(57)【要約】【課題】２つのエンコーダの設置方法に制限がなく、伝達機構系の機械的な誤差などによる２つのエンコーダの検出位置の誤差が一定値以内であれば、インクリメンタルエンコーダ上の絶対位置を求めることができる、フルクローズ制御装置の絶対位置検出方法を提供する。【解決手段】ステップ１０１で、エンコーダ２，５の仕様にしたがって検出位置を読み取る。ステップ１０２で、得られた、アブソリュートエンコーダ２の検出位置Ｂを、エンコーダ２，５の分解能の違いとエンコーダ２，５の間にある伝達機構系３のギヤ比とによって決定される割合でインクリメンタルエンコーダ５上の位置に換算する。ステップ１０３で、エンコーダ２，５の原点間の距離δを記憶していない場合に、その原点間の距離δを求め、ステップ１０４で、距離δを記憶する。ステップ１０５で、記憶した距離δを使ってインクリメンタルエンコーダ５の絶対位置Ａを求める。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意地点の絶対位置を検出できるアブソリュートエンコーダと、等間隔の基準点を持ち、その最寄りの基準点からの距離のみを検出できるインクリメンタルエンコーダとを備えたフルクローズド制御装置の絶対位置検出方法であって、
前記アブソリュートエンコーダの原点と前記インクリメンタルエンコーダの原点との距離を一度求め、記憶するステップと、
前記記憶した原点間の距離を使って、前記インクリメンタルエンコーダの原点からその最寄りの基準点までの等間隔の基準点の数を求め、該基準点の数と、インクリメンタルエンコーダの基準点の間隔と、前記インクリメンタルエンコーダの検出位置から、前記インクリメンタルエンコーダの絶対位置を求めるステップを有する、フルクローズド制御装置の絶対位置検出方法。
【請求項２】
前記アブソリュートエンコーダと前記インクリメンタルエンコーダの検出位置を読み取り、前記アブソリュートエンコーダの検出位置を、両エンコーダの分解能の違いと両エンコーダの間にある伝達機構系のギヤ比とによって決定される割合で前記インクリメンタルエンコーダ上の位置に換算し、換算後の前記アブソリュートエンコーダの位置と、前記インクリメンタルエンコーダの検出位置と、前記インクリメンタルエンコーダの基準点の間隔によって、前記原点間の距離を求める、請求項１に記載のフルクローズド制御装置の絶対位置検出方法。
【請求項３】
前記アブソリュートエンコーダの原点と前記インクリメンタルエンコーダの原点との距離を一度求め、記憶する代りに、前記原点間の距離を毎回求め、最初に求めた距離のみを記憶する、請求項１または２に記載のフルクローズド制御装置の絶対位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意地点の絶対位置を検出できるアブソリュートエンコーダと、等間隔の基準点を持ち、その最寄りの基準点からの距離のみを検出できるインクリメンタルエンコーダとを備えたフルクローズド制御装置の絶対位置検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフルクルーズド制御装置では、フルクローズド制御ループの位置検出器に、任意地点の絶対位置を検出できるアブソリュートエンコーダを用いるのが一般的である。この場合、そのアブソリュートエンコーダの仕様にしたがった手順にて絶対位置を求めればよい。例えば、双葉電子工業（株）のアブソリュートパルススケールの場合、電源投入後の一定の時間内にＡ相から送信される多回転シリアルデータを読み取り、その後にＡ相およびＢ相から出力される一回転内インクリメンタルパルスをカウンタで受けるという手順で、絶対位置を検出していた。
【０００３】
また、フルクローズド制御ループの位置検出器に、アブソリュートエンコーダを用いずに絶対位置を検出する方法を提案しているものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−８８７５１号公報
【０００５】
図６はこの従来の方法を実施するフルクルーズド制御装置の構成を示す図である。モータ１にはアブソリュートエンコーダ２が取り付けられ、モータ１の出力軸には減速機などの伝達機構系３を介して可動部となる主軸４が取り付けられ、主軸４にはインクリメンタルエンコーダ５が取り付けられている。アブソリュートエンコーダ２とインクリメンタルエンコーダ５の信号は制御装置６’へ入力され、制御装置６’は、モータ１へ制御信号を出力する。このように、可動部となる主軸４を制御するフルクローズド制御ループの位置検出器にインクリメンタルエンコーダ５が使用され、モータ１を制御するセミクローズド制御ループの位置検出器にアブソリュートエンコーダ２が使用されていた。
【０００６】
図７はアブソリュートエンコーダ２の検出位置を示す図であり、図８はインクリメンタルエンコーダ５の検出位置を示す図であり、図９はこれら２つのエンコーダ２，５の検出位置関係を詳細に示した図である。今、アブソリュートエンコーダ２の検出位置をＢとし、インクリメンタルエンコーダ５の１回転のカウント数をλとすると、
ｎ×λ＋Ｒ＝Ｂ                                      （１）
として、多回転数ｎと余りのカウント数Ｒが算出される。
【０００７】
一方、インクリメンタルエンコーダ５の検出位置をｓとすると、オフセット値δは、
δ＝Ｒ−ｓ                                          （２）
で与えられる。したがって現在位置は、
現在位置＝ｎ×λ＋δ＋ｓ                            （３）
で与えられる。
【０００８】
図１０は制御装置６’で行なわれる絶対位置検出動作を示すフローチャートである。まず、ステップ２０１でアブソリュートエンコーダ２の検出位置Ｂとインクリメンタルエンコーダ５の検出位置ｓを読み取る。次に、電源投入時などのサーボロック開始時にステップ２０２から２０３に進み、上記（１）式および（２）式にしたがって多回転数ｎとオフセット値δを演算し、記憶する。後は、ステップ２０４で、（３）式にしたがってインクリメンタルエンコーダ５からのカウント数のみにより主軸４の現在位置を演算し、フィードバック制御を行なう。
【０００９】
このように、従来のフルクローズド制御装置の絶対位置検出方法では、アブソリュートエンコーダの検出位置とインクリメンタルエンコーダの検出位置を読み取り、電源投入時などの位置制御機能開始時に、これら検出位置から多回転数およびオフセット値を求め、それら初期値としての多回転数およびオフセット値とインクリメンタルエンコーダの検出位置とから絶対位置を検出する、という手順がとられていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のフルクローズド制御装置の絶対位置検出方法では、電源投入時などの位置制御機能開始時に、２つのエンコーダの検出位置から、毎回、多回転数およびオフセット値を初期値として求めているため、２つのエンコーダの設置条件と伝達機構系の機械的な誤差などによる２つのエンコーダの検出位置の誤差によっては、毎回、多回転数値が１つずれる可能性があり、正確な絶対位置を検出できないという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、２つのエンコーダの設置方法に制限がなく、伝達機構系の機械的な誤差などによる２つのエンコーダの検出位置の誤差が一定値以内であれば、インクリメンタルエンコーダ上の絶対位置を求めることができる、フルクローズド制御装置の絶対位置検出方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のフルクローズド制御装置の絶対位置検出方法は、アブソリュートエンコーダの原点とインクリメンタルエンコーダの原点との距離を一度求め、記憶するステップと、前記記憶した原点間の距離を使って、インクリメンタルエンコーダの原点からその最寄りの基準点までの等間隔の基準点の数を求め、該基準点の数と、インクリメンタルエンコーダの基準点の間隔と、インクリメンタルエンコーダの検出位置から、インクリメンタルエンコーダの絶対位置を求めるステップを有する。
【００１３】
このように、２つのエンコーダの原点間の距離を設置後に一度だけ求め、その原点間の距離を使って、インクリメンタルエンコーダ上の絶対位置を求めているため、伝達機構系の機械的な誤差などによる２つのエンコーダの検出位置の誤差が、基準点間の距離の±１／４（絶対量＝１／２）よりも小さければ、２つのエンコーダの設置方法に制限なく、インクリメンタルエンコーダ上の絶対位置を一意に求めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の絶対位置検出方法を実施するフルクローズド制御装置の構成を示す図であり、図６の従来装置とは制御装置６の処理のみが異なる。
【００１６】
図２は図１のアブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダの検出位置関係を詳細に示した図で、図２（１）は任意地点の絶対位置Ｂを検出できるアブソリュートエンコーダ２の検出位置、図２（２）は等間隔λの基準点を持ち、その最寄りの基準点からの距離ｓのみを検出できるインクリメンタルエンコーダ５の検出位置を示している。等間隔λの基準点は、１回転内にいくつか持つ場合や１つしか持たない場合、さらに直線軸上に配置されたリニアスケールの場合などがあり、インクリメンタルエンコーダによって異なる。
【００１７】
図３は制御装置６における、絶対位置を検出する処理手順を示すフローチャートである。
【００１８】
まず、ステップ１０１で、各々のエンコーダ２，５の仕様にしたがって検出位置を読み取る。
【００１９】
ステップ１０２で、ステップ１０１で得た、アブソリュートエンコーダ２の検出位置Ｂを、２つのエンコーダ２，５の分解能の違いと２つのエンコーダ２，５の間にある伝達機構系３のギヤ比とによって決定される割合でインクリメンタルエンコーダ５上の位置に換算する。例えば、アブソリュートエンコーダ２の分解能が１回転当りＸパルス、インクリメンタルエンコーダ５の分解能が１回転当りＹパルスとし、伝達機構系３のギヤ比により、アブソリュートエンコーダ２のＭ回転で、インクリメンタルエンコーダ５がＮ回転するものとすると、（Ｙ×Ｎ）／（Ｘ×Ｍ）なる定数をＢに乗じて換算する。
【００２０】
ステップ１０３で、２つのエンコーダ２，５の原点間の距離δを記憶していない場合に、その原点間の距離δを求める。アブソリュートエンコーダ原点に最寄りの基準点をインクリメンタルエンコーダ５の原点と考え、その原点間の距離δを、
ｎ0＝（Ｂ−ｓ）／λ                                （４）
δ＝Ｂ−（ｎ0×λ＋ｓ）                            （５）
なる計算により求める。ただし、ｓおよびδは、ここでは、−λ／２＜ｓおよびδ≦λ／２の範囲の値とするが、インクリメンタルエンコーダ５の検出値ｓが正の値しかとらない場合は、ｓおよびδは、０≦ｓおよびδ＜λの範囲の値となる。ここで、（４）式のｎ0の計算は、小数点以下を四捨五入する。正確な四捨五入の計算は、例えば、一度計算されたｎ0を使って、（Ｂ−ｓ）−ｎ0×λの値を±λ／２と比較し、λ／２よりも大きいならばｎ0を＋１し、−λ／２以下であればｎ0を−１することにより求めることができる。図２の例では、０≦δ≦λ／２ならばｎ0＝３となり、−λ／２＜δ＜０ならばｎ0＝４となる。
【００２１】
ステップ１０４で、ステップ１０３で求めたδを記憶する。なお、ステップ１０３およびステップ１０４の処理は、図４に示すように、原点間の距離δは毎回求め、δの記憶だけを一度行なうようにしてもよい。
【００２２】
原点間の距離δを毎回計算するのは、計算されたδと記憶されているδとを比較して、誤差が許容範囲にあるかどうかの監視に利用するためである。
【００２３】
最後に、ステップ１０５で、ステップ１０４で記憶したδを使い、
ｎ＝（Ｂ−δ−ｓ）／λ                              （６）
Ａ＝ｎ×λ＋ｓ                                      （７）
なる計算によりインクリメンタルエンコーダ５の絶対位置Ａを求める。ここで、（６）式のｎの計算は、ステップ１０３と同様に小数点以下を四捨五入する。ｎは（４）式のｎ0と同じ値になり、図２の例では次のような結果となる。
【００２４】
Ａ＝３λ＋ｓ  （０≦δ≦λ／２の場合）            （８ａ）
Ａ＝４λ＋ｓ  （−λ／２＜δ＜０の場合）          （８ｂ）
このようにδの値によってＡの値がλだけ変化することになる。
【００２５】
次に、伝達機構系３の機械的な誤差などにより２つのエンコーダ２，５の検出位置に誤差εがある場合の、アブソリュートエンコーダ２とインクリメンタルエンコーダ５の位置関係を図５に示して絶対位置検出動作を具体的に説明する。アブソリュートエンコーダ２が検出する絶対位置は、Ｂから誤差εだけ変化してＢ’となる。すると、ステップ１０３で求められる原点間の距離δ’は、
ｎ0＝（Ｂ’−ｓ）／λ                              （９）
δ’＝Ｂ’−（ｎ0×λ＋ｓ）                      （１０）
なる計算により与えられる。図５の例では、０≦δ＋ε≦λ／２ならばｎ0＝３となり、−λ／２＜δ＋ε＜０ならばｎ0＝４となる。ステップ１０５では、ステップ１０４で記憶したδ’を使い、
ｎ＝（Ｂ’−δ’−ｓ）／λ                        （１１）
Ａ＝ｎ×λ＋ｓ                                      （７）
なる計算により絶対位置Ａが求められる。ｎは（９）式のｎ0と同じ値になり、図５の例では次のような結果となる。
【００２６】
Ａ＝３λ＋ｓ  （０≦δ＋ε≦λ／２の場合）      （１２ａ）
Ａ＝４λ＋ｓ  （−λ／２＜δ＋ε＜０の場合）    （１２ｂ）
このようにδ＋εの値によってＡの値がλだけ変化することになる。
【００２７】
また、この（１２ａ）式と（１２ｂ）式の結果は、電源投入時などの位置制御機能開始時に、毎回、多回転数ｎとオフセット値δを求めて、インクリメンタルエンコーダ５の絶対位置を求める手順の従来技術による方法と同じ結果となる。すなわち、δ＋εの値が、０≦δ＋ε≦λ／２か、−λ／２＜δ＋ε＜０かによって、毎回ｎの値が１つ変化することを意味し、例えば、δがλ／２に近い２つのエンコーダ２，５の設置条件では、誤差εの許容範囲は非常に小さくなってしまうことになる。
【００２８】
最後に、２つのエンコーダ２，５の検出位置の誤差εが｜ε｜＜λ／４の範囲にあれば、本発明の方法により、絶対位置Ａは一意に決定されることを説明する。今、誤差ε＝ε’の時のアブソリュートエンコーダ２が検出する絶対位置をＢ’とし、ステップ１０３で求められる原点間の距離をδ’とする。そしてこの原点間の距離δ’を記憶し、誤差ε＝ε’’の時の絶対位置Ａを求めることにする。ステップ１０５で求められるｎは、（１０）式と（１１）式から、次のような値となる。ただし、誤差ε＝ε’’の時のアブソリュートエンコーダ２が検出する絶対位置をＢ’’とする。
【００２９】
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ここで、｜ε’｜＜λ／４、｜ε’’｜＜λ／４なので、｜ε’’−ε’｜＜λ／２となり、（１３）式のｎは、小数点以下を四捨五入した結果、ｎ0と等しくなる。また、この場合のｎ0は、誤差ε＝ε’の時のものであり、その時のｎとｎ0は等しい。以上から、誤差ε＝ε’’の時のｎと誤差ε＝ε’の時のｎとは等しいため、（７）式により求められるインクリメンタルエンコーダ５の絶対位置Ａは一意に決定されることが証明された。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、フルクローズド制御ループの位置検出器がアブソリュートエンコーダではない場合でも、等間隔の基準点を持ち、その最寄りの基準点からの距離のみを検出できるエンコーダであれば、セミクローズド制御ループの絶対位置を検出できるという条件と、２つのエンコーダの検出位置の誤差が前記基準点間の距離の±１／４よりも小さいという条件とにより、２つのエンコーダの設置方法に制限されることなく、絶対位置検出機能を持ったフルクローズド制御装置の絶対位置検出方法を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の絶対位置検出方法が適用されたフルクローズド制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるアブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダの位置関係を示す図である。
【図３】制御装置６で行なわれる絶対位置検出動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３の方法の変形例の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態における２つのエンコーダの検出位置に誤差がある場合のアブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダの位置関係を示す図である。
【図６】従来の絶対位置検出方法が適用されたフルクローズド制御装置の構成図である。
【図７】従来の方法におけるアブソリュートエンコーダの検出位置を示す図である。
【図８】従来の方法におけるインクリメンタルエンコーダの検出位置を示す図である。
【図９】従来の方法におけるアブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダの位置関係を示す図である。
【図１０】従来の方法の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    モータ
２    アブソリュートエンコーダ
３    伝達機構系
４    主軸
５    インクリメンタルエンコーダ
６，６’    制御装置
Ｂ    アブソリュートエンコーダ２の検出位置
ｓ    インクリメンタルエンコーダ５の検出位置
λ    インクリメンタルエンコーダ５の基準点間の距離
δ    アブソリュートエンコーダ原点とインクリメンタルエンコーダ原点との距離
ε    ２つのエンコーダ２，５の検出位置の誤差
Ａ    インクリメンタルエンコーダ５の絶対位置
【図１】
2004198344.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004198344.tif 000008
【図６】
2004198344.tif 000009
【図７】
2004198344.tif 000010
【図８】
2004198344.tif 000011
【図９】
2004198344.tif 000012
【図１０】
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