CN104884905A - 位置检测器的精度补正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明可提供一种位置检测器的精度补正方法，该方法是将从第n个阶段移动至第n+1个阶段的时间设为T，根据S＝p/T求出平均速度S，并根据En[i]＝Gn[i]-i·S·Δt-Gn[0]求出内插误差En[i]，且将当前的二次侧部件的相对位置设为检测位置Gm，且n-a≤m≤n+a时，求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的内插误差En[I]，并根据X′＝p·m+Gm-En[I]求出检测位置X′，由此可简单地进行对时效变化较强的内插误差补正，其中，a为预先规定的整数。

Description

位置检测器的精度补正方法
技术领域
本发明涉及一种位置检测器的精度补正方法。
背景技术
作为电磁感应式位置检测器的感应同步器方式的标度尺可应用于机床、汽车及机器人等各种机械的位置检测部。感应同步器方式的标度尺中有直线型标度尺及旋转型标度尺，直线型标度尺应用于例如机床的直线移动轴而检测该直线移动轴上的移动位置，旋转型标度尺应用于例如机床的旋转轴而检测该旋转轴的旋转角度。
直线型标度尺及旋转型标度尺通过平行相对配置的线圈图案的电磁感应而检测位置。基于图5的原理图说明该检测原理。图5(a)是表示使直线型标度尺的滑动件与标度尺平行对置的状态的立体图，图5(b)是并列表示所述滑动件与所述标度尺的示意图，图5(c)是表示所述滑动件与所述标度尺的电磁耦合度的曲线图。另外，虽在图5中示出了直线型标度尺的原理图，但旋转型标度尺的原理也相同，旋转型标度尺的定子与转子分别与直线型标度尺的滑动件与标度尺对应。
如图5(a)、(b)所示，直线型标度尺的检测部具有作为一次部件的滑动件11与作为二次部件的标度尺12。作为可动部的滑动件11具有作为第1一次侧线圈的第1滑动件侧线圈13、及作为第2一次侧线圈的第2滑动件侧线圈14，作为固定部的标度尺12具有作为二次侧线圈的标度尺侧线圈15。这些线圈13、14、15呈锯齿状被折回(即形成为梳齿型图案)且整体成为直线状。并且，线圈13、14、15彼此的1间距的长度相等。
而且，如图5(a)所示，第1滑动件侧线圈13及第2滑动件侧线圈14与标度尺侧线圈15以在它们之间保持规定范围内的间隙g的状态平行相对地配置。并且，如图5(a)及图5(b)所示，第1滑动件侧线圈13及第2滑动件侧线圈14与标度尺侧线圈15的关系为错开1/4间距。
由此，若在第1滑动件侧线圈13与第2滑动件侧线圈14流通交流电流，而使滑动件11如图5(a)的箭头A沿着标度尺12的长度方向移动，则如图5(c)所示，第1滑动件侧线圈13及第2滑动件侧线圈14与标度尺侧线圈15的电磁耦合度根据由该滑动件11的移动引起的第1滑动件侧线圈13及第2滑动件侧线圈14与标度尺侧线圈15的相对位置关系的变化而周期性地变化，由此标度尺侧线圈15产生周期性变化的电压。因此，能够基于该电压检测标度尺12的位置(即滑动件11相对于标度尺12的位置)。
在此，设为在第1滑动件侧线圈13流通下述第1交流电流Is，在第2滑动件侧线圈14流通下述第2交流电流Ic。
Is＝-I·cos(kα)·sin(ωt)
Ic＝I·sin(kα)·sin(ωt)
其中，I：电流的大小
p：线圈的1间距的长度(在旋转型标度尺中为角度)
k：2π/p
ω：交流电流的角频率
t：时刻
α：激励位置
在此种情况下，若为理想的直线型标度尺(或旋转型标度尺)，则在标度尺线圈13产生下述电压V。
V＝K(g)·I·sin(k(X-α))·sin(ωt)……(1)
其中，K：依存于间隙g的系数
X：标度尺的检测位置(相对于标度尺的长度方向上的滑动件的检测位置)
并且，取样上述(1)式的电压V的峰值振幅Vp成为下述值。
Vp＝K(g)·I·sin(k(X-α))……(2)
因此，以使激励位置α追随于检测位置X而成为α＝X即Vp＝0的方式进行控制，将此时的激励位置α的值设为检测位置X。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2003-254785号公报
发明的概要
发明要解决的技术课题
然而，现实的直线型标度尺(或旋转型标度尺)会因制造误差或组装误差导致上述(2)式的关系不成立，而在检测位置X伴随着误差。
一般明显出现的误差为标度尺侧线圈中的线圈间距(图案间距)周期/整数的周期误差，将此称为内插误差。
因制造误差引起的图案的不均匀性、或标度尺侧线圈与滑动件侧线圈的斜率的变化，而导致实际的内插误差并未完全成为周期性的误差，而成为在每个线圈间距不同的误差。
由此，有如下课题：即便使用同一补正值对标度尺侧线圈中的所有线圈间距进行补正，也难以去除内插误差。
并且，如上述专利文献1预先存储标度尺侧线圈中的各线圈间距的内插误差，使用其值进行补正等方法中，会花费额外的工夫，而且有无法补正因安装的时效变化所造成的内插误差变动的课题。
因此，在本发明中，其目的在于提供一种可简单地进行对时效变化较强的内插误差补正的位置检测器的精度补正方法。
用于解决技术课题的手段
解决上述课题的第1发明所涉及的位置检测器的精度补正方法，其使以一定间距图案配置有被测定对象的一次侧部件与作为测定部的二次侧部件的相对位置，以一定速度或角速度变化，由此进行位置的检测，其中，
存储所述二次侧部件的相对位置在移动通过所述被测定对象的第n个阶段至到达第n+1个阶段为止的1间距的长度或角度p的期间，以一定时间间隔Δt为单位所检测出的间距范围内的时刻i·Δt(i为取样编号0～N-1的自然数)时的位移量Gn[i]，
将移动所述第n个阶段至所述第n+1个阶段的所述p的时间设为T，根据S＝p/T
求出平均速度或平均角速度S，并根据
En[i]＝Gn[i]-i·S·Δt-Gn[0]
求出所述第n个阶段至所述第n+1个阶段的间距内的内插误差En[i]，
且在将当前的所述二次侧部件的相对位置即检测位置设为第m个阶段至第m+1个阶段的间距范围内的检测位置Gm，且n-a≤m≤n+a(a为预先规定的整数)时，求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的内插误差En[I]，并根据
X′＝p·m+Gm-En[I]
求出所述被测定对象的自零点位置起的位置即检测位置X′。
解决上述课题的第2发明所涉及的位置检测器的精度补正方法，其中，在所述第1发明所涉及的位置检测器的精度补正方法中，只要在先前取得k(k：整数)次所述内插误差En[i]并求出平均内插误差Ena[i]，便可根据
Ena′[i]＝(En[i]+k·Ena[i])/(k+1)
求出本次包含所述内插误差En[i]的平均内插误差Ena′[i]，
求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的平均内插误差Ena′[I]，而根据
X′＝p·m+Gm-Ena′[I]
求出所述检测位置X′。
发明效果
根据上述第1发明所涉及的位置检测器的精度补正方法，其使以一定间距图案配置有被测定对象的一次侧部件与作为测定部的二次侧部件的相对位置，以一定速度或角速度变化，由此进行位置的检测，其中，存储所述二次侧部件的相对位置在移动通过所述被测定对象的第n个阶段至到达第n+1个阶段为止的1间距的长度或角度p的期间，以一定时间间隔Δt为单位所检测出的间距范围内的时刻i·Δt(i为取样编号0～N-1的自然数)时的位移量Gn[i]，将移动所述第n个阶段至所述第n+1个阶段的所述p的时间设为T，根据S＝p/T求出平均速度或平均角速度S，并根据En[i]＝Gn[i]-i·S·Δt-Gn[0]求出所述第n个阶段至所述第n+1个阶段的间距内的内插误差En[i]，且在将当前的所述二次侧部件的相对位置即检测位置设为第m个阶段至第m+1个阶段的间距范围内的检测位置Gm，且n-a≤m≤n+a(a为预先规定的整数)时，求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的内插误差En[I]，并根据X′＝p·m+Gm-En[I]求出所述被测定对象的自零点位置起的位置即检测位置X′，因此，可简单地进行对时效变化较强的内插误差补正。
根据上述第2发明所涉及的位置检测器的精度补正方法，只要在先前取得k(k：整数)次所述内插误差En[i]，并求出平均内插误差Ena[i]，便可根据Ena′[i]＝(En[i]+k·Ena[i])/(k+1)求出本次包含所述内插误差En[i]的平均内插误差Ena′[i]，且求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的平均内插误差Ena′[I]，而根据X′＝p·m+Gm-Ena′[I]求出所述检测位置X′，因此，越重复进行操作，越会提高补正精度。
附图说明
图1是说明本发明的实施例1所涉及的位置检测器的精度补正方法的流程图。
图2是说明标度尺侧线圈的间距、检测位置及阶段之间的关系的示意图。
图3是表示线圈间距范围内的位移量、时间及内插误差之间的关系的曲线图。
图4是表示使用本发明的实施例1所涉及的位置检测器的精度补正方法进行补正时的检测位置与误差之间的关系的曲线图。
图5是感应同步器方式的标度尺的原理图。(a)是表示使直线型标度尺的滑动件与标度尺平行相对的状态的立体图，(b)是并列表示所述滑动件与所述标度尺的示意图，(c)是表示所述滑动件与所述标度尺的电磁耦合度的曲线图。
具体实施方式
电磁感应式标度尺是以多个线圈进行电磁耦合，因此耦合度被平均化。因此，彼此邻接的2个线圈间距的内插误差的分布相似。由此，在本发明所涉及的位置检测器的精度补正方法中，使用接近的线圈间距的误差进行补正。
即，在本发明所涉及的位置检测器的精度补正方法中，在滑动件的移动中，对各线圈间距进行如下作业：取得接近于当前位置的线圈间距内的误差，求出内插误差数据(补正数据)，并使用该数据进行当前位置的线圈间距内的补正。由此，能够降低内插误差的线圈间距位置依存性而进行补正。
以下，通过实施例且使用附图说明本发明所涉及的位置检测器的精度补正方法。
实施例1
使用附图对本发明的实施例1所涉及的位置检测器的精度补正方法进行说明。图1是说明本方法的流程图。并且，图2是说明线圈间距、检测位置及阶段之间的关系的示意图。另外，图3是表示线圈间距范围内的位移量、时间及内插误差之间的关系的曲线图，横轴表示线圈间距范围内的位移量Gn[i](详细情况参考下述)，纵轴表示时间t。以下，基于图1的流程图进行说明。
在步骤S1中，在图2中，滑动件通过标度尺侧线圈的第n个阶段。
在步骤S2中，在图2中，将在滑动件移动通过标度尺侧线圈的第n个阶段至到达相邻(第n+1个)阶段为止的1间距的长度p的期间，以一定时间间隔Δt为单位检测出的线圈间距范围内的时刻i·Δt(i为取样编号0～N-1的自然数)时的位移量设为位移量Gn[i]，且存储该位移量Gn[i]。
将上述一定时间间隔Δt与上述位移量Gn[i]之间的关系的一例在图3的曲线图中表示为黑点。该黑点的纵轴上的间隔全部为Δt。另外，如图3中的曲线图所示，Gn[N]-Gn[0]＝p，通常Gn[0]＝0。
在步骤S3中，判断移动上述第n个至上述第n+1个的上述p的时间T(参考图3)是否小于规定时间。当小于规定时间时，滑动件从上述第n个至第n+1个的移动速度被视为高速，而移至步骤S4。在规定时间以上时，所述移动速度被视为并非高速，而返回至步骤S1。
在步骤S4中，根据平均速度S＝p/T，利用下述式求出上述第n个阶段至上述第n+1个阶段的线圈间距内的内插误差En[i]。
En[i]＝Gn[i]-i·S·Δt-Gn[0]
即，滑动件以一定速度以T通过p时的理想的Gn[i]与Δt之间的关系成为图3的曲线图中的倾斜的直线，但若现实中成为黑点的位置，则在从各黑点向所述实线分别沿横轴方向画出线段时，该线段的长度成为内插误差En[i]。将该程序数式化得到的就是上述式。
在步骤S5中，判断内插误差En[i]是否为规定值以下。当在规定值以下时，移至步骤S6，当大于规定值时，判断为作为标度尺侧线圈的内插误差过大(无法检测出误差)，而返回至步骤S1。
在步骤S6中，只要在先前取得k次内插误差En[i]并求出平均内插误差Ena[i]，则也可利用下述式求出本次包含所述内插误差En[i]的平均内插误差Ena′[i](内插误差En[i]始终存储于EEPROM中，在电源重新启动后也可有效利用)。
Ena′[i]＝(En[i]+k·Ena[i])/(k+1)
在本方法中，通过上述步骤S1～S6而取得内插误差数据。另外，所谓上述“返回至步骤S1”是指在下一个线圈间距中再次从步骤S1进行。
在步骤S7中，通过下述程序进行检测位置X的补正。
首先，可通过现有技术同时检测补正前的检测位置X与线圈间距范围内的检测位置。将当前的滑动件的位置即检测位置设为从第m个阶段至第m+1个阶段的线圈间距范围内的检测位置Gm，补正前的标度尺侧线圈的自零点位置起的检测位置X根据下述式求出。
X＝p·m+Gm
在此，当标度尺侧线圈的第m个阶段接近于步骤S1～S6中已取得内插误差数据的第n个阶段即n-a≤m≤n+a(a为预先规定的整数)时，求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i。其中，关于所述a，优选为1，即n＝m±1，但是当在n＝m±1时无法检测出内插误差数据时，使用其他内插误差数据，因此在此表示为“接近”。并且，只要在先前求出第m个阶段的内插误差，则也可设为a＝0。
并且，求出上述|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的内插误差En[I]，由下述式求出补正后的标度尺侧线圈的自零点位置起的检测位置X′。
X′＝p·m+Gm-En[I]
其中，在步骤S6中求出平均内插误差Ena′[i]时，求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的平均内插误差Ena′[I]，而由下述式求出补正后的标度尺侧线圈的自零点位置起的位置即检测位置X′。
X′＝p·m+Gm-Ena′[I]
图4是表示使用本方法进行补正时的检测位置与误差之间的关系的曲线图，横轴表示实际的检测位置，纵轴表示实际的检测位置与上述检测位置X、X′的误差，该曲线图中的实线为关于X′的数据，该曲线图中的虚线则为关于X的数据。如该曲线图所示，与补正前的检测位置X相比，补正后的检测位置X′与实际的检测位置的误差减小。
另外，虽在上述步骤S1～S7的程序中，示出了非刻意实施用于补正的操作的方法，但在该方法中，补正精度会随着操作历程纪录的增大而提高。在厌烦补正精度如此地依赖操作历程纪录的情况下，只要预先以高速的一定速度在全部行程移动，由此来实施用于补正的操作即可。
并且，虽然对将本方法应用于直线型标度尺的情况进行了说明，当然也可应用于旋转型标度尺。当应用于旋转型标度尺时，只要分别将上述标度尺置换成定子，将上述标度尺置换成转子，将上述长度置换成角度，将上述速度置换成角速度即可。
若进一步说明，则本方法的应用对象并不限定于电磁感应式位置检测器即感应同步器方式的标度尺。
例如，如日本专利公开平4-125409的第5图所公开的光学式编码器中，可应用上述步骤S1～S7。此时，分别将上述滑动件置换成光源11、准直透镜12、索引刻度16及受光元件17，将上述标度尺侧线圈置换成主标度尺13内的格子14，将上述线圈间距置换成格子14的间距P。其中，日本专利公开平4-125409的第5图所公开的光学式编码器中的可动部，并不是成为滑动件(光源11、准直透镜12、索引刻度16及受光元件17)，而是成为标度尺及标度尺侧线圈(主标度尺13内的格子14)。
以上，对本发明的实施例1所涉及的位置检测器的精度补正方法进行了说明，但是换言之，本方法为一种位置检测器的精度补正方法，其使以一定间距图案配置有被测定对象的一次侧部件与作为测定部的二次侧部件的相对位置，以一定速度或角速度变化，由此进行位置检测，其中，存储所述二次侧部件的相对位置在移动通过所述被测定对象的第n个阶段至到达第n+1个阶段为止的1间距的长度或角度p的期间，以一定时间间隔Δt为单位所检测出的间距范围内的时刻i·Δt(i为取样编号0～N-1的自然数)时的位移量Gn[i]，将移动所述第n个阶段至所述第n+1个阶段的所述p的时间设为T，根据S＝p/T求出平均速度或平均角速度S，且根据En[i]＝Gn[i]-i·S·Δt-Gn[0]求出所述第n个阶段至所述第n+1个阶段的间距内的内插误差En[i]，在将当前的所述二次侧部件的相对位置即检测位置设为第m个阶段至第m+1个阶段的间距范围内的检测位置Gm，且n-a≤m≤n+a(a为预先规定的整数)时，求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的内插误差En[I]，且根据X′＝p·m+Gm-En[I]求出所述被测定对象的自零点位置起的位置即检测位置X′。
由此，在本方法中，由于以位置检测器本身进行补正，因此无须使用成为基准的位置检测器，也无须另外进行用于补正的操作，因此可简单地进行内插误差补正。并且，可进行对时效变化较强的内插误差补正。而且，可进行依存于位置的补正，从而可进一步发挥补正的效果。
而且，本方法中，也可为只要在先前取得k(k：整数)次所述内插误差En[i]并求出平均内插误差Ena[i]，便可根据Ena′[i]＝(En[i]+k·Ena[i])/(k+1)求出本次包含所述内插误差En[i]的平均内插误差Ena′[i]，且求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的平均内插误差Ena′[I]，而根据X′＝p·m+Gm-Ena′[I]求出所述检测位置X′。
由此，在本发明中，逐次更新内插误差数据，因此越重复进行操作，越会提高补正精度。
产业上的可利用性
本发明优选作为位置检测器的精度补正方法。
符号说明
11-滑动件，12-标度尺，13-第1滑动件侧线圈，14-第2滑动件侧线圈，15-标度尺侧线圈。

Claims (2)

1.一种位置检测器的精度补正方法，其使以一定间距图案配置有被测定对象的一次侧部件与作为测定部的二次侧部件的相对位置，以一定速度或角速度变化，由此进行位置的检测，所述位置检测器的精度补正方法的特征在于，
存储所述二次侧部件的相对位置在移动通过所述被测定对象的第n个阶段至到达第n+1个阶段为止的1间距的长度或角度p的期间，以一定时间间隔Δt为单位所检测出的间距范围内的时刻i·Δt时的位移量Gn[i]，其中，i为取样编号0～N-1的自然数，
将移动所述第n个阶段至所述第n+1个阶段的所述p的时间设为T，根据
S＝p/T
求出平均速度或平均角速度S，并根据
En[i]＝Gn[i]-i·S·Δt-Gn[0]
求出所述第n个阶段至所述第n+1个阶段的间距内的内插误差En[i]，
在将当前的所述二次侧部件的相对位置即检测位置设为第m个阶段至第m+1个阶段的间距范围内的检测位置Gm，且n-a≤m≤n+a时，求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的内插误差En[I]，并根据
X′＝p·m+Gm-En[I]
求出所述被测定对象的自零点位置起的位置即检测位置X′，其中，a为预先规定的整数。
2.根据权利要求1所述的位置检测器的精度补正方法，其特征在于，
只要在先前取得k次所述内插误差En[i]并求出平均内插误差Ena[i]，便可根据
Ena′[i]＝(En[i]+k·Ena[i])/(k+1)
求出本次包含所述内插误差En[i]的平均内插误差Ena′[i]，
求出|Gm-Gn[i]|成为最小的i＝I的平均内插误差Ena′[I]，并根据
X′＝p·m+Gm-Ena′[I]
求出所述检测位置X′，其中，k为整数。
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