JP4280278B2 - エンコーダ通信回路 - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダを使用する装置に異常が発生した場合に、異常個所を特定するためにエンコーダに変えて使用されるエンコーダ通信回路に関する。

近年、位置や速度の情報を電気信号として取り出すエンコーダは、高分解能化し、また高速回転に対する対応が進んでいる。エンコーダからの信号出力の方式も、従来のＡ／Ｂ相出力方式から、分解能や回転速度に左右されないシリアル通信でデータを転送する方式に変わってきている。シリアル通信で転送されるデータは、位置情報の他にエンコーダ内で検出した異常を示すアラーム情報も含んでおり、エンコーダ自身の異常はそのアラーム情報より分析が可能である（特許文献１参照）。

エンコーダは、異常検出回路により異常を検出した場合、アラーム情報として制御装置に異常を通知する。これにより、エンコーダ内の異常個所を特定することができる。しかし、エンコーダの通信回路の故障、通信ケーブルの断線、制御装置の通信回路の故障等が発生した場合、制御装置は通信異常を検知しアラームを表示するが、通信が途絶えているので、故障個所の特定に時間を要することになる。さらに、故障個所の特定を誤ると部品交換後も再発し、装置の復旧にさらに時間がかかることになる。

従来、通信が途絶えた場合には、別のエンコーダを通信ケーブルに接続し、通信が正常に行われるかどうかで、元のエンコーダに異常があるかどうかを判断している。しかし、この方法では、別のエンコーダは、初期状態であるので、絶対位置が確立していないことを示す初期状態アラームを制御装置に送出する。制御装置は、エンコーダが初期状態であることを認識すると、元のエンコーダの絶対位置を表示するために記憶している原点情報を無効としてしまう。したがって、異常個所を特定した後の復旧時には、必ず原点を再設定する操作が行われる。

別のエンコーダを接続して通信のチェックを行った結果、元のエンコーダが通信異常の原因ではなく、例えば通信ケーブルの断線が原因であるという場合がある。元のエンコーダが通信異常の原因ではない場合には、新しい通信ケーブルへ交換後、元のエンコーダをサーボモータに取付けることになる。しかしながら、元のエンコーダを制御装置に改めて接続すると、原点情報が無効にされているので、原点を再設定しなければならない。

この原点設定操作は、予め決まっているテーブルあるいは機械の原点位置を再生する必要があるので、機械の構成によっては、基準となる冶具やダイヤルゲージ等の測定器を用いる複雑で精密な作業が必要となる。

また、異常原因を探るために交換する別のエンコーダは、高価であり、異常原因を探るために使用するのは不経済である。また、別のエンコーダを接続すると、機械を誤って運転状態にしてしまう可能性があり、作業に危険を伴う。

特開２００５−２３３７２０号公報

本発明は、上記のような問題に鑑み、通信異常発生時に、異常個所を特定するとともに、異常状態を復旧する時間を短縮することができるエンコーダ通信回路を提供することを目的とする。

本発明のエンコーダ通信回路は、制御装置に接続されるエンコーダのインタフェースと同一のインタフェースを有する通信部と、位置または速度データとアラームデータとを含む予め決められたエンコーダデータを生成するエンコーダデータ生成部とを備え、
前記制御装置に接続されるとき、前記通信部のインタフェースを介して、前記予め決められたエンコーダデータを前記制御装置に出力するエンコーダ通信回路であって、
前記アラームダデータは、原点位置の再設定作業が必要になるアラーム情報を含まないことを特徴とする。

前記アラームデータは、前記制御装置に接続されるサーボモータの動作を不可とするデータのうちの少なくとも一つを含むようにしてもよい。

前記エンコーダデータは、１つのパターンからなり、該１つのパターンを繰り返して前記制御装置に出力するものでもよく、複数のパターンからなり、該複数のパターンを繰り返して前記制御装置に出力するものでもよい。

前記インタフェースは、シリアルインタフェースとすることもできる。

本発明によると、エンコーダを使用する装置あるいはシステムの通信異常時に使用することにより、故障個所を特定することができ、装置を復旧する時間を短縮することができる。また、エンコーダが初期状態ではないデータを送信する場合には、制御装置が機械の原点位置の記憶を無効にするアラームを出力しない。したがって、エンコーダ以外の不具合と判明し、元のエンコーダを引き続き使用する場合には、原点を再設定する作業が不要となる。さらに、機械を動作させないアラームデータを出力する場合は、誤って機械を運転状態とすることを防止し、安全に故障個所の確認作業が行える。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、その前に、図１を参照して、本発明が適用される一例である一般的な加工装置について説明する。加工装置は、エンコーダ２０、３０からの情報によりサーボモータ１６をフィードバック制御して、テーブル１７を移動させる。

制御装置１０は、動力線１２により、制御対象であるサーボモータ１６に接続される。また、制御装置１０は、制御装置１０の通信回路１４、１９、第１および第２の信号線１３、１５により、サーボモータ１６に内蔵された第１のエンコーダ２０およびテーブル１７の位置を検出する第２のエンコーダ３０に接続される。

制御装置１０は、通信回路１４により、第１の通信ケーブル１３を介して、第１のエンコーダ２０と通信を行う。エンコーダ２０は、サーボモータ１６のシャフトの位置または速度を検出して、検出信号を制御装置１０に送る。同時に、制御装置１０は、通信回路１９により、第２の通信ケーブル１５を介して、第２のエンコーダ３０と通信を行う。第２のエンコーダ３０は、テーブル１７の位置を検出し、検出信号を制御装置１０に送る。制御装置１０は、エンコーダ２０および３０から送られる検出信号をフィードバックして、動力線１２を介してサーボモータ１６を制御する。

サーボモータ１６のシャフトは、ボールネジ１８に連結している。ボールネジ１８は、テーブル１７を並進させるように、テーブル１７に設けられた雌ネジ部に螺合している。サーボモータ１６の回転によりボールネジ１８は回転し、ボールネジ１８と螺合しているテーブル１７が図面左右に移動し、テーブル１７に載置された被加工部材（図示せず）が所定の位置に移動する。図示しないが、テーブル１７は、ボールネジ１８に直交する他の２軸に対しても、同様に移動可能とされる。

図２に、図１の加工装置に用いられるエンコーダ２０のブロック図を示す。エンコーダ２０は、モータシャフトの回転を検出して、位置または速度の情報を得るセンサ部２１と、センサ部２１により検出された信号を処理する信号処理部２３と、制御装置１０と通信を行い、信号処理部２３で処理された信号を制御装置１０に送信する通信部２７を備えている。

信号処理部２３は、センサ部から送られるアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換してディジタル信号を得るＡ／Ｄ変換部２４と、Ａ／Ｄ変換部２４により変換されたディジタル信号に基づいて、位置または速度を表すデータを算出する位置／速度データ算出部２５と、異常状態を検出する異常検出部２６とを有する。信号処理部２３で算出あるいは検出されたデータはディジタル信号として通信部２７に送られ、シリアルデータに変換されて通信信号として制御装置１０に送信される。

図３に、図２のエンコーダのセンサ部２１の一例を示す。センサ部２１は、１個または複数個の発光素子４１と、外周部にスリットを有する回転スリット円板４２と、透光スリットに対向して配置された固定スリット板４３と、１個または複数個の発光素子４１に対応する受光素子４５とを備えている。発光素子４１から出射した光が、回転スリット円板４２と固定スリット板４３とを通過すると、受光素子４５に入射するように構成されている。

回転スリット円板４２の回転軸４４は、サーボモータ１６のシャフトに結合されている。サーボモータ１６の回転に伴い回転軸４４が回転すると、回転スリット円板４２が回転し、回転スリット円板４２の周囲に同心状に形成されたコーディングのためのスリットパターンの位置が周期的に変化する。それに応じて、固定スリット板４３に同心状に形成されたスリットパターンの開口部との重なりが周期的に変わり、受光素子４５への光入射量が周期的に変化する。この受光素子４５への光入射量の周期的変化から、モータ回転速度あるいは位置の情報をもつアナログ信号、例えばＡ相およびＢ相の正弦波信号を得る。モータ回転速度あるいは位置の情報をもつアナログ信号は、信号処理部２３に入力し、所定の信号処理が行なわれてディジタルデータを得て、さらに通信部２７を介してシリアルデータとして制御部１０に送信される。

なお、エンコーダ３０は、直線的な移動を行う移動体の移動量や位置を求めるリニアエンコーダである。リニアエンコーダでは、例えばテーブル１７の移動部に取り付けられたメインスケールとテーブル１７の固定部に取り付けられたインデックススケールの相対位置の変化に応じた位置検出信号を出力することにより移動量や位置を求める。メインスケールとインデックススケールとは、互いに相対的に移動自在であり、これらを挟んで一方の側に発光素子と受光素子とを配置して構成される。このようにエンコーダ３０のセンサ部は、エンコーダ２０のセンサ部と原理的に同一であり、信号処理部、通信部も同様であるので説明を省略する。以下、エンコーダ２０について説明するが、エンコーダ３０についても同様である。

エンコーダ２０は、異常検出部２６を備え、異常検出部２６には複数の異常検出回路を有している。例えば、センサ部２１により検出されるセンサ信号の異常を検出する回路では、例えばＡ相およびＢ相の正弦波信号について、各相の振幅値、オフセット値、波形歪み、各相間の位相差などが計算され、予め決められた許容範囲から逸脱しているか否かがチェックされる。この結果、値が許容範囲に入っていないと異常があるとして、アラームを制御装置１０に送信する。そのほか、サーボモータ１６の温度の異常など多くの異常を異常検出部２６により検出して、制御装置１０に通知することが可能である。

このように、異常検出部２６からの異常データが制御装置１０に送信されると、異常個所が特定されるが、エンコーダ２０の通信回路の故障、通信ケーブル１３、１５の断線、制御装置１０の通信回路１４、１９の故障等が発生した場合、通信が途絶えるため、故障の原因を特定することができない。したがって従来は、上述のように、別のエンコーダを通信ケーブルに接続し、通信が正常に行われるかどうかで、元のエンコーダに異常があるかどうかを判断していた。本発明は、通信異常に際して異常個所を特定するために、エンコーダ通信回路を提供するものである。

図４に、本発明のエンコーダ通信回路の一実施形態の概念図を示し、図５に、図１に示す第１のエンコーダ２０に代えて、エンコーダ通信回路を使用する場合を示す。エンコーダ通信回路は、第２のエンコーダ３０に代えても使用できるが、まずエンコーダ２０を対象として説明する。

図４に示すように、エンコーダ通信回路５０は、データパターン生成部あるいはエンコーダデータ生成部５１と通信部５３とを備えている。エンコーダデータ生成部５１は、予め決められた位置あるいは速度情報とアラーム情報とを含むエンコーダデータとしてのデータパターンを生成する。通信部５３は、エンコーダ２０と同一のインタフェースを有し、通信ケーブル１３を介して制御部１０と接続すると、規定のシリアル通信を行うことができる。エンコーダ通信回路５０は、サーボモータ位置や速度を検出する検出回路を持たないため、構造が簡単で安価に構成できるものである。

通信異常が発生して通信が途絶えると、制御装置１０は、通信異常を検出して通信異常アラームを表示する。このような場合、作業者は、図５に示すように、エンコーダ通信回路５０をエンコーダ２０と交換して、通信異常の原因を探る。

交換したエンコーダ通信回路５０を、通信ケーブル１３を介して制御部１０と接続すると、通信部５３を介して、予め決められた位置あるいは速度情報、アラーム情報を含むエンコーダ情報を出力し、別のエンコーダを接続したときと同様に通信異常の原因を探ることができる。

図６は、制御装置からのデータ要求信号と、エンコーダが送信するシリアルデータの一例を説明する図である。図では、信号のＨレベルを１とし、信号のＬレベルを０として、１ビットを１つの区画で示す。

エンコーダ２０は、制御装置１０からのデータ要求信号（ｉ）を受信すると、エンコーダデータすなわちシリアルデータ（ｉｉ）を制御装置１０に送信する。エンコーダデータは、２４ビットのシリアル列からなる。そのうち、ビットｂ１〜ｂ６までの６ビットを、異常を示すアラームデータとし、ビットｂ７〜ｂ２４までの１８ビットを、位置あるいは速度情報を示す位置／速度データとする、データ要求信号は定期的に送信され、したがって、エンコーダデータも定期的に送信される。

図７は、本実施形態のエンコーダ通信回路で生成されるデータの一例を示す。エンコーダ通信回路は、通信異常が発生した異常個所を特定するためにのみ使用されるので、予め決められたデータパターンををエンコーダデータとして送信するように構成される。

図７の例は、エンコーダ通信回路５０から制御装置１０に送信されるエンコーダデータ（ｋ）を１つ固定して、これを繰り返すものである。すなわち、データ（ｋ）＝データ（ｋ＋１）＝データ（ｋ＋２）＝データ（ｋ＋３）＝・・・である。データ（ｋ）は、アラームビット中のビットｂ５がＨである以外は、すべてＬである。

ここで、ビットｂ６のＬの意味を説明する。ビットｂ６は、エンコーダ２０が初期状態であるか否かを示すビットである。エンコーダ通信回路５０から送信されるデータのビットｂ６のＬは、エンコーダが初期状態ではないことを示す。したがって、ビットｂ６をＬにセットしておくと、エンコーダ通信回路５０を接続したときに、初期状態であると判断されることがない。したがって、制御装置１０は、元のエンコーダ２０の原点位置の位置情報を無効にすることがない。これにより、エンコーダ通信回路５０につなぎ代えて検査した結果、元のエンコーダ２０には異常がなく、元のエンコーダ２０を再使用する場合でも、面倒な原点位置の再設定作業をする必要がなくなる。

なお、従来のように元のエンコーダ２０に代えて別のエンコーダを使用する場合は、ビットｂ６がＨであるので、このエンコーダデータを受信した制御装置１０は、制御装置１０が記憶している原点位置の位置情報の値を無効にし、エンコーダ２０が初期状態であることを表示し、新たに機械あるいはテーブル１７の原点位置の設定操作を促す表示を行う。さらに、初期状態であるかどうかを示すビットをＬにするための信号（アラームリセット信号）をデータ要求信号の代わりに送出することになる。このようにして原点位置の再設定操作を要求することになる。

次に、アラームビットのビットｂ５のＨの意味を説明する。エンコーダ通信回路５０を使用した場合に制御装置１０に送信されるデータで、制御装置が誤ってサーボモータ１６を運転状態とすると、危険である。本例では、ビットｂ５をＨとして、強制的にサーボモータ１６を動作させないようにする。ビットｂ５は、エンコーダの異常を示すビットであり、ビットｂ５がＨであるアラームデータを制御装置１０が受信すると、制御装置１０は、アラームの内容を表示するとともに、サーボモータ１６を動作させない処理を行なう。したがって、サーボモータ１６が運転状態となる誤動作を回避することができる。

なお、サーボモータ１６を動作させないようにするアラームビットが他にもいくつかある場合、サーボモータ１６を動作させないようにする他のアラームビットをＨにセットして、サーボモータ１６の動作を確実に防止するようにしてもよい。

図８は、本実施形態のエンコーダ通信回路で生成されるデータパターンの他の例を示す。図８の例は、エンコーダ通信回路５０から制御装置１０に送信されるデコーダデータを、それぞれ異なるデータ（ｋ）、データ（ｋ＋１）、データ（ｋ＋２）、データ（ｋ＋３）とするものである。このデータ（ｋ）〜（ｋ＋３）を、１つのセットとして、このデータセットを繰り返す。アラームデータｂ１〜ｂ６までは、図７のものと同じであり、したがって図７を参照して説明したアラームデータがもつ効果も同様である。

図８のデータは、位置／速度データについて、データ（ｋ）はビットｂ７がＨ、データ（ｋ＋１）はビットｂ７、ｂ８がＨ、データ（ｋ＋２）はビットｂ７〜ｂ９がＨ、データ（ｋ＋３）はビットｂ７〜ｂ１０がＨとなり、それぞれのデータが異なっている。このように異なるデータを制御装置１０に送信すると、制御装置１０の表示画面（図示せず）の信号の状態が変化するので、信号が正常に受信されているかが明確に判断できる。図７のデータでは、表示画面上での変化がなく、信号の受信状態を判断するのが困難な場合がある。

図９を参照して、第１のエンコーダ２０について通信異常があり、エンコーダ通信回路５０を使用して、異常個所を特定する動作のフローを説明する。

エンコーダ２０について通信アラームが表示されると、エンコーダ２０に代えてエンコーダ通信回路５０を制御装置１０に接続する（ステップＳ１）。これで、通信異常アラームが発生しなくなれば（ステップＳ２）、エンコーダ２０に異常の原因があると判断することができるので、エンコーダ２０を他のエンコーダと交換して終了する（ステップＳ３）。

エンコーダ通信回路５０を接続して使用しても、通信アラームが依然として発生する場合は、通信ケーブル１３を正常な別の通信ケーブルと交換する（ステップＳ４）。これで、通信アラームが発生しなくなる場合（ステップＳ５）は、通信ケーブル１３が異常であったと判断されるので、交換した正常な別の通信ケーブルを使用して終了する（ステップＳ６）。通信ケーブル１３を正常なケーブルと取り替えても、通信アラームが継続して発生する場合（ステップＳ５）は、制御装置１０の通信回路１４に故障があると判断できるので、通信回路１４を交換して終了する（ステップＳ７）。

このように、エンコーダ２０に異常が無いと判断される場合は、通信ケーブル１３の交換か制御装置１０の通信回路１４の交換が行われる。エンコーダ通信回路５０は、アラームビットのビットｂ６をＬとして、初期状態で絶対位置が確立していないことを示す初期状態アラームを送出しない。したがって、制御装置１０は記憶している原点情報を無効とすることがない。これにより、テーブルあるいは機械の原点を再設定することなく、運転が可能となる。さらにエンコーダ通信回路５０は、アラームビットのビットｂ５をＨとして、エンコーダ２０の異常を示すアラームを送出する。したがって、誤ってテーブルを動作させてしまうことはなく、安全に異常個所を特定する作業が可能である。

図１０に示すように、第２のエンコーダ３０について通信異常が発生した場合に、エンコーダ３０に代えてエンコーダ通信回路５０を使用することにより、異常個所の判定が可能である。第２のエンコーダ３０に代えてエンコーダ通信回路５０を使用して異常個所の判定を行うことは、第１のエンコーダ２０に代えてエンコーダ通信回路５０を使用する場合と同様であるので、説明を省略する。

第２のエンコーダ３０に接続されている第２のケーブルのコネクタが、第１のエンコーダ２０に接続されている第１のケーブルのコネクタと違っていて、エンコーダ通信回路５０に適合しない場合は、コネクタ変換ケーブル５５を使用して接続するようにすればよい。

また、図９を参照して説明した異常個所特定作業も、同様である。これにより、第２のエンコーダ３０、通信ケーブル１５、第２の通信回路１９について、いずれが異常あるいは故障しているかを判別することができる。

なお、以上説明した本実施形態では、エンコーダ通信回路が送信するデータ中のアラームデータとして、エンコーダが初期状態ではないことを示すデータと、サーボモータの動作をさせないデータとを含むものとして説明したが、他の実施形態では場合により省略することもできる。例えば、簡単なデータ構成として、すべてのビットをＬとしてエンコーダデータを構成することもできる。この場合、サーボモータの動作をさせないデータは含まれないことになる。

本発明を適用する一般的な加工装置を示す図である。 図１で使用されるエンコーダの概要を示す図である。 エンコーダのセンサ部を説明する図である。 本発明のエンコーダ通信回路の概要を示す図である。 本発明の一実施形態が適用される一例を示す図である。 一般的なエンコーダデータを説明する図である。 本発明の一実施形態であるエンコーダ通信回路のエンコーダデータの一例を示す図である。 本発明の一実施形態であるエンコーダ通信回路のエンコーダデータの他の例を示す図である。 本発明の一実施形態であるエンコーダ通信回路を用いて異常個所を特定する動作のフローを示す図である。 本発明の一実施形態が適用される他の例を示す図である。

符号の説明

１０ 制御装置
１２ 動力線
１３ 第１の通信ケーブル
１４ 第１の通信回路
１６ サーボモータ
１７ テーブル
１８ ボールネジ
１９ 第２の通信回路
２０ 第１のエンコーダ
２１ センサ部
２３ 信号処理部
２４ Ａ／Ｄ変換部
２５ 位置／速度算出部
２６ 異常検出部
２７ 通信部
３０ 第２のエンコーダ
４１ 発光素子
４２ 回転スリット
４３ 固定スリット
４４ 回転軸
４５ 受光素子
５０ エンコーダ通信回路
５１ データパターン生成部
５３ 通信部
５５ 変換ケーブル

Claims (5)

1. 制御装置に接続されるエンコーダのインタフェースと同一のインタフェースを有する通信部と、
   位置または速度データとアラームデータとを含む予め決められたエンコーダデータを生成するエンコーダデータ生成部とを備え、
   前記制御装置に接続されるとき、前記通信部のインタフェースを介して、前記予め決められたエンコーダデータを前記制御装置に出力するエンコーダ通信回路であって、
   前記アラームダデータは、原点位置の再設定作業が必要になるアラーム情報を含まないことを特徴とするエンコーダ通信回路。
2. 前記アラームデータは、前記制御装置に接続されるサーボモータの動作を不可とするデータのうちの少なくとも一つを含む請求項１に記載のエンコーダ通信回路。
3. 前記エンコーダデータは、１つのパターンからなり、該１つのパターンを繰り返して前記制御装置に出力する請求項１または２に記載のエンコーダ通信回路。
4. 前記エンコーダデータは、複数のパターンからなり、該複数のパターンを繰り返して前記制御装置に出力する請求項１または２に記載のエンコーダ通信回路。
5. 前記インタフェースは、シリアルインタフェースである請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンコーダ通信回路。

Images