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Die
Erfindung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung, die das
Ausgangssignal eines Positionssensors in Positionsinformation wandelt.
Der Positionssensor gibt zwei Phasensignale mit voneinander um 90
Grad verschiedenen Phasen aus, die sich in Bezug auf eine Messauslenkung
sinusförmig mit einer Periode der Wellenlänge λ ändern.
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Herkömmlicherweise
wurde zum Antreiben der Drehachse beispielsweise eines Kreistischs
eines Rotationstischs einer Werkzeugmaschine ein Antriebssystem
verwendet, bei dem eine Kombination aus einem Servomotor und einem
Drehzahluntersetzer mit einem Schneckengetriebe und dergleichen eingesetzt
wird. Jedoch leidet ein Antriebssystem, in dem ein Drehzahluntersetzer
eingesetzt wird, unter Problemen wie einer Beeinträchtigung
der Genauigkeit auf Grund eines Spiels des Getriebes und einer Einschränkung
betreffend eine Verbesserung der Drehgeschwindigkeit. Um diese Probleme
zu berücksichtigen, wurde in jüngerer Zeit für
die Drehachse ein Direktantriebssystem mit eingebautem Motor verwendet,
das auf einfache Weise hohe Genauigkeit und hohe Geschwindigkeit
erzielen kann. Zur Positionsregelung wurde für den Kreistisch
einer Werkzeugmaschine bisher eine Positionserfassungsvorrichtung
hoher Genauigkeit verwendet. Bei dieser Positionserfassungsvorrichtung
wurde, um die Positionserfassungsgenauigkeit zu verbessern, ein
Positionssensor verwendet, der zwei Auslenkungssignale mit voneinander
um 90 Grad verschiedenen Phasen ausgibt, die sich mit kurzer Periode
in Bezug auf die Messauslenkung sinusförmig ändern,
da dann, wenn die Genauigkeit der Unterteilung innerhalb der durch Interpolation
der zwei Signale erhaltenen Periode (nachfolgend als ”Interpolationsgenauigkeit” bezeichnet)
niedrig ist, das Verhältnis der die tatsächliche Positionserfassungsgenauigkeit
beein flussenden Interpolationsgenauigkeit klein ist, solange die
Periode kurz ist.
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Da
jedoch eine Drehung der Drehachse mit hoher Geschwindigkeit zu einer übermäßig
hohen Frequenz des Ausgangssignals des Positionssensors führt,
kann eine derartige Positionserfassungsvorrichtung dann nicht verwendet
werden, wenn die Drehgeschwindigkeit hoch ist. Demgemäß ist
die Möglichkeit, die Drehachse mit hoher Geschwindigkeit
zu drehen, durch die Positionserfassungsvorrichtung eingeschränkt,
wenn zu ihrem Antreiben ein Direktantriebssystem mit Motor verwendet
wird, mit dem leicht eine Drehung hoher Geschwindigkeit erzielt
werden kann.
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Unter
Berücksichtigung des oben beschriebenen Hintergrunds bestand
Bedarf an einer Positionserfassungsvorrichtung, mit der selbst dann
eine Verbesserung der Interpolationsgenauigkeit erzielt werden kann,
wenn ein Positionssensor verwendet wird, der ein einer Messauslenkung
entsprechendes Signal großer Periode ausgibt.
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Die 5 ist
eine Ansicht zum Veranschaulichen einer herkömmlichen Positionserfassungsvorrichtung.
Ferner ist die 6 ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen
eines Interpolationsvorgangs, wie er durch eine in der 5 dargestellte
Signalverarbeitungsschaltung 29 ausgeführt wird.
In der 5 besteht ein an einer Drehachse 1 befestigter
Rotor 21 aus einem Magnetkörper mit 36 Vorsprüngen
oder Vertiefungen an seinem Außenumfang mit einer Schrittweite
von 10 Grad, entsprechend einer Wellenlänge λ eines
Ausgangssignals eines Positionssensors. Ferner ist an einem der
36 Vorsprünge des Rotors 21 ein den Ursprung anzeigender
Vorsprung 22, der ebenfalls aus einem Magnetkörper
besteht, angebracht. Weiterhin ist benachbart zur Außenumfangsfläche
des Rotors 21 eine gedruckte Leiterplatte 23 angeordnet,
die an einem sich nicht drehenden Teil eines Messobjekts (Motor)
befestigt ist. Diese gedruckte Leiterplatte 23 ist mit
zwei Arten von Erfassungswicklungen 24 und 25 versehen,
die aus Leitermustern mit Sinusform bestehen und sie verfügt über eine
Erfassungswicklung 26 zum Erfassen des den Ursprung anzeigenden
Vorsprungs 22 am Rotor 21. Außerdem ist
an der Rückseite der gedruckten Leiterplatte 23 ein
Elektromagnet 27 vorhanden, der dadurch einen Wechselerregungsfluss
zum Rotor 21 hin erzeugt, dass ein Wechselstrom I·SIN(200000πt) mit
einer Frequenz von 100 kHz durch eine Erregerwicklung 28 geschickt
wird.
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Wenn
sich beim Positionssensor mit dem obigen Aufbau die Drehachse 1 dreht, ändert
sich die Stärke des Wechselflusses auf Grund einer Reluktanzänderung,
zu der es durch die Vertiefungen und Vorsprünge am Außenumfang
des Rotors 21 kommt, so dass die Erfassungswicklungen 24 und 25 elektromotorische
Spannungen SC und SS erzeugen, deren Amplitude auf einen Kosinuswert
bzw. einen Sinuswert abhängig von der Drehauslenkung θ moduliert ist.
Diese Signale SC und SS werden in die Signalverarbeitungsschaltung 29 eingegeben,
in der Verstärker 3 und 4 dieselben verstärken
und Signale AC bzw. AS ausgeben. Beim in der 5 dargestellten Beispiel
beträgt die Frequenz des Erregungssignals 100 kHz, und
wenn der Drehwinkel der Drehachse 1 θ beträgt
und die Amplitude des Ausgangssignals G ist, können die
Signale AC und AS durch die folgenden Ausdrücke (1) und
(2) wiedergegeben werden: AC = G·COS(36θ)SIN(200000πt) (1) AS = G·SIN(36θ)SIN(200000πt) (2)
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Diese
Signale werden dann durch AD-Wandler 6 bzw. 7 mit
einem Timing von SIN(200000πt) = 1 unter Verwendung eines
von einer Timingsteuerungseinheit 5 ausgegebenen Pulssignals
TIM mit einer Frequenz von 10 μs synchron mit dem Anregungssignal
abgetastet und digitalisiert und in Zahlenwerte DC und DS gewandelt.
Dadurch können diese Zahlenwerte DC und DS durch die folgenden Ausdrücke
(3) bzw. (4) angegeben werden: DC
= G·COS(36θ) (3) DS = G·SIN(36θ) (4)
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Wie
oben beschrieben, kann davon ausgegangen werden, dass der Positionssensor
in der in der 5 dargestellten Positionserfassungsvorrichtung
zwei Phasensignale mit voneinander um 90 Grad verschiedenen Phasen
ausgibt, die sich sinusförmig mit einer Periode der Wellenlänge λ (10
Grad) einer Messauslenkung ändern.
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Da,
auf Grund der Installationsbedingungen des Rotors 21 und
der Erfassungswicklungen 24 und 25 sowie einer
Variation der Eigenschaften des Signalverstärkers usw.,
die digitalisierten beiden Phasensignale DC und DS Offsetspannungen
COF, eine Phasendifferenz P und ein Amplitudenverhältnis
B zwischen ihnen beiden enthalten, können die obigen Ausdrücke
(3) und (4) in strengem Sinn durch die folgenden Ausdrücke
(5) bzw. (6) dargestellt werden: DC
= G·COS(36θ)+ COF (5) DS = B·G·SIN(36θ)+
P·G·SIN(36θ) + SOF (6)
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Normalerweise
nimmt die Interpolationsgenauigkeit ab, wenn eine Interpolation
direkt auf die nicht korrigierten beiden Phasensignale DC und DS angewandt
wird. Um diesen Nachteil zu berücksichtigen, werden, bei
der Positionserfassungsvorrichtung der 5, die Offsetwerte
COF und SOF, wie sie in den beiden Phasensignalen DC und DS enthalten sind,
sowie ein Phasenkorrekturwert PHJ (= P) und ein Amplitudenkorrekturwert
BAJ (= 1/B) zum Korrigieren der Phasendifferenz und des Amplitudenverhältnisses
zwischen den beiden Signalen vorab beim Herstellen der Positionserfassungsvorrichtung
gemessen und in einem in ihr vorhandenen nichtflüchtigen
Speicher oder dergleichen abgespeichert, und dann werden sie vor
dem Start der Positionserfassung, wenn die Spannung der Positionserfassungsvorrichtung
eingeschaltet ist, in Speichervorrichtungen 10, 11, 12 und 13 eingeschrieben.
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Subtrahierer 8 und 9 entfernen
die in den Speichervorrichtungen 10 und 11 gespeicherten
Offsetkorrekturwerte aus den Zahlenwerten DC bzw. DS, um Zahlenwerte
DCA bzw. DSA zu erhalten. Ferner subtrahiert ein Subtrahierer 14 vom
Zahlenwert DSA einen Wert, der dadurch erhalten wird, dass der in
der Speichervorrichtung 12 gespeicherte Phasenkorrekturwert
PHJ mit dem Zahlenwert DCA multipliziert wird, um dadurch einen
Zahlenwert DSB zu liefern, aus dem eine Phasenfehlerkomponente entfernt
wurde. Der Zahlenwert DSB wird ferner mit dem in der Speichervorrichtung 13 gespeicherten
Amplitudenverhältnis-Korrekturwert BAJ unter Verwendung eines
Multiplizierers 16 multipliziert, um einen Zahlenwert DSC
mit einer Amplitude zu liefern, die im Wesentlichen derjenigen des
Zahlenwerts DCA entspricht. Eine Interpolationsoperationseinheit 17 führt, wenn
zwei Variable in sie eingegeben werden, eine Arctangensoperation
in Bezug auf die Zahlenwerte DCA und DCS aus, um sie in ein Positionssignal
IP zu wandeln, das einen Rotationswert hoher Genauigkeit für
die Drehachse 1 innerhalb einer (1/36)-Drehung angibt.
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Bei
dieser Positionserfassungsvorrichtung werden, auf Grund einer Zählverarbeitung
oder dergleichen auf Grundlage einer Änderung des Positionssignals
IP, Positionsdaten für mindestens eine oder auch mehrere
Drehungen der Drehachse 1 erhalten und an eine Motorsteuerungseinheit
usw. ausgegeben. Ferner ist in der 5 zusätzlich
zum Positionssensor, der eine Position mit hoher Genauigkeit erfasst,
ein Absolutpositionssensor vorhanden, der ein den Ursprung anzeigendes
Absolutpositionssignal ausgibt, wenn sich der Vorsprung 22 am
Rotor 21 der Erfassungswickung 26 nähert.
Wenn bei einem derartigen Positionserfassungssensor das den Ursprung
anzeigende Absolutpositionssignal ausgegeben wird, wird ein Zählwert
für eine Inkrementverarbeitung abgespeichert, und der so
abgespeicherte Zählwert wird als Offset der Position von
einem Inkrementzählwert subtrahiert, so dass anschließend die
Rotationsposition der Drehachse 1 innerhalb einer Umdrehung
als Absolutwert erfasst werden kann.
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Ferner
kann eine Positionserfassungsvorrichtung einen Rotor
21 aufweisen,
bei dem eine Kreisscheibe mit Absolutmustern hinzugefügt
ist, wie es in
JP 4-136751
A offenbart ist, und an der gedruckten Leiterplatte
23 kann
ein Absolutpositionssensor mit mehreren Wicklungen zum Lesen dieser Absolutmuster
angebracht sein. Eine derartige Positionserfassungsvorrichtung kann
die Absolutposition ab dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Betätigen des
Rotors
21 erfassen.
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Auch
ist in
JP 2007-68620
A eine Technik zum Erfassen eines Offsets, einem Amplitudenverhältnisses
und einer Phasendifferenz, die sich abhängig von der Rotationsposition
des Rotors
21 ändern, mit hoher Genauigkeit unter
Verwendung einer Fourieranalyse offenbart, um zwei Phasensignale
für jede Rotationsposition zu korrigieren, wodurch die
Interpolationsgenauigkeit erhöht ist.
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Mit
der in der
5 dargestellten Positionserfassungsvorrichtung
ist es möglich, die Interpolationsgenauigkeit dadurch in
gewissem Ausmaß zu verbessern, dass die voreingestellten
Korrekturwerte, wie solche für den Offset, die Phasendifferenz, das
Amplitudenverhältnis usw. zwischen den beiden Phasensignalen
verwendet werden. Wenn jedoch versucht wird, die Interpolationsgenauigkeit
weiter zu verbessern, bestehen Schwierigkeiten, wenn die voreingestellten
Korrekturwerte verwendet werden, da der Offset, die Phasendifferenz
und das Amplitudenverhältnis abhängig von der
Rotationsposition eine geringe Änderung erfahren. Demgemäß wurde
die in
JP 2007-68620
A offenbarte Technik herkömmlicherweise dazu verwendet,
den Offset, das Amplitudenverhältnis und die Phasendifferenz,
die sich abhängig von der Rotationsposition ändern,
zu erfassen, und die zwei Phasensignale für jede Rotationsposition zum
Korrigieren, um dadurch die Interpolationsgenauigkeit zu verbessern.
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Die
oben beschriebene Technik gemäß
JP 2007-68620 A leidet
unter den folgenden Problemen. Es ist erforderlich, Daten für
mindestens acht oder noch mehr Punkte innerhalb der Wellenlänge λ zu
erhalten, um eine Fourieranalyse für den Wert der Quadratwurzel
der Summe der Quadrate der zwei Phasensignale, wie innerhalb der
Wellenlänge λ erhalten, mit hoher Genauigkeit
auszuführen, und bei einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit
kann die für die Fourieranalyse erforderliche Anzahl von
einzelnen Datenwerten nicht erhalten werden. Dies führt
zu einer Beeinträchtigung der Genauigkeit bei Drehung mit
hoher Geschwindigkeit. Ferner sind, wenn die Werte für
den Offset, das Amplitudenverhältnis, die Phasendifferenz
usw., wie sie für jede Verschiebung um λ erfasst
werden, solche Werte sind, die im vorigen λ-Bereich optimal
waren, im benachbarten Bereich notwendigerweise ebenfalls optimal.
Demgemäß ist die Interpolationsgenauigkeit gering,
wenn ein Sensor verwendet wird, der ein Auslenkungssignal ausgibt,
bei dem der Änderungswert, den Offset, die Phasendifferenz
und das Amplitudenverhältnis abhängig von einer Änderung
der Position groß ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionserfassungsvorrichtung
zu schaffen, bei der unabhängig von der Drehgeschwindigkeit
eine Komponente entfernt wird, die die Interpolationsgenauigkeit
beeinträchtigt und die in zwei Auslenkungssignalen mit
voneinander um 90 Grad verschiedenen Phasen enthalten ist, die eine Änderung des
Sinusverlaufs mit einer Periode des Zyklus oder der Wellenlänge λ in
Bezug auf die Messauslenkung erfahren. Wenn diese Komponente entfernt
wird, ist die Interpolationsgenauigkeit verbessert, und zwar auch
bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten.
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Diese
Aufgabe ist durch die Positionserfassungsvorrichtungen gemäß den
beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1,
6 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Durch
die Erfindung ist es möglich, unter Ausnutzung des in
JP 2007-68620 A offenbarten
Verfahrens beispielsweise Werte für den Offset, die Phasendifferenz
und das Amplitudenverhältnis, entsprechend der Absolutposition,
für zwei Phasensignale, deren Sinusverlauf sich mit einer
Periode einer Wellenlänge λ in Bezug auf die Messauslenkung ändert, zu
erfassen und vorab in einem Speicher abzuspeichern. Ferner werden
die zwei Auslenkungssignale unter Verwendung der optimalen Werte
für den Offset, die Position und das Amplitudenverhältnis
entsprechend der Absolutposition korrigiert und interpoliert. Demgemäß kann
selbst dann eine Positionserfassung mit hoher Genauigkeit erzielt
werden, wenn ein Sensor verwendet wird, der ein Auslenkungssignal
ausgibt, bei dem das Ausmaß der Änderung des Offsets,
der Phasendifferenz und des Amplitudenverhältnisses abhängig
von einer Positionsänderung groß ist. Außerdem
kann eine Positionserfassung mit hoher Genauigkeit erfolgen, da
die Interpolationsverarbeitung unter Verwendung der optimalen Werte des
Offsets, der Phasendifferenz und des Amplitudenverhältnisses,
entsprechend der Absolutposition, selbst bei einer Drehung mit hoher
Geschwindigkeit ausgeführt wird. Darüber hinaus
kann selbst dann, wenn sich die Werte des Offsets, der Phasendifferenz
und des Amplitudenverhältnisses abhängig von einer Änderung
der Umgebung ändern, eine Korrektur im Wesentlichen in
Echtzeit entsprechend einer derartigen Änderung ausgeführt
werden, so dass eine mit hoher Genauigkeit arbeitende Positionserfassungsvorrichtung
erhalten werden kann, die frei von einer Beeinträchtigung über
die Zeit hinweg ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand von durch Figuren veranschaulichten
Ausführungsformen näher erläutert.
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1 ist
ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist
ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Offsetentfernungs-Verarbeitungseinheit
gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
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3 ist
ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Phasendifferenzkorrektur-Verarbeitungseinheit
gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
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4 ist
ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Amplitudenverhältniskorrektur-Verarbeitungseinheit
gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
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5 ist
eine Ansicht zum Veranschaulichen einer herkömmlichen Positionserfassungsvorrichtung;
und
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6 ist
ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Interpolationsvorgangs
einer Signalverarbeitungsschaltung in der Positionserfassungsvorrichtung
der 5.
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In
der 1 sind Elemente mit denselben Funktionen wie denjenigen.
von Elementen in der 5 oder 6 mit denselben
Bezugszahlen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Die 2 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen des
Betriebs einer Offsetentfernungs-Verarbeitungseinheit 35 in
der 1, und die 4 ist ein
Blockdiagramm zum Veranschaulichen des Betriebs einer Amplitudenverhältniskorrektur-Verarbeitungseinheit 59 in
der 1. In den 2, 3 und 4 sind
gemeinsame Blöcke mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet,
und es sind dieselben Signalnamen verwendet.
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Gemäß der 1 sind
ein Rotor 21, der mit demjenigen in der 5 übereinstimmt,
und eine Absolutcodeplatte 18 an einer Drehachse 1 befestigt. Die 1 veranschaulicht
ferner einen Präzisionspositionssensor 2, der
den Erfassungssensoren 24 und 25 der 5 ähnlich
ist. Ein Code der Absolutcodeplatte 18 wird durch den Absolutpositionssensor 19 in ein
Absolutsignal ABS gewandelt, bei dem es sich um ein elektrisches
Signal handelt, das an eine Absolutpositions-Wandlungsverarbeitungseinheit 20 ausgegeben
wird. Die Absolutpositions-Wandlungsverarbeitungseinheit 20 kombiniert
ein von einer Interpolationsoperationseinheit 17 geliefertes
Positionssignal IP hoher Genauigkeit und ein grobes Absolutpositionssignal,
das durch Anwenden einer Signalverarbeitung auf das Absolutsignal
ABS erhalten wird, um dadurch ein Absolutpositionssignal P zu erhalten
und auszugeben, das eine Absolutposition mit hoher Genauigkeit anzeigt.
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Eine
Radiusoperationseinheit 30 empfängt von der Präzisionspositionssensoreinheit 2 zwei
digitalisierte Phasensignale DC und DS, und sie gibt ein Signal
R aus, das die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der zwei Phasensignale
DC und DS repräsentiert. Eine FFT-Verarbeitungseinheit 31 tastet
das Signal R auf Grundlage einer Änderung des Positionssignals
IP mit Intervallen von (1/32) λ ab, und sie führt
betreffend die Signale R für 32 Punkte, für jede Bewegung
der Drehachse um λ, eine schnelle Fouriertransformation
aus. Die FFT-Verarbeitungseinheit 31 gibt Signale COFR
und SOFR aus, die Verdoppelwerte einer Kosinus- bzw. einer Sinuskomponente sind
und nach der Fourieranalyse die Wellenlänge λ aufweisen,
und die im Wesentlichen Offsetwerten der Signale DC und DS entsprechen.
Auch gibt die FFT-Verarbeitungseinheit 31 ein Signal PHR
aus, bei dem es sich um einen Wert handelt, der dadurch erhalten
wird, dass das Doppelte der Sinuskomponente von (λ/2),
wobei es sich um die halbe Wellenlänge λ nach
der Fourieranalyse handelt, durch eine Komponente 0-ter Ordnung
geteilt wird, und wobei dieses Signal PHR der Phasendifferenz zwischen
den Signalen DC und DS entspricht. Außerdem gibt die FFT-Verarbeitungseinheit 31 auch
ein Signal BAR aus, bei dem es sich um einen Wert handelt, der dadurch
erhalten wird, dass als Erstes zwei Werte dadurch erhalten werden, dass
eine Kosinuskomponente von (λ/2), wobei es sich um die
halbe Wellenlänge λ nach der Fourieranalyse in
Bezug auf eine Komponente 0-ter Ordnung handelt, bzw. eine Kosinuskomponente
von (λ/2) subtrahiert wird, die die halbe Wellenlänge λ nach
der Fourieranalyse in Bezug auf eine Komponente 0-ter Ordnung ist,
wobei dann der sich aus der Addition ergebende Wert durch den sich
bei der Subtraktion ergebenden Wert geteilt wird, was dem Amplitudenverhältnis
zwischen den Signalen DC und DS entspricht. Wenn hierbei die Schwankung
der Amplitude der zwei Phasensignale SC und SS vom Positionssensor 2 klein
ist, kann als Komponente 0-ter Ordnung nach der FFT-Verarbeitung
ein fester Wert verwendet werden, um den Phasendifferenzkorrekturwert
und den Amplitudenverhältnis-Korrekturwert zu erfassen.
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Wenn
ein den Automatikmodus einstellendes Signal ATSET auf EIN gesetzt
ist, werden die Signale COFR und SOFR, das Signal PHR und das Signal
BAR in eine Offsetkorrekturwert-Speichereinheit 32, eine
Phasendifferenzkorrekturwert-Speichereinheit 33 bzw. eine
Amplitudenverhältniskorrekturwert-Speichereinheit 34 an
dem Absolutpositionssignal P entsprechenden Adressen abgespeichert.
Hierbei sind die Offsetkorrekturwert-Speichereinheit 32, die
Phasendifferenzkorrekturwert-Speichereinheit 33 und die
Amplitudenverhältniskorrekturwert-Speichereinheit 34 so
konfiguriert, dass die Eingangssignale COFR und SOFR, PHR bzw. BAR
direkt als Ausgangssignale COF(P) und SOF(P), PH(P) bzw. BAR(P)
ausgegeben werden, wenn das Signal ATSET zum Einstellen des Automatikmodus
auf EIN gesetzt ist. Die Vorrichtung ist auch so konfiguriert, dass die
Adresse, an der die Daten tatsächlich eingeschrieben werden,
aus einem Signal erzeugt wird, dass dadurch erhalten wird, dass
das Absolutpositionssignal P verzögert wird.
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Wenn
beim obigen Aufbau das Signal ATSET zum Einstellen des Automatikmodus
auf AUS gesetzt ist, entsprechen die Offsetkorrekturwertsignale
COF(P) und SOF(P), das Phasendifferenzkorrektur signal PM(P) und
das Amplitudenverhältniskorrektursignal BA(P), wie sie
von der Offsetkorrekturwert-Speichereinheit 32, der Phasendifferenzkorrekturwert-Speichereinheit 33 bzw.
der Amplitudenverhältniskorrekturwert-Speichereinheit 34 ausgegeben werden,
Korrekturwerten an der Absolutposition.
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Mit
den oben beschriebenen Funktionen können, unmittelbar nach
dem Installieren der Positionserfassungsvorrichtung an einer Maschine,
die das Erfassungsobjekt bildet, der Absolutposition P entsprechende
Korrekturwerte dadurch voreingestellt werden, dass dafür
gesorgt wird, dass sich die Drehachse 1 mit niedriger Geschwindigkeit
dreht und das Signal ATSET zum Einstellen des Automatikmodus entsprechend
der Absolutposition P nur einmal auf EIN geschaltet wird, wobei
die Voreinstellung in der Offsetkorrekturwert-Speichereinheit 32,
der Phasendifferenzkorrekturwert-Speichereinheit 33 und der
Amplitudenverhältniskorrekturwert-Speichereinheit 34 erfolgt.
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In
einer Offsetkorrektur-Verarbeitungseinheit 35 korrigieren
Subtrahierer 36 und 37 die zwei Phasensignale
DC und DS mittels der Cffsetkorrekturwerte COF(P) bzw. SOF(P), entsprechend
der Absolutposition IP, wobei diese Werte durch die Offsetkorrekturwert-Speichereinheit 32 ausgegeben
werden, um dann korrigierte Signale DCD bzw. DSD auszugeben. Eine
Radiusoperationseinheit 40 führt eine Operation
für die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der zwei korrigierten
Signale DCD und DSD aus, wie sie dadurch erhalten wurden, dass die
zwei Phasensignale mit den Werten der Offsetkorrekturwert-Speichereinheit 32 korrigiert
wurden, und sie gibt das Ergebnis als Signal RA aus. Eine FFT-Verarbeitungseinheit 41 tastet
das Signal RA mit Intervallen von (1/32)λ auf Grundlage
einer Änderung des Positionssignals IP ab und führt
eine schnelle Fouriertransformation betreffend die Signale RA für
32 Punkte, für jede Bewegung des Rotors 21 um λ,
aus. Ferner gibt die FFT-Verarbeitungseinheit 41 Werte aus,
die das Doppelte der Kosinuskomponente und der Sinuskomponente mit
der Wellenlänge λ nach der Fourieranalyse sind,
wobei die Ausgabe als Signal COFR bzw. SOFR erfolgt. Dabei sind
die Signale COFR und SOFR Offsetkomponenten, wie sie in den betreffend
korrigierten Signalen DCD bzw. DSD enthalten sind, und dies kann
als Offsetvariationswert auf Grund einer zeitlichen Änderung
seit der Erfassung der Korrekturwerte für die Offsetkorrekturwert-Speichereinheit 32 angesehen
werden.
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Tiefpassfilter 42 und 43 entfernen
hochfrequente Komponenten der betreffend den Offset korrigierten
Signale DCD bzw. DSD, und sie geben Signale COLP bzw. SOLP aus.
Wenn sich die Drehachse mit hoher Geschwindigkeit dreht und die
Frequenzen der Signale DCD und DSD ausreichend höher als
die Grenzfrequenzen der Tiefpassfilter 42 und 43 sind, können
die Signale COLP und SOLP so angesehen werden, dass sie den Offsetkomponenten
der Signale DCD bzw. DSD entsprechen. Ein Geschwindigkeitsdetektor 45 erfasst
die Geschwindigkeit ab einer Änderung des Positionssignals
IP pro Zeiteinheit. Wenn der Geschwindigkeitsdetektor eine vorbestimmte
Geschwindigkeit oder eine höhere Geschwindigkeit erkennt,
schaltet er ein Signal LPSET auf EIN, und er sorgt dafür,
dass eine Offseteinstellwert-Speichereinheit 44 die von
den Tiefpassfiltern 42 und 43 ausgegebenen Ausgangssignale
COLP und SOLP speichert und diese Signale als Signale COAJ bzw.
SOAJ ausgibt. Wenn sich die Drehachse 1 mit niedriger Geschwindigkeit
dreht, schaltet der Geschwindigkeitsdetektor 45 das Signal
RSET jedesmal dann auf EIN und auf AUS, wenn sich der Rotor um λ bewegt,
und er sorgt dafür, dass die Offseteinstellwert-Speichereinheit 44 die
Ausgangssignale CORF und SOFR der FFT-Verarbeitungseinheit 41 speichert
und diese Signale als Signale COAJ bzw. SOAF ausgibt. Subtrahierer 38 und 39 subtrahieren die
dem Offsetvariationswert entsprechenden Signale COAJ und SOAJ von
den betreffend den Offset korrigierten Signalen DCD bzw. DSC, und
sie geben sich ergebende Signale DCD und DSE aus. Wie oben beschrieben,
kann die Offsetkorrektur-Verarbeitungseinheit 35 die in
den zwei Phasensignalen enthal tenen Offsetkomponenten unabhängig
von der Drehgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit korrigieren.
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Eine
Radiusoperationseinheit 56 berechnet die Quadratwurzel
der Summe der Quadrate der zwei in der Phase korrigierte Signale
DCE und DSF, die mittels eines Werts von der Phasendifferenzkorrekturwert-Speichereinheit 33 einer
Phasenkorrektur in Bezug auf die zwei Phasensignale unterzogen wurden,
und sie gibt ein sich ergebendes Signal RB aus. Eine FFT-Verarbeitungseinheit 57 tastet
das Signal RB mit Intervallen von (1/32)λ auf Grundlage
einer Änderung des Positionssignals IP ab, und sie führt eine
schnelle Fouriertransformation betreffend die Signale RB für
32 Punkte, für jede Bewegung des Rotors 21 um λ,
aus. Ferner gibt die FFT-Verarbeitungseinheit 57 als Signal
PHR einen Wert aus, der dadurch erhalten wird, dass das Doppelte
einer Sinuskomponente mit der halben Wellenlänge (λ/2)
nach der Fourieranalyse durch eine Komponente 0-ter Ordnung geteilt
wird. Dabei ist das Signal PHR ein Wert, der den Anteil einer Komponente
mit einer Phase repräsentiert, die identisch mit der Phase
des Signals DCE ist, wie im betreffend die Phase korrigierten Signal
DSF enthalten. Demgemäß kann das Signal PHR als
Phasendifferenzvariationswert auf Grund einer zeitlichen Änderung
seit der Erfassung des Korrekturwerts für die Phasendifferenzkorrekturwert-Speichereinheit 33 angesehen
werden.
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Ein
Multiplizierer 51 multipliziert das Signal DCE mit dem
Signal DSF, und er gibt ein Signal PX aus, das die Korrelation zwischen
den beiden Signalen repräsentiert. Ein Quadrierer 52 führt
eine Quadrierung des Signals DCE aus, und er gibt ein sich ergebendes
Signal CS aus. Tiefpassfilter 53 und 54 entfernen
hochfrequente Komponenten aus den Signalen PX bzw. CS, und sie geben
die sich ergebenden Signale PXLP bzw. CSLP aus.
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Ferner
gibt ein Dividierer 55 ein Signal PHLP aus, das durch Teilen
des Signals PXLP durch das Signal CSLP erhalten wird.
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Durch
die oben beschriebene Verarbeitung verfügt, wenn sich die
Drehachse 1 mit hoher Geschwindigkeit dreht und die Frequenzen
der Signale DCE und DSF ausreichend höher als die Grenzfrequenzen
der Tiefpassfilter 53 und 54 sind, das Signal PLP
einen Wert, der den Anteil einer Komponente mit derselben Phase
wie der des Signals DCE, wie im in der Phase korrigierten Signal
DSF enthalten, repräsentiert. Hierbei kann, während
beim obigen Beispiel das Signal PXLP auf Grundlage des Signals DCE
erzeugt wird, dieses Signal PXLP auch einen festen Wert darstellen,
wenn die Amplitudenschwankung der zwei Phasensignale SC und SS des
Positionssensor 2 klein ist. In diesem Fall sind der Quadrierer 52 und
das Tiefpassfilter 54 nicht erforderlich.
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Eine
Phasendifferenzeinstellwert-Speichereinheit 58 schaltet
das Signal LPSET bei der vorbestimmten Geschwindigkeit oder einer
höheren Geschwindigkeit auf EIN, und sie speichert das
Ausgangssignal PLP des Dividierers 55 und gibt es als Signal
PHAJ aus. Bei niedriger Drehgeschwindigkeit wird andererseits das
Ausgangssignal PHR der FFT-Verarbeitungseinheit 57 auf
Grundlage des Signals RSET in der Phasendifferenzeinstellwert-Speichereinheit 58 abgespeichert,
und es wird das Signal PHAJ ausgegeben. Ein Multiplizierer 49 multipliziert das
Signal DCE mit dem Signal PHAJ, und er gibt das sich ergebende Signal
DCC aus. Ein Subtrahierer 50 subtrahiert das Signal DCC,
das einem Phasenvariationswert entspricht, vom in der Phase korrigierten
Signal DSF, und er gibt das sich ergebende Signal als Signal DSG
aus. Infolge dessen kann eine Phasendifferenzkorrektur-Verarbeitungseinheit 46 eine
Phasenkorrektur mit hoher Genauigkeit ausführen, so dass
die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen unabhängig
von der Drehgeschwindigkeit 90 Grad beträgt.
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In
der Amplitudenverhältniskorrektur-Verarbeitungseinheit 59 multipliziert
ein Multiplizierer 60 das Signal DSG, das der Offsetkorrektur
und der Phasendifferenzkorrektur unterzogen wurde, mit einem Amplitudenkorrekturwert
BA(P), der der Abso lutposition IP entspricht und durch die Amplitudenverhältniskorrekturwert-Speichereinheit 34 ausgegeben
wird, und sie gibt ein sich ergebendes Signal DSH aus. So entspricht
die Amplitude dieses Signals DSH im Wesentlichen derjenigen des
Signals DCE.
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Eine
Radiusoperationseinheit 64 berechnet die Quadratwurzel
der Summe der Quadrate der zwei Signale DCE und DSH, die durch Anwenden
einer Amplitudenkorrektur auf die zwei Phasensignale unter Verwendung
eines Werts aus der Amplitudenverhältniskorrekturwert-Speichereinheit 34 erhalten
wurden, und sie gibt das sich ergebende Signal als Signal RC aus.
Eine FFT-Verarbeitungseinheit 65 tastet dieses Signal RC
mit Intervallen von (1/32)λ auf Grundlage einer Änderung
des Positionssignals IP ab, und sie führt für
jede Bewegung des Rotors 21 um λ eine schnelle
Fouriertransformation für die Signale RC für 32
Punkte aus. Ferner gibt die FFT-Verarbeitungseinheit 65 als
Signal BAR einen Wert aus, der dadurch erhalten wird, dass als Erstes
zwei Werte dadurch erhalten werden, dass eine Kosinuskomponente
von (λ/2), wobei es sich um die halbe Wellenlänge λ nach
einer Fourieranalyse in Bezug auf eine Komponente 0-ter Ordnung
handelt, addiert wird bzw. eine Kosinuskomponente von (λ/2),
wobei es sich um die halbe Wellenlänge λ nach
einer Fourieranalyse in Bezug auf eine Komponente 0-ter Ordnung
handelt, subtrahiert wird, wobei dann der sich ergebende Additionswert
durch den sich ergebenden Subtraktionswert geteilt wird. Dabei zeigt
das Signal BAR einen Wert, der das Verhältnis des in der
Amplitude korrigierten Signals DSH und des Signals DCE zeigt. Demgemäß kann
das Signal DSH als Amplitudenverhältnisvariationswert auf
Grund einer zeitlichen Änderung seit dem Erfassen des Korrekturwerts
für die Amplitudenverhältniskorrekturwert-Speichereinheit 34 angesehen
werden.
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Ein
Quadrierer 61 führt eine Quadrieroperation am
Signal DSH aus, um ein sich ergebendes Signal SS auszugeben. Ein
Tiefpassfilter 62 entfernt eine hochfrequente Komponente
aus dem Signal SS und gibt ein Signal SSLP aus. Ferner gibt ein
Dividierer 63 ein Signal BALP aus, das durch Teilen des
Signals CSLP durch das Signal SSLP erhalten wurde. Durch die obige
Verarbeitung entspricht, wenn sich die Drehachse 1 mit
hoher Geschwindigkeit dreht und die Frequenzen der Signale DCE und
DSH ausreichend höher als die Grenzfrequenzen der Tiefpassfilter 62 und 54 sind,
das Signal BALP einem Wert, der dem Amplitudenverhältnis
zwischen dem in der Amplitude korrigierten Signal DSH und dem Signal
DCE entspricht.
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Eine
Amplitudenverhältniseinstellwert-Speichereinheit 66 speichert,
bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit oder höher, wenn
das Signal LPSET auf EIN geschaltet ist, das Ausgangssignal BALP
des Dividierers 63 EIN, und sie gibt ein Signal BAAJ aus.
Ferner wird, bei niedriger Drehgeschwindigkeit, auf Grundlage des
Signals RSET das Ausgangssignal BAR der FFT-Verarbeitungseinheit 65 in die
Amplitudenverhältniseinstellwert-Speichereinheit 66 eingespeichert,
die das Signal BAAJ ausgibt. Ein Multiplizierer 67 multipliziert
das Signal DSH mit dem Signal BAAJ, und er gibt ein sich ergebendes
Signal DSI aus. Infolge dessen kann die Amplitudenverhältniskorrektur-Verarbeitungseinheit 59 die
Amplituden der zwei Signale unabhängig von der Drehgeschwindigkeit
mit hoher Genauigkeit zur Übereinstimmung bringen.
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Während
beim obigen Beispiel die Radiusoperationseinheiten 40, 56 und 64 sowie
die FFT-Verarbeitungseinheiten 41, 57 und 65 als
verschiedene Blöcke beschrieben sind, ist es auch möglich,
da der Offset, die Phasendifferenz und das Amplitudenverhältnis
durch Fourieranalyse auf vollständig getrennte Weise behandelt
werden können, auch möglich, für die
zwei Phasensignale, die der Offsetkorrektur, der Phasendifferenzkorrektur
und der Amplitudenverhältniskorrektur unterzogen wurden,
insgesamt eine Radiusoperationseinheit und eine FFT-Verarbeitungseinheit
bereitzustellen, oder es ist auch möglich, die Radiusoperations einheit 30 und
die FFT-Verarbeitungseinheit 31 für diesen Zweck
zu verwenden. Außerdem können die Verarbeitungsvorrichtungen wie
die Radiusoperationseinheit 30 und die FFT-Verarbeitungseinheit 31 dazu
verwendet werden, den Offsetvariationswert, den Phasendifferenzvariationswert
und den Amplitudenverhältnisvariationswert der zwei Phasensignale
DCE und DSI zu erfassen, die der Offsetkorrektur, der Phasendifferenzkorrektur und
der Amplitudenverhältniskorrektur unterzogen wurden. In
diesem Fall entspricht der von der FFT-Verarbeitungseinheit ausgegebene
Wert einem Inkrement jedes Variationswerts, und daher ist es möglich,
die Erfindung dadurch zu realisieren, dass der Offsetvariationswert,
der Phasendifferenzvariationswert und der Amplitudenverhältnisvariationswert dadurch
erhalten werden, dass der Erfassungswert zum Ausgangswert jeder
Einstellwert-Speichereinheit addiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 4-136751
A [0013]
- - JP 2007-68620 A [0014, 0015, 0016, 0019]