(57)【要約】【課題】多相の周期信号を生成することが可能な位置検出器を使用することにより、負荷の大きな内挿処理を行うことなく、短時間で最終的に必要な位置情報を得ることができる位置検出装置を提供する。【解決手段】位置検出装置は、少なくとも４相以上の互いに一定の位相差を有する正弦波の周期信号を生成することが可能な位置検出器を使用して、それらの複数周期信号から必要な周期信号領域を選択し、つなぎ合わせることで、周期信号の位置情報を振幅情報（電圧情報）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】
少なくとも４相以上の互いに一定の位相差を有する正弦波の周期信号を生成することが可能な位置検出装置において、それらの複数周期信号から必要な周期信号領域を選択して、つなぎ合わせることで、周期信号の位置情報を振幅情報（電圧情報）として出力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において、複数周期信号同士の比較により、必要な周期信号を選択することを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の複数周期信号同士の比較において、１相遅れ、または１相進みの逆位相を用いた比較機能を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置検出装置において、おおまかな位置を知るためのセレクタ切替え回数をカウントするカウンタを用いて、つなぎ合わせ切替え部を設定することを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出装置において、選択された周期信号の位置情報を、ＡＤコンバータで読み取ることを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
少なくとも４相以上の互いに一定の位相差を有する正弦波の周期信号を生成することが可能な位置検出器と、それらの複数周期信号から１つの周期信号を選択するセレクタと、おおまかな位置を知るためのセレクタ切替え回数をカウントするカウンタと、セレクタにより選択された１つの周期信号を読み取るＡＤコンバータと、を有し、ＡＤコンバータより読み取った周期信号と、セレクタ切替え回数のカウント値と、を使用して演算処理を行うことにより、最終的に必要な位置情報を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】
本発明は、産業用加工、または計測装置に使用される位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な位置検出装置としては、可動部の位置変化に伴い位相差の異なる正余弦波を出力する位置検出器を使用して、取得した正余弦波をＡＤコンバータ等で読み取り、その後内挿計算することで可動部の位置変化量を知ることとなる。
【０００３】
内挿計算とは、位置検出器からの出力信号が９０度位相差の２相の正余弦波信号であるならば、「２相振幅比のアークタンジェント」といった三角関数を伴う演算処理によって算出することができ、位置検出の分解能を向上させる目的で広く使用されている。
【０００４】
しかしながら、この内挿計算は複雑であり、位置検出装置において大きな負荷となると共に、計算処理に伴う大幅な遅れ時間の発生も引き起こしてしまう。
【０００５】
このことは、内挿計算により算出された位置情報が、算出された時点で既に真の位置と一致せず、遅れを持った位置情報であることを意味し、その遅れを持つ位置情報により制御対象を移動させるためのモータ動作制御がなされることとなる。一般的にループゲインが高く、高周波の応答が要求される制御系においては、位置情報確定までの遅れ時間が制御の無駄時間となり、制御性能を低下させるという問題点があった。
【０００６】
この遅れ時間による位置の不一致を解消する従来技術として、内挿処理に過去の位置変化情報（動作速度）を組み入れ、内挿処理で導き出す位置情報を、導き出した時点で真の位置と極力一致させるための技術が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３６７２６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている従来技術では、信号処理ユニット等が位置検出器より位置信号を受け取ってから、内挿処理が終了するまでの遅れ時間中に変化していると思われる位置変化の予測値を使用している。この位置変化の予測値は、過去の位置変化情報（動作速度）から算出され、今回の内挿処理に補正値として組み込まれている。しかしながら、内挿処理が終了するまでの遅れ時間中に変化している位置変化量は、あくまで過去の動作から導き出した予測値であり、急激に動作速度が変化した後の位置変化量予測値は真の位置変化量と一致しない可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明は、制御上必要な位置分解能と位置精度は確保しつつ、内挿処理自体を大幅に軽減することで、内挿処理に起因していた遅れ時間の短縮を図った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】
その目的を達成するために、本発明の一側面としての位置検出装置は、少なくとも４相以上の互いに一定の位相差を有する正弦波の周期信号を生成することが可能な位置検出器を使用して、それらの複数周期信号から必要な周期信号領域を選択し、つなぎ合わせることで、周期信号の位置情報を振幅情報（電圧情報）として出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、制御上必要な位置分解能と位置精度は確保しつつ、内挿処理自体を大幅に軽減することができ、内挿処理に要していた遅れ時間の短縮を図った位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の位置検出装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態の１２相の周期的な正弦波を出力する光学式エンコーダの構成図である。
【図３】本発明の実施形態の１２相の周期的な正弦波の重ね合わせ波形である。
【図４】本発明の実施形態のセレクタ信号と切替えパルスの波形である。
【図５】本発明の実施形態の１２相の周期的な正弦波から１相を選択するための真理値表である。
【図６】本発明の実施形態の選択相の移り変わりの波形である。
【図７】本発明の実施形態のノコギリ状に存在していた選択相がつなぎ合わされるイメージ図である。
【図８】本発明の実施形態の最終的な位置誤差の波形である。
【図９】本発明の実施形態における４、６、８、１２相での位置誤差の比較である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
〔実施形態〕
図１は本発明の実施形態の位置検出装置の構成図である。使用する位置検出器としての光学式エンコーダは、４相以上の互いに一定の位相差を有する正弦波の周期信号を生成する必要が有り、本実施形態では図２に示すような、互いに３０度の位相差を有する１２相の周期的な正弦波（ch01,ch02,‥,ch12）を出力することが可能な光学式エンコーダを使用する。
【００１５】
図３では、図２で示した光学式エンコーダにおいて、被検出対象となる可動部に搭載されたスケールの位置変化に伴い出力される、１２相の正弦波１周期分を重ね合わせて示している。
【００１６】
図４では、図３で示した１２相の周期的な正弦波同士を、
SEL-A ： ch01 > ch06  が成立時にHI、非成立時にLO
SEL-B ： ch02 > ch07  が成立時にHI、非成立時にLO
SEL-C ： ch03 > ch08  が成立時にHI、非成立時にLO
SEL-D ： ch04 > ch09  が成立時にHI、非成立時にLO
SEL-E ： ch05 > ch10  が成立時にHI、非成立時にLO
SEL-F ： ch06 > ch11  が成立時にHI、非成立時にLO
の判定によりコンパレートしたセレクタ信号（SEL-A,SEL-B,‥,SEL-F）と、そのセレクタ信号の切替え毎に発生する切替えパルス（CNG-PLS）と、を示している。
【００１７】
図５では、SEL-A,SEL-B,‥,SEL-Fのセレクタ信号を使用して、ch01,ch02,‥,ch12の１２相の周期的な正弦波から、ある１相を選択するための真理値表を示しており、図６では、その真理値表により選択された１相（選択相）の移り変わりと、切替えパルスのカウント値を示している。
【００１８】
セレクタ信号を生成するための「コンパレートする正弦波同士、およびコンパレートする信号数」には法則性があり、
（１）１相遅れの逆位相を、全相数の半分
（２）１相進みの逆位相を、全相数の半分
のどちらかを使用する必要がある。また、選択相を決める真理値表においては、セレクタ信号の生成において（１）（２）のどちらを使用したかにより、その真理値が異なることとなる。本実施形態では、（１）の「１相遅れの逆位相を、全相数の半分」の形態で説明を行っている。
【００１９】
切替えパルスは、カウンタによりそのパルス数がカウントされ、可動部のおおまかな位置（１２相の移り変わり）を知ることができ、後述するＡＤコンバータで読み取った切替えパルス内の微小位置と共に最終的に必要な位置情報の算出に使用される。
【００２０】
カウンタは、光学式エンコーダから出力される正弦波１周期を超えてもそのカウントは継続され、光学式エンコーダの可動範囲において、カウンタの０位置からの累積的なおおまかな相対位置をカウンタ値として保持することが可能である。
【００２１】
ＡＤコンバータは、セレクタにより選択された選択相を制御上必要なタイミングで読み取ることになるが、選択相はどれもゼロクロスに近いエンコーダ信号である。正弦波出力のエンコーダ信号におけるゼロクロスに近い領域は、可動部であるスケールの位置変化がエンコーダ信号の直線変化として現れやすい部分である。
【００２２】
本発明では、「負荷の大きい演算処理を行わない」ことであり、前述した可動部のおおまかな位置となる切替えパルスのカウント値と、このＡＤコンバータで読み取った切替えパルス内の微小位置となる電圧値と、を演算処理（つなぎ合わせ）することにより、短時間で最終的に必要な位置情報を得ることができる。
【００２３】
図７では、切替えパルスのカウント値（ＣＯＡＲＳＥ）と、ＡＤコンバータで読み取った電圧値（ＦＩＮＥ）と、を使用して、ノコギリ状に存在していた選択相がつなぎ合わされ、最終的に必要な位置情報（ＤＥＴ−ＰＯＳ）となるイメージ図を示している。
【００２４】
ここで問題となるのは、前述で「正弦波出力のエンコーダ信号におけるゼロクロスに近い領域は、可動部であるスケールの位置変化がエンコーダ信号の直線変化として現れやすい」と説明したが、スケール位置変化がエンコーダ信号の直線変化とは一致しない点である。
【００２５】
図８では、理想的な検出位置を０とし、本実施形態で説明した１２相の光学式エンコーダを使用した場合の位置誤差を示している。その誤差分は光学式エンコーダ１周期信号を３６０度とした場合の±０．０６６度、表現を変えると、従来の「２相振幅比のアークタンジェント計算」による内挿計算で電気分割した逓倍値に換算した場合の±５４３４逓倍、であり、十分に小さいものとなっている。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【００２７】
特に、位置検出器の相数は互いに位相差が一定ずつずれた４相以上の正弦波であれば同様の手法を応用することが可能である。図９では、位置検出器の相数を４、６、８、１２相に変更した場合の位置誤差の推移を表しており、この位置誤差は相数が多いほど２乗に比例して小さくなっていることがわかる。しかしながら、相数の増加は位置検出器自体ならびに位置検出装置全体のコストにかかわるため、制御上必要な位置分解能や位置精度により、最適な相数を選定する必要がある。
【符号の説明】
【００２８】
ＥＮＣ        １２相の周期的な正弦波を出力する光学式エンコーダ
ＣＯＭＰ      セレクタ信号生成器
ＰＵＬＳＥ    切替えパルス生成器
ＣＯＵＮＴ    切替えパルスカウンタ
ＭＵＸ        エンコーダ信号の選択器
ＡＤ          選択相を読み取るためのＡＤコンバータ
ＣＰＵ        演算処理ユニット
ＬＥＤ        発光素子
ＬＮＳ        レンズ
ＳＣＬ        スケール
ＳＥＮＳ      １２相の受光素子
ｃｈ０１、ｃｈ０２、‥、ｃｈ１２          １２相のエンコーダ出力信号
ＳＥＬ−Ａ、ＳＥＬ−Ｂ、‥、ＳＥＬ−Ｆ    セレクタ信号
ＣＮＧ−ＰＬＳ                            切替えパルス
ＦＩＮＥ                                  ＡＤコンバータで読み取った値
ＣＯＡＲＳＥ                              切替えパルスカウンタで読み取った値
ＤＥＴ−ＰＯＳ                            最終的な位置情報
【図５】
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【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６】
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【図７】
2015087215.tif 000009
【図８】
2015087215.tif 000010
【図９】
2015087215.tif 000011