JP7309200B2

JP7309200B2 - フォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法及び装置

Info

Publication number: JP7309200B2
Application number: JP2020034628A
Authority: JP
Inventors: 秀樹市瀬
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: JP2021139627A

Description

本発明は、レゾルバの角度検出精度向上方法及び装置に関し、特に、メカスイッチ等の代りにフォトインタラプタを用いて、レゾルバの回転角度の－有限角側と＋有限角側の極性検知を行い、Ｒ／Ｄ変換器のデータＭＳＢ、ＭＳＢ－１をＭＳＢ拡張して得た出力データＭＳＢ～ＭＳＢ－２を用い、高精度で測角できるようにするための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のレゾルバの角度検出精度向上のための手段としては、例えば、複速レゾルバの使用、減速機の使用等が採用されていた。
また、特許文献１の回転角検出装置には、ビット拡張をしているレゾルバが開示されている。

再公表特許ＷＯ２０１１／０１０５１６

従来のレゾルバの角度検出精度向上のための手段としては、以上のように種々採用されていたが、何れも、次のような課題が存在していた。
すなわち、第１従来例としての複速レゾルバを用いる構成の場合、少なくとも、軸倍角又は回転速度が異なる２個のレゾルバを用意しなければならず、その場合には、全体形状が大型化し、小型機器への適用が極めて困難であった。
また、第２従来例としての減速機を用いてレゾルバの複速回転を得る構成は、レゾルバが大型化し、かつ、大型の機器用のレゾルバ装置となっていた。
また、ビット拡張を行う構成のＩＣ化については、小型化は可能であるが、カスタムＩＣとなり、開発のコストには限界があった。また、回路構成が複雑であるため、簡単に小型化することは困難であった。また、マイクロスイッチで切換える構成もあるが、寿命の問題及びチャタリングの問題もあり、長期の実用性に問題が存在していた。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、フォトインタラプタを用いて、光電センサの出力を－有限角側と＋有限角側に分け、Ｒ／Ｄ変換器のデータＭＳＢ、ＭＳＢ－１を周知のＭＳＢ拡張で拡張し、得られた出力データＭＳＢ～ＭＳＢ－２を用い、高精度で測角できるようにしてなるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明によるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法は、ジンバルに設けられ、－有限角側から０度も経て＋有限角側、又は、＋有限角側から０度を経て－有限角側に回転可能な有限角モータの角度位置を検出するｎＸ型レゾルバと、前記ｎＸ型レゾルバの前記０度の位置に設けられたフォトインタラプタと、前記フォトインタラプタの光電センサから出力され、前記ｎＸ型レゾルバの前記０度を境として前記－有限角側を「１」前記＋有限角側を「０」とする極性検知を示す光電センサ出力と、前記－有限角側及び＋有限角側におけるＲ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１を出力するＲ／Ｄ変換器と、を用い、前記Ｒ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１をＭＳＢ拡張し、ＭＳＢ拡張した出力データＭＳＢ～ＭＳＢ－２を出力するようにした方法であり、また、前記ｎＸ型レゾルバ及びフォトインタラプタは、前記ジンバルに設けられている方法であり、また、前記ｎＸ型レゾルバは、軸倍角が８Ｘよりなる方法であり、また、前記フォトインタラプタが設けられた前記レゾルバの０度の位置における前記光電センサの切り替わり点は、０度±５.６２５度以内である方法であり、また、本発明によるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上装置は、ＭＳＢ－１を出力するＲ／Ｄ変換器と、を用い、前記Ｒ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１をＭＳＢ拡張し、ＭＳＢ拡張した出力データＭＳＢ～ＭＳＢ－２を出力するようにした構成であり、また、前記ｎＸ型レゾルバ及びフォトインタラプタは、前記ジンバルに設けられている構成であり、また、前記ｎＸ型レゾルバは、軸倍角が８Ｘよりなる構成であり、また、前記フォトインタラプタが設けられた前記レゾルバの０度の位置における前記光電センサの切り替わり点は、０度±５．６２５度以内とした構成である。

本発明によるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法及び装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。すなわち、ジンバルに設けられ、－有限角側から０度を経て＋有限角側、又は、＋有限角側から０度を経て－有限角側に回転可能な有限角モータの角度位置を検出するｎＸ型レゾルバと、前記ｎＸ型レゾルバの前記０度の位置に設けられたフォトインタラプタと、前記フォトインタラプタの光電センサから出力され、前記ｎＸ型レゾルバの前記０度を境として前記－有限角側を「１」前記＋有限角側を「０」とする極性検知を示す光電センサ出力と、前記－有限角側及び＋有限角側におけるＲ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１を出力するＲ／Ｄ変換器と、を用い、前記Ｒ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１をＭＳＢ拡張し、ＭＳＢ拡張した出力データＭＳＢ～ＭＳＢ－２を出力するようにした方法及び装置において、フォトインタラプタを用いているため、従来のマイクロスイッチに比べると、切換え動作時のノイズや音がなく、静かで安定した動作を得ることができる。また、ＭＳＢ拡張により、小さい角度範囲でも、ノイズを伴うことなくＭＳＢ拡張を行うことができる。
また、前記ｎＸ型レゾルバ及びフォトインタラプタは、前記ジンバルに設けられていることにより、空間安定台の小型化に寄与することができる。
また、前記ｎＸ型レゾルバは、軸倍角が８Ｘよりなることにより、角度検出の精度を高く保持することができる。
また、前記フォトインタラプタが設けられた前記レゾルバの０度の位置における前記光電センサの切り替わり点は、０度±５．６２５度以内であることにより、＋側及び－側における±５．６２５度以内は、光電センサ出力を無視することができる。

本発明の実施の形態によるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法及び装置を示すためのジンバルを示す斜視図である。図１のジンバルに設けられたレゾルバの出力データ等を示す８Ｘレゾルバの多回転検出ロジックである。

本発明によるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法及び装置は、フォトインタラプタを用いて、レゾルバの回転角度の－有限角側と＋有限角側の極性検知を行い、Ｒ／Ｄ変換器のデータＭＳＢ、ＭＳＢ－１をＭＳＢ拡張して得た出力データＭＳＢ～ＭＳＢ－２を用い、高精度で測角ができるようにすることである。

以下、図面と共に本発明によるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法及び装置の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法及び装置に適用される空間安定台１のジンバル２を具体的に示している。
前記空間安定台１の台３には、２軸式の前記ジンバル２が設けられ、このジンバル２は、主として、枠状をなしＡＺ軸６０を中心に回動自在なＡＺ枠４と、前記ＡＺ枠４に設けられ、このＡＺ枠４を回動させるためのＡＺ用有限角モータ５及びＡＺ用レゾルバ６と、前記ＡＺ枠４の内側に設けられ前記ＡＺ軸とは直交するＥＬ軸６１を中心に回動可能なＥＬ枠８と、前記ＡＺ枠４の側部に設けられ前記ＥＬ枠８を前記ＡＺ枠４の回動方向とは直交する方向に回動させるためのＥＬ用有限角モータ９及びＥＬ用レゾルバ１０と、から構成されている。
尚、前述のジンバル２は周知の構造であるため、図示を一部省略しているが、各モータ５、９は各枠４、８を独立してＡＺ軸回転方向５０及びＥＬ軸回転方向５１に各々回動し、前記各モータ５、９と各レゾルバ６、１０は各々連動して回動するように、二軸ジンバルを構成している。

前記ジンバル２の前記ＥＬ枠８の前面には、カメラ１２が取り付けられており、例えば、各モータ５、９を駆動している間に前記カメラ１２でターゲット（図示せず）を据えた場合は、前記各モータ５、９の駆動を、各レゾルバ６、１０からの角度信号に基づいて、図示しない制御部で制御することにより、前記ジンバル２を自動的に駆動して、前記ターゲットを追従し続けることができるように構成されている。

次に、図２は、前記各レゾルバ６、１０の出力データの周知のＭＳＢ拡張について示している。
図２において、（Ｍ）は各レゾルバ６、１０の機械角度（０度から－４５度、０度から＋４５度）で、図示しない機械ストッパが０度から－３１度、０度から＋３１度の間で、有限角の角度検出を行うことができるように構成されている。

さらに、図２の（Ｍ１）においては、前述のように、各レゾルバ６、１０の０度の位置に設置され光電センサ４４を内蔵したフォトインタラプタ４３における周知の光電センサ４４からの光電センサ出力４４ａは、光電センサ４４の切り替わり点Ｇが０度±５．６２５度以内（すなわち、図２のＧで示すハッチング部分に相当）であるため、このハッチング部分を除いて、光電センサ４４の光電センサ出力４４ａは、－４５度から０度の手前迄が「１」、＋４５度から０度の手前迄が「０」となっている。
前記光電センサ４４の切り替わり点Ｇは、フォトインタラプタ４３の光電センサ４４の動作範囲、すなわち、０度は図２のＭ１の極性検知に相当し、雑音やチャタリング等のない電気的に安定した極性切り換え動作を得ることができる。

さらに、図２の（Ｍ２）においては、各レゾルバ６、１０の出力データをＲ／Ｄ変換するため、Ｒ／Ｄ変換器（図示せず）のデータＭＳＢ、ＭＳＢ－１は「００」、「０１」、「１０」、「１１」、「００」、「０１」、「１０」、「１１」のロジックの組み合わせとなる。
また、（Ｍ３）のように、（Ｍ３）で示すＲ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１を周知のＭＳＢ拡張した出力データとした場合には、ＭＳＢ～ＭＳＢ－２は、－３３．７５度から０度迄は、１０１、１１０、１１１となり、さらに、０度から＋３３．７５度迄は、０００、００１、０１０のロジックの組み合わせとなる。

従って、図２の多回転検出ロジックは、以下の通りである。
Ｒ／Ｄ変換器データのＭＳＢ、ＭＳＢ－１＝１１の場合１１１とする。
Ｒ／Ｄ変換器データのＭＳＢ、ＭＳＢ－１＝００の場合０００とする。
Ｒ／Ｄ変換器データのＭＳＢ、ＭＳＢ－１＝上記以外の場合（光電センサ出力）＋（Ｒ／Ｄ変換器データのＭＳＢ、ＭＳＢ－１）とする。

尚、本発明の実施の形態によるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法及び装置の特徴的構成を示すと、下記の通りである。
すなわち、軸倍角が８ＸからなるｎＸ型レゾルバであるＡＺ用レゾルバ６及びＥＬ用レゾルバ１０は、図２で示されるように、－有限角側４０から０度を経て＋有限角側４１、又は、＋有限角側４１から０度を経て－有限角側４０に回転可能な有限角モータ５、９の角度位置を検出し、前記０度の位置にフォトインタラプタ４３が設けられ、前記フォトインタラプタ４３の光電センサ４４から、前記０度の位置を境として、前記－有限角側４０を「１」前記＋有限角側４１を「０」とする極性検知後の光電センサ出力４４を得ることができ、Ｒ／Ｄ変換器２０は、前記－有限角側４０及び＋有限角側４１におけるＲ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１を出力し、前記Ｒ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１がＭＳＢ拡張されることによって出力データＭＳＢ、ＭＳＢ－２が出力され、前記ｎＸ型レゾルバ６、１０及びフォトインタラプタ４３は、ジンバル２に設けられ、前記フォトインタラプタ４３が設けられたレゾルバ６、１０の０度位置における前記光電センサ４４の切り替わり点の０度は、０度±５．６２５度以内に設定されている。

本発明によるフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法及び装置は、フォトインタラプタを用いて、＋、－有限角側の切換時に、従来のような機械スイッチによる切換音を発することもなく、無音状態で切換動作を行うことができ、Ｒ／Ｄ変換器の出力データＭＳＢ、ＭＳＢ－１をＭＳＢ拡張した出力データＭＳＢ、ＭＳＢ－２を得て、分解能の向上によって、高精度で測角できることである。

２ジンバル
５、９有限角モータ
６、１０ｎＸ型レゾルバ
２０Ｒ／Ｄ変換器
４０－有限角側
４１＋有限角側
４３フォトインタラプタ
４４光電センサ
４４ａ光電センサ出力
ＭＳＢ、ＭＳＢ－１Ｒ／Ｄ変換器データ
Ｘ軸倍角

Claims

ジンバル（２）に設けられ、－有限角側（４０）から０度を経て＋有限角側（４１）、又は、＋有限角側（４１）から０度を経て－有限角側（４０）に回転可能な有限角モータ（５、９）の角度位置を検出するｎＸ型レゾルバ（６、１０）と、前記ｎＸ型レゾルバ（６、１０）の前記０度の位置に設けられたフォトインタラプタ（４３）と、前記フォトインタラプタ（４３）の光電センサ（４４）から出力され、前記ｎＸ型レゾルバ（６、１０）の前記０度を境として前記－有限角側（４０）を「１」前記＋有限角側（４１）を「０」とする極性検知を示す光電センサ出力（４４ａ）と、前記－有限角側（４０）及び＋有限角側（４１）におけるＲ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１を出力するＲ／Ｄ変換器（２０）と、を用い、前記Ｒ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１をＭＳＢ拡張し、ＭＳＢ拡張した出力データＭＳＢ～ＭＳＢ－２を出力するようにしたフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法。
前記ｎＸ型レゾルバ（６、１０）及びフォトインタラプタ（４３）は、前記ジンバル（２）に設けられていることからなる請求項１記載のフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法。
前記ｎＸ型レゾルバ（６、１０）は、軸倍角が８Ｘよりなる請求項１又は２記載のフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法。
前記フォトインタラプタ（４３）が設けられた前記レゾルバ（６、１０）の０度の位置における前記光電センサ（４４）の切り替わり点（Ｇ）は、０度±５．６２５度以内である請求項１～３の何れか１項に記載のフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上方法。
ジンバル（２）に設けられ、－有限角側（４０）から０度を経て＋有限角側（４１）、又は、＋有限角側（４１）から０度を経て－有限角側（４０）に回転可能な有限角モータ（５、９）の角度位置を検出するｎＸ型レゾルバ（６、１０）と、前記ｎＸ型レゾルバ（６、１０）の前記０度の位置に設けられたフォトインタラプタ（４３）と、前記フォトインタラプタ（４３）の光電センサ（４４）から出力され、前記ｎＸ型レゾルバ（６、１０）の前記０度を境として前記－有限角側（４０）を「１」前記＋有限角側（４１）を「０」とする極性検知を示す光電センサ出力（４４ａ）と、前記－有限角側（４０）及び＋有限角側（４１）におけるＲ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１を出力するＲ／Ｄ変換器（２０）と、を備え、前記Ｒ／Ｄ変換器データＭＳＢ、ＭＳＢ－１をＭＳＢ拡張し、ＭＳＢ拡張した出力データＭＳＢ～ＭＳＢ－２を出力するようにしたフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上装置。
前記ｎＸ型レゾルバ（６、１０）及びフォトインタラプタ（４３）は、前記ジンバル（２）に設けられていることからなる請求項５記載のフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上装置。
前記ｎＸ型レゾルバ（６、１０）は、軸倍角が８Ｘよりなる請求項５又は６記載のフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上装置。
前記フォトインタラプタ（４３）が設けられた前記レゾルバ（６、１０）の０度の位置における前記光電センサ（４４）の切り替わり点（Ｇ）は、０度±５．６２５度以内である請求項５～７の何れか１項に記載のフォトインタラプタを用いたレゾルバの角度検出精度向上装置。