(57)【要約】【課題】  内挿誤差を低減するための調整並びに監視を容易に行う。【解決手段】  エンコーダ１から出力された２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２をサンプリングするサンプリング手段２１と、このサンプリング手段２１による各サンプリング点における２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２から求められるリサージュ波形のリサージュ半径Ｒと位相角θとの関係を示すＲ−θ波形を求めるＲ−θ算出手段２２と、算出されたＲ−θ波形を表示する表示手段２３とを備える。【選択図】  図２
2005308547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材間の変位に対応してエンコーダから出力されそれぞれが内挿処理に供されると共に振幅、位相及びオフセット値をそれぞれ調整可能なＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を確認するためのエンコーダの信号確認装置であって、
前記エンコーダから出力されるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を所定間隔でサンプリングするサンプリング手段と、
このサンプリング手段による各サンプリング点におけるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれＸ軸及びＹ軸にプロットして得られるリサージュ波形の前記各サンプリング点におけるリサージュ半径Ｒと位相角θとをそれぞれ求めるＲ−θ算出手段と、
前記算出されたリサージュ波形の各サンプリング点における位相角θを横軸、リサージュ半径Ｒを縦軸にプロットしてＲ−θ波形を表示する表示手段と
を備えたことを特徴とするエンコーダの信号確認装置。
【請求項２】
前記表示手段に代えて、又は前記表示手段と共に、
前記算出されたリサージュ半径Ｒの変化量が所定の限界値を超えたらアラームを出力するアラーム出力手段を更に備えた
ことを特徴とする請求項１記載のエンコーダの信号確認装置。
【請求項３】
前記表示手段は、前記Ｒ−θ波形に重ねてその上下の限界線を表示するものであることを特徴とする請求項１記載のエンコーダの信号確認装置。
【請求項４】
前記表示手段は、前記Ｒ−θ波形に重ねて前記リサージュ波形を表示するものであることを特徴とする請求項１又は２記載のエンコーダの信号確認装置。
【請求項５】
部材間の変位に対応して互いの位相が異なる複数の検出信号を出力する検出器と、
この検出器から出力される複数の検出信号からＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれ生成すると共に、前記Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号の振幅、位相及びオフセット値の調整が可能な２相正弦波信号生成手段と、
前記Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれ内挿して位相が異なる複数のエンコーダ出力信号を出力する内挿手段と、
前記２相正弦波信号生成手段から出力されるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を所定間隔でサンプリングするサンプリング手段と、
このサンプリング手段による各サンプリング点におけるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれＸ軸及びＹ軸にプロットして得られるリサージュ波形の前記各サンプリング点におけるリサージュ半径Ｒと位相角θとをそれぞれ求めるＲ−θ算出手段と、
前記算出されたリサージュ半径Ｒの変化量が所定の限界値を超えたらアラーム信号を出力するアラーム手段と
を備えたことを特徴とするエンコーダ。
【請求項６】
部材間の変位に対応してエンコーダから出力されそれぞれが内挿処理に供されると共に振幅、位相及びオフセット値をそれぞれ調整可能なＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を確認するためのエンコーダの信号確認用プログラムであって、
前記エンコーダから出力されるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を所定間隔でサンプリングするステップと、
サンプリングされたＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれＸ軸及びＹ軸にプロットして得られるリサージュ波形の各サンプリング点におけるリサージュ半径Ｒと位相角θとをそれぞれ求めるステップと、
前記算出されたリサージュ波形の各サンプリング点における位相角θを横軸、リサージュ半径Ｒを縦軸にプロットしてＲ−θ波形を表示するステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とするエンコーダの信号確認プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、９０°位相差を持つ２相正弦波信号又は１２０°位相差を持つ３相正弦波信号を出力する光電式エンコーダ、磁気式エンコーダ、電磁誘導式エンコーダ、レーザ測長機などのエンコーダに関し、特に内挿誤差を低減するための調整並びに監視を行うための機能を備えたエンコーダ、その信号確認装置及び信号確認プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
部材間の直線変位、角度、角速度などを検出するエンコーダでは、スケール格子の加工限界を補うため、部材間の相対移動により検出器から出力される多相検出出力信号から生成された９０°位相差の２相正弦波信号（Ａ相及びＢ相正弦波信号）を内挿処理して高分解能の変位信号を生成するようにしている。このような内挿処理は、２相正弦波信号に誤差を含まないことを前提とした処理であるため、２相正弦波信号に位相差の誤差、振幅差及びオフセット等の誤差が含まれていると、内挿誤差の原因となる。このため、従来より２相正弦波信号のリサージュ波形を用いてこれらの誤差を手動又は自動で調整することが行われている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２２２５３４公報（段落０００２〜０００４、０００８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
リサージュ波形を利用したエンコーダの２相正弦波信号の手動調整においては、２相正弦波信号は、リサージュ波形の中心からの位置ずれ及び真円からのずれがゼロになるように調整されるが、このような手動調整には熟練を要する。
例えば、オフセット誤差を示す中心位置ずれは、内挿誤差への影響が最も高いにも拘わらず、人の目では見逃しやすく、また、位相差の誤差を示す４５°方向の楕円の程度は、定量的に判定し難いという問題がある。更に、調整作業には、２相分のオフセット誤差、位相差の誤差及び振幅差の計４パラメータを取り扱う必要があり、それぞれが内挿誤差に対して交互作用を有するため、調整仕様の決定が複雑である。また交互作用を一義的に表すのが難しいので、目標内挿精度に対し調整仕様を必要以上に高精度に設定することになり、歩留まり低下や調整工数の増大の要因となる。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、内挿誤差を低減するための調整並びに監視を容易に行うことを可能にするエンコーダ、その信号確認装置及び信号確認プログラム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】
【０００５】
本発明に係るエンコーダの信号確認装置は、部材間の変位に対応してエンコーダから出力されそれぞれが内挿処理に供されると共に振幅、位相及びオフセット値をそれぞれ調整可能なＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を確認するためのエンコーダの信号確認装置であって、前記エンコーダから出力されるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を所定間隔でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段による各サンプリング点におけるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれＸ軸及びＹ軸にプロットして得られるリサージュ波形の前記各サンプリング点におけるリサージュ半径Ｒと位相角θとをそれぞれ求めるＲ−θ算出手段と、前記算出されたリサージュ波形の各サンプリング点における位相角θを横軸、リサージュ半径Ｒを縦軸にプロットしてＲ−θ波形を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係るエンコーダは、部材間の変位に対応して互いの位相が異なる複数の検出信号を出力する検出器と、この検出器から出力される複数の検出信号からＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれ生成すると共に、前記Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号の振幅、位相及びオフセット値の調整が可能な２相正弦波信号生成手段と、前記Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれ内挿して位相が異なる複数のエンコーダ出力信号を出力する内挿手段と、前記２相正弦波信号生成手段から出力されるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を所定間隔でサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段による各サンプリング点におけるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれＸ軸及びＹ軸にプロットして得られるリサージュ波形の前記各サンプリング点におけるリサージュ半径Ｒと位相角θとをそれぞれ求めるＲ−θ算出手段と、前記算出されたリサージュ半径Ｒの変化量が所定の限界値を超えたらアラーム信号を出力するアラーム手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
更に、本発明に係るエンコーダの信号確認プログラムは、部材間の変位に対応してエンコーダから出力されそれぞれが内挿処理に供されると共に振幅、位相及びオフセット値をそれぞれ調整可能なＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を確認するためのエンコーダの信号確認用プログラムであって、前記エンコーダから出力されるＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を所定間隔でサンプリングするステップと、サンプリングされたＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号をそれぞれＸ軸及びＹ軸にプロットして得られるリサージュ波形の各サンプリング点におけるリサージュ半径Ｒと位相角θとをそれぞれ求めるステップと、前記算出されたリサージュ波形の各サンプリング点における位相角θを横軸、リサージュ半径Ｒを縦軸にプロットしてＲ−θ波形を表示するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、２相正弦波信号から生成されるリサージュ波形の各サンプリング点における位相角θを横軸、リサージュ半径Ｒを縦軸にプロットしてＲ−θ波形を表示すると、両正弦波信号に位相差の誤差、振幅差及びオフセット誤差が全くない場合、Ｒ−θ波形は一定値を示す横線となるが、位相差の誤差、振幅差及びオフセット誤差があると、Ｒ−θ波形が上記一定値の上下に振れ、その振れのピークの位相角θとの関係で位相差の誤差、振幅及びオフセット誤差の程度を定量的に把握することができる。このように１つのパラメータで２相正弦波信号の調整の程度が判断できるので、熟練度の低い作業者であっても、２相正弦波信号の調整が容易になり、調整の自動化も容易になる。
また、Ｒ−θ波形の表示に代えて、又は表示と共に、リサージュ半径Ｒが限界値を超えた場合にアラームを出力することで、内挿精度の低下を事前に報知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るエンコーダ１とその信号確認装置２を示す概略的な斜視図、図２は、それらの内部ブロック図である。
本実施形態においてエンコーダ１は、光電式エンコーダで、検出器１１と信号調整器１２とにより構成されている。検出器１１は、測定軸Ｘに沿って延びるメインスケール１１１と、このメインスケール１１１に所定ギャップを介して対向し、メインスケール１１１に対して測定軸Ｘに沿って移動可能な検出ヘッド１１２とを備え、メインスケール１１１に対する検出ヘッド１１２の移動に伴う９０°の位相差を持つ検出信号Ａ１，Ｂ１を出力する。信号調整器１２は、検出ヘッド１１２から信号ケーブル１３を介して検出信号Ａ１，Ｂ１を導入し、ボリュウム１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄによって調整可能な９０°の位相差を持つ２相正弦波信号（Ａ相正弦波信号Ａ２及びＢ相正弦波信号Ｂ２）を出力する増幅回路（２相正弦波信号生成手段）１２２と、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２を内挿処理して変位信号（データ又は２相方形波）Ａ３，Ｂ３を信号ケーブル出力する内挿回路１２３とを備えている。増幅回路１２２からの２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２は、信号ケーブル１４を介して信号確認装置２に出力され、内挿回路１２３からの変位信号Ａ３，Ｂ３は、変位計測のために信号ケーブル１５を介してカウンタ／コントローラ１６に出力されている。
【００１０】
信号確認装置２は、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２からリサージュ波形とＲ−θ波形とを算出して表示するもので、Ａ／Ｄ変換器２１、Ｒ−θ変換器２２及び表示器２３を備えている。Ａ／Ｄ変換器（サンプリング手段）２１は、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２を一定間隔でサンプリングすると共にＡ／Ｄ変換して、リサージュ波形のＸ軸の値であるデータＸ及びＹ軸の値であるデータＹを出力する。Ｒ−θ変換器２２は、各サンプリング点のデータＸ，Ｙからリサージュ半径Ｒと位相角θとを算出する。表示器２３は、リサージュ波形とＲ−θ波形とを表示する。この信号確認装置２は、パーソナルコンピュータに、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２をサンプリングするステップと、Ｒ−θ波形への変換ステップと、Ｒ−θ波形を表示するステップとを有する信号確認プログラムを実行させることにより実現しても良いし、専用端末により構成されるようにしても良い。
【００１１】
次に、このように構成されたエンコーダ１及び信号確認装置２の動作について説明する。
まず、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２が生成されるまでの動作を図３に基づき説明する。図３は、検出器１１と増幅回路１２２の更に具体的な構成を示している。
メインスケール１１１は、ガラス基板１１１１に一定ピッチでスケール格子１１１２を形成し、このメインスケール１１１に対向するように検出ヘッド１１２側にインデックススケール１１２１が対向配置されている。インデックススケール１１２１も、ガラス基板１１２２上に、スケール格子１１１２と同一ピッチで、互いの空間位相を９０°異ならせたスケール格子１１２３Ａ，１１２３Ｂが形成されている。そして、インデックススケール１１２１のメインスケール１１１とは反対側のスケール格子１１２３Ａ，１１２３Ｂに対応する位置にフォトダイオード１１２４Ａ，１１２４Ｂがそれぞれ配置されている。また、メインスケール１１１のインデックススケール１１２１とは反対側には、光源としてのＬＥＤ１１２５が配置され、このＬＥＤ１１２５がインデックススケール１１２１と共に移動する。なお、これは透過型の場合であって、反射型の場合には、光源はインデックススケール１１２１側に配置される。
【００１２】
このような構成によれば、メインスケール１１１に対するインデックススケール１１２１の移動に伴って、フォトダイオード１１２４Ａ，１１２４Ｂから理想的には９０°位相のずれたＰＤ出力信号ＰＤＡ，ＰＤＢが出力される。これらのＰＤ出力信号ＰＤＡ，ＰＤＢは、演算増幅器ＡＰ１及び帰還抵抗ＲＡからなる第１の増幅回路１１２６Ａ、並びに演算増幅器ＡＰ２及び帰還抵抗ＲＢからなる第２の増幅回路１１２６Ｂでそれぞれ増幅され、検出信号Ａ１，Ｂ１として出力される。
【００１３】
これら検出信号Ａ１，Ｂ２は、増幅回路１２２を構成する第１の可変増幅回路１１２１Ａ及び可変増幅回路１１２１Ｂでそれぞれ増幅されて、Ａ相正弦波信号Ａ２及びＢ相正弦波信号Ｂ２として出力される。可変増幅回路１１２１Ａは、演算増幅器ＡＰ３の出力のオフセット値を調整するための電圧源ＶＡを基準入力端に接続し、利得を調整するための可変抵抗ＧＡを帰還抵抗として接続したものである。また、可変増幅回路１１２１Ｂも同様に、演算増幅器ＡＰ４の出力のオフセット値を調整するための電圧源ＶＢを基準入力端に接続し、利得を調整するための可変抵抗ＧＢを帰還抵抗として接続したものである。これら電圧源ＶＡ，ＶＢ及び可変抵抗ＧＡ，ＧＢは、信号調整器１２のボリュウム１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄによって、それぞれ外部より調整可能になっている。
【００１４】
２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２は、内挿回路１２３によって内挿補間されて、変位測定に直接使用される高分解能の変位信号Ａ３，Ｂ３が生成されることになる。もし、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２に位相差の誤差、振幅差及びオフセット等の誤差が含まれていると、内挿誤差の原因となり、正確な測定が不可能になる。そこで、信号確認装置２は、そのような誤差を視覚により容易に確認可能にして、信号調整器１２での調整作業を容易にしている。
【００１５】
すなわち、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２は、Ａ／Ｄ変換器２１で所定時間間隔でサンプリング及びＡ／Ｄ変換される。ここで、Ａ相正弦波信号Ａ２をＸ軸、Ｂ相正弦波信号Ｂ２をＹ軸にプロットすると、図４に示すようなリサージュ波形が描ける。しかし、このリサージュ波形から、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２の位相差の誤差、振幅差及びオフセットを把握するのは困難であり、調整作業には熟練を要する。そこで、Ｒ−θ変換器２２は、リサージュ波形の各サンプル値Ｘ，Ｙを、下記式に基づいて、リサージュ波形の位相角θとリサージュ半径Ｒとの組み合わせに変換する。
【００１６】
【数１】
2005308547.tif 000003
【００１７】
そして表示器２３でθ，Ｒをそれぞれ横軸及び縦軸にプロットすると、図５に示すようなＲ−θ波形が表示器２３に表示されることになる。ここで、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２に位相差誤差があると、θ＝４５°，１３５°，２２５°，３１５°付近でＲの振幅が大きく変化し、振幅差があると、０°，９０°，１８０°，２７０°近辺でＲの振幅が大きく変化する。また、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２にオフセットがあると、Ｒが１．０の中心線に対して上下非対称となり、そのピーク位置によりオフセットの方向が分かる。要するに、位相差誤差、振幅差及びオフセット誤差は、全て曲線Ｒを１．０の線に重ねるという調整操作により低減させることができる。従って、調整作業者は、Ｒの曲線が１．０を中心として横に一定になるようにボリュウム１２１ａ〜１２１ｄ等を使用して２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２の位相差誤差、振幅差及びオフセットを容易に調整することができる。より具体的には、電圧源ＶＡ，ＶＢによってオフセット誤差を調整し、可変抵抗ＧＡ，ＧＢによって振幅差を調整する。また、位相差については、メインスケール１１１に対する検出ヘッド１１２の取付位置（図１のPitch, Roll, Yaw）を機械的に調整したり、干渉光学系を利用している場合には、波長板の取付角度で調整する等の方法により調整する。いずれもＲがθに依存せず、一定になるように調整すれば良い。更にこのような調整を手動ではなく、コンピュータのソフトウェアにより自動で行うようにしても良い。
【００１８】
図５（ａ）は、調整前のＲ−θ波形、図５（ｂ）は、調整後のＲ−θ波形をそれぞれ示している。Ｒ＝１．０の±０．１の線は限界線であり、調整後ではＲ−θ波形が限界線の内側に収容されている。また、図６は、Ｒのピーク・トゥー・ピークＲｐｐと、内挿誤差Ｅｐｐとの関係を示すグラフである。このグラフは、２相正弦波信号Ａ２，Ｂ２に、理想状態に対して±５°の範囲の位相差誤差、±０．１Ｖの範囲の振幅差、及び±０．３Ｖの範囲のオフセットをランダムに発生させ、そのときのＲｐｐとＥｐｐとの関係をプロットしたものである。このグラフから明らかなように、ＲｐｐとＥｐｐとの間には明らかな相関がある。このグラフによれば、図５の限界線（±０．１Ｖ）の内側に曲線Ｒが入るような調整を行えば、内挿精度は１．５％以内に収まることが分かる。
【００１９】
なお、表示器２３への表示形態は、図５に示した態様に限定されるものではなく、例えば図７示すように、リサージュ波形とＲ−θ波形とを重ねて表示するようにしても良い。このようにプロット波形を重ねて表示することにより、従来の調整との相関が明確になり、従来の調整方式に慣れた作業者にとって、調整の程度を容易に比較することができる。また、リサージュ波形を粗調整に用い、Ｒ−θ波形を微調整に用いるということもできる。
【００２０】
図２は、本発明の他の実施形態に係るエンコーダを示すブロック図である。
この実施形態では、エンコーダ３の内部にＡ／Ｄ変換器２１及びＲ−θ変換部２２を含み、更にＲ−θ波形の表示器に代えて、アラーム回路２４を新たに設けている。アラーム回路２４は、Ｒｐｐが限界値を超えたときに警告（アラーム）信号を出力する。具体的にはＬＥＤ表示、警告音出力、コントローラへの信号出力等を行って、スケールの欠陥やゴミの付着等の要因による内挿精度の低下を検出と報知とを行う。これにより、測定精度低下を招く前に、検出器のメンテナンスやクリーニング等の処置を取ることができ、測定精度を一定の値に維持することが可能になる。これらのエンコーダ３の構成要素は、組み込みマイクロコンピュータやＤＳＰ等により容易に構成することができる。
【００２１】
本発明は、９０°位相差を持つ２相正弦波信号からリサージュ波形のＲ−θ波形を算出するものに限らず、１２０°位相差を持つ３相正弦波信号から２相正弦波信号を生成してリサージュ波形のＲ−θ波形を算出するものにも適用可能である。
また、本発明はエンコーダの形式に限定されるものではなく、磁気式エンコーダ、電磁誘導式エンコーダ、レーザ測長機等、他の形式のエンコーダの誤差の確認にも適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンコーダ及び信号確認装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】同エンコーダ及び信号確認装置のブロック図である。
【図３】同エンコーダの回路図である。
【図４】同エンコーダから出力される２相正弦波信号のリサージュ波形を示す図である。
【図５】同２相正弦波信号のＲ−θ波形を示す図である。
【図６】リサージュ半径振幅Ｒｐｐと内挿誤差Ｅｐｐとの関係を示すグラフである。
【図７】同リサージュ波形とＲ−θ波形とを重ねて表示した図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るエンコーダの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１，３…エンコーダ、２…信号確認装置、１１…検出器、１２…信号調整器、２１…Ａ／Ｄ変換器、２２…Ｒ−θ変換部、２３…表示器、２４…アラーム回路。
【図１】
2005308547.tif 000004
【図２】
2005308547.tif 000005
【図３】
2005308547.tif 000006
【図４】
2005308547.tif 000007
【図５】
2005308547.tif 000008
【図６】
2005308547.tif 000009
【図７】
2005308547.tif 000010
【図８】
2005308547.tif 000011