(57)【要約】【課題】移動体の高速移動と低速移動との切り換えに応じて、移動速度に適した分解能で移動量を測定し、移動量の測定誤差の低減を図る。【解決手段】回転テーブル５０を高速回転させる場合は、検出器１にて検出したエンコーダ信号を第１処理部２０で処理して回転角度を示す第１移動量信号ａ１を出力するように、切換部８にて切り換える。回転テーブル５０を低速回転させる場合は、複数の検出器１，２にて検出したエンコーダ信号に基づき合成処理部３にて２倍の周波数の合成信号を生成し、第２処理部３０で処理して回転角度を示す第２移動量信号ａ２を出力するように、切換部８にて切り換える。【選択図】図１
2011021998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールと、前記スケールに対向して配置される複数の検出器とのいずれか一方が移動体に設けられ、前記スケールに対して相対移動する前記複数の検出器のそれぞれから出力された２相の正弦波信号からなるエンコーダ信号を処理するエンコーダ信号処理装置において、
前記複数の検出器のそれぞれから出力された前記エンコーダ信号を合成し、前記検出器の台数に応じた整数倍の周波数の２相の正弦波信号からなる合成信号を生成する合成処理部と、
前記複数の検出器のうち、いずれか１つの検出器から出力された前記エンコーダ信号に基づいて、前記移動体の移動量を示す第１移動量信号を生成する第１処理部と、
前記合成処理部から出力された前記合成信号に基づいて、前記移動体の移動量を示す第２移動量信号を生成する第２処理部と、
前記移動体の移動速度を検出する速度検出部と、
前記速度検出部により検出した前記移動速度が、予め設定されている閾値よりも高い場合は出力対象を前記第１移動量信号に切り換え、前記閾値よりも低い場合は出力対象を前記第２移動量信号に切り換える切換部と、を備えたことを特徴とするエンコーダ信号処理装置。
【請求項２】
前記第１処理部は、
前記１つの検出器から出力された前記エンコーダ信号の波の数をカウントして第１カウント値を生成する第１カウント部と、
前記１つの検出器から出力された前記エンコーダ信号の位相を求め、第１位相信号を生成する第１位相演算部と、
前記第１カウント値及び前記第１位相信号に対応する前記移動体の移動量を求め、前記第１移動量信号を生成する第１移動量演算部と、を有し、
前記第２処理部は、
前記合成処理部から出力された前記合成信号の波の数をカウントして第２カウント値を生成する第２カウント部と、
前記合成処理部から出力された前記合成信号の位相を求め、第２位相信号を生成する第２位相演算部と、
前記第２カウント値及び前記第２位相信号に対応する前記移動体の移動量を求め、前記第２移動量信号を生成する第２移動量演算部と、
前記第１カウント値及び前記第１位相信号に基づいて、前記合成信号の波の数を推定して推定値を生成するカウント推定部と、
前記切換部により前記第１移動量信号から前記第２移動量信号に出力対象が切り換えられた場合、前記第２カウント部に前記推定値を出力する出力部と、を有し、
前記第２カウント部は、入力した前記推定値を初期値として前記合成信号の波の数のカウントを開始することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ信号処理装置。
【請求項３】
前記カウント推定部は、前記エンコーダ信号の位相と対応付けた複数の補正値を予め記憶し、前記検出器の台数と前記第１カウント値とを乗じて得られる乗算値に、前記複数の補正値のうち、前記第１位相信号に応じた補正値を加算することで、前記推定値を算出することを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ信号処理装置。
【請求項４】
前記スケールがロータリ型であり、前記第１処理部及び前記第２処理部は、前記移動体の移動量として回転角度を求めること特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエンコーダ信号処理装置。
【請求項５】
前記スケールがリニア型であり、前記第１処理部及び前記第２処理部は、前記移動体の移動量として直線移動量を求めること特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエンコーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケールに対して相対移動する検出器から出力されるエンコーダ信号を処理するエンコーダ信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超精密加工機や計測器等において、ワークや工具等を回転移動あるいは直線移動させる移動体を高精度に位置決めする必要性から、２相出力型のロータリエンコーダやリニアエンコーダ等のエンコーダが一般的に用いられている。この種のエンコーダは、一定間隔に格子が形成されたスケールと、スケールの格子を検出する検出器とから構成されている。そして、スケール及び検出器のうち、一方を移動体に、他方を固定体に固定することで、スケールに対して相対移動する検出器からは、互いに位相が９０°ずれた２相正弦波信号であるＡ相（正弦）信号及びＢ相（余弦）信号からなるエンコーダ信号が出力される。このエンコーダ信号は、エンコーダ信号処理装置にて処理される。エンコーダ信号処理装置は、入力したエンコーダ信号に基づき演算処理を実行することにより移動体の移動量を求めることができ、この演算結果を超精密加工機や計測器等の制御装置にフィードバックすることにより、移動体を位置決めすることができるものである。エンコーダ信号処理装置では、エンコーダの検出分解能を向上させるために、検出器からのＡ相信号及びＢ相信号を分割器にて分割処理する手法が一般的にとられている。具体的には、エンコーダ信号処理装置は、正弦波信号であるＡ相信号又はＢ相信号の波の数をカウントし、このカウント値に対応する回転角度又は直線移動量を求めている。さらに、カウントする間にも移動体は微小量移動しているので、エンコーダ信号処理装置は、次にカウントされるまでの間の正弦波の位相を演算し、この演算した位相に対応する微小移動量を求めることで、より細かい回転角度や直線移動量の情報を得ている。
【０００３】
一方、複数の検出器のそれぞれから出力されたＡ相信号及びＢ相信号からなるエンコーダ信号を積和・積差処理することで信号を合成し、これにより分解能の向上を図った合成処理器が提案されている（特許文献１参照）。例えば、検出器が２台の場合、それぞれの検出器から出力されたＡ相信号及びＢ相信号を、三角関数の加法定理に基づく演算方式で演算処理を行うことで、原信号の２倍の周波数の２相正弦波信号からなる合成信号を生成するものである。したがって、合成信号のうち、少なくとも１つの正弦波信号の波の数をカウントすることにより、２倍の分解能で回転角度又は直線移動量を求めることができる。さらに、検出器の台数を３台、４台と増やして同様の処理をすることで、分解能が３倍、４倍に向上するというものである。また、この合成処理器にて生成された合成信号を、さらに分割器で分割処理することで、さらに分解能を向上できる利点を持っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１０２０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、精密加工機や計測器等では、作業工程に応じて移動体を高速又は低速で移動させることで、作業の効率化を図ることができる。例えば、回転する移動体にワークを取り付けてワークに加工を施す場合、工具がワークに接触しない非加工位置では、移動体を高速で回転移動させ、工具でワークを加工する加工位置では、移動体を低速で回転移動させることで、効率化を図ることができる。
【０００６】
しかしながら、上記の如く合成信号を処理した場合、移動体が高速移動すると、合成信号も高周波数化するので信号を処理しきれず、求めた移動体の移動量の測定値に誤差が生じてしまう可能性がある。特に、信号が高周波数化すると信号の減衰量が増大する傾向にあるので、合成信号が減衰して振幅が小さくなってしまうと、移動体の移動量の測定誤差が大きくなる。したがって、移動体の高速化にも限界があった。
【０００７】
そこで、本発明は、移動体の高速移動と低速移動との切り換えに応じて、移動速度に適した分解能で移動量を測定し、移動量の測定誤差の低減を図ったエンコーダ信号処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、スケールと、前記スケールに対向して配置される複数の検出器とのいずれか一方が移動体に設けられ、前記スケールに対して相対移動する前記複数の検出器のそれぞれから出力された２相の正弦波信号からなるエンコーダ信号を処理するエンコーダ信号処理装置において、前記複数の検出器のそれぞれから出力された前記エンコーダ信号を合成し、前記検出器の台数に応じた整数倍の周波数の２相の正弦波信号からなる合成信号を生成する合成処理部と、前記複数の検出器のうち、いずれか１つの検出器から出力された前記エンコーダ信号に基づいて、前記移動体の移動量を示す第１移動量信号を生成する第１処理部と、前記合成処理部から出力された前記合成信号に基づいて、前記移動体の移動量を示す第２移動量信号を生成する第２処理部と、前記移動体の移動速度を検出する速度検出部と、前記速度検出部により検出した前記移動速度が、予め設定されている閾値よりも高い場合は出力対象を前記第１移動量信号に切り換え、前記閾値よりも低い場合は出力対象を前記第２移動量信号に切り換える切換部と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、移動体が閾値よりも高い速度で移動する場合には、第１移動量信号が出力され、移動体が閾値よりも低い速度で移動する場合には、第１移動量信号よりも高分解能で測定して生成された第２移動量信号が出力される。このように、第１移動量信号及び第２移動量信号のうち、移動体の移動速度に適した分解能で測定した方の信号を出力するように切換部により出力対象が切り換えられるので、移動体の移動量の測定誤差が低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンコーダ信号処理装置の概略を示す説明図であり、（ａ）は、エンコーダを示す図、（ｂ）は、エンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】合成処理部の説明図であり、（ａ）は、合成処理部の構成図、（ｂ）は、各検出器のエンコーダ信号と、合成処理部の合成信号とを比較する波形図である。
【図３】各部を初期化した後の各部の信号を示す波形図である。
【図４】回転テーブルを回転させた際の説明図であり、（ａ）は、回転テーブルを加工位置で低速回転させている状態を説明するための図、（ｂ）は、回転テーブルを非加工位置で高速回転させている状態を説明するための図である。
【図５】回転テーブルを高速回転させた場合の各部の信号を示す波形図である。
【図６】回転テーブルを低速回転させた場合の各部の信号を示す波形図である。
【図７】本発明の別の実施の形態に係るエンコーダ信号処理装置の概略を示す説明図であり、（ａ）は、エンコーダを示す図、（ｂ）は、エンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）に示すように、エンコーダ２００は、ロータリ型である１つのスケール１０と、複数（本実施の形態では、２台）の検出器１，２と、からなるインクリメンタル方式のロータリエンコーダである。２台の検出器１，２は、スケール１０に対向して配置され、スケール１０には、一定間隔に複数の格子が形成されている。そして、スケール１０及び２台の検出器１，２のいずれか一方が移動体に固定され、他方が固定体に固定されることで、２台の検出器１，２がスケール１０に対して相対移動するものである。本実施の形態では、スケール１０は、不図示の超精密加工機等の移動体である回転テーブル５０の回転軸に固定されて、矢印Ｒ方向に回転テーブル５０と共に回転移動する。このスケール１０は、回転テーブル５０において、工具やワーク等が取り付けられる面とは反対側の面に固定される。これに対し、２台の検出器１，２は、回転移動するスケール１０に対向するよう不図示の固定体に固定されている。
【００１２】
各検出器１，２は、スケール１０の格子に光を照射し、格子からの反射光を受光して電気信号に変換して出力するセンサである。検出器１からは、互いに位相が９０°ずれた２相正弦波信号であるＡ相信号ｓ１及びＢ相信号ｃ１からなるエンコーダ信号が出力される。同様に、検出器２からは、互いに位相が９０°ずれた２相正弦波信号であるＡ相信号ｓ２及びＢ相信号ｃ２からなるエンコーダ信号が出力される。これらエンコーダ信号は、図１（ｂ）に示すエンコーダ信号処理装置１００にて処理される。エンコーダ信号処理装置１００は、大別して、合成処理部３、第１処理部２０、第２処理部３０、速度検出部６及び切換部８を備えている。
【００１３】
合成処理部３は、２つの検出器１，２のそれぞれから出力されたエンコーダ信号を合成し、検出器１，２の台数に応じた整数倍（本実施の形態では、検出器が２台なので２倍）の周波数の２相正弦波信号からなる合成信号を生成する。具体的に説明すると、合成処理部３は、図２（ａ）に示すように、４つの乗算器１１，１２，１３，１４、１つの加算器１５及び１つの減算器１６からなり、三角関数の加法定理に基づく演算を行い、原信号の２倍の周波数の合成信号を生成する。すなわち、乗算器１１は、検出器１からのＡ相信号ｓ１と、検出器２からのＢ相信号ｃ２とを乗算処理する。乗算器１２は、検出器１からのＢ相信号ｃ１と、検出器２からのＡ相信号ｓ２とを乗算処理する。乗算器１３は、検出器１からのＡ相信号ｓ１と、検出器２からのＡ相信号ｓ２とを乗算処理する。乗算器１４は、検出器１からのＢ相信号ｃ１と、検出器２からのＢ相信号ｃ２とを乗算処理する。加算器１５は、乗算器１１からの出力信号と、乗算器１２からの出力信号とを加算処理し、図２（ｂ）に示すように、原信号の２倍の周波数のＡ相信号ｓ３を生成する。減算器１６は、乗算器１４からの出力信号から、乗算器１３からの出力信号を減算処理し、図２（ｂ）に示すように、原信号の２倍の周波数のＢ相信号ｃ３を生成する。これらＡ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３は、互いに位相が９０°ずれた２相正弦波信号として出力される。このように、合成処理部３は、検出器１で検出された２つの正弦波信号と、検出器２で検出された２つの正弦波信号とを積和・積差演算し、原信号の２倍の周波数（半分の周期）の合成信号を生成する。
【００１４】
第１処理部２０は、図１（ａ）に示すように、複数の検出器１，２のうち、いずれか１つの検出器（本実施の形態では、検出器１）から出力されたＡ相信号ｓ１及びＢ相信号ｃ１からなるエンコーダ信号を入力する。そして、第１処理部２０は、この入力したエンコーダ信号に基づいて、回転テーブル５０の移動量を示す第１移動量信号ａ１を生成し、出力するものである。
【００１５】
これに対し、第２処理部３０は、合成処理部３から出力された原信号の２倍の周波数のＡ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３からなる合成信号を入力する。そして、第２処理部３０は、この入力した合成信号に基づいて、回転テーブル５０の移動量を示す第２移動量信号ａ２を生成し、出力するものである。つまり、第２処理部３０は、第１処理部２０の２倍の分解能で回転テーブル５０の移動量を測定しているものである。
【００１６】
以下、具体的な構成について説明すると、第１処理部２０は、検出器１からのＡ相信号ｓ１及びＢ相信号ｃ１を分割処理する第１分割部４を有している。この第１分割部４は、第１カウント部４ａ、第１位相演算部４ｂ及び第１移動量演算部としての第１角度演算部４ｃからなる。
【００１７】
また、第２処理部３０は、合成処理部３からのＡ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３を分割処理する第２分割部５を有している。この第２分割部５は、第２カウント部５ａ、第２位相演算部５ｂ及び第２移動量演算部としての第２角度演算部５ｃからなる。また、第２処理部３０は、カウント推定部７及び出力部としてのスイッチ９を有している。
【００１８】
ここで、各検出器１，２は、スケール１０の１つの格子を検出すると次の格子を検出するまでに１周期の正弦波の信号を出力するように構成されている。したがって、各検出器１，２は、回転テーブル５０が１回転した場合、１周期の正弦波の数を１とすると、スケール１０の格子の数と同数の波を出力するものである。つまり、スケール１０には、等間隔に格子が形成されているので、格子の間隔は、回転テーブル５０の回転角度に対応している。したがって、この格子の数、すなわち、検出器１の波（１周期の正弦波）の数をカウントアップすることで回転テーブル５０の回転角度を求めることができる。なお、検出器１は、回転テーブル５０（スケール１０）が１回転する毎にスケール１０に形成された初期位置検出用の１つの格子を検出することで、Ｚ相信号ｚ１（１パルス）を出力する。
【００１９】
本実施の形態では、第１カウント部４ａは、検出器１から出力されたエンコーダ信号（Ａ相信号ｓ１及びＢ相信号ｃ１）のうちいずれかの信号の波の数をカウントして第１カウント値ｎ１を生成する。具体的に説明すると、第１カウント部４ａは、図３に示すように、Ｚ相信号ｚ１を入力したときに第１カウント値ｎ１を初期化し、一方の信号であるＡ相信号ｓ１が基準レベルから立ち上がるのを検出する度に第１カウント値ｎ１を１つインクリメントする。換言すれば、第１カウント部４ａは、Ｚ相信号ｚ１を入力したときに第１カウント値ｎ１を０にし、Ａ相信号ｓ１が正弦波のゼロクロス点から立ち上がるのを検出する度に第１カウント値ｎ１を１つインクリメントする。つまり、第１カウント部４ａは、回転テーブル５０（スケール１０）が１格子分回転する毎に、１つインクリメントした第１カウント値ｎ１を生成している。
【００２０】
また、第１位相演算部４ｂは、検出器１から出力されたエンコーダ信号の位相を求め、第１位相信号ｐ１を生成する。ここで、エンコーダ信号の位相が０の場合は、検出器１がスケール１０の格子を検出して、第１カウント部４ａが第１カウント値ｎ１を１つインクリメントした時点を示している。そして、回転テーブル５０が回転して位相が２π（次の波の０位相）となった場合は、検出器１が次の格子を検出し、第１カウント部４ａが第１カウント値ｎ１をさらに１つインクリメントした時点を示している。つまり、位相が０を超え２π未満の場合は、第１カウント値ｎ１に変化がなくても、実際には、回転テーブル５０は微小角度回転している。したがって、第１位相演算部４ｂは、まず、所定のサンプリング速度でＡ相信号ｓ１及びＢ相信号ｃ１の信号レベルをサンプリングし、Ａ相信号ｓ１（正弦）のサンプリング値をＢ相信号ｃ１（余弦）のサンプリング値で除算し、正接を求める。次いで、求めた正接の値から逆正接を演算して、エンコーダ信号の位相を求めている。第１位相演算部４ｂは、演算した位相を示す第１位相信号ｐ１を生成し、出力する。
【００２１】
第１角度演算部４ｃは、第１カウント値ｎ１及び第１位相信号ｐ１に対応する回転テーブル５０の回転角度（移動量）を求め、第１移動量信号ａ１を生成する。具体的には、第１角度演算部４ｃは、まず、第１カウント値ｎ１に基づいて基準位置（Ｚ相信号ｚ１を検出した位置）から第１カウント値ｎ１に対応する回転位置までの回転角度の粗動値を求める。次いで、第１角度演算部４ｃは、第１位相信号ｐ１に基づいてスケール１０の格子間の回転角度の微動値を求める。具体的には、エンコーダ信号の位相と回転テーブル５０（スケール１０）の回転角度とは一対一で対応しているので、第１角度演算部４ｃは、予め第１位相信号ｐ１の位相値からスケール１０の格子間の回転角度の微動値を求める換算式を記憶している。したがって、第１角度演算部４ｃは、この換算式に基づいて回転角度の微動値を求めることができる。次いで、第１角度演算部４ｃは、求めた粗動値と微動値とを加算処理することで、回転テーブル５０の回転角度を求め、この求めた回転角度を示す第１移動量信号ａ１を生成して出力する。したがって、第１角度演算部４ｃは、第１カウント部４ａ及び第１位相演算部４ｂの情報に基づいて回転テーブル５０の回転角度を高精度に求めることができる。このように第１分割部４は、検出器１で検出した２つの正弦波信号により基準位置からの回転角度を算出している。
【００２２】
第２分割部５の第２カウント部５ａ、第２位相演算部５ｂ及び第２角度演算部５ｃは、それぞれ第１分割部４の第１カウント部４ａ、第１位相演算部４ｂ及び第１角度演算部４ｃと同様の構成であり、同様に動作するが、処理する信号が異なる。すなわち、第１分割部４には、検出器１のエンコーダ信号が入力されるのに対し、第２分割部５には、合成処理部３の合成信号が入力される。つまり、第２カウント部５ａは、合成処理部３から出力された合成信号（Ａ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３）のうちいずれかの信号（例えばＡ相信号ｓ３）の波の数をカウントして第２カウント値ｎ２を生成する。この合成信号（Ａ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３）は、エンコーダ信号（Ａ相信号ｓ１及びＢ相信号ｃ１）の２倍の周波数の正弦波である。したがって、第２カウント部５ａのカウントによる角度測定の分解能は、第１カウント部４ａのカウントによる角度測定の分解能の２倍である。
【００２３】
また、第２位相演算部５ｂは、合成処理部３から出力された合成信号（Ａ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３）の位相を求め、第２位相信号ｐ２を生成する。第２角度演算部５ｃは、第２カウント値ｎ２及び第２位相信号ｐ２に対応する回転テーブル５０の基準位置からの回転角度（移動量）を求め、第２移動量信号ａ２を生成する。このように、第２分割部５は、合成処理部３で合成された位相が９０°ずれた２つの正弦波信号より基準位置からの回転角度を算出している。本実施の形態では、第１分割部４と第２分割部５により２相正弦波信号を処理することで、高い分解能を実現できると共に、合成処理部３からの合成信号を処理する第２分割部５にあっては、さらに高い分解能を実現することができる。
【００２４】
速度検出部６は、検出器１から出力されたエンコーダ信号に基づいて回転テーブル５０の回転移動速度、すなわち角速度を検出する。具体的には、速度検出部６は、検出器１のエンコーダ信号を入力し、エンコーダ信号のうちのいずれかの信号（例えばＡ相信号ｓ１）の周波数を測定し、その周波数に対応する角速度を、予め記憶した換算式により求める。
【００２５】
切換部８は、生成された第１移動量信号ａ１及び第２移動量信号ａ２のうち、出力対象をいずれか一方に切り換える切換スイッチであり、この切換部８により出力されたいずれか一方の信号は、不図示の超精密加工機の制御装置にフィードバックされる。これにより、回転テーブル５０を高精度に位置決めすることができるものである。
【００２６】
ところで、ワークＷが取り付けられた回転テーブル５０は、ワークＷを工具５１に接触させてワークＷに加工を施す加工位置（図４（ａ）参照）と、ワークＷを工具５１に接触せずに空送りさせる非加工位置（図４（ｂ）参照）との間でワークＷを回転させる。この場合、回転テーブル５０は、加工位置ではワークＷの加工精度を向上させるために、ワークＷを高精度に移動させる必要がある。これに対し、非加工位置ではワークＷの加工精度に影響がないため、ワークＷを高精度に移動させる必要はない。したがって、本実施の形態では、加工位置ではワークＷを高精度に移動させるために、回転テーブル５０を、予め設定した閾値よりも低い値ω１の角速度で回転させる。これに対し、非加工位置では、回転テーブル５０を閾値よりも高い値ω２の角速度で回転させることで、加工時間の短縮を図っている。
【００２７】
ここで、エンコーダ２００の検出器１，２で検出した正弦波信号の周波数は、回転テーブル５０の角速度と比例関係にある。したがって、回転テーブル５０の角速度が高くなるに連れ、正弦波信号の周波数は高くなる。また、合成信号は、エンコーダ信号よりも２倍周波数が高い。一般に、高い周波数の信号ほど、ＩＣなどの性能によって振幅減衰などを生じてしまい、信号の伝搬が難しくなる。また、検出した正弦波信号に含まれるノイズなどは、位置測定の誤差となることから、フィルタリングなどの信号処理をすることが一般的である。こうしたフィルタ処理などによっても高い周波数の信号は減衰してしまう。
【００２８】
回転テーブル５０の角速度が閾値よりも低い値ω１の場合、検出器１にて出力されたエンコーダ信号は、図３に示すように、Ａ相信号ｓ１及びＢ相信号ｃ１の周波数が低く、第１カウント部４ａ及び第１位相演算部４ｂにて処理するのに、十分な振幅が得られる。また、合成信号も、図３に示すように、Ａ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３の周波数が低く、第２カウント部５ａ及び第２位相演算部５ｂにて処理するのに、十分な振幅が得られる。
【００２９】
したがって、本実施の形態では、切換部８は、速度検出部６により検出した角速度が閾値よりも低い値ω１の場合は、出力対象を第２移動量信号ａ２に切り換えるように動作する。つまり、速度検出部６は、角速度が閾値よりも低い値ω１の場合は、切換スイッチである切換部８を、出力対象が第２移動量信号ａ２に切り換わるように、切り換え制御する。
【００３０】
このように、本実施の形態では、回転テーブル５０の角速度が閾値よりも低い値ω１で回転移動する場合には、高分解能で測定した第２移動量信号ａ２が出力される。つまり、回転テーブル５０は、加工位置を回転するので、第２処理部３０にて高分解能で処理して得られた第２移動量信号ａ２が出力される。したがって、合成処理部３にて合成された合成信号を用いることで、回転テーブル５０の回転角度は高分解能で測定されたこととなる。しかも、閾値よりも低い値ω１の角速度で回転テーブル５０が回転するので、回転テーブル５０の回転角度の測定誤差も小さいものである。そして、合成信号を分割処理した角度情報である第２移動量信号ａ２が不図示の超精密加工機の制御装置に出力されるので、回転テーブル５０を高精度に位置決めすることができる。
【００３１】
次に、回転テーブル５０の角速度が閾値よりも高い値ω２である場合、図５に示すように、エンコーダ信号であるＡ相信号ｓ１及びＢ相信号ｃ１は、周波数が高くなるが、第１カウント値ｎ１及び第１位相信号ｐ１は、誤差が小さい。これに対し、合成信号であるＡ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３は、エンコーダ信号の２倍の周波数であるため、振幅の減衰量が大きく、振幅の小さい信号となる。第２カウント部５ａは、この振幅の小さいＡ相信号ｓ３又はＢ相信号ｃ３に基づいて第２カウント値ｎ２を生成し、第２位相演算部５ｂは、振幅の小さいＡ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３に基づいて第２位相信号ｐ２を生成するので、大きな誤差が生じることがある。したがって、この誤差の大きい第２カウント値ｎ２及び第２位相信号ｐ２に基づいて演算される回転角度を示す第２移動量信号ａ２も誤差が大きくなる。特に、一度、第２カウント部５ａにおけるカウントに誤りが生じた場合、以降のカウント値は、インクリメンタル方式のため修正できず、常に誤差をもってしまうため、このままでは、誤った角度情報を出力することとなってしまう。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、切換部８は、速度検出部６により検出した角速度が閾値よりも高い値ω２の場合は、出力対象を第１移動量信号ａ１に切り換えるように動作する。つまり、速度検出部６は、角速度が閾値よりも高い値ω２の場合は、切換スイッチである切換部８を、出力対象が第１移動量信号ａ１に切り換わるように、切り換え制御する。このように、本実施の形態では、回転テーブル５０の角速度が閾値よりも高い値ω２で回転移動する場合には、第１移動量信号ａ１が出力される。つまり、回転テーブル５０は、非加工位置を回転するので、第２処理部３０にて高分解能で処理する必要がなく、第１処理部２０にて適正な分解能で処理して得られた第１移動量信号ａ１が出力される。このように、回転テーブル５０が高速回転する際には、第１移動量信号ａ１が出力されるので、回転テーブル５０が高速回転しても回転角度測定は高精度に保持される。以上、本実施の形態では、第１移動量信号ａ１及び第２移動量信号ａ２のうち、回転テーブル５０の角速度に適した分解能で測定した方の信号を出力するように切換部８により出力対象が切り換えられるので、回転テーブル５０の回転角度の測定誤差が低減する。
【００３３】
ここで、速度検出部６に設定される閾値は、予め実験等により求められた値であり、ワークＷの加工時の回転テーブル５０の角速度と、ワークＷの非加工時の回転テーブル５０の角速度との間の値に設定される。そして、この閾値は、回転テーブル５０の角速度が微妙に変化した際に、切換部８が頻繁に切り換わるのを防ぐために、これら角速度の中間値に設定するのが好ましい。
【００３４】
ところで、回転テーブル５０が高い値ω２の角速度で回転移動した場合には、第２処理部３０の第２カウント部５ａにてカウントした値が誤っている可能性がある。したがって、切換部８にて出力対象を第１移動量信号ａ１から第２移動量信号ａ２に切り換える際には、第２カウント部５ａにてカウントした値を修正する必要がある。また、図５に示すように、回転テーブル５０が閾値よりも高い値ω２の角速度で回転した場合、第１カウント部４ａによりカウントされる第１カウント値ｎ１は、誤差がほとんどなく、第１位相演算部４ｂにより生成される第１位相信号ｐ１も、誤差がほとんどない。そこで、本実施の形態では、カウント推定部７は、第１カウント値ｎ１と第１位相信号ｐ１とを入力し、第１カウント値ｎ１及び第１位相信号ｐ１に基づいて合成信号の波の数を推定して推定値Ｍｃを生成する。そして、スイッチ９は、切換部８により第１移動量信号ａ１から第２移動量信号ａ２に出力対象が切り換えられた場合、オン動作して第２カウント部５ａにカウント推定部７にて推定された推定値Ｍｃを出力する。第２カウント部５ａは、カウント推定部７により出力された推定値Ｍｃを、スイッチ９を介して入力し、入力した推定値Ｍｃを第２カウント値ｎ２の初期値として合成信号の波の数のカウントを開始する。第２カウント部５ａが推定値Ｍｃを入力した後、スイッチ９はオフされる。
【００３５】
このように、切換部８により第１移動量信号ａ１から第２移動量信号ａ２に出力対象が切り換えられた場合、第２カウント部５ａによりカウントされた第２カウント値ｎ２が修正されるので、正確な角度情報を得ることができる。
【００３６】
ここで、検出器１と検出器２とは互いにずらして配置されているので、検出器１から出力されるエンコーダ信号と、合成処理部３から出力される合成信号とは同位相とはならないが、位相関係は各検出器１，２の取付位置によって決まる。つまり、検出器１にて出力されたエンコーダ信号の第１カウント値ｎ１及び第１位相信号ｐ１（位相値）と、合成処理部３にて出力された合成信号の第２カウント値ｎ２との関係は、検出器１，２の取付位置によって一義に決まる。
【００３７】
この関係は、スケール１０に形成された初期位置検出用の１つの格子を検出することで出力されるＺ相信号ｚ１によって、各カウント値ｎ１，ｎ２を初期化したとき知ることができる。具体的には、図３のような位相関係の場合、第１カウント部４ａの第１カウント値ｎ１が１の場合、第２カウント部５ａの第２カウント値ｎ２は、２，３又は４となる。そのときの第２カウント値ｎ２は、第１位相演算部４ｂの第１位相信号ｐ１によって判断できる。すなわち、第１位相信号ｐ１の示す位相が０≦φ＜φ１ならばｎ２＝２であり、φ１≦φ＜φ２ならばｎ２＝３であり、φ２≦φ＜２πならばｎ２＝４である。したがって、このような関係を予め実験等により求めておき、カウント推定部７に記憶させておくことで、カウント推定部７は、第２カウント値ｎ２として設定する推定値Ｍｃを第１カウント値ｎ１及び第１位相信号ｐ１に基づいて演算により求めることができる。なお、位相値φ１，φ２は、第２位相信号ｐ２の位相０のときの第１位相信号ｐ１の値であり、検出器１，２の位置関係により一義的に求められる値である。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、カウント推定部７は、エンコーダ信号の位相と対応付けた複数の補正値（０，１，２）を予め記憶しておく。この補正値は、上述したように、実験により予め求めておくことができる。そして、カウント推定部７は、検出器１，２の台数Ｈ（本実施の形態では２台）と第１カウント値ｎ１＝Ｎとを乗じて得られる乗算値Ｈ×Ｎ（本実施の形態では、２×Ｎ）を演算する。次いで、カウント推定部７は、複数の補正値（０，１，２）のうち、第１位相信号ｐ１の示す位相φに応じた補正値を加算することで、推定値Ｍｃを算出する。
【００３９】
すなわち、第１カウント値ｎ１＝Ｎ、検出器の数をＨ（本実施の形態では２）とすると第２カウント値ｎ２の推定値Ｍｃは検出器１で検出した波形の位相φの状態により、以下のようになる。
【００４０】
０≦φ＜φ１の場合：Ｍｃ＝Ｈ×Ｎ（本実施の形態では、２×Ｎ）
φ１≦φ＜φ２の場合：Ｍｃ＝Ｈ×Ｎ＋１（本実施の形態では、２×Ｎ＋１）
φ２≦φ＜２πの場合：Ｍｃ＝Ｈ×Ｎ＋２（本実施の形態では、２×Ｎ＋２）
以下、一度、回転テーブル５０が値ω２の角速度で高速回転した後、値ω１の角速度で低速回転する場合について、図６を参照して説明する。回転テーブル５０は、値ω１の角速度で低速回転しているので、合成処理して得たＡ相信号ｓ３及びＢ相信号ｃ３も周波数が低く、減衰せずに十分な振幅が得られている。そのため、合成信号の第２位相信号ｐ２も精度よく得られている。したがって、第２位相信号ｐ２に関しては、修正する必要はない。
【００４１】
これに対し、第２カウント値ｎ２は、回転テーブル５０が値ω２で高速回転したときに、合成信号の振幅が減衰したので正確なカウント値ではない可能性があり、このずれた値からカウントアップすることとなるので、修正する必要がある。したがって、カウント推定部７は、上記の式に基づいて、推定値Ｍｃを算出し、その推定値Ｍｃを第２カウント部５ａに出力する。
【００４２】
例えば、第１カウント値ｎ１がＮの場合に、合成信号が同位相である点Ｐ１と点Ｐ２とにおける第１位相信号ｐ１の位相をみると、点Ｐ１では、第１位相信号ｐ１の示す位相φは、０≦φ＜φ１の範囲内にある。一方、点Ｐ２では、第１位相信号ｐ１の示す位相φは、φ１≦φ＜φ２の範囲内にある。したがって、カウント推定部７は、第２位相信号ｐ２が点Ｐ１の位相のときは、上記関係式に基づき、推定値Ｍｃとして２×Ｎを求め、第２カウント部５ａに出力する。また、カウント推定部７は、第２位相信号ｐ２が点Ｐ２の位相のときは、上記関係式に基づき、推定値Ｍｃとして２×Ｎ＋１を求め、第２カウント部５ａに出力する。
【００４３】
第２カウント部５ａは、この入力した推定値Ｍｃを第２カウント値ｎ２として設定することで、以降、合成信号を使用して正確にカウントアップすることができる。したがって、第２角度演算部５ｃは、正確な角度情報を得ることができる。
【００４４】
次に、別の実施の形態について、図７を参照しながら説明する。上記実施の形態では、エンコーダがロータリエンコーダである場合について説明したが、この別の実施の形態では、エンコーダがリニアエンコーダである場合について説明する。図７（ａ）に示すように、エンコーダ２００Ａは、リニア型のスケール１０Ａと、複数の検出器１，２とからなる。スケール１０Ａには、複数の格子が直線上に形成されている。このスケール１０Ａは、移動体としての直線移動テーブル５０Ａに固定され、検出器１，２がスケール１０Ａに対して相対移動するものである。
【００４５】
エンコーダ信号処理装置１００Ａは、第１処理部２０Ａ及び第２処理部３０Ａを備えている。上記実施の形態では、第１処理部２０及び第２処理部３０は、移動体の移動量として回転テーブル５０の回転角度を求めるものであったが、この別の実施の形態では、第１処理部２０Ａ及び第２処理部３０Ａは、直線移動テーブル５０Ａの直線移動量を求める。
【００４６】
具体的には、第１処理部２０Ａの第１移動量演算部４ｄは、第１カウント値及び第１位相信号に対応する直線移動テーブル５０Ａの直線移動量を求め、第１移動量信号を生成する。第２処理部３０Ａの第２移動量演算部５ｄは、第２カウント値及び第２位相信号に対応する直線移動テーブル５０Ａの直線移動量を求め、第２移動量信号を生成する。また、速度検出部６Ａは、直線移動テーブル５０Ａの直線方向の移動速度を検出する。以上の構成により、このエンコーダ信号処理装置１００Ａにおいても、上記実施の形態のエンコーダ信号処理装置１００と同様に動作し、同様の作用効果を奏するものである。
【００４７】
なお、上記実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施の形態では、検出器が２台であり角度測定の分解能が２倍となる場合について説明したが、検出器の台数は、これに限定するものではない。例えば、検出器が３台の場合、２台の合成された信号と３台目の検出器との間で、図３のような演算処理を行うと周波数が３倍（周期が１／３）の２相正弦波信号である合成信号が得られる。同様に、検出器が４台以上の場合には、その台数に応じた整数倍の（整数分の１の周期）の短い２相正弦波信号である合成信号が得られる。つまり、合成する検出器の個数を増やすことでより細かい角度を測定できることになる。
【符号の説明】
【００４８】
１，２  検出器
３  合成処理部
６，６Ａ  速度検出部
７  カウント推定部
８  切換部
９  スイッチ（出力部）
１０  スケール
２０，２０Ａ  第１処理部
３０，３０Ａ  第２処理部
５０  回転テーブル（移動体）
５０Ａ  直線移動テーブル（移動体）
１００，１００Ａ  エンコーダ信号処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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