(57)【要約】【課題】エンコーダ信号のオフセット電圧成分、振幅比のずれ、位相のずれ、２次電圧成分、３次電圧成分を求めることができるエンコーダ位置誤差解析装置を提供する。【解決手段】  位置誤差信号波形１１を周波数解析する第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１と、Ａ相信号波形１２を周波数解析する第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２と、第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１による位置誤差信号波形の周波数解析結果および第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２によるＡ相信号波形の周波数解析結果の１次成分の位相情報からエンコーダ原波形に含まれる誤差信号成分を求めるパラメータ解析装置３０とからエンコーダ位置誤差解析装置を構成した。【選択図】図１
2005003672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダの検出位置誤差を解析するエンコーダ位置誤差解析装置において、
位置誤差信号波形を周波数解析する第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、Ａ相信号波形を周波数解析する第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、前記第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置による位置誤差信号波形の周波数解析結果および前記第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置によるＡ相信号波形の周波数解析結果の１次成分の位相情報からエンコーダ原波形に含まれる誤差信号成分を求めるパラメータ解析装置と、から成ることを特徴とするエンコーダ位置誤差解析装置。
【請求項２】
エンコーダの検出位置誤差を解析するエンコーダ位置誤差解析装置において、
位置誤差信号波形を周波数解析するＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、前記位置誤差信号波形に接続され前記ＤＦＴ／ＦＦＴ解析の１次周波数に同調して中心周波数が変化する１次周波数成分のみを通過させる第１の可変周波数バンドパスフィルタと、Ａ相信号波形に接続され前記ＤＦＴ／ＦＦＴ解析の１次周波数に同調して中心周波数が変化する１次周波数成分のみを通過させる第２の可変周波数バンドパスフィルタと、これら２つの可変周波数バンドパスフィルタの出力波形の位相差を測定する位相差計測装置と、前記ＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置による位置誤差信号波形の周波数解析結果及び前記位相差計測装置の出力結果からエンコーダ原波形に含まれる誤差信号成分を求めるパラメータ解析装置と、から成ることを特徴とするエンコーダ位置誤差解析装置。
【請求項３】
前記Ａ相信号波形がＡ相パルス波信号であることを特徴とする請求項１又は２記載のエンコーダ位置誤差解析装置。
【請求項４】
Ａ相信号波形及びＢ相信号波形からエンコーダ位置を計算する位置検出装置と、内部演算により位置の真値を計算する基準位置生成装置と、前記位置検出装置の出力と前記基準位置生成装置の出力とから位置誤差信号波形を計算する位置誤差計算装置とを有し、請求項１又は２記載のエンコーダ位置誤差解析装置に用いる位置誤差信号波形に替えて、前記位置誤差計算装置の出力である位置誤差信号波形を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のエンコーダ位置誤差解析装置。
【請求項５】
前記Ａ相信号波形及びＢ相信号波形 をそれぞれ波形補正装置を介して前記位置誤差計算装置に出力することを特徴とする請求項４記載のエンコーダ位置誤差解析装置。
【請求項６】
前記波形補正装置は、第１のオフセット電圧補正装置、第２のオフセット電圧補正装置、第１の振幅補正装置、第２の振幅補正装置、第３の振幅補正装置、第４の振幅補正装置、加算器及び減算器からなる信号補正装置を有し、前記第１のオフセット電圧補正装置と前記第１の振幅補正装置によりＡ相信号波形を補正し、前記第２のオフセット電圧補正装置と前記第２の振幅補正装置によりＢ相信号波形を補正し、前記補正されたＡ相信号波形と前記補正されたＢ相信号波形の和を前記第３の振幅補正装置により補正し、前記補正されたＡ相信号波形と前記補正されたＢ相信号波形の差を前記第４の振幅補正装置により補正し、このように補正されたＡ相補正信号波形とＢ相補正信号波形とをそれぞれ出力するものであることを特徴とする請求項５記載のエンコーダ位置誤差解析装置。
【請求項７】
前記パラメータ解析装置に替えて、第１のパラメータ解析装置、位置誤差計算装置、及び第２のパラメータ解析装置からなるパラメータ解析装置であって、位置誤差信号の周波数解析結果及びＡ相信号の周波数解析結果から前記第１のパラメータ解析装置によりエンコーダ誤差信号成分を求め、該エンコーダ誤差信号成分から前記位置誤差計算装置により位置誤差計算信号を計算し、該エンコーダ誤差信号から該位置誤差計算信号の差分を生成し、該差分を前記第２のパラメータ解析装置により解析し、該エンコーダ誤差信号成分から該第２のパラメータ解析装置の出力を差し引くパラメータ解析装置を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のエンコーダ位置誤差解析装置。
【請求項８】
エンコーダの検出位置誤差を解析するエンコーダ位置誤差解析装置において、
基準エンコーダ位置信号から速度リップルを計算するリップル解析装置と、位置誤差信号から前記リップル解析装置の出力を差し引く差分器と、位置誤差信号を解析する第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、Ａ相信号を解析する第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、前記第１および第２の２つのＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置の信号からエンコーダパラメータを計算するパラメータ解析装置と、を備えたことを特徴とするエンコーダ位置誤差解析装置。
【請求項９】
前記第１および第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置は、ウェーブレット解析装置であることを特徴とする請求項１、２又は８のいずれか１項に記載のエンコーダ位置誤差解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２相エンコーダアナログ信号に含まれる誤差要因、詳しくは２相信号の振幅比・位相差、２相信号に含まれるオフセット電圧成分、２次高調波成分、３次高調波成分を位置誤差信号から演算するエンコーダ位置誤差解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンコーダ位置誤差解析装置としては、エンコーダ信号の時間波形をＡ／Ｄ変換して取り込み、ＣＰＵにより信号処理し、エンコーダ信号のオフセット電圧成分、振幅、位相差を検出する発明がなされている（例えば、特許文献１参照）。
図１７に特許文献１記載のブロック図を示す。
図において、符号２０１は数値制御装置で、符号２０２はモータ制御装置である。モータ制御装置２０２は、位置制御手段２２１、速度制御手段２２２、駆動回路２２３，検出回路２２４，２２５、演算部２２６，記憶部２２７，表示部２２８を備えている。モータ２０３の回転軸に取り付けられたエンコーダ２０５及び主軸２０４に取り付けられたエンコーダ２０６は、Ａ相、Ｂ相の９０°位相差のある正弦波のアナログ信号を速度、位置帰還信号として検出回路２２４，２２５に出力する。検出回路２２４はモータ２０３に取り付けられたエンコーダからのアナログ速度帰還信号をＡ／Ｄ変換すると共に記憶部２２７に記憶された振幅比・位相差補正パラメータにより補正を行い、デジタル信号の速度帰還信号として速度制御手段にフィードバックする。又、検出回路２２５は主軸２０４に取り付けられたエンコーダからのアナログ位置帰還信号をＡ／Ｄ変換し、かつ振幅比・位相差補正パラメータにより補正を行い、デジタル位置帰還信号として位置制御手段にフィードバックする。
数値制御装置２０１から移動指令がモータ制御装置２０２に出力され、モータ制御装置２０２の位置制御手段２２１では、この数値制御装置２０１からの移動指令と、主軸２０４に取り付けられたエンコーダ２０６からのアナログ帰還信号をＡ／Ｄ変換した検出回路２２５からのデジタル位置帰還信号とにより位置のフィードバック制御を行い速度指令を求め、速度制御手段２２２に出力する。速度制御手段２２２では、この速度指令と、モータに取り付けられたエンコーダからのアナログ速度帰還信号をデジタル信号に変換した検出回路２２４からのデジタル速度帰還信号により速度フィードバック制御を行いトルク指令を求め、駆動回路２２３を介してモータ２０３を駆動制御する。なお、モータ制御装置２０２の内、駆動回路２２３の動作以外の上述したような位置、速度制御動作等は、全てモータ制御装置２０２のプロセッサで処理されている。そして演算部２２６によってオフセット、振幅比、位相差、及び補正パラメータを求め、この補正パラメータを記憶部２２７に書き込み更新できるようにし、さらに、ＬＥＤや７セグメント表示器等で構成された表示部２２８及び／又は数値制御装置２０１の表示器にこの求めたオフセット、振幅比、位相差を表示するようにしたものである。
このように、従来のエンコーダパラメータ測定装置は、エンコーダの時間波形をＡ／Ｄ変換してデジタル値として取り込み、そのデジタル信号を処理することによりそのオフセット電圧成分、振幅比、位相差を検出するのである。
【特許文献１】特開２００２−１９９７６８号公報（第７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のエンコーダパラメータ測定装置のようにエンコーダ信号を解析するエンコーダパラメータ測定装置では、駆動用モータの回転速度は一定となる必要があり、回転速度に速度むらが存在する場合、測定エンコーダ信号から計算される位置誤差はこの速度むら成分を含むことになる。駆動用モータが有する速度リップルや測定系の機械特性のためにエンコーダ原信号に含まれる誤差要因としてのオフセット電圧成分、信号振幅比、信号位相差の誤差以外の２次高調波電圧成分と３次高調波電圧成分を精度良く測定することは難しい。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、精度良く検出可能なエンコーダの累積誤差を用いてエンコーダ信号が有する誤差成分である（１）オフセット電圧成分、（２）信号振幅比、（３）信号位相差、（４）２次高調波電圧成分、（５）３次高調波電圧成分の誤差信号成分を測定するエンコーダ位置誤差解析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】
【０００４】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、請求項１記載のエンコーダ位置誤差解析装置の発明は、エンコーダの検出位置誤差を解析するエンコーダ位置誤差解析装置において、位置誤差信号波形を周波数解析する第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、Ａ相信号波形を周波数解析する第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、前記第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置による位置誤差信号波形の周波数解析結果および前記第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置によるＡ相信号波形の周波数解析結果の１次成分の位相情報からエンコーダ原波形に含まれる誤差信号成分を求めるパラメータ解析装置と、から成ることを特徴とする。
このようになっているため、位置誤差信号及びＡ相信号を周波数解析することができ、位置誤差信号の周波数解析結果及びＡ相信号の１次成分の位相をパラメータ解析装置により解析することによりエンコーダ信号のオフセット電圧成分、振幅比のずれ、位相のずれ、２次電圧成分、３次電圧成分を求めることができる。
また、請求項２に記載のエンコーダ位置誤差解析装置の発明は、エンコーダの検出位置誤差を解析するエンコーダ位置誤差解析装置において、位置誤差信号波形を周波数解析するＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、前記位置誤差信号波形に接続され前記ＤＦＴ／ＦＦＴ解析の１次周波数に同調して中心周波数が変化する１次周波数成分のみを通過させる第１の可変周波数バンドパスフィルタと、Ａ相信号波形に接続され前記ＤＦＴ／ＦＦＴ解析の１次周波数に同調して中心周波数が変化する１次周波数成分のみを通過させる第２の可変周波数バンドパスフィルタと、これら２つの可変周波数バンドパスフィルタの出力波形の位相差を測定する位相差計測装置と、前記ＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置による位置誤差信号波形の周波数解析結果及び前記位相差計測装置の出力結果からエンコーダ原波形に含まれる誤差信号成分を求めるパラメータ解析装置と、から成ることを特徴とする。
このようになっているため、ＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置により位置誤差信号の周波数解析を行なうことができ第１の可変バンドパスフィルタと第２の可変バンドパスフィルタの出力信号の位相差計測により位置誤差信号とＡ相信号の位相差を検出することができ、位置誤差信号の周波数成分と位置誤差信号の１次成分とＡ相信号の１次成分の位相差からパラメータ解析装置により解析することによりエンコーダ信号のオフセット電圧成分、振幅比のずれ、位相のずれ、２次電圧成分、３次電圧成分を求めることができる。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載のエンコーダ位置誤差解析装置において、前記Ａ相信号波形がＡ相パルス波信号であることを特徴とする。
このようになっているため、位置誤差信号の周波数解析結果とＡ相パルス信号の１次電圧成分の位相をパラメータ解析装置によりエンコーダ信号のオフセット電圧成分、振幅比、位相、２次電圧成分、３次電圧成分を求めることができる。
【０００５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のエンコーダ位置誤差解析装置において、Ａ相信号波形及びＢ相信号波形からエンコーダ位置を計算する位置検出装置と、内部演算により位置の真値を計算する基準位置生成装置と、前記位置検出装置の出力と前記基準位置生成装置の出力とから位置誤差信号波形を計算する位置誤差計算装置とを有し、請求項１又は２記載のエンコーダ位置誤差解析装置に用いる位置誤差信号波形に替えて、前記位置誤差計算装置の出力である位置誤差信号波形を用いることを特徴とする。
このようになっているため、測定エンコーダのＡ相信号波形及びＢ相信号波形からエンコーダ誤差信号の検出ができ、請求項１に記載の発明において位置誤差信号波形の測定に必要となる基準エンコーダを省くことができる。
【０００６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４記載のエンコーダ位置誤差解析装置において、前記Ａ相信号波形及びＢ相信号波形をそれぞれ波形補正装置を介して前記位置誤差計算装置に出力することを特徴とする。
そして、具体的に、請求項６に記載の発明は、請求項５記載のエンコーダ位置誤差解析装置において、前記波形補正装置が、第１のオフセット電圧補正装置、第２のオフセット電圧補正装置、第１の振幅補正装置、第２の振幅補正装置、第３の振幅補正装置、第４の振幅補正装置、加算器及び減算器からなる信号補正装置を有し、前記第１のオフセット電圧補正装置と前記第１の振幅補正装置によりＡ相信号波形を補正し、前記第２のオフセット電圧補正装置と前記第２の振幅補正装置によりＢ相信号波形を補正し、前記補正されたＡ相信号波形と前記補正されたＢ相信号波形の和を前記第３の振幅補正装置により補正し、前記補正されたＡ相信号波形と前記補正されたＢ相信号波形の差を前記第４の振幅補正装置により補正し、このように補正されたＡ相補正信号波形とＢ相補正信号波形とをそれぞれ出力するものであることを特徴とする。
このようになっているため、請求項４の発明に比べより高精度なエンコーダ誤差信号の解析ができる。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載のエンコーダ位置誤差解析装置において、前記パラメータ解析装置に替えて、第１のパラメータ解析装置、位置誤差計算装置、及び第２のパラメータ解析装置からなるパラメータ解析装置であって、位置誤差信号の周波数解析結果及びＡ相信号の周波数解析結果から前記第１のパラメータ解析装置によりエンコーダ誤差信号成分を求め、該エンコーダ誤差信号成分から前記位置誤差計算装置により位置誤差計算信号を計算し、該エンコーダ誤差信号から該位置誤差計算信号の差分を生成し、該差分を前記第２のパラメータ解析装置により解析し、該エンコーダ誤差信号成分から該第２のパラメータ解析装置の出力を差し引くパラメータ解析装置を有することを特徴とする。
このようになっているため、エンコーダ誤差信号成分の間の干渉により発生する誤差を補償することができ、高精度なエンコーダ誤差信号成分の検出をすることができる。
また、請求項８に記載のエンコーダ位置誤差解析装置の発明は、エンコーダの検出位置誤差を解析するエンコーダ位置誤差解析装置において、基準エンコーダ位置信号から速度リップルを計算するリップル解析装置と、位置誤差信号から前記リップル解析装置の出力を差し引く差分器と、位置誤差信号を解析する第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、Ａ相信号を解析する第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置と、前記第１および第２の２つのＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置の信号からエンコーダパラメータを計算するパラメータ解析装置と、を備えたことを特徴とする。このようになっているため、基準エンコーダのもつ速度リップル分を取り除いた位置誤差信号を検出できるので機械装置に組み込んだ状態で高精度なエンコーダ誤差信号の解析ができる。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１、２又は８のいずれか１項に記載のエンコーダ位置誤差解析装置において、前記第１および第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置は、ウェーブレット解析装置であることを特徴とする。
このようになっているため、エンコーダ１回転することなく位置誤差信号及びＡ相信号の周波数解析を行なうことができる。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載のエンコーダ位置誤差解析装置によれば、エンコーダの累積誤差を周波数分析した結果とエンコーダのＡ相信号波形を周波数分析した結果から演算によりエンコーダのＡ相信号波形・Ｂ相信号波形に含まれる誤差信号成分を検出することができ、従来のエンコーダ評価装置に必要とされる高精度な速度制御が可能である駆動用モータを必要としない。そのためエンコーダ位置誤差解析装置を安価に作成することができるという効果がある。
また、請求項２に記載のエンコーダ位置誤差解析装置によれば、Ａ相信号波形の周波数分析を可変バンドパスフィルタの組合せにより代替させることにより、周波数分析装置を削減できる。さらに、周波数分析装置を可変バンドパスフィルタの組合せにより代替しているので解析時間を削減でき、解析に要するコストを削減できるという効果がある。
【０００８】
また、請求項３に記載のエンコーダ位置誤差解析装置によれば、Ａ相信号をＡ相パルス信号により代替できるため、その１次信号の位相を求めるのにフーリエ変換の代わりにウォルシュ変換を用いることができるので解析時間を削減でき、解析に要するコストを削減できるという効果がある。
また、請求項４に記載のエンコーダ位置誤差解析装置によれば、エンコーダの位置誤差信号としてＡ相信号波形・Ｂ相信号波形と位置誤差計算装置により計算した信号を用いて位置誤差信号の解析を行い、エンコーダ信号に含まれる誤差信号成分を計算することを行なっているため位置誤差信号の測定装置の構成が簡単となり、誤差信号成分の解析に要するコストを大幅に削減できるという効果がある。
また、請求項５及び６に記載のエンコーダ位置誤差解析装置によれば、Ａ相信号及びＢ相信号を波形補正装置により補正した結果を位置誤差計算装置に入力して得られる位置誤差信号を周波数解析して位置誤差信号の周波数成分を得るような構成としているので請求項４に記載のエンコーダ位置誤差解析装置に比べ、より高精度の誤差信号成分を得ることができる。
また、請求項７に記載のエンコーダ位置誤差解析装置によれば、請求項１により得られる誤差信号成分を用いて位置誤差信号を計算し、解析する位置誤差信号波形から計算された位置誤差信号を引き算した結果を誤差信号解析し補償することにより高精度の誤差信号成分を得ることができる。
また、請求項８に記載の発明によると、基準エンコーダをリップル解析装置により解析することによりエンコーダ駆動系が有する速度リップル成分を計算でき、速度リップル成分を差し引いた位置誤差信号をＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置により周波数解析するので、機械装置に組み込んだ状態で精度の良い解析が出来る。
また、請求項９に記載の発明によると、ＷＡＶＥＬＥＴ解析装置によりエンコーダ１回転することなく位置誤差信号及びＡ相信号の周波数解析を行なうことができ、エンコーダ1回転内を多分割してＡ相信号及びＢ相信号に含まれるオフセット電圧誤差、位相差誤差、振幅誤差、２次高調波成分、３次高調波成分を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について図に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明を説明するに当たって、オフセット電圧成分、振幅比、位相差、２次および３次高調波成分がそれぞれエンコーダ信号に含まれる位置誤差信号に及ぼす影響について、図１３〜図１６を用いて説明する。
図１３はエンコーダ信号のオフセット電圧成分がエンコーダ信号に含まれる位置誤差信号に及ぼす影響を示す図である。
エンコーダ信号のオフセット電圧成分は、図１３に示すように、位置誤差信号においてエンコーダ１ピッチを周期とする１次成分となり、Ａ相信号とＢ相信号のオフセット電圧成分により発生する１次成分は互いに位相が９０°異なるものとなる。
（ａ）はＡ相にオフセット電圧が存在する場合のｓｉｎ相とｃｏｓ相の時間波形である。１周を１０２４ピッチとしている。Ａ相およびＢ相の振幅はそれぞれ１（ｖ）で、Ａ相ＤＣオフセット電圧は５（ｍｖ）である。（ｂ）はＡ相オフセット電圧のみが存在する場合の位置誤差信号線図で、系列１の波形の振幅は１（ｖ）で、Ａ相ＤＣオフセット電圧は５（ｍｖ）である。（ａ）の線図と比較すると判るように、位置誤差信号はエンコーダ１ピッチを周期とする１次成分となり、Ａ相信号のオフセット電圧成分により発生する１次成分は（ａ）図の系列１と比べると位置が９０°異なるものとなっている。（ｃ）はＢ相オフセット電圧のみが存在する場合の位置誤差信号線図である。振幅は１（ｖ）で、Ｂ相ＤＣオフセット電圧は５（ｍｖ）である。（ａ）の線図と比較すると判るように、位置誤差信号は１次成分となり、Ｂ相信号のオフセット電圧成分により発生する１次成分は（ａ）図の系列２と比べると位置が９０°異なるものとなっている。（ｄ）はＡ相およびＢ相オフセット電圧が共に存在する場合の位置誤差信号線図である。振幅は１（ｖ）で、Ａ相およびＢ相ＤＣオフセット電圧はともに５（ｍｖ）である。
このように、エンコーダ信号のオフセット電圧成分は、位置誤差信号においてエンコーダ１ピッチを周期とする１次成分となり、Ａ相信号とＢ相信号のオフセット電圧成分により発生する１次成分は互いに位相が９０°異なるものとなっている。
【００１０】
また、２信号の振幅の違い及び位相の９０°からのずれにより位置誤差信号は２次成分の電圧成分を発生し、その位相は９０°異なるものとなる。
図１４は振幅比及び位相差が位置誤差信号に及ぼす影響を示す図で、（ａ）はＡ相振幅が１．０１（ｖ）、Ｂ相振幅が１．０（ｖ）の場合のｓｉｎ相とｃｏｓ相の時間波形である。なお、いま位相差＝０、ＤＣオフセット電圧＝０である。
（ｂ）は振幅比が異なる場合の位置誤差信号線図である。（ａ）の線図と比較すると判るように、位置誤差信号は２次成分の電圧成分を発生している。
（ｃ）は位相ずれが存在する場合の位置誤差信号線図である。
位相ずれは０．５度で、Ａ相およびＢ相振幅は共に１．０（ｖ）、オフセット電圧は０（ｍｖ）である。（ａ）の線図と比較すると判るように、位置誤差信号の位相は９０°異なるものとなっている。
【００１１】
図１５は２次高調波が位置誤差信号に及ぼす影響を示す線図である。
（ａ）はｓｉｎ相とｃｏｓ相の時間波形である。（ｂ）は位置誤差信号線図である。図から判るように、位置誤差信号は３次成分と１次成分からなる電圧成分を発生している。
【００１２】
図１６は３次高調波が位置誤差信号に及ぼす影響を示す線図である。
（ａ）はｓｉｎ相とｃｏｓ相の時間波形である。（ｂ）は位置誤差信号線図である。図から判るように、位置誤差信号は４次成分を発生している。
本発明においては、以上のエンコーダ誤差信号と位置誤差信号の性質を用いて位置誤差信号からエンコーダ信号に含まれる誤差成分を求めることを行っている。
以下、本発明について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明のエンコーダ位置誤差解析装置のブロック図の一例である。
図において、離散的フーリエ変換（以後、ＤＦＴという）／高速フーリエ変換（以後、ＦＦＴという）解析装置２１は位置誤差信号１１を周波数解析して位置誤差信号１１の１次〜４次の信号成分の強度及び位相を得ることができる構成となっている。
また、ＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２はＡ相信号波形１２の１次信号成分の位相を得ることができる構成となっている。
また、パラメータ解析装置３０はＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１から得られる位置誤差信号１１の１次〜４次の信号成分の強度及び位相の情報及びＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２から得られるＡ相信号波形１２の１次信号成分の位相情報から２つのアナログエンコーダ信号の振幅の比及び位相の９０°からのずれ、各信号のオフセット電圧成分、各信号の２次高調波成分、各信号の３次高調波成分を算出することができる構成となっている。
そしてパラメータ解析装置３０は２つのアナログエンコーダ信号が有する誤差信号成分を以下の（式１）により計算する。すなわち、
【００１４】
（１）  Ａ相オフセット電圧＝
（位置誤差信号１１の１次成分強度）＊Ｓｉｎ（位置誤差信号１１の１次
成分位相＋１８０°−Ａ相信号１２の１次成分位相）／Ｋ１
−（１／√２）＊（位置誤差信号１１の３次成分強度）／Ｋ６
（２）  Ｂ相オフセット電圧＝
（位置誤差信号１１の１次成分強度）＊Ｃｏｓ（位置誤差信号１１の１次
成分位相＋１８０°−Ａ相信号１２の１次成分位相）／Ｋ１
−（１／√２）＊（位置誤差信号１１の３次成分強度）／Ｋ６
（３）  振幅比＝Ａ相信号振幅／Ｂ相信号振幅＝
１−（位置誤差信号１１の２次成分強度）＊Ｓｉｎ（誤差信号２次
成分位相−２＊Ａ相信号１２の１次成分位相）／Ｋ２
（４）  Ａ相信号とＢ相信号の位相差＝
（位置誤差信号１１の２次成分強度）＊Ｃｏｓ（誤差信号２次成分
位相−２＊Ａ相信号１２の１次成分位相）／Ｋ３
（５）  ２次高調波成分  ＝（誤差信号３次成分）／Ｋ４
（６）  ３次高調波成分  ＝（誤差信号４次成分）／Ｋ５
・・・・（１式）
なお、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６は測定装置により決まる定数である。
【００１５】
ここで、図２は、累積誤差の一例と本発明の第１実施例を適用した解析・計算結果を示す図で、すなわち、（１式）により計算した誤差信号の各パラメータを内部で計算される位置の真値ｉに対応するＡ相信号・Ｂ相信号を次の（２・１式）及び（２・２式）に代入して２相エンコーダ信号とし、それから得られる位置誤差信号と並べて表示したものである。
Ａ相信号＝Ａ相振幅＊Ｃｏｓ〔｛（２＊ｐｉ）／（１周期の分割数）｝＊ｉ
＋（位相差）＋（Ａ相信号１次成分位相）〕
−（２次高調波成分）＊Ｓｉｎ［２＊〔｛（２＊ｐｉ）／（１周期の
分割数）｝＊ｉ＋位相差＋Ａ相信号１次成分位相〕］
＋（３次高調波成分）＊Ｃｏｓ［３＊〔｛（２＊ｐｉ）／（１周期の
分割数）｝＊ｉ＋位相差＋Ａ相信号１次成分位相〕］＋Ａ相オフセット電圧
・・・  （２・１式）
Ｂ相信号＝Ｂ相振幅＊Ｓｉｎ〔｛（２＊ｐｉ）／（１周期の分割数）｝＊ｉ
＋（Ａ相信号１次成分位相）〕＋（２次高調波成分）＊Ｓｉｎ［２＊
〔｛（２＊ｐｉ）／（１周期の分割数）｝＊ｉ＋Ａ相信号１次成分位相〕］
−（３次高調波成分）＊Ｓｉｎ［３＊〔｛（２＊ｐｉ）／（１周期の
分割数）｝＊ｉ＋Ａ相信号１次成分位相〕］＋Ｂ相オフセット電圧
・・・（２・２式）
図２から分かることは、（１式）から得られた誤差信号パラメータを（２・１式）、（２・２式）に代入して得られる２相信号を２相エンコーダ信号として得られる位置誤差（図２ｂ）は実機により得られる位置誤差（図２ａ）とほぼ一致するため（１式）から得られる誤差信号パラメータをエンコーダ信号が有する誤差信号パラメータとすることができる、ということである。
【実施例２】
【００１６】
図３は第２実施例の構成を示す図である。
第１実施例（図１）においてＡ相信号波形１２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２は位置誤差信号波形１１の位相条件を決めるために位置誤差信号波形１１とＡ相信号波形１２の１次成分の位相差を計算できる構成のものであればよい。
そのため、ＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２は、その中心周波数がＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１の１次信号周波数と同調する可変バンドパスフィルタ４２と、ＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１の１次信号周波数に同調する位置誤差信号波形１１の可変バンドパスフィルタ４１と、この可変バンドパスフィルタ４１の出力信号と前記可変バンドパスフィルタ４２の出力信号との位相差を検出する位相差検出装置５０と、により置き換えることができ、その出力によりＡ相信号の１次成分の位相を求めることができる。
このように、ＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１を可変バンドパスフィルタ４１、可変バンドパスフィルタ４２、位相検出装置５０により置き換える構成としているので、Ａ相信号の解析に要する時間を短縮することができ、解析に要するコストを削減できる。
【実施例３】
【００１７】
図４は第３実施例の構成を示す図である。
第１実施例（図１）においてＡ相信号の１次成分の位相を求めるのにＡ相信号波形１２をＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２より解析した。しかし、この位相はＡ相信号波形１２をパルス化したＡ相パルス信号波形１２’で代用できる。
したがって、Ａ相パルス信号波形１２’をＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２により解析し１次信号成分の位相を求めることにより、Ａ相信号の１次成分の位相を求めることができる。
このように、Ａ相パルス信号波形１２’を用いることによりＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２はフーリエ変換に限られることはなくウォルシュ変換等により代用できるため、Ａ相信号の解析に要する時間を短縮することができ、解析に要するコストを削減できる。
【実施例４】
【００１８】
図５は第４実施例の構成を示す図である。
第１実施例（図１）においては、位置誤差を測定エンコーダの位置信号と基準エンコーダの位置信号の位置誤差信号すなわち測定エンコーダの累積誤差を解析してエンコーダ信号に含まれる誤差信号成分を求めることを行なった。
この累積誤差に替わり、Ａ相信号及びＢ相信号の測定結果より得られる位置誤差計算結果を位置誤差信号１１として用いてよい。
構成は次のようになる。位置誤差信号１１に替わり、Ａ相信号波形１２と、Ｂ相信号波形１３と、位置誤差計算装置６０とから構成される。
位置誤差計算装置６０においてはＡ相信号波形１２とＢ相信号波形１３を用いてエンコーダの位置計算を行なう。また、位置誤差計算装置６０の内部においては位置の真値を生成し、計算されたエンコーダ位置と比較される。その２つの値の差分を位置誤差として出力する。その位置誤差を位置誤差信号１１に替わり解析することによりエンコーダ信号に含まれる誤差信号成分を検出する。
このように、Ａ相信号波形１２、Ｂ相信号波形１３、位置誤差計算装置６０から計算により得られる位置誤差信号を解析してエンコーダ信号に含まれる誤差信号成分を検出する構成としているので、第１実施例の誤差信号波形測定に必要とされる基準エンコーダは不要となり、測定器の構成を簡単にでき、解析に要するコストを大幅に削減できる。
【実施例５】
【００１９】
図６に本発明の第５実施例を示す。
図６を図５と比較して判るように、第５実施例では、Ａ相信号波形及びＢ相信号波形は、それぞれ一旦、波形補正装置１４０により波形補正が行なわれ、その後位置誤差計算される構成になっている。
図７は本実施例の波形補正装置１４０の構成の１例を示すブロック図である。
図７において、波形補正装置１４０は、第１のオフセット電圧補正装置１４１、第２のオフセット電圧補正装置１４２、第１の振幅補正装置１５１、第２の振幅補正装置１５２、第３の振幅補正装置１５３、第４の振幅補正装置１５４、加算器１６０、減算器１７０からなっている。
Ａ相信号波形は、第１のオフセット電圧補正装置１４１、第１の振幅補正装置１５１によりオフセット電圧及び振幅の補正が行なわれる。
Ｂ相信号波形も同様に、第２のオフセット電圧補正装置１４２、第２の振幅補正装置１５２によりオフセット電圧及び振幅の補正が行なわれる。
そして加算器１６０によりＡ相信号とＢ相信号が加えられ、第３の振幅補正装置１５３により振幅補正が行なわれＡ相補正信号波形となる。
また、減算器１７０によりＡ相信号とＢ相信号の差をとり、第４の振幅補正装置１５４により振幅補正が行なわれＢ相補正信号波形となる。
Ａ相補正信号波形とＢ相補正信号波形はこの後、位置誤差計算装置６０（図６）に入力され、位置誤差信号の計算が行なわれる。この位置誤差信号をＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１により周波数解析され、この位置誤差信号の周波数成分及びＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２により得られるＡ相信号位相からパラメータ解析装置３０を用いてエンコーダ信号に含まれる誤差信号成分を検出する。
【００２０】
図８に本発明による解析−計算による結果を位置誤差信号１１とともに示す。
図８において縦軸は位置誤差、横軸は回転角度である。図から判るように、解析−計算による結果が位置誤差信号１１の傾向とほぼ一致しているのが判る。
このように、Ａ相信号波形１２、Ｂ相信号波形１３に補正を加え、その信号から位置誤差計算装置６０により得られる位置誤差信号を解析してエンコーダ信号に含まれる誤差信号成分を検出する構成としているので、第５実施例の誤差信号波形測定に必要とされる基準エンコーダは不要となり、測定器の構成を簡単にでき、解析に要するコストを大幅に削減できる。
【実施例６】
【００２１】
図９に本発明の第６実施例を示す。
図において、３０’はパラメータ解析装置で、第１実施例（図１）におけるパラメータ解析装置３０の替わるものである。
このパラメータ解析装置３０’は第１のパラメータ解析装置３１、第２のパラメータ解析装置３２、位置誤差計算装置６１から構成されている。
第１のパラメータ解析装置３１はＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１から位置誤差信号の周波数成分情報及びＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２からＡ相信号の１次成分の位相情報を得てエンコーダ信号の誤差成分を計算する。
位置誤差計算装置６１は第１のパラメータ解析装置３１の計算により得られたパラメータを用い位置誤差計算信号波形を計算する。
第２のパラメータ解析装置３２は、入力された位置誤差信号波形１１と位置誤差計算信号波形の差分及びＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２からＡ相信号の１次成分の位相情報を得て誤差成分の補償値を求め、第１のパラメータ解析装置３１から得られたエンコーダ信号誤差成分に補償を加えている。
第６実施例によれば、このような構成になっているため、エンコーダ誤差信号成分の間の干渉により発生する誤差を補償することができ、高精度なエンコーダ誤差信号成分の検出をすることができるようになる。
【００２２】
図１０は、第６実施例を第１実施例に適用した位置誤差計算装置の計算手順を示すフロー図である。
ステップＳ１では測定位置誤差の解析を行ない、Ａ相オフセット電圧、Ｂ相オフセット電圧、Ａ相信号振幅／Ｂ相信号振幅、Ａ相・Ｂ相信号位相差、Ａ相・Ｂ相２次高調波電圧、Ａ相・Ｂ３次高調波電圧を前記（１）式より求める。
ステップＳ２では上記の解析パラメータを用いた位置誤差の計算を行う。
ステップＳ３では、位置誤差の差分＝測定位置誤差−計算位置誤差、から位置誤差の差分の計算を行う。
ステップＳ４では差分位置誤差の解析を行ない、ΔＡ相オフセット電圧、ΔＢ相オフセット電圧、ΔＡ相信号振幅／Ｂ相信号振幅、ΔＡ相・Ｂ相信号位相差、ΔＡ相・Ｂ相２次高調波電圧、ΔＡ相・Ｂ相３次高調波電圧を求める。
ステップＳ５ではステップＳ１とステップＳ４の各値の和を求め、測定位置誤差解析の補正計算を行なう。
【実施例７】
【００２３】
図１１に本発明の第７実施例の構成を示す図である。
基準エンコーダと測定エンコーダを、ギヤ等によって機械的に結合し、位置誤差信号を検出する場合、基準エンコーダが速度リップルをもつと位置誤差信号にその影響が現れる。本実施例は基準エンコーダの速度リップル分の影響を取り除いて精度のよい位置誤差信号を検出するためのものである。
図１１において４０１は基準エンコーダからの位置信号で４０２は測定エンコーダからの位置信号である。測定エンコーダ位置信号４０２は基準エンコーダ位置信号４０１に同期して測定される。またＡ相信号１２も基準エンコーダ位置信号４０１に同期して測定される。位置誤差信号１１は測定エンコーダ位置信号４０２と基準エンコーダ位置信号４０１の差信号である。基準エンコーダ位置信号４０１はリップル解析装置７１により解析されエンコーダが持つ速度リップルが計算される。
速度リップル及び位置誤差信号１１は差分器７２に入力され位置誤差信号１１から速度リップル１４が差し引かれる。差分器７２の計算結果はＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１により周波数解析される。また、Ａ相信号１２はＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２により周波数解析される。ＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１の１次〜４次の周波数成分の信号強度及び位相とＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２２の１次周波数成分の位相がパラメータ解析装置３０に入力される。なお、パラメータ解析装置３０動作については第１実施例と同じであるので詳細な説明は省略する。
このようになっているため、基準エンコーダのもつリップルをリップル解析装置により解析することによりエンコーダ駆動系の持つ速度リップル成分の基準エンコーダに及ぼす影響を計算でき、位置誤差信号から速度リップル成分を差し引くことにより駆動系の影響を取り除いた位置誤差信号をＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置により精度のよい周波数解析することができる。
【実施例８】
【００２４】
図１２に本発明の第８実施例の構成を示す図である。
第１及び第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置２１、２２に代わりＷＡＶＥＬＥＴ解析装置３１０、３２０が周波数解析を行なう。補正された位置誤差信号１５及びＡ相信号１２はＷＡＶＥＬＥＴ解析装置３１０、３２０により周波数解析が行なわれる。ＷＡＶＥＬＥＴ解析装置３１０、３２０の出力結果から、第７実施例と同様にパラメータ解析装置３０において２つのエンコーダ信号のオフセット電圧、位相差、振幅比、２次高調波成分、３次高調波成分が計算される。
このように、周波数解析装置としてＷＡＶＥＬＥＴ解析装置を用いる構成をしているので、第７実施例と異なり、エンコーダ１回転の位置誤差信号の測定をすることなく位置誤差信号の周波数解析を行なうことができ、２つのエンコーダ信号が持つオフセット電圧、位相差、振幅比、２次高調波成分、３次高調波成分を計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施例を示すエンコーダ位置誤差解析装置のブロック図である。
【図２】累積誤差の一例と本発明の第１実施例を適用した解析・計算結果を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例を示すエンコーダ位置誤差解析装置のブロック図である。
【図４】本発明の第３実施例を示すエンコーダ位置誤差解析装置のブロック図である。
【図５】本発明の第４実施例を示すエンコーダ位置誤差解析装置のブロック図である。
【図６】本発明の第５実施例を示すエンコーダ位置誤差解析装置のブロック図である。
【図７】本発明の第５実施例の波形補正装置１４０の構成を示すブロック図である。
【図８】累積誤差の一例と本発明の第５実施例を適用した解析・計算結果を示す図である。
【図９】本発明の第６実施例を示すエンコーダ位置誤差解析装置のブロック図である。
【図１０】本発明の第６実施例を第１実施例に適用した位置誤差計算装置の計算手順を示すフロー図である。
【図１１】本発明の第７実施例を示すエンコーダ位置誤差解析装置のブロック図である。
【図１２】本発明の第８実施例を示すエンコーダ位置誤差解析装置のブロック図である。
【図１３】エンコーダ信号のオフセット電圧成分がエンコーダ信号に含まれる位置誤差信号に及ぼす影響を示す図である。
【図１４】振幅比及び位相差が位置誤差信号に及ぼす影響を示す図である。
【図１５】２次高調波が位置誤差信号に及ぼす影響を示す線図である。
【図１６】３次高調波が位置誤差信号に及ぼす影響を示す線図である。
【図１７】従来の位置誤差計算装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１・・・・位置誤差信号波形
１２・・・・Ａ相信号波形
１２’・・・・Ａ相パルス信号波形
１３・・・・Ｂ相信号波形
１４・・・・速度リップル
１５・・・・補正された位置誤差信号
２１、２２・・・ＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置
３０、３０’、３１、３２・・・・パラメータ解析装置
４１、４２・・・・可変周波数バンドパスフィルタ
５１・・・・位相差計測装置
６０、６１・・・・位置誤差計算装置
７０・・・・位置誤差解析装置
７１・・・・リップル解析装置
７２・・・・差分器
１４０・・・・波形補正装置
１４１、１４２・・・・オフセット電圧補正装置
１５１、１５２、１５３、１５４・・・・振幅補正装置
１６０・・・・加算器
１７０・・・・減算器
３１０、３２０・・・・ＷＡＶＥＬＥＴ解析装置
４０１・・・・基準エンコーダ位置信号
４０２・・・・測定エンコーダ位置信号
【図１】
2005003672.tif 000003
【図２】
2005003672.tif 000004
【図３】
2005003672.tif 000005
【図４】
2005003672.tif 000006
【図５】
2005003672.tif 000007
【図６】
2005003672.tif 000008
【図７】
2005003672.tif 000009
【図８】
2005003672.tif 000010
【図９】
2005003672.tif 000011
【図１０】
2005003672.tif 000012
【図１１】
2005003672.tif 000013
【図１２】
2005003672.tif 000014
【図１３】
2005003672.tif 000015
【図１４】
2005003672.tif 000016
【図１５】
2005003672.tif 000017
【図１６】
2005003672.tif 000018
【図１７】
2005003672.tif 000019