(57)【要約】回転型エンコーダは、モータの軸４の回転により一回転あたりＮ周期の正弦波信号を生成する信号発生部２と、正弦波信号に基いて軸４の回転角度値を求める演算手段と、測定された軸４の一回転に対する回転角度の誤差値を、Ｎ周期に関係付けて分割した複数の第１の角度領域ｉを設定し、該角度領域ｉのほぼ中心の角度領域を複数に分割した第２の角度領域ｊを設け、該角度領域ｊのほぼ中心角度に対応する誤差値を、回転角度値と対応して記憶するＥＥＰＲＯＭ３７と、回転角度値に対応してＥＥＰＲＯＭ３７から誤差値を読み出して回転角度値を補正する補正手段とを備えている。
2004092683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸の回転により一回転あたりＮ周期の正弦波信号を生成する信号生成手段と、
前記正弦波信号に基いて前記軸の回転角度値を求める演算手段と、
測定された前記軸の一回転に対する前記回転角度の誤差値を、前記Ｎ周期に関係付けて分割した複数の第１の角度領域を設定し、
該第１の角度領域のほぼ中心の角度領域を複数に分割した第２の角度領域を設け、該第２の角度領域のほぼ中心の角度に対応する前記誤差値を、前記回転角度値と対応して記憶する記憶手段と、
前記回転角度値に対応して前記記憶手段に記憶された前記誤差値を読み出して、前記回転角度値を補正する第１の補正手段と、
を備えたことを特徴とする回転型エンコーダ。
【請求項２】
前記記憶手段は、電源が遮断されても記憶内容を保持すると共に、前記記憶内容を書き込み可能な第１の記憶素子から成り、
前記電源を投入した時に、前記第１の記憶素子から読み出された記憶内容を書き込むと共に、前記電源が遮断されると、前記記憶内容を消滅する第２の記憶素子と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲１に記載する回転型エンコーダ。
【請求項３】
前記第１の補正手段の代りに、
前記記憶手段から読み出されると共に、近接する二つの第２の角度領域における前記誤差値を、前記回転角度値に対応して直線補間により求めた近似誤差値に基いて前記回転角度値を補正する第２の補正手段と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の回転型エンコーダ。
【請求項４】
近接する前記誤差値の差が予め定められた値以上か否かを判定する判定手段と、
該判定手段により予め定められた値よりも大きい場合に限り前記第２の補正手段を実行する実行手段と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲３に記載の回転型エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、回転型エンコーダにおいて回転軸の軸中心と回転ディスクの中心との芯ずれが原因となって発生する角度誤差を補正して検出精度を高めるものである。
【背景技術】  従来の回転型エンコーダを特開平１１−３２５９７２号公報によって説明する。該公報によれば、回転型エンコーダは、回転ディスクと回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差を補正してエンコーダ装置の位置検出精度を高める方法であって、回転ディスクと回転ディスクが固定される回転軸との芯振れ量を検出する芯振れ量検出工程と、芯振れ量から絶対角度誤差を決定する絶対角度誤差決定工程と、絶対角度誤差を補正する補正値を決定する補正値決定工程と、エンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに補正値を加えて絶対角度位置データを補正する位置データ補正工程とからなるものである。
かかる回転型エンコーダによれば、芯振れに基づく誤差が除去された精度の高い絶対角度位置データを得ることができる。
しかしながら、従来技術は、絶対角度誤差の精度を確保するために、多数に分割された領域の誤差データを記憶素子に記憶しておくと、記憶容量の増大に伴い記憶素子が大きくなり回転型エンコーダが大型になる。殊に、一回転のＮ周波数成分が高くなるに連れて、誤差データの数が増大するために、記憶容量も増大して記憶素子も大きくなるという問題点があった。
【発明の開示】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、誤差データの情報量を少なくして記憶素子の容量を減少せしめ、精度の良い回転型エンコーダを提供することを目的とする。
本発明に係る回転型エンコーダは、軸の回転により一回転あたりＮ周期の正弦波信号を生成する信号生成手段と、前記正弦波信号に基いて前記軸の回転角度値を求める演算手段と、測定された前記軸の一回転に対する前記回転角度の誤差値を、前記Ｎ周期に関係付けて分割した複数の第１の角度領域を設定し、該第１の角度領域のほぼ中心の角度領域を複数に分割した第２の角度領域を設け、該第２の角度領域のほぼ中心の角度に対応する前記誤差値を、前記回転角度値と対応して記憶する記憶手段と、前記回転角度値に対応して前記記憶手段に記憶された前記誤差値を読み出して、前記回転角度値を補正する第１の補正手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかる回転型エンコーダによれば、記憶手段には、測定された軸の一回転に対する回転角度の誤差値を、Ｎ周期に関係付けて分割した複数の第１の角度領域を設定し、該第１の角度領域のほぼ中心の角度領域を複数に分割した第２の角度領域を設け、該第２の角度領域のほぼ中心の角度に対応する前記誤差値を、前記回転角度値と対応して記憶しておいて、第１の補正手段が軸の回転により検出された回転角度値に対応して記憶手段に記憶された誤差値を読み出して、前記回転角度値を補正したので、記憶手段の記憶容量を少なくできるという効果がある。
他の発明に係るエンコーダは、電源が遮断されても記憶内容を保持すると共に、記憶内容を書き込み可能な第１の記憶素子から成り、前記電源を投入した時に、前記第１の記憶素子から読み出された記憶内容を書き込むと共に、前記電源が遮断されると、前記記憶内容を消滅する第２の記憶素子と、を備えたことを特徴とするものである。
かかる回転型エンコーダによれば、電源が遮断されると記憶内容を消滅する第２の記憶素子に回転角度値に対応した角度誤差値を記憶したので、第２の記憶素子のアクセス時間が減少する。したがって、第１の補正手段が高速に処理できるという効果がある。
他の発明に係る回転型エンコーダは、第１の補正手段の代りに、記憶手段から読み出されると共に、近接する二つの第２の角度領域における誤差値を、回転角度値に対応して直線補間により求めた近似誤差値に基いて回転角度値を補正する第２の補正手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかる回転型エンコーダによれば、近似誤差値に基いて回転角度を補正するので、回転角度の補正の精度が向上するという効果がある。
他の発明に係る回転型エンコーダは、近接する前記角度誤差値の差が予め定められた値以上か否かを判定する判定手段と、該判定手段により予め定められた値よりも大きい場合に限り第２の補正手段を実行する実行手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかるエンコーダによれば、高速性を向上しながら回転角度の補正の精度が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明の一実施例による回転型エンコーダの全体構成図である。
第２図は、第１図の回転型エンコーダの角度誤差を測定する測定装置の構成図である。
第３図は、第１図の回転型エンコーダの一回転における角度誤差曲線図である。
第４図は、第３図に示す角度誤差曲線図の部分拡大図である。
第５図は、第４図によって作成された角度誤差テーブル図である。
第６図は、第１図による回転型エンコーダの動作を示すフローチャートである。
第７図は、第１図の回転型エンコーダによる角度検出信号のデータ構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】  本発明の一実施例を第１図によって説明する。第１図は、本発明の一実施例による回転型エンコーダの全体構成図、第２図は第１図に示す回転型エンコーダの角度誤差を測定する測定装置の構成図、第３図は第１図に示す回転型エンコーダの一回転における角度誤差曲線図、第４図は、第２図に示す角度誤差曲線図の部分拡大図である。
第１図において、回転型エンコーダ１は、モータの軸４の回転に対応して正弦波信号及び余弦波信号を発生する信号生成手段としての信号発生部２と、信号発生部２から発生したアナログの正弦波信号及び余弦波信号をデジタル信号に変換する変換処理部１０と、デジタル信号と角度誤差テーブルに基いてモータの軸４の回転角度を演算して検出する演算手段としての演算部３０とから成っている。
信号発生部２は、抵抗５を介して電流を流すことにより指向性を有する光を発生する発光ダイオード３ａ〜３ｎと、モータの軸４に固定されると共に、該光を透過する透過部と該光を遮蔽する非透過部とから成るパターンを有する円板７と、該光が円板７を介して受光されると共に、受光量に応じた電流を介して流す受光ダイオード１１ａ〜１１ｎとから成っている。
変換処理部１０は、受光ダイオード１１ａ〜１１ｎに流れる電流を増幅して軸４の一回転あたりＮ周期の正弦波信号、余弦波信号として例えば５１２ｆ成分の正弦波信号、余弦波信号を発生する増幅器１３ａ〜１３ｎと、上記Ｎ周期の正弦波信号をリクエスト信号に同期してサンプルして正弦波信号の電圧をホールドするサンプル・ホールド回路１５と、サンプル・ホールド回路の出力をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器１９とから成っている。
なお、余弦波信号は、正弦波信号用の円板７に形成された第１のスリットと電気角で９０°ずらされた第２のスリットを通過した光を受光ダイオード１１ａ〜１１ｎで検出し光電変換することによって得られる。
演算部３０は、Ａ／Ｄ変換器１９の出力に接続されたＣＰＵ３１と、正弦波信号、余弦波信号をアドレスとして記憶内容を読み出すＲＯＭ３３と、電源が遮断されても記憶内容を記憶すると共に、誤差データを書き込み記憶した第１の記憶素子としてのＥＥＰＲＯＭ３７と、ＥＥＰＲＯＭ３７から読み出された誤差データを一次的に記憶すると共に、電源が遮断されると記憶内容を消去される第２の記憶素子としてのＲＡＭ３５とから成っている。
ここで、ＥＥＰＲＯＭ３７を用いるのは、誤差データが回転型エンコーダ１固有の値となるため、回転型エンコーダ１製造の際に書き込めるように電気的に書き込み可能なものとしている。
ＲＯＭ３３は、正弦波信号、余弦波信号により指定されるアドレス、すなわち、ｓｉｎデータＸｓ及びｃｏｓデータＸｃに応じて、ｔａｎ−１（Ｘｓ／Ｘｃ）に適当な定数を掛けた値が２進数に変換されて記憶されている。
回転型エンコーダ１の角度誤差を以下のように測定してＥＥＰＲＯＭ３７に記憶している。まず、回転型エンコーダ１に角度誤差が生じる要因について説明する。
＜角度誤差が生じる原因＞
発光ダイオード３ａ〜３ｎから生じた光が円板７を介して受光ダイオード１１ａ〜１１ｎに受光されるが、発光ダイオード３ａ〜３ｎから発生した光には、斜め光が含まれており、発光ダイオード３ａ〜３ｎから発生した光が円板７を透過する際に回折光を発生する。かかる斜め光、回折光は、円板７と受光ダイオード１１ａ〜１１ｎの先端との隙間により受光ダイオード１１ａ〜１１ｎに到達する量が変化する。
かかる隙間は、モータ軸に円板７が固定される精度、すなわち、一回転における円板７の先端における軸方向のぶれを所定の精度にして組み立てる。このため、一回転において円板７の先端がモータの軸４の回転角度によって僅かにぶれることにより斜め光、回折光も一回転に一周期で徐々に変化する。したがって、Ｎｆ成分のパターンが形成された円板７を介して出力される受光ダイオード１１ａ〜１１ｎから発生するＮｆ成分の信号も、第３図に示すように一回転あたりＮｆ周波数により一周期の正弦波状に変化するのである。
さらに、第３図において、回転角度の誤差の他の周波数成分として、円板７のブレにより一回転あたり一周期の正弦波状に変化する１ｆ成分も生じる。そして、回転角度の誤差を総合すると、１ｆ成分にＮｆ成分が重畳される。
＜角度誤差の測定＞
第２図において、校正された基準用エンコーダ５１の軸にカップリング５９を介して結合された分解能が２１８の被試験用エンコーダ１と、基準用エンコーダ５１とをモータ５７によって回転すると共に、リクエスト（要求）信号の発生により基準用エンコーダ１の基準角度信号θｍと、被試験用エンコーダ５１の検出された回転角度値θとの差となる角度誤差ε（θ）を減算器５１により求めて被試験用エンコーダ１の一回転に対する角度誤差ε（θ）を第３図に示すように得る。
＜角度誤差テーブルの作成＞
第４図において、回転型エンコーダ１が一回転につき５１２の波が生じる５１２成分では、分割する領域は、好ましくは一回転、すなわち、３６０°を３２で除した領域、すなわち、第１の領域としての粗領域ｉとなる。該１／３２領域の中心値の１／５１２領域の値を、Ｎｆ成分の代表とした値とする。これは、５１２の一周期に対応した値にするためである。
さらに、該１／３２領域の中心の１／５１２領域をさらに３２分割した第２の領域としての精領域ｊとすると、原信号に対して１／１６３８４の領域となる。ここで、中心の１／５１２領域としたのは、中心の１／５１２領域が該１／５１２領域の平均的な値に等しいためである。
この１／１６３８４領域の中心値を求め、該中心値を連続させることにより原Ｎｆ信号とほぼ同様な信号を得ることができる。ここで、該１／５１２領域の分割数は、１／５１２領域の振幅を考慮して分割した領域でほぼ連続性を得ることができるものとする。
１／１６３８４領域の中心Ｂ（ｉ，ｊ）に対応する角度誤差ε（θ）を、回転型エンコーダ１の検出回転角度θをアドレスとして、該アドレスθに対応した角度誤差ε（θ）を記憶することにより角度誤差データテーブルを第５図に示すように作成して、該角度誤差データテーブルをＥＥＰＲＯＭ３７に記憶する。これよりＥＥＰＲＯＭ３７の記憶容量は、５１２ｆ成分が３２×３２＝１０２４バイトとなる。
上記のように構成された回転型エンコーダ１の動作を第１図乃至第５図によって説明する。
回転型エンコーダ１の電源が投入されると（ステップＳ１０１）、ＣＰＵ３１は、イニシャル処理としてＥＥＰＲＯＭ３７に記憶された角度誤差補正データＢ（ｉ，ｊ）（ｉ＝０〜３２、ｊ＝０〜３２）を読み出して、ＲＡＭ３５に転送する（ステップＳ１０３）。これはＥＥＥＰＲＯＭ３７よりもＲＡＭ３５の方が、アクセス時間が短いからである。
発光ダイオード３ａ〜３ｎからの光を、円板７を介して受光ダイオード１１ａ〜１１ｎが受光してＮ周期の正弦波信号、余弦波信号を発生し、該正弦波信号、余弦波信号を増幅器１３ａ〜１３ｎにより増幅してサンプル・ホールド回路１５によりサンプルとホールドとをして、Ａ／Ｄ変換器１９は、アナログの正弦波信号、余弦波信号をデジタルに変換し、ＣＰＵ３１は、デジタル信号、ｔａｎテーブルから読み出した検出角度θを求める（ステップＳ１０５）。
エンコーダ１の検出角度θの上位５ビットの値をｘとし、下位９ビットデータの上位５ビットの値をｙとする。検出角度θの該ｘと該ｙとをアドレスとしてＲＡＭ３５に記憶したＢ（ｉ，ｊ）、すなわち、検出角度θに対応する誤差データを読み出して、５１２ｆ成分の角度誤差補正後の角度を補正角度θｓとすると、θｓ＝θ−Ｂ（ｉ，ｊ）となる（ステップＳ１０７）。すなわち、第１の補正手段を実行することになる。
本実施例によれば、モータの軸４の回転により一回転あたりＮ周期の正弦波信号を生成する信号処理部２と、正弦波信号に基いて軸４の回転角度値を求めて検出する演算部３０と、測定された軸４の一回転に対する正弦波信号を、前記Ｎ周期に関係付けて分割した複数の角度領域ｉを設定し、該角度領域ｉのほぼ中心の角度領域を複数に分割した角度領域ｊを設け、角度領域ｊのほぼ中心の角度に対応する角度誤差値を、回転角度値と対応して記憶した角度誤差データテーブルを設けて記憶したＥＥＰＲＯＭ３７と、軸４の回転角度値に対応してＥＥＰＲＯＭ３７に記憶された角度誤差値を読み出して、軸４の回転角度値を補正する第１の補正手段とを備えたので、ＥＥＰＲＯＭ３７の記憶容量を少なくしながら精度の良い検出角度を得ることができる。
なお、上記実施例において、検出角度θに対応する誤差データを読み出して、５１２ｆ成分の角度誤差補正後の角度を補正角度θｓとすると、θｓ＝θ−Ｂ（ｉ，ｊ）となるように補正したが、補正の精度を向上するために次のように補正しても良い。
前記ステップ１０７の代りに、ＣＰＵ３１はＲＡＭ３５から読み出されると共に、近接する二つの第２の角度領域ｊにおける角度誤差値を、モータの軸４の回転角度値θに対応して直線補間により求めた近似誤差値に基いてモータの軸４の回転角度値を補正する第２の補正手段を用いても良い。
また、ＣＰＵ３１は上記近接する角度誤差値の差が予め定められた値以上か否かを判定（判定手段）し、該判定により予め定められた値よりも大きい場合に限り第２の補正手段を実行（実行手段）しても良い。
【産業上の利用可能性】  以上のように本発明は、回転型エンコーダの用途に適するものである
【図１】
2004092683.tif 000003
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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2004092683.tif 000011