JPS61104220A

JPS61104220A - 物体移動検出器の故障検出回路

Info

Publication number: JPS61104220A
Application number: JP22518984A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Akita; 正秋田; Kazuo Asakawa; 浅川　和雄; Nobuhiko Onda; 信彦恩田; Toru Kamata; 徹鎌田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1984-10-26
Filing date: 1984-10-26
Publication date: 1986-05-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、物体の移動に伴って物体の移動量に比例した
互いに位相の異なる２つの信号を出力する物体移動検出
器に係り、特にロータリエンコーダ、リニアエンコーダ
等を用いて回転量あるいは移動量を測定する場合におい
て、エンコーダが故障し正しい回転量あるいは移動量が
測定できなくなったことを検知する物体移動検出器の故
障検出回路に関する。

ロボットをはじめとして、ＤＣサーボモータを用いたサ
ーボ機構においては、例えばそのサーボモータの回転量
を、インクリメンタル型のロークリエンコーダを用いて
測定し、これをフィードハックして目標値の位置又は速
度と比較する閉ループ制御が広く行われている。このよ
うなロークリエンコーダの出力を用いて位置帰還制御又
は速度帰還制御を行う場合、もし、このロータリエンコ
−ダが故障して、サーボモータの回転量が測定できなく
なったときには帰還信号がなくなるため、サーボモータ
は、次の瞬間から暴走してしまうことになる。

この事情は、サーボモータの回転を直線移動に変換して
、直線移動を制御するサーボ機構において、その直線偏
移をリニアエンコーダを用いて測定し、これをフィード
バックして目標の位置又は速度と比較する閉ループ制御
においても同様である。

したがって、ロータリエンコーダやリニアエンコーダに
おいては、エンコーダに故障が生じた場合には、直ちに
故障を検出して、サーボモータが暴走することを阻止す
る対策を講じることが常に要求される。

〔従来の技術〕

サーボモータの暴走を検知する方法として、従来、最大
移動範囲を越えていることを検知するリミットスイッチ
を設ける、あるいは指令した位置とエンコーダで測定し
た位置との偏差の絶対値が異常に大きくなったことを検
知する方法等が行なわれている。これらの方法では、た
とえば前者の場合、暴走を初めてからそれを検知するま
でにかなり走っており、その機械自身の破壊は防止でき
たとしても、たとえばロボットのように人に危害を加え
たり、作業の対象物を壊すおそれのある場合には十分と
はいえない。また、後者の場合には暴走した時に走る量
は小さくできるが、これはエンコーダの故障以外の原因
による暴走の場合にだけ有効であって、エンコーダが故
障している時はサーボモーターがいくら回転しても上記
位置偏差の絶対値はゼロのままであり検知不能であると
いう不都合があった。

また、エンコーダからの出力信号の振幅あるいは位相の
ずれを検出することにより故障を判定する方法も考えら
れるが、夫々別の検出回路を設けねばならず、回路構成
を複雑にするという欠点がある。　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　ｄこのような問題点を
解決するため本件特許出願人は、先に特願昭５８−１４
３５０２号「物体移動検出器の故障検出回路」を出願し
た。これは、第４図に示す如く、９０度の位相差をもっ
た２相疑似正弦波信号Ｓ＋（＝Ｖｓｉｎωｔ）及びＳ２
　　（−Ｖｃｏｓωｔ）を発生するエンコーダ１０を使
用し、この出力を偏移量測定回路２０および故障検出回
路３０に伝達し、偏移状態および故障検出を行うもので
ある。

第４図において、１０はエンコーダであって９０度の位
相差をもった２相疑憤正弦波信号５１＝Ｖ　５ｉｎａ＋
　ｔＳＳ２　＝Ｖ　ｃｏｓａ＋　ｔを発生する。点線で
囲まれた２０は偏移量測定回路で、ロータリエンコーダ
の場合は回転方向を、リニアエンコーダの場合は移動方
向を判別して図示しない次段のアンプ・ダウンカウンタ
へ計数用パルスを供給する。

同じく点線で囲まれた３０は故障検出回路で、第１の乗
算器３１、第２の乗算器３２、点線で囲まれた信号発生
器３３及び故障判別器３４からなる。

以上の構成のうち、エンコーダ１０及び偏移量測定回路
１１は公知のものと同じであるので、まず両者の構成及
び動作について簡単に説明する。

９０度の位相差をもった２相疑似正弦波信号５１（＝Ｖ
　ｓｉｎωｔ）及びＳ２　　（＝Ｖ　ｃｏｓωｔ）を発
生するエンコーダｌＯは、ロータリエンコーダの場合も
リニアエンコーダの場合もその原理は同じであるので、
以下ロータリエンコーダの場合を例にとって説明する。

９０度の位相差をもった２相疑似正弦波信号を発生する
ロータリエンコーダはインクリメンタル型ロータリエン
コーダと呼ばれている。インクリメンタル型ロータリエ
ンコーダは、第５図（ａｌ、山）に示すように、シャフ
ト１１を軸に回転する透明なガラス状のコード板１２、
固定したマスク板１３、発光素子１４及び第１及び第２
の受光素子１５．１６を有している（発光素子も２コ持
っことが多い）。コード板１２は、円周上に第６図（ａ
）に拡大して示すように、表面に等間隔の蒸着パターン
により形成されるスリットＳ　＋　、Ｓ　２−５　Ｉｒ
、５１２−・からなるスリットコードＳＣを有しており
、マスク板１３は、コード板１２のスリットに対応した
位置に１〜数個のスリットからなる第１及び第２のマス
クコードＭＣＩ及びＭＣ２を有している（第６図（ａ）
において、コード板１２は実際はマスク板１３が両者の
各スリットが対応するように上下に重なるが、説明の便
のため両者を引き離して図示している。）。第１のマス
クコードＭＣＩが、図示のように対応するコード板１２
上のスリットコードＳＣのスリットＳｌ、３２と一致し
たとき、第２のマスクコードＭＣ２は、図示のように・
スリットＳｌｌ、ＳＩ２を丁度その幅の〃だけ右に偏移
した位置にあるように選定される。

この結果、コード板１２が回転すると、第１及び第２の
マスクコードＭＣ＋　、ＭＣ２及びスリットコードＳＣ
を通過する発光素子１４の光量はコード板１２の角速度
とスリット数の積に比例した出力を発生する。第１のマ
スクコードＭＣＩからの光を受光する第１の受光素子１
５の出力する波形は、第６図中）に示すように、三角波
Ｔ＋を形成し、この三角波Ｔ＋に対し、マスクコードＭ
Ｃ２からの光を受光する第２の受光素子１６の出力する
三角波Ｔ２は９０度の位相差を有する。この各三角波Ｔ
Ｉ及びＴ２を図示しないフィルタを通して各基本波だけ
を取り出すと第６図（ｅ）に示すように、９０°の位相
差をもった２相疑似正弦波信号Ｓｓ　（−Ｖ　ｓｉｎω
ｔ）　、Ｓｌ　（−Ｖ　ｃｏｓωｔ）が得られる。

尚、角速度ωはＤＣから約１００ＫＨｚ・２πまで変化
するのでフィルタは不可能である。

疑似正弦波信号となるのは光の回折や漏れによるものと
思われ三角波形のピークが丸くつぶれた形になる。

実際の出力は、三角波形と正弦波形の中間の歪んだ波形
になる。

偏移量測定回路２０は、第１及び第２のコンパレータ２
１．２２、位相弁別器２３及び零ボルトの基準電圧源Ｓ
Ｖｏからなっている。第１及び第２のコンパレータ２１
，２２は、入力Ｓｌ、Ｓ２と零ボルトの基準電圧源ＳＶ
ｏを比較し、入力Ｓ　　　　　。

１、Ｓｌと同じ位相関係をもった矩形波Ｒ１，Ｒ２を出
力する０位相弁別器２３は、矩形波Ｒ１、Ｒ２の位相を
比較し、Ｒ１に対しＲ２（すなわちＳｌに対しＳｌ）が
９０度遅れているとき（例えば図示しないサーボモータ
が右回転のとき）はＵ端子にアップカウント用のパルス
を発生し、９０度進んでいるとき（左回転）はＤ端子に
ダウンカウント用のパルスを発生し、次の段の図示しな
いアップ・ダウン・カウンタに供給する。

次に故障検出回路３０について説明すると、第１の乗算
器３１はエンコーダ１ｏの一方の出力５１＝Ｖｓｉｎω
ｔを２乗してＶ２ｓｉｎ２ωｔを出力する。第２の乗算
器３２はエンコーダの他方の出力５２−ｖｃｏｓωｔを
２乗してＶ２Ｃ０５２６）ｔを出力する。

信号発生器３３は、加算器３５と平方根回路３６を有し
ているが、このうち平方根回路３６を用いないこともで
きる。加算器３５は第１及び第２の乗算器３１．３２の
出力を加算する。エンコーダｌＯからの出力Ｓ＋、Ｓｌ
が、第３図に示すように、正常な動作時の出力、すなわ
ち振幅がＶで等しく９０度の位相差をもった２相疑似正
弦波信号Ｓ　ｌ＝Ｖ　ｓｉｎωｔＳＳｚ　＝Ｖ　ｃｏｓ
ａ＋　ｔを出力しているときは加算器３５の出力はｖ２
で一定となる。平方根回路３６はこの加算器３５の出力
ｖ２の平方根を求め、出力信号ＴＳ　（＝Ｖ）を出力す
る。出力信号ＴＳとしてはＶの代りにｖ２を使用するこ
とができるが、その場合は、平方根回路３６は不要とな
る。

故障判別器３４は、第１及び第２の比較器３７．３８及
びオア回路３９を有している。第１の比較器３７には、
第７図中）に示すように、Ｓｌ、Ｓｌの正規の振幅Ｖに
対し所定レベル低い値の第１の基準電圧源ＳＶｓが供給
されており、出力信号ＴＳのレベルがこのＳＶｓより低
いときに出力を発生する。第２の比較器３８には、第７
図中）に示すように、■に対し所定レベル高い値の第２
の基準電圧源ＳＶ２が供給されており、出力信号ＴＳの
レベルがこのＳＶ２より低くなるときに出力を発生する
。オア回路３９は第１及び第２の比較器３７．３８の少
くとも一方から出力が供給されたとき故障信号ＦＳを出
力する。第１及び第２の基準電圧＃ＳＶＩ、ＳＶ２は出
力信号ＴＳが信号Ｓｌ、Ｓ２の振幅■である場合とＶ２
である場合に応じて異なった値に設定されるが、その設
定の仕方は、次のエンコーダ１０の故障状態又は異状状
態における故障検出回路３０の動作説明の中で合せて説
明する。

エンコーダ１０は次のような諸原因により、出力が停止
したり、異状出力を発生し、正常なサーボ動作が行われ
ないようになる。

■　コード板１２とマスク板１３の間のギャップに変動
が生じたとき。

コード板１２とマスク板１３間（第５図（ａ）参照）の
ギャップはパターン数によって異なるが約１００μｍ±
２０μｍ程度である。このギャップが例えばシャフト１
１の軸方向のずれにより変動すると、２相信号Ｓ＋、３
２間の位相差はほとんど変化せず９０度であるが、信号
の振幅とオフセント量が大きく変化する。例えばギャッ
プが狭（なるとＳｌ、Ｓ２の振幅が大となり、広くなる
と振幅が小となり、かつ、Ｓｌとｓ２・の振幅の変化程
度も異なってくる。出力Ｓ＋、Ｓ２のオフセント量及び
振幅比が変化すると、エンコーダ１ｏの出力３１，３２
のリサージュ波形は、第８図（ａ）、（ｂｌに示す如く
変化する。ここでＰａは正常な場合、ＰｌはＳ２に０．
５　Ｖのオフセットが生じたとき、Ｐ２はＳｌとＳ２に
０．５　Ｖのオフセントが生じたとき、Ｐ３はＳ２に０
．５ｖの振幅変化が生じたとき、Ｐ４はＳ２に２ｖの振
幅変化が生じたときのリサージュ波形を示す。ＰｌとＰ
２の場合は第１及び第２の比較器３７．３８がともに出
力を発生し、Ｐ３の場合は第１の比較器３７から、Ｐ４
の場合は第２の比較器３８からそれぞれ出力を発生する
が、いずれの場合もオア回路３９は故障信号ＦＳを出力
する。

■　シャフト１１とコード板１２の回転中心にずれが生
じたとき。

シャフト１１とコード板１２の偏心をΔ、コード板１２
のスリットまでの半径をＲとすると、コ　　　　　メー
ト板１２の一回転について角度誤差は±Δ／Ｒの振幅で
正弦波状に現われる。このとき、２相疑似正弦波信号Ｓ
ｔ、Ｓ２の光路は機械的位置がずれて取り付けられてい
るたど、両信号の位相差はコード板１２の一回転を周期
として９０度から変化する。ただし、両信号の振幅、オ
フセント量については殆んど変化し４いが、シャフト１
１の曲がりによってコード板１２の回転中心にずれが生
じたときは（シャフトの曲がりによりすきまも変化する
）振幅も変化することになる。

この場合の出力信号ＴＳは５ｔＳＳ２の位相差変動によ
り、■を中心に上、下に非対称に複雑に変化し、第１、
第２の基準電圧源ＳＶ＋　、ＳＶ２のレベルを越えて上
、下に変化するので故障の有無が容易に発見される。

２相疑似正弦波信号Ｓｔ、Ｓ２の位相差が９０度である
ことにより回転方向を正確に知ることができるが、両信
号の位相差が０度あるいは１８０度に近くなると回転方
向が判別できなくなり暴走する。

■　コード板１２とマスク＃１ｔ１３に相対位置ずれが
生じたとき。

マスク板１３の取り付けのゆるみやシャフト１１の軸受
の摩耗等によりコード板１，２とマスク板１３の各コー
ドパターンの中心が同心でなくなる状態が生じると、２
相疑似正弦波信号Ｓｔ、Ｓ２の位相差が９０度からずれ
てぐる。このときの位相ずれはコード板１２の回転周期
とは関係なく一定量となる。しかしながら両信号の振幅
、オフセット量はあまり変化しない。第８図（Ｃ）は、
２相疑似正弦波信号Ｓ＋、Ｓ２に位相ずれが生じた場合
のりサージュ波形を示したもので、Ｐａは正常な場合、
Ｐ５はＳ２が３０°ずれたとき、Ｐ６はＳ２が６０°ず
れたとき、ＰｌはＳ２が９０°ずれたときのりサージュ
波形（ａ図）と、出力信号ＴＳ　（ｂ図）の各波形を示
す。ｐｓ、ｐｓ、Ｐｌのいずれの場合も第１及び第２の
比較器３７．３８は出力を発生するので、オア回路３９
は故障信号　　−ＦＳを出力する。

以上の原因の他にも、例えば第８図に示す如く、種々の
ケースが考えられるが、いずれの場合にも、２相疑似正
弦波信号Ｓｔ、Ｓ２の振幅変化、位相ずれとなって表わ
れるので、故障検出回路３０により、故障の有無を容易
に発見することができる。

また第１及び第２の基準電圧源ＳＶ＋、ＳＶ２の値は、
これら種々の原因で発生するエンコーダの異状状態の態
様とそのときの出力信号ＴＳの波形から統計的に選定さ
れる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで前記の故障検出回路３０では、ｑまたは、Ａ２
　＋８２の計算をサーボモータが高速で回転していると
きに実時間で行なわなければならないので、マイクロコ
ンピュータのようにディジタル演算器で前記の計算を行
うときには実現不可能な程の高速のものを必要とする。

もし実時間でこの計算が可能な、高速のディジタル乗算
器は非常に高価であり、このようなものを使用するとき
はきわめて高価なものとなる。またアナログの演算器（
アナログ乗算器、平方根演算器）を用いたときは、装置
が大形化し、しかも価格的にも高いものになる。

そのうえ、アナログ乗算器や平方根演算器にはオフセン
ト変動があるため、可変抵抗器により個々の部品のオフ
セット調整が必要となる。そのため調整工数が増大する
のみならず、オフセットの温度変化、オフセット量の経
年変化等のためオフセットレベルが変動し、例えばその
比較レベルが不安定となり、故障検出回路３０への信頼
度自身にも問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の如き問題点を解決した、より小形で低価格でかつ
高信頼度のものを提供するため、本発明の物体移動検出
器の故障検出回路では、物体の移動に伴って物体の移動
量に応じた互いに位相の異なる２つの正弦波状信号を出
力する物体移動検出器の故障検出回路において、前記正
弦波信号をディジタル量に変換するアナログ−ディジタ
ル変換器を設け、前記２相の正弦波状信号をそれぞれデ
ィジタル量に変換した情報に対して故障検知情報を一意
に結びつける対応表が記録された記憶手段を設けたこと
を特徴とする。　　　　　　　　　　　　　　′〔作用
〕これにより、ディジタル的に処理を行うことができるの
で、演算速度を速（して実時間制御を容易に行うことが
できるのみならず、ディジタル回路で処理できるためオ
フセットレベル等の変動もなく、正確な制御を行うこと
ができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第２図にもとづき説明す
る。

第１図は本発明の一実施例構成図、第２図（ａｌはその
ＲＯＭ　（Ｒｅａｄ　０ｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）構成図
、同（ｂｌはモータの回転につれてＲＯＭのアドレスが
選択されていくときの軌跡である。

図中、ｌはモータであってその移動状態が制御、監視さ
れるサーボモータ、２はエンコーダであって第３図のエ
ンコーダ１０に対応するもの、３は第１アナログ−ディ
ジタル変換器−（以下第１Ａ／Ｄ変換器という）、４は
第２Ａ／Ｄ変換器、５はＲＯＭ、６は位相弁別器であっ
て第３図の位相弁別器２３に対応するもの、７はラッチ
であってエンコーダ故障のときにエンコーダ故障検知信
号ＦＳがセットされるもの、８はアンプ・ダウン・カウ
ンタである。

本発明ではまずエンコーダ２の２相出力をそれぞれＡ／
Ｄ変換してディジタル量とし、次にこれらの信号をＲＯ
Ｍ５のアドレス入力に導くことにより、このＲＯＭ５に
書かれた対応表に基づいてエンコーダの故障判定を行う
ようにしたものである。

エンコーダ２は、例えばインクリメンタル形のロータリ
エンコーダであり、モータ１の回転軸に結合され、この
モータ軸の回転角を検出するセンサを構成する。このロ
ータリ式のエンコーダ２の出力信号は、モータ軸の１回
転について数１００〜数１０００サイクルの正弦波状信
号を互いに９０°の位相差をもつ２相信号Ａ、Ｂとして
出力ししている。これらの信号Ａ、Ｂは次式で表わすこ
とができる。

Ｂ＝Ｖｓｉｎａ＋ｔここでωはモータの回転速度に比例しており、符号上は
正回転のとき＋、逆回転のとき−である。

次にこれらの信号Ａ、Ｂを第１Ａ／Ｄ変換器３および第
２Ａ／Ｄ変換器４により−Ｖ〜＋Ｖを含む範囲のディジ
タル量Ａ’、Ｂ’に変換する。いまこれらを６ビツトの
アナログ−ディジタル変換器とすると、−Ｖ〜＋Ｖを完
全に含むアナログ量の範囲に対して（００００００）２
〜（１１１１１１）２の６段階のディジタル量に対応さ
せ石ことができる。そしてこれらの６ビツトのＡ’、Ｂ
’のデータをまとめて１２ビツトのデータとし、ＲＯＭ
５のアドレス選択入力に導く、この場合のＲＯＭ５は２
　−４０９６通りのアドレスに対して１ビツトの出力情
報であるエンコーダ故障検知信号ＦＳが対応している。

ＲＯＭ　５の詳細を、第２図（ａ）により更らに具体的
に説明する。ＲＯＭ５は故障検知信号対応図表が記入さ
れており、この対応図表の列はＡ′の値を（０００００
０）２から（１１１１１１）２まで６４分割しており、
また対応図表の行はＢ′の値をこれまた（００００００
）ｚから（１１１１１１）２まで６４分割している。こ
の図表の中に示す“Ｏ″と“１″の値はＲＯＭの出力で
ある１ビツトの故障検知情報ＦＳＯ値を示しており、原
点を中心とした２つの同心円で囲まれた内側はすべて“
０”が記入され、また２つの同心円の外側（第２図（ａ
）の斜線部分）はすべて“１”が記入されている。ここ
で“０”はエンコーダ２が正常な動作をしていることを
示し、“１″はエンコーダ２に異常が生じたことを示す
。なおこの第２図（ａ）の同心円は、第７図（ｂ）のＳ
Ｖ＋、ＳＶ２に対応しているものであるが、後述詳記す
るような手法で定められる。ところで、この対応図表は
マトリックスであり、１つのアドレスが占める領域が微
小な正方形であるのに対してエンコーダ故障検知情報の
値の境界は弧であるが、その境界にあるアドレスの故障
検知情報の値はどちらか面積の広い方にすれば対応表を
作ることができる。

かくしである瞬時においては、モータ１の回転　　　　
。

角に対応してＲＯＭ５の４０９６通りのアドレスの内の
ただ１つが選択され、これに対応した故障検知情報の値
が１つ選ばれることになる。したがってもしもこの故障
検知情報ＦＳが“１”であればこれがランチ７に保持さ
れてエンコーダ故障を知らせるアラーム信号が出力され
ることになる。

ここで先に示したように、信号Ａ、Ｂが、Ａ　：　Ｖ　
ｓｉｎ　（６）　ｔ　＋りＢ　　：　　Ｖ　　ｓｉｎω
　ｔの場合には、第２図（ｂｌの円形の軌跡上を正回転の場
合は左まわりに、逆回転の場合は右まわりにＲＯＭ５の
アドレスが選択されてゆく。エンコーダ２が正常に動作
しているときは、この円形の軌跡は、第２図中）の如く
、ＲＯＭ５内の対応表の値が“０”のところだけ通過す
るので、そのＲＯＭ５の出力ＦＳは０″の値のみを出力
する。

ところで、第１図における位相弁別器６とアップ・ダウ
ン・カウンタ８はモーターの回転量を計測する手段であ
り、公知のものであるので簡単に説明する。第１図の位
相弁別器６は第４図の位相弁別器２３に対応し、信号Ｐ
、Ｑは第４図のＲ１、Ｒ２に対応し、信号ｕｐ、ｄＮは
第４図のＵ、　Ｄに対応する。また第４図のコンパレー
タ２１．２２の機能は、第１図では第１Ａ／Ｄ変換器３
、第２Ａ／Ｄ変換器４およびＲＯＭ５で代行することが
できる。このため、第２図（ａｌの対応表と重なった別
の対応表により、Ａ≧０のときＰ＝“１” Ａ＜０のときＰ＝″０゛ＢａＯのときＱ＝′１″ Ｂ＜０のときＱ＝“０” と対応付けすればよい。モしてＡ又はＢの信号がＯｖを
横切るときに、位相弁別器６がその回転方向に応じてｕ
ｐパルス又はｄＮパルスを発生し、カウンタ８はこれを
計数することになる。

したがってエンコーダ２が正常に動作しているときは、
第２図中）の円形の軌跡がＡ＝０又はＢ＝０の線上を横
切るところ、すなわち同図で黒丸印のところで、軌跡が
左まわりのときｕｐパルスが発生し、右まわりのときｄ
Ｎパルスが発生して、モータｌの回転角を忠実に計測で
きることになる。

つまりエンコーダ２相正弦波状信号の１周期の間に、第
２図（ｂｌの円形の軌跡が４つの象限を１回ずつ通過し
ていなければアンプ・ダウン・カウンタ８はモータ１の
正しい回転角を示さな（なる。

ここで前記位相弁別器の構成を、第９図面の簡単な説明
する。この位相弁別器は第９図（ａｌに示す如く、４個
のフリップフロップＦＦｌ−ＦＦ４と２１固のインバー
タＩＮＩ、ＩＮ２と４個のアンド回路ａ１〜ａ４で構成
される矩形信号出力部と、同（ｂｌに示す如く４個のア
ンド回路ａ５〜ａ８とオア回路ＯＲＩにより構成される
ｕｐパルス出力部と、同（Ｃ１に示す如く４個のアンド
回路ａ９〜ａ１２とオア回路ＯＲ２により構成されるｄ
Ｎパルス出力部等により構成されている。第９図（ａｌ
に示す如く、信号Ｐ、Ｑが入力されたときインバータＩ
ＮＬ、ＩＮ２より出力される百、石及びアンド回路ａｌ
−８４より出力されるＰ、Ｑのそれぞれの立上り、立下
り信号を同（ｂ）、（Ｃ）に示すｕｐパルス出力部とｄ
Ｎパルス出力部の各アンド回路ａ５〜ａ８、ａ９〜ａ１
２に図示の状態で入力することにより、それぞれオア回
路ＯＲＩ、ＯＲ２よりｕｐパルスおよびｄＮパルスが得
られる。なお信号Ｐ、ＱとこれらのｕｐパルスとｄＮパ
ルスの関係は、第９図（ｄ）、（ｅ）に示す通りである
。

第３図の（ａｌ〜（ｆ）はいずれもアップ・ダウン・カ
ウンタ８が正しく計数できない場合に第２図上でＲＯＭ
アドレスが選択される軌跡を示している。

ここで、第３図（ａｌはマスク板取付けねじのゆるみと
オフセット変動のある場合を示し、同（ｂ）は軸受けの
スラスト方向のゆるみでコード板とマスク板のギャップ
が広がったときを示し、同（Ｃ１はマスク板又はコード
板の汚れやキズによるドロップアウトの存在するときを
示し、同（ｄ）はＢ相出力線の断線した場合を示し、同
（ｅ）はコネクタ抜けですべて断線又は十電源線の断線
の場合を示し、同（ｆ）は−電源線の断線の場合を示す
。これらの場合には、第２図より明らかな如く、エンコ
ーダ２の故障検知が可能であり、ＲＯＭ５よりエンコー
ダ故障検知信号ＦＳが１１”となるときが存在する。こ
のエンコーダ故障検知信号ＦＳが一瞬でも“１”と　　
　　　べなれば、第１図に示すラッチ７はその出力を１
”にして、以降リセット入力があるまで“１″を保持し
、エンコーダ故障を示すアラーム信号を出力する。

特にアップ・ダウン・カウンタ８の計測値をモータ１に
フィードバックする、いわゆるサーボ制御を行っている
ときは、この計測値に誤まりがあるとモータｌが暴走す
ることがあるので、このような場合にラッチ７の出力が
“ｌ”のときは直ちにサーボ制御を中断すべきである。

また、第３図（ｇ）はエンコーダのコード板を支える軸
受のラジアル方向のゆるみにより偏心状態を示す。Ａ、
Ｂをそれぞれ差動で検知しているときは、オフセットの
ずれは出にくくなり、このようなときの故障状態は検出
されにくいが、本発明はこのような場合でも検出するこ
とができる。

第３図（ｈｌは軸受けのスラスト方向のゆるみによりマ
スク板とコード板のギャップが広がった状態を示す。こ
のような場合も、Ａ、Ｂをそれぞれ差動で検知している
ときはオフセットのずれは出にくくなり故障検出がむづ
かしかったものが、このような場合でも検出することが
できる。

第３図（ｉ）は軸受けのスラスト方向のゆるみによりマ
スク板とコード板の間のギャップが狭くなった状態を示
す。なお、この軌跡は、第２図の大きな円の外側の＠１
′領域に存在するものである。

このような場合も、Ａ、Ｂをそれぞれ差動で検知してい
るときはオフセットのずれは出にくぐなり、故障検出が
むづかしかったものが検出可能となる。

前記第３図（ＩＥ）〜【υではエンコーダ２相出力の変
化の原因が、前記の如くエンコーダのコード板を支える
軸受けのゆるみであるとか、マスク板を取付けたネジの
ゆるみである場合には、そのゆるみが更に進んでスリッ
トパターンにキズを付ける前に運転を止めなければなら
ない場合がある。またモータの軸受のゆるみがエンコー
ダの回転軸を押している場合もあり、この時はモータの
ロータとステータの接触に至る前に止めることが心嚢で
ある。つまりゆるみがはじまるとその後は急速にゆるみ
が進行するので致命的な故障に至る前に運転を止めるこ
とが要求される場合も、エンコーダの敏感さを利用して
早期検出が可能である。　　。

このような理由から、第２図の対応表の“０”と１１”
との境界となる２つの同心円の半径の差を小さくして検
知感度を高くしたいが、正常なエンコーダでもある程度
は加工や組立精度から（るシャフトの曲がり等による固
有の位相差の変動、高速回転時の光検知器の周波数特性
による振幅の減少、信号のオフセントの周囲温度等によ
る変動などを許容しなければならない。したがって故障
検知感度である第２図の同心円の半径は両者の妥協点と
して定められることになる。

また第２図では２つの同心円を設定しているが、例えば
小さい方の同心円のみとし、円の内側を“１″、外側を
“Ｏ″としてもよい。

同心円の小さい方だけを使う場合は、第３図（１）のよ
うに、コード板とマスク板のギャップが狭くなったこと
による異常が検知できないので、同心円２つを使う場合
に比べて効果は小さいと言える。

しかしモータシャフトとエンコーダシャフトの間にフレ
キシブル・カップリングを使う場合はエンコーダシャフ
トに無理な力がかからなくなり、ギャップが狭くなると
いう異常の発生は少なくなるので、同心円の小さい方だ
け使うことも考えられる。

なお、前記の説明ではエンコーダ故障検知情報のビット
数を１ビツトとして正常と異常の２通りの出力で説明し
たが、ＲＯＭの出力を複数ビット、例えば２ビ、トとし
、第２図の小さい方の同心円の内側にきたときと、大き
い同心円の外側にきたときを区別するようにすれば、異
當伏態の種別がある程度識別できる場合がある。また、
第２図の小さい同心円のさらに内側にも同心円を設４Ｊ
て警報のみで運転を続けるケースと中止するケースのよ
うに分類してもよい。同様に第２図の大きい同心円の外
側にさらに同心円を設けることもできる。

勿論ＲＯＭの出力を複数ビットとしたとき、前記Ｐ、Ｑ
を含まれることもできる。

また第２図では説明の簡単のため、Ａ、Ｂの信号が０（
Ｖ）を中心に±Ｖ　（Ｖ）のように正負に振れる場合に
ついて説明しているが、勿論０　（ＶＪを中心にしない
場合も可能であり、その場合は第１Ａ／Ｄ変換器と第２
Ａ／Ｄ変ｔｉ器のアナログ入力信号の変換範囲を単にシ
フトすればよい。

このように本発明によればエンコーダの故障に起因する
サーボモータの暴走を未然に防止することは勿論、機械
系の異常を早期にキャッチして致命的な故障に至る前に
運転を止めるというようなことを、シンプルな回路構成
で、しかも高速に、高信頼度で検知することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、第１図に示すアンプ・ダウ
ン・カウンタ８の計数動作のためのパルス発生系と、エ
ンコーダ故障検知系がＲＯＭ５の中で分岐されており、
しかもいずれもディジタル処理であることから、第３図
に示す従来の場合がエンコーダ故障検知系をアナログ演
算回路で構成する場合に比較してはるかに高信頼度が得
られる。

また、本発明ではエンコーダ故障の判定をＲＯＭのみで
行うことから、従来のようにエンコーダ故障検知系をデ
ィジタル演算器で％又はＡ２　＋８２の演算を行ないそ
の値を判定する場合に比べてはるかに高速かつ安価に構
成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例構成図、第２図（ａｌはＲＯ
Ｍの構成図、第２図（ｂ）はモータの回転につれてＲＯ
Ｍのアドレスが選択されていくときの軌跡、第３図は本
発明で故障とみなす場合の例、第４図は従来例、第５図
はエンコーダの構成図、第６図および第７図はその動作
説明図、第８図は故障発生時の動作説明図、第９図は位
相弁別器の構成および動作説明図である。図中、■はモータ、２はエンコーダ、３は第１アナログ
−ディジタル変換器、４は第２アナログ−ディジタル変
換器、５はＲＯＭ、６は位相弁別器、７はラッチ、８は
アップ・ダウン・カウンタを示す。

Claims

【特許請求の範囲】１、物体の移動に伴って物体の移動量に応じた互いに位
相の異なる２つの正弦波状信号を出力する物体移動検出
器の故障検出回路において、前記正弦波信号をディジタ
ル量に変換するアナログ−ディジタル変換器を設け、前
記２相の正弦波状信号をそれぞれディジタル量に変換し
た情報に対して故障検知情報を一意に結びつける対応表
が記録された記憶手段を設けたことを特徴とする物体移
動検出器の故障検出回路。２、前記対応表として、記憶番地をマトリックス状に配
列するとともに、このマトリックスに重なる一つあるい
は複数の仮想的な同心円を設定し、その同心円を前記故
障検知情報の境界として故障検知情報の値を記録するよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
物体移動検出器の故障検出回路。