JP5587695B2 - Encoder with noise state detection function - Google Patents
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Description
本発明は、周辺ノイズ環境を検出する機能を有するエンコーダに関する。 The present invention relates to an encoder having a function of detecting an ambient noise environment.
近年、エンコーダが使用される環境は、動力源であるモータの高速化や大出力化が進み、正確な位置検出を行なうには厳しくなる傾向にある。更にはモータを駆動するサーボアンプのスイッチングの高速化により、機械の接地状況等によっては、エンコーダがノイズの影響を受け、位置を正しく検出できなかったり、異常を検出し機械を停止させる場合がある。 In recent years, the environment in which an encoder is used tends to be severe for accurate position detection due to the increase in speed and output of a motor that is a power source. Furthermore, due to the high-speed switching of the servo amplifier that drives the motor, the encoder may be affected by noise depending on the grounding status of the machine, etc., and the position may not be detected correctly, or an abnormality may be detected and the machine may be stopped. .
図1は、エンコーダが使用されるシステムの一例を示す。制御装置10は、サーボアンプ12が通信ケーブル16を経て受信したエンコーダ14からの位置情報を通信ケーブル18を経て受け取り、その情報を元にサーボアンプ12を介してサーボモータ20の回転を制御する。
FIG. 1 shows an example of a system in which an encoder is used. The
エンコーダ14は内部に複数の異常検出回路を備えており、何らかの異常を検出した場合、異常情報としてサーボアンプ12を介して制御装置10に通知する。制御装置10はエンコーダに異常がある事を認識すると、サーボモータ20を停止して機械22を停止する。
The
機械の接地環境、ケーブル16,18の配線状況によっては、エンコーダ14はノイズの影響を受け易い場合があり、エンコーダ14がノイズの影響を受けて異常を検知すると、結果的には機械22を稼動中に停止させてしまう事になる。そこで、このような状態に至る前にノイズ状態を検出して外部へ通知し、対策を促すことができることが望まれる。
Depending on the grounding environment of the machine and the wiring conditions of the
下記特許文献1にはエンコーダにおいて検出信号に重畳されているノイズを結合コンデンサを介して直接検出して検出されたノイズの波形データを出力することが記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-151858 describes that noise superimposed on a detection signal in an encoder is directly detected via a coupling capacitor and waveform data of the detected noise is output.
本発明の目的は、簡潔で新規な構成により信号のノイズ状態を検出して外部へ通知する、ノイズ状態検出機能付きエンコーダを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an encoder with a noise state detection function that detects a noise state of a signal with a simple and novel configuration and notifies the signal to the outside.
本発明によれば、移動体の位置変化に応答して位相の異なる2つの信号を出力する信号検出部と、前記信号検出部が出力する前記2つの信号のゼロクロス点またはピーク点の時間間隔から、2つの信号の時間スケールにおける局所的な位相差を検出する局所位相差検出部と、
前記局所位相差検出部が検出した局所位相差が上限値を超えるかまたは下限値未満であるかを判定し、その結果を警告情報として出力するノイズ状態検出部とを具備するノイズ状態検出機能付きエンコーダが提供される。
According to the present invention, a signal detection unit that outputs two signals having different phases in response to a change in the position of a moving body, and a time interval between zero cross points or peak points of the two signals output by the signal detection unit. A local phase difference detection unit for detecting a local phase difference on a time scale of two signals;
With a noise state detection function comprising a noise state detection unit that determines whether the local phase difference detected by the local phase difference detection unit exceeds an upper limit value or less than a lower limit value and outputs the result as warning information An encoder is provided.
ノイズによる影響を警告情報として制御装置などに通知することにより、ノイズの影響を把握する事が可能となり、エンコーダが異常を検知し機械が停止する前に、ノイズ対策の必要性を判断できる。更にはノイズ対策後の効果の確認が可能となる。 By notifying the control device or the like of the influence of noise as warning information, the influence of the noise can be grasped, and the necessity of noise countermeasures can be determined before the encoder detects an abnormality and the machine stops. Furthermore, it is possible to confirm the effect after noise countermeasures.
図2は本発明の一実施形態に係るノイズ状態検出機能付きエンコーダの構成を示すブロック図である。本発明のノイズ状態検出機能付きエンコーダは例えば図1を参照して説明したシステムにおけるエンコーダ14として使用される。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an encoder with a noise state detection function according to an embodiment of the present invention. The encoder with a noise state detection function of the present invention is used as the
図2において、信号検出部30からは、例えばサーボモータ20(図1)のシャフトの回転に応答して、位相の異なる2つの正弦波状の信号が出力される。正弦波状の信号は比較器32,34において所定の閾値と比較されて2値化信号(矩形波信号)に変換されるとともに、増幅器36,38、A/D変換器40,42を介してディジタル信号に変換され、信号処理部44に入力される。信号処理部44の位置検出部46では、それらの信号に基づいて周知の手法に従って位置検出が行われ、その結果が位置情報としてデータに変換され出力される。
In FIG. 2, the
局所位相差検出部48では、ディジタル信号に変換された2つの正弦波状信号に基づいて、後述するように、時間スケールにおける局所的な位相差(以下局所位相差)が算出され、ノイズ状態検出部50では、局所位相差検出部48が算出した局所位相差と予め定められている上限値および下限値との比較が行なわれ、その結果に基づいて警告情報が出力される。
The local phase
モータ20(図1)のシャフトが、ある一定速度で回転した場合、エンコーダ内部信号として図3に示すような波形が得られる。信号間の時間スケールにおける局所位相差は、各信号のピーク点の間隔Tabn(nは1,2,3および4)で表され、ノイズの影響がない場合には一定である。一方、図4に示すように、信号にノイズ52が含まれると、その影響によりTabnの値が変動する。したがって、その上限規定値および下限規定値を予め設定し、ノイズ状態検出部50においてTabnの値が上限規定値を超えるか下限規定値未満であるとき警告を発するようにすれば、エンコーダ内部に設けられている異常検出回路(図示せず)が異常を検出してサーボモータ停止に至る前に、ノイズの状態を知ることができる。
When the shaft of the motor 20 (FIG. 1) rotates at a constant speed, a waveform as shown in FIG. 3 is obtained as an encoder internal signal. The local phase difference on the time scale between signals is represented by the interval Tabn (n is 1, 2, 3, and 4) of the peak points of each signal, and is constant when there is no influence of noise. On the other hand, as shown in FIG. 4, when
局所位相差の下限規定値は、例えばエンコーダの最高応答周波数に従って決定される。局所位相差の下限規定値は、例えば、最高応答周波数が100kHzの場合は、その倍の周波数200kHzを想定し、その場合に下限規定値は1/200kHz/4=1.25μsecに決定される。この下限規定値は、モータが停止中でも有効である。 The lower limit prescribed value of the local phase difference is determined according to the highest response frequency of the encoder, for example. For example, when the maximum response frequency is 100 kHz, the lower limit specified value of the local phase difference is assumed to be a double frequency 200 kHz, and in this case, the lower limit specified value is determined to be 1/200 kHz / 4 = 1.25 μsec. This lower limit specified value is effective even when the motor is stopped.
局所位相差の上限値は、エンコーダが所定の速度以上で回転している条件下で有効とする。局所位相差の上限規定値は、例えば、最高応答周波数が100kHzの場合は、上限規定値は信号の周波数が最高応答周波数の1/10の周波数10kHzを超える場合に有効とし、上限規定値は1/10kHz/4/2×3=37.5μsecに決定される。 The upper limit value of the local phase difference is valid under the condition that the encoder is rotating at a predetermined speed or higher. For example, when the maximum response frequency is 100 kHz, the upper limit specification value is effective when the signal frequency exceeds 10 kHz, which is 1/10 of the maximum response frequency, and the upper limit specification value is 1 / 10 kHz / 4/2 × 3 = 37.5 μsec.
この場合に、図4の例では、Tab2<12.5μsecが検出されるかまたは、Tab1+Tab2+Tab3+Tab4<100μsecすなわち信号の周波数が10kHzを超えており、かつ、Tab3>37.5μsecが検出されるとき、警告情報が出力される。 In this case, in the example of FIG. 4, when Tab2 <12.5 μsec is detected, or when Tab1 + Tab2 + Tab3 + Tab4 <100 μsec, that is, the frequency of the signal exceeds 10 kHz and Tab3> 37.5 μsec is detected, a warning is given. Information is output.
なお、アブソリュートタイプのエンコーダ等、周期の異なる複数の正弦波状の信号を有するものがあり、そのような場合も、下限規定値及び上限規定値は信号の周期によって同様に決定される。 Note that there are some encoders having a plurality of sinusoidal signals with different periods, such as an absolute type encoder. In such a case as well, the lower limit specified value and the upper limit specified value are similarly determined by the period of the signal.
局所位相差検出部48において、ピーク間隔から局所位相差を検出する代わりに、ゼロクロス点の間隔から同様にして局所位相差を検出し警告を出すこともできる。図5,6に示すように、正常なとき、図5に示すよう等間隔になり、ノイズ52が存在するとき、図6に示すようになって、下限規定値および上限規定値を前述と同様に設定してTabzn(n=1,2,3,4)と比較することで、同様にしてノイズの混入を検知して警告を発することができる。
In the local phase
図7は本発明の第2の実施形態に係るエンコーダの構成を示す。図2の実施形態との相違は、局所位相差検出部48がA/D変換器40,42が出力するディジタル化した正弦波状信号に基づいて局所位相差を検出する代わりに、比較器32,34が出力する2値化した信号(矩形波信号)に基づいて位相差を検出する点にある。
FIG. 7 shows a configuration of an encoder according to the second embodiment of the present invention. 2 is different from the embodiment of FIG. 2 in that the local
図6に示した例では2値化信号は図8に示すようになるので、0から1へまたは1から0への変換点の時間間隔Tabzn(n=0,1,2,3)から局所位相差を検出することができ、前述と同様に下限規定値および上限規定値を設定することでその異常を検出することができる。アブソリュートタイプのエンコーダの場合も前述と同様である。 In the example shown in FIG. 6, the binarized signal is as shown in FIG. 8, so that the locality is obtained from the time interval Tabzn (n = 0, 1, 2, 3) of the conversion point from 0 to 1 or 1 to 0. The phase difference can be detected, and the abnormality can be detected by setting the lower limit specified value and the upper limit specified value in the same manner as described above. The same applies to the absolute type encoder.
図9は本発明の第3の実施形態に係るノイズ状態検出機能付きエンコーダの構成を示す。この実施形態では、局所位相差の上限値および下限値を最高応答周波数に従って予め定めるのでなく、上・下限算出部52において、位置検出部46が検出する位置の所定時間あたりの変化量に基づいて決定される。
FIG. 9 shows the configuration of an encoder with a noise state detection function according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, the upper limit value and the lower limit value of the local phase difference are not determined in advance according to the maximum response frequency, but based on the change amount per predetermined time of the position detected by the
図10に示すように、所定の時間Tsampの間に位置がPnからPn+1に変化したとすると、信号1周期に対応する移動量をλとすれば、信号1周期に要する時間は
λ/(Pn+1−Pn)×Tsamp
から計算することができる。信号の位相差が90°である場合、ノイズがないときの時間スケールにおける位相差Tpdifは
Tpdif=λ/(Pn+1−Pn)×Tsamp/4
と表わされ、その値を基準にして、例えば
下限規定値:Tpdif/2
上限規定値:Tpdif×(3/2)
のように決定することができる。
As shown in FIG. 10, if the position changes from Pn to Pn + 1 during a predetermined time Tsamp, if the movement amount corresponding to one signal period is λ, the time required for one signal period is λ / (Pn + 1 −Pn) × Tsamp
Can be calculated from When the phase difference of the signal is 90 °, the phase difference Tpdif on the time scale when there is no noise is Tpdif = λ / (Pn + 1−Pn) × Tsamp / 4
Based on the value, for example, the lower limit specified value: Tpdif / 2
Upper limit specified value: Tpdif × (3/2)
Can be determined as follows.
信号1周期に要する時間を上記のようにTsampと(Pn+1−Pn)から計算する代わりに、所定の位置変化、例えばnλ(nは整数)の移動に要した時間Tbzから決定することもできる。この場合には、Tpdifは
Tpdif=Tbz/n/4
となり、その後の処理は上記と同じである。
Instead of calculating the time required for one signal cycle from Tsamp and (Pn + 1−Pn) as described above, it is also possible to determine from a time Tbz required for a predetermined position change, for example, movement of nλ (n is an integer). In this case, Tpdif is Tpdif = Tbz / n / 4
The subsequent processing is the same as described above.
このように、下限設定値及び上限設定値を平均的な位相差または移動速度を元に決定する事により、ノイズのような突発的な変動を検出可能であって、局所位相差の下限設定値及び上限設定値から導かれる警告情報は、機械立ち上げ時のノイズ環境を作業者に知らしめる事ができ、作業者は、その環境を改善する事により、ノイズの影響による位置の誤検出やアラーム発生による稼動中の機械の停止を未然に防ぐ事ができる。 In this way, by determining the lower limit set value and the upper limit set value based on the average phase difference or moving speed, it is possible to detect sudden fluctuations such as noise, and the lower limit set value of the local phase difference. The warning information derived from the upper limit setting value can inform the worker of the noise environment at the time of starting up the machine, and the worker can improve the environment to detect false alarms and alarms due to the influence of noise. It is possible to prevent the machine from being stopped due to occurrence.
更には、良好なノイズ環境で機械が稼動している場合であっても、外部の装置や配線等の変更によるノイズ環境の変化も的確に判断が可能で、ノイズ環境が変化した後のノイズの影響による位置の誤検出やアラーム発生による稼動中の機械の停止を未然に防ぐ事ができる。 Furthermore, even when the machine is operating in a good noise environment, it is possible to accurately determine changes in the noise environment due to changes in external devices and wiring, etc. It is possible to prevent erroneous detection of the position due to the influence and stop of the machine in operation due to an alarm.
なお、ノイズ対策時には、警告情報が通知される確度、頻度、及びタイミングによって、ノイズの影響を受け易い条件やノイズ源の特定が可能であり、ノイズ対策後の効果も警告情報が通知される確度、頻度の減少やタイミングの変化によって判断される。 Note that when noise countermeasures are used, it is possible to identify conditions and noise sources that are susceptible to noise depending on the accuracy, frequency, and timing with which warning information is notified. Judgment is based on a decrease in frequency and a change in timing.
信号間の局所位相差が、下限規定値を下回った回数、または上限規定値を上回った回数、またはそれらの回数の和をエンコーダから警告情報として出力し、その回数を制御装置10(図1)の画面で確認可能とすることもできる。 The number of times that the local phase difference between the signals falls below the lower limit specified value, the number of times that the upper limit specified value has been exceeded, or the sum of those times is output from the encoder as warning information, and the number of times is output from the control device 10 (FIG. 1). It can also be confirmed on the screen.
この値の変化の度合いや出力されるタイミングによって、作業者はノイズの影響を受け易い条件やノイズ源の特定が可能であり、ノイズ対策後の効果も同様にこの値の変化度合いやタイミングによって判断される。 Depending on the degree of change in this value and the output timing, the operator can specify conditions and noise sources that are easily affected by noise, and the effect after noise countermeasures is also determined by the degree of change and timing of this value. Is done.
Claims (4)
前記信号検出部が出力する前記2つの信号のゼロクロス点またはピーク点の時間間隔から、信号の周期に対して2つの信号の両方あるいは片方に極めて短い時間重畳するノイズにより生じた局所的な位相差を検出する局所位相差検出部と、
前記局所位相差検出部が検出した局所位相差が上限値を超えるかまたは下限値未満であるかを判定し、その結果を警告情報として出力するノイズ状態検出部とを具備するノイズ状態検出機能付きエンコーダ。 A signal detector that outputs two signals having different phases in response to a change in the position of the moving body;
From the time interval between the zero cross points or peak points of the two signals output by the signal detector, a local phase difference caused by noise superimposed on both or one of the two signals for a very short time with respect to the signal period A local phase difference detection unit for detecting
With a noise state detection function comprising a noise state detection unit that determines whether the local phase difference detected by the local phase difference detection unit exceeds an upper limit value or less than a lower limit value and outputs the result as warning information Encoder.
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