JPH0560571A - エンコーダの異常検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーボモータとエンコーダとを組み合わせて
使用する場合に、エンコーダの異常を検出する簡便な方
法を提供すること。 【構成】 エンコーダがサーボモータの出力回転角度を
短周期で検出するＡ，Ｂ相パルスを発生させ、極位置レ
ベル信号の周期よりも短い所定の異常検出周期毎にパル
スを計数し、計数したパルス数をパルス計数値Ｔとして
記憶し、異常検出周期毎にサーボモータの極位置レベル
を記憶し、記憶している極位置レベルに変化があった場
合であって、かつ極位置レベルの変化周期の間に理論的
に計算される理論パルス計数値をＫとしたときに、パル
ス計数値が２＊Ｋ／３より小さい値であるか、若しく
は、３＊Ｋ／２より大きい値であるときに、エンコーダ
が異常であることを検出し、エンコーダ異常信号を出力
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンコーダの異常を検
出する方法に関し、更に詳細には、サーボモータの制御
用の相レベル信号を利用して２相エンコーダの信号異常
を検出するエンコーダの異常検出方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、サーボモータの回転軸には、
モータの回転角や回転速度を検出するためのエンコーダ
やレゾルバ等が取り付けられ、その検出出力に基づいて
モータの回転速度等の制御が行われている。

【０００３】一方、サーボモータの回転力を受けなが
ら、正確な回転角や回転速度を必要とする軸には別のエ
ンコーダが取り付けられ、エンコーダの出力をモータに
フィードバックして所定の回転速度や停止位置等が得ら
れるように速度制御や位置制御が行われている。このよ
うな制御を行っているとき、エンコーダ自体に異常が発
生した場合、モータが暴走する危険やモータの動作が不
安定となる恐れがあった。そのため、従来よりエンコー
ダ信号の異常検出方法がいろいろと考えられている。

【０００４】図１０に、従来のエンコーダ信号異常検出
回路の一例を示す。この回路は、Ａ相エンコーダレベル
信号を差動ドライバ１１で差動信号Ａ及び非Ａとし、そ
れらを別々の回線を使って伝送した後、再び差動レシー
バ１２で受信している。異常判定は差動信号Ａ及び非Ａ
をＥＸＯＲ素子１３に入力し、ＥＸＯＲ素子１３からの
出力を見ている。正常ならば出力はないはずであり、も
し出力が出ればエラー信号としている。しかしながら、
この検出方法では、断線等の伝送線の異常や伝送線に乗
ってくるノイズを検出できるにすぎず、エンコーダ自体
の異常は検出することができなかった。

【０００５】そこで、エンコーダ自体の異常を検出する
方法としては、絶対位置を示すＵ，Ｖ，Ｗ相のレベル信
号と方向および速度を示すＡ，Ｂ相のレベル信号を有す
るエンコーダの異常を検出する方法が、特開昭６３−２
８４４１５号公報に記載されている。ここでは、Ｕ，
Ｖ，Ｗ相のレベル信号が同時に同一レベルになったこと
によってＵ，Ｖ，Ｗ相の信号異常を判断するロジック回
路と、Ａ，Ｂ相のレベル信号の立ち上がり立ち下がりか
ら得られたＵＰ，ＤＮパルスがそれぞれ複数パルス連続
することを検出するヒステリシス回路と、ヒステリシス
回路の出力がＵ，Ｖ，Ｗ相の一相の間に発生しないこと
によってＡ，Ｂ相の信号異常を合成するロジック回路と
を用いて、エンコーダの異常を検出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、上述したように、Ａ相と反転Ａ相の２種類の
信号を伝送させなければならないため、伝送路の数が増
加してしまうという欠点があった。また、伝送路以外で
パルス性ノイズが混入したり、エンコーダ信号そのもの
が欠落したような場合に対処できないという問題点があ
った。また、エンコーダ自体の異常を検出する特開昭６
３−２８４４１５号公報に記載の公知技術にあっては、
エンコーダの内部にＡ，Ｂ相を発生させる２相信号発生
器の他に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相を発生させる３相発生器を必要
としていた。このため、余分な回転板等を必要とし、コ
ストアップとなっていた。これはモータとしてサーボモ
ータを使用する場合でも同様であった。また、上記公知
技術では、ロジック回路を使用しているため、Ｕ，Ｖ，
Ｗ相とＡ，Ｂ相との関係において、複雑かつ繊細な異常
検出を実施することが困難であった。

【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、サーボモータとエンコーダとを
組み合わせて使用する場合に、エンコーダの異常を検出
する簡便な方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のエンコーダの異常検出方法は、極位置を検
出し、複数の極位置レベル信号を出力する極検出器を有
するサーボモータの出力回転角度を検出するエンコーダ
の異常を検出する方法であって、エンコーダがサーボモ
ータの出力回転角度を短周期で検出するＡ，Ｂ相パルス
を発生させ、極位置レベル信号の周期よりも短い所定の
異常検出周期毎にパルスを計数し、計数したパルス数を
パルス計数値として記憶し、異常検出周期毎に極位置レ
ベルを記憶し、記憶している極位置レベルに変化があっ
た場合であって、かつ極位置レベル信号の変化周期の間
に理論的に計算される理論パルス計数値をＫとしたとき
に、パルス計数値が２＊Ｋ／３より小さい値であるか、
若しくは、３＊Ｋ／２より大きい値であるときに、エン
コーダが異常であることを検出し、エンコーダ異常信号
を出力する。

【０００９】

【作用】上記の手段よりなる本発明のエンコーダの異常
検出方法において、サーボモータの極検出器は、モータ
の極位置を検出し、複数の極位置レベル信号を出力す
る。エンコータ゛は、サーボモータの出力回転角度を検
出するものであって、サーボモータの出力回転角度を短
周期で検出して出力パルスを出力する。計数装置は、極
位置レベル信号の周期よりも短い所定の異常検出周期毎
にパルスを計数する。制御装置は、計数したパルス数を
パルス計数値として記憶し、また、異常検出周期毎に極
位置レベルを記憶する。制御装置は、記憶している極位
置レベルに変化があった場合であって、かつ別に記憶し
ている極位置レベル信号の変化周期の間に理論的に計算
される理論パルス計数値をＫとしたときに、パルス計数
値が２＊Ｋ／３より小さい値であるか、若しくは、
３＊Ｋ／２より大きい値であるときに、エンコーダが異
常であることを検出し、エンコーダ異常信号を出力す
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例であるエ
ンコーダの異常検出方法を図面を参照して説明する。図
１に、本発明の一実施例であるエンコーダの異常検出方
法に使用される機器の構成をブロック図で示す。２相エ
ンコーダ５は、Ａ相レベル信号を発生させるＡチャネル
及びＢ相レベル信号を発生させるＢチャネルのスリット
及びスリットを読みとる光電素子より構成されている。
Ａ相、Ｂ相レベル信号は、９０度位相差のあるパルス信
号である。この位相差を利用して２相エンコーダ３の回
転方向が検出される。その詳細については後述する。２
相エンコーダ３からＡ相及びＢ相のレベル信号のパルス
をカウントした値を出力するカウンタ値信号線がｃｐｕ
６に接続している。

【００１１】ＡＣサーボモータ１の極検出器２のＵ相レ
ベル信号、Ｖ相レベル信号、Ｗ相レベル信号の各々の信
号線が状態入力ポート４に接続している。ここで、Ｕ，
Ｖ，Ｗ相は、交流モータの通常の３相巻線の極位置を検
出している出力であり、図２に示すような波形となって
いる。状態入力ポート４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相レベル信号を
ｃｐｕ６が読みとるためのポートである。エンコーダ５
とｃｐｕ６とが接続されている。ｃｐｕ６には、一定周
期タイマ７，ＲＯＭ８，ＲＡＭ９が接続されている。ｃ
ｐｕ６は、一定周期タイマ７で発生するパルスに同期し
て、２相エンコーダ５で発生しているパルスの数を計数
し、接続されているＲＡＭ９に計数したパルス数を記憶
する。Ｒ０Ｍ８は、以下に説明するエンコーダの異常検
出方法のプログラム等を記憶している。

【００１２】次に、上記構成を有するエンコーダの異常
検出装置の作用について説明する。図２に信号発生のタ
イミングチャートを示す。また、図３に異常検出に関す
る制御のフローチャートを示す。ＡＣサーボモータ１
が、２相エンコーダ３のカウンタ値が増加する方向に回
転している場合を考える。

【００１３】はじめに、２相エンコーダ３のカウンタ値
の計数方法について説明する。

【表１】 表１にまとめたように、Ａ相信号が「Ｈｉｇｈ」でかつ
Ｂ相信号が「立ち上がり」のとき、またはＡ相信号が
「立ち下がり」でかつＢ相信号が「Ｈｉｇｈ」のとき、
またはＡ相信号が「Ｌｏｗ」でかつＢ相信号が「立ち下
がり」のとき、またはＡ相信号が「立ち上がり」でかつ
Ｂ相信号が「Ｌｏｗ」のときは、カウンタ値が１プラス
される。Ａ相信号が「Ｌｏｗ」でかつＢ相信号が「立ち
上がり」のとき、またはＡ相信号が「立ち上がり」でか
つＢ相信号が「Ｈｉｇｈ」のとき、またはＡ相信号が
「Ｈｉｇｈ」でかつＢ相信号が「立ち下がり」のとき、
またはＡ相信号が「立ち下がり」でかつＢ相信号が「Ｌ
ｏｗ」のときは、カウンタ値が１マイナスされる。

【００１４】このように計算すると、２相エンコーダ３
が図５に示すＡ，Ｂ相信号を出すように回転している場
合、カウンタ値は回転角度に比例して増加していく。２
相エンコーダ３が逆に回転した場合、Ａ，Ｂ相信号は図
６に示すようになり、カウンタ値は回転角度に比例して
減少していく。

【００１５】次に、ＡＣサーボモータ１が回転した場合
のＵ，Ｖ，Ｗ相信号の変化とカウンタ値との関係を説明
する。ＡＣサーボモータ１が回転すると、Ｕ，Ｖ，Ｗ相
レベル信号は図２に示すように変化する。Ｕ，Ｖ，Ｗ相
レベル信号のレベルの組合せは、図中、ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆで示す６つの状態である。Ｕ，Ｖ，Ｗ信号レ
ベルは、この組合せを繰り返している。その間、ｃｐｕ
６は、一定周期タイマ７からの信号により、Ｕ，Ｖ，Ｗ
相の信号レベルの検査とカウンタ値の読み込みとを周期
的に実行している。一定周期タイマ７からの信号が発生
した時刻をｔ１〜ｔ６とする。ここで、ｔ２−ｔ１は一
定周期Ｔ２であり、Ｔ１と比べて十分に小さい値であ
る。

【００１６】一方、Ｕ相信号レベルは、サーボモータの
極位置を表わすものであり、サーボモータの構造により
決定されるものである。そして、エンコーダ自体も、円
盤の周囲に穿設されたＡチャネル、Ｂチャネルを読みと
るものであり、エンコーダの構造により決定されるもの
である。従って、一定周期Ｔ１間におけるカウンタ値の
変化量は、本来、常に一定の値となるはずである。そし
て、その値は、２相エンコーダ３の１回転当りのエンコ
ーダパルス数と、Ｕ相レベル信号の１回転当りの周波数
等からあらかじめ求めることができる。そのようにして
求めた値を理論値をＫとする。

【００１７】次に異常検出の方法を図３のフローチャー
トを用いて説明する。時刻ｔ５において、ｃｐｕ６は次
の処理を行う。まず、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の信号レベルを読み
とる（Ｓ１）。そして、その信号レベルを前回ｔ４のと
きに読みとった信号レベルと比較する（Ｓ２）。ここで
は信号レベルは変化していないので、エンコーダの異常
検出は行わず、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の信号レベルを記憶する
（Ｓ８）。

【００１８】時刻ｔ６において、ｃｐｕ６はまずＵ，
Ｖ，Ｗ相の信号レベルを読みとる（Ｓ１）。そして、前
回時刻ｔ５における信号レベルと比較する（Ｓ２）。今
回は、信号レベルが変化しているので、ｃｐｕ６はモー
タが回転したことを認識する。ｔ６ではＶ相の信号レベ
ルが変化しているので、Ｖ相を今回変化した相として記
憶する（Ｓ３）。

【００１９】次に２相カウンタ３のカウンタ値を読みと
り、前回読みとった時刻ｔ４のときのカウンタ値との差
をＴとする（Ｓ４）。このＴの値が２＊Ｋ／３よりも小
さいか、または３＊Ｋ／２よりも大きい場合であって、
今回変化した相が前回変化した相と異なるときに、エン
コーダの異常を判定し（Ｓ６）、異常信号を出力する
（Ｓ１０）。相の変化を異常判断に追加している理由に
ついては後述する。時刻ｔ６の場合は、時刻ｔ４で変化
したＷ相と異なるＶ相が変化しているので、Ｔの値が２
＊Ｋ／３よりも小さいか、または３＊Ｋ／２よりも大き
い場合は、エンコーダの異常が検出される。

【００２０】次に、Ｔ１の間に発生する理論的カウンタ
値Ｋと実際に計数したカウンタ値Ｔとの関係を説明す
る。異常検出周期Ｔ２は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の変化周期Ｔ１
よりも十分短くなくてはならず、少なくとも、Ｔ２＜Ｔ
１／２である必要がある。まず、 ｎ＊Ｔ２＜Ｔ１＜（ｎ＋１）＊Ｔ２ （ｎ＞２またはｎ＝２） 式１ のときを考える。式１は、 Ｔ１／（ｎ＋１）＜Ｔ２＜Ｔ１／ｎ （ｎ＞２またはｎ＝２） 式２ とも変形できる。図１１にＴ１，Ｔ２等の関係を示す。
Ｔ１はＵ，Ｖ，Ｗ相の変化周期であり、Ｔ２は異常検出
周期すなわち一定周期タイマ７より出力される信号の周
期であり、Ｔ５はＵ，Ｖ，Ｗ相の信号レベル変化の認識
間隔である。

【００２１】ｍはＴ１の間に、一定周期タイマ７の出力
に応じて図３のフローチャートで示す検査を行う回数で
ある。ｍは、Ｔ２＜Ｔ３＋Ｔ４＜２＊Ｔ２のときｍ＝ｎ
−１となり、Ｔ３＋Ｔ４＜Ｔ２のときｍ＝ｎとなる。ｍ
＝ｎ−１のとき、Ｔ５＝ｎＴ２となり、これを式２に代
入して、 ｎ＊Ｔ１／（ｎ＋１）＜ｎＴ２＜ｎ＊Ｔ１／ｎ ｎ＊Ｔ１／（ｎ＋１）＜Ｔ５＜Ｔ１ 式３ ｍ＝ｎのとき、Ｔ５＝（ｎ＋１）Ｔ２となり、これを式
２に代入して、 （ｎ＋１）＊Ｔ１／（ｎ＋１）＜（ｎ＋１）＊Ｔ２＜（ｎ＋１）＊Ｔ１／ｎ Ｔ１＜Ｔ５＜（ｎ＋１）＊Ｔ１／ｎ 式４ 式３および式４より、Ｔ５の取りうる値は、 ｎ＊Ｔ１／（ｎ＋１）＜Ｔ５＜（ｎ＋１）＊Ｔ１／ｎ ここで、ｎ＞２またはｎ＝２

【００２２】ｎ＊Ｔ１／（ｎ＋１）の最小値、（ｎ＋
１）＊Ｔ１／ｎの最大値は、各々ｎが２のときであり、
Ｔ５はＴ１中に何回割り込むとしても、 ２＊Ｔ／３＜Ｔ５＜３＊Ｔ１／２ 式５ となる。一定速度ならば、Ｔ５の間のカウンタ値の変化
は、Ｔ１中のカウンタ値の理論的変化量をＫとすると、 ２＊Ｋ／３＜（Ｔ５中の変化量）＜３＊Ｋ／２ となる。これがモータが最高速度の場合であり、速度が
低い場合は、Ｔ１中の割り込みの回数が増えるので、Ｔ
１＝Ｔ５に近づいていき、式５から外れることはない。
よって、２相エンコーダ３が正常ならば、 ２＊Ｋ／３＜Ｔ＜３＊Ｋ／２ となる。絶対値で考えれば、モータの回転が正逆どちら
でもよい。

【００２３】次に２相エンコーダ３に異常が発生してい
る場合について説明する。例えば、Ａ相信号、Ｂ相信号
のうちの一方か、または両方ともがあるレベルで固定し
てしまった場合を考える。その場合、図７，８，９に各
々示すようにカウンタ値は０，１，−１のいずれかの値
をとる。従って、２＊Ｋ／３＞Ｔとなり、異常と判断さ
れる。従って、断線等でエンコーダが動かない場合でも
本発明の方法によれば異常を検出することができる。

【００２４】モータが反転した場合、図４に示すような
出力となる。この場合、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で
Ｕ，Ｖ，Ｗ相が変化しているが、モータが反転している
だけなので、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で、カウンタ値
の変化Ｔが、２＊Ｋ／３＞Ｔとなっている可能性があ
る。この場合の誤判定を防止するために、前回変化した
レベル信号の相と今回変化したレベル信号の相が同じ場
合は、カウンタ値の変化Ｔが、２＊Ｋ／３＞Ｔとなって
いても、正常であると判断している（Ｓ６）。

【００２５】本実施例ではＡＣサーボモータについて説
明したが、本発明は、モータ軸の回転位置を検出する手
段を有するモータ、例えば、可変リアクタンスモータに
も適用できる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のエンコーダの異常検出方法によれば、サーボモー
タの極検出器の相レベル信号を利用しかつカウンタ値の
変化を理論値と比較して異常を判断しているので、エン
コーダ自体の異常を検出できモータの暴走等を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例を実施するために
用いる装置の構成を示すブロック図である。

【図２】各種信号のタイミングを示すタイミングチャー
トである。

【図３】本発明を具体化した一実施例である異常検出方
法の手順を示すフローチャートである。

【図４】サーボモータが途中で反転した場合の各種信号
のタイミングを示すタイミングチャートである。

【図５】サーボモータが正回転しているときのカウンタ
を示す信号図である。

【図６】サーボモータが逆回転しているときのカウンタ
を示す信号図である。

【図７】Ａ，Ｂ相信号が共に断線したときの状態を示す
信号図である。

【図８】Ｂ相信号が断線したときの状態を示す信号図で
ある。

【図９】Ａ相信号が断線したときの状態を示す信号図で
ある。

【図１０】従来の異常検出装置の構成を示すブロック図
である。

【図１１】異常検出の周期の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ サーボモータ ２ 極検出器 ４ 状態入力ポート ５ ２相エンコーダ ６ ｃｐｕ ７ 一定周期タイマ ８ ＲＯＭ ９ ＲＡＭ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極位置を検出し、複数の極位置レベル信
   号を出力する極検出器を有するサーボモータの出力回転
   角度を検出するエンコーダの異常を検出する方法におい
   て、 前記エンコーダがサーボモータの出力回転角度を短周期
   で検出するＡ，Ｂ相パルスを発生させ、前記極位置レベ
   ル信号の周期よりも短い所定の異常検出周期毎に前記パ
   ルスを計数し、計数したパルス数をパルス計数値として
   記憶し、 前記異常検出周期毎に前記極位置レベルを記憶し、 前記記憶している極位置レベルに変化があった場合であ
   って、かつ前記極位置レベル信号の変化周期の間に理論
   的に計算される理論パルス計数値をＫとしたときに、前
   記パルス計数値が２＊Ｋ／３より小さい値であるか、若
   しくは、３＊Ｋ／２より大きい値であるときに、 前記エンコーダが異常であることを検出し、 エンコーダ異常信号を出力することを特徴とするエンコ
   ーダの異常検出方法。