特開2018-155545(P2018-155545A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-155545(P2018-155545A)
(43)【公開日】2018年10月4日
(54)【発明の名称】検出装置及び検出方法
(51)【国際特許分類】
   G01D 5/347 20060101AFI20180907BHJP
   G01D 5/244 20060101ALI20180907BHJP
【FI】
   G01D5/347 110L
   G01D5/244 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2017-51356(P2017-51356)
(22)【出願日】2017年3月16日
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100123434
【弁理士】
【氏名又は名称】田澤 英昭
(74)【代理人】
【識別番号】100101133
【弁理士】
【氏名又は名称】濱田 初音
(74)【代理人】
【識別番号】100199749
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 成
(74)【代理人】
【識別番号】100188880
【弁理士】
【氏名又は名称】坂元 辰哉
(74)【代理人】
【識別番号】100197767
【弁理士】
【氏名又は名称】辻岡 将昭
(74)【代理人】
【識別番号】100201743
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 和真
(72)【発明者】
【氏名】松浦 友朋
(72)【発明者】
【氏名】木下 靖彦
【テーマコード(参考)】
2F077
2F103
【Fターム(参考)】
2F077AA36
2F077CC02
2F077NN02
2F077NN14
2F077NN24
2F077NN30
2F077PP01
2F077PP11
2F077PP12
2F077PP19
2F077QQ05
2F077QQ13
2F077TT21
2F077TT32
2F077TT52
2F077TT66
2F103BA13
2F103CA01
2F103CA02
2F103DA01
2F103DA13
2F103EA02
2F103EA12
2F103EA13
2F103EB04
2F103EB16
2F103EB33
2F103EC03
2F103FA12
(57)【要約】
【課題】対象物が停止しているときに消費電力を低減可能とする。
【解決手段】位相がずれるように配置され、間欠駆動で、回転軸10の回転に応じて信号を出力する1組のセンサ素子5,6と、1組のセンサ素子5,6からの信号の有無を示す状態値を検出する状態値検出部701と、状態値検出部701により検出された状態値の遷移から回転軸10の回転方向及び回転量を検出する変位検出部702と、状態値検出部701により検出された状態値が一定時間変化しない場合に、1組のセンサ素子5,6のうちの一方を停止させる停止モードに切替え、当該状態値検出部701により検出された状態値が変化した場合に、当該1組のセンサ素子5,6の両方を間欠駆動させる通常モードに復帰させるモード切替え部703とを備えた。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
位相がずれるように配置され、間欠駆動で、対象物の変位に応じて信号を出力する1組のセンサ素子と、
前記1組のセンサ素子からの信号の有無を示す状態値を検出する状態値検出部と、
前記状態値検出部により検出された状態値の遷移から前記対象物の変位方向及び変位量を検出する変位検出部と、
前記状態値検出部により検出された状態値が一定時間変化しない場合に、前記1組のセンサ素子のうちの一方を停止させる停止モードに切替え、当該状態値検出部により検出された状態値が変化した場合に、当該1組のセンサ素子の両方を間欠駆動させる通常モードに復帰させるモード切替え部と
を備えた検出装置。
【請求項2】
前記変位検出部は、前記モード切替え部により前記通常モードに復帰された場合に、前記停止モードに切替えられる直前の状態値と、当該通常モードに復帰された直後の状態値との遷移から、前記対象物の変位方向及び変位量を検出する
ことを特徴とする請求項1記載の検出装置。
【請求項3】
位相がずれるように配置され、間欠駆動で、対象物の変位に応じて信号を出力する1組のセンサ素子を有する検出装置による検出方法であって、
状態値検出部が、前記1組のセンサ素子からの信号の有無を示す状態値を検出し、
変位検出部が、前記状態値検出部により検出された状態値の遷移から前記対象物の変位方向及び変位量を検出し、
モード切替え部が、前記状態値検出部により検出された状態値が一定時間変化しない場合に、前記1組のセンサ素子のうちの一方を停止させる停止モードに切替え、当該状態値検出部により検出された状態値が変化した場合に、当該1組のセンサ素子の両方を間欠駆動させる通常モードに復帰させる
ことを特徴とする検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、対象物の変位を検出する検出装置及び検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、回転軸の回転を検出するため、光学式又は磁気式のロータリーエンコーダが用いられている(例えば特許文献1参照)。このロータリーエンコーダに搭載された光センサ素子又は磁気センサ素子(MRセンサ素子、ホールセンサ素子等)は、多くの場合、電力を消費する。
一方、LPG又は都市ガスに対して用いられるガスメータ、及び水道メータ等の家庭又は業務用のメータでは、電池を用いて10年等の長期にわたって動作することが要求されている。そのため、メータ内の回路は、非常に低い消費電流で動作することが求められている。よって、これらのメータに搭載されるロータリーエンコーダでは、センサ素子を間欠駆動することで、消費電力を削減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−213944号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方、上記メータに搭載されるロータリーエンコーダでは、回転軸が回転する(流量のある)時間は一日のうちの数時間程度であるため、回転していないときの消費電力を下げることが求められている。しかしながら、従来のロータリーエンコーダでは、回転状態に関わらず一定周期の間欠駆動で動作しており、回転していない時間の消費電力を低減できないという課題がある。
また、間欠駆動の周期を伸ばすことで消費電力は低減できるが、この場合には検出可能な回転速度の上限が低下してしまう。例えば、間欠駆動の周期を2倍とすることで消費電力は半分になるが、回転速度の上限が半減してしまう。
【0005】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、対象物が停止していときに消費電力を低減可能な検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明に係る検出装置は、位相がずれるように配置され、間欠駆動で、対象物の変位に応じて信号を出力する1組のセンサ素子と、1組のセンサ素子からの信号の有無を示す状態値を検出する状態値検出部と、状態値検出部により検出された状態値の遷移から対象物の変位方向及び変位量を検出する変位検出部と、状態値検出部により検出された状態値が一定時間変化しない場合に、1組のセンサ素子のうちの一方を停止させる停止モードに切替え、当該状態値検出部により検出された状態値が変化した場合に、当該1組のセンサ素子の両方を間欠駆動させる通常モードに復帰させるモード切替え部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
この発明によれば、上記のように構成したので、対象物が停止しているときに消費電力を低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】この発明の実施の形態1に係るロータリーエンコーダの構成例を示す図である。
図2】この発明の実施の形態1における演算部の構成例を示す図である。
図3】この発明の実施の形態1における演算部の動作例を示すフローチャートである。
図4図4A図4Bは、1組の光センサ素子を連続駆動した場合に得られる信号の一例を示す図であって、図4Aは回転軸が正回転時の信号波形を示す図であり、図4Bは逆回転時の信号波形を示す図である。
図5】1組の光センサ素子を連続駆動した場合に得られる信号と状態値との関係の一例を示す図である。
図6】この発明の実施の形態1における変位検出部の動作を説明する図であって、状態値の遷移と回転方向及び回転量との関係を示す図である。
図7】この発明の実施の形態1における演算部の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るロータリーエンコーダの構成例を示す図である。以下では、検出装置として光学式のロータリーエンコーダを用いた場合を示す。
ロータリーエンコーダは、例えばガスメータ及び水道メータ等の家庭又は業務用のメータに搭載され、回転軸(対象物)10の回転(変位)を検出する。このロータリーエンコーダは、図1に示すように、光源1、レンズ2、回転ディスク3、固定スリット4、1組の光センサ素子(センサ素子)5,6及び演算部7を備えている。なお、実施の形態1に係るロータリーエンコーダの構成のうち演算部7を除く構成は、従来のロータリーエンコーダと同様である。
【0010】
光源1は光を発光する。
レンズ2は、光源1の発光面に対向配置され、光源1により発光された光を平行光に変換する。このレンズ2により平行光に変換された光は、回転ディスク3の外周部に照射される。
【0011】
回転ディスク3は、回転軸10に取付けられた円盤状部材であり、回転軸10の回転に伴って回転する。この回転ディスク3には、中心に回転軸10が挿入される挿入孔301が設けられ、外周部に一定間隔でスリット302が設けられている。この回転ディスク3の表面(レンズ2側の面)には、外周部に、レンズ2を介した光源1からの光が照射される。
【0012】
固定スリット4は、回転ディスク3の裏面の外周部に対向配置されている。この固定スリット4は、位置が固定されている。また、固定スリット4には、回転ディスク3に設けられたスリット302に対向可能な位置に、2つのスリット401,402が設けられている。この2つのスリット401,402は、光センサ素子5,6から出力される信号の位相が1/4周期ずれるような間隔で配置されている。
【0013】
光センサ素子5は、固定スリット4の裏面(回転ディスク3側とは反対側の面)であって、当該固定スリット4に設けられたスリット401に対向配置されている。光センサ素子5は、光の受光を行って、その強度に応じた信号(以下、第1の信号と称す)に変換する。この光センサ素子5により得られた第1の信号は、演算部7に出力される。
【0014】
光センサ素子6は、固定スリット4の裏面であって、当該固定スリット4のスリット402に対向配置されている。光センサ素子6は、光の受光を行って、その強度に応じた信号(以下、第2の信号と称す)に変換する。この光センサ素子6により得られた第2の信号は、演算部7に出力される。
なお、光センサ素子5,6は、同一周期の間欠駆動で動作する。
【0015】
演算部7は、光センサ素子5,6からの第1,2の信号に基づいて、回転軸10の回転を検出する。また、演算部7は、光センサ素子5,6の駆動を制御する機能も有している。この演算部7は、図2に示すように、状態値検出部701、変位検出部702及びモード切替え部703を備えている。なお、演算部7は、システムLSI等の処理回路や、メモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU等により実現される。
【0016】
状態値検出部701は、光センサ素子5,6からの第1,2の信号の有無を示す状態値を検出する。例えば、状態値検出部701は、第1の信号が有り且つ第2の信号が無しの場合には状態値「10」を検出する。また、状態値検出部701は、第1の信号が有り且つ第2の信号が有りの場合には状態値「11」を検出する。また、状態値検出部701は、第1の信号が無し且つ第2の信号が有りの場合には状態値「01」を検出する。また、状態値検出部701は、第1の信号が無し且つ第2の信号が無しの場合には状態値「00」を検出する。
【0017】
また、状態値検出部701は、モード切替え部703により光センサ素子5が停止されて第1の信号が得られない場合には、第2の信号の有無のみから「?0」又は「?1」を検出する。同様に、状態値検出部701は、モード切替え部703により光センサ素子6が停止されて第2の信号が得られない場合には、第1の信号の有無のみから「0?」又は「1?」を検出する。
【0018】
変位検出部702は、状態値検出部701により検出された状態値の遷移から回転軸10の回転方向(変位方向)及び回転量(変位量)を検出する。なお、変位検出部702は、モード切替え部703により光センサ素子5,6の駆動モードが停止モードに切替えられた場合には、回転軸10の回転方向及び回転量の検出は行わない。その後、モード切替え部703により光センサ素子5,6の駆動モードが通常モードに復帰された場合には、変位検出部702は、停止モードに切替えられる直前の状態値と通常モードに復帰された直後の状態値との遷移から、回転軸10の回転方向及び回転量を検出する。
【0019】
モード切替え部703は、状態値検出部701により検出された状態値に基づいて、光センサ素子5,6の駆動モードを通常モード又は停止モードに切替える。通常モードとは、光センサ素子5,6を両方とも間欠駆動させるモードである。停止モードとは、光センサ素子5,6のうちの一方を停止させる(一方には電源供給を行わない)モードである。
モード切替え部703は、初期状態では、駆動モードを通常モードとしている。一方、モード切替え部703は、状態値検出部701により検出された状態値が一定時間変化していない場合には、駆動モードを通常モードから停止モードに切替える。その後、モード切替え部703は、状態値検出部701により検出された状態値が変化した場合には、駆動モードを停止モードから通常モードに復帰させる。
【0020】
次に、実施の形態1に係るロータリーエンコーダの演算部7による動作例について、図3を参照しながら説明を行う。
図4は、光センサ素子5,6を連続駆動した場合に得られる信号波形の一例を示す図である。図4A図4Bにおいて、上の波形が第1の信号を示し、下の波形が第2の信号を示している。そして、図5に示すように、第1,2の信号の信号波形から状態値が得られる。一方、光センサ素子5,6を間欠駆動した場合には、光センサ素子5,6は、連続駆動による信号波形のうち、間欠駆動を行う周期毎の値しか読み出すことができない。よって、ロータリーエンコーダでは、回転軸10の回転を検出するために、図5に示す周期Tよりも短い周期で光センサ素子5,6を間欠駆動する必要がある。
【0021】
この実施の形態1に係るロータリーエンコーダの演算部7による動作例では、図3に示すように、まず、モード切替え部703は、光センサ素子5,6の駆動モードを通常モードに設定する(ステップST301)。すなわち、モード切替え部703は、光センサ素子5,6を両方とも間欠駆動させる。
【0022】
次いで、状態値検出部701は、光センサ素子5,6からの第1,2の信号の有無を示す状態値を検出する(ステップST302)。すなわち、状態値検出部701は、光センサ素子5,6が動作する周期毎に、光センサ素子5,6から得られる第1,2の信号を用いて、状態値の検出を行う。
【0023】
次いで、モード切替え部703は、状態値検出部701により検出された状態値が一定時間(例えば30分)内に変化したかを判定する(ステップST303)。
このステップST303において、モード切替え部703は、状態値が一定時間内に変化したと判定した場合には、光センサ素子5,6の駆動モードは通常モードのままとし、シーケンスはステップST304に進む。
【0024】
次いで、変位検出部702は、状態値検出部701により検出された状態値の遷移から回転軸10の回転方向及び回転量を検出する(ステップST304)。その後、シーケンスはステップST302に戻る。
【0025】
図6は状態値の遷移と回転軸10の回転方向及び回転量との関係を示している。なお図6に示す「step」おいて、「+」及び「−」は回転方向(「+」が正回転方向、「−」が逆回転方向)を示し、数値は回転量を示している。
例えば図6において、状態値が「00」から1つ前の「10」に遷移した場合には、第1の信号が無しの状態から有りの状態に遷移しており、変位検出部702は、第1の信号の立上がりを検出する。また、状態値が「11」から1つ前の「01」に遷移した場合には、第1の信号が有りの状態から無しの状態に遷移しており、変位検出部702は、第1の信号の立下がりを検出する。なお、状態値が「10」から1つ前の「11」に遷移した場合及び「01」から1つ前の「00」に遷移した場合には、第1の信号に変化が無いため、変位検出部702は、第1の信号の立上がり及び立下がりは検出しない。
そして、変位検出部702は、第2の信号についても同様に立上がり及び立下がりの検出を行い、第1,2の信号の立上がり及び立下がりから、回転方向及び回転量を検出する。
【0026】
一方、ステップST303において、モード切替え部703は、状態値が一定時間内に変化していないと判定した場合には、光センサ素子5,6の駆動モードを通常モードから停止モードに切替える(ステップST305)。すなわち、モード切替え部703は、図7に示すように、状態値が一定時間変化していない場合には、光センサ素子5,6のうちの一方を停止させる。
なお図7は、光センサ素子5,6を連続駆動した場合に得られる信号波形の一例を示しており、上の波形が光センサ素子5からの第1の信号を示し、下の波形が光センサ素子6からの第2の信号を示している。また、矢印は、光センサ素子5,6の間欠駆動を行うタイミングを示している。
【0027】
また図7の例では、モード切替え部703が、光センサ素子6のみを停止させているが、光センサ素子5,6のうちの一方が停止していればよく、光センサ素子5のみを停止させてもよいし、光センサ素子5と光センサ素子6を交互に停止させてもよい。
【0028】
次いで、状態値検出部701は、光センサ素子5,6のうちの間欠駆動している素子からの信号の有無を用いて、状態値を検出する(ステップST306)。図7の例では、光センサ素子6が停止されて第2の信号が得られないため、状態値検出部701は、第1の信号の有無のみから「0?」又は「1?」を検出する。
【0029】
次いで、モード切替え部703は、状態値検出部701により検出された状態値が変化したかを判定する(ステップST307)。図7の例では、モード切替え部703は、状態値が「1?」から「0?」に変化したかを判定する。
このステップST307において、モード切替え部703が状態値は変化していないと判定した場合には、シーケンスはステップST306に戻る。
【0030】
一方、モード切替え部703は、状態値が変化したと判定した場合には、光センサ素子5,6の駆動モードを停止モードから通常モードに復帰させる(ステップST308)。すなわち、モード切替え部703は、光センサ素子5,6を両方とも間欠駆動させる。図7に示す符号101は、状態値の変化点を示している。
なお、図7の例では、光センサ素子6を停止させているため、停止モード時の第2の信号の値は不明である。そのため、停止モード時に第2の信号が変化している可能性がある。そのため、モード切替え部703では、状態値が変化したと判定した場合には、直ちに通常モードに復帰させて光センサ素子5,6の両方によるサンプリングを行うことが望ましい。
【0031】
次いで、状態値検出部701は、光センサ素子5,6からの第1,2の信号の有無を示す状態値を検出する(ステップST309)。
【0032】
次いで、変位検出部702は、状態値検出部701により検出された駆動モードが停止モードに切替えられる直前の状態値と通常モードに復帰された直後の状態値との遷移から、回転軸10の回転方向及び回転量を検出する(ステップST310)。すなわち、図7に示す符号102での状態値と符号103での状態値との遷移から、回転軸10の回転量を検出する。これにより、停止モードから通常モードに復帰した場合にも回転量を正確に測定できる。その後、シーケンスはステップST302に戻る。
【0033】
以上のように、この実施の形態1によれば、位相がずれるように配置され、間欠駆動で、回転軸10の回転に応じて信号を出力する1組の光センサ素子5,6と、1組の光センサ素子5,6からの信号の有無を示す状態値を検出する状態値検出部701と、状態値検出部701により検出された状態値の遷移から回転軸10の回転方向及び回転量を検出する変位検出部702と、状態値検出部701により検出された状態値が一定時間変化しない場合に、1組の光センサ素子5,6のうちの一方を停止させる停止モードに切替え、当該状態値検出部701により検出された状態値が変化した場合に、当該1組の光センサ素子5,6の両方を間欠駆動させる通常モードに復帰させるモード切替え部703とを備えたので、回転軸10が停止しているときに消費電力を低減可能である。
【0034】
なお上記では、ロータリーエンコーダとして、光学式のものを用いた。しかしながら、これに限るものではなく、磁気式のロータリーエンコーダについても、磁気センサ素子(センサ素子)により得られる信号は光センサ素子5,6により得られる信号と同様であり、実施の形態1の構成を同様に適用可能である。また、ロータリーエンコーダとして、静電容量式のものを用いてもよい。
また上記では、ロータリーエンコーダを、ガスメータ及び水道メータ等の家庭又は業務用のメータ等に搭載した場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、その他のロータリーエンコーダを用いてもよい。
【0035】
また上記では、対象物の変位を検出する検出装置として、回転軸10の回転を検出するロータリーエンコーダを用いた場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、検出装置として、単軸ロボット又はデジタル式ノギス等の対象物の移動(変位)を検出するリニアエンコーダを用いてもよく、実施の形態1の構成を同様に適用可能である。
【0036】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【0037】
1 光源
2 レンズ
3 回転ディスク
4 固定スリット
5,6 光センサ素子
7 演算部
10 回転軸
301 挿入孔
302 スリット
401,402 スリット
701 状態値検出部
702 変位検出部
703 モード切替え部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7