる電気角、トラック３ｃにかかる電気角は、位置データのＭＳＢ、ＭＳＢから５ビット目、ＭＳＢから９ビット目を夫々最上位ビットとする合計１０ビットのデータを夫々有している。１回転内位置データ第１作成部９は、ＭＳＢから４ビット目までをトラック３ａにかかる電気角から取得し、５ビット目から８ビット目までをトラック３ｂにかかる電気角から取得し、９ビット目から１８ビット目までをトラック３ｃにかかる電気角から取得して、位置データを作成する。夫々のトラックにかかる電気角は、上位ビットのほうが下位ビットよりも検出精度がよい。上述のように、最終的に、高分解能でかつどのビットでも高い検出精度が担保された位置データを得ることができる。
　図１に戻り、トラック３ａにかかる増幅後の電気信号は、２つに分岐され、分岐先がＭＣＵ６およびＭＣＵ７の夫々に入力される。ＭＣＵ６に入力された電気信号は、上述のように、１回転内位置データ第１作成部９が位置データを作成するために用いられる。ＭＣＵ７に入力された電気信号は、前記位置データとは別に故障検出用の位置データを作成するために用いられる。以降、１回転内位置データ第１作成部９が作成する位置データを第１位置データ、ＭＣＵ７にて作成される位置データを第２位置データということとする。
　ＭＣＵ７は、電気角第２算出部１１および１回転内位置データ第２作成部１２を備えている。なお、ＭＣＵ７は、ＭＣＵ６と同様にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏを備えており、ＲＯＭ内に格納された所定のプログラムをＣＰＵに実行させることによって電気角第２算出部１１および１回転内位置データ第２作成部１２の機能を実現する。
　電気角第２算出部１１は、増幅回路５ｂから送られてくるトラック３ｂにかかる電気信号からトラック３ｂにかかる電気角を算出する。トラック３ｂにかかる電気角は、電気角第１算出部８が算出するトラック３ｂにかかる電気角と同じものであってもよいし、電気角第１算出部８が算出するトラック３ｂにかかる電気角とは異なるビット数（例えば１４ビット）で記述されるものであってもよい。
　１回転内位置データ第２作成部１２は、トラック３ｂにかかる電気角に基づいて、第２位置データを生成する。
　図６は、１回転内位置データ第２作成部１２がトラック３ｂにかかる電気角から第２位置データを生成する様子を示す図である。前述のように、トラック３ｂにかかる電気角が１６回転が機械角の１回転に相当する。そこで、図示するように、電気角第２算出部１１は、電気角の回転した累積数をカウントしてカウント値を作成し、カウント値と入力された電気信号から生成されたトラック３ｂにかかる電気信号とに基づいて第２位置データを生成する。即ち、電気角第１算出部８は、上位４ビットをトラック３ａにかかる電気角から取得して第１位置データを生成したが、電気角第２算出部１１は、トラック３ｂにかかる電気角の回転の数をカウントすることにより第２位置データの上位４ビットを取得する。なお、電気角第２算出部１１は、カウント値が１６に到達するとカウント値をゼロリセットするようにしてもよいし、カウント値をゼロリセットせずにカウント値の下位４ビットのみを使用するようにしてもよい。
　ＭＣＵ６に備えられる比較部１０は、第１位置データと第２位置データとの差分と、しきい値記憶部１３に予め格納されているしきい値との比較に基づいて、自エンコーダの故障検出を行う。具体的には、比較部１０は、第１位置データと第２位置データとの差分が前記しきい値を越えていない場合、故障が検出されなかった旨の通知を通信制御部１４に通知し、第１位置データと第２位置データとの差分が前記しきい値を越えている場合、故障が検出された旨の通知を通信制御部１４に通知する。
　通信制御部１４は、第１位置データに前記比較部１０から受信した通知を付してシリアル通信データを生成し、生成したシリアル通信データを外部の制御機器に送信する。シリアル通信データを受信した制御機器は、当該受信したデータに含まれる通知を参照することによって、本エンコーダが故障しているか否かを判定することができる。
　なお、以上の説明においては、第２位置データを故障検出用とし、第１位置データを外部の制御機器に送信するものとして説明したが、第１位置データを故障検出用とし、第２位置データを外部に送信するようにしてもよい。また、故障検出用の位置データを複数生成し、第１位置データと複数の故障検出用の位置データとの比較に基づいて故障を検出するようにしてもよい。故障検出用の位置データを複数生成する場合、比較部１０は、故障検出用の位置データと第１位置データとの差分が１つでもしきい値を越えたときに故障が検出された旨の通知を発行するようにしてもよいし、２以上の故障検出用の位置データと第１位置データとの差分がしきい値を越えたときに故障が検出された旨の通知を発行するようにしてもよい。また、２以上の故障検出用の位置データが互いに一致し、当該２以上の故障検出用の位置データと第１位置データとの差分がしきい値以上である場合には、当該２つの故障検出用の位置データを外部に送信するように構成することも可能である。
　また、第１位置データを生成するための機能構成部（電気角第１算出部８、１回転内位置データ第１作成部９）と第２位置データを生成するための機能構成部（電気角第２算出部１１、１回転内位置データ第２作成部１２）とを夫々異なるＭＣＵで実現するように構成したが、図７に示すように、同一のＭＣＵ６を用いて実現するようにしてもよい。第１位置データを生成するための機能構成部と第２位置データを生成するための機能構成部とを夫々異なるＭＣＵで実現することによって、夫々の位置データの信頼性を向上させ、その結果として故障判定結果の信頼性を向上させることができる。また、実施の形態のエンコーダの機能構成部をＭＣＵを用いて実現するようにしたが、機能構成部の一部または全部をハードウェア回路により実現するようにしても構わない。
　また、第２位置データをトラック３ｂにかかる電気信号に基づいて生成するとして説明したが、トラック３ａまたはトラック３ｃにかかる電気信号に基づいて生成するようにしても構わない。トラック３ａにかかる電気信号に基づいて生成する場合には、１回転内位置データ第２作成部１２は、電気角第２算出部１１が生成した電気角をそのまま第２位置データとして出力するようにしてもよい。また、第２位置データを、トラック３ａ～３ｃにかかる電気信号のうちの何れか２つを合成することによって生成するようにしても構わない。
　また、トラック３ａ～３ｃは、ｓｉｎ波の電気信号が得られるパターンを有しているものとして説明したが、Ｍ系列乱数符号など、０、１の２値符号で表された直列符号が得られるパターンを具備するように構成してもよい。その場合には、電気角第１算出部８および電気角第２算出部１１は、受信した電気信号をデコードして夫々電気角を算出するように構成してもよい。
　また、１波、１６波、２５６波の周期を有するトラックを備えるものとして説明したが、トラックの数および周期は以上の説明に限定されない。
　また、位置検出信号（電気信号）の生成方式は、光源１と受光素子ユニット４ａ～４ｃを用いた光学式の生成方式を採用するものとして説明したが、磁気式や電磁誘導式の生成方式を採用するようにしてもよい。また、トラック毎に異なる生成方式で位置検出信号を生成するようにしてもよい。例えば磁気式の生成方式は温度にかかる外乱に強く、光学式の生成方式は磁界にかかる外乱に強い。トラック毎に異なる生成方式を採用することにより、夫々の長所が組み合わされ、さらに信頼性を向上させることができるようになる。
　また、比較部１０による第１位置データと第２位置データとの比較の頻度については特に言及しなかったが、第１位置データ（または第２位置データ）の演算周期毎に比較を行うようにしてもよいし、複数演算周期毎に比較を行うようにしてもよい。
　また、第１位置データと第２位置データを一回転内位置として、比較部１０にて比較実施したが、１回転内位置データ第１作成部９、１回転内位置データ第２作成部１２とも回転数の累積数をカウントすることで多回転数を比較することができるようになる。
　また、通信制御部１４では、比較部１０から受信した通知を第１データに付してシリアル通信データを作成したが、比較部１０から受信した通知を第２データを付してシリアル通信データを作成してもよく、また第１データまたは第２データを含まずに比較部１０から受信した通知を含めたシリアル通信データを作成する構成としてもよい。
　以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、周期が異なる位置検出信号としての電気信号を夫々発生させる複数系統の位置検出信号発生系（光源１、トラック３ａ～３ｃ、受光素子ユニット４ａ～４ｃ）と、複数系統の位置検出信号発生系が夫々発生させた位置検出信号に基づいて第１位置データを算出する第１演算部として機能する電気角第１算出部８および１回転内位置データ第１作成部９と、第１演算部よりも少ない系統の位置検出信号発生系が発生させた電気信号に基づいて第２位置データを算出する第２演算部として機能する電気角第２算出部１１および１回転内位置データ第２作成部１２と、第１位置データと第２位置データとの比較に基づいて自エンコーダが故障しているか否かを判定する故障判定部としての比較部１０と、を備えるように構成したので、位置検出のための信号に基づいて故障検出のための比較用の位置データを作成でき、かつ、既存の複数の位置検出信号から位置検出信号を新たに増設することなく故障検出を行うことができるようになる。したがって、位置検出信号を増設することなく可及的に精度よく故障を検出することができるようになる。
　また、第２演算部は、スケール１回転につき複数周期（１６周期）の位置検出信号を発生させる位置検出信号発生系（光源１、トラック３ｂ、および受光素子ユニット４ｂ）が発生させた位置検出信号を当該位置検出信号が１周する毎にカウントし、当該位置検出信号が示す電気角と当該位置検出信号にかかるカウント値とに基づいて前記第２の１回転内位置を算出する、ように構成したので、夫々異なる手法で作成した位置データの比較に基づいて故障検出を行うことができるので、故障検出の信頼性を向上させることができるようになる。
　なお、第２演算部は、スケール１回転につき１周期の位置検出信号を発生させる位置検出信号発生系（光源１、トラック３ａ、および受光素子ユニット４ａ）が発生させた位置検出信号に基づいて第２位置データを生成することができる。このようにすることによって、当該位置検出信号が１周する毎にカウントする必要がなくなるので、スケール１回転につき複数周期の位置検出信号を発生させる位置検出信号発生系が発生させた位置検出信号に基づいて第２位置データを算出する場合に比べて簡単な構成で故障検出を行うことができるようになる。
　また、比較部１０は、第１位置データと第２位置データとの差分が予め設定されたしきい値を越える場合、自エンコーダが故障していると判定し、前記差分が前記しきい値を越えない場合、自エンコーダが故障していないと判定する、ように構成したので、精度よく故障を検出することができる。
　１　光源
　２　回転軸
　３　回転板
　３ａ～３ｃ　トラック
　４ａ～４ｃ　受光素子ユニット
　５ａ～５ｃ　増幅回路
　６、７　ＭＣＵ
　８　電気角第１算出部
　９　１回転内位置データ第１作成部
　１０　比較部
　１１　電気角第２算出部
　１２　１回転内位置データ第２作成部
　１３　しきい値記憶部
　１４　通信制御部

Claims (8)

  1. 　回転体の１回転内位置を演算するエンコーダであって、
    　周期が異なる前記回転体にかかる位置検出信号を夫々発生させる複数系統の位置検出信号発生系と、
    　前記複数系統の位置検出信号発生系が夫々発生させた位置検出信号に基づいて第１の１回転内位置を算出する第１演算部と、
    　前記第１演算部よりも少ない系統の位置検出信号発生系が発生させた位置検出信号に基づいて第２の１回転内位置を算出する第２演算部と、
    　前記第１の１回転内位置と前記第２の１回転内位置との比較に基づいて自エンコーダが故障しているか否かを判定する故障判定部と、
    　を備えることを特徴とするエンコーダ。
  2. 　前記第２演算部は、前記回転体の１回転につき複数周期の位置検出信号を発生させる位置検出信号発生系が発生させた位置検出信号を当該位置検出信号が１周する毎にカウントし、当該位置検出信号が示す電気角と当該位置検出信号にかかるカウント値とに基づいて前記第２の１回転内位置を算出する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
  3. 　前記複数系統の位置検出信号発生系は、前記回転体の１回転につき１周期の位置検出信号を発生させる位置検出信号発生系を含み、
    　前記第２演算部は、前記回転体の１回転につき１周期の位置検出信号を発生させる位置検出信号発生系が発生させた位置検出信号に基づいて前記第２の１回転内位置を算出する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
  4. 　前記故障判定部は、前記第１の１回転内位置と前記第２の１回転内位置との差分が所定のしきい値を越える場合、自エンコーダが故障していると判定し、前記差分が前記所定のしきい値を越えない場合、自エンコーダが故障していないと判定する、
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れか一項に記載のエンコーダ。
  5. 　前記複数系統の位置検出信号発生系のうちの二つの位置検出信号発生系は、夫々位置検出信号の発生方式が異なる、
    　ことを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
  6. 　前記第１演算部は、前記複数系統の位置検出信号発生系が夫々発生させた位置検出信号に基づいて系統毎の電気角を演算する電気角算出部と、
    　前記電気角算出部が演算した系統毎の電気角を合成して前記第１の１回転内位置を算出する１回転内位置作成部と、
    　を備えることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
  7. 　前記所定のしきい値は不揮発性メモリに記録されたことを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
  8. 　前記所定のしきい値は外部入力されることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
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