CN110494716B - 位置检测装置和位置检测方法 - Google Patents

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Abstract

[问题]为了抑制由加工误差等引起的信号失真的影响。[解决方案]提供了一种位置检测装置，包括：参考位置计算单元，其基于第一信号和第二信号来计算移动体的参考位置，所述第一信号是从移动体的具有预定周期的标度的第一轨道检测到的，并且所述第二信号是从移动体的具有比预定周期少的周期的标度的第二轨道检测到的；狭缝指定单元，其基于参考位置来指定通过划分移动体的移动范围而获得的多个狭缝中的与移动体的位置相对应的狭缝；狭缝内位置计算单元，其基于第一信号来计算移动体在所指定的狭缝内的狭缝内位置；以及校正单元，其基于移动体的绝对位置和参考位置对绝对位置进行校正，该绝对位置是基于指定的狭缝和狭缝内位置而计算出的。

Description

位置检测装置和位置检测方法
技术领域
本公开涉及位置检测装置和位置检测方法。
背景技术
传统上，例如，专利文献1公开了一种绝对编码器，该绝对编码器具有：标度单元，该标度单元具有至少主轨道、第一地址轨道和第二地址轨道；以及处理装置，该处理装置检测来自标度单元的相位差，基于所检测到的多个相位差来执行地址确定，并且计算待测量的目标的位置或角度。
引用列表
专利文献
专利文件1：日本专利申请特许公开第2013-96813号
发明内容
本发明要解决的问题
在上述专利文献中描述的技术中，存在利用相邻地址进行错误确定的可能性，并且因此以相位调制信号的形式提取每个轨道中的波长内的位置。因此，存在需要用于调制的电路的问题，使得安装变得复杂。此外，根据轨道数目的增加，存在电路配置将变得复杂并且制造成本将增加的可能性。
因此，需要利用简单的配置来抑制位置检测装置的错误确定。
问题的解决方案
根据本公开，提供了一种位置检测装置，包括：参考位置计算单元，其基于第一信号和第二信号来计算移动体的参考位置，第一信号是从设置在移动体上的并且具有预定周期的标度的第一轨道检测到的，并且第二信号是从设置在移动体上的并且具有少于预定周期的周期的标度的第二轨道检测到的；狭缝指定单元，其基于参考位置来指定多个狭缝中的与移动体的位置相对应的狭缝，多个狭缝是通过划分移动体的移动范围而获得的；狭缝内位置计算单元，其基于第一信号来计算移动体在所指定的狭缝中的狭缝内位置；以及校正单元，其基于移动体的绝对位置和参考位置来校正绝对位置，绝对位置是基于所指定的狭缝和狭缝内位置而计算出的。
此外，根据本公开，提供了一种位置检测方法，包括：基于第一信号和第二信号来计算移动体的参考位置，第一信号是从设置在移动体上的并且具有预定周期的标度的第一轨道检测到的，并且第二信号是从设置在移动体上的并且具有少于预定周期的周期的标度的第二轨道检测到的；基于参考位置来指定多个狭缝中的与移动体的位置相对应的狭缝，多个狭缝是通过划分移动体的移动范围而获得的；基于第一信号来计算移动体在所指定的狭缝中的狭缝内位置；以及基于移动体的绝对位置和参考位置对绝对位置进行校正，绝对位置是基于所指定的狭缝和狭缝内位置而计算出的。
本发明的有益效果
如上所述，根据本公开，可以利用简单的配置来抑制位置检测装置的错误确定。
注意，上述效果不必然是限制性的，并且与上述效果一起或者代替上述效果，可以实现本说明书中阐述的任何效果或可以从本说明书掌握的其他效果。
附图说明
图1是示出作为本公开的前提的编码器的配置的示意图。
图2是示出检测单元的输出信号的示意图。
图3是更详细地示出旋转体的示意图。
图4是示出轨道A的正弦电压和余弦电压以及轨道B的正弦电压和余弦电压的特性图。
图5是示出作为本实施方式的前提的编码器(位置检测装置)的配置的框图。
图6是用于描述由狭缝编号计算单元300执行的处理的示意图。
图7是示出由内插角度计算单元(interpolation angle calculation unit)400执行的处理的示意图。
图8是示出由狭缝编号和内插角度表示的绝对角度的示意图。
图9是用于描述在计算狭缝编号时出现错误的情况的示意图。
图10是示出根据本实施方式的位置检测装置的配置的框图。
图11是示出绝对角度θref与绝对角度θenc之间的差异Δθ的特性图。
图12是示出由图10的位置检测装置执行的处理的流程图。
图13是示出包括三个轨道A至C的旋转体100和从轨道A至C中的每一个获得的电压波形的示意图。
图14是示出在旋转体100包括三个轨道A至C的情况下的位置检测装置的配置的示意图。
图15是示出由图14所示的位置检测装置执行的处理的流程图。
图16是示出由图14所示的位置检测装置执行的处理的流程图。
图17是示出计算区域编号的方法的示意图。
图18是示出计算区域中的内插角度的方法的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。注意，在本说明书和附图中，具有基本上相同的功能配置的部件将由相同的附图标记来表示，并且将省略重复描述。
注意，将按照以下顺序给出描述。
1.前提技术
2.根据本实施方式的位置检测装置的配置示例
3.三个轨道的情况下的配置示例
1.前提技术
图1是示出作为本公开的前提的编码器(位置检测装置)的配置的示意图。编码器包括旋转体(移动体)100、检测单元201和检测单元202。
旋转体100被配置为例如具有齿轮形状或凹凸件的旋转体，或者其中交替地使N极和S极磁化的旋转体。检测单元201和检测单元202检测由于旋转体100的旋转而引起的磁、光等的变化。
图1所示的旋转体100包括十八个突起102，并且当旋转体100旋转一次时输出十八个周期的信号。注意，虽然在图1中示出了其中突起102沿圆周方向布置并且相对于旋转中心旋转的旋转体100，但是突起102可以按线性形状布置。本实施方式可以在突起102沿圆周方向布置的情况下应用于检测旋转角度的编码器，并且可以在突起102按线性形状布置的情况下应用于线性编码器。
检测单元201和202的示例可以包括磁传感器、光接收元件等。本实施方式适用于各种编码器，诸如磁阻编码器、磁(磁化)编码器、电感应式编码器和光编码器。
图2是示出检测单元201和检测单元202的输出信号的示意图。如图2所示，检测单元201和202从旋转体100的一个轨道获得相位差为90°的两个正弦电压信号(称为正弦电压和余弦电压)。换句话说，检测单元201和202被布置在获得相位差为90°的正弦电压和余弦电压的位置处。正弦电压和余弦电压中的每一个的周期与旋转体100的突起102的数目相同。如果检测单元201和检测单元202的组的数目增加，则所获得的信号的数目也增加。通过将在旋转体100旋转时由检测单元201和检测单元202检测到的物理量的变化转换为电压，来获得正弦电压和余弦电压中的每一个。例如，在磁编码器的情况下，通过检测单元201和检测单元202将磁通密度的变化转换成电压。
图3是更详细地示出旋转体100的示意图。旋转体100包括通过形成齿轮形状或凹凸件来配置的两个轨道，或者通过交替地使N极和S极磁化来配置的两个轨道。这里，两个轨道分别被称为轨道A和轨道B。例如，在各个轨道中形成具有不同周期的齿或凹凸件或者执行磁化，并且轨道A和轨道B之间的周期差异为1。例如，在轨道A具有64个周期的情况下，轨道B具有63个周期。如上所述，每个轨道通过凹凸件、磁化模式等具有预定周期的标度。
图4是示出轨道A的正弦电压sinA和余弦电压cosA以及轨道B的正弦电压sinB和余弦电压cosB的特性图。
图5是示出作为本实施方式的前提的编码器(位置检测装置)的配置的框图。如图5所示，编码器包括电压检测单元200和210、狭缝编号计算单元300、内插角度计算单元400和绝对角度计算单元500。
图6是用于描述由狭缝编号计算单元300执行的处理的示意图。这里，假设旋转体100具有图3所示的64个周期的轨道A和63个周期的轨道B。检测单元200和210被设置成分别对应于轨道A和B。检测单元200和检测单元210中的每一个均包括图1所示的检测单元201和检测单元202。
在计算绝对角度时，计算轨道A和轨道B中的每一个的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan(2)(在下文中被称为atan2或arctan2))，并且计算正弦电压和余弦电压的反正切2(atan(2))之间的差异以根据轨道之间的周期差异(一个周期)来获得绝对角度。如图6所示，绝对角度θref可以根据以下式(1)来获得。
θref＝atan2(cosA，sinA)-atan2(cosB，sinB)
…(1)
更具体地，由于轨道A具有64个周期，因此sinA和cosA的波动周期分别为64个周期。由于计算反正切2等同于获得sinA和cosA的相位，并且sinA和cosA相对于旋转体100的一周(机械角的一周)以64个周期波动，所以相位的波动(反正切2的波动)也以64个周期出现。因此，反正切2的计算结果以64个周期重复增加和减少。由于轨道B具有63个周期，因此反正切2的计算结果以63个周期重复增加和减少。因此，atan(cosA·sinA)以64个周期重复增加和减少，而atan(cosB·sinB)以63个周期重复增加和减少，并且因此，当旋转体100旋转一次时，atan(cosA·sinA)与atan(cosB·sinB)之间的差异随着旋转角度的增加而增加。因此，可以根据式(1)计算绝对角度θref。
如图6所示，在旋转体100的旋转角度(机械角度)为0°的情况下，绝对角度θref的值为0。绝对角度θref的值周期性地改变以随着机械角度的增加而增加，在机械角度2π(弧度)处变成最大值，并且在机械角度0处再次为零。因此，根据绝对角度θref的值来获得旋转体100的旋转角度。同时，由于这里获得的绝对角度θref受到由于旋转体100的加工误差、检测单元200和210的组装误差等引起的信号失真的影响，因此不能期望高精度。
因此，执行以下处理以提高精度。这里，使用狭缝的概念。狭缝可以由通过划分旋转体100的一次旋转(其为2π[弧度]并且对应于旋转体100的移动范围)而获得的扇形区域来表示。当轨道A用于狭缝的划分时，轨道A具有64个周期，使得360°/64＝5.625°，并且一个狭缝具有中心角为5.625°的扇形。旋转体100的一次旋转可以由64个狭缝表示，使得0至5.625°可以表示为狭缝编号为1的狭缝，并且5.625°至11.25°可以由狭缝编号为2的狭缝来表示。因此，如图6所示，可以根据所获得的绝对角度θref来获得与绝对角度θref相对应的狭缝(Slit)编号。也就是说，可以获得当前绝对角度θref对应哪个狭缝。以这种方式，狭缝编号计算单元300计算与绝对角度θref相对应的狭缝编号。
图7是示出由内插角度计算单元400执行的处理的示意图。如图7所示，通过计算轨道A的正弦电压和余弦电压的反正切2而获得的值(atan2(cosA·sinA))为一个狭缝中的角度(内插角度θinterp)。换句话说，可以根据以下式(2)获得内插角度θinterp。
θinterp＝atan2(cosA，sinA)
…(2)
由于每当旋转体100旋转一次时式(2)的右侧以64个周期重复增加和减少，因此内插角度θinterp表示一个狭缝中的角度。因此，可以根据狭缝编号和内插角度θinterp的值来获得绝对角度。由于通过该计算方法可以增加绝对角度的分辨率，因此与上述获得θref的情况相比，可以提高精度。
图8是示出由狭缝编号和内插角度表示的绝对角度的示意图。如图8所示，使用狭缝编号作为高位并且使用内插角度作为低位来表示绝对角度。绝对角度计算单元500将狭缝编号和内插角度相互组合以计算绝对角度，如图8所示的那样。
顺便提及，当获得狭缝编号时，如果绝对角度θref为狭缝边界附近的角度，则在计算狭缝边界附近的狭缝编号时可能出现错误。例如，由于信号失真等的影响而出现角度误差，使得狭缝编号可能被错误地确定为相邻的狭缝编号。当狭缝编号错误时，最终计算出的绝对角度偏离与一个狭缝相对应的角度。在上述计算绝对角度的方法中，难以校正该角度偏离。
图9是用于描述其中在计算狭缝编号时出现错误的情况的示意图。图9中的上图示出了由于余弦电压和正弦电压的信号失真、周期偏离、信号偏移等的影响等而造成在绝对角度θref中出现角度误差的情况。由于旋转体100的加工精度、旋转体100与检测单元200和210之间的相对位置的偏离等而发生信号失真。
当绝对角度θref出现角度误差时，如图9中的中间图所示，狭缝编号的计算结果偏离。特别地，当绝对角度θref为狭缝边界附近的角度时，狭缝编号(纵轴)的计算结果出现错误。结果，如图9中的下图所示，检测到的角度(纵轴)出现偏离。当狭缝编号出现一个狭缝的错误时，出现360°/周期数目的角度偏离。在周期数目为64的情况下，当狭缝编号偏离一时，角度位置偏离5.625°。
2.根据本实施方式的位置检测装置的配置示例
图10是示出根据本实施方式的位置检测装置的配置的框图。同样在图10所示的角度检测装置中，检测包括图3所示的两个轨道A和B的旋转体100的绝对角度。位置检测装置包括：轨道A的检测单元200、轨道B的检测单元210、绝对角度计算单元(参考位置计算单元)250、狭缝编号计算单元(狭缝指定单元)300、内插角度计算单元(狭缝内位置计算单元)400、绝对角度计算单元(绝对位置计算单元)500、角度偏离检测单元600以及角度偏离校正单元700。
如上所述，旋转体100包括由齿轮或凹凸形状或者磁化配置的轨道A和B。轨道A与轨道B之间的周期差异为1。此外，如上所述，齿、不规则性和磁化的一个周期被称为狭缝。例如，在轨道A具有64个狭缝的情况下，轨道B具有63个狭缝。
轨道A的检测单元200检测轨道A的旋转和移动。此外，轨道B的检测单元210检测轨道B的旋转和移动。从各个电压检测单元获得相位差为90°的两个正弦波(正弦电压和余弦电压)。绝对角度计算单元250基于式(1)计算绝对角度θref(参考角度)。通过计算轨道A和轨道B中的每一个的信号的反正切2(atan2)并且取信号的反正切2(atan2)之间的差异，可以使用轨道A和轨道B之间的周期差异来获得绝对角度θref。
如上所述，由于因检测单元200和210的部件的机械误差或组装误差而出现信号失真，因此利用通过式(1)获得的绝对角度θref不能获得足够的精度。然而，根据式(1)，可以知道近似的角度。因此，在本实施方式中，绝对角度θref在检测通过具有更高精度的另外的方法获得的绝对角度的角度偏离时被用作参考角度。这里，参考角度的误差应当等于或小于±360/2Na[度]，其中Na是轨道A中的狭缝的数目。在不满足该条件的情况下，使用3-轨道方式的角度计算方法。
绝对角度计算单元500通过具有比绝对角度θref的精度更高的精度的另外的方法来计算绝对角度。该方法由上述狭缝编号计算单元300和内插角度计算单元400来执行。首先，狭缝编号计算单元300计算绝对角度θref对应哪一个狭缝。换句话说，狭缝编号计算单元300计算与绝对角度θref相对应的狭缝编号。
同时，内插角度计算单元400计算一个狭缝中的内插角度。内插角度计算单元400计算由狭缝编号计算单元300计算出的狭缝编号的狭缝中的、狭缝中的内插角度。
绝对角度计算单元500基于由狭缝编号计算单元300计算出的狭缝编号和由内插角度计算单元400计算出的内插角度来计算绝对角度θenc。通过借助于该方法来计算绝对角度θenc，绝对角度θenc的计算精度可以随着一个轨道中的狭缝数目增加而提高。同时，当狭缝的数目增加时，参考绝对角度θref将位于狭缝的边界附近的可能性增加，并且在基于绝对角度θref来计算狭缝编号的情况下，误读狭缝的边界部分处的狭缝编号的可能性增加。如上所述，在一个狭缝编号被误读的情况下，绝对角度θenc的值偏离与一个狭缝相对应的角度。因此，在本实施方式中，执行用于校正该角度偏离的处理。
角度偏离检测单元600检测由于狭缝编号的误读而引起的角度偏离。具体地，角度偏离检测单元600参照预先计算的绝对角度θref(参考角度)，基于绝对角度θref和绝对角度θenc之间的差异Δθ的大小来确定在确定狭缝编号时是否存在错误。角度偏离检测单元600基于以下式(2)来确定差异Δθ的大小，并且在建立了以下式(2)的情况下确定在确定狭缝编号时存在错误。
[数学式1]
Figure GDA0002222178290000081
换句话说，绝对角度θref的角度误差Δθref仅需要满足以下式(3)。如果绝对角度θref的角度误差Δθref满足以下式(3)，则即使出现角度误差Δθref，其也不会超过相邻狭缝的边界，使得不会出现狭缝编号的错误确定。
[数学式2]
Figure GDA0002222178290000091
图11是示出绝对角度θref与绝对角度θenc之间的差异Δθ的特性图。如图11所示，可以看出Δθ的值周期性地增加。Δθ增加的时间指示绝对角度θref为狭缝边界附近的值。
在角度偏离检测单元600检测到角度偏离的情况下，角度偏离校正单元700对由于狭缝编号的计算错误而引起的角度偏离进行校正。具体地，角度偏离校正单元700根据差异Δθ基于以下式(4)来获得出现计算错误的狭缝数目Nerr。狭缝数目Nerr对应于出现计算错误的狭缝的数目。
[数学式3]
Figure GDA0002222178290000092
例如，在确定的狭缝编号偏离正确值“2”的情况下，Nerr＝2。角度偏离校正单元700根据以下式(5)、基于出现计算错误的狭缝数目Nerr来计算补偿了角度偏离的绝对角度θm。在确定的狭缝编号偏离正确值“1”的情况下，绝对角度θenc被校正5.625°，从而计算绝对角度θm。类似地，在确定的狭缝编号偏离正确值“2”的情况下，绝对角度θenc被校正11.25°，从而计算绝对角度θm。
[数学式4]
Figure GDA0002222178290000093
如上所述，角度偏离检测单元600参照预先计算的参考角度(绝对角度θref)基于与参考角度的差异的大小来确定在确定狭缝编号时是否存在错误。然后，在确定狭缝编号时出现错误的情况下，角度偏离校正单元700校正由于狭缝编号的计算错误而引起的角度偏离。因此，可以以高精度检测旋转体100的位置。
图12是示出由图10的位置检测装置执行的处理的流程图。首先，在步骤S10中，计算轨道A的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan2)。在步骤S12中，计算轨道B的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan2)。在步骤S16中，通过取在步骤S10和S12中获得的值之间的差异来计算绝对角度θref。
此外，在步骤S14中，计算轨道A的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan2)以计算内插角度。在步骤S18中，基于绝对角度θref来计算狭缝编号。
在步骤S20中，使用步骤S20中所示的式，根据狭缝编号和内插角度来计算绝对角度θenc。在下一步骤S22中，将在步骤S20中获得的绝对角度θenc与绝对角度θref(参考角度)进行相互比较，以确定在确定狭缝编号时是否出现错误。在确定狭缝编号时已经出现错误的情况下，处理进行到步骤S24，并且借助于狭缝确定时的错误对角度进行校正。在步骤S24之后，处理结束。此外，在步骤S22中确定狭缝编号时未出现错误的情况下，处理结束。
3.三个轨道的情况下的配置示例
接下来，将描述旋转体100包括三个轨道A、B和C的配置示例。图13是示出包括三个轨道A至C的旋转体100和从轨道A至C中的每一个获得的电压波形的示意图。在三个轨道的情况下，轨道A具有n个周期，轨道B具有(n-1)个周期，并且轨道C具有(n-x)个周期。例如，在n＝64并且x＝8的情况下，轨道A具有64个周期，轨道B具有63个周期，并且轨道C具有56个周期。类似于两个轨道的情况，在三个轨道的情况下，可以从每个轨道获得相位差为90°的两个电压波形(余弦电压和正弦电压)。
图14是示出在旋转体100包括三个轨道A至C的情况下的位置检测装置的配置的示意图。如图14所示，位置检测装置包括轨道A的检测单元200、轨道B的检测单元210、轨道C的检测单元220、绝对角度计算单元250、区域编号计算单元(区域指定单元)310、内插角度计算单元410、绝对角度计算单元(第二绝对位置计算单元)510、角度偏离检测单元610、角度偏离校正单元710、狭缝编号计算单元300、内插角度计算单元400、绝对角度计算单元500、角度偏离检测单元620以及角度偏离校正单元720。
在使用三个轨道的方法中，添加相对于轨道A具有特定周期差异的轨道C以使误差的影响更小，使得更确定地校正角度偏离。即使轨道A和轨道C之间的周期差异是任意值，原理上也不存在问题。然而，随着轨道A和轨道C之间的周期差异变得更大，提高了精度，但是检测狭缝编号确定错误变得困难，使得在精度与狭缝编号确定错误的检测之间存在折衷关系。因此，期望根据固有误差选择轨道A和轨道C之间的适当的周期差异。作为示例，假设如上所述的那样轨道A和轨道C之间的周期差异为8，则轨道A具有64个周期，轨道B具有63个周期，并且轨道C具有56个周期。
在图14所示的配置中，由轨道A的检测单元200、轨道B的检测单元210、绝对角度计算单元250、狭缝编号计算单元300、内插角度计算单元400以及绝对角度计算单元500执行的处理类似于图10的相应部件的处理。
区域编号计算单元310计算绝对角度θref对应哪个区域。这里，区域表示通过按轨道A和轨道C之间的周期差异均等地划分360°而获得的角度区域，并且在周期差异为8的情况下是指通过将360°划分成八个均等部分而获得的45°的区域。图17是示出计算区域编号的方法的示意图。计算区域编号的方法类似于图6中描述的计算狭缝编号的方法。如图17所示，指定绝对角度θref对应于通过将360°(2π[弧度])划分成八个均等部分而获得的区域中的哪个区域。由于一个区域的角度大于一个狭缝的角度，因此绝对角度θref的值将存在于相邻区域的边界附近的概率低。
同时，内插角度计算单元410计算区域中的内插角度。图18是示出计算区域中的内插角度的方法的示意图。根据轨道之间的周期差异(八个周期)，通过计算轨道A和C的正弦电压和余弦电压的反正切2(arctan2)并且计算正弦电压和余弦电压的反正切2(arctan2)之间的差异来获得该区域中的内插角度。如图18所示，可以根据以下式(6)获得该区域中的内插角度θinterp。
θinterp＝atan2(cosA，sinA)-atan2(cosC，sinC)
…(6)
由于轨道C具有56个周期，因此sinC和cosC的波动周期分别为56个周期。因此，当计算sinC和cosC的反正切2时，每当旋转体100旋转一次，重复56个周期的增加和减少。由于每当旋转体100旋转一次，式(6)的右侧以作为轨道A和轨道C之间的周期差异的八个周期重复增加和减少，因此内插角度θinterp表示一个区域内的角度。因此，可以根据区域编号和内插角度θinterp的值来获得绝对角度。
绝对角度计算单元510根据所计算的区域编号和内插角度来计算绝对角度θenc1。如上所述，由于一个区域的角度大于一个狭缝的角度，因此绝对角度θref的值将存在于相邻区域的边界附近的概率低，但是由于确定区域编号时的偏离，通过绝对角度计算单元510获得的绝对角度θenc1可能出现角度误差。例如，在区域编号计算单元310错误地确定相邻区域编号的情况下，在轨道A和轨道C之间的周期差异为8的情形下，出现与一个区域相对应的360/8＝45°的角度偏离。因此，将通过绝对角度计算单元250获得的参考角度与通过绝对角度计算单元510获得的绝对角度进行相互比较，以通过角度偏离检测单元610对角度偏离进行检测，并且通过角度偏离校正单元710对角度偏离进行校正。由角度偏离检测单元610和角度偏离校正单元710执行的处理基本上类似于由图10所示的角度偏离检测单元600和角度偏离校正单元700执行的处理。角度偏离检测单元610基于通过绝对角度计算单元250获得的绝对角度θref与通过绝对角度计算单元510获得的绝对角度θenc1之间的差异来确定是否出现角度偏离。角度偏离校正单元710基于绝对角度θref与绝对角度θenc1之间的差异来校正绝对角度θenc1。然后，角度偏离检测单元620和角度偏离校正单元720使用通过角度偏离校正单元700校正之后的角度而不是图10中的参考角度(绝对角度θref)来执行处理。除了将通过角度偏离校正单元700校正之后的角度用作参考角度之外，由角度偏离检测单元620和角度偏离校正单元720执行的处理类似于由图10的角度偏离检测单元600和角度偏离校正单元700执行的处理。
图15和图16是示出由图14所示的位置检测装置执行的处理的流程图。图15示出了由绝对角度计算单元250、区域编号计算单元310、内插角度计算单元400、绝对角度计算单元510、角度偏离检测单元610以及角度偏离校正单元710执行的处理。首先，在步骤S30中，计算轨道A的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan2)。在步骤S32中，计算轨道B的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan2)。轨道C的检测单元220检测轨道C的旋转和移动。在步骤S34中，计算轨道C的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan2)。
在步骤S16中，通过取在步骤S30和S32中获得的值之间的差异来计算绝对角度θref。在步骤S38中，通过使用绝对角度θref、轨道A的周期NA和轨道C的周期NC，使用步骤S38中的式来确定区域编号Narea。
在步骤S40中，通过取在步骤S30和S34中获得的值之间的差异来计算区域中的内插角度θinterp。在步骤S42中，根据区域编号和内插角度θinterp使用步骤42中所示的式来计算绝对角度θenc1。在下一步骤S44中，将在步骤S42中获得的绝对角度θenc1与绝对角度θref(参考角度)进行相互比较，以确定在确定区域编号时是否已经出现错误。在确定区域编号时已经出现错误的情况下，处理进行到步骤S46，并且借助于区域确定时的错误对绝对角度θenc1进行校正。在步骤S46之后，处理暂时结束。此外，在步骤S44中确定区域编号时未出现错误的情况下，处理暂时结束。
图16示出了由狭缝编号计算单元300、内插角度计算单元400、绝对角度计算单元500、角度偏离检测单元620和角度偏离校正单元720执行的处理。首先，在步骤S50中，计算轨道A的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan2)。在步骤S52中，计算轨道B的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan2)。在步骤S54中，计算轨道C的正弦电压和余弦电压的反正切2(atan2)。
在步骤S58中，通过取在步骤S50和S52中获得的值之间的差异来计算绝对角度θref。在步骤S60中，通过使用绝对角度θref和轨道A的周期NA，使用步骤S60中的式来确定狭缝编号Nslit。此外，在步骤S56中，将在步骤S50中获得的值作为内插角度θinterp。
在步骤S62中，根据狭缝编号Nslit和内插角度θinterp使用步骤S62中所示的式来计算绝对角度θenc2。在下一步骤S64中，将在步骤S62中获得的绝对角度θenc2与在图15的步骤S46中校正的绝对角度θenc1进行相互比较，以确定在确定狭缝编号时是否已经出现错误。在确定狭缝编号时已经出现错误的情况下，处理进行到步骤S66，并且借助于狭缝确定时的错误来校正角度。在步骤S66之后，处理结束。此外，在步骤S64中确定狭缝编号时未出现错误的情况下，处理结束。
在上文中，已经参照附图详细地描述了本公开的优选实施方式，但是本公开的技术范围不限于这样的实施方式。对于本公开的领域的技术人员而言将明显的是，可以在权利要求中描述的技术构思的范围内构思出各种修改或变更，并且自然地理解，这些修改或变更也落入本公开的技术范围内。
此外，本说明书中描述的效果仅是说明性或示例性的，而不是限制性的。也就是说，除了上述效果之外或代替上述效果，根据本公开的技术可以实现对于本领域技术人员根据本说明书的描述而明显的其他效果。
注意，以下配置也落入本公开的技术范围内。
(1)
一种位置检测装置，包括：
参考位置计算单元，其基于第一信号和第二信号来计算移动体的参考位置，所述第一信号是从设置在所述移动体上的并且具有预定周期的标度的第一轨道检测到的，并且所述第二信号是从设置在所述移动体上的并且具有少于所述预定周期的周期的标度的第二轨道检测到的；
狭缝指定单元，其基于所述参考位置来指定多个狭缝中的与所述移动体的位置相对应的狭缝，所述多个狭缝是通过划分所述移动体的移动范围而获得的；
狭缝内位置计算单元，其基于所述第一信号来计算所述移动体在所指定的所述狭缝中的狭缝内位置；以及
校正单元，其基于所述移动体的绝对位置和所述参考位置来校正所述绝对位置，所述绝对位置是基于所指定的所述狭缝和所述狭缝内位置而计算出的。
(2)
根据上述(1)所述的位置检测装置，其中，所述第一信号包括相位差为90°的两个正弦波，并且所述第二信号包括相位差为90°的两个正弦波。
(3)
根据上述(2)所述的位置检测装置，其中，所述参考位置计算单元根据第一值与第二值之间的差异来计算所述参考位置，所述第一值是通过计算所述第一信号的所述两个正弦波的反正切而获得的，并且所述第二值是通过计算所述第二信号的所述两个正弦波的反正切而获得的。
(4)
根据上述(1)至(3)中任一项所述的位置检测装置，还包括检测单元，所述检测单元基于所述参考位置与所述绝对位置之间的差异来检测所述参考位置与所述绝对位置之间是否出现位置偏离，
其中，在所述检测单元检测到出现所述位置偏离的情况下，所述校正单元基于所述差异对所述绝对位置进行校正。
(5)
根据上述(4)所述的位置检测装置，其中，在所述差异大于所述预定周期的一半的情况下，所述检测单元检测到出现所述位置偏离。
(6)
根据上述(2)所述的位置检测装置，其中，所述狭缝内位置计算单元基于通过计算所述第一信号的所述两个正弦波的反正切而获得的第一值来计算所述狭缝内位置。
(7)
根据上述(1)至(6)中任一项所述的位置检测装置，还包括计算所述移动体的所述绝对位置的绝对位置计算单元。
(8)
根据上述(1)至(7)中任一项所述的位置检测装置，还包括：
检测所述第一信号的第一信号检测单元；以及
检测所述第二信号的第二信号检测单元。
(9)
根据上述(1)所述的位置检测装置，还包括：
区域指定单元，其基于所述参考位置来指定多个区域中的与所述移动体的位置相对应的区域，所述多个区域是通过划分所述移动体的移动范围而获得的；
区域内位置计算单元，其基于所述第一信号和第三信号来计算所述移动体在所指定的所述区域中的区域内位置，所述第三信号是从设置在所述移动体上的并且具有少于所述预定周期的周期的标度的第三轨道检测到的；以及
第二校正单元，其基于所述移动体的第二绝对位置和所述参考位置对所述第二绝对位置进行校正，所述第二绝对位置是基于所指定的所述区域和所述区域内位置而计算出的，
其中，所述校正单元使用所述第二绝对位置代替所述参考位置，基于所述第二绝对位置和所述绝对位置对所述绝对位置进行校正。
(10)
根据上述(9)所述的位置检测装置，还包括第二检测单元，所述第二检测单元基于所述参考位置与所述第二绝对位置之间的差异来检测所述参考位置与所述绝对第二位置之间是否出现位置偏离，
其中，在所述第二检测单元检测到出现所述位置偏离的情况下，所述第二校正单元基于所述差异对所述第二绝对位置进行校正。
(11)
根据上述(9)所述的位置检测装置，其中，所述区域内位置计算单元根据第一值与第三值之间的差异来计算所述区域内位置，所述第一值是通过计算所述第一信号的所述两个正弦波的反正切而获得的，并且所述第三值是通过计算所述第三信号的所述两个正弦波的反正切而获得的。
(12)
根据上述(9)至(11)中任一项所述的位置检测装置，还包括计算所述移动体的所述第二绝对位置的第二绝对位置计算单元。
(13)
根据(9)至(12)中任一项所述的位置检测装置，还包括检测所述第三信号的第三信号检测单元。
(14)
根据上述(1)至(13)中任一项所述的位置检测装置，其中，所述移动体以旋转中心为中心而旋转。
(15)
根据(1)至(13)中任一项所述的位置检测装置，其中，所述移动体直线状地移动。
(16)
根据上述(1)至(15)中任一项所述的位置检测装置，其中，所述标度通过设置在所述移动体上的齿轮形状或凹凸形状来配置，或者通过交替地使N极和S极磁化来配置。
(17)
根据上述(8)所述的位置检测装置，其中，所述第一信号检测单元检测所述第一信号，所述第一信号对应于伴随着所述第一轨道的所述标度的移动而产生的光的变化或磁场的变化，以及
所述第二信号检测单元检测所述第二信号，所述第二信号对应于伴随着所述第二轨道的所述标度的移动而产生的光的变化或磁场的变化。
(18)
根据上述(1)至(17)中任一项所述的位置检测装置，其中，所述第二轨道具有如下标度，所述标度具有比所述预定周期少一个周期的周期。
(19)
一种位置检测方法，包括：
基于第一信号和第二信号来计算移动体的参考位置，所述第一信号是从设置在所述移动体上的并且具有预定周期的标度的第一轨道检测到的，所述第二信号是从设置在所述移动体上的并且具有少于所述预定周期的周期的标度的第二轨道检测到的；
基于所述参考位置来指定多个狭缝中的与所述移动体的位置相对应的狭缝，所述多个狭缝是通过划分所述移动体的移动范围而获得的；
基于所述第一信号来计算所述移动体在所指定的所述狭缝中的狭缝内位置；以及
基于所述移动体的绝对位置和所述参考位置对所述绝对位置进行校正，所述绝对位置是基于所指定的所述狭缝和所述狭缝内位置而计算出的。
附图标记列表
100 旋转体
200、210、220 检测单元
250 第一绝对角度计算单元
300 狭缝编号计算单元
310 区域编号计算单元
400 内插角度计算单元
500、510 绝对角度计算单元
600 角度偏离检测单元
700 角度偏离校正单元

Claims (18)

1.一种位置检测装置，包括：
参考位置计算单元，其基于第一信号和第二信号来计算移动体的参考位置，所述第一信号是从设置在所述移动体上的并且包括具有预定数目的周期的标度的第一轨道检测到的，并且所述第二信号是从设置在所述移动体上的并且具有如下标度的第二轨道检测到的：该标度具有数目比所述预定数目的周期少的周期；
狭缝指定单元，其基于所述参考位置来指定多个狭缝中的与所述移动体的位置相对应的狭缝，所述多个狭缝是通过划分所述移动体的移动范围而获得的；
狭缝内位置计算单元，其基于所述第一信号来计算所述移动体在所指定的所述狭缝中的狭缝内位置；
检测单元，其基于所述参考位置与所述移动体的绝对位置之间的差异来检测所述参考位置与所述绝对位置之间是否出现位置偏离，所述绝对位置是基于所指定的所述狭缝和所述狭缝内位置而计算出的；以及
第一校正单元，其在所述检测单元检测到出现所述位置偏离的情况下，基于所述差异确定出现计算误差的狭缝的数目，并且基于所述狭缝的数目来校正所述移动体的绝对位置。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，所述第一信号包括相位差为90°的两个正弦波，并且所述第二信号包括相位差为90°的两个正弦波。
3.根据权利要求2所述的位置检测装置，其中，所述参考位置计算单元根据第一值与第二值之间的差异来计算所述参考位置，所述第一值是通过计算所述第一信号的所述两个正弦波的反正切2而获得的，并且所述第二值是通过计算所述第二信号的所述两个正弦波的反正切2而获得的。
4.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，在所述差异大于所述第一轨道的标度的周期的一半的情况下，所述检测单元检测到出现所述位置偏离。
5.根据权利要求2所述的位置检测装置，其中，所述狭缝内位置计算单元基于通过计算所述第一信号的所述两个正弦波的反正切2而获得的第一值来计算所述狭缝内位置。
6.根据权利要求1所述的位置检测装置，还包括计算所述移动体的所述绝对位置的绝对位置计算单元。
7.根据权利要求1所述的位置检测装置，还包括：
检测所述第一信号的第一信号检测单元；以及
检测所述第二信号的第二信号检测单元。
8.根据权利要求1所述的位置检测装置，还包括：
区域指定单元，其基于所述参考位置来指定多个区域中的与所述移动体的位置相对应的区域，所述多个区域是通过划分所述移动体的移动范围而获得的；
区域内位置计算单元，其基于所述第一信号和第三信号来计算所述移动体在所指定的所述区域中的区域内位置，所述第三信号是从设置在所述移动体上的并且具有如下标度的第三轨道检测到的：该标度具有数目比所述预定数目的周期少的周期；以及
第二校正单元，其基于所述移动体的第二绝对位置和所述参考位置对所述第二绝对位置进行校正，所述第二绝对位置是基于所指定的所述区域和所述区域内位置而计算出的，
其中，所述第一校正单元使用所述第二绝对位置代替所述参考位置，基于所述第二绝对位置和所述绝对位置对所述绝对位置进行校正。
9.根据权利要求8所述的位置检测装置，还包括第二检测单元，所述第二检测单元基于所述参考位置与所述第二绝对位置之间的差异来检测所述参考位置与所述绝对第二位置之间是否出现位置偏离，
其中，在所述第二检测单元检测到出现所述位置偏离的情况下，所述第二校正单元基于所述差异对所述第二绝对位置进行校正。
10.根据权利要求8所述的位置检测装置，其中，所述区域内位置计算单元根据第一值与第三值之间的差异来计算所述区域内位置，所述第一值是通过计算所述第一信号的两个正弦波的反正切2而获得的，并且所述第三值是通过计算所述第三信号的两个正弦波的反正切2而获得的。
11.根据权利要求8所述的位置检测装置，还包括计算所述移动体的所述第二绝对位置的第二绝对位置计算单元。
12.根据权利要求8所述的位置检测装置，还包括检测所述第三信号的第三信号检测单元。
13.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，所述移动体以旋转中心为中心而旋转。
14.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，所述移动体直线状地移动。
15.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，所述标度通过设置在所述移动体上的齿轮形状或凹凸形状来配置，或者通过交替地使N极和S极磁化来配置。
16.根据权利要求7所述的位置检测装置，其中，所述第一信号检测单元检测所述第一信号，所述第一信号对应于伴随着所述第一轨道的所述标度的移动而产生的光的变化或磁场的变化，以及
所述第二信号检测单元检测所述第二信号，所述第二信号对应于伴随着所述第二轨道的所述标度的移动而产生的光的变化或磁场的变化。
17.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，所述第二轨道具有如下标度，所述标度具有数目比所述预定数目的周期少一个周期的周期。
18.一种位置检测方法，包括：
基于第一信号和第二信号来计算移动体的参考位置，所述第一信号是从设置在所述移动体上的并且包括具有预定数目的周期的标度的第一轨道检测到的，所述第二信号是从设置在所述移动体上的并且具有如下标度的第二轨道检测到的：该标度具有数目比所述预定数目的周期少的周期；
基于所述参考位置来指定多个狭缝中的与所述移动体的位置相对应的狭缝，所述多个狭缝是通过划分所述移动体的移动范围而获得的；
基于所述第一信号来计算所述移动体在所指定的所述狭缝中的狭缝内位置；
基于所述参考位置与所述移动体的绝对位置之间的差异来检测所述参考位置与所述绝对位置之间是否出现位置偏离，所述绝对位置是基于所指定的所述狭缝和所述狭缝内位置而计算出的；以及
在检测到出现所述位置偏离的情况下，基于所述差异确定出现计算误差的狭缝的数目，并且基于所述狭缝的数目对所述移动体的绝对位置进行校正。
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