CN1323285C

CN1323285C - 编码器

Info

Publication number: CN1323285C
Application number: CNB2004100985264A
Authority: CN
Inventors: 谷口满幸; 菊地弘文; 堀内弘通
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: US7247839B2; JP2005172523A; US20050122237A1; DE602004014463D1; CN1627045A; EP1541971A2; JP3974893B2; EP1541971B1; EP1541971A3

Abstract

一种可以检测出在编码器内部产生的噪音的编码器。该编码器，被构成为具备有：检测移动体移动的移动检测单元；对来自该移动检测单元的移动检测信号进行信号处理、来获得表示移动体的位置和/或位移量的编码器信号的信号处理电路；和检测出重叠在移动检测信号中的噪音的噪音检测单元。并且，该编码器，通过寄生电容在编码器内检测出在编码器内部产生的噪音电压，并作为噪音数据输出，从而，无需外部测定装置就可以得知噪音电平。另外，通过输出相同时刻的编码器数据和噪音数据，可以根据噪音电平的状态来判断编码器数据的可靠性。

Description

编码器

技术领域

本发明涉及旋转编码器、直线标度等编码器，尤其涉及可以输出噪音电平的编码器。

背景技术

作为检测移动体的移动位置和位移量的装置，已知的是编码器，作为检测旋转角度和旋转量的编码器有旋转编码器，作为检测距离路径上的基准位置的位置和位移量的编码器有直线标度。

一般，编码器安装在马达等的、驱动移动体的驱动装置的壳体上。

编码器在内部具备电路基板，并在该电路基板上安装了信号处理电路。通常，编码器内部的电路基板，在与安装了编码器的壳体之间没有直接的电气连接，而是由寄生电容间接地进行电气连接。

此时，如果在安装的壳体一侧产生噪音等的电位变动，则可能会通过浮动容量对编码器电路产生影响，并且在编码器输出的位置数据和位移量量数据中产生误差。

图11是用于说明现有编码器的概略图。在图11中，编码器101，具备检测移动体10移动的移动检测单元102、以及对来自移动检测单元102的移动检测信号进行信号处理然后生成编码信号的信号处理电路103，信号处理电路103，被设置在电路基板106上。

通过移动检测单元102对马达等驱动装置11驱动的移动体10的移动进行检测，并且由信号处理电路103生成编码信号。

图12是用于说明现有的编码器的壳体上进行安装的概略图。编码器通过编码器具备的编码器法兰盘103a被安装在驱动装置(以下假定为马达)的壳体13上。编码器法兰盘103a通过法兰盘固定螺钉103b被固定在马达壳体13上，进而，通过电路基板固定螺钉103d将电路基板106固定在该编码器法兰盘103a上。另外，在电路基板106和编码器法兰盘103a之间设置旋转狭缝103c。

图13表示在马达壳体中产生的噪音的一个例子。以往，该噪音测定，例如图12所示，是通过在马达的壳体13和电路上的0V之间连接电位测量单元104来直接测定噪音电位。测定的噪音电位，从该电平开始被用于噪音对策中。

另外，作为检测混入到编码器信号的噪音的技术，已知的有：检测混入到将编码器的信号传送到控制装置中的编码器线路中的噪音的技术(参考特开2000-258481号公报)。

虽然在编码器内部的信号处理电路和安装编码器的壳体之间没有直接进行电气连接，但是会通过寄生电容间接地进行电连接。

因此，如果马达的接地不好，则会在壳体中产生噪音(电位差)。该噪音会通过寄生电容对编码器内的信号处理电路带来影响，并且会在由编码器得到的位置数据和位移量数据中产生误差。

以往，使用测定器对马达壳体的电位直接测定，并且根据由测定得到的噪音电平进行判断，并实施降低噪音的对策。

在上述的特开2000-258481号公报中，已知有测定联结编码器和控制装置之间的编码器线路中混入的噪音的技术，但是，因为该公报内容是关于通信系统噪音的，所以不能对编码器内部产生的噪音进行测定。

因为在编码器内部产生的噪音，进入到了编码器信号本体中，所以不能区别表示移动体的位置的数据与位移量数据的信号和噪音，所以不能通过特开2000-258481号公报的技术测定在编码器线路上传导的噪音。

发明内容

本发明的目的是，解决上述现有的课题，提供一种可以检测出编码器内部产生的噪音的编码器。

本发明，是一种在编码器内检测出通过浮动容量在编码器内部产生的噪音电压，并作为噪音数据输出，从而无需外部测定装置就可以得知噪音电平的编码器。

另外，通过输出相同时刻的编码器数据和噪音数据，可以根据噪音电平的状态判断编码器数据的可靠性。

本发明的编码器，做成这样的结构：具备：检测移动体移动的移动检测单元；对来自上述移动检测单元的移动检测信号进行信号处理并且得到表示移动体的位置和/或者位移量的编码器信号的信号处理电路；检测出重叠在上述移动检测信号中的噪音的噪音检测单元。

基于噪音检测单元的噪音检测的第一方式是，从移动检测单元检测出的移动检测信号中分离重叠在该信号中的噪音，并且检测出已经分离的噪音的噪音电平。

在第一方式中，噪音检测单元，将耦合电容连接到联结移动检测单元和信号处理电路的信号线上并进行信号分离。通过耦合电容，这样可以从该信号线上所流的移动检测信号中分离交流部分。

基于噪音检测单元的噪音检测的第二方式是，分离在搭载了信号处理电路的电路基板上所感应的噪音，并且检测出已经分离的噪音的噪音电平。

在第二方式中，噪音检测单元，将耦合电容与电路基板上的任意信号线连接并进行信号分离。通过耦合电容，可以从该信号线上的信号中分离交流部分。

流经信号线的信号具有直流部分和交流部分，直流部分表示移动体的移动状态，交流部分表示噪音状态。因此，在第一方式和第二方式中，通过耦合电容分离交流部分，这样，可以检测出噪音成分。

另外，编码器具备从已经分离的交流部分中求出噪音电平的A/D转换电路。

另外，本发明的编码器，具备发送单元，可以将噪音检测单元的输出以及信号处理电路的输出发送到驱动移动体的驱动装置的控制装置中。

设噪音检测单元的输出和信号处理电路的输出是相同时刻的数据。由此，在噪音检测单元的输出中检测噪音成分的情况下，可以判断在相同时刻发送的信号处理电路的输出中也重叠了噪音成分。

另外，本发明的编码器，可以做成在电路基板和驱动移动体的驱动装置之间连接电容的结构。通过在电路基板和马达等驱动装置之间连接电容，可以仅将驱动装置产生的电位内的交流部分传达到电路基板中。连接的电容，在电路基板和驱动装置之间，与寄生电容共同构成并列电路，并且将驱动装置产生的电位内的交流部分转送到电路基板中。

通过连接电容，可以提高噪音检测单元进行的检测的精度。

另外，也可以在电路基板和驱动移动体的驱动装置之间连接噪音量检测电路。

作为移动检测单元，可以使用光学检测机构，可以做成具备发光元件、透过或者反射发光元件发出的光的编码板、接收编码板的穿透光或者反射光并且输出接收光检测信号的受光元件。

移动检测单元，可以具备噪音电平检测用的受光元件，通过利用噪音电平测定用的受光元件的输出，可以计算出仅是噪音成分的电平。

依据本发明的编码器，可以检测出产生在编码器内部的噪音的发生。

附图说明

本发明更多的特征和好处，由参照附图所作的如下说明会更加清楚。在附图中，

图1是用于说明本发明的编码器的第一方式例子的概略图。

图2是用于说明本发明的编码器的第二方式例子的概略图。

图3是用于说明仅传送噪音数据信号的噪音检测单元的一个构成例子的概略图。

图4是用于说明发送噪音数据信号和编码器信号的噪音检测单元的一个构成例子的概略图。

图5是用于说明安装在驱动装置上的编码器的安装状态的概略断面图。

图6是用于说明设置在本发明的编码器上的噪音量检测电路的例子的概略断面图。

图7A以及图7B是用于说明电容的安装例子图。

图8是用于说明光学移动检测单元一个例子的概略图。

图9是用于说明受光元件的输出信号图。

图10是用于说明线路上的噪音成分图。

图11是用于说明现有编码器的概略图。

图12是用于说明向现有编码器的壳体上安装的概略图。

图13是表示产生在马达壳体中的噪音的一个例子的图。

具体实施方式

下面，用图对本发明的编码器进行说明。

图1是用于说明本发明的编码器的第一方式例子的概略图。

图2是用于说明本发明的编码器的第二方式例子的概略图。

在图1所示的编码器的第一方式中，编码器1具备检测移动体10移动的移动检测单元2、对移动检测单元2发出的移动检测信号进行信号处理并输出编码器信号的信号处理电路3、检测包含在移动检测信号中的噪音成分的噪音检测单元4，噪音检测单元4，通过耦合电容4a导入移动检测信号。噪音检测单元4，通过耦合电容4a仅导入移动检测信号中的噪音成分，并进行噪音检测。

另外，在图2所示的编码器的第二方式中，编码器1，具备检测移动体10移动的移动检测单元2、对来自移动检测单元2的移动检测信号进行信号处理并输出编码器信号的信号处理电路3、检测包含在移动检测信号中的噪音成分的噪音检测单元4，噪音检测单元4，通过耦合电容4a导入设置在搭载了信号处理电路3的电路基板6上的线6b上的信号。噪音检测单元4，通过耦合电容4a仅导入流过电路基板6上的线6b的信号中的噪音成分，并进行噪音检测。

线6b，可以是电路基板6上形成的任意的线，例如与基准电压6a连接的线等，通过选择可以检测恒定电压的线，可以对噪音成分的变化稳定地进行检测。

另外，移动体10被马达等驱动装置11驱动，驱动装置11被控制装置12控制。控制装置12，接收由编码器1获取并反馈的编码器信号，然后控制驱动装置11，并进行位置和速度等控制。编码器信号的反馈，可以通过编码器1具备的发送单元5进行。另外，发送单元5，除了信号处理电路3的编码信号以外，还可以将噪音检测单元4检测出的噪音数据信号反馈到控制装置12中。控制装置12，根据被反馈的噪音数据信号，可以判断编码器信号中有无噪音成分。

图3和图4分别是用于说明噪音检测单元4的构成例子的概略图，图3表示仅传送噪音数据信号的构成例，图4表示发送噪音数据信号和编码器信号的构成例子。

在图3的例子中，表示了电路基板6上的噪音检测单元4和发送单元5。

噪音检测单元4，与联结移动检测单元2和信号处理电路3的线，或者电路基板6上形成的线连接，并且具备从移动检测信号或者流经电路基板上形成的线的信号中分离交流部分的耦合电容4a、对分离的交流部分进行信号放大的放大器4b、保持放大信号峰值的峰值保持电路4c、和将峰值转换为数字信号然后求取噪音电平的A/D转换电路4d。

发送单元5，将噪音电平发送到控制装置12的接收部12a中。发送单元5，例如，可以由进行信号处理的LS15a和发送用驱动器5b构成。

另外，在图4的例子中，表示了电路基板6上的信号处理电路3和噪音检测单元4和发送单元5。

噪音检测单元4，因为与图3所示的构成相同，所以在此省略说明。

信号处理电路3，具备：由移动检测信号形成以sin信号或者cos信号的信号形态所表示的位置信号的位置信号形成单元3a；和将位置信号转换为数字信号后求出编码器信号的A/D转换电路3b。

发送单元5，可以由进行信号处理的LSI5a和发送用驱动器5b构成，并且LSI5a将来自噪音检测单元4的噪音电平和来自信号处理电路3的编码器信号组合后形成发送信号，并且与编码器信号一起将噪音电平发送到控制装置12的接收部12a中。

LSI5a，将相同时刻的编码器信号和噪音电平转换为串行信号然后形成发送信号。由此，接收部12a可以获取相同时刻的编码器信号和噪音电平。

图5是用于说明安装在驱动装置上的编码器的安装状态的概略断面图。在图5中，利用法兰盘固定螺钉1b将编码器法兰盘1a固定，从而将编码器安装在马达等驱动装置的壳体13上。电路基板6通过电路基板固定螺钉1d被固定在该编码器法兰盘1a上。另外，在电路基板6和编码器法兰盘1a之间设置旋转狭缝1c。

壳体13上的电位，除了通过寄生电容20被导入电路基板6之外，还可以采用通过在壳体13和电路基板6之间连接的电容进行导入的结构。另外，该电容7搭载在电路基板6上。

图6是表示噪音量检测电路的装配例子图。噪音量检测电路14，是用于估算从壳体13导入到电路基板6中的噪音量的电路，通过在电容16和电阻17的并联电路中串连二极管15而构成，装配在电路基板6上。

该噪音量检测电路14，具备分离交流信号的波高的检波功能。壳体13中产生的噪音，通过该噪音量检测电路14，而被转换为与噪音波高相关的值，并被导入电路基板6中。由此，噪音检测单元4可以检测出与噪音量相当的量。

图7A以及图7B是用于说明电容的搭载例子图，图7A是从上方观察电路基板6的图，图7B是电路基板6的部分断面图。

在电路基板6上形成贯通电镀孔8的同时，搭载电容7。电容7的一端，与电路基板6上的0V电位部分连接，另一端通过连接线9与贯通电镀孔8的上面电镀部分8a连接。在贯通电镀孔8上，是上下贯通电路基板6而形成的孔，在其上方的上面电镀部分8a和孔侧面的侧面电镀部分8b上施加电镀，来形成贯通电路基板6的电的通路。

在该贯通电镀孔8中，拧入电路基板固定螺钉1d，固定在电路基板6的编码器法兰盘1a上。由此，电路基板6，通过电容7、连接线9、贯通电镀孔8的上面电镀部分8a和侧面电镀部分8b与编码器法兰盘1a进行电气连接。

对于图6的噪音量检测电路，与图7A以及图7B所示的电容同样也可以搭载在电路基板6上。

在本发明的编码器中使用的移动检测单元2，可以使用光学式和磁气式等任意检测元件。

图8是用于说明光学移动检测单元一个例子的概略图，并表示具备噪音测定用的检测元件的构成例子。

在图8中，移动检测单元，包含发光元件2a和狭缝(编码板)2b、2c和受光元件2d。发光元件2a具备位置检测用的LED2a1和噪音测定用的LED2a2。另外，条由固定狭缝2b和旋转狭缝2c形成，固定狭缝2b具备位置检测用的狭缝部分2b1和噪音测定用的狭缝部分2b2，旋转狭缝2c具备位置检测用的狭缝部分2c1和噪音测定用的狭缝部分2c2。另外，受光元件2d具备位置检测用的受光元件2d1和噪音测定用的受光元件2d2。另外，在固定狭缝2b和旋转狭缝2c中可以设定用于检测基准位置的基准狭缝。

由位置检测用的LED2a1发出的光，根据位置检测用的狭缝部分2b1和位置检测用的狭缝部分2c1的位置关系被透光或者遮光(或者反射)，可以通过位置检测用的受光元件2d1进行检测，并通过旋转狭缝2c的旋转位置检测移动体的位置。

另外，由噪音测定用的LED2a2发出的光，透过噪音测定用的狭缝部分2b2和噪音测定用的狭缝部分2c2，通过噪音测定用的受光元件2d2进行检测。在旋转狭缝2c中，被形成为：噪音测定用的狭缝部分2c2总是将光引导到噪音测定用的受光元件2d2中，而受光元件2d2与旋转狭缝2c的旋转位置无关，来接收从噪音测定用的LED2a2发出的光。

图9是用于说明受光元件的输出信号的图。作为电压信号检测光二极管的受射电流。在电压信号中，除了检测信号还重叠有噪音成分。噪音成分，是与由于受光元件受射而产生的电流无关而产生的，在位置检测用的受光元件2d1和噪音测定用的受光元件2d2中叠加了相同的噪音成分。

因此，噪音测定用的受光元件2d2的检测信号，表示了包含在位置检测用的受光元件2d1的检测信号中的噪音成分。根据噪音测定用的受光元件2d2的输出可以计算出噪音电平。

另外，在电路基板上产生的基准电压等恒定电压的电位的线中，在恒定电压中重叠的交流部分可以看作是噪音成分。图10是用于说明线上的噪音成分的图，例如，在直流部分2.5V的恒定电压中重叠的交流部分可以看作是噪音成分，并且可以通过耦合电容分离噪音成分。

本发明并不限于光学式编码器，也可以适用于电磁式编码器，也不受限于移动检测单元。

另外，不限于计数信号来测定转数和移动量等相对量的增量型编码器，也可以适用于测定旋转角度和移动位置等绝对位置的绝对型编码器。

另外，也可以适用于测定旋转位置、旋转量的旋转编码器和测定直线上的移动位置、移动量的直线编码器。

在不脱离主旨和本质特征的前提下，也可以通过其他特定方式使本发明具体化。因此，本实施例，应被看作是在所有各点例示的且非限定的内容，本发明的范围，不是由上述的说明而是由附加的权利要求的范围来表示，故此，还将属于该权利要求的意义以及均等范围的所有变更包含在其中。

Claims

1.一种编码器，其特征在于，具备：

检测移动体移动的移动检测单元；

对来自上述移动检测单元的移动检测信号进行信号处理，来得到表示移动体的位置和/或位移量的编码器信号的信号处理电路；和

检测出重叠在上述移动检测信号中的噪音的噪音检测单元，

上述噪音检测单元包含：

与联结上述移动检测单元和上述信号处理电路的信号线连接并从上述移动检测信号中分离交流部分的耦合电容；和

从已经分离的交流部分中求出噪音电平的A/D转换电路，

该噪音检测单元检测噪音电平。

2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，

还具备发送单元，该发送单元将上述噪音检测单元的输出和/或上述信号处理电路的输出发送到驱动上述移动体的驱动装置的控制装置中。

3.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，

上述噪音检测单元的输出和上述信号处理电路的输出是相同时刻的数据。

4.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，上述移动检测单元包含：

发光元件；

透过或者反射由发光元件所发出的光的编码板；和

接收该编码板的透过光或者反射光并且输出光检测信号的受光元件。

5.根据权利要求4所述的编码器，其特征在于，

上述受光元件包含用于计算噪音电平的噪音电平测定用的受光元件。