(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に取り付けられた回転ディスクと、
前記回転ディスクの回転に応じて、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する検出部と、
前記検出部からの出力信号を回転位置情報に変換するマイクロコンピュータと、
前記回転位置情報を上位装置に送信する送信回路部と、
を備え、
前記マイクロコンピュータは、前記出力信号から前記回転ディスクの偏心を演算する同心度演算部を有し、
前記同心度演算部は、
等速で回転される前記回転ディスクから前記検出部が検出した出力信号を、パルス信号に変換するパルス信号変換部と、
前記パルス信号のパルス数をカウントするパルスカウント部と、
前記パルスカウント部によるカウント数が、前記回転ディスクの半回転分のパルス数に達するまでに要する時間を計測する時間測定部と、
前記時間測定部で測定した時間から、前記回転ディスクの同心度が所定の値を超えているか否かを判断する判定処理部と、
を有することを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項２】
回転体に取り付けられた回転ディスクと、前記回転ディスクの回転に応じて、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する検出部と、前記検出部からの出力信号を回転位置情報に変換するマイクロコンピュータと、前記回転位置情報を上位装置に送信する送信回路部を備えたエンコーダ装置のディスク同心度測定方法であって、
前記回転ディスクを一定速度で回転し、
前記検出部からの出力信号をパルス信号に変換し、
前記回転ディスクの半回転に対応するパルス数を検出するのに要する時間を前記回転ディスクの複数の回転位置において測定し、
この測定によって得られた複数の前記時間の中から最大値または最小値を抽出し、
前記最大値または最小値から偏心量を演算し、
前記偏心量が所定の値を超えているか否かを判断することを特徴とするエンコーダ装置のディスク同心度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーボモータなどの回転体の回転位置を検出するエンコーダ装置に関し、特に回転ディスクの偏心測定機能を有するエンコーダ装置及びそのディスク同心度測定方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸に取り付けられる位置検出器内の被検出体の偏心や取り付け誤差に起因する検出誤差データを回転軸に取り付けられた位置検出器からの出力信号に基づいて算出し位置制御装置内に記憶しておき、回転軸を駆動するモータへの回転指令位置に対して検出誤差データを補正してモータへの回転指令位置とすることによって、位置検出器内の被検出体の偏心や取り付け誤差に起因する検出誤差を相殺させる位置制御装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７は第１の従来例を示す位置制御装置の構成図である。
図において、９１は工作機械の主軸もしくはモータの回転軸である。回転軸９１の一方の端には位置検出器９２の被検出体９２ａが取り付けられており、該被検出体９２ａに接近して位置検出器９２のセンサ９２ｂが配置され、被検出体９２ａの回転位置を検出し、位置制御装置９３に検出信号をフィードバックしている。
また、回転軸９１のもう一方の端に偏心の影響を除去して回転位置を検出できるような高価な高精度位置検出器９４を取り付けられている。
位置制御装置９３から位置指令を出力し、回転軸９１を位置決めし、高精度位置検出器９４で検出される位置と指令位置との差を被検出体９２ａの偏心等による検出誤差データとして検出し、検出誤差データを求め位置制御装置９３内のメモリに設定記憶している。
【０００４】
また、図８は第２の従来例を示す位置制御装置の構成図で、第１の従来例で示した高精度位置検出器を使用せず、自己の位置検出器９２で検出誤差データを求め記憶するものである。
本従来例では、自己の位置検出器９２を用いて、回転軸を一定速度で回転させ、回転軸に取り付けられた位置検出器からの出力信号からサンプリング周期毎の移動量（速度）のピーク値を求めて偏心量を演算している。
【特許文献１】特開平１１−２７９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１の従来例では、高精度位置検出器を用いて、位置検出装置の被検出体２ａの偏心等による検出誤差データを検出しているので、回転軸に高精度位置検出器を精度良く装着する必要があり、大掛かりな測定設備を必要とするとともに、設備への付け替え工程も発生するという問題があった。
【０００６】
また、第２の従来例では、回転軸に取り付けられた位置検出装置から検出されるサンプリング周期毎の移動量（速度）のピーク値から偏心量を求めていたので、速度を求めるための高速で複雑な処理は必要であった。また、回転軸が速度リップルを持つ場合、精度の良く偏心量を求めることができないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、大掛かりな測定設備を必要とせず、簡単な演算で、精度の良く偏心量を求めることができるエンコーダ装置及びその偏心量測定方法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】
上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転体に取り付けられた回転ディスクと、前記回転ディスクの回転に応じて、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する検出部と、前記検出部からの出力信号を回転位置情報に変換するマイクロコンピュータと、前記回転位置情報を上位装置に送信する送信回路部を備えたエンコーダ装置において、前記マイクロコンピュータは、前記出力信号から前記回転ディスクの偏心を演算する同心度演算部を備えたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記同心度演算部は、前記出力信号をパルス信号に変換するパルス信号変換部と、前記パルス信号のパルス数をカウントするパルスカウント部と、前記パルス数が所定のカウント数に達するまでに要する時間を計測する時間測定部と、前記時間測定部で測定した時間から前記回転ディスクの同心度が所定の値を超えているか否かを判断する判定処理部を備えたことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記時間測定部は、前記回転ディスクを等速で回転させたときの、前記回転ディスクの半回転分のパルス数をカウントするのに要する時間を計測することを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、回転体に取り付けられた回転ディスクと、前記回転ディスクの回転に応じて、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する検出部と、前記検出部からの出力信号を回転位置情報に変換するマイクロコンピュータと、前記回転位置情報を上位装置に送信する送信回路部を備えたエンコーダ装置において、前記回転ディスクを一定速度で回転し、前記検出部からの出力信号をパルス信号に変換し、前記回転ディスクの所定の回転角に対応するパルス数を検出するのに要する時間を前記回転ディスクの複数の回転位置において測定し、この測定によって得られた複数の前記時間の中から最大値または最小値を抽出し、前記最大値または最小値から偏心量を演算し、前記偏心量が所定の値を超えているか否かを判断することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一観点によると、エンコーダ装置が、エンコーダ装置の回転ディスクの偏心量を演算する機能を備えているので、外部に計測手段を備える必要が無く、簡単な構成で偏心量が測定できる。
また、所定の回転角に対応したパルス数をカウントし、カウントに要した時間から同心度を測定しているので、複雑な速度演算をする必要が無く、演算処理が簡単になる。
また、回転ディスクを等速で回転させたときの、回転ディスクの半回転分のパルス数をカウントすれば、速度リップルの影響を受けにくいため精度良く偏心量を測定できる。
また、回転ディスクを一定速度で回転し、回転ディスクの所定の回転角に対応するパルス数を検出するのに要する時間を前記回転ディスクの複数の回転位置において測定し、この測定によって得られた複数の時間の最大値または最小値から偏心量を演算しているので、簡単な演算処理で偏心量を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の第１実施例を示すエンコーダ装置の構成図である。
１は回転ディスクで、外周に明暗のスリットパターンが成形されており、回転軸６に回転ディスク固定治具７で固定されている。回転軸６は、エンコーダ装置を接続する図示しないモータの回転軸に固定され、同一に回転するようになっている。また、回転ディスク１のスリットパターンの一方に発光素子２１と、対向した位置に受光素子２２を配設している。
図２は本発明のエンコーダ装置の回路ブロック図である。
図において、４は信号処理回路で、受光素子２２からの出力信号を回転位置情報に変換処理する位置信号演算部４１と、回転ディスクの偏心量を演算する同心度演算部４２と、シリアル送信回部４３が実装されており、位置情報を上位装置８にシリアル伝送する。なお、位置信号演算部４１と同心度演算部４２はマイクロコンピュータ４０による演算処理が行われる。
【００１１】
先ず、図３を用いて本発明の同心度の測定原理について説明する。
図３は本発明のエンコーダ装置の同心度の測定原理を示す模式図である。
図において、Ｏは回転ディスク１の中心、Ｏ’は回転ディスク１の回転中心で、回転ディスク１の中心Ｏから回転中心Ｏ’までの距離が偏心量εである。また、ｒは回転ディスク１の中心から検出部２までの距離である。
また、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ２’は回転ディスク上に形成されたスリットパターンの位置を示し、本図は、スリット位置Ｓ１が検出部２の位置にあり、Ｓ２及びＳ２’は、それぞれ∠Ｓ１,Ｏ,Ｓ２及び∠Ｓ１,Ｏ’,Ｓ２’が９０度となる点のスリット位置を示している。図のスリット位置から回転ディスク１が反時計方向に９０度回転すると、Ｓ１〜Ｓ２’までのスリットが検出部２を通過する。これは回転ディスク上の（９０−θｅ）度分のスリット数に対応する。
このように、回転ディスクが偏心して回転すると、１回転中で１周期の角度誤差が発生し、その角度誤差θｅは
θｅ（ｐ−ｐ）≒ε（ｐ−ｐ）／ｒ・・・（１）
で表されることが分かる。（ｐ−ｐ）はピークトゥピークを表す。
すなわち、回転ディスクの中心から検出部２までの距離ｒと角度誤差θｅがわかれば、偏心量εが求まる。
１回転あたりＰパルスのエンコーダがあり、それをＮ［ｍｉｎ-1］で回転させたとすると、偏心量０のエンコーダであれば、単位時間あたりのパルス数ｄｐは  
ｄｐ＝Ｐ／（６０／Ｎ）［パルス／ｓ］・・・（２）
で表せる。
【００１２】
ここで、偏心量が不明なエンコーダにおいて、時間Ｔ［ｓ］で１／２回転分のパルス数である（Ｐ／２）パルスが発生したとすると、そのパルスずれ量ｄＰは、時間Ｔから１／２回転に要する時間（３０／Ｎ）を引いたｄＴ（＝Ｔ−３０／Ｎ）に発生したパルス数ｄＰ（＝ｄＴ×ｄｐ）であるので、
ｄＰ＝（Ｔ−３０／Ｎ）×（Ｐ／（６０／Ｎ））
で表される。  
これを角度誤差θｅに換算すると、  
θｅ＝２π×ｄＰ／Ｐ  [ｒａｄ ｐ−ｐ]
＝２π×（（（Ｔ／（３０／Ｎ））−１）×（Ｐ／２））／Ｐ    [ｒａｄ ｐ−ｐ]
となり、式（１）から
同心ずれ量εは
ε＝θｅ×ｒ
＝（２π×（（（Ｔ／（３０／Ｎ））−１）×（Ｐ／２））／Ｐ）×ｒ 
＝π×（（Ｔ／（３０／Ｎ））−１））
で求まる。
【００１３】
例えば、回転ディスク半径＝１５ｍｍのエンコーダがあり、これを１００ｍｉｎ-1で回転させ、Ｐ／２パルス来るのに、３０１ｍｓかかったとすると、上記計算より、同心ずれ量ε≒１５７μｍとなる。
【００１４】
次に、同心度測定方法について説明する。
図４は同心度演算部の構成を示すブロック図、図５は同心度測定方法を示すフローチャートである。
図４において、４２１は検出部からの出力信号をパルス信号に変換するパルス信号変換部、４２２はパルス信号をカウントするパルスカウント部でパルスカウント部４２２の出力信号はカウント開始点を示すスタート信号と、所定のカウント値となった点で出力されるストップ信号を出力する。本実施例ではＰ／２パルスをカウントしたときにストップ信号を出力する。
また、４２３はスタート信号からストップ信号までの時間を計測する時間測定部、４２４は所定の時間内であるか否かを判定する判定処理部である。
【００１５】
図５において、先ず、ステップ１で、エンコーダ装置の電源ＯＮし、ステップ２で、外部駆動でエンコーダを一定速度で回転させる。ステップ３で、上位より同心度測定コマンド送信する。ステップ４で、Ｐ／２パルスのカウントに要する時間を測定し、ステップ５で偏心量を計算するとともに記憶する。
ステップ６で設定回数行ったか確認し、設定回数の測定を行っていなければ、ステップ４とステップ５を設定回数まで繰り返し実行する。
その後、ステップ７で、ステップ５で記憶した偏心量の最大値を抽出し、ステップ８で、この偏心量の最大値が基準値を超えているか否かを判断し、ステップ９で、基準値内であれば、ＯＫ信号を、基準値を超えていればＮＧ信号を上位装置に送信する。
なお、ステップ４及びステップ５を複数回繰り返すが、これは、Ｐ／２パルスを測定する位置によっては、Ｐ／２パルスを測定する位置内でプラス方向とマイナス方向の偏心が発生し、角度誤差の変化分が小さくなり、偏心量に対応しなくなるためである。
【００１６】
図６は偏心量の検出方法を説明する模式図で、複数回の測定により、角度誤差の変化分の最大値を検出でき、これによって、偏心量を検出できることを示す。
図６（ａ）はパルスカウント部４２２の動作を示す波形、図６（ｂ）はスタートパルス及びストップパルスの波形、図６（ｃ）は角度誤差の波形である。
図６（ａ）に示すように、パルスカウント部によって、Ｐ／２パルスとＰ／１６パルスのカウントが交互に行われ、図６（ｂ）に示すように、スタートパルス及びストップパルスがＰ／２パルスのカウント開始点と終了点でそれぞれ出力される。図６（ｃ）において、Ｔ１、Ｔ２、・・・は各測定回数におけるＰ／２パルスのカウントに要する時間を示し、Ｔｄ１、Ｔｄ２・・・・は次回の測定を行うまでの休止時間を示している。本実施例では、Ｐ／１６パルスのカウントを実行する時間とした。また、図６（ｃ）に示すように、角度誤差は１回転に１周期の波形となる。
Ｋ回目の測定において、角度誤差の変化分が最も大きくなり、また、マイナス誤差からプラス誤差に変化しているので、このとき、Ｐ／２パルス時間Ｔｋは最小になる。
【００１７】
このように、測定位置を少しずつずらすことによってＰ／２パルスのカウントに要する時間の最大値および最小値が発生する近傍での測定が必ず行われるため、精度良く偏心量を測定できる。また、Ｐ／２パルス時間から偏心量を演算しているので、測定装置の影響で速度リップルが発生してもＰ／２パルス時間内で平均化されＰ／２パルス時間への影響は小さい。
【００１８】
なお、本実施例ではＰ／２パルスのカウントに要した時間を測定し偏心量を求めたが、この測定をＰ／４にした場合、パルスずれ量ｄＰはＰ／２パルス場合の半分になるので、ｄＰを２倍にして処理すれば同じ偏心量の結果が得られることは自明である。
【００１９】
このように、本発明では、出荷調整時に同芯度の確認をすることができるので、大がかりな専用の測定設備が必要なく、専用設備への付け替え工程も発生することなく、精度を確認することが出来るようになる。さらにディスクの貼り付け作業ミスを防ぐことができ、また誤った組み立てによる不良品の流出を防ぐことができ、エンコーダを使用するシステムの信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例を示すエンコーダ装置の構成図
【図２】本発明のエンコーダ装置の回路ブロック図
【図３】本発明のエンコーダ装置の同心度の測定原理を示す模式図
【図４】本発明のエンコーダ装置の同心度演算部の構成を示すブロック図
【図５】本発明のエンコーダ装置の同心度測定方法を示すフローチャート
【図６】本発明のエンコーダ装置の偏心量の検出方法を説明する模式図
【図７】第１の従来例を示す位置制御装置の構成図
【図８】第２の従来例を示す位置制御装置の構成図
【符号の説明】
【００２１】
１      回転ディスク
２      検出部
２１    発光素子
２２    受光素子
３      固定治具
４      信号処理回路
４０    マイクロコンピュータ
４１    位置信号演算部
４２    同心度演算部
４２１  パルス信号変換部
４２２  パルスカウント部
４２３  時間測定部
４２４  判定処理部  
４３    送信回路部
５      ベアリング
６      回転軸
７      回転ディスク固定治具
８      上位装置
【図１】
0004775761.tif 000002
【図２】
0004775761.tif 000003
【図３】
0004775761.tif 000004
【図４】
0004775761.tif 000005
【図５】
0004775761.tif 000006
【図６】
0004775761.tif 000007
【図７】
0004775761.tif 000008
【図８】
0004775761.tif 000009