(57)【要約】  簡単な処理回路で、移動方向による影響の小さい精度の高い位置検出信号を得る。  ２つの物体を一定速度で変位させて得られたデジタルデータより、位置データ算出部２で位置データθ0を演算する。誤差補正用パラメータ取得部（３）で位置誤差データを符号化し、移動方向に対応した正方向補正係数および逆方向補正係数を算出し、それぞれ第１の記憶部（４）および第３の記憶部（５）に格納する。次に、誤差含有位置データ作成部（６）で、位置誤差データを復号化し、これを基に作成された誤差含有位置データの正方向補正テーブルおよび逆方向補正テーブルをそれぞれ第２の記憶部（８）および第４の記憶部（９）に記憶する。誤差補正部（１３）は位置データθ0を読みとり、移動方向にあわせた補正テーブルを参照し位置データを出力する。補正テーブル切替え点は、即時あるいは正逆差の少ない０点通過時に行うようにする。
2007055063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対変位する２つの物体の変位に応じてセンサ信号検出部から得られる周期的なアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、
位置検出誤差情報を記憶する記憶部と、
前記デジタルデータから位置データを算出する位置データ算出部および前記位置検出誤差情報に基づいて前記位置データを補正する誤差補正部を有する演算部と、
を備えたエンコーダ信号処理装置において、
前記記憶部は前記位置データに含まれる位置誤差データを前記演算部で符号化した正方向の移動の補正係数を記憶する第１の記憶部および逆方向の移動の補正係数を記憶する第３の記憶部と、
前記演算部で前記補正係数を復号化した位置誤差データを基に生成された正方向の移動の誤差含有位置データおよび補正データを記憶する第２の記憶部並びに逆方向の移動の誤差含有位置データおよび補正データを記憶する第４の記憶部を備え、
前記演算部は前記位置データに基づいて移動方向を判別する移動方向判別部および前記移動方向判別部の結果に基づいて前記記憶部を切替える切替部を備えたことを特徴とするエンコーダ信号処理装置。
【請求項２】
前記第１の記憶部および前記第３の記憶部は不揮発性メモリからなり、前記第２の記憶部および前記第４の記憶部は揮発性メモリからなることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ信号処理装置。
【請求項３】
前記移動方向判別部は、前記位置データ算出部より得られた位置データの差分の符号により移動方向を判別することを特徴とする請求項１記載のエンコーダ信号処理装置。
【請求項４】
前記移動方向判別部は、前記位置データ算出部より得られた位置データの差分値および位置データの差分の符号によりヒステリシスを持たせて移動方向を判別することを特徴とする請求項１記載のエンコーダ信号処理装置。
【請求項５】
前記切替部は、前記移動方向判別部の結果に基づいて、前記第１の記憶部と前記第３の記憶部を切替える第１の切替部と、前記移動方向判別部の結果に基づいて、前記第２の記憶部と前記第４の記憶部を切替える第２の切替部を備えたことを特徴とする請求項１記載のエンコーダ信号処理装置。
【請求項６】
前記第２の切替部は、前記移動方向判別部の結果に基づいて、移動方向判別後、即時、前記第２の記憶部と前記第４の記憶部を切替えることを特徴とする請求項５記載のエンコーダ信号処理装置。
【請求項７】
前記第２の切替部は、前記移動方向判別部の結果に基づいて、移動方向判別後、次の0点位置通過時に前記第２の記憶部と前記第４の記憶部を切替えることを特徴とする請求項５記載のエンコーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転体の回転角度を検出するロータリエンコーダや、リニアステージ等の変位を検出するリニアエンコーダ等のエンコーダ信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ信号検出部から得られた２相のアナログ信号が持つオフセット電圧、振幅誤差、位相誤差、波形歪等による位置検出誤差を予め演算して記憶部に記憶し、通常の位置検出時にこの検出誤差データをもとに位置検出信号を補正するものがある。（例えば特許文献１参照）
図８は従来のエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
図８において５１は図示しないセンサ信号検出部から得られた２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbを増幅するアナログ増幅回路、５２は増幅された２相のアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換回路、５３は変換された２相のデジタル信号を位置データに変換するデジタル内挿回路、５４はデジタル内挿回路５３から位置データを受け、補正用検出誤差データを演算する検出誤差データ算出回路、５５は補正用検出誤差データを用いて位置データの検出誤差を補正する検出誤差補正回路で、補正用検出誤差格納レジスタ５５１と補正計算回路５５２から構成されている。また、５６は補正された１周期内の位置データと元信号の周期の数から複数周期の位置データを生成するポジションデータ生成回路である。【０００３】
次に動作について説明する。
まず、誤差データの算出およびその格納方法を説明する。図示しない被測定体を一定速度で移動させ、センサ信号検出部から得られる２相のアナログ信号をアナログ増幅回路５１で増幅し、アナログ−デジタル変換回路５２でデジタル信号に変換し、デジタル内挿回路５３で位置データに変換する。
被測定体は一定速度で移動しており、また、１周期の移動距離は予め分かっているので１周期内を等間隔でサンプリングすることによって、各サンプリング時における移動距離は計算できる。そこで、検出誤差データ算出回路５４は、各サンプリング時における移動距離は計算するとともに、この計算によって得られた理想位置データと各サンプリング時に検出された位置データから位置誤差を算出し、この位置誤差データを検出誤差補正回路５５内にある補正用検出誤差格納レジスタ５５１（記憶部）に格納する。
次に、格納された位置誤差データを使って位置データを補正する方法について説明する。通常の位置検出時において、センサ信号検出部から得られる２相のアナログ信号に基づいて位置データが算出されると、補正計算回路５５２は補正用検出誤差格納レジスタ５５１に格納された検出誤差データを用いて位置データの検出誤差を補正し、ポジションデータ生成回路５６に出力する。【０００４】
このように従来のエンコーダ信号処理装置は検出位置に対応した位置誤差データを記憶部である補正用検出誤差格納レジスタに格納し、通常の位置検出時において、この位置誤差データを用いて位置データの検出誤差を補正していた。
【特許文献１】特開２００３−２５４７８５号公報（第１０頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のエンコーダ位置算出装置は、検出位置に対する位置誤差データを記憶装置に格納し、このデータをもとに補正を行っているので、高次の歪誤差までも補正し、精度を向上させるためには、アナログ信号の１周期内での位置誤差データの分割を細かく行い、位置誤差データ数を多くしなければならない。従って、大容量の記憶部を必要とし、デバイスサイズが大きくなるという問題があった。また、大量のデータを処理するためプログラムが複雑になり、信号処理回路が大きくなってしまうという問題点もあった。さらにアナログ信号は、さまざまな外乱によって歪が変化するため移動方向によっても検出位置誤差データに差異が生じるという問題があった。
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、大容量の記憶部を必要せず、また、簡素な信号処理回路および信号処理方法で高次の歪誤差までも補正することができさらに移動方向も考慮した補正ができるエンコーダ位置算出装置および補正方法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】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載のエンコーダ信号処理装置は、相対変位する２つの物体の変位に応じてセンサ信号検出部から得られる周期的なアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、位置検出誤差情報を記憶する記憶部と、前記デジタルデータから位置データを算出する位置データ算出部および前記位置検出誤差情報に基づいて前記位置データを補正する誤差補正部を有する演算部と、を備えたエンコーダ信号処理装置において、前記記憶部は前記位置データに含まれる位置誤差データを前記演算部で符号化した正方向の移動の補正係数を記憶する第１の記憶部および逆方向の移動の補正係数を記憶する第３の記憶部と、前記演算部で前記補正係数を復号化した位置誤差データを基に生成された正方向の移動の誤差含有位置データおよび補正データを記憶する第２の記憶部並びに逆方向の移動の誤差含有位置データおよび補正データを記憶する第４の記憶部を備え、前記演算部は前記位置データに基づいて移動方向を判別する移動方向判別部および前記移動方向判別部の結果に基づいて前記記憶部を切替える切替部を備えたことを特徴としている。【０００７】
また、請求項２に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記第１の記憶部および前記第３の記憶部は不揮発性メモリからなり、前記第２の記憶部および前記第４の記憶部は揮発性メモリからなることを特徴としている。【０００８】
また、請求項３に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記移動方向判別部は、前記位置データ算出部より得られた位置データの差分の符号により移動方向を判別することを特徴としている。【０００９】
また、請求項４に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記移動方向判別部は、前記位置データ算出部より得られた位置データの差分値および位置データの差分の符号によりヒステリシスを持たせて移動方向を判別することを特徴としている。【００１０】
また、請求項５に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記切替部は、前記移動方向判別部の結果に基づいて、前記第１の記憶部と前記第３の記憶部を切替える第１の切替部と、前記移動方向判別部の結果に基づいて、前記第２の記憶部と前記第４の記憶部を切替える第２の切替部を備えたことを特徴としている。【００１１】
また、請求項６に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記第２の切替部は、前記移動方向判別部の結果に基づいて、移動方向判別後、即時、前記第２の記憶部と前記第４の記憶部を切替えることを特徴としている。【００１２】
また、請求項７に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記第２の切替部は、前記移動方向判別部の結果に基づいて、移動方向判別後、次の0点位置通過時に前記第２の記憶部と前記第４の記憶部を切替えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエンコーダ装置によれば、検出誤差情報を符号化して記憶するので、大容量の記憶部を必要せず、また、簡素な信号処理回路で高次の歪誤差までも補正することができるので精度の高い位置検出信号を得ることができる。
また、補正係数を記憶する記憶部として不揮発性メモリを使用し、補正データを記憶する部として揮発性メモリを使用すれば、電源を投入する度に補正係数を作るという動作を必要とせず、補正データのみを生成すればよいので動作が簡単になる。
また、検出誤差情報を符号化して処理するので、処理するデータ数が少なくて済み、簡単なプログラムで高次の歪誤差までも補正することができる。
また、移動方向によって補正データを切り替えることにより、移動方向に応じた補正をするので、さらに、精度の高い位置検出信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例におけるエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１実施例における補正係数生成動作を示すブロック図
【図３】本発明の第１実施例における補正係数生成動作を示すフローチャート
【図４】本発明の第１実施例における移動方向判別動作を示すフローチャート
【図５】本発明の第１実施例における補正テーブル作成動作を示すブロック図
【図６】本発明の第１実施例における補正動作を示すブロック図
【図７】本発明の第２実施例におけるエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図
【図８】従来のエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００１５】
１  ・・・・Ａ/Ｄ変換器
２  ・・・・位置データ算出部
３  ・・・・誤差補正用パラメータ取得部
４  ・・・・第１の記憶部
５  ・・・・第３の記憶部
６  ・・・・誤差含有位置データ作成部
７  ・・・・誤差補正位置テーブル作成部
８  ・・・・第２の記憶部
９  ・・・・第４の記憶部
１０・・・・移動方向判別部
１１・・・・第１の切替部
１２・・・・第２の切替部
１３・・・・誤差補正部
１４・・・・演算部
５１・・・・アナログ増幅回路
５２・・・・アナログ−デジタル変換回路
５３・・・・デジタル内挿回路
５４・・・・検出誤差データ算出回路
５５・・・・検出誤差補正回路
５５１・・・補正用検出誤差格納レジスタ
５５２・・・補正計算回路
５６・・・・ポジションデータ生成回路
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の第１実施例におけるエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１は相対変位する２つの物体の変位に応じて図示しないセンサ信号検出部から得られる周期的なアナログ信号Ｓa、Ｓbをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器、２は２相デジタルデータから位置データを算出する位置データ算出部、３は位置データに含まれる位置誤差データを符号化し、その補正係数を算出するための誤差補正用パラメータ取得部、４は正方向の移動の位置誤差データの補正係数を記憶するための第１の記憶部、５は逆方向の移動の補正係数を記憶するための第３の記憶部、６は第１の記憶部４および第３の記憶部５から補正係数を読み出し、位置誤差データを復号化し、復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを作成する誤差含有位置データ作成部、７は誤差含有位置データと位置データを補正するための補正データを対応させた補正テーブルを作成する誤差補正位置テーブル作成部、８は正方向の移動の補正テーブルを記憶する第２の記憶部、９は逆方向の移動の補正テーブルを記憶する第４の記憶部、１０は移動方向を判別する移動方向判別部、１１は移動方向判別部１０の結果に基づいて第1の記憶部と第３の記憶部の切替えを行う第１の切替部、１２は移動方向判別部１０の結果に基づいて第２の記憶部と第４の記憶部の切替えを行う第２の切替部、１３は位置データを補正する誤差補正部である。
また、１４は演算部で、位置データ算出部２、誤差補正用パラメータ取得部３、誤差含有位置データ算出部６、誤差補正位置テーブル作成部７、移動方向判別部１０、第１の切替部１１、第２の切替部１２、誤差補正部１３から成る。【００１８】
センサ信号検出部は、２つの物体が相対的に直線方向に変位する場合は、センサ信号検出部としてリニアエンコーダの検出部を用いればよく、２つの物体が相対的に回転方向に変位する場合は、ロータリエンコーダの検出部を用いればよい。また、センサ信号検出部の検出原理は、相対変位に応じてアナログ信号の変化が生じるものであれば、磁気式、光学式、静電容量式、レゾルバ方式等いずれの方式であってもかまわない。【００１９】
また、Ａ／Ｄ変換器２の前段に演算増幅器等の信号増幅回路を設けてもかまわない。
また、演算部１４は、マイコンやＤＳＰ等のデジタル演算機能を有する種々のデバイスを単数または複数個用いて構成することができる。
また、第１の記憶部４および第３の記憶部５は、演算部１４または第２の記憶部８および第４の記憶部９と一体になったものでも良いが、ＲＯＭやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリが好ましい。
また、第２の記憶部８および第４の記憶部９は、演算部１４と一体になったものでも良い。揮発性メモリでも不揮発性メモリでもかまわない。【００２０】
次に、本発明のエンコーダ信号処理装置の動作について説明する。
本発明の動作は大きく３つの動作に分けられる。
第１の動作は、位置誤差データを符号化し、その補正係数を第１の記憶部および第３の記憶部に記憶するまでの動作（補正係数生成動作）で、
第２の動作は、第１の記憶部および第３の記憶部に記憶されている位置誤差データを復号化し、運転前に補正テーブルを作成し、第２の記憶部および第４の記憶部に記憶するまでの動作（補正テーブル作成動作）で、
第３の動作は、実際の運転時に補正テーブルから補正データを読み出し、位置データを修正する動作（補正動作）である。
以下これらの動作について順に説明する。【００２１】
（補正係数生成動作）      
まず、補正係数を生成する動作を説明する。
図２は補正係数生成動作を示すブロック図で、図１の信号処理装置のブロック図から補正係数生成動作に関係する部分を抜き出したものである。また、図３は補正係数生成動作を示すフローチャートである。
図示しない被測定物である２つの物体を一定速度で移動または回転させ（ステップ１０１）、センサ信号検出部（図示せず）から、２つの物体の相対変位に対応した２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbを検出する（ステップ１０２）。この２相のアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１で、２相のデジタルデータに変換した後（ステップ１０３）、位置データ算出部２で位置データθ0を演算し（ステップ１０４）、移動方向判別部１０で後述する段落００２０記載の方法によって移動方向を判別する（ステップ１０５）。次に、誤差補正用パラメータ取得部３で位置データに含まれる位置誤差データをフーリエ変換によって符号化し、その正方向補正係数GcosおよびGsin並びに逆方向補正係数Gcos_rおよびGsin_rを算出する（ステップ１０６）。次に、第１の切替部１１で補正係数を格納する記憶部を選択し（ステップ１０７）、正方向の移動の場合は第１の記憶部４に、逆方向の移動の場合は第３の記憶部５に補正係数を格納する（ステップ１０８）。ここまでで、補正係数を生成する動作は終了する。【００２２】
ここで、移動方向を判別する動作の詳細について説明する。
図４は移動方向判別の詳細な動作を示すフローチャートである。
移動方向の判別は、位置の差分の大きさと符号を使用して行なう。あらかじめ閾値としてのパルス数Ｎ（位置差分値）を設定しておく。
先ず、被測定物である２つの物体を相対的に移動または回転させ、算出された位置データθ0を一定周期でサンプリングし、今回値と前回値の位置差分Δposを取得する。位置データの差分の符号から移動方向を検出し、正方向モードの場合は位置差分Δposがあらかじめ設定されたパルス数−Ｎよりも小さくなった場合に逆方向モードと判別する。また、逆方向モードの場合は位置差分Δposがあらかじめ設定されたパルス数Ｎよりも大きくなった場合に正方向モードと判別する。移動方向判別は位置差分Δposの符号だけで決定しても良いが、上記のように、方向判別にヒステリシスを考慮することで、静止時の方向判別のばたつきがなくなる。【００２３】
（補正テーブル作成動作）
次に補正テーブルを作成する動作について説明する。
図５は補正テーブル作成動作を示すブロック図で、図１の信号処理装置のブロック図から補正テーブル作成動作に関係する部分を抜き出したものである。
エンコーダ信号処理装置の電源が投入されると、誤差含有位置データ作成部６は第１の記憶部４に記憶されている正方向補正係数Gcos[n]、Gsin[n]および第３の記憶部１３に記憶されている逆方向補正係数Gcos_r[n]、Gsin_r[n]を読み出して位置誤差データを復号化し、復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを作成する。誤差補正位置テーブル作成部７は誤差含有位置データと補正データとを対応させた正方向補正テーブルTblgr[m]および逆方向補正テーブルTbl_rgr[m]を作成し、それぞれ第２の記憶部８および第４の記憶部９に記憶する。【００２４】
（補正動作）
次に補正テーブルを使った補正の動作のステップを説明する。
図６は補正動作を示すブロック図で、図１の信号処理装置のブロック図から補正動作に関係する部分を抜き出したものである。
本信号処理装置による運転が開始されると、センサ信号検出部からの２つの物体の相対変位に対応した２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbを検出し、Ａ／Ｄ変換器１で、２相のデジタルデータに変換した後、位置データ算出部２で位置データθ0を演算し、移動方向判別部１０で移動方向を判別する。
次に、誤差補正部１３は位置データθ0を読みとり、第２の切替部１２でこの位置データθ0で参照する補正テーブルを切替え、すなわち、正方向の移動の場合は第２の記憶部８の補正テーブルを、逆方向の移動の場合は第４の記憶部９の補正テーブルを参照し、補正された位置データ（真の位置データθ）を出力する。
ここで、第２の切替部１２では、移動方向判別部１０で移動方向を判別後、即時あるいは次に位置データθ0が0点を通過するときに第２の記憶部８の補正テーブルと第４の記憶部９の補正テーブルを切替えるようにする。即時切替か0点通過時切替かは、あらかじめパラメータにて定義しておく。
【実施例２】
【００２５】
図７は、本発明の第２実施例におけるエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
図７において３は誤差補正用パラメータ取得部、４は第１の記憶部、５は第３の記憶部、６は誤差含有位置データ作成部である。
本実施例が第１の実施例と異なる点は、第１の実施例では第１の記憶部４は位置誤差補正用のパラメータを複数次のCOS成分の振幅Gcos[n]および複数次のSIN成分の振幅Gsin[n]で記憶し、第３の記憶部５は複数次のCOS成分の振幅Gcos_r[n]および複数次のSIN成分の振幅Gsin_r[n]の形で記憶しているが、本実施例では第１の記憶部４はGcos[n]及びその位相dθ[n]で記憶し、第３の記憶部５はGcos_r[n]及びその位相dθ_r[n]で記憶している点である。
また、Gcos[n]及びその位相dθ[n] の代わりにGsin[n]及びその位相dθ[n]で、Gcos_r[n]及びその位相dθ_r[n] の代わりにGsin_r[n]及びその位相dθ_r[n]で記憶することも可能である。【００２６】
次に本実施例の補正係数生成動作について説明する。
誤差補正用パラメータ取得部３では、第１実施例の誤差補正用パラメータ取得部３と同様の方法で位置データに含まれる位置誤差データを取得し、ここでフーリエ変換によって誤差データをCOS又はSINの成分へ分離し、正方向の移動の補正係数であるCOS成分の振幅Gcos[n]とその位相dθ[n]又はSIN成分の振幅Gsin[n]とその位相dθ[n]、及び逆方向の移動の補正係数であるCOS成分の振幅Gcos_r[n]とその位相dθ_r[n]又はSIN成分の振幅Gsin_r[n]とその位相dθ_r[n]を算出し、第１の切替部１１で選択された第１の記憶部４及び第３の記憶部へ格納する。誤差含有位置データ作成部６は、この振幅と位相の形で記憶されたパラメータを復号化する。
なお、補正テーブル作成動作及び補正動作は第１実施例と同じであるのでその説明を省略する。
このように本実施例では誤差波形をCOS又はSIN曲線１つで表現できるため、補正パラメータの微調整が容易に行える。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、磁気式、光学式、回転型、直動型にとらわれず再現性のある周期的な誤差をもつあらゆるタイプのエンコーダ位置検出誤差補正に適用できる。
【図１】
2007055063.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】
2007055063.tif 000008
【図７】
2007055063.tif 000009
【図８】
2007055063.tif 000010
【国際調査報告】
2007055063.tif 000011
2007055063.tif 000012
2007055063.tif 000013
2007055063.tif 000014