(57)【要約】【課題】  被駆動体を高速・高精度に駆動制御するのに適したエンコーダシステムを提供する。【解決手段】  機械装置側に配設された回転部１０のスリットを透過する光量を発行素子と受光素子により検出し、アナログ信号のＡ、Ｂ、Ｚ相電圧を生成する。各相電圧はデルタシグマ変調器１４によりＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号はプロトコールレスで、送信ドライバ１６、受信レシーバ１８を介して制御装置側のセンサ処理部２を構成するデジタルフィルタ２０に与えられ、同デジタルフィルタにより検出位置に対応するパルス列に変換され位置検出部２２に与えられる。【選択図】  図１
2005215912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動体の駆動手段へ駆動指令を与える制御装置と前記駆動手段の駆動位置を検出し、その検出信号を前記制御装置へフィードバックするエンコーダを含む検出手段とからなり、同検出手段は、
前記駆動手段に結合されている検出部と、
同検出部からの検出信号を変調するデルタシグマ変調部と、
同デルタシグマ変調部の出力を前記制御装置へ伝送するための送信及び受信用ドライバを含む伝送手段と、
前記制御装置側において受信信号のデジタル処理を行い、前記検出信号を前記駆動位置に対応するパルス列に変換するデジタルフィルタを含むセンサ処理部と、
を備えたことを特徴とするエンコーダシステム。
【請求項２】
請求項1において、前記伝送手段はプロトコールレスの伝送路により構成したことを特徴とするエンコーダシステム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記駆動手段はサーボモータであることを特徴とするエンコーダシステム。
【請求項４】
請求項３において、前記被駆動体は工作機械またはロボットの構成部材であることを特徴とするエンコーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節ロボットや電動射出成形機、数値制御工作機械等（以下機械装置という）の被駆動体をサーボモータを用いて駆動制御する際に要求される位置フィードバック信号を生成するエンコーダシステムに係り、特に前記被駆動体を高速・高精度に駆動制御するのに適したエンコーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダ、例えばロータリー・エンコーダは、デジタル信号をその出力として生成する機能を有しているので機械装置における被駆動体を駆動制御する際に要求される位置フィードバック信号を生成するために多用されている。同エンコーダには、インクリメンタル・タイプのほか分解能が高く得られる調歩同期通信方式を用いるシリアルアブソリュート・エンコーダなどがある。  
【０００３】
図３は調歩同期通信を用いるシリアルアブソリュート・エンコーダの構成を示す。機械装置側に配置される前記シリアルアブソリュート・エンコーダ１００は、図３に示すようにその回転部に形成したスリットを介してその検出部を構成する複数対の発光素子及び受光素子１１２により、通常各Ａ，Ｂ，Ｚ相の相信号（アナログ信号）を生成し、これらのアナログ信号電圧をＡ／Ｄ変換器１１３でＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換された出力であるパルス列をアップダウン・カウンタ１１４により計数せしめることにより、カウンタの値として前記回転部１１０の１回転内位置を検出するものである。ここで前記回転部１１０は機械装置の駆動機構に配設されるサーボモータの駆動軸（図示せず）に結合されている。従って、カウンタ１１４の値はサーボモータの1回転内の位置に対応する。
【０００４】
前記カウンタ１１４の値は、通信プロトコールのうちハードウェア的な処理を行うＬＳＩ（以後、シリアル通信ＭＡＣ（Media Access Controller）と記す）１１５によりシリアル信号列に変換され、ＲＳ４２２トランシーバ１１６を介して伝送路３００に与えられる。
一方、制御装置側のセンサ処理部２００では、伝送路３００にて伝達されたシリアル信号列はＲＳ４２２トランシーバ１１８を介してシリアル通信ＭＡＣ１２０に与えられて前記カウンタ１１４の値が再現され、検出位置として位置検出部１２２に与えられる。さらに、同位置検出部１２２の出力は速度算出部１２４に与えられ検出位置の時間微分として速度が算出されるようになっている。速度算出部１２４の出力は制御装置内で前記サーボモータの駆動制御用の信号処理に用いられる。ここでは一括して処理Ｘ１２６と表示されている。
【０００５】
また、図４に示す調歩同期通信においては、センサ処理部２００からエンコーダ１００に対しリクエストが発せられると、エンコーダ１００から複数の応答フレームが発信されるようになっている。前記リクエスト及び応答フレームの信号は前記シリアル通信ＭＡＣ１１５により予め定められた通信規則（プロトコール）に従って形成されるようになっている。前記センサ処理部２００からエンコーダ１００に対しリクエストを与え、エンコーダから応答データが返送され、次にセンサ処理部２００がリクエストを発することが可能となるまでの時間は１サンプリング周期と呼ばれ、これはエンコーダ１００自体の応答速度でもある。
１サンプリング周期内に回転部１１０が半回転以上回転した場合、センサ処理部２００では回転部１１０の回転方向を検出できないので、エンコーダ回転部１１０の１回転に要する時間は少なくともサンプリング周期の２倍以上必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記エンコーダと結合されているサーボモータへの高速回転は、例えばＮＣ工作機械における主軸スピンドルの高速回転化やロボットのアーム速度の高速化などの要求が高分解能化とともに強まっており、前述した調歩同期通信を用いるシリアルアブソリュート・エンコーダの構成ではこのような要求に対応できないという問題がある。
【０００７】
本願発明者は、上記問題点を解決せんとして、鋭意検討を重ねた結果、図３、図４に示される調歩同期通信を用いるシリアルアブソリュート・エンコーダの構成では、エンコーダ側においてアップダウン・カウンタにより一旦検出位置を生成しながら、制御装置側への伝送のために前記検出位置に関する信号をシリアル信号に変換し、制御装置側でこれを再生するという手順を踏んでおり、さらに予め定めたプロトコールに従ってリクエスト及び応答データの授受をエンコーダ側と制御装置側で行うという方式のため、１サンプリング周期という制約が生じることに着眼し、検出位置をエンコーダ側と制御装置側のセンサ処理部とで２重に生成することを回避することによりプロトコールにも依存せず（プロトコールレス）伝送することで前記問題点が解決できることを突き止めた。
従って、本発明の目的は被駆動体を高速・高精度に駆動制御するのに適したエンコーダシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明によるエンコーダシステムは、
被駆動体の駆動手段へ駆動指令を与える制御装置と前記駆動手段の駆動位置を検出し、その検出信号を前記制御装置へフィードバックするエンコーダを含む検出手段とからなり、同検出手段は、
前記駆動手段に結合されている検出部と、
同検出部からの検出信号を変調するデルタシグマ変調部と、
同デルタシグマ変調部の出力を前記制御装置へ伝送するための送信及び受信用ドライバを含む伝送手段と、
前記制御装置側において受信信号のデジタル処理を行い、前記検出信号を前記駆動位置に対応するパルス列に変換するデジタルフィルタを含むセンサ処理部と、
を備えて構成される。
その場合、前記伝送手段はプロトコールレスの伝送路により構成することができる。
また、前記駆動手段はサーボモータにより構成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるエンコーダシステムは、低速回転時は高精度で、高速回転時は精度は低下するものの、追従できる限界回転数を従来のものより高められる性質がある。従って、高分解能のエンコーダを従来より高速回転させて使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図１、図２により本発明の実施例について詳細に説明する。
図１において、機械装置側に配置されたエンコーダ１の回転部１０は図示しない駆動機構に設けられたサーボモータの出力軸に結合されている。
回転部１０は円盤状ガラスであって、その表面に回転部１０の回転中心を中心とする円の円周上に沿って法線方向に切られたスリットが設けられている。そのスリットにＬＥＤ（発光素子）の光が当たったときに光がスリットを透過する。そこで、円盤状ガラスを挟んでＬＥＤと受光素子（フォトトランジスタ）を向き合わせておき、ＬＥＤの光を当てながら回転部１０を回転すると、透過光がスリットを横切る度に起こる光の強弱により受光素子を含む検出部１２側で電気信号のＳＩＮ波が得られる。このスリットは一周内に何回か透過光の強弱を繰り返すよう形成されている。その繰り返しの回数は、最高回転数で回転しても受光素子が強弱を識別可能な限界として定義される。
【００１１】
参照符号１４は、デルタシグマ変調器であって、１ビットＡ／Ｄコンバータ、即ち、デルタシグマ型のＡ／Ｄコンバータで構成される。デルタシグマ型のＡ／Ｄコンバータの出力は、1ビットの１又は０のビット列であり、通常この出力を高次のデジタルフィルタに入力することにより変換結果を得る。前記デジタルフィルタは公知のものであり、その詳細は省略する。
なお、前記デルタシグマ変調器の詳細な説明については、例えばＣＱ出版社発刊「トランジスタ技術」2003年12月号の「ＦＰＧＡによるΔΣ型Ａ−Ｄコンバータの実験」に説明されている。
【００１２】
参照符号１６は前記デルタシグマ変調器１４の出力を制御装置側のセンサ処理部２へ伝送路３を介して伝送する送信ドライバであり、センサ処理部２の受信レシーバ１８で受信される。受信レシーバ１８の出力はデジタルフィルタ２０に与えられ、さらに同デジタルフィルタ２０の出力がパルス列として位置検出部２２へ与えられる。位置検出部２２はカウンタを含みその計数値は前記回転部１０の１回転内の位置即ち、サーボモータの1回転内の駆動位置に対応している。速度検出部２４では位置検出部２２の出力を差分演算することによりエンコーダ１の回転部１０の回転速度を算出する。
処理２６は図３の処理Ｘと同様の処理を遂行する。
【００１３】
図２は図１のデルタシグマ変調器１４の詳細制御ブロックを示しており、入力されたアナログ電圧を積分器１４Ａにより積分し、この値を基準電圧と比較して量子化器１４Ｂにより量子化する。その結果得られた２値信号がΔΣ変調信号となる。さらにこのΔΣ変調信号を遅延器１４Ｃにより遅延させたものを前記アナログ入力電圧から差し引くようなフィードバック系を構成することにより、出力のデューティー比が入力信号に比例するような構成となっている。さらに、前記ΔΣ変調信号は高次のデジタルフィルタ２０を介してデジタル信号が形成される。
【００１４】
従って、図３、図４に示される従来のエンコーダシステムでは、センサ処理部からのリクエストに対してデータを応答するため、その性能は通信の仕様にも依存するが、図１に示す本発明のエンコーダシステムにおいてはΔΣ変調信号そのものを通信で随時伝送するので、通信仕様には全く依存せず、所謂プロトコールレスのシステムを構成するものであり、エンコーダ側にはカウンタやシリアル通信ＭＡＣを必要としないので装置を簡素化し、コストを低下させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るエンコーダシステムの制御ブロック図である。
【図２】図１におけるデルタシグマ変調器の詳細ブロック図である。
【図３】従来の調歩同期通信方式を用いるシリアルアブソリュート・エンコーダの制御ブロック図である。
【図４】図３における調歩同期通信方式の１サンプリング周期におけるリクエスト及び応答データのフレームを示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１        エンコーダ部
２        センサ処理部
３        伝送路
１０      回転部
１２      検出部
１４      デルタシグマ変調器
１４Ａ    積分器
１４Ｂ    量子化器
１４Ｃ    遅延器
１６      送信ドライバ
１８      受信レシーバ
２０      デジタルフィルタ
２２      位置検出部
２４      速度算出部
２６      処理
【図１】
2005215912.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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