JP4968069B2 - 異常検出装置付きエンコーダおよびその制御システム - Google Patents
異常検出装置付きエンコーダおよびその制御システム Download PDFInfo
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Description
本発明は、エンコーダの異常を検出する異常検出回路と、異常検出回路で検出した信号をエンコーダ外部に送出する異常信号送出回路を備えたエンコーダと、エンコーダからの異常信号で、制御システムを安全に運転する異常検出装置付きエンコーダおよびその制御システムに関する。
従来、エンコーダ装置から出力されるアラーム信号によって異常報知動作を行う異常報知手段をコネクタに内蔵した位置検出装置が開示されている。（例えば、特許文献１参照）
図１０は、特許文献１に記載された従来のエンコーダ装置の電気的構成を示すブロック図である。
図において、２００は、エンコーダ装置で、検出部２１０、内挿／アラームユニット２２０及びドライバ２３０から構成されている。内挿／アラームユニット２２０は、検出部２１０からの疑似正弦波信号を内挿して必要な分解能の二相方形波信号するとともに、オーバースピードによるスケールエラーを検出し、アラーム信号−ＡＬを出力する機能を有している。ドライバ２３０はトライステートバッファで、アラーム信号−ＡＬによってハイインピーダンス状態になる。
また、３００は制御装置で、外部から容易に視認可能な位置に設けられた第１のコネクタ２７０及び第１のコネクタ２７０と接続された第２のコネクタ２８０を介してエンコーダ装置２００と接続されている。第１のコネクタ２７０には、電源ラインとアラーム信号線の間にアラーム表示器２９０が設けられている。
図１０は、特許文献１に記載された従来のエンコーダ装置の電気的構成を示すブロック図である。
図において、２００は、エンコーダ装置で、検出部２１０、内挿／アラームユニット２２０及びドライバ２３０から構成されている。内挿／アラームユニット２２０は、検出部２１０からの疑似正弦波信号を内挿して必要な分解能の二相方形波信号するとともに、オーバースピードによるスケールエラーを検出し、アラーム信号−ＡＬを出力する機能を有している。ドライバ２３０はトライステートバッファで、アラーム信号−ＡＬによってハイインピーダンス状態になる。
また、３００は制御装置で、外部から容易に視認可能な位置に設けられた第１のコネクタ２７０及び第１のコネクタ２７０と接続された第２のコネクタ２８０を介してエンコーダ装置２００と接続されている。第１のコネクタ２７０には、電源ラインとアラーム信号線の間にアラーム表示器２９０が設けられている。
次に、制御装置３００が異常を検出した場合の動作について説明する。
制御装置３００が位置指令と位置フィードバックの差から異常を検出した場合、入力信号がハイインピーダンスになっていないかどうかをチェックする。もし、ハイインピーダンスになっている場合、アラーム表示器２９０が点灯していなければ、ケーブルの断線、接続不良又は制御装置３００の異常と判断し、アラーム表示器２９０が点灯していれば、エンコーダ装置２００の不良と判断していた。
このように、従来のエンコーダ装置は、エンコーダ装置に設けられた内挿／アラームユニットで、検出部からの信号を内挿し、二相方形波信号するとともに、スケールエラーを検出し、アラーム信号を出力していた。
特開２０００−１９３４８９号公報
制御装置３００が位置指令と位置フィードバックの差から異常を検出した場合、入力信号がハイインピーダンスになっていないかどうかをチェックする。もし、ハイインピーダンスになっている場合、アラーム表示器２９０が点灯していなければ、ケーブルの断線、接続不良又は制御装置３００の異常と判断し、アラーム表示器２９０が点灯していれば、エンコーダ装置２００の不良と判断していた。
このように、従来のエンコーダ装置は、エンコーダ装置に設けられた内挿／アラームユニットで、検出部からの信号を内挿し、二相方形波信号するとともに、スケールエラーを検出し、アラーム信号を出力していた。
しかしながら、従来のエンコーダ装置は、内挿／アラームユニットに１つの電源が供給されている、すなわち、検出部からの信号を内挿処理し位置信号を出力する信号処理部と、エラーを検出しアラーム信号を出力する異常検出回路の電源を共通にしているため、電源に異常が発生した場合、あるいは電源ラインに異常が発生した場合、異常検出回路の動作が不安定になり、異常であることを正確に判断し処理することが難し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、エンコーダの回路部の電源に異常が発生しても、エンコーダ装置内の信号の異常を速やかに確実に検出できる異常検出装置付きエンコーダを提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電源で供給されるものである。
また、請求項２に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダ回路の電源及び出力信号部に接続される第１の配線ケーブルと、前記異常検出装置の電源及び異常信号出力部に接続される第２の配線ケーブルと、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電源で供給され、かつ、前記第１の配線ケーブルと、前記第２の配線ケーブルは、それぞれ別ケーブルを使用するものである。
また、請求項３に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記異常検出装置の電源は、前記エンコーダ回路の電源から、この電源に接続された逆流防止ダイオードとこの逆流防止ダイオードを通して得られた電荷を蓄積する大容量コンデンサから構成される回路にて供給されることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記エンコーダ回路の電源電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部で検出された波形電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部のＬＥＤに流れる電流に対応したＬＥＤ電流信号であることを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記異常検出装置は、前記異常検出装置付きエンコーダの環境状態を検出する環境異常検出素子を備えたものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、温度検出素子とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、振動検出素子とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、前記異常検出装置は、電源投入してから一定時間後に正常動作している事を知らせる信号を送出する機能を具備するものである。
また、請求項１１に記載の発明は、前記異常検出装置は、異常検出信号のやり取りを双方向通信で行なう機能を具備する具備するものである。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダを備えたモータと、前記異常検出装置付きエンコーダに接続された制御装置と、前記制御装置からの制御信号によって前記モータを駆動するモータ駆動装置と、を備えた制御システムにおいて、前記制御装置は前記異常検出装置付きエンコーダからの異常信号を検出し、異常状態に応じて前記モータを制御することを特徴とするものである。
請求項１に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電源で供給されるものである。
また、請求項２に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダ回路の電源及び出力信号部に接続される第１の配線ケーブルと、前記異常検出装置の電源及び異常信号出力部に接続される第２の配線ケーブルと、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電源で供給され、かつ、前記第１の配線ケーブルと、前記第２の配線ケーブルは、それぞれ別ケーブルを使用するものである。
また、請求項３に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記異常検出装置の電源は、前記エンコーダ回路の電源から、この電源に接続された逆流防止ダイオードとこの逆流防止ダイオードを通して得られた電荷を蓄積する大容量コンデンサから構成される回路にて供給されることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記エンコーダ回路の電源電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部で検出された波形電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部のＬＥＤに流れる電流に対応したＬＥＤ電流信号であることを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記異常検出装置は、前記異常検出装置付きエンコーダの環境状態を検出する環境異常検出素子を備えたものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、温度検出素子とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、振動検出素子とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、前記異常検出装置は、電源投入してから一定時間後に正常動作している事を知らせる信号を送出する機能を具備するものである。
また、請求項１１に記載の発明は、前記異常検出装置は、異常検出信号のやり取りを双方向通信で行なう機能を具備する具備するものである。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダを備えたモータと、前記異常検出装置付きエンコーダに接続された制御装置と、前記制御装置からの制御信号によって前記モータを駆動するモータ駆動装置と、を備えた制御システムにおいて、前記制御装置は前記異常検出装置付きエンコーダからの異常信号を検出し、異常状態に応じて前記モータを制御することを特徴とするものである。
本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１に記載の発明によれば、エンコーダ回路と異常検出装置を独立して具備し、別電源で供給しているので、エンコーダ回路の電源異常が発生した場合、異常検出装置は、速やかに異常信号を送出する事が出来る。従って、エンコーダの信頼性を向上させることが出来る。
請求項２に記載の発明によれば、異常検出装置への配線ケーブルと、エンコーダ回路への配線ケーブルに別ケーブルを使用すれば、エンコーダ回路への配線ケーブルの断線により、エンコーダ回路の電源電圧に異常が発生しても、異常検出装置は、速やかに異常信号を送出する事が出来る。従って、エンコーダの信頼性を向上させることが出来る。
請求項３に記載の発明によれば、異常検出装置の電源を、エンコーダ回路の電源から、電流の逆流を防止する逆流防止ダイオード通過した後、異常検出装置の電源に並列に接続した大容量コンデンサで供給すれば、エンコーダ回路への配線ケーブルの断線等によりエンコーダ回路の電源が遮断されても、異常検出装置の電源が大容量コンデンサにより短時間バックアップされ、この間に異常検出装置から異常検出信号を送出する事により、簡単な構成でエンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項４に記載の発明によれば、エンコーダ回路の電源電圧信号を検出しているので、電源電圧異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できる。従って、エンコーダの信頼性をさらに向上させる事が出来る。
請求項５に記載の発明によれば、波形電圧信号を検出すれば、波形電圧の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項６に記載の発明によれば、ＬＥＤの電流を検出すれば、ＬＥＤ電流の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項７に記載の発明によれば、異常検出装置が環境異常検出素子を備えれば、エンコーダの環境状態の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項８に記載の発明によれば、異常検出装置が温度検出素子を備えれば、エンコーダの温度の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項９に記載の発明によれば、異常検出装置が振動検出素子を備えれば、エンコーダの振動の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項１０に記載の発明によれば、異常検出装置が、電源投入してから一定時間後に正常動作している事を知らせる信号を送出する機能を具備すれば、異常検出装置が正常に機能することを検証できるので、異常検出装置の信頼性が向上する。従って、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項１１に記載の発明によれば、異常検出装置が、異常検出信号のやり取りを双方向通信で行なう機能を具備すれば、常に、異常検出装置が正常に機能することを検証できるので、異常検出装置の信頼性がさらに向上する。従って、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項１２に記載の発明によれば、制御システムが異常検出装置付きエンコーダの異常信号を検出し、この異常状態に応じて制御装置がどの様に対応すべきか判定し、モータを速やかに停止させるの等の処理を行うので、安全で、高信頼性の制御システムを構成することができる。
請求項１に記載の発明によれば、エンコーダ回路と異常検出装置を独立して具備し、別電源で供給しているので、エンコーダ回路の電源異常が発生した場合、異常検出装置は、速やかに異常信号を送出する事が出来る。従って、エンコーダの信頼性を向上させることが出来る。
請求項２に記載の発明によれば、異常検出装置への配線ケーブルと、エンコーダ回路への配線ケーブルに別ケーブルを使用すれば、エンコーダ回路への配線ケーブルの断線により、エンコーダ回路の電源電圧に異常が発生しても、異常検出装置は、速やかに異常信号を送出する事が出来る。従って、エンコーダの信頼性を向上させることが出来る。
請求項３に記載の発明によれば、異常検出装置の電源を、エンコーダ回路の電源から、電流の逆流を防止する逆流防止ダイオード通過した後、異常検出装置の電源に並列に接続した大容量コンデンサで供給すれば、エンコーダ回路への配線ケーブルの断線等によりエンコーダ回路の電源が遮断されても、異常検出装置の電源が大容量コンデンサにより短時間バックアップされ、この間に異常検出装置から異常検出信号を送出する事により、簡単な構成でエンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項４に記載の発明によれば、エンコーダ回路の電源電圧信号を検出しているので、電源電圧異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できる。従って、エンコーダの信頼性をさらに向上させる事が出来る。
請求項５に記載の発明によれば、波形電圧信号を検出すれば、波形電圧の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項６に記載の発明によれば、ＬＥＤの電流を検出すれば、ＬＥＤ電流の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項７に記載の発明によれば、異常検出装置が環境異常検出素子を備えれば、エンコーダの環境状態の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項８に記載の発明によれば、異常検出装置が温度検出素子を備えれば、エンコーダの温度の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項９に記載の発明によれば、異常検出装置が振動検出素子を備えれば、エンコーダの振動の異常によるエンコーダ回路の動作不良を速やかに、あるいは、前もって検出できるので、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項１０に記載の発明によれば、異常検出装置が、電源投入してから一定時間後に正常動作している事を知らせる信号を送出する機能を具備すれば、異常検出装置が正常に機能することを検証できるので、異常検出装置の信頼性が向上する。従って、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項１１に記載の発明によれば、異常検出装置が、異常検出信号のやり取りを双方向通信で行なう機能を具備すれば、常に、異常検出装置が正常に機能することを検証できるので、異常検出装置の信頼性がさらに向上する。従って、エンコーダの信頼性を向上させる事が出来る。
請求項１２に記載の発明によれば、制御システムが異常検出装置付きエンコーダの異常信号を検出し、この異常状態に応じて制御装置がどの様に対応すべきか判定し、モータを速やかに停止させるの等の処理を行うので、安全で、高信頼性の制御システムを構成することができる。
１０ 異常検出装置付きエンコーダ
２０ 角度検出部
２１ ＬＥＤ
２２ 固定スリット
２３ フォトダイオード
２４ ハブ
２５ 回転ディスク
３０ エンコーダ回路
３１ オペアンプ
３２ コンパレータ
３３ 抵抗
３４ 出力信号部
４０ 異常検出装置
４１ 異常検出回路
４２ 異常信号送信回路
４３ 異常信号出力部
５１ 逆流防止用ダイオード
５２ 大容量コンデンサ
６０ 環境異常検出素子
６１ 温度検出素子
６２ 振動検出素子
７１ 正常信号発生回路
７２ 双方向異常信号発生回路
８１ 第１の配線ケーブル
８２ 第２の配線ケーブル
８３ 配線ケーブル
９０ 制御装置
９１ 受け側異常信号検出回路部
９２ 受け側制御回路
９３ 異常信号
９４ 異常信号出力
１００ モータ駆動装置
１１０ モータ
２００ エンコーダ装置
２１０ 検出部
２２０ 内挿／アラームユニット
２３０ ドライバ
２７０ 第１のコネクタ
２８０ 第２のコネクタ
２９０ アラーム表示器
３００ 制御装置
７１１ 電源電圧
７１２ 正常信号発生回路の出力信号
７２１ 異常信号出力部の信号波形
７２２ 異常問い合わせ信号
７２３ 正常動作を示す信号
２０ 角度検出部
２１ ＬＥＤ
２２ 固定スリット
２３ フォトダイオード
２４ ハブ
２５ 回転ディスク
３０ エンコーダ回路
３１ オペアンプ
３２ コンパレータ
３３ 抵抗
３４ 出力信号部
４０ 異常検出装置
４１ 異常検出回路
４２ 異常信号送信回路
４３ 異常信号出力部
５１ 逆流防止用ダイオード
５２ 大容量コンデンサ
６０ 環境異常検出素子
６１ 温度検出素子
６２ 振動検出素子
７１ 正常信号発生回路
７２ 双方向異常信号発生回路
８１ 第１の配線ケーブル
８２ 第２の配線ケーブル
８３ 配線ケーブル
９０ 制御装置
９１ 受け側異常信号検出回路部
９２ 受け側制御回路
９３ 異常信号
９４ 異常信号出力
１００ モータ駆動装置
１１０ モータ
２００ エンコーダ装置
２１０ 検出部
２２０ 内挿／アラームユニット
２３０ ドライバ
２７０ 第１のコネクタ
２８０ 第２のコネクタ
２９０ アラーム表示器
３００ 制御装置
７１１ 電源電圧
７１２ 正常信号発生回路の出力信号
７２１ 異常信号出力部の信号波形
７２２ 異常問い合わせ信号
７２３ 正常動作を示す信号
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施例を示すブロック図である。
図において、１０は異常検出装置付きエンコーダで、回転角度の変位を検出する角度検出部２０と、検出信号を波形整形し、変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路３０と、このエンコーダ回路３０の基板への電源ラインとは別の電源ラインを持つ独立した基板上に載置された異常検出装置４０で構成されている。また、異常検出装置４０は、異常検出回路４１と異常信号送信回路４２で構成されている。
８１はエンコーダ回路３０に電源を供給する配線およびエンコーダ回路３０の出力信号部３４の配線からなる第１の配線ケーブルで、８２は異常検出装置４０に電源を供給する配線および異常信号出力部４３の配線からなる第２の配線ケーブルで、第１の配線ケーブル８１と第２の配線ケーブル８２は別ケーブルで配線されている。
図２（ａ）は本実施例の角度検出部２０の構成を示す斜視図である。
角度検出部２０はＬＥＤ２１、固定スリット２２、フォトダイオード２３から構成され、図示しない被検出体の回転角度を、ハブ２４に固定された回転ディスク２５と固定スリット２２とフォトダイオード２３により検出して、エンコーダ回路３０に電気信号として送出している。
図において、１０は異常検出装置付きエンコーダで、回転角度の変位を検出する角度検出部２０と、検出信号を波形整形し、変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路３０と、このエンコーダ回路３０の基板への電源ラインとは別の電源ラインを持つ独立した基板上に載置された異常検出装置４０で構成されている。また、異常検出装置４０は、異常検出回路４１と異常信号送信回路４２で構成されている。
８１はエンコーダ回路３０に電源を供給する配線およびエンコーダ回路３０の出力信号部３４の配線からなる第１の配線ケーブルで、８２は異常検出装置４０に電源を供給する配線および異常信号出力部４３の配線からなる第２の配線ケーブルで、第１の配線ケーブル８１と第２の配線ケーブル８２は別ケーブルで配線されている。
図２（ａ）は本実施例の角度検出部２０の構成を示す斜視図である。
角度検出部２０はＬＥＤ２１、固定スリット２２、フォトダイオード２３から構成され、図示しない被検出体の回転角度を、ハブ２４に固定された回転ディスク２５と固定スリット２２とフォトダイオード２３により検出して、エンコーダ回路３０に電気信号として送出している。
次に、本実施例の動作について説明する。
図１において、エンコーダ回路３０から異常検出回路４１に、エンコーダの異常状態を検出するためのエンコーダ各部の信号の状態を示すアナログ信号Ａが入力されており、異常検出回路４１はこのアナログ信号のレベルが予め設定した所定の範囲内であるかどうかを検出する。所定の範囲外であることが検出されると異常信号を生成し、異常信号送信回路に入力する。
図１において、エンコーダ回路３０から異常検出回路４１に、エンコーダの異常状態を検出するためのエンコーダ各部の信号の状態を示すアナログ信号Ａが入力されており、異常検出回路４１はこのアナログ信号のレベルが予め設定した所定の範囲内であるかどうかを検出する。所定の範囲外であることが検出されると異常信号を生成し、異常信号送信回路に入力する。
次に、アナログ信号Ａの具体的例について述べる。
図２（ｂ）は本実施例のエンコーダ回路３０の一部の回路を示す回路図である。
図において３１はフォトダイオード２３で検出された信号を増幅するオペアンプ、３２はこの増幅された信号を矩形波に変換するコンパレータである。オペアンプ３１の出力は波形電圧信号として異常検出回路４１に入力される。また、３３はＬＥＤの電流を検出する抵抗で、抵抗３３の両端の電圧はＬＥＤ電流信号として、異常検出回路４１に入力される。
エンコーダの状態を示すアナログ信号Ａの具体的な例として、下記のａ）、ｂ）、ｃ）が挙げられる。
ａ）エンコーダ回路３０の電源電圧を示す電源電圧信号。
ｂ）角度検出部２０からエンコーダ回路３０に入力された被検出体（図示せず）の変位に応じた信号波形の電圧を示す波形電圧信号。
本実施例では角度検出部から送出された近似正弦波状の信号波形の最大値と最小値を検出した。
ｃ）ＬＥＤ２３の電流を示すＬＥＤ電流信号。
図２（ｂ）は本実施例のエンコーダ回路３０の一部の回路を示す回路図である。
図において３１はフォトダイオード２３で検出された信号を増幅するオペアンプ、３２はこの増幅された信号を矩形波に変換するコンパレータである。オペアンプ３１の出力は波形電圧信号として異常検出回路４１に入力される。また、３３はＬＥＤの電流を検出する抵抗で、抵抗３３の両端の電圧はＬＥＤ電流信号として、異常検出回路４１に入力される。
エンコーダの状態を示すアナログ信号Ａの具体的な例として、下記のａ）、ｂ）、ｃ）が挙げられる。
ａ）エンコーダ回路３０の電源電圧を示す電源電圧信号。
ｂ）角度検出部２０からエンコーダ回路３０に入力された被検出体（図示せず）の変位に応じた信号波形の電圧を示す波形電圧信号。
本実施例では角度検出部から送出された近似正弦波状の信号波形の最大値と最小値を検出した。
ｃ）ＬＥＤ２３の電流を示すＬＥＤ電流信号。
このように本実施例では、エンコーダ回路へ電源を供給する配線ケーブルの断線により、電源電圧信号に異常が発生しても、素子不良により波形電圧信号あるいはＬＥＤ電流信号に異常が発生しても、異常検出装置の基板と配線が別なので、確実にエンコーダ回路の異常を検出して異常信号検出装置から異常信号を送出するので、信頼性が向上する。
また、アナログ信号を検出しているので、異常検出レベルを状況に合わせて設定でき、検出レベルに余裕を持たせることによって、本エンコーダを適用したシステムが誤動作を起こす前に、安全にシステムを停止することができる。
なお、本発明では、エンコーダ回路３０の基板と異常検出装置４０の基板は別基板として説明したが、構成部品を簡素化するため、同一基板上に独立して回路を構成しても同じ効果がある。
また、本実施例ではエンコーダ回路においてフォトダイオードの出力を増幅し、コンパレータで矩形波にする回路の例を示したが、フォトダイオードの出力を増幅したアナログ信号を出力する回路であっても良い。
また、アナログ信号を検出しているので、異常検出レベルを状況に合わせて設定でき、検出レベルに余裕を持たせることによって、本エンコーダを適用したシステムが誤動作を起こす前に、安全にシステムを停止することができる。
なお、本発明では、エンコーダ回路３０の基板と異常検出装置４０の基板は別基板として説明したが、構成部品を簡素化するため、同一基板上に独立して回路を構成しても同じ効果がある。
また、本実施例ではエンコーダ回路においてフォトダイオードの出力を増幅し、コンパレータで矩形波にする回路の例を示したが、フォトダイオードの出力を増幅したアナログ信号を出力する回路であっても良い。
図３は、本発明の第２実施例を示すブロック図である。
図において、５１は逆流防止用ダイオード、５２は大容量コンデンサである。また、８３は異常信号出力部４３の配線からなる配線ケーブルで異常検出装置４０への電源の配線を持たない。
本実施例が実施例１と異なる点は、実施例１ではエンコーダ回路３０への電源と異常検出装置４０への電源は、別々の電源を用いていたが、本実施例では、エンコーダ回路３０の電源と異常検出装置４０の電源とを共通化し、逆流防止用ダイオード５１と大容量コンデンサ５２によってエンコーダ回路３０の電源から異常検出装置４０に電源を供給している点である。
図において、５１は逆流防止用ダイオード、５２は大容量コンデンサである。また、８３は異常信号出力部４３の配線からなる配線ケーブルで異常検出装置４０への電源の配線を持たない。
本実施例が実施例１と異なる点は、実施例１ではエンコーダ回路３０への電源と異常検出装置４０への電源は、別々の電源を用いていたが、本実施例では、エンコーダ回路３０の電源と異常検出装置４０の電源とを共通化し、逆流防止用ダイオード５１と大容量コンデンサ５２によってエンコーダ回路３０の電源から異常検出装置４０に電源を供給している点である。
次に、本実施例の動作について説明する。
エンコーダ回路３０の電源配線が断線などにより、供給不能になった場合、異常検出装置４０は、大容量コンデンサ５２の容量によってしばらくの間、電源が供給される。この電源が供給される間に異常検出装置４０は、エンコーダ回路３０の電源異常を検出し、異常信号を送出する。
本実施例では、エンコーダ回路の電源と異常検出装置の電源とを共通化しているので、電源からの配線数が減少し、断線の機会が少なくなるという効果がある。さらに、１つの電源で済むので構成が簡単になるという効果もある。
エンコーダ回路３０の電源配線が断線などにより、供給不能になった場合、異常検出装置４０は、大容量コンデンサ５２の容量によってしばらくの間、電源が供給される。この電源が供給される間に異常検出装置４０は、エンコーダ回路３０の電源異常を検出し、異常信号を送出する。
本実施例では、エンコーダ回路の電源と異常検出装置の電源とを共通化しているので、電源からの配線数が減少し、断線の機会が少なくなるという効果がある。さらに、１つの電源で済むので構成が簡単になるという効果もある。
図４は、本発明の第３実施例を示すブロック図である。
図において６０は、環境異常検出素子である。
本実施例が第１実施例と異なる点は、異常検出装置付きエンコーダ１０が、環境異常検出素子６０を備えている点である。
本実施例では、環境異常検出素子６０として、エンコーダの温度を検出する温度検出素子６１と、エンコーダの振動を検出する振動検出素子６２を設けた。温度検出素子６１としてはサーミスタを用い、振動検出素子６２としては加速度センサを用いた。
図において６０は、環境異常検出素子である。
本実施例が第１実施例と異なる点は、異常検出装置付きエンコーダ１０が、環境異常検出素子６０を備えている点である。
本実施例では、環境異常検出素子６０として、エンコーダの温度を検出する温度検出素子６１と、エンコーダの振動を検出する振動検出素子６２を設けた。温度検出素子６１としてはサーミスタを用い、振動検出素子６２としては加速度センサを用いた。
次に、本実施例の動作について説明する。
温度検出素子６１によってエンコーダ１０の温度が検出され、温度に対応したアナログ信号が異常検出回路４１に送られる。また、同様に、振動検出素子６２によって、エンコーダ１０の振動が検出され、振動に対応したアナログ信号が異常検出回路４１に送られる。エンコーダ１０の温度や振動が所定の範囲を超えると異常信号を生成する。これらの異常信号は異常信号送信回路４２から送出される。
温度検出素子６１によってエンコーダ１０の温度が検出され、温度に対応したアナログ信号が異常検出回路４１に送られる。また、同様に、振動検出素子６２によって、エンコーダ１０の振動が検出され、振動に対応したアナログ信号が異常検出回路４１に送られる。エンコーダ１０の温度や振動が所定の範囲を超えると異常信号を生成する。これらの異常信号は異常信号送信回路４２から送出される。
このように本実施例では、異常検出装置付きエンコーダが振動検出素子を備えているので、エンコーダの温度上昇や振動等の環境異常による電気部品や機械部品の不具合発生および回路動作不良を未然に防止することが出来、エンコーダの信頼性をさらに向上させる事が出来る。
図５は、本発明の第４実施例を示すブロック図である。
図において、７１は正常信号発生回路である。
本実施例が第１実施例と異なる点は、異常検出装置４０が、電源投入してから一定時間後に、異常検出装置付きエンコーダ１０が正常に動作している事を知らせる正常信号発生回路７１を備えている点である。
図において、７１は正常信号発生回路である。
本実施例が第１実施例と異なる点は、異常検出装置４０が、電源投入してから一定時間後に、異常検出装置付きエンコーダ１０が正常に動作している事を知らせる正常信号発生回路７１を備えている点である。
次に本実施例の動作について説明する。
図６は本実施例の動作を示すタイムチャートである。
図において、７１１は異常検出装置４０の電源電圧、７１２は正常信号発生回路の出力信号である。
異常検出装置４０に電源が投入されると、正常信号発生回路７１は異常検出装置４０が正常に動作していることを検出し、電源の立ち上がりから正常信号発生回路７１で設定したＴ秒後にハイレベルとなる信号を送出する。電源投入後、直ちにハイレベルにすると、異常検出装置４０が故障してハイレベルの信号を送出している可能性があるため、Ｔ秒と言う一定時間後に異常検出装置４０から正常に動作している事を示す信号を送出する機能を持たせることで検出の信頼性を高めた。
このように本実施例では、異常検出装置が正常信号発生回路を備え、電源投入時に異常検出装置が正常に動作しているかどうかを検出しているので、異常検出装置の信頼性が向上し、エンコーダの信頼性をさらに向上させる事が出来る。
図６は本実施例の動作を示すタイムチャートである。
図において、７１１は異常検出装置４０の電源電圧、７１２は正常信号発生回路の出力信号である。
異常検出装置４０に電源が投入されると、正常信号発生回路７１は異常検出装置４０が正常に動作していることを検出し、電源の立ち上がりから正常信号発生回路７１で設定したＴ秒後にハイレベルとなる信号を送出する。電源投入後、直ちにハイレベルにすると、異常検出装置４０が故障してハイレベルの信号を送出している可能性があるため、Ｔ秒と言う一定時間後に異常検出装置４０から正常に動作している事を示す信号を送出する機能を持たせることで検出の信頼性を高めた。
このように本実施例では、異常検出装置が正常信号発生回路を備え、電源投入時に異常検出装置が正常に動作しているかどうかを検出しているので、異常検出装置の信頼性が向上し、エンコーダの信頼性をさらに向上させる事が出来る。
図７は、本発明の第５実施例を示すブロック図である。
図において、７２は図示しない制御装置と双方向で異常検出装置４０の動作を調べるための双方向異常信号発生回路である。
本実施例が第４実施例と異なる点は、第４実施例では、異常検出装置４０が、正常信号発生回路７１を備えていたが、本実施例では双方向異常信号発生回路７２を備え、双方向通信で異常検出装置４０の動作をチェックしている点である。
図において、７２は図示しない制御装置と双方向で異常検出装置４０の動作を調べるための双方向異常信号発生回路である。
本実施例が第４実施例と異なる点は、第４実施例では、異常検出装置４０が、正常信号発生回路７１を備えていたが、本実施例では双方向異常信号発生回路７２を備え、双方向通信で異常検出装置４０の動作をチェックしている点である。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電源で供給されるものである。
また、請求項２に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置と、前記エンコーダ回路の電源及び出力信号部に接続される第１の配線ケーブルと、前記異常検出装置の電源及び異常信号出力部に接続される第２の配線ケーブルとを備えたエンコーダにおいて、前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電源で供給され、かつ、前記第１の配線ケーブルと、前記第２の配線ケーブルは、それぞれ別ケーブルを使用するものである。
また、請求項３に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記異常検出装置の電源は、前記エンコーダ回路の電源から、この電源に接続された逆流防止ダイオードとこの逆流防止ダイオードを通して得られた電荷を蓄積する大容量コンデンサから構成される回路にて供給されることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記エンコーダ回路の電源電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部で検出された波形電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部のＬＥＤに流れる電流に対応したＬＥＤ電流信号であることを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記異常検出装置は、前記異常検出装置付きエンコーダの環境状態を検出する環境異常検出素子を備えたものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、温度検出素子とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、振動検出素子とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、前記異常検出装置は、電源投入してから一定時間後に正常動作している事を知らせる信号を送出する機能を具備するものである。
また、請求項１１に記載の発明は、前記異常検出装置は、異常検出信号のやり取りを双方向通信で行なう機能を具備する具備するものである。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダを備えたモータと、前記異常検出装置付きエンコーダに接続された制御装置と、前記制御装置からの制御信号によって前記モータを駆動するモータ駆動装置と、を備えた制御システムにおいて、前記制御装置は前記異常検出装置付きエンコーダからの異常信号を検出し、異常状態に応じて前記モータを制御することを特徴とするものである。
請求項１に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電源で供給されるものである。
また、請求項２に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置と、前記エンコーダ回路の電源及び出力信号部に接続される第１の配線ケーブルと、前記異常検出装置の電源及び異常信号出力部に接続される第２の配線ケーブルとを備えたエンコーダにおいて、前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電源で供給され、かつ、前記第１の配線ケーブルと、前記第２の配線ケーブルは、それぞれ別ケーブルを使用するものである。
また、請求項３に記載の発明は、被検出体の回転角度または直線位置等の変位を検出するエンコーダであって、前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置とを備えたエンコーダにおいて、前記異常検出装置の電源は、前記エンコーダ回路の電源から、この電源に接続された逆流防止ダイオードとこの逆流防止ダイオードを通して得られた電荷を蓄積する大容量コンデンサから構成される回路にて供給されることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記エンコーダ回路の電源電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部で検出された波形電圧信号であることを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部のＬＥＤに流れる電流に対応したＬＥＤ電流信号であることを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記異常検出装置は、前記異常検出装置付きエンコーダの環境状態を検出する環境異常検出素子を備えたものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、温度検出素子とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、前記環境異常検出素子を、振動検出素子とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、前記異常検出装置は、電源投入してから一定時間後に正常動作している事を知らせる信号を送出する機能を具備するものである。
また、請求項１１に記載の発明は、前記異常検出装置は、異常検出信号のやり取りを双方向通信で行なう機能を具備する具備するものである。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダを備えたモータと、前記異常検出装置付きエンコーダに接続された制御装置と、前記制御装置からの制御信号によって前記モータを駆動するモータ駆動装置と、を備えた制御システムにおいて、前記制御装置は前記異常検出装置付きエンコーダからの異常信号を検出し、異常状態に応じて前記モータを制御することを特徴とするものである。
このように本実施例では、異常検出装置が双方向異常信号発生回路を備え、常に異常検出装置自身の動作をチェックしているので、エンコーダの信頼性をさらに向上させる事が出来る。
図９は、本発明の第６実施例を示すブロック図である。
図において、９０は制御装置、１００はモータ駆動装置、１１０は図示しない工作機械等の産業機械に取り付けられ、本発明の異常検出装置付きエンコーダ１０を装備したモータである。制御装置９０は受け側異常信号検出回路部９１と、受け側制御回路９２とを備えている。
図において、９０は制御装置、１００はモータ駆動装置、１１０は図示しない工作機械等の産業機械に取り付けられ、本発明の異常検出装置付きエンコーダ１０を装備したモータである。制御装置９０は受け側異常信号検出回路部９１と、受け側制御回路９２とを備えている。
次に、本実施例の動作について説明する。
異常検出装置付きエンコーダ１０から受け側異常信号検出回路部９１に異常信号９３が送信されると、受け側制御回路９２において、モータ１１０を速やかに停止させるあるいは非常停止する等、どのように対応すべきかを判定し、異常信号出力９４をモータ駆動装置１００に送信する。
異常検出装置付きエンコーダ１０から受け側異常信号検出回路部９１に異常信号９３が送信されると、受け側制御回路９２において、モータ１１０を速やかに停止させるあるいは非常停止する等、どのように対応すべきかを判定し、異常信号出力９４をモータ駆動装置１００に送信する。
このように本実施例では、制御装置の受け側制御回路によって生成された異常信号出力によって、制御装置が、どの様に対応すべきか判定し、その結果を異常信号出力として送出し、モータを速やかに停止させるの等の処理を行うので、安全で、高信頼性の制御システムを構成することができる。
半導体製造装置、ロボット、ＮＣ工作機械など多くの産業機械に使用するモータの回転位置又は直線変位を検出するエンコーダに適用できる。
なお、各実施例として、回転型光学式エンコーダについて述べたが、回転型、直線型のいずれか一方に限定されず、また、光学式、磁気式のいずれか一方に限定されないことは言うまでもない。
なお、各実施例として、回転型光学式エンコーダについて述べたが、回転型、直線型のいずれか一方に限定されず、また、光学式、磁気式のいずれか一方に限定されないことは言うまでもない。
Claims (12)
- 被検出体の回転角度または直線位置の変位を検出するエンコーダであって、
前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、
前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、
前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置と、
を備え、
前記エンコーダ回路の電源と前記異常検出装置の電源は、それぞれ独立した別電源で供給される、異常検出装置付きエンコーダ。 - 前記エンコーダ回路の電源及び出力信号部に接続される第１の配線ケーブルと、
前記異常検出装置の電源及び異常信号出力部に接続される第２の配線ケーブルと、
を更に備え、
前記第１の配線ケーブルと前記第２の配線ケーブルとは、それぞれ別ケーブルを使用する、請求項１に記載の異常検出装置付きエンコーダ。 - 被検出体の回転角度または直線位置の変位を検出するエンコーダであって、
前記被検出体の変位に応じた信号を検出する検出部と、
前記検出部からの信号を処理し変位に応じた信号を出力するエンコーダ回路と、
前記エンコーダの異常状態を検出する異常検出装置と、
を備え、
前記異常検出装置の電源は、前記エンコーダ回路の電源から、この電源に接続された逆流防止ダイオードとこの逆流防止ダイオードを通して得られた電荷を蓄積する大容量コンデンサを有する回路にて供給される、異常検出装置付きエンコーダ。 - 前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記エンコーダ回路の電源電圧信号である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
- 前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部で検出された波形電圧信号である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
- 前記エンコーダの異常状態を検出する信号は、前記角度検出部のＬＥＤに流れる電流に対応したＬＥＤ電流信号である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
- 前記異常検出装置は、前記異常検出装置付きエンコーダの環境状態を検出する環境異常検出素子を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
- 前記環境異常検出素子は、温度検出素子である、請求項７に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
- 前記環境異常検出素子は、振動検出素子である、請求項７に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
- 前記異常検出装置は、電源投入してから一定時間後に正常動作している事を知らせる信号を送出する機能を具備する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
- 前記異常検出装置は、異常検出信号のやり取りを双方向通信で行なう機能を具備する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダ。
- 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の異常検出装置付きエンコーダを備えたモータと、
前記異常検出装置付きエンコーダに接続された制御装置と、
前記制御装置からの制御信号によって前記モータを駆動するモータ駆動装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記異常検出装置付きエンコーダからの異常信号を検出し、異常状態に応じて前記モータを制御する、制御システム。
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