CN1712889B - 编码器及其信号调整方法 - Google Patents

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Abstract

在包括：检测器；将从该检测器输出的两相模拟信号进行A/D变换的A/D变换器；对所述两相模拟信号的误差进行校正的误差校正电路；根据该被校正的A/D变换结果进行内插处理的内插电路；存储校正数据的存储器；以及具有通信部件的中央处理装置(CPU)的编码器中，将所述两相模拟信号的A/D变换结果通过通信部件发送到外部个人计算机，在所述外部个人计算机中检测正弦波、余弦波信号与规定值的误差，从而通过通信部件发送编码器的误差，在该编码器中，进行通过接收的校正数据进行误差校正后的内插处理。由此，不用观察示波器，可以一边以无阶段确认信号调整状态一边进行信号调整，可以进行最佳的调整、确认，使编码器信号的调整的内插误差变小。

Description

编码器及其信号调整方法
技术领域
本发明涉及编码器及其信号调整方法。特别是适用于比例尺(scale)和检测头(head)分别设置的分开型的绝对位置测定(ABS)线性编码器和旋转(rotary)型编码器的容易进行信号调整的编码器及其信号调整方法。
背景技术
如在特开昭54-19773号公报中记载的那样，在根据正弦波和余弦波的2相模拟信号检测位置的编码器中，为了检测比其信号周期小的位置的变化(移动量)，一般安装内插(分割)电路，以规定的间隔来等分割信号周期，得到比信号周期更小的分辨率。
在内插电路中，从编码器输出的正弦波(B相)和余弦波(A相)信号，如图1所示，将规定的中心电压、振幅、相位差作为前提，通过下式运算相位角θ。
θ＝arctan(sinθ/cosθ)  …(1)
但是，在正弦波和余弦波信号从规定的中心电压、振幅、相位差偏离的情况下，检测出的相位角(信号周期以下的位置的变化量)不成为固定间隔，如图2到图5所例示的那样，产生与信号周期一致的误差(内插误差)。图2是A相信号中存在0.2偏移误差的情况的例子，图3是A相信号的振幅为1.0，但是B相信号的振幅为1.2而存在振幅差的情况的例子，图4是在B相信号中，存在10°的相位误差的情况的例子，图5是A相信号的振幅为1.0，偏移为0.05、B相信号的振幅为0.95，偏移为-0.05，相位误差为-5°下，偏移、振幅差、相位误差重叠的情况下的内插误差的例子。
由此，在以往的编码器中，需要一边用示波器确认信号(例如A相信号和B相信号的利萨如(Lissaious)波形)，一边调整为规定的中心电压、振幅、相位差。
因为一边观察示波器一边调整需要熟练，所以如特许第3202316号公报中提出的那样，提出一种编码器，通过在编码器内部(或者外部)具有识别是否为规定的电平，从而输出不是最佳信号的情况的比较器，可以确认是否得到规定的信号而不使用示波器。
但是，即使是特许第3202316号公报中记载的编码器，因为不具有自己调整功能，所以存在以下问题：在通过比较器判断最佳信号的范围减小的情况下，难以进行安装时的机械的调整，相反，在增大前述范围的情况下，信号误差的容许范围也变大，所以结果是内插误差变大。
另一方面，在安装了编码器的工作机械和工业机械中，由于(1)不需要启动时的原点复位，(2)在线性电动机的反馈用途中不需要电动机的磁极检测器等理由，所以可以进行绝对位置检测的ABS编码器被广泛应用。该ABS编码器通过具有多个轨道的编码器，将多个轨道得到的信号进行合成来求出绝对位置。
一般使用在多个轨道的合成中使用CPU，安装了CPU的编码器。
发明内容
本发明为了解决前述以往的问题点，课题是提供一种可以容易地调整为最佳信号的编码器，而不是在安装了CPU的编码器中，一边观察示波器一边进行信号调整，使得利萨如波形为完整的圆，或者在编码器中具有输出进入规定范围的情况的比较器等。
本发明通过一种编码器解决前述课题，该编码器包括：检测头；以及输出连接器，在调整结束后，将所述检测头连接到控制装置，并在调整时，取代所述控制装置而将所述检测头连接到外部装置，所述检测头包括：检测器；对从该检测器输出的正弦波和余弦波信号进行A/D变换的A/D变换器；对所述正弦波和余弦波信号的误差进行校正的误差校正电路；根据被所述误差校正电路校正的信号的A/D变换结果进行内插处理的内插电路；将该内插电路的输出输出到所述控制装置的第一通信部件；存储校正数据的存储器；以及具有与外部装置通信的第二通信部件的中央处理部件，在执行信号调整时，将正弦波和余弦波的所述A/D变换器进行的A/D转换结果通过所述第二通信部件发送到所述外部装置，所述外部装置检测正弦波和余弦波与规定的值的误差，通过所述第二通信部件将所述误差从所述外部装置发送到所述检测头，所述检测头通过利用接收的存储于所述存储器中的校正数据进行误差校正后的内插处理。
并且，在该编码器中，将所述模拟信号的A/D变换结果通过通信部件发送到外部装置，在所述外部装置中检测信号与规定值的误差，从而通过通信部件将误差发送到所述编码器，在该编码器中，进行通过接收的校正数据进行误差校正后的内插处理，解决前述课题。
本发明还通过一种编码器来解决前述课题，该编码器包括：检测器；将从该检测器输出的至少两相的模拟信号进行A/D变换的部件；根据该被校正的所述模拟信号的A/D变换结果进行内插处理的内插电路；存储从外部装置获得的校正数据的存储器；输出连接器，在所述检测器调整结束后，将所述检测器连接到机械装置，并在在所述检测器调整时，取代机械装置而所述将所述检测器连接到外部装置；对A/D变换后的所述模拟信号的中心电压差、振幅差、相位差的误差进行校正的误差校正电路；具有与外部装置通信的通信部件的中央处理部件，用于将A/D转换数据的结果发送到所述外部装置，从所述外部装置接收所述信号的误差，并将所述误差存储到所述存储从外部装置获得的校正数据的部件作为所述校正数据。
并且，在该编码器中，将校正后的模拟信号的A/D变换结果通过通信部件发送到外部装置，在该外部装置中进行校正后的信号的显示、判断，解决前述课题。
本发明还提供一种编码器的信号调整方法，其特征在于，该编码器包括：检测头；以及输出连接器，在调整结束后，将所述检测头连接到控制装置，并在调整时，取代所述控制装置而将所述检测头连接到外部装置，所述检测头包括：检测器；对从该检测器输出的正弦波和余弦波信号进行A/D变换的A/D变换器；对所述正弦波和余弦波信号的误差进行校正的误差校正电路；根据被所述误差校正电路校正的信号的A/D变换结果进行内插处理的内插电路；将该内插电路的输出输出到所述控制装置的第一通信部件；存储校正数据的存储器；以及具有与外部装置通信的第二通信部件的中央处理部件，所述信号调整方法包括以下步骤：在执行信号调整时，将正弦波和余弦波的所述A/D变换器进行的A/D转换结果通过所述第二通信部件发送到所述外部装置，所述外部装置检测正弦波和余弦波与规定的值的误差，通过所述第二通信部件将所述误差从所述外部装置发送到所述检测头，所述检测头通过利用接收的存储于所述存储器中的校正数据进行误差校正后的内插处理。
本发明还提供一种编码器的信号调整方法，其特征在于，该编码器包括：检测器；将从该检测器输出的至少两相的模拟信号进行A/D变换的部件；检测所述模拟信号的误差的部件；校正A/D变换后的所述模拟信号的中心电压差、振幅差、相位差的误差的误差校正电路；根据该被校正的所述模拟信号的A/D变换结果进行内插处理的内插电路；存储校正数据的存储器；以及具有与外部装置通信的通信部件的中央处理部件，所述信号调整方法包括以下步骤：将校正后的模拟信号的A/D变换结果通过所述通信部件发送到外部装置，在该外部装置中进行校正后的信号的显示、判断。
按照本发明，可以不使用示波器而进行高精度的信号调整。而且，可以无阶段地确认信号状态，而不是如特许第3202316号公报那样使用了LED的阶段地显示。而且，不是大的调整结果，而是可以确认细微的数据，所以可以进行最佳的调整、确认。
特别是如果使个人计算机等的外部装置中具有存储功能，则可以对各个编码器的调整数据进行统一管理。
由以下优选实施例的详细描述，可以使本发明的这些及其他新颖的特征和先进之处变得明了。
附图说明
参照附图说明优选实施例，其中，如没有专门指出，则相同的部件被赋予相同的标号。
图1是用于说明编码器中的内插的原理的曲线图。
图2是表示用于说明以往的问题点的偏移误差的影响的曲线图。
图3是表示相同振幅差的影响的曲线图。
图4是表示相同的相位误差的影响的曲线图。
图5是表示相同的偏移、振幅差和相位误差的复合影响的曲线图。
图6是表示本发明的第一实施方式的信号调整时的连接的立体图。
图7是表示相同的最终的连接的正视图。
图8是表示第一实施方式的内部结构的方框图。
图9是表示相同的处理步骤的流程图。
图10是表示相同的调整时的画面显示例的图。
图11是表示相同的通信错误时的画面显示例的图。
图12是表示本发明的第二实施方式的内部结构的方框图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。
本发明的第一实施方式如图6所示，主要具有以下部件：被安装在机械装置(省略图示)的一方上的例如比例尺一体型的刻度尺基板10、相对于该刻度尺基板10以规定的间隔固定在机械装置的另一方上，具有电源打开和报警显示用的LED21的检测头20、将该检测头20调整结束后，如图7所示，用于连接到机械装置的反馈电缆26和伺服放大器28的头电缆22和输出连接器24、以及在调整时，如图6所示，取代伺服放大器28被连接到输出连接器24的个人计算机(PC)50。
如图8详细所示，在前述检测头20中包括：例如具有发光元件和受光元件的三轨道的光电型的检测器30、对从该检测器30输出的两相模拟信号的正弦波和余弦波信号进行A/D变换的A/D变换器32、对前述正弦波和余弦波信号的误差(中心电压差、振幅差、相位差)进行校正的误差校正电路34、根据由误差校正电路34校正的A/D变换结果进行内插处理的内插电路36、将该内插电路36的输出输出到控制装置(伺服放大器28)的通信部件38、存储校正数据的存储器40以及具有与个人计算机50的通信部件44的中央处理装置(CPU)40。
在本实施方式中，将正弦波和余弦波的A/D变换器32进行的A/D变换结果(原始数据)通过通信部件44发送到作为外部装置的个人计算机50，通过该个人计算机50检测正弦波和余弦波与规定的值的误差。
然后，通过通信部件44将误差从个人计算机50发送到检测头20，检测头20通过利用接收的存储于存储器40中的校正数据进行误差校正后的内插处理，可以进行最佳信号调整和确认。而且，通过在个人计算机50上显示对从检测头20发送来的正弦波和余弦波的数据校正了误差的波形，还可以进行调整后的信号确认。
图9表示具体的处理步骤。
首先，在步骤100中确认信号的振幅。在因该步骤100的判定结果为否而被判断为振幅不足的情况下，进入到步骤102，机械地调整检测头20的位置。这时，如图8的虚线所示，在检测头20内追加放大率可变的放大器46，从而在CPU42的输出中可以调整检测器30的输入信号自身的振幅。在该情况下，可以扩大振幅调整的范围。
在步骤100的判定结果为正确时，进入步骤104，进行信号调整。具体来说，例如按照画面的指示，使检测头扫描刻度尺基板10的全长，确认LED21没有显示异常，根据LED21的点亮状态进行必要的调整。
调整的结果，在刻度尺全长中LED21没有点亮的情况下，在步骤106中再确认振幅，如果没有问题则结束信号调整，在该位置将检测头20固定在机械装置的另一方。
图10表示调整时的个人计算机50的画面显示的例子。该画面是刻度尺为三轨道的情况，如果使检测头20对刻度尺(10)进行扫描，则各轨道的利萨如信号被显示。
这样，可以将检测头20调整、固定到相对于刻度尺(10)合适的位置。而且，在电源或者连接电缆中存在问题而不能进行通信的情况下，如图11所示，显示通信错误的消息，可以促使检查者进行电源的确认或者连接电缆的确认。
在本实施方式中，因为在外部的个人计算机50侧进行正弦波和余弦波信号的误差检测，所以检测头20的结构可以比较简单。
接着，对于不在外部装置而在检测头20内进行误差检测的本发明的第二实施方式进行详细说明。
在本实施方式中，如图12所示，在与第一实施方式相同的装置中，还在CPU42内进行误差检测。
对于其他点，由于与第一实施方式相同，所以省略说明。
在本实施方式中，从通信部件44到个人计算机50不是发送原始数据，而是发送CPU42检测的误差，所以通过在该个人计算机50中显示、判断修正后的信号，可以容易地判定是否成为最佳调整。
而且，在前述实施方式中，任意一个本发明被应用于刻度尺和检测头为分开的部件的分开型的线性刻度尺中，但是本发明的应用对象不限于此，也可以应用在相同的分开型的旋转编码器或者一体型的编码器的调整结果确认中。
模拟信号的相数也不限于两相，也可以应用在例如输出120°相位差的三相模拟信号的编码器中。这时，将三相模拟信号输入到公知的三相至两相变换电路中，取出两相模拟信号后进行相同处理就可以。
本技术领域的技术人员应了解，上述的实施例仅为表现本发明的原则的应用的例示。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以导出多种组合。
包括说明书、附图和权利要求的日本专利申请第2004-182691号公开的内容被全部合并于此，以供参考。

Claims (8)

1.一种编码器，其特征在于，包括：
检测头(20)；以及
输出连接器(24)，在调整结束后，将所述检测头(20)连接到控制装置(28)，并在调整时，取代所述控制装置(28)而将所述检测头(20)连接到外部装置(50)，
所述检测头(20)包括：
检测器(30)；
对从该检测器(30)输出的正弦波和余弦波信号进行A/D变换的A/D变换器(32)；
对所述正弦波和余弦波信号的误差进行校正的误差校正电路(34)；
根据被所述误差校正电路(34)校正的信号的A/D变换结果进行内插处理的内插电路(36)；
将该内插电路(36)的输出输出到所述控制装置(28)的第一通信部件(38)；
存储校正数据的存储器(40)；以及
具有与外部装置(50)通信的第二通信部件(44)的中央处理部件(42)，
在执行信号调整时，将正弦波和余弦波的所述A/D变换器(32)进行的A/D转换结果通过所述第二通信部件(44)发送到所述外部装置(50)，
所述外部装置(50)检测正弦波和余弦波与规定的值的误差，
通过所述第二通信部件(44)将所述误差从所述外部装置(50)发送到所述检测头(20)，
所述检测头(20)通过利用接收的存储于所述存储器(40)中的校正数据进行误差校正后的内插处理。
2.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，还包括：
显示调整状态的部件。
3.一种编码器的信号调整方法，其特征在于，
该编码器包括：
检测头(20)；以及
输出连接器(24)，在调整结束后，将所述检测头(20)连接到控制装置(28)，并在调整时，取代所述控制装置(28)而将所述检测头(20)连接到外部装置(50)，
所述检测头(20)包括：
检测器(30)；
对从该检测器(30)输出的正弦波和余弦波信号进行A/D变换的A/D变换器(32)；
对所述正弦波和余弦波信号的误差进行校正的误差校正电路(34)；
根据被所述误差校正电路(34)校正的信号的A/D变换结果进行内插处理的内插电路(36)；
将该内插电路(36)的输出输出到所述控制装置(28)的第一通信部件(38)；
存储校正数据的存储器(40)；以及
具有与外部装置(50)通信的第二通信部件(44)的中央处理部件(42)，
所述信号调整方法包括以下步骤：
在执行信号调整时，将正弦波和余弦波的所述A/D变换器(32)进行的A/D转换结果通过所述第二通信部件(44)发送到所述外部装置(50)，
所述外部装置(50)检测正弦波和余弦波与规定的值的误差，
通过所述第二通信部件(44)将所述误差从所述外部装置(50)发送到所述检测头(20)，
所述检测头(20)通过利用接收的存储于所述存储器(40)中的校正数据进行误差校正后的内插处理。
4.如权利要求3所述的编码器的信号调整方法，其中，
作为所述正弦波和余弦波信号的模拟信号是将三相变换为两相后的信号。
5.如权利要求3所述的编码器的信号调整方法，其中，
所述外部装置是个人计算机。
6.如权利要求3所述的编码器的信号调整方法，其中，
在所述外部装置中显示从所述编码器发送来的信号和校正了误差后的波形。
7.如权利要求3所述的编码器的信号调整方法，其特征在于，
通过以下步骤进行所述信号调整：
在信号振幅不足时，机械地调整检测器的位置，或者调整检测器内部设置的放大器的放大率，
接着，一边扫描检测器一边调整信号。
8.如权利要求3所述的编码器的信号调整方法，其特征在于，
在不进行通信时，显示通信错误的消息。
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