【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の車体制御システムなどに用いられる多回転のハンドルの回転角度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アブソリュートエンコーダなどのように多回転する回転体の回転角度を検出する装置としては、位相差を有する複数の回転体の角度から被検回転軸の回転角度を検出する回転角度の測定方法や装置が存在する。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−１１８６１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置においては歯車の配列精度や芯振れ、また絶対回転角検出部における検出誤差などにより、被検回転軸の絶対回転角の検出精度が悪くなるという課題があった。
【０００６】
本発明はこの課題を解決するためのものであり、歯車の機械的誤差や絶対回転角検出部の電気的誤差も修正できる高信頼性で高精度な回転角度検出装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の発明は、被検回転軸に嵌合した歯車に順次係合され、それぞれ歯数の異なる複数の歯車と、この各歯車の絶対回転角をそれぞれ検出する絶対回転角検出部とを備え、検出された各歯車の絶対回転角の組み合わせに基づいて被検回転軸の多回転での絶対回転角を検出する回転角度検出装置において、被検回転軸を回転させるモータと、このモータの絶対回転角を制御するモータコントローラを用いてモータを所定角だけ回転させる信号をモータコントローラに送信し、絶対回転角検出部より算出した絶対回転角とモータの所定の絶対回転角との差を補正角として記憶させる不揮発性メモリを持ち、被検回転軸の算出した絶対回転角をこの補正角で修正するものである。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、被検回転軸の絶対回転角の検出範囲全域にわたって補正角を算出し、この補正角を不揮発性メモリに記憶させて被検回転軸の算出した絶対回転角をこの補正角で修正するものである。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、被検回転軸に順次係合されている複数の歯車の中の１つを１周期にわたって補正角を算出し、この補正角を不揮発性メモリに記憶させて被検回転軸の算出した絶対回転角をこの補正角で修正するものである。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の発明は、同一の算出した絶対回転角に対して異なる補正角が発生した場合、これらの補正角の平均値を最終補正角として不揮発性メモリに記憶させて被検回転軸の算出した絶対回転角をこの補正角で修正するものである。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の発明は、被検回転軸を１分解能角だけ回転させた時に算出した絶対回転角が２分解能角以上変化した場合、飛んで算出した絶対回転角に対して被検回転軸の最も近い理想の絶対回転角になるように補正角を設定して不揮発性メモリに記憶させて被検回転軸の算出した絶対回転角をこの補正角で修正するものである。
【００１３】
これらの発明によれば、歯車の機械的な角度検出誤差や絶対回転角検出部の電気的な回転角度検出誤差を簡易な構成で修正でき、被検回転軸の算出した絶対回転角の精度が大幅に向上するという作用効果が得られるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図９を用いて説明する。
【００１５】
図１（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態における回転角度検出装置の構成を示す正面図と側面図、図２は図１に示す各歯車の絶対回転角検出部の拡大図、図３は同回転角度検出装置のシステム構成図、図４は歯車２と歯車３の絶対回転角より歯車１の多回転での絶対回転角を算出する原理図、図５はＣＰＵ１２に組み込まれたメインのフローチャート、図６，図７は被検回転軸の算出した絶対回転角を修正する補正角を確定するフローチャート、図８は算出した絶対回転角に対して異なる補正角が発生した場合の補正角確定フローチャート、図９は被検回転軸を１分解能角回転させた時に、算出した絶対回転角が２分解能角以上変化した場合の補正角確定フローチャートである。
【００１６】
図１（ａ），（ｂ）は被検回転軸７の多回転を検出する回転角度検出装置６の構成を示している。歯車１は被検回転軸７に嵌合され、歯車２は歯車１と、歯車３は歯車２と順次係合されている。歯車２の中央部には絶対回転角を検出する第１の絶対回転角検出部４が、歯車３の中央部には絶対回転角を検出する第２の絶縁回転角検出部５が配置されている。
【００１７】
図２において、歯車２，３の中央部には、それぞれ磁石８，９が配置されている。第１，第２の絶対回転角検出部４，５はそれぞれプリント基板１０の上に配置されており、第１の絶対回転角検出部４は歯車２の中央に固定された磁石８の磁界方向を、また第２の絶対回転角検出部５は歯車３の中央に固定された磁石９の磁界方向を検出している。
【００１８】
図３において、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１は補正角などを記憶するためのものである。ＣＰＵ１２は不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ１１や第１，第２の絶対回転角検出部４，５と接続されており絶対回転角を算出する。また、ＣＰＵ１２とモータコントローラ１４とは角度信号や命令信号を送受信するシリアル通信ライン１３で結ばれ、信号の送受信ができるようになっている。被検回転軸７にはステッピングモータ１５が取り付けられており、モータコントローラ１４によりその回転を高精度に駆動制御するようになっている。
【００１９】
次に、被検回転軸７の絶対回転角の検出方法について説明する。図１において被検回転軸７が回転すると、この被検回転軸７と嵌合している歯車１が回転する。歯車１が回転するとこれに連動して歯車１と係合している歯車２及び歯車２に係合している歯車３が回転する。歯車２と歯車３は歯数が異なるため、被検回転軸７に対して異なる速さで回転する。第１の絶対回転角検出部４からは歯車２の絶対回転角を算出するための信号が、同様に第２の絶対回転角検出部５からは歯車３の絶対回転角を算出するための信号が得られるようになっている。
【００２０】
図４を用いて被検回転軸７の多回転での絶対回転角を算出する方法について説明する。図４の上段において、歯車１の歯数をａ、歯車２の歯数をｂ、歯車３の歯数をｃとすると、歯車２は被検回転軸７に嵌合している歯車１の回転に対して歯数比（ａ／ｂ）の速さで回転し、歯車３は被検回転軸７に嵌合している歯車１の回転に対して歯数比（ａ／ｃ）の速さで回転するが、ｂ≠ｃであるので歯車２と歯車３の絶対回転角の位相差はある規則性をもって変動する。図４の中段において被検回転軸７の多回転での絶対回転角１８に対して、歯車２の絶対回転角値１６と歯車３の絶対回転角値１７の差が回転検出範囲において直線上に乗り、１対１に決定されることを示している。
【００２１】
この多回転での絶対回転角１８の分解能を上げるには、第１，第２の絶対回転角検出部４，５の信号を高分解能に検出しなければならないがＣＰＵ１２の能力限界を越える。そこで、この多回転での絶対回転角１８は被検回転軸７の絶対回転角０ｄｅｇからの歯車２の回転数を決定するためにだけ用いる粗い分解能のものとする。被検回転軸７の細かい絶対回転角は、被検回転軸７よりも高速で回転している歯車２の絶対回転角１６から算出する。
【００２２】
次に、被検回転軸７の絶対回転角の検出精度を向上させる方法について説明する。図４の下段において、被検回転軸７の多回転での絶対回転角１８に対し被検回転軸７の理想の絶対回転角（以下、理想絶対角という）１９は、ここに示す直線上に乗るわけだが、第１の検出部４と第２の検出部５の信号により算出した絶対回転角（以下、算出絶対角という）２０は、歯車１、歯車２の歯の配列精度や芯振れなどの機械的な検出誤差や第１の検出部４と第２の検出部５における電気的な検出誤差などが含まれており、被検回転軸７の理想絶対角１９と一致しない。そこで被検回転軸７の絶対回転角１８に対し、算出絶対角２０と理想絶対角１９との差を補正角として不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１に記憶し、算出絶対角２０をこの補正角で修正することにより理想絶対角１９と一致させる。
【００２３】
図５〜図９を用いて、補正角を求める方法について説明する。図５において電源が投入されるとＭＡＩＮ処理部２１から開始され、初期設定処理部２２でＣＰＵ１２のパラメータの初期化がなされる。次に処理部２３において第１，第２の絶対回転角検出部４，５の信号に基づき被検回転軸７に嵌合した歯車１の絶対回転角の算出を行い、処理部２４にて算出した絶対回転角をあらかじめ確定した補正角で修正する。次いで、処理部２５にて修正された算出絶対角をシリアル通信ライン１３より送信する。判定部２６ではシリアル通信ライン１３からの受信コードを判定して、絶対回転角算出モードか補正角設定モードかを判定する。絶対回転角算出モードの時は処理部２３に戻り、定期的に被検回転軸７の絶対回転角の算出を行う。補正角設定モードのコードを受信した場合は、図６に示す補正角設定モード２７に処理が移る。
【００２４】
図６において、まず処理部２９にて不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１のデータ記憶領域全てを０に初期化する。次に、判定部３０にて現在の算出絶対角が０になっているか判定する。なっていなければ、処理部３１に移りステッピングモータ１５を１ｄｅｇ回転させるコードをシリアル通信ライン１３からモータコントローラ１４に送信する。モータコントローラ１４は１ｄｅｇ回転させるコードを受信すると、ステッピングモータ１５で被検回転軸７を１ｄｅｇ高精度に回転させる。モータコントローラ１４ではステッピングモータ１５の回転完了を確認して、回転角度検出装置６に回転完了コードを送信する。判定部３２では１ｄｅｇ回転完了コードを受信するまで待機し、回転完了後、処理部３３にて第１，第２の絶対回転角検出部４，５の信号に基づき被検回転軸７の絶対回転角の算出を行い判定部３０に戻る。すなわち、これを繰り返すことにより算出絶対角が０ｄｅｇになるまで被検回転軸７をステッピングモータ１５で回転させる。この結果、判定部３０で算出絶対角が０ｄｅｇになると図７に示す補正角確定モード３４へ移行する。
【００２５】
図７において補正角確定モード３４の説明を行う。処理部３５にてステッピングモータ１５を１ｄｅｇ回転させるコードをシリアル通信ライン１３を通してモータコントローラ１４に送信する。モータコントローラ１４は１ｄｅｇ回転させるコードを受信すると、ステッピングモータ１５で被検回転軸７を１ｄｅｇだけ高精度に回転させる。モータコントローラ１４ではステッピングモータ１５の回転完了を確認して、回転角度検出装置６に回転完了コードを送信する。判定部３６では１ｄｅｇ回転するまで待機し、回転完了後、処理部３７にて第１，第２の検出部４，５の信号に基づいて被検回転軸７の絶対回転角の算出を行う。処理部３８では被検回転軸７の理想絶対角を＋１カウントアップする。処理部３９にて被検回転軸７の理想絶対角と算出絶対角との差を補正角として求め、図８に示す最終補正角確定のためのサブ処理部４０へ移行する。
【００２６】
図８において最終補正角確定のサブ処理部４０についての説明を行う。判定部４２にて算出絶対角が前回（１ｄｅｇ回転する前）のものと同じか判定し、異なっていれば判定部４３に移行し、同じ算出絶対角が続いてる時の補正角を記憶する番地Ａが初期値の０か（すなわち同じ算出絶対角が続いていないか）を判定する。番地Ａが０であればサブ処理部４４に移行する。この処理については後で説明する。前記の判定部４２にて算出絶対角が前回（１ｄｅｇ回転する前）のものと同じならば（（表１）における被検回転軸７の回転角が３ｄｅｇの場合）、判定部４５で同じ算出絶対角が何回続いているかを番地Ａの値で判定する。番地Ａが０ならば同じ算出絶対角が１回連続しており、処理部４６にて前回（１ｄｅｇ回転する前）の補正角を番地Ａ（＝０）に格納する。その後、処理部４７にて番地Ａを＋１カウントアップ（番地Ａ＝１）し、処理部４８にて今回（１ｄｅｇ回転後）の補正角を番地Ａ（＝１）に記憶し、リターン処理部５３を経由して図７に示す判定部４１に移行する。判定部４１では被検回転時７の理想絶対角が回転検出範囲７２０ｄｅｇであるかを判定して、７２０ｄｅｇになっていなければ補正角確定モード３４を継続する。その後、回転検出範囲にわたる補正角の確定が終了すれば、図５に示す絶対回転角算出モード２８に移行して定期的に被検回転軸７の絶対回転角の算出を行う。
【００２７】
【表１】
【００２８】
図７に示す補正角確定モードが継続している場合は、再度ステッピングモータ１５を高精度に１ｄｅｇ回転させ、処理部３７で第１，第２の絶対回転角検出部４，５の信号に基づき被検回転軸７の絶対回転角の算出を行い、処理部３８で被検回転軸７の理想絶対角を＋１カウントアップし、処理部３９にて被検回転軸７の理想絶対角と算出絶対角との差を補正角として求めサブ処理部４０に移行する。
【００２９】
（表１）における被検回転軸７の回転角が４ｄｅｇの場合に示すように、理想絶対角が１ｄｅｇずつ変位しているにもかかわらず算出絶対角が３回続けて同じであるような場合には、図８に示す判定部４２から判定部４５に移行する。今回は番地Ａが１であるため処理部４７に移行して番地Ａを＋１カウントアップ（番地Ａ＝２）し、処理部４８にて今回（１ｄｅｇ回転後）の補正角を番地Ａ（＝２）に記憶し、リターン処理部５３を経由して図７に示す判定部４１に移行する。コの後も補正角確定モード３４が継続している場合は、処理部３５、判定部３６で再度ステッピングモータ１５を高精度に１ｄｅｇ回転させ、処理部３７で第１，第２の絶対回転角検出部４，５の信号に基づき被検回転軸７の絶対回転角の算出を行い、処理部３８で被検回転軸７の理想絶対角を＋１カウントアップし、処理部３９にて被検回転軸７の理想絶対角１９と算出絶対角２０との差を補正角として求め、サブ処理部４０に移行する。同様の処理を算出絶対角が変化するまで行う。
【００３０】
（表１）における被検回転軸７の回転角が７ｄｅｇの場合、算出絶対角が２ｄｅｇから３ｄｅｇに変化したので図８に示す判定部４２では判定部４３に移行する。今回は番地Ａの値が５であるため処理部４９に移行して、番地Ａに記憶した全ての補正角を平均して最終の補正角とする。処理部５０では算出絶対角が変化したので、番地Ａの値及び番地Ａに記憶した補正角を全て０に初期化する。処理部５１にて、処理部４９で算出した平均補正角（２＝（０＋１＋２＋３＋４）／５）を前回（ステッピングモータ１５を１ｄｅｇ回転させる前）の被検回転軸７の算出絶対角（２ｄｅｇ）に対応する不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１の番地に記憶する。処理部５２では今回の被検回転軸７の算出絶対角（３ｄｅｇ）に対応する不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１の番地に補正角（＝４）を記憶する。
【００３１】
次に、図９にて算出絶対角の飛び処理のサブ処理部４４について説明する。サブ処理部４４では（表２）に示すように被検回転軸７が０ｄｅｇから１ｄｅｇにしか変化していないにもかかわらず、算出絶対角が０ｄｅｇから４ｄｅｇに飛んだ場合の処理を示している。判定部５４で前回（１ｄｅｇ回転する前）の算出絶対角より２ｄｅｇ以上変化したかを判定している。２ｄｅｇ以上変化していない場合（１ｄｅｇ変化した場合）は何もせずリターン処理部６３を経由して図８に示す処理部５２に移行し、今回の被検回転軸７の算出絶対角に対応する不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１の番地に補正角を記憶する。
【００３２】
【表２】
【００３３】
一方、判定部５４で前回（１ｄｅｇ回転する前）の算出絶対角より２ｄｅｇ以上変化した場合、（表２）では被検回転軸７の回転角が０ｄｅｇから１ｄｅｇに変化した時、算出絶対角が０ｄｅｇから４ｄｅｇに飛んでいるので処理部５５に移行する。処理部５５では飛んだ算出絶対角を抽出している。（表２）では、飛んだ算出絶対角は１ｄｅｇ，２ｄｅｇ，３ｄｅｇである。処理部５６では、飛んだ各算出絶対角１ｄｅｇ，２ｄｅｇ，３ｄｅｇに対し前回（１ｄｅｇ回転する前）の理想絶対角（（表２）では０ｄｅｇ）との差を求め、補正角Ｘとして−１ｄｅｇ，−２ｄｅｇ，−３ｄｅｇを算出する。処理部５７では、飛んだ各算出絶対角１ｄｅｇ，２ｄｅｇ，３ｄｅｇに対し今回の理想絶対角（（表２）では１ｄｅｇ）との差を求め、補正角Ｙとして０ｄｅｇ，−１ｄｅｇ，−２ｄｅｇを算出する。処理部５８では飛んだ算出絶対角の個数ｚを求める（（表２）では３となる）。
【００３４】
判定部５９では飛んだ算出絶対角の順位（小さいものから順位を確定）を求め、この順位がｚ／２よりも大きいものに対しては処理部６０にて補正角Ｙを採用する。また、この順位がｚ／２よりも小さい算出絶対角に対しては処理部６１にて補正角Ｘを採用する。すなわち、（表２）では飛んだ算出絶対角１ｄｅｇ，２ｄｅｇ，３ｄｅｇに対する順位は１位，２位，３位となり、ｚ／２（＝３／２＝１位）より大きい順位（２位，３位）にある飛んだ算出絶対角２ｄｅｇ，３ｄｅｇに対する補正角は補正角Ｙの−１ｄｅｇ，−２ｄｅｇを採用する。
【００３５】
一方、ｚ／２（＝３／２＝１位）より小さい順位にある飛んだ算出絶対角１ｄｅｇに対する補正角は、補正角Ｘの−１ｄｅｇを採用する。処理部６２では飛んだ算出絶対角に対応する不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１の番地に、それぞれの補正角を記憶する。
【００３６】
以上の説明で、補正角を被検回転軸７の回転角検出範囲にわたって算出し記憶したが、被検回転軸７の細かい絶対回転角は被検回転軸７よりも高速で回転している歯車２の絶対回転角１６から算出しているので、歯車２の配列精度や芯振れや絶対回転角検出手段における検出誤差のみに注目すれば、補正角は歯車２が１回転する範囲（図４の上段に示す被検回転軸７が３６０×ｂ／ａ ｄｅｇ回転する範囲）にわたって記憶すればよい。こうすることにより、少ない不揮発性メモリ容量で被検回転軸７の絶対回転角の算出精度を向上させることができる。これを実施するには図７における判定部４１の理想絶対角を３６０×ｂ／ａ ｄｅｇに設定すればよい。
【００３７】
以上のように本発明の実施の形態における回転角度検出装置は、回転角検出範囲全域あるいは歯車２が１回転する範囲にわたって被検回転軸７の算出絶対角に対する補正角を不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１に記憶するという方法により、歯車の機械的誤差や絶対回転角検出部の電気的誤差による回転角度検出誤差も修正でき、被検回転軸７の算出絶対角の精度向上を図ることができるという作用効果が得られる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、歯車の機械的誤差や絶対回転角検出部の電気的誤差により発生する絶対回転角の検出誤差を事前に求めた補正角にて修正することにより、被検回転軸の多回転での絶対回転角を高精度に検出する回転角度検出装置を簡易な構成で提供することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態における回転角度検出装置の構成を示す正面図
（ｂ）同側面図
【図２】図１に示す各歯車の絶対回転角検出部の拡大図
【図３】同回転角度検出装置のシステム構成図
【図４】歯車２と歯車３の絶対回転角より歯車１の多回転での絶対回転角を算出する原理図
【図５】ＣＰＵに組み込まれたメインのフローチャート
【図６】被検回転軸の算出絶対角を修正する補正角を確定するフローチャート
【図７】被検回転軸の算出絶対角を修正する補正角を確定するフローチャート
【図８】算出絶対角に対して異なる補正角が発生した場合の補正角確定フローチャート
【図９】被検回転軸を１分解能角だけ回転させた時に算出絶対角が２分解能角以上変化した場合の補正角確定フローチャート
【符号の説明】
１〜３ 歯車
４ 第１の絶対回転角検出部
５ 第２の絶対回転角検出部
６ 回転角度検出装置
７ 被検回転軸
８，９ 磁石
１０ プリント基板
１１ 不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
１２ ＣＰＵ
１３ シリアル通信ライン
１４ モータコントローラ
１５ ステッピングモータ
１６ 歯車２の絶対回転角値
１７ 歯車３の絶対回転角値
１８ 多回転での絶対回転角
１９ 理想の絶対回転角（理想絶対角）
２０ 算出した絶対回転角（算出絶対角）
２１ ＭＡＩＮ処理部
２２ 初期設定処理部
２３〜２５ 処理部
２６ 判定部
２７ 補正角設定モード
２８ 絶対回転角算出モード
２９ 処理部
３０ 判定部
３１ 処理部
３２ 判定部
３３ 処理部
３４ 補正角確定モード
３５ 処理部
３６ 判定部
３７〜３９ 処理部
４０ サブ処理部
４１〜４３ 判定部
４４ サブ処理部
４５ 判定部
４６〜５２ 処理部
５３ リターン処理部
５４ 判定部
５５〜５８ 処理部
５９ 判定部
６０〜６２ 処理部
６３ リターン処理部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device for a multi-turn handle used in a vehicle body control system of an automobile.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an apparatus for detecting the rotation angle of a rotating body that rotates multiple times, such as an absolute encoder, a rotation angle measuring method for detecting the rotation angle of a rotating shaft to be detected from the angles of a plurality of rotating bodies having a phase difference, The device exists.
[0003]
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 63-118614
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described apparatus has a problem that the detection accuracy of the absolute rotation angle of the rotation shaft to be detected is deteriorated due to the alignment accuracy of the gears, the center deflection, and the detection error in the absolute rotation angle detection unit.
[0006]
An object of the present invention is to solve this problem, and to provide a highly reliable and highly accurate rotation angle detection device capable of correcting mechanical errors of gears and electrical errors of an absolute rotation angle detection unit. To do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, a plurality of gears that are sequentially engaged with gears fitted to a rotation shaft to be tested, each having a different number of teeth, and an absolute rotation for detecting an absolute rotation angle of each gear. A rotation angle detecting device for detecting an absolute rotation angle in multiple rotations of a rotation shaft to be detected based on a combination of detected absolute rotation angles of each gear, and a motor for rotating the rotation shaft to be detected And a motor controller for controlling the absolute rotation angle of the motor, a signal for rotating the motor by a predetermined angle is transmitted to the motor controller, and the absolute rotation angle calculated by the absolute rotation angle detector and the predetermined absolute rotation angle of the motor Is stored as a correction angle, and the absolute rotation angle calculated for the rotation axis under test is corrected with this correction angle.
[0009]
The invention according to claim 2 of the present invention calculates the correction angle over the entire detection range of the absolute rotation angle of the rotation axis to be detected, and stores the correction angle in the nonvolatile memory to calculate the absolute rotation angle of the rotation axis to be detected. The rotation angle is corrected with this correction angle.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, a correction angle is calculated for one cycle among a plurality of gears sequentially engaged with the test rotating shaft, and the correction angle is stored in a nonvolatile memory. Thus, the calculated absolute rotation angle of the rotation axis to be tested is corrected with this correction angle.
[0011]
According to the fourth aspect of the present invention, when different correction angles are generated with respect to the same calculated absolute rotation angle, the average value of these correction angles is stored in the nonvolatile memory as the final correction angle and is covered. The absolute rotation angle calculated by the test rotation axis is corrected with this correction angle.
[0012]
In the invention according to claim 5 of the present invention, when the absolute rotation angle calculated when the rotation axis of the test is rotated by one resolution angle changes by two or more resolution angles, the target rotation angle is calculated with respect to the calculated absolute rotation angle. The correction angle is set so as to be the ideal absolute rotation angle closest to the test rotation axis, stored in the nonvolatile memory, and the calculated absolute rotation angle of the test rotation axis is corrected with this correction angle.
[0013]
According to these inventions, the mechanical angle detection error of the gear and the electrical rotation angle detection error of the absolute rotation angle detection unit can be corrected with a simple configuration, and the accuracy of the absolute rotation angle calculated by the rotation axis to be detected is improved. The effect of greatly improving is obtained.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0015]
1A and 1B are a front view and a side view showing a configuration of a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of an absolute rotation angle detection unit of each gear shown in FIG. FIG. 3 is a system configuration diagram of the rotation angle detecting device, FIG. 4 is a principle diagram for calculating the absolute rotation angle of the gear 1 in multiple rotations from the absolute rotation angles of the gear 2 and the gear 3, and FIG. The main flowchart, FIGS. 6 and 7 are flowcharts for determining a correction angle for correcting the calculated absolute rotation angle of the test rotation axis, and FIG. 8 is a correction when a different correction angle is generated with respect to the calculated absolute rotation angle. FIG. 9 is an angle determination flowchart, and FIG. 9 is a correction angle determination flowchart when the calculated absolute rotation angle changes by two or more resolution angles when the rotation axis of the test is rotated by one resolution angle.
[0016]
FIGS. 1A and 1B show the configuration of a rotation angle detection device 6 that detects multiple rotations of the rotation shaft 7 to be tested. The gear 1 is fitted to the test rotating shaft 7, the gear 2 is engaged with the gear 1, and the gear 3 is engaged with the gear 2 in this order. A first absolute rotation angle detection unit 4 that detects an absolute rotation angle is disposed at the center of the gear 2, and a second insulating rotation angle detection unit 5 that detects the absolute rotation angle is disposed at the center of the gear 3. Yes.
[0017]
In FIG. 2, magnets 8 and 9 are arranged at the center of the gears 2 and 3, respectively. The first and second absolute rotation angle detectors 4 and 5 are respectively disposed on the printed circuit board 10, and the first absolute rotation angle detector 4 is a magnetic field direction of the magnet 8 fixed at the center of the gear 2. The second absolute rotation angle detector 5 detects the direction of the magnetic field of the magnet 9 fixed at the center of the gear 3.
[0018]
In FIG. 3, a non-volatile memory (EEPROM) 11 is for storing correction angles and the like. The CPU 12 is connected to the nonvolatile memory EEPROM 11 and the first and second absolute rotation angle detectors 4 and 5, and calculates the absolute rotation angle. The CPU 12 and the motor controller 14 are connected by a serial communication line 13 that transmits and receives an angle signal and a command signal so that signals can be transmitted and received. A stepping motor 15 is attached to the rotation shaft 7 to be tested, and the motor controller 14 drives and controls the rotation with high accuracy.
[0019]
Next, a method for detecting the absolute rotation angle of the test rotating shaft 7 will be described. In FIG. 1, when the test rotary shaft 7 rotates, the gear 1 fitted to the test rotary shaft 7 rotates. When the gear 1 rotates, the gear 2 engaged with the gear 1 and the gear 3 engaged with the gear 2 rotate in conjunction with the rotation. Since the gear 2 and the gear 3 have different numbers of teeth, the gear 2 and the gear 3 rotate at different speeds with respect to the test rotating shaft 7. A signal for calculating the absolute rotation angle of the gear 2 from the first absolute rotation angle detection unit 4 and a signal for calculating the absolute rotation angle of the gear 3 in the same manner from the second absolute rotation angle detection unit 5. Can be obtained.
[0020]
A method for calculating the absolute rotation angle of the test rotating shaft 7 in multiple rotations will be described with reference to FIG. In the upper part of FIG. 4, when the number of teeth of the gear 1 is a, the number of teeth of the gear 2 is b, and the number of teeth of the gear 3 is c, the gear 2 rotates the gear 1 fitted to the rotation shaft 7 to be tested. , And the gear 3 rotates at a speed of the gear number ratio (a / c) with respect to the rotation of the gear 1 fitted to the rotation shaft 7 to be tested. However, since b ≠ c, the phase difference between the absolute rotation angles of the gear 2 and the gear 3 varies with a certain regularity. In the middle of FIG. 4, the difference between the absolute rotation angle value 16 of the gear 2 and the absolute rotation angle value 17 of the gear 3 is linear on the rotation detection range with respect to the absolute rotation angle 18 in the multiple rotation of the rotation shaft 7 to be tested. It is shown that it is determined on a one-on-one basis.
[0021]
In order to increase the resolution of the absolute rotation angle 18 in multiple rotations, the signals of the first and second absolute rotation angle detectors 4 and 5 must be detected with high resolution, but this exceeds the capacity limit of the CPU 12. Therefore, the absolute rotation angle 18 in the multi-rotation is assumed to have a coarse resolution used only for determining the rotation speed of the gear 2 from the absolute rotation angle 0 deg of the rotation shaft 7 to be tested. The fine absolute rotation angle of the test rotation shaft 7 is calculated from the absolute rotation angle 16 of the gear 2 rotating at a higher speed than the test rotation shaft 7.
[0022]
Next, a method for improving the detection accuracy of the absolute rotation angle of the test rotating shaft 7 will be described. In the lower part of FIG. 4, an ideal absolute rotation angle 19 (hereinafter referred to as an ideal absolute angle) 19 of the test rotation shaft 7 with respect to the absolute rotation angle 18 in the multi-rotation of the test rotation shaft 7 is on a straight line shown here. The absolute rotation angle 20 calculated from the signals of the first detection unit 4 and the second detection unit 5 (hereinafter referred to as “calculated absolute angle”) is calculated based on the tooth arrangement accuracy of the gear 1 and the gear 2, the center runout, etc. And the electrical detection error in the first detection unit 4 and the second detection unit 5 do not coincide with the ideal absolute angle 19 of the rotation shaft 7 to be detected. Therefore, the difference between the calculated absolute angle 20 and the ideal absolute angle 19 is stored in the nonvolatile memory (EEPROM) 11 as a correction angle with respect to the absolute rotation angle 18 of the rotation axis 7 to be tested, and the calculated absolute angle 20 is calculated with this correction angle. It is made to coincide with the ideal absolute angle 19 by correcting.
[0023]
A method for obtaining the correction angle will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, when the power is turned on, the MAIN processing unit 21 starts, and the initial setting processing unit 22 initializes the parameters of the CPU 12. Next, the processing unit 23 calculates the absolute rotation angle of the gear 1 fitted to the rotation shaft 7 to be tested based on the signals of the first and second absolute rotation angle detection units 4 and 5, and the processing unit 24 calculates the absolute rotation angle. Correct the absolute rotation angle with the correction angle determined in advance. Next, the calculated absolute angle corrected by the processing unit 25 is transmitted from the serial communication line 13. The determination unit 26 determines the reception code from the serial communication line 13 and determines whether the absolute rotation angle calculation mode or the correction angle setting mode. In the absolute rotation angle calculation mode, the process returns to the processing unit 23, and the absolute rotation angle of the rotation shaft 7 to be tested is periodically calculated. When the correction angle setting mode code is received, the processing shifts to the correction angle setting mode 27 shown in FIG.
[0024]
In FIG. 6, first, the processing unit 29 initializes all data storage areas of the nonvolatile memory (EEPROM) 11 to zero. Next, the determination unit 30 determines whether the current calculated absolute angle is zero. If not, the process proceeds to the processing unit 31 and a code for rotating the stepping motor 15 by 1 deg is transmitted from the serial communication line 13 to the motor controller 14. When the motor controller 14 receives the code for rotating 1 deg, the stepping motor 15 rotates the test rotating shaft 7 with 1 deg with high accuracy. The motor controller 14 confirms the completion of the rotation of the stepping motor 15 and transmits a rotation completion code to the rotation angle detection device 6. The determination unit 32 waits until a 1 deg rotation completion code is received, and after the rotation is completed, the processing unit 33 performs absolute rotation of the rotation shaft 7 to be detected based on signals from the first and second absolute rotation angle detection units 4 and 5. The angle is calculated and the process returns to the determination unit 30. That is, by repeating this, the test rotating shaft 7 is rotated by the stepping motor 15 until the calculated absolute angle becomes 0 deg. As a result, when the absolute angle calculated by the determination unit 30 becomes 0 deg, the correction angle determination mode 34 shown in FIG. 7 is entered.
[0025]
The correction angle determination mode 34 will be described with reference to FIG. The processing unit 35 transmits a code for rotating the stepping motor 15 by 1 deg to the motor controller 14 through the serial communication line 13. When the motor controller 14 receives the code for rotating 1 deg, the stepping motor 15 rotates the test rotating shaft 7 with high accuracy by 1 deg. The motor controller 14 confirms the completion of the rotation of the stepping motor 15 and transmits a rotation completion code to the rotation angle detection device 6. The determination unit 36 waits for 1 deg rotation, and after the rotation is completed, the processing unit 37 calculates the absolute rotation angle of the rotation shaft 7 to be detected based on the signals of the first and second detection units 4 and 5. The processing unit 38 increments the ideal absolute angle of the test rotating shaft 7 by +1. The processing unit 39 obtains the difference between the ideal absolute angle and the calculated absolute angle of the rotation axis 7 to be detected as a correction angle, and the process proceeds to the sub processing unit 40 for final correction angle determination shown in FIG.
[0026]
The final correction angle determination sub-processing unit 40 will be described with reference to FIG. The determination unit 42 determines whether the calculated absolute angle is the same as that of the previous time (before 1 deg rotation). If the calculated absolute angle is different, the determination unit 42 shifts to the determination unit 43 and stores the correction angle when the same calculated absolute angle continues. It is determined whether A is the initial value 0 (that is, whether the same calculated absolute angle does not continue). If the address A is 0, the process proceeds to the sub-processing unit 44. This process will be described later. If the absolute angle calculated by the determination unit 42 is the same as that of the previous time (before 1 deg rotation) (when the rotation angle of the rotation shaft 7 to be tested is 3 deg in (Table 1)), the determination unit 45 performs the same calculation. It is determined by the value of address A how many times the absolute angle continues. If the address A is 0, the same calculated absolute angle is continued once, and the processing unit 46 stores the previous correction angle (before 1 deg rotation) in the address A (= 0). Thereafter, the processing unit 47 increments the address A by +1 (address A = 1), the processing unit 48 stores the current correction angle (after 1 deg rotation) in the address A (= 1), and the return processing unit 53. Then, the process proceeds to the determination unit 41 shown in FIG. The determination unit 41 determines whether the ideal absolute angle at the time of rotation 7 is within the rotation detection range 720 deg. If the rotation angle is not 720 deg, the correction angle determination mode 34 is continued. Thereafter, when the determination of the correction angle over the rotation detection range is completed, the process proceeds to the absolute rotation angle calculation mode 28 shown in FIG. 5 and the absolute rotation angle of the rotation shaft 7 to be tested is periodically calculated.
[0027]
[Table 1]
[0028]
When the correction angle determination mode shown in FIG. 7 is continued, the stepping motor 15 is again rotated by 1 deg with high accuracy, and the processing unit 37 is based on the signals of the first and second absolute rotation angle detection units 4 and 5. The absolute rotation angle of the test rotation shaft 7 is calculated, the processing unit 38 increments the ideal absolute angle of the test rotation shaft 7 by one, and the processing unit 39 calculates the ideal absolute angle of the test rotation shaft 7 and the calculated absolute The difference from the angle is obtained as a correction angle, and the process proceeds to the sub-processing unit 40.
[0029]
As shown in Table 1, when the rotation angle of the rotation shaft 7 to be tested is 4 degrees, the calculated absolute angle is the same three times in succession even though the ideal absolute angle is displaced by 1 degree. The process proceeds from the determination unit 42 shown in FIG. 8 to the determination unit 45. Since the address A is 1 this time, the process shifts to the processing unit 47 and increments the address A by +1 (address A = 2), and the processing unit 48 sets the current correction angle (after 1 deg rotation) to the address A (= 2). ) And the process proceeds to the determination unit 41 shown in FIG. If the correction angle determination mode 34 continues even after the rotation, the processing unit 35 and the determination unit 36 rotate the stepping motor 15 again by 1 deg with high accuracy, and the processing unit 37 rotates the first and second absolute rotation angles. The absolute rotation angle of the test rotating shaft 7 is calculated based on the signals from the detection units 4 and 5, the ideal absolute angle of the test rotating shaft 7 is incremented by 1 by the processing unit 38, and the test rotation is performed by the processing unit 39. The difference between the ideal absolute angle 19 and the calculated absolute angle 20 of the axis 7 is obtained as a correction angle, and the process proceeds to the sub processing unit 40. Similar processing is performed until the calculated absolute angle changes.
[0030]
When the rotation angle of the test rotating shaft 7 in Table 1 is 7 deg, the calculated absolute angle has changed from 2 deg to 3 deg. Therefore, the determination unit 42 shown in FIG. Since the value of the address A is 5 this time, the process proceeds to the processing unit 49, and all correction angles stored in the address A are averaged to obtain the final correction angle. Since the calculated absolute angle has changed in the processing unit 50, the value of the address A and the correction angle stored in the address A are all initialized to zero. In the processing unit 51, the average correction angle (2 = (0 + 1 + 2 + 3 + 4) / 5) calculated by the processing unit 49 is used as the calculated absolute angle (2 deg) of the rotation axis 7 to be tested in the previous time (before the stepping motor 15 is rotated by 1 deg). The data is stored in the corresponding nonvolatile memory (EEPROM) 11 address. The processing unit 52 stores the correction angle (= 4) at the address of the nonvolatile memory (EEPROM) 11 corresponding to the calculated absolute angle (3 deg) of the rotation axis 7 to be detected this time.
[0031]
Next, the sub processing unit 44 of the calculated absolute angle jump process will be described with reference to FIG. As shown in (Table 2), the sub-processing unit 44 shows processing when the calculated absolute angle jumps from 0 deg to 4 deg, even though the rotation axis 7 to be detected has changed only from 0 deg to 1 deg. . The determination unit 54 determines whether or not there has been a change of 2 deg or more from the previous calculated absolute angle (before 1 deg rotation). If there is no change of 2 deg or more (if 1 deg is changed), nothing is done and the process proceeds to the processing unit 52 shown in FIG. The correction angle is stored at the address of the nonvolatile memory (EEPROM) 11.
[0032]
[Table 2]
[0033]
On the other hand, when the determination unit 54 has changed by 2 deg or more from the previous calculated absolute angle (before 1 deg rotation), (Table 2), when the rotation angle of the test rotating shaft 7 is changed from 0 deg to 1 deg, the calculated absolute angle is Since it is flying from 0 deg to 4 deg, the process proceeds to the processing unit 55. The processing unit 55 extracts the calculated calculated absolute angle. In (Table 2), the calculated absolute angles that flew are 1 deg, 2 deg, and 3 deg. The processing unit 56 obtains a difference between the calculated absolute angles 1 deg, 2 deg, and 3 deg from the previous ideal absolute angle (before 1 deg rotation) (0 deg in (Table 2)), and the correction angle X is −1 deg, -2 deg and -3 deg are calculated. The processing unit 57 obtains a difference between the calculated absolute angle 1 deg, 2 deg, and 3 deg from the ideal absolute angle (1 deg in (Table 2)) and calculates 0 deg, −1 deg, and −2 deg as the correction angle Y. To do. The processing unit 58 obtains the number z of calculated absolute angles that have flew (it is 3 in (Table 2)).
[0034]
The determination unit 59 obtains the rank of the calculated absolute angle that has jumped (determine the rank from the smallest), and the correction angle Y is adopted by the processing unit 60 for a rank that is greater than z / 2. Further, for the calculated absolute angle whose order is smaller than z / 2, the processing unit 61 adopts the correction angle X. That is, in (Table 2), the rankings for the calculated calculated absolute angles 1 deg, 2 deg, 3 deg are 1st, 2nd, 3rd, which is higher than z / 2 (= 3/2 = 1st) (2nd, 3rd). The correction angles for the calculated absolute angles 2 deg and 3 deg at the position of -1) are -1 deg and -2 deg of the correction angle Y.
[0035]
On the other hand, as the correction angle with respect to the calculated absolute angle 1 deg which is in the order smaller than z / 2 (= 3/2 = 1), −1 deg of the correction angle X is adopted. The processing unit 62 stores each correction angle at the address of the non-volatile memory (EEPROM) 11 corresponding to the calculated absolute angle that has jumped.
[0036]
In the above description, the correction angle is calculated and stored over the rotation angle detection range of the test rotation shaft 7, but the fine absolute rotation angle of the test rotation shaft 7 is rotating at a higher speed than the test rotation shaft 7. 2 is calculated from the absolute rotation angle 16 of 2, the correction angle is a range in which the gear 2 makes one rotation (see FIG. 4) if attention is paid only to the alignment accuracy of the gears 2, the center runout, and the detection error in the absolute rotation angle detection means. What is necessary is just to memorize | store over the range which the to-be-tested rotating shaft 7 shown in the upper stage rotates 360 * b / a deg. By doing so, it is possible to improve the calculation accuracy of the absolute rotation angle of the test rotating shaft 7 with a small nonvolatile memory capacity. In order to implement this, the ideal absolute angle of the determination unit 41 in FIG. 7 may be set to 360 × b / a deg.
[0037]
As described above, the rotation angle detection device according to the embodiment of the present invention uses the nonvolatile memory (EEPROM) to store the correction angle for the calculated absolute angle of the rotation shaft 7 to be detected over the entire rotation angle detection range or the range where the gear 2 rotates once. 11, the rotation angle detection error due to the mechanical error of the gear and the electrical error of the absolute rotation angle detector can be corrected, and the accuracy of the calculated absolute angle of the rotation shaft 7 to be tested can be improved. The effect is obtained.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the detection error of the absolute rotation angle caused by the mechanical error of the gear and the electrical error of the absolute rotation angle detection unit is corrected with the correction angle obtained in advance, thereby An advantageous effect is obtained in that a rotation angle detection device that detects the absolute rotation angle of the rotation shaft with multiple rotations with high accuracy can be provided with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
1A is a front view showing a configuration of a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention; FIG. 1B is a side view of the same; FIG. 2 is an enlarged view of an absolute rotation angle detection unit of each gear shown in FIG. FIG. 3 is a system configuration diagram of the rotation angle detecting device. FIG. 4 is a principle diagram for calculating an absolute rotation angle of the gear 1 in multiple rotations from the absolute rotation angles of the gear 2 and the gear 3. FIG. Main flowchart [Fig. 6] Flow chart for determining a correction angle for correcting the calculated absolute angle of the test rotation axis. [Fig. 7] Flow chart for determining the correction angle for correcting the calculated absolute angle of the test rotation axis. Correction angle determination flowchart when a correction angle different from the absolute angle is generated. FIG. 9 is a correction angle determination flowchart when the calculated absolute angle changes by two or more resolution angles when the rotation axis to be tested is rotated by one resolution angle. [Explanation of symbols]
1 to 3 Gear 4 First absolute rotation angle detection unit 5 Second absolute rotation angle detection unit 6 Rotation angle detection device 7 Rotating shafts 8 and 9 Magnet 10 Printed circuit board 11 Non-volatile memory (EEPROM)
12 CPU
13 Serial communication line 14 Motor controller 15 Stepping motor 16 Absolute rotation angle value 17 of gear 2 Absolute rotation angle value 18 of gear 3 Absolute rotation angle 19 in multiple rotations Ideal absolute rotation angle (ideal absolute angle)
20 Calculated absolute rotation angle (calculated absolute angle)
21 MAIN processing unit 22 initial setting processing unit 23 to 25 processing unit 26 determination unit 27 correction angle setting mode 28 absolute rotation angle calculation mode 29 processing unit 30 determination unit 31 processing unit 32 determination unit 33 processing unit 34 correction angle determination mode 35 processing Unit 36 Determination unit 37 to 39 Processing unit 40 Sub processing unit 41 to 43 Determination unit 44 Sub processing unit 45 Determination unit 46 to 52 Processing unit 53 Return processing unit 54 Determination unit 55 to 58 Processing unit 59 Determination unit 60 to 62 Processing unit 63 Return processing section
