特開 2024-65750 位置検出装置

(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】P2024065750

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20240508BHJP

   G01D 5/12 20060101ALI20240508BHJP

【ＦＩ】

G01D5/244 K

G01D5/12 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022174766

(22)【出願日】2022-10-31

(71)【出願人】

【識別番号】000149066

【氏名又は名称】オークマ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】堤 勇介

【テーマコード（参考）】

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F077AA03

2F077QQ03

(57)【要約】

【課題】従来技術に比べて、少ない位置変化で、２相信号の診断が可能となる位置検出装置を提供する。
【解決手段】位置検出装置は、第一タイミングに検出された２相の信号が示す第一検出点Ｐ１におけるリサージュ半径である第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と、第二タイミングに検出された第二検出点Ｐ２におけるリサージュ半径である第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２と、を算出し、前記第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１および前記第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２と、予め規定された初期半径ＡＭＰと、の比較に基づいて前記２相の信号の異常の有無を判定し、異常であると判定した場合、前記第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と前記第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２との比較結果と、前記第一検出点Ｐ１および前記第二検出点Ｐ２が位置する象限と、前記第一検出点Ｐ１から前記第二検出点Ｐ２への変位方向と、に基づいて、異常が生じている相を特定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定変位に対して正弦波状に変化する９０度位相の異なる２相の信号を出力とする位置センサからの出力信号を位置情報に変換する位置検出装置であって、
前記２相の信号からリサージュ半径を算出する演算部と、
前記２相の信号の良否を診断する診断部と、
を備え、前記演算部は、任意の第一タイミングに検出された前記２相の信号が示す第一検出点におけるリサージュ半径である第一半径と、任意の第二タイミングに検出された前記２相の信号が示すとともに前記第一検出点と同一象限にある第二検出点におけるリサージュ半径である第二半径と、を算出し、
前記診断部は、
前記第一半径および前記第二半径と、予め規定された初期半径と、の比較に基づいて前記２相の信号の異常の有無を判定し、
異常であると判定した場合、前記第一半径と前記第二半径との比較結果と、前記第一検出点および前記第二検出点が位置する象限と、前記第一検出点から前記第二検出点への変位方向と、に基づいて、異常が生じている相を特定する、
ことを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の位置検出装置であって、
前記第一検出点の角度と前記第二検出点の角度との差分の絶対値は、４５度以上である、ことを特徴とする位置検出装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の位置検出装置であって、
前記診断部は、前記第一半径および前記第二半径の少なくとも一方と、前記初期半径との差分の絶対値が、規定の第一基準値以上の場合、前記２相の信号が異常であると判定する、ことを特徴とする位置検出装置。

【請求項4】

請求項３に記載の位置検出装置であって、
前記診断部は、前記２相の信号が異常であると判定した場合において、前記第一半径と前記第二半径との差分の絶対値が、規定の第二基準値未満の場合、２相の信号がともに低下したリサージュ半径異常と判定する、ことを特徴とする位置検出装置。

【請求項5】

請求項３に記載の位置検出装置であって、
前記診断部は、前記２相の信号が異常であると判定した場合において、第一条件または第二条件を満たす場合には、前記２相の信号のうち一方が異常であると判定し、第三条件または第四条件を満たす場合には、前記２相の信号のうち他方が異常であると判定し、
前記第一条件は、前記第一検出点および前記第二検出点が第一象限または第三象限に位置し、かつ、前記第一検出点から前記第二検出点に進むにつれて角度が増加かつ半径が増加または角度が低下かつ半径が減少することであり、
前記第二条件は、前記第一検出点および前記第二検出点が第二象限または第四象限に位置し、かつ、前記第一検出点から前記第二検出点に進むにつれて角度が増加かつ半径が減少または角度が低下かつ半径が増加することであり、
前記第三条件は、前記第一検出点および前記第二検出点が第一象限または第三象限に位置し、かつ、前記第一検出点から前記第二検出点に進むにつれて角度が増加かつ半径が減少または角度が低下かつ半径が増加することであり、
前記第四条件は、前記第一検出点および前記第二検出点が第二象限または第四象限に位置し、かつ、前記第一検出点から前記第二検出点に進むにつれて角度が増加かつ半径が増加または角度が低下かつ半径が減少することである、
ことを特徴とする位置検出装置。

【請求項6】

請求項１に記載の位置検出装置であって、
前記診断部は、前記２相信号の異常状態を、２ビットデータで出力する、ことを特徴とする位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、測定変位に対して正弦波状に変化する９０度位相の異なる２相の信号を出力とする位置センサからの出力信号を位置情報に変換する位置検出装置を開示する。

【背景技術】

【0002】

工作機械に使われる位置検出装置では、検出した信号を予め設定した基準値と比較することで、位置検出装置の状態を診断することが一般的に行われている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

診断に使う信号は、例えば、２相信号によって描かれるリサージュ波形の半径など、２相信号に対し何かしらの演算処理を施した値を使うことが多く、２相信号そのものを診断していない。そのため、例えば上記リサージュ波形の半径に異常があった場合、２相信号のうちどちらの信号が異常であったか等、詳細な診断はできない。また、上記リサージュ波形の半径を診断するとき、リサージュ波形が真円でない場合は半径が一定ではないため、リサージュ波形を２相信号の１周期分描かないと正確な診断ができない。

【0004】

本明細書は、上述のような事情から成されたものであり、従来技術に比べて、少ない位置変化で、２相信号の診断が可能な位置検出装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書で開示する位置検出装置は、測定変位に対して正弦波状に変化する９０度位相の異なる２相の信号を出力とする位置センサからの出力信号を位置情報に変換する位置検出装置であって、前記２相の信号からリサージュ半径を算出する演算部と、前記２相の信号の良否を診断する診断部と、を備え、前記演算部は、任意の第一タイミングに検出された前記２相の信号が示す第一検出点におけるリサージュ半径である第一半径と、任意の第二タイミングに検出された前記２相の信号が示すとともに前記第一検出点と同一象限にある第二検出点におけるリサージュ半径である第二半径と、を算出し、前記診断部は、前記第一半径および前記第二半径と、予め規定された初期半径と、の比較に基づいて前記２相の信号の異常の有無を判定し、異常であると判定した場合、前記第一半径と前記第二半径との比較結果と、前記第一検出点および前記第二検出点が位置する象限と、前記第一検出点から前記第二検出点への変位方向と、に基づいて、異常が生じている相を特定する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本明細書で開示する技術によれば、従来技術に比べて、少ない位置変化で、位置検出装置の２相信号の診断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】位置検出装置の概略構成図である。

【図2】診断方法のフローチャートである。

【図3】パターン１診断の流れを示すフローチャートである。

【図4】パターン２診断の流れを示すフローチャートである。

【図5】判定結果に対応したリサージュ波形である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、位置検出装置の構成について説明する。以下では、２相信号をそれぞれ、Ａ相信号、Ｂ相信号と呼び、Ａ相信号は余弦波信号、Ｂ相信号は正弦波信号とする。図１に、位置検出装置の概略構成図を示す。位置検出装置は、通信部１、検出部２、演算部３、記憶部４、診断部５を持つ。なお、位置検出装置は、物理的には、プロセッサ１０と、メモリ１２と、通信インターフェース１４と、を有するコンピュータである。以下で説明する種々の演算は、プロセッサ１０により実行される。

【0009】

通信部１は、上位システムとデータの送受信を行う機能を持つ。検出部２は、通信部１から受けた指令により位置センサ６へ励磁信号を送信し、位置センサ６から出力されるＡ相信号とＢ相信号を検出する機能を持つ。なお、位置センサ６は、検出部２から受け取る励磁信号を元に、測定変位に対して変化するＡ相信号とＢ相信号を検出部２に出力する。 演算部３は、Ａ相信号とＢ相信号をデジタル化して位置情報に変換する機能や、上位システムへの送信データを作成する機能を持つ。記憶部４では、検出部２が検出した信号や演算部３が演算した情報を記憶する機能を持つ。診断部５は、記憶部４や演算部３からの情報から、位置検出装置の状態を診断し、演算部３に通知する機能を持つ。

【0010】

続いて、２相信号の良否の診断方法について説明する。位置検出装置は、予め、初期状態のリサージュ波形の半径を初期半径ＡＭＰとして記憶部４に記憶している。この初期半径ＡＭＰは、位置検出装置の機械取付時や、診断の基準としたいタイミングで、機械を駆動させて位置検出装置のフルストローク分の運転を行い、そのとき得られたリサージュ波形の半径（すなわちリサージュ半径）を算出することで得られる。なお、リサージュ半径は、Ａ相信号とＢ相信号の信号周期ごとのリサージュ半径を用いてもよい。次に、診断動作について説明する。診断は、機械の駆動中にのみ行う。まず、検出部２が、診断を行う第一タイミングｔでのＡ相信号Ａ（ｔ）とＢ相信号Ｂ（ｔ）を取得する。次に、演算部３が、これらの値にオフセット補正、振幅比補正、および位相補正などの各種補正を実施する。補正後のＡ相信号Ａｃ（ｔ）とＢ相信号Ｂｃ（ｔ）が表わす第一検出点Ｐ１におけるリサージュ半径、すなわち、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１を、以下の式１により求める。
ＡＭＰ＿Ｄ１＝√（Ａｃ（ｔ）^２＋Ｂｃ（ｔ）^２） 式１

【0011】

同様に、一定時刻Δｔが経過した第二タイミング（ｔ＋Δｔ）において、検出部２が、Ａ相信号Ａ（ｔ＋Δｔ）とＢ相信号Ｂ（ｔ＋Δｔ）を取得する。演算部３は、これらの値にオフセット補正、振幅比補正、および位相補正などの各種補正を実施する。補正後のＡ相信号Ａｃ（ｔ＋Δｔ）とＢ相信号Ｂｃ（ｔ＋Δｔ）が表わす第二検出点Ｐ２におけるリサージュ半径、すなわち、第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２を、以下の式２により求める。
ＡＭＰ＿Ｄ２＝√（Ａｃ（ｔ＋Δｔ）^２＋Ｂｃ（ｔ＋Δｔ）^２） 式２

【0012】

ここで、Δｔの値は、機械の駆動速度によって決まり、以下の式３～式５を満たす値とする。
ｓｉｇｎ（Ａｃ（ｔ））＝ｓｉｇｎ（Ａｃ（ｔ＋Δｔ）） 式３
ｓｉｇｎ（Ｂｃ（ｔ））＝ｓｉｇｎ（Ｂｃ（ｔ＋Δｔ）） 式４
｜ａｒｃｔａｎ（Ｂｃ（ｔ）／Ａｃ（ｔ））－ａｒｃｔａｎ（Ｂｃ（ｔ＋Δｔ）／Ａｃ（ｔ＋Δｔ））｜≧４５° 式５

【0013】

なお、ｓｉｇｎ（Ｐ）は、変数Ｐの符号を表す関数である。したがって、式３および式４の双方が成立する場合、第一検出点Ｐ１および第二検出点Ｐ２が、同一象限に位置する。また、式５は、第一検出点Ｐ１の角度と、第二検出点Ｐ２の角度と、の差分の絶対値が４５度以上であることを意味する。なお、検出点の角度とは、検出点と原点を結ぶ直線の水平軸に対する角度のことである。

【0014】

これらの値から、図２に示すフローチャートに従って診断部５が診断を行う。診断の際には、予め、初期半径ＡＭＰを記憶部４から読み出しておく。次に、初期半径ＡＭＰと第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１、および、初期半径ＡＭＰと第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２、を比較する（Ｓ１０）。比較の結果、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と初期半径ＡＭＰとの差分の絶対値が、予め設定した第一基準値α未満、かつ、第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２と初期半径ＡＭＰとの差分の絶対値が、予め設定した第一基準値α未満であれば、２相の信号は、正常であると判定する（Ｓ１８）。どちらか一方でも差分の絶対値が第一基準値α以上であれば、次に、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２を比較する（Ｓ１２）。両者の差分の絶対値が予め設定した第二基準値β未満であれば、Ａ相信号とＢ相信号が同様に低下した状態であり、リサージュ半径異常であると判定する（Ｓ２０）。なお、第二基準値βは、第一基準値αより小さい値である。差分の絶対値が第二基準値β以上であれば、次に、第一検出点Ｐ１が位置する象限と、第一検出点Ｐ１から第二検出点Ｐ２への移動方向と、を判定する（Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ２２）。第一検出点Ｐ１の位置する象限は、２相の信号Ａｃ（ｔ）およびＢｃ（ｔ）の符号に基づいて、判定される。具体的には、ｓｉｇｎ（Ａｃ（ｔ））＝ｓｉｇｎ（Ｂｃ（ｔ））が成立する場合（Ｓ１４でＹｅｓ）、第一検出点Ｐ１は、第一象限または第三象限に位置していると判定できる。一方、成立しない場合（Ｓ１４でＮｏ）、第一検出点Ｐ１は、第二象限または第四象限に位置していると判定できる。なお、上述した通り、第二検出点Ｐ２は、第一検出点Ｐ１と同一の象限に位置する。

【0015】

移動方向は、検出点の角度（すなわち水平軸に対する、検出点と原点を結ぶ直線の角度）が増加する方向を位置増加方向、その逆を位置減少方向と定義する。なお、検出点は、Ａ相信号とＢ相信号を内挿演算することで得られる。

【0016】

第一検出点Ｐ１が、第一象限または第三象限に位置している（Ｓ１４でＹｅｓ）、かつ、検出点の移動方向が、位置増加方向である場合（Ｓ１６でＹｅｓ）は、パターン１診断（Ｓ２４）を行う。また、第一検出点Ｐ１が、第二象限または第四象限に位置している（Ｓ１４でＮｏ）、かつ、検出点の移動方向が、位置増加方向でない場合（Ｓ２２でＮｏ）も、パターン１診断（Ｓ２４）を行う。

【0017】

一方、第一検出点Ｐ１が、第一象限または第三象限に位置している（Ｓ１４でＹｅｓ）、かつ、検出点の移動方向が、位置増加方向でない場合（Ｓ１６でＮｏ）は、パターン２診断（Ｓ２６）を行う。また、第一検出点Ｐ１が、第二象限または第四象限に位置している（Ｓ１４でＮｏ）、かつ、検出点の移動方向が、位置増加方向である場合（Ｓ２２でＹｅｓ）も、パターン２診断（Ｓ２６）を行う。

【0018】

図３は、パターン１診断の流れを示す図であり、図４は、パターン２診断の流れを示す図である。図３に示す診断パターン１診断では、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２を比較する（Ｓ３０）。比較の結果、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１が、第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２以上であれば、Ｂ相信号異常と判定する（Ｓ３２）。一方、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１が、第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２未満であれば、Ａ相信号異常と判定する（Ｓ３４）。

【0019】

図４に示すパターン２診断では、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２を比較する（Ｓ４０）。比較の結果、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１が、第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２以上であれば、Ａ相信号異常と判定する（Ｓ４２）。また、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１が、第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２未満であれば、Ｂ相信号異常と判定する（Ｓ４４）。

【0020】

各判定結果に対応したリサージュ波形を図５に示す。図５において、実線の円は、理想状態のリサージュ波形Ｃ＊を示す。また、細破線の円Ｃｍａｘ，Ｃｍｉｎは、正常と判断できる許容上限および許容下限を示している。さらに、太破線の円または楕円は、実際に検出された２相信号から求まるリサージュ波形を示している。

【0021】

図５の例１は、正常と判定された場合を示している。例１では、第一検出点Ｐ１および第二検出点Ｐ２が、いずれも、許容範囲内（すなわち円Ｃｍａｘと円Ｃｍｉｎとの間）に位置している。換言すれば、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と初期半径ＡＭＰとの差分の絶対値、および、第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２と初期半径ＡＭＰとの差分の絶対値が、いずれも、第一基準値α未満である。したがって、例１の場合、ステップＳ１０でＹｅｓとなり、２相の信号は正常と判断される（Ｓ１８）。

【0022】

例２は、リサージュ半径異常と判定された場合を示している。例２では、第一検出点Ｐ１および第二検出点Ｐ２が、いずれも、許容範囲外（すなわち円Ｃｍｉｎより内側）に位置している。したがって、ステップＳ１０でＮｏとなる。また、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２との差分の絶対値は、第二基準値β未満である。この場合、ステップＳ１２でＮｏとなり、２相の信号の双方が低下している、リサージュ半径異常と判定される（Ｓ２０）。

【0023】

例３は、パターン１診断において、Ｂ相信号異常と判定された場合を示している。例３において、第二検出点Ｐ２が、許容範囲外（すなわち円Ｃｍｉｎより内側）に位置しているため、２相の信号が異常であると判断できる（Ｓ１０でＮｏ）。また、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２との差分の絶対値が大きいため、ステップＳ１２はＹｅｓとなる。さらに、第一検出点Ｐ１は、第一象限に位置するため、ステップＳ１４でＹｅｓとなり、第一検出点Ｐ１から第二検出点Ｐ２への移動方向は、位置増加方向であるため、ステップＳ１６もＹｅｓとなり、パターン１診断に進むことなる。さらに、例３では、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１が、第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２より大きいため、ステップ３０でＹｅｓとなり、Ｂ相信号が異常と判定される。

【0024】

例４は、パターン２診断において、Ａ相信号異常と判定された場合を示す。例４において、第一検出点Ｐ１および第二検出点Ｐ２が、いずれも、許容範囲外（すなわち円Ｃｍｉｎより内側）に位置しているため、２相の信号が異常であると判断できる（Ｓ１０でＮｏ）。また、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１と第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２との差分の絶対値が大きいため、ステップＳ１２はＹｅｓとなる。さらに、第一検出点Ｐ１は、第一象限に位置するため、ステップＳ１４でＹｅｓとなり、第一検出点Ｐ１から第二検出点Ｐ２への移動方向は、位置減少方向であるため、ステップＳ１６はＮｏとなり、パターン２診断に進むことなる。さらに、例４では、第一半径ＡＭＰ＿Ｄ１が、第二半径ＡＭＰ＿Ｄ２より大きいため、ステップ４０でＹｅｓとなり、Ａ相信号が異常と判定される。

【0025】

診断部５は、上記で得られた判定結果を、演算部３に通知する。通知方法としては、２ビットデータを用いるのがよい。例えば、ビット１をＡ相、ビット０をＢ相とすると、００は異常なし、１０はＡ相信号異常、０１はＢ相信号異常、１１はＡ相、Ｂ相のどちらも異常、つまり、リサージュ半径異常と示すことができる。これにより、２ビットデータで、どの相が異常であるのかを表わすことができる。演算部３は、診断部５から受け取ったデータを通信部１に送信する。通信部１は、図示しないアラーム装置に診断結果を出力する。アラーム装置は、診断結果を、オペレータに通知する。したがって、アラーム装置は、診断結果を表す画像を表示するディスプレイや、診断結果に応じた音声を出力するスピーカ、診断結果に応じたメッセージをオペレータにメールやＳＭＳの形式で送信する通信装置等を備えてもよい。また、アラーム装置は、位置検出装置の外部に設けられてもよいし、位置検出装置に組み込まれていてもよい。

【0026】

上記の実施形態により、位置検出装置の２相信号のうちどちらが異常であるのかを、従来技術にくらべ、少ない位置変化で診断することが可能となる。また、異常が発生した信号が判別できるため、不具合要因の解析にも役立つ。例えば、Ａ相信号のみが異常の場合は、Ａ相信号の増幅回路等が要因であると推定でき、Ａ相、Ｂ相のどちらも異常である場合は、励磁回路等が要因であると推定できる。

【符号の説明】

【0027】

１ 通信部、２ 検出部、３ 演算部、４ 記憶部、５ 診断部、６ 位置センサ、１０ プロセッサ、１２ メモリ、１４ 通信インターフェース、ＡＭＰ 初期半径、ＡＭＰ＿Ｄ１ 第一半径、ＡＭＰ＿Ｄ２ 第二半径、Ｐ１ 第一検出点、Ｐ２ 第二検出点。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】