(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本来９０度の位相差を有してエンコーダより出力される２相正弦波Ａ１，Ｂ１の位相差の誤差を検出する位相差誤差検出装置であって、
前記２相正弦波Ａ１，Ｂ１は、実質的に位相差の誤差のみを含み、下記数１で表せるとした時、該２相正弦波Ａ１，Ｂ１を合成して作られるリサージュ波形の長軸の位置及び短軸の位置を検出して該長軸の長さ及び短軸の長さを求めるための座標軸回転部、切替点検出部、および軸長演算部からなる長短軸検出手段と、
前記長短軸検出手段で得た長軸の長さ及び短軸の長さより、その長さ比ｋを求める長短軸比演算手段とを備え、
前記リサージュ波形の長軸の長さと短軸の長さの比ｋを得て位相差誤差εを求めるものであり、
【数１】
0004202098.tif 000009
ここで、ｕ：２πｘ／λ
ｘ：前記エンコーダの位置
λ：前記正弦波の波長
ε：位相差誤差
前記座標軸回転部は前記リサージュ波形が作られるＸＹ座標軸を４５度回転させて該リサージュ波形の長短軸が平行ないし直交するＸ2Ｙ2座標軸に変換し、前記切替点検出部は前記リサージュ波形の前記Ｘ2Ｙ2座標軸により分けられる４つの各象限の切替点のＸ2Ｙ2座標値を検出し、前記軸長演算部は前記切替点検出部で得たリサージュ波形の切替点のＸ2Ｙ2座標値より該Ｘ2Ｙ2座標軸上のリサージュ波形の長軸の長さ及び短軸の長さを求めるものであることを特徴とする位相差誤差検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の位相差誤差検出装置において、
前記長短軸検出手段は、前記リサージュ波形上の、２相正弦波Ａ１，Ｂ１の絶対値が等しい点を、ＸＹ座標軸で分けられる４つの各象限より検出する絶対値等点検出部と、
前記絶対値等点検出部で得た各点のＸＹ座標値より、前記ＸＹ座標軸上のリサージュ波形の長軸の長さ及び短軸の長さを求める軸長演算部と、を備えたことを特徴とする位相差誤差検出装置。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかに記載の位相差誤差検出装置において、
前記長短軸比演算手段により求められたリサージュ波形の長軸の長さと短軸の長さの比ｋを下記数２に代入し、前記２相正弦波Ａ１，Ｂ１の位相差誤差εを求める位相差誤差演算手段を備えたことを特徴とする位相差誤差検出装置。
【数２】
0004202098.tif 000010
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の位相差誤差検出装置において、
前記長短軸比演算手段により求められたリサージュ波形の長軸の長さと短軸の長さの比ｋを含む下記数３に基づいて、補正対象となるリサージュ波形上の座標値の位相補正を行い、位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値を得るための演算プログラムを予め記憶しているプログラム記憶手段と、
前記プログラム記憶手段に記憶されている演算プログラムに基づいて、前記位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値を得る演算手段と、を備えたことを特徴とする位相差誤差検出装置。
【数３】
0004202098.tif 000011
ここで、Ｘ、Ｙは補正対象となるリサージュ波形上の座標値
Ｘ’、Ｙ’は位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値
【請求項５】
請求項４記載の位相差誤差検出装置において、
前記プログラム記憶手段に記憶する演算プログラムを作成するためのプログラム作成手段を備えたことを特徴とする位相差誤差検出装置。
【請求項６】
請求項５記載の位相差誤差検出装置において、
前記プログラム作成手段は、前記演算プログラムを入力するための入力部と、
前記入力手段より入力された演算プログラムを前記プログラム記憶手段に記憶させる処理部と、を含むことを特徴とする位相差誤差検出装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の位相差誤差検出装置において、
前記プログラム作成手段は、予め作成しておいた前記演算プログラムを前記プログラム記憶手段に出力する出力部を備えたことを特徴とする位相差誤差検出装置。
【請求項８】
請求項１〜３の何れかに記載の位相差誤差検出装置より得た２相正弦波Ａ１，Ｂ１の位相差誤差εを下記数４に代入し、該位相差誤差εによる内挿誤差Ｅを求める内挿誤差演算手段を備えたことを特徴とする内挿誤差見積装置。
【数４】
0004202098.tif 000012
ここで、λ：前記正弦波の波長
ε：本発明の位相差誤差検出装置より得た位相差誤差
ｕ：２πｘ／λ
ｘ：前記エンコーダの位置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位相差誤差検出装置及びそれを用いた内挿誤差見積装置、特に本来９０度の位相差を有するエンコーダ信号の位相差誤差の検出機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば位置、角度速度、角速度等の検出を行うエンコーダの２相正弦波信号をデジタル的に内挿処理して高分解能の位相角データを得るため、エンコーダの出力信号処理装置が用いられる。
エンコーダのスケールに形成される格子の間隔には加工限界があるため、スケール格子より細かい間隔を測定するには、エンコーダが出力する正弦波状信号の位相変化の空間周期を更に細分化して内挿する必要がある。
【０００３】
このため、従来より種々の内挿回路が用いられる。例えばデジタル処理による内挿回路は、本来９０度の位相差を有してエンコーダより出力される２相正弦波信号を所定の周波数でサンプリングして得られたデジタルデータに基づいて、各サンプリング点の位相角データを求め、エンコーダの位置情報を得る。
【０００４】
ところで、２相正弦波信号の内挿は、信号を誤差を含まない正弦波信号と仮定しているが、実際には例えばオフセットや２相間振幅の差、また位相差の誤差等の誤差があるので、これが内挿誤差の原因となる。これを回避するため、手動または自動の信号調節を行って内挿誤差を校正していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来より、オフセット、振幅の差を求める技術は存在していたが、位相差の誤差を自動、且つ自立的に検出することのできる適切な技術が存在せず、位相差誤差による内挿誤差を校正するには、熟練者による調整や別途装置が必要である。
このため、ユーザは、位相差誤差による内挿誤差を簡便に校正するのが困難であり、位相差誤差を簡単に及び正確に検出することのできる技術の開発が強く望まれていたものの、従来はこれを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
【０００６】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的はエンコーダの２相正弦波信号の位相差誤差を簡単に及び正確に検出することのできる位相差誤差検出装置、及びそれを用いた内挿誤差見積装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者が位相差誤差の検出に関し鋭意検討を重ねた結果、位相差誤差の定式化に成功した。この位相差誤差の式を用いて位相差誤差を求めることにより、２相正弦波信号の位相差誤差を簡単に及び正確に検出することができる。これにより熟練者による調整や別途装置を用いることなく、位相差誤差による内挿誤差を簡単に及び正確に見積り、校正することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、前記目的を達成するために本発明の請求項１に係る位相差誤差検出装置は、本来９０度の位相差を有してエンコーダより出力される２相正弦波Ａ１，Ｂ１の位相差の誤差を検出する位相差誤差検出装置であって、上記２相正弦波Ａ１，Ｂ１は実質的に位相差の誤差のみを含み、下記数５で表せるとした時、該２相正弦波Ａ１，Ｂ１を合成して作られるリサージュ波形の長軸の位置及び短軸の位置を検出して長軸の長さ及び短軸の長さを求めるための座標軸回転部、切替点検出部、および軸長演算部からなる長短軸検出手段と、長短軸検出手段で得た長軸の長さ及び短軸の長さより、その長さ比ｋを求める長短軸比演算手段とを備えている。
【０００９】
【数５】
正弦波Ａ１＝sin（ｕ）
正弦波Ｂ１＝cos（ｕ＋ε）      ・・・・・・      （５）
ここで、ｕ：２πｘ／λ
ｘ：前記エンコーダの位置
λ：前記正弦波の波長
ε：位相差誤差
【００１０】
そして、長短軸比演算手段によって、リサージュ波形の長軸短軸、ａとｂの長さの比ｋを得て、位相差誤差εを求めるものであることを特徴とする。
【００１１】
なお上記長短軸検出手段は、リサージュ波形が作られるＸＹ座標軸を４５度回転させ、リサージュ波形の軸が平行ないし直交となるＸ2Ｙ2座標軸に変換する座標軸回転部と、リサージュ波形のＸ2Ｙ2座標軸により分けられる４つの各象限の切替点のＸ2Ｙ2座標値を検出する切替点検出部と、該切替点検出部で得たリサージュ波形の切替点のＸ2Ｙ2座標値より該Ｘ2Ｙ2座標軸上のリサージュ波形の長軸短軸、ａとｂの長さを求める軸長演算部と、を備えている。
【００１２】
ここにいう２相正弦波Ａ１，Ｂ１を合成して作られるリサージュ波形は、位相差の誤差がないと、真円となる。位相差誤差があると、その大小にかかわらずＸＹ座標軸に対し４５度傾いた方向に長軸短軸のある楕円となり、その誤差の大小により、長軸の長さと短軸の長さとの比が変るものをいう。
【００１３】
なお本発明においては、長短軸検出手段は、絶対値等点検出部と、軸長演算部とを備えることが好適である。
【００１４】
ここで、前記絶対値等点検出部は、前記リサージュ波形上の、２相正弦波Ａ１，Ｂ１の絶対値が等しい点を、ＸＹ座標軸で分けられる４つの各象限より検出する。
また前記軸長演算部は、前記絶対値等点検出部で得た各点のＸＹ座標値より、前記ＸＹ座標軸上のリサージュ波形の長軸の長さ及び短軸の長さを求める。
【００１５】
また、本発明において、位相差誤差演算手段を備えることが好適である。
ここで、位相差誤差演算手段は、前記長短軸比演算手段で得た長さ比ｋを下記数６に代入し、前記２相正弦波Ａ１，Ｂ１の位相差誤差εを求める。
【００１６】
【数６】
位相差誤差ε＝sin−１((１−ｋ２)/(１＋ｋ２))    …（６）
【００１７】
また本発明においては、プログラム記憶手段と、演算手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記プログラム記憶手段は、前記長短軸比演算手段により求められたリサージュ波形の長軸の長さと短軸の長さの比ｋを含む下記数７に基づいて、補正対象となるリサージュ波形上の座標値の位相補正を行い、位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値を得るための演算プログラムを予め記憶している。
また前記演算手段は、前記演算プログラム記憶手段に記憶されている演算プログラムに基づいて、位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値を求める。
【００１８】
【数７】
0004202098.tif 000002
ここで、Ｘ,Ｙは、補正前のリサージュ波形上の座標値
Ｘ’,Ｙ’は、位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値
【００１９】
また本発明においては、前記プログラム記憶手段に記憶する演算プログラムを作成するためのプログラム作成手段を備えることが好適である。
【００２０】
また本発明において、前記プログラム作成手段は、入力部と、処理部と、を含むことが好適である。
ここで、前記入力部は、前記演算プログラムを入力する。
また前記処理部は、前記入力手段より入力された演算プログラムを前記プログラム記憶手段に記憶させる。
ここにいう入力部としては、例えばキーボード、マウス等の入力デバイスが一例として挙げられる。また処理部としては、例えばＣＰＵ等が一例として挙げられる。
【００２１】
また本発明において、前記プログラム作成手段は、予め作成しておいた演算プログラムを前記プログラム記憶手段に出力する出力部を備えることが好適である。
ここにいう出力部としては、例えば外部コンピュータ等よりなる外部プログラム作成装置等が一例として挙げられる。
またここにいうプログラムを作成するとは、演算プログラムを新規に作成する場合、既存の演算プログラムに変更を加える場合を含めていう。
【００２２】
また前記目的を達成するために本発明にかかる内挿誤差見積装置は、本発明にかかる位相差誤差検出装置より得た２相正弦波Ａ１，Ｂ１の位相差誤差εを下記数８に代入し、該位相差誤差εによる内挿誤差Ｅを求める内挿誤差演算手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
【数８】
内挿誤差Ｅ＝（λ／２π）（−εsin２ｕ）  ・・・・・  （８）
ここで、λ：前記正弦波の波長
ε：本発明に係る位相差誤差検出装置より得た位相差誤差
ｕ：２πｘ／λ
ｘ：前記エンコーダの位置
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる内挿誤差見積装置を用いたエンコーダの出力信号処理装置の概略構成が示されている。
【００２５】
同図に示す出力信号処理装置１０は、エンコーダ１２と、内挿回路１４と、内挿誤差見積装置１６と、内挿誤差補正装置１８を備える。
そして、内挿回路１４は、例えばエンコーダ１２から出力される２相正弦波Ａ１，Ｂ１を内挿処理し、高分解能の位相角データＣ１，Ｄ１を得、内挿誤差補正装置１８に出力する。
【００２６】
前記内挿誤差見積装置１６は、まずエンコーダ１２から内挿回路１４に入力される２相正弦波Ａ１，Ｂ１の、例えばオフセット、振幅比及び位相差の誤差を検出する。正弦波Ａ１，Ｂ１は、オフセット、振幅比及び位相差の誤差を含み、下記数９で表せるとした時、内挿誤差見積装置１６は、検出されたオフセット、振幅比及び位相差の誤差の値を下記数１０に代入し、該オフセット、振幅比及び位相差の誤差による内挿誤差Ｅを見積る。
【００２７】
【数９】
正弦波Ａ１＝Ａs１sin（２πｘ／λ）＋Ｖs
正弦波Ｂ１＝Ａc１cos（２πｘ／λ＋ε）＋Ｖc    …（９）
【００２８】
【数１０】
内挿誤差Ｅ＝（λ／２π）{（−Ｖs／Ａs１）cosｕ＋（Ｖc／Ａc１）sinｕ
＋（Ａc１／Ａs１−１）sinｕcosｕ−εsin２ｕ}  ・・・（１０）
ここで、λ：前記正弦波Ａ１，Ｂ１の波長
ｕ：２πｘ／λ
ｘ：前記エンコーダ１２の位置
Ａs1，Ａc1：前記正弦波Ａ１，Ｂ１の各振幅
Ｖs，Ｖc：装置１６で求められた２相正弦波Ａ１，Ｂ１の各オフセット誤差
Ａc１／Ａs１：装置１６で求められた２相正弦波Ａ１，Ｂ１の振幅比誤差
ε：装置１６で求められた２相正弦波Ａ１，Ｂ１の位相差誤差
【００２９】
前記内挿誤差見積装置１６で求められた内挿誤差Ｅは、内挿誤差補正装置１８に送られる。前記内挿誤差補正装置１８では、内挿回路１４の出力Ｃ１，Ｄ１を、内挿誤差見積装置１６で求められた内挿誤差Ｅで調節し、オフセット、振幅比及び位相差誤差の影響が除去されたエンコーダ１２の位置情報Ｘを出力する。
このように出力信号処理装置１０を構成することにより、エンコーダ信号の内挿誤差を補正することができる。
【００３０】
ところで、エンコーダ信号の内挿誤差の補正を容易に及び正確に行うためには、内挿誤差見積りを容易に及び正確に行う必要がある。そして、この内挿誤差見積りを容易に及び正確に行うためには、誤差パラメータの検出が非常に重要である。この誤差パラメータには、オフセット、振幅比及び位相差の誤差等があり、このオフセット及び振幅比に関しては、従来よりその検出方法が確立されているが、位相差誤差に関しては、自動、且つ自立的に検出することのできる適切な技術が存在せず、熟練者による調整や別途装置が必要であった。このため、ユーザは内挿誤差を簡便に校正するのが困難であった。
【００３１】
そこで、本発明において特徴的なことは、熟練者による調整や別途装置を用いることなく、エンコーダ信号の２相正弦波の位相差誤差を簡単に及び正確に検出するため、位相差誤差を定式化したことである。
このために本実施形態においては、内挿誤差見積装置１６が、位相差誤差検出装置２０を備えている。
【００３２】
第１実施形態
図２には前記図１に示した内挿誤差見積装置１６に用いられる位相差誤差検出装置２０の概略構成が示されている。
なお、本実施形態では、２相正弦波Ａ１，Ｂ１の座標軸を略楕円状のリサージュ波形の軸と平行ないし直交となるように４５度回転させ、位相差誤差を求める場合を想定している。また、前記図１に示した内挿誤差見積装置１６では、パラメータとしてオフセット、振幅比及び位相差の誤差を想定しているが、以下、該オフセットと振幅比の誤差は、任意の方法で調整されているものとし、２相正弦波Ａ１，Ｂ１は、実質的に位相差誤差のみを含み、下記数１１で表せるとした時の、該２相正弦波Ａ１，Ｂ１を合成してリサージュ波形が作られる例について説明する。
【００３３】
【数１１】
正弦波Ａ１＝sin（ｕ）
正弦波Ｂ１＝cos（ｕ＋ε）  ・・・・・・  （１１）
ここで、ｕ：２πｘ／λ
ｘ：前記エンコーダの位置
λ：前記正弦波の波長
【００３４】
図１に示す位相差誤差検出装置２０、図２（Ａ）に示されるような座標軸回転部（長短軸検出手段）２２を備える。
前記座標軸回転部２２は、エンコーダと接続されており、該エンコーダから出力される２相正弦波Ａ１，Ｂ１を加算、減算することにより、前記楕円状のリサージュ波形が作られるＸＹ座標軸を、４５度回転させ、該楕円状リサージュ波形の軸が平行ないし直交となるＸ2Ｙ2座標軸に変換し、それぞれ２相正弦波Ａ２，Ｂ２とする。
【００３５】
同図（Ａ）に示した座標軸回転部２２は、同図（Ｂ）に示されるような切替点検出部（長短軸検出手段）２４と接続されている。このため座標回転部２２からの２相正弦波Ａ２、Ｂ２が、切替点検出部（長短軸検出手段）２４に入力されている。
【００３６】
前記切替点検出部２４は、前記楕円状リサージュ波形の、前記Ｘ2Ｙ2座標軸により分けられる４つの各象限（第１象限〜第４象限）の切替点のＸ2Ｙ2座標値を検出する。
この切替点検出部２４は、座標象限検出素子２６，２８，３０，３２と、０近傍検出素子３４，３６と、サンプリング素子３８，４０，４２，４４等よりなる。
【００３７】
前記座標象限検出素子２６，２８，３０，３２は、例えばコンパレータ等よりなり、正弦波Ａ２、Ｂ２の座標象限を検出する。
前記０近傍検出素子３４，３６は、例えばウインドコンパレータ等よりなり、正弦波Ａ２，Ｂ２が０近傍にあることを検出する。
前記サンプリング素子３８，４０，４２，４４は、例えばラッチ等よりなり、前記座標象限と前記０近傍を同時に満たした時の正弦波Ａ２またはＢ２をサンプリングする。
【００３８】
また本実施形態にかかる位相差誤差検出装置は、平均化部４６，４８，５０，５２と、軸長演算部５４，５６と、長短軸比演算手段５８と、位相差誤差演算手段６０を備える。
【００３９】
前記平均化部４６〜５２は、例えば除算器またはビットシフト等よりなり、サンプル点の値を平均化する。
前記軸長演算部５４，５６は、例えば減算器等よりなり、前記平均化部４６〜５２で得た値の差を算出し、Ｘ2Ｙ2座標軸上の楕円状リサージュ波形の長軸の長さａ及び短軸の長さｂを求める。
【００４０】
前記長短軸比演算手段５８は、例えば除算器等よりなり、該Ｘ2Ｙ2座標軸上のリサージュ波形の長軸短軸の長さ、ａとｂの比ｋを求める。
前記位相差誤差演算手段６０は例えば積和演算器等よりなり、該Ｘ2Ｙ2座標軸上のリサージュ波形の長軸短軸の長さの比ｋを下記数１２に代入することにより、２相正弦波Ａ１、Ｂ１の位相差誤差εを求める。
【００４１】
【数１２】
位相差誤差ε＝sin−１((１−ｋ２)/(１＋ｋ２))    …（１２）
【００４２】
本実施形態にかかる位相差誤差検出装置は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
まずブラウン管オシロ面に、正弦波Ａ１をＸ軸に、正弦波Ｂ１をＹ軸にプロットしたリサージュ波形を描くと、リサージュ波形は、位相差誤差ε＝０の場合、真円となる。一方、位相差誤差ε≠０の場合、その大小にかかわらずＸＹ座標軸に対し４５度傾いた方向に軸のある楕円となるが、その誤差の大小により長軸の長さと短軸の長さの比が変わる。
【００４３】
このために、まず座標軸回転部２２により、図３（Ａ）に示されるようなＸＹ軸を、同図（Ｂ）に示されるようなπ／４（４５度）回転したＸ2Ｙ2座標に変換すると、楕円の長軸短軸はＸ2Ｙ2軸に平行ないし直角になる。
すなわち、次式の座標回転の式より、同図（Ａ）に示されるようなＸＹ座標軸を、π／４（４５度）回転し、同図（Ｂ）に示されるようなＸ2Ｙ2座標軸を得る。
Ａ２＝cos(π／４)×Ａ１−sin(π／４)×Ｂ１＝（Ａ１−Ｂ１）／√２
Ｂ２＝cos(π／４)×Ａ１＋sin(π／４)×Ｂ１＝（Ａ１＋Ｂ１）／√２
【００４４】
次に、長短軸検出手段により、下記表１に従い、長軸短軸の位置、及び長さを検出する。
まずＸ2Ｙ2軸近傍の値を抽出する。
例えば、正弦波Ｂ２＞０を検出する座標象限検出素子３０と、|Ａ２|＜Ｒ（Ａ２≒０）を検出する０近傍検出素子３４により、Ｘ2Ｙ2軸上の第１象限と第２象限の切替点Ｐ２１（第１象限と第２象限の境界）を検出する。
このＲは任意の値であり、例えば振幅ａまたは振幅ｂの５％（＝０．０５×ａ）とする。
【００４５】
検出された正弦波Ｂ２の値をサンプリング素子３８，４０では、Ｂ２１（初期値＝０）に加算して積算値Sを求める。また加算した回数Ｎを求めるため、Ｎ２１＝Ｎ２１＋１とＮ２１を増分する。
前記長短軸検出手段により、第１象限と第２象限の切替点Ｐ２１を得た同様の方法で、第２象限と第３象限の切替点Ｐ３２、第３象限と第４象限の切替点Ｐ４３、第４象限と第１象限の切替点Ｐ１４を検出する。
【００４６】
【表１】
0004202098.tif 000003
【００４７】
次に平均化部４６〜５２によりサンプル点Ｐ２１〜Ｐ１４のサンプル値を平均化処理する。
Ｐ２１      Ｂmax＝Ｓ２１／Ｎ２１
Ｐ３２      Ａmin＝Ｓ３２／Ｎ３２
Ｐ４３      Ｂmin＝Ｓ４３／Ｎ４３
Ｐ１４      Ａmax＝Ｓ１４／Ｎ１４
【００４８】
次に軸長演算部５４，５６により長軸短軸、ａとｂの長さを求める。
ａ＝Ａmax−Ａmin
ｂ＝Ｂmax−Ｂmin
次に長短軸比演算手段５８により、軸長演算部５４，５６で得た同図（Ｂ）に示されるようなリサージュ波形の長軸短軸の長さの比ｋ（＝ｂ／ａ）を求める。
次に位相差誤差演算手段６０により、上記数１２に長短軸比演算手段５８で得た比ｋを代入し、位相差誤差εを求める。
【００４９】
本実施形態においては、位相差誤差演算手段６０は、上記数１２をそのまま用いて、位相差誤差εを簡単に及び正確に求めることができるが、さらに位相差誤差εの演算を容易に及び高速に行うためには、上記数１２を下記数１３のように比ｋを例えば１１次等までテーラ展開した結果を用いることが特に好ましい。
この結果、上記数１２をそのまま用いるものに比較し、位相差誤差εの演算を容易に及び高速に行うことができる。このとき、要求精度に応じてテーラ展開する次数を増減することにより、演算時間や消費電流とトレードオフすることができる。
【００５０】
【数１３】
0004202098.tif 000004
【００５１】
このように本実施形態にかかる位相差誤差検出装置によれば、先ず位相差誤差の定式化に成功した。そして、座標軸回転部により正弦波Ａ１，Ｂ１のＸＹ座標軸を略楕円状のリサージュ波形の軸と平行ないし直交となるように４５度回転させ、長短軸検出手段により、該Ｘ2Ｙ2座標軸上の略リサージュ波形の長軸の長さと短軸の長さの比を求めている。そして、位相差誤差演算手段により、これを本実施形態において特徴的な位相差誤差εを導出するための上記数１２ないし１３に代入し位相差誤差εを求めている。
【００５２】
この結果、本実施形態では、２相正弦波の位相差誤差εを自動で検出することができる。しかも、本実施形態では、本実施形態において特徴的な位相差誤差εを導出するための上記数１２ないし１３を用いているので、信号にノイズが重畳していても、２相正弦波の位相差誤差εを正確に検出することができる。また外部位置基準が不要となる。
【００５３】
なお、本実施形態では、正弦波Ａ２またはＢ２の片方の平均化処理のみを平均化部により行うことも可能であるので、正弦波Ａ２、Ｂ２を得るための処理が簡単となる。これによりエンコーダ信号の２相正弦波の位相差誤差を、より簡単に及び正確に検出することができる。
【００５４】
また、本実施形態にかかる内挿誤差見積装置によれば、本実施形態にかかる位相差誤差検出装置を用いるので、内挿誤差Ｅを正確に及び容易に求めることができる。そして、本実施形態にかかるエンコーダの出力信号処理装置によれば、本実施形態にかかる内挿誤差見積装置で求めた内挿誤差Ｅを、内挿誤差補正装置により内挿回路の出力を調節することにより、エンコーダの内挿誤差がより簡単に及び正確に補正することができる。
【００５５】
また、本実施形態においては、前記内挿誤差見積装置が、例えばエンコーダから内挿回路に入力される正弦波Ａ１，Ｂ１の最大値及び最小値を検出し、その平均より、それぞれＤＣオフセットＶs，Ｖcを求めることができる。
【００５６】
また、本実施形態において、前記内挿誤差見積装置は、前記エンコーダから内挿回路に入力される正弦波Ａ１，Ｂ１の最大値及び最小値の差を、それぞれ正弦波Ａ１，Ｂ１の２倍の振幅（２Ａs１，２Ａc１）としている。このため、前記正弦波Ａ１，Ｂ１の最大値及び最小値の差より、前記正弦波Ａ１，Ｂ１の各振幅（Ａs１，Ａc１）を求め、各振幅（Ａs１，Ａc１）より、前記２相正弦波Ａ１，Ｂ１の振幅比（Ａs１，Ａc１）を求めることができる。
【００５７】
第２実施形態
図４には本発明の第２実施形態にかかる位相差誤差検出装置の概略構成が示されている。なお、前記図２に示した第１実施形態にかかる位相差誤差検出装置に対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
なお、本実施形態では、第１実施形態のような座標回転を行わず、リサージュ波形は、その軸がＸＹ座標軸に対し４５度傾いた楕円となる。そして、第１象限から第４象限で正弦波の値が|Ａ|≒|Ｂ|となる点をサンプリングし、それぞれＸＹ軸成分の値を平均化し、長軸短軸の比を求めている。
【００５８】
同図に示す長短軸検出手段は、絶対値等点検出部１７０を備え、前記リサージュ波形上の、２相正弦波Ａ１，Ｂ１の絶対値が等しい点を、ＸＹ座標軸で分けられる４つの各象限（第１象限、第２象限、第３象限、第４象限）より検出する。前記絶対値等点検出部１７０は、例えば判定素子１７２と、サンプリング素子１７４，１７６，１７８，１８０を備える。
この絶対値等点検出部１７０は、エンコーダと接続されており、該エンコーダから出力される２相正弦波Ａ１，Ｂ１が入力される。
【００５９】
前記判定素子１７２は、エンコーダからの正弦波Ａ１、Ｂ１の絶対値を求め、それが互いに等しいことを検出する。
また前記サンプリング素子１７４，１７６，１７８，１８０は、例えばラッチ等よりなり、前記判定素子１７２で絶対値が等しいという条件を満たした時の、正弦波Ａ１，Ｂ１の座標値をサンプリングする。
【００６０】
また本実施形態においては、平均化素子１８２と、軸長演算部１８４，１８６と、軸長比演算手段１５８と、位相差誤差演算手段１６０を備える。
前記平均化素子１８２は、例えば除算器またはビットシフト等よりなり、サンプリング素子１７４，１７６，１７８，１８０でサンプルした値を平均化し、４つの象限のＸＹ座標値を得る。
【００６１】
前記軸長演算部１８４，１８６は、例えば４つの除算器＝２ｂｉｔシフト等よりなり、前記平均化素子１８２で得た４つの象限のＸＹ座標値より、楕円状リサージュ波形の長軸短軸、ａとｂの長さを求める。
前記軸長比演算手段１５８は、例えば除算器等よりなり、軸長演算部１８４，１８６で得た長軸の長さａと短軸の長さｂより、その長さの比ｋを求める。
前記位相差誤差演算手段１６０は、例えば積和演算器等よりなり、軸長比演算手段１５８で得た長さ比ｋを、上記数１２ないし数１３に代入し、位相差誤差εを求める。
【００６２】
本実施形態にかかる位相差誤差検出装置は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
本実施形態では、座標回転を行わないので、リサージュ波形は、ＸＹ座標から４５度傾いた楕円となる。第１象限から第４象限で|Ａ|≒|Ｂ|となる点をサンプリングする。つまり直線ｙ＝ｘまたはｙ＝−ｘ近傍にある点を抽出する。
【００６３】
すなわち、正弦波Ａ１およびＢ１の絶対値|Ａ|、|Ｂ|から、その差の絶対値を求め、判定素子１７２により、定数Ｒ以下であるか判定する。
||Ａ|−|Ｂ||＜Ｒ
この条件を満たすのは、リサージュ波形が、図５に示されるような直線ｙ＝ｘまたはｙ＝−ｘ近傍にあるときである。そのときの値を下記表２のようにＸ，Ｙの正負により判定し、前記判定素子１７２で絶対値が等しいという条件を満たした時のサンプル点のサンプル値をサンプリング素子１７４，１７６，１７８，１８０によりサンプリング、演算を行う。
【００６４】
【表２】
0004202098.tif 000005
【００６５】
次に平均化素子１８２により、サンプリング素子でサンプルしたサンプル点Ｐ１〜Ｐ４のサンプル値を平均化処理する。
この際、サンプル点Ｐ１〜Ｐ４は直線ｙ＝ｘまたはｙ＝−ｘ上にあるため、
Ｘp1＝Ｙp1＝−Ｘp3＝−Ｙp3
Ｘp4＝Ｙp2＝−Ｘp2＝−Ｙp4
であることを利用する。
Ｘp1＝Ｓx1／Ｎ1、Ｙp1＝Ｓy1／Ｎ1
Ｘp2＝Ｓx2／Ｎ2、Ｙp2＝Ｓy2／Ｎ2
Ｘp3＝Ｓx3／Ｎ3、Ｙp3＝Ｓy3／Ｎ3
Ｘp4＝Ｓx4／Ｎ4、Ｙp4＝Ｓy4／Ｎ4
【００６６】
次に軸長演算部１８４，１８６により、前述のようして平均化処理されたサンプル値を用いて、図５に示されるような楕円状リサージュ波形の長軸短軸、ａとｂの長さを求める。
すなわち、ａおよびｂは、Ｘp1、・・・、Ｙp4に対し４５度傾いているため、その大きさは√２であることから、
ａ＝（Ｘp1＋Ｙp1−Ｘp3−Ｙp3）（√２）／４
ｂ＝（Ｘp4＋Ｙp４−Ｘp2−Ｙp2）（√２）／４
を得る。
【００６７】
次に長短軸比演算手段１５８により、軸長演算部１８４，１８６で得た長軸短軸の長さより、図５に示されるような楕円状リサージュ波形の長軸短軸の長さの比ｋを求める。
ｋ＝ｂ／ａ
＝（Ｘp4＋Ｙp４−Ｘp2−Ｙp2）／（Ｘp1＋Ｙp1−Ｘp3−Ｙp3）
を得る。
【００６８】
次に位相差誤差演算手段１６０により、前述のようにして得た比ｋを上記数１２ないし１３に代入することにより、位相差誤差εを得ることができる。
このように本実施形態に係る位相差誤差検出装置によれば、先ず位相差誤差の定式化に成功した。そしてサンプリング素子により第１象限から第４象限で正弦波の値が|Ａ|≒|Ｂ|となる点をサンプリングし、それぞれＸＹ軸成分の値を平均化素子により平均化し、長短軸比演算手段により長軸短軸の比を求めている。
【００６９】
そして、本実施形態は、第１実施形態と同様、位相差誤差演算手段により、この比を本実施形態において特徴的な位相差誤差εを導出するための上記数１２ないし１３に代入し位相差誤差εを求めている。
この結果、本実施形態では、２相正弦波の位相差誤差εを自動で検出することができる。しかも、本実施形態では、本実施形態において特徴的な位相差誤差εを導出するための上記数１２ないし１３を用いているので、信号にノイズが重畳していても、２相正弦波の位相差の誤差εを正確に検出することができる。また外部位置基準が不要となる。
【００７０】
また前記各構成で得た位相差誤差εを、前記数８に代入し、該位相差誤差εによる内挿誤差Ｅを求めることができる。
ここで、前記数１０は、パラメータとしてオフセット、振幅比及び位相差の誤差を想定しているが、２相正弦波Ａ１，Ｂ１は、実質的に位相差誤差のみを含み、前記数１１で表せるとした時、前記数１０を下記数１４のように変形することができる。
【００７１】
【数１４】
内挿誤差Ｅ＝（λ／２π）（−εsin２ｕ）  ・・・・・（１４）
ここで、λ：前記正弦波の波長
ε：本発明の位相差誤差検出装置より得た位相差誤差
ｕ：２πｘ／λ
ｘ：前記エンコーダの位置
【００７２】
このように各構成で得た位相差誤差εを、前記数１０を簡略化した前記数１４に代入することにより、該位相差誤差εによる内挿誤差Ｅを簡単に及び正確に求めることができる。
【００７３】
なお、前記各構成では、位相差誤差εを導出するための定式として数１２、つまりε＝sin−１（（１−ｋ２）／（１＋ｋ２））を用いた例について説明したが、該定式と等価な下記の数式を用いることができる。
ε＝cot−１（ｋ）−tan−１（ｋ）
この等価式を用いても、前記数１２を用いた時と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
なお、本実施形態にかかる内挿誤差見積装置は、パラメータを要因とする内挿誤差の演算が、他の位置基準なしに高速かつ容易に行えるので、内挿演算後でも内挿補正が可能であり、任意の内挿誤差補正装置に適用することができる。
【００７５】
例えば、本実施形態では、内挿誤差補正装置により、本実施形態にかかる内挿誤差見積手段で得た内挿誤差を基に補正情報を作成し、これをルックアップテーブル（ＬＵＴ）に記憶しておき、例えば装置の電源投入時等の所定の時期に、このＬＵＴの補正情報にアクセスし、該補正情報を用いて内挿回路の出力を補正し、内挿誤差が除去されたエンコーダの位置情報を出力する静的補正に適用することができる。あるいは前記内挿誤差見積手段で得た内挿誤差を基に作成された補正情報をＬＵＴに格納せず、該内挿回路の動作時等の通常動作時に、自立的に該内挿誤差を補正する動的補正に適用することができる。あるいは前記静的補正及び動的補正を組合せたものに適用することができる。このように本実施形態にかかる内挿誤差見積装置により求められた内挿誤差に基づく補正情報を用いることにより、内挿誤差の補正を容易に及び正確に行える。
【００７６】
位相補正
位相補正の際は、一般的には位相差誤差を計算で求め、位相差誤差に基づいて補正をしていた。しかしながら、その計算量は膨大であるため、計算の簡略化は強く要望されていたものの、従来はこれを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
そこで、本発明においては、計算の簡略化のため、位相補正の計算方法として、リサージュ波形の長軸と短軸の長さの比ｋの導入法を採用し、位相補正を行うための指示をプログラム化したことである。
【００７７】
以下、位相補正のプログラム化について説明する。
図６にはリサージュ波形の長軸と短軸の長さの比ｋに基づいて位相補正を行うように、プログラムされている位相補正機構の配置が示されている。なお前記図４と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
【００７８】
同図において、位相補正機構２８８は、長軸短軸比演算手段２５８の出力側と接続され、平均化素子２８２の出力側と接続されている。
そして、長軸短軸比演算手段２５８よりの比ｋ、及び平均化素子２８２よりの４つの象限（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）のＸＹ座標値が、位相補正機構２８８に入力される。
位相補正機構２８８は、図７に示すように例えばコンピュータ等よりなり、記憶部２９０と、ＣＰＵ（演算手段）２９２と、を備える。
記憶部２９０は、データメモリ２９４と、プログラムメモリ（プログラム記憶手段）２９６を備える。
【００７９】
データメモリ２９４は、ＣＰＵ２９２を介して入力された長軸短軸比演算手段よりの比ｋ（ｂ／ａ）、及び補正対象となる、平均化素子よりの４つの象限（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）のＸＹ座標値、つまりＰ１（ｘ１，ｙ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２），Ｐ３（ｘ３，ｙ３），Ｐ４（ｘ４，ｙ４）を記憶する。
プログラムメモリ２９６は、長短軸比演算手段により求められたリサージュ波形の長軸と短軸の長さの比ｋを含む下記数１５に基づいて、補正対象となるリサージュ波形上の座標値（Ｘ,Ｙ）の位相補正を行い、位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値（Ｘ’,Ｙ’）を得るための演算プログラムを予め記憶している。
【００８０】
ＣＰＵ２９２は、プログラムメモリ２９６に記憶されている演算プログラムに基づいて、データメモリ２９４に記憶されている比ｋの値を数１５に代入し、補正対象となるリサージュ波形上の座標値（Ｘ,Ｙ）の位相補正を行い、位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値（Ｘ’,Ｙ’）を得る。
【数１５】
0004202098.tif 000006
ここで、Ｘ,Ｙは、補正対象となるリサージュ波形上の座標値
Ｘ’,Ｙ’は、位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値
【００８１】
なお、本実施形態において、プログラムメモリ２９６に予め記憶しておく演算プログラムは、位相補正機構２８８である内部コンピュータを用いて作成する場合（内部作成方法）、外部プログラム作成装置を用いて予め作成しておいた演算プログラムを内部コンピュータに転送する場合（外部作成方法）等がある。
＜内部作成方法＞
本実施形態において、前記内部コンピュータは、プログラムメモリ２９６に記憶する演算プログラムを作成するプログラム作成手段としての機能を備えることも好適である。
すなわち、前記プログラム作成手段は、例えば内部コンピュータのＣＰＵ（処理部）２９２と、例えばキーボード、マウス等よりなり、インタフェース２９８を介してＣＰＵ２９２に接続されている入力デバイス（入力部）３００と、ディスプレイ３０２を備える。
使用者は入力デバイス３００より、例えば前記数１５、該数１５に基づいてＣＰＵ２９２に演算を行わせる指示等を含む演算プログラムを入力する。
【００８２】
ＣＰＵ２９２は、入力デバイス３００より入力された演算プログラムをプログラムメモリ２９６に記憶させる。また入力デバイス３００より入力された演算プログラムをディスプレイ３０２に表示させる。
そして、使用者がディスプレイ３０２を見ながら、入力デバイス３００より演算プログラムを入力すると、この演算プログラムは、ＣＰＵ２９２によりプログラムメモリ２９６に記憶される。
【００８３】
＜外部作成方法＞
本実施形態においては、例えば外部コンピュータよりなり、演算パラメータを作成し、これを出力する機能を備える外部プログラム作成装置（出力部）３０４を備えることも好適である。
外部プログラム作成装置３０４は、インタフェース２９８を介して内部コンピュータのＣＰＵ２９２に接続されている。
外部プログラム作成装置３０４と内部コンピュータ間の接続方法としては、例えばケーブル接続、無線通信装置を用いた無線接続等が一例として挙げられる。外部プログラム作成装置３０４を用いて予め作成しておいた演算プログラムが、外部プログラム作成装置３０４よりインタフェース２９８、ＣＰＵ２９２を介してプログラムメモリ２９６に転送される。
そして、使用者は、外部プログラム作成装置３０４より転送され、プログラムメモリ２９６に記憶された演算プログラム等をディスプレイ３０２に表示することができる。
なお、ディスプレイ３０２は、位相補正前の測定結果、位相補正後の測定結果等も表示することができる。
【００８４】
次に、本実施形態による位相補正の様子について、図８を参照しつつ説明する。なお同図（Ａ）はディスプレイに表示された位相補正前のノイズを含んだリサージュ波形の様子、同図（Ｂ）はディスプレイに表示された位相補正後のリサージュ波形の様子である。
【００８５】
図８（Ａ）に示すように位相誤差のあるリサージュ波形（信号）は４５度傾いており、｜Ｘ｜＝｜Ｙ｜となる座標Ｐ１（ｘ１，ｙ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２），Ｐ３（ｘ３，ｙ３），Ｐ４（ｘ４，ｙ４）を、ノイズ除去のため図中、Ｒの区間で平均化し、長軸短軸、ａとｂの長さを求め、長さの比ｋ（ｂ／ａ）を求める。
すなわち、リサージュ波形上の座標（Ｘ，Ｙ）をＸ＝cos（ｕ＋ε）、sin（ｕ）としたとき、前記軸長演算部は、それぞれ長軸短軸、ａとｂの長さを下記数１６より求める。
【００８６】
【数１６】
Ｘ＝ｃｏｓ（ｕ＋ε）、Y＝ｓｉｎ（ｕ）としたとき、
ａ＝√２（ｘ１＋ｙ１−ｘ３−ｙ３）／４
ｂ＝√２（ｘ４＋ｙ２−ｘ２−ｙ４）／４
ｋ＝ｂ／ａ
【００８７】
そして、前記長短軸比演算手段は、前記軸長演算部により求められた長軸短軸、ａとｂの長さから、長さの比ｋ（＝ｂ／ａ）を求める。
前記ＣＰＵは、比ｋの下記数１７を含む演算プログラムに基づいて、同図（Ａ）に示されるリサージュ波形上の座標値（Ｘ、Ｙ）の位相補正を行う。これにより、同図（Ｂ）に示すように、綺麗に位相差誤差が除去されたリサージュ波形が得られ、位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値（Ｘ’、Ｙ’）を得ることができる。
【００８８】
【数１７】
0004202098.tif 000007
【００８９】
このように本実施形態においては、位相補正の計算に、リサージュ波形の長軸と短軸の長さの比を採用した、数１７に示すようなシンプルな演算式を用い、これをプログラム化しているので、位相誤差が補正された座標値を得るのに、計算を簡略化することができる。
【００９０】
すなわち、位相差誤差εは下記数１８より求められるが、本実施形態の位相補正においては不要であり、その計算を省略することができる。これにより本実施形態においては、リサージュ波形の長軸と短軸の長さの比ｋより位相差誤差を計算で求め、求められた位相差誤差に基づいて位相補正を行うものに比較し、計算数を大幅に低減することができるので、位相補正に必要な計算の簡略化が大幅に図られる。
【数１８】
0004202098.tif 000008
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る位相差誤差検出装置によれば、先ず位相差誤差の定式化に成功した。そして、エンコーダの２相正弦波を合成して作られるリサージュ波形の長軸短軸、ａとｂの長さを求めるための座標軸回転部、切替点検出部、軸長演算部からなる長短軸検出手段と、該長軸短軸検出手段で得た長軸短軸、ａとｂの長さから、その長さの比を求める長短軸比演算手段とを備え、該長短軸比演算手段で得た長さ比ｋに基づいて位相差誤差情報を得ることとしたので、従来極めて困難であった、エンコーダ信号の位相差誤差情報を簡単に、かつ正確に検出することができる。
また本発明においては、リサージュ波形の長軸短軸、ａとｂの長さの比ｋに基づいて、補正対象となるリサージュ波形上の座標値の位相補正を行い、位相差誤差が補正されたリサージュ波形上の座標値を得るための演算プログラムを予め記憶しているプログラム記憶手段と、該演算プログラムに基づいて位相補正を行う演算手段を備えることにより、位相補正が簡単に行える。
また本発明では、上記長さの比を本発明において特徴的な位相差誤差を求めるための式に代入し、位相差誤差を求める位相差誤差演算手段を備えることとしたので、エンコーダ信号の位相差誤差を、より簡単に、かつ正確に検出することができる。
また本発明に係る内挿誤差見積装置によれば、本発明に係る位相差誤差検出装置より得た位相差誤差に基づいて内挿誤差を求める内挿誤差演算手段を備えることとしたので、位相差誤差による内挿誤差を簡単に、かつ正確に見積ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内挿誤差見積装置の概略構成の説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる位相差誤差検出装置の概略構成の説明図である。
【図３】図２に示した位相差誤差検出装置において特徴的な長短軸検出方法の説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる位相差誤差検出装置の概略構成の説明図である。
【図５】図４に示した位相差誤差検出装置において特徴的な長短軸検出方法の説明図である。
【図６】図４に示した装置の変形例である。
【図７】図６に示した装置において特徴的な位相補正機構の説明図である。
【図８】図７に示した位相補正機構による位相補正方法の説明図である。
【符号の説明】
１２  エンコーダ
１４  内挿回路
１６  内挿誤差見積装置
２０ 位相差誤差検出装置
２２  座標軸回転部（長短軸検出手段）
２４  切替点検出部（長短軸検出手段）
５８，１５８  長短軸比演算手段
６０，１６０  位相差誤差演算手段
１７２  判定素子（絶対値等点検出部，長短軸検出手段）
１７４，１７６，１７８，１８０  サンプリング素子（絶対値等点検出部，長短軸
検出手段）
１８４，１８６  軸長演算部（長短軸検出手段）
【図１】
0004202098.tif 000013
【図２】
0004202098.tif 000014
【図３】
0004202098.tif 000015
【図４】
0004202098.tif 000016
【図５】
0004202098.tif 000017
【図６】
0004202098.tif 000018
【図７】
0004202098.tif 000019
【図８】
0004202098.tif 000020