特許 7599590 工作機械、並びに、工作機械におけるアラームを発生する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】工作機械、並びに、工作機械におけるアラームを発生する方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20241206BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20241206BHJP

   G05B 19/19 20060101ALI20241206BHJP

【ＦＩ】

G01D5/244 K

G01D5/244 A

B23Q17/00 A

G05B19/19 K

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2024000047

(22)【出願日】2024-01-04

(62)【分割の表示】P 2020069835の分割

【原出願日】2020-04-08

(65)【公開番号】P2024038236

(43)【公開日】2024-03-19

【審査請求日】2024-01-04

(73)【特許権者】

【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】川村 聡一

(72)【発明者】

【氏名】柴田 伸二

(72)【発明者】

【氏名】林 康一

【審査官】櫻井 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－１１０７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２７４５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７２２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２４９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２４６３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ １７／００

Ｇ０１Ｄ ５／００ － ５／６２

Ｇ０５Ｂ １９／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転位置検出器と、数値制御装置とを含む工作機械であって、
前記回転位置検出器は、
回転軸に取付けられた被検出体と、
前記被検出体の回転位置に応じて正弦波状に変化するＡ相信号と、
前記被検出体の回転位置に応じて正弦波状に変化し、前記Ａ相信号に対して位相が９０度異なるＢ相信号と、
前記被検出体が１回転するごとに１回出力されるパルス状のＺ相信号と、を出力するセンサ部と、
前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号と前記Ｚ相信号とに基づいて前記回転軸の回転位置を算出するデータ処理部と、を備え、
前記データ処理部は、
前記Ｚ相信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングにおける前記Ａ相信号の値と前記Ｂ相信号の値とを引数とする逆正接である内挿値を算出し、
前記数値制御装置は、前記データ処理部から入力された前記内挿値に基づいてアラーム判定を行うＺ相信号位相判定部を有し、
前記Ｚ相信号位相判定部は、前記内挿値が許容範囲内にない場合に、アラームを発生し、前記内挿値が許容範囲内にある場合に、前記内挿値と許容範囲の上限値との差、又は前記内挿値と許容範囲の下限値との差に基づいてアラーム発生に対する余裕位相角を算出すること、
を特徴とする工作機械。

【請求項2】

請求項１に記載の工作機械であって、
前記Ｚ相信号位相判定部は、Ｚ相パルスの立ち上がりタイミングにおける前記内挿値が０と３＊π／２の間にない場合に、アラームを発生すること、
を特徴とする工作機械。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の工作機械であって、
前記データ処理部は、
前記センサ部から入力された前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とをそれぞれＡ相デジタル信号とＢ相デジタル信号に変換すると共に、前記センサ部から入力された前記Ｚ相信号をＺ相パルス信号に変換し、変換した前記Ａ相デジタル信号と前記Ｂ相デジタル信号と前記Ｚ相パルス信号を出力する信号変換部を含み、
前記内挿値は、
前記Ｚ相パルス信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングにおける前記Ａ相デジタル信号の値と前記Ｂ相デジタル信号の値とを引数とする逆正接であること、
を特徴とする工作機械。

【請求項4】

回転軸に取付けられた被検出体と、
前記被検出体の回転位置に応じて正弦波状に変化するＡ相信号と、前記被検出体の回転位置に応じて正弦波状に変化し、前記Ａ相信号に対して位相が９０度異なるＢ相信号と、前記被検出体が１回転するごとに１回出力されるパルス状のＺ相信号と、を出力するセンサ部と、
前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号と前記Ｚ相信号とに基づいて前記回転軸の回転位置を算出するデータ処理部と、を備える回転位置検出器と、
数値制御装置と、を備える工作機械において、アラームを発生する方法であって、
前記Ｚ相信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングにおける前記Ａ相信号の値と前記Ｂ相信号の値とを引数とする逆正接である内挿値を算出し、
前記内挿値が許容範囲内にない場合に、アラームを発生し、
前記内挿値が許容範囲内にある場合に、前記内挿値と許容範囲の上限値との差、又は前記内挿値と許容範囲の下限値との差に基づいてアラーム発生に対する余裕位相角を算出すること、
を特徴とする方法。

【請求項5】

請求項４に記載の方法であって、
Ｚ相パルスの立ち上がりタイミングにおける前記内挿値が０と３＊π／２の間にない場合に、アラームを発生すること、
を特徴とする方法。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の方法であって、
前記データ処理部が、前記センサ部から入力された前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とをそれぞれＡ相デジタル信号とＢ相デジタル信号に変換すると共に、前記センサ部から入力された前記Ｚ相信号をＺ相パルス信号に変換し、変換した前記Ａ相デジタル信号と前記Ｂ相デジタル信号と前記Ｚ相パルス信号とを出力する信号変換部を含み、
前記内挿値は、前記Ｚ相パルス信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングにおける前記Ａ相デジタル信号の値と前記Ｂ相デジタル信号の値とを引数とする逆正接であること、
を特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械、及び工作機械における位相とアラームを発生する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

多数の歯を有するＡＢ相歯車と、一周に一か所の切欠きのあるＺ相円板とを組み合わせた磁性体で構成された回転体１１を回転軸６１に取付け、磁気抵抗素子及びバイアスマグネットからなるセンサ部１２によってＡＢ相歯車、Ｚ相円板からの磁束変化を電気信号として検出し、データ処理部１２０で回転軸６１の回転位置や回転速度を検出する回転位置検出器１１０が用いられている（図６参照）。また、このような検出器は、例えば、特許文献１に開示されている。

【0003】

このような従来技術の回転位置検出器１１０では、Ｚ相信号は、回転体が一回転する間に１つのパルス信号のみが出力されるので、Ｚ相パルス信号の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの間、Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号の変化によって、アップ又はダウンカウントするアップダウンカウンタの値をラッチし、これにより回転軸の一回転内のアブソリュート回転位置を特定できる。

【0004】

この方法の場合、Ｚ相パルス信号の立ち上がりエッジとＡ相、Ｂ相パルス信号の立ち上がりがクロスしてしまう場合があり、一回転内のアブソリュート位置を特定するためのラッチしたカウント値が不安定になってしまうことがある。

【0005】

また、Ｚ相パルス信号がハイレベル、Ａ相パルス信号がハイレベル、Ｂ相パルス信号がローレベルの３つの条件が揃った時にアップダウンカウンタをクリアして次のアップダウンカウントを行うようにした回転位置検出器も用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００３－３１５１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、図６に示す従来技術の回転位置検出器では、センサ部１２が不適切な状態で設置され、更に温度変化や回転軸の荷重変化等でＺ相パルス信号、Ａ相パルス信号、Ｂ相パルス信号等の出力レベルが変動するような場合に、Ａ相、Ｂ相のパルス信号と、Ｚ相のパルス信号との位相が所定の位相関係からずれ、パルス数のカウントが不安定になることがある。このような場合、大きな速度変動の発生やＺ相信号とアップダウンカウント値との位相関係が所定の関係からある程度以上ずれることを検知してアラームを出すことが行われる。

【0008】

しかし、設置直後にアラームを出力する場合は問題は少ないが、製品出荷後や故障センサを交換してから、数日経過してからアラームが発生することも想定されるため、課題となっていた。

【0009】

そこで、本発明は、簡便な構成で、Ａ相信号のゼロクロス位置又はＢ相信号のゼロクロス位置とＺ相信号との位相関係を算出可能とすることでセンサ部設置直後に不適切設置を検知可能な回転位置検出器を提供することを目的とする。また、本発明は、適切にアラームを発生させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の工作機械は、回転位置検出器と、数値制御装置とを含む工作機械であって、
前記回転位置検出器は、回転軸に取付けられた被検出体と、前記被検出体の回転位置に応じて正弦波状に変化するＡ相信号と、前記被検出体の回転位置に応じて正弦波状に変化し、前記Ａ相信号に対して位相が９０度異なるＢ相信号と、前記被検出体が１回転するごとに１回出力されるパルス状のＺ相信号と、を出力するセンサ部と、前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号と前記Ｚ相信号とに基づいて前記回転軸の回転位置を算出するデータ処理部と、を備える回転位置検出器であって、前記データ処理部は、前記Ｚ相信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングにおける前記Ａ相信号の値と前記Ｂ相信号の値とを引数とする逆正接である内挿値を算出し、前記数値制御装置は、前記データ処理部から入力された前記内挿値に基づいてアラーム判定を行うＺ相信号位相判定部を有し、前記Ｚ相信号位相判定部は、前記内挿値が許容範囲内にない場合に、アラームを発生し、前記内挿値が許容範囲内にある場合に、前記内挿値と許容範囲の上限値との差、又は前記内挿値と許容範囲の下限値との差に基づいてアラーム発生に対する余裕位相角を算出すること、を特徴とする。

【0011】

これにより、簡便な構成でＡ相信号のゼロクロス位置又はＢ相信号のゼロクロス位置とＺ相信号との位相関係を算出することができる。また、適切にアラームを発生させることができる。

【0012】

本発明の工作機械において、前記Ｚ相信号位相判定部は、Ｚ相パルスの立ち上がりタイミングにおける前記内挿値が０と３＊π／２の間にない場合に、アラームを発生してもよい。

【0013】

本発明の工作機械において、前記データ処理部は、前記センサ部から入力された前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とをそれぞれＡ相デジタル信号とＢ相デジタル信号に変換すると共に、前記センサ部から入力された前記Ｚ相信号をＺ相パルス信号に変換し、変換した前記Ａ相デジタル信号と前記Ｂ相デジタル信号と前記Ｚ相パルス信号を出力する信号変換部を含み、前記内挿値は、前記Ｚ相パルス信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングにおける前記Ａ相デジタル信号の値と前記Ｂ相デジタル信号の値とを引数とする逆正接でもよい。

【0014】

これにより、簡便な構成でＢ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングとの位相差を算出することができる。

【0015】

本発明の方法は、回転軸に取付けられた被検出体と、前記被検出体の回転位置に応じて正弦波状に変化するＡ相信号と、前記被検出体の回転位置に応じて正弦波状に変化し、前記Ａ相信号に対して位相が９０度異なるＢ相信号と、前記被検出体が１回転するごとに１回出力されるパルス状のＺ相信号と、を出力するセンサ部と、前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号と前記Ｚ相信号とに基づいて前記回転軸の回転位置を算出するデータ処理部と、を備える回転位置検出器と、数値制御装置と、を備える工作機械において、アラームを発生する方法であって、前記Ｚ相信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングにおける前記Ａ相信号の値と前記Ｂ相信号の値とを引数とする逆正接である内挿値を算出し、前記内挿値が許容範囲内にない場合に、アラームを発生し、前記内挿値が許容範囲内にある場合に、前記内挿値と許容範囲の上限値との差、又は前記内挿値と許容範囲の下限値との差に基づいてアラーム発生に対する余裕位相角を算出すること、を特徴とする。

【0016】

これにより、簡便にＢ相信号のゼロクロス位置とＺ相信号との位相関係を算出し、算出値を数値制御装置側で、アラームとなる前に判定することが可能となる。また、適切にアラームを発生させることができる。

【0017】

本発明の方法において、Ｚ相パルスの立ち上がりタイミングにおける前記内挿値が０と３＊π／２の間にない場合に、アラームを発生してもよい。

【0018】

本発明の方法において、前記データ処理部が、前記センサ部から入力された前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とをそれぞれＡ相デジタル信号とＢ相デジタル信号に変換すると共に、前記センサ部から入力された前記Ｚ相信号をＺ相パルス信号に変換し、変換した前記Ａ相デジタル信号と前記Ｂ相デジタル信号と前記Ｚ相パルス信号とを出力する信号変換部を含み、前記内挿値は、前記Ｚ相パルス信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングにおける前記Ａ相デジタル信号の値と前記Ｂ相デジタル信号の値とを引数とする逆正接でもよい。

【0019】

これにより、Ｚ相信号をＡＤ変換するＺ相ＡＤ変換器を備えない回転位置検出器でも、簡便にＢ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングとの位相差を算出することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明は、簡便な構成で、Ａ相信号のゼロクロス位置又はＢ相信号のゼロクロス位置とＺ相信号との位相関係を算出することにより、センサ部の不適切な設置状態等を検知可能な回転位置検出器を提供できる。また、本発明は、適切にアラームを発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態の回転位置検出器の構成を示す系統図である。

【図2】実施形態の回転位置検出器のセンサ部と回転体の構成を示す斜視図である。

【図3】回転体が正方向に回転した際のセンサ部から出力されるＡ相アナログ信号と、Ｂ相アナログ信号と、Ｚ相アナログ信号と示すグラフであって、パルス状のＺ相アナログ信号が出力される時刻の近傍におけるＡ相アナログ信号とＢ相アナログ信号との時間変化を示すグラフ（上側のグラフ）と、コンパレータから出力されるＡ相パルス信号と、Ｂ相パルス信号と、Ｚ相パルス信号との時間変化を示すグラフ（下側のグラフ）である。

【図4】図３に示すＡ相アナログ信号とＢ相アナログ信号とをＡＤ変換器で変換したＡ相デジタル信号と、Ｂ相デジタル信号との電気角に対する波形の変化を示すグラフ（上側のグラフ）と、コンパレータから出力されるＡ相パルス信号と、Ｂ相パルス信号と、Ｚ相パルス信号の電気角に対する波形の変化を示すグラフ（下側のグラフ）である。

【図5】回転体が逆方向に回転した際のコンパレータから出力されるＡ相パルス信号と、Ｂ相パルス信号と、Ｚ相パルス信号の電気角に対する波形の変化を示すグラフである。

【図6】比較例の従来技術の回転位置検出器の構成を示す系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しながら、実施形態の回転位置検出器１０について説明する。図１に示すように、回転位置検出器１０は、工作機械６０の回転軸６１に取付けられる被検出体である回転体１１と、回転体１１に隣接して配置されたセンサ部１２と、データ処理部２０とを含んでいる。

【0023】

図２に示すように回転体１１は多数の歯で構成されるＡＢ相歯車１１ａと、一周に一か所切欠きのあるＺ相円板１１ｂからなり、回転軸６１に取付けられて回転軸６１と共に回転する。回転体１１は一般的に鉄などの磁性体で構成されている。センサ部１２は、磁気抵抗素子およびバイアスマグネットから成り、回転体１１が回転することによって、そのＡＢ相歯車１１ａの歯とＺ相円板１１ｂの切欠きに基づいて発生する磁束変化をＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号、Ｚ相アナログ信号の３つの電気信号として出力するものである。

【0024】

図３の上側のグラフに実線Ａ１で示すように、Ａ相アナログ信号は、回転体１１の回転位置に応じて正弦波状に変化する信号である。また、一点鎖線Ｂ１で示すように、Ｂ相アナログ信号は、Ａ相アナログ信号と同様、回転体１１の回転位置に応じて正弦波状に変化し、Ａ相アナログ信号に対して位相が９０度異なる信号である。また、破線Ｄ１で示すように、Ｚ相アナログ信号は、回転体１１が１回転するごとに１回出力されるパルス状の信号である。

【0025】

図１に示すように、データ処理部２０は、信号変換部３０と、演算部４０の２つの制御ブロックを含んでいる。信号変換部３０は、ＡＤ変換器３１と、コンパレータ３２と、アップダウンカウンタ３３の３つの制御ブロックを備えている。また、演算部４０は内部に位相算出部４１を備えている。

【0026】

ＡＤ変換器３１は、センサ部１２から入力されたＡ相アナログ信号と、Ｂ相アナログ信号とをＡＤ変換して図４の上側のグラフに実線Ａ２で示すＡ相デジタル信号と、一点鎖線Ｂ２で示すＢ相デジタル信号とを演算部４０並びに位相算出部４１に出力する。

【0027】

コンパレータ３２は、センサ部１２から入力されたＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号、Ｚ相アナログ信号の各電圧値と、図３の上側のグラフで２．５Ｖとして示す基準電圧とを比較し、各信号の電圧値が基準電圧を越えた場合にはハイレベル信号を出力し、各信号の電圧値が基準電圧以下の場合には、ローレベル信号を出力することにより、Ａ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号、Ｚ相アナログ信号を図３の下側のグラフに実線ＰＡ０で示すＡ相パルス信号、一点鎖線ＰＢ０で示すＢ相パルス信号、破線ＰＤ０で示すＺ相パルス信号に変換してアップダウンカウンタ３３に出力するものである。

【0028】

アップダウンカウンタ３３は、コンパレータ３２から入力されたＡ相パルス信号、Ｂ相パルス信号、Ｚ相パルス信号の変化に基づいて、アップダウンカウンタ３３をアップ又はダウンカウントし、演算部４０に出力する。

【0029】

演算部４０は、ＡＤ変換器３１から入力されたＡ相デジタル信号と、Ｂ相デジタル信号と、アップダウンカウンタ３３から入力されたアップ又はダウンカウント値と、工作機械６０の数値制御装置５０のサーボデータファイル５１から入力された回転体１１のＡＢ相歯車１１ａの歯数と、に基づいて回転軸６１の回転位置、回転速度を算出し、工作機械６０の数値制御装置５０に出力する。また、演算部４０は、Ｚ相位相値、電源投入後にＺ相パルス信号の入力有無に基づいたインクレメント信号、及び、アブソリュート信号を数値制御装置５０に出力する。

【0030】

数値制御装置５０は、位置／速度制御部５２と、Ｚ相信号位相判定部５５と、シーケンス制御部５４とを備えている。位置／速度制御部５２は、演算部４０から入力された回転位置、回転速度に基づいて工作機械６０の回転軸６１の駆動モータ６２の位置／速度の制御を行う。シーケンス制御部５４は、演算部４０から入力されたインクレメント信号、アブソリュート信号に基づいて、駆動モータ６２の２つの制御モード（インクレ座標系とアブソ座標系）の選択をするシーケンス制御を行う。また、Ｚ相信号位相判定部５５は、演算部４０から入力されたＺ相信号の位相値に基づいてアラーム判定等を行う。

【0031】

以上説明した回転位置検出器１０のデータ処理部２０、信号変換部３０、演算部４０、ＡＤ変換器３１、コンパレータ３２、アップダウンカウンタ３３、位相算出部４１の各制御ブロックは、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵと、動作プログラムや動作データを記憶するメモリと、Ａ相デジタル信号、Ｂ相デジタル信号、Ｚ相デジタル信号のパルス変化タイミングの時刻を検出するタイマーと、を含むコンピュータのＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。

【0032】

次に回転位置検出器１０の動作について説明する。図１に示す回転軸６１を正方向に回転させた場合、先に説明したように、センサ部１２からは、図３の上のグラフに実線Ａ１で示すＡ相アナログ信号と、一点鎖線Ｂ１で示すＢ相アナログ信号と、破線Ｄ１で示すＺ相アナログ信号とが出力される。Ａ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号、Ｚ相アナログ信号はコンパレータ３２に入力され、コンパレータ３２は、図３の下のグラフに実線ＰＡ０で示すＡ相パルス信号と、一点鎖線ＰＢ０で示すＢ相パルス信号と、破線ＰＤ０で示すＺ相パルス信号とを出力する。

【0033】

図３の上側のグラフに実線Ａ１で示すＡ相アナログ信号の電圧は、時刻ｔＡ０で基準電圧の２．５Ｖ以下の状態から基準電圧の２．５Ｖを超える状態となる。この時、図３の下側のグラフに実線ＰＡ０で示すＡ相パルス信号は、ローレベルからハイレベルに立ち上がる。また、Ａ相アナログ信号の電圧は、時刻ｔＡ１で基準電圧の２．５Ｖを越える状態から基準電圧の２．５Ｖ以下の状態となる。この時、Ａ相パルス信号は、ハイレベルからローレベルに立ち下がる。このように、Ａ相アナログ信号が基準電圧の２．５Ｖ以下の状態から基準電圧の２．５Ｖを超える状態になること、或いは、基準電圧の２．５Ｖを越える状態から基準電圧の２．５Ｖ以下の状態となることをアナログ信号のゼロクロスという。また、Ａ相パルス信号がローレベルからハイレベルに立ち上がる時刻をＡ相パルス信号の立ち上がりタイミングといい、Ａ相パルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時刻をＡ相パルス信号の立下りタイミングという。

【0034】

従って、図３に示す時刻ｔＡ０、ｔＡ１、ｔＡ２、ｔＡ３、ｔＡ４はＡ相アナログ信号のゼロクロスタイミングとなる。また、時刻ｔＡ０、ｔＡ２、ｔＡ４はＡ相パルス信号の立ち上がりタイミングとなり、時刻ｔＡ１，ｔＡ３はＡ相パルス信号の立下りタイミングとなる。

【0035】

同様に、時刻ｔＢ０、ｔＢ１、ｔＢ２、ｔＢ３はＢ相アナログ信号のゼロクロスタイミングとなる。また、時刻ｔＢ０、ｔＢ２はＢ相パルス信号の立ち上がりタイミングとなり、時刻ｔＢ１，ｔＢ３はＢ相パルス信号の立下りタイミングとなる。同様に、時刻ｔＤ０、ｔＤ１はＺ相アナログ信号のゼロクロスタイミングである。また、時刻ｔＤ０はＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングであり、時刻ｔＤ１はＺ相パルス信号の立下りタイミングである。

【0036】

実施形態の回転位置検出器１０は、Ｚ相パルス信号がハイレベル、Ａ相パルス信号がハイレベル、Ｂ相パルス信号がローレベルの３つの条件が揃った時にアップダウンカウンタ３３は、アップダウンカウントをクリアして次のアップダウンカウントに進むように構成されている。図３の下側のグラフに示すように、Ｚ相パルス信号は、時刻ｔＤ０～時刻ｔＤ１の間にハイレベルとなる。この間で、Ｂ相パルス信号は時刻ｔＢ１～時刻ｔＢ２の間ローレベルとなる。そうすると、時刻ｔＢ１と時刻ｔＢ２の間でＡ相パルス信号がローレベルからハイレベルに立ち上がる時刻ｔＡ２にＺ相パルス信号がハイレベル、Ａ相パルス信号がハイレベル、Ｂ相パルス信号がローレベルの３つの条件が揃うので、アップダウンカウンタ３３は、図３の下側のグラフに斜線のハッチングで示す時刻ｔＡ２の直ぐ後でアップダウンカウントをクリアして、次のアップダウンカウントに進む。

【0037】

ここで、何らかの要因により、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングが時刻ｔＤ０からずれた場合を考える。例えば、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングが時刻ｔＤ０よりも早くなり、時刻ｔＢ０よりも前になった場合を考える。この場合、図３にクロスハッチングで示す時刻ｔＡ０と時刻ｔＢ０との間では、Ａ相パルス信号がハイレベル、Ｂ相パルス信号がローレベルとなっているので、Ｚ相パルス信号が立ち上がった際にＺ相パルス信号がハイレベル、Ａ相パルス信号がハイレベル、Ｂ相パルス信号がローレベルの３つの条件が揃い、アップダウンカウンタ３３がアップダウンカウントをクリアしてしまう。この場合、先に説明した正常状態ではカウントする時刻ｔＢ０～時刻ｔＢ１の間のＢ相パルス信号をカウントせずにアップダウンカウントをクリアしてしまうので正常状態よりもＢ相パルス信号を１パルス少なくカウントしてしまう。

【0038】

また、反対にＺ相パルス信号の立下りタイミングが時刻ｔＤ０よりも遅くなり、時刻ｔＡ２よりも遅くなった場合を考える。この場合、時刻ｔＡ２の後では、Ｂ相パルス信号がローレベル、Ａ相パルス信号がハイレベルとなっているので、Ｚ相パルス信号が立ち上がった際にＺ相パルス信号がハイレベル、Ａ相パルス信号がハイレベル、Ｂ相パルス信号がローレベルの３つの条件が揃い、アップダウンカウンタ３３がアップダウンカウントをクリアする。そうすると、正常な場合には、カウントされない時刻ｔＡ２から時刻ｔＡ３の間のＡ相バルス信号のパルスがカウントされてしまうので、正常状態よりもＡ相パルス信号のカウント数が１つ多くなってしまう。

【0039】

また、Ｚ相パルス信号の立下りタイミングが時刻ｔＤ１よりも遅くなり、時刻ｔＡ４よりも遅くなった場合を考える。この場合、時刻ｔＡ４の後では、Ｂ相パルス信号がローレベル、Ｚ相パルス信号がハイレベルとなっているので、時刻ｔＡ４にＡ相パルス信号が立ち上がった際にＺ相パルス信号がハイレベル、Ａ相パルス信号がハイレベル、Ｂ相パルス信号がローレベルの３つの条件が揃い、アップダウンカウンタ３３がアップダウンカウントを再度クリアしてしまう。そうすると、一度カウントした時刻ｔＢ２～時刻ｔＢ３の間のＢ相パルス信号のカウントがクリアされて次のカウントが開始されるので正常状態よりもＢ相パルス信号のカウント数が１つ少なくなってしまう。

【0040】

また、Ｚ相のパルス信号の立下りのタイミングが時刻ｔＡ２よりも早くなると、Ｚ相パルス信号がハイレベル、Ａ相パルス信号がハイレベル、Ｂ相パルス信号がローレベルの３つの条件が揃うタイミングがなくなってしまい、アップダウンカウントをクリアできなくなってしまう。

【0041】

以上のことから、Ｚ相パルス信号は、図３の下のグラフに示す時刻ｔＢ０～時刻ｔＡ２の間の時間Δｔ１で立ち上がり、時刻ｔＡ２～時刻ｔＡ４の間の時間Δｔ２で立ち下がるような位相となっていることが必要となる。

【0042】

そこで、実施形態の回転位置検出器１０では、位相算出部４１において、以下に説明するようにＡ相信号のゼロクロス位置又はＢ相信号のゼロクロス位置とＺ相信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングとの位相差を算出し出力する。

【0043】

位相算出部４１には、先に図３を参照して説明したＡ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号をＡＤ変換器３１でデジタル信号に変換した図４の上側のグラフに実線Ａ２、一点鎖線Ｂ２でそれぞれ示すＡ相デジタル信号とＢ相デジタル信号とが入力される。ここで、Ａ相デジタル信号とＢ相デジタル信号とは、値が１と－１との間で変化する正弦波状の信号である。また、位相算出部４１には、コンパレータ３２から図３を参照して説明したＡ相パルス信号、Ｂ相パルス信号、Ｚ相パルス信号が入力される。なお、ＡＤ変換器３１は、Ｚ相アナログ信号をＡＤ変換しないので、位相算出部４１には、Ｚ相デジタル信号は入力されない。

【0044】

位相算出部４１は、図４の上側のグラフに示すように、Ａ相デジタル信号とＢ相デジタル信号とをＡＢ相歯車１１ａの１歯分の一周期Ｔを電気角２π（３６０度）とする単位がラジアンの電気角φに対する変化量として取り扱う。同様に、図４の下側のグラフに示すように、Ａ相パルス信号、Ｂ相パルス信号、Ｚ相パルス信号もＡＢ相歯車１１ａの１歯分を電気角２π（３６０度）とする電気角φに対する変化量として取り扱う。

【0045】

図３に示す時刻ｔＡ０～ｔＡ４、時刻ｔＢ０～ｔＢ３、時刻ｔＤ０、時刻ｔＤ１はそれぞれ図４に示す電気角φＡ０～φＡ４、電気角φＢ０～φＢ３、電気角φＤ０、電気角φＤ１に対応する。

【0046】

従って、図４に示す電気角φＡ０、φＡ１、φＡ２、φＡ３、φＡ４はＡ相デジタル信号のゼロクロス位置となる。また、電気角φＡ０、φＡ２、φＡ４はＡ相パルス信号の立ち上がりタイミングとなり、電気角φＡ１，φＡ３はＡ相パルス信号の立下りタイミングとなる。

【0047】

同様に、電気角φＢ０、φＢ１、φＢ２、φＢ３はＢ相デジタル信号のゼロクロス位置となる。また、電気角φＢ０、φＢ２はＢ相パルス信号の立ち上がりタイミングとなり、電気角φＢ１，φＢ３はＢ相パルス信号の立下りタイミングとなる。同様に、電気角φＤ０はＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングであり、電気角φＤ１はＺ相パルス信号の立下りタイミングである。また、Ｚ相パルス信号は、図４の下のグラフに示す電気角φＢ０～電気角φＡ２の間の電気角Δφ１で立ち上がり、電気角φＡ２～電気角φＡ４の間の電気角Δφ２で立ち下がるような位相となっていることが必要となる。

【0048】

ここで、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミングである電気角φＢ１を基準にＢ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングの判定、位相差の計算を行う場合について説明する。

【0049】

最初に、基準となる電気角φＢ１における内挿値をＢ相基準値として算出する。ここで、内挿値は、電気角φＢ１におけるＡ相デジタル信号の値とＢ相デジタル信号の値とを２つの引数とする逆正接として下記の（式１）として算出される。

【数1】

【0050】

ここで、図４に示すように、電気角φＢ１におけるＡ相デジタル信号の値は－１、Ｂ相デジタル信号の値は０であるから、上記の（式１）は、下記の（式２）のようになる。

【数2】

【0051】

Ａｔａｎ２（ｘ，ｙ）は、正方向に向かうｘ軸と、原点（０，０）と２つの引数（ｘ，ｙ）をそれぞれｘ座標、ｙ座標とする座標点（ｘ，ｙ）とを通る線との間のラジアン角度を算出する関数である。本実施形態では、Ａｔａｎ２（ｘ，ｙ）は０ラジアンから２πラジアンの範囲の数値を返す関数として説明する。従って、Ａｔａｎ（－１，０）は、正方向に向かうｘ軸と、座標点（－１，０）との間の角度であるπラジアン（１８０度）となる。

【0052】

同様に、電気角φＤ０で立ち上がるＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングにおける内挿値（φＤ０）は下記のように算出される。

【数3】

【0053】

また、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングの許容範囲の下限の電気角φＢ０と上限の電気角φＡ２における各内挿値（φＢ０）、内挿値（φＡ２）はそれぞれ次のように算出される。

【数4】

【数5】

【0054】

上記の（式３）～（式５）からＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングにおける内挿値（φＤ０）は、下記の（式６）の範囲となる。

【数6】

【0055】

ここで、一例として、Ｚ相パルスの立ち上がりタイミングの電気角φＤ０が、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングの許容範囲の下限の電気角φＢ０と上限の電気角φＡ２との間の電気角φＡ１である場合を計算すると、

【数7】

となり、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングは（式６）に示す許容範囲内でとなっていると判定される。

【0056】

次に、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立ち上がりタイミングである電気角φＢ２を基準にＢ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立下りタイミングを判定する場合について説明する。

【0057】

最初に、基準となる電気角φＢ２における内挿値をＢ相基準値として以下の（式８）に示すように算出する。

【数8】

【0058】

同様に、電気角φＤ１で立ち下がるＺ相パルス信号の立下りタイミングにおける内挿値（φＤ１）は下記のように算出される。

【数9】

【0059】

また、Ｚ相パルス信号の立下りタイミングの許容範囲の下限の電気角φＡ２と上限の電気角φＡ４における各内挿値（φＡ２）、内挿値（φＡ４）はそれぞれ次のように算出される。

【数10】

【数11】

【0060】

上記の（式９）～（式１１）からＺ相パルス信号の立下りタイミングにおける内挿値（φＤ１）は、下記の（式１２）の範囲となる。

【数12】

【0061】

ここで、一例として、Ｚ相パルスの立ち上がりタイミングφＤ０が、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングの許容範囲の下限の電気角φＡ２と上限の電気角φＡ４との間の電気角φＡ３である場合を計算すると、

【数13】

となり、Ｚ相パルス信号の立下りタイミングは（式１２）に示す許容範囲内でとなっていると判定される。

【0062】

以上説明したように、（式６）又は（式１２）を用いＡ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がり又は立下りタイミングとの位相関係が所定の範囲になっているかどうかを判定することができる。また、（式６）、（式１２）の上限値と下限値と内挿値（φＤ０）、内挿値（φＤ１）との差を計算することにより、アラーム発生に対する余裕位相角を算出することができる。

【0063】

また、内挿値（φＤ０）と電気角φＢ１における内挿値であるＢ相基準値との差を算出することにより、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミングと、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングの間の位相差を算出することができる。同様に、内挿値（φＤ１）と電気角φＢ２における内挿値であるＢ相基準値との差を算出することにより、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミングと、Ｚ相パルス信号の立下りタイミングの間の位相差を算出することができる。

【0064】

なお、以上の説明では、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミング、立ち上がりタイミングと、Ｚ相パルス信号の立ち上がり又は立下りタイミングの位相差を算出することとして説明したが、同様に、Ａ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ａ相パルス信号の立下りタイミング、立ち上がりタイミングとＺ相パルス信号の立ち上がり又は立下りタイミングの位相差を算出するようにしてもよい。

【0065】

次に、図５を参照しながら図１に示す回転軸６１を逆方向に回転させた場合のＺ相パルス信号の立ち上がり、立下りタイミングの判定について説明する。

【0066】

図１に示す回転軸６１を逆方向に回転させた場合には、コンパレータ３２からは図５に実線ＰＡ２で示すようなＡ相パルス信号、一点鎖線ＰＢ２で示すようなＢ相パルス信号、破線ＰＤ２で示すようなＺ相パルス信号が出力される。図５に示す電気角φＡ５、φＡ６、φＡ７、φＡ８、φＡ９、φＡ１０はＡ相デジタル信号のゼロクロス位置となる。回転方向が逆方向なので、電気角φＡ５、φＡ７、φＡ９はＡ相パルス信号の立下りタイミングとなり、電気角φＡ６，φＡ８、φＡ１０はＡ相パルス信号の立ち上がりタイミングとなる。

【0067】

同様に、電気角φＢ５、φＢ６、φＢ７、φＢ８、φＢ９、φＢ１０はＢ相デジタル信号のゼロクロス位置となり、電気角φＢ５、φＢ７、φＢ９はＢ相パルス信号の立下りタイミングとなり、電気角φＢ６，φＢ８、φＢ１０はＢ相パルス信号の立ち上がりタイミングとなる。また、電気角φＤ２はＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングであり、電気角φＤ３はＺ相パルス信号の立下りタイミングである。また、Ｚ相パルス信号は、図５に示す電気角φＡ５～電気角φＢ７の間の電気角Δφ３で立ち上がり、電気角φＢ７～電気角φＢ９の間の電気角Δφ４で立下がるような位相となっていることが必要となる。

【0068】

ここで、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミングである電気角φＢ７を基準にＢ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングを判定する場合について説明する。

【0069】

この場合、先に説明した正方向の回転の場合と同様、

【数14】

【数15】

【0070】

また、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングの許容範囲の下限の電気角φＡ５と上限の電気角φＢ７における各内挿値（φＡ５）、内挿値（φＢ７）はそれぞれ次のように算出される。

【数16】

【数17】

【0071】

上記の（式１５）～（式１７）からＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングにおける内挿値（φＤ２）は、下記の（式１８）の範囲となる。

【数18】

【0072】

次に、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立ち上がりタイミングである電気角φＢ８を基準にＢ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立下りタイミングを判定する場合について説明する。

【0073】

最初に、基準となる電気角φＢ２における内挿値をＢ相基準値として以下の（式１９）に示すように算出する。

【数19】

【0074】

同様に、電気角φＤ３で立ち下がるＺ相パルス信号の立下りタイミングにおける内挿値（φＤ３）は下記のように算出される。

【数20】

【0075】

また、Ｚ相パルス信号の立下りタイミングの許容範囲の下限の電気角φＢ７と上限の電気角φＢ９における各内挿値（φＢ７）、内挿値（φＢ９）はそれぞれ次のように算出される。

【数21】

【数22】

【0076】

上記の（式１９）～（式２２）からＺ相パルス信号の立下りタイミングにおける内挿値（φＤ３）は、下記の（式２３）の範囲となる。

【数23】

【0077】

従って、（式１８）、（式２３）によってＺ相パルス信号が所定の範囲にあるかどうかを判定できる。

【0078】

また、正方向の回転と同様、（式１８）又は（式２３）を用いＡ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がり又は立下りタイミングとの位相関係が所定の範囲になっているかどうかを判定することができる。また、（式１８）、（式２３）の上限値と下限値と内挿値（φＤ２）、内挿値（φＤ３）との差を計算することにより、アラーム発生に対する余裕位相角を算出することができる。

【0079】

また、内挿値（φＤ２）と電気角φＢ７における内挿値であるＢ相基準値との差を算出することにより、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミングと、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングの間の位相差を算出することができる。同様に、内挿値（φＤ３）と電気角φＢ８における内挿値であるＢ相基準値との差を算出することにより、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミングと、Ｚ相パルス信号の立下りタイミングの間の位相差を算出することができる。

【0080】

以上の説明では、回転位置検出器１０は、Ｚ相パルス信号がハイレベル、Ａ相パルス信号がハイレベル、Ｂ相パルス信号がローレベルの３つの条件が揃った時にアップダウンカウンタ３３は、アップダウンカウントをクリアして次のアップダウンカウントに進むように構成されているとして説明したが、これに限らない。例えば、図３に示すＢ相パルス信号の立下りタイミングである時刻ｔＢ１から時刻ｔのマイナス方向に向かうＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングである時刻ｔＤ０までの時間ｔ１を定義し、この時間ｔ１を（式２４）に示すように時間ａと時間ｂとの間に限定することとしてもよい。

【数24】

この場合、先に説明した例のようにＺ相パルス信号の立ち上がりタイミングを時刻ｔＢ０と時刻ｔＡ２との制限する場合、（式２４）は、Ａ相パルス信号、Ｂ相パルス信号の周期をＴとして以下の（式２５）のように表される。

【数25】

【0081】

先に説明した（式２）のように、Ｂ相基準値であるπと、Ｚ相パルス信号の立ちあがりタイミングにおける内挿値（φＤ０）を用い、周期Ｔが電気角２πであること、及び、時間ｔ１の増加方向と内挿値（φＤ０）の増加方向とが逆であることを考慮して、（式２５）を電気角φに対応させると、下記の（式２６）のようになる。

【数26】

これから、内挿値（φＤ０）の許容範囲は、先に説明した（式６）と同様、

【数27】

となる。

【0082】

ここで、時間ｔ１の範囲を（式２４）に示すようにａ＜ｔ１＜ｂとする場合、（式２４）の範囲は電気角φの範囲として記載すると（式２８）となる。

【数28】

そして、（式２８）から内挿値（φＤ０）の範囲は下記の（式２９）のようになる。

【数29】

（式２９）の両辺に２πＮを加えて一般化すると内挿値（φＤ０）の範囲は下記の（式３０）のようになる。

【数30】

【0083】

また、図３に示すＢ相パルス信号の立ち上がりタイミングである時刻ｔＢ２から時刻ｔのプラス方向に向かうＺ相パルス信号の立下りタイミングである時刻ｔＤ１までの時間ｔ２を定義し、この時間ｔ２を（式３１）に示すように時間ｃと時間ｄとの間に限定してもよい。

【数31】

【0084】

この場合、電気角φＢ２における内挿値は（式８）に示すように０となることから、内挿値（φＤ１）の範囲を電気角φで表現すると、以下の（式３２）のようになる。

【数32】

そして、（式３０）と同様に一般化すると、

【数33】

となる。

【0085】

以上のことから、（式３０）又は（式３３）を用いＡ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置と、Ｚ相パルス信号の立ち上がり又は立下りタイミングとの位相関係が所定の範囲になっているかどうかを判定することができる。また、（式３０）、（式３３）の上限値と下限値と各内挿値（φＤ０）、内挿値（φＤ１）との差を計算することにより、アラーム発生に対する余裕位相角を算出することができる。

【0086】

また、内挿値（φＤ０）と電気角φＢ１における内挿値であるＢ相基準値との差を算出することにより、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミングと、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングの間の位相差を算出することができる。同様に、内挿値（φＤ１）と電気角φＢ２における内挿値であるＢ相基準値との差を算出することにより、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミングと、Ｚ相パルス信号の立下りタイミングの間の位相差を算出することができる。

【0087】

なお、以上の説明では、Ｂ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ｂ相パルス信号の立下りタイミング、立ち上がりタイミングとＺ相パルス信号の立ち上がり又は立下りタイミングの位相差を算出することとして説明したが、同様に、Ａ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ａ相パルス信号の立下りタイミング、立ち上がりタイミングとＺ相パルス信号の立ち上がり又は立下りタイミングの位相差を算出するようにしてもよい。

【0088】

なお、Ａ相デジタル信号、Ｂ相デジタル信号に代えて、Ａ相アナログ信号、Ｂ相アナログ信号を電気角φに対して変化する信号に変換し、この信号を用いて、Ａ相、Ｂ相アナログ信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がり又は立下りタイミングの位相差を算出するようにしてもよい。

【0089】

以上の説明では、内挿値を用いてＡ相又はＢ相デジタル信号のゼロクロス位置、或いは、Ａ相又はＢ相パルス信号の立下りタイミング、立ち上がりタイミングと、Ｚ相パルス信号の立ち上がり又は立下りタイミングの位相差を算出することとして説明したがこれに限らず、以下に説明するように、回転軸６１を等速回転させた状態で、Ａ相デジタル信号のゼロクロス位置又はＢ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングと間の時間を計測し、計測した時間とＡ相デジタル信号又はＢ相デジタル信号の周期Ｔとの割合に基づいて、Ａ相デジタル信号のゼロクロス位置又はＢ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングとの位相差を算出してもよい。

【0090】

例えば、図１に示す位相算出部４１は、Ｂ相デジタル信号のゼロクロスタイミング、或いは図３に示すＢ相パルス信号の立下りタイミングの時刻ｔＢ１と、Ｚ相パルス信号の立ち上がりタイミングの時刻ｔＤ０とを検出し、検出した時間差Δｔｕ＝ｔＢ１－ｔＤ０と、周期Ｔ＝２πとの割合から位相差Δφｕ＝（Δｔｕ／Ｔ）＊２πで位相差を検出してもよい。また、同様に、Ｂ相デジタル信号のゼロクロスタイミング、或いは図３に示すＢ相パルス信号の立ち上がりタイミングの時刻ｔＢ２と、Ｚ相パルス信号の立下りタイミングの時刻ｔＤ１とを検出し、検出した時間差Δｔｄ＝ｔＤ１－ｔＢ２と、周期Ｔ＝２πとの割合から位相差Δφｄ＝（Δｔｄ／Ｔ）＊２πで位相差を検出してもよい。

【0091】

以上、説明した回転位置検出器１０は、Ｚ相信号をＡＤ変換するＺ相ＡＤ変換器を備える必要がなく、簡便な構成でＡ相デジタル信号のゼロクロス位置又はＢ相デジタル信号のゼロクロス位置とＺ相パルス信号の立ち上がりまたは立下りのタイミングとの位相差を算出することができる。

【符号の説明】

【0092】

１０，１１０ 回転位置検出器、１１ 回転体、１１ａ ＡＢ相歯車、１１ｂ Ｚ相円板、１２ センサ部、２０，１２０ データ処理部、３０，１３０ 信号変換部、３１，１３１ ＡＤ変換器、３２ コンパレータ、３３ アップダウンカウンタ、４０，１４０ 演算部、４１ 位相算出部、５０ 数値制御装置、５１ サーボデータファイル、５２ 位置／速度制御部、５３ アラーム検出部、５４ シーケンス制御部、５５ Ｚ相信号位相判定部、６０ 工作機械、６１ 回転軸、６２ 駆動モータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】