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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bewegungssteuerungssystem zum Bewegen eines sich bewegenden Körpers um ein gewünschtes Bewegungsmaß, zum Beispiel ein Bewegungssteuerungssystem, wie ein Goniometer, mit dem ein rotierender Körper zur Drehung um einen gewünschten Winkel veranlasst werden kann. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Röntgen-Messgerät mit dem Bewegungssteuerungssystem der obigen Beschreibung.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Bewegungssteuerungssysteme zum Bewegen eines sich bewegenden Körpers um ein gewünschtes Bewegungsmaß sind auf einer Vielzahl von industriellen Gebieten weit verbreitet, wie in Maschinenwerkzeugen, Motorfahrzeugen, Robotern, Messinstrumenten und auf anderen Gebieten. Zum Beispiel wird auf dem Gebiet der Messinstrumente ein Goniometer, welches als ein Bewegungssteuerungssystem dient, manchmal dazu verwendet, eine Drehbühne zu einer Drehung zu veranlassen, und zwar dann, wenn die Drehbühne, welche als ein sich bewegender Körper dient und eine zu messende Probe trägt, zur Drehung um einen gewünschten Winkel veranlasst soll.
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Ein Goniometer einer solchen Art hat zum Beispiel einen Elektromotor, welcher als eine Stromquelle dient, um die Drehbühne in Drehung zu versetzen, und einen Winkeldetektor, um den Drehwinkel der Drehbühne zu erfassen. Herkömmlich bekannte Winkeldetektoren einer solchen Art umfassen solche, die in der Patententgegenhaltung 1 offenbart sind. In diesem Winkeldetektor sind ein Winkeldaten-Detektionskopf, welcher als eine Bezugsgröße dient, und eine Mehrzahl von Detektionsköpfe für Fehlerkomponenten des n-ten Grads um eine Drehscheibe herum angeordnet, wobei jeweilige Ausgangsdaten von jedem der Detektionsköpfe für Fehlerkomponenten des n-ten Grads einer vorbestimmten Berechnungsformel zugrunde gelegt werden, um eine Fehlerkomponente des n-ten Grads zu erhalten, wobei die Fehlerkomponente des n-ten Grads von einem Ausgangsdatum des Bezugskopfs subtrahiert wird, wodurch das Ausgangsdatum kalibriert wird und ein sehr genaues Winkeldatum mit einem minimalen Fehler erhalten wird. Die Patententgegenhaltung 1 offenbart auch eine Technik, in welcher eine Tabelle mit den Fehlerkomponenten des n-ten Grads und Winkelwerte bedarfsweise verwendet wird.
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Patententgegenhaltung 1 erwähnt keine Verfahren zum Verwenden kalibrierter Winkeldaten, die wie oben beschrieben erhalten wurden. Ein allgemeines Verfahren zum Verwenden kalibrierter Winkeldaten einer solchen Art ist ein Verarbeitungssystem, wie dasjenige, das in 14 gezeigt ist, in welchen ein herkömmlicher Personalcomputer verwendet wird. In diesem System sind eine Mehrzahl von Detektionsköpfen 102a bis 102d, einschließlich eines Detektions-Bezugskopfs 102a, in geeigneten Winkelabständen um eine Kodierscheibe 101 herum angeordnet, die mit einer Kalibrierung (das heißt, einem Maßstab) versehen ist.
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Die Kodierscheibe 101 ist einstückig mit einem Drehkörper (nicht gezeigt) verbunden, wobei der Drehkörper von einem Servomotor 109 angetrieben ist, welcher ein Elektromotor ist. Die Kodierscheibe 101 dreht zusammen mit dem Drehkörper. Der Drehwinkel des Servomotors 109 wird durch einen Servo-Verstärker 108 gesteuert. Der Servo-Verstärker 108 steuert den Drehwinkel des Servomotors 109 basierend auf einem Winkel-Befehlssignal S0, das von einer Steuereinrichtung 107 gesandt wurde. Die Steuereinrichtung 107 überträgt ein Winkelsignal Sa an einen zweiten Personalcomputer 110.
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Ein analoges Ausgangssignal von jedem der Detektionsköpfe 102a bis 102d wird durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 103 in ein digitales Signal umgewandelt und wird durch einen Interpolator 104 einer n-fachen Frequenzzunahme unterzogen (das heißt, einer n-fachen Interpolation). Die Daten nach der Interpolation werden durch einen Personalcomputer 105 einer vorbestimmten Berechnung unterzogen, Daten für eine Kalibrierung werden erhalten und die Daten für die Kalibrierung werden an den zweiten Personalcomputer 110 übertragen. Der Personalcomputer 110 erzeugt basierend auf den übertragenen Daten eine Kalibrierungstabelle 106.
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Der zweite Personalcomputer 110 kalibriert das von der Steuereinrichtung 107 gesandte Winkelsignal Sa unter Verwendung der in der Winkelkalibrierungstabelle 106 gespeicherten Kalibrierungsdaten. Die kalibrierten Winkeldaten werden als die korrekten Winkeldaten angesehen. Die korrekten Winkeldaten werden zum Beispiel auf dem Schirm eines Displays 111 wiedergegeben, welches ein Ausgabeinstrument ist. Das Verfahren zum Verwenden der in 14 gezeigten Winkelkalibrierungstabelle 106 ist nur ein Beispiel, und es können viele weitere Verwendungsverfahren vorgesehen sein.
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Ganz allgemein werden in einem Fall, in welchem mehrere von in 14 gezeigten Winkeldaten-Verarbeitungssystemen vorhanden sind, selbst dann, wenn die mechanischen und elektrischen Bauelemente, aus welchen jedes der Systeme aufgebaut ist, vollständig identisch sind, Kenndaten der zusammengesetzten Winkeldaten-Verarbeitungssysteme uneinheitlich sein. Deshalb sind die in der Winkelkalibrierungstabelle 106 gespeicherten Kalibrierungsdaten in allen der Winkeldaten-Verarbeitungssysteme unterschiedlich.
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Zudem verändern sich mechanische und elektrische Eigenschaften der Winkeldaten-Verarbeitungssysteme mit der Zeit. Deshalb muss, als Regel, der Inhalt der Winkelkalibrierungstabelle 106 mit der Zeit modifiziert werden. Zudem kann sich in einem Fall, in welchem als Option eine zusätzliche Last auf dem sich bewegenden Körper (zum Beispiel einer Drehbühne) angebracht ist, auf welcher die Kodierscheibe 101 montiert ist, der sich bewegende Körper aufgrund einer unausgewogenen Belastung verformen und muss die Winkelkalibrierungstabelle 106 immer neu geschaffen werden, wenn dies auftritt.
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Wie oben beschrieben, müssen die Kalibrierungsdaten in der Winkelkalibrierungstabelle 106 für jedes Winkelkontrollsystem erzeugt werden und selbst Daten für ein einziges Kontrollsystem müssen mit der Zeit modifiziert werden. Die Handhabung der Winkelkalibrierungstabelle 106 ist äußerst mühsam.
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Ein herkömmlicher Winkeldetektor, ähnlich dem Winkeldetektor, der in dem 14 gezeigten Winkeldaten-Verarbeitungssystem verwendet wird, ist in den Patententgegenhaltungen 2 und 3 offenbart. Die Patententgegenhaltung 3 ist eine US-Patentspezifikation, die auf der Patententgegenhaltung 2 basiert. In diesen Patententgegenhaltungen ist ein Winkeldaten-Verarbeitungssystem offenbart, in welchem ein zweiter Kalibrierungs-Lesekopf, welcher eine Bezugsgröße darstellt, und eine Mehrzahl von ersten Kalibrierungs-Leseköpfen um eine Kalibrierungsplatte herum angeordnet sind, welche mit einer Kodierscheibe korrespondiert. In diesem Verarbeitungssystem wird ein Unterschied bei der Messung zwischen dem einzelnen zweiten Kalibrierungs-Lesekopf und jedem der ersten Maßstab-Leseköpfe erhalten; ein Mittelwert der Unterschiede wird erhalten; eine Kalibrierungskurve wird basierend auf den Mittelwert der Unterschiede erhalten; die Kalibrierungskurve wird dazu verwendet, die Ausgangsdaten des zweiten Kalibrierungs-Lesekopfes zu kalibrieren, welcher die Bezugsgröße ist; und die kalibrierten Daten werden als die endgültigen Winkeldaten verwendet.
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Die Patententgegenhaltungen 2 und 3 erwähnen kein Verfahren zum Verwenden der wie oben beschrieben erhaltenen kalibrierten Winkeldaten. Ganz allgemein kann ein Winkeldaten-Verarbeitungssystem, wie dasjenige, das weiter oben beschrieben und in
14 gezeigt ist, das heißt, ein System zum Durchführen eines Verfahrens, in welchem das Winkelsignal Sa von der Steuereinrichtung
107 unter Verwendung der Winkelkalibrierungstabelle
106 kalibriert und gegebenenfalls ausgegeben wird, vorgesehen sein.
[Patententgegenhaltung 1]
JP-A 2003-262518 (Seiten 2 und 3,
1 bis
4)
[Patententgegenhaltung 2]
JP-A 2006-098392 (Seiten 3 bis 5,
1)
[Patententgegenhaltung 3]
US Patent Nr. 7,143,518 -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wie oben beschrieben, ist gemäß einer herkömmlichen Detektionstechnik in einem Fall, in welchem eine Mehrzahl von Detektionsköpfen verwendet wird, um ein Bewegungsmaß mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu detektieren, ein Bezugs-Detektionskopf aus einer Mehrzahl von Detektionsköpfen definiert; Fehler zwischen dem Bezugskopf und anderen Köpfen werden erhalten; eine Kalibrierungskurve für den Bezugskopf wird basierend auf den Fehlern erhalten; und Detektionsergebnisse, die durch den Bezugskopf gemessen werden, werden unter Verwendung der Kalibrierungskurve kalibriert; wodurch das korrekte Bewegungsmaß einer Drehbühne erhalten wird.
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Jedoch ist das Prozedere der Verarbeitung der gemessenen Daten gemäß diesem Verfahren komplex, und es ist schwierig, eine Berechnung in kurzer Zeit durchzuführen. Es ist deshalb schwierig, eine Feedback-Kontrolle zu verwenden. Demgemäß ist es nicht möglich, die Drehung der Drehbühne in unmittelbarer Weise (das heißt, in Echtzeit) basierend auf den Daten zu steuern, nachdem gemessene Daten durch eine Mehrzahl von Detektionsköpfen erfasst worden sind.
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Mit den oben erwähnten Problemen hinsichtlich herkömmlicher Geräte im Blick, ist eine Aufgabe der vorlegenden Erfindung, einen Bewegungssteuerungssystem zu schaffen, in welchem, wenn ein korrektes Bewegungsmaß unter Verwendung einer Mehrzahl von Detektionsköpfen durch Berechnung erhalten worden ist, eine Verarbeitungsprozedur vereinfacht ist und eine Verarbeitungszeit so verkürzt ist, dass eine Feedback-Kontrolle möglich wird, wodurch eine Drehbühne oder ein anderer sich bewegender Körper um ein gewünschtes Bewegungsmaß (zum Beispiel einen Drehwinkel) mit einem höheren Grad an Genauigkeit bewegt (zum Beispiel in Drehung versetzt) werden kann.
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Ein Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Bewegungssteuerungssystem zum Bewegen eines sich bewegenden Körpers um ein gewünschtes Bewegungsmaß, wobei das Bewegungssteuersystem umfasst:
eine Bewegungskörper-Antriebseinrichtung zum Bewegen des sich bewegenden Körpers;
einen auf dem sich bewegenden Körper oder auf einem Objekt, das sich mit dem sich bewegenden Körper zusammenbewegt, vorgesehenen Maßstab;
eine Mehrzahl von Maßstab-Detektiereinrichtungen zum Detektieren des Maßstabs und Ausgeben eines Signals;
eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Mittelwertes des Bewegungsmaßes, basierend auf jedem der Ausgangssignale von der Maßstab-Detektiereinrichtung und Ausgeben des Mittelwertes des Bewegungsmaßes als Signal; und
eine Steuereinrichtung zum Steuern der Bewegungskörper-Antriebseinrichtung, basierend auf dem Signal, welches den Mittelwert des Bewegungsmaßes repräsentiert.
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In der vorliegenden Erfindung wird eine Information von der Maßstab-Detektiereinrichtung gemittelt, wird ein Fehler entfernt, wird eine Information, aus welcher der Fehler wie oben beschrieben entfernt worden ist, an die Steuereinrichtung übertragen und wird eine Feedback-Kontrolle durchgeführt. In der oben beschriebenen Konfiguration kann die Bewegungskörper-Antriebseinrichtung ein Servomotor sein und kann, in einigen Fällen, ein Schrittmotor, DC-Motor, Ultraschallmotor, Linearmotor oder eine ähnliche Einrichtung sein.
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Der sich bewegende Körper ist zum Beispiel ein rotierender Körper, ein sich linear bewegender Körper oder ein sich in anderer Weise bewegender Körper. Das Bewegungsmaß bezieht sich auf einen Drehwinkel im Falle eines rotierenden Körpers und auf ein Maß einer Linearbewegung im Falle eines sich linear bewegenden Körpers. Ein Beispiel eines rotierenden Körpers ist eine Drehbühne, die um ihre eigene Mittelachse dreht. Ein Beispiel eines sich linear bewegenden Körpers ist ein sich bewegender Körper, der eine Kugelumlaufspindel oder eine andere Schraubenachse nutzt. Ein Beispiel eines sich linear bewegenden Körpers ist ein Rotor eines Linearmotors. In diesem Falle dient der Linearmotor als die Bewegungskörper-Antriebseinrichtung. Im Falle eines sich linear bewegenden Körpers wird der Effekt eines mechanischen Fehlers oder ähnlichen Fehlers einfach unter Verwendung einer Mehrzahl von Detektoren detektiert. Mögliche Gründe für Fehler umfassen einen Fehler beim Montieren des Maßstabs oder einen Bearbeitungsfehler.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet die Berechnungseinrichtung den Mittelwert des Bewegungsmaßes, basierend auf einem Ausgangssignal von der Mehrzahl von Maßstab-Detetektiereinrichtungen. Deshalb kann das Bewegungsmaß mit einem höheren Grad an Genauigkeit im Vergleich zu einem Fall erhalten werden, in welchem nur eine einzige Maßstab-Detektiereinrichtung vorhanden ist. Die in diesem Fall durchgeführte Berechnung ist eine sehr einfache, in welcher nur ein Mittelwert erhalten wird, und sie kann in einer kurzen Zeitspanne durchgeführt werden. Ferner gibt die Berechnungseinrichtung das Ergebnis dieser Berechnung als ein einziges Signal aus. Deshalb kann dieses Ausgangssignal dazu verwendet werden, die Feedback-Kontrolle durchzuführen. Der sich bewegende Körper kann dadurch mit einem hohen Maß an Genauigkeit um ein gewünschtes Bewegungsmaß bewegt werden.
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In dem Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Berechnungseinrichtung vorzugsweise eine Software zum Durchführen einer Interpolation an dem von der Maßstab-Detektiereinrichtung ausgegebenen Signal. Eine Konfiguration solcher Güte macht es möglich, einen Berechungsvorgang unter Verwendung eine Mehrzahl von Maßstab-Detektiereinrichtungen mit höherer Geschwindigkeit im Vergleich zu einem Fall durchzuführen, in welchem eine Interpolationseinheit unter Verwendung dafür bestimmter Hardware konfiguriert wird, um eine Feedback-Kontrolle zu verwirklichen und um das Bewegungsmaß mit einem höheren Grad an Genauigkeit zu kontrollieren.
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Auch das Vorliegen einer Software unterstützen anstelle einer Hardware unterstützten Interpolation macht es möglich, die Kosten des gesamten Bewegungssteuerungssystems zu minimieren.
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In dem Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Berechnungseinrichtung vorzugsweise einen Computer mit einer Konfiguration, in welcher ein Programm und Daten in separaten Cache-Speichern gespeichert sind, und ein Programmbus und ein Datenbus separat vorgesehen sind. Eine Konfiguration solcher Art macht es möglich, einen noch schnelleren Berechnungsvorgang zu erreichen. Ein Computer mit einer solchen Konfiguration ist als ein Harvard-Computer bekannt und wird als unterschiedlich zum Neumann-Computer angesehen.
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Die Berechnungseinrichtung führt vorzugsweise eine Berechnungskontrolle unter Verwendung einer zentralen Prozessoreinheit (CPU) mit reduziertem Befehlsvorrat (RISC) durch. Eine RISC-CPU verarbeitet Befehle, die einfacher sind als eine CPU mit komplexem Befehlsvorrat (CISC), und es kann ein noch schnellerer Berechnungsprozess erreicht werden. Einige CISC-CPUs sind auch in der Lage, eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung durchzuführen, und es kann eine solche CISC-CPU auch verwendet werden.
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In dem Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Zeit zwischen dem Empfang des Ausgangssignals von der Maßstab-Detektiereinrichtung durch die Berechnungseinrichtung und dem Ausgeben des kalibrierten Winkeldatensignals der Berechnungseinrichtung vorzugsweise 20 μs oder weniger. Eine solche Konfiguration macht es möglich, in einer zuverlässigen Weise eine Steuerung in einem vollständig geschlossenen Regelkreis zu realisieren.
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In dem Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in welcher der sich bewegende Körper ein rotierender Körper ist; der Maßstab ist vorzugsweise direkt um den sich bewegenden Körper herum vorgesehen oder auf einem Objekt vorgesehen, das sich zusammen mit dem sich bewegenden Körper bewegt; und die Maßstab-Detektiereinrichtung ist um den rotierenden Körper herum vorgesehen. Eine solche Konfiguration macht es möglich, den Rotationswinkel des rotierenden Körpers zu steuern.
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In dem Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in welcher die Maßstab-Detektiereinrichtung, als einzelne Gruppe, n Maßstab-Detektiereinrichtungen umfasst, die in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind (wobei n 2, 3, 5 oder eine andere Primzahl ist); eine Datenspeicherungstabelle aufweist, in welcher Fehlerkomponenten höherer Ordnung als eine n-te Ordnung Fehlerkomponente der Gruppe gespeichert sind; und Winkeldaten, die durch die Berechnungseinrichtung erhalten werden, mit einer Fehlerkomponente kombiniert, die in der Datenspeicherungstabelle gespeichert ist.
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Eine solche Konfiguration macht es möglich, Fourier-Fehlerkomponenten höherer Ordnung in Faktoren zu zerlegen und höchst genaue Winkeldaten zu erhalten.
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In dem Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, in welchem die Datenspeicherungstabelle der obigen Art verwendet wird, kann die Maßstab-Detektiereinrichtung so konfiguriert sein, dass diese eine Mehrzahl von Gruppen von Maßstab-Detektiereinrichtungen mit unterschiedlichen Werten n umfasst. Es wird dadurch möglich, einen Fehler in noch höherer Ordnung zu detektieren.
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Jede der Gruppen der Maßstab-Detektiereinrichtungen kann wenigstens eine Maßstab-Detektiereinrichtung aufweisen, die auch zu einer anderen Gruppe gehört. Es wird dadurch möglich, die Anzahl der Maßstab-Detektiereinrichtungen zu reduzieren, Raum zu sparen und Kosten zu reduzieren.
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In dem Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann das periodische Wellensignal ein AB-Signal sein, dass eine A-Phase enthält, welche eine Cosinuswelle ist, und eine B-Phase enthält, welche eine Sinuswelle ist, oder ein ABZ-Signal sein, welches zusätzlich zu der A-Phase und der B-Phase ein Z-Signal enthält, das eine Bezugsposition repräsentiert.
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Im Hinblick auf die Tatsache, dass eine ideale Cosinuswelle und eine ideale Sinuswelle um 90° zueinander phasenverschoben sind, kann das periodische Wellensignal ein AB-Signal sein, das eine A-Phase und eine B-Phase enthält, was Wellen mit einander unterschiedlichen Phasen sind.
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Als nächstes ist eine Röntgenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Röntgenmessvorrichtung mit einem Goniometer, um eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor zu einer Drehung um einen vorbestimmten Winkel zu veranlassen, wobei das Goniometer ein erstes Bewegungssteuerungssystem hat, das aus dem Bewegungssteuerungssystem gemäß einer der oben beschriebenen Konfigurationen konfiguriert ist, und ein zweites Bewegungssteuerungssystem enthält, das aus dem Bewegungssteuerungssystem gemäß einem der oben beschriebenen Konfigurationen konfiguriert ist, wobei der sich bewegende Körper in dem ersten Bewegungssteuerungssystem enthalten ist und das zweite Bewegungssteuerungssystem eine Drehbühne umfasst, die sich um eine Achse dreht, welche durch die Drehbühne hindurch verläuft. Die Röntgenquelle wird durch die Drehbühne, die in dem ersten Bewegungssteuerungssystem enthalten ist, abgestützt, und der Röntgendetektor wird von der Drehbühne, die in dem zweiten Bewegungssteuerungssystem enthalten ist, abgestützt.
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Gemäß einer solchen Röntgenmessvorrichtung wird die Interpolation unter Verwendung von Software durchgeführt und wird der Berechnungsvorgang unter Verwendung einer Mehrzahl von Maßstab-Detektiereinrichtungen unter hoher Geschwindigkeit durchgeführt, deshalb wird es möglich, eine wirksame Feedback-Kontrolle durchzuführen und den Rotationswinkel der Drehbühne mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu steuern.
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Die Tatsache, dass eine Interpolation unter Verwendung von Software anstelle einer Hardware durchgeführt wird, macht es zudem möglich, die Kosten der gesamten Röntgenmessvorrichtung zu minimieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform des Bewegungssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine Zeichnung, welche eine Mehrzahl von Konfigurationen einer Anordnung von Maßstab-Detektiereinrichtungen zeigt;
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3 ist eine grafische Darstellung, welche ein Beispiel periodischer Wellensignale zeigt, die durch die Maßstab-Detektiereinrichtung detektiert werden;
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4 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration eines Datenverarbeitungsteils zeigt, welcher ein Hauptteil in 1 ist;
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5 ist ein Blockdiagramm, welches eine Interpolation funktional darstellt, welche eine durch in 4 gezeigte Schaltung realisierte Hauptsoftware ist;
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6 ist ein Blockdiagramm, welches einen Winkelberechnungsprozess funktional darstellt, welcher eine durch die in 4 gezeigte Schaltung weitere realisierte Hauptsoftware ist;
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7 ist ein Blockdiagramm, welches einen Winkelberechnungsprozess funktional darstellt, der in einer weiteren Ausführungsform des Bewegungssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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8 ist ein Blockdiagramm, welches einen Winkelberechnungsprozess funktional darstellt, der in einer weiteren Ausführungsform des Bewegungssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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9 ist ein Blockdiagramm, welches einen Winkelprozess funktional darstellt, der in einer weiteren Ausführungsform des Bewegungssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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10 ist eine Zeichnung, welche den Fehler im Rotationswinkel zeigt, um die in 9 gezeigte Ausführungsform darzustellen;
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11 ist ein Blockdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform des Bewegungssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 ist ein Blockdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform des Bewegungssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 ist eine Vorderansicht, welche eine Ausführungsform einer Röntgenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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14 ist ein Blockdiagramm, welches ein herkömmliches Beispiel des Bewegungssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun auf der Grundlage von Ausführungsformen beschrieben. Das Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in keiner Weise auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Die folgenden Beschreibungen erfolgen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Um charakteristische Bereiche in einer Weise zu zeigen, die leicht zu verstehen ist, können Bauelemente in den Zeichnungen in einem Maßstab gezeigt sein, der sich von der Realität unterscheidet.
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(Erste Ausführungsformen eines Bewegungssteuerungssystems)
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Bewegungssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Bewegungssteuerungssystem 1 ist eine Vorrichtung zum Steuern eines Rotationswinkels (das heißt, eines Bewegungsmaßes) einer Drehbühne 2, welche als ein sich bewegender Körper dient und welche um eine Achse X0 dreht, mit einem hohen Maß an Genauigkeit. Die Achse X0 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Diagramms in 1 (das heißt, in einer Richtung, welche die Ebene des Diagramms durchstößt). Eine Mehrzahl von Maßstäben (das heißt, Kalibrierungen) 3 sind in regelmäßigen Abständen um die Drehbühne 2 herum vorgesehen, wie dies in dem teilweise vergrößerten Diagramm (a) gezeigt ist.
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Die Maßstäbe 3 werden unter Verwendung einer Markiereinrichtung mit einer geeigneten Konfiguration hergestellt. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Maßstäbe direkt auf der Drehbühne 2 ausgebildet, welche als der sich bewegende Körper dient. Alternativ kann eine Kodierscheibe mit der Drehbühne 2 verbunden sein und sind Maßstäbe auf der Kodierscheibe vorgesehen.
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Gesamtkonfiguration des Bewegungssteuerungssystems
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Das Bewegungssteuerungssystem 1 umfasst einen Servomotor 4, welcher als eine Bewegungskörper-Antriebseinrichtung dient und welche zum Antrieb und in Drehung Versetzen der Drehbühne 2 ausgebildet ist, die als sich bewegende Körper in Form einer Drehbühne dient. Das Bewegungssteuerungssystem 1 umfasst auch einen Servoverstärker 6, welcher als eine Steuereinrichtung zum Steuern des Drehwinkels des Servomotors 4 dient, und einen Controller 7 zum Zuführen eines Winkel-Befehlssignals S0 an den Servoverstärker 6. Das Winkelbefehlssignal S0 ist ein Signal zum Anzeigen des Winkels, um welchen die Drehbühne 2 um die Achse X0 gedreht werden muss.
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Das Bewegungssteuerungssystem 1 hat auch eine Mehrzahl (8 in der vorliegenden Ausführungsform) Leseköpfe 8a bis 8h, welche als eine Maßstab-Detektiereinrichtung zum Lesen der Maßstäbe 3 auf der Drehbühne 2 dienen, und einen Datenverarbeitungsteil 9, welcher als eine Berechnungseinrichtung zum Empfangen eines Ausgangssignals von jedem der Leseköpfe und zum Ausgeben eines Drehwinkelsignals S1 dient. Das Drehwinkelsignal S1 ist ein Signal, welches den Drehwinkel der Drehbühne 2 zeigt, und ist nach der Berechnungsprozedur ein Winkelsignal, das durch Durchführen einer vorbestimmten Berechnung an einem gemessenen Drehwinkel, der von jedem der Leseköpfe 8a bis 8h basierend auf den Maßstäben 3 detektiert wurde, erhalten wird.
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Jeder der Leseköpfe 8a bis 8h ist konfiguriert aus zum Beispiel einem Reflektionslichtsensor mit einer Konfiguration, in welcher Licht von einem Licht emittierenden Element abgegeben wird, reflektiert durch die Maßstäbe 3, und von einem Licht empfangenen Element empfangen wird. Es soll klar sein, dass auch ein Transmissionslichtsensor oder ein anderer Sensor mit einer geeigneten Struktur gemäß dem Format der Maßstäbe 3 verwendet werden kann.
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Das Drehwinkelsignal S1 wird nach der Berechnungsprozedur durch den Datenverarbeitungsteil 9 zu einem Steuersignal-Eingangsanschluss des Servoverstärkers 6 gesandt. Der Servoverstärker 6 etabliert als Sollwert das Winkelbefehlssignal S0, das von der Steuereinrichtung 7 gesandt wurde, etabliert als Steuerbedingungswert das Drehwinkelsignal S1 nach der Berechnungsprozedur und führt ein Antriebssignal an den Servomotor 4. Die Drehbühne 2 dreht dadurch zum Beispiel in der durch den Pfeil A gezeigten Richtung, um einen Winkel, der nach der Berechnungsprozedur korrekt eingestellt ist.
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Voll geschlossener Regelkreis
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Drehsteuerungsverfahren, die allgemein bekannt sind, umfassen einen offenen Regelkreis, einen halb geschlossenen Regelkreis und einen vollständig geschlossenen Regelkreis. Ein offener Regelkreis ist ein Verfahren, in welchem ein an einen Impulsmotor (das heißt, einem Schrittmotor) zugeführter Eingangsimpuls, welcher als Antriebsquelle dient, gesteuert wird, wodurch das Bewegungsmaß (zum Beispiel ein Drehwinkel) eines durch den Impulsmotor angetriebenen, sich bewegenden Körpers gesteuert wird.
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Ein halb geschlossener Regelkreis ist ein Verfahren, in welchem anstelle einer in Bezug zu dem Bewegungsmaß (zum Beispiel den Drehwinkel) des sich bewegenden Körpers (zum Beispiel eines drehenden Körpers) in Beziehung stehende Information direkt erhalten wird, eine Rotationsinformation von einer Abtriebswelle eines Servomotors erhalten wird, welcher an Antriebsquelle dient, oder eine Information mit Bezug auf das Bewegungsmaß von einem Kraftübertragungssystem erhalten wird, welches die Abtriebswelle des Servomotors mit dem sich bewegenden Körper verbindet. Die sich auf das Bewegungsmaß beziehende Information wird an den Servomotor zurückgeführt, und das Bewegungsmaß des sich bewegenden Körpers wird gesteuert.
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Ein vollständig geschlossener Regelkreis ist ein Verfahren, in welchem das Bewegungsmaß eines zu steuernden, sich bewegenden Körpers (zum Beispiel einer Drehbühne) direkt detektiert wird. Die sich auf das Bewegungsmaß beziehende Information wird an den Servomotor zurückgeführt, und das Bewegungsmaß des sich bewegenden Körpers wird gesteuert.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird der zu steuernde Drehwinkel der Drehbühne 2 unter Verwendung der Leseköpfe 8a bis 8h direkt detektiert. Die auf diese Weise detektierte Drehwinkelinformation wird an den Servoverstärker 6 zurückgeführt, und der Drehwinkel der Drehbühne 2 wird gesteuert. Deshalb basiert in der vorliegenden Ausführungsform die ausgeführte Steuerung auf einem vollständig geschlossenen Regelkreis.
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Gestaltung des Kopfes
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1 ist eine schematische Darstellung der Anordnungssituation der acht Leseköpfe 8a bis 8h. In Wirklichkeit sind die Leseköpfe 8a bis 8h um die Drehbühne 2 herum in einer Kombination von Lesekopfanordnungen angeordnet, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei die Anzahl der Leseköpfe in jeder Anordnung 2, 3 und 5 beträgt, was Primzahlen sind, wie in 2F gezeigt. Ganz speziell sind die Leseköpfe 8a bis 8h in einer Kombination aus drei Gruppen angeordnet: (1) eine Gruppe mit zwei Köpfen 8a, 8f, die in regelmäßigen Winkelabständen von 180° Angeordnet sind; (2) eine Gruppe aus drei Köpfen 8a, 8d, 8g, die in regelmäßigen Winkelabständen von 120° angeordnet sind und (3) eine Gruppe aus fünf Köpfen 8b, 8c, 8e, 8g, 8h, die in regelmäßigen Winkelabständen von 72° angeordnet sind.
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Unter Verwendung einer solchen Kopf-Anordnung und unter Durchführung der Berechnung für eine Winkelkalibrierung, wie diese weiter unten beschrieben wird, wird es möglich, eine Kalibrierung bis zu einer Fourier-Komponente höherer Ordnung durchzuführen, um den Drehwinkel mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu detektieren, ausschließlich ganzer Vielfacher des geringsten gemeinsamen Vielfachen der Anzahl von Köpfen, die in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind. Jeder der Leseköpfe 8a bis 8h gibt periodische Wellensignale mit einer Phasendifferenz von 90° in Bezug zueinander aus, wobei die Wellensignale eine Welle mit A-Phase, was eine Cosinuswelle ist, und eine Welle mit B-Phase, was eine Sinuswelle ist, umfassen, wie dies in 3 gezeigt ist. Die in 1(a) gezeigten Maßstäbe 3 umfassen eine Markierung, die dazu verwendet wird, ein Bezugssignal zu erzeugen. Ein Kopf 8a bis 8h, der die Bezugsmarkierung liest, gibt ein Bezugs-Winkelsignal aus. Das Bezugs-Winkelsignal soll nachfolgend als Z-Signal bezeichnet werden.
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Datenverarbeitungsteil
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Der in 1 gezeigte Datenverarbeitungsteil 9 hat sechzehn Differenzverstärker 11 (acht von diesen sind in 4 gezeigt), einen analogen Selektor 12 und eine Einchip-CPU 13, wie in 4 gezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein SH-Mikrocomputer, welcher ein von Renesas Electronics Corporation hergestellter 32 Bit RISC-Mikrocomputer ist, als Einchip CPU 13 verwendet. Obwohl eine Einchip CPU 13 in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann stattdessen auch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein sehr kleiner Universalschaltkreis (FPGA) verwendet werden. Dennoch ist die Einchip CPU die preiswerteste Lösung der oben aufgelisteten Bauteile und günstig hinsichtlich der Kosten.
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Die Einchip CPU 13 ist intern mit Funktionsmodulen versehen, die einen Analog-zu-Digital (A/D) Hochgeschwindigkeitswandler 14 mit acht Eingängen, eine Zeitgebereinheit 16, einen Nurlesespeicher (ROM) 17, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 18, einen Festspeicher 19, ein synchron-serielles Kommunikationsteil (SPI) 21 und ein asynchron-serielles Kommunikationsteil (SCI) 22 umfasst. Im Speziellen ist die Einchip CPU 13 in einen Schaltkreis mit hohem Integrationsgrad (LSI) integriert, anders als ein Treiber/Empfänger 23 für den Datenverarbeitungsteil sowie die analogen Verstärker 11.
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Bekannte Computerkonfigurationen umfassen die Havard- und Neumann-Bauart. Ein Harvard-Computer ist ein Computer mit einer Konfiguration, in welcher ein Programmbus und ein Datenbus separat sind und ein Cache-Speicher zum Speichern von Programmen und ein Cache-Speicher zum Speichern von Daten separat sind. Im Gegensatz dazu ist ein Neumann-Computer ein solcher mit einer Konfiguration, in welcher ein Programmbus und ein Datenbus geteilt werden und Programme und Daten in dem gleichen Speicher gespeichert werden. Ein Harvard-Computer hat eine einfache Konfiguration und ist in der Lage, Berechnungsprozesse mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen und ist deshalb für die vorliegende Ausführungsform geeignet, welche darauf abzielt, eine Berechnung in Echtzeit durchzuführen.
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Eine Sensorausgabe 23, die über acht Kanäle von den in 1 gezeigten acht Leseköpfen 8a bis 8h ausgegeben wird, wird durch sechzehn Differenzverstärker 11 verstärkt, die durch den analogen Selektor 12 bis zu einer Grenze von acht Eingaben ausgewählt und in die Einchip CPU 13 eingegeben werden.
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Software
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Eine Software zum Durchführen einer Interpolation und eine Software zum Berechnen der kalibrierten Winkeldaten basierend auf den gemessenen Winkeldaten, die durch die acht Leseköpfe 8a bis 8h detektiert wurden, ist in dem ROM 17 in der in 4 gezeigten Einchip CPU 13 gespeichert. Eine Interpolation ist ein Prozess, in welchem die Frequenz jeder der in 3 gezeigten periodischen A-Phase und B-Phase Wellensignale, die von den Leseköpfen 8a bis 8h ausgegeben werden, einer n-fachen Erhöhung unterzogen wird (wobei n eine ganze Zahl ist). Diese Interpolation wird durchgeführt, um die Lesegenauigkeit zu steigern. Es wird nun eine Beschreibung zu der Interpolationssoftware und Winkelberechnungssoftware gegeben.
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Interpolation
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die Interpolation vollständig unter Verwendung einer Software-Verarbeitung durchgeführt. 5 zeigt Funktionen der Interpolationssoftware als Blockdiagramm. 5 zeigt den Ablauf für ein einzelne Eingabe, es wird aber eine Mehrzahl von Eingaben (ein Maximum von acht in der vorliegenden Ausführungsform) durch Gesamtzeitteilung durchgeführt.
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Eingangsdaten S2 für die Interpolation umfassen zwei Einheiten von digitalen Daten, die als Ergebnis der Durchführung einer Analog-zu-Digital (A/D) Umwandlung von analogen A-Phasen und B-Phasendaten mit einer Phasendifferenz von 90° in Bezug zueinander (siehe 3) und unter Verwendung des A/D-Wandlers 14 (siehe 4) erhalten werden. Die eingegebenen Daten werden einer Überlauferkennung P1 unterzogen. Diese Überlauferkennung P1 ist eine Detektion eines Zustandes überschüssiger Eingaben, der den Umfang einer Umwandlung durch den A/D-Wandler übersteigt.
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Bei der Interpolation sind eine Differenz in der Verstärkung zwischen der Sinuseingabe und der Cosinuseingabe, eine Verschiebung und die Phasedifferenz zwischen der Sinuseingabe und der Cosinuseingabe extrem wichtig zur Einhaltung der Genauigkeit. Für eine 1000-fache Interpolation muss zum Beispiel die Differenz in der Verstärkung zwischen der Sinuseingabe und der Cosinuseingabe 0,89% oder weniger betragen, muss der Verschiebungsfehler 0,31% oder weniger betragen und muss die Phasendifferenz zwischen der Sinuseingabe und der Cosinuseingabe 0,18% oder weniger betragen. Ein Prozess, in welchem die oben erwähnten drei Fehlertypen kalibriert werden, wird in den Schritten P2 bis P4 durchgeführt. Im Hinblick auf eine Verschiebung und eine Verstärkung werden die plusseitigen und minusseitigen Spitzenwerte jeder der Sinusdaten und Cosinusdaten gehalten (Schritt P6) und eine Kalibrierung wird automatisch durchgeführt, während eine Mittelwertbildung entlang der Zeitachse durchgeführt und Daten erneuert werden.
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Als Nächstes wird eine Arcustangens Verarbeitung (Schritt P5) an den Sinusdaten und den Cosinusdaten durchgeführt und wird der interpolierte Winkel berechnet.
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Bei der Arcustangens-Bearbeitung wird der Phasenwinkel unter Verwendung der folgenden Formel berechnet Θ = tan–1(B/A) wobei A = Cosinusdaten und B = Sinusdaten sind.
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Zum Beispiel werden bei der 1000-fachen Interpolation die Berechnungsergebnisse auf eine Einheit normiert, die durch eine Teilung von 360° durch 1000 erhalten wird, und ausgegeben. Ein bei der Überlauferkennung P1 detektierter Fehler und der Spitzenwert-Halteprozess P6 werden an die Außenseite ausgegeben.
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Bei der Arcustangens-Bearbeitung wird ein Arcustangens-Wert basierend auf dem Wert von A und dem Wert B entsprechend der obigen Formel berechnet und wird als Wert Θ bezeichnet. In der Software, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, wird eine Arcustangens-Tabelle vorher angefertigt und der Wert von Θ, der dem Wert von A und dem Wert B entspricht, wird aus der Tabelle extrahiert, anstatt jedes Mal dann, wenn der Ablauf an dem Schritt ist, an welchem der Arcustangens-Wert berechnet werden muss, eine Formelberechnung des tatsächlich durchgeführten Arcustangens durchzuführen. Es ist dadurch möglich, die Verarbeitungszeit der Arcustangens-Bearbeitung signifikant zu verringern.
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Um einen vollständig geschlossenen Regelkreis in dem in 1 gezeigten Bewegungssteuerungssystem 1 zu erhalten, muss die Zeit zwischen dem Datenverarbeitungsteil 9, welches das gemessene Winkelsignal von jedem der Leseköpfe 8a bis 8h empfangt, und dem Datenverarbeitungsteil 9, welches das kalibrierte Winkelsignal S1 rechnerisch erhält und ausgibt, das heißt, die Systemverzögerung, innerhalb einer vorbestimmten Zeit liegen. Falls die durchgeführte Berechnung diese vorbestimmte Zeit übersteigt, wird es wegen der Trägheitskraft des die Drehbühne 2 umgebenden mechanischen Systems und anderer Effekte unmöglich, einen im Wesentlichen voll geschlossenen Regelkreis durchzuführen. Im Allgemeinen ist ein vollständig geschlossener Regelkreis möglich, wenn die Systemverzögerung 20 μs oder weniger beträgt.
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Im Allgemeinen umfassen mögliche Faktoren, die die Systemverzögerung bilden, eine Verzögerung aufgrund eines Tiefpassfilters (LPF) zum Erhöhen des Signal-zu-Rauschen Verhältnisses einer Sinuswelle und eine Verzögerung zum Durchführen einer Interpolationsprozess auf 10 μs oder weniger zu begrenzen. Als Ergebnis ist es möglich, die Systemverzögerung auf 20 μs oder weniger zu begrenzen und einen vollständig geschlossenen Regelkreis zu realisieren.
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Winkelberechnungsverarbeitung durch automatische Kalibrierung
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6 zeigt Funktionen eines Winkelberechnungsberechnungsprozesses, der unter Verwendung der CPU 13 (siehe 4) realisiert wird, als Blockdiagramm. In dem Winkelberechnungsprozess repräsentiert jeweils der Ch1 Interpolationsschritt P11, Ch2 Interpolationsschritt P12, Ch3 Interpolationsschritt P13, Ch4 Interpolationsschritt P14, Ch5 Interpolationsschritt P15, Ch6 Interpolationsschritt P16, Ch7 Interpolationsschritt P17 und Ch8 Interpolationsschritt P18 einen Interpolationsschritt in Bezug zu einem Ausgangssignal von Lesekopf 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g und 8h, die jeweils in 2F gezeigt sind. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein willkürlicher einzelner Lesekopf, zum Beispiel der Lesekopf 8a, als ein Lesekopf angesehen, der als Bezug für eine Bewertung von Kopfpositionen und zum Zurücksetzen verwendet wird.
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Die Bezeichnung „als Bezug verwendeter Lesekopf” bezieht sich hier auf den Lesekopf, der als Bezugswert verwendet wird, wenn die Anordnungsposition jedes der Leseköpfe 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g und 8h bewertet wird oder wenn ein Reset-Signal erzeugt wird, und bezieht sich nicht auf irgendeinen einzelnen Lesekopf, der als ein Bezugs-Lesekopf angesehen wird, wenn ein Berechnungsprozess in Bezug zu dem Drehwinkel der Drehbühne 2 durchgeführt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird jeder der Leseköpfe 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g und 8h unabhängig als eine Grundlage für eine Berechnung verwendet und es wird kein einzelner Lesekopf als eine Grundlage zur Berechnung definiert. Der Bezugs-Lesekopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein beliebig anderer Lesekopf sein als der Lesekopf 8a.
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Im Hinblick auf Winkeldaten, die durch Interpolation in jedem der obigen Schritte erhalten werden, wird eine Differenz in Bezug zu den unmittelbar vorhergehenden Daten erhalten und jeweils einem Zähler P21, P22, P23, P24, P25, P26, P27, P28 hinzugefügt, der mit jedem der Daten korrespondiert. Die von jedem der Zähler als Ergebnis der Addition erhaltene Ausgabe ist Count1, Count2, Count3, Count4, Count5, Count6, Count7 bzw. Count8.
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Wie oben ferner beschrieben, umfassen die acht Leseköpfe gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Kombination aus drei Gruppen: eine Gruppe mit zwei Köpfen 8a, 8f, die in regelmäßigen Winkelabständen von 180° angeordnet sind, eine Gruppe mit drei Köpfen 8a, 8d, 8g, die in regelmäßigen Winkelabständen von 120° angeordnet sind, und eine Gruppe aus fünf Köpfen 8b, 8c, 8e, 8g, 8h, die in regelmäßigen Winkelabständen von 72° angeordnet sind.
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In dem Berechnungsschritt P31 wird ein Mittelwert jeder der Gruppen erhalten. Ein Mittelwert jeder der resultierenden Mittelwerte wird erhalten und der folgende Zählwert Count_c wird berechnet. Count_c = [{(Count1 + Count5)/2} + {(Count1 + Count3 +
Count7)/3} + {(Count2 + Count4 + Count5 + Count6 + Count8)/5}]/3 (Formel 1)
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Anstelle eines einfachen Mittelwerts kann auch ein gewichteter Mittelwert erhalten werden.
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Der oben beschriebene Zählwert Count_c ist das korrekte Winkeldatum für die Drehbühne 2 (1), das kalibriert wurde. Count_c wird als das in 1 gezeigte Drehwinkelsignal S1 ausgegeben und wird als Steuerzustandswert für die Feedback-Steuerung angesehen.
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Alle Zählwerte, die mit den Leseköpfen korrespondieren, werden durch ein Z-Signal von einem spezifischen Lesekopf, zum Beispiel dem Lesekopf 8a, der mit Count1 korrespondiert, zurückgesetzt.
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Eine Differenz Δcount zwischen Count1 des Lesekopfes 8a und dem kalibrierten Count_c, das heißt, dem Kalibrierungsbetrag, wird erhalten durch Δcount = Count_c – Count1
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Diese Differenz Δcount wird verwendet, wenn die Kenndaten oder die Anordnungsposition einzelner Leseköpfe bewertet werden.
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Die kalibrierten Winkeldaten, die ein Ergebnis des Berechnungsprozesses gemäß der oben erwähnten Formel 1 sind, werden an die Außenseite ausgegeben. Auch die Ausgabe, welche die Differenzausgabe Δcount in Bezug auf den Lesekopf 8a repräsentiert, wird an ein ABZ Generierungsmodul P32 gesandt. Die ABZ Ausgabe korrespondiert dadurch mit einer kalibrierten Ausgabe.
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Da das Bewegungssteuerungssystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie oben in 1 konfiguriert ist, wird das Winkel-Befehlssignal S0 von der Steuereinrichtung 7 an den Servoverstärker 6 übertragen. Der Servoverstärker 6 überträger ein Antriebssignal an den Servomotor 4 gemäß dem Winkel-Befehlssignal S0, und die Drehbühne 2 wird dadurch von dem Servomotor 4 angetrieben und zur Drehung um die Achse X0 veranlasst, wie dies durch Pfeil A in Richtung eines angezeigten Sollwinkels gezeigt ist. Während dieser Drehung werden die Maßstäbe 3 durch jeden der Leseköpfe 8a bis 8h gelesen und werden die gemessenen Winkeldaten durch einen Ausgangsanschluss jedes der Leseköpfe 8a bis 8h als periodische Wellensignale mit einer A-Phase (das heißt, einer Cosinuswelle) und einer B-Phase (das heißt, einer Sinuswelle), wie solche, die in 3 gezeigt sind, ausgegeben. Die Ausgabe von jedem der Leseköpfe umfasst das Z-Signal, welches einen Bezugspunkt repräsentiert, das heißt, einen Nullpunkt.
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Die gemessenen Winkeldaten von jedem der Leseköpfe werden einer Analog-zu-Digital-Umwandlung durch den A/D-Wandler 14 unterzogen, der in der in 4 gezeigten CPU 13 enthalten ist, einem Interpolationsprozess durch die in 5 gezeigte Interpolationssoftware unterzogen und einer zum Beispiel 1000-fachen Frequenzinterpolation unterzogen. Jedes der gemessenen Winkeldaten, das einer Interpolation unterzogen wurde, wird einer Berechnung durch die Berechnungsprozess-Software, die in 6 gezeigt ist, gemäß der oben erwähnten Formel 1 unterzogen. Als Ergebnis wird das kalibrierte Winkeldatum Count_c erhalten, und Count_c wird an einen Steuersignal-Eingangsanschluss des Servoverstärkers 6 als das in 1 gezeigte Drehwinkelsignal S1 übertragen.
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Der Servoverstärker 6 steuert das in den Servomotor 4 eingegebene Signal gemäß dem übertragenen Drehwinkelsignal S1 und steuert den Drehwinkel der Drehbühne 2. So wird die Feedback-Steuerung gemäß einem vollständig geschlossenen Regelkreisverfahren durchgeführt, und die Drehbühne 2 dreht mit einem hohen Grad an Genauigkeit um den gewünschten Drehwinkel.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zeit zwischen dem Datenverarbeitungsteil 9, welches das gemessene Winkelsignal von jedem der Leseköpfe 8a bis 8h empfängt, und dem Datenverarbeitungsteil 9, welches das kalibrierte Winkelsignal S1 ausgibt, das heißt, die Systemverzögerung, auf 20 μs oder weniger begrenzt. Speziell wird ein Echtzeit-Winkelberechnungsprozess durchgeführt. Deshalb kann der in 1 gezeigte vollständig geschlossene Regelkreis im Wesentlichen realisiert werden.
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Gemäß einem von den Erfindern durchgeführten Experiment könnte in einem Fall, in welchem eine Feedback-Steuerung alleine unter Verwendung eines in 1 gezeigten Lesekopfes 8a und unter Verwendung gemessener Winkeldetektionsdaten (das heißt, Daten, einschließlich eines Fehlers), ohne Durchführen einer Winkel-Kalibrierungsberechnung, eine Fehlergenauigkeit von nur ±(2/1000)° erhalten werden. Es wurde herausgefunden, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform, in welcher im Gegensatz dazu ein Echtzeit-Winkelberechnungsprozess realisiert wird, wodurch das korrekte Winkeldatum rechnerisch aus gemessenen Winkeldaten erhalten wird, die aus einer Mehrzahl von Leseköpfen erhalten werden, und eine Feedback-Steuerung basierend auf dem kalibrierten Winkeldatum durchgeführt wird, eine Fehlergenauigkeit von ±(2/10000)° erhalten werden kann, das heißt, eine Genauigkeit, die 10-fach größer als in einem herkömmlichen Fall ist, in welchem der Winkelberechnungsprozess nicht durchgeführt wird.
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Zudem wird in der vorliegenden Ausführungsform das Datenverarbeitungsteil 9 unter Verwendung eines preiswerten Mikrocomputers konfiguriert und wird die Interpolation unter Verwendung von Software in dem Mikrocomputer realisiert, anstatt durch eine dafür bestimmte Hardware. Es ist deshalb möglich, die Kosten des gesamten Bewegungssteuerungssystems zu minimieren.
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Zudem ist der Datenverarbeitungsteil 9, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ein von einer RISC-Bauart, in welcher Verarbeitungsbefehle einfacher sind und mit welchem ein Verarbeiten unter höherer Geschwindigkeit als bei einer CISC-Bauart durchgeführt werden kann, und er liegt in einer Harvad-Bauart vor, in welcher der Programmbus und der Datenbus separat sind und mit welcher eine Verarbeitung unter einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden kann. Die Geschwindigkeit des Berechnungsprozesses wird dadurch extrem hoch, und es ist möglich, einen Echtzeit-Berechnungsprozess zu erhalten, in welchem die Systemverzögerung 20 μs oder weniger beträgt, so dass eine Echtzeit-Feedback-Steuerung möglich ist.
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Zweite Ausführungsform eines Bewegungssteuerungssystems
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In der obigen Ausführungsform in 6 wird der Wert von Δcount in einem Berechnungsschritt P31 erhalten und an das ABZ Generierungsmodul P32 übertragen, und es wird eine kalibrierte ABZ-Ausgabe erhalten. Es ist jedoch möglich, die ABZ-Ausgabe direkt von der kalibrierten Ausgabe aus dem Berechnungsschritt P31 zu erhalten, wie dies in 7 gezeigt ist.
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Dritte Ausführungsform eines Bewegungssteuerungssystems
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Mittel zum Reduzieren der Anzahl von Leseköpfen und zum Kalibrieren von Ungenauigkeiten höherer Ordnung umfassen das folgende Verfahren. Speziell werden acht Kanäle von Leseköpfen montiert und wird die Differenz der Kalibrierungsdaten für die acht Kanäle gemessen und in dem Speicher gespeichert. Da die Kapazität des Speichers endlich ist, wird die Differenz in Einheiten gespeichert, die durch Teilen des Maßstabs um einen Faktor in der Größenordnung von einigen Zehntausenden erhalten.
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Als Nächstes wird die Anzahl der Leseköpfe auf zum Beispiel vier reduziert. Die Kalibrierungsdaten für die Leseköpfe werden wieder gemessen. Eine Differenz zwischen den Kalibrierungsdaten für die acht Kanäle wird berechnet und die Differenz wird in dem Festspeicher gespeichert. Falls die Positionen der reduzierten Leseköpfe eine Teilmenge der acht Kanäle sind, kann die Differenz simultan extrahiert werden, wenn die Messung durchgeführt wird. Während der Kalibrierung wird eine Kalibrierung in Echtzeit unter Verwendung der gespeicherten Daten durchgeführt, welche die Differenz repräsentieren, das heißt, innerhalb der Verarbeitungszeit, in welcher ein vollständig geschlossener Regelkreis realisiert werden kann, oder ganz speziell, innerhalb einer Zeit von 20 μs oder weniger.
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Vierte Ausführungsform eines Bewegungssteuerungssystems
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In der oben beschriebenen Ausführungsform sind acht Leseköpfe 8a bis 8h um die Drehbühne 2 herum entsprechend einer Kombination von Anordnungen von Leseköpfen angeordnet, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei die Anzahl der Leseköpfe in jeder Anordnung 2, 3 und 5 beträgt, was Primzahlen sind, wie dies in 2F gezeigt ist. In der vorliegenden Ausführungsform werden vier Leseköpfe anstelle von acht verwendet. Mit Hinblick auf die Anordnung der vier Leseköpfe, werden, wie in 2C gezeigt, die vier Leseköpfe 8a bis 8d um die Drehbühne 2 herum angeordnet, und zwar entsprechend einer Kombination von Anordnungen von Leseköpfen, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei die Anzahl von Leseköpfen in jeder Anordnung 2 und 3 beträgt, was Primzahlen sind. Ganz speziell werden die Leseköpfe 8a bis 8d in einer Kombination von zwei Gruppen angeordnet: Eine Gruppe mit zwei Köpfen 8a, 8c, die in regelmäßigen Winkelabständen von 180° angeordnet sind, und eine Gruppe mit drei Köpfen 8a, 8b, 8d, die in regelmäßigen Winkelabständen von 120° angeordnet sind.
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Die grundlegende Gesamtkonfiguration des Bewegungssteuerungssystems, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist mit der in 1 gezeigten Konfiguration identisch. Die Anzahl der Leseköpfe ist jedoch von acht auf vier reduziert, bzw. vier der acht Leseköpfe werden nur verwendet. Zudem ist die Grundkonfiguration innerhalb des Datenverarbeitungsteils 9 identisch mit der in 4 gezeigten Konfiguration. In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch die Anzahl der Leseköpfe von acht auf vier reduziert, bzw. vier der acht Leseköpfe werden nur verwendet.
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Eine mit der in 5 gezeigten ersten Ausführungsform verwendeten Interpolationssoftware identische Interpolationssoftware wird in dem ROM 17 gespeichert. Jedes Winkeldatum, das interpoliert wurde, wird durch die Winkelberechnungssoftware, die in 8 gezeigt ist, einem Winkelberechnungsprozess unterzogen. Ganz speziell wird ein mittlerer Zählwert Count_c gemäß den folgenden Formeln durch den Berechnungsschritt P33 berechnet. Count_c =
[{(Count1 + Count3)/2} + {(Count1 + Count2 + Count4)/3}]/2 (Formel 2)
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Fünfte Ausführungsform eines Bewegungssteuerungssystems
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Im Allgemeinen wird in einem Fall, in welchem n Leseköpfe in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind und eine Winkeldetektion durchgeführt wird, wenn ein Mittelwert der Messungen erhalten wird, eine Kalibrierung durchgeführt, und ein Winkel wird berechnet, kann die n-te Ordnung einer Fourier-Komponente und Fourier-Komponenten höherer Ordnung, die mit ganzen Vielfachen von n korrespondieren, nicht kalibriert werden und bleiben korrespondierende Fourier-Komponenten als Fehler unbekannt.
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Wenn zum Beispiel der durch die an der Drehbühne angebrachten Maßstäbe gezeigte wahre Winkel durch Kurve A in der in 10 gezeigten grafischen Darstellung repräsentiert wird, tritt die Kurve A in Übereinstimmung mit einem Formationsfehler auf, wenn die Maßstäbe auf der Drehbühne ausgebildet werden. Dieser Formationsfehler kann identifiziert werden, wenn die Maßstäbe erzeugt werden.
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Als Nächstes repräsentiert die Kurve B die kalibrierten Drehwinkeldaten, wenn der Winkel zum Beispiel in dem in 6 gezeigten Berechnungsschritt P31 unter Verwendung von Maßstäben, die, wie oben erzeugt werden, zum Beispiel unter Verwendung von fünf Leseköpfen detektiert wird, die in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Die Kurve B und die Kurve A umfassen im Allgemeinen Bereiche, die nicht zusammenpassen. Mit anderen Worten, Kurve A enthält Fehlerkomponenten.
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Ein Extrahieren nur dieser Fehlerkomponenten führt zu Kurve C. Der Fehler, wie derjenige, der durch die Kurve C gezeigt ist, tritt als Ergebnis der Fourier-Komponente fünfter Ordnung auf und seiner korrespondierenden Fourier-Komponenten höherer Ordnung (zum Beispiel 10. Ordnung, 15. Ordnung etc.) auf, die unkalibriert bleiben. Die Kurve C kann Durchführen einer tatsächlichen Messung im Voraus erhalten werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden Bewegungssteuerungssysteme, jeweils mit 1 bis n Leseköpfen, die um die Drehbühne 2 in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind, individuell erzeugt. Kalibrierungsdaten, wie Kurve C, die in 10 gezeigt ist, werden mit Bezug auf individuelle Bewegungssteuerungssysteme erhalten, und die Kalibrierungsdaten werden als eine Kalibrierungstabelle in dem in 4 gezeigten Festspeicher 19 für jeden Wert von n gespeichert.
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Als Nächstes wird eine vorbestimmte Berechnung durchgeführt und wird Count_c (das heißt, Kurve B) im Berechnungsschritt P31, der in 9 gezeigt ist, erhalten. Dann werden die Kalibrierungsdaten für den korrespondierenden Wert von n aus der in dem Festspeicher 19 gespeicherten Kalibrierungstabelle gelesen und werden die Kalibrierungsdaten und Count_c kombiniert, wodurch es möglich wird, ein Winkelsignal zu erhalten, das einer absoluten Kalibrierung unterzogen wurde, in welcher Fehlerkomponenten höherer Ordnung einbezogen sind. Der Drehwinkel kann gemäß diesem kalibrierten Winkelsignal gesteuert werden. In diesem Fall ist es möglich, eine Drehsteuerung mit einem extrem hohen Grad an Genauigkeit durchzuführen.
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In einem Fall, in welchem zwei Leseköpfe in gleichwinkligen Abständen angeordnet sind, wie in 2A, werden Kalibrierungsdaten für n = 2 verwendet; in einem Fall, in welchem drei Leseköpfe in gleichwinkligen Abständen angeordnet sind, wie in 2B, werden Kalibrierungsdaten für n = 3 verwendet; in einem Fall, wie in 2C, in welchem vier Leseköpfe in Winkelabständen angeordnet sind, werden Kalibrierungsdaten für n = 2 und n = 3 verwendet; in einem Fall, in welchem fünf Leseköpfe in gleichwinkligen Abständen angeordnet sind, wie in 2D, werden Kalibrierungsdaten für n = 5 verwendet; in einem Fall, wie in 2E, in welchem 6 Leseköpfe in Winkelabständen angeordnet sind, werden Kalibrierungsdaten für n = 2 und n = 5 verwendet; und in einem Fall, wie 2F, in welchem acht Leseköpfe in Winkelabständen angeordnet sind, werden Kalibrierungsdaten für n = 2, n = 3 und n = 5 verwendet.
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In dem in 2C gezeigten Fall ist ein einzelner Lesekopf 8a ein Lesekopf, der zwischen der Gruppe mit zwei Leseköpfen und der Gruppe mit drei Leseköpfen geteilt wird. Es ist jedoch eine Konfiguration auch möglich, in welcher kein Lesekopf zwischen jeder der Gruppen geteilt wird. In einem solchen Fall ist die Endzahl der Leseköpfe Fünf. In dem in 2F gezeigten Fall wird der Lesekopf 8a zwischen der Gruppe mit zwei Leseköpfen und der Gruppe mit drei Leseköpfen geteilt; und der Lesekopf 8g wird zwischen der Gruppe mit drei Leseköpfen und der Gruppe mit fünf Leseköpfen geteilt.
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Das Einstellen einer Konfiguration, in welcher ein oder mehrere Leseköpfe zwischen einer Mehrzahl von Gruppen geteilt werden, macht es möglich, die Anzahl von der zu verwendenden Leseköpfe zu reduzieren und ist somit günstig hinsichtlich des Raumes und auch günstig hinsichtlich der Kosten.
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Sechste Ausführungsform des Bewegungssteuerungssystems
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11 zeigt eine weitere Ausführungsform des Bewegungssteuerungssystems. Das Bewegungssteuerungssystem 30 gemäß der vorliegenden Erfindung hat zusätzlich eine Funktion zum Steuern der Bewegung der Drehbühne 2 derart, dass der Drehwinkel der Drehbühne 2 ein gegebener Winkel ist, wie oben beschrieben, und zwar eine Funktion zum Detektieren eines Ablenkungsbetrages einer Drehachse der Drehbühne 2. Dies wird im Detail unten beschrieben.
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Eine Mehrzahl (vier in der vorliegenden Ausführungsform) von Leseköpfen 8a, 8b, 8c und 8d sind in gleichmäßigen Winkelabständen um die Drehbühne 2 herum angeordnet, welche als ein sich bewegender Körper dient. Die unter Verwendung von 5 beschriebene Interpolation und der in 8 gezeigte Winkelberechnungsprozess werden unter Verwendung der Leseköpfe ausgeführt.
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Als Nächstes gilt, wenn A den durch den Lesekopf 8a detektierten Wert repräsentiert, repräsentiert B den durch den Lesekopf 8c detektierten Wert, welcher gegenüber dem Lesekopf 8a angeordnet ist; repräsentiert C den durch den Lesekopf 8b detektierten Wert und repräsentiert D den durch den Lesekopf 8d detektierten Wert, welcher gegenüber dem Lesekopf 8b angeordnet ist, wobei jeder Verschiebungsbetrag ΔX in der Querrichtung (das heißt, in horizontaler Richtung) und ein Verschiebungsbetrag ΔY in der aufrechten Richtung (das heißt, in vertikaler Richtung) wird unter Verwendung der folgenden Formeln detektiert. ΔX = (A – B)/2
ΔY = (C – D)/2 (Formel 3)
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In einem Fall, in welchem die Drehbühne 2 dreht, detektieren alle der Leseköpfe 8a, 8b, 8c und 8d das Bewegungsmaß in der gleichen Richtung. Im Gegensatz dazu wird, falls eine parallele Ablenkung der Mittelachse X0 vorliegt, der detektierte Wert des Lesekopfs 8a und der detektierte Wert des Lesekopfs 8b, welche in der aufrechten (Y) Richtung einander gegenüber angeordnet sind, in einer zueinander entgegengesetzten Richtung liegen. Zudem wird der detektierte Wert des Lesekopfs 8b und der detektierte Wert des Lesekopfs 8d, welche einander in der Querrichtung (X) gegenüber angeordnet sind, in Bezug zueinander auch in entgegengesetzten Richtungen sein. Deshalb wird sowohl bei der aufrechten (Y) Richtung als auch bei der seitlichen (X) Richtung durch Subtrahieren des Abweichungsbetrages A, B, C und D und durch Teilen durch Zwei, wie in Formel 3 gezeigt, der Drehbetrag herausgekürzt und damit ermöglicht, den Betrag der parallelen Ablenkung zu erhalten. So wird zusätzlich zu der Möglichkeit, genaue Drehwinkeldaten S1 auszugeben, auch die Möglichkeit gegeben, einen Mittelpunkt-Ablenkungsbetrag S4 der Achse auszugeben.
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Beispiel einer Modifikation
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Das Datum S4, das den Betrag einer Mittelpunktsabweichung (das heißt, den Betrag einer parallelen Ablenkung) der Achse repräsentiert, das wie oben beschrieben erhalten wird, kann an einen Piezo-Bühnencontroller 26 übertragen werden, wie in einem in 12 gezeigten Bewegungssteuerungssystem 31. Der Piezo-Bühnencontroller 26 steuert individuell den Betrieb eines X-Richtung-Piezostellantriebs 27a und eines Y-Richtung-Piezostellantriebs 27b, die auf der Drehbühne 2 montiert sind. Jeder der Piezostellantriebe 27a, 27b ist ein Element zum Steuern einer an ein Piezoelement angelegten Spannung (das heißt, ein piezoelektrisches Element), um ein bewegliches Teil, auf welchem das Piezoelement montiert ist, dazu zu veranlassen, sich entsprechend der angelegten Spannung zu bewegen.
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Der Piezo-Bühnencontroller 36, der ein Signal S4 erhalten hat, das den Mittelpunkt-Ablenkbetrag repräsentiert, der die Δx Daten und die Δy Daten beinhaltet, die in der oben erwähnten Formel 3 gezeigt sind, überträgt ein Signal zum Zuführen von Δx an den X-Richtung-Piezostellantrieb 27a und überträgt ein Signal zum Zuführen von Δy an den Y-Richtung-Piezostellantrieb 27b. Es wird dadurch möglich, die Mittelpunktsabweichung der Drehbühne 2 unter Verwendung des Piezo-Bühnencontrollers 26 und der Piezostellantriebe 27a, 27b in Echtzeit zu kalibrieren. Echtzeit bezieht sich in diesem Fall auf eine Zeit, in welcher ein vollständig geschlossener Regelkreis realisiert werden kann, und zwar unter Verwendung des Servoverstärkers 6 und basierend auf den Drehwinkeldaten, die von den Leseköpfen 8a bis 8d ausgegeben werden oder speziell einer Zeit von 20 μs oder weniger.
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Einrichtungen, mit denen die Drehbühne 2 veranlasst werden kann, sich um eine ganz kleine Strecke zu bewegen, um dies in die Achsenablenkung einzubeziehen, sind nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Einrichtungen, in welchen Piezostellantriebe verwendet werden. Eine geeignete Konfiguration kann gemäß dem Zweck oder der Anforderung verwendet werden.
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Erste Ausführungsform eines Röntgen-Messgerätes
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13 zeigt eine Ausführungsform eines Röntgen-Messgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Röntgen-Messgerät 41 hat eine Probenauflage 43 zum Tragen einer Probe 42, eine Röntgenröhre 44 zum Erzeugen von Röntgenstrahlen, die auf die Probe 42 ausstrahlen, und einen Röntgendetektor 46 zum Detektieren eines Röntgenstrahls, der von der Probe 42 kommt, zum Beispiel ein gebeugter Röntgenstrahl. Die Röntgenröhre 44 und der Röntgendetektor 46 werden durch Goniometer 47 abgestützt.
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Das Goniometer 47 steuert sowohl einen optischen Winkel Θ der Röntgenröhre 44 in Bezug auf die Probe 42 als auch einen optischen Winkel Θ1 des Röntgendetektors 46 in Bezug auf die Probe 42. Normalerweise ist Θ = Θ1, ausgedrückt in absoluten Werten. Der optische Winkel Θ der Röntgenröhre 44 ist ein Winkel, bei welchem die von der Röntgenröhre 44 emittierten Röntgenstrahlen auf die Probe 42 einfallen (das heißt, es ist ein „Röntgeneinfallswinkel”). Das Goniometer 47 verändert den Röntgeneinfallswinkel Θ mit einer gewünschten Winkelgeschwindigkeit und steuert den optischen Winkel Θ1 des Röntgendetektors 46 so, dass ein Winkel 20 des Röntgendetektors 46 in Bezug zu einer optischen Achse X1 des einfallenden Röntgenstrahls unter einem Winkel beibehalten wird, der doppelt so groß ist, wie der Röntgeneinfallswinkel Θ. Der Winkel 2Θ des Röntgendetektors 46 in Bezug zu der optischen Achse X1 des einfallenden Röntgenstrahls ist ein Winkel, bei welchem abgelenkte Röntgenstrahlen, die von der Probe 42 kommen, detektiert werden können. Dieser Winkel 2Θ wird deshalb als ein Diffraktionswinkel bezeichnet.
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Das Goniometer 47 hat einen Winkel-Messteil auf der Einfallsseite zum Messen des Wertes Θ, welcher sich auf die Röntgenröhre 44 bezieht, und einen Winkel-Messteil zum Messen des Wertes Θ1 auf der Empfangsseite, welcher sich auf den Röntgendetektor 46 bezieht, Das einfallseitige Winkel-Messteil hat eine Drehbühne 2a, welche als ein sich bewegender Körper dient, ein einfallseitiges Armelement 48 zum Tragen der Röntgenröhre 44, der sich von der Drehbühne 2a erstreckt, und ein Bewegungssteuerungssystem 1a, um die Drehbühne 2a dazu zu veranlassen, sich um ein gewünschtes Bewegungsmaß (das heißt, Drehwinkel) zu bewegen (das heißt, zu drehen).
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Der empfangsseitige Winkel-Messteil hat eine Drehbühne 2b, welche als ein sich bewegender Körper dient, einen empfangsseitiges Armelement 49 zum Tragen des Röntgendetektors 46, das sich von der Drehbühne 2b erstreckt, und ein Bewegungssteuerungssystem 1b, um die Drehbühne 2b dazu zu veranlassen, sich um ein gewünschtes Bewegungsmaß (das heißt, Drehwinkel) zu bewegen (das heißt, zu drehen).
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Die Konfiguration der Kombination zwischen der Drehbühne 2a und dem Bewegungssteuerungssystem 1a, welche den einfallseitigen Winkel-Messteil bildet, ist identisch mit der Konfiguration der Ausführungsform, die unter Verwendung zum Beispiel der 1, 11 und 12 beschrieben wurde. Die Konfiguration der Kombination zwischen der Drehbühne 2b und dem Bewegungssteuerungssystem 1b, welche den empfangsseitigen Winkel-Messteil bildet, ist auch identisch. Die obige Konfiguration macht es möglich, sowohl die Röntgenröhre 44 als auch den Röntgendetektor 46 dazu zu veranlassen, sich in einer extrem genauen Weise um einen gewünschten Winkel zu drehen. Deshalb ist es möglich, eine Röntgen-Diffraktionsmessung durchzuführen, die extrem zuverlässig ist.
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Weitere Ausführungsformen
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf den Bereich der obigen Ausführungsformen und eine Vielzahl von Modifikationen sind innerhalb des Schutzbereichs der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung möglich.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen werden eine Anordnung mit vier in 2C gezeigten Leseköpfen und eine Anordnung mit acht in 2F gezeigten Leseköpfen als Konfigurationen der Anordnung von Leseköpfen verwendet. Die Konfiguration der Anordnung der Mehrzahl von Leseköpfen ist jedoch nicht auf diese beschriebenen beschränkt und wird je nach Anforderung bedarfsweise eingestellt. Zum Beispiel kann eine Anordnung mit zwei in 2A gezeigten Leseköpfen, eine Anordnung mit drei in 2B gezeigten Leseköpfen, eine Anordnung mit sechs in 2E gezeigten Leseköpfen oder eine andere Anordnung verwendet werden.
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In der in 2A gezeigten Anordnung sind zwei Leseköpfe 8a, 8b (das heißt, eine Primzahl von Leseköpfen) in gleichmäßigen Winkelabständen von 180° angeordnet. In der in 2B gezeigten Anordnung sind drei Leseköpfe 8a, 8b, 8c (das heißt, eine Primzahl von Leseköpfen) in gleichmäßigen Winkelabständen von 120° angeordnet. In der in 2D gezeigten Anordnung sind fünf Leseköpfe 8a bis 8e (das heißt, eine Primzahl von Leseköpfen) in gleichmäßigen Winkelabständen von 72° angeordnet. In der in 2E gezeigten Anordnung sind zwei Leseköpfe 8a, 8b (das heißt, eine Primzahl von Leseköpfen) in gleichmäßigen Winkelabständen von 180° angeordnet, und fünf Leseköpfe 8a, 8b, 8e, 8f sind in gleichmäßigen Winkelabständen von 72° angeordnet.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Drehwinkel der Drehbühne 2, welcher als ein sich bewegender Körper dient, als das Bewegungsmaß behandelt, und dieses Bewegungsmaß wird gesteuert. Diese Anordnung ist jedoch nicht mit irgendeiner Beschränkung versehen. Es ist auch möglich, das Maß der linearen Bewegung eines sich linear bewegenden Körpers in einem mechanischen System zu begrenzen, um unter Verwendung einer Kugelumlaufspindel oder einer anderen Schraubenachse eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umzuwandeln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-262518 A [0012]
- JP 2006-098392 A [0012]
- US 7143518 [0012]
