(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、より誤差の少ない位置計測を行うことのできる位置補正方法を提供することにある。【解決手段】  速度Ｖ１による略正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）の同相位相変化から発生する位置誤差が補正された位置Ｐ２を求める位置補正方法であって、基部２０に対し移動部２２を相対移動した際に回路１２より得られた該信号（Ａ３…Ｘ３）に基づいて該移動部２２の位置Ｐ１を求める位置取得工程（Ｓ１０）と、該信号（Ａ３…Ｘ３）に基づいて該移動部２２の速度Ｖ１を求める速度取得工程（Ｓ１２）と、該速度Ｖ１での信号（Ａ３…Ｘ３）の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量で、該位置取得工程（Ｓ１０）で求められた位置Ｐ１を補正する位置補償工程（Ｓ１４）と、を備えたことを特徴とする位置補正方法。【選択図】      図１
2005221429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部に対し移動部を相対移動して回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて該移動部の位置を求める際に用いられ、該移動部の速度による略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差が補正された移動部の位置を求める位置補正方法であって、
前記基部に対し前記移動部を相対移動した際に前記回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて、該基部に対する該移動部の位置を求める位置取得工程と、
前記基部に対し前記移動部を相対移動した際に前記回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて、該基部に対する該移動部の速度を求める速度取得工程と、
前記速度取得工程で求められた速度での略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量で、前記位置取得工程で求められた位置を補正する位置補償工程と、
を備えたことを特徴とする位置補正方法。
【請求項２】
請求項１記載の位置補正方法において、前記速度取得工程は、前記位置取得工程で求められた位置を微分し、前記移動部の速度を求め、
前記位置補償工程は、予め得ておいた前記回路の周波数位相特性に基づいて求められた、前記速度取得工程で求められた速度での略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量で、前記位置取得工程で求められた位置を補正することを特徴とする位置補正方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の位置補正方法において、前記基部に対し移動部を相対移動して回路より得られた略正弦波状信号は二相正弦波状信号α，βであり、該二相正弦波状信号α，βが、前記速度Ｖの関数である同相位相変化ｆ（Ｖ）を含み、下記数１で表せるとした時、前記位置補償工程は、前記速度取得工程で求められた速度Ｖでの二相正弦波状信号α，βの同相位相変化ｆ（Ｖ）から発生する位置誤差を補正することのできる補正量ΔＰ（Ｖ）で、前記位置取得工程で求められた位置Ｐ１を補正し、補正後の位置Ｐ２（＝Ｐ１−ΔＰ（Ｖ））を求めることを特徴とする位置補正方法。
（数１）
正弦波状信号α＝Sin（２・π・（Ｐ／λ）＋ｆ（Ｖ））
正弦波状信号β＝Cos（２・π・（Ｐ／λ）＋ｆ（Ｖ））
ここで、Ｐ：前記移動部の位置
λ：前記略正弦波状信号の波長
【請求項４】
基部に対し移動部を相対移動して回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて該移動部の位置を求める際に用いられ、該移動部の速度による略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差が補正された移動部の位置を求める位置補正装置であって、
前記基部に対して前記移動部を相対移動した際に該基部に対する該移動部の位置に応じて二相以上の略正弦波状信号を生成する回路と、
前記基部に対し前記移動部を相対移動した際に前記回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて、該基部に対する該移動部の位置を求める位置取得手段と、
前記基部に対し前記移動部を相対移動した際に前記回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて、該基部に対する該移動部の速度を求める速度取得手段と、
前記速度取得手段で求められた速度での略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量で、前記位置取得手段で求められた位置を補正する位置補償手段と、
を備えたことを特徴とする位置補正装置。
【請求項５】
請求項４記載の位置補正装置において、前記回路の周波数位相特性に基づいて求められた、前記移動部の速度と、該速度での略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量との関係を表す補正情報を記憶しているメモリを備え、
前記位置補償手段は、前記速度検出手段で求められた速度に対応する補正量を前記メモリの補正情報より取得し、該取得された補正量で前記位置取得手段で求められた移動部の位置を補正することを特徴とする位置補正装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかに記載の位置補正装置と、
前記基部と前記移動部との相対移動を行うための駆動部と、
前記基部に対する前記移動部の位置を得るためのスケールと、
を備えた送り装置であって、
前記位置補償手段は、前記スケールで求められた移動部の位置を補正することを特徴とする送り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置補正方法、位置補正装置、及びそれを用いた送り装置、特に二相以上の略正弦波状信号に基づいて位置を求める際の誤差低減技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、精密測定機器、精密加工装置等の精密機械の多くには、基部と移動部との相対移動を行うため送り装置が設けられている。この種の分野では、一般的な機械に比較し、精密送りが求められている。
送りの精度は、基部に対する移動部の位置検出の精度に依存する度合いが大きい。このため精密機械の位置検出では、正弦波状信号に基づいて位置を求める際に、二相正弦波状信号による内挿を行っている。
ところで、前記内挿は、スケールのピッチ等よりも細かい移動量の検出が行えるが、内挿による誤差も生じる。このような内挿による誤差を低減するため、従来は二相正弦波状信号の相対的な位相変化を補正している（例えば特許文献１等）。
【特許文献１】特開２００３−２２２５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種の分野では、精密機械の更なる高精度化に伴って、位置誤差も更なる低減化が求められている。前記特許文献１においても、位置誤差に関しては、より一層の改善が求められているものの、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、より誤差の少ない位置計測が行える位置補正方法、位置補正装置、及びそれを用いた送り装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者が前記位置誤差の低減化について鋭意検討を重ねたところ、まず前記精密機械において特徴的な誤差要因の特定に成功した。
すなわち、前記精密機械では、基部に対して移動部の粗動、微動、加減速等が多く行われており、このような種々の異なる速度での使用では、速度による位置誤差の影響が大きい。その要因としては、速度の大きさに応じて、二相以上の正弦波状信号が全て同じ位相変化をしている、いわゆる速度による正弦波状信号の同相位相変化の影響が、特に大きいことを突き止めた。
そのうえで、本発明者は、前述のような速度による正弦波状信号の同相位相変化を、回路の周波数位相特性より推定し、速度に応じた最適な補正量で、前記位置計測の結果を補正することにより、二相以上の正弦波状信号に基づいて移動部の位置を求める際に従来極めて困難であった、位置誤差の更なる低減が図られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかる位置補正方法は、基部に対し移動部を相対移動して回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて該移動部の位置を求める際に用いられ、該移動部の速度による略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差が補正された移動部の位置を求める位置補正方法であって、位置取得工程と、速度取得工程と、位置補償工程と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記位置取得工程は、前記基部に対し前記移動部を相対移動した際に前記回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて、該基部に対する該移動部の位置を求める。
【０００６】
また前記速度取得工程は、前記基部に対し前記移動部を相対移動した際に前記回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて、該基部に対する該移動部の速度を求める。
前記位置補償工程は、前記速度取得工程で求められた速度での略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量で、前記位置取得工程で求められた位置を補正する。
本発明の略正弦波状信号としては、厳密な正弦波状に加えて、正弦波状に類似したもの（方形波、のこぎり波等）も含めていう。
【０００７】
なお、前記位置補正方法において、前記速度取得工程は、前記位置取得工程で求められた位置を微分し、前記移動部の速度を求める。前記位置補償工程は、予め得ておいた前記回路の周波数位相特性に基づいて求められた、前記速度取得工程で求められた移動部の速度での略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量で、前記位置取得工程で求められた位置を補正することが好適である。
【０００８】
また前記位置補正方法において、前記基部に対し移動部を相対移動して回路より得られた略正弦波状信号は二相正弦波状信号α，βであり、該二相正弦波状信号α，βが、該移動部の速度Ｖの関数である同相位相変化ｆ（Ｖ）を含み、下記数２で表せるとした時、前記位置補償工程は、前記速度取得工程で求められた移動部の速度Ｖによる二相正弦波状信号α，βの同相位相変化ｆ（Ｖ）から発生する位置誤差を補正することのできる補正量ΔＰ（Ｖ）で、前記位置取得工程で求められた位置Ｐ１を補正し、補正後の位置データＰ２（＝Ｐ１−ΔＰ（Ｖ））を求めることが好適である。
【０００９】
（数２）
正弦波状信号α＝Sin（２・π・（Ｐ／λ）＋ｆ（Ｖ））
正弦波状信号β＝Cos（２・π・（Ｐ／λ）＋ｆ（Ｖ））
ここで、Ｐ：前記移動部の位置
λ：前記略正弦波状信号の波長
ここで、基本的に位相は遅れるため、移動部の実際の位置Ｐに対して位置取得工程で求められた位置Ｐ１は遅れる方向にずれるので、移動部の移動方向を正にとると、前記誤差ΔＰ（Ｖ）はマイナスの値となる。
【００１０】
また前記目的を達成するために本発明にかかる位置補正装置は、基部に対し移動部を相対移動して回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて該移動部の位置を求める際に用いられ、該移動部の速度による略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差が補正された移動部の位置を求める位置補正装置であって、回路と、位置取得手段と、速度取得手段と、位置補償手段と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記回路は、前記基部に対し前記移動部を相対移動した際に、該基部に対する該移動部の位置に応じて二相以上の略正弦波状信号を生成する。
【００１１】
また前記位置取得手段は、前記基部に対し前記移動部を相対移動した際に前記回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて、該基部に対する該移動部の位置を求める。
前記速度取得手段は、前記基部に対し前記移動部を相対移動した際に前記回路より得られた二相以上の略正弦波状信号に基づいて、該基部に対する該移動部の速度を求める。
前記位置補償手段は、前記速度取得手段で求められた速度での略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量で、前記位置取得手段で求められた位置を補正する。
なお、前記位置補正装置においては、メモリを備える。前記位置補償手段は、前記速度検出手段で求められた速度に対応する補正量を前記メモリの補正情報より取得し、該取得された補正量で前記位置取得工程で求められた移動部の位置を補正することが好適である。
【００１２】
ここで、前記メモリは、前記回路の周波数位相特性に基づいて求められた、前記移動部の速度と、該速度での略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量との関係を表す補正情報を記憶している。
また前記目的を達成するために本発明にかかる送り装置は、前記位置補正装置と、駆動部と、スケールと、を備えた送り装置であって、前記位置補償手段は、前記スケールで求められた移動部の位置データを補正することを特徴とする。
ここで、前記駆動部は、前記基部と前記移動部との相対移動を行うためのものとする。
また前記スケールは、前記基部に対する前記移動部の位置を得るためのものとする。
本発明のスケールとしては、リニアスケール、リニアエンコーダや、ロータリエンコーダ、マイケルソン型干渉計による位置取得装置等が一例として挙げられる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明にかかる位置補正方法及び装置によれば、二相以上の略正弦波状信号の同相位相変化による位置誤差を、速度に応じた最適な補正量で補正する位置補償工程（手段）を備えることとしたので、二相以上の略正弦波状信号に基づいて移動部の位置を求める際に従来極めて困難であった、位置誤差の更なる低減が図られる。
また本発明にかかる送り装置によれば、前記位置補正装置を用いることとしたので、より高精度な送りが行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施例１）
以下、図面に基づいて本発明の好適な一実施例について説明する。
図１には本発明の一実施例にかかる位置補正方法を行うための位相補正装置の概略構成
が示されている。なお、本実施例では、位相補正装置が送り装置のリニアスケール（スケール）に接続されており、該スケールよりの位置を補正する例について説明する。
同図に示す位置補正装置１０は、本発明の位置取得工程（Ｓ１０）を行うための正弦波状信号回路（回路）１２及び位置演算器（位置取得手段）１４と、本発明の速度取得工程（Ｓ１２）を行うための速度演算器（速度取得手段）１６と、本発明の位置補償工程（Ｓ１４）を行うための位置補償器（位置補償手段）１８と、を備える。
【００１５】
この位置補正装置１０は、送り装置１９の基部２０に対し移動部２２を図中矢印方向に相対移動して正弦波状信号回路１２より得られたＮ相の正弦波状信号（二相以上の略正弦波状信号）に基づいて、該移動部２２の位置を求める際に用いられる。
ここで、前記正弦波状信号回路１２は、送り装置１９の基部２０に対して移動部２２が図中矢印方向に相対移動した際に、基部２０に対する移動部２２の位置に応じて、Ｎ相の正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）を生成する。
また前記位置演算器１４は、基部２０に対し移動部２２を相対移動した際に、正弦波状信号回路１２より得られたＮ相の正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）に基づいて、該移動部２２の補正前の位置Ｐ１を求める。
【００１６】
本発明において特徴的なことは、移動部２２の速度Ｖ１により、Ｎ相の正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）の全てが同じ位相変化をしている同相位相変化による位置誤差を補正したことである。
このために本実施例においては、前記速度演算器１６が、基部２０に対し移動部２２を相対移動した際に、正弦波状信号回路１２より得られたＮ相の正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）に基づいて得られた位置Ｐ１から、移動部２２の速度Ｖ１を求める。
前記位置補償器１８は、速度演算器１６で求められた速度Ｖ１でのＮ相正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量ΔＰ１（Ｖ）で、位置演算器１４で求められた補正前の位置Ｐ１を補正している。
【００１７】
なお、本実施例においては、位置補正装置１０が送り装置１９のリニアスケール（スケール）３２に接続されている。
リニアスケール３２は、メインスケール３４と、インデックススケール３６と、光源３８と、検出手段４０と、を備える。
メインスケール３４とインデックススケール３６とは対向配置され、メインスケール３４は送り装置１９の移動部２２に設けられる。インデックススケール３６は送り装置１９の基台２０に設けられている。メインスケール３４は、駆動部４２により、インデックススケール３６に対して図中矢印方向に相対移動自在に設けられている。メインスケール３４とインデックススケール３６とを間に挟んで、光源３８と検出手段４０とが対向配置されている。
【００１８】
このため本実施例においては、位置補償器１８で求められた補正後位置Ｐ２に基づいて、メインスケール３４に対するインデックススケール３６の図中矢印方向での位置から移動部２２の座標値、例えば三次元測定機等ではプローブ等の座標値等を求めることができるので、被測定物の寸法情報や形状情報を得ることができる。また位置補償器１８で求められた補正後位置Ｐ２を駆動部４２の入力側に戻し、指令値と比較することにより、フィードバック制御による移動部２２の正確な位置決めができる。
次に本実施例にかかる位置補正装置１０のより具体的な構成について説明する。
同図に示す位相補正装置１０では、正弦波状信号回路１２が、検出手段４０と、増幅・フィルタ手段４４と、ＡＤコンバータ手段４６と、を備える。
【００１９】
前記検出手段４０は、Ｎ相の検出器４０ａ〜４０ｘを備え、前記増幅・フィルタ手段４４は、Ｎ相の増幅・フィルタ４４ａ〜４４ｘを備え、前記ＡＤコンバータ手段４６は、Ｎ相のＡＤコンバータ４６ａ〜４６ｘを備える。
ここで、Ｎ相の検出器４０ａ〜４０ｘは、移動部２２の相対移動方向に沿って所定の間隔で配置されている。
また検出手段４０の後段に、それぞれ増幅・フィルタ手段４４と、ＡＤコンバータ手段４６と、を備える。ＡＤコンバータ手段４６の後段に位置演算器１４を備える。位置演算器１４の後段に速度演算装置１６と、位置補償器１８と、を備える。
【００２０】
ここで、検出器４０ａ〜４０ｘは、インデックススケール３６に対するメインスケール３４の位置に応じて、Ｎ相の正弦波状信号（Ａ１…Ｘ１）を出力する。
また増幅・フィルタ４４ａ〜４４ｘは、検出器４０ａ〜４０ｘからの正弦波状信号（Ａ１…Ｘ１）を増幅、及びフィルタリングし、正弦波状信号（Ａ２…Ｘ２）を得る。
前記ＡＤコンバータ４６ａ〜４６ｘは、増幅・フィルタ４４ａ〜４４ｘからの正弦波状信号（Ａ２…Ｘ２）を、サンプリング周期Ｔでサンプリング（ＡＤ変換）し、正弦波状（デジタル）信号（Ａ３…Ｘ３）を得る。
位置演算器１４は、同様にして得られた、ＡＤコンバータ４６ａ〜４６ｘよりのＮ相の正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）に基づいて、インデックススケール３６に対するメインスケール３４の相対移動方向の位置Ｐ１を求める。
【００２１】
速度演算器１６は、位置演算器１４で求められた位置Ｐ１を数値微分し、移動部２２の速度Ｖ１を求めている。
位置補償器１８は、予め得ておいた正弦波状信号回路１２の周波数位相特性に基づいて求められた、速度演算器１６で求められた速度Ｖ１でのＮ相正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量ΔＰ（Ｖ１）で、位置演算器１４で求められた補正前位置Ｐ１を補正しており、補正後位置Ｐ２（＝Ｐ１−ΔＰ（Ｖ１））を求めている。
本実施例にかかる位相補正装置１０は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
【００２２】
前述のような高精度、高速性が必要な精密機械では、高精度な位置計測が必要となり、リニアスケールの精度の変動を常に把握しておくことも重要なことである。リニアスケールの精度の低下には、種々の誤差要因があるが、内挿による誤差の影響も大きい。従来においても、内挿による誤差を低減するため、二相正弦波状信号の振幅の変化や二相正弦波状信号の相対的な位相の変化を補正していたが、より一層の誤差低減は困難であった。
すなわち、高精度、高速性が必要な精密機械では、移動部は、通常の移動時や目的位置までの位置決め時では、加減速や、高速での粗動が多い。一方、目的位置の手前での精密な位置決め時や倣い測定時等では、低速での微動が多い。このため前記精密機械は、一般的な機械に比較し、速度の変化も大きいので、移動部の速度による正弦波状信号の同相位相変化の影響も深刻となる。
【００２３】
例えば図１に示した光電式エンコーダの場合、光源３８よりの光スポットがピッチＬのスリット列上を速度Ｖ１で走査すると、検出手段４０には周波数（Ｖ／Ｌ）の光が達する。これが正弦波状信号回路１２の入力信号となる。このため移動部２２の移動速度Ｖ１の変化により、Ｎ相の正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）の周波数変化が生じる。このようなＮ相正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）の周波数変化により、Ｎ相正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）の周波数変化に伴う同相位相変化が生じる。これが高精度、高速性が必要な精密機械では、位置誤差の主な誤差要因となっている。
【００２４】
本実施例において特徴的なことは、従来方式では考慮されていなかった、Ｎ相正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）の周波数変化に伴う同相位相変化を補正したことであり、予め得ておいた正弦波状信号回路１２の周波数位相特性に基づいて、各速度Ｖ１に応じた最適な補正量ΔＰ１（Ｖ１）で、位置計測の結果を補正している。
まず前記内挿による誤差のない理想的な場合を図２（Ａ）に示す。
この場合、正弦波状信号回路１２の出力信号を二相正弦波状信号Ａ３，Ｂ３とする（同図（Ａ）参照）。
この時、例えば移動部の速度Ｖが速くなっても、正弦波状信号回路１２よりの正弦波状信号Ａ３，Ｂ３には同相位相変化が生じない。このため、正弦波状信号回路１２よりの正弦波状信号Ａ３，Ｂ３に基づいて、基準位置Ｐ０に対する移動部の位置Ｐ１を求めると、基準位置Ｐ０に対する移動部の実際の位置Ｐと同じ結果（Ｐ１＝Ｐ）が得られる。
【００２５】
次に前記同相位相変化のある場合を同図（Ｂ）に示す。
この場合、正弦波状信号回路１２の出力信号を二相正弦波状信号Ａ３，Ｂ３とする（同図（Ｂ）参照）。
同図（Ｂ）に示されるように正弦波状信号回路１２よりの二相正弦波状信号Ａ３，Ｂ３（α，β）が、移動部の速度Ｖの関数である同相位相変化ｆ（Ｖ）を含む。この時、ある速度（周波数）範囲では、速度Ｖが速くなるにつれ、位相変化ｆ（Ｖ）も大きくなっていく。
この結果、正弦波状信号回路１２よりの正弦波状信号Ａ３，Ｂ３は、速度Ｖが速くなるにつれ、入力信号に対する出力信号の同相位相変化ｆ（Ｖ）も大きくなる。
【００２６】
ここで、基本的に位相は遅れるため、正弦波状信号回路１２よりの正弦波状信号Ａ３，Ｂ３に基づいて、基準位置Ｐ０に対する移動部の位置Ｐ１を求めても、求められた位置Ｐ１は、本来求めるべき実際の位置Ｐよりも、遅れる方向（図中、矢印左方向）にずれた位置が求められてしまう。この正弦波状信号回路１２よりの正弦波状信号Ａ３，Ｂ３に基づいて求められた位置Ｐ１と、本来求めるべき実際の位置Ｐとの差だけ、誤差（＝ΔＰ（Ｖ））となってしまう。この誤差ΔＰ（Ｖ）も、速度Ｖが速くになるにつれて、遅れる方向に大きくなってしまう。
【００２７】
このように位置誤差ΔＰ（Ｖ）は、速度Ｖと関係があるので、本実施例においては、種々の速度Ｖの大きさに対しても、位置検出精度は常に一定にすることが必要である。このために本実施例においては、予め得ておいた正弦波状信号回路１２の周波数位相特性に基づいて、速度Ｖに応じた最適な補正量ΔＰ（Ｖ）で計測結果を補正している。
本実施例においては、前記位置補償器は、前記速度演算器で求められた速度Ｖでの二相正弦波状信号α，βの同相位相変化ｆ（Ｖ）から発生する位置誤差を補正することのできる補正量ΔＰ（Ｖ）で、つまり予め得ておいた正弦波状信号回路の周波数位相特性に基づいて求められた、速度に応じた最適な補正量で、前記位置演算器で求められた位置Ｐ１を補正している。すなわち、位置補償器では、補正後の位置Ｐ２（＝Ｐ１−ΔＰ（Ｖ））を求めている。ここで、誤差ΔＰ（Ｖ）は、移動部の移動方向をプラスにとると、マイナスの値となる。
【００２８】
このように本実施例においては、位置演算器で求められた補正前の位置に対する補正量ΔＰ（Ｖ）を、移動部の速度Ｖの大きさに応じて最適な大きさに調整しているので、種々の異なる速度においても、Ｎ相の正弦波状信号の全てが同じ位相で変化してしまう同相位相変化から発生する位置誤差を、より適切に補正している。
この結果、本実施例においては、移動部の移動速度の変化の大きい使用がなされる精密機械でも、速度によるＮ相正弦波状信号の同相位相変化を補正することにより、更なる内挿による誤差の低減が図られるので、より正確な位置計測が行える。
以下に、本発明にかかる位置補正方法について、より具体的に説明する。
検出手段４０の原理及び構成によって発生する伝達関数をＧＸ０とする。増幅・フィルタ手段４４の伝達関数をＧＸ１、ＡＤコンバータ手段４６の伝達関数をＧＸ２とする。なお、Ｎ相の検出器４０ｘ（ｘ＝ａ，ｂ，ｃ…）、増幅・フィルタ４４ｘ、ＡＤコンバータ４６ｘは、同じ特性及び構成を持つものとする。
【００２９】
一例として、前記検出器４０ｘの伝達関数ＧＸ０、及び増幅・フィルタ４４ｘの伝達関数ＧＸ１は、１次のハイカットフィルタ特性を持つと仮定すると、それぞれ次式１，２で表せる。ＡＤコンバータ４６ｘの伝達関数ＧＸ２は、０次ホールド特性を持つと仮定すると、次式３で表せる。検出器４０ｘからＡＤコンバータ４４ｘまでの伝達関数ＧＸ３は次式４で表せる。なお、これらの伝達関数ＧＸ０〜ＧＸ３は、ラプラス変換表記とする。
ＧＸ０＝１／（１＋ＴＸ１・ｓ）…式１
ＧＸ１＝１／（１＋ＴＸ２・ｓ）…式２
ＧＸ２＝（１−exp（ＴＸ３・ｓ））／（ＴＸ３・ｓ）…式３
ＧＸ３＝ＧＸ０・ＧＸ１・ＧＸ２…式４
ただし、ｘ＝ａ，ｂ，ｃ。
下記条件１ａ〜１ｃにおける伝達関数ＧＸ０〜ＧＸ３の各周波数のゲイン特性を図３に示し、またその位相特性を同図（Ｂ）に示す。
ＴＸ１＝１／（２・π・１０００）…条件１ａ
ＴＸ２＝１／（２・π・１００）…条件１ｂ
ＴＸ３＝１／１０００…条件１ｃ
【００３０】
本実施例では、説明を容易にするために、前記条件１ａ〜１ｃを仮定したが、一般的に検出手段４０からＡＤコンバータ手段４６までの伝達特性は、前述のようなアナログフィルタ特性と０次ホールド特性との積で表せる場合が多い。ただし、パイプライン形式のＡＤコンバータでは、変換時間が無視できないため、無駄時間伝達特性（群遅延特性）が加わる場合がある。
ここで、特許文献１を用いれば、二相正弦波状の相対的な位相の変化や振幅変化は補正することができるが、二相正弦波が同じ位相変化をする場合には、その誤差を検出することができないので、その誤差も補正することができない。
【００３１】
すなわち、特許文献１等の従来方式では、Ｎ相の正弦波状信号Ｘ３（Ｘ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）から、次式５，６に示されるような、互いに９０度位相差を持つ二相正弦波状信号α及び二相正弦波状信号βを生成し、そのリサージュ波形が、図５のように原点を中心とした円を描くように、相対的な位相差、振幅等の各種誤差を補正している。
しかしながら、従来方式では、測定されるＮ相の正弦波状信号の全てが同じ位相変化をする場合、リサージュ曲線は真円のままであり、誤差はその円周上に発生する位相誤差となって現れるので、この同相位相誤差を補正することができない。
【００３２】
α＝ｇ（Ｖ）・Sin（２・π・（Ｐ／λ）＋ｆ（Ｖ））…式５
β＝ｇ（Ｖ）・Cos（２・π・（Ｐ／λ）＋ｆ（Ｖ））…式６
ただし、Ｐ：前記移動部の位置
λ：前記正弦波状信号の波長
ｇ（Ｖ）：周波数ゲイン特性（振幅変化：補正可能）
ｆ（Ｖ）：周波数位相特性（位相変化：補正されていない）
また同様にＮ相の正弦波状信号Ｘ３（Ｘ＝Ａ，Ｂ…Ｘ）を特定の位相差、例えば多くの場合、検出器の物理的配置によって決まる各検出器間の位相差を保ちながら、円周上を移動するデータ群と考えて、相対的な位相差、振幅等の各種誤差の補正を行うことも可能である。しかしながら、この場合でも、同相位相変化は、円周上の位相誤差となるので、同相位相誤差は補正できない。
【００３３】
ところが、多くの場合、現実の正弦波状信号Ｘ３（Ｘ＝Ａ，Ｂ…Ｘ）は、前記伝達関数ＧＸ３で表せるような伝達特性を持つので、正弦波状信号の周波数により発生する図４に示されるような同位相の誤差を持っている。
この問題に対して、従来方式は以下の方法を採用し、前記同位相の誤差を目標とする値（精度）以下に抑えていた。
（１）一般的に電気回路で構成される装置の伝達関数の時定数（ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３）を、小さくする。
（２）正弦波状信号の周波数の上限を低くするため、前記速度の上限を低く制限する。
【００３４】
しかしながら、周波数特性の高い（時定数の小さい）装置は、高価であり、電気回路のノイズ（電気的なノイズ）も大きくなりがちである。また本発明者により、図４に示す正弦波状信号回路１２の周波数位相特性は、図３に示す正弦波状信号回路１２の周波数ゲイン特性に比較し、より低い周波数から、その影響が大きく現れていることが明らかになっており、このことからも本実施例において周波数位相特性による位置誤差の補正は非常に重要であることがわかる。
このため、精密機械においても、高精度、高速性が求められているものの、前記理由より、高精度化、高速化を図ることが困難であった。
【００３５】
そこで、本実施例では、高精度、高速性を同時に図るため、例えば前記二相正弦波状信号α，βが、前記速度Ｖの関数である同相位相変化ｆ（Ｖ）を含み、前記数５，６で表せるとした時、前記位置補償工程は、前記速度取得工程で求められた速度データＶによる二相正弦波状信号α，βの同相位相変化ｆ（Ｖ）から発生する位置誤差を補正することのできる補正量ΔＰ（Ｖ）で、前記位置取得工程で求められた位置データＰ１を補正し、補正後位置データＰ２（＝Ｐ１−ΔＰ（Ｖ））を求めることが好適である。
【００３６】
より具体的には、前記正弦波状信号（Ａ３，Ｂ３，…Ｘ３）をＡＤコンバータ４６ａ〜４６ｘによって取得し、ＡＤコンバータ４６ａ〜４６ｘから取得したデータから求めた位置Ｐ１を数値微分して移動速度Ｖ１を求める。そして、予め得ておいた検出手段４０からＡＤコンバータ手段４６までの正弦波状信号回路１２の周波数位相特性に基づいて、移動速度Ｖ１に応じた最適な補正量ΔＰ１を求めて、位置Ｐ１を補正している。これにより本実施例においては、検出手段４０からＡＤコンバータ手段４６までの正弦波状信号回路１２（伝達関数ＧＸ３）の伝達特性、例えば図４に示されるような周波数位相特性を補正していることとなる。
【００３７】
この結果、本実施例においては、正弦波状信号回路１２の周波数特性を高めたり、ないし移動部２２の速度の上限を低く制限したりすることなく、従来に比較し、種々の移動速度による正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を大幅に低減することができるので、より正確な位置計測が行える。
これにより本実施例においては、比較的安価であり、電気的ノイズの少ない周波数特性のより低い検出器、増幅・フィルタ等の正弦波状信号回路を用いても、誤差の少ない位置計測が行える。また本実施例においては、従来に比較し、速度の上限を高めることができるので、従来と同じ周波数特性を持つ検出器、増幅・フィルタを用いても、移動部の高速化が可能であるから、高速移動中の位置計測においても誤差の少ない位置計測が行える。
【００３８】
周波数位相特性
ここで、本実施例においては、速度に対する最適な補正量を求めるに必要となる、回路１２の周波数位相特性を、予め正弦波状信号回路１２の伝達関数ＧＸ３を測定しておいて、その位相特性を求めることができる。
しかしながら、正弦波状信号回路１２の周波数位相特性の求め方は、これに限られるものではなく、例えば以下の方法１〜方法３によっても、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
（方法１）あらかじめその伝達関数ＧＸ３を測定しておいて、その周波数位相特性を求めたうえで、さらにその周波数位相特性を近似した伝達関数ＧＸ３ａを用いる。
（方法２）伝達関数ＧＸ３，ＧＸ３ａから直接、位相特性を計算する。
（方法３）位相特性を、関数ｆ（ｖ）として、テーブルを使った直線補間や、スプライン関数などの近似曲線を使って補正する。
【００３９】
ここで、前記方法１〜方法２での位相特性の求め方としては一般的な方法を用いることができる。以下にその一例について説明する。
例えば正弦波状信号回路１２の入力信号ｕ（ｔ）と出力信号ｙ（ｔ）をラプラス変換し、入力信号ｕ（ｓ）と出力信号ｙ（ｓ）の関係から、正弦波状信号回路１２の伝達関数Ｇ（ｓ）（＝ｙ（ｓ）／ｕ（ｓ））を求める。
ここで、正弦波状信号回路１２の伝達関数Ｇ（ｓ）である伝達関数ＧＸ３は、検出手段４０、増幅・フィルタ手段４４、ＡＤコンバータ手段４６の結合による反作用がなければ、これらの伝達関数の積（ＧＸ３＝ＧＸ０・ＧＸ１・ＧＸ２）として表せる。
この伝達関数Ｇ（ｓ）における、複素演算子ｓを純虚数ｊｗとおいて（ｓ＝ｊｗ）、ゲイン特性と、位相特性で表せる周波数伝達関数Ｇ（ｊｗ）を求めことができる。
【００４０】
このようにして求められた正弦波状信号回路１２の周波数伝達関数Ｇ（ｊｗ）より、入力信号ｕ（ｓ）と出力信号ｙ（ｓ）との間での、同相での位相の進み、遅れ等を表す位相特性∠Ｇ（ｊｗ）を求めることができる。このようにして求められた位相特性∠Ｇ（ｊｗ）は、前記式５，６での周波数位相特性ｆ（Ｖ）と等価である。
以下に前記方法３での位相特性の求め方の一例について説明する。
まず周波数を変えて入力信号を正弦波状信号回路１２に与えて、それらの応答を測定する。
例えば図１に示した光電式エンコーダの場合、光源３８よりの光スポットがピッチＬのスリット列上を速度Ｖ１で走査すると、検出手段４０には周波数（Ｖ１／Ｌ）の光が達する。これが正弦波状信号回路１２の入力信号となる。ピッチＬは一定なので、移動部２２の速度Ｖ１を変えることにより、正弦波状信号回路１２の入力信号の周波数（Ｖ１／Ｌ）を変えながら、正弦波状信号回路１２の出力信号をＡＤコンバータ４６の後段でモニタ、つまり入力信号と出力信号との位相差をモニタする。
この時の移動部２２の速度Ｖに基づいて求められた入力信号の周波数（Ｖ／Ｌ）と、入力信号と出力信号との位相差ｆ（Ｖ）との関係を記憶していく。
【００４１】
このようにして求められた周波数（Ｖ／Ｌ）を横軸に、位相差ｆ（Ｖ）を縦軸にとり、テーブルを使った直線補間や、スプライン関数などの近似曲線を使えば、例えば図４に示したような正弦波状信号回路１２の周波数位相特性が得られる。このような正弦波状信号回路１２の周波数位相特性に基づいて、周波数（Ｖ／Ｌ）に対応する最適な補正量（速度Ｖに対応する最適な補正量ΔＰ（Ｖ））を求めることができる。
このようにして正弦波状信号回路１２の周波数位相特性をモデル化しておけば、前記速度Ｖに応じた最適な補正量ΔＰ（Ｖ）を容易に及び正確に求めることができるので、より誤差の少ない位置を求めることができる。
【００４２】
補正量
また本実施例においては、前述のような誤差補正を、より簡単に行うため、次のような構成を加えることも好ましい。
すなわち、図６に示されるように本実施例においては、メモリ５０を備える。
ここで、前記メモリ５０は、前述のような正弦波状信号回路１２の周波数位相特性に基づいて求められた、速度Ｖと、該速度Ｖによる略正弦波状信号の同相位相変化から発生する位置誤差を補正することのできる補正量ΔＰ（Ｖ）との関係を表す補正情報を記憶している。
前記位置補償器１８は、速度演算器１６で求められた速度Ｖに対応する補正量ΔＰ（Ｖ）をメモリ５０の補正情報より取得する。この位置補償器１８は、取得された補正量ΔＰ（Ｖ）で、位置演算器１４で求められた移動部の補正前位置Ｐ１を補正し、補正後位置Ｐ２（＝Ｐ１−ΔＰ（Ｖ））を求めることが好適である。
【００４３】
ここで、本実施例においては、前記メモリ５０に得ておく補正情報を得るために、予め得ておいた正弦波状信号回路１２の周波数位相特性から、該周波数位相特性を補正するための最適な補正量を、速度に対して求める補正量演算器５２を備えることも好適である。
また本実施例においては、正弦波状信号回路１２の周波数位相特性を求める位相特性取得器５４を備えることも好適である。例えば前記方法３では、正弦波状信号回路１２よりの正弦波状信号（Ａ３…Ｘ３）、及び速度演算器１６で求められた速度Ｖに基づいて、正弦波状信号回路１２の周波数位相特性を求めることも好適である。
また本実施例においては、Ｎ相正弦波状信号の周波数変化に伴う同相位相変化の補正に加えて、他の誤差要因の補正を行うことも可能である。例えば特許文献１のリサージュ曲線を基準とした補正方法と組み合わせることが特に好ましく、より正確な位置計測が行える。
【００４４】
なお、本発明の利用分野としては、二相正弦波状信号や三相以上の多相正弦波状信号に基づいて、位置の計測や校正を行う精密工作機械、精密測定機器等の精密機械全般に用いることができる。
また検出方式としても、前記光電式に限定されるものではなく、マイケルソン型干渉計等の任意のものを用いることもできる。
また前記構成では、リニアスケールの例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロータリーエンコーダ等の回転式の位置検出器にも適用することもできる。
また前記構成では移動部の移動方向を図中矢印方向の一軸方向とし、該一軸方向にスケールを設けた例について説明したが、移動部の移動軸が複数ある場合は、各軸毎にスケールを設けることがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例にかかる位置補正方法を行うための位置補正装置の概略構成の説明図である。
【図２】速度によるＮ相正弦波状信号の同相位相変化の説明図である。
【図３】図１に示した回路の周波数ゲイン特性の一例である。
【図４】図１に示した回路の周波数位相特性の一例である。
【図５】図１に示した回路の出力信号より得られたリサージュ曲線の説明図である。
【図６】図１に示した装置において特徴的な補正を容易に行うのに好適な概略構成の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  位置補正装置
１２  正弦波状信号回路（回路）
１４  位置演算器（位置取得手段）
１６  速度演算器（速度取得手段）
１８  位置補償器（位置補償手段）
１９  送り装置
【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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