(57)【要約】【課題】位置センサのセンサ信号を位置情報に変換する位置検出装置において、高速回転に応答ができ、位置バタツキの少ない高精度な位置検出装置を提供する。【解決手段】位置センサからのセンサ信号をデジタル化した信号ＤＳ，ＤＣは、それぞれデジタル低域通過フィルタにより、高域成分がカットされた信号ＦＣ、ＦＳとして出力する。選択手段は、選択指令手段からの選択指令信号ＳＥＬによって、信号ＤＳ，ＤＣ又は信号ＦＣ、ＦＳのどちらかが選択され、信号ＳＣ，ＳＳとして出力する。選択手段が選択した信号ＳＣ，ＳＳは、内挿手段で２変数を入力とする逆正接演算が行われ、位置センサの入力軸の回転量を示す位置信号ＰＯに変換する。遅延補償手段では、位置信号ＰＯから速度信号ＶＥＬに、低域通過フィルタのカットオフ周波数に応じた係数を乗算した遅延量を加算し、遅延補償位置ＰＯＣとして出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定変位に対応して各々位相が異なり周期的に変化する複数のセンサ信号を位置センサが出力し、その位置センサのセンサ信号を位置情報に変換する位置検出装置において、
前記複数のセンサ信号の高域成分をカットした高域カット信号を出力する低域通過フィルタと、
前記センサ信号又は前記高域カット信号のどちらか一方を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された信号を変位信号に変換する内挿手段と、
前記変位信号を速度信号に変換する速度変換手段と、
前記速度信号に基づいて前記選択手段に切換指令を出力する切換指令手段と、
前記切換指令と前記速度信号に基づいて前記変位信号の前記低域通過フィルタによる遅延量を補償する遅延補償手段と、
を備え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において、
前記切換指令手段は、予め設定した上限速度を前記速度信号が超えた場合、前記選択手段に対して、センサ信号を選択するように選択指令を出力し、
前記速度信号が予め設定した下限速度を下まわった場合には、前記選択手段に対して、高域カット信号を選択するように選択指令を出力することを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の位置検出装置において、
前記センサ信号は、Ａ／Ｄ変換手段とダイレクトメモリ転送手段とにより、周期Ｔでデジタル化した後にメモリに逐次記録され、
前記低域通過フィルタと前記選択手段と前記内挿手段は、同一のマイクロプロセッサのソフトウェア処理によって実現され、
前記低域通過フィルタ処理は、周期ｎＴ（ｎは２以上の整数）の間隔で、前記メモリに記録されたｎ回分のデジタル化されたセンサ信号を一括してデジタルフィルタ処理し、
デジタル化されたセンサ信号又はデジタルフィルタ処理後の高域カット信号は、前記切換指令によって選択された信号に対して内挿処理が行われ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】
本発明は、位置センサからのセンサ信号を位置情報に変換する位置検出装置に関し、特に、測定変位に対応して各々位相が異なり周期的に変化する複数のセンサ信号を位置センサが出力し、その位置センサのセンサ信号からサーボモータの回転位置を高精度かつ高速回転でも検出可能な位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工作機械による高精度加工の実現及び加工時間の短縮ため、工作機械等の可動軸を駆動するサーボモータは、高精度かつ高速回転に応答できることが要求され、サーボモータの回転位置や速度を検出する位置検出装置も高精度かつ高速回転応答が要求されるようになった。
【０００３】
図４は従来の位置検出装置の一例を示すブロック図である。同図において位置センサ１は、回転軸の回転変位θに応じて、９０度位相の異なるセンサ信号Ｃ，Ｓを出力する。センサ信号Ｃ，Ｓは、低域通過フィルタも兼ねる増幅器２，３で増幅されるとともに、高域ノイズがカットされ,信号ＡＣ，ＡＳとして出力される。信号ＡＣ，ＡＳは、Ａ／Ｄ変換器４，５により、タイミングコントローラ８からのタイミング信号ＴＩＭにしたがって、デジタル信号ＤＣ，ＤＳに変換される。ここで、デジタル信号ＤＣ，ＤＳは、それぞれ下記数１，数２で表すことができる。
ＤＣ＝ＣＯＳ（５１２θ）    …（数１）
ＤＳ＝ＳＩＮ（５１２θ）    …（数２）
【０００４】
デジタル化された信号ＤＣ，ＤＳは、内挿手段１０で２変数を入力とする逆正接演算が行われ、位置センサ１の入力軸の１／５１２回転内の回転量を示す位置信号ＰＯに変換される。この後、本発明の説明上必要性が無いため図示していないが、実際の位置検出装置では、位置信号ＰＯの変化を基にしたインクリメンタル処理等により、少なくとも位置センサ１の入力軸の１回転以上の位置データによってサーボモータの回転位置制御が行われることになる。
【０００５】
また、特許文献１には、Ａ／Ｄ変換器と内挿回路の間にデジタルフィルタを有する内挿装置を用いて高精度かつ高回転応答を実現する位置検出装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２０１１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、さらに高いレベルにおける高精度と高速応答性の両立には、技術的困難があった。例えば、図４に示すような従来の位置検出装置で、高精度検出するためには、位置センサの位置バタツキを抑えるため、増幅器２，３のカットオフ周波数を下げて、高域ノイズを可能な限り除去することが望ましい。しかし、カットオフ周波数を下げると、高速回転時にセンサ信号が高周波となり、位置検出に必要な成分も除去されるため、高速回転への応答が十分ではないという問題があった。
【０００８】
また、増幅器２，３のカットオフ周波数を下げ過ぎると、低域フィルタによる位置データの遅れが生じ、サーボ応答性が低下してしまうという問題もあった。このため、増幅器２，３のカットオフ周波数は、高速回転時でも、センサ信号が低下しない程度のカットオフ周波数にする必要があり、位置データのバタツキを改善することができず、さらに高いレベルにおける高精度な位置検出装置を実現することは困難であった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点を解消するためになされたもので、本発明の目的は、測定変位に対応して各々位相が異なり周期的に変化する複数のセンサ信号を位置情報に変換する位置検出装置において、高速回転に応答ができ、位置バタツキの少ない高精度な位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を実現するために本発明に係る位置検出装置は、測定変位に対応して各々位相が異なり周期的に変化する複数のセンサ信号を位置センサが出力し、その位置センサのセンサ信号を位置情報に変換する位置検出装置において、前記複数のセンサ信号の高域成分をカットした高域カット信号を出力する低域通過フィルタと、前記センサ信号又は前記高域カット信号のどちらか一方を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された信号を変位信号に変換する内挿手段と、前記変位信号を速度信号に変換する速度変換手段と、前記速度信号に基づいて前記選択手段に切換指令を出力する切換指令手段と、前記切換指令と前記速度信号に基づいて前記変位信号の前記低域通過フィルタによる遅延量を補償する遅延補償手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る位置検出装置において、前記切換指令手段は、予め設定した上限速度を前記速度信号が超えた場合、前記選択手段に対して、センサ信号を選択するように選択指令を出力し、前記速度信号が予め設定した下限速度を下まわった場合には、前記選択手段に対して、高域カット信号を選択するように選択指令を出力することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る位置検出装置において、前記センサ信号は、Ａ／Ｄ変換手段とダイレクトメモリ転送手段とにより、周期Ｔでデジタル化した後にメモリに逐次記録され、前記低域通過フィルタと前記選択手段と前記内挿手段は、同一のマイクロプロセッサのソフトウェア処理によって実現され、前記低域通過フィルタ処理は、周期ｎＴ（ｎは２以上の整数）の間隔で、前記メモリに記録されたｎ回分のデジタル化されたセンサ信号を一括してデジタルフィルタ処理し、デジタル化されたセンサ信号又はデジタルフィルタ処理後の高域カット信号は、前記切換指令によって選択された信号に対して内挿処理が行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の位置検出装置では、最も高精度な位置検出が必要とされる低い回転時にだけ、低域通過フィルタによって高域ノイズをカットしたセンサ信号から位置を検出するため、バタツキの小さな位置データを得ることができる。また、低域通過フィルタが機能しているときは、フィルタによる位置データの遅延量を補償するため、サーボ応答性の低下を防止することができる。なお、高速回転時は、低域通過フィルタが機能しなくなるため、位置バタツキは大きくなるが、高速回転時は、バタツキが大きくても、慣性力により回転が安定するため、位置バタツキによる影響は無視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の位置検出装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の別の位置検出装置の実施形態を示すブロック図である。
【図３】図２のマイクロプロセッサの処理動作を示すフローチャート図である。
【図４】従来の位置検出装置の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の位置検出装置の実施形態を、図４に対応させて示すブロック図であり、図４と同じ機能のものは同じ符号とし、その説明を省略する。
【００１６】
図１の位置検出装置では、位置センサ１からの出力信号をデジタル化した信号ＤＳ，ＤＣは、それぞれカットオフ周波数５ＫＨzの１次のデジタル低域通過フィルタ６，７により、高域成分がカットされた信号ＦＣ、ＦＳとして出力している。選択手段９は、選択指令信号ＳＥＬによって、信号ＤＳ，ＤＣ又は信号ＦＣ、ＦＳのどちらかが選択され、信号ＳＣ，ＳＳとして出力される。選択手段９が選択した信号ＳＣ，ＳＳは、内挿手段１０で２変数を入力とする逆正接演算が行われ、位置センサ１の入力軸の１／５１２回転内の回転量を示す位置信号ＰＯに変換される。
【００１７】
速度変換器１１では、タイミングコントローラ８からのタイミング信号ＴＩＭに従って、位置信号ＰＯの差分演算が行われ、速度信号ＶＥＬを出力する。選択指令手段１２では、速度信号ＶＥＬが予め設定した下限速度ＶＬ＝７０min-1以下のとき、選択手段９に対してデジタル低域通過フィルタ６，７側の信号ＦＣ、ＦＳに切り変えるように選択指令信号ＳＥＬを出力し、選択指令信号ＳＥＬが予め設定した上限速度ＶＨ＝１００min-1以上のときに、信号ＤＳ，ＤＣに切り換えるように選択指令信号ＳＥＬを出力する。このように、ＶＨ＝１００min-1以下では、低域通過フィルタにより、高域成分がカットされても、信号ＦＣ，ＦＳの信号変化の周波数は、約８５３Ｈｚ（５１２＊１００／６０）以下となり、５ＫＨｚ以上が低域通過フィルタによりカットされても十分問題のない周波数となっている。なお、選択指令手段１２は、選択を切り換えた直後の速度信号ＶＥＬが不安定なため、切り換え直後の一定期間は、選択指令信号ＳＥＬを変化させないようになっている。
【００１８】
遅延補償手段１３では、選択指令信号ＳＥＬが信号ＤＳ，ＤＣ側を選択中は、位置信号ＰＯをそのまま遅延補償位置ＰＯＣとして出力する。また、選択指令信号ＳＥＬが信号ＦＳ，ＦＣ側を選択中は、位置信号ＰＯから速度信号ＶＥＬに、低域通過フィルタのカットオフ周波数に応じた係数を乗算した遅延量を加算し、遅延補償位置ＰＯＣとして出力する。
【００１９】
図２は、本発明の位置検出装置の別の実施形態を、図１に対応させて示すブロック図であり、図４と同じ機能のものは同じ符号とし、その説明を省略する。
【００２０】
図２の位置検出装置では、シリアル通信手段１５が外部から位置データの要求命令をシリアル通信データＲＸとして一定の周期４Ｔ（４Ｔ＝１００μｓ）で受信すると、タイミングコントローラ１７へ、要求命令に同期した同期信号ＳＹＮＣを同じ周期４Ｔで出力する。タイミングコントローラ１７では、同期信号ＳＹＮＣに同期し、周期４Ｔの１／４の周期である周期Ｔ（Ｔ＝２５μｓ）で転送要求信号ＴＩＭをＡ／Ｄ変換器４，５とメモリ１６へ出力する。Ａ／Ｄ変換器４，５とメモリ１６は、転送要求信号ＴＩＭを受けると、周期Ｔのサイクルで、センサ信号ＡＳ，ＡＣをデジタル化し、メモリ１６へ順次デジタル化したセンサ信号を変数ＤＣ（１）〜ＤＣ（４），ＤＳ（１）〜ＤＳ（４）として記録する。また、タイミングコントローラ１７では、同期信号ＳＹＮＣに同期した割込信号ＩＮＴを周期４Ｔで、マイクロプロセッサ１４へ出力する。マイクロプロセッサ１４では、割込信号ＩＮＴが入力されると、図３のフローチャートに示す処理プログラムが実行される。
【００２１】
図３のフローチャートのＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４では、メモリ１６に記録された４回分の信号ＤＣ，ＤＳに相当する変数ＤＣ（１）〜ＤＣ（４），ＤＳ（１）〜ＤＳ（４）を順次読み出し、ｋ＝０．５４（カットオフ周波数約５ＫＨｚに相当）とする１次のデジタル低域通過フィルタ処理演算を行う。ＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７では、変数ＳＥＬが０のとき、変数ＳＣ，ＳＳを変数ＤＣ（４），ＤＳ（４）に置換する。また、変数ＳＥＬが１のときは、変数ＳＣ，ＳＳをフィルタ処理後の変数ＦＣ，ＦＳに置換する。これにより、ＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７では、図１の選択手段９とほぼ同等な動作が行われる。ＳＴＥＰ８では、内挿処理が行われ、変数ＳＣと変数Ｓとの２変数を入力とする逆正接演算（ＡＴＡＮ２の関数）が行われ、位置センサ１の入力軸の１／５１２回転内の回転位置を示す数値ＰＯに変換される。
【００２２】
ＳＴＥＰ９では、位置ＰＯから前回の位置ＰＯＯを減算することにより、速度ＶＥＬを算出する。ＳＴＥＰ１０では、位置ＰＯに、ＳＥＬが１のときのみ、低域通過フィルタによる遅延量に相当するＶＥＬ＊（１−ｋ）／４ｋを加算することにより、低域通過フィルタによる遅延量を補償した位置ＰＯＣを算出する。
【００２３】
ＳＴＥＰ１１、ＳＴＥＰ１２、ＳＴＥＰ１３では、速度ＶＥＬが予め設定した速度ＶＨよりも大きいときで、さらにＳＥＬ＝０のとき、ＳＥＬ＝１とするとともに、次回に前回の位置となるＰＯＯを、低域通過フィルタによる遅延量を考慮した値に修正し、次回の処理で速度ＶＥＬが不連続な値となることを防止している。ＳＴＥＰ１４、ＳＴＥＰ１５、ＳＴＥＰ１６では、速度ＶＥＬが予め設定した速度ＶＬよりも小さいときで、さらにＳＥＬ＝１のとき、ＳＥＬ＝０とするとともに、次回に前回の位置となるＰＯＯを、低域通過フィルタによる遅延量修正した位置ＰＯＣに変更し、次回の処理で速度ＶＥＬが不連続な値となることを防止している。
【００２４】
マイクロプロセッサ１４は、遅延量を補償した位置ＰＯＣを算出した後は、インクリメンタル処理などによって、位置ＰＯＣを位置センサ１の入力軸の一回転内の位置ＰＯＳに変換処理を行い、シリアル通信手段１５より、位置ＰＯＳをシリアル通信データＴＸとして外部へ出力する。
【００２５】
図２の位置検出装置では、内挿処理１回あたり、４回分のデータで低域通過フィルタ処理を行うため、内挿処理１回につき１回のフィルタ処理を行うよりも、平均化効果による位置のバタツキをより小さくできる効果がある。また、ダイレクトメモリ転送手段を利用することにより、一括して複数回分のフィルタ処理を行うことにより、毎回割り込み処理を行うよりも、割り込み関係の無駄な処理を削減することが可能である。
【００２６】
以上、上述したように、本実施形態に係る位置検出装置では、最も高精度な位置検出が必要とされる低い回転時にだけ、低域通過フィルタによって高域ノイズをカットしたセンサ信号から位置を検出するため、バタツキの小さな位置データを得ることが可能である。また、低域通過フィルタが機能しているときは、フィルタによる位置データの遅延量を補償するため、サーボ応答性の低下を防止することが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  位置センサ、２，３  増幅器、４，５  Ａ／Ｄ変換器、６，７  低域通過フィルタ、８，１７  タイミングコントローラ、９  選択手段、１０  内挿手段、１１  速度変換器、１２  選択指令手段、１３  遅延補償手段、１４  マイクロプロセッサ、１５  シリアル通信手段、１６  メモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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