CN100554978C

CN100554978C - 编码器的输出信号的振幅计算装置以及振幅计算方法

Info

Publication number: CN100554978C
Application number: CNB2007101091027A
Authority: CN
Inventors: 谷口满幸; 菊地弘文; 松尾忠义
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: JP4119460B2; EP1870677B1; CN101093234A; EP1870677A2; EP1870677A3; JP2008002904A; US8402077B2; US20070297535A1

Abstract

本发明是编码器的输出信号的振幅计算装置或者振幅计算程序。把利萨如波形分割为规定数目的角度区域，对应分割的各角度区域预先决定A相的系数α和B相的系数β后进行存储，在这种情况下，系数被事先决定成以αA+βB近似理论上的利萨如波形的半径，把利萨如波形的半径作为αA+βB进行计算，把计算出来的半径作为编码器的输出信号的振幅，或者把象限n的相位角θ变换为象限1的相位角θ’，把利萨如波形的半径作为α|A|+β|B|进行计算，由此，减小从编码器的输出计算利萨如半径的装置的电路规模，而且缩短计算利萨如半径的软件的运算时间。

Description

编码器的输出信号的振幅计算装置以及振幅计算方法

技术领域

本发明涉及检测部件之间的直线位移、角度、角速度等的编码器的输出信号的振幅计算装置以及编码器的输出信号的振幅计算程序。

背景技术

编码器，被用于以同一定时采样通过部件间的相互移动从检测器输出的、相位相互相差大约90度的正弦波信号或者与此类似的信号的A相信号以及B相信号，根据A/D变换得到的数字信号值A以及B，并检测利萨如(Lissajou)波形的采样点处的角度以及半径(利萨如半径)。利萨如半径等于编码器的输出信号的振幅。

在现有技术中，如特开2005-308547记载的那样，利萨如半径作为R＝(A+B)^1/2来进行计算。

图1是表示现有技术的编码器的输出信号的振幅计算装置的概略框图。在该图中，11是A/D变换器，用于把作为检测部件的直线位移、角度、角速度等的检测器(未图示)的输出的A相信号(正弦波)进行A/D变换后输出数字值A；12是A/D变换器，用于把和A相信号相位差90°的同一部件的B相信号(正弦波)进行A/D变换输出数字值B；13是角度检测电路，用于根据A值以及B值检测A相和B相的相位差θ；14是计算利萨如半径R的R计算电路。

如图所示，现有技术把利萨如波形的半径R作为R＝(A+B)^1/2计算。

在现有技术的计算中，因为包含有数字值A以及B的平方的计算和平方根的计算，所以当用硬件计算时，发生电路规模变大、而当用软件计算时发生费时这样的问题。

发明内容

本发明的目的是，缩小从编码器的输出计算利萨如半径的装置的电路规模以及缩短计算利萨如半径的软件的运算时间。

为实现上述目的，根据本发明的第一形态，提供编码器的输出信号的振幅计算装置，其特征在于，具有系数存储单元和计算单元，前者把利萨如半径分割成为规定数目的角度区域，与分割后的各角度区域对应预先决定A相的系数α和B相的系数β并存储，在这种情况下，将系数决定成在理论上使αA+βB近似利萨如波形的半径；后者把利萨如波形的半径作为αA+βB进行计算，把计算出来的半径作为编码器的输出信号的振幅。

根据本发明的第二形态，提供编码器的输出信号的振幅计算装置，其特征在于，具有下述单元：从A/D变换值A和A/D变换值B的极性，求相位角θ的象限n，这里{(n-1)/2}π≤θ＜(n/2)π，n是4以下的自然数，把象限n的相位角θ变换为象限1的相位角θ’的单元；系数存储单元，其把利萨如波形在象限1内分割成为规定数目的角度区域，与分割后的各角度区域对应预先决定A相的系数α和B相的系数β并存储，在这种情况下，将系数决定成在理论上使α|A|+β|B|近似利萨如波形的半径；计算单元，其把利萨如波形的半径作为α|A|+β|B|进行计算，把计算出来的半径作为编码器的输出信号的振幅。

根据本发明的第三形态，提供编码器的输出信号的振幅计算程序，其特征在于，使计算机执行下述步骤：作为把利萨如半径分割成为规定数目的角度区域、与分割后的各角度区域对应预先决定A相的系数α和B相的系数β并存储的步骤、且在这种情况下，将系数决定成在理论上使αA+βB近似利萨如波形的半径的步骤；和把利萨如波形的半径作为αA+βB进行计算的步骤；并把计算出来的半径作为编码器的输出信号的振幅。

根据本发明的第四形态，提供编码器的输出信号的振幅计算程序，其特征在于，使计算机执行下述步骤：从A/D变换值A和所述A/D变换值B的极性，求相位角θ的象限n，这里{(n-1)/2}π≤θ＜(n/2)π，n是4以下的自然数，把象限n的相位角θ变换为象限1的相位角θ’的步骤；作为把利萨如波形在象限1内分割成为规定数目的角度区域、与分割后的各角度区域对应预先决定A相的系数α和B相的系数β并存储的步骤的、且在这种情况下，将系数决定为在理论上使α|A|+β|B|近似利萨如波形的半径的步骤；把利萨如波形的半径作为α|A|+β|B|进行计算的步骤；并把计算出来的半径作为编码器的输出信号的振幅。

根据本发明，因为没有利萨如波形的半径的平方计算而且也不需要平方根的计算，所以能够得到这样的效果：在用装置实现的场合电路规模变小、在用程序实现的场合缩短运算时间。

本发明的上述目的以及结构，在下面参照附图说明的优选的实施例的记载中会更加明了。

附图说明

图1是表示现有技术的编码器的输出信号的振幅计算装置的概略框图；

图2是表示本发明的第一实施例的编码器的输出信号的振幅计算装置的概略框图；

图3是表示本发明的第一实施例中的理论利萨如波形的图；

图4是表示本发明的第一实施例中的利萨如波形的角度θ和系数α以及β的关系的表；

图5是说明通过第一实施例得到的效果的图表；

图6是使计算机执行第一实施例的动作的程序的流程图；

图7的(A)到(D)是说明通过本发明的第二实施例对应A值以及B值的极性、将利萨如波形的第二～第四象限的角度θ变换为第一象限的角度θ’的图；然后

图8是使计算机执行本发明的第二实施例的动作的程序的流程图。

具体实施方式

以下说明本发明的实施例。

第一实施例

图2是表示本发明的第一实施例的编码器的输出信号的振幅计算装置的概略框图。在该图中，A/D变换机21、22以及角度检测电路23，和图1所示的A/D变换机11、12以及角度检测电路13相同。

根据本发明的第一实施例，计算利萨如波形的半径R’的R’计算电路24连接在A/D变换机21、22以及角度检测电路23的输出上。

图3是表示在本发明的第一实施例中的标准化为半径R＝1的利萨如波形的图。在该图中，横轴表示A值，纵轴表示B值。A值以及B值的单位都是电压的单位伏特。如果A相信号和B相信号都是完全的正弦波而相位差为90°，则可以得到如图示的真正圆形的理论利萨如波形，但是，公知在至少一方的相的波形不是完全的正弦波而是模拟正弦波的场合，或者在A相和B相的相位差偏离90°的场合，利萨如波形不是真正的圆形而是椭圆。

图4是表示本发明的第一实施例的利萨如波形的角度θ和系数α以及β的关系的表。在本第一实施例中，设A值以及B值都是用5位表示的数字信号，把2π的角度分割为32份每份1/16π，对于每一角度区域把系数α以及β作为预定的4位的数。将该预定的4位的数决定为使αA+βB近似图3所示的理论的利萨如波形的半径R。

具体说，在角度区域为0≤θ＜π/16的场合，因为利萨如半径R’主要通过A值决定，B值的影响最小，所以预定α为2⁰、β为2^-4。在下一角度区域π/16≤θ＜2π/16中，因为A值的影响稍微减小，B值的影响稍微增大，所以α决定为2^-1+2^-2+2^-3+2^-4、β决定为2^-2+2^-3。以下同样，如图示决定各角度区域中的系数α和β。在作为第一象限的最后的角度区域的7π/16≤θ＜8π/16中，因为利萨如半径R’主要通过B值决定，A值的影响最小，可知α被预定为2^-4、β被预定为2⁰。另外，在作为第四象限的最后的角度区域的31π/16≤θ＜32π/16中，因为利萨如半径R’主要通过A值决定，B值的影响最小，可知α预定为2⁰、β预定为2^-4。

图4所示的θ和α以及β的关系不过是一例，一般，可以使用比A值以及B值的位数少的位数的二进制数预定好α以及β。通过作成二进制数，作为数字计算电路的R’计算电路中的运算动作就变得容易。但是，系数α以及β不限于二进制数，只要使αA+βB近似理论上的利萨如波形的半径R那样来决定可以是任意的表现。

图5是说明通过上述第一实施例得到的效果的图表。在该图表中，表示A相正弦波以及B相正弦波是理想的正弦波的场合，相位差90°的场合的利萨如半径R’＝αA+βB。如图示，通过本第一实施例运算的利萨如半径R’不依赖角度θ，保持大体恒定值的1.0。

图6是使计算机执行第一实施例的动作的程序的流程图。在该图中，在步骤61，通过在同一定时采样相位仅相差规定的角度的、A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号、和B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号，取得A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号的A/D变换值A和B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号的A/D变换值B。

接着在步骤62，求取把在采样的各采样点处的A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号的A/D变换值A以及B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号的A/D变换值B绘制在X轴以及Y轴上而得到的利萨如波形的各采样点处的相位角θ。

接着在步骤63，把利萨如波形分割为规定数目的角度区域，对应分割的各角度区域，预先决定A相的系数α和B相的系数β后存储。在这种情况下，使αA+βB近似理论的利萨如波形的半径那样来决定系数。

接着在步骤64，把利萨如波形的半径R’作为αA+βB进行计算。这样得到的半径R’表示信号的编码器的检测信号的振幅。

第二实施例

图7的(A)到(D)是说明通过本发明的第二实施例对应A值以及B值的极性、变换利萨如波形的第二～第四象限的角度θ为第一象限的角度θ’的图。如图7的(A)，因为如果A≥0、B≥0则利萨如半径在第一象限，所以θ’＝0。如该图的(B)，如果A＜0、B≥0则利萨如半径在第二象限，所以通过θ’＝π-θ的计算在第一象限得到θ’。如该图的(C)，如果A＜0、B＜0则利萨如半径在第三象限，所以通过θ’＝θ-π的计算在第一象限得到θ’。如该图的(D)，如果A≥0、B＜0则利萨如半径在第四象限，所以通过θ’＝-θ的计算在第一象限得到θ’。

和图4所示的表同样预先决定与这样得到的θ’对应的α以及β。在这种情况下，因为角度θ’被限定于第一象限，所以在图4中仅使用与从0≤θ’＜π/16到7π/16≤θ’＜8π/16的第一象限的范围内的角度区域对应的α以及β即可，比第一实施例的场合可以减小电路规模。

但是，因为A相的A/D变换值A在第二以及第三象限是负的，B相的A/D变换值B在第三以及第四象限是负的，所以在实际的利萨如波形的半径R’的计算中，从A相的A/D变换值的绝对值，B相的A/D变换值的绝对值和运算比率α、β，以R’＝α|A|+β|B|的近似式来计算。

图8是使计算机执行第二实施例的动作的程序的流程图。在该图中，在步骤81，通过在同一定时采样相位仅相差规定的角度的、A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号和B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号，取得A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号的A/D变换值A和B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号的A/D变换值B。

接着在步骤82，求取把在通过采样的各采样点处的A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号的A/D变换值A以及B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号的A/D变换值B绘制在X轴以及Y轴上而得到的利萨如波形的各采样点处的相位角θ。

接着在步骤83，从A/D变换值A和A/D变换值B的极性，求相位角θ的象限n，这里，{(n-1)/2}π≤θ＜(n/2)π，n是4以下的自然数，并把象限n(第n象限)的相位角θ变换为象限1(第一象限)的相位角θ’。

接着在步骤84，把利萨如波形的第一象限分割为规定数目的角度区域，与分割的各角度区域对应预先决定A相的系数α和B相的系数β后存储。在这种情况下，使α|A|+β|B|近似理论的利萨如波形的半径那样来决定系数。

接着在步骤85，把利萨如波形的半径R’作为α|A|+β|B|进行计算。这样得到的半径R’表示信号的编码器的检测信号的振幅。

在以上的实施例中以把角度区域分割为每一π/16为例进行了说明，但是本发明不限于该例，可以更细细致地决定α以及β提高近似精度，反之，也可以更粗地决定，进一步缩小电路规模或者缩短运算时间。

从以上的说明可以明了，根据本发明，因为变得不对使用编码器的利萨如波形的半径进行平方运算或平方根的运算，仅进行αA和βB的加法运算，所以能够减小编码器的电路规模，另外在用软件计算的场合能够缩短计算时间。

Claims

1.一种编码器的输出信号的振幅计算装置，其特征在于，

具有：

采样单元，其通过以同一定时采样相位仅相差规定的角度的、A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号、和B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号，输出所述A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号的A/D变换值A和所述B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号的A/D变换值B；

角度检测电路，其求取把在所述采样单元的各采样点处的所述A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号的A/D变换值A以及所述B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号的A/D变换值B、绘制在X轴以及Y轴上而得到的利萨如波形的所述各采样点处的相位角θ；

系数存储单元，其把所述利萨如波形分割为规定数目的角度区域，对应分割的各角度区域，预先决定A相的系数α和B相的系数β后进行存储，在这种情况下，将所述系数决定成使αA+βB近似理论上的利萨如波形的半径；和

计算单元，把所述利萨如波形的半径作为αA+βB进行计算，把该计算出的半径作为编码器的输出信号的振幅。

2.一种编码器的输出信号的振幅计算装置，其特征在于，

具有：

变换单元，其从所述A/D变换值A和所述A/D变换值B的极性，求所述相位角θ的象限n，这里，{(n-1)/2}π≤θ＜(n/2)π，n是4以下的自然数，并把象限n的相位角θ变换为象限1的相位角θ’；

系数存储单元，其把所述利萨如波形在所述第一象限内分割为规定数目的角度区域，对应分割的各角度区域，预先决定A相的系数α和B相的系数β后进行存储，在这种情况下，将所述系数决定成使α|A|+β|B|近似理论上的利萨如波形的半径；和

计算单元，其把所述利萨如波形的半径作为α|A|+β|B|进行计算，把该计算出的半径作为编码器的输出信号的振幅。

3.一种编码器的输出信号的振幅计算方法，其特征在于，

包括以下步骤：

通过以同一定时采样相位仅相差规定的角度的、A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号、和B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号，取得所述A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号的A/D变换值A和所述B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号的A/D变换值B的步骤；

求取把在所述采样的各采样点处的所述A相正弦波信号或者类似该A相正弦波信号的信号的A/D变换值A以及所述B相正弦波信号或者类似该B相正弦波信号的信号的A/D变换值B、绘制在X轴以及Y轴上而得到的利萨如波形的所述各采样点处的相位角θ的步骤；

把所述利萨如波形分割为规定数目的角度区域，对应分割的各角度区域，预先决定A相的系数α和B相的系数β后存储，在这种情况下，将所述系数决定成使αA+βB近似理论上的利萨如波形的半径的步骤；

把所述利萨如波形的半径作为αA+βB进行计算的步骤；和

把该计算出的半径作为编码器的输出信号的振幅的步骤。

4.一种编码器的输出信号的振幅计算方法，其特征在于，

包括以下步骤：

从所述A/D变换值A和所述A/D变换值B的极性，求所述相位角θ的象限n，这里，{(n-1)/2}π≤θ＜(n/2)π，n是4以下的自然数，并把象限n的相位角θ变换为象限1的相位角θ’的步骤；

把所述利萨如波形在所述第一象限内分割为规定数目的角度区域，与分割的各角度区域对应预先决定A相的系数α和B相的系数β后进行存储，在这种情况下，将所述系数决定成使α|A|+β|B|近似理论上的利萨如波形的半径的步骤；

把所述利萨如波形的半径作为α|A|+β|B|进行计算的步骤；和

把该计算出的半径作为编码器的输出信号的振幅的步骤。