(57)【要約】      （修正有）【課題】モータの回転速度が変化する場合でも、アブソリューットエンコーダの故障の誤検出を低減することが可能なアブソリュートエンコーダの故障検出装置を提供する。【解決手段】アブソリュートエンコーダ１１が検出したモータ１２の回転角度をサンプリング周期でサンプリングし、サンプリングした回転角度を累積加算して加算回転角度を算出する演算部１０１と、モータ１２の回転速度を検出し、回転速度に応じてサンプリング周期を変更し、加算回転角度が回転角度閾値を超えた場合、アブソリュートエンコーダ１１が故障であると判断する制御部１０２と、を備えるアブソリュートエンコーダ１１の故障検出装置１０。【選択図】図１
2019158577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アブソリュートエンコーダが検出したモータの回転角度をサンプリング周期でサンプリングし、前記サンプリングした前記回転角度を累積加算して加算回転角度を算出する演算部と、
前記モータの回転速度を検出し、前記回転速度に応じて前記サンプリング周期を変更し、前記加算回転角度が回転角度閾値を超えた場合、前記アブソリュートエンコーダが故障であると判断する制御部と、
を備えるアブソリュートエンコーダの故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アブソリュートエンコーダの故障検出装置に関するものであり、特に、モータの回転速度が変化する場合でも、アブソリュートエンコーダの故障の誤検出を低減することが可能なアブソリュートエンコーダの故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボット等に使用されるモータのエンコーダとして、アブソリュートエンコーダが知られている。アブソリュートエンコーダは、モータの回転角度をサンプリングし、故障検出装置は、サンプリングした角度と基準となる想定値とを比較することにより、アブソリュートエンコーダの故障を検出する。光学式のアブソリュートエンコーダは、発光部の故障、スリットの目詰まり、焼き付き、受光部のショート、伝送線路の断線、又は受光側のＡＤ（Analog Digital）変換器の故障等により、特定のビットが０又は１に貼り付いてしまうことがある。このような場合、アブソリュートエンコーダは、出力が一定値でオフセットされ、モータの角度を正しく読めなくなるので、故障検出装置がアブソリュートエンコーダの故障を誤検出してしまうという問題があった。
【０００３】
特許文献１には、上位コントローラから外部リクエスト信号が入力されると、ミキサー回路はアブソリュートデータをパラレル／シリアル変換回路に出力し、パラレル／シリアル変換回路はアブソリュートデータを含む絶対位置検出信号を上位コントローラに送信する、ことが記載されている。また、特許文献１には、データ異常判定回路は、外部リクエスト信号の発生周期よりも短い周期で内部リクエスト信号を発生し、アブソリュートデータを受け取って異常判定を行う、ことが記載されている。特許文献１に記載のアブソリュートエンコーダは、エンコーダの出力信号を加算する際、モータの回転速度に応じてサンプリングタイミングを変動させていない。これにより、回転速度が所定の速度よりも低速になった場合、負の値、又は正の値を必要以上に加算し続けてしまい、正常時でもアブソリュートエンコーダが故障であると誤検出する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、モータの回転速度が変化する場合、アブソリュートエンコーダの故障の誤検出を低減することは難しいという問題があった。
【０００６】
本開示は、モータの回転速度が変化する場合でも、アブソリュートエンコーダの故障の誤検出を低減することが可能なアブソリュートエンコーダの故障検出装置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】
【０００７】
本開示は、
アブソリュートエンコーダが検出したモータの回転角度をサンプリング周期でサンプリングし、前記サンプリングした前記回転角度を累積加算して加算回転角度を算出する演算部と、
前記モータの回転速度を検出し、前記回転速度に応じて前記サンプリング周期を変更し、前記加算回転角度が回転角度閾値を超えた場合、前記アブソリュートエンコーダが故障であると判断する制御部と、
を備えるアブソリュートエンコーダの故障検出装置である。
このようなアブソリュートエンコーダの故障検出装置によれば、モータの回転速度に応じてサンプリング周期を変更するので、モータの回転速度が変化する場合でも、アブソリュートエンコーダの故障検出を正しく行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モータの回転速度が変化する場合でも、アブソリュートエンコーダの故障の誤検出を低減することが可能なアブソリュートエンコーダの故障検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るアブソリュートエンコーダの故障検出装置を例示するブロック図である。
【図２Ａ】モータの回転角度を例示するグラフである。
【図２Ｂ】モータの加算回転角度を例示するグラフである。
【図３Ａ】モータの回転角度を例示するグラフである。
【図３Ｂ】モータの加算回転角度を例示するグラフである。
【図４Ａ】モータの回転角度を例示するグラフである。
【図４Ｂ】モータの加算回転角度を例示するグラフである。
【図５】実施の形態１に係るアブソリュートエンコーダと故障検出装置の動作を例示するフローチャートである。
【図６Ａ】モータの回転角度を例示するグラフである。
【図６Ｂ】モータの加算回転角度を例示するグラフである。
【図７Ａ】モータの回転角度を例示するグラフである。
【図７Ｂ】モータの加算回転角度を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。
【００１１】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係るアブソリュートエンコーダの故障検出装置を例示するブロック図である。
【００１２】
図１示すように、実施の形態１に係るアブソリュートエンコーダ１１の故障検出装置１０は、演算部１０１と制御部１０２とを備える。アブソリュートエンコーダ１１は、発光部１１１と検出部１１２と受光部１１３とを備える。
【００１３】
検出部１１２は、モータ１２の回転角度θを検出する。具体的には、検出部１１２は、回転検出スリットを使用して、発光部１１１から出射された光を、モータ１２の回転角度θに応じて異なる数桁の２ビットのデジタル光信号に変換する。受光部１１３は、２ビットのデジタル光信号をデジタル電気信号に変換し、変換された電気信号を演算部１０１に通知する。
【００１４】
演算部１０１は、受光部１１３から通知された２ビットのデジタル電気信号を１０進数のデジタル信号に変換する。すなわち、演算部１０１は、回転角度θを１０進数に変換する。演算部１０１は、モータ１２の回転角度θをサンプリング周期Ｔｓでサンプリングし、サンプリングした回転角度θａを累積加算して加算回転角度θｓを算出する。
【００１５】
制御部１０２は、モータ駆動回路１３の三相電流をモニタし、その周波数等からモータ１２の回転速度Ｖｔを検出する。制御部１０２は、モータ１２の回転速度Ｖｔに応じてサンプリング周期Ｔｓを変更する。回転速度Ｖｔが速い程、サンプリング周期Ｔｓをより短くし、回転速度Ｖｔが遅い程、サンプリング周期Ｔｓをより長くする。制御部１０２は、加算回転角度θｓが回転角度閾値θｔを超えた場合、アブソリュートエンコーダ１１が故障であると判断する。制御部１０２は、モータ１２の回転速度Ｖｔの指令値をモータ駆動回路１３に通知する。
【００１６】
尚、演算部と制御部とをまとめて演算処理部と称する。演算処理部は、例えば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)で実現することができる。また、検出部を回転検出部と称することもある。
【００１７】
モータ駆動回路１３は、制御部１０２から通知された指令値に基づいて各相電圧と各相電流とをモータ１２に通知する。
【００１８】
モータ１２は、モータ駆動回路１３から通知された制御信号である各相電圧と各相電流とに基づいてモータ１２を駆動する。
【００１９】
図２Ａは、モータの回転角度を例示するグラフである。
図２Ａの横軸は時間を示し、縦軸は角度を示す。
図２Ａに示す点Ｓ１等は、サンプリングポイントを示す。
図２Ｂは、モータの加算回転角度を例示するグラフである。
図２Ｂの横軸は時間を示し、縦軸は角度を示す。
【００２０】
図２Ａに示すように、モータ１２が一定の速度で回転している場合、回転角度θの波形は、のこぎり波となる。モータ１２が一定の速度で回転している状態を定常状態、又は定常時と称する。定常時において、回転角度θを、図２ＡのＳ１等で示すサンプリングポイントでサンプリングする。すなわち、回転角度θを、一定のサンプリングタイミング（サンプリング周期Ｔｓ）でサンプリングする。
【００２１】
図２Ｂに示すように、サンプリングした回転角度θａを累積加算して加算回転角度θｓを算出する。この算出された加算回転角度θｓは、一定の範囲内に収束する。
【００２２】
図３Ａは、モータの回転角度を例示するグラフである。
図３Ａの横軸は時間を示し、縦軸は角度を示す。
図３Ａに示す点Ｓ１等は、サンプリングポイントを示す。
図３Ｂは、モータの加算回転角度を例示するグラフである。
図３Ｂの横軸は時間を示し、縦軸は角度を示す。
【００２３】
受光部１１３から通知された２ビットのデジタル電気信号の任意の桁において、特定のビットが０又は１に貼り付くオフセット異常が発生した場合、回転角度θは、図３Ａに示すような波形となる。この場合、図３Ｂに示すように、加算回転角度θｓは発散する。故障検出装置１０の制御部１０２は、回転角度閾値θｔを設ける。制御部１０２は、加算回転角度θｓが回転角度閾値θｔを超えたか否かで、アブソリュートエンコーダ１１が故障であるか否かを判断する。制御部１０２は、回転角度閾値θｔを使用してアブソリュートエンコーダ１１の故障を検知する。図３Ａに示すオフセット異常に起因する回転角度θのずれをオフセット値と称する。
【００２４】
図４Ａは、モータの回転角度を例示するグラフである。
図４Ａの横軸は時間を示し、縦軸は角度を示す。
図４Ａに示す点Ｓ１等は、サンプリングポイントを示す。
図４Ｂは、モータの加算回転角度を例示するグラフである。
図４Ｂの横軸は時間を示し、縦軸は角度を示す。
【００２５】
制御部１０２は、図４Ａに示すように、モータ１２の回転速度Ｖｔに応じてサンプリング周期Ｔｓを変更する。回転速度Ｖｔが所定速度よりも速い場合、サンプリング周期Ｔｓを所定周期よりも短くして加算回数を多くする。回転速度Ｖｔが所定速度よりも遅い場合、サンプリング周期Ｔｓを所定周期よりも長くして加算回数を少なくする。すなわち、回転速度Ｖｔが高速の場合、サンプリング周期Ｔｓを短くし、回転速度Ｖｔが低速の場合、サンプリング周期Ｔｓを長くする。回転速度Ｖｔが速い程、サンプリング周期Ｔｓをより短くし、回転速度Ｖｔが遅い程、サンプリング周期Ｔｓをより長くする。
【００２６】
これにより、モータ１２の回転速度Ｖｔが変動し、例えば、所定速度よりも低速になった場合、負の値、又は正の値を必要以上に加算し続けることが無い。負の値、又は正の値を必要以上に加算し続けることが無いので、図４Ｂに示すように、加算回転角度θｓは一定の範囲内に収束する。そして、故障検出装置１０は、アブソリュートエンコーダ１１の正常時において、アブソリュートエンコーダ１１が故障であると判断することが無い。
【００２７】
その結果、モータ１２の回転速度Ｖｔが変化する場合でも、アブソリュートエンコーダ１１の故障の誤検出を低減することが可能なアブソリュートエンコーダ１１の故障検出装置１０を提供することができる。そして、故障検出装置１０は、モータ１２の回転速度Ｖｔの変化に対応して迅速に、アブソリュートエンコーダ１１の故障を検出することができる。
【００２８】
また、故障検出装置１０は、モータ１２の回転速度Ｖｔに応じてサンプリング周期Ｔｓを変更するので、新たな回路を追加する等の必要がなく、装置を大型化する必要がない。
【００２９】
図５は、実施の形態１に係るアブソリュートエンコーダと故障検出装置の動作を例示するフローチャートである。
【００３０】
図５に示すように、制御部１０２は、モータ１２の現在の回転速度Ｖｔを検出する（ステップＳ１０１）。制御部１０２は、モータ駆動回路１３の三相電流をモニタし、その周波数等から回転速度Ｖｔを検出する。
【００３１】
制御部１０２は、回転速度Ｖｔに応じて、サンプリング周期Ｔｓを決定する（ステップＳ１０２）。サンプリング周期Ｔｓはモータ１２の回転速度Ｖｔに比例する。
【００３２】
演算部１０１は、サンプリング周期Ｔｓが経過し、サンプリングタイミングが来るまで待機する（ステップＳ１０３）。
【００３３】
演算部１０１は、サンプリングタイミングが来たら、検出部１１２が検出（計測）した回転角度θを示す２ビットのデジタル電気信号を１０進数に変換する（ステップＳ１０４）。
【００３４】
演算部１０１は、回転角度θをサンプリング周期Ｔｓでサンプリングし、サンプリングした回転角度θａを累積加算して加算回転角度θｓを算出する（ステップＳ１０５）。
【００３５】
制御部１０２は、加算回転角度θｓの絶対値｜θｓ｜が回転角度閾値θｔを超えたか否かを判断する（ステップＳ１０６）。
【００３６】
制御部１０２は、加算回転角度θｓの絶対値｜θｓ｜が回転角度閾値θｔを超えた場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、アブソリュートエンコーダ１１が故障であると判断する（ステップＳ１０７）。制御部１０２は、この場合、オフセット異常と判断し、モータ１２の動作を停止する。
【００３７】
制御部１０２は、加算回転角度θｓの絶対値｜θｓ｜が回転角度閾値θｔ以下の場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、アブソリュートエンコーダ１１の監視を続ける。
【００３８】
［比較例］
図６Ａは、モータの回転角度を例示するグラフである。
図６Ａの横軸は時間を示し、縦軸は角度を示す。
図６Ａに示す点Ｓ１等は、サンプリングポイントを示す。
図６Ｂは、モータの加算回転角度を例示するグラフである。
図６Ｂの横軸は時間を示し、縦軸は角度を示す。
【００３９】
比較例に係る故障検出装置は、実施の形態１に係る故障検出装置１０と比べて、図６Ａに示すように、サンプリング周期Ｔｓが常に一定の周期である点が異なる。比較例に係る故障検出装置は、回転速度Ｖｔに応じてサンプリング周期Ｔｓを変更しない。
【００４０】
これにより、比較例に係る故障検出装置は、回転速度Ｖｔが変動し、例えば、所定速度よりも低速になった場合、負の値、又は正の値を加算し続けてしまう。その結果、図６Ｂの部分Ｂに示すように、比較例に係る故障検出装置は、アブソリュートエンコーダ１１の正常時でも、回転角度θが回転角度閾値θｔを超えるため、アブソリュートエンコーダ１１が故障であると判断してしまう。
【００４１】
その結果、比較例に係る故障検出装置は、モータ１２の回転速度Ｖｔが変化する場合、アブソリュートエンコーダ１１の故障の誤検出を低減することが難しい。
【００４２】
［実施の形態２］
図７Ａは、モータの回転角度を例示するグラフである。
図７Ａの横軸は時間を示し、角度を示す。
図７Ａに示す点Ｓ１等は、サンプリングポイントを示す。
図７Ａは、１０進数に変換後の回転角度θを示す。
図７Ｂは、モータの加算回転角度を例示するグラフである。
図７Ｂの横軸は時間を示し、角度を示す。
図７Ｂは、１０進数に変換後の加算回転角度θｓを示す。
【００４３】
１０進数に変換後の回転角度θから加算回転角度θｓを算出する方法においては、下位の桁のビットが０又は１に貼り付いてオフセット異常が発生した場合のオフセット値は、上位の桁のビットにオフセット異常が発生した場合のオフセット値よりも小さい。下位の桁のビットにオフセット異常が発生した場合の方が、加算回転角度θｓが回転角度閾値θｔを超えて、アブソリュートエンコーダ１１が故障と判断されるまでの時間が長い。すなわち、下位の桁のビットにオフセット異常が発生した場合の故障検出までの時間は、上位の桁のビットにオフセット異常が発生した場合の故障検出までの時間よりも長くなる。
【００４４】
そこで、実施の形態２に係る故障検出装置２０は、図７Ａに示す回転角度θの各桁のビットを個別に加算する。故障検出装置２０は、１０進数に変換後の回転角度θの値が１なら＋１を加算し、０なら−１を加算する。
【００４５】
図７Ａに示すように、回転角度θの下位の桁のビットは、０と１の変化が頻繁に起こるため、下位のビットを個別に加算することで、貼り付きオフセット異常に起因する故障を早く検出することができる。また、回転角度θの各桁のビットを個別に累積加算することで、下位ビットと上位ビットのいずれかでオフセット異常が発生した場合でも、故障を早く検出することができる。
【００４６】
また、図７Ｂに示すように、下位ビットの方が正常時の振幅が小さい。故障検出装置２０は、下位ビットの回転角度閾値θｔ１を、上位ビットの回転角度閾値θｔ２や回転角度閾値θｔ３よりも小さくすることで、故障を早く検出することができる。
【００４７】
その結果、故障検出装置２０は、迅速に故障を検出することができる。
【００４８】
尚、本開示は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０、２０…故障検出装置
１０１…演算部
１０２…制御部
１１…アブソリュートエンコーダ
１１１…発光部
１１２…検出部
１１３…受光部
１２…モータ
１３…モータ駆動回路
Ｔｓ…サンプリング周期
θ…回転角度
θａ…サンプリングした回転角度
θｓ…加算回転角度
θｔ、θｔ１、θｔ２、θｔ３…回転角度閾値
Ｖｔ…回転速度
【図１】
2019158577.tif 000003
【図２Ａ】
2019158577.tif 000004
【図２Ｂ】
2019158577.tif 000005
【図３Ａ】
2019158577.tif 000006
【図３Ｂ】
2019158577.tif 000007
【図４Ａ】
2019158577.tif 000008
【図４Ｂ】
2019158577.tif 000009
【図５】
2019158577.tif 000010
【図６Ａ】
2019158577.tif 000011
【図６Ｂ】
2019158577.tif 000012
【図７Ａ】
2019158577.tif 000013
【図７Ｂ】
2019158577.tif 000014