JP3989767B2

JP3989767B2 - Multi-turn encoder

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Publication number: JP3989767B2
Application number: JP2002121527A
Authority: JP
Inventors: 亨今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: JP2003315099A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械制御やロボット制御などに用いられる多回転エンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多回転に渡り回転軸の絶対位置を検出し得る多回転エンコーダとして、回転軸の１回転内の絶対角度位置及び前記回転軸の回転数を得るための信号を検出する第１の信号検出部と、前記回転軸の回転数を得るための信号を検出する第２の信号検出部と、前記第１の信号検出部からの前記信号に基づいて、前記絶対角度位置を得るとともに所定の計数動作により前記回転数を第１の計数値として得る第１の信号処理部と、前記第２の信号検出部からの前記信号に基づいて、所定の計数動作により前記回転数を第２の計数値として得る第２の信号処理部と、を備えたものが知られている。この多回転エンコーダでは、主電源のオン時に、前記主電源からの電力により前記第１及び第２の信号検出部及び前記第１及び第２の信号処理部が作動され、前記主電源のオフ時に、前記第１の信号検出部及び前記第１の信号処理部の動作が停止されるとともに、バックアップ電源からの電力により前記第２の信号検出部及び前記第２の信号処理部の動作が継続される。主電源オフ時にも、第２の信号検出部及び第２の信号処理部の動作が継続されるので、主電源オフ時に変化した回転数も検出することができる。
【０００３】
この従来の多回転エンコーダでは、主電源オン状態（本来の動作状態）では、第１の信号検出部及び第１の信号処理部を主とし、第１の信号処理部から得られる絶対角度位置及び回転数を外部に出力し、第２の信号検出部及び第２の信号処理部は主電源オフ状態に備えて動作を継続しているにすぎない。この従来の多回転エンコーダでは、主電源がオンからオフへ移行する場合に、第１の信号処理部の第１の計数値（回転数）がゼロにリセットされ、主電源オフ状態（バックアップ状態）では、消費電力を抑えるべく、第１の信号検出部及び第１の信号処理部が停止され、第２の信号検出部及び信号処理部のみが作動を継続する。そして、バックアップ状態から再び主電源オン状態に移行する場合には、第１の信号処理部により次回にインクリメント又はデクリメントされるべき第１の計数値として、第２の信号処理部の第２の計数値をセットしている。このような動作によって、バックアップ状態で工作機械やロボット等が運搬等によって動くことにより回転軸の回転数が変化しても、回転軸の多回転に渡る回転位置を適切に検出することができる。
【０００４】
また、前記従来の多回転エンコーダでは、前述したように、第１の信号検出部及び第１の信号処理部は、主電源オン状態（本来の動作状態）で主として用いられるので、モータなどからの誘導ノイズ等に対するシールド対策が十分に行われるとともに、信頼性の高い部品等を用いて構成され、さらに、万一の場合に備えて公知の種々の異常検出手法を採用することにより異常検出も行われている。そして、前記従来の多回転エンコーダでは、第２の信号検出部及び第２の信号処理部についても、第２の信号処理部から誤った回転数を出力して、主電源がオフからオンに移行したときに第１の信号処理部から誤った回転数が外部に出力されてしまうような事態を防止するべく、同様に、シールド対策が行われるとともに信頼性の高い部品等が採用され、さらに、次のような手法で、第２の信号検出部及び第２の信号処理部の異常が検出されていた。すなわち、前記従来の多回転エンコーダでは、前記第１の信号処理部から得られる第１の計数値（回転数の計数値）と、第２の信号処理部から得られる第２の計数値（回転数の計数値）とを比較して、両者の値の差がある一定値以上となった場合は、異常として検出し、アラームを外部に出力していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の多回転エンコーダでは、第２の信号検出部又は第２の信号処理部が誘導ノイズを受け、これにより第２の信号処理部が誤計数をした場合、第１の信号処理部の第１の計数値と第２の信号処理部の第２の計数値との間に差が生じ、アラームが出力される。通常は、このアラームに応答して、当該多回転エンコーダが装着された工作機械やロボット等のコントローラは、システム全体を停止させる。当該多回転エンコーダから得られる回転軸の多回転に渡る回転位置が誤っていると、所望の工作精度が得られなかったり、装置が暴走したりするためである。
【０００６】
したがって、前記多回転エンコーダによれば、第１の信号検出部及び第１の信号処理部が正常に動作して正しい多回転に渡る回転位置が外部に出力されているにもかかわらず、バックアップ状態に備えていわば待機している第２の信号検出部又は第２の信号処理部が、一時的に誘導ノイズにより誤計数したというだけで、システム全体が停止されてしまい、システムの運用に支障を来していた。
【０００７】
そこで、前記従来の多回転エンコーダのユーザーによっては、前記アラームを無視して、前記アラームの有無に拘わらず、システム全体を停止させることなく、その運用を継続していた。この場合には、第２の信号検出部及び第２の信号処理部が、誘導ノイズなどにより一時的に誤計数動作をして一旦第２の計数値（回転数）が狂ってしまうと、その後に誘導ノイズを受けずに計数動作自体が正常に戻っても、第２の計数値は誤ったままインクリメント又はデクリメントされることなる。したがって、一旦主電源をオフ状態にした後にオン状態に戻すと、この誤った第２の計数値がそのまま第１の信号処理部の第１の計数値の初期値にセットされるので、誤った回転軸の多回転に渡る回転位置が外部に出力されてしまい、所望の工作精度が得られなくなるなどの不都合が生ずる。また、前記アラームが無視されてしまうので、第２の信号検出部や第２の信号処理部に、誘導ノイズ等の一時的な誤動作ではなく、部品の故障などの継続的な動作不良が生じた場合でも、結果的にその異常が報知されないこととなり、誘導ノイズ等の場合と同様に、所望の工作精度が得られなくなるなどの不都合が生ずる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、誘導ノイズ等の影響によって誤った回転位置が外部に出力される可能性を低減することができる、多回転エンコーダを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、誘導ノイズ等による一時的な誤動作を異常として検出することなく、部品の故障などの継続的な動作不良を異常として選択的に検出することができる多回転エンコーダを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による多回転エンコーダは、回転軸の１回転内の絶対角度位置及び前記回転軸の回転数を得るための信号を検出する第１の信号検出部と、前記回転軸の回転数を得るための信号を検出する第２の信号検出部と、前記第１の信号検出部からの前記信号に基づいて、前記絶対角度位置を得るとともに所定の計数動作により前記回転数を第１の計数値として得る第１の信号処理部と、前記第２の信号検出部からの前記信号に基づいて、所定の計数動作により前記回転数を第２の計数値として得る第２の信号処理部と、を備え、主電源のオン時に、前記主電源からの電力により前記第１及び第２の信号検出部及び前記第１及び第２の信号処理部が作動され、前記主電源のオフ時に、前記第１の信号検出部及び前記第１の信号処理部の動作が停止されるとともに、バックアップ電源からの電力により前記第２の信号検出部及び前記第２の信号処理部の動作が継続される多回転エンコーダにおいて、前記主電源がオンからオフへ移行する場合及び所定の指令を受けた場合のいずれか一方又は両方の場合に、前記第２の信号処理部により次回にインクリメント又はデクリメントされるべき前記第２の計数値として、前記第１の計数値をセットする手段を、備えたものである。
【００１１】
本発明の第２の態様による多回転エンコーダは、前記第１の態様において、前記第２の信号処理部は、前記第２の信号検出部からの前記信号を矩形波に整形する波形整形部を含み、前記第１の信号検出部からの前記信号に基づいて判別される前記回転軸の１回転以上の所定量の回転期間内において、前記波形整形部から出力される少なくとも１つの信号に変化がない場合に、異常検出を行う異常検出部を、備えたものである。
【００１２】
本発明の第３の態様による多回転エンコーダは、回転軸の１回転内の絶対角度位置及び前記回転軸の回転数を得るための信号を検出する第１の信号検出部と、前記回転軸の回転数を得るための信号を検出する第２の信号検出部と、前記第１の信号検出部からの前記信号に基づいて、前記絶対角度位置を得るとともに所定の計数動作により前記回転数を第１の計数値として得る第１の信号処理部と、前記第２の信号検出部からの前記信号に基づいて、所定の計数動作により前記回転数を第２の計数値として得る第２の信号処理部と、を備え、主電源のオン時に、前記主電源からの電力により前記第１及び第２の信号検出部及び前記第１及び第２の信号処理部が作動され、前記主電源のオフ時に、前記第１の信号検出部及び前記第１の信号処理部の動作が停止されるとともに、バックアップ電源からの電力により前記第２の信号検出部及び前記第２の信号処理部の動作が継続される多回転エンコーダにおいて、前記第２の信号処理部は、前記第２の信号検出部からの前記信号を矩形波に整形する波形整形部を含み、前記第１の信号検出部からの前記信号に基づいて判別される前記回転軸の１回転以上の所定量の回転期間内において、前記波形整形部から出力される少なくとも１つの信号に変化がない場合に、異常検出を行う異常検出部を、備えたものである。
【００１３】
本発明の第４の態様による多回転エンコーダは、前記第２又は第３の態様において、前記異常検出部により異常検出された場合に、アラームを外部に出力する出力部を備えたものである。
【００１４】
本発明の第５の態様による多回転エンコーダは、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、主電源がオフからオンへ移行する場合に、前記第１の信号処理部により次回にインクリメント又はデクリメントされるべき前記第１の計数値として、前記第２の計数値をセットする手段を、備えたものである。
【００１５】
本発明の第６の態様による多回転エンコーダは、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記第１の信号検出部により得られた前記回転数及び前記絶対角度位置を、所定の信号形式で出力する出力部を備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による多回転エンコーダについて、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態による多回転エンコーダの概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
本実施の形態による多回転エンコーダは、図１に示すように、回転軸１に取り付けられた符号板２と、符号板２に形成された光学パターン（図示せず）に光を照射する発光部３と、発光部３から発せられて符号板２の光学パターンを透過した光を受光しこの光学パターンを読み取る光学式信号検出部（第１の信号検出部）４と、符号板２に永久磁石等により形成された磁気パターン（図示せず）を読み取る磁気式信号検出部（第２の信号検出部）５と、第１及び第２の信号処理回路６，７と、を備えている。
【００１９】
光学式信号検出部４は、複数のフォトダイオード等の受光素子（図示せず）からなり、これらの受光素子から、回転軸１の１回転内絶対値データ信号（アブソリュート信号）ｑと、１回転内インクリメンタル２相信号（Ａ相及びＢ相）ｔ，ｕとが得られるように、符号板２の光学パターン及び各受光素子の配置が設定されている。また、磁気式信号検出部５は、２つの磁気センサ（図示せず）からなり、これらの磁気センサから、回転軸１の回転数に応じたインクリメンタル２相信号（互いに９０゜位相のずれた信号）Ａ，Ｂが得られるように、符号板２の磁気パターン及び各磁気センサの配置が設定されている。以上のような符号板２、光学式信号検出部４及び磁気式信号検出部５の構成は、例えば特開平８−５００３４号公報に開示されているように、周知である。なお、本発明では、１回転内インクリメンタル２相信号（Ａ相及びＢ相）ｔ，ｕを得ないような構成を、採用してもよい。
【００２０】
信号処理回路６は、光学式信号検出部４から得られる信号ｑ，ｔ，ｕに基づいて、回転軸１の１回転内の絶対角度位置を得るとともに、所定の計数動作により回転軸１の回転数を第１の計数値として得る。本実施の形態では、具体例には、信号処理回路６は、光学式信号検出部４からの信号ｑ，ｔ，ｕをそれぞれ増幅するとともに２値化して矩形波に波形整形する波形整形回路１１と、波形整形された信号ｑ，ｔ，ｕに基づいて回転軸１の１回転内絶対角度位置データを求めるデータ変換回路１２と、データ変換回路１２から得られる信号に基づいて回転軸１の回転数を計数する回転数カウンタ１３と、を有している。回転数カウンタ１３は、データ変換回路１２から１回転内絶対値データの増減に基づいた信号を信号を受け、この信号により内部に保持している計数値（回転数）インクリメント又はデクリメントする。例えば、回転数カウンタ１３は、１回転８ビットの分解能のアブソリュートエンコーダの場合、１回転内絶対値が１０進数で２５５から０になった時点で計数値を１だけインクリメント（増加）し、逆に、１回転内絶対値が１０進数で０から２５５になった時点で計数値を１だけデクリメント（減少）すれば、回転軸１の回転数を求めることができる。
【００２１】
信号処理回路７は、磁気式信号検出部５から得られる信号Ａ，Ｂに基づいて、所定の計数動作により回転軸１の回転数を第２の計数値として得る。本実施の形態では、具体的には、信号処理回路７は、磁気式信号検出部５からの信号Ａ，Ｂをそれぞれ増幅するとともに２値化して矩形波に波形整形する波形整形回路１４と、波形整形された信号Ａ，Ｂに基づいて回転軸１の回転数を計数する回転数カウンタ１５と、を有している。
【００２２】
図１に示すように、回転数カウンタ１３が保持している第１の計数値（回転数）は、回転数カウンタ１５に入力されている。また、回転数カウンタ１５が保持している第２の計数値（回転数）は、回転数カウンタ１３に入力されている。回転数カウンタ１３が後述する制御回路２４から第１の計数値セット信号を受けると、回転数カウンタ１３が保持している第１の計数値が、回転数カウンタ１５からの第２の計数値（回転数）にセットされる。すなわち、回転数カウンタ１３が保持しており回転数カウンタ１３により次回にインクリメント又はデクリメントされるべき計数値が、回転数カウンタ１５からの第２の計数値にセットされる。また、回転数カウンタ１５が後述する制御回路２４から第２の計数値セット信号を受けると、回転数カウンタ１５が保持している第２の計数値が、回転数カウンタ１３からの第１の計数値（回転数）にセットされる。すなわち、回転数カウンタ１５が保持しており回転数カウンタ１５により次回にインクリメント又はデクリメントされるべき計数値が、回転数カウンタ１３からの第１の計数値にセットされる。
【００２３】
また、本実施の形態による多回転エンコーダは、図１に示すように、出力回路２１と、電源切り換え供給回路２２と、制御回路２４と、異常検出回路２５と、を備えている。
【００２４】
出力回路２１は、信号処理回路６のデータ変換回路１２からの１回転内絶対角度位置及び回転数カウンタ１３からの回転数を受けて、これらを所定の信号形式（例えば、シリアル信号）に変換して、回転軸１の多回転に渡る回転位置を示す回転位置信号として、外部（例えば、当該多回転エンコーダが装着される工作機械のコントローラ）に出力する。また、出力回路２１は、後述する異常検出回路２５からの異常検出信号をそのままアラーム信号として外部（例えば、前記コントローラ）に出力する。
【００２５】
電源切り換え供給回路２２は、外部（例えば、前記コントローラ）の主電源（例えば、５Ｖ）の電源電圧を検出する電圧検出回路２３を有し、電圧検出回路２３により検出された電圧が所定電圧以上の場合には、主電源からの電力を前述した全ての構成要素に供給し、一方、電圧検出回路２３により検出された電圧が所定電圧以下の場合には、リチウム電池等のバックアップ電源（例えば、３．６Ｖ）からの電力を磁気式信号検出部５及び信号処理回路７のみに供給する。したがって、主電源がオン状態であれば、前述した全ての構成要素は主電源からの電力により動作を行い、主電源がオフ状態（バックアップ状態）であれば、バックアップ電源からの電力により磁気式信号検出部５及び信号処理回路７のみが動作を継続し、光学式信号検出部４及び信号処理回路６を含む他の要素は動作を停止する。このような電源切り換え供給回路２２は、例えば特開平９−８９５９１号公報に開示されているように、周知である。なお、バックアップ電源は、通常は外部に配置されるが、当該多回転エンコーダ内に配置してもよい。
【００２６】
なお、磁気式信号検出部５及び信号処理回路７は、バックアップ状態においても作動するので、バックアップ可能な期間を長くするべく、消費電力が少なくなるように、一般的に、光学式信号検出部４及び信号処理回路６に比べて低い電流で作動するように構成される。したがって、同じシールド対策等を施しても、磁気式信号検出部５及び信号処理回路７は、光学式信号検出部４及び信号処理回路６に比べて、誘導ノイズ等の影響を受け易い。
【００２７】
制御回路２４は、電圧検出回路２３からの検出信号に応答して、主電源の電圧が所定電圧を上回ろうとする時（すなわち、バックアップ状態から主電源オン状態へ移行する時）に、前述した第１の計数値セット信号を回転数カウンタ１３に供給する。また、制御回路２４は、電圧検出回路２３からの検出信号に応答して、主電源の電圧が所定電圧を下回ろうとする時（すなわち、主電源オン状態からバックアップ状態へ移行する時）に、前述した第２の計数値セット信号を回転数カウンタ１５に供給する。さらに、本実施の形態では、制御回路２４は、主電源オン状態において、外部（例えば、前記コントローラ）からの所定の指令に応答して、前述した第２の計数値セット信号を回転数カウンタ１５に供給する。このように、本実施の形態では、制御回路２４は、主電源オン状態からバックアップ状態へ移行する場合及び外部から所定の指令を受けた場合の両方の場合に、前述した第２の計数値セット信号を回転数カウンタ１５に供給するが、いずれか一方の場合にのみ第２の計数値セット信号を回転数カウンタ１５に供給してもよい。制御回路２４が、外部から所定の指令を受けたときにのみ、第２の計数値セット信号を回転数カウンタ１５に供給する場合には、前記所定指令は、少なくとも、バックアップ状態へ移行する直前の時点では制御回路２４に与えることが、好ましい。
【００２８】
なお、例えば公知の種々の異常検出手法を採用することにより、光学式信号検出部４及び信号処理回路６の異常検出を行う異常検出部を適宜設けてもよいことは、言うまでもない。
【００２９】
次に、本実施の形態による多回転エンコーダの動作状態について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態による多回転エンコーダの動作状態遷移表である。
【００３０】
主電源オン状態では、光学式信号検出部４及び信号処理回路６も磁気式信号検出部５及び信号処理回路７も作動する。これにより、光学式信号検出部４からの信号に基づいて、回転数カウンタ１３が回転軸１の回転数を計数するとともに、データ変換回路１２が１回転内絶対角度位置を出力し、これらによる回転位置信号が出力回路２１から外部へ出力される。また、磁気式信号検出部５からの信号に基づいて、信号処理回路７の回転数カウンタ１５が回転軸１の回転数を計数する。回転数カウンタ１５による計数値は、当該多回転エンコーダの外部には出力されない。図２中の第１列目は、主電源オン状態において、回転数カウンタ１３，１５が正常な計数動作を行っている状態を示している。
【００３１】
図２中の第２列目のように、主電源オン状態で、磁気式信号検出部５又は信号処理回路７にクリティカルな誘導ノイズが印加されると、回転数カウンタ１５の誤計数が発生する。しかし、回転数カウンタ１３により計数された回転数がエンコーダ出力に用いられているので、当該多回転エンコーダから出力される回転位置信号は正しいままであり、何ら不都合を生じない。なお、誘導ノイズは一時的なものであるので、その後回転数カウンタ１５の計数動作自体は正常に戻るが、誤った計数値に対してインクリメント又はデクリメントされていくので、結局、その計数値は誤ったままとなる。
【００３２】
次に、図２中の第３列目のように、バックアップ状態へ移行する場合には、電圧検出回路２３からの検出信号に応答した制御回路２４が、回転数カウンタ１５に第２の計数値セット信号を与え、これにより、回転数カウンタ１５に保持されている計数値が、回転数カウンタ１３の計数値（正しい回転数）にセットされる。したがって、誘導ノイズにより誤っていた計数値が、正しい計数値（正しい回転数）にセットし直される。
【００３３】
したがって、バックアップ状態では、図２中の第４列目のように、回転数カウンタ１５により計数される計数値は正しい回転数となる。なお、バックアップ状態では、光学式信号検出部４及び信号処理回路６は、動作を停止している。
【００３４】
主電源が再投入され、主電源オン状態へ移行する時には、図２中の第５列目のように、電圧検出回路２３からの検出信号に応答した制御回路２４が、回転数カウンタ１３に第１の計数値セット信号を与え、これにより、回転数カウンタ１３に保持されている計数値が、回転数カウンタ１５の計数値にセットされる。したがって、主電源オフ状態において回転軸１が回転していた場合であっても、図２中の第６列目に示すように、回転数カウンタ１３の計数値は正しい回転数となり、バックアップ状態からの復元が適切に行われる。
【００３５】
再び図１を参照すると、異常検出回路２５は、光学式信号検出部４からの信号に基づいて判別される回転軸１の１回転以上の所定量の回転期間内において、信号処理回路７の波形整形回路１４から出力される矩形波のインクリメンタル２相信号Ａ，Ｂのうちの少なくとも１つの信号に変化がない場合に、異常検出信号を出力して出力回路２１に与える。出力回路２１は、前述したように、この異常検出信号をそのままアラーム信号として外部に出力する。
【００３６】
図３は、異常検出回路２５の一例を示す回路図である。図４は、図３に示す異常検出回路２５の動作を示すタイムチャートである。
【００３７】
図３に示す例では、異常検出回路２５は、信号処理回路７の波形整形回路１４から出力される信号Ａの信号変化を認識する信号変化認識回路３１Ａと、波形整形回路１４から出力される信号Ｂの信号変化を認識する信号変化認識回路３１Ｂと、信号変化認識回路３１Ａで認識された変化データを保持する変化データ保持回路３２Ａと、信号変化認識回路３１Ｂで認識された変化データを保持する変化データ保持回路３２Ｂと、変化データ保持回路３２Ａ，３２Ｂからの出力に基づいて異常が生じたか否かを判定する判定回路３３と、信号処理回路６のデータ変換回路１２からの信号に基づいて、変化データ保持回路３２Ａ，３２Ｂの保持データをリセットするためのリセット信号、及び、判定回路３３における判定タイミングを決める判定タイミング信号を生成する信号生成回路３４と、を備えている。
【００３８】
信号生成回路３４は、データ変換回路１２からの信号に基づいて、回転軸１がいずれか一方方向に回転したときに当該１回転の終了直前（ここでは、回転数カウンタ１３の計数値（回転数）がインクリメント又はデクリメントされる直前とされている。）にＨ（ハイ）のワンパルスを、前記判定タイミング信号として生成する。このような判定タイミング信号が、１回転内絶対値及びその変化に基づいて生成できることは、言うまでもない。
【００３９】
また、信号生成回路３４は、回転軸１がいずれか一方方向に回転するときに当該１回転の所定の基準回転位置の直後（ここでは、回転数カウンタ１３の計数値（回転数）がインクリメント又はデクリメントされる位置の直後とされている。）にＨ（ハイ）のワンパルスを、前記リセット信号として生成する。このようなリセット信号も、１回転内絶対値及びその変化に基づいて生成できることは、言うまでもない。
【００４０】
以上の説明からわかるように、図４（ａ）に示すように、回転数カウンタ１３の計数値が順次インクリメントされているような回転軸１の回転状況では、前記判定タイミング信号は、回転数カウンタ１３の計数値がインクリメントされる直前に、信号生成回路３４から出力される。また、この状況では、前記リセット信号は、回転数カウンタ１３の計数値がインクリメントされる直後に、信号生成回路３４から出力される。
【００４１】
信号変化認識回路３１Ａは、Ｄフリップフロップ４１ａ，４２ａと、イクスクルーシブオア（排他的論理和）ゲート４３ａとから構成されている。Ｄフリップフロップ４１ａ，４２ｂのＴ入力部には、クロック発生回路（図示せず）からのクロック信号がそれぞれ入力されている。ＤフリップフロップのＤ入力部には、信号処理回路７の波形整形回路１４から出力される信号Ａが入力されている。Ｄフリップフロップ４１ａのＱ出力部とＤフリップフロップ４２ａのＤ入力部とが接続され、これらはゲート４３ａの一方の入力部に接続されている。Ｄフリップフロップ４２ａのＱ出力部は、ゲート４３ａの他方の入力部に接続されている。したがって、信号変化認識回路３１Ａによれば、信号ＡがＨからＬに変化した時及びＬからＨに変化した時に、ゲート４３ａからＨのパルス信号が得られる。
【００４２】
信号変化認識回路３１Ｂは、信号変化認識回路３１Ａと同様に、前記要素４１ａ，４２ａ，４３ａにそれぞれ相当するＤフリップフロップ４１ｂ，４２ｂ、及び、イクスクルーシブオアゲート４３ｂで構成されている。
【００４３】
変化データ保持回路３２Ａは、オアゲート４４ａと、リセット機能付きＤフリップフロップ４５ａとから構成されている。オアゲート４４ａの一方の入力部はゲート４３ａの出力部に接続され、オアゲート４４ａの他方の入力部はＤフリップフロップ４５ａのＱ出力部に接続されている。オアゲート４４ａの出力部は、Ｄフリップフロップ４５ａのＤ入力部に接続されている。Ｄフリップフロップ４５ａのＴ入力部には、前記クロック信号が入力されている。Ｄフリップフロップ４５ａのリセット入力部には、信号生成回路３４からの前記リセット信号が入力されている。したがって、変化データ保持回路回路３２Ａによれば、信号変化認識回路３１Ａのゲート４３ａから一旦Ｈ信号は出力されると、その時点から信号生成回路３４からリセット信号が与えられるまで、Ｄフリップフロップ４５ａのＱ出力部からＨ信号が得られる。
【００４４】
変化データ保持回路３２Ｂは、変化データ保持回路３２Ａと同様に、前記要素４４ａ，４５ａにそれぞれ相当するオアゲート４４ｂ及びリセット機能付きＤフリップフロップ４５ｂから構成されている。
【００４５】
判定回路３３は、ナンドゲート４６と、オアゲート４７と、Ｄフリップフロップ４８とから構成されている。ナンドゲート４６の一方の入力部は、変化データ保持回路３２ＡのＤフリップフロップ４５ａのＱ出力部に接続されている。ナンドゲート４６の他方の入力部は、変化データ保持回路３２ＢのＤフリップフロップ４５ｂのＱ出力部に接続されている。ナンドゲート４６の出力部は、オアゲート４７の一方の入力部に接続されている。オアゲート４７の他方の入力部は、Ｄフリップフロップ４８のＱ出力部に接続されている。オアゲート４７の出力部は、Ｄフリップフロップ４８のＤ入力部に接続されている。Ｄフリップフロップ４８のＴ入力部には、信号生成回路３４から前記判定タイミング信号が入力されている。Ｄフリップフロップ４８のＱ出力部は、異常検出時に、異常検出信号をＨ信号として出力する当該異常検出回路２５の出力部となっており、これが図１中の出力回路２１に接続されている。したがって、判定回路３３によれば、Ｄフリップフロップ４５ａのＱ出力及びＤフリップフロップ４５ｂのＱ出力のいずれかがＬである場合（すなわち、当該一回転中にＡ信号及びＢ信号のいずれかに信号変化がない場合）には、Ｄフリップフロップ４８のＱ出力部から異常検出信号としてＨ信号を出力し、それ以外の場合は、Ｄフリップフロップ４８のＱ出力部から異常がない旨のＬ信号を出力する。
【００４６】
この異常検出回路２５によれば、図４（ａ）に示すように回転数カウンタ１３の計数値が順次インクリメントされているような状況において、図４（ｃ）に示すように波形整形回路１４からの信号Ｂは常に正常であるが、図４（ｂ）に示すように波形整形回路１４からの信号Ａがｔ１時点まで正常でありｔ１時点で信号はりつき（この例では、Ｈ信号への固定）が起きた場合には、図４（ｄ）に示すように、時点ｔ２以降、異常検出信号が出力される。
【００４７】
前述したような信号はりつき（Ｈ又はＬ信号への固定）は、例えば、波形整形回路１４を構成する２値化回路においてそのスレッシュホールドレベルを決定する抵抗器が故障して、その抵抗値が予期せぬ値となったような場合に、発生する。このような信号はりつきは、誘導ノイズ等の場合と異なり、一時的なものではなく継続的に生ずる。
【００４８】
ここで、本実施の形態による多回転エンコーダと比較される比較例の多回転エンコーダについて、図５及び図６を参照して説明する。図５は、比較例の多回転エンコーダの概略構成を示すブロック図である。図５において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図６は、図５に示す多回転エンコーダの動作状態遷移表であり、図２に対応している。
【００４９】
図５に示す多回転エンコーダが図１に示す多回転エンコーダと異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００５０】
第１に、図５に示す比較例の多回転エンコーダでは、回転数カウンタ１３が保持している第１の計数値（回転数）は、回転数カウンタ１５に入力されておらず、また、制御回路２４から回転数カウンタ１５へ計数値セット信号が入力されていない。さらに、制御回路２４は、電圧検出回路２３からの検出信号に応答して、主電源オン状態からバックアップ状態へ移行する時に、回転数カウンタ１５が保持している計数値をゼロにするリセット信号を回転数カウンタ１３に供給する。
【００５１】
第２に、図５に示す比較例の多回転エンコーダでは、図１中の異常検出回路２５が取り除かれ、その代わりに、異常検出回路５０が設けられている。異常検出回路５０は、信号処理回路６の回転数カウンタ１３の第１の計数値（回転数）と、信号処理回路７の回転数カウンタ１５の第２の計数値（回転数）とを比較して、両者の値の差がある一定値以上となった場合に、異常検出信号を出力して出力回路２１に与える。出力回路２１は、この異常検出信号をそのままアラーム信号として外部に出力する。
【００５２】
図５に示す比較例の多回転エンコーダにおいても、図６中の第１列目及び第２列目のように、最初の主電源オン状態の動作は、図１に示す本実施の形態による多回転エンコーダの動作（図２中の第１列目及び第２列目）と同じである。
【００５３】
ところが、図５に示す比較例の多回転エンコーダでは、図６中の第２列目のように主電源オン状態で誘導ノイズにより回転数カウンタ１５が一旦誤計数した後は、バックアップ状態への移行時に回転数カウンタ１３がリセットされるだけで回転数カウンタ１５の計数値は元の計数値のままであるので、図６中の第３乃至第６列目のように、たとえ誘導ノイズの影響がなくなり回転数カウンタ１５の計数動作自体は正常に戻ったとしても、誤った計数値に対してインクリメント又はデクリメントされていくので、結局、その計数値は誤ったままとなる。そして、主電源が再投入され、主電源オン状態へ移行する時には、図６中の第５列目のように、回転数カウンタ１５のこの誤った計数値が、回転数カウンタ１３にセットされてしまい、回転数カウンタ１３はこの誤った計数値に対してインクリメント又はデクリメントしていくので、回転数カウンタ１３の計数値は誤った回転数となり、これが出力回路２１を介して外部へ出力されてしまう。
【００５４】
これに対し、図１に示す本実施の形態による多回転エンコーダでは、図２中の第３列目のように、バックアップ状態へ移行する場合には、回転数カウンタ１５に保持されている計数値が、回転数カウンタ１３の計数値（正しい回転数）にセットされ、誘導ノイズにより誤っていた計数値が、正しい計数値（正しい回転数）にセットし直され、それ以降は回転数カウンタ１５は正しい計数値をカウントする。このため、主電源が再投入され、主電源オン状態へ移行する時には、図２中の第５列目のように、正しい計数値が回転数カウンタ１３に復元され、それ以降に回転数カウンタ１３により計数される計数値も正しい回転数を示すことになり、これが出力回路２１を介して外部へ出力される。
【００５５】
このように、本実施の形態によれば、前述した比較例に比べて、誘導ノイズ等の影響によって誤った回転位置が外部に出力される可能性を低減することができる。
【００５６】
また、図５に示す比較例の多回転エンコーダでは、前述した異常検出回路５０が採用されているので、磁気式信号検出部５や波形整形回路１４において部品の故障等による信号Ａ又は信号Ｂに信号はりつきが生じた継続的な異常の場合だけでなく、磁気式信号検出部５や信号処理回路７に誘導ノイズがのって誤動作を生じた場合にも、異常検出信号が出力されてしまい、ひいてはアラーム信号が外部に出力されてしまう。したがって、当該多回転エンコーダのユーザーがそのアラーム信号によりシステム全体を停止させる場合には、光学式信号検出部４及び信号処理回路６が正常に動作して正しい多回転に渡る回転位置が外部に出力されているにもかかわらず、一時的に誘導ノイズにより回転数カウンタ１３が誤計数したというだけで、システム全体が停止されてしまい、システムの運用に支障を来す。一方、当該多回転エンコーダのユーザーがアラーム信号を無視してしまえば、磁気式信号検出部５や波形整形回路１４において部品の故障等による信号Ａ又は信号Ｂに信号はりつきが生じた継続的な異常を、結果的に報知し得ないことになる。
【００５７】
これに対し、本実施の形態では、異常検出回路２５は、磁気式信号検出部５や信号処理回路７に誘導ノイズがのって誤動作を生じた場合には、異常として検出しない。これは、例えば、波形整形回路１４に誘導ノイズがのっても、回転軸の１回転中における波形整形回路１４からのＡ信号やＢ信号に信号変化が余分に増えるだけであり、信号変化が生ずることには変わりがないからである。一方、異常検出回路２５は、波形整形回路１４からのＡ信号やＢ信号の信号はりつきを異常として検出するので、磁気式信号検出部５や波形整形回路１４を構成する部品の故障などによる継続的な異常は、検出することになる。
【００５８】
このように、本実施の形態では、異常検出回路２５は、磁気式信号検出部５及び信号処理回路７の誘導ノイズ等による一時的な誤動作を異常として検出することなく、磁気式信号検出部５や波形整形回路１４を構成する部品の故障などの継続的な動作不良を、選択的に、異常であると検出することができる。したがって、本実施の形態によれば、不必要にシステムが停止されるようなおそれがないとともに、前述したような継続的な異常を適切に報知することができる。
【００５９】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００６０】
例えば、前述した図１に示す実施の形態において、磁気式信号検出部５に代えて光学式信号検出部を用いてもよい。この場合、発光部３を、光学式信号検出部４用の光源、及び、磁気式信号検出部５に代わる光学式信号検出部用の光源として、共用することも可能である。
【００６１】
また、例えば、本発明では、前述した図１に示す実施の形態において、異常検出回路２５を取り除いてもよい。さらに、本発明では、前述した図５に示す比較例において、異常検出回路５０を取り除いてその代わりに図１中の異常検出回路２５を設けてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘導ノイズ等の影響によって誤った回転位置が外部に出力される可能性を低減することができる、多回転エンコーダを提供することができる。
【００６３】
また、本発明によれば、誘導ノイズ等による一時的な誤動作を異常として検出することなく、部品の故障などの継続的な動作不良を異常として選択的に検出することができる多回転エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による多回転エンコーダの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す多回転エンコーダの動作状態遷移表である。
【図３】図１に示す多回転エンコーダにおいて用いられている異常検出回路の一例を示す回路図である。
【図４】図３に示す異常検出回路の動作を示すタイムチャートである。
【図５】比較例の多回転エンコーダの概略構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す多回転エンコーダの動作状態遷移表である。
【符号の説明】
１回転軸
２符号板
３発光部
４光学式信号検出部（第１の信号検出部）
５磁気式信号検出部（第２の信号検出部）
６，７信号処理回路
１１，１４波形整形回路
１２データ変換回路
１３，１５回転数カウンタ
２１出力回路
２２電源切り換え供給回路
２３電圧検出回路
２４制御回路
２５異常検出回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-rotation encoder used for machine tool control, robot control, and the like.
[0002]
[Prior art]
As a multi-rotation encoder capable of detecting the absolute position of the rotation shaft over multiple rotations, a first signal detector that detects an absolute angle position within one rotation of the rotation shaft and a signal for obtaining the rotation speed of the rotation shaft; A second signal detector for detecting a signal for obtaining the rotational speed of the rotating shaft; and obtaining the absolute angular position based on the signal from the first signal detector and performing a predetermined counting operation. Based on the first signal processing unit that obtains the rotation number as a first count value and the signal from the second signal detection unit, the rotation number is obtained as a second count value by a predetermined counting operation. A device including a second signal processing unit is known. In the multi-rotation encoder, when the main power is turned on, the first and second signal detection units and the first and second signal processing units are operated by power from the main power, and when the main power is off. The operations of the first signal detection unit and the first signal processing unit are stopped, and the operations of the second signal detection unit and the second signal processing unit are continued by power from a backup power source. The Since the operations of the second signal detection unit and the second signal processing unit are continued even when the main power is turned off, it is possible to detect the number of revolutions that has changed when the main power is turned off.
[0003]
In this conventional multi-rotation encoder, in the main power-on state (original operation state), the first signal detection unit and the first signal processing unit are mainly used, and the absolute angular position obtained from the first signal processing unit and The rotational speed is output to the outside, and the second signal detection unit and the second signal processing unit are merely operating in preparation for the main power off state. In this conventional multi-rotation encoder, when the main power source shifts from on to off, the first count value (rotation speed) of the first signal processing unit is reset to zero, and the main power source off state (backup state) Then, in order to reduce power consumption, the first signal detection unit and the first signal processing unit are stopped, and only the second signal detection unit and the signal processing unit continue to operate. When the main power is turned on again from the backup state, the second count of the second signal processing unit is used as the first count value to be incremented or decremented next time by the first signal processing unit. A numerical value is set. With such an operation, even if the rotational speed of the rotary shaft changes due to movement of the machine tool, robot, or the like in the backup state, the rotational position of the rotary shaft over multiple rotations can be detected appropriately.
[0004]
In the conventional multi-rotation encoder, as described above, the first signal detection unit and the first signal processing unit are mainly used in the main power-on state (original operation state). Shielding measures against inductive noise, etc. are sufficiently implemented, and it is configured using highly reliable parts, etc., and also detects abnormalities by adopting various known abnormality detection methods in case of emergency. It has been broken. In the conventional multi-rotation encoder, the second signal detection unit and the second signal processing unit also output an erroneous rotation number from the second signal processing unit, and the main power source shifts from OFF to ON. In order to prevent a situation in which an erroneous rotation speed is output to the outside from the first signal processing unit, a shield measure is taken and a highly reliable component is adopted, An abnormality in the second signal detection unit and the second signal processing unit was detected by the following method. That is, in the conventional multi-rotation encoder, the first count value (count value of the number of rotations) obtained from the first signal processing unit and the second count value (rotation number) obtained from the second signal processing unit. When the difference between the two values exceeds a certain value, it is detected as an abnormality and an alarm is output to the outside.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional multi-rotation encoder, when the second signal detection unit or the second signal processing unit receives induction noise, and the second signal processing unit miscounts, the first signal processing unit A difference occurs between the first count value and the second count value of the second signal processing unit, and an alarm is output. Normally, in response to this alarm, a controller such as a machine tool or robot equipped with the multi-rotation encoder stops the entire system. This is because if the rotational position of the rotary shaft obtained from the multi-rotation encoder is incorrect, the desired work accuracy cannot be obtained or the apparatus runs away.
[0006]
Therefore, according to the multi-rotation encoder, the first signal detection unit and the first signal processing unit operate normally, and the correct multi-rotation rotational position is output to the outside. If the second signal detection unit or the second signal processing unit that is waiting is temporarily erroneously counted due to induction noise, the entire system is stopped, which hinders the operation of the system. It was coming.
[0007]
Therefore, some users of the conventional multi-rotation encoder ignore the alarm and continue to operate it without stopping the entire system regardless of the presence or absence of the alarm. In this case, if the second signal detection unit and the second signal processing unit temporarily perform an erroneous counting operation due to induction noise or the like and the second count value (the number of rotations) is once out of order, Even if the counting operation itself returns to normal without receiving induction noise, the second count value is incremented or decremented in error. Therefore, once the main power supply is turned off and then turned back on, the erroneous second count value is set as it is to the initial value of the first count value of the first signal processing unit. The rotational position over the multiple rotations of the rotating shaft is output to the outside, resulting in inconveniences such as failure to obtain a desired work accuracy. In addition, since the alarm is ignored, the second signal detection unit or the second signal processing unit has a continuous malfunction such as a component failure rather than a temporary malfunction such as induction noise. Even in such a case, as a result, the abnormality is not notified, and the inconvenience that the desired work accuracy cannot be obtained as in the case of induction noise or the like occurs.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a multi-rotation encoder capable of reducing the possibility that an erroneous rotational position is output to the outside due to the influence of induction noise or the like. And
[0009]
In addition, the present invention provides a multi-rotation encoder that can selectively detect a continuous malfunction such as a component failure as an abnormality without detecting a temporary malfunction due to induction noise or the like as an abnormality. With the goal.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the multi-rotation encoder according to the first aspect of the present invention provides a first signal detection for detecting a signal for obtaining an absolute angular position within one rotation of the rotating shaft and the rotational speed of the rotating shaft. And a second signal detector for detecting a signal for obtaining the rotational speed of the rotary shaft, and obtaining the absolute angular position based on the signal from the first signal detector and a predetermined count Based on the signal from the first signal processing unit that obtains the rotation number as a first count value by operation and the signal from the second signal detection unit, the rotation number is set to a second count value by a predetermined counting operation. A second signal processing unit obtained as described above, and when the main power source is turned on, the first and second signal detection units and the first and second signal processing units are operated by power from the main power source. The first signal detector when the main power is off In the multi-rotation encoder in which the operation of the first signal processing unit is stopped and the operations of the second signal detection unit and the second signal processing unit are continued by power from a backup power source, As the second count value to be incremented or decremented next time by the second signal processing unit when the power source is switched from on to off and / or when a predetermined command is received , Means for setting the first count value.
[0011]
In the multi-rotation encoder according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the second signal processing unit includes a waveform shaping unit that shapes the signal from the second signal detection unit into a rectangular wave. A change in at least one signal output from the waveform shaping unit within a predetermined amount of rotation period of one or more rotations of the rotation shaft determined based on the signal from the first signal detection unit. In the case where there is no abnormality, an abnormality detection unit for detecting an abnormality is provided.
[0012]
A multi-rotation encoder according to a third aspect of the present invention includes a first signal detection unit that detects a signal for obtaining an absolute angular position within one rotation of the rotation shaft and a rotation speed of the rotation shaft; Based on the signal from the second signal detection unit for detecting a signal for obtaining the rotation number and the signal from the first signal detection unit, the absolute angle position is obtained and the rotation number is determined by a predetermined counting operation. A first signal processing unit that obtains a count value of 1 and a second signal processing that obtains the number of revolutions as a second count value by a predetermined counting operation based on the signal from the second signal detection unit And when the main power source is turned on, the first and second signal detection units and the first and second signal processing units are operated by the power from the main power source, and when the main power source is off. The first signal detection unit and the first signal processing unit In the multi-rotation encoder in which the operation is stopped and the operations of the second signal detection unit and the second signal processing unit are continued by the power from the backup power supply, the second signal processing unit includes the second signal processing unit, A waveform shaping unit that shapes the signal from the two signal detection units into a rectangular wave, and a predetermined amount of rotation of the rotation shaft that is determined based on the signal from the first signal detection unit. An abnormality detection unit that detects an abnormality when at least one signal output from the waveform shaping unit does not change within the period is provided.
[0013]
A multi-rotation encoder according to a fourth aspect of the present invention includes, in the second or third aspect, an output unit that outputs an alarm to the outside when an abnormality is detected by the abnormality detection unit.
[0014]
In the multi-rotation encoder according to the fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, when the main power source shifts from off to on, the first signal processing unit increments or Means for setting the second count value as the first count value to be decremented are provided.
[0015]
A multi-rotation encoder according to a sixth aspect of the present invention is the multi-rotation encoder according to any one of the first to fifth aspects, wherein the rotation speed and the absolute angular position obtained by the first signal detection unit are set as predetermined signals. It is equipped with an output unit that outputs in a format.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a multi-rotation encoder according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a multi-rotation encoder according to an embodiment of the present invention.
[0018]
As shown in FIG. 1, the multi-rotation encoder according to the present embodiment includes a code plate 2 attached to the rotary shaft 1 and a light emitting unit that emits light to an optical pattern (not shown) formed on the code plate 2. 3, an optical signal detection unit (first signal detection unit) 4 that receives light emitted from the light emitting unit 3 and transmitted through the optical pattern of the code plate 2 and reads the optical pattern, and a permanent magnet on the code plate 2 A magnetic signal detection unit (second signal detection unit) 5 that reads a magnetic pattern (not shown) formed by the above and the like, and first and second signal processing circuits 6 and 7 are provided.
[0019]
The optical signal detection unit 4 includes a plurality of light receiving elements (not shown) such as photodiodes, and from these light receiving elements, an absolute value data signal (absolute signal) q within one rotation of the rotating shaft 1 and one rotation. The optical pattern of the code plate 2 and the arrangement of the light receiving elements are set so that the inner incremental two-phase signals (A phase and B phase) t and u are obtained. The magnetic signal detection unit 5 includes two magnetic sensors (not shown). From these magnetic sensors, an incremental two-phase signal corresponding to the number of rotations of the rotating shaft 1 (a signal that is 90 ° out of phase with each other). ) The magnetic pattern of the code plate 2 and the arrangement of the magnetic sensors are set so that A and B are obtained. The configurations of the code plate 2, the optical signal detector 4, and the magnetic signal detector 5 as described above are well known as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-50034. In the present invention, a configuration that does not obtain incremental two-phase signals (A phase and B phase) t, u within one rotation may be employed.
[0020]
The signal processing circuit 6 obtains an absolute angular position within one rotation of the rotating shaft 1 based on the signals q, t, u obtained from the optical signal detector 4, and rotates the rotating shaft 1 by a predetermined counting operation. The number is obtained as the first count value. In the present embodiment, as a specific example, the signal processing circuit 6 amplifies the signals q, t, and u from the optical signal detection unit 4 and binarizes them, thereby shaping the waveform into a rectangular wave. And a data conversion circuit 12 for obtaining absolute angular position data within one rotation of the rotary shaft 1 based on the waveform-shaped signals q, t, u, and a rotation of the rotary shaft 1 based on a signal obtained from the data conversion circuit 12 And a rotation number counter 13 for counting the number. The rotation number counter 13 receives a signal based on the increase / decrease of the absolute value data within one rotation from the data conversion circuit 12, and increments or decrements the count value (rotation number) held therein by this signal. For example, in the case of an absolute encoder having a resolution of 8 bits per revolution, the revolution counter 13 increments (increases) the count value by 1 when the absolute value in one revolution is changed from 255 to 0 in decimal. If the count value is decremented (decreased) by 1 when the absolute value in one rotation has become a decimal number from 0 to 255, the rotational speed of the rotary shaft 1 can be obtained.
[0021]
Based on the signals A and B obtained from the magnetic signal detection unit 5, the signal processing circuit 7 obtains the number of rotations of the rotating shaft 1 as a second count value by a predetermined counting operation. Specifically, in the present embodiment, the signal processing circuit 7 amplifies the signals A and B from the magnetic signal detection unit 5 and binarizes them into a rectangular waveform, And a rotation speed counter 15 that counts the rotation speed of the rotating shaft 1 based on the signals A and B whose waveforms have been shaped.
[0022]
As shown in FIG. 1, the first count value (rotation number) held by the rotation number counter 13 is input to the rotation number counter 15. The second count value (rotation number) held by the rotation number counter 15 is input to the rotation number counter 13. When the rotation speed counter 13 receives a first count value set signal from the control circuit 24 described later, the first count value held by the rotation speed counter 13 is changed to the second count value ( Rotation speed). That is, the count value held by the rotation speed counter 13 and to be incremented or decremented next time by the rotation speed counter 13 is set to the second count value from the rotation speed counter 15. When the rotation speed counter 15 receives a second count value set signal from the control circuit 24 to be described later, the second count value held by the rotation speed counter 15 is converted into the first count from the rotation speed counter 13. Set to a numerical value (number of revolutions). That is, the count value held by the rotation speed counter 15 and to be incremented or decremented next time by the rotation speed counter 15 is set to the first count value from the rotation speed counter 13.
[0023]
The multi-rotation encoder according to the present embodiment includes an output circuit 21, a power supply switching supply circuit 22, a control circuit 24, and an abnormality detection circuit 25, as shown in FIG.
[0024]
The output circuit 21 receives the absolute angle position within one rotation from the data conversion circuit 12 of the signal processing circuit 6 and the rotation number from the rotation number counter 13, and converts them into a predetermined signal format (for example, a serial signal). Thus, it is output to the outside (for example, a controller of a machine tool to which the multi-rotation encoder is mounted) as a rotation position signal indicating the rotation position of the rotary shaft 1 over multiple rotations. The output circuit 21 outputs an abnormality detection signal from an abnormality detection circuit 25 described later as it is to the outside (for example, the controller) as an alarm signal.
[0025]
The power supply switching supply circuit 22 includes a voltage detection circuit 23 that detects a power supply voltage of a main power supply (for example, 5 V) of an external (for example, the controller), and the voltage detected by the voltage detection circuit 23 is equal to or higher than a predetermined voltage. In this case, the power from the main power source is supplied to all the above-described components, while when the voltage detected by the voltage detection circuit 23 is equal to or lower than a predetermined voltage, a backup power source such as a lithium battery (for example, 3 .6V) is supplied only to the magnetic signal detector 5 and the signal processing circuit 7. Therefore, if the main power supply is in the on state, all the above-described components operate with the power from the main power supply. If the main power supply is in the off state (backup state), the magnetic signal is generated with the power from the backup power supply. Only the detection unit 5 and the signal processing circuit 7 continue to operate, and other elements including the optical signal detection unit 4 and the signal processing circuit 6 stop operating. Such a power supply switching supply circuit 22 is well known as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-89591. Note that the backup power supply is usually disposed outside, but may be disposed within the multi-rotation encoder.
[0026]
Since the magnetic signal detection unit 5 and the signal processing circuit 7 operate even in the backup state, the optical signal detection unit 4 is generally used so that power consumption is reduced in order to lengthen the backup period. In addition, the signal processing circuit 6 is configured to operate at a lower current. Therefore, even if the same shielding measures are taken, the magnetic signal detection unit 5 and the signal processing circuit 7 are more susceptible to inductive noise and the like than the optical signal detection unit 4 and the signal processing circuit 6.
[0027]
The control circuit 24 responds to the detection signal from the voltage detection circuit 23 when the voltage of the main power supply tries to exceed a predetermined voltage (that is, when the backup power supply shifts to the main power supply ON state). The first count value set signal is supplied to the rotation number counter 13. Further, the control circuit 24 responds to the detection signal from the voltage detection circuit 23 when the voltage of the main power supply is about to fall below a predetermined voltage (that is, when the main power supply is switched from the on state to the backup state). The second count value set signal described above is supplied to the rotation number counter 15. Further, in the present embodiment, the control circuit 24 responds to a predetermined command from the outside (for example, the controller) in the main power-on state, and sends the above-described second count value set signal to the rotation speed counter 15. To supply. As described above, in the present embodiment, the control circuit 24 uses the second count value set described above both in the case of shifting from the main power-on state to the backup state and in the case of receiving a predetermined command from the outside. The signal is supplied to the rotation speed counter 15, but the second count value set signal may be supplied to the rotation speed counter 15 only in either case. When the control circuit 24 supplies the second count value set signal to the rotation number counter 15 only when receiving a predetermined command from the outside, the predetermined command is at least immediately before the transition to the backup state. It is preferable to give to the control circuit 24 at the time.
[0028]
Needless to say, an abnormality detection unit for detecting an abnormality of the optical signal detection unit 4 and the signal processing circuit 6 may be appropriately provided by adopting various known abnormality detection methods, for example.
[0029]
Next, the operation state of the multi-rotation encoder according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an operation state transition table of the multi-rotation encoder according to the present embodiment.
[0030]
In the main power-on state, the optical signal detector 4 and the signal processing circuit 6 as well as the magnetic signal detector 5 and the signal processing circuit 7 operate. Thereby, based on the signal from the optical signal detector 4, the rotation speed counter 13 counts the rotation speed of the rotary shaft 1, and the data conversion circuit 12 outputs the absolute angular position within one rotation, and the rotation by these. A position signal is output from the output circuit 21 to the outside. Further, based on the signal from the magnetic signal detector 5, the rotation speed counter 15 of the signal processing circuit 7 counts the rotation speed of the rotating shaft 1. The count value obtained by the rotation number counter 15 is not output outside the multi-rotation encoder. The first column in FIG. 2 shows a state where the rotation speed counters 13 and 15 are performing a normal counting operation in the main power-on state.
[0031]
As shown in the second column in FIG. 2, when critical induction noise is applied to the magnetic signal detector 5 or the signal processing circuit 7 in the main power-on state, an erroneous count of the rotation speed counter 15 occurs. . However, since the rotation number counted by the rotation number counter 13 is used for the encoder output, the rotation position signal output from the multi-rotation encoder remains correct and does not cause any inconvenience. Since the induced noise is temporary, the counting operation of the rotational speed counter 15 returns to normal thereafter, but is incremented or decremented with respect to the wrong count value. Will remain.
[0032]
Next, as shown in the third column in FIG. 2, when shifting to the backup state, the control circuit 24 responding to the detection signal from the voltage detection circuit 23 sends the second count value to the rotation number counter 15. A set signal is given, whereby the count value held in the rotation speed counter 15 is set to the count value (correct rotation speed) of the rotation speed counter 13. Accordingly, the count value that is erroneous due to the induction noise is reset to the correct count value (correct rotation speed).
[0033]
Accordingly, in the backup state, as shown in the fourth column in FIG. 2, the count value counted by the rotation number counter 15 is the correct rotation number. In the backup state, the optical signal detection unit 4 and the signal processing circuit 6 are not operating.
[0034]
When the main power supply is turned on again and the main power supply is turned on, the control circuit 24 responding to the detection signal from the voltage detection circuit 23 supplies the rotation speed counter 13 with the first counter as shown in the fifth column in FIG. A count value set signal of 1 is given, whereby the count value held in the rotation speed counter 13 is set to the count value of the rotation speed counter 15. Therefore, even when the rotating shaft 1 is rotating in the main power off state, as shown in the sixth column in FIG. Is properly restored.
[0035]
Referring again to FIG. 1, the abnormality detection circuit 25 detects the waveform of the signal processing circuit 7 within a predetermined rotation period of one rotation or more of the rotation shaft 1 determined based on the signal from the optical signal detection unit 4. When there is no change in at least one of the rectangular wave incremental two-phase signals A and B output from the shaping circuit 14, an abnormality detection signal is output and applied to the output circuit 21. As described above, the output circuit 21 outputs the abnormality detection signal as it is as an alarm signal to the outside.
[0036]
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the abnormality detection circuit 25. FIG. 4 is a time chart showing the operation of the abnormality detection circuit 25 shown in FIG.
[0037]
In the example illustrated in FIG. 3, the abnormality detection circuit 25 includes a signal change recognition circuit 31 </ b> A that recognizes a signal change of the signal A output from the waveform shaping circuit 14 of the signal processing circuit 7, and a signal output from the waveform shaping circuit 14. A signal change recognition circuit 31B for recognizing a signal change of B, a change data holding circuit 32A for holding change data recognized by the signal change recognition circuit 31A, and a change for holding change data recognized by the signal change recognition circuit 31B. Based on the data holding circuit 32B, the determination circuit 33 for determining whether or not an abnormality has occurred based on the output from the change data holding circuits 32A and 32B, and the change from the signal from the data conversion circuit 12 of the signal processing circuit 6 A reset signal for resetting the data held in the data holding circuits 32A and 32B and a determination timing for determining the determination timing in the determination circuit 33. The signal generating circuit 34 for generating a timing signal, and a.
[0038]
Based on the signal from the data conversion circuit 12, the signal generation circuit 34 immediately before the end of the one rotation when the rotation shaft 1 rotates in either direction (here, the count value of the rotation number counter 13 (the number of rotations). ) Is immediately before being incremented or decremented)), an H (high) one pulse is generated as the determination timing signal. It goes without saying that such a determination timing signal can be generated based on the absolute value in one rotation and its change.
[0039]
Further, the signal generation circuit 34 increments the count value (the number of rotations) of the rotation number counter 13 immediately after a predetermined reference rotation position of the one rotation when the rotation shaft 1 rotates in either one direction. H (high) one pulse is generated as the reset signal immediately after the position to be decremented. It goes without saying that such a reset signal can also be generated based on the absolute value within one rotation and its change.
[0040]
As can be seen from the above description, as shown in FIG. 4A, in the rotation state of the rotating shaft 1 in which the count value of the rotation speed counter 13 is sequentially incremented, the determination timing signal is the rotation speed counter. Immediately before the count value of 13 is incremented, it is output from the signal generation circuit 34. In this situation, the reset signal is output from the signal generation circuit 34 immediately after the count value of the rotation speed counter 13 is incremented.
[0041]
The signal change recognition circuit 31A includes D flip-flops 41a and 42a and an exclusive OR (exclusive OR) gate 43a. Clock signals from a clock generation circuit (not shown) are input to the T input portions of the D flip-flops 41a and 42b, respectively. A signal A output from the waveform shaping circuit 14 of the signal processing circuit 7 is input to the D input portion of the D flip-flop. The Q output part of the D flip-flop 41a and the D input part of the D flip-flop 42a are connected, and these are connected to one input part of the gate 43a. The Q output portion of the D flip-flop 42a is connected to the other input portion of the gate 43a. Therefore, according to the signal change recognition circuit 31A, when the signal A changes from H to L and when the signal A changes from L to H, an H pulse signal is obtained from the gate 43a.
[0042]
Similar to the signal change recognition circuit 31A, the signal change recognition circuit 31B includes D flip-flops 41b and 42b corresponding to the elements 41a, 42a and 43a, and an exclusive OR gate 43b.
[0043]
The change data holding circuit 32A includes an OR gate 44a and a D flip-flop 45a with a reset function. One input part of the OR gate 44a is connected to the output part of the gate 43a, and the other input part of the OR gate 44a is connected to the Q output part of the D flip-flop 45a. The output part of the OR gate 44a is connected to the D input part of the D flip-flop 45a. The clock signal is input to the T input portion of the D flip-flop 45a. The reset signal from the signal generation circuit 34 is input to the reset input section of the D flip-flop 45a. Therefore, according to the change data holding circuit 32A, once the H signal is output from the gate 43a of the signal change recognition circuit 31A, until the reset signal is given from the signal generation circuit 34, the D flip-flop 45a An H signal is obtained from the Q output unit.
[0044]
Like the change data holding circuit 32A, the change data holding circuit 32B includes an OR gate 44b and a D flip-flop 45b with a reset function corresponding to the elements 44a and 45a, respectively.
[0045]
The determination circuit 33 includes a NAND gate 46, an OR gate 47, and a D flip-flop 48. One input part of the NAND gate 46 is connected to the Q output part of the D flip-flop 45a of the change data holding circuit 32A. The other input part of the NAND gate 46 is connected to the Q output part of the D flip-flop 45b of the change data holding circuit 32B. The output part of the NAND gate 46 is connected to one input part of the OR gate 47. The other input part of the OR gate 47 is connected to the Q output part of the D flip-flop 48. The output part of the OR gate 47 is connected to the D input part of the D flip-flop 48. The determination timing signal is input from the signal generation circuit 34 to the T input portion of the D flip-flop 48. The Q output section of the D flip-flop 48 is an output section of the abnormality detection circuit 25 that outputs an abnormality detection signal as an H signal when an abnormality is detected, and this is connected to the output circuit 21 in FIG. Therefore, according to the determination circuit 33, when either the Q output of the D flip-flop 45a or the Q output of the D flip-flop 45b is L (that is, a signal is sent to either the A signal or the B signal during the one rotation). If there is no change), an H signal is output as an abnormality detection signal from the Q output section of the D flip-flop 48, and an L signal indicating no abnormality is output from the Q output section of the D flip-flop 48 in other cases. Output.
[0046]
According to this abnormality detection circuit 25, in the situation where the count value of the rotation speed counter 13 is sequentially incremented as shown in FIG. 4A, the waveform shaping circuit 14 as shown in FIG. 4B is always normal, but as shown in FIG. 4B, the signal A from the waveform shaping circuit 14 is normal until the time t1, and the signal sticks at the time t1 (in this example, fixed to the H signal). When this occurs, an abnormality detection signal is output after time t2, as shown in FIG.
[0047]
The signal sticking as described above (fixed to H or L signal) is caused by, for example, a failure of a resistor that determines the threshold level in the binarization circuit constituting the waveform shaping circuit 14, and the resistance value is expected. Occurs when an unexpected value is reached. Such signal sticking occurs continuously, not temporarily, unlike inductive noise and the like.
[0048]
Here, the multi-rotation encoder of the comparative example compared with the multi-rotation encoder by this Embodiment is demonstrated with reference to FIG.5 and FIG.6. FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a multi-rotation encoder of a comparative example. 5, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted. FIG. 6 is an operation state transition table of the multi-rotation encoder shown in FIG. 5, and corresponds to FIG.
[0049]
The multi-rotation encoder shown in FIG. 5 differs from the multi-rotation encoder shown in FIG. 1 only in the points described below.
[0050]
First, in the multi-rotation encoder of the comparative example shown in FIG. 5, the first count value (rotation number) held by the rotation number counter 13 is not input to the rotation number counter 15 and is controlled. A count value set signal is not input from the circuit 24 to the rotation speed counter 15. Further, in response to the detection signal from the voltage detection circuit 23, the control circuit 24 outputs a reset signal for setting the count value held by the rotation speed counter 15 to zero when shifting from the main power-on state to the backup state. The rotation number is supplied to the counter 13.
[0051]
Second, in the multi-rotation encoder of the comparative example shown in FIG. 5, the abnormality detection circuit 25 in FIG. 1 is removed, and an abnormality detection circuit 50 is provided instead. The abnormality detection circuit 50 compares the first count value (rotation speed) of the rotation speed counter 13 of the signal processing circuit 6 with the second count value (rotation speed) of the rotation speed counter 15 of the signal processing circuit 7. When the difference between the two values exceeds a certain value, an abnormality detection signal is output and provided to the output circuit 21. The output circuit 21 outputs the abnormality detection signal as it is to the outside as an alarm signal.
[0052]
Also in the multi-rotation encoder of the comparative example shown in FIG. 5, as in the first column and the second column in FIG. 6, the operation in the first main power-on state is performed according to the present embodiment shown in FIG. This is the same as the operation of the rotary encoder (first and second rows in FIG. 2).
[0053]
However, in the multi-rotation encoder of the comparative example shown in FIG. 5, after the rotational speed counter 15 once erroneously counts due to induced noise in the main power-on state as shown in the second column in FIG. Since the count value of the rotation speed counter 15 remains at the original count value only when the rotation speed counter 13 is reset at times, even if the influence of induced noise is present as in the third to sixth columns in FIG. Even if the counting operation of the rotation speed counter 15 returns to normal, the incorrect count value is incremented or decremented, so that the count value remains incorrect. When the main power is turned on again and the main power is turned on, the erroneous count value of the rotation speed counter 15 is set in the rotation speed counter 13 as shown in the fifth column in FIG. Therefore, since the rotation speed counter 13 increments or decrements the erroneous count value, the count value of the rotation speed counter 13 becomes an incorrect rotation speed, which is output to the outside via the output circuit 21. .
[0054]
On the other hand, in the multi-rotation encoder according to the present embodiment shown in FIG. 1, when shifting to the backup state as shown in the third column in FIG. Is set to the count value of the rotation speed counter 13 (correct rotation speed), the incorrect count value due to induction noise is reset to the correct count value (correct rotation speed), and thereafter the rotation speed counter 15 Count the correct count value. For this reason, when the main power supply is turned on again and the main power supply is turned on, the correct count value is restored to the rotation speed counter 13 as shown in the fifth column in FIG. The count value counted by this also indicates the correct rotational speed, and this is output to the outside via the output circuit 21.
[0055]
Thus, according to the present embodiment, it is possible to reduce the possibility that an erroneous rotational position is output to the outside due to the influence of induction noise or the like, as compared with the comparative example described above.
[0056]
In the multi-rotation encoder of the comparative example shown in FIG. 5, the above-described abnormality detection circuit 50 is adopted, so that the signal A or the signal B due to a component failure or the like in the magnetic signal detection unit 5 or the waveform shaping circuit 14 is used. Not only in the case of a continuous abnormality in which signal sticking occurs, but also in the case where a malfunction occurs due to induction noise on the magnetic signal detection unit 5 or the signal processing circuit 7, an abnormality detection signal is output, As a result, an alarm signal is output to the outside. Therefore, when the user of the multi-rotation encoder stops the entire system by the alarm signal, the optical signal detection unit 4 and the signal processing circuit 6 operate normally, and the correct multi-rotation rotational position is output to the outside. In spite of this, the rotation speed counter 13 is temporarily erroneously counted due to inductive noise, and the entire system is stopped, which hinders the operation of the system. On the other hand, if the alarm signal is ignored by the user of the multi-rotation encoder, the signal A or the signal B due to a component failure or the like in the magnetic signal detection unit 5 or the waveform shaping circuit 14 is continuously abnormal. As a result, it cannot be notified.
[0057]
On the other hand, in the present embodiment, the abnormality detection circuit 25 does not detect an abnormality when the magnetic signal detection unit 5 or the signal processing circuit 7 malfunctions due to induction noise. This is because, for example, even if induced noise is applied to the waveform shaping circuit 14, the signal change only increases excessively in the A signal and B signal from the waveform shaping circuit 14 during one rotation of the rotation axis. This is because there is no change in what happens. On the other hand, since the abnormality detection circuit 25 detects the signal sticking of the A signal and the B signal from the waveform shaping circuit 14 as an abnormality, the abnormality detection circuit 25 continuously detects failure of the components constituting the magnetic signal detection unit 5 and the waveform shaping circuit 14. Any abnormalities will be detected.
[0058]
As described above, in the present embodiment, the abnormality detection circuit 25 does not detect a temporary malfunction due to induced noise or the like of the magnetic signal detection unit 5 and the signal processing circuit 7 as an abnormality, and detects the magnetic signal detection unit 5. In addition, it is possible to selectively detect that a continuous malfunction such as a failure of a component constituting the waveform shaping circuit 14 is abnormal. Therefore, according to the present embodiment, there is no fear that the system will be stopped unnecessarily, and the continuous abnormality as described above can be appropriately notified.
[0059]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
[0060]
For example, in the embodiment shown in FIG. 1 described above, an optical signal detector may be used in place of the magnetic signal detector 5. In this case, the light emitting unit 3 can be shared as a light source for the optical signal detection unit 4 and a light source for an optical signal detection unit that replaces the magnetic signal detection unit 5.
[0061]
Further, for example, in the present invention, the abnormality detection circuit 25 may be removed in the embodiment shown in FIG. Furthermore, in the present invention, in the comparative example shown in FIG. 5 described above, the abnormality detection circuit 50 may be removed and the abnormality detection circuit 25 in FIG. 1 may be provided instead.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a multi-rotation encoder that can reduce the possibility that an erroneous rotational position is output to the outside due to the influence of induction noise or the like.
[0063]
Further, according to the present invention, there is provided a multi-rotation encoder capable of selectively detecting a continuous operation failure such as a component failure as an abnormality without detecting a temporary malfunction due to induction noise or the like as an abnormality. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a multi-rotation encoder according to an embodiment of the present invention.
2 is an operation state transition table of the multi-rotation encoder shown in FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of an abnormality detection circuit used in the multi-rotation encoder shown in FIG. 1;
4 is a time chart showing the operation of the abnormality detection circuit shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a multi-rotation encoder of a comparative example.
6 is an operation state transition table of the multi-rotation encoder shown in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Rotating shaft
2 Code plate
3 Light emitting part
4 Optical signal detector (first signal detector)
5 Magnetic signal detector (second signal detector)
6,7 Signal processing circuit
11, 14 Waveform shaping circuit
12 Data conversion circuit
13,15 Rotation counter
21 Output circuit
22 Power supply switching supply circuit
23 Voltage detection circuit
24 Control circuit
25 Anomaly detection circuit

Claims

A first signal detection unit that detects a signal for obtaining an absolute angular position within one rotation of the rotation shaft and a rotation number of the rotation shaft;
A second signal detector for detecting a signal for obtaining the rotational speed of the rotating shaft;
A first signal processing unit which obtains the absolute angular position based on the signal from the first signal detection unit and obtains the rotation speed as a first count value by a predetermined counting operation;
A second signal processing unit that obtains the number of rotations as a second count value by a predetermined counting operation based on the signal from the second signal detection unit;
With
When the main power source is turned on, the first and second signal detection units and the first and second signal processing units are operated by power from the main power source,
When the main power is turned off, the operations of the first signal detection unit and the first signal processing unit are stopped, and the second signal detection unit and the second signal processing are performed by power from a backup power source. In the multi-rotation encoder in which the operation of the part continues,
The second meter to be incremented or decremented next time by the second signal processing unit when the main power source shifts from on to off and / or when a predetermined command is received. A multi-rotation encoder comprising means for setting the first count value as a numerical value.

The second signal processing unit includes a waveform shaping unit that shapes the signal from the second signal detection unit into a rectangular wave,
When there is no change in at least one signal output from the waveform shaping unit within a predetermined amount of rotation period of one rotation or more of the rotation shaft determined based on the signal from the first signal detection unit The multi-rotation encoder according to claim 1, further comprising an abnormality detection unit that performs abnormality detection.

The multi-rotation encoder according to claim 2, further comprising an output unit that outputs an alarm to the outside when an abnormality is detected by the abnormality detection unit.

A means for setting the second count value as the first count value to be incremented or decremented next time by the first signal processing unit when the main power source shifts from off to on; The multi-rotation encoder according to any one of claims 1 to 3 .

The rotation speed and the absolute angular position obtained by the first signal detection unit according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an output unit for outputting a predetermined signal format multi Rotary encoder.