JPH0721505B2 - 角度誤差測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、減速機の角度誤差測定装置に係り、詳しく
は、各種ロボット等に用いられる減速機の角度誤差を精
密に測定する装置に関する。 （従来の技術） 一般に、モータ等の回転駆動力は各種減速機により所望
とする回転速度に減速されて用いられることが多い。減
速を行うときの媒体としては流体や歯車、ベルト等があ
り、機械的減速機として広く用いられているものとして
は高速主動軸に小直径の歯車、低速従動軸に大直径の歯
車を取付け歯のかみ合いにより回転速度を減少させるも
のがある。このように、モータ等の回転駆動力は減速機
で減速されて各種の工作機械に利用されていることか
ら、これら工作機械の工作精度を高めるためには減速機
の精度向上は勿論のこと、該減速機の精度（角度誤差）
を正確に測定する必要がある。特に、近時、ロボットの
位置決め等では極めて高い精度が要求されるようになっ
てきており、角度誤差をより正確かつ容易に検出できる
装置の出現が待たれている。 従来この種の角度誤差測定装置としては、例えばゲージ
を用いることにより手作業で測定する場合が一般的であ
り、この場合には入力角度に対する出力角度が理論通り
に出力されているか（例えば、減速比ｉ＝1/100の減速
機の角度誤差を測定しようとするとき、100゜の入力に
対し出力が１゜になっているか）をゲージを用いて測定
して角度誤差を検出している。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の角度誤差測定装置にあ
っては、ゲージ等を用いて手作業で角度誤差を測定して
いたため、次のような問題点があった。 （１）ゲージ等により測定しているため、測定の精度に
限界があり、ロボット等精密な工作機械に用いられる減
速機の角度誤差を測定する場合には十分な精度（高分解
能）とは言い難い。 （II）手作業により行っているため、作業の効率化が図
られず、測定の際の調整の点でも手間がかかり、高コス
ト化を招いていた。また、減速機のタイプあるいは減速
比に変化があるとこのような手間がさらに増大する。 （III）同様の理由で、測定の自動化が図れないため、
系全体の自動化の達成が困難である。 このように、従来例のものでは、測定精度の向上や測定
の容易性、自動化の点で問題点があった。 （発明の目的） そこで本発明は、減速比に対応する第１のカウント値を
所定パルス毎に入力側の回転速度に同期して減少させる
第１のカウンタと第２のカウント値を所定パルス毎に出
力側の回転速度に同期して減少させる第２のカウンタと
を設け、該第１のカウンタのカウント値が所定値となっ
たときの該第２のカウンタのカウント値を前記角度誤差
を示すものとして検出することにより、角度誤差を正確
に自動測定して、各種減速機の角度誤差測定を容易に行
うことのできる低コストな角度誤差測定装置を提供する
ことを目的としている。 （問題点を解決するための手段） 本発明による角度誤差測定装置は上記目的達成のため、
入力側の回転速度を所定の減速比で減速して出力側に伝
達する減速機に入力される入力側の回転速度と、該減速
機から出力される出力側の回転速度との間の角度誤差を
測定する角度誤差測定装置において、前記入力側の回転
速度を所定パルスとして取り出す第１の回転速度検出手
段と、前記出力側の回転速度を所定パルスとして取り出
す第２の回転速度検出手段と、前記減速比に対応する第
１のカウント値を有し、前記入力側の回転速度に同期し
て該第１のカウント値を所定パルス毎に減少させる第１
のカウンタと、該第１のカウント値とは異なる第２のカ
ウント値を有し、前記出力側の回転速度に同期して該第
２のカウント値を所定パルス毎に減少させる第２のカウ
ンタと、該第１のカウンタのカウント値が所定値となっ
たときの該第２のカウンタのカウント値を前記角度誤差
を示すものとして検出する誤差検出手段と、を備えてい
る。 （作用） 本発明では、減速比に対応する第１のカウント値を有
し、所定パルス毎に入力側の回転速度に同期して減少さ
せる第１のカウンタと、第１のカウント値とは異なる第
２のカウント値を有し、所定パルス毎に出力側の回転速
度に同期して減少させる第２のカウンタとが設けられ、
該第１のカウンタのカウント値が所定値となったときの
該第２のカウンタのカウント値に基づいて角度誤差が検
出される。したがって、角度誤差が正確に自動測定され
る。 （実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。 第１〜８図は本発明の一実施例であり、本実施例は本発
明をACサーボモータを減速する減速機に適用した例であ
る。 まず、構成を説明する。第１図において、１は減速比ｉ
の減速機、２は角度誤差測定装置である。減速機１は入
力軸３を介してACサーボモータ４に連結されており、AC
サーボモータ４はACサーボモータ駆動アンプ５の出力に
より回転し減速機１を駆動する。ACサーボモータ４には
ACサーボモータ４の回転角度θinを検出するために光学
式のインプットエンコーダ６が装着されており、インプ
ットエンコーダ６はACサーボモータ４の回転速度を所定
のパルスに変換して、その出力パルス数Pinを後述する
インターフェイスアイソレータ７を介して位相判別回路
８に出力するとともに、ACサーボモータ駆動アンプ５に
出力する。したがって、ACサーボモータ駆動アンプ５に
はインプットエンコーダ６からの出力パルス数Pinがフ
ィードバックされることになり、ACサーボモータ４の回
転速度は所定の一定値になるようにフィードバック制御
される。なお、本実施例では減速機１を駆動するモータ
としてACサーボモータを用いた例を示しているが、勿論
これには限定されず、例えばDCサーボモータやインダク
ションモータ等を用いてもよいことは言うまでもない。
また、減速機１の出力側は出力軸９および継手10を介し
て光学式のアウトプットエンコーダ（例えば、NICON US
R）11に連結されており、出力軸９は減速機１で減速し
た回転速度を光学的にピックアップして所定のパルスに
変換し、分割器（例えば、NICON UC101）12により分割
して、その出力パルス数Poutをインターフェイスアイソ
レータ13を介して位相判別回路14に出力する。上記イン
プットエンコーダ６、アウトプットエンコーダ11および
分割器12はパルス検出回路（第１の回転速度検出手段、
第２の回転速度検出手段）15を構成している。インター
フェイスアイソレータ７、13はインプットエンコーダ６
およびアウトプットエンコーダ11で検出されたパルス信
号に、高電圧、高ノイズ等が重畳したときあるいはエン
コーダに異常が生じたとき等に角度誤差測定装置の内部
回路を電気的に保護するためのアイソレータであり、例
えばパルス・トランスやフォトカプラが用いられる。 回転角を検出する光学式エンコーダ６、11は第２図に示
すように、互いに90゜の位相を持つＡ相、Ｂ相のパルス
波形を出力し、ACサーボモータ４あるいは出力軸９の回
転方向が右回転（CW回転）の場合を第３図に、左回転
（CCW回転）の場合を第４図にそれぞれ示すと、回転方
向はＡ相、Ｂ相どちらのパルスの立ち上がりエッジが先
に来るかで判別することができる。したがって、第５図
に示すようにＡ相およびＢ相のパルスの立ち上がりエッ
ジに合わせてパルス信号を取り出し、かつこのパルス信
号のパルス数をカウントするようにすれば回転角度を算
出することができる。しかし、この第５図に示す検出方
法では、次のような場合に不具合が生じることになる。
すなわち、ACサーボモータ４あるいは出力軸９等が何ら
かの理由で第６図の破線で示す間を往復回転や右左回転
をした場合にも第７図に示すような出力波形が得られる
ことになる。したがって、この場合は、例えば振動等で
右左回転しただけであっても、パルスが出力されること
になり、ある回転をしたとみなされる。そこで、本実施
例では以上のような不具合を回避するため、Ａ相、Ｂ相
の立ち上がり・立ち下がりの全変化を判別して回転角度
を算出するようにしている。その結果、Ａ相、Ｂ相をそ
れぞれ４逓倍することになる。なお、インプットエンコ
ーダ６からは上記のＡ相、Ｂ相のパルス波形出力の他
に、インプットエンコーダ６が１回転したことを示すた
めに、インプットエンコーダ６が１回転する毎にＺ相と
呼ぶパルスを出力する。このＺ相パルスはインプットエ
ンコーダ６に新たなスリットを形成するようにして発生
させてもよいが、Ａ相、Ｂ相のパルス幅とは異なるパル
ス幅をもつものを１箇所形成しておき、そのパルス幅の
差異を検出してＺ相を判別するようにしてもよい。 再び、第１図に戻って位相判別回路８、14はアイソレー
タ７、13を介して入力されたＡ相、Ｂ相のパルス信号か
ら回転方向を判別し、第５図に示したようなパルス信号
を取り出すための回路であり、上記インターフェイスア
イソレータ７、位相判別回路８およびインターフェイス
アイソレータ13は全体としてエンコーダ出力信号処理回
路（第１の回転速度検出手段、第２の回転速度検出手
段）16を構成している。位相判別回路８で取り出された
入力側のパルス信号はPinカウンタ21に入力されてお
り、Pinカウンタ21は減速機１の減速比ｉに等しいカウ
ント値を持つダウンカウンタにより構成されている。し
たがって、Pinカウンタ21はACサーボモータ４の回転に
同期して位相判別回路８からパルス信号が入力すると、
第８図（ａ）に示すようにカウント値ｉから１カウント
づつダウンカウントしていくことになり、Pinカウンタ2
1のカウント値が

〔０〕になると、再びデータにｉがロ
ードされることになる。なお、減速機１の減速比ｉは12
0程度のものが多い。一方、位相判別回路14で取り出さ
れた出力側のパルス信号はPoutカウンタA22とPoutカウ
ンタB23とにそれぞれ入力されており、PoutカウンタA22
およびPoutカウンタB23は同一のカウント値（本実施例
では、162）を有するダウンカウンタである。すなわ
ち、PoutカウンタA22およびPoutカウンタＢに用いるカ
ウント値162は入力側に取り付けたインプットエンコー
ダ６、１パルスに対する出力側のアウトドットエンコー
ダ11のパルスに相当し、インプットエンコーダ６の１
〔arcsec〕当りの出力パルス数を8000p/rev（本実施例
では、測定精度を上げるため前述したように90゜位相の
ずれたＡ相、Ｂ相のパルス信号を用いており、このよう
に２相のパルス信号を検出するようにすると、例えばそ
の数が2000p/revとすれば2000p/revを４逓倍にした8000
p/revを得ることができ、分解能を４倍に高めることが
できる）とし、アウトプットエンコーダ11の出力パルス
数を1296000p/rev（同様に、324000p/revを４逓倍した
もの）とすれば、入力側の１パルスに対する出力側のパ
ルスは1296000/8000＝162となる。 PoutカウンタA22およびPoutカウンタB23は減速機１の出
力に同期して位相判別回路14からパルス信号が入力する
と第８図（ｂ）、（ｃ）に示すようにカウント値162か
ら１カウントづつダウンカウントしていき、例えばPout
カウンタA22のカウント値が

〔０〕になると、Poutカウ
ントB23にカウント値162がロードされ、PoutカウンタB2
3がダウンカウントを開始する。このとき、Poutカウン
タA22はPoutカウンタB23のカウント値が

〔０〕になるま
でカウントを続け、PoutカウンタB23のカウント値が

〔０〕になると、再びPoutカウンタA22にカウント値162
がロードされる。このように出力側のPoutカウンタは２
個使用されて並行してPoutをカウントしている。ここ
で、Pinカウンタ21、PuotカウンタA22、PoutカウンタB2
3には後述するシステムコントロールユニット52から制
御信号としてスタート信号およびリセット信号が入力さ
れており、このスタート信号あるいはリセット信号によ
り各カウンタはカウントを開始する。上記Pinカウンタ2
1、PoutカウンタA22およびPoutカウンタB23は回転角算
出部24を構成している。 PoutカウンタA22およびPoutカウンタB23からのカウント
値はデータセレクタ31に入力されており、データセレク
タ31にはPinカウンタ21からのカウント信号が遅延回路3
2を介してセレクト信号として入力されている。データ
セレクタ31はPinカウンタ21のカウント値ｉが

〔０〕に
なる毎にPoutカウンタA22、PoutカウンタB23から交互に
データを読み取る。このときのPoutカウンタA22あるい
はPoutカウンタB23のカウント値が第８図（ｂ）、
（ｃ）に示す角度伝達誤差θerである。θerは累積誤差
であるため、本実施例ではPoutカウンタを２個使用し、
並行してPoutカウントを行う。これにより、適当なカウ
ント値のところでPoutカウンタA22、PoutカウンタB23の
カウント値がロードし直されることになるため、カウン
ト数の比較的小さい汎用のカウンタを使用することが可
能になり、コスト低減を図ることができる。遅延回路32
はPinカウンタ21のカウント値が

〔０〕になったとき、P
outカウンタA22あるいはPoutカウンタB23のカウント値
θerがデータセレクタ31に確実に読み取られるようにデ
ータの読み取り終了までに所定のディレイを設けるもの
である。データセレクタ31で演算されたθer値はラッチ
33に入力され、Pinカウンタ21からのカウント信号をラ
ッチ・イネーブル信号としてθer値をラッチする。上記
データセレクタ31、遅延回路32およびラッチ33はθer演
算回路34を構成する。 ラッチ33のθer値はディジタル表示器41およびD/A変換
器42に入力されており、ディジタル表示器41は、例えば
数字表示素子により構成され、θer値をディジタル表示
し、また、D/A変換器42はθer値をアナログ信号θerに
変換して高速フーリエ変換（FFT）回路43に出力する。
高速フーリエ変換回路43はアナログ信号として入力され
たθerの波形をサンプリンググロック発生回路44からの
所定クロックパルス毎に高速フーリエ変換して周波数分
析を行い、その結果をプロッタ45に出力する。上記、デ
ィジタル表示器41、D/A変換器42、高速フーリエ変換回
路43、サンプリングクロック発生回路44およびプロッタ
45はθer値出力部46を構成する。 一方、Pinカウンタ21で検出されたＺ相パルスはモータ
回転回数判定回路51に入力されており、Ｚ相パルスをカ
ウントすることによりモータ回転回数を検出することが
できる。ここで、予め所定パルス数をセットしおけば適
当な回転で角度誤差を検出し終えることができる。角度
誤差の検出が終了するとシステムコントロールユニット
52にリセット信号を検出する。システムコントロールユ
ニット52はモータ回転回数判定回路51からのリセット信
号を受けて角度誤差測定装置の制御を行うとともに、AC
サーボモータ４を駆動するための制御指令をACサーボモ
ータ駆動アンプ５に出力する。 次に、作用を説明する。 まず、ACサーボモータ４の回転速度をインプットエンコ
ーダ６により、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相の所定パルスPinに変
換し、このＡ相およびＢ相のパルスに基づいて位相判別
回路８でACサーボモータ４の回転角度に相当するパルス
信号を取り出す。また、Pinカウンタ21には、第８図
（ａ）に示すように初期状態で減速機１の減速比ｉに等
しいカウント値をデータとしてロードしておき、このカ
ウンタ値ｉから位相判別回路８で取り出されたパルス信
号毎にダウンカウントさせていく。 一方、減速機１の出力側の回転速度はアウトプットエン
コーダ11によりＡ相、Ｂ相、の所定パルスPoutに変換
し、入力側の場合と同様にして位相判別回路14で減速機
１の出力側の回転速度に相当するパルス信号を取り出
す。さらに、初期状態でPoutカウンタA22のカウント値
にデータとして162をロードしておき、このカウント値1
62から位相判別回路14で取り出されたパルス信号毎にダ
ウンカウントさせていき、カウント値が

〔０〕になる
と、第８図（ｃ）に示すようにPoutカウンタB23のカウ
ント値にデータとして162をロードさせる（Poutカウン
タA22はPoutカウンタB23のカウント値か

〔０〕になるま
でダウンカウントを続ける）。そして、このカウント値
162から位相判別回路14で取り出されたパルス信号毎に
ダウンカウントさせて、PoutカウンタB23のカウント値
が

〔０〕になると、再びPoutカウンタA22にデータ162を
ロードさせる。以上のような動作を繰り返す。 そして、前記Pinカウンタ21のカウント値が

〔０〕にな
ると、データセレクタ31でPoutカウンタA22あるいはPou
tカウンタB23のデータを読み取る。このデータが角度伝
達誤差θerとなる。すなわち、減速機１に角度伝達誤差
θerが無いものとすれば減速機１の入力側の回転速度に
同期してPinカウンタ21からダウンカウントさせていけ
ば、カウント値が変速比ｉ分を計数したところで、出力
側の回転速度に同期してダウンカウントしているPoutカ
ウンタA22、PoutカウンタB23のカウント値も

〔０〕にな
るはずであり、

〔０〕にならなければその差がθerとな
る。したがって、θerの測定を自動化することが可能に
なることに加え、測定精度を飛躍的に向上させることが
でき、作業の効率化を向上させることができる。特に、
ロボット等精密な工作機械に用いられる減速機の角度誤
差を測定する場合に、本発明の角度誤差測定装置を適用
して好適である。 （効果） 本発明によれば、減速比に対応する第１のカウント値を
所定パルス毎に入力側の回転速度に同期して減少させる
第１のカウンタと第２のカウント値を所定パルス毎に出
力側の回転速度に同期して減少させる第２のカウンタと
を設け、該第１のカウンタのカウント値が所定値となっ
たときの該第２のカウンタのカウント値を前記角度誤差
を示すものとして検出しているので、角度誤差を正確に
自動測定することができ、各種減速機の角度誤差測定を
容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は本発明に係る角度誤差測定装置の一実施例
を示す図であり、第１図はその全体構成図、第２図はそ
のエンコーダの出力波形を示す波形図、第３図はその回
転方向が右回転の場合のエンコーダの出力波形を示す波
形図、第４図はその回転方向が左回転の場合のエンコー
ダの出力波形を示す波形図、第５図はそのエンコーダの
出力波形を示す波形図、第６図はその往復回転の場合の
パルス波形を示す波形図、第７図はその往復回転の場合
のエンコーダの出力波形を示す波形図、第８図はそのPi
nカウンタ、PoutカウンタＡ、PoutカウンタＢのカウン
ト値を示す図である。 １……減速機、 ２……角度誤差測定装置、 21……Pinカウンタ（第１のカウンタ）、 22……PoutカウンタＡ（第２のカウンタ）、 23……PoutカウンタＢ（第２のカウンタ）、 15……パルス検出回路（第１の回転速度検出手段、第２
の回転速度検出手段）、 16……エンコーダ出力信号処理（第１の回転速度検出手
段、第２の回転速度検出手段）、 34……θer演算回路（誤差検出手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力側の回転速度を所定の減速比で減速し
   て出力側に伝達する減速機に入力される入力側の回転速
   度と、該減速機から出力される出力側の回転速度との間
   の角度誤差を測定する角度誤差測定装置において、前記
   入力側の回転速度を所定パルスとして取り出す第１の回
   転速度検出手段と、前記出力側の回転速度を所定パルス
   として取り出す第２の回転速度検出手段と、前記減速比
   に対応する第１のカウント値を有し、前記入力側の回転
   速度に同期して該第１のカウント値を所定パルス毎に減
   少させる第１のカウンタと、該第１のカウント値とは異
   なる第２のカウント値を有し、前記出力側の回転速度に
   同期して該第２のカウント値を所定パルス毎に減少させ
   る第２のカウンタと、該第１のカウンタのカウント値が
   所定値となったときの該第２のカウンタのカウント値を
   前記角度誤差を示すものとして検出する誤差検出手段
   と、を備えたことを特徴とする角度誤差測定装置。