JP2020148726A - Position detector - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、位置検出装置に関し、特に、回転体の回転位置に対応して信号を出力する位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detecting device, and more particularly to a position detecting device that outputs a signal corresponding to a rotating position of a rotating body.
例えばモータのロータなどの回転体の回転位置(回転角度)に対応して信号を出力する位置検出装置が用いられている。 For example, a position detection device that outputs a signal corresponding to a rotation position (rotation angle) of a rotating body such as a rotor of a motor is used.
例えば、下記特許文献1には、遊星歯車装置において、ロータリエンコーダ等によって検出した入力時の回転角度に対応する回転角度補正量に基づいて、サーボモータの回転指令を補正することにより、回転角度誤差を低減することが開示されている。
For example, in
この発明は、簡素な構成を有しており、高精度な位置検出装置を提供することを目的としている。 The present invention has a simple structure, and an object of the present invention is to provide a highly accurate position detecting device.
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、位置検出装置は、回転体と、回転体の回転位置に応じて、第1の分解能を有する周期的な第1パルス信号を出力する回転検出部と、回転体の回転位置が所定の基準位置であることを検出する基準位置検出部と、第1パルス信号に対応する予め設定された補正情報を記憶する記憶部と、回転検出部から出力された第1パルス信号と、基準位置検出部の検出結果と、記憶部に記憶されている補正情報とに基づいて、第1の分解能よりも低い第2の分解能を有する周期的な第2パルス信号を出力する出力部とを備える。 According to an aspect of the present invention to achieve the above object, the position detection device outputs a periodic first pulse signal having a first resolution according to the rotating body and the rotating position of the rotating body. Output from a unit, a reference position detection unit that detects that the rotation position of the rotating body is a predetermined reference position, a storage unit that stores preset correction information corresponding to the first pulse signal, and a rotation detection unit. A periodic second pulse having a second resolution lower than the first resolution based on the generated first pulse signal, the detection result of the reference position detection unit, and the correction information stored in the storage unit. It is provided with an output unit that outputs a signal.
好ましくは、出力部は、第1パルス信号のそれぞれのパルスのうち補正情報に基づいて特定されるパルスが出力されるタイミングに基づいて第2パルス信号のパルスを発生させる。 Preferably, the output unit generates the pulse of the second pulse signal based on the timing at which the pulse specified based on the correction information is output from each pulse of the first pulse signal.
好ましくは、補正情報は、回転可能な範囲の全域を回転体が回転する間に出力される第1パルス信号に含まれるそれぞれのパルスに対応して設定されている。 Preferably, the correction information is set corresponding to each pulse included in the first pulse signal output while the rotating body rotates over the entire rotatable range.
これらの発明に従うと、簡素な構成を有しており、高精度な位置検出装置を提供することができる。 According to these inventions, it is possible to provide a highly accurate position detection device having a simple configuration.
以下、本発明の実施の形態におけるエンコーダ(位置検出装置の一例)について説明する。 Hereinafter, the encoder (an example of the position detection device) according to the embodiment of the present invention will be described.
[実施の形態] [Embodiment]
図1は、本発明の実施の形態の1つにおけるエンコーダ1を用いたモータ装置91の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
図1に示されるように、モータ装置91は、エンコーダ1と、制御装置50と、モータ80とを有している。モータ80は、制御装置50の制御に基づいて、ロータ(回転体の一例)81を回転させる。エンコーダ1は、モータ80のロータ81の回転位置(回転角度)に対応する出力信号(第2パルス信号の一例)S2を出力する。出力信号S2は、例えば、制御装置50に出力されるが、これに限られるものではない。
As shown in FIG. 1, the
制御装置50は、例えば、制御部51と、制御部51の制御に基づいてモータ80に駆動電圧を印加するインバータ回路52とを有している。制御部51は、インバータ回路52の制御を行うことでモータ80を駆動させる。制御部51は、例えば、エンコーダ1から出力された出力信号S2に応じてモータ80を駆動させることができるが、これに限られるものではない。
The
なお、エンコーダ1は、このようなモータ装置91に限られず、例えばブラシ等を有するモータと共に用いたり、回転体を有するその他の種々の装置と共に用いたりすることができる。
The
図2は、エンコーダ1の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the
図2に示されるように、エンコーダ1は、回転検出部11と、基準位置検出部12と、出力部15と、補正情報19を記憶している記憶部18とを有している。
As shown in FIG. 2, the
回転検出部11は、ロータ81の回転位置に応じて、回転検出信号(第1パルス信号の一例)S1を出力する。回転検出信号S1は、第1の分解能Riを有する、周期的なパルス信号である。すなわち、回転検出部11は、ロータ81が所定の角度だけ回転する間に第1の数のパルスが含まれる回転検出信号S1を出力する。回転検出信号S1は、出力部15に入力される。
The
本実施の形態においては、回転検出部11は、比較的高い第1の分解能Riを有するパルス発生器である。回転検出部11は、例えば、光学式の検出方式によりロータ81の回転位置を検出するものであってもよいし、磁気式の方法などその他の方法でロータ81の回転位置を検出するものであってもよい。また、ロータ81の周方向の変位の検出結果を逓倍することにより比較的高い第1の分解能Riのパルス信号を発生させるように構成されていてもよい。
In the present embodiment, the
基準位置検出部12は、ロータ81の回転位置が所定の基準位置であることを検出する。検出結果は、基準位置信号Spとして出力され、出力部15に入力される。本実施の形態において、ロータ81が一回転する間において、ロータ81が所定の回転位置にあるときに基準位置信号Spのパルスが発生する。基準位置信号Spは、例えばPG信号であるが、これに限られるものではない。例えば、モータ80に設けたホール素子等から出力されるものであってもよいし、種々の信号を基準位置信号Spとして用いることができる。
The reference
記憶部18は、例えば、メモリである。記憶部18は、回転検出信号S1に対応する補正情報19を記憶する。補正情報19は、後述のようにして、個々のエンコーダ1について予め設定され、記憶部18に記憶されている。補正情報19には、回転可能な範囲の全域をロータ81が回転する間すなわちロータ81が一回転する間に出力される回転検出信号S1に含まれるそれぞれのパルスに対応する情報が含まれる。
The
出力部15は、入力された信号等に基づいて、出力信号S2を出力する。出力信号S2は、第2の分解能Rtを有する、周期的なパルス信号である。すなわち、出力部15は、ロータ81が所定の角度だけ回転する間に第2の数のパルスが含まれる出力信号S2を出力する。
The
第2の分解能Rtは、第1の分解能Riよりも低い。すなわち、ロータ81が所定の角度だけ回転する間に出力される出力信号S2に含まれるパルスの数(第2の数)は、その間に出力される回転検出信号S1に含まれるパルスの数(第1の数)よりも小さい。本実施の形態において、第1の分解能Riは分解能Rtの数倍又は数十倍であるが、これに限られるものではない。
The second resolution Rt is lower than the first resolution Ri. That is, the number of pulses included in the output signal S2 output while the
本実施の形態において、出力部15は、回転検出部11から出力された回転検出信号S1と、基準位置検出部12の検出結果である基準位置信号Spと、記憶部18に記憶されている補正情報19とに基づいて、出力信号S2を出力する。
In the present embodiment, the
図3は、エンコーダ1の動作を説明するタイミングチャートである。
FIG. 3 is a timing chart illustrating the operation of the
図3においては、モータ80のロータ81が略定速で回転している場合においてエンコーダ1において扱われる信号の波形が大まかに示されている。すなわち、図3において、左右方向は時間に対応しており、また、ロータ81の回転位置に対応しているともいえる。図3の上側には、上段から、基準位置信号Sp、較正用信号S0、回転検出信号S1、出力信号S2のそれぞれの波形が示されている。図3の下段には、較正用信号S0、回転検出信号S1、補正情報19、及び出力信号S2のそれぞれの波形等を部分的に拡大したものが示されている。
In FIG. 3, the waveform of the signal handled by the
図3の上側に示されているように、基準位置信号Spは、ロータ81が所定の回転位置に到来しているときにパルスが立ち上がるものである。ロータ81が一回転する度に、基準位置信号Spの1つのパルスが立ち上がる。回転検出信号S1及び出力信号S2は、それぞれロータ81の回転位置の変化に伴って周期的に出力されるパルスを含む。
As shown on the upper side of FIG. 3, the reference position signal Sp is a pulse that rises when the
較正用信号S0は、第3の分解能Rxを有する。本実施の形態において、較正用信号S0の第3の分解能Rxは、出力信号S2の第2の分解能Rtと同じであるが、これに限られるものではない。第3の分解能Rxは、第2の分解能Rtと同じであるか、第2の分解能Rtよりも高いことが望ましい。 The calibration signal S0 has a third resolution Rx. In the present embodiment, the third resolution Rx of the calibration signal S0 is the same as, but is not limited to, the second resolution Rt of the output signal S2. It is desirable that the third resolution Rx is the same as the second resolution Rt or higher than the second resolution Rt.
本実施の形態において、出力部15は、基準位置信号Spでパルスが出力されたとき、そのときのロータ81の回転位置(以下、この回転位置のことを原点ということがある)を基準にして、その後ロータ81が一回転する間の出力信号S2のパルスを、回転検出信号S1と補正情報19とに基づいて出力する。出力部15は、回転検出信号S1のそれぞれのパルスのうち、補正情報19に基づいて特定されるパルスが出力されるタイミングに基づいて、出力信号S2のパルスを発生させる。すなわち、補正情報19は、予め、回転検出信号S1に、出力信号S2のパルスを出力するタイミングを特定する情報を対応付けたものであり、出力部15は、回転検出信号S1のパルスに基づいて、補正情報19により特定されるタイミングに出力信号S2のパルスを発生させる。
In the present embodiment, when a pulse is output by the reference position signal Sp, the
より具体的には、出力部15は、回転検出信号S1のそれぞれのパルスのうち補正情報19に基づいて特定されるパルスが出力されている間、出力信号S2のパルスを発生させる。すなわち、図3の下側に示されているように、補正情報19は、原点を基準にして、回転検出信号S1のそれぞれのパルスに「0」又は「1」の情報を対応付けたものである。出力部15は、原点を基準にして、回転検出信号S1のパルスと補正情報19との対応関係に基づいて、補正情報19として「1」が対応付けられている回転検出信号S1のパルスが出力されているときに、出力信号S2のパルスを出力させる。
More specifically, the
図3においては、時刻t1より前の回転検出信号S1のパルスについては補正情報19として「0」が対応付けられており、この「0」が対応付けられているパルスが出力されている間は出力信号S2はローレベルとなる。時刻t1から時刻t2までに出力される回転検出信号S1のパルスについては補正情報19として「1」が対応付けられており、時刻t1から時刻t2までの間は出力信号S2はハイレベルとなる。その後、時刻t2から時刻t3までの間及び時刻t4以降は、補正情報19として「0」が対応付けられている回転検出信号S1のパルスが出力されているので、出力信号S2はローレベルとなる。また、時刻t3から時刻t4までの間は補正情報19として「1」が対応付けられている回転検出信号S1のパルスが出力されているため、出力信号S2はハイレベルとなる。換言すると、出力部15は、時刻t1から時刻t2までの間と、時刻t3から時刻t4までの間に、出力信号S2のパルスを出力する。
In FIG. 3, “0” is associated with the
補正情報19は、エンコーダ1をモータ80に組み付けた後で、例えば以下のようにして生成される。補正情報19の生成には、ロータ81の回転位置に応じてその回転位置を高精度に検出可能な較正用信号S0を出力可能な装置が用いられる。
The
まず、エンコーダ1をモータ80に組み付けた状態で、較正用信号S0を出力可能な装置をモータ80に一時的に取り付ける。この状態でロータ81を回転させ、基準位置信号Spと、回転検出信号S1と、較正用信号S0とを得る。
First, with the
次に、回転検出信号S1と較正用信号S0とを、基準位置信号Spのパルスを基準として同期させた状態で比較する。回転検出信号S1のパルスのうち、較正用信号S0のパルスに対応するパルスに補正情報として「1」を対応させ、そうでないパルスに補正情報として「0」を対応させる。具体的には、図3の下側に示されるように、時刻t1bから時刻t2b、及び時刻t3bから時刻t4bに較正用信号S0のパルスが出力されている場合には、その間の回転検出信号S1のパルスに対応する補正情報として「1」が設定され、それ以外の回転検出信号S1のパルスに対応する補正情報として「0」が設定される。 Next, the rotation detection signal S1 and the calibration signal S0 are compared in a state of being synchronized with the pulse of the reference position signal Sp as a reference. Among the pulses of the rotation detection signal S1, "1" is associated with the pulse corresponding to the pulse of the calibration signal S0 as correction information, and "0" is associated with the other pulse as correction information. Specifically, as shown in the lower part of FIG. 3, when the pulse of the calibration signal S0 is output from the time t1b to the time t2b and from the time t3b to the time t4b, the rotation detection signal S1 during that time is output. "1" is set as the correction information corresponding to the pulse of, and "0" is set as the correction information corresponding to the other pulses of the rotation detection signal S1.
このようにして原点を基準としてロータ81が一回転する間の補正情報19を設定し、記憶部18に記憶させることで、上述のようなエンコーダ1の動作が実行可能となる。
In this way, the
一般に、ロータ81の回転位置を正確に検出する必要がある場合には、高いコストが必要となる。例えば、角度の精度が0.01度以下であるというような高精度の角度情報を得るためには、一回転当たり36000パルス以上の分解能を有し、出力する信号自身も安定して高精度に出力することができる高価なエンコーダを用いる必要がある。また、エンコーダのモータへの取り付け精度も高くすることが必要になる。また、エンコーダの大きさも大型になる場合がある。
Generally, when it is necessary to accurately detect the rotation position of the
本実施の形態においては、比較的高い分解能Riを有する回転検出信号S1を用いて、予め較正用信号S0に対応させて設定した補正情報19に基づいて、ロータ81の回転位置に応じた比較的低い分解能Rtを有する出力信号S2が出力される。したがって、回転検出信号S1自体の精度が比較的低くても、較正用信号S0に近似した高精度の出力信号S2を出力させることができる。例えば、図3に示されるように、出力信号S2のパルスのエッジ(立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジ)が出力される時刻t1,t2,t3,t4と、高精度である較正用信号S0のパルスのエッジが出力される時刻t1b,t2b,t3b,t4bとの差は小さくなる。本実施の形態の構成においては、回転検出部11としては、最終的に出力する出力信号S2の分解能Rtよりも高い分解能Riを有する回転検出信号S1を得られるものを用いればよく、高精度のものを用いる必要はない。また、エンコーダ1のモータ80への取り付け精度が低くても、高精度の出力信号S2を出力させることができる。したがって、高精度で高価なエンコーダを用いることなく、低いコストで、必要な分解能Rtで高い精度を有する出力信号S2を出力可能なエンコーダ1を製造することができる。
In the present embodiment, the rotation detection signal S1 having a relatively high resolution Ri is used, and based on the
補正情報19は、ロータ81が一回転する間に出力される回転検出信号S1に含まれるそれぞれのパルスに対応して設定されている。そのため、原点を基準としてロータ81が一回転するまでのすべての区間において、ロータ81の回転位置に応じて高精度の出力信号S2を出力させることができる。
The
なお、補正情報19は、上述のような態様のものに限られない。
The
図4は、本実施の形態の第1の変形例に係るエンコーダ1の動作を説明するタイミングチャートである。
FIG. 4 is a timing chart illustrating the operation of the
図4においては、図3の下側と同様に、較正用信号S0、回転検出信号S1、補正情報19、及び出力信号S2のそれぞれの波形等が示されている。
In FIG. 4, the waveforms of the calibration signal S0, the rotation detection signal S1, the
第1の変形例において、補正情報19は、回転検出信号S1のそれぞれのパルスのうち、出力信号S2のパルスのエッジ(立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジ)に対応するパルスについて「1」を、それ以外のパルスについて「0」を、それぞれ対応付けたものである。
In the first modification, the
出力部15は、回転検出信号S1のそれぞれのパルスのうち補正情報19に基づいて特定されるパルスが出力されるタイミングにおいて出力信号S2のパルスのエッジを発生させる。すなわち、出力信号S2がローレベルである場合において、対応付けられている補正情報19が「1」である回転検出信号S1のパルスが検出されたとき、出力信号S2のパルスの出力を開始し(立ち上がりエッジを出力し)、その後、ハイレベルの出力を維持する。また、出力信号S2がハイレベルである場合において、対応付けられている補正情報19が「1」である回転検出信号S1のパルスが検出されたとき、出力信号S2のパルスの出力を終了し(立ち下がりエッジを出力し)、その後、ローレベルの出力を維持する。換言すると、出力部15は、対応付けられている補正情報19が「1」である回転検出信号S1のパルスが検出される度に、出力信号S2のレベルを切り替える。
The
このようにしても、エンコーダ1から高精度な出力信号S2を出力させることができ、上述の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、補正情報19において、立ち上がりエッジに対応付けられる情報と立ち下がりエッジに対応付けられる情報とが区別されていてもよい。
Even in this way, the high-precision output signal S2 can be output from the
図5は、本実施の形態の第2の変形例に係るエンコーダ1の動作を説明するタイミングチャートである。
FIG. 5 is a timing chart illustrating the operation of the
図5においても、図3の下側と同様に、較正用信号S0、回転検出信号S1、補正情報19、及び出力信号S2のそれぞれの波形等が示されている。
Also in FIG. 5, similarly to the lower side of FIG. 3, the waveforms of the calibration signal S0, the rotation detection signal S1, the
第2の変形例において、補正情報19は、回転検出信号S1のそれぞれのパルスのうち、出力信号S2のパルスのエッジ(立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジ)に対応するパルスを、原点からのパルスのカウント数で特定する情報である。
In the second modification, the
出力部15は、回転検出信号S1のそれぞれのパルスのうち補正情報19に基づいて特定されるパルスが出力されるタイミングにおいて出力信号S2のパルスのエッジを発生させる。すなわち、出力信号S2のパルスのエッジを発生させるタイミングは、例えば、原点からの回転検出信号S1のパルスをカウントした数が補正情報19において指定されている数と一致したタイミングであるということができる。
The
出力部15は、回転検出信号S1のそれぞれのパルスのうち出力信号S2がローレベルである場合において、補正情報19で特定された回転検出信号S1のパルスが検出されたとき、出力信号S2のパルスの出力を開始し(立ち上がりエッジを出力し)、その後、ハイレベルの出力を維持する。また、出力信号S2がハイレベルである場合において、補正情報19で特定された回転検出信号S1のパルスが検出されたとき、出力信号S2のパルスの出力を終了し(立ち下がりエッジを出力し)、その後、ローレベルの出力を維持する。換言すると、出力部15は、原点からの回転検出信号S1のパルスのカウント数が補正情報19で指定されている数になる度に、出力信号S2のレベルを切り替える。
When the output signal S2 is at a low level among the pulses of the rotation detection signal S1, the
このようにしても、エンコーダ1から高精度な出力信号S2を出力させることができ、上述の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、補正情報19において、立ち上がりエッジを特定する情報と立ち下がりエッジを特定する情報とが区別されていてもよい。
Even in this way, the high-precision output signal S2 can be output from the
[その他] [Other]
上述の実施の形態の構成そのものに限られず、上述の実施の形態の一部の構成要素を、適宜、変更したり、置換したりしてもよい。また、上述の実施の形態のうち、一部の構成要素や機能が省略されていてもよい。 The configuration itself is not limited to the above-described embodiment, and some components of the above-described embodiment may be changed or replaced as appropriate. In addition, some components and functions may be omitted from the above-described embodiments.
エンコーダは、アブソリュート型のものに限られず、インクリメンタル型のものであってもよい。インクリメンタル型のエンコーダにおいても、回転体が一回転する間に所定の回転位置で発生する基準位置信号を基準として、上述と同様に、高精度の出力信号を得ることができる。 The encoder is not limited to the absolute type, and may be an incremental type. Even in the incremental encoder, it is possible to obtain a highly accurate output signal in the same manner as described above with reference to the reference position signal generated at a predetermined rotation position during one rotation of the rotating body.
第1パルス信号を間引いたパルスに対して、第1パルス信号及び補正情報に基づいて補正を行ってもよい。補正情報は間引きされたもので、間引き補正の間は一定カウント毎に第2パルス信号を出力するような構成でも構わない。間引いたパルスに対して補正を行うことで、第2パルス信号を出力する出力部の処理速度(処理能力)を抑えることができる。すなわち、安価に構成することが可能となる。 The pulse obtained by thinning out the first pulse signal may be corrected based on the first pulse signal and the correction information. The correction information is thinned out, and a configuration in which a second pulse signal is output at regular count intervals may be used during the thinning correction. By correcting the thinned pulse, the processing speed (processing capacity) of the output unit that outputs the second pulse signal can be suppressed. That is, it can be constructed at low cost.
エンコーダは、モータに限られず、回転体を有する種々の装置に用いることができる。 The encoder is not limited to the motor, and can be used for various devices having a rotating body.
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the above embodiments are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and it is intended that all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims are included.
1 エンコーダ(位置検出装置の一例)
11 回転検出部
12 基準位置検出部
15 出力部
18 記憶部
19 補正情報
80 モータ
81 ロータ(回転体の一例)
91 モータ装置
S1 回転検出信号(第1パルス信号の一例)
S2 出力信号(第2パルス信号の一例)
Sp 基準位置信号
1 Encoder (an example of position detection device)
11
91 Motor device S1 Rotation detection signal (example of first pulse signal)
S2 output signal (example of second pulse signal)
Sp reference position signal
Claims (3)
前記回転体の回転位置に応じて、第1の分解能を有する周期的な第1パルス信号を出力する回転検出部と、
前記回転体の回転位置が所定の基準位置であることを検出する基準位置検出部と、
前記第1パルス信号に対応する予め設定された補正情報を記憶する記憶部と、
前記回転検出部から出力された第1パルス信号と、前記基準位置検出部の検出結果と、前記記憶部に記憶されている補正情報とに基づいて、前記第1の分解能よりも低い第2の分解能を有する周期的な第2パルス信号を出力する出力部とを備える、位置検出装置。 With a rotating body,
A rotation detection unit that outputs a periodic first pulse signal having a first resolution according to the rotation position of the rotating body.
A reference position detecting unit that detects that the rotating position of the rotating body is a predetermined reference position, and
A storage unit that stores preset correction information corresponding to the first pulse signal, and a storage unit.
A second resolution lower than the first resolution is based on the first pulse signal output from the rotation detection unit, the detection result of the reference position detection unit, and the correction information stored in the storage unit. A position detection device including an output unit that outputs a periodic second pulse signal having a resolution.
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