专利名称：包括异常检测装置的编码器及其控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种编码器，包括用于检测编码器之异常的异常检测 电路和用于将由异常检测电路检测到的信号发送到外界的异常信号发 送电路，并且涉及一种编码器及其控制系统，该编码器包括用于根据 来自编码器的异常信号可靠地驱动控制系统的异常检测装置。
背景技术：
现有地，公开了一种位置检测器，具有设置于连接器中的异常通 知装置，以根据来自编码器装置的报警信号输出来进行异常通知操作。 (例如，参见专利文献1)。图IO是示出了专利文献1描述的编码器装置的电气构造的框图。如图所示，编码器200包括检测单元210，内插/报警单元220， 以及驱动器230。来自检测单元210的伪正弦波信号被内插至内插/报 警单元220，内插/报警单元220将伪正弦波信号转换为分解双相方波 信号。另外，内插/报警单元220具有检测由过速引起的尺度误差(scale error)并输出报警信号AL的功能。驱动器230是三态缓冲器，并且驱 动器230根据报警信号AL变为高阻态。控制装置300通过位于从外界容易看见的位置的第一连接器270 连接于编码装置200。第一连接器270具有在电源线和报警信号线之间 的报警显示器290。接着将描述由控制装置300检测出异常的情况下的操作。当控制装置300从位置指令和位置反馈之间的差异检测到异常时，控制装置300检查是否输入信号变为高阻抗。当输入信号是高阻抗并 且报警显示器290不亮时，该情况被判断为线缆断开，连接不良，或 者控制装置300的异常。报警显示器290点亮的情况被判断为编码器 装置200的故障。如上所述，在现有编码器装置中，信号被从检测单元内插至位于 编码器装置的内插/报警单元，信号被转换为双相方波信号，尺度误差 被检测到，并且报警信号被输出。专利文献1:日本专利申请公开No. 2000-193489发明内容本发明要解决的问题然而，在现有的编码器装置中，为内插/报警单元提供了一个电源。 即，用于处理从检测单元内插的信号以输出位置信号的信号处理单元， 以及用于接测误差以输出报警信号的异常检测电路具有共用电源。因 此，当电源出现异常或者电源线出现异常时，异常检测电路的运行不 稳定，并且由此很难精确地判断并处理异常状况。为解决上述问题设计本发明，并且本发明的目标是提供包括异常 检测装置的编码器，即便当编码器的电路单元的电源出现异常时，该 异常检测装置能够及时地并且可靠地检测到编码器装置内的信号的异 常。解决问题的装置为了解决上述问题，根据如下构造本发明。根据本发明的第一方面，提供了一种用于检测被测对象的诸如转 动角度或线性位置的位移的编码器，所述编码器包括检测单元，其检测根据所述被测对象的位移的信号；编码器电路，其处理接收自所述检测单元的信号，并且输出根据 所述位移的信号；以及异常检测装置，其检测编码器的异常状态，其中，用于编码器电路的电力和异常检测装置的电力被分别提供。根据本发明的第二方面，提供了一种用于检测被测对象的诸如转 动角度或线性位置的位移的编码器，所述编码器包括检测单元，其检测根据所述被测对象的位移的信号； 编码器电路，其处理接收自所述检测单元的信号，并且输出根据 所述位移的信号；以及第一布线线缆，连接于电源和所述编码器电路的输出信号部分； 第二布线线缆，连接于电源和异常检测装置的异常信号输出部分；以及所述异常检测装置，其检测所述编码器的异常状态， 其中，用于所述编码器电路的电力和用于所述异常检测装置的电 力被分别提供，并且其中，第一布线线缆和第二布线线缆使用彼此不同的线缆。根据本发明的第三方面，提供了一种用于检测被测对象的诸如转 动角度或线性位置的位移的编码器，所述编码器包括检测单元，其检测根据所述被测对象的位移的信号；编码器电路，其处理接收自所述检测单元的信号，并且输出根据 所述位移的信号；以及异常检测装置，其检测所述编码器的异常状态，其中，用于所述异常检测装置的电力被通过包括反向电流防止二 极管和高电容值电容器的电路从所述编码器电路的电源提供，其中所 述反向电流防止二极管连接于所述电源，以及所述高电容值电容器用 于积累从所述反向电流防止二极管获得的电荷。根据本发明的第四方面，用于检测编码器异常状态的所述信号可以是所述编码器电路的电源电压信号。根据本发明的第五方面，用于检测编码器异常状态的所述信号可 以是由角度检测单元检测的波形电压信号。根据本发明的第六方面，用于检测编码器异常状态的所述信号可以是与流过角度检测单元的LED的电流相对应的LED电流信号。根据本发明的第七方面，所述异常检测装置可以包括环境异常检 测元件，所述环境异常检测元件用于检测包括所述异常检测装置的编 码器的环境状态。根据本发明的第八方面，所述环境异常检测元件可以是温度检测 元件。根据本发明的第九方面，所述环境异常检测元件可以是振动检测 元件。根据本发明的第十方面，所述异常检测装置可以具备以下功能-当施加电力后流逝预定时间时，发送用于通知正常运行状态的信号。根据本发明的第十一方面，所述异常检测装置可以具备以下功能通过双向通信发送和接收异常检测信号。根据本发明的第十二方面，提供了一种控制系统，包括 电机，具有根据本发明第一至第十一方面中的任一的编码器；控制装置，连接于所述编码器；以及电机驱动装置，根据来自所述控制装置的控制信号驱动所述电机，其中所述控制装置可用于 检测来自编码器的异常信号；并且根据异常状态控制所述电机。发明的优点 本发明具有以下优点。根据本发明的第一方面，编码器电路和所述异常检测装置被分别 提供，并且从不同电源为两者供电。因此，当编码器电路的电源发生 异常时，能够及时地输出异常信号。因此，能够提高编码器的可靠性。根据本发明的第二方面，使用不同线缆分别作为异常检测装置的 布线线缆和编码器电路的布线线缆。因此，即便当由于编码器电路的 布线线缆断开导致编码器电路的电源电压发生异常时，异常检测装置 能够及时输出异常信号。因此，能够提高编码器的可靠性。根据本发明的第三方面，经由用于防止反向电流的反向电流防止二极管，以及通过与异常检测装置的电源并行连接的高电容值电容器，从编码器电路的电源提供用于异常检测装置的电力。因此，即便当由 于编码器电路的布线线缆断开导致编码器电路的电源被切断时，异常检测装置的电力可以由高电容值电容器支持一较短时间，并且同时从 异常检测装置输出异常检测信号。因此，通过简单构造能够提高编码 器的可靠性。根据本发明的第四方面，检测编码器电路的电源电压信号。因此， 能够及时地或者预先地检测到基于电源电压的异常的编码器电路的不 良运行。因此，能够进一步提高编码器的可靠性。根据本发明的第五方面，检测波形电压信号。因此，能够及时地 或者预先地检测到基于波形电压的异常的编码器电路的不良运行。因 此，能够提高编码器的可靠性。根据本发明的第六方面，检测LED的电流。因此，能够及时地或者预先地检测到基于LED的电流的异常的编码器电路的不良运行。因 此，能够提高编码器的可靠性。根据本发明的第七方面，异常检测装置具有环境异常检测元件。 因此，能够及时地或者预先地检测到基于编码器的环境状态的异常的 编码器电路的不良运行。因此，能够提高编码器的可靠性。根据本发明的第八方面，异常检测装置具有温度检测元件。因此， 能够及时地或者预先地检测到基于编码器的温度的异常的编码器电路 的不良运行。因此，能够提高编码器的可靠性。根据本发明的第九方面，异常检测装置具有振动检测元件。因此， 能够及时地或者预先地检测到基于编码器的振动的异常的编码器电路 的不良运行。因此，能够提高编码器的可靠性。根据本发明的第十方面，异常检测装置具备当施加电力后流逝预 定时间时发送用于通知正常运行状态的信号的功能。因此，能够验证 异常检测装置的正常运行。因此，能够提高异常检测装置的可靠性， 由此提高编码器的可靠性。根据本发明的第十一方面，异常检测装置可以具备通过双向通信 发送和接收异常检测信号的功能。因此，能够连续地验证异常检测装 置的正常运行。因此，能够提高编码器的可靠性。根据本发明的第十二方面，控制系统检测包括异常检测装置的编 码器的异常信号，确定控制装置如何应对该异常状态，并且进行诸如 及时停止电机的处理。因此，能够构造具有安全性和高可靠性的控制 系统。
图1是示出本发明的第一实施例的框图。图2A是示出了角度检测单元的构造的透视图，以及图2B是示出 了编码器电路的电路图。图3是示出了本发明的第二实施例的框图。 图4是示出了本发明的第三实施例的框图。 图5是示出了本发明的第四实施例的框图。 图6是示出第四实施例的运行的时序图。 图7是示出了本发明的第五实施例的框图。 图8是示出第五实施例的运行的时序图。 图9是示出了本发明的第六实施例的框图；以及 图IO是示出了常规实例的构造的框图。附图标记和符号的描述10:包括异常检测装置的编码器20:角度检测单元21: LED22:固定的狭缝23:光电二极管24:插孔25:可旋转盘30:编码器电路31:运算放大器32:比较器33:电阻器34:输出信号部分40:异常检测装置41:异常检测电路42:异常信号发送电路43:异常信号输出部分51:反向电流防止二极管 52:高电容值电容器 60:环境异常检测元件 61:温度检测元件 62:振动检测元件 71:正常信号生成电路 72:双向异常信号生成电路 81:第一布线线缆 82:第二布线线缆 83:布线线缆 90:控制装置91:接收异常信号检测电路单元92:接收控制电路93:异常信号94:异常信号输出100:电机驱动装置110:电机200:编码器装置210:检测单元220:内插/报警单元230:驱动器270:第一连接器280:第二连接器290:报警显示器300:控制装置711:电源电压712:正常信号生成电路的输出信号 721:异常信号输出部分的信号波形 722:异常查询信号 723:代表正常运行的信号具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。实施例1图1是示出本发明的第一实施例的框图。在本图中，附图标记IO 表示包括异常检测装置的编码器，并且编码器10包括检测转动角度 的位移的角度检测单元20,定形检测信号的波形以输出与所述位移对应的信号的编码器电路30，以及置于具有与编码器电路30的电路板使 用的电源线不同电源线的分开的电路板上的异常检测装置40。异常检 测装置40包括异常检测电路41以及异常发送电路42。附图标记81表示第一布线线缆，包括用于为编码器电路30提供 电力的电线以及编码器电路30的输出信号部分34的电线。附图标记 82表示第二布线线缆，包括为异常检测装置40提供电源的电线以及异 常信号输出部分43的电线。第一布线线缆81以及第二布线线缆82使 用彼此不同的线缆。图2A是示出了根据实施例的角度检测单元20的构造的透视图。角度检测单元20包括LED21，固定的狭缝22，以及光电二极管 23。通过利用固定在插孔24上的可旋转盘25、固定的狭缝22、以及 光电二极管23，角度检测单元20检测被测对象(未示出)的转动角度， 并且接着角度检测单元20发送对应于旋转角度的电信号到编码器电路 30。接着，将描述实施例的运行。在图1中，模拟信号A代表编码器的每个单元的信号状态，用以 检测编码器的异常状态，该模拟信号A被从编码器电路30输入至异常检测电路41。异常检测电路41检测模拟信号A的电平是否落入预定范围。当异常检测电路41检测到模拟信号A的电平落入预定范围，异常 检测电路41生成异常信号并且输出该异常信号到异常信号发送电路 42。接着，将描述模拟信号A的例子。图2B是示出了根据本实施例的编码器电路30的部分的电路图。在该图中，附图标记31表示放大由光电二极管23检测到的信号 的运算放大器。附图标记32表示将放大信号转换为方波的比较器。运 算放大器31的输出是波形电压信号，并输入异常检测电路41。附图标 记33表示用于检测LED的电流的电阻器。电阻33的两端之间的电压 是LED电流信号并且被输入异常检测电路41。可以使用下列a) ， b) ， c)作为代表编码器状态的模拟信号A 的具体例子。a) 代表编码器电路30的电源电压的电源电压信号b) 代表与被测对象(未示出)的位移对应的、信号波形的电压的 波形电压信号，所述被测对象由角度检测单元20输入至编码器电路30。在实施例中，检测从角度检测单元输出的具有伪正弦波形的信号 波形的最大值和最小值。c) 代表LED23的电流的LED电流信号。在上述实施例中，即便当由于线缆的断开引起电源电压信号发生 异常时，以及即便当由于元件故障导致波形电压信号或者LED电流信 号中出现异常时，因为异常检测装置的电路板和布线与编码器电路的 电路板和布线不同，所以可以可靠地检测到编码器电路的异常并且从 异常信号检测装置发送异常信号，因此提高了可靠性。由于检测到模拟信号，能够根据情况设置异常检测水平。由于允 许检测水平具有余量，所以能够在使用该编码器的系统发生故障之前 安全地停止该系统。在本发明中，编码器电路30的电路板以及异常检测装置40的电路板被描述为彼此不同。然而，即便当电路独立地形成于同一电路板 上以简化组成部件，仍能得到相同的优点。在本实施中，描述了将光电二极管的输出放大并且通过编码器电 路的比较器将输出转换成矩形波的电路的例子，但是可以使用输出通 过将光电二极管的输出放大而得到的模拟信号的电路。实施例2图3是示出本发明第二实施例的框图。在本图中，附图标记51表 示反向电流防止二极管，以及附图标记52表示高电容值电容器。附图 标记83表示由异常信号输出部分43的电线组成的布线线缆，并且布 线线缆83没有用于异常检测装置40的电源的电线。本实施例在以下方面与第一实施例不同。在第一实施例中，编码 器电路30的电源以及异常检测装置40的电源采用彼此不同的独立电 源，但在本实施例中，编码器电路30的电源以及异常检测装置40的 电源被共用地集成，以通过反向电流防止二极管51以及高电容值电容 器52为编码器电路30以及异常检测装置40供电。接着，将描述本实施例的运行。当由于断开或其他情况，编码器电路30的电源线位于不能供电状 态时，通过高电容值电容器52电源暂时地供给异常检测装置40。在提 供电源时，异常检测装置40检测到检测编码器电路30的电源的异常并且输出异常信号。在本实施例中，由于编码器电路的电源和异常检测装置的电源被 共用地集成，来自电源的电线数目减小并且由此断开的机会减小。另 外，由于可以使用一个电源，结构被简化。实施例3图4是示出了本发明第三实施例的框图。在该图中，附图标记60 表示环境异常检测元件。本实施例与第一实施例的不同之处在于包括异常检测装置的编码 器10具有环境异常检测元件60。在本实施例中，作为环境异常检测元件60，提供了温度检测元件 61以检测编码器的温度，以及振动检测元件62以检测编码器的振动。 使用热敏电阻作为温度检测元件61，并且使用加速度传感器作为振动 检测元件62。接着，将描述本实施例的运行。温度检测元件61检测编码器10的温度，并且对应于该温度的模 拟信号被送到异常检测电路41。类似地，振动检测元件62检测编码器 IO的振动，并且对应于该振动的模拟信号被送到异常检测电路41。当 编码器IO的温度或者振动大于预定范围，异常信号被生成。这些异常 信号从异常信号发送电路42输出。在上述实施例中，由于为包括异常检测装置的编码器提供了振动 检测元件，能够防止电气组件或机械组件的问题以及由诸如编码器的 温度或振动的增加的环境异常造成的不良电路运行。因此，能够进一 步提高编码器的可靠性。实施例4图5是示出了本发明的第四实施例的框图。在本图中，附图标记 71表示正常信号生成电路。本实施例与第一实施例的不同之处在于为异常检测装置40提供了 正常信号生成电路71，用于当在施加电力之后经过预定时间时，通知 包括异常检测装置的编码器10的正常运行状态。接着，将描述本实施例的运行。图6是示出了本实施例的运行的时序图。在该图中，附图标记711表示异常检测装置40的电源电压，并且 附图标记712表示异常信号生成电路的输出信号。当为异常检测装置40施加电力后，正常信号生成电路71检测到 异常检测装置40运行正常，并且接着正常信号生成电路71输出信号， 从施加电力的时刻开始，该信号在由正常信号生成电路71设置的T秒 之后变为高电平。当在施加电力后所述信号立即变为高电平时，可以 输出由异常检测装置40的损坏所引起的高电平信号。因此，提供了一 种功能，能够在例如T秒的预定时间之后输出代表异常检测装置40正 常运行状态的信号，由此提高检测的可靠性。在上述实施例中，由于为异常检测装置提供了正常信号生成电路， 并且在施加电力之时检测到异常检测装置是否正常运行，能够提高异 常检测装置的可靠性并且进一步提高编码器的可靠性。实施例5图7是示出了本发明第五实施例的框图。在该图中，附图标记72表示用于通过与控制装置(未示出)双向通信来检査异常检査装置40 的双向异常信号生成电路。本实施例与第四实施例的不同之处在于以下。在第四实施例中，为异常检测装置40提供了正常信号生成电路71，但在本实施例中，为 异常检测装置40提供了双向异常信号生成电路72并且异常检测装置 40通过双向通信来检查异常检测装置的运行。接着，将描述本实施例的运行。图8是示出本实施例的运行的时序图。在图中，附图标记721表示异常信号输出部分的信号波形。由控制装置(未示出)输出异常查询信号722，该异常查询信号 722以预定时间周期(TO)使异常信号发送电路42的输出端短路一较 短时间(Tl)。在短路解除了T秒之后，双向异常信号生成电路72输 出代表正常运行的低电平信号723，该低电平信号723持续一较短时间 (T2)。控制电路(未示出)接收该信号，由此感知到异常检测装置40的 正常运行。例如，在T0-0.1秒的情况下，Tl二0.01秒，丁 = 0.05秒以 及T2 = 0.005秒，能够以0.1秒的高速度监视正常状态。在本实施例中，描述了将异常信号发送电路42的输出端短路短时 间的方式的运行。然而，尽管不使用上述方式，也可以提供能够发送 并接收诸如"査询异常情况"以及"响应正常运行"的通信信号的电 路。在上述实施例中，为异常检测装置提供了双向异常信号生成电路并且异常检测装置的运行被连续地检查。因此，能够提高编码器的可 靠性。实施例6图9是示出了本发明第六实施例的框图。在本图中，附图标记90表示控制装置，附图标记100表示电机驱 动装置，以及附图标记110表示应用于诸如机器工具(未示出)的工 业机器的电机，并且其设置有包括本发明的异常检测装置的编码器10。 控制装置90包括接收异常信号检测电路单元91以及接收控制电路92。接着，将描述本实施例的运行。当从包括异常检测装置的编码器10将异常信号93发送到接收异 常信号检测电路单元91时，接收控制电路92确定如何应对该情况， 例如，及时停止或者紧急停止电机110。接着，接收控制电路92发出 异常信号输出94到电机驱动装置100。在上述实施例中，根据由控制装置的接收控制电路生成的异常信 号输出，控制装置确定如何应对该情况，并且控制装置输出其结果作 为异常信号输出，并且进行诸如及时停止电机的处理。因此，能够构 造具有安全性和高可靠性的控制系统。工业实用性本发明可应用于检测使用在诸如半导体生产设备，机器人，以及 NC机器工具的各种工业机器中的电机的转动位置或者线性位移的编 码器。作为实施例，描述了旋转型光学编码器，但是本发明不限于任 一种旋转类型以及线性类型。另外，本发明不限于任一种光学类型以 及磁类型。
权利要求
1.一种用于检测被测对象的诸如旋转角度或线性位置的位移的编码器，所述编码器包括检测单元，检测根据被测对象的位移的信号；编码器电路，其处理从所述检测单元接收的所述信号并且输出根据所述位移的信号；以及异常检测装置，其检测所述编码器的异常状态，其中，用于所述编码器电路的电力和用于所述异常检测装置的电力被分别提供。
2. —种用于检测被测对象的诸如旋转角度或线性位置的位移的编 码器，所述编码器包括-检测单元，其检测根据被测对象的位移的信号；编码器电路，其处理从所述检测单元接收的所述信号并且输出根据所述位移的信号；第一布线线缆，其连接于电源以及所述编码器电路的输出信号部分；第二布线线缆，其连接于电源以及异常检测装置的异常信号输出 部分；以及所述异常检测装置，其检测所述编码器的异常状态， 其中，用于所述编码器电路的电力和用于所述异常检测装置的电 力被分别提供，并且其中，所述第一布线线缆和所述第二布线线缆使用彼此不同的线缆。
3. —种用于检测被测对象的诸如旋转角度或线性位置的位移的编 码器，所述编码器包括检测单元，其检测根据被测对象的位移的信号；编码器电路，其处理从所述检测单元接收的所述信号并且输出根据所述位移的信号；以及异常检测装置，其检测所述编码器的异常状态，其中，用于所述异常检测装置的电力被通过包括反向电流防止二 极管和高电容值电容器的电路从所述编码器电路的电源提供，其中所 述反向电流防止二极管连接于所述电源，以及所述高电容值电容器用 于积累通过所述反向电流防止二极管获得的电荷。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的编码器，其中，用于检测所 述编码器的异常状态的所述信号是所述编码器电路的电源电压信号。
5. 如权利要求1至3中任一项所述的编码器，其中，用于检测所 述编码器的异常状态的所述信号是由角度检测单元检测的波形电压信 号。
6. 如权利要求1至3中任一项所述的编码器，其中，用于检测所 述编码器的异常状态的所述信号是与流过角度检测单元的LED的电流 相对应的LED电流信号。
7. 如权利要求1至3中任一项所述的编码器，其中，所述异常检 测装置包括环境异常检测元件，该环境异常检测元件用于检测包括所 述异常检测装置的所述编码器的环境状态。
8. 如权利要求7所述的编码器，其中，所述环境异常检测元件是 温度检测元件。
9. 如权利要求7所述的编码器，其中，所述环境异常检测元件是 振动检测元件。
10. 如权利要求1至3中任一项所述的编码器，其中，所述异常 检测装置具备以下功能当施加电力后流逝预定时间时，发送用于通知正常运行状态的信号。
11.如权利要求1至3中任一项所述的编码器，其中，所述异常 检测装置具备以下功能通过双向通信发送和接收异常检测信号。
12. —种控制系统，包括电机，其具有根据权利要求1至11中任一项的编码器； 控制装置，其连接于所述编码器；以及电机驱动装置，其根据来自所述控制装置的控制信号驱动所述电其中，所述控制装置用于 检测来自所述编码器的异常信号；以及 根据异常状态控制所述电机。
全文摘要
本发明提供一种具有异常检测装置的编码器，即便在编码器电路的电源发生异常时，该异常检测装置能够及时地并且可靠地检测编码器的异常。用于编码器电路(30)的电源以及用于异常检测装置(40)的电源分别使用彼此不同的电源。代表每个单元的信号状态的、用于检测编码器的异常状态的模拟信号A被从编码器电路(30)输入至异常检测电路(41)。异常检测电路(41)检测模拟信号的电平是否落入预定范围。当检测到电平落到预定范围之外时，异常信号被生成并且所述信号被输入异常信号发送电路(42)。
文档编号G01D5/244GK101223418SQ20068002638
公开日2008年7月16日 申请日期2006年6月27日 优先权日2005年7月19日
发明者长濑乔 申请人:株式会社安川电机