(57)【要約】【課題】  エンコーダの経年劣化による異常発生時にエンコーダを装備した駆動装置が停止するのを回避する。【解決手段】  エンコーダ５０が、発光素子２と、発光素子２からの光が照射される回転ディスク１と、発光素子２からの光を回転ディスク１を介して受光する受光素子３とからなる測定部１０を有し、受光素子３が発光素子２および受光素子３に対して相対移動可能に配置された回転ディスク１の移動位置に応じた受光信号を出力するように構成され、その上で、エンコーダ５０が、受光信号に異常が生じているか否かを判定する異常検出回路６と、異常検出回路６により受光信号に異常が生じていると判定された場合に受光信号を補正して受光信号の異常状態を回避するように発光素子２の発光量を調節するＬＥＤ駆動回路９と、ＬＥＤ駆動回路９により発光素子２の発光量が調節された場合にエンコーダ５０の交換を促す警告を行うアラーム回路７とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光透過部および遮光部からなるパターンと、
前記光源からの光を前記パターンを介して受光し、前記パターンの移動位置に応じた信号を出力する受光部とを有するエンコーダにおいて、
前記信号に異常が生じているか否かを判定する異常判定手段と、
前記異常判定手段により前記信号に異常が生じていると判定された場合に、前記信号の異常状態を回避するように前記光源の発光量を調節する光源制御手段と、
前記光源制御手段により前記光源の発光量が調節された場合に前記エンコーダの交換を促す警告を行う警告手段とを有することを特徴とするエンコーダ。
【請求項２】
前記光源制御手段は、前記エンコーダが交換されるまでの間、前記信号の異常状態が回避されるように前記光源の発光量を増加させることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記異常判定手段は、前記信号を二値化した二値化信号が一定である場合に前記信号が異常であると判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記光源制御手段が、前記異常判定手段による判定に基づいて前記光源に供給される電流を制御することにより前記光源の発光量を調節することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータによって被駆動体を駆動する駆動装置は、従来から様々な分野の電子機器や産業用ロボット等の制御に広く用いられており、例えば産業用ロボットにおいては、そのアームを屈伸動、旋回動させるために適用され、また、カメラなどの光学機器においても、モータによって駆動される撮影レンズを合焦位置に移動・停止させる自動焦点調節装置に適用されている。このような駆動装置には、制御に必要なロボットのアームやレンズの移動量、移動速度といったものを検出するための位置センサとしてロータリエンコーダが良く使われている。
【０００３】
ロータリエンコーダは、モータ等のアクチュエータの回転軸に固定されてその回転位置を検出する装置で、光学式および磁気式があり、このうち光学式のロータリエンコーダは、例えば特許文献１にも記載されているように、微小なスリットが等間隔に形成されてモータに取り付けられた回転ディスクを使用するものである。回転ディスクを挟んで一方には光源としての発光素子（ＬＥＤ）が、他方には発光素子と対向するように受光素子（フォトダイオード）が配置されており、発光素子から発光された光は受光素子によって受光され、受光した光の光量に応じた出力レベルのアナログ信号を出力可能になっている。このように構成された光学式のロータリエンコーダでは、モータの回転とともに回転ディスクが回転すると、発光素子から回転ディスクのスリットを通って受光素子へ達する光が周期的に遮断され、この光の変化を受光素子により検出することによって変位を検知することができるようになっている。このとき受光素子からは例えば９０度の位相差を持つ２つの擬似正弦波が出力され、増幅回路により増幅された後、２つの擬似正弦波はＡ／Ｄ変換回路内のコンパレータによって高電圧状態（ハイレベル）と低電圧状態（ローレベル）の２つの状態をとるデジタル信号（パルス信号）に変換されて出力される。このパルス信号は計測機器などの計数回路に入力され、モータの位置情報が算出されるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−２３４９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような光学式のエンコーダでは、発光素子や受光素子が経年劣化を起こすと、例えば発光素子から射出される光の光量が低下すると、これにともなって測定対象物の変位の測定精度が悪化するが、従来のエンコーダにおいては、ある程度劣化が進んで測定精度の信頼性が喪失した時点で、あるいは測定対象物の位置情報が検出不可能になるまで、エンコーダを使用し続けていた。このため、エンコーダを装備する駆動装置の作動中にエンコーダによる位置検出が不可能になった場合には、エンコーダの交換を促すアラームを出力した上で、突発的に駆動装置（モータ）が停止していた。そして、発光素子や受光素子が経年劣化には、それが起きるまでの期間に個々にばらつきがあるため、駆動装置がいつ停止するかといった予測が不可能であることが多かった。
【０００５】
以上のような課題に鑑みて、本発明では、エンコーダを装備する駆動装置の作動中にエンコーダの経年劣化による異常が発生した場合に駆動装置が停止するのを回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために本発明に係るエンコーダは、光源と、光透過部および遮光部からなるパターンと、光源からの光をパターンを介して受光し、パターンの移動位置に応じた信号を出力する受光部とを有するエンコーダにおいて、信号に異常が生じているか否かを判定する異常判定手段と、異常判定手段により信号に異常が生じていると判定された場合に、信号の異常状態を回避するように光源の発光量を調節する光源制御手段と、光源制御手段により光源の発光量が調節された場合にエンコーダの交換を促す警告を行う警告手段とを有する。
【０００７】
また、上記構成のエンコーダにおいて、光源制御手段は、エンコーダが交換されるまでの間、信号の異常状態が回避されるように光源の発光量を増加させるのが好ましい。
【０００８】
さらに、上記構成のエンコーダにおいて、異常判定手段は、信号を二値化した二値化信号が一定である場合に信号が異常であると判定するのが好ましい。
【０００９】
また、上記構成のエンコーダにおいて、光源制御手段が、異常判定手段による判定に基づいて光源に供給される電流を制御することにより光源の発光量を調節するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に関するエンコーダによれば、エンコーダを装備する駆動装置の作動中にエンコーダの経年劣化による異常が発生した場合に駆動装置が停止するのを回避することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図１から図５を参照して説明する。図１に本発明に係るエンコーダ５０およびエンコーダ５０を装備したモータ（ＡＣサーボモータ）を駆動制御するコントローラ１００を示している。このエンコーダ５０は、発光素子２等からなりエンコーダ５０を装備した図示しないモータの回転位置を検出するものであり、測定部１０およびデータ処理部５とに大別される。
【００１２】
測定部１０は、モータの変位を検出するためのＤＡＢＳ信号（２値化アブソリュート信号、Digital
Absolute Signal）を生成する。一方、データ処理部５は、測定部１０で生成されたＤＡＢＳ信号を用いてモータの回転位置を検出するとともに、ＤＡＢＳ信号の異常の有無を判断する。また、外部装置としてのコントローラ１００はエンコーダ５０と半二重シリアル通信可能であり、エンコーダ５０からの変位検出値および異常信号の情報は、データ処理部５から外部のコントローラ１００に向けて送信可能である。このコントローラ１００は、エンコーダ５０によるモータの変位検出値に応じてモータを駆動制御し、エンコーダ５０によりＤＡＢＳ信号の異常が判断された場合には所定の措置をとる。
【００１３】
測定部１０は、ＬＥＤなどの発光素子２（光源）、回転ディスク１（スケール）、シリコンフォトダイオードなどの受光素子３、波形整形回路４およびＬＥＤ駆動回路９を有して構成される。回転ディスク１にはその周方向に複数のスリット（パターン）が所定の間隔で形成されており、回転ディスク１の中心は、変位を計測する対象である図示しないモータの回転軸に固定されている。
【００１４】
また、発光素子２および受光素子３は、両者間に設けられる回転ディスク１を挟んで対向するようにそれぞれ配設される。発光素子２から射出した光は、図示しない照明光学系によって回転ディスク１に照射され、回転ディスク１のスリットを透過した光が受光素子３で検出される。受光素子３は、受光した光の強さに応じて検出信号を出力する。
【００１５】
図３は発光素子２を駆動させて発光させるためのＬＥＤ駆動回路９を示す。この図のように、発光素子２における順電流の制御は、データ処理部５からのＬＣＯＮ信号（ＬＥＤ順電流制御信号、LED―IF Control Signal）の入力により可能になっている。すなわち、ＬＣＯＮ信号の入力によりスイッチ制御されるスイッチＳＷ１の開閉により発光素子２に流れる順電流の大きさの切替が可能となっている。ここで、スイッチＳＷ１が開状態における発光素子２の順電流をＩｏとし、スイッチＳＷ１が閉状態における発光素子２の順電流をＩｃとすると、ＬＣＯＮ信号による制御によりスイッチＳＷ１が閉状態であるときには、抵抗Ｒ１を流れる電流だけでなく抵抗Ｒ２を流れる電流も発光素子２に加わるため、Ｉｏ＜Ｉｃの関係になる。
【００１６】
回転ディスク１に形成されたパターンは、不図示のアブソリュートパターンからなるアブソリュートトラックと、不図示のインクリメンタルパターンからなるインクリメンタルトラックとを有している。
【００１７】
受光素子３のうちアブソリュート検出素子群は、アブソリュートトラックのアブソリュートパターンを読み取るためアブソリュートトラックに沿って配置される。また、受光素子３のうちインクリメンタル検出素子群は、Ａ相、Ｂ相信号を出力する。
【００１８】
図４に示すように、アブソリュート検出素子Ｐ０から検出素子Ｐｎまでのｎ個の検出素子から出力されるｎビットの受光信号は、データ処理部５から出力される所定の周波数のクロック信号であるＳＣＫ信号（スキャンクロック信号、Scan Clock Signal）の入力に同期して、受光素子３内のパラレル／シリアル変換回路によりシリアル信号に変換され、波形整形回路４内の増幅回路で増幅されてＡＢＳ信号（アブソリュート信号、Absolute Signal）として出力された後、波形整形回路４内の基準電圧と比較するコンパレータ（２値化回路）により２値化されたＤＡＢＳ信号としてデータ処理部５に入力される。
【００１９】
データ処理部５は、ゲートアレイなどのＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路、Application Specific Integrated Circuit）によって構成されており、異常検出回路６とアラーム回路７とトランシーバ８とを有している（図１参照）。データ処理部５に入力されたＤＡＢＳ信号は、この異常検出回路６により回転ディスク１の回転位置を正しく検出したデータであるか否かが判断される。そして、回転ディスク１の回転位置を正しく検出しているものと判断された場合には、ＤＡＢＳ信号に基づいてモータの変位（回転位置）算出され、算出されたデータは位置データとして半二重シリアル通信により外部のコントローラ１００に向けて送信される。コントローラ１００においては、算出されたモータの回転位置に基づいてモータにより駆動されるアクチュエータ等の位置変位が算出され、アクチュエータ等が所望の位置に変位するようにモータの制御が行われる。
【００２０】
図５にデータ処理部５から出力されるＳＣＫ信号（クロック信号）に基づいて、アブソリュート検出素子からなる検出素子Ｐ０からＰｎまでのうち、１０個の検出素子を用いて１０ビット分読み出したＡＢＳ信号およびＤＡＢＳ信号の信号波形を示す。
【００２１】
図５（ａ）に示すように、発光素子２等の経年劣化が生じておらずエンコーダ５０が正常に動作する場合には、ＡＢＳ信号の信号波形の中心レベルは、波形整形回路４内で設定された基準電圧と略同一の電圧レベルを保持している。このようなＡＢＳ信号の信号波形の場合、ＡＢＳ信号を波形整形回路４内のコンパレータにより２値化した信号であるＤＡＢＳ信号は、高電圧状態と低電圧状態の２つの状態をとる信号として出力され、このＤＡＢＳ信号がデータ処理部５に入力されると、当該データ処理部５内の異常検出回路６によりＤＡＢＳ信号は正常であると判断され、正しい位置データ（エンコーダ５０を装備するモータの回転位置）を得ることができる。
【００２２】
一方、例えば発光素子２の経年劣化により発光素子２から照射される光量の低下、あるいは、発光素子２と受光素子３との間に配設されているガラスの劣化により曇りが生じることで受光素子３が受光する光量が減衰した場合には、受光素子３からのＡＢＳ信号は図５（ｂ）に示すような振幅の小さい波形となる。
【００２３】
すなわち、ＡＢＳ信号は、その振幅の低下や信号レベルにドリフトが生じるために、波形整形回路４から正常時のように（図５（ａ）参照）高電圧状態と低電圧状態の２つの状態をとる２値化された信号として出力されなくなる。この場合においてＤＡＢＳ信号は、図５（ｂ）に示すように、常に信号レベルが一定のハイ信号として出力されることになる。このような信号レベル一定のＤＡＢＳ信号が出力された場合には、データ処理部５の異常検出回路６は、受光素子３から出力される受光信号が異常であると判定し、エンコーダ５０の異常を判断する。
【００２４】
エンコーダ５０の異常が判断された場合、異常なＤＡＢＳ信号を補正して異常状態を回避するために、データ処理部５からのＬＣＯＮ信号の入力によりＬＥＤ駆動回路９における電流の制御が行われ、発光素子２の発光量の調節が行われる。通常の場合、発光素子２の発光量を約２倍にする。発光量をどの程度増加させるかは、後で説明する作業者による交換の時期との関係で決めればよい。
【００２５】
また、このようにしてエンコーダ５０の異常が判断されて発光素子２の発光量の調節が行われた場合、データ処理部５内のアラーム回路７からトランシーバ８を介したシリアル通信により外部のコントローラ１００に向けて、エンコーダ５０の異常情報が送信される。すなわち、アラーム回路７は、エンコーダ５０の異常を外部に報知する警告手段としての役割を有している。
【００２６】
コントローラ１００は、エンコーダ５０からのこの異常情報を受信すると、エンコーダ５０の交換を促す情報を作業者に報知する。これを認識した作業者は適切な時期にエンコーダ５０の交換を行う。コントローラ１００に中にログ情報として記憶され、作業者が定期的にこのログを確認することで、エンコーダ５０が交換時期にあるかどうかを知ることができる。エンコーダ５０を装備するモータの駆動中にコントローラ１００がこの異常情報を受信した場合であっても、エンコーダ５０による検出を可能とするために上記のように発光素子２の発光量の調節が行われて異常状態が回避されるため、直ちにモータの駆動が停止するようなことはなく、異常状態を認識した作業者は所望の時点でモータを停止させてエンコーダ５０の交換を行うことが可能である。
【００２７】
通常、作業者が異常を認識してからエンコーダ５０を交換するまでに早ければ１、２日、遅くとも１、２週間の時間が掛かるが、発光素子５０の発光量が増加しているため交換までの間にエンコーダ５０での検出が可能である。
【００２８】
ここで、以上のように構成されたエンコーダ５０の発光素子２等の劣化による異常検出について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２９】
エンコーダ５０の電源が投入された後、データ処理部５からのＬＣＯＮ信号によりＬＥＤ駆動回路９のスイッチＳＷ１は開状態に設定される（ステップＳ１）。すなわち、この時点では発光素子２には抵抗Ｒ１を流れた電流のみ供給される。
【００３０】
続くステップＳ２において、データ処理部５からのＳＣＫ信号（クロック信号）の入力に基づいて、検出素子Ｐ０から検出素子Ｐｎまでのｎ個の検出素子からｎビットの受光信号が出力される。すなわち、回転ディスク１のデータが読み取られる。読み取られたデータは、受光素子３内のパラレル／シリアル変換回路によりシリアル信号に変換され、波形整形回路４内の増幅回路で増幅されてＡＢＳ信号として出力された後、波形整形回路４内の基準電圧と比較するコンパレータにより２値化されたＤＡＢＳ信号としてデータ処理部５に入力される。
【００３１】
続いて、データ処理部５内の異常検出回路６により、データ処理部５に入力されたＤＡＢＳ信号に異常があるか否か、すなわち、高電圧状態と低電圧状態の２つの状態をとる２値化された信号として出力されているか否かが判断される（ステップＳ３）。このとき、ＤＡＢＳ信号が、例えば図５（ｂ）に示すように常に信号レベル一定のハイ信号として出力されるような場合に、このＤＡＢＳ信号は異常信号であると判断される。
【００３２】
ここで、ＤＡＢＳ信号に異常がないと判断された場合には、データ処理部５により、ＤＡＢＳ信号が回転ディスク１を装備したモータの回転位置データに変換される（ステップＳ４）。そして、位置データが確定（ステップＳ５）すると、位置データはトランシーバ８を介したシリアル通信により外部のコントローラ１００に向けて送信される。
【００３３】
一方、ステップＳ３において、異常検出回路６によりＤＡＢＳ信号に異常があるものと判断された場合には、続くステップＳ６において、データ処理部５からのＬＣＯＮ信号の入力により、ＬＥＤ駆動回路９（図３参照）のスイッチＳＷ１を閉状態に動作させる。すなわち、スイッチＳＷ１が閉状態となることにより、発光素子２に流れる順電流は、抵抗Ｒ１を通って流れるもののほか、抵抗Ｒ２を通るものも加わって倍増することになる。
【００３４】
このようにして発光素子２に流れる電流が倍増された状態で、再び回転ディスク１のデータが読み取られる（ステップＳ７）。そして、読み取られた回転ディスク１のデータに基づくＤＡＢＳ信号に異常があるかどうかの検出が、再度行われる（ステップＳ８）。このとき、発光素子２に流れる順電流が倍増されるため、受光素子３が受光する光量もこれにともなって増加し、受光素子３からのＡＢＳ信号の振幅が大きくなる。したがって、発光素子２に流れる順電流を倍増させることで、ＤＡＢＳ信号を図５（ａ）に示すような正常な信号に近付けることが可能である。
【００３５】
このため、エンコーダ５０を装備するモータの駆動中に異常検出回路６により異常が検出された場合であっても、上記のように受光素子３が受光する光量が制御されるため、エンコーダ５０が測定不能に陥るのを回避して、モータの駆動が停止するのを防止することができる。
【００３６】
上記のように発光素子２に流れる順電流が倍増された状態において、ＤＡＢＳ信号の異常の有無が判断された結果、ＤＡＢＳ信号に異常がないものと判断された場合には、ＤＡＢＳ信号がステップＳ９においてモータの回転位置データに変換される。そして、エンコーダ５０を新たなものに交換することを促す交換フラグがアラーム回路７によってＯＮになる（ステップＳ１０）。そして、位置データが確定（ステップＳ５）すると、位置データはトランシーバ８を介したシリアル通信により外部のコントローラ１００に向けて送信される。このとき、アラーム回路７によって立てられた上記交換フラグもシリアル通信により外部のコントローラ１００に向けて送信される。
【００３７】
コントローラ１００は、エンコーダ５０からのこの交換フラグを受信すると、エンコーダ５０の劣化が進行している旨の警告ビットを立ててエンコーダ５０が交換時期に至っている旨を報知する。具体的な報知の方法として、コントローラ１００を構成するパーソナルコンピュータのモニタ画面上に劣化したエンコーダ５０が分かるように映し出す方法や、どのエンコーダ５０が劣化しているかが認識できるように当該パーソナルコンピュータから警告音を発する方法がある。そして、エンコーダ５０のメンテナンスを行う作業者は、所望の時点でエンコーダ５０を装備するモータを停止させて複数のエンコーダのうち交換時期が報知されているエンコーダの交換を行う。
【００３８】
上記ステップＳ８において、ＤＡＢＳ信号に異常があるものと検出された場合においては、発光素子２の経年劣化による異常を示す異常フラグがアラーム回路７によってＯＮになる（ステップＳ１１）。さらに、エンコーダ５０を新たなものに交換することを促す交換フラグがアラーム回路７によってＯＮになる（ステップＳ１２）。この場合、モータの位置データは確定されず（ステップＳ１３）、すなわち、モータの回転位置は測定不能であり、アラーム回路７によって立てられた上記異常フラグおよび上記交換フラグがトランシーバ８を介したシリアル通信により外部のコントローラ１００に向けて送信される。
【００３９】
コントローラ１００は、エンコーダ５０からのこの異常フラグを受信すると、エンコーダ５０による測定が不可能である旨の警告ビットを立てて作業者に報知する。具体的な報知の方法として、コントローラ１００を構成するパーソナルコンピュータのモニタ画面上に測定不可能なエンコーダ５０が分かるように映し出す方法や、警告音を発する方法がある。そして、異常フラグがおよび交換フラグが受信された場合には、異常なエンコーダが正常なエンコーダと交換されるまで、コントローラ１００によるモータの駆動制御が停止される。
【００４０】
なお、これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施例においては、いずれもモータ等のアクチュエータの回転量を検出可能であるロータリエンコーダを一例として説明したが、経年劣化による測定系の異常検出を光学式のリニアエンコーダに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るエンコーダの構成を示すブロック図である。
【図２】上記エンコーダに設けられた発光素子に電流を供給するＬＥＤ駆動回路を示す図である。
【図３】上記エンコーダに設けられた受光素子により回転ディスクのデータを読み込んでデータ処理部に出力する様子を示すブロック図である。
【図４】上記受光素子により出力される受光信号の信号波形を示す図で、（ａ）は正常なエンコーダにより出力される信号波形を示し、（ｂ）は異常なエンコーダにより出力される信号波形を示す。
【図５】上記エンコーダにおけるエラー検出を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１  回転ディスク（パターン）
２  発光素子（光源）
３  受光素子（受光部）
４  増幅回路
５  データ処理部
６  異常検出回路（異常判定手段）
７  アラーム回路（警告手段）
８  トランシーバ
９  ＬＥＤ駆動回路（光源制御手段）
１０  測定部
５０  エンコーダ
１００  コントローラ
ＳＷ１  スイッチ
【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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