CN104132672A - 具备精度校正功能的编码器 - Google Patents

Abstract

提供具备精度校正功能的编码器。包括被测定体(30)和测定体(10)的编码器(1)包括：A/D转换装置(21)，其将从检测部(11)产生的相位不同的多相的正弦波状的模拟信号转换为数字信号；存储部(22)，其存储位置数据的误差中包含的周期性的误差成分和非周期性的误差成分中的非周期性的误差成分的校正数据；非周期误差校正部(23)，其使用校正数据对位置数据的误差中的非周期性的误差成分进行校正；以及周期误差校正部(24)，其对位置数据的误差中的上述周期性的误差成分进行校正。

Description

具备精度校正功能的编码器

技术领域

本发明涉及一种检测被测定体的直线移动位置或被测定体的旋转角度、且具备精度校正功能的编码器。

背景技术

机床包括使工件等进行线性移动的工作台和对工作台进行驱动的电动机。而且，机床中设置有检测工作台的直线移动位置或电动机的旋转角度的编码器、例如线性标尺(linear scale)和旋转编码器(rotary encoder)。

与被测定体、例如工作台或电动机的移动相应地，测定体、例如线性标尺或旋转编码器周期性地产生模拟信号。然后，基于从模拟信号得到的位置数据与基准值(真正的位置数据)之间的偏差来计算校正数据。校正数据被预先制作并存储在测定体的信号处理部的存储部中。该校正数据包含周期性的误差成分和非周期性的误差成分这两方。

在驱动机床时，对与被测定体有关的模拟信号的位置数据应用校正数据，来对被测定体的直线移动位置或旋转角度进行校正。在日本特开2006-170790号公报、日本特开2011-141247号公报、日本特开2006-234723号公报、日本特开2007-64771号公报中，公开了像这样校正位置数据的编码器。

然而，如上所述那样预先计算的校正数据其容量大而对测定体的信号处理部的存储部造成负担。因此，包括存储部的信号处理部的安装面积增大，其结果，存在测定体的尺寸增加的问题。

因此，在日本特开平10-311741号公报、日本特开2003-254785号公报中，通过使用平均化处理或者基于时间变化计算位置指标，来在使用编码器时自动地校正模拟信号。

然而，前述的编码器的信号处理部用于对正弦波状的模拟信号的偏移电压、振幅差、相位差所引起的误差进行校正。因此，存在无法对在位置数据整体上以非周期性的间隔产生的非周期性的误差成分进行校正的问题。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种不使存储部的容量增大而能够校正非周期性的误差成分的编码器。

发明内容

为了达到前述的目的，根据第一方式，提供一种编码器，该编码器包括被测定体和测定体，上述测定体包括：检测部，其检测上述被测定体的移动量；以及信号处理部，其根据从该检测部产生的上述被测定体的模拟信号获取位置数据，上述信号处理部包括：A/D转换装置，其将从上述检测部产生的相位不同的多相的正弦波状的模拟信号转换为数字信号；存储部，其存储上述位置数据的误差中包含的周期性的误差成分和非周期性的误差成分中的该非周期性的误差成分的校正数据；非周期误差校正部，其使用该存储部中存储的上述校正数据来对上述位置数据的误差中的上述非周期性的误差成分进行校正；以及周期误差校正部，其对上述位置数据的误差中的上述周期性的误差成分进行校正。

根据第二方式，在第一方式中，上述存储部中存储的上述校正数据包含确定上述被测定体的特定信息。

根据第三方式，在第一或第二方式中，还包括输入输出部，该输入输出部连接于上述存储部，能够从上述测定体的外部向该输入输出部输入上述校正数据，并且该输入输出部能够向上述测定体的外部输出上述校正数据。

根据第四方式，在第一至第三方式中的任一方式中，上述被测定体是由磁性材料形成并在其周面上形成有周期性的凹凸的环状构件。

本发明的这些目的、特征及优点以及其它目的、特征及优点通过参照附图所表现的本发明的典型性的实施方式的详细说明会变得更明确。

附图说明

图1是基于本发明的第一实施方式的编码器的框图。

图2是用于说明信号处理部中的位置数据的校正处理的图。

图3是用于说明校正数据的其它图。

图4是用于说明具备特定信息的校正数据的图。

图5是某实施方式中的被测定体的立体图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。在下面的附图中，对同样的构件标注了同样的参照标记。为了易于理解，这些附图对比例尺进行了适当变更。

图1是基于本发明的第一实施方式的编码器的框图。在图1中，编码器1具备测定体10和被测定体30。测定体10主要包括：检测部11，其与被测定体30邻接，检测被测定体30的移动量；以及信号处理部20，其根据从检测部11产生的被测定体30的模拟信号获取位置数据。

信号处理部20将与被测定体30的移动相应地从测定体10的检测部11周期性地产生的90度相位的2相的正弦波状的模拟信号转换为数字信号来进行处理，获取被测定体30的位置数据。在图1中，编码器1是具备环状的被测定体30的旋转编码器。然而，编码器1也可以是线性标尺。

如图1所示，信号处理部20包括：A/D转换装置21，其将从检测部11产生的相位不同的多相的正弦波状的模拟信号转换为数字信号；以及存储部22、例如非易失性存储器，其存储位置数据的误差中包含的周期性的误差成分和非周期性的误差成分中的非周期性的误差成分的校正数据。

并且，信号处理部20包括运算装置29，由A/D转换装置21转换所得的数字信号被输入到该运算装置29。从图1可知，运算装置29包括：非周期误差校正部23，其使用存储部22中存储的非周期性的误差成分的校正数据来对位置数据的误差中的非周期性的误差成分进行校正；以及周期误差校正部24，其对位置数据的误差中的周期性的误差成分进行校正。

图2是用于说明信号处理部中的位置数据的校正处理的图。首先，从检测部11产生的被测定体的模拟信号被输入到信号处理部20的A/D转换装置21。然后，A/D转换装置21将模拟信号转换为数字信号。在图2的A/D转换装置21中，示出了转换得到的数字信号的位置数据的波形。与后述的其它图同样地，该位置数据的横轴表示被测定体30旋转一周的量，横轴表示误差的大小。图2的A/D转换装置21中示出的位置数据包含周期性的误差成分和非周期性的误差成分这两方。

接着，该位置数据从A/D转换装置21被输入到非周期误差校正部23。然后，非周期误差校正部23为了对位置数据进行校正而从存储部22读入校正数据。

在此，图2的存储部22中示出了校正数据的波形。从图2可知，校正数据仅包含非周期性的误差成分。关于该校正数据，期望采用在编码器1中不校正非周期性的误差成分而仅校正周期性的误差成分后的位置数据所具有的非周期性的误差成分。但是，关于校正数据，也可以通过FFT(高速傅里叶变换)或平均化处理计算出不由偏移电压、振幅差以及相位差引起的非周期性的误差成分来采用该非周期性的误差成分。校正数据也可以通过实验等预先求出。

然后，在非周期误差校正部23中，将该校正数据应用于从A/D转换装置21提供的位置数据。由此，从原来的位置数据中仅排除非周期性的误差成分，能够得到如图2的非周期误差校正部23所示那样的位置数据。因而，该位置数据的误差会仅包含周期性的误差成分。

接着，位置数据从非周期误差校正部23被输入到周期误差校正部24。在周期误差校正部24中，通过规定的方法排除周期性的误差成分。由此，如图2的周期误差校正部24所示那样，能够得到既不包含周期性的误差成分也不包含非周期性的误差成分的位置数据。

这样，在本发明中，原来的位置数据中包含的周期性的误差成分和非周期性的误差成分中只将非周期性的误差成分作为校正数据存储在存储部22中。因此，与使用了包含周期性的误差成分和非周期性的误差成分这两方的校正数据的现有技术相比，在本发明中，能够抑制存储部22的容量。因而，抑制包括存储部22的信号处理部20的安装面积的增大，从而也能够减小测定体10的尺寸。

此外，在校正周期性的误差成分时，能够采用各种方法。例如也能够采用日本特开平10-311741号公报和日本特开2003-254785号公报所记载的方法。或者，也可以将周期性的误差成分作为另外的校正数据另存储在存储部22中，在周期误差校正部24中使用该校正数据(请参照图1的虚线)。

但是，为了进一步抑制存储部22的容量，期望存储部22中存储的校正数据的容量尽可能小。在此，图3是用于说明校正数据的其它图。如前所述，校正数据采用了在编码器1中不校正非周期性的误差成分而仅校正周期性的误差成分后的位置数据所具有的非周期性的误差成分。这样制作出的校正数据如图3的左方所示那样，包含误差量小的很多误差成分。

在本发明中，优选的是，在误差量小于规定值的情况下，排除该误差成分。即，限定于误差量为规定值以上的误差成分，来制作校正数据。图3的右方示出了这样制作出的校正数据。图3的右方所示的校正数据例如能够以Er(n、h、w)的函数的形式来表示。在此，n表示误差的位置，h表示误差的大小，w表示误差的幅度。由此，可知能够以极简的形式来表现校正数据，从而使存储部22的容量变得极小。此外，在将周期性的误差成分作为另外的校正数据来另存储在存储部22中的情况下，也可以对周期性的误差成分采用同样的方法。

在图1中，存储部22中存储的校正数据被直接输入到非周期误差校正部23。然而，存储部22中存储的校正数据也可以经由未图示的微型计算机、易失性存储器被输入到非周期误差校正部23，接着进行校正。

图4是用于说明具备特定信息的校正数据的图。在图4中，为了容易理解，省略了被测定体30和存储部22以外的要素。如图4的左方所示，被测定体30具备用于确定被测定体30本身的特定信息A。特定信息A例如是被测定体30的型号、批号等。这种特定信息A也可以是条形码、QR码(注册商标)等。

在本发明中，存储部22中存储的校正数据是使用具备特定信息A的被测定体30制作出的、与该被测定体30所固有的非周期性的误差成分有关的校正数据。换言之，如图4的右方所示，对存储部22中存储的校正数据附加了特定信息A。

在这种情况下，能够将附加有特定信息A的校正数据记录到另外的存储装置、数据库中。然后，在更换测定体10的情况下，只要将与具备特定信息A的已出厂的被测定体30对应的校正数据存储到新的测定体10的存储部22中即可。由此，能够容易地准备与已出厂的被测定体30对应的测定体10。

同样地，也可以预先制作附加了与多种被测定体30有关的特定信息A、B、C…的校正数据。然后，在被测定体30破损的情况下，只要更换为另外的被测定体30，将附加了与另外的被测定体30相应的特定信息、例如特定信息B的校正数据存储到测定体10的存储部22中即可。或者，也可以将附加了这种特定信息A、B、C…的校正数据事先存储在存储部22中，只读出与另外的被测定体30相应的特定信息B的校正数据。

即，在本发明中，即使在被测定体30或测定体10中的只有一方破损的情况下，能够独立地更换被测定体30或测定体10，因此便利性高，经济上也有利。

在此，再次参照图1，输入输出部25与信号处理部20相连接。输入输出部25例如是进行了USB连接的键盘或鼠标。或者，输入输出部25也可以是以LAN等进行连接的另外的计算机。

在编码器1与作为输入输出部25的另外的计算机相连接的情况下，不需要在编码器1内部计算非周期性的误差成分的校正数据。因而，能够简化信号处理部20，其结果，能够廉价地生产编码器1。另外，可知在保养编码器1时也能够容易地读出和写入校正数据。

图5是某实施方式中的被测定体的立体图。该被测定体30是由磁性材料、例如铁形成的环型构件。如图5所示，在被测定体30的周面上以等间隔形成有多个凹凸部31。这些凹凸部31优选通过齿加工(日语：ギア加工)来形成。

一般来说，通过使用刀具来切削或磨削来进行齿加工。然而，有时由于齿加工时的振动、刀具磨耗而每个凹凸部31产生加工误差。而且，这种加工误差成为非周期性的误差成分的产生原因。

换言之，在使用图5所示的被测定体30的情况下，位置数据容易包含非周期性的误差成分。因而，如前所述那样排除非周期性的误差成分的本发明在使用容易产生非周期性的误差成分的被测定体30的情况下尤其有利。

发明的效果

在第一方式中，位置数据中包含的周期性的误差成分和非周期性的误差成分中只将非周期性的误差成分作为校正数据存储在存储部中。因此，抑制了存储部的容量。因而，不使存储部的容量增大而能够校正非周期性的误差成分。

在第二方式中，校正数据包含特定信息，因此即使在更换测定体的情况下也能够容易地准备存储有与已出厂的被测定体相应的校正数据的测定体。另外，即使在被测定体或测定体中只有一方破损的情况下，也能够独立地更换被测定体或测定体，因此便利性高，经济上也有利。

在第三方式中，具备输入输出部，因此不需要在编码器内部计算非周期性的误差成分的校正数据。因而，能够简化信号处理部，其结果，能够廉价地生产编码器。另外，在保养编码器时，能够容易地读出和写入校正数据。

由于在环状构件的周面形成周期性的凹凸时的振动、刀具的摩耗而产生加工误差，从而容易产生基于加工误差的非周期性的误差成分。第四方式在这样容易产生非周期性的误差成分的情况下尤其有利。

使用典型性的实施方式对本发明进行了说明，但是如果是本领域技术人员，则应该能够理解能够不脱离本发明的范围地进行前述的变更和各种其它变更、省略、追加。

Claims (4)

1.一种编码器(1)，包括被测定体(30)和测定体(10)，

上述测定体包括：

检测部(11)，其检测上述被测定体的移动量；以及

信号处理部(20)，其根据从该检测部产生的上述被测定体的模拟信号获取位置数据，

上述信号处理部包括：

A/D转换装置(21)，其将从上述检测部产生的相位不同的多相的正弦波状的模拟信号转换为数字信号；

存储部(22)，其存储上述位置数据的误差中包含的周期性的误差成分和非周期性的误差成分中的该非周期性的误差成分的校正数据；

非周期误差校正部(23)，其使用该存储部中存储的上述校正数据来对上述位置数据的误差中的上述非周期性的误差成分进行校正；以及

周期误差校正部(24)，其对上述位置数据的误差中的上述周期性的误差成分进行校正。

2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，

上述存储部中存储的上述校正数据包含确定上述被测定体的特定信息。

3.根据权利要求1或2所述的编码器，其特征在于，

还包括输入输出部(25)，该输入输出部(25)连接于上述存储部，能够从上述测定体的外部向该输入输出部(25)输入上述校正数据，并且该输入输出部(25)能够向上述测定体的外部输出上述校正数据。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的编码器，其特征在于，

上述被测定体是由磁性材料形成并在其周面上形成有周期性的凹凸的环状构件。