(57)【要約】      （修正有）【課題】１ピッチを単位として繰り返し計測を行うセンサにおいて、計測範囲が多ピッチにわたる場合でも、その計測スケールの補正を高精度で行えるようにする。【解決手段】(1)基準センサおよび計測スケールの補正を行うべき対象センサを同期して動作させ、全計測範囲について、計測ポイント毎に基準センサによる基準値および対象センサによる生計測値を取得する。(2)全計測範囲を１ピッチ毎に分割し、各ピッチについて、(a) 計測ポイント毎に、生計測値の基準値からの誤差を求め、(b) 誤差からフーリエ変換によってピッチ全体にわたる誤差曲線を求め、(c) 誤差曲線から、対象センサの計測スケールの目盛毎に、その計測値を、基準値からのズレが補正された補正値に置き換えるためのルック・アップ・テーブルを生成する。(3)ピッチ毎に求めたルック・アップ・テーブルをピッチ毎につなぎ合わせ、全計測範囲に対するルック・アップ・テーブルを生成する。【選択図】図１
2007205840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物理量を計測するセンサであって、１ピッチを形成する複数のセンサエレメントからなり、１ピッチを越える計測範囲に対しては１ピッチの単位で繰り返し計測を行うセンサの計測スケールを補正するための方法であって、
（１）予め計測スケールの補正がなされた基準センサ、および計測スケールの補正を行うべき対象センサを同期して動作させ、全計測範囲について、所定の計測ポイント毎に、前記基準センサによる基準計測値および前記対象センサによる生計測値を取得するステップと、
（２）前記全計測範囲を１ピッチ毎に分割し、各ピッチについて、
(a) 計測ポイント毎に、生計測値の基準計測値からの誤差を求め、
(b) 前記誤差からフーリエ変換によって当該ピッチ全体にわたる誤差曲線を求め、
(c) 前記誤差曲線から、前記対象センサの計測スケールの目盛毎に、その計測値を、基準計測値からのズレが補正された補正値に置き換えるためのルック・アップ・テーブルを生成するステップと、
（３）前記ピッチ毎に求めたルック・アップ・テーブルを、ピッチ毎につなぎ合わせて全計測範囲に対するルック・アップ・テーブルを生成するステップと、からなっていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステップ（２）は、
(i) ｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｉｅｎｄ）番目のピッチについて、当該ピッチ内の計測ポイントｊ（ｊ＝１、２、・・・、ｊｅｎｄ）毎に生計測値の基準計測値からの誤差[j]を求め、
(ii) 前記ピッチ内における誤差の主要な周期性がp周期のとき、フーリエ変換の解析次数を４×ｐ（＝ｋｍａｘ）として、フーリエ変換の周期ｋ（ｋ＝１、２、・・・、ｋｍａｘ）毎に、
【数１】
2007205840.tif 000007
ここで、角度比率[j]＝周期[k]×ｊ／計測ポイントの個数（＝ｊｅｎｄ）とする、
によって、フーリエｓｉｎ係数Dssin[k]およびフーリエｃｏｓ係数Dscos[k]を求め、
(iii) それらの値から振幅[k]および位相[k]を、
振幅[k]＝｛（Dssin[k]）２+（Dscos[k]）２｝１／２
位相[k]＝aｔａｎ（Dssin[k]／Dscos[k]）
によって求め、
(iv) 前記ピッチ内における前記対象センサの計測スケールの目盛の数が、ｍ（ｍ＝１、２、・・・、ｍｅｎｄ）のとき、
再現角度比率[k]＝位相[k]+（３６０−（１／ｍｅｎｄ）×３６０）×ｍｅｎｄ
【数２】
2007205840.tif 000008
ＬＵＴ[i][m]＝（誤差再現値[m]+Dscos[0]）／ｍｅｎｄ
によって、このピッチに対するルックアップテーブルＬＵＴ[i][m]を求めることからなっていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の物理量を計測するセンサ、特に、１ピッチを形成する複数のセンサエレメントからなり、１ピッチを越える計測範囲に対しては１ピッチの単位で繰り返し計測を行うセンサの計測スケールを補正するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の物理量を計測するセンサの計測スケールの補正は、対象となるセンサを、予め計測スケールの補正がなされた基準センサと同期して作動させ、対象となるセンサの計測スケールの目盛毎に、その生計測値を、それの基準センサによる計測基準値からのズレを補正した補正値に置き換えるためのルック・アップ・テーブルを生成することによってなされている。
そして、対象となるセンサの分解能が高い場合には、センサの計測スケールの１目盛毎に上述の操作を行わねばならず、よって、ルック・アップ・テーブルの作成を行うことは時間的にもコスト的にも大変であった。
【０００３】
ところで、１ピッチを形成する複数のセンサエレメントを備え、１ピッチを越える計測範囲に対しては１ピッチの単位で所定の物理量を繰り返し計測するセンサについては、取得された生計測値の基準計測値からの誤差は、一定の周期性を有していることが一般に知られている。
【０００４】
このため、計測スケールの補正のための計測ポイントを、センサの全分解能にわたって設定する代わりに、ある程度間引いて設定し、設定した各計測ポイントでデータを取得し、取得したデータに基づき、フーリエ変換によって、全分解能にわたる誤差曲線を近似的に復元する方法がとられていた。
【０００５】
この場合、１ピッチ内において、生計測値の基準計測値からの誤差は、センサエレメントの個数に対応する周期（例えば、センサエレメントが４個の場合には、４周期）の周期性を顕著に有していることが知られている。そして、このような周期性をもつ誤差の誤差曲線を正確に復元するには、誤差周期の最低４倍（誤差周期が４周期の場合には、４×４＝１６倍）のフーリエ変換の周期解析次数が必要とされ、また、この解析のために、１解析周期当たり最低４つの計測ポイントにおけるデータが必要とされることが経験的に知られている（センサエレメントが４個の場合には、１６×４＝６４個の計測ポイントにおけるデータが必要とされる）。
【０００６】
したがって、例えば、センサエレメントの個数が４個の場合には、計測が繰り返されるピッチの数（＝Ｎ）に依存して、解析周期が（１６×Ｎ）周期、計測ポイントが（６４×Ｎ）個最低限必要とされる。
しかしながら、現状のシステムの解析能力によれば、解析周期の実用上の上限は２５６周期であり、よって、センサの計測スケールの補正は、せいぜいＮ＝２５６／１６＝１６ピッチまでしかできなかった。この制限のために、これまで、これ以上のピッチの計測スケールを有するセンサに対しては、その計測スケールを高精度で補正することができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、１ピッチを単位として繰り返し計測を行うセンサにおいて、計測範囲が多ピッチにわたる場合であっても、センサの計測スケールの補正を高精度でしかも簡単に行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、所定の物理量を計測するセンサであって、１ピッチを形成する複数のセンサエレメントからなり、１ピッチを越える計測範囲に対しては１ピッチの単位で繰り返し計測を行うセンサの計測スケールを補正するための方法であって、
（１）予め計測スケールの補正がなされた基準センサ、および計測スケールの補正を行うべき対象センサを同期して動作させ、全計測範囲について、所定の計測ポイント毎に、前記基準センサによる基準計測値および前記対象センサによる生計測値を取得するステップと、
（２）前記全計測範囲を１ピッチ毎に分割し、各ピッチについて、
(a) 計測ポイント毎に、生計測値の基準計測値からの誤差を求め、
(b) 前記誤差からフーリエ変換によって当該ピッチ全体にわたる誤差曲線を求め、
(c) 前記誤差曲線から、前記対象センサの計測スケールの目盛毎に、その計測値を、基準計測値からのズレが補正された補正値に置き換えるためのルック・アップ・テーブルを生成するステップと、
（３）前記ピッチ毎に求めたルック・アップ・テーブルを、ピッチ毎につなぎ合わせて全計測範囲に対するルック・アップ・テーブルを生成するステップと、からなっていることを特徴とする方法を構成したものである。
【０００９】
上記構成において、好ましくは、前記ステップ（２）は、
(i) ｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｉｅｎｄ）番目のピッチについて、当該ピッチ内の計測ポイントｊ（ｊ＝１、２、・・・、ｊｅｎｄ）毎に生計測値の基準計測値からの誤差[j]を求め、
(ii) 前記ピッチ内における誤差の主要な周期性がp周期のとき、フーリエ変換の解析次数を４×ｐ（＝ｋｍａｘ）として、フーリエ変換の周期ｋ（ｋ＝１、２、・・・、ｋｍａｘ）毎に、
【数１】
2007205840.tif 000003
ここで、角度比率[j]＝周期[k]×ｊ／計測ポイントの個数（＝ｊｅｎｄ）とする、
によって、フーリエｓｉｎ係数Dssin[k]およびフーリエｃｏｓ係数Dscos[k]を求め、
(iii) それらの値から振幅[k]および位相[k]を、
振幅[k]＝｛（Dssin[k]）２+（Dscos[k]）２｝１／２
位相[k]＝aｔａｎ（Dssin[k]／Dscos[k]）
によって求め、
(iv) 前記ピッチ内における前記対象センサの計測スケールの目盛の数が、ｍ（ｍ＝１、２、・・・、ｍｅｎｄ）のとき、
再現角度比率[k]＝位相[k]+（３６０−（１／ｍｅｎｄ）×３６０）×ｍｅｎｄ
【数２】
2007205840.tif 000004
ＬＵＴ[i][m]＝（誤差再現値[m]+Dscos[0]）／ｍｅｎｄ
によって、このピッチに対するルックアップテーブルＬＵＴ[i][m]を求めることからなっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、計測スケールを補正すべき対象センサの生計測値を、その基準値からの誤差を補正した補正値に置き換えるためのルック・アップ・テーブルを、一度に、対象センサの全計測範囲にわたって生成するのではなく、対象センサの１ピッチ毎に区切って生成した後、各ピッチ毎のルック・アップ・テーブルをつなぎ合わせることによって全計測範囲にわたるルック・アップ・テーブルを生成するようにしたので、計測範囲が多ピッチにわたる場合であっても、高精度で計測スケールを補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。この実施例では、計測スケールを補正すべき対象センサは、電磁誘導式変位センサからなっている。図４は、電磁誘導式変位センサの概略構成を示す斜視図であり、図５は、図４の電磁誘導式伝差の回路図である。
【００１２】
図４において、５１はソレノイド型１次コイル、５２は１次コイル５１の内側に同軸的に配置された２次コイル列であり、ここでは、同一の４個のインピーダンス素子Ａ〜Ｄ（２次コイルＬ１〜Ｌ４）が等間隔で配列されている。そして、この２次コイル列に対し、コイル軸と同軸にかつ軸方向に運動可能に磁性体配列棒（可動磁性体）５３が挿入されている。磁性体配列棒５３は、顕著な磁性を示さない金属またはプラスチックからなる心棒に、複数の円筒状強磁性体５４が、２次コイル列の隣接するコイル間の距離の４倍を１ピッチとして、等間隔で配列、固定されたものからなっている。
【００１３】
図４および図５を参照して、２次コイルＬ１〜Ｌ４は、正弦波電圧Ａｓｉｎωｔが印加された一次コイル５１からの相互誘導作用により、正弦波電圧を誘起されるが、磁性体配列棒５３との位置関係に応じたインダクタンスの変化によって、２次回路の構成時に、異なった振幅のコイル端間電圧を生じさせる。
【００１４】
そして、図４に示される磁性体配列棒５３の位置（Ｌ１−Ｌ３の位置：両コイルともＬ２を挟んで対向する端部のみが強磁性体５４の端部に対応するか、わずかに被る平衡位置、Ｌ２−Ｌ４の位置：Ｌ２が強磁性体５４に対応し、Ｌ４が強磁性体５４間の空隙を介して磁性体配列棒５３の心棒に対応する位置）をｘ＝０とし、かつ磁性体配列棒５３の、例えば図４の左方への移動を正方向とすれば、Ｌ１−Ｌ３差動出力は、誘起される正弦波ｓｉｎωｔに振幅の変位ａｓｉｎｘを掛けた値
ａｓｉｎｘ×ｓｉｎωｔ  （ａは任意定数）          （１）
となり、Ｌ２−Ｌ４差動出力は、誘起される正弦波ｓｉｎωｔに、振幅の変位ａｃｏｓｘを掛けた値、
ａｃｏｓｘ×ｓｉｎωｔ  （ａは任意定数）          （２）
となる。
【００１５】
さらに、Ｌ１−Ｌ３差動出力、ａｓｉｎｘ×ｓｉｎωｔが回路上において位相差変換されて、ωｔが１／４位相ずらされることにより、
ａｓｉｎｘ×ｃｏｓωｔ                            （３）
が得られる。
そして、（２）および（３）が、加算および減算されることにより、
ｓｉｎ（ωｔ±ｘ）                                （４）
が得られる。
こうして、磁性体配列棒５３の１ピッチ変位を２π（ｒａｄ）として、磁性体配列棒５３の１ピッチ内の直線変位ｘが、位相差によって計測され得る。
そして、１ピッチを越える計測範囲に対しては１ピッチの単位で繰り返し計測がなされるようになっている。
【００１６】
図１は、本発明によるセンサの計測スケール補正方法のフロー図である。図１を参照して、本発明によれば、まず、予め計測スケールの補正がなされた基準センサ、および計測スケールの補正を行うべき対象センサが同期して動作せしめられ、全計測範囲について、所定の計測ポイント毎に、基準センサによる基準計測値および対象センサによる生計測値が取得される。
【００１７】
この場合、計測ポイントの個数は、次のようにして決定される。この実施例の電磁誘導式変位センサにおいては、１ピッチが４個のセンサエレメント（４個の２次コイルＬ１〜Ｌ４）から形成されている。したがって、１ピッチ内において、計測誤差は、４周期の周期性を顕著に有しており、よって、誤差曲線を正確に復元するには、４×４＝１６のフーリエ変換の周期解析次数が最低必要とされる。そして、この解析のために、１６×４＝６４個の生計測値が必要とされるので、６４個の計測ポイントが設定される。
【００１８】
次に、本発明によれば、全計測範囲が１ピッチ毎に分割され、各ピッチについて、(a) 計測ポイント毎に、生計測値の基準計測値からの誤差が求められ、(b) 誤差からフーリエ変換によって当該ピッチ全体にわたる誤差曲線が求められ、(c) 誤差曲線から、対象センサの計測スケールの目盛毎に、その計測値を、基準計測値からのズレが補正された補正値に置き換えるためのルック・アップ・テーブルが生成される。
【００１９】
この各ピッチ毎のルック・アップ・テーブルの生成は、具体的には、次のようにして実行される。
図２を参照して、今、全計測範囲が、ｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｉｅｎｄ）個のピッチからなっているとする。このとき、ｉ番目のピッチについて、当該ピッチ内の計測ポイントｊ（ｊ＝１、２、・・・、６４）毎に生計測値の基準計測値からの誤差[j]が求められる。
このピッチ内における誤差の主要な周期性は４周期であるから、フーリエ変換の解析次数を４×４＝１６として、フーリエ変換の周期ｋ（ｋ＝１、２、・・・、１６）毎に、
【数３】
2007205840.tif 000005
ここで、角度比率[j]＝周期[k]×ｊ／計測ポイントの個数（＝６４）とする、
によって、フーリエｓｉｎ係数Dssin[k]およびフーリエｃｏｓ係数Dscos[k]が求められる。
【００２０】
そして、それらの値から振幅[k]および位相[k]が、
振幅[k]＝｛（Dssin[k]）２+（Dscos[k]）２｝１／２
位相[k]＝aｔａｎ（Dssin[k]／Dscos[k]）
によって求められる。
【００２１】
さらに、ピッチ内における対象センサの計測スケールの目盛の数が、ｍ（ｍ＝１、２、・・・、ｍｅｎｄ）のとき、
再現角度比率[k]＝位相[k]+（３６０−（１／ｍｅｎｄ）×３６０）×ｍｅｎｄ
【数４】
2007205840.tif 000006
ＬＵＴ[i][m]＝（誤差再現値[m]+Dscos[0]）／ｍｅｎｄ
によって、このピッチに対するルックアップテーブルＬＵＴ[i][m]が求められる。
【００２２】
こうして、ピッチ毎に求められたルック・アップ・テーブルが、ピッチ毎につなぎ合わされて全計測範囲に対するルック・アップ・テーブルが生成される。
生成されたルック・アップ・テーブルは、対象センサに内蔵されたメモリに書き込まれる。こうして、対象センサは、以後の動作において、正確な計測値を表示するようになる。
【００２３】
図３は、本発明の補正方法によって計測スケールの補正がなされたセンサ、および従来の方法によって計測スケールの補正がなされたセンサそれぞれの実測値の、基準計測値からの誤差をプロットしたグラフである。図３のグラフ中、曲線Ａは、本発明の方法によって計測スケールが補正されたセンサによるものであり、曲線Ｂは、従来の方法によって計測スケールが補正されたセンサによるものである。図３のグラフから、本発明の方法によれば、計測範囲が多ピッチにわたる場合であっても、高精度で計測スケールを補正することができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるセンサの計測スケール補正方法のフロー図である。
【図２】本発明による方法における、各ピッチ毎のルック・アップ・テーブルを生成するステップを説明するグラフである。
【図３】本発明の補正方法によって計測スケールの補正がなされたセンサ、および従来の方法によって計測スケールの補正がなされたセンサそれぞれの実測値の、基準計測値からの誤差をプロットしたグラフである。
【図４】本発明による方法が適用される電磁誘導式センサの概略構成を示す斜視図である。
【図５】図４の電磁誘導式センサの回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
５１  １次コイル
５２  ２次コイル
５３  磁性体配列棒
５４  強磁性体
Ｌ１〜Ｌ４  インピーダンス素子（２次コイル）
【図１】
2007205840.tif 000009
【図２】
2007205840.tif 000010
【図３】
2007205840.tif 000011
【図４】
2007205840.tif 000012
【図５】
2007205840.tif 000013