(57)【要約】【課題】駆動用モータが持つ回転速度むらの影響を含まないエンコーダ誤差を得る。また、これを補正することにより高精度のエンコーダを得る。【解決手段】エンコーダ誤差解析装置１０は、位置誤差信号波形１１及びＡ相信号波形１２を測定し、Ａ相エンコーダ信号及びＢ相エンコーダ信号の２つのアナログエンコーダ信号が有するエンコーダ誤差を演算し不揮発性メモリ２０に格納する。補正回路３０は不揮発性メモリ２０からエンコーダ誤差を読み出し、Ａ相エンコーダ信号及びＢ相エンコーダ信号を補正する。【選択図】図１
2007107886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダの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解析装置及び前記第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置の解析結果からエンコーダ原波形に含まれるエンコーダ誤差を求めるパラメータ解析装置とからなるエンコーダ誤差解析装置と、
前記エンコーダ誤差を記憶するメモリと、
前記メモリから前記エンコーダ誤差を読み出し、エンコーダ原波形を補正する補正回路と、
を備えたことを特徴とするエンコーダ誤差補正装置。
【請求項２】
前記補正回路は、オフセット補正加算器と、振幅補正掛算器と、位相差補正掛算器と、位相差補正加算器と、高調波生成回路と、高調波補正掛算器と、高調波補正加算器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ誤差補正装置。
【請求項３】
請求項１に記載のエンコーダ誤差解析装置によって予め求められたエンコーダ原波形に含まれるエンコーダ誤差を記憶するメモリと、
前記メモリからエンコーダ誤差を読み出し、エンコーダ原波形を補正する補正回路と、
を備えたことを特徴とするエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正弦波状の２相のエンコーダ信号に含まれるエンコーダ誤差を解析計算しエンコーダ信号からエンコーダ誤差を除去するエンコーダ誤差補正装置およびエンコーダに関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来、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、エンコーダ信号に含まれるエンコーダ誤差であるオフセット電圧成分、振幅比、位相差を検出する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図４は従来のモータ制御装置のブロック図である。
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。
従来のモータ制御装置は、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、位相差を検出していた。
【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】
従来のモータ制御装置は、エンコーダ信号の時間信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタル化してＣＰＵにおいて解析する構成となっていて駆動用モータが持つ回転速度むらの影響を取り除くことができないので、２次高調波電圧成分、３次高調波電圧成分を高精度に得ることができないという問題があった。
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、エンコーダの性能指標として測定される位置誤差を解析してエンコーダ信号に含まれるエンコーダ誤差を求めるとともにこのエンコーダ誤差を補正し、高精度な位置信号を得ることができるエンコーダ誤差補正装置および補正回路を備えたエンコーダ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】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、エンコーダの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解析装置及び前記第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置の解析結果からエンコーダ原波形に含まれるエンコーダ誤差を求めるパラメータ解析装置とからなるエンコーダ誤差解析装置と、前記エンコーダ誤差を記憶するメモリと、前記メモリから前記エンコーダ誤差を読み出し、エンコーダ原波形を補正する補正回路と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記補正回路は、オフセット補正加算器と、振幅補正掛算器と、位相差補正掛算器と、位相差補正加算器と、高調波生成回路と、高調波補正掛算器と、高調波補正加算器と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、エンコーダが、請求項１に記載のエンコーダ誤差解析装置によって予め求められたエンコーダ原波形に含まれるエンコーダ誤差を記憶するメモリと、前記メモリからエンコーダ誤差を読み出し、エンコーダ原波形を補正する補正回路と、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、エンコーダ駆動系が持つ回転むらに影響を受けない位置誤差をエンコーダ誤差解析装置により解析してエンコーダ信号に含まれるエンコーダ誤差を得ることができ、そのエンコーダ誤差をエンコーダ信号から補正することにより高精度のエンコーダ位置信号を得ることができる。
また、エンコーダが、エンコーダ原波形に含まれるエンコーダ誤差を記憶するメモリと、メモリからエンコーダ誤差を読み出し、エンコーダ原波形を補正する補正回路を備えているので高精度のエンコーダを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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】
【０００７】
図１は本発明の第１実施例を示すエンコーダ誤差補正装置のブロック図である。
図において１はエンコーダ誤差補正装置で、エンコーダ誤差補正装置１はエンコーダ誤差解析装置１０、不揮発性メモリ２０及び補正回路３０から構成されている。また、４０は位置信号生成回路である。
また、図２はエンコーダ誤差解析装置１０のブロック図である。
エンコーダ誤差解析装置１０は、位置誤差信号波形を解析する第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置１３とＡ相信号波形を解析する第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置１４とその解析結果からエンコーダ誤差を計算するパラメータ解析装置１５から構成される。
また、図３は補正回路のブロック図である。
補正回路３０は、Ａ相信号オフセット補正加算器３０１、Ｂ相信号オフセット補正加算器３０２、振幅補正掛算器３０３、位相差補正掛算器３０４、位相差補正加算器３０５、Ａ相２次高調波生成回路３０６、Ｂ相２次高調波生成回路３０７、Ａ相３次高調波生成回路３０８、Ｂ相３次高調波生成回路３０９、４個の掛算器３１０、３１１、３１４、３１５および４個の加算器３１２、３１３、３１６、３１７から構成される。
【０００８】
次に、本発明のエンコーダ誤差補正装置の動作について説明する。
動作は解析モードと補正モードの２つのモードを持つ。
先ず、解析モードについて説明する。
図２において、図示しないモータに取り付けられたエンコーダに基準エンコーダを取付け、図示しないモータ制御装置によって一定速度制御で回転させると、位置誤差信号波形１１及びＡ相信号波形１２が測定される。
測定された位置誤差信号波形１１は第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置１３により周波数解析され１次成分強度、１次成分位相、２次成分強度、２次成分位相、３次成分強度、３次成分位相、４次成分強度、４次成分位相が計算される。
また、位置誤差信号波形１１に同期して測定されたＡ相信号波形１２は第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置１４により周波数解析され１次成分位相が計算される。
パラメータ解析装置１５は２つのＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置１３、１４の結果からＡ相エンコーダ信号及びＢ相エンコーダ信号の２つのエンコーダ原波形が有するエンコーダ誤差を以下の（１式）に従って計算する。
すなわち、
（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（位置誤差信号１１の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（位置誤差信号１１の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  ＝（位置誤差信号１１の３次成分強度）／Ｋ４
（６）  ３次高調波成分  ＝（位置誤差信号１１の４次成分強度）／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。
１式の演算は、エンコーダ誤差解析装置１０の基板上のＣＰＵを用いて行われ、その計算結果はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに格納される。
【０００９】
次に補正モードについて説明する。
補正モードにおいては、基準エンコーダ（図示せず）は取り外され不揮発性メモリ２０に格納されたＡ相・Ｂ相オフセット電圧成分、振幅比成分、位相差成分、Ａ相・Ｂ相２次高調波成分、Ａ相・Ｂ相３次高調波成分が読み出され、補正回路３０により各エンコーダ誤差が次のように補正される。
Ａ相信号オフセット補正加算器３０１を用いてＡ相信号オフセットが補正され、Ｂ相信号オフセット補正加算器３０２を用いてＢ相信号オフセットが補正され、振幅補正掛算器３０３を用いてＡ相・Ｂ相信号の振幅比が補正され、位相差補正掛算器３０４、位相差補正加算器３０５を用いてＡ相・Ｂ相エンコーダ信号間の位相が補正される。さらに、Ａ相２次高調波生成回路３０６及び３次高調波生成回路３０８を用いてＡ相エンコーダ信号に同期する２次及び３次高調波を生成し、高調波補正掛算器３１０及び３１４並びに高調波補正加算器３１２及び３１６によりＡ相高調波成分が補正され、Ｂ相２次高調波生成回路３０７及び３次高調波生成回路３０９を用いてＢ相エンコーダ信号に同期する２次及び３次高調波を生成し、高調波補正掛算器３１１及び３１５並びに高調波補正加算器３１３及び３１７によりＢ相高調波成分が補正される。
本発明が従来技術と異なる部分は位置誤差信号波形及びＡ相信号波形の解析結果から得られるエンコーダ誤差でＡ相エンコーダ信号及びＢ相エンコーダ信号の２つのアナログエンコーダ信号を補正している点である。
【００１０】
このように、エンコーダ駆動モータ系が有する回転速度むらの影響を受けない位置誤差信号波形を解析してエンコーダ信号が有するエンコーダ誤差を求めてそのエンコーダ誤差を補正する構成にしているので、エンコーダ信号が有する高次高調波成分を簡単な構成で得ることができ、そのエンコーダ誤差を補正することができる。
また、エンコーダが本発明のエンコーダ誤差解析装置によって得られたエンコーダ誤差が記録された不揮発性メモリと、このエンコーダ誤差によってエンコーダ信号を補正する補正回路と、補正されたエンコーダ信号から位置信号を生成する位置信号生成回路を備えることによって、エンコーダ誤差を精度良く補正できるので高精度のエンコーダが実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
エンコーダ誤差解析装置の解析結果を表示装置に出力してその結果を見ながら調整員が各補正回路を調整する構成とすることによって位置誤差信号の解析結果から得られるエンコーダ誤差を補正することができるので、エンコーダ信号の出荷試験などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例を示すエンコーダ誤差補正装置のブロック図
【図２】本発明のエンコーダ誤差解析装置のブロック図
【図３】本発明の補正回路のブロック図
【図４】従来のモータ制御装置のブロック図
【符号の説明】
【００１３】
１    エンコーダ誤差補正装置
１０  エンコーダ誤差解析装置
１１  位置誤差波形
１２  Ａ相信号波形
１３  第１のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置
１４  第２のＤＦＴ／ＦＦＴ解析装置
１５  パラメータ解析装置
２０  不揮発性メモリ
３０  補正回路
３０１  Ａ相信号オフセット補正加算器
３０２  Ｂ相信号オフセット補正加算器
３０３  振幅補正掛算器
３０４  位相差補正掛算器
３０５  位相差補正加算器
３０６  Ａ相２次高調波生成回路
３０７  Ｂ相２次高調波生成回路
３０８  Ａ相３次高調波生成回路
３０９  Ｂ相３次高調波生成回路
３１０、３１１、３１４、３１５  高調波補正掛算器
３１２、３１３、３１６、３１７  高調波補正加算器
４０  位置信号生成回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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