JP2009139099A - 変位測定装置及び変位測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
振幅及びオフセットが周期ごとに変化するエンコーダ信号を簡易に補正可能な変位測定装置を提供する。
【解決手段】
変位測定装置は、被測定物を変位させるアクチュエータ３と、被測定物の位置を測定するエンコーダ５と、被測定物の位置に基づいてアクチュエータ３に駆動指令信号２を出力することにより、アクチュエータ３の駆動を制御するコントローラ１と、キャリブレーションモード時に、エンコーダ５から出力された２相の補正前のエンコーダ信号６の補正値１０を、エンコーダ信号の周期ごとに記憶する記憶装置９と、通常モード時に、補正値１０を周期ごとに切り替えて補正前のエンコーダ信号６を補正し、補正されたエンコーダ信号１１をコントローラ１に出力するエンコーダ信号補正器７と、を有する
【選択図】図２

Description

本発明は、互いの位相が９０度異なる２相の正弦波信号を出力する変位測定装置及び変位測定方法に係り、特に、出力信号の誤差を補正する変位測定装置及び変位測定方法に関する。

エンコーダから出力されるエンコーダ信号は、互いの位相がそれぞれ９０度ずれた２相の正弦波からなる。一般的に、２相の正弦波のことをそれぞれＡ相、Ｂ相と呼ぶ。エンコーダは、その２相の振幅比のアークタンジェントに基づき、正弦波信号の周期内における被測定物の位置を内挿処理して求める。

しかしながら、実際の２相のエンコーダ信号には、振幅誤差及びオフセット誤差が含まれている。このため、被測定物の位置を正確に算出するには、２相のエンコーダ信号に含まれる誤差をなくす必要がある。

ここで、特開２００７−１０１２９７号公報（特許文献１）及び特開２００２−３１８１３８号公報（特許文献２）には、温度変化、経年変化及びノイズによる振幅及びオフセットの変動をリアルタイムに検出し、動的に補正する方法が開示されている。

また、特開２００７−０６４７７１号公報（特許文献３）には、エンコーダの製造時に、誤差検出用の高精度エンコーダを用いてエンコーダ信号の誤差を測定し、測定した誤差を記憶装置に記憶して補正する方法が開示されている。
特開２００７−１０１２９７号公報 特開２００２−３１８１３８号公報 特開２００７−０６４７７１号公報

Ａ相信号とＢ相信号に生じている振幅及びオフセットの誤差が、エンコーダの全周期にわたって一定であるとすれば、その誤差の補正は容易である。このとき、２相のエンコーダ信号のそれぞれの振幅及びオフセットを測定し、２相のエンコーダ信号の振幅補正値とオフセット補正値で全周期にわたって補正すればよい。

しかしながら、２相のエンコーダ信号の振幅及びオフセットの誤差が全周期で一定でなく各周期で変動する場合、その変動に合わせて補正値を変える必要がある。

例えば、被測定物の角度を検出するロータリー式のエンコーダにおいて、円形のスケールに対して互いに１８０度異なる位置に２つのヘッドを配置する構成のエンコーダがある。この２つのヘッドのそれぞれからＡ相信号及びＢ相信号の２相のエンコーダ信号が出力される。そして、２組の２相のエンコーダ信号の出力波形が合成されることにより、エンコーダの最終的な出力波形が生成される。

このような構成のエンコーダでは、２組の信号を合成する前の信号の振幅又はオフセットがずれると、合成後の信号における正弦波の振幅及びオフセットが１周期ごとに大きく変化する。このため、エンコーダ信号の１周期分のみの補正値を用いて補正しても、１周期ごとのばらつきにより、被測定物の位置信号には誤差が生じる。

従来は、全周期において一定の振幅及び一定の振幅となるように、光学系及び電気系をマニュアル調整するか、又は、高精度に設計していた。しかし、電気系及び光学系のマニュアル調整は、ある程度の経験が必要であり、手間もかかる。また、その精度も調整する者の技能により左右される。信号調整が不十分の場合、エンコーダの出力信号から算出された位置信号のリニアリティが十分でなく、精度が確保できない問題が生じる。また、光学系及び電気系を高精度に設計すれば、製品コストが上がる。

特開２００７−１０１２９７号公報（特許文献１）及び特開２００２−３１８１３８号公報（特許文献２）のように、振幅及びオフセットの変動をリアルタイムに検出してこれらの変動を動的に補正することは、長い時間での緩やかな変動に対しては効果がある。しかし、信号の振幅及びオフセットが１周期ごとに急激に変化する場合には、十分に補正することができない。

特開２００７−０６４７７１号公報（特許文献３）のように、エンコーダの製造時に誤差検出用の高精度エンコーダにてエンコーダ信号の誤差を測定する方法では、被補正側のエンコーダが高精度になるにつれて、誤差の測定が困難となる。また、エンコーダの製造工程が増加することによりコストアップにつながる。

本発明は、振幅及びオフセットが周期ごとに変化する出力信号を簡易に補正可能な変位測定装置を提供する

上記課題を解決するため、本発明の一側面としての変位測定装置は、被測定物を変位させるアクチュエータと、前記被測定物の位置を測定するエンコーダと、前記被測定物の位置に基づいて前記アクチュエータに駆動指令信号を出力することにより、該アクチュエータの駆動を制御するコントローラと、キャリブレーションモード時に、前記エンコーダから出力された２相のエンコーダ信号の補正値を、該２相のエンコーダ信号の周期ごとに記憶する記憶装置と、通常モード時に、前記補正値を前記周期ごとに切り替えて前記２相のエンコーダ信号を補正し、補正されたエンコーダ信号を前記コントローラに出力するエンコーダ信号補正器と、を有する。

また、本発明の一側面としての変位測定方法は、エンコーダから出力される２相のエンコーダ信号を用いて被測定物の位置を検出するステップと、前記２相のエンコーダ信号の周期ごとの補正値を測定するステップと、前記周期ごとの前記補正値を記憶するステップと、記憶された前記補正値を周期ごとに切り替え、切り替えられた該補正値を用いて前記２相のエンコーダ信号を補正するステップと、前記補正値により補正されたエンコーダ信号を用いて前記被測定物の位置を検出するステップと、を有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下に説明される実施例において説明される。

本発明によれば、振幅及びオフセットが周期ごとに変化する出力信号を簡易に補正可能な変位測定装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、誤差のない理想的なエンコーダ信号と誤差のあるエンコーダ信号との差異を説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、誤差のない理想的なエンコーダ信号の波形を示している。図１（ａ）は、縦軸にＡ相信号の振幅をとり、横軸にＢ相信号の振幅をとった場合のリサージュ波形である。図１（ｂ）は、縦軸にＡ相信号及びＢ相信号の振幅をとり、横軸に時間をとった場合の波形である。

図１（ｂ）に示されるように、エンコーダ信号が誤差のない理想的な信号である場合、２相のエンコーダ信号であるＡ相信号及びＢ相信号の振幅にはずれがなく、互いの振幅は等しい。また、Ａ相信号及びＢ相信号の間におけるオフセットも互いに等しい。このとき、図１（ａ）に示されるリサージュ波形は、きれいな真円を描く。このため、Ａ相信号とＢ相信号の振幅比に基づいて算出されたアークタンジェントによる被測定物の位置（θ_１＝ｔａｎ^−１（ａ_１／ｂ_１））を正確に検出することができ、誤差は生じない。

一方、図１（ｃ）、（ｄ）は、誤差のあるエンコーダ信号の波形を示している。図１（ｃ）は、縦軸にＡ相信号の振幅をとり、横軸にＢ相信号の振幅をとった場合のリサージュ波形である。図１（ｄ）は、縦軸にＡ相信号及びＢ相信号の振幅をとり、横軸に時間をとった場合の波形である。

図１（ｄ）に示されるように、Ａ相信号とＢ相信号の振幅及びオフセットはいずれも一致しておらず、誤差が生じている。このとき、図１（ｃ）に示されるリサージュ波形は歪み、円の中心もずれている。このため、この状態で被測定物の位置を算出した場合、算出した位置に誤差が生じてしまう。

このとき、被測定物の位置θ_２は、ｔａｎ^−１（ａ_２／ｂ_２）で表される。ここで、Ａ相信号及びＢ相信号の振幅誤差をそれぞれＡ_{ａｍｐ＿ｅｒｒ}、Ｂ_{ａｍｐ＿ｅｒｒ}、オフセット誤差をそれぞれＡ_{ｏｆｓｔ＿ｅｒｒ}、Ｂ_{ｏｆｓｔ＿ｅｒｒ}とする。すると、ａ２、ｂ２はそれぞれ、ａ_２＝（Ａ_{ａｍｐ＿ｅｒｒ}×ａ_１）＋Ａ_{ｏｆｓｔ＿ｅｒｒ}、ｂ_２＝（Ｂ_{ａｍｐ＿ｅｒｒ}×ｂ_１）＋Ｂ_{ｏｆｓｔ＿ｅｒｒ}で表され、実際の位置に対して誤差が生じてしまう。

そこで、本実施例の変位測定装置は、エンコーダ信号の周期ごとに異なる誤差の補正を行うものである。後述のように、エンコーダ信号の周期ごとの振幅誤差及びオフセット誤差を求めることができれば、上記ａ_２、ｂ_２が導き出される数式から、正確な位置（θ_１＝ｔａｎ^−１（ａ_１／ｂ_１））を算出することが可能になる。

まず、本実施例における変位測定装置の概略を説明する。図２は、本実施例における変位測定装置のブロック図を示したものである。

１はコントローラである。コントローラ１は、被測定物（図示なし）の位置に基づいて後述のアクチュエータに駆動指令信号を出力することにより、アクチュエータの駆動を制御する
３はアクチュエータである。アクチュエータ３は、コントローラ１から出力される駆動指令信号２に基づいて駆動制御される。アクチュエータ３が駆動指令信号２により駆動されることで、位置４が変化する。アクチュエータ３には、変位測定装置の被測定物（図示なし）が結合されている。被測定物は、アクチュエータ３の位置４に比例して変位する。このように、アクチュエータ３の位置４が変位することにより、被測定物の位置も変位する。アクチュエータ３には、直線的な位置を変化させるものや、回転角を変化させるものなどがある。このため、本実施例における位置４の変位としては、直線的な位置の変位及び回転角の変位の双方が含まれる。

５はエンコーダである。エンコーダ５は、スケール及びヘッドを有する。エンコーダ５は、アクチュエータ３が駆動させることによる位置４の変化量を検出し、補正前のエンコーダ信号６を出力する。補正前のエンコーダ信号６は、互いに位相が９０度異なる２相の正弦波信号である。

本実施例のエンコーダ５は、被測定物の角度を検出するロータリー式のエンコーダであり、円形のスケールに対して互いに１８０度異なる位置に２つのヘッドが配置されている（図示なし）。この２つのヘッドのそれぞれからＡ相及びＢ相の２相のエンコーダ信号が出力される。そして、２組の２相のエンコーダ信号（計４信号）の出力波形が、Ａ相同士及びＢ相同士でそれぞれ合成されることにより、補正前のエンコーダ信号６が出力される。

ただし、２相の正弦波信号には、振幅誤差及びオフセット誤差が生じている。エンコーダ５では、２つのヘッドからのエンコーダ信号を合成（積算）することにより、補正前のエンコーダ信号６を生成している。このとき、合成後のエンコーダ信号の周期は、合成前の信号の半分になる。このため、合成前の２つの信号の振幅又はオフセットに差異があると、合成後の信号である補正前のエンコーダ信号６の振幅及びオフセットは、１周期ごとに大きく変化する。

７はエンコーダ信号補正器である。エンコーダ信号補正器７は、補正前のエンコーダ信号６を入力し、補正されたエンコーダ信号１１を出力する。９は記憶装置である。記憶装置９は、補正前のエンコーダ信号６を補正するための補正値テーブルを保存する。記憶装置９には、あらかじめ測定された補正前のエンコーダ信号６の振幅補正値、オフセット補正値、及び、リサージュ接点情報などが記憶されており、これらにより補正テーブルが構成される。

エンコーダ信号補正器７は、記憶装置９に保存された補正値テーブルを参照し、現在の位置４における補正値１０を得る。すなわち、エンコーダ信号補正器７は、補正前の位置情報８を記憶装置９へ出力し、記憶装置９から補正値１０が入力される。エンコーダ信号補正器７は、記憶装置９からの補正値１０に基づき補正前のエンコーダ信号６を補正して、補正されたエンコーダ信号１１を出力する。

１２はスイッチである。スイッチ１２は、補正前のエンコーダ信号６又は補正されたエンコーダ信号１１のいずれか一つを選択的に切換え、選択した信号をコントローラ１に入力する。記憶装置９に記憶するための補正値テーブルを作成するキャリブレーションモード時において、スイッチ１２は端子１３に接続される。このため、キャリブレーションモード時には、補正前のエンコーダ信号６が選択され、この信号が直接コントローラ１にフィードバックされる。

一方、補正値テーブルの作成が完了すると、記憶装置９に補正値テーブルが記憶される。そして、通常モード時において、スイッチ１２は端子１４に接続される。このため通常モード時には、補正されたエンコーダ信号１１がコントローラ１に入力されることになる。すなわち、コントローラ１は、補正されたエンコーダ信号１１に基づいて、駆動指令信号２を出力してアクチュエータ３を駆動する。補正されたエンコーダ信号１１では、補正前のエンコーダ信号６が有する振幅誤差及びオフセット誤差が除去されている。この結果、エンコーダ５は、振幅誤差及びオフセット誤差による影響を受けず、より正確な変位を測定することが可能になる。

図３に、本実施例における補正前のエンコーダ信号の波形を示す。図３（ａ）は、縦軸に振幅を、横軸に時間をとり、互いに位相の異なるＡ相信号及びＢ相信号の振幅−時間特性を示したものである。図３（ａ）では、周期ｎ−１から周期ｎ＋２までの４周期分の振幅−時間特性を示している。周期ｎ−１及び周期ｎ＋１における波形と、周期ｎ及び周期ｎ＋２における波形は、振幅及びオフセットの観点で、それぞれ異なっている。すなわち、エンコーダ信号の振幅及びオフセットは１周期ごとに変化し、これを繰り返す。

図３（ｂ）は、縦軸にＡ相信号の振幅、横軸にＢ相信号の振幅をとったときのリサージュ波形である。破線で示される波形は、周期ｎにおける波形であり、実線で示される波形は、周期ｎ＋１における波形である。本実施例におけるエンコーダ信号の振幅及びオフセットは、１周期ごとに変化するため、周期ｎにおけるリサージュ波形と周期ｎ＋１におけるリサージュ波形は重ならない。

本実施例の変位測定装置は、このようなエンコーダ信号の振幅誤差及びオフセット誤差を補正するため、以下に説明する補正を実施する。

図４は、本実施例における補正手法の全体を示すフローチャートである。

初めに、変位測定装置のスイッチ１２をキャリブレーションモード時の端子１３に切り替える。この状態で、コントローラ１はアクチュエータ３へ駆動指令信号２を与えながら制御を開始する（Ｓ００１）。このとき、変位測定装置は、エンコーダ５から出力される２相のエンコーダ信号を用いて被測定物の位置を検出する。このため、変位測定装置は、補正前のエンコーダ信号６をそのまま直接利用してアクチュエータ２の駆動を制御することになる。このように、キャリブレーションモード時には、コントローラ１は、振幅誤差及びオフセット誤差を有するエンコーダ信号に基づいて制御を実行する。

ステップＳ００１において、補正前のエンコーダ信号６で制御することにより、少なくとも連続する２周期についてのリサージュ波形が得られる。このリサージュ波形に基づいて、連続する周期ｎと周期ｎ＋１の接点（境界点）であるリサージュ接点を測定する（Ｓ００２）。ここで、リサージュ接点とは、隣り合う周期ｎ、ｎ＋１におけるリサージュ波形が交わる一点のことをいう。なお、リサージュ接点の測定方法の詳細については、後述する。

次に、ステップＳ００２において測定したリサージュ接点前後の２周期（周期ｎ、ｎ＋１）について、補正前のエンコーダ信号６の振幅及びオフセットを測定する（Ｓ００３）。本実施例では、周期ごとに測定された振幅及びオフセットの値が補正値１０となる。

ステップＳ００２にて測定されたリサージュ接点とステップＳ００３にて求められたエンコーダ信号の振幅及びオフセット（補正値１０）を記憶装置９に補正値テーブルとして保存する（Ｓ００４）。補正値テーブルが完成すると、保存された補正値１０にて補正されたエンコーダ信号１１を用いて変位測定装置の制御を開始する（Ｓ００５）。

なお、図４において、ステップＳ００１〜Ｓ００４まではキャリブレーションモード時に実行される。一方、ステップＳ００５は通常モード時に実行される。

以上のフローにより、補正前のエンコーダ信号６の振幅誤差及びオフセット誤差は補正される。

次に、図４のステップＳ００２におけるリサージュ接点の測定方法について詳細に説明する。

図５は、本実施例におけるリサージュ接点の測定方法を示すフローチャートである。

補正前のエンコーダ位置情報に基づいてスキャンする範囲（エンコーダ波形１周期分）を決定し、スキャン始点Ｐ_０へ移動する。スキャン始点Ｐ_０におけるＡ相信号及びＢ相信号の値（Ａ_０、Ｂ_０）を測定する(Ｓ１０１)。これらの値を測定した後、スキャン始点Ｐ_０を基準として＋１周期移動し、移動後のＡ相信号及びＢ相信号の値（Ａ_１、Ｂ_１）を測定する(Ｓ１０２)。

次に、２点におけるＡ相信号及びＢ相信号の値（Ａ_０、Ｂ_０）、（Ａ_１、Ｂ_１）について、リサージュ波形上でのこれらの値の距離の２乗を計算し、算出値をＤ_ｍｉｎとする（Ｓ１０３）。すなわち、Ｄ_ｍｉｎは以下の数式（１）にて求められる。

Ｄ_ｍｉｎ＝（Ａ_０−Ａ_１）^２＋（Ｂ_０−Ｂ_１）^２ … （１）
Ｄ_ｍｉｎを算出した後、ｋに１を代入する（Ｓ１０４）。次に、エンコーダ信号の１周期内を、ステップ移動量Ｓだけ細かくステップ移動する。ステップ移動量Ｓは細かいほうが測定精度は高くなるが、逆に測定時間が増える。このため、精度と時間とのバランスを考慮しながら適切なステップ移動量Ｓを設定する。

設定されたステップ移動量Ｓだけ移動し、移動後の位置（Ｐ_ｋ＝ｋ×Ｓ＋Ｐ_０）において、Ａ相信号及びＢ相信号の値（Ａ_ｋ０、Ｂ_ｋ０）を測定する(Ｓ１０５)。また、位置Ｐ_ｋを基準として＋１周期だけ移動し、Ａ相信号及びＢ相信号の値（Ａ_ｋ１、Ｂ_ｋ１）を測定する(Ｓ１０６)。測定した２点におけるＡ相信号及びＢ相信号の値のリサージュ波形上での距離の２乗を算出し、算出値をＤとする（Ｓ１０７）。Ｄは、数式（１）と同様に、以下の数式（２）にて求められる。

Ｄ＝（Ａ_ｋ０−Ａ_ｋ１）^２＋（Ｂ_ｋ０−Ｂ_ｋ１）^２ … （２）
数式（２）で求められたＤと数式（１）で求められたＤ_ｍｉｎを比較する（Ｓ１０８）。ＤのほうがＤ_ｍｉｎより小さい場合、Ｄ_ｍｉｎにＤの値を代入し、また、（Ａ_ｃ、Ｂ_ｃ）に（Ａ_ｋ０、Ｂ_ｋ０）を代入する(Ｓ１０９)。一方、ＤのほうがＤ_ｍｉｎより大きい場合、Ｄ_ｍｉｎ及び（Ａ_ｃ、Ｂ_ｃ）の値を更新しない。

ｋにｋ＋１を代入した後(Ｓ１１０)、次の移動量（ステップ移動量Ｓ）だけ移動した点がスキャン始点Ｐ_０から＋１周期の範囲を超えるか否かを判定する（Ｓ１１１）。スキャン始点Ｐ_０から＋１周期に至らない場合、ステップＳ１０５〜Ｓ１１０までを繰り返す。次の移動量にてスキャン始点Ｐ_０から１周期以上の位置になる場合、スキャン動作を止め、繰り返し処理から抜ける。スキャン完了時の（Ａ_ｃ、Ｂ_ｃ）とＡ相正弦波信号の計数から（Ａ_ｃ、Ｂ_ｃ）での位置を算出し、この位置をリサージュ接点位置Ｐ_ｃとする。

次に、図４のステップＳ００３におけるエンコーダ信号の振幅及びオフセットの測定方法について、詳細に説明する。

図６は、本実施例におけるエンコーダ信号の振幅及びオフセットの測定方法を示すフローチャートである。図６に示される測定方法では、図５の方法により求められたリサージュ接点Ｐ_Ｃを境に、リサージュ接点Ｐ_ｃの前後２周期それぞれの振幅及びオフセット（補正値１０）を求める。

初めに、コントローラ１から与えられた駆動指令信号２により、アクチュエータ３の位置４をリサージュ接点Ｐ_ｃに移動させる。また、リサージュ接点Ｐ_ｃにおけるＡ相信号及びＢ相信号の値（Ａ、Ｂ）を測定する（Ｓ２０１）。このとき、測定したＡ相信号及びＢ相信号の値（Ａ、Ｂ）を、（Ａ_ｍｉｎ、Ｂ_ｍｉｎ）及び（Ａ_ｍａｘ、Ｂ_ｍａｘ）に代入する(Ｓ２０２)。また、ｋに１を代入する（Ｓ２０３）。

次に、リサージュ接点Ｐ_ｃの前後いずれかの１周期内を、細かくステップ移動させる。本実施例では、まず、プラス側にステップ移動させる。ステップ移動量Ｓは細かいほうが測定精度は高くなるが、逆に測定時間が増える。このため、精度と時間とのバランスを考慮しながら適切なステップ移動量Ｓを設定する。

リサージュ接点Ｐ_ｃからステップ移動量Ｓだけ移動した位置（Ｐ_ｋ＝ｋ×Ｓ＋Ｐ_ｃ）において、Ａ相信号及びＢ相信号の値（Ａ、Ｂ）を測定する(Ｓ２０４)。Ａ相信号及びＢ相信号の値（Ａ、Ｂ）を測定した後、Ａの値とＡ_ｍａｘ、Ａ_ｍｉｎとの大小関係、及び、測定したＢの値とＢ_ｍａｘ、Ｂ_ｍｉｎとの大小関係を比較する（Ｓ２０５〜Ｓ２１１）。

まず、Ａの値がＡ_ｍｉｎより小さいか否かを判定する（Ｓ２０５）。Ａの値がＡ_ｍｉｎより小さい場合、Ａ_ｍｉｎにＡの値を代入し（Ｓ２０６）、ステップＳ２０９へ進む。また、Ａの値がＡ_ｍａｘより大きいか否かを判定する（Ｓ２０７）。Ａの値がＡ_ｍａｘより大きい場合、Ａ_ｍａｘにＡの値を代入し（Ｓ２０８）、ステップＳ２０９へ進む。

次に、Ｂの値がＢ_ｍｉｎより小さいか否かを判定する（Ｓ２０９）。Ｂの値がＢ_ｍｉｎより小さい場合、Ｂ_ｍｉｎにＢの値を代入し（Ｓ２１０）、ステップＳ２１３へ進む。また、Ｂの値がＢ_ｍａｘより大きいか否かを判定する（Ｓ２１１）。Ｂの値がＢ_ｍａｘより大きい場合、Ｂ_ｍａｘにＢの値を代入し（Ｓ２１２）、ステップＳ２１３へ進む。

ｋにｋ＋１を代入し（Ｓ２１３）、次のステップ移動点がスキャン始点であるリサージュ接点Ｐ_ｃから＋１周期を超えるか否かを判定する（Ｓ２１４）。次のステップ移動点が１周期を超えない場合（ｋ×Ｓ≦１周期）、次のステップ移動を行い、ステップＳ２０４〜Ｓ２１４までを繰り返す。一方、次のステップ移動点が１周期を超える場合（ｋ×Ｓ＞１周期）、スキャン動作を止め、繰り返し処理から抜ける。

スキャン動作が完了すると、以下の数式（３）〜（６）より、Ａ相信号の振幅及びオフセット、Ｂ相信号の振幅及びオフセットをそれぞれ計算する（Ｓ２１５）。

Ａ振幅：Ａ_ａｍｐ１＝Ａ_ｍａｘ−Ａ_ｍｉｎ …（３）
Ａオフセット：Ａ_{ｏｆｆｓｅｔ１}＝（Ａ_ｍａｘ＋Ａ_ｍｉｎ）／２ … （４）
Ｂ振幅：Ｂ_ａｍｐ１＝Ｂ_ｍａｘ−Ｂ_ｍｉｎ …（５）
Ｂオフセット：Ｂ_{ｏｆｆｓｅｔ１}＝（Ｂ_ｍａｘ＋Ｂ_ｍｉｎ）／２ … （６）
これにより、リサージュ接点Ｐ_ｃの＋側における周期ｎ＋１における振幅及びオフセットが算出される。次に、上記と同様に、リサージュ接点Ｐ_ｃから−側に１周期スキャンして、周期ｎにおけるＡ相信号及びＢ相信号の振幅及びオフセットを測定する。このように算出された２周期分（周期ｎ、ｎ＋１）の振幅及びオフセットを補正値１０として算出し、この値を記憶装置９に保存する（Ｓ００４）。

図７に、エンコーダ信号波形とリサージュ接点、振幅及びオフセットとの関係を示す。図７（ａ）は、縦軸にＡ相信号及びＢ相信号の振幅をとり、横軸に時間をとった振幅−時間特性である。また、図７（ｂ）は縦軸にＡ相信号の振幅、横軸にＢ相信号の振幅をとったときのリサージュ波形である。

リサージュ接点Ｐ_ｃは、前後２周期のＡ相、Ｂ相信号の振幅値及びオフセットが一致する点であり、いずれの周期の補正値を用いても補正後のＡ相、Ｂ相信号の振幅値及びオフセットが同じになる点である。このため、リサージュ接点Ｐ_ｃで補正値１０を切り替えれば、２周期の間で不連続状態が発生することなく、補正値１０を切り替えることができる。したがって、エンコーダ信号補正器７は、通常モード時において、補正前のエンコーダ信号６に基づいて検出される位置４と記憶装置９に記憶されたリサージュ接点Ｐ_ｃの位置とを比較する。エンコーダ信号補正器７は、位置４とリサージュ接点Ｐ_ｃの位置が等しくなったとき、記憶装置９に記憶された補正値１０を切り替え、隣り合う周期ごとに異なる補正値１０を用いて補正されたエンコーダ信号１１を出力する。

上述のとおり、２周期分のエンコーダ信号からそれぞれの周期における信号の振幅及びオフセットを求めた。なお、本実施例では連続する２周期分の振幅及びオフセットを求めたが、同様の方法により、その他の周期において振幅及びオフセットを求め、これらの値を記憶装置９に保存することもできる。

図８は記憶装置９に記憶される補正テーブルである。リサージュ接点Ｐ_ｃを区切りとして、それぞれの補正値の適用範囲が定義されている。記憶装置９には、各適用範囲に対応する補正値１０が複数記憶されており、これらの補正値は、エンコーダ信号の周期ごとに切り替えて用いられる。

必要な補正値の測定が完了して補正値が全て揃った場合には、通常モードとして、補正されたエンコーダ信号１１を用いて制御を開始する（Ｓ００６）。このとき、スイッチ１２は通常モード時の端子１４に切り替えられる。エンコーダ信号補正器７は、補正前のエンコーダ信号６から補正前の位置情報８を算出する。補正前の位置情報８から記憶装置９内の補正値テーブルを参照し、その位置に対応する振幅、オフセットの補正値１０を得る。エンコーダ信号補正器７は、補正値１０に基づいて、補正前のエンコーダ信号６を以下の数式（７）、（８）にて補正する。

Ａ_ｃｏｍｐ＝（Ａ_ｒａｗ−Ａ_{ｏｆｆｓｅｔ}）×（Ａ_{ａｍｐ＿ｎｏｒｍａｌ}／Ａ_ａｍｐ） … （７）
Ｂ_ｃｏｍｐ＝（Ｂ_ｒａｗ−Ｂ_{ｏｆｆｓｅｔ}）×（Ｂ_{ａｍｐ＿ｎｏｒｍａｌ}／Ｂ_ａｍｐ） … （８）
Ａ_ｃｏｍｐ、Ｂ_ｃｏｍｐ：補正されたエンコーダ信号
Ａ_ｒａｗ、Ｂ_ｒａｗ：補正前のエンコーダ信号
Ａ_{ｏｆｆｓｅｔ}、Ｂ_{ｏｆｆｓｅｔ}：オフセット補正値
Ａ_ａｍｐ、Ｂ_ａｍｐ：振幅補正値
Ａ_{ａｍｐ＿ｎｏｒｍａｌ}、Ｂ_{ａｍｐ＿ｎｏｒｍａｌ}：正規のエンコーダ振幅
補正されたエンコーダ信号１１は、スイッチ１２を介してコントローラ１に入力される。コントローラ１は、補正されたエンコーダ信号１１から駆動指令信号２を算出し、アクチュエータ３を制御する。

図９（ａ）は補正前のエンコーダ信号波形のリサージュ画像であり、図９（ｂ）は補正されたエンコーダ信号波形のリサージュ画像である。

図９（ａ）に示されるように、補正前のエンコーダ信号は、周期ごとに振幅及びオフセットが異なるため、リサージュ波形が二重に見える。本実施例の上記補正方法を実施すると、図９（ｂ）のように、二重だったリサージュ波形を一つの円に重ねることができ、より正確なリサージュ波形を得ることができる。

本実施例によれば、振幅及びオフセットが周期ごとに変化する出力信号を簡易に補正可能な変位測定装置を提供することができる。

また、本実施例によれば、補正値の算出を補正前のエンコーダ信号を使って制御し自動的に行うことができるため、厳密なマニュアル信号調整が不要になる。また、周期ごとに多少の信号変化があっても全周期にわたって一定の精度を確保できる。そのため、部品精度のゆるい安価なエンコーダでも、高い精度を確保することができる。

以上、本発明を実施例に基づいて詳細に説明した。ただし、本発明は上記実施例にて説明した事項に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で適宜変更が可能である。

例えば、上記実施例のエンコーダ信号における振幅及びオフセットは、１周期ごとに変化するものであるが、特にこれに限られるものではない。本発明は、２周期ごとや３周期ごとなど他の周期ごとに変化するエンコーダ信号が出力される変位測定装置にも適用可能である。

また、上記実施例のエンコーダはロータリー式のエンコーダであるが、被測定物の直線的な変位を測定する場合には、ロータリー式のエンコーダに代えてリニアエンコーダが用いられる。

（ａ）（ｂ）は誤差のない理想的なエンコーダ信号の波形、（ｃ）（ｄ）は誤差のあるエンコーダ信号の波形を示す図である。 本実施例における変位測定装置のブロック図である。 本実施例における補正前のエンコーダ信号の波形であり、（ａ）Ａ相信号及びＢ相信号の振幅−時間特性、（ｂ）Ａ相信号及びＢ相信号によるリサージュ波形である。 本実施例における補正手法の全体を示すフローチャートである。 本実施例におけるリサージュ接点の測定方法を示すフローチャートである。 本実施例におけるエンコーダ信号の振幅及びオフセットの測定方法を示すフローチャートである。 本実施例におけるエンコーダ信号波形とリサージュ接点、振幅及びオフセットとの関係を示す図であり、（ａ）Ａ相信号及びＢ相信号の振幅−時間特性、（ｂ）Ａ相信号及びＢ相信号によるリサージュ波形である。 本実施例におけるエンコーダ補正値テーブルである。 （ａ）は補正前のエンコーダ信号波形のリサージュ画像であり、（ｂ）は本実施例の方法により補正されたエンコーダ信号波形のリサージュ画像である。

符号の説明

１ コントローラ
３ アクチュエータ
５ エンコーダ
７ エンコーダ信号補正器
９ 記憶装置
１２ スイッチ

Claims (8)

1. 被測定物を変位させるアクチュエータと、
   前記被測定物の位置を測定するエンコーダと、
   前記被測定物の位置に基づいて前記アクチュエータに駆動指令信号を出力することにより、該アクチュエータの駆動を制御するコントローラと、
   キャリブレーションモード時に、前記エンコーダから出力された２相のエンコーダ信号の補正値を、該２相のエンコーダ信号の周期ごとに記憶する記憶装置と、
   通常モード時に、前記補正値を前記周期ごとに切り替えて前記２相のエンコーダ信号を補正し、補正されたエンコーダ信号を前記コントローラに出力するエンコーダ信号補正器と、を有することを特徴とする変位測定装置。
2. 前記補正値は、前記２相のエンコーダ信号の周期ごとの振幅及びオフセットを含むことを特徴とする請求項１記載の変位測定装置。
3. 前記エンコーダ信号補正器は、前記２相のエンコーダ信号のリサージュ波形におけるリサージュ接点にて前記補正値を切り替えることを特徴とする請求項１又は２記載の変位測定装置。
4. 前記エンコーダから出力された前記２相のエンコーダ信号を前記コントローラにフィードバックすることにより、前記振幅及びオフセットが測定され、前記リサージュ接点が測定されることを特徴とする請求項３記載の変位測定装置。
5. エンコーダから出力される２相のエンコーダ信号を用いて被測定物の位置を検出するステップと、
   前記２相のエンコーダ信号の周期ごとの補正値を測定するステップと、
   前記周期ごとの前記補正値を記憶するステップと、
   記憶された前記補正値を周期ごとに切り替え、切り替えられた該補正値を用いて前記２相のエンコーダ信号を補正するステップと、
   前記補正値により補正されたエンコーダ信号を用いて前記被測定物の位置を検出するステップと、を有することを特徴とする変位測定方法。
6. 前記補正値により補正されたエンコーダ信号を用いて前記被測定物の位置を検出した後、該エンコーダ信号を用いて該測定物の位置を制御することを特徴とする変位測定方法。
7. さらに、前記２相のエンコーダ信号のリサージュ波形におけるリサージュ接点を測定するステップと、前記リサージュ接点を記憶するステップと、を有し、
   前記２相のエンコーダ信号の周期ごとの補正値を測定する前記ステップは、前記リサージュ接点の前後の周期について実行され、
   前記リサージュ接点にて周期ごとの前記補正値を切り替えることを特徴とする請求項５又は６記載の変位測定方法。
8. 前記補正値は、前記２相のエンコーダ信号の周期ごとの振幅及びオフセットを含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一に記載の変位測定方法。