(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の位置変化に応答して位相の異なる２つの信号を出力する信号検出部と、
前記信号検出部が出力する前記２つの信号のゼロクロス点またはピーク点の時間間隔から、信号の周期に対して２つの信号の両方あるいは片方に極めて短い時間重畳するノイズにより生じた局所的な位相差を検出する局所位相差検出部と、
前記局所位相差検出部が検出した局所位相差が上限値を超えるかまたは下限値未満であるかを判定し、その結果を警告情報として出力するノイズ状態検出部とを具備するノイズ状態検出機能付きエンコーダ。
【請求項２】
前記上限値および前記下限値は、所定時間あたりの前記移動体の位置の変化量、または前記移動体の所定量の位置変化に要した時間に基づいて決定される請求項１記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記上限値および下限値はエンコーダの最高応答周波数に基づいて決定され、前記上限値は前記移動体の位置変化速度が所定値以上のときのみ有効である請求項１記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記ノイズ状態検出部は、前記時間スケールにおける位相差が前記上限値を超えた第１の回数、前記下限値未満であった第２の回数、または該第１の回数と該第２の回数の和を前記警告情報として出力する請求項１〜３のいずれか１項記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周辺ノイズ環境を検出する機能を有するエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンコーダが使用される環境は、動力源であるモータの高速化や大出力化が進み、正確な位置検出を行なうには厳しくなる傾向にある。更にはモータを駆動するサーボアンプのスイッチングの高速化により、機械の接地状況等によっては、エンコーダがノイズの影響を受け、位置を正しく検出できなかったり、異常を検出し機械を停止させる場合がある。
【０００３】
図１は、エンコーダが使用されるシステムの一例を示す。制御装置１０は、サーボアンプ１２が通信ケーブル１６を経て受信したエンコーダ１４からの位置情報を通信ケーブル１８を経て受け取り、その情報を元にサーボアンプ１２を介してサーボモータ２０の回転を制御する。
【０００４】
エンコーダ１４は内部に複数の異常検出回路を備えており、何らかの異常を検出した場合、異常情報としてサーボアンプ１２を介して制御装置１０に通知する。制御装置１０はエンコーダに異常がある事を認識すると、サーボモータ２０を停止して機械２２を停止する。
【０００５】
機械の接地環境、ケーブル１６，１８の配線状況によっては、エンコーダ１４はノイズの影響を受け易い場合があり、エンコーダ１４がノイズの影響を受けて異常を検知すると、結果的には機械２２を稼動中に停止させてしまう事になる。そこで、このような状態に至る前にノイズ状態を検出して外部へ通知し、対策を促すことができることが望まれる。
【０００６】
下記特許文献１にはエンコーダにおいて検出信号に重畳されているノイズを結合コンデンサを介して直接検出して検出されたノイズの波形データを出力することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１７２５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、簡潔で新規な構成により信号のノイズ状態を検出して外部へ通知する、ノイズ状態検出機能付きエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、移動体の位置変化に応答して位相の異なる２つの信号を出力する信号検出部と、前記信号検出部が出力する前記２つの信号のゼロクロス点またはピーク点の時間間隔から、２つの信号の時間スケールにおける局所的な位相差を検出する局所位相差検出部と、
前記局所位相差検出部が検出した局所位相差が上限値を超えるかまたは下限値未満であるかを判定し、その結果を警告情報として出力するノイズ状態検出部とを具備するノイズ状態検出機能付きエンコーダが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
ノイズによる影響を警告情報として制御装置などに通知することにより、ノイズの影響を把握する事が可能となり、エンコーダが異常を検知し機械が停止する前に、ノイズ対策の必要性を判断できる。更にはノイズ対策後の効果の確認が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンコーダが使用されるシステムの一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るノイズ状態検出機能付きエンコーダの構成を示すブロック図である。
【図３】ノイズがないときの信号波形を示し、局所位相差をピーク点の間隔から決定することを説明する波形図である。
【図４】ノイズが含まれる信号におけるピーク点の間隔を示す波形図である。
【図５】局所位相差をゼロクロス点の間隔から決定することを説明する波形図である。
【図６】ノイズが含まれる信号におけるゼロクロス点の間隔を示す波形図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るエンコーダの構成を示すブロック図である。
【図８】ノイズが含まれる信号に対応する２値化信号を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るエンコーダの構成を示すブロック図である。
【図１０】上限値・下限値を決定するためのＴｓａｍｐとＰｎ，Ｐｎ＋１を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図２は本発明の一実施形態に係るノイズ状態検出機能付きエンコーダの構成を示すブロック図である。本発明のノイズ状態検出機能付きエンコーダは例えば図１を参照して説明したシステムにおけるエンコーダ１４として使用される。
【００１３】
図２において、信号検出部３０からは、例えばサーボモータ２０（図１）のシャフトの回転に応答して、位相の異なる２つの正弦波状の信号が出力される。正弦波状の信号は比較器３２，３４において所定の閾値と比較されて２値化信号（矩形波信号）に変換されるとともに、増幅器３６，３８、Ａ／Ｄ変換器４０，４２を介してディジタル信号に変換され、信号処理部４４に入力される。信号処理部４４の位置検出部４６では、それらの信号に基づいて周知の手法に従って位置検出が行われ、その結果が位置情報としてデータに変換され出力される。
【００１４】
局所位相差検出部４８では、ディジタル信号に変換された２つの正弦波状信号に基づいて、後述するように、時間スケールにおける局所的な位相差（以下局所位相差）が算出され、ノイズ状態検出部５０では、局所位相差検出部４８が算出した局所位相差と予め定められている上限値および下限値との比較が行なわれ、その結果に基づいて警告情報が出力される。
【００１５】
モータ２０（図１）のシャフトが、ある一定速度で回転した場合、エンコーダ内部信号として図３に示すような波形が得られる。信号間の時間スケールにおける局所位相差は、各信号のピーク点の間隔Ｔａｂｎ（ｎは１，２，３および４）で表され、ノイズの影響がない場合には一定である。一方、図４に示すように、信号にノイズ５２が含まれると、その影響によりＴａｂｎの値が変動する。したがって、その上限規定値および下限規定値を予め設定し、ノイズ状態検出部５０においてＴａｂｎの値が上限規定値を超えるか下限規定値未満であるとき警告を発するようにすれば、エンコーダ内部に設けられている異常検出回路（図示せず）が異常を検出してサーボモータ停止に至る前に、ノイズの状態を知ることができる。
【００１６】
局所位相差の下限規定値は、例えばエンコーダの最高応答周波数に従って決定される。局所位相差の下限規定値は、例えば、最高応答周波数が１００kHzの場合は、その倍の周波数２００kHzを想定し、その場合に下限規定値は１／２００kHz／４＝１．２５μsecに決定される。この下限規定値は、モータが停止中でも有効である。
【００１７】
局所位相差の上限値は、エンコーダが所定の速度以上で回転している条件下で有効とする。局所位相差の上限規定値は、例えば、最高応答周波数が１００kHzの場合は、上限規定値は信号の周波数が最高応答周波数の１／１０の周波数１０kHzを超える場合に有効とし、上限規定値は１／１０kHz／４／２×３＝３７．５μsecに決定される。
【００１８】
この場合に、図４の例では、Ｔａｂ２＜１２．５μsecが検出されるかまたは、Ｔａｂ１＋Ｔａｂ２＋Ｔａｂ３＋Ｔａｂ４＜１００μsecすなわち信号の周波数が１０kHzを超えており、かつ、Ｔａｂ３＞３７．５μsecが検出されるとき、警告情報が出力される。
【００１９】
なお、アブソリュートタイプのエンコーダ等、周期の異なる複数の正弦波状の信号を有するものがあり、そのような場合も、下限規定値及び上限規定値は信号の周期によって同様に決定される。
【００２０】
局所位相差検出部４８において、ピーク間隔から局所位相差を検出する代わりに、ゼロクロス点の間隔から同様にして局所位相差を検出し警告を出すこともできる。図５，６に示すように、正常なとき、図５に示すよう等間隔になり、ノイズ５２が存在するとき、図６に示すようになって、下限規定値および上限規定値を前述と同様に設定してＴａｂｚｎ（ｎ＝１，２，３，４）と比較することで、同様にしてノイズの混入を検知して警告を発することができる。
【００２１】
図７は本発明の第２の実施形態に係るエンコーダの構成を示す。図２の実施形態との相違は、局所位相差検出部４８がＡ／Ｄ変換器４０，４２が出力するディジタル化した正弦波状信号に基づいて局所位相差を検出する代わりに、比較器３２，３４が出力する２値化した信号（矩形波信号）に基づいて位相差を検出する点にある。
【００２２】
図６に示した例では２値化信号は図８に示すようになるので、０から１へまたは１から０への変換点の時間間隔Ｔａｂｚｎ（ｎ＝０，１，２，３）から局所位相差を検出することができ、前述と同様に下限規定値および上限規定値を設定することでその異常を検出することができる。アブソリュートタイプのエンコーダの場合も前述と同様である。
【００２３】
図９は本発明の第３の実施形態に係るノイズ状態検出機能付きエンコーダの構成を示す。この実施形態では、局所位相差の上限値および下限値を最高応答周波数に従って予め定めるのでなく、上・下限算出部５２において、位置検出部４６が検出する位置の所定時間あたりの変化量に基づいて決定される。
【００２４】
図１０に示すように、所定の時間Ｔｓａｍｐの間に位置がＰｎからＰｎ＋１に変化したとすると、信号１周期に対応する移動量をλとすれば、信号１周期に要する時間は
λ／（Ｐｎ＋１−Ｐｎ）×Ｔｓａｍｐ
から計算することができる。信号の位相差が９０°である場合、ノイズがないときの時間スケールにおける位相差Ｔｐｄｉｆは
Ｔｐｄｉｆ＝λ／（Ｐｎ＋１−Ｐｎ）×Ｔｓａｍｐ／４
と表わされ、その値を基準にして、例えば
下限規定値：Ｔｐｄｉｆ／２
上限規定値：Ｔｐｄｉｆ×（３／２）
のように決定することができる。
【００２５】
信号１周期に要する時間を上記のようにＴｓａｍｐと（Ｐｎ＋１−Ｐｎ）から計算する代わりに、所定の位置変化、例えばｎλ（ｎは整数）の移動に要した時間Ｔｂｚから決定することもできる。この場合には、Ｔｐｄｉｆは
Ｔｐｄｉｆ＝Ｔｂｚ／ｎ／４
となり、その後の処理は上記と同じである。
【００２６】
このように、下限設定値及び上限設定値を平均的な位相差または移動速度を元に決定する事により、ノイズのような突発的な変動を検出可能であって、局所位相差の下限設定値及び上限設定値から導かれる警告情報は、機械立ち上げ時のノイズ環境を作業者に知らしめる事ができ、作業者は、その環境を改善する事により、ノイズの影響による位置の誤検出やアラーム発生による稼動中の機械の停止を未然に防ぐ事ができる。
【００２７】
更には、良好なノイズ環境で機械が稼動している場合であっても、外部の装置や配線等の変更によるノイズ環境の変化も的確に判断が可能で、ノイズ環境が変化した後のノイズの影響による位置の誤検出やアラーム発生による稼動中の機械の停止を未然に防ぐ事ができる。
【００２８】
なお、ノイズ対策時には、警告情報が通知される確度、頻度、及びタイミングによって、ノイズの影響を受け易い条件やノイズ源の特定が可能であり、ノイズ対策後の効果も警告情報が通知される確度、頻度の減少やタイミングの変化によって判断される。
【００２９】
信号間の局所位相差が、下限規定値を下回った回数、または上限規定値を上回った回数、またはそれらの回数の和をエンコーダから警告情報として出力し、その回数を制御装置１０（図１）の画面で確認可能とすることもできる。
【００３０】
この値の変化の度合いや出力されるタイミングによって、作業者はノイズの影響を受け易い条件やノイズ源の特定が可能であり、ノイズ対策後の効果も同様にこの値の変化度合いやタイミングによって判断される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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